透射來自樣品的發射物的帶電粒子透鏡的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于樣品觀察的帶電粒子束鏡筒，以及更特別地，涉及包括具有對于 用于成像和/或分析的發射物是透射性的部分的透鏡的系統。
【背景技術】
[0002] 各種類型的光學設備在電子顯微領域中是眾所周知的，以便創建通常太小而無法 裸眼看到的物體、特征或成分的放大圖像。這樣的設備可包括透射電子顯微鏡（TEM)、掃描 電子顯微鏡（SEM)、和掃描透射電子顯微鏡（STEM)。樣品的成像通常通過檢測由成像射束 照射樣品所導致的來自樣品的放射物或輸出輻射來實現。這種放射物可能包括二次電子、 背向散射電子、X射線、光（可見光和諸如近-IR和近-UV之類的近可見光）、和這些的任意 組合。這些成像設備可以是具有通過去除材料（諸如通過研磨或燒蝕）或者添加材料（諸 如沉積）來修改樣品的機械加工功能的附加工具的"雙射束"系統的一部分。例如，這樣的 雙射束系統可以包括用于機械加工的聚焦離子束（FIB)和用于成像的電子顯微鏡。
[0003] 在典型的雙射束系統中，每一個設備或鏡筒盡可能靠近樣品來放置以增強分辨率 以及獲得良好的光學性能，同時為收集和檢測來自用于成像的樣品的放射物的各種檢測器 或其他各種配件提供足夠的空間。然而，空間通常在射束沖擊樣品的點附近受到限制。由 于空間限制，每個鏡筒通常被形成為具有圓錐形端部，從而允許鏡筒端部相毗鄰，使得它們 都可以盡可能接近樣品來定位。為了使得兩個鏡筒適于該空間，每個鏡筒的端部有必要與 樣品間隔一定的工作距離，該工作距離通常在13_16mm之間。這一工作距離具有的優點在 于為各種配件提供空間，諸如二次電子檢測器、背向散射電子檢測器以及X射線檢測器。然 而，這一工作距離使光學性能劣化，導致了不及最優成像。
[0004]在Rasmussen的針對"MethodApparatusForACoaxialOpticalMicroscope WithFocusedIonBeam. "的編號為6, 373, 070的美國專利中示出和描述了這樣的雙射束 系統的一個示例。射束系統10包括聚焦離子束鏡筒12和用于觀察樣本16的光學顯微鏡 筒14。兩個鏡筒12與14之間的關系在圖2A中被最佳地看出。系統10包括支持相機40、 照明系統42和透鏡組件44的透鏡管32。發光二極管（LED) 70a和70b照亮樣本16,以及 反射鏡組件56收集來自樣本16的光并將其反射至透鏡組件44中以用于觀察和/或成像。 可看出，每個鏡筒12和14的端部被形成為具有圓錐形狀，使得鏡筒12和14可以以毗鄰關 系來放置以適于樣本16上方的小空間內部。這種布置提供了對來自樣本16的放射物的足 夠檢測，因為其允許了用于放置鏡筒12和14的每個端部加上諸如反射鏡組件56以及二極 管70a和二極70b之類的附加配件的空間。然而，為了提供這種空間，鏡筒12和14有必要 與樣本16間隔相對大的工作距離，該工作距離降低了樣本16的圖像的光學質量。
[0005] 提高的光學質量可以利用能夠以較小斑點尺寸工作的設備來獲得，較小斑點尺寸 要求樣品和光學鏡筒之間較小的工作距離。這可以通過單獨使用標準光學鏡筒來實現，但 是這在期望使用雙射束或多射束系統時是困難的。在多鏡筒系統中實現較小的工作距離的 一種方式是使用較小的光學鏡筒。一些鏡筒被制造為比典型的鏡筒更小，并被構造為盡可 能地小。較小的或"迷你"鏡筒提供的優點在于對于制造是更經濟的并且要求更少的空間。 迷你鏡筒可以單獨使用，或者作為多鏡筒系統的一部分來使用，因為不要求使射束重合，鏡 筒不必在小空間內擁擠在一起。因而，與典型的射束鏡筒相比，每一個鏡筒的端部可以位于 更靠近樣品處，從而允許小得多的工作距離，能夠在樣品處是實現較小的斑點尺寸，提供了 更好的光學性能。但是，不論是使用獨立鏡筒還是多鏡筒系統，由于投射來自樣品的放射物 的角度以及缺少用于檢測器的空間，小的工作距離使得檢測來自樣品的放射物更加困難。
[0006] 采用靜電末級透鏡的典型帶電粒子光學鏡筒包括在末級透鏡中的投射主射束的 一個或多個電極。所述電極控制主射束并將其聚焦至樣品上。當期望通過檢測二次電子或 背向散射電子來形成圖像時，可使用穿過鏡頭（through-the-lens，TTL)檢測系統，在該系 統中，電極被偏置為從樣品汲取電子向上穿過透鏡。然后，該電子由一種元件來檢測，該元 件諸如是位于透鏡內的通道板電子倍增器。但是，當期望使用來自樣品X射線或反射光來 形成圖像時，由于透鏡內的電極將阻擋X射線或反射光，目前的TTL檢測器不是有用的。 [0007] 所需要的是以下的帶電粒子光學鏡筒，該帶電粒子光學鏡筒能夠以與樣品的小工 作距離進行使用，同時允許收集諸如X射線和/或光之類的發射物以用于檢測和成像。
【發明內容】
[0008] 因此，本發明的目的是提供一種帶電粒子束系統，其可以檢測來自樣品的發射物 (諸如X射線和光），同時提供了末級透鏡與樣品的小工作距離。
[0009] 實施例提供了一種光學鏡筒，其中該光學鏡筒的末級透鏡的至少一部分透射要被 檢測的發射物。例如，所述末級透鏡可以包括僅對于X射線是透射性的一個或多個元件，僅 對于光是透射性的一個或多個元件，或者對于X射線和光均是透射性的一個或多個元件。
[0010] 前述已相當廣泛地概述了本發明的特征和技術優點，以便可以更好地理解本發明 的以下詳細描述。本發明的附加特征和優點將在下文被描述。本領域技術人員應當意識到 的是，所公開的概念和具體實施例可以容易地用作用于修改或設計用于實現本發明的相同 目的的其他結構的基礎。本領域技術人員還應當意識到的是，這種等效構造并不偏離如所 附權利要求中所闡述的本發明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0011] 為了更透徹理解本發明及其優點，現在對結合附圖進行的以下描述進行參考，其 中：
[0012] 圖1是根據本發明的用于低角度X射線檢測的帶電粒子束鏡筒中的透射式透鏡的 相關部分的圖解表示。
[0013] 圖2示出了用于低角度X射線檢測的透射式透鏡的另一個實施例。
[0014] 圖3示出了用于低角度X射線檢測的透射式透鏡的又一個實施例。
[0015] 圖4示出了用于檢測以較大角度輻射的X射線的本發明的一個實施例。
[0016] 圖5是用于檢測以較大角度輻射的X射線的本發明的另一個實施例。
[0017] 圖6是用于檢測以較大角度輻射的X射線的本發明的又一個實施例。
[0018] 圖7是用于檢測光的本發明的一個實施例。
[0019] 圖8是用于檢測光的本發明的另一個實施例。
[0020] 圖9是用于檢測以低角度的X射線和光兩者的透射式透鏡的實施例。
[0021] 圖10是用于檢測低角度X射線和光的另一個實施例。
[0022] 圖11是用于檢測低角度X射線和光的又一個實施例。
[0023] 圖12是用于檢測以低角度的光和以較大角度的X射線的透射式透鏡的實施例。
[0024] 圖13是用于檢測以低角度的光和以較大角度的X射線的另一個實施例。
[0025] 圖14是用于檢測以低角度的光和以較大角度的X射線的又一個實施例。
[0026] 圖15是用于檢測以低角度的X射線和以較大角度的光的透射式透鏡的實施例。
[0027] 圖16是用于檢測以低角度的X射線和以較大角度的光的另一個實施例。
[0028] 圖17是用于檢測以低角度的X射線和以較大角度的光的又一個實施例。
[0029] 圖18是用于檢測以較大角度的X射線和光兩者的透射式透鏡的實施例。
[0030] 圖19是用于檢測以較大角度的X射線和光兩者的另一個實施例。
[0031] 圖20是用于檢測以較大角度的X射線和光兩者的又一個實施例。
[0032] 具體實施例方式
[0033] 根據本發明的優選實施例，提供一種透鏡，所述透鏡具有這樣的部分，該部分是透 射性的以將來自樣品的發射物（諸如光和/或X射線放射物）提供給用于在成像和分析中 使用的檢測器。"透射性"所意指的是，該材料傳遞足夠量的輻射以便為成像或分析提供有 用的信號。來自樣品的信號越強并且檢測器越靈敏，在透射期間可以容忍的損耗就越大。透 射性材料不必對輻射是完全透明的，并且可以仍將信號衰減至某種程度。"光"在下文中被 定義為可見光和近可見光（諸如近-IR和近-UV)。實施例在具有高吞吐量和小工作距離的 帶電粒子束鏡筒中是尤其有用的。
[0034] 在典型的帶電粒子鏡筒中，主射束在穿越過末級透鏡來沖擊要被成像和分析的樣 品前僅路徑行進經過各種電極和透鏡。射束到樣品上的沖擊導致從樣品輻射出各種放射 物，諸如X射線和光。在一些應用中，在稱為能量分散光譜法（EDS或EDAX)的過程中，期望 使用從樣品發射的X射線來獲取成像和/或分析信息。在另一些應用中，期望（諸如在陰 極發光（CL)中）使用從樣品發射的光來獲取成像和/或分析信息。在另外的其他應用中， 期望使用從