带电粒子显微镜中的复合扫描路径的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及扫描类型带电粒子显微镜，其包括:
-样本保持器，用于保持样本；
-源，用于产生带电粒子射束；
-照射器，用于引导所述射束以便辐照样本；
-检测器，用于检测响应于所述辐照而从样本发射出的辐射通量；
-扫描装置，用于产生射束和样本的相对扫描运动以便使射束在样本上描绘出扫描路径；
-可编程控制器，其可以被调用来在显微镜中执行至少一个自动化程序。
[0002]本发明还涉及使用这样的带电粒子显微镜的各种方法。
【背景技术】
[0003]带电粒子显微术(尤其以电子显微术的形式)是对于微观物体成像而言众所周知的且越来越重要的技术。历史上，基本类型的电子显微镜已经经历演变成为一些众所周知的装置种类，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)，以及同样演变成为各种子种类，诸如所谓的“双射束”工具(例如FIB-SEM)，其另外地采用了 “加工(machining)”聚焦离子束(FIB)，允许支持性活动，诸如例如离子射束研磨或离子射束诱发沉积(IBID)。更具体地:
-在SEM中，由扫描电子射束对样本的辐照促成从样本发射出“附属”辐射，该“附属”福射例如是以二次电子、反向散射电子、X射线和光致发光(红外、可见和/或紫外光子)的形式；这种发射出的辐射的通量的一个或多个分量然后被检测以及用于图像累积的目的。
[0004]-在TEM中，用于辐照样本的电子射束被选择为具有足够高的能量来穿透该样本(为了这个目的，该样本通常将比SEM样本的情况更薄);从样本发射出的透射电子的通量然后可以用于创建图像。当这样的TEM以扫描模式被操作时(因此变成STEM)，讨论中的图像将在辐照电子射束的扫描运动期间被累积。
[0005]这里阐明的一些论题的更多信息可以例如从下述维基百科链接进行收集: http://en.wikipedia.0rg/wiki/Electron_microscope
http://en.wikipedia.0rg/wiki/Scanning_electron_microscopehttp://en.wikipedia.0rg/wiki/Transmiss1n_electron_microscopyhttp://en.wikipedia.0rg/wiki/Scanning_transmiss1n_electron_microscopy作为使用电子作为辐照射束的替代方式，带电粒子显微术还可以使用其他种类的带电粒子来执行。在这方面，词组“带电粒子”应该被广泛地解释为包含例如电子、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，一些更进一步的信息可以例如从诸如以下的来源收集:
http://en.wikipedia.0rg/wiki/Scanning_Helium_1n_Microscope-ff.H.Escovitz、T.R.Fox 和 R.Lev1-Setti, Scanning Transmiss1n 1nMicroscope with a Field 1n Source, Proc.Nat.Acad.Sc1.USA 72 (5), pp1826-1828 (1975)。
[0006]应该注意的是，除了成像之外，带电粒子显微镜还可以具有其他功能，诸如执行光谱术、检查衍射图、执行(局部化)表面改性(例如研磨、蚀刻、沉积)等。
[0007]在所有情况下，扫描类型带电粒子显微镜(CPM)将包括至少下述部件:
-辐射源，诸如肖特基电子源或离子枪。
[0008]-照射器，其用来操纵来自该源的“原始”辐射射束以及对其执行某些操作，诸如聚焦、像差减轻、裁剪(利用孔口)、过滤等等。它将通常包括一个或多个(带电粒子)透镜，以及也可以包括其他类型的(粒子)光学部件。如果期望的话，照射器可以被提供有偏转器系统，其可以被调用来使它的输出射束跨越被研究样本执行扫描运动。
[0009]-样本保持器，在该样本保持器上被研究的样本可以被保持和定位(例如倾斜、旋转)。如果期望的话，这个保持器可以被移动以便实现射束相对于样本的所期望的扫描运动。一般而言，这样的样本保持器将被连接到定位系统，诸如机械载台。
[0010]-检测器(用于检测从被辐照的样本发射出的辐射)，该检测器本质上可以是单一的或复合/分布式的，以及该检测器可以取决于被检测的辐射而采取许多不同形式。示例包括光电倍增器(包括固态光电倍增器，SSPM)、光电二极管、CMOS检测器、CCD检测器、光伏电池等，其可以例如连同闪烁薄膜(scintillator film) 一起使用，举例来说。
[0011]-扫描装置，用于产生辐射射束和样本的相对扫描运动，由此使该射束描绘出在样本(所呈现的表面)上预先确定的(二维)扫描路径。然后以扫描路径上每个采样点的检测器输出为基础来构建图像，由此构建所述样本(表面)的(二维)映射(map)。如上文提到的，这样的扫描装置可以例如是基于射束(扫描)偏转或保持器(扫描)运动的。
[0012]-可编程控制器(计算机处理器)，用于调节显微镜的操作和/或执行(例如，如软件中记载的，通常由来自用户接口的输入和来自传感器的信号所补充/修改的)控制命令。
[0013]在下文中，本发明可以(以示例的方式)有时在电子显微术的特定情境中进行阐述。然而，这样的简化仅意图为了清楚性/说明性的目的，而不应该被解释为限制。
[0014]如在上文开头段落中所阐述的显微镜的示例是SEM，举例来说。另一个示例是STEM。在这些工具中，相对窄的带电粒子射束(有时称为“探针”)在样本的所呈现表面上进行扫描，以及所采用的检测器(以作为表面上坐标位置的函数的检测器输出为基础)构建所述表面的逐像素的图像。为了这个目的，常规上采用所谓的“栅格(raster)”扫描路径，据此，例如:
-第η条扫描线从左到右平行于(比方说)笛卡尔坐标系的+X方向进行扫描；
-在第η条扫描线的末尾处，在-X方向上做出快速折返/回扫，在该快速折返/回扫后在Y方向上做出小的增量步幅；
-此后，第η+1条扫描线从左到右平行于+X进行扫描；
-以此类推，以连续的迭代方式。
[0015]然而，此方法具有缺点，尤其因为快速折返/回扫必然引发一定的过冲(overshoot)和伴随的停留(settling) /再同步时间(在此期间内射束通常被消隐)，因此导致吞吐量(throughput)损失。
[0016]试图规避这个问题，人们可以改为尝试(单向)栅格扫描的(双向)“蛇形(serpentine)”变体，据此:
-第η条扫描线从左到右平行于+X进行扫描；
-在该第η条扫描线的末尾处，在Y方向上做出小的增量步幅；
-此后，第η+1条扫描线从右到左平行于-X进行扫描；
-以此类推，以连续的迭代方式。
[0017]然而，这样的蛇形扫描所伴有的问题是，在每个扫描线的末尾处，需要扫描方向的完全反转。因为扫描线是相对长的(即具有相对大的幅度，因为它覆盖了被扫描表面在X方向上的全宽度)，它提供了获得相对高的扫描速度的机会。如果方向反转发生在这样的高扫描速度下，将随之发生相对大的“反冲效应”，其可以例如如下来表明其自身:
-如果扫描运动是基于磁性射束偏转(使用载流线圈)，那么将需要相对大且快速的电压偏移来改变通过所采用的(多个)偏转器的电流方向。阻抗效应(其随着电压改变率而缩放)或电源电压限制将有效地致使这样的电压改变是不可能的。为了防止这种情况，人们可以设法降低阻抗，例如通过使用更粗的线圈线或采用超导线圈，但这样的解决方案趋于是(令人排斥的)笨重和昂贵的。
[0018]-在(使用电容性板(capacitiveplate)的)静电射束偏转的情况下，将需要相对大且快速的电流改变来变更所采用的(多个)偏转器上的电压。再一次，在实际情形中阻抗效应或电源电流限制有效地禁止了这些改变。
[0019]-如果扫描运动依赖于样本保持器位移(使用机械致动器)，那么在反转位移方向方面将伴有相对大的反作用力/加加速度(jerk)。如果未经处理，这些将