專利名稱：帶電粒子束裝置的改進和涉及帶電粒子束裝置的改進的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及帶電粒子束裝置以及使樣品經受帶電粒子束的方法。本發(fā)明還涉及一種在樣品上掃描帶電粒子束的方法和一種電子顯微鏡檢查的方法。
背景技術：
本發(fā)明尤其可應用于其中將要被分析的樣品被保持在樣品室中所包含的氣體環(huán)境中的類型的電子顯微鏡，以及可應用于響應于初級電子束的沖擊可能除氣或散發(fā)粒子的樣品的分析。氣體環(huán)境避免或減輕了在高真空中分析樣品所引起的某些問題。例如，該環(huán)境可防止或禁止生物樣品的退化，并且能夠幫助消除表面電荷，否則所述表面電荷會累積在非導電的樣品上，損害圖像清晰度。一些掃描電子顯微鏡可以在保持相對高的壓強的氣體環(huán)境中獲得樣品的圖像。這樣的壓強可能至少是室溫下的水蒸氣壓強，并且在一些情況下主張在樣品室中高達1個大氣壓的壓強下操作的設施。然而，在顯微鏡的電子光學柱中需要保持相對高的真空，并且為了該目的顯微鏡通常裝備有包括至少兩個被間隔開的壓強限制孔(射束通過所述壓強限制孔傳送)的不同泵級，所述壓強限制孔結合一個或多個真空泵而工作，所述一個或多個真空泵被連接至所述孔和在較高的壓強限制孔上方的區(qū)域之間的空間。從樣品室通過較低的孔傳送的氣體的大部分從該兩個孔之間的空間被抽出。一些氣體可能通過較高的壓強限制孔從該區(qū)域逸出，但是這將接著被連接到該孔上方的區(qū)域的泵去除。根據柱中所用的電子源的類型，電子光學柱可包括更多的泵級以便在柱中獲得更
高的真空。兩個壓強限制孔通常將被安裝在電子光學柱的最后的電磁透鏡組件之上或之中， 其具有恰好在較高的壓強限制孔的上游(沿射束方向)的掃描線圈或電極。這意味著較低的孔可能限制電子顯微鏡的視野。此外，在樣品室中的相對高數量的氣體分子密度限制了射束中的電子的平均自由路徑，并因此相應地限制了顯微鏡的工作距離。許多顯微鏡可工作在“可變壓強”模式(VP模式)，其中在樣品室中使用了較低的壓強。在這樣的模式中，顯微鏡可以具有較長的工作距離并且兩個壓強限制孔中較低的一個可被省略或(在可再配置的顯微鏡的情形下)被去除。視野不再受較低的孔限制，而是通過射束從樣品中射出的分子或粒子可圍繞剩下的壓強限制孔累積從而導致后者或設置在該孔的上游(相對于射束的方向)的柱部分的污染。這樣的孔污染例如可引起對成像質量有損害的靜電電荷的累積。相似的累積可發(fā)生在工作在ESEM模式下的顯微鏡的較低的孔上，但是該孔可容易地被去除以進行清洗。然而，工作在可變壓強模式下的顯微鏡的孔可能凹進在最后的透鏡組件內，因此可能是相對難以接近的。專利US3156811和GBl 120864示出了為在工件上執(zhí)行不同的操作(例如鉆孔或焊接)而設計的粒子束裝置，并且所述粒子束裝置使用通過粒子束穿過的最后的小孔的氣流來嘗試保持該小孔清潔。然而，在這些情形下，該小孔必須被合并在最后的透鏡的附件中， 該附件被特別地設計用于提供氣流并且增加了實際的透鏡和工件之間的最小可容許距離。 還據信，不管清潔氣體流，污染物還是可能累積在小孔區(qū)域中的附件的下表面上。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種帶電粒子束設備，其包括用于產生聚焦的帶電粒子束的射束生成裝置；用于容納樣品以在氣體環(huán)境中與該射束相互作用的樣品室；用于提供樣品室與射束生成裝置的局部氣體隔離的壓強限制孔，該射束生成裝置具有用于聚焦該射束的透鏡，該透鏡包括中間室，其中該帶電粒子束設備進一步包括氣體入口裝置，該氣體入口裝置用于使得氣體能夠被供應到中間室以建立從透鏡朝向樣品的氣流，從而防止從樣品所釋放的材料撞擊在壓強限制孔上。優(yōu)選地，該透鏡被如此定形狀使得所述氣流直接撞擊在樣品上。優(yōu)選地，該帶電粒子束設備是一種掃描射束設備，該射束生成裝置包括用于在樣品上掃描射束的裝置。已知掃描帶電粒子束設備具有分級的泵系統(tǒng)，其中最后的透鏡包括在上游和下游壓強限制孔之間延伸的中間壓強室。這樣的壓強室連接到真空泵并通過使得從該樣品室經過下游限制孔進入中間室的氣體能夠被從中間室去除而不是接著從上游壓強限制孔傳送， 來幫助在樣品室和射束生成裝置之間獲得氣體隔離。因此在樣品室中可保持相對高的壓強，其中中間室中的壓強低于樣品室中的壓強并高于在射束生成裝置中的壓強。修改這樣的裝置來實施本發(fā)明是相對簡單的。該修改可通過去除較低的下游孔并連接該中間室至氣體供應來實現。當樣品室中的氣體壓強低于中間室中的氣體壓強時，這樣的修改使得透鏡的現有結構能夠用作防止剩余孔的污染的氣體的管道。此外，該修改不增加設備的工作距離。優(yōu)選地，透鏡包括具有上極片和下極片的組件，所述極片被相互間隔以使得該組件能夠適應該中間室。方便地，在這種情形下，所述極片限定了該中間室。中間室可有利地被置于壓強限制孔和射束出口開口之間，通過該射束出口開口， 射束從透鏡離開，并經過該射束出口開口，氣體從中間室流動并流入樣品室。因此，用于保持壓強限制孔清潔的氣流不限于(就體積或空間分布而言)必須通過該孔本身來傳送。替代地，該氣流可以以該氣流跨越基本上射束出口開口的全部而分布的方式從限定該孔的部件的各側傳送并從該射束出口開口出去。這種類型的氣流特別地有效于防止從樣品釋放的氣體分子滲入該開口中并且由此防止所述氣體分子到達壓強限制孔或其周圍的表面。優(yōu)選地，中間室是環(huán)形的。該室形狀對形成從射束出口出來的均勻氣流特別地有效。優(yōu)選地，射束出口開口能容納第二下游壓強限制孔，并且該中間室可連接至真空泵，該真空泵在所述氣體供應被中斷的情況下用于將中間室中的氣體的壓強保持在低于樣品室中的壓強的水平。為此，透鏡可包括帶螺絲螺紋的部分以可拆卸地容納相應地帶螺絲螺紋的孔支架以支撐所述第二壓強限制孔。這些部件以氣體只能通過該孔開口傳送的方式被配合在一起。為此，該孔和支架可被真空密封。因此，該設備可被配置為作為擴展的壓強設備工作，其中可在樣品室中保持相對高的氣壓，因為通過具有兩個壓強限制孔和在它們之間的抽氣的中間室獲得了射束生成裝置與該室的改進的氣體隔離。在這樣的工作模式下，沒有從透鏡朝向樣品的凈流量氣體，但是更可能被來自樣品的氣體或粒子污染的孔是較低的第二孔，該第二孔在任何情況下都比其它的壓強限制孔更加可接近并因此更易于清潔。因為通過中間室所提供的中間真空區(qū)域的抽氣以及在該中間真空區(qū)域中的較低的真空壓強，另一孔的任何污染將會更低得多(可能是可忽略的)。優(yōu)選地，該氣體入口裝置包括連接在中間室和氣體源之間的閥。該氣體源可包括大氣空氣(入口閥對大氣打開)或氣體容器，例如包含一種氣體或多種氣體的混合物的氣筒。所述氣體或混合物可以例如包括空氣，干燥空氣，水蒸氣或惰性氣體。優(yōu)選地，該中間室至少在從氣體被引入到開口的位置延伸的區(qū)域中具有基本上恒定的截面積。這樣的室形狀因此缺少可能加速經過開口的氣流的任何喉道。這有助于亞聲速氣流到中間室中并進入樣品室。通常，這樣的氣流幫助確保進入樣品室的氣流不破壞樣品。通過中間室的氣體的流速也可充分大以用作控制樣品室中的壓強的裝置。優(yōu)選地，該設備包括帶電粒子掃描射束成像儀器，優(yōu)選是電子顯微鏡，其中該射束生成裝置采用顯微鏡的電子光學柱的形式。優(yōu)選地，該電子顯微鏡是當室中的氣壓在lPa-4001^范圍內時用于獲得樣品的圖像的可變壓強電子顯微鏡。根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種使樣品經受帶電粒子束的方法，該方法包括以下步驟(a)在樣品室所包括的環(huán)境中保持至少IPa的氣壓，該樣品室也包含樣品；(b)使用射束生成裝置產生聚焦的帶電粒子射束，該射束生成裝置通過至少一個壓強限制孔與樣品室局部地氣體性隔離，通過該至少一個壓強限制孔，該射束在其向樣品室的路上傳送以與其中的樣品相互作用，其中，該方法進一步包括下述步驟通過具有處于下游的所述氣體的出口的管道， 沿該射束的方向，從壓強限制孔將氣體引入樣品室，以形成通常遠離該孔并朝向樣品的氣流，從而防止從樣品所釋放的材料碰撞在該孔上。由于該氣流不涉及經過該壓強限制孔的氣體的通道，因此流動氣體的空間分布和體積不被該孔所限制。該氣流可因此有效地防止或禁止由從樣品或從在樣品室中圍繞該孔的表面所發(fā)射的分子或粒子的累積所導致的污染，而通過該孔的氣流對防止這樣的累積不太有效。優(yōu)選地，該氣流為亞聲速的。優(yōu)選地，進入樣品室的氣體的流速為20slpm(標準升每分鐘)，并且足以保持所希
望的樣品室壓強。
已經發(fā)現這樣的流速足以保護壓強限制孔，同時在不被該氣流所破壞的情況下允許樣品以與孔相對短的距離而被設置。優(yōu)選地，該樣品室中所保持的氣壓在1 至400Pa的區(qū)域內。該壓強范圍使該方法適于用在可變壓強電子顯微鏡檢查的方法中。該方法可使用根據本發(fā)明的第一方面的設備來執(zhí)行，在這種情況下該管道包括中間室，管道的出口是在中間室中的射束出口開口。在這種情況下，中間室中的氣壓可能在4和10 之間，高于在樣品室中的氣壓。該管道不需要包括在透鏡中的中間室，而是可代替地在與透鏡隔開的位置延伸進入樣品室中。在這種情況下，該管道可包括管子。該出口可包括圍繞射束路徑的環(huán)狀端口?？商鎿Q地，該出口可包括位于射束路徑一側的端口。優(yōu)選地，通過所述管道和出口進入樣品室的氣體的溢出也被用于控制樣品室中的氣壓。在這種情況下，樣品室可被連接至真空泵以從該室中抽出氣體。因此，在給定的恒定壓強下，樣品室中的氣體將在通過真空泵抽出氣體的速率與通過管道引入氣體的速率相匹配的情況下處于動態(tài)的平衡中。本發(fā)明可通過提高或減小利用管道引入氣體的速率來分別提高或減小壓強。根據本發(fā)明的第三方面，提供了一種在樣品上掃描帶電粒子束的方法，該方法包括通過根據本發(fā)明的第二方面的方法使該樣品經受該射束，以形成被入射在樣品上的聚焦的帶電粒子束，并引起通過該射束對樣品的掃描(例如通過跨越樣品掃描該射束或相對于該射束移動樣品)。本發(fā)明還在于一種形成樣品圖像的方法，其包括通過根據本發(fā)明的第三方面的方法掃描該樣品并探測來自該樣品或者由該樣品產生的合成發(fā)射物。該方法也可被用于電子顯微鏡檢查的方法中，所述發(fā)射物包括次級電子、反散射電子或從該樣品發(fā)射的光子或由次級電子、或反散射電子與樣品室的氣體分子的相互作用所發(fā)射的光子。


現在，將僅以示例的方式，結合附圖描述本發(fā)明，在附圖中圖1是傳統(tǒng)的擴展的壓強電子顯微鏡(ESEM)的示意性截面?zhèn)纫晥D；圖2是適于在可變的壓強(VP)模式下工作的類型的相似的傳統(tǒng)顯微鏡的相應的視圖，其中在樣品室中保持較低的氣體壓強；圖3是根據本發(fā)明的電子顯微鏡的第一實施例的相應視圖，其中用于防止壓強限制孔的污染的氣體被引入到顯微鏡的最后的透鏡中的中間室中；圖4是根據本發(fā)明的電子顯微鏡的第二實施例的相應視圖，其中氣體通過從與透鏡隔離的區(qū)域延伸進入樣品室的管道而被引入；以及圖5是根據本發(fā)明的電子顯微鏡的第三實施例的相應視圖，其在管道的出口的形式方面不同于圖4的實施例。
具體實施例方式圖1所示的電子顯微鏡包括通常標記為1的電子光學柱，用于產生聚焦的掃描電子束，其進入樣品室2以掃描被支撐在室2中的支撐臺6上的樣品4。在電子光學柱的頂部，提供了通過熱發(fā)射方法產生電子的鎢發(fā)射器8。那些電子接著借助電極和磁透鏡被加速和聚焦以形成預定直徑的射束，為了清楚的目的，在圖1中省略了所述電極和磁透鏡。這些部件被包含在柱的上部10中，該柱還包括管(未示出)，射束傳送通過該管。該管被連接至第一真空泵12，該第一真空泵用于保持在1 X IO-1Pa到1 X lO^Pa之間的壓強(P3)。從例如 WO 1998/022971A2(圖1和圖2)或WO 2002/086942A1 (圖1)中得知在電子光學柱的上部中的各部件。被附著到該上部10的底部的是通常被標記為14的最后的物鏡14，該物鏡14包括具有鐵磁極片16的磁透鏡組件，該鐵磁極片16具有承載聚焦線圈20的內圓柱磁芯18。 在極片的圓柱磁芯中還提供掃描線圈22。極片14包括具有圓柱形上部M和截頭圓錐體形下部沈的外套筒。該極片16由鐵磁材料形成并在磁芯18的基底處限定了上極片觀以及在部沈的基底處限定了下極片 30。正如可從圖1中所看到的，套筒M和沈被與線圈20和22隔開并且上極片和下極片相互隔開以在透鏡14的內部限定中間室32。中間室32被通過管道34和控制閥36連接至第二真空泵38以從中間室32中抽氣。承載了較低的壓強限制孔40的隔膜跨越下極片延伸以獲得下極片中的射束離開開口 42的局部閉塞。相似地，在上極片洲中的開口被承載較高的壓強限制孔44的隔膜局部閉塞，該較高的壓強限制孔44提供了中間室32與柱1的上部10的局部氣體隔離。較高的孔44具有典型地在150 250 μ m范圍內的直徑，而較低的孔40的直徑典型地在0. 4 1. Omm的范圍內。W02002/086942A1的圖2和3示出了可能的替換孔組件。室2中的壓強被另一個真空泵46和用于通過控制閥50向室2供應氣體的氣體源 48控制。在使用中，樣品室2中的壓強首先使用真空泵46被減小到在200 3000 的范圍內的壓強(Pl)。這涉及使用真空計(未示出)測量壓強，并且，隨著泵46繼續(xù)工作，調整閥50以允許進入室2中的被控制的氣體量在后者中保持期望的氣壓。同時，閥36被打開并且泵38工作以從中間室32中抽出通過較低的壓強限制孔40已經進入后者中的氣體。 在使用中，泵38在中間室32中保持大約21 301 的氣體壓強(P2)。從中間室32傳送進入上部10中的任何氣體可使用泵12排出以保持后者中的壓強(P3)在上述的范圍內。圖1的顯微鏡(以及圖2-5中示出的每一個顯微鏡)也包括一個或多個用于探測來自于樣品4的由樣品4與電子束相互作用而生成的發(fā)射物的探測器(未示出)。為了當前的目的，這些發(fā)射物包括從樣品釋放的次級電子、反散射初級電子(即來自射束的電子) 和/或從樣品或通過次級或反散射電子和樣品室中的氣體分子之間的相互作用發(fā)射的光子。探測器的類型將取決于所要實施的成像類型。例如，采樣電極可探測反散射電子，而次級電子可用已知的氣體放大技術被放大并使用連接到電流探測器的捕集電極來探測?？商鎿Q地，光導和光電倍增器管可被用于探測通過次級或反散射電子與樣品室中的氣體分子的相互作用而發(fā)射的光子。
氣體源48可以是包括空氣，干燥空氣，氮氣，水蒸氣，惰性氣體或任何其它合適的一種或多種氣體的氣筒。閥50將由系統(tǒng)控制裝置或由使用者通過圖形化的用戶界面來調整以便能夠獲得在樣品室2中的期望的壓強P1?？偸谴嬖谕ㄟ^壓強限制孔從具有較高真空壓強的區(qū)域向具有較低真空壓強的區(qū)域的氣流。因此，在樣品和較低的壓強限制孔之間的區(qū)域中的氣體將透過壓強限制孔40進入中間室32，該中間室具有低于樣品室中的壓強的真空壓強P2。來自于樣品(例如從樣品蒸發(fā)的碳氫化合物)或來自于樣品室中的表面的任何氣體或粒子也將透過較低的孔40并可圍繞該孔沉積。這可導致產生較低的孔40的污染，其又可能導致影響使用電子束成像的質量的靜電電荷。因此，該較低的孔40必須不時地被清潔，盡管從圖中可以看出該孔是相對可接近的。因為中間室32的抽氣和在由該室所限定的區(qū)域中的較低的真空壓強，所以較高的孔44的任何污染將會更低得多并且甚至可忽略。雖然上部10被示為連接至僅僅一個真空泵，但是還已知電子柱的上部具有多個泵級，取決于在柱中所用的電子發(fā)射器的類型。如果發(fā)射器為LaB6發(fā)射器，則包含該發(fā)射器的區(qū)域必須被抽低至小于lX10_Va。對于肖特基場發(fā)射器，發(fā)射器區(qū)域中的真空度必須低于1 X 10_7Pa，并且對于冷場發(fā)射器，在該發(fā)射器的區(qū)域中的真空度必須低于lX10_8Pa。 為了能夠保持該較低的壓強，額外的泵級將被提供。在射束(其具有在20keV至30keV范圍內的能量并在樣品室中在5001 至30001 的壓強下穿過氣體)中的電子的平均自由路徑長度僅在幾毫米的范圍內(l-3mm)，并且該樣品4因此必須被設置得非常接近較低的壓強限制孔40。此外，孔40能限制顯微鏡的視野。然而，如果較低的壓強被用于室2中，那么可允許較大的工作距離并且較低的壓強限制孔40可被去除。圖2中示出了該布置。圖2中所示的顯微鏡適于在VP模式下工作，其中樣品被在IPa至400 的范圍內的壓強(Pl)的氣體環(huán)境中成像。圖2的電子顯微鏡示出了圖1的顯微鏡的許多特征，并且這些由圖1中所用的參考數字加上100來表示。在該特定情形下，電子的發(fā)射器為LaB6或肖特基或冷場發(fā)射器，并且用參考數字 52表示。該發(fā)射器需要被保持在比圖1所示的鎢發(fā)射器8高得多的真空中，并且使得這能夠被實現，上部110被劃分為由另一個壓強限制孔58分離并且分別被連接至真空泵112和 60的兩個泵級M和56。在使用中，泵60在泵級56中保持大約IX KT1I^a至1 X 的壓強P3，而泵 112針對LaB6發(fā)射器保持低于IX KT4Pa的較低壓強P4，針對肖特基場發(fā)射器保持低于 1 X IO-7Pa的較低壓強P4或針對冷場發(fā)射器保持低于1 X 10_8Pa的較低壓強P4。對于在如上所述的樣品室102中在VP模式下的壓強范圍，在20至30keV的能量范圍內的電子(即在掃描束中的電子)的平均自由路徑長度為大約10mm。因此，較低的壓強限制孔已經被去除，并且較高的壓強限制孔144仍然在相同的位置中，但是現在分隔了樣品室102的真空與電子光學柱的部110的真空。當然，被去除的孔不再限制顯微鏡的視野，而保留的孔144對視野的影響非常小，因為它更遠離樣品104并且(更重要地)因為偏轉線圈122被正好設置在孔144的下游的位置。因為進入中間室132的開口 142具有大約5mm直徑，對于具有任何實質上的壓強限制效應來說都太大了。因此，中間室132能不再被保持在與室102中的壓強顯著不同的壓強下，并且閥136因此被關閉，泵138被停用。室 102中的壓強由氣體源148、閥150和泵146以與利用圖1中所示的顯微鏡的情形相同的方式來控制。如同圖1的顯微鏡，圖2的實例也將包括一些類型的探測器以探測來自樣品104 的發(fā)射物。在使用中，總是存在穿過壓強限制孔144從在室102中的相對高的壓強環(huán)境到在泵級56中的較低的壓強環(huán)境的氣流。從樣品104發(fā)射的任何氣體或粒子(例如從樣品或在樣品室102中的任何表面蒸發(fā)的碳氫化合物)也能透過孔144并且也可圍繞該孔被沉積。 這可導致該孔被能引起靜電電荷的物質所污染，所述靜電電荷將影響由顯微鏡所獲得的圖像的質量。孔144將因此需要被周期性地清潔。這不是容易的過程，因為被設置在開口 142 的后面的孔144不是容易地可接近的。如圖3所示的根據本發(fā)明的電子顯微鏡的第一個實施例與圖2中所示的電子顯微鏡共享許多特征，并且這些特征由與在圖2中所使用的相同的參考數字來表示。實際上，圖 3中的顯微鏡可通過對圖2中的顯微鏡進行修改而得到。該修改是在閥136的正下游的點處連接氣體供應62到室132的入口管道134。該氣體供應62通過能控制從該源62進入到中間室132的氣流的閥64連接到管道134。該氣體源62包括包含空氣、干燥空氣、氮氣、水蒸氣、惰性氣體或任何其它氣體或氣體的混合物的氣筒。從源62進入中間室132的氣流被用于控制室102中的氣體壓強。現在將描述圖3的設備的操作。起初，室102是打開的并且樣品104放置在臺106上。室的開口將其內部暴露為大氣壓。因此，在室102被關閉和密封以后，泵146與泵112和60 —起工作以減小在設備的不同部分中的壓強。當泵146正在工作時，閥64也工作以允許來自于源62的被控制量的氣體進入中間室132。隨著這一過程發(fā)生，通過真空計(未示出)測量室102中的真空度并且閥64將由系統(tǒng)控制裝置(或由用戶通過圖形化用戶界面)調整直到在室102中獲得在1 到400Pa的范圍內的期望壓強Pl為止。該設備包括控制系統(tǒng)以確保泵112和60 保持在泵級M和56中的氣壓在上述針對P3和P4的期望范圍內。當室102和級M和56 中的壓強基本上恒定時，該設備處于動態(tài)的平衡中，其中從源62引入的氣體量與由真空泵所抽出的氣體量匹配。當設備處于這種狀態(tài)時，中間室132中的氣壓將為至少5 并將在任何情形下高于樣品室102中的氣壓。因此，氣體將從在上極片1 和下極片130之間的區(qū)域66中的中間室132，通過射束出口開口 142流動并朝向樣品104且在樣品104上并進入室102中。如上所指出的，任何碳氫化合物或其它分子可從樣品104或從樣品室102中的任何表面蒸發(fā)。電子束與樣品的相互作用也可導致碳氫化合物或其它分子從該樣品的附加蒸發(fā)。然而，在10 和更高的氣壓下那些分子的平均自由路徑是大約Imm或更小。在IOOPa 的壓強下到氣體環(huán)境的平均自由路徑將是ΙΟΟμπι。因此，從樣品104朝向孔144移動的分子通常將經歷多種散射。此外，從中間室132通過開口 142的氣流將防止來自樣品或室表面的氣體分子(例如蒸發(fā)的碳氫化合物)通過該開口 142進入室132，并因此防止其到達孔144或到達其中形成所述孔的隔膜。因為實際上該氣流被在極片之間的空間中啟動，其通過必須穿過孔144而不被阻礙。這使得氣流被相對均勻地分布在開口上，這有助于確保孔144被保持清潔。如果來自樣品104的任何氣體分子累積在下極片130上，它們不可能對探測的圖像具有有害影響，因為相對大尺寸的開口 142意味著電子束不可能足以接近于將被影響的開口 142的邊緣。在該特定例子中，下極片130包括在開口 142中的帶螺絲螺紋的部分以使得用于較低的壓強限制孔的孔支架能夠被安裝在透鏡114中。如果這樣做了，該設備可以以與圖1 中所示的設備相似的方式(在樣品室102中的相似的升高的壓強下)工作。在這樣的工作模式下，閥64被關閉并且室102中的氣壓被以與圖1中的設備相同的方式(即使用閥150 和泵146)控制。該中間室接著通過打開閥136并接通泵138而被抽氣。在替換實施例中，電子光學柱110和最后的透鏡114基本上如W002086942中所示的。在這種情況下，在較低的孔承受元件(參考數字520)被去除的情況下，用于控制樣品室中的壓強并形成用于防止污染的氣流的氣體被引入到在磁性電路(參考數字360)和較低的板(參考數字400)之間的空間中。圖4示出了根據本發(fā)明的設備的第二個實施例，其也與圖2中所示的設備共享許多共同的特征，那些特征用圖2中所用到的參考數字表示。在該特定情形下，通過包括通過閥72連接于管道70的氣體源68而修改了該設備。該氣體源68具有與源62相同的性質。管道70在緊接在透鏡114的下極片130的底部下面的水平處水平地延伸進入室102。該管道70以圓形的出口裝置74終止，其內部周邊是打開的以構建基本上與開口 142同軸的環(huán)形出口端口 76。該設備的操作非常類似于圖3 中所示的設備的操作，其中閥72和泵146用于控制室102中的氣體的壓強并允許該壓強被保持在IPa至400 的范圍內。此外，從出口端口 76離開的氣體形成了朝向樣品104的氣流，并且這還防止在樣品中的任何氣體透過開口 142，因此任何這樣的氣體將不與孔144接觸。轉向圖5，根據本發(fā)明的設備的第三個實施例與圖4中的設備非常相似，并且該設備的相應部件用圖4中所用的參考數字表示。實際上，關于圖5中所示的設備的唯一不同在于用于氣體的管道70的位置和終止處。正如可從圖中看出的，在這種情形下的管道稍微與下極片130隔開，并且不連接于任何其它的出口裝置。順便提一句，來自于管道70的氣體的出口由其開口端構成。然而，來自于管道70的開口端的氣流具有與來自于圖4中所示的設備的出口端口 76的氣流相同的作用。在上述的實施例中，帶電粒子束系統(tǒng)是一種電子束系統(tǒng)，即帶電粒子為電子。然而，在本發(fā)明其它的實施例中也可使用其它類型的帶電粒子，特別是例如離子或正電子的帶正電的粒子。在離子束系統(tǒng)的情況下，該帶電粒子束系統(tǒng)的設計原理非常類似于上面所述的設計原理，但是不同的是，代替電子源，提供了離子源，以及代替磁性物鏡，提供了靜電透鏡。該靜電透鏡的電極接著還可形成壓強限制孔。在替換實施例中，壓強限制孔除了靜電物鏡的電極之外還通過孔來實現。特定的離子源可以是氣場離子源，尤其是He-離子氣場離子源。
權利要求
1.一種帶電粒子束設備，包括用于產生聚焦的帶電粒子束的射束生成裝置；用于容納樣品以在氣體環(huán)境中與該射束相互作用的樣品室；用于提供樣品室與射束生成裝置的局部氣體隔離的壓強限制孔，該射束生成裝置具有用于聚焦該射束的透鏡，該透鏡包括中間室， 其中該帶電粒子束設備進一步包括氣體入口裝置，該氣體入口裝置用于使得氣體能夠被供應到中間室以建立從透鏡朝向樣品的氣流，從而防止從樣品所釋放的材料撞擊在壓強限制孔上。
2.根據權利要求1的設備，其中該透鏡被如此定形狀使得所述氣流的至少一部分直接撞擊在樣品的至少一部分上。
3.根據權利要求1或2的設備，其中該設備為掃描射束設備，該射束生成裝置包括用于在樣品室中的樣品上掃描射束的裝置。
4.根據上述權利要求中的任一項的設備，其中該透鏡包括具有上極片和下極片的組件，所述極片被相互間隔開以使得該組件能夠適應該中間室。
5.根據權利要求4的設備，其中該中間室設置在上極片的下面。
6.根據權利要求4或5的設備，其中所述極片限定該中間室。
7.根據上述權利要求中的任一項的設備，其中該中間室是環(huán)行的。
8.根據上述權利要求中的任一項的設備，其中該中間室被置于壓強限制孔和射束出口開口之間，通過該射束出口開口，射束離開透鏡，并通過該射束出口開口，氣體從中間室流動并進入樣品室。
9.根據權利要求8的設備，其中該射束出口開口能容納第二下游壓強限制孔，并且該中間室能連接至真空泵，該真空泵用于將中間室中的氣壓保持在比樣品室中的氣壓低但比在壓強限制孔的上游的射束生成裝置的部分中的氣壓高的水平。
10.根據上述權利要求中的任一項的設備，其中該氣體入口裝置包括被連接在中間室和氣體源之間的閥。
11.根據上述權利要求中的任一項的設備，其中該中間室至少在從氣體被引入到氣體流出透鏡所處的位置的位置延伸的區(qū)域中具有基本上恒定的截面積。
12.根據上述權利要求中的任一項的設備，其中該設備包括掃描電子顯微鏡，其中該射束生成裝置采用顯微鏡的電子光學柱的形式。
13.一種使樣品經受帶電粒子束的方法，該方法包括以下步驟(a)在樣品室所包括的環(huán)境中保持至少IPa的氣壓，該樣品室也包含樣品；(b)使用射束生成裝置產生聚焦的帶電粒子射束，該射束生成裝置通過至少一個壓強限制孔與樣品室局部地氣體性隔離，通過該至少一個壓強限制孔，該射束在其向樣品的路上傳送，其中，該方法進一步包括下述步驟通過具有處于下游的所述氣體的出口的管道，沿該射束的方向，從壓強限制孔將氣體引入樣品室，以形成通常遠離該孔并朝向樣品的氣流，從而防止從樣品所釋放的材料碰撞在該孔上。
14.根據權利要求13的方法，其中該射束生成裝置構成具有最后的射束離開孔的組件或者是該組件的一部分，通過該最后的射束離開孔，該射束離開該組件，氣體通過具有在該射束離開開口的下游的出口的管道被引入，在室和管道中的氣流是亞聲速的。
15.根據權利要求13至16中的任一項的方法，其中所述氣流基本上平行于所述射束并包括射束所用的從射束生成裝置的出口到樣品的路徑。
16.根據權利要求13至15中的任一項的方法，其中該射束在其從壓強限制孔到樣品的通道中不經過任何亞聲速氣流。
17.根據權利要求13至16中的任一項的方法，其中氣體的流速是20slpm。
18.根據權利要求13至17中的任一項的方法，其中樣品室中保持的氣壓在1 至 400Pa的范圍內。
19.根據權利要求13至18中的任一項的方法，其中該方法使用根據權利要求1-12中的任一項的設備來執(zhí)行，該管道包括中間室。
20.根據權利要求19的方法，其中中間室中的氣壓在4和10 之間，高于樣品室中的氣壓。
21.根據權利要求13至18中的任一項的方法，其中該管道包括從與透鏡間隔的位置延伸進入樣品室的管子。
22.根據權利要求13至21中的任一項的方法，其中允許氣體通過所述管道和所述出口進入樣品室也被用于控制樣品室中的氣壓。
23.一種形成樣品的圖像的方法，包括執(zhí)行根據權利要求13至22中的任一項的方法以形成聚焦的帶電粒子束，該聚焦的帶電粒子束入射在樣品上；導致利用該射束來掃描樣品；以及探測來自于該樣品的合成發(fā)射物。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶電粒子束裝置的改進和涉及帶電粒子束裝置的改進。在一種例如電子顯微鏡的帶電粒子束設備中，射束生成裝置(101)產生聚焦的帶電粒子束e-，該帶電粒子束入射在樣品室(102)中的樣品(104)上，該樣品室(102)將該樣品保持在氣體環(huán)境中。壓強限制孔(144)提供樣品室與射束生成裝置的局部氣體隔離，并且被設置在后者的透鏡(114)中。該設備包括管道，例如在該透鏡中的中間室(132)，在使用中，通過該管道，氣體被供應以形成從透鏡的區(qū)域朝向樣品的氣流，因此防止從樣品釋放的材料碰撞在壓強限制孔上，以防止后者的污染。該設備可被用于用帶電粒子束掃描樣品的方法中，例如用在電子顯微鏡檢查的方法中。
文檔編號H01J37/141GK102456529SQ20111039880
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權日2010年10月14日
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