CN114613654A - 样品在带电粒子显微镜中的3d映射 - Google Patents

Abstract

样品在带电粒子显微镜中的3D映射。可基于样品的3D映射将所述样品定位在带电粒子显微镜的光轴上。用所述样品的背面照明和远心成像来产生所述3D映射，从而产生轮廓图像。组合所述轮廓图像以形成所述3D映射。使用所述3D映射将处理器耦合到样品台以定位所选择的样品或样品部分，以用于在所述带电粒子显微镜中进行成像。在一些实例中，所述处理器使用图形界面对样品的选择作出响应，使得所述样品台被控制以安全地定位所述所选择的样品而无需操作员进一步干预。

Description

样品在带电粒子显微镜中的3D映射

技术领域

本公开涉及用于显微镜的方法和系统，且更具体地说，涉及在带电粒子显微镜中定位样品。

背景技术

为电子显微镜定位样品可能很耗时，并且需要操作员勤奋。样品架上大小不一的样品必须小心定位，以避免接触显微镜组件，供磁透镜使用的此极片、电子检测器或其它组件。在某些情况下，样品架保持不同高度的多个样品，并且操作员必须小心地将每个样品移入显微镜视场中。在视场中定位之后，需要额外的操作员时间来对样品聚焦。因此，样品定位和聚焦既耗时又容易出错，并且所需的操作员技能可能会需要监督可能导致样品/极片接触、引入散光、未对准或组件或样品损坏的新用户。至少出于这些原因，需要替代的方法。

发明内容

方法包括从第一侧照射位于带电粒子显微镜的真空室内的样品以及检测样品在与第一侧相对的第二侧上的至少一个2D投影。基于至少一个2D投影生成3D映射，并且基于所述3D映射将样品定位真空室内的成像位置。在一些实例中，第一侧与第二侧相对，并且检测样品在第二侧上的多个2D投影并基于所述多个投影生成3D映射。通常，通过旋转样品来检测样品在第二侧上的多个2D投影。在一些实例中，产生一组3D映射，每个3D映射基于一组旋转角度，其中3D映射基于组合所述一组3D映射中的每一个。在实例中，在检测到2D投影之后将样品移动到成像位置。在其它实例中，将样品负载到带电粒子显微镜的真空室中并用光照射。基于从2D投影生成的3D映射，将样品移动到真空室内的成像位置。可在成像位置处用带电粒子束对样品进行处理或成像。在一些实例中，照射样品包括将准直光束引导到样品并且准直光束被引导为沿着垂直于带电粒子光轴的轴线。可用位于真空室内部或外部的光源来执行照射样品。在一些替代方案中，照射样品包括用具有图案化强度的光束照射样品，并且进一步包括基于所述图案化强度标识反射样品表面。在一些实例中，用远心光学系统来执行检测样品在与第一侧相对的第二侧上的至少一个2D投影。远心光学系统可包含位于真空室内部或外部的物镜。远心光学系统为物方远心和像方远心中的一个或两个。在一些实例中，用于获取2D投影的检测器的中心轴线平行于用于保持样品的样品平台。

带电粒子显微镜包括被定位成从第一侧照射样品的照明系统和被定位成基于来自第一侧的照明产生被照射样品的2D轮廓的成像系统。处理器被耦合成接收2D轮廓并基于所述2D轮廓生成3D映射。成像系统包含被定位成基于来自第一侧的照明产生被照射样品的2D轮廓图像的图像传感器；并且处理器耦合到样品台且被配置成旋转被照射样品以产生2D轮廓。成像系统可包含将2D轮廓引导到图像传感器的远心光学系统。照明系统可被定位成将漫射光束引导到样品或将准直光束引导到样品。样品台可用于将样品平台移动到带电粒子光轴。

根据以下参考附图进行的详细描述，所公开的技术的前述和其它特征以及优点将变得更加明显。

附图说明

图1示出包含表面轮廓分析光学系统的代表性带电粒子显微镜。

图2示出用于将带电粒子显微镜聚焦在所选择位置的代表性图形用户界面。

图3A是位于样品平台上的样品的表示。

图3B是对应于图3A的3D映射。

图4A-4B示出样品的代表性3D映射，如图3B中所示的3D映射。

图4C示出制作“更安全”的3D映射的代表性方法。

图5示出用于使用准直照明进行表面轮廓分析的代表性光学系统。

图5A是图5的光学系统的截面图。

图6示出用于使用远心光学系统进行表面轮廓分析的代表性光学系统。

图6A是图6的光学系统的截面图。

图7示出用于使用远心光学系统进行表面轮廓分析的代表性光学系统。

图8示出用于使用远心光学系统进行表面轮廓分析的代表性光学系统。

图9A-10示出固定到真空室的壁的附加代表性远心光学系统。

图11示出是物方和像方远心的代表性远心光学系统。

图12示出带电粒子显微镜的一部分。

图12A是图12中所示的带电粒子显微镜的截面图。

图12B示出可用如图12-12A中所示的光学系统获得的代表性2D轮廓。

图13示出具有可倾斜样品平台的带电粒子显微镜的一部分。

图14A-14B示出具有反射轮廓部分的样品。

图15示出代表性渐变强度照明器。

图16示出产生3D映射的代表性方法。

图17示出产生3D映射并将样品平台移动到显微镜轴线以基于所述3D映射进行成像的代表性方法。

图18示出用于所公开的方法和设备的代表性处理环境。

图19是代表性电子显微镜的截面图。

图20示出2D投影。

图21A示出具有反射区域的2D投影。

图21B示出图21A的包含反射区域的部分。

图22A-22B是部分2D投影。

图22C是通过组合图22A-22B的2D投影而获得的全2D投影。

图23示出各种旋转角度下的一系列2D投影。

图24A-24F示出从2D投影产生3D映射的方法。

具体实施方式

在下文中，公开了CPB系统的代表性实例，如CPB显微镜和相关组件、子组件和方法。在许多实际实例中，电子束受到关注，并且为了方便说明，所述实例通过参考电子束来描述。所公开的方法还可用于光学显微镜。在大多数实例中，使用了附加CPB组件，如透镜、偏转器、柱头和附加孔隙，但为了方便说明而未示出。所公开的方法和设备可用于透射显微镜和扫描显微镜两者。如下文所论述，在一些实例中，可在一个或多个样品在样品轮廓分析位置被进行轮廓分析以产生3D映射的同时抽空真空室。样品可位于带电粒子（CP）光轴处的台上，或可相对于CP光轴倾斜或从所述CP光轴移位。样品可移动到CP光轴上以用于在轮廓分析之后进行成像或处理。如本文所使用，图像可以指图像数据的在显示器上以供操作员视觉检查的呈现或与例如存储在JPG、TIFF或其它数据文件中的视觉图像相关联的数据的呈现。如本文所使用，X和Y是指与CP光轴（Z轴）正交的轴线。此类轴线不需要相互正交，但正交轴线是方便的。

如本文所使用的照明通常是指将电磁辐射引导到物体或指电磁辐射本身。此类电磁辐射通常是波长在约400 nm与700 nm之间的可见光，其便于与容易获得的图像传感器一起使用且允许操作员观察以及与相机一起使用。也可以使用其它波长，但300 nm至约2 μm的范围是方便的。在实例中，通常使用背面照明。正面照明产生的轮廓图像通常取决于样品反射率和样品的细节。相比之下，背面照明产生的轮廓图像具有明暗区域（未遮挡区域和遮挡区域）之间的对比度，这通常取决于样品形状而不是样品表面特征。可通过将光源放置在所关注物体的后面或将反射器放置在物体后面并将光反射到物体来提供背面照明。

例如轮廓、投影、轮廓图像和投影图像等术语用于指使用光学系统作为阴影或图像产生的样品轮廓。在某些情况下，这些术语是指被引导到图像传感器的照明分布或相关联的检测到的照明分布。

透镜在实例中示为单片透镜，但也可以使用多片透镜。光学系统通常示出为沿线性轴线，但可视需要使用棱镜或反射镜弯曲或折叠此类轴线。

实例1

现在参考图1，在代表性实施例中，带电粒子束（CPB）系统100包含CPB显微镜102，如扫描电子显微镜（SEM）或透射电子显微镜（TEM），并且包括一个或多个CPB透镜，如聚光透镜104，所述聚光透镜被定位成将CPB从CPB源106引导朝向物镜108。CPB源106可为例如产生电子束的场发射器，但也可使用其它源。在一些实施例中，可提供一个或多个附加CPB透镜，并且可为磁透镜和/或静电透镜。主轴线110可在显微镜系统的制造期间确定。在使用中，CPB沿着主轴线110朝向样品台114传播，并且光束偏转器122可用于相对于位于样品台114上的样品S扫描光束。样品台114通常提供平移和/或旋转以用于定位样品S。通常，样品S固定到样品平台，然后所述样品平台固定到样品台114。

CPB系统100包含真空室外壳112，所述真空室外壳可使用真空泵（未示出）抽空，并且通常限定第一体积112A和第二体积112B，所述第一体积含有CPB源106和所选择的其它CPB光学组件，所述第二体积被定位成接收样品S和样品台114。柱隔离阀（CIV）120被定位成分离第一体积112A和第二体积112B。通常，CIV 120可用于在样品交换期间将第一体积112A与第二体积112B气密地隔离。样品台114可在如相对于坐标系150所示的X-Y平面内移动，其中Y轴垂直于图式的平面。样品台114可进一步竖直（沿着Z轴）移动以补偿样品S的高度变化并帮助将光束聚焦在样品S处。样品台114还可以围绕平行于z轴的轴线旋转，以及使样品S倾斜。在某些情况下，样品轮廓分析是在样品平台倾斜的情况下完成的，如图13中所示，在下文进一步论述。在一些实施例中，CPB显微镜102可竖直布置在样品S上方并且可用于对样品进行成像。在一些实施例中，CPB显微镜102可竖直布置在样品S上方并且可用于在离子束机器或以其它方式处理样品S的同时对样品S进行成像。

光源152被定位成通过真空室外壳112中的窗口156传递照明光束154。照明光束154示出为准直光束，但也可为漫射的或非准直的。包括例如透镜158等一个或多个透镜的光学系统被定位成接收照明光束154的未被样品S遮挡的部分，并且在图像传感器160处或附近产生样品S的一个或多个轮廓图像（或2D投影）。如图所示，透镜158和光学系统的部分延伸到真空室112中。然而，光学系统、光源152中的任一个或这两者可在真空室外壳112的内部、外部或部分地在所述真空室外壳的内部和外部。通常，样品台114围绕轴线110（或平行轴线）旋转并且轮廓图像在旋转期间获取。例如，样品台114可旋转360度并且轮廓图像以1度间隔获取。

CPB系统100可进一步包括计算机处理设备144，如控制计算机和CPB系统控制器140，其用于控制光束偏转器、CPB透镜104、108和其它CPB透镜以及例如检测器和样品台114的其它组件，包含样品台114的旋转和平移。计算机处理设备144还可控制在显示单元上显示从一个或多个CPB检测器收集的信息。在某些情况下，计算机处理设备144（例如，控制计算机）建立各种激励，记录图像数据，并且总体上控制CPB显微镜102的操作，包含控制轮廓图像获取。所谓的“导航相机”137被定位成提供样品和样品台的自上而下的图像，通常用于供操作员进行观察。还可以提供相机141以获得样品的侧视图。相机141通常沿着Y轴移位（进入图1的平面内）并且定位成在图1的平面外观察。

样品台114可沿着Z轴平移以由计算机处理设备144和CPB系统控制器140中的一个或两个基于用图像传感器160产生的轮廓图像来控制聚焦。在一些实例中，样品台114可被设置在合适的Z轴位置，以用于在操作员手动调整或不调整Z轴位置的情况下对特定样品进行成像。样品成像可基于透射、反射或散射的带电粒子、X射线或其它电磁辐射，或由在图1中未示出的一个或多个检测器接收的二次发射。

实例2

图2示出可设置在与例如图1中所示的CPB系统相关联的显示装置上的图形用户界面200的一部分。在该实例中，显示区域202含有基板表面的图像，显示区域204是包含极片206和样品208的电子显微镜柱的侧视图205，所述样品固定到样品平台209且具有表面210，所述表面的图像在显示区域202中示出。可使用例如图1的透镜158和图像传感器160或下文所描述的光学系统中的任一个之类的光学系统和图像传感器来获得侧视图205。显示区域212示出样品平台209的顶表面214，其指示选择光束焦点的位置216。显示区域220含有其上可看到各种样品222-224的样品平台209的俯视图。显示区域230包含用于台X、Y、Z、旋转和倾斜坐标232的显示区域、用于用计算机指向装置指示CPB将被打开的区域234（示出为单选按钮）、用于用计算机指向装置指示将为216指示的区域激活自动聚焦的区域236，以及可包含其它控制件和数据的区域238。通过该用户界面，使用计算机指向装置指示将对位置216进行成像使得样品台基于允许安全移动（即，无碰撞移动）的轮廓数据相对于电子显微镜光学柱适当地定位所述位置。

实例3

图3A示出样品301-303固定到其上的样品平台的代表性平面图。图3A是用例如图1的导航相机137之类的导航相机捕捉的。为方便起见，提供了3D坐标轴。基于如所论述获得的多个轮廓图像（轮廓），在图3B中产生3D映射350。3D映射包含对应于图3A中所示的样品301-303的映射区401-403。来自例如图1的相机137、141之类的相机的图像可与3D映射组合以实现可视化，但3D映射不需要此类相机图像。

实例4

通常，通过样品平台在360度范围内多次旋转约1度而获得样品平台和样品的多个2D投影或轮廓。在某些情况下（例如在轮廓中存在来自样品表面的反射的情况下），使用以第一增量（例如6度）在360度范围内以第一角度开始的一系列旋转来获得第一3D映射。然后，第一角度以第二增量递增，并且360度范围由附加轮廓以第一增量跨越。因此，可获得多个系列的2D轮廓，例如在0、6、12、……、360度下产生第一3D映射，然后，在1、7、13、……下产生第二3D映射等。这可以产生6个3D映射，每个3D映射与60个旋转角度相关联。这些映射中的每一个可示出其它映射上未示出的反射。这些映射可进行组合，优选地使用“或”运算进行组合，以使得样品的任何反射面包含在映射中。这往往会产生“安全”3D映射以用于焦点调整，并且可在样品不接触其它组件的情况下移动台支架。如本文所使用，安全3D映射是指通过考虑反射而获得的3D映射。图4A示出利用以1度递增的360次旋转产生的3D映射。图4B示出通过组合利用60次递增旋转产生的6个3D映射而产生的3D映射。1度递增映射更适合使样品可视化，但组合的6度递增映射对于样品移动更安全，因为反射表面被包含为可能的障碍物。

提供安全3D映射的一种方法是组合在例如具有固定角度增量的不同初始角度等不同角度下获得的3D映射。如图4C中所示，代表性方法450包含在452选择一组初始角度和角度增量。在454，组合与角度增量倍数下的每个初始角度相关联的2D投影以产生多个3D映射。例如，对于一组n个初始角度θ₁、……、θ_n中的初始角度θ_i以及角度增量Δθ，针对每个初始角度组合对应于θ_i + j Δθ的2D投影以产生n个3D映射，其中j是提供完整旋转内的角度的所有整数值。在456，可在对应于角度增量Δθ的角度范围内用逻辑“或”处理3D映射以获得安全3D映射。例如，用角度增量Δθ = 5度制作的五个3D映射可使用以1度增量制作的2D投影来获得。第一3D映射可含有62、67、72和77度（以及完整360度内的其它角度）的值，第二3D可含有63、68、73和78度（以及完整360度内的其它角度）的值，依此类推。可组合这些3D映射，即，处理角度增量Δθ内的映射值以保持对应于障碍物（传感器的未照射区）的值。在具有背面照明的典型3D映射中，3D映射值为0或1（分别为无障碍或有障碍），并且3D映射通过逻辑“或”运算进行组合。一些3D映射示出不在其它映射中的障碍物，并且3D映射的此类组合提供了安全3D映射，其中反射不会导致遗漏真实的障碍物。所得的安全3D映射可为较低分辨率的映射，但通常在视觉上与较高分辨率的3D映射没有太大差异，如图4A-4B中所示。可使用多组不同的角度来获得多个3D映射，并且为了方便解释而选择所公开的实例。对组合映射值的角度的选择无需与角度增量相同。通常，在预定角度分辨率下获得2D投影，然后组合所述2D投影以制作多个3D映射，以用于制作安全3D映射。在458，输出3D安全映射以用于电子显微镜。

实例5

图5是平面图，并且图5A是包含光源502的代表性轮廓测量系统500沿A-A的截面图，所述光源被配置成产生被引导到代表性样品508、509所位于的样品平台506的准直光束504。透射光束部分510被引导到图像传感器512以产生2D轮廓图像。如图所示，准直光束504的一部分被样品508遮挡并在图像传感器512处产生对应的暗区域或阴影区域514。样品平台围绕轴线520旋转，使得图像传感器上的明暗区域发生变化并且获得不同的轮廓图像。样品508、509在旋转期间移入和移出光束504。

实例6

图6是平面图，并且图6A是包含光源602的代表性轮廓测量系统600的截面图，所述光源被配置成产生被引导到代表性样品608、609所位于的样品平台606的光束604。透射光束部分610经由远心光学系统611（出于说明的目的示出为单个透镜）被引导到图像传感器612以产生2D轮廓图像。如图所示，光束604的一部分被样品608遮挡并在图像传感器612处产生对应的暗区域或阴影区域614。样品平台围绕轴线620旋转，使得图像传感器上的明暗区域发生变化并且样品608、609相对于图像传感器612移动。在该实例中，光源602示出为产生准直光束，但可使用漫射光束或发散光束。由于远心光学系统611如下文详细论述消除或减少了透视错误，因此不需要准直。虽然可使用发散光束或漫射光束，但此类光束可能产生来自样品表面的反射，所述反射可能会被忽略且不适当地被视为无障碍区域。

实例7

图7示出包含远心光学系统700的代表性轮廓测量系统的一部分，所述远心光学系统被定位成产生样品的图像，所述样品可位于沿着光学系统轴线701的各种位置，例如在702A、702B处。样品固定到可旋转的样品平台704上，使得沿着代表性坐标系750的X轴和Y轴两者的样品位置可以变化。为方便起见，光学系统轴线701示出为平行于X轴，并且电子显微镜轴线平行于Z轴。远心光学系统包含安装在真空室内的物镜710。物镜710固定到透镜管712，所述透镜管在光学窗口716处固定到真空室壁714。成像透镜718和孔径光阑720位于物镜710的焦距F处以获得远心。如图所示，成像透镜718和孔径光阑720包含在相机722中，所述相机还包含图像传感器724和用于获取、处理、存储和传送图像的相关联电子装置。在该实例中，光学系统可被称为物方远心，因为主光线在光学系统的物方平行。

通过该远心布置，样品的表观大小不会随着到光学系统的距离而变化，并且对于所有物距，放大倍数是相同的。离焦的样品将具有模糊图像，但模糊图像的大小对应于样品的聚焦图像的大小。样品边缘可能看起来很模糊，但可易于定位。避免了视差错误。在一些实例中，由于可用的焦点景深，因此所有样品处于聚焦状态。将孔径光阑放置在透镜的焦点处是实现远心的代表性方法。如图7中所示，在样品位于702A或702B处的情况下，相关联主光线730A、730B分别穿过孔径光阑720的中心。为了说明的清楚起见，未示出成像透镜718进行的图像形成，以使得可更易于看到主光线。如上文所论述，如果方便的话，远心光学系统700的一些或所有部分可在真空室的内部或外部。

在图7的布置中，可从正面或背面照射样本。在典型实例中，使用背面照明，以使得样品遮挡照明，并且样品的图像示出为具有边缘的暗区。使用反射镜或其它反射器，可用位于样品的正面或背面的光源提供正面照明或背面照明。也可以使用侧面照明，但通常需要处理以恰当地标识安全3D映射的反射区域。

实例8

图8示出包含远心光学系统800的代表性轮廓测量系统的一部分，所述远心光学系统被定位成产生样品的图像，所述样品可位于沿着光学系统轴线801的各种位置，例如在802A、802B处。样品固定到可旋转的样品平台804上，使得沿着代表性坐标系850的X轴和Y轴两者的样品位置可以变化。为方便起见，光学系统轴线801示出为平行于X轴，并且电子显微镜轴线平行于Z轴。远心光学系统包含物镜810和成像透镜818，所述物镜和成像透镜位于物镜810和成像透镜818的相应焦距F1、F2处的孔径光阑820周围以获得远心并在图像传感器824处产生图像。未示出用于获取、处理、存储和传送图像的相关联电子装置。在该实例中，光学系统可被称为物方远心和像方远心，因为主光线在光学系统的物方和像方平行。

通过该远心布置，样品的表观大小不会随着到光学系统的距离而变化，并且由于物方远心，因此对于所有物距，放大倍数是相同的。在像方远心的情况下，图像传感器处的主光线位置不取决于物距，并且放大倍数是恒定的。如图8中所示，在样品位于802A或802B处的情况下，相关联主光线830A、830B分别穿过孔径光阑820的中心并且在成像透镜818的像方平行。如上所述，为了说明的清楚起见，未示出成像透镜818进行的图像形成，以使得可更易于看到主光线。如果方便的话，远心光学系统800的一些或所有部分可在真空室的内部或外部。此外，可从正面或背面照射样本。在典型实例中，使用背面照明，以使得样品遮挡照明，并且样品的图像示出为具有边缘的暗区。

实例9

参考图9A，代表性轮廓系统900包含位于孔径光阑914周围以在图像传感器924处形成样品轮廓图像的物镜910和成像透镜912。孔径光阑914位于物镜910的焦点处，使得透镜910、912形成物方远心光学系统。远心物镜910通过真空密封透明窗口913与真空室916分离。成像透镜912、孔径光阑914和物镜910固定在透镜管918中，所述透镜管通过一个或多个螺栓920或其它紧固件固定到真空室916。透镜管被弯曲以节省真空室916外部的空间。出于此目的，反射镜911将光束从真空室916重定向到远心物镜910。可旋转样品台904保持样品902、906，其中样品906示出为位于物镜910的成像视场中。示出代表性主光线930、931，但未示出与成像透镜912进行的图像形成相关联的光线路径。

参考图9B，代表性轮廓系统950包含位于孔径光阑964周围的物镜960和成像透镜962。孔径光阑964位于物镜960的焦点处，使得透镜960、962形成物方远心光学系统。物镜960用作真空室966中的窗口。成像透镜962和孔径光阑964固定在透镜管968中，所述透镜管通过一个或多个螺栓970或其它紧固件固定到真空室966。未示出确保真空密封所需的密封垫或其它组件。可旋转样品台954保持样品952、956，其中样品956示出为位于物镜960的成像视场中。示出代表性主光线980、981，但未示出与成像透镜962进行的图像形成相关联的光线路径。

实例10

参考图10，代表性轮廓系统1000包含位于孔径光阑1014周围以在图像传感器1024处形成样品轮廓图像的物镜1010和成像透镜1012。孔径光阑1014位于物镜1010的焦点和成像透镜1012的焦点处，使得透镜1010、1012形成物方和像方远心光学系统。物镜1010和孔径光阑1014位于真空室中并且由延伸穿过真空室的壁1016的透镜管1018保持。透镜管1018通过一个或多个螺栓1020或其它紧固件固定到真空室壁1016。未示出确保真空密封所需的密封垫或其它组件。

实例11

参考图11，另一代表性远心光学系统1100包含位于轴线1101上的物镜1112、中间透镜1004和成像透镜1106。孔径光阑1108位于物镜1102的焦点处并且相对于透镜1104、1106定位以实现物方和像方远心。在该实例中，使用三个透镜，其中之一（中间透镜1004）具有负光焦度。示出主光线1112、1113。

实例12

参考图12-12A，电子显微镜的一部分1200包含由真空室1204限定的样品室1202。电子光学系统沿着柱1206延伸，但未进一步示出。使用照明器1212获得样品轮廓，所述照明器将照明光束1214导向固定到可旋转样品平台1220的样品，所述可旋转样品平台可沿着坐标系1201的分别具有平移台1226、1224的X轴和Y轴平移。电子光学系统的大致中心1228从照明光束1214移位。样品可用照明光束1214进行轮廓分析，然后平移到例如中心1228的成像位置以用电子光学系统进行成像或处理。照明光束1214可为准直光束或漫射光束，并且为了便于说明示出为矩形。

图12B是图像1280，其示出用远心光学系统获得的位于样品平台1284上且距远心光学系统不同距离的相同大小的三个物体1282的2D轮廓。如图所示，三个物体182具有相同大小的轮廓，使得它们的轮廓可用于为安全的样品台移动和聚焦提供指导。

实例13

参考图13，电子显微镜的一部分1300包含由可通过通道1322抽空的真空室1320限定的样品室。电子光学系统包含物镜极片1324但未进一步示出。使用照明器1306获得2D样品轮廓，所述照明器将照明光束1308导向固定到可旋转样品平台1308的样品1312，所述可旋转样品平台可沿着坐标系1301的轴线中的任一个平移并且可倾斜到样品位置1313以用于轮廓分析。样品平台1311通常耦合到样品台1309，以用于将样品平移到电子光学系统的轴线1340。样品可倾斜，在移位和倾斜时进行轮廓分析，然后在无倾斜的情况下平移以用电子光学系统进行成像。照明光束1308可为准直光束或漫射光束。物镜1302位于真空室1320的壁处，并且相机1305被定位成形成远心光学系统并记录样品轮廓。轮廓系统1304的中心轴线在轮廓分析期间平行于样品平台平面。

实例14

图14A示出样品轮廓图像的方面。在典型实例中，例如样品1406、1420之类的样品固定到样品平台1402并且用照明系统1410进行背面照射。由于背面照明，因此例如样品区域1407的样品的轮廓通常显得较暗，但例如样品区域1455的一些部分因样品反射性和表面样品倾斜而显得较亮。此样品区域1455反射来自照明系统1410的光。为了安全地定位样品（不与电子光学系统中的组件或其它组件发生碰撞），例如样品区域1455的中间区域可按照与例如1407、1421的暗区域相同的方式进行处理。如果例如样品区域1455之类的区域显得较暗，则处理很简单，但是所述区域仍然可识别为在将样品移动到成像位置时要避免的可能障碍物。

图14B示出图14A的样品本布置，但使用在Z轴方向1454上提供可变照明的照明器1450。如图所示，照明器1450包含相对明亮的区域（较高强度）1451和相对较暗的区域（较低强度）1452，所述相对较暗的区域产生相对更暗的区域1456—如果与图14A的照明系统1410一起使用，则区域1456在2D轮廓中会显得更亮并且更难以识别为可能障碍物。来自区域1456的反射与样品表面反射性和表面样品倾斜相关联。通过在z方向上改变照明强度，样品的顶部可以更高的对比度进行成像，并且因此可在3D映射中以更高的准确度进行标识。可通过合适数量的光发射器、光散射的变化或光衰减或其它方法来使用和实现照明强度沿着Z轴的其它阶梯式或逐渐增大或减小。因为障碍物应该显得很暗，所以与完全遮挡照明的障碍物相比，例如样品的侧面之类的反射障碍物可显得相对明亮。这些相对明亮的区域（例如，区域1456）应被标识为障碍物。

实例15

图15示出代表性照明器1500，所述代表性照明器包含例如LED 1502的一个或多个光发射器，所述光发射器将光耦合到用作光导的透明片1504的边缘中。坐标轴1550指示与带电粒子束光轴相关联的Z轴和与用于获得2D轮廓的光学系统的轴线相关联的Y轴。片1504的主表面通过研磨、磨砂、喷砂或其它工艺进行光学粗糙化从而使光散射以用于照明。当在边缘1506处引入的光朝向相对边缘1507传播时，光通过散射而衰减。为了允许均匀照明，片1504的表面的域1510-1514可具有增加的粗糙度以增加散射，从而补偿光从LED 1502传播到边缘1507时的光强度损失。粗糙度或其它散射特性可平滑变化或逐步变化（如图所示）或两者兼有。还可通过从上到下（逐步或连续）的照明梯度来进一步定制输出光的强度，使得例如，照明器表面的顶部边缘和底部边缘与不同强度相关联。也可使用可变因素（阶梯式或梯度衰减器）从而在边缘1506附近具有较高光密度而在边缘1507附近具有较低光密度。除了阶梯式或连续梯度之外，可使用其它照明图案。

实例16

参考图16，产生3D映射的代表性方法1600包括在1602选择多个样品视图（旋转角度）并且在1604选择初始视图高度和视图宽度。在某些情况下，光学系统的视场并未大到足以获得完整的轮廓，并且样品平台或光学系统被调整以捕捉完整的样本高度。在1606，选择旋转角度，并且在1608，将样品平台设置在初始高度和旋转角度。在1610，获得2D轮廓。在一些实例中，2D轮廓或2D投影为具有二元对比度的图像。可通过对由检测器检测到的图像进行阈值处理来转换二元2D轮廓。例如，2D轮廓呈现对应于直接从光源接收而没有被样品和/或样品平台遮挡的光的第一强度。二元2D轮廓还可在对应于光障碍物样品生成的阴影的区域中呈现第二强度，所述第二强度小于第一强度。在1612，确定要使用附加角度来获得附加轮廓。如果是，则方法1600返回到1606以选择旋转角度并重复必要的步骤。在1614，确定是否要调整视图高度。如果是，则在1618调整视图高度并且处理返回到1606。可如在1616确定的在1620改变视图宽度，并且处理可返回到1606。一旦所有轮廓可用，就可在1630组合轮廓以产生3D映射。可如下文参考图24所示而产生3D映射。如果需要，则可在1632任选地将3D映射与相机图像组合，例如与用导航相机获取的图像组合。可在将样品负载到真空室之后并且在用带电粒子束进行成像或处理之前执行方法1600。在一个实例中，可在将真空室抽真空以用于带电粒子束成像或处理的同时执行方法1600。当样品或样品平台位于轮廓分析位置时，可生成3D样品轮廓。然后将样品平台从轮廓分析位置移动到样品成像位置，以用于对由样品平台保持的一个或多个样品进行成像或处理。基于3D样品轮廓将样品平台从轮廓分析位置移动到成像位置，以避免样品与CPM的内部结构发生碰撞。

实例17

如图17，代表性方法1700包含在1702确定是否要获得适应反射的3D映射。此类3D映射在本文中被称为“安全”3D映射。可针对具有以可能引起光反射的方式定向的表面的高反射率样品而生成安全3D映射。如上文所论述，3D映射限定真空室内的极片或其它组件周围的区，在所述区中，样品可在不接触其它组件的情况下行进到进行成像或其它评估的位置。如果反射表面具有足够的反射率以至于显得类似于来自光源的直接照明，则可能会在映射中遗漏所述反射表面。在针对反射样品产生映射时可能需要考虑样品反射率。如果要产生安全映射，则在1712获得相互移位的3D映射并且在1714使用“或”逻辑组合所述3D映射以产生安全3D映射。移位的3D映射通常基于跨越完整旋转的多个角度，但其中每个映射覆盖一组不同的角度，例如0、5、10、……、360度和1、6、11、……度等。否则，在1706获得在所需范围和分辨率（即，角度增量）内的2D投影，并且在1708组合所述2D投影以产生3D映射。对于非反射样品，3D映射允许安全移动而无需考虑反射。然而，在1710，可任选地将产生的3D映射（即，无论是否为安全3D映射）与相机图像组合。在1722，可选择样品位置，并且在1724，可定位所选择的位置以使用3D映射进行聚焦。例如，样品平台或其它机械或电子光学组件可通过在3D映射中的未占用区内移动而在无操作员干预的情况下进行移动，使得所选择的焦点位置处于成像位置，与CPM的极片下的CP光束对准，以进行成像或处理。因此，3D映射允许确定避免样品和光学组件之间发生碰撞的安全路径。

此类例如控制计算机之类的系统控制器可用于使用完整的3D映射自动检查和控制样品定位，或用于通过发出警报或禁止样品移动到可能发生碰撞的区来指导手动操作。

应了解，3D映射的生成可在电子显微镜室的外部或者在显微镜抽真空期间或之后进行。可使用例如图2中所示的视觉界面来指示样品位置。在某些情况下，可对3D映射进行处理以去除原本显得被样品占用的区域。

实例18

参考图18，用于实施所公开的技术的示范性系统包含呈示范性常规PC 1800形式的通用计算装置，所述通用计算装置包含一个或多个处理单元1802、系统存储器1804和将包含系统存储器1804的各种系统组件耦合到一个或多个处理单元1802的系统总线1806。系统总线1806可为使用多种总线架构中的任一个的若干类型的总线结构中的任一个，包含存储器总线或存储器控制器、外围总线和局部总线。示范性系统存储器1804包含只读存储器（ROM）1808和随机存取存储器（RAM）1810。基本输入/输出系统（BIOS）1812存储在ROM 1808中，所述基本输入/输出系统含有帮助在PC 1800内的元件之间传递信息的基本例程。存储器1804还含有部分1871-1875，所述部分包含计算机可执行指令和数据以用于获取2D轮廓（包含样品台控制）、基于所获取的2D轮廓确定3D轮廓、确定安全样品路径、供操作员输入和输出的图形用户界面，以及总体上的仪器控制。

示范性PC 1800进一步包含一个或多个存储装置1830，如硬盘驱动器或例如拇指驱动器之类的存储器装置。此类存储装置可通过合适的接口连接到系统总线1806。此类计算机可读介质为PC 1800提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其它数据的非易失性存储。可以存储可由PC访问的数据的其它类型的计算机可读介质，如磁带盒、闪存卡、数字视频光盘、CD、DVD、RAM、ROM等，也可用在示范性操作环境中。

许多程序模块可存储在存储装置1830中，所述存储装置包含操作系统、一个或多个应用程序、其它程序模块和程序数据。用户可通过例如键盘之类的一个或多个输入装置1840和例如鼠标、触摸板、数码相机、麦克风、操纵杆、游戏板等指向装置将命令和信息输入到PC 1800中。这些和其它输入装置通常通过耦合到系统总线1806的串行端口接口连接到一个或多个处理单元1802，但可通过例如并行端口、游戏端口或通用串行总线（USB）等其它接口进行连接。监测器1846或其它类型的显示装置也经由例如视频适配器的接口连接到系统总线1806。可包含其它外围输出装置，如扬声器和打印机（未示出）。

可使用到例如远程计算机1860的一个或多个远程计算机的逻辑连接在网络化环境中操作PC 1800。在一些实例中，包含一个或多个网络或通信连接1850。远程计算机1860可为另一PC、服务器、路由器、网络PC或对等装置或其它公共网络节点，并且通常包含上文相对于PC 1800所描述的许多或所有元件，尽管仅存储器存储装置1862已在图18中示出。个人计算机1800和/或远程计算机1860可连接到逻辑局域网（LAN）和广域网（WAN）。此类网络环境在办公室、全企业计算机网络，内联网和因特网中是常见的。

当在LAN联网环境中使用时，PC 1800通过网络接口连接到LAN。当在WAN联网环境中使用时，PC 1800通常包含调制解调器或用于通过例如因特网等WAN建立通信的其它器件。在网络化环境中，相对于个人计算机1800描绘的程序模块或其部分可存储在远程存储器存储装置、或者LAN或WAN上的其它位置中。示出的网络连接是示范性的，并且可使用在计算机之间建立通信链路的其它器件。

实例19

参考图19，代表性电子显微镜1900包含极片1902，所述极片将光束引导到耦合到平移台1906、1908和平移/旋转台1910的样品平台1904。电子光学柱1901包含透镜、偏转器和未示出的其它电子光学组件。代表性样品1912-1914固定到样品平台1904。照明器1920将光束1922导向样品1912-1914和真空室外壳1925中的透明窗口1924。远心光学系统1926被定位成针对由平移/旋转台1910提供的各种旋转角度基于样品1912-1914的背面照明而在图像传感器1928上形成轮廓图像。

实例20

图20示出轮廓图像的序列2000，所述系列在旋转样品期间获得以用于产生3D映射，如图3B的3D映射350。示出代表性样品2001-2003。每个轮廓图像对应于不同旋转角度。

图21A-21B示出固定到样品平台2106的样品2102、2104的示例2D投影2100。图21B示出与样品平台2106的边缘相关联的反射区域2107。为了在真空室内安全移动，反射区域2107应被标识为障碍物，尽管它并不像样品平台2106的2D投影的其余部分那么暗。例如反射区域2107的反射区域通常以所选择的旋转角度和相关联的2D投影呈现。

图22A-22B示出2D投影2200、2202，所述2D投影示出样品2201并且使用视场小于样品平台的远心光学系统而获得。2D投影2202、2204可组合以产生图22C中的完整2D轮廓2206。

图23示出在不同旋转角度下获得的一系列2D投影。示出代表性样品2302、2304。在68、69、70和71度的旋转角度下，样品2302具有反射区域2308，所述反射区域可在3D映射中被标识为障碍物。反射区域2308的强度与无障碍区域的强度相似。如果2D投影值用区分反射区域与无障碍区域的合适的值进行阈值处理，则此类区域可被恰当地标识为障碍物。可通过准直照明或增加光源与样品之间的距离来减少反射。或者，可使用图案化照明来简化反射区域的标识，或可使用上文参考图4A-4B所论述的方法。

实例21

图24A-24E示出处理2D轮廓以产生3D映射。图24A示出了在所选择角度下的代表性2D投影2402，并且图24B示出指示初始的、被完全占用的样品空间的圆柱形体积2404，即，潜在可用于移动但可包含被样品占用并因此对于移动不安全的部分的空间。如图24B中所示，圆柱形体积2404的初始大小基于样品架的大小和显微镜配置，并且指示可定位样品的最大体积。使用2D投影2402，圆柱形体积2404的部分被去除，如图24D和图24F中所示。如图24C中所示，2D投影2402中的未占用空间2406用于限定指示可允许移动的区的对应特征2416。未占用空间2406延伸穿过圆柱形体积24D以去除圆柱形体积2404的部分，使得特征2416延伸穿过圆柱形体积2404。由2D投影2402指示的其它未占用空间限定对应特征并且延伸穿过圆柱形体积2404。所得体积2405（图24D）指示用于移动的安全区域。在该实例中，使用2D投影2402的上边界，并且该方法可被称为“包络（envelope）”方法。然后，使用在其它旋转角度下的附加2D投影来限定圆柱形体积2404中的特征以产生3D映射。或者，可使用完整2D投影数据，如图24E-24F中所示。在此情况下，使用2D投影2402中的下部未占用空间2408来限定体积2404中的对应特征2418。然后，使用在其它角度下的附加2D投影来限定体积2404中的特征以产生3D映射。该方法可能比包络方法在计算上更加密集。

鉴于可应用所公开技术原理的许多可能实施例，应认识到所说明实施例仅为优选实例且不应被视为范围的限制。因此，我主张所有都在所附权利要求书的范围和精神内。

Claims (20)

1.一种方法，其包括：

从第一侧照射位于带电粒子显微镜的真空室内的样品；

检测所述样品在与所述第一侧相对的第二侧上的至少一个2D投影；

基于所述至少一个2D投影生成3D映射；以及

基于所述3D映射将所述样品定位在所述真空室内的成像位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中用光源从所述第一侧照射所述样品，并且在所述成像位置处用带电粒子束对所述样品进行成像或处理。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其进一步包括通过旋转所述样品来检测所述样品在所述第二侧上的多个2D投影，其中基于所述多个2D投影生成所述3D映射。

4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括确定一组初始3D映射，其中所述初始3D映射中的每一个基于一组不同的旋转角度并且所述3D映射基于组合所述初始3D映射，以使得所述3D映射为安全3D映射。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在轮廓分析位置照射所述样品，并且基于所述3D映射将所述样品从所述轮廓分析位置移动到所述成像位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述照射所述样品包括将准直光束引导到所述样品。

7.根据权利要求1或权利要求6所述的方法，其中用位于所述真空室内的照明源来执行所述照射所述样品。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述照射所述样品包括用具有图案化强度的光束照射所述样品。

9.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中用远心光学系统来执行所述检测所述样品在与所述第一侧相对的第二侧上的至少一个2D投影。

10.根据权利要求9所述的方法，其中当所述样品被照射时，所述远心光学系统的中心轴线平行于保持所述样品的样品平台。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述远心光学系统包含位于真空室内或所述真空室的壁中的物镜。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述远心光学系统为物方远心。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述远心光学系统为物方远心和像方远心。

14.一种带电粒子显微镜，其包括：

照明系统，其被定位成用光从第一侧照射样品；

成像系统，其被定位成基于来自所述第一侧的照明产生被照射样品的2D投影；以及

处理器，其被耦合成接收所述2D投影并生成所述样品的3D映射。

15.根据权利要求14所述的带电粒子显微镜，其中所述成像系统包含位于与所述第一侧相对的第二侧上的图像传感器以产生所述被照射样品的2D轮廓图像，并且所述处理器耦合到样品平台且被配置成旋转所述样品以产生所述2D投影。

16.根据权利要求15所述的带电粒子显微镜，其中所述照明系统被定位成将漫射光束引导到所述样品，并且所述成像系统包含将2D投影引导到所述图像传感器的远心光学系统。

17.根据权利要求14所述的带电粒子显微镜，其中所述照明系统被定位成将准直光束引导到所述样品。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的带电粒子显微镜，其进一步包括样品台，所述样品台能用于将保持所述样品的样品平台移动到带电粒子光轴。

19.根据权利要求14至17中任一项所述的带电粒子显微镜，其中所述处理器被耦合成在获取所述2D投影期间启动带电粒子显微镜真空室的抽空。

20.一种计算机可读介质，其存储用于根据权利要求1所述的方法的处理器可执行指令。

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