CZ2020450A3

CZ2020450A3 - Způsob provozu zařízení se svazkem nabitých částic

Info

Publication number: CZ2020450A3
Application number: CZ2020-450A
Authority: CZ
Inventors: Vojtěch Filip
Original assignee: Tescan Brno, S.R.O.
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-02-16
Also published as: TW202212964A; TWI865812B; CZ309943B6; WO2022028633A1

Abstract

Způsob provozu zařízení se svazkem nabitých částic, kde se pozorované místo na vzorku pohybuje v zorném poli zařízení se svazkem nabitých částic při náklonu nebo rotaci vzorku. Je vytvořen alespoň jeden snímek vzorku v první poloze vzorku a alespoň jeden pomocný snímek vzorku v poloze odlišné od první polohy. Snímky vzorku jsou porovnány, přičemž výsledkem porovnání je stanovená hodnota posunutí vzorku, o kterou je nutné posunout vzorek do třetí polohy tak, aby bylo pozorované místo na vzorku ve stejné pozici vůči zařízení se svazkem nabitých částic jako v první poloze vzorku.

Description

Způsob provozu zařízení se svazkem nabitých částic

Oblast techniky

Vynález se týká využití kompenzace pohybu vzorku, kde se pozorované místo vzorku pohybuje v zorném poli zařízení se svazkem nabitých částic, přičemž výchylka pozorovaného místa vzorku od původní polohy je způsobena rotací anebo náklonem vzorku.

Dosavadní stav techniky

Při práci se zařízením, které pro svoji činnost využívá svazku nabitých částic, zejména se skenovacím elektronovým mikroskopem (SEM), transmisním elektronovým mikroskopem (TEM), skenovacím transmisním elektronovým mikroskopem (STEM) či se zařízením s fokusovaným iontovým svazkem (FIB), je studovaný vzorek umístěný na držák vzorku, kde je ozařován svazkem nabitých částic. Svazek nabitých částic slouží k pozorování vzorku a získání informací o jeho vnitřní struktuře, případně k opracování vzorku a vytváření povrchových struktur.

U pracovní činnosti je pak třeba časté manipulace se vzorkem, která spočívá v otáčení vzorku, jeho náklonu a posuvu. Z tohoto důvodu jsou stolky držící vzorky uzpůsobené k posunu ve třech navzájem kolmých osách (x, y, z), k rotaci okolo svislé osy (z) a náklonu okolo alespoň jedné vodorovné osy (x a/nebo y). Případné další konstrukce stolků na vzorky umožňují rotaci či náklon okolo alespoň jedné jiné osy odlišné od os posunutí vzorku.

Z hlediska náklonu vzorku jsou rozlišovány dva přístupy. U eucentrického náklonu prochází osa náklonu přímo místem pozorovaným pomocí svazku nabitých částic. Při náklonu okolo této osy má tedy vzorek stále stejnou polohu vůči ose svazku nabitých částic. U kompucentrického náklonu osa náklonu prochází jiným místem, a pozorované místo tedy mění svoji polohu vůči ose svazku nabitých částic, a v čase tedy dochází k úniku sledovaného vzorku ze zorného pole. Pro kompenzaci tohoto pohybu je pak nutné přesunout vzorek zpět do zorného pole svazku nabitých částic, a to posuvem ve směru vodorovných os x a y. K obdobnému posuvu vzorku dochází i v případě rotace okolo svislé osy, zejména v případě, kdy osa rotace neprotíná přímo sledovanou oblast vzorku.

Řešení problému korekce pohybu vzorku popisuje například dokument US 4,627,009 Microscope stage assembly and control system. Mikroskop dle provedení popsaného v tomto dokumentu zahrnuje kontrolní jednotku uzpůsobenou ke kompenzaci pohybu vzorku, kde k vychýlení vzorku dochází vlivem rotace a náklonu vzorku, zejména pak náklonu kolem kompucentrické osy. Operátor zadá kýžené hodnoty náklonu a/nebo rotace vzorku, kontrolní jednotka z těchto hodnot vypočítá teoretickou hodnotu posunutí a po rotaci a/nebo náklonu vzorku zajistí posunutí vzorku tak, aby se vrátil do původní polohy vzhledem k ose svazku nabitých částic.

Obdobný postup představuje dokument EP 1 071 112 Bl Scanning charged-particle beam instrument. Velikost posunutí vzorku je vypočítána z polohy osy rotace, úhlu rotace a polohy pozorovaného bodu. Po výpočtu celkového posunutí a po přemístění vzorku do druhé polohy prostřednictvím rotace je pozorovaný bod navrácen do zorného pole pomocí zpětného posunu.

I přesto, že preciznost zpracování mechanických komponent roste, a tím dochází ke zlepšení přesnosti dílčích posunutí, je tato přesnost omezená. Další zdroj nepřesností leží v samotném výpočtu kompenzačního posunutí. Vstupní parametry nemusí být zadány přesně a již z principu jsou zatíženy určitou chybou měření jejich hodnot. Stejně tak výpočet, respektive jeho výsledek, má určitou chybovou hodnotu. Všechna opatření tedy nevedou k dokonale přesnému nastavení výsledné polohy a vždy je třeba zavést určité korekční postupy. Bylo by tedy vhodné přijít s řešením umožňujícím přesnou a průběžnou kompenzaci pohybu pozorovaného místa na vzorku ze zorného pole při rotaci nebo náklonu vzorku.

- 1 CZ 2020 - 450 A3

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody řeší nebo do určité míry potlačuje způsob provozu zařízení se svazkem nabitých částic. Zařízení se svazkem nabitých částic zahrnuje alespoň zdroj nabitých částic, alespoň jednu čočku uzpůsobenou k tvarování svazku nabitých částic nebo k fokusování svazku na vybranou plochu, kde tato čočka je provedena jako elektromagnetická čočka. Dále zařízení zahrnuje manipulační stolek pro umístění vzorku, kde tento stolek je uzpůsobený k translačnímu pohybu vzorku a jeho rotaci nebo náklonu okolo alespoň jedné osy, a vzorek umístěný na manipulačním stolku. Translační posuv pak probíhá ve třech různoběžných osách, které mohou být navzájem kolmé. Zařízení se svazkem nabitých částic dále zahrnuje detektor signálních částic, řídicí jednotku pro přijímání instrukcí o provozu zařízení a zasílání instrukcí do zařízení, zobrazovací jednotku pro vytvoření a zobrazení snímku vzorku z nabitých částic detekovaných detektorem signálních částic komunikačně spojenou s detektorem signálních částic, korekční jednotku zahrnující alespoň paměť uzpůsobenou k ukládání snímků a výpočetní jednotku pro výpočet posunu vzorku. Signálními částicemi jsou rozuměny zejména nabité částice odražené od vzorku, respektive odražené elektrony, případně jiné částice emitované vzorkem vlivem interakce s dopadajícím svazkem nabitých částic jako např. sekundární elektrony, protony, ionty, případně nenabité částice, např. atomy, molekuly či fotony. Způsob provozu zařízení se svazkem nabitých částic zahrnuje sekvenci kroků přesunutí vzorku do první polohy vzorku;

vytvoření alespoň výchozího snímku vzorku v první poloze a uložení tohoto snímku do paměti, přičemž snímek je vytvořen zobrazovací jednotkou;

přesunutí vzorku do druhé polohy vzorku, přičemž tato poloha je odlišná od první polohy vzorku, kde přesunutí vzorku do druhé polohy je dáno rotací nebo náklonem vzorku, přičemž vzorek po celou dobu změny polohy zůstává v zorném poli zařízení se svazkem nabitých částic a vytvoření alespoň prvního pomocného snímku vzorku v poloze odlišné od první polohy vzorku a uložení tohoto snímku do paměti, přičemž snímek je vytvořen zobrazovací jednotkou z elektronů odražených od vzorku, sekundárních elektronů;

stanovení hodnoty posunutí vzorku porovnáním alespoň dvojice výchozího a prvního pomocného snímku vzorku, přičemž stanovení hodnoty je provedeno výpočetní jednotkou korekční jednotky;

přesunutí vzorku o stanovenou hodnotu posunutí vzorku do třetí polohy vzorku odlišné od první a druhé polohy vzorku, přičemž toto přesunutí sestává pouze z translace o stanovenou hodnotu posunutí vzorku.

Přednesený způsob provozu zařízení se svazkem nabitých částic řeší problém pohybu pozorované oblasti vzorku v zorném polí zařízení se svazkem nabitých částic, ke kterému dochází rotací nebo náklonem vzorku. Tímto pohybem může docházet k rozostření obrazu, jelikož svazek nabitých částic není trvale fokusován na stejné místo na vzorku. Díky přednesenému způsobuje rychle a přesně získána hodnota posunutí vzorku, o kterou je následně vzorek posunut tak, aby bylo stále pozorováno vybrané místo na vzorku.

Ve výhodném provedení je první pomocný snímek vzorku vytvořen ve druhé poloze vzorku. Výhodou tohoto provedení je přímé získání stanovené hodnoty posunutí vzorku, o kterou je nutno posunout vzorek, aby bylo pozorované místo vzorku stále ve stejné pozici vůči zařízení se svazkem nabitých částic jako v první poloze.

Ve výhodném provedení je první pomocný snímek vzorku vytvořen během změny polohy vzorku, následně je vytvořen alespoň druhý pomocný snímek vzorku během změny polohy vzorku a následně je vytvořen výsledný snímek vzorku ve druhé poloze vzorku, přičemž snímky jsou vytvořeny zobrazovací jednotkou a uloženy do paměti. Dále je stanovena první průběžná hodnota posunutí vzorku porovnáním výchozího a prvního pomocného snímku vzorku výpočetní jednotkou

- 2 CZ 2020 - 450 A3 korekční jednotky. Dále je stanovena druhá průběžná hodnota posunutí vzorku porovnáním prvního a druhého pomocného snímku vzorku výpočetní jednotkou korekční jednotky. Dále je stanovena třetí průběžná hodnota posunutí vzorku porovnáním druhého pomocného snímku vzorku a výsledného snímku vzorku výpočetní jednotkou korekční jednotky. Stanovená hodnota posunutí vzorkuje pak dána jako součet první, druhé a třetí průběžné hodnoty posunutí vzorku. Výhoda tohoto provedení spočívá v získání přesnější hodnoty stanovené hodnoty posunutí vzorku díky jejímu kontinuálnímu výpočtu již během změny polohy vzorku.

Výhodně může být výpočetní jednotkou vypočtena kalkulační hodnota posunutí vzorku z hodnot určujících změnu polohy vzorku. Stanovená hodnota posunutí vzorku je následně určena jako průměr výše určené stanovené hodnoty posunutí a kalkulační hodnoty posunutí. Dvojí metodika určení stanovené hodnoty posunutí vzorku zvyšuje přesnost přednesené metody.

Výhodně může být na vzorku vytvořena značka, například fokusovaným iontovým svazkem. Vytvoření značky vytváří na vzorku význačný bod, díky kterému je usnadněno porovnání dvojice snímků za účelem získání hodnoty posunutí vzorku, zejména u vzorků s hladkým reliéfem bez význačných struktur.

Výhodně je pak k porovnání snímků využívána fúnkce kros-korelace, která umožňuje rychlý a efektivní výpočet posunutí dvou signálů, kde signálem je v kontextu této přihlášky myšlen snímek vzorku.

Objasnění výkresů

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde na:

Obr. 1 je schematicky znázorněno zařízení se svazkem nabitých částic zahrnující korekční jednotku pro výpočet posunutí pozorované oblasti na vzorku po náklonu vzorku;

Obr. 2 je blokové schéma základního postupu pro stanovení hodnoty změny polohy vzorku;

Obr. 3 je blokové schéma postupu pro stanovení hodnoty změny polohy vzorku porovnáním výchozího snímku v první poloze vzorku a pomocného snímku ve druhé poloze vzorku;

Obr. 4 je blokové schéma postupu pro stanovení hodnoty změny polohy vzorku porovnáním snímků vzorku v první poloze vzorku, pomocných snímků vytvořených během změny polohy vzorku a výsledného snímku vzorku ve druhé poloze vzorku;

Obr. 5a je blokové schéma postupu pro stanovení hodnoty změny polohy vzorku porovnáním výchozího snímku v první poloze vzorku a pomocného snímku ve druhé poloze vzorku spolu s výpočtem posunutí vzorku ze zadaných hodnot změny polohy vzorku;

Obr. 5b je blokové schéma postupu pro stanovení hodnoty změny polohy vzorku porovnáním snímků vzorku v první poloze vzorku, pomocných snímků vytvořených během změny polohy vzorku a výsledného snímku vzorku ve druhé poloze vzorku spolu s výpočtem posunutí vzorku ze zadaných hodnot změny polohy vzorku;

Obr. 6a je schematicky znázorněn vzorek v první poloze vzorku;

Obr. 6b je schematicky znázorněn vzorek ve druhé poloze vzorku;

Obr. 6c je schematicky znázorněn vzorek ve třetí poloze vzorku.

- 3 CZ 2020 - 450 A3

Příklady uskutečnění vynálezu

Vynález bude dále objasněn na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy. Na obr. 1 je znázorněno zařízení 1 se svazkem nabitých částic zahrnující zdroj 2 nabitých částic, alespoň jednu čočku 3, 4 k tvarování svazku nabitých částic nebo k fokusování svazku na vybranou plochu a manipulační stolek 5 pro umístění vzorku 6 uzpůsobený k posunu ve třech navzájem kolmých osách a alespoň k rotací nebo náklonu vzorku 6 okolo dvou vzájemně odlišných os. Příkladně má zařízení 1 se svazkem nabitých částic alespoň jednu kondenzorovou čočku 3 k tvarování svazku nabitých částic a alespoň jednu objektivovou čočku 4 k fokusování svazku na vybranou plochu. Zařízení 1 podle příkladného provedení vynálezu dále zahrnuje detektor 7 signálních částic. Signálními částicemi jsou rozuměny zejména nabité částice odražené od vzorku 6, respektive odražené elektrony, případně jiné částice emitované vzorkem 6 vlivem interakce s dopadajícím svazkem nabitých částic jako např. sekundární elektrony, protony, ionty, případně nenabité částice, např. atomy, molekuly či fotony. Na základě detekovaných signálních částic je zařízení 1 prostřednictvím zobrazovací jednotky 9, komunikačně spojené s detektorem 7 signálních částic, uzpůsobeno k vytvoření snímku snímané oblastí vzorku 6. Komunikačním spojením je rozuměno spojení umožňující přenos informace mezi komunikačně spojenými prvky, jako takové může být realizováno např. propojením pomocí síťových kabelů případně bezdrátově formou WiFi, Bluetooth atp. Zařízení 1 dále zahrnuje řídicí jednotku 8 pro přijímání instrukcí zadávaných uživatelem a uzpůsobenou k zasílání těchto instrukcí dále do zařízení 1, kde jsou příslušnými komponentami vykonány. V příkladném provedení vynálezu je těmito instrukcemi myšleno např. zadání požadovaného zvětšení, zaostření, zvolení požadované oblasti ke snímání, uložení zpracovaného snímku, další zpracování snímku atp. Vynález není omezen na výčet těchto funkcí zprostředkovávaných prostřednictvím řídící jednotky 8. Příkladné provedení vynálezu dále zahrnuje korekční jednotku 10 komunikačně spojenou s řídicí jednotkou 8 a zahrnující vlastní paměť 11. do které jsou ukládány snímky vzorku 6, a výpočetní jednotku 12 uzpůsobenou k výpočtu posunu vzorku 6. Řídicí jednotkou 8 je vydána instrukce k přesunutí vzorku 6 do nové polohy, do které je vzorek 6 přesunut pomocí manipulačního stolku 5. Výpočetní jednotka 12 přijímá z řídicí jednotky 8 informace o změně polohy vzorku 6, respektive údaje o první poloze vzorku 6 a druhé poloze vzorku 6, a na základě těchto údajů vypočítá kalkulační hodnotu posunutí vzorku 6. Výpočet této kalkulační hodnoty posunutí vzorku 6 probíhá dle vztahů:

AZ = WD-Z,

Znew = Z- AZ · (1/ cos (a) - 1) a knew = Y + AZ · tanja), kde AZ značí vypočtenou hodnotu, o kterou je nutné posunout vzorek 6 ve směru osy Z po naklonění vzorku 6 o úhel a, WD značí parametr Working Distance, neboli vzdálenost pozorovaného bodu na vzorku 6 od objektivové čočky 4, Y značí aktuální polohu v ose Y a Z_new a knew jsou vypočtené hodnoty posunutí vzorku 6 v ose Z, respektive ose Y, viz obr. 6a, 6b a 6c.

Pohyb vzorku 6 sestává z translace, náklonu a rotace. Translace je prováděna zpravidla podél alespoň dvou os, které jsou příkladně vzájemně kolmé. Pro správnou implementaci předneseného způsobu provozu zařízení 1 se svazkem nabitých částic postačuje možnost translace pouze podél jedné osy. Alternativně je pak možné zvolit manipulační stolek 5 umožňující pohyb ve třech navzájem kolmých osách. Rotační pohyb vzorku 6 pak zahrnuje rotaci okolo alespoň jedné osy, přičemž tato osa může být odlišná od os translačního pohybu vzorku 6, rotace vzorkuje zpravidla umožněna v plném rozsahu rotačního pohybu, tj. 360°. Náklon vzorku 6 je pak dán jeho nakloněním okolo jiné osy, než je osa rotace. V příkladném provedení manipulačního stolku je možné provádět dva nezávislé rotační pohyby vzorku 6 okolo dvou vzájemně odlišných os. Rotační

- 4 CZ 2020 - 450 A3 i translační pohyb vzorku 6 jsou realizovány prostřednictvím manipulačního stolku 5. Funkci stolku může plnit i jiný manipulátor, např. jehlový manipulátor.

Náklon vzorku 6 může být realizován dvěma způsoby. Prvním způsobem je kompucentrický náklon, kdy osa 5a náklonu neprochází pozorovaným místem na vzorku 6 a při náklonu nebo rotaci vzorku 6 dochází k výraznému pohybu pozorované oblasti vzorku 6 v rámci zorného pole zařízení 1 se svazkem nabitých částic a pozorované místo 13 vzorku tak může být rozostřeno, ale především může opustit zorné pole zařízení 1 se svazkem nabitých částic. Druhý způsob je eucentrický náklon, kdy osa náklonu prochází pozorovaným místem vzorku 6.

Zařízením 1 se svazkem nabitých částic je v kontextu této přihlášky vynálezu myšlen elektronový mikroskop, zejména rastrovací elektronový mikroskop (scanning électron microscope, SEM), transmisní elektronový mikroskop (transmission electron microscope, TEM), rastrovací-transmisní elektronový mikroskop (scanning transmission electron microscope, STEM), zařízení vytvářející fokusovaný iontovým svazek (focused ion beam, FIB) či kombinovaná zařízení vytvářející elektronový svazek a fokusovaný iontový svazek.

V příkladném provedení způsobu provozu zařízení 1 se svazkem nabitých částic, viz obr. 2, je vzorek 6 určený k opracování, analýze či pozorování umístěn na příslušné místo na manipulačním stolku 5. Pracovní komora 15 zařízení 1 se svazkem nabitých částic je uzavřena a odčerpána na požadovaný tlak, nižší než atmosférický tlak. Manipulačním stolkem 5 je vzorek 6 nastaven do první polohy vzorku 6. V první poloze vzorku 6 je následně vzorek 6 ozářen svazkem nabitých částic, který je fokusován a tvarován kondenzorovou čočkou 3 a objektivovou čočkou 4. Interakcí svazku nabitých částic se vzorkem 6 dojde ke vzniku signálních částic, např. zpětně odražených elektronů, sekundárních elektronů či fotonů. Tyto částice jsou posléze detekovány detektorem 7 signálních částic. Signál těchto částic zachycený detektorem 7 signálních částic je následně zpracován zobrazovací jednotkou 9. Výsledkem zpracování signálu zobrazovací jednotkou 9 je alespoň výchozí snímek vzorku 6 v první poloze vzorku 6, který je následně uložen do paměti 11. V dalším krokuje řídicí jednotkou 8 vydána instrukce k přesunutí vzorku 6 do druhé polohy vzorku 6 odlišné od první polohy vzorku 6. Řídicí jednotka 8 tuto instrukci předá dále do zařízení 1 se svazkem nabitých částic a vzorek 6 je prostřednictvím manipulačního stolku 5 přesunut do druhé polohy vzorku 6. Zároveň je v poloze odlišné od první polohy vzorek 6 ozářen svazkem nabitých částic. Důsledkem interakce svazku nabitých částic se vzorkem 6 dojde k odrazu částic od vzorku 6 nebo uvolnění signálních částic ze vzorku 6. Signální částice jsou následně zachyceny detektorem 7 signálních částic a pomocí zobrazovací jednotky 9 je z tohoto signálu vytvořen alespoň pomocný snímek vzorku 6 v poloze odlišné od první polohy vzorku 6, který je následně uložen do paměti 11. V následujícím kroku je provedeno porovnání dvojice výchozího snímku vzorku 6 a pomocného snímku vzorku 6. Porovnání dvojíce těchto snímků je provedeno pomocí výpočetní jednotky 12 korekční jednotky 10. Výstupem tohoto porovnání je pak stanovená hodnota posunutí vzorku 6, respektive pohybu pozorovaného místa 13 vzorku 6 vůči zornému poli zařízení 1 se svazkem nabitých částic, ke kterému došlo vlivem rotace anebo náklonu vzorku 6 a při kterém pozorované místo 13 na vzorku 6 může částečně opouštět zorné pole zařízení 1 se svazkem nabitých částic, navíc se může měnit jeho výška a pozice vůči němu a dochází tak k rozostření nebo přemístění obrazu. V příkladném provedení vynálezu je porovnání dvojice výchozího snímku vzorku 6 pomocného snímku vzorku 6 provedeno metodou korelace, respektive kros-korelace. O stanovenou hodnotu posunutí vzorku 6 je pak následně vzorek 6 přemístěn do třetí polohy vzorku 6 odlišné od první a druhé polohy vzorku. Příkladné provedení způsobu provozu zařízení 1 se svazkem nabitých částic dle obr. 3 je totožné s příkladným provedením způsobu provozu zařízení 1 se svazkem nabitých částic dle obr. 2, avšak s tím rozdílem, že pomocný snímek vzorku 6 je vytvořen ve druhé poloze vzorku 6.

Korelace je v oblasti zpracování signálů funkce popisující podobnost tvaru signálů. V případě dvojice signálů, které jsou průběhem podobné, ovšem mohou být posunuté o určitou hodnotu φ fázového posunuje výsledkem kros-korelace těchto signálů hodnota vzájemného posunutí těchto signálů. Kros-korelaci signálů je možné využít i v případě dvojrozměrného signálu, kterému

- 5 CZ 2020 - 450 A3 odpovídá například dvojice obrázků. V příkladném provedení vynálezu je ve výpočetní jednotce 12 korekční jednotky 10 implementován softwarový modul umožňující aplikování funkce kroskorelace signálů na dvojici snímků vzorku 6 v různých polohách vzorku 6. Výsledkem tohoto procesuje stanovená hodnota posunutí vzorku 6.

Na základě výše získané hodnoty posunutí vzorku 6 vypočítané korekční jednotkou 10 pomocí výše popsané metody je pak vzorek 6 na manipulačním stolku 5 přesunut do třetí polohy vzorku 6 odlišné od první polohy a druhé polohy vzorku 6. Přesunutí vzorku 6 do třetí polohy sestává pouze z translačního pohybu, žádné rotace či náklonu vzorku 6 již není zapotřebí.

V dalším příkladném provedení způsobu provozu zařízení 1 se svazkem nabitých částic, viz. obr. 4, je vzorek 6 určený k opracování, analýze či pozorování umístěn na příslušné místo na manipulačním stolku 5. Pracovní komora 15 zařízení 1 se svazkem nabitých částic je uzavřena a odčerpána na požadovaný tlak, nižší než atmosférický tlak. Manipulačním stolkem 5 je vzorek 6 nastaven do první polohy vzorku 6. V první poloze vzorku 6 je následně vzorek 6 ozářen svazkem nabitých částic, který je fokusován a tvarován kondenzorovou čočkou 3 a objektivovou čočkou 4. Interakcí svazku nabitých částic se vzorkem 6 dojde ke vzniku signálních částic, např. zpětně odražených elektronů, sekundárních elektronů či fotonů. Tyto částice jsou posléze detekovány detektorem 7 signálních částic. Signál těchto částic zachycený detektorem 7 signálních částic je následně zpracován zobrazovací jednotkou 9. Výsledkem zpracování signálu zobrazovací jednotkou 9 je alespoň výchozí snímek vzorku 6 v první poloze vzorku 6, který je následně uložen do paměti 11. V dalším kroku je řídicí jednotkou 8 vydána instrukce k přesunutí vzorku 6 do druhé polohy vzorku 6 odlišné od první polohy vzorku 6. Řídicí jednotka 8 tuto instrukci předá dále do zařízení 1 se svazkem nabitých částic a vzorek 6 je prostřednictvím manipulačního stolku 5 přesunut do druhé polohy vzorku 6. Toto příkladné provedení dále zahrnuje krok vytvoření alespoň prvního pomocného snímku vzorku 6, který je zaznamenán v průběhu změny polohy vzorku 6 z první polohy vzorku 6 do druhé polohy vzorku 6, a alespoň druhého pomocného snímku vzorku 6, který je zaznamenán v průběhu změny polohy vzorku 6 z první polohy vzorku 6 do druhé polohy vzorku po prvním pomocném snímku. Dále je vytvořen alespoň výsledný snímek vzorku 6 ve druhé poloze vzorku 6. Tyto snímky jsou následně ukládány do paměti 11. Následně je stanovena první průběžná hodnota posunutí vzorku 6 porovnáním výchozího a prvního pomocného snímku vzorku 6 výpočetní jednotkou 12 korekční jednotky 10. Následně je stanovena druhá průběžná hodnota posunutí vzorku 6 porovnáním prvního a druhého pomocného snímku vzorku 6 výpočetní jednotkou 12 korekční jednotky 10. Následně je stanovena třetí průběžná hodnota posunutí vzorku 6 porovnáním druhého pomocného a výsledného snímku vzorku 6 výpočetní jednotkou 12 korekční jednotky 10. Stanovená hodnota posunutí vzorku je pak dána jako součet první, druhé a třetí průběžné hodnoty posunutí vzorku 6. V tomto příkladném provedení vynálezu je porovnání dvojic snímků vzorku 6 provedeno metodou korelace, respektive kros-korelace. Vzorek 6 je následně přesunut z druhé polohy vzorku 6 do třetí polohy vzorku 6 odlišné od první a druhé polohy vzorku o stanovenou hodnotu posunutí vzorku.

Další příkladná provedení způsobu provozu zařízení 1 se svazkem nabitých částic dle obr. 5a a 5b jsou totožná s příkladnými provedeními způsobu provozu zařízení se svazkem nabitých část dle obr. 3 a 4, avšak s tím rozdílem, že vzorek 6 přesunut z druhé polohy vzorku 6 do třetí polohy vzorku o stanovenou hodnotu posunutí vzorku 6, která je dána jako průměr kalkulační hodnoty posunutí vzorku 6 a stanovené hodnoty posunutí vzorku 6.

Všechna příkladná provedení způsobu provozu zařízení 1 se svazkem nabitých částic mohou dále zahrnovat krok vytvoření alespoň jedné značky na vzorku 6. Vytvoření značky je v tomto příkladném provedení vytváření značky realizováno pomocí fokusovaného iontového svazku (FIB - focused ion beáni). Iontový svazek je fokusován na určité místo na vzorku 6, přičemž dopadem nabitých částic (iontů) na vzorek 6 dochází k tzv. odprašování vzorku 6, kdy jsou vlivem dopadu iontů vymršťovány atomy a molekuly studovaného vzorku 6. Tímto je možné vytvořit značku na vzorku 6. Vytvoření této značky usnadňuje orientaci na vzorku 6, zejména v případě, kdy je povrchová struktura vzorku 6 homogenní a bez výraznějších reliéfů. Vytvoření značky na vzorku

-6CZ 2020 - 450 A3 má též za důsledek zvýšení přesnosti výpočtu posunutí vzorku 6 metodou kros-korelace, především je-li např. struktura analyzovaného vzorku 6 hladká a bez výrazných reliéfů. Značka na vzorku 6 pak slouží jako pomocný bod pro kros-korelační algoritmus.

V dalším příkladném provedení způsobu provozu zařízení 1 se svazkem nabitých částic dle tohoto vynálezu může být provoz zařízení 1 realizován následovně a dle obr. 3, resp. 5a. Vzorek 6 je umístěn na manipulační stolek 5 a přesunut do první polohy vzorku 6, viz obr. 6a. V první poloze vzorku 6 je vzorek 6 umístěn tak, že alespoň jedna osa 5a náklonu manipulačního stolku 5 prochází přímo vzorkem 6. Následně je zvoleno pozorované místo 13 vzorku 6, které je určeno k dalšímu pozorování nebo zpracování. Svazek nabitých částic je fokusován a usměrněn na pozorované místo 13 vzorku 6 prostřednictvím kondenzorových čoček 3 a objektivových čoček 4. Dále je zaznamenán výchozí snímek vzorku 6 v první poloze a uložen do paměti 11. Následně je vzorek 6 přesunut do druhé polohy vzorku 6, viz obr. 6b, přičemž po celou dobu změny polohy zůstává vzorek 6 v zorném poli zařízení j_, poloha pozorovaného místa 13 se však může měnit. Po umístění vzorku 6 do druhé polohy vzorku 6 je vytvořen pomocný snímek vzorku 6 ve druhé poloze a uložen do paměti 11. Zorným polem zařízení 1 se svazkem nabitých částic je myšlena oblast, ze které je vytvořen snímek po rastrování dané oblasti svazkem nabitých částic nebo kamerou či jiným zařízením umožňujícím vytvoření snímku dané oblasti. V další fázi je vybrána dvojice snímků, kde první snímek dvojice je výchozí snímek vzorku 6 v první poloze vzorku 6 a druhý snímek dvojice je pomocný snímek vzorku 6 ve druhé poloze vzorku 6. Tato dvojice snímků je následně zpracována výpočetní jednotkou 12 korekční jednotky 10. přičemž porovnání této dvojíce snímků je provedeno metodou kros-korelace této dvojice snímků. Výsledkem zpracování této dvojíce snímků je stanovená hodnota posunutí vzorku 6 určující vychýlení pozorovaného místa 13 vzorku 6 ve druhé poloze oproti první poloze. Výpočetní jednotkou 12 může být dále určena kalkulační hodnota posunutí vzorku 6, která je určena z údajů o zadané hodnotě změny polohy vzorku 6 výpočtem dle vztahu uvedeného výše. Údaji jsou myšleny např. souřadnice pozice vzorku 6 a hodnoty popisující jeho úhlovou orientaci např. vůči ose zařízení 1 se svazkem nabitých částic. Stanovená hodnota posunutí vzorku 6 pak může být určena jako průměr kalkulační hodnoty a stanovené hodnoty získané porovnáním výchozího snímku vzorku 6 a pomocného snímku vzorku 6. Poté je vzorek 6 posunut o stanovenou hodnotu posunutí vzorku 6 do třetí polohy vzorku 6, odlišné od první polohy a druhé polohy vzorku 6, přičemž přesunutí vzorku 6 do třetí polohy vzorku 6 sestává pouze z translačního pohybu, viz obr. 6c.

Pořízení snímku vzorku 6 je navíc možné i prostřednictvím jiného záznamového média, např. pomocí kamery, infračervené kamery či ICCD kamery.

Průmyslová využitelnost

Výše popsanou metodu a zařízení je možné využít v oblasti elektronové mikroskopie či u jiných zařízení využívajících svazek nabitých částic k úpravě a/nebo pozorování vzorku.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob provozu zařízení (1) se svazkem nabitých částic zahrnujícího zdroj (2) nabitých částic, alespoň jednu čočku (3, 4) uzpůsobenou k tvarování svazku nabitých částic nebo k fokusování svazku na vybranou plochu, manipulační stolek (5) pro umístění vzorku (6) uzpůsobený ke změně polohy vzorku (6), vzorek (6) umístěný na manipulačním stolku (5), detektor (7) signálních částic odražených od vzorku (6) nebo emitovaných ze vzorku (6), řídicí jednotku (8) uzpůsobenou k přijímání instrukcí k provozu zařízení (1) a zasílání instrukcí do zařízení (1), zobrazovací jednotku (9) komunikačně spojenou s detektorem (7) signálních částic a uzpůsobenou k vytvoření snímku vzorku (6) na základě signálních částic detekovaných detektorem (7) signálních částic, korekční jednotku (10) zahrnující paměť (11) uzpůsobenou k ukládání snímků a výpočetní jednotku (12) uzpůsobenou k výpočtu posunu vzorku (6) vyznačující se tím, že zahrnuje sekvenci kroků:

přesunutí vzorku (6) do první polohy;

vytvoření alespoň výchozího snímku vzorku (6) v první poloze a uložení tohoto snímku do paměti (11), přičemž snímek je vytvořen zobrazovací jednotkou (9);

přesunutí vzorku (6) do druhé polohy odlišné od první polohy, přičemž změna polohy vzorku (6) je dána rotací nebo náklonem vzorku (6), přičemž vzorek (6) po celou dobu zůstává vzorném poli zařízení (1) a vytvoření alespoň prvního pomocného snímku vzorku (6) v poloze odlišné od první polohy vzorku (6) a uložení tohoto snímku do paměti (11), přičemž snímek je vytvořen zobrazovací jednotkou (9);

stanovení hodnoty posunutí vzorku (6) porovnáním alespoň dvojice výchozího a prvního pomocného snímku vzorku (6) výpočetní jednotkou (12) korekční jednotky (10);

přesunutí vzorku (6) o stanovenou hodnotu posunutí vzorku (6) do třetí polohy odlišné od první polohy a druhé polohy vzorku (6), přičemž posunutí sestává pouze z translace a je provedeno pomocí manipulačního stolku (5).
2. Způsob provozu zařízení (1) se svazkem nabitých částic podle nároku 1 vyznačující se tím, že první pomocný snímek vzorku (6) je vytvořen ve druhé poloze vzorku (6).
3. Způsob provozu zařízení (1) se svazkem nabitých částic podle nároku 1 vyznačující se tím, že první pomocný snímek vzorku (6) je vytvořen během změny polohy vzorku (6), následně je vytvořen alespoň druhý pomocný snímek vzorku (6) během změny polohy vzorku (6) a následně je vytvořen výsledný snímek vzorku (6) ve druhé poloze vzorku (6), přičemž je stanovena první průběžná hodnota posunutí vzorku (6) porovnáním výchozího a prvního pomocného snímku vzorku (6) výpočetní jednotkou (12) korekční jednotky (10), dále je stanovena druhá průběžná hodnota posunutí vzorku (6) porovnáním prvního a druhého pomocného snímku vzorku (6) výpočetní jednotkou (12) korekční jednotky (10), dále je stanovena třetí průběžná hodnota posunutí vzorku (6) porovnáním druhého pomocného snímku a výsledného snímku vzorku (6) výpočetní jednotkou (12) korekční jednotky (10), přičemž stanovená hodnota posunutí vzorku (6) je dána jako součet první, druhé a třetí průběžné hodnoty posunutí vzorku (6), přičemž snímky jsou vytvořeny zobrazovací jednotkou (9) a uloženy do paměti (11).
4. Způsob provozu zařízení (1) se svazkem nabitých částic podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3 vyznačující se tím, že výpočetní jednotkou (12) je vypočtena kalkulační hodnota posunutí vzorku (6) z hodnot určujících změnu polohy vzorku (6), přičemž stanovená hodnota posunutí vzorkuje určena jako průměr kalkulační hodnoty posunutí a stanovené hodnoty posunutí.
5. Způsob provozu zařízení (1) se svazkem nabitých částic podle kteréhokoliv z předchozích nároků vyznačující se tím, že na povrchu vzorku (6) je vytvořena značka pomocí svazku nabitých částic.

-8CZ 2020 - 450 A3
6. Způsob provozu zařízení (1) se svazkem nabitých částic podle kteréhokoliv z předchozích nároků vyznačující se tím, že porovnání snímků vzorku (6) je uskutečněno kros-korelací.