DE102013004768B4

DE102013004768B4 - Verfahren zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops

Info

Publication number: DE102013004768B4
Application number: DE102013004768.4A
Authority: DE
Inventors: Masaki Mukai
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: DE102013004768A1; JP2013196929A; US20130248699A1; US8853616B2; JP5836171B2

Abstract

Verfahren zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops (1), das mit einem Monochromator (20) ausgestattet ist, welcher einen Elektronenstrahl monochromatisiert, wobei der Monochromator (20) ein erstes Energiefilter (22) zum Zerlegen des Elektronenstrahls nach kinetischer Energie, einen in einer Energieauffächerungsebene angeordneten Energieauswahlspalt (24) und ein zweites Energiefilter (26) zum Aufheben der Energieauffächerung des durch den Energieauswahlspalt (24) durchgelassenen Elektronenstrahls enthält, wobei das Verfahren aufweist:das Gewinnen eines Transmissionselektronenmikroskop-Bilds, das durch eine hinter dem Monochromator (20) befindliche Blende (35) erzeugte Interferenzstreifen des Elektronenstrahls enthält; unddas Vornehmen einer Justierung, um auf Grundlage einer Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild eine Brennebene des den Monochromator (20) verlassenden Elektronenstrahls mit einer achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops, das mit einem Monochromator ausgestattet ist, welcher einen Elektronenstrahl monochromatisiert.
Beschreibung des Stands der Technik
In der Vergangenheit waren Monochromatoren zum Monochromatisieren von Elektronenstrahlen, um bei in Transmissionselektronenmikroskopie implementierter Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) höhere Auflösungen zu erzielen, bekannt (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Verschiedene Arten von Monochromatoren wurden vorgeschlagen. Diese werden in zwei Hauptkategorien unterteilt: Typ des einstufigen Filters und Typ des zweistufigen Filters.
Ein Monochromator vom Typ des einstufigen Filters besteht aus einem Energiefilter, durch dessen Wirkung ein Elektronenstrahl spektral aufgelöst wird, und einem Energieauswahlfilter. Ein aus einer Elektronenstrahlquelle emittierter Elektronenstrahl wird durch das Energiefilter spektral geteilt und auf die Vorderseite des Energieauswahlspalts fokussiert. Da der Strahl spektral geteilt wird, wird am Energieauswahlspalt ein einer Geschwindigkeitsverteilung des Elektronenstrahls entsprechendes Spektrum gebildet. Der Energieauswahlspalt gestattet nur Elektronen, die eine bestimmte Geschwindigkeit haben, durch den Spalt hindurchzufliegen, wodurch der Elektronenstrahl monochromatisiert wird. Da der durch den Energieauswahlspalt durchgelassene Elektronenstrahl ein der Breite des Spalts in der Brennebene entsprechendes Spektrum bildet, nimmt eine virtuelle Lichtquelle des Elektronenstrahls keine Kreisform an. Folglich wird in einem durch Fokussieren des Elektronenstrahls auf eine Probe erhaltenen Rastertransmissionselektronenmikroskop- (RTEM-) Bild die Form der Lichtquelle, welche sich entlang dem Spektrum ausdehnt, widergespiegelt. Es tritt Anisotropie in der Auflösung zutage. Ferner tritt in einem durch Beleuchten einer ausgedehnten Fläche einer Probe mit einem Elektronenstrahl erhaltenen Transmissionselektronenmikroskop- (TEM-) Bild wegen der Form der virtuellen Lichtquelle, welche sich entlang dem Spektrum ausdehnt, Anisotropie in der Kohärenz des Elektronenstrahls zutage.
Ein Monochromator vom Typ des zweistufigen Filters weist zwei Energiefilterstufen auf. Ein Energieauswahlfilter ist hinter den zwei Energiefilterstufen angeordnet. Die erste Energiefilterstufe und das Energieauswahlfilter sind genauso wie im Monochromator vom Typ des einstufigen Filters konfiguriert. Im Monochromator vom Typ des zweistufigen Filters wird die Energieauffächerung des durch den Energieauswahlspalt durchgelassenen Elektronenstrahls durch die zweite Energiefilterstufe aufgehoben und stimmt die nach Verlassen des Monochromators gebildete Brennebene mit der achromatischen Ebene überein. Die virtuelle Lichtquelle in der Brennebene des Elektronenstrahls, welche in dieser Ebene achromatisiert wurde, nimmt eine Kreisform an. Folglich zeigt die Auflösung in einem durch Fokussieren des Elektronenstrahls auf eine Probe erhaltenen Rastertransmissionselektronenmikroskop- (RTEM-) Bild keine Anisotropie, und somit ist es möglich, Einzelheiten des elektronischen Zustands einer Substanz durch hochauflösende Elektronenenergieverlustspektroskopie bei einer räumlichen Auflösung im Nanometer- oder Sub-Nanometer-Bereich zu untersuchen. Ferner kommt in einem durch Beleuchten einer ausgedehnten Fläche einer Probe mit einem Elektronenstrahl erhaltenen Transmissionselektronenmikroskop- (TEM-) Bild isotrope Kohärenz des Elektronenstrahls in der virtuellen Lichtquelle in Form eines Lichtflecks mit weiteren Rückgängen der Wirkungen chromatischer Aberration, bedingt durch die Bestrahlung mit einem monochromatisierten Elektronenstrahl, zusammen. Daher wird eine höher auflösende Bildgebung ermöglicht.
Monochromatoren für Elektronenstrahlen, insbesondere zum Einsatz in Transmissionselektronenmikroskopen kennt der Fachmann, beispielsweise aus „L. Kimoto, Practical aspects of monochromators developed for transmission electron microscopy, Journal of Electron Microscopy 63 (2014), S. 337 - 344“, US 2007 / 0 200 069 A1 und US 2004 / 0 144 920 A1 .
Weiterhin kennt der Fachmann die Bestimmung der Kohärenz von Elektronenquellen durch Auswertung von Elektronen-Interferenzstreifen an Blendenöffnungen aus „A. Tonomura et al., Development of a field emission electron microscope, Microscopy 28 (1979), S. 1-11“.
Aufstellung der Druckschriften
Patentdokumente
Patentdokument 1: JP 2004 - 327 377 A
Der große Vorteil des Monochromators vom Typ des zweistufigen Filters gegenüber dem Monochromator vom Typ des einstufigen Filters ist, dass man eine virtuelle Lichtquelle eines Elektronenstrahls erhält, die monochromatisiert und achromatisiert ist. Um dieses Merkmal zu erzielen, ist es erforderlich, dass das optische System zur Verwendung mit dem Monochromator vom Typ des zweistufigen Filters so eingerichtet wird, dass zwei Anforderungen erfüllt werden: Konvergenz des Elektronenstrahls am Energieauswahlspalt und Achromatisierung in der nach Verlassen des Monochromators gebildeten Brennebene. Wegen des komplexen Aufbaus des Monochromators vom Typ des zweistufigen Filters bringt jedoch das Erfüllen dieser Anforderungen im optischen System eines praktischen Instruments Schwierigkeiten mit sich. Insbesondere ist es schwer zu beurteilen, ob es möglich ist, bei Achromatisierung in der nach Verlassen des Monochromators gebildeten Brennebene eine Justierung erfolgreich vorzunehmen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der oben geschilderten Probleme wurde die vorliegende Erfindung gemacht. Gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops in der Weise einer Justierung, um eine Brennebene eines einen Monochromator vom Typ des zweistufigen Filters verlassenden Elektronenstrahls mit einer achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, leicht durchgeführt werden.

(1) Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops bereit, das mit einem Monochromator ausgestattet ist, welcher verwendet wird, um einen Elektronenstrahl zu monochromatisieren und welcher ein erstes Energiefilter zum Zerlegen des Elektronenstrahls nach kinetischer Energie, ein in einer Energieauffächerungsebene angeordnetes Energieauswahlfilter und ein zweites Energiefilter zum Aufheben der Energieauffächerung des durch den Energieauswahlspalt durchgelassenen Elektronenstrahls enthält. Eine Blende befindet sich hinter dem Monochromator und erzeugt Interferenzstreifen des Elektronenstrahls. Das Verfahren beginnt mit dem Gewinnen eines Transmissionselektronenmikroskop-Bilds, welches die Interferenzstreifen enthält. Dann wird auf Grundlage einer Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild eine Justierung vorgenommen, um eine Brennebene des den Monochromator verlassenden Elektronenstrahls mit einer achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen. In der vorliegenden Erfindung kann das Transmissionselektronenmikroskop-Bild ein TEM-Bild oder ein RTEM- (Rastertransmissionselektronenmikroskop-) Bild sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch die hinter dem Monochromator befindliche Blende Interferenzstreifen des Elektronenstrahls erzeugt. Die Justierung, um die Brennebene und die achromatische Ebene in Übereinstimmung zu bringen, erfolgt auf Grundlage der Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild. Deshalb kann diese Justierung, um die Brennebene und die achromatische Ebene in Übereinstimmung zu bringen, bequemer vorgenommen werden als zum Beispiel in einem Fall, in welchem die Justierung bei direktem Beobachten der Form des Lichtflecks des Elektronenstrahls in einem Transmissionselektronenmikroskop-Bild erfolgt.
(2) In einem Merkmal dieses Verfahrens zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Schritt des Vornehmens einer Justierung auch durch Justieren der Stärke einer vor dem Monochromator angebrachten elektrostatischen Linse auf Grundlage der Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild, um die Brennebene des den Monochromator verlassenden Elektronenstrahls mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, ausgeführt werden. In diesem Verfahren der Erfindung mit diesem Merkmal wird die Stärke der elektrostatischen Linse auf Grundlage der Intensitätsverteilung der Interferenzen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild justiert, wodurch die Brennebene mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung gebracht wird. Folglich kann die Justierung, um die Brennebene und die achromatische Ebene in Übereinstimmung zu bringen, leicht ausgeführt werden.
(3) In einem weiteren Merkmal des oben beschriebenen Verfahrens zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Schritt des Vornehmens einer Justierung auch durch Justieren der Stärken durch das erste oder das zweite oder beide Energiefilter erzeugter elektrischer und magnetischer Felder auf Grundlage der Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild, um die achromatische Ebene des den Monochromator verlassenden Elektronenstrahls mit der Brennebene in Übereinstimmung zu bringen, ausgeführt werden. In diesem Verfahren der Erfindung mit diesem Merkmal wird die achromatische Ebene durch Justieren der Stärken der durch das erste oder das zweite oder beide Energiefilter erzeugten elektrischen und magnetischen Felder auf Grundlage der Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild mit der Brennebene in Übereinstimmung gebracht. Folglich kann die Justierung, um die Brennebene und die achromatische Ebene in Übereinstimmung zu bringen, leicht ausgeführt werden.
(4) In einem weiteren Merkmal des oben beschriebenen Verfahrens zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Schritt des Vornehmens einer Justierung auch durch Justieren des im Monochromator erzeugten Astigmatismus auf Grundlage der Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild, um die Brennebene des den Monochromator verlassenden Elektronenstrahls mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, ausgeführt werden. In diesem Verfahren der Erfindung mit diesem Merkmal wird in einem Fall, in welchem der Monochromator durch Erzeugen eines elektrischen oder magnetischen Quadrupolfelds Astigmatismus im Elektronenstrahl hervorrufen kann, der Astigmatismus im Monochromator auf Grundlage der Intensitätsverteilung von Interferenzen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild justiert, wodurch die Brennebene mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung gebracht wird. Folglich kann die Justierung, um die Brennebene und die achromatische Ebene in Übereinstimmung zu bringen, leicht ausgeführt werden.
(5) In einem zusätzlichen Merkmal des oben beschriebenen Verfahrens zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Schritt des Vornehmens einer Justierung auch durch Justieren der Stärke einer vor dem Monochromator befindlichen magnetischen Linse auf Grundlage der Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild, um die Brennebene des den Monochromator verlassenden Elektronenstrahls mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, ausgeführt werden. In diesem Verfahren der Erfindung mit diesem Merkmal wird die Brennebene durch Justieren der Stärke der magnetischen Linse auf Grundlage der Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung gebracht. Folglich kann die Justierung, um die Brennebene und die achromatische Ebene in Übereinstimmung zu bringen, leicht ausgeführt werden.
(6) Im Verfahren zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Blende eine Kondensorlinsen-Blende sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Justierung, um die Brennebene und die achromatische Ebene in Übereinstimmung zu bringen, durch Verwenden der im Transmissionselektronenmikroskop an sich vorhandenen Kondensorlinsen-Blende erfolgen.
Figurenliste

1 ist eine Zeichnung, welche den Aufbau eines Elektronenmikroskops gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Strahlengang-Diagramm der Bahn des Elektronenstrahls im in 1 gezeigten Monochromator.
3 zeigt in einem Fall, in welchem die Stärke der in 1 gezeigten ersten elektrostatischen Linse variiert wird, beobachtete Interferenzstreifen.
4 zeigt in einem Fall, in welchem die Stärken durch das erste und das zweite Energiefilter wie in 1 gezeigt erzeugter elektrischer und magnetischer Felder variiert werden, beobachtete Interferenzstreifen.
5 zeigt in einem Fall, in welchem der im in 1 gezeigten Monochromator erzeugte Astigmatismus variiert wird, beobachtete Interferenzstreifen.
6 ist eine 1 ähnliche Zeichnung, welche aber eine abgewandelte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die unten bereitgestellten Ausführungsformen den durch die beigefügten Ansprüche dargestellten Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht unangemessen einschränken und dass nicht alle unten beschriebenen Konfigurationen wesentliche Bestandteile der Erfindung sind.
Konfiguration
Ein zu einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehörendes Konfigurationsbeispiel eines Elektronenmikroskops ist in 1 gezeigt. Nun wird angenommen, dass das Elektronenmikroskop als ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) ausgelegt ist. Alternativ kann das Elektronenmikroskop als ein Rastertransmissionselektronenmikroskop (RTEM) ausgelegt sein. Einige Teile des Mikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie in 1 gezeigt können entfallen.
Wie in 1 gezeigt, enthält das allgemein mit Bezugszeichen 1 bezeichnete Elektronenmikroskop eine Elektronenstrahlquelle 10, eine Blende 12, eine erste elektrostatische Linse 14, einen Monochromator 20, eine zweite elektrostatische Linse 30, ein Beschleunigungsrohr 32, ein Beleuchtungslinsensystem 34, einen Probentisch 36 zum Aufnehmen einer Probe, eine Objektivlinse 38, ein Projektorlinsensystem 40, einen Detektor 42, einen Verarbeitungsteil 50, einen Handsteuerungsteil 52 und einen Anzeigeteil 54.
Die Elektronenstrahlquelle 10 hat eine Kathode zum Emittieren von Elektronen und eine Anode zum Beschleunigen der Elektronen, so dass sie als ein Elektronenstrahl aus der Strahlquelle abgegeben werden. Ein Beispiel der Elektronenstrahlquelle 10 ist eine wohlbekannte Elektronenkanone.
Die erste elektrostatische Linse 14 befindet sich vor dem Monochromator 20, um die Bahn des aus der Elektronenstrahlquelle 10 emittierten Elektronenstrahls (d.h. den Einfallswinkel des auf den Monochromator 20 auftreffenden Elektronenstrahls) zu justieren. Die erste elektrostatische Linse 14 wird durch eine Steuereinheit für eine elektrostatische Linse (nicht gezeigt) gesteuert, welche dann wieder die Stärke der ersten elektrostatischen Linse 14 als Reaktion auf ein Steuersignal vom Verarbeitungsteil 50 steuert. Die zweite elektrostatische Linse 30 befindet sich hinter dem Monochromator 20, um die Bahn des auf die Probe gerichteten Elektronenstrahls zu justieren.
Der Monochromator 20 ist vom Typ des zweistufigen Filters und bewirkt das Monochromatisieren des Elektronenstrahls. Der Monochromator 20 enthält ein erstes Energiefilter 22 zum Zerlegen des Strahls nach kinetischer Energie, einen in einer Energieauffächerungsebene angeordneten Energieauswahlspalt 24 und ein zweites Energiefilter 26 zum Aufheben der Energieauffächerung des durch den Energieauswahlspalt 24 durchgelassenen Elektronenstrahls.
Sowohl das erste Energiefilter 22 als auch das zweite Energiefilter 26 besteht aus einem Wienfilter zum Anlegen eines elektrischen Felds und eines magnetischen Felds, welche senkrecht zueinander stehen, an den entlang der optischen Achse OA fliegenden Elektronenstrahl. Besonders zu erwähnen ist, dass das elektrische Feld und das magnetische Feld, welche durch das zweite Energiefilter 26 erzeugt werden, dem elektrischen Feld und dem magnetischen Feld, welche durch das erste Energiefilter erzeugt werden, entgegengerichtet sind. Das erste und das zweite Energiefilter 22 und 26 werden durch ihre jeweiligen Energiefilter-Steuereinheiten (nicht gezeigt) gesteuert, welche dann wieder die Stärken der durch das erste und das zweite Energiefilter 22 und 26 erzeugten elektrischen und magnetischen Felder als Reaktion auf Steuersignale vom Verarbeitungsteil 50 steuern.
2 ist eine Strahlengang-Zeichnung, welche die Bahn des Elektronenstrahls im Monochromator 20 zeigt. Der aus der Elektronenstrahlquelle 10 emittierte Elektronenstrahl wird durch das erste Energiefilter 22 spektral getrennt und auf eine erste Brennebene fokussiert, in welcher der Energieauswahlspalt 24 angeordnet ist. Da der Strahl spektral geteilt wird, wird in der ersten Brennebene ein einer Geschwindigkeitsverteilung des Elektronenstrahls entsprechendes Spektrum gebildet. Der Energieauswahlspalt 24 gestattet nur Elektronen des Strahls, welche sich innerhalb eines gegebenen Abstands von der optischen Achse OA entlang dem elektrischen Feld befinden, das Hindurchfliegen. Die Energieauffächerung des durch den Spalt 24 durchgelassenen Elektronenstrahls wird durch das zweite Energiefilter 26 aufgehoben. Idealerweise stimmt eine Ebene (kann im Folgenden als die zweite Brennebene bezeichnet sein), auf welche der den Monochromator 20 verlassende Elektronenstrahl fokussiert ist, mit einer achromatischen Ebene, in welcher die Energieauffächerung aufgehoben wird, überein. In diesem Fall nimmt eine virtuelle Lichtquelle in der zweiten Brennebene des Elektronenstrahls eine Kreisform an.
Der durch den Monochromator 20 monochromatisierte Elektronenstrahl wird durch das Beschleunigungsrohr 32 beschleunigt und durch das Beleuchtungslinsensystem 34 auf den Probentisch 36 gerichtet. Das Beleuchtungslinsensystem 34 besteht aus einer Vielzahl von Kondensorlinsen. Eine Kondensorlinsen-Blende 35 ist im Beleuchtungslinsensystem 34 gebildet.
Die Objektivlinse 38 befindet sich hinter dem Probentisch 36, um den durch die Probe durchgelassenen Elektronenstrahl zu fokussieren. Das Projektorlinsensystem 40 ist hinter der Objektivlinse 38 angeordnet, um das durch die Objektivlinse 38 fokussierte Bild zu vergrößern und das Bild auf den Detektor 42 zu fokussieren. Das Projektorlinsensystem 40 besteht aus einer Zwischenlinse und einer Projektorlinse.
Der Detektor 42 befindet sich hinter dem Projektorlinsensystem 40, um das durch das Projektorlinsensystem 40 fokussierte Transmissionselektronenmikroskop-Bild zu erfassen. Ein Beispiel des Detektors 42 ist eine CCD-Kamera mit einer lichtempfindlichen Oberfläche, die aus einer zweidimensionalen Anordnung von CCDs (ladungsgekoppelte Bauelemente) besteht. Die Bildinformationen des durch den Detektor 42 erfassten Transmissionselektronenmikroskop-Bilds werden an den Verarbeitungsteil 50 ausgegeben.
Der Handsteuerungsteil 52 gestattet einem Benutzer, Handsteuerungsinformationen einzugeben. Der Handsteuerungsteil 52 gibt die eingegebenen Handsteuerungsinformationen an den Verarbeitungsteil 50 aus. Die Funktionen des Handsteuerungsteils 52 können durch Hardwareeinrichtungen wie eine Tastatur, eine Maus und einen Berührungsbildschirm realisiert werden.
Der Anzeigeteil 54 zeigt ein durch den Verarbeitungsteil 50 erzeugtes Bild an. Die Funktion des Anzeigeteils kann durch eine Flüssigkristallanzeige, eine Kathodenstrahlröhre oder dergleichen realisiert werden. Der Anzeigeteil 54 zeigt ein durch den Verarbeitungsteil 50 erzeugtes Transmissionselektronenmikroskop-Bild an.
Der Verarbeitungsteil 50, beispielsweise aus einem Computer bestehend, führt Verarbeitungsoperationen zum Steuern der Steuereinheit für eine elektrostatische Linse und der Energiefilter-Steuereinheit und Verarbeitungsoperationen zum Erfassen von Transmissionselektronenmikroskop-Bildern durch. Die Funktionen des Verarbeitungsteils 50 können durch Hardwareeinrichtungen wie verschiedene Prozessoren (wie CPU und DSP) oder Computerprogramme realisiert werden.
Durch Erfassen der vom Detektor 42 gelieferten Bildinformationen führt der Verarbeitungsteil 50 eine Verarbeitungsoperation zum Erfassen eines Transmissionselektronenmikroskop-Bilds (TEM-Bilds) durch. Ferner erzeugt der Verarbeitungsteil 50 auf Grundlage von über den Handsteuerungsteil 52 eingegebenen Handsteuerungsinformationen verschiedene Steuersignale und gibt er die Signale an die Steuereinheit für eine elektrostatische Linse und die Energiefilter-Steuereinheit aus, um die Stärke der ersten elektrostatischen Linse 14 und die Stärken der durch das erste und das zweite Energiefilter 22, 26 erzeugten elektrischen und magnetischen Felder zu steuern oder das im Monochromator 20 erzeugte elektrische oder magnetische Quadrupolfeld zu steuern.
Technik der vorliegenden Ausführungsform
Im Verfahren zum Justieren eines Elektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Justierung, um die Brennebene des den Monochromator 20 verlassenden Elektronenstrahls mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, durch Gewinnen eines Transmissionselektronenmikroskop-Bilds, das durch die Kondensorlinsen-Blende 35 erzeugte Interferenzstreifen des Elektronenstrahls enthält, und Beobachten einer Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im erhaltenen Transmissionselektronenmikroskop-Bild. Die Blende zum Bilden der Interferenzstreifen ist nicht auf die Kondensorlinsen-Blende 35 beschränkt. Jede beliebige Blende kann verwendet werden, solange sie sich hinter dem Monochromator 20 befindet.
Wenn ein Brennpunkt (eine virtuelle Lichtquelle) des Elektronenstrahls, der bzw. die sich vor der Kondensorlinsen-Blende 35 befindet, klein genug ist, überlagert sich der Elektronenstrahl mit dem durch die Kondensorlinsen-Blende 35 gebeugten Elektronenstrahl, was Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild zur Folge hat. Wo die Energieauffächerung des Elektronenstrahls in der Brennebene des den Monochromator 20 verlassenden Strahls bleibt (d.h. die Brennebene des Elektronenstrahls nicht mit der achromatischen Ebene übereinstimmt), wird die virtuelle Lichtquelle entlang dem Spektrum ausgedehnt, und daher treten keine isotropen Interferenzen auf, sondern tritt in den Interferenzstreifen eher Anisotropie zutage. Andererseits bildet die virtuelle Lichtquelle einen kreisförmigen Lichtfleck, wo die Brennebene des den Monochromator 20 verlassenden Elektronenstrahls mit der achromatischen Ebene übereinstimmt. Folglich erscheinen die Interferenzstreifen isotrop. Das heißt, es erscheinen konzentrische Interferenzstreifen, in welchen die Intensitäten sich in Umfangsrichtung nicht sonderlich ändern.
Im Verfahren zum Justieren eines Elektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Justierung, um die Brennebene des den Monochromator 20 verlassenden Elektronenstrahls mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, durch Beobachten von Veränderungen einer Intensitätsverteilung von Interferenzstreifen, während die Stärke der ersten elektrostatischen Linse 14, die Stärken der durch das erste und das zweite Energiefilter 22, 26 erzeugten elektrischen und magnetischen Felder oder der im Monochromator 20 erzeugte Astigmatismus variiert wird beziehungsweise werden.
3A bis 3C zeigen Interferenzstreifen, die beobachtet werden, wenn die Stärke der ersten elektrostatischen Linse 14 variiert wird. Wenn die Stärke der ersten elektrostatischen Linse 14 variiert wird, ändert sich der Einfallswinkel des auf den Monochromator 20 auftreffenden Strahls und ändert sich die Lage der Brennebene des den Monochromator 20 verlassenden Strahls. Das heißt, durch Variieren der Stärke der ersten elektrostatischen Linse 14 kann die Lage der Brennebene unabhängig verändert werden, während die Lage der achromatischen Ebene unverändert aufrechterhalten wird. Wenn die Brennebene durch Variieren der Stärke der ersten elektrostatischen Linse 14 mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung gebracht wird, zeigen die im Transmissionselektronenmikroskop-Bild erscheinenden Interferenzstreifen den stärksten Kontrast. Unter den Interferenzstreifen der 3A bis 3C zeigen die Interferenzstreifen in 3B die geringste Intensitätsänderung in Umfangsrichtung. Deshalb erkennt man, dass die Einstellungen, unter welchen die Interferenzstreifen in 3B auftreten, für die erste elektrostatische Linse 14 optimal sind. Insbesondere kann die Justierung, um die Brennebene des Elektronenstrahls mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, durch Justieren der Stärke der ersten elektrostatischen Linse 14 so ausgeführt werden, dass die Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild am stärksten isotrop erscheinen.
4A bis 4C zeigen Interferenzstreifen, die beobachtet werden, wenn die Stärken der durch das erste und das zweite Energiefilter 22, 26 erzeugten elektrischen und magnetischen Felder variiert werden. Wenn die Stärken der im ersten Energiefilter 22 erzeugten elektrischen und magnetischen Felder oder die Stärken der im zweiten Energiefilter 26 erzeugten elektrischen und magnetischen Felder variiert werden, ändert sich die Lage der achromatischen Ebene des den Monochromator 20 verlassenden Elektronenstrahls. Das heißt, durch Variieren der Stärken durch das erste oder das zweite Energiefilter 22, 26 erzeugter elektrischer und magnetischer Felder kann die Lage der achromatischen Ebene unabhängig verändert werden, während die Lage der Brennebene unverändert aufrechterhalten wird. Wenn die achromatische Ebene durch Variieren der Stärken der durch das erste oder das zweite Energiefilter 22, 26 erzeugten elektrischen und magnetischen Felder mit der Brennebene in Übereinstimmung gebracht wird, zeigen die im Transmissionselektronenmikroskop-Bild erscheinenden Interferenzstreifen den stärksten Kontrast. Unter den in den 4A bis 4C gezeigten Beispielen zeigen die Interferenzstreifen in 4B die geringsten Intensitätsänderungen in Umfangsrichtung. Somit erkennt man, dass die Einstellungen, unter welchen die Interferenzstreifen in 4B auftreten, für das erste und das zweite Energiefilter 22, 26 optimal sind. Insbesondere kann die Justierung, um die achromatische Ebene des Elektronenstrahls mit der Brennebene in Übereinstimmung zu bringen, durch Justieren der Stärken der durch das erste oder das zweite Energiefilter 22, 26 erzeugten elektrischen und magnetischen Felder so ausgeführt werden, dass die Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild am stärksten isotrop erscheinen.
5A bis 5C zeigen Interferenzstreifen, die beobachtet werden, wenn der im Monochromator 20 erzeugte Astigmatismus variiert wird. Wo der Monochromator 20 so ausgelegt ist, dass er ein elektrisches oder magnetisches Quadrupolfeld erzeugen kann, kann innerhalb des Monochromators 20 Astigmatismus im Elektronenstrahl erzeugt werden. Wenn die Richtung, in welcher im Monochromator 20 Astigmatismus erzeugt wird, auf die Spektralrichtung des ersten und des zweiten Energiefilters 22, 26 eingestellt wird und wenn die Höhe des erzeugten Astigmatismus variiert wird, ändert sich die Lage der Brennebene des den Monochromator 20 verlassenden Strahls entlang dem Spektrum. Wenn die Brennebene infolge eines Variierens des Astigmatismus im Monochromator 20 mit der achromatischen Ebene übereinstimmt, zeigen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild erscheinende Interferenzstreifen den größten Kontrast. In den Beispielen der 5A bis 5C zeigen die Interferenzstreifen in 5B die geringste Intensitätsänderung in Umfangsrichtung, und deshalb erkennt man, dass die Einstellungen, unter welchen die Interferenzstreifen in 5B auftreten, für den Monochromator 20 optimal sind. Das heißt, die Justierung, um die Brennebene des Elektronenstrahls mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, kann durch Justieren des im Monochromator 20 erzeugten Astigmatismus so ausgeführt werden, dass die Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild am stärksten isotrop erscheinen.
Auf diese Weise kann im Elektronenmikroskop-Justierverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Justierung, um die Brennebene mit der astigmatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, durch Variieren der Stärke der ersten elektrostatischen Linse 14, Variieren der Stärken der durch das erste oder das zweite oder beide Energiefilter 22, 26 erzeugten elektrischen und magnetischen Felder oder Variieren des im Monochromator 20 erzeugten Astigmatismus auf Grundlage einer Intensitätsverteilung von Interferenzstreifen in einem Transmissionselektronenmikroskop-Bild leicht ausgeführt werden. Da eine Intensitätsverteilung von Interferenzstreifen in einem Transmissionselektronenmikroskop-Bild sich entsprechend der Lagebeziehung zwischen der Brennebene und der achromatischen Ebene deutlich sichtbar ändert, kann die Justierung leichter vorgenommen werden als in einem Fall, in welchem die Form eines Lichtflecks des Elektronenstrahls in einem Transmissionselektronenmikroskop direkt beobachtet wird.
Abwandlungen
Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und dass innerhalb des Schutzumfangs und des Gedankens der Erfindung verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich sind. Die vorliegende Erfindung umfasst Konfigurationen (z.B. in Funktion, Verfahren und Ergebnissen identische oder in Zweck und vorteilhaften Auswirkungen identische Konfigurationen), welche mit den in der obigen Ausführungsform beschriebenen Konfigurationen im Wesentlichen identisch sind. Außerdem umfasst die Erfindung Konfigurationen, welche den in der obigen Ausführungsform beschriebenen Konfigurationen gleichen, abgesehen davon, dass ihre nichtwesentlichen Teile ersetzt wurden. Weiter umfasst die Erfindung Konfigurationen, welche in vorteilhaften Auswirkungen identisch sind mit den oder welche das gleiche Ziel erreichen können wie die in der obigen Ausführungsform beschriebenen Konfigurationen. Ferner umfasst die Erfindung Konfigurationen, welche den in der obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen abgesehen davon gleichen, dass ein allgemein bekanntes Verfahren hinzugefügt ist.
Zum Beispiel wird in der obigen Ausführungsform das Elektronenmikroskop, in welchem der Monochromator 20 vor dem Beschleunigungsrohr 32 angeordnet ist, als ein Beispiel herangezogen. Die vorliegende Erfindung kann auch auf ein Elektronenmikroskop angewendet werden, in welchem der Monochromator 20 hinter dem Beschleunigungsrohr 32 angeordnet ist. In diesem Fall sind, wie in 6 gezeigt, statt elektrostatischer Linsen magnetische Linsen (eine erste magnetische Linse 15 und eine zweite magnetische Linse 31) vor beziehungsweise hinter dem Monochromator 20 angeordnet. In den beiden 1 und 6 sind die gleichen Konfigurationen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf eine erneute Beschreibung bereits beschriebener Komponenten wird nachfolgend verzichtet.
Im Beispiel aus 6 ändert sich der Einfallswinkel des auf den Monochromator 20 auftreffenden Elektronenstrahls, wenn die Stärke der ersten magnetischen Linse 15 variiert wird. Dies verändert die Lage der Brennebene des den Monochromator 20 verlassenden Elektronenstrahls. Das heißt, durch Variieren der Stärke der ersten magnetischen Linse 15 kann die Lage der Brennebene unabhängig verändert werden, während die Lage der achromatischen Ebene unverändert aufrechterhalten wird. Wenn infolge eines Variierens der Stärke der ersten magnetischen Linse 15 die Brennebene mit der achromatischen Ebene übereinstimmt, zeigen in einem Transmissionselektronenmikroskop erscheinende Interferenzstreifen den größten Kontrast. Das heißt, die Justierung, um die Brennebene des Elektronenstrahls mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, kann durch Justieren der Stärke der ersten magnetischen Linse 15 so ausgeführt werden, dass die Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild am stärksten isotrop erscheinen.

Claims

Verfahren zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops (1), das mit einem Monochromator (20) ausgestattet ist, welcher einen Elektronenstrahl monochromatisiert, wobei der Monochromator (20) ein erstes Energiefilter (22) zum Zerlegen des Elektronenstrahls nach kinetischer Energie, einen in einer Energieauffächerungsebene angeordneten Energieauswahlspalt (24) und ein zweites Energiefilter (26) zum Aufheben der Energieauffächerung des durch den Energieauswahlspalt (24) durchgelassenen Elektronenstrahls enthält, wobei das Verfahren aufweist: das Gewinnen eines Transmissionselektronenmikroskop-Bilds, das durch eine hinter dem Monochromator (20) befindliche Blende (35) erzeugte Interferenzstreifen des Elektronenstrahls enthält; und das Vornehmen einer Justierung, um auf Grundlage einer Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild eine Brennebene des den Monochromator (20) verlassenden Elektronenstrahls mit einer achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen.
Verfahren zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops (1) nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Vornehmens einer Justierung durch Justieren der Stärke einer vor dem Monochromator (20) angebrachten elektrostatischen Linse (14) auf Grundlage der Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild, um die Brennebene des den Monochromator (20) verlassenden Elektronenstrahls mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, ausgeführt wird.
Verfahren zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops (1) nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Vornehmens einer Justierung durch Justieren der Stärken der durch das erste oder das zweite oder beide Energiefilter (22, 24) erzeugten elektrischen und magnetischen Felder auf Grundlage der Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild, um die achromatische Ebene des den Monochromator (20) verlassenden Elektronenstrahls mit der Brennebene in Übereinstimmung zu bringen, ausgeführt wird.
Verfahren zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops (1) nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Vornehmens einer Justierung durch Justieren des im Monochromator (20) erzeugten Astigmatismus auf Grundlage der Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild, um die Brennebene des den Monochromator (20) verlassenden Elektronenstrahls mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, ausgeführt wird.
Verfahren zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops (1) nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Vornehmens einer Justierung durch Justieren der Stärke einer vor dem Monochromator (20) befindlichen magnetischen Linse (15) auf Grundlage der Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen im Transmissionselektronenmikroskop-Bild, um die Brennebene des den Monochromator (20) verlassenden Elektronenstrahls mit der achromatischen Ebene in Übereinstimmung zu bringen, ausgeführt wird.
Verfahren zum Justieren eines Transmissionselektronenmikroskops (1) nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Blende (35) eine Kondensorlinsen-Blende (35) ist.