DE1108347B

DE1108347B - Verfahren zur Scharfstellung des Bildes eines Elektronenmikroskops und Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1108347B
Application number: DES61313A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Karl-Hein Dipl-Phys
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-01-14
Filing date: 1959-01-14
Publication date: 1961-06-08
Also published as: US2991361A; NL246011A; GB912986A

Description

INTERNAT.KL. HOIj

DEUTSCHES

PATENTAMT

S 61313 Vinc/21g

ANMELDETAG: 14. J A N U A R 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 8. JUNI 1961

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Scharfstellung des Bildes eines Elektronenmikroskops, bei dem in der Bildebene ein Leuchtschirm und ein Elektronenauffänger angeordnet sind.

Bei vielen Elektronenmikroskopen wird die Scharfstellung (Fokussierung) des Bildes durch Brennweitenänderung oder axiale Objektverschiebung unter Betrachtung des Bildes auf den Leuchtschirm vorgenommen. Die Leistungsfähigkeit dieser Scharfstellung ist somit durch den Leuchtschirm hinsichtlich des Auflösungsvermögens und durch das Auge trotz der üblichen lichtoptischen Hilfsmittel hinsichtlich der Kontrasterkennbarkeit und Empfindlichkeit begrenzt. Die Scharfstellung insbesondere von kontrastarmen Bildern (Dünnschnitten) ist daher für den Elektronenmikroskopiker äußerst schwierig. Man hilft sich bisweilen durch Fokussierungsreihen, wobei aus einer Anzahl von verschieden fokussierten Aufnahmen jeweils die beste ausgewählt wird. Ein solches Verfahren ist zeitraubend und für den Routinebetrieb völlig ungeeignet. Es führt überdies in vielen Fällen zu einer nicht tragbaren Schädigung des Objektes. Auch das Aufbringen von kontrastreichen T-Iilfsobjekten (z. B. Latex) ist bisweilen unerwünscht und führt nicht immer zur richtigen Scharfstellung.

Ferner ist es bekannt, die Scharfstellung bei gleichzeitiger Bestrahlung des Objektes aus mehreren diskreten Richtungen vorzunehmen. Es wird dadurch die Tiefenschärfe des Bildes herabgesetzt und die Scharfstellung erleichtert.

Ähnlich wirkt die bekannte Wobbelung der Bestrahlungsrichtung, die in Verbindung mit einem geeigneten Elektronenauffänger im Endbild und einem Verstärker das Verschwinden eines Wechselstromes als Kennzeichen für die Scharfstellung benutzt.

Diese beiden Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß die Scharfstellung bei gegenüber den nachfolgenden Aufnahmen veränderten Bestrahlungsbedingungen durchgeführt wird. Insbesondere wird das Auftreten von Phasenkontrasteffekten, die zu einem maximalen Bildkontrast in leicht unterfokussiertem Zustand führen, in die Fokussierung nicht mit einbezogen, so daß sich Abweichungen von der Scharfstellung ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scharfstellung des Bildes eines Elektronenmikroskops mit Elektronenauffänger in der Endbildebene ohne Betrachtung des Bildes auf dem Leuchtschirm unter Vermeidung der Nachteile der bisherigen Verfahren zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren, Verfahren zur Scharfstellung des Bildes

eines Elektronenmikroskops und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. Karl-Heinz Herrmann,

Berlin-Zehlendorf,
ist als Erfinder genannt worden

welches gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß das Endbild relativ zum Leuchtschirm und Elektronenauffänger periodisch bewegt wird, so daß der vom Elektronenauffänger aufgenommene Elektronenstrom die Stromdichteverteilung im Endbild wiedergibt, daß der vom Elektronenauffänger aufgenommene Elektronenstrom einem nur ein schmales Frequenzband im Bereich der höchsten Oberwellen verstärkenden Verstärker zugeführt wird und daß die Amplituden des Elektronenstromes durch ein an den Verstärker angeschlossenes Anzeigegerät sichtbar gemacht werden, so daß die größte am Anzeigegerät sichtbare Amplitude die beste Scharfstellung des Bildes wiedergibt.

Der Elektronenauffänger befindet sich in der Endbildebene; seine empfindliche Fläche ist kleiner als die kleinste auflösbare Objekteinzelheit. Der während der Relativbewegung des Endbildes zum Elektronenauffänger aufgenommene Elektronenstrom gibt in periodischer Folge die Stromdichteverteilung im Endbild längs einer Strecke wieder. Sie läßt sich nach Fourier in Oberwellen zerlegen. Da sich ein scharf eingestelltes Bild infolge seiner steilen Flanken von einem unscharf eingestellten Bild durch einen höheren Oberwellengehalt unterscheidet, ist der Verstärker für den aufgenommen Elektronenstrom derart schmalbandig, daß er nur im Bereich der höchsten

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(aus Gründen der begrenzten Auflösung des Elektronenmikroskops oder der im Bild vorhandenen Einzelheiten) zu erwartenden Oberwelle verstärkt. Die größte am Anzeigegerät sichtbare Amplitude ist dann das Kennzeichen für die beste Scharfstellung des Bildes.

Die Vorrichtung, welche die periodische Bewegung (z. B. 30 bis 50 Hz) des Endbildes gegenüber dem Elektronenauffänger veranlaßt, kann derart beschaffen sein, daß sie den Leuchtschirm mit dem Elektronenauffänger bei stillstehendem Endbild periodisch hin- und herbewegt; sie kann aber auch das Endbild periodisch hin- und herbewegen, indem das Elektronenbündel periodisch abgelenkt wird. In diesem Fall erzeugt die Vorrichtung ein periodisches, vorzugsweise sägezahnförmiges Ablenkfeld. Hierdurch wandert das Endbild periodisch mit konstanter Geschwindigkeit, so daß der Elektronenauffänger einen dem jeweiligen Bildinhalt entsprechenden Elektronenstrom aufnimmt. Als Elektronenauffänger kann ein Faradaykäfig dienen. Wegen der geringen zur Verfügung stehenden Elektronenströme werden jedoch mit besonderem Vorteil Auffänger verwendet, die bereits von sich aus eine Verstärkung des Elektronenstromes ergeben. Als solche kommen beispielsweise Geiger-Müller-Zählrohre, Szintillationszähler, Elektronenvervielfacher oder Halbleiterzellen in Frage. Die vier letztgenannten Auffänger führen überdies zu einer wesentlich besseren Anpassung an den Verstärkereingang, da sie im Gegensatz zum Faradaykäfig verhältnismäßig niederohmig sind. Dicht über dem Elektronenauffänger befindet sich eine Blende, die kreisförmig oder schlitzförmig sein kann. Eine schlitzförmige Blende ist zweckmäßig, wenn die Strukturen des Objektes eine Vorzugsrichtung besitzen. Dieser Vorzugsrichtung entsprechend muß dann die Richtung des Schlitzes einstellbar sein. Blendendurchmesser bzw. Schlitzbreite werden nicht kleiner gewählt als der Auflösung einer bei der fotografischen Aufnahme verwendeten Platte entspricht.

Als Ablenkfeld kann ein elektrisches oder magnetisches Feld verwendet werden. Besitzt das Elektronenmikroskop einen elektrostatischen oder einen elektromagnetischen Objektivstigmator, so kann die sägezahnförmige Ablenkspannung an zwei gegenüberliegenden Elektroden bzw. der Ablenkstrom auf gegenüberliegende Magnetsysteme gegeben werden. In diesem Falle ist es sogar noch verhältnismäßig einfach, die Richtung der Auslenkung zu ändern und der Richtung der Bildstruktur entsprechend zu wählen.

Der Schmalbandverstärker muß eine verhältnismäßig kleine Bandbreite besitzen, damit sich der Nutzstrom hinreichend weit aus dem Rauschen heraushebt. Von den bekannten Schaltungen kommen beispielsweise Resonanzverstärker mit Schwingquarzen oder Überlagerungsverstärker in Frage.

Ein weiterer Vorteil läßt sich erzielen, wenn der Elektronenauffänger zusätzlich in an sich bekannter Weise zur Messung der Endbildstromdichte oder zur Bestimmung der Belichtungszeit verwendet wird. Hierbei steht das Endbild zweckmäßig still. Eine Messung der Endbildstromdichte ist beispielsweise für Dickenmessungen an elektronenmikroskopischen Objekten notwendig.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar ist das Abbildungsteil eines zweistufigen Elektronenmikroskops gezeigt, in dem das Objekt 1, das aus der Richtung 2 mit Elektronen bestrahlt wird, mittels des hier schematisch angedeuteten Objektivs 3 zu einem Zwischenbild 4, sodann durch das ebenfalls schematisch dargestellte Projektiv5 zu einem Endbild auf dem Leuchtschirm 6 vergrößert wird. Hinter dem Loch 7 im Leuchtschirm 6 befinden sich die Blende 8 und die Halbleiterzelle 9 als Elektronenauffänger. Die Halbleiterzelle 9 ist über den Schmalbandverstärker 10 mit dem Anzeigegerät 11 verbunden. Die Vorrichtung besteht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus den elektrostatischen Ablenkplatten 12, die für die Bildwobbelung an den Sägezahngenerator 13 angeschlossen sind. Der maximale Ausschlag des Anzeigegerätes 11 ist ein Kennzeichen für die beste Scharfstellung des Bildes. Der zusätzliche an den Elektronenauffänger 9 angeschlossene Gleichspannungsverstärker 14 mit dem Anzeigegerät 15 dient als Stromdichte- und Belichtungsmesser bei abgeschaltetem Sägezahngenerator 13.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Scharfstellung des Bildes eines Elektronenmikroskops, bei dem in der Bildebene ein Leuchtschirm und ein Elektronenauffänger angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Endbild relativ zum Leuchtschirm und Elektronenauffänger periodisch bewegt wird, so daß der vom Elektronenauffänger aufgenommene Elektronenstrom die Stromdichteverteilung im Endbild wiedergibt, daß der vom Elektronenauffänger aufgenommene Elektronenstrom einem nur ein schmales Frequenzband im Bereich der höchsten Oberwellen verstärkenden Verstärker zugeführt wird und daß die Amplituden des Elektronenstroms durch ein an den Verstärker angeschlossenes Anzeigegerät sichtbar gemacht werden, so daß die größte am Anzeigegerät sichtbare Amplitude die beste Scharfstellung des Bildes wiedergibt.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Relativbewegung des Endbildes gegenüber dem Elektronenauffänger aus einer elektrische oder magnetische Ablenkfelder erzeugenden Einrichtung an einer Stelle zwischen Objekt und Endbild besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf des Ablenkfeldes sägezahnförmig ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkfeld ein Drehfeld ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Erzeugung der Ablenkfelder die Elektroden eines elektrostatischen oder die Spulen eines elektromagnetischen Stigmators des Objektivs oder einer der nachfolgenden Linsen dienen.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektronenauffänger ein Faradaykäfig, Geiger-Müller-Zähler, Szintillationszähler, Elektronenvervielfacher oder eine Halbleiterzelle dient.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der empfindliche Bereich des Elektronenauffängers durch eine Blende begrenzt ist.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmalbandverstärker ein Resonanzverstärker, Quarzresonanzverstärker oder Überlagerungsverstärker dient.

9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die den Leuchtschirm mit dem Elektronenauffänger periodisch bewegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen