[发明专利]带电粒子束的空间相位操纵

说明书

本发明涉及一种用于局部操纵沿束轴(Z)传播的带电粒子波的空间相位分布的装置(1)。该装置包括支撑元件(2)以及由该支撑元件(2)支撑的多个相位调节元件(3)，该支撑元件(2)具有用于接收沿束轴(Z)传播的带电粒子波的目标区域，该多个相位调节元件(3)位于该目标区域中且用于在带电粒子波撞击相位调节元件时局部调节该带电粒子波的相位。该装置还包括连接到该多个相位调节元件以用于单独控制每一个相位调节元件的多条控制线(4)。

技术领域

本发明涉及带电粒子束操纵的领域。更具体地，本发明涉及用于局部操纵带电粒子束(例如，电子束或离子束)的空间相位分布的方法和装置。

背景技术

带电粒子束(诸如电子束)用于例如显微镜和光刻应用中。例如，在扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)中，材料的结构和接合可以特别细节地研究，例如甚至细节到原子级。

已知在电子显微镜中使用电子束的相位调制来使束成形，诸如以具有有利的束特性。例如，可以将通常被称为相位板的相位操纵元件放置在电子显微镜中的电子束中(例如，这一电子显微镜的物镜的后焦平面中)以用于对弱相物体(诸如生物样本)进行成像。此外，带电粒子束的相位调制还可以在其他应用中使用，诸如带电束光刻和带电粒子加速器。

本领域已知的这种相位操纵元件的示例包括Zernike元件(参见例如US8071954)，例如包括在其中限定有小孔的非晶碳薄膜；Boersch元件(参见例如US 5814815)，其可以在微结构化的电极内施加静电势；和/或磁性元件(例如参见US 7851757)，例如包括影响束相位的磁性或磁化材料。作为另一示例，US 2008/202918公开了一种包括导电芯相位板的相位板。导电屏蔽薄膜覆盖芯相位板的外围。

然而，相位操纵不限于弱相物体的成像。通过向带电粒子波赋予轨道角动量来产生带电粒子涡流在本领域中也是已知的。这样的涡流波可用于诸如量子信息和纳米操纵等应用中。由于带电粒子携带磁矩，因此轨道角动量和磁矩的组合可以使用户能够探测被研究材料的磁态，例如以实现材料的原子分辨率磁测绘。例如，在国际专利申请WO 2013/092762和WO 2013/092764中，公开了用于该目的的装置。

根据WO 2013/092762，该装置包括支撑元件和感生装置，该支撑元件具有用于使沿束轴传播的带电粒子波透射的目标区域，该感生装置用于感生沿细长剖面的磁通量，该细长剖面具有位于该目标区域中的自由端部。感生意味着提供细长剖面的磁通量以便在带电粒子波透射穿过目标区域时感生该带电粒子波的相位相对于束轴的角梯度。

根据WO 2013/092764，该装置包括第一导电元件和第二导电元件，该第一导电元件包括围绕轴布置的多个成角度间隔的导电体，该第二导电元件沿该轴的方向与第一导电元件间隔开。第一和第二导电元件被适配成使沿该轴传播的带电粒子束透射。连接装置提供第一导电元件和第二导电元件上的电势差。该连接装置被适配成向多个成角度间隔的导电体供应电势，以用于在带电粒子波沿轴透射时感生该带电粒子波的相位的角梯度，其中沿电势轴的投射因变于相对于该轴的角度位置而变化。

发明内容

本发明的实施例的目的是例如在电子显微镜设备、电子或离子光刻设备或使用带电粒子束的类似设备(例如，粒子加速器)中提供用于配置带电粒子波的空间相位分布的可编程、通用、良好和/或高效的装置和方法。

以上目标由根据本发明的方法和装置来实现。

本发明的实施例的优点在于，带电粒子波的相位可以被动态地编程，例如在设计约束内自由配置，例如在自由空间中实现弱相位成像光束、涡流波、非衍射光束，诸如涡流波、贝塞尔光束、艾里光束、π束、螺旋线和/或蛇形光束和/或会聚或发散的光束。

本发明的实施例的优点是可编程带电粒子透镜(例如可编程电子透镜)可以通过这样的实施例来实现。