DE1564658C

DE1564658C - Method for focusing the objective lens of a particle beam microscope, in particular an electron microscope

Info

Publication number: DE1564658C
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr. 1000 Berlin Thon
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1971-11-25

Description

Unter den Raumfrequenzen werden dabei diejenigen Frequenzen verstanden, die in Anwendung der S Fourier-Zerlegung den Verlauf des räumlichen Potentials im Präparat beschreiben. Zeitfrequenzen sind dagegen in üblicher Weise diejenigen Frequenzen, die in Anwendung der Fourier-Zerlegung auf eine Zeitfunktion diese beschreiben.The spatial frequencies are understood to mean those frequencies that are used in application of the S Fourier decomposition describe the course of the spatial potential in the specimen. Time frequencies are on the other hand, in the usual way, those frequencies which, in application of the Fourier decomposition, are applied to a Describe the time function.

Die Erfindung macht zur Fokussierung, d. h. zur Einstellung eines für die Abbildung bestimmter Raumfrequenzen erforderlichen Abstandes A z, der auch den Wert Null haben kann, von der Tatsache Gebrauch, daß eine eindeutige Zuordnung zwischenThe invention makes for focusing, that is, for setting a certain figure for the spatial frequencies required distance A such that the value can have zero, use of the fact that a unique association between

Es ist bekannt, bei korpuskularstrahloptischen
Untersuchungen, also beispielsweise solchen in einem
Elektronenmikroskop, an dünnen Objekten mit
hoher Auflösung und kleiner Bestrahlungsapertur i₀
den Phascnkontrasteffekt auszunutzen. Die Objckteinzelheitcn rufen im Objekt eine Potentialvertcilung
hervor, die vorwiegend die Phase der einfallenden
Wellen beeinflußt. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die im Objekt vorliegende räumliche Vertei- ₁₅ dem jeweiligen Abstand Δ ζ und den mit maximalem lung des inneren Potentials nach Fourier zu zer- Bildkontrast abgebildeten Raumfrequenzen, gegeben legen und das Objekt aus sinusartigen Phasengittern durch ihre Wellenlängen A, besteht. Es ist demnach verschiedenster Raumfrequenz zusammengesetzt zu erforderlich, den Abstand Δ ζ, der in der Literatur denken. Die durch das Experiment bestätigte Theo- auch als Defokussierung bezeichnet wird, im Hinrie besagt, daß jeder Fourier-Komponente der im Ob- 20 blick auf diejenigen Objekteinzelheiten (Raumjckt vorliegenden räumlichen Potentialverteilung eine frequenzen) zu wählen, die in dem Bild mit maximalem Kontrast enthalten sein sollen.It is known in corpuscular beam optics
Investigations, for example those in one
Electron microscope, on thin objects with
high resolution and small irradiation aperture i ₀
to use the phase contrast effect. The object details call a potential distribution in the object
out that predominantly the phase of the incident
Waves affected. It has proved to be expedient, the ζ in the object present spatial distribution ₁₅ of each distance Δ and place the spatial frequencies shown with maximum development of the inner potential after Fourier to decompose image contrast thereto, and the object of sinusoidal phase gratings by their wavelengths A, consists. It is therefore necessary to put together the most varied spatial frequencies, the distance Δ ζ, which is thought in the literature. The theory confirmed by the experiment is also referred to as defocusing, in the Hinrie says that each Fourier component has to be selected from the frequencies given in view of those object details (spatial potential distribution) which are contained in the image with maximum contrast meant to be.

Es ist bereits ein Verfahren zur Scharfstellung des Bildes eines Elektronenmikroskops bekannt, bei dem eine Relativbewegung zwischen dem Endbild und einem Elektronenauffänger erzeugt und hierdurch eine Zeile des Endbildes abgetastet wird (vgl. die deutsche Auslcgeschrift 1 108 347). Entsprechend der Intensitätsverteilung im Bild längs dieser abge-There is already a method for focusing the image of an electron microscope known in which a relative movement is generated between the final image and an electron collector and thereby one line of the final image is scanned (cf. German Auslcgeschrift 1 108 347). Accordingly the intensity distribution in the image along this

Raumfrcqucnzen zur Bildstruktur beitragen. Da man 30 tasteten Zeile enthält das Ausgangssignal des beisomit bei der Abbildung nicht alle Raumfrequenzen spielsweise als Faraday-Käfig ausgebildeten Elektroglcichzcitig erfassen kann, ist man bestrebt, diejenige nenauffängers sich periodisch ändernde Anteile, und Fokussierung genau einzustellen, bei der entweder j_m Bereich der höchsten Oberwellen liegende Fredas breitestmögliche Frequenzband oder für die je- quenzen werden über einen Schmalbandverstärker weilige Untersuchung geeignete Kombinationen von ₃₅ einem Anzeigeinstrument zugeführt. Die Nachrege-Frequcnzbändern abgebildet werden. Hierzu muß lung der Fokussierung der Objektivlinse erfolgt soSpatial fractions contribute to the structure of the picture. Since one contains 30 scanned lines, the output signal of the electro-glossy signal, which is not all spatial frequencies in the image, for example as a Faraday cage, cannot be recorded, one endeavors to precisely set the periodically changing components and focus, in which either j _m range is the highest Fredas broadest possible frequency band lying in harmonic waves or suitable combinations of _{35 suitable combinations of 35 are} fed to a display instrument via a narrow band amplifier for the sequences. The post-excitation frequency bands are mapped. To do this, the objective lens must be focused in this way

lange, bis das Anzeigeinstrument maximale Amplituden anzeigt. Abgesehen davon, daß zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine zweiklcincn Abstand entweder oberhalb oder unterhalb 40 dimensionale Abtastung des gespeicherten Bildes der Objektebene liegt. Dieser Abstand liegt etwa im speziell mittels eines Elektronenstrahles vorgenommen wird, dagegen bei dem bekannten Verfahren eine linienförmige Abtastung des Momentanwertes der Stromdichteverteilung im Bild unter Verwendung 45 einer Relativbewegung zwischen Endbild und Elektronenauffänger, besteht der weitere Unterschied, daß das bekannte Verfahren nicht den bei der Erfindung verwendeten eindeutigen Zusammenhang zwischen der kontrastreichen Abbildung bestimmterlong until the display instrument shows maximum amplitudes. Apart from that, to carry out of the method according to the invention, a two-inch distance either above or below 40 dimensional scanning of the stored image the object plane. This distance is approximately made specifically by means of an electron beam is, on the other hand, a linear sampling of the instantaneous value in the known method the current density distribution in the image using a relative movement between the final image and the electron collector, there is another difference that the known method is different from that of the invention used clear connection between the high-contrast image of certain

Untersuchungen geltenden Absolutwerten des Ab- 50 Raumfrequenzen und der jeweiligen Fokussierung Standes Λ ζ zu eichen, da die Lage des Objektes von ausnutzt. Das bekannte Verfahren gestattet demnachInvestigations valid absolute values of the spatial frequencies and the respective focusing status Λ ζ to calibrate, since the position of the object is used. The known method therefore allows

Ebene im Abstand Δ ζ unmittelbar vor oder hinter dem Objekt zugeordnet werden kann, in der eine Stromdichteverteilung maximalen Kontrastes mit den Wellenlängen Λ dieser Komponente entsteht.Plane at a distance Δ ζ can be assigned directly in front of or behind the object, in which a current density distribution of maximum contrast with the wavelengths Λ of this component arises.

Bei der Abbildung mit dem Objektiv treten zusätzliche Phasenverschiebungen auf, welche die Folge haben, daß bei jedem gewählten Fokussierungswert gleichzeitig mehrere getrennte Bänder vonWhen imaging with the lens, additional phase shifts occur, which the As a result, for each selected focus value, several separate bands of

die Objektivlinse des Korpuskularstrahlmikroskops mit einer Genauigkeit von einigen nm auf eine Ebene fokussiert werden, die in einem definiertenthe objective lens of the particle beam microscope with an accuracy of a few nm to one That will be focused in a defined level

Bereich von 0 bis einigen 1000 nm. Die Einstellung allein unter visueller Beobachtung der Bildstrukturen ist für den hier verfolgten Zweck nicht exakt genug.Range from 0 to a few 1000 nm. Adjustment solely with visual observation of the image structures is not precise enough for the purpose pursued here.

Es ist im Hinblick auf die Kleinheit dieser Abstände auch nicht möglich, beispielsweise den Einsteller für den Erregerstrom der Objektivlinse im Falle einer elektromagnetischen Linse in für alleIn view of the smallness of these distances, it is also not possible to use the adjuster, for example for the exciting current of the objective lens in the case of an electromagnetic lens in for everyone

Untersuchung zu Untersuchung gewissen, wenn auch kleinen Abweichungen in axialer Richtung unterworfen sein kann.Examination to examination subject to certain, albeit small, deviations in the axial direction can be.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur genauen Fokussierung der Objektivlinse ist zur Lösung des vorstehenden Problems daher dadurch gekennzeichnet, daß durch Abtasten der Strukturen des von der Objektivlinse und gegebenenfalls weiterer LinsenThe inventive method for accurately focusing the objective lens is to solve the The above problem therefore characterized in that by scanning the structures of the Objective lens and possibly further lenses

nicht, eine im Hinblick auf die Abbildung bestimmter Raumfrequenzen gewählte Fokussierung der Objektivlinse genau einzustellen.not, a focusing of the objective lens selected with a view to imaging certain spatial frequencies precisely set.

Die Umsetzung der Raumfrequenzen in Zeitfrequenzen ist dabei ein durch die heutigen Möglichkeiten erforderliches Merkmal zur Analyse der Raumfrequenzen. Die Umsetzung kann fortfallen, sobald die Technik Möglichkeiten zur unmittelbarenThe conversion of spatial frequencies into time frequencies is one of today's possibilities Required feature for analyzing the spatial frequencies. The implementation can be omitted, as soon as the technology opportunities to immediate

entworfen, von einer Signalplatte gespeicherten Bildes 60 Analyse der Raumfrequenzen in einem Korpuskular-designed, image stored from a signal plate 60 Analysis of spatial frequencies in a corpuscular

des Objektes mittels eines Elektronenstrahls die strahlgerät geschaffen hat.of the object by means of an electron beam created the beam device.

vom Objekt jeweils in das Bild übertragenen Aus- Eine extrem genaue Fokussierung ist beispielsschnittc aus dem Raumfrequenzspektrum des Objek- weise dann erforderlich, wenn Korrekturelemcnte tes in Zeitfrequcnzcn umgesetzt und analysiert wer- für Linsensysteme nach Hoppe angewendet werden und daß die Erregung der Objektvilinse so lange 65 den sollen. Derartige Korrekturelemente bestehen verändert wird, bis im Bild die dem gewünschten bekanntlich aus einer Blende mit abwechselnd auf-Abstand Λ ζ zugeordneten aus dem öfTnungsfehler einanderfolgenden elektronendurchlässigen und elekder Objektivlinsc und der Wellenlänge des Korpus- tronenundurchlässigen Bereichen solcher Dimensio-An extremely precise focusing is required, for example, from the spatial frequency spectrum of the object, when correction elements are converted into time frequencies and analyzed for lens systems according to Hoppe and that the excitation of the object lens is so long 65 the should. Correction elements of this kind are changed until the electron-permeable and electrical objective lenses and the wavelength of the corpus-tron-impermeable areas of such dimensions associated with the desired one, as is known from a diaphragm with alternating spacing Λ ζ from the aperture error, are changed in the image.

nierung, daß nur bestimmten Phasenbedingungen genügende Wellen zur Bildentstehung beitragen können. Da demgemäß bei Verwendung nur einer dieser Korrekturblcnden eine Anzahl von Bildeinzelheitcn infolge Unterdrückung der ihnen zugeordneten Raumfrequenzen durch die Blende nicht im elektronenoptischen Bild wiedergegeben wird, ist bereits vorgeschlagen worden, mehrere dieser Korrekturblenden nacheinander zur Gewinnung eines Bildes der Objektstruktur zu verwenden, wobei die verschicdenen Korrekturblenden derart unterschiedlich bemessen und die Linsenerregungen beim Einsatz der verschiedenen Blenden so unterschiedlich gewählt sind, daß bei Verwendung der einzelnen Korrekturblenden, jeweils von den anderen Korrekturblenden unterdrückte Raumfrequenzen abgebildet werden.nation that only certain phase conditions sufficient waves can contribute to the formation of the image. Since, accordingly, when only one of these correction screens is used, a number of image details not in the electron-optical due to the suppression of the spatial frequencies assigned to them by the diaphragm Image is reproduced, several of these correction diaphragms have already been proposed to use successively to obtain an image of the object structure, the various Correction diaphragms sized differently and the lens excitations when using the different diaphragms are chosen so different that when using the individual correction diaphragms, Spatial frequencies suppressed by the other correction diaphragms are mapped.

Es ist ohne weiteres einzusehen, daß bei der Anwendung dieser modernen Technik zur Verbesserung der Bildqualität die zu erfassenden Raumfrequenzen mit größtem Kontrast abgebildet und demgemäß die zugehörigen Defokussierungen mit größter Genauigkeit eingestellt werden müssen.It is readily apparent that in using this modern technique for improvement the image quality, the spatial frequencies to be captured are mapped with the greatest contrast and accordingly, the associated defocuses must be set with the greatest possible accuracy.

Fig. 1 zeigt den theoretisch ermittelten und durch das Experiment bestätigten Zusammenhang zwischen den mit maximalem Kontrast abgebildeten reziproken Raumfrequenzen A und dem Abstand.I ζ der Fokussierungsebene von der Objektebene für eine bestimmte Objektivlinse. Als Eigenschaft der jeweiligen Linse geht nämlich der Öffnungsfehler C₀ in die hierfür maßgebende BeziehungFig. 1 shows the theoretically determined and confirmed by the experiment relationship between the reciprocal spatial frequencies A imaged with maximum contrast and the distance I ζ of the focussing plane from the object plane for a specific objective lens. As a property of the respective lens, the aperture error C _{0 is included} in the relevant relationship

Λ = λΛ = λ

y—> Q \ \-> Q · V^ Q j y-> Q \ \ -> Q · V ^ Q j

-1 2-1 2

3535

ein, in der λ die Wellenlänge der Korpuskularstrahlung, also eine durch die Strahlspannung des Mikroskops bestimmte Größe, und η eine positive oder negative ganze Zahl, den Wert Null eingeschlossen, darstellen.in which λ represents the wavelength of the corpuscular radiation, i.e. a quantity determined by the beam voltage of the microscope, and η represents a positive or negative whole number, including the value zero.

Wie das Diagramm nach Fig. 1 erkennen läßt, ist jedem Wert von Δ ζ ein bestimmtes Frequenzspektrum eindeutig zuordnet, so daß umgekehrt auch aus dem Auftreten eines bestimmten Raumfrequenzspektrums eindeutig auf eine bestimmte Defokussierung Δ ζ geschlossen werden kann.As the diagram according to FIG. 1 shows, a certain frequency spectrum is uniquely assigned to each value of Δ ζ , so that conversely, a certain defocusing Δ ζ can also be clearly deduced from the occurrence of a certain spatial frequency spectrum.

Häufig liegt die gewünschte Fokussierung in dem Bereich um den Scheitel S₀, so daß der vorliegende Abstandswert Jz infolge des schleifenden Schnittes mit der entsprechenden Ordinatenlinie aus der Kurve für /I = O und den hier ebenfalls einen wenig charakteristischen Verlauf aufweisenden Kurvenästen für positive Werte von η nur ungenau bestimmbar ist. Eine insbesondere für diesen Fall mit Vorteil zu verwendende Variante des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß für die jeweilige Objektivlinse theoretisch der zahlenmäßige Zusammenhang zwischen dem Abstand.Jζ der Fokussierungsebene von der Objektebene einerseits und den Wellenlängen .1 der bei den verschiedenen Fokussierungen abgebildeten Raumfrequenzen andererseits ermittelt wird, also bei Verwendung der oben zitierten Gleichung das Diagramm nach F i g. 1 zumindest in bestimmten Bereichen gezeichnet wird; daß ferner eine Fokussierung eingestellt wird, bei der aus dem ermittelten zahlenmäßigen Zusammenhang der zugeordnete Abstand Δ ζ mit großer Genauigkeit entnehmbar ist, und daß schließlich unter Verwendung dieses Abstandes als Bezugswert die Erregung der Objektivlinse um den zur Einstellung der gewünschten Fokussierung erforderlichen Betrag geändert wird.Often the desired focus lies in the area around the vertex S ₀ , so that the present distance value Jz as a result of the grinding cut with the corresponding ordinate line from the curve for / I = O and the curve branches, which also have a less characteristic course here, for positive values of η can only be determined imprecisely. A variant of the method that can be used with advantage in this case is characterized in that, for the respective objective lens, theoretically the numerical relationship between the distance.J ζ of the focussing plane from the object plane on the one hand and the wavelengths .1 of the spatial frequencies depicted in the different focussings on the other hand is determined, that is, when using the equation cited above, the diagram according to FIG. 1 is drawn in at least certain areas; that a focus is also set in which the associated distance Δ ζ can be inferred with great accuracy from the determined numerical relationship, and that finally, using this distance as a reference value, the excitation of the objective lens is changed by the amount required to set the desired focus.

Diese Variante ermöglicht also, unter Vermeidung einer nur ungenau durchführbaren meßtechnischen Ermittlung der den Scheitelpunkt S₀ (oder im Kurvenverlauf ähnlich liegender Werte) bestimmenden Größen, diesen Punkt in der Weise genau einzustellen, daß zunächst ein durch die bei ihm auftretenden Raumfrequenzen Λ eindeutig gekennzeichneter Wert der Defokussierung A z, beispielsweise bei 400 nm, eingestellt und dann der Linsenstrom derart geändert wird, daß die gewünschte Fokussierung, im Beispiel bei S₀, erreicht wird. Dabei dient der Wert des Linsenstromes bei dem Bezugswert der Defokussierung als Ausgangswert; die zum Erreichen der gewünschten Fokussierung erforderliche Änderung des Linsenstromes läßt sich als Funktion der Abstände. I ζ leicht für die Linse ermitteln. Für bestimmte Bereiche kann der Stromeinstellcr eine Eichung in nm tragen.This variant thus makes it possible, while avoiding an imprecisely feasible metrological determination of the values determining the apex S ₀ (or values similar in the curve), to set this point precisely in such a way that initially a value clearly identified by the spatial frequencies Λ occurring at it of the defocusing A z, for example at 400 nm, and then the lens current is changed in such a way that the desired focusing, in the example at S ₀ , is achieved. The value of the lens current for the reference value of the defocusing serves as the starting value; the change in the lens current required to achieve the desired focus can be given as a function of the distances. I ζ easily determine for the lens. For certain ranges the current adjuster can carry a calibration in nm.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anordnung kann in der Weise arbeiten, daß die in Zeitfrequenzen umgesetzten Raumfrequenzen beispielsweise einem als Analysator dienenden Filter mit Durchlaßbereichen für diejenigen Raumfrequenzen zugeführt werden, die bei der gewünschten Fokussierung bzw. bei dem als Bezugswert dienenden Abstand. I ζ vom Objektiv mit Kontrast übertragen werden. Nachgcschaltet kann eine Anzeigevorrichtung für die Frequenzen sein, die das Erreichen der gewünschten Fokussierung bzw. des Bezugswertes zu kontrollieren gestattet.A suitable arrangement for carrying out the method can operate in such a way that the in Time frequencies converted spatial frequencies with, for example, a filter serving as an analyzer Passbands for those spatial frequencies are supplied, which at the desired focus or at the distance used as a reference value. I ζ transferred from the lens with contrast will. Downstream can be a display device for the frequencies that the reaching of the to control the desired focus or the reference value.

Es ist jedoch auch möglich, eine automatische Fokussierung durchzuführen, indem man beispielsweise über frequenzselektive Verstärker einen einen Stromeinsteller für die Objektivlinse betätigenden Servomotor stillsetzt, sobald der Motor die für die gewünschte Fokussierung bzw. die für die den Bezugsabstand liefernde Fokussierung erforderliche Erregung der Objektivlinse eingestellt hat. Sobald also die der gewünschten Fokussierung bzw. dem Bczugsabstand zugeordneten Raumfrequenzen im Bild auftreten, gibt der Verstärker ein Kommando zum Stillsetzen des Servomotors, z. B. über ein den Stromkreis desselben unterbrechendes schncllarbeitendes Relais.However, it is also possible to carry out automatic focusing, for example by A current adjuster for the objective lens is actuated via frequency-selective amplifiers The servo motor stops as soon as the motor is used for the required focusing or for the reference distance supplying focus has set the required excitation of the objective lens. So soon the spatial frequencies associated with the desired focusing or the reference distance occur in the image, the amplifier gives a command to shut down the servomotor, e.g. B. via a circuit of the same interrupting high-speed relay.

Es ist aber auch möglich, nach Erreichen des Bezugswertes von Az in irgendeiner Weise nunmehr durch Tastendruck auf den Linsenstromeinstcller einen vorher gespeicherten Befehl zu geben, der beispielsweise durch einen nach Amplitude oder Zeitdauer im Hinblick auf die erforderliche Änderung der Linsenerregung bemessenen Stromimpuls realisiert ist.But it is also possible, after reaching the reference value of Az, to give a previously stored command in any way by pressing a button on the lens current adjuster, which is implemented, for example, by a current pulse measured according to amplitude or duration with regard to the required change in lens excitation.

Wenn auch bisher und in den folgenden Ausführungen von einer mit einem Erregerstrom arbeitenden, d.h. elektromagnetischen Objektivlinse die Rede ist, läßt sich die Erfindung doch auch bei elektrostatischen Linsen anwenden, bei denen die Spannung an Stelle des Stromes verändert werden muß.Even if so far and in the following explanations of one working with an excitation current, i.e. electromagnetic objective lens, the invention can also be used with electrostatic lenses Use lenses in which the voltage must be changed instead of the current.

Es kann zweckmäßig sein, als Objekt für die Einstellung der Fokussierung nicht ein im Mikroskop zu untersuchendes Material, sondern — falls vorhanden — eine dieses Material tragende Objektträgerfolie zu verwenden, da bekanntlich in solchen Trägerfolien mit Sicherheit alle Raumfrequenzen enthalten sind.It can be useful not to use a microscope as an object for adjusting the focus material to be examined, but - if available - a slide film carrying this material to use, since it is known that all spatial frequencies are certainly in such carrier films are included.

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Verursachen die Objektivlinse oder im Mikroskop Eine Einrichtung, die die Verwendung derselben vorhandene Blenden einen Astigmatismus endlicher Fernseheinrichtung sowohl zur Stigmatoreinstellung Größe, so macht sich dieser bekanntlich in der als auch zur genauen Fokussierung der Objektivlinsc Weise bemerkbar, daß die Fokussierung der Linse gestattet, zeichnet sich dadurch aus, daß das Abbci demselben Erregerstrom in zwei zueinander senk- 5 lenksystem der Fernseheinrichtung mit dem Ausrechten Richtungen unterschiedlich ist. Diese Tat- gangssignal einer Mischstufe gespeist ist, deren einer suche ist vcrständlichcrweisc bei dem hier behandcl- Eingang mit einem Ablenkgenerator verbunden und ten Problem der genauen Fokussierung der Objek- deren anderer Eingang zur Stigmatoreinslellung mit tivlinse auf eine Ebene von Bedeutung, zumal hier einem Drehfelderzeuger verbindbar ist. DilTcrenzcn in der Größenordnung von nm eine Rolle io Soll auch die Stigmatoreinstellung automatisiert spielen können. In Weiterbildung der Erfindung wird werden, so kann man den Frequenzanalysator auch daher vorgeschlagen, daß vor der Einstellung der mit einem Servomotor für die Stigmatorcinstellung gewünschten Fokussierung ein Stigmator für die Ob- verbinden.Cause the objective lens or microscope A device that uses the same existing diaphragms an astigmatism of finite television equipment both for stigmator setting Size, as is well known, this is made up of the as well as the precise focusing of the objective lens Way noticeable that allows the lens to focus, is characterized by the fact that the Abbci the same excitation current in two mutually perpendicular 5 steering systems of the television equipment with the right Directions is different. This act signal of a mixer is fed, one of which Search is understandably connected to the input treated here with a deflection generator and th problem of the exact focusing of the objects with other input to the stigmator setting tivlinse on a level of importance, especially since a rotating field generator can be connected here. DilTcrenzcn in the order of magnitude of a role io Should also automate the stigmator setting can play. In a further development of the invention, the frequency analyzer can also be used therefore suggested that before adjusting the using a servo motor for the stigmator adjustment desired focus a stigmator for the ob- connect.

jektivlinse auf optimale Astigmatismuskorrektur ein- Eine derartige Anordnung zeigt schematischlens for optimal astigmatism correction. Such an arrangement is shown schematically

gestellt wird. Derartige Stigmatoren und ihre Ein- 15 Fig. 2. Die einzelnen Bausteine enthalten, was alsis provided. Such stigmators and their input 15 Fig. 2. The individual building blocks contain what is called

stellmittel sind dem Fachmann auf diesem Gebiet in Vorteil der Erfindung zu werten ist, an sich bekannteAdjusting means are known per se to the person skilled in the art in this field as an advantage of the invention

verschiedenartigen Ausführungen wohlbekannt, so Schaltungen, so daß diese in ihrem grundsätzlichenvarious designs are well known, so circuits so that these in their fundamental

daß hier auf ihre- Beschreibung verzichtet werden Aufbau lediglich schematisch angedeutet sind,that their-description is dispensed with here, the structure is only indicated schematically,

kann. Es handelt sich in diesem Ausführungsbeispiel beican. In this exemplary embodiment, it is at

Nach dieser von der Einstellung der Fokussierung 20 der einzustellenden Linse um die elektromagnetischeAfter this from the adjustment of the focus 20 of the lens to be adjusted to the electromagnetic

erfolgenden Astigmatismusbeseitigung hat man also Objektivlinse 1 eines Elektronenmikroskops, die intaking place astigmatism removal so one has objective lens 1 of an electron microscope, which in

im Idealfall in allen in einer Ebene senkrecht zur üblicher Weise unterhalb der Ebene 2 des von demideally in all in a plane perpendicular to the usual way below the plane 2 of the of the

Achse des Korpuskularstrahlmikroskops liegenden Elektronenstrahl 3 beaufschlagten Objektes angcord-Axis of the particle beam microscope lying electron beam 3 acted upon object angcord-

Richtungcn dieselbe Fokussierung der Linse. Es ist . net ist. Unterhalb der Objektivlinse 1 befindet sichDirection of the same focusing of the lens. It is . net is. Below the objective lens 1 is located

jedoch auch möglich, den Stigmator für die Objek- 25 der ihr zugeordnete Stigmator 4, der in diesem Aus-however, it is also possible to use the stigmator for the objects 25 of the stigmator 4 assigned to it, which in this embodiment

tivlinse erst nach Einstellung der gewünschten Fo- führungsbeispicl als elektromagnetischer Stigmatortivlinse only after setting the desired example as an electromagnetic stigmator

kussicrung derselben auf optimale Astigmatismus- aus stromdurchflosscnen Spulen aufgebaut sein möge,kissing the same on optimal astigmatism may be built up from current-flowing coils,

korrektur einzustellen. Man muß dann dafür sorgen, Der Abbildungsteil des Mikroskops enthält fernerset correction. One must then ensure that the imaging part of the microscope also contains

daß die eingestellte (gewünschte) Fokussierung in die Projcktivlinse 5 und unter dieser in diesem Aus-that the set (desired) focus into the projection lens 5 and under this in this position

ciner Richtung erhalten bleibt und die Fokussierung 3° führungsbeispiel einen Durchsichtlcuchtschirm 6.Ciner direction is retained and the focus 3 ° guide example a see-through screen 6.

in der dazu senkrechten Richtung durch die Einstel- Das auf diesem Leuchtschirm 6 entworfene Bild ge-in the direction perpendicular to it through the setting The image drawn on this luminescent screen 6 is

Iung des Stigmators der Fokussierung in der erst- langt über die zur optischen Ankopplung dienendeIung the stigmator of the focus in the first reaches over the one used for the optical coupling

genannten Richtung angeglichen wird. Tandemoptik 7 zur Signalplatte 8 der Fernschein-mentioned direction is adjusted. Tandem optics 7 for the signal plate 8 of the

Zur Abtastung der Bildstrukturen und damit zur richtung 9 ist mit 10 bezeichnet; es wird über dieTo scan the image structures and thus to the direction 9 is denoted by 10; it will be about the

Umwandlung der Raumfrequcnzen in Zeitfrequenzen 35 Mischstufe 11, auf deren Bedeutung noch einzugehenConversion of spatial frequencies into time frequencies 35 mixer 11, their meaning will be discussed below

wird man bei der bevorzugten Ausführungsform der ist, von dem Ablenkgenerator 12 mit Zcilenablenk-one is in the preferred embodiment that of the deflection generator 12 with Zcilenablenk-

Erfindung eine Fernseheinrichtung verwenden, deren impulsen beaufschlagt.Invention use a television equipment whose pulses are applied.

Videosignal die durch die Umwandlung gewonnenen Betrachtet man zunächst den Fall der Einstellung Zeitfrequenzen enthält und an den Analysator ab- der Fokussierung der Objektivlinse 1, so ist der gibt. Die Abtastung erfolgt dabei in üblicher Form 4° Schalter 51 geöffnet und demgemäß der Drehfeldzeilenweise, d. h., das Ablenksystem der Fernsehein- erzeuger 13 von dem einen Eingang der Mischstufe richtung ist mit einem Zeilenablenkgenerator ver- 11 abgeschaltet. Entsprechend der durch die dann buridcn. rein zeilenmäßig erfolgende Abtastung ermittelten Diese Fernseheinrichtung kann man zugleich zur- Stromdichteverteilung in der Endbildebene 6 enthält Einstellung des Stigmators auf optimale Astigmatis- 45 das Videosignal zeitfrequente Anteile, die den im muskorrektur verwenden, wenn man gemäß einem Endbild enthaltenen Raumfrequenzen entsprechen, früheren Vorschlag die Bildstrukturen mit der Fern- Diese Anteile gelangen nach Vorverstärkung in dem seheinrichtung wiederum zeilenweise abtastet, aber Vorverstärker 14 zu dem Analysator 15, der in diedas Zeiiensystem der Einrichtung mit einer solchen sem Ausführungsbeispiel ein Schmalbandverstärker Geschwindigkeit rotieren läßt, daß es in der für meh- 5° ist. Es kann sich dabei aber auch um eine andere rerc Bildabtastungen erforderlichen Zeit eine Um- Filteranordnung, gegebenenfalls auch unter Verwendrehung vollführt; die Einstellung des Stigmators dung eines Tonfrequeiugenerators, handeln, wobei wird dann verändert, bis ein ausgefilterter hochfre- die Durchlaßbereiche so gewählt sind, daß die der qucntcr Anteil des Videosignals eine zeitlich zumin- gewünschten Fokussierung, d. h. dem gewünschten dcst ungefähr konstante Amplitude besitzt. Dabei 55 Abstand Az, zugeordneten Raumfrequenzen bei wird von der Tatsache ausgegangen, daß im Falle ihrem Auftreten durchgelassen werden, eines endlichen Astigmatismus im Bild unterschied- Bei der betrachteten Einstellung der Fokussierung liehe Defokussierungcn in zueinander senkrechten hat der Schalter 52 die dargestellte Lage, so daß die Richtungen vorliegen. Dies hat zur Folge, daß in die- durchgelassenen Frequenzen nach Gleichrichtung in sen Richtungen unterschiedliche Raumfrequenzen ^6o der Gleichrichteranordnung 16 der Servosteuerung auftreten. Tastet man das Bild zellenförmig unter 17 zugeführt werden, die das Arbeiten des mit Po-Drehung des Zeilcnsystems ab und filtert man einen tentiometern ausgerüsteten Linsenstromeinstellers 18 Frequenzanteil des Videosignals aus, so enthält die- für die Objektivlinse kontrolliert. In dem dargestellscr bei einem endlichen Astigmatismus zeitliche ten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß beim Schwankungen seiner Amplitude, die mit vcrschwin- 65 Erreichen des gewünschten Abstandes A ζ infolge elendem Astigmatismus ebenfalls verschwinden. Man Auftretens vorgewählter Raumfrequenzen, die in kann auch beide Einstellvorgängc gleichzeitig vor- Gestalt der ihnen entsprechenden Zeitfrequenzen nehmen. nach Gleichrichtung an das Relais 17a gelangen,Video signal obtained by the conversion. If one first considers the case of setting time frequencies and then to the analyzer from focusing the objective lens 1, then there is. The scanning takes place in the usual form 4 ° switch 51 open and accordingly the rotating field line-wise, that is, the deflection system of the television generator 13 from one input of the mixing stage direction is switched off with a line deflection generator. According to the buridcn by the then. This television equipment can also be used for the current density distribution in the final image plane 6 contains setting of the stigmator to optimal astigmatism 45 the video signal time-frequency components that use the spatial frequencies contained in the muscorrection if one corresponds to the spatial frequencies contained in a final image, earlier proposal the image structures With the remote these components get after preamplification in the viewing device again scanned line by line, but preamplifier 14 to the analyzer 15, which rotates in the line system of the device with such an embodiment a narrow band amplifier that it rotates in the for several 5 ° is. However, a re-filter arrangement can also be carried out at a different time required for rerc image scans, possibly also with use; the setting of the stigmator using an audio frequency generator, which is then changed until a filtered out high frequency pass band is selected so that the qucntcr portion of the video signal has a temporally at least desired focus, ie the desired dcst approximately constant amplitude. At 55 distance Az, assigned spatial frequencies, the assumption is made that if they occur, a finite astigmatism is differentiated in the image the directions exist. As a result, after rectification in the directions in the transmitted frequencies, different spatial frequencies ^{60 of} the rectifier arrangement 16 of the servo control occur. If the image is scanned in cell form under 17, which functions with the Po-rotation of the line system, and if a lens current adjuster 18 equipped with a tentiometer is used to filter out the frequency component of the video signal, it contains the controlled for the objective lens. In the illustrative embodiment, which is temporal for a finite astigmatism, it is assumed that, when its amplitude fluctuates, which fluctuates as the desired distance A ζ is reached, due to poor astigmatism, also disappear. Preselected spatial frequencies can also occur in both setting processes at the same time. get to relay 17a after rectification,

dieses Relais einen Kontakt im Stromkreis des Servomotors 17 öffnet und dadurch den Motor zum Stehen bringt. Dann bleibt die Einstellung des Linsenstromeinstellers 18 also erhalten.this relay makes a contact in the circuit of the Servo motor 17 opens and thereby brings the motor to a standstill. Then the setting of the lens current adjuster remains 18 so received.

Für die Stigmatoreinstellung werden in diesem Ausführungsbeispiel die Schalter 51 und 52 umgelegt. Das Umlegen des Schalters 51 bedeutet die bereits beschriebene Drehung des •.Zeilenablenksystems der Fernseheinrichtung 9, so daß über den Vorverstärker 14 dem Verstärker 15 ein Frequenzanteil des Videosignals mit wechselnder Amplitude zugeführt wird. Diese Amplitudenschwankung wird in dem Gleichrichter 19 gleichgerichtet und betätigt die Servosteuerung 20 für den Stigmatoreinsteller 21, und zwar in der Weise, daß die Einstellung des Stig- »5 mators 4 so lange verändert wird, bis infolge Kompensation des Astigmatismus durch den Stigmator der verstärkte Frequenzanteil des Videosignals eine zumindest ungefähr konstante Amplitude besitzt.For the stigmator setting, the switches 51 and 52 are thrown in this embodiment. The flip of the switch 51 means the rotation of the line deflection system already described the television device 9, so that the amplifier 15 via the preamplifier 14 a frequency component of the video signal is supplied with changing amplitude. This amplitude fluctuation is rectified in the rectifier 19 and actuates the servo control 20 for the stigmator adjuster 21, in such a way that the attitude of the Stig- »5 mators 4 is changed until the stigmator compensates for the astigmatism the amplified frequency component of the video signal has an at least approximately constant amplitude.

Will man die Fokussierung und die Stigmatoreinstellung gleichzeitig vornehmen, so können die Schalter 51 und 52 fortfallen. Auch kann statt der beiden Gleichrichter 16 und 19 eine gemeinsame Gleichrichteranordnung vorhanden sein.If you want to set the focus and the stigmator at the same time, the Switches 51 and 52 are omitted. Instead of the two rectifiers 16 and 19, a common one can also be used Rectifier arrangement be available.

Ein großer, die Genauigkeit der Fokussierung erst ermöglichender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei der Feineinstellung der Fokussierung eine visuelle Beobachtung mit ihren bekannten Mangeln vermieden wird. Es genügt, eine Grobeinstellung unter Beobachtung des Kontrastes des Leuchtschirmbildes vorzunehmen, während die anschließende Feineinstellung mit Linsenströmen in der Größenordnung von μ,I in der beschriebenen objektiven Weise durchgeführt wird.A great advantage of the method according to the invention which only enables the accuracy of the focusing is that when fine-tuning the focus a visual observation with their known defects is avoided. It is sufficient to make a rough adjustment while observing the contrast of the luminescent screen image, while the subsequent fine adjustment with lens currents in of the order of μ, I is carried out in the objective manner described.

Als Kriterien für das Erreichen einer bestimmten Fokussierung, d.h. eines bestimmten Abstandes Iz, wird man in der Regel das gleichzeitige Auftreten mehrerer definierter Frequenzbänder nehmen. Man kann aber auch die Breite eines Frequenzbandes oder einer kleinen Anzahl von Frequenzbändern hierzu benutzen, da auch diese von der jeweiligen Fokussierung abhängig ist.As criteria for achieving a certain focus, i.e. a certain distance Iz, one will usually take the simultaneous occurrence of several defined frequency bands. Man but can also be the width of a frequency band or a small number of frequency bands for this purpose use, as this also depends on the respective focus.

Claims

Patent claims:

1. A method for focusing the objective lens of a particle beam microscope, in particular an electron microscope, on a focussing plane assigned to the image plane on the object side, which is at a predetermined distance Δ ζ (^ 0) from the object, thereby ge ken nzeich η et that by scanning the structures of the Image of the object, designed by the objective lens, and possibly further lenses, stored by a signal plate, by means of an electron beam, the sections of the spatial frequency spectrum of the object transferred into the image are converted into time frequencies and analyzed, and that the excitation of the objective lens is changed for so long is, to the image associated with the the desired Abstand.I ζ occur from the mathematically determined spherical aberration of the objective lens and the wavelength of corpuscular beam spatial frequencies.

2. The method according to claim 1, characterized in that a focus is set in which the associated distance Λ ζ can be removed with great accuracy from the spatial frequencies occurring in the image, and that finally, using this distance as a reference value, the excitation of the objective lens the amount required to set the desired focus is changed,

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that before setting the desired Focusing a stigmator for the objective lens on optimal astigmatism correction is set.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that after the setting of the desired focusing a stigmator for the objective lens in such a way for optimal astigmatism correction is set so that the focus remains in one direction and the focus aligned in the direction perpendicular to the focusing in the first-mentioned direction will.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that as an object for A slide slide is used to adjust the focus.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that for adjustment the focusing, the image structures are scanned line by line by means of a television device and the video signal of the same is frequency-analyzed.

7. The method according to claim 6, characterized in that for setting the stigmator the image structures are scanned line by line by means of the television device, the line system of which rotates at such a speed that it is sufficient for several image scans Time completes one revolution, and that the setting of the stigmator is changed until a filtered frequency component of the Video signal has a temporally at least approximately constant amplitude.

8. Arrangement for performing the method according to claim 6, characterized in that that a frequency-selective amplifier is connected to the television equipment.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the amplifier has a one Current adjuster for the objective lens actuating servo motor stops as soon as it is the one required for the desired Focusing or the focus required for the reference distance Has stopped energizing the objective lens.

10. Arrangement for performing the method according to claim 7, characterized in that that the deflection system of the television equipment is fed with the output signal of a mixing stage one input of which is connected to a deflection generator for the line deflection and its other input for stigmator adjustment can be connected to a rotating field generator is.

1 sheet of drawings 109 648/159