【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及样品的三维断层摄影分析。
技术介绍
1、断层摄影是一组成像技术，其涉及利用穿透对象内部的能量拍摄对象的多个图像，然后利用一个或多个重建算法(诸如滤波反投影或迭代重建)使用对象的图像来产生对象的三维重建。断层摄影示例包括磁共振成像、ct扫描和超声断层摄影，但是存在许多其他技术和辐射能量源。基于电子的断层摄影诸如电子断层摄影或低温电子断层摄影也是断层摄影方法，并且通常可应用于小样品的断层摄影，例如，从微米到原子尺度，给定成像颗粒的较短波长。
2、对针状样品(而不是常见的板状样品)的透射电子显微镜(tem)断层摄影正变得日益流行，这主要是由于用于快速制造此类样品(例如，通过低温聚焦离子束铣削)的新工具。使用目前可用的技术，可以使针状样品围绕其细长轴倾斜-90度和+90度之间的任何角度，从而有利地消除所谓的缺失楔形问题。通常希望获得针的细长部分的3d体积信息。更一般地，对于任何形状的样品，可能希望扩大从其收集tem图像数据的样品体积。当前，这是通过获取若干倾斜系列的图像获取来实现的，或者通过螺旋断层摄影来实现的，所述螺旋断层摄影包括倾斜同时还沿针移位(如果样品如此成形)以获得螺旋轨迹。所得的图像随后被重建和拼接(或反之亦然)。
3、在电子显微镜(诸如透射电子显微镜(tem))中，电子源会产生高能电子束，其可选择的能量例如在80kev至300kev之间，尽管已知会使用更高和更低的能量。所述光束被光学元件(电子透镜，偏转器，多极)操纵(聚焦，偏转)，并照射放置于样品支持器中的样品。样品支持器安置样品，所
4、为了实现三维(3d)图像，首先获取所谓的倾斜系列的投影图像。断层摄影成像电子显微镜基于获取多个曝光角度处的样品图像。这些角度通常通过使样品的角取向步进通过一系列上升角度来设定，其中旋转轴实质上与针的长方向一致。在其他示例中，通过使样品前后倾斜来设定角度。这些常规方法的一个困难是倾斜角度的范围有限。为了实现3d图像，以倾斜系列来获取样品在不同旋转取向上的一系列图像。通常，倾斜系列涵盖从-70到+70度的倾斜范围，规则间隔为1度或2度。然后将倾斜系列的图像彼此对齐，并使用适当的软件进行3d重建，然后进行可视化。
5、作为常规倾斜系列的图像获取的示例，图1a和图1b示意性地图示了细长样品的三个不同倾斜系列的电子显微镜图像(未示出)的角取向和定位，该细长样品被假设为与具有第一端153a和第二端153b的假想圆柱体152的轴117实质上平行地对准并且重合。第一、第二和第三系列的倾斜图像由分别标记为p1至pm、pm+1至p2m和p2m+1至p3m的阴影框的集合所表示的三组图像帧示意性地描绘。图1a中的每个这样的阴影框表示入射带电粒子束(诸如透射电子显微镜的电子束)与假想圆柱体152的相交处，该假想圆柱体在获取样品的单个图像期间在轴117处环绕样品。在图1b中，阴影框被示意性地描绘为如同圆柱体152的表面被平坦化到平面上，其中图1b的水平轴表示旋转角度并且垂直轴表示沿圆柱体152的长度测量(即，平行于旋转轴测量)的位置。
6、在图1a和图1b中描绘的各种图像帧的获取期间，假设样品围绕轴117在顺时针方向上(如从上方朝向第一端153a观看的)单向旋转，并且可假设封闭圆柱体152随着样品旋转。在这些条件下，旋转使得图像帧在由环绕圆柱体的箭头表示的序列中被获取。在获取由阴影框p1至pm表示的第一倾斜系列的图像之后，样品和/或带电粒子束在平行于轴117的方向上平移，以准备获取由阴影框pm+1至p2m表示的第二倾斜系列的图像。如图2a和图2b中示意性描绘的，假设(根据该示例)第二系列的图像是以与第一系列的图像相同的样品旋转角度和相同的顺序获取的。
7、螺旋断层摄影通常涉及以螺旋方式(即，在围绕样品的多个角度或投影位置处)拍摄样品的多个图像，并且使用这些图像来形成样品的3d重建。图2a至图2b图示了可在螺旋断层摄影过程期间获得的一组图像获取的示例。图2a中所描绘的阴影框类似于图1a中所示的阴影框，其中每个这样的阴影框表示入射带电粒子束(诸如透射电子显微镜的电子束)与假想圆柱体152的相交处，该假想圆柱体在获取样品的一部分的单个图像期间在圆柱体的轴117处环绕样品。类似于图1b的描绘，阴影框在图2b中被示意性地描绘为如同圆柱体152的表面被平坦化到平面上。螺旋断层摄影过程的图像获取包括多个系列的图像获取(例如，系列p、系列q和系列r)，其中，在每个这样的系列的图像获取期间，样品围绕细长轴117(其在该示例中被假设为实质上与装置旋转轴115重合)逐渐旋转，使得在不同相应的旋转角度处获得系列的每个图像。例如，系列p包括对应于阴影框的图像获取的集合{p}p1,p2,…,pi,…,pm-1,pm。同样地，系列q包括对应于阴影框的图像获取的集合{q}q1,q2,…,qi,…,qn-1,qn。同样地，序列r包括对应于阴影框的图像获取的集合{r}r1,r2,…,ri,…,rs-1,rs。尽管在图2a中描绘了三个这样的系列，并且在图2b中描绘了总共六个这样的系列(其中三个未标记)，但是在单个成像过程期间可以获取任何数量的类似系列的图像。m、n和s的值可以彼此相等也可以不相等。
8、通过比较图2a至图2b与图1a至图1b，可以观察到图像获取(图2a至图2b)的序列p、q和r等类似于倾斜序列t1,t2,t3,…的图像获取(图1b)。然而，尽管在倾斜系列的获取期间在连续图像获取之间实质上不存在平行于细长轴117的样品相对于入射光束的平移移动，但是在螺旋断层摄影过程期间在系列p、系列q、系列r等的连续图像获取之间存在样品相对于入射光束的有意平移。
9、尽管已经成功地采用了此类常规断层摄影方法(例如，倾斜系列断层摄影和螺旋断层摄影)，但是仍然存在可能影响图像质量和图像重建效率的若干挑战。例如，当使用图像的正常拼接或螺旋断层摄影时，难以确保样品的所有区域接收等量的电子，这在辐射敏感样品的情况下对于防止图像伪影或分辨率损失是重要的。第二，已知拼接单独的3d重建体积或单独的倾斜系列的过程是众所周知困难的数学问题。第三，离散地进行样品倾斜或旋转步骤的成像过程(诸如在正常倾斜系列或螺旋图像获取中)在每个倾斜或旋转步骤之间需要相当大的位置稳定时间间隔。另外，螺旋断层摄影三维结构重建的质量通常较差或可变，并且在给定所需精度和技术要求的情况下，螺旋断层摄影过程可能与许多困难相关联。例如，在图像获取过程期间执行样品的移动之后样品的位本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维(3D)断层摄影的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的3D断层摄影的方法，其中每个系列图像帧中的所有图像帧对应于所述样品围绕所述旋转轴相对于所述初始取向的相同旋转角度，每个系列图像帧中的每个图像帧对应于所述细长部分沿其长度的一部分的2D投影图像。
3.根据权利要求2所述的3D断层摄影的方法，其中获取每个系列图像帧包括在连续图像帧的获取之间改变所述样品相对于被引导到所述样品上的带电粒子的入射通量的位置。
4.根据权利要求3所述的3D断层摄影的方法，其中每个系列中的每个图像帧与相同系列中的至少一个其他相邻图像帧重叠。
5.根据权利要求3所述的3D断层摄影的方法，其中在每个系列内不存在图像帧的重叠，并且其中所述细长部分跨其长度的每个2D图像是通过对相邻图像帧之间的样品特征进行数字重建来由对应的一系列图像帧中的非重叠图像帧生成的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的3D断层摄影的方法，其中所述样品相对于所述样品的所述初始取向的所述多个旋转角度在九十度和负九十度之间的范围内。
7.根据权利要求3至6中任
8.根据权利要求3至7中任一项所述的3D断层摄影的方法，其中每个系列图像帧中的每个图像帧对应于相应的时间增量，在所述时间增量期间，所述样品暴露于所述入射通量的多个脉冲，其中所述入射通量的所述脉冲的定时与伪随机序列一致。
9.根据权利要求3至7中任一项所述的3D断层摄影的方法，其中每个系列图像帧中的每个图像帧对应于相应的时间增量，在所述时间增量期间，检测器暴露于从所述样品到所述检测器的电子的通量的多个脉冲，其中所述通量的所述脉冲的定时与伪随机序列一致。
10.根据任一前述权利要求所述的3D断层摄影的方法，还包括：
11.根据任一前述权利要求所述的3D断层摄影的方法，其中垂直于所述细长轴截取的所述细长部分的厚度不大于1微米(μm)。
12.根据任一前述权利要求所述的3D断层摄影的方法，其中获取每个2D复合图像包括响应于电子或离子撞击到所述样品上而获取从所述样品发射光子的至少一个图像。
13.根据权利要求3至7中任一项所述的3D断层摄影的方法，其中在获取每个系列图像帧期间连续地改变所述样品和所述入射通量的相对位置。
14.一种带电粒子束装置，包括：
15.一种包括程序指令的计算机程序产品，当在3D断层摄影成像系统的控制器环境上执行时，所述程序指令可操作以执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种三维(3d)断层摄影的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的3d断层摄影的方法，其中每个系列图像帧中的所有图像帧对应于所述样品围绕所述旋转轴相对于所述初始取向的相同旋转角度，每个系列图像帧中的每个图像帧对应于所述细长部分沿其长度的一部分的2d投影图像。
3.根据权利要求2所述的3d断层摄影的方法，其中获取每个系列图像帧包括在连续图像帧的获取之间改变所述样品相对于被引导到所述样品上的带电粒子的入射通量的位置。
4.根据权利要求3所述的3d断层摄影的方法，其中每个系列中的每个图像帧与相同系列中的至少一个其他相邻图像帧重叠。
5.根据权利要求3所述的3d断层摄影的方法，其中在每个系列内不存在图像帧的重叠，并且其中所述细长部分跨其长度的每个2d图像是通过对相邻图像帧之间的样品特征进行数字重建来由对应的一系列图像帧中的非重叠图像帧生成的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的3d断层摄影的方法，其中所述样品相对于所述样品的所述初始取向的所述多个旋转角度在九十度和负九十度之间的范围内。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的3d断层摄影的方法，其中在获取每个系列图像帧之后反转所述样品相对于所述入射通量的相对移动的方向。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的3d...
【专利技术属性】
技术研发人员：E·M·弗兰肯，T·K·瓦斯洛特，B·J·詹森，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：
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