[发明专利]TEM的无失真消像散

说明书

技术领域

本发明涉及一种带电粒子装置，该装置配备有用于发射带电粒子束的带电粒子源，在所述束的下游跟随有聚光器光学器件、跟随有样本位置、跟随有物镜、跟随有成像光学器件并且跟随有检测器系统，其中在物镜与检测器系统之间，第一消像散器被定位用于在将样本成像于检测器系统上时减少像散并且第二消像散器被定位用于在衍射平面成像于检测器系统上时减少像散。

本发明还涉及这样的装置的使用。

背景技术

这样的装置以透射电子显微镜（TEM）的形式为本领域技术人员所知。

在TEM中，用高能电子束照射厚度通常在2nm与1μm之间的样本，比如薄的生物材料切片或者薄的半导体材料切片。虽然已知对更高和/或更低能量进行使用的TEM，但是电子的能量例如在50至400keV之间可调。样本放置于TEM的物镜中或者附近，从而物镜以例如20倍的放大率形成样本的第一图像。

如技术人员所知，TEM具有两个主要操作模式：其中样本成像于检测器系统上的一个操作模式以及其中物镜的后焦平面成像于检测器系统上的一个操作模式。后焦平面包含样本的衍射图案。检测器系统例如可以是荧光屏或者CMOS检测器。样本可以用例如10⁶倍的放大率成像于检测器上而对应分辨率为100pm或者更少。

典型TEM在物镜之后配备有两个消像散器：一个消像散器在与物镜接近的平面中用于在成像模式中校正像散（当对样本成像时），而一个消像散器与第一中间成像的平面接近用于在衍射模式中校正像散（当对衍射图案成像时）。

在成像模式中，样本例如成像于TEM的荧光屏或者比如CCD相机、CMOS相机等的另一检测器上。物镜消像散器用来校正物镜的像散，并且通过观察样本的图像来完成调谐。

在衍射模式中，衍射平面例如成像于TEM的荧光屏或者比如CCD相机、CMOS相机等的另一检测器上。衍射消像散器用来校正衍射透镜的像散，并且通过观察衍射图案的图像来完成调谐。

将一个消像散器用于校正像散的问题在于出现线性失真（LD）：在两个垂直方向上的放大率可能不同。在图1中示出了这一点。图1A示意地示出了具有像散的束，其中物镜在一个方向上的强度略微不同于它在另一方向上的强度。这可能例如由物镜的形状缺陷引起。我们选择x和y轴，使得x-z平面是其中物镜是最弱的平面而y-z平面是其中物镜是最强的平面。在x-z平面中的焦点略微不同于在y-z平面中的焦点。在图1B中，用消像散器校正这一点，并且在x-z和y-z平面中的焦点重合。然而角度β_x和β_y不相同，并且由于在x-z平面中的角度放大率不同于y-z平面的角度放大率，所以空间放大率也在x-z平面与y-z平面之间不同。

注意由于消像散器在x-z平面和y-z平面中具有不同影响，所以通过使用仅一个消像散器而引入的放大误差为线性失真（LD）：在x和y方向上的放大率不同。

图1C示出了通过使用第二消像散器的对这一问题的解决方案。

根据Hou等人在Microsc Microanal 2008年14期（增刊2）第1126页的“A Method to Correct Elliptical Distortion of Diffraction Patterns in TEM”已知使用两个消像散器来校正衍射模式中的LD。在所述论文中，放大误差称为椭圆误差。为了确定这一误差，TEM的物镜消像散器设置于任意值，相应地调节衍射透镜消像散器以使衍射图像中的像散最小化，并且测量衍射图案中的LD（这里称为椭圆失真）。针对物镜消像散器的不同值重复这一过程以形成2D等高线绘图，该绘图代表用于所有物镜消像散器设置（和对应优化的衍射透镜消像散器设置）的LD。

根据第6,388,261号美国专利已知在对晶片上的标线成像时使用两个消像散器来校正光刻装置中的LD。该专利描述如下装置，在该装置中标线由双合透镜成像，由此可以调谐放大率。两个透镜中的每个透镜由消像散器包围，其中一个消像散器主要用来校正双合透镜的像散而另一个用来主要校正LD。

上述两个例子示出了在原理上有可能并且已知用两个消像散器同时调节像散和LD。