DE102006007320A1

DE102006007320A1 - Transmissionselektronenmikroskop

Info

Publication number: DE102006007320A1
Application number: DE102006007320A
Authority: DE
Inventors: Hiroto Kasai; Takaho Yoshida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2006-11-16
Also published as: JP2006318651A; US20060255273A1; US7319225B2

Abstract

Ein Transmissionselektronenmikroskop verfügt über eine Maßnahme zum Eingeben einer räumlichen Größe oder eines Abstands d, den der Bediener zu betrachten wünscht, es berechnet auf Grundlage dieses Werts einen hohen Kontrast eines Bilds sowie eine Betrachtungsbedingung, die den Einfluss eines überlagerten falschen Bilds verringern kann, und es moduliert in wünschenswerter Weise darauf beruhend eine Beschleunigungsspannung von ihm.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Transmissionselektronenmikroskop. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Transmissionselektronenmikroskop und ein Bildbetrachtungsverfahren unter Verwendung desselben. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung ein Betrachtungsverfahren, das die Qualität eines Elektronenmikroskopbilds verbessert, das durch ein Transmissionselektronenmikroskop mit einer Elektronenquelle hoher Brillanz und Kohärenz erhalten wurde.
Beschreibung der einschlägigen Technik
Ein Transmissionselektronenmikroskop, bei dem es sich um eine Vorrichtung handelt, die eine Probe mit einem Elektronenstrahl beleuchtet und mittels Elektronenlinsen mit einem durchgelassenen Elektronenstrahl ein vergrößertes Bild erzeugt, ermöglicht es, direkt feine Strukturen in der Probe zu betrachten. Ein Transmissionselektronenmikroskop verfügt derzeit über eine räumliche Auflösung auf atomarem Niveau, und es wurde zu einem der Standardmessinstrumente bei der Nanotechnologie. Ein Transmissionselektronenmikroskop ist auch eine wesentliche Vorrichtung zum Analysieren der Feinstruktur verschiedener Materialien auf verschiedenen Gebieten in der Wissenschaft und der Industrie; nicht nur in den Materialwissenschaften (einschließlich Halbleitern und Metallen), sondern auch auf medizinischen und biologischen Forschungsgebieten. In den letzten Jahren werden Feldemissions-Elektronenkanonen (FEGs) verfügbar, die für einen Elektronenstrahl extremer Brillanz und Kohärenz sorgen. Erwartungen betreffen mit FEGs ausgerüsteten Elektronenmikroskopen als Mittel zum Analysieren und Auswerten feiner Strukturen in der Größenordnung von Mikrometern bis auf atomare Skala Namen zu.
Die 1 zeigt schematisch ein standardmäßiges elektronenoptisches Diagramm eines üblichen Transmissionselektronenmikroskops. Ein von einer Elektronenquelle 1 emittierter Elektronenstrahl wird durch eine Beleuchtungslinse 2 auf eine bevorzugte Helligkeit und einen bevorzugten Divergenzwinkel eingestellt und er beleuchtet eine Probe 3. Die von der Probe 3 durchgelassenen und gestreuten Elektronenstrahlen 4 fallen auf eine Objektivlinse 5, und sie werden durch eine Objektivapertur 7 ausgewählt, die sich in der hinteren Brennebene 6 der Objektivlinse 5 befindet. In der Bildebene 8 der Objektivlinse wird ein vergrößertes Bild erzeugt. Dieses Bild wird schließlich durch Vergrößerungslinsen 9, die in einer hinteren Stufe platziert sind, in einem Ausmaß von zehntausendmal bis millionenmal vergrößert und auf einen Schirm 10 projiziert. Der Bediener betrachtet dieses Bild.
Die 2 zeigt ein elektronenoptisches Diagramm um die Objektivlinse 5 herum für den Fall, dass die Probe als schwaches Phasenobjekt angesehen werden kann (die Dicke einer Probe ist ausreichend klein dafür, dass sich nur die Elektronenphase ändert, während die Intensität nach dem Durchstrahlen der Probe unverändert ist). Wenn die Wellenlänge eines einfallenden Elektronenstrahls 11 λ ist und die Größe der vom Bediener zu betrachtenden Struktur in der Probe 3 den Wert d hat (d.h., die ausgewählte Raumfrequenz beträgt 1/d), tritt die Streuwelle 4 von der Unterseite der Probe mit einem Streuwinkel α = λ/d 12 für eine optische Achse aus, und sie fällt auf die Objektivlinse 5. Wenn die Objektivlinse zu keiner sphärischen Abberation führt, läuft der gestreute Strahl 4 durch einen durch eine durchgezogene Linie 13 an der Rückseite der Objektivlinse 5 gekennzeichneten Pfad, um eine Position 14 in der Bildebene 8 zu erreichen. Unter dem Einfluss sphärischer Abberation wird die auf die Objektivlinse 5 fallende gestreute Welle 4 durch einen zusätzlichen Linseneffekt auf Grund der sphärischen Abberation abgelenkt. Im Ergebnis ist der Pfad des Elektronenstrahls gegenüber der durchgezogenen Linie 13 auf eine durchgezogene Linie 15 verschoben, und er erreicht eine Position 16 in der Bildebene 8. In diesem Fall wird er an einer anderen Position als der Originalposition in der Probe abgebildet. Ein Positionsabweichungswert 18, der dadurch erhalten wird, dass ein Raumposition-Abweichungswert 17 in der Bildebene 8 auf die Probenebene gewandelt wird, liefert unscharfe Positionsinformation zum in der Vorrichtung erhaltenen Bild. Da ein überlagertes Bild erzeugt wird, ist die Bildinterpretation kompliziert.
Der durch die durchgezogene Linie 15 gekennzeichnete, durch sphärische Abberation beeinflusste Elektronenstrahl führt zu einer durch die Gleichung 9 ausgedrückten optischen Pfaddifferenz 19 (= χ(d)) unter Verwendung eines Sphärische-Abberation-Koeffizienten Cs und eines Defokussierwerts Δf (der Zustand unzureichender Fokussierung ist positiv) der Objektivlinse: [Gleichung 9]
Dabei ist χ(d) eine optische Pfaddifferenz, Cs ist der Sphärische-Abberation-Koeffizient einer Objektivlinse, λ ist die Wellenlänge eines Elektronenstrahls, d die Größe der zu betrachtenden Struktur und Δf ist die Defokussierungslänge einer Objektivlinse.
Wenn die optische Pfaddifferenz 19 durch λ geteilt und mit 2π multipliziert wird, wird die Phase des Elektronenstrahls erhalten. Die Sinusfunktion dieser Phase, d.h. die Gleichung 10, wird als Abberationsfunktion der Objektivlinse bezeichnet. Das Kur venbild in der 3 zeigt ein Beispiel der Abberationsfunktion.
[Gleichung 10]
Diese Funktion kennzeichnet den Kontrast bezogen auf den Hintergrund, wenn der durchgestrahlte Elektronenstrahl, der parallel zur durch das Linsenzentrum verlaufenden optischen Achse läuft, und der gestreute Strahl interferieren, um ein Bild in der Bildebene zu erzeugen. Wenn der Relativkontrast positiv ist, ist das Bild hell. Wenn der Relativkontrast negativ ist, ist das Bild dunkel.
Die Phasenkontrast-Transferfunktion (PCTF) wird dadurch erhalten, dass eine Abberationsfunktion gemäß der Gleichung 11 mit einer Einhüllendenfunktion Ed (Δ, d), die von einer Variation Δ der Brennweite der Objektivlinse abhängt, wie es in der Gleichung 12 und der 4 dargestellt ist, und einer Einhüllendenfunktion Ej (β, Δf, d), die von einem Divergenzwinkel β des auf die Probe gestrahlten Elektronenstrahls und der Defokussierungslänge Δf der Objektivlinse, wie in der Gleichung 13 und der 5 dargestellt, abhängt, multipliziert wird. Demgemäß zeigt die PCTF allgemein die Auflösungsfunktion eines Elektronenmikroskops hinsichtlich der Raumfrequenz 1/d (Gleichung 14 und 6). [Gleichung 11]
[Gleichung 12]
wobei Ed(Δ, d) eine Einhüllendenfunktion ist, die durch eine Variation Δ der Brennweite der Objektivlinse hervorgerufen wird, Δ eine Variation der Brennweite der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist und d der Abstand oder die räumliche Größe zwischen zwei beliebigen ausgewählten Punkten ist. [Gleichung 13]
wobei Ej (β, Δf, d) eine Einhüllendenfunktion auf Grund der Strahldivergenz einfallender Elektronen ist, β der Divergenzwinkel des Strahls ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist, d der Abstand oder die räumliche Größe zwischen zwei beliebigen ausgewählten Punkten ist und Δf der Defokussierungswert der Objektivlinse ist.
[Gleichung 14]
Die Variation Δ der Brennweite der Objektivlinse ist durch die Gleichung 15 unter Verwendung des Folgenden ausgedrückt: eines Chromatische-Abberation-Koeffizienten Cc des Elektronenmikroskops, der Stabilität ΔV/V der Beschleunigungsspannung, der Stabilität ΔI/I des Objektivlinse-Erregerstroms sowie der Spreizung ΔE der Energie in einem Elektronenstrahl abhängig von einer Beschleunigungsspannung V. [Gleichung 15]
wobei Δ die Variation der Brennweite der Objektivlinse ist, Cc der Chromatische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, ΔV/V die Stabilität der Beschleunigungsspannung ist, ΔI/I die Stromstabilität der Objektivlinse ist und ΔE/V die Energiespreizung in einem Elektronenstrahl abhängig von der Beschleunigungsspannung V ist.
Eine theoretische Auflösung, die auch als Scherzer-Auflösung (siehe O. Sherzer, Journal of Applied Physics 20 (1949) S. 20) d_lim des Elektronenmikroskops bezeichnet wird, ist unter Verwendung der Wellenlänge λ des Elektronenstrahls und des Sphärische-Abberation-Koeffizienten Cs durch die Gleichung 16 definiert.
[Gleichung 16]

dlim = 0,66·Cs0,25·λ0,75 wobei d_lim die Scherzer-Auflösung ist, Cs der Sphärische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist und λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist.

Der Defokussierungswert Δf_sh der Objektivlinse zum Erzielen der Scherzer-Auflösung wird als Scherzer-Fokus bezeichnet, und es handelt sich um einen Defokussierungswert, der im Allgemeinen für das höchste Funktionsvermögen der Vorrichtung sorgt.
Wenn die Variation Δ der Brennweite Objektivlinse relativ groß ist, wie dies bei einem Elektronenstrahl auf Grund thermischer Emission im Allgemeinen der Fall ist, ist die Strahlkohärenz niedrig, und die PCTF am Scherzer-Fokus hat die Form, wie sie im Kurvenbild der 7 dargestellt ist. In diesem Fall nimmt die PCTF mit zunehmender Raumfrequenz I/d entsprechend den Schwächungen der beiden Einhüllendenfunktionen Ed(Δ, d) und Ej (β, Δf, d) schnell ab, und sie wird bei der Raumfrequenz 1/d0, bei der sie das erste Mal Null schneidet und später, sehr klein. Daher ist es schwierig, Information unter der Größe d0 zu erhalten.
Andererseits wird, wenn ein Feldemissions-Elektronenstrahl mit hoher Kohärenz verwendet wird, die PCTF am Scherzer-Fokus dergestalt, wie es in der 8 dargestellt ist, und ihre Abschwä chung ist zur Seite höherer Raumfrequenzen verschoben. Daher trägt Information in der Komponente hoher Raumfrequenzen dazu bei, das Bild zu erzeugen, wodurch hohe Auflösung erzielt wird.
Im Bereich der Raumfrequenz 1/d0 und größer schwingt die PCTF bei einer kleinen Änderung der Raumfrequenz stark zwischen positiven und negativen Werten. Insbesondere zeigt der positive Spitzenwert bei der Raumfrequenz 1/d_inf an, dass. die gestreuten Strahlen bei diesem Spitzenwert bei beträchtlicher Amplitude und inkorrekter (umgekehrter) Phase Einfluss auf das Bild haben. Wegen der sphärischen Abberation der Objektivlinse reichen die gestreuten Elektronenstrahlen die Bildebene mit einiger Auslenkung gegenüber der korrekten Position, und dies führt zu Ungenauigkeiten im Bild. Dies ist der sogenannte Falschbildeffekt. Um diesen Effekt zu vermeiden, wird herkömmlicherweise eine Objektivapertur verwendet, um einen gestreuten Elektronenstrahl mit einer größeren Raumfrequenz als 1/d0 auszublenden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die 9 ist ein Flussdiagramm einer Reihe von Betriebsabläufen bei einer Betrachtung mit einem Elektronenmikroskop. Wenn ein zu betrachtendes Objekt bestimmt wird, muss der Bediener die geeignete Kombination aus der Defokussierung der Objektivlinse und dem Durchmesser einer Objektivapertur (Schleife(1)) zum Betrachten und Fotografieren geeigneter Bilder wählen. Um diese Parameter auszuwählen, muss der Bediener die Größe des zu betrachtenden Objekts berücksichtigen. Jedoch sind die Bildinterpretationen auf Grund des Falschbildeffekts schwierig, und sie hängen häufig von der technischen Geschicklichkeit des Bedieners ab.
In den letzten Jahren wurden die Elektronenstrahlqualität, insbesondere hinsichtlich der Kohärenz, und die Auflösung von E lektronenmikroskopen dank Fortschritten bei Elektronenquellen und Spannungsversorgungen merklich verbessert. Um derartige Elektronenmikroskope mit einem Elektronenstrahl hoher Kohärenz zu verwenden, muss der Bediener den Falschbildeffekt zum Interpretieren eines Bilds deutlicher beachten. Insoweit rotationssymmetrische Magnetfeld-Elektronenlinsen verwendet werden, wie sie allgemein bei herkömmlichen Elektronenmikroskopen verwendet werden, kann der Einfluss sphärischer Abberation im Prinzip nicht entfernt werden. Dieses Problem bildet einen bedeutenden Faktor hinsichtlich einer Begrenzung der Leistungsfähigkeit und Benutzbarkeit eines Elektronenmikroskops.
Als Lösungsmaßnahme hierfür wurde eine Objektivaperatur verwendet, insbesondere als Maßnahme zum Verhindern eines Falschbildeffekts. Es wird eine Objektivlinse eines Elektronenmikroskops mit mehreren Löchern verwendet, die in unvermeidlicher Weise über diskrete Durchmesser verfügen, da sie durch Präzisionsbearbeitung oder elektrolytisches Polieren in einer Metallplatte ausgespart wurden. Es existiert nicht immer ein Lochdurchmesser, der jede Phaseninversionskomponente ausblenden kann. Selbst gültige Information kann ausgeblendet werden, oder es kann nicht verhindert werden, dass überflüssige Information erhalten wird.

Zu bekannten Beispielen von Maßnahmen zum Verringern des Falschbildeffekts gehören ein Verfahren zum Anbringen von mehr Aperturlöchern (siehe die japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 5-217536) sowie ein Verfahren zum Beseitigen oder Verringern der Kohärenz eines einfallenden Elektronenstrahls (siehe die japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 2003-229085). Gemäß der Ersteren müssen die Durchmesser und Formen einzelner Löcher über eine hohe Genauigkeit verfügen, und der Anbringungsort der Objektivapertur ist räumlich eingeschränkt. Bei der Letzteren, wenn sie als Maßnahme verwendet wird, ist die Verbesserung einfach, und der Nutzen einer Feldemissions-Elektronenkanone kann erhalten bleiben, jedoch hängt es vom Bediener des Elektronenmikroskops ab, in welchem Ausmaß die Kohärenz verringert wird.

Zusätzlich zu diesen Problemen ist, bei der speziellen Charakteristik eines Elektronenmikroskopbilds, bei dem sich der Bildkontrast auf Grund einer kleinen Änderung des Defokussierungswerts Δf der Objektivlinse trotz des großen benötigten Felds stark ändert, derzeit ein Elektronenmikroskop wegen der Schwierigkeiten der Bildinterpretation nicht immer eine Vorrichtung, mit der Forscher vertraut wären.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein nutzbares Elektronenmikroskop zu schaffen, mit dem in einem Bereich von einer ungeübten bis zu einer geübten Person, die das Elektronenmikroskop bedient, die Zeit verkürzt werden kann, die zum Einstellen von Betrachtungsbedingungen im Betrieb benötigt wird, und mit dem ein Elektronenmikroskopbild erhalten werden kann, für das die Bildinterpretation einfach und genau ist.

Als Gesamtaufbau verfügt ein Elektronenmikroskop, zusätzlich zu einem Elektronenmikroskop-Hauptkörper, über eine Eingabevorrichtung zum Eingeben eines Abstands oder einer räumlichen Größe d zwischen zwei beliebigen Punkten, die durch einen Bediener betrachtet werden sollen, und eine Berechnungsvorrichtung zum Berechnen eines Defokussierungswerts Δfc einer Objektivlinse, wobei der d entsprechende Kontrast eines Bilds hoch ist und eine PCTF einen Falschbildeffekt verringert, und es ist mit einer Funktion versehen, die die berechneten PCTFs dem Bediener als mehrere Kandidaten anzeigt, sowie einer Einrichtung zum automatischen oder manuellen Auswählen derjenigen PCTF, deren Phaseninversionskomponente eine relativ kleine Intensität zeigt, aus diesen PCTFs. Wenn eine der dargestellten PCTFs ausgewählt wird, wird ein Modulationssignal (ΔV, ΔI, Δid) zum Erzielen einer Verringerung des durch die Phaseninversionskomponente verursachten Falschbildeffekts berechnet, und von einem vom Elektronenmikro skopkörper getrennten Modulator wird auf Grundlage des berechneten Ergebnisses ein Modulationssignal erzeugt. Eine Steuerung steuert das gesamte Elektronenmikroskop, und sie verfügt auch über eine Funktion zum Überlagern dieser erzeugten Modulationssignale mit einem Ausgangssignal einer Hochspannungsquelle, einer Objektivlinse-Spannungsquelle oder einer Ablenkspule-Spannungsquelle, um den Modulationszustand zu realisieren. Diese Systeme werden zum Lösen der obigen Probleme konstruiert und genutzt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann, wenn nur der Abstand oder die räumliche Größe d zwischen zwei beliebigen Punkten, die der Bediener zu betrachten wünscht, bekannt ist, der Defokussierungswert einer ein Elektronenmikroskopbild erzeugenden Objektivlinse auf Grundlage dieses Werts bei hohem Kontrast automatisch berechnet werden, und eine Betrachtungsbedingung zum Verringern oder Entfernen eines durch die sphärische Abberation der Objektivlinse hervorgerufenen Falschbildeffekts kann halbautomatisch eingestellt werden. Zeit, wie sie für die Bildinterpretation oder einen Auswählvorgang für ein Objektivaperturloch entsprechend einer spezifizierten Raumfrequenz, die beachtet werden soll, aufgebracht wird, wobei es sich um das Problem bei einem Beobachtungsversuch mit einem Elektronenmikroskop gemäß der einschlägigen Technik handelte, kann stark verkürzt werden. Das Verfahren gemäß der einschlägigen Technik, bei dem Objektivaperturlöcher über diskrete Lochdurchmesser verfügen, ist auf ein zu betrachtendes Objekt beschränkt, dessen Abmessung eng einer diskreten, spezifizierten Größe, entsprechend dem Lochdurchmesser, entspricht. Die Ausführungsform der Erfindung muss in diesem Punkt nicht eingeschränkt sein, und ein Elektronenmikroskop kann mit einem Objekt zurechtkommen, das in einem weißen Bereich betrachtet werden muss.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das ein elektronenoptisches System eines üblichen Transmissionselektronenmikroskops zeigt;
2 ist eine vergrößerte Ansicht einer Probe und der Umgebung einer Objektivlinse in der 1;
3 ist ein Beispiel, das eine Abberationsfunktion einer Abberation zeigt;
4 ist ein Beispiel, das eine Einhüllendenfunktion Ed zeigt;
5 ist ein Beispiel, das eine Einhüllendenfunktion Ej zeigt;
6 ist ein Kurvenbild, das das Ergebnis (Phasenkontrast-Transferfunktion) zeigt, das durch Multiplizieren der in der 3 dargestellten Abberationsfunktion der Objektivlinse mit der in der 4 dargestellten Einhüllendenfunktion Ed und der in der 5 dargestellten Einhüllendenfunktion Ej erhalten wurde;
7 ist ein Beispiel, das eine Phasenkontrast-Transferfunktion eines Elektronenmikroskops unter Verwendung einer thermischen Elektronenquelle zeigt;
8 ist ein Beispiel, das eine Phasenkontrast-Transferfunktion eines Transmissionselektronenmikroskops unter Verwendung einer Feldemissions-Elektronenquelle zeigt;
9 ist ein Betriebsflussdiagramm einer Betrachtung mit einem Transmissionselektronenmikroskop gemäß einer einschlägigen Technik;
10 ist ein Diagramm, das einen Überblick über ein die Erfindung realisierendes Transmissionselektronenmikroskop zeigt;
11 ist ein Betriebsflussdiagramm der die Erfindung realisierenden Betrachtung mit einem Transmissionselektronenmikroskop;
12 ist ein Diagramm, das einen überblick über das Transmissionselektronenmikroskop zeigt, wenn, als einer Ausführungsform der Erfindung, einem Beschleunigungsspannungsquelle-Ausgangssignal eine Modulation überlagert;
13 ist ein Diagramm, das einen überblick über das Transmissionselektronenmikroskop zeigt, wenn, als einer Ausführungsform der Erfindung, einem Objektivlinse-Spannungsquelle-Ausgangssignal eine Modulation überlagert;
14 ist ein Diagramm, das einen überblick über das Transmissionselektronenmikroskop zeigt, wenn, als einer Ausführungsform der Erfindung, einem Ablenkspule-Spannungsquelle-Ausgangssignal eine Modulation überlagert; und
15A, 15B und 15C sind Diagramme zum Vergleichen der Effekte der Erfindung unter Verwendung eines Simulationsbilds eines Dünnfilmkristalls mit einem interatomaren Abstand von 0,24 nm, wobei die 15A Atompositionen zeigt und die 15B und 15C Simulationsbilder vor und nach der Modulation zeigen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die 10 zeigt einen Überblick über eine die Erfindung verkörpernde Vorrichtung. Eine Elektronenkanone 20 verfügt über eine Elektronenquelle 1, die aus einem nadelartigen Wolfram-Einkristall besteht, dessen Rand zugespitzt ist, eine Extrahier elektrode 21, die an einer demselben gegenüberstehenden Position platziert ist und eine Beschleunigungsröhre 22 zum Beschleunigen eines entnommenen Elektrons. An die Extrahierelektrode 21 kann durch eine extern vorhandene Extrahierspannungsquelle 23 eine hohe Spannung angelegt werden, und Elektronen können dadurch entnommen werden, dass eine Spannung von ungefähr –3,0 bis – –2,5 kV zwischen die Extrahierelektrode 21 und die Elektronenquelle 1 gelegt wird.
Durch eine Beschleunigungsspannungsquelle 24 wird eine Beschleunigungsspannung zum Beschleunigen eines entnommenen Elektrons an die Beschleunigungsröhre 22 gelegt. Ein aus der Elektronenkanone 20 ausgetretener Elektronenstrahl wird durch eine Beleuchtungslinse 2, die von einer Beleuchtungslinse-Spannungsquelle 25 mit einem Erregungsstrom versorgt wird, auf eine gewünschte Beleuchtungsbedingung eingestellt. Es wird das Ausgangssignal einer Ablenkspule-Spannungsquelle 27, die einen elektrischen Strom an eine Ablenkspule 26 liefert, eingestellt. Die optische Achse des einfallenden Elektronenstrahls und die Linsenachse (optische Achse) einer Objektivlinse 5 werden so eingestellt, dass sie zusammenfallen, so dass der Elektronenstrahl auf die Probe fällt.
Die zu betrachtende Probe wird am Rand eines Probenhalters 28 gehalten, und sie wird unmittelbar über der hier nicht dargestellten Objektivlinse 5 platziert. Der auf die Probe gestrahlte Elektronenstrahl, der dann hindurchgestrahlt und gestreut wird, erfährt eine Abbildung durch die Objektivlinse 5, die mit einem Erregungsstrom von einer Objektivlinse-Spannungsquelle 29 versorgt wird. Dieses Bild wird durch eine an der Rückseite der Objektivlinse 5 platzierte Vergrößerungslinse 9 vergrößert, die mit einem Erregungsstrom von einer Vergrößerungslinse-Spannungsquelle 30 versorgt wird. Die Spannungsquellen der jeweiligen Teile, die das Elektronenmikroskop aufbauen, sind alle mit einer integrierten Steuerungseinheit 31 verbunden, und die Ausgangssignale werden dauernd überwacht und kontrolliert.
Schließlich betrachtet der Bediener das durch das optische System vergrößerte Bild direkt auf einem Betrachtungsfenster 32, oder er betrachtet ein durch eine Fernsehkamera 32 fotografiertes Bild mittels eines Fernsehmonitors 34. Diese Bilder können unter Verwendung eines fotografischen Films 35 aufgezeichnet werden. Der obige Aufbau bildet einen Elektronenmikroskop-Grundkörper 36. Zusätzlich zu diesem Grundaufbau ist die Erfindung mit Folgendem versehen: einer Eingabe- und Berechnungsvorrichtung 37, die durch Vereinen einer Eingabevorrichtung zum Eingeben des Abstands oder der Raumgröße d zwischen zwei beliebigen Punkten, die der Bediener zu betrachten wünscht, und einer Berechnungsvorrichtung zum Berechnen jeder Funktion unter Verwendung des Parameters seitens der Vorrichtung und des Eingabewerts d gebildet ist, einem Modulator 38 zum Erzeugen einer Modulationsspannung oder eines Modulationsstroms auf Grundlage des übertragenen Rechenergebnisses, und einem Schalter 39 zum elektrischen Trennen des Modulators 38 von der Steuerung 31 und zum Ein- und Ausschalten eines vom Modulator 38 erzeugten Signals.
Im Flussdiagramm der 11 ist der Betriebsablauf gemäß der Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wenn eine zu betrachtende Probe bestimmt wird und der Abstand oder die räumliche Größe d zwischen zwei beliebigen Punkten, die der Bediener zu betrachten wünscht (oder es kann die Raumfrequenz 1/d verwendet werden) über die Eingabe- und Rechenvorrichtung 37 eingegeben wird, berechnet diese den Fokussierungswert Δfc der Objektivlinse 5 auf Grundlage der Gleichung 17. [Gleichung 17]
wobei Δfc der Defokussierungswert der Objektivlinse ist, der für einen Eingabewert d zu hohem Kontrast führt, Cs der Sphärische- Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist und d der Abstand oder die räumliche Größe zwischen zwei beliebigen ausgewählten Punkten ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass der einzugebende Wert d ein Wert (d > d_lim) ist, der größer als die theoretische Auflösung d_lim der Vorrichtung ist. Der Eingabewert d entspricht einem inneratomaren Abstand oder einem Gitterebenenabstand für eine Kristallprobe sowie der Größe eines Gewebeschnitts und der Größe einer teilchenförmigen Hämoglobinsubstanz in einem Erythrocyten für eine biologische Schnittprobe.
Der berechnete Defokussierungswert Δfc ist derjenige Defokussierungswert der Objektivlinse, bei dem der Wert, der der Raumfrequenz 1/d auf der Seite unzureichender Fokussierung in der Abberationsfunktion der Gleichung 18 entspricht, erstmals "–1" ist. Anders gesagt, ist dieser Wert der Defokussierungswert, bei dem die der Raumfrequenz 1/d entsprechende PCTF (d) ihren Maximalwert aufweist.
[Gleichung 18]
Die integrierte Steuerungseinheit 31, an die das Rechenergebnis von der Eingabe- und Berechnungsvorrichtung 37 übertragen wird, betreibt die Objektivlinse-Spannungsquelle 29 in solcher Weise, dass eine solche Objektivlinse-Stromstärke eingestellt wird, dass der Defokussierungswert Δfc der Objektivlinse 5 der durch die obige Gleichung 17 erhaltene Wert ist.
Es kann der Betrieb zum Abdecken und Auswählen des Defokussierungswerts der Objektivlinse während einer Betrachtung des betrachteten Bilds vereinfacht werden.
So ist der Defokussierungswert Δfc der Objektivlinse bekannt, und es ist auch der Sphärische-Abberation-Koeffizient Cs bekannt. Es kann die PCTF unter Verwendung der Variation Δ der Brennweite der Objektivlinse oder des Divergenzwinkels β des einfallenden Elektronenstrahls als Parameter berechnet werden. Hierbei werden, beim Berechnen der PCTF vor der Modulation, die Einhüllendenfunktionen Ed(Δ,d) und Ej(β, Δf, d) so betrieben, dass die Intensität der Phaseninversionskomponente der PCTF ausreichend klein ist, und die mehreren erhaltenen neuen PCTFs werden dem Bediener als Kandidaten für die Beobachtungsbedingungsempfehlung angezeigt. Genauer gesagt, werden die Kontrastintensität PCTF (d_inv) der Phaseninversionskomponente der PCTF vor der Modulation und die diesem Wert entsprechende Raumfrequenz 1/d_inv bestimmt. Die Variation Δ der Brennweite der Objektivlinse in der Einhüllendenfunktion Ed(Δ,d) oder der Divergenzwinkel β des einfallenden Elektronenstrahls entsprechend Ej(β, Δf,d), wodurch die Kontrastintensität PCTF(d_inv) vom 0,1- bis 0,2-fachen geschwächt wird, wird rückwärts berechnet. Die mehreren erhaltenen neuen PCTFs werden als Kandidaten angezeigt. Der Wert vom 0,1-fachen bis zum 0,2-fachen ist ein Erfahrungswert, der aus einer Bildsimulation und Versuchsergebnissen durch die Erfinder erhalten wurde. Die mehreren PCTF-Kandidaten liegen vorzugsweise im Bereich, in dem der Einfluss der Phaseninversionskomponente auf das Einhüllendenfunktion im Wesentlichen vernachlässigt werden kann, wobei keine Einschränkung hierauf besteht. Der Einfluss ist vorzugsweise ausreichend klein, und die Phaseninversionskomponente ist vorzugsweise kleiner.
Der Bediener wählt die Spezifizierte der dargestellten PCTFs manuell aus (mit der Bezugszahl 6 in der 11). Durch diesen Vorgang kann auch durch die Eingabe- und Berechnungsvorrichtung 37 automatisch eine PCTF ausgewählt werden, die über eine relativ kleine Kontrastintensität PCTF (d_inv) der Phaseninversionskomponente verfügt. Nach dem Bestimmen der ausgewählten, spezi fizierten PCTF führt die Vorrichtungsseite eine beliebige der folgenden drei Operationen aus.
Wenn die Schwächungsoperation gemäß der Einhüllendenfunktion Ed(Δ, d) erfolgt (bei einer Verzweigung ausgehend von der Bezugszahl 7 in der 11 nach rechts), ist die Variation Δ der Brennweite der Objektivlinse 5 ein Parameter. Die Variation Δ der Brennweite der Objektivlinse wird in Zusammenhang mit sowohl der Stabilität ΔV/V der Beschleunigungsspannung als auch der Stabilität ΔI/I des Objektivlinsenstroms geändert. Der Bediener wählt ferner eines der Ausgangssignale der Beschleunigungsspannungsquelle 24 und der Objektivlinse-Spannungsquelle 29 als Modulationsziel aus. Es können sowohl ΔV/V als auch ΔI/I geändert werden.
Wenn das Ausgangssignal der Beschleunigungsspannungsquelle 24 als Modulationsziel ausgewählt wird (bei Verzweigung ausgehend von der Bezugszahl 8 in der 11 nach rechts), werden die Kontrastintensität PCTF(d_inv) der ausgewählten PCTF, die Raumfrequenz d_inv und eine Proportionalitätskonstante 19 dazu verwendet, einen Wert auf Grundlage der Gleichung 20 durch die Eingabe- und Berechnungsvorrichtung 37 zu berechnen, um diesen an die integrierte Steuerungseinheit 31 und den Modulator 38 zu übertragen.
[Gleichung 19]

0,1 ≤ k ≤ 0,2 {Gleichung 20]
wobei ΔV ein zu einer Beschleunigungsspannung addiertes Modulationssignal ist, V die Beschleunigungsspannung ist, k eine Proportionalitätskonstante ist, PCTF(d_inv) die Intensität einer Phaseninversionskomponente ist, d_inv die Raumfrequenzkomponente ist, die zur maximalen Phaseninversionskomponente führt, Cc der Chromatische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahl ist, ΔI/I die Stabilität des Objektivlinsenstroms ist und ΔE/V die Energiespreizung in einem Elektronenstrahl abhängig von der Beschleunigungsspannung V ist.

Der Modulator 38 erzeugt ein in der 12 dargestelltes Modulationssignal auf Grundlage dieses Werts, um es über den geschlossenen Schalter 39 an die integrierte Steuerungseinheit 31 zu übertragen. Die integrierte Steuerungseinheit 31 betreibt die Beschleunigungsspannungsquelle 24 in solcher Weise, dass das Beschleunigungsspannungs-Ausgangssignal um ΔV moduliert wird.
Die 12 zeigt eine Ausführungsform für diesen Fall. Das durch den Modulator 38 erzeugte Modulationssignal 38 wird an die Beschleunigungsspannungsquelle 24 übertragen, um das Ausgangssignal derselben zu modulieren.
Wenn das Ausgangssignal der Objektivlinse-Spannungsquelle 29 als Modulationsziel ausgewählt wird (wenn ausgehend von der Bezugszahl 8 in der 11 nach links verzweigt wird), werden die Kontrastintensität PCTF(d_inv) der ausgewählten PCTF, die Raumfrequenz d_inv und eine Proportionalitätskonstante 21 dazu verwendet, auf Grundlage der Gleichung 22 durch die Eingabe- und Berechnungsvorrichtung 37 einen Wert zu berechnen, der an die integrierte Steuerungseinheit 31 und den Modulator 38 übertragen wird.
[Gleichung 21]

0,1 ≤ k ≤ 0,2 {Gleichung 22]
wobei ΔV zum Objektivlinsenstrom addiertes Modulationssignal ist, I der Objektivlinsenstrom ist, k eine Proportionalitätskonstante ist, PCTF(d_inv) die Intensität einer Phaseninversionskomponente ist, d_inv die Raumfrequenzkomponente ist, die zur maximalen Phaseninversionskomponente führt, Cc der Chromatische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist, ΔV/V die Stabilität der Objektivlinse ist und ΔE/V die Energiespreizung in einem Elektronenstrahl abhängig von der Beschleunigungsspannung V ist.

Der Modulator 38 erzeugt ein Modulationssignal 41 auf Grundlage dieses Werts, um es über den geschlossenen Schalter 39 an die integrierte Steuerungseinheit 31 zu übertragen. Die integrierte Steuerungseinheit 31 betreibt das Ausgangssignal der Objektivlinse-Spannungsquelle 29 in solcher Weise, dass der Objektivlinsenstrom durch ΔI moduliert wird.
Die 13 zeigt eine Ausführungsform für diesen Fall. Das durch den Modulator 38 erzeugte Modulationssignal 41 wird an die Objektivlinse-Spannungsquelle 29 übertragen, damit das Ausgangssignal derselben moduliert wird.
Wenn die Schwächungsoperation durch die Einhüllendenfunktion Ej(β, Δf, d) ausgewählt wird (bei Verzweigung ausgehend von der Bezugszahl 7 in der 11 nach links), ist der Divergenzwinkel β des auf die Probe gestrahlten Elektronenstrahls ein Parameter. Tatsächlich ist der zu einem Ausgangssignal der Ablenkspule-Spannungsquelle 27 addierte Modulationsstrom (Δid) ein Parameter (Bezugszahl 9 in der 11).
In diesem Fall werden die Kontrastintensität PCTF(d_inv) der ausgewählten PCTF, die Raumfrequenz d_inv und eine Proportionalitätskonstante 23 dazu verwendet, einen Wert ΔId auf Grundlage der Gleichung 24 durch die Eingabe- und Berechnungsvorrichtung 37 zu berechnen, und dieser Wert wird an die integrierte Steuerungseinheit 31 und den Modulator 38 übertragen.
[Gleichung 21]

0,1 ≤ k ≤ 0,2 {Gleichung 22]
wobei ΔId ein zu einem Ablenkspulenstrom addiertes Modulationssignal ist, d_inv die Raumfrequenzkomponente ist, die zur maximalen Phaseninversionskomponente führt, k eine Proportionalitätskonstante ist, PCTF(d_inv) die Intensität einer Phaseninversionskomponente ist, Cs der Sphärische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist, Δfc der Defokussierungswert der Objektivlinse ist, der bei einem eingegebenen Wert d zu hohem Kontrast führt, und ξ der Ablenkwinkel pro Einheitsstrom der Ablenkspule ist.

Der Modulator 38 erzeugt auf Grundlage dieses Werts ein Modulationssignal 42, um dieses über den geschlossenen Schalter 39 an die integrierte Steuerungseinheit 31 zu übertragen. Die integrierte Steuerungseinheit 31 betreibt das Ausgangssignal der Spule-Spannungsquelle 27 in solcher Weise, dass der Ablenkspulenstrom moduliert wird.
Die 14 zeigt eine Ausführungsform für diesen Fall. Das durch den Modulator 38 erzeugte Modulationssignal 42 wird an die Ablenkspule-Spannungsquelle 27 übertragen, damit das Ausgangssignal derselben moduliert wird. Nachdem diese Zustände erreicht sind, werden ein Bildbetrachtungsvorgang und ein Fotografiervorgang gestartet.
Das Ausgangssignal (die Amplitude) selbst irgendeines der drei Arten von Modulationssignalen muss mit hoher Genauigkeit (bis 10^–6) stabilisiert werden. Der Ausgangssignalverlauf ist vorzugsweise eine Dreieckswelle, eine Sägezahnwelle oder eine Sinuswelle, wobei keine spezielle Einschränkung besteht, solange nicht der Signalverlauf zu einem Überschwingen auf Grund einer Last führt, wodurch die Amplitude gestört würde. Es kann sich um ein weißem Rauschen entsprechendes Modulationssignal mit mehreren Spektren handeln. Für den Zyklus besteht keine spezielle Einschränkung, wenn mindestens eine Modulation eines Zyklus innerhalb der Belichtungszeit des fotografischen Films 35 oder innerhalb der Periode eines Rahmens (1/30 Sekunde) des Fernsehmonitors 34 erfolgen kann. Wenn der Objektivlinsenstrom oder der Ablenkspulenstrom moduliert wird, ist die Obergrenze der Frequenzantwort durch die Induktivität in der Innenspule bestimmt.
Bei einer Reihe diese Prozesse können der Einstellvorgang für die Betrachtungsbedingungen, einschließlich des Einstellens des Defokussierungswerts der Objektivlinsen, und die Auswahl einer Objektivöffnung, was von der Geschicklichkeit des Bedieners abhing, halb automatisiert werden.
Die 15 zeigt ein Beispiel zum Untersuchen des Effekts der Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung einer Bilderzeugungssimulation. Beim Berechnungsmodell beträgt die Beschleunigungsspannung 300 kV, die Stabilität ΔV/V derselben beträgt 2 × 10^–6, der Sphärische-Abberation-Koeffizient Cs beträgt 1,2 mm, der Chromatische-Abberation-Koeffizient Cc beträgt 1,7 mm, die Energiespreizung des Elektronenstrahls beträgt 0,3 eV, die Probenfilmdicke beträgt 1 nm, der Divergenzwinkel (Halbwinkel) des beleuchtenden Elektronenstrahls beträgt 0,2 mrad, und die speziell zu beachtende räumliche Größe d beträgt 0,24 nm. Der Defokussierungswert der Objektivlinse ist ein Wert, der aus der Gleichung 25 erhalten wird (Δfc = 55 nm). [Gleichung 25]
wobei Δfc der Defokussierungswert der Objektivlinse ist, der beim eingegebenen Wert d zu hohem Kontrast führt, Cs der Sphärische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist und d der Abstand oder die räumliche Größe zwischen zwei beliebigen ausgewählten Punkten ist.
Ed(Δ, d) wird als verwendete Einhüllendenfunktion ausgewählt, und ein Ausgangssignal der Objektivlinse-Spannungsquelle wird als Modulationsziel ausgewählt.
Die 15A zeigt mit o Atompositionen, und der inneratomare Abstand zwischen zwei benachbarten Atomen (= 0,24 nm) entspricht dem Wert d. Die 15B zeigt ein Simulationsbild vor der Modulation, und der Kontrast (Falschbild) mit Ausnahme der Atompositionen ist erheblich. Die 15C zeigt ein Simulationsbild für den Fall, dass die Proportionalitätskonstante k 0,15 beträgt, der Modulationsstrom ΔI unter Verwendung der Gleichung 26 bestimmt wird und eine Modulation zum Objektivlinsenstrom hinzugefügt wird, mit der die Stromstabilität ΔI/I den Wert 5 × 10^–6 erreicht. {Gleichung 26]
wobei ΔI zum Objektivlinsenstrom addiertes Modulationssignal ist, I der Objektivlinsenstrom ist, k eine Proportionalitätskonstante ist, PCTF(d_inv) die Intensität einer Phaseninversionskomponente ist, d_inv die Raumfrequenzkomponente ist, die zur maximalen Phaseninversionskomponente führt, Cc der Chromatische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist, ΔV/V die Stabilität der Objektivlinse ist und ΔE/V die Energiespreizung in einem Elektronenstrahl abhängig von der Beschleunigungsspannung V ist.
Genau gesagt, beträgt das Rechenergebnis der Gleichung 26 ΔI = 4,89 × 10^–6. Unter Berücksichtigung der Stabilität der tatsächlich hergestellten Spannungsquelle gilt ΔI/I = 5 × 10^–6. Schwarzkontrast existiert an den in der 15A dargestellten Atompositionen, so dass benachbarte einzelne Atombilder unterschieden werden können. Im Vergleich mit der 15B ist der Falschbildeinfluss klein, und die Bildinterpretation ist einfach.

Claims

Transmissionselektronenmikroskop mit: – einer Elektronenquelle, einer Elektronenentnahmeelektrode, einer Beschleunigungsröhre zum Beschleunigen eines entnommenen Elektrons; – einer Beleuchtungslinse zum Einstellen eines aus der Beschleunigungsröhre austretenden Elektronenstrahls nach Wunsch, einem Probenhalter zum Aufstrahlen des Elektronenstrahls von der Beleuchtungslinse auf eine auf ihm platzierte Probe, einer Ablenkspule zum Ablenken des Elektrons vor seinem Auftreffen auf die Probe, einer Objektivlinse, auf die der durch die Probe gestrahlte und an ihr gestreute Elektronenstrahl fällt; – einer Beschleunigungsspannungsquelle zum Steuern einer Beschleunigungsspannung der Beschleunigungsröhre, einer Objektivlinse-Spannungsquelle zum Steuern eines Objektivlinsenstroms der Objektivlinse, einer Ablenkspule-Spannungsquelle zum Steuern eines Ablenkspulenstroms der Ablenkspule; und – einer Eingabeeinrichtung zum Eingeben eines Abstands oder einer räumlichen Größe d zwischen zwei beliebigen Punkten der Probe, die betrachten werden soll; – wobei ein Defokussierungswert Δfc der Objektivlinse auf Grundlage einer Gleichung 1 berechnet wird, eine durch eine Gleichung 2 ausgedrückte Variation Δ der Brennweite der Objektivlinse oder der Divergenzwinkel β des auf die Probe fallenden Elektronenstrahls einen Parameter bildet, und mehrere Phasenkontrast-Transferfunktionen (PCTFs) im Bereich bestimmt werden, in dem der durch eine Phaseninversionskomponente gelieferte Einfluss auf ein Elektronenmikroskop im Wesentlichen vernachlässigt werden kann, [Gleichung 1]
wobei Δfc der Defokussierungswert der Objektivlinse ist, der für einen Eingabewert d zu hohem Kontrast führt, Cs der Sphärische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist und d der Abstand oder die räumliche Größe zwischen zwei beliebigen ausgewählten Punkten, [Gleichung 2]
wobei Δ die Variation der Brennweite der Objektivlinse ist, Cc der Chromatische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, ΔV/V die Stabilität der Beschleunigungsspannung ist, ΔI/I die Stromstabilität der Objektivlinse ist und ΔE/V die Energiespreizung in einem Elektronenstrahl abhängig von der Beschleunigungsspannung V ist; wobei – von den bestimmten Funktionen, den PCTFs, eine solche ausgewählt wird, bei der die Phaseninversionskomponente relativ klein ist; – der Zustand der einen, ausgewählten Funktion, PCTF, durch das Elektronenmikroskop dadurch realisiert wird, dass die Variation Δ der Brennweite der Objektivlinse als Parameter verwendet wird und die Beschleunigungsspannung moduliert wird; und – ein zur Beschleunigungsspannungsquelle addierter modulierter Wert ΔV durch Berechnen einer Gleichung 3 bestimmt wird, [Gleichung 3]
wobei ΔV ein zu einer Beschleunigungsspannung addiertes Modulationssignal ist, V die Beschleunigungsspannung ist, k eine Proportionalitätskonstante ist, PCTF(d_inv) die Intensität einer Phaseninversionskomponente vor der Modulation ist, d_inv die Raumfrequenzkomponente ist, die zur maximalen Phaseninversionskomponente führt, Cc der Chromatische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist, ΔI/I die Stabilität des Objektivlinsenstroms ist und ΔE/V die Energiespreizung in einem Elektronenstrahl abhängig von der Be giespreizung in einem Elektronenstrahl abhängig von der Beschleunigungsspannung V ist; (die Proportionalitätskonstante k in der Gleichung 3 wird als Wert auf Grundlage einer Gleichung 4 bestimmt) [Gleichung 4] 0,1 ≤ k ≤ 0,2– wobei der Modulationswert ΔV der Beschleunigungsspannung der Beschleunigungsspannungsquelle überlagert wird.
Transmissionselektronenmikroskop mit: – einer Elektronenquelle, einer Elektronenentnahmeelektrode, einer Beschleunigungsröhre zum Beschleunigen eines entnommenen Elektrons; – einer Beleuchtungslinse zum Einstellen eines aus der Beschleunigungsröhre austretenden Elektronenstrahls nach Wunsch, einem Probenhalter zum Aufstrahlen des Elektronenstrahls von der Beleuchtungslinse auf eine auf ihm platzierte Probe, einer Ablenkspule zum Ablenken des Elektrons vor seinem Auftreffen auf die Probe, einer Objektivlinse, auf die der durch die Probe gestrahlte und an ihr gestreute Elektronenstrahl fällt; – einer Beschleunigungsspannungsquelle zum Steuern einer Beschleunigungsspannung der Beschleunigungsröhre, einer Objektivlinse-Spannungsquelle zum Steuern eines Objektivlinsenstroms der Objektivlinse, einer Ablenkspule-Spannungsquelle zum Steuern eines Ablenkspulenstroms der Ablenkspule; und – einer Eingabeeinrichtung zum Eingeben eines Abstands oder einer räumlichen Größe d zwischen zwei beliebigen Punkten der Probe, die betrachten werden soll; – wobei ein Defokussierungswert Δfc der Objektivlinse auf Grundlage einer Gleichung 1 berechnet wird, eine durch eine Gleichung 2 ausgedrückte Variation Δ der Brennweite der Objektivlinse oder der Divergenzwinkel β des auf die Probe fallenden Elektronenstrahls einen Parameter bildet, und mehrere Phasenkontrast-Transferfunktionen (PCTFs) im Bereich bestimmt werden, in dem der durch eine Phaseninversionskomponente gelieferte Einfluss auf ein Elektronenmikroskop im Wesentlichen vernachlässigt werden kann, [Gleichung 1]
wobei Δfc der Defokussierungswert der Objektivlinse ist, der für einen Eingabewert d zu hohem Kontrast führt, Cs der Sphärische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist und d der Abstand oder die räumliche Größe zwischen zwei beliebigen ausgewählten Punkten, [Gleichung 2]
wobei Δ die Variation der Brennweite der Objektivlinse ist, Cc der Chromatische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, ΔV/V die Stabilität der Beschleunigungsspannung ist, ΔI/I die Stromstabilität der Objektivlinse ist und ΔE/V die Energiespreizung in einem Elektronenstrahl abhängig von der Beschleunigungsspannung V ist; wobei – von den bestimmten Funktionen, den PCTFs, eine solche ausgewählt wird, bei der die Phaseninversionskomponente relativ klein ist; – der Zustand der einen, ausgewählten Funktion, PCTF, durch das Elektronenmikroskop dadurch realisiert wird, dass die Variation Δ der Brennweite der Objektivlinse als Parameter verwendet wird und der Objektivlinsenstrom moduliert wird; und – ein zur Objektivlinse-Spannungsquelle addierter modulierter Wert ΔI durch Berechnen einer Gleichung 3 bestimmt wird, [Gleichung 5]
wobei ΔI ein zum Objektivlinsenstrom addiertes Modulationssignal ist, I der Objektivlinsenstrom ist, k eine Proportionalitätskonstante ist, PCTF(d_inv) die Intensität einer Phaseninversionskom ponente vor- der Modulation ist, d_inv die Raumfrequenzkomponente ist, die zur maximalen Phaseninversionskomponente führt, Cc der Chromatische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist, ΔV/V die Stabilität der Objektivlinse ist und ΔE/V die Energiespreizung in einem Elektronenstrahl abhängig von der Beschleunigungsspannung V ist. (Die Proportionalitätskonstante k in der Gleichung 5 wird als Wert auf Grundlage einer Gleichung 6 bestimmt) [Gleichung 6] 0,1 ≤ k ≤ 0,2– wobei der Modulationswert ΔI der Objektivlinsenstrom der Objektivlinse-Spannungsquelle überlagert wird
Transmissionselektronenmikroskop mit: – einer Elektronenquelle, einer Elektronenentnahmeelektrode, einer Beschleunigungsröhre zum Beschleunigen eines entnommenen Elektrons; – einer Beleuchtungslinse zum Einstellen eines aus der Beschleunigungsröhre austretenden Elektronenstrahls nach Wunsch, einem Probenhalter zum Aufstrahlen des Elektronenstrahls von der Beleuchtungslinse auf eine auf ihm platzierte Probe, einer Ablenkspule zum Ablenken des Elektrons vor seinem Auftreffen auf die Probe, einer Objektivlinse, auf die der durch die Probe Bestrahlte und an ihr gestreute Elektronenstrahl fällt; – einer Beschleunigungsspannungsquelle zum Steuern einer Beschleunigungsspannung der Beschleunigungsröhre, einer Objektivlinse-Spannungsquelle zum Steuern eines Objektivlinsenstroms der Objektivlinse, einer Ablenkspule-Spannungsquelle zum Steuern eines Ablenkspulenstroms der Ablenkspule; und – einer Eingabeeinrichtung zum Eingeben eines Abstands oder einer räumlichen Größe d zwischen zwei beliebigen Punkten der Probe, die betrachten werden soll; – wobei ein Defokussierungswert Δfc der Objektivlinse auf Grundlage einer Gleichung 1 berechnet wird, eine durch eine Gleichung 2 ausgedrückte Variation Δ der Brennweite der Objektivlinse oder der Divergenzwinkel β des auf die Probe fallenden Elektronenstrahls einen Parameter bildet, und mehrere Phasenkontrast-Transferfunktionen (PCTFs) im Bereich bestimmt werden, in dem der durch eine Phaseninversionskomponente gelieferte Einfluss auf ein Elektronenmikroskop im Wesentlichen vernachlässigt werden kann, [Gleichung 1]
wobei Δfc der Defokussierungswert der Objektivlinse ist, der für einen Eingabewert d zu hohem Kontrast führt, Cs der Sphärische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist und d der Abstand oder die räumliche Größe zwischen zwei beliebigen ausgewählten Punkten, [Gleichung 2]
wobei Δ die Variation der Brennweite der Objektivlinse ist, Cc der Chromatische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, ΔV/V die Stabilität der Beschleunigungsspannung ist, ΔI/I die Stromstabilität der Objektivlinse ist und ΔE/V die Energiespreizung in einem Elektronenstrahl abhängig von der Beschleunigungsspannung V ist; wobei – von den bestimmten Funktionen, den PCTFs, eine solche ausgewählt wird, bei der die Phaseninversionskomponente relativ klein ist; – der Zustand der einen, ausgewählten Funktion, PCTF, durch das Elektronenmikroskop dadurch realisiert wird unter Verwendung des Divergenzwinkels β des einfallenden Elektronenstrahls als Parameter; und – ein zur Ablenkspule-Spannungsquelle addierter Modulationswert Δid des Ablenkspulenstroms wird durch Berechnen einer Gleichung 7 bestimmt; [Gleichung 7]
wobei ΔId ein zu einem Ablenkspulenstrom addiertes Modulationssignal ist, d_inv die Raumfrequenzkomponente ist, die zur maximalen Phaseninversionskomponente führt, k eine Proportionalitätskonstante ist, PCTF(d_inv) die Intensität einer Phaseninversionskomponente vor der Modulation ist, Cs der Sphärische-Abberation-Koeffizient der Objektivlinse ist, λ die Wellenlänge des Elektronenstrahls ist, Δfc der Defokussierungswert der Objektivlinse ist, der bei einem eingegebenen Wert d zu hohem Kontrast führt, und ξ der Ablenkwinkel pro Einheitsstrom der Ablenkspule ist. (die Proportionalitätskonstante k in der Gleichung 3 wird als Wert auf Grundlage einer Gleichung 4 bestimmt) [Gleichung 8] 0,1 ≤ k ≤ 0,2– wobei der Modulationswert ΔId dem Ablenkspulenstrom der Ablenkspule-Spannungsquelle überlagert wird.