CN115668431A - 用于聚焦和操作粒子束显微镜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作粒子束显微镜的方法，该方法包括：设定物体(92)距物镜(35)的距离；设定物镜的激励；将双偏转器(75)的激励设定为第一设定，使得粒子束(103)以第一取向撞击物体；以及在这些设定下记录第一粒子显微镜图像。该方法还包括：将该双偏转器的激励设定为第二设定，使得该粒子束以不同于该第一取向的第二取向撞击该物体，并且在该双偏转器为该第二设定时捕捉第二粒子显微镜图像。然后，基于对该第一粒子显微镜图像和第二粒子显微镜图像的分析来确定物体与物镜的新距离，并且将物体距物镜的距离设定为该新距离。

Description

用于聚焦和操作粒子束显微镜的方法

技术领域

本发明涉及用于操作粒子束显微镜的方法。特别地，本发明涉及用于操作那些将一个或多个粒子束聚焦在要检查的物体处的粒子束显微镜的方法。本发明还涉及一种用于实施该方法的粒子束显微镜、和一种用于控制这种粒子束显微镜的计算机程序产品。

背景技术

这样的粒子束显微镜的示例是扫描电子显微镜，其中聚焦的电子束在要检查的物体上进行扫描，并且以取决于聚焦的粒子束的偏转的方式来检测由入射电子束在物体上生成的二次电子或反向散射电子，以便生成物体的电子显微镜图像。

粒子束由粒子束源生成并加速；该粒子束可能会穿过聚光透镜和像散校正器，并且由物镜聚焦在物体上。为了获得粒子束显微镜的高空间分辨率，粒子束必须最大可能程度地聚焦在物体上，即，被聚焦的粒子束在物体表面上照亮的区域(“束斑”)应尽可能小。实际上，这是通过以下方式实现的：用户通过操作粒子束显微镜的致动元件来手动设定粒子束的聚焦、以及粒子束显微镜的控制器基于对致动元件的操作来改变物镜的激励或像散校正器的激励。在此调节过程中，粒子束在物体上连续地扫描以便记录图像。用户可以评估当前图像的质量，并且以取决于当前图像的质量的方式来致动这些致动元件，直到他们对图像的质量感到满意或不再能够改善其质量。然而，此过程很耗时，甚至对熟练的用户也提出了很高的要求。

还存在自动化方法，其中自动找到粒子束显微镜参数的合适设定。在这种方法中，借助于计算机来分析多个记录的图像，以便基于此分析来计算参数的设定，这些设定允许记录具有最佳图像清晰度或其他图像品质标准(例如图像像散的值低)的图像。US 6 838667 B2中描述了这种方法的示例。然而，需要少量记录的图像并且因此能够在相对短的时间段内进行的常规自动化方法并不总是提供期望的结果。

有关粒子束聚焦的另外的信息可以在以下作为示例提及的出版物中找到：US2007/0 120 065 A1、US 2013/0 320 210 A1和JP 2007-194 060 A。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于操作粒子束显微镜的方法，该方法简化了粒子束在要检查的物体上的聚焦，并且尤其是能够以快速且可靠的方式进行。

根据本发明的实施例，提供了一种用于操作粒子束显微镜的方法，该粒子束显微镜包括：用于生成粒子束的粒子束源；用于将该粒子束聚焦在物体上的物镜；以及布置在该粒子束的束路径中、在该粒子束源与该物镜之间的双偏转器，其中，该方法包括：将物体距该物镜的距离设定为给定距离；以及将该物镜的激励设定为给定激励。在此，可以根据期望的应用(例如，要生成的图像的放大倍率和粒子束的粒子在该物体上的着陆能)来选择该物体距该物镜的该给定距离。然后，该物镜的给定激励可以以一种方式选择，使得在该给定距离和粒子以给定动能穿过该物镜时，可以使用该粒子束显微镜来生成该物体的基本上清晰的粒子显微镜图像。然而，在实践中这通常仅是大致可行的，并且有必要通过重复记录测试图像并对其进行分析来找到该物镜的激励的改变的设定和/或该物体距该物镜的距离的改变的设定，在该改变的设定下可以获得该物体的在图像清晰度和其他图像品质方面满足更严格要求的粒子显微镜图像。

根据实施例，该方法包括：将该双偏转器的激励以一种方式设定为第一设定，使得该粒子束以第一取向入射到该物体上，并且在该双偏转器为第一设定时获得第一粒子显微镜数据，例如记录第一粒子显微镜图像或沿着线的第一次扫描。随即，该方法包括：将该双偏转器的激励以这样的方式设定为第二设定，使得该粒子束以不同于该第一取向的第二取向入射到该物体上，并且在该双偏转器为该第二设定时获得第二粒子显微镜数据，例如记录第二粒子显微镜图像或沿着线的第二次扫描。

粒子显微镜数据可以是例如测得的给物体表面上的位置分配的二次粒子强度。例如，粒子显微镜数据包括：多个元组，每个元组表示粒子束被引导到物体上持续预定时间段的位置；以及在粒子束被引导到该位置处时检测到的二次粒子的强度。如果粒子显微镜数据是粒子显微镜图像，则它们表示例如测得的给物体表面上的二维延伸区域分配的二次粒子强度。当粒子束在物体表面上的二维延伸区域(也可以称为像场)上例如逐行扫描时，可以检测二次粒子的强度。例如，当粒子显微镜数据是沿着线的扫描时，这些数据表示测得的给物体表面上的沿着线定位的点分配的二次粒子强度。当粒子束沿着物体表面上的具有起点和终点的特定直线进行扫描时，可以检测二次粒子的强度。

根据示例性实施例，物体上的线是具有起点和终点的直线。

根据示例性实施例，第一和第二粒子显微镜数据以一种方式获得，使得它们各自被分配给物体的多个位置，并且被分配有第一粒子显微镜数据的位置和被分配有第二粒子显微镜数据的位置具有交集，即物体上的多个位置被分配有第一粒子显微镜数据和第二粒子显微镜数据两者。如果第一和第二粒子显微镜数据是粒子显微镜图像，这意味着第一和第二粒子显微镜图像的像场至少部分地重叠。如果第一和第二粒子显微镜数据是沿着线的扫描，这意味着被粒子束扫描以获得数据的线至少部分地在物体表面上重叠、或仅以微小的间距相对于彼此成小角度地延伸，即，几乎彼此平行。

根据实施例，该方法然后进一步包括：基于对该第一粒子显微镜数据(比如第一粒子显微镜图像或沿着线的第一次扫描)、以及该第二粒子显微镜数据(比如第二粒子显微镜图像或沿着线的第二次扫描)的分析来确定该物体距该物镜的新距离；将该物体距该物镜的距离设定为该新距离；以及在该物镜为给定激励并且该物体距该物镜为新距离时获得第三粒子显微镜数据、比如记录第三粒子显微镜图像。基于对该第一和第二粒子显微镜数据的分析，在此可以以一种方式来确定该物体距该物镜的新距离，使得通过更好地聚焦在物体表面处的粒子束来获得第三粒子显微镜数据。如果第三粒子显微镜数据是第三粒子显微镜图像，则该图像是物体表面的比较清晰的图像，其中该图像可选地还满足其他可能更高的品质标准。在此，在获得第一和第二粒子显微镜数据之后，维持物镜的激励，即，在物镜的相同激励下，记录第一、第二和第三粒子显微镜数据，同时改变物体距物镜的距离以使粒子束更好地聚焦在物体表面处。

根据另外的实施例，该方法然后可以替代性地包括：基于对该第一粒子显微镜数据(比如第一粒子显微镜图像或沿着线的第一次扫描)、以及该第二粒子显微镜数据(比如第二粒子显微镜图像或沿着线的第二次扫描)的分析来确定物镜的新激励；将物镜的激励设定为该新激励；以及在物镜为新激励并且物体距物镜为给定距离时获得第三粒子显微镜数据、比如记录第三粒子显微镜图像。基于对第一和第二粒子显微镜数据的分析，在此可以以一种方式来确定该物镜的新激励，使得通过特别好地聚焦在物体表面处的粒子束来获得第三粒子显微镜数据。在此，在获得第一和第二粒子显微镜数据之后，维持物体距物镜的距离，即，在物镜的相同激励下，记录第一、第二和第三粒子显微镜数据，同时改变物体距物镜的距离以使粒子束更好地聚焦在物体表面处。

根据另外的实施例，该方法然后还可以替代性地包括：基于对该第一粒子显微镜数据(比如第一粒子显微镜图像或沿着线的第一次扫描)、以及该第二粒子显微镜数据(比如第二粒子显微镜图像或沿着线的第二次扫描)的分析来确定物体距物镜的新距离和物镜的新激励；将物体距物镜的距离设定为该新距离并且将物镜的激励设定为该新激励；以及在物镜为新激励并且物体距物镜为新距离时获得第三粒子显微镜数据、比如记录第三粒子显微镜图像。基于对该第一和第二粒子显微镜数据的分析，在此可以以一种方式来确定该物体距该物镜的新距离和该物镜的新激励，使得通过特别好地聚焦在物体表面处的粒子束来获得该第三粒子显微镜数据。在这种情况下，在已经获得第一和第二粒子显微镜数据之后，改变物镜的激励和物体距物镜的距离两者，以获得更清晰的图像。即，第一和第二粒子显微镜数据是在物镜的激励相同并且物体距物镜的距离相同时记录的，而第三粒子显微镜数据、比如第三图像是在物镜的激励变化并且物体距物镜的距离变化时获得的。

该分析可以包括第一和第二粒子显微镜数据的相关性。

根据示例性实施例，该方法包括：将布置在该粒子束的束路径中、在该粒子束源与该物镜之间的像散校正器的激励设定为给定设定；将该双偏转器的激励以一种方式设定为第三设定使得该粒子束以不同于第一取向和第二取向的第三取向入射到物体上；以及在该像散校正器为给定设定时获得第四粒子显微镜数据(比如第四粒子显微镜图像或沿着线的第四次扫描)。该方法然后可以进一步包括：基于对第一粒子显微镜数据、第二粒子显微镜数据和第四粒子显微镜数据(比如，第一粒子显微镜图像、第二粒子显微镜图像和第四粒子显微镜图像或沿着线的第一次扫描或沿着线的第二次扫描和沿着线的第四次扫描)的分析，来确定像散校正器的激励的新设定；并且将该像散校正器的激励设定为该新激励。在此，在该像散校正器为给定设定时获得第一和第二粒子显微镜数据，并且在该像散校正器的激励为新设定时记录第三粒子显微镜数据、比如第三粒子显微镜图像。在此，可以以一种方式来确定像散校正器的激励的新设定，使得粒子束在物体表面处的聚焦具有低像散，因此可能已经记录的第三粒子显微镜图像不仅具有高的图像清晰度高还具有低的像散。

根据示例性实施例，在此，在物镜为给定激励并且物体距物镜为给定距离时记录第四粒子显微镜数据。

根据示例性实施例，获得第二粒子显微镜数据包括：使粒子束在物体的表面上沿着第一条线进行扫描。获得第三粒子显微镜数据然后可以包括：使粒子束在物体的表面上沿着第二条线进行扫描。在这种情况下，第一条线与第二条线之间的最小角度可以大于20°、尤其大于40°、尤其大于80°。

根据另外的示例性实施例，在物镜为给定激励并且物体距物镜为给定距离时记录第一和第二粒子显微镜数据。

根据示例性实施例，确定双偏转器的第一设定和双偏转器的第二设定的目的是，在物体距物镜的距离为给定设定且物镜为给定激励时，第一粒子显微镜数据与第四粒子显微镜数据之间基本上不存在图像偏移或存在最小可能的图像偏移。如果将粒子束最佳地聚焦在物体表面上，则有效粒子发射器穿过物镜、可能存在的聚光透镜和在粒子束的束路径中的其他粒子光学有效元件而被光学地成像在该物体表面上。然后，以不同角度从源发出的粒子束会以不同的角度着陆在该物体表面的同一位置处。

现在，如果在获得第一和第二粒子显微镜数据时，在粒子束入射到物体上的不同取向下不存在图像偏移，则这意味着双偏转器的激励被选择为使得粒子束在被双偏转器偏转之后似乎直接来自粒子发射器。进一步地，如果选择了该双偏转器的这种设定并且在该第一与第二粒子显微镜数据之间出现了图像偏移，则可以推断出需要改变给定距离和/或该物镜的激励，以便通过粒子束特别好地聚焦在物体表面处而获得第三粒子光学数据、或特别清晰的第三粒子显微镜图像。在该过程中，特别地，可以基于在第一与第二粒子显微镜数据之间(比如在第一与第二粒子显微镜图像之间)所确定的图像偏移来计算物镜的给定激励到物镜的新激励的必要变化或者物体距物镜的给定距离到物体距物镜的新距离的必要变化。

双偏转器的第一设定、第二设定以及可能的第三设定可以基于粒子束显微镜的计算模型来确定。特别地，针对该粒子束显微镜的其他参数的各种设定，例如高压(用于对从该粒子束源出射之后的粒子束进行加速以便获得聚焦图像)，此计算模型包含在该物镜的激励与该物体距该物镜的距离之间的关系的模型。

粒子束入射到物体上的取向可以通过相对于物镜主轴线的方位角和仰角来表征。根据示例性实施例，第一取向和第二取向相对于物镜的主轴线在它们的仰角方面不同。它们在其方位角方面可以是相同的。根据示例性实施例，第二取向和第三取向相对于物镜的主轴线在它们的方位角方面不同并且在这种情况下尤其可以具有相同的仰角。

计算模型可以进一步包括用于使粒子束在物体表面上进行扫描的偏转装置的激励与粒子束沿之扫描以获得物体表面的粒子光学数据的线的方向之间关系的模型。特别地，该模型考虑了物镜的磁场和由此得到的粒子束拉莫尔旋转。

本发明进一步包括一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括指令，这些指令当由粒子束显微镜的控制器执行时，使该粒子束显微镜执行上述方法。

附图说明

下面参考附图更详细地解释本发明的实施例，在附图中：

图1示出了粒子束显微镜的示意性展示；

图2示出了图1的粒子束显微镜中的束路径的细节的示意性展示；

图3示出了解释用于操作图1的粒子束显微镜的方法的流程图；

图4示出了解释用于操作图1的粒子束显微镜的另一方法的流程图；

图5示出了用于解释当第一和第二粒子显微镜数据为粒子显微镜图像时的图像偏移的示意性展示；以及

图6示出了用于解释当第一和第二粒子显微镜数据是沿着线的扫描时的图像偏移的示意性展示。

具体实施方式

图1是粒子束显微镜1的示意图，该粒子束显微镜可以使用根据本发明实施例的方法来操作。粒子束显微镜1包括粒子束源3，该粒子束源包括粒子发射器5和驱动器7。举例来说，粒子发射器5可以是由驱动器7通过线9加热的阴极，该阴极发射电子，这些电子因阳极11而加速离开粒子发射器5并且被成形以形成粒子束13。为此，驱动器7由粒子束显微镜1的控制器15通过控制线17来控制，并且粒子发射器5的电势通过可设电压源19设定，该可设电压源由控制器15通过控制线21控制。阳极11的电势通过可设电压源23设定，该可设电压源同样由控制器15通过控制线25控制。粒子发射器5的电势与阳极11的电势之差限定了粒子束13的粒子在穿过阳极11之后的动能。阳极11形成束管12的上端，粒子束13的粒子在穿过阳极11之后进入该束管。

粒子束13穿过聚光透镜27，该聚光透镜使粒子束13准直。在所展示的示例中，聚光透镜27是具有线圈29的磁性透镜，该线圈被由可设电流源31生成的电流激励，该可设电流源由控制器15通过控制线33控制。

随即，粒子束13穿过物镜35，该物镜旨在将粒子束13聚焦在要检查的物体37的表面上。在所展示的示例中，物镜35包括磁性透镜，其磁场由线圈39生成，该线圈被由控制器15通过控制线43控制的电流源41激励。物镜35进一步包括静电透镜，其静电场在束管12的下端45与电极49之间生成。束管12电连接到阳极11，并且电极49可以电连接到地电势或者通过由控制器15控制的另一电压源(图1中未展示)被设定为与地不同的电势。

物体37被保持在载物台51上，该载物台的电势通过电压源53设定，该电压源由控制器15通过控制线55控制。物体37电连接到载物台51，使得物体37也具有载物台51的电势。粒子发射器5的电势与物体37的电势之差限定了束13的粒子在入射到物体37上时的动能。与此相比，如果粒子被在束管12的端部45与电极49之间的静电场和/或在电极49与物体37之间的电场减速，则粒子在束管12内以及穿过聚光透镜27和物镜35时可以具有更大的动能。然而，也可以将粒子束显微镜1实施为不具有束管12和电极49，并且因此粒子在入射到物体37上之前被阳极11与物体37之间的电场减速或加速。与具有或不具有束管12的粒子束显微镜1的实施例无关，并且与电极49的实施例和布置无关，入射到物体37上时粒子的动能仅取决于粒子束源3的电势与物体37的电势之差。

粒子束显微镜1还包括偏转装置57，该偏转装置由控制器15通过控制线59控制，并且使粒子束13偏转，使得粒子束13可以在控制器15的控制下扫描物体37上的区域61。粒子束显微镜1进一步包括检测器63，该检测器以一种方式定位，使得由引导在物体37上的粒子束13生成并离开物体的信号能够入射在检测器63上，以便被该检测器检测到。这些信号可以包括以下粒子：例如反向散射电子和二次电子或辐射，例如阴极发光辐射。

在图1所示的粒子束显微镜1中，检测器63是被布置成紧挨着物镜35并且在物体附近的检测器。然而，也可以将检测器布置在束管12中或任何其他合适的位置。特别地，如果物体表面的电场对粒子束13的入射电子具有减速作用，则低速离开物体的二次电子会被此电场加速进入束管，并且可被布置在束管12中的检测器检测到(图1中未展示)。

从物体37发出的粒子是由粒子束13入射在物体37上引起的。特别地，这些检测到的粒子可以是粒子束13本身的粒子，其在物体37处被散射或反射，例如反向散射电子，或者它们可以是通过入射粒子束13与物体37分离的粒子，例如二次电子。然而，检测器63也可以以一种方式实施，使得检测器检测辐射，例如X射线辐射，该辐射由入射到物体37上的粒子束13生成。来自检测器63的检测信号由控制器15通过信号线65接收。控制器15在扫描过程中取决于偏转装置57的当前设定来存储从检测信号得出的数据，并且因此这些数据表示物体37的区域61的粒子束显微镜图像。此图像可以由连接到控制器15的显示设备67呈现并且由粒子束显微镜1的用户观察。

粒子束显微镜1进一步包括双偏转器75，其布置在粒子束13的束路径中、在粒子束源3与物镜35之间。在图1所示的示例中，双偏转器75布置在阳极11的区域中；然而，该第一偏转装置也可以布置在粒子束源3与阳极11之间、在阳极11与聚光透镜27或物镜35之间、或在聚光透镜27与物镜35之间。双偏转器75包括两个单独的偏转器77和79，这些偏转器相继布置在粒子束13的束路径中并且各自具有多个偏转元件81，这些偏转元件在围绕粒子束13的周向方向上以分布的方式布置。偏转元件81可以由电极和/或线圈形成，电极和/或线圈的激励由电压或电流源83提供，这些电压或电流源由控制器15通过线82控制。双偏转器75的每个单独的偏转器77、79被配置为使穿过相应的单独的偏转器的粒子束13沿可设方向并且以可设角度偏转。举例来说，如果单独的偏转器77、79的偏转元件81是电极，则例如可以为此设定四个电极，这些电极在围绕粒子束13的周向方向上以分布的方式布置。举例来说，如果偏转元件81是线圈，则例如可以设定八个线圈，这些线圈在围绕粒子束13的周向方向上布置。

双偏转器75可以用于调节粒子束13；即，在束穿过物镜35之前，该束以一种方式对准，使得该束可以通过物镜35在最大可能的程度上聚焦在物体37上。举例来说，双偏转器75的激励可以以一种方式设定，使得粒子束13沿着物镜35中的光轴穿过物镜35的主平面。进一步地，双偏转器75可以用于将粒子束13聚焦在物体37上的方法中，如下所述。

粒子束显微镜1进一步包括像散校正器85，该像散校正器包括多个像散校正元件86，该多个像散校正元件在围绕粒子束13的周向方向上以分布的方式布置，所述像散校正元件的激励由驱动器电路87提供，该驱动器电路由控制器15通过控制线88控制。像散校正器85被配置用于提供电或磁四极场，其大小和方向是可设的。

下文参见图2来解释用于聚焦粒子束显微镜1的方法。该图示出了粒子束显微镜1的束路径的简化示意展示。在该简化展示中，由粒子束源3生成的粒子束13通过物镜35被聚焦在焦平面91中。除了物镜35之外，只有双偏转器75作用在粒子束上。图2中未展示其他粒子光学元件(例如聚光透镜27)对粒子束13的作用。然而，当考虑到其他粒子光学元件的作用时，下面所说明的原理也适用。在图2的展示中，存在的光学元件的作用发生在其主平面中，其中所示粒子束的轨迹是“扭结(kinked)”的。因此，物镜35具有一个主平面93，并且双偏转器75的单独的偏转器77和79分别具有主平面94和95。实际上，粒子光学元件的作用各自沿着粒子束13的束路径在较大的区域上延伸。

假设在物镜35为给定激励并且施加到阳极11的电压为给定设定且粒子束源3的电势为设定时，粒子束13被聚焦在焦平面91中。基于这些设定和粒子束显微镜1的计算模型，可以以一定的准确度计算出焦平面91距物镜35的距离。然后，试图将要检查的物体37的表面布置在计算出的焦平面91中。然而，这通常只能以有限的准确度来实现。在图2的展示中，假设要检查的物体37的表面布置在平面92中，该平面与焦平面91相距距离ΔF。举例来说，可以以+/-500μm的准确度将物体的表面定位在焦平面91中。

如果物体37的表面没有精确地布置在焦平面91中，则生成的粒子显微镜图像展现出不必要的模糊。随即，开始用于聚焦粒子束显微镜1的方法。为此，例如，改变物体37距物镜35的距离，以便使布置有物体37的表面的平面92更靠近焦平面91，或者改变物镜35的激励，以便使焦平面91更靠近布置有物体37的表面的平面92。为了确定物体37距物镜35的新距离和/或物镜35的新激励，为此需要在执行的方法中在双偏转器75的两种或更多种不同激励下记录两个或更多个粒子光学图像。

图2通过举例示出了为此目的的两种可能的激励。在第一激励时，双偏转器75的单独的偏转器77和79根本不偏转粒子束13，并且因此该粒子束沿着物镜75的光轴6、沿着实线3延伸。在双偏转器75为第二激励时，粒子束沿着图2中的实线103延伸，其中图2中单独的第一偏转器77使粒子束13(其在光轴6上在粒子发射器5与单独的偏转器77的主平面94之间延伸)朝右侧偏转角度α1，并且单独的第二偏转器79然后使粒子束朝左侧偏转角度α2。角度α1和α2以一种方式确定，使得粒子束13在穿过单独的第二偏转器79之后似乎直接来自粒子发射器5，如图2中的虚线105展示的。

由于粒子束显微镜1的焦平面92是对粒子发射器5成像的平面，因此线103在焦平面91中与光轴6相交。然而，线103在与光轴6相距距离w1处与实际上布置有物体37的表面的平面92相交。

在双偏转器75的两种激励设定下记录物体的相应的粒子显微镜图像，在这两种激励设定下，粒子束13分别沿着线101和103延伸。这两个图像各自示出物体37的表面的基本上相同的结构。然而，在两个记录的图像之间存在与距离w1相对应的图像偏移。因此，可以通过对两个记录的粒子光学图像进行分析和比较来确定距离w1。然后根据距离w1，可以确定散焦的大小，即在焦平面91与物体表面所布置在的平面92之间的距离ΔF，作为粒子束在物体表面处的散焦的量度。从图2中显而易见的是，例如，如果w1是已知的并且如果在线103与光轴6之间的角度β是已知的，则可以计算ΔF。针对双偏转器75的给定激励，可以基于粒子束显微镜1的计算模型来计算此角度，该双偏转器使粒子束偏转角度α1和α2。此计算模型的数据可以通过仿真或实验预先确定。

现在将参见图5来解释根据对两个图像的分析来确定距离w1。图5示出了在双偏转器75为第一激励设定时记录的第一图像叠加在双偏转器75的激励为设定时记录的第二图像上。图5中的附图标记131表示存在于物体上并且在第一粒子显微镜图像中变得可见的结构的轮廓。第一图像的结构131的轮廓在图5中用附图标记132表示，因为它在第二粒子显微镜图像中变得可见。通过分析这两个图像，例如使用傅里叶变换将它们关联，可以确定这两个图像之间的偏移，其对应于图5中箭头w1表示的距离w1。

在图2中，粒子束103以以下取向入射到物体的表面上：该取向可以通过相对于物镜35的主轴线的方位角和仰角来表征。仰角为90°-β角，而方位角是图2绘图的平面相对于物镜35的主轴线定向所成的角度。

接着基于计算出的ΔF值，可以确定物体37距物镜35的新距离，在该新距离下可以在物镜35的激励不变时记录物体的清晰的粒子显微镜图像，或者可以确定物镜35的新激励，在该新激励下可以在物体37距物镜35的距离不变时记录物体37的清晰的粒子显微镜图像，或者可以确定物体距物镜的新距离和物镜的新激励，在该新距离和新激励下同样可以记录物体的清晰的粒子显微镜图像。

下文参见图3的流程图再次解释用于聚焦粒子束显微镜1的方法。在该方法中，首先在步骤111中确定物镜的给定激励、和给定工作距离(物体与物镜之间的距离)，目的是能够在这些设定下生成尽可能清晰的物体的粒子显微镜图像，并且目的是在随后记录的两个粒子显微镜图像之间的偏移等于零。根据这些设定，激励物镜并且相对于粒子束显微镜对物体进行定位。

然后，在步骤113中确定双偏转器的两种不同激励。举例来说，确定双偏转器的每种激励包括确定两个单独的偏转器使粒子束偏转的两个偏转角，这两个偏转角的尺寸以一种方式被确定为使得粒子束在穿过双偏转器之后似乎来自粒子发射器5。然后，在步骤115中设定双偏转器的第一激励，随后在步骤117中记录物体的第一粒子显微镜图像。随即，在步骤119中设定双偏转器的第二激励，并且在步骤121中记录第二粒子显微镜图像。在步骤123中分析两个记录的粒子显微镜图像，并且确定这两个图像之间的图像偏移。然后在步骤123中根据所确定的图像偏移并另外借助粒子束显微镜的计算模型来进一步确定散焦ΔF。然后，在步骤125中，基于散焦ΔF来设定物镜的新激励和/或物体距物镜的新距离。随即，在步骤127中可以记录物体的一个或多个清晰的粒子显微镜图像。

在参见图2解释的示例中，双偏转器75的第一激励以一种方式选择，使得两个单独的偏转器77和79分别不使粒子束13偏转，并且该粒子束沿着线101在物镜35的光轴6上延伸。双偏转器75的第二设定以一种方式选择，使得两个单独的偏转器77和79分别使粒子束13在图2绘图的平面中偏转角度α1和α2，使得粒子束沿着图2绘图的平面中的线103延伸并且以90°-β的仰角和与该绘图平面相对应的方位角入射到物体37的表面上。在双偏转器75的两种设定下所记录的两个粒子显微镜图像具有图像偏移w1，其同样位于图2绘图的平面中，并且例如在图2中被朝右侧引导，并且例如可以定义x方向。

然后可以实施双偏转器75的第三激励设定，其中粒子束13再次被单独的偏转器77和79偏转角度α1和α2，但是这些偏转以一种方式定向，使得它们位于与图2绘图的平面正交定向的且包含物镜35的光轴6的平面中。这对应于与第二设定相差90°的方位角。可以在双偏转器75为此第三激励设定时记录物体37的另一图像。通过将此另一图像与第一图像进行比较，可以进而确定图像偏移w2，该图像偏移沿在与图2绘图的平面正交定向的方向定向、并且例如可以定义y方向。

如果粒子发射器5到焦平面91中的成像没有像散，则分别在x方向和y方向上测量的两个图像偏移w1和w2将具有相同的绝对值。相反，如果x方向的图像偏移w1和y方向的图像偏移w2具有不同的绝对值，则可以给x方向的图像偏移分配对应的x方向散焦ΔFx，并且可以给y方向的图像偏移分配对应的y方向散焦ΔFy。粒子发射器5成像到焦平面91中的像散可以根据x方向散焦ΔFx与y方向散焦ΔFy之差来确定。然后，可以基于此确定的像散值来改变像散校正器85的激励，以便补偿所述像散。因此，除了确定散焦ΔF并随后改善粒子束显微镜的聚焦之外，还可以确定像散并随后对其进行补偿。

下文参见图4中的流程图再次解释该方法。在步骤211中设定物镜的给定激励、像散校正器的给定激励、和给定工作距离。实现这些设定的目的是能够获得尽可能清晰的物体的粒子显微镜图像。在步骤213中确定双偏转器的三种不同激励。在步骤215中设定双偏转器的第一激励，随后在步骤217中记录物体的第一粒子显微镜图像。此后，在步骤219中设定双偏转器的第二激励，并且在步骤221中记录物体的第二粒子显微镜图像。随即，在步骤231中设定双偏转器的第三激励，并且在步骤233中记录第四粒子显微镜图像。

在步骤223中确定第一图像与第二图像之间的偏移，并由此确定散焦ΔF。在步骤235中确定第一图像与第三图像之间的偏移，并且将此偏移与在第一图像与第二图像之间的偏移进行比较，以便由此确定像散。然后，在步骤225中确定并设定像散校正器的新激励和物镜的新激励、和/或新工作距离，使得在步骤227中可以记录物体的一个或多个清晰的粒子显微镜图像。

这些图像可以呈现在粒子束显微镜1的屏幕76上。粒子束显微镜1的用户可以通过操作元件、例如键盘69和鼠标71以及显示在屏幕上的用户界面来控制粒子束显微镜，并且特别是聚焦方法的开始。

在参见图3、图4和图5解释的示例中，在双偏转器为不同激励设定时获得的粒子显微镜数据是粒子显微镜图像。现在将解释在双偏转器为不同激励设定时获得的粒子显微镜数据是沿着线的扫描的实施例。

为此目的，在双偏转器75为第一激励设定时，通过致动偏转装置57，粒子束13在物体37的表面上沿着线135移动。线135沿着直线延伸并具有起点135s和终点135e。当粒子束从起点135s沿着线135扫描到终点135e时，记录例如用检测器63检测到的二次粒子的强度。图6的曲线图中示出了结果，其中绘制了检测到的强度I与物体37表面上的距离s。曲线137示出了在双偏转器75为第一激励设定时沿着线135进行扫描时记录的强度。

在双偏转器75为第二激励设定时，粒子束13在物体37的表面上沿着具有起点136s和终点136e的线136进行扫描。线136被选择为与物体上的线135重合或接近。特别地，这两条线135和136彼此相距小距离并且彼此成小角度延伸，使得它们几乎彼此平行地延伸。例如，物体37上的这两条线135与136之间的最大距离小于几十纳米。曲线138示出了在双偏转器75为第二激励设定时沿着线136扫描时记录的强度。

可以根据这两条曲线137与138的比较来确定偏移w1。与根据两个图像来确定偏移相比，对于粒子束必须在二维延伸区域上进行扫描所得到的记录，可以根据沿着线的扫描更快地确定偏移。

为此，需要在物体37的表面上适当地选择线135和136的取向。将取向有利地选择为使得在双偏转器75为第一设定和第二设定时粒子束13入射到物体表面上的第一取向与第二取向之间的差异使曲线137与138之间产生最大偏移w1。为此目的，使用粒子束显微镜1的计算模型来确定这两条线135和136的取向。计算模型在此特别考虑了在双偏转器75为第一设定和第二设定时粒子束13入射到物体37表面上的第一取向与第二取向的方位角。为了以沿着线135和136进行扫描的方式来激励偏转装置57，特别考虑了粒子束13在物镜35的磁场中的拉莫尔旋转。然而，还可以基于先前指定的物体上的线135和136的取向，以对应的方式来确定在双偏转器75为第一设定和第二设定时粒子束13入射到物体37表面上的两个取向。

根据图3的方法(其在步骤123中通过将第一图像与第二图像进行比较来确定偏移w1)可以改为在步骤117中在双偏转器75为第一激励设定时不记录第一图像而是沿着图5中的线135进行第一次扫描。然后，在步骤121中，在双偏转器75为第二激励设定时不记录第二图像，而是沿图5中的线136进行第二次扫描。然后，在步骤123中，根据与沿着线135的扫描有关的数据和与沿着线136的扫描有关的数据来确定偏移w1，以由此确定散焦ΔF。然后，在步骤125中设定物镜的新激励和/或新距离。

根据图4的方法(其在步骤223和235中通过将第一图像与第二图像进行比较以及将第一图像与第四图像进行比较来分别确定相应的偏移)可以类似地改为使用沿着线的扫描而不是使用图像并且仍然能够确定散焦和像散。

为此目的，在步骤217中，不记录第一图像，而是在双偏转器75为第一设定时进行沿着线135(其沿x方向定向)的扫描和沿着线141(其与线135成角度地定向)的扫描。在图5的示例中，线141与线135成大致90°定向，即在y方向上。然后在步骤221中在双偏转器75为第二设定时进行沿着线136的扫描。根据将沿着线135的扫描的数据与沿着线136的扫描的数据进行比较，在步骤223中可以确定偏移，其对应于散焦ΔFx，因为线135和136沿x方向定向。然后，在步骤233中，在双偏转器75为第三设定时，沿着线142进行扫描，该线与线141重叠或仅与之稍微间隔开。根据将沿着线141的扫描的数据与沿着线142的扫描的数据进行比较，在步骤235中可以确定偏移，其对应于散焦ΔFy，因为线141和142沿y方向定向。然后在步骤225中，可以根据ΔFx和ΔFy(例如通过对ΔFx和ΔFy求平均)来确定散焦ΔF，并且可以确定像散，以便由此确定并设定物镜35的新激励、像散校正器85的新激励和/或新工作距离，从而接着在步骤227中记录具有改善的图像清晰度和更少的散光的图像。

在上述实施例中，粒子束装置是电子显微镜。然而，本发明也可应用于其他粒子束装置。其示例包括：离子束装置以及离子束装置和电子束装置的组合，在该组合中，可以由离子束装置生成的离子束和由电子束装置生成的电子束两者照射物体上的位置。进一步地，粒子束装置还可以是多束粒子束装置，其中多个粒子束彼此平行地被引导在物体上。

Claims (24)

1.一种用于操作粒子束显微镜(1)的方法，其中，该粒子束显微镜(1)包括：

用于生成粒子束(13)的粒子束源(3)；

用于将该粒子束聚焦在物体(37)上的物镜(35)；以及

双偏转器(75)，该双偏转器布置在该粒子束(13)的束路径中、在该粒子束源(3)与该物镜(35)之间；

其中，该方法包括：

将物体(37)距该物镜(35)的距离设定为给定距离；

将该物镜(35)的激励设定为给定激励；

将该双偏转器(75)的激励设定为第一设定，使得该粒子束(13)以第一取向(β)入射到该物体(37)上，并且在该双偏转器(75)为该第一设定时获得第一粒子显微镜数据；

将该双偏转器(75)的激励设定为第二设定，使得该粒子束(13)以不同于该第一取向的第二取向(β)入射到该物体(37)上，并且在该双偏转器(75)为该第二设定时获得第二粒子显微镜数据；以及

-基于对该第一粒子显微镜数据和该第二粒子显微镜数据的分析来确定该物体(37)距该物镜(35)的新距离，并且将该物体(37)距该物镜(35)的距离设定为该新距离；或

-基于对该第一粒子显微镜数据和该第二粒子显微镜数据的分析来确定该物镜(35)的新激励，并且将该物镜(35)的激励设定为该新激励；或

-基于对该第一粒子显微镜数据和该第二粒子显微镜数据的分析来确定该物体(37)距该物镜(35)的新距离以及该物镜(35)的新激励，将该物体(37)距该物镜(35)的距离设定为该新距离，并且将该物镜(35)的激励设定为该新激励。

2.如权利要求1所述的方法，其中，该第一粒子显微镜数据包括第一粒子显微镜图像，并且

其中，该第二粒子显微镜数据包括第二粒子显微镜图像。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，该粒子束显微镜(1)进一步包括偏转装置(57)，用于使该粒子束(13)在该物体(37)的表面上进行扫描，并且

其中，获得该第一粒子显微镜数据和该第二粒子显微镜数据各自包括使该粒子束在该物体的表面上的二维延伸区域上进行扫描。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，该粒子束显微镜(1)进一步包括偏转装置(57)，用于使该粒子束(13)在该物体(37)的表面上进行扫描，并且

其中，获得该第一粒子显微镜数据和该第二粒子显微镜数据各自包括使该粒子束在该物体的表面上沿着线进行扫描。

5.如权利要求4所述的方法，进一步包括：

基于该粒子束入射到该物体上的取向方位角来确定该线在该物体的表面中的取向；和/或

基于该线在该物体的表面中的取向来确定该粒子束入射到该物体上的取向方位角。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，确定该双偏转器(75)的第一设定和第二设定，使得在该物体(37)距该物镜(35)的距离为该给定设定并且该物镜(35)为该给定激励时，该第一粒子显微镜数据与该第二粒子显微镜数据之间基本上不存在图像偏移。

7.如权利要求6所述的方法，其中，基于该粒子束显微镜(1)的计算模型来确定该双偏转器(75)的第一设定和第二设定。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，该第一取向与该第二取向相差至少0.01°、或至少0.05°、或至少0.1°、或至少0.5°。

9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，该第一取向与该第二取向相对于该物镜的主轴线在它们的仰角方面不同，并且尤其在它们的方位角方面是相同的。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，进一步包括：

在该物镜(35)为该给定激励且该物体(37)距该物镜(35)为该新距离时获得第三粒子显微镜数据；

在该物镜(35)为该新激励并且该物体(37)距该物镜(35)为该给定距离时获得第三粒子显微镜数据；或

在该物镜(35)为该新激励且该物体(37)距该物镜(35)为该新距离时获得第三粒子显微镜数据。

11.如权利要求10所述的方法，其中，该第三粒子显微镜数据包括第三粒子显微镜图像。

12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，该粒子束显微镜进一步包括像散校正器(85)，该像散校正器布置在该粒子束(13)的束路径中、在该粒子束源(3)与该物镜(35)之间，并且其中，该方法进一步包括：

将该像散校正器(85)的激励设定为给定设定；

将该双偏转器(75)的激励设定为第三设定，使得该粒子束(13)以不同于该第一取向(β)和该第二取向(β)的第三取向(β)入射到该物体(37)上，并且在该像散校正器(85)为该给定设定时获得第四粒子显微镜数据；以及

基于对该第一粒子显微镜数据、该第二粒子显微镜数据和该第四粒子显微镜数据的分析来确定该像散校正器(85)的激励的新设定，并且将该像散校正器(85)的激励设定为该新激励；

其中，该第一粒子显微镜数据和该第二粒子显微镜数据是在该像散校正器(85)为该给定设定时获得的，并且

其中，该第三粒子显微镜数据是在该像散校正器(85)的激励为该新设定时获得的。

13.如权利要求12所述的方法，其中，该第四粒子显微镜数据是在该物镜(35)为该给定激励并且该物体(37)距该物镜(85)为该给定距离时获得的。

14.如权利要求12或13所述的方法，其中，确定该双偏转器(75)的第一设定、第二设定和第三设定的目的是，在该物体(37)距该物镜(35)的距离为该给定设定并且该物镜(35)为该给定激励时，该第一粒子显微镜数据与该第四粒子显微镜数据之间不存在图像偏移。

15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，该第二取向与该第三取向相对于该物镜的主轴线在它们的方位角方面不同。

16.如权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，该第二取向与该第三取向相对于该物镜的主轴线在它们的仰角方面是相同的。

17.如权利要求12至16中任一项所述的方法，其中，获得该第二粒子显微镜数据包括使该粒子束在该物体的表面上沿着第一条线进行扫描，其中，获得该第三粒子显微镜数据包括使该粒子束在该物体的表面上沿着第二条线进行扫描，并且

其中，该第一条线与该第二条线之间的最小角度大于10°。

18.如权利要求11至17中任一项所述的方法，其中，基于该粒子束显微镜(1)的计算模型来确定该双偏转器(75)的第一设定、第二设定和第三设定。

19.如权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，在该物镜(35)为该给定激励并且该物体(37)距该物镜(35)为该给定距离时记录该第一粒子显微镜数据与该第二粒子显微镜数据。

20.如权利要求1至19中任一项所述的方法，其中，该双偏转器(75)包括两个单独的偏转器(77，79)，所述两个偏转器彼此相距一定距离地布置在该粒子束(13)的束路径中。

21.如权利要求1至20所述的方法，其中，该单独的偏转器(77，79)包括四个或八个偏转元件(81)，所述偏转元件在围绕该粒子束(13)的周向方向上以分布的方式布置。

22.如权利要求21所述的方法，其中，所述偏转元件(81)包括电极和/或线圈。

23.一种被配置用于实施如权利要求1至22中任一项所述的方法的粒子束显微镜。

24.一种计算机程序产品，包括指令，所述指令在被粒子束显微镜的控制器执行时使该粒子束显微镜实施如权利要求1至22中任一项所述的方法。

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