ZEISS Crossbeam

ハイスループットで3D解析とサンプル加工を実現

ZEISS Crossbeam Family

先端材料の開発および設計をさらに容易に

高分解能電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)のイメージングと分析性能を、次世代集束イオンビーム(FIB)の加工能力と組み合わせたZEISS Crossbeam。官公庁の研究機関や研究所など、複数のユーザーが利用する施設で研究開発を行っている方々にも役立ちます。

Crossbeamのモジュラープラットフォームコンセプトを利用して、既存のシステムを必要に応じてアップグレード可能。ミリング、イメージング、あるいは3D解析を実施する上で、CrossbeamによってFIBを使用する作業を高速化できます。

この動画では、ZEISS CrossbeamのTEMラメラ作成ワークフローにてNanoSQUIDSの結晶構造をどのように分析しているかをご紹介しています。（Benedikt Müller, University of Tuebingen, and Claus Burkhardt, NMI Reutlingen）

Gemini光学系を搭載した高分解能SEM

イオンスカルプターFIBカラムならではの新しいFIB加工法を提案。サンプルへのダメージを最低限に抑えつつサンプル加工面のクオリティを最大に高めると同時に、加工処理を高速化することが可能。

TEMサンプルの調製にはイオンスカルプターFIBの低電圧機能を使用。アモルファスダメージを最低限に抑えつつ超薄切片が作成可能。

ZEISS Crossbeam Familyでは、Crossbeam 350の可変プレッシャー機能を活用。

最も厳しい特性評価にはCrossbeam 550が最適。大型サイズのチャンバーを選択することも可能で、さまざまな試料に対応。

Highlights

SEM観察能力が大幅に改善

低加速電圧におけるSEM分解能が最大30%改善

SEM Performance

2D高感度表面画像または3Dトモグラフィーデータの取得には、ZEISS CrossbeamのSEM性能が有用です。

加速電圧が非常に低い場合において、高分解能且つ、高輝度、高いSN比での観察が可能です。

複数の検出器で試料を総合的に評価します。純粋な組成コントラストを、ZEISS独自のInlens EsB検出器で取得できます。

帯電による影響を受けずに、非導電性試料の観察ができます。

Focused Ion Beam Column of ZEISS Crossbeam

ハイスループットFIB加工が実現

インテリジェントFIBミリングストラテジーの導入により、材料加工スピードが最大40%向上

Ion-sculptor FIB

新たなFIB処理法のため、ガリウムFIBカラムイオンスカルプターが搭載されました。

FIBによるダメージを最小限に抑えることにより高品質な試料が得られ、それと同時に実験が迅速になります。

FIB解像度を妥協することなく、最大で100 nA電流を用いて正確で迅速な試料加工ができます。

材料加工においてインテリジェントFIBスキャニングストラテジーの速度と精度が効果的に作用し、実験の速度が従来に比べ最大40%上がります。

EDS Analytics in 3D with ZEISS Crossbeam

FIB-SEM 分析で3D解像度を体験

EDS とEBSD分析を統合した3D解析におけるアドバンテージをご紹介

Expand your Crossbeam

ZEISS CrossbeamとAtlas 5により、迅速で正確なトモグラフィー解析の可能性が広がります。

ZEISS Atlas 5の統合3D解析モジュールで、SEMトモグラフィーの最中にEDSとEBSD解析を実行することが可能です。

FIB-SEMトモグラフィーおいて、優れた等方性ボクセルサイズが3D分解能を実現。また、Inlens EsB検出器を用いて、試料表面深さ3nm未満からの高感度表面、組成コントラスト画像が取得可能になります。

トモグラフィー解析時に加工厚みのモニタリングと画像の最適化を自動で行うことができます。

Array of micropillars, produced with the LaserFIB, field of view 2.1 mm.

Workflows

ZEISS Crossbeam Laser Workflow

How the LaserFIB Workflow Enhances Your in situ Studies

For in situ studies you need to localize ROIs in 3D, ablate material via a targeted preparation and perform 3D imaging and analytics. Add a femtosecond laser to your ZEISS Crossbeam and benefit from ultra-fast sample preparation.

Gain rapid access to deeply buried structures
Prepare extremely large cross-sections up to millimeters in width and depth
Benefit from minimal damage and heat affected zones due to ultrashort laser pulses
Perform laser work in a dedicated chamber to avoid contamination of your FIB-SEM
Find your hidden ROIs by correlation with previously acquired X-ray microscopy datasets

TEM ラメラ調製ワークフロー

高品質かつハイスループット

1. サンプルの関心領域（ROI）への自動ナビゲーション

時間のかかる ROI を探す作業なしでワークフローを開始
エアロックのナビゲーションカメラを利用して、サンプルの位置決めを実施
統合ユーザーインターフェースにより、ROI へのアプローチはストレスなく達成
SEM の広く歪みのない視野のメリットを最大限に活用可能

Lamella of a copper sample ready for lift out

2. 自動サンプル作成（ASP）機能によって、バルクからラメラを作成

シンプルな3ステップのプロセスで作成を開始：ASP
ドリフト補正、デポジション、粗加工および微細加工を含むレシピを設定
FIBカラムのイオン光学系により、ワークフローのスループットが向上
バッチ処理ではレシピを複製し、必要に応じて何度でも繰り返し可能

Part of the TEM lamella preparation workflow in a ZEISS Crossbeam

3. リフトアウト

マイクロマニピュレーターの先端でラメラをピックアップ
バルクからラメラを切り出す
ラメラをリフトアウトし、TEM グリッドに移す

TEM lamella of a silicon sample after final thinning

4. Thinning: TEM ラメラの品質を決定する重要な最終ステップ

薄切のプロセスをライブでモニタリングできるように設計されているので、ラメラを希望の厚さに調整可能
2つのシグナルを同時に検出することにより、一方では（SE検出器）ラメラ厚を判定して再現可能なラメラ厚を実現、他方にて（インレンズ SE検出器）ラメラの表面品質を管理
アモルファスが無視できるほど高品質なサンプル作成

360° View of Crossbeam 550

The Technology Behind ZEISS Crossbeam

SEM Electron Optics

Choose between Two Columns

The FE-SEM column of ZEISS Crossbeams is based on Gemini electron optics as all ZEISS FE-SEMs. Decide on the Gemini VP column of Crossbeam 350 or the Gemini II column of Crossbeam 550.

Field emission SEMs are designed for high resolution imaging. Key to the performance of a field emission SEM is its electron optical column. Gemini technology comes with all ZEISS FE-SEMs and FIB-SEMs: it is tailored for excellent resolution on any sample, especially at low accelerating voltages, for complete and efficient detection, and ease-of-use.

Gemini Optics is Characterized by Three Main Components

The Gemini objective lens design combines electrostatic and magnetic fields to maximize optical performance while reducing field influences at the sample to a minimum. This enables excellent imaging, even on challenging samples such as magnetic materials.
Gemini beam booster technology, an integrated beam deceleration, guarantees small probe sizes and high signal-to-noise ratios.
The Gemini Inlens detection concept ensures efficient signal detection by detecting secondary (SE) and backscattered (BSE) electrons in parallel minimizing time-to-image.

Benefits for Your FIB-SEM Applications

Long-term stability of the SEM alignment and the effortless way it adjusts all system parameters such as probe current and acceleration voltage
Achieve distortion-free, high resolution imaging even over large fields of view with the help of the near magnetic-field free optics
Tilt the specimen without influencing the electron optical performance

ZEISS Crossbeam with Gemini I SEM Column

ZEISS Crossbeam 350: Gemini colum with single condenser, two Inlens detectors and VP capability.

ZEISS Crossbeam with Gemini II SEM Column

ZEISS Crossbeam 550: Gemini II column with double condenser and two Inlens detectors.

Crossbeam 350 with Gemini I VP

Maximum sample flexibility in multi-purpose environments
In situ experiments with outgassing or charging samples
Unique Gemini material contrast with the Inlens EsB detector

Crossbeam 550 with Gemini II

High resolution even at low voltage and high current thanks to the double condenser system
More information in less time with high resolution imaging and fast analytics
Unique topographical and material contrast with simultaneous Inlens SE and EsB imaging

Gemini Novel Optics

Profit from Surface Sensitive Imaging

High resolution imaging at low landing energy is required for beam as a standard. It is essential for:

beam sensitive samples
non-conductive materials
gaining true sample surface information without undesirable background signal from deeper sample layers

The novel Gemini optics are optimized for resolutions at low and very low voltages and for contrast enhancement.
Technological characteristics are the high gun resolution mode and the optional Tandem decel.

The high gun resolution mode results in minimized chromatic aberration thanks to of a reduction of primary energy width by 30%.

ZEISS Crossbeam 550 Objective with Tandem decel

Tandem decel optional sample biasing up to 5 kV further improves the excellent imaging capabilities at low voltages.

Tandem decel, now introduced to ZEISS Crossbeam 350/550, can be used in two different modes:

Tandem decel, a two-step deceleration mode, combines the beam booster technology with a high negative bias voltage that is applied to the sample: the electrons of the primary electron beam are decelerated, thus the landing energy is effectively reduced
Apply a variable negative bias voltage between 50 V and 100 V. One application mode enhances the contrast of your images
Apply a negative bias voltage between 1 kV and 5 kV and improve the low kV resolution of your images

FIB-SEM Technology

Discover a new way of FIB processing

The Ion-sculptor FIB column speeds up your FIB work without compromising machining precision and lets you benefit of its low voltage performance for any sample.

ZEISS Crossbeam 550 with a Gemini II column incl. double condenser and two Inlens detectors and a FIB-column arranged at an inclination angle of 54°.

The ZEISS Crossbeam Family carries the next-generation focused ion beam column, Ion-sculptor, featuring high currents for high throughput and excellent low voltage performance for high sample quality.

Maximize sample quality by using the low voltage capabilities of the Ion-sculptor FIB column
Minimize amorphization of your specimens and get the best results after thinning
Get precise and reproducible results with maximum stability
Accelerate your FIB applications with fast probe current exchanges
Perform high throughput experiments thanks to beam currents of up to 100 nA
Achieve exceptional FIB resolution of less than 3 nm
The Crossbeam family comes with automatic FIB emission recovery for long-term experiment

ZEISS Crossbeam Family

ZEISS Crossbeam FamilyはCrossbeam 350 または 550 がラインナップ。Crossbeam 350 では圧力可変機能を利用できます。また、Crossbeam 550 では、最も要求の厳しい特性評価が可能で、サンプルに合わせて標準サイズかまたは大型サイズのチャンバーを選択することができます。

	ZEISS Crossbeam 350	ZEISS Crossbeam 550
SEM	Gemini I 光学系 VPオプション Tandem decelオプション	Gemini I 光学系 - Tandem decelオプション
Chamber Size and Ports	標準サイズ 18ポート	標準サイズで18ポートまたは大型サイズで22ポート
Stage	x/y 方向の稼働範囲 100mm	x/y 方向の稼働範囲: 標準サイズで 100mm、大型サイズで 153mm
Charge Control	フラッドガン Local Charge Compensation（局所帯電防止機構）圧力可変（VP）モード	フラッドガン Local Charge Compensation（局所帯電防止機構） -
Exemplified Options	Inlens SE/EsB* 同時イメージング用SE/EsB VPSE検出器	InlensSE/EsB* 同時イメージング用SE/EsB 8mm ウェハー用大型エアロック大型チャンバーに 3 種類の空気圧駆動式アクセサリーを同時に装着可能。例えば、STEM、4分割反射電子検出器、およびlocal charge compensation
Advantages	圧力可変モードにより多様なサンプルに対応、広範なin situ実験、SE / EsB* シーケンシャルイメージングが可能	分析およびイメージングのハイスループット化、あらゆる条件で高分解能、InlensSE およびInlens EsB* の同時イメージング可能
		_{* SE = secondary electron（二次電子）、EsB = energy selective backscatter（エネルギー選択反射電子）}

ZEISS Crossbeam 350 standard chamber

ZEISS Crossbeam 550: large chamber

Applications

Images

アルミナスフェア、Crossbeam 550のTandem decelモードにてイメージング

Crossbeam 550 でのミリングストラテジーの比較

Ag-Ni-Cuのマルチレイヤーシステムにおける TEM ラメラ

35 個の TEM ラメラ

スチール中のCrのSTEM画像および EDS 元素マップ

シリコン（<110>オリエンテーション）、FIBラメラのSTEM画像

Nanopatterning

ナノ流体チャンネル、マスタースタンプ

ナノ流体チャンネル、蛇行状のチャンネル

ナノ流体チャンネル、漏斗の形状をしたインレットおよびアウトレット

LaserFIB

Deep laser cut in electronics sample to gain access to buried ROI in 860 µm depth.

200 µm wide cross section in a ceramic sample with 200 µm clearance on each side cut by fs-laser in less than 30 s.

Surface detail of a cross section in a metal alloy sample depicting the quality of the cut after polishing only with the laser.

Videos

シリコンをスパイラル形状にFIBミリングするライブイメージング。Inlens検出器を用いて SEM でイメージング

固体酸化物燃料電池（SOFC）の 3D トモグラフィー。SOFC のアノードは耐熱性複合材料：Ni-SDC（ニッケルサマリアドープドセリア）

Investigation of a lead free solder containing Cu and Ag particles in an Sn matrix

1.8kVで取得したSEM画像のトモグラフィーデータ。提供：M. Cantoni, EPFL Lausanne, Switzerland

元素マッピング：EDS マップは、6kVで取得、Atlas 5 Analytics を使用。提供： M. Cantoni, EPFL Lausanne, Switzerland

FIB-Tomography in Life Sciences

細胞生物学-藻類。ガラス化した円石藻類エミリアニア・ハクスレイ、Cryo-FIB-SEM の連続画像から3D再構築。未成熟なココリス（円石：黄）、発生時の状態のココリス（青）、および脂肪体（赤）を示す。提供：L. Bertinetti, Max-Planck Institute of Colloids and Interfaces, Potsdam, DE and A. Scheffel, Max-Planck Institute Plant Physiology, Potsdam, DE

神経科学 - 脳切片。ZEISS Atlas 5 の 3D モジュールを用いた、脳切片の大容量ミリングおよびイメージング。大電流によって最大幅 150 µm におよぶ広視野の高速ミリングおよびイメージングが可能。この脳の画像は視野幅 75µm、20nA のビーム電流でミリング。提供：C. Genoud, FMI Basel, CH

Accessories

Dragonfly

ビジュアライゼーションおよび解析ソフトウェア

ZEISS 推奨 Object Research Systems (ORS) 社の Dragonfly Pro
X線、FIBｰSEM、SEM、ヘリウムイオン顕微鏡など、様々なテクノロジーで取得された3Dデータの高度な解析とビジュアライゼーションのソフトウェアソリューションです。
Visual SI Advanced の後継となる Dragonfly Pro は、高品質なビジュアライゼーション技術と業界をリードするグラフィックスを提供します。Dragonfly Pro は使い易い Python スクリプトによってカスタマイズ可能です。 3Dデータ処理とワークフローをトータルでコントロールできるようになります。

ToF-SIMSによりハイスループットの3D分析が可能に

ToF-SIMS （飛行時間型二次イオン質量分析）をCrossbeam 350 または Crossbeam 550に追加すると、微量元素、軽元素（リチウムなど）、同位体元素を分析できます。高感度で包括的な3D分できが可能です。元素マッピング、深さプロファイリング、ppm レベルの原子および分子イオンの同時検出が可能です。横方向で 35 nm、深さ方向で 20 nm の分解能を達成します。