帶電粒子顯微鏡中的復合掃描路徑的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及掃描類型帶電粒子顯微鏡，其包括:
-樣本保持器，用于保持樣本；
-源，用于產生帶電粒子射束；
-照射器，用于引導所述射束以便輻照樣本；
-檢測器，用于檢測響應于所述輻照而從樣本發射出的輻射通量；
-掃描裝置，用于產生射束和樣本的相對掃描運動以便使射束在樣本上描繪出掃描路徑；
-可編程控制器，其可以被調用來在顯微鏡中執行至少一個自動化程序。
[0002]本發明還涉及使用這樣的帶電粒子顯微鏡的各種方法。
【背景技術】
[0003]帶電粒子顯微術(尤其以電子顯微術的形式)是對于微觀物體成像而言眾所周知的且越來越重要的技術。歷史上，基本類型的電子顯微鏡已經經歷演變成為一些眾所周知的裝置種類，諸如透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和掃描透射電子顯微鏡(STEM)，以及同樣演變成為各種子種類，諸如所謂的“雙射束”工具(例如FIB-SEM)，其另外地采用了 “加工(machining)”聚焦離子束(FIB)，允許支持性活動，諸如例如離子射束研磨或離子射束誘發沉積(IBID)。更具體地:
-在SEM中，由掃描電子射束對樣本的輻照促成從樣本發射出“附屬”輻射，該“附屬”福射例如是以二次電子、反向散射電子、X射線和光致發光(紅外、可見和/或紫外光子)的形式；這種發射出的輻射的通量的一個或多個分量然后被檢測以及用于圖像累積的目的。
[0004]-在TEM中，用于輻照樣本的電子射束被選擇為具有足夠高的能量來穿透該樣本(為了這個目的，該樣本通常將比SEM樣本的情況更薄);從樣本發射出的透射電子的通量然后可以用于創建圖像。當這樣的TEM以掃描模式被操作時(因此變成STEM)，討論中的圖像將在輻照電子射束的掃描運動期間被累積。
[0005]這里闡明的一些論題的更多信息可以例如從下述維基百科鏈接進行收集: //en.wikipedia.0rg/wiki/Electron_microscope
//en.wikipedia.0rg/wiki/Scanning_electron_microscope//en.wikipedia.0rg/wiki/Transmiss1n_electron_microscopy//en.wikipedia.0rg/wiki/Scanning_transmiss1n_electron_microscopy作為使用電子作為輻照射束的替代方式，帶電粒子顯微術還可以使用其他種類的帶電粒子來執行。在這方面，詞組“帶電粒子”應該被廣泛地解釋為包含例如電子、正離子(例如Ga或He離子)、負離子、質子和正電子。關于基于離子的顯微術，一些更進一步的信息可以例如從諸如以下的來源收集:
//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]應該注意的是，除了成像之外，帶電粒子顯微鏡還可以具有其他功能，諸如執行光譜術、檢查衍射圖、執行(局部化)表面改性(例如研磨、蝕刻、沉積)等。
[0007]在所有情況下，掃描類型帶電粒子顯微鏡(CPM)將包括至少下述部件:
-輻射源，諸如肖特基電子源或離子槍。
[0008]-照射器，其用來操縱來自該源的“原始”輻射射束以及對其執行某些操作，諸如聚焦、像差減輕、裁剪(利用孔口)、過濾等等。它將通常包括一個或多個(帶電粒子)透鏡，以及也可以包括其他類型的(粒子)光學部件。如果期望的話，照射器可以被提供有偏轉器系統，其可以被調用來使它的輸出射束跨越被研究樣本執行掃描運動。
[0009]-樣本保持器，在該樣本保持器上被研究的樣本可以被保持和定位(例如傾斜、旋轉)。如果期望的話，這個保持器可以被移動以便實現射束相對于樣本的所期望的掃描運動。一般而言，這樣的樣本保持器將被連接到定位系統，諸如機械載臺。
[0010]-檢測器(用于檢測從被輻照的樣本發射出的輻射)，該檢測器本質上可以是單一的或復合/分布式的，以及該檢測器可以取決于被檢測的輻射而采取許多不同形式。示例包括光電倍增器(包括固態光電倍增器，SSPM)、光電二極管、CMOS檢測器、CCD檢測器、光伏電池等，其可以例如連同閃爍薄膜(scintillator film) 一起使用，舉例來說。
[0011]-掃描裝置，用于產生輻射射束和樣本的相對掃描運動，由此使該射束描繪出在樣本(所呈現的表面)上預先確定的(二維)掃描路徑。然后以掃描路徑上每個采樣點的檢測器輸出為基礎來構建圖像，由此構建所述樣本(表面)的(二維)映射(map)。如上文提到的，這樣的掃描裝置可以例如是基于射束(掃描)偏轉或保持器(掃描)運動的。
[0012]-可編程控制器(計算機處理器)，用于調節顯微鏡的操作和/或執行(例如，如軟件中記載的，通常由來自用戶接口的輸入和來自傳感器的信號所補充/修改的)控制命令。
[0013]在下文中，本發明可以(以示例的方式)有時在電子顯微術的特定情境中進行闡述。然而，這樣的簡化僅意圖為了清楚性/說明性的目的，而不應該被解釋為限制。
[0014]如在上文開頭段落中所闡述的顯微鏡的示例是SEM，舉例來說。另一個示例是STEM。在這些工具中，相對窄的帶電粒子射束(有時稱為“探針”)在樣本的所呈現表面上進行掃描，以及所采用的檢測器(以作為表面上坐標位置的函數的檢測器輸出為基礎)構建所述表面的逐像素的圖像。為了這個目的，常規上采用所謂的“柵格(raster)”掃描路徑，據此，例如:
-第η條掃描線從左到右平行于(比方說)笛卡爾坐標系的+X方向進行掃描；
-在第η條掃描線的末尾處，在-X方向上做出快速折返/回掃，在該快速折返/回掃后在Y方向上做出小的增量步幅；
-此后，第η+1條掃描線從左到右平行于+X進行掃描；
-以此類推，以連續的迭代方式。
[0015]然而，此方法具有缺點，尤其因為快速折返/回掃必然引發一定的過沖(overshoot)和伴隨的停留(settling) /再同步時間(在此期間內射束通常被消隱)，因此導致吞吐量(throughput)損失。
[0016]試圖規避這個問題，人們可以改為嘗試(單向)柵格掃描的(雙向)“蛇形(serpentine)”變體，據此:
-第η條掃描線從左到右平行于+X進行掃描；
-在該第η條掃描線的末尾處，在Y方向上做出小的增量步幅；
-此后，第η+1條掃描線從右到左平行于-X進行掃描；
-以此類推，以連續的迭代方式。
[0017]然而，這樣的蛇形掃描所伴有的問題是，在每個掃描線的末尾處，需要掃描方向的完全反轉。因為掃描線是相對長的(即具有相對大的幅度，因為它覆蓋了被掃描表面在X方向上的全寬度)，它提供了獲得相對高的掃描速度的機會。如果方向反轉發生在這樣的高掃描速度下，將隨之發生相對大的“反沖效應”，其可以例如如下來表明其自身:
-如果掃描運動是基于磁性射束偏轉(使用載流線圈)，那么將需要相對大且快速的電壓偏移來改變通過所采用的(多個)偏轉器的電流方向。阻抗效應(其隨著電壓改變率而縮放)或電源電壓限制將有效地致使這樣的電壓改變是不可能的。為了防止這種情況，人們可以設法降低阻抗，例如通過使用更粗的線圈線或采用超導線圈，但這樣的解決方案趨于是(令人排斥的)笨重和昂貴的。
[0018]-在(使用電容性板(capacitiveplate)的)靜電射束偏轉的情況下，將需要相對大且快速的電流改變來變更所采用的(多個)偏轉器上的電壓。再一次，在實際情形中阻抗效應或電源電流限制有效地禁止了這些改變。
[0019]-如果掃描運動依賴于樣本保持器位移(使用機械致動器)，那么在反轉位移方向方面將伴有相對大的反作用力/加加速度(jerk)。如果未經處理，這些將