DE102005048677B4

DE102005048677B4 - Transmissionselektronenmikroskop und Bildbetrachtungsverfahren unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE102005048677B4
Application number: DE102005048677A
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Hitachinaka Taniguchi; Hisafumi Hitachinaka Otsuka
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2025-10-12
Also published as: DE102005048677B8; DE102005048677A1; JP2006114251A; US7235784B2; JP4262184B2; US20060076492A1

Abstract

Transmissionselektronenmikroskop (1) mit:
einer Elektronenkanone (8);
einem Probenhalterabschnitt (13) zum Halten einer Probe (12);
einem Konvergenzlinsensystem (10) zum Aufstrahlen eines von der Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahls auf die im Probenhalterabschnitt gehaltene Probe;
einem optischen Bildaufnahmesystem (14, 16) zum Erzeugen eines durch den Elektronenstrahl vergrößerten Bilds auf Grundlage des durch die Probe gestrahlten Elektronenstrahls;
einer Aufzeichnungseinrichtung (19, 20) zum Aufzeichnen des durch den Elektronenstrahl vergrößerten Bilds;
einer Betrachtungseinrichtung (17; 30) zum Betrachten eines Teils des durch den Elektronenstrahl vergrößerten Bilds;
einer Messeinrichtung (25) zum Messen des Verstellwerts des durch den Elektronenstrahl vergrößerten und durch die Betrachtungseinrichtung betrachteten Bilds; und
einer Korrektureinrichtung (21) zum Korrigieren des Verstellwerts, während das durch den Elektronenstrahl vergrößerte Bild durch die Aufzeichnungseinrichtung aufgezeichnet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Betrachtungseinrichtung (17; 30) betrachtete Teil des Transmissionsbilds in einem Randbereich außerhalb des Gesichtsfelds (28, 29) der Aufzeichnungseinrichtung (19,...

Description

Die Erfindung betrifft ein Transmissionselektronenmikroskop und ein Bildbetrachtungsverfahren unter Verwendung desselben, und insbesondere betrifft sie ein Transmissionselektronenmikroskop, mit dem ein nicht durch Drift beeinträchtigtes Bild betrachtet werden kann, sowie ein Bildbetrachtungsverfahren unter Verwendung dieses Transmissionselektronenmikroskops.
Ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) ist ein Gerät unter Verwendung von Elektronenstrahlen zum direkten Betrachten der Feinstruktur einer Probe, und es zeigt ein viel höheres Auflösungsvermögen als ein optisches Mikroskop, so dass ein TEM eine Strukturanalyse auf atomarer Ebene ausführen kann. Ein TEM ist ein Gerät, das heutzutage auf dem medizinischen und biologischen Gebiet sowie dem Gebiet metallischer und Halbleitermaterialien unabdingbar ist. Da eine Technik zum Betrachten einer Probe während Erwärmung/Kühlung derselben entwickelt wurde, fanden TEMs hohe Anerkennung dahingehend, dass es nicht nur Betrachtungsgeräte sondern auch In-situ-Versuchsgeräte sind.
Um eine Strukturanalyse auf atomarer Ebene auszuführen, wird ein Bild mit derartiger Vergrößerung aufgezeichnet, dass eine Struktur auf atomarer Ebene aufgezeichnet werden kann. Dabei bildet Bilddrift ein Problem. Wenn ein Bild in einem Zustand aufgezeichnet wird, bei dem Bilddrift auftritt, verschmiert das Bild in der Driftrichtung, wodurch die Strukturanalyse beträchtlich beeinträchtigt ist. Insbesondere dann, wenn die Probe während Erwärmung/Kühlung betrachtet wird, wird der Einfluss der Bilddrift merklich.
Ein Hauptgrund für Bilddrift ist die thermische, mechanische und elektrische Stabilität. Ein Faktor für thermische Instabilität ist eine Verformung auf Grund von Temperaturänderungen eines Spiegelkörpers, eines Probenhalters und der Probe selbst. Gründe für eine Temperaturänderung des Spiegelkörpers sind eine Änderung des einer Elektronenlinse zugeführten elektrischen Stroms, eine Temperaturänderung des Linsenkühlwassers, eine Änderung der Raumtemperatur, eine Änderung der Klimatisierungsströmungsrichtung usw. Gründe für eine Temperaturänderung des Probenhalters sind eine Verformung beim Betrachten der Probe bei Erwärmung/Kühlung derselben usw. Gründe für eine Temperaturänderung der Probe selbst sind eine Verformung, Beschädigung usw. auf Grund einer Änderung der Dichte angewandter Elektronenstrahlen.
Faktoren für eine mechanische Instabilität sind ein Abbau von Spannungen, die sich in einem Probenmanipulationsmechanismus angesammelt haben, und mechanische Änderungen. Im ersteren Fall ist die mechanische Spannung unmittelbar nach einer Verstellung der Probe hoch, baut sich jedoch langsam ab. Der letztere Fall tritt auf solche Weise auf, dass sich eine Kraft zum Herausdrücken des Probenmanipulationsmechanismus bei Atmosphärendruck aus einem Vakuum ändert, wenn der Luftdruck um das Gerät variiert. Außerdem tritt, wenn die Bodenschwingung eine Frequenz (im Allgemeinen 1-2 Hz) aufweist, die in Resonanz mit dem Spie gelkörper steht, diese mechanische Schwingung als Schwingung des Bilds auf.
Ein Faktor für elektrische Instabilität ist eine elektrische Schwankung. Wenn sich die Intensität eines Magnetfelds um den Spiegelkörper herum ändert, werden Elektronenstrahlen abgelenkt, so dass sich das Bild bewegt.
Um die Bilddrift zu unterdrücken, wurde bisher viel Knowhow angesammelt. Das einfachste und effektivste Knowhow besteht darin, auf das Ende der Drift zu warten. Um einen Betrachtungs-/Fotografiervorgang, wobei eine Bilddrift besonders schädlich ist, auszuführen, wird im Allgemeinen eine Maßnahme vorgenommen, gemäß der das Gerät ab dem Vortag kontinuierlich mit Elektrizität versorgt wird, um der thermischen und mechanischen Stabilität Aufmerksamkeit zu schenken. Häufig wird eine hochgenaue Anlage installiert, damit eine Temperaturänderung einer Klimaanlage oder von Kühlwasser so klein wie möglich wird. Der Luftzug von der Klimaanlage muss so zugeführt werden, dass er nicht direkt gegen den Spiegelkörper geblasen wird. Ein Verfahren zum Verringern des Wärmeaustauschs auf Grund einer Stromänderung der Elektronenlinse wurde im japanischen Patent JP 2,585,833 B2 offenbart. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem der Umfang einer Erregerspule auf Vakuumdruck evakuiert wird, um dadurch die Wärmeleitung zu verringern. Ein Beispiel für das Unterdrücken einer thermischen Verformung des Probenhalters ist im japanischen Patent JP 3,314,422 B2 offenbart. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem Teile mit hohem und niedrigem Wärmeexpansionskoeffizient kombiniert werden, um die Expansion und Kontraktion des Probenhalters aufzuheben.
Eine Verringerung der Dichte des zugeführten Stroms oder eine Fixierung des Anwendungsbereichs ist wirksam, um eine Verformung und Beschädigung der Probe selbst zu verhindern.
Um mechanische Schwingungen zu verringern, existiert der Fall, dass ein Antischwingungssockel aufgebaut wird. Antischwingungssockel werden in aktive und passive Antischwingungssockel eingeteilt. Die Ersteren erfassen eine mechanische Änderung und verleihen einem Gestell, auf das das Gerät aufgesetzt ist, eine gegenphasige Änderung. Die Letzteren verschieben einen Resonanzpunkt betreffend den Spiegelkörper, um es zu erschweren, die Bodenschwingung direkt zu übertragen. Ein Verfahren, bei dem der Driftwert eines Probenmanipulationsmechanismus auf Grund einer Änderung des Luftdrucks vorab gemessen wird, damit ein in den Probenmanipulationsmechanismus eingebautes piezoelektrisches Element zum Aufheben der Änderung verwendbar ist, ist in JP 2004- 55300 A offenbart. Um eine elektrische Änderung zu verhindern, existiert der Fall, dass eine Magnetfeld-Aufhebeeinrichtung aufgebaut wird. Diese erfasst eine Änderung des Magnetfelds und liefert eine gegenphasige Änderung an den Mechanismus.
Eine möglichst starke Verkürzung der Fotografierzeit ist ebenfalls wirksam. Während die Fotografierzeit auf einen kleinen Wert herabgedrückt wird, wird die Dichte des auf die Probe gebrachten Elektronenstrahls erhöht, oder die Entwicklungszeit wird statt dessen verlängert.
Es wurde ein Verfahren zum Ausführen eines Fotografiervorgangs während einer Driftkorrektur vorgeschlagen. Bei einem im japa nischen Patent JP 3,454,052 B2 vorgeschlagenen Verfahren wird, da sich in einem Raster-Transmissionselektronenmikroskop (RTEM) Elementverteilungsbilder für eine lange Zeit aufbauen, der Unterschied zwischen gleichzeitig ausgegebenen RTEM-Bildern erfasst, und ein Primärelektronenstrahl wird von einem Augenblick zum nächsten abgelenkt, um dadurch die Drift zu korrigieren. Als anderes Verfahren wurde ein solches vorgeschlagen, bei dem die Driftgeschwindigkeit vorab gemessen wird, damit eine Probe durch ein am Probentisch angebrachtes piezoelektrisches Element mit konstanter Geschwindigkeit verstellt wird, um die Drift aufzuheben. In Ultramicroscopy, Vol. 54, S. 250 – 260 (1994) wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Bildverschiebungsspule so gesteuert wird, dass eine beim Durchfokussieren erzeugte Drift aufgehoben wird. In dieser Veröffentlichung ist auch ein Verfahren vorgeschlagen, gemäß dem ein TEM-Bild vorab in einem Videorecorder aufgezeichnet wird, damit jeder Rahmen in ein digitales Bild gewandelt wird und die Drift in Form von Bilddaten korrigiert wird. Ein Verfahren, gemäß dem eine Gesichtsfelddifferenz zwischen mehreren TEM-Bildern berechnet wird, um dadurch eine Probendrift zu korrigieren, ist in JP 2001-118535 A beschrieben. Ein Verfahren, gemäß dem ein TEM-Bild durch eine über einem Fluoreszenzschirm angeordnete TV-Kamera aufgenommen wird, um eine Drift zu erfassen und zu korrigieren, ist in JP 7-272665 A beschrieben.
Das einfachste Verfahren besteht im Abwarten des Abschlusses der Probendrift, jedoch ist viel Zeit erforderlich, und es ist unzweckmäßig, immer auf den Abschluss der Drift zu warten, wenn die Position der Probe verändert wird. Wenn keine Vorbereitung ab dem Vortag getroffen werden kann, ist viel Zeit zum Ab schließen der Drift erforderlich. Die Magnetfeld-Aufhebeeinrichtung, die Hochpräzisions-Klimaanlage und die Kühlwasseranlage sind beeindruckend. Ein Manipulationsmechanismus unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements zum Korrigieren einer Änderung des Luftdrucks kann nicht an eine durch andere Faktoren verursachte Drift angepasst werden. Wenn ein Fotografiervorgang innerhalb kurzer Zeit ausgeführt wird und eine Entwicklung für lange Zeit ausgeführt wird, wird der Negativfilm "hart", so dass das Bild grob wird. Selbst bei einem Slow-scan-CCD (SSCCD) ist das Signal/Rauschsignal-Verhältnis (S/R) wegen geringer Signalstärke verkleinert. Wenn eine Elektronenkanone hoher Leuchtstärke angebracht wird, um einen ausreichenden Dunkelheitsgrad zu erzielen, besteht die Möglichkeit, dass die Probe auf Grund der hohen Dichte des zugeführten Elektronenstrahls beschädigt wird. Bei einem TEM-Bild kann keine Driftkorrektur des bei STEM erhaltenen Elementverteilungsbilds erzielt werden. Das Verfahren zum Korrigieren der Drift durch den Manipulationsmechanismus unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements ist bei einer Drift ohne gleichmäßige Rate unwirksam. Das Verfahren zum Korrigieren der Drift auf Grund einer Durchfokussierung durch die Bildverschiebungsspule kann nicht bei allgemeiner Drift angewandt werden. Das Verfahren zum Fotografieren des TEM-Bilds als Videobild kann auch bei einem fotografischen Film nicht angewandt werden, da zur Korrektur viel Arbeit erforderlich ist. Das Verfahren zum Berechnen einer Gesichtsfelddifferenz zwischen mehreren TEM-Bildern und des Korrigierens der Probendrift kann eine Drift nicht korrigieren, wie sie erzeugt wird, während ein jeweiliges TEM-Bild fotografiert wird. Das Verfahren zum Aufnehmen eines TEM-Bilds durch eine über dem Fluoreszenzschirm angeordnete TV-Kamera und zum Erfassen und Korrigieren der Drift kann keine Drift erfassen, da das TEM-Bild nicht über dem Fluoreszenzschirm erscheint, wenn es aufgezeichnet wird.
DE 25 29 735 C3 offenbart ein gattungsgemäßes Mikroskop mit den Merkmalen des Oberbegriffs des vorliegenden Anspruchs 1. Weitere Beispiele gattungsgemäßer Transmissionselektronenmikroskope sind in JP 2000-294185 A und JP 2004-031126 A beschrieben.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Problem in der hintergrundbildenden Technik zu lösen und Drift, wie sie beim Fotografieren eines TEM-Bilds auftritt, gleichzeitig mit dem Fotografiervorgang zu korrigieren, um dadurch ein TEM-Bild zu erzeugen, das frei von einem Drifteinfluss ist.
Die vorstehende Aufgabe wird durch das Mikroskop gemäß Anspruch 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst. Gemäß einer Ausführungsform ergreift die Erfindung die folgenden Maßnahmen.

(1) Die Betrachtung und das Aufzeichnen eines TEM-Bilds werden gleichzeitig in verschiedenen Gesichtsfeldern ausgeführt, damit das Bild aufgezeichnet wird, während der Bewegungswert des Bilds im Betrachtungsgesichtsfeld von einem Zeitpunkt zum nächsten gemessen wird. Gemäß dieser Konfiguration kann das Bild aufgezeichnet werden, während die Drift von einem Zeitpunkt zum nächsten gemessen und korrigiert wird. Demgemäß kann ein TEM-Bild aufgezeichnet werden, das frei von einem Drifteinfluss ist.
(2) An einem TEM wird ein positionsempfindlicher Detektor (PSD = position sensitive detector) angebracht. Es wird ein Bild aufgezeichnet, während der Bewegungswert des Bilds von einem Zeitpunkt zum nächsten durch den PSD im anderen Gesichtsfeld, das nicht das Bildaufzeichnungs-Gesichtsfeld ist, gemessen wird. Gemäß dieser Konfiguration kann ein Bild aufgezeichnet werden, während die Drift von einem Zeitpunkt zum nächsten gemessen wird. Gemäß dieser Konfiguration kann ein Bild aufgezeichnet werden, während die Drift von einem Zeitpunkt zum nächsten gemessen und korrigiert wird. Demgemäß kann ein TEM-Bild aufgezeichnet werden, das frei von einem Drifteinfluss ist.
(3) Die Drift wird auf solche Weise korrigiert, dass die Probe direkt verstellt wird. Gemäß dieser Konfiguration kann die gemessene Drift durch die Positionsverstellung der Probe korrigiert werden. Demgemäß kann ein TEM-Bild aufgezeichnet werden, das frei von einem Drifteinfluss ist.
(4) Die Drift wird durch eine Ablenkspule korrigiert, die zwischen der Probe und der Aufzeichnungseinrichtung für TEM-Bilder angeordnet ist. Gemäß dieser Konfiguration kann die gemessene Drift durch die elektromagnetische Verstellung des vergrößerten Probenbilds korrigiert werden. Demgemäß kann ein TEM-Bild aufgezeichnet werden, das frei von einem Drifteinfluss ist.

Gemäß der Erfindung wird Drift, wie sie beim Fotografieren eines TEM-Bilds auftritt, gleichzeitig mit dem Fotografieren korrigiert, so dass ein TEM-Bild erhalten werden kann, das frei von einem Drifteinfluss ist.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transmissionselektronenmikroskops zeigt;
2 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozedur zum Aufzeichnen eines TEM-Bilds bei der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transmissionselektronenmikroskops zeigt; und
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozedur zum Aufzeichnen eines TEM-Bilds bei der zweiten Ausführungsform zeigt.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
Die 1 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transmissionselektronenmikroskops zeigt. Ein in einer Elektronenkanone 8 erzeugter Elektronenstrahl 9 wird durch eine Konvergenzlinse 10 auf eine Probe 12 aufgebracht. Die Position und der Winkel der Bestrahlung können durch eine Ablenkspule 11 eingestellt werden. Ein Transmissionselektronenbild der Probe 12 wird durch eine Objektivlinse 14 und Zwischen-/Projektionslinsen 16 vergrößert, so dass das Transmissionselektronenbild auf einem Betrachtungs-Fluoreszenzschirm 18 betrachtet werden kann. Die zu betrachten de Probe 12 ist an einem Probenhalter 13 befestigt, so dass das Betrachtungs-Gesichtsfeld durch Verstellen des Probenhalters 13 eingestellt werden kann. Wenn eine Bildverschiebungsspule 15 verwendet wird, kann das Betrachtungs-Gesichtsfeld elektromagnetisch ohne Verstellung des Probenhalters 13 eingestellt werden. Ein TEM-Steuerungssystem 21 steuert alle Linsensysteme, Elektronenstrahl-Ablenksysteme und Probenmanipulationssysteme.
Das Gesichtsfeld 27 des Betrachtungs-Fluoreszenzschirms ist so beschaffen, dass die Betrachtung in einem möglichst weiten Bereich erfolgen kann. Am TEM 1 ist ein Fotografiefilm oder eine Slow-scan-CCD(SSCCD)-Kamera 20 angebracht, so dass ein TEM-Bild hoher Genauigkeit aufgezeichnet werden kann. Das Gesichtsfeld 28 des Fotografiefilms und das Gesichtsfeld 29 des SSCCD sind enger als das Gesichtsfeld 27 des Betrachtungs-Fluoreszenzschirms. Am TEM 1 ist auch eine TV-Kamera 17 so angebracht, dass ein Bereich im Gesichtsfeld 27 des Betrachtungs-Fluoreszenzschirms, mit Ausnahme des Gesichtsfelds 28 des Fotografiefilms und des Gesichtsfelds 29 des SSCCD betrachtet werden kann. Die TV-Kamera 17 ist auch so verstellbar, dass sie in Bezug auf das Gesichtsfeld 27 des Betrachtungs-Fluoreszenzschirms hinein/heraus verstellt werden kann, oder die Position der TV-Kamera 17 kann durch einen TV-Kamera-Antriebsabschnitt 32 eingestellt werden.
Ein durch die TV-Kamera 17 aufgenommenes Videosignal 24 wird einer Driftwert-Messvorrichtung 25 zugeführt. Diese Driftwert-Messvorrichtung 25 vergleicht das empfangene Probenbild mit einem gespeicherten Referenzbild, z. B. einem Probenbild, das durch die TV-Kamera 17 zum Startzeitpunkt der Betrachtung auf genommen wurde, mittels eines geeigneten Verfahrens, wie einer Bildkorrelation und sie misst die Richtung und die Vergrößerung der Drift auf Grundlage des Unterschieds zwischen den zwei Bildern. Die Driftwert-Messvorrichtung 25 liefert die gemessene Driftinformation als Driftwertsignal an das TEM-Steuerungssystem 21. Das TEM-Steuerungssystem 21 führt eine Driftkorrektur durch Kontrollieren der Verstellung des Probenhalters 13 oder durch Kontrollieren der Bildverschiebungsspule 15 so aus, dass ein nicht durch Drift beeinflusstes TEM-Bild durch den Fotografiefilm 19 oder die SSCCD-Kamera 20 aufgezeichnet werden kann.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 2, die ein eine spezielle Prozedur zeigendes Flussdiagramm ist, ein Verfahren unter Verwendung des Transmissionselektronenmikroskops gemäß der ersten Ausführungsform zum Aufzeichnen eines nicht durch Drift beeinflussten TEM-Bilds beschrieben.
Als Erstes wird das Gesichtsfeld zur Betrachtung gesucht (S11), so dass eine Probe in das Gesichtsfeld 28 des Fotografiefilms oder das Gesichtsfeld 29 des SSCCD bewegt wird. Dann wird die TV-Kamera 17 in einen Bereich des Gesichtsfelds 27 des Betrachtungs-Fluoreszenzschirms mit Ausnahme des Gesichtsfelds 28 des Fotografiefilms und des Gesichtsfelds 29 des SSCCD eingesetzt (S12). Wenn das durch die TV-Kamera 17 aufgenommene Bild außerhalb des Gesichtsfelds liegt, in dem eine Drift erfasst werden kann, wenn sich z. B. das Bild an einem Ort befindet, an dem keine Probe vorhanden ist, oder im Bereich eines Gitterrahmens (S13), wird die TV-Kamera 17 durch den TV-Kamera-Antriebsabschnitt 32 so verstellt (S14), dass das zum Erfassen einer Drift geeignete Gesichtsfeld sicher eingestellt wird. Der Begriff "zum Erfassen einer Drift geeignetes Gesichtsfeld" bedeutet ein Gesichtsfeld, bei dem ein Spitzenwert der Helligkeit nahezu im zentralen Bereich auftritt, so dass die Probe mit gutem Kontrast und kleiner Verformung betrachtet werden kann. Wenn ein zum Erfassen einer Drift geeignetes Gesichtsfeld nicht sicher eingestellt werden kann, wird das Bildbetrachtungsverfahren mit Driftkorrektur gemäß der Erfindung aufgegeben (S15) und statt dessen wird ein normales Fotografieren ohne Driftkorrektur ausgeführt (S16).
Dann wird ein TV-Kamerabild als Referenz zur Driftmessung aufgenommen (S17), und das Fotografieren eines TEM-Bilds startet (S18). Die Abfolge des Erfassens des Referenzbilds und des Fotografierstarts kann umgekehrt werden. Wenn ein vorab eingestellter Abtastzeitpunkt verstrichen ist (S19), wird das Bild durch die TV-Kamera 17 erfasst (S20) und als Videosignal an die Driftwert-Messvorrichtung 25 geliefert. In der Driftwert-Messvorrichtung 25 wird der Driftwert des Bilds gemessen (S21). Ein Ergebnis der Messung wird als Driftwertsignal 26 an das TEM-Steuerungssystem 21 geliefert. Das TEM-Steuerungssystem 21 steuert den Spulenstrom der Bildverschiebungsspule 15, oder es steuert den Probenhalter 13 zum Korrigieren einer Drift. Genauer gesagt, wird der zur Driftkorrektur erforderliche Spulenstrom der Bildverschiebungsspule 15 oder der Verstellwert für den Probenhalter 13 als Korrekturwert berechnet (S22). Der Korrekturwert wird an eine Spulenversorgung der Bildverschiebungsspule 15 oder an einen Antriebsabschnitt des Probenhalters 13 ausgegeben (S23). In der Spulenversorgung der Bildverschiebungsspule 15 oder im Antriebsabschnitt des Probenhalters 13 wird die spezifizierte Bildverschiebung oder Probenhalterverstellung zum Korrigieren der Drift ausgeführt.
Wenn eine Steuerung derart kontinuierlich erfolgt, dass die Drift in einer geeigneten Abtastperiode korrigiert wird, während ein TEM-Bild durch den Fotografiefilm 19 oder die SSCCD-Kamera 20 aufgenommen wird, kann ein nicht durch Drift beeinflusstes TEM-Bild aufgezeichnet werden. Nach Abschluss der Fotografierzeit (S25) wird die Korrektur aufgehoben (S26) und der Driftkorrekturprozess wird beendet.
Die 3 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transmissionselektronenmikroskops zeigt. In der 3 sind Teile mit denselben Funktionen wie solche beim in der 1 dargestellten Transmissionselektronenmikroskop mit denselben Zahlen gekennzeichnet, um eine doppelte Beschreibung weglassen zu können. Der Unterschied dieser Ausführungsform gegenüber der in der 1 dargestellten ersten Ausführungsform besteht darin, dass an Stelle der TV-Kamera 17 ein zweidimensionaler positionsempfindlicher Detektor (PSD) 30 angebracht ist und dass an Stelle des Videosignals 24 der TV-Kamera 17, das in die Driftwert-Messvorrichtung eingegeben wird, ein Spannungssignal 31 vom PSD 30 geliefert wird. Der PSD 30 wird in einem Bereich des Gesichtsfelds 27 des Betrachtungs-Fluoreszenzschirms außer dem Gesichtsfeld 28 des Fotografiefilms und dem Gesichtsfeld 29 des SSCCD eingestellt. Ähnlich wie die TV-Kamera 17 ist der PSD 30 so verstellbar, dass er in Bezug auf das Gesichtsfeld 27 des Betrachtungs-Fluoreszenzschirms herein/heraus verstellt werden kann, oder seine Position kann durch einen PSD-Antriebsabschnitt 33 eingestellt werden.
Der zweidimensionale positionsempfindliche Detektor gibt Koordinateninformation aus, die die Schwerpunktsposition (x, y) der Leuchtstärkeverteilung eines an einer Erfassungsfläche aufgenommenen Elektronenbilds als Spannungssignal 31 anzeigt. Die Driftwert-Messvorrichtung 25 vergleicht die empfangenen Koordinaten (x, y) mit gespeicherter Referenzkoordinateninformation, z. B. Koordinaten (x₀, y₀) der Schwerpunktsposition der Leuchtstärkeverteilung, wie durch den PSD zum Startzeitpunkt der Betrachtung erfasst, und sie misst den Verstellwert (x – x₀) in der Richtung einer X-Achse sowie den Verstellwert (y – y₀) in der Richtung einer Y-Achse. Die Driftwert-Messvorrichtung 25 liefert die gemessene Driftinformation als Driftwertsignal an das TEM-Steuerungssystem 21. Das TEM-Steuerungssystem 21 führt eine Driftkorrektur durch Kontrollieren der Verstellung des Probenhalters 13 oder durch Kontrollieren der Bildverschiebungsspule 15 so aus, dass ein nicht durch Drift beeinflusstes TEM-Bild durch den Fotografiefilm 19 oder die SSCCD-Kamera 20 aufgezeichnet werden kann.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 4, die ein eine spezielle Prozedur zeigendes Flussdiagramm ist, ein Verfahren unter Verwendung der zweiten Ausführungsform zum Aufzeichnen eines nicht durch Drift beeinflusstes TEM-Bilds beschrieben. Als Erstes wird das Betrachtungs-Gesichtsfeld gesucht (S31), wobei eine Probe in das Gesichtsfeld 28 des Fotografiefilms oder das Gesichtsfeld 29 des SSCCD verstellt wird. Dann wird der PSD 30 in einen Bereich des Gesichtsfelds 27 des Betrachtungs-Fluoreszenzschirms mit Ausnahme des Gesichtsfelds 28 des Fotografiefilms des Gesichtsfelds 29 des SSCCD eingesetzt (S32). Wenn der PSD 30 außerhalb des Gesichtsfelds liegt, in dem Drift erfasst werden kann, wenn er sich z. B. an einer Ort befindet, an dem keine Probe vorhanden ist, oder in einem Bereich eines Gitterrahmens wird das Spannungssignal vom PSD instabil, oder es liegt außerhalb des Zentrums des Spannungsbereichs. In einem solchen Fall (S33) wird der PSD 30 durch den PSD-Antriebsabschnitt 33 so verstellt (S34), dass die Ausgangsspannung stabil nahezu im Zentrum des Spannungsbereichs liegt. Wenn die Ausgangsspannung nicht nahezu an das Zentrum gelangen kann, wird das Bildbetrachtungsverfahren mit Driftkorrektur gemäß der Erfindung aufgegeben (S35) und statt dessen wird ein normales Fotografieren ohne Driftkorrektur ausgeführt (S36).
Ein PSD ist hinsichtlich des zeitlichen Ansprechverhaltens besser als eine TV-Kamera. Zum Beispiel beträgt das zeitliche Ansprechverhalten einer TV-Kamera 30 Rahmen pro Sekunde, wohingegen ein PSD eine Anstiegszeit nicht über 1 μs aufweist. Wenn diese Charakteristik genutzt wird, kann die Erfindung bei Bild fenstern angewandt werden, die durch eine schnellere Drift oder eine höhere Frequenz der Spannungsversorgung verursacht werden.
Dann wird die PSD-Ausgangsspannung als Referenz zur Driftmessung erfasst (S37), und das Fotografieren eines TEM-Bilds startet (S38). Die Abfolge der Erfassung der Referenzspannung und der Fotografierstart können umgekehrt werden. Wenn eine vorab eingestellte Abtastzeit verstrichen ist (S39), wird die Span nung des PSD 30 erfasst (S40) und als Videosignal an die Driftwert-Messvorrichtung 25 geliefert. In der Driftwert-Messvorrichtung 25 wird der Driftwert des Bilds gemessen (S21). Das Messergebnis wird als Driftwertsignal 26 an das TEM-Steuerungssystem 21 geliefert. Das TEM-Steuerungssystem 21 steuert den Spulenstrom für die Bildverschiebungsspule 15, oder es steuert den Probenhalter 13 zum Korrigieren einer Drift. Genauer gesagt, wird der Spulenstrom der Bildverschiebungsspule 15 oder der Verstellwert des Probenhalters 13, wie zur Driftkorrektur erforderlich, als Korrekturwert berechnet (S42).
Der Korrekturwert wird an die Spulenspannungsversorgung der Bildverschiebungsspule 15 oder den Antriebsabschnitt des Probenhalters 13 ausgegeben (S43). In der Spulenspannungsversorgung der Bildverschiebungsspule 15 oder im Antriebsabschnitt des Probenhalters 13 wird eine spezifizierte Bildverschiebung oder Probenhalterverstellung ausgeführt, um die Drift zu korrigieren.
Wenn eine Steuerung in solcher Weise kontinuierlich erfolgt, dass die Drift innerhalb einer geeigneten Abtastperiode korrigiert wird, während ein TEM-Bild durch den Fotografiefilm 19 oder die SSCCD-Kamera 20 aufgezeichnet wird, kann ein nicht durch Drift beeinflusstes TEM-Bild aufgezeichnet werden. Nach Ablauf der Fotografierzeit (S45) wird die Korrektur aufgehoben (S46) und der Driftkorrekturprozess wird beendet.
Obwohl das in der 1 oder 3 dargestellte Beispiel für den Fall beschrieben wurde, dass die TV-Kamera 17 oder der PSD 30 über dem Betrachtungs-Fluoreszenzschirm 18 liegt, kann die Er findung ohne jedes Problem dann verwendet werden, wenn die TV-Kamera 17 oder der PSD 30 unter dem Betrachtungs-Fluoreszenzschirm 18 liegt, solange die oben genannte Aufgabe gelöst werden kann. Wenn die TV-Kamera 17 oder der PSD 30 über dem Betrachtungs-Fluoreszenzschirm 18 liegt, ist die Vergrößerung kleiner, da der Abstand zu den Zwischen-Projektionslinsen 16 klein ist. Das heißt, dass das Bild heller wird, so dass Drift im Zustand einer kleineren Störsignalbeeinflussung gemessen werden kann. Umgekehrt kann die Stärke des auf die Probe wirkenden Stroms gesenkt werden, um dadurch Beschädigungen der Probe zu unterdrücken. Wenn die TV-Kamera 17 oder der PSD 30 unter dem Betrachtungs-Fluoreszenzschirm 18 liegt, kann die Drift genauer gemessen werden, da die Vergrößerung hoch ist. Sowohl der Fotografiefilm 19 als auch die SSCCD-Kamera 20 müssen nicht angebracht werden. Um die Probe direkt zum Korrigieren der Drift zu verstellen, kann der Probenhalter 13 direkt verstellt werden, oder die Probe kann durch eine in den Probenhalter 13 eingebaute piezoelektrische Antriebsvorrichtung verstellt werden.
Beim in der 2 oder 4 dargestellten Flussdiagramm wird ein Referenzbild durch die TV-Kamera 17 oder eine PSD-Referenzspannung durch den PSD 30 einmal im Anfangsstadium des Fotografierens erfasst, und das Referenzbild oder die PSD-Referenzspannung wird mit dem Videobild der TV-Kamera oder dem Spannungssignal des PSD verglichen, nachdem die Abtastzeit verstrichen ist. Wenn z. B. ein Fotografiervorgang für lange Zeit ausgeführt wird oder wenn sich die Probe langsam verformt, können jedoch das Referenzbild oder die TV-Kamera 17 oder die PSD-Referenzspannung durch den PSD 30 mit Intervallen einer vorbe stimmten Zeit, die länger als die Abtastzeit ist, neu erfasst werden.
Obwohl in den 1 und 3 nur eine TV-Kamera 17 bzw. nur ein PSD 30 dargestellt sind, entstehen die folgenden Vorteile, wenn mehrere TV-Kameras oder PSDs angebracht werden oder wenn bei derartigen Vorrichtungen (TV-Kamera und PSD) angebracht werden:

(i) der zur Drifterfassung geeignete Auswählbereich für das Gesichtsfeld kann erweitert werden.
(ii) Information, wie sie von den TV-Kameras und/oder den PSDs erhalten wird, kann zum Verbessern der Genauigkeit gemittelt werden.
(iii) Es kann zwischen dem Fall umgeschaltet werden, gemäß dem eine Korrektur hoher Genauigkeit erforderlich ist, oder dem Fall, gemäß dem eine Korrektur bei niedrigem zugeführtem Strom erforderlich ist.

Ferner ist es vom Fachmann zu beachten, dass zwar die vorstehende Beschreibung für Ausführungsformen der Erfindung erfolgt, dass diese jedoch nicht hierauf eingeschränkt ist, sondern dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung und vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Transmissionselektronenmikroskop (1) mit: einer Elektronenkanone (8); einem Probenhalterabschnitt (13) zum Halten einer Probe (12); einem Konvergenzlinsensystem (10) zum Aufstrahlen eines von der Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahls auf die im Probenhalterabschnitt gehaltene Probe; einem optischen Bildaufnahmesystem (14, 16) zum Erzeugen eines durch den Elektronenstrahl vergrößerten Bilds auf Grundlage des durch die Probe gestrahlten Elektronenstrahls; einer Aufzeichnungseinrichtung (19, 20) zum Aufzeichnen des durch den Elektronenstrahl vergrößerten Bilds; einer Betrachtungseinrichtung (17; 30) zum Betrachten eines Teils des durch den Elektronenstrahl vergrößerten Bilds; einer Messeinrichtung (25) zum Messen des Verstellwerts des durch den Elektronenstrahl vergrößerten und durch die Betrachtungseinrichtung betrachteten Bilds; und einer Korrektureinrichtung (21) zum Korrigieren des Verstellwerts, während das durch den Elektronenstrahl vergrößerte Bild durch die Aufzeichnungseinrichtung aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Betrachtungseinrichtung (17; 30) betrachtete Teil des Transmissionsbilds in einem Randbereich außerhalb des Gesichtsfelds (28, 29) der Aufzeichnungseinrichtung (19, 20) besteht.
Transmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 1, bei dem: die Betrachtungseinrichtung eine Bildaufnahmeeinrichtung (17) ist und die Messeinrichtung (25) den Verstellwert des durch den Elektronenstrahl vergrößerten Bilds dadurch misst, dass sie ein durch die Bildaufnahmeeinrichtung (17) neu erfasstes Bild mit einem Bild vergleicht, das vorab durch die Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen und abgespeichert wurde.
Transmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 1, bei dem: die Betrachtungseinrichtung ein zweidimensionaler positionsempfindlicher Detektor (30) ist und die Messeinrichtung (25) den Verstellwert des durch den Elektronenstrahl vergrößerten Bilds dadurch misst, dass sie die Schwerpunktsposition der durch den zweidimensionalen positionsempfindlichen Detektor (30) neu erfassten Leuchtstärkeverteilung mit der Schwerpunktsposition einer Leuchtstärkeverteilung vergleicht, die durch den zweidimensionalen positionsempfindlichen Detektor vorab gemessen und abgespeichert wurde.
Transmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 1, ferner mit einer Probenverstelleinrichtung zum Ändern der Position der im Probenhalterabschnitt (13) gehaltenen Probe (12), wobei die Korrektureinrichtung (21) den Verstellwert durch Ansteuern der Probenverstelleinrichtung zum Ändern der Position der Probe korrigiert.
Transmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 1, ferner mit einer Elektronenstrahl-Ablenkeinrichtung (15), die zwischen dem Probenhalterabschnitt (13) und der Aufzeichnungseinrichtung (19, 20) angeordnet ist, wobei die Korrektureinrichtung (21) den Verstellwert durch Ansteuern der Elektronenstrahl-Ablenkeinrichtung korrigiert.
Bildbetrachtungsverfahren zum Aufzeichnen eines durch einen Elektronenstrahl vergrößerten Bilds einer Probe (12), das durch ein Transmissionselektronenmikroskop (1) erzeugt wird, in einer Aufzeichnungseinrichtung (19, 20) mit den folgenden Schritten: Betrachten eines Randbereichs des durch den Elektronenstrahl vergrößerten Transmissionsbilds durch eine Betrach tungseinrichtung (17; 30), die außerhalb des Gesichtsfelds (28, 29) der Aufzeichnungseinrichtung angeordnet ist, und Abspeichern des durch den Elektronenstrahl vergrößerten Bilds als Referenzdaten; Betrachten eines Teils des durch den Elektronenstrahl vergrößerten Bilds durch die Betrachtungseinrichtung zum Erfassen von Betrachtungsdaten, während das durch den Elektronenstrahl vergrößerte Bild der Probe durch die Aufzeichnungseinrichtung aufgezeichnet wird; Messen des Bildverstellwerts des durch den Elektronenstrahl vergrößerten Bilds durch Vergleichen der Betrachtungsdaten mit den Referenzdaten; und Korrigieren des Bildverstellwerts, während das durch den Elektronenstrahl vergrößerte Bild der Probe durch die Aufzeichnungseinrichtung aufgezeichnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Referenzdaten und die Betrachtungsdaten durch eine Bildaufnahmeeinrichtung (17) aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Referenzdaten und die Betrachtungsdaten durch einen zweidimensionalen positionsempfindlichen Detektor (30) aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des Korrigierens des Bildverstellwerts auf solche Weise ausgeführt wird, dass die Position der Probe verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des Korrigierens des Bildverstellwerts auf solche Weise ausgeführt wird, dass das durch den Elektronenstrahl vergrößerte Bild durch eine Elektronenstrahl-Ablenkeinrichtung (15) verstellt wird, die zwischen der Probe (12) und der Aufzeichnungseinrichtung (19, 20) angeordnet ist.