CN112179928A - 用于获取电子反向散射衍射图样的方法和系统 - Google Patents

用于获取电子反向散射衍射图样的方法和系统 Download PDF

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Abstract

提供了用于获取电子反向散射衍射图样的各种方法和系统。在一个实例中，通过将带电粒子束引向ROI内的多个撞击点并检测从所述多个撞击点散射的粒子来执行第一次扫描。基于检测到的粒子来计算所述多个撞击点中的每个撞击点的信号质量。基于每个撞击点的所述信号质量来计算所述ROI的信号质量。响应于所述ROI的所述信号质量低于阈值信号质量，执行对所述ROI的第二次扫描。可以基于检测到的来自所述第一次扫描和所述第二次扫描两者的粒子来形成样品的结构图像。

Description

用于获取电子反向散射衍射图样的方法和系统
技术领域
本说明书总体上涉及用于获取反向散射电子的方法和系统，并且更具体地说，涉及数据驱动的电子反向散射衍射图样获取。
背景技术
当用如电子束的带电粒子束照射样品时，样品可能产生各种类型的发射。其中，反向散射电子由高能电子组成，这些高能电子通过带电粒子束与样品原子之间的弹性散射相互作用而反射或反向散射出样品的相互作用体积。反向散射电子可以由检测器以二维电子反向散射衍射（EBSD）图样的形式收集。相互作用体积中的结构信息（如晶体取向）可以通过对EBSD图样进行分析和解释来确定。
发明内容
在一个实施例中，用于对样品进行成像的方法包括：通过将带电粒子束引向ROI内的多个撞击点并检测从多个撞击点中的每个撞击点散射的粒子来执行第一次扫描；基于从撞击点散射的检测到的粒子，计算多个撞击点中的每个撞击点的信号质量；基于每个撞击点的信号质量，计算ROI的信号质量，其中ROI的信号质量低于阈值信号质量；通过在计算ROI的信号质量之后，将带电粒子束引向ROI内的多个撞击点中的一个或多个并检测从ROI内的多个撞击点中的一个或多个散射的粒子来执行第二次扫描；和基于在第一次扫描和第二次扫描期间检测到的粒子，形成ROI的结构图像。以这种方式，可以减少带电粒子束在每个撞击点的停留时间。此外，可以基于获取的数据的质量来终止EBSD图样获取，从而可以减少总数据获取时间和带电粒子束对样品的损伤。
应当理解，提供以上发明内容以便以简化的形式引入在详细描述中进一步描述的一系列概念。其并不意味着标识所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由详细描述之后的权利要求进行唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上文或本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出根据示例性实施例的用于电子反向散射衍射（EBSD）图样获取的成像系统。
图2图示了基于EBSD图样来形成结构图像的实例程序。
图3是用于基于数据驱动的EBSD图样获取来形成结构图像的方法的流程图。
图4A、4B、4C、4D、4E和4F是随时间形成的撞击点的EBSD图样。
图5A和5B示出了用于对感兴趣区域进行成像的不同扫描模式。
图6示出了用于获取EBSD图样的示例性时间线。
贯穿附图的若干视图，相似的附图标记指代对应的部分。
具体实施方式
以下描述涉及用于获取电子反向散射衍射（EBSD）图样并基于EBSD图样生成样品的结构图像的系统和方法。EBSD图样可以通过图1所示的成像系统来获取。在一个实例中，如图2所示，基于响应于带电粒子束撞击样品的撞击点而检测到的散射电子来生成EBSD图样。基于EBSD图样，可以提取撞击点处的结构信息，如晶体取向信息，并在结构图像中形成像素。通过在感兴趣区域（ROI）上扫描带电粒子束，可以生成ROI的结构图像。
常规地，可以通过平面磷光体或直接电子检测器来检测EBSD图样。例如，在照射撞击点持续一个停留点之后，从检测器中读出了EBSD图样的一帧作为二维矩阵（即一帧）。用于获取每个EBSD图样的停留时间可以在0.1-100毫秒的范围内。停留时间增加可能会增大EBSD图样的信噪比，从而可以可靠地提取结构信息。但是，高强度信号可能会使检测器饱和。长的停留时间也会增加总数据获取时间，并可能对样品造成辐射损伤。即使以5,000fps的帧速率进行EBSD图样读出，获取ROI的所有EBSD图样也可能需要几分钟。此外，在数据获取过程期间带电粒子束可能会漂移。由于结构图像中不均匀的逐像素偏移，束漂移可能难以补偿。此外，当与EBSD图样获取一起执行能量色散X射线光谱法（EDS）时，长的停留时间可能会使EDS检测器饱和。
为了解决上述问题，图3示出了用于基于数据驱动的EBSD图样获取来生成样品的结构图像的方法。代替常规的单帧读出，响应于电子撞击在检测器上而立即读出与每个电子有关的数据。以短的停留时间重复地扫描样品的ROI，直到ROI的信号质量达到阈值水平。以这种方式，与单帧读出方法相比，在单次扫描期间带电粒子束在ROI的每个撞击点处的停留时间可以减少两个数量级。此外，总数据获取时间取决于样品，这可以进一步减少对样品的辐射损伤。图4A-4F示出了基于在ROI的重复扫描期间从单个撞击点散射的粒子而生成的实例EBSD图样。撞击点的信号质量（在这种情况下为EBSD的质量）随着时间的推移而提高。可以基于每个撞击点的信号质量来调整成像参数，如针对ROI的每个单次扫描的扫描模式。图5A和5B示出了针对相同ROI的不同单次扫描的ROI的实例扫描模式。图6示出了用于获取EBSD图样的实例时间线。
转到图1，实例带电粒子成像系统10，如扫描电子显微镜（SEM），可以用于获取EBSD图样。成像系统10可以包括放置在样品室120上的电子束柱110。电子束柱110包括电子源102，用于产生沿着发射轴线104的可选择的能量例如在500 eV和30 keV之间的高能电子束。电子束可以由透镜（106、108、118）、偏转器（112、114）和束限制孔（116）操纵以在样品126上形成精细聚焦的点。
样品室120可以任选地包含气闸122，用于将样品引入其中并且将样品放置在样品保持器124上。样品保持器124可以使样品旋转或平移/偏移，使得样品表面上的ROI可以在可选择的倾斜角度下被精细聚焦的电子束照射。样品室120进一步包括一个或多个检测器，用于接收从样品发射的粒子。检测器可以包括用于检测X射线的EDS检测器140、用于检测反向散射电子的EBSD检测器（128或138）以及用于检测二次电子的Everhart-Thornley检测器130。EBSD检测器可以是位置敏感检测器。例如，响应于单个电子撞击检测器的事件，与该事件有关的数据，如撞击时间、在检测器上的相对撞击位置以及电子的能量可以从检测器传输到控制器132。在一个实例中，EBSD检测器是像素化检测器。电子束柱110和样品室120都可以与高真空泵连接以排空封闭的体积。
样品可以相对于发射轴线104以不同的角度定位以获取样品的不同图像。例如，可以通过将样品126表面面向入射束定位而经由检测器130获取SEM图像。即，样品轴线与发射轴线104对准。可以通过将样品以相对于发射轴线104约70度的角度定位来经由EBSD检测器128获取EBSD图样。可以通过将样品以相对于发射轴线104小于45度的角度定位来经由EBSD检测器138获取EBSD图样。在一些实施例中，还可以通过将样品以相对于发射轴线成一定角度定位来获取SEM图像。
在一些实施例中，（磁性或静电）透镜和电子源的工作所需的电压和/或电流由柱控制器134产生/控制，而控制器132为偏转器产生偏转信号并对检测器的信号进行采样。控制器132可以连接到显示单元136，用于显示信息，如样品的图像。控制器132还可以接收来自输入设备141的操作员输入。输入设备可以是鼠标、键盘或触摸板。控制器可以通过移动样品保持器124来相对于入射束平移、偏移或倾斜样品。控制器132可以通过经由偏转器112和/或114调节束而用带电粒子束扫描样品。
控制器132可以包括处理器135和用于存储计算机可读指令的非暂时性存储器137。通过执行存储在非暂时性存储器中的计算机可读指令，控制器可以实现本文公开的各种方法。例如，控制器132可以被配置为处理从多个检测器接收的信号，并且重建样品的SEM图像、EBSD图样或晶体学取向图像。控制器132还可以包括被配置为处理从各种检测器接收的信号的现场可编程门阵列（FPGA）。
尽管以实例方式描述了SEM系统，但应理解成像系统可以是其他类型的电荷粒子显微镜系统，如透射电子显微镜（TEM）、扫描透射电子显微镜（STEM）或双束工具，如聚焦离子束与扫描电子显微镜组合（FIB-SEM）。仅作为用于获取反向散射电子的一种合适的成像系统的实例来提供对SEM系统的当前讨论。
图2示出了基于使用图1的成像系统获取的EBSD图样来形成ROI 202的结构图像的实例程序。电子束201沿发射轴线104照射样品126。电子束201在样品表面的ROI 202内的撞击点205处撞击样品126。撞击点可以是照射的选举与之相互作用的样品的体积。多个撞击点位于ROI内。在本文中，仅示出撞击点205作为实例。在EBSD图样获取期间，样品126相对于发射轴线104以固定角度定位。例如，垂直于样品表面的样品轴线210可以相对于发射轴线104定位成70度，使得束以20度的浅角撞击样品表面。在另一个实例中，样品轴线与发射轴线之间的角度可以小于45度。当撞击点205被电子束照射时，来自撞击点的反向散射电子被EBSD检测器检测到。可以基于从撞击点205检测到的反向散射电子来形成二维EBSD图样203。通过分析EBSD图样203，可以确定如在撞击点205处的晶体取向和晶体学相的信息。可以根据EBSD图样203中的测得的菊池频带（Kikuchi bands）计算晶体取向。在一个实例中，通过将已知的EBSD图样（或其模拟版本）与观察到的EBSD图样匹配来确定晶体取向。在另一个实例中，通过将菊池频带之间的测量角度与使用标准晶体学原理确定的理论晶面间角进行比较来计算晶体取向。可以对晶体取向进行颜色编码，并在晶体学取向图像207中显示为像素209。通过扫描ROI 206内的多个撞击点，可以生成2D晶体学取向图像207。晶体学取向图像207的每个像素对应于ROI 202中的一个撞击点，如箭头208所指示。
图3示出了用于获取EBSD图样并基于EBSD图样生成样品的结构图像的方法300。方法300可以通过执行存储在成像系统的控制器（如，图1的控制器132）的非暂时性存储器中的计算机可读指令来实现。使用位置敏感的EBSD检测器通过用带电粒子束重复地扫描样品的ROI来获取EBSD图样。在ROI的每个单次扫描之后，根据ROI内每个撞击点的信号质量来更新ROI的信号质量。可以响应于ROI的信号质量高于阈值信号质量，终止EBSD图样获取。此外，可以在ROI的每个单次扫描之后校正光束漂移。可以基于EBSD图样来构建ROI的结构图像。
在301，设置成像参数。成像参数可以包括在单次扫描期间在ROI内的每个撞击点处的主束能量、带电粒子束的电流密度和带电粒子束的停留时间。停留时间可以基于样品类型预先确定。例如，如果样品更容易受到辐射损伤，则停留时间可能会减少。在另一个实例中，如果样品是多相材料，则停留时间可能增加。响应于带电粒子束的较高电流密度，停留时间也可能减少。例如，停留时间小于100微秒。在一个实例中，停留时间为1微秒。成像参数可以包括结构图像的分辨率或ROI的扫描分辨率。例如，设置结构图像的分辨率包括确定扫描的步长或相邻撞击点之间的距离。成像参数可以包括用于终止获取EBSD图样的阈值信号质量。
在302，可以任选地获取样品图像。样品图像的成像面积可以等于或大于ROI。在一个实施例中，样品图像可以是基于来自样品的二次电子形成的SEM图像。在另一个实施例中，样品图像可以是样品的光学图像，无需用带电粒子束扫描样品获取。
在304，带电粒子束被引导到位于样品的ROI内的撞击点。
在306，当带电粒子束相对于样品静止时，通过如EBSD检测器的检测器检测反向散射的粒子（如电子）。例如，响应于每个粒子撞击在检测器上，检测器将粒子的能量、时间戳和位置信息中的一个或多个输出到控制器或控制器中的FPGA。时间戳是粒子撞击检测器的时间。位置信息是检测器上检测到粒子的相对位置。在一个实例中，基于高于阈值水平的从检测器输出的信号的持续时间来确定电子能量。在一个实例中，可以基于所记录的电子的能量或时间戳以及电子的位置来形成EBSD图样的单帧。带电粒子束可以在停留时间的持续时间内照射一个撞击点，然后照射位于ROI的不同位置的另一个撞击点。
在一些实施例中，成像系统可以包括EDS检测器，所述EDS检测器用于获取从样品的撞击点发射的X射线。在停留时间的持续时间内照射撞击点之后，EDS检测器可以将对应于撞击点的累积X射线能谱输出到控制器。
在308，方法300确定用带电粒子束对ROI的单次扫描是否完成。在一个实施例中，如果自步骤304以来已经用带电粒子束照射或扫描了ROI内的所有撞击点，则完成ROI的单次扫描。在另一个实施例中，如果相同的撞击点将再次被带电粒子束照射，则完成ROI的单次扫描。响应于ROI的单次扫描的完成，在314，计算撞击点的信号质量。如果未完成ROI的单次扫描，则在312，调整入射束以照射ROI内的另一个撞击点。
在314，计算每个撞击点的信号质量。撞击点的信号质量指示从撞击点获取的用于提取结构信息的信号的质量。在一个实例中，可以基于自方法300开始以来从撞击点散射的检测到的粒子来计算特定撞击点的信号质量。在另一个实例中，可以基于在ROI的多个单次扫描期间从撞击点散射的检测到的粒子来计算特定撞击点的信号质量。在又一个实例中，特定撞击点的信号质量可以是基于从撞击点散射的检测到的粒子形成的衍射图样的质量。对于ROI包括撞击点的X×Y矩阵，ROI内每个撞击点的信号质量可以表示为
Figure 249966DEST_PATH_IMAGE002
，其中（x，y）是撞击点在ROI中的坐标，并且
Figure 229423DEST_PATH_IMAGE004
。每个撞击点的信号质量可以在ROI的每个单次扫描期间或之后更新。在方法300的执行期间，每个撞击点的信号质量可以单调增加。
在一个实施例中，在316，基于重复扫描期间的所有检测到的电子，针对每个撞击点形成衍射图样，如EBSD图样。在一个实例中，可以基于检测到的电子的能量及它们在检测器上的相对位置来形成衍射图样。换句话说，在时间t撞击像素化检测器的坐标（i，j）的从撞击点散射的粒子的能量可以表示为
Figure 212423DEST_PATH_IMAGE006
，其中（x，y）是ROI内的撞击点的坐标。在成像时间T形成的对应于位于ROI的（x，y）处的撞击点的衍射图样可以表示为
Figure 686260DEST_PATH_IMAGE008
。在另一个实例中，可以基于来自撞击点的检测到的电子的数量以及检测到的电子在检测器上的相对位置来形成衍射图样。换句话说，在时间t撞击像素化检测器的坐标（i，j）的从撞击点散射的粒子的数量可以表示为
Figure 297370DEST_PATH_IMAGE010
，其中（x，y）是ROI内的撞击点的坐标。在成像时间T形成的对应于位于ROI的（x，y）处的撞击点的衍射图样可以表示为
Figure 198461DEST_PATH_IMAGE012
。
在317，计算衍射图样的质量。衍射图样的质量是其对应撞击点的信号质量。衍射图样质量指示用于提取如晶体取向的结构信息的衍射图样的质量。在一个实施例中，通过对衍射图样中的像素值进行统计分析来确定衍射图样质量。例如，衍射图样的质量是衍射图样中像素值的熵或标准偏差。衍射图样质量随熵的降低或标准偏差的降低而提高。在另一个实例中，通过统计分析衍射图样的变换来确定衍射图样质量。变换可以是但不限于霍夫变换（Hough transform）或拉东变换（Radon transform）。在另一个实施例中，可以基于索引衍射图样中的频带的质量来确定衍射图样质量。例如，可以通过将EBSD图样中检测到的频带与理论计算的频带进行比较来确定标引质量。可以通过测量检测到的频带和理论频带之间的平均平均偏差来比较检测到的频带和理论频带。在另一个实施例中，可以基于EBSD图样中的频带的对比度来确定衍射质量。
图4A-4F示出了在ROI的重复扫描期间形成的一个撞击点的实例EBSD图样。随着时间的增加，从图4A至图4F，被带电粒子照射的撞击点的次数增加。从撞击点散射的检测到的粒子的总数或累积能量随时间增加。因此，随着时间的增加，更容易识别EBSD图样中的频带，并且可以更准确地提取结构信息。换句话说，EBSD图样质量（或对应撞击点的信号质量）随时间单调增加。
在一些实施例中，可以在单次ROI扫描期间计算撞击点的信号质量。例如，可以在步骤306收集从撞击点散射的粒子之后立即计算撞击点的信号质量。换句话说，在完成单次扫描之前，将与扫描并行计算撞击点的信号质量。
在318，可以基于ROI内的每个撞击点的信号质量来计算ROI的信号质量。例如，ROI的信号质量
Figure 793391DEST_PATH_IMAGE014
可能是所有撞击点的最低信号质量。即，
Figure 461133DEST_PATH_IMAGE016
。在另一个实例中，ROI的信号质量可以是所有撞击点的信号质量的中值或均值。
在320，将ROI的信号质量与阈值信号质量进行比较。在一个实施例中，在步骤301确定阈值信号质量。例如，可以基于被测样品的特性来调整阈值信号质量。阈值信号质量可能会随着样品对辐射损伤的耐受性提高而提高。阈值信号质量可以随着样品的相数增加而提高。在328，响应于ROI的信号质量高于阈值信号质量，生成ROI的结构图像。如果ROI的信号质量低于阈值信号质量，则可以在校正束漂移之后执行ROI的另一个单次扫描。在下一个单次扫描期间，可以基于新检测到的粒子来更新撞击点中的一个或多个的信号质量，并且可以基于每一个撞击点的信号质量来更新ROI的信号质量。
在324，可以获得样品图像。在一个实施例中，获得样品图像可以包括获取与在步骤302相同类型的样品图像。在另一个实施例中，获得样品图像可以包括基于在ROI的先前单次扫描中检测到的粒子来生成样品图像。例如，样品图像的像素值可以是当带电粒子束照射ROI内的对应撞击点时检测器接收到的总剂量。换句话说，样品图像可以表示为
Figure 208640DEST_PATH_IMAGE018
，其中先前的单次扫描是从时间T1到时间T2，检测器具有M×N像素。
在326，可以基于在324获得的样品图像来校正带电粒子束漂移。例如，将来自324的样品图像与在ROI的单次扫描之前获取的样品图像进行比较。然后，基于两个样品图像之间的偏移，使带电粒子束相对于样品偏移。在一个实例中，经由调整偏转器（例如，图1的偏转器112和114）而使带电粒子束偏移。在另一个实例中，使用样品（例如图1的样品架124）来使样品位置偏移或平移。在校正束漂移之后，执行ROI的另一个单次扫描。
在328，可以任选地针对ROI的下一个单次扫描调整一个或多个成像参数。例如，可以基于每个撞击点的信号质量来调整包括扫描模式和停留时间的成像参数。在另一个实例中，信号质量低于阈值水平的多个撞击点中的一个或多个可以在ROI的随后的单次扫描中被选择和扫描/照射，而其余的多个撞击点不被扫描/照射。
在一些实施例中，ROI的每个单次扫描的扫描模式是相同的。即，以相同的顺序扫描ROI内的撞击点。例如，扫描模式可以是光栅扫描。在另一个实施例中，ROI的不同的单次扫描的扫描模式可以是不同的。可以基于每个撞击点的信号质量来确定扫描模式。响应于撞击点的信号质量高于阈值水平，可以在ROI的下一个单次扫描中停止照射特定撞击点。以这种方式，在下一个单次扫描中，仅具有低信号质量的撞击点的子集会成像。通过改变扫描模式，可以减少总成像时间，同时保持ROI的结构图像的质量。如步骤314所示，可以计算/更新撞击点的信号质量。例如，可以基于随时间从撞击点散射的粒子来确定/更新撞击点的信号质量。
图5A和5B示出了针对ROI 501的不同的单次扫描的实例扫描模式。ROI 501包括多个撞击点502（由圆圈指示的撞击点的位置）。如图5A所示，ROI的初始单次扫描可以是虚线503所示的光栅扫描，扫描方向由箭头指示。每个撞击点处的停留时间相同。在每个撞击点收集反向散射电子的能量之后，可以计算出撞击点的对应信号质量。在图5B中，根据颜色条504对撞击点的信号质量进行颜色编码。撞击点越黑，撞击点的信号质量越高。在ROI的下一次扫描中，如图5B所示，仅用带电粒子束照射信号质量低于阈值505的撞击点。基于每个撞击点的信号质量来确定新的扫描模式506。
在一些实施例中，可以基于ROI的信号质量来调整ROI的每个单次扫描的停留时间。例如，可以响应于ROI的信号质量的变化率高于阈值变化率，减少停留时间。在另一实例中，可以响应于ROI的信号质量与阈值信号质量之间的差小于阈值，减少停留时间。
以这种方式，EBSD图样获取是数据驱动的，也就是说，基于所获取数据的质量（如ROI的信号质量）的反馈来控制获取。还可以响应于每个撞击点的信号质量来调整用于EBSD图样获取的成像参数。可以减少单次扫描内每个撞击点的停留时间，并且还可以减少带电粒子束在每个撞击点处的累积停留时间。因此，与常规方法相比，可以减少总数据获取时间和带电粒子束对样品的辐射损伤。此外，由于ROI的每个单次扫描的持续时间减少，所以可以容易且有效地校正束漂移。
图6示出了使用图1的成像系统进行数据驱动的EBSD图样获取的实例时间线。绘图的x轴是时间。时间如x轴箭头所指示增加。曲线610示出了用于数据获取的开始信号。当信号值为一时开始数据获取，而当信号值为零时终止数据获取。曲线620示出了电子撞击像素化检测器的各个入射。曲线630示出了从EBSD检测器到控制器或控制器的FPGA的数据流。曲线640示出了ROI的信号质量。ROI的信号质量如y轴箭头所指示增加。
在T4，开始数据获取。从T4到T5，在带电粒子束扫描ROI的同时，检测器不断检测反向散射电子。响应于电子撞击检测器的每次入射，数据包从检测器传送到控制器。数据包包括电子的能量和/或时间戳，以及电子在像素化检测器中的位置。例如，响应于电子撞击检测器的入射621，数据包631被传送到控制器。数据包631包括针对入射621的电子的能量和/或时间戳，以及检测器内接收电子的位置。
在T5，完成ROI的第一次单次扫描。基于从T4到T5检测到的粒子来计算ROI的信号质量。ROI的信号质量低于阈值信号质量641。
从T5到T6，带电粒子束第二次扫描ROI。响应于检测器检测到的每个电子，检测器不断将数据包传递到控制器。在T6，完成ROI的第二次单次扫描。基于从T4到T6检测到的粒子，更新ROI的信号质量。ROI的更新后的信号质量低于阈值信号质量641。
从T6到T7，带电粒子束第三次扫描ROI。响应于检测器检测到的每个电子，检测器不断将数据包传递到控制器。在T7，完成ROI的第三次单次扫描。基于从T4到T7检测到的粒子，更新ROI的信号质量。响应于ROI的更新后的信号质量高于阈值信号质量641，在T7处终止数据获取。可以基于从T4到T7检测到的所有粒子来构建ROI的结构图像。
在一些实施例中，每个ROI扫描的持续时间可以是相同的。在其他实施例中，每个单个ROI扫描的持续时间可以随着时间的增加而减少。
以这种方式，用带电粒子束重复地扫描样品的ROI，直到ROI的信号质量高于预先确定的阈值信号质量水平。在整个成像过程期间，检测器在检测到每个粒子后立即将粒子信息发送到控制器。因此，总数据获取时间不受常规EBSD图样获取中那样的帧读出时间的限制。
在ROI的每个单次扫描之后计算ROI的信号质量的技术效果是，可以评估所获取的数据质量。此外，响应于所获取的数据的质量，可以终止重复扫描以减少总数据获取时间。这样，数据获取时间是数据驱动的并且取决于样品。重复扫描ROI的技术效果是减少对样品的辐射损伤，并且可以在每个单次ROI扫描之后有效地校正束漂移。而且，可以在照射撞击点持续短的停留时间之后读出EDS数据。响应于ROI的信号质量而调整成像参数的技术效果是减少单次ROI扫描的持续时间，同时保持所获取数据的质量。
在一个实施例中，用于对样品进行成像的方法包括：通过将带电粒子束引向ROI内的多个撞击点并检测从多个撞击点中的每个撞击点散射的粒子来执行第一次扫描；基于从撞击点散射的检测到的粒子，计算多个撞击点中的每个撞击点的信号质量；基于每个撞击点的信号质量，计算ROI的信号质量，其中ROI的信号质量低于阈值信号质量；通过在计算ROI的信号质量之后，将带电粒子束引向ROI内的多个撞击点中的一个或多个并检测从ROI内的多个撞击点中的一个或多个散射的粒子来执行第二次扫描；和基于在第一次扫描和第二次扫描期间检测到的粒子，形成ROI的结构图像。在方法的第一实例中，方法进一步包括：基于在第二次扫描期间从多个撞击点中的一个或多个散射的检测到的粒子，更新多个撞击点中的一个或多个的信号质量；和基于多个撞击点中的一个或多个的信号质量，更新ROI的信号质量，其中ROI的更新后的信号质量高于阈值信号质量。方法的第二实例任选地包括第一实例，并且进一步包括其中基于从撞击点散射的检测到的粒子计算多个撞击点中的每个撞击点的信号质量包括：基于从撞击点散射的检测到的粒子，形成每个撞击点的衍射图样，和基于每个撞击点的对应衍射图样，计算每个撞击点的信号质量。方法的第三实例任选地包括第一和第二实例中的一个或多个，并且进一步包括其中从多个撞击点中的每个撞击点散射的粒子由检测器检测，并且基于从撞击点散射的检测到的粒子形成每个撞击点的衍射图样包括：记录检测到的粒子中的每一个在检测器上的位置；和基于检测到的粒子中的每一个的位置，形成衍射图样。方法的第四实例任选地包括第一至第三实例中的一个或多个，并且进一步包括其中基于每个撞击点的对应衍射图样计算每个撞击点的信号质量包括：基于每个撞击点的对应衍射图样的质量，计算每个撞击点的信号质量。方法的第五实例任选地包括第一至第四实例中的一个或多个，并且进一步包括其中结构图像的每个像素对应于ROI内的多个撞击点的一个撞击点。方法的第六实例任选地包括第一至第五实例中的一个或多个，并且进一步包括，其中基于在第一次扫描和第二次扫描期间基于检测到的粒子形成ROI的结构图像包括：基于在第一次扫描和第二次扫描期间从撞击点散射的检测到的粒子，形成每个撞击点的衍射图样，和基于撞击点的衍射图样，确定对应于特定撞击点的结构图像的像素值。方法的第七实例任选地包括第一至第六实例中的一个或多个，并且进一步包括包含校正第一次扫描和第二次扫描之间的带电粒子束漂移。方法的第八实例任选地包括第一至第七实例中的一个或多个，并且进一步包括其中检测从多个撞击点中的每个撞击点散射的粒子包括：响应于每个散射粒子撞击检测器，记录撞击的散射粒子的能量或时间戳，以及撞击的散射粒子在检测器上的位置。方法的第九实例任选地包括第一至第八实例中的一个或多个，并且进一步包括在第二次扫描之前，基于每个撞击点的信号质量，选择多个撞击点中的一个或多个。
在一个实施例中，用于对样品进行成像的方法包括：通过将带电粒子束引向ROI的多个撞击点并检测从多个撞击点散射的粒子，重复地扫描样品的感兴趣区域（ROI）；在重复扫描期间，计算多个撞击点中的每个撞击点的信号质量，并在ROI的每个单次扫描之后，基于每个撞击点的信号质量，更新ROI的信号质量，其中基于从撞击点散射的检测到的粒子，计算特定的撞击点的信号质量；响应于ROI的信号质量高于阈值信号质量，终止重复扫描；和基于在重复扫描期间检测到的粒子，形成ROI的结构图像。在方法的第一实例中，其中结构图像中的每个像素对应于多个碰撞点中的一个碰撞点，并且其中基于在重复扫描期间检测到的粒子形成ROI的结构图像包括：对于每个碰撞点，基于从碰撞点散射的所有的检测到的粒子，形成衍射图样；和基于每个碰撞点的对应衍射图样，确定ROI的结构图像的每个像素值。方法的第二实例任选地包括第一实例，并且进一步包括基于在重复扫描期间多个撞击点中的每个撞击点的信号质量，调整重复扫描的扫描模式。方法的第三实例任选地包括第一和第二实例中的一个或多个，并且进一步包括其中在重复扫描期间，每个撞击点的信号质量单调增加。
在一个实施例中，用于对样品进行成像的系统包括：带电粒子源，用于产生朝向样品的带电粒子束；检测器，用于检测来自样品的散射粒子；和控制器，所述控制器具有存储在非暂时性介质中的计算机可读指令，所述控制器被配置为：通过将带电粒子束引向ROI内的多个撞击点并检测从多个撞击点中的每个撞击点散射的粒子来执行第一次扫描；基于从撞击点散射的检测到的粒子，计算多个撞击点中的每个撞击点的信号质量；基于每个撞击点的信号质量，计算ROI的信号质量，其中ROI的信号质量低于阈值信号质量；通过在计算ROI的信号质量之后，将带电粒子束引向ROI内多个撞击点中的一个或多个并检测从ROI内的多个撞击点中的一个或多个散射的粒子来执行第二次扫描；并基于在第一次扫描和第二次扫描期间检测到的粒子，形成ROI的结构图像。在系统的第一实例中，系统进一步包括用于对包括ROI的样品区域进行成像的检测器，并且控制器还被配置为：在第一次扫描之前获取第一样品图像，在第一次扫描和第二次扫描之间获取第二样品图像，并且通过在第二次扫描之前比较第一样品图像和第二样品图像，校正带电束漂移。系统的第二实例任选地包括第一实例，并且进一步包括其中控制器进一步被配置为：基于在第一次扫描期间检测到的粒子，形成第一样品图像；基于在第二次扫描期间检测到的粒子，形成第二样品图像；并且通过在第二次扫描之前比较第一样品图像和第二样品图像，校正带电束漂移。系统的第三实例任选地包括第一和第二实例中的一个或多个，并且进一步包括其中在第一次扫描期间，带电粒子束在多个撞击点中的每个撞击点处的停留时间小于100微秒。系统的第四实例任选地包括第一和第三实例中的一个或多个，并且进一步包括其中控制器进一步被配置为：基于在第二次扫描期间从多个撞击点中的一个或多个散射的检测到的粒子，更新每个撞击点的信号质；基于每个撞击点的更新后的信号质量，更新ROI的信号质量，其中ROI的更新后的信号质量高于阈值信号质量。系统的第五实例任选地包括第一和第四实例中的一个或多个，并且进一步包括其中结构图像中的每个像素对应于多个撞击点的一个撞击点，并且基于从撞击点散射的检测到的粒子计算每个撞击点的信号质量包括：基于每个检测到的粒子在检测器上的相对位置，形成对应于每个撞击点的衍射图样；和基于用于提取结构信息的对应的衍射图样的质量，计算每个撞击点的信号质量。

Claims (15)

1.一种用于对样品进行成像的方法，其包含：
通过将带电粒子束引向ROI内的多个撞击点，并检测从所述多个撞击点中的每个撞击点散射的粒子来执行第一次扫描；
基于从所述撞击点散射的所述检测到的粒子，计算所述多个撞击点中的每个撞击点的信号质量；
基于每个撞击点的所述信号质量，计算所述ROI的信号质量，其中所述ROI的所述信号质量低于阈值信号质量；
通过在计算所述ROI的所述信号质量之后，将所述带电粒子束引向所述ROI内的所述多个撞击点中的一个或多个，并检测从所述ROI内的所述多个撞击点中的所述一个或多个散射的粒子来执行第二次扫描；和
基于在所述第一次扫描和所述第二次扫描期间所述检测到的粒子，形成所述ROI的结构图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：基于在所述第二次扫描期间从所述多个撞击点中的所述一个或多个散射的所述检测到的粒子，更新所述多个撞击点中的所述一个或多个的所述信号质量；和基于所述多个撞击点中的所述一个或多个的所述信号质量，更新所述ROI的所述信号质量，其中所述ROI的更新后的信号质量高于所述阈值信号质量。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中基于从所述撞击点散射的所述检测到的粒子计算所述多个撞击点中的每个撞击点的所述信号质量包括：基于从所述撞击点散射的所述检测到的粒子，形成每个撞击点的衍射图样，和基于每个撞击点的对应衍射图样，计算每个撞击点的所述信号质量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中通过检测器检测从所述多个撞击点中的每个撞击点散射的所述粒子，并且基于从所述撞击点散射的所述检测到的粒子形成每个撞击点的所述衍射图样包括：记录所述检测到的粒子中的每一个在所述检测器上的位置；和基于所述检测到的粒子中的每一个的所述位置，形成所述衍射图样。
5.根据权利要求4所述的方法，其中基于每个撞击点的对应衍射图样计算每个撞击点的所述信号质量包括：基于每个撞击点的对应衍射图样的质量，计算每个撞击点的所述信号质量。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其进一步包含校正所述第一次扫描和所述第二次扫描之间的带电粒子束漂移。
7.根据权利要求1所述的方法，其中检测从所述多个撞击点中的每个撞击点散射的粒子包括：响应于每个散射粒子撞击检测器，记录所述撞击的散射粒子的能量或时间戳，以及所述撞击的散射粒子在所述检测器上的位置。
8.一种用于对样品进行成像的方法，其包含：
通过将带电粒子束引向感兴趣区域（ROI）的多个撞击点并检测从所述多个撞击点散射的粒子，重复地扫描所述样品的所述ROI；
在重复扫描期间，计算所述多个撞击点中的每个撞击点的信号质量，并在所述ROI的每个单次扫描之后，基于每个撞击点的所述信号质量，更新所述ROI的信号质量，其中基于从特定撞击点散射的所述检测到的粒子，计算所述特定撞击点的所述信号质量；
响应于所述ROI的所述信号质量高于阈值信号质量，终止所述重复扫描；和
基于在所述重复扫描期间的所述检测到的粒子，形成所述ROI的结构图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述结构图像中的每个像素对应于所述多个撞击点中的撞击点，并且其中基于在所述重复扫描期间的所述检测到的粒子形成所述ROI的所述结构图像包括：对于每个撞击点，基于在所述重复扫描期间从所述撞击点散射的所有的所述检测到的粒子，形成衍射图样；和基于所述ROI的对应衍射图样，确定所述ROI的所述结构图像的每个像素值。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的方法，其进一步包含：基于在所述重复扫描期间所述多个撞击点中的每个撞击点的所述信号质量，调整所述重复扫描的扫描模式。
11.一种用于对样品进行成像的系统，其包含：
带电粒子源，用于产生朝向样品的带电粒子束；
检测器，用于检测来自所述样品的散射粒子；和
控制器，所述控制器具有存储在非暂时性介质中的计算机可读指令，所述控制器被配置为：
通过将带电粒子束引向ROI内的多个撞击点，并检测从所述多个撞击点中的每个撞击点散射的粒子来执行第一次扫描；
基于从所述撞击点散射的所述检测到的粒子，计算所述多个撞击点中的每个撞击点的信号质量；
基于每个撞击点的所述信号质量，计算所述ROI的信号质量，其中所述ROI的所述信号质量低于阈值信号质量；
通过在计算所述ROI的所述信号质量之后，将所述带电粒子束引向所述ROI内的所述多个撞击点中的一个或多个，并检测从所述ROI内的所述多个撞击点中的所述一个或多个散射的粒子来执行第二次扫描；和
基于在所述第一次扫描和所述第二次扫描期间所述检测到的粒子，形成所述ROI的结构图像。
12.根据权利要求11所述的系统，其进一步包含用于对包括所述ROI的样品区域进行成像的检测器，并且所述控制器进一步被配置为：在所述第一次扫描之前获取第一样品图像，在所述第一次扫描和所述第二次扫描之间获取第二样品图像，并且通过在所述第二次扫描之前比较所述第一样品图像和所述第二样品图像，校正带电束漂移。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为：基于在所述第一次扫描期间的所述检测到的粒子，形成第一样品图像；基于在所述第二次扫描期间的所述检测到的粒子，形成第二样品图像；并且通过在所述第二次扫描之前比较所述第一样品图像和所述第二样品图像，校正带电束漂移。
14.根据权利要求11至12中任一项所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为：基于在所述第二次扫描期间从所述多个撞击点中的所述一个或多个散射的所述检测到的粒子，更新每个撞击点的所述信号质量，并且基于每个撞击点的更新后的信号质量，更新所述ROI的所述信号质量，其中所述ROI的更新后的信号质量高于所述阈值信号质量。
15.根据权利要求11至12中任一项所述的系统，其中所述结构图像中的每个像素对应于所述多个撞击点的撞击点，并且基于从所述撞击点散射的所述检测到的粒子计算每个撞击点的所述信号质量包括：基于每个检测到的粒子在所述检测器上的相对位置，形成对应于每个撞击点的衍射图样；和基于用于提取结构信息的对应衍射图样的质量，计算每个撞击点的所述信号质量。
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