用于确定粒子－光学透镜的像差函数的像差系数的方法

摘要

粒子－光学设备的透镜(如物镜)具有像差这一缺点。正如数十年来众所周知的，龙基图可用来确定粒子－光学透镜的这些像差。这样的方法依赖于比如在一个或一组龙基图中局部放大率的基础上像差函数的二阶导数的确定。取决于二阶导数，这些方法的数学只允许龙基图之间的(无穷)小的移位。然而，这意味着比如记录龙基图的相机的空间量化噪音导致较大的误差。这些冲突需求限制了精度并且因此限制了已知方法的有效性。本发明描述了一组算法，所述的算法产生改进的方法以此利用一组龙基图量化透镜像差系数。

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定粒子-光学透镜的像差函数的像差系数的方法，该方法包含：

·向无定形样本提供采样细节，

·提供粒子射束，

·提供透镜用于使所述射束在样本附近聚焦，

·检测表示多个样本细节的图像的第一透射龙基图，

·以已知量改变射束参数，

·检测表示近似相同样本细节的图像的第二透射龙基图。

本发明还涉及被装备成可实施本发明方法的粒子-光学设备以及用于在这种设备上自动实施本发明方法的软件。

背景技术

由美国专利文献No.6,552,340可以了解这种方法。

该方法在粒子-光学设备的粒子-光学元件(如扫描透射式电子显微镜(STEM))的对准期间使用。更具体地说，该方法用于调节校正器，所述校正器校正这种设备中的透镜像差。

粒子-光学设备在比如半导体行业中用于检查和分析取自晶片的样本。这种设备的另一种用途是用于生物研究领域，其中这些设备用于比如药物和/或细胞组织的分析。

在STEM中，电子源产生电子束，这些电子被加速到比如300keV的能量。一个或多个聚光透镜形成电子源的图像，该图像随后在将要分析的样本上聚焦。磁和/或电偏转场使得射束能够在样本上扫描。部分电子将穿过该样本，所述样本通过一个或多个投影透镜在图像平面上成像。这个图像平面可以与荧光屏一致，或者它可以与CCD相机一致。其他检测器可用来检测其他信息，比如由偏转的或反向散射的电子获得的信号、生成的x射线辐射等。

粒子-光学设备常常使用粒子-光学透镜，所述的粒子-光学透镜是磁的或静电的单极透镜(也就是：这些透镜的磁场或电场表现为围绕透镜光轴的旋转对称)。这种透镜不可避免地表现出球面和色像差。在现代设备中，物镜的像差利用校正器来校正。为了正确调节这种校正器，有必要确定将要校正的像差。

在已知的方法中，电子束在透射样本上聚焦，并且第一龙基图在CCD相机上形成并通过该CCD相机被记录。接着，射束在样本上移动并且第二龙基图被记录。利用这两个龙基图，确定龙基图中不同位置上的局部放大率，根据这个局部放大率导出像差函数x的二阶导数。由比如M.Haider等人的“Upper limits for the residualaberrations of a high-resolution aberration-corrected STME”，Ultramicroscopy 81(2000)，168页，公式(2)，像差函数对技术人员来说是已知的。

已知的方法通过确定由射束位置相对于样本的变化引起的特征移位来确定二阶导数。校正值仅仅针对射束位置中无穷小的变化而获得。然而，因为必须对位置变化进行观察，较大的移位优选地消除了比如在龙基图记录期间出现的或在不同龙基图的记录之间发生的样本漂移效应以及与比如CCD相机的有限空间分辨率有关的导致空间量化噪音的问题。这些冲突需求限制了精度并且因此限制了已知方法的有效性。

发明内容

本发明的目的是提供一种在已知方法上改进精度的方法。

为此，按照本发明的方法的特征在于，

·作为透镜的图像平面中位置的函数的像差函数的一阶导数被

定义为具有要确定的系数的多项式函数，

·对于多个样本细节来说，在每个龙基图中确定样本细节的图像的位置，给出多个位置对，

·利用这些位置对并且利用算法，所述算法取决于所改变的射

束参数的类型，通过解答一组方程来确定多项式函数的系数。

本发明基于对借助于适当的算法能够由无定形样本的两个龙基图确定像差函数的一阶导数的认识。正如在美国No.6,552,340的已知方法用到的，本发明还基于对使用像差函数的一阶导数允许射束位置相对于样本的变化比使用二阶导数更大的认识。因而，按照本发明的方法得到的龙基图之间的样本特征的位置变化同样是较大的，因此导致(在给定的空间分辨率下)具有比已知方法下更小的相对误差的图像配准并且因此导致像差系数的更精确确定。

本发明理论背景的进一步说明

透镜的图像平面(垂直于透镜的对称光轴)可以通过具有原点在透镜的对称光轴(与透镜光轴一致的z轴)上的x和y轴来描述。透镜的图像平面(该平面垂直于透镜光轴，在下文中被定义为z轴)上的像差函数由下式给出：

$>>\chi >>(>\omega >)>>=>Re>\{>>A>0>ver>>\omega >‾>>+>$>