CN1639830A - 对准带电颗粒束列的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于自动对准带电颗粒束与孔的方法。从而，束被偏转向孔的两个边缘。从获得消光所需的信号计算一校正偏转场。进而，提供了用于自动对准带电颗粒束与光轴的方法。从而引入散焦，且基于引入的图象移动计算的一信号施加到偏转单元。进而，提供了散光校正的方法。从而在改变到象散校正装置的信号时，对于测量的帧的一个顺序估计清晰度。

Description

对准带电颗粒束列的方法与装置

本发明的领域

本发明一般涉及带电颗粒列，并特别涉及产生带电颗粒束列对准和象差校正的方法和设备。更具体来说，本发明还涉及带电颗粒束的自动对准与象差的自动校正。

本发明的背景

如微电子、微力学及生物技术等技术在工业中对于构成和探测纳米尺度内的样品有很高的需求。在这样小的尺度上，常常使用电子束进行探测和构造，这些电子束在如电子显微镜或电子束图案产生器等带电颗粒束装置中产生和聚焦。带电颗粒束由于它们的短的波长，提供了很高的例如可与光子束相比的空间分辨率。

然而由于带电颗粒束固有的象差和失准导致分辨率降低，例如基于低于0.01nm的波长能够到达的空间分辨率受到限制。

例如，在扫描电子显微镜(SEM)中，束聚焦于尺寸1.5nm或更小的小圆点。束在整个样品上扫描。从而获得的图象的分辨率由束在采样面的平面上中的直径限制。

束的直径可由象差限制，例如与束的对准无关但与电子束能量变化相关的色差。进而，有由成象透镜的非零孔产生的螺旋象差。然而，象差可能变得更差，或甚至可能由束相对于各成象元素的光轴失准引入。由于高的空间分辨率还要求很小的允差，束相对于各光学元件对准必须按一种规则进行。

通常带电颗粒束列对准需要由操作者进行。从而，操作者基于被测量的图象调节施加到对准校正装置的各信号。这过程的一个缺陷是其依赖于操作者的判断。这样，引起不同的操作者的不精确性和变化。进而，人工调节费时，特别是对于需要高的系统处理量的在线监视系统尤为不利。

在文献US 5,627,373中，描述了一种方法，用于在扫描电子显微镜中向物镜轴自动对准电子束轴。从而，测量物镜聚焦范围第一点和第二点处的样品图象。对于每一图象产生显微镜视野内直边位置的指示信号。在从两个信号检测到一图象转移并自动调节对准之后，该过程在一正交方向重复。整个的操作序列迭代重复，直到由于失准出现的象移小于预定的阈值。

进而，在文献US 5,627,373中提出用于自动校正扫描电子显微镜中电子束散光的一种方法。对于散光的校正，围绕整个样品周围在30°区间对边界部分采样。依据样品之中清晰度指示信号识别束失真轴。失真沿这一轴被调节并在迭代中改进。

文献US 6,025,600提出一种方法，用于计算和校正带电颗粒束系统中的散光误差。在带电颗粒系统物镜设置的单个扫描期间收集图象。分析图象画面不同的指向，诸如斑点靶中的线。作为物镜设置的函数获得最佳清晰度或最好的焦距值。通过取与不同图象画面指向相关的最优清晰度值的线性组合，计算对散光校正器设置的适当变化。

在文献US 6,067,167中，用于实现诸如扫描电子显微镜等电子光学装置中实现电子光学系统自动调节的一种方案，其中存储了通过电子光学装置由于改变物镜折射率在顺序调节聚焦点顺序获得的规定数目的图象。计算采样图象的移动量。从而，基于计算的移动量判断调节是否必须，并如果需要则进行调节。进而，公开了在诸如扫描显微镜等电子光学装置的带电颗粒束光学系统中实现散光校正的一种方案。

然而，特别是当考虑在线监视系统或在线束写入器时，存在着涉及带电颗粒束列对准的进一步的问题，及先有技术中出现的改进需要进一步的完善。

本发明的概述

本发明是要克服以上的问题。根据本发明的某些方式，提供了根据独立权利要求1用于自动对准带电颗粒束列与孔的一种方法，根据权利要求17的带电颗粒束装置，根据独立权利要求21用于向光轴自动对准带电颗粒束的一种改进的方法，根据权利要求42的带电颗粒束装置，根据独立权利要求46和58用于校正带电颗粒束散光的一种改进的方法，根据权利要求69的带电颗粒束装置，以及根据独立权利要求72用于自动对准带电颗粒束装置的带电颗粒束的方法。

从从属权利要求，说明和附图，本发明进一步的优点，特性，方式和细节是明显的。

根据本发明，其优点是改变带电颗粒束的能量，以降低对准所需的时间。进而，其优点是使必须的对准标志更为自动化并附加实现了进一步的改进。

这样，能够克服与先有技术相关的以下缺陷。例如，在先有技术中，各失准的迭代调节是被提示的。因而，即使对于带电颗粒束的自动调节，调节系统的操作者的行为是被模仿的。操作者迭代过程的这种模仿可把对准的次数改进到某种程度，但是调节带电颗粒系统所需要的时间仍将在5到10秒钟的范围。由于先有技术中声称要通过改变物镜的电流而改变焦距，因而这特别是如此。然而物镜常常以磁或磁静电透镜的形式装设。这样，线圈的自感应阻碍了焦距的快速变化，并因而限定了调节带电颗粒束所需时间的进一步改进。

此外，在先有技术中，对准带电颗粒束的自动化只是部分实现。这样，只是各对准步骤能够自动进行，而还需要的是整个列的完全对准自动实现。因此，特别是在在线测量系统中，仍然需要操作者，即使其责任或必须的技巧可能降低。

本发明一般涉及带电颗粒列，并特别涉及产生带电颗粒束列对准和象差校正的方法和设备。更具体来说，本发明还涉及带电颗粒束的自动对准与象差的自动校正。

根据本发明的进一步的方式，提供了使由带电颗粒束枪发射的带电颗粒束对准孔的一种方法。从而，束被偏转以至由孔在孔的第一边缘上消隐，且测量获得消光所需的第一偏转信号。此外，束被偏转以至由孔在孔的第二边缘上消隐，且测量获得进一步消光所需的第二偏转信号。从第一和第二偏转信号计算并提供对应于孔中心位置的一信号，以便对准束。在本申请书中，这一对准方法也称为枪对准。

在带电颗粒束列的基本调节不足以启动带电颗粒束与光轴对准的情形下，较少需要操作者忙碌。由于上述的对准，能够把带电颗粒束不良的对准自动改进到一种程度，其能够开始导致高精度的束的进一步对准。而无需操作者的干预。进而，上述关于通过操作者在对准上的自动对准优点也可用于本发明的方法。

本申请书中，短语“带电颗粒束列”是指其中必须使带电颗粒束对准的所有类型的装置。这可以是电子显微镜，电子束写器或使用离子对应的装置。本申请书中所说的孔可以是束定义孔或被引入以分开不同真空腔的孔。然而短语孔最好是指带电颗粒束列最终的孔。如果例如在一特定实施例中未另外提及，束偏转场与束偏转单元理解为静电的，磁的或磁静电的。这种单元可以偏压板、线圈或它们的组合的形式实现。来自样品散射的或二次微粒的测量能够使用以连接到光电倍增器等闪烁器的形式的检测器进行。由于测量信号的方式一般不影响本发明的想法，这不应当理解为对本发明的限制。

将在以下详细说明枪对准的可取的细节和优点。

使用根据上述本发明的方式，最好改变各偏转场，并同时最好以帧的形式测量相继的图象。计算产生的帧的灰度。与灰度相关测量灰度延伸所需的信号。更好是通过使用对于灰度的阈值，或者通过使用对灰度图的曲线拟合，测量从没有由孔消隐的位置偏转带电颗粒束所需的信号。这样，能够以自动、有效和精确的方式获得第一和第二信号。

进而本申请书中，帧这一字用作为带电颗粒束装置视野的单个扫描。从而，获得图象。然而一般来说，一个图象例如能够通过对一个以上的帧求平均获得。此外，滤波器功能等可用来获得最终的图象。

在改变施加到偏转单元的偏转信号时获取(成象)或产生相继帧，即帧序列的情形下，最好以一种方式施加信号以获得斜坡形式的偏转场，并在一个斜坡周期期间测量帧。更好是斜坡，就是说信号或具有斜坡形式的场的变化与帧的成象同步化。这样，能够甚至更好是重复测量并对彼此对应的图象求平均。

本申请书中，斜坡函数应理解为最好有良定的斜度的单调函数。应当理解这还可以是阶梯状函数，最好具有阶梯良定的高度和长度。

如上所述，根据本发明枪对准的方式应当是自动的。这样，不同可能的事件必须由例如包括CPU的过程控制单元反应和/或控制。因此，根据本发明，最好作为第一步骤提供偏转信号，使得孔不会消隐带电颗粒束。这将使过程控制的流程图容易，如果束最初将不通过孔，其最好将发送出错通知。例如这种出错通知能够用来使进一步的方法流程停止，或简直通知带电颗粒装置的当前对准状态操作者。

进而最好在附加的第二方向实现以上方法。更好是这第二方向应当与第一方向正交。

根据本发明的进一步的方式，提供了一种方法，用于自动对准带电颗粒束与带电颗粒列的光轴。从而，改变束的能量。由此引入的散焦在失准的情形下反馈一图象平移。测量并估计图象平移。由此，推导出一校正信号以使带电颗粒束对准光轴，并提供给偏转单元。在这一申请书中，这一对准方法还称为孔对准。

在本申请书中，带电颗粒束能量的变化，包含影响物镜内充电速度的带电颗粒束列内电位所有变化。这样，能够通过改变任何其它电位而改变枪内的加速电压。也可使用任何其它电压和电流修改，其以与列失准备的方式影响物镜的聚焦性质。在本申请书中，周期地进行能量的变化因而散焦。本申请书中，束的能量这一周期变化也称为“摇摆”摆动，这类似于对于从支持操作者对准所知的使用透镜电流周期散焦所使用的短语。周期地进行能量的变化从而散焦这一事实，只是由于现有的电子驱动器(摇摆正弦产生器)的限制。最好假设现代的电子设置，作为单个的线性斜坡进行能量变化。

进而，应当理解，在本申请书中，短语“估计”还指例如通过计算机使用的算法的计算。

使用上述的这一孔对准，能够实现一些优点。具体来说在生产线中操作的装置需要高度的可用性及高度的长期精确性，重要的是提供了快速对准过程。由于在所述的方法中，不需要改变物镜中的电流，在物镜线圈内不引入自感应，其可能减慢聚焦的周期修改可能的频率。这样，对准过程可被加速，并因而增加了具有性，或能够更规则地进行对准以改进长期的精确性。

此外，通过改变透镜电流所至磁或磁静电物镜的折射率的变化引入一种磁滞。因此，必须通过向所施加的电流添加计算的校正值局部补偿这一磁滞，或通过电流控制技术进一步减慢对准过程试图避免这一磁滞。这样，对于这进一步的原因束能量的改变可认为是有利的。

孔对准最好测量金质模板作为基准。与在图象平移期间(这时能量被修改)进行的测量相反，在能量保持不变时产生金质图象。通过对几个相继的帧求平均，金质图象显现高的信号噪声比。图象处理模块“模式分析器”能够分析这一图象，并搜索在水平和垂直方向显示强的边缘信息的小图象区域。这些被选择的区域称为金质模板。在模式识别过程中它们用作为基准。

与此相反，对于图象移动的测量，即由于失准所至图象的平移，最好有一快速图象序列。最好测量单个的帧并计算这些图象(帧)的准连续移动。由于这所至，从一个帧到下一个帧只能有小的图象平移。这样，跟随两个相继的帧之间图象移动比较容易并更为精确。因而，在两个相继图象之间图象移动最好小于20象素，更好是两个相继图象之间的图象移动小于10个象素，并更好是小于5个象素的图象移动。

进而最好比较被测量以获得图象移动的帧序列的各画面与金质模板。最好使用模式跟踪测量图象移动。更好是使用回归模式识别。从而，最好从被相继测量的帧选择一初始帧，其画面最接近金质模板。由于是初始帧，可从这样的事实取得优点，即两个帧之间的时间同步化通常比启动测量与启动摇摆的同步化更好。进而，能够更精确地并以更高的确定性找出用于测量图象移动的各画面，因为特别是对于回归模式识别，只能够发生对于先前的图象小的偏离。由于带电颗粒束的周期性散聚还导致图象的模糊，因而这是特别重要的。这样，图象散聚越多，则越难以使模式识别自动检测选择的图象画面。最好通过上述方式能够补偿这些困难。

最好从相继的图象的图象移动，计算一帧位置向量。帧指数能够在给出帧位置向量时间的时间域直接平移。能量和帧位置向量进行的变化是直接相关(同步化)的。这样，基于能量变化的周期行为的函数可与帧位置向量拟合。拟合过程的结果给出图象移动的振幅参数，并以对于束偏转单元的校正值平移。

最好基于校准计算必须施加到偏转单元的信号。这一校准对被施加的信号给出依赖于被检测的图象移动的一函数。这种校准可在带电颗粒列制造期间一次进行，但也可基于一种规则重复。

就以上方式和细节来看，能够改进测量速度和测量精度的比值。这样，能够在较短的时间内实现相同的精度。最好比3秒钟更快进行称为孔对准的对准，最好快于1秒钟，并更好快于0.5秒钟。这样，能够减少对准时间，即总的过程时间，并从而能够改进装置的可用性。

由于能够使用对于束移动所需信号的校准，迭代一般不是必须的。即使这种校准比使带电颗粒束对于光轴的纯粹迭代调节更为有效，但可能最好以至少一个迭代重复对准，以改进对准的精度。

进而最好在一第二方向进行对准。更好是第二方向大约与第一对准方向正交。

进而最好校准不同的仪器设置。这样，能够独立于使用中的装置的参数实现对准。

根据本发明进一步的方式，提供了一种方法，用于校正迭代颗粒束设备的对准。改变迭代颗粒束的能量以便把束自动聚焦到样品。进而，在改变象散校正装置中的电流时，使帧成象。估计成象的帧的清晰度，并设置象散校正装置为对应于最清晰的图象的电流。

使用这一方法，能够实现一些优点。特别由于在生产线中操作的装置需要高的可用性和高的长期精确性，提供快速对准过程是重要的。由于所述的方法中不需要改变物镜中的电流，在物镜线圈中不会感应出将会减慢焦距周期修改可能的频率的自感应。这样，对准过程可被加速，并从而提高了可用性，或能够有更规则地进行对准，改进了长期的精确性。

此外，通过改变透镜电流磁或磁静电物镜的折射率的变化引起磁滞。因此，必须通过向施加的电流添加计算的校正值局部补偿这一磁滞，或通过试图避免这一磁滞的电流控制技术进一步减慢对准过程。这样，对这一进一步的原因可认为束能量周期性改变是有利的。

最好对于象散校正装置第二重复改变电流及估计成象帧的清晰度的步骤。这样两个象散校正装置，每一个用于一个方向四极排布，如果两个方向彼此转动45°，将更好地形成一个八极。

最好是施加到象散校正装置的电流以斜坡形式变化。从而，能够更容易实现在使各帧成象时帧号码与施加的电流的同步化。

使用以上方法，象散校正装置电流的变化将另外导致图象的平移。一般来说，必须在它们之间区分估计图象清晰度的两个不同的原理。通常，从图象选择各画面，并基于这些画面的清晰度估计图象的清晰度。然而，上述图象的平移还将移动要被分析的各画面。在没有考虑画面的这一移动的情形下，将很可能出现图象清晰度的判断错误。因而，最好使用聚焦直方图分别确定帧或图象的清晰度。从而，分析的不是各画面，而是整个图象或图象的一些部分。这样，不需要对于引入的图象移动校正聚焦标志。更好是使用两斜坡聚焦分析用来估计图象的清晰度。从而，在类似的条件下测量的至少两个图象彼此进行比较，且清晰度基于这一比较。从而，最好计算各帧的协方差。最好在两个分开的斜坡周期期间测量这些至少两个帧。更好是斜坡有阶梯形式，并在一个斜坡期间测量至少两个图象。使用这些方式，一般来说，能够对于图象的清晰度估计画面，而无需考虑图象的平移。

在需要更好的精确性或避免图象移动的影响的以上方法不能使用的情形下，最好能够使用模式识别检测由于象散校正装置电流的变化引起的图象移动，并最好能够对其校正。

上述对于用来校正成象系统对准的优选方式和细节，还能够用于根据本发明涉及以下所述对准校正进一步的两个方式。

根据本发明进一步的一种方式，提供了用于校正带电颗粒束对准的一种方法，包括在改变第一组象散校正线圈的电流时使一系列帧成象，及估计相继帧的清晰度以找出与最清晰的图象相关的电流，并设置第一组象散校正线圈的电流为与最清晰的图象相关的电流的步骤，从而使用聚焦直方图估计清晰度。由此，与第一散光校正方法类似，最好首先使带电颗粒束在样品表面聚焦。

根据本发明进一步的一种方式，提供了用于校正带电颗粒束对准的一种方法，包括在改变第一组象散校正线圈的电流时使一系列帧成象，及估计相继帧的清晰度以找出与最清晰的图象相关的电流，并设置第一组象散校正线圈的电流为与最清晰的图象相关的电流的步骤，从而使用两个斜坡聚焦分析估计清晰度。由此，与第一散光校正方法类似，最好首先使带电颗粒束在样品表面聚焦。

根据本发明进一步的一种方式，提供了用于在带电颗粒装置内自动对准带电颗粒束的一种方法。从而，使得束被偏转，使得由在孔的第一边缘的孔消隐，并测量获得消光所需的第一偏转信号。此外，束被偏转，使得由在孔的第二边缘的孔消隐，并测量获得进一步消光所需的第二偏转信号。从第一和第二偏转信号，计算对应于孔中心位置的信号并供给对准束。进而，对于样品表面的聚焦被周期改变。这一散焦在失准的情形下馈送图象平移。测量并估计图象平移。由此，推导使带电颗粒束对准光轴的校正信号，并提供给偏转单元。进而，在改变象散校正装置中的电流时，使帧成象。估计成象的帧的清晰度，并把象散校正装置设置到对应于最清晰图象的电流。

使用自动对准带电颗粒装置内带电颗粒束的这一方法，尽管开始对准不良，但能够对准带电颗粒列，而不依赖于操作者的判断。这能够以改进的速度进行，并这样能够改进该装置的可用性。

进而，以上对于枪对准、孔对准和散光校正方式描述的所有优点特征与发明的细节，能够分别或组合地完全用于自动列对准。

本发明的目的还在于执行所公开的方法的设备，并包括用于执行每一描述的方法步骤的设备部件。这些方法步骤可通过硬组件，通过适当软件编程的计算机，通过两者的任何组合或以任何其它方式执行。此外，本发明的目的还在于所述设备操作的方法。其包括执行设备的每一功能的方法步骤。

附图的简要说明

以上指出的某些与其它本发明更多的细节方面，将在以下的描述中说明并部分参照附图解释。其中：

图1示出适于进行本发明各种方式的带电颗粒束装置的一框图；

图2a示出表示枪对准的框图；图2b示出枪对准的曲线图，即作为束偏转的函数的灰度；

图3示出在枪对准和对应的枪对准曲线图期间束偏转的某些主要原理；

图4示出表示枪对准过程的流程图；

图5a和5b示出孔对准的原理；其示出失准的束如何引入产生的图象的平移；

图6示出孔对准过程的流程图；

图7a和7b示出测量的平移向量的波匹配曲线拟合；

图8示出散光原理；

图9示出对于两个方向组合为八极象散校正装置的的两个四极象散校正装置的框图；

图10示出焦距标志实验结果与由于校正可获得的改进；

图11a和11b示出用于评估图象清晰度的两个斜坡分析的原理；

图12a和12b示出两个斜坡分析的扩展原理，其中在一个斜坡期间产生两个对应的帧；

优选实施例的说明

首先，业内专业人员应当看到，本发明能够用于任何带电颗粒装置。然而为了方便，将对于其在扫描电子显微镜(SEM)中的实现描述本发明。业内专业人员还将可看到，所有这里有关电压和电位的讨论都是指相对的而不是绝对关系。例如，通过连接阴极到“接地”并向样品施加3Kv加速束等价于向阴极施加负3Kv并放置样品到接地。因而，在为了方便某些讨论是借助于特定的电压提供的，应当理解，基准是相对的电位。

图1中简化示出一电子显微镜的框图。电子显微镜100包括发射电子束101的一电子枪103，电子束由阳极104抽取。物镜112使电子束聚焦在样品表面105a。为了从整个视野获得一图象，使用扫描偏转单元102在整个样品上扫描束。束分别对于孔106或光轴113的对准能够通过偏转单元108到111实现。作为偏转单元任一线圈，可使用带电板形式的静电模块或线圈与静电偏转器的组合。通过使用检测器16检测反向散射的或二次电子，并使被检测的信号与电子束扫描同步，在扫描电子显微镜内形成一图象。

对于样品的研究或对于图象的形成很重要的二次产物是二次电子，它们从样品105以各种角度带有相对低的能量(3到50eV)逃逸出来。这些二次电子到达检测器16并被检测。通过在整个样品105上扫描电子束101并显示/记录检测器16的输出，形成样品105a的表面图象。

设备的不同部件连接到对应的电源单元，即高压电源单元21，枪对准检测控制单元22，孔对准检测控制单元23，扫描线圈电源单元27，物镜电源单元24，象散校正装置控制(与电流供给)单元28，样品电压电源单元25，及平台电源单元26，它们由参数调节单元31控制。参数调节单元31与标准设置单元35及分析和/或同步化控制单元32连接，其向参数调节单元31提供基本参数集。

图2a和2b示出根据本发明一实施例的枪对准方式。该枪对准是电子束对于孔106对称性的测试和调节。从而，电子束101与孔106对准。就是说电子束101被对准，使其通过孔的中心。这一对准包括以下步骤。首先驱动枪偏转单元108以使束向方向205偏转。在电子束通过孔的情形下，以束照射样品，并使二次的或反向散射信号成象。这样，可看到明亮的图象。第一枪对准偏转单元被驱动以便束进一步偏转直到在孔的边缘处有束的消隐。从而，图象的亮度将降低。这样，如果图象的灰度分别表示为对于偏转信号202的束偏转或场强偏转的函数，则灰度将下降到阈值203以下。对于第一枪对准偏转单元这一分别的信号例如将存储为第一信号。这一过程在相反方向207重复。因而，在孔的另一边缘上将有一电子束的消隐，并对于偏转信号202b灰度将再次下降到阈值以下，从而获得第二信号。从这两个信号，计算导向电子束101通过孔106中心所需的束的移动，并施加到第一枪对准偏转单元108。在以上(一维)场合，由于描述x-方向对准，中心应当理解为孔在x-z-平面中的投影的中间。

然而，对于孔本发明应当被理解为二维对象。就是说，上述的对准在第二方向进行是有利的。对准两个方向x和y，电子束与孔的中心对准。这一第二方向应当至少不同于第一方向。第二方向最好正交于第一方向。这样，上述在x-方向枪对准方法最好还在y-方向重复。因而，能够找出例如在圆形孔的x-方向和y-方向的中心。孔最好是圆形的。为了在y-方向对准，有利地使第三和第四枪对准偏转这样就位，使得能够实现第二方向对应的偏转。

然而第一枪对准偏转单元108不使束向孔的中心位置移动，但使束偏转，从而引入束的倾斜。就是说，束对于例如光轴的角度由于偏转而变化。这一束缚的偏转至少部分地由第二枪对准偏转单元109补偿。第二枪对准偏转单元109最好使束以同第一枪对准偏转单元相同的角度在相反的方向倾斜。例如，这可以通过有两个类似的偏转单元并这样电连接它们实现，有相同绝对值的偏转场具有相反的方向。然而，本发明不限于类似的第一和第二枪对准偏转单元108，109。通过校正因子等还可使施加到偏转单元等同的信号偏转角度差异相等。

一般来说，上述关于束移动的事实对本发明中使用偏转单元的所有方式、对准方法和实施例都是适用的。这就是说，当带电颗粒束在单个偏转单元被偏转时，使束附加地倾斜。从而，影响带电颗粒束对准的两个自由度是彼此耦合的。由于这一耦合，使束的对准复杂化。为了避免这一情形，最好使用第二偏转单元向其原来的方向重新定向束。这样，重新定向应当理解为在第一偏转单元之前基本上(在第二偏转单元之后)重新建立带电颗粒束的方向。更好是沿其原来的方向传播的方式重新定向束。

这一过程假设为自动化的事实引起需要先进的状态通知处理。由于不可能准确确定对准的开始状态，如图4所示的流程图应当包括自动化系统期间可能发生的所有可能的状态。某些可测量的情形示于图3。

图3中以箭头的方式示出孔的平面中束偏转通路301。从上到下，表示出以下的情形。束偏转通路301a从孔板303的开口(孔)之外开始。束被消隐。在向孔106的中心运动期间，在枪对准曲线201a中可见，出现向非消隐的束的平移。束偏转通路301b类似于束偏转通路301a开始。然而，该束不穿过孔106的边缘。因而，枪对准曲线201b对于所有测量的图象有低亮度。束偏转通路301c开始而没有束的消隐。然而，束从未被孔板303沿其偏转通路消隐。这样，枪对准曲线201c对于所有读出点是明亮的，产生一帧。最后，束偏转通路301d示出根据本发明优选的偏转选项。参照图4能够看出这一点，由于这一束偏转通路不产生出错通知。束偏转通路301d在一束不消隐的位置开始，并在电子束101由孔板303消隐的束位置结束。枪对准曲线201d示出从高亮度通过平移向低亮度对应的函数行为。

图4示出考虑自动化必须的状态通知的流程图。该流程图示出借助于枪偏转单元在一个方向进行偏转必须的步骤。这样，该流程图执行四次以测量x-方向各侧的两个边缘及y-方向各侧的两个边缘。在步骤401，该过程例如通过从外部计算机等给出的命令开始。在步骤402，进行测量。从而，产生几个帧并例如发送到一个帧，同时第一和第二枪对准偏转单元被操作以连续产生变化的偏转场。这样，步骤403中，各帧可通过计算每一对应于偏转场强度的帧的灰度估计。从而，将获得如图2b或图3中所见枪对准曲线。在测量期间偏转场的变化，最好是斜坡的形式，达到极限的情形，就是说即使由控制器请求的斜坡继续，也不能达到进一步的偏转，在步骤405向主控制器发送出错III。各决策步骤404否则将继续进行到决策步骤406。如果消隐，就是说从明亮获得到黑暗灰度的平移已经达到，则给出在步骤407结束。否则在决策步骤408检验是否所有的图象是黑暗的。如果不是这样的情形(这样“没有消隐”和“不是所有图象黑暗”)，通过控制器计算继续最后斜坡的进一步的斜坡，且电子显微镜100将继续向步骤402进行，以使用控制器进一步的偏转命令测量。在决策步骤408以“yes”继续的情形下，在进一步的决策步骤409中决策这是否为第一迭代，即该过程是否已经从步骤408进到402。在第一迭代的情形下状态根据图3中的枪对准曲线201b，且出错I在步骤410由控制器发送。这样，没有遇到优选的以没有消隐开始的最初状态。在进一步迭代的步骤已经在此前进行的情形下，出错II在步骤411发送。出错II通知所出现的消隐但没有由系统识别。

与特定的实施例无关，有利的是偏转场的斜坡形式由初始值与振幅定义。因而，可定义分辨率，这是一个斜坡周期和/或斜坡振幅期间测量的帧的总数的函数。就这一方式来看，更好是允许至少一个进一步斜坡的测量，从而相继的斜坡的偏转场的强度重叠。这样，在出错通知的情形下能够实现简化的过程流程，对应于第一斜坡的偏转场不使束穿越孔的边缘偏转。与其它过程流程相比这将额外导致缩短的对准时间，并这样改进了对准方法。

参照图5a，5b，6，7a，7b描述对准电子束101与图1所示电子显微镜100的一个进一步的实施例。物镜112使电子束101聚焦在样品上。电子束101先前已由孔和聚光透镜形成。由于物镜112主要负责实现限制分辨率的最终的点尺寸，束必须与物镜精确对准。一般来说，物镜定义一光轴。如上所述在束已经对准孔106之后，通常还没有对准由物镜112定义的这一光轴113。

参照图5a能够更好理解束是否被精确对准的原理。在左侧，绘出电子束101a轮廓，这是与光轴113对称对准的。在故意引入散焦的情形下，焦距在与样品平面垂直的方向移动。如果在称为摇摆的周期聚焦期间进行测量，获得的各图象痕迹将如下。图象的特征将周期地以聚焦和失聚描绘。然而，由于电子束101a的聚焦只是在垂直于样品表面的方向变化，图象将不被平移。只是经受图象或对应的图象特征的周期性模糊。

另一方面，如果束没有如对于电子束101b在图5a右手侧所示很好地对准，则焦点不仅在垂直于样品表面的方向移动，而且进而在平行于表面的方向移动。这样，对于相继的图象，除了图象或特征的模糊之外，也将经历图象的平移/移动。这进一步示于图5b。在视野501内良好的聚焦图象特征502对应于图5a中的聚焦状态503b。如果实现了对焦点503b的散焦，则图象特征对于视野移动并由于散焦而模糊。这样，将看到图象特征例如类似于502b。另一方面，对于根据503c焦点，图象特征在如对于502c所示相反方向平移。除了模糊之外又获得这一平移。

然而第一孔对准偏转单元110不向光轴113移动束，而是偏转束，从而引入束的倾斜。就是说，束对于例如光轴的角度由于偏转而变化。这一束的偏转至少部分地由第二孔对准偏转单元111补偿。第二孔对准偏转单元111最好使束以同第一枪对准偏转单元相同的角度在相反方向倾斜。例如这能够通过有两个类似的偏转单元并这样电连接它们实现，使得有相同绝对值的偏转场具有相反的方向。然而，本发明不限于类似的第一和第二孔对准偏转单元110和111。对于施加到偏转单元同等信号的偏转角度的差别也能够通过校正因子等均衡。

根据本发明，有利的是由于电子束101能量的变化以及由此在物镜内引入的校准象差而实现一种周期性焦距。这优于使用物镜电流的散焦。从而，焦点的周期性变化不限于通过透镜内的自感应。进而在物镜内没有磁滞发生。

对于自动化过程的一例是以下参照图6的描述。主控制器等在步骤601启动对准操作的开始。首先，在步骤602激活自动聚焦。从而，焦点设置在样品的表面。这样，一般由当前对准状态限制的图象质量能够被改进。自动聚焦返回一失败或成功状态，这在决策步骤603时决策。在失败通知的情形下(步骤604)，能够预期有SEM成象状态的中的主要问题，并且对准过程以一出错消息退出。在成功通知的情形下，对准过程以步骤605继续。

一般来说，添加附加的调节带电颗粒束聚焦的步骤是有利的。从而，最好估计这一聚焦步骤的结果。这就是说，基于状态通知的结果，能够判定装置对准状态是否足以进一步进行自动对准。这样，例如能够使用聚焦过程的失败状态事先警告操作者，失败状态可能不足以进行自动对准。这再次避免了在系统完全不对准情形下时间的浪费。

在步骤605最好产生高质量的图象。从而例如使用几个帧的平均产生基准图象，并从而改进信号噪声比。此外，能够采用进一步改进图象质量的方法。这可以是滤波方法或任何其它适当的方法。这一高质量图象，猝发图象，在步骤606用于模式分析器。在步骤606，对于例如具有必要的对比度以便用作为基准图象特征的模式分析图象。模式分析器确定所谓金质模板的位置和指向。金质模板的位置和金质模板本身用作为以下所述模式跟踪的输入，并通过步骤611提供给模式跟踪。在能够通过模式分析器找出金质图象满足如足够的对比度、适当的指向或适当的亮度条件的情形下，向主控制器发送一出错通知。从而在步骤608通知主控制器，在晶片上决策到的当前的视野对于对准过程不适用。基于这一通知例如主控制器能够移动其上装有样品的一台架，并从头开始该过程。这样由于决策步骤607所至，能够检验适用于对准过程的样品位置被成象。

在步骤609，激活摇摆，就是说周期性散焦引入图象移动，及图象产生。从而，产生帧序列并通过图象处理器获取。最好以适当的方式改变带电颗粒束的能量或任何影响束能量的电位。最好以大于一个摇摆振荡的周期时间进行成象。例如，在周期摇摆的1.5个振荡期间获取32个帧。

在步骤610，模式跟踪算法接收这32个图象(帧)，金质模板及其位置。由于焦点的垂直运动不论模糊如何，模式跟踪程序必须遵循引入的基准图象特征的平移。从而，还可能使用视野内一个以上的图象作为基准。模式跟踪算法最好首先比较金质模板与所有32个帧，并找出最接近金质图象的帧。这一最接近金质图象的帧被称为初始帧。此外，为了找出这一帧，还要找出各帧索引。这种过程的优点是不需要控制激活摇摆和激活图象初始的同步化。理想上，初始帧将类似于猝发图象，如同摇摆被关断。在足够高的图象初始频率的情形下，初始帧非常类似于猝发图象。只有图象一小部分，各帧被比较，即金质模板，这一事实导致用于估计的时间降低。

一般来说，能够使用几种可能性，例如对模板图象的相关记分，分类，神经网络或其它模式识别程序之一进行模式识别。

由于相继的帧只有一个小的图象移动，最好使用递归模式跟踪。从而，索引k的初始帧与索引k+1的下一个帧比较。这样帧序列的两个相继帧之间的错误记录只限于一个视图的象素，最好小于10个象素。记录具有x和y分量从帧k中的模板位置指向帧k+1中各图象特征位置的向量。下一个递归使用k+1帧作为模板进行。每一帧的每一模板在已经识别之后，与金质模板比较。在不良相关超过一定阈值的情形下，帧被指定为无效。这样，例如由于太多的模糊所至不精确的图象，不考虑用于估计。

在步骤610对于错误记录的向量最终转换为帧位置向量，其在步骤613发送到步骤612的波匹配程序。

在步骤612内，观察的周期现象和感应的周期变化彼此拟合。从而，摇摆产生的周期与观察的现象是等同的。使用时间t和摇摆周期T。能量可表示为：

$E\left(t\right)=E_0+A_{\mathrm{Wobble}}\·\cos (\frac{2\mathrm{\π}}{T}t+\mathrm{\Φ})$

其中，Φ是任意相位。为了对于成象的离散帧具有一种等同的表达式，可使用帧索引I和在一个摇摆周期内产生的帧的数目N，从而获得以下的表达式：

$E\left(i\right)=E_0+A_{\mathrm{Wobble}}\·\cos (\frac{2\mathrm{\π}}{N}i+\mathrm{\Φ})$

索引向量位置是对于每一帧的目标模式位置的度量。从而，在x和y轴上标以Px和Py的投影，能够分开看到。假设Px和Py也是正弦波，例如Px可表示为

$P_x\left(i\right)=A_x\·\cos (\frac{2\mathrm{\π}}{N}i+\mathrm{\Φ})+C_x$

从离散付立叶变换能够获得以下的表达式：

$A_x=\frac{2}{N\cos \left(\mathrm{\Φ}\right)}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_x\left(i\right)\·\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{N}i\right)$

以及

$A_x=-\frac{2}{N\sin \left(\mathrm{\Φ}\right)}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_x\left(i\right)\·\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{N}i\right)$

由此参数Ax(A_x)，及Cx(＝C_x)可计算如下。

${\mathrm{Ax}}^2=\frac{4}{N^2}[{(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_x\left(i\right)*\mathrm{Cos}(\frac{2.\mathrm{\π}}{N}*i))}^2+{(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_x\left(i\right)*\mathrm{Sin}(\frac{2.\mathrm{\π}}{N}*i))}^2]$

$\mathrm{Tan}\left(\mathrm{\Φ}\right)=-\frac{(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_x\left(i\right)*\mathrm{Sin}(\frac{2.\mathrm{\π}}{N}*i))}{(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_x\left(i\right)*\mathrm{Cos}(\frac{2.\mathrm{\π}}{N}*i))}$

$\mathrm{Cx}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_x\left(i\right)$

这些参数用作为第二拟合方法的初始值。从而，最好只考虑有效帧，且均方差拟合运算通过找出Ax，Φ及Cx使以下表达式最小化：

$\underset{i=\mathrm{ValidFrame}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[P_x\left(i\right)-A_x\mathrm{Cos}(\frac{2\·\mathrm{\π}}{N}\·i+\mathrm{\Φ})+C_x]}^2$

在图7a中对于x-方向以及在图7b中对于y-方向可看到各结果。曲线703示出测量的帧位置，包括标记为圆圈的有效帧。这些有效帧用于均方差拟合。曲线701示出拟合测量的正弦函数。在孔对准偏转单元110，111中要引入的各信号能够从振幅计算。两个值都在图7a和7b每一个顶部给出。从而，使用以前已经进行的校准。从校准知道Δl＝f(Δx/ΔV_acc)函数的行为，其中I是要施加到偏转线圈的电流，x是图象的平移，而V_acc是改变束能量的加速电压。这种校准能够在列制造期间一次进行，或可按一种规则进行。最好有一组校准可用于不同的系统参数。校准函数可以是任何多项式函数；最好使用线性校准函数。

将参照图8到11b更为详细地说描述一个进一步的实施例。除了枪对准之外，最好还校正物镜的散光，以便改进使用带电颗粒列可达到的图象质量。在散光描述中词语x-和y-方向的使用不一定意味着两个方向是彼此正交的。但如果涉及散光的校正最好认为x-和y-方向彼此转动45°。

可参照图8描述散光。在发生散光的情形下，点状物体801不能理想地成象，因为在第一图象平面803中的焦点809与第二图象平面805中的焦点811不等同。这样，如果没有找到最佳聚焦点807，则必须找出一种折衷。为此，在最佳聚焦点的图象808有一放大的直径。在散焦的情形下，点状图象的图象不再是圆形的，而是椭圆形的。椭圆的指向与图象平面位于最佳聚焦点807之前还是之后有关。此外，如果图象失焦，则由第一和第二图象平面定义的两个方向中的分辨率将彼此不同。

在电子束设备中，束的失真通过一种象散校正装置校正。最好每当进行了任何对准时进行这一校正，因为象散校正与电子束列内电子束101的对准相关地变化。因而x-方向的失真由于线圈组902被校正。线圈组最好排布为四极的形式。一般来说，线圈用来形成四极。然而，也可使用线圈和静电板的组合。为了在与x-方向无关的方向进行校正，最好使用第二个四极排布作为一组线圈903。这样通过这样形成的八极排布能够在每一方向校正束失真。然而，还能够只使用四极的象散校正装置，其可转动而被调节到束101失真的各指向。

如同9所示，束不必通过象散校正装置的中心901。进而，如果向线圈施加电流，还产生电场驱动电子束101的移动。其含义将在以下谈及。

为了校正散光，最好使充分小而完全在视野内的特征成象。该特征最好应当显示几个边缘，以便在几个独立的方向获得图象对比度。例如这可以是圆形等特征，其位置在视野内已知。为了自动校正散光，执行以下过程。首先，设置视野并定位特征。然后，变化束能量并从而引入校准象差使图象自动聚焦。自动聚焦成功之后，改变第一组象散校正装置线圈902中的电流，从而产生几个图象。通过计算聚焦标志估计图象的清晰度，并设置第一组象散校正线圈902中的电流为具有最佳聚焦标志的值。聚焦标志是图象清晰度的一种度量。然后，对于第二组象散校正线圈903重复这一过程。对于第二迭代缩小视野并转动扫描方向，最好为45°。在图象精细移动以定位各特征之后，重复自动聚焦和校正两个象散校正装置的过程。可进行类似于第二迭代可选的第三迭代，进一步缩小视野并进一步转动扫描方向。

如上所述，在用于象散校正装置x-和y-方向的第一和第二组线圈中的电流变化还驱动图象的移动。通过计算聚焦标志估计清晰度的沿着可行的解决方案是观察两个相继帧的协方差。然而图象的视野内的移动将影响协方差。因此，图象的移动只能忽略其小的移动，例如限制在2个或3个象素等。这样，对于超过这的图象移动，清晰度的估计要使用改进的方法进行。

根据本发明进一步的实施例，进行以下过程。首先，设置视野并定位特征。然后，使图象自动聚焦。自动聚焦成功之后，改变第一组象散校正装置线圈902中的电流，从而产生几个图象。通过如下所述计算聚焦标志估计图象的清晰度，并设置第一组象散校正线圈902中的电流为具有最佳聚焦标志的值。然后，对于第二组象散校正线圈903重复这一过程。对于第二迭代缩小视野并转动扫描方向，最好为45°。在图象精细移动以定位各特征之后，重复自动聚焦和校正两个象散校正装置的过程。可进行类似于第二迭代可选的第三迭代，进一步缩小视野并进一步转动扫描方向。

从而，计算聚焦标志，其中记录图象移动类似于施加到孔对准的束移动的测量。从而，可使用各种模式识别之一。在图象移动已被校正之后，可计算相继帧的相关性。由于校正所至，可改进聚焦标志曲线，即将有一定噪声水平之上更多的测量，并这样将改进找出最清晰的图象的精确性和可重复性。比较原来的聚焦标志曲线908a与908b与图10中固定的聚焦标志曲线909a和909b可看到这一点。

根据本发明进一步的实施例，进行以下过程。首先，设置视野并定位特征。然后，使图象自动聚焦。自动聚焦成功之后，改变第一组象散校正装置线圈902中的电流，从而产生几个图象。通过如下所述计算聚焦标志估计图象的清晰度，并设置第一组象散校正线圈902中的电流为具有最佳聚焦标志的值。然后，对于第二组象散校正线圈903重复这一过程。对于第二迭代缩小视野并转动扫描方向，最好为45°。在图象精细移动以定位各特征之后，重复自动聚焦和校正两个象散校正装置的过程。可进行类似于第二迭代可选的第三迭代，进一步缩小视野并进一步转动扫描方向。

从而，使用灰度直方图计算聚焦标志。从而，使用整个的图象用于估计。估计是基于图象内高对比度梯度量的分析。假设图象越清晰，具有一定对比度梯度的边缘量越高，因为模糊较少。进而，假设在较好清晰度的情形下，在一阶导数灰度直方图中噪声与成象特征边缘之间有较好的分离。由于这一方法与图象内特征的位置无关，对图象移动几乎没有任何相关性。在样品上边缘均匀分布在视野区域中及视野周围的情形下，对图象完全没有任何相关性，因为视野的运动不改变可能被成象的边缘数。

灰度直方图例如能够从复合方向导数计算

$S(i,j)=\sqrt{S_x^2(i,j)+S_y^2(i,j)}$

其中聚焦标志估计以下公式计算

$F_{j=\mathrm{FrameIndex}}=\underset{i=k}{\overset{\max }{\mathrm{\Σ}}}{i}^2{h}_i$

其中k作为灰度的一定的百分比α给出。项h_i是作为在灰度i的象素数除以象素总数给出的直方图值。如果对于灰度分布使各帧正规化，则帧最好能够彼此独立被估计。

在根据本发明进一步的实施例中，进行以下过程。首先，设置视野并定位特征。然后，使图象自动聚焦。自动聚焦成功之后，改变第一组象散校正装置线圈902中的电流，从而产生几个图象。通过如下所述计算聚焦标志估计图象的清晰度，并设置第一组象散校正线圈902中的电流为具有最佳聚焦标志的值。然后，对于第二组象散校正线圈903重复这一过程。对于第二迭代缩小视野并转动扫描方向，最好为45°。在图象精细移动以定位各特征之后，重复自动聚焦和校正两个象散校正装置的过程。可进行类似于第二迭代可选的第三迭代，进一步缩小视野并进一步转动扫描方向。

从而，由于象散校正装置中电流的变化所至图象移动的影响在如下的清晰度估计期间被补偿。产生如图11b所示的象散校正装置电流的两个斜坡904。如图11a所示产生的帧907在彼此类似的条件下产生。这样，能够计算具有类似条件的各帧之间的相关。对这两个帧，对于彼此将没有移动或几乎没有必须被校正的移动。被比较的帧不是相继的。被比较的帧是来自各斜坡等同的帧。这样，能够克服被分析的各特征的平移问题。通过累积更多的帧或使用两个以上的斜坡能够进一步改进信号噪声比。如果斜坡由其初始值905与其振幅906定义，这进而被认为是有利的。这样，如果在聚焦标志内斜坡之一不足以找出最大值，两个斜坡能够易于以重叠的方式组合。使用来自两个斜坡904一对帧或一组帧的分析，由于以上的原因能够明显改进聚焦标志。

在本发明一个进一步的实施例中，进一步扩展了比较在类似条件下所取的帧的概念。在设置视野并定位特征之后，使图象自动聚焦。自动聚焦成功之后，改变第一组象散校正装置线圈902中的电流，从而产生几个图象。通过如下所述计算聚焦标志估计图象的清晰度，并设置第一组象散校正线圈902中的电流为具有最佳聚焦标志的值。然后，对于第二组象散校正线圈903重复这一过程。对于第二迭代缩小视野并转动扫描方向，最好为45°。在图象精细移动以定位各特征之后，重复自动聚焦和校正两个象散校正装置的过程。可进行类似于第二迭代可选的第三迭代，进一步缩小视野并进一步转动扫描方向。

将参照图12a和12b描述帧的扩展比较。在这一实施例中，施加到象散校正装置的斜坡904是一阶梯状函数。替代在分开的斜坡中取类似的帧，在阶梯状斜坡的一个阶梯内产生两个或多个帧907。为了使条件对于斜坡904的每一阶梯尽可能类似，必须考虑一松驰时间。这一松弛时间在图12b中指出，与虚线绘出的角状阶梯比较具有圆形边缘。

如图12a所示，这一实施例能够如下实现。在象散校正装置电流的每一等级产生两个帧907，并传送到帧获取器。在结束斜坡之后，使用奇的和偶的帧1和1’，2和2’等对于散校正装置电流斜坡的每一等级计算聚焦标志。从而，计算每两个各帧之间的协方差以及帧的噪声等级。根据以下方程式计算聚焦标志：

$F_{u,k}=\mathrm{COVARIANCE}(\frac{{\∂I}_k}{\∂u},\frac{{{\∂I}^{\′}}_k}{\∂u})$

$=\mathrm{COVARIANCE}(S_{u,k},{S^{\′}}_{u,k})$

$=\mathrm{Mean}(S_{u,k}*{S^{\′}}_{u,k})-\mathrm{Mean}\left(S_{u,k}\right)\mathrm{Mean}\left({S^{\′}}_{u,k}\right)$

$\≅\mathrm{Mean}(S_{u,k}*S_{u,k}^{\′})(\⇐\mathrm{mean}\left(S\right)\≈0)$

$=\frac{1}{N_x{N}_y}\underset{i,j}{\overset{\mathrm{IMG}}{\mathrm{\Σ}}}(S_{u,k}(i,j)*{S^{\′}}_{u,k}(i,j))$

I_k和I’_k是对应的的图象，且N_x和N’_y是各方向中象素的总数。

一般来说，最好考虑根据以下的一过程。在本发明的这一方式内最好自动进行的聚焦步骤期间，图象处理单元等能够估计图象的结果。这一聚焦标志能够用作为一种度量，以使一过程判定与平均系统性能比较聚焦是产生良好的或不良的结果。这样，基于聚焦标志最好使系统决定是否将进行带电颗粒设备的更新或调节。在更新期间，老的系统参数用作为起始值，例如象散校正装置电流从该值变化。在估计聚焦标志指出不良结果的情形下，例如最好进行象散校正装置电流从默认值起始的调节。从而，例如系统值能够用作为象散校正装置变化的起始点。因而，更好是按不同的工作区划分系统的性能。这样，基于聚焦标志结果，可依赖于达到的工作区选择进一步的处理。

就以上一般的方式来看，本发明的一进一步的实施例，根据以下使用在象散校正装置电流变化之前进行的聚焦步骤的估计结果。基于通过自动聚焦产生的聚焦标志，决定是否必须更新或调节散光校正。然而，对其决策还能够由操作者人工作出。在更新的情形下，在上次对准或校正期间检测为最佳的电流值用作为起始值。与用于调节的振幅比较斜坡904的振幅是小的。为了调节，系统被复位到其原来参数，并从暂存区(scratch)分别开始对准或校正。这样，使用对于斜坡较大的振幅，并分别进行更耗时间的对准或校正。从而，对于精确的系统设置，例如考虑视野内的边缘数。基于其估计，就是说如果视野能够降低并在其视野内仍有足够的边缘数的事实，样品上的位置的样品被系统拒绝。在出错处理过程内，要求操作者分别改变样品或样品位置。

在本发明一进一步的实施例中，枪对准、孔对准及对准的校正方式被组合而完成电子束装置的对准。从而，最后首先使束对于孔的中心对准(枪对准)。然后，束被对准到由物镜定义的光轴(孔对准)。这一孔对准与枪对准比较对于成象行为更为重要。这样，如以上几个实施例中已述，这一对准必须非常精确。最后校正对准。这样，只要满足某些基本条件，带电颗粒装置能够从暂存区自动对准。

涉及并对于本发明的一个方法提及的例如从施加到偏转单元的信号变化的斜坡形式的有利特征，模式识别及模式提取的细节，两个偏转器的使用和连接以获得束移动，而不是束倾斜或电位的变化改变带电颗粒束的聚焦，不应当理解为只对于这一方式适用，而是如果是可转移的，则也可用于本发明其它方式。

Claims (75)

1.用于自动对准带电颗粒束与一孔的一种方法，包括步骤：

a)向第一枪对准偏转单元施加第一偏转场，直到获得在孔的第一边缘束的消光，

b)测量获得消光所需的提供给第一枪对准偏转单元的第一信号；

c)向第一枪对准偏转施加第二偏转场，直到获得在孔的第二边缘束的进一步的消光；

d)测量获得进一步消光所需的提供给第一枪对准偏转单元的第二信号；

e)使用第一和第二信号计算束对于孔的中心位置；

f)向第一枪对准偏转单元提供校正偏转场，以导向带电颗粒束通过孔的中心位置。

2.根据权利要求1的方法，其中通过调节加速电压改变带电颗粒束能量。

3.根据任何以上权利要求的方法，其中对于在第一和第二偏转场之一的每一变化产生一组帧，并基于该组帧的各帧灰度获得第一和第二信号。

4.根据权利要求3的方法，其中使用对灰度的阈值估计第一和第二信号。

5.根据任何权利要求3到4的方法，其中使用与灰度分布拟合的曲线计算第一和第二信号。

6.根据任何以上权利要求的方法，其中施加位于孔之后带电颗粒束方向第二枪对准偏转的一个进一步的域，以重新定向带电颗粒束。

7.根据权利要求6的方法，其中重新建立第一偏转单元之前束对于光轴的角度。

8.根据任何以上权利要求的方法，其中第一和第二偏转场以斜坡的形式施加，并在一个斜坡周期期间产生各帧。

9.根据权利要求8的方法，其中第一或第二偏转场斜坡与帧的产生同步化。

10.根据任何权利要求8到9的方法，其中至少两次测量第一和第二偏转场的斜坡，并对于各帧对应的帧求平均。

11.根据任何权利要求8到10的方法，其中斜坡由第一或第二偏转场之一中一初始值、振幅及变化的分辨率定义。

12.根据权利要求11的方法，其中通过定义总帧数改进第一和第二偏转场之一中的变化分辨率。

13.根据任何权利要求11到12的方法，其中通过定义斜坡的振幅改进第一和第二偏转场之一中的变化分辨率。

14.根据任何权利要求11到13的方法，其中使用一个以上有至少不同初始值的斜坡，且斜坡的偏转场的域强度彼此重叠。

15.根据以上任何权利要求的方法，其中在步骤a)到f)之前执行以下步骤：

h)向第一枪对准偏转单元施加偏转场，使得孔不消隐束。

16.根据以上任何权利要求的方法，其中对于第二方向分开进行对准。

17.一种带电颗粒束装置，包括

一个源(103)，用于发射带电颗粒束(101)；

一个孔(106)；

一个位于源与孔之间的第一枪对准偏转单元(108)，以及一个位于孔反面的第一枪对准偏转单元(109)；

一个控制单元(22)，控制用于第一和第二枪对准偏转单元的信号；

一个估计单元(32)，估计消隐带电颗粒束及计算带电颗粒束对于孔(106)的中心位置所需的信号。

18.根据权利要求17的装置，其中第一枪对准偏转单元(108)和第一枪对准偏转单元(109)彼此电连接。

19.根据任何权利要求17到18的装置，其中第一和第二枪对准偏转单元的每一个包括一组线圈。

20.根据任何权利要求17到19的装置，其中第一和第二枪对准偏转单元的每一个包括一静电偏转模块。

21.用于自动对准带电颗粒束与带电颗粒列光轴的一种方法。包括步骤：

a)通过带电颗粒束能量的改变引入色差，由此获得散焦；

b)测量一图象移动；

c)向第一孔对准偏转单元提供一信号，以根据所需的束移动移动束。

22.根据权利要求21的方法，其中通过加速电压的调节改变带电颗粒束的能量。

23.根据任何权利要求21到22的方法，其中能量的变化是周期性的并获得周期性散焦。

24.根据权利要求23的方法，其中周期性散焦频率快于2Hz，最好快于10Hz，更好是快于100Hz。

25.根据任何权利要求21到24的方法，其中向第二孔对准单元提供一信号，以便对带电颗粒束重新定向。

26.根据权利要求25的方法，其中重新建立第一偏转单元之前束对于光轴的角度。

27.根据任何权利要求21到26的方法，其中在进行步骤a)到c)之前进行带电颗粒束在样品表面上的聚焦步骤。

28.根据任何权利要求21到27的方法，其中测量高质量图象以获得金质模板。

29.根据任何权利要求21到28的方法，其中测量帧序列以获得准连续图象移动。

30.根据权利要求29的方法，其中帧序列两个相继帧之间的图象移动小于20个象素，最好小于10个象素，更好是小于5个象素。

31.根据任何权利要求29到30的方法，其中帧序列的各画面与金质模板比较。

32.根据任何权利要求21到31的方法，其中使用模式跟踪测量图象移动。

33.根据任何权利要求21到32的方法，其中使用回归模式识别测量图象移动。

34.根据任何权利要求29到33的方法，其中从帧序列选择最接近金质模板的初始帧。

35.根据任何权利要求29到34的方法，其中从相继帧之间的图象移动计算帧位置向量。

36.根据权利要求35的方法，其中使帧位置向量拟合带电颗粒束能量的变化。

37.根据任何权利要求21到36的方法，其中步骤c)基于图象在散焦上移动的校准。

38.根据任何权利要求21到37的方法，其中进行对准快于3秒钟，最好快于1秒钟，更好是快于0.5秒钟。

39.根据任何权利要求21到38的方法，其中使用至少一个迭代改进自动对准。

40.根据任何权利要求21到39的方法，其中在第二方向进行所有步骤。

41.根据任何权利要求21到40的方法，其中对不同的设置进行校准。

42.一种带电颗粒束装置，包括

一个源(103)，用于发射带电颗粒束；

一个扫描偏转单元(102)，在样品上扫描带电颗粒束；

一个第一孔对准偏转单元(110)，对于带电颗粒设备的光轴移动束；

一个第二孔对准偏转单元(111)，对于带电颗粒设备的光轴重新定向束；

一个物镜(112)，定义带电颗粒设备的光轴；

一个电压电源(21)，改变带电颗粒束的能量；

一个检测器(16)，用于使帧成象；

一个控制单元(32)，使电压电源的频率与帧的成象频率同步化。

43.根据权利要求42的装置，其中第一孔对准偏转单元与第二孔对准偏转单元彼此电连接。

44.根据任何权利要求42到43的装置，其中第一和第二孔对准偏转单元的每一个包括一组线圈。

45.根据任何权利要求42到44的装置，其中第一和第二孔对准偏转单元的每一个包括一静电偏转模块。

46.用于校正带电颗粒束的散光的一种方法，包括步骤：

a)通过改变带电颗粒束的能量使带电颗粒束聚焦在样品的表面；

b)在改变第一组象散校正线圈中的电流时使一帧序列成象；

c)估计帧序列的清晰度以找出与最清晰图象相关的电流，并设置第一组象散校正线圈中的电流为与最清晰图象相关的电流。

47.根据权利要求46的方法，其中通过加速电压的调节改变带电颗粒束的能量。

48.根据任何权利要求46到47的方法，其中散光校正还包括：

d)对于校正第二方向的第二组象散校正线圈重复步骤b)和c)；

49.根据任何权利要求46到48的方法，其中以至少一个斜坡的形式改变电流。

50.根据任何权利要求46到49的方法，还包括步骤：

通过估计一阶导数的灰度直方图找出最清晰的图象。

51.根据任何权利要求46到50的方法，还包括步骤：

使用两个斜坡聚焦分析找出最清晰的图象，从而比较具有类似状态的至少两个帧。

52.根据权利要求51的方法，其中比较至少两个帧计算协方差。

53.根据任何权利要求51到52的方法，其中在至少两个斜坡周期期间测量至少两个帧。

54.根据任何权利要求51到52的方法，其中斜坡有阶梯状形式，并在一个斜坡周期期间产生至少两个帧。

55.根据任何权利要求46到54的方法，还包括步骤：

使用模式识别测量图象移动并校正束移动。

56.根据任何权利要求46到55的方法，还包括步骤：

使用聚焦标志估计是否必须进行更新或调整。

57.根据权利要求56的方法，其中基于聚焦标志定义不同的工作区。

58.一种用于校正带电颗粒束的散光的方法，包括步骤：

a)使带电颗粒束聚焦在一表面；

b)在改变第一组象散校正线圈中的电流时使帧序列成象；

c)估计帧序列的清晰度以找出与最清晰图象相关的电流，并设置第一组象散校正线圈中的电流为与最清晰图象相关的电流；

d)在估计清晰度期间考虑一图象移动。

59.根据权利要求58的方法，其中通过使用一阶导数直方图的估计完成考虑图象的移动。

60.根据任何权利要求58到59的方法，其中以至少一个斜坡的形式改变电流。

61.根据权利要求60的方法，其中通过使用两个斜坡聚焦分析的估计完成考虑图象的移动，由此比较具有类似状态的至少两个帧。

62.根据权利要求61的方法，其中比较至少两个帧计算协方差。

63.根据任何权利要求61到62的方法，其中在至少两个斜坡周期期间测量至少两个帧。

64.根据任何权利要求61到62的方法，其中斜坡有阶梯状形式，并在一个斜坡周期期间产生至少两个帧。

65.根据任何权利要求58到64的方法，其中通过使用模式识别测量图象移动的估计并校正图象移动，完成考虑图象移动。

66.根据任何权利要求58到65的方法，其中散光的校正还包括：

e)对于校正第二方向的第二组象散校正线圈重复步骤b)和c)；

67.根据任何权利要求58到66的方法，还包括步骤：

使用聚焦标志估计是否必须进行更新或调整。

68.根据权利要求67的方法，其中基于聚焦标志定义不同的工作区。

69.一种带电颗粒束装置，包括：

一个带电颗粒源(103)，发射带电颗粒束；

一个扫描偏转单元(102)，用于在样品上扫描带电颗粒束；

一个物镜(112)，用于使带电颗粒束在样品上聚焦；

第一组象散校正线圈(902)，补偿第一方向的束失真；

第二组象散校正线圈(903)，补偿第二方向的束失真；

一个补偿偏转单元(110，111)，补偿当改变第一和第二组象散校正线圈任何之一中的电流时引入的束移动；

一个电流电源(28)，用于第一和第二组象散校正线圈每一个。

70.根据权利要求69的装置，其中第一和第二组象散校正线圈是磁八极装置。

71.根据任何权利要求69到70的装置，其中第一和第二方向彼此相对以大约45°角度转动。

72.用于自动对准带电颗粒束装置的带电颗粒束的一种方法，包括步骤：

a)向第一枪对准偏转单元施加第一偏转场，以便在孔的第一边缘处消隐带电颗粒束；

b)测量提供给第一枪对准偏转单元为获得消隐所需的第一信号；

c)向第一枪对准偏转施加第二偏转场，以便在孔的第二边缘处使束进一步消隐；

d)测量提供给第一枪对准偏转单元为获得进一步消隐所需的第二信号；

e)使用第一和第二信号计算束相对于孔的中心位置；

f)向第一枪对准偏转单元提供一校正偏转场，以导向带电颗粒束缚通过孔的中心位置；

g)对于第二方向使用第二枪对准偏转单元重复步骤a)到f)；

h)改变带电颗粒束相对于样品表面的聚焦位置；

i)测量图象移动；

j)基于图象估计对准带电颗粒束与带电颗粒列的光轴所需的束的移动；

k)在样品表面使带电颗粒束聚焦；

l)改变第一组象散校正线圈中的电流；

m)估计图象的清晰度以找出与最清晰的图象相关的电流，并设置第一组象散校正线圈的电流为与最清晰图象相关的电流；

n)对于第二组象散校正线圈重复步骤l)与m)。

73.根据权利要求72的方法，其中通过改变带电颗粒束的能量进行步骤h)和k)。

74.根据任何权利要求72到73的方法，其中在步骤a)到g)之后进行步骤h)到j)，并在步骤h)到j)之后进行步骤k)到n)。

75.根据任何权利要求72到74的方法，还包括权利要求1到16，21到41及46到68的特征任何之一。

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