[发明专利]带电粒子显微成像方法

说明书

本发明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{P_n，M_n}的数据集合（S），其中n是范围1≤n≤N中的整数。 

本发明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US 5412210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-A 11163992（FNL1015）已知的，该申请与本发明具有共同的发明人。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。

本发明的目的是解决上述问题。更具体而言，本发明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，本发明的目的是，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K_n，所述核值K_n表示针对射束参数值P_n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Q_n，所述值Q_n是K_n和V的三维卷积，使得Q_n = K_n * V；

- 对于n的每个值，通过计算确定M_n和Q_n之间的最小偏差

min D (M_n║K_n * V)

其中在对值K_n施加约束的同时求解V。

本发明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，发明人意识到：

- 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。