用于觀察特征的自動化片狀銑削的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及用于納米技術的帶電粒子束成像，并且更具體來說涉及一種用于自動地定位樣品中的特征以便進行片狀銑削(slice milling)和觀察的方法。
【背景技術】
[0002]電子顯微術提供了在高分辨率下研宄3D中的材料構造的機會。例如在生物科學的領域中，電子顯微術允許觀測疾病的分子機制、柔性蛋白質結構的構象以及各種單獨的病毒和蛋白質在其自然生物情境中的行為。與電子顯微術一起采用來分析生物材料的一種技術例如是所謂的Slice-and-View? (在下文中稱作“切削和觀察(slice and view)”)。這種技術通常利用雙束系統來執行，即組合聚焦離子束(FIB)與掃描電子顯微鏡(SEM)的系統，比如商業上可以從FEI公司(本發明的受讓人)買到的DualBeanf (下文中稱作“雙束(dual beam)”)儀器。
[0003]在所述切削和觀察技術中，FIB以高精度切割以及切削樣品從而顯露出其3D內部結構或特征。FIB通常暴露出與具有待觀察的隱藏特征的樣品材料的表面(surface)的頂部垂直的截面或面(face)。由于SEM射束軸通常相對于FIB射束軸成銳角，因此優選地去除所述面前方的一部分所述樣品，從而使得SEM射束可以接近以便對該面進行成像。在通過SEM獲得所述面的圖像之后，可以利用FIB去除該面處的另一層基底，顯露出所述特征的新的更深的面，并且從而顯露出所述特征的更深的截面。由于只有處在所述面的極(very)表面處的特征部分對于SEM來說才是可見的，因此通過順序重復切割和成像或者切削和觀察，提供把所切削的樣品重建成所述特征的3D表示所需要的數據。所述3D結構隨后被用于分析所述特征。
[0004]如果處理樣品的一大部分，那么通過切削和觀察進程對所述樣品的處理可能會花費很長時間。這一點即使在所感興趣的特征相對于所述樣品相對小的情況下也是成立的，因為通常不會以用于把FIB和SEM的射束引導到包含所述特征的樣品的緊接區域的足夠高的精度知曉所述特征的位置。因此，對懷疑具有所述特征的樣品的一大部分進行處理以便定位該特征。利用SEM的典型最大視場是大約150微米，對這樣尺寸的區域進行片狀銑削和成像可能需要投入大量時間，特別地對于SEM上的高分辨率設定尤其如此。可替換地，可以對所述區域的許多較小部分成像，但是這樣做會生成大量圖像數據，并且通常需要把所得到的圖像縫合在一起以形成更大的復合圖像。這樣的處理當前能夠持續從幾小時到幾天的任何時間。
[0005]在現有技術方法中，對于所述切削和觀察進程的每一次迭代已經需要處理相對較大的部分，因為還沒有精確地預測出所述特征在樣品中的形狀或方向。這一問題對于通過樣品具有長而蜿蜒的形狀的某些特征來說尤其嚴重，比如血管或神經就是這種情況。
[0006]為了節省時間，片狀銑削對于觀察感興趣的特征所必需的相對較少量的基底材料將是更加高效。此外，對包含所述特征的相對較小的基底部分進行成像也將是更加高效。
【發明內容】
[0007]在這里提供一種利用切削和觀察技術來處理特征的方法和設備的各實施例，其與現有技術方法相比執行起來所需要的時間較少，并且因此更加高效。
[0008]本發明包括一種用于片狀銑削前進進入樣品截面壁的面中的多個順序切口(cut)的方法和設備，其中通過去除顯露出特征并對其進行成像所必需的最少量樣品材料來形成所述切口。某些實施例包括在所述切削和觀察過程的每一次迭代之后(也就是說隨著每一次切削顯露出當特征延伸通過樣品時該特征的位置改變)自動確定是否要改變特定射束參數。為此目的，使用機器視覺來跟蹤及檢測所述特征的質心及其邊緣，以便提供圍繞所述特征的邊界框，所述邊界框有助于確定在其對樣品進行處理時是否要改變射束參數以及改變程度。某些實施例允許自動確定一項特征從一個切削面到下一個切削面是否分開或是否出現分支以及要跟蹤哪一個分支。此外，某些實施例自動去除阻礙SEM射束具有到達經片狀銑削的面的直接視線的樣品材料。
[0009]前面相當廣泛地概述了本發明的特征和技術優點以便遵循本發明的詳細描述被更好地理解。下面將描述本發明的附加特征和優點。本領域技術人員應當認識到，可以很容易地利用所公開的概念和具體實施例以作為修改或設計用于實施與本發明相同的目的的其他結構的基礎。本領域技術人員還應當認識到，這樣的等效構造不偏離如在所附權利要求書中所闡述的本發明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0010]為了更加透徹地理解本發明及其優點，現在將參照結合附圖所得到的以下描述，其中:
圖1A示出了具有所感興趣的特征的樣品的透視圖，其中所述特征通過樣品具有非線性路徑；
圖1B示出了從圖1A的線“1B”看去的所述樣品；
圖2示出了具有所感興趣的特征的樣品的透視圖，其中所述特征通過樣品具有非線性路徑，所述樣品標有參考位置以供后面討論；
圖3A到36不出了圖2的樣品的各種截面視圖；
圖4A示出了將垂直于通過樣品具有非線性路徑的所感興趣的特征的縱向截面進行的切削的一個實例；
圖4B示出了將要沿著通過樣品具有非線性路徑的所感興趣的特征的所述路徑彼此平行地進行的切削的一個實例；
圖5A示出了 FIB射束和SEM射束關于妨礙通過SEM對特征進行成像的所述樣品的阻礙區域的關系；
圖5B示出了所述樣品的阻礙部分被去除以便允許通過SEM對特征進行成像；
圖6是示出了本發明的優選實施例的步驟的流程圖，其中平行四邊形“A”導向圖7 ;
圖7是示出了圖6的附加步驟的流程圖，其跟隨在圖6的平行四邊形“A”之后；以及圖8示出了被用來實施本發明的典型的雙束系統。
【具體實施方式】
[0011]根據本發明的優選實施例，一種利用切削和觀察技術來處理樣品的方法和設備包括:在樣品的切片圖像中自動定位及測量所感興趣的特征；預測所述特征在后續切片中的位置；以及確定在后續的切削和觀察迭代中包括所述特征的將要切削及成像的區域尺寸。在確定了將要切削及成像的區域之后，從前一次迭代調節FIB和SEM以便在后續迭代中處理所確定的區域。通過僅僅切削和觀察對于收集有關感興趣的特征的期望信息所必需的區域尺寸，與利用現有技術方法的通常可能的情況相比，本發明允許切削和觀察相對較小的樣品區域。因此，能夠更快地處理樣品。
[0012]確定將要銑削的樣品材料的尺寸和形狀包括觀察從所述技術的每一次迭代成像的所述特征的尺寸和形狀。因此，即使相對于所述特征的前一圖像，特征的尺寸改變或者所述特征實際上朝向或遠離樣品的另一側改變方位或位置的情況下，也隨著所述技術的每一次迭代調節FIB和SEM以處理所述特征。
[0013]這里所使用的術語“銑削” 一般意味著去除材料，并且術語“切削”或“片狀銑削”意味著以切片的形狀去除材料。術語“切片”在這里被用作名詞時意味著在執行片狀銑削去除材料以暴露出表面之后所能看到的該表面。通過FIB銑削處理產生的銑削切片通常處在20nm — 10nm之間，但是取決于應用可以高達500nm。但是，切片厚度優選地處在大約30nm和大約60nm之間，更加優選的是處在大約35nm和大約45nm之間，并且最為優選的是處在大約35nm和大約40nm之間。在一個實施例中，申請人發現大約38nm的切片厚度足以捕獲相對小的特征的圖像，同時仍然提供具有良好對比度的圖像。還優選的是，取決于視場的尺寸，每一個切片在圖像中的厚度是一個或兩個像素。優選地通過“線銑削”而不是“體銑削”來產生所述切片，也就是說通過實質上銑削一維線而不是矩形來產生所述切片。在X或Y維上(即寬度和高度)處于1Mffl — 10Mffl之間的切片是優選的。該區域可以被表示為樣品圖像上的“限位框”。這里使用的“圖像”例如意味著在顯示器單元上或者在諸如紙張的一次性介質上顯示的圖像以及其在計算機存儲器中的表示。
[0014]對于所有的切削和準備步驟，用于優選實施例的FIB操作電流在大約30kV的電壓下處于10pA — InA之間，但是本領域技術人員將認識到，射束直徑和射束電流通常是特定于系統的。還可以結合FIB或SEM過程使用射束化學。對于利用FIB的銑削，選擇性碳蝕刻或絕緣體增強蝕刻可能是優選的。對于表面保存，在銑削步驟期間可以在期望保護的區域上施加鉑、碳或鎢。
[0015]SEM電子束通常操作在5kV的電壓下并且可以優選地使用通過透鏡(through-the-lens)檢測器。應當認識到，如前面描述的FIB的情況那樣，SEM的操作參數根據所成像的材料而變化，并且應當對于每一次使用進行優化而無需過度實驗。舉例來說，SEM射束電壓被優選地設定在從500