在带电粒子显微镜中执行样本的层析成像的方法
【专利摘要】一种在带电粒子显微镜中执行样本的层析成像的方法，其包括以下步骤：提供沿粒子光轴传播的带电粒子射束；将样本设置在可关于所述射束倾斜的样本座上；在成像步骤中，引导射束穿过样本，以便在图像探测器处形成和捕获样本的图像；在一列样本倾斜中的每一个下重复该程序，以便获得对应的一组图像；在重建步骤中，数学地处理来自所述组的图像，以便构造样本的合成图像，由此：在所述成像步骤中，对于给定的样本倾斜，一系列构件图像在对应的一系列焦点设定值下被捕获；在所述重建步骤中，对于所述列的样本倾斜的至少一个组成部分，所述一系列构件图像的多个组成部分在所述数学图像处理中使用。这给出了给定样本倾斜下的3D成像立方体而非2D成像片。
【专利说明】在带电粒子显微镜中执行样本的层析成像的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在带电粒子显微镜中执行样本的层析成像的方法，其包括以下步骤:
提供沿粒子光轴传播的带电粒子射束；
将样本设置在可关于所述射束倾斜的样本座上；
在成像步骤中，引导射束穿过样本，以便在图像探测器处形成和捕获样本的图像；
在一列样本倾斜中的每一个下重复该程序，以便获得对应的一组图像；
在重建步骤中，数学地处理来自所述组的图像，以便构造样本的合成图像。
[0002]本发明还涉及一种带电粒子显微镜，其包括:
带电粒子源，其用于产生沿粒子光轴传播的带电粒子射束；
样本座，其用于保持样本和使样本定位；
带电粒子透镜系统，其用于引导所述射束穿过样本以便形成样本的图像；
图像探测器，其用于在成像步骤中捕获所述图像；
设备，其用于调整射束关于样本的焦点设定值；
计算机处理器，其用于在重建步骤中数学地处理输入图像，以便形成输出重建图像。
【背景技术】
[0003]出于清楚和一致的目的，如在整个该文本和所附权利要求中使用的以下用语应当解释如下:
用语〃带电粒子〃包含电子或离子(通常是正离子，诸如例如镓离子或氦离子，但是阴离子也是可能的)。例如，其还可为质子。
[0004]用语〃带电粒子显微镜"(CPM)指的是使用带电粒子射束来产生大体过小而不能以人的肉眼令人满意地看到细节的物体、特征或构件的放大图像的设备。除具有成像功能之外，这种设备还可具有加工功能；例如，其可用于通过从其除去材料("磨削〃或"烧蚀")或对其添加材料("沉积")来局部地修改样本。所述成像功能和加工功能可由相同类型的带电粒子提供，或者可由不同类型的带电粒子提供；例如，聚焦离子射束(FIB)显微镜可使用(聚焦的)离子射束来用于加工目的，并且使用电子射束来用于成像目的(所谓的〃双射束"显微镜)，或者其可以以相对高能量的离子射束执行加工，并且以相对低能量的离子射束执行成像。
[0005]用语〃样本座〃指的是样本可在其上面安装和保持就位的任何类型的台、平台、臂等。大体上，这种样本座将包括在台级组件中，利用该台级组件，样本座可以以若干自由度准确地定位，例如，借助于电促动器。
[0006]用语〃带电粒子透镜系统〃指的是一个或更多个静电透镜和/或磁透镜的系统，该系统可用于操纵带电粒子射束，例如，用于向其提供某一焦点或偏转，和/或减轻其中的一个或更多个像差。除(各种类型的)常规透镜元件之外，带电粒子透镜系统(粒子光学柱)还可包括诸如偏转器、象散校正装置、多极、孔(光瞳)板等的元件。[0007]〃一列不同的样本倾斜〃此处指的是可采用不同的形式。具体而言，这种列的连续组成部分之间的倾斜增量可为相等或不相等的(或这些的混合)。具有不相等的倾斜增量的方案的实例包括EST (等斜率层析成像)，其中，斜率(倾斜的切线)经历相等的增量，以及所谓的Saxton倾斜增量方案，其中，较小的倾斜增量用作朝较大倾斜值(相对于样本表面测量)的一个进展。除参照带电粒子射束与样本表面的平面之间的角(高度角)之外，用语"倾斜"还可指的是方位角，即，样本绕着与其相交的粒子光轴的旋转姿态。因此，倾斜值的变化可包含样本绕着该轴线的一个或更多个不连续的旋转(例如，如在所谓的"双轴"、〃多轴〃和〃圆锥倾斜〃层析成像的情况下)。倾斜列的增量的数量大体为任意的。
[0008]这种构思将是技术人员所熟悉的。
[0009]在下文中，经由实例，本发明通常将在电子显微镜的特定背景下阐述。然而，这种简化旨在仅用于清楚/说明性的目的，并且不应当解释为限制性的。
[0010]电子显微镜是用于使微观物体成像的公知技术。电子显微镜的基本类别已经历了进化而成为许多公知设备种类，诸如，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)，并且还成为各种子种类，诸如，所谓的〃双射束〃工具(例如，FIB-SEM)，其附加地使用"加工"离子射束，从而允许支持性活动，诸如例如，离子射束磨削或离子射束引起的沉积。在传统电子显微镜中，成像射束在给定的成像时段期间的延长时间段内〃开启〃；然而，电子显微镜还可用于:成像基于相对短的电子〃闪光〃或〃爆炸〃发生，例如，这种途径在试图使移动的样本或辐射敏感样品成像时具有潜在益处。应当注意的是，STEM可为专用工具，或者其可为TEM，TEM在所谓的〃扫描模式〃(例如，通过使用某些(专用)偏转器/探测器/软件来实现)中使用。
[0011]本发明关于CPM，其中，例如，如在TEM或STEM的情况下，使用的带电粒子射束穿过样本。为了射束的(充分地)透过，样本必须相对薄(例如，大约十分之一微米至几微米左右，取决于涉及的材料)，并且使用的带电粒子大体加速至相对高的能量(例如，大约IkeV至500keV左右，或甚至MeV范围中的能量)。然而，虽然人们可认为这种薄样本为基本上二维的(2D)，但是在它们内部大体上仍将存相当大量的三维(3D)信息。例如，典型的生物细胞是异常薄的物体，但是其在其体积内仍包含详细的内部结构；利用常规TEM(或STEM)观看这种构造给予该3D信息的2D投影，产生了体积信息的损失。换言之，透射穿过这种样本的带电粒子将包含来自样本内的各种深度的对比信息，但是该信息将在所得的2D图像中卷积。虽然这在某些应用(例如，大体结构呈现的类型/形状的近似识别)中为可接受的，但是其将不满足其它更关键的应用中所需的标准(例如，在需要细胞内的线粒体的详细图像的情况下)。虽然此处提到了生物实例(经由举例说明)，但是类似的考虑将应用于其它领域，诸如例如矿物学/岩石学、冶金和半导体制造。
[0012]为了解决该问题，人们可构想使用层析透射显微镜。在该途径中，为了 〃清理〃(空间地分解)上文提及的卷积图像，将需要一些形式的视差数据，以便能够在样本的前景特征和背景特征之间进行区分。这种视差数据可通过以相对于到来的带电粒子射束的多种不同倾斜使样本成像来提供，这等同于沿多种不同的视线查看样本。为了执行该倾斜区分的图像组变成深度分解的合成图像的实际解卷积，需要被称为〃重建〃的数学处理。然而，虽然这种途径成功产生样本的3D(合成)影像，但是该影像的分辨率到目前为止大体被证明是相当令人失望的。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于解决该问题。更具体地，本发明的目的在于提供一种方法，该方法可用于在包括相对精细体积结构的样本上更令人满意地执行透射带电粒子显微镜检查。此外，本发明的目的在于所述方法应当比常规层析透射显微镜检查更准确和/或通用。
[0014]这些和其它目的以如开始的段落中详细说明的方法来实现，其特征在于:
在所述成像步骤中，对于给定的样本倾斜，一系列构件图像在对应的一系列焦点设定值下被捕获；
在所述重建步骤中，对于所述列的样本倾斜的至少一个组成部分，所述一系列构件图像的多个组成部分在所述数学图像处理中使用。
[0015]它们同样地以如以上的第二开始段落中阐述的设备来实现，其特征在于，设备包括控制器，该控制器可引起(编程成)执行以下操作:
在所述成像步骤中，对于给定的样本倾斜，在对应的一系列焦点设定值下捕获一系列构件图像；
在所述重建步骤中，对于所述列的样本倾斜的至少一个组成部分，使用所述一系列构件图像的多个组成部分执行所述数学图像处理。
[0016]按惯例，应当注意的是，如此处使用的用语"焦点设定值"指的是射束的焦点关于样本中的给定参考水平(垂直于粒子光轴定向的穿过给定参考点的平面)的位置。例如，这种焦点设定值可通过使用以下方法中的一种或更多种来调整:
改变用于使射束聚焦的至少一个透镜元件的光焦度(例如，其可包括开启或关闭辅助透镜兀件)。
[0017]改变样本沿粒子光轴的位置(例如，使用压电促动器)。
[0018]改变至少一个透镜元件沿粒子光轴的位置。
[0019]技术人员将容易掌握这些构思。
[0020]根据本发明，通过使用一系列焦点设定值并捕获每个样本倾斜值下的对应的一系列构件图像，人们可实现许多实质优点。为了更完整地说明这些，将使用笛卡尔坐标系统，其中:
z轴定位成沿射束的粒子光轴的方向；
X轴定位成沿样本的倾斜轴。
[0021]人们接着获取了以下理解。
[0022]传统地，由于在倾斜样本上执行每个成像步骤，故并非样本的所有部分可同时具有给定的焦点状态(例如，焦点对准，或给定的散焦程度)；原理上，对于给定的焦点状态，样本上的仅一个y坐标将具有该状态。因此，在现有技术的透射层析成像中，样本的给定(表面下)"层〃或〃水平〃的数学重建图像将典型地展现非最佳分辨率和不稳定的功率谱(基本上由于具有混合的"模糊"程度的处理数据)。然而，如果根据本发明，焦点设定值在每个成像步骤期间变化，则人们可捕获3D成像立方体，其将允许样本上的多个y坐标{Cy}重建用于焦点状态的选定。实际上这意思是，使用本发明:
现在可重建给定的层/水平，以便呈现基本上一致的焦点状态，具有大致较高的分辨率和更一致的功率谱。[0023]变得可能的是，选择重建给定的层/水平所处的焦点状态。例如，人们现在可在最佳焦点下并还在多种散焦程度(和/或信号)下重建给定层/水平图像。
[0024]为了将该优点开发成最佳的效果，可以以智能方式计划使用的一系列焦点设定值的极限和增量大小。例如，人们可有利地选择使用的焦点范围(即，给定成像步骤期间横过的焦点设定值的范围)，以便包含倾斜样本的z轴方向空间程度(即，样本的倾斜平面的最高点和最低点之间的z坐标中的差异)；以该方式，上文描述的本发明的图像重建可应用于样本的整个y程度。此外，给定焦点系列中的相邻焦点设定值之间的增量越小，本发明的图像重建的分辨率将越好({Cy}中的相邻点将更接近于彼此)。
[0025]另一个优点关于获取的图像的信噪比(SNR)。对于给定的样本倾斜，本发明的3D成像立方体的构件图像的SNR将与具有相同曝光时间的现有技术的单焦点图像的SNR相当。然而，通过将来自本发明的3D成像立方体的若干构件图像添加在一起，可改进SNR。在简单的方案中，可使用〃简单〃添加，然而这将大体引起由于每个构件图像的不同焦点设定值而产生的一定的模糊效果。然而，在更复杂的途径中，构件图像以如下方式相加，使得考虑了每个构件图像的对比传递函数(CTF)，导致改进的SNR而没有显著的模糊。技术人员将熟悉CTF的构思，这在以下参考中更详细地阐明，例如:
http://en.wikiDedia.0rg/wiki/Contrast transfer function。
[0026]又一个优点可阐明如下。通过将焦点作为变量处理并且采集成像数据作为其函数，人们增加浮动参数的数量，该浮动参数可用于解决前述数学解卷积/重建问题。在一定程度上，人们可将其比作问题，其中，若干联立方程需要求解，但是变量的数量超过可用的方程数量；增加方程的数量将用于减小对应的解空间的大小，并且因此简化了待解决的问题。
[0027]下文将更详细地阐述这些及其它优点。
[0028]根 据本发明，给定样本倾斜下的成像步骤将涉及在不同的焦点设定值下捕获整个一系列的构件图像，而非仅单个图像。然而，如果使用相对快/灵敏的探测器(例如，合适的CMOS探测器)，则本发明的成像步骤的持续时间，以及样本曝光的总量不必相对于现有技术的单图像方案过高地增大。
[0029]在本发明的特定实施例中，粒子光轴和样本的相对位置在所述成像步骤期间保持大致恒定；换言之，成像步骤不涉及射束沿样本表面的扫描移动。例如，这是TEM中的情形。然而，本发明还有助于应用于方案中，由此在所述成像步骤期间，粒子光轴和样本的相对位置通过引起射束沿样本扫描而改变。例如，这种方案在以下情况中发生:
STEM。这类似于常规TEM，其中，其使用透射显微镜，而且略微类似于SEM，其中，其通过横跨样本使相对窄的射束扫描来建立图像。STEM中的射束直径典型地为大约单像素宽。
[0030]所谓的TEM点扫描。这在TEM与STEM中间，其中，其执行射束扫描(类似于STEM)，但是使用较宽的射束(大于单像素，但小于TEM的整个视场(平行照明))。
[0031]在基于扫描的方案(诸如这些)中，成像步骤可以以不同方式来执行。例如: 人们可选择给定的焦点设定值Fn、在射束w.r.t扫描扫过样本期间保持该焦点设定
值，接着选择下一个焦点设定值Fn + 1，执行射束的另一个扫描扫过，对于随后的焦点设定值Fn+2> Fn+3等诸如此类。
[0032]可选地，对于样本上的给定点，人们可在一系列焦点设定值[Fn]下捕获一系列构件图像，接着移动到样本上的相邻点上，并且捕获系列[Fn]的另一个系列的构件图像，对于沿射束的扫描路径的每个随后的点诸如此类。应当注意的是，在该背景下，典型的粒子光学透镜系统(中的物镜)将大体呈现滞后，并且因此，如果焦点设定值通过对这种透镜系统的(元件的)功率进行调整来改变，则系列[Fn]应当优选为对于扫描路径上的每个点沿相同方向横过，例如，从"高焦点"开始，并且使焦点向下移动(从射束进入表面朝样本的射束出现表面)。相同的总论据应用于一情形，由此焦点设定值通过移动样本座而变化，但是在该情况下，可构想的是，当促动器设计/性能改进时，滞后将变为较小的问题。在STEM的情况下，焦点设定值可经由适合的调整聚光透镜来改变，该聚光透镜典型地呈现大致小于物镜的滞后。
[0033]应当注意的是，在本发明中，一系列焦点设定值[Fn]的连续组成部分之间的增量不需要必需地为恒定的；如果期望，则这些增量可改为具有可变的值。还应当注意的是，一系列焦点设定值[Fn]的基数(组成部分的数量)不需要必需地对于样本的每个使用的倾斜值为恒定；作为替代，如果期望，则系列[Fn]可包含(一个或更多个)不同样本倾斜值的不同数量的焦点设定值(只要每个系列[Fn]的基数大于I)。作为又一种可能性，人们可选择应用〃混合途径"，其中，本发明在样本的某些倾斜值下应用，但是常规的单次测量在样本的某些其它倾斜值下(例如，在零倾斜下或接近零倾斜)进行。在特定的"最大数据〃途径中，对于所述列的样本倾斜的每个组成部分，所有捕获的构件图像在所述数学图像处理中使用；然而，本发明还允许某些构件图像省去重建过程(如果期望)。所有这种方案落入所附权利要求的范围内。
[0034]在不同的焦点设定值下捕获一系列构件图像带来了执行每个焦点设定值的成像参数的〃不工作〃调整/优化的可能性。在该背景下，在本发明的特定实施例中，所述成像步骤内的一系列构件图像的不同组成部分具有至少一个成像参数(除焦点之外)的不同值。例如，人们可选择(再)调整/校正系列[Fn]中的每个焦点设定值(或焦点设定值的选定)的图像旋转、放大比例、图像歪斜和侧向图像位移中的一个或更多个。在更先进的途径中，例如，人们可试图独立地校正每个构件图像/焦点设定值的图像扭曲。
·[0035]以根据本发明的方法获得的原始图像数据可以以各种方式数学地处理。按惯例，现在将更详细地阐明这种处理的某些方面。
[0036]在层析成像中，物体的一列角投影被称为正弦图。在典型地被称为〃重建〃的过程中，这种正弦图可使用各种已知的数学技术处理和转变成对应的合成图像(空间分解的图像、3D图像、解卷积图像组)。例如:
SIRT:联合迭代重建技术。
[0037]例如，见:
http://www.vcipt.0rg/pdfs/wciptl/s2 1.pdf
P.Gilbert, 1972 年 7 月第一期 Journal of Theoretical Biology, 36 卷的 105-107页。
[0038]DART:离散代数重建技术
例如，见:http://en.wikipedia.0rg/wiki/Algebraic reconstruction technique^http: / / www.emat.ua.ac.be/pdf/1701.pdf,以及其中的参考文献。
[0039]对于详细的信息，将对以下公知的书籍进行参照(例如):A.C.Kak 和 Malcolm Slaney, Principles of Computerized Tomographic Imaging,IEEE本版社，1999年。
[0040]具体而言，所述书籍的第3章(尤其是3.2节和3.3节)描述了所谓的傅里叶切片定理可如何用作重建程序的基础。
[0041]例如，正弦图重建领域中的其它公知的用语/技术包括WBP(加权反投影)和POCS (凸集投影)。TEM层析成像领域中的技术人员将熟悉这些和其它合适的数学重建技术。
[0042]应当注意的是，本发明中使用的技术大致不同于欧洲专利申请EP I 628 321 A2中公开的方法。在该后一个文献中，对于给定的样本倾斜值，在不同焦点设定值下获得多种测试图像。接着，这些测试图像由操作者目视检查，以便确定它们中的哪一个提供最令人满意的对比度。接着，选定该〃最佳对比〃测试图像，并且抛弃其它测试图像。结果在于，在随后的数学重建中，仅一个"最佳对比"焦点值用于每个样本倾斜值，这不同于本发明，本发明基于每个样本倾斜值的多个焦点值执行重建。因此，EP I 628 321中的数学重建的结果为2D成像片，而非本发明的3D成像立方体。
[0043]按惯例，应当注意的是，在该整个文献的上下文中，图像由于粒子射束穿过样本而形成的事实不将图像形成限制于使用透射粒子；例如，人们可以可选地/补充地使用散射辐射或二次辐射来形成图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]现在将基于示例性实施例和所附示意图来更详细地阐明本发明，在该附图中:
图1表示其中可实施根据本发明的方法的带电粒子显微镜(TEM)的一部分的纵向截面
图。
[0045]图2示出了非倾斜样本(图2A)相比于倾斜样本(图2B、图2C)的焦点梯度的现象，并且还示出了倾斜样本的焦点设定值的变化的结果，由此当调整焦点高度时，最佳焦点的区域从左(图2B)转移至右(图2C)。
[0046]在附图中，在相关的情况下，使用对应的附图标记指示对应的部分。
【具体实施方式】
[0047]实施例1
图1表示本发明可应用于其中的CPM的特定实施例的高度示意性的纵向截面图。在本情况下，CPM为TEM。
[0048]描绘的TEM包括真空壳体120，其经由连接于真空泵122的管121排空。呈电子枪101形式的粒子源产生沿粒子光轴(成像轴)100的电子射束。例如，电子源101可为场发射枪、肖特基(SchOttky)发射器或热电子发射器。由源101产生的电子加速至典型为80keV至300keV的可调整能量(但使用具有例如50keV至500keV的可调整能量的电子的TEM也是已知的)。接着，加速的电子射束穿过设置在钼片中的射束限制孔/光圈103。为了使电子射束与孔103适当地对准，射束可借助于偏转器102转移和倾斜，以使射束的中心部分沿轴线100穿过孔103 。使射束聚焦可使用连同最终聚光透镜105 (的一部分)的聚光系统的磁透镜104来实现。偏转器(未描绘)用于使射束定心在样本上的感兴趣的区域上，并且/或者使射束在样本的表面上面扫描。在该示意性功能描述中，偏转器102示为在CPM中相对高，并且最终聚光透镜105示为相对小；然而，技术人员将认识到偏转器102可在CPM(例如，嵌套在透镜105内)中低得多，并且物品105可比描绘的大得多。
[0049]待检查的样本以如下方式由样本座112保持，使得其可定位在投影系统106(其最上方的透镜元件常规地被称为物镜)的物面111中。样本座112可提供各种位置/运动自由度(平移、倾斜、滚动和偏转中的一个或更多个)，并且还可具有温度控制功能(加热或低温)。其可为用于将静止样本保持在容纳平面中的常规类型的样本座；可选地,样本座112可具有特殊类型，其允许样本在流平面/通道中移动，该流平面/通道例如可容纳液态水流或其它溶液流。样本座将大体连接于一组促动器(未描绘)，以便如期望地使其定位/定向/移动。
[0050]样本通过投影系统(投影透镜系统、投影柱)106成像到荧光屏107上，并且可通过窗口 108观看。形成在屏幕上的放大图像典型地具有在IO3X-1O6X的范围内的放大，并且可示出小到例如0.1nm或更小的细节。荧光屏107连接于铰链109，并且可收缩/折叠，使得由投影系统106形成的图像冲击探测子系统150中的图像探测器151。注意的是，在这种情况下，投影系统106可需要(略微)再聚焦，以便在图像探测器151上而不是在荧光屏107上形成图像。还注意的是，投影系统106可另外在中间图像平面(未描绘)处形成中间图像。
[0051]例如，图像探测器151可包括互补金属氧化物半导体(CMOS)装置，其可用于探测冲击的电子。作为电子探测的可选方案，人们还可使用探测光的CMOS装置，该光诸如由连结于CMOS装置或通过光学纤维(例如)连接于其的钇铝石榴石(YAG)晶体(例如)发射的光。在这种间接探测器中，YAG晶体在电子撞击晶体时发射许多光子，并且这些光子的一部分由CMOS装置探测到；在直接探测器中，电子冲击CMOS装置的半导体芯片，并且生成电子/孔口对，由此形成由CMOS装置探测到的电荷。人们还可考虑使用电荷耦合装置(CCD)而不是CMOS装置；然而，在本发明的背景下，CMOS装置的典型的较大探测速度/灵敏度将趋于使其为优选的。探测器151连接于图1中未描绘的处理设备(控制器)和显示单元。CPM的其它子系统还可连接于该控制器和/或另一个控制器，诸如，源101、各种透镜元件104，105, 106、用于控制样本座112的位置/定向的促动器，偏转器102，152等。
[0052]形成在荧光屏107上和在图像探测器151上的图像大体由于(例如)投影系统106中产生的瑕疵而有像差。为了校正这种像差，各种多极可配置在投影系统106中/附近。这种多极未在图1中描绘，以便避免使图杂乱，但是技术人员将熟悉它们的设计、定位和实施。
[0053]图1中还描绘了偏转线圈152。例如，这些可用于沿远离光轴100和朝向离轴EELS偏转器(图1中未描绘；EELS=电子能量损失光谱)的方向来偏转透射电子(横过样本)。可选地，在被称为EFTEM(能量滤波TEM)的变型工具中，线圈152可起到能量〃滤波器〃的作用，其目的在于选定将在任何给定时间被允许进入探测器151的电子能量范围；在该背景下，线圈152将〃传递〃某些电子能量，同时使其它偏转到旁边。
[0054]应当注意的是，图1仅示出了(简化)TEM的示意图，并且实际上,TEM将大体包括更多偏转器、孔等。
[0055]在本发明的背景下，图1的设备可如以下使用: (i)通过对连接于样本座112的促动器进行适合的调整，可改变其相对于粒子光轴100的高度角和/或方位角；以该方式，可给予附接于座112的样本各种倾斜值。如果期望，则前述控制器可预先编程为具有一列不同的样本倾斜值ITJ，其将在层析测量期间使用；可选地，人们可人工地选择这种值。
[0056](ii)还可以以各种方式来调整样本座112相对于射束沿轴线100传播的焦点的位置。传统地，这可通过对光学柱中的一个或更多个透镜元件(例如，聚光透镜104/105或投影透镜(物镜)106)的光强度进行调整来完成。然而，人们可以可选地/补充地使用促动器来平行于轴线100对样本座112的位置进行微调。如在项目(i)中，提及的控制器可预先编程为具有一系列不同的焦点设定值[Fn]，其将在根据本发明的层析测量期间使用；可选地，人们可人工地选择这种值。应当注意的是，焦点系列[Fn]的基数将大体不同于前述倾斜列ITJ的基数。
[0057](iii)在常规TEM层析成像中，对于来自所述倾斜列的每个倾斜值Tm，执行了成像步骤，由此样本的单个图像由探测器151在单个焦点设定值下捕获。然而，在本发明中，所述成像步骤为更复杂的，其中，一系列构件图像[IJ由探测器151捕获，系列[In]包括焦点系列[FJ的每个组成部分的一个构件图像。因此，根据本发明的成像步骤在每个倾斜值Tm下产生3D成像立方体，而非仅2D成像片。因此，对于给定的倾斜列ITJ，根据本发明的方法获得比现有技术的情况更大且更富有数据的正弦图。
[0058](iv)由步骤(iii)产生的正弦图经受如上文阐述的数学重建程序，因此产生三维的/在深度上空间分解的样本的合成图像。由于步骤(iii)中使用的多焦点数据获得途径，故该重建合成图像中的选定的层/水平将具有改进的分辨率，以及相比于来自现有技术的透射层析成像的结果更可预知的功率谱。
[0059]在项目(iii)和(iv)的背景下，技术人员将了解，在如(iii)中提及的典型3D成像立方体内，样本将占据倾斜平面T，其将大体上不平行于所述立方体的任何面。当在步骤(iv)中处理这种立方体时，数据优选为从立方体选取，以便组合到平行于T的平面切片中。例如，这可通过在处理其之前将合适的(从属于倾斜的)坐标变换应用于立方体来实现。技术人员将容易掌握该点；然而，按惯例，例如，关于该主题的更多信息可从书籍(NikosNikolaidis 和 loannis Pitas 的 3_D Image Processing Algorithms, 2000 年 10 月，ISBN0471377368，例如，1.4.I章/节)中搜集。
[0060]实施例2
图2示出了生物样本上的TEM成像结果。更具体地，这些图用于示出使倾斜样本成像时的不同焦点设定值的效果。在每种情况下，给定图的平面(页面)可被认为是用于使样本成像到探测器上的粒子光学柱的焦平面(FP)。
[0061]在图2A中，样本定姿态成使得其表面S(其所依靠的样本座的远侧)平行于FP。因此，S上的所有点基本上是焦点对准的。
[0062]在图2B中，相同的样本以如下方式倾斜，使得S对着与FP所成的角。如此处描绘的，FP的左侧区域由S交叉，以使样本的该部分是焦点对准的。S的其余部分位于FP的下方(或上方)，并且因此是焦点模糊的，由此在人们朝图2B的右侧移动时稳定地增大模糊程度。
[0063]在图2C中，表面S沿垂直于图的平面的轴线移位(给定的增量)。因此，先前与FP交叉的S的区域不再交叉，而先前与FP不交叉的S的其它区域现在与其交叉。更具体地，FP的右侧区域现在由S交叉，以使样本的该部分为焦点对准的。S的其余部分位于FP的上方(或下方)，并且因此为焦点模糊的，由此在人们朝图2C的左侧移动时稳定地增大模糊程度。
[0064]在本发明中，在每个成像步骤期间，若干这种增量在(倾斜的)S和FP的相对位置实现，并且对于所得的焦点设定值中的每一个，捕获样本的图像。
【权利要求】
1.一种在带电粒子显微镜中执行样本的层析成像的方法，其包括以下步骤: 提供沿粒子光轴传播的带电粒子射束； 将所述样本设置在可关于所述射束倾斜的样本座上； 在成像步骤中，引导所述射束穿过所述样本，以便在图像探测器处形成和捕获所述样本的图像； 在一列样本倾斜中的每一个下重复该程序，以便获得对应的一组图像； 在重建步骤中，数学地处理来自所述组的图像，以便构造所述样本的合成图像， 其特征在于: 在所述成像步骤中，对于给定的样本倾斜，一系列构件图像在对应的一系列焦点设定值下被捕获； 在所述重建步骤中，对于所述列的样本倾斜的至少一个组成部分，所述一系列构件图像的多个组成部分在所述数学图像处理中使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述成像步骤期间，所述粒子光轴和所述样本的相对位置保持大致恒定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述成像步骤期间，所述粒子光轴和所述样本的相对位置通过引起所述射束沿所述样本扫描而变化。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，在所述成像步骤内，所述一系列构件图像的不同组成部分具有除焦点之外的至少一个成像参数的不同值。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述一系列焦点设定值的基数对于所述列的样本倾斜的所有组成部分不是相同的。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，在所述重建步骤中，对于所述列的样本倾斜的每个组成部分，所有捕获的构件图像在所述数学图像处理中使用。
7.一种带电粒子显微镜，其包括: 带电粒子源，其用于产生沿粒子光轴传播的带电粒子射束； 样本座，其用于保持样本和使所述样本定位； 带电粒子透镜系统，其用于引导所述射束穿过所述样本以便形成所述样本的图像； 图像探测器，其用于在成像步骤中捕获所述图像； 设备，其用于调整所述射束关于所述样本的焦点设定值； 计算机处理器，其用于在重建步骤中数学地处理输入图像，以便形成输出重建图像， 所述显微镜构造和布置成执行如权利要求1至6中任一项所述的方法。
【文档编号】H01J37/26GK103854941SQ201310624541
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2012年11月29日
【发明者】R.肖恩马克斯, U.鲁伊肯, E.M.弗兰肯 申请人:Fei 公司