粒子束顯微鏡及操作粒子束顯微鏡的方法

專利名稱：粒子束顯微鏡及操作粒子束顯微鏡的方法
技術領域：
本發明涉及粒子束顯微鏡以及操作粒子束顯微鏡的方法。更具體的，本發明涉及電子顯微鏡，例如掃描電子顯微鏡以及操作掃描電子顯微鏡的方法。
背景技術：
當樣本被粒子束顯微鏡，例如電子顯微鏡，成像或處理時，它們通常被保存于樣本室中的真空環境中。樣本室通過真空泵被抽真空。一般，在較高真空且大約22. 5Τοπ·的范圍的樣本室中的真空水平下，用掃瞄電子顯微鏡進行測量。樣本室因此被設計成真空容器， 具有堅固的壁和凸緣，從而大氣泄漏的泄漏率能夠被保持的盡可能的低。因此，真空容器通常都沒有足夠大從而使用戶能夠通過目視觀察來控制物鏡前方物體的定位的窗口。一般，樣本的定位由置于樣本室中的CXD相機監視。相機獲得樣本和物鏡的視頻圖像，其被顯示于顯示器上。使用者通過看所述視頻圖像能夠實時地觀察定位過程并通過被傳送至定位設備的控制信號來控制樣本的定位。但是，被顯示的視頻圖像僅能夠向用戶提供樣本室內部的二維圖像，從而難于相對物鏡精確地定位物體。此外，用于觀察物體表面的CCD相機的視角通常被物鏡和探測器阻擋，特別是當物體接近物鏡放置時。因此，用戶經常無法確定樣本的哪部分被電子束照射。除了物鏡，通常還有置于樣本室內部的其它元件，其可能在定位過程中阻擋至樣本的視線。這類元件例如是探測器，噴氣系統以及操縱器。在定位過程中，這類元件還可能與樣本發生碰撞。當若干物體，特別是具有復雜幾何結構的物體置于載物臺以被定位到物鏡前方時，執行定位甚至更加復雜。由于定位過程的執行不精確，所以有可能發生碰撞，從而可能導致物體或電子顯微鏡的元件的損壞。人們已經認識到，在粒子束顯微鏡內部對樣本進行定位是復雜的。因此，操作粒子束顯微鏡來在適當的時間內執行定位過程需要大量的經驗
發明內容
實施例提供了一種操作粒子束顯微鏡的方法，所述粒子束顯微鏡包括具有目標區域的物鏡，所述方法包括探測從結構發出的光線和/或粒子，其中所述結構包括物體表面的至少一部分和/或粒子束顯微鏡的載物臺表面的至少一部分；根據探測到的光線和/或粒子生成所述結構的表面模型；確定所述結構的表面模型相對于目標區域的位置和定向； 相對所述結構的表面模型確定測量部位；并根據所生成的所述結構的表面模型、根據所確定的所述結構的表面模型的位置和定向以及根據確定的測量部位定位所述物體。因此，提供了一種操作粒子束顯微鏡的方法，其允許相對于粒子束顯微鏡的元件， 具體而言是相對于物鏡，高精度地定位樣本。具體地，可以在物鏡的目標區域內以高精度在短時間內定位所述物體表面上要進行測量的部位。因此，即使對于沒有經驗的使用者，也可以在短時間進行測量。例如，粒子束顯微鏡可為掃描電子顯微鏡。粒子束顯微鏡的其它例子是聚焦離子束系統，特別是氦離子顯微鏡。結構表面模型的生成是根據探測到的光線和/或粒子進行的。表面模型可以僅僅根據探測到的光線而生成。換言之，表面模型僅由通過所探測到的光線而獲得的信息來生成。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過在對光線和/或粒子的探測之外附加進行的測量獲得的數值。因此，可以加快生成表面模型的速度。表面模型可以例如根據坐標測量設備進行的測量而確定。更進一步， 結構至少一部分的表面模型，特別是載物臺表面的至少一部分，可以基于CAD繪圖生成。可以采用光敏傳感器，特別是半導體傳感器，來探測光線。可由計算機生成表面模型。物體的定位可以包括由計算機控制的自動定位。此外，可以采用光敏圖像捕獲裝置探測光線。所述圖像捕獲裝置可包括圖像傳感器，例如CXD圖像傳感器。光敏圖像捕獲裝置可以例如包括相機，特別是CXD相機。光敏圖像捕獲裝置可以被配置和設置成能夠獲得數字圖像，其中所述數字圖像表示或顯示結構的至少一部分。另外，能夠想到的是，被探測光是激光束，該激光束被所述結構散射或反射。激光束可以由掃描所述結構的激光掃描儀產生。基于探測到的激光束，至少可以執行以下操作之一通過對光脈沖的往返時間計時進行飛行時間測量；相位比較和/或三角測量(triangulation)。所述光敏圖像捕獲裝置的圖像傳感器可以例如包括C⑶圖像傳感器和/或光敏二極管。所述光線的波長可以在400納米至700納米之間。光線可由光源發射且被結構散射或反射。例如，在粒子束顯微鏡的樣本室中，可以設置照亮樣本室的內部的光源。光線可以是激光束的光線，其由激光掃描儀產生，其中該激光掃描儀被配置成采用激光束掃描結構的表面。可替代地或附加地，光線從設置于所述結構處的光源發出也是可以想到的。所述光源可以例如是發光二極管(LED)。可以在物體和/或載物臺位于樣本室中時進行光線的探測。可替代地或附加地， 可以在物體和/或載物臺位于樣本室外時進行光線的探測。例如，光線的探測可以在粒子束顯微鏡的裝載鎖定室中進行。所述裝載鎖定室可以被配置從而物體首先被裝載到裝載鎖定室。在裝載鎖定室抽真空后，物體被傳送到樣本室。因此，為了插入新的樣本，樣本室不必透氣。因而，裝載鎖定室抽真空的時間可以被用來探測光線以及生成表面模型。光線的探測在真空系統外部進行也是可以想到的，所述真空系統包括裝載鎖定室和樣本室。例如， 光線的探測可以在大氣壓下進行。探測到的粒子可以為帶電粒子。所述粒子可以是電子。電子可以是次級電子和/ 或背向散射電子。此外，粒子可以是離子，例如氦離子或次級離子。粒子從所述結構發出。粒子可以從物體的被粒子束顯微鏡的初級束照射的一部分發出。換言之，粒子可以從初級束的撞擊位置或撞擊區域發出。初級束可以是可掃描的初級束。可以采用一個或多個粒子探測器來探測粒子。所述粒子探測器被配置從而使由粒子束撞擊位置發出的粒子被探測到。目標區域可以被定義為相對于粒子束顯微鏡的空間區域，其中粒子束顯微鏡被配置使得能夠從物體的布置在所述空間區域中的一部分獲得圖像。換句話說，目標區域可以表示能夠由粒子束顯微鏡的初級束掃描的空間區域。例如，物體是晶元或工件。掃描電子顯微鏡可以被用于獲得該晶元或工件的表面圖像。所述結構可以是一個表面。該表面可以是三維的。所述結構可以是一個包括物體表面的至少一部分和/或載物臺表面的至少一部分的表面。所述結構可包括通過定位設備能夠相對于目標區域移動的表面。進一步可以想到的是，所述結構包括粒子束顯微鏡的另一元件表面的至少一部分。進一步可以想到的是，所述結構不包括物體的全部或全部暴露的表面。所述結構不是必須包括物體的表面。例如，如果物體與載物臺的尺寸相比要小，所述結構包括載物臺表面的一部分而不包括物體表面的任一部分可能就足夠了。所述載物臺可以被定義成粒子束顯微鏡的一個元件，其被配置成將物體保持于其上以進行測量。例如， 所述載物臺可包括物體所附的表面。所述物體可以通過粘結劑和/或載物臺的螺釘附于載物臺。所述物體可以附于載物臺且所述載物臺可以附于定位設備。載物臺可以配置成在物體和定位設備之間提供機械連接。換言之，物體和載物臺可以通過定位設備而被同時定位在粒子束顯微鏡中。所述表面模型可以是表示結構的外形或形狀的的模型。換句話說，結構的表面模型可以是所述結構的數學表達。例如，表面模型與所述結構的最大距離可以小于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納米或小于10納米。可以沿表面模型的表面法線測量所述距離，其中所述表面模型相對于所述結構定位成使得距離平方的總和或積分最小。因此，表面模型能夠以預定的精度表示所述結構。表面模型的精度可以被選擇從而可以預定的定位精度相對于物鏡對所述結構進行定位。例如定位精度可以小于100納米，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維結構。例如，晶元的表面模型可以是圓盤，其中所述圓盤的邊緣表示晶元的外緣。表面模型可以是三維的表面模型。三維表面模型可以被定義從而其包括不平的表面。例如，三維表面模型可表示圓柱體或長方體的側面和頂面(即不含其底面)。例如，表面模型包括一系列的點或由其構成。換句話說，表面模型可包括點云或由其構成。點的數量可以，例如，大于10，大于100，大于1000或大于10000。此外，點的數量可以，例如小于101°點或小于IO9點。每個點可以由三維坐標值定義，其表示點在空間中相對于坐標系的位置。至少一部分點可以通過幾何體如線段，多邊形，平面段，弧面段和/或弧線段連接。所述平面段可以包括三角平面段和/或梯形平面段。對于每個點，該點和同它相鄰最近的點之間的距離可以，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納米或小于10納米。附加地或可替代地，表面模型可至少部分地基于仿樣函數(spline)。換言之，表面模型可以基于一系列多項式表面函數，其中多項式表面函數描述了表面模型的至少一部分。多個次數小于或等于四的多項式表面函數足以獲得表面模型的預定精度。表面模型進一步可包括標記，其中所述標記對應于結構上的標記。例如，所述結構可包括標記，所述標記可以通過對光線和/或粒子的探測而被探測到。這些標記可以，例如，是所述結構上的彩色編碼標記或部分，其具有的反射性不同于結構上環繞標記部分的反射性。物鏡可以是電子束物鏡或用于聚焦離子束的物鏡。此外，粒子束顯微鏡的其它元件，例如粒子探測器或用于物體準備的元件，也可包括目標區域。粒子探測器例如是次級電子探測器(也被稱作SE探測器)，用于X射線的能量色散探測器(也被稱作EDX探測器) 以及電子背向散射電子探測器(也被稱作EBSD探測器)。用于物體準備的元件的例子有噴氣系統，聚焦離子束系統(FIB)以及微操縱器。另外，表面模型相對于目標區域的位置和定向被確定。所述確定表面模型的位置和定向可包括表面模型的點進行插值。剛性體包括六個移動自由度。這六個移動自由度例如表達為三個平動坐標值以及三個旋轉角度值。在平動情況下，剛性體的所有點以相同的平動矢量移動。三個平動坐標值共同定義了剛性體的位置；在轉動情況下，剛性體的所有點以相對于旋轉軸的角度旋轉。 所述三個旋轉角定義了剛性體的定向。表面模型的定向可以由偏轉角，俯仰角，滾動角來表示或由歐拉角來表示。確定表面模型相對于目標區域的位置和定向，使得表面模型的位置和定向與所述結構相對于目標區域的位置和定向對準。可以基于結構的表面模型確定結構的表面模型的位置和定向。例如，由所確定的結構的表面模型可以知道結構的范圍和/或結構的標記之間的距離。此外，根據探測到的光線可以相對目標區域確定表面模型的位置和定向。具體地，位置和定向的確定可以基于光敏圖像捕獲裝置的數字圖像，其中所述數字圖像描繪了結構的至少一部分。附加地或可替換地，可以根據在計算機和定位設備之間傳輸的信號確定位置和定向。例如，所述定位設備可包括配置成測量結構的位置和/或定向的測量單元。附加地或可替換地，可以根據由控制器傳輸至定位設備的控制信號確定結構的位置和/或定向。所述控制器可以，例如，是計算機。附加地或可替換地，結構表面模型的位置和定向的確定可基于探測到的由所述結構發出的粒子。粒子探測器可以在初級束的不同的焦距下探測所述粒子。附加地或可替換地，結構表面模型的位置和定向的確定可基于描繪了結構的至少一部分的粒子顯微圖像。結構的定位可以由粒子束顯微鏡的定位設備進行。所述定位設備可包括一個或多個致動器。載物臺可被設置于定位設備。由此，定位設備被配置成通過控制一個或多個致動器，能夠在粒子束顯微鏡中相對于物鏡、相對于探測器和/或相對于用于物體準備的元件定位物體。所述定位可以，具體地，包括在物鏡的目標區域中定位測量部位。另外，定位還可以包括測量定向的調節。所述測量定向被定義為物體的用于進行測量的一個定向。測量定向例如可以由三個旋轉角度定義。測量部位可表示物體表面的被進行測量或獲取粒子顯微圖像的一部分。測量部位可以位于結構表面模型的外部。可以根據經由電腦的用戶輸入相對于表面模型確定測量部位。例如，基于所述表面模型在計算機顯示器上的二維圖示，用戶可以選擇他希望進行測量或獲得圖像的表面模型的一部分。根據用戶的輸入，計算機可以相對于表面模型確定或計算測量部位。根據確定的表面模型進行定位。所述定位可以包括結構表面模型的點進行插值。 根據表面模型和相對于所述表面模型的測量部位，可以確定定位方向以使測量部位位于目標區域中。此外，基于表面模型，用戶或計算機可以確定在哪個測量定向進行測量或獲取圖像。物體的定位可以由計算機控制。但是，用戶手動控制物體的定位也是可以想到的，其中例如結構的表面模型、結構表面模型的位置和定向以及測量部位被顯示于計算機的顯示器上。根據用戶的輸入，計算機定位所述物體。根據另一個實施例，物體的定位進一步包括定位路徑的確定。所述定位路徑可以由計算機根據表面模型、所確定的表面模型相對于目標區域的位置和定向、測量部位和/ 或測量定向確定。所述定位路徑可以被確定以使所述測量部位位于目標區域中。此外，定位路徑可被確定從而在不發生碰撞的情況下進行定位。根據一實施例，物體的定位包括將測量部位設置在目標區域內。根據另一個實施例，所述方法進一步包括在將測量部位設置于目標區域內之后調節物鏡的焦點。通過根據所述方法將測量部位設置于目標區域內，使所述結構相對于物鏡的位置和定向以相對更高的精度被獲知。通常以一定精度調節掃描電子顯微鏡的焦點，該精度在幾納米(nm)至幾微米(ym)的范圍內，取決于掃描電子顯微鏡的設定放大率。焦點的調節可以通過根據獲得的粒子顯微圖像來設定粒子束光學系統的操作參數而自動地執行。高精度確定結構位置和定向的結果是，焦點的自動調節得到緩解。因此，具體地，焦點的調節可以在短時間內進行。根據一實施例，所述方法進一步包括生成粒子束顯微鏡的顯微鏡部分的表面模型；組合所述結構的表面模型和顯微鏡部分的表面模型以形成組合表面模型；以及，根據組合表面模型計算結構的表面模型和顯微鏡部分表面模型之間的距離；其中物體的定位包括監視所述距離。因此，可以在粒子束顯微鏡中快速的移動物體而避免碰撞的危險，所述碰撞可能損壞物體或粒子顯微鏡。具體地，能夠對具有復雜的幾何形狀的物體或一起安置于載物臺上的多個物體進行安全的定位。顯微鏡部分可以至少是粒子束顯微鏡的元件表面的一部分。所述元件例如是樣本室，探測器，操縱器，供氣裝置和/或物鏡。組合表面模型可以被定義成表面模型，在該表面模型中結構的表面模型和顯微鏡部分的表面模型的互相相對布置對應于在樣本室中結構和顯微鏡部分的相對布置。可以通過計算機來實現表面模型的組合。顯微鏡部分的表面模型可包括點和/或幾何物體，例如關于結構的表面模型所描述的。組合以生成組合表面模型可以包括相對于顯微鏡部分的表面模型確定結構的表面模型的位置和定向。相對于顯微鏡部分的表面模型確定結構的表面模型的位置和定向可包括獲得表示或示出所述結構的至少一部分的數字圖像，其中所述數字圖像從相對于顯微鏡部分的觀察點位置獲得。所述數字圖像可以由光敏圖像捕獲裝置生成，和/或數字圖像可以是粒子顯微圖像。另外，所述數字圖像可以示出顯微鏡部分的至少一部分。所獲得的數字圖像隨后可與結構的表面模型進行比較。根據比較，可以確定結構的表面模型相對于顯微鏡部分的表面模型的位置和定向。所述比較可包括數字圖像的分害ι]。所述分割包括下述方法之一或其組合面向像素的方法，面向邊緣的方法，面向區域的方法，基于模型的方法，基于紋理的方法和/或面向色彩的方法。具體地，所述比較可包括根據于結構的表面模型的基于模型分割方法。附加地或可替代地，所述方法可包括從數字圖像中提取特征，其中所提取的特征涉及結構的表面模型的特征。這類特征例如是邊緣，表面形貌，和/或可探測的標記。所述比較可包括應用程序來進行邊緣探測，頻率濾波和/或圖案識別。此外，所述比較可包括對表面模型的點進行插值。附加地或可替代地，組合以形成組合表面模型可以基于計算機和定位設備之間傳輸的信號來實現。例如，定位設備可包括測量單元，其被配置用于確定結構相對于顯微鏡部分的位置和定向。此外，結構的表面模型相對于顯微鏡部分的表面模型的位置和/或定向可以根據控制信號確定，該控制信號從控制器傳輸到定位設備。所述控制器可以是例如計算機。可替代地或附加地，組合以形成組合表面模型可以基于探測到的從所述結構發出的粒子來實現。粒子探測器可以在初級束的不同的焦距下探測粒子。可替代地或附加地，結構的表面模型相對于顯微鏡部分的表面模型的位置和定向可以根據粒子顯微圖像確定，所述粒子顯微圖像表示或示出了所述結構的至少一部分。根據所述組合表面模型，結構和顯微鏡部分之間的距離是能夠確定的。可以根據所確定的距離來探測顯微鏡部分和所述結構之間面臨的碰撞。根據一實施例，所述方法包括根據組合表面模型確定定位路徑。所述定位路徑可由計算機計算。所述距離可表示結構和顯微鏡部分的最小距離。兩個物體之間的最小距離可以通過確定兩個物體上任意兩點間的最小距離來確定，其中通過兩點之間的線連接兩個物體。例如，距離的確定可包括比較點對之間的距離，其中每一對包括顯微鏡部分表面模型上的一點和結構的表面模型上的一點。根據比較，可以確定所有點對中距離最小的一點對。所述距離可以由計算機計算。此外，距離的確定可包括對結構表面模型的點進行插值和/或對顯微鏡部分表面模型的點進行插值。距離的確定可包括確定或計算點對之間的距離，其中每個點對包括結構上的一點和顯微鏡部分上的一點；且確定所有點對中距離最小的一點對。根據表面模型來確定碰撞的算法公開于由Fraimhofer IRB出版社出版的Gabriel Zachmann (達姆施塔特技術大學)的博士論文“Virtural Reality inAssembly Simulation-Collision Detection, Simulation Algorithms and Interaction Techniques"；其內容這里全文引用。此外，碰撞探測的算法公開于Dominik Henrich等人的文章"Schnelle Kollisionserkennung durch parallele Abstandsberechnung，，，出版于 13. Fachgespraech Autonome Mobile Systeme (AMS ‘97)，斯圖加特，10 月 6 號至 7 號， 1997，由Springer出版社出版，“hformatik Aktuell”系列，其內容在這里全文引用。所述距離的監視可包括當所述距離低于預定或預定的容許距離時，通過粒子束顯微鏡系統發出通知或警告信號。可替代地或附加地，可以想到當所述距離小于容許距離時， 定位設備對載物臺的定位將自動停止。所述容許距離可以是預定的。所述容許距離可以被確定從而防止結構和顯微區域之間的碰撞。此外，容許距離的確定可以考慮結構和顯微鏡部分被組合表面模型所近似的精度。根據另一實施例，物體的定位包括根據組合表面模型確定定位路徑。定位路徑的確定可包括沿著定位路徑確定結構表面模型和顯微鏡部分表面模型之間的距離。物體的定位可根據確定的定位路徑實現。通過借助計算機自動地確定定位路徑，可以在不發生碰撞的同時快速自動的定位。但是，也可以想到的是用戶可以手動進行定位，其中定位移動可能導致的碰撞可以通過通知，警告信號，和/或定位過程的中止來避免。根據另一實施例，相對于目標區域確定結構表面模型的位置和定向包括從所述結構的至少一部分生成數字圖像；并將結構的表面模型與該數字圖像進行比較。所述數字圖像可以用光敏圖像捕獲裝置獲得。可替代地或附加地，可以通過用粒子束顯微鏡的初級束掃描結構的一部分獲得數字圖像。所述數字圖像可以是粒子顯微圖像。所述比較包括識別數字圖像的特征，其中數字圖像的特征與結構的表面模型的特征或組合表面模型的特征相對應。換句話說，所述比較包括識別表面模型的表現或表示于數字圖像中的特征。所述特征可以，例如，包括邊緣，標記，和/或結構和/或顯微鏡部分的表面形貌。所述比較可包括應用程序來進行邊緣探測，頻率濾波和/或圖案識別。此外，所述比較可包括對表面模型的點進行插值。所述比較可包括分割數字圖像。所述分割可包括下列方法之一或其組合面向像素的方法，面向邊緣的方法，面向區域的方法，基于模型的方法，基于紋理的方法。具體地，所述比較可包括根據結構的表面模型進行分割的基于模型的方法。數字圖像可以與結構表面模型的二維圖像進行比較。所述二維圖像可以通過在給定的位置和定向上將表面模型投射于一平面來生成。該二維圖像可以與數字圖像比較以確定所述給定的位置和定向是否與結構的位置與方向相對應。根據另一個實施例，相對于目標區域確定結構表面模型的位置和定向是基于數字圖像，基于圖像捕獲裝置的觀察點位置以及基于所述結構的表面模型而進行的。根據另一個實施例，所述方法進一步包括相對于結構的表面模型以及相對于測量部位確定第二測量部位；根據測量部位和第二測量部位重新定位物體。根據結構的表面模型可進一步實現重新定位。相對于結構表面模型的測量部位可以被存儲，具體地，存儲于計算機的存儲設備中。存儲相對于表面模型的測量部位可包括存儲點相對于表面模型的坐標。可替代地或附加地，相對于表面模型的測量定向可以被存儲。 所述測量定向可以被定義為結構在進行測量時的定向。第二測量部位可以是與存儲的測量部位相同的測量部位。因此可以再次找到已測量的部位。因此，可以通過操作定位設備使得物體被移動后重新調節測量定向和/或再次尋找測量部位。物體可以被移動，例如，以在粒子束顯微鏡外部進行準備。這允許獲得對完全相同的部位和/或完全相同的定向的測量。此外，可以將存儲的由粒子束顯微鏡獲得的圖像分配到存儲的測量部位和/或測量定向。根據另一實施例，所述方法進一步包括生成表示測量部位的至少一部分的粒子顯微圖像；識別粒子顯微圖像的區域；根據被識別的區域調節物體的位置和/或定向。基于粒子顯微圖像的識別區域的所述調節可以比基于結構表面模型定位的精度高的精度實現。換句話說，基于所述結構表面模型的定位能夠提供粗定位，其后是基于粒子顯微圖像的識別區域實現的精確定位。具體地，可以以與粒子顯微圖像的分辨率對應的精度可再現地再次找到測量部位。粒子顯微圖像的區域的識別可包括將粒子顯微圖像與存儲的粒子顯微圖像進行比較。存儲的粒子顯微圖像可以在之前的定位過程中獲得。因而，可以識別物體的已經獲得了粒子顯微圖像的一部分。另外，粒子顯微圖像的區域的識別可包括粒子顯微圖像的分害I]、粒子顯微圖像的邊緣探測和/或頻率濾波。因此，在粒子顯微圖像中可以確定要通過粒子束顯微鏡而被研究的特征。基于粒子顯微圖像的被識別區域，可以確定定位路徑用于以較高放大率獲得被識別區域的圖像。計算機可配置成根據被識別區域進行定位。根據一實施例，對光線和/或粒子的探測包括在多個不同焦距下探測光線和/或粒子。所述焦距可以是光敏圖像捕獲裝置的焦距和/或初級束的焦距。初級束的焦距可為從粒子束顯微鏡的粒子光學系統的參考點到粒子顯微鏡的初級束的束腰的距離。所述參考點可以是例如物鏡的主平面或粒子束顯微鏡的粒子光學系統的元件。光敏圖像捕獲裝置的焦距可以是光敏圖像捕獲裝置的光學系統例如透鏡組的焦距。根據一實施例，結構表面模型的生成進一步包括根據以多個焦距探測到的光線和/或探測到的粒子生成一系列圖像區域堆棧；其中，作為多個堆棧中的同一堆棧的一部分的圖像區域，表示所述結構的同一部分；根據相應堆棧的圖像區域為多個堆棧中的每一堆棧確定對焦(in-focus)區域。每個圖像區域可以是數字圖像的一組像素。數字圖像可以在光敏圖像捕獲設備和 /或初級束的焦距下獲得。每個圖像區域的生成可以通過從數字圖像中選擇像素來實現。 圖像區域的所有像素可以在相同的焦距下生成。構成同一堆棧的部分的圖像區域，表示著所述結構的同一部分。構成不同堆棧的部分的圖像區域可以表示結構的不同部分。結構的不同部分可以是相鄰的。所述相鄰部分可以是不交疊的。可替代地，不同部分可以相互部分交疊。此外，不同部分可以彼此空間上隔開。對焦區域的確定是通過從一個堆棧中的所有圖像區域中確定一個具有最高分辨率的圖像區域。對焦區域的確定可以包括比較堆棧中的所有圖像區域。對焦區域的確定可以包括確定堆棧中每個圖像區域的圖像數據值的頻率，特別是空間頻率。所述頻率可以是圖像區域一行和/或一列的頻率。例如，頻率的確定可以包括確定傅立葉變換，特別是圖像區域的圖像數據的至少一部分的離散傅立葉變換。例如，在其功率譜具有最高頻率的圖像區域就是對焦區域。另外，對焦區域可以是在預定的頻率或在預定的頻率范圍內在功率譜中具有最大功率值的圖像區域。附加地或可替代地，對焦區域的確定可包括確定堆棧中圖像區域的圖像數據值的差異和/或梯度。例如，與相鄰圖像數據值具有最大的絕對值差異的圖像區域被確定為對焦區域。附加地或可替換地，對焦區域的確定可包括對堆棧的每個圖像區域使用邊緣探測濾波器。可以根據相應堆棧的圖像區域的像素數據值來確定對焦區域。可替換地或附加地，可以根據圖像區域外部的像素來確定對焦區域。例如，對焦區域的確定可以基于與相應堆棧的圖像區域的像素相鄰或空間上隔開的像素來實現。因而，特別地，圖像區域可以由一個像素構成。根據另一實施例，所生成的圖像區域的至少一部分中的每個圖像區域是一個獨立的像素簇。一個像素簇可被定義為組像素，其中每個像素與該像素簇的至少一個其它像素相鄰(即不空間上隔開)。獨立的像素簇可以被定義為這樣一個像素簇，其中所述獨立像素簇的每個像素都與不同堆棧的另一圖像區域中的像素空間上隔開。換句話就是，由像素簇表示或示出的結構的部分既不相鄰也不交疊，而是與由其它圖像區域所表示的結構的部分空間上隔開，其中所述其它圖像區域構成不同堆棧的部分。每個獨立像素簇可以包括1至8個像素，1至50個像素，1至500個像素，1至1000 個像素，或1至10000個像素。具體地，一個像素簇可以由一個單獨的像素構成。第一和第二像素簇之間的最小距離可以定義為第一像素簇中的像素與第二像素簇中的像素之間所有距離中的最小距離。不同堆棧中的像素簇之間的最小距離可以是像素的直徑的10倍以上，100倍以上或1000倍以上。換言之，由不同堆棧中的獨立像素簇所表示的結構的區域間的距離，可以比圖像區域中像素間的采樣距離大許多倍。采樣距離可以被定義為所述結構的由像素表示的一部分的直徑。獲得圖像區域的圖像數據包括采用初級束掃描結構區域，所述結構區域連接獨立像素簇。隨后獨立像素簇可以從獲得的圖像中截取。因而，可以僅有少量的像素數據值需要被計算機處理以生成結構的表面模型。可替代地，圖像區域的生成可包括跳過對連接獨立像素簇的結構區域的掃描。換句話說，連接獨立像素簇的結構部分不會被初級束掃描。從而可以在短時間內生成具有相對大的結構的表面模型。根據另一實施例，所述方法進一步包括根據探測到的光線和或探測到的粒子，生成表示結構的至少一部分的數字圖像數據，其中結構表面模型的生成是基于數字圖像數據進行的。數字圖像數據可以是一組像素特別是數字圖像的像素數據值。所述像素數據值可以表示顏色和/或灰度標值。所述數字圖像數據值可以表示所述結構的至少一部分。該數字圖像數據可以通過光敏圖像捕獲裝置和/或初級束的掃描獲得。根據數字圖像數據，表面模型可由計算機計算。這樣的算法，例如在Theo Moons, Luc van Gool 以及 Maarten Vergauwen 發表于"Foundations and Trends in Computer Graphic and Vision” 第 4 卷，第 4 期，287 至 404 頁的文章 “3D Reconstruction from Multiple Images =Part 1 Principles”中被描述，該文章的內容在這里全文引用。此外， 這樣的算法在 G. Frankowski 和 R. Hainch 發表于"Proceedings of SPIE Photonics West 2009，，的文章 ‘‘DPL-Based 3D Metrology by Structured Light or projected Fringe Technology for Life Sciences and Industrial Metrology，，中被描述；其內容在此處全文引用。另外，所述算法在Qi Pan等發表于英國機器視覺協會，倫敦“BMVC 2009”會議論文集中的文章"ProFORMA :Probabilistic Feature-based On-line Rapid Model Acquisition"(http://www. bmva. org/bmvc/2009/index. htm ^h) 43 述，該文章的內容在此處全文引用。替代地或附加地，可以想到例如，基于對所述結構進一步的測量，獲得根據數字圖像數據而改進的粗略的模型。例如，載物臺表面的至少一部分的表面模型可以被存儲于存儲設備中。根據數字圖像數據，存儲的載物臺表面部分的表面模型被增補以生成所述結構的表面模型。因此，可以在短時間內從數字圖像數據獲得結構的表面模型。相對于目標區域或相對于顯微鏡部分的表面模型的位置和定向可以根據數字圖像數據而被確定。例如，獲取數字圖像數據時所處的相對于目標區域的觀察點位置、圖像方向和/或數字圖像數據的放大率可以是已知的。因此，可以確定表面模型的位置和定向。所述結構的數字圖像的獲取可通過光敏圖像捕獲裝置例如相機來實現。根據另一實施例，基于數字圖像數據生成表面模型包括數字圖像數據的分割。所述分割可進一步包括下述分割方法之一或其組合面向像素的方法，面向邊緣的方法，面向區域的方法，基于模型的方法和基于紋理的方法。面向像素的方法的例子是閾值法。面向邊緣的方法例如有利用Sobel算子，利用Laplace算子和/或梯度探測。面向區域的方法例如有區域生長，區域切分，金字塔連接和切分和組合。基于模型方法的例子是Hough變換。基于紋理的方法的例子是共生矩陣和紋理能量測量(Texture-Energy-Measure)。根據另一實施例，數字圖像數據的生成包括從至少兩個不同的成像方向生成數字圖像數據。所述從至少兩個不同成像方向獲得的圖像數據可以表示立體圖像數據。例如從相對于所述結構的不同成像方向獲得兩個或多個圖像。根據所述立體圖像數據，可以確定結構的表面模型，結構的表面模型相對于目標區域的位置和/或取向，和/或結構的表面模型相對于顯微鏡部分的表面模型的位置和取向。從不同成像方向獲得數字圖像可以例如包括結構相對于光敏圖像捕獲裝置和/ 或相對于初級束的方向和/或位置上的變化。例如結構的方向和/或位置可以通過定位設備改變。所以，所述結構可以通過相機或初級束從不同的成像方向成像。一個成像方向可被定義為矢量，該矢量平行于光敏圖像捕獲裝置的光軸或平行于粒子光學系統的光軸。附加地或可替代地，成像方向可以通過改變初級束相對于粒子束顯微鏡的光軸的撞擊方向來得到改變。附加地或可替代地，光敏圖像捕獲裝置相對于樣本室的位置變化可導致光敏圖像捕獲裝置成像方向的變化。附加地或可替代地，光敏圖像捕獲裝置可具有多于一個的成像方向。例如，光敏圖像捕獲裝置可包括多個相機，其被布置成使得它們相對于結構具有不同的成像方向。例如， 光敏圖像捕獲裝置包括兩個，三個或多個相機。附加地或可替代地，粒子光學系統可以提供第一成像方向，光敏圖像捕獲裝置可以提供第二成像方向。根據另一實施例，光線的探測包括探測在結構處被反射的激光束。由被反射的激光掃描儀的激光束生成表面模型的算法公開于Christian Teutsch (馬格德堡大學，馬格德堡，德國)撰寫的博士論文“Model-based Analysis and Evaluation of Point Sets from Optical 3D Laser Scanners", Shaker HjlKliHjlK, H 措根拉特，德國，該文章的內容在這里全文引用。例如，粒子束顯微鏡包括激光掃描儀，所述激光掃描儀配置成掃描所述結構和/ 或顯微鏡部分的至少一部分。所述激光掃描儀可以被配置從而通過執行下述步驟的至少之一來探測反射激光束測量飛行時間，特別是通過對光脈沖的往返時間進行計時，進行相位比較和/或執行三角測量。此外，所述激光掃描儀可以配置成根據探測到的反射激光束確定結構的位置和定向。因此，可以確定結構的表面模型相對于目標區域的位置和定向。根據另一實施例，結構表面模型的生成包括在結構相對于圖像獲取設備和/或相對于物鏡的第一位置，生成結構的第一部分的第一表面模型；在結構相對于圖像獲取設備和/或相對于物鏡的第二位置，生成結構的第二部分的第二表面模型；以及將第一表面模型和第二表面模型組合成結構的表面模型。因而，可以生成比較大的表面模型，該表面模型擴大了圖像捕獲裝置或粒子顯微鏡的視場。具體地，這使得能夠用粒子顯微鏡生成擴展物體的表面模型。第一和第二表面模型的生成可以基于探測到的光線和/或粒子。第一表面模型和第二表面模型可以是相鄰且非交疊的。可替換地，第一表面模型和第二表面模型部分交疊。實施例示出了粒子束顯微鏡系統，其包括具有目標區域的物鏡；載物臺，配置成使得物體可以置于載物臺上；配置成相對于目標區域調節載物臺的位置和/或定向的定位設備；配置成用于探測從結構發出的光線和/或從結構發出的粒子的探測設備，其中所述結構包括載物臺表面的至少一部分和/或物體表面的至少一部分；計算機，其被配置成與定位設備和探測設備進行信號通信，其中所述計算機進一步被配置為根據探測到的光線和/或探測到的粒子生成結構的表面模型；確定結構的表面模型相對于目標區域的位置和定向；相對于結構的表面模型確定測量部位；以及根據所確定的結構的表面模型，結構表面模型的位置和定向以及測量部位定位物體。因此，得到能夠在短時間內自動、快速且易于執行地實現物體相對于物鏡的定位的粒子束顯微鏡。計算機可以被配置成自動執行物體的定位。所述計算機將結構的表面模型，結構表面模型的位置和定向以及測量部位顯示于顯示器上也是容易想到的。所述計算機可進一步配置成根據用戶的輸入定位物體。例如，所述計算機可被構造成根據用戶的輸入相對于結構的表面模型確定測量部位。


通過對本發明下述實施例的具體描述，本發明前述的以及其它的優點將更為顯見。值得注意的是，并非本發明的所有可能的實施例都必須體現出這里所提到的每個或所有優點。圖1示意性地示出根據一示例性實施例布置成靠近物鏡和BSE探測器的物體和載物臺；圖2示意性地示出根據一示例性實施例的粒子束系統；圖3示意性地示出根據一示例性實施例的方法獲得的結構的表面模型；圖4示意性地示出根據一示例性實施例得到的組合表面模型；圖5示意性地示出根據一示例性方法確定表面模型的位置和定向；圖6是示意性示出操作粒子束顯微鏡的示例性方法的流程圖；圖7是示意性示出操作粒子束顯微鏡的另一示例性方法的流程圖；圖8示意性地示出通過采用如圖2所示的粒子光學系統的不同焦距獲得結構的表面模型；圖9示意性地示出從多個粒子顯微圖像生成結構的表面模型；圖10示意性地示出根據圖8和9所示的示例性方法生成的結構的表面模型；圖Ila及lib示意性地示出如圖8和9示出的示例性方法生成的結構的表面模型， 其中所述結構大于粒子束顯微鏡的視場；圖12示意性地示出根據一示例性實施例從粒子顯微圖像生成結構的表面模型。
具體實施例方式應當注意的是本文中用于說明書或權利要求中的“包括”，“包括”，“有”以及“具有”以及語法變換，表明諸如所聲稱的元件，附圖，整體，步驟或類似的技術特征的存在，而決不排除一個或多個替代特征，特別是其它元件，附圖，整體，步驟或它們的組合的存在或添加。圖1示意性地示出一結構，該結構接近于粒子束顯微鏡的物鏡30設置，所述粒子束顯微鏡例如是掃描電子顯微鏡。物鏡30具有光軸OA和目標區域OR。目標區域OR是粒子束顯微鏡的粒子束在其中聚焦的空間區域，。換言之，設置在目標區域OR中的物體的表面區域可通過粒子束顯微鏡成像。目標區域OR位于與物鏡30間隔工作距離WD的位置。所述工作距離WD和目標區域OR的范圍取決于粒子束顯微鏡的粒子光學系統的設計以及所述粒子光學系統的操作參數，例如；放大率。第一物體10，第二物體11以及第三物體12安置于載物臺20上，載物臺20與定位設備相連，未在圖1中示出。所述定位設備被配置從而載物臺20可以獨立地沿著坐標系的X軸，Y軸和Z軸移動。這以雙箭頭50，51和53示出。因此，定位設備被配置為以三個自由度定位載物臺。所述定位設備進一步被配置使得載物臺20可以繞著X軸，Y軸和Z軸旋轉。在圖1中，這通過箭頭M，55和56示出。因此，定位設備可以被配置從而載物臺20 可以以六個自由度定位。定位設備可包括一個或多個致動器。所述致動器可以是壓電致動器和/或步進電機。
在物鏡30的端面設置有探測器40，探測器40構造成探測在物體10處被散射的背向散射粒子。當粒子束顯微鏡為掃描電子顯微鏡時，探測器40可為BSE探測器(背向散射電子探測器)。所述粒子束顯微鏡可包括其它粒子探測器，這在圖1中沒有示出。
為了獲得第一物體10的表面上的部位M的電子顯微圖像，第一物體10必須布置于某一位置和定向，從而使部位M位于目標區域OR內。所述定向可以例如由三個角度限定。
載物臺20可包括標記21，22。所述標記21，22被配置從而它們在諸如CXD相機之類的光敏圖像捕獲裝置的圖像中可以被探測到，和/或通過用粒子束顯微鏡的初級束掃描所述標記可以被探測到。
在參照下圖進行討論的所述實施例中，為了相對于物鏡30精確的定位物體10， 11，12，而從結構生成表面模型。所述結構包括物體10，11，12的表面的一部分和/或載物臺20表面的一部分。附加地或可替代地，也可生成顯微鏡部分的表面模型(例如物鏡30 和/或探測器40的一部分)以確保無碰撞地定位物體10，11，12。
可以從例如設置于顯微鏡的樣本室和/或裝載鎖定室中的相機的圖像生成表面模型。所述表面模型也可以從粒子顯微圖像和/或使用激光掃描儀生成。
圖2示意性地示出了根據一實施例的粒子束顯微鏡系統1。該粒子束顯微鏡系統 1可包括掃描電子顯微鏡。樣本室80包括配置成將樣本室80排空至適于用初級束進行測量的真空水平的真空抽吸系統83。真空抽吸系統83可包括前置泵和渦輪分子泵。用于執行測量的真空水平可以在Imbar到KTmbar的范圍內。為了在不使樣本室80通風的前提下更換樣本10，11，12，裝載鎖定室85可以被連接到包括另一個真空抽吸系統81的所述樣本室80。附于載物臺20的樣本10，11，12首先被放入裝載鎖定室85，在排空裝載鎖定室85 后，所述樣本10，11，12和載物臺20從裝載鎖定室85傳送至樣本室80，并使載物臺20附于粒子束顯微鏡的定位設備60。
粒子束顯微鏡包括設置于樣本室80中的第一相機31，如CXD相機。第一相機31 被配置成至少獲取第一物體10表面的一部分和/或載物臺20表面的一部分的數字圖像。 第一相機31通過第一信號線34連接于粒子束顯微鏡系統1的計算機70。計算機70包括存儲設備71。所述存儲設備71配置成儲存第一相機31的數字圖像。定位設備60被配置從而第一相機31從不同的成像方向對第一，第二和第三物體10，11，12以及載物臺20進行成像。例如，定位設備60可以以預定的角度繞Z軸旋轉，從而使第一相機31可從至少兩個不同的成像方向對第一，第二和第三物體10，11，12和/或載物臺20進行成像。計算機70 根據第一相機31的圖像計算所述結構的表面模型，所述結構至少包括載物臺20和/或第一，第二，第三物體10，11，12的表面的一部分。
粒子束顯微鏡1可以進一步包括也設置于樣本室80中的第二相機32，如C⑶相機。第二相機32和第一相機31相對于所述結構具有不同的成像方向。通過使用兩個相機，可以從不同的成像方向獲得結構的數字圖像，而無需改變定位設備60的結構的位置或定向。
粒子束顯微鏡系統1進一步包括具有物鏡30的粒子光學系統39。物鏡30包括朝向粒子光學系統39的物平面的端面。在所述端面，可設置探測器40，例如BSE探測器。所述探測器連接到樣本室80的壁或接收于粒子光學系統中也是容易想到的。所述粒子光學系統39以及探測器40通過第三信號線37連接至計算機70。通過第三信號線37，控制信號在計算機70和粒子光學系統39之間傳送。根據探測器40的信號，計算機70生成表示數字圖像的粒子顯微圖像。
由第一相機31和/或第二相機32獲得的、和/或根據探測器40的信號生成的數字圖像被儲存于存儲設備中且隨后被計算機70處理。根據所述數字圖像，計算機70計算所述結構的表面模型。該結構可被用于相對于物鏡定位物體10，11，12以獲得粒子顯微圖像。
計算機70進一步配置成根據數字圖像計算粒子束顯微鏡系統1的顯微鏡部分的表面模型。可替換地，計算機可以根據CAD模型計算顯微鏡部分的表面模型是可能的。所述顯微鏡部分可以，例如，是物鏡30的物方端部的表面和/或所述探測器40表面的一部分。 所述計算機70進一步配置成組合結構的表面模型和顯微鏡部分的表面模型以形成組合表面模型。所述組合表面模型可被用來監視結構和顯微鏡部分的距離以避免在定位過程中發生碰撞。
第三相機33，例如CXD相機，可設置于裝載鎖定室85中。所述第三相機通過第四信號線36連接于計算機70。此外，裝載鎖定室85可包括定位設備，定位設備被配置從而第三相機33從相對于所述結構的不同成像方向獲得數字圖像。在裝載鎖定室85中，可以設置不止一個相機。裝載鎖定室中的相機可以被配置成相對于所述結構具有不同的成像方向。
裝載鎖定室85中的相機可以被配置成生成示出或表示結構的至少一部分的數字圖像數據，從而基于數字圖像數據可以計算結構的表面模型。在裝載鎖定室中，相機的視場不會由于物鏡和/或探測器的存在而受阻擋。
根據生成的表面模型，可以通過比較表面模型和在樣本室中生成的數字圖像來確定樣本室80中結構的位置和定向。
圖3示出了生成的結構的表面模型90。在圖3所示的示例中，所述結構包括第一， 第二和第三物體10，11，12的頂面和側面。此外，所述結構包括載物臺20的頂面。載物臺的那些沒有被結構的表面模型90表示的表面在圖3中用虛線表示。結構的表面模型90包括多個點91，其中多個點91通過幾何體連接，所述幾何體例如為線段或平面段91A。
此外，結構的表面模型90包括標記97，98，標記97，98表示圖1所示的結構上的標記 21，22。
生成結構的表面模型90之后，計算機70 (如圖2所示)被配置成確定表面模型90 相對于目標區域OR的位置和定向，這將參照圖4詳細討論。
所述計算機70進一步配置成在計算機70的顯示器72上示出二維圖示 (r印resentati0n)73，如圖2所示。其允許用戶選擇一個他希望進行測量的部位。所述用戶可以選擇顯示器上圖示73的視圖。根據選擇的視圖，用戶能夠更容易的確定他希望在什么部位進行測量。圖示73可以交疊于示出結構和/或顯微鏡部分的相機圖像。
根據用戶的輸入，計算機70相對于表面模型90確定測量部位P。測量點P對應于將進行測量的部位M(如圖1所示)。
根據相對于目標區域OR確定的表面模型90的位置和定向，并根據測量部位P，計算機計算定位路徑T。
定位路徑可包括平移和/或旋轉運動。在圖4中，定位路徑T示意性的表示為矢量，其連接測量部位P和目標區域OR。但是，定位路徑T包括弧形平移路徑也是容易想到的。在確定了定位路徑T后，計算機向定位設備60傳遞控制信號，以將對應于測量部位P 的結構上一部位布置在目標區域OR中。
圖4以示例方式示出通過組合結構的表面模型90和顯微鏡部分的表面模型92而生成的組合表面模型93。在本文中，詞語“組合”可以被理解為將結構的表面模型90和顯微鏡部分的表面模型92相對于彼此布置，使得它們表示出結構相對于于粒子束顯微鏡中的顯微鏡部分的位置和定向。
顯微鏡部分的表面模型92可以根據探測到的光線生成。替代地或附加地，顯微鏡部分的表面模型92可以根據基于接觸的測量確定。所述基于接觸的測量可以通過坐標測量機實現。
計算機70被配置成根據組合表面模型93計算結構的表面模型90同顯微鏡部分的表面模型92之間的距離D。例如，所述計算機計算組合表面模型93的所有點對之間的距離，其中每個點對包括結構的表面模型90的一點和顯微鏡部分的表面模型92的一點。根據所確定的點對距離，確定最小距離D。所述距離D，如圖4所示，是顯微鏡部分的表面模型 92的點Q和結構的表面模型90的點R之間的距離。在距離D小于預定允許距離時，粒子束顯微鏡發出警告信號或通知。此外，粒子束顯微鏡系統1可配置成停止造成顯微鏡部分和結構之間的距離小于該允許距離的定位移動。所述粒子束顯微鏡系統1配置成根據組合表面模型93確定定位路徑T，其中確定定位路徑T從而避免顯微鏡部分和結構之間的碰撞。
圖5以示例方式示意性地示出確定結構的表面模型相對于目標區域的位置和定向。當生成表面模型90后，第一相機31(如圖2所示)獲得數字圖像94，如圖5所示。換句話說，第一相機31是粒子束顯微鏡系統1的位置采集相機。所述計算機70配置成比較數字圖像94和結構的表面模型90。例如，數字圖像94與表示處于不同定向和位置的表面模型的二維圖示90A，90B比較。所述比較可以，例如，包括從數字圖像94中提取結構90的邊緣96以及比較邊緣96和表面模型90的圖示90A的邊或緣96A。此外，所述比較可以包括通過表面模型90的圖示90A中的標記99A提取數字圖像94中所示的標記99。所述邊緣 96A和/或標記99的提取可包括對數字圖像94分割。
根據比較，二維圖示90A被確定以表示結構的位置和結構。由此，確定結構的表面模型90的位置和定向。
可以想到的是，表面模型90的位置和定向的確定包括相對于所述結構從至少兩個不同成像方向確定數字圖像。所述數字圖像可以表示立體圖像數據。
圖6是通過使用結構的表面模型90在粒子束顯微鏡系統1中定位物體的示意性方法的流程圖，所述粒子束顯微鏡系統1如圖2所示，所述結構的表面模型90如圖3所示。 對從結構發出的光線的探測100通過第一和/或第二相機31，32實現。根據結構的幾何形狀和/或計算表面模型90的所需精度，第一相機31的一個或多個圖像足以計算結構的表面模型90。所需的表示數字圖像數據的數字圖像，通過第一和第二信號線34，35傳遞到計算機70，且存儲于存儲設備71。根據獲得的數字圖像，表面模型90的生成101通過計算機 70實現。所生成的表面模型90存儲于計算機70的存儲裝置71中。
可替代地或附加地，計算機70可以被配置成根據粒子探測器，例如圖2所示的探測器40，的信號計算表面模型。由探測到的粒子計算結構的表面模型的示例性實施例將參考圖9至12進行討論。
根據已知的觀察點位置，第一和/或第二相機31，32的已知的成像方向和已知的放大率和/或根據生成的表面模型90，實現相對于目標區域OR對結構的表面模型90的位置和定向的確定102。
可替代地或附加地，相對于目標區域對結構表面模型的位置和定向的確定102可以根據定位設備60和計算機70之間的信號實現。
可替代地或附加地，結構的表面模型90的位置和定向的確定102取決于粒子探測器例如圖2所示的粒子探測器40的信號。具體地，結構的表面模型的位置和定向的確定 102依賴于粒子顯微圖像。
所述計算機70配置成在顯示器72上顯示表面模型的二維圖示73。根據所示的圖示73，用戶可以選擇他希望獲得粒子顯微圖像的部位。根據用戶的輸入，所述計算機相對結構的表面模型90來執行測量部位P的確定103。
根據表面模型90相對于目標區域OR和所確定的測量點P的位置和定向，所述計算機確定104定位路徑。計算機根據確定的定位路徑T向定位設備60傳輸控制信號以控制物體的定位105。在物體定位后，物體10的要進行測量的部位位于目標區域OR中。隨后，計算機70可以再次對表面模型90的位置和定向進行確定102或可以根據用戶的輸入對測量部位進行確定103。
圖7示出了由圖2所示的粒子束顯微鏡系統1進行的另一示例性實施例的流程圖，其中，組合表面模型93，如圖4所示，被用于碰撞探測。對光線和/或粒子的探測110和結構的表面模型的生成111這兩個方法步驟被執行，如參考圖6所描述的。
在如圖7所示的示例性方法中，計算機還生成112顯微鏡部分的表面模型92。顯微鏡部分92可以例如包括探測器40，物鏡30，操縱器，噴氣系統和/或樣本室80的壁的表面的至少一部分。隨后，計算機70將結構的表面模型90和顯微鏡部分的92的表面模型組合從而形成組合表面模型93。在組合表面模型93中，結構的表面模型90相對于顯微鏡部分的表面模型92布置成使得其對應于所述結構相對于樣本室80中的顯微鏡部分的相對方向和相對位置。所述組合113可根據第一相機的數字圖像，第二相機32的數字圖像，和/ 或探測器40的信號來進行。替換地或附加地，所述組合113可以根據定位設備60和計算機70之間的控制和/或傳感器信號來進行。
結構的表面模型90和顯微鏡部分的表面模型92可以相繼進行。但是，結構的表面模型90和顯微鏡部分的表面模型92同時生成也是容易想到的，特別是基于相同的數字圖像。根據組合表面模型93，確定結構的表面模型和顯微鏡部分的表面模型之間的距離。 根據組合表面模型93和確定的距離，計算機70確定115定位路徑T。定位路徑T被確定成避免結構和顯微鏡部分之間的碰撞。定位116后，計算機70再次生成組合表面模型93。 再次確定距離后，定位路徑再次被確定從而使結構和顯微鏡部分之間的碰撞被避免。隨后， 計算機再次沿著定位路徑T控制定位116。
圖8以示例方式示出了如何根據由通過探測粒子而獲得的圖像數據生成結構的表面模型。所述圖像數據以粒子光學系統38(如圖2所示)的初級束201的不同焦距生成。 初級束201掃描整個結構203。初級束201包括束腰W。所述束腰W是初級束201的一部分，在此處初級束具有垂直于粒子光學系統的束軸BA測得的最小束直徑。結構203的與束腰W相距距離A的區域B被具有束直徑的初級束201照射，該束直徑大于束腰W的束直徑。
在初級束201掃描整個結構203期間，圖像數據生成。所述圖像數據表示結構203 的離散取樣。例如，所述圖像數據可包括10MX10M像素數據值。因此，每個像素數據值表示了結構203的直徑為D的一部分。例如，從結構的邊長為L的正方形部分獲得MXM像素數據值。由一像素數據值表示的結構203的該部分的直徑為L/M。
在被照射部分B處的初級束直徑大于直徑D的情況下，會導致數字圖像的圖像數據的低分辨率。初級束201的焦深T可以被定義為沿束軸BA的范圍，該范圍中粒子束201 的直徑小于直徑D。所述焦深T依賴于初級束201的孔徑角a。所述孔徑角α可以被定義為由初級束201的粒子與束軸BA之間形成的最大角。
當物體表面OS的部分B同束腰W間的距離A小于或等于焦深T的一半時，不會造成數字圖像的圖像數據的分辨率降低。但是，在距離A大于焦深T的一半的情況下，會造成圖像數據的分辨率降低。
焦距可以被定義成束腰W同粒子光學系統的參考點之間的距離。該參考點可以， 例如，是物鏡30 (如圖2所示)的主平面。由于焦距的變化導致距離A的變化。因此，焦距的變化會使表示部分B的圖像數據分辨率不同。通過使部分B與初級束201的束腰W的距離A小于焦深T的一半，而獲得相對高的部分B的分辨率。
可以通過改變物鏡30 (如圖2所示)的激勵來改變粒子光學系統39的焦距。
圖9示意性地示出了如何根據示例性方法借助多個數字圖像301，302，303生成結構的表面模型。通過用粒子束掃描結構的至少一部分生成每個數字圖像301，302，303。圖像301，302，303示出了結構的相同部分。數字圖像301，302，303是以粒子光學系統39的不同焦距獲取的。因此，表示結構中的公共部分的圖像301，302，303中的部分可具有不同的分辨率。為了圖解的簡單，圖9僅示出三個數字圖像。但是，可以根據以彼此不同的焦距獲取的大于5個，大于10個，大于20個，大于50個或大于100個數字圖像來計算表面模型。 例如，表面模型可以根據小于500或小于200個數字圖像生成。
從每個數字圖像301，302，303的圖像數據選擇多個圖像區域310，311，312，320， 321,322.為了圖解的簡單，在每個數字圖像301，302，303中僅示出了六個圖像區域。數字圖像的多個圖像區域可覆蓋整個或基本上整個數字圖像。數字圖像301，302，303的圖像區域 310，311，312，320，321，322 被選擇從而圖像區域 310，311，312，320，321，322 可被分成示出所述結構的相同部分的多個堆棧。
在如圖9所示的實施例中，圖像區域的第一堆棧包括圖像區域310，311和312。第一堆棧的每個圖像區域310，311，312示出第一共同目標部分。圖像區域的第二堆棧包括圖像區域320，321和322。每個圖像區域320，321和322示出第二共同目標部分。所述第一共同目標部分不同于第二共同目標部分。在如圖9所示的示例性實施例中，所述第一共同目標部分與第二共同目標部分相鄰且不交疊。但是，第一共同目標部分可與第二共同目標部分部分交疊。也可以想到的是第一共同目標部分同第二共同目標部分既不相鄰也不交疊，而是彼此間隔一定距離設置。為了圖解的簡單，圖9中僅示出了圖像區域的六個堆棧。 例如，從數字圖像可以生成大于100，大于10000或大于IO6個圖像區域的堆棧，其中每個堆棧表示結構的一個不同部分。例如，從數字圖像可以生成小于IO9個圖像區域的堆棧。
表示共同目標區域的圖像區域的堆棧可以通過識別目標特征來確定，所述目標特征呈現于每個數字圖像301，302，303中。例如，目標特征的識別可包括識別邊緣，識別圖像數據之間的差異，和/或確定圖像區域中的圖像數據的頻率。目標特征的識別可包括分割每個數字圖像301，302，303。
圖像區域包括一組像素。圖像區域可呈矩形。例如，圖像區域可包括4X4像素， 8X8像素或IOX 10像素。圖像區域可為具有不規則或非對稱形狀的像素簇。圖像區域可包括單個像素。
計算機70(如圖2所示)被配置成為每個圖像區域堆棧確定圖像區域，該圖像區域在相應堆棧的所有圖像區域中具有最高分辨率且在這里被稱作對焦區域。所述對焦區域選自相應堆棧的圖像區域。
例如，從來自于第一堆棧的圖像區域310，311和312，選擇對焦圖像區域。此外，從來自于第二堆棧的圖像區域320，321，322，選擇第二對焦區域。圖像區域311是第一堆棧的對焦區域，圖像區域322是第二堆棧的對焦區域。
每個圖像區域表示為垂直于粒子光學系統的光軸的平面內的X坐標值和Y坐標值。圖像區域322的X坐標值和Y坐標值在圖9中示意性地示出。此外，用于獲取圖像區域的圖像數據的焦距表示為平行于粒子光學系統光軸定向的坐標軸的Z坐標值。
所有對焦圖像區域的X坐標值，Y坐標值和Z坐標值表示所述結構的表面模型。
圖10示意性地示出了根據參照圖9所描述的方法生成的表面模型390。所述表面模型390是二維函數，該二維函數向X-Y平面內的離散坐標值分配函數值，其中函數值表示Z坐標軸的坐標值。二維函數的每個函數值對應于堆棧中確定的對焦區域之一的焦距。 X-Y平面內的離散坐標值對應于對焦區域的X坐標值和Y坐標值。所述X-Y平面對應于垂直于粒子光學系統光軸定向的平面。
計算機70 (如圖2所示)被配置成存儲相對表面模型390的測量部位340。例如， 計算機70可配置成確定結構的表面模型的哪個部位表示初級束的撞擊區域。計算機70被配置成給將已經通過在測量部位340掃描初級束而生成的圖像341的圖像數據分配給存儲的測量部位340。圖像341可以例如是次級電子圖像或通過探測背向散射電子而生成的圖像。測量部位340的存儲可以包括存儲測量部位340的X坐標值，Y坐標值和Z坐標值。
這允許用戶或計算機的求值程序根據表面模型390確定高分辨率圖像生成于結構的哪個部分。此外，可以根據表面模型390的形貌數據解釋圖像341的圖像數據。例如， 在圖像341中示出的表面部分可具有表面傾斜，該表面傾斜在圖像341的圖像數據中是不可辨識的。但是，通過存儲相對表面模型390的測量部位340，可以辨識圖像341的圖像數據表示凹槽342的側面。因此對于用戶或計算機的求值程序而言能夠確定表面形貌之間的關系或相關性，所述表面形貌通過表面模型390和圖像341的數字圖像數據表示。所述圖像341可能相比形貌對比度更多地依賴于合成對比度。具體地，可根據探測器對背向散射電子的探測信號生成圖像341的數字圖像數據。從而，在圖像341的圖像數據的合成對比度和表面模型390的表面形貌之間建立關系或相關性。
圖Ila示意性地示出依照另一示例性實施例根據探測到的粒子生成結構的表面模型。通過掃描初級束，確定多個圖像組。在圖Ila所示的實施例中，生成12幅圖像組。每個圖像組包括表示結構的相同或基本相同部分的多個數字圖像。圖像組的圖像以相互不同的焦距生成。第一圖像組401包括數字圖像401a，401b，401c，其中為了圖解的簡單，僅示出了圖像401a的像素值。同樣，為了圖解的簡單，僅示出了圖像組401的三個數字圖像。與圖9所示的示例性實施例類似，每個圖像組可包括多個數字圖像，特別是三個以上的數字圖像。第二圖像組411包括數字圖像411a，41 Ib和411c。所有圖像組的圖像表示結構，該結構包括載物臺411表面的一部分和物體410表面的一部分，如圖lib所示。圖lib中所示的箭頭示意性地標示出如圖Ila所示的數字圖像的成像方向VD。成像方向VD平行于粒子光學系統的光軸定向。圖Ila所示的每個數字圖像獲取于粒子光學系統的20毫米的工作距離處。視場fV沿數字圖像邊緣的邊長為5毫米。
利用該尺寸的視場不可能在一個單獨掃描過程中對成像物體411的整個頂表面成像。但是，如圖Ila所示，可根據粒子光學圖像的多個圖像組生成表面模型。每個圖像組生成于結構的相對于物鏡的不同位置處。每個圖像組生成表面模型。圖像組的表面模型被組合以形成結構的表面模型。
在圖Ila所示的示例性實施例中，相鄰圖像組的數字圖像示出結構的相鄰部分， 所述相鄰部分交疊。例如，在圖像401a中所示的部分與圖像411a所示的部分交疊。
正如參考圖9所討論的，基于每個圖像組的圖像，生成圖像區域。從而，對于每個圖像組，獲得表面模型。所述相鄰組的表面模型交疊。根據在交疊區域的表面模型的數據值，所述表面模型被組合為整體結構的表面模型。
因此，可以通過探測粒子生成結構的表面模型，其中所述結構在垂直于光軸的平面中測得的范圍比粒子光學系統的圖像的視場的邊長Vf更大。
圖12示意性地示出替代實施例，用于根據探測到的粒子生成表面模型。數字圖像 412示出多個圖像中用以生成圖像區域600的一個圖像。所述圖像區域600示出結構的彼此間隔開一距離的若干部分。換句話而言，所述圖像區域既不相鄰也不交疊。圖像區域600 可包括1到8個，1到50個，1到500個，1到1000個或1到10000個像素之間的多個像素。 在圖11所示的示例性實施例中，圖像區域600是像素簇，其中每個像素簇包括16個像素。 例如，第一圖像區域500包括像素501，……516。
每個像素簇是獨立的像素簇。換言之，第一圖像區域所表示的結構的每個點位于與其它圖像區域所表示的結構的每個點相距至少距離b的位置處。那些其它圖像區域之一是圖像區域600。距離b可以是由像素簇的一個像素所表示的結構的一部分的直徑的倍數。 所述直徑可以被定義成采樣距離。距離b可以大于采樣距離的10倍，100倍或1000倍。距離b可以小于取樣距離的10000倍。
因此，可以在相對短的時間內計算結構的表面模型。特別的，由此可以僅用初級束掃描結構的一小部分和/或僅處理來自相對少量像素的圖像數據以生成表面模型。
進一步可以想到的是，一個或多個或所有像素簇由單個像素構成。該像素表示結構上初級束所定位的部位。在該部位，可以不掃描表面而改變初級束的焦距。隨著焦距的改變，由初級束與結構的相互作用產生的粒子被探測。根據探測器信號，可以確定哪個焦距對應于目標距離，即，何時結構被照射部分和束腰之間的距離小于焦深的一半。因此，可以在非常短的時間內生成結構的表面模型。
雖然已經參照本發明的某些示例性實施例對本發明做了描述，但是顯然許多替代，修改和變形對于本領域技術人員來說將是顯而易見的。因此，在此闡述的本發明的示例性實施例意在作為示例而絕非限制性的。可以在不偏離本發明的如所附權利要求所限定的精神和范圍的前提下進行各種變形。
權利要求
1.一種操作粒子束顯微鏡的方法，所述粒子顯微鏡包括具有目標區域(OR)的物鏡 (30)，其中所述方法包括對從一結構發出的光線和/或從所述結構發出的粒子進行探測(100)，其中所述結構包括物體(10)的表面的至少一部分和/或所述粒子束顯微鏡的載物臺00)的表面的至少一部分；根據所探測到的光線和/或粒子對所述結構的表面模型(90)進行生成(101)； 相對于目標區域(OR)對所述結構的表面模型(90)的位置和定向進行確定(102)； 相對于所述結構的表面模型(90)對測量部位(P)進行確定(103)；以及根據所生成的所述結構的表面模型(90)、根據所確定的所述結構的表面模型(90)的位置和定向以及根據所確定的測量部位(P)來對物體(10)進行定位(105)。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括對所述粒子束顯微鏡的顯微鏡部分的表面模型(9 進行生成(111)； 對所述結構的表面模型(90)和所述顯微鏡部分的表面模型(9 進行組合(113)以生成組合表面模型(9 ；以及根據所述組合表面模型(9 對所述結構的表面模型(90)和顯微鏡部分的表面模型 (92)之間的距離(D)進行計算(114)；其中物體(10)的定位(10 包括監視所述距離(D)。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中相對于目標區域(OR)對所述結構的表面模型 (90)的位置和定向進行確定(102)包括從所述結構的至少一部分生成數字圖像(94)；以及將所述結構的表面模型(90)與所述數字圖像(94)進行比較。
4.根據前述任一權利要求所述的方法，進一步包括相對于所述結構的表面模型以及相對于所述測量部位(P)確定第二測量部位；以及根據所述測量部位(P)和第二測量部位重新定位所述物體(10)。
5.根據前述任一權利要求所述的方法，進一步包括生成表示所述測量部位(P)的至少一部分的粒子顯微圖像；識別所述粒子顯微圖像的一區域；以及根據所識別的區域調節物體(10)的位置和/或定向。
6.一種操作粒子束顯微鏡的方法，其中所述方法包括對從一結構發出的光線和/或從所述結構發出的粒子進行探測(110)，其中所述結構包括物體(10)的表面的至少一部分和/或所述粒子束顯微鏡的載物臺00)的表面的至少一部分；根據所探測到的光線和/或探測到的粒子對結構的表面模型(90)進行生成(111)； 對所述粒子束顯微鏡的顯微鏡部分的表面模型(9 進行生成(112)； 對所述結構的表面模型(90)和顯微鏡部分的表面模型(9 進行組合(113)以生成組合表面模型(93)；根據所述組合表面模型(9 對所述結構的表面模型(90)和顯微鏡部分的表面模型 (92)之間的距離(D)進行計算(114)；在物體(10)的定位(116)過程中監視所述距離(D)。
7.根據前述任一權利要求所述的方法，其中所述對光線和/或粒子的探測包括以多個不同的焦距探測光線和/或粒子。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述結構的表面模型(90)的生成進一步包括 根據以多個焦距處探測到的光線和/或探測到的粒子生成多個圖像區域的堆棧(310，311,312,320,321,322)；其中作為所述多個堆棧中的同一堆棧的一部分的圖像區域表示所述結構的同一部分；根據相應堆棧的圖像區域為所述多個堆棧中的每一堆棧確定對焦區域。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所生成圖像區域的至少一部分的每一圖像區域是獨立像素簇(500，600)。
10.根據前述任一權利要求所述的方法，進一步包括根據所探測到的光線和/或探測到的粒子生成表示所述結構的至少一部分的數字圖像數據；其中所述結構的表面模型(90)的生成是根據所述數字圖像數據進行的。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述數字圖像數據的生成包括從至少兩個不同的成像方向生成數字圖像數據。
12.根據前述任一權利要求所述的方法，其中所述光線的探測(100，110)包括探測在所述結構處被反射的激光束。
13.根據前述任一權利要求所述的方法，其中所述結構表面模型的生成包括在所述結構相對于光敏圖像獲取設備和/或相對于所述物鏡的第一位置，生成所述結構的第一部分的第一表面模型；在所述結構相對于所述光敏圖像獲取設備和/或相對于所述物鏡的第二位置，生成所述結構的第二部分的第二表面模型；以及將所述第一表面模型和第二表面模型組合成所述結構的表面模型。
14.一種機器可讀介質，其上存儲有程序代碼，所述程序代碼在被加載在計算機系統中并被執行時，適于執行權利要求1至13中任一項所述的方法。
15.一種粒子束顯微鏡系統(1)，包括 物鏡(30)，其具有目標區域(OR)；載物臺(20)，其被配置使得物體(10)能夠被安置于所述載物臺00)上； 定位設備(60)，其被配置成相對于所述目標區域(OR)調節所述載物臺00)的位置和 /或定向；探測設備，其被配置成探測從一結構發出的光線和/或從所述結構發出的粒子，其中所述結構包括所述載物臺00)的表面的至少一部分和/或所述物體(10)的表面的至少一部分；計算機(70)，其被配置成與所述定位設備(60)和探測設備進行信號通信，其中所述計算機(70)進一步被配置為根據所探測到的光線和/或探測到的粒子生成所述結構的表面模型(90)； 相對于所述目標區域(OR)確定所述結構的表面模型(90)的位置和定向； 相對于所述結構的表面模型(90)確定測量部位(P)；以及根據所確定的結構的表面模型(90)、根據所確定的結構的表面模型(90)的位置和定向以及根據所確定的測量部位(P)定位所述物體(10)。
16.根據權利要求15所述的粒子束顯微鏡系統(1)，其中所述計算機(70)進一步被配置為生成所述粒子束顯微鏡系統(1)的一顯微鏡部分的表面模型(92)； 組合所述結構的表面模型(90)和所述顯微鏡部分的表面模型(9 以生成組合表面模型(93)；根據所述組合表面模型(9 確定所述結構的表面模型(90)和顯微鏡部分的表面模型 (92)之間的距離(D)；以及在所述物體(10)的定位過程中監視所述距離(D)。
17.根據權利要求15或16所述的粒子束顯微鏡系統(1)，其中所述粒子束顯微鏡系統 (1)被配置成根據所探測到的光線和/或探測到的粒子生成數字圖像(94)，其中所述數字圖像(94)表示所述結構的至少一部分；且其中所述計算機(70)進一步被配置成根據所述結構的表面模型(90)與所述數字圖像 (94)的比較，相對于所述目標區域(OR)確定所述結構的表面模型(90)的位置和定向。
18.一種粒子束顯微鏡系統(1)，包括 物鏡(30)，其具有目標區域(OR)；載物臺(20)，其被配置使得物體(10)能夠被安置于所述載物臺00)上； 定位設備(60)，其被配置成相對于所述目標區域(OR)調節所述載物臺00)的位置和 /或定向；探測設備，其被配置成探測從一結構發出的光線和/或從所述結構發出的粒子， 其中所述結構包括所述載物臺的表面的至少一部分和/或所述物體(10)的表面的至少一部分；計算機(70)，其被配置成與所述定位設備(60)和探測設備進行信號通信； 其中所述計算機(70)被配置為根據所探測到的光線和/或探測到的粒子生成結構的表面模型(90)； 生成所述粒子束顯微鏡系統(1)的一顯微鏡部分的表面模型(92)； 組合所述結構的表面模型(90)和所述顯微鏡部分的表面模型(9 以生成組合表面模型(93)；根據所述組合表面模型(9 確定所述結構的表面模型(90)和所述顯微鏡部分的表面模型(92)之間的距離(D)；以及在所述物體(10)的定位過程中監視所述距離(D)。
19.根據權利要求15至18中任一項所述的粒子束顯微鏡系統(1)，其中所述探測設備被配置成根據所探測到的光線和/或探測到的粒子生成數字圖像數據；其中所述計算機(70)被配置為根據所述數字圖像數據確定所述結構的表面模型 (90)。
20.根據權利要求19所述的粒子束顯微鏡系統(1)，其中所述探測設備進一步配置為從至少兩個觀察點位置生成所述數字圖像數據。
21.根據權利要求15至20中任一項所述的粒子束顯微鏡系統(1)，其中所述探測設備至少包括下述之一激光掃描儀，光敏圖像捕獲裝置以及粒子探測器。
全文摘要
本發明涉及一種操作粒子束顯微鏡的方法，其中所述方法包括探測從結構發出的光線和/或從結構發出的粒子的至少之一，其中所述結構包括至少下述之一物體的表面的至少一部分和粒子束顯微鏡的載物臺的表面的至少一部分；根據探測到的光線和粒子的至少之一生成所述結構的表面模型；相對于目標區域確定所述結構的表面模型的位置和定向；相對于所述結構的表面模型確定測量部位；以及，根據生成的所述結構的表面模型、確定的所述結構的表面模型的位置和定向以及確定的測量部位定位物體。
文檔編號G01N23/225GK102543640SQ201110418980
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月29日 優先權日2010年9月29日
發明者H·曼茨, J·帕盧齊恩斯基, S·迪默 申請人:卡爾蔡司Nts有限責任公司