用于调节粒子束显微镜的方法与流程

本发明涉及用于调节粒子束显微镜的方法、在这方面尤其涉及调节粒子束相对于粒子束显微镜的物镜的主轴的位置的方法。

背景技术：

粒子束显微镜、比如电子束显微镜或离子束显微镜是必须进行调节以优化操作的复杂的技术系统。调节粒子束显微镜的一个方面涉及相对于物镜来调节指向待检查物体的粒子束，用物镜将粒子束聚焦在物体上。由于物镜的成像像差对粒子束的影响随着粒子穿过物镜的轨迹距物镜主轴的距离而增大，因此希望使穿过物镜的粒子束相对于主轴居中。为此，粒子束显微镜包括束调节装置，该束调节装置被布置在用于产生粒子束的粒子源与物镜之间、并且被设置成以某种方式来操纵或选择粒子束，使得粒子束以相对于物镜主轴居中的方式穿过物镜。典型地以用于调节粒子束显微镜的单独方法来确定对束调节装置的为此必需的设置，以改善粒子束显微镜的效率。

从ep2309530b1中已知了用于此目的的常规方法。在这种常规方法(参照ep2309530b1的图2)中，在束调节装置为第一设置并且物镜为第一设置时记录第一图像。接下来，在束调节装置为第一设置并且物镜为第二设置时记录第二图像。接下来，在束调节装置为第二设置并且物镜为第一设置时记录第三图像。接下来，在束调节装置为第二设置并且物镜为第二设置时记录第四图像。由于这些不同的设置，所记录的这四个图像相对于彼此移位。可以通过分析这些图像来确定对应的位移，只要被成像物体足够地结构化。根据所确定的位移来计算束调节装置的优化设置。接下来使用束调节装置的这种优化设置以及物镜的第一设置，来记录高品质图像。

希望进一步改善这种方法。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提出一种用于相对于粒子束显微镜中的物镜来调节粒子束的方法，该方法将产生比较好的结果。

根据本发明提出了一种用于调节粒子束显微镜的方法，所述粒子束显微镜包括：用于产生粒子束的粒子源；用于将粒子束聚焦在物体上的物镜；以及被布置在所述粒子源与所述物镜之间的束路径中的束调节装置，并且其中，所述方法包括：以四种不同的设置来设置所述束调节装置和所述物镜并且在每种设置时记录物体的图像、基于这四个图像来确定所述束调节装置的优化设置并且记录所述束调节装置以优化设置进行设置时的至少一个进一步图像。

根据示例性实施例，记录这四个图像包括以下措施：

措施a：将所述束调节装置设置为第一设置w1，将所述物镜的激励设置为第一物镜激励值i1，并且记录所述物体的第一图像；

措施b：将所述束调节装置设置为与所述第一设置w1不同的第二设置w2，将所述物镜的激励设置为所述第一物镜激励值i1，并且记录所述物体的第二图像；

措施c：将所述束调节装置设置为第一设置w1，将所述物镜的激励设置为与所述第一物镜激励值i1不同的第二物镜激励值i2，并且记录所述物体的第三图像；

措施d：将所述束调节装置设置为第二设置w2，将所述物镜的激励设置为所述第二物镜激励值i2，并且记录所述物体的第四图像。

所述方法接下来进一步包括：基于所述第一图像、所述第二图像、所述第三图像、以及所述第四图像来确定所述束调节装置的优化设置wopt；确定第三物镜激励值i3；并且将所述束调节装置设置为所述优化设置wopt，将所述物镜的激励设置为所述第三物镜激励值i3，并且记录至少一个进一步图像；其中，确定第三物镜激励值i3，使得满足以下关系：

i3＝i1+k*(i2-i1)

其中

i1是所述第一物镜激励值，

i2是所述第二物镜激励值，

i3是所述第三物镜激励值，并且

k是预定值。

在上文解释的常规方法中，在束调节装置的两种不同设置以及物镜的两种不同设置下记录四个图像。物镜的这两种不同设置是通过用于激励物镜的两种不同电流设置而产生。在这种情况下，相继地重复使用所述电流的不同设置。

然而，由用于激励物镜的设置电流产生的、用于在给定时刻聚焦粒子束的磁场并不仅取决于在所述时刻设置的所述用于激励物镜的电流、而且还取决于先前历史设置的电流。这是由于磁性物镜的磁滞现象引起的。

已经发现，在所述用于相对于物镜调节粒子束的常规方法中，物镜的磁滞现象是实现满足更高要求的优化结果的障碍。

因此，在记录这四个图像、确定束调节装置的优化设置wopt并且将束调节装置设置为优化设置wopt以记录所述至少一个进一步图像之后，不将物镜的激励再次设置为第一物镜激励值i1、而是设置为根据上述关系确定的第三物镜激励值i3，以考虑物镜的磁滞现象的影响。预定值k取决于物镜的构型、并且可以例如通过实验来确定。

如果假设第一物镜激励值之前被设置为准许记录物体的相对好的聚焦图像，则在所述常规方法中将物镜的用于相对于物镜调节粒子束的激励改变成第二物镜激励值、并且接下来再次设置回到第一物镜激励值。由于物镜的磁滞现象，在第二次将物镜的激励设置为第一物镜激励值时出现的磁场与在第一次将物镜的激励设置为第一物镜激励值时设置的磁场不同。然而，所述常规方法假设，相继执行的第一物镜激励值和第二物镜激励值的设置分别得到物镜的聚焦的相同设置。由于这种假设不被满足，因此不能充分地获得希望的调节。另一方面，在此所描述的实施例中执行的将物镜的激励设置为第三物镜激励值(考虑了物镜的磁滞现象)给出了更好的结果。

根据进一步的示例性实施例，记录这四个图像的方法包括以下措施：

措施a：将所述束调节装置设置为第一设置w1，将所述物镜的激励设置为第一物镜激励值i1，并且记录所述物体的第一图像；以及接下来

措施b：将所述束调节装置设置为所述第一设置w1，将所述物镜的激励设置为与所述第一物镜激励值i1不同的第二物镜激励值i2，并且记录所述物体的第二图像；以及接下来

措施c：将所述束调节装置设置为与所述第一设置w1不同的第二设置w2，将所述物镜的激励设置为所述第二物镜激励值i2，并且记录所述物体的第三图像；以及接下来

措施d：将所述束调节装置设置为所述第二设置w2，将所述物镜的激励设置为与所述第一物镜激励值i1和所述第二物镜激励值12不同的第三物镜激励值i3，并且记录所述物体的第四图像。下文将解释在执行将物镜的激励设置为第三物镜激励值i3之前可以产生第三物镜激励值i3的一种方式。

在该情况下，所述方法接下来进一步包括：基于所述第一图像、所述第二图像、所述第三图像、以及所述第四图像来确定所述束调节装置的优化设置wopt；确定所述第三物镜激励值i3；并且将所述束调节装置设置为所述优化设置wopt，将所述物镜的激励设置为所述第三物镜激励值i3，并且记录至少一个进一步图像；其中，确定第三物镜激励值i3，使得满足以下关系：

i3＝i1+k*(i2-i1)

其中

i1是所述第一物镜激励值i1，

i2是所述第二物镜激励值i2，

i3是所述第三物镜激励值i3，并且

k是预定值。

再一次，在此根据所述指定关系来确定第三物镜激励值，以考虑磁滞现象的影响。

在之前解释的方法中，执行了比如措施a至d等措施，这些措施在各自情况下包括设置所述束调节装置、激励所述物镜或甚至其他装置。这些设置措施不仅包括将装置设置为新的、改变的、且之前未设置过的值等措施。而是，这些措施包括将装置设置为使得在执行措施之后，将其设置为所需值，而与在执行所述措施之前被设置为的值无关。因此，尤其可能在此维持先前存在的设置。

根据示例性实施例，所述束调节装置可以包括束偏转器，其中，设置所述束调节装置包括设置所述束偏转器的激励。所述束偏转器可以是尤其可用电压来激励的静电束偏转器、和/或可用电流来激励的磁性束偏转器。

根据进一步示例性实施例，所述束调节装置可以包括光阑，所述光阑包括板和所述板中的供粒子束穿过的孔洞，其中，所述光阑可沿至少一个横向于所述粒子束方向的方向移位。设置所述束调节装置在此包括将所述光阑沿所述至少一个方向移位。

附图说明

以下基于附图来详细解释本发明的实施例，在附图中

图1示出了粒子束显微镜的示意性展示；

图2示出了流程图，解释了根据一个实施例的用于调节粒子束显微镜的方法；

图3示出了示意图，进一步解释了图2所示的方法；

图4示出了示意图，解释了用于以图3的方式来调节粒子束显微镜的方法的进一步实施例；并且

图5示出了示意性展示，解释了常规方法。

具体实施方式

图1是粒子束显微镜的简化示意图，可以用该粒子束显微镜来执行所述用于调节粒子束显微镜的方法的实施例。该简化示意图在此仅包含粒子束显微镜的对于执行在此解释的方法所必要且相关的部件。此外，典型的电子显微镜包括多个进一步部件，但是在图1的图解中省略了这些部件以便于解释所述方法。

粒子束显微镜1包括用于产生粒子束5的粒子源3、以及具有开口9的阳极7。粒子源3由控制器12操作，所述控制器还向粒子源施加预定电势(例如，相对于地面)。接下来，控制器12向阳极光阑7施加的电势与粒子源3的电势一起决定了粒子束5的粒子在穿过阳极光阑7的开口9之后具有的动能。

在阳极7下游的束路径中布置了具有开口29的限束光阑27。开口29的形状(典型地是圆形)决定了粒子束5在随后束路径中的截面。

粒子束5穿过物镜11(在图1中以椭圆的形式示意性地展示)、并且被物镜11聚焦在物体13的表面处。电流流过的线圈15产生物镜11的聚焦磁场。电流被控制器12供应给线圈15。因此，物镜11被流过线圈15的电流激励。该电流的强度可通过控制器12来设置。下文中，表示电流强度的值被称为物镜激励值。在下文所解释的方法中，能够对物镜激励值使用除了电流值之外的其他变量，只要物镜激励值表示物镜的激励即可。

在物镜内、或沿粒子束3与物体13之间的束路径的方向观察，在物镜11的刚好之前或刚好之后布置了扫描偏转器17，该扫描偏转器由控制器12控制并且用于使粒子束5在物体13上的焦点移位。图1中的线19指示了针对扫描偏转器17的两种不同激励所出现的两种不同的扫描偏转。粒子束显微镜1还包括二次电子或后向散射电子的检测器21，所述电子与物体13被入射粒子束5分离。为了使用粒子束显微镜1来记录图像，通过激励扫描偏转器17来跨物体13的表面上的延伸区域系统地扫描粒子束5的焦点，其中所述激励由控制器12控制。与此同时，检测器21检测电子并且产生信号，所述信号与所检测到的电子相对应并且被控制器12读取。控制器12将所述信号与在检测到相应信号之时粒子束5所指向的位置相关联地存储。这些数据整体表示用粒子束显微镜1记录的物体13的一个图像。

所记录的图像的品质取决于粒子束5被物镜11聚焦在物体13的表面上的程度。物镜11的成像像差影响结果。当所使用的粒子束相对于物镜11的主轴23居中时，成像像差典型地较小。为了使粒子束5相对于物镜11的主轴23居中，在粒子源3与物镜11之间设置了同样由控制器12控制的束偏转器25。用于调节目的的所述束偏转器25可以是静电偏转器、或磁性偏转器或静电偏转器与磁性偏转器的组合。因此，通过控制器12向束偏转器25供应电压或电流，以使粒子束5在穿过束偏转器25时偏转可设置角度。下文中，表示电压幅值或电流的强度的值被称为束偏转器激励值。在下文所解释的方法中，能够对束偏转器激励值使用除了电压值或电流值之外的其他变量，只要束偏转器激励值表示束偏转器的激励即可。

在图1中，用实线5和19展示了穿过束偏转器25不发生偏转的粒子束5，而虚线5’和19’表示被束偏转器25偏转了角度α的粒子束。未偏转的束和已经偏转了角度α的束相对于物镜的主轴23在不同位置处穿过所述物镜。现在调节任务是将角度α设置为使得粒子束5在穿过物镜11时相对于其主轴23居中。为此目的，由控制器12自动地执行下文参照图2解释的方法。

首先，在步骤101中，将束偏转器25的激励设置为第一束偏转器激励值w1。这个值可以任意地选择，例如可以对应于所述方法中还没有使用的激励、或者可以是之前提供了良好结果的值。接下来，将物镜11的激励改变，以满足希望的图像清晰度标准。为此，可以反复地记录物体的图像并且改变物镜的激励，以通过分析所记录的图像来确定聚焦的品质。接下来在步骤103中可以改变物镜的激励，直到满足希望的图像清晰度标准。所得的物镜激励值在后续方法中用作第一物镜激励值i1。在此还能够将之前设置的物镜11激励用作第一物镜激励值i1，如果从之前设置的物镜11激励已知其已经提供了具有可接受图像清晰度的图像(不一定是可获得的最大图像清晰度)，则无需在改进图像清晰度标准方面反复地记录并分析图像。因此，可以省略步骤103。

在步骤105中，将束偏转器25的激励设置为第一束偏转器激励值w1，并且将物镜的激励设置为第一物镜激励值i1。在步骤107中，在步骤105的设置的情况下记录第一图像b1。接下来，在步骤109中，将束偏转器的激励的设置改变成第二束偏转器激励值w2，同时将物镜的激励的设置维持为第一物镜激励值i1接下来，在步骤111中，在步骤109的设置的情况下记录第二图像b2。接下来，在步骤113中，再次将束偏转器25的激励设置为第一束偏转器激励值w1，同时将物镜的激励设置为第二物镜激励值i2。第二物镜激励值可以例如是第一物镜激励值的1.01倍。

在步骤115中，在步骤113的设置的情况下记录第三图像b3。接下来，在步骤117中，将束偏转器25的激励设置为第二束偏转器激励值w2，同时将物镜的激励仍设置为第二物镜激励值i2。在步骤119中，在步骤117的设置的情况下记录第四图像b4。

接下来，在步骤121中，根据所记录的这四个图像b1、b2、b3以及b4来计算优化的束偏转器激励值wopt。该计算可以例如基于可以在ep2309530b1中找到的等式来执行，该文献的全部披露内容并入本申请。

此外，在步骤121中，确定第三物镜激励值i3。所述第三物镜激励值可以尤其被确定成满足以下关系：

i3＝i1+k*(i2-i1)

其中

i1是第一物镜激励值，

i2是第二物镜激励值，

i3是第三物镜激励值，并且

k是预定值。

所述第三物镜激励值在此被确定成使得由物镜11产生的聚焦磁场基本上具有与在步骤107和111中记录图像b1和b2期间以第一物镜激励值激励物镜11时相同的强度。

因此，在步骤123中，可以将束偏转器25的激励设置为优化的束偏转器激励值wopt，并且可以通过将物镜11的激励以一种方式设置为第三物镜激励值i3来在很大程度上优化物镜的激励，使得接下来在步骤125中，可以记录物体的进一步图像bn，这些是所述检查的实际目标。这些图像具有相对高的图像品质，因为它们是用相对于物镜的主轴居中的粒子束记录的。

如果需要，能够在步骤123中将束偏转器的激励设置为优化的束偏转器激励值wopt并且将物镜设置为第三物镜激励值i3之后，通过在步骤127中在满足图像清晰度标准方面从第三物镜激励值开始优化物镜来进一步改善物镜的激励，如上文结合步骤103已经解释的。接下来在步骤129中，所得的优化的物镜激励值iopt可以与优化的束偏转器激励值wopt一起使用，来在步骤125中记录该多个图像bn，这些图像是物体的检查目标。

在图3中以替代性的方式示意性地展示了参照图2解释的方法。图3示出了对物镜激励值和束偏转器激励值的设置，这些值是在时间上相继获得的，如位于二维场中并且用箭头相连的框，其中这些箭头表示时间序列。束偏转器激励值w1、w2以及wopt彼此水平相邻地展示出，并且物镜激励的不同值i1、i2、i3以及iopt彼此竖直相邻地展示出。可以看到在物镜激励值i1时，以不同的束偏转器激励值w1和w2一个紧接一个地记录了图像b1和b2。类似地，在相同的物镜激励值i2时，一个紧接一个地分别记录了具有束偏转器激励值w1和w2的两个图像b3和b4。为此原因，甚至在物镜存在磁滞现象的情况下，仍在相同的聚焦磁场强度下记录两个图像b1和b2。同样，在相同的聚焦磁场强度下记录两个图像b3和b4。

根据ep2309530b1的图2，在图5所展示的常规方法中，情况明显不是这样。由于物镜的磁滞现象，两个图像b1和b3不是在相同的聚焦磁场强度下记录的，尽管这是假设的。对于两个图像b2和b4也是如此。

在参照图3所解释的方法中，在已经记录这四个图像b1至b4之后，将物镜激励设置为值i3，以记录进一步图像bn。在此，物镜激励值i3被确定为使得在该值时，物镜(在考虑了其磁滞现象的情况下)产生与之前用于记录图像b1和b2的物镜激励值i1基本上相同的聚焦磁场。执行这种设置是因为之前已知了可以以物镜激励值i1来产生良好聚焦的图像。同时，能够在希望时基于例如图像清晰度标准来进一步优化聚焦、并且使用优化的物镜激励值iopt，该物镜激励值接下来被获得以记录进一步图像。

图4示出了用于调节粒子束显微镜的方法的进一步实施例。在此，再次在束偏转器和物镜的不同设置的情况下记录四个图像b1、b2、b3以及b4，以确定优化的束偏转器激励值wopt。在这种情况下，在记录第一图像b1与记录第二图像b2之间将物镜的激励从第一物镜激励值i1改变成第二物镜激励值i2。然而，以不同的束偏转器激励值w1和w2、以相同的物镜激励值i2来记录图像b2和b3。接下来以物镜激励值i3来记录第四图像b4，所述物镜激励值不同于第二物镜激励值i2和第一物镜激励值i1并且被确定为使得在第三物镜激励值i3时在考虑了磁滞现象的情况下，获得聚焦磁场，该聚焦磁场是由物镜产生并且与之前通过在以第一物镜激励值i1激励物镜时记录第一图像b1期间获得的磁场基本上相同。因此，用基本上相同的聚焦磁场来记录两个图像b1和b4。

类似地，如参照图3所解释的方法中，以及在根据图4的方法中，在记录这四个图像b1至b4之后设置所述优化的束偏转器激励值wopt，并且可以以第三物镜激励值i3来记录进一步图像bn。此外，还能够例如在图像清晰度标准方面来进一步改善聚焦，以获得优化的物镜激励值iopt，以将其用于记录进一步图像。

在之前所解释的实施例中，使用单一束偏转器25作为束调节装置以将粒子源3产生的束偏转某个角度α，使得所述束以尽可能多地减少出现的任何像差的方式穿过物镜11。替代性地能够在束路径中提供前后排列的两个偏转器，这两个偏转器可以被致动以便例如使束沿相反方向相继地偏转，由此而经历平行移位。在此，相应地应用之前解释的用于调节的方法，使得这两个偏转器被激励成使束移位，而使得所述束以尽可能多地减少出现的任何像差的方式穿过物镜11。

在之前所解释的实施例中，使用束偏转器25作为束调节装置以调节粒子源3产生的束，使得所述束以尽可能多地减少出现的任何像差的方式穿过物镜11。替代性地或额外地，存在使用粒子束显微镜1的部件作为束调节装置的进一步可能性。

下文将参照图1来解释一种这样的可能性。在此，箭头31象征性地展示了，光阑27可横向于粒子束5的方向移位，所述光阑决定了粒子束5在随后束路径中的截面。该移位由致动器33、比如步进马达执行、由控制器12控制、并且可以沿两个相互正交的方向实现。可以提供测量系统，所述测量系统测量光阑27相对于粒子束显微镜1的其他部件的位置并且将其传输至控制器，使得可以以基于反馈的方式来实现对光阑27的位置的设置。

光阑27横向于束方向的移位导致束在物镜11平面中移位，因此光阑27也可以用作束调节装置来将束设置为使得所述束以尽可能多地减少出现的任何像差的方式穿过物镜11。

参照图3和图4解释的方法可以用简单的方式来适配，以通过将束偏转器25的激励设置w1、w2以及wopt用作光阑27的位置的设置并且通过相应地执行该方法来将光阑27用作束调节装置。

在之前所解释的实施例中，粒子束的调节是相对于物镜实现的。当然，粒子束显微镜典型地包括进一步的部件，粒子束可以相对于所述部件进行调节或者可以相对于粒子束进行调节以在粒子束显微镜的操作过程中获得希望的标准。例如，之前解释的粒子束显微镜1还可以具有消像散器。在执行之前解释的用于调节的方法期间，所述消像散器没有被激励，因此，首先粒子束可以相对于物镜对准。接下来，消像散器的四极场相对于粒子束被居中。这可以通过以下方式来实现：使消像散器相对于粒子束机械地移位、或者使偶极场叠加在消像散器的四极场上使得四极场的对称轴基本上与粒子束重合。接下来可以将四极场的强度和取向设置为获得粒子束显微镜的操作的所希望标准。