借助于粒子束中的像散在粒子光学设备中执行聚焦的方法

专利名称：借助于粒子束中的像散在粒子光学设备中执行聚焦的方法
技术领域：
本发明涉及一种在具有成像物镜的粒子光学设备中使带电粒子束聚焦的方法。
背景技术：
这种方法可以从SCANNING，Vol.19，(1997)，第553-563页中公开的题目为“用于扫描电子显微镜的鲁棒聚焦和像散校正方法(A Robust Focusing andAstigmatism Correction Method for the Scanning Electron Microscope)”中获知。这篇文章描述了一种用于使带电粒子束聚焦的方法，其中该带电粒子是电子。实现了这种方法的具有成像物镜的粒子光学设备是扫描电子显微镜(SEM)。依照该文章中所述的方法，在成像物镜的两个不同设定时，形成该粒子光学设备中样本的图像；其后，对于每幅图像，根据该图像中出现的空间频率确定光谱能量含量。最后提到的这个处理过程是利用所谓的快速傅立叶变换(FFT)完成的。
在形成两幅图像之前，首先确定该物镜的额定折射率；也就是说，对于该折射率值，电子束大致聚焦到该样本上。然后利用与这个额定设定值的偏差以生成“过焦”的设定；另外，利用与该额定设定值的偏差以生成“弱焦”的设定。因此，在成像物镜的两个不同设定时形成的两幅图像包括一幅“过焦”图像和一幅“弱焦”图像。为了自动地使电子束聚焦，确定这两幅图像的总光谱能量含量，同样还确定“过焦”图像和“弱焦”图像的光谱能量含量之差。这个差值与总光谱能量含量之比R给出了对电子束散焦的测量方法。如果R是正的，那么“过焦”图像比“弱焦”图像更明显，因此必须缩短焦距；如果R是负的，那么“弱焦”图像比“过焦”图像更明显，因此必须延长焦距。
连同这种用于使电子束聚焦的方法一起，还描述了一种用于使电子束的像散最小化的方法。在最后提到的这种方法中，对于两幅图像中的每一幅，确定了该图像多个扇区的光谱能量含量，并且基于各个光谱能量含量之差，为了获得实质上没有像散的射束，确定关于像散在哪个方向上必须增加或降低。
在前述文章中从第558页公式(2)到第559页的“实施”的段落中，特别地描述了用于使电子束聚焦以及使该电子束的像散最小化的方法。应该清楚，为了自动地使电子束聚焦，仅仅利用两幅图像的光谱能量含量之比，而不利用电子束的像散程度。换句话说，利用这种已知的方法，可以实现在要被聚焦的射束中无像散出现的聚焦方法。

发明内容
本发明的目的是提供一种在具有成像物镜的粒子光学设备中使带电粒子束聚焦的可选方法。在根据本发明方法的多种普通形式中，采取以下步骤(a)根据前述射束(即，在该粒子光学设备中，要被聚焦的带电粒子束)，对于物镜的第一设定，形成具有伴生像散方向的第一像散射束；(b)利用第一像散射束，形成该粒子光学设备中样本的图像；(c)确定步骤(b)中形成的图像中像散模糊(弥散)的方向；(d)为物镜提供不同设定；(e)根据前述射束，对于物镜的其它设定，形成第二像散射束，该射束具有伴生像散方向；(f)利用第二像散射束形成样本的图像；(g)确定步骤(f)中形成的图像中像散模糊的方向；(h)比较步骤(b)中形成的图像中像散模糊的方向与步骤(f)中形成的图像中像散模糊的方向。
(i)在前述的方向相同的情况下，重复步骤(d)到(h)，在前述的方向不相同的情况下，在物镜的第一设定和物镜的最后获得的设定之间实施插值处理，从而确定当带电粒子束达到其最佳聚焦时该物镜的设定。
在根据本发明的这种方法中，故意使将被聚焦的射束像散，并将该射束中的像散用于聚焦该射束。从而利用其本身已知的作用，即当该射束的聚焦从过焦变为弱焦时，或反之时，该图像中由像散引起的模糊的方向变化90°。因此，使样本的第一幅图像具有射束的像散的已知方向，并且确定了这幅图像中由于像散引起的模糊(步骤a到c)。然后，在物镜的不同设定时，使样本的第二幅图像同样具有该射束的像散的已知方向，并且确定了这幅图像中由于该像散引起的模糊(步骤d到g)。如果第一幅图像中的像散方向与第二幅图像中的像散方向相同，那么是非常方便的，然而这并不是必要的。现在假设在两种情况中的射束像散方向是相同的。依据第一幅图像中像散模糊方向与第二幅图像中像散模糊方向的比较，如果表现出这两个方向是不同的，那么必达到以下结论，即形成第一幅图像时，设置为弱焦，而形成第二幅图像时，则设置为过焦。因此，最佳焦点应位于这两个设定之间的某个位置，由此可以借助于物镜的这两个设定之间的插值处理，可确定该设定是处于哪种情况。依据第一幅图像中像散模糊方向与第二幅图像中像散模糊方向的比较，如果表现出这些方向实际上是相同的，那么必达到以下结论，即形成这两幅图像的同时，仅出现弱焦或者过焦。现在，必须给予物镜一个新的设定，直到两个模糊的方向不同为止，于是可以采取前面提到的插值处理。根据本发明的方法的优点在于，利用这种方法找到了零交叉点(即，在物镜的第一设定和该物镜的最后获得的设定之间的插值中，从而确定了带电粒子束获得其最佳焦点时的物镜的设定)，与在粒子光学设备中用于自动聚焦的普通方法相比，该方法通常提供了用于该方法的算法的更快收敛，其中所采用的算法寻找最小值或最大值。如所已知的一样，末端附近的曲线走向比较平，而零交叉点附近的曲线走向则不平得多。
在本发明的优选实施例中，通过确定所讨论的图像中具有第一方向的第一光谱区域的光谱能量含量，和该图像中具有第二方向的第二光谱区域的光谱能量含量，并且至少确定第一区域中的光谱能量含量与第二区域中的光谱能量含量之差的符号，来确定图像中像散模糊的方向，其中第二方向横截第一方向。在这个实施例中，在光谱能量含量的二维图形表示中选择一个扇区(所讨论的图像中具有第一方向的第一光谱区域)，并且确定所述扇区中的能量含量；同样，对于横截(优选垂直)该扇区的扇区(该图像中具有横截第一方向的第二方向的第二光谱区域)也进行相同的处理。对于图像中的某个像散模糊方向，光谱能量含量将会彼此不同，根据这个差值的符号可以确定模糊的方向。
在本发明的另一实施例中，通过比较各幅图像的第一区域与第二区域的光谱能量含量之差的符号，来比较步骤(b)中形成的图像中的像散模糊方向与步骤(f)中形成的图像中的像散模糊方向。在这个实施例中，将先前的段落中提到的处理方法用于两幅图像中的每一幅，从而确定像散模糊的方向。根据这两个方向之差的符号，可以确定像散模糊具有相同的方向还是彼此横截的方向。
在本发明另一优选实施例中，采取以下步骤(j)对于物镜的第一设定，形成具有已知像散方向的第一其他像散射束，该方向横截第一像散射束的像散方向，利用该第一像散射束形成样本的第一幅图像，利用该第一其他像散射束形成样本的第一其他图像；(k)对于物镜的第二设定，形成具有已知像散方向的第二其他像散射束，该方向横截第二像散射束的像散方向，利用该第二像散射束形成样本的第二幅图像，利用该第二其他像散射束形成样本的第二其他图像；(l)在由此形成的四幅图像中，通过确定所讨论的图像中具有第一方向的第一光谱区域的光谱能量含量，和该图像中具有第二方向的第二光谱区域的光谱能量，来确定像散模糊的方向，其中第二方向横截第一方向，由此在每幅图像中至少确定了第一区域的波谱能量含量和第二区域的波谱能量含量之差的符号。
本发明的这个实施例对于具有很大程度方向优先性的结构的样本具有特别的优点，例如具有集成电路的情况。在物镜的第一设定时，形成具有横截设置(优选相互垂直)的像散的两幅图像。在物镜的第二设定时同样如此。现在，对于由此形成的四幅图像中的每一幅，再次在(二维图形表示的)光谱能量含量中选择两个不同的扇区(这些扇区优选具有相互垂直方向的中心轴)，并确定这两个扇区中各个扇区的光谱能量含量之差，该差值此处应是指扇区差。这个差值提供了一种对所讨论的图像中存在的各向异性的大小和方向的测量方法。因此，样本的方向优先性和射束中的像散都有助于这种各向异性。
对本实施例中提到的四幅图像中的每一幅，确定前面提到的扇区差。在物镜的相同设定时形成的两幅图像中，样本中具有强烈方向优先性的结构在各个扇区差中的作用都相同；因此当确定了这两个扇区差之差时(最终的差)，这种作用将被消除。由于这一点，最终的差几乎专门地反映了像散模糊的作用。这对于在物镜的第一设定时形成的图像的最终的差和在物镜的第二设定时形成的图像的最终的差都是可以应用的。
现在，可以对由此形成的两个最终的差进行相互比较，基于这种比较，可以确定在物镜的第一设定时形成的图像是否表现出与在物镜的第二设定时形成的图像相同的像散模糊方向。然后，可以采取先前提到的该方法的延续步骤一也就是说，在像散模糊方向相同的情况下，重复步骤(k)和(l)，在像散模糊方向不同的情况下，在物镜的第一设定和物镜最后获得的设定之间执行插值处理，从而确定带电粒子束达到其最佳聚焦所需的物镜设定。
在本发明的又一实施例中，在物镜的第一设定和物镜最后获得的设定之间执行插值处理出现在(m)确定各幅伴生图像中第一区域的光谱能量含量和第二区域的光谱能量含量之差的大小(n)通过这些值之间的插值，获得了对带电粒子束达到其最佳聚焦所需的物镜设定值的估计(o)在由此估计到的设定时形成新的图像，随之执行步骤(m)，此后，获得了在新的设定时的一组值，将其用作再次执行插值的新值(p)重复最后提到的步骤，直到物镜设定的两个连续值之差小于预先规定的值为止，此后，将最后获得的值保持为带电粒子束达到其最佳聚焦所需的物镜设定。
通过确定各幅图像中两个区域的光谱能量含量之差，就获得了对物镜的设定偏离各幅图像最佳聚焦的程度的测量方法。已知的是插值点附近的最佳焦点将位于前面提到的两个点之间；通过利用这个估计执行新的插值，将获得对最佳焦点的更佳近似值，并且连续进行这个过程，直到充分接近最佳焦点为止。
在本发明的另一实施例中，为伴随步骤(o)形成的图像另外设定不同的像散值。这是因为这些测量方法中，像散射束的椭圆横截面的形式(椭圆度)可以用于提高该算法结果的敏感度。由于使该算法的作用尽可能的小，因此优选使该敏感度最大化。通过使长轴和短轴之比(椭圆度)适合该算法接近最佳焦点的程度，可以提高图像光谱含量的影响。
在本发明的又一实施例中，出现数字形式的图像处理并且形成了所讨论的图像的子帧，从而确定了前面提到的光谱区域的光谱能量含量。以这种方式实现了该算法计算负担的实质缩减，由此获得了该射束的更快聚焦。通过选择该图像中具有正确信息含量的区域并且利用这个子区域执行根据本发明的方法的进一步处理过程，可以形成子帧。


根据附图将进一步说明本发明，其中相应的元件用相同的附图标记表示。

如下
图1像散电子束的示意图；图2a利用非像散射束成像的各向异性样本的能量光谱的图形表示；图2b利用具有第一像散方向的像散射束成像的根据图2a的样本的能量光谱的图形表示；图2c利用具有垂直于图2b中像散射束的像散方向的像散射束成像的根据图2a的样本的能量光谱的图形表示；图3a和3b用于确定利用像散射束形成的图像的能量光谱中像散模糊的两个掩模图；图4表示了作为聚焦射束透镜光焦度的函数的，以不同伴生像散形成的两幅图像之间光谱能量含量之差的数量变化过程的图形表示；图5表示了用于确定将射束聚焦为最佳焦点时的透镜设定的迭代算法过程的图形表示。
具体实施例方式
图1示意性地表示了像散电子束2。在这个射束中电子的方向是从顶部到底部。该射束中的额定焦点位于横截面4处，在该位置的横截面是圆形的。在额定焦点以上和以下，该射束具有椭圆的横截面，如椭圆6和8所示的一样。因此，椭圆6的长(短)轴与椭圆8的对应的轴相互垂直。反之，可以设想当电子束的两个椭圆形横截面中对应的轴彼此垂直时，这个射束的额定焦点一定位于这些横截面之间，还可以设想当这两个椭圆形横截面中对应的轴相互平行时，这些横截面一定位于额定焦点的同侧上。当前的发明利用了这一点。分别在前述的椭圆横截面6和8与额定焦点4之间的某个位置处，该射束的横截面分别具有线10和12的形状。如果理解了为了应用本发明，起初故意地使该射束像散，并且根据本发明的方法，通常首先利用电子束的像散横截面照亮样本，那么现在就可以利用所示的像散射束照亮电子显微镜中的样本，并且就能够以该显微镜通常的方式形成图像。在形成图像过程中，利用这种照明方法的结果是每个图像点将在椭圆长轴的方向上伸长，而不是圆形的(也就是说，近似地对像点定形)，因此像点近似为条带状，由此在图像的长轴方向上出现“模糊”。通过使该图像经过公知的用于对图像中出现的空间频率进行光谱分析的方法处理，就可以量化该模糊的程度，该方法例如所谓的快速傅立叶变换(FFT)。如所知的一样，FFT提供了图像中出现的作为空间频率函数的光谱能量(能量光谱)分布的表达式；如果是二维图像，那么该表达式将作为x和y两个方向上的空间频率的函数，用于电子显微镜图像的这种FFT的结果的图形表示如图2a、2b和2c所示。
在图2a、2b和2c中，图2a表示了利用非像散射束成像的各向异性样本的能量光谱的图形表示，图2b表示了利用具有第一像散方向的像散射束成像的根据图2a的样本的能量光谱的图形表示，图2c表示了利用具有垂直于图2b中像散射束的像散方向的像散射束成像的根据图2a的样本的能量光谱的图形表示。尽管在二维平面内可以以灰度级分布的形式图形表示能量光谱，但是为了清楚表示起见，优选以等能量密度线的方式表示能量光谱。在图2a-2c中，通过这种方式选择等能量密度线的位置，即图的中心(从而为x-y轴交叉的原点)对应的空间频率值为零。
图2a中的能量光谱是以利用非像散射束所成的图像为基础的。因此可以期望具有圆形等相对能量线18-1到18-5(概括为18-i)的能量光谱，这是因为这种射束不会表现出在像散方向上的任何模糊。所示的线18-i仍然不是圆形的情况是由样本的各向异性引起的，也就是说该样本自身在一个方向上表现出的空间频率与其它方向不同。在图2a的情况中，该样本在虚线14的方向上所具有的高空间频率比虚线16的方向上更多；这可能是由于例如该样本包含许多长方形部分，而其纵向位于虚线16的方向上引起的。
在图2b中，能量光谱也是以如图2a中的相同样本的图像为基础的，不同是利用像散射束进行照明而得到的图像。因此，等相对能量线18-i在由样本的各向异性和射束中的像散结合而确定的方向上表现出模糊。如果所示的样本与根据图2a的图像中具有相同的方向，那么可以假设照亮样本的射束的椭圆横截面的长轴方向与样本中长方形部分的纵向方向相同。
在图2c中，能量光谱也是以如图2a和2b中的相同样本的图像为基础的，不同是利用像散方向垂直于图2b中像散射束的像散方向的像散射束进行照明而得到的图像。因此，等相对能量线18-i如图2b中一样，在由样本的各向异性和射束中的像散确定的方向上表现出模糊。因为图2c中的高频目前主要出现在虚线14的方向上(从而为横截于线16的方向)，所以可以假设，照亮样本的射束的椭圆横截面的长轴方向垂直于样本中长方形部分的纵向方向，并且该射束椭圆度的影响显著地大于样本各向异性的影响。
图3表示了应用于利用像散射束形成的图像的能量光谱的两个掩模，从而确定了像散模糊。如先前以上所述的，图像的FFT反映了图像中作为空间频率函数的光谱能量分布；因此在二维图像的情况下，该分布则作为x和y方向上空间频率的函数。为了描述掩模处理，假设以二维平面中的灰度级分布形式图形表示前述的能量光谱，而不是像图2中那样，以等相对能量密度线的形式表示。关于图3，以这种方式选择二维平面中灰度级分布的位置，使得灰度级分布图的中心对应的空间频率为零，该中心与图3的中心一致。
以这种方式可以想象这些掩模的用途，即该掩模的图形完全被图像的能量光谱覆盖，该图像的像散模糊是将要确定的。当应用了这些掩模时，被掩模的光栅区域20a、22a、20b、22b覆盖的、表示为二维灰度级分布的能量光谱区域不会影响将要确定的光谱能量含量，而被掩模的非光栅区域24a、26a、24b、26b覆盖的、表示为二维灰度级分布的能量光谱区域均影响将要确定的光谱能量含量。因此，作为应用了根据图3a的掩模的结果，主要在箭头28a所表示的方向上确定了光谱能量，作为应用了根据图3b的掩模的结果，主要在箭头28b所表示的方向上也因此确定了光谱能量。目前，当利用具有给定像散方向(即在样本位置的椭圆射束横截面的长轴方向)的像散射束形成样本的图像时，那么在这个像散方向将出现较少的高空间频率，而在垂直于该方向的方向上将出现较多的高空间频率。当像散方向位于箭头28a(图3a)的方向上时，那么在根据图3a遮蔽的这个图像的能量光谱中，将观察到较低的光谱能量含量，在根据图3b遮蔽的相同图像的能量光谱中，将观察到较高的能量光谱含量。
在根据本发明方法的多数简化实施例中，假设该样本其整体完全是各向同性的，也就是说该样本中不具有对空间频率的方向优先性。在这种情况下，形成了该样本的两幅图像。当形成第一幅图像时，利用在聚焦透镜(物镜)的第一焦度设定时获得的射束照亮该样本，由此在照明射束中引入了一定程度的像散。然后，当形成第二幅图像时，选择物镜的不同焦度设定，其它所有设定(特别是像散)保持不变。其后，准备好这两幅图像的能量光谱，使这些能量光谱中的每一个经过两个掩模(一个根据图3a和另一个根据图3b的掩模)的处理。现在，为了确定像散模糊的方向，定义一个数量V，其表示图像的能量光谱中出现最高空间频率的方向。对于上述的情况，数量V具有以下形式
在以上表达式中，第一个求和式对遍布图3a的区域24a和24b求和，第二个求和式对遍布图3b的区域24b和26b求和；此外，P1是频率区域i的光谱功率，并且求和式是在遍布以上求和符号显示的掩模区域中对所有实际重要频率i的。表达式(1)的分母中所示的求和式表示了所讨论的图像中的总光谱功率。现在，为两幅图像中的每一幅确定数量V。如果第一图像中的像散方向与箭头28a(图3)的方向相同，那么区域24a、26a的光谱能量含量将低于区域24b、26b的光谱能量含量；继而V的符号将具有第一值(例如正值)。如果第二图像中的像散方向将与第一图像中的像散方向相同，那么在这种情况下，数量V的符号将和第一图像时该数量的符号相同。继而可以获知，伴随物镜光焦度设定的改变，射束的最佳焦点没有通过该样本。在这种情况下，必须形成另一幅图像，这必须在V的符号反向之前重复地进行。继而可以获知，两个最近形成的图像的像散方向彼此垂直，最佳焦点一定位于物镜的最后两个设定之间。经过即将描述的插值处理，可以确定物镜光焦度设定的值，由此最佳焦点位于该样本上。于是，已经达到了希望的电子束聚焦。
在根据本发明的方法的另一实施例中，假设该样本不是各向同性的，也就是说在该样本中对于空间频率具有方向优先性。在这种情况下，形成该样本的四幅图像。在物镜的第一光焦度设定时形成第一幅图像，由此将一定程度的像散引入照明射束中，从而利用第一像散射束形成了第一幅图像。然后，利用物镜的相同光焦度设定，形成了第一其他图像(从而为整个四幅图像的第二幅)，由此以这种方式将不同的像散引入了照明射束中，从而生成了具有已知像散方向的第一其他像散射束，该方向横截第一像散射束的像散方向。在形成了这两幅图像之后，再形成另两幅图像，即在物镜的第二光焦度设定时形成另一幅图像(从而为整个四幅图像的第三幅)，由此将一定程度的像散引入了照明射束中，从而利用第二像散射束制成了最后提到的这幅图像。然后，利用该物镜的相同光焦度设定，形成了第二其他图像(从而为整个四幅图像的第四幅)，由此以这种方式将不同的像散引入照明射束中，从而生成了具有已知像散方向的第二其他像散射束，该方向横截形成第三幅图像时射束中出现的像散方向。现在，为四幅图像中的每一幅形成能量光谱，并且使这四个能量光谱中的每一个两次受到遮蔽，一次是利用根据图3a的掩模，另一次是利用根据图3b的掩模。这意味着对于四幅图像中的每一幅来讲，为区域24a和26a共同构成的区域和区域24b和26b共同构成的区域确定总光谱能量。对于这里所讨论的情况，由此要被成像的样本是各向异性的，现在可以再次定义一个数量V，其表示图像的能量光谱中出现最高空间频率的方向。对于上述的情况，数量V具有以下形式 这个表达式(2)一次用于在物镜的第一光焦度设定时形成的两幅图像，然后，还有一次用于在物镜的第二光焦度设定时形成的两幅图像。在表达式(2)中，最左边的项用标注“图像1”加以注释，其涉及利用第一像散射束形成的图像(从而为整个四幅图像的第一幅)，最右边的项用标注“图像2”加以注释，其涉及利用第一其他像散射束形成的图像(从而为整个四幅图像的第二幅)。现在通过利用根据图3a的掩模遮蔽第一图像来获得最左边项的分子中的第一求和式，并且通过利用根据图3b的掩模遮蔽第一图像来获得最左边项的分子中的第二求和式。最左边项的分母中的总和表示第一幅图像中的总光谱能量。这样，表达式(2)的最左边项反映出像散模糊的程度，该像散模糊包括两部分，即来源于样本各向异性的成分以及来源于引入电子束的像散的成分。表达式(2)最右边项是近似地构成的，由此可归因于样本各向异性的成分当然与最左边项中的成分相同。因为根据表达式(2)，采用了这两项之差，所以就消除了表达式(2)中的这个成分。因此，根据在物镜的一种光焦度设定时形成的两幅图像，就获得了数量V的值，并且在上述的方式中，这个数量的符号表示仅表示该图像中由于电子束像散引起的模糊的方向。
如用于在物镜第一光焦度设定时形成的图像的上述方法，也可以用于在物镜的第二光焦度设定时形成的图像。因而，由此确定的数量V的符号也仅表示该图像中由于电子束像散引起的模糊的方向。如果当物镜从第一光焦度设定转变为第二光焦度设定时，射束的最佳焦点变为位于样本的另一侧上(从而意味着从弱焦变为过焦，或者反之亦然)，那么通过数量V的符号反向这将是显而易见的。相反地，如果V的符号不改变，那么可以得出结论，即还没有通过最佳焦点的条件。在此情况下，有必要制作其它的图像对，这个过程一直重复到V的符号值发生变化为止，于是经过前面提到的插值过程，确定物镜光焦度设定的最佳值。
作为根据表达式(1)或(2)的数量V与物镜的光焦度设定之间对应关系的表示，在图4中图形表示了作为物镜光焦度设定ΔF(任意单位)函数的数量V(任意单位)的实测变化过程。这个变化过程是在曲线的零交叉点附近记录下来的；也就是说，在最佳焦点附近记录下来的。在图形中的各个测量点是以上述方式获得的，由此对于物镜光焦度的每个设定，根据表达式(1)或(2)计算数量V。现在，从图4中可以看出数量V从正值到负值的变化，由此数量V从而通过零值；对于物镜最佳焦点的设定就是位于这个零交叉处。为了在实际情况中找到这个点，可以利用以下进一步描述的迭代过程。
迭代算法的目的是找到连续的工作距离(物镜的光焦度设定)，使最佳焦点逐渐接近样本。这里所要描述的迭代算法是基于线性插值法的。借助于图5解释该算法，其中曲线30表示作为样本到最佳焦点Fopt的距离F(焦距)函数的数量V的变化过程。与图4相反，图5是在该曲线零交叉点的更宽阔的附近区域中记录了曲线30的变化过程；也就是说，曲线30的起始点和终点位于距离最佳焦点较大距离处。该算法从假设物镜的初始光焦度设定开始，由此将焦距表示为Fi-1。根据在第一光焦度设定(Vi-1)时确定的数量V的符号，以这种方式对新的焦距Fi进行估计，从而新的焦距Fi比原先的焦距Fi-1使最佳焦点更接近样本。在这个新的焦距Fi处，如果伴生数量Vi的符号与先前的值Vi-1的符号相同，那么重复相同的过程，直到V的符号反向为止。然后，在两个测量点(Fi-1，Vi-1)和(Fi，Vi)之间进行线性插值，如这两个测量点之间的直线32所示。线32与水平轴相交，由此的焦距是Fi+1；在这个焦距值处，伴生的数量V的值确定为(Vi+1)。根据Vi+1的符号，现在选出先前的测量点，利用该点继续插值；如果表现出V的直接先前的值(从而为Vi)与Vi+1的方向相反，那么利用测量点对(Fi，Vi)和(Fi+1，Vi+1)或者测量点对(Fi-1，Vi-1)和(Fi，Vi)继续进行插值。然后，重复这个反复过程，直到两个连续散焦值之差下降到预先规定的值以下为止。伴生的焦距被认为是最佳焦点。
应当注意，利用图像数据集的子帧，而不是利用整个数据集，就可以很大程度地缩短这个算法所需的计算时间。从而可以很大程度地减少该算法的计算负担，由此可以获得更快速的射束聚焦。通过选择图像中具有高信息含量的区域，就可以形成子帧；也就是说，在该区域中可以分辨图像中的许多细节，这意味着其中出现了高光谱能量含量。那么，利用该子区域，可以对根据本发明的方法进行进一步处理。
权利要求
1.一种用于在具有成像物镜的粒子光学设备中使带电粒子束聚焦的方法，包括以下步骤(a)对于物镜的第一设定，从前述射束(即，在该粒子光学设备中要被聚焦的带电粒子束)形成具有伴生像散方向的第一像散射束；(b)在该粒子光学设备中利用第一像散射束形成样本的图像；(c)确定步骤(b)中形成的图像中的像散模糊(弥散)的方向；(d)为物镜提供不同的设定；(e)对于物镜的其它设定，从前述射束形成具有伴生像散方向的第二像散射束；(f)利用第二像散射束形成样本的图像；(g)确定步骤(f)中形成的图像中的像散模糊的方向；(h)比较步骤(b)中形成的图像中像散模糊的方向与步骤(f)中形成的图像中像散模糊的方向；(i)在前述的方向相同的情况下，重复步骤(d)到(h)，在前述的方向不相同的情况下，在物镜的第一设定和物镜的最后获得的设定之间实施插值处理，从而确定当带电粒子束达到其最佳聚焦时该物镜的设定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过确定所讨论的图像中具有第一方向的第一光谱区域的光谱能量含量，和该图像中具有第二方向的第二光谱区域的光谱能量含量，并且至少确定第一区域中的光谱能量含量与第二区域中的光谱能量含量之差的符号，来确定图像中像散模糊的方向，其中第二方向横截第一方向。
3.根据权利要求2所述的方法，其中通过比较各幅图像的第一区域与第二区域的光谱能量含量之差的符号，来比较步骤(b)中形成的图像中的像散模糊方向与步骤(f)中形成的图像中的像散模糊方向。
4.根据权利要求1所述的方法，其中(j)对于物镜的第一设定，形成具有已知像散方向的第一其他像散射束，该方向横截第一像散射束的像散方向，利用该第一像散射束形成样本的第一幅图像，以及利用该第一其他像散射束形成样本的第一其他图像；(k)对于物镜的第二设定，形成具有已知像散方向的第二其他像散射束，该方向横截第二像散射束的像散方向，利用该第二像散射束形成样本的第二幅图像，以及利用该第二其他像散射束形成样本的第二其他图像；(l)在由此形成的四幅图像中，通过确定所讨论的图像中具有第一方向的第一光谱区域的光谱能量含量，和该图像中具有第二方向的第二光谱区域的光谱能量含量，来确定像散模糊的方向，其中第二方向横截第一方向，由此在每幅图像中至少确定了第一区域的波谱能量含量和第二区域的波谱能量含量之差的符号。
5.根据权利要求2到4中任一项所述的方法，其中在物镜的第一设定和物镜最后获得的设定之间执行插值处理出现在(m)确定各幅伴随的图像中第一区域的光谱能量含量和第二区域的光谱能量含量之差的大小，(n)通过这些值之间的插值，获得了对于带电粒子束达到其最佳聚焦所需的物镜设定值的估计，(o)在由此估计到的设定时形成新的图像，随之执行步骤(m)，此后，获得了在新的设定时的一组值，将其用作再次执行插值的新值，(p)重复最后提到的步骤，直到物镜设定的两个连续值之差小于预先规定的值为止，此后，将最后获得的值保持为带电粒子束达到其最佳聚焦所需的物镜设定。
6.根据权利要求5所述的方法，其中为伴随步骤(o)形成的图像另外设定不同的像散值。
7.根据权利要求2到6中任一项所述的方法，其中以数字形式进行图像处理，并且其中形成所讨论的图像的子帧，从而确定前面提到的光谱区域的光谱能量含量。
全文摘要
在例如电子显微镜之类的粒子光学设备中，自动地执行聚焦过程是有利的。根据本发明，故意使要被聚焦的电子束像散到一定程度。利用这个像散射束，在物镜的不同设定时形成两幅样本的图像，此后确定每幅图像中的像散模糊方向，例如，借助于二维傅立叶变换(FFT)。如果在从物镜的第一设定到第二设定的变化中通过了最佳焦点，那么像散模糊的方向彼此垂直。通过这两个设定之间的插值(该过程可以是迭代的)，现在可以确定最佳焦点。通过在物镜的两个设定时形成两幅图像并且从彼此中减去FFT，就可以消除样本自身中的各向异性。
文档编号H01J37/04GK1591761SQ20041008327
公开日2005年3月9日 申请日期2004年8月27日 优先权日2003年8月29日
发明者W·H·米斯, R·J·M·乌彻, H·P·M·斯特肯 申请人:Fei公司