[發(fā)明專利]環(huán)境掃描電子顯微鏡氣體噴射系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380040374.X
• 申請(qǐng)日: 2013-07-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104508791B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M.卡斯塔納;C.D.錢(qián)德勒;W.庫(kù)羅夫斯基;D.W.小菲弗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: FEI公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01J37/26
• 分類(lèi)號(hào): H01J37/26
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 嚴(yán)志軍,胡斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及帶電粒子束系統(tǒng)，并且具體涉及允許工件在氣體環(huán)境中處理的帶電粒子束系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在掃描電子顯微鏡(SEM)中，初級(jí)電子束在待研究的樣品的區(qū)域上掃描。電子與樣品的沖擊中釋放的能量引起樣品中的其它帶電粒子的放出。這些次級(jí)粒子的數(shù)量和能量提供關(guān)于樣品的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和成分的信息。用語(yǔ)樣品傳統(tǒng)地用于指出在帶電粒子束系統(tǒng)中處理或觀察的任何工件，并且如本文使用的用語(yǔ)包括任何工件，并且不限于用作較大群體的代表的樣品。如本文使用的用語(yǔ)次級(jí)電子包括反向散射的初級(jí)電子，以及源于樣品的電子。為了檢測(cè)次級(jí)電子，SEM通常設(shè)有一個(gè)或更多個(gè)次級(jí)電子檢測(cè)器。

在常規(guī)SEM中，樣品保持在高真空中，以防止初級(jí)電子束由氣體分子散射，并且容許次級(jí)電子的收集。然而，當(dāng)射束撞擊樣品的非傳導(dǎo)區(qū)域時(shí)，樣品趨于累積電荷，這可使初級(jí)射束偏轉(zhuǎn)，并且影響到達(dá)檢測(cè)器的次級(jí)電子的數(shù)量。累積的電荷的極性取決于初級(jí)射束中和工件材料上的粒子的類(lèi)型和能量。盡管初級(jí)射束中的電子帶負(fù)電，但各個(gè)撞擊初級(jí)電子可噴射超過(guò)一個(gè)次級(jí)電子，使樣品帶正電。已經(jīng)提出了若干技術(shù)來(lái)減少樣品電荷，包括將傳導(dǎo)層沉積到樣品上，如授予Gerlach等人的美國(guó)專利第6,683,320號(hào)Through-the-lens?neutralization?for?charged?particle?beam?system中所述的，將低能電子朝樣品引導(dǎo)，以及將光朝半導(dǎo)體樣品引導(dǎo)以引起光導(dǎo)電性來(lái)排放電子。

另一個(gè)解決方案在于將樣品保持在相對(duì)高壓力下，并且例如在授予Mancuso等人的標(biāo)題為Secondary?Electron?Detector?for?Use?in?a?Gaseous?Atmosphere的美國(guó)專利第4,785,182號(hào)中描述。此類(lèi)裝置作為高壓掃描電子顯微鏡(HPSEM)或環(huán)境掃描電子顯微鏡而公知。實(shí)例為來(lái)自FEI公司的Quanta?600?ESEM^?高壓SEM。次級(jí)電子朝陽(yáng)極加速，并且沿該路線電離氣體粒子，其中電離的氣體粒子被吸引回帶電樣品，遠(yuǎn)離陽(yáng)極，并且中和電荷。

在HPSEM中，待研究的樣品置于具有典型地在0.1Torr(0.13mbar)到50Torr(65mbar)之間的壓力的氣體氣氛中，并且更典型地在1Torr(1.3mbar)到30Torr(40mbar)之間，而在常規(guī)SEM中，樣品位于大致較低壓的真空中，典型地小于10^-5Torr(1.3x10^-5mbar)。除電荷中和之外，HPSEM提供了形成濕樣品(如，生物樣品，以及在常規(guī)SEM中的高真空狀態(tài)下將難以成像的其它樣品)的電子光學(xué)圖像的可能性。HPSEM提供了將樣品保持在其自然狀態(tài)中的可能性；樣品并不經(jīng)歷干燥、冷凍或真空涂覆的不利要求，其一般在使用常規(guī)SEM的研究中為必要的，并且可改變樣品。

在HPSEM中，次級(jí)電子典型地使用稱為氣體電離級(jí)聯(lián)放大或氣體級(jí)聯(lián)放大的過(guò)程來(lái)檢測(cè)，其中次級(jí)帶電粒子由電場(chǎng)加速，并且與成像氣體中的氣體分子碰撞，以產(chǎn)生附加的帶電粒子，該附加的帶電粒子繼而與其它氣體分子碰撞來(lái)產(chǎn)生又一些附加的帶電粒子。該級(jí)聯(lián)繼續(xù)，直到極大地增長(zhǎng)的數(shù)量的帶電粒子檢測(cè)為檢測(cè)器陽(yáng)極處的電流。在一些實(shí)施例中，來(lái)自樣品表面的各個(gè)次級(jí)電子例如生成超過(guò)20、超過(guò)100或超過(guò)1,000的附加電子，這取決于氣體壓力和電極構(gòu)造。氣體級(jí)聯(lián)放大檢測(cè)器典型地不提供與使用閃爍器和光電倍增器的組合的常規(guī)高真空檢測(cè)器(如，Everhart?-?Thornley檢測(cè)器)一樣高的分辨率或一樣大的放大。

HPSEM通過(guò)使用壓力限制孔口(PLA)來(lái)限制高氣體壓力至樣品室的區(qū)域，以在聚焦柱中保持高真空。氣體分子散射初級(jí)電子束，并且因此壓力限制孔口定位成最小化初級(jí)電子束在高壓區(qū)域中行進(jìn)的距離，以便減小初級(jí)射束的散射，同時(shí)提供樣品與檢測(cè)器之間的足夠的行進(jìn)距離用于次級(jí)電子信號(hào)的充分的氣體級(jí)聯(lián)放大。

美國(guó)專利第4,785,182號(hào)中描述的HPSEM包括真空封殼，其具有壓力限制孔口、位于真空封殼內(nèi)且能夠發(fā)射電子的電子束源、位于真空封殼內(nèi)且能夠引導(dǎo)由電子源發(fā)射的電子束穿過(guò)壓力限制孔口的一個(gè)或更多個(gè)聚焦透鏡、位于真空封殼內(nèi)且能夠掃描電子束的射束偏轉(zhuǎn)器，以及包括設(shè)置在高真空封殼外的樣品平臺(tái)且能夠?qū)庠跉怏w中的樣品保持在期望壓力下的樣品室。