DE1927038C3 - Steoroskopisches Abtastelektronenmikroskop - Google Patents
Steoroskopisches AbtastelektronenmikroskopInfo
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
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- H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
- H01J37/1478—Beam tilting means, i.e. for stereoscopy or for beam channelling
Description
Die Erfindung betrifft ein stereoskopisches Abtastelektronenmikroskop
mit einem Kondensorlinsensystem, das einen Elektronenstrahl auf ein Objekt fokussiert, einer Rasterablenkvorrichtung, die das
Objekt mit dem fokussierten Elektronenstrahl rasterförmig abtastet, einer Spannungsquelle, welche an die
Rasterablenkvorrichtung eine entsprechende Ablenkspannung legt, einem Detektor, welcher die von der
Objektoberfläche kommenden Elektronen registriert, und einer Wiedergabevorrichtung, die ein von dem
Detektor empfangenes Signal mittels Kathodenstrahlen in Form eines Bildes auf einem Bildschirm darstellt und
deren Ablenksystem mit der Rasterablenkvorrichtung synchronisiert ist, bei dem für den Stereobetrieb des
weiteren benachbart zum Kondensorlinsensystem eine Umschaltablenkeinheit vorgesehen ist, mit der die
Einfallswinkel des Elektronenstrahls auf das Objekt zwischen zwei Werten alternierend veränderbar sind
und die mit der Rasterablenkvorrichtung so gekoppelt ist, daß auf dem Bildschirm zwei den beiden
Einfallswinkeln des Elektronenstrahls entsprechende ">
Bilder beobachtbar sind.
Ein derartiges Abtastelektronenmikroskop ist in der älteren deutschen Patentanmeldung P 19 17 065.1-33
(DE-OS 19 17 065) vorgeschlagen worden.
in jedoch nicht zu ersehen, wie auf der Wiedergabevorrichtung,
insbesondere auf einer Kathodenstrahlröhre, ein Stereoskopbild in Abhängigkeit von der Abtastung
der Objektoberfläche wiedergegeben wird.
i*i weise aus IEEE-Spektrum Band 4,1967, Nr. 10, Seiten
96—102, bekannt sind, wird ein Elektronenstrahl von
einer Elektronenquelle erzeugt und durch ein Kondensorlinsensystem auf ein Objekt fokussiert Ober eine
Rasterablenkvorrichtung wird die Probe mit dem
-'Ii fokussierten Elektronenstrahl rasterförmig abgetastet
wobei eine Spannung einer Quelle für die Rasterung an die Rasterablenkvorrichtung angelenkt wird. Die von
der Probenoberfläche abgelösten Elektronen werden einem Detektor zur Registrierung zugeführt In einer
-'■> Kathodenstrahlröhre ist ein Ablenksystem derart mit
dem Ablenksystem der Rasterablenkvorrichtung synchronisiert daß das von dem Detektor erhaltene Signal
in Form eines Bildes auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre dargestellt wird.
so Ferner sind zur Herstellung stereoskopischer Bilder aus der deutschen Patentschrift 910944 und »Die
Naturwissenschaften« 1946, Heft 12, Seite 367, Elektronenmikroskope bekannt, bei denen über eine Umschaltablenkeinheit,
die benachbart zum Kondensorlinsensy-
i"> stern angebracht und jeweils erregt wird, der auf das
Objekt auffallende Elektronenstrahl entsprechend zwei verschiedenen Einfallswinkeln alternierend hin- und
herbewegt wird. Die bekannten Stereoelektronenmikroskope sind vom Durchstrahlungstyp, so daß der
M) Elektronenstrahl das Objekt unter zwei verschiedenen
Einfallswinkeln durchsetzt. Das Elektronenbild wird abwechselnd auf zwei Leuchtschirmen wiedergegeben.
Aus der deutschen Patentschrift 9 10 944 ist dabei ferner bekannt, daß der optische Strahlengang zwischen dem
4> Bildschirm und den beiden Augen des Betrachters
synchron zu der Erregung der Umschaltablenkvorrichtung in der Weise unterbrochen wird, daß jeweils ein
Auge ein Bild des Objektes sieht das einem der beiden Einfallswinkel des Elektronenstrahles zugeordnet ist.
ίο Bei den bekannten Stereoelektronenmikroskopen
vom Durchstrahlungstyp, bei denen keine Abrasterung des Objekts erfolgt genügt es zur dreidimensionalen
Wiedergabe, die Elektronenbilder den Augen des Beobachters synchron mit der Schaltfrequenz der
Vi Umschaltablenkeinheit zuzuführen. Um eine stereoskopische
Wiedergabe zu ermöglichen, reicht es beim Durchstrahlungselektronenmikroskop aus, eine entsprechende
Dimensionierung der Objektivblende vorzusehen. Für die stereoskopische Bildwiedergabe bei
W) Abtastelektronenmikroskopen vom Reflexionstyp
reicht dies nicht aus, um während der Abtastung der Objektoberfläche gleichzeitig eine stereoskopische
Bildwiedergabe zu ermöglichen, da auf dem Bildschirm der Wiedergabevorrichtung nur während den Raster-
si Abtastzeiten Bilder erscheinen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Abtastelektronenmikroskop vom Reflexionstyp zu zeigen, bei dem
das Objekt rasterförmig abgetastet wird und auf der
Wiedergabevorrichtung ein stereoskopisch beobachtbares Bild während der Abtastung des Objektes
erhalten wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Abtastelektronenmikroskop der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst daß eine Unterbrechungseinrichtung vorgesehen ist die synchron zur Umschaltablenkeinheit
auf der Wiedergabevorrichtung jeweils ein Bild für ein Auge eines Beobachter freigibt das einem der beiden
Einfallswinkel des fokussieren Elektronenstrahles entspricht
Um zu ermöglichen, daß jeweils ein Bild für ein Auge
eines Beobachters freigegeben wird, kann die Unterbrechungseinrichtung
zwischen der Wiedergabevorrichtung und den Augen des Beobachters einen Schieber aufweisen. Dieser Schieber wird hierbei synchron zur
Umschaltablenkeinheit betätigt
Auch ist es möglich, daß an Stelle des Schiebers die Wiedergabevorrichtung zwei getrennte Wiedergabegeräte
aufweist In Abhängigkeit von der alternierenden Veränderung der Einfallswinkel erscheint t'ii jeweils
einem Gerät ein Bild, das jeweils mit einem Auge betrachtet werden kann.
Um bei der dreidimensionalen Wiedergabe den günstigsten stereoskopischen Effekt zu erhalten, kann
das an die Umschaltablenkeinheit angelegte Signal mit einem veränderlichen Verstärkungsgrad beaufschlagt
werden.
Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung dient der weiteren
Erläuterung der Erfindung. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
F i g. 2 eine Darstellung des an die Rasterablenkvorrichtung angelegten Stromes und der Wellenform der
Vorspannung, die an die in F i g. 1 gezeigte Wiedergabevorrichtung angelegt wird,
Fig.3 und 4 eine Darstellung des Verlaufes des
Elektronenstrahlganges,
Fig.5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei dem nur ein einziges Wiedergabegerät Verwendung findet,
F i g. 6 die Darstellung eines in F i g. 5 verwendeten Schiebers.
Bei dem in F i g. 1 gezeigten Abtastelektronenmikroskop enthält ein Gehäuse 1 eine Kammer 2 mit einer
Kathode 3, einem Wehneltzylinder 4 und einer Anode 5, ein Kondensorlinsensystem 6, um den in der Kammer 2
erzeugten Elektronenstrahl auf ein Objekt 7 zu fokussieren, und eine Objektkammer 9, die einen
Objektträger 8 enthält, sowie eine Umschaltablenkeinheit 10 und eine Rasterablenkvorrichtung 11, die
zwischen dem Kondensorlinsensystem 6 und der Objektkammer 9 angeordnet sind. Die Umschaltablenkeinheit
10 dient dazu, den Einfallswinkel des auf die Objektoberfläche einfallenden Elektronenstrahles zwischen
zwei Werten umzuschalten. Die Rasterablenkvorrichtung 11 dient der Abtastung. Nach je einer
Abtastung des Bildfeldes durch den Elektronenstrahl wird von einer Spannungsquelle 13 für die Abtastung ein
Signal an eine zu einer Unterbrechungseinrichtung gehörigen Schaltung 14 in der Weise gelegt, daß der
Strom, der über einen Verstärker 15 an der Umschaltablenkeinheit 10 anliegt, umgekehrt wird, was zu einer in
F i g. 2 (A)gezeigten Änderung dieser Ströme führt. Aus F i g. 2 (A)geht hervor, daß nach Ablauf von bestimmten
Abtastzeiten — entsprechend O bis fi, fi bis h, usw. —
der Einfallswinkel der Elektronenstrahlen 12 durch die Umschaltablenkeinheit 10 geändert wird Dies führt zu
in Fig.3 und 4 dargestellten Strahlengängen des
Elektronenstrahles. Weiterhin werden zwei Rechteckimpulsfolgen gemäß Fig.2 (B) und 2 (C) von der
ί Schaltung 14 über Verstärker 16a und 166 an Signaleingänge von Kathodenstrahlröhren 17a und \7b
gelegt Um das Ablenksystem der Kathodenstrahlröhren mit der Abtastung der Elektronenstrahlen zu
synchronisieren, wird ein Signal von der Spannungs-
Ki quelle 13 auf die Ablenksysteme 18a und 186 der
Kathodenstrahlröhren gegeben. Demgemäß findet auf den Kathodenstrahlröhren nur dann eine Ablenkung
des Kathodenstrahls statt, wenn die Polarität der an die Signaleingänge der entsprechenden Kathodenstrahl-
ί röhren anliegenden Spannung positiv ist
Im folgenden soll die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels von dem Augenblick an beschrieben
werden, an dem der Einfallswinkel dem in F i g. 1 mit 12a bezeichneten Strahlengang entspricht (wenn der an der
Umschaltablenkeinheit 10 anliegende Strom positiv ist, d. h. im Zeitraum O bis ti von F i g. 2). Unter diesen
Bedingungen wird die Objektoberfläche, wie in F i g. 3 gezeigt, in einem Raster abgetastet wobei während
dieses Zeitraumes nur auf der Kathodenstrahlröhre 17a ein Bild erscheint da die Polaritäten der Spannungen
2 (B) und 2 (C) positiv bzw. negativ sind. Gleichzeitig werden aus der Objektoberfläche abgelöste Elektronen
19 von einem Detektor 20 aufgefangen. Das entstehende Signal wird von einem Verstärker 21 verstärkt und an
id die Signaleingänge der Kathodenstrahlröhren angelegt,
wobei nur auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 17a ein Bild entsteht Obwohl das Signal auch an dem
Signaleingang der Kathodenstrahlröhre 176 anliegt, erscheint auf dem Bildschirm dieser Röhre kein Bild, da
π die Polarität der anliegenden Vorspannung negativ ist
und daher keine Ablenkung erfolgt Sobald das erste Bildfeld abgetastet ist, wird die Polarität des von der
Schaltung 14 gelieferten Signals umgekehrt. Für die Abtastung eines zweiten Bildfeldes (von fi bis (2), wird
die Spannung von F i g. 2 (A) und 2 (B) negativ und die von 2 (C) positiv. Dies führt dazu, daß sich der
Einfallswinkel des Elektronenstrahles ändert und den durch 126 dargestellten Strahlengang annimmt, wobei
gleichzeitig die Wiedergabe von der Kathodenstrahl-
4ΐ röhre 17a auf die Kathodenstrahlröhre 17Z>
übergeht, so daß das Bild jetzt auf der letzteren erscheint.
Das Bild, das jeweils dem Strahlengang 12a zugeordnet ist, wird auf der Kathodenstrahlröhre 17a
wiedergegeben und das Bild, das dem Strahlengang 12b
■-,ι) zugeordnet ist, wird jeweils auf der Kathodenstrahlröhre
17f> wiedergegeben. Die oben angegebene Aufeinanderfolge
wiederholt sich. Die auf den entsprechenden Kathodenstrahlröhren wiedergegebenen Bilder können
über ein optisches System mit Spiegeln 22a, b und 23a, b
v, für beide Augen getrennt und unabhängig voneinander
betrachtet werden. Sie liefern ein Bild, das dem entspricht, das man erhalten würde, wenn man das
rechte und das linke Auge in einer Linie mit den Strahlenachsen 12a und Mb bringen würde. Man sieht
mi also ein stereoskopisches Bild des jeweiligen Objektes.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man jeder Zeilen-Abtastung eine Umschaltung des Einfallswinkels
stattfindet.
Der Einfallswinkel beim jeweiligen Strahlengang 12a
Der Einfallswinkel beim jeweiligen Strahlengang 12a
hi und *7b, der in Fig. 1 mit β bezeichnet ist, hängt im
wesentlichen von der Amplitude der an die Umschaltablenkeinheit 10 über den Verstärker 15 angelegten
Impulsfolgen ab.
Man kann daher mit dem Verstärker 15 durch eine Änderung des Verstärkungsgrades denjenigen Einfallswinkel
wählen, der den jeweils günstigsten stereoskopischen Effekt liefert.
F i g. 5 zeigt eine veränderte Ausführungsform des in
F i g. 1 dargestellten stereoskopischen Abtastdektronenmikroskops,
wobei nur eine einzige Kathodenstrahlröhre verwendet wird. In diesem Fall muß jedoch der
Bildschirm mit einer Schicht von geringer Nachleuchtdauer überzogen sein. Ein Schieber 24 ist zwischen der
Kathodenstrahlröhre 17 und dem Betrachter angebracht Er besteht gemäß F i g. 6 aus einer Grundplatte
25, in der zwei öffnungen 26a und 266 angebracht sind, sowie einer Verschlußplatte 27, die über ein Verbindungsstück
29 mit einer Eisenplatte 28 verbunden ist. Das Verbindungsstück ist auf der Grundplatte 25 derart
befestigt, daß es frei um eine Achse 30 gedreht werden kann. Des weiteren sind zwei Spulen 31a und 316 so
angebracht, daß von ihnen bei jeweiliger Erregung die Verschlußplatte 27 von einer öffnung zur anderen
bewegt werden kann.
Die elektrische Versorgung erfolgt über einen Verstärker 16 von der Schaltung 14 aus in der Weise,
daß der Schieber synchron mit der Umschaltung der Strahlenachse hin- und herschwingt. Wenn sich die
Verschlußplatte 29 in der in F i g. 6 gezeigten Stellung befindet und der Strahlengang so verläuft wie in F i g. 1
bei 12a dargestellt ist, wird das Bild auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 17 nur für das linke Auge des
Betrachters sichtbar. (Die Darstellung des Schiebers in F i g. 6 zeigt eine Ansicht der Seite, die der Kathodenstrahlröhre
zugekehrt ist.) Das Bild, das dem Strahlengang 12a entspricht, wird also von dem linken Auge
gesehen. Sobald jedoch das Bild, welches dem Strahlengang \2b entspricht, auf dem Bildschirm
erscheint, schwingt die Verschlußplatte 27 in ihre andere Stellung, so daß die Öffnung 26a freigegeben wird und
das Bild vom rechten Auge des Betrachters gesehen werden kann.
Wenn man einen derartigen Bildwechsel mit einer größeren Frequenz als vom menschlichen Auge
wahrnehmbar durchführt, sieht man auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre ein stereoskopisches Bild
Anstelle des beschriebenen Schiebers 24 können jedoch auch andere Vorrichtungen verwendet werden, die eine
mit der Umschaltung des Strahlengangs synchrone Unterbrechung in den optischen Strahlengängen zwischen
dem Bildschirm und den beiden Betrachteraugen ermöglichen. Hierzu können Anordnungen, die aus
Polarisationsfiltern und Kerrzellen bestehen, oder umlaufende Sektorscheiben verwendet werden.
Mit der oben beschriebenen Anordnung ist es möglich, ein stereoskopisches Bild auf dem Bildschirm
einer Kathodenstrahlröhre oder von anderen geeigneten Wiedergabevorrichtungen von dem Augenblick ar
zu sehen, an dem das Objekt in seine Halterung eingesetzt ist Es ist auch möglich, ein stereoskopische!
Bild des Objektes zu betrachten, wenn dieses beliebig während der Beobachtung verschoben wird. Weiterhir
kann der Konvergenzwinkel rasch eingestellt werden um den günstigsten stereoskopischen Effekt bei dei
dreidimensionalen Betrachtung zu erhalten.
Claims (4)
1. Stereoskopisches Abtastelektronenmikroskop mit einem Kondensorlinsensystem, das einen Elektronenstrahl
auf ein Objekt fokussiert, einer Rasterablenkvorrichtung, die das Objekt mit dem
fokussierten Elektronenstrahl rasterförmig abtastet, einer Spannungsquelle, welche an die Rasterablenkvorrichtung
eine entsprechende Ablenkspannung legt, einem Detektor, welcher die von der Objektoberfläche
kommenden Elektronen registriert, und einer Wiedergabevorrichtung, die ein von dem
Detektor empfangenes Signal mittels Kathodenstrahlen in Form eines Bildes auf einem Bildschirm
darstellt und deren Ablenksystem mit der Rasterablenkvorrichtung synchronisiert ist, bei dem für den
Stereobetrieb des weiteren benachbart zum Kondensorlinsensystem eine Umschaltablenkeinneit
vorgesehen ist, mit der die Einfallswinkel des Elektronenstrahles auf das Objekt zwischen zwei
Werten alternierend veränderbar sind und die mit der Rasterablenkvorrichtung so gekoppelt ist, daß
auf dem Bildschirm zwei den beiden Einfallswinkeln des Elektronenstrahls entsprechende Bilder beobachtbar
sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterbrechungseinrichtung (14,24) vorgesehen
ist, die synchron zur Umschaltablenkeinheit (10) auf der Wiedergabevorrichtung (17, 17a, Ub)
jeweils ein Bild für ein Auge eines Beobachters freigibt, das einem der beiden Einfallswinkel des
fokussierten Elektronenstrahles (12a, 12b) entspricht
2. Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungseinrichtung zwischen der Wiedergabevorrichtung
(17) und den Augen des Beobachters einen Schieber (24) aufweist (F ig. 5).
3. Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabevorrichtung
(17a, I7b)zv/e\ getrennte Wiedergabegeräte
aufweist (F i g. 1).
4. Abtastelektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Verstärker (15) mit veränderlichem Verstärkungsgrad für das an die Umschaltablenkeinheit (10)
angelegte Signal vorgesehen ist.
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