[发明专利]用于高动态范围样品分析的带电粒子显微镜系统和聚类过程

说明书

用于使用聚类过程进行高动态范围（HDR）带电粒子分析的方法和系统包含访问样品的某一区域的多个图像数据实例，其中每个图像数据实例是通过带电粒子显微镜用不同参数捕获的。参数差异可以包含对比度差异、亮度差异、束强度差异、束类型差异、γ差异和/或其组合中的一种或多种。然后，使用所捕获图像数据生成HDR带电粒子显微术数据结构，并且基于所述HDR带电粒子显微术数据结构识别所述样品的一个或多个特征。在根据本发明的一些方法中，所述方法进一步包含基于所确定的一个或多个所识别特征对所述样品执行EDS分析。

背景技术

在带电粒子成像中，用带电粒子束（例如，电子束）照射样品的区域，并且基于样品由于照射而生成的发射来生成所述区域的图像。例如，在电子成像中，用电子束照射样品的区域，基于样品响应于这种照射而发射的发射物（例如，背散射电子）生成成像数据，并且成像数据用于生成样品区域的图像。由于不同的元素/分子生成不同的特征发射，带电粒子显微镜系统能够通过跨样品的表面扫描带电粒子束并且基于从样品的对应部分发射的发射物向图像的每个像素分配像素值来生成样品区域的图像。

然而，尽管具有非常不同的化学成分，当前的带电粒子成像难以区分元素/分子，但仍会生成非常类似的发射。例如，尽管石英（SiO₂）和钠长石（NaAlSi₃O₈）具有显著不同的化学成分，但其平均原子序数几乎相等。因此，由于元素/分子/材料发射的背向散射电子的数量与元素/分子的原子序数直接相关，因此在电子背向散射成像中，很难将石英沉积物与样品与钠长石沉积物区分开来。这种困难导致自动分割算法和/或非专业人工操作员将钠长石和石英的相邻沉积物识别为单个沉积物。

当在成像之前已知样品的组成时，可以预先选择带电粒子显微镜的参数，使得可以识别样品中已知存在的材料之间的转变。例如，可以调整显微镜检测器的对比度，使得由带电粒子系统生成的图像能够看到预期的材料转变，否则很难检测到。尽管以这种方式预选带电粒子显微镜参数可以在生成的图像中看到细微的材料转变，但其也可能导致图像的其它区域被冲刷成白色或黑色。因为如此，如果样品的组成未知，用户将无法预先选择带电粒子显微镜参数，因为用户无法知道哪些参数对样品组成（例如，可以包含碳基材料、铀基材料、两者，等等）是最佳的。因此，需要能够捕获区分不同材料和/或特征而不管样品组成的图像的带电粒子显微镜和成像过程。

需要这样做的特定应用是能量色散X射线光谱法（EDS或EDX），其中样品的组成通过照射样品的各部分并且基于由系统捕获的光谱信息确定对应的组成来确定。为了避免照射样品的每个部分，当前EDS过程需要专家用户选择照射位置的模式，以允许获得样品中的期望材料的组成信息。由于EDS中的样品的组成通常是未知的，因此无法预先选择生成样品的初始图像的带电粒子显微镜的参数，以便用户/算法轻松确定照射位置的最佳模式。因此，还期望能够使用户/算法轻松确定照射位置的最佳模式的带电粒子显微镜和成像过程。

发明内容

本文公开了用于使用聚类过程进行高动态范围（HDR）带电粒子分析的方法和系统。方法包含访问样品的某一区域的第一图像的第一图像数据和所述样品的所述区域的第二图像的第二图像数据，其中每个图像数据都由带电粒子显微镜以不同的参数捕获。在各个实施例中，参数差异可以包含对比度差异、亮度差异、束强度差异、束类型差异、γ差异和/或其组合中的一种或多种。另外地，本发明不仅限于两个图像数据实例，而是可以包含其中捕获任何多个图像（并行、串联或其组合）的实施例，其中用不同带电粒子显微镜参数捕获每个图像数据实例。然后，使用所捕获图像数据生成HDR带电粒子显微术数据结构，并且基于所述HDR带电粒子显微术数据结构识别所述样品的一个或多个特征。在根据本发明的一些方法中，所述方法进一步包含基于所确定的一个或多个所识别特征对所述样品执行EDS分析。