JP2017152366A - 荷電粒子顕微鏡における動的試料挙動の調査 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】荷電粒子顕微鏡を使用する方法であって、前記荷電粒子顕微鏡は、試料を保持するための試料ホルダと、荷電粒子の照射ビームを生成するためのソースと、前記ビームを前記試料に照射するように方向付けるための照射器と、前記照射に応答して前記試料から発せられる放出放射束を検出するための検出器と、を備える方法において、前記照射器において、アパーチャアレイを含むアパーチャプレートを設けるステップと、前記アレイを横切って前記ビームを走査する偏向素子を使用するステップであって、その結果、ビームパルス列を生成するように前記ビームを交互に遮断し透過するステップと前記パルス列によって前記試料を照射するステップと、付随的に発生した放射の位置分解された検出を行う前記検出器を用いるステップとを含む方法。
【選択図】図2
Description
‐ 試料を保持するための試料ホルダと、
‐ 荷電粒子の照射ビームを生成するためのソースと、
‐ 前記ビームを前記試料に照射するように方向付けるための照射器と、
‐ 前記照射に応答して前記試料から発せられる放出放射束を検出するための検出器と、を備えた荷電粒子顕微鏡を使用する方法に関する。
‐ SEMでは、走査電子ビームによる試料の照射は、二次電子、後方散乱電子、X線及びフォトルミネッセンス(赤外線、可視及び/又は紫外光子)の形での、試料からの「補助」放射の発散を引き起こし、例えば、この発散放射の1つ又は複数の成分が検出され、画像蓄積の目的で用いられる。
‐ TEMでは、試料を照射するのに用いられる電子ビームは、試料を貫通するのに十分高いエネルギーを有するように選択される(そのために、試料は一般的にSEM試料の場合よりも薄くなる)。試料から発せられた透過電子は像を生成するために用いられる。このようなTEMを走査モードで動作させると(STEMになり)、照射電子ビームの走査動作中に当該の画像が蓄積される。
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_transmission_electron_microscopy
https://en.wikipedia.org/wiki/Focused_ion_beam
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope
W.H. Escovitz, T.R. Fox and R. Levi-Setti, Scanning Transmission Ion Microscope with a Field Ion Source, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 72(5), pp 1826-1828 (1975).
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22472444
‐ ショットキー電子源又はイオンガンなどの放射ソース。
‐ ソースからの「生の」放射ビームを操作する働きをし、その上で、収束、収差軽減、トリミング(アパーチャによって)、フィルタリングなどのいくつかの操作を実行する照射器。照射器は、原則的に1つ又は複数(荷電粒子)レンズを含み、他のタイプの(粒子)光学構成要素も含むことができる。必要な場合には、照射器は、偏向器システム又は偏向素子を備えることができ、偏向器システムは、その出射ビームに調査中の試料を横切る走査運動を行わせるように呼び出されることができる。
− 検査中の試料が保持され、位置決めされる(例えば、傾斜され、回転される)ことができる試料ホルダ。必要な場合には、このホルダは、試料に対してビームの走査運動を行わせるように移動してもよい。一般に、そのような試料ホルダは、メカニカルステージなどの位置決めシステムに接続される。
− (照射されている試料から発せられる放射を検出するための)検出器であって、実質的に一体型又は複合型/分散型であってもよく、検出される放射に依存して種々の異なる形態をとりうる検出器。例えば、フォトダイオード、CMOS検出器、CCD検出器、光電池、(シリコンドリフト検出器及びSi(Li)検出器のような)X線検出器などが含まれる。一般に、CPMはいくつかの異なる種類の検出器を含み、それらから選択されたものが異なる状況で呼び出される。
‐ 結像系を含み、この結像系は、(平面)試料を透過した荷電粒子を実質的に取り込み、それらを、検出/画像装置、(EELSデバイスのような)分光装置などの分析機器上へ方向付ける(集束させる)。上述の照射器では、結像系は、収差軽減、クロッピング、フィルタリングなどの他の機能も実行することができ、一般に、1つ又は複数の荷電粒子レンズ及び/又は他の種類の粒子光学部品を含みうる。
‐ CPMの照射器において、アパーチャのアレイを含むアパーチャプレートを設けるステップ、
‐ 偏向素子を使用して前記アレイを横切って前記ビームを走査し、その結果、ビームパルス列を生成するように前記ビームを交互に遮断し透過するステップ、
‐ 前記パルス列で前記試料を照射するステップ、及び、付随する前記放出放射の位置分解された検出を行うために前記検出器を使用するステップ。
https://en.wikipedia.org/wiki/Microwave_cavity
‐ 空洞の壁に小さな孔を作成し、
‐ この孔に同軸ケーブルの内部導体を、内部導体が前記(導電性)壁に接触しないようにして挿通させて空洞の内部に送り、
‐ 前記壁の近位にある前記内部導体内にループを形成し、
‐ ループを適切に配向させ(例えば、その平面がY軸に対して垂直であり、Yに平行な磁場を励起するように)、
‐ 前記同軸ケーブルを無線周波数発振電源に接続する。
‐ 導電プランジャの挿入は、空洞の有効半径を局所的に減少させ、付随して共振周波数を増加させる。
‐ 誘電プランジャの挿入は、空洞の有効誘電率を増加させ、付随して共振周波数を低下させる。
(I)偏向素子の平面は、試料の平面上に結像され(又はほぼ結像される)、また、必要に応じて
(II)使用されるアパーチャプレートは、(公称/非偏向の出射ビームの)中間ビーム/光線交差点に(又はその付近に)配置される。
(i)偏向素子の平面が試料面上に結像される場合、パルス列内の異なるパルスは、(厳密に)空間的に試料平面内で重なり合う。結果として、試料との相互作用の後、列内の各パルスは、試料の(実質的に)同じ部分に関する情報を伝えることになり、これは、検出された結果の解釈/相関に対して有利であり得る。
(ii)アパーチャプレートがビームに交差して配置されている場合、個々のパルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間が最も急峻になり、したがって、所与の偏向速度に対して最適な時間分解能が得られる。また、上記の制約(i)を前提とすると、(アパーチャアレイ内の)アパーチャサイズが交差の幅(ビームウエスト)と一致する場合、この構成はパルスにおけるエミッタンスの最小限の成長(即ち、横方向パルスコヒーレンスの最小限の損失)へとつながる。換言すれば、アパーチャプレートをこの位置に配置することにより、パルス列内の異なるパルスを検出器上のシャープなスポットとして結像させることができる。さらに、観察される検出要素が回折パターンであれば、制約(ii)は、パルス列における連続するパルスの間隔を、検出器によって捕捉されたように、典型的な回折図における異なる回折ピークの間隔に比べて比較的小さく保つ。
‐ パルス長:〜100フェムト秒〜1ピコ秒、ただし、より短い(例えば、〜1fs)又はより長い(例えば、〜1ns)値ももちろん可能である。
‐ パルス間隔:使用されるパルス長の約10倍だが、他の値ももちろん可能である。
図1は、本発明が実施されるCPMの一実施形態の非常に概略的な図である。より具体的には、透過型顕微鏡Mの実施形態を示しており、この場合はTEM/STEMである(但し、本発明の実施形態では、それはまさにイオンベースの顕微鏡であり得る)。図面では、真空筐体V内で、電子源又はソース2(例えば、ショットキーエミッタなど)が電子光学照射器4を通過する電子のビーム(C/C’)を生成する。この電子光学照射器4は、それらを試料S(例えば、(局所的に)薄くされていても/平坦化されていてもよい)の選択された部分上に方向づけ/集束させるのに役立つ。この照射器4は、電子−光軸Oを有し、一般に、様々な静電/磁気レンズ、(走査)偏向器、補正器(例えば、非点補正器)などを含む。典型的には、コンデンサシステム(符号4の全体が「コンデンサシステム」と呼ばれることもある)を含むことができる。
‐ TEMカメラ14。カメラ14において、電子束は、例えば、コントローラEによって処理され、フラットパネルディスプレイのような表示装置(図示せず)に表示される静止画像(又は回折図)を形成することができる。必要でない場合、カメラ14は、軸線Oから外れるように(矢印14’によって概略的に示されるように)後退し/引き抜かれることができる。
‐ STEM撮像装置(カメラ)16。撮像装置16からの出力は、試料S上のビームC’の(X、Y)走査位置の関数として記録することができ、画像は、撮像装置16からの出力のマップをX、Yの関数として表す。撮像装置16は、カメラ14に特徴的に存在するピクセルのマトリックスとは対照的に、例えば、直径が20mmの単一ピクセルを含むことができる。さらに、撮像装置16は、一般に、(例えば、102画像/秒の)カメラ14よりもはるかに高い取得率(例えば106ポイント/秒)を有する。再び、必要でない場合には、撮像装置16は、軸線Oの外に出すように(矢印16’によって概略的に示されるように)、後退し/引き抜かれることができる(このような後退は、ドーナツ形状の環状暗視野撮像装置16の場合には必要ではなく、例えば、そのような撮像装置では、中央の穴は、撮像装置が使用されていないときにビームの通過を可能にする)。
‐ カメラ14又は撮像装置16を使用する画像化の代わりとして、例えばEELSモジュール(EELS =電子エネルギー損失分光法)でありうる分光装置18を呼び出すこともできる。
‐ RF共振空洞などのビーム偏向素子D、
‐ アパーチャのアレイを含むアパーチャプレートP。
‐ 光軸Oに沿った偏向素子DのZ位置は、試料S上にDを結像するように選択され、
‐ アパーチャプレートPは、DとSとの間のビーム交差点に位置し、
‐ ソース2は、例えば1MHzのパルス周波数のパルスビームを生成する。
次に図4を見ると、本発明の一実施形態を用いて捕捉された検出要素(この場合、回折パターン)の例が示されている。より具体的には、図はSi[011]回折パターンの最低次数を示しており、従来の技術を用いて得られる個々の回折スポットは、(時間的に分別され、位置的に分解され、)空間的に変位された成分スポットの組(列)によって置換されている。図中の矢印は、ビームの偏向/走査の方向を示している(図2、図3参照)。各組の個々のスポットは〜1psの時間分解能を持ち、〜10psのステップで分離されている。
Claims (9)
- 荷電粒子顕微鏡を使用する方法であって、前記荷電粒子顕微鏡は、
‐ 試料を保持するための試料ホルダと、
‐ 荷電粒子の照射ビームを生成するためのソースと、
‐ 前記ビームを前記試料に照射するように方向付けるための照射器と、
‐ 前記照射に応答して前記試料から発せられる放出放射束を検出するための検出器と、を備える方法において、
前記照射器において、アパーチャアレイを有するアパーチャプレートを設けるステップと、
前記アレイを横切って前記ビームを走査する偏向素子を使用するステップであって、それにより、ビームパルス列を生成するように前記ビームを交互に遮断し透過するステップと、
前記パルス列によって前記試料を照射するステップと、付随的に発生した放射の位置分解された検出を行う前記検出器を用いるステップとを含む方法。 - 前記偏向素子が、前記ビームが通過する共振RF空洞を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記空洞がTM110モードで励起される、請求項2に記載の方法。
- 前記偏向素子に入射する前に、前記ビームがパルス化される、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記偏向素子の平面は、前記試料の平面上に結像される、請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アパーチャプレートが、前記偏向素子と前記試料との間の中間ビーム交差点に配置される、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記パルス列において、連続するパルスは1〜100ピコ秒の範囲の間隔を有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記検出器は、前記試料によって生成された時間分解された一連の回折パターンを記録するために使用される、請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
- 荷電粒子顕微鏡であって、
‐ 試料を保持するための試料ホルダと
‐ 荷電粒子の照射ビームを生成するためのソースと、
‐ 前記ビームを前記試料に照射するように方向付けるための照射器と、
‐ 前記照射に応答して前記試料から発せられる放出放射束を検出するための検出器と、
‐ 顕微鏡の操作の態様を制御するための電子制御装置と、を備え、
当該顕微鏡はさらに、
‐ ビーム偏向素子と、
‐ 前記照射器内に配置され、アパーチャのアレイを有するアパーチャプレートと、を備え、
前記電子制御装置は、
‐ 前記ビームが前記アレイを横切って走査するように前記偏向素子を駆動し、その結果、ビームパルス列を生成するように前記ビームが交互に遮断され透過され、
‐ 付随的に発生した放射の位置分解された検出を行うように前記検出器を使用するように構成されている。
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