專利名稱：在帶電粒子儀器中保護輻射檢測器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種在帶電粒子射束設(shè)備中保護輻射檢測器的方法，該設(shè)備包括用于產(chǎn)生帶電粒子的射束的源、包括用于照亮樣本的透鏡的聚光器系統(tǒng)、包括用于在檢測器系統(tǒng)上形成放大的樣本圖像的透鏡的投影系統(tǒng)，該檢測器系統(tǒng)包括輻射檢測器，該方法包括
使用第一參數(shù)集合將檢測器暴露于輻射的步驟，該參數(shù)集合包括聚光透鏡設(shè)置、投影透鏡設(shè)置、帶電粒子射束能量和射束電流，
要求改變參數(shù)的步驟。
背景技術(shù)：
根據(jù)透射電子顯微鏡方法(TEM)，這種方法是已知的。在TEM中，電子槍利用通常在50keV和400keV之間的可調(diào)節(jié)能量產(chǎn)生高能電子射束。電子束由聚光透鏡和偏轉(zhuǎn)線圈操控以照射(照亮)樣本，所述樣本被保持在樣本位置處。樣本能夠被樣本保持器定位，從而能夠使得感興趣的區(qū)域是可視的。投影系統(tǒng)在檢測器系統(tǒng)上形成樣本的ー個部分的放大圖像。典型的放大率范圍從IO3倍到大于IO6倍，并且典型的分辨率低至IOOpm或者更低。圖像通常在帶有熒光屏幕的檢測器上形成，其中熒光屏幕在CXD或者CMOS芯片上成像。然而，越來越多的直接電子檢測器(DED)得以使用。對于給定的暴露而言，DED的優(yōu)點在于更好的信噪比(SNR)。這是有利的，因為樣本受到電子的照射射束損壞，并且因此在盡可能少的電子撞擊樣本的情況下基本獲取圖像是必須的。DED的ー個缺陷在于，它們能夠易于被過度照亮。本發(fā)明人進行的試驗表明，在硬化CMOS芯片中，在14 · 14 μ m2像素中的、達5 · IO6個電子的總劑量的暴露導致永久損壞，更加具體地引起所謂的暗電流的増加，從而導致SNR降低和使得檢測器不可操作的動力學范圍降低。這個述及的劑量涉及在檢測器的壽命期間的累積劑量，并且因此即使對于高電流密度的短期暴露也應該得以避免。關(guān)于CMOS直接電子檢測器、它的優(yōu)點及其失效機制的討論，例如參見 “Characterisation of a CMOS Active Pixel Sensor for use in the TEAMMicroscope，，,M. Battaglia等，Nuclear Instruments and Methods in Physics ResearchSection A, Volume 622, Issue 3, p. 669-677。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知地,在樣本的觀察會話(observation session)期間，TEM設(shè)置例如放大率、聚光器設(shè)置等經(jīng)常被改變。用于當改變顯微鏡設(shè)置時避免損壞DED的現(xiàn)有技術(shù)方法包括在改變透鏡激勵時期間射束阻斷以及檢測器縮退和使用新的設(shè)置測量落在例如熒光屏幕上的電流/電流密度(這被稱作屏幕電流)?；谶@個測量，決定再次插入DED或者改變顯微鏡設(shè)置。這是ー個非常耗時的過程。因此經(jīng)?；谑褂谜叩募寄苁褂昧愆`種方法，但是這非?？赡軐τ贒ED引起永久損壞。
存在對于ー種用于在帶電粒子射束設(shè)備中保護輻射檢測器的、可靠的和快速的方法的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在提供這種方法。為此，本發(fā)明的方法的特征在于該方法包括
在改變的參數(shù)下預測檢測器將被暴露于的通量密度的步驟，這是在實現(xiàn)所述參數(shù)的改變之前進行的，該預測基于光學模型和/或查表，利用來自聚光透鏡設(shè)置、投影透鏡設(shè)置、帶電粒子射束能量、束電流的集合的一個或者多個輸入變量作為輸入，和 比較預測通量密度與預定數(shù)值的步驟，并且根據(jù)比較，或者O當預測通量密度低于預定數(shù)值時實現(xiàn)所述參數(shù)改變，
或者
O當預測通量密度高于預定數(shù)值時避免將檢測器暴露于與請求的參數(shù)改變相關(guān)聯(lián)的通量密度。本發(fā)明是基于以下認識的，即，當帶電粒子射束設(shè)備的光學器件的行為模型可用[形式為光學模型或者形式為查表(LUT)]時，能夠預測輻射檢測器將被暴露于什么樣的暴露。如果預測暴露高于預定水平，則改變不予實現(xiàn)和/或射束保持阻斷，從而檢測器不被暴露于所述高水平輻射。然而，如果預測暴露低于預定水平，則將檢測器暴露于所述輻射是安全的，并且改變能夠得以實現(xiàn)。優(yōu)選地當預測通量密度高于預定數(shù)值時，儀器產(chǎn)生錯誤消息或者警告，并且請求的參數(shù)改變不予執(zhí)行。在一個優(yōu)選實施例中，輻射檢測器是直接電子檢測器，輻射包括電子并且檢測通量密度是電流密度。當檢測電子時，通量密度能夠被表達為電流密度。還使用了其它的非SI単位，諸如電子姆μ m2姆秒。帶電粒子射束設(shè)備能夠是透射電子顯微鏡。如較早述及地，在TEM中使用了 DED。一個實例是用于在Titan 中使用的Falcon 檢測器，這兩者均由本發(fā)明的申請人即美國HillsbOT0的FEI公司制造。優(yōu)選地，當產(chǎn)生警告或者錯誤消息時，透鏡的激發(fā)不被改變和/或射束保持阻斷，由此,檢測器不被暴露于對于檢測器引起永久損壞的過度暴露。改變透鏡的激發(fā)和/或射束能量可以導致檢測器的高度暴露。因此優(yōu)選的是，在改變期間，利用射束阻斷器(或者靜電或者磁性或其組合)阻斷射束。對于針對過度暴露保護CMOS和CXD芯片而言，該方法證明是特別有效的，所述過度暴露對于檢測器引起永久損壞。為了改進查表(LUT)或者光學模型的準確度，能夠執(zhí)行校準。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會清楚地，光學模型越好，需要的校準越少。而且，當觀察會話被限制為ー個射束能量時，校準能夠被限制為該能量。


現(xiàn)在使用附圖闡述本發(fā)明，其中相應的數(shù)字引用相應的特征。
為此
圖I概略地示出帶有DED的TEM ;并且 圖2概略地示出根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施例方式圖I概略地示出帶有直接電子檢測器的透射電子顯微鏡。圖I示出圍繞光軸100發(fā)射電子射束的電子源101。校列線圈102圍繞光軸定中該射束，并且射束限制孔103限制射束和射束電流。聚光透鏡104操控射束從而處于樣本位置的樣本111被照亮。能夠利用樣本操控器112改變樣本的位置，從而僅僅感興趣的區(qū)域被照亮。樣本被置放在磁性物鏡105的場中。由此，物鏡形成樣本的中間圖像。已經(jīng)是放大圖像的所述中間圖像進一歩被投影透鏡106放大，直至在熒光屏幕107上形成放大圖像。能夠經(jīng)由觀察端ロ 108觀察熒光屏幕。該屏幕被安裝在鉸鏈109上，從而使得能夠從射 束路徑移除屏幕，從而在直接電子檢測器151上形成放大圖像。電氣地，屏幕107經(jīng)由導線152被連接到電流測量単元153，從而在屏幕上撞擊的電流能夠得以測量。該TEM進ー步包括外罩120、泵送管道121和ー個或者多個真空泵122。該顯微鏡進一歩包括用于控制所有的信號并且還用于獲取檢測器信號并且在監(jiān)視器(未示出)上表示檢測器信號的控制器(未示出)。注意能夠利用顯微鏡控制器完成所述獲取和處理，但是還可以利用獨立的計算機完成。所述計算機可以與控制器通信，并且是否將計算機定義為控制器的ー個部分則是語義方面的問題。該顯微鏡進一歩通常包括射束阻斷器(未示出)，通常是位于電子源和樣本位置之間的磁性偏轉(zhuǎn)器，以阻斷射束。該ー個或者多個真空泵通常將TEM抽空至在10_4mbar (在檢測器區(qū)域處)到IO-1Vbar (在電子源區(qū)域處)之間的真空。如技術(shù)人員已知地，能夠吸氣劑離子泵、渦輪分子泵、油擴散泵等的集合(在如果有必要則延伸具有預真空泵)中找到真空泵的類型。在TEM中的樣本是通常在25nm和Ιμπι之間的的、極薄的樣本。這種薄的樣本對于在其上撞擊的電子而言是至少部分地透明的，電子具有通常在50keV和400keV之間的可調(diào)節(jié)能量。由此，一部分電子通過樣本透射，雖然它們可能與樣本互相作用并且例如被散射或者損失能量。能夠使用透射的電子形成圖像，該圖像示出吸收對照(樣本的某些部分比其它部分截取更多的電子)，或者相位對照(通過非散射電子和散射電子的干渉)或者示出能量損失。注意還能夠通過對于衍射圖成像而推導其它類型的信息，諸如結(jié)晶信息。因為樣本易于通過利用高能電子照射而受到損壞，所以向所述電子的暴露應該被保持為是最小的。這需求具有高SNR的檢測器，高SNR還被表達為高DQE (檢測量子效率)。引入了 DED以回應該要求，但是如較早述及地，問題在干，DED被撞擊電子損壞并且檢測器在檢測某個數(shù)量的電子每μ m2之后達到壽命終點(準確的數(shù)量依賴于檢測器設(shè)計和電子能量)。在現(xiàn)有技術(shù)中，利用安培計153測量在斑點(代表屏幕上的ー個區(qū)域)中的電流并且使用者應該使用該測量關(guān)于是否將檢測器暴露于電子作出決定。本發(fā)明提出通過使用LUT或者顯微鏡的光學模型，更加具體地包括孔103、聚光透鏡104和投影透鏡106的光學模型，以及電子源101的電壓預測電流而預先主動地估計在檢測器151上的電流。注意該圖僅僅示出概略圖，并且TEM包括很多進一歩的校列線圈、孔等，并且還可以使用更多的檢測器諸如X射線檢測器。DED還可以采取例如被插入射束路徑的硅管芯的形式。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，所有的這些變型都是明顯的。圖2概略地示出根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。步驟200示出提供了使用第一參數(shù)集合的TEM。步驟202示出射束被阻斷以避免不必要的檢測器照亮。步驟204示出給予顯微鏡的控制器請求或者指令以將參數(shù)設(shè)定為另ー組數(shù)值。步驟206示出從請求參數(shù)集合產(chǎn)生的劑量得以預測。步驟208示出這個預測數(shù)值被與預定數(shù)值相比較。步驟210示出當預測數(shù)值小于預定數(shù)值時，參數(shù)被設(shè)為請求數(shù)值。步驟212示出射束未被阻斷，從而檢測器被暴露于應該密切地近似在步驟206中確定的預測數(shù)值的數(shù)值。步驟214示出，當預測數(shù)值超過預定數(shù)值時，優(yōu)選地在用戶接ロ(UI)上產(chǎn)生警告。步驟200、202、204、210和212是現(xiàn)有技術(shù)的一部分TEM的使用者在第一參數(shù)集合(樣本電流和樣本電流密度、放大率、射束能量)下操作顯微鏡并且希望改變參數(shù)集合，例如這是因為在樣本的觀察會話期間，需要形成處于不同放大率的圖像。射束被阻斷，顯微鏡控制器得到指令以改變有關(guān)參數(shù)，并且射束再次未被阻斷。在射束未被阻斷時，檢測器能夠被暴露于高劑量，因此用盡它的壽命劑量極限。為了避免這種非理想的暴露，本發(fā)明提出在改變參數(shù)之前預測將會落在檢測器上的劑量。優(yōu)選地使用其中能夠估計參數(shù)集合的效果的LUT (查表)或者光學模型作出這種預測。LUT能夠要求插值，并且能夠具有根據(jù)需要的維數(shù)。也能夠使用其中用公式表達參數(shù)行為的光學模型。甚至能夠混合地使用LUT和光學模型。已經(jīng)述及了通過校準即通過在給定設(shè)置集合下確定什么樣的劑量和/或劑量依賴性發(fā)生而改進LUT和光學模型的準確度。注意在步驟202中阻斷射束在這里被描繪成在于步驟204中制定所期參數(shù)集合之前，但是按照這個次序?qū)崿F(xiàn)這點是不必要的。甚至能夠通過阻斷/解除阻斷射束而執(zhí)行該方法，但是可以發(fā)生以下問題，即，在改變參數(shù)期間，中間狀況發(fā)生，其中樣本和/或檢測器的照亮超過最大水平。在于步驟214中產(chǎn)生警告和/或錯誤消息之后，對于參數(shù)集合的改變優(yōu)選地被推遲并且顯微鏡(其控制器)等待使用者的指令，在此之后，通常地從步驟204開始重復整個過程。注意設(shè)想到了使用者能夠不考慮警告或者錯誤消息，因此承擔檢測器過度暴露和可能的損壞的風險。注意步驟214能夠?qū)崿F(xiàn)為“無動作(no action)”(不產(chǎn)生實際警告或者錯誤消息)和例如所述儀器的用戶手冊的解釋性部分。然而，警告或者錯誤消息是優(yōu)選的。警告或者錯誤消息可以采取可聽警告、在控制屏幕上的文本消息、形式為閃光燈或者彩色LED的可視警告等的形式。進ー步注意，避免檢測器的暴露可以包括利用例如磁性阻斷器、靜電阻斷器或者機械快門阻斷射束，但是還可以包括將檢測器縮退到在此處它不被暴露于破壞性輻射的位置，并且利用較不易于遭 受源自照射的損壞的另ー個檢測器諸如熒光屏幕觀察圖像。
權(quán)利要求
1.一種在帶電粒子射束設(shè)備中保護輻射檢測器(151)的方法，所述設(shè)備包括用于產(chǎn)生帶電粒子的射束的源(101)、包括用于照亮樣本(111)的透鏡(104)的聚光器系統(tǒng)、包括用于在檢測器系統(tǒng)上形成放大的樣本圖像的透鏡(106)的投影系統(tǒng)，所述檢測器系統(tǒng)包括輻射檢測器，所述方法包括 使用第一參數(shù)集合將所述檢測器暴露于輻射的步驟(200)，所述參數(shù)集合包括聚光透鏡設(shè)置、投影透鏡設(shè)置、帶電粒子射束能量和射束電流， 要求改變參數(shù)的步驟(204)， 其特征在于，所述方法包括 在改變的參數(shù)下預測所述檢測器將被暴露于的通量密度的步驟(206)，這是在實現(xiàn)所述參數(shù)改變之前進行的，所述預測基于光學模型和/或查表，利用來自聚光透鏡設(shè)置、投影透鏡設(shè)置、帶電粒子射束能量、射束電流的集合的一個或者多個輸入變量作為輸入，和 比較所述預測的通量密度與預定數(shù)值的步驟(208)，并且根據(jù)所述比較，或者O當所述預測的通量密度低于所述預定數(shù)值時實現(xiàn)所述參數(shù)改變， 或者O當所述預測的通量密度高于所述預定數(shù)值時避免將所述檢測器暴露于與請求的參數(shù)改變相關(guān)聯(lián)的通量密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中比較所述預測通量密度與預定數(shù)值的步驟(208)給出當所述預測通量密度超過所述預定數(shù)值時產(chǎn)生警告或者錯誤消息的步驟(214)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或者權(quán)利要求2的方法，其中檢測器(151)是直接電子檢測器，所述輻射包括電子并且所述通量密度是電流密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中檢測器(151)被配備為檢測通過樣本(111)透射的電子。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求中任何一項的方法，其中當產(chǎn)生錯誤消息或者警告時，所述透鏡的激發(fā)和所述射束能量不被改變。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任何一項的方法，其中當產(chǎn)生錯誤消息或者警告時，所述射束被射束阻斷器阻斷。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求中任何一項的方法，其中當改變所述參數(shù)時，所述射束被射束阻斷器阻斷。
8.根據(jù)前面權(quán)利要求中任何一項的方法，其中將檢測器(151)暴露于超過所述預定數(shù)值的劑量對于所述檢測器引起永久損壞。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-7中任何一項的方法，其中檢測器(151)配備有用于電子的直接檢測的CMOS芯片或者CCD芯片。
10.根據(jù)前面權(quán)利要求中任何一項的方法，所述方法進一步包括，在使用第一參數(shù)集合將所述檢測器暴露于輻射之前，通過對于不同的參數(shù)集合測量所述射束電流而校準所述光學模型和/或查表。
11.一種攜帶用于編程帶電粒子射束設(shè)備的程序代碼的軟件載體，所述帶電粒子射束設(shè)備包括用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-10中任何一項的方法的可編程控制器。
全文摘要
本發(fā)明涉及在帶電粒子射束設(shè)備中保護輻射檢測器的方法。本發(fā)明涉及一種在TEM中保護直接電子檢測器(151)的方法。本發(fā)明包括在設(shè)置新的射束參數(shù)諸如改變聚光透鏡(104)、投影器透鏡(106)和/或射束能量的激發(fā)之前預測檢測器上的電流密度。該預測是使用光學模型或者查表實現(xiàn)的。當預測的檢測器暴露小于預定數(shù)值時，實現(xiàn)所期改變，否則產(chǎn)生警告消息并且推遲設(shè)置的改變。
文檔編號H01J37/26GK102737937SQ20121009903
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者G.C.范霍夫滕, J.洛夫, M.T.奧滕 申請人:Fei 公司