DE112012002612T5

DE112012002612T5 - Phasenplatte und Elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE112012002612T5
Application number: DE112012002612.8T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Tamaki; Hiroto Kasai; Hiroyuki Kobayashi; Yoshio Takahashi
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2014-12-24
Also published as: US20140224988A1; US9208990B2; JP2013016305A; WO2013005490A1; JP5745957B2; CN103620728A; CN103620728B

Abstract

Es ist eine Phasenplatte zur Verwendung in einem Elektronenmikroskop vorgesehen, wodurch das Problem des durch Unterbrechung eines Elektronenstrahls hervorgerufenen Bildinformationsverlusts verringert wird und das Problem anisotroper Potentialverteilungen abgemildert wird. Diese Phasenplatte weist Öffnungen (23), die zu einer einzigen Öffnung verbunden sind, und mehrere in der Öffnung vom äußeren Abschnitt der Öffnung zum Zentrum der Öffnung hin angeordnete Elektroden (11) auf. Die Querschnitte der Elektroden (11) sind so ausgelegt, dass eine Spannungsanlegungsschicht (24), die einen Leiter oder einen Halbleiter aufweist, über eine zwischenstehende Isolierschicht von einer Abschirmungsschicht bedeckt ist, die einen Leiter oder einen Halbleiter aufweist. Hierdurch ist diese Phasenplatte in der Lage, die Elektronenstrahlunterbrechung durch die Elektroden (11) zu verringern und das Problem anisotroper Potentialverteilungen abzumildern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop und insbesondere eine Phasendifferenz-Elektronenmikroskoptechnologie unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops, das ein Bild durch einen von der Probe durchgelassenen Elektronenstrahl erzeugt.
Technischer Hintergrund
Das Transmissionselektronenmikroskop (nachstehend als TEM bezeichnet) ist bei der Beobachtung einer Mikrostruktur eines Beobachtungsgegenstands hilfreich, der mit einem auf eine hohe Spannung (mehrere zehn bis mehrere hundert kV) beschleunigten Elektronenstrahl bestrahlt wird, und es ermöglicht, dass der von dem Gegenstand durchgelassene Elektronenstrahl das Bild durch die elektromagnetische Linse erzeugt und vergrößert. Es wurden verschiedene Typen von Untersuchungen und Entwicklungen des Mikroskops ausgeführt. Insbesondere ist der so genannte Phasenkontrast eines der Elemente, welche einen Bildkontrast des TEM bilden. Er wird durch die Verwendung einer Phasendifferenz zwischen einer gestreuten Welle und einer nicht gestreuten Welle, die durch Aberration und Defokussierung der Objektivlinse hervorgerufen wird, erhalten. Was den Phasenkontrast betrifft, wurden verschiedene Phasenplatten vorgeschlagen, um die Beobachtung mit einem hohen Kontrast durch Anwenden der optischen Wegdifferenz zu verwirklichen (siehe Patentdokumente 1 bis 4 und Nicht-Patentdokument 1).
Das Patentdokument 1 schlägt eine Phasenplatte vor, bei der die Phase der gestreuten Welle unter Verwendung des inneren Potentials des amorphen Dünnfilms geändert wird.
Die Patentdokumente 2 und 3 schlagen eine Phasenplatte zum Steuern der Phase der nicht gestreuten Welle unter Verwendung eines durch die Elektrode, an welche die Spannung angelegt ist, in einem Raum erzeugten elektrostatischen Potentials vor. Das Patentdokument 4 schlägt eine Phasenplatte vor, bei der der von dem im magnetischen Körper eingeschlossenen magnetischen Fluss abgeleitete AB-(Aharonov-Bohm)-Effekt angewendet wird.
Zitatliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: JP-A-2001-273866
Patentdokument 2: JP-A-09-237603
Patentdokument 3: Japanische Übersetzung der internationalen PCT-Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2009-529777
Patentdokument 4: JP-A-60-7048

Nicht-Patentliteratur

Nicht-Patentdokument 1: O. Scherzer: Optik 38 (1973) 387.

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
1 zeigt einen Bilderzeugungsprozess im TEM, um das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem zu erklären. Wie 1(a) zeigt, wird ein auf eine Beobachtungsprobe 1 eingestrahlter Elektronenstrahl 2 in einen Elektronenstrahl 3 mit einer gestreuten Welle, die unter dem Einfluss der Probe streut, und einen Elektronenstrahl 4 mit einer nicht gestreuten Welle, die von der Probe unter ihrem Einfluss durchgelassen wurde, zerlegt. Diese Elektronenstrahlen erzeugen über eine Objektivlinse 5 und eine hintere Brennebene 6 ein Bild auf einer Bildfläche 9. 1(b) zeigt ein so genanntes Beugungsmuster, das die hintere Brennebene 6 als die zu einer optischen Achse 10 senkrechte Fläche zeigt. In der hinteren Brennebene konvergiert die nicht gestreute Welle 4 zu einem Punkt auf der optischen Achse, um einen nicht gestreuten Wellenfleck 8 als ein Punktquellenbild zu erzeugen. Ebenso wird die gestreute Welle 3, die unter einem gleichen Winkel streut, in einem Punkt in der hinteren Brennebene 6 konvergiert, der durch einen Streuungswinkel definiert ist, um einen gestreuten Wellenfleck 7 als Punktquellenbild zu erzeugen. Wie vorstehend beschrieben wurde, existieren die gestreute Welle und die nicht gestreute Welle in der hinteren Brennebene getrennt.
Ein Phasenkontrast ist eines der den Bildkontrast des TEM erzeugenden Elemente. Er wird durch Verwenden der Phasendifferenz zwischen der gestreuten Welle und der nicht gestreuten Welle erhalten, welche durch die Aberration und Defokussierung der Objektivlinse hervorgerufen wird. Die Phasendifferenz zwischen der gestreuten und der nicht gestreuten Welle wird nachstehend beschrieben.
Unter der Annahme, dass die Wellenlänge des Elektronenstrahls als λ bezeichnet wird und die Größe der Probenstruktur als d bezeichnet wird, kann der in 1(a) dargestellte mit α bezeichnete Streuungswinkel durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. α = λ / d [Gleichung 1]
In dem Fall, in dem die Beschleunigungsspannung auf 100 kV gelegt ist (Wellenform λ = 3,7 pm) und die Größe d auf etwa 10 nm gelegt ist, wird der Wert von α etwa 10^–4 rad. Falls die Brennweite f des Objektivlinse gleich 3 mm ist, wird der Abstand r zwischen dem gestreuten Wellenfleck 7 und dem nicht gestreuten Wellenfleck 8 in der hinteren Brennebene 6 durch die folgende Gleichung ausgedrückt, und der Wert wird etwa 1 μm. r = fα = fλ· 1 / d [Gleichung 2]
Falls die Objektivlinse eine Aberration und eine Defokussierung aufweist, durchläuft der auf die Linse einfallende Elektronenstrahl entsprechend dem Einfallswinkel einen anderen optischen Weg, wodurch eine optische Wegdifferenz zwischen der gestreuten Welle und der nicht gestreuten Welle hervorgerufen wird. Unter der Annahme, dass die optische Wegdifferenz als χ(α) bezeichnet wird, gilt die folgende Gleichung. Der Term Cs bezeichnet den sphärischen Aberrationsfaktor der Objektivlinse, und f bezeichnet den Defokussierungsbetrag (auf der Seite unter dem Brennpunkt positiv) (siehe Nicht-Patentdokument 1). χ(α) = 1 / 4C_Sα⁴ – 1 / 2Δfα² [Gleichung 3]
Der Phasenkontrast erzeugt das Bild durch die Phasenkontrastübertragungsfunktion PCTF(α), die durch die folgende Gleichung unter Verwendung der optischen Wegdifferenz χ(α) ausgedrückt wird. Das Beobachtungsbild wird durch die Phasenkontrastübertragungsfunktion von der Modulation abgeleitet. PCTF(α) = sin(– 2π / λχ(α)) [Gleichung 4]
Im Bereich beim kleinen Winkel α wird der Wert der optischen Wegdifferenz χ(α) klein, und die Phasenkontrastübertragungsfunktion hat demgemäß einen kleinen Wert. Auf diese Weise wird der Wert α umso kleiner, je größer die Strukturgröße d der Probe wird, wodurch die Informationsübertragung unterdrückt wird. Das heißt, dass es schwierig ist, dass eine größere Struktur einen Kontrast erhält.
Insbesondere lässt sich eine Probe in der Art biologischen Gewebes und von Polymermaterial auf den vorstehend erwähnten Fall anwenden. In den meisten Fällen besteht die Probe aus einem leichten Element mit einer schwachen Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl, und hat eine Größe von mehreren nm oder darüber. Es ist daher schwierig, eine Beobachtung mit einem hohen Kontrast zu verwirklichen. Die Probenbefleckungstechnik unter Verwendung eines schweren Elements wurde häufig angewendet. Allerdings tritt bei der Befleckungstechnik das Problem auf, dass dabei eine durch die Befleckung selbst hervorgerufene Probenumwandlung bewirkt wird. Es wurde ein Verfahren zum Beobachten der unveränderten Probe (in-vivo) gefordert.
Verschiedene Ansätze zur Anordnung eines optischen Elements in Form einer so genannten Phasenplatte in der hinteren Brennebene der Objektivlinse oder einem angrenzenden Bereich wurden entwickelt, um die optische Wegdifferenz zu steuern, wie vorstehend beschrieben wurde. Die Verwendung einer Phasenplatte ermöglicht es, die optische Wegdifferenz sogar auf die gestreute Welle beim kleinen Beugungswinkel α anzuwenden. Dies ermöglicht es, eine Beobachtung mit einem hohen Kontrast zu verwirklichen.
Die im Allgemeinen verwendete Phasenplatte hat jedoch sowohl Vorteile als auch Nachteile, wie nachstehend beschrieben wird. In Patentdokument 1 ist offenbart, dass der amorphe Dünnfilm, der eine Öffnung mit einem Durchmesser von etwa 1 μm aufweist, in der hinteren Brennebene angeordnet ist und dass die Dicke des Dünnfilms eingestellt wird, um die Steuerung der optischen Wegdifferenz zwischen der nicht gestreuten Welle und der gestreuten Welle zu ermöglichen. Dies ermöglicht es, den Bildkontrast zu verbessern. Ausgestrahlte Elektronenstrahlen können stark beschleunigt werden, um die sich aus dem Durchgang der gestreuten Welle durch den Dünnfilm ergebende große Abschwächung zu vermindern. Der Streuungswinkel wird umgekehrt proportional zur Beschleunigungsspannung verringert, wodurch ein nicht zur Sache gehöriges Problem in Bezug auf den Entwurf der Phasenplatte hervorgerufen werden kann.
Patentdokument 2 schlägt die Phasenplatte unter Verwendung der ringförmigen Elektrode vor, wie in 2 dargestellt ist. Die ringförmige Elektrode ist so ausgelegt, dass ihre Oberfläche mit Ausnahme der Innenfläche entgegengesetzt zur optischen Achse über einen Isolator mit dem Leiter bedeckt ist. In dem Fall, in dem die ringförmige Elektrode verwendet wird, werden die Elektronenstrahlen, die im Winkelbereich gestreut werden, der durch den Innendurchmesser r_in und den Außendurchmesser r_out der Elektrode definiert ist, durch die ringförmige Elektrode vollkommen unterbrochen. Die Informationen über die Probenstruktur vom Beobachtungsbild gehen in allen Richtungen teilweise verloren.
Aus diesem Grund offenbart Patentdokument 3, dass die Elektrode zum Steuern der Phase zu einer Struktur in der Art eines einzelnen Stabs statt einer ringförmigen Struktur, die sich um den nicht gestreuten Wellenfleck 8 erstreckt (Bereich A aus 3), gebildet ist, wie in 3 dargestellt ist. Die Phasenplatte erzeugt ein Potential vom vorderen Ende der einzelnen Elektrode, das sich bis zum Bereich um den nicht gestreuten Wellenfleck 8 erstreckt, was zu einer Phasendifferenz zwischen der gestreuten Welle und der nicht gestreuten Welle führt. Allerdings unterscheidet sich der Abstand zwischen dem vorderen Ende der Elektrode und dem gestreuten Wellenfleck B1 vom Abstand zwischen dem vorderen Ende und dem gestreuten Wellenfleck B2, wodurch eine Differenz des Phasenänderungsbetrags hervorgerufen wird. Weil die durch die Phasenplatte erzeugten Potentialverteilungen in Bezug auf den nicht gestreuten Wellenfleck 8 anisotrop sind, ist das erhaltene Bild verzerrt, was zu einer Verschlechterung der räumlichen Auflösung und der Bildqualität führt.
Patentdokument 4 offenbart eine Phasenplatte, bei der magnetische Eigenschaften verwendet werden. Die Phasendifferenz wird unter Verwendung der Differenz des Vektorpotentials zwischen der Innenseite und der Außenseite des ringförmigen magnetischen Körpers, der den magnetischen Fluss darin einschließt, angewendet. Ein Vorteil dieses Phasenplattentyps besteht darin, dass kein Isolator verwendet wird. Allerdings tritt weiter das Problem auf, dass die gestreute Welle durch den ringförmigen magnetischen Körper unterbrochen wird und sich der Phasenänderungsbetrag nur schwer steuern lässt.
Angesichts der vorstehend erwähnten Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Phasenplatte für ein Elektronenmikroskop bereitzustellen, wodurch das Problem des durch die Unterbrechung eines Elektronenstrahls hervorgerufenen Bildinformationsverlusts verringert wird und das Problem anisotroper Potentialverteilungen abgemildert wird.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Elektronenmikroskop mit der vorstehend erwähnten Phasenplatte bereitzustellen.
Mittel zum Lösen des Problems
Zum Lösen der Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung eine für ein Elektronenmikroskop verwendete Phasenplatte vor, die zu einer einzigen Öffnung verbundene Öffnungen und mehrere in der Öffnung von einem äußeren Abschnitt der Öffnung zum Zentrum der Öffnung hin angeordnete Elektroden aufweist. Die mehreren Elektroden sind so ausgelegt, dass sie Spannungsanlegungsschichten aufweisen, die jeweils aus einem Leiter oder einem Halbleiter bestehen, der über Isolatoren von Abschirmungsschichten bedeckt ist, die jeweils aus dem Leiter oder dem Halbleiter bestehen.
Zum Lösen der Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung eine für ein Elektronenmikroskop verwendete Phasenplatte vor, die eine Öffnung und mehrere in der Öffnung von einem äußeren Abschnitt der Öffnung zum Zentrum der Öffnung hin angeordnete Elektroden aufweist. Die mehreren Elektroden weisen Spannungsanlegungsschichten auf, die jeweils aus einem Leiter oder einem Halbleiter bestehen, der über Isolatoren von Abschirmungsschichten bedeckt ist, die jeweils aus dem Leiter oder dem Halbleiter bestehen. Die Spannungsanlegungsschichten der mehreren Elektroden sind elektrisch voneinander unabhängig.
Zum Lösen der Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung ein Elektronenmikroskop zum Beobachten einer Probe unter Verwendung eines Elektronenstrahls vor, welches Folgendes aufweist: eine Lichtquelle des Elektronenstrahls, ein optisches Bestrahlungssystem zum Bestrahlen der Probe mit dem von der Lichtquelle emittierten Elektronenstrahl, ein Linsensystem zur Erzeugung eines Bilds der Probe, eine Phasenplatte, die eine Phasendifferenz auf den Elektronenstrahl von der Probe anwendet, eine Steuereinheit zum Steuern des Elektronenmikroskops und eine Anzeigevorrichtung, die mit der Steuereinheit verbunden ist, um ein Beobachtungsbild der Probe anzuzeigen. Die Phasenplatte weist Öffnungen, die zu einer einzigen Öffnung verbunden sind, und mehrere Elektroden, die in der Öffnung von einem äußeren Abschnitt zum Zentrum der Öffnung hin angeordnet sind, auf. Die mehreren Elektroden weisen Spannungsanlegungsschichten auf, die jeweils aus einem Leiter oder einem Halbleiter bestehen, der über Isolatoren von Abschirmungsschichten bedeckt ist, die jeweils aus dem Leiter oder dem Halbleiter bestehen.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung sieht eine Phasenplatte vor, welche die Unterbrechung des Elektronenstrahls verringern kann und das Problem anisotroper Potentialverteilungen abmildern kann. Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Elektronenmikroskop mit der vorstehend erwähnten Phasenplatte und ein Phasenplattensteuerverfahren unter Verwendung des Elektronenmikroskops vor.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Bilderzeugungsprozesses in einem TEM,
2 eine schematische Ansicht eines Elektrodenteils einer im Allgemeinen verwendeten Phasenplatte mit einer ringförmigen Elektrode,
3 eine schematische Ansicht eines Elektrodenteils einer im Allgemeinen verwendeten Phasenplatte mit einer einzigen stabartigen Elektrode,
4 eine schematische Ansicht einer Phasenplatte gemäß einer ersten Ausführungsform, die so ausgelegt ist, dass eine nicht gestreute Welle von mehreren getrennten Elektroden umgeben ist,
5 eine schematische Ansicht jeweiliger Schichten, welche die Phasenplatte gemäß der ersten Ausführungsform bilden,
6A eine Ansicht eines Beispiels der Phasenplatte gemäß der ersten Ausführungsform,
6B eine Ansicht eines Beispiels der Phasenplatte gemäß der ersten Ausführungsform,
7 eine schematische Ansicht einer Phasenplatte gemäß einer zweiten Ausführungsform, die so ausgelegt ist, dass eine Spannungsanlegungsschicht innerhalb der Elektrode von jeder Elektrode elektrisch unabhängig ist,
8A eine erklärende Ansicht der Phasenplattenstruktur gemäß der zweiten Ausführungsform, die so ausgelegt ist, dass die Spannungsanlegungsschichten innerhalb der Elektrode elektrisch unabhängig sind,
8B eine erklärende Ansicht der Phasenplattenstruktur gemäß der zweiten Ausführungsform, die so ausgelegt ist, dass die Spannungsanlegungsschichten innerhalb der Elektrode elektrisch unabhängig sind,
9 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform, worin jeweilige Schichten dargestellt sind, welche die Phasenplatte mit mehreren Spannungsanlegungsschichten innerhalb der Elektrode bilden,
10 eine Draufsicht einer modifizierten Struktur in Bezug auf die Elektrodenform der Phasenplatte gemäß einer vierten Ausführungsform,
11 eine Ansicht eines Beispiels einer Struktur zum Messen der Impedanz der Elektrode der Phasenplatte gemäß einer fünften Ausführungsform,
12 eine Ansicht des TEM mit der Phasenplatte gemäß einer sechsten Ausführungsform und einer Systemstruktur zum Steuern der Phasenplatte und des TEM,
13 ein Beispiel eines Steuerbildschirms zum Steuern der Phasenplatte gemäß der sechsten Ausführungsform,
14 ein Flussdiagramm eines Teils einer Phasenplatteneinstellungsprozedur gemäß einer siebten Ausführungsform,
15 ein Flussdiagramm eines Teils der Phasenplatteneinstellungsprozedur gemäß der siebten Ausführungsform,
16 eine Graphik einer Beziehung zwischen der an die Phasenplattenelektrode angelegten Spannung und der Bildverzerrung,
17 ein Flussdiagramm eines Teils der Phasenplatteneinstellungsprozedur gemäß einer achten Ausführungsform und
18 eine Tabelle, die Bedingungen zum Kombinieren von an die jeweiligen Elektroden angelegten Spannungen gemäß der achten Ausführungsform zeigt.
Beschreibung der Ausführungsform
Jeweilige Beispiele der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform zeigt die Phasenplatte, die dafür ausgelegt ist, das Problem des durch die Unterbrechung eines Elektronenstrahls hervorgerufenen Bildinformationsverlusts zu verringern und das Problem anisotroper Potentialverteilungen abzumildern. Weil die Phasenplatte um die hintere Brennebene der zu verwendenden Objektivlinse angeordnet ist, ist sie dafür ausgelegt, mit einer Objektivmembranplatte des Elektronenmikroskops ausgetauscht zu werden. Sie wird am beweglichen Objektivblendenhalter angebracht, um leicht in das TEM aufgenommen werden zu können.
5 zeigt schematisch die jeweiligen Schichten, die eine Phasenplatte 21 gemäß der Ausführungsform bilden. Die Phasenplatte ist so ausgelegt, dass sie mehrschichtige Filme 12 bis 15 sowie 19 auf der Objektivmembranplatte 16 aufweist. Eine Spannungsanlegungsschicht 14 zum Anlegen der Spannung ist zwischen den Isolierschichten 13 und 15 eingefügt, wobei deren jeweilige Flächen von Abschirmungsschichten 12 und 19 bedeckt sind. Die Objektivmembranplatte 16 weist ein Öffnungsbildungsloch 17 für die Phasenplatte auf, um die Öffnung und die Elektrode der Phasenplatte an der Öffnungsbildungsposition zu bilden, wie durch eine gestrichelte Linie 20 angegeben ist. Die fertige Phasenplatte wird für die Verwendung durch ein Befestigungsloch 18 am Objektivblendenhalter befestigt. Ein Material, wie Au, Al, Ti, Cu, Pt, Pd, Si und Ge, kann zur Bildung der Spannungsanlegungsschicht 14 und der Abschirmungsschichten 12 und 19 verwendet werden. Das Material zur Bildung der Isolierschichten 13 und 15 kann typischerweise SiO₂ sein, ein anderes Material, wie SiN und Al₂O₃, steht jedoch auch problemlos zur Verfügung. Der Film kann unter Verwendung eines Elektronenstrahlheizungs-Vakuumabscheidungssystems, CVD (chemische Dampfabscheidung) und Sputtern sowie durch ein Widerstandsheizungs-Vakuumabscheidungssystem gebildet werden. Es ist möglich, die stabartige Elektrode in der Öffnung und den äußeren Abschnitt der Öffnung durch Lithographie und Ätzen sowie durch einen fokussierten Ionenstrahl zu bearbeiten.
Die 6A und 6B zeigen ein Beispiel der Phasenplatte gemäß der Ausführungsform. 6A(a) ist ein Überblick über eine Phasenplatte. 6A(b) ist eine vergrößerte Ansicht eines in 6A(a) dargestellten durch eine gestrichelte Linie umschlossenen Bereichs 22. 6A(c) zeigt eine Schnittansicht des entlang einer gestrichelten Linie A-A dargestellten Teils aus 6A(b). 6A(d) zeigt eine Schnittansicht des entlang einer gestrichelten Linie B-B dargestellten Teils aus 6A(b). 6B(e) ist eine perspektivische Ansicht des gleichen Bereichs 22, der in 6A(b) dargestellt ist. 6B(f) ist eine perspektivische Ansicht der Struktur der jeweiligen Schichten, welche den in 6B(e) dargestellten Bereich bilden.
6A(a) ist ein Überblicksdiagramm der Phasenplatte 21, die durch Befolgen der vorstehend erwähnten Prozedur auf der Objektivmembranplatte gebildet wurde. Eine kreisförmige Öffnung 23 mit einem Durchmesser von etwa 50 μm, die zu einer einzigen Öffnung verbunden ist, ist wie in 6A(b) dargestellt ausgebildet. Die Phasenplatte weist mehrere stabartige Elektroden 11 auf, die sich vom äußeren Abschnitt der Öffnung 23 zum Zentrum erstrecken, während die Öffnung 23 zur einzigen Öffnung verbunden gehalten ist.
Wie 6A(c) zeigt, befindet sich die aus einem Leiter oder Halbleiter bestehende Spannungsanlegungsschicht 24 innerhalb der Elektrode 11 und ist zur elektrischen Isolation von einer Isolierschicht 25 umgeben. Die Oberfläche ist ferner mit einer Abschirmungsschicht 26 bedeckt, die aus dem Leiter oder Halbleiter besteht. An die Spannungsanlegungsschicht 24 ist eine Spannung angelegt, und die Abschirmungsschicht 26 ist elektrisch geerdet.
Wie die 6B(e) und 6B(f) zeigen, weist die Phasenplatte eine fünfschichtige Struktur auf, die durch Laminieren der Abschirmungsschicht 26, der Isolierschicht 25, der Spannungsanlegungsschicht 24, der Isolierschicht 25 und der Abschirmungsschicht 26 in dieser Reihenfolge gebildet ist. Die Spannungsanlegungsschicht 24 ist mit der Abschirmungsschicht 26 bedeckt, so dass nur der Teil am vorderen Ende der Elektrode freigelegt ist. Dementsprechend wird beim Anlegen der Spannung das Potential vom vorderen Ende der Elektrode zum Rand hin erzeugt.
Mit Bezug auf die Struktur der Phasenplatte gemäß der Ausführungsform sei bemerkt, dass zwei wesentliche Vorteile durch die Struktur erhalten werden können, die es erlaubt, dass die mehreren Elektroden 11 das Zentrum der Öffnung 23 umgeben.
Der erste Vorteil besteht darin, dass das in Patentdokument 2 die Phasenplatte betreffende Problem bezüglich der Unterbrechung des Elektronenstrahls verringert wird.
Die betreffende Struktur hat keine ringförmige Elektrode, und die Öffnung 23 ist zu der einzigen Öffnung verbunden. Hierdurch kann das Problem vermieden werden, dass alle Informationen über die Probenstruktur in Bezug auf die spezifische Größe verloren gehen.
Vorzugsweise sind die Elektroden so angeordnet, dass sie nicht symmetrisch in Bezug auf den nicht gestreuten Wellenfleck 8 sind. Die Elektronenstrahlen in der hinteren Brennebene haben komplex konjugierte Verteilungen um den nicht gestreuten Wellenfleck 8 als Zentrum. Die konjugierten Elektronenstrahlen mit den gleichen Informationen über den Probenstruktur, welche die in Bezug auf die nicht gestreute Welle symmetrische Position passieren, sind komplementär korreliert. Falls die komplex konjugierte gestreute Welle durch die symmetrisch angeordneten Elektroden unterbrochen wird, gehen die entsprechenden Informationen aus dem erhaltenen Bild vollkommen verloren. Es ist daher angemessen, eine ungerade Anzahl von Elektroden in einer rotationssymmetrischen Anordnung bereitzustellen, um einen solchen Informationsverlust zu vermeiden und die symmetrischen Potentialverteilungen zu erhalten. 4 zeigt graphisch das vorstehend beschriebene Beispiel, bei dem drei Elektroden in einer Dreiersymmetrie angeordnet sind.
Der zweite Vorteil besteht darin, dass das Problem des verzerrten Beobachtungsbilds verringert wird, indem ermöglicht wird, dass das durch die Phasenplatte erzeugte Potential in Bezug auf den nicht gestreuten Wellenfleck anisotrope Verteilungen hat. Hierfür sieht die Ausführungsform eine Struktur vor, bei der die mehreren Elektroden das Zentrum der Öffnung umgeben, durch das die nicht gestreute Welle hindurchtritt, um das isotrope Potential in Bezug auf den nicht gestreuten Wellenfleck zu erzeugen und die Anwendung der Phasenmodulation auf dem gleichen Niveau auf die konjugierte gestreute Welle zu ermöglichen. Dies ermöglicht es, die Bildverzerrung zu unterdrücken.
Eine Elektrisierung und eine Befleckung der Elektrode der Phasenplatte, die durch eine fortgesetzte Bestrahlung der Elektrode mit den Elektronenstrahlen hervorgerufen werden, können die Ursache anisotroper Potentialverteilungen sein. Die Elektrisierung geschieht insbesondere in dem Bereich, in dem der Isolator freigelegt ist, wodurch ein unerwünschtes Potential im Randbereich erzeugt wird. Die Befleckungsanhaftung kann zu einer nachteiligen Wirkung führen, beispielsweise einem geringeren Isolationswiderstand der Phasenplattenelektrode und einer Interferenz bei der Potentialbildung durch die Elektrode. Die Nachteile führen zu den durch die Phasenplatte erzeugten anisotropen Potentialverteilungen und dem verzerrten Bild, woraus sich das Problem von Schwankungen des angewendeten Phasenverschiebungsbetrags ergibt.
Für das vorstehend erwähnte Problem ist die Phasenplatte so ausgelegt, dass sie getrennte Elektroden aufweist, ohne dass die ringförmige Elektrode verwendet wird, wie in 3 dargestellt ist, um das Elektrisierungsproblem durch Verringern der freigelegten Fläche des Isolators zu verringern. Ferner sind die Spannungsanlegungsschichten durch die jeweiligen Elektroden elektrisch unabhängig gemacht, um die anisotropen Potentialverteilungen durch individuelles Steuern des Betrags der an die jeweiligen Elektroden angelegten Spannung zu korrigieren. Die wie vorstehend erwähnt aufgebaute Phasenplatte wird in der nachstehenden zweiten Ausführungsform detailliert beschrieben.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform betrifft eine Struktur der Phasenplatte, die so ausgelegt ist, dass sich die elektrisch unabhängige Spannungsanlegungsschicht innerhalb der Elektrode befindet. 7 zeigt den Randbereich 22 der Elektrode der Phasenplatte gemäß der zweiten Ausführungsform, wobei die Spannungsanlegungsschicht 24 innerhalb der Elektrode elektrisch unabhängig ist. 7(a) ist eine perspektivische Ansicht, und 7(b) ist eine schematische Ansicht der Struktur der jeweiligen Schichten, welche den in 7(a) dargestellten Bereich bilden.
Mit Bezug auf die Zeichnung sei bemerkt, dass ebenso wie gemäß der ersten Ausführungsform die Phasenplatte mehrere Elektroden 11 aufweist, die sich vom äußeren Abschnitt der Öffnung 23 mit einem Durchmesser von etwa 50 μm zum Zentrum der Öffnung hin erstrecken. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Öffnung 23 zur einzigen Öffnung verbunden gehalten. Die Phasenplatte weist die Spannungsanlegungsschicht 24 im Zentrum der Elektrode 11 auf, und die Isolierschicht 25 umgibt die Spannungsanlegungsschicht 24 für die elektrische Isolation. Ferner ist die Oberfläche mit der Abschirmungsschicht 26 bedeckt, die aus dem Leiter oder dem Halbleiter besteht. Die Abschirmungsschicht 26 ist elektrisch geerdet, und die Spannung ist an die Spannungsanlegungsschicht 24 angelegt. Das vordere Ende der sich zum Zentrum der Öffnung hin erstreckenden Elektrode ist im Querschnitt freigelegt. Ebenso wie gemäß der ersten Ausführungsform wird das Potential von der Spannungsanlegungsschicht erzeugt, die zum Zentrum der Öffnung hin am vorderen Ende der Elektrode freigelegt ist.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich in der Hinsicht von der ersten Ausführungsform, dass die innerhalb der Elektrode 11 gebildete Spannungsanlegungsschicht 24 durch die Isolierschicht 25 elektrisch isoliert ist, so dass die an die Elektrode anzulegende Spannung individuell einstellbar ist. Dies ermöglicht es, die in der Öffnung erzeugten anisotropen Potentialverteilungen zu korrigieren.
Ein Material, wie Au, Al, Ti, Cu, Pt, Pd, Si und Ge, kann zur Bildung der Spannungsanlegungsschicht 24 und der Abschirmungsschicht 26 verwendet werden. Das Material zur Bildung der Isolierschicht 25 kann typischerweise SiO₂ sein, ein anderes Material, wie SiN und Al₂O₃, steht jedoch auch problemlos zur Verfügung. Der Film kann unter Verwendung eines Elektronenstrahlheizungs-Vakuumabscheidungssystems, durch CVD und durch Sputtern sowie ein Widerstandsheizungs-Vakuumabscheidungssystem gebildet werden. Lithographie und Ätzen stehen ebenso wie ein fokussierter Elektronenstrahl für die Bearbeitung der Öffnung und der im äußeren Abschnitt der Öffnung zu bildenden stabartigen Elektrode zur Verfügung.
Die 8A und 8B zeigen ein Beispiel der Phasenplatte gemäß der zweiten Ausführungsform, wobei die Spannungsanlegungsschichten innerhalb der Elektroden elektrisch unabhängig sind. 8A(a) ist eine perspektivische Ansicht der von der oberen Fläche betrachteten Phasenplatte. Die aus dem Isolator bestehende Isolierschicht 25 ist auf einem Tragbasismaterial 78 gebildet, worauf die aus dem Leiter bestehenden Spannungsanlegungsschichten 24 zum Anlegen der Spannung an die elektrisch unabhängige Elektrode gebildet sind. Die Öffnung 23 dient dazu, die Elektrode der Phasenplatte zu bilden, und der Randbereich ist von der Abschirmungsschicht 26 bedeckt. Ein Material, wie Au, Al, Ti, Cu, Pt, Pd und dergleichen, kann zur Bildung des Leiters verwendet werden. Das Material zur Bildung des Isolators kann SiO₂, SiN und Al₂O₃ sein. Ein Material, wie Mo, W, Cu, Ti, Fe, Al und SiO₂, kann ebenso wie Si und Ge zur Bildung des Tragbasismaterials verwendet werden.
8A(b) ist eine perspektivische Ansicht der von der rückseitigen Fläche betrachteten Phasenplatte. Das Tragbasismaterial 78 ist teilweise von der Abschirmungsschicht 26 bedeckt, und der Abschnitt um die Öffnung 23 weist eine Dicke auf, die kleiner als jene des Randbereichs ist. 8A(c) zeigt die jeweiligen Schichten, welche die Phasenplatte von der oberen zur unteren Fläche bilden. Der oberste Abschnitt entspricht der Schicht der oberen Fläche, und der unterste Abschnitt entspricht der Schicht der rückseitigen Fläche. 8A(d) ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs 77 um die Elektroden, der durch die in 8A(c) dargestellte gestrichelte Linie umschlossen ist. Die jeweiligen Spannungsanlegungsschichten 24 befinden sich in der Öffnung 23 dicht beieinander und sind mit den jeweiligen Elektroden verbunden. Wie 8A(d) zeigt, ist die Öffnung 23 durch die optische Achse des Elektronenstrahls zur einzigen Öffnung verbunden gehalten.
8B(e) ist eine Ansicht der von der oberen Fläche betrachteten Phasenplatte. Die 8B(f), (g) und (h) zeigen Querschnitte entlang gestrichelten Linien C-C, D-D und E-E der Zeichnung. 8B(i) ist eine Ansicht der an der Objektivmembranplatte befestigten Phasenplatte. Auf diese Weise ist die Phasenplatte mit der Objektivmembranplatte austauschbar und kann für die Verwendung am Objektivblendenhalter angebracht werden. 8B(j) zeigt ein Phasenplattenelement mit dem Befestigungsloch 18. Diese Struktur ermöglicht es, dass die Phasenplatte mit der Objektivmembranplatte austauschbar ist. 8B(k) zeigt eine als Beispiel dienende Struktur zum getrennten Anlegen der Spannung an die jeweiligen Elektroden der Phasenplatte. Die Abschirmungsschicht 26 ist auf das Erdungspotential gelegt, so dass die Leistungsquelle auf dem Gleichspannungspotential zum Massepotential mehrere verschiedene durch Teilen der Spannung über den veränderlichen Widerstand abgeleitete Potentiale an die jeweiligen Spannungsanlegungsschichten anlegt. Die vorstehend erwähnte Struktur ermöglicht es, dass die einzelne Leistungsquelle mehrere anzulegende Potentiale erzeugt.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform betrifft eine Struktur der Phasenplatte mit mehreren Spannungsanlegungsschichten innerhalb der Elektrode. Die in 9 dargestellte Phasenplatte ist im Wesentlichen ebenso aufgebaut wie jene gemäß der zweiten Ausführungsform. 9 ist eine perspektivische Ansicht der Struktur der jeweiligen Schichten, welche die Phasenplatte mit den Spannungsanlegungsschichten 24 bilden, die innerhalb der von der Abschirmungsschicht 26 bedeckten Elektrode 11 getrennt gebildet sind. 9(a) zeigt ein Beispiel, bei dem die Spannungsanlegungsschicht 24 innerhalb der einzigen Elektrode 11 in zwei Abschnitte zerlegt ist. Bei einem anderen Beispiel zeigt 9(b) eine Struktur, bei der mehrere Spannungsanlegungsschichten 24 innerhalb der einzigen Elektrode 11 laminiert sind, wodurch die Ausführungsform verwirklicht werden kann.
Die Spannung ist an eine beliebige der Spannungsanlegungsschichten 24 angelegt, und der Rest der Spannungsanlegungsschichten 24 ist auf das Erdungspotential gelegt, wodurch die Phasenplatte in einer ähnlichen Weise verwendet werden kann wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben. Zusätzlich werden verschiedene Spannungen an die jeweiligen Spannungsanlegungsschichten 24 angelegt, wodurch das erzeugte Potential feiner gesteuert werden kann. Selbst wenn die Isolation zwischen einer der Spannungsanlegungsschichten 24 und der Abschirmungsschicht 26 verloren geht, kann die andere Spannungsanlegungsschicht 24 als das Substrat verwendet werden, um eine fortgesetzte Verwendung der Phasenplatte zu ermöglichen, was zu einer langen Lebensdauer führt.
Vierte Ausführungsform
Eine vierte Ausführungsform beschreibt eine modifizierte Konfiguration der in der ersten bis dritten Ausführungsform beschriebenen Phasenplatte. 10 zeigt ein typisches Beispiel der modifizierten Ausführungsform. Insbesondere braucht die Elektrode 11 keine gleichmäßige Dicke aufzuweisen. Wie 10(a) zeigt, kann die Dicke der Elektrode am äußeren Abschnitt der Öffnung groß sein und zum Zentrum der Öffnung hin abnehmen. Es ist wesentlich, dass die Elektroden 11 der Phasenplatte an der zum Zentrum der Öffnung in der hinteren Brennebene senkrecht zur optischen Achse symmetrischen Position angeordnet sind. Die in 10(a) dargestellte Struktur verbessert die mechanische Stärke der Elektrode 11, wodurch eine vertikale oder horizontale Verschiebung der jeweiligen Elektroden 11 gegenüber der hinteren Brennebene verhindert wird. 10(b) zeigt ein anderes Beispiel. Wie die Zeichnung zeigt, braucht die Elektrode 11 nicht linear ausgelegt zu sein, sondern sie kann so ausgebildet sein, dass sie einen gekrümmten Abschnitt aufweist, der sich zum Zentrum der Öffnung hin erstreckt.
Fünfte Ausführungsform
Eine fünfte Ausführungsform beschreibt eine als Beispiel dienende Struktur zum Messen elektrischer Eigenschaften der Phasenplatte. Die Elektrode der Phasenplatte ist dafür ausgelegt, die Isolierschichten 25 zwischen der Spannungsanlegungsschicht 24 und den Abschirmungsschichten 26 anzuordnen, und es tritt zwischen ihnen demgemäß eine Impedanz auf. Der Impedanzwert kann durch Verbinden eines Referenzwiderstands 29 und einer Leistungsquelle 28 mit der Phasenplatte, wie in 11 dargestellt ist, gemessen werden. Der Impedanzwert hängt von der Haftung einer Substanz 27 am vorderen Ende der Elektrode ab. Jeder Impedanzwert der Elektrode 11 der Phasenplatte wird gemessen, um eine Aufklärung des Zustands jedes vorderen Endes der Elektroden zu gewährleisten. In diesem Fall kann die mit der Phasenplatte verbundene Leistungsquelle 28 eine beliebige von einer Gleichspannungsquelle und einer Wechselspannungsquelle sein. Bei einer der Anwendungen gemäß der Ausführungsform kann ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem die an der Elektrode haftende Substanz durch elektrische Entladung vom vorderen Ende der Elektrode und Wärmeerzeugung durch Anlegen der Spannung an die Elektrode entfernt wird.
Sechste Ausführungsform
Eine sechste Ausführungsform beschreibt eine als Beispiel dienende Systemkonfiguration zum Anwenden verschiedener Typen von Phasenplatten, wie vorstehend beschrieben, auf das Elektronenmikroskop. 12 zeigt eine Systemkonfiguration mit der Funktion zum Anbringen der in der ersten bis vierten Ausführungsform beschriebenen Phasenplatte am TEM und zum Einstellen der Potentialverteilungen im Zentrum der Öffnung.
Mit Bezug auf 12 sei bemerkt, dass ein Elektronenstrahl 27 von einer Elektronenquelle 30 emittiert wird, so dass eine Beobachtungsprobe 1 durch eine Bestrahlungssystemlinse 31 bestrahlt wird. Der Elektronenstrahl, der von der Beobachtungsprobe 1 durchgelassen wurde, dient dazu, über eine Objektivlinse 5 und eine Vergrößerungslinse 32 ein Bild auf einem Fluoreszenzschirm 33 zu bilden. Die Phasenplatte 21 ist zu ihrer Mikrobewegung an einem Objektivmembranmikrobewegungsmechanismus 34 angebracht und in der hinteren Brennebene 6 der Objektivlinse 5 angeordnet. Die an die Phasenplatte 21 angelegte Spannung wird über eine Steuereinheit 35 durch einen Computer 36 gesteuert. Die Steuereinheit 35 steuert den Gesamtbetrieb des Elektronenmikroskops sowie des elektronenoptischen Systems in der Art der Bestrahlungssystemlinse 31 und der Vergrößerungslinse 32. Die Steuereinheit 35 und der Computer 36 können überall in der Beschreibung allgemein als eine Steuereinrichtung bezeichnet werden.
Ein Bediener bedient eine Eingabevorrichtung 37 und verwendet den Computer 36, während er sich auf die Steuerbildschirmdarstellung als GUI (graphische Benutzerschnittstelle) bezieht, die auf einer Anzeigevorrichtung 38 als Anzeigeeinheit angezeigt wird. Der Computer 36 als eine im Allgemeinen verwendete Computereinheit weist eine CPU (Zentralverarbeitungseinheit), einen Speicher als Speichereinheit zum Speichern verschiedener Programme und Daten, die von der CPU ausgeführt werden, und eine Ein-/Ausgabeschnittstelleneinheit, die mit der Eingabevorrichtung 37 und der Anzeigevorrichtung 38 verbunden ist, auf.
13 zeigt ein Beispiel der auf der in 12 dargestellten Anzeigevorrichtung 38 gezeigten Steuerbildschirmdarstellung. Die Steuerbildschirmdarstellung 39 zeigt ein vom TEM abgeleitetes tatsächliches Raumbild 41 und ein durch Anwenden einer durch den Prozessor der Steuereinrichtung, beispielsweise eine CPU, ausgeführten Fourier-Transformation auf das eigentliche Raumbild 41 erhaltenes als Diffraktogramm bezeichnetes Muster 40. Das Diffraktogramm gibt die im eigentlichen Raumbild 41 enthaltenen Frequenzinformationen an. Der Teil mit infolge der Unterbrechung des Elektronenstrahls durch die Phasenplattenelektrode fehlenden Informationen wird als ein Schatten 52 der Elektrode angezeigt. Licht- und Schattenringe 53, die im Diffraktogramm erscheinen, werden durch die Phasendifferenz zwischen der gestreuten Welle und der nicht gestreuten Welle hervorgerufen. Der Ring 53 wird als ein wahrer Kreis dargestellt, wenn die gestreute Welle eine isotrope Phasenänderung in Bezug auf die nicht gestreute Welle hat, und sie wird verformt dargestellt, wenn die gestreute Welle die anisotrope Phasenänderung hat. Dementsprechend ist es möglich, durch Messen des Verzerrungsbetrags des Licht- und Schattenrings 53 die durch die Phasenplatte hervorgerufene Anisotropie der Phasenänderung zu bestimmen, wie in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschrieben wurde.
Eine Bezugszahl 42 bezeichnet einen Bereich zum Darstellen der Informationen über den Bildverzerrungsbetrag, eine Bezugszahl 43 bezeichnet einen Bereich, der die an die jeweiligen Elektroden angelegte Spannung angibt, eine Bezugszahl 44 bezeichnet eine Taste zum Auswählen eines Vorgangs zur Spannungsanlegung (EIN/AUS) an die Phasenplatte, eine Bezugszahl 45 bezeichnet ein Eingabefeld für einen Referenzwert der an die Elektrode angelegten Spannung, eine Bezugszahl 46 bezeichnet ein Eingabefeld eines Einstellungsbereichs zum Einstellen der angelegten Spannung, eine Bezugszahl 47 bezeichnet eine Taste zum Ausführen der automatischen Einstellung der angelegten Spannung, eine Bezugszahl 48 bezeichnet eine Taste zum detaillierten Festlegen der automatischen Einstellung der angelegten Spannung, eine Bezugszahl 49 bezeichnet ein Eingabefeld der an die jeweiligen Elektroden angelegten Spannung, eine Bezugszahl 50 bezeichnet eine Taste zum Festlegen des Eingabewerts der angelegten Spannung für die Steuereinheit, eine Bezugszahl 51 bezeichnet eine Taste zum Ausführen einer Messung des Bildverzerrungsbetrags, eine Bezugszahl 74 bezeichnet einen Schieber zum Ändern der an alle Elektroden angelegten Spannungen mit einer konstanten Rate, und eine Bezugszahl 75 bezeichnet ein Eingabefeld für eine Änderungsrate der angelegten Spannung.
Siebte Ausführungsform
Eine siebte Ausführungsform beschreibt eine erwartete Phasenplatteneinstellungsprozedur in einem System mit einer Funktion zum Einstellen der Potentialverteilungen im Zentrum der Öffnung, wie in der sechsten Ausführungsform beschrieben. Die Prozedur wird durch Verarbeiten verschiedener Programme durch den Computer 36 auf der Grundlage der Befehlseingabe durch den Benutzer, der die Ein-/Ausgabeeinheit als GUI betreibt, ausgeführt.
Die Verzerrung des Licht- und Schattenrings 53 im Diffraktogramm des Musters 40 kann folgendermaßen durch zwei wesentliche Faktoren hervorgerufen werden.

i) Die durch die Elektrode 11 erzeugten Potentialverteilungen sind zum Zentrum der Öffnung 23 hin isotrop, der nicht gestreute Wellenfleck 8 wird jedoch vom Zentrum der Öffnung 23 der Phasenplatte abgelenkt.
ii) Der nicht gestreute Wellenfleck 8 entspricht dem Zentrum der Öffnung 23 der Phasenplatte, die durch die Elektrode 11 erzeugten Potentialverteilungen sind jedoch zum Zentrum der Öffnung 23 hin nicht isotrop.

<Prozedur 1>
Die Einstellungsprozedur, die auszuführen ist, wenn der Faktor unter i) fällt, wird mit Bezug auf das in 14 dargestellte Flussdiagramm beschrieben. Zuerst wird ein Bild vom TEM (54) erhalten, und eine Fourier-Transformation wird angewendet (55), um das Diffraktogramm als das Muster 40 zu erhalten. Die Position des Schattens 52 der Elektrode, der im Diffraktogramm auftritt, wird lokalisiert, um die Differenz im Zentrum zwischen dem Schatten 52 der Elektrode und dem Diffraktogramm zu bewerten (nachstehend als Exzentrizität bezeichnet) (56). Falls die Exzentrizität einen verhältnismäßig großen Wert hat (beispielsweise 0,5 nm^–1 oder größer) (57), wird ein Steuersignal von der Steuereinheit 35 zum Mikrobewegungsmechanismus 34 gesendet, um die Phasenplatte 21 mechanisch zur Richtung zur Verringerung der Exzentrizität (58) zu verschieben. Die Exzentrizitätsmessung und die Verschiebung der Phasenplatte, die vorstehend erwähnt wurden, werden wiederholt ausgeführt. Wenn die Exzentrizität den verhältnismäßig kleinen Wert hat (beispielsweise 0,5 nm^–1 oder kleiner) (59), wird die Phasenplatte 21 dann nicht mechanisch gesteuert, sondern der Elektronenstrahl wird durch Steuern einer Ablenkspule 76 des TEM eingestellt (60). Die Elektronenstrahleinstellung wird weiter wiederholt, bis die Exzentrizität den Schwellenwert annimmt (0,05 nm^–1 oder kleiner). Die Einstellung wird dann beendet.
<Prozedur 2>
Wenn der Faktor unter ii) fällt, wird die an die jeweiligen Elektroden 11 der Phasenplatte anzulegende Spannung eingestellt, um die durch die Phasenplatte erzeugten anisotropen Potentialverteilungen zu korrigieren. Die Einstellung wiederholt Operationen zum Erhalten des angelegten Spannungswerts, um den Verzerrungsbetrag des Licht- und Schattenrings 53 zu minimieren, indem die an die Elektrode angelegte Spannung in einem vorgegebenen Spannungsbereich geändert wird. Falls der in das Eingabefeld 45 der Referenzspannung eingegebene Wert auf V_ref gesetzt wird und der in das Eingabefeld 46 des Einstellungsbereichs eingegebene Wert auf den in 13 dargestellten Einstellungsbildschirm auf V_adj gesetzt wird, kann der Spannungsbereich zwischen V_ref – V_adj und V_ref + V_adj gesetzt werden.
Die Einstellungsprozedur wird mit Bezug auf das in 15 dargestellte Flussdiagramm beschrieben. Zuerst wird die an eine der Elektroden anzulegende Spannung auf die untere Grenze (V_ref – V_adj) gesetzt (62). Dann wird das Bild vom TEM erhalten (63) und Fourier-transformiert (64), um den Verzerrungsbetrag des Bilds zu bewerten (65). Die Bewertung wird wiederholt schrittweise ausgeführt, während die angelegte Spannung bis zur oberen Grenze (V_ref + V_adj) erhöht wird (66, 67, 68), um die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Verzerrungsbetrag zu erhalten, wie in 16 dargestellt ist. Der Wert für das Minimieren des Verzerrungsbetrags in der vorstehend erwähnten Beziehung wird auf den Wert von V_min gesetzt (69), der als die an die Elektrode anzulegende Spannung festgelegt wird (70). Falls der Verzerrungsbetrag den Schwellenwert überschreitet, wird eine ähnliche Einstellung weiter für die andere Elektrode ausgeführt (72). Die Einstellung wird für die jeweiligen Elektroden wiederholt ausgeführt, und sie wird abgeschlossen, wenn der Verzerrungsbetrag unterhalb des Schwellenwerts liegt (73). Beispielsweise wird die Elliptizität des Licht- und Schattenrings als der Verzerrungsbetrag verwendet, und der Schwellenwert wird auf eine Elliptizität von 1,2 gesetzt. Bei einem anderen Beispiel wird der Verzerrungsbetrag als das Radiusverhältnis zwischen dem inneren und dem äußeren Kreis erhalten, wenn einer der Licht- und Schattenringe 53 zwischen zwei geometrischen konzentrischen Kreisen angeordnet wird, und der Schwellenwert kann als das Radiusverhältnis zwischen dem äußeren Kreis und dem inneren Kreis, das auf 5:4 gesetzt ist, bestimmt werden.
Die Ausführung der vorstehend erwähnten Prozeduren 1 und 2 ermöglicht das automatische schrittweise Einstellen der durch die Phasenplatte angewendeten Phasenmodulation, so dass sie in Bezug auf die nicht gestreute Welle isotrop ist. Durch Ausführen der Einstellung wie vorstehend beschrieben kann der Bediener eine Reihe von Prozessschritten durch Auswählen der in 13 dargestellten automatischen Einstellungstaste 47 ausführen.
Achte Ausführungsform
Ein anderes Beispiel der in der siebten Ausführungsform beschriebenen Prozedur 2 kann betrachtet werden. Eine achte Ausführungsform beschreibt das Beispiel als die Prozedur 3.
<Prozedur 3>
Die durch die Phasenplatte erzeugten anisotropen Potentialverteilungen hängen vom Gleichgewicht der an die jeweiligen Elektroden angelegten Spannung ab. Das Potential einer der Teilelektroden ist festgelegt, und die an die Restelektroden angelegten Spannungen werden veränderlich gemacht, wodurch es ermöglicht wird, das Gleichgewicht zwischen verschiedenen Spannungen zu prüfen. Als ein Beispiel der Prüfung sei bemerkt, dass dann, wenn die angelegte Referenzspannung auf V_ref gesetzt wird und der Spannungsänderungsbetrag auf V_adj gesetzt wird, die Spannung in drei Stufen an die jeweiligen Elektroden angelegt werden kann, nämlich V_ref – V_adj, V_ref und V_ref + V_adj. 18 ist eine Tabelle, welche Kombinationsbedingungen der an die jeweiligen Elektroden angelegten Spannungen, wie vorstehend definiert, präsentiert. Die Tabelle zeigt insgesamt neun Kombinationsbedingungen, die durch Festlegen der an eine von drei Elektroden der Phasenplatte angelegten Spannung V₁ auf V_ref und Ändern der an die beiden Elektroden angelegten Spannungen V₂ und V₃ in drei Stufen von V_ref – V_adj, V_ref und V_ref + V_adj erhalten werden.
17 zeigt die Einstellungsprozedur. Ebenso wie bei der Prozedur 2 wird eine Reihe von Prozessschritten ausgeführt, um das Bild vom TEM zu erhalten (63), eine Fourier-Transformation anzuwenden (64), den Verzerrungsbetrag zu bewerten (65) und die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Verzerrungsbetrag unter den jeweiligen in 18 dargestellten Bedingungen (74, 75) aufzuzeichnen (66). Unter den bewerteten Bedingungen wird jene zum Minimieren des Verzerrungsbetrags bestimmt (69), und die Bedingung wird für die Phasenplatte festgelegt (70). Falls der Verzerrungsbetrag unter der Bedingung größer als der Schwellenwert ist, wird der Spannungsänderungsbetrag V_adj geändert (76), und die Einstellung wird erneut wiederholt. Die Einstellung wird beendet, wenn der Verzerrungsbetrag kleiner als der Schwellenwert wird. Als Kombinationsbedingungen der jeweiligen für die Einstellung verwendeten angelegten Spannungen ist es zusätzlich zu den in 18 dargestellten Kombinationen möglich, die Kombination durch Konstanthalten des Potentials V₂ oder V₃ oder Ändern der an die jeweiligen Elektroden angelegten Spannungen in mehreren Stufen bereitzustellen. Das Ergebnis unter der Bedingung, das nicht tatsächlich gemessen wurde, kann durch die Verwendung der Interpolationsberechnung geschätzt werden. Der Betrag der an die jeweiligen Elektroden angelegten Spannung kann unter der Kombinationsbedingung durch Ändern der jeweiligen Werte von V₁, V₂ oder V₃ als Referenzen beim Start der Einstellungsprozedur statt durch Ändern des Werts von V_ref als Referenz bestimmt werden.
Es wurden verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene modifizierte Beispiele einschließt. Beispielsweise wurden die vorstehend erwähnten Ausführungsformen zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung detailliert erklärt.
Sie ist daher nicht notwendigerweise auf jene mit allen vorstehend beschriebenen Strukturen beschränkt.
Ein Teil der Struktur gemäß der Ausführungsform kann durch eine Struktur gemäß einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Ferner kann eine Struktur gemäß der Ausführungsform zu jener gemäß einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Alternativ kann die andere Struktur zu einem Teil der Struktur gemäß den jeweiligen Ausführungsformen hinzugefügt, daraus entfernt und dadurch ersetzt werden.
Die jeweiligen Strukturen, Funktionen und Verarbeitungseinheiten des vorstehend erwähnten Systems können teilweise oder ganz durch Hardware verwirklicht werden, indem sie mit einer integrierten Schaltung ausgelegt werden. Es ist auch möglich, eine Software zu erzeugen, indem ein Programm zum teilweisen oder vollständigen Verwirklichen jener des Systems entwickelt wird.
Bezugszeichenliste

1: Beobachtungsprobe
2: Elektronenstrahl
3: Gestreute Welle
4: Nicht gestreute Welle
5: Objektivlinse
6: Hintere Brennebene
7: Gestreuter Wellenfleck
8: Nicht gestreuter Wellenfleck
9: Bildfläche
10: Optische Achse
11: Elektrode
12: Abschirmungsschicht
13: Isolierschicht
14: Spannungsanlegungsschicht
15: Isolierschicht
16: Objektivmembranplatte
17: Öffnungsbildungsloch
18: Befestigungsloch
19: Abschirmungsschicht
20: Phasenplattenöffnung und Elektrodenbildungsposition
21: Phasenplatte
22: Randbereich der Öffnung
23: Phasenplattenöffnung
24: Spannungsanlegungsschicht
25: Isolierschicht
26: Abschirmungsschicht
27: Haftsubstanz
28: Leistungsquelle
29: Referenzwiderstand
30: Elektronenquelle
31: Bestrahlungssystemlinse
32: Vergrößerungslinse
33: Fluoreszenzbildschirm
34: Mikrobewegungsmechanismus
35: Steuereinheit
36: Computer
37: Eingabevorrichtung
38: Anzeigevorrichtung
39: Steuerbildschirm
40: Diffraktogramm
41: Eigentliches Raumbild
42: Bereich zum Anzeigen des Bildverzerrungsbetrags
43: Bereich zum Anzeigen der angelegten Spannung
44: Taste zum Auswählen des Vorgangs der Spannungsanlegung
45: Eingabefeld für den Referenzwert der angelegten Spannung
46: Eingabefeld für den Einstellungsbereich der angelegten Spannung
47: Taste zur automatischen Einstellung der angelegten Spannung
48: Taste zum detaillierten Festlegen der automatischen Einstellung
49: Eingabefeld für die angelegte Spannung
50: Taste zum Festlegen der angelegten Spannung
51: Taste zum Messen des Bildverzerrungsbetrags
52: Schatten der Phasenplattenelektrode
53: Licht- und Schattenring
54: Erhalten des Bilds vom TEM
55: Anwenden einer Fourier-Transformation auf das Bild
56: Bewerten der Exzentrizität
57: Bestimmen einer Bedingung auf der Grundlage der Exzentrizität
58: Mechanische Steuerung der Phasenplattenposition
59: Bestimmung einer Bedingung auf der Grundlage der Exzentrizität
60: Elektronenstrahlorbiteinstellung unter Verwendung einer Ablenkspule
61: Beenden des Prozesses
62: Festlegen der an die Elektrode angelegten Spannung
63: Erhalten des Bilds vom TEM
64: Anwenden einer Fourier-Transformation auf das Bild
65: Bewerten des Bildverzerrungsbetrags
66: Aufzeichnen der angelegten Spannung und des Verzerrungsbetrags
67: Bestimmung auf der Grundlage des Werts der angelegten Spannung
68: Erhöhen der angelegten Spannung
69: Bestimmung der angelegten Spannung zum Minimieren des Verzerrungsbetrags
70: Festlegen der an die Elektrode angelegten Spannung
71: Bestimmung auf der Grundlage des Bildverzerrungsbetrags
72: Wechseln der einzustellenden Elektrode
73: Beenden des Prozesses
74: Schieber zum Steuern der Änderungsrate der angelegten Spannung
75: Eingabefeld für die Änderungsrate der angelegten Spannung
76: Ablenkspule

Claims

Phasenplatte für ein Elektronenmikroskop, welche Folgendes aufweist: Öffnungen, die zu einer einzigen Öffnung verbunden sind, und mehrere Elektroden, die in der Öffnung von einem äußeren Abschnitt der Öffnung zum Zentrum der Öffnung hin angeordnet sind, wobei die mehreren Elektroden so ausgelegt sind, dass sie Spannungsanlegungsschichten aufweisen, die jeweils aus einem Leiter oder einem Halbleiter bestehen, der über Isolatoren von Abschirmungsschichten bedeckt ist, die jeweils aus dem Leiter oder dem Halbleiter bestehen.
Phasenplatte nach Anspruch 1, wobei die mehreren Elektroden in einer rotationssymmetrischen Anordnung in Bezug auf das Zentrum der Öffnung bereitgestellt sind.
Phasenplatte nach Anspruch 1, wobei die Spannungsanlegungsschichten der mehreren Elektroden elektrisch unabhängig sind.
Phasenplatte nach Anspruch 3, wobei jede der mehreren Elektroden innen mehrere Spannungsanlegungsschichten aufweist, die jeweils aus dem Leiter oder dem Halbleiter bestehen.
Phasenplatte nach Anspruch 3, wobei der Betrag jedes durch die mehreren Elektroden erzeugten Potentials individuell eingestellt wird, um Potentialintensitätsverteilungen in der Öffnung zu ändern.
Phasenplatte nach Anspruch 1, wobei jede der mehreren Elektroden eine Breite aufweist, die sich vom äußeren Abschnitt der Öffnung zum Zentrum der Öffnung hin verringert.
Phasenplatte nach Anspruch 1, wobei jede der mehreren Elektroden eine Form aufweist, die eine Krümmung vom äußeren Abschnitt der Öffnung zum Zentrum der Öffnung hin bildet.
Phasenplatte für ein Elektronenmikroskop, welche Folgendes aufweist: eine Öffnung und mehrere Elektroden, die in der Öffnung von einem äußeren Abschnitt der Öffnung zum Zentrum der Öffnung hin angeordnet sind, wobei die mehreren Elektroden Spannungsanlegungsschichten, die jeweils aus einem Leiter oder einem Halbleiter bestehen, der über Isolatoren von Abschirmungsschichten bedeckt ist, die jeweils aus dem Leiter oder dem Halbleiter bestehen, aufweisen, und die Spannungsanlegungsschichten der mehreren Elektroden elektrisch unabhängig voneinander sind.
Phasenplatte nach Anspruch 8, wobei der Betrag jedes durch die mehreren Elektroden erzeugten Potentials individuell eingestellt wird, um Potentialintensitätsverteilungen in der Öffnung zu ändern.
Phasenplatte nach Anspruch 8, wobei die mehreren Elektroden in einer rotationssymmetrischen Anordnung in Bezug auf das Zentrum der Öffnung bereitgestellt sind.
Elektronenmikroskop zum Beobachten einer Probe unter Verwendung eines Elektronenstrahls, welches Folgendes aufweist: eine optische Quelle des Elektronenstrahls, ein optisches Bestrahlungssystem zum Bestrahlen der Probe mit dem von der optischen Quelle emittierten Elektronenstrahl, ein Linsensystem zur Erzeugung eines Bilds der Probe, eine Phasenplatte, die dem Elektronenstrahl von der Probe eine Phasendifferenz verleiht, eine Steuereinheit zum Steuern des Elektronenmikroskops und eine Anzeigevorrichtung, die mit der Steuereinheit verbunden ist, um ein Beobachtungsbild der Probe anzuzeigen, wobei: die Phasenplatte Öffnungen, die zu einer einzigen Öffnung verbunden sind, und mehrere Elektroden, die in der Öffnung von einem äußeren Abschnitt zum Zentrum der Öffnung hin angeordnet sind, aufweist und die mehreren Elektroden Spannungsanlegungsschichten, die jeweils aus einem Leiter oder einem Halbleiter bestehen, der über Isolatoren von Abschirmungsschichten bedeckt ist, die jeweils aus dem Leiter oder dem Halbleiter bestehen, aufweisen.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 11, welches ferner einen Mikrobewegungsmechanismus aufweist, der durch die Steuereinheit gesteuert wird, um eine Mikrobewegung einer Position der Phasenplatte zu ermöglichen.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 11, wobei: die Spannungsanlegungsschichten der mehreren Elektroden der Phasenplatte elektrisch unabhängig sind und die Steuereinheit in der Lage ist, den Betrag der an die mehreren Elektroden angelegten Spannung unabhängig zu steuern.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 13, wobei die Anzeigevorrichtung einen Steuerbildschirm zum Steuern des Betrags der an die mehreren Elektroden anzulegenden Spannung anzeigt.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 14, wobei die Anzeigevorrichtung ein Diffraktogramm als das Beobachtungsbild der Probe anzeigt und in der Lage ist, den Betrag der an die mehreren Elektroden angelegten Spannung auf der Grundlage des Diffraktogramms auf dem Steuerbildschirm einzustellen.