借助于粒子束中的像散在粒子光学设备中执行聚焦的方法技术

在例如电子显微镜之类的粒子光学设备中，自动地执行聚焦过程是有利的。根据本发明专利技术，故意使要被聚焦的电子束像散到一定程度。利用这个像散射束，在物镜的不同设定时形成两幅样本的图像，此后确定每幅图像中的像散模糊方向，例如，借助于二维傅立叶变换（ＦＦＴ）。如果在从物镜的第一设定到第二设定的变化中通过了最佳焦点，那么像散模糊的方向彼此垂直。通过这两个设定之间的插值（该过程可以是迭代的），现在可以确定最佳焦点。通过在物镜的两个设定时形成两幅图像并且从彼此中减去ＦＦＴ，就可以消除样本自身中的各向异性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在具有成像物镜的粒子光学设备中使带电粒子束聚焦的方法。
技术介绍
这种方法可以从SCANNING，Vol.19，(1997)，第553-563页中公开的题目为“用于扫描电子显微镜的鲁棒聚焦和像散校正方法(A Robust Focusing andAstigmatism Correction Method for the Scanning Electron Microscope)”中获知。这篇文章描述了一种用于使带电粒子束聚焦的方法，其中该带电粒子是电子。实现了这种方法的具有成像物镜的粒子光学设备是扫描电子显微镜(SEM)。依照该文章中所述的方法，在成像物镜的两个不同设定时，形成该粒子光学设备中样本的图像；其后，对于每幅图像，根据该图像中出现的空间频率确定光谱能量含量。最后提到的这个处理过程是利用所谓的快速傅立叶变换(FFT)完成的。在形成两幅图像之前，首先确定该物镜的额定折射率；也就是说，对于该折射率值，电子束大致聚焦到该样本上。然后利用与这个额定设定值的偏差以生成“过焦”的设定；另外，利用与该额定设定值的偏差以生成“弱焦”的设定。因此，在成像物镜的两个不同设定时形成的两幅图像包括一幅“过焦”图像和一幅“弱焦”图像。为了自动地使电子束聚焦，确定这两幅图像的总光谱能量含量，同样还确定“过焦”图像和“弱焦”图像的光谱能量含量之差。这个差值与总光谱能量含量之比R给出了对电子束散焦的测量方法。如果R是正的，那么“过焦”图像比“弱焦”图像更明显，因此必须缩短焦距；如果R是负的，那么“弱焦”图像比“过焦”图像更明显，因此必须延长焦距。连同这种用于使电子束聚焦的方法一起，还描述了一种用于使电子束的像散最小化的方法。在最后提到的这种方法中，对于两幅图像中的每一幅，确定了该图像多个扇区的光谱能量含量，并且基于各个光谱能量含量之差，为了获得实质上没有像散的射束，确定关于像散在哪个方向上必须增加或降低。在前述文章中从第558页公式(2)到第559页的“实施”的段落中，特别地描述了用于使电子束聚焦以及使该电子束的像散最小化的方法。应该清楚，为了自动地使电子束聚焦，仅仅利用两幅图像的光谱能量含量之比，而不利用电子束的像散程度。换句话说，利用这种已知的方法，可以实现在要被聚焦的射束中无像散出现的聚焦方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在具有成像物镜的粒子光学设备中使带电粒子束聚焦的可选方法。在根据本专利技术方法的多种普通形式中，采取以下步骤(a)根据前述射束(即，在该粒子光学设备中，要被聚焦的带电粒子束)，对于物镜的第一设定，形成具有伴生像散方向的第一像散射束；(b)利用第一像散射束，形成该粒子光学设备中样本的图像；(c)确定步骤(b)中形成的图像中像散模糊(弥散)的方向；(d)为物镜提供不同设定；(e)根据前述射束，对于物镜的其它设定，形成第二像散射束，该射束具有伴生像散方向；(f)利用第二像散射束形成样本的图像；(g)确定步骤(f)中形成的图像中像散模糊的方向；(h)比较步骤(b)中形成的图像中像散模糊的方向与步骤(f)中形成的图像中像散模糊的方向。(i)在前述的方向相同的情况下，重复步骤(d)到(h)，在前述的方向不相同的情况下，在物镜的第一设定和物镜的最后获得的设定之间实施插值处理，从而确定当带电粒子束达到其最佳聚焦时该物镜的设定。在根据本专利技术的这种方法中，故意使将被聚焦的射束像散，并将该射束中的像散用于聚焦该射束。从而利用其本身已知的作用，即当该射束的聚焦从过焦变为弱焦时，或反之时，该图像中由像散引起的模糊的方向变化90°。因此，使样本的第一幅图像具有射束的像散的已知方向，并且确定了这幅图像中由于像散引起的模糊(步骤a到c)。然后，在物镜的不同设定时，使样本的第二幅图像同样具有该射束的像散的已知方向，并且确定了这幅图像中由于该像散引起的模糊(步骤d到g)。如果第一幅图像中的像散方向与第二幅图像中的像散方向相同，那么是非常方便的，然而这并不是必要的。现在假设在两种情况中的射束像散方向是相同的。依据第一幅图像中像散模糊方向与第二幅图像中像散模糊方向的比较，如果表现出这两个方向是不同的，那么必达到以下结论，即形成第一幅图像时，设置为弱焦，而形成第二幅图像时，则设置为过焦。因此，最佳焦点应位于这两个设定之间的某个位置，由此可以借助于物镜的这两个设定之间的插值处理，可确定该设定是处于哪种情况。依据第一幅图像中像散模糊方向与第二幅图像中像散模糊方向的比较，如果表现出这些方向实际上是相同的，那么必达到以下结论，即形成这两幅图像的同时，仅出现弱焦或者过焦。现在，必须给予物镜一个新的设定，直到两个模糊的方向不同为止，于是可以采取前面提到的插值处理。根据本专利技术的方法的优点在于，利用这种方法找到了零交叉点(即，在物镜的第一设定和该物镜的最后获得的设定之间的插值中，从而确定了带电粒子束获得其最佳焦点时的物镜的设定)，与在粒子光学设备中用于自动聚焦的普通方法相比，该方法通常提供了用于该方法的算法的更快收敛，其中所采用的算法寻找最小值或最大值。如所已知的一样，末端附近的曲线走向比较平，而零交叉点附近的曲线走向则不平得多。在本专利技术的优选实施例中，通过确定所讨论的图像中具有第一方向的第一光谱区域的光谱能量含量，和该图像中具有第二方向的第二光谱区域的光谱能量含量，并且至少确定第一区域中的光谱能量含量与第二区域中的光谱能量含量之差的符号，来确定图像中像散模糊的方向，其中第二方向横截第一方向。在这个实施例中，在光谱能量含量的二维图形表示中选择一个扇区(所讨论的图像中具有第一方向的第一光谱区域)，并且确定所述扇区中的能量含量；同样，对于横截(优选垂直)该扇区的扇区(该图像中具有横截第一方向的第二方向的第二光谱区域)也进行相同的处理。对于图像中的某个像散模糊方向，光谱能量含量将会彼此不同，根据这个差值的符号可以确定模糊的方向。在本专利技术的另一实施例中，通过比较各幅图像的第一区域与第二区域的光谱能量含量之差的符号，来比较步骤(b)中形成的图像中的像散模糊方向与步骤(f)中形成的图像中的像散模糊方向。在这个实施例中，将先前的段落中提到的处理方法用于两幅图像中的每一幅，从而确定像散模糊的方向。根据这两个方向之差的符号，可以确定像散模糊具有相同的方向还是彼此横截的方向。在本专利技术另一优选实施例中，采取以下步骤(j)对于物镜的第一设定，形成具有已知像散方向的第一其他像散射束，该方向横截第一像散射束的像散方向，利用该第一像散射束形成样本的第一幅图像，利用该第一其他像散射束形成样本的第一其他图像；(k)对于物镜的第二设定，形成具有已知像散方向的第二其他像散射束，该方向横截第二像散射束的像散方向，利用该第二像散射束形成样本的第二幅图像，利用该第二其他像散射束形成样本的第二其他图像；(l)在由此形成的四幅图像中，通过确定所讨论的图像中具有第一方向的第一光谱区域的光谱能量含量，和该图像中具有第二方向的第二光谱区域的光谱能量，来确定像散模糊的方向，其中第二方向横截第一方向，由此在每幅图像中至少确定了第一区域的波谱能量含量和第二区域的波谱能量含量之差的符号。本专利技术的这个实施例对于具有很大程度方向优先性的结构的样本具有特别的优点，例如具有集成电路的情况。在物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在具有成像物镜的粒子光学设备中使带电粒子束聚焦的方法，包括以下步骤：（ａ）对于物镜的第一设定，从前述射束（即，在该粒子光学设备中要被聚焦的带电粒子束）形成具有伴生像散方向的第一像散射束；（ｂ）在该粒子光学设备中利用第 一像散射束形成样本的图像；（ｃ）确定步骤（ｂ）中形成的图像中的像散模糊（弥散）的方向；（ｄ）为物镜提供不同的设定；（ｅ）对于物镜的其它设定，从前述射束形成具有伴生像散方向的第二像散射束；（ｆ）利用第二像散射束 形成样本的图像；（ｇ）确定步骤（ｆ）中形成的图像中的像散模糊的方向；（ｈ）比较步骤（ｂ）中形成的图像中像散模糊的方向与步骤（ｆ）中形成的图像中像散模糊的方向；（ｉ）在前述的方向相同的情况下，重复步骤（ｄ）到（ｈ），在 前述的方向不相同的情况下，在物镜的第一设定和物镜的最后获得的设定之间实施插值处理，从而确定当带电粒子束达到其最佳聚焦时该物镜的设定。

【技术特征摘要】
NL 2003-8-29 10241921.一种用于在具有成像物镜的粒子光学设备中使带电粒子束聚焦的方法，包括以下步骤(a)对于物镜的第一设定，从前述射束(即，在该粒子光学设备中要被聚焦的带电粒子束)形成具有伴生像散方向的第一像散射束；(b)在该粒子光学设备中利用第一像散射束形成样本的图像；(c)确定步骤(b)中形成的图像中的像散模糊(弥散)的方向；(d)为物镜提供不同的设定；(e)对于物镜的其它设定，从前述射束形成具有伴生像散方向的第二像散射束；(f)利用第二像散射束形成样本的图像；(g)确定步骤(f)中形成的图像中的像散模糊的方向；(h)比较步骤(b)中形成的图像中像散模糊的方向与步骤(f)中形成的图像中像散模糊的方向；(i)在前述的方向相同的情况下，重复步骤(d)到(h)，在前述的方向不相同的情况下，在物镜的第一设定和物镜的最后获得的设定之间实施插值处理，从而确定当带电粒子束达到其最佳聚焦时该物镜的设定。2.根据权利要求1所述的方法，其中通过确定所讨论的图像中具有第一方向的第一光谱区域的光谱能量含量，和该图像中具有第二方向的第二光谱区域的光谱能量含量，并且至少确定第一区域中的光谱能量含量与第二区域中的光谱能量含量之差的符号，来确定图像中像散模糊的方向，其中第二方向横截第一方向。3.根据权利要求2所述的方法，其中通过比较各幅图像的第一区域与第二区域的光谱能量含量之差的符号，来比较步骤(b)中形成的图像中的像散模糊方向与步骤(f)中形成的图像中的像散模糊方向。4.根据权利要求1所述的方法，其中(j)对于物镜的第一设定，形成具...

【专利技术属性】
技术研发人员：WH米斯，RJM乌彻，HPM斯特肯，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]