[发明专利]在粒子光学装置中准备和成像薄片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过使用粒子光学装置来准备和成像样品的方法，粒子光学装置装备有：电子柱，其被固定在可抽真空样品室上，电子柱被装备为产生电子束，而电子束用于照射样品；拍摄系统，其用于形成由穿过样品透射的电子引起的衍射图样的电子图像；操纵器，其用于在样品室中关于电子束来定位样品，

该方法包括下列步骤：准备样品；在样品室中关于电子束来定位样品；通过使用电子柱来在拍摄系统上形成电子图像；以及根据所述第一电子图像导出样品的第一折叠写入图像(ptychographic image)，而折叠写入图像是迭代收敛过程的结果，在所述迭代收敛过程中形成样品的估计。

背景技术

这样的方法从美国专利no.US7,792,246B2中公知。使用该技术的实践结果被发表在发表于2012年3月6日的“Ptychographic electron microscopy using high-angle dark-field scattering for sub-nanometre resolution imaging”,M.J.Humphry et al.,Nature Communications,DOI:10.1038/ncomms1733，进一步被称为Humphry[-1-]。

Humphry[-1-]描述了薄样品在为了捕捉穿过样品透射的电子的衍射图样而装备有CCD照相机的扫描电子显微镜(SEM)中如何被成像。SEM被装备以产生电子束，在这个例子中是30KeV电子束，并且包括用于聚焦束的物镜和在样品之上扫描束的偏转器。束没有被聚焦在样品之上，而是欠聚焦(underfocus)被使用，导致了从物镜移除了大约3μm多的焦距，导致了在样品处大约20-40nm的束直径。经过样品的电子在照相机上形成衍射图像。一些衍射图样获取样品的重叠区域。衍射图样示出了至少0.236nm^-1的半径的信息。

衍射图像通过使用US7,792,246B2中所描述的算法被用来形成样品的折叠写入图像，更具体地是其图7和相关联的文本。

最终得到的折叠写入图像示出了0.236nm分辨率原子平面边缘(参见Humphry[-1-]的图4)。

应该注意的是，这大大好于当在样品上聚焦束到斑点的时候SEM可获得的1.2nm的分辨率，该分辨率被斑点的直径限制。

公知的方法的一个缺点是：样品必须被减薄，而且然后不得不被插入到SEM之中。氧化，或至少表面的修改，可能发生。

另一个缺点是：当样品太厚的时候，它必须被取出从而进一步被减薄。

还有另一个缺点是：难于获得低于20nm厚的样品的图像。特别是这样的样品的处理和运输是困难的，并且常常导致样品的损坏或者丢失。这样的薄样品的观察可能是重要的，因为半导体尺寸正收缩到低于所述极限。

本发明意图提供对这些问题的解决方案。

发明内容

为了那个目的根据本发明的方法特征在于：

·粒子光学装置包括固定在样品室上用于产生聚焦离子束142的聚焦离子束柱140，而聚焦离子束用于切削样品，

·准备样品牵涉关于离子束来定位样品以及通过使用聚集离子束来减薄样品，

·在形成第一图像之后，样品的层通过使用离子束来被移除，并且第二电子图像通过使用电子柱来被形成，并且

·样品的第二折叠写入图像在移除样品的层之后被形成，并且

·至少从样品通过用聚焦离子束减薄样品来被准备的时刻直到第二电子图像被采取的时刻，样品被保持在真空下。

通过原地减薄、成像和进一步减薄和观察样品，样品不用被暴露到空气，或者暴露样品到像氮气一样更加惰性的大气，样品表面被改变(修改)的机会被最小化。同样，当减薄的时候，样品没有被从样品室中移除，例如少于20nm的非常薄的样品可以被制作和成像，而不会遇到与例如重新插入样品到真空室相关联的问题。

应该注意的是，因为样品没有被从样品室中移除，而是优选地与操纵器恒定接触，样品的位置一般被知道到若干微米或者更好的精度，从而能够实现感兴趣的区域(被成像的样品的区域)的快速局部化(localization)。样品应该被从操纵器移除，然后装置中感兴趣的区域的位置丢失，并且在样品到操纵器的重新附着之后找到所述区域是费时间的过程。