调查带电粒子射束的波阵面的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及调查通过发光器从源被引导以便穿过样本平面并且降落到检测器上 的带电粒子射束的波阵面的方法，检测器的输出与数学重建技术结合使用以便在沿着到检 测器的波阵面路径的预先定义的位置处针对波阵面计算相位信息和振幅信息中的至少一 个。
[0002] 本发明另外地涉及执行这样的方法的装置。
[0003] 本发明进一步涉及其中这样的方法能够被展现和/或其中这样的装置能够被包 括的带电粒子显微镜。
【背景技术】
[0004] 如贯穿本文本所使用的，应当按照以下说明来解释随后而来的术语： _短语"带电粒子"包括电子或离子(通常为正离子，诸如例如镓离子或氦离子，但是负 离子也是可能的；所讨论的离子可以是带电原子或分子)。例如，该术语也可以指的是质子。 -术语"波阵面"应当在(亚原子）带电粒子的波粒二象性方面来解释。在粒子通过空 间传播时与这样的粒子相关联的波中，波阵面是展示(近似）相同相位的点的轨迹(抽象表 面)。一般来说，当穿过样本(相关联的粒子展示与该样本的某种形式的物理相互作用）时， 能够修改这样的波阵面。就像任何波一样，与带电粒子相关联的波将在沿着其路径的任何 给定点处具有振幅和相位。 _术语"发光器"指的是包括能够用于操纵来自源(例如，肖特基源或离子枪）的"原始" 带电粒子射束的一个或多个静电和/或磁透镜的粒子光学镜筒，例如用于向其提供某种聚 焦或偏转，和/或减轻其中的一个或多个像差。 -术语"显微镜"指的是用于创建通常太小而不能利用裸人眼看到令人满意的详情的对 象、特征或成分的放大的图像。在带电粒子显微镜（CPM)中，从发光器将带电粒子的成像射 束引导到样本上。在某些类型的CPM中，成像系统(至发光器的不同的粒子光学镜筒）用于 将穿过薄样本的带电粒子聚焦到检测器上。除成像之外，CPM也可以具有其它功能，诸如执 行光谱法、检查衍射图、执行(局部化）表面改性(例如，研磨、蚀刻、沉积)，等等。
[0005] 在下面，有时可以"作为示例"在电子显微术的特定上下文中阐述本发明。然而， 这样的简化仅仅旨在用于清楚/说明性的目的，并且不应当被解释为进行限制。
[0006] 带电粒子显微术是用于尤其以电子显微术的形式来将微观对象成像的公知的且 越来越重要的技术。历史上，电子显微镜的基本类已经经历演进成许多公知的装置种类，诸 如透射电子显微镜（TEM)、扫描电子显微镜（SEM)和扫描透射电子显微镜（STEM)，并且也演 进成各个子种类，诸如所谓的"双射束"工具(例如FIB-SEM)，例如，其另外地采用〃加工"聚 焦离子射束（FIB)，已允许支持性活动，诸如离子射束研磨或离子射束诱导沉积（IBID)。在 TEM中，用于照射样本的电子射束与在SEM的情况下相比将通常具有显著更高的能量(例如 300keV对10keV)，以便允许其组成电子穿透样本的全部深度；出于相关的理由，与在SEM中 调查的样本相比，在TCM中调查的样本也将通常需要更薄。在传统的电子显微镜中，在给定 成像捕捉期间的延长时间段内成像射束"开启";然而，在成像基于电子的相对短的"闪现" 或"突发"而发生的情况中电子显微镜同样是可用的，例如，当尝试将移动的样本或辐射灵 敏的样品成像时，这样的方式是具有潜在益处的。能够例如从以下维基百科链接收集关于 在这里阐明的一些主题的更多信息 ： http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_optics http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy〇
[0007] 如在以上开始段中阐述的方法例如在如下由M.J.Humphry等人做出的文章中 被阐明：inNatureCommunications, 3:730，DOI10:1038/ncommsl733,Macmillan PublishersLimited, 2011 (参见以下链接）： http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n3/pdf/ncommsl733.pdf该文章讨论所谓的"电子重叠关联成像术（electronptychography)"，和在SEM中实 施"较少透镜显微镜"形式的其应用。在文章中公开的方法能够被认为是来自X射线成像 的领域的相关技术的修改，其中，由于在产生满意的X射线光学系统方面的困难，较少透镜 技术是有吸引力的。在文章中，发光器产生聚焦到(在样本平面中的）样本上并且通过样本 以便冲击CCD检测器的会聚电子射束。会聚电子射束被称为"探针"，并且在一系列测量阶 段中该探针横跨样本进行扫描。在每个这样的阶段中，由CCD来记录相关联的衍射图案， 并且在尝试重建从样本出射的电子射束波阵面的振幅/相位时，这些各个图案被用作对迭 代数学逆问题解决技术的输入(有些类似于反卷积技术)。这进而提供关于所采用的样本的 结构的信息。对于关于该方法的更多信息，请参见，例如，在Appl.Phys.Lett. 85，pp. 4795-4798 (2004)中由J.M.Rodenburg和H.M.L.Faulkner作出的文章。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供对以上阐述的现有技术的替代方案。具体地，本发明的目的 是，所述替代方案应当包括与现有技术方法中的对应的方面相比更灵活的/通用的方面。
[0009] 在以上的开始段中阐述的方法中实现这些和其它目的，该方法的特征在于 ： _使所述射束穿过设置在所述样本平面和所述检测器之间的粒子光学透镜系统（LS); -在从所述源到所述检测器的路径中的所选择的位置处，调制器用于局部地产生波阵 面的给定调制； _在一系列测量阶段中，采用不同的此类调制，并且在所述数学重建中共同地使用相关 联的检测器输出。
[0010] 如在这里采用的短语"透镜系统"（LS)应当被宽泛地解释为指的是包括能够用于 形成位于LS的输入侧的对象的图像的一个或多个静电和/或磁透镜的粒子光学镜筒。技 术人员将理解： -LS可以有具有各种功能的子组件。例如，其可以（特别地）包括物镜和投影透镜的串 联布置(其中的任何一个或两者可以是复合的，即，多组件的)。 -LS可以能够在LS内的一个或多个内部/中间平面处形成图像。例如，LS中的物镜能 够使进入LS(远场模式）的平行射束聚焦在位于LS内的投影透镜之前的聚焦平面(物镜的 所谓的"后焦平面"）中。 -类似地，能够由LS的第一部分(例如，物镜）将以上提到的样本平面成像到相关联的 图像平面上。LS的第二部分(例如，投影透镜)能够将该图像平面投影到其中能够(例如)放 置以上提及的检测器的出射平面上。 -如果期望，调节器透镜(其可以是复合的）能够用于调整以上提及的出射平面的位置。 例如，如果使用多个检测器，那么这些（中的一些）能够位于不同的平面中，并且调节器透镜 能够用于将所述出射平面投影/移位到所述不同的平面的所选择的那些上。 -术语"透镜"的使用不把LS限制为仅仅包括纯折射性组件：其原则上也可以包括具有 非折射功能的组件。
[0011] 在形成对象的图像时，LS(的一部分）通常将引入放大率M>1，但是情况并非必然 是这样。LS中的非理想性将通常把像差引入到进入它的另外完美均匀的带电粒子射束中； 然而，典型的LS可以包含专用透镜元件(诸如四极、六极和/八级元件)，其功能是(尝试)减 轻(一些）这样的像差。
[0012] 呈现以下评论以便促进对本发明的更好的理解和了解： (i) 本发明基本上是反直观的，因为其故意地将透镜系统（LS)引入到最初优点在于其 是"无透镜"的技术类型中。 (ii) 以这样的方式引入LS能够被看作是不合期望的，因为由这样的透镜系统引入的 不可避免的像差可能被看作使执行波阵面重建所需要的数学