CN102543640A - 粒子束显微镜及操作粒子束显微镜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操作粒子束显微镜的方法，其中所述方法包括：探测从结构发出的光线和/或从结构发出的粒子的至少之一，其中所述结构包括至少下述之一：物体的表面的至少一部分和粒子束显微镜的载物台的表面的至少一部分；根据探测到的光线和粒子的至少之一生成所述结构的表面模型；相对于目标区域确定所述结构的表面模型的位置和定向；相对于所述结构的表面模型确定测量部位；以及，根据生成的所述结构的表面模型、确定的所述结构的表面模型的位置和定向以及确定的测量部位定位物体。

Description

粒子束显微镜及操作粒子束显微镜的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求享有以下专利申请的优先权：申请日为2010年9月29日，名称为“Partikelstrahlmikroskop und Verfahren zum Betreiben hierzu”的德国专利申请No.102010046902.5；申请日为2011年6月10日，名称为“Partikelstrahlmikroskop und Verfahren zum Betreiben hierzu”的德国专利申请No.102011103997.3；以及名称为“Method of Operating a Scanning ElectronMicroscope”的美国专利申请No.13/029998，这些文件的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及粒子束显微镜以及操作粒子束显微镜的方法。更具体的，本发明涉及电子显微镜，例如扫描电子显微镜以及操作扫描电子显微镜的方法。
背景技术
当样本被粒子束显微镜，例如电子显微镜，成像或处理时，它们通常被保存于样本室中的真空环境中。样本室通过真空泵被抽真空。一般，在较高真空且大约22.5Torr的范围的样本室中的真空水平下，用扫瞄电子显微镜进行测量。样本室因此被设计成真空容器，具有坚固的壁和凸缘，从而大气泄漏的泄漏率能够被保持的尽可能的低。因此，真空容器通常都没有足够大从而使用户能够通过目视观察来控制物镜前方物体的定位的窗口。
一般，样本的定位由置于样本室中的CCD相机监视。相机获得样本和物镜的视频图像，其被显示于显示器上。使用者通过看所述视频图像能够实时地观察定位过程并通过被传送至定位设备的控制信号来控制样本的定位。
但是，被显示的视频图像仅能够向用户提供样本室内部的二维图像，从而难于相对物镜精确地定位物体。此外，用于观察物体表面的CCD相机的视角通常被物镜和探测器阻挡，特别是当物体接近物镜放置时。因此，用户经常无法确定样本的哪部分被电子束照射。
除了物镜，通常还有置于样本室内部的其它元件，其可能在定位过程中阻挡至样本的视线。这类元件例如是探测器，喷气系统以及操纵器。在定位过程中，这类元件还可能与样本发生碰撞。
当若干物体，特别是具有复杂几何结构的物体置于载物台以被定位到物镜前方时，执行定位甚至更加复杂。
由于定位过程的执行不精确，所以有可能发生碰撞，从而可能导致物体或电子显微镜的元件的损坏。
人们已经认识到，在粒子束显微镜内部对样本进行定位是复杂的。因此，操作粒子束显微镜来在适当的时间内执行定位过程需要大量的经验。
发明内容
实施例提供了一种操作粒子束显微镜的方法，所述粒子束显微镜包括具有目标区域的物镜，所述方法包括：探测从结构发出的光线和/或粒子，其中所述结构包括物体表面的至少一部分和/或粒子束显微镜的载物台表面的至少一部分；根据探测到的光线和/或粒子生成所述结构的表面模型；确定所述结构的表面模型相对于目标区域的位置和定向；相对所述结构的表面模型确定测量部位；并根据所生成的所述结构的表面模型、根据所确定的所述结构的表面模型的位置和定向以及根据确定的测量部位定位所述物体。
因此，提供了一种操作粒子束显微镜的方法，其允许相对于粒子束显微镜的元件，具体而言是相对于物镜，高精度地定位样本。具体地，可以在物镜的目标区域内以高精度在短时间内定位所述物体表面上要进行测量的部位。因此，即使对于没有经验的使用者，也可以在短时间进行测量。
例如，粒子束显微镜可为扫描电子显微镜。粒子束显微镜的其它例子是聚焦离子束系统，特别是氦离子显微镜。
结构表面模型的生成是根据探测到的光线和/或粒子进行的。表面模型可以仅仅根据探测到的光线而生成。换言之，表面模型仅由通过所探测到的光线而获得的信息来生成。
但是，附加的信息被用于生成表面模型也是可以想到的。例如，表面模型的生成可以基于通过在对光线和/或粒子的探测之外附加进行的测量获得的数值。因此，可以加快生成表面模型的速度。表面模型可以例如根据坐标测量设备进行的测量而确定。更进一步，结构至少一部分的表面模型，特别是载物台表面的至少一部分，可以基于CAD绘图生成。
可以采用光敏传感器，特别是半导体传感器，来探测光线。可由计算机生成表面模型。物体的定位可以包括由计算机控制的自动定位。
此外，可以采用光敏图像捕获装置探测光线。所述图像捕获装置可包括图像传感器，例如CCD图像传感器。光敏图像捕获装置可以例如包括相机，特别是CCD相机。光敏图像捕获装置可以被配置和设置成能够获得数字图像，其中所述数字图像表示或显示结构的至少一部分。另外，能够想到的是，被探测光是激光束，该激光束被所述结构散射或反射。激光束可以由扫描所述结构的激光扫描仪产生。基于探测到的激光束，至少可以执行以下操作之一：通过对光脉冲的往返时间计时进行飞行时间测量；相位比较和/或三角测量(triangulation)。所述光敏图像捕获装置的图像传感器可以例如包括CCD图像传感器和/或光敏二极管。
所述光线的波长可以在400纳米至700纳米之间。光线可由光源发射且被结构散射或反射。例如，在粒子束显微镜的样本室中，可以设置照亮样本室的内部的光源。光线可以是激光束的光线，其由激光扫描仪产生，其中该激光扫描仪被配置成采用激光束扫描结构的表面。可替代地或附加地，光线从设置于所述结构处的光源发出也是可以想到的。所述光源可以例如是发光二极管(LED)。
可以在物体和/或载物台位于样本室中时进行光线的探测。可替代地或附加地，可以在物体和/或载物台位于样本室外时进行光线的探测。例如，光线的探测可以在粒子束显微镜的装载锁定室中进行。所述装载锁定室可以被配置从而物体首先被装载到装载锁定室。在装载锁定室抽真空后，物体被传送到样本室。因此，为了插入新的样本，样本室不必透气。因而，装载锁定室抽真空的时间可以被用来探测光线以及生成表面模型。光线的探测在真空系统外部进行也是可以想到的，所述真空系统包括装载锁定室和样本室。例如，光线的探测可以在大气压下进行。
探测到的粒子可以为带电粒子。所述粒子可以是电子。电子可以是次级电子和/或背向散射电子。此外，粒子可以是离子，例如氦离子或次级离子。
粒子从所述结构发出。粒子可以从物体的被粒子束显微镜的初级束照射的一部分发出。换言之，粒子可以从初级束的撞击位置或撞击区域发出。初级束可以是可扫描的初级束。
可以采用一个或多个粒子探测器来探测粒子。所述粒子探测器被配置从而使由粒子束撞击位置发出的粒子被探测到。
目标区域可以被定义为相对于粒子束显微镜的空间区域，其中粒子束显微镜被配置使得能够从物体的布置在所述空间区域中的一部分获得图像。换句话说，目标区域可以表示能够由粒子束显微镜的初级束扫描的空间区域。
例如，物体是晶元或工件。扫描电子显微镜可以被用于获得该晶元或工件的表面图像。
所述结构可以是一个表面。该表面可以是三维的。所述结构可以是一个包括物体表面的至少一部分和/或载物台表面的至少一部分的表面。所述结构可包括通过定位设备能够相对于目标区域移动的表面。进一步可以想到的是，所述结构包括粒子束显微镜的另一元件表面的至少一部分。进一步可以想到的是，所述结构不包括物体的全部或全部暴露的表面。所述结构不是必须包括物体的表面。例如，如果物体与载物台的尺寸相比要小，所述结构包括载物台表面的一部分而不包括物体表面的任一部分可能就足够了。所述载物台可以被定义成粒子束显微镜的一个元件，其被配置成将物体保持于其上以进行测量。例如，所述载物台可包括物体所附的表面。所述物体可以通过粘结剂和/或载物台的螺钉附于载物台。所述物体可以附于载物台且所述载物台可以附于定位设备。载物台可以配置成在物体和定位设备之间提供机械连接。换言之，物体和载物台可以通过定位设备而被同时定位在粒子束显微镜中。
所述表面模型可以是表示结构的外形或形状的的模型。换句话说，结构的表面模型可以是所述结构的数学表达。例如，表面模型与所述结构的最大距离可以小于10毫米，小于1毫米，小于0.1毫米，小于10微米，小于1微米，小于100纳米或小于10纳米。可以沿表面模型的表面法线测量所述距离，其中所述表面模型相对于所述结构定位成使得距离平方的总和或积分最小。
因此，表面模型能够以预定的精度表示所述结构。表面模型的精度可以被选择从而可以预定的定位精度相对于物镜对所述结构进行定位。例如定位精度可以小于100纳米，小于1微米，小于10微米，小于0.1毫米，小于0.5毫米，小于1毫米或小于5毫米。
表面模型可以表示平坦的二维结构。例如，晶元的表面模型可以是圆盘，其中所述圆盘的边缘表示晶元的外缘。表面模型可以是三维的表面模型。三维表面模型可以被定义从而其包括不平的表面。例如，三维表面模型可表示圆柱体或长方体的侧面和顶面(即不含其底面)。
例如，表面模型包括一系列的点或由其构成。换句话说，表面模型可包括点云或由其构成。点的数量可以，例如，大于10，大于100，大于1000或大于10000。此外，点的数量可以，例如小于1010点或小于109点。每个点可以由三维坐标值定义，其表示点在空间中相对于坐标系的位置。
至少一部分点可以通过几何体如线段，多边形，平面段，弧面段和/或弧线段连接。所述平面段可以包括三角平面段和/或梯形平面段。对于每个点，该点和同它相邻最近的点之间的距离可以，小于5毫米，小于1毫米，小于0.1毫米，小于10微米，小于1微米，小于100纳米或小于10纳米。
附加地或可替代地，表面模型可至少部分地基于仿样函数(spline)。换言之，表面模型可以基于一系列多项式表面函数，其中多项式表面函数描述了表面模型的至少一部分。多个次数小于或等于四的多项式表面函数足以获得表面模型的预定精度。
表面模型进一步可包括标记，其中所述标记对应于结构上的标记。例如，所述结构可包括标记，所述标记可以通过对光线和/或粒子的探测而被探测到。这些标记可以，例如，是所述结构上的彩色编码标记或部分，其具有的反射性不同于结构上环绕标记部分的反射性。
物镜可以是电子束物镜或用于聚焦离子束的物镜。此外，粒子束显微镜的其它元件，例如粒子探测器或用于物体准备的元件，也可包括目标区域。粒子探测器例如是次级电子探测器(也被称作SE探测器)，用于X射线的能量色散探测器(也被称作EDX探测器)以及电子背向散射电子探测器(也被称作EBSD探测器)。用于物体准备的元件的例子有喷气系统，聚焦离子束系统(FIB)以及微操纵器。
另外，表面模型相对于目标区域的位置和定向被确定。所述确定表面模型的位置和定向可包括表面模型的点进行插值。
刚性体包括六个移动自由度。这六个移动自由度例如表达为三个平动坐标值以及三个旋转角度值。在平动情况下，刚性体的所有点以相同的平动矢量移动。三个平动坐标值共同定义了刚性体的位置；在转动情况下，刚性体的所有点以相对于旋转轴的角度旋转。所述三个旋转角定义了刚性体的定向。表面模型的定向可以由偏转角，俯仰角，滚动角来表示或由欧拉角来表示。
确定表面模型相对于目标区域的位置和定向，使得表面模型的位置和定向与所述结构相对于目标区域的位置和定向对准。
可以基于结构的表面模型确定结构的表面模型的位置和定向。例如，由所确定的结构的表面模型可以知道结构的范围和/或结构的标记之间的距离。此外，根据探测到的光线可以相对目标区域确定表面模型的位置和定向。具体地，位置和定向的确定可以基于光敏图像捕获装置的数字图像，其中所述数字图像描绘了结构的至少一部分。附加地或可替换地，可以根据在计算机和定位设备之间传输的信号确定位置和定向。例如，所述定位设备可包括配置成测量结构的位置和/或定向的测量单元。附加地或可替换地，可以根据由控制器传输至定位设备的控制信号确定结构的位置和/或定向。所述控制器可以，例如，是计算机。附加地或可替换地，结构表面模型的位置和定向的确定可基于探测到的由所述结构发出的粒子。粒子探测器可以在初级束的不同的焦距下探测所述粒子。附加地或可替换地，结构表面模型的位置和定向的确定可基于描绘了结构的至少一部分的粒子显微图像。
结构的定位可以由粒子束显微镜的定位设备进行。所述定位设备可包括一个或多个致动器。载物台可被设置于定位设备。由此，定位设备被配置成通过控制一个或多个致动器，能够在粒子束显微镜中相对于物镜、相对于探测器和/或相对于用于物体准备的元件定位物体。所述定位可以，具体地，包括在物镜的目标区域中定位测量部位。另外，定位还可以包括测量定向的调节。所述测量定向被定义为物体的用于进行测量的一个定向。测量定向例如可以由三个旋转角度定义。
测量部位可表示物体表面的被进行测量或获取粒子显微图像的一部分。测量部位可以位于结构表面模型的外部。可以根据经由电脑的用户输入相对于表面模型确定测量部位。例如，基于所述表面模型在计算机显示器上的二维图示，用户可以选择他希望进行测量或获得图像的表面模型的一部分。根据用户的输入，计算机可以相对于表面模型确定或计算测量部位。
根据确定的表面模型进行定位。所述定位可以包括结构表面模型的点进行插值。根据表面模型和相对于所述表面模型的测量部位，可以确定定位方向以使测量部位位于目标区域中。此外，基于表面模型，用户或计算机可以确定在哪个测量定向进行测量或获取图像。物体的定位可以由计算机控制。但是，用户手动控制物体的定位也是可以想到的，其中例如结构的表面模型、结构表面模型的位置和定向以及测量部位被显示于计算机的显示器上。根据用户的输入，计算机定位所述物体。
根据另一个实施例，物体的定位进一步包括定位路径的确定。所述定位路径可以由计算机根据表面模型、所确定的表面模型相对于目标区域的位置和定向、测量部位和/或测量定向确定。所述定位路径可以被确定以使所述测量部位位于目标区域中。此外，定位路径可被确定从而在不发生碰撞的情况下进行定位。
根据一实施例，物体的定位包括将测量部位设置在目标区域内。
根据另一个实施例，所述方法进一步包括在将测量部位设置于目标区域内之后调节物镜的焦点。
通过根据所述方法将测量部位设置于目标区域内，使所述结构相对于物镜的位置和定向以相对更高的精度被获知。通常以一定精度调节扫描电子显微镜的焦点，该精度在几纳米(nm)至几微米(μm)的范围内，取决于扫描电子显微镜的设定放大率。焦点的调节可以通过根据获得的粒子显微图像来设定粒子束光学系统的操作参数而自动地执行。高精度确定结构位置和定向的结果是，焦点的自动调节得到缓解。因此，具体地，焦点的调节可以在短时间内进行。
根据一实施例，所述方法进一步包括：生成粒子束显微镜的显微镜部分的表面模型；组合所述结构的表面模型和显微镜部分的表面模型以形成组合表面模型；以及，根据组合表面模型计算结构的表面模型和显微镜部分表面模型之间的距离；其中物体的定位包括监视所述距离。
因此，可以在粒子束显微镜中快速的移动物体而避免碰撞的危险，所述碰撞可能损坏物体或粒子显微镜。具体地，能够对具有复杂的几何形状的物体或一起安置于载物台上的多个物体进行安全的定位。
显微镜部分可以至少是粒子束显微镜的元件表面的一部分。所述元件例如是：样本室，探测器，操纵器，供气装置和/或物镜。
组合表面模型可以被定义成表面模型，在该表面模型中结构的表面模型和显微镜部分的表面模型的互相相对布置对应于在样本室中结构和显微镜部分的相对布置。可以通过计算机来实现表面模型的组合。显微镜部分的表面模型可包括点和/或几何物体，例如关于结构的表面模型所描述的。
组合以生成组合表面模型可以包括：相对于显微镜部分的表面模型确定结构的表面模型的位置和定向。
相对于显微镜部分的表面模型确定结构的表面模型的位置和定向可包括：获得表示或示出所述结构的至少一部分的数字图像，其中所述数字图像从相对于显微镜部分的观察点位置获得。所述数字图像可以由光敏图像捕获装置生成，和/或数字图像可以是粒子显微图像。另外，所述数字图像可以示出显微镜部分的至少一部分。
所获得的数字图像随后可与结构的表面模型进行比较。根据比较，可以确定结构的表面模型相对于显微镜部分的表面模型的位置和定向。所述比较可包括数字图像的分割。所述分割包括下述方法之一或其组合：面向像素的方法，面向边缘的方法，面向区域的方法，基于模型的方法，基于纹理的方法和/或面向色彩的方法。具体地，所述比较可包括根据于结构的表面模型的基于模型分割方法。
附加地或可替代地，所述方法可包括从数字图像中提取特征，其中所提取的特征涉及结构的表面模型的特征。这类特征例如是：边缘，表面形貌，和/或可探测的标记。所述比较可包括应用程序来进行边缘探测，频率滤波和/或图案识别。此外，所述比较可包括对表面模型的点进行插值。
附加地或可替代地，组合以形成组合表面模型可以基于计算机和定位设备之间传输的信号来实现。例如，定位设备可包括测量单元，其被配置用于确定结构相对于显微镜部分的位置和定向。此外，结构的表面模型相对于显微镜部分的表面模型的位置和/或定向可以根据控制信号确定，该控制信号从控制器传输到定位设备。所述控制器可以是例如计算机。可替代地或附加地，组合以形成组合表面模型可以基于探测到的从所述结构发出的粒子来实现。粒子探测器可以在初级束的不同的焦距下探测粒子。可替代地或附加地，结构的表面模型相对于显微镜部分的表面模型的位置和定向可以根据粒子显微图像确定，所述粒子显微图像表示或示出了所述结构的至少一部分。
根据所述组合表面模型，结构和显微镜部分之间的距离是能够确定的。可以根据所确定的距离来探测显微镜部分和所述结构之间面临的碰撞。
根据一实施例，所述方法包括根据组合表面模型确定定位路径。所述定位路径可由计算机计算。
所述距离可表示结构和显微镜部分的最小距离。两个物体之间的最小距离可以通过确定两个物体上任意两点间的最小距离来确定，其中通过两点之间的线连接两个物体。
例如，距离的确定可包括比较点对之间的距离，其中每一对包括显微镜部分表面模型上的一点和结构的表面模型上的一点。根据比较，可以确定所有点对中距离最小的一点对。所述距离可以由计算机计算。此外，距离的确定可包括对结构表面模型的点进行插值和/或对显微镜部分表面模型的点进行插值。
距离的确定可包括确定或计算点对之间的距离，其中每个点对包括结构上的一点和显微镜部分上的一点；且确定所有点对中距离最小的一点对。
根据表面模型来确定碰撞的算法公开于由Fraunhofer IRB出版社出版的Gabriel Zachmann(达姆施塔特技术大学)的博士论文“Virtural Reality inAssembly Simulation-Collision Detection，Simulation Algorithms and InteractionTechniques”；其内容这里全文引用。此外，碰撞探测的算法公开于DominikHenrich等人的文章“Schnelle Kollisionserkennung durch paralleleAbstandsberechnung”，出版于13.Fachgespraech Autonome MobileSysteme(AMS‘97)，斯图加特，10月6号至7号，1997，由Springer出版社出版，“Informatik Aktuell”系列，其内容在这里全文引用。
所述距离的监视可包括当所述距离低于预定或预定的容许距离时，通过粒子束显微镜系统发出通知或警告信号。可替代地或附加地，可以想到当所述距离小于容许距离时，定位设备对载物台的定位将自动停止。
所述容许距离可以是预定的。所述容许距离可以被确定从而防止结构和显微区域之间的碰撞。此外，容许距离的确定可以考虑结构和显微镜部分被组合表面模型所近似的精度。
根据另一实施例，物体的定位包括根据组合表面模型确定定位路径。定位路径的确定可包括沿着定位路径确定结构表面模型和显微镜部分表面模型之间的距离。物体的定位可根据确定的定位路径实现。
通过借助计算机自动地确定定位路径，可以在不发生碰撞的同时快速自动的定位。但是，也可以想到的是用户可以手动进行定位，其中定位移动可能导致的碰撞可以通过通知，警告信号，和/或定位过程的中止来避免。
根据另一实施例，相对于目标区域确定结构表面模型的位置和定向包括：从所述结构的至少一部分生成数字图像；并将结构的表面模型与该数字图像进行比较。
所述数字图像可以用光敏图像捕获装置获得。可替代地或附加地，可以通过用粒子束显微镜的初级束扫描结构的一部分获得数字图像。所述数字图像可以是粒子显微图像。
所述比较包括识别数字图像的特征，其中数字图像的特征与结构的表面模型的特征或组合表面模型的特征相对应。换句话说，所述比较包括识别表面模型的表现或表示于数字图像中的特征。所述特征可以，例如，包括边缘，标记，和/或结构和/或显微镜部分的表面形貌。所述比较可包括应用程序来进行边缘探测，频率滤波和/或图案识别。此外，所述比较可包括对表面模型的点进行插值。所述比较可包括分割数字图像。所述分割可包括下列方法之一或其组合：面向像素的方法，面向边缘的方法，面向区域的方法，基于模型的方法，基于纹理的方法。具体地，所述比较可包括根据结构的表面模型进行分割的基于模型的方法。
数字图像可以与结构表面模型的二维图像进行比较。所述二维图像可以通过在给定的位置和定向上将表面模型投射于一平面来生成。该二维图像可以与数字图像比较以确定所述给定的位置和定向是否与结构的位置与方向相对应。
根据另一个实施例，相对于目标区域确定结构表面模型的位置和定向是基于数字图像，基于图像捕获装置的观察点位置以及基于所述结构的表面模型而进行的。
根据另一个实施例，所述方法进一步包括：相对于结构的表面模型以及相对于测量部位确定第二测量部位；根据测量部位和第二测量部位重新定位物体。
根据结构的表面模型可进一步实现重新定位。相对于结构表面模型的测量部位可以被存储，具体地，存储于计算机的存储设备中。存储相对于表面模型的测量部位可包括存储点相对于表面模型的坐标。可替代地或附加地，相对于表面模型的测量定向可以被存储。所述测量定向可以被定义为结构在进行测量时的定向。
第二测量部位可以是与存储的测量部位相同的测量部位。因此可以再次找到已测量的部位。
因此，可以通过操作定位设备使得物体被移动后重新调节测量定向和/或再次寻找测量部位。物体可以被移动，例如，以在粒子束显微镜外部进行准备。这允许获得对完全相同的部位和/或完全相同的定向的测量。此外，可以将存储的由粒子束显微镜获得的图像分配到存储的测量部位和/或测量定向。
根据另一实施例，所述方法进一步包括：生成表示测量部位的至少一部分的粒子显微图像；识别粒子显微图像的区域；根据被识别的区域调节物体的位置和/或定向。
基于粒子显微图像的识别区域的所述调节可以比基于结构表面模型定位的精度高的精度实现。换句话说，基于所述结构表面模型的定位能够提供粗定位，其后是基于粒子显微图像的识别区域实现的精确定位。具体地，可以以与粒子显微图像的分辨率对应的精度可再现地再次找到测量部位。
粒子显微图像的区域的识别可包括将粒子显微图像与存储的粒子显微图像进行比较。存储的粒子显微图像可以在之前的定位过程中获得。因而，可以识别物体的已经获得了粒子显微图像的一部分。另外，粒子显微图像的区域的识别可包括粒子显微图像的分割、粒子显微图像的边缘探测和/或频率滤波。因此，在粒子显微图像中可以确定要通过粒子束显微镜而被研究的特征。基于粒子显微图像的被识别区域，可以确定定位路径用于以较高放大率获得被识别区域的图像。计算机可配置成根据被识别区域进行定位。
根据一实施例，对光线和/或粒子的探测包括在多个不同焦距下探测光线和/或粒子。
所述焦距可以是光敏图像捕获装置的焦距和/或初级束的焦距。
初级束的焦距可为从粒子束显微镜的粒子光学系统的参考点到粒子显微镜的初级束的束腰的距离。所述参考点可以是例如物镜的主平面或粒子束显微镜的粒子光学系统的元件。光敏图像捕获装置的焦距可以是光敏图像捕获装置的光学系统例如透镜组的焦距。
根据一实施例，结构表面模型的生成进一步包括：根据以多个焦距探测到的光线和/或探测到的粒子生成一系列图像区域堆栈；其中，作为多个堆栈中的同一堆栈的一部分的图像区域，表示所述结构的同一部分；根据相应堆栈的图像区域为多个堆栈中的每一堆栈确定对焦(in-focus)区域。
每个图像区域可以是数字图像的一组像素。数字图像可以在光敏图像捕获设备和/或初级束的焦距下获得。每个图像区域的生成可以通过从数字图像中选择像素来实现。图像区域的所有像素可以在相同的焦距下生成。
构成同一堆栈的部分的图像区域，表示着所述结构的同一部分。构成不同堆栈的部分的图像区域可以表示结构的不同部分。结构的不同部分可以是相邻的。所述相邻部分可以是不交叠的。可替代地，不同部分可以相互部分交叠。此外，不同部分可以彼此空间上隔开。
对焦区域的确定是通过从一个堆栈中的所有图像区域中确定一个具有最高分辨率的图像区域。对焦区域的确定可以包括比较堆栈中的所有图像区域。对焦区域的确定可以包括确定堆栈中每个图像区域的图像数据值的频率，特别是空间频率。所述频率可以是图像区域一行和/或一列的频率。例如，频率的确定可以包括确定傅立叶变换，特别是图像区域的图像数据的至少一部分的离散傅立叶变换。例如，在其功率谱具有最高频率的图像区域就是对焦区域。另外，对焦区域可以是在预定的频率或在预定的频率范围内在功率谱中具有最大功率值的图像区域。附加地或可替代地，对焦区域的确定可包括确定堆栈中图像区域的图像数据值的差异和/或梯度。例如，与相邻图像数据值具有最大的绝对值差异的图像区域被确定为对焦区域。附加地或可替换地，对焦区域的确定可包括对堆栈的每个图像区域使用边缘探测滤波器。
可以根据相应堆栈的图像区域的像素数据值来确定对焦区域。可替换地或附加地，可以根据图像区域外部的像素来确定对焦区域。例如，对焦区域的确定可以基于与相应堆栈的图像区域的像素相邻或空间上隔开的像素来实现。因而，特别地，图像区域可以由一个像素构成。
根据另一实施例，所生成的图像区域的至少一部分中的每个图像区域是一个独立的像素簇。
一个像素簇可被定义为组像素，其中每个像素与该像素簇的至少一个其它像素相邻(即不空间上隔开)。独立的像素簇可以被定义为这样一个像素簇，其中所述独立像素簇的每个像素都与不同堆栈的另一图像区域中的像素空间上隔开。换句话就是，由像素簇表示或示出的结构的部分既不相邻也不交叠，而是与由其它图像区域所表示的结构的部分空间上隔开，其中所述其它图像区域构成不同堆栈的部分。
每个独立像素簇可以包括1至8个像素，1至50个像素，1至500个像素，1至1000个像素，或1至10000个像素。具体地，一个像素簇可以由一个单独的像素构成。
第一和第二像素簇之间的最小距离可以定义为第一像素簇中的像素与第二像素簇中的像素之间所有距离中的最小距离。
不同堆栈中的像素簇之间的最小距离可以是像素的直径的10倍以上，100倍以上或1000倍以上。换言之，由不同堆栈中的独立像素簇所表示的结构的区域间的距离，可以比图像区域中像素间的采样距离大许多倍。采样距离可以被定义为所述结构的由像素表示的一部分的直径。
获得图像区域的图像数据包括采用初级束扫描结构区域，所述结构区域连接独立像素簇。随后独立像素簇可以从获得的图像中截取。因而，可以仅有少量的像素数据值需要被计算机处理以生成结构的表面模型。
可替代地，图像区域的生成可包括跳过对连接独立像素簇的结构区域的扫描。换句话说，连接独立像素簇的结构部分不会被初级束扫描。从而可以在短时间内生成具有相对大的结构的表面模型。
根据另一实施例，所述方法进一步包括：根据探测到的光线和或探测到的粒子，生成表示结构的至少一部分的数字图像数据，其中结构表面模型的生成是基于数字图像数据进行的。
数字图像数据可以是一组像素特别是数字图像的像素数据值。所述像素数据值可以表示颜色和/或灰度标值。所述数字图像数据值可以表示所述结构的至少一部分。该数字图像数据可以通过光敏图像捕获装置和/或初级束的扫描获得。
根据数字图像数据，表面模型可由计算机计算。这样的算法，例如在Theo Moons，Luc van Gool以及Maarten Vergauwen发表于“Foundations andTrends in Computer Graphic and Vision”第4卷，第4期，287至404页的文章“3D Reconstruction from Multiple Images：Part 1 Principles”中被描述，该文章的内容在这里全文引用。此外，这样的算法在G.Frankowski和R.Hainch发表于“Proceedings of SPIE Photonics West 2009”的文章“DPL-Based 3DMetrology by Structured Light or projected Fringe Technology for Life Sciencesand Industrial Metrology”中被描述；其内容在此处全文引用。另外，所述算法在Qi Pan等发表于英国机器视觉协会，伦敦“BMVC 2009”会议论文集中的文章“ProFORMA：Probabilistic Feature-based On-line Rapid ModelAcquisition”(可以从网页http://www.bmva.org/bmvc/2009/index.htm处获得)中被描述，该文章的内容在此处全文引用。
替代地或附加地，可以想到：例如，基于对所述结构进一步的测量，获得根据数字图像数据而改进的粗略的模型。例如，载物台表面的至少一部分的表面模型可以被存储于存储设备中。根据数字图像数据，存储的载物台表面部分的表面模型被增补以生成所述结构的表面模型。
因此，可以在短时间内从数字图像数据获得结构的表面模型。
相对于目标区域或相对于显微镜部分的表面模型的位置和定向可以根据数字图像数据而被确定。例如，获取数字图像数据时所处的相对于目标区域的观察点位置、图像方向和/或数字图像数据的放大率可以是已知的。因此，可以确定表面模型的位置和定向。
所述结构的数字图像的获取可通过光敏图像捕获装置例如相机来实现。
根据另一实施例，基于数字图像数据生成表面模型包括数字图像数据的分割。所述分割可进一步包括下述分割方法之一或其组合：面向像素的方法，面向边缘的方法，面向区域的方法，基于模型的方法和基于纹理的方法。面向像素的方法的例子是阈值法。面向边缘的方法例如有：利用Sobel算子，利用Laplace算子和/或梯度探测。面向区域的方法例如有：区域生长，区域切分，金字塔连接和切分和组合。基于模型方法的例子是Hough变换。基于纹理的方法的例子是共生矩阵和纹理能量测量(Texture-Energy-Measure)。
根据另一实施例，数字图像数据的生成包括从至少两个不同的成像方向生成数字图像数据。
所述从至少两个不同成像方向获得的图像数据可以表示立体图像数据。例如从相对于所述结构的不同成像方向获得两个或多个图像。根据所述立体图像数据，可以确定结构的表面模型，结构的表面模型相对于目标区域的位置和/或取向，和/或结构的表面模型相对于显微镜部分的表面模型的位置和取向。
从不同成像方向获得数字图像可以例如包括结构相对于光敏图像捕获装置和/或相对于初级束的方向和/或位置上的变化。例如结构的方向和/或位置可以通过定位设备改变。所以，所述结构可以通过相机或初级束从不同的成像方向成像。一个成像方向可被定义为矢量，该矢量平行于光敏图像捕获装置的光轴或平行于粒子光学系统的光轴。
附加地或可替代地，成像方向可以通过改变初级束相对于粒子束显微镜的光轴的撞击方向来得到改变。附加地或可替代地，光敏图像捕获装置相对于样本室的位置变化可导致光敏图像捕获装置成像方向的变化。
附加地或可替代地，光敏图像捕获装置可具有多于一个的成像方向。例如，光敏图像捕获装置可包括多个相机，其被布置成使得它们相对于结构具有不同的成像方向。例如，光敏图像捕获装置包括两个，三个或多个相机。
附加地或可替代地，粒子光学系统可以提供第一成像方向，光敏图像捕获装置可以提供第二成像方向。
根据另一实施例，光线的探测包括：探测在结构处被反射的激光束。
由被反射的激光扫描仪的激光束生成表面模型的算法公开于ChristianTeutsch(马格德堡大学，马格德堡，德国)撰写的博士论文“Model-basedAnalysis and Evaluation of Point Sets from Optical 3D Laser Scanners”，Shaker出版社出版，黑措根拉特，德国，该文章的内容在这里全文引用。
例如，粒子束显微镜包括激光扫描仪，所述激光扫描仪配置成扫描所述结构和/或显微镜部分的至少一部分。所述激光扫描仪可以被配置从而通过执行下述步骤的至少之一来探测反射激光束：测量飞行时间，特别是通过对光脉冲的往返时间进行计时，进行相位比较和/或执行三角测量。
此外，所述激光扫描仪可以配置成根据探测到的反射激光束确定结构的位置和定向。因此，可以确定结构的表面模型相对于目标区域的位置和定向。
根据另一实施例，结构表面模型的生成包括：在结构相对于图像获取设备和/或相对于物镜的第一位置，生成结构的第一部分的第一表面模型；在结构相对于图像获取设备和/或相对于物镜的第二位置，生成结构的第二部分的第二表面模型；以及将第一表面模型和第二表面模型组合成结构的表面模型。
因而，可以生成比较大的表面模型，该表面模型扩大了图像捕获装置或粒子显微镜的视场。具体地，这使得能够用粒子显微镜生成扩展物体的表面模型。
第一和第二表面模型的生成可以基于探测到的光线和/或粒子。第一表面模型和第二表面模型可以是相邻且非交叠的。可替换地，第一表面模型和第二表面模型部分交叠。
实施例示出了粒子束显微镜系统，其包括：具有目标区域的物镜；载物台，配置成使得物体可以置于载物台上；配置成相对于目标区域调节载物台的位置和/或定向的定位设备；配置成用于探测从结构发出的光线和/或从结构发出的粒子的探测设备，其中所述结构包括载物台表面的至少一部分和/或物体表面的至少一部分；计算机，其被配置成与定位设备和探测设备进行信号通信，其中所述计算机进一步被配置为：根据探测到的光线和/或探测到的粒子生成结构的表面模型；确定结构的表面模型相对于目标区域的位置和定向；相对于结构的表面模型确定测量部位；以及根据所确定的结构的表面模型，结构表面模型的位置和定向以及测量部位定位物体。
因此，得到能够在短时间内自动、快速且易于执行地实现物体相对于物镜的定位的粒子束显微镜。
计算机可以被配置成自动执行物体的定位。所述计算机将结构的表面模型，结构表面模型的位置和定向以及测量部位显示于显示器上也是容易想到的。所述计算机可进一步配置成根据用户的输入定位物体。例如，所述计算机可被构造成根据用户的输入相对于结构的表面模型确定测量部位。
附图说明
通过对本发明下述实施例的具体描述，本发明前述的以及其它的优点将更为显见。值得注意的是，并非本发明的所有可能的实施例都必须体现出这里所提到的每个或所有优点。
图1示意性地示出根据一示例性实施例布置成靠近物镜和BSE探测器的物体和载物台；
图2示意性地示出根据一示例性实施例的粒子束系统；
图3示意性地示出根据一示例性实施例的方法获得的结构的表面模型；
图4示意性地示出根据一示例性实施例得到的组合表面模型；
图5示意性地示出根据一示例性方法确定表面模型的位置和定向；
图6是示意性示出操作粒子束显微镜的示例性方法的流程图；
图7是示意性示出操作粒子束显微镜的另一示例性方法的流程图；
图8示意性地示出通过采用如图2所示的粒子光学系统的不同焦距获得结构的表面模型；
图9示意性地示出从多个粒子显微图像生成结构的表面模型；
图10示意性地示出根据图8和9所示的示例性方法生成的结构的表面模型；
图11a及11b示意性地示出如图8和9示出的示例性方法生成的结构的表面模型，其中所述结构大于粒子束显微镜的视场；
图12示意性地示出根据一示例性实施例从粒子显微图像生成结构的表面模型。
具体实施方式
应当注意的是本文中用于说明书或权利要求中的“包括”，“包括”，“有”以及“具有”以及语法变换，表明诸如所声称的元件，附图，整体，步骤或类似的技术特征的存在，而决不排除一个或多个替代特征，特别是其它元件，附图，整体，步骤或它们的组合的存在或添加。
图1示意性地示出一结构，该结构接近于粒子束显微镜的物镜30设置，所述粒子束显微镜例如是扫描电子显微镜。物镜30具有光轴OA和目标区域OR。目标区域OR是粒子束显微镜的粒子束在其中聚焦的空间区域，。换言之，设置在目标区域OR中的物体的表面区域可通过粒子束显微镜成像。目标区域OR位于与物镜30间隔工作距离WD的位置。所述工作距离WD和目标区域OR的范围取决于粒子束显微镜的粒子光学系统的设计以及所述粒子光学系统的操作参数，例如；放大率。
第一物体10，第二物体11以及第三物体12安置于载物台20上，载物台20与定位设备相连，未在图1中示出。所述定位设备被配置从而载物台20可以独立地沿着坐标系的X轴，Y轴和Z轴移动。这以双箭头50，51和53示出。因此，定位设备被配置为以三个自由度定位载物台。所述定位设备进一步被配置使得载物台20可以绕着X轴，Y轴和Z轴旋转。在图1中，这通过箭头54，55和56示出。因此，定位设备可以被配置从而载物台20可以以六个自由度定位。定位设备可包括一个或多个致动器。所述致动器可以是压电致动器和/或步进电机。
在物镜30的端面设置有探测器40，探测器40构造成探测在物体10处被散射的背向散射粒子。当粒子束显微镜为扫描电子显微镜时，探测器40可为BSE探测器(背向散射电子探测器)。所述粒子束显微镜可包括其它粒子探测器，这在图1中没有示出。
为了获得第一物体10的表面上的部位M的电子显微图像，第一物体10必须布置于某一位置和定向，从而使部位M位于目标区域OR内。所述定向可以例如由三个角度限定。
载物台20可包括标记21，22。所述标记21，22被配置从而它们在诸如CCD相机之类的光敏图像捕获装置的图像中可以被探测到，和/或通过用粒子束显微镜的初级束扫描所述标记可以被探测到。
在参照下图进行讨论的所述实施例中，为了相对于物镜30精确的定位物体10，11，12，而从结构生成表面模型。所述结构包括物体10，11，12的表面的一部分和/或载物台20表面的一部分。附加地或可替代地，也可生成显微镜部分的表面模型(例如物镜30和/或探测器40的一部分)以确保无碰撞地定位物体10，11，12。
可以从例如设置于显微镜的样本室和/或装载锁定室中的相机的图像生成表面模型。所述表面模型也可以从粒子显微图像和/或使用激光扫描仪生成。
图2示意性地示出了根据一实施例的粒子束显微镜系统1。该粒子束显微镜系统1可包括扫描电子显微镜。样本室80包括配置成将样本室80排空至适于用初级束进行测量的真空水平的真空抽吸系统83。真空抽吸系统83可包括前置泵和涡轮分子泵。用于执行测量的真空水平可以在1mbar到10-7mbar的范围内。为了在不使样本室80通风的前提下更换样本10，11，12，装载锁定室85可以被连接到包括另一个真空抽吸系统81的所述样本室80。附于载物台20的样本10，11，12首先被放入装载锁定室85，在排空装载锁定室85后，所述样本10，11，12和载物台20从装载锁定室85传送至样本室80，并使载物台20附于粒子束显微镜的定位设备60。
粒子束显微镜包括设置于样本室80中的第一相机31，如CCD相机。第一相机31被配置成至少获取第一物体10表面的一部分和/或载物台20表面的一部分的数字图像。第一相机31通过第一信号线34连接于粒子束显微镜系统1的计算机70。计算机70包括存储设备71。所述存储设备71配置成储存第一相机31的数字图像。定位设备60被配置从而第一相机31从不同的成像方向对第一，第二和第三物体10，11，12以及载物台20进行成像。例如，定位设备60可以以预定的角度绕Z轴旋转，从而使第一相机31可从至少两个不同的成像方向对第一，第二和第三物体10，11，12和/或载物台20进行成像。计算机70根据第一相机31的图像计算所述结构的表面模型，所述结构至少包括载物台20和/或第一，第二，第三物体10，11，12的表面的一部分。
粒子束显微镜1可以进一步包括也设置于样本室80中的第二相机32，如CCD相机。第二相机32和第一相机31相对于所述结构具有不同的成像方向。通过使用两个相机，可以从不同的成像方向获得结构的数字图像，而无需改变定位设备60的结构的位置或定向。
粒子束显微镜系统1进一步包括具有物镜30的粒子光学系统39。物镜30包括朝向粒子光学系统39的物平面的端面。在所述端面，可设置探测器40，例如BSE探测器。所述探测器连接到样本室80的壁或接收于粒子光学系统中也是容易想到的。所述粒子光学系统39以及探测器40通过第三信号线37连接至计算机70。通过第三信号线37，控制信号在计算机70和粒子光学系统39之间传送。根据探测器40的信号，计算机70生成表示数字图像的粒子显微图像。
由第一相机31和/或第二相机32获得的、和/或根据探测器40的信号生成的数字图像被储存于存储设备中且随后被计算机70处理。根据所述数字图像，计算机70计算所述结构的表面模型。该结构可被用于相对于物镜定位物体10，11，12以获得粒子显微图像。
计算机70进一步配置成根据数字图像计算粒子束显微镜系统1的显微镜部分的表面模型。可替换地，计算机可以根据CAD模型计算显微镜部分的表面模型是可能的。所述显微镜部分可以，例如，是物镜30的物方端部的表面和/或所述探测器40表面的一部分。所述计算机70进一步配置成组合结构的表面模型和显微镜部分的表面模型以形成组合表面模型。所述组合表面模型可被用来监视结构和显微镜部分的距离以避免在定位过程中发生碰撞。
第三相机33，例如CCD相机，可设置于装载锁定室85中。所述第三相机通过第四信号线36连接于计算机70。此外，装载锁定室85可包括定位设备，定位设备被配置从而第三相机33从相对于所述结构的不同成像方向获得数字图像。在装载锁定室85中，可以设置不止一个相机。装载锁定室中的相机可以被配置成相对于所述结构具有不同的成像方向。
装载锁定室85中的相机可以被配置成生成示出或表示结构的至少一部分的数字图像数据，从而基于数字图像数据可以计算结构的表面模型。在装载锁定室中，相机的视场不会由于物镜和/或探测器的存在而受阻挡。
根据生成的表面模型，可以通过比较表面模型和在样本室中生成的数字图像来确定样本室80中结构的位置和定向。
图3示出了生成的结构的表面模型90。在图3所示的示例中，所述结构包括第一，第二和第三物体10，11，12的顶面和侧面。此外，所述结构包括载物台20的顶面。载物台的那些没有被结构的表面模型90表示的表面在图3中用虚线表示。结构的表面模型90包括多个点91，其中多个点91通过几何体连接，所述几何体例如为线段或平面段91A。
此外，结构的表面模型90包括标记97，98，标记97，98表示图1所示的结构上的标记21，22。
生成结构的表面模型90之后，计算机70(如图2所示)被配置成确定表面模型90相对于目标区域OR的位置和定向，这将参照图4详细讨论。
所述计算机70进一步配置成在计算机70的显示器72上示出二维图示(representation)73，如图2所示。其允许用户选择一个他希望进行测量的部位。所述用户可以选择显示器上图示73的视图。根据选择的视图，用户能够更容易的确定他希望在什么部位进行测量。图示73可以交叠于示出结构和/或显微镜部分的相机图像。
根据用户的输入，计算机70相对于表面模型90确定测量部位P。测量点P对应于将进行测量的部位M(如图1所示)。
根据相对于目标区域OR确定的表面模型90的位置和定向，并根据测量部位P，计算机计算定位路径T。
定位路径可包括平移和/或旋转运动。在图4中，定位路径T示意性的表示为矢量，其连接测量部位P和目标区域OR。但是，定位路径T包括弧形平移路径也是容易想到的。在确定了定位路径T后，计算机向定位设备60传递控制信号，以将对应于测量部位P的结构上一部位布置在目标区域OR中。
图4以示例方式示出通过组合结构的表面模型90和显微镜部分的表面模型92而生成的组合表面模型93。在本文中，词语“组合”可以被理解为将结构的表面模型90和显微镜部分的表面模型92相对于彼此布置，使得它们表示出结构相对于于粒子束显微镜中的显微镜部分的位置和定向。
显微镜部分的表面模型92可以根据探测到的光线生成。替代地或附加地，显微镜部分的表面模型92可以根据基于接触的测量确定。所述基于接触的测量可以通过坐标测量机实现。
计算机70被配置成根据组合表面模型93计算结构的表面模型90同显微镜部分的表面模型92之间的距离D。例如，所述计算机计算组合表面模型93的所有点对之间的距离，其中每个点对包括结构的表面模型90的一点和显微镜部分的表面模型92的一点。根据所确定的点对距离，确定最小距离D。所述距离D，如图4所示，是显微镜部分的表面模型92的点Q和结构的表面模型90的点R之间的距离。在距离D小于预定允许距离时，粒子束显微镜发出警告信号或通知。此外，粒子束显微镜系统1可配置成停止造成显微镜部分和结构之间的距离小于该允许距离的定位移动。所述粒子束显微镜系统1配置成根据组合表面模型93确定定位路径T，其中确定定位路径T从而避免显微镜部分和结构之间的碰撞。
图5以示例方式示意性地示出确定结构的表面模型相对于目标区域的位置和定向。当生成表面模型90后，第一相机31(如图2所示)获得数字图像94，如图5所示。换句话说，第一相机31是粒子束显微镜系统1的位置采集相机。所述计算机70配置成比较数字图像94和结构的表面模型90。例如，数字图像94与表示处于不同定向和位置的表面模型的二维图示90A，90B比较。所述比较可以，例如，包括从数字图像94中提取结构90的边缘96以及比较边缘96和表面模型90的图示90A的边或缘96A。此外，所述比较可以包括通过表面模型90的图示90A中的标记99A提取数字图像94中所示的标记99。所述边缘96A和/或标记99的提取可包括对数字图像94分割。
根据比较，二维图示90A被确定以表示结构的位置和结构。由此，确定结构的表面模型90的位置和定向。
可以想到的是，表面模型90的位置和定向的确定包括相对于所述结构从至少两个不同成像方向确定数字图像。所述数字图像可以表示立体图像数据。
图6是通过使用结构的表面模型90在粒子束显微镜系统1中定位物体的示意性方法的流程图，所述粒子束显微镜系统1如图2所示，所述结构的表面模型90如图3所示。对从结构发出的光线的探测100通过第一和/或第二相机31，32实现。根据结构的几何形状和/或计算表面模型90的所需精度，第一相机31的一个或多个图像足以计算结构的表面模型90。所需的表示数字图像数据的数字图像，通过第一和第二信号线34，35传递到计算机70，且存储于存储设备71。根据获得的数字图像，表面模型90的生成101通过计算机70实现。所生成的表面模型90存储于计算机70的存储装置71中。
可替代地或附加地，计算机70可以被配置成根据粒子探测器，例如图2所示的探测器40，的信号计算表面模型。由探测到的粒子计算结构的表面模型的示例性实施例将参考图9至12进行讨论。
根据已知的观察点位置，第一和/或第二相机31，32的已知的成像方向和已知的放大率和/或根据生成的表面模型90，实现相对于目标区域OR对结构的表面模型90的位置和定向的确定102。
可替代地或附加地，相对于目标区域对结构表面模型的位置和定向的确定102可以根据定位设备60和计算机70之间的信号实现。
可替代地或附加地，结构的表面模型90的位置和定向的确定102取决于粒子探测器例如图2所示的粒子探测器40的信号。具体地，结构的表面模型的位置和定向的确定102依赖于粒子显微图像。
所述计算机70配置成在显示器72上显示表面模型的二维图示73。根据所示的图示73，用户可以选择他希望获得粒子显微图像的部位。根据用户的输入，所述计算机相对结构的表面模型90来执行测量部位P的确定103。
根据表面模型90相对于目标区域OR和所确定的测量点P的位置和定向，所述计算机确定104定位路径。计算机根据确定的定位路径T向定位设备60传输控制信号以控制物体的定位105。在物体定位后，物体10的要进行测量的部位位于目标区域OR中。随后，计算机70可以再次对表面模型90的位置和定向进行确定102或可以根据用户的输入对测量部位进行确定103。
图7示出了由图2所示的粒子束显微镜系统1进行的另一示例性实施例的流程图，其中，组合表面模型93，如图4所示，被用于碰撞探测。对光线和/或粒子的探测110和结构的表面模型的生成111这两个方法步骤被执行，如参考图6所描述的。
在如图7所示的示例性方法中，计算机还生成112显微镜部分的表面模型92。显微镜部分92可以例如包括探测器40，物镜30，操纵器，喷气系统和/或样本室80的壁的表面的至少一部分。随后，计算机70将结构的表面模型90和显微镜部分的92的表面模型组合从而形成组合表面模型93。在组合表面模型93中，结构的表面模型90相对于显微镜部分的表面模型92布置成使得其对应于所述结构相对于样本室80中的显微镜部分的相对方向和相对位置。所述组合113可根据第一相机的数字图像，第二相机32的数字图像，和/或探测器40的信号来进行。替换地或附加地，所述组合113可以根据定位设备60和计算机70之间的控制和/或传感器信号来进行。
结构的表面模型90和显微镜部分的表面模型92可以相继进行。但是，结构的表面模型90和显微镜部分的表面模型92同时生成也是容易想到的，特别是基于相同的数字图像。根据组合表面模型93，确定结构的表面模型和显微镜部分的表面模型之间的距离。根据组合表面模型93和确定的距离，计算机70确定115定位路径T。定位路径T被确定成避免结构和显微镜部分之间的碰撞。定位116后，计算机70再次生成组合表面模型93。再次确定距离后，定位路径再次被确定从而使结构和显微镜部分之间的碰撞被避免。随后，计算机再次沿着定位路径T控制定位116。
图8以示例方式示出了如何根据由通过探测粒子而获得的图像数据生成结构的表面模型。所述图像数据以粒子光学系统38(如图2所示)的初级束201的不同焦距生成。初级束201扫描整个结构203。初级束201包括束腰W。所述束腰W是初级束201的一部分，在此处初级束具有垂直于粒子光学系统的束轴BA测得的最小束直径。结构203的与束腰W相距距离A的区域B被具有束直径的初级束201照射，该束直径大于束腰W的束直径。
在初级束201扫描整个结构203期间，图像数据生成。所述图像数据表示结构203的离散取样。例如，所述图像数据可包括1024×1024像素数据值。因此，每个像素数据值表示了结构203的直径为D的一部分。例如，从结构的边长为L的正方形部分获得M×M像素数据值。由一像素数据值表示的结构203的该部分的直径为L/M。
在被照射部分B处的初级束直径大于直径D的情况下，会导致数字图像的图像数据的低分辨率。初级束201的焦深T可以被定义为沿束轴BA的范围，该范围中粒子束201的直径小于直径D。所述焦深T依赖于初级束201的孔径角α。所述孔径角α可以被定义为由初级束201的粒子与束轴BA之间形成的最大角。
当物体表面OS的部分B同束腰W间的距离A小于或等于焦深T的一半时，不会造成数字图像的图像数据的分辨率降低。但是，在距离A大于焦深T的一半的情况下，会造成图像数据的分辨率降低。
焦距可以被定义成束腰W同粒子光学系统的参考点之间的距离。该参考点可以，例如，是物镜30(如图2所示)的主平面。由于焦距的变化导致距离A的变化。因此，焦距的变化会使表示部分B的图像数据分辨率不同。通过使部分B与初级束201的束腰W的距离A小于焦深T的一半，而获得相对高的部分B的分辨率。
可以通过改变物镜30(如图2所示)的激励来改变粒子光学系统39的焦距。
图9示意性地示出了如何根据示例性方法借助多个数字图像301，302，303生成结构的表面模型。通过用粒子束扫描结构的至少一部分生成每个数字图像301，302，303。图像301，302，303示出了结构的相同部分。数字图像301，302，303是以粒子光学系统39的不同焦距获取的。因此，表示结构中的公共部分的图像301，302，303中的部分可具有不同的分辨率。为了图解的简单，图9仅示出三个数字图像。但是，可以根据以彼此不同的焦距获取的大于5个，大于10个，大于20个，大于50个或大于100个数字图像来计算表面模型。例如，表面模型可以根据小于500或小于200个数字图像生成。
从每个数字图像301，302，303的图像数据选择多个图像区域310，311，312，320，321，322。为了图解的简单，在每个数字图像301，302，303中仅示出了六个图像区域。数字图像的多个图像区域可覆盖整个或基本上整个数字图像。数字图像301，302，303的图像区域310，311，312，320，321，322被选择从而图像区域310，311，312，320，321，322可被分成示出所述结构的相同部分的多个堆栈。
在如图9所示的实施例中，图像区域的第一堆栈包括图像区域310，311和312。第一堆栈的每个图像区域310，311，312示出第一共同目标部分。图像区域的第二堆栈包括图像区域320，321和322。每个图像区域320，321和322示出第二共同目标部分。所述第一共同目标部分不同于第二共同目标部分。在如图9所示的示例性实施例中，所述第一共同目标部分与第二共同目标部分相邻且不交叠。但是，第一共同目标部分可与第二共同目标部分部分交叠。也可以想到的是第一共同目标部分同第二共同目标部分既不相邻也不交叠，而是彼此间隔一定距离设置。为了图解的简单，图9中仅示出了图像区域的六个堆栈。例如，从数字图像可以生成大于100，大于10000或大于106个图像区域的堆栈，其中每个堆栈表示结构的一个不同部分。例如，从数字图像可以生成小于109个图像区域的堆栈。
表示共同目标区域的图像区域的堆栈可以通过识别目标特征来确定，所述目标特征呈现于每个数字图像301，302，303中。例如，目标特征的识别可包括识别边缘，识别图像数据之间的差异，和/或确定图像区域中的图像数据的频率。目标特征的识别可包括分割每个数字图像301，302，303。
图像区域包括一组像素。图像区域可呈矩形。例如，图像区域可包括4×4像素，8×8像素或10×10像素。图像区域可为具有不规则或非对称形状的像素簇。图像区域可包括单个像素。
计算机70(如图2所示)被配置成为每个图像区域堆栈确定图像区域，该图像区域在相应堆栈的所有图像区域中具有最高分辨率且在这里被称作对焦区域。所述对焦区域选自相应堆栈的图像区域。
例如，从来自于第一堆栈的图像区域310，311和312，选择对焦图像区域。此外，从来自于第二堆栈的图像区域320，321，322，选择第二对焦区域。图像区域311是第一堆栈的对焦区域，图像区域322是第二堆栈的对焦区域。
每个图像区域表示为垂直于粒子光学系统的光轴的平面内的X坐标值和Y坐标值。图像区域322的X坐标值和Y坐标值在图9中示意性地示出。此外，用于获取图像区域的图像数据的焦距表示为平行于粒子光学系统光轴定向的坐标轴的Z坐标值。
所有对焦图像区域的X坐标值，Y坐标值和Z坐标值表示所述结构的表面模型。
图10示意性地示出了根据参照图9所描述的方法生成的表面模型390。所述表面模型390是二维函数，该二维函数向X-Y平面内的离散坐标值分配函数值，其中函数值表示Z坐标轴的坐标值。二维函数的每个函数值对应于堆栈中确定的对焦区域之一的焦距。X-Y平面内的离散坐标值对应于对焦区域的X坐标值和Y坐标值。所述X-Y平面对应于垂直于粒子光学系统光轴定向的平面。
计算机70(如图2所示)被配置成存储相对表面模型390的测量部位340。例如，计算机70可配置成确定结构的表面模型的哪个部位表示初级束的撞击区域。计算机70被配置成给将已经通过在测量部位340扫描初级束而生成的图像341的图像数据分配给存储的测量部位340。图像341可以例如是次级电子图像或通过探测背向散射电子而生成的图像。测量部位340的存储可以包括存储测量部位340的X坐标值，Y坐标值和Z坐标值。
这允许用户或计算机的求值程序根据表面模型390确定高分辨率图像生成于结构的哪个部分。此外，可以根据表面模型390的形貌数据解释图像341的图像数据。例如，在图像341中示出的表面部分可具有表面倾斜，该表面倾斜在图像341的图像数据中是不可辨识的。但是，通过存储相对表面模型390的测量部位340，可以辨识图像341的图像数据表示凹槽342的侧面。因此对于用户或计算机的求值程序而言能够确定表面形貌之间的关系或相关性，所述表面形貌通过表面模型390和图像341的数字图像数据表示。所述图像341可能相比形貌对比度更多地依赖于合成对比度。具体地，可根据探测器对背向散射电子的探测信号生成图像341的数字图像数据。从而，在图像341的图像数据的合成对比度和表面模型390的表面形貌之间建立关系或相关性。
图11a示意性地示出依照另一示例性实施例根据探测到的粒子生成结构的表面模型。通过扫描初级束，确定多个图像组。在图11a所示的实施例中，生成12幅图像组。每个图像组包括表示结构的相同或基本相同部分的多个数字图像。图像组的图像以相互不同的焦距生成。第一图像组401包括数字图像401a，401b，401c，其中为了图解的简单，仅示出了图像401a的像素值。同样，为了图解的简单，仅示出了图像组401的三个数字图像。与图9所示的示例性实施例类似，每个图像组可包括多个数字图像，特别是三个以上的数字图像。第二图像组411包括数字图像411a，411b和411c。所有图像组的图像表示结构，该结构包括载物台411表面的一部分和物体410表面的一部分，如图11b所示。图11b中所示的箭头示意性地标示出如图11a所示的数字图像的成像方向VD。成像方向VD平行于粒子光学系统的光轴定向。图11a所示的每个数字图像获取于粒子光学系统的20毫米的工作距离处。视场fv沿数字图像边缘的边长为5毫米。
利用该尺寸的视场不可能在一个单独扫描过程中对成像物体411的整个顶表面成像。但是，如图11a所示，可根据粒子光学图像的多个图像组生成表面模型。每个图像组生成于结构的相对于物镜的不同位置处。每个图像组生成表面模型。图像组的表面模型被组合以形成结构的表面模型。
在图11a所示的示例性实施例中，相邻图像组的数字图像示出结构的相邻部分，所述相邻部分交叠。例如，在图像401a中所示的部分与图像411a所示的部分交叠。
正如参考图9所讨论的，基于每个图像组的图像，生成图像区域。从而，对于每个图像组，获得表面模型。所述相邻组的表面模型交叠。根据在交叠区域的表面模型的数据值，所述表面模型被组合为整体结构的表面模型。
因此，可以通过探测粒子生成结构的表面模型，其中所述结构在垂直于光轴的平面中测得的范围比粒子光学系统的图像的视场的边长vf更大。
图12示意性地示出替代实施例，用于根据探测到的粒子生成表面模型。数字图像412示出多个图像中用以生成图像区域600的一个图像。所述图像区域600示出结构的彼此间隔开一距离的若干部分。换句话而言，所述图像区域既不相邻也不交叠。图像区域600可包括1到8个，1到50个，1到500个，1到1000个或1到10000个像素之间的多个像素。在图11所示的示例性实施例中，图像区域600是像素簇，其中每个像素簇包括16个像素。例如，第一图像区域500包括像素501，……516。
每个像素簇是独立的像素簇。换言之，第一图像区域所表示的结构的每个点位于与其它图像区域所表示的结构的每个点相距至少距离b的位置处。那些其它图像区域之一是图像区域600。距离b可以是由像素簇的一个像素所表示的结构的一部分的直径的倍数。所述直径可以被定义成采样距离。距离b可以大于采样距离的10倍，100倍或1000倍。距离b可以小于取样距离的10000倍。
因此，可以在相对短的时间内计算结构的表面模型。特别的，由此可以仅用初级束扫描结构的一小部分和/或仅处理来自相对少量像素的图像数据以生成表面模型。
进一步可以想到的是，一个或多个或所有像素簇由单个像素构成。该像素表示结构上初级束所定位的部位。在该部位，可以不扫描表面而改变初级束的焦距。随着焦距的改变，由初级束与结构的相互作用产生的粒子被探测。根据探测器信号，可以确定哪个焦距对应于目标距离，即，何时结构被照射部分和束腰之间的距离小于焦深的一半。因此，可以在非常短的时间内生成结构的表面模型。
虽然已经参照本发明的某些示例性实施例对本发明做了描述，但是显然许多替代，修改和变形对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，在此阐述的本发明的示例性实施例意在作为示例而绝非限制性的。可以在不偏离本发明的如所附权利要求所限定的精神和范围的前提下进行各种变形。

Claims (21)

1.一种操作粒子束显微镜的方法，所述粒子显微镜包括具有目标区域(OR)的物镜(30)，其中所述方法包括：
对从一结构发出的光线和/或从所述结构发出的粒子进行探测(100)，其中所述结构包括物体(10)的表面的至少一部分和/或所述粒子束显微镜的载物台(20)的表面的至少一部分；
根据所探测到的光线和/或粒子对所述结构的表面模型(90)进行生成(101)；
相对于目标区域(OR)对所述结构的表面模型(90)的位置和定向进行确定(102)；
相对于所述结构的表面模型(90)对测量部位(P)进行确定(103)；以及
根据所生成的所述结构的表面模型(90)、根据所确定的所述结构的表面模型(90)的位置和定向以及根据所确定的测量部位(P)来对物体(10)进行定位(105)。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
对所述粒子束显微镜的显微镜部分的表面模型(92)进行生成(111)；
对所述结构的表面模型(90)和所述显微镜部分的表面模型(92)进行组合(113)以生成组合表面模型(93)；以及
根据所述组合表面模型(93)对所述结构的表面模型(90)和显微镜部分的表面模型(92)之间的距离(D)进行计算(114)；
其中物体(10)的定位(105)包括监视所述距离(D)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中相对于目标区域(OR)对所述结构的表面模型(90)的位置和定向进行确定(102)包括：
从所述结构的至少一部分生成数字图像(94)；以及
将所述结构的表面模型(90)与所述数字图像(94)进行比较。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，进一步包括：
相对于所述结构的表面模型以及相对于所述测量部位(P)确定第二测量部位；以及
根据所述测量部位(P)和第二测量部位重新定位所述物体(10)。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，进一步包括：
生成表示所述测量部位(P)的至少一部分的粒子显微图像；
识别所述粒子显微图像的一区域；以及
根据所识别的区域调节物体(10)的位置和/或定向。
6.一种操作粒子束显微镜的方法，其中所述方法包括：
对从一结构发出的光线和/或从所述结构发出的粒子进行探测(110)，其中所述结构包括物体(10)的表面的至少一部分和/或所述粒子束显微镜的载物台(20)的表面的至少一部分；
根据所探测到的光线和/或探测到的粒子对结构的表面模型(90)进行生成(111)；
对所述粒子束显微镜的显微镜部分的表面模型(92)进行生成(112)；
对所述结构的表面模型(90)和显微镜部分的表面模型(92)进行组合(113)以生成组合表面模型(93)；
根据所述组合表面模型(93)对所述结构的表面模型(90)和显微镜部分的表面模型(92)之间的距离(D)进行计算(114)；
在物体(10)的定位(116)过程中监视所述距离(D)。
7.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述对光线和/或粒子的探测包括以多个不同的焦距探测光线和/或粒子。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述结构的表面模型(90)的生成进一步包括：
根据以多个焦距处探测到的光线和/或探测到的粒子生成多个图像区域的堆栈(310，311，312，320，321，322)；
其中作为所述多个堆栈中的同一堆栈的一部分的图像区域表示所述结构的同一部分；
根据相应堆栈的图像区域为所述多个堆栈中的每一堆栈确定对焦区域。
9.根据权利要求8所述的方法，其中
所生成图像区域的至少一部分的每一图像区域是独立像素簇(500，600)。
10.根据前述任一权利要求所述的方法，进一步包括：
根据所探测到的光线和/或探测到的粒子生成表示所述结构的至少一部分的数字图像数据；
其中所述结构的表面模型(90)的生成是根据所述数字图像数据进行的。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述数字图像数据的生成包括从至少两个不同的成像方向生成数字图像数据。
12.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述光线的探测(100，110)包括：探测在所述结构处被反射的激光束。
13.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述结构表面模型的生成包括：
在所述结构相对于光敏图像获取设备和/或相对于所述物镜的第一位置，生成所述结构的第一部分的第一表面模型；
在所述结构相对于所述光敏图像获取设备和/或相对于所述物镜的第二位置，生成所述结构的第二部分的第二表面模型；以及
将所述第一表面模型和第二表面模型组合成所述结构的表面模型。
14.一种机器可读介质，其上存储有程序代码，所述程序代码在被加载在计算机系统中并被执行时，适于执行权利要求1至13中任一项所述的方法。
15.一种粒子束显微镜系统(1)，包括：
物镜(30)，其具有目标区域(OR)；
载物台(20)，其被配置使得物体(10)能够被安置于所述载物台(20)上；
定位设备(60)，其被配置成相对于所述目标区域(OR)调节所述载物台(20)的位置和/或定向；
探测设备，其被配置成探测从一结构发出的光线和/或从所述结构发出的粒子，其中所述结构包括所述载物台(20)的表面的至少一部分和/或所述物体(10)的表面的至少一部分；
计算机(70)，其被配置成与所述定位设备(60)和探测设备进行信号通信，其中所述计算机(70)进一步被配置为：
根据所探测到的光线和/或探测到的粒子生成所述结构的表面模型(90)；
相对于所述目标区域(OR)确定所述结构的表面模型(90)的位置和定向；
相对于所述结构的表面模型(90)确定测量部位(P)；以及
根据所确定的结构的表面模型(90)、根据所确定的结构的表面模型(90)的位置和定向以及根据所确定的测量部位(P)定位所述物体(10)。
16.根据权利要求15所述的粒子束显微镜系统(1)，其中所述计算机(70)进一步被配置为：
生成所述粒子束显微镜系统(1)的一显微镜部分的表面模型(92)；
组合所述结构的表面模型(90)和所述显微镜部分的表面模型(92)以生成组合表面模型(93)；
根据所述组合表面模型(93)确定所述结构的表面模型(90)和显微镜部分的表面模型(92)之间的距离(D)；以及
在所述物体(10)的定位过程中监视所述距离(D)。
17.根据权利要求15或16所述的粒子束显微镜系统(1)，其中所述粒子束显微镜系统(1)被配置成根据所探测到的光线和/或探测到的粒子生成数字图像(94)，其中所述数字图像(94)表示所述结构的至少一部分；且
其中所述计算机(70)进一步被配置成根据所述结构的表面模型(90)与所述数字图像(94)的比较，相对于所述目标区域(OR)确定所述结构的表面模型(90)的位置和定向。
18.一种粒子束显微镜系统(1)，包括：
物镜(30)，其具有目标区域(OR)；
载物台(20)，其被配置使得物体(10)能够被安置于所述载物台(20)上；
定位设备(60)，其被配置成相对于所述目标区域(OR)调节所述载物台(20)的位置和/或定向；
探测设备，其被配置成探测从一结构发出的光线和/或从所述结构发出的粒子，
其中所述结构包括所述载物台的表面的至少一部分和/或所述物体(10)的表面的至少一部分；
计算机(70)，其被配置成与所述定位设备(60)和探测设备进行信号通信；
其中所述计算机(70)被配置为：
根据所探测到的光线和/或探测到的粒子生成结构的表面模型(90)；
生成所述粒子束显微镜系统(1)的一显微镜部分的表面模型(92)；
组合所述结构的表面模型(90)和所述显微镜部分的表面模型(92)以生成组合表面模型(93)；
根据所述组合表面模型(93)确定所述结构的表面模型(90)和所述显微镜部分的表面模型(92)之间的距离(D)；以及
在所述物体(10)的定位过程中监视所述距离(D)。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的粒子束显微镜系统(1)，其中所述探测设备被配置成根据所探测到的光线和/或探测到的粒子生成数字图像数据；
其中所述计算机(70)被配置为根据所述数字图像数据确定所述结构的表面模型(90)。
20.根据权利要求19所述的粒子束显微镜系统(1)，其中所述探测设备进一步配置为从至少两个观察点位置生成所述数字图像数据。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的粒子束显微镜系统(1)，其中所述探测设备至少包括下述之一：激光扫描仪，光敏图像捕获装置以及粒子探测器。
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