CN105914159A - 利用已知形状薄片自动s/tem采集和计量的图形匹配 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用已知形状薄片自动S/TEM采集和计量的图形匹配。一种方法，所述方法用于在电子显微镜，如SEM、TEM或STEM中将在薄片中感兴趣区域中的特征自动成像而不需要先行了解待成像特征，因此使得能够通过从第一图像位置步进来获得多个电子显微图像，而不需要使用对单独图像特征的图像识别。通过消除对图像识别的需要，可以获得图像采集率的实质性增加。

Description

利用已知形状薄片自动S/TEM采集和计量的图形匹配

技术领域

本发明涉及用于由电子显微镜分析的样品的制备和样品处理的方法。

背景技术

半导体制造，诸如集成电路的生产，通常需要光刻技术的使用。电路形成于其上的半导体衬底，通常是硅晶片，由诸如光阻材料的材料涂覆，当暴露在辐射中时该材料改变溶解度。定位在辐射源和半导体衬底之间的光刻工具（诸如掩膜板或光罩）投射阴影以便控制衬底中暴露至辐射中的那些区域。在曝光之后，从已曝光的或未曝光的区域中的任一者移除光阻材料，将带图形（pattern）的光阻材料层留在晶片上，其在后续蚀刻或扩散工艺期间保护晶片的部分。

光刻技术工艺允许通常称作“芯片”的多个集成电路器件或机电装置形成在各个晶片上。晶片于是被切割成单独的裸片，每个裸片包括单个集成电路器件或机电装置。最终，这些裸片经受额外的操作并且包装成单独的集成电路芯片或机电装置。

在制造工艺期间，曝光和焦距中的变化要求持续地监测或测量由光刻工艺显影的图形，以便确定图形的尺寸是否在可接受的范围内。这样的监测通常称作过程控制，其重要性随着图形尺寸变得更小而显著地增加，尤其是当最小特征尺寸接近由光刻工艺可达到的分辨率极限时。为了达到甚至更高的器件密度，需要越来越小的特征尺寸。这可以包括互连金属线的宽度和间距、接触孔和过孔的间距和直径，以及诸如各种特征的转角和边缘的表面几何结构。晶片上的特征是三维结构并且完全的表征必须不仅描述表面尺寸（诸如线或沟槽的顶宽），而且需要描述特征的完整三维轮廓。工艺工程师必须能够准确地测量这种表面特征的临界尺寸（CD）以便精细调整制造工艺以及确保期望的器件几何结构。

通常地，利用诸如扫描电子显微镜（SEM）的仪器做出CD测量。在扫描电子显微镜（SEM）中，主电子束聚焦于精细的束斑，其扫描待观测的表面。由于二次电子受到主电子束的撞击，二次电子从表面发射出。当电子束撞击表面上的对应点时，探测二次电子，并且形成图像，图像的每个点处的亮度由探测到的二次电子的数量决定。然而，随着特征继续变得越来越小，将到达这样的情况，其中待测量的特征对于普通SEM提供的分辨率而言过于小。

透射电子显微镜（TEM）允许观测者看到纳米数量级的极小的特征。与SEM不同，SEM仅将材料的表面成像，而TEM允许分析样品的内部结构的额外的能力。在TEM中，宽束撞击样品并且透射穿过样品的电子聚焦以形成样品的图像。样品必须足够薄以允许主电子束中的许多电子行进穿过样品并且在相对位置上出射。样品通常具有小于100 nm的厚度。

在扫描透射电子显微镜（STEM）中，主电子束聚焦于精细束斑，并且跨越样品表面扫描该束斑。透射穿过衬底的电子由在样品的远侧上的电子探测器收集，并且图像上每个点的强度对应于当主电子束撞击表面上的对应点时所收集到的电子的数量。

随着半导体几何结构持续缩小，制造者愈加依赖于透射电子显微镜（TEM）来监测工艺、分析缺陷和研究界面层形态。本文中使用的术语“TEM”指的是TEM或STEM，并且提及制备用于TEM的样品应当理解为也包括制备用于在STEM上观察的样品。由于样品必须非常薄以便用透射电子显微镜（不论TEM或STEM）观察，样品制备都会是精细的、耗时的工作。SEM和S/TEM不限于仅半导体制造，而是使用在需要观测极小特征的多种应用中。例如，在生命科学中，从在切片机上制备的样品的感兴趣区域获取图像。

从块体样品材料切下的薄TEM样品称作“薄片”（单数，“薄片”）。薄片通常具有小于100 nm的厚度，但是对于某些应用，薄片必须显著地更薄。由于在30 nm及以下的先进半导体制造工艺，薄片需要在厚度上小于20 nm以便避免小尺度结构当中的重叠。当前，30 nm以下的减薄是困难并且不稳固的。样品中的厚度变化导致薄片弯曲、过度铣削或其它灾难性的缺陷。对于这样的薄样品，薄片制备在TEM分析中是关键步骤，其有效地确定结构表征和最小和最关键的结构的分析的质量。

已知用于制备TEM试样的一些技术。这些技术可以包括劈裂、化学抛光、机械抛光或宽束低能离子铣削或结合上述中的一种或更多种。这些技术的缺点在于，它们不是位点特异的，并且通常需要将起始材料切分为越来越小的片，因此大幅破坏了原始样品。

通常称作“提取”技术的其它技术使用聚焦的离子束从衬底或块体样品切割样品而不破坏或损坏衬底的周围部分。这样的技术在分析集成电路制造中所使用的工艺的结果以及物理或生物科学常用的材料中是有用的。这些技术能够被用于以任何取向（例如，在截面图或平面图的任一者中）分析样品。某些技术抽取足够薄的样品以便直接用于TEM中；其它技术抽取观测前需要额外减薄的“厚块”或大的样品。此外，这些“提取”试样也可以由除TEM之外的其它分析工具直接分析。在聚焦的离子束（“FIB”）系统真空室内从衬底抽取样品的技术一般称作“原位”技术；真空室外的样品迁移（如当整个晶片被转移至用于样品迁移的另一工具时）称作“非原位”技术。

在抽取前已充分减薄的样品通常被转移至并安装于以薄电子透明膜覆盖的金属栅格上以便观察。图1示出了安装至现有技术的TEM栅格10上的样品。典型的TEM栅格10由铜、镍或金制成。尽管尺寸可以变化，但是典型的栅格可以具有例如3.05 mm的直径和具有中间部分12，该中间部分12由90×90 μm²大小的单元14和具有35 μm的宽度的栅条17构成。碰撞电子束中的电子将能够穿过单元14，但将由栅条17阻挡。中间部分12由边缘部分16围绕。边缘部分的宽度是0.225 mm。除了取向标记18之外，边缘部分16不具有单元或孔。薄碳膜19附接至TEM栅格10的底侧。待分析的TEM试样放置或安装在单元14内于碳膜19的顶部上。

在一种通常使用的非原位样品制备技术中，利用电子束沉积或离子束沉积将诸如钨的材料的保护层22沉积在样品表面21上的感兴趣区域上，如图2中所示。接着，如图3-4中所示，利用高射束电流以及相对应地大的束尺寸的聚焦离子束被用于将大量的材料从感兴趣区域的前部和后部铣削掉。两个铣削后的矩形沟槽24和25之间的剩余材料形成包括感兴趣区域的竖直的薄样品部段20。在铣削中使用的FIB（未示出）的角度通常是从样品表面21成90°的角度。这允许FIB笔直地向下铣削。在感兴趣区域的后侧上所铣削的沟槽25小于前沟槽24。较小的后沟槽主要是为节约时间，而且较小的沟槽也防止完成的样品翻倒恰好进入更大的铣削沟槽内，这可以使得在显微操作运行期间很难移动试样。当样品部段20最终被抽取出时，其将水平地放置TEM/STEM栅格上，显露出TEM的法向观察侧23。

如图5中所示，一旦试样达到期望的厚度，则工作台倾斜并且部分地沿着样品部段20的周界以一定角度做出U形切口26，保持由突出部28在样品的顶部处的任一侧悬挂样品。切出的样品部段20具有矩形形状的TEM法向观察侧23。在样品被完全FIB抛光之后，小突出部28允许最少量的材料被自由铣削，减小聚集在薄试样上的制品重新沉积的可能性。于是利用逐渐更精细的束大小，样品部段进一步被减薄。最终，突出部28被切除以使减薄的薄片27完全自由。当薄片27被切出并且水平地放置时，薄片27通常是矩形形状。在材料的最终的突出部被切除之后，可以观察到薄片27在沟槽中轻微地移动或翻倒。

在非原位过程中，包含薄片27的晶片从包含FIB的真空室移出，并且放置在设有显微操纵器的光学显微镜下方。附接至显微操纵器的探针定位在薄片之上并且小心地下降以便与其接触。静电力将薄片27吸引至探针末梢28（图6中所示），或显微操纵器可以具有中空中心，其中其可以创建通过探针末梢的真空以固定薄片。带有附接的薄片27的末梢28接着通常被移动至TEM栅格10，如图7中所示，并且下降直至薄片27被放置在栅格上栅条17之间的单元14中的一个中。图8是薄片27在传统的碳栅格上的照片。如图8所示，即使薄片27成功地运送至碳膜19上，薄片27的取向也很难确定。由于薄片通常是矩形形状，因此难以确定在将薄片27从真空室移动至碳栅格13的过程期间薄片27是转动了180°还是被倒置了。图9示出了碳栅格13。碳栅格13通常包含5×5 μm的孔81。孔81未按比例绘制。图10是示出了薄片27放置在碳膜19上并且感兴趣区域82直接放置在相当大小的孔81之上的实际照片。

尽管非原位方法不需要真空室内的劳动密集和耗时的操纵，但是它们是不可靠的并且需要大量的操作者经验。即使对于有经验的操作者，成功范围也仅是大约90％。定位薄片位置可以是耗时和困难的，并且抽取探针必须非常小心地移动到位以避免破坏样品或探针末梢。一旦薄片被完全释放，其可以不可预料的方式移动；其能够在沟槽中翻倒，或在某些情况中其能够实际上由静电力向上推动并且推出沟槽。这种运动能够使得难以使用抽取探针定位和/或拾起薄片。探针和样品之间的静电引力也在某种程度上是不可预料的。在某些情况中，薄片可能不停留在探针末梢上。与此不同，其能够跳跃至探针的不同部分。在其它情况中，当样品被移动时，薄片可能掉落。如果薄片成功地转移至TEM栅格，则会难以使薄片附连至栅格支撑膜而不是探针末梢。薄片将通常紧附于探针末梢并且必须基本上被去除至膜上。因此，当将薄片转移至TEM栅格时，难以控制薄片准确的放置或取向。薄片通常具有旨在成像的感兴趣区域。如果薄片27接近栅条17，则通常难以确定感兴趣区域是否恰当地放置在碳栅格上，以及难以确定感兴趣区域是否恰当地与碳膜中的孔对准。

有经验的非原位拉拔用户能够基于光学成像系统使用标准玻璃棒显微操纵器来移动薄片27和使其定向，但是在拉拔和放置过程期间，薄片27上的任何无法预料的动作都将消除定向的任何把握。在该过程期间，无法预料的动作发生在大约25％的时间中。此外，将样品设置在非常具体的感兴趣区域内的能力具有大量的不确定性。传统的TEM操作需要人来在视觉上定位工作台并且将其驱动至ROI，并且接着增大放大倍数至期望的视场。接着移动工作台并且以期望间隔取得图像。

当前，操作者将在配方编辑器（Recipe Editor）中书写程序，其使用在薄片窗口中的感兴趣的器件或区域的具体的图形匹配。这需要先前已知在器件上使用图形匹配的器件结构/形状以及多个配方或配方中的分支以适应各个样品类型。操作者必须接着加载具体配方来匹配样品类型。然而，许多客户具有必须检查的许多不同类型的器件，并且非器件专用的通用配方将消除在将配方匹配至样品类型中的对操作者干预的需要。在生命科学中，高度训练的操作者必须手动地定位和从在切片机上制备的样品的感兴趣区域获取图像。

所需要的是一种用于定位感兴趣区域的改良的方法，该方法消除了对用于处理多个样品类型的多个配方的需要，在采集过程中需要更少的人为干预，使得能够对大区域自动地采集图像，并且减少对训练过的操作者的时间的需要。此外，所需要的是一种用于定位感兴趣区域的改良方法，该方法消除了预限定ROI的形状的需要和使操作者选取用于自动化的特定程序的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供用于更迅速地获取样品薄片上感兴趣区域的图像的方法和设备，其不需要用于定位待成像的区域的图像采集技术。该方法消除了对处理多个样品类型的多个配方的需要，原因在于薄片窗口的取向可以利用衬底图像的电子衍射或快速傅立叶变换中的任一者从在下面的衬底的晶体学取向来确定。替代地，可以采用边缘查找器从薄片或薄片窗口的较低放大倍数的图像确定薄片窗口的取向。

上文相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，使得可以更好地理解后续的本发明的详细描述。本发明的额外的特征和优点将在下文描述。本领域技术人员应当理解的是，所公开的构思和具体实施例可以作为用于实施与本发明相同的目的的修改或设计其它结构的基础而容易地使用。本领域技术人员也应当认识到的是，这种等价结构不偏离如所附权利要求中所陈述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更彻底的理解本发明及其优点，现在结合附图参看以下描述，附图中：

图1示出了典型的TEM栅格；

图2-5示出了非原位样品制备技术中的现有技术步骤；

图6-7示出了根据现有技术利用探针和静电引力的薄片转移；

图8是包括碳膜上的薄片的碳栅格的特写图；

图9示出了具有5×5 μm的孔的碳栅格（未按比例绘制）；

图10示出了薄片平放在碳栅格上的照片，其中感兴趣区域平放在孔上；

图11A是示出了根据本发明的优选实施例的方法的流程图，该方法在透射电子显微镜（TEM）上将薄片窗口上感兴趣区域中的特征自动成像，而不需要了解待成像的特征；

图11B是示出了用于确定感兴趣区域的取向的示例性实施例的流程图；

图12示出了在320X放大倍数下的TEM薄片的图像；

图13示出了在660X放大倍数下的TEM薄片的图像；

图14示出了在1150X放大倍数下的TEM薄片的图像；

图15示出了在2550X放大倍数下的TEM薄片的图像；

图16示出了图15中所示的薄片的图像的放大的视图；

图17示出了两条线112a和112b，以上两条线垂直于线108，从线108延伸进入薄片至感兴趣区域106的底部；

图18A示出了感兴趣区域的下边界线；

图18B示出了图18A中的用于产生图19中的FFT图形的感兴趣区域的特写图；

图19示出了图18B中所示的区域的快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）；

图20示出了利用从FFT计算的取向旋转图像之后在STEM模式中的图像；

图21示出了在STEM模式中期望视场（FOV）处的感兴趣区域上的特征；

图22示出了在TEM模式中期望视场（FOV）处的感兴趣区域上的特征；

图23示出了三个单独的重叠图像，所述图像能够被合成为单一图像；以及

图24示出了图23的三个重叠图像的合成图。

具体实施方式

本发明的优选实施例提供用于从样品创制薄片和在非原位过程中使用薄片的改良的方法。本发明的优选实施例涉及在薄片上利用图形识别，该薄片作为TEM工作流程的一部分生成，以便定位区域使其竖直地定中心在薄片窗口中感兴趣的特征上。本发明的优选实施例涉及沿感兴趣区域（ROI）生成图像，而不需要ROI内的图形识别来引导用于采集的定中心。所有定中心和对准仅由薄片的已知的、预定的几何形状的图形识别设定，而不需要ROI包含的窗口内的图形识别。这允许图像之间带有或不带有重叠的薄片窗口的部分区域或整个区域的采集。此外，存在合成功能以便允许根据需要沿中心线向上和/或向下竖直地移动来获取图像。本发明优选的实施例实现了真正的自动化拍照器，其独立于薄片窗口内的器件或特征。本发明优选的实施例依赖于电子束移位而不是工作台或压电工作台运动的使用，以便以受控的和可重复的方式沿水平的ROI行进，而这通过利用机械运动是不可能的。通用配方能够被用于自动地收集图像，而无需关于薄片窗口内感兴趣区域的具体信息。这消除了当在自动化过程期间获取不同形式/结构的样品的S/TEM图像时对人为干预的需要。能够在没有人为干预的情况下使用一个配方以任何采集模式（即，TEM、HAADF、BF和DF）遍及FIB减薄的薄片窗口的全部或部分获取TEM图像。这消除了对用于处理多个样品类型的多个配方的需要，在采集过程中需要更少的人为干预，使得能够对大区域自动地采集图像，并且减少了对训练的操作者的时间的需要，这在医院的病理学（以盈利为目的）中心是尤其有用的。

传统的TEM操作需要人来在视觉上将工作台定位和驱动至ROI，并且接着将放大倍数增加至期望的视场。接着移动工作台并且以期望间隔取得图像。根据本发明的实施例，具有预定形状的符合要求的薄片经由图形匹配至ROI来提供用于对准的初始点。一旦确定了窗口中心的竖直的和水平的坐标，则程序能够作为策略来使用电子束移位而不是工作台的物理运动，以向中心的左侧和右侧取得连续图像。这样有效地消除了预限定ROI的形状的需要以及使操作者选取用于自动化的特定程序的需要。

图11是示出了根据本发明的优选实施例的方法的流程图，该方法在透射电子显微镜（TEM）上将薄片窗口上感兴趣区域中的特征自动地成像，而不需要了解待成像的特征。该方法始于步骤1102。在步骤1102处，在TEM中的TEM栅格上提供具有已知几何形状的薄片。薄片优选地由创建具有已知几何形状的薄片的自动方法形成。

接着，引导电子束朝向TEM栅格，以便以各种放大倍数形成图像从而定位薄片窗口。在步骤1104处，引导电子束朝向TEM栅格，以便形成包括薄片窗口的图像。在步骤1106处，在图像内确定薄片窗口的周界。如果薄片窗口未被定位，则增加显微镜的放大倍数（步骤1108），并且过程返回步骤1106。如果薄片窗口已被定位，则过程进行至步骤1110。这种进展能够在图12-15中看到。图12示出320X放大倍数下的TEM薄片的图像。图13示出660X放大倍数下的TEM薄片的图像。图14示出1150X放大倍数下的TEM薄片的图像。图15示出2550X放大倍数下的TEM薄片的图像。

在步骤1110处，辨认感兴趣区域的取向。感兴趣区域的取向限定步进方向，该步进方向用于从第一图像位置开始步进，而不需要使用单独图像特征的图像识别。图11B中示出了用于确定感兴趣区域的取向的步骤1110的示例性过程。在步骤1170处，处理图像以便确定对应于薄片窗口顶部的线。图16示出了图15中所示的薄片102的图像的放大视图。薄片102具有薄片窗口104。薄片窗口104是减薄至更小厚度的薄片102的一部分。在薄片102上感兴趣区域106中的特征（未示出）定位之处铣削薄片窗口104，使得感兴趣区域106中的特征能够用TEM成像。如此铣削薄片102和薄片窗口104，使得它们具有可由图形识别逻辑容易识别出的预定的、已知的几何形状。图形识别逻辑处理图像并且定位对应于薄片窗口104的顶部的线108。发现薄片窗口104的顶部的位置确实独立于薄片的形状。预先已知线108是水平的或零度的线。即，已知线108平行于样品的顶表面，其中从该样品铣削出薄片，和/或线108平行于感兴趣区域106的层。在图16中所示的示例中，也预先已知对应于薄片窗口104的左边缘的线110以45度角指向线108。由于当铣削薄片102时为薄片窗口104限定的预定几何形状，所以这个角度是已知的。例如，在TEM样品制备期间，薄片窗口104能够由聚焦的离子束铣削，其中以45度角将离子束引导至大致平行于线108的样品表面的顶部。相似地，预先已知对应于薄片窗口104的右边缘的线111以45度角指向线108。这种45度的特定数值不是本发明的一部分并且仅用于说明性的目的。

在步骤1132处，计算垂直于对应于薄片窗口的顶部的线的两条线。该两条线邻近窗口的边缘并且延伸远离窗口的顶部，以便限定感兴趣区域的侧边界。图17示出了垂直于线108的两条线112a和112b，所述两条线从线108延伸至薄片内至感兴趣区域106的底部。线112a和112b限定感兴趣区域的侧边界。线112a垂直于线108并且在薄片窗口104的左边界112a处与感兴趣区域106相交。线112b垂直于线108并且在薄片窗口104的右边界112b处与感兴趣区域106相交。

在步骤1134处，确定感兴趣区域的下边界线。辨认由薄片窗口的顶部约束的区域、薄片窗口的侧面以及下边界。能够利用图像对比度中的变化确定感兴趣区域的下边界线。替代地，感兴趣区域的下边界线能够通过将下边界设置在薄片窗口顶部下方预定距离处来确定。图18A示出下边界线114。薄片窗口的顶部、侧面和底部的结合限定薄片窗口的周界。

返回图11A，在步骤1116处，确定感兴趣区域120的取向。感兴趣区域120的取向限定步进方向。步进方向被限定为线的旋转，其中感兴趣区域沿该线定位。图18B示出图18A中的衬底区域120的特写图150，其带有100 nm的比例尺条152。图19是图18B中的图像的快速傅立叶变换（FFT）180。中心（非散射的）光斑182由六个一级光斑（first-order spots）184环绕。图18A中的区域120在图18B中成像，并且对应于薄片下方的晶体硅衬底－硅相对于晶片表面的角取向，并且因此相对于薄片的角取向是预定的，因此通过确定硅的旋转取向，也可以知道薄片的旋转取向。六个光斑184中的一个与图像中的竖直方向之间的角186对应于图16-18A中的薄片的旋转角（沿逆时针方向（CCW）的几度）。替代地，通过将电子束引导至位置120处的薄片窗口上并且观测透射穿过薄片窗口的电子的电子衍射图形，能够确定感兴趣区域的取向。图像的FFT基本上对应于电子衍射图形将呈现出的那样。用于确定感兴趣区域的取向的仍然进一步的方法是在薄片窗口或薄片边缘的图像上采用边缘查找器。边缘查找器是定位图像对比度中的变化的一种图像处理算法。

在步骤1118处，TEM栅格物理地旋转以便利用从图19确定的角将感兴趣区域与TEM轴线对准。TEM栅格能够通过旋转样品工作台或通过旋转样品工作台上的TEM栅格来物理地旋转。替代地或除步骤1118之外的是步骤1120。在步骤1120处，利用数字信号处理和所确定的取向旋转图像，以使感兴趣区域与TEM轴线对准，而不物理地移动TEM栅格。在优选实施例中，在将电子束在感兴趣区域上定中心之后，系统转换至STEM模式。利用从FFT图形或电子衍射图形（两者中的任一者均取自区域120）所计算出的取向将旋转数字式地施加至图像。图20示出了利用从来自区域120的FFT图形或电子衍射图形所计算的取向旋转图像之后在STEM模式中的图像。

在步骤1122处，获得感兴趣区域的一部分的第一图像来辨认感兴趣区域的一部分。第一图像优选地利用STEM模式获得。图21示出在期望视场（FOV）处感兴趣区域上的特征。如图22中所示，在STEM模式中在期望视场处获得感兴趣区域的图像之后，系统优选地转换回TEM模式。

在步骤1124处，通过从第一图像的位置沿步进方向步进获得多个图像，以获得感兴趣区域的部分的多个图像，其中获得多个图像而不使用对感兴趣区域中待查看的单独特征的图像识别。优选地在TEM模式中获得多个图像。根据已知的图像处理技术，多个图像能够通过消除单个图像的重叠部分而形成为感兴趣区域的合成图。图23示出能够合成为单一图像的三张分开的重叠图像。图24示出了图23的三张重叠图像的合成图。

通过确定感兴趣区域的取向以及补偿该取向，TEM能够以任一方向沿感兴趣区域的行列行进并且仍然使特征处于视场内。实际上，本发明的实施例能够使得感兴趣区域中的一行器件的定位独立于薄片的取向，这是由于薄片的预定的几何形状。本发明的实施例使得系统能够放大并且不丢失感兴趣的特征并且“没有罗盘地航行”，即，以一定方向沿器件的行列行进并且仍然使器件处于视场中。放大并且不丢失感兴趣的特征并且“没有罗盘地航行”的能力减小了对操作者所需的时间，并且使得用于批量的薄片的分析的自动化方法成为可能。

根据本发明的一些实施例，将薄片窗口上的感兴趣区域中的特征在透射电子显微镜（TEM）中自动成像而不需要了解待成像特征的方法包括：在TEM中的TEM栅格上提供具有已知几何形状的薄片；将电子束引导向TEM栅格以形成包括薄片窗口的图像；在图像内确定薄片窗口的周界；确定感兴趣区域的取向，其中感兴趣区域的取向限定步进方向；获得感兴趣区域的一部分的第一图像以辨认感兴趣区域的一部分；以及通过从第一图像的位置沿步进方向步进获得多个图像，以获得感兴趣区域的部分的多个图像，其中获得多个图像而不使用对感兴趣区域中待查看的单独特征的图像识别。

在一些实施例中，确定薄片窗口的周界包括以下步骤：处理图像以确定对应于薄片窗口的顶部的线；计算垂直于该对应于薄片窗口的顶部的线的两条线，所述两条线邻近窗口的边缘并且延伸远离窗口的顶部以便限定感兴趣区域的侧边界；以及确定感兴趣区域的下边界线。

在一些实施例中，该方法还包括形成多个图像的合成图。在一些实施例中，确定薄片的取向还包括将电子束引导向薄片并且观测透射穿过窗口的电子的图形。在一些实施例中，将电子束引导向薄片包括引导电子束朝向薄片窗口下方的衬底。在一些实施例中，观测透射穿过窗口的电子的图形包括在衬底的高分辨率图像上进行傅立叶变换。

在一些实施例中，观测透射穿过窗口的电子的图形包括确定衍射图形的取向。在一些实施例中，将电子束引导向薄片包括引导电子束朝向薄片以获取图像；以及从处理图像确定薄片的取向。

在一些实施例中，处理图像包括利用边缘查找器。在一些实施例中，处理图像包括利用图形匹配。在一些实施例中，该方法还包括根据所确定的步进方向将多个图像重新定向。在一些实施例中，确定感兴趣区域的下边界线包括利用边缘查找器。在一些实施例中，确定感兴趣区域的下边界线包括将下边界设置在薄片窗口的顶部下方预定距离处。

根据本发明的一些实施例，透射电子显微镜（TEM）被编程为将薄片窗口上的感兴趣区域中的特征自动地成像而不需要了解待成像的特征，这种透射电子显微镜包括：电子源；用于将来自电子源的电子聚集成束的聚集柱；用于探测电子或二次粒子的探测器；用于支撑和移动布置在样品工作台上的样品的样品工作台；以计算机可执行指令编程的控制器，当由控制器执行时，引起显微镜执行以下步骤：将电子束引导向TEM栅格以形成包括薄片窗口的图像，该TEM栅格包括具有已知几何形状的薄片；处理图像以确定图像内的薄片窗口的周界；确定感兴趣区域的取向，其中感兴趣区域的取向限定步进方向；获得感兴趣区域的一部分的第一图像以辨认感兴趣区域的一部分；以及通过从第一图像的位置沿步进方向步进来获得多个图像，以获得感兴趣区域的部分的多个图像，其中获得多个图像而不使用对感兴趣区域中的待查看的单独特征的图像识别。

在一些实施例中，处理图像来确定薄片窗口的周界包括以下步骤：处理图像以确定对应于薄片窗口的顶部的线；处理图像以计算垂直于该对应于薄片窗口的顶部的线的两条线，所述两条线邻近窗口的边缘并且延伸远离窗口的顶部，以限定感兴趣区域的侧边界；以及处理图像以确定感兴趣区域的下边界线。

在一些实施例中，透射电子显微镜还包括用于形成多个图像的合成图的指令。在一些实施例中，用于确定薄片取向的指令还包括用于将电子束引导向薄片和观测透射穿过窗口的电子的图形的指令。在一些实施例中，将电子束引导向薄片包括引导电子束朝向薄片窗口下方的衬底。

在一些实施例中，观测透射穿过窗口的电子的图形包括在衬底的高分辨率图像上进行傅立叶变换。在一些实施例中，观测透射穿过窗口的电子的图形包括确定衍射图形的取向。在一些实施例中，将电子束引导向薄片包括引导电子束朝向薄片以获取图像；以及从处理图像确定薄片的取向。

在本发明的一些实施例中，处理图像包括利用边缘查找器。在一些实施例中，处理图像包括利用图形匹配。在一些实施例中，透射电子显微镜还包括用于根据所确定的步进方向将多个图像重新定向的指令。在一些实施例中，用于确定感兴趣区域的下边界线的指令还包括用于边缘查找器的指令。在一些实施例中，用于确定感兴趣区域的下边界线的指令还包括用于将下边界设置在薄片窗口顶部下方预定距离处的指令。

尽管本发明和其优点已被详细描述，但应当理解的是，能够在此做出各种改变、取代和替代，而不偏离如所附权利要求所限定的本发明的范围。此外，本申请的范围不旨在限制于本说明书中描述的工艺、机器、制造、物质的组分、手段、方法和步骤的具体实施例。如本领域普通技术人员将从本发明的公开中容易地理解的，根据本发明可以使用当前存在的或以后将开发的那些如本文中所描述的对应的实施例那样执行实质上相同的功能或达到实质上相同的结果的工艺、机器、制造、物质的组分、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这样的工艺、机器、制造、物质的组分、手段、方法和步骤包括在它们的范围内。

Claims (26)

1.一种将薄片窗口上的感兴趣区域中的特征在透射电子显微镜（TEM）中自动成像而不需要了解待成像的所述特征的方法，包括：

在TEM中的TEM栅格上提供具有已知几何形状的薄片；

引导电子束朝向所述TEM栅格以形成包括所述薄片窗口的图像；

确定所述图像内的所述薄片窗口的周界；

确定所述感兴趣区域的取向，其中所述感兴趣区域的取向限定步进方向；

获得所述感兴趣区域的一部分的第一图像以辨认所述感兴趣区域的一部分；以及

通过从所述第一图像的位置沿所述步进方向步进来获得多个图像，以获得所述感兴趣区域的部分的多个图像，其中获得所述多个图像而不使用对所述感兴趣区域中的待查看的单独特征的图像识别。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述薄片窗口的周界包括以下步骤：

处理所述图像以确定对应于所述薄片窗口的顶部的线；

计算垂直于对应于所述薄片窗口的顶部的所述线的两条线，所述两条线邻近所述窗口的边缘并且延伸远离所述窗口的顶部以限定所述感兴趣区域的侧边界；以及

确定所述感兴趣区域的下边界线。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括形成所述多个图像的合成图。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中确定所述薄片的取向还包括将所述电子束引导向所述薄片和观测透射穿过所述窗口的电子的图形。

5.根据权利要求4所述的方法，其中将所述电子束引导向所述薄片包括引导所述电子束朝向所述薄片窗口下方的衬底。

6.根据权利要求5所述的方法，其中观测所述透射穿过所述窗口的电子的图形包括在所述衬底的高分辨率图像上进行傅立叶变换。

7.根据权利要求5所述的方法，其中观测所述透射穿过所述窗口的电子的图形包括确定衍射图形的取向。

8.根据权利要求4所述的方法，其中将所述电子束引导向所述薄片包括引导所述电子束朝向所述薄片以获取图像；以及从处理所述图像确定所述薄片的取向。

9.根据权利要求8所述的方法，其中处理所述图像包括利用边缘查找器。

10.根据权利要求8所述的方法，其中处理所述图像包括利用图形匹配。

11.根据权利要求4所述的方法，还包括根据确定的所述步进方向将所述多个图像重新定向。

12.根据权利要求2所述的方法，其中确定感兴趣区域的下边界线包括利用边缘查找器。

13.根据权利要求2所述的方法，其中确定感兴趣区域的下边界线包括将下边界设置在所述薄片窗口的顶部下方预定距离处。

14.一种透射电子显微镜（TEM），所述透射电子显微镜被编程为将薄片窗口上的感兴趣区域中的特征自动成像而不需要了解待成像的所述特征，所述透射电子显微镜包括：

电子源；

用于将来自所述电子源的电子聚集为束的聚集柱；

用于探测电子或二次粒子的探测器；

样品工作台，所述样品工作台用于支撑和移动布置在所述样品工作台上的样品；

控制器，所述控制器以计算机可执行指令编程，使得当由所述控制器执行指令时，引起所述显微镜执行以下步骤：

引导所述电子束朝向TEM栅格，所述TEM栅格包括具有已知几何形状的薄片，以形成包括所述薄片窗口的图像；

处理所述图像以确定所述图像内的所述薄片窗口的周界；

确定所述感兴趣区域的取向，其中所述感兴趣区域的取向限定步进方向；

获得所述感兴趣区域的一部分的第一图像以辨认所述感兴趣区域的一部分；以及

通过从所述第一图像的位置沿所述步进方向步进来获得多个图像，以获得所述感兴趣区域的部分的多个图像，其中获得所述多个图像而不利用对所述感兴趣区域中的待查看的单独特征的图像识别。

15.根据权利要求14所述的透射电子显微镜，其中处理所述图像以确定所述薄片窗口的周界包括以下步骤：

处理所述图像以确定对应于所述薄片窗口的顶部的线；

处理所述图像以计算垂直于对应于所述薄片窗口的顶部的所述线的两条线，所述两条线邻近所述窗口的边缘并且延伸远离所述窗口的顶部以限定所述感兴趣区域的侧边界；以及

处理所述图像以确定所述感兴趣区域的下边界线。

16.根据权利要求14或15所述的透射电子显微镜，还包括用于形成所述多个图像的合成图的指令。

17.根据权利要求14或15所述的透射电子显微镜，其中所述用于确定所述薄片的取向的指令还包括用于将所述电子束引导向所述薄片并且观测透射穿过所述窗口的电子的图形的指令。

18.根据权利要求17所述的透射电子显微镜，其中将所述电子束引导向所述薄片包括引导所述电子束朝向所述薄片窗口下方的衬底。

19.根据权利要求18所述的透射电子显微镜，其中观测所述透射穿过所述窗口的电子的图形包括在所述衬底的高分辨率图像上进行傅立叶变换。

20.根据权利要求18所述的透射电子显微镜，其中观测所述透射穿过所述窗口的电子的图形包括确定衍射图形的取向。

21.根据权利要求17所述的透射电子显微镜，其中将所述电子束引导向所述薄片包括引导所述电子束朝向所述薄片以获取图像；以及从处理所述图像确定所述薄片的取向。

22.根据权利要求21所述的透射电子显微镜，其中处理所述图像包括利用边缘查找器。

23.根据权利要求21所述的透射电子显微镜，其中处理所述图像包括利用图形匹配。

24.根据权利要求15所述的透射电子显微镜，还包括用于根据确定的所述步进方向将所述多个图像重新取向的指令。

25.根据权利要求15所述的透射电子显微镜，其中用于确定感兴趣区域的下边界线的所述指令还包括用于边缘查找器的指令。

26.根据权利要求15所述的透射电子显微镜，其中用于确定感兴趣区域的下边界线的所述指令还包括用于将下边界设置在所述薄片窗口的顶部下方预定距离处的指令。