CN107516624B - 一种样品位置校准方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本文提供了一种样品位置校准方法和装置，所述方法包括：将放置有样品的样品承载装置载入光学显微镜视场中；样品承载装置上设有定位标记；采用光学显微镜对样品承载装置成第一放大倍数的像，识别图像中定位标记并获取定位标记在光学显微镜下的第一坐标；将样品承载装置载入扫描电子显微镜视场中，采用扫描电子显微镜对样品承载装置成第二放大倍数的像，识别图像中定位标记并获取定位标记在扫描电子显微镜下的第二坐标；依据第一坐标和第二坐标，确定光学显微镜对应的坐标系和扫描电子显微镜对应的坐标系之间的相对位置关系；基于相对位置关系对样品进行定位。本申请可解决样品在光学系统和扫描电子显微镜之间转换时出现的定位不准确的问题。
Description
技术领域
本发明涉及扫描电子显微镜技术领域，尤其涉及一种样品位置校准方法和装置。
背景技术
传统的扫描电子显微镜在样品微观形貌探测和综合分析等方面应用广泛。但由于其放大倍数高，视场范围小等特点，对样品待测位置定位困难。目前已提出了一种联合了光学显微系统的扫描电子显微镜及其探测方法，所述方法包括：采用光学显微镜对样品进行光学探测，获得待测样品表面的整体导航图；基于所述导航图，定位在待测样品的指定位置，使用扫描电子显微镜进行更高分辨率的探测。上述整个探测过程在计算机控制下自动完成。
基于所述扫描电子显微镜及其探测方法，样品首次由光学视场传送到扫描电子显微镜视场进行探测时，很难准确地对同一位置进行定位，因此，需要一种可靠的样品位置校准方法。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种样品位置校准方法和装置，以实现对样品位置的快速高精度校准。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种样品位置校准方法，该方法包括：
将放置有样品的样品承载装置载入光学显微镜视场中；所述样品承载装置上设有定位标记；
采用光学显微镜对所述样品承载装置成第一放大倍数的像，识别图像中的定位标记并获取所述定位标记在光学显微镜下的第一坐标；
将所述样品承载装置载入扫描电子显微镜视场中，采用扫描电子显微镜对所述样品承载装置成第二放大倍数的像，识别图像中的定位标记并获取所述定位标记在扫描电子显微镜下的第二坐标；
依据所述第一坐标和第二坐标，确定光学显微镜对应的坐标系和扫描电子显微镜对应的坐标系之间的相对位置关系；
基于所述相对位置关系对样品进行定位。
其中，所述样品承载装置上还设有样品编号；
相应的，所述将放置有样品的样品承载装置载入光学显微镜视场中之后，该方法还包括：识别所述样品编号。
其中，所述基于所述相对位置关系对样品进行定位之前，该方法还包括：
存储所述样品编号和与所述样品编号对应的所述相对位置关系之间的对应关系。
可选的，所述识别所述样品编号之后，该方法还包括：
基于所述样品编号确定所述样品是否为首次被探测，如果是，则继续执行所述对定位标记的识别操作；
否则，基于存储的所述样品编号与所述相对位置关系之间的对应关系，对样品进行定位。
其中，所述样品承载装置边缘位置设置有缺口。
可选的，所述将样品承载装置载入光学显微镜视场后，且在采用光学显微镜对样品承载装置成像之前，该方法还包括：
依据所述缺口的位置对所述放置有样品的样品承载装置的位置进行预调整。
其中，所述样品承载装置的三个不同的位置设有所述定位标记。
其中，所述样品承载装置为硅片时，所述定位标记设置于所述硅片边缘的三个不同的位置。
其中，所述硅片上表面设有承载样品的卡槽，置于所述卡槽中的小块硅片边缘的三个不同位置也设有所述定位标记。
可选的，所述样品承载装置还包括承载所述硅片的托盘；所述托盘边缘的三个不同的位置设有所述定位标记。
其中，所述定位标记包括：中心位置定位标识。
可选的，所述中心位置定位标识为：十字标记。
可选的，所述定位标记还包括：所述中心位置定位标识周围分布的导向标识。
可选的，所述导向标识为：三角图形和/或箭头图形。
本发明实施例还提供了一种样品位置校准装置，该装置包括：处理器和用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序的存储器，
其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行上述方法的步骤。
本发明实施例提供的样品位置校准方法和装置，将放置有样品的样品承载装置载入光学显微镜视场中；所述样品承载装置上设有定位标记；采用光学显微镜对所述样品承载装置成第一放大倍数的像，识别图像中的定位标记并获取所述定位标记在光学显微镜下的第一坐标；将所述样品承载装置载入扫描电子显微镜视场中，采用扫描电子显微镜对所述样品承载装置成第二放大倍数的像，识别图像中的定位标记并获取所述定位标记在扫描电子显微镜下的第二坐标；依据所述第一坐标和第二坐标，确定光学显微镜对应的坐标系和扫描电子显微镜对应的坐标系之间的相对位置关系；基于所述相对位置关系对样品进行定位。本发明实施例可快速、精准实现对样品位置的校准，解决了样品在光学系统和扫描电子显微镜之间转换时出现的定位不准确的问题。
此外，本发明实施例提供的样品位置校准方法和对应的定位标记、标记方式可以应用于生物连续成像、生物样品3D重构以及更广泛的领域，并且可用于包括半导体硅片在内的多种样品基底，应用范围广，通用性强。
附图说明
图1为本发明实施例所述样品位置校准方法示意图；
图2为本发明实施例所述样品位置校准操作流程示意图；
图3为本发明实施例所述标刻有定位标记和样品编号的硅片示意图；
图4a-4d为本发明实施例所述样品标记方式示意图；
图5a-5c为本发明实施例所述定位标记的图形结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行描述。
本发明实施例提供了一种样品位置校准方法，如图1所示，该方法包括：
步骤101：将放置有样品的样品承载装置载入光学显微镜视场中；所述样品承载装置上设有定位标记；
采用光学显微镜对所述样品承载装置成第一放大倍数的像，识别图像中的定位标记并获取所述定位标记在光学显微镜下的第一坐标；
步骤102：将所述样品承载装置载入扫描电子显微镜视场中，采用扫描电子显微镜对所述样品承载装置成第二放大倍数的像，识别图像中的定位标记并获取所述定位标记在扫描电子显微镜下的第二坐标；
步骤103：依据所述第一坐标和第二坐标，确定光学显微镜对应的坐标系和扫描电子显微镜对应的坐标系之间的相对位置关系；
步骤104：基于所述相对位置关系对样品进行定位。
其中，所述样品承载装置可为硅片；或者包括：硅片和承载所述硅片的托盘。所述定位标记可以通过激光打标方式标刻在样品承载装置上、也可以通过半导体工艺标刻在样品承载装置上。所述相对位置关系可包括：两个坐标系之间的相对平移量和相对旋转角度。
其中，所述第一放大倍数低于所述第二放大倍数。
本发明实施例可快速、精准实现对样品位置的校准，解决了样品在光学系统和扫描电子显微镜之间转换时出现的定位不准确的问题。
本发明实施例中，所述样品承载装置上还设有样品编号；
相应的，所述将放置有样品的样品承载装置载入光学显微镜视场中之后，该方法还包括：识别所述样品编号。
这里，所述样品编号可以是数字识别码，也可以是条形码等，可设置于硅片的边缘位置。
本发明实施例中，所述基于所述相对位置关系对样品进行定位之前，该方法还包括：
存储所述样品编号和与所述样品编号对应的所述相对位置关系。
一个实施例中，所述识别所述样品编号之后，该方法还包括：
基于所述样品编号确定所述样品是否为首次被探测，如果是，则继续执行所述对定位标记的识别操作；
否则，基于存储的所述样品编号与所述相对位置关系之间的对应关系，对样品进行定位。
这里，确定首次被探测的方法可为：确定是否存储有该样品编号对应的所述相对位置关系。
本发明实施例中，所述样品承载装置边缘位置设置有缺口。例如：作为样品承载装置的硅片的边缘位置设置有缺口。
一个实施例中，所述将样品承载装置载入光学显微镜视场后，且在采用光学显微镜对样品承载装置成像之前，该方法还包括：
依据所述缺口的位置对所述放置有样品的样品承载装置的位置进行预调整。
本发明实施例中，所述样品承载装置的三个不同的位置设有所述定位标记。
一个实施例中，所述样品承载装置为硅片时，所述定位标记设置于所述硅片边缘的三个不同的位置。
另一个实施例中，所述作为样品承载装置的硅片上表面设有承载样品的卡槽，样品固定在置于卡槽中的小块硅片(相对于作为样品承载装置的硅片来说为小块硅片)上时，所述定位标记同时设置于作为样品承载装置的硅片和所述卡槽中小块硅片各自边缘的三个不同的位置。
可选的，所述样品承载装置还包括承载所述硅片的托盘；所述托盘边缘的三个不同的位置设有所述定位标记。也就是说，硅片边缘的三个不同的位置上设有定位标记、而且承载硅片的托盘边缘的三个不同的位置也设有所述定位标记。
本发明实施例中，所述定位标记包括：中心位置定位标识(如：十字标记)。
可选的，所述定位标记还包括：所述中心位置定位标识周围分布的导向标识(如：三角图形和/或箭头图形)。
为了实现上述方法，本发明实施例还提供了一种样品位置校准装置，该装置包括：处理器和用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序的存储器，
其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行：
将放置有样品的样品承载装置载入光学显微镜视场中；所述样品承载装置上设有定位标记；
采用光学显微镜对所述样品承载装置成第一放大倍数的像，识别图像中的定位标记并获取所述定位标记在光学显微镜下的第一坐标；
将所述样品承载装置载入扫描电子显微镜视场中，采用扫描电子显微镜对所述样品承载装置成第二放大倍数的像，识别图像中的定位标记并获取所述定位标记在扫描电子显微镜下的第二坐标；
依据所述第一坐标和第二坐标，确定光学显微镜对应的坐标系和扫描电子显微镜对应的坐标系之间的相对位置关系；
基于所述相对位置关系对样品进行定位。
其中，所述样品承载装置上还设有样品编号；相应的，所述处理器还用于运行所述计算机程序时，执行：
在所述将放置有样品的样品承载装置载入光学显微镜视场中之后，识别所述样品编号。
所述处理器还用于运行所述计算机程序时，执行：
在所述基于所述相对位置关系对样品进行定位之前，存储所述样品编号和与所述样品编号对应的所述相对位置关系。
所述处理器还用于运行所述计算机程序时，执行：
在所述识别所述样品编号之后，基于所述样品编号确定所述样品是否为首次被探测，如果是，则继续执行所述对定位标记的识别操作；
否则，基于存储的所述样品编号与所述相对位置关系之间的对应关系，对样品进行定位。
其中，所述样品承载装置边缘位置设置有缺口；相应的，所述处理器还用于运行所述计算机程序时，执行：
在将样品承载装置载入光学显微镜视场后，且在采用光学显微镜对样品承载装置成像之前，依据所述缺口的位置对所述放置有样品的样品承载装置的位置进行预调整。
下面结合场景实施例对本发明进行详细描述。
经验可知，位置校准精度和位置校准所需时间是评价位置校准方法可靠性的重要因素。因此，考虑到光学显微镜和扫描电子显微镜分辨率、视场等的差别，本发明实施例提供的样品位置校准操作流程如图2所示，所述操作流程包括：
步骤201：提供一种置于标刻有定位标记和样品编号的硅片上的样品；
其中，所述硅片可以是不同尺寸的标准硅片，也可以是根据不同需求特制的硅片。每个放置有样品的硅片上标记有样品编号，不同硅片对应不同的样品编号；样品编号可以是数字识别码，也可以是条形码。
步骤202：将所述承载样品的硅片载入光学显微镜视场中，识别样品编号，基于所述样品编号确定所述样品是否为首次被探测；如果是，则执行步骤203；否则，执行步骤206；
这里，可通过判断是否存储了该样品编号对应的相关位置信息确定样品是否为首次被探测；如果是，则根据图3所示硅片上的定位标记按后续步骤对样品位置校准；若不是，则执行步骤206。
步骤203：使用较低放大倍率的光学显微镜对硅片成像，识别图像中的定位标记，并获取所述定位标记在光学显微镜下的坐标(XOM，YOM)(第一坐标)，同时记录样品编号；
步骤204：将所述承载样品的硅片载入扫描电子显微镜视场中，使用较高放大倍率的扫描电子显微镜对硅片成像，识别图像中的定位标记，并获取所述定位标记在扫描电子显微镜下的坐标(XEM，YEM)(第二坐标)；
步骤205：根据所述定位标记在光学显微镜和扫描电子显微镜下的坐标确定两个坐标系之间的相对位置关系，从而建立样品上任一位置在两个坐标系之间的一一对应关系；存储硅片上样品编号与对应的所述相对位置关系；之后执行步骤207；
其中，所述两个坐标系之间的关系包括：相对平移量和相对旋转角度。
步骤206：调取已存储的经过位置校准后的样品的相对位置关系；
步骤207：依据导航图和两个坐标系之间的相对位置关系对样品进行扫描电子显微镜探测。
上述方案中，样品载入光学显微镜视场后，且在光学显微镜对样品承载装置成像之前，该方法还包括：
依照所述硅片边缘缺口的位置对所述待测样品的位置(也就是对放置有样品的硅片的位置)进行预调整。
本发明实施例提供的适用于全自动化的扫描电子显微镜的样品位置校准方法是在计算机控制下自动完成，不需人工手动参与，定位精准。
对于不同类型的样品，本发明实施例提供了不同的标记方式(图4a、4b、4c和4d中用十字404来表示定位标记)，如图4a所示，样品403固定在硅片402上，整体置于托盘401上。托盘401边缘三个位置标刻所述定位标记，硅片402边缘上三个位置也标刻所述定位标记，保证每一次载入样品都可以方便地进行位置校准。样品编号405可以是数字编号也可以是条形码，用来提前判断此样品是否为首次被探测。
所述样品标记方式还包括：如图4b所示，对于尺寸较小的样品，在样品基底(如：硅片)上设置有卡槽(图中未显示)，小样品固定于卡在卡槽中的小块硅片上。因此，每次载入样品，小样品和硅片的相对位置可能会发生微小变化，对于此类样品，需要在硅片边缘三个位置标记定位标记，同时还在每个小块硅片边缘的三个位置标刻所述定位标记(图中未显示)。硅片上的定位标记用于样品位置粗校准，小样品边缘的定位标记用于样品位置精细校准。
所述样品标记方式还包括，如图4c所示，对于固定在基底上的需要批量连续采样的样品，在硅片边缘三个不同位置标刻所述定位标记。
所述样品标记方式还包括，如图4d所示，对于其他不确定类型的待探测样品，均可以在硅片边缘三个不同位置标刻所述定位标记。
本发明实施例还提供了一种定位标记图样，所述定位标记包括：
中心的十字标记，用来定义定位标记的中心位置。如图5所示，为了提高定位精度，十字标记可由多条(奇数条)周期分布的横线和纵线组成。由于光学显微镜和扫描电子显微镜分辨率存在差别，所述十字标记在光学显微镜对应的坐标系中显示为以横线、纵线的交叠区域，如：正方形区域；所述十字标记在扫描电子显微镜对应的坐标系中显示为横线和纵线的中心交叉点。
另外，在中心十字标记周围还周期分布着导向标记的图形，用于指向定位标记中心位置，例如：小尺寸的三角图形或箭头图形，或其他可以作为导向标记的图形。扫描电子显微镜视场范围小，由于机械误差，可能会造成定位标记中心十字偏离扫描电子显微镜视场，因此，通过定位标记中具有导向作用的三角图形、箭头图形等，调整样品位置，从而使定位标记中心回到扫描电子显微镜视场中。
定位标记可由以下几种方式组合而成：
如图5a所示，中心十字标记和周期分布在十字标记周围的小尺寸三角和箭头标记；
如图5b所示，中心十字标记和周期分布在十字标记周围的小尺寸三角标记；
如图5c所示，中心十字标记和周期分布在十字标记周围的小尺寸箭头标记。
其中，所述定位标记可以通过激光打标方式标刻，也可以通过半导体工艺标刻。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种样品位置校准方法，其特征在于，该方法包括：
将放置有样品的样品承载装置载入光学显微镜视场中；所述样品承载装置上设有定位标记；
采用光学显微镜对所述样品承载装置成第一放大倍数的像，识别图像中的定位标记并获取所述定位标记在光学显微镜下的第一坐标；
将所述样品承载装置载入扫描电子显微镜视场中，采用扫描电子显微镜对所述样品承载装置成第二放大倍数的像，识别图像中的定位标记并获取所述定位标记在扫描电子显微镜下的第二坐标；
依据所述第一坐标和第二坐标，确定光学显微镜对应的坐标系和扫描电子显微镜对应的坐标系之间的相对位置关系；
基于所述相对位置关系对样品进行定位；其中，
所述定位标记包括：中心位置定位标识；
所述定位标记还包括：所述中心位置定位标识周围分布的导向标识；
所述相对位置关系包括：光学显微镜对应的坐标系和扫描电子显微镜对应的坐标系之间的相对平移量和相对旋转角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述样品承载装置上还设有样品编号；
相应的，所述将放置有样品的样品承载装置载入光学显微镜视场中之后，该方法还包括：识别所述样品编号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述相对位置关系对样品进行定位之前，该方法还包括：
存储所述样品编号和与所述样品编号对应的所述相对位置关系之间的对应关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述识别所述样品编号之后，该方法还包括：
基于所述样品编号确定所述样品是否为首次被探测，如果是，则继续执行对定位标记的识别操作；
否则，基于存储的所述样品编号与所述相对位置关系之间的对应关系，对样品进行定位。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述样品承载装置边缘位置设置有缺口。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将样品承载装置载入光学显微镜视场后，且在采用光学显微镜对样品承载装置成像之前，该方法还包括：
依据所述缺口的位置对所述放置有样品的样品承载装置的位置进行预调整。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述样品承载装置的三个不同的位置设有所述定位标记。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述样品承载装置为硅片时，所述定位标记设置于所述硅片边缘的三个不同的位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述硅片上表面设有承载样品的卡槽，置于所述卡槽中的小块硅片边缘的三个不同位置也设有所述定位标记。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述样品承载装置还包括承载所述硅片的托盘；所述托盘边缘的三个不同的位置设有所述定位标记。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中心位置定位标识为：十字标记。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导向标识为：三角图形和/或箭头图形。
13.一种样品位置校准装置，其特征在于，该装置包括：处理器和用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序的存储器，
其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行权利要求1至12中任一项所述方法的步骤。
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- 2017-07-14 CN CN201710575510.5A patent/CN107516624B/zh active Active
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