CN110546732B - 电子显微镜中测量和控制像差 - Google Patents
电子显微镜中测量和控制像差 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110546732B CN110546732B CN201880026685.3A CN201880026685A CN110546732B CN 110546732 B CN110546732 B CN 110546732B CN 201880026685 A CN201880026685 A CN 201880026685A CN 110546732 B CN110546732 B CN 110546732B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electron microscope
- electron
- aperture
- energy
- momentum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000004075 alteration Effects 0.000 title claims abstract description 114
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 39
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 claims 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 102100028538 Guanylate-binding protein 4 Human genes 0.000 description 5
- 101001058851 Homo sapiens Guanylate-binding protein 4 Proteins 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 101100465519 Arabidopsis thaliana MPA1 gene Proteins 0.000 description 4
- 101100300012 Mannheimia haemolytica purT gene Proteins 0.000 description 4
- 101100067996 Mus musculus Gbp1 gene Proteins 0.000 description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000004 low energy electron diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000001340 low-energy electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/153—Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/10—Lenses
- H01J37/145—Combinations of electrostatic and magnetic lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
- H01J37/1472—Deflecting along given lines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/29—Reflection microscopes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/29—Reflection microscopes
- H01J37/292—Reflection microscopes using scanning ray
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/15—Means for deflecting or directing discharge
- H01J2237/1508—Combined electrostatic-electromagnetic means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/153—Correcting image defects, e.g. stigmators
- H01J2237/1534—Aberrations
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/26—Electron or ion microscopes
- H01J2237/2602—Details
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
Abstract
公开了一种电子显微镜系统和测量电子显微镜系统的像差的方法。光圈在所述电子显微镜的衍射平面处过滤电子束以穿过具有选定能量和动量的电子。在所述电子显微镜的像平面中的检测器处测量所述通过的电子的图像的位移。所述电子显微镜的像差系数由所述测量的位移和所述通过的电子的所述能量和动量中的至少一个确定。所述测量出的像差可用于改变所述电子显微镜或所述电子显微镜的光学元件的参数，从而控制所述电子显微镜的整体像差。
Description
技术领域
本发明一般涉及控制成像装置中的像差，更具体地，涉及用于测量和控制电子显微镜中的像差量的系统和方法。
背景技术
电子显微镜使用加速电子束来照射被测样品以获得样品的高分辨率图像。由于用于引导电子束并形成样品图像的多个光学元件，电子显微镜往往出现某些像差，例如色差、球面像差等。虽然可以调整这些光学元件以解决像差，像差必须先被测量才能被解决。在低能电子显微镜(LEEM)或光电子发射显微镜(PEEM)中测量球面像差和色差是一个费时的过程，耗时且难以自动化。在一种测量球面像差的方法中，一致地扫描电子显微镜的入射光束角和对比度光圈。当扫描光束角时，图像由于球面像差、散焦和散光而偏移。从图像偏移与光束角度的系统化测量，可以测量这些像差。另一种方法称为实空间微粒低能电子衍射(Real Space Microspot Low Energy Electron Diffraction)。在这种情况下，用微粒电子束照射样品。当样本将入射光束衍射成多个反射光束时，每个反射光束具有众所周知的角度，由于球面像差、散焦和散光，这些光束的图像在图像平面中不完全重合。通过测量这些微粒图像的相对位移，可以测量这些像差。这两种方法都需要单晶样品来产生衍射光束，这并不总是可用的。要测量色差，这种方法需要对每个能量设置重新校准显微镜，这是一个繁琐的过程。而且，当使用光电子时，这些方法都不起作用。这种测试程序的难度往往限制电子显微镜校准的次数。因此，需要开发一种用于测量像差的方法，以便采取更常规地校正像差的步骤，而无需费力的校准和测量协议。
发明内容
根据本发明的实施例，一种测量电子显微镜的像差的方法包括：在电子显微镜的衍射平面处过滤电子显微镜的电子束以穿过具有选定的能量和动量的电子；测量在电子显微镜的像平面上通过的电子的图像的位移；由测得的位移和通过的电子的能量和动量中的至少一个来确定一个电子显微镜的像差系数；并且至少部分地基于所确定的像差系数来改变电子显微镜的参数以控制电子显微镜的像差。
根据本发明的其他实施例，一种控制电子显微镜的像差的方法包括：在电子显微镜的衍射平面处获得电子的分散能量分布；将光圈放置在衍射平面中的分散能量分布的选定位置；测量光圈的图像在电子显微镜的图像平面中对于光圈的选定位置的位移；根据测量的位移和光圈的选定位置确定电子显微镜的像差系数；并且至少部分地基于所确定的像差系数来改变电子显微镜的元件的参数以控制电子显微镜的像差。
根据本发明的其他实施例，一种电子显微镜系统包括：用于引导电子显微镜系统的电子束的光学元件；电子显微镜衍射平面中的光圈，用于选择在衍射平面上形成的电子束的分散能量-动量关系的一部分；和处理器，配置为：测量电子显微镜图像平面中光圈图像对于分散能量-动量关系的选定部分的位移，根据测量的位移和分散能量-动量关系的选定部分确定像差系数，以及改变光学元件的设置以至少部分地基于所确定的像差系数来控制电子显微镜的像差。
根据本发明的其他实施例，一种用于控制电子显微镜的像差的装置包括：电子显微镜的衍射平面处的光圈，其通过所选择的能量和动量的电子；用于测量通过的电子的位移的检测器；处理器，被配置为：接收所选择的能量和所选择的通过的电子的动量中的至少一个；接收测量的样本图像的位移，根据测量的位移和所选择的能量和所选择的动量中的至少一个确定像差系数，并改变电子显微镜的设置以控制基于的电子显微镜的像差。至少部分地基于所确定的像差系数。
根据本发明的其他实施例，一种操作电子显微镜的方法包括：在电子显微镜的衍射平面上获得电子的分散能量分布；将光圈放置在衍射平面中的分散能量分布的选定位置；在检测器处测量光圈的图像在电子显微镜的图像平面中对于光圈的选定位置的位移；使用处理器根据测量的位移和光圈的选定位置确定电子显微镜的像差系数；改变电子显微镜元件的设置以至少部分地基于所确定的像差系数来控制电子显微镜的像差；使用具有受控像差的电子显微镜获得样品的图像。
附图说明
被视为本发明的主题已经在说明书的结论部分的权利要求中被特别指出并清楚地要求。从以下结合附图的详细描述中，本发明的前述和其他特征以及优点是显而易见的，其中：
图1描绘了根据本发明实施例的示例性电子显微镜的示意图；
图2描绘了图1的电子显微镜的衍射平面处的能量-动量色散(dispersion)关系；
图3描绘了根据本发明的实施例的在电子显微镜检测器的检测器处的图像的位移与由衍射平面处的恒定能量处的对比光圈选择的各种角度/动量值之间的关系；
图4描绘了根据本发明的实施例的在检测器处的电子束的散焦与由在衍射平面处的恒定角度/ky-动量值处的光圈选择的能量值之间的关系；
图5描绘了在电子显微镜的衍射平面处使用的描述性光圈控制机构，以便确定根据本发明实施例的电子显微镜的像差系数；以及
图6描绘了示出根据本发明实施例的用于校正电子显微镜中的像差的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例提供的系统和方法来测量阴极透镜电子显微镜球面像差和/或色差(例如，低能电子显微镜(LEEM)和光电子发射显微镜(PEEM))，并由此控制球面像差和/或色差。利用磁性棱镜阵列的色散特性，通过在入射平面中将窄狭缝光圈放置到磁性棱镜阵列，形成显微镜的色散对比度光圈平面中的能量与动量投影。通过扫描该色散平面中的对比度光圈并为每个对比度光圈位置形成真实空间图像，可以从从一个光圈位置到下一个光圈位置图像位移中提取球面像差和色差系数。
现在参考图1，示例性电子显微镜100的示意图根据本发明的实施例被示出。电子显微镜100包括电子枪102、第一磁性棱镜阵列(MPA1)104、样品106、第二磁性棱镜阵列(MPA2)108、镜子110和检测器112。
该电子枪102在MPA1 104的方向上产生的电子束103。该电子束103沿着在所述电子束103的坐标系中限定的z方向的光轴传播，其中，y方向是在页面的平面之外而x方向与y方向和z方向都正交。虽然z方向可以随着传播方向而改变，但是y方向保持其偏离页面的平面的方向，并且x方向保持与y方向和z方向都正交。
该电子枪102可以是任何类型的电子枪，其适合于在选择的能量提供电子束，诸如但不限于一个冷场发射枪。所产生的电子通过枪式透镜(GL)114和聚光透镜(CL)116聚焦到MPA1 104的入射平面中.MPA1 104使电子束103朝向样品106偏转90度角。在离开MPA1104时，电子束103通过物镜系统118到达样品106.物镜系统118包括磁转移透镜M1 120和物镜OL 122，物镜OL 122将光束准直到样品106上。在本发明的实施例中，样品106保持在电位，使得入射电子在样品106处减速到选定的能量范围。在从样品106反射之后，物镜系统118将电子加速回MPA1 104。MPA1 104再次偏转所述电子90度角朝向MPA2 108。所述电子束中途通过MPA1 104和MPA2108之间的静电传递透镜EL 128。MPA2 108偏转电子束103经过90度角到指向镜子110的路径，从而穿过设置在MPA2 104和镜子110之间的磁透镜M2 130和磁透镜M3 132。在从镜子110反射时，电子束103在其朝向MPA2 108行进时再次穿过磁透镜M3 132和磁透镜M2 130。
MPA2再次偏转电子束103经过90度角进入投影机柱，其包括透镜P1-P4(A，B)(对应于透镜140和142)和检测器112。磁性传递透镜P1投影光束到投影仪镜头P3上。镜头P3和镜头P4A/P4B的组合设置确定了检测器上图像的放大率。或者，通过激发透镜P2(136)，可以将衍射图案或能谱放置在P3(138)的物平面中，以在图像屏幕上进行定向检查。
在图1的示例性实施例中，MPA1和MPA2偏转电子90度。MPA1和MP2的偏转量不是电子显微镜的必要元素。其他电子显微镜实施例可以将电子束偏转60度或任何其他角度。这里描述的用于测量像差的相同方法适用于这些实施例以及具有其他偏转角的实施例。
在到达所述检测器112，所述电子束103经历了源于电子显微镜的各种元件，诸如物镜、MPA1、MPA2等，带来的各种像差。特别是，这样的元件引入电子束103的图像像差，如色差和球面像差，除其它之外。为了校正用于该像差的电子束103，可以调节例如镜子110或其他光学元件以提供反像差(例如，彩色的和/或球形的等)给电子束103，其抵消和/或消除由于电子显微镜100的其他电子束变形元件引起的像差的影响。
对比光圈144可以被放置在靠近磁性传递透镜P1 134，以便选择用于测试和校准目的用于图像形成的所涉及的电子束的一部分。可以使用对比光圈144并将样品106放置在电子束103中以获得样品106的图像。
为了确定像差，可以观察电子显微镜(即，在透镜P1处)的衍射平面中的色散关系与在检测器112处形成的图像之间的关系。在本发明的实施例中，观察来自物镜OL 122的衍射图案。平面OS表示物镜OL 122的衍射平面的图像124.电子显微镜的几何形状使得衍射平面124中的衍射图案在P1透镜134处再现。在一个实施例中，对比光圈144被放置位于P1透镜134中心的衍射平面146，用于以各种能量和动量值选择电子束103的部分。观察各种能量和动量值对检测器112处的图像位移的影响可用于确定电子显微镜的像差。
在衍射平面124，来自样品106的电子形成一个分布，范围为电子能量从0到由Ewald球所指示的最大能量E米。所述Ewald球的半径与每个电子能量下的面内kx和ky向量的最大值有关。当Ewald球体与样品相互作用或由样品发射时(即sqrt(E))，Ewald球体的直径随着电子能量的平方根而增加。狭窄的狭缝(“滤光器入口狭缝”)126被插入M1磁性传递物镜120和MPA1 104之间的M1磁性转移透镜120的衍射平面124处。窄缝126在垂直于图面的y方向上伸长，在x方向上窄。因此，窄缝126允许具有沿ky方向的动量值范围的电子通过，但是仅允许kx方向上的窄切片电子通过。在穿过窄缝126之前，电子束103的能量对动量分布是三维抛物面的形式。窄缝126具有仅从该抛物面穿过窄切片(在kx方向上)的效果。MPA1104、MPA2 108和/或其他能量分散元件分散该电子束103的切片。在MPA2(108)出口处的P1透镜134的衍射平面处，出现抛物线色散关系，其表示能量对ky-动量。动量ky与电子相对于光轴的角度θ直接相关。
在本发明的实施例中，图2示出了在衍射平面的能量-动量色散关系200在图1的电子显微镜的P1透镜134。色散关系200是由于将滤光器入射狭缝126放置在物镜122的衍射平面124处。边界202是与电子束103的能量和动量值相关的所述Ewald球体边界。对比光圈144插入P1衍射平面，只选择一个小的能量和动量范围。该光圈用于传递所选动量和/或能量值的电子。可以移动光圈以穿过多个动量和/或能量值的电子，并且可以观察光圈的图像的位移，以便确定电子显微镜100的像差系数。
光圈206和208被示于图2来说明衍射平面的可能的扫描方法。在本发明的实施例中，使用单个光圈，其具有沿ky方向(如光圈206所示)和/或沿能量分散方向(如光圈208所示)移动的能力。光圈206、208阻挡衍射平面146处的电子束103，除了光圈206,208的位置处的能量和动量值之外。光圈206示出了以恒定的能量值扫描多个ky-动量值的方法。光圈206沿着箭头210所示的ky方向移动，以便以恒定的能量选择多个ky-动量值。光圈208示出了用于以恒定的ky-动量扫描多个能量值的方法。光圈208沿箭头212所示的能量-色散方向移动，以便以恒定的ky-动量选择多个能量。由于光圈206、208沿它们各自的箭头210、212指示的方向移动，该样本图像的相应的位移通过光圈206、208所允许的被记录在电子显微镜的图像平面，即，检测器112。然后可以在由光圈选择的所选能量/动量值与检测器112处的样本图像的位移之间形成关系，以便确定电子显微镜的像差系数。然后，操作者或处理器可以使用所确定的系数来调整或改变电子显微镜的参数，以便控制、减少或减小显微镜的像差。具体地，通过确定电子显微镜100的像差系数，可以调节电子显微镜100的镜子110以平衡物镜122的像差，使得电子显微镜100的整体像差被控制、减少和/或最小化为零或基本为零。
在本发明的实施例中，球面像差是由移动光圈206确定，通过在恒定能量的衍射平面的多个ky值，如箭头210所示，该移动光圈206主要在ky所示方向移动。因此，每个ky值对应于电子束103相对于电子显微镜的光轴的角度θ。对于光圈206的每个位置，在检测器112处记录样本的图像(即，使用被光圈206允许通过的电子束的一部分的图像)。对于放大率为1，当在多个ky值(即θ值)上扫描光圈206时，图像偏移量d＝C1*θ1+C3*θ3，其中C1是散焦像差系数而C3是球面像差系数。因此，通过测量对θ的图像偏移，可以确定散焦像差和球面像差。可以针对电子的能谱内的不同E值重复该过程。因此，可以确定C1和C3作为电子能量的函数。在另一个实施例中，通过沿箭头212所示的能量轴移动光圈208来确定色差，以在恒定的ky值下扫描多个能量值。在检测器112处，针对光圈208沿能量轴的每个位置记录样本的图像。图像作为光圈位置(即能量)的函数而移动。将图像偏转与光圈位置比较提供了与色差系数有关的信息，因此该色差系数有关的信息可以根据光圈208沿E方向的位置的函数从这些图像偏移确定。
图3示出了在检测器112处的电子束的位移(偏转)与由光圈206在衍射平面146处以恒定能量选择的动量值之间的关系300。动量值由沿横坐标的偏转角(以弧度表示)示出，并且图像偏转沿纵坐标(以微米为单位)示出。用于该特定扫描的束样品处的电子束的能量处于恒定或基本恒定的25eV。数据点由圆圈302示出。通过数据点绘制曲线304以获得数据点的最佳拟合，曲线304的系数通过诸如回归分析的合适方法确定。曲线304的系数表示电子显微镜100的球面像差。特别地，图像的位移d通过以下等式与ky-动量相关：d＝C1*θ+C3*θ3，θ是衍射平面处的角度偏移(与ky有关)，C3是球面像差系数，C1是散焦。曲线304的立方形式表示具有球面像差的样品的图像根据电子束的ky-动量而移动。因此，没有球面像差或散焦像差的光束表示为平坦的水平线。虽然θ＝0处的描述性曲线304的斜率为零，表明C1＝0，但是当散焦不为零时在检查期间可以找到非零斜率。
图4示出了在检测器112处的样本图像的散焦与由光圈208在衍射平面146处以恒定的ky-动量值选择的能量值之间的关系400。沿横坐标(以eV表示)显示能量值，沿纵坐标显示图像散焦(以微米为单位)。因此，该等式可以适合于曲线402、404、406，以便确定球面像差系数。当沿线212扫描孔径208的ky值不等于零时，依赖于能量的散焦也产生等于d＝散焦*θ1的依赖于能量的图像偏移。因此，取决于依赖于能量的色差以及由操作者控制的附加散焦C1的依赖于能量的散焦可以从能量相关的图像偏移d以合适的角度θ来测量。
图5示出了描述性光圈控制机构500，其用于在电子显微镜100的P1透镜134的衍射平面使用以确定在电子显微镜100的像差系数。光圈控制机构500可以移动光圈进入和离开电子束和衍射平面内的位置。光圈控制机构500包括光圈歧管502，所述光圈歧管502中具有一个或多个光圈504。所述多个光圈可以相对于彼此具有设定的空间关系。位置编码的转换器506沿选定的方向驱动光圈歧管502。位置编码的转换器506可以通过光圈支撑512保持在衍射平面的适当位置。在本发明的实施例中，所述位置编码的转换器506包括x方向转换器508和y方向转换器510。可以致动x方向转换器508以沿着色散关系的能量-动量轴移动光圈歧管502，并且可以致动y方向转换器510以沿着ky轴移动光圈歧管502。在本发明的实施例中，所述转换器508、510可以由压电装置致动。在各种实施例中，ky对E抛物线的长轴未与x方向转换器408和y方向转换器410的运动轴对齐。因此，沿E轴或ky-动量轴的扫描可以包括所述转换器508、510的复合运动。处理器520可以用于移动所述转换器508、510并因此协调所述转换器508、510的运动，以便适当地移动所述光圈歧管502。
在本发明的实施例中，处理器520通过控制线性转换器508、510来控制在衍射平面上的光圈歧管502的运动。处理器520测量转换器508、510的位置，以便来确定光圈的位置。处理器520还从检测器112接收用于选定的光圈位置的由光圈通过的图像的偏转测量值。在接收到针对多个光圈位置的多个偏转测量值时，处理器520然后可以使用附图3和4中所示的一个或多个关系来确定像差系数。所述处理器520可以通过例如对图像偏转和光圈位置的数据执行回归分析来确定合适的像差系数(球面像差、彩色像差等)。然后，处理器520可以提供用于校正像差的合适命令。在本发明的实施例中，处理器520可以提供用于调节电子显微镜的光学元件的命令，例如镜子110或其他透镜元件。调整光学元件可以包括调整镜子元件110的设置或调整镜头元件的设置，例如调整磁透镜元件或多个元件的设置。通过提供光学元件的适当调节，光学元件处的诱发像差可以抵消或减小电子显微镜100的整体像差。
在另一个实施方案中，光圈歧管502包括多个光圈504和所述处理器520维持图上的所述多个光圈504之间的相对位置。所述多个光圈504中的每一个都具有其自己独特的直径。然后可以选择光圈504以允许选定的能量/动量范围通过光圈。所述处理器520可以快速且准确地从一个光圈504切换到另一个光圈，从而选择合适的能量和动量范围以用于获得像差测量。
根据本发明的实施例，图6所示流程图600示出了用于在电子显微镜校正像差的方法。在框602中，在电子显微镜的衍射平面中形成能量与动量的色散关系。在框604中，在衍射平面中使用光圈来扫描衍射平面，从而在检测器处针对每个光圈位置形成图像。在框606中，在光圈位置和检测器处的图像偏转之间形成关系。在框608中，根据形成的关系确定像差系数。在框610中，调整电子显微镜的元件的参数(例如，镜子110的参数)以便控制和/或减小电子显微镜的像差。
本文描述的可以使用的入射电子的方法束，但同样适用于光发射电子。这里描述的方法允许确定电子显微镜的像差，而无需调整或改变电子束或电子显微镜的对准。因此，该方法确定电子显微镜的像差而不改变任何入射电子束角度或能量，并且提供用于校正像差的方法，且再次无需这样的调整。
这里使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不是意在限制本发明。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素组件和/或其组。
以下权利要求中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的元件执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本发明的描述，但是并不旨在穷举或将本发明限于所描述的形式。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使本领域普通技术人员能够理解本发明的各种实施例，其具有适合于预期的特定用途的各种修改。
本文中所描绘的流程图仅仅是一个例子。在不脱离本发明的精神的情况下，可以对该图或其中描述的步骤(或操作)进行许多变化。例如，可以以不同的顺序执行步骤，或者可以添加、删除或修改步骤。所有这些变化都被认为是要求保护的发明的一部分。
尽管已经描述了本发明的优选实施例，但是应当理解，本领域的技术中，无论是现在还是将来，可以做出落入随后的权利要求的范围内的各种改进和增强。这些权利要求应被解释为保持对首先描述的本发明的适当保护。
本发明的各种实施例的描述是为目的说明，但并非意在穷举或限制于所描述的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。选择这里使用的术语是为了最好地解释实施例的原理，实际应用或对市场中发现的技术的技术改进，或者使本领域其他技术人员能够理解本文所述的实施例。
Claims (22)
1.一种测量电子显微镜像差的方法，包括：
在第一位置处使用可移动的光圈在所述电子显微镜的衍射平面上过滤所述电子显微镜的电子束，以通过具有第一选定能量和动量的电子；
测量在第一位置处的所述电子显微镜的像平面上所述通过的电子的第一图像的第一测量位移；
在第二位置处使用可移动的光圈在所述电子显微镜的衍射平面上过滤所述电子显微镜的电子束，以通过具有第二选定能量和动量的电子；
测量在第二位置处的所述电子显微镜的像平面上所述通过的电子的第二图像的第二测量位移；
根据所述第一测量位移和所述通过的电子的所述第一选定能量和动量中的至少一个以及所述第二测量位移和所述通过的电子的第二选定能量和动量的至少一个确定所述电子显微镜的像差系数；和
改变所述电子显微镜的参数以至少部分地基于所述确定的像差系数来控制所述电子显微镜的所述像差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电子显微镜包括用于控制所述电子显微镜的电子束的镜子元件，所述方法还包括调节所述镜子元件以改变所述像差。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括使用在所述衍射平面内可移动的光圈来选择所述电子。
4.根据权利要求3所述的方法，其中过滤所述电子束还包括在所述衍射平面内的多个位置处选择电子，其中所述多个位置中的每个位置处的所述电子具有相同的电子能量。
5.根据权利要求3所述的方法，其中过滤所述电子束还包括在所述衍射平面内的多个位置处选择电子，其中所述多个位置中的每个位置处的电子具有相同的电子动量。
6.一种控制电子显微镜像差的方法，包括：
在所述电子显微镜的衍射平面上获得电子的分散能量分布；
将光圈放置在所述衍射平面中的所述分散能量分布的选定位置；
测量所述光圈的图像在所述电子显微镜的图像平面中对于所述光圈的所述选定位置的位移；
根据所述测量的位移和所述光圈的所述选定位置确定所述电子显微镜的像差系数；和
改变所述电子显微镜元件的参数以至少部分地基于所述确定的像差系数来控制所述电子显微镜的所述像差。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述电子显微镜包括用于控制所述电子显微镜的电子束的光学元件，所述方法还包括改变所述光学元件的设置以在所述光学元件处产生像差以控制所述电子显微镜的像差。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述光学元件是镜子。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括利用所述光圈选择位于恒定电子动量的多个电子能量，并至少部分地基于所述图像随电子能量的位移来确定色差系数。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括利用所述光圈选择位于恒定电子能量的多个电子动量，并至少部分地基于所述图像随电子动量的位移来确定球面像差系数。
11.一种电子显微镜系统，包括：
用于引导所述电子显微镜系统的电子束的光学元件；
在所述电子显微镜衍射平面中的光圈，用于选择在所述衍射平面上形成的所述电子束的分散能量-动量关系的一部分；和
处理器配置为：
测量所述分散能量-动量关系的选定部分的所述电子显微镜像平面中所述光圈的图像的位移，
从所述测量的位移和所述分散的能量-动量关系的选定部分确定像差系数，并且
改变所述光学元件的设置以至少部分地基于所述确定的像差系数来控制所述电子显微镜的所述像差。
12.根据权利要求11所述的电子显微镜系统，其中所述光圈还包括多个光圈，并且所述处理器选择穿过所需角度和能量范围的光圈。
13.根据权利要求11所述的电子显微镜系统，其中所述光圈以恒定电子动量选择多个电子能量，并且所述处理器至少部分地基于所述图像具有电子能量的位移来确定色差系数。
14.根据权利要求11所述的电子显微镜系统，其中所述光圈以恒定电子能量选择多个电子动量，并且所述处理器至少部分地基于具有电子动量的图像的位移来确定球面像差系数。
15.根据权利要求11所述的电子显微镜系统，其中所述光学元件是镜子。
16.一种用于控制电子显微镜的像差的装置，包括：
在所述电子显微镜的衍射平面上的可移动光圈，其通过所选能量和动量的电子；
用于测量所述通过的电子的位移的检测器；和
处理器配置为：
在第一位置处接收通过的电子的第一选定能量和第一选定动量中的至少一个；
在所述第一位置处接收样本的图像的第一测量位移，
在第二位置处接收通过的电子的第二选定能量和第二选定动量中的至少一个，
在所述第二位置处接收样本的图像的第二测量位移，
根据所述第一测量位移和所述第一选定能量和所述第一选定动量中的至少一个以及所述第二测量位移和所述第二选定能量和所述第二选定动量中的至少一个来确定像差系数，以及
改变所述电子显微镜的设置以至少部分地基于所述确定的像差系数来控制所述电子显微镜的所述像差。
17.根据权利要求16所述的装置，还包括致动器，用于在所述衍射平面内移动所述光圈以选择所述通过的电子的能量和动量。
18.根据权利要求16所述的装置，其中所述光圈还包括多个光圈。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述多个光圈中的每个光圈具有独特的直径。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述处理器通过选择所述多个光圈中的一个光圈来选择能量和动量之一的范围。
21.一种操作电子显微镜的方法，包括权利要求6至10中任一项的步骤；并进一步包括：
使用具有受控像差的所述电子显微镜获得样品的图像。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括将所述光圈放置在所述衍射平面中，以便确定所述像差系数并从所述衍射平面移除所述光圈以获得样本的图像。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/596,850 US10283315B2 (en) | 2017-05-16 | 2017-05-16 | Measuring spherical and chromatic aberrations in cathode lens electrode microscopes |
| US15/596,850 | 2017-05-16 | ||
| PCT/IB2018/053241 WO2018211369A1 (en) | 2017-05-16 | 2018-05-10 | Measuring and controlling aberrations in electron microscopes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110546732A CN110546732A (zh) | 2019-12-06 |
| CN110546732B true CN110546732B (zh) | 2021-11-26 |
Family
ID=64270054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201880026685.3A Active CN110546732B (zh) | 2017-05-16 | 2018-05-10 | 电子显微镜中测量和控制像差 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US10283315B2 (zh) |
| JP (1) | JP7064271B2 (zh) |
| CN (1) | CN110546732B (zh) |
| DE (1) | DE112018000937B4 (zh) |
| GB (1) | GB2576661B (zh) |
| WO (1) | WO2018211369A1 (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10283315B2 (en) | 2017-05-16 | 2019-05-07 | International Business Machines Corporation | Measuring spherical and chromatic aberrations in cathode lens electrode microscopes |
| WO2020157809A1 (ja) * | 2019-01-28 | 2020-08-06 | 株式会社日立ハイテク | 電子線応用装置 |
| US11101101B2 (en) * | 2019-05-15 | 2021-08-24 | Fei Company | Laser-based phase plate image contrast manipulation |
| US11719727B1 (en) * | 2020-02-10 | 2023-08-08 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Systems and methods for screening particle source manufacturing and development test data |
| US11264229B1 (en) | 2020-12-03 | 2022-03-01 | Guennadi Lebedev | Time-of-flight mass spectrometer and method for improving mass and spatial resolution of an image |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4077721A (en) * | 1976-08-19 | 1978-03-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatus for measuring holographic lens aberration parameters |
| US6633034B1 (en) * | 2000-05-04 | 2003-10-14 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for imaging a specimen using low profile electron detector for charged particle beam imaging apparatus including electrostatic mirrors |
| WO2007125652A1 (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-08 | National Institute For Materials Science | 電子顕微鏡とその対物レンズ系収差特性の計測方法 |
| CN101606215A (zh) * | 2006-12-21 | 2009-12-16 | 于利奇研究中心有限公司 | 电子显微镜及测量散焦散布或极限分辨率的方法 |
| US8334508B1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-12-18 | Electron Optica, Inc. | Mirror energy filter for electron beam apparatus |
| US8729466B1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-05-20 | Electron Optica, Inc. | Aberration-corrected and energy-filtered low energy electron microscope with monochromatic dual beam illumination |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL9100294A (nl) | 1991-02-20 | 1992-09-16 | Philips Nv | Geladen deeltjesbundelinrichting. |
| US5798524A (en) | 1996-08-07 | 1998-08-25 | Gatan, Inc. | Automated adjustment of an energy filtering transmission electron microscope |
| DE10136190A1 (de) * | 2001-07-25 | 2003-02-06 | Ceos Gmbh | Schlitzlinsenanordnung für Teilchenstrahlen |
| JP3867048B2 (ja) | 2003-01-08 | 2007-01-10 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | モノクロメータ及びそれを用いた走査電子顕微鏡 |
| JP4133602B2 (ja) * | 2003-06-06 | 2008-08-13 | 日本電子株式会社 | 荷電粒子ビーム装置における収差補正方法および荷電粒子ビーム装置 |
| TWM255518U (en) * | 2004-04-23 | 2005-01-11 | Super Nova Optoelectronics Cor | Vertical electrode structure of Gallium Nitride based LED |
| DE102004034970A1 (de) | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Lichtrastermikroskop und Verwendung |
| JP2006173027A (ja) | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Hitachi High-Technologies Corp | 走査透過電子顕微鏡、及び収差測定方法、ならびに収差補正方法 |
| KR100609906B1 (ko) * | 2005-07-23 | 2006-08-08 | 삼성전자주식회사 | 화상형성장치용 현상기 |
| US7427765B2 (en) * | 2005-10-03 | 2008-09-23 | Jeol, Ltd. | Electron beam column for writing shaped electron beams |
| JP4685637B2 (ja) * | 2006-01-05 | 2011-05-18 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | モノクロメータを備えた走査電子顕微鏡 |
| US7453062B2 (en) * | 2006-02-28 | 2008-11-18 | International Business Machines Corporation | Energy-filtering cathode lens microscopy instrument |
| US7348566B2 (en) | 2006-02-28 | 2008-03-25 | International Business Machines Corporation | Aberration-correcting cathode lens microscopy instrument |
| JP2009094020A (ja) | 2007-10-12 | 2009-04-30 | Topcon Corp | 荷電粒子ビーム反射装置と電子顕微鏡 |
| JP5347496B2 (ja) | 2008-12-26 | 2013-11-20 | 富士通株式会社 | 電磁レンズにおける色収差係数測定方法及び走査透過電子顕微鏡 |
| DE112010004145B4 (de) * | 2009-10-26 | 2019-03-21 | Hitachi High-Technologies Corporation | Vorrichtung zur Abtastung mit einem geladenen Teilchenstrahl und Vefahren zur Korrektur der chromatischen und sphärischen Aberration in Kombination |
| US20120019973A1 (en) * | 2010-06-14 | 2012-01-26 | Aurora Flight Sciences Corporation | Method and apparatus for grounding a composite aircraft structure |
| JP5735262B2 (ja) | 2010-11-12 | 2015-06-17 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子光学装置及びレンズ収差測定方法 |
| US9275817B2 (en) | 2012-04-09 | 2016-03-01 | Frederick Wight Martin | Particle-beam column corrected for both chromatic and spherical aberration |
| EP2722868B1 (en) * | 2012-10-16 | 2018-02-21 | ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Octopole device and method for spot size improvement |
| JP2016039119A (ja) | 2014-08-11 | 2016-03-22 | 日本電子株式会社 | 電子顕微鏡、および電子顕微鏡の調整方法 |
| US10283315B2 (en) | 2017-05-16 | 2019-05-07 | International Business Machines Corporation | Measuring spherical and chromatic aberrations in cathode lens electrode microscopes |
-
2017
- 2017-05-16 US US15/596,850 patent/US10283315B2/en active Active
-
2018
- 2018-05-10 GB GB1916948.1A patent/GB2576661B/en active Active
- 2018-05-10 JP JP2019561789A patent/JP7064271B2/ja active Active
- 2018-05-10 CN CN201880026685.3A patent/CN110546732B/zh active Active
- 2018-05-10 WO PCT/IB2018/053241 patent/WO2018211369A1/en active Application Filing
- 2018-05-10 DE DE112018000937.8T patent/DE112018000937B4/de active Active
-
2019
- 2019-03-06 US US16/294,017 patent/US10593510B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4077721A (en) * | 1976-08-19 | 1978-03-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatus for measuring holographic lens aberration parameters |
| US6633034B1 (en) * | 2000-05-04 | 2003-10-14 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for imaging a specimen using low profile electron detector for charged particle beam imaging apparatus including electrostatic mirrors |
| WO2007125652A1 (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-08 | National Institute For Materials Science | 電子顕微鏡とその対物レンズ系収差特性の計測方法 |
| CN101606215A (zh) * | 2006-12-21 | 2009-12-16 | 于利奇研究中心有限公司 | 电子显微镜及测量散焦散布或极限分辨率的方法 |
| US8334508B1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-12-18 | Electron Optica, Inc. | Mirror energy filter for electron beam apparatus |
| US8729466B1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-05-20 | Electron Optica, Inc. | Aberration-corrected and energy-filtered low energy electron microscope with monochromatic dual beam illumination |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10593510B2 (en) | 2020-03-17 |
| DE112018000937T5 (de) | 2019-11-07 |
| DE112018000937B4 (de) | 2020-03-19 |
| GB2576661B (en) | 2020-07-15 |
| US20190206655A1 (en) | 2019-07-04 |
| JP7064271B2 (ja) | 2022-05-10 |
| US20180337017A1 (en) | 2018-11-22 |
| CN110546732A (zh) | 2019-12-06 |
| WO2018211369A1 (en) | 2018-11-22 |
| GB201916948D0 (en) | 2020-01-08 |
| GB2576661A (en) | 2020-02-26 |
| US10283315B2 (en) | 2019-05-07 |
| JP2020520053A (ja) | 2020-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110546732B (zh) | 电子显微镜中测量和控制像差 | |
| US9991089B2 (en) | Particle beam system and method for operating a particle optical unit | |
| JP4553889B2 (ja) | 粒子光学レンズの収差関数における収差係数の決定方法 | |
| JP5735262B2 (ja) | 荷電粒子光学装置及びレンズ収差測定方法 | |
| JP6742061B2 (ja) | 荷電粒子線装置 | |
| US20090206258A1 (en) | Electron beam observation device using pre-specimen magnetic field as image-forming lens and specimen observation method | |
| US9230775B2 (en) | Charged particle instrument | |
| JP6666627B2 (ja) | 荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置の調整方法 | |
| JP2022117446A (ja) | 像面傾斜を考慮して焦点設定を改良した多粒子ビーム顕微鏡及び関連の方法 | |
| WO2015015985A1 (ja) | 荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置における収差測定法 | |
| US8294096B2 (en) | Charged particle beam device and a method of operating a charged particle beam device | |
| JP5817360B2 (ja) | 走査透過型電子顕微鏡の観察方法及び走査透過型電子顕微鏡 | |
| JP5663591B2 (ja) | 走査電子顕微鏡 | |
| JP2008112643A (ja) | 透過型電子顕微鏡の情報伝達限界測定法およびこの測定法が適用された透過型電子顕微鏡 | |
| JP7168777B2 (ja) | 荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置の制御方法 | |
| JP6153988B2 (ja) | 荷電粒子ビーム装置を作動させる方法及び荷電粒子ビーム装置 | |
| US20080135786A1 (en) | Adjustable aperture element for particle beam device, method of operating and manufacturing thereof | |
| EP1883094A1 (en) | Charged particle beam device and method for inspecting specimen | |
| JP2015056376A (ja) | 走査透過電子顕微鏡及びその収差測定方法 | |
| JP2008091125A (ja) | 電磁レンズの非点収差測定方法、非点収差測定装置、非点収差補正方法及び電子線装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |