DE1073655B

DE1073655B - Method for changing the image brightness in particle beam devices, in particular in electron microscopes

Info

Publication number: DE1073655B
Application number: DENDAT1073655D
Authority: DE
Inventors: Oberkochen Dr. Ernst Gutter (Württ.)
Original assignee: Fa. Carl Zeiss, Heidenheim/Brenz
Priority date: 1958-11-29
Publication date: 1960-01-21
Also published as: US3087057A; GB860557A; NL245866A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Bei Elektronenmikroskopen besteht oftmals dieForderung, die Stromstärke des auf das Objekt auf treffenden Elektronenstrahles und damit die Bildhelligkeit in gewissen Grenzen zu verändern. Beispielsweise ist eine solche Veränderung der Strahlstromstärke bei 5 der Beobachtung empfindlicher Objekte notwendig, sie ist weiterhin auch erforderlich, um bei hohen Vergrößerungsänderungen auf gleiche Helligkeit des Bildes einstellen zu können. .In the case of electron microscopes, there is often a requirement to determine the current strength of the incident on the object To change the electron beam and thus the image brightness within certain limits. For example If such a change in the beam current intensity is necessary when observing sensitive objects, it is also necessary in order to achieve the same brightness of the image in the case of large changes in magnification to be able to adjust. .

Die Änderung der Bildhelligkeit in Korpuskular-Strahlgeräten, insbesondere in Elektronenmikroskopen, wurde bisher durch Variation der Stromstärke des von der Strahlquelle ausgehenden Korpuskularstrahles vorgenommen. Die Änderung dieses Stromes erfolgt dabei mit Hilfe einer oder, mehrerer Steuerelektroden, die im Beschleunigungsfeld liegen, und denen während des Betriebes einstellbare Spannungen zugeführt werden. Die notwendigen Spannungsquellen müssen auf Hochspannungspotential liegen- (bei Elektronenmikroskopen etwa 40 bis 100 kV) und regelbar sein. Zwischen dem vom Benutzer zu bedienenden Regelorgan und der Spannungsquelle muß deshalb ein Isolationsglied vorgesehen sein. Abgesehen von der Verteuerung, die eine solche Konstruktion mit sich bringt, besteht hier stets eine gewisse Gefahr für den Benutzer, da Spannungsüberschläge am Isolator durchaus im Breich der Möglichkeit liegen.The change in image brightness in corpuscular beam devices, especially in electron microscopes, was previously achieved by varying the current intensity of the corpuscular beam emanating from the beam source performed. The change in this current takes place with the help of one or more control electrodes, which lie in the acceleration field and which voltages can be set during operation are fed. The necessary voltage sources must be on high voltage potential (included with Electron microscopes around 40 to 100 kV) and be controllable. Between that to be operated by the user An isolating element must therefore be provided for the control element and the voltage source. Apart from that there is always a certain danger here of the increase in price that such a construction entails the user, as voltage flashovers on the insulator are quite possible.

Ein weiterer entscheidender Nachteil der Bildhelligkeitsregelung durch Änderung der Stromstärke des vom Strahlerzeugungssystem gelieferten Strahles liegt darin, daß bereits durch Änderung des Steuerelektrodenpotentials die optischen Verhältnisse des Strahlerzeugungssystemes geändert werden, so daß z. B. der engste Strahlquerschnitt, der normalerweise in der Objektebene liegen soll, seine Lage verändert. Mit einer solchen Stromstärkeänderung ist weiterhin automatisch eine Änderung der Betriebsspannung verbunden, da aus Sicherheitsgründen der innere Widerstand der diese Spannung liefernden Hochspannuugsanlage sehr hoch sein muß. Dies hat zur Folge, daß sich bei einer Änderung der Strahlstromstärke die gesamten elektronenoptischen Verhältnisse im Gerät in unerwünschter, Weise verändern.Another decisive disadvantage of the image brightness control by changing the current intensity of the beam supplied by the beam generating system is that already by changing the control electrode potential the optical conditions of the beam generating system are changed so that z. B. the narrowest beam cross-section, which should normally lie in the object plane, changes its position. A change in the operating voltage is also automatically associated with such a change in current intensity, because, for safety reasons, the internal resistance of the high-voltage system delivering this voltage must be very high. As a result, if the beam current strength changes, the entire change electron-optical conditions in the device in an undesirable manner.

Das neue Verfahren zum Ändern der Bildhelligkeit in Korpuskularstrahlgeräten, insbesondere in EIektronenmikroskopen, vermeidet die geschilderten Nachteile dadurch, daß erfindungsgemäß bei konstantgehaltener Stromstärke des vom Strahlerzeugungssystem gelieferten Korpuskularstrahles dieser Strahl periodisch unterbrochen und die Unterbrechungszeit verändert wird. Es wird also hier infolge der Konstanthaltung der Strahlstromstärke eine Änderung der elektronenoptischen Verhältnisse mit Sicherheit vermieden. Zur Bildentstehung wird ein intermittieren-Verfahren zum Ändern der BildhelligkeitThe new method for changing the image brightness in corpuscular beam devices, especially in electron microscopes, avoids the disadvantages outlined by the fact that, according to the invention, at a constant Amperage of the corpuscular beam supplied by the beam generating system, this beam periodically interrupted and the interruption time is changed. So it is here as a result of keeping it constant the beam current strength a change in the electron-optical conditions avoided with certainty. An intermittent process is used to create the image to change the image brightness

in Korpuskularstrahlgeräten, insbesondere in Elektronenmikroskopenin particle beam devices, especially in electron microscopes

Anmelder: Fa. Carl Zeiss, Heidenheim/BrenzApplicant: Carl Zeiss, Heidenheim / Brenz

Dr. Emst Gutter, Oberkochen (Württ.)_r ist als Erfinder genannt wordenDr. Emst Gutter, Oberkochen (Württ.) _R has been named as the inventor

der Korpuskularstrahl verwendet, dessen zeitlicher Mittelwert die Bildhelligkeit.bestimmt, ."....the corpuscular beam is used, its temporal Average value determines the image brightness,. "....

Zur Vermeidung irgendwelcher störender Effekte ist es vorteilhaft, den Korpuskularstrahl im feldfreien Raum vor dem abzubildenden Objekt periodisch über eine die Beleuchtungsapertur begrenzende Blende zu führen. Auch in diesem Fall kommt hinter der Blende, d.h. also am Objekt ein intermittierender Korpuskularstrahl zur Wirkung.To avoid any disruptive effects, it is advantageous to use the particle beam in the field-free The space in front of the object to be imaged periodically closes via a diaphragm delimiting the illumination aperture to lead. In this case, too, there is an intermittent corpuscular beam behind the diaphragm, i.e. on the object to the effect.

Zur Änderung der Bildhelligkeit wird in dem angegebenen Fall die Amplitude der Strahlablenkung geändert. Beispielsweise wird bei elektrostatischer Strahlablenkung durch Erhöhen der angelegten Ablenkspannung die Auslenkung in der Blendenebene größer, wodurch die Durchlaßzeit im Verhältnis zur Periodendauer und somit der allein beobachtbare zeitliche Mittelwert der Bildhelligkeit verringert wird. Um Bildstörungen durch die pulsierende Beleuchtung zu unterdrücken, werden vorteilhaft Ablenkfrequenzen über 1000 Hz benutzt.To change the brightness of the image, the amplitude of the beam deflection is used in the specified case changed. For example, in the case of electrostatic beam deflection, by increasing the applied deflection voltage the deflection in the diaphragm plane is greater, whereby the passage time in relation to Period duration and thus the only observable temporal mean value of the image brightness is reduced. In order to suppress image disturbances due to the pulsating lighting, it is advantageous to use deflection frequencies used over 1000 Hz.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Ausführungsbeispiele darstellenden Fig. 1 und 2 näher erläutert. Dabei zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2, which illustrate the exemplary embodiments. It shows

Fig. 1 ein Elektronenmikroskop, bei welchem die Bildhelligkeit nach dem Verfahren gemäß der Erfindung geändert wird, in schematischer Darstellung,1 shows an electron microscope in which the image brightness according to the method according to the invention is changed, in a schematic representation,

Fig. 2 eine Teilansicht eines Elektronenmikroskopes, bei welchem die Bildhelligkeit durch Ablenkung des Elektronenstrahles mittels eines elektromagnetischen Ablenksystem^ geändert wird.Fig. 2 is a partial view of an electron microscope, in which the image brightness by deflection of the electron beam is changed by means of an electromagnetic deflection system ^.

In Fig. 1 ist mit 1 die Kathode, mit 2 die Wehnelt-Elektrode und mit 3 dieAnode eines Elektronenstrahlerzeugungssystemes bezeichnet. Die Anode 3 liegt dabei auf Erdpotential, während alle übrigen Elektroden auf Hochspannungspotential liegen. Der vom Strahlerzeugungssystem 1, 2, 3 erzeugte Elektronenstrahl ist mit 4 bezeichnet. Dieser Strahl tritt durch eine die maximaleBeleuchtungsapertur festlegende ge-In Fig. 1, 1 is the cathode, 2 is the Wehnelt electrode and 3 is the anode of an electron gun designated. The anode 3 is at ground potential, while all the other electrodes are on high voltage potential. The electron beam generated by the beam generation system 1, 2, 3 is denoted by 4. This beam passes through a

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erdete Blende 5 und trifft auf das zu beobachtende Objektö. Mittels einer Objektivlinse 7, einer weiteren Blende 8 und eines Projektivs 9 wird ein Bild des Objektes 6 auf einem Leuchtschirm 10 erzeugt. Dieser Leuchtschirm kann durch ein Fenster 11 beobachtet werden.grounded aperture 5 and hits the object to be observed. By means of an objective lens 7, another Aperture 8 and a projection lens 9, an image of the object 6 is generated on a luminescent screen 10. This Luminescent screen can be observed through a window 11.

Zwischen der Anode 3 und der Blende 5 ist ein elektrostatisches Ablenksystem 12 angeordnet, das mit einer Wechselspannungsquelle 13 in Verbindung steht.Between the anode 3 and the diaphragm 5, an electrostatic deflection system 12 is arranged, which with an AC voltage source 13 is in connection.

Vor der Beobachtung wird ein Elektronenstrahl be- ίο stimmter Stärke durch entsprechende Wahl der Vorspannung des Wehnelt-Zylinders 2 gewählt. Dieser Elektronenstrahl wird durch das Ablenksystem 12 periodisch über die Blende 5 geführt. Auf diese Weise trifft auf das Objekt 6 ein intermittierender Elektronenstrahl. Der zeitliche Mittelwert des am Objekt 6 zur Wirkung kommenden Elektronenstrahles und damit auch die Bildhelligkeit des auf dem Leuchtschirm 10 entstehenden Bildes wird durch Ändern der Amplitude der dem Ablenksystem 12 zugeführten Wechselspannung bestimmt. Wird beispielsweise die Ablenkspannung verkleinert, so wird die Durchlaßzeit im Verhältnis zur Periodendauer vergrößert und die Bildhelligkeit steigt an. Entsprechend wird durch eine Vergrößerung der Ablenkamplitude eine Verringerung der Bildhelligkeit erzielt.Before the observation, an electron beam is ίο selected strength by appropriate choice of the preload of the Wehnelt cylinder 2. This The electron beam is periodically guided over the diaphragm 5 by the deflection system 12. In this way an intermittent electron beam hits the object 6. The time average of the 6 the effect of the electron beam and thus also the brightness of the image on the luminescent screen The resulting image is obtained by changing the amplitude of the alternating voltage supplied to the deflection system 12 certainly. For example, if the deflection voltage is reduced, the conduction time is im The ratio to the period increases and the image brightness increases. Accordingly, a Increasing the deflection amplitude results in a reduction in the brightness of the image.

An Stelle des in Fig. 1 dargestellten elektrostatischen Ablenksystemes 12 kann auch, wie in Fig. 2 dargestellt, ein elektromagnetisches Ablenksystem 14 Verwendung finden. Das dargestellte Ablenksystem besteht aus zwei einander gegenüberliegenden in Serie geschalteten und von Wechselstrom durchflossenen Spulen, welche jeweils mit einem Kern aus permeablem Material versehen sind. Die Strahlablenkung erfolgt in der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung senkrecht zur Zeichenebene.Instead of the electrostatic deflection system 12 shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2, find an electromagnetic deflection system 14 use. The deflection system shown exists of two opposite one another connected in series and through which alternating current flows Coils, which are each provided with a core made of permeable material. The beam is deflected in the device shown in Fig. 2 perpendicular to the plane of the drawing.

An Stelle des in Fig. 2 dargestellten Ablenksystemes kann im einfachsten Fall ein aus zwei einander gegenüberliegenden, in Serie geschalteten und von Wechselstrom durchflossenen Luftspulen bestehendes elektromagnetisches Ablenksystem Verwendung finden.Instead of the deflection system shown in FIG. 2, one of two can be used in the simplest case opposite air-core coils connected in series and through which alternating current flows Find electromagnetic deflection system use.

Claims

Patent claims:

1. Method for changing the image brightness in particle beam devices, in particular in electron microscopes, characterized in that, with the current strength of the beam supplied by the beam generating system constant, the beam The beam is periodically interrupted and the interruption time is changed.

2. The method according to claim 1, when used in an electron microscope, characterized in that that the corpuscular beam is periodic in the field-free space in front of the object to be imaged is guided over a diaphragm delimiting the illumination aperture.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the amplitude of the beam deflection is changed,

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the deflection frequency is greater than 1000 Hz is selected.

5. Device for performing the method according to claim 1 or 2, characterized by a between the anode of the beam generating system and the one delimiting the illumination aperture Beam deflection system arranged in a diaphragm.

1 sheet of drawings

909 710/453 1.6(*909 710/453 1.6 (*