以影像辨识为基础的烧蚀图案位置收回的制作方法
【专利说明】以影像辨识为基础的烧蚀图案位置收回
[0001]相关申请案
[0002]本发明主张于2013年3月15日提申的美国临时专利申请案第61/792，016号的权益，其揭露内容藉由参考方式并入于此。
【背景技术】
[0003]例如质谱仪(massspectrometry,MS)系统、光学发射光谱仪(optical emiss1nspectrometry，0ES)系统和类似者的分析系统可以用来分析例如固态晶体的革El材的组成。经常而言，靶材的样品是以气溶胶的形式提供给此种分析系统。气溶胶的典型制造方式如下:将靶材安排于样品腔室中、将载体气流引入样品腔室里、以颗粒的形式射出部分的靶材。射出举例而言可以藉由来自雷射的一或更多个雷射脉波而雷射烧蚀部分的靶材而为之，以产生悬浮在载体气体里而包含从靶材所射出或另外产生的颗粒和/或气体的烟云。之后，射出的颗粒典型由流动的载体气体所携载，并且经由样品运输管道而输送到分析系统。这些分析系统进行的应用包括雷射烧蚀感应耦合电浆质谱仪(laser ablat1ninductively coupled plasma mass spectrometry，LA-1CP-MS)和雷射烧蚀感应親合电楽光学发身才光谱仪(laser ablat1n inductively coupled plasma optical emiss1nspectrometry, LA-1CP-OES)0
[0004]分析性雷射烧蚀应用须要于实验进行期间重复移动XY或XYZ定位系统，该些实验进行于扫描放置过程之后，该扫描放置过程则设定了实验进行期间所要重复的移动。分析性雷射烧蚀系统的一个范例性用途是用于确定锆石晶粒年代。锆石晶体将铀和钍原子并入晶体结构里，并且于形成晶体期间强烈排斥铅。因此，任何存在于锆石晶体中的铅乃假定是来自放射衰变。因此，如果决定了锆石晶体的组成，则晶体的年龄可以藉由计算要在晶体中经由放射衰变来产生铀对铅的比例所会花的时间量而决定。
[0005]用于确定年代的锆石晶粒经常具有极小的尺度，举例而言，单一晶粒的尺寸范围可以在跨越晶粒轮廓的数点而从20微米到200微米。晶体里可以存在着看不见的结构，其可以使用扫描式电子显微镜(SEM)、X光荧光仪(XRF)或其他类似的工具来成像。这些看不见的结构可以使晶粒的多个区域对于特定的分析雷射烧蚀用途而言不是理想的。为了这些缘故，在用于确定锆石晶体年代和类似用途的锆石晶粒上所想要的靶可以是很小，因此这些用途须要以极高的精确度来烧蚀晶粒的表面，因而需要高精确度的台座移动。
[0006]于典型的锆石晶粒时效用途期间，可以制备的范例性样品载片在差不多50毫米乘以50毫米的面积中包含差不多20-200+个晶粒。晶粒可以自动或由使用者来放置在载片上。晶粒可以采随机安排或规则图案(例如成行列)来放置。此外，晶粒可以根据要一起分析的成组晶粒来放置。在放置之后，晶粒可加以车削而与在样品载片上的其他晶粒实质相同的平面上具有平坦的表面。
[0007]在制备了样品载片之后，将它加载分析性雷射烧蚀装置的样品腔室里，并且进行扫描放置过程。操作员将图案扫描(也称为套迭)放置在样品载片上。这可以使用软件来做以进行图案形状的虚拟套迭。于此过程期间，要被雷射所射中的一系列扫描或孔洞的位置设定于精确位置，举例而言是在个别晶粒的车削面上的特定位置。这些设定的位置称为所要的雷射位置。一旦扫描放置过程完成，则开始进行实验，其中移动控制系统执行由扫描放置过程所决定的一系列移动以在所要的雷射位置、以想要的时间和顺序来烧蚀每个晶粒。
[0008]以作为实验设定的一部分而言，参考材料空白物经常放置在雷射烧蚀设备的样品腔室中，例如离开主要实验区域的一侧。参考空白物具有已知的组成。系统可以设定成分析多组锆石晶粒，并且在诸组锆石晶粒之间，则将系统程序化以对参考空白材料取样。以此方式，举例而言在ICP-MS所测量到的分析飘移可以针对给定的参考物的已知和可重复的材料浓度来修正。
[0009]于扫描放置过程期间，一列所要的雷射位置储存成XY或XYZ台座坐标。于实验进行期间，对于每个所要的雷射位置，样品根据储存的坐标位置而藉由移动控制系统来相对于雷射做移动。
[0010]于实验进行期间，移动控制系统将针对一组样品的锆石晶粒上的每个递增设定的所要的雷射位置而使样品载片相对于雷射做移动，再移动到参考空白物，然后回到下一组的晶粒。以在具有所要雷射位置的晶粒之间或到参考空白物的每个大移动而言，可能出现双向的可重复性误差而使样品载片相对于雷射束的位置而偏移。大的30毫米移动可以招致累积的双向可重复性或正确度误差，其将使雷射聚焦位置偏移于晶粒上的所要的雷射位置。如果累积了可重复性误差，则相对于样品来放置烧蚀图案的精确度将被要射中雷射的时间所降低。于某些情形，雷射将射中所不要的位置，包括全然未射中具有所要雷射位置的晶粒。这是不想要的，因为雷射射中在不要的位置将扭曲或破坏该次实验的数据。
[0011]由于同一实验进行期间时常对大量的锆石晶体取样，例如20到200+个晶粒，故对于操作员而言，于实验进行期间监视设备并且修正雷射束在样品上的不良的系统层级正确度是令人不悦的费时。
[0012]用于XYZ定位系统的传统技术包括移动控制拓朴，例如开路和闭路二种。开路设计可以是基于步进马达，并且经由线性马达或导螺旋驱动型机制而使台座移动精确量，举例而言为真实完全步进范围的分数。每一步可以是在1-2微米的XY移动的等级，而微步进化则加入了每一完整步除以2、4、8、16或32个微步。以此方式，有可能尝试以极尚的分辨率来定位，而仅受限于台座机制的机械耦合。闭路则对此增加了回馈机制和控制器拓朴，其尝试减少要求位置一真实位置的误差，直到误差为零或极小为止。这些解决方案所具有的缺点在于需要比较昂贵的台座和控制器，并且实施上是复杂的。
【发明内容】
[0013]本发明在此举例所述的具体态样大致关于:储存所要的雷射位置的XYZ台座坐标以及于扫描放置过程期间所放置的烧蚀图案的核心影像；并且比较核心影像与相机或显微镜的目前视野的目前影像，后者包括会射中雷射的所在位置。这比较是用于实验进行期间以修正任何累积误差。尤其，本发明的具体态样关于基于软件的影像辨识的设备和方法，其修正将样品相对于确定锆石晶粒年代的分析系统的雷射来定位的开路系统中的误差。
[0014]—种于雷射烧蚀程序期间将雷射定位在支持表面上的样品的晶粒上的方法，包括:
[0015]于扫描放置过程期间设定样品的烧蚀图案，包括:
[0016]以移动控制系统来将该样品相对于雷射而定位到该样品上的多个所要的雷射位置，
[0017]储存每个所要的雷射位置的位置坐标，以及
[0018]储存至少一该所要的雷射位置的核心影像；以及
[0019]开始实验，包括:
[0020]基于以储存的核心影像所选择的某一该所要的雷射位置的该些储存坐标，而相对于该样品来将该雷射定位到目前位置，
[0021 ] 比较该目前位置的目前影像与该所要的雷射的该储存的核心影像，
[0022]基于该比较而决定位置误差，
[0023]如果该位置误差不是在可接受度的窗口里，则以该移动控制系统而基于该位置误差来施加相对于该样品的该雷射的补偿移动，以修正该位置误差并且重复该些比较和决定的步骤，以及
[0024]如果该位置误差是在该可接受度的窗口里，则将雷射束射在该所要的雷射位置上。
【附图说明】
[0025]图1是雷射烧蚀设备的截面图；
[0026]图2示范包含锆石晶粒的样品载片；
[0027]图3是流程图；
[0028]图4A-C示范于扫描放置和实验进行步骤期间的相机或显微镜的视野。
【具体实施方式】
[0029]本发明以下的叙述将典型参考特定结构的具体态样和方法。要了解不打算将本发明限制于特定揭示的具体态样和方法，而是本发明可以使用其他的特色、组件、方法和具体态样来实施。描述了较佳的具体态样以示范本发明，而不是要限制其范围，该范围是由权利要求所界定。此技艺中具一般技术者将辨识出对于以下叙述的各式各样的等同变化。多样的具体态样中的相同组件是以相同的参考数字所共同指称。
[0030]图1示范雷射烧蚀设备100的截面图。雷射烧蚀设备100包括雷射101、相对于雷射101而固定的相机或显微镜102、样品腔室103、控制样品腔室103相对于雷射101和相机或显微镜102的移动的移动控制系统104。为了开始分析，样品载片105放置在样品腔室103里。样品腔室包括入口导管106以允许载体气体流入，并且包括样品运输导管107以允许载体气体离开。在样品腔室103里的是参考空白物108，其可以分离或整合于样品载片105。
[0031]图2示范样品载片105以及载片的部分表面的放大图201。在样品载片105的表面上有多个锆石晶粒202。于具体态样，每个晶体车削成具有平坦的表面204。
[0032]本发明的具体态样包括基于软件的影像辨识，以修正在实验进行期间倾向于使样品相对于雷射束而偏移的