对准阴极发光光学器件的系统和方法技术方案

描述了对准阴极发光光学器件的系统和方法，特别是用于使电子显微镜中的阴极发光(CL)光学器件相对于被检查的样品自动对准的系统和方法。相对于反射样品发出的CL光的收集反射镜的焦点，准确放置样品和电子束在样品上着陆的位置对于优化收集的光量和保存有关样品发光的角度的信息至关重要。描述了用于在垂直于电子束的轴线的XY平面中对准CL反射镜的系统和方法，以及用于使样品沿与电子束重合的Z轴相对于CL反射镜的焦点对准的系统和方法。相对于CL反射镜的焦点对准的系统和方法。相对于CL反射镜的焦点对准的系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
对准阴极发光光学器件的系统和方法
[0001]背景
[0002]当高能电子或离子束(电子束)撞击样品时，取决于样品材料，可以发射光子。发射的光子也被称为阴极发光(CL)。在从UV(紫外线)到可见光再到IR(红外线)的波长范围内的这些光子的收集和检测可以提供有关所研究样品的大量信息。通常用电子显微镜(EM)中的样品检查CL，并通过将CL引导至例如光传感器、图像阵列或光谱学装备来收集CL，其中，光传感器、图像阵列或光谱学装备中的任何或全部可以位于显微镜电子束柱的外部。收集CL的一种方法是利用通常具有抛物面或椭圆形形状的收集反射镜，该收集反射镜位于电子束的轴线上，并且位于样品的上方(更典型地)或下方(或二者)。如果收集反射镜位于样品上方，并且在电子束的轴线上，则该反射镜将具有一个孔，以使电子束无障碍地通过。
[0003]样品上电子束撞击的位置，因此即发射CL的位置，理想地在三维空间中处于收集反射镜的焦点处。任何轴上的任何不对准，甚至小到1-10微米(μm)的不对准，都可能导致反射回光传感器的CL光量显著损失，并且将限制有关CL发射角度的信息的保真度。
[0004]CL反射镜相对于电子束的对准是可能的。例如，CL设备可能具有允许反射镜沿XY平面(相对于并垂直于电子束轴线)移动的对准机制，这些机制通常用于在对准程序中将CL焦点带到电子束轴线上。为了对准的目的，电子束也可以在XY平面上移动数十甚至数百微米，但是由于EM物镜光轴的较大运动会降低电子束的聚焦，因此通常不希望移动电子束。当对准机制在微米级别上不可靠时，较小的运动(大约1到数十微米)可用于对准过程中的微调。
[0005]还需要使样品沿Z轴相对于CL反射镜对准。实现此目的的最灵活的方法是，利用放置有样品的样品平台沿Z轴移动样品。CL设备通常将具有允许反射镜在Z轴上移动的对准机制，但是通常不希望移动反射镜来与样品对准，因为CL光谱仪光轴的较大运动会降低CL光图案和强度的耦合。
[0006]然而，应该指出的是，如果样品表面倾斜或不均匀，则通常在实验中执行的在XY平面中移动样品会扰乱Z轴对准。自然，手动调整非常耗时，并且限制了研究人员的能力，例如，研究人员不得不检查样品上的多个位置并且在多个电子束电压下检查样品。这些手动调整需要几分钟到几十分钟的时间并不罕见，这取决于所执行的对准的质量。
[0007]对准方法通常需要在改变XY或Z对准的同时最大化来自样品的CL的强度。该方法适用于强烈发射CL的样品，该CL不会随时间变化或随着电子束移动到附近的XY位置而变化。但是，在具有时间和空间变化CL特性的更典型样品上尝试这些方法时，常常会失败。因此，期望使用不依赖于所研究样品的CL特性的对准方法。
[0008]应当注意，有可能创建一个样品，该样品在有限的电子束条件范围内，会发出强度不随时间改变、XY位置不改变、但随Z位置改变的CL。具有这些特性的样品对于使用上述CL强度最大化方法将CL反射镜在XY和Z轴上对准很有用。这种样品的一个例子是涂在非反射性导电基底上并涂有诸如碳或铟锡氧化物(ITO)的导电薄膜的1-10微米厚的钇铝石榴石(YAG)、钙钛酸钇铝(YAP)或锗酸铋(BGO)薄膜。尽管对于CL反射镜的初始对准很有用，但是在检查新样品后Z轴对准会丢失，而在改变电子束加速电压时XY和Z轴对准会丢失。
附图说明
[0009]图1是在电子显微镜中收集由样品发出的阴极发光(CL)的装置的图；
[0010]图2是示例性CL反射镜致动器的等轴测图；
[0011]图3是示例性CL光学系统的框图；
[0012]图4A是示例性CL反射镜的等轴测图；
[0013]图4B是在XY平面上对准之前图1的装置的一部分在XY平面中的视图；
[0014]图4C是在XY平面上对准期间图1的装置的一部分的在XY平面中的视图；
[0015]图4D是用于在图1的系统的XY平面中对准的示例性过程的流程图；
[0016]图4E是在Z轴上对准之前图1的系统的一部分的竖直平面中的示意图；
[0017]图4F是在Z轴上对准期间图1的系统的一部分的竖直平面中的示意图；
[0018]图4G是在Z轴上对准之后图1的系统的一部分的竖直平面中的示意图；
[0019]图4H是图1的系统在Z轴上对准的示例性过程的流程图；
[0020]图5A是示例性CL光学系统的示意图；
[0021]图5B是安装在电子显微镜腔室上的示例性CL光学系统的等轴测剖视图；
[0022]图6A-6G是从经由沿Z轴移动到不同位置的CL反射镜暴露于光源的样品返回的光的示例性图像；
[0023]图7是用于使样品沿Z轴相对于CL反射镜自动对准的示例性过程的流程图；
[0024]图8A是沿Z轴对准之前图1的系统的一部分的竖直平面中的示意图；
[0025]图8B是沿Z轴对准之后的图1的系统的一部分的竖直平面中的示意图；
[0026]图9是用于使样品沿Z轴相对于CL反射镜自动对准的示例性过程的流程图；和
[0027]图10是示例性处理系统。
具体实施方式
[0028]本领域技术人员将认识到可以采用本专利技术的教导来开发其他详细设计和方法。这里提供的示例是说明性的，并不限制本专利技术的范围，本专利技术的范围由所附权利要求书限定。下面的详细描述参考附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。
[0029]在本专利技术的一个方面，如图1所示，电子显微镜100产生离开极靴12并指向样品30的电子束(e-beam)10。在电子束10撞击样品的点处(在图1中以附图标记32标识)，可能会产生阴极发光(CL)光。可以是抛物面反射镜的反射镜20被提供以将CL光34反射到可以位于电子显微镜100外部的检测器。反射镜20可以具有孔22以允许电子束10通过，因为反射镜可能由阻碍电子束的材料(例如，金刚石抛光的铝)制成。
[0030]在本专利技术的一个方面，如图2所示，CL反射镜20是CL光学系统200的一部分(局部视图)。CL光学系统200在安装毂210处安装到电子显微镜。CL光学系统200包括反射镜插入滑块212，该反射镜插入滑块212可以在X轴上机电致动(如图所示)，以将反射镜20移入电子束10的路径以及将反射镜20从电子束10的路径中移出。反射镜插入滑块212也可以被精细地且可重复地调节以使反射镜20在X轴上相对于电子束10对准。样品(未示出)放置在样品平台31上，并且可以由电子显微镜中的致动器沿Z轴升起和降下。CL系统200可以包括将安装毂210连接到CL系统的其余部分230的电子显微镜接口组件220，该电子显微镜接口组件220在内部附接到反射镜插入滑块212。电子显微镜接口组件220可以包括一个或多个线性致动
器，所述线性致动器被布置成使CL系统230相对于毂210移动。在示例性实施例中，电子显微镜接口组件220包括两个线性致动器，其中一个线性致动器使CL系统沿Y轴相对于电子束移动，另一个线性致动器使CL系统沿Z轴相对于样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于使第一样品部分相对于电子显微镜(EM)系统中的阴极发光(CL)反射镜的焦点自动竖直对准的方法，所述电子显微镜(EM)系统的竖直轴线与在所述电子显微镜系统中产生的电子束重合，所述方法包括：将所述EM聚焦在样品部分上；基于EM物镜电流和电子加速电压，计算从EM物镜组件中的特征到所述第一样品部分的工作距离；记录样品平台的竖直位置；基于所述工作距离和所述EM的坐标系与CL反射镜焦点之间的预先确定的关系，计算为使所述第一样品部分到达所述CL反射镜的焦点而将所述样品平台的所述竖直位置改变的距离；以及将平台系统的竖直位置改变所述计算距离的一部分或全部。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：基于CL反射镜的物理属性或样品的高度限制平台系统的竖直位置的所述改变。3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以下方式获得所述EM的坐标系与所述CL反射镜的焦点之间的所述预先确定的关系，所述方式为：调节样品平台或CL反射镜，以将校准样品部分放置在所述CL反射镜的焦点上，以优化CL聚焦；记录第一样品平台校准竖直位置；利用EM聚焦校准样品部分；至少使用物镜电流和电子加速电压的EM条件，计算从EM物镜组件中的特征到所述校准样品部分的校准工作距离。4.一种用于使样品相对于电子显微镜系统中的阴极发光(CL)反射镜的焦点自动竖直对准的方法，所述电子显微镜系统的竖直轴线与在所述电子显微镜系统中产生的电子束重合，所述方法包括：将光源投射到所述样品上；通过所述CL反射镜将来自所述光源的被反射离开所述样品的光引导至检测器；分析由所述检测器接收到的所述反射光；沿所述竖直轴线将所述样品和所述CL反射镜之间的距离重复地调节成多个距离，并分析所述多个距离中的每一个距离处的所述反射光，以基于所述多个距离处的所述反射光的所述分析确定所述样品何时位于所述CL反射镜的焦点上。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述CL反射镜是抛物面反射镜或椭球反射镜。6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述分析基于在所述多个距离处由所述检测器接收到的反射光的强度的测量。7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述检测器是二维成像设备，并且所述分析基于在所述多个距离处由所述二维成像设备接收到的反射光的形状与由所述CL反射镜的数学模型产生的图像或来自所述CL反射镜或来自与所述CL反射镜具有相似光学特性的第二CL反射镜的返回光的预先存储的基准图像的比较。8.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：基于所述多个距离处的强度测量的曲线拟合来预测所述样品将处于所述CL反射镜的焦点上的位置。
9.根据权利要求7所述的方法，其还包括：将在所述多个距离处由所述二维成像设备接收到的反...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：加坦公司，
类型：发明
国别省市：