具有特殊孔隙板的帶電粒子顯微鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及帶電粒子顯微鏡，包括： -樣本保持器，用于保持樣本； -源，用于產(chǎn)生帶電粒子射束； -照射器，用于引導(dǎo)所述射束以便輻照所述樣本； -檢測(cè)器，用于檢測(cè)響應(yīng)于所述輻照而從樣本發(fā)出的輻射通量； 其中照射器包括： -孔隙板，其包括在所述射束的路徑中的孔隙區(qū)域，用于在射束撞擊所述樣本之前限定 射束的幾何形狀。
[0002] 本發(fā)明還涉及使用這種顯微鏡的各種創(chuàng)新方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 帶電粒子顯微術(shù)是用于尤其以電子顯微術(shù)的形式來將微觀對(duì)象成像的公知的且 越來越重要的技術(shù)。歷史上，電子顯微鏡的基本類已經(jīng)經(jīng)歷演進(jìn)成為許多公知的裝置種類， 諸如透射電子顯微鏡（TEM)、掃描電子顯微鏡（SEM)和掃描透射電子顯微鏡（STEM)，并且也 演進(jìn)成為各種子類，諸如所謂的"雙射束"工具(例如FIB-SEM)，其另外地采用〃加工〃聚焦 離子射束（FIB)，以例如允許支持性活動(dòng)，諸如離子射束研磨或離子射束誘發(fā)沉積（IBID)。 更具體地： -在SEM中，由掃描電子射束對(duì)樣本的福照促成"附屬"福射以例如二次電子、反向散射 電子、X射線和光致發(fā)光(紅外光子、可見光子和/或紫外光子）的形式從樣本發(fā)出；該發(fā)出 的輻射的通量的一個(gè)或多個(gè)分量然后被檢測(cè)到并且用于圖像累積目的。
[0004] -在TEM中，用于輻照樣本的電子射束被選擇為具有足夠高的能量以穿透樣本(為 了這個(gè)目的，該樣本通常將比SEM樣本的情況下更?。粡臉颖景l(fā)出的透射電子的通量然后 可以被用于創(chuàng)建圖像。當(dāng)這樣的TEM操作于掃描模式中（因此變成STEM)時(shí)，所討論的圖像 將在輻照電子射束的掃描運(yùn)動(dòng)期間被累積。
[0005] 能夠例如從以下維基百科鏈接收集關(guān)于在這里闡明的一些主題的更多信息： 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〇
[0006] 作為對(duì)使用電子作為輻照射束的替代方案，帶電粒子顯微術(shù)也可以使用其它種類 的帶電粒子來執(zhí)行。在這個(gè)方面，短語"帶電粒子"應(yīng)當(dāng)被廣泛地理解為包含例如電子、正 離子(例如Ga或He離子)、負(fù)離子、質(zhì)子和正電子。關(guān)于基于離子的顯微術(shù)，一些進(jìn)一步的 信息例如可以從諸如以下的來源收集： http://en. wikipedia. org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope -ff. H. Escovitz, T. R. Fox 和 R. Levi-Setti, Scanning Transmission Ion Microscope with a Field Ion Source, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 72 (5), pp 1826-1828 (1975)〇
[0007] 應(yīng)當(dāng)注意的是，除了成像，帶電粒子顯微鏡還可以具有其他功能，諸如執(zhí)行光譜 術(shù)、檢查衍射圖、執(zhí)行(局部化）表面改性(例如，研磨、刻蝕、沉積）等。
[0008] 在所有情況下，帶電粒子顯微鏡（CPM)將包括至少如下部件： -輻射源，諸如肖特基電子源或離子槍。 -照射器，其用來操縱來自源的"原始"輻射射束并且對(duì)其執(zhí)行某些操作，諸如聚焦、像 差減輕、修剪(利用孔隙)、濾波等。它通常將包括一個(gè)或多個(gè)(帶電粒子）透鏡，并且也可以 包括其它類型的(粒子)光學(xué)部件。如果需要，照射器可以被提供有偏轉(zhuǎn)器系統(tǒng)，該偏轉(zhuǎn)器系 統(tǒng)可以被調(diào)用以使得其輸出射束跨正在被研究的樣本執(zhí)行掃描運(yùn)動(dòng)。 -樣本保持器，研究中的樣本可以被保持和定位(例如，傾斜，旋轉(zhuǎn))在該樣本保持器上。 如果需要，這個(gè)保持器可以被移動(dòng)以便實(shí)現(xiàn)射束相對(duì)于樣本的期望的掃描運(yùn)動(dòng)。通常，這樣 的樣本保持器將被連接到定位系統(tǒng)，諸如機(jī)械載臺(tái)。 -檢測(cè)器(用于檢測(cè)從受輻照樣本發(fā)出的輻射)，取決于正被檢測(cè)的輻射，該檢測(cè)器在本 質(zhì)上可以是單一的或復(fù)合/分布式的，并且其可以采用許多不同的形式。示例包括光電倍 增器(包括固態(tài)光電倍增器，SSPM)、光電二極管、CMOS檢測(cè)器、（XD檢測(cè)器、光伏電池等，它 們例如可以與例如閃爍體膜一起使用。
[0009] 尤其，這樣的裝置典型地將進(jìn)一步包括： -孔隙板，其位于照射器中并且可定位以便在帶電粒子射束撞擊研究中的樣本之前截 獲帶電粒子射束。這個(gè)板通常將包括對(duì)所述射束不透明的材料板(諸如金屬)但是該板包括 允許(至少部分）射束透射的孔隙區(qū)域。這個(gè)板用于在射束撞擊所述樣本之前限定/控制 射束的幾何形狀(例如，周界形狀、尺寸)?？紫秴^(qū)域被修剪為具有覆蓋區(qū)（footprint)/截 面，該覆蓋區(qū)/截面在入射的帶電粒子射束被集中在其上時(shí)例如由于以下事實(shí)而被入射的 帶電粒子射束完全"填充"（充滿):所述射束的直徑(外截面直徑)至少與所述孔隙區(qū)域的直 徑一樣大。
[0010] 在下文中，本發(fā)明可以（以示例的方式）有時(shí)在電子顯微術(shù)的具體情境中被闡述。 然而，這樣的簡(jiǎn)化意圖僅為了清楚/說明性的目的，并且不應(yīng)當(dāng)被理解為限制性的。
[0011] 上面的開頭段落中闡述的顯微鏡的示例例如是SEM。在這種情況下，上面提到的 孔隙板經(jīng)常被稱為例如"聚光器孔隙"或"像差控制孔隙"，并且它常規(guī)上具有限制射束截面 的范圍/直徑/尺寸的功能；這對(duì)于圖像分辨率通常是有益的，因?yàn)楦与x軸的帶電粒子趨 向于不佳地聚焦在樣本上，這是由于照射器（的一個(gè)或多個(gè)探針形成透鏡（probe forming lens))中的透鏡像差(諸如例如球面像差和色像差）而引起的。出于這樣的目的，孔隙區(qū)域 將基本上由相對(duì)較大的圓形孔構(gòu)成，該圓形孔以(粒子)光學(xué)軸為中心。典型地，這樣的板被 定位以便位于接近照射器的最終探針形成透鏡(物鏡)。常規(guī)上，孔隙區(qū)域的平面內(nèi)（笛卡爾 XY)位置可以被微調(diào)以將其與探針形成透鏡的中心精確對(duì)準(zhǔn)。經(jīng)常，顯微鏡用戶可以在一組 不同尺寸的孔隙之間進(jìn)行機(jī)械切換，以便在不同分辨率和探針電流之間進(jìn)行切換。
[0012] 雖然諸如在前面的段落中闡述的機(jī)構(gòu)目前為止已經(jīng)產(chǎn)生了可容許的結(jié)果，但是本 發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了廣泛工作以實(shí)質(zhì)上改進(jìn)了這個(gè)常規(guī)設(shè)計(jì)。這個(gè)努力的結(jié)果是本申請(qǐng)的主 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目標(biāo)是提供上面提到的改進(jìn)的帶電粒子顯微鏡。特別地，本發(fā)明的目的 是這樣的顯微鏡應(yīng)當(dāng)享有目前為止常規(guī)顯微鏡中所一直缺乏的功能。而且，本發(fā)明的目的 是該改進(jìn)的顯微鏡設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)比現(xiàn)有技術(shù)的裝置更加通用，并且其應(yīng)當(dāng)允許獲得更準(zhǔn)確的顯 微術(shù)結(jié)果。
[0014] 這些和其它目標(biāo)在如開頭段落中所闡述的帶電粒子顯微鏡中被實(shí)現(xiàn)，該帶電粒子 顯微鏡的特征在于所述孔隙區(qū)域包括多個(gè)孔的分布，每個(gè)孔均小于入射在孔隙板上的射束 的直徑。這樣的孔隙區(qū)域因此用于把單個(gè)入射射束轉(zhuǎn)換成多個(gè)出射子射束，給定子射束的 截面形狀取決于子射束所出射的孔(在所述分布中）的形狀。
[0015] 本發(fā)明的關(guān)鍵之處可以按照數(shù)學(xué)考慮來闡述，并且也可以按照物理考慮來闡述。 關(guān)于一般性數(shù)學(xué)分析，要注意以下各項(xiàng)： -在帶電粒子顯微鏡中圖像形成的過程涉及樣品相關(guān)信息和(粒子)光學(xué)器件相關(guān)信息 的卷積。（粒子）光學(xué)器件相關(guān)信息可以例如使用所謂的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF)來以數(shù)學(xué)方式描 述，點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF)闡述了點(diǎn)狀物體被介入的光學(xué)器件轉(zhuǎn)換成非點(diǎn)狀圖像的(功能性）方 式。 -為了從這個(gè)卷積中僅提取樣品相關(guān)信息或光學(xué)器件相關(guān)信息，將必須執(zhí)行某一形式 的解卷積。執(zhí)行這種解卷積的方便方式是在傅里葉域中，其中人們利用商Q=S/0,其中S是 與樣本相關(guān)的頻譜，以及〇是與光學(xué)器件相關(guān)的頻譜。 -發(fā)明人已經(jīng)觀察到，當(dāng)使用常規(guī)孔隙板時(shí)(具有其典型的（大的、單個(gè)）圓形孔)，頻譜 〇趨向于在本質(zhì)上是準(zhǔn)高斯的，具有多個(gè)零點(diǎn)。因?yàn)檫@樣的零點(diǎn)發(fā)生在商Q的分母中，所以 它們導(dǎo)致不連續(xù)性，并且這將它們自己顯現(xiàn)為圖像寬的"偽像"，其基本上可以被認(rèn)為是圖 像噪聲。 -在另一方面，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的多孔的孔隙板時(shí)，觀察到頻譜〇是更加平滑的，具 有更少的(或基本上沒有）零點(diǎn)，由此減輕上面描述的類型的不連續(xù)性，并且最終產(chǎn)生更加 "干凈"的圖像，具有改進(jìn)的信噪比?；谶@個(gè)一般效果，人們還可以產(chǎn)生進(jìn)一步的、更加具 體的改進(jìn)。特別地，由多個(gè)(顯著更小的）孔的分布來代替單個(gè)(相對(duì)大的）孔的行為創(chuàng)建可 以被"調(diào)節(jié)"為產(chǎn)生具體效果的參數(shù)/額外自由度。更具體來說，這樣的代替創(chuàng)建新的參 數(shù)，諸如分布形狀、分布密度、分布等距/對(duì)稱、孔形狀、孔尺寸、孔方位等，這些參數(shù)可以被 選擇以便產(chǎn)生對(duì)頻譜〇的具體操縱。如下面將更詳細(xì)闡述的，這樣的操縱可以適用于顯著 的功能改進(jìn)，