CN109841473A - 具有可调整光束能散度的透射带电粒子显微镜 - Google Patents
具有可调整光束能散度的透射带电粒子显微镜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109841473A CN109841473A CN201811415777.9A CN201811415777A CN109841473A CN 109841473 A CN109841473 A CN 109841473A CN 201811415777 A CN201811415777 A CN 201811415777A CN 109841473 A CN109841473 A CN 109841473A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sample
- monochromator
- charged particle
- lens
- energy spread
- 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.)
- Granted
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 9
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000000286 energy filtered transmission electron microscopy Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000000619 electron energy-loss spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 102000004310 Ion Channels Human genes 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000005136 cathodoluminescence Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-J diphosphate(4-) Chemical compound [O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005430 electron energy loss spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001803 electron scattering Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 oxygen) Chemical class 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000005001 rutherford backscattering spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 238000001350 scanning transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
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
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
-
- 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
- H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
-
- 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
- H01J37/05—Electron or ion-optical arrangements for separating electrons or ions according to their energy or mass
-
- 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
- H01J37/10—Lenses
-
- 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
- H01J37/20—Means for supporting or positioning the objects or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
-
- 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
- H01J37/22—Optical or photographic arrangements associated with the tube
-
- 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
- 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
-
- 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
- H01J2237/20—Positioning, supporting, modifying or maintaining the physical state of objects being observed or treated
- H01J2237/2002—Controlling environment of sample
- H01J2237/2003—Environmental cells
-
- 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
- H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
- H01J2237/24485—Energy spectrometers
-
- 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
- H01J2237/26—Electron or ion microscopes
- H01J2237/28—Scanning microscopes
- H01J2237/2802—Transmission microscopes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
一种使用透射带电粒子显微镜的方法，所述透射带电粒子显微镜包括：‑样品架，其用于固持样品；‑用于产生带电粒子束的源；‑照明器，其用于沿着光轴引导所述束以便辐照所述样品，所述照明器包括：•单色器，其配置成产生具有给定能散度ΔE0的输出光束；以及•聚光透镜组合件；‑成像***，其用于接收透射穿过所述样品的带电粒子通量并将其引导到感测装置上；‑控制器，其用于控制所述显微镜的至少一些操作方面，所述方法包括以下步骤：‑在第一使用阶段中，选择以下中的至少一个：（a）所述聚光透镜组合件的第一透镜的激励；（b）聚光器孔中在所述第一透镜下游的宽度，以便产生从所述孔出射的出射光束的第一宽度W1——以及相关联的第一能散度ΔE1；‑在第二使用阶段中，选择所述参数（a）和（b）中的至少一个以便产生所述出射光束的不同的第二宽度W2——以及相关联的不同的第二能散度ΔE2。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用透射带电粒子显微镜的方法，所述透射带电粒子显微镜包括：
- 样品架，其用于固持样品；
- 用于产生带电粒子束的源；
- 照明器，其用于沿着光轴引导所述束以便辐照样品，所述照明器包括：
• 单色器，其具有单色器狭缝，且配置成产生具有给定能散度ΔE0的输出光束；以及
• 聚光透镜组合件，其在所述单色器下游；
- 成像***，其用于接收透射穿过样品的带电粒子通量并将其引导到感测装置上；
- 控制器，其用于控制显微镜的至少一些操作方面，
本发明还涉及一种其中可以实施此类方法的透射带电粒子显微镜。
背景技术
带电粒子显微镜检查是一种用于使微观物体成像的众所周知的且越来越重要的技术，特别是在呈电子显微镜检查的形式时。历史上，电子显微镜的基本属已经演变成许多著名的设备物种，例如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和扫描透射电子显微镜（STEM），以及各种亚种，例如所谓的“双光束”设备（例如，FIB-SEM），它另外采用“加工”聚焦离子束（FIB），以允许支持例如离子束研磨或离子束诱发沉积（IBID）的活动。更确切地说：
- 在SEM中，通过扫描电子束辐照样品促使例如呈二次电子、反向散射电子、X射线和阴极发光（红外、可见和/或紫外光子）形式的“辅助”辐射从样品中发出，；然后，检测这一发出的辐射的一个或多个分量并将其用于图像累积目的。
- 在TEM中，用于辐照样品的电子束被选择为具有足够高的能量来穿透样品（为此目的，样品通常将比SEM样品的情况更薄）；然后，可使用从样品中发出的透射电子来创建图像。当此类TEM以扫描模式操作（因此变成STEM）时，所讨论的图像将在辐照电子束的扫描运动期间累积。
例如，可以从以下***链接中收集此处阐述的一些主题的更多信息：
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
作为使用电子作为辐照光束的替代方案，还可使用其它种类的带电粒子来执行带电粒子显微镜检查。就此而言，短语“带电粒子”应该广义地解释成涵盖电子、正离子、（例如，Ga或He离子）、负离子（例如氧）、质子和正电子。关于非基于电子的带电粒子显微镜检查，例如，可以从参考文献中收集一些其它信息，例如以下参考文献：
https://en.wikipedia.org/wiki/Focused_ion_beam
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope
- W.H.Escovitz, T.R.Fox和R. Levi-Setti，《带场离子源的扫描透射离子显微镜（Scanning Transmission Ion Microscope with a Field Ion Source）》，《美国国家科学院院刊（Proc. Nat. Acad. Sci. USA）》72（5），第1826-1828页（1975）。
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22472444
应注意，除了成像和执行（局部）表面修饰（例如，研磨、蚀刻、沉积等）之外，带电粒子显微镜还可具有其它功能性，例如执行光谱学、检查衍射图、研究离子通道/离子后向散射（卢瑟福后向散射光谱法（Rutherford Backscattering Spectrometry））等。
在所有情况下，透射带电粒子显微镜（TCPM）将至少包括以下组件：
- 粒子源，例如肖特基电子源或离子源。
- 照明器（带电粒子束柱），其用于操控来自源的“原始”辐射束并对其执行某些操作，例如聚焦、像差抑制、裁剪（用膜片）、过滤等。它一般将包括一个或多个（带电粒子）透镜，并且还可包括其它类型的（粒子）光学组件。如果需要，照明器可具有偏转器***，可以调用所述偏转器***以使其出射光束在被研究的样品上执行扫描运动。照明器的（终端）部分包括聚光透镜组合件（其最后一个透镜通常被称为“物镜”或“聚光物镜”），所述聚光透镜组合件用于在样品上限定光束覆盖区；这一组合件通常包括一个或多个透镜/孔板。如果需要——如本发明的情况那样——照明器可包括单色器，所述单色器用于缩小向样品发送的带电粒子的能散度；此类单色器通常包括分散装置（例如Wien过滤器），所述分散装置用于允许对所选择的能量范围内的粒子进行排他性选择——例如，以便减小色像差对图像质量的不利影响，和/或改进电子能量损失光谱仪（EELS）中可达到的分辨率。
- 样品架，可以在所述样品架上固持并定位（例如，倾斜、旋转）所研究的样品。如果需要，这一样品架可进行移动以便实现样品相对于光束的扫描运动。一般来说，此类样品架将连接到定位***。当希望固持低温样品时，可以向样品架提供合适的冷却装置。
- 成像***，其基本上获取透射穿过样品（平面）的带电粒子并将它们引导（聚焦）到感测装置上，例如检测/成像装置（相机）、光谱设备（例如EELS模块）等。如同上文提到的照明器，成像***也可执行其它功能，例如像差抑制、裁剪、过滤等，并且它一般会包括一个或多个带电粒子透镜和/或其它类型的粒子光学组件。
当存在如此处提到的光谱设备时，它一般会包括：
- 分散装置（例如，包括一个或多个“带电粒子棱镜”），其用于将进入的带电粒子通量（来自成像***）分散成能量分辨（连续）光谱子束阵列，所述阵列最终可被引导到检测表面上以形成光谱。基本上，所述进入的通量将包含各种能量的带电粒子，并且分散装置将（沿着分散方向）“扇出这些”成为给定能量的子束的（连续）集合/阵列（以一种在某种程度上使人联想到质谱仪的方式）。
应注意，所采用的感测装置在本质上可为单一的或复合/分布的，并且可采用许多不同形式，这取决于想要感测的是什么。例如，它可包括一个或多个光电二极管、CMOS检测器、CCD检测器、光伏电池等。
在下文中，可在电子显微镜检查的特定上下文中阐述本发明；然而，这种简化仅出于清楚性/说明性目的，并不一定被解释为限制性的。
如上文所阐述的TCPM的实例是具有EELS模块的（S）TEM。 EELS是一种用于（S）TEM以获得与给定样品有关的元素/化学信息的技术。（来自（S）TEM的照明器的）辐照光束中的移动电子可将能量转移到样品中的原子核壳中的束缚电子，并促进所述核心电子到外壳（非弹性散射）。来自移动电子的这种能量转移在EELS光谱中产生所谓的“核心损失峰”（CLP）。 CLP的（粗略）位置（以能量单位形式）是元素特定的，并且它的精确位置和形状是元素的化学环境和键合特定的。除了上文提到的CLP之外，EELS光谱一般还将包含所谓的“等离子共振峰”（PRP），即与样品中等离子上的单个或多个电子散射相关联的相对宽广的一系列峰/肩。这些PRP通常位于0到50 eV的能量范围内。通常，EELS模块还可用作能量选择性成像装置（EFTEM：能量过滤TEM）。为了实现这一点，它们在它们的（主）光谱平面处/附近采用狭缝（“信箱”）。当模块用作纯光谱仪时，这一狭缝缩回，且可以使用后分散光学器件将光谱平面放大并成像到所采用的检测器（相机）上。另一方面，当模块用作能量选择性成像装置时，可以调用所述狭缝以便仅通过/准许特定能量窗（通常约为10到50eV宽）；在这种情况下，后分散（后切割）光学器件接着将所述光谱平面的傅里叶变换平面成像到检测器上。有关EELS和EFTEM的更多信息，请参考以下链接：
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_energy_loss_spectroscopy
http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_filtered_transmission_electron_
microscopy
近年来，人们对使用EELS标绘样品中的等离子、声子和/或带隙的兴趣大增。与‘标准’（核心损失）单色EELS——其在约为0.1eV-1.0eV的典型分辨率下进行--相反，‘高分辨率’（声子/等离子/带隙）EELS需要好得多的分辨率，例如，在约0.005到0.030 eV的范围内。使用常规的单色器无法获得这样的分辨率，因为其无法避免的光学像差会导致光束能散度随着（单色器的）激励的增加而出现非所要的增加。解决此类像差的一种方法是通过使用缩减的入口孔来减小单色器中的光束直径。然而：
- 由于在通常需要定位孔的位置附近存在高电压和超高真空，所以构造可变入口孔来实现这一功能（例如，如US 5,838,004中所阐述）将是复杂的；
- 仅使用具有相对较小的固定入口孔是不合需要的，因为它会导致‘标准EELS’的光束电流过多减少。
发明内容
本发明的一个目标是解决这些问题。更确切地说，本发明的一个目标是提供一种允许相当大地减小光束能散度而不必依赖于修改所采用的单色器的入口孔的方法/设备。具体地说，本发明的一个目标是所述方法/设备应该允许按需要容易地调整所述光束能散度。
这些和其它目标是通过上面开头段落中阐述的方法实现的，所述方法的特征在于以下步骤：
- 在第一使用阶段中，选择以下中的至少一个：
（a）所述聚光透镜组合件的第一透镜（C1）的激励；
（b）聚光器孔（CA）中在所述第一透镜下游的宽度（即，大小），
以便产生从所述孔出射的出射光束的第一宽度W1——以及相关联的第一能散度ΔE1；
- 在第二使用阶段中，选择所述参数（a）和（b）中的至少一个以便产生所述出射光束的不同的第二宽度W2——以及相关联的不同的第二能散度ΔE2。
因此，本发明能够使单色器（其相关联的输出光束能散度为ΔE0）单独/不变并且仍然实现入射于样品上的可选择/可调整能散度ΔEn，由此可以按需要/要求将ΔEn选择成具有一个或多个值≤ΔE0（n{1,2,…}）；因此，例如，针对高分辨率EELS分析，可以将ΔE1选择成显著小于ΔE0，然后针对标准分辨率分析，可以将其恢复到ΔE2~ΔE0。本发明有效地实现了一种“两阶段”单色效应——其中第一（固定）阶段发生在单色器自身中，且第二（可变）阶段发生在（下游）聚光器中。
理解本发明的另一种方式是认识到，它用于在单色器的位置处创建所述聚光器孔（CA）的可调整虚拟图像，使得聚光器孔充当单色器的可变虚拟孔。可以通过以下方式中的一种或两种来调整这一虚拟孔的大小（和/或形状）：
- 通过改变第一聚光透镜（C1透镜；位于单色器和聚光器孔CA之间）的激励；和/或
- 通过改变聚光器孔CA的大小，例如，通过使用交换器将不同聚光器孔CA交换到光束路径中，或通过使用可调整膜片状孔。
这两种操作都比在单色器的位置处实现真正的可变孔容易得多，并且比采用固定的单色器孔更灵活。应注意，上述虚拟孔的精确位置将受聚光透镜组合件的特定实施方案影响；依据所选择的实施方案，例如，虚拟孔可在单色器的入口平面、单色器的出射平面或这两个平面之间的位置处或附近。
为了给出一些一般性（非约束性）指导，请注意以下内容。
（i）为了实现ΔEn~ΔE0（基本上未改变的单色器输出），可以确保聚光器孔CA对离开单色器的光束没有主要的缩减/节流效应。这可以通过选择相对宽的聚光器孔CA和/或通过激励透镜C1来实现，以便在CA的平面处产生相对窄的输出光束（例如，参见图3A）。
（i）为了实现ΔEn<ΔE0（改进的单色光束），可以确保聚光器孔CA对离开单色器的光束具有显著的缩减/节流效应。这可以通过选择相对窄的聚光器孔CA和/或通过激励透镜C1来实现，以便在CA的平面处产生相对宽的输出光束（例如，参见图3B）。通过这种方式，仅在孔CA的入口侧处的光束的相对受限的中心部分实际上经过CA朝向样品，从而实现进一步的波长范围选择（尤其通过减小在单色器中发生的像差的影响）。孔CA越窄和/或来自C1的输出光束越宽，所述波长范围选择就越窄。
例如：
- 场景（i）可用于提供样品级光束，其能散度约为ΔE0≥0.1eV，这可用于“标准”EELS/成像。
- 场景（ii）可用于提供向样品级光束提供约为ΔEn<0.05eV，优选地<0.03eV量的能散度，从而用于具有低色像差的高分辨率EELS/成像。
当然，由于情形（ii）中的虚拟单色器孔较小，样品级光束中的电流在情景（ii）中比在情景（i）中小得多。一般来说，这种较小的光束电流不限制EELS实验，因为相比于“标准EELS”中研究的现象（如核心损失峰），那些需要约为ΔEn<0.05eV的能散度（如声子，等离子和带隙）的现象往往与电子束具有更强的相互作用。
在本发明的一个特定实施例中，所述聚光透镜组合件的第二透镜（C2）安置在所述第一透镜（C1）和所述聚光器孔（CA）之间。例如，此类第二透镜C2可用于将离开透镜C1的发散光束转换成（半）准直光束（例如，其中（半）均匀宽度约为 50 µm），然后光束再撞击聚光器孔CA。这可以促进光束有效地进入位于聚光器孔CA下游的其它光学器件，例如物镜。
本领域技术人员将理解，可以手动地对根据本发明的参数（a）和/或（b）进行调整（例如，通过在用户界面菜单中选择特定值，或者转动（真实或虚拟）“旋钮”），或者自动地对根据本发明的参数（a）和/或（b）进行调整（例如，通过控制器/处理器，所述控制器/处理器配置/编程为根据正在执行的分析类型自主地选择给定的参数值——例如，如用户界面菜单/批处理配方中所指示的）。
应该明确指出，本发明的有用性/适用性不限于高分辨率EELS；另外/替代地，应该认识到它允许例如低色像差成像。
附图说明
现在将基于示例性实施例和所附示意图更详细地阐述本发明，其中：
图1呈现了实施本发明的TCPM的实施例的纵向横截面正视图。
图2示出了图1的一部分的放大且更详细的视图，更具体地说是EELS模块。
图3A呈现了图1的上部部分的放大视图，其描绘根据本发明的第一实施例的操作。
图3B基本上对应于图3A，但是描绘了根据本发明的第二实施例的操作。
在附图中，对应的部分使用对应的参考符号表示。
具体实施方式
实施例1
图1（不按比例）是其中实施本发明的TCPM M的实施例的高度示意性绘图；更确切地说，它示出了TEM/STEM的实施例。在这个图中，在真空外壳2内，电子源4产生电子束B，电子束B沿着电子光轴B'传播并穿过电子光学照明器（带电粒子束柱）6，从而用于将电子引导/聚焦到样品S的选定部分上（例如，可以（局部地）薄化/平面化）。还描绘了偏转器10，其（尤其）可用于实现光束B的扫描运动。
样品S被固持在样品架H上，所述样品架H可以通过定位装置/平台A以多个自由度定位，所述定位装置/平台A移动支架H（可拆卸地）粘附在其中的托架A'；例如，样品架H可包括可以（尤其是）在XY平面中移动的手指（参见所描绘的笛卡尔坐标系；通常，平行于Z的运动和围绕X/Y的倾斜也是可能的）。这种移动允许样品S的不同部分被沿着轴线B'（在Z方向上）行进的电子束B照射/成像/检查，和/或允许执行扫描运动来作为光束扫描的替代方案。如果需要，可以使任选的冷却装置（未描绘）与样品架H紧密热接触，例如，以便将样品架H（和样品架H上的样品S）保持在低温温度下。
电子束B将与样品S相互作用，作用方式使得从样品S发出各种类型的“受激”辐射，包含（例如）二次电子，反向散射电子，X射线和光辐射（阴极发光）。如果需要，可以借助于分析装置22检测这些辐射类型中的一种或多种，所述分析装置22可以是例如组合的闪烁体/光电倍增管或EDX（能量分散X射线光谱仪）模块；在这种情况下，可以使用与SEM中基本相同的原理来构建图像。然而，替代地或补充地，可以研究穿过（传递通过）样品S、从样品S出射/发出并继续沿着轴线B'传播（基本上，但是通常具有某一偏转/散射）的电子。这种透射电子通量进入成像***（投影透镜）24，成像***24一般包括各种静电/磁透镜、偏转器、校正器（例如标线）等。在正常（非扫描）TEM模式下，所述成像***24可以将透射电子通量聚焦到荧光屏（感测装置）26上，如果需要，可以缩回/收回（如箭头26'示意性地指示）荧光屏26，以使其远离轴线B'。样品S（的一部分）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外壳2的壁的合适部分中的观察口28来观察。用于屏幕26的缩回机构可以例如本质上是机械的和/或电气的，并且在本文中未描绘。
作为在屏幕26上观察图像/衍射图的替代方案，可以替代地利用离开成像***24的电子通量的聚焦深度一般非常大（例如，约为1米）的事实。因此，可以在屏幕26的下游使用各种其它类型的感测装置，例如：
- TEM相机30。在相机30处，电子通量B"可以形成静态图像或衍射图，所述静态图像或衍射图可以由控制器/处理器20处理并显示在例如平板显示器的显示装置（未描绘）上。当不需要时，可以缩回/收回相机30（如箭头30'示意性地指示），以使其远离轴线B'。
- STEM相机32。来自相机32的输出可以作为光束B在样品S上的（X，Y）扫描位置的函数被记录，并且可以构建图像，这个图像是来自相机32的输出随X、Y而变的“标绘图”。相机32可包括单个像素，其直径为例如20 mm，这与特征性地存在于相机30中的像素矩阵相反。此外，相机32的采集速率（例如，每秒106个点）一般比相机30（例如，每秒102张图像）高得多。再一次，当不需要时，可以缩回/收回相机32（如箭头32'示意性地指示），以使其远离轴线B'（但是在例如环形暗场相机32的情况下，这种缩回不是必需的；在此类相机中，当不使用相机时，中心孔将允许通量通过）。
- 作为使用相机30或32成像的替代方案，还可以调用光谱设备34，在当前实例中，光谱设备34是EELS模块。
应注意，物品30、32和34的顺序/位置不是严格的，并且可以设想许多可能的变化。例如，光谱设备34还可集成到成像***24中。
应注意，控制器（计算机处理器）20通过控制线（总线）20'连接到各种所说明的组件。这一控制器20可以提供各种功能，例如同步动作、提供设定点、处理信号、执行计算，以及在显示装置（未描绘）上显示消息/信息。不用说，（示意性地描绘的）控制器20可以（部分地）在外壳2的内部或外部，并且可以按需要具有单一或复合的结构。
本领域技术人员应了解，外壳2的内部不必保持严格的真空；例如，在所谓的“环境TEM/STEM”中，在外壳2内有意地引入/维持给定气体的背景气氛。本领域技术人员还应了解，在实践中，限制外壳2的体积可能是有利的，以便在可能的情况下，它基本上紧靠轴线B'，并呈所用电子束从中通过的小管形式（例如，直径约为1 cm），但是加宽以容纳例如源4、样品架H、屏幕26、相机30、相机32、光谱设备34等结构。
现在转向图2，其示出了图1中的光谱设备34的放大且更详细的视图。在这个图中，示出了电子的通量B"（其已经穿过样品S和成像***24）沿电子光轴B'传播。通量B"进入分散装置3（“电子棱镜”），在那里它被分散（扇出）成能量分辨/能量分化（连续）光谱子束阵列5（在图2中使用虚线示意性地指示），所述阵列沿着分散方向X分布；为了说明，这些子束中的三个在图中标记为5a、5b和5c。在这方面注意，传统上，传播被认为沿着Z方向发生，并且所描绘的笛卡尔坐标系因此与分散装置3内的通量B"“共同偏转”。
在物品3的下游，子束阵列5遇到可调整/可缩回的狭缝（信箱）7，狭缝7可以例如在EFTEM模式中用于选择/允许阵列5的给定部分并且丢弃/遮挡阵列5的其它部分；为此，狭缝7连接到致动装置7a，致动装置7a可被调用以按需要打开/关闭/移动狭缝7（中的开口）。在EELS模式中，这一狭缝7通常（完全）打开/缩回。本领域技术人员将理解，狭缝7有利地安置在光谱设备34的分散平面处或附近的位置处；类似地，检测器11也有利地位于此类平面处或附近。如果需要，可以通过适当地调整分散装置3和/或例如设置于分散装置3和狭缝7之间的漂移管/偏转器（未描绘）（的电信号）来使光谱子束阵列5瞄准/移位到狭缝7上。
在穿过狭缝7之后，阵列5的（选定部分）穿过后分散电子光学器件9，在那里它被例如放大/聚焦，并最终被引导/投影到检测器11上，其中子束5a、5b和5c分别撞击检测器部分11a、11b和11c。
照明器6的两个特定组件对本发明特别重要，即单色器8和聚光透镜组合件12（参见图1），现在将详细描述这些组件的贡献。图3A和3B呈现了图1的上部部分的放大视图。在这两个图中，源4在各个方向上辐射射线（带电粒子路径），并且这些射线被一系列阳极电极4'“捕获”并加速。每条射线进入分散器/粒子棱镜8a，在那里发生分散，即取决于沿着给定标称路径/射线传递的粒子的精确能量的差分偏转，这导致各种射线中的光谱扩散。单色器狭缝8b用于选择所述光谱扩散的相对窄的子区域，从而仅传递选定的能量范围ΔE0。在图3A和3B所示的特定装置中，所述单色器狭缝8b在加速器阳极4'之后位于接地电位，这便于构造狭缝；然而，在替代装置中，单色器狭缝8b可以例如定位在单色器的分散元件中或其附近。
具有所述能散度ΔE0的光束随后进入聚光器组合件12，聚光器组合件12包括各种聚光透镜C1、C2a、C2b、C3和聚光器孔CA，并且（最终）被引导到样品S上。然而，图3A和3B之间存在显著差异，这些差异可以阐述如下：
- 在图3A中，从单色器狭缝8b出射的光束B相对温和地被聚光透镜C1扩展，使得所有（或其非常大的中心部分）穿过聚光器孔CA。如果需要，可以通过阻挡光束的小的***/环形区域来使用孔CA“清理”光束，但是这对经过孔CA的光束覆盖区的总百分比只具有相对较小的影响。
- 在图3B中，从单色器狭缝8b出射的光束B更强烈地被聚光透镜C1扩展（和/或选择相对较小的聚光器孔CA），使得仅光束的相对较小的中心部分穿过孔CA。这对经过孔CA的光束覆盖区的总百分比具有显著影响，同时伴随着光束能散度的减小。
Claims (7)
1.一种使用透射带电粒子显微镜的方法，所述透射带电粒子显微镜包括：
样品架，其用于固持样品；
用于产生带电粒子束的源；
照明器，其用于沿着光轴引导所述束以便辐照所述样品，所述照明器包括：
单色器，其具有单色器狭缝，且配置成产生具有给定能散度ΔE0的输出光束；以及
聚光透镜组合件，其在所述单色器下游；
成像***，其用于接收透射穿过所述样品的带电粒子通量并将其引导到感测装置上；
控制器，其用于控制所述显微镜的至少一些操作方面，
特征在于以下步骤：
在第一使用阶段中，选择以下中的至少一个：
（a）所述聚光透镜组合件的第一透镜的激励；
（b）聚光器孔中在所述第一透镜下游的宽度，
以便产生从所述孔出射的出射光束的第一宽度W1——以及相关联的第一能散度ΔE1；
在第二使用阶段中，选择所述参数（a）和（b）中的至少一个以便产生所述出射光束的不同的第二宽度W2——以及相关联的不同的第二能散度ΔE2。
2.根据权利要求1所述的方法，其中参数（a）和（b）中的至少一个的调整使在所述单色器的位置处形成的所述聚光器孔的虚拟图像的宽度改变。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述聚光透镜组合件的第二透镜安置在所述第一透镜和所述聚光器孔之间。
4. 根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中ΔE1和ΔE2中的至少一个小于0.05eV，优选的是小于0.03 eV。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中ΔE0≥0.1 eV。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中所述感测装置包括在电子能量损失光谱仪（EELS）模块中。
7.一种透射带电粒子显微镜，包括：
样品架，其用于固持样品；
用于产生带电粒子束的源；
照明器，其用于沿着光轴引导所述束以便辐照所述样品，所述照明器包括单色器和在所述单色器下游的聚光透镜组合件，所述单色器具有单色器狭缝且配置成产生具有给定能散度ΔE0的输出光束；
成像***，其用于接收透射穿过所述样品的带电粒子通量并将其引导到感测装置上；
控制器，其用于控制所述显微镜的至少一些操作方面，
特征在于所述控制器配置成执行以下操作：
在第一使用阶段中，选择以下中的至少一个：
（a）所述聚光透镜组合件的第一透镜的激励；
（b）聚光器孔中在所述第一透镜下游的宽度，
以便产生从所述孔出射的出射光束的第一宽度W1——以及相关联的第一能散度ΔE1；
在第二使用阶段中，选择所述参数（a）和（b）中的至少一个以便产生所述出射光束的不同的第二宽度W2——以及相关联的不同的第二能散度ΔE2。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP17203708.7 | 2017-11-27 | ||
| EP17203708.7A EP3489989B1 (en) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | Transmission charged particle microscope with adjustable beam energy spread |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109841473A true CN109841473A (zh) | 2019-06-04 |
| CN109841473B CN109841473B (zh) | 2024-03-26 |
Family
ID=60473373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811415777.9A Active CN109841473B (zh) | 2017-11-27 | 2018-11-26 | 具有可调整光束能散度的透射带电粒子显微镜 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11024483B2 (zh) |
| EP (1) | EP3489989B1 (zh) |
| JP (1) | JP7426192B2 (zh) |
| CN (1) | CN109841473B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111965164A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-20 | 天津大学 | 一种碳化外延层厚度的共聚焦拉曼光谱深度检测方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3550585B1 (en) * | 2018-04-05 | 2021-06-23 | FEI Company | Studying dynamic specimens in a transmission charged particle microscope |
| CN112649453B (zh) * | 2020-12-09 | 2021-11-12 | 北京大学 | 一种测量待测样品四维电子能量损失谱的方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120080594A1 (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Michael Schnell | Particle beam device and method for analyzing and/or treating an object |
| US8274046B1 (en) * | 2011-05-19 | 2012-09-25 | Hermes Microvision Inc. | Monochromator for charged particle beam apparatus |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997013268A1 (en) | 1995-10-03 | 1997-04-10 | Philips Electronics N.V. | Particle-optical apparatus comprising a fixed diaphragm for the monochromator filter |
| US8131481B2 (en) * | 2007-05-03 | 2012-03-06 | State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Portland State University | Database supported nanocrystal structure identification by lattice-fringe fingerprinting with structure factor extraction |
| EP2453461A1 (en) * | 2010-11-10 | 2012-05-16 | FEI Company | Charged particle source with integrated electrostatic energy filter |
| US8183526B1 (en) * | 2011-02-11 | 2012-05-22 | Electron Optica | Mirror monochromator for charged particle beam apparatus |
| JP5836171B2 (ja) * | 2012-03-21 | 2015-12-24 | 日本電子株式会社 | 透過型電子顕微鏡の調整方法 |
| JP6173862B2 (ja) * | 2013-09-30 | 2017-08-02 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 電子顕微鏡 |
-
2017
- 2017-11-27 EP EP17203708.7A patent/EP3489989B1/en active Active
-
2018
- 2018-11-21 US US16/197,448 patent/US11024483B2/en active Active
- 2018-11-26 CN CN201811415777.9A patent/CN109841473B/zh active Active
- 2018-11-26 JP JP2018219931A patent/JP7426192B2/ja active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120080594A1 (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Michael Schnell | Particle beam device and method for analyzing and/or treating an object |
| US8274046B1 (en) * | 2011-05-19 | 2012-09-25 | Hermes Microvision Inc. | Monochromator for charged particle beam apparatus |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111965164A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-20 | 天津大学 | 一种碳化外延层厚度的共聚焦拉曼光谱深度检测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3489989B1 (en) | 2020-07-08 |
| CN109841473B (zh) | 2024-03-26 |
| US20190378680A1 (en) | 2019-12-12 |
| JP2019096615A (ja) | 2019-06-20 |
| EP3489989A1 (en) | 2019-05-29 |
| US11024483B2 (en) | 2021-06-01 |
| JP7426192B2 (ja) | 2024-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9991087B2 (en) | Spectroscopy in a transmission charged-particle microscope | |
| JP6151138B2 (ja) | 荷電粒子顕微鏡内において試料の断層撮像を実行する方法 | |
| US10522323B2 (en) | Electron energy loss spectroscopy with adjustable energy resolution | |
| EP2993683B1 (en) | Method of performing spectroscopy in a transmission charged-particle microscope | |
| JP6929730B2 (ja) | 飛行時間型荷電粒子分光学 | |
| EP3070732A1 (en) | Apparatus and method of performing spectroscopy in a transmission charged-particle microscope | |
| JP7030549B2 (ja) | 荷電粒子源の放出雑音補正 | |
| US10832901B2 (en) | EELS detection technique in an electron microscope | |
| CN109841473A (zh) | 具有可调整光束能散度的透射带电粒子显微镜 | |
| CN108538693B (zh) | 带电粒子显微镜的像差测量 | |
| EP3203493B1 (en) | Charged-particle microscope with astigmatism compensation and energy-selection | |
| US11955310B2 (en) | Transmission charged particle microscope with an electron energy loss spectroscopy detector | |
| US10559448B2 (en) | Transmission charged particle microscope with improved EELS/EFTEM module | |
| US11276549B1 (en) | Compact arrangement for aberration correction of electron lenses |
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 |