專利名稱:用于通過(guò)粒子束和光學(xué)顯微鏡觀測(cè)樣品的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過(guò)使用粒子束(a beam of particles)對(duì)薄樣品成像及通過(guò)光線對(duì)樣品成像的粒子-光學(xué)設(shè)備，所述設(shè)備包括
·用于沿著粒子-光學(xué)軸線產(chǎn)生粒子束的粒子源，
·圍繞粒子-光學(xué)軸線布置以便操控該粒子束的粒子-光學(xué)透鏡，
·用于將樣品定位在粒子-光學(xué)軸線上和粒子-光學(xué)透鏡即所謂的粒子-光學(xué)物鏡中一個(gè)的極面之間的樣品操縱器，該樣品操縱器能夠相對(duì)于粒子-光學(xué)軸線傾斜樣品，
·用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)樣品透射的粒子的檢測(cè)器，和
光線-光學(xué)顯微鏡。
背景技術(shù)：
日本的Akashi Seisakusho公司銷售稱作LEM-2000的該種設(shè)備。
公知設(shè)備包括透射電子顯微鏡鏡筒(TEM column)和光學(xué)顯微鏡。該設(shè)備配備成通過(guò)光線顯微鏡或在TEM鏡筒內(nèi)觀測(cè)安裝在7毫米大的柵格上的樣品。光學(xué)顯微鏡安裝在裝置的前側(cè)-也就是操作者停留位置的一側(cè)。光學(xué)顯微鏡為雙目鏡而操作者觀測(cè)垂直安裝的樣品(光徑通過(guò)棱鏡偏轉(zhuǎn)90度)。光學(xué)顯微鏡的放大倍率處于50X至250X之間。聚光器通過(guò)柵格照亮樣品。當(dāng)采用光學(xué)顯微鏡觀測(cè)時(shí)，樣品停留在空氣中。在光學(xué)顯微鏡后方TEM鏡筒安裝在水平位置。TEM以高達(dá)IOOkeV的電子能量操作并采用6個(gè)電子光學(xué)透鏡。透射電子在熒光屏上以250X至45000X的放大倍率成像。熒光屏可通過(guò)雙目鏡進(jìn)行觀測(cè)，或屏幕可臨時(shí)轉(zhuǎn)換成用于拍攝照片的膠片暗盒(film cassette)。TEM鏡筒包括樣品必須放置在其內(nèi)以便觀測(cè)的樣品室。當(dāng)在TEM內(nèi)觀測(cè)樣品時(shí)，樣品室抽空。穿梭機(jī)構(gòu)將樣品從采用光學(xué)顯微鏡觀測(cè)的第一位置傳送到在TEM內(nèi)觀測(cè)的第二位置。為達(dá)到該目的，樣品經(jīng)由氣密進(jìn)出口進(jìn)行轉(zhuǎn)移。
公知設(shè)備的缺點(diǎn)在于樣品必須在兩個(gè)觀測(cè)位置之間轉(zhuǎn)移一個(gè)用于位于空氣中的光學(xué)顯微鏡而另一個(gè)用于位于真空環(huán)境中的TEM。因此，當(dāng)在兩個(gè)觀測(cè)位置之間行進(jìn)時(shí)，樣品必須經(jīng)過(guò)氣密進(jìn)出口。當(dāng)樣品放置在TEM中時(shí)，這導(dǎo)致了相對(duì)大的位置誤差，從而導(dǎo)致確定準(zhǔn)確位置的長(zhǎng)期延遲。尤其是對(duì)于分辨率小至0. 1納米或更好的新式類型的TEM的映射， 光學(xué)顯微鏡圖像對(duì)TEM圖像的映射將會(huì)非常耗時(shí)。當(dāng)樣品必須通過(guò)光學(xué)顯微鏡和TEM重復(fù)地進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，樣品必須精確地重復(fù)定位在TEM鏡筒內(nèi)，從而導(dǎo)致長(zhǎng)的延遲時(shí)間。
另一個(gè)缺點(diǎn)在于樣品必須經(jīng)過(guò)光學(xué)顯微鏡和TEM之間的氣密進(jìn)出口。結(jié)果當(dāng)樣品正經(jīng)過(guò)氣密進(jìn)出口行進(jìn)時(shí)，由于抽氣降壓(pumpdown)或由于通風(fēng)而產(chǎn)生延遲。當(dāng)樣品必須通過(guò)光學(xué)顯微鏡和TEM重復(fù)觀測(cè)時(shí)，樣品必須重復(fù)地經(jīng)過(guò)氣密進(jìn)出口，且必須精確地定位在TEM鏡筒內(nèi)，從而導(dǎo)致長(zhǎng)的延遲時(shí)間。
另外的缺點(diǎn)在于當(dāng)通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀測(cè)時(shí)樣品處于空氣中，而當(dāng)在TEM中觀測(cè)時(shí)則處于真空中。這可導(dǎo)致樣品的扭曲，以及因沸騰、除氣等而引起樣品的變化。因?yàn)檫@或會(huì)妨礙兩種技術(shù)(粒子-光學(xué)檢驗(yàn)和通過(guò)光學(xué)顯微鏡的檢驗(yàn))所獲得圖像的比較和/或映射。同樣地，當(dāng)樣品由于必須通過(guò)光學(xué)顯微鏡和TEM重復(fù)地進(jìn)行觀測(cè)而重復(fù)經(jīng)過(guò)氣密進(jìn)出口時(shí)，重復(fù)抽空樣品并再次地將其曝露于空氣在每一次抽空/通風(fēng)循環(huán)后可引起樣品變化。即使是處于隨后的通風(fēng)和/或抽空的情形，這也可導(dǎo)致樣品粗劣的比較/映射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供克服所述缺點(diǎn)的設(shè)備。
為此目的，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，其中，
·光線-光學(xué)顯微鏡配備成對(duì)樣品成像同時(shí)樣品大致定位在粒子
-光學(xué)軸線上并傾斜成使得樣品面對(duì)光線-光學(xué)顯微鏡，
·光線-光學(xué)顯微鏡為所謂的掃描光線-光學(xué)顯微鏡，其配備成通過(guò)光斑(point of light)照亮樣品，該光斑由聚焦單元構(gòu)成，光線
-光學(xué)顯微鏡配備成掃描樣品上的光斑，和
·至少聚焦單元可縮回地安裝以便當(dāng)樣品通過(guò)使用粒子束成像時(shí)在極面之間具有自由空間。
通過(guò)使用配備成對(duì)同時(shí)處于粒子-光學(xué)軸線上的樣品成像的光線-光學(xué)顯微鏡， 以及使用樣品操縱器以便將樣品重新定位成面對(duì)光線-光線顯微鏡，在粒子-光學(xué)圖像和光線-光學(xué)圖像之間可獲得改進(jìn)很多的重合(coincidence)。如粒子-光學(xué)設(shè)備(例如通常使用的TEM)的樣品操縱器領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所公知的那樣，該種樣品操縱器常常展示出定位的再現(xiàn)性以及好于200納米的平動(dòng)和0. 1度的轉(zhuǎn)動(dòng)/傾斜的精確性，甚至具有更小的步長(zhǎng)。隨之而來(lái)的高定位精確性使得光學(xué)顯微鏡的圖像對(duì)TEM圖像的映射變得容易。
光線-光學(xué)顯微鏡和粒子-光學(xué)束對(duì)樣品成像的樣品位置處于第一樣品位置的相同(真空)環(huán)境中。因此僅需要對(duì)樣品抽空一次，即使當(dāng)通過(guò)光學(xué)顯微鏡和TEM重復(fù)觀測(cè)時(shí)。因此，消除了因重復(fù)的抽空和通氣所引起的延遲。
由于樣品在觀測(cè)期間保持在相同的真空環(huán)境中，所以不會(huì)因重復(fù)曝露于真空或空氣而將出現(xiàn)變形和/或扭曲。
通過(guò)配備光學(xué)顯微鏡以便通過(guò)光斑掃描樣品，通過(guò)光線顯微鏡所獲得的分辨率并非由出現(xiàn)在探測(cè)路徑中的像差限制，而是僅由照亮路徑中的像差限制，光斑的直徑在該照亮路徑中生成。樣品通過(guò)光斑掃描的該種方法對(duì)于例如掃描光學(xué)顯微術(shù)而言是公知的，其中，樣品通過(guò)在樣品表面上掃描的小焦點(diǎn)而照亮。這使得直徑比常規(guī)光學(xué)物鏡系統(tǒng)的直徑小很多的高分辨率光學(xué)透鏡系統(tǒng)能夠使用。其原因如下
高分辨率光學(xué)物鏡系統(tǒng)具有高的數(shù)值孔徑以及例如1毫米甚或更短的工作距離。因此，光學(xué)物鏡系統(tǒng)需要靠近樣品位置放置，而面對(duì)樣品的光學(xué)元件的直徑需要是大的 (由于所要求的高的數(shù)值孔徑，通常透鏡直徑等于或大于工作距離)。常規(guī)的光學(xué)顯微鏡物鏡需要校正透鏡像差，從而要求多個(gè)透鏡靠近樣品位置，而這些透鏡中的許多通常具有大于最靠近樣品的透鏡的直徑。結(jié)果，常規(guī)的光學(xué)顯微鏡物鏡成為復(fù)雜單元，其具有大于最靠近樣品的透鏡和樣品自身之間距離許多倍的直徑。因此，高分辨率物鏡具有太大的物鏡以致不能裝配在極面之間。而且它們的構(gòu)成-光學(xué)元件共同裝配在其中，常常不兼容于樣品位置的真空(通常為10_6毫巴或更小)。
與此相反，例如在掃描光學(xué)顯微術(shù)中使用的物鏡當(dāng)觀測(cè)薄樣品時(shí)不需要補(bǔ)償探測(cè)路徑中的像差，就像這些不影響圖像品質(zhì)那樣。這是因?yàn)樵谀骋粫r(shí)刻所有自樣品反射的光線僅從一點(diǎn)反射的事實(shí)在該點(diǎn)光束撞擊樣品。空間分辨率因此是形成在樣品上的點(diǎn)直徑的直接結(jié)構(gòu)，而不受探測(cè)路徑中透鏡像差的影響。結(jié)果，光學(xué)物鏡可以是相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)成， 例如非球面的單線。該種單線當(dāng)與具有類似分辨率和工作距離的常規(guī)光學(xué)顯微鏡物鏡相比較時(shí)可具有降低很多的外部直徑。
通過(guò)例如照亮光學(xué)路徑中的一個(gè)或兩個(gè)活動(dòng)反射鏡可在樣品上掃描光斑。通過(guò)例如壓電驅(qū)動(dòng)器傾斜一個(gè)或多個(gè)反射鏡或使用電線圈和磁鐵，反射了光束，從而導(dǎo)致光束在不同位置撞擊樣品。
在樣品上掃描光束的額外優(yōu)點(diǎn)為圖像的放大倍率僅通過(guò)改變掃描幅度而改變。通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)反射鏡的幅度(例如通過(guò)改變電信號(hào))而完成對(duì)掃描幅度的改變。這消除了對(duì)改變物鏡系統(tǒng)的需要，這通常在使用常規(guī)的光學(xué)物鏡系統(tǒng)時(shí)完成。注意的是，由于物鏡系統(tǒng)放置在真空環(huán)境中以及在物鏡系統(tǒng)周圍的空間受到限制，故物鏡系統(tǒng)的改變將更加難于常規(guī)的光學(xué)顯微鏡。
注意的是，使用在樣品上掃描的聚焦光束對(duì)于要求高光子密度的觀測(cè)方法而言特別令人感興趣，例如使用多光子激勵(lì)或在樣品中生成(二次M2nd)諧波頻率的觀測(cè)方法。 通過(guò)該種高水平的電磁放射線照射大面積的樣品將導(dǎo)致樣品內(nèi)的高溫和樣品可能的燒蝕。 也會(huì)對(duì)所使用的光源強(qiáng)度提出不必要的高要求。
進(jìn)一步地注意到，對(duì)樣品上的光線聚焦的聚焦系統(tǒng)(多數(shù)情形下為透鏡)必須在樣品上形成細(xì)焦點(diǎn)。不影響焦點(diǎn)直徑的透鏡像差(例如場(chǎng)曲)可被忽略或例如校正成用于光線-光學(xué)顯微鏡的掃描系統(tǒng)中。如果照亮光束足夠地單色，則透鏡的色像差既不影響焦點(diǎn)的直徑，也不會(huì)因此削弱分辨率，即使是當(dāng)探測(cè)光線不同于照亮樣品的光線顏色時(shí)。后者發(fā)生在探測(cè)例如樣品的發(fā)光(熒光和/或磷光)時(shí)，以及在例如熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET) 和熒光壽命成像(FLIM)技術(shù)中。
通過(guò)使用可縮回的光線-光學(xué)顯微鏡，當(dāng)通過(guò)粒子束對(duì)樣品成像時(shí)釋放了樣品位置周圍的空間。這使得樣品例如能夠更大的移動(dòng)，且因而有利于例如探測(cè)器的插入。注意的是，當(dāng)可縮回最靠近樣品位置的光線-光學(xué)顯微鏡的元件時(shí)已足夠釋放樣品位置周圍的空間。光線-光學(xué)顯微鏡的其它部分可保留在適當(dāng)位置。進(jìn)一步注意的是，例如和TEM — 起使用的χ-射線探測(cè)器經(jīng)?？煽s回地安裝。通過(guò)縮回光線-光學(xué)顯微鏡并插入χ-射線探測(cè)器反之亦然，有效地利用樣品位置周圍的空間。像在TEM中使用的那樣，用于向樣品位置導(dǎo)入樣品并聯(lián)接樣品和樣品操縱器的氣密進(jìn)出口機(jī)構(gòu)當(dāng)其未縮回時(shí)還會(huì)妨礙光線-光學(xué)顯微鏡。
在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備實(shí)施例中，聚焦單元還聚集自樣品放射的光線以便對(duì)樣品成像。
在該實(shí)施例中，面對(duì)樣品的光線-光學(xué)顯微鏡的透鏡既用于通過(guò)聚焦光束照射樣品又用于探測(cè)來(lái)自樣品的光線。
在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)設(shè)備實(shí)施例中，自樣品探測(cè)到的用以形成圖像的光線不經(jīng)過(guò)聚焦單元。
在該實(shí)施例中，探測(cè)光線沿著不同的路徑。例如通過(guò)定位在面對(duì)聚焦單元側(cè)的相反側(cè)的透鏡可聚焦該探測(cè)光線，但例如還可通過(guò)諸如定位在相反側(cè)的光電倍增器管的探測(cè)器探測(cè)該探測(cè)光線。
在根據(jù)本發(fā)明的另外的設(shè)備實(shí)施例中，自樣品探測(cè)到的光線從樣品被照亮側(cè)的樣品相反側(cè)放射。
在另一個(gè)實(shí)施例中，光斑由單色光形成。
在該實(shí)施例中，照亮光學(xué)路徑僅使用一種顏色，因而色像差隨后也沒有在照亮路徑中出現(xiàn)。因此，在照亮光學(xué)器件或成像光學(xué)器件(在探測(cè)路徑中使用)中都無(wú)需校正色像差，從而產(chǎn)生較為簡(jiǎn)單的透鏡元件。
注意到公知的光學(xué)透鏡系統(tǒng)校正成用于兩種顏色的光線。如果那樣的話，光線可包括兩種顏色。
在根據(jù)本發(fā)明的另外的設(shè)備實(shí)施例中，光線-光學(xué)軸線大致垂直于粒子-光學(xué)軸線。
物鏡的極面之間的空間相當(dāng)?shù)?rather)受到限制。通向樣品位置(在極面之間和粒子-光學(xué)軸線附近)的最容易通路，通過(guò)使用具有垂直于粒子-光學(xué)軸線的光線-光學(xué)軸線的光線-光學(xué)顯微鏡且垂直于粒子-光學(xué)軸線插入/縮回光學(xué)顯微鏡而實(shí)現(xiàn)。
在根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，樣品位置至少部分地由低溫屏蔽物所包繞，從而使得能夠?qū)Φ蜏貥悠烦上瘛?br>本質(zhì)上公知諸如低溫TEM的可對(duì)低溫冷卻樣品成像的粒子-光學(xué)設(shè)備。商業(yè)上可從美國(guó)希爾巴羅(OR)的FEI公司買到的示例為TeCnaiG2 Polara0在該儀器中，樣品操縱器和樣品位置附近被冷卻到低溫-例如氮的沸騰溫度或氦的沸騰溫度。同樣地通過(guò)冷卻樣品位置附件，使用粒子束和光學(xué)顯微鏡都可觀測(cè)到低溫冷卻的樣品。
在根據(jù)本發(fā)明的另外的設(shè)備實(shí)施例中，至少光線-光學(xué)顯微鏡面對(duì)樣品的部分配備成冷卻至低溫溫度，從而避免在通過(guò)光線-光學(xué)顯微鏡觀測(cè)時(shí)對(duì)低溫樣品升溫。
通過(guò)冷卻例如面對(duì)樣品的光線-光學(xué)顯微鏡的透鏡避免了對(duì)樣品的升溫。冷卻透鏡可通過(guò)主動(dòng)冷卻透鏡本身(也就是通過(guò)在透鏡和冷源之間提供具有低熱阻的路徑)或通過(guò)對(duì)透鏡熱絕緣而實(shí)現(xiàn)，從而允許透鏡通過(guò)例如低溫屏蔽物和/或樣品而達(dá)到熱平衡。
在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，光線-光學(xué)顯微鏡進(jìn)一步地配備成通過(guò)非聚焦光束形成照亮樣品的圖像。
通過(guò)使用還能作為常規(guī)顯微鏡工作的光線-光學(xué)顯微鏡，可能以降低的分辨率對(duì)樣品快速成像，而更為詳細(xì)的圖像可記錄在光線-光學(xué)顯微鏡的掃描模式中。
注意的是，當(dāng)通過(guò)非聚焦光束照亮樣品時(shí)，探測(cè)光線既可以是反射光線也可以是透射光線。進(jìn)一步注意的是，該圖像品質(zhì)不需要具有光學(xué)顯微鏡物鏡所正常期望的品質(zhì)，因?yàn)樵搱D像僅用于高分辨率圖像的‘導(dǎo)航(navigation)’。


現(xiàn)在基于示意性附圖進(jìn)一步地闡明本發(fā)明，其中相應(yīng)特征通過(guò)相同數(shù)字進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
為此
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備細(xì)節(jié)；[0051]
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備細(xì)節(jié)，其中光學(xué)顯微鏡為縮回的； 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備細(xì)節(jié)，其中樣品在一側(cè)被照亮而在另一側(cè)進(jìn)行觀
具體實(shí)施方式
圖1示出了粒子源2位于其內(nèi)的真空室6。粒子源例如以電子束的形式沿粒子-光學(xué)軸線3產(chǎn)生粒子束，在該電子束中，電子具有例如300keV的能量。電子束通過(guò)繞著粒子-光學(xué)軸線布置的粒子-光學(xué)透鏡4A、4B而操縱(聚焦)。樣品操縱器5用于將樣品1 定位在第一樣品位置，粒子束在該位置撞擊樣品。第一樣品位置位于粒子-光學(xué)物鏡7的極面8A、8B之間。經(jīng)過(guò)樣品透射的電子束部分通過(guò)粒子-光學(xué)透鏡4C、4D成像在例如以熒光屏或CCD (電荷耦合器件)照相機(jī)(或其它原理的照相機(jī))形式的探測(cè)器9上。照相膠片也可用于探測(cè)粒子。諸如電子能量損失分光鏡(EELS)的其它探測(cè)器也可使用。光線-光學(xué)顯微鏡10當(dāng)樣品處于樣品位置內(nèi)、但相對(duì)于光線-光學(xué)顯微鏡傾斜時(shí)能夠觀測(cè)到樣品。
如先前所提及的那樣，樣品通常為平直的、很薄的樣品。對(duì)于高分辨率圖像而言， 樣品通常小于100納米厚，優(yōu)選甚至小于50納米厚。這樣的樣品非常易碎故因而支承在例如銅柵格的柵格上，該柵格安裝在樣品操縱器5上。這種柵格對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言公知為TEM柵格。為了通過(guò)粒子束觀測(cè)到樣品令人感興趣的區(qū)域，通過(guò)樣品操縱器5將令人感興趣的區(qū)域帶到粒子-光學(xué)軸線上。雖然在通過(guò)粒子束觀測(cè)到樣品的同時(shí)，樣品的取向可垂直于粒子-光學(xué)軸線，但對(duì)于諸如三維斷層掃描(3D tomography)的某些技術(shù)而言，樣品還可相對(duì)于粒子-光學(xué)軸線傾斜。為了能夠?qū)悠范ㄎ灰员銤M足這些要求，樣品操縱器例如通過(guò)3個(gè)平動(dòng)自由度和2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度能夠?qū)悠范ㄎ唬M管還公知樣品操縱器具有更少的甚或更多的自由度?？捎糜谕ㄟ^(guò)粒子束對(duì)樣品成像的所有樣品定位/取向都稱作第一樣品位置。
光學(xué)顯微鏡10觀測(cè)極面8A、8B之間的位置。為了通過(guò)光學(xué)顯微鏡形成最好的圖像，樣品需要傾斜到大致垂直于光學(xué)顯微鏡的光學(xué)軸線的位置。
光學(xué)顯微鏡或至少光學(xué)顯微鏡靠近粒子-光學(xué)軸線的那部分可縮回地安裝，且當(dāng)未通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀測(cè)樣品時(shí)可縮回地在樣品周圍提供更多的空間。這種額外空間對(duì)于通過(guò)例如其它類型的探測(cè)器提供通向樣品的通路而言是必需的，該其它類型的探測(cè)器可在通過(guò)電子束照射樣品時(shí)用于在樣品周圍聚集信息-例如一般公知的二次電子探測(cè)器、X-射線探測(cè)器等。
注意到在該圖中樣品操縱器5和光學(xué)顯微鏡10被描述成共享垂直于粒子-光學(xué)軸線3的平面并彼此相對(duì)地定位。這并非必要的，操縱器和光學(xué)顯微鏡處于平面內(nèi)但例如隔開90度或120度的實(shí)施例也是可能的。一個(gè)或兩個(gè)實(shí)施例示出不垂直于粒子-光學(xué)軸線的對(duì)稱軸也是可能的。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備細(xì)節(jié)。
圖2示出了粒子-光學(xué)物鏡7，其示出了兩個(gè)極面8A、8B。在此示出的能夠通過(guò)5 個(gè)自由度對(duì)樣品1定位的樣品操縱器5，連接樣品1。樣品面對(duì)光學(xué)顯微鏡10。
光學(xué)顯微鏡包括生成光束的激光單元19。該光束平行于透鏡14，然后穿過(guò)分束器 18，并因而撞擊反射鏡17和16。這些反射鏡安裝在例如壓電驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器上，并從而可改變光束方向。光束然后通過(guò)兩個(gè)透鏡12、11成像到樣品上(盡管可使用更多的透鏡)。 透鏡12相對(duì)于反射鏡16、17的轉(zhuǎn)動(dòng)平面鄰近透鏡11成像。換句話講光束以透鏡11中光束的傾斜伴隨著在該透鏡中出現(xiàn)光束的極小位移的方式而成像。結(jié)果，光學(xué)顯微鏡的觀察視野(field of view)同沒有該種透鏡的光學(xué)顯微鏡相比較大。自樣品放射的光線-例如反射光線或熒光光線，通過(guò)透鏡11聚集，并循著該路徑返回直至達(dá)到分束器18為止。探測(cè)光然后反射到光子(photonic)探測(cè)器20。透鏡15可有助于在探測(cè)器上聚焦。探測(cè)器根據(jù)所需靈敏度可以是單個(gè)的光子探測(cè)器或多個(gè)的常規(guī)探測(cè)器。
由于激光器19產(chǎn)生單色光束，所有光學(xué)元件的像差系數(shù)可相對(duì)于該光線波長(zhǎng)而優(yōu)化。透鏡的色差不會(huì)影響圖像品質(zhì)。本文中的單色光線必須解釋為示出足夠小的波長(zhǎng)展開度的光線，以便避免通過(guò)由像差控制的直徑形成焦點(diǎn)。來(lái)自樣品向探測(cè)器行進(jìn)的光線可以是不同顏色的(例如因?yàn)樘綔y(cè)到熒光光線)，但像先前所提及的那樣在成像路徑上出現(xiàn)的透鏡像差不影響圖像品質(zhì)/分辨率。
注意到照亮光學(xué)器件還可以構(gòu)造成補(bǔ)償兩個(gè)或多個(gè)光波上的色像差和仍然示出了放置在充分小的極面之間的那些透鏡元件的直徑。將要提及的是分束器的涂層、反射等也需要相對(duì)于探測(cè)光線的波長(zhǎng)而優(yōu)化。進(jìn)一步提及的是，在此示出的光學(xué)顯微鏡為非常示意性地畫出且會(huì)出現(xiàn)許多差異。例如有可能在透鏡14和反射鏡19之間插入光學(xué)纖維-一種所謂的激光纖維聯(lián)接件，從而使得激光器和探測(cè)器能夠放置成遠(yuǎn)離設(shè)備的鏡筒。光學(xué)纖維還可放置在透鏡15和探測(cè)器20之間-一種所謂的探測(cè)器纖維聯(lián)接件。分束器還可以是光柵(grating)，而透鏡根據(jù)光學(xué)顯微鏡的確切執(zhí)行而添加或減除。例如還可將光束偏振器并入光學(xué)顯微鏡中。還注意到，由于不要求照亮光束的絕對(duì)單色性，只不過(guò)除了這樣的單色性以便形成由色像差控制的焦點(diǎn)之外，還可使用通過(guò)顏色過(guò)濾器從例如發(fā)出白光的裝置中所過(guò)濾的光線。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備細(xì)節(jié)，其中，光學(xué)顯微鏡為縮回的。
圖3可認(rèn)為源自于圖2。如所看到的那樣，光學(xué)顯微鏡10稍微縮回，從而釋放了在第一樣品位置周圍的空間。因此樣品1可自由地定位在極面8A、8B之間而無(wú)需接觸光學(xué)顯微鏡?？s回還可使得諸如χ-射線探測(cè)器、二次電子探測(cè)器等的設(shè)備其它部分定位在樣品附近。
注意到在該圖中示出的整個(gè)光學(xué)顯微鏡10為縮回的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到當(dāng)僅縮回光學(xué)顯微鏡的一部分便已足夠，該部分包括透鏡11及其座架(mounting)。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備細(xì)節(jié)，其中，樣品在一側(cè)被照亮而在另一側(cè)進(jìn)行觀測(cè)。
圖4示出了在光學(xué)軸線27周圍的入射光束，該入射光束通過(guò)反射鏡21向樣品1 反射。透鏡23將光線聚焦在樣品上。樣品安裝在TEM柵格25上，該TEM柵格25通過(guò)圓形彈簧沈保持在樣品操縱器遠(yuǎn)端5A的適當(dāng)位置上。由樣品發(fā)出的或透射過(guò)樣品的光線(描述成射線觀)由透鏡M聚集并通過(guò)反射鏡22沿平行于入射光束的方向反射。粒子-光線軸線例如垂直于圖面。
注意到光束可通過(guò)其它的反射鏡在樣品上掃描，但也可設(shè)想到反射鏡21用于掃描。如果是那樣的話，反射鏡21必須由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。還應(yīng)設(shè)想到樣品本身相對(duì)于顯微鏡通過(guò)樣品支架5A(遠(yuǎn)端)的掃描移動(dòng)而移動(dòng)。還注意到，代替將光線通過(guò)反射鏡(21、22)導(dǎo)向樣品或從樣品導(dǎo)出，例如可使用光學(xué)纖維。
進(jìn)一步地注意到，兩個(gè)透鏡23、M可以這樣的方式插入/縮回以便透鏡之間的光束27平行于粒子-光學(xué)軸線。如果是那樣的話，不需要對(duì)樣品重新定位/傾斜。然而，在透鏡之間具有垂直于粒子-光學(xué)軸線的路徑或會(huì)有吸引力的，因?yàn)檫@會(huì)使得能夠使用較大的透鏡直徑以及因而能夠使用光線-光學(xué)顯微鏡更為有利的數(shù)值孔徑 (numericalaperture)。還注意到的是，當(dāng)探測(cè)反射光時(shí)，可除去透鏡M和反射鏡22，而照亮光線和探測(cè)光線都經(jīng)由透鏡23和反射鏡21導(dǎo)向。甚至有可能從樣品的兩側(cè)收集射出光線，從而盡可能有效地探測(cè)光子。在例如熒光顯微術(shù)的情形下，可在探測(cè)光線的路徑中插入顏色過(guò)濾器以便濾出照亮光線。
注意的是，可認(rèn)識(shí)到此前所述的每一個(gè)實(shí)施例具有冷卻表面和冷卻管道以便可將樣品保持在低溫溫度。這種測(cè)量對(duì)于常規(guī)的低溫TEM測(cè)量是眾所周知的。
權(quán)利要求
1.一種用于使用粒子束對(duì)薄樣品(1)成像和通過(guò)光線對(duì)所述樣品成像的粒子-光學(xué)設(shè)備，所述設(shè)備包括用于沿粒子-光學(xué)軸線(3)產(chǎn)生粒子束的粒子源0)，布置在所述粒子-光學(xué)軸線周圍用于聚焦所述粒子束的粒子-光學(xué)透鏡(4A、4B、4C、 4D、7)，用于將所述樣品定位在所述粒子-光學(xué)軸線上和其中一個(gè)所述粒子-光學(xué)透鏡的所謂粒子-光學(xué)物鏡(7)的極面(8A、8B)之間的樣品操縱器(5)，所述樣品操縱器能夠相對(duì)于所述粒子-光學(xué)軸線傾斜所述樣品，用于探測(cè)透射過(guò)所述樣品的粒子的探測(cè)器(9)，和光線-光學(xué)顯微鏡(10)，其特征在于，所述光線-光學(xué)顯微鏡配備成在所述樣品大致定位在所述粒子-光學(xué)軸線上并傾斜成使得所述樣品面對(duì)所述光線-光學(xué)顯微鏡時(shí)對(duì)所述樣品成像，所述光線-光學(xué)顯微鏡是所謂的掃描光線-光學(xué)顯微鏡，配備成用光斑照亮所述樣品， 所述光斑由聚焦單元(11)形成，所述光線-光學(xué)顯微鏡配備成掃描所述樣品上的光斑，在工作中面對(duì)所述樣品的所述聚焦單元的光學(xué)元件是透鏡，和至少所述聚焦單元可縮回地安裝，以便當(dāng)使用所述粒子束對(duì)所述樣品成像時(shí)釋放所述極面之間的空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征在于，所述聚焦單元(11)還聚集從所述樣品 (1)放射的光線，用于對(duì)所述樣品成像。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征在于，自所述樣品(1)探測(cè)到的用以形成圖像的所述光線不經(jīng)過(guò)所述聚焦單元(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的設(shè)備，其特征在于，自所述樣品(1)探測(cè)到的所述光線自與所述樣品被照亮側(cè)相反的樣品側(cè)放射。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征在于，所述光斑由單色光形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征在于，所述光線-光學(xué)顯微鏡的光線-光學(xué)軸線大致垂直于所述粒子-光學(xué)軸線(3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征在于，所述樣品位置至少部分地由低溫屏蔽物包繞，從而能夠?qū)Φ蜏氐乩鋮s的樣品成像。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的設(shè)備，其特征在于，至少所述光線-光學(xué)顯微鏡(10)面對(duì)所述樣品(11)的部分配備成冷卻至低溫溫度，從而避免在通過(guò)所述光線-光學(xué)顯微鏡觀測(cè)時(shí)對(duì)低溫樣品的升溫。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求
中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述光線-光學(xué)顯微鏡(10) 進(jìn)一步配備成通過(guò)非聚焦光束形成照亮所述樣品(1)的圖像。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)粒子束和光學(xué)顯微鏡觀測(cè)樣品的設(shè)備。該設(shè)備通過(guò)TEM鏡筒和光學(xué)高分辨率的掃描顯微鏡(10)觀測(cè)樣品(1)。通過(guò)TEM鏡筒觀測(cè)樣品時(shí)的樣品位置不同于通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀測(cè)樣品時(shí)的樣品位置，這是因?yàn)樵诤笠磺樾沃袠悠烦蚬饩€-光學(xué)顯微鏡傾斜。通過(guò)使用掃描類型的光學(xué)顯微鏡，且優(yōu)選使用單色光線，光學(xué)顯微鏡面對(duì)樣品位置的透鏡元件(11)可足夠地小以便定位在(磁性)粒子-光學(xué)物鏡(7)的極面(8A、8B)之間。這與光學(xué)顯微鏡中常規(guī)使用的顯示為大直徑的物鏡系統(tǒng)相反。此外，光學(xué)顯微鏡或至少是靠近樣品的部分(11)可以是縮回的以便釋放在以TEM模式成像時(shí)的空間。
文檔編號(hào)H01J37/26GKCN101241087 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200810074036
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2008年2月1日
發(fā)明者A·J·弗克萊, A·J·科斯特, A·V·阿格龍斯杰, H·C·格里特森 申請(qǐng)人:Fei公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (6),