ZEISS Crossbeam

3D分析と試料作製を高いスループットで実現するFIB-SEM

ZEISS Crossbeam

3D分析と試料作製を高いスループットで実現するFIB-SEM

イメージングと分析性能を兼ね備えた高分解能電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）に、次世代集束イオンビーム（FIB）の処理能力を統合。複数のユーザーがいる施設や、学術・産業研究所での研究開発に適しています。Crossbeamのモジュラープラットフォームなら、大量の材料アブレーションにLaserFIBを使用するなど、増大するニーズに合わせて既存システムをアップグレードできます。Crossbeamは、ミリング、イメージングや3D分析においてFIBアプリケーションをスピードアップします。

お問い合わせ

SEMで最大限のイメージングを獲得
FIB試料のスループットを向上
FIB-SEM分析で最高レベルの3D分解能を実現

ZEISS CrossbeamにおけるTEMラメラ作製のワークフロー。Benedikt Müller（University of Tuebingen）およびClaus Burkhardt（NMI Reutlingen）がナノSQUIDの結晶構造観察に使用。

特長

GEMINI光学系搭載のZEISS Crossbeam。

SEMで可能な限りの情報を獲得

ZEISS GEMINI電子光学機器のタンデムデセル機能により、低加速電圧でSEM分解能が最大30%向上
GEMINI電子光学機器を使って高分解能SEM画像から試料の正確な情報を抽出
2Dの表面高感度画像や3DトモグラフィーでZEISS Crossbeamの優れたSEM性能を発揮
加速電圧が低くても高い分解能、コントラスト、SN比を実現
さまざまな検出器を用いて試料の包括的な特性評価が可能。独自のInlens EsB検出器により純粋な材料コントラストが得られる
帯電アーチファクトに邪魔されることなく非導電性の試料を観察可能

FIB試料のスループット向上

インテリジェントなFIBスキャンで材料をより早く正確に除去し、最大で実験時間を40%短縮
イオンスカルプターFIBカラムが新たなFIB処理の方法を実現。試料へのダメージを最小限に抑え、試料の質を最大限高めると同時に実験を高速化
FIB分解能を損なうことなく、最大100 nAの電流を用いて試料を正確かつ迅速に操作可能
TEM試料調製には、イオンスカルプターFIBの低加速電圧機能を使用。アモルファス化による試料のダメージを最小限に抑えつつ、極薄試料を作製可能

ZEISS Crossbeamの集束イオンビームカラム、ZEISS Ion-sculptor。

はんだの3Dトモグラフィー。本画像はイメージングとEDS分析を組み合わせたマルチモーダルなワークフローの一部。

FIB-SEM分析で最高レベルの3D分解能を実現

EDSとEBSDの測定で3D分析のメリットを活用可能
ミリング、イメージングや3D分析において、CrossbeamがFIBアプリケーションをスピードアップ
業界をリードする高速かつ正確なトモグラフィーを提供するZEISS Atlas 5パッケージで、お手持ちのCrossbeamの性能を拡張
ZEISS Atlas 5の統合3D分析モジュールにより、トモグラフィーの最中にEDSやEBSD分析が可能
業界屈指の等方性ボクセルサイズと優れた3D分解能により、FIB-SEMトモグラフィーで独自の知見を獲得。Inlens EsB検出器は、深さ3nm未満の情報で、表面感度と材料コントラストの高い画像を取得可能
ミリングしながら連続セクショニング画像を収集し、時間を節約。追跡可能なボクセルサイズと画質制御のための自動ルーチンにより正確性と一貫性が得られる

Crossbeamファミリー

Crossbeam 350

可変圧力モードを使って、低真空運転と、アウトガスや帯電試料の in situ実験が行えます。独自のGEMINI電子光学テクノロジーとイオンスカルプターFIBが、高品質イメージングとハイスループットを可能にします。

Crossbeam 550

きわめて困難な特性評価にも対応し、試料に合わせて標準または大型のチャンバーを選択できます。GEMINI 2電子光学系は、低加速電圧や大電流でも高い分解能を実現します。迅速な分析に必要とされる、高ビーム電流での高分解能イメージングに適しています。

Crossbeam laser

大型材料のアブレーションや大型試料の作製のための装置です。エアロックに搭載されたフェムト秒レーザーがin situ研究をサポートし、チャンバー汚染を防止します。Crossbeam 350もしくは550として設定可能。深部にある内部組織に素早くアクセスし、原子プローブ試料など、きわめて要件の厳しい構造の試料を作製できます。

相関クライオ顕微鏡ワークフロー

極低温条件下のTEMラメラの作製や大量イメージングのためのソリューションで、生理的環境に近い状態のイメージングが可能です。光学顕微鏡やレーザー顕微鏡およびCrossbeamと相関が可能。同時に、多用途なFIB-SEMの柔軟性のメリットもあります。

レーザーFIBで生成したマイクロピラー配列。視野：2.1 mm。

ZEISS Crossbeam Laserワークフロー

レーザーFIBワークフローで高分解能のイメージングと分析を強化

深部にある関心領域に素早くアクセスし、マルチスケールで相関ワークフローを実行。大量分析でより正確なサンプルの特徴を取得し、3Dイメージングや分析を実施できます。お手持ちのZEISS Crossbeamにフェムト秒レーザーを追加すれば、特定部位から超高速に試料を作製できます。

電子部品の試料にレーザーFIBワークフローを使用する様子を示したアニメーションです。この相関実験では、XRMによって非破壊的に不良が検出されました。その後フェムト秒レーザーでROIを露出し、FIBビームで研磨してからSEM分析を行いました。

深部にある内部構造に素早くアクセス
幅および深さがミリメートル単位の極めて大きな断面の作製
制御された真空環境でフェムト秒レーザーパルスを使用するため、ダメージと熱影響を最小限に抑える
レーザー作業を専用チャンバー内で行うことで、FIB-SEMのメインチャンバーと検出器を汚染から保護
過去に取得した3D X線顕微鏡のデータや、他の外部データとの相関関係から、深部にある関心領域（ROI）を探す

1. レーザーアブレーションのためのセットアップ手順を行う

試料をホルダーに載せ、FIB-SEMのメインチャンバーに移します
3D X線データや2D光学顕微鏡画像などをZEISS相関ワークスペースにインポートし、重ね合わせと位置合わせを行います
関心領域を見つけ、リファレンス画像を取得します

2. SEMおよびレーザーの座標を登録する

SEMの4点のアライメントマークをスキャンし、試料とSEMの座標を決定します
試料を統合されたフェムト秒レーザーチャンバーに移します
フェムト秒レーザーの絵展の試料ホルダーのアライメントマークをスキャンし、試料とレーザーの座標を決定します。
SEMとレーザーの座標の位置合わせはこれで完了です

SEMの上からの図

SEMの断面図

3. 大面積材料アブレーションを実行する

レーザー加工位置を描画します
目的位置を露出させます
加工位置精度は最大2μmで、大面積を素早く加工できます

FIB研磨したSEMの断面図

断面。不良を示している細部

4. 試料をFIB-SEMのメインチャンバーに移し、FIB-SEM作業を続ける

微細構造の細部はすでに観察可能です
必要に応じて高分解能イメージングのためにFIB研磨を実行します
新規のワークフローでTEMおよび原子プローブ試料を作製します
即時のSEMフィードバックによりレーザーレシピを迅速に最適化します

TEMラメラ作製用ワークフロー

高スループット・高品質

関心領域にナビゲート。

関心領域にナビゲート

TEMラメラの作製は、ほとんどのFIB-SEMユーザーにとって欠かせない作業です。ZEISSは、特定位置で作製するための自動ワークフローを提供し、これによって得られるラメラは、高分解能TEMおよびSTEMイメージング、原子分解能での分析に最適です。試料のROIに移動し、バルク試料からROIを含むTEMラメラを抽出してから、バルクミリングやトレンチングを行って、ピックアップと必要に応じて薄片化を行います。

1. 検体の関心領域への自動ナビゲーション

ワークフローを開始します。時間のかかる関心領域探索の手順はありません
エアロックのナビゲーションカメラを用いて検体の位置を特定します
統合ユーザーインターフェースにより関心領域に容易にナビゲートします
SEMのひずみのない広視野を活用できます

2. 自動試料作製（ASP）によるバルク試料のラメラ作製

簡単な3段階の工程で作製を開始します：ASP
ドリフト補正、デポジッション、ならびに粗加工および仕上げ加工などのレシピを定義します
FIBカラムのイオン光学系がハイスループットのワークフローを可能にします
バッチの前処理を開始するためにレシピを複製し、必要なだけ繰り返すことができます

3. ピックアップ

マイクロマニピュレーターの先端にラメラを付けます
ラメラをバルクから切り出します
その後、ラメラがピックアップ可能な状態となり、TEMグリッドに移すことができます

4. 薄片化：最終ステップは、TEMラメラの品質を決定するため非常に重要

本装置は、薄片化のライブモニタリングで希望の厚さにできるように設計されています。
2つの検出器シグナルを同時に使用してラメラの厚さを判断し、一方の検出器（SE検出器）で再現性のある最終の厚さを得て、もう一方の検出器（Inlens SE検出器）で表面品質を制御します。
アモルファス化を最小にして、高品質の試料を作製

極低温条件下でのTEMラメラ作製およびボリュームイメージング

ZEISSクライオアクセサリーキットの構成部品

極低温顕微鏡法では、生理的環境下に近い状態での細胞構造の観察が可能です。しかしながらユーザーは、試料作製、非ガラス化、氷晶形成、試料ロス、または複数のイメージング手法の相関といった複雑な課題に直面することになります。ZEISS相関クライオ顕微鏡ワークフローは、広視野顕微鏡、レーザー走査型顕微鏡、集束イオンビーム走査電子顕微鏡をシームレスに組み合わせ、使いやすい手順にしました。ハードウェアもソフトウェアも、蛍光高分子の位置確認から高コントラストのクライオ電子線トモグラフィーイメージングおよびオングリッドラメラ薄片化まで、相関クライオ顕微鏡ワークフローのニーズに合わせて最適化されています。

生理的環境に近い状態をイメージング

マルチモーダルなイメージング手法を統合したシームレスな極低温ワークフロー
霜による汚染や氷晶形成から試料を保護
高分解能蛍光イメージング
高コントラストボリュームイメージングと3D再構成
極低温TEMアプリケーション向けのオングリッドラメラ薄片化
極低温から室温までのアプリケーションに幅広く対応

シンプルなワークフローで研究に集中

ZEISS相関クライオ顕微鏡ワークフローは、クライオ状態にあるさまざまなイメージング手法の組み合わせを簡単に操作できます。このワークフローソリューションは、光学顕微鏡法と電子顕微鏡法を組み合わせ、ボリュームイメージングおよび効率的なTEMラメラ作製を可能にします。専用アクセサリがワークフローを簡素化し、顕微鏡間で低温試料を安全かつ簡単に搬送できます。ZEN Connectにより全ワークフローのデータ管理が保証され、データがコンテキスト内に保存されます。さらに、多様な処理ツールを使用することで、イメージング結果の処理を行うことができます。

二重標識された酵母細胞(CNM67-tdTomatoおよびNUP-GFP)

最高のデータ品質を提供する優れた構成部品

クライオに適合した対物レンズと高感度なAiryscan検出器を搭載したZEISS LSMシステムは、低ダメージの照射と一定の低温で試料のガラス化を防ぎながら、タンパク質や細胞構造を高分解能で検出することができます。さらに、ZEISS Crossbeam FIB-SEMは、試料の重金属染色を必要とせず、高コントラストな3Dイメージングを実現します。この2つのモダリティにより、その後TEM研究を行うかどうかに関わらず、細胞の超微細構造の包括的理解を可能にする有益な機能情報と構造的情報を得ることができます。

イメージング施設の生産性を維持する多目的ソリューション

本ワークフローで使用されるZEISS顕微鏡は、他のソリューションと異なり、クライオ顕微鏡法のみならず、室温アプリケーションでも使用できます。これは、顕微鏡が超低温実験で十分に活用されていない場合に特に有益となります。装置の超低温から室温使用への切り替えは簡単で、専門知識は必要ありません。この使用温度の柔軟さによって、実験により多くの時間を費やすことができます。さらに、使いやすいだけでなく、投資額をすぐに回収できるため、イメージング施設に多くのメリットをもたらします。

ZEISS Crossbeamのバックグラウンドテクノロジー

SEM電子光学系

2基のカラムから選択

ZEISS CrossbeamのFE-SEMカラムは、すべてのZEISS FE-SEMと同様にGEMINI電子光学系に基づいています。Crossbeam 350のGEMINI VPカラムにするかCrossbeam 550のGEMINI IIカラムにするかを決めることができます。

電界放出型SEMは、高分解能イメージング用に設計されています。電界放出型SEMの主な性能は、その電子光学系カラムであり、 GEMINI技術は、すべてのZEISSのFE-SEMおよびFIB-SEMに搭載されています。いかなる試料でも優れた分解能を発揮するようになっており、特に、低加速電圧で完全かつ効率的に検出するために、そして使いやすいように調節されています。

GEMINI光学系を特徴付ける3つの主要素

GEMINI対物レンズの設計は、静電場と磁場を組み合わせることで、試料に与える磁場の影響を最小限に抑えながら、光学性能を最大限に高めます。これにより、磁性材料のように難しい試料であっても優れたイメージングが可能となります。
また、一体型ビーム減速機能を有するGEMINIビームブースターテクノロジーが、小さなプローブサイズと高いSN比を保証します。
GEMINIのInlens検出コンセプトは、二次電子（SE）と反射電子（BSE）を同時に検出することで、画像取得の時間を最小限にし、効率的かつ確実にシグナルを検出します。

FIB-SEMアプリケーションにおけるメリット

長時間安定するSEMのビームアライメントや、プローブ電流や加速電圧等あらゆるシステムパラメータを簡単に調整可能
ほとんど磁場影響のない光学系のおかげで、広視野でもひずみのない高分解能イメージングを実現
電子光学性能に影響を及ぼすことなく、検体を傾けることが可能

ZEISS Crossbeam 350：シングルコンデンサーと2つのInlens検出器、VP機能を搭載したGEMINIカラム。

ZEISS Crossbeam 550：ダブルコンデンサーと2つのInlens検出器を装備したGEMINI II カラム。

GEMINI I VP搭載Crossbeam 350

多様な試料や環境に柔軟に対応
ガスを放出する試料や帯電しやすい試料のin situ実験
Inlens EsB検出器を用いた独自のGEMINI材料コントラスト

GEMINI II搭載Crossbeam 550

ダブルコンデンサーシステムにより低加速電圧や大電流でも高分解能を実現
高分解能イメージングと高速分析で、少ない時間でより多くの情報を取得
Inlens SEとEsBイメージングを同時に用いて独自のトポグラフィーと材料コントラストを取得

GEMINIの新たな光学系

高感度な表面イメージングの活用

低加速電圧での高分解能イメージングは、標準規格としてビームに必要とされており、以下の用途で不可欠となっています。

ビーム感受性の高い試料
非導電性材料
試料の深い位置からの不要なバックグラウンド信号を避け、純粋な試料表面の情報を取得する

新たなGEMINI光学系は、低加速電圧および極低加速電圧での解像度とコントラスト強調のために最適化されています。
技術特性としては、高分解能ガンモードおよびオプションのTandem decelがあります。

高分解能ガンモードにより、1次エネルギー幅は30%まで減少し、色収差を最小限に抑えられます。

オプションのTandem decelを使った最大5 kVのサンプルバイアスでは、低加速電圧で優れたイメージング能力がさらに向上します。

ZEISS Crossbeam 350/550に導入されたTandem decelは、2つの異なるモードで使用できます。

2段階の減速モードであるTandem decelは、ビームブースターテクノロジーと試料に印加される高い負のバイアス電圧を組み合わせています。1次電子ビームの電子が減速し、それによりランディングエネルギーが効果的に減速します。
50V～100Vの負の可変バイアス電圧を印加します。1つのアプリケーションモードにより、画像のコントラストを強調できます。
1 kV～5 kVの負のバイアス電圧を印加し、低加速電圧の画像分解能を向上させることができます。

FIB-SEMテクノロジー

新しいFIB加工法

イオンスカルプターFIBカラムは、機械加工の精度を損なうことなくFIB作業をスピードアップさせ、いかなる試料でもその低電圧性能を活用できます。

ダブルコンデンサーと2つのInlens検出器を装備したGEMINI IIカラムおよび傾斜角54°に調整されたFIBカラム搭載ZEISS Crossbeam 550。

ZEISS Crossbeamファミリーには、ハイスループットのための大電流と試料の高品質確保のための優れた低電圧の機能を備えたイオンスカルプター次世代集束イオンビームカラムが搭載されています。

イオンスカルプターFIBカラムの低電圧機能を使用して、試料の品質を最大限向上
検体のアモルファス化を最小限に抑え、薄片化後に優れた結果を取得
安定性に優れた精密で再現可能な結果を取得
高速のプローブ電流交換でFIBアプリケーションを高速化
最大100 nAのビーム電流によるハイスループット加工
3 nm未満の優れたFIB分解能を実現
Crossbeamファミリーには、長時間実験用の自動FIBエミッション回復機能が装備されています。

アプリケーション

材料科学

ナノ材料
シリコンのFIB螺旋加工のライブイメージング。Inlens検出器を使用してSEMでイメージング。

A)

B)

エネルギー材料
リチウムイオン電池の例。製品の主要な機能の断面 & 3Dトモグラフィーおよび3D分析。リチウムイオン電池のLiMn2O4カソード材。断面をクローズアップすると、Inlens SE画像で表面情報が確認できます ^A)。EDSマップからランタン（赤色）とマンガン（緑色）の分布が分かります ^B）。

エンジニアリング材料
フェムト秒レーザーによる半円形の銅グリッド上のHバー法ラメラ作製。左のラメラは幅400 µm、奥行215 µmで、上端の厚さは約20 µm。レーザーを使用して、34秒でカット。仕上げの薄片化のためFIBによる除去を要する材料の量は、極めて少なくなっています。

エンジニアリング材料
主要機能のフェムト秒レーザーによる機械加工：ハイエントロピー合金に全自動で加工した、圧縮試験用ピラー配列。

電子機器および半導体

電子機器
深さ860 µmにある内部の関心領域にアクセスするため、深くレーザー切断を行った電子機器試料。

3D-NAND – FIB-SEMトモグラフィー
市販の3D NAND試料から取得したFIB-SEMトモグラフィーデータセット。試料は開梱し、最上部のワード線まで機械的に研磨。ZEISS Atlas 3Dを用いてZEISS Crossbeam 550でデータを取得しました。ボクセルサイズ：4 x 4 x 4 nm³。
左：ボリューム全体（2 x 4 x 1.5 µm³）の3Dレンダリング
中央：サイズ2 x 1.5 x 0.7 µm³の仮想サブボリューム。上側デッキから下側デッキへの転移領域のデータセットから抽出。
右：ボリュームから切り出した1枚の水平方向の切片。ワード線の上からの図を示しています。

パワーエレクトロニクス – 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）デバイスの分析。本分析はすべてZEISS Crossbeam 550で行いました。
まず、ゲート電極のFIB断面を切断し、不規則に分布した黒い物体を露出させます（上）。
次に、断面の左側からラメラを作製し、SEMの30 kV STEMでイメージングしました。この明視野STEM画像から、この物体は結晶性沈殿物であることが分かります（下）。
ラメラのEDS元素マッピングでは、この沈殿物がシリコンであることが示されました（右）。

CrossbeamレーザーFIB-SEMは、760 µmの深さにあるCuピラーマイクロパンプの高品質断面を高速で取得し、1時間以内で結果が得られます。

3Dスタックドダイインターコネクト
Crossbeamレーザーは、760 µmの深さに埋没したCuピラーマイクロバンプの高品質な断面を高速で取得し、結果を得るまで<1時間未満を実現します。
左：レーザーアブレーションとFIB研磨によるマイクロバンプイメージングのために作製した3D集積回路（IC）のフリップチップ。
右：反射電子で取得した直径25 µmのマイクロバンプ画像。

生命科学

細胞生物学 – HeLa細胞
単一細胞内のさまざまな細胞コンパートメントの観察。
個々のHeLa細胞を培養皿で増殖させ、化学的に固定し、
EPONに樹脂を埋め込みました。ボクセルサイズ5 x 5 x 8 nm
、 Inlens EsB検出、1400スライス。ORS Dragonfly Proによる
3Dビジュアライゼーション。ご提供：A. Steyer and Y. Schwab, EMBL,
Heidelberg, DE.

発生生物学 – C. elegans
最高の分解能と信頼性の備わった3Dで、その生物全体の形態を理解できます。データセットは、ピクセルサイズ5 x 5 x 8 nmの10.080 zセクションから成るC.elegansの大容量3Dボリュームを示しています。線虫を高圧凍結し、EPONで凍結置換しました。虫内の最小構造も非常に簡単に特定できます。
ご提供：A. Steyer and Y. Schwab, EMBL Heidelberg, DE; and S. Markert and C. Stigloher, University of Wuerzburg, 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とイメージング。大電流により、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。脳画像は
視野幅75 µm、
20 nAのビーム電流でミリング。ご提供：C. Genoud,
FMI Basel, CH.

微生物学 - トリパノソーマ
寄生虫ブルーストリパノソーマの超微細構造の観察。
細胞を高圧凍結し、EPONで凍結置換しました。z面で約8 µmの厚さに相当する800 zセクションの取得。x/yのピクセルサイズは5 nm。試料ご提供：S. Vaughan, Oxford Brookes University, Research Group ’Cell biology of Trypanosomes’, UK.

アクセサリー

リチウムイオン電池

ビジュアライゼーションおよび解析ソフトウェア

ZEISSはObject Research Systems（ORS）のDragonfly Proを推奨しています。
X線、FIB-SEM、SEMおよびヘリウムイオン顕微鏡などさまざまな技術で取得した3Dデータのための高度な解析および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。

ZEISSでしか入手できないORS Dragonfly Proは、大型3Dグレースケールデータを可視化・分析するための、直感的かつ総合的でカスタム可能なツールキットです。Dragonfly Proにより、3Dデータのメディアファイルのナビゲーション、注釈付け、作成が可能で、動画作成もできます。画像処理、セグメンテーションおよび試料解析を行い、結果を定量化します。

詳しく見る

SIMSの動作原理

ToF-SIMS導入によりハイスループットな3D分析を実現

ToF-SIMS（飛行時間型2次イオン質量分析）をCrossbeam 350またはCrossbeam 550に追加することで、微量元素、軽元素（例：リチウム）および同位元素の分析が可能です。高感度で包括的な3D分析を活用しましょう。元素マッピングおよび深さプロファイリングを実行できます。ppmレベルの原子および分子イオンの同時検出が可能で、横方向で35 nm、深さ方向で20 nmを上回る優れた分解能を実現します。事後に関心領域から信号を取得します。