生成结果图像的方法与流程

本发明涉及一种使用粒子束系统生成物体的结果图像的方法。特别地，本发明涉及基于使用粒子束系统沿不同扫描方向记录的多个图像来生成结果图像。例如，粒子束系统可以是电子束系统、离子束系统或其组合。

背景技术：

诸如电子束显微镜或离子束显微镜等粒子束系统可以被用于获得物体的图像。为此，由粒子束系统生成的一次粒子束在整个物体上扫描，并且检测由一次粒子束与物体的相互作用而生成的二次粒子。基于检测到的二次粒子，可以获得物体的图像。

然而，用一次粒子束扫描物体可以引起物体带电。带电的物体影响一次粒子束和二次粒子。这种影响可以导致以下问题：所获得的图像包含由带电物体引起的带电伪影。如果物体包括低电导率部分或非导电区域，则这个问题可能是严重的。

已知解决这个问题的几种不同方法。例如，可以通过更快的扫描、通过使用不同的一次粒子束能量以及通过使用电荷补偿来减少物体的带电。在其他方法中，仅检测具有特定动能的二次粒子并将其处理为图像。

然而，由于信噪比低，这些已知技术可能降低所获得的图像的质量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种使用粒子束系统获得物体的图像的方法，其中，减少了由于物体的带电而引起的图像伪影。

本发明的实施例涉及一种使用粒子束系统生成物体的结果图像的方法。例如，粒子束系统可以是电子束系统、离子束系统或其组合。该方法包括使用生成一次粒子束的粒子束系统来记录物体的区域的多个一次图像，其中，每个一次图像的记录包括使该一次粒子束在区域上沿扫描方向扫描并且检测由此生成的二次粒子，其中，用于记录至少一对两个一次图像的扫描方向至少相差至少10°的第一阈值；以及基于所记录的多个一次图像，生成表示物体的区域的结果图像。

根据这个实施例，通过使用该粒子束系统来记录物体的区域的多个一次图像。因此，多个一次图像中的每一个都包括表示物体的相同区域的图像部分。

可以通过使一次粒子束在区域上沿扫描方向扫描并且通过检测由此生成的二次粒子来记录一次图像中的每一个。由于一次粒子束与物体的相互作用，二次粒子从物体生成并发出。例如，二次粒子可以是反向散射电子、二次电子、反向散射离子、二次离子或辐射(例如光子、x射线等)。

使一次粒子束在区域上扫描意味着将一次粒子束入射到该区域上，并且移动一次粒子束在物体上的入射位置。可以将扫描方向视为入射位置的速度向量的方向。替代地，可以将扫描方向视为一次粒子束与由一次粒子束的粒子束系统所生成的焦平面的交点的速度向量的方向。

用于记录至少一对两个一次图像的扫描方向至少相差第一阈值，该第一阈值达到至少10°。一对两个一次图像是一组在所有记录的一次图像中的两个不同一次图像。相应地，在记录一次图像期间，沿着至少相差第一阈值的扫描方向来扫描区域。相应地，使用彼此明显不同的扫描方向来记录多个一次图像。

一次图像可以包括由于一次粒子束在区域上的扫描而导致的物体带电而引起的带电伪影。然而，特定一次图像的带电伪影取决于用于记录这个图像的扫描方向。由于用于记录一次图像的扫描方向不同，一次图像中的、与物体的单个物体位置相对应的图像位置处的带电伪影可能是不同的。然而，基于多个一次图像，可以生成带电伪影被减轻的结果图像。例如，可以通过对多个一次图像的对应图像位置处的图像值求平均，即通过对一次图像中的、表示物体相同位置的位置处的图像值求平均，来生成结果图像。

根据优选实施例，用于记录预定数量对的两个一次图像的扫描方向至少相差第一阈值。例如，预定数量可以是至少3或至少6或至少12或至少18或至少36或至少100或至少250。相应地，在记录一次图像期间，沿着至少相差第一阈值的许多不同的扫描方向来扫描区域。这可以增加结果图像中的带电伪影的减轻。

根据优选实施例，第一阈值是20°或30°或80°或150°。选择高于10°的第一阈值可以进一步改善结果图像中的带电伪影的减轻。

根据另一个优选实施例，用于记录至少一对两个一次图像的一些扫描方向基本上是彼此相反的。如果扫描方向相差至少175°且至多185°，则可以将扫描方向视为基本上彼此相反。这意味着使用基本上彼此相反的扫描方向来记录至少一对两个一次图像中的一次图像。

根据另一个优选实施例，至少3个、至少4个、至少10个、至少20个或至少60个一次图像被记录并且用于生成结果图像。可以使用不同的扫描方向来记录每一个一次图像。用于生成结果图像的一次图像的数量越多，结果图像中带电伪影的减轻就会越好。

根据另一个优选实施例，用于记录每个单独一次图像的扫描方向彼此之间至多相差第二阈值。例如，第二阈值可以是2°或1°。

根据这个实施例，用于记录一个单独图像的扫描方向可以彼此至多相差第二阈值。第二阈值可以小到1°，或甚至更低。选择较小的第二阈值意味着通过使一次粒子束沿着基本上相同的扫描方向在区域上扫描来记录这一个单独图像，一直到完成这一个单独图像的记录。例如，可以沿着多个分开的平行直线来扫描区域。这些直线的方向彼此平行，因此用于记录这一个单独图像的扫描方向是基本上相同的。一次图像中的每个单独图像都应满足这个条件。

尽管用于记录一次图像中的每个单独图像的扫描方向是基本上相同的(即，彼此之间至多相差第二阈值)，但用于记录至少一对两个一次图像的扫描方向至少相差至少10°的第一阈值。那意味着，每个单独一次图像基本上是使用单个扫描方向来记录的，同时用于记录不同一次图像的扫描方向则是基本上不同的。

根据优选实施例，用于记录所有成对两个一次图像的扫描方向至少相差至少0.1°的第三阈值。相应地，使用不同的扫描方向来记录每个一次图像中。不同的一次图像的扫描方向至少相差第三阈值。第三阈值可以是0.2°或0.3°。

根据另一个优选实施例，结果图像的生成包括通过对一次图像在一次图像中的对应图像位置处的图像值求平均来确定平均值。每个一次图像中都可以包括多个图像位置，其中，给每个图像位置分配一个图像值。对应的图像位置是一次图像中表示物体的相同位置的图像位置。因此，表述“对应的图像位置”表示不同的一次图像中的图像位置，其中，这些图像位置中的每一个都表示物体的相同位置。对分配给相应图像位置的图像值求平均以确定平均值。基于平均值来生成结果图像。通过此，减轻了结果图像中的带电伪影。

例如，平均值的确定可以通过确定图像值的平均值或中值或众数值来执行。可以使用其他平均值，诸如算术平均值、调和平均值、三次平均值等。可以在一次图像中执行其他/不同的操作以生成结果图像。

可以基于对一次图像的图像分析来确定一次图像中的对应图像位置。例如，一次图像可以彼此相关，这允许识别一次图像中的对应图像位置。

附图说明

随后参考附图描述本发明的实施例。

图1示出了图示使用粒子束系统生成物体的结果图像的方法的实施例的流程图；

图2a至图2c示出了物体、物体的一次图像以及用于记录一次图像的扫描方向的示意性图示；

图3示出了用于记录图2a、图2b和图2c的一次图像的扫描方向的示意性图示；

图4示出了由图2a、图2b和图2c的一次图像生成的结果图像的示意性图示；

图5示出了用于记录一个单独图像的扫描方向的示意性图示；

图6示出了粒子束系统的示意性图示；以及

图7示出了另一个粒子束系统的示意性图示。

具体实施方式

图1示出了图示使用粒子束系统生成物体的结果图像的方法的实施例的流程图。

首先，在步骤s1中，使用粒子束系统来记录物体的区域的多个一次图像。在步骤s2中，在步骤s1之后，基于步骤s1中所记录的一次图像来生成物体的区域的结果图像。

在下面的描述中，所记录的一次图像的数量将达到三个。然而，该方法可以用两个或更多个一次图像的数量来执行。

根据图1所示的示例，步骤s1包括步骤s11、s12和s13。在步骤s11中，使用第一扫描方向来记录第一一次图像。参考图2a更详细地描述步骤s11。

图2a在其左侧通过物体1的表面上的立视图示出了物体1的示意性图示，并且在其右侧示出了第一一次图像11的示意性图示。物体1包括第一材料的第一部分3和第二材料的第二部分5。部分3和5的材料是不同的，因此由不同的纹理图示。如果材料中的至少一种材料是非导电的，则部分3和5的不同材料可能在扫描期间引起带电伪影。

粗线正方形表示物体1的、被扫描用于记录第一一次图像11的第一区域7。通过使粒子束沿着第一扫描路径9在第一区域7上扫描并且检测由于该扫描而从物体1出射的二次粒子来记录第一一次图像11。第一扫描路径9由覆盖第一区域7的箭头图示。在这种情况下，沿着分开的平行直线扫描第一区域7。相应地，通过使一次粒子束沿着箭头所示的单个第一扫描方向10在整个第一区域7上扫描记录第一一次图像11。

由于物体1的区域3和5的材料不同，所以第一一次图像11在材料相交处附近包括带电伪影12。注意，在第一一次图像11中所示的三角形35-1不包含在第一一次图像11中。三角形35-1表示下述第一一次图像11内的图像位置。

可以使用用于记录第一一次图像11的其他扫描模式。在这种情况下，通过使一次粒子束在整个第一区域7上沿多个不同的第一扫描方向扫描来记录第一一次图像11。将参考图5描述这种情况的示例。

返回参考图1，步骤s1在步骤s11之后进一步包括使用第二扫描方向记录第二一次图像的步骤s12。参考图2b更详细地描述了步骤s12。

图2b在其左侧示出了类似于图2a的物体1的示意性图示，在其右侧示出了第二一次图像17的示意性图示。粗线正方形表示物体1的、被扫描用于记录第二一次图像17的第二区域13。第二一次图像17是通过使粒子束沿着第二扫描路径15在第二区域13上扫描并且通过检测由于该扫描而从物体1出射的二次粒子来记录的。第二扫描路径15由覆盖第二区域13的箭头图示。在这种情况下，沿着分开的平行直线扫描第二区域13。相应地，通过使一次粒子束沿着箭头指示的单个第二扫描方向16在第二区域13上扫描来记录第二一次图像17。第二扫描方向16在顺时针方向上与第一扫描方向10相差120°。

由于物体1的区域3和5的材料不同，所以第二一次图像17在材料相交处附近包括带电伪影18。注意，在第二一次图像17中所示的三角形35-2不包含在第二一次图像17中。三角形35-2表示以述第二一次图像17内的图像位置。

返回参考图1，步骤s1在步骤s12之后进一步包括使用第三扫描方向记录第三一次图像的步骤s13。参考图2c更详细地描述了步骤s13。

图2c在其左侧示出了与图2a和图2b相似的物体1的示意性图示，并且在其右侧示出了第三一次图像23的示意性图示。粗线正方形表示物体1的、被扫描用于记录第三一次图像23的第三区域19。第三一次图像23是通过使粒子束沿着第三扫描路径21在第三区域19上扫描并且通过检测由于该扫描而从物体1出射的二次粒子来记录的。第三扫描路径21由覆盖第三区域21的箭头图示。在这种情况下，沿着分开的平行直线扫描第三区域19。相应地，通过使一次粒子束沿着箭头所示单个第三扫描方向22在第三区域19上扫描来记录第三一次图像23。第三扫描方向22在顺时针方向上与第一扫描方向10相差200°。

由于物体1的区域3和5的材料不同，所以第三一次图像23在材料相交处附近包括带电伪影24。注意，第三一次图像23中所示的三角形35-3不包含在第三一次图像23中。三角形35-3表示下述第三一次图像23内的图像位置。

图3示出了用于记录一次图像11、17和23的扫描方向10、16、22的示意性图示。特别地，图3示出了用于记录第一一次图像11的第一扫描方向10、用于记录第二一次图像17的第二扫描方向16以及用于记录第三一次图像23的第三扫描方向22。第一扫描方向10和第二扫描方向16相差角度25。第一扫描方向10和第三扫描方向22相差角度27。第二扫描方向16和第三扫描方向22相差角度29。

本文中，可以将两个方向之间的角度定义为在两个方向之间形成的两个角度中的较小的角度。在参考图3所述的示例中，角度25为120°、角度27为160°以及角度29为80°。

根据参考图1所述的方法，用于记录至少一对两个一次图像的扫描方向至少相差至少10°的第一阈值。在本示例中，以下多对两个一次图像11、17和23是可能的：第一一次图像11和第二一次图像17作为第一对两个一次图像；第一一次图像11和第三一次图像23作为第二对两个一次图像；以及第二一次图像17和第三一次图像23作为第三对两个一次图像。根据以上定义的特征，用于记录这些对中的至少一对的一次图像的扫描方向应至少相差第一阈值。在本示例中，因为角度25、27和29中的每一个都大于10°，所以所有对两个一次图像11、17、23都满足这个条件。

例如，第一阈值至少为10°，但是可以达到150°。假设第一阈值为150°，则仅通过第二对两个(即通过用于记录第一一次图像11和第三一次图像23的扫描方向)来满足上述条件，因为在角度25、27和29中，仅角度27大于150°的第一阈值。然而，只要用于记录至少一对两个一次图像11、17、23的扫描方向至少相差第一阈值，就满足上述条件。

返回参考图1，在步骤s1之后，执行基于一次图像11、17、23生成物体1的区域的结果图像的步骤s2。步骤s2包括步骤s21和s22。

在步骤s21中，执行一次图像11、17、23的图像分析，以便确定一次图像11、17、23中的对应图像位置。图4在其左侧示出了物体1的示意性图示，并且在其右侧示出了结果图像37的示意性图示。第一区域7、第二区域13和第三区域19彼此重叠。第一区域7、第二区域13和第三区域19的相交由多边形图示，该多边形表示所有一次图像11、17、23共用物体1的区域33。换句话说，物体1的区域33被表示在一次图像11、17、23中的每一个中。

物体1的区域33内的示例性物体位置35由三角形图示。物体位置35被表示在一次图像11、17、23中的每一个中。然而，在一次图像11、17、23中的每一个中，物体位置35通常被表示在不同的图像位置处，即相对于该图像的位置，因为一次图像11、17、23中的每一个都表示物体1的不同区域。参考图2a，图像位置35-1表示物体位置35。参考图2b，图像位置35-2表示物体位置35。参考图2c，图像位置35-3表示物体位置35。一次图像11、17、23中的图像位置35-1、35-2、35-3表示相同的物体位置35，因此在一次图像11中被称为对应的图像位置。

图像分析可以用于针对物体1的物体位置35和其他物体位置来确定一次图像11、17、23中的对应图像位置35-1、35-2、35-3。

对一次图像11、17、23执行图像分析是确定对应的图像位置的一种方式。例如，可以使用一次图像11、17、23的关联来执行图像分析。可以使用用于确定一次图像11、17、23中的对应图像位置的其他手段。

返回参考图1，在步骤s21之后的步骤s22中，通过对一次图像11、17、23的在对应图像位置35-1、35-2、35-3处的图像值求平均来确定平均值。可以针对物体1的区域33的多个不同的物体位置35来确定平均值，由此确定了对应的图像位置。例如，平均值的确定可以包括确定在一次图像中的对应图像位置处的图像值的平均值或中间值或众数值。

基于在步骤s22中确定的平均值，生成物体1的区域33的结果图像37。如图4所示的结果图像37不包含带电伪影。至少，在结果图像中减轻了带电伪影。

在前面的描述中，扫描第一区域7以用于记录第一一次图像11，扫描第二区域13以用于记录第二一次图像17，以及扫描第三区域19以用于记录第三一次图像23。区域33是第一、第二和第三区域7、13、19的相交处。为了生成结果图像37，使用一次图像11、17、23的、表示区域33的图像位置处的图像值。相比之下，一次图像11、17、23的、表示物体1在区域33外部的位置的图像位置处的图像值不被用于生成结果图像37。相应地，在记录第一、第二和第三一次图像11、17、23期间，扫描物体1的一些区域38，但是针对这些区域38所获得的图像值不被用于生成结果图像37。

为了避免这种不必要的扫描，可以执行一次图像的记录，使得除了要由结果图像37所表示的区域33以外，基本上什么都没有被扫描。例如，可以执行一次图像的记录，使得物体1的区域38(其图像值不被用于生成结果图像37)的面积与区域33(其图像值被用于生成结果图像37)的面积之比达到至多50％、特别是至多10％或至多1％。

参考图4，结果图像37的形状是具有12个顶点的正多边形。记录一次图像，使得仅扫描由结果图像37所表示的区域33，避免扫描物体1的区域38。因此，可以在更短的时间内执行该记录，并且减少了物体1的带电。

例如，结果图像的形状可以是圆形的。在这种情况下，一次图像的形状可以是圆形的，以避免不必要的扫描。

为了简化参考图2a至图2c的一次图像的记录的描述，假设使用单个扫描方向来记录一次图像11、17、23中的每个单独图像。然而，实际上，用于记录每个单独一次图像的扫描方向可能在一定程度上不同。相应地，多个不同的扫描方向用于记录每个单独一次图像。参考图5对此进行了描述。

图5示出了用于记录单个一次图像的扫描方向39的示意性图示。为了简化扫描方向39之间的比较，图示了平行虚线。一些扫描方向39彼此不同。例如，扫描方向39应彼此之间至多相差2°或1°的第二阈值。虽然用于记录至少一对两个一次图像11、17、23的扫描方向10、16、22应彼此之间相差很大，但用于记录每个单独一次图像的扫描方向39应彼此之间仅相差轻微，即至多相差第二阈值。

参考图3描述关于扫描方向的另一个优选条件。用于记录所有对两个一次图像11、17、23的扫描方向10、16、22应至少相差至少0.1°的第三阈值。例如，第三阈值可以达到0.2°或0.3°。在图3所示的示例中，用于记录所有成对两个一次图像11、17、23的扫描方向相差至少80°，因为角度25、27、29中的最小角度是80°。相应地，使用与其他一次图像的所有其他扫描方向至少相差第三阈值的扫描方向来记录每个一次图像。

可以通过参考图6和图7所述的粒子束系统来执行本文中所述的方法。

在立体的和示意性简化的图示中，图6示出了粒子束系统101，该粒子束系统包括具有主轴线105的电子显微镜系统103。

电子显微镜系统103被配置为生成沿电子显微镜系统103的主轴线105发射的一次电子束119，并且被配置为将一次电子束119引导到物体113上。

电子显微镜系统103包括用于产生一次电子束119的电子源121(通过阴极123和抑制电极125示意性地图示)以及与之相隔一定距离布置的引出电极126。电子显微镜系统103还包括加速电极127，该加速电极过渡成束管129并延伸穿过聚光器布置131，该聚光器布置通过环形线圈133和磁轭135示意性地图示。在一次电子束119已经穿过聚光器装置131之后，它延伸穿过针孔小孔137和二次粒子检测器141中的中心孔139，此时一次电子束119进入电子显微镜系统103的物镜143。物镜143包括用于聚焦一次电子束119的磁透镜145和静电透镜147。在图6的示意性图示中，磁透镜145包括环形线圈149、内部极靴151以及外部极靴153。静电透镜147是由束管129的下端155、外部极靴153的内部下端以及环形电极159形成，该环形电极朝向物体113圆锥形地收窄。

尽管在图6中未图示，但电子显微镜系统103进一步包括偏转系统，该偏转系统用于沿垂直于主轴线105的方向上偏转一次粒子束119。因此，可以使一次电子束119在物体113上扫描。

粒子束系统101另外包括控制器177，该控制器控制粒子束系统101的操作。控制器177特别地根据步骤s1来控制电子显微镜系统103的操作并且执行步骤s2。

二次粒子检测器141被配置为检测二次粒子，例如电子、离子、辐射或其组合。在以上示例中，二次粒子检测器141位于束管129内。然而，根据进一步的实施例，二次粒子检测器141可以位于束管129的外部，例如位于包含粒子束系统101的真空室内。

在立体的和示意性简化的图示中，图7示出了粒子束系统102，该粒子束系统包括具有主轴线109的离子束系统107以及以上参考图6所述的电子显微镜系统103。

电子显微镜系统103和离子束系统107的主轴线105和109在共享的工作区域内的位点111处以角度α相交，该角度可以具有例如45°至55°或大约90°的值，使得具有表面115的、要分析和/或处理的物体113既可以在位点111的区域中使用沿离子束系统107的主轴线109发射的一次离子束117进行处理，也可以使用沿着电子显微镜系统103的主轴线105发射的一次电子束119进行分析。为了保持物体113，提供了示意性指示的保持器116，该保持器可以关于其距电子显微镜系统103和离子束系统107的距离和关于电子显微镜系统和离子束系统的取向来调整物体113。

离子束系统107包括离子源163，该离子源具有引出电极165、聚光器167、光阑169、偏转电极171以及聚焦透镜173，以用于产生离开离子束系统107的壳体175的离子束117。保持器116的纵向轴线109’相对于竖直方向105′倾斜一个角度，该角度在这个示例中对应于主轴线105与109之间的角度α。然而，方向105’和109’不需要与主轴线105和109重合，并且它们所围成的角度不必与主轴线105与109之间的角度α匹配。

粒子束系统102另外包括控制器277，该控制器控制粒子束系统102的操作。控制器277特别是根据步骤s1来控制电子显微镜系统103、离子束系统107和保持器116的操作并且执行步骤s2。