[發明專利]使用衍射圖案定向樣品的系統

有效

• 申請號: 201710266075.8
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107424894B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: J·F·弗拉納根四世
• 申請（專利權）人: FEI公司
• 主分類號: H01J37/26
• 分類號: H01J37/26;H01J37/21;H01J37/22
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

本發明提供了一種用于對準帶電粒子束系統中的樣品的方法和裝置。將帶電粒子束指向所述樣品以獲得樣品衍射圖案。將樣品衍射圖案與已知對準偏差的參考衍射圖案相比較以確定哪一個參考圖案最接近樣品圖案。使用最佳匹配參考衍射圖案的已知對準度來校正樣品的傾斜。比較的“圖案”可以是具有相應強度而不是圖像的亮斑列表。

技術領域

本發明涉及提高帶電粒子顯微鏡中結晶樣品的對準度。

背景技術

帶電粒子束顯微術用于測量樣品的納米特征是非常有用的。對于精確測量，帶電粒子束應當將樣本垂直入射到樣品表面。如果待測特征相對于粒子束是傾斜的，測量將會不準確。采用帶電粒子束對準樣品的晶體結構被稱為“晶帶軸對準”。“晶帶軸”是晶體的主要對稱軸。

由于電子的波動性質，穿過結晶樣品的電子彼此干擾，從而加強一些區域的電子束并消除其他區域的電子束。干涉在位于樣品下方的物鏡的后聚焦面上形成衍射圖案。衍射圖案包括亮斑在較暗的背景上的圖案。每一個光亮區表示由晶體結構內特定的平面組的衍射引起的電子信號中的峰值。從而不同衍射圖案中的斑點的位置可以用于識別樣品中材料的類型。識別與特定的斑點對應的這組晶面被稱為“索引”斑點。使用晶面和顯微鏡的幾何形狀之間的幾何關系進行索引。

圖1示出了由衍射斑點104組成的電子束衍射圖案102的示例。圖案的對稱性表明電子束平行于晶體的晶帶軸。傾斜樣本，使電子束不再平行于晶帶軸，對衍射圖案具有明顯的影響。傾斜的樣本產生圖案，該圖案表現為一系列被排列成弧形的衍射斑點，稱為勞厄圓(Laue圓)。圖2示出了來自相對于電子束傾斜的樣品的樣品衍射圖案202，隨后衍射斑點204形成弧形。從衍射圖案可以確定樣品中的晶帶軸相對于電子束的傾斜度。一旦確定了傾斜度，就可以重新調整樣品以將其與電子束對準。

Jansen等人在Ultramicroscopy125(2013)59-65.中的文章“Towards automaticalignment of a crystalline sample in an electron microscope along a zoneaxis”描述了一種使用衍射圖案將樣品與電子束對準的方法。如圖3所示，通過將圓302擬合到衍射斑點304的弧形中確定樣本對準偏差的程度和方向。在嵌入圓(fitted circle)的圓心308和衍射圖案弧形的透射束點之間的半徑矢量306的方向和大小對應于樣本對準偏差的方向和大小。轉換半徑矢量使臺架傾斜以重新調整晶帶軸使其平行于如校正后得到的圖4中的衍射圖案所示的電子束。重復該方法直到達到所需對準。一旦對準了樣品，就可以精確測量樣品中的特征。

該方法是基于啟發法，而且相對比較慢。將圓擬合到一些衍射圖案可能是困難的或者不可能的。例如，在圖5的圖案中，確定嵌入圓中包括哪些點是困難的。在如圖6所示的圖案中，從調整電子束以遠離樣品的晶帶軸的樣品中可以看出，很多斑點是不可見的，并且可見的斑點看起來根本沒有形成圓。此外，圖6中的圖案似乎出現“雙電子束”動態衍射。經典的衍射模型假定粒子(X射線或電子)在其與樣本相互作用期間僅散射一次。電子與物質發生強烈的相互作用，因此發生多次散射活動。電子束散射，之后散射的電子束再次散射，等等。這種現象被稱為動態衍射。較薄的材料會引起更多的散射。對于厚度小于20nm的硅而言可以安全地忽略動態衍射。動態衍射可能會導致勞厄圓方法失敗。此外，如果樣品對準偏差小于1度那么該方法是沒用的，因為衍射圖案沒用足夠的圓形進行匹配。而且，很難從圓-擬合程序確定傾斜測量的準確性。

這里有使用衍射圖案確定晶帶軸傾斜度的其他幾種方法。例如，使用晶帶定律，其中索引圖案并且選擇兩至三個突出的斑點以找到晶帶軸。該方法最好僅精確到2-3度，這對于晶體對準來說是不夠的。

使用菊池線確定晶帶軸傾斜度是一種非常準確且標準的技術。它可以手動和/或計算機輔助完成。菊池線由動態衍射效應導致并且只有厚和/或高Z(原子數)樣品是可見的。因此，菊池線技術不可能用于薄樣品，例如，在電子工業中使用的，結點尺寸現在接近10nm的樣品中。