具有增強(qiáng)的電子檢測的帶電粒子顯微術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及研究從帶電粒子顯微鏡中的樣本發(fā)出的輸出電子的通量的方法，該通 量響應(yīng)于由輸入帶電粒子束照射樣本而產(chǎn)生。
[0002] 本發(fā)明另外涉及帶電粒子顯微鏡，其包括： -帶電粒子源，其用于產(chǎn)生帶電粒子照射束。 -樣本保持器，其用于保持被照射的樣本。 -粒子光柱（Co Iumn )，其用于將所述束指引到所述樣本上。 -檢測器，其用于響應(yīng)于所述照射而檢測從樣本發(fā)出的輸出電子的通量。
[0003] 如貫穿本文使用的，隨后的術(shù)語應(yīng)與下面的解釋一致地被解釋： -短語"帶電粒子"包括電子或離子(例如通常是正離子，諸如鎵離子或氦離子，然而負(fù) 離子也是可能的；所討論的離子可以是帶電原子或分子)。該術(shù)語也可以指例如質(zhì)子。 -術(shù)語"顯微鏡"指用來創(chuàng)建通常太小而不能用裸露的人眼令人滿意地詳細(xì)看到的 物體、特征或部件的放大圖像的裝置。在帶電粒子顯微鏡（CPM)中，使用所謂的"粒子光 柱"將輸入帶電粒子束指引到樣本上，粒子光柱包括可用于操縱所述束的靜電和/或磁 性透鏡的集合，用于給它提供例如某個焦點或偏轉(zhuǎn)，和/或減輕其中的一個或多個像差 (aberration)。在某類型的CPM中，不同的粒子光柱也可用于使從樣本發(fā)出到檢測器上的 帶電粒子聚焦。除了成像以外，CPM也可具有其它功能，例如執(zhí)行光譜學(xué)、檢查衍射圖、執(zhí)行 (局部化）表面改性(例如研磨、蝕刻、沉積）等。在接下來的內(nèi)容中，常常將在電子顯微鏡的 特定上下文中作為示例闡述本發(fā)明。然而，這樣的簡化只打算為了清晰/說明性目的，且不 應(yīng)被解釋為限制性的。
【背景技術(shù)】
[0004] 帶電粒子顯微術(shù)是用于使極微細(xì)的物體成像的公知和日益重要的技術(shù)，特別是以 電子顯微術(shù)的形式。歷史上，電子顯微鏡的基本類別已經(jīng)經(jīng)歷了到多個公知的裝置種類中 的演變，例如透射電子顯微鏡（TEM)、掃描電子顯微鏡（SEM)和掃描透射電子顯微鏡（STEM) 并且還到各種子種類中，例如所謂的"雙束"工具(諸如FIB-SEM)，其另外采用"機(jī)械加工"聚 焦離子束（FIB)，允許例如支持活動，諸如離子束研磨或離子束誘導(dǎo)沉積（IBID)。在TEM中， 用于照射樣本的電子束通常將比在SEM的情況下具有明顯更高的能量(例如，300 keV相對 于10 keV)，以便允許它的構(gòu)成電子穿透樣本的整個深度；由于相關(guān)原因，在TEM中研究的 樣本也將通常需要比在SM中研究的樣本更薄。在傳統(tǒng)電子顯微鏡中，成像束在給定的成 像期（session)期間的延長的時間段內(nèi)"開啟";然而，電子顯微鏡也是可用的，其中成像在 電子的相對短的"閃爍"或"爆發(fā)"的基礎(chǔ)上發(fā)生，例如當(dāng)試圖使例如移動的樣本或輻射敏 感的試樣成像時此類方法具有潛在的益處。
[0005] 當(dāng)帶電粒子束撞擊在樣本上時，它通常以引起不同類型的輸出輻射從樣本發(fā)出的 方式與樣本相互作用。此類輸出輻射可例如包括電子(包括所謂的二次電子和/或后向散 射電子)、可見光/紅外/紫外光(熒光和陰極發(fā)光）和X射線。在這些輻射類型中： -可例如使用光電倍增管（PMT)結(jié)合閃爍器來檢測電子。在這個上下文中應(yīng)注意，所 采用的PMT可基于包含倍增器電極的真空玻璃管，或可替代地采用基于固態(tài)半導(dǎo)體的檢測 元件(如在所謂的多像素光子計數(shù)器（MPPC?)/固態(tài)光電倍增器（SSPM)的情況下)。一個人 也可使用例如光電二極管單元。電荷耦合設(shè)備（CCD)或可能由閃爍器補(bǔ)充的互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體（CMOS)檢測器。 -可例如使用PMT (沒有閃爍器)、光電二極管單元、C⑶或CMOS檢測器來檢測以可見 /紅外/紫外光的形式的光子輻射。 -X射線傾向于更難檢測。用于此目的的檢測器通常相對昂貴和緩慢，且通常提供相對 有限的視場。然而，X射線檢測照慣例在執(zhí)行樣本的組合/基本分析中具有極大的用途，例 如，諸如在所謂的EDS (能量色散X射線光譜學(xué)）檢測器的情況下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明涉及這些類型的輸出輻射中的第一個，即，電子。在CPM的許多使用中，后 向散射（BS)電子傾向于比二次電子起更重要的作用，且本文可在這個上下文中各處相當(dāng)明 確地提到BS電子；然而，這不應(yīng)被解釋為對當(dāng)前的發(fā)明和權(quán)利要求的應(yīng)用的范圍是限制性 的。此外，在TEM (或STEM)的情況下，輸入電子束(實質(zhì)上）穿過樣本并作為透射的輸出電 子束出現(xiàn)，其繼續(xù)進(jìn)行到分析設(shè)備，例如熒光屏、成像照相機(jī)、EELS模塊等（EELS=電子能量 損失光譜學(xué)）；原則上，本發(fā)明也可用于分析此類透射電子。特別是在剛剛給出的說明的上 下文中，為了一般信息目的，參考下面的解釋性維基百科(Wikipedia)鏈接： http://en. wikipedia. org/wiki/Secondary electrons http: //en. wikipedia. org/wiki/Scanning electron microscope (涉及二次和后向 散射電子的檢測的章節(jié)） http://en.wikiDedia.org/wiki/Transmission electron microscopy 。
[0007] 使用從那里發(fā)出的電子通量使樣本成像采用下面的事實：對于給定的輸入束參 數(shù)，從樣本上的給定點出現(xiàn)的電子的數(shù)目和/或能量將被在所討論的點處的樣本的結(jié)構(gòu)和 /或成分影響。根據(jù)樣本上的位置記錄并在視覺上再現(xiàn)通量值可因此用于創(chuàng)建樣本(或至少 其一部分）的"圖像"。然而這個過程的問題是，所涉及的電子生成和檢測過程本質(zhì)上是"復(fù) 雜的"，尤其是作為下列內(nèi)容的結(jié)果： -電子生成過程本質(zhì)上是統(tǒng)計的，因為通常存在從樣本上的給定點發(fā)出的電子的數(shù)目 和/或能量的時間變化性(對于使用輸入束的給定模擬)。 -在CPM中的常規(guī)電子檢測涉及在給定時間窗期間累積電子能量的記錄(其后刷新/ 重置將發(fā)生)。在這個上下文中，典型的檢測器將例如不能夠辨別所記錄的累積能量是否是 由于高能電子的低通量，或是低能電子的高通量，或是混雜/混合情境。
[0008] 因此，CPM中的樣本的基于電子的圖像關(guān)于其信息內(nèi)容在本質(zhì)上是"混亂的"。
[0009] 本發(fā)明的目的是解決上面引起的問題。更具體地，本發(fā)明的目的是提供如在上 面的起首段中闡述的方法，由此，樣本的所獲取的電子圖像可(至少部分地）被"去卷積 (deconvolve)"。特別是，本發(fā)明的目的是，此類方法應(yīng)允許待執(zhí)行的樣本的更特定的電子 成像。
[0010] 在如在上面的起首段中闡述的方法中實現(xiàn)這些和其它目的，該方法的特征在于， 它包括下列步驟： -使用檢測器來攔截通量的至少一部分，以便產(chǎn)生樣本的至少一部分的像素化圖像Ij 的集合{Ij}，由此，集合{Ij}的基數(shù)是#> 1。 -對于每個圖像Ij中的每個像素 P i，確定累積信號強(qiáng)度Sij，由此產(chǎn)生信號強(qiáng)度的相關(guān) 集合{Sij}。 -使用集合{SJ來計算下列值： 每像素位置i的平均信號強(qiáng)度5·; 每像素位置i的5Ψ的方差σ 2S。 -使用這些值舜P σ \來產(chǎn)生樣本的所述部分的至少一個圖，其選自包括如下的組： 第一圖，其表示作為位置的函數(shù)的所檢測的電子的能量的變化； 第二圖，其表示作為位置的函數(shù)的所檢測的電子的數(shù)目的變化。
[0011] 關(guān)于在這里使用的術(shù)語，應(yīng)注意： -如果圖像Ij可被細(xì)分成多個(真實或虛構(gòu)的）構(gòu)成的子區(qū)，則它被認(rèn)為是"像素化 的"一其可以或可以不對應(yīng)于在其中像素化檢測器用于產(chǎn)生所討論的圖像的情況下的檢測 像素。 -所述第一和第二圖中的每個/任一個使用舜P σ \這兩個值產(chǎn)生。
[0012] 技術(shù)人員將充分理解這些要點。
[0013] 本發(fā)明采用下列見解：上面闡述的電子發(fā)射過程的統(tǒng)計性質(zhì)可被有利地采用， 而不是被視為麻煩事。發(fā)明人采用記錄樣本的多個圖像的不平常的步驟一不是為了常 規(guī)噪聲抑制目的，而是完全充當(dāng)執(zhí)行統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)。例如在吞吐量損失（throughput penalty)方面，這可通常被認(rèn)為是適得其反的，并通常增加對樣本的輻射劑量。
[0014] 然而，通過在逐個像素基礎(chǔ)上檢查這些不同的圖像且在數(shù)學(xué)上處理它們，發(fā)明人 已記錄了多個(在時間上不同的）圖像的事實允許每像素的統(tǒng)計平均/平均數(shù)（5)和方差 (〇 2S)從數(shù)據(jù)中被提取。這有效地相當(dāng)于去卷積過程，由此，兩個不同的參數(shù)可在最初在性 質(zhì)上"混雜的"數(shù)據(jù)中彼此分離。通過更詳細(xì)地考慮電子產(chǎn)生/成像過程，發(fā)明人認(rèn)識到， 舜口 σ \的提取值以不同的方式與到達(dá)檢測器的電