CN104795302B

CN104795302B - 具有用于横切应用的过程自动化的图案识别的差分成像

Info

Publication number: CN104795302B
Application number: CN201410583821.2A
Authority: CN
Inventors: A.巴克斯鲍姆
Original assignee: FEI Co
Current assignee: FEI Co
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: US9881766B2; JP6556993B2; CN104795302A; US9297727B2; JP2015111108A; EP2869328A1; US20160211113A1; US20150136977A1

Abstract

本发明涉及具有用于横切应用的过程自动化的图案识别的差分成像。一种方法，用于通过允许操作者在过程期间拍摄多个图像来将差分成像用于涉及TEM样本的应用，所述过程涉及聚焦离子束过程并且覆盖多个图像以创建清楚地示出研磨步骤之间的差异的差分图像。该方法还涉及生成被研磨区域的实时图像，以及使用差分图像的覆盖来示出每个图像中的小改变，并因此加亮离子束研磨位置。该方法还涉及自动化创建差分图像并使用该差分图像来自动研磨后继切片的过程。

Description

具有用于横切应用的过程自动化的图案识别的差分成像

技术领域

本发明涉及带电粒子束系统，例如聚焦离子束系统。

背景技术

透射型电子显微镜（TEM）允许观察者看到纳米数量级上的极小的特征。对比于仅对材料表面成像的扫描电子显微镜（SEM），TEM还允许样本内部结构的分析。在TEM中，宽射束撞击样本，并且穿过样本透射的电子被聚焦以形成样本的图像。样本必须足够薄，以允许主射束中的许多电子穿过样本行进，并在相对侧上退出。样本，也被称作薄片（lamellae），通常小于100nm厚。

在扫描透射电子显微镜（STEM）中，主电子束被聚焦为精细的点，并且使该点跨样本表面进行扫描。穿过工件透射的电子被样本远侧上的电子检测器收集，并且图像上每个点的强度与当主射束撞击表面上的对应点时所收集的电子的数量相对应。如本文所使用的术语“TEM”，是指TEM或STEM，并且对制备用于TEM的样本的引用将被理解为也包括制备用于在STEM上查看的样本。本文所使用的术语“S / TEM”也指TEM和STEM二者。

聚焦离子束（FIB）显微镜系统产生带电粒子的窄聚焦射束，并类似于阴极射线管，以光栅方式使该射束跨样品进行扫描。与带电粒子是带负电的电子的SEM不同，FIB系统使用带电原子（下文中称为离子）来产生其射束。这些离子一般情况下带正电。

从基板去除材料以形成微观或纳米级结构被称为微机械加工、研磨或蚀刻。当离子束被引导到半导体样本上时，它将从样本的暴露表面喷射出二次电子、二次离子（i+或i−）以及中性分子和原子。通过跨样本移动射束并控制各种射束参数（例如射束电流、光斑尺寸、像素间距和停留时间），该FIB可以被操作为“原子级研磨机”，用于选择性去除在任何位置放置射束的材料。撞击样本表面的离子的剂量或数量一般是射束电流、扫描持续时间和扫描面积的函数。喷射的粒子可以被检测器感测，并且然后当入射射束与样本相互作用时，通过使此感测的数据与已知的射束位置相关联，可以为操作者产生和显示图像。确定何时停止处理被称为“终点确定”。虽然存在用于检测微加工过程何时切穿第一材料以暴露第二材料的几种已知方法，典型的是在达到材料中的变化之前停止激光处理，并且因此确定终点是更困难的。

FIB系统被用来执行显微外科手术，其用于执行设计验证或排解失败设计。这通常涉及到“切割”金属线或选择性沉积金属线，以用于将导体短路在一起。FIB“快速原型设计”经常被称为“FIB装置修正”、“电路编辑”或“显微外科”。由于其速度和有用性，对于实现有竞争力的半导体产业中所需的快速时间-市场目标来说，FIB显微外科已经变得关键。

成功利用此工具依赖于研磨过程的精确控制。当今的集成电路具有导电材料和绝缘电介质的多个交替层，其中许多层包含图案化的区域。研磨速率和离子束研磨的效果可能跨装置具有很大变化。这是终点确定难以在不具破坏性的情况下执行的原因。一般基于FIB系统的用户接口显示器上显示的图像操作者评估或者图形信息来完成终点确定。在大多数装置修正操作中，优选的是特定层一被暴露就停止研磨过程。不精确的终点确定可能导致修正的装置的错误分析。

随着半导体装置特征继续以从亚微米到低于100nm的尺寸减小，用离子束电流研磨更小和更高的纵横比已变得必要。FIB操作者依赖于使用被研磨区域的实时图像以及实时图形数据图的常规方法来确定适当的终点检测。一般地，FIB操作者在视觉上寻找研磨区域的亮度上的改变以定性地确定终点检测。这样的改变可以指示研磨穿过不同材料（如金属/氧化物界面）的过渡。操作者使用切片到切片的进展并寻找改变，该改变最终告诉操作者哪里发生研磨、样本中的改变以及朝向终点确定的进展。

现代技术有时也涉及使用双射束系统，例如FIB和SEM组合系统，其允许用户穿过样本进行切片，并创建区段“活”的图像，比如SPI（同时图案化和成像模式），用于对研磨过程的实时成像反馈。TEM样本制备终点确定是实时做出的判定，并且它可以被用在横截面图案中，但通常也以破坏性的方式对样本进行切片。此外，SPI图像往往产生更低的分辨率，这是由于图像的帧平均和高图像电子束电流。I-SPI是一种系统，其允许在各种切片之间更新图像。这些图像在每个切片处被刷新，但由于连续切片只涉及图像之间的细微改变，用户经常发现这些图像切片是非常难以跟随的。

通常存在两种不同的方式来收集FIB研磨表面的2D SEM图像的堆叠，以用于使用双平台FIB/SEM仪器的后续3D建模，即在静止或动态模式下。在FIB研磨表面的动态SEM成像（即SPI模式）中，在FIB研磨过程期间实时获取SEM图像。在静态图像获取模式下，FIB被用来切除材料并然后暂停或停止，使得可获取缓慢扫描的高分辨率SEM图像。这种类型的图像获取可以被容易地编程到自动切片和查看算法或仪器操作的间歇或I-SPI模式中。

在SPI模式下，由于离子/固体相互作用以及电子/固体相互作用，发射和检测二次电子（SE）。为了从SEM图像中的FIB研磨转出SE信号，必须通过改变三个关键的SEM成像参数来执行SEM图像获取：（i）SEM射束电流必须以大约2倍或比离子束研磨电流更大地进行操作，（ii）SEM图像必须以非常快的扫描速率被获取，以及（iii）SEM图像必须通过使用帧平均来获取（例如，对于大射束电流研磨可能需要多达32或64帧）。因此，SPI模式下获得的图像的SE SEM获取必须在通常不用于最高分辨率成像的模式下被收集。替代地，后向散射电子（BSE）SEM图像可以在SPI模式下被收集，其中来自FIB研磨的SE在BSE成像过程中产生可忽略不计的伪像。然而，SPI模式期间图像获取的时机是关键的，并且甚至SPI模式下BSE SEM图像的获取可能并非微不足道。

SPI模式下获取的SEM图像可以获得来自一个或多个切片的冗余和/或复制信息。因此，使用SPI模式，人们将必须通过图像序列手动搜索以去除冗余图像，使得准确的3D模型可以被构造。人们可以为每个保存的SE或BSE图像定时，使得其仅在完整FIB切片后发生，但是这将需要对材料溅射特性的先验知识，并且将难以确切地将SEM获取时间与FIB穿过切片所需要的时间相关联。然而，要注意的是，因为FIB研磨可以被实时监测，SPI模式对于对任何FIB操作进行终端确定是极为有用的。

用于3D建模的静态切片和查看方法的优点在于，在完成每个FIB研磨的切片之后获取高分辨率缓慢扫描SEM图像。因此，每个图像独特地对应于每个FIB切片，以用于容易的容量确定。此外，自动SEM射束偏移和自动聚焦校正可以被实现来随着分区进展保持关注区域被集中以及聚焦。

现有技术方法已经尝试通过一般地创建实时能力来计量对样本部位上关注区域的敏感性，对FIB研磨终点确定进行改进。例如，具有2005年11月15日的提交日的EP1812946 A1（也作为美国专利No. 7897918公布），标题为“用于聚焦离子束数据的系统和方法”（下文中为‘918专利）公开了一种用于通过在本地FIB系统生成图像和标绘图上使用具有增加的灵敏度的像素强度的实时图形标绘图来提高FIB研磨终点确定操作的系统和方法。这是通过接收停留点强度值并创建光栅图案数据以创建灵敏度区域来完成的。如图9示出的'918专利的图9中所示，公开了一种使用光栅图案中逐步拍摄的快照图像的方法。使用CPB系统完成帧生成。并且如所示的，使用单个切片来构成差分图像428、430。

这种方法具有许多缺点，其应当是显而易见的。此过程的准确度和时间线不允许操作者完全控制终点确定，其也将不允许操作者看到图案或缺陷中的清晰区别。此外，用于此过程的时间消耗将不允许操作者以能够使得在渐进式终点确定的同时使用的情况下实现实时终点确定的方式来执行此功能。

利用可被用来操纵终点确定的当前技术，一般存在用于使用双射束仪器收集FIB研磨的表面的一系列SEM图像的两种模式：静态模式和动态模式。在FIB研磨的表面的动态SEM成像中，在FIM研磨过程期间实时获取SEM图像。在静态图像获取模式下，FIB被用来切除材料并然后被暂停或停止，使得可以获取缓慢扫描的高分辨率SEM图像。

动态模式成像期间的一个挑战是要知道射束正击中样本的什么何处，以及在任何给定时刻样本的哪个部分正被研磨。特别是在TEM样本的制备中，用户必须实时确定何时停止减薄样本。过多减薄样本可能将其毁坏。动态模式的较低分辨率能够使得知晓多少样本已被减薄变得困难。

因此，用户通常关注从切片到切片的进展，并且查找切片到切片的改变。这有助于他了解何处正在发生研磨（射束“正击中”的地方），有助于他看到其样本中的改变，以及有助于他跟随朝向终点（用户手动停止研磨的地方，例如，终点确定）的进展。

所需要的是一种方法，其精确且高效地示出切片中的操作者改变，使得可以按更好的方式来完成实时的终点确定，该方式产生更少的错误和更高的生产能力。该方法还使其进一步具有其他自动化流程，其增加了TEM样本的吞吐量和可再现性。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种用于终点确定的改进方法，其允许操作者以可以视觉上区分切片的方式查看样本。本发明的优选实施例使用差分图像的覆盖来进一步改善I-SPI模式，并提供用于对样本进行终点确定的改进方法，其一同增加了TEM样本创建的吞吐量和可再现性。

本发明的另一个目的在于提供一种用于在执行终点确定过程时提高产量、速度和精度的改进方法。本发明的优选实施例使用差分图像的覆盖来更好地区分切片间的差异，其改善了终点确定结果的视觉对比度，这导致了提高的产量、速度和精度。通过使用覆盖，存在使用连续覆盖的潜在性，其将创建图像的管线，这允许在操作者正在处理连续图像的管线的同时处理第一组图像。这允许更快的吞吐量和更高的效率。

本发明的另一个目的在于提供一种可以被自动化的终点确定过程。本发明的优选实施例允许系统使用自动示出差分图像的覆盖中的差异的覆盖。

前述内容已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以使得可以更好地理解以下本发明的详细描述。本发明的附加特征和优点将在下文中描述。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地被用作修改或设计用于执行本发明的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，这样的等效构造没有脱离如所附权利要求中所阐述的本发明的范围。

附图说明

为了更彻底地理解本发明及其优点，现在对结合附图进行的以下描述做出参考，其中：

图1是使用常规方法的TEM样本切片的并排图像的示图；

图2示出了根据当前发明示出TEM样本制备的示图，其中该示图表示被覆盖的TEM样本的切片；

图3是标为“n”的样本TEM切片；

图3B是标为“n+1”的下一样本TEM切片；

图3C是图3A和3B的差分图像；

图3D是被处理的图3A和3B的差分图像；

图4A是铜颗粒TEM样本的横截面图像；

图4B是该系列中铜颗粒TEM样本的另一横截面图像；

图4C是铜颗粒TEM样本的横截面图像的差分；

图5A是具有切片n的TEM样本22nm平面视图；

图5B是具有切片n+1的TEM样本22nm平面视图；

图5C是与图5A和5B的切片n+1的覆盖过程图；

图5D是根据当前发明的实施例的被覆盖的差分视图；

图5E是具有标号切片n+2的22nm平面视图的TEM样本；

图5F是具有标号切片n+3的22nm平面视图的TEM样本；

图5G是图5A-5F的根据当前发明的实施例的被覆盖的差分视图；

图5H是示出了切片n+3的覆盖图像；

图5I是示出了切片n+3的差分图像；

图5J是依据当前发明示出了切片n+3的闪烁覆盖；

图6是依据本发明实施例在带电粒子束系统中使用差分成像来执行终点确定的示例性方法的流程图600；

图7描绘了配备为形成样本并将它们移动到TEM网格的示例性双射束SEM/FIB系统702；

图8a至图8e是示出了差分图像的展示A到展示E的示图；以及

图9是本文所引用的'918专利中的图9的示图。

具体实施方式

一般地，本发明提供了一种用于改善FIB研磨终点确定操作的方法。该方法涉及生成被研磨区域的实时图像，以及可被覆盖来创建差分图像的实时图像。

本发明的优选实施例使用可以创建差分图像的软件以及可以处理乃至作用于差分图像结果的控制器。差分图像能够检测跨样本未均匀地正在发生的研磨。差分图像可以被用于手动过程中，其中用户可以使用差分图像的所检测的研磨图案来校正后续研磨。

在另一优选实施例中，用户可以在自动过程中使用差分图像。例如，使用常规的自动倾斜和旋转特征，控制器可以被编程以识别研磨图案并标识研磨图案不均匀的情况。在自动过程中，控制器可以按用以校正非均匀性的某种方式来调整样本台或工件的倾斜和旋转。

差分图像是两个图像之间的减法运算的结果。如图8a和图8b所示的展示A和展示B的图片，两个图像的每一个像素中对应的灰度级信息可被减去，这将会导致针对每个像素的差分图像。

虽然这些图像看起来很相似，展示B是在大量的研磨之后，使用清洁的横截面所收集的。清洁的横截面是一种类型的研磨图案（例如，逐行而非框形区域以行进行研磨）。双射束系统操作者发现非常难以确定什么部分已改变。

图8c和图8d所示的展示C和展示D示出了所得到的差分图像。展示C是从展示B中减去展示A的结果，以及图8e所示的展示E是从展示A中减去展示B的结果。最终，这两个结果（展示C和展示D）可以在展示E中混合（例如，Photoshop中的“照亮”混合模式），来整体上示出样本中什么部分已经改变得最多。

可以几乎实时地应用这些计算来在用户接口上示出差分图像的近乎实况的版本。这将为操作者提供关于其样本中什么部分正在研磨的几乎实时的反馈，并将能够实现更高质量的样本制备，这将很大程度上改善任何可用技术来使用这样的高分辨率实时数据。差分图像可以自行显示或覆盖到常规图像上以示出FIB的研磨遍数之间什么部分已经被改变。差分图像可以被显示为最后切片上的闪烁覆盖。在其他实施例中，这些加亮了正在何处研磨离子束，即粒子束正在何处击中样本。

根据当前发明的一个实施例，公开了一种用于在样本上执行终点确定的方法。为了执行包括成像样本的过程，样本被放置在具有带电粒子束系统（例如聚焦离子束）和电子束系统二者的系统中。在将样本加载在系统中之后，电子束系统被用于在第一表面上创建图像。为了当前发明的目的，将被成像的表面是样本的横截面切片。带电粒子束被用于穿过样本进行切片，并创建新的样本表面或样本的第二表面。再一次，该电子束被用于在样本的第二表面上对样本进行成像，这再次被用于创建样本的第二横截面视图。

图1是SPI模式期间获取的SEM图像的并排图像的示图的附图，其跨越20个以上的单独保存的图像。使用常规方法，操作者将必须人工地用眼查看这些单独的切片，以确定每个切片中的微小差异来确定每个切片中差异的进展。一旦差异被确定，操作者然后可以使用该差异来确定所关注的适当区域并继续进行下一研磨步骤。例如，操作者可以使用该差异来确定其当前正被研磨的样本的哪个部分。这有助于操作者对研磨过程进行调整。这可以通过扫描旋转、射束偏移或清洁截面的线研磨增进来执行。

替代地，操作者可以使用每个渐进切片中的差异来跟随样本上研磨的进展。这允许操作者预期样本材料下次将在何处被研磨。理解了样本材料下次将在何处被研磨有助于针对终点确定的准备。应当理解的是，在另一优选实施例中，此过程的自动化是想到的。如果研磨渐进切片中的差异可以被自动标识，则控制器（未示出）可以被编程以基于所标识的图案在扫描旋转、射束偏移或清洁截面的线研磨增进方面做出调整。因此，差分图像可以被用来标识该研磨图案，其然后允许该控制器做出那些调整。研磨过程中调整也可以是自动的，例如在样本台或工件（未示出）上进行倾斜和旋转调整。允许样本台、工件或射束改变的自动控制的常规控制器和常规手段在本领域中是已知的。

根据当前发明的另一个实施例，软件被用于创建第一表面和第二表面的图像的数字版本，并且软件还被用于覆盖图像以及创建差分图像。将图像彼此进行比较，且得到的第三图像示出了由用以创建第二表面的带电粒子束构成的差异。

图2示出了使用用于TEM样本的差分图像的常规方法，其中前两个样本示出了TEM样本的渐进切片，而其中第三图像示出了差分图像，该差分图像示出了差分线201。如所示的，操作者可以查看该差分图像，并标识每个切片的渐进性质。也可以在使用常规方法的自动过程中由控制器来标识该线201，例如从扫描的图像读取数字像素（过程未示出）。

根据当前发明的方法使用软件来确定图像的每个像素中的颜色或阴影信息。各种软件能够在像素化水平下比较图像。Photoshop具有混合模式，其中在第一图像和第二图像之间比较像素。该软件允许其中将一个图像中较暗的像素由在第三图像的构成时较亮的像素所替换。在这种模式下，来自一个图像的与第二图像中像素在颜色或阴影上相同的像素被单独留在第三图像中。这创建了差分图像，其加亮了由研磨过程所构成的研磨图案中的差异。

图3A 是标为“n”的样本TEM切片，以及图3B是标为“n+1”的下一样本TEM切片。样本300具有非常难以用人眼辨别的研磨部位301。类似以上对展示C的描述，一旦图像被覆盖且差分图像被创建，图3C中示出的图像加亮了研磨中的差异。

图3D是使用软件进行减法之后的得到的差分图像。如所示的，利用差分覆盖图像，302中加亮的差异更加容易标识。

更加类似于上文示出的展示，在创建其中离子束最后研磨的加亮区的闪烁覆盖中，差分图像可以被周期性显示在最后的图像上。这也可以由控制器用于确定下一后续研磨过程的停留点，如果人们需要的话。

图4A和4B是铜颗粒TEM样本的横截面图像。再次，在常规方法中，操作者通常将必须确定这些样本表面401A中的微小差异，以确定下个或后续的研磨过程。

图4C是铜颗粒TEM样本的横截面图像的差分，其在由当前发明的研磨过程构成的差异中再次示出了加亮区。根据当前发明的方法被用来使用带电粒子束创建样本部位的许多切片或表面。后续的差分图像可以通过使用相同的方法和相同的软件来创建，以比较图像的后续切片。

如上所述，控制器可以被用来自动化SEM图像的图像收集以及差分图像的创建。控制器可以被用来通过使用来自差分图像的加亮的差异来确定后续停留点以及自动研磨表面上的后续关注区域。这些过程中使用的方法以实时反馈来执行，使得操作者可以在差分图像的创建之后立即利用FIB来研磨样本。

在当前发明的另一个实施例中，目标结构的差分图像及其相关联的获取图像可以通过图像中的低对比度差异的图像来定义。因此，这是与允许操作者使用具有从一个切片到下一个切片的差分图像的研磨进展的应用所不同的应用。另一应用中，操作者可以使用FIB研磨清洁特定层（例如，IC电路中的ILD），并在暴露下一层（例如，SiN或金属层）时，停止研磨过程。自动化系统或手动操作者可以监测差分图像，并检测图像特定部分（用户可定义的关注区域）中的对比度改变（在阈值以上）。需要微观水平下的显著操纵的自动化特征减少了人为误差并加快了整个研磨过程，其在满足给定阈值时停止研磨过程。

为了示出SEM样本的多个切片的程度，图5A示出了具有切片“n”的TEM样本500的22nm平面视图。图5B是具有切片“n+1”的TEM样本22nm平面视图。图5C是与图5A和5B的覆盖过程。图5D是根据当前发明的实施例的被覆盖的差分视图。再次，如所示的，差分图像505为与前两个图像的差异创建容易位置。图5E是具有标号切片“n+2”的22nm平面视图的TEM样本。图5F是具有标号切片“n+3”的22nm平面视图的TEM样本。图5G是图5A-5F的根据当前发明的实施例的覆盖差分视图，其中覆盖具有图像(n+1)顶部上的差分图像((n+1)-n)。如所示的，对比度允许操作者清楚地标识研磨过程的当前研磨活动。

如图5G中所示，该方法可被逆向，使得第一扫描图像被覆盖在第二扫描图像上，其创建出负逆向差分图像。随后，这些差分图像可以相互或与其他切片覆盖来加亮各种差异。

此外，使用同时图案化和成像来执行扫描的成像，其允许操作者使用FIB切除自动切片中的材料，并且在处理其他切片的同时查看算法。这允许了导致高得多的吞吐量和效率的切片的连续处理。

因此，在TEM样本制备中，该过程可提高产量、速度和精度。该过程通过对差分图像使用图案识别来促进自动终点确定。通过使用得自于CAD数据的图像，实际图像也可以与计算的图像进行比较。在捕获下个图像的同时，可执行图像处理，从而使处理图像的吞吐量加速。除TEM样本制备之外，该过程在各种应用中是有用的。该过程也可以被用在断层扫描（tomograph）中。例如，在使用低温断层扫描来查看生物样本时，该系统可以从部位A获知在部位B将找到什么，并且该系统可以在关注区域不再可见之后停止研磨。

图6是示出了依据本发明实施例的在带电粒子束系统中使用差分成像来执行终点确定的示例性方法的流程图600。该方法开始于步骤602并进行到步骤604。在步骤604处，样本被加载到带电粒子束系统中。带电粒子束系统包括离子束和电子显微镜。在步骤606处，使用离子束研磨样本，以暴露样本第一表面。在步骤608处，使用电子显微镜来形成该样本的第一表面的图像。在步骤610处，使用离子束来研磨样本的第一表面，以暴露样本的第二表面。在步骤612处，使用电子显微镜来形成样本的第二表面的第二图像。在步骤614处，通过在第一图像上覆盖第二图像来形成第三图像。第三图像是通过从第一图像中减去第二图像所形成的差分图像。第三图像示出了由用以创建第二表面的离子束研磨所构成的差异。

图7描绘了配备为形成样本并将它们移动到TEM网格的示例性双射束SEM/FIB系统702。合适的双射束系统是商业上可获得的，例如从本申请的受让方FEI公司（位于Oregon的Hillsboro）。虽然下文提供了合适硬件的示例，但本发明并不限定于以任何特定类型的硬件来实现。

双射束系统702具有垂直安装的电子束柱704和以与可抽真空样本腔708垂直成大约52度的角度安装的聚焦离子束（FIB）柱706。样品腔可以由泵系统709抽空，其通常包括涡轮分子泵、油扩散泵、离子吸气泵、涡旋泵或其他已知泵装置中的一个或多个或其组合。

电子束柱704包括用于产生电子的电子源710，例如肖特基发射器或冷场发射器，以及形成精细聚焦的电子束716的电子光学透镜712和714。电子源710通常维持在500V到30kV之间的电势，其高于通常维持在接地电势的工件718的电势。

因此，电子以大约500eV到30keV的着陆能量撞击工件718。负电势可以被施加到工件以减少电子的着陆能量，这减少了电子与工件表面的相互作用体积，从而减少了成核部位的大小。工件718可以包括例如半导体器件、微机电系统（MEMS）、数据存储装置或对其材料特性或组成所分析的材料的样本。借助于偏转线圈720，电子束716的撞击点可以被定位在工件718的表面上，并在该表面上进行扫描。透镜712和714以及偏转线圈720的操作是由扫描电子显微镜电源和控制单元722来控制的。透镜和偏转单元可以使用电场、磁场或其组合。

工件718位于样品腔708内的可移动台724上。优选地，该台724可以优选在水平面上（X轴和Y轴）以及垂直地（Z轴）移动，并且可以倾斜大约六十（60）度并绕Z轴旋转。门727可以被打开，以用于将工件718插入到X-Y-Z台724上，并且还用于维护内部气体供给贮存器（未示出），如果使用的话。该门是互锁的，使得如果样品腔708被抽空，则该门不能被打开。

安装在真空腔上的是一个或多个气体注入系统（GIS）730。每个GIS可以包括用于保持前驱或活化材料的贮存器（未示出），以及用于将气体引导到工件表面的针732。每个GIS进一步包括用于将前驱材料的供给调节到工件的装置734。在此示例中，调节装置被描述为可调整阀，但是该调节装置还可以包括，例如，经调节的加热器，其用于加热前驱材料来控制其蒸气压。

当电子束716中的电子撞击工件718时，二次电子、后向散射电子以及Auger电子被发射并且可以被检测以形成图像或者确定关于工件的信息。二次电子，例如是由二次电子检测器736（例如Everhart-Thornley检测器或能够检测低能量电子的半导体检测器装置）所检测的。来自检测器736的信号被提供给系统控制器738。所述控制器738还控制偏转器信号、透镜、电子源、GIS、台和泵，以及仪器的其他项。监视器740被用来显示用户控制和使用该信号的工件的图像。

通过泵系统709在真空控制器741的控制下来抽空该腔708。真空系统在腔708内提供大约7×10^-6mbar的真空。当合适的前驱或活化剂气体被引入到样本表面上时，腔背景压强可能上升，通常上升至大约5×10^-5毫巴。

聚焦离子束柱706包括上颈部744 ，离子源746和聚焦柱748位于该上颈部744内，该聚焦柱748包括提取器电极750和包括物镜751的静电光学系统。离子源746可以包括液体金属镓离子源、等离子体离子源、液体金属合金源或任何其他类型的离子源。聚焦柱748的轴与电子柱的轴倾斜52度。离子束752从离子源746穿过聚焦柱748并且在静电偏转器754之间朝向工件718传递。

FIB电源和控制单元756在离子源746处提供电势。离子源746通常维持在1kV和60kV之间的电势，其高于通常维持在接地电势的工件的电势。因此，离子以大约1eV到60keV的着陆能量撞击工件。FIB电源和控制单元756被耦合到偏转板754，该偏转板754可以使得离子束在工件718的上表面上描绘出对应图案。在一些系统中，如本领域中所公知的，偏转板被放置在最后的透镜之前。当FIB电源和控制单元756将消隐电压施加到消隐电极时，离子束聚焦柱748内的射束消隐电极（未示出）使得离子束752撞击到消隐孔（未示出）而不是工件718上。

离子源746通常提供带单正电的镓离子的射束，其可以在工件718处被聚焦成十分之一微米宽的子射束，以用于通过离子研磨、增强蚀刻、材料沉积来修改工件718，或用于对工件718成像。

微型操纵器757，例如来自得克萨斯州的达拉斯的Omniprobe公司的AutoProbe200™，或来自德国Reutlingen的Kleindiek Nanotechnik的Model MM3A，可以精确地移动所述真空腔内的对象。微操纵器757可以包括位于真空腔外部的精确电动马达758，以提供位于真空腔内的部分759的X、Y、Z和theta控制。微操纵器757可以安装有不同的末端执行器，以用于操纵小对象。在本文中所述的实施例中，末端执行器为薄探头760。微操作器（或微探针）可以被用来将TEM样本（其通常通过离子束已从基板释放）传送到TEM样本保持器761中的TEM网格以用于分析。台724还可包括安装在其上的倒装台（未示出），例如Asselbergs等人的美国专利公开No. 20040144924的“用于样本的制造和传输辐射的方法以及粒子光学系统”中所描述的，本发明的申请人拥有该专利，并且该专利通过引用结合在本文中。在倒装台上安装TEM网格允许改变TEM网格的取向，并且随着台的旋转，允许样本可以在期望的取向上被安装。

系统控制器738控制双射束系统702的各个部分的操作。通过系统控制器738，用户可以使离子束752或电子束716以期望的方式通过输入到常规用户接口（未示出）的命令进行扫描。替代地，系统控制器738可以根据编程指令来控制双射束系统702。图7是示意性表示，其并不包括典型双射束系统的所有元件，并且其不反映所有元件的实际外观和尺寸，或所有元件之间的关系。

本发明的实施例涉及一种用于利用带电粒子束系统和电子束在样本上执行终点确定的方法。所述方法包括：将所述样本加载到所述带电粒子束系统和电子显微镜中；使用所述电子显微镜在第一表面上对所述样本进行成像，从而创建第一图像，所述第一图像是所述样本的横截面视图；使用所述样本的第一表面上的带电粒子束来创建所述样本的第二表面；使用所述电子显微镜在所述样本的第二表面上对样本进行成像，从而创建第二图像，所述第二图像是所述样本的横截面视图；使用软件来将所述第二图像覆盖在所述第一图像上，并通过使用所述软件创建差分图像来比较图像，并从所述第一图像减去所述第二图像，其产生第三图像，所述第三图像示出了由创建所述第二表面的带电粒子束所构成的差异。在本发明的至少一个替代实施例中，软件被用来将所述第一图像覆盖在所述第二图像上，并通过使用所述软件创建差分图像来比较图像，并从所述第二图像中减去所述第一图像，其产生第三图像，所述第三图像示出了由创建所述第二表面的带电粒子束所构成的差异。

该方法的至少一个实施例还包括具有如下步骤：使用软件来确定哪个像素更暗，所述软件可以使用图像的每个像素中的颜色信息。

该方法的至少一个实施例还包括将像素与所述第一图像和所述第二图像进行比较，并将一个图像中较暗的像素由在第三图像的构成时较亮的像素所替换，并且其中来自一个图像的与所述第二图像中的像素在颜色上相同的像素，在所述第三图像中不改变像素颜色。

该方法的至少一个实施例还包括：在第二图像上的闪烁覆盖中周期性地显示所述第三图像，从而创建其中离子束最后研磨的加亮区。

该方法的至少一个实施例还包括以下步骤：在所述样本的第二表面上使用带电粒子束来创建所述样本的第三表面，并使用电子显微镜在所述样本的第三表面上对所述样本进行成像，从而创建第四图像，所述第四图像是所述样本的横截面视图；以及使用软件将所述第四图像覆盖在所述第二图像上，从而创建差分图像，所述差分图像示出了由用以创建第三表面的带电粒子束所构成的差异。

该方法的至少一个实施例包括使用控制器来自动化所述第一和第二图像的图像收集以及第三差分图像的创建。

该方法的至少一个实施例还包括：使用所述控制器来使用所述第三差分图像以使用来自所述差分图像的差异自动研磨所述第二表面。

该方法的至少一个实施例包括：通过由所述控制器使用所述第三差分图像来确定表面的停留点。

该方法的至少一个实施例包括：执行计算以创建差分图像，其中所述计算是在实时反馈中完成的，使得操作者能够在所述差分图像的创建之后立即利用聚焦离子束来研磨样本。

该方法的至少一个实施例包括：使用同时图案化和成像来执行所述第一和第二图像的成像，其使用聚焦离子束来切除自动切片中的材料并查看算法。

该方法的至少一个实施例包括：检测和使用二次电子，所述二次电子被发射以创建图像。

虽然本发明及其优点已经被详细描述，但应当理解的是，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，本文可以做出各种改变、替换和变更。例如，TEM样本的被覆盖的差分图像的使用能够被用于断层扫描术的领域中，断层扫描术包括自动衍射断层扫描。该方法是从“Towards automated diffraction tomography: Part I -Dataacquisition”，U. Kolb等，Ultramicroscopy，107 (2007) 507-513所获知的。当前发明的实施例的教导能够被应用于许多不同领域，包括研究生物样本的使用。其也可以被用于低温断层扫描术的领域中，其中可以提供一种系统来从部位A寻找关注的区域，并使用发现结果来教导系统在部位B中找到关注的区域。在将关注的区域从样本部位移除之后，断层扫描术可以被用于停止研磨序列。本发明还可以被应用于IR CE应用和地下成像。

Claims

1.一种用于利用带电粒子束系统在样本上执行终点确定的方法，其包括：

将样本加载到带电粒子束系统中，所述带电粒子束系统包括离子束和电子显微镜；

使用所述离子束研磨所述样本以暴露所述样本的第一表面；

使用所述电子显微镜形成所述样本的第一表面的第一图像；

使用所述离子束研磨所述样本的第一表面，以暴露所述样本的第二表面；

使用所述电子显微镜形成所述样本的第二表面的第二图像；

通过将所述第二图像覆盖在所述第一图像上，形成第三图像，所述第三图像是通过从所述第一图像减去所述第二图像形成的差分图像，所述第三图像示出由进行研磨以创建所述第二表面的所述离子束所构成的差异，

其中，创建所述第三图像包括确定所述第一图像的一个或多个像素的灰度级是否比所述第二图像的对应像素的灰度级更暗；以及

通过将所述第一图像覆盖在所述第二图像上，形成第四图像，所述第四图像是通过从所述第二图像减去所述第一图像形成的差分图像，所述第四图像示出由进行研磨以创建所述第二表面的所述离子束所构成的差异。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过将所述第三图像中较暗的像素由所述第四图像中较亮的对应像素所替换，以及将所述第四图像中较暗的像素由所述第三图像中较亮的对应像素所替换，形成第五图像。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第三图像、所述第四图像或者所述第五图像能够被周期性地显示在所述第二图像上的闪烁覆盖中，从而创建示出所述离子束最后在何处研磨的加亮区。

4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：

使用所述离子束研磨所述样本的第二表面，以创建所述样本的第三表面；

使用所述电子显微镜对所述样本的第三表面进行成像，从而创建所述样本的第六图像；以及

将所述第六图像覆盖在所述第二图像上，从而创建差分图像，所述差分图像示出了由用以创建所述第三表面的带电粒子束所构成的差异。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，控制器被用于自动化所述第一图像和所述第二图像的图像采集以及第三差分图像的创建，所述控制器包括计算机处理器和计算机可读存储器。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述控制器使用所述第三差分图像来基于来自所述差分图像的差异自动研磨所述第二表面。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述离子束在所述样本的表面上的停留点能够由所述控制器使用所述第三差分图像来确定。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：执行计算以基本上在实时反馈中创建差分图像，使得所述带电粒子束系统的操作者能够在所述差分图像的创建之后立即利用所述离子束研磨样本。

9.一种用于利用带电粒子束系统在样本上执行终点确定的方法，其包括：

使用所述离子束研磨所述样本以暴露所述样本的第一表面；

使用所述电子显微镜形成所述样本的第一表面的第一图像；

使用所述电子显微镜形成所述样本的第二表面的第二图像；

通过将所述第一图像覆盖在所述第二图像上形成第三图像，所述第三图像是通过从所述第二图像减去所述第一图像形成的差分图像，所述第三图像示出由进行研磨以创建第二表面的所述离子束所构成的差异，其中，创建所述第三图像包括确定所述第二图像的一个或多个像素的灰度级是否比所述第一图像的对应像素的灰度级更暗；以及

通过将所述第一图像覆盖在所述第二图像上形成第四图像，所述第四图像是通过从所述第二图像减去所述第一图像形成的差分图像，所述第四图像示出由进行研磨以创建第二表面的所述离子束所构成的差异。