用于操作粒子束显微镜的方法以及粒子束显微镜

摘要

在粒子束显微镜中使用两种类型的操作参数，具体地是影响图像质量的第一参数，例如束偏转、聚焦以及像散校正，这些第一参数的设置可以由用户改变以获得更好的图像质量，以及表征操作模式的第二参数，例如束电流、加速电压、物体固持器的位置以及物体固持器的取向，图像质量会在这些第二参数改变时变差。粒子束显微镜的操作模式包括：记录用户在一段时间内进行的对第一参数和第二参数的设置；对多个所记录的第一参数和第二参数的设置进行分析；基于第二参数的当前设置来确定第一参数的在图像质量方面有利的设置；以及设置所确定的第一参数的有利设置。

说明书

技术领域

本发明涉及用于操作粒子束显微镜的方法，具体地涉及包含为了获得令人满意的图像质量而对粒子束显微镜的操作参数进行设置的方法。

背景技术

比如电子束显微镜或离子束显微镜等粒子束显微镜是复杂的技术系统，必须对其进行调整以实现最佳操作。举例来说，用户通过设置某些参数来选择粒子束显微镜的操作模式，这些参数例如是要用于记录粒子束显微图像的束电流、要使用的加速电压、物体与粒子束显微镜的物镜之间的距离、或物体相对于物镜的取向。在可以针对已设置的操作模式来记录质量令人满意的粒子束显微图像之前，用户必须对粒子束显微镜进行调整，使其与所选的操作模式相匹配。这种调整包括设置比如聚焦、粒子束显微镜的物镜激发、像散校正、或由粒子束显微镜的粒子源产生的粒子束的束偏转等其他参数，其方式例如是使所述粒子束在中心穿过物镜。

寻找粒子束显微镜的这些参数的设置从而经常获得令人满意的图像质量是一个耗时的过程，这还假定用户具有丰富的知识和足够的经验。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种用于操作粒子束显微镜的方法，该方法简化了对该粒子束显微镜的调整。

本发明提供了相应的方法。

可根据该方法操作的粒子束显微镜包括例如粒子源、粒子光学单元、以及用于固持要检查的物体的物体固持器，其被配置为将由粒子源产生的粒子束引导到物体的可选择的位置并且产生物体的粒子束显微图像。该粒子束显微镜的操作的特征可以在于多个操作参数。这些操作参数具有特别是可由用户或由粒子束显微镜的控制器来改变的设置。该粒子束显微镜可以具有多个不同的操作参数，其设置是可变的，以便达到多个不同的目标。一组操作参数的示例是束偏转和聚焦。通常由用户来进行这组操作参数的设置，以便获得所需的图像质量。举例来说，可以在粒子束显微镜的粒子源与粒子光学单元的比如物镜等元件之间实现束偏转。可以由用户改变束偏转操作参数设置，其目的是使粒子束被偏转而使其在中心延伸穿过粒子光学单元的元件，以便减少可能出现的像差。聚焦操作参数表征距粒子束显微镜的距离，在此处所产生的粒子束具有焦点。举例来说，可以通过改变粒子束显微镜的物镜的激发来改变聚焦。通常，用户为了改进图像质量而将聚焦设置改变为使得在固持于该物体固持器上的物体的表面上产生粒子束的焦点。

像散校正操作参数表征粒子束显微镜的束路径中的影响束像散的元件的设置，用户通常将所述设置调整为使得粒子束撞击物体的像散尽可能低。举例来说，影响束像散的元件可以是像散补偿器，该像散补偿器提供了作用在粒子束上的可调整的电和/或磁四极场。

举例来说，另一组操作参数包括束电流、加速电压、物体的位置以及物体的取向。通常由用户来改变这组操作参数，以便能够在多种不同的操作模式下使用粒子束显微镜。束电流表示通过由粒子源产生的粒子而引导到物体上的电流(例如以安培为单位测量)。可以通过改变粒子源的操作来实现束电流的调整。如果针对给定的束电流的束偏转和聚焦被设置为使得可以记录高质量的粒子束显微图像，则通常需要在电子束的设置已经改变之后重新调整束偏转和聚焦，以便能够再次记录同等质量的粒子束显微图像。类似的说法也适用于加速电压，其描述了粒子源与物体之间的电势差。根据所检查的物体的类型以及所进行的物体的检查目的，期望实现加速电压的不同设置。如果要改变此设置，通常需要重新调整束偏转和/或聚焦的设置。

为获得工作距离较小或工作距离较大的粒子束显微图像，可以将该物体固持器相对于该粒子束显微镜的位置作为设置进行改变。通常，在改变物体固持器相对于粒子束显微镜的位置之后，需要调整聚焦和/或束偏转。

为了从不同的角度获得固持在物体固持器上的物体的粒子束显微图像，可以改变物体固持器相对于粒子束显微镜的取向设置。通常，在改变物体固持器的取向设置之后，同样需要重新调整束偏转和聚焦。

根据示例性实施例，用于操作粒子束显微镜的方法包括：记录用户在一段时间内进行的对第一参数和第二参数的设置，以及对多个所记录的第一参数和第二参数的设置进行分析。

根据示例性实施例，该方法进一步包括基于第二参数的当前设置来确定第一参数的在图像质量方面有利的设置。使用这些第一参数的有利设置可以使用户更容易搜索合适的第一参数设置，或者可以完全不需要所述用户。举例来说，可以自动设置这些第一参数的有利设置，然后由用户进一步完善。特别地，可以使用所设置的有利值来记录物体的粒子束显微图像。

根据示例性实施例，该方法进一步包括对在一段时间内记录的粒子束显微图像进行记录，其中，这些第一参数的有利设置是基于对这些粒子束显微图像的分析来确定的。举例来说，对粒子束显微图像进行分析可以包括确定所记录图像的图像清晰度的量度。

该方法的实施例基于如下构思：一旦用户已经提供了给定的用于第二参数的设置，则选择这些所记录的第一参数和第二参数的设置中的使第二参数设置可以与给定的第二参数当前设置相同或相似的设置。进一步，从如此选择的设置中选择的是使所记录的粒子束显微图像具有令人满意的图像质量的那些第一参数设置。然后将如此选择的第一参数用作所确定的第一参数的有利设置，并且可以进行设置以便使用这些设置来记录粒子束显微图像。然而，由用户自行决定是否进一步改善这些设置。

根据示例性实施例，对所记录的第一参数和第二参数的设置进行分析包括为所记录的这些第一参数设置分配权重，其中，基于分配给这些所记录的第一参数设置的权重来确定这些第一参数的有利设置。举例来说，在采用这些第一参数设置所记录的粒子束显微图像的图像质量较高的情况下可以为所记录的第一参数设置分配更大的权重，并且在采用这些设置所记录的粒子束显微图像的图像质量相对较低的情况下可以为所记录的第一参数设置分配相应的较低的权重。所分配的权重表示特定参数的给定设置的重要性或可靠性。举例来说，如果形成平均值，则各个设置根据其权重而对该平均值有所贡献。举例来说，权重可以是权重因子，使得该给定设置乘以权重因子，从而形成的乘积是为计算平均值而形成的总和。

根据本文的示例性实施例，可以确定这些第一参数的有利设置以使得这些第一参数中的至少一个的所确定的有利设置与根据所记录的该第一参数设置的子集通过在考虑权重的情况下求平均值而计算出的设置之间的差小于该第一参数的所确定的有利设置与根据这个所记录的该第一参数设置的子集通过在不考虑权重的情况下求平均值而计算出的设置之间的差。举例来说，求平均值可以包括从多个值中计算代数平均值。

根据示例性实施例，对该多个所记录的第一参数和第二参数的设置进行分析包括：将这些所记录的第二参数设置分组为这些第二参数的一个或多个设置组，以及将这些所记录的第一参数设置的至少一个子集分配到相应的这些第二参数设置组中的一个设置组。在此，确定第一参数的有利设置可以包括基于第二参数的当前设置来选择第二参数设置组中的一个设置组。举例来说，可以基于对第二参数设置的聚类分析来实现分组。用于聚类分析的多种不同的方法是已知的，比如分区和分层聚类方法。聚类方法的示例是k-means算法。

对所记录的第二参数设置的分组可以用于识别用户频繁或经常使用的相似操作模式，并且从第二参数的当前设置中推导出这些所使用的操作模式的特定操作模式，以便随后使用在此操作模式中使用过的第一参数设置作为第一参数的有利设置。

根据示例性实施例，该子集的这些所记录的第一参数设置包括被分配给所选的设置组的多个所记录的第一参数设置。

根据示例性实施例，为所记录的这些第一参数设置分配权重包括确定给定的所记录的第一参数设置接受随着正好在该给定的第一参数设置之前记录的这些第一参数设置的数量而增加的权重，将这些所记录的第一参数设置与该给定的第一参数设置一起分配给同一个第二参数设置组。因此，在操作模式中频繁使用的第一参数设置的权重比没有频繁使用的第一参数设置的权重更大。

根据示例性实施例，第二参数表征所记录的粒子束显微图像的放大率，并且为这些所记录的第一参数设置分配权重包括确定给定的所记录的第一参数设置接受随放大率而增加的权重。这是基于如下构思：根据可达到的图像质量来设置粒子束显微图像的放大率。放大率较低但图像质量较好的图像比放大率较高但图像质量较低的图像通常是更优选的。因此，由用户触发的对放大率较高的粒子束显微图像进行记录指示将这些影响图像质量的第一参数在用户评估中设置为“良好”。因此，有利的是增加这些设置的权重。

因此，为所记录的第一参数设置分配权重还可以包括确定给定的所记录的第一参数设置接受基于利用该给定的所记录的第一参数设置进行记录的该物体的粒子束显微图像的图像质量而确定的权重。

根据示例性实施例，第二参数表征在记录粒子束显微图像时使用的扫描方法，并且为所记录的第一参数设置分配权重可以例如包括确定给定的所记录的第一参数设置接受随扫描方法的每个像素的停留时间而增加的和/或随所记录图像的像素数而增加的权重。这是基于如下构思：由用户设置的高质量的长图像记录持续时间表明令人满意的图像质量。每个像素的束停留时间表示在图像记录期间粒子束对准物体位置的时间，所述位置被分配给该图像的给定像素。在这种情况下，可以在记录图像的同时连续扫描此位置多次，因此，例如，可以将每次扫描中粒子束在该位置处的停留时间乘以每个图像的扫描次数，以便获得每个像素的粒子束的停留时间。

根据示例性实施例，该方法包括使用将该粒子束显微镜的用户识别为第二参数之一的用户标识。这是基于如下构思：不同的用户经常重复执行不同任务，并且对这些设置有不同的偏好，并且，例如，图像清晰度的评估也要遵循主观标准。

根据示例性实施例，该方法包括用于寻找第一参数的有利设置的摆动步骤，其中，为所记录的第一参数设置分配权重包括确定在先前已经使用该第一参数设置和不改变的第二参数执行了摆动步骤的情况下使给定的所记录的第一参数设置接受增加的权重。这是基于如下构思：通常，相比于摆动步骤之前的第一参数设置，用户在摆动步骤之后发现的第一参数设置会被所述用户认为是“更好”。在摆动步骤中，周期性地改变比如聚焦等参数的一个或多个设置，并且不断观察所产生的粒子束显微图像。如果物体在所记录的图像中的位置随着这些设置的改变周期而改变，则这表明可以进一步改善至少一个第一参数的当前设置。

根据示例性实施例，为所记录的第一参数设置分配权重包括确定像散补偿器的设置是否改变。如执行摆动步骤时一样，这表示用户认为此步骤之后的设置相比于以前更好。

进一步，本发明的实施例提供了一种粒子束显微镜，其被配置为执行上述方法。

附图说明

下文将参考图来更详细地说明本发明的实施例。在这种情况下，在附图中：

图1示出了粒子束显微镜的示意图，以及

图2示出了用于说明使用图1所示的粒子束显微镜执行的方法的流程图。

图1是粒子束显微镜1的简化图，具有有助于说明用于操作粒子束显微镜的方法的部件。

具体实施方式

粒子束显微镜1包括粒子源3，在这种情况下，该粒子源发射朝向电极7加速的粒子束5。粒子束5通过设在电极7中的孔而穿过该电极，随后穿过包括物镜11的粒子光学单元9，该物镜将所述粒子束聚焦而产生束焦点13，该束焦点被布置为距物镜11一定距离。物体固持器15被设置用于固持要由粒子束显微镜1检查的物体。物体固持器15的位置和取向相对于物镜11是可变的。将物镜固持器15’(在图1中使用虚线示出)布置为比物镜固持器15(用实线示出)更靠近物镜11，并且将物镜固持器15”(在图1中用虚线示出)布置为相对于物镜11与物镜固持器15(用实线示出)取向不同。

粒子束显微镜可以是电子束显微镜，其中粒子源3是电子源，或者可以是离子束显微镜，其中粒子源是比如氦离子源等离子源。粒子束显微镜可以是独立的粒子束显微镜，也可以是集成到包括其他粒子束显微镜和/或其他粒子束柱的总体系统中的粒子束显微镜，它们本身不需要具有粒子束显微镜的功能。

为了获得由粒子束显微镜1记录的粒子束显微图像的令人满意的图像质量，应该将粒子束5的焦点13设置为使该焦点出现在要检查的物体的表面上。为了能够检查固持在物体固持器15’上的物体，物镜11必须提供更强的聚焦，以便在固持在物体固持器15’处的物体的表面上产生焦点13’。

为了改变聚焦的目的，物镜11的激发是可变的。物镜11的激发由控制器17设置，物镜11通过合适的线19与该控制器连接。粒子束显微镜1进一步包括束偏转器21，这些束偏转器通过合适的连接线23由控制器17控制。束偏转器21产生束偏转，以用于相对于物镜11调整粒子束5。通常，将束偏转设置为使粒子束5在中心穿过物镜11。

粒子源3通过合适的线25连接到控制器17，以便首先设置由粒子源3发射的粒子束5的束流，其次相对于物体固持器15的电势来设置粒子源3的电势，该物体固持器通过线27连接到控制器17。进一步，电极7经由线29连接到控制器17，以便设置用于粒子束5的加速电压以及粒子束的在入射到物体上时的动能。

进一步，粒子束显微镜1包括束偏转器31，这些束偏转器经由线33连接到控制器17并且布置在物镜11的区域中。束偏转器31由控制器17驱动，以扫描物体表面上的粒子束的焦点13。用于次级粒子或其他信号(比如X射线辐射或阴极荧光辐射)的检测器35例如经由线37连接到控制器17，以便检测由入射到物体上的粒子束5产生的、可以分配给物体上的焦点13的各相应位置的信号。系统地扫描物体的表面上的焦点并且使用检测器35记录相关信号可以获得物体的粒子束显微图像。

粒子束显微镜1的多个不同的部件的操作模式的特征在于不同的操作参数。操作参数由控制器17设置，并且还可以由用户通过用户接口38来分配，该用户接口例如包括监视器36和键盘37。

可以用许多不同的方式对多种不同的操作参数进行分组。一种可能的将操作参数分组为第一参数和第二参数的方式(与在此所描述的方法相关)是以如下方式实现的：第一参数是通常鉴于令人满意的图像质量而由用户改变的那些参数，而第二参数是由用户改变以设置粒子束显微镜的操作模式的那些参数。根据这种对操作参数的分类，使粒子束5在中心穿过物镜11的束偏转如同聚焦一样属于第一参数。

相比之下，当记录粒子束显微图像时，束电流、加速电压、物体固持器的位置和物体固持器的取向、所记录图像的放大率以及粒子束在物体上的扫描速度由第二参数表征。因此，通常，由用户指定第二参数设置，以便获得粒子束显微镜的期望操作模式。因此，寻求有助于记录具有令人满意的图像质量的粒子束显微图像的第一操作参数的设置。在此描述的用于操作粒子束显微镜1的方法简化了对这种第一参数设置的搜索。

以下参考图2中的流程图来说明此方法。

最初，按照用户习惯于常规粒子束显微镜的方式来操作粒子束显微镜1。用户检查多个不同的物体，并为此通过指定第二参数设置来设置粒子束显微镜的多种不同的期望操作模式，然后在给定的第二参数的当前设置的情况下，为了获得所记录的粒子束显微图像的令人满意的图像质量而改变第一参数设置。这样做，用户重复记录粒子束显微图像，对其进行评估，并且存储选定的图像。通过控制器在模块51中记录由用户设置的第一参数设置并在模块53中记录由用户设置的第二参数设置，由控制器来观察用户的这一过程。一旦已经记录了足够数量的第一参数设置和第二参数设置，在模块55中分析所记录的第一参数设置，并且在模块57中分析所记录的第二参数设置。进一步，在模块59中获得第二参数的当前设置。在模块61中基于对所记录的第一参数设置的分析、对所记录的第二参数设置的分析以及所获得的第二参数的当前设置来确定第一参数的有利设置。第一参数的这些有利设置可以由控制器经由用户接口38引起用户注意。然后，用户可以选择采用第一参数的这些有利设置，并且将其分配给控制器17作为要设置的第一参数设置。然后，用户可以在该方法的模块63中使用第一参数的有利设置来记录至少一个粒子束显微图像。

其次，控制器还可以直接采用所确定的第一参数的有利设置，并且控制器还可以改变相关联的设置而不引起用户的注意并且不用等待用户确认。