使用电子显微镜对存在于非真空环境的材料进行分析的系统及方法

摘要

本发明提供一种使用电子显微镜对存在于非真空环境的材料进行分析的方法，所述方法包含：通过在一第一及第二非真空环境中将一电子束从所述电子显微镜引导至一材料上，以产生所述材料的一第一及第二特性频谱，在所述第一及第二非真空环境中所述电子束分别产生第一及第二散射量；收集从所述材料发射出的第一及第二X射线；比对所述第一及第二特性频谱，并指出数个强度随着散射的增加而增长的峰值；通过消除至少一个强度随着散射的增加而增长的峰值，以便从所述第一及第二特性频谱中的至少一个产生所述材料的一散射补偿特性频谱。

说明书

相关申请资料

参阅2012年6月5日提交的美国临时申请案第61/655,567号，标的名 称为“提高水平分辨率的方法”，其根据美国联邦法规(37CFR)第1.78(a)(4) 及(5)(i)条规定揭露于此全部纳入作为参考并主张优先权。

另外，也参阅美国专利公开及申请案，其中作为参考的内容如下：

美国专利号第8,164,057号及第8,334,510号；及

2009年9月24日提交的PCT专利申请公开第WO 2012/007941号，标 的名称为“一种抽真空装置及一扫描电子显微镜”；及

2012年8月21日提交的中国专利申请第201210299149.5号，标的名称 为“电子显微镜成像系统及方法”。

技术领域

本发明一般是涉及于一种扫描电子显微镜。

背景技术

在现有技术中所知道的各种类型的扫描电子显微镜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的扫描电子显微镜。

因此，根据本发明的一优选实施例，提供一种使用电子显微镜对存在于 非真空环境的材料进行分析的方法，所述方法包含步骤：在一第一非真空环 境中将一电子束从一电子显微镜引导至所述材料上，在所述第一非真空环境 中所述电子束产生一第一散射量；收集从所述材料发射出的多个第一X射线； 及对所述第一X射线进行频谱分析；接着，通过下述步骤产生所述材料的一 第二特性频谱：在一第二非真空环境中将一电子束从所述电子显微镜引导至 所述材料上，在所述第二非真空环境中所述电子束产生一第二散射量；收集 从所述材料发射出的多个第二X射线；及对所述第二X射线进行频谱分析； 比对所述第一及第二特性频谱，并指出数个强度随着散射的增加而增长的峰 值；通过消除至少一个强度随着散射的增加而增长的峰值，以便从所述第一 及第二特性频谱中的至少一个产生所述材料的一散射补偿特性频谱。

根据本发明一优选实施例，所述散射补偿特性频谱包含至少一个强度随 着散射的增加而减少的峰值。

优选地，所述第一非真空环境包含一第一气体，及所述第二非真空环境 包含一第二气体，所述第二气体具有一电子束散射特性与所述第一气体的一 电子束散射特性不同。或者，所述第一非真空环境中与所述材料具有一第一 电子束移动距离，及所述第二非真空环境中与所述材料具有一第二电子束移 动距离，所述第二电子束移动距离所产生的一电子束散射的量不同于所述第 一电子束移动距离所产生的一电子束散射的量。

根据本发明的另一优选实施例，还提供一种使用电子显微镜对存在于非 真空环境的材料进行分析的系统，所述系统包含：一特性频谱产生器，通过 下述方式产生一材料的一第一及第二特性频谱：在一第一及第二非真空环境 中将一电子束从一电子显微镜引导至所述材料上，在所述第一及第二非真空 环境中所述电子束分别产生一第一散射量及一第二散射量；在所述第一及第 二非真空环境中收集从所述材料发射出的X射线；及在所述第一及第二非真 空环境中对来自所述材料的X射线进行频谱分析；以及一散射补偿特性频谱 产生器，操作用于：比对所述第一及第二特性频谱，并指出数个强度随着散 射的增加而增长的峰值；及通过消除至少一个强度随着散射的增加而增长的 峰值，以便从所述第一及第二特性频谱中的至少一个产生所述材料的一散射 补偿特性频谱。

优选地，所述散射补偿特性频谱包含至少一强度随着散射的增加而减少 的峰值。

根据本发明一优选实施例，所述系统还包含一气体供应器，操作用以供 应一第一气体至所述第一非真空环境，及供应一第二气体至所述第二非真空 环境，所述第二气体具有一电子束散射特性与所述第一气体的一电子束散射 特性不同。另外，所述系统还包含一移动样本固定座，被操作而定位在所述 第一非真空环境中与所述材料保持一第一电子束移动距离之处，及定位在所 述第二非真空环境中与所述材料保持一第二电子束移动距离之处，所述第二 电子束移动距离所产生的一电子束散射的量不同于所述第一电子束移动距离 所产生的一电子束散射的量。

根据本发明另一优选实施例，还提供一种使用以电子显微镜为主的系统 对存在于非真空环境的材料进行分析的计算方法，应用于在一非真空环境中 将一以电子显微镜为主的材料分析系统操作用于将一电子束从一电子显微镜 引导至一材料上，收集所述材料发射出的X射线，且对所述X射线进行频谱 分析，所述方法包含操作所述以电子显微镜为主的材料分析系统，以便：通 过下述步骤产生一材料的一第一特性频谱：在一第一非真空环境中引导一电 子束至所述材料上，在所述第一非真空环境中所述电子束产生第一散射量； 收集从所述材料发射出的第一X射线；及对所述第一X射线进行频谱分析； 接着，通过下述步骤产生所述材料的一第二特性频谱：在一第二非真空环境 中引导一电子束至所述材料上，在所述第二非真空环境中所述电子束产生第 二散射量；收集从所述材料发射出的第二X射线；及对所述第二X射线进行 频谱分析；比对所述第一及第二特性频谱，并指出数个强度随着散射的增加 而增长的峰值；及通过消除至少一个强度随着散射的增加而增长的峰值，以 便从所述第一及第二特性频谱中的至少一个产生所述材料的一散射补偿特性 频谱。

根据本发明一优选实施例，所述散射补偿特性频谱包含至少一强度随着 散射的增加而减少的峰值。

优选地，所述第一非真空环境包含一第一气体，及所述第二非真空环境 包含一第二气体，所述第二气体具有一电子束散射特性与所述第一气体的一 电子束散射特性不同。另外，所述第一非真空环境中与所述材料具有一第一 电子束移动距离，及所述第二非真空环境中与所述材料具有一第二电子束移 动距离，所述第二电子束移动距离所产生的一电子束散射的量不同于所述第 一电子束移动距离所产生的一电子束散射的量。

根据本发明另一优选实施例，进一步提供一种计算机软件，应用于一以 电子显微镜为主的材料分析系统的操作控制，以在一非真空环境中将一电子 束从一电子显微镜引导至一材料，收集从所述材料发射出的X射线，且在所 述X射线上进行频谱分析，一种使用以电子显微镜为主的系统对存在于非真 空环境的材料进行分析的计算方法，其特征在于：所述计算机软件包含数个 指令，用于操作所述以电子显微镜为主的系统，以便：通过下述步骤产生一 材料的一第一特性频谱：在一第一非真空环境中引导一电子束至所述材料上， 在所述第一非真空环境中所述电子束产生第一散射量；收集从所述材料发射 出的第一X射线；及对所述第一X射线进行频谱分析；接着，通过下述步骤 产生所述材料的一第二特性频谱：在一第二非真空环境中引导一电子束从所 述电子显微镜至所述材料上，其中所述电子束产生第二散射量；从所述材料 收集所发射的第二X射线；及对所述第二X射线进行频谱分析；比对所述第 一及第二特性频谱，并指出数个强度随着散射的增加而增长的峰值；及通过 消除至少一个强度随着散射的增加而增长的峰值，以便从所述第一及第二特 性频谱中的至少一个产生所述材料的一散射补偿特性频谱。

根据本发明一优选实施例，所述散射补偿特性频谱包含至少一强度随着 散射的增加而减少的峰值。

优选地，所述第一非真空环境包含一第一气体，及所述第二非真空环境 包含一第二气体，所述第二气体具有一电子束散射特性与所述第一气体的一 电子束散射特性不同。另外，所述第一非真空环境中与所述材料具有一第一 电子束移动距离，及所述第二非真空环境中与所述材料具有一第二电子束移 动距离，所述第二电子束移动距离所产生的一电子束散射的量不同于所述第 一电子束移动距离所产生的一电子束散射的量。

附图说明

本发明通过以下的详细说明及附图能够更充分理解及认识，其中：

图1是根据本发明一优选实施例的一种对存在于非真空环境的材料进行 分析的系统的结构及操作的示意图。

图2A及2B分别是于存在不同气体的相异第一及第二非真空环境中引导 一电子束至相同样本的同一点上，而产生不同电子束的散射量的X射线的频 谱。

图2C是从图2A及2B得到的X射线散射补偿的频谱，通过消除至少一 个强度随着散射的增加而增长的峰值。

图3A及3B分别是于相异第一及第二非真空环境中引导一电子束至相同 样本的同一点上，其中存在不同电子束的路径长，而产生不同电子束的散射 量的X射线的频谱。

图3C是从图2A及2B得到的X射线散射补偿的频谱，通过消除至少一 个强度随着散射的增加而增长的峰值。

具体实施方式

请参照图1所示，是根据本发明一优选实施例的一种扫描电子显微镜100 的结构及操作。根据本发明一优选实施例中，所述扫描电子显微镜100包含 一传统SEM镜筒102，例如一SEM镜筒所形成的镜筒的部分以SEM 为主，市售的公司为德国，奥伯科亨(Oberkochen)，卡尔蔡司(Carl Zeiss SMT  GmbH)。其具有一束孔104，沿着所述SEM镜筒102的光轴106配置。所述 SEM镜筒102一般保持在真空下。

一真空接口108，一般为真空外壳通过一导管109耦合至一真空泵(未绘 示)的形式，在所述束孔104的所述SEM镜筒102的内部及环境之间的接口 形成一保持真空。束透膜110沿着光轴106被束孔104对准。

所述膜110优选为一模块4104SN-BA膜，市售的公司为美国，宾州，西 切斯特(West Chester)，SPI Supplies。根据本发明的一优选实施例，所述膜110 不接地。要注意的是，所述膜110的厚度为纳米范围，且不按比例示出。

所述膜110一般由膜支撑的装置支撑在所述真空接口108，一般的形式 为一电导体形成在一孔盘，例如不锈钢。膜支撑器112密封地位于一电绝缘 体114下，且通常有孔盘的形式。所述电绝缘体114密封地安装在所述真空 接口108的一内面向底部凸缘部116。

被指定标示的样本120，位于下方且与所述膜110分开，通常为500微 米(microns)的高度距离，并且被定位，使一电子束沿着光轴106被引导而撞 击于其中。所述样本120优选地利用一样本支撑器122支撑。所述样本支撑 器122优选由电导体形成，例如不锈钢或铝，接地或不接地，皆取决于应用。 根据本发明的一优选实施例，样本支撑器122被支撑在一移动样本固定座 126，其提供所述样本支撑器相对于SEM镜筒102向上或向下的移动，如箭 头128所示。可理解的是，所述移动样本固定座126提供所述样本120相对 于SEM镜筒102的多个定位，且在非真空环境提供至样本120的多个电子 束移动距离，而产生不同的电子束散射量。

优选地，一气体，如氦气或氮气，被注入至膜110及样本120之间的空 间，一般通过一供应管道130的装置连接至一气体供应控制器132。所述气 体供应控制器132优选地可操作选择一气体，由一个或以上的多气体输入管 道134注入，每一耦合的管道供应不同的气体(未绘示)。可以理解的是，不 同气体提供不同电子束的散射特性。

一X射线频谱仪150可被操作从所述样本120收集X射线光子152，并 从中产生一X射线频谱，其优选地被用于材料分析，例如存在于样本120中 的元素的定性或定量分析。

根据本发明一优选实施例，扫描电子显微镜100在样本120中对一材料 产生一散射补偿特性频谱，通过比较至少二X射线频谱以消除至少一个强度 随着散射的增加而增长的峰值。

因此，在一第一非真空环境中，对于一材料的一第一特性频谱通过引导 一电子束从扫描电子显微镜100沿着轴106至一材料而产生。其中对于轴106 的所述电子束产生一第一散射量，收集从所述材料发射出的X射线，并对所 述X射线进行频谱分析。在一第二非真空环境中，对于一材料的一第二特性 频谱通过引导一电子束从扫描电子显微镜100沿着轴106至一材料而产生。 其中对于轴106的所述电子束产生一第二散射量，收集从所述材料发射出的 X射线，并对所述X射线进行频谱分析。比较第一及第二频谱，指出数个强 度随着散射的增加而增长的峰值，并通过消除至少一个强度随着散射的增加 而增长的峰值，以便产生所述材料的一散射补偿特性频谱。

可以理解的是，所产生的散射补偿特性频谱可包含至少一强度随着散射 的增加而减少的峰值。

在本发明的一优选实施例中，所述第一及第二非真空环境具有不同的散 射特性，其包含使用气体控制器132而将不同的气体引入所述非真空环境， 其中不同的气体具有不同的散射特性。

在本发明的另一优选实施例中，所述第一及第二非真空环境具有不同散 射特性，其包含使用移动样本固定座126以改变电子束相对于材料的移动距 离，其中不同的移动距离产生不同的电子束的散射量。

在本发明的又一优选实施例中，所述第一及第二非真空环境具有不同散 射特性，其包含使用其他控制器132将不同气体引入所述非真空环境，并使 用移动样本固定座126以改变电子束相对于材料的移动距离。

图2A及2B分别是于存在不同气体的相异第一及第二非真空环境中引导 一电子束至相同样本的同一点上，而产生不同电子束的散射量的X射线的频 谱。图2C是从图2A及2B得到的X射线散射补偿的频谱，通过消除至少一 个强度随着散射的增加而增长的峰值，其中心约1.5千电子伏(kEv)。如图2A 及2B可知，所述X射线频谱也包含中心约1.75千电子伏的峰值，强度随着 散射的增加而减少，如图2C所示，在所述散射补偿的X射线频谱中将无法 消除。

图3A及3B是于相异第一及第二非真空环境中引导一电子束至相同样本 的同一点上，其中存在不同电子束的路径长，而产生不同电子束的散射量的 X射线的频谱。图3C是从图2A及2B得到的X射线散射补偿的频谱，通过 消除至少一个强度随着散射的增加而增长的峰值，其中心约1.5千电子伏 (kEv)。如图3A及3B所示，所述X射线频谱也包含中心约1.75千电子伏的 峰值，强度随着散射的增加而减少，如图3C所示，在所述散射补偿的X射 线频谱中将无法消除。

本领域技术人员可以理解的是，本发明的范围不应受到之前的描述所限 制。相反的，本发明的范围包括上文所描述的特征的各种组合和子组合，以 及前述内容的修改及变化，本领域的技术人员所阅读的前面说明及参照附图 并非现有技术。