CN108538693B - 带电粒子显微镜的像差测量 - Google Patents

带电粒子显微镜的像差测量 Download PDF

Info

Publication number
CN108538693B
CN108538693B CN201810174345.7A CN201810174345A CN108538693B CN 108538693 B CN108538693 B CN 108538693B CN 201810174345 A CN201810174345 A CN 201810174345A CN 108538693 B CN108538693 B CN 108538693B
Authority
CN
China
Prior art keywords
source
sample
illuminator
lens
sub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810174345.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108538693A (zh
Inventor
A·亨斯特拉
P·C·蒂默杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FEI Co
Original Assignee
FEI Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FEI Co filed Critical FEI Co
Publication of CN108538693A publication Critical patent/CN108538693A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108538693B publication Critical patent/CN108538693B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/261—Details
    • H01J37/265—Controlling the tube; circuit arrangements adapted to a particular application not otherwise provided, e.g. bright-field-dark-field illumination
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/153—Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H01J37/1472—Deflecting along given lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/153—Correcting image defects, e.g. stigmators
    • H01J2237/1534—Aberrations

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

一种操作带电粒子显微镜的方法，包括以下步骤：‑在样品夹上设置样品；‑使用源来产生带电粒子束；‑将所述光束通过照明器，照明器包括：源透镜，其具有相关的粒子光轴；聚光镜光圈，其设置在源透镜和样品之间并且被配置为限定所述光束在样品上的覆盖区；‑采用从照明器出射的光束照射样品；‑使用探测器检测响应于所述照射而从样品发出的辐射，并且产生相关的图像；尤其包括如下步骤：‑从所述源中选择一组发射角；‑对于所述组中的每个发射角，选择以该发射角从源发射的对应子光束，并且存储由该子光束形成的测试图像，从而收集对应于该组发射角的一组测试图像；‑分析该组测试图像以评估在所述聚光镜光圈之前生成的照明器像差。

Description

带电粒子显微镜的像差测量
技术领域
本发明涉及一种操作带电粒子显微镜的方法，包括以下步骤：
-在样品夹上提供样品；
-使用源来产生带电粒子束；
-将所述光束通过照明器，其包括：
源透镜，具有相关的粒子光轴；
聚光镜光圈，其设置在源透镜和样品之间并且被配置为限定所述光束在样品上的覆盖区(footprint)；
-采用从所述照明器发射的光束照射样品；
-使用探测器检测从样品发出的辐射以响应所述照射，并且产生相关的图像。
本发明还涉及一种可以实施这种方法的带电粒子显微镜。
背景技术
带电粒子显微镜是众所周知且日益重要的用于使微观物体成像的技术，特别是以电子显微镜的形式。历史上，电子显微镜的基本属性已经演变成众多已知的设备种类，例如透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)，并且还演变成各种子类，例如所谓的“双束”工具(例如，FIB-SEM双束显微镜)，其另外使用“加工”聚焦离子束(FIB)，允许诸如离子束铣或离子束诱导沉积(IBID)的辅助性活动。更具体地：
-在SEM中，通过扫描电子束照射样品以二次电子、背散射电子、X射线和阴极发光(红外、可视和/或紫外光子)的形式沉淀出样品散发的“辅助”辐射，然后检测该散发辐射的一个或多个分量，并用于图像积累目的。
-在TEM中，用于照射样品的电子束被选用为具有足够高的能量以穿透样品(为此，该样品一般比SEM样品更薄)；然后从样品散发的透射电子可以用于产生图像。当该TEM在扫描模式下操作时(从而变成STEM)，所述图像将在照射电子束的扫描运动期间累积。
有关这里阐述的一些主题的更多信息可以从以下***链接中收集：
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_transmission_electron_ microscopy
作为使用电子为照射光束的替代方案，带电粒子显微镜还可以使用其他带电粒子样品。在这方面，例如，术语“带电粒子”应被广义地解释为包括电子、正离子(例如Ga或He离子)、负离子、质子和正电子。关于基于非电子的带电粒子显微镜，例如可以从以下参考文献中收集一些其他信息：
https://en.wikipedia.org/wiki/Focused_ion_beam
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope
-W.H.Escovitz,T.R.Fox and R.Levi-Setti，Scanning Transmission IonMicroscope with a Field Ion Source，Proc.Nat.Acad.Sci.USA 72(5),pp.1826-1828(1975)。
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22472444
应该注意的是，除了成像和进行(局部)表面修整(例如铣削、蚀刻、沉积等)，带电粒子显微镜还具有其他功能，例如执行光谱学、检查衍射图样等等。
就一切情况而论，带电粒子显微镜(CPM)将包括至少如下元件：
-粒子源，例如肖特基(Schottky)电子源或离子源。
-照明器，其用于操作来自光源的“原始”辐射光束，并对其进行某些操作，如聚焦、减轻像差、裁剪(用光阑)、滤波等。照明器通常包括一个或多个(带电粒子)棱镜，并且还包括其他类型的(粒子)光学元件。必要时，照明器可以设置有偏转器***，其可以被调用以使其出射光束在所研究的样品上执行扫描运动。在很多情况下，离开照明器并撞击在样品上的(窄)光束被称为“探针”。
-样品夹，可以在其上夹持和定位(例如倾斜、旋转)待检查的样品。必要时，可以移动该样品夹以影响样品相对于光束的扫描运动。一般而言，这样的样品夹可以连接至定位***。当设计为保持低温样品时，样品夹将包括用于将所述样品保持在低温下的装置，例如，使用适当连接的冷冻缸。
-探测器(用于检测从已辐照的样品散发的辐射)，其本质上可以是单一的或复合的/分布的，并且其可以采取很多不同的形式，这取决于待检测的辐射。示例包括光电二极管、CMOS探测器、CCD探测器、光电管、X射线探测器(例如硅漂移探测器和硅/锂探测器)等等。一般而言，CPM包括多种不同类型的探测器，可以在不同情况下调用其中的选择。
在双光束显微镜的特定情况下，将会有(至少)两种光源/照明器(粒子-光学柱)，用于产生两种不同的带电粒子的样品。通常，(垂直设置的)电子柱将用于对样品成像，并且(以一定角度设置的)离子柱可以(同时)用于修整(机器/加工)样品和/或对样品成像，从而可以以多个自由度来定位样品夹以适当地将样品表面“呈现”至所使用的电子/离子束。
在透射式显微镜(例如TEM或STEM)的情况下，CPM将具体包括：
-成像***(成像粒子-光学柱)，其基本上带走了通过样品(平面)传输的带电粒子并将它们引导(聚焦)至分析装置上，例如检测/成像装置、光谱仪器(例如EELS电子能耗谱仪)等等。正如上文提到的照明器，成像***可以执行其他功能，例如减轻像差、裁剪、滤波等，并且成像***通常包括一个或多个带电粒子棱镜和/或其他类型的粒子-光学元件。
在下文中，通过示例，本发明有时可以在电子显微镜的特定背景下阐述；然而，这样的简化仅仅是为了清楚/说明的目的，而不应该被解释为限制。
发明内容
带电粒子显微镜，例如SEM或STEM，优选地使用高亮度光源。在电子的情况下，一个这样的源是冷场发射源(也称为冷场发射枪或CFEG)。对于这样的源，源尺寸和中子流角密度非常小但是亮度很高，并且由于源在室温(或与其接近的温度)下运行，引入了最小的热能散布。例如，产生离子的类似源是液态金属离子源。
CFEG的中子流角密度提出了挑战，因为它比常规的肖特基FEG小约两个数量级。这意味着，对于给定的射束电流，(常规存在的)源透镜(枪透镜)聚焦的立体角的CFEG必须为比肖特基FEG大大约两个数量级。结果，由于增加的像差-固有的(例如彩色的和球形的)和寄生的(例如3倍像散和彗形像差)，源透镜对光束质量的(最终)影响变得显著。当使用CFEG(或类似小光源)时，这因而变得重要-特别对于所谓的“Cs-校正”显微镜-来精确地测量(和校正)源透镜中的像差。
本发明的一个目的是解决该问题。更特别地，本发明的目的是提供一种用于精确地测量带电粒子显微镜的源透镜中的像差的方法/装置。
这些和其他目的通过上述开头段落中提出的方法来实现，其特征在于：
-从所述源中选择一组发射角；
-对于所述组中的每个发射角，选择以该发射角从源发射的对应子光束，并且存储由该子光束形成的测试图像，从而收集对应于该组发射角的一组测试图像；
-分析该组测试图像以评估在所述聚光镜光圈之前生成的照明器像差。
在有关本发明的调查中，发明人意识到，当使用具有(非常)小中子流角密度的相对小的粒子源时，所使用的源透镜(枪透镜)需要从源获取相对大的发射通量角范围。然而，因为随着离开近轴角并朝着更大(更周边)的接收角前进，像差的严重程度趋于增加，因此使用小的源将意味着更大量的源透镜像差。相反，当使用常规的(较大的)源时，与位于聚光镜光圈和样品之间的(常规命名的)物镜中的像差相比，源透镜像差基本可以忽略不计。相应地，到目前为止，没有迫切需要去调查源透镜像差。因此，例如，在现有技术中，研究(S)TEM像差的所谓“Zemlin Tableau”或“STEM Tableau”方法仅针对最终的“探针-形成透镜”中的像差-例如物镜(加上物镜的像差校正器，如果存在的话)-并且没有/不能提供关于该层之前/上游的像差的任何信息。相反，本发明检查在聚光镜光圈上方的粒子光学柱中发生的像差，从而提供对该部分光学柱行为的独特见解。
由本发明生成的该组测试图像基本上允许-位于聚光镜光圈之前(上游)-“上照明器”中的成像行为/像差的路径特定的分析，由此穿过该上照明器的特定路径在被每个特定的子光束以每个给定的发射角透过。收集对应于一组这样的路径/子光束的一组图像基本上允许对这些各种路径的像差行为的“映射”的收集。例如，可以通过(专有)软件分析该组测试图像，该软件可以使用拟合程序(fitting routines)来确定数学像差模型中的像差多项式的(较低阶)系数。使用本发明来确定在上照明器中生成的像差，并且使用分离技术(例如前述的“Zemlin Tableau”方法)来分析在下粒子光学柱中生成的像差，这允许更好的整体对准和显微镜性能，因为它同时允许在聚光镜光圈的上方和下方进行独立的校正动作(见下文)。关于从图像序列中导出像差的基础数学的更多信息，参见例如S.Uno等人的文章“Aberration correction and its automatic control in scanning electronmicroscopes”，Optik/Optics116(2005)，第438-448页(Elsevier)。
应当理解到，当使用小发射区域源(例如CFEG)时，源于源透镜的像差通常会比源于仅仅位于聚光镜光圈上方的(常规存在的)聚焦透镜的像差更加显著。这是因为用于这种源的源透镜通常具有比所述聚光镜光圈(例如10-20mm)小10倍的焦距(例如1-2mm)，其相应的俘获角是大10倍的数量级。相应地，源于源透镜的像差将趋于约比源于聚焦透镜的像差大约一个数量级。此外，本发明包含可以进一步减少源于聚焦透镜的相应像差的技术-参见图2E，例如-在这种情况下，如果需要，本发明可以完全集中于透镜像差。
本发明采用允许根据需要选择各个子光束的机制，并且该机制可以以各种方式实施。例如：
-一个这样的机制包括在垂直于***的粒子光轴的横向方向上选择性地移动聚光镜光圈，从而将光圈定位在给定子光束的路径上(并阻挡其他周围子光束的路径)-例如，参见图2B。如果需要的话，可以使用补充光束偏转器来限制在这种设置中由物镜产生的像差-例如，参见图2C。
-另一(可替代的或补充的)方面采用位于源和聚光镜光圈之间的(磁和/或静电)光束偏转器，以产生可选择的横向光束偏转，从而将光束覆盖区横向移动到聚光镜光圈上，并因此决定该覆盖区的哪部分(子光束)穿过该光圈。例如，参见图2D和2E。
在本发明的有利实施例中，这组测试图像被收集为用于样品的大体上非晶部分。非晶样品(或结晶样品的非晶部分【例如边缘和/或污染物碳层】)将不会对相关图像中特定傅里叶频率产生选择性作用，这允许更精确(定量)的像差确定。
在本发明有利的实施例中，对于所述组中给定的发射角，在(至少)两个不同的焦点设置处(例如在弱焦点(under-focus)和远焦点(over-focus)处；或在焦点上(in-focus)和焦点外(out-of-focus)；或在弱焦点、焦点上和远焦点处)获取(至少)两个测试图像。如果这些在不同的焦点设置处不同的测试图像进行傅里叶变换、相互分开然后进行傅里叶逆变换，这将产生关于相关“标称”图像的有价值信息，使得更容易更准确地确定存在哪些像差。就这点而言，例如参见上述Uno journal文献。
一旦使用本发明对像差进行限定/量化，通常希望(自动)抵消它们。可以使用照明器中的像差矫正器来实现，其包括一个或多个如下组件/方面，例如：
-光束倾斜校正元件。
-消像散器。例如，参见如下***连接：
https://en.wikipedia.org/wiki/Stigmator
-Cc-校正器，用于处理色像差(这在相对较低的光束加速电压下逐渐变得更占优势，例如，低于100kV)。例如可以在US8,884,345中找到Cc-校正器的实施例(其与本发明的发明人相同)。
-Cs-校正器，用于处理球面像差(这在相对较高的光束加速电压下逐渐变得更占优势，例如，高于100kV)。例如，可以从以下出版物(来自本发明的受让人)收集关于Cs校正的一些信息：
http://www.cnf.umcs.lublin.pl/pdfy/2006_08_HighRex_Imaging_CS_Titan_ an.pdf
如上所述，当所使用的源是CFEG时本发明是特别有利的。然而，这并不是本发明可以使用的唯一类型的源，并且其他源类型包括，例如，电子碰撞电离源【其是纳米孔径离子源的一种特定形式】、液态金属离子源(LMIS)【上文已经暗示】以及场电离源。
本领域技术人员应理解到，本发明可以应用在TEM、STEM、SEM、FIB-SEM以及各种其他类型的CPM中。
附图说明
现在将在示例性实施例和所附示意图的基础上更详细地阐述本发明，其中：
图1示出了本发明所实施的CPM的实施例的纵向切面图；
图2A示出了图1中一部分的放大视图；
图2B示出了图2A的修改版本，并且用于表示本发明的特定实施例的操作原理；
图2C示出了图2B中描述的情形的变形；
图2D示出了图2A的不同的修改版本，并且用于表示本发明的不同实施例的操作原理；
图2E示出了图2D中描述的情形的变形。
在附图中，在相关的情况下，使用相应的附图标记来指示对应的部分。应理解到，附图并不是按比例的。
具体实施方式
实施例1
图1为实施本发明的带电粒子显微镜M的实施例的高度示意性图示；更特别地，该图示出了透射型显微镜M的实施例，在这种情况下，其可以是TEM/STEM(尽管如此，在本发明的背景下，例如，其也可以有效地是SEM或基于离子的显微镜)。在该图中，在真空罩2内，CFEG电子源4产生电子束B，其沿着电子光学轴B’传播并穿过电子光学照明器6，用于将电子引导/聚焦在样品S的选定部分上(例如，其可以(局部地)变薄或平坦化)。在该特定情况下，照明器6包括：
-源透镜(枪透镜)8，其尤其用于放大源4；
-复合聚焦透镜10a/10b，具有用于创建小光斑尺寸(样品S上的窄束探针)的上元件10a和作为准直透镜的下元件10b。
-聚光镜光圈12；
-扫描偏转器14；
-物镜16。
照明器还包含其他物品10c、18。物品10c将在下文中讨论。物品18是像差校正器，其可以配置为减轻使用本发明已经被识别/量化的一种或多种类型的像差(参见上面的讨论)。
样品S被保持在样品夹H上，其中样品夹可以通过定位装置/台子A以多个自由度被定位，其将支架A'移进样品夹H被固定的地方；例如，样品夹H包括(尤其)可以被移到XY平面中的指针(参见描述的卡迪尔坐标***；通常，平行于Z的运动和沿着X/Y的倾斜也是可能的)。这种运动允许样品S的不同部分被沿着轴B’(在Z方向中)行进的电子束B照射/成像/检查(和/或允许扫描待执行的运动，作为使用偏转器14的光束扫描的替代方案)。如果需要的话，可选的冷却装置(未示出)可以与样品夹H紧密的热接触，以便在，例如将其(以及其上的样品S)保持在低温度下。
电子束B将与样品S以这样的方式相互作用从而使各种类型的“受激”辐射从样品S发散，包括(例如)二次电子、背散射电子、X射线以及光辐射(阴极发光)。如果需要的话，这些辐射类型中的一个或多个可以在分析装置22的辅助下被探测到，其可以是，例如组合的闪烁体探测器/光电倍增管或EDX(能量色散X射线光谱)模块；在这种情况下，使用与SEM中基本上相同的原理来构造图像。然而，可替代地或补充地，可以研究穿过样品S、从其出来/发散并沿着轴B’继续传播(基本上，尽管通常有一些偏转/散射)的电子。这样的透射电子通量入射到成像***(聚光透镜)24中，其通常包括多个静电/磁透镜、偏转器、校正器(例如消像散器)等等。在正常(非扫描)TEM模式下，该成像***24可以将透射电子通量聚焦在荧光屏26上，如果需要的话，其可以被缩回/取出(如箭头26'示意性示出的那样)以使其离开轴B’。(部分)样品S的图像(或衍射图)将由成像***24在屏幕26上形成，并且这可以通过位于真空罩2的壁的合适部分中的观察端口28来观察。例如，屏幕26的缩回机构本质上可以是机械的和/或电子的，并且在此未示出。
作为观察屏幕26上的图像的另一选择，可以利用这样的事实，即离开成像***24的电子通量的焦深通常非常大(例如1米量级)。因此，可以在屏幕26的下游使用各种其他类型的分析装置，例如：
-TEM照相机30。在照相机30处，电子通量可以形成静电图像(或衍射图)，其可以由控制器/处理器20处理并且显示在显示装置(未示出)上，例如平面显示器。当不需要时，照相机30可以缩回/取出(如箭头30'示意性示出的那样)以使其离开轴B’。
-STEM照相机32。照相机32的输出可以记录为样品S上光束B的扫描位置的(X，Y)函数，并且图像可以被构建作为X、Y函数的来自照相机32的输出的“映射”。照相机32包括具有例如直径为20mm的单像素，这与照相机30中特有的像素矩阵相反。此外，照相机32通常具有比照相机30(例如每秒102张图像)更高的采集率(例如每秒106个点)。再次，当不需要时，照相机32可以缩回/取出(如箭头32'示意性示出的那样)以使其离开轴B’(尽管例如在环形暗场照相机32的情况下这种缩回可能不是必要的；在这种照相机中，当未使用该照相机时中心孔允许通量通过)。
-作为使用照相机30或32成像的另一选择，还可以调用光谱装置34，其可以是EELS模块，例如(EELS＝Eleactron Energy-Loss Spectroscopy(能量消失谱技术))。
应当理解到，物品30、32和34的顺序/位置并不是严格的，并且可以对它们的位置做很多可能的变形。例如，光谱装置34还可以被集成到成像***24中。
应注意到，控制器(计算机处理器)20通过控制线(总线)20'被连接到各种示出的组件。该控制器20可以提供各种功能，例如同步操作、提供定位点、处理信号、执行计算以及在显示装置(未示出)上显示消息/信息。更不用说，该(示意性示出的)控制器20可以(部分地)在真空罩2内部或外部，并且可以根据需要具有单一或复合结构。
本领域技术人员将理解到，真空罩2的内部并不需要被保持在严格真空的情况下；例如，在所谓的“环境TEM/STEM”中，给定气体的背景大气被有意地引入/保持在真空罩2内。本领域技术人员还将理解到，在实际中，限定真空罩2的体积可能是有利的，从而，在可能的情况下，它基本上紧抱轴B’，采取所采用的电子束穿过的小管(例如直径为1cm的数量级)的形式，但是扩大以适应诸如源4、样品架H、屏幕26、照相机30、照相机32、光谱装置34等的结构。
现在参见图2A，这示出了图1中的主题的一部分的放大视图。更特别地，这示出了源4和照明器6的某些元件，因此现在省略了物品10c和18。虚线示出了穿过照明器6的各个元件的名义上(中心/旁轴)(子)光束路径。
在图2B中，聚光镜光圈12已经被设置为横向地(参见箭头12”)平行于所示的Y方向(从而轴B’趋向于平行于Z)-尽管它也可以设置为平行于X，从而将光圈12定位围绕轴B’的各个(X，Y)坐标处。这可以使用，例如附接的致动器机构12'(参见图1)来完成，其本质上可以是电的，例如，包括例如压电致动器或步进电机。以这种方式横向移动聚光镜光圈12导致选择特定的子光束Bn-其以相对于中轴On限定的相关发射角En传播-通过允许所指示的子光束Bn向着样品S前进，同时阻挡光束B的其他分量子光束(以其他发射角度)。可以使用探测器22、30、32、34中的一个来捕获对应于该子光束Bn的样品S的测试图像In，并且该测试图像In可以由控制器20存储在存储器中。通过相对于不同发射角的集合{En}-在围绕轴B’的各种不同(X，Y)坐标处连续定位聚光镜光圈12，可以获得(部分)样品S的(a)的测试图像的相称集合{In}。
图2B所示设置的一个潜在问题是，通过将(确定的)子光束引导通过物镜16的外部区域，其易于增加来自该透镜的像差贡献。为了解决这个问题，可以利用如图2C所示的结构，其中可以调用扫描偏转器14-这里实施为具有部件14a和14b的双偏转器-以引导由聚光镜光圈12选择的每个子光束穿过物镜16的中心部分。以这种方式避开物镜16的外部区域显著减少了其中的像差产生。
作为图2B/2C所示情况的替代/补充，还可以使用例如图2D中所示的实施例。这示出了与图2B中的情况大部分相同的情形，不同之处在于，代替移动聚光镜光圈12，使用可调偏转器10c进行子光束选择-其可用于通过(轴上)聚光镜光圈12以任何给定发射角转移子光束。如这里所示，偏转器10c便利地位于聚光镜元件10a和10b之间的光束交叉点处/附近，尽管这不是绝对必要的，并且偏转器10c可以替代地位于源透镜8和聚光镜光圈12之间的某处。如果需要的话，偏转器10c包括静电和/或磁偏转器元件。
尽管图2D中选定的子光束穿过物镜16的中心部分，本实施例中的某些子光束将穿过上聚焦透镜10a的外部区域，其易于从该透镜增加像差贡献。为了处理这一问题，可以利用图2E中描述的结构，其中使用位于上聚焦透镜10a的上游的偏转器10d，并且可以调用该偏转器以引导每个选定的子光束穿过全部聚焦透镜10a/10b的中心部分。以这种方式避开聚焦透镜10a/10b的外部区域显著减少了其中的像差产生。
本领域技术人员将理解到，在实际中，可以使用根据选择使用图2B-2E中所示方法的组合/混合。

Claims (21)

1.一种操作带电粒子显微镜的方法，包括以下步骤：
在样品夹上设置样品；
使用源产生带电粒子形成的光束；
使所述光束穿过照明器，所述照明器包括：
源透镜，其具有相关的粒子光轴；
聚光镜光圈，其设置在源透镜和样品之间并且被配置为限定所述光束在样品上的覆盖区；
聚焦透镜，其中所述聚焦透镜位于所述源透镜和聚光镜光圈之间；
采用从所述照明器出射的光束照射样品；
响应于所述照射，引导从所述样品发出的辐射；并且
产生相关图像，
从所述源中选择一组发射角；
选择一组相应子光束，每个子光束以该组发射角中的一发射角从所述源发射；
存储由该组相应子光束中的每个子光束形成的测试图像，从而收集一组测试图像，每个测试图像对应该组发射角中的一发射角；以及
通过分析该组测试图像确定在所述聚光镜光圈之前生成的照明器像差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述子光束选择包括在垂直于所述粒子光轴的横向方向上移动所述聚光镜光圈。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述子光束选择包括使用光束偏转器，其位于所述源透镜和聚光镜光圈之间，以产生横向光束偏转。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述测试图像是所述样品的非晶部分的图像。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，对于在所述组中给定的发射角，在两个不同的焦点设置处获取两个测试图像。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：
在所述照明器中设置用于源透镜的第一像差校正器，其位于所述源透镜和聚光镜光圈之间；以及
激活所述第一像差校正器以减轻所述像差。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述源从包括冷场发射枪(CFEG)、电子碰撞离子源、纳米孔径离子源(NAIS)、液态金属离子源(LMIS)和场电离源的组中选择。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，进一步包括抵消照明器像差的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在使所述光束穿过照明器的过程中，所述照明器包括第二像差校正器，所述第二像差校正器能够操作用于抵消照明器像差。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在使所述光束穿过照明器的过程中，所述第二像差校正器包括以下中的一个或多个：光束倾斜校正元件、消像散器、色像差校正器、或者球面像差校正器。
11.根据权利要求2所述的方法，其中所述子光束选择包括使用光束偏转器，其位于所述源透镜和聚光镜光圈之间，以产生横向光束偏转。
12.根据权利要求2或3任一项所述的方法，其中所述测试图像是所述样品的非晶部分的图像。
13.根据权利要求2-4任一项所述的方法，其中，对于在所述组中给定的发射角，在两个不同的焦点设置处获取两个测试图像。
14.根据权利要求2-5任一项所述的方法，包括如下步骤：
在所述照明器中设置用于源透镜的第一像差校正器，其位于所述源透镜和聚光镜光圈之间；以及
激活所述第一像差校正器以减轻所述像差。
15.根据权利要求2-6任一项所述的方法，其中所述源从包括冷场发射枪(CFEG)、电子碰撞离子源、纳米孔径离子源(NAIS)、液态金属离子源(LMIS)和场电离源的组中选择。
16.一种带电粒子显微镜，包括：
样品夹，用于保持样品；
源，用于产生带电粒子形成的光束；
照明器，包括：
源透镜，其具有相关的粒子光轴；
聚光镜光圈，其设置在源透镜和样品夹之间并且被配置为限定所述光束在样品上的覆盖区；
聚焦透镜，其中所述聚焦透镜位于所述源透镜和聚光镜光圈之间；
探测器，用于检测响应于所述光束的照射而从样品发出的辐射，并且产生相关的图像；以及
可编程控制器，用于自动控制所述显微镜的给定操作，
其中，所述控制器配置为：
从所述源中选择一组发射角；
选择一组相应子光束，每个子光束以该组选定的发射角中的一发射角从所述源发射；
存储由该组相应子光束中的每个子光束形成的测试图像，从而收集一组测试图像，每个测试图像对应该组发射角中的一发射角；以及
通过分析该组测试图像确定在所述聚光镜光圈之前生成的照明器像差。
17.一种操作带电粒子显微镜的方法，包括以下步骤：
使用源产生带电粒子形成的光束；
从所述源中选择一组发射角；
选择一组相应子光束，每个子光束以该组发射角中的一发射角从所述源发射；
使每个子光束穿过照明器，其中所述照明器包括：
源透镜，其具有相关的粒子光轴；
聚光镜光圈，其设置在源透镜和样品夹之间并且被配置为限定所述光束在样品上的覆盖区；
聚焦透镜，其中所述聚焦透镜位于所述源透镜和聚光镜光圈之间；
采用从所述照明器出射的每个子光束照射样品；
响应于所述每个子光束的照射，引导从所述样品发出的辐射；
产生一组测试图像，每个测试图像由通过探测响应于该组相应子光束中的一子光束的所述照射而从样品发出的辐射来形成；
通过分析该组测试图像确定在所述聚光镜光圈之前生成的照明器像差。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在使用源产生带电粒子形成的光束的过程中，所述源包括相关的粒子光轴。
19.根据权利要求17或18任一项所述的方法，进一步包括抵消照明器像差的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其中在使所述光束穿过照明器的过程中，所述照明器包括像差校正器，所述校正器能够操作来抵消照明器像差。
21.根据权利要求20所述的方法，其中在使所述光束穿过照明器的过程中，所述像差校正器包括以下中的一个或多个：光束倾斜校正元件、消像散器、色像差校正器、或者球面像差校正器。
CN201810174345.7A 2017-03-02 2018-03-02 带电粒子显微镜的像差测量 Active CN108538693B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/448,445 2017-03-02
US15/448,445 US10157727B2 (en) 2017-03-02 2017-03-02 Aberration measurement in a charged particle microscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108538693A CN108538693A (zh) 2018-09-14
CN108538693B true CN108538693B (zh) 2022-11-01

Family

ID=61521413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810174345.7A Active CN108538693B (zh) 2017-03-02 2018-03-02 带电粒子显微镜的像差测量

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10157727B2 (zh)
EP (1) EP3370247A1 (zh)
JP (1) JP7080674B2 (zh)
CN (1) CN108538693B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6466020B1 (ja) * 2018-10-16 2019-02-06 株式会社Ｐｈｏｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｏｕｌ 電子銃、電子線適用装置、電子銃による電子射出方法、および、電子ビームの焦点位置調整方法
EP3886138A1 (en) * 2020-03-24 2021-09-29 ASML Netherlands B.V. Flood column, charged particle tool and method for charged particle flooding of a sample
KR20220143942A (ko) * 2020-03-24 2022-10-25 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 플러드 컬럼, 하전 입자 툴, 및 샘플의 하전 입자 플러딩 방법
US11741730B2 (en) * 2021-06-24 2023-08-29 Fei Company Charged particle microscope scan masking for three-dimensional reconstruction

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103854941A (zh) * 2012-11-29 2014-06-11 Fei公司 在带电粒子显微镜中执行样本的层析成像的方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US884345A (en) 1906-03-31 1908-04-07 Allis Chalmers Controller.
US6051834A (en) * 1991-05-15 2000-04-18 Hitachi, Ltd. Electron microscope
DE69733873T2 (de) 1996-05-21 2006-04-06 Fei Co., Hillsboro Vorrichtung zur korrektur von linsenfehlern in teilchen-optischer geräte
US6552340B1 (en) * 2000-10-12 2003-04-22 Nion Co. Autoadjusting charged-particle probe-forming apparatus
JP2003331773A (ja) 2002-05-13 2003-11-21 Jeol Ltd 電子顕微鏡
JP3968334B2 (ja) 2002-09-11 2007-08-29 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置及び荷電粒子線照射方法
JP4620981B2 (ja) 2004-08-10 2011-01-26 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子ビーム装置
JP2006173027A (ja) * 2004-12-20 2006-06-29 Hitachi High-Technologies Corp 走査透過電子顕微鏡、及び収差測定方法、ならびに収差補正方法
EP1717840B1 (en) 2005-04-05 2011-06-08 Fei Company Particle-optical appliance provided with aberration-correcting means
JP4487859B2 (ja) * 2005-06-01 2010-06-23 株式会社島津製作所 電子ビーム制御方法およびその装置
EP1796130A1 (en) 2005-12-06 2007-06-13 FEI Company Method for determining the aberration coefficients of the aberration function of a particle-optical lens.
JP4822925B2 (ja) * 2006-04-28 2011-11-24 日本電子株式会社 透過型電子顕微鏡
EP2091062A1 (en) 2008-02-13 2009-08-19 FEI Company TEM with aberration corrector and phase plate
US8581190B2 (en) * 2008-09-25 2013-11-12 Hitachi High-Technologies Corporation Charged particle beam apparatus and geometrical aberration measurement method therefor
US8129693B2 (en) 2009-06-26 2012-03-06 Carl Zeiss Nts Gmbh Charged particle beam column and method of operating same
EP2325862A1 (en) 2009-11-18 2011-05-25 Fei Company Corrector for axial aberrations of a particle-optical lens
JP5735262B2 (ja) 2010-11-12 2015-06-17 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子光学装置及びレンズ収差測定方法
KR101813176B1 (ko) 2011-04-07 2017-12-29 삼성전자주식회사 그래핀 전자 소자 및 제조방법
US8704176B2 (en) * 2011-08-10 2014-04-22 Fei Company Charged particle microscope providing depth-resolved imagery
EP2704177B1 (en) 2012-09-04 2014-11-26 Fei Company Method of investigating and correcting aberrations in a charged-particle lens system
JP6134145B2 (ja) * 2013-01-24 2017-05-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置における軌道修正方法
EP2887381B1 (en) 2013-12-18 2016-09-21 Fei Company Method of investigating the wavefront of a charged-particle beam
JP6326303B2 (ja) * 2014-06-18 2018-05-16 日本電子株式会社 収差計測角度範囲計算装置、収差計測角度範囲計算方法、および電子顕微鏡
CN111681939B (zh) * 2015-07-22 2023-10-27 Asml荷兰有限公司 多个带电粒子束的装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103854941A (zh) * 2012-11-29 2014-06-11 Fei公司 在带电粒子显微镜中执行样本的层析成像的方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7080674B2 (ja) 2022-06-06
US10157727B2 (en) 2018-12-18
JP2018186076A (ja) 2018-11-22
US20180254168A1 (en) 2018-09-06
CN108538693A (zh) 2018-09-14
EP3370247A1 (en) 2018-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108538693B (zh) 带电粒子显微镜的像差测量
US9524851B2 (en) Method of performing spectroscopy in a transmission charged-particle microscope
US20190311880A1 (en) Electron energy loss spectroscopy with adjustable energy resolution
JP7079135B2 (ja) 荷電粒子顕微鏡のガンレンズ設計
US9741525B1 (en) Charged-particle microscope with astigmatism compensation and energy-selection
US11955310B2 (en) Transmission charged particle microscope with an electron energy loss spectroscopy detector
US11024483B2 (en) Transmission charged particle microscope with adjustable beam energy spread
EP3706155B1 (en) Multi-beam scanning transmission charged particle microscope
US20200152416A1 (en) Charged particle microscope for examining a specimen, and method of determining an aberration of said charged particle microscope
US20240258067A1 (en) Transmission charged particle microscope with an electron energy loss spectroscopy detector
CN111579890B (zh) 聚焦离子束杂质鉴定
EP4113573A1 (en) Method and system for studying samples using a scanning transmission charged particle microscope with reduced beam-induced sample damage
US11948771B2 (en) Method of determining an energy width of a charged particle beam
KR102687322B1 (ko) 전자 현미경의 eels 검출 기술

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant