DE1180078B

DE1180078B - Verfahren zum Kompensieren des Astigmatismus von Elektronenlinsen eines Elektronen-mikroskops, Schaltungsanordnung zur Durch-fuehrung des Verfahrens und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1180078B
Application number: DEN14509A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kramer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1957-01-03
Filing date: 1957-12-31
Publication date: 1964-10-22
Also published as: US2973433A; GB869850A; CH359218A; NL96667C; FR1200134A; BE563662A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIj

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche KL: 21g-37/20

N14509 VIII c/21g
31. Dezember 1957
22. Oktober 1964

Bei einem Elektronenmikroskop wird zum Kompensieren des Astigmatismus mindestens eine Gruppe rings um die zentrale Achse angeordneter Elektroden und/oder magnetischer Pole verwendet, die in bekannter Weise zur Lieferung eines nach Stärke und Geometrie einstellbaren Hilfsfeldes erregt werden.

Eine solche Einstellung der Erregung, bei der das möglichst günstige Ergebnis erzielt wird, ist besonders schwierig, weil die genaue Beurteilung des Korrektionsergebnisses durch die meist geringe Bildhelligkeit erschwert ist.

Rotationssymmetriefehler einer Elektronenlinse, die als Astigmatismus bezeichnet werden, bewirken eine Verformung des auf den Leuchtschirm des Mikroskops projizierten Bildes und können durch Anwendung eines Stigmators fast vollständig korrigiert werden, sofern es gelingt, aus der Verformung des Bildes die Richtung und Größe des auftretenden Astigmatismus zu ermitteln. Es ist zwar möglich, durch Herabsetzung der Vergrößerung die Bildhelligkeit zu steigern, wodurch sich jedoch die Bildeinzelheiten verkleinern und zur Beobachtung eine optische Vergrößerung erforderlich ist. Eine weitere Möglichkeit zur Prüfung der Einstellung des Stigmators besteht in der Herabsetzung der Erregung der Abbildungslinse, so daß das Bild unscharf wird. Wenn infolgedessen keine sichtbare Verformung der Bildeinzelheiten erfolgt, wird angenommen, daß die Stigmatoreinstellung richtig ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Ermittlung der richtigen Einstellung der Stärke der kompensierenden Hilfsfeder zur Korrektion des Astigmatismus von Elektronenlinsen, bei dem der Nachteil der geringen visuellen Sichtbarkeit für niedrige Lichtintensitäten beseitigt ist, und ferner eine Schaltungsanordnung und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Erfindungsgemäß werden für ein einen Schattenraum aufweisendes Bild einfacher Struktur, z. B. eines körnigen Metallgegenstandes, bei nicht genauer Fokussierung zwei Einstellungen des Astigmatismus gewählt, bei denen eine klar sichtbare Ungleichmäßigkeit des Schattenrandes am Umfang der Abbildungen der Körner auftritt und bei denen das Maß der Verzerrung beim Übergang von der einen auf die andere Einstellung gleich ist, und anschließend wird die Erregung der Hilfsfelder auf den Wert eingestellt, der um den gleichen Betrag von den beiden Astigmatismuseinstellungen verschieden ist.

Es ist eine an sich bekannte Erscheinung, daß die Sinnesorgane empfindlicher gegen vergleichende als gegen absolute Beobachtungen sind.

Verfahren zum Kompensieren des Astigmatismus von Elektronenlinsen eines Elektronenmikroskops, Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens und Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Johannes Kramer, Delft (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 3. Januar 1957 (213 442)

Zur Durchführung des Verfahrens kann eine Schaltungsanordnung dienen, die aus einer Brückenschaltung von Widerständen im Speisestromkreis zum Erregen der Elektroden und/oder der magnetischen Hilfspole besteht. Von dieser Schaltung kann der eine Zweig aus zwei festen Widerständen bestehen, deren Verbindungspunkt mit einer Leitung für den Speisestrom verbunden ist. Die andere Leitung für den Speisestrom ist mit einem Gleitkontakt eines Spannungsteilers verbunden, der den anderen Zweig der Brückenschaltung bildet. Beiderseits des Verbindungspunktes können die festen Widerstände je eine Anzapfung haben, und die Speisestromleitung kann einen Umschalter aufweisen, der die Leitung abwechselnd an die Anzapfung und in seiner Nullstellung an den Verbindungspunkt anschließt, so daß wahlweise die eine oder die andere Einstellung gewählt werden kann. Wenn dafür gesorgt ist, daß die Anzapfungen ein gleiches und entgegengesetztes Potential in bezug auf den Verbindungspunkt haben, wird bei Umschaltung der Zuleitung auf jeden dieser Kontaktpunkte die Erregung in entgegengesetztem Sinne sich um den gleichen Betrag ändern.

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Die Erfindung wird beispielsweise näher erläutert F i g. 2 geht hervor, daß die korrigierte Elektronen-

an Hand einer Zeichnung, in der optik einen gewissen Astigmatismus aufweist, der

F i g. 1 und 2 graphische Darstellungen sind und durch die Einstellung ψ völlig behoben ist.

F i g. 3 und 4 zwei Ausbildungen von Regelein- Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist schema-

richtungen darstellen. 5 tisch ein Vierpolstigmator dargestellt, dessen Pole 1,

Das Korrigieren des Astigmatismus mittels eines 2, 3 und 4 symmetrisch rings um die Achse 5 des

Vierpolsystems, von dem eine der Korrektionsachsen Strahlbündels liegen. Dabei ist angenommen, daß

mit der Richtung zusammenfällt, in der infolge des sich die Bündelachse senkrecht zur Zeichnungsebene

Astigmatismus das Bild verformt ist, kann durch erstreckt.

Regelung der Polstärke erfolgen. Um die Korrektion io Mit der Stromquelle 6 ist eine Brückenschaltung

zu prüfen, ist es erwünscht, ein Bild auf dem Leucht- verbunden, die aus den Widerständen 7 und 8, deren

schirm des Mikroskops zu benutzen, das eine ein- Verbindungspunkt mit 9 bezeichnet ist, sowie aus

fache Struktur aufweist und z.B. bei der Abbildung einem Spannungsteiler 10 besteht. DerVerbindungs-

eines körnigen Gegenstandes entsteht, z. B. einer mit punkt 9 ist mit den Polen 1 und 3, der Gleitkontakt

Metallkörnern bedeckten Folie eines Elektronen im 15 11 des Spannungsteilers 10 mit den Polen 2 und 4

wesentlichen nicht- absorbierenden Stoffes. Vom verbunden. Der Gleitkontakt 11 ist derart einstell-

Astigmatismus herbeigeführte Verzerrungen sind bar, daß die Potentiale sämtlicher Pole gleich sind,

hierbei leicht erkennbar. Das Bild wird nicht genau Die festen Widerstände 7 und 8 können auch ge-

fokussiert, sondern derart, daß die Bildweite etwas meinsam als Spannungsteiler ausgebildet werden,

größer als der Abstand ist, um den der Leucht- so dessen Punkt 9 den Gleitkontakt bildet. In diesem

schirm von der Elektronenoptik entfernt ist. An den Fall können die Potentiale der beiden einander gegen-

Rändern weisen dann die Abbildungen der Körner überliegenden Polpaare geändert werden, was die

einen Schattensaum auf, der sich bei fehlendem Wirkung des Stigmators verstärkt, aber praktisch

Astigmatismus überall gleich weit von dem Rand keinen Unterschied von der dargestellten Ausbildung

befindet. Ein astigmatisches Bild zeigt diesen Saum 25 bildet, bei der das Potential zweier einander gegen-

in einer am Umfang veränderlichen Breite. Korrek- überliegender Pole gleichbleibt und lediglich das

tion einer Astigmatismus herbeiführenden Elektro- Potential der anderen beiden einander gegenüberlie-

nenoptik ist erhalten worden, wenn durch Erregung genden Pole zwischen positiv und negativ regel-

des Stigmators der Schattensaum wieder gleichmäßig bar ist.

am Rand verläuft. 30 Anstatt mit den beiden Polpaaren, können die Zu-

Die Änderungen des resultierenden Astigmatismus leitungen der Punkte 9 und 11 mit einer Erregerdurch Änderung der Erregung des Stigmators sind wicklung für magnetische Pole 1 bis 4 verbunden bei größeren Verformungen gut sichtbar, aber die werden, wobei die Teile der Wicklung für jeden Pol Erkennbarkeit nimmt ab, wenn die Verformung ge- in Reihe geschaltet sind und der Wicklungssinn derringer wird. Fig. 1 zeigt eine Kurve, die den Zu- 35 art ist, daß durch den gleichen Strom das magnesammenhang zwischen der Sichtbarkeit der Verfor- tische Feld in den Polen 1 und 3 von vorn nach mung /; und dem auftretenden Astigmatismus ξ dar- hinten und in den Polen 2 und 4 umgekehrt gerichstellt. Daraus geht hervor, daß, wenn die gewünschte tet ist.

Einstellung des Stigmators mit ξ₀ bezeichnet wird, Durch Drehung des Vierpolsystems um die Bunin diesem Bereich die Sichtbarkeit der Verformung 40 delachse stellt man eine der Verbindungslinien 12 bis stark abgenommen hat. Zwischen den Werten der 13 zweier einander gegenüberliegender Pole in Rich-Einstellungen, bei denen der resultierende Astig- tung des von der Elektronenoptik herbeigeführten matismus sich von I₁ bis ξ₂ ändert, entsteht hier- Astigmatismus. Anschließend wird der Gleitkontakt durch eine Ungenauigkeit. verstellt, bis ein klar erkennbarer Astigmatismus auf-

Der gleiche Bereich ist zwischen <p_x und φ₂ in 45 tritt, der z. B. eine stärkere als die zu korrigierende

F i g. 2 angedeutet, wobei als Funktion der Einstel- Verformung bewirkt. Danach verstellt man den

lung ψ des Stigmators der auftretende Astigmatis- Gleitkontakt in entgegengesetztem Sinne, bis eine

mus ξ angegeben ist. Man unterscheidet entsprechend gleich starke Verformung auftritt, in einer Richtung

der Polarität der einander gegenüberliegenden Pole senkrecht zu der, die vom ursprünglichen Astig-

bzw. der Richtung des magnetischen Feldes im 50 matismus, gegebenenfalls verstärkt in der zuerst ge-

Stigmator positiven und negativen Astigmatismus, wählten Einstellung herrührt, wonach die Einstellung

deren Richtungen bei einem Vierpolsystem einen zwischen den beiden Ausschlägen gewählt ist. Wenn

gleichen Winkel einschließen. Beim erwähnten Bei- die Richtungen der künstlich bewirkten Verformun-

spiel kann der Bereich der von I₁ und ξ., begrenzten gen nicht senkrecht zueinander stehen, muß die Lage

Einstellungen φ₁ und φ._ζ nicht mit der erforderlichen 55 des Vierpols noch etwas geändert werden.

Genauigkeit geprüft werden. Das Vierpolsystem braucht nicht mechanisch dreh-

Nach der Erfindung werden zwei Einstellungen ξ_Ά bar zu sein, wenn zwei solche Systeme verwendet und ί₄ des Astigmatismus gewählt, bei denen eine werden. Wenn man dann wie eben geschildert verklar sichtbare Ungleichmäßigkeit des Schattenran- fährt und zunächst die Erregung des einen Systems des am Umfang der Abbildungen der Körner auf- 60 auf den richtigen Wert einstellt, braucht die Richtritt, und die Einstellung wird derart gewählt, daß tung des von der Elektronenoptik herbeigeführten das Maß der Verzerrung beim Übergang von der Astigmatismus nicht berücksichtigt zu werden. Die einen auf die andere Einstellung die gleiche ist. Wenn Richtungen, in denen die künstlich bewirkte Bildanschließend die Erregung auf den Wert eingestellt verformung erfolgt, stehen dann nicht weiter senkwird, der gleich viel von ξ₃ wie von f₄ verschieden 65 recht zueinander. Als Resultat der von dem einen ist, hat man die richtige Einstellung gefunden. Vierpolsystem bewirkten Korrektion resultiert eine Diese Werte führen nach F i g. 2 zu den Einstel- Verzerrung, deren Richtung mit einer der Verbinlungen ψ₃ und g?₄ der Erregung des Stigmators. Aus dungslinien zwischen einander gegenüberliegenden

Polen dieses Systems zusammenfällt. Zur Speisung des zweiten Systems wird eine entsprechende Brükkenschaltung verwendet, und der resultierende Astigmatismus verschwindet, nachdem auf die eben geschilderte Weise für dieses System die günstigste Einstellung der Erregung ermittelt worden ist. Wenn bei der Erregung des zweiten Systems zur Erzielung des künstlichen Astigmatismus die Richtungen, in denen Verformung stattfindet, nicht senkrecht zueinander stehen, ist die Korrektion des ersten Systems nicht vollkommen richtig.

Ein etwas ungenaues Ergebnis läßt sich nicht vollständig vermeiden, wenn die vom Gleitkontakt 11 des Spannungsteilers 10 endgültig einzunehmende Stelle geschätzt werden muß. Dieser Nachteil haftet der Schaltung nach F i g. 4 nicht an. Aus den verwendeten Bezugszeichen sind die entsprechenden Teile von F i g. 3 erkennbar. Die Pole 1 bis 4 sind mit in Reihe geschalteten Erregerwicklungen 17 bestückt. Hierdurch ist beiderseits der festen Verbindung 9 eine Anzapfung 15 der Widerstände 7 bzw. 8 derart angebracht, daß bei der Verbindung der Speiseleitung mit jedem der Punkte 14, 15 gleiche Bildverformungen stattfinden. Durch Anordnung eines Umschalters 16, der diese Leitung abwechselnd mit den Punkten 14 und 15 verbindet, ist die Änderung der Bildverformung durch Verstellung des Gleitkontaktes 11 regelbar. Wenn in den beiden Stellungen die Verformungen gleich sichtbar sind, hat der Regler 11 den gesuchten Einstellpunkt erreicht, und der Umschalter kann an den Verbindungspunkt 9 angelegt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kompensieren des Astigmatismus von Elektronenlinsen eines Elektronenmikroskops mittels Einstellung der Stärke von kompensierenden Hilfsfeidern, dadurch gekennzeichnet, daß für ein einen Schattensaum aufweisendes Bild einfacher Struktur, z. B. eines körnigen Metallgegenstandes, bei nicht genauer Fokussierung zwei Einstellungen des Astigmatismus gewählt werden, bei denen eine klar sichtbare Ungleichmäßigkeit des Schattenrandes am Umfang der Abbildungen der Körner auftritt und bei denen das Maß der Verzerrung beim Übergang von der einen auf die andere Einstellung gleich ist, und daß anschließend die Erregung der Hilfsfelder auf den Wert eingestellt wird, der um den gleichen Betrag von den beiden Astigmatismuseinstellungen verschieden ist.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Brückenschaltung von Widerständen (7, 8, 9, 10) im Speisestromkreis zum Erregen der Elektroden (1, 2, 3, 4) und/oder der magnetischen Hilfspole besteht, deren einer Zweig aus zwei festen Widerständen (7, 8) besteht, deren Verbindungspunkt (9) mit einer Leitung für den Speisestrom verbunden ist, und deren anderer Zweig aus einem Spannungsteiler (10) besteht, dessen Gleitkontakt (11) mit der anderen Leitung für den Speisestrom verbunden ist (Fig. 3).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (7, 8) beiderseits des Verbindungspunktes (9) je eine Anzapfung (14, 15) haben und die Speisestromleitung einen Umschalter (16) aufweist, der die Leitung abwechselnd an die Anzapfungen (14, 15) und in seiner Nullstellung an den Verbindungspunkt (9) anschließt, und die Anzapfungen ein gleiches und entgegengesetztes Potential in bezug auf den Verbindungspunkt (9) haben.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung der Hilfsfelder ein rings um die Bündelachse (5) angeordnetes System von vier mechanisch um die Achse drehbaren Elektroden oder magnetische Hilfspole vorgesehen ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung der Hilfsfelder ein rings um die Bündelachse (5) angeordnetes System von festen Elektroden (1, 2, 3, 4) und magnetischen Hilfspolen, die zusammen ein Doppelvierpolsystem bilden, vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 735 873, 950312.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen