具有气压修正的带电粒子显微镜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用带电粒子显微镜的方法，包括以下步骤： -在样品保持器上提供样品； -引导来自源的带电粒子的射束通过照明器从而照射样品； -使用检测器来检测响应于所述照射而从样品发出的辐射通量。
[0002] 本发明对应地涉及带电粒子显微镜，包括： -样品保持器，用于保持样品； -源，用于产生带电粒子的射束； -照明器，用于引导所述射束从而照射样品； -检测器，用于检测响应于所述照射而从样品发出的辐射通量。
【背景技术】
[0003] 带电粒子显微术是用于特别是以电子显微术对显微对象进行成像的众所周知 且越来越重要的技术。历史上，电子显微镜的基本种类已经经历到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)的许多众所周知的装置类 另Ij中的演进，并且还经历到诸如所谓的"双射束"工具(例如FIB-SEM)的各种子类别中的演 进，所述"双射束"工具(例如FIB-SEM)额外采用"加工"聚焦离子束（FIB)，从而例如允许 诸如离子束铣削或离子束致沉积（IBID)之类的支持性活动。更具体地： -在SEM中，通过扫描电子束的样品照射例如以二次电子、背散射电子、X射线和光致发 光(红外、可见和/或紫外光子）的形式促使"辅助"辐射从样品的发出；发出辐射的该通量 的一个或多个分量然后被检测并用于图像累积的目的。
[0004] -在TEM中，用来照射样品的电子束被选择成具有足够高的能量以穿透样品(其为 此将一般地比在SEM样品的情况下更薄);然后可以使用从样品发出的透射电子的通量来产 生图像。当这样的TEM在扫描模式下操作（因此，变成STEM)时，在照射电子束的扫描运动 期间将累积正在讨论中的图像。
[0005] 例如从以下Wikipedia链接可以是收集到关于在这里阐述的某些主题的更多信 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〇
[0006] 作为使用电子作为照射射束的替换，还可以使用其它类别的带电粒子来执行带电 粒子显微术。在这方面，短语"带电粒子"应被宽泛地解释为涵盖例如电子、正离子(例如Ga 或He离子)、负离子、质子和正电子。关于基于离子的显微术，例如可以从诸如以下之类的 源收集到某些进一步信息： http://en. wikipedia. org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope -W. H. Escovitz、Τ· R. Fox 和 R. Levi-Setti 在 Proc. Nat. Acad. Sci. USA 72 (5), 页 1826-1828 (1975)中的 Scanning Transmission Ion Microscope with a Field Ion Source。
[0007] 应注意的是除成像之外，带电粒子显微镜还可具有其它功能，诸如执行光谱学，检 查衍射图，执行(局部化）表面改性(例如铣削、蚀刻、沉积）等。
[0008] 在所有情况下，带电粒子显微镜（CPM)将包括至少以下部件： -辐射源，诸如肖特基电子源或离子枪。
[0009] -照明器，其用于操纵来自源的"原始"辐射射束并对其执行某些操作，诸如聚焦、 像差缓解、裁剪(用小孔)、过滤等。其通常将包括一个或多个(带电粒子）透镜，并且也可包 括其它类型的(粒子)光学部件。如果期望的话，可以为照明器提供偏转器系统，其可以被调 用以造成其输出射束以跨被研究的样品执行扫描运动。
[0010] -样品保持器，被研究中的样品可以被保持和定位(例如倾斜、旋转)在其上面。如 果期望的话，可以移动该保持器，从而实现射束跨样品的扫描运动。一般地，这样的样品保 持器将被连接到诸如机械载物台的定位系统。
[0011]-检测器(用于检测从被照射样品发出的辐射)，其可以本质上是单体的或复合式/ 分布式的，并且取决于被检测的辐射其可以采取许多不同形式。示例包括光电倍增管(包括 固态光电倍增管SSPM)、光电二极管、CMOS检测器、CCD检测器、光伏电池等，其可例如与闪 烁器膜相结合地使用。
[0012] 在透射式显微镜(诸如例如（S) TEM)的情况下，CPM还将包括： -成像系统，其本质上取得透射通过样品(平面）的带电粒子并将其引导（聚焦）到诸如 检测/成像设备、分光镜装置(诸如EELS模块）等的分析装置上。如上文涉及的照明器一 样，成像系统还可执行其它功能，诸如像差缓解、裁剪、过滤等，并且其一般地将包括一个或 多个带电粒子透镜和/或其它类型的粒子光学部件。
[0013] 在下面，作为示例，有时可在电子显微术的特定背景下阐述本发明。然而，这样的 简化仅仅意图用于清楚/图示目的，并且不应解释为具有限制性。
[0014] 虽然已知CPM产生可容忍的成像结果，但始终存在改进的空间。在该背景下，本发 明人已广泛地工作以识别常规CPM设计中的缺点，并有效地解决这些从而产生改进的CPM 性能。这种努力的结果是本申请的主题。
[0015] 本发明的目标是提供一种使用如上文涉及的带电粒子显微镜的改进方法。特别 地，本发明的目标是这样的方法与常规方法相比应产生改进的成像结果。
[0016] 在如在上文的开头段落中所阐述的方法中实现了这些和其它目标，其特征在于以 下步骤： -为显微镜提供气压传感器； -为自动控制器提供来自所述气压传感器的压强测量信号； -调用所述控制器以使用所述信号作为到控制程序的输入，以基于所述信号来补偿所 述射束和所述样品保持器的相对位置误差。
[0017] 它们对应地在如在上文的第二开头段落中所阐述的显微镜中实现，其特征在于： -显微镜包括： 自动控制器，以及； 来自气压传感器的输入接口，其可向所述控制器供应压强测量信号； -所述控制器可以被调用以使用所述信号作为到控制程序的输入，以基于所述信号来 补偿所述射束和所述样品保持器的相对位置误差。
[0018] 为了良好的顺序，关于被用来阐述本发明的术语的某些方面应注意以下各点： (a)气压传感器可例如: -邻近于样品保持器定位，例如在保持器的向外突出部分(诸如定位机构）处/附近； -安装在显微镜的外表面/框架上，略微从样品保持器移开(例如在其50-100cm内）； -略微与显微镜相距开，但仍与之气压连通，例如，其可能位于包含显微镜的有限空间 (诸如房间或小屋）中，并被定位从而在其附近(例如在其5_10米内）； -被多个显微镜共享/被连接到多个显微镜，例如，其可能位于包含若干显微镜的房间 中的相对中央位置上，并经由诸如电缆、光纤等信号载体被连接到这些中的一个或多个。
[0019] Ihl自动控制器可具有单体或复合性质，并且可例如包括合作的子控制器组，其中 的每一个可以被分配特定子任务。其可以是例如特定设计的模拟或数字电子电路，或者其 可包括可以执行用软件/固件编写的命令的计算机处理器(的一部分)。其可以是被用来一 般地协调CPM内的自动化过程的主控制器，或者其可以是专用设备。
[0020] klCPM提供有由压强传感器经由所述输入接口提供的测量功能。这样的接口可 例如包括： -被连接到压强传感器的信号载体； -外部压强传感器可以经由信号载体被连接到的插孔/插座； -用于承载来自压强传感器被连接到的外部计算机的数据的总线(数据电缆)， 等。
[0021] 在导致本发明的实验中，本发明人对每个包括原子的规则晶格的晶体样品(诸如 硅〈110>和石墨烯）执行高分辨率STEM成像研究。因为这样的样品本征地包括结构单元 的本质上完美的重复阵列，所以可能预期其CPM图像是同样完美的。然而，实际上，本发明 人在这样的图像中观察到许多缺陷，典型地以明显的晶格失配、位错和线性层错的形式(例 如，见图2A和2B的箭头区）。因为样品本质上是完美的，所以在CPM本身中寻找这样的缺 陷的起源。最初怀疑成像缺陷是由CPM的机架的寄生振动引起的，其例如由于通过的交通 而经过地面被传导到CPM中；然而，在彻底的检查之后，该潜在来源随后被消除作为观察到 的异常的候选原因。以类似方式，由于可能的温度波动而引起的膨胀/收缩也被消除作为 潜在的原因。最后，在广泛的研究之后，在晶格图像中的跳跃的发生与远离CPM几十米定位 并通过各种内墙与之分离的滑动外门的打开/关闭之间注意到时间相关性。特别地，当执 行专用实验以进一步研究该效应时，观察到正在讨论中的门的打开