用于透射式電子顯微鏡的相位板的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于透射式電子顯微鏡的相位板
[0001]本發(fā)明涉及一種相位板，具體地涉及其針對(duì)透射式電子顯微鏡(TEM)的使用。
[0002]例如當(dāng)觀察有機(jī)物(例如深冷凍樣品)時(shí)可以使用此類(lèi)相位板。在此類(lèi)應(yīng)用中，圖像對(duì)比度可能相當(dāng)小，并且在散射電子射束的相移中可能包含圖像信息的相當(dāng)大的一部分。在借助于散焦而使此相移在圖像中可見(jiàn)的嘗試中，例如分辨率的降低被證明是不利的。
[0003]因此，最近的開(kāi)發(fā)涉及到在樣品下游的TEM的射束軌跡中提供相位板，其使電子射束的一部分經(jīng)受附加相移。因此，例如，非散射電子可在沒(méi)有任何進(jìn)一步相互作用的情況下通過(guò)相位板，例如通過(guò)相位板中的通孔，而散射電子通過(guò)相位板材料并因此而經(jīng)受附加相移。因此可以增加圖像中的對(duì)比度。
[0004]本發(fā)明底層的技術(shù)問(wèn)題是指定用于清潔相位板的特定有利方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，用一種方法來(lái)達(dá)到此目的，其中，用適合于去除包含氧和/或碳的化合物的蝕刻劑來(lái)蝕刻相位板，此蝕刻在第一次在TEM中照射相位板之前發(fā)生，并且此外，在蝕刻之后，針對(duì)TEM中的照射，將相位板保持在其中減少了包含氧和/或碳的化合物部分的氣氛中。
[0006]在此方面，在包含氧的化合物的情況下，“減少”意指至多I X 11Vcm3、優(yōu)選地至多5X 10lcl/cm3、更優(yōu)選地至多IX 11Vcm3的濃度，并且在包含碳的化合物的情況下，至多5X1013/cmM尤選地至多l(xiāng)X1013/cm3、更優(yōu)選地至多5X 1012/cm3的濃度。在技術(shù)上，在包含氧的化合物的情況下，可能下限可以例如為I X 1Vcm3或I X 10 Vcm3,并且在包含碳的化合物的情況下例如為5 X 1uVcm3或5 X 10 n/cm3。
[0007]“包含氧的化合物”還可以例如為包含在環(huán)境空氣中的氧，并且因此指定濃度可以例如與O2分子有關(guān)。因此將術(shù)語(yǔ)“化合物”理解為意指化合物，特別是分子而不是顆粒的數(shù)目(多個(gè)分子例如可以形成灰塵顆粒)。揮發(fā)性有機(jī)烴類(lèi)或硫酸二甲酯是包含碳的化合物的示例。
[0008]這些指定濃度就此而論與在保持氣氛中自由移動(dòng)的分子或自由移動(dòng)化合物中的分子有關(guān)，即不是限制包含自由保持氣氛的體積的元素一一因此，例如，當(dāng)識(shí)別包含碳的分子時(shí)(當(dāng)然)不應(yīng)考慮密封檢驗(yàn)室的密封環(huán)或滲透到檢驗(yàn)室中的有機(jī)樣本。
[0009]在相位板的“蝕刻”中，原則上，應(yīng)去除的不是相位板材料本身，而是例如沉積在表面上的氧化合物或碳。就此而論，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)令人吃驚地，只能通過(guò)在第一照射之前的蝕刻來(lái)實(shí)現(xiàn)令人滿意的結(jié)果。因此，如果蝕刻僅在第一照射(在檢驗(yàn)期間用電子)之后發(fā)生，則根據(jù)當(dāng)前情況，更多雜質(zhì)被沉積且這些明顯難以去除。
[0010]在從屬權(quán)利要求和隨后的描述中將找到附加優(yōu)選實(shí)施例，在使用和方法方面或相應(yīng)設(shè)備的介紹之間未進(jìn)行區(qū)別；要相對(duì)于權(quán)利要求的所有種類(lèi)至少隱含地理解本公開(kāi)。
[0011]在一個(gè)優(yōu)選配置中，保持氣氛是高真空，并且因此壓力為至多10_3毫巴、優(yōu)選地至多10_4毫巴且更優(yōu)選地至多10_5巴。
[0012]一般地，“保持氣氛”是在蝕刻之后存在的氣氛，即在蝕刻過(guò)程結(jié)束之后立即地，特別是在去除蝕刻物質(zhì)(即蝕刻劑)之后，并且其理想地一直存在至當(dāng)在TEM中檢驗(yàn)樣本時(shí)用電子進(jìn)行照射的開(kāi)始。在這方面，保持氣氛因此應(yīng)從蝕刻之后開(kāi)始直至照射為止(且一般地在后者期間也是)不間斷地存在。
[0013]即使保持氣氛因此優(yōu)選地是真空，一般地，還也可以提供相應(yīng)地基本上沒(méi)有包含氧和/或碳的化合物的保護(hù)氣體(例如其因此將必須是超高純的)以用于相位板的保持，“保持氣氛”條件不中斷直至TEM中的照射為止。
[0014]在優(yōu)選配置中，對(duì)相位板進(jìn)行干法蝕刻，一般地例如還用氬氣作為過(guò)程氣體，即機(jī)械顆粒去除。優(yōu)選地，蝕刻至少也是化學(xué)的，即可以提供例如氬氣/氫氣混合物。
[0015]一般地，干法蝕刻還可以在至少兩個(gè)階段中發(fā)生，每個(gè)用不同的過(guò)程氣體或不同的過(guò)程氣體混合比，即例如在第一步驟中，可以提供氧氣作為過(guò)程氣體，并且在第二步驟中可以提供氫氣作為過(guò)程氣體；原則上在這里還可以分別地存在附加過(guò)程氣體(例如氬氣)。
[0016]然而，特別優(yōu)選的是氧氣在單步過(guò)程中是唯一的過(guò)程氣體。
[0017]詳細(xì)地獨(dú)立于過(guò)程氣體，在優(yōu)選配置中，干法蝕刻在TEM中進(jìn)行，并且一般地這不一定意指在檢驗(yàn)室本身中，而是至少部分地在結(jié)構(gòu)上連接到后者，例如還是借助于螺釘連接而可拆卸的。例如，因此可以提供用水閘門(mén)而連接到檢驗(yàn)室的水閘，并且可以在此水閘中對(duì)相位板進(jìn)行干法蝕刻。因此可以例如將相位板(尚未被照射)引入到水閘中，并且然后可以將水閘抽空；在將相位板從水閘出來(lái)移動(dòng)到檢驗(yàn)室中之前，對(duì)其進(jìn)行干法蝕刻，優(yōu)選地在下面詳細(xì)地描述的中間壓力下。然后可以將水閘進(jìn)一步抽空至近似檢驗(yàn)室中的壓力；在打開(kāi)(內(nèi))水閘門(mén)之后，可以將相位板移動(dòng)到檢驗(yàn)室中。
[0018]在這里不一定在水閘本身中設(shè)置干法蝕刻設(shè)備(特別是其一個(gè)或多個(gè)電極或一個(gè)或多個(gè)線圈，而是還可以將其提供為被壓力流體連接到后者的干法蝕刻室，例如用然后在干法蝕刻期間打開(kāi)的閥連接。可以通過(guò)打開(kāi)閥、特別是針形閥來(lái)設(shè)定氣體供應(yīng)和因此的中間壓力，其優(yōu)選地被設(shè)置在干法蝕刻室本身處。
[0019]作為水閘的替換，TEM本身的檢驗(yàn)室內(nèi)的干法蝕刻也可以是優(yōu)選的。在這里將相位板安裝在TEM中，即一般地用環(huán)境空氣將檢驗(yàn)室充滿并打開(kāi)，并且然后設(shè)置在射束路徑中。接下來(lái)一一在用電子進(jìn)行的第一照射之前一一在檢驗(yàn)室中對(duì)相位板進(jìn)行干法蝕刻。就此而論，保持氣氛一般地是檢驗(yàn)室中的高真空。
[0020]在優(yōu)選配置中，打開(kāi)TEM的檢驗(yàn)室，當(dāng)檢驗(yàn)室被充滿時(shí)插入相位板，并且然后再次抽空檢驗(yàn)室，優(yōu)選地達(dá)到中間壓力。在此中間壓力下，然后在檢驗(yàn)室中對(duì)相位板進(jìn)行干法蝕亥IJ。最后，進(jìn)一步將檢驗(yàn)室抽空直至最終壓力，以毫巴為單位來(lái)測(cè)量，其比中間壓力小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，可以有利地將相位板的蝕刻結(jié)合到插入相位板的過(guò)程中。
[0021]即使在本實(shí)施例中在檢驗(yàn)室中對(duì)相位板進(jìn)行蝕刻，但不一定必須將干法蝕刻設(shè)備本身設(shè)置在檢驗(yàn)室中。特別地借助于閥而被壓力流體連接到檢驗(yàn)室的干法蝕刻室是優(yōu)選的。
[0022]一般地，該中間壓力可以例如處于至多5X10_3毫巴、優(yōu)選地至多2.5X10 _3毫巴、更優(yōu)選地至多IX 10_3毫巴以及(獨(dú)立于這些上限)例如至少5X10 _5毫巴、優(yōu)選地至少7.5X 10_5、更優(yōu)選地至少10_4毫巴。最終壓力可以例如為至多5X 10_6毫巴、優(yōu)選地至多10_6毫巴；用于真空的下限由在技術(shù)上在真空中可能的給出。在插入相位板之后，進(jìn)行達(dá)到中間壓力的抽空，特別優(yōu)選地直接地，即在不預(yù)先達(dá)到較低壓力的情況下。
[0023]在優(yōu)選配置中，為了提供過(guò)程氣體，向檢驗(yàn)室供應(yīng)、計(jì)量包含氧氣的氣體，優(yōu)選地環(huán)境空氣，以便設(shè)定至多5 X 10_3毫巴且至少5 X 10_5毫巴的中間壓力(就此而論還應(yīng)公開(kāi)在上文被公開(kāi)為對(duì)于中間壓力而言優(yōu)選的值)。一般地，在這里不直接地向檢驗(yàn)室、而是向其中也設(shè)置了例如一個(gè)或多個(gè)電極和/或一個(gè)或多個(gè)線圈的干法蝕刻室(被壓力流體連接到檢驗(yàn)室)供應(yīng)氣體。一般地，可以例如通過(guò)打開(kāi)閥、特別是針形閥來(lái)供應(yīng)氣體；例如也可以進(jìn)行調(diào)整的“計(jì)量”裝置。例如，進(jìn)一步操作一個(gè)或多個(gè)真空泵，并且通過(guò)相應(yīng)地打開(kāi)閥來(lái)設(shè)定中間壓力。
[0024]一般地，至少0.05 nm/h的蝕刻速率對(duì)于包含氧和/或碳的化合物的蝕刻而言是優(yōu)選的，并且至少0.1 nm/h的速率是更加優(yōu)選的且至少0.15 nm/h的速率是特別優(yōu)選的?？赡艿纳舷蘩缈梢詾橹炼?00 nm/h，在至多400 nm/h>200 nm/h、100 nm/h>50 nm/h、10nm/h、5 nm/h和2.5的序列中越來(lái)越優(yōu)選；一個(gè)人因此然后相當(dāng)緩慢地進(jìn)行蝕刻。
[0025]如上所述，在理想地蝕刻期間，不去除相位板材料，但是在例如用氬氣作為過(guò)程氣體的干法蝕刻的情況下，仍可以發(fā)生一定程度的去除。然而，相對(duì)于相位板材料，蝕刻速率不應(yīng)超過(guò)例如 0.01 nm/h、0.005 nm/h 或 0.001 nm/h。
[0026]一般地，蝕刻可以例如持續(xù)至少I(mǎi)分鐘、優(yōu)選地至少10分鐘、更優(yōu)選地至少15分鐘且至多(獨(dú)立于這些下限)至多24小時(shí)、優(yōu)選地至多6小時(shí)、更優(yōu)選地至多3小時(shí)。
[0027]附加優(yōu)選配置涉及相位板本身的性質(zhì)，并且還應(yīng)明確地將本公開(kāi)理解為涉及具有相應(yīng)相位板的TEM。優(yōu)選地，該相位板具有至少由金屬制成的第一層的第一相位板材料，優(yōu)選地包括鉻，特別優(yōu)選地由鉻制成。第一層可以具有例如至少3nm的厚度，在至少3.5 nm、4 nm、4.5 nm或5 nm的此序列中越來(lái)越優(yōu)選；獨(dú)立于這些下限的上限例如為至多20 nm，在至多18 nm、16 nm、14 nm、12 nm、ll nm或10 nm的序列中越來(lái)越優(yōu)選(垂直于相位板的表面方向獲取“厚度”)。
[0028]在優(yōu)選配置中，相位板具有至少兩個(gè)層(約2、3、4或5個(gè)層)，層中的一個(gè)由硅(優(yōu)選地多晶娃)制成。此層的厚度可以例如為至少3 nm、優(yōu)選地至少4 nm、更優(yōu)選地至少4.5nm以及(獨(dú)立于此