粒子束显微系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术提供一种粒子束显微系统及其操作方法。用于清洁自身的该粒子束显微系统１包括：辐射系统，以导引电磁辐射到需要清洁的表面；以及供给系统６１，以供给前驱气体到粒子束系统１的真空室１１的内部。在将被清洁的表面的附近，前驱气体被激活并转变为与存在于被辐照表面的污染物反应的反应气体，从而所述污染物随后可以被泵出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。在粒子束显微系统中，诸如电子和离 子的粒子被导向样品以产生二次粒子。样品发出的二次粒子被探测，以得到关于样品微观 结构的信息。
技术介绍
在传统的粒子束显微系统中，粒子束由设置在真空内的辐射源产生。要检测的样 品安装在样品座(sample holder)上，使得它暴露给由源产生的辐射。此外，粒子探测器设 置在真空室内，用于探测由粒子束触发的来自样品的粒子。典型的，当在真空中操作时，残余气体包括在周围空气中也包括的气体。因此，残 余气体典型地包括组分氮气、氧气、水蒸汽、二氧化碳和少量的惰性气体。但是，当操作粒子 束显微系统时，污染物积累在真空室中。具体地，这样的污染物包括由于操作真空泵而到达 真空室的诸如油脂和溶剂的碳氢化合物以及当样品被更换时会被带入真空室或者可能由 粒子束系统部件或由样品本身发出的其他物质。而且，在一些粒子束系统中，处理气体被导 向样品，在那里被粒子束激活。这些处理气体用于沉积材料到样品上，或从样品除去材料。 相关的系统在US7，435，973中被详细描述。在沉积和除去工艺期间被引入到真空室中的材 料会构成随后工艺中的污染物。污染物会沉积在真空室壁、样品座或粒子束系统的其他部件上，甚至沉积在粒子 束系统的粒子束柱的内部，比如在粒子束柱的孔上，并且会在那里形成结合。在操作粒子束 系统期间，污染物会进一步从其所沉积的部件上分离并影响检测过程。因此，希望提供改变以从粒子束显微系统移除污染物。在US6，105，589中，等离子体发生器用于产生向真空室提供的氧自由基(oxygen radical)，从而分解那里的污染物，以便分解产物能被泵出(pumpout)。经验显示，在某些情况下，这些传统系统没有满足清洁效率的要求。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种粒子束显微系统和操作该粒子束显微系统的方 法，在该系统中，室壁、样品座、样品或粒子束系统的其他部件的至少之一的污染物可以以 相对较高的效率被去除。根据实施例，具有分解污染物效果的反应气体没有提供到真空室中，而是反应气 体的前驱气体被提供到真空室中。前驱气体在真空室中转变为反应气体。前驱气体到反应 气体的转变可发生于紧靠其上存在污染物的部件的附近，其中前驱气体到反应气体的转变 可被电磁辐射的辐照激活。此外，不受反应气体的影响，吸附到表面的污染物可以直接被辐照激活，或者污染 物与壁的结合可能变松，使得污染物可以与反应气体反应，或可以更容易或更高效的从表 面脱附。在本申请中，其上沉积有污染物或被吸附污染物且可以被电磁辐射辐照以转变前 驱气体的部件可以为系统中的任何部件。具体地，这些部件包括其中设置有样品座或样品 的真空室的壁、样品本身、样品座或例如具体为电子探测器的探测器。在一些实施例中，粒 子束柱的部件，如设置于粒子束柱内的孔或探测器，没有被辐照。在其他的实施例中，被辐 照的表面是金属或导电表面。根据实施例，前驱气体包括氧气(O2)，这样通过电磁能辐照由氧气所产生的反应 气体包括提供氧自由基以分解污染物的臭氧(O3)。专利技术人发现除其他原因，由于首先生成 臭氧和氧自由基然后这些自由基被提供给真空室，上述传统系统是不利的。由于在真空室 环境中臭氧的短半衰期或短平均自由程，臭氧可能不能以足够的效能或浓度到达其上沉积 有污染物的部件。根据实施例，由于电磁能辐照，反应气体在紧靠沉积有污染物的部件的附 近被激活，从而获得具有相对增加的浓度以释放其清洁能力的臭氧。根据实施例，激活前 驱气体的电磁辐射是紫外线，如具有短于300nm的波长的光， 尤其具有短于200nm的波长的光。根据实施例，前驱气体以具有增加的浓度的方式被提供到真空室中。特别的，例 如，当操作显微镜时，相较于真空系统的正常操作期间其的产生，真空室中前驱气体的分压 调整到更大的值。在操作显微镜时，在传统系统中，真空室内产生典型的低于10_5毫巴的压 力，虽然特殊的设备允许室中有实质上较高的压力。根据所描述的实施例，前驱气体的分压 相对较高。具体地，分压高于100毫巴，根据另一个实施例，分压可以达到2000毫巴，甚至 达到5000毫巴。根据其他的实施例，前驱气体被提供到真空室，从而前驱气体具有比其他气体更 高的浓度。然后，总压小于前驱气体的分压的，比如两倍，特别地1. 5倍，尤其是1. 2倍。根据实施例，当把电磁辐射导向具有污染物的部件时，前驱气体被不断的供应。从 而，真空室可以被不断的泵抽。通过调整每单位时间提供的反应气体的量以及泵抽系统的 泵抽能力，可以调整真空室中前驱气体的期望的分压。该方法在这个意义上是有利的，一方 面，高浓度的反应气体也可以存在于可能存在污染物的部件附近，另一方面，污染物的其他 分解产物被不断的从室中清除。根据其他实施例，反应气体被提供到真空室中，间歇地实施暴露于电磁辐射，随 后，真空室抽空到较低气压以从真空室中移除分解产物。然后真空系统的泵抽能力被削减， 真空室内反应气体的压力又被调到较高值，另一到紫外线的暴露被实施。根据实施例，电磁辐射通过置于真空室内的一个或多个辐射源产生。辐射源可包 括汞蒸气灯。根据其他实施例，辐射源被置于真空室的外部，通过辐射源产生的辐射被导入真 空室的内部，以便辐射被导向可能存在污染物的部件。这种情况下，真空室可包括窗。此外， 面镜和/或光导可用于导引光线到这些部件期望表面。根据实施例，电磁辐射碰撞可能存在污染物的部件的重要区域。具体地，照亮的区 域可具有大于lcm2、10cm2、50cm2或大于200cm2的延展。附图说明通过参考附图及以下的示例性实施例的详细描述，上述和其他优势特征将更加明显。应该注意的是，并非所有可能的实施例都有必要展示在此明确的各个和每个或任一优点O 图1显示根据第一实施例的粒子束显微系统。图2显示根据第二实施例的粒子束显微系统。图3显示根据第三实施例的粒子束显微系统。具体实施例方式在以下描述的示例性实施例中，功能和结构上相似的部件尽量以相同的参考数字 标记。因此，为了了解具体实施例的个别部件的特征，应该参考其他实施例和
技术实现思路
的描 述。图1显示了根据实施例的粒子束显微系统1的示意图。显微系统1包括粒子束柱 3，用于产生粒子束5，该粒子束5可导向到安装到样品座9的样品7，而样品座9继而设置 于真空室11内部。在所描述的实施例中，粒子束5代表电子束。在备选实施例中，粒子束 5可代表离子束。粒子束柱3包括电子源13，其具有阴极15和抑制电极、提取电极(extraction electrode)和阳极电极17，从而产生电子束5。电子束5穿过会聚透镜19、二次电子探测 器21中的凹进和物镜23，直到电子束5离开粒子束柱3并撞击到设置在距粒子束柱3低端 一定距离的样品7的表面。控制器25控制电子束5的产生并通过控制线27控制束偏转器 26，以便导引电子束5到样品7表面上的可选区域。撞击到样品7上的粒子束5在那里释 放电子。这些二次电子中的一些进入物镜23并碰撞二次电子探测器21。探测器21的探测 信号通过数据线28被传送到控制器25。该控制器可以通过控制束偏转器26使束5系统地 扫描过样品7表面，并可探测对应于样品被扫描的区域的探测信号，从而从探测信号获得 样品7的电子显微图像。在这里所述的实施例中，二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作粒子束显微系统的方法，该方法包括：提供前驱气体到所述粒子束显微系统的真空室，其中样品座被构造为在所述真空室中保持样品；导引电磁辐射到所述粒子束显微系统的部件、被样品座保持的样品以及所述样品座的至少之一的表面；将所述表面附近的所述前驱气体转变为反应气体，该反应气体与存在于所述表面上的污染物反应；导引粒子束到所述样品；以及探测从所述样品发出的粒子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔夫拉姆比勒，霍尔格多默，马赛厄斯兰，乔尔格斯托多尔卡，彼得罗迪杰，埃默里赫伯塔格诺里，海因茨万曾伯克，
申请(专利权)人：卡尔蔡司NTS有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]