方法和扫描透射带电粒子显微镜技术

根据本公开的一种处理图像数据的计算机实现方法包括：接收图像数据，其中所述图像数据是扫描透射带电粒子显微镜(STCPM)图像数据，表示在第一焦深处获得的STCPM扫描；和处理方程组，所述方程组将图像数据表示为在多个焦深处样本的多个切片的贡献之和，其中方程组的每个方程将图像数据的至少一部分与以下各项相关：STCPM的多个对比度传递函数中的至少一个，STCPM的每个对比度传递函数在不同的相应焦深处被确定；以及STCPM的未知对象的至少一个集合，集合中的每个未知对象处于不同的相应焦深。处理步骤包括求解方程组以获得STCPM的多个未知对象中的至少一个。多个未知对象中的至少一个。多个未知对象中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】
方法和扫描透射带电粒子显微镜


[0001]本公开涉及扫描透射带电粒子显微镜(STCPM)、处理STCPM图像数据的方法和用于处理STCPM图像数据的计算机程序。

技术介绍

[0002]带电粒子显微镜，特别是电子显微镜，是一种众所周知且越来越重要的显微物体成像技术。从历史上看，电子显微镜的基本属经历了一些众所周知的仪器种类的演变，例如透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)。此外，还开发了各种亚种，例如所谓的“双束”工具(例如FIB
‑
SEM)，它另外采用“加工”聚焦离子束(FIB)，允许支持性活动，例如离子束铣削或离子束诱导沉积(IBID)。
[0003]在SEM中，扫描电子束对样品的照射会导致样品以二次电子、背散射电子、X射线和光致发光(红外线、可见光和/或紫外线光子)的形式发出“辅助”辐射。然后检测该发出的辐射的一种或多种成分并将其用于图像累积目的和/或光谱分析(例如在EDX(能量色散X射线光谱)的情况下)。
[0004]在TEM中，用于照射样品的电子束被选择为具有足够高的能量以穿透样品(为此，通常比SEM样品更薄)。然后，从样本发出的透射电子通量可用于创建图像或产生光谱(如电子能量损失光谱，EELS的情况)。如果这种TEM在扫描模式下运行(从而成为STEM)，则所讨论的图像/光谱将在照射电子束的扫描运动期间累积。
[0005]作为使用电子作为辐射束的替代方法，带电粒子显微镜也可以使用其他种类的带电粒子进行。在这方面，短语“带电粒子”应广义解释为包括电子、正离子(例如Ga或He离子)、负离子、质子和正电子。
[0006]除了成像和/或光谱学之外，带电粒子显微镜(CPM)还可能具有其他功能，例如检查衍射图、执行(局部)表面改性(例如铣削、蚀刻、沉积)等。
[0007]无论如何，扫描透射带电粒子显微镜(STCPM5)通常至少包含以下组件：
[0008]‑
辐射源，例如肖特基电子源或离子枪。
[0009]‑
一种照明器，它操纵来自光源的“原始”辐射光束并对光束执行某些操作，例如聚焦、像差减轻、裁剪(使用光阑/光圈/聚光孔径)、过滤等。照明器通常会包括一个或多个带电粒子透镜，并且还可以包括其他类型的粒子光学元件。如果需要，照明器可以配备偏转器系统，可用于使其输出光束在被研究的样本上执行扫描运动。
[0010]‑
样品架，可以在其上固定和定位正在研究的样品(例如倾斜、旋转)。如果需要，可以移动支架以实现光束相对于样本的扫描运动。通常，这样的样品架将连接到定位系统，例如机械载物台。
[0011]‑
一种成像系统，它获取通过样本(平面)传输的带电粒子并将带电粒子引导(聚焦)到分析设备上，例如检测/成像设备、光谱设备等。与照明器一样，成像系统还可以执行其他功能，例如像差减轻、裁剪、过滤等，并且它通常包括一个或多个带电粒子透镜和/或其他类型的粒子光学组件。
[0012]‑
一个检测器，它可以是单一的或复合的/分布式的，并且可以根据被记录的辐射/实体，采取许多不同的形式。这样的检测器可以例如用于记录强度值、捕获图像或记录光谱。示例包括光电倍增管(包括固态光电倍增管，SSPM5)、光电二极管、(像素化)CMOS检测器、(像素化)CCD检测器、光伏电池等，它们可以例如与闪烁体膜结合使用，例如.例如，对于X射线检测，通常使用所谓的硅漂移检测器(SDD)或硅锂(Si(Li))检测器。通常，STCPM将包含多个不同类型的检测器。
[0013]EP3,082,150B1与本公开共同受让并通过引用并入本文，公开了一种执行离焦系列(TFS)的方法，其结果是产生一组样品的深度截面。因此，TFS STEM成像是获取厚样品3D图像的现有方法。为了实现这一点，使用不同焦点值的STEM检测器进行一系列STEM扫描。结果是一堆STEM图像，可以是任何类型(明场
‑
称为BF
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，环形明场
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称为ABF
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，(高角度)角暗场，称为(HA)ADF
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，(集成)微分相位对比度，称为(i)DPC，(集成)质心，称为(i)COM
‑
，以及单个任意片段(或片段组合)图像)。当这些图像彼此正确对齐时，将形成3D重建，其z分辨率受光束开口(半)角α限制。
[0014]Bosch，E.G.T.andI.，2019.Analysis of depth
‑
sectioning STEM for thick samples and 3D imaging，Ultramicroscopy，207，p.112831示出每个焦点值的单个图像可以(前提是满足本文中规定的一些条件)被解释为厚样本不同切片的贡献总和。因此，原则上，需要一个反卷积步骤来从每个切片中获取信息。然而，在实践中，光束聚焦的切片之前和之后的切片的贡献通常被忽略。
[0015]执行TFS时，如果存在样本漂移，则图像堆栈的对齐可能会出现问题，因为无法确定缓慢移动的堆栈与倾斜样本之间的差异。这可能会导致难以可靠地识别3D结构。此外，执行TFS需要在不同的焦点深度进行扫描，这会增加获取图像所需的时间。因此，虽然TFS成像在许多方面提供了良好的性能，但本公开的目的是解决已知成像设备和方法的这些和其他问题。

技术实现思路

[0016]在此背景下并且根据第一方面，提供了根据权利要求1的方法。根据第二方面，提供了根据权利要求15的扫描透射带电粒子显微镜(STCPM)。还提供了根据权利要求16和17的计算机程序和计算机可读介质。
[0017]本公开的实施例允许从单个STCPM扫描获得相对厚样本的切片。本公开的一些实施例使用分段的STEM检测器(例如，在明场(BF)中)和厚样品的STEM成像的理论描述，来为傅里叶变换的每个k向量构造线性方程组一组分割的STEM图像。这些方程的解可以提供一组对应于对象和的图像，其中是由样本的第n(薄)切片引起的相移。对于薄样品，可以解释为投影静电势。因此，由此可以导出(投影的)电荷分布和/或(投影的)内部电场。因此，本公开的一些实施例提供了对样品的基本结构(例如物理和/或电子结构)的有价值的洞察。
[0018]这样的切片可能对仅从单次扫描中执行样本的3D重建很有用。这对于对辐射剂量敏感的样品可能特别有利。这里描述的实施例的另一个优点是不需要像传统TFS所需要的那样补偿载物台的漂移(在xy方向或z方向)。此外，本公开提供的重建可以提供来自样本中
不同深度的信息的反卷积。此外或备选地，本文描述的方法可以包括对存在于探头中的像差(例如像散)进行校正。
[0019]贯穿本公开，在电子显微镜的特定上下文中通过示例的方式描述了实施例。然而，这种简化只是为了说明的目的，不应被解释为限制。
附图说明
[0020]本公开的实施例可以以多种方式付诸实践，现在将仅通过示例并参考附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种处理图像数据的计算机实现方法，所述方法包括：接收图像数据，其中所述图像数据是扫描透射带电粒子显微镜(STCPM)图像数据，表示在第一焦深处获得的STCPM扫描；和处理方程组，所述方程组将图像数据表示为在多个焦深处样本的多个切片的贡献之和，其中方程组的每个方程将图像数据的至少一部分与以下各项相关：STCPM的多个对比度传递函数中的至少一个，STCPM的每个对比度传递函数在不同的相应焦深处被确定；以及STCPM的未知对象的至少一个集合，集合中的每个未知对象处于不同的相应焦深；其中处理步骤包括求解方程组以获得STCPM的多个未知对象中的至少一个。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理步骤包括求解所述方程组以获得不同聚焦深度处的STCPM的多个未知对象。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理步骤包括通过奇异值分解(SVD)求解方程组。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理步骤包括在求解所述方程组之前对所述方程组进行正则化。5.根据权利要求1所述的方法，其中：未知对象的各集合之一包括和/或未知对象的各集合之一包括其中r
p
表示图像数据的扫描位置，并且表示由样本的多个切片中的第n个切片引起的相移。6.根据权利要求1所述的方法，其中方程组的形式为Au＝v，其中A是表示STCPM的多个对比度传递函数的矩阵，u是表示STCPM的未知对象的至少一个集合的向量，并且v是表示图像数据的向量。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述方程组满足以下条件(i)、(ii)和/或(iii)中的至少一个：其中CTF
S/C，M，N
是分别针对对象和的STCPM对比度传递函数，并且其中r
p
表示图像数据的扫描位置，其中多个切片包括N个切片，并且图像数据是来自STCPM检测器的具有M个分段的分段STCPM图像数据；
其中和是对象和的傅里叶变换的分量，其中n＝0，1.....N，其中r
p
表示图像数据的扫描位置，其中多个切片包括N个切片；和/或其中是图像数据的傅立叶变换的分量，其中s＝0、1.....M，其中图像数据是来自STCPM检测器的具有M个分段的分段STCPM图像数据。8.根据权利要求1所述的方法，其中求解方程组包括获得STCPM的所述多个未知对象中的至少一个的傅里叶变换的分量，以及通过逆傅立叶变换获得STCPM的所述多个未知对象中的所述至少一个。9.根据权利要求1所述的方法，其中求解方程组包括求解图像数据的傅里叶变...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：