本发明涉及扫描透射电子显微镜(stem)，并且具体地涉及检测从样品内的特征发射出的次级电子的stem。
背景技术：
1、在现有的扫描透射电子显微镜(stem)中，向样品提供电子束。图1示出了现有配置中的stem 10。
2、电子源15产生电子束20，该电子束由聚焦元件(诸如上部电子物镜极片40)聚焦。电子束20被引导朝向试样或样品平面30。已经穿过样品平面的初级电子束25由下部物镜极片70收集并由stem检测器80检测。上部物镜极片40引导电子束20穿过样品平面30，通常以光栅模式，其中stem检测器80在每个位置处或在整个扫描中连续地生成信号。这些数据用于形成stem图像。
3、与形成初级电子束25的透射电子一样，次级电子60也可从样品内的特征散射。这些次级电子60可提供关于样品的附加信息，并且由位于样品平面30上方(如图1所示)的次级电子检测器50检测，该次级电子检测器处于样品平面的邻近电子源15且与stem检测器80相对的一侧上。以这种方式收集的次级电子信号可用于显现特定样品的形态。因此，次级电子检测器50用于从位于样品上表面(如图1所示)上或其正下方的特征获得进一步的数据。例如，次级电子检测器50旨在提供关于厚样品或大块样品的上表面上的特征的附加数据。在该示例stem 10中，要么使用stem检测器80收集数据(例如，针对薄样品)，要么从次级电子检测器50收集数据(例如，以获得关于厚样品或大块样品的表面上的特征的信息)。
4、图2示意性地示出了具有单独特征110的样品100。电子束20从上方指向样品，如图2所示。示例stem图像(从stem检测器80所采集的数据收集)被示出为图2中的图像120。由次级电子检测器50所收集的数据形成的图像被示出为图像125。从这两个生成的图像可以看出，可在每个图像中识别出相同的特征，但是其具有不同的强度。在透射stem图像120中示出的每个样品特征110具有类似的信号强度，因为它们在该示例中由具有相同组成成分的样品特征形成。相反，使用次级电子检测器50收集的图像125示出具有不同强度值的相同样品特征110。这是因为样品特征110中的一些样品特征与其他样品特征相比生成更多检测到的次级电子。例如，特征130位于样品100的表面处并且因此产生更多次级电子(se)，这些次级电子可由次级电子检测器50收集，具有完整的形态信息。特征140嵌入在样品110的表面下方并且因此显示比由特征130生成的信号低的信号，如由次级电子检测器50收集的。样品100内的特征150进一步嵌入样品内，包括在样品的与次级电子检测器50相对的侧上的那些特征。这些特征表现出低得多的次级电子活性，如由次级电子检测器50所检测的。因此，对于这些特征，由次级电子图像125提供的形态信息被进一步抑制。从该图示可以看出，衰减取决于特征110在样品100内的深度。
5、使用这种类型的现有stem 10对于深嵌在样品(尤其是厚样品)内的特征提供很少的形态信息或不提供形态信息。此外，这可仅为特征提供有限的深度信息，尤其是对于组成成分具有低原子序数的那些特征，这些特征生成较少的次级电子。
6、因此，需要克服这些问题的方法和系统。
技术实现思路
1、扫描透射电子显微镜(stem)向样品提供电子束。电子束由电子源形成并且被引导朝向样品(例如，通过电场)。例如，电子束可具有大约200kev的能量。两个次级电子(se)检测器或传感器设置在样品上方和下方。这些检测器或传感器检测朝向电子束源往回散射以及从样品向前并远离该源散射的次级电子。次级电子可具有2kev至10kev范围内的能量。还提供了stem检测器或传感器以检测用于生成stem图像的信号。还提供了扫描线圈以引导电子束穿过样品。
2、例如，样品可采取厚片材的形式，并且特征可位于样品的主体中，更靠近片材的一个表面而不是相对的表面。当样品片材位于stem的样品平面处或周围时，一个表面将面向或更靠近一个se检测器，并且样品的另一个表面将面向或更靠近另一个se检测器。
3、当样品(位于样品平面处或周围)被电子束扫描时，stem检测器收集数据。同时，se检测器检测任何次级电子。se检测器可检测来自特定特征的信号。对于每个检测器，还记录样品扫描中每个点处的信号。因此，可比较来自三个或更多个不同检测器的样品中每个点的特定信号。然而，对于相同的特征，从单独的se检测器检测到的信号可具有不同的幅度值。例如，靠近样品片材的表面或处于样品片材的表面处的特征应当在样品的该侧上的se检测器处生成比样品的另一侧上的se检测器更高的信号。这可能是由于样品的主体在次级电子穿过样品时衰减(即，吸收)次级电子。因此，比较由se检测器针对扫描中的相同点收集的信号会提供深度信息(例如，在stem的z轴上或在电子束的方向上)。深度信息可与由stem检测器生成的图像合并。如果样品的材料与该材料的任何衰减特性一起是已知的，则可进一步改进该深度信息的精度。数据可从检测器数据中提取或分离出来，并且提供描述样品的不同层的信息。因此，可实现样品的虚拟切片。
4、在该背景下并且根据第一方面，提供了一种具有样品平面的扫描透射电子显微镜stem，该stem包括：
5、初级电子束源，该初级电子束源被布置成向位于stem的样品平面处的样品提供初级电子束；
6、stem检测器，其中样品平面位于初级电子束源与stem检测器之间；
7、第一次级电子se检测器，该第一se检测器位于初级电子束源与stem的样品平面之间；
8、第二se检测器，该第二se检测器位于样品平面与stem检测器之间；和
9、信号采集电路，该信号采集电路被配置为同时采集：
10、来自第一se检测器的第一信号，
11、来自第二se检测器的第二信号，和
12、来自stem检测器的第三信号。stem可用于使用单次扫描确定样品内的特征的三维定位(尤其是对于厚样品，其中来自样品内的特征的次级电子无法由上部se检测器独自检测)。此外，具有第二se检测器或下部se检测器允许同时从位于样品的相对侧上的特征的次级散射收集数据。
13、优选地，stem还可包括数据处理电路，该数据处理电路被配置为：
14、当初级电子束扫描样品时，接收第一信号、第二信号和第三信号，并且分别从所接收到的第一信号、第二信号和第三信号生成第一数据集、第二数据集和第三数据集。
15、有利地，数据处理电路可被进一步配置为接收初级电子束的对应于检测到第一信号、第二信号和第三信号时的位置信息，并且将该位置信息并入到所生成的第一数据集、第二数据集和第三数据集中。因此，信号(例如，幅度或相对幅度)可与x-y、水平或样品平面位置相关并且彼此相关。位置信息可以是样品平面中的特定坐标或可用于导出此类坐标的信息。
16、优选地，第一数据集、第二数据集和第三数据集可以是图像数据。可使用其他数据类型。例如，数据集可包括用于生成图像数据的信息。
17、优选地，数据处理电路可被进一步配置为：
18、基于第一数据集和第二数据集中的第一信号数据和第二信号数据来生成在第三数据集内识别出的一个或多个特征的深度信息，在第一数据集和第二数据集内具有对应位置信息。深度信息可以是z轴数据，其中样品平面处于x-y平面中。
19、优选地，深度信息可垂直于样品平面。
20、任选地，se检测器可以是环形检测器。可使用其他检测器类型和形状。
21、优选地，stem还可包括上部物镜极片(在样品的射束侧)和下部物镜极片(在射束已经穿过样品平面之后)，该上部物镜极片和该下部物镜极片被配置为扫描初级电子束源穿过样品平面。
22、任选地，stem检测器可以是暗场df、高角度角度暗场haadf、df、明场bf或像素化检测器。可使用其他检测器类型。
23、任选地，第一se检测器、第二se检测器和stem检测器可与由初级电子束源提供的电子束同轴。可使用其他配置。
24、根据第二方面，提供了一种用于从扫描透射电子显微镜stem生成图像的方法，该扫描透射电子显微镜具有初级电子束源、stem检测器、第一次级电子se检测器和第二se检测器，该方法包括以下步骤：
25、接收来自第一se检测器的第一信号、来自第二se检测器的第二信号和来自stem检测器的第三信号，其中在初级电子束扫描样品时同时检测第一信号、第二信号和第三信号；
26、接收初级电子束的对应于检测到第一信号、第二信号和第三信号时的位置信息；
27、在初级电子束扫描样品时分别从所接收到的第一信号、第二信号和第三信号生成第一图像数据集、第二图像数据集和第三图像数据集，并且将该位置信息并入到第一数据集、第二数据集和第三数据集中；
28、基于第一图像数据集和第二图像数据集中的第一信号数据和第二信号数据来针对在第三图像数据集内识别出的一个或多个特征生成垂直于样品平面的深度信息，在第一数据集和第二数据集内具有对应位置信息；以及
29、将深度信息与第三图像数据集合并以生成输出图像。
30、优选地，该方法还可包括将第一图像数据集和第二图像数据集与输出图像合并以生成合并的输出图像的步骤。
31、任选地，生成一个或多个特征的深度信息的步骤还可包括：比较具有一个或多个特征的对应位置信息的第一信号数据和第二信号数据的相对强度。这可提供定性或定量的深度信息，这取决于对样品、射束和检测器的特性的了解程度。
32、任选地，生成第一图像数据集、第二图像数据集和第三图像数据集的步骤还可包括：对第一图像数据集、第二图像数据集和/或第三图像数据集进行归一化。这可帮助调整或补偿检测器灵敏度差异等。
33、有利地，生成第一图像数据集和第二图像数据集的步骤还可包括：估计第一信号和第二信号的信号本底噪声。
34、优选地，位置信息可平行于样品平面。
35、上文所描述的方法能够被实施为包括操作计算机的程序指令的计算机程序。计算机程序可存储在计算机可读介质上。
36、计算机系统可包括一个或多个处理器(例如本地的、虚拟的或基于云的)，诸如中央处理单元(cpu)，和/或单个图形处理单元(gpu)或其集合。处理器能够以软件程序的形式执行逻辑。计算机系统可包括存储器，该存储器包括易失性和非易失性存储介质。可包括计算机可读介质以存储逻辑或程序指令。系统的不同部分能够使用网络(例如，无线网络和有线网络)连接。计算机系统可包括一个或多个接口。例如，计算机系统能够包含如unix、windows(rtm)或linux等合适的操作系统。
37、应注意，上述任何特征能够与本发明的任何方面或实施方案一起使用。