用于洛伦兹电子显微镜的校正器转移光学器件的制作方法

用于洛伦兹电子显微镜的校正器转移光学器件


背景技术：

[0001]
显微镜的放大率和分辨率需要不断提高，以便使科学家和工程师能够继续在越来越小的层级下探索和开发技术。为了实现这一点，显微镜部件不断得到改进，以提高显微镜性能（即，提高分辨率、提高放大率、减少像差等）。然而，当显微镜能够在一种以上的操作模式下操作时，一个显微镜部件的变化可提高第一模式下的显微镜性能，同时降低第二不同模式下的显微镜性能。因此，期望跨多种操作模式改进和/或允许优化显微镜性能的显微镜开发。


技术实现要素：

[0002]
根据本公开，在标准操作模式和洛伦兹操作模式下均具有优化性能的带电粒子显微镜包括被配置为向样品发射带电粒子束的带电粒子源；被配置为保持样品的样品保持器；用于校正轴向像差（和/或其它像差，如离轴彗差）的校正器；位于校正器和样品保持器之间的洛伦兹透镜；以及在洛伦兹透镜和样品保持器之间的物镜。带电粒子显微镜的特征在于包括位于校正器和洛伦兹透镜之间的第一转移透镜，以及位于校正器和第一转移透镜之间的第二转移透镜。带电粒子显微镜被配置为在其在标准操作模式下操作的第一配置和其在洛伦兹模式下操作的第二配置之间切换。
[0003]
根据本公开，用于操作这类带电粒子显微镜（其被配置为当处于第一配置时在标准操作模式下操作，而当处于第二配置时在洛伦兹操作模式下操作）的方法包含：通过带电粒子源使得带电粒子束向样品发射，以及使用校正器来校正轴向（并且在一些情况下为离轴）像差。当带电粒子显微镜在洛伦兹操作模式（洛伦兹stem或洛伦兹tem）下操作时，所述方法包括使用第一转移透镜和第二转移透镜来最佳地调谐散焦、c
s
和c5。另外，当显微镜在标准操作模式（stem或tem）下操作时，所述方法包括用位于校正器和第一转移透镜之间的第二转移透镜聚焦带电粒子束，使得第二转移透镜辅助第一转移透镜在物镜处或附近对校正器出射平面成像，以最小化组合像差c5（轴向5阶球面像差）。
附图说明
[0004]
参考附图描述详细描述。在附图中，附图标号的最左边的数字（一个或多个）标识附图标号首次出现的附图。不同附图中相同的附图标号指示类似或相同的项目。
[0005]
图1图示了用于检查样品的实例带电粒子显微镜系统，其在多种操作模式下具有优化性能。
[0006]
图2是图解的集合，其图示了具有校正器和一个或多个透镜的布置的带电粒子系统的校正器转移光学器件的光学行为。
[0007]
图3图示了实例带电粒子显微镜系统，其作为能够在标准操作模式和洛伦兹操作模式下操作的tem系统。
[0008]
图4描绘了具有优化性能的使用带电粒子显微镜系统在多种操作模式下检查、沉积、研磨和/或提取样品组分的采样过程。
3、5和6中被图示为笔形束。然而，本领域技术人员将理解，当笔形束穿过实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100时，笔形束对应于带电粒子束104的束锥的外部射线（即，带电粒子束104的外径）。换句话说，图1中的束104图示了带电粒子束的轴向射线。
[0017]
加速器透镜112加速/减速、聚焦和/或将带电粒子束104引向聚焦柱114。聚焦柱114聚焦带电粒子束104，使得其入射在样品102上。另外，聚焦柱114校正和/或调谐带电粒子束104的像差（例如，几何像差、色像差）。在图1中，聚焦柱114被图示为包括校正器116和多个透镜118的布置。校正器116为用于校正带电粒子束104的轴向像差的光学部件。在各种实施例中，校正器116可为六极校正器，所述六极校正器可为rose（-类）、s-corr校正器或crewe（-类）六极校正器，或四极-八极校正器，或任何其它类型，或者被配置为校正实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100内的几何和/或色像差的另一类型的校正器。在本公开中，论述了其中带电粒子束104离开校正器116的实施例，带电粒子束的路径（基本上）平行于发射轴线110。然而，本领域技术人员将理解，本公开可扩展到非平行的情况（例如，其中校正器116在其出射平面处或附近产生束交叉点）。
[0018]
在图1中，聚焦柱114还被图示为包括多个透镜118的布置，所述多个透镜包括物镜120、洛伦兹透镜122、第一转移透镜124和第二转移透镜126。物镜120为将带电粒子束104聚焦到样品102上的一点的光学器件。物镜120可包含单极透镜、磁性静电复合透镜、静电检测器物镜或另一种类型的物镜。在一些实施例中，当实例带电粒子显微镜系统100在洛伦兹模式下操作时，物镜120关闭。在这类实施例中，洛伦兹透镜122像物镜一样起作用并且将带电粒子束104聚焦到样品上。洛伦兹透镜122为光学透镜，其使得来自第一转移透镜124的带电粒子束104的发散部分成为会聚束和/或较小发散束。当实例带电粒子显微镜在标准模式下操作时，洛伦兹122充当附加的转移透镜。举例来说，图1图示了洛伦兹透镜122，其使带电粒子束104的发散部分（a）当实例带电粒子显微镜系统100在标准操作模式下操作时成为较小发散束，以及（b）当实例带电粒子显微镜系统100在洛伦兹模式下操作时成为会聚束。
[0019]
图1还图示了包括多个转移透镜的多个透镜118的布置。具体地，图1图示了包括第一转移透镜124和第二转移透镜126的多个透镜118的布置。传统上，类似的显微镜系统仅含有单个转移透镜，所述转移透镜被定位和/或以其它方式配置其光学特性，以在单一操作模式期间优化显微镜系统的性能。尽管可将这类单转移透镜布置设计为在洛伦兹模式下具有良好的性能，但当在标准操作模式下操作时，这类配置会损害系统的性能。
[0020]
更具体地，尽管校正器和/或单色器的当前配置能够减少能量散布、抑制色像差并校正高达5阶的几何像差，但在这类当前配置中，单个转移透镜的位置仅对于标准操作模式而言最佳。也就是说，当前单个转移透镜配置损害了洛伦兹操作模式下的性能和/或对于洛伦兹操作模式而言不是最佳。举例来说，为了实例带电粒子显微镜系统100的理想性能，c5像差必须足够小，并且优选为负，使得其可结合c
s
像差和散焦来补偿c7像差。
[0021]
另外，在现有技术的显微镜系统中，期望电流校正器116的主六极激发的水平非常高，以便减少显微镜系统内生成的c
c
和热磁场噪声（即，约翰逊噪声）。然而，在这些现有系统中，主六极激发的这类增加也产生了抑制显微镜系统的性能的巨大c5组合像差。虽然单个转移透镜可被最佳地定位用于在标准模式下操作，但当现有技术的显微镜系统在洛伦兹模式下操作时，单个转移透镜不能被定位也为最佳。因此，在当今的显微镜系统中，必须选择低得多的主六极激发。这导致一种不理想的情况，其中校正器对c
c
和热磁场噪声的贡献
没有得到最佳地缩小。而且，即使在这种减少的主六极激发的状态下，在当今的显微镜系统中仍存在次佳的c5组合像差。由于这些问题，对于当前单个转移透镜配置可获得的洛伦兹stem分辨率受到限制。
[0022]
然而，根据本公开的实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100通过在校正器和第一转移透镜124（即，第二转移透镜126）之间并入额外的转移透镜来解决这些问题。通过用两个定位良好和/或光学配置理想的转移透镜来替换现有系统的单个透镜，本文公开的实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100能够在多种操作模式（即，标准模式和洛伦兹模式）下被优化。也就是说，根据本公开，第一转移透镜124和第二转移透镜126的位置和/或光学属性被优化，使得实例带电粒子显微镜系统100的性能在正常操作模式下被优化，同时也在洛伦兹操作模式下被优化。举例来说，第二转移透镜126允许在洛伦兹操作模式下调谐c5、c
s
和散焦以最佳地平衡c7像差。除了限制这些更高阶的几何像差之外，第二转移透镜126可被定位和/或以其它方式光学被配置，以减小色像差和/或热磁场噪声。
[0023]
而且，在一些实施例中，第一转移透镜124和第二转移透镜126也可被定位和/或以其它方式被光学配置，以提供实例带电粒子显微镜系统100在标准操作模式下优于单个转移透镜配置的改进性能。举例来说，在带电粒子显微镜系统的标准操作模式下，加速电压的范围相当大（例如30至300 kv）。在具有当前单个转移透镜配置的现有系统中，如果针对高端加速电压（例如，300 kv）优化设计，则所述设计对于低端加速电压（例如，30 kv）而言不是最佳。然而，在根据本公开的实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100中，第二转移透镜126提供了附加的自由度，所述自由度允许聚焦柱114在整个加速电压范围内被优化。
[0024]
图1还图示了实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100，其包括保持样品102的样品保持器128。实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100也被示为包括检测器130，所述检测器被配置为检测由于带电粒子束104入射到样品102上而穿过样品102的带电粒子。此外，实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100被图示为包括散光校正和扫描线圈132，用于使得带电粒子束104扫描样品102的表面。举例来说，通过操作扫描线圈132，可改变带电粒子束104的方向，使得其击中样品102的不同位置。实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100还包括位于样品102和检测器130之间的一个或多个投影透镜136。
[0025]
图1还示出了任选地包括计算设备（一个或多个）134的实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100。本领域技术人员将理解，图1中描绘的计算设备134仅仅为说明性的，并且不旨在限制本公开的范围。计算系统和设备可包括可执行所指示的功能的硬件或软件的任何组合，包括计算机、网络设备、互联网器具、pda、无线电话、控制器、示波器、放大器等。计算设备134还可连接到未图示的其它设备，或者替代地可作为独立系统来操作。另外，在一些实施方式中，由所图示的部件提供的功能性可被组合在较少的部件中或分布在附加部件中。类似地，在一些实施方式中，可不提供所图示部件中的一些的功能性和/或其它附加功能性可为可用的。
[0026]
计算设备134（一个或多个）可为实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100的部件，可为与实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100分离的设备，所述设备经由网络通信接口或其组合与实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100通信。举例来说，实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100可包括第一计算设备134，所述第一计算设备为实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100的组成部分，并且充当驱动实例带电粒子显微镜系统（一个或
多个）100的操作（例如，通过操作扫描线圈132来调整样品102上的扫描位置等）的控制器。在这类实施例中，实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100还可包括第二计算设备134，所述第二计算设备为与实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100分离的台式计算机，并且可执行以处理从检测器134接收的数据，以生成样品102的图像和/或执行其它类型的分析。计算设备134可经由键盘、鼠标、触摸板、触摸屏等接收用户选择。
[0027]
计算设备134包括一个或多个处理器，所述处理器被配置为执行存储在一个或多个处理器可访问的存储器（一个或多个）中的指令、应用或程序。在一些实例中，一个或多个处理器可包括硬件处理器，所述硬件处理器包括但不限于硬件中央处理单元（cpu）、图形处理单元（gpu）等。尽管在许多情况下，在本文中将这些技术描述为由一个或多个处理器执行，但在一些情况下，这些技术可由一个或多个硬件逻辑部件（如现场可编程门阵列（fpga）、复杂可编程逻辑设备（cpld）、专用集成电路（asic）、片上系统（soc）或其组合）来实施。
[0028]
一个或多个处理器可访问的存储器为计算机可读介质的实例。计算机可读介质可包括两种类型的计算机可读介质，即计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质可包括以用于存储信息的任何方法或技术实施的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质，如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据。计算机存储介质包括但不限于随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、可擦除可编程只读存储器（eeprom）、闪存或其它存储技术、光盘只读存储器（cd-rom）、数字通用磁盘（dvd）或其它光学存储设备、磁带盒、磁带、磁盘存储设备或其它磁性存储设备，或可用来存储期望的信息并可由计算设备访问的任何其它非传输介质。一般而言，计算机存储介质可包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令当由一个或多个处理单元执行时，使得本文所述的各种功能和/或操作得以执行。相反，通信介质在调制数据信号（如载波）或其它传输机制中体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据。如本文所定义，计算机存储介质不包括通信介质。
[0029]
本领域技术人员还将理解，出于存储器管理和数据完整性的目的，可在存储器和其它存储设备之间传输项目或其部分。另选地，在其它实施方式中，软件部件中的一些或所有可在另一设备上的存储器中执行，并且与计算设备134通信。系统部件或数据结构中的一些或所有也可存储（例如，作为指令或结构化数据）在非暂时性计算机可访问介质或便携式物品上，以由适当的驱动器读取，其各种实例在上文中描述。在一些实施方式中，可将存储在与计算设备134分离的计算机可访问介质上的指令经由传输介质或信号（如经由如无线链路的通信介质传达的电子、电磁或数字信号）传输到计算设备134。各种实施方式还可包括在计算机可访问介质上接收、发送或存储根据前述描述实施的指令和/或数据。
[0030]
图2是图解200的集合，其图示了具有校正器和一个或多个透镜的布置的带电粒子系统的校正器转移光学器件的光学行为。具体地，图解210、220和230图示了用于考虑在这类带电粒子系统中存在的像差的光学行为。
[0031]
图解210示出了用于校正stem的一般方案，其阐明了下面等式（1）中使用的有效焦距（）的含义。图解210、220和230中的每一个示出了带电粒子束104在xz平面中的轴向射线，其中z轴线对应于实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100的发射轴线110。
[0032]
当计算实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100的性能时，我们可假设带电粒子束104的轴向射线202在离开校正器116时平行于发射轴线110，并且校正器出射平面204
对应于位置像差为零或最小的平面。举例来说，在校正器116为六极校正器的情况下，出射平面为在最后一个主六极的中心处的虚拟平面。有效焦距（）可定义为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）其中 = //（在样品平面206中总是小于1），并且为校正器出射平面204中的x坐标。由于校正器116和样品102之间没有净加速度或减速度，因此一阶射线从校正器出射平面204到样品平面206的转移由行列式= 1的以下转移矩阵管控：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）图解220示出了具有物镜120而没有转移透镜的用于校正stem的光学方案。使用简化的薄透镜模型，透镜的效果由等式（3）给出，其中为焦距，c
s
和c5分别为3阶和5阶的球面像差系数。
[0033]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）在等式（3）中，下标“in”指入射电子（一个或多个），而下标“out”指出射电子（一个或多个），这两者均在薄透镜的平面中。在校正器出射平面204的起点处，当校正器强度（k3）大于0时，则：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）校正器和物镜120之间的漂移空间由下式表示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）等式（5）示出校正器和物镜120之间的此漂移空间会导致三阶位置像差，这会经由以下关系产生五阶组合像差：
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（6）这使得物镜120的动作以及随后到样品平面206的漂移为：+
ꢀꢀꢀ
（7）并且因此：
ꢀꢀꢀ
（8）就角度而言，这变成：
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（9）因此，如果校正强度服从 = ，则实现c
s
像差校正，这导致 ，总五阶像差系数为：
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（10）图解230示出了具有物镜120和转移透镜124的校正stem的光学方案。通常，转移透镜124和物镜120的像差由物镜贡献所支配。对于其中转移透镜的像差被忽略且物镜120的c5等于零的最简单的情况下，如果校正器出射平面被成像到物镜上，则系统的总c5为零，如在图解230中所描绘。然后，转移光学器件同时确保离轴各向同性彗差很小，这与tem模式下的成像校正器有关。实际上，零各向同性彗差和最佳c5之间的转移透镜设置存在很小的差异，因此必须决定哪一个更重要。通过允许样品的非平行照射，所述差异（和由此产生的困境）可变得更小。在洛伦兹tem模式下，对于c5为零或最佳平衡c7的情况，离轴彗差通常足够小。
[0034]
在这类光学构造中，在物镜平面208中没有位置像差，因此没有组合c5。然而，对于转移透镜的不同激发，我们在透镜中再次具有位置像差：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（11）其中距离可具有任一符号，因此对应的组合c5也可具有任一符号。举例来说，在图解230中的系统包括较弱的转移透镜124的情况下，则较弱的转移透镜124可产生负组合c5，其可校正物镜120的正c5（在一定限度内）。
[0035]
再次假设转移透镜124（具有焦距f
t
）将校正器出射平面204精确成像到物镜120上。这意味着f
t = ，并且：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（12）实际上，对于给定的物镜120，b和l或多或少地被给定，并且光学设计者具有单个自由度以优化距离a。这允许针对单个物镜120优化光学配置。然而，如果关闭物镜120，而另一个透镜充当功能性物镜（如当实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100在洛伦兹操作模式下操作时），这类配置将不再被优化。
[0036]
因此，为了使光学系统对于标准操作模式和洛伦兹模式两者均使用最大校正器116强度，则：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（13）下标l指洛伦兹模式。此外，使用典型比率，可基于以下关系式确定洛伦兹操作模式和标准操作模式的最佳距离a之间的比率：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（14）其中为介于0.4和0.6之间的值。因此，在洛伦兹操作模式下，用于转移透镜124的最佳距离明显小于在标准操作模式下的最佳距离。在一些实施例中，用于转移透镜124的小于等式（14）中的。在这类实施例中，第一转移透镜和第二转移透镜均在洛伦兹模式下被激发。举例来说，在优选实施例中，可被选择，使得在第一转移透镜124中存在带电粒子束104的交叉点，从而在散焦、c
s
和c5的调谐之间存在解耦。
[0037]
对于具有非平行束（例如，在面对样品的一侧）的cs校正器的情况，可进行类似的计算。举例来说，在出射平面中具有束交叉点的stem cs校正器，其中不存在三阶倾斜像
差——仅存在对应于负cs的三阶位置像差。这最终导致：其中通常也为介于0.4和0.6之间的值。因此，在这种情况下，在洛伦兹操作模式下，用于转移透镜124的最佳距离明显小于在标准操作模式下的最佳距离。
[0038]
如以上在关于图1的评论中所论述，本文公开的实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100通过在校正器116和转移透镜124之间并入额外的转移透镜126来克服最佳距离上的这种差异。包括此转移透镜126为光学设计者提供了用于优化系统的附加自由度，这又允许他们在标准操作模式和洛伦兹操作模式两者下优化系统的性能（即，减小和/或校正像差）。在现有的单个转移透镜配置中，这类优化是不可能的。
[0039]
图3示出了实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100，其为能够在标准操作模式和洛伦兹操作模式下操作的tem系统300。
[0040]
tem系统300被配置为用由带电粒子源108发射的带电粒子束104辐照样品102。如图3所示，带电粒子束104的路径根据实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100的操作模式而改变。举例来说，图3示出了当tem系统300在标准操作模式下操作时，带电粒子束104遵循束路径304（a），而当tem系统300在洛伦兹操作模式下操作时，带电粒子束遵循束路径304（b）。加速器透镜112加速/减速、聚焦和/或将带电粒子束104引向样品102。在一些实施例中，tem系统300包括聚焦柱306，聚焦柱引导带电粒子束104以使其入射在样品102上。
[0041]
图3还图示了tem系统300，其包括定位在由样品102散射的轴向电子105的路径中的校正器116。校正器116为用于校正带电粒子束104的轴向（并且在一些情况下为离轴）像差的光学部件。在图3中，tem系统300还被图示为包括多个透镜118的布置，所述多个透镜包括物镜120、洛伦兹透镜122、第一转移透镜124和第二转移透镜126。在一些实施例中，当实例带电粒子显微镜系统100在洛伦兹模式下操作时，物镜120关闭。在这类实施例中，洛伦兹透镜122像物镜一样起作用。洛伦兹透镜122为光学透镜，其使得来自物镜120的带电粒子束104的发散部分成为会聚束和/或更会聚的束。举例来说，图3图示了洛伦兹透镜122，其使得带电粒子束104的部分（a）当tem系统300在标准操作模式下操作时成为更会聚的束，以及（b）当tem系统300在洛伦兹模式下操作时成为会聚束。
[0042]
如图3所示，轴向电子105的路径根据实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）300的操作模式而改变。举例来说，图3示出了当实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）300在标准操作模式下操作时，轴向电子105遵循路径105（a），而当实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）300在洛伦兹操作模式下操作时，轴向电子遵循路径105（b）。
[0043]
图3还图示了包括第一转移透镜124和第二转移透镜126的多个透镜118的布置。传统上，类似的显微镜系统仅含有单个转移透镜，所述转移透镜被定位和/或以其它方式配置其光学特性，以在单一操作模式期间优化显微镜系统的性能。另外，这类单转移透镜布置不适用于具有非浸没物镜的洛伦兹显微镜。
[0044]
图3还图示了包括相机302的tem系统300，所述相机被配置为在电荷粒子束104离开校正器116之后接收所述电荷粒子束。相机302被配置为基于其接收的带电粒子束104的部分来生成样品102的图像和/或确定样品的成分信息。图3还示出了任选地包括计算设备
（一个或多个）134的实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100。
[0045]
图4示出了实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100，其为能够在标准操作模式和洛伦兹操作模式下操作的sem系统400。如图4所示，带电粒子束104的路径根据实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）400的操作模式而改变。举例来说，图4示出了当实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100在标准操作模式下操作时，带电粒子束104遵循束路径104（a），而当实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100在洛伦兹操作模式下操作时，带电粒子束遵循束路径104（b）。
[0046]
实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）400包括带电粒子源108，其沿发射轴线110向加速器透镜112发射带电粒子束104。加速器透镜112加速/减速、聚焦和/或将带电粒子束104引向聚焦柱114。聚焦柱114聚焦带电粒子束104，使得其入射在样品102上。另外，聚焦柱114校正和/或调谐带电粒子束104的像差（例如，几何像差、色像差等）。在图4中，聚焦柱114被图示为包括校正器116和多个透镜118的布置。校正器116为用于校正带电粒子束104的轴向像差的光学部件。
[0047]
在图4中，聚焦柱114还被图示为包括多个透镜118的布置，所述多个透镜包括物镜120、洛伦兹透镜122、第一转移透镜124和第二转移透镜126。在一些实施例中，当实例带电粒子显微镜系统400在洛伦兹模式下操作时，物镜120关闭。在这类实施例中，洛伦兹透镜122像物镜一样起作用并且将带电粒子束104聚焦到样品上。举例来说，图4图示了洛伦兹透镜122，其使带电粒子束104的发散部分（a）当实例带电粒子显微镜系统400在标准操作模式下操作时成为较小发散束，以及（b）当实例带电粒子显微镜系统400在洛伦兹模式下操作时成为会聚束。
[0048]
图4还图示了包括第一转移透镜124和第二转移透镜126的多个透镜118的布置。根据本公开，第一转移透镜124和第二转移透镜126的位置和/或光学属性被优化，使得实例带电粒子显微镜系统400的性能在正常操作模式下被优化，同时也在洛伦兹操作模式下被优化。而且，在一些实施例中，第一转移透镜124和第二转移透镜126也可被定位和/或以其它方式被光学配置，以提供实例带电粒子显微镜系统400在标准操作模式下优于单个转移透镜配置的改进性能。
[0049]
图4还图示了实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）400，其包括保持样品102的样品保持器128。实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）400也被示为包括检测器130，所述检测器被配置为检测由于带电粒子束104入射到样品102上而由样品102发射和/或反射的带电粒子。此外，实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100被图示为包括散光校正和扫描线圈132，用于使得带电粒子束104扫描样品102的表面。图4还示出了任选地包括计算设备（一个或多个）134的实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）400。
[0050]
图5为图示为逻辑流程图中的框的合集的说明性过程的流程图，其表示可按硬件、软件或其组合来实施的一系列操作。在软件的上下文中，这些框表示存储在一个或多个计算机可读存储介质上的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令当由一个或多个处理器执行时，执行所述操作。通常，计算机可执行指令包括执行特定功能或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。描述操作的顺序并不旨在被理解为限制，并且可按任何顺序和/或并行地组合任何数量的所描述的框以实施这些过程。
[0051]
图5描绘了具有优化性能的使用带电粒子显微镜系统在多种操作模式下检查、沉
积、研磨和/或提取样品组分的采样过程500。过程500可在实例带电粒子显微镜系统（一个或多个）100、300和400中的任何一个中和/或通过上述计算设备（一个或多个）134来实施，或者在其它环境和计算设备中实施。
[0052]
在502，选择用于带电粒子系统的操作模式。举例来说，带电粒子系统可接收输入以在标准操作模式或洛伦兹操作模式下操作。标准操作模式对应于用带电粒子束辐照样品以用于检查、沉积、研磨和/或提取样品组分的操作模式。洛伦兹操作模式对应于一种成像模式，在所述成像模式中，基于穿过样品内磁感应区域的带电粒子所经历的偏转来生成磁对比度。
[0053]
如果在502选择了洛伦兹操作模式，则所述过程在步骤404继续，并且任选地关闭物镜。在物镜关闭的实施例中，洛伦兹透镜然后充当功能性物镜。
[0054]
在步骤506，由带电粒子源发射带电粒子束。具体地，带电粒子束由带电粒子源沿发射轴线向样品发射。带电粒子源可包括热电子源、肖特基发射源、场发射源、液态金属离子源、等离子体离子源等。发射轴线为沿带电粒子系统的长度从带电粒子源延伸并通过样品的中心轴线。
[0055]
在508，将带电粒子束聚焦到样品上。在一些实施例中，带电粒子束可穿过聚焦柱，所述聚焦柱将其引导到样品上。在一些实施例中，聚焦柱可包括校正带电粒子束的轴向像差的校正器（例如，六极校正器，其可为rose（-类）或s-corr校正器，或crewe（-类）六极校正器，或四极-八极校正器，或任何其它类型的校正器）。另选地，在带电粒子系统为透射显微镜的情况下，校正器可位于样品的束路径的下游。
[0056]
在510，第一转移透镜和第二转移透镜被用来调谐像差。具体地，当带电粒子系统处于洛伦兹操作模式时，第一转移透镜和第二转移透镜被用来调谐c5、c
s
和散焦，以最佳地平衡c7像差。举例来说，带电粒子系统中的校正器可通过将由校正器生成的负c
s
与由物镜生成的正c
s
相匹配来调谐一个或多个轴向（在一些情况下为离轴）像差。在这类情况下，第一转移透镜和第二转移透镜可将校正器和洛伦兹透镜对c5的任何贡献调谐为零。除了限制这些更高阶的几何像差之外，第二转移透镜可被定位和/或以其它方式被光学配置，以减小色像差和/或热磁场噪声。除了限制这些更高阶的几何像差之外，在一些实施例中，第二转移透镜可被定位和/或以其它方式被光学配置，以允许将主六极设置在更高的激发水平（例如，最大激发），从而减少色像差和/或热磁场噪声。第一和第二转移透镜的位置和/或光学配置使得带电粒子系统的性能在标准操作模式和洛伦兹操作模式两者下均被优化。
[0057]
在512，生成图像和/或确定关于样品的成分信息。举例来说，相机或其它类型的检测器可用来接收通过样品透射的带电粒子束的一部分和/或由样品反射/发射的带电粒子，并且与带电粒子系统相关联的计算设备可基于来自相机和/或传感器的数据生成图像。
[0058]
在514，带电粒子系统接收输入以改变其操作模式。如果带电粒子系统在标准操作模式下操作，则所述过程在步骤504继续，并且带电粒子系统在洛伦兹操作模式下操作。另选地，如果带电粒子系统在洛伦兹操作模式下操作，则所述过程在步骤516继续，并且带电粒子系统在标准操作模式下操作。在步骤516，物镜任选地被打开。
[0059]
在步骤518，由带电粒子源发射带电粒子束。具体地，带电粒子束由带电粒子源沿发射轴线向样品发射。
[0060]
在520，带电粒子束聚焦到样品上。在一些实施例中，带电粒子束可穿过聚焦柱，所
述聚焦柱将其引导到样品上。在一些实施例中，聚焦柱可包括校正带电粒子束的轴向像差的校正器。另选地，在带电粒子系统为透射显微镜的情况下，校正器可位于样品的束路径的下游。
[0061]
在522，此对转移透镜任选地用来调谐带电粒子系统的性能。在一些实施例中，第一转移透镜和第二转移透镜可被定位和/或以其它方式被光学配置，以提供带电粒子系统的改进性能。举例来说，在带电粒子显微镜系统的标准操作模式下，加速电压的范围相当大（例如30至300 kv）。在具有当前单个转移透镜配置的现有系统中，如果针对高端加速电压（例如，300 kv）优化设计，则所述设计对于低端加速电压（例如，30 kv）而言不是最佳。然而，在根据本公开的实例带电粒子系统中，第二转移透镜提供了附加的自由度，所述自由度允许带电粒子系统在整个加速电压范围内被优化。然后所述过程继续到步骤512，在步骤512，生成图像和/或确定关于样品的成分信息。
[0062]
图6和7分别为具有单转移透镜布置的系统和具有多转移透镜布置的系统的光学性能的图示。图6图示了在洛伦兹操作模式下操作的具有单转移透镜布置的系统的光学性能，其中此转移透镜的位置对于正常操作模式而言最佳。图6示出带电粒子束102的轴向射线602的束路径和带电粒子束102的离轴射线604的束路径两者，所述两者在主六极的中心处具有交叉点，其中校正器116为在特定加速电压下操作的s-corr。图7图示了在洛伦兹操作模式下操作的具有多转移透镜布置的系统的光学性能。图7示出带电粒子束102的轴向射线702的束路径和带电粒子束102的离轴射线704的束路径，其中校正器116在特定加速电压下操作。在图7中，校正器116的主六极被激发，使得需要非常小的中心六极激发来产生a
5 = 0。第一转移透镜124和第二转移透镜126被最佳地定位，使得c5、c
s
和散焦被调谐为最佳地平衡c7。另外，将3倍像差a2和d4调谐为最佳地平衡d6。
[0063]
在以下列举的段落中描述了根据本公开的发明主题的实例。
[0064]
a1.一种带电粒子显微镜，其被配置为当处于第一配置时在标准操作模式下操作，并且当处于第二配置时在洛伦兹操作模式下操作，所述带电粒子显微镜包含：带电粒子源，其被配置为向样品发射带电粒子束；样品保持器，其被配置为保持样品；校正器，其用于校正轴向像差；洛伦兹透镜，其位于校正器和样品保持器之间；物镜，其在洛伦兹透镜和样品保持器之间；第一转移透镜，其位于校正器和洛伦兹透镜之间；第二转移透镜，其位于校正器和第一转移透镜之间；并且其中带电粒子显微镜被配置为在其在标准操作模式下操作的第一配置和其在洛伦兹模式下操作的第二配置之间切换。
[0065]
a1.1.根据段落a1的带电粒子显微镜，其中第二转移透镜被配置为：当带电粒子显微镜在洛伦兹操作模式下操作时，使得第一转移透镜中的带电粒子束的轴向射线的束交叉点在第一转移透镜的中心处或附近；和当带电粒子显微镜在标准操作模式下操作时，辅助第一转移透镜将校正器出射平面成像到靠近物镜的平面上，以最小化组合像差c5。
[0066]
a1.1.1.根据段落a1.1的带电粒子显微镜，其中第一转移透镜和第二转移透镜被
定位和/或以其它方式被配置为当带电粒子系统处于洛伦兹操作模式时，调谐c5、c
s
和散焦，以最佳地平衡带电粒子显微镜内的c7像差。
[0067]
a1.1.2.根据段落a1.1的带电粒子显微镜，其中第二转移透镜被定位和/或以其它方式被配置为使得当带电粒子显微镜在洛伦兹操作模式下操作时，有效焦距对于期望的校正器强度而言最佳。
[0068]
a1.1.2.1.根据段落a1.1.2的带电粒子显微镜，其中当对应校正器强度的总c
s
为零时，有效焦距为最佳。
[0069]
a1.1.2.2.根据段落a1.1.2-a1.1.2.1中任一段的带电粒子显微镜，其中第二转移透镜被定位和/或以其它方式被配置为使得有效焦距在大的和/或最大的校正器强度下最佳。
[0070]
a1.1.2.根据段落a1.1-a1.1.1.1中任一段的带电粒子显微镜，其中当带电粒子显微镜在标准操作模式下操作时，第二透镜被配置为辅助第一转移透镜将校正器出射平面成像到物镜处或物镜附近的平面上。
[0071]
a1.1.3.根据段落a1.1-a1.1.2中任一段的带电粒子显微镜，其中当带电粒子显微镜在标准操作模式下操作时，第二转移透镜被定位和/或以其它方式被配置为使得有效焦距对于带电粒子显微镜的多个加速电压范围而言最佳。
[0072]
a2.根据段落a1-a1.1.3中任一段的带电粒子显微镜，其中第二转移透镜被配置为使得当带电粒子显微镜在洛伦兹操作模式下操作时，洛伦兹透镜中的带电粒子束的直径比当带电粒子显微镜在标准操作模式下操作时的直径更大。
[0073]
a3.根据段落a1-a2中任一段的带电粒子显微镜，其中当带电粒子显微镜在标准操作模式下操作时，第二转移透镜辅助第一转移透镜成像以减小和/或归零散焦、c
s
和c5。
[0074]
a3.1.根据段落a3的带电粒子显微镜，其中辅助转移透镜的第二转移透镜包含辅助第一转移透镜将校正器出射平面成像到靠近物镜的平面上的第二转移透镜。
[0075]
a4.根据段落a1-a3.1中任一段的带电粒子显微镜，其中第二转移透镜被定位成使得带电粒子显微镜的性能在洛伦兹操作模式和标准操作模式两者下均被优化。
[0076]
a5.根据段落a1-a4中任一段的带电粒子显微镜，其中当带电粒子显微镜在洛伦兹操作模式下操作时，第二转移透镜聚焦带电粒子束以减小和/或调谐一个或多个球面像差系数。
[0077]
a5.1.根据段落a5的带电粒子显微镜，其中聚焦带电粒子束以减小和/或调谐一个或多个球面像差系数的第二转移透镜，还包含校正器、第一转移透镜、洛伦兹透镜和与第二转移透镜一起工作以减小和/或调谐一个或多个球面像差系数的物镜中的一个或多个。
[0078]
a5.2.根据段落a5-a5.1中任一段的带电粒子显微镜，其中减小和/或调谐一个或多个球面像差系数包含最佳地调谐散焦、c
s
和c5中的一个或多个。
[0079]
a5.3.根据段落a5-a5.2中任一段的带电粒子显微镜，其中带电粒子显微镜在洛伦兹操作模式下操作，第二转移透镜聚焦带电粒子束以引起五阶球面像差系数的减小和/或调谐。
[0080]
a5.4.根据段落a5-a5.3中任一段的带电粒子显微镜，其中减小和/或调谐一个或多个球面像差系数包含调谐洛伦兹透镜中离轴光线的位置，以补偿一个或多个球面像差系数。
[0081]
a5.4.1.根据段落a5.4的带电粒子显微镜，其中减小和/或调谐一个或多个球面像差系数包含使得洛伦兹透镜中的离轴光线的位置穿过或靠近洛伦兹透镜的中心。
[0082]
a5.4.根据段落a5-a5.3.2中任一段的带电粒子显微镜，其中物镜在洛伦兹模式下关闭，并且洛伦兹透镜充当功能性物镜。
[0083]
a6.根据段落a1-a5.4中任一段的带电粒子显微镜，其中校正器为六极校正器、rose校正器、rose-类校正器、s-corr校正器、crewe校正器、crewe类校正器、六极校正器和四极-八极校正器。
[0084]
a7.根据段落a1-a6中任一段的带电粒子显微镜，其中带电粒子源包含肖特基feg或冷feg。
[0085]
a8.根据段落a1-a7中任一段的带电粒子显微镜，其还包含单色仪和简单的c
c
校正器中的一个或两个。
[0086]
a8.1.根据段落a8的带电粒子显微镜，其中带电粒子显微镜包含在中平面具有纳米狭缝的分裂维恩滤光器，其既充当单色仪又充当简单的cc校正器。
[0087]
a9.根据段落a1-a8.1中任一段的带电粒子显微镜，其中带电粒子显微镜为透射电子显微镜。
[0088]
a9.1.根据段落a9的带电粒子显微镜，其中样品保持器位于带电粒子源和校正器之间。
[0089]
a10.根据段落a1-a8.1中任一段的带电粒子显微镜，其中带电粒子显微镜为扫描电子显微镜。
[0090]
a10.1.根据段落a10的带电粒子显微镜，其中校正器位于带电粒子源和样品保持器之间。
[0091]
b1.一种用于操作带电粒子显微镜（其被配置为当处于第一配置时在标准操作模式下操作，而当处于第二配置时在洛伦兹操作模式下操作）的方法，所述方法包含：使得由带电粒子源向样品发射带电粒子束；经由校正器校正，用于校正轴向像差；当带电粒子显微镜在洛伦兹操作模式下操作时，使用第二转移透镜使得第一转移透镜中带电粒子束的轴向光线的束交叉点在第一转移透镜的中心处或附近；和当带电粒子显微镜在标准操作模式下操作时，使用第二转移透镜来辅助第一转移透镜将校正器出射平面成像到靠近物镜的平面上，以最小化组合像差c5。
[0092]
b1.1.根据段落b1的方法，其中：当带电粒子显微镜在洛伦兹操作模式下操作时，聚焦带电粒子束包含使用第二转移透镜使得第一转移透镜中的带电粒子束的轴向束的交叉点在第一转移透镜的中心处或附近；而当带电粒子显微镜在标准操作模式下操作时，使用第二转移透镜来辅助第一转移透镜包括使用第二转移透镜来辅助第一转移透镜将校正器出射平面成像到靠近物镜的平面上。
[0093]
b2.根据段落b1-b1.1中任一段的方法，其还包含在洛伦兹操作模式和标准操作模式之间切换。
[0094]
b2.1。根据段落b2的方法，其中带电粒子显微镜包含洛伦兹透镜和物镜，并且其中当带电粒子显微镜在洛伦兹操作模式下操作时，物镜被关闭，并且洛伦兹透镜充当功能性物镜。
[0095]
b2.1.1.根据段落b2.1的方法，其中当带电粒子显微镜在洛伦兹操作模式下操作时，第二转移透镜被配置为使得洛伦兹透镜中带电粒子束的轴向光线的位置比当带电粒子显微镜在标准操作模式下操作时更远离洛伦兹透镜的中心。
[0096]
b2.1.2.根据段落b2.1-b2.1.1中任一段的方法，其中用第二转移透镜聚焦带电粒子束，使得带电粒子束在第一转移透镜中的位置减小和/或调谐五阶球面像差系数包含使得洛伦兹透镜中的离轴光线的位置不穿过洛伦兹透镜的中心。
[0097]
b3.根据段落b1-b2.1.2中任一段的方法，其中第二转移透镜被定位成使得带电粒子显微镜的性能在洛伦兹操作模式和标准操作模式两者下均被优化。
[0098]
c1.使用段落a1-a10中任一段的带电粒子显微镜执行段落b1-b3中任一段的方法。
[0099]
d1.一种存储非暂时性计算机可读指令的计算机可读介质，所述指令当由一个或多个处理器执行时，使得段落a1-a10中任一段的带电粒子显微镜执行段落b1-b3中任一段的方法。