带电粒子显微成像方法技术

本发明专利技术涉及带电粒子显微成像方法。利用带电粒子显微镜法研究样本的方法包括：在多个测量会话中利用带电粒子射束辐照样本表面，每个测量会话都具有不同的射束参数值；在每个测量会话期间检测样本的受激辐射，将被测量与其相关联并为每个测量会话记下被测量的值，从而允许汇集数据对{Pn，Mn}的数据集合，其中，通过如下步骤自动处理该数据集合：定义点扩展函数，对于n的每个值，其具有核值Kn；定义空间变量，其表示样本的作为其体积内的位置的函数的物理性质；定义成像量，对于n的每个值，其具有值Qn=Kn*V；对于n的每个值，确定minD(Mn║Kn*V)，其中在对值Kn施加约束的同时求解V。

【技术实现步骤摘要】
带电粒子显微成像方法本专利技术涉及一种利用带电粒子显微镜法研究样本的方法，包括以下步骤：-在多个（N）测量会话中利用带电粒子的探测射束辐照样本的表面，每个测量会话都具有相关联的射束参数（P）值，该值是从一定范围的这种值中选择的并且在多个测量会话之间是不同的；-在每个测量会话期间检测样本发射的受激辐射，将被测量（M）与其相关联并为每次测量会话记下该被测量的值，因此使得汇集了数据对{Pn，Mn}的数据集合（S），其中n是范围1≤n≤N中的整数。本专利技术还涉及一种执行这种方法的设备。开头段落中所提出的方法是从美国专利US5412210已知的，并且该方法利用了如下领悟：即改变扫描电子显微镜（SEM）中的主要射束能量导致在被研究样本内部的更深的穿透。原则上，可以使用这样的方法来产生样本中的关注区域的准层析X射线照片。迄今为止，利用这种方法的尝试涉及利用越来越大的主要射束能量获取两个或更多图像，调节图像之间的对比度，以及然后从高能量图像减去低能量图像以暴露样本中的隐藏的层。这种已知方法的缺点是仅可以利用关于样本的成分和几何形状的知识来执行所述图像间对比度调节（其是关键步骤）。因此，这项技术的以前的应用往往将其自身限制到晶片缺陷检查和其他半导体应用，其中对样本的（默认）成分和几何形状一般有很好的先验知识。由于所需的成分和几何信息对于生物样本来说典型地是不可用的，所以已知技术尚未成功应用于生命科学中的研究。开头段落中提出的方法还是从共同未决的欧洲专利申请EP-A11163992（FNL1015）已知的，该申请与本专利技术具有共同的专利技术人。在所述申请中，通过一定范围的不同射束参数下的SEM电子束来探查样本，并且测量从样本发射的反向散射（BS）电子的强度。接下来通过利用来自一系列盲源分离技术的二阶和更高阶的统计对来自样本内的不同层深度（z水平）的信号去卷积，来对这样获得的数据自动地进行处理。通过这种方式，能够针对所述不同层深度的集合计算对应的样本图像集合。前面的段落中的方法的缺点是，其假设探测电子束与样本的相互作用区在形状上基本上仅是纵向的（即，基本上沿z轴是一维的），其中基本上没有横向扩散（即，沿x/y轴没有更高维度的分量）。尽管这样的简化能够与特定状况（例如在使用具有相对低的着陆能量的探测电子束时）中的现实相对密切地相关，但在其他状况下其可能更显著地偏离现实，所述其他状况例如为：在使用相对高的着陆能量时，或使用特定形状的射束/源时，或以非垂直入射角探查样本时，或检测发自样本的X射线而非BS电子时，或者这样的情形的组合。在诸如这些情况的实例中，计算出的图像集合的精确度/有用性一般不够。本专利技术的目的是解决上述问题。更具体而言，本专利技术的目的是提供一种带电粒子显微成像方法，其有助于其中样本包括未知的成分/几何形状的应用，并且其允许对所测得的数据的自动去卷积以及亚表面图像的自动产生。具体而言，本专利技术的目的是，这样产生的图像应当是三维的，从而即使在不能将探测带电粒子束与样本的相互作用区简化为（准）一维形式的状况下也产生可靠的成像结果。这些和其他目的在如开头段落中所述的方法中被实现，该方法的特征在于，采用数学技术以包括以下步骤的方式自动处理数据集合（S）：-定义点扩展函数（PSF）（K），对于n的每个值，所述点扩展函数具有核值Kn，所述核值Kn表示针对射束参数值Pn探测射束在样本的体积中的行为；-定义空间变量（V），所述空间变量表示所述样本的作为在其体积内的位置的函数的物理性质（O）；-定义成像量（Q），对于n的每个值，所述成像量具有值Qn，所述值Qn是Kn和V的三维卷积，使得Qn=Kn*V；-对于n的每个值，通过计算确定Mn和Qn之间的最小偏差minD(Mn║Kn*V)其中在对值Kn施加约束的同时求解V。本专利技术采用了使得能够开发出上述数学方法的多个领悟。具体而言，专利技术人意识到：-与样本中的受激辐射相关联的信号—诸如BS电子、二次电子和X射线—一般从在其可检测范围之内的所有产生深度产生充分的信息。-各种类型的样本（包括着色的生物样本和聚合物）中的受激辐射的PSF通常是（高度）线性的。-在一定范围的应用中遇到的复杂样本中，假定不同的层可能包含不同的结构和宽范围的局部密度和布局变化，则来自样本中位于不同深度的水平的信号往往在统计学意义上是高度独立的。考虑到这些领悟，可以将本专利技术的方法解释如下。-可以将线性样本中的图像I（例如BS图像）的形成描述为PSFK和空间变量V的三维（3D）卷积，空间变量V表示样本的作为其体积内的位置的函数的某物理性质（O）（例如着色浓度），即：I可被描述为K*V。-如果探测射束的射束参数（P）变化，则K的3D形状一般也将变化。例如，如果主要射束着陆能量增大，PSF将在z方向上显著扩展，但是如果所采用的着陆能量充分高则PSF还将在x/y方向上扩展。对于在不同着陆能量En下获得的测量结果系列n=[1,...,N]中的分量图像In而言，分量图像的形成是使得：In可被描述为Kn*V。-本专利技术的去卷积过程由通过计算恢复各个核Kn连同未知的空间变量V而组成。这可以通过使估计的未知变量和观测到的图像序列之间的偏差（距离）D最小化来实现：minD(In║Kn*V)。-如果假设人们对样本或PSF核都一无所知，则获得3D盲去卷积任务。另一方面，如果能够对变量Kn应用约束（例如根据模拟、经验测量结果等，见下文），那么仅需要针对空间变量V进行优化，从而导致以下的同时优化任务：minD(I1║K1*V),…minD(IN║KN*V),可以从其中求解V。在以上（以及还有以下）的论述中，应当明确指出：-所测的受激辐射无需包括BS电子：也可以采用其他类型的受激辐射，诸如例如二次电子或X射线辐射。-改变的射束参数（P）无需是着陆能量（射束能量）：相反，可以选择改变诸如例如射束收敛角（入射角）或射束焦深（穿透深度）的射束参数。还应当指出，在改变P时，可以选择以恒定的增量ΔP或可变的增量或者这两者的混合来改变它。-提到的图像I不能被直接观测到—相反它必须要间接地从特定被测量的M的测量结果中推测出来。该被测量的M例如可能是检测器电流（例如，在检测作为受激辐射的电子时）或强度（例如在检测作为受激辐射的X射线时）等。-提到的物理性质O无需是着色剂浓度—其也可以是诸如例如原子密度或二次发射系数的性质。-通常，根据本专利技术的方法不（直接）导致对作为样本体积之内的位置的函数的性质O的绝对确定。相反，它允许确定与O相关联的空间变量V的局部值，例如O在整个样本内的相对变化。-带电粒子探测射束无需是电子束：例如，其也可以是离子束。就此而言，熟练的技术人员将认识到，在离子束（例如镓或氦离子的射束）与样本交互作用时，它一般也将产生如上所述的受激辐射。-在物体的空间维度（例如PSF或卷积）及其包括的变量的数目之间存在差异。例如，在空间上三维的PSF可以是（很多）多于三个变量的函数。同样重要的是要指出，这样的变量可能是例如矢量和或标量。-去卷积过程期间对值Kn应用的“约束”是在事后，而不是从一开始就应用。换言之，代入卷积Qn=Kn*V的值Kn是一般的，并且仅在下一次去卷积期间才应用所尝试的简化。为了更好地理解这种差异，可以类比对两个函数之积求积分的问题。在这种状况下，一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用带电粒子显微镜法研究样本的方法，包括以下步骤：??在多个（N）测量会话中利用带电粒子的探测射束辐照样本表面，每个测量会话都具有相关联的射束参数（P）值，所述相关联的射束参数（P）值是从一定范围的这种值中选择的并且在多个测量会话之间是不同的；??在每个测量会话期间检测样本发射的受激辐射，将被测量（M）与其相关联并为每个测量会话记下该被测量的值，从而允许汇集数据对{Pn，Mn}的数据集合（S），其中n是范围1≤n≤N中的整数，其特征在于，采用数学技术以包括如下步骤的方式自动处理所述数据集合（S）：??定义点扩展函数（K），对于n的每个值，所述点扩展函数具有核值Kn，所述核值Kn表示针对射束参数值Pn探测射束在所述样本的体积内的行为；??定义空间变量（V），所述空间变量表示所述样本的作为其体积内的位置的函数的物理性质（O）；??定义成像量（Q），对于n的每个值，所述成像量具有值Qn，所述值Qn是Kn和V的三维卷积，使得Qn?=?Kn?*?V；??对于n的每个值，通过计算确定Mn和Qn之间的最小偏差min?D?(Mn║Kn?*?V)其中在对值Kn施加约束的同时求解V。

【技术特征摘要】
2011.08.10 EP 11177091.31.一种利用带电粒子显微镜法研究样本的方法，包括以下步骤：-在多个（N）测量会话中利用带电粒子的探测射束辐照样本表面，每个测量会话都具有相关联的射束参数（P）值，所述相关联的射束参数（P）值是从一定范围的这种值中选择的并且在多个测量会话之间是不同的；-在每个测量会话期间检测样本发射的受激辐射，将被测量（M）与其相关联并为每个测量会话记下该被测量的值，从而允许汇集数据对{Pn，Mn}的数据集合（S），其中n是范围1≤n≤N中的整数，其特征在于，采用数学技术以包括如下步骤的方式自动处理所述数据集合（S）：-定义点扩展函数（K），对于n的每个值，所述点扩展函数具有核值Kn，所述核值Kn表示针对射束参数值Pn探测射束在所述样本的体积内的行为；-定义空间变量（V），所述空间变量表示所述样本的作为其体积内的位置的函数的物理性质（O）；-定义成像量（Q），对于n的每个值，所述成像量具有值Qn，所述值Qn是Kn和V的三维卷积，使得Qn=Kn*V；-对于n的每个值，通过计算确定Mn和Qn之间的最小偏差minD(Mn║Kn*V)其中在对值Kn施加约束的同时求解V。2.根据权利要求1所述的利用带电粒子显微镜法研究样本的方法，其中对值Kn的所述约束是利用从包括如下各项的组中选择的至少一种方法而导出的：-对至少一组值Kn进行计算模拟；-通过经验确定至少一组值Kn；-将所述点扩展函数（K）模型化为具有有限数量的模型参数的参数化函数，在此基础上可以估计至少一组值Kn；-逻辑解空间限制，由此丢弃被判定为物理上无意义的理论可能值Kn；-通过对第一组值Kn应用外插和/或内插来推导第二组值Kn。3.根据权利要求2所述的利用带电粒子显微镜法研究样本的方法，其中借助于从包括蒙特卡罗模拟、有限元分析及其组合的组中选择的技术来执行所述计算模拟。4.根据任一在先权利要求所述的利用带电粒子显微镜法研究样本的方法，其中所述最小偏差是从包括最小二乘距离、Csiszar-MorimotoF偏差、Bregman偏差、α-β偏差、Bhattacharyya距离、Cramér-Rao边界、它们的衍生物及其组合的组中选择的。5.根据权利要求1-3中任一项所述的利用带电粒子显微镜法研究样本的方法，其中：-所述射束参数（P）是从包括射束能量、射束收敛角和射束焦深的组中选择的；-所述受激辐射是从包括二次电...

【专利技术属性】
技术研发人员：F布格霍比尔，BH利希，CS库伊曼，EGT博施，AF德琼格，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：