具体实施方式

以下描述涉及用于使用带电粒子成像系统产生动态带对比度图像（DBCI）的系统和方法。响应于扫描样品的多个扫描位置，利用例如像素化检测器的位置敏感检测器来收集从样品发射的散射带电粒子。在每个扫描位置处形成散射图案。散射图案可以包含多个菊池线。DBCI构造有散射图案。DBCI的每个像素与一个扫描位置对应。DBCI的像素值是沿着扫描位置处获取的散射图案中的选定衍射带的信号的积分。选择衍射带以在散射图案中包含菊池线的至少一部分。DBCI的图像对比度是由特定定向（即，特定通道条件）的晶格内带电粒子的通道效应产生的，且可用于检测样品晶体结构中的缺陷。

在一些实施例中，带电粒子成像系统是扫描电子显微镜（SEM）系统。在一个示例中，样品表面相对于主电子束是垂直定位的。在另一示例中，样品表面相对于电子束的主轴以非零角度定位。举例来说，角度可以小于45度。来自样品的反向散射电子（BSE）可以由布置在磁极片与样品之间的位置敏感BSE检测器收集。基于在扫描位置收集的BSE产生电子反向散射图案（EBSP）。可以通过沿着EBSP内的选定衍射带对EBSP进行积分来构造DBCI。衍射带可以由操作员手动选择，或者由成像系统的控制器自动选择。

EBSP内的衍射带可以包含EBSP的菊池线的至少一部分。由于个别EBSP可能不具有足够的对比度以用于识别菊池线，因此可以从积分EBSP中识别菊池线。积分EBSP是通过在晶粒内对多个扫描位置的EBSP进行积分而产生的。晶粒含有具有相同定向的晶体结构，或换句话说，含有具有菊池线/带的相同分布的晶体结构。可以基于样品图像识别晶粒边界。在一个示例中，样品图像是SEM图像。在另一示例中，可以通过对与每个扫描位置对应获取的所有BSE进行积分，或换句话说，通过对与每个扫描位置对应的EBSP的像素进行积分，来构造样品图像。如果DBCI的视场中包含多个晶粒，则基于针对晶粒产生的积分EBSP来针对每个晶粒确定选定衍射带的位置。选择衍射带以具有选择性的通道条件。在一个示例中，衍射带可以是EBSP内的整个菊池线。在另一示例中，衍射带可以是EBSP内的菊池线的一部分或若干部分。因此，在EBSP中以不同方式定向的不同衍射带包含不同晶体定向处的电子通道信息。可以产生具有不同衍射带的多个DBCI，以展示相对于晶体定向的不同通道条件。晶体缺陷的位置可以从同一样品的多个DBCI中识别。

为了减少对样品的辐射损伤，可以经由帧积分来获取EBSP。可以以短停留时间重复扫描多个扫描位置。在每次扫描之后，通过将新获取的BSE帧添加到当前EBSP来更新每个扫描位置的EBSP。当满足获取的数据的质量时，例如当数据质量高于阈值数据质量时，可以终止重复扫描。可以通过例如信噪比或图像对比度的参数来测量数据质量。获取的数据可以是样品图像中的晶粒边界、EBSP或积分EBSP中的菊池线/带或DBCI。

以此方式，可以基于同一组EBSP来构造具有不同电子通道条件的DBCI。在不使样品相对于入射束倾斜的情况下获取EBSP。此外，可以在对样品的辐射损伤最小的情况下获取高质量图像。

转而参考图1，其展示了能够产生DBCI的示例SEM系统10。SEM系统10可以包含联接到样品室120的电子束柱110。电子束柱110包含用于沿着主轴104产生高能电子束的电子源102。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可以任选地包括气闸122，用于将样品引入其中并且将样品放置在样品固持器124上。样品固持器124可以使样品旋转或平移/偏移，使得样品表面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进一步包含用于接收从样品发射的粒子的一个或多个检测器。检测器可以包含用于检测X射线的能量色散光谱（EDS）检测器140、用于检测反向散射电子的BSE检测器138，以及用于检测二次电子的Everhart-Thornley检测器130。SEM系统还可以包含电子反向散射衍射（EBSD）检测器（图中未展示）。BSE检测器138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，与所述事件有关的数据，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。BSE检测器可以基于接收到的电子的能量来进一步过滤接收到的电子。在一个示例中，BSE检测器是像素化检测器。BSE检测器可以定位在电子束柱110的磁极片150与样品固持器124之间。在一些示例中，BSE检测器可具有在中心处的孔以允许电子束穿过。BSE检测器可以响应于照射样品的扫描位置而获取BSE的帧。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。

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装置141的操作员输入。输入装置可以是鼠标、键盘或触摸板。控制器可以通过移动样品固持器124来相对于入射束平移、偏移或倾斜样品。控制器132可以通过调整电子束经由偏转器112和/或114撞击样品的位置来用电子束扫描样品。

控制器132可以包含处理器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。举例来说，控制器132可以被配置成处理从BSE检测器接收到的信号，并产生样品的SEM图像、EBSP和DBCI。控制器132还可以包含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是用于使用例如图1的SEM系统的带电粒子系统来产生DBCI的方法200的顶级流程图。基于EBSP的选定衍射带的位置，用从BSE检测器获取的EBSP来构造具有电子通道对比度的DBCI。在EBSP获取期间，可以实时更新和显示DBCI。在EBSP获取期间，样品并不相对于入射束倾斜。

在202处，通过用电子束扫描第一感兴趣区域（ROI）来产生样品的概览图像，并且可以在概览图像中识别第一ROI内的晶粒边界。概览图像可以是展示样品的结构的样品图像。在一个示例中，如图3所示，通过在每个扫描位置处以短停留时间重复扫描第一ROI并对BSE帧进行积分直到可以识别出晶粒边界来获取概览图像。在另一示例中，概览图像可以是经由对第一ROI的单次扫描而获取的常规SEM图像。在又一示例中，样品图像由不同于BSE检测器的检测器获取。

在一些实施例中，可以通过在不同扫描位置处比较获取的EBSP来识别晶粒边界。EBSP的变化可指示对应扫描位置是否属于不同晶粒。举例来说，分别在第一扫描位置和第二扫描位置处获取第一EBSP和第二EBSP。计算第一EBSP与第二EBSP之间的差，并将其与阈值差进行比较。如果所述差大于阈值差，则第一扫描位置和第二扫描位置属于不同晶粒。换句话说，如果EBSP之间的差大于阈值差，则晶粒边界位于第一扫描位置与第二扫描位置之间。

在204处，获取第二ROI的每个扫描位置处的EBSP，并且基于积分EBSP来识别衍射带位置。积分EBSP是通过对相同晶粒的EBSP进行积分产生的，以增加散射图案的菊池线/带的对比度。在图4中展示了用于获取EBSP和识别衍射带位置的细节。

第二ROI可以在第一ROI内。在一个示例中，第二ROI是在第一ROI内的连接区域。在另一示例中，第二ROI包含在第一ROI内的多个断开区域。第二ROI可以包含在步骤202中识别出的选择性晶粒。与第一ROI相比，可以以较高分辨率扫描第二ROI。换句话说，与在202处的第一ROI的扫描相比，在第二ROI的扫描中，至少一些相邻扫描位置之间的扫描步长较小。如果第二ROI的扫描位置中的任何一个与第一ROI的扫描位置相同（即，扫描位置是重复的），则可以在步骤204中使用在步骤202的重复的扫描位置处获取的EBSP。

在206处，用第二ROI的EBSP来构造具有各种通道条件的DBCI。DBCI的每个像素是通过沿着与选定通道条件对应的衍射带对EBSP像素进行积分来计算的。DBCI构造的细节在图5中展示。

在208处，DBCI被保存或显示在屏幕上。如果获取更多EBSP，则可以使用新获取的EBSP更新DBCI，并显示更新后的DBCI。因而，操作员可以监测数据获取过程并实时评估数据质量。

在210处，评估DBCI的质量。可以基于例如图像对比度和信噪比的参数来测量DBCI质量。替代地，可以基于样品缺陷的可见性来测量DBCI质量。如果DBCI质量高于阈值DBCI质量，则样品中的晶体缺陷可能位于214处。否则，如果DBCI质量不高于阈值DBCI质量，则在212处连续地扫描第二ROI并更新EBSP。接着，基于更新后的EBSP来构造DBCI。

在一些示例中，可以个别地评估每个晶粒（或第二ROI的子区域）的DBCI质量。响应于低于阈值DBCI质量的特定晶粒（或子区域）的DBCI质量，在212处仅重新扫描具有较低DBCI质量的晶粒（或子区域）。因而，随后仅更新低质量的DBCI（或DBCI的低质量区域）。

在一些实施例中，代替将DBCI质量与阈值DBCI质量进行比较。操作员可以基于显示的DBCI确定是否继续扫描第二ROI。举例来说，操作员可以响应于DBCI中可见的样品缺陷而终止扫描。

以此方式，用ROI的EBSP来构造展示不同电子通道条件的DBCI。与传统的ECCI相比，可以在不使样品相对于入射束倾斜的情况下获得类似的电子通道信息。数据获取过程的持续时间和复杂性大大降低。此外，在EBSP获取期间，可以实时显示和更新具有不同通道条件的DBCI，从而减少了不必要的数据获取和样品辐射损伤。

图3展示了用于使用BSE检测器产生样品图像的示例方法300。可以通过重复扫描第一ROI直到可以识别出晶粒边界来获取样品图像。

在302处，以短停留时间来扫描第一ROI内的多个扫描位置。响应于用电子束照射每个扫描位置，用定位在偏转器与样品之间的BSE检测器来获取BSE的帧。在一些示例中，像素化检测器可以包含电子能量过滤功能，并且获取的BSE可以是电子能量高于阈值能量水平的BSE。步骤302可以包含针对每个扫描位置起始EBSP。举例来说，可以通过将EBSP的每个像素设置为零来起始EBSP。在ROI的每次扫描之后，通过将新获取的帧与当前EBSP进行积分来更新EBSP。举例来说，在每个扫描位置处，对在扫描位置的多次扫描期间获取的多个BSE帧进行求和。换句话说，对在多次扫描期间在检测器的每个像素处接收到的信号进行求和。对BSE帧进行积分可以包含对BSE帧求平均或归一化。

在304处，用更新后的EBSP来构造第一ROI的样品图像。举例来说，通过对在对应扫描位置处获取的BSE进行求和来获得样品图像的每个像素。换句话说，通过对在对应EBSP中的所有像素进行求和来获得样品图像的每个像素。样品图像类似于常规的SEM图像，并展示了样品的结构。

在308处，方法300确定是否可以在构造的样品图像中辨识或识别第一ROI内的晶粒边界。晶粒边界可以通过定向成像显微镜自动识别。在另一示例中，可以将样品图像显示给操作员，且操作员确定是否可以识别晶粒边界。在又一示例中，不是基于构造的样品图像来确定晶粒边界，而是可以基于EBSP的变化来确定晶粒边界。举例来说，如果对应EBSP之间的差大于阈值差，则两个扫描位置属于不同晶粒。如果可以识别出晶粒边界，则在314处确定并保存晶粒边界。否则，如果无法识别出晶粒边界，则方法300移动到310。

在310处，如果总扫描持续时间超过阈值持续时间，则方法300退出。否则，在312处连续地扫描第一ROI。

图4展示了用于获取用于产生DBCI的EBSP的方法400。每个EBSP的衍射带位置由积分EBSP确定。

在402处，选择用于DBCI的第二ROI。第二ROI可以在第一ROI内。在一些实施例中，第二ROI与第一ROI相同。可以基于在第一ROI中识别出的晶粒边界来选择第二ROI。举例来说，可以选择第一ROI中的一个或多个晶粒作为第二ROI，以用于进一步分析。

在404处，用电子束扫描第二ROI中的多个扫描位置，并且基于接收到的BSE来更新EBSP。第二ROI的扫描位置可以比第一ROI的扫描位置更密集。EBSP可以被起始为零，其中一个扫描位置与一个EBSP对应。每个EBSP的尺寸都与像素化检测器的尺寸相同。类似于方法300的步骤302，在照射扫描位置之后，获取BSE帧。通过将新获取的BSE帧积分为当前EBSP来更新与扫描位置对应的EBSP。

在406处，针对每个晶粒形成积分EBSP。可以通过积分，例如对属于同一晶粒的至少一些EBSP进行求和，来形成积分EBSP。通过对EBSP进行积分，可以提高散射图案（例如积分EBSP中的菊池线）的对比度。

在408处，将积分EBSP的质量与阈值积分EBSP质量进行比较。可以基于例如图像对比度和信噪比的参数来评估积分EBSP的质量。如果积分EBSP的质量低于阈值积分EBSP质量，则在410处再次扫描第二ROI并更新积分EBSP。如果积分EBSP的质量高于阈值积分EBSP质量，则可以在积分EBSP中识别菊池线，并且在412处可以在积分EBSP中确定衍射带的位置。

在412处，确定衍射带在EBSP中的每一个的位置。衍射带在EBSP中的位置与对应积分EBSP中的衍射带位置相同。每个衍射带与积分EBSP的不同菊池线对齐，并且表示不同的通道条件。在一些实施例中，菊池线是在高强度菊池带的任一侧上的低强度线。衍射带可以是菊池线的一部分。举例来说，衍射带可以是菊池线的不与其它菊池线相交的部分。通过选择菊池线的部分作为衍射带，可以避免不同衍射条件之间的串扰。衍射带的宽度可以是2-4个像素。

图5展示了用于利用EBSP来构造选定通道条件的DBCI的方法500。

在502处，选择通道条件。通道条件与EBSP中的衍射带对应。在选择了通道条件后，便会选择EBSP中的特定衍射带。对于属于不同晶粒的EBSP，具有相同通道条件的衍射带的位置可能不同。

对于在504处选择的扫描位置，沿着选定衍射带的EBSP信号被积分（例如，求和），以在扫描位置处产生DBCI的像素值。举例来说，首先识别含有扫描位置的晶粒。接着，获得选定衍射带在识别出的晶粒的积分EBSP中的位置。选定衍射带在EBSP中的位置与选定衍射带在识别出的晶粒的积分EBSP中的位置相同。在处理第二ROI中的所有扫描位置之后，在512处形成具有选定通道条件的DBCI图像。否则，方法500在510处移动到下一个扫描位置。

在514处，方法500检查是否处理了所有选定通道条件。如果需要构造具有另一通道条件的DBCI，则方法500移动到502。否则，方法500退出。

在一些实施例中，DBCI中的不同晶粒可以具有不同的通道条件。也就是说，DBCI中的至少两个晶粒的衍射带沿着不同晶体定向的菊池线。但是，对于DBCI的单个晶粒内的每个像素，通道条件是相同的。

图6示出了根据从ROI 601获取的EBSP来构造DBCI 630的过程。ROI 601可以是图2的第二ROI。ROI 610的实心圆表示扫描位置。ROI内的虚线表示晶粒边界。可以从图2的第一ROI的概览图像中识别晶粒边界。替代地，可以基于在ROI 601的扫描期间接收到的BSE来识别晶粒边界。ROI 601包含三个晶粒（602、603和604）。每个晶粒内扫描位置的EBSP被积分成积分EBSP。从晶粒602的扫描位置获取EBSP 611，且从晶粒604的扫描位置获取EBSP 612。EBSP 611被积分成积分EBSP 621，且EBSP 612被积分成积分EBSP 622。积分EBSP 621和积分EBSP 622是不同的。选择沿着特定通道条件的菊池线的衍射带。确定衍射带623在积分EBSP 621中的位置和衍射带624在积分EBSP 622中的位置。对于晶粒602，选定衍射带623在积分EBSP 621和在EBSP 611中的每一个的位置是相同的。类似地，对于晶粒604，选定衍射带624在积分EBSP 622和EBSP 612中的每一个的位置是相同的。对沿着选定衍射带的像素值进行求和，以产生DBCI的像素值。举例来说，在晶粒602内的扫描位置605处获取EBSP640。对沿着衍射带623的像素值进行求和，以产生DBCI 630中对应像素635的像素值。

图7展示了含有单个晶粒的样品的不同衍射通道条件的示例DBCI。基于选定通道条件来确定积分EBSP 701中的四个衍射带711-714的位置。衍射带中的每一个与不同的菊池线对齐。衍射带711、712、713和714表示分别沿着晶体定向（-220）、（2-20）、（220）和（-2-20）的通道条件。通过分别沿着衍射带711、712、713和714对EBSP信号进行积分来产生DBCI702、703、704和705。DBCI 702-705是不同的，其反映了在不同晶体定向中的不同电子通道效应。

基于选定衍射带利用EBSP构造DBCI的技术效应是，在不使样品相对于入射电子束倾斜的情况下，可以看到电子通道效应。形成积分EBSP的技术效应是，即使个别EBSP的图像对比度较低，也可以在积分EBSP中识别出菊池线。沿着衍射带对EBSP进行积分以形成DBCI的技术效应是，提取在特定衍射条件下接收到的BSE。在重复扫描样品时更新DBCI的技术效应是减少样品辐射损伤。此外，其使得能够以减少的持续时间来获取高质量的数据。

在一个实施例中，一种用于对样品进行成像的方法包括：利用带电粒子束扫描所述样品的多个扫描位置；获取从所述样品发射的带电粒子；利用获取的带电粒子形成多个散射图案，其中在所述多个扫描位置的每个扫描位置处形成一个散射图案；确定衍射带在所述多个散射图案中的位置；并基于所述衍射带的所述位置，从所述多个散射图案构造动态带对比度图像（DBCI）。在所述方法的第一示例中，所述方法进一步包含：确定所述样品的至少一个晶粒的晶粒边界；并且其中确定所述衍射带在所述多个散射图案中的所述位置包含通过在所述晶粒边界内对所述多个散射图案进行积分来确定所述衍射带的所述位置。所述方法的第二示例任选地包含所述第一示例且进一步包含：通过对来自所述多个扫描位置中的每一个的所述获取的带电粒子进行积分来形成样品图像；并且其中，确定所述晶粒边界包含基于所述样品图像来确定所述晶粒边界。所述方法的第三示例任选地包含所述第一和第二示例中的一个或多个且进一步包含：利用所述带电粒子束扫描感兴趣区域；利用从所述感兴趣区域发射的带电粒子来形成样品图像；并且其中确定所述晶粒边界包含基于所述样品图像来确定所述晶粒边界。所述方法的第四示例任选地包含所述第一到第三示例中的一个或多个且进一步包含：其中，基于所述多个散射图案来选择衍射带包含：基于所述多个散射图案来形成积分散射图案；以及通过选择所述积分散射图案的菊池线的至少一部分来选择所述衍射带。所述方法的第五示例任选地包含所述第一到第四示例中的一个或多个且进一步包含：响应于DBCI的质量低于阈值质量水平，通过重新扫描所述多个扫描位置来更新所述多个散射图案；并基于更新后的多个散射图案和选定衍射带来更新所述DBCI。所述方法的第六示例任选地包含所述第一到第五示例中的一个或多个且进一步包含：其中，所述多个扫描位置属于多个晶粒，其中，确定所述衍射带在所述多个散射图案中的所述位置包含基于所述晶粒的所述多个散射图案来选择针对所述多个晶粒的每个晶粒的所述衍射带，并且其中基于所述多个散射图案和所述衍射带的所述位置来构造所述DBCI包含基于所述多个散射图案和所述多个晶粒的对应选定衍射带来构造所述DBCI。所述方法的第七示例任选地包含所述第一到第六示例中的一个或多个且进一步包含：确定第二衍射带在所述多个散射图案中的位置，基于所述多个散射图案和所述第二衍射带的所述位置来构造第二DBCI。所述方法的第八示例任选地包含所述第一到第七示例中的一个或多个且进一步包含，其中，所述第二衍射带具有与所述衍射带不同的通道条件。

在一个实施例中，一种用于对样品进行成像的方法包括：利用带电粒子束扫描所述样品的多个扫描位置；在每个扫描期间，基于从所述样品累积的反向散射带电粒子来更新多个散射图案，其中所述多个散射图案的每个散射图案与所述多个扫描位置中的一个对应；确定衍射带在所述多个散射图案中的位置；以及利用来自所述多个散射图案的信号和所述衍射带的所述位置来更新动态带对比度图像（DBCI）。在所述方法的第一示例中，所述方法进一步包含：其中，利用来自所述多个散射图案的信号和所述衍射带的所述位置来更新所述DBCI包含通过沿着与特定像素对应的所述散射图案的所述衍射带对信号进行积分来更新所述DBCI的像素。所述方法的第二示例任选地包含所述第一示例且进一步包含：其中，确定所述衍射带在所述多个散射图案中的所述位置包含通过对所述多个散射图案进行求和来形成积分散射图案，并基于所述积分散射图案中的菊池线来确定所述衍射带相对于所述多个散射图案的所述位置。所述方法的第三示例任选地包含所述第一和第二示例中的一个或多个且进一步包含：其中，所述衍射带沿着所述积分散射图案中的菊池线中的一个布置。所述方法的第四示例任选地包含所述第一到第三示例中的一个或多个且进一步包含：响应于DBCI的质量高于阈值质量水平而终止对所述多个扫描位置的扫描。

在一个实施例中，一种用于对样品进行成像的系统，其包括：带电粒子源，其用于沿着主轴产生带电粒子束；样品固持器，其用于固持所述样品；偏转器，其用于使所述带电粒子束在所述样品上扫描；检测器，其位于所述偏转器与所述样品固持器之间，以用于从所述样品中收集反向散射带电粒子；以及控制器，其包含非暂时性存储器，其中所述非暂时性存储器存储指令，所述指令在由所述控制器执行时使所述控制器进行以下操作：利用所述带电粒子束扫描所述样品的多个扫描位置；基于从所述样品发射的带电粒子形成多个散射图案，其中所述散射图案中的至少一个形成在所述多个扫描位置的每个扫描位置处；基于所述多个散射图案来选择衍射带；并基于所述多个散射图案和选定衍射带来构造动态带对比度图像（DBCI）。.在所述系统的第一示例中，所述系统进一步包含：其中所述检测器是位置敏感检测器。所述系统的第二示例任选地包含所述第一示例且进一步包含：其中，所述非暂时性存储器存储其它指令，所述其它指令在由所述控制器执行时使所述控制器获取样品图像；并基于所述样品图像选择所述多个扫描位置。所述系统的第三示例任选地包含所述第一和第二示例中的一个或多个且进一步包含：其中，在扫描所述多个扫描位置时，所述样品并不相对于主轴倾斜。所述系统的第四示例任选地包含所述第一到第三示例中的一个或多个且进一步包含：其中，所述非暂时性存储器存储其它指令，所述其它指令在由所述控制器执行时使所述控制器选择第二不同衍射带，并基于所述多个散射图案和所述第二衍射带来构造第二DBCI。所述系统的第五示例任选地包含所述第一到第四示例中的一个或多个且进一步包含：其中，所述非暂时性存储器存储其它指令，所述其它指令在由所述控制器执行时使所述控制器基于所述DBCI来定位样品缺陷。