[发明专利]探查和校正带电粒子透镜系统中的像差的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种探查带电粒子透镜系统中的像差的方法，所述透镜系统具有包括物平面的物空间和包括像平面的像空间，由此放置在所述物平面上的物体能够通过所述透镜系统而被成像到所述像平面上，所述透镜系统还具有入射光瞳。

本发明还涉及一种带电粒子显微镜，其包括：

-带电粒子源，用于产生带电粒子射束；

-样品支架，用于保持和定位样品；

-带电粒子透镜系统，用于将所述样品的至少一部分成像到像平面上；

-检测器，用于检测所述样品在所述像平面的图像。

背景技术

出于清楚和一致性的目的，如贯穿本文正文和所附权利要求所使用的以下术语应该被解释如下：

-术语“带电粒子”包含电子或离子(通常为阳离子，举例来说诸如镓离子或氦离子，但阴离子也是可能的)。例如，它还可以是质子。

-术语“带电粒子透镜系统”指的是能够被用来操纵带电粒子射束的一个或多个静电和/或磁透镜的系统，举例来说用来向其提供特定的焦点或偏转和/或减轻其中的一个或多个像差。除了(各种类型的)常规透镜元件之外，该带电粒子射束系统(粒子-光学镜筒)还可以包括诸如偏转器、消像散器、多极、光圈(光瞳)挡片等元件。

-术语“带电粒子显微镜”(CPM)指的是采用至少一个带电粒子透镜系统来创建通常太小以致不能用人的肉眼以令人满意的细节看见的物体、特征或部件的放大图像的设备。除了具有成像功能之外，这样的设备还可以具有机械加工功能；例如，它可以被用来通过从其去除材料(“研磨”或“消融”)或者向其添加材料(“沉积”)而局部地修改样品。所述成像功能和机械加工功能可以通过相同类型的带电粒子来提供，或者可以通过不同类型的带电粒子来提供；例如，聚焦离子射束(FIB)显微镜可以采用用于机械加工目的的(聚焦)离子射束和用于成像目的的电子射束(所谓的“双射束”显微镜，例如“FIB-SEM”)，或者它可以用相对高能量的离子射束来执行机械加工而用相对低能量的离子射束执行成像。

-术语“样品支架”指的是任何类型的台、平台、臂等，在其上样品能够被安装并且保持在适当位置。通常，这样的样品支架将被包括在镜台组件中，它能够与所述镜台组件一起被以若干自由度准确地定位，例如在电致动器的帮助下。

这样的概念将为技术人员所熟悉。

在下文中，将-通过示例的方式-常常在电子显微镜的特定上下文中对本发明进行阐述。然而，这样的简化只意在用于清楚/示意性的目的，并且不应该被解释为限制。

电子显微镜是用于对微观物体进行成像的众所周知的技术。基本属的电子显微镜已经历了到许多众所周知的设备种类的演进，诸如透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)以及扫描透射电子显微镜(STEM)，以及还有到各种子类的演进，诸如所谓的“双射束”工具(例如FIB-SEM)，其另外采用离子的“机械加工”射束，从而允许举例来说诸如离子射束研磨或离子射束引发的沉积的支持活动。在传统的电子显微镜中，成像射束在给定成像会话期间“持续”延长的一段时间；然而，其中成像基于电子的相对短的“闪现”或“突现”而发生的电子显微镜也是可用的，这样的方法在试图对例如移动样品或辐射敏感的试样进行成像时具有潜在益处。

诸如TEM的CPM将典型地采用若干透镜的系统来将物平面成像到像平面上；这个系统按照惯例被称为“投射系统”(投射镜筒、投射透镜系统)。在这个投射系统中，每个连续的透镜可以渐进地放大来自在前透镜的图像，以便获得高达百万量级的累积放大因子。这样的投射系统的第一透镜(在物端)按照惯例被称作“物镜透镜”。当使用CPM对样品进行成像时，所获得的图像的质量将尤其受到所采用的投射系统中的像差的存在/程度/性质影响，并且特别受到物镜透镜中的像差影响-因为它们被投射系统中的所有连续透镜放大，所以物镜透镜中的像差趋于占支配地位。这样的像差的众所周知的示例包括球面像差、散光和慧差，但是还存在更加“奇异的”像差，举例来说诸如所谓的三倍散光和五倍散光。现代TEM(CPM)因此可以在投射系统中(或附近)采用像差校正装置，为了补偿物镜透镜(和/或其他透镜元件)中的显著像差的目的，所述装置能够包括多个透镜和多极(举例来说)。

能够检测和量化透镜像差的存在是重要的，以便能够采取最佳定制的校正措施；例如，知道带电粒子透镜中的散光的方向和大小允许校正消像散器元件以在很大程度上消除所述散光的方式被激发，从而导致改进的成像结果。除消像散器的使用之外，还能够使用举例来说诸如(一系列)适当的静电或磁多极的光学器件来减轻透镜像差。