[发明专利]暗视野像差矫正电子显微镜

说明书

优先权

本申请要求2010年2月10日提交的美国临时申请61/303,260和2010年6月7日提交的美国临时申请61/352,243的优先权，通过引用将它们的全部合并于本申请中。

技术领域

本发明涉及一种暗视野像差矫正电子显微镜。

背景技术

在某些应用中，电子显微镜常用来解析一试片中的单点状物体(single point-like object)，该单点状物体可以是：例如，非晶型基板上之一个单原子群(single atoms)或一堆原子簇(cluster of atoms)。电子显微镜理论上可用来对一核酸(nucleic acid)的碱基(base)排序，例如，一串脱氧核糖核酸（DNA）之碱基(base)。

扫描穿透式电子显微镜(scanning transmission electron microscope；STEM)以电子束顺序逐条扫描一个试片，而将单点状物体成像。然而，STEM通常受限于扫描时间长，从而导致低产能(throughput)。例如，STEM扫描影像之每个像素所花费的时间为1微秒到10微秒，当用于顺序逐条扫描很多单点状物体的情况下，扫描时间可能太长以致于并不适用。另外，例如，在一有实用价值的时间下，完成一个完整的人类基因之排序，STEM也因产能太低而并不适合。

穿透式电子显微镜（Transmission electron microscopy,TEM），不像STEM，它是以平行输入对试片成像。但是，当利用TEM解析单点状物体时会存在问题，因为所得到之相对比(phase contrast)资讯，通常不足以解读。例如，在TEM影像的亮区可代表一个原子或少一个原子。因此，TEM虽然可能有良好的产能，它基本上无法获得足够好的试片资讯。

因此，期望获得能够可靠地解析点状物的电子显微镜，更进一步，期望这种电子显微镜具有实质上的高产能，同时，期望这种电子显微镜的成本可负担。

发明内容

在一实施例中，穿透式电子显微镜包含一电子源以产生电子束。以电子束用光学组件聚集该电子束。显微镜还包括像差矫正器，以至少矫正该电子束之球面像差(spherical aberration)。一位于该电子束路径上的一试片座(specimen holder)，用来设置一试片。此外，一侦测器用于侦测穿过该试片之电子束。本实施例中之穿透式电子显微镜操作于暗视野(dark field)模式下，其中第零阶电子束(zero beam)并不予以侦测。

在另一个实施例中，穿透式电子显微镜包含电子源以产生电子束。以电子束用光学组件聚集该电子束，该电子束用光学组件定义了一个光学显微镜的光轴(optic axis)，沿着该光轴该电子束用光学组件有大致上的圆柱对称。该显微镜还包括像差矫正器，其中包含一组件大致就在光轴上，以矫正该电子束之球面像差。一位于该电子束路径上的一试片座，用来设置一试片。此外，电子显微镜还包含一侦测器用于侦测穿过试片之电子束。本实施例中之穿透式电子显微镜操作于暗视野模式下，其中第零阶电子束并不予以侦测。

在另一个实施例中，穿透式电子显微镜包含一非同调电子束源产生一非同调电子束(incoherent electron beam)。以电子束用光学组件聚集该电子束。显微镜还包括像差矫正器至少矫正该电子束之球面像差。一位于该电子束路径上的一试片座，用来设置一试片。此外，一侦测器用于侦测穿过该试片之电子束。本实施例中之穿透式电子显微镜操作于暗视野模式下，其中零阶电子束并不予以侦测。

在另一个实施例中，一穿透式电子显微镜之电子束组件包含一电子源产生电子束。一像差矫正器至少矫正该电子束之球面像差。一位于该电子束路径上的一试片座，用来设置一试片。一侦测器用于侦测穿过该试片之电子束。该穿透式电子显微镜之电子束组件操作于暗视野模式下，其中第零阶电子束并不予以侦测。

在另一个实施例中，一穿透式电子显微镜之暗视野像差矫正器包括一像差矫正器至少矫正该电子束之球面像差。一个暗视野孔(dark-field aperture)包含一个暗视野阻挡组件(dark-field stop)，包含有（i）一圆盘阻挡组件(circular-disc stop)位于电子束之径向中心(raradial center)，以阻挡电子束之中央部分;及（ii）一外圈阻挡组件(outer stop)与该圆盘阻挡组件同圆心，并与该圆盘阻挡组件相隔一环型间隙。