减少拓扑伪影的方法、电子显微镜系统及计算机程序产品技术方案

本发明专利技术包括一种用于减少显微试样的EDS分析中的拓扑伪影的方法、以及一种电子显微镜系统和一种计算机程序产品。该方法是用电子显微镜系统执行的，其包括：生成电子束的电子柱；扫描系统；检测X射线信号的EDS检测器；固持该试样的可移动台，该台被配置为至少沿轴线x和y移动和绕旋转轴线旋转，该台被配置为执行计算中心旋转和/或同心旋转。该方法包括以下步骤：a)选择试样上的相关区域(ROI)，同时将该ROI相对于EDS检测器保持在第一取向；b)执行第一EDS分析，获得结果A；c)使该试样台绕该旋转轴旋转角度α，使得将该ROI相对于该EDS检测器保持在第二取向；d)补偿试样台旋转；e)执行第二EDS分析，获得结果B；f)合并结果A和结果B。

【技术实现步骤摘要】
减少拓扑伪影的方法、电子显微镜系统及计算机程序产品
本专利技术涉及用于防止或至少减少在三维显微试样的EDS分析中可能出现的拓扑伪影的方法和设备。
技术介绍
EDS(能量色散谱)是用于分析材料特征的方法。电子束(又称为一次电子束)在要检查的试样的表面上扫描。由于撞击一次电子与试样材料的原子之间的相互作用，释放X射线光子。光谱仪用于按照能量分析发射的X射线。由于发射的X射线具有作为激发的化学元素的特征的能量，所以检测到的X射线信号提供关于试样材料的化学成分的信息。操作EDS系统的典型模式是“线扫描”或“元素映射”。但一次电子与试样材料的相互作用的不仅X射线光子、而且还有其他相互作用产物可以被检测到以用于对试样成像和/或分析。常见的相互作用产物是反散射电子(BSE)和二次电子(SE)，这些反散射电子和二次电子能够被合适的检测器检测到。典型地，检测到的电子用于生成试样的图像。用于进行所述相互作用产物的组合分析的典型系统是具有EDS功能的SEM(扫描电子显微镜)系统。SEM包括用于生成并聚焦一次电子束的电子光柱。试样定位于试样室(又称为真空室)中，试样室中，在操作期间保持真空条件。而且，SEM系统通常包括合适的电子检测器，比如用于成像的BSE检测器和/或SE检测器，以及用于检测X射线信号的EDS检测系统。进一步地，元素分析数据与成像方法的组合允许生成元素分布图像(元素映射)。为此，可以收集完整的元素光谱以获得数字高分辨率图像的每个像素。通常，EDS检测器位于试样室的一侧。EDS检测器的这种侧向布置使EDS检测器的一侧被照射，从而在EDS分析中引起强烈的地形效应。这可能引起伪影，尤其是当检查三维试样或具有不同表面轮廓的试样。发射在不位于EDS检测器的视线内的区域中的X射线光子不能被检测到，因为与电子不同，X射线沿直线从原点行进到检测器。一种解决这个问题的方式是提供相对于试样被定位成多个取向的多个EDS检测器。典型的解决方案是提供两个布置在相对方向上的EDS检测器。这种检测器配置可以减少不利的地形效应，但明显增加EDS系统的成本。而且，两个EDS检测器在试样室内需要大的空间。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种用单个EDS检测器执行EDS分析的方法，其中，可以将拓扑伪影最小化。另一个目的是提供一种EDS分析方法，其中可以消除残留误差，从而能够获得质量提高的EDS数据。而且，一个目的是提出一种用于执行本专利技术的方法的电子显微镜系统和一种计算机程序产品，该计算机程序产品被配置为当执行本专利技术的方法时控制电子显微镜系统。为了获得有效的EDS数据，需要以不同的视角记录X射线信号。为此，EDS检测器和试样应布置成彼此不同的取向。从不同的视角拍摄图像后，可以将这些图像合并以接收完整试样的表示。本专利技术基于这样的发现，即通过借助于SEM系统的试样台使试样旋转角度α，可以容易地获得试样和EDS检测器所需的相对取向。通过这样做，EDS检测器尽管静止，也可以记录试样的不同角度，使得可以获得不同视点的图像。这将使拓扑伪影最小化。而且，另一个优点是不同图像的组合产生的完整图像的噪声影响较少。所提出的解决方案是有利的，因为仅需要一个EDS检测器，从而节省了试样室的空间和成本。可以通过使试样台绕旋转轴线R旋转角度θ(即，在这种情况下，角度α＝角度θ)来改变试样的取向。旋转轴线R平行于SEM系统的电子柱的光轴对准。然而，在旋转试样之后，试样图像与未旋转试样的图像相比显示出不同的取向。这可能引起问题，即以不同角度拍摄的图像无法轻易合并。根据本专利技术，可以通过在图像采集过程中通过数字地旋转记录的图像或通过旋转扫描方向来补偿物体(即试样)的物理旋转，从而克服障碍物。为了在SEM系统中分析试样，电子束在扫描区域内在试样表面上移动。这样做时，电子束沿扫描路径在某一方向上被引导，该方向被称为扫描方向。SEM系统被配置为提供在不同的扫描方向上进行扫描的可能性。为此，扫描方向可以绕位于扫描区域中心的轴线RS旋转。轴线RS与电子柱的光轴处于轴线平行。在替代性实施例中，试样台绕倾斜轴线T旋转角度引起试样倾斜(即，在这种情况下，角度α＝角度)。这意味着试样表面相对于光轴和EDS检测器保持在不同的取向。在这种情况下，可以通过应用倾斜补偿(有时又称为倾斜校正)来对试样的物理旋转进行补偿。倾斜补偿是SEM系统的功能。改变扫描区域的长宽比，使得图像高度减小，以补偿投影倾斜表面的影响。图像高度中的扫描线的数量保持恒定。而且，本专利技术允许校正可能由于试样台运动、扫描旋转功能和/或图像偏移功能的不准确性而发生的残留误差。为了补偿这些残留误差，用不显示任何主要方向的电子检测器记录至少第一和第二SEM图像。通过将第一图像与第二图像进行比较，可以确定残留误差。还可以记录第一、第二和第三SEM图像，以便执行两次校正过程。可替代地，可以迭代地校正ROI的残留偏移和旋转，以进一步使误差最小化。处理方法的示例是互相关、特征检测、基准标记等。在了解残留误差情况下，可以补偿记录的EDS数据的误差。可以在执行EDS分析之前或之后进行这一点。有几种执行错误校正的方式，例如通过调整束偏移，通过调整图像偏移或通过数字地校正误差。附图说明如下在图的帮助下说明了示例性实施例。图1示意性示出了具有侧向EDS检测器布置的SEM系统。图2a示出了用于线扫描(图2a)的侧向检测器布置的效果，图2b示出了用于元素映射的侧向检测器布置的效果。图3描绘了可以在不同实施例形式中实现的方法的原理。图4是本专利技术的第一实施例的流程图，示出了扫描方向旋转的基本变型。图5是本专利技术的第二实施例的流程图，其与第一实施例相似，但存在EDS结果的数字旋转。图6示出了第三实施例的流程图，其中，旋转了扫描方向并且在EDS分析之前校正了残留误差。图7示出了第四实施例的流程图。这里，旋转扫描方向并且在EDS分析之后校正残留误差。图8示出了第五实施例的流程图，与图6和图7的实施例相似，其中，在EDS分析之前和之后校正残留误差。图9示出了第六实施例的流程图，其中，数字旋转了分析数据并且在EDS分析之后数字地校正了残留误差。图10示出了第七实施例，其中，在将试样保持在多个倾斜角的同时收集EDS数据。图11示出了第八实施例，其中，在将试样保持在多个倾斜角的同时收集EDS数据，并且在执行第二EDS分析之前校正残留误差。图12示出了第九实施例，其中，在将试样保持在多个倾斜角的同时收集EDS数据，并且数字地校正残留误差。图13示出了第十实施例，其中，在将试样保持在多个倾斜角的同时收集EDS数据，并且在执行EDS分析之前和之后校正残留误差。图14示出了具有EDS功能的SEM系统，被配置为执行本专利技术的方法。具体实施方式图1示出了具有EDS分析功能的S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用电子显微镜系统实施的用于减少显微试样的EDS分析中的拓扑伪影的方法，该电子显微镜系统包括/n-用于生成电子束的电子柱，其中，该电子柱包括光轴；/n-扫描系统，该扫描系统用于在扫描区域内在该试样上扫描该电子束，/n-用于检测X射线信号的EDS检测器，/n-用于固持该试样的可移动台，/n该台被配置为至少沿着轴线x和y移动和绕旋转轴线旋转，其中，该台被配置为执行计算中心旋转和/或同心旋转，/n而该方法包括以下步骤：/na)选择试样上的相关区域(ROI)，同时将该ROI相对于该EDS检测器保持在第一取向；/nb)执行第一EDS分析，获得结果A；/nc)使该试样台绕该旋转轴旋转角度α，使得将该ROI相对于该EDS检测器保持在第二取向；/nd)通过执行以下动作之一来补偿该试样台旋转：/n-沿相反方向将扫描方向旋转角度α；/n-沿相反方向将结果A数字地旋转角度α；/n-应用角度α的倾斜补偿；/ne)执行第二EDS分析，获得结果B；/nf)合并结果A和结果B。/n

【技术特征摘要】
20190927 DE 102019214879.41.一种用电子显微镜系统实施的用于减少显微试样的EDS分析中的拓扑伪影的方法，该电子显微镜系统包括
-用于生成电子束的电子柱，其中，该电子柱包括光轴；
-扫描系统，该扫描系统用于在扫描区域内在该试样上扫描该电子束，
-用于检测X射线信号的EDS检测器，
-用于固持该试样的可移动台，
该台被配置为至少沿着轴线x和y移动和绕旋转轴线旋转，其中，该台被配置为执行计算中心旋转和/或同心旋转，
而该方法包括以下步骤：
a)选择试样上的相关区域(ROI)，同时将该ROI相对于该EDS检测器保持在第一取向；
b)执行第一EDS分析，获得结果A；
c)使该试样台绕该旋转轴旋转角度α，使得将该ROI相对于该EDS检测器保持在第二取向；
d)通过执行以下动作之一来补偿该试样台旋转：
-沿相反方向将扫描方向旋转角度α；
-沿相反方向将结果A数字地旋转角度α；
-应用角度α的倾斜补偿；
e)执行第二EDS分析，获得结果B；
f)合并结果A和结果B。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法包括另外的步骤：
g)重复步骤c)至f)。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该试样台绕旋转轴线R旋转，该旋转轴线与该电子光柱的光轴平行布置。


4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，该方法进一步包括以下步骤：
-在旋转该试样台之前记录第一SEM图像I1；
-在已经旋转该试样台之后记录第二SEM图像I2；
-通过比较该第一图像I1和该第二图像I2确定该残留误差；
-校正该残留误差。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过数字地校正该结果B的误差来执行该残留误差的校正。


6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，该方法包括以下另外的步骤：
-与该第二EDS分析一起记录随附的第三SEM图像I3；
-通过比较该第一SEM图像I1和该第三图像I3确定该残留误差：
-数字地校正该结果B的残留误差。

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【专利技术属性】
技术研发人员：R阿诺德，W伯格，M博塞，S迪默，H多默，M埃德尔曼，韩露阳，M希特尔，A詹森，S迈耶，K舒伯特，
申请(专利权)人：卡尔蔡司显微镜有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE