Helios 5 UX DualBeam - двухлучевой СЭМ с плазменным фокусированным ионным пучком

Основные сведения о микроскопе Helios 5 UX DualBeam

Микроскоп Helios 5 UX DualBeam Thermo Scientific™ разработан специально для анализа отказов интегральных схем, прекрасно подходит для подготовки ламелей и трехмерного анализа образцов благодаря выдающимся характеристикам сфокусированного ионного и электронного пучков, эксклюзивного программного обеспечения, беспрецедентных уровней автоматизации и простоты использования.

Микроскоп Helios 5 UX DualBeam Thermo Scientific™ включает в себя инновационную электронную колонну Thermo Scientific™ Elstar™ с сильноточной технологией UC+ для получения изображений со сверхвысоким разрешением и максимальной контрастностью, а также ионную колонну Thermo Scientific ™ Phoenix™, оптимизированную для работы при низких ускоряющих напряжениях и обеспечивающую максимально быструю, простую и точную подготовку образцов.

Дополняют системы микроскопа Helios 5 UX DualBeam Thermo Scientific™ новейшие технологии, дающие возможность последовательно и деликатно осуществлять подготовку ламелей для высокоразрешающей С/ПЭМ, а также получать изображения и выполнять трехмерный анализ самых сложных образцов.

Особенности и преимущества Helios 5 PFIB DualBeam

Подготовка ультратонких образцов высочайшего качества для ПЭМ

В настоящее время специалисты, занимающиеся анализом отказов ИС, постоянно сталкиваются с необходимостью точной оценки характеристик сложных комплексных структур малых геометрических размеров. В системе Helios 5 UX DualBeam были применены последние технические достижения, которые в сочетании с продвинутым и удобным в использовании ПО, позволяют в сжатые сроки и с минимальными усилиями подготовить ультратонкие ламели для исследований средствами высокоразрешающей С/ПЭМ с учетом специфики место-нахождения интересующих объектов в объеме образца. 

Для достижения наилучшего результата и минимизации повреждений ламели требуется финальная полировка её поверхности ионным пучком низкой энергии. Ионная колонна Phoenix Focused Ion Beam (FIB) является наиболее совершенной из разработанных компанией Thermo Scientific, и не только обеспечивает получение изображений с высоким разрешением и эффективное травление при больших ускоряющих напряжениях, но также имеет превосходные показатели производительности при низких ускоряющих напряжениях вплоть до 500 В. Это позволяет создавать ультратонкие ламели для ПЭМ с толщиной аморфного слоя менее нанометра.

Сверхвысокое разрешение изображений при превосходном контрасте

Helios 5 UX DualBeam оснащен источником электронов сверхвысокой яркости с монохроматором UC+ нового поколения, предназначенным для снижения энергетического разброса пучка до значений менее 0,2 эВ при токах до 100 пА. Это обеспечивает субнанометровое разрешение и высокую чувствительность системы при низких энергиях взаимодействия пучка с образцом. 

Основным модулем, отвечающим за формирование изображений с беспрецедентным сверхвысоким разрешением, является инновационная электронная колонна Elstar. Она позволяет изучать нанометровые объекты в широком диапазоне режимов, будь то сканирующая просвечивающая электронная микроскопия (СПЭМ) при 30 кэВ для сбора сведений о структуре образца, или работа при низких ускоряющих напряжениях для получения детальной информации о поверхности образца без артефактов зарядки. 

Благодаря уникальной внутриколонной трехдетекторной системе и наличию иммерсионной магнитной оптики, микроскоп дает возможность выполнять одновременную регистрацию изображений во вторичных и отраженных электронах в режимах углового контраста и фильтрации по энергиям. Быстрый доступ к детальной наноразмерной информации гарантирован не только при стандартном расположении образца, но и при его наклоне или при изучении поперечного сечения. 

Дополнительные детекторы, размещенные под объективной линзой, и система торможения электронного пучка позволяют успешно осуществлять сбор одновременно всех необходимых сигналов и избежать даже незначительных потерь информации об объектах, расположенных на поверхности или сечении образца. 

Быстрые, точные и легко воспроизводимые результаты достигаются благодаря уникальной конструкции колонны Elstar с усовершенствованной автоматической системой калибровки, наличию режима ConstantPower для поддержки стабильной температуры электронной оптики и использованию электростатических линз для повышения точности и скорости сканирования.

Высочайшее качество информации  о строении образца в трехмерном виде

Для более полного понимания структуры и свойств исследуемого образца нередко требуется получить дополнительную информацию о его строении в виде набора сечений или в трехмерном представлении. Система Helios 5 UX DualBeam с дополнительным программным пакетом Thermo Scientific Auto Slice & View обеспечивает полностью автоматизированную регистрацию высококачественных мультимодальных наборов 3D-данных, в том числе изображения с детектора BSE, максимально подчеркивающие различия между материалами,  данные энергодисперсионной спектроскопии (EDS) об элементном составе и картины дифракции отраженных электронов (EBSD), содержащие микроструктурную и кристаллографическую информацию об образце. В сочетании с программным обеспечением Thermo Scientific Avizo™ система дает уникальную возможность определения и анализа характеристик нанометровых объектов в трехмерном виде.

Максимальная эффективность для как для начинающих, так и для опытных пользователей

Благодаря оптимальной производительности, система Helios 5 UX DulaBeam позволяет быстро и просто получать высококачественные, легко повторяемые результаты. В Helios 5 UX DualBeam используются самые новейшие раз-работки Thermo Fisher Scientific, включая совместимый с вакуумным шлюзом QuickLoader™ держатель QuickFlip, повышающий скорость замены образцов, средства под-готовки инвертированных ламелей для ПЭМ, а также комплекс автоматических настроек и большое число раз-личных инструментов оптимизации функционирования системы. 

Программное обеспечение ASV4, средства автоматизированной подготовки и получения изображений поперечных сечений, а также мастер создания ламелей в полуавтоматическом режиме, поддерживающий, в том числе, и процедуры извлечения ламели и присоединения её к держателю, значительно упрощают работу с микроскопом и повышают её эффективность. Интерактивный мастер создания ламелей поможет пользователю изготовить ламель пошагово менее чем за час.

Широкие возможности системы

Функция интеллектуальной настройки системы Smart Alignments обеспечивает оптимальную производительность системы для всех пользователей. Усовершенствованная процедура формировании фигур позволяет выполнять осаждение материалов с превосходным качеством вне зависимости от сложности задачи, а высокий уровень автоматизации делает Helios 5 самым передовым двулучевым микроскопом из когда-либо существовавших. Вдобавок, Helios 5 имеет всестороннюю поддержку специалистов Thermo Fisher по сервисному обслуживанию и экспертному применению.

Технические  характеристики Helios 5 UX DualBeam

Электронная колонна

• Колонна электронного сканирующего микроскопа сверхвысокого разрешения с полевой эмиссией Elstar:
– Иммерсионные магнитные линзы;
– Полевая эмиссионная пушка Шоттки, обеспечивающая высокую стабильность токов пучка в процессе анализа материалов и регистрации изображений с высоким разрешением;
– Монохроматор UC+.
• Полюсный наконечник с телесным углом 60° и защитой от столкновений для беспрепятственного наклона больших образцов;
• Апертуры с автоматическим нагревом и бесконтактной заменой, что исключает возникновение загрязнений;
• Электростатические линзы обеспечивают высокую точность и скорость сканирования;
• Технология Thermo Scientific™ ConstantPower™ для поддержки стабильного температурного режима электростатических линз;
• Интегрированный быстродействующий прерыватель электронного пучка;
• Режим торможения электронного пучка, при котором на столик микроскопа подается напряжение от 0 В до -4 кВ;
• Минимальный срок службы источника: 12 месяцев;

Разрешение электронного пучка

• При оптимальном рабочем расстоянии:
– 0.6 нм при 30 кВ STEM;
– 0.6 нм в диапазоне от 30 кВ до 2 кВ;
– 0.7 нм при 1 кВ;
– 1.0 нм при 500 В.
• В точке пересечения ионного и электронного пучков:
– 0.6 нм при 15 кВ;
– 1.0 нм при 2 кВ;
– 1.2 нм при 1 кВ.

Параметры электронного пучка

• Диапазон токов пучка: 0.8 пА – 100 нА;
• Диапазон ускоряющих напряжений: 350 В – 30 кВ;
• Диапазон энергий в точке падения пучка на образец: 20 эВ – 30 кэВ;
• Максимальная ширина видимого поля по горизонта-ли: 2.3 мм при рабочем расстоянии 4 мм.

Ионная колонна

• Ионная колонна Phoenix с высокой производительностью при больших рабочих токах и низких ускоряющих напряжениях:
– Диапазон токов пучка: 1 пА – 65 нА;
– Ускоряющее напряжение: 500 В – 30 кВ;
– Двухуровневая дифференциальная откачка;
– Коррекция времяпролетным методом;
– 15-позиционный держатель апертур;
– Максимальная ширина видимого поля по горизонтали: 0.7 мм в точке пересечения ионного и электронного пучков;
– Минимальный срок службы источника: 1000 часов.
• Разрешение ионного пучка в точке пересечения ионного и электронного пучков:
– 4.0 нм при 30 кВ с использованием статистического метода;
– 2.5 нм при 30 кВ с использованием метода определения границ;
– 500 нм при 500 В с использованием статистического метода.

Детекторы

• Внутрилинзовый детектор вторичных/отраженных электронов (TLD-SE, TLD-BSE);
• Внутриколонный детектор вторичных/отраженных электронов (ICD);
• Внутриколонный детектор отраженных электронов (MD);
• Детектор вторичных электронов Эверхарта-Торнли (ETD);
• Инфракрасная камера для контроля положения образца и осмотра вакуумной камеры;
• Высокопроизводительный детектор ионов и электронов (ICE) для регистрации вторичных ионов (SI) и электронов (SE);
• Расположенная в вакуумной камере навигационная цифровая камера Nav-Cam;
• Выдвижной низковольтный высококонтрастный сегментный твердотельный детектор отраженных электронов (DBS)*;
• Выдвижной детектор STEM 3+ с сегментами BF / DF /HAADF*;
• Интегрированная система измерения тока пучка.

Предметный столик и образец

• Тип столика: прецизионный, 5-осевой моторизованный, с пьезо-двигателями по осям XYR:
– Диапазон перемещений по XY: 150 мм;
– Диапазон перемещений по Z: 10 мм;
– Вращение: n x 360° (неограниченное);
– Диапазон наклона: от -10° до +60°.
– Повторяемость перемещений по XY: 1 мкм;
– Максимальная высота образца: расстояние 55 мм до точки эвцентрика;
– Максимальный вес образца при наклоне 0°: 500 г (включая держатель);
– Максимальный размер образца: 150 мм с полным вращением (возможно размещение более крупных образцов с ограничением по углу вращения);
– Эвцентричность: компуцентрическое вращение и наклон образца.

Вакуумная система

• Один турбомолекулярный насос со скоростью откачки 210 л/с;
• Один форвакуумный безмасляный насос;
• Четыре ионно-гетерных насоса (всего, для электронной и ионной колонн);
• Вакуум в камере: < 2.6 × 10-6 мбар (после 24 часов откачки);
• Время откачки до рабочего режима: < 5 минут.

Рабочая камера

• Точка пересечения электронного и ионного пучков на аналитическом рабочем расстоянии (СЭМ 4 мм);
• Угол между электронной и ионной колоннами: 52°;
• Количество портов: 21;
• Внутренняя ширина: 379 мм;
• Встроенная система плазменной очистки образцов. Держатели образцов
• Стандартный многофункциональный держатель;
• Держатель в виде тисков для зажима нестандартных, больших или тяжелых образцов на предметном столике*;
• Универсальная платформа UMB для надежной фиксации разнообразных держателей, в том числе плоских столиков, столиков с преднаклоном, и держателей-планок для сеточек ПЭМ*;
• Держатели полупроводниковых пластин и различные нестандартные держатели доступны по запросу*.

Система получения изображений

• Диапазон времени сканирования одного пикселя: 25 нс/пиксель – 25 мс/пиксель;
• Разрешение изображения: до 6144 × 4096 пикселей;
• Тип файла: TIFF (8, 16, 24-битный), BMP, JPEG;
• Вывод на экран одного или четырех изображений с микроскопа одновременно;
• Система SmartSCAN (усреднение или накопление до 256 кадров, интегрирование и усреднение строк, чересстрочное сканирование);
• DCFI (интегрирование кадров с компенсацией смещения).

Управление системой

• 64-битный графический интерфейс на базе Windows® 7, клавиатура, оптическая мышь;
• Вывод на экран одновременно до четырех независимых изображений с различных детекторов. Смешение сигналов в реальном времени с возможностью представления результата в виде цветного изображения;
• Поддержка различных языков: для получения информации о доступных языковых пакетах обратитесь к местному представителю Thermo Fisher;
• Два 24-дюймовых широкоформатных монитора с разрешением 1920 × 1200 пикселей для управления системой и просмотра изображений;
• Работа с основным и вспомогательным компьютерами с помощью одной мыши, клавиатуры и мониторов;
• Джойстик*;
• Многофункциональная панель управления*;
• Возможность дистанционного управления и получения изображений*.

Доступные программные функции

• Концепция графического пользовательского интерфейса “Beam per view” с возможностью одновременного вывода 4-х активных изображений;
• Thermo Scientific SPI™ (работа с FIB и получение SEM-изображений одновременно), iSPI™ (поочередная работа с SEM и FIB), iRTM™ (встроенный монитор контроля процедур травления/осаждения в реальном времени) и режимы иммерсии FIB для наблюдения за процессом обработки в реальном времени и точно-го определения момента прекращения операций с помощью электронной и ионной колонн;
• Поддерживаемые графические шаблоны: буквенно-цифровой текст, прямоугольник, полигон, линия, круг, кольцо, грубое сечение, полированное сечение;
• Прямой импорт BMP-файла или потокового файла для трехмерного травления и осаждения;
• Поддержка рецептов для разных материалов, позволяющих минимизировать время, затрачиваемое на настройку и работу;
• Навигация по ранее выполненному и импортированному изображению образца.

Дополнительное оборудование (опции)

• ГИС (Газовая инжекционная система) – Варианты:
– Single GIS: до 5 шт. для осаждения и травления мате-риалов;
– Thermo Scientific™ MultiChem™: до 5 прекурсоров в одной системе для обеспечения лучшего контроля за процессами осаждения и травления материалов.
• Виды прекурсоров ГИС **:
– Осаждение платины;
– Осаждение вольфрама;
– Осаждение углерода;
– Осаждение диэлектрика II;
– Осаждение золота;
– Ускоренное травление йодом Enhanced Etch™ (запатентован);
– Ускоренное травление диэлектриков с помощью XeF2;
– Процесс Delineation Etch™ (запатентован);
– Селективное травление углерода (запатентовано);
– Резервуары для пользовательских химических составов (должны поддерживаться Thermo Fisher Scientific);
– Различные химические составы доступны по запросу.
• Манипуляторы:
– Система Thermo Scientific™ EasyLift™ NanoManipulator для точных манипуляций с ламелями;
– Другие манипуляторы доступны по запросу.
• Нейтрализатор заряда FIB;
• Аналитическое оборудование: EDS, EBSD, WDS;
• Загрузочный шлюз QuickLoader для быстрой смены образцов без нарушения вакуума в системе;
• Решения для системы DualBeam, обеспечивающие работу с образцами в условиях криогенных температур:
– эксклюзивная система Thermo Scientific™ CryoMAT для исследований при низких температурах;
– оборудование сторонних производителей.
• Кожух для подавления акустических помех;
• Система удаления загрязнений криометодом Thermo Scientific CryoCleaner™

Программые опции

• Мастер подготовки образцов к ПЭМ в полуавтоматическом режиме;
• Продвинутый набор средств автоматизации Thermo Scientific™ iFast™для системы DualBeam;
• Программное обеспечение Thermo Scientific MAPS™ для автоматизированного получения больших изображений из отдельных фрагментов и возможности дальнейшей их корреляции с изображениями, полученными другими способами;
• Программное обеспечение Thermo Scientific™AutoTEM™ для автоматизированной подготовки образцов к ПЭМ;
• Программное обеспечение Thermo Scientific NanoBuilder™: передовое запатентованное решение, в котором файлы САПР (GDSII) используются в целях оптимизации процедуры травления/осаждения сложных наноразмерных структур;
• Программное обеспечение Auto Slice and View – создание в автоматическом режиме серий последовательных сечений, EDS или EBSD-карт для реконструкции структуры и состава образца в трехмерном виде;
• Программное обеспечение Avizo для реконструкции и анализа трехмерного представления образца
• Интерфейс подключения системы навигации компании Synopsis;
• Программное обеспечение архивирования данных по сети Интернет;
• Расширенное программное обеспечение анализа изображений.

Расходные материалы (сокращенный список)

• Источник ионов галлия;
• Источник электронов типа Шоттки;
• Апертурные планки для электронной и ионной колонн;
• Резервуар для ГИС.

Гарантия и обучение

• 1 год гарантии;
• Выбор различных контрактов на сервисное обслуживание;
• Большой выбор программ обучения правильной эксплуатации / применению.

Требования к размещению системы

• Электропитание:
– Напряжение 100–240 В (постоянное);
– Частота 50 или 60 Гц +/- 1%;
– Потребляемая мощность: <3,0 кВА в базовой комплектации.
• Сопротивление заземления: <0,1 Ом:
– Требования к помещению: Температура 20°C ± 3 °C;
– Относительная влажность менее 80%, 20 °C.
• Фоновое переменное магнитное поле:  <75 нТл  асинхронное, <225 нТл синхронное для периода сигнала
> 20 мс (сеть 50 Гц) или >17 мс (сеть 60 Гц);
• Минимальные размеры дверного проема: ширина 0.9 м × высота 2.0 м;
• Вес: консоль колонны 950 кг;
• Осушенный азот для продувки камеры образцов;
• Сжатый воздух 4 - 6 бар, чистый, сухой и безмасляный;
• Чиллер;
• Уровень шума: рекомендуется измерение уровня шума в помещении;
• Кожух для подавления акустических помех поставляется по дополнительному заказу;
• Уровень вибраций: рекомендуется измерение уровня вибраций в помещении;
• Виброизоляционный стол поставляется по дополнительному заказу.

Документация и сопровождение

• Онлайн-справка;
• Поддержка Thermo Scientific™ RAPID™ Service (дистанционная диагностика).

 * Опционально
** Некоторые прекурсоры для ГИС могут быть доступны только для MultiChem или Single GIS