JP7401595B2 - カソードルミネッセンス光学部品の軸合わせのための系および方法 - Google Patents

カソードルミネッセンス光学部品の軸合わせのための系および方法 Download PDF

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Description

高エネルギーの電子ビームまたはイオンビーム（ｅビーム）が試料に当たると、試料の材料に応じて光子を放出することができる。放出された光子は、カソードルミネッセンス（ＣＬ）としても知られている。紫外線から可視光線、さらに赤外線までの波長範囲でこれらの光子を集光および検出することで、調査中の試料に関する豊富な情報を得ることができる。ＣＬは、通常、電子顕微鏡（ＥＭ）内の試料を用いて検査され、ＣＬを、例えば、光センサ、画像アレイ、または分光装置、に向けることによって集光され、これらの装置のいずれか、またはすべては、顕微鏡電子ビームカラムの外側に配置されてもよい。ＣＬを集光する１つの方法は、集光ミラーを用いたものである。この集光ミラーは多くの場合、放物面または楕円面の形で、ｅビームの軸上にあり、試料の上（より一般的）もしく試料の下のいずれか、またはその両方に配置される。集光ミラーが試料の上に配置され、ｅビームの軸上にある場合、ミラーには、ｅビームが遮られることなく通過できるようにするための穴がある。
ｅビームが当たる試料上の位置、したがってＣＬが放出される位置は、理想的には３次元空間の集光ミラーの焦点にある。いずれの軸においても、１～１０ミクロン（μｍ）ほどと小さくても、位置ずれがあると、反射して光センサに戻るＣＬ光の量が大幅に減少する場合があり、ＣＬの放出角度に関する情報の忠実度が制限されることとなる。
ｅビームに対してＣＬミラーの軸合わせすることが可能である。例えば、ＣＬ機器には、ミラーをＸＹ平面で（ｅビーム軸に対して相対的および垂直に）移動できる軸合わせ機構があり、これらの機構は、通常、軸合わせ手順中に、ＣＬ焦点をｅビームの軸上に移動するために使用される。ｅビームは、軸合わせの目的で、ＸＹ平面で数１０ミクロンまたは数１００ミクロン移動することもできるが、ＥＭ対物レンズ光軸からの大きな動きは、ｅビームの焦点の質を低下させる可能性があるため、この移動はあまり望ましくないことが多い。１～数１０ミクロンのオーダーのより小さな動きは、軸合わせ機構の、ミクロンレベルでの信頼性が高くない場合に、軸合わせ中の微調整に役立つことができる。
また、Ｚ軸に沿って、ＣＬミラーに対して、試料を軸合わせする必要がある。これを実現するための最も柔軟な方法は、試料が置かれている試料ステージと共に試料をＺ軸に移動することである。ＣＬ機器には、通常、ミラーをＺ軸において移動することを可能にする軸合わせ機構があるが、ＣＬ分光器光軸からの大きな動きは、ＣＬ光パターンの結合および強度の質を低下させる可能性があるため、試料への軸合わせにはあまり望ましくない。
しかしながら、ＸＹ平面での試料の移動は実験でよく行われており、試料表面が傾いているか均一でない場合、Ｚ軸の軸合わせを乱す可能性があることに留意されたい。手動調整は、当然時間がかかるものであり、研究者ができること、例えば、試料上の複数の場所を調べること、または複数のｅビーム電圧の下で試料を調べることなどを制限する。これらの手動調整には、実行する軸合わせの質によって、数分～数１０分かかることも珍しくない。
軸合わせ方法では、通常、ＸＹ軸合わせまたはＺ軸合わせを変更しながら、試料からのＣＬの強度を最大化する必要があった。この方法は、時間とともに変化しないＣＬを強く放出する試料に対して、またはｅビームが近くのＸＹ位置に移動するときに適している。しかしながら、これらの方法は、時間および空間で異なるＣＬ特性を持つ、より一般的な試料で試行すると失敗することがよくある。したがって、調査中の試料のＣＬ特性に依存しない軸合わせの方法で作業することが望ましい。
限られた範囲のｅビームの条件では、ＣＬの強度が、時間とともに変化せず、ＸＹ位置で変化しないが、Ｚ位置の関数として変化するようなＣＬを放出する試料を作成することが可能であることに留意されたい。これらの特性を持つ試料は、前述のＣＬ強度最大化方法を使用してＣＬミラーをＸＹ軸およびＺ軸において軸合わせするのに役立つ。このような試料の例は、厚さ１～１０ミクロンのイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、イットリウムアルミニウムペロブスカイト（ＹＡＰ）、またはゲルマニウム酸ビスマス（ＢＧＯ）のフィルムであり、これらのフィルムは無反射導電性基板上にコーティングされ、炭素またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの導電性フィルムでコーティングされている。ＣＬミラーの初期軸合わせには役立つが、Ｚ軸の軸合わせは、新しい試料を検査するとすぐに失われ、ＸＹ軸およびＺ軸の軸合わせは、ｅビームの加速電圧を変更すると失われる。
電子顕微鏡内で試料によって放出されたカソードルミネッセンス光（ＣＬ）を集光するための装置の図である。 例示的なＣＬミラーアクチュエータの等角図である。 例示的なＣＬ光学系のブロック図である。 例示的なＣＬミラーの等角図である。 ＸＹ平面での軸合わせの前の、図１の装置の一部のＸＹ平面における図である。 ＸＹ平面での軸合わせ中の、図１の装置の一部のＸＹ平面における図である。 図１の系のＸＹ平面での軸合わせのための例示的なプロセスのフローチャートである。 Ｚ軸における軸合わせの前の、図１の系の一部の垂直面における概略図である。 Ｚ軸における軸合わせ中の、図１の系の一部の垂直面における概略図である。 Ｚ軸における軸合わせの後の、図１の系の一部の垂直面における概略図である。 Ｚ軸における図１の系の軸合わせのための例示的なプロセスのフローチャートである。 例示的なＣＬ光学系の概略図である。 電子顕微鏡チャンバに取り付けられた例示的なＣＬ光学系の等角断面図である。 Ｚ軸に沿って異なる位置に移動されたＣＬミラーを介して、光源に露光された試料からの戻り光の例示的な画像である。 Ｚ軸に沿って異なる位置に移動されたＣＬミラーを介して、光源に露光された試料からの戻り光の例示的な画像である。 Ｚ軸に沿って異なる位置に移動されたＣＬミラーを介して、光源に露光された試料からの戻り光の例示的な画像である。 Ｚ軸に沿って異なる位置に移動されたＣＬミラーを介して、光源に露光された試料からの戻り光の例示的な画像である。 Ｚ軸に沿って異なる位置に移動されたＣＬミラーを介して、光源に露光された試料からの戻り光の例示的な画像である。 Ｚ軸に沿って異なる位置に移動されたＣＬミラーを介して、光源に露光された試料からの戻り光の例示的な画像である。 Ｚ軸に沿って異なる位置に移動されたＣＬミラーを介して、光源に露光された試料からの戻り光の例示的な画像である。 ＣＬミラーに対する、Ｚ軸に沿って、試料を自動軸合わせするための例示的なプロセスのフロー図である。 Ｚ軸に沿った軸合わせの前の、図１の系の一部の垂直面における概略図である。 Ｚ軸に沿った軸合わせの後の、図１の系の一部の垂直面における概略図である。 ＣＬミラーに対する、Ｚ軸に沿って、試料を自動軸合わせするための例示的なプロセスのフロー図である。 例示的な処理システムの図である。
当業者は、本発明の教示を使用して開発することができる他の詳細な設計および方法を認識するであろう。本明細書に提供される例は例示的なものであり、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するものではない。以下の詳細な説明では、添付の図面を参照している。異なる図面の同じ参照符号は、同じまたは類似の要素を識別する場合がある。
本発明の一態様では、図１に示されるように、電子顕微鏡１００は、ポールピース１２を出て、試料３０に向けられる電子ビーム（ｅビーム）１０を発生させる。ｅビーム１０が試料に当たる点（図１の数字３２で識別される）で、カソードルミネッセンス（ＣＬ）光が生成され得る。放物面ミラーであってもよいミラー２０が、ＣＬ光３４を電子顕微鏡１００の外側に配置されてもよい検出器に反射するために提供される。ミラー２０は、開口がなければ、ｅビームを妨害する材料（例えば、ダイヤモンド研磨されたアルミニウム）で作られる場合があるので、開口２２を有することで、ｅビーム１０が通過することを可能にする。
図２に示される本発明の一態様では、ＣＬミラー２０は、ＣＬ光学系２００の一部（部分図）である。ＣＬ光学系２００は、取り付けハブ２１０で電子顕微鏡に取り付けられる。ＣＬ光学系２００は、ミラー挿入スライド２１２を含み、このミラー挿入スライド２１２は、（図に符号が付されているように）Ｘ軸上を電気機械的に作動されて、ミラー２０をｅビーム１０の軌道の内外に移動させることができる。ミラー挿入スライド２１２はまた、ミラー２０を、細かく繰り返し可能な方法で調整して、ｅビーム１０に対して、Ｘ軸において軸合わせすることができる。試料（不図示）は試料ステージ３１上に置かれ、電子顕微鏡内のアクチュエータによってＺ軸に沿って上下させることができる。ＣＬ系２００は、電子顕微鏡インタフェース組立体２２０を含んでもよく、この電子顕微鏡インタフェース組立体２２０は、取り付けハブ２１０を、ミラー挿入スライド２１２に内部的に取り付けられたＣＬ系２３０の残りの部分に接続する。電子顕微鏡インタフェース組立体２２０は、ハブ２１０に対してＣＬ系２３０を動かすように配置された１つ以上の線形アクチュエータを含んでもよい。例示的な実施形態では、電子顕微鏡インタフェース組立体２２０は、２つの線形アクチュエータを含み、１つは、ｅビームに対し、Ｙ軸に沿ってＣＬ系を移動させ、もう１つは、試料ステージ３１に対し、Ｚ軸においてＣＬ系を移動させる。したがって、ＣＬミラーは、ミラースライド２１２（Ｘ軸）、および電子顕微鏡インタフェース組立体２２０内の２つのアクチュエータを介して、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸において、試料およびｅビームに対して移動することができる。試料は、電子顕微鏡内のアクチュエータによって、Ｚ軸においてＣＬミラーに対して相対的に移動することもできる。
前述の例示的な系２００は、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸において、ｅビームおよび試料に対して、ＣＬミラーを作動させるための１つの方法にすぎない。説明された例示的な作動機構は、本発明のいかなる態様をも限定することを意図するものではない。
図３は、前述のアクチュエータを制御するため、および本明細書で説明される実施形態と一致する他の機能を実行するための例示的な制御系を示す。この制御系は、系コントローラ３１０を含む。系コントローラ３１０は、電子顕微鏡の一部である単一のプロセッサであってもよく、または電子顕微鏡の外部の光学系の一部であっても、互いに通信する複数のプロセッサを含むことができる単一のプロセッサであってもよい。例えば、電子顕微鏡プロセッサおよび光学系プロセッサがあってもよい。系コントローラは、ＣＬミラーＸ軸アクチュエータ３２２、試料ホルダＺ軸アクチュエータ３２４、光学系Ｚ軸アクチュエータ３２６、および光学系Ｙ軸アクチュエータ３２８を制御することができる。系コントローラは、１つ以上のカメラ３４０および１つ以上の光強度センサ３５０からの入力を受信することができる。系コントローラ３１０は、例えば、以下に説明するＺ軸の軸合わせプロセスにおいて、ＣＬミラーを介して試料を照明するための光源３６０を制御することができる。系コントローラ３１０はまた、外部コンピュータ３３０と通信することができる。
本発明のさらなる態様では、ｅビーム１０軸とＣＬミラー２０焦点とを一致するように高速に設定するための、本明細書で「ミラーフィーチャＸＹ」と呼ぶ軸合わせ手順が、図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃに示されている。較正情報を取得した後、ミラーフィーチャＸＹ軸合わせ手順は、数１０秒で実行できるため、ＣＬミラー２０がｅビーム軸１０の周りの定位置に精密でなく挿入された後、またはＥＭの加速電圧もしくは開口軸合わせが調整された後に、系を迅速に調整するのに役立つ。この手順はＣＬを使用せずに実行できるため、すべての位置でＣＬ光の放出が確実ではない試料を検査する場合の軸合わせに特に適している。
図４Ａは、ｅビーム１０（不図示）が試料（不図示）を通過することを可能にするために、開口２２を有する集光ミラー２０の例示的な実施形態を示す。ミラー識別文字２４は、ミラー２０の物理的特性および光学特性に関する情報のために参照することができ、電子顕微鏡内で読むことができるように、開口２２の近くに配置することができる。
図４Ｂは、ｅビーム１０が試料（不図示）を通過することを可能にするために、開口２２を有する集光ミラー２０の上部の一部の例示的な概略図を示す。本発明の一態様では、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示されるようなミラー２０上の１つ以上のフィーチャ２３は、ＣＬミラー２０の焦点２６からの距離ベクトル２７が、ミラー２０の固定特性である位置参照マークとして機能することができる。距離ベクトル２７は、ＣＬミラーの製造時に判断してもよいし、製造後に光学顕微鏡または電子顕微鏡を使用して１つ以上のフィーチャ２３を撮像し、ＣＬミラー２０の焦点２６までの距離を測定することによって、判断してもよい。この較正手順のためにＣＬミラー２０の焦点２６を配置することは、通常、最良の焦点を見つけるために、光がミラーを通過することを必要とする。
図４Ｄは、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃを参照して実行される、例示的なミラーフィーチャＸＹ手順のフローチャートである。図４Ｂは、ミラーフィーチャＸＹ手順を開始する前に示され、ｅビーム１０軸は位置３４にあり、したがって、ＣＬミラー２０は、ｅビーム１０のＸ軸およびＹ軸に軸合わせされていない。フローチャートのステップ４０２において、ＣＬミラー２０は、表現、検査領域である位置参照マーク２３がＥＭ内で撮像されることを可能にするように、移動される。図４Ｃは、ステップ４０２が完了した後に示される。ステップ４０４において、ＥＭは、位置参照マーク２３に焦点を合わせ、ＥＭ画像は、位置参照マーク２３を撮像するのに十分な大きさの視野３６で取得される。ステップ４０６において、取得された画像は、（通常、画像視野３６の中心でもある）ｅビーム軸３５から位置参照マーク２３までの距離ベクトル３７を判断するために分析される。ステップ４０８において、ｅビーム軸３５とＣＬミラー２０焦点との間の距離ベクトル３８は、距離ベクトル２７から距離ベクトル３７を差し引くことによって計算される。ステップ４０９において、ＣＬミラー２０は、位置２６にあるミラー焦点を移動してｅビーム軸３５と一致させるために、距離ベクトル３８によって移動される。代替的に、ステップ４０９において、ｅビーム軸３５を移動して位置２６にあるミラー焦点と一致させるために、ｅビーム軸が負の距離ベクトル３８によって移動されてもよい。ｅビーム軸をＥＭ対物レンズの中心から遠ざけると、ＥＭ画像の解像度が低下するため、通常、ｅビーム軸の移動はミラー位置の移動よりも望ましくない。
本発明のさらなる態様では、観察中の試料部分をＣＬ用の正しい高さに高速で設定するための、本明細書で「ミラーフィーチャＺ」と呼ばれる軸合わせ手順が、図４Ａ、図４Ｅ、図４Ｆ、図４Ｇ、および図４Ｈに示されている。較正情報を取得した後、ミラーフィーチャＺ軸合わせ手順は、数１０秒で実行できるため、ＣＬ実験で多くの異なる試料部分同士の間を迅速に移動するのに役立つ。この手順はＣＬを使用せずに実行できるため、すべての位置でＣＬ光の放出が確実ではない試料の軸合わせに特に適している。
図４Ｅは、ＣＬミラー２０の焦点を含む水平面５１から遠い位置にある試料３０の表面を示す。例示的なミラーフィーチャＺ方法のフローチャートが、図４Ｈに概略で示されている。軸合わせ手順４１０の開始時に、ＥＭは、試料３０の表面に焦点を合わせ、ステップ４２０において、試料３０の表面の作動距離（ＷＤ＿ｓ）４２が計算される。ステップ４３０において、試料ステージ３１の位置５３が記録される。
ステップ４３２および図４Ｆにおいて、ＣＬミラー２０は、位置参照マーク２３がＥＭ内で撮像されることを可能にするように、移動される。ステップ４３４において、ＥＭは、（水平面５５上に位置する）位置参照マーク２３に焦点を合わせ、ステップ４３６において、位置参照マーク２３の作動距離５６が計算される。
ステップ４４０において、試料ステージ３１を調整するための距離ΔＳ ５２が計算される。この計算は、ＣＬミラー２０の焦点を含む水平面５１と位置参照マーク２３を含む水平面５５との間の距離として記憶されてもよい、事前に測定された較正情報を必要とする。ステップ４５０において、試料ステージ３１が全距離５２の分上げられる場合に、試料ステージ３１の寸法、試料３０の寸法、およびミラー２０位置に関する情報を使用して、試料ステージ３１または試料３０とミラー２０との衝突の可能性があるか否かを判断することができる。この情報は、手動で入力してもよいし、系によって事前に測定されてもよい。衝突の可能性がある場合は、ステップ４６０で、移動することができる距離５２の安全な部分が計算される。ステップ４７０において、試料ステージは、距離５２のすべてまたは一部だけ移動される。ステップ４５０およびステップ４６０は任意選択であり、そのため、ステップ４４０からステップ４７０に直接進むことができることに留意されたい。図４Ｇは、ミラーフィーチャＺ方法が実行され、距離５２が制限されなかった後の、試料３０および試料ステージ３１の位置を示す。試料ステージ３１は、試料３０の表面が、ＣＬミラー２０の焦点を含む水平面５１に移動された位置５４にある。ミラーフィーチャＺの後、ＥＭの焦点を、ＣＬミラー２０の焦点および試料３０の表面の作動距離ＷＤ＿ｆ ４１と等しい、作動距離４３に自動的に設定すると便利である。このプロセスは４８０で終了する。ステップ４７０において、試料ステージの移動が制限される場合、最終的な軸合わせの品質が低下することに留意されたい。
機械加工されたフィーチャ２３は例示的な位置参照マークであり、図４Ａに示されるこの実施形態では、電子顕微鏡１００の焦点設定が、試料の撮像と機械化されたフィーチャ２３との間で変化が最小限であるように、ミラー２０の底面に実用的にできるだけ近く配置される。ミラー２０には、位置参照マークとして使用することができる他のフィーチャがあり、他のフィーチャには、開口２２と、ミラー識別文字２４と、ミラー２０の水平面上の表面欠陥または結晶粒組織とが含まれるがこれらに限定されない。位置参照マークは、ＣＬミラー２０上に直接ある必要はなく、ＣＬミラー２０にしっかりと取り付けられた組立体上にあってもよいことに留意されたい。
本発明のさらなる態様では、観察中の試料部分をＣＬ用の正しい高さに高速で設定するための、本明細書で「レーザフォーカスＺ」と呼ばれる軸合わせ手順が、図５Ａ、図５Ｂ、図６、および図７に示されている。
図５Ａおよび図５Ｂは、ＣＬ光の分析のための光学系５００を示す。図示されたモードでは、系は、レーザであってもよい光源５１０を使用して、ＣＬミラー２０を介して電子顕微鏡の外部から試料３０を照明するように配置されている。 レーザ光の一部は試料によって反射される。図５Ｂは、試料チャンバ５５５を含む電子顕微鏡５５０の一部を示す。この例では、レーザ５１０とＣＬミラー２０との間の光の軌道には、折り返しミラー５２０が含まれる。ビームスプリッタ５３０は、試料から反射された戻り光の一部を、２次元カメラ５４０を含む光学部分系に戻す。試料２０からの戻り光からカメラ５４０で受信された画像を分析して、試料が、Ｚ軸に対してＣＬミラーの焦点にあるか否かを判断することができる。
図６Ａ～図６Ｇは、前述のようにＣＬミラーを介して光源に露光された試料からの戻り光の例示的な画像である。図６Ａは、ＣＬミラー焦点より１００μｍ下に試料がある場合の戻り光を示す。図６Ｂは、ＣＬミラー焦点より２０μｍ下に試料がある場合の戻り光を示す。図６Ｃは、ＣＬミラー焦点より１０μｍ下に試料がある場合の戻り光を示す。図６Ｄは、ＣＬミラー焦点に試料がある場合の戻り光を示す。図６Ｅは、ＣＬミラー焦点から１０μｍ上に試料がある場合の戻り光を示す。図６Ｆは、ＣＬミラー焦点から２０μｍ上に試料がある場合の戻り光を示す。図６Ｇは、ＣＬミラー焦点から７０μｍ上に試料がある場合の戻り光を示す。これらの例示的な画像に見られるように、戻り光は、試料がＣＬミラー焦点に精密に配置されている場合にのみ、試料上の小さなスポットに焦点が合う。１０μｍ未満のわずかなオフセットでも、戻り光スポットの画像がぼやける。光パターンの強度は、試料がＣＬミラー焦点にあるときに最も高く、試料がＣＬミラー焦点から離れるにつれて、光パターンの強度は連続的に減少する。結果として、光パターンの形状または光パターンの強度のいずれかを、Ｚ方向の軸合わせの測定基準として使用できる。さらなる結果として、光パターンの強度は、カメラまたは単一チャネル光検出器のいずれかによって分析することができる。
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ～図６Ｇ、および図７のフロー図を参照して本明細書で説明した本発明の一態様では、ステップ７１０で、ＣＬミラー２０は、Ｚ軸に対して、試料に対して相対的に、初期位置に移動される。ステップ７２０で、光は、ＣＬミラー２０を介して試料に投射される。ステップ７３０で、試料によって反射された光は、検出器５４０に向けられる。ステップ７４０で、検出器によって受け取られた光が分析され、検出器によって受け取られた光に関する情報が記憶されてもよい。ステップ７５０で、試料ステージまたはＣＬミラーのいずれかがＺ軸に沿って再調整されて、試料３０とＣＬミラー２０との間の距離が変更される。ほとんどの実施形態では、ＣＬミラー２０の動きが光学部分系内の後続の光学部品の軸合わせに影響を及ぼす可能性があるので、試料ステージを動かすことが好ましいであろう。ステップ７６０で、検出器によって受け取られた光は分析され、検出器によって受け取られた光に関する情報が記憶されてもよい。決定点７７０で、事前に分析／記憶された検出器のデータに基づいて、試料がＺ軸においてＣＬミラー焦点にあるか否かの決定が行われる。試料がＺ軸においてＣＬミラー焦点になければ、プロセスはステップ７５０に戻り、ＣＬミラーが再び移動される。試料がＣＬミラー焦点にあると判断された場合、このプロセスはステップ７８０で終了する。Ｚ軸上において、ミラー２０に対しての試料の軸合わせは、ＣＬを使用せずに実行できるため、すべての位置でＣＬ光の放出が確実ではない試料を検査する場合の軸合わせに特に適している。
本発明の一態様では、試料ホルダを動かすことまたはＣＬミラーを動かすことは、連続的な閉ループ制御下で、または図７において説明されるように段階的に実行されてもよい。本発明のさらなる態様では、ＣＬミラー２０または試料３０のいずれかが、上述のように移動されるが、限られた数のステップでのみ移動される。この態様では、２次元画像または光強度測定値が各ステップで取得され、分析されて、正しい焦点がどこにあるかを予測する。このとき、試料をＣＬミラー焦点に対して、軸合わせするために、ＣＬミラー２０または試料３０を連続的な動きで回転させる必要がない。この分析は、焦点が合っている試料の事前に取得した画像と、焦点が合っていない試料の事前に取得した画像との比較に基づいてもよいし、画像から抽出されたデータのカーブフィット、例えば、各画像の総光量の積分のカーブフィットに基づいてもよい。
本発明のさらなる態様では、観察中の試料部分をＣＬ用の正しい高さに高速で設定するための、本明細書で「クイックフォーカスＺ」と呼ばれる軸合わせ手順が、図８Ａ、図８Ｂ、および図９に示されている。本明細書で説明するように較正情報を取得した後、クイックフォーカスＺ軸合わせ手順は、数１０秒で実行できるため、ＣＬ実験で多くの異なる試料部分同士の間を迅速に移動するのに役立つ。この手順はＣＬを使用せずに実行できるため、すべての位置でＣＬ光の放出が確実ではない試料の軸合わせに特に適している。
図８Ａは、ＣＬミラー２０の焦点を含む水平面５１から遠い位置にある試料３０の表面を示す。例示的なクイックフォーカスＺ方法のフローチャートが、図９に概略で示されている。軸合わせ手順９１０の開始時に、ＥＭは、試料３０の表面に焦点を合わせ、ステップ９２０において、試料３０の表面の作動距離ＷＤ＿ｓ ６２が計算される。ステップ９３０において、試料ステージ３１の位置Ｓ＿１ ７１が記録される。ステップ９４０において、試料ステージ３１を調整するための距離ΔＳ ７２が計算される。この計算は、ＣＬミラー２０の焦点を含む水平面５１の作動距離ＷＤ＿ｆ ６１として記憶されてもよい、事前に測定された較正情報を必要とする。ステップ９５０において、試料ステージ３１が全距離ΔＳ ７２の分上げられる場合に、試料ステージ３１の寸法、試料３０の寸法、およびミラー２０の位置に関する情報を使用して、試料ステージ３１または試料３０とミラー２０との衝突がある可能性があるか否かを判断することができる。この情報は、事前に手動で入力したものでもよく、または系によって測定されたものでもよい。衝突の危険性がある場合、ステップ９６０で、系は、移動することができる距離７２の安全な部分を計算する。ステップ９７０において、試料ステージは、距離７２のすべてまたは一部だけ移動される。ステップ９５０および９６０は任意選択であり、そのため、ステップ９４０からステップ９７０に直接進むことができる。図８Ｂは、距離７２が制限されていない場合に、クイックフォーカスＺ方法が実行された後の試料３０および試料ステージ３１の位置を示す。試料ステージ３１は、試料３０の表面が、ＣＬミラー２０の焦点を含む水平面５１に移動された位置７３にある。クイックフォーカスＺの後、ＥＭの焦点を、ＣＬミラー２０の焦点および試料３０の表面の作動距離ＷＤ＿ｆ ６１と等しい作動距離６２に自動的に設定すると便利である。ステップ９７０において、試料ステージの移動が制限される場合、最終的な軸合わせの品質が低下することに留意されたい。
説明された軸合わせ方法の各々は単独で使用できるが、これらの方法を組み合わせると、ＣＬ系が迅速かつ精密に軸合わせすることが可能になる。一実施形態では、ミラーフィーチャＸＹ軸合わせ方法は、１０～２０秒かかり、ＥＭの加速電圧または開口軸合わせが変更されたときはいつでも実行することができる。本明細書で説明されたＺ軸における軸合わせ方法の１つは、ミラーフィーチャＸＹ軸合わせの後に実行することもできるが、試料位置が数ミクロンを超えて変更された後に実行することもできる。Ｚにおける最適な軸合わせ方法を選択することは、実験の精度要件およびＥＭタイプによって異なる。レーザフォーカスＺ方法はＺにおいて最も精密な焦点を提供するが、試料ステージは何度も移動する必要があり、通常は５～３０回移動し、各移動が完了するのに０．５～３秒かかる。クイックフォーカスＺ手法は非常に高速で、数秒しかかからないが、その焦点精度は、一部の非常に精密な実験には不十分な場合がある。ミラーフィーチャＺはクイックフォーカスＺの代わりに使用でき、ＥＭ条件が変更されたときに精度がより高いという利点があるが、ミラーフィーチャＺの実行時間はクイックフォーカスＺの実行時間の数倍である。
図１０は、デバイス１０００の例示的な物理的構成要素を示す。デバイス１０００は、系コントローラ３１０など、前述の系内の様々なデバイスに相当してもよい。デバイス１０００は、バス１０１０、プロセッサ１０２０、メモリ１０３０、入力構成要素１０４０、出力構成要素１０５０、および通信インタフェース１０６０を含んでもよい。
バス１０１０は、デバイス１０００の構成要素同士の間の通信を可能にするパスを含んでもよい。プロセッサ１０２０は、命令を解釈および実行することができる、プロセッサ、マイクロプロセッサ、または処理ロジックを含んでもよい。メモリ１０３０は、プロセッサ１０２０によって実行するために情報および命令を記憶することができる任意のタイプの動的記憶デバイス、および／またはプロセッサ１０２０によって使用するために情報を記憶することができる任意のタイプの不揮発性記憶デバイスを含んでもよい。
ソフトウェア１０３５は、機能および／またはプロセスを提供するアプリケーションまたはプログラムを含む。ソフトウェア１０３５はまた、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語（ＨＤＬ）、および／または他の形式の命令を含むことを意図している。例示として、プルーフオブワーク認証を提供するロジックを含むネットワーク要素に対し、これらのネットワーク要素は、ソフトウェア１０３５を含むように実装されてもよい。追加的に、例えば、デバイス１１００は、図４ｃ、図４Ｇ、図７および図９関して先に説明したプロセスを実行するためのソフトウェア１０３５を含んでもよい。
入力構成要素１０４０は、ユーザが、キーボード、キーパッド、ボタン、スイッチなどの、情報をデバイス１０００に入力することを可能にする機構を有してもよい。出力構成要素１０５０は、ディスプレイ、スピーカ、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）などの情報をユーザに出力する機構を有してもよい。
通信インタフェース１０６０は、デバイス１０００が、無線通信、有線通信、または無線通信と有線通信との組み合わせを介して、他のデバイスおよび／または系と通信することを可能にするトランシーバを含んでもよい。例えば、通信インタフェース１０６０は、ネットワークを介して別のデバイスまたは系と通信するための機構を有してもよい。通信インタフェース１０６０は、ＲＦ信号の送信および／または受信のためのアンテナ組立体を含んでもよい。一実施形態では、例えば、通信インタフェース１０６０は、ネットワークおよび／またはネットワークに接続されたデバイスと通信することができる。代替的に、もしくは追加的に、通信インタフェース１０６０は、入力および出力ポート、入力および出力系、および／または他のデバイスへのデータの送信を容易にする他の入力および出力構成要素を含む論理構成要素であってもよい。
デバイス１０００は、メモリ１０３０などのコンピュータ可読媒体に含まれるソフトウェア命令（例えば、ソフトウェア１０３５）を実行するプロセッサ１０２０に応答して、特定の動作を実行することができる。コンピュータ可読媒体は、非一時的なメモリデバイスとして定義されてもよい。非一時的メモリデバイスは、単一の物理メモリデバイス内のメモリ空間を含んでもよいし、複数の物理メモリデバイスに分散してもよい。ソフトウェア命令は、別のコンピュータ可読媒体または別のデバイスからメモリ１０３０に読み込まれてもよい。メモリ１０３０に含まれるソフトウェア命令は、プロセッサ１０２０に、本明細書で説明されるプロセスを実行させることができる。代替的に、ハードワイヤード回路をソフトウェア命令の代わりに、またはソフトウェア命令と組み合わせて使用して、本明細書で説明されるプロセスを実装することができる。したがって、本明細書で説明される実装形態は、ハードウェア回路とソフトウェアとのいかなる特定の組み合わせにも限定されない。
デバイス１０００は、図１１に示されているものに比べて、より少ない構成要素、追加の構成要素、異なる構成要素、および／または異なって配置された構成要素を含んでもよい。一例として、いくつかの実装形態では、ディスプレイはデバイス１０００に含まれない場合がある。これらの状況では、デバイス１０００は、入力構成要素１０４０を含まない「ヘッドレス」デバイスであってもよい。追加的に、もしくは代替的に、デバイス１０００の１つ以上の構成要素が、デバイス１０００の他の１つ以上の構成要素によって実行されると説明される１つ以上のタスクを実行してもよい。
本発明は前述のように詳細に説明されてきたが、本発明の精神から逸脱することなく本発明を修正することができることは、当業者には明らかとなるであろうことは明白に理解される。プロセスステップの実行の順序を含む、形態、設計、または配置の様々な変更を、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に対して行うことができる。したがって、前述の説明は、限定的ではなく例示的であると見なされるべきであり、本発明の真の範囲は、以下の特許請求の範囲で定義されるものである。
本出願の説明において使用される要素、行為、または指示は、そのように明示的に説明されない限り、本発明にとって重要または必須であると解釈されるべきではない。また、本明細書で使用される場合、冠詞「ａ」は、その要素を１つ以上含むことを意図している。さらに、「に基づく」という語句は、特に明記しない限り、「に少なくとも部分的には基づく」を意味することを意図している。

Claims (6)

  1. 電子顕微鏡系内で生成される電子ビームと一致する垂直軸を有する前記電子顕微鏡系内のカソードルミネッセンス（ＣＬ）ミラーの焦点に対する、試料の自動垂直軸合わせのための方法であって、
    光源を前記ＣＬミラーを介して所望の試料位置の焦点に投射することと、
    前記試料から反射された、前記光源からの光を、前記ＣＬミラーによって検出器に向けることと、
    前記検出器によって受け取られた前記反射光を分析することと、
    前記試料と前記ＣＬミラーとの間の距離を垂直軸における複数の距離に繰り返し調整し、前記複数の距離の各々での前記反射光を分析し、前記複数の距離での前記反射光の前記分析に基づいて、いつ前記所望の試料位置が前記ＣＬミラー焦点に位置するかを判断することとを含む方法。
  2. 前記ＣＬミラーが放物面ミラーまたは楕円面ミラーである、請求項１に記載の方法。
  3. 前記分析が前記複数の距離で前記検出器によって受け取られた前記反射光の強度の測定値に基づく、請求項１に記載の方法。
  4. 前記検出器が２次元画像デバイスであり、前記分析が、前記複数の距離で前記２次元画像デバイスによって受け取られた前記反射光の形状と、前記ＣＬミラーから、前記ＣＬミラーと同様の光学特性を有する第２のＣＬミラーから、または前記ＣＬミラーの数学モデルから生成された画像からの、戻り光の事前に保存されたベンチマーク画像との比較に基づく、請求項１に記載の方法。
  5. 前記複数の距離での強度測定値のカーブフィットに基づいて、前記試料が前記ＣＬミラーの前記焦点にある位置を予測することをさらに含む請求項４に記載の方法。
  6. 前記複数の距離で２次元画像デバイスによって受け取られた前記反射光の２次元形状を、前記ＣＬミラーと同じ光学特性を有するミラーから受信された反射光の記憶された画像と比較することをさらに含む請求項５に記載の方法。
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