掃描電子顯微鏡的制作方法
【專利說明】掃描電子顯微鏡
[0001]【申請相關(guān)資料】
[0002] 本專利申請與在美國臨時專利申請有關(guān)聯(lián)，申請?zhí)柺?1/766, 766,申請日是2013 年2月20日，名稱為"掃描電子顯微鏡"，它的揭露在此通過引用結(jié)合至本專利申請中，并根 據(jù)37CFR1. 78(a) (4)與（5)⑴要求優(yōu)先權(quán)。
[0003] 還參考下列專利公開和申請中的專利申請，其內(nèi)容通過引用并入本本專利申請：
[0004] 公布的PCT專利申請?zhí)朩O 2008/050321，名稱為"一界面，一種用于觀察在非真空 環(huán)境物體內(nèi)的物體的方法，以及一掃描電子顯微鏡"，并提出申請于2007年10月23日；
[0005] 公布的PCT專利申請?zhí)朩O 2010/001399,名稱為"一掃描電子顯微鏡，一個界面和 一種用于觀察在非真空環(huán)境物體內(nèi)的物體的方法"，并提出申請于2009年7月2日；
[0006] 公布的PCT專利申請?zhí)朩O 2012/007941，名稱為"一真空裝置和一掃描電子顯微 鏡"，并提出申請于2009年9月24日；
[0007] 中國專利申請?zhí)?01210299149. 5,名稱為"電子顯微鏡成像的系統(tǒng)和方法"，并提 出申請于2012年8月21日；以及
[0008] 美國臨時專利申請序列號61/655, 567,名稱為"改善橫向分辨率的方法"，并提出 申請于2012年6月5日。 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0009] 本發(fā)明一般涉及掃描電子顯微鏡。 【【背景技術(shù)】】
[0010] 各種不同類型的掃描電子顯微鏡已為所知。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0011] 本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的掃描電子顯微鏡。
[0012] 因此，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，提供一種適用于非真空環(huán)境成像樣品的掃 描電子顯微鏡，所述掃描電子顯微鏡包括一位于維持在真空下的外殼里面之電子源，一設(shè) 置在所述外殼開口的電子可穿透膜，所述電子可穿透膜隔開一在外殼里面維持在真空下 的環(huán)境與一在外殼外面不是維持在真空下的環(huán)境，且所述電子可穿透膜沒有電接地，以及 至少一個沒有接地的電極以操作為一個電子檢測器。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，還提供一種適用于非真空環(huán)境成像樣品的掃描 電子顯微鏡，所述掃描電子顯微鏡包括一位于維持在真空下的外殼里面之電子源，一設(shè)置 在所述外殼開口的電子可穿透膜，所述外殼隔開一在外殼里面維持在真空下的環(huán)境與一 在外殼外面不是維持在真空下的環(huán)境，以及至少一個沒有接地的電極以操作如為一個所 述電子可穿透膜的支承物，并作用為一個電子檢測器的一部分。
[0014] 又根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，還提供一種適用于非真空環(huán)境成像樣品的掃 描電子顯微鏡，所述掃描電子顯微鏡包括一位于維持在真空下的外殼里面之電子源，一設(shè) 置在所述外殼開口的電子可穿透膜，所述電子可穿透膜隔開一在外殼里面維持在真空下 的環(huán)境與一在外殼外面不是維持在真空下的環(huán)境，第一沒有接地的電極操作如為一個所 述電子可穿透膜的支承物，并作用為一個電子檢測器的一部分，第二沒有接地的電極操作 和一個樣本支承物相關(guān)聯(lián)，并作用為一個電子檢測器的一部分，以及一氣團(tuán)，其大致位在 所述第一電極與所述第二電極之間，且大致被維持在低于2大氣壓的正壓力。
[0015] 更進(jìn)一步又根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，還提供一種適用于非真空環(huán)境成像 樣品的掃描電子顯微鏡，所述掃描電子顯微鏡包括一位于維持在真空下的外殼里面之電子 源，一設(shè)置在所述外殼開口的電子可穿透膜，所述電子可穿透膜隔開一在外殼里面維持在 真空下的環(huán)境與一在外殼外面不是維持在真空下的環(huán)境，一電離氣體產(chǎn)生器操作以在外 殼外面的環(huán)境中提供一種離子化氣體，以及至少一個沒有接地的電極操作為一個電子檢 測器。
[0016] 優(yōu)選的是，所述掃描電子顯微鏡還包括一電離氣體產(chǎn)生器操作以在外殼外面的環(huán) 境中提供一種離子化氣體。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，所述離子化氣體形成一等離子體（plasma)。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，所述電離氣體產(chǎn)生器包括一個射頻（RF)線圈與 一個電離化光源之中至少一者。此外，所述電離氣體產(chǎn)生器包括一個加濕器。
[0019] 優(yōu)選的是，所述電離氣體包括加濕的氦氣。此外，加濕的氦氣具有的相對濕度在 20°C下至少是30%。更優(yōu)選是，所述加濕的氦氣具有的相對濕度在20°C下至少是50%。最 優(yōu)選是，加濕的氦氣具有的相對濕度在20°C下至少是90%。
[0020] 優(yōu)選的是，所述至少一個沒有接地電極形成用于所述電子可穿透膜的一支承部的 一部分。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，所述至少一個沒有接地電極是和一樣本支承物相 關(guān)聯(lián)。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，所述至少一個沒有接地的電極是連接到一個電流 源與一個電壓源之中至少一者。
[0023] 優(yōu)選的是，所述電子檢測器包括一個電流放大器與至少一個源測量單元（SMU)之 中至少一者。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，所述適用于非真空環(huán)境成像樣品的掃描電子顯微 鏡還包括至少一個沒有接地的附加電極，其和一個樣本支承物相關(guān)聯(lián)，并作用為一個電子 檢測器的一部分。此外，所述至少一個沒有接地的電極與所述至少一個沒有接地的附加電 極之中至少一者是連接到一個電流源與一個電壓源之中至少一者。
[0025] 優(yōu)選的是，所述第一沒有接地的電極與所述第二沒有接地的電極之中至少一者是 連接到一個電流源與一個電壓源之中至少一者。 【【附圖說明】】
[0026] 自下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合所附圖式，使得本發(fā)明更明顯易懂，所附圖式如 下：
[0027] 圖1A，圖1B，圖1C，圖1D，圖IE和圖IF是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所建構(gòu)及操作 之掃描電子顯微鏡的各種實(shí)施例的簡化示意圖；
[0028] 圖2A，圖2B，圖2C，圖2D和圖2E是圖1A-1F中任何掃描電子顯微鏡使用的5種供 選擇之電極結(jié)構(gòu)的簡化示意圖；
[0029] 圖3A和圖3B是圖1A-2E中任何掃描電子顯微鏡使用的兩種供選擇之樣本座電極 結(jié)構(gòu)的簡化示意圖；和
[0030] 圖4A，圖4B，圖4C，圖4D，圖4E，圖4F，圖4G和圖4H是上示出的各種類型掃描電 子顯微鏡之實(shí)施例的各種不同的電連接的簡化示意圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0031] 現(xiàn)請參考圖1A，圖IA是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所建構(gòu)及操作之掃描電子顯 微鏡100的示意圖。按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，掃描電子顯微鏡100包括一個傳統(tǒng)的掃描 電子顯微鏡（SEM)鏡筒102,它的一個例子是形成(Jemini?鏡筒掃描電子顯微鏡的部件 之SEM鏡筒，而Gemi ni @鏡筒掃描電子顯微鏡可購自德國奧伯科亨的卡爾蔡司SMT(Carl Zeiss SMT)公司，沿SEM鏡筒102的光軸106配置有光束孔104。SEM鏡筒102通常是維持 于真空。
[0032] 真空界面108 -般是以一個真空盒通過管道109耦接到真空栗（未示出）的形式， 在所述SEM鏡筒102的內(nèi)部所述光束孔104與周圍之間的界面形成有一個維持真空、可讓 光束穿透的膜110,其沿著光軸106與所述光束孔104對齊。
[0033] 所述膜110最好是型號4104SN-BA的膜，可從美國賓州西切斯特的SPI Supplies 公司購得。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述膜110沒有電接地。應(yīng)該注意的是，所述膜110 的厚度是在納米范圍內(nèi)，并沒有以實(shí)際尺寸示出。
[0034] 按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述膜110是通過膜支承器112被支承在所述真空 界面108上，膜支承器112通常是以一電導(dǎo)體諸如不銹鋼形成的一有穿孔盤。所述膜支承 器112密封在一個電絕緣體114的下面，一般也是以一有穿孔盤的形式。所述電絕緣體114 密封地裝設(shè)于所述真空界面108里面之面朝底的凸緣部分116上。
[0035] 位于所述膜110下方并和其間隔相距可達(dá)500微米距離的樣品，在這里標(biāo)號為 120,其位置是使得沿光軸106定向的電子束可撞擊在其上。所述樣品120最好是通過一個 樣本支承器122支持。所述樣本支承器122最好是電導(dǎo)體形成，如不銹鋼或鋁，且沒有接地。 所述樣本支承器122最好是在樣品支架126上經(jīng)由電絕緣體124支持，樣品支架126可以 是形成一個樣品操縱器128的一部分。
[0036] 最好是將氣體例如氦氣或氮?dú)庾⑷胗谀?10和樣品120之間的空間，通常是藉由 一個或多個供應(yīng)導(dǎo)管130。
[0037] 本發(fā)明的實(shí)施例之特別特征為加濕的氦氣是經(jīng)由一個或多個供應(yīng)導(dǎo)管130將 加濕氦氣注入。最好是使至少99%的純氦氣通過加濕器140,例如美國密歇根州安阿伯 MedArray公司所產(chǎn)的PDMSXA- 2500,以供應(yīng)加濕的氦氣。優(yōu)選是加濕的氦氣之相對濕度 為在20°C下至少是30%。更優(yōu)選是，所述加濕的氦氣之相對濕度為在20°C下至少是50%。 最優(yōu)選是，加濕的氦氣之相對濕度為在20°C下至少是90%。
[0038] 按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，在操作為第一電極的膜支承器112與操作為第二 電極的樣本支承器122之間所形成的氣團(tuán)被維持在低于2大氣壓的正壓力下。
[0039] 現(xiàn)請參考圖1B，圖IB是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例所建構(gòu)及操作之掃描電子 顯微鏡200的不意圖。按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，掃描電子顯微鏡200包括一個傳統(tǒng)的 SEM鏡筒202,它的一個例子是形成Ge mi n i ?鏡筒掃描電子顯微鏡的部件之SEM鏡筒，而 〇61111111<5)鏡筒掃描電子顯微鏡可購自德國奧伯科亨的卡爾蔡司311'(0&1'126188 511')公 司，沿SEM鏡筒202的光軸206配置有光束孔204, SEM鏡筒202通常是維持于真空。
[0040] 真空界面208 -般是以一個真空盒通過管道209耦接到真空栗（未示出）的形式， 在所述SEM鏡筒202的內(nèi)部所述光束孔204與周圍之間的界面形成有一個維持真空、可讓 光束穿透的膜210,其沿著光軸206與所述光束孔204對齊。
[0041] 所述膜210最好是型號4104SN-BA的膜，可從美國賓州西切