DE2205877A1

DE2205877A1 - electron microscope

Info

Publication number: DE2205877A1
Application number: DE19722205877
Authority: DE
Inventors: David Charles Southampton; Booker Graham Roger Woodstock Oxfordshire; Joy (Großbritannien)
Original assignee: Cambridge Scientific Instruments Ltd
Current assignee: Cambridge Scientific Instruments Ltd
Priority date: 1971-02-12
Filing date: 1972-02-08
Publication date: 1972-08-24
Also published as: GB1315945A; US3786271A

Description

El ektronenmikro skopElectron microscope

Die Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop, bei dem ein Elektronenstrahl auf die Oberfläche eines abzubildenden Objektes gerichtet und wenigstens ein Detektor zur Aufnahme der Wirkungen des auftreffenden Elektronenstrahls auf das Objekt und zur Anzeige der sich ergebenden Informationen vorgesehen ist, ferner der Elektronenstrahl einen Bereich der Objektoberfläche linear abtasten kann sowie um einen festen Punkt auf der Objektoberfläche spiralförmig winklig hin- und herbeweglich ist·The invention relates to an electron microscope in which an electron beam is imaged on the surface of a Object directed and at least one detector for recording the effects of the incident electron beam is provided on the object and for displaying the resulting information, furthermore the electron beam an area can scan the object surface linearly as well as spirally angled around a fixed point on the object surface is reciprocable

Bei solchen Geräten nimmt der Detektor emittierte Sekundär elektronen, zurückgeworfene Primärelektronen, Röntgenstrahlen oder den Objektstrom auf und gibt ein entsprechendes elektrisches Signal ab, welches zur Steuerung der Helligkeit der Spur auf dem Schirm eines Organs zur zweidimensionalen Anzeige, insbesondere einer Kathodenstrahlröhre, dient. Der Schirm wird synchron mit der Ablenkung des Primärelektro&enstrahles abgetastet. Auf ihm erscheint also ein Bild des abgetasteten Bereichs der Oberfläche des untersuchten Objektes, und zwar entsprechend der Wirkung des Primär-In such devices, the detector detects emitted secondary electrons, reflected primary electrons, and X-rays or the object stream and emits a corresponding electrical signal which is used to control the Brightness of the track on the screen of an organ for two-dimensional display, in particular a cathode ray tube, serves. The screen becomes synchronous with the deflection of the primary electric beam scanned. An image of the scanned area of the surface of the examined one thus appears on it Object, according to the effect of the primary

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elektronenstrahls auf das Objekt hinsichtlich der Erzeugung von Sekundärelektronen oder zurückgeworfenen Elektronen, Söntgenstrahlen oder eines Objektstroms.electron beam on the object in terms of generation secondary electrons or ejected electrons, x-rays or an object stream.

Tastet der Primärelektronenstrahl einen kleinen Bereich der Objektoberfläche ab, beispielsweise 5OO Mikrometer im Quadrat, und zwar in einem zweidimensional en Raster, dann ist die Gesamtvergrößerung des Mikroskops gleich dem Verhältnis der Abmessungen des Bildes auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre zu den Abmessungen des Abtastrasters. Es ist bekannt, gleichzeitig zwei Bilder auf zwei Kathodenstrahlröhrenschirmen hervorzurufen, von denen einer beispielsweise das von einem Detektor für die Röntgenstrahlen abgeleitete Bild anzeigt, der andere ein von den Sekundärelektronen abgeleitetes Bild.The primary electron beam scans a small area the object surface from, for example 500 micrometers in a square, namely in a two-dimensional grid, then the total magnification of the microscope is equal to the ratio the dimensions of the image on the screen of the cathode ray tube to the dimensions of the scanning grid. It is known, two images on two cathode ray tube screens at the same time one of which, for example, the image derived from a detector for the X-rays the other one derived from the secondary electrons Image.

Auch ist bereits vorgeschlagen worden, das auf den Primärelektronenstrahl einwirkende Ablenksystem schnell zwischen zwei unterschiedlichen Amplitudenniveaus hin- und herzuschalten, so daß abwechselnd ein Bild geringer und ein Bild starker Vergrößerung in schneller Aufeinanderfolge erzeugt werden. Die Bilder werden nebeneinander auf den Schirmen zweier Kathodenstrahlröhren oder auf verschiedenen Hälften eines Schirmes hervorgerufen. Ein Bild zeigt einen verhältnismäßig großen Bereich der Objektoberfläche mit geringer Vergrößerung, das andere Bild zeigt eine ausgewählte Stelle innerhalb dieses Bereichs mit sehr viel stärkerer Vergrößerung (US-Patentschrift Nr. 3 502 870).It has also already been proposed that the deflection system acting on the primary electron beam quickly between to switch two different amplitude levels to and fro, so that alternately one image is less and one image high magnification can be generated in rapid succession. The images appear side by side on two screens Cathode ray tubes or on different halves of a screen. A picture shows a relative large area of the object surface with low magnification, the other image shows a selected point within this area with a much higher magnification (US patent No. 3,502,870).

Weiterhin ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem abtastenden Röntgenstrahlenmikroanalysator gleichzeitig ein zweidimensionales Bild und ein Bild einer langsamen Zeilenabtastung entlang einer ausgewählten Bahn auf der Objektober-Furthermore, it has already been proposed to use a scanning X-ray microanalyzer at the same time two-dimensional image and a slow line scan image along a selected path on the top of the object

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fläche innerhalb des unt ersucht en bzw. abgetasteten Bereichs zu erzeugen. Auch dies wird ausschließlich durch Steuerung der Ablenkkreise für den Primärelektronenstrahl erreicht (US-Patentschrift Nr. 3 235 727).area within the unsolicited or scanned area. Again, this is done exclusively through control of the deflection circles for the primary electron beam achieved (US patent No. 3,235,727).

In beiden Fällen bleiben die Organe zur Steuerung der Bildung und Bündelung des Primärelektronenstrahls unbeeinflußt. In both cases, the organs for controlling the formation and focusing of the primary electron beam remain unaffected.

Man hat festgestellt (D.G. Ooates; Phil. Mag. Nr. 16, Seite 1179» 1967)» daß sogenannte Elektronenkanalisierungseffekte beobachtet werden können, wenn ein fein gebündelter Elektronenstrahl auf die Oberfläche eines kristallinen Prüflings bzw. Objektes mit veränderlichem Einfallwinkel auftrifft und die sich ergebenden zurückgeworfenen Elektronen aufgenommen werden. Dieser Effekt ist dem Kikuchi-Effekt analog, welcher bei Transmissionselektronenmikroskopen beobachtet wird, und er wird als Pseudo-Kikuchi-Effekt bezeichnet. Man hat vorgeschlagen, diesen Effekt zu beobachten, indem der Prüfling bzw. das Objekt um zwei orthogonale Achsen gekippt wird, welche die Achse eines festen Elektronenstrahls am Auftreffpunkt desselben schneiden. Bessere Ergebnisse werden jedoch erzielt, wenn das Objekt fest steht und der Elektronenstrahl rhythmisch um den Auftreffpunkt gekippt oder- geschaukelt wird (Schulson und van Essen; J. Sei. Instruments 1969). Wird der Elektronenstrahl in zwei zueinander senkrechten Winkelrichtungen oder in einer konischen Bahn verschwenkt bzw. geschaukelt, um einen am Auftreffpunkt zentrierten Raumwinkel zu überstreichen, und wird das von den sich ergebenden, zurückgestreuten Elektronen herrührende Signal zur Steuerung der helligkeit der Bahn auf einem Kathodenstrahlröhrenschirm verwendet, wobei der Strahl der Röhre in zwei senkrechten linearen Richtungen oder spiralförmig verlaufend ab-It has been established (D.G. Ooates; Phil. Mag. No. 16, Page 1179 »1967)» that so-called electron channeling effects can be observed when a finely focused electron beam hits the surface of a crystalline test specimen or object with a variable angle of incidence and the resulting ejected electrons be included. This effect is analogous to the Kikuchi effect, which is observed in transmission electron microscopes, and it is called the pseudo-Kikuchi effect. It has been proposed to observe this effect by tilting the test piece or the object about two orthogonal axes which intersect the axis of a solid electron beam at the point of incidence thereof. Better results will be However, it is achieved when the object is stationary and the electron beam is tilted or rocked rhythmically around the point of impact (Schulson and van Essen; J. Sei. Instruments 1969). Will the electron beam in two mutually perpendicular Angular directions or pivoted or rocked in a conical path about a solid angle centered at the point of impact and the signal from the resulting backscattered electrons becomes the control the brightness of the path used on a cathode ray tube screen, the beam of the tube in two perpendiculars linear directions or spiraling downwards

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gelenkt wird, und zwar synchron mit der Winkelablenkung des Primärelektronenstrahls, dann erhält man ein zweidimensionales Bild oder Muster, welches den Elektronenkanalisierungseffekt oder Pseudo-Kikuchi-Effekt zeigt, und von dem Informationen über die Kristallstruktur des untersuchten Objektes am Auftreffpunkt des Primärelektronenstrahls abgeleitet werden können.is steered, synchronously with the angular deflection of the Primary electron beam, then a two-dimensional one is obtained Image or pattern showing the electron channeling effect or pseudo-Kikuchi effect and from which information can be derived from the crystal structure of the examined object at the point of impact of the primary electron beam can.

Es ist möglich, das erforderliche Verschwenken oder Schaukeln des Primärelektronenstrahls durch Modifizieren eines bekannten abtastenden Elektronenmikroskops zu erreichen (van Essen, Schul son und Donaghay in Nature, VoI · 225, Nr. 5235» Seiten 847 und 848). Bei einem solchen Instrument besteht jedoch eine Schwierigkeit darin, den Auftreffpunkt zu identifizieren bzw. einen besonderen Auftreffpunkt zur Prüfung innerhalb eines gegebenen Bereiches der Objektoberflache auszuwählen.It is possible to swivel or rock the primary electron beam required by modifying a known scanning electron microscope (van Essen, Schulson and Donaghay in Nature, VoI 225, no. 5235 »pages 847 and 848). With such an instrument there is however, one difficulty in finding the point of impact identify or a special point of impact for testing within a given area of the object surface to select.

Aufgabe der Erfindung ist es, alle geschilderten Nachteile zu beheben. Dies ist mit einem Gerät der eingangs angegebenen Art erreicht, welches erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch Schalter zum schnellen Hin- und Herschalten zwischen der Linearabtastung und der Schaukelabtastung und durch Anzeigeorgane für die von der Linear- und der Schaukelabtastung resultierenden Informationen.The object of the invention is to eliminate all of the disadvantages outlined. This is with a device the entrance specified type achieved, which is characterized according to the invention by a switch for rapid switching back and forth between the linear scanning and the swing scanning and by display elements for the linear and the Swing sensing resulting information.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den beigefügten Ansprüchen 2 bis 7 zu entnehmen.Advantageous further developments of the invention can be found in the attached claims 2 to 7.

Bei dem erfindungsgemäßen, abtastenden Elektronenstrahlgerät wird die Betriebsweise des Primärelektronenstrahles schnell hin- und hergeschaltet, und zwar zwischen der normalen Abtastung mit zweidimensionalem Raster und der Schau-In the scanning electron beam device according to the invention becomes the mode of operation of the primary electron beam quickly switched back and forth between normal scanning with a two-dimensional grid and

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kelabtastung mit Elektronenkanalisierungseffekt. Es werden gleichzeitig die beiden von diesen beiden Betriebsweisen herrührenden Bilder nebeneinander oder überlagert erzeugt. Das Umschalten kann mit jeder geeigneten Frequenz geschehen, erfolgt jedoch zweckmäßigerweise mit Bildabtastfrequenz, so daß eine vollständige, zweidimensionale Bildabtastung erfolgt und ein Bild des ausgewählten Bereiches der Objektoberfläche erzeugt wird, worauf eine vollständige Winkelabtastung geschieht, wobei der Elektronenstrahl einen auf einem festen Auftreffpunkt innerhalb des besagten Bereiches zentrierten Raumwinkel durchläuft.kel scanning with electron channeling effect. It will at the same time the two images resulting from these two modes of operation are generated side by side or superimposed. That Switching can be done at any suitable frequency, but is expediently done at the frame rate so that a complete, two-dimensional image scan is carried out and generates an image of the selected area of the object surface whereupon a full angular scan occurs with the electron beam reaching a fixed point of incidence passes through centered solid angle within said area.

Im Gegensatz zu den bekannten Zwillingsbildanzeigen wird hierbei nicht lediglich das Abtasten bzw. die Elektronenstrahlablenkung verändert· Es ist vielmehr erforderlich, das Verhalten des Primärelektronenstrahls selbst zu ändern. Während einer Bildabtastung verhält er sich wie ein normaler Abtastelektronenmikroskopstrahl, während bei der nächsten Bildabtastung das Verhalten geändert ist und der" Primärelektronenstrahl um den Auftreffpunkt auf der Objektoberfläche schaukelt. Dazu muß der Strom in wenigstens einer Elektronenstrahl -Ablenk- oder -Sammelspule geschaltet werden.In contrast to the known twin image displays, not only the scanning or the electron beam deflection is performed here changed · Rather, it is necessary to change the behavior of the primary electron beam itself. During one image scan it behaves like a normal scanning electron microscope beam, during the next Image scanning the behavior is changed and the "primary electron beam around the point of impact on the object surface rocks. To do this, the current must be in at least one electron beam Deflection or collecting coil can be switched.

Nachstehend sind zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen, jeweils schematisch:Below are two preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, for example described. They show, in each case schematically:

Fig. 1 ein normales Abtastelektronenmikroskop mit Mikrographbetriebsweise}Fig. 1 shows a normal scanning electron microscope with micrograph mode}

Fig. 2 den den Primärelektronenstrahl betreffenden Teil des Mikroskops gemäß Fig. 1, welcher mit schaukelndem Primärelektronenstrahl unter Ausnutzung desFig. 2 relates to the primary electron beam Part of the microscope according to FIG. 1, which with a rocking primary electron beam utilizing the

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Elektronenkanalisierungseffekts "betrieben ist;Electron channeling effect "is operated;

Pig. 3 die Anordnung gemäß Fig. 2 mit modifizierter Mikrographbetriebsweisej undPig. 3 shows the arrangement according to FIG. 2 with modified micrograph mode of operation and

Fig. 4- das Schaltbild einer Schaltung zur Umschaltung zwischen den Betriebsweisen gemäß Fig. 1 und 2 bzw. 2 und 3.Fig. 4- the circuit diagram of a circuit for switching between the modes of operation according to FIGS. 1 and 2 or 2 and 3.

Gemäß Fig. 1 weist ein normales Elektronenmikroskop eine Elektronenkanone G auf, von welcher ein Elektronenstrahl P ausgeht, welcher durch elektromagnetische oder elektrostatische Linsen fein gebündelt wird, beispielsweise durch drei elektromagnetische Linsen L1, L2 und L3. Die Linsen L1 und L2 lassen ein Bild der Elektronenquelle an einem Punkt P1 entstehen, welches durch die Linse L3 zu einem kleinen Fleck an der Objektoberfläche S verkleinert wird. Der Fleck weist einen Durchmesser von lediglich 1 oder 2 Mikrometer auf.According to Fig. 1, a normal electron microscope has an electron gun G, from which an electron beam P, which is finely focused by electromagnetic or electrostatic lenses, for example by three electromagnetic lenses L1, L2 and L3. The lenses L1 and L2 create an image of the electron source at a point P1, which through lens L3 becomes a small spot at the object surface S is reduced. The spot is only 1 or 2 micrometers in diameter.

Der Elektronenstrahl P trifft auf die Oberfläche S des zu untersuchenden Objektes auf. Die zurückgeworfenen Elektronen oder Sekundärelektronen werden von einem Detektor D aufgenommen, welcher entsprechend der Menge der aufgenommenen Sekundärelektronen ein elektrisches Signal liefert. Stattdessen kann auch der Elektronenstrahl strom selbst gemessen werden, welcher zu dem untersuchten Objekt fließt. Ein Röntgenmikroanalysator ist ähnlich aufgebaut, abgesehen davon, daß statt des Detektors D ein Röntgenstrahldetektor vorgesehen ist.The electron beam P strikes the surface S of the object to be examined. The thrown back electrons or secondary electrons are recorded by a detector D, which according to the amount of recorded Secondary electrons deliver an electrical signal. Instead of this the electron beam current itself can also be measured which flows to the examined object. An x-ray microanalyzer is constructed similarly, except that instead of the detector D, an X-ray detector is provided is.

Zwei Paare oberer und unterer Ablenkspulen sind vorgesehen, von denen in Fig. 1 lediglich jeweils das in einer Ebene wirkende Spulenpaar UG und LC sichtbar ist. Sie bewir-Two pairs of upper and lower deflection coils are provided, only one of which is shown in FIG. 1 Level acting coil pair UG and LC is visible. They run

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ken, daß der Elektronenstrahl P einen Bereich der Objektoberflache S nach Art eines Fernsehrasters abtastet. Der Bereich ist beispielsweise 300 Mikrometer im Quadrat groß und wird mit 300 Zeilen abgetastet, und zwar mit einer Bildperiode zwischen einem Bruchteil einer Sekunde und einigen Minuten im Falle eines Röntgenstrahlmikroanalysators. Die Verwendung von zwei Paaren von Spulen UC und LO ermöglicht es, daß der hin- und herabtastende Elektronenstrahl P stets durch die kleine Austrittsöffnung A1 der letzten Linse L3 hindurch läuft. Diese öffnung muß deswegen klein sein, um die sphärische Aberration gering zu halten. Die geringe Brennweite läßt außerdem nicht ausreichend Platz, um Ablenkspulen unterhalb dieser öffnung anzuordnen.ken that the electron beam P covers an area of the object surface S scans in the manner of a television grid. The area is, for example, 300 micrometers square and is scanned at 300 lines with an image period between a fraction of a second and a few minutes in the case of an X-ray microanalyzer. The usage of two pairs of coils UC and LO allow the reciprocating electron beam P to always pass through the small Exit opening A1 of the last lens L3 runs through it. These The opening must therefore be small in order to keep the spherical aberration low. The short focal length can also not enough space to arrange deflection coils below this opening.

Der Ablenkstrom für die Spulen UC und LC in jeder Abtastrichtung wird von einer Sägezahnwellen-Zeitsteuerstufe TB geliefert. Eine solche Zeitsteuerstufe ist für die Bildabtastung vorgesehen, eine zweite, nicht dargestellte, für die Zeilenabtastung in einer senkrechten Richtung. Diese Zeitsteuerstufen steuern auch die Ablenkung in entsprechenden Ebenen in einer Kathodenstrahlröhre C, bei welcher die Helligkeit der Spur von dem vom Detektor J) gelieferten Signal gesteuert wird. Auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre C erscheint also ein Bild des abgetasteten Objektoberflächenbereichs, und zwar entsprechend den Sekundärelektronen, des Objektstromes, einem Röntgenstrahlsignal oder dergleichen.The deflection current for coils UC and LC in each scan direction is provided by a sawtooth wave timing control stage TB. Such a timing stage is provided for the image scanning, and a second, not shown, for the line scanning in a vertical direction. These timing control stages also control the deflection in corresponding planes in a cathode ray tube C, in which the brightness of the track is controlled by the signal supplied by the detector J). An image of the scanned object surface region appears on the screen of the cathode ray tube C, to be precise in accordance with the secondary electrons, the object current, an X-ray signal or the like.

Um den Elektronenkanalisierungseffekt anzuzeigen, hat man bereits vorgeschlagen, ein solches Gerät abzuändern, und zwar durch Abschalten der unteren Ablenkspulen LC, ein solches Einstellen des Stromes in den Linsen L1 und L2, daß das Bild der Elektronenquelle zu einem Punkt P2 in der Ebene der oberen Ablenkspulen UC (Fig. 2) verschoben wird, undIn order to display the electron channeling effect, it has already been proposed to modify such a device, by switching off the lower deflection coils LC, such an adjustment of the current in the lenses L1 and L2 that the image of the electron source is shifted to a point P2 in the plane of the upper deflection coils UC (FIG. 2), and

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Einstellen des Stromes in der Linse L3 derart, daß das verkleinerte Bild im Punkt P2 sich immer noch an der Objektoberflache befindet. Wird dann der Elektronenstrahl P von der Geräteachse, welche gleichzeitig die Achse der Linse L3 ist, weg abgelenkt, und zwar durch die Spulen UO, dann wird er auf die Achse durch die Linse L3 zurückgebrochen, so daß die Linse nicht nur bündelnd wirkt, sondern auch am Abtasten teilnimmt. Unter Vernachlässigung sphärischer und chromatischer Aberrationen ergibt sich als Gesamtresultat, daß der Elektronenstrahl P an seinem Auftreffpunkt auf das Objekt hin- und herschaukelt, wie in Fig. 2'dargestellt. Dies ist Gegenstand der Deutschen Patentanmeldung P 21 02 616.4. Um die Winkeldivergenz des Elektronenstrahls P zu begrenzen, ist eine Öffnung A2 oberhalb der Ablenkspulen vorgesehen.Adjusting the current in the lens L3 so that the reduced The image at point P2 is still on the object surface is located. If the electron beam P is then from the device axis, which is at the same time the axis of the lens L3, deflected away by the coils UO, then it is refracted back on axis by the lens L3, so that the lens not only acts as a bundling, but also participates in the scanning. Neglecting spherical and chromatic The overall result of aberrations is that the electron beam P moves back and forth onto the object at its point of impact rocks, as shown in Fig. 2 '. This is the subject of German patent application P 21 02 616.4. To the angular divergence To limit the electron beam P, an opening A2 is provided above the deflection coils.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Betriebsweise überstreicht der Elektronenstrahl P ein Winkelraster in einem Raumwinkel von viereckigem bzw. quadratischem Querschnitt. Das auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre C erscheinende Bild zeigt die Effekte mittels Sekundärelektronenemission oder andere aufgenommene Effekte, welche sich auf Grund der ■Veränderung des Einfallwinkels des Elektronenstrahls P an einem bestimmten festen Punkt an der Objektoberfläche S ergeben. In der erwähnten älteren Anmeldung ist auch eine Variante geschildert, bei welcher die Winkelabtastung konisch statt in einem rechteckigen Easter erfolgt, und zwar aus Gründen der Korrektur von Aberrationen. Die Anzeige auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre C kann, entsprechend spiralförmig erfolgen. Der Gesamtspitzenwinkel des Konus kann zwischen 10° und 20° liegen.In the mode of operation shown in FIG. 2, the electron beam P sweeps over an angular raster in one Solid angle of rectangular or square cross-section. The one appearing on the screen of the cathode ray tube C. Image shows the effects by means of secondary electron emission or other recorded effects, which are due to the ■ Change in the angle of incidence of the electron beam P at a certain fixed point on the object surface S result. In the earlier application mentioned, a variant is also described in which the angle scanning is conical instead of a rectangular Easter, for the sake of correcting aberrations. The message on the screen the cathode ray tube C can take place in a corresponding spiral. The total apex angle of the cone can be between 10 ° and 20 °.

Gemäß der Erfindung wird zwischen dem Mikrograph.betrieb, wie er beispielsweise in Fig. 1 verdeutlicht ist, undAccording to the invention, between the micrograph operation, as illustrated, for example, in FIG. 1, and

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dem Elektronenkanalisierungsbetrieb, wie er beispielsweise in Fig. 2 wiedergegeben ist, so schnell hin- und hergeschaltet, daß zwei kontinuierliche oder scheinbar kontinuierliche Bilder gleichzeitig auf zwei Schirmen erscheinen. TJm dieses Schalten zu vereinfachen, ist vorzugsweise dafür Vorsorge getroffen, daß das erste Bild stets am Punkt P2 entsteht, d. h. auch beim Mikrographbetrieb. Die Ströme in den Linsen L1 und L2 müssen dann nicht geändert werden. Es ist jedoch noch erforderlich, die unteren Ablenkspulen LO an- und abzuschalten, ferner den diesen Spulen LC zugeführten Ablenkstrom zu ändern, da beim Schaukelbetrieb die Winkelablenkung sehr viel höher als beim Mikrographbetrieb sein muß. Auch kann es erforderlich sein, den Verstärkungsfaktor des Verstärkers A für das vom Detektor D kommende Signal zu ändern. Wenn nicht beide Bilder einander auf einem Schirm überlagert werden sollen, muß auch der Ausgang zwischen zwei Kathodenstrahlröhren hin- und hergeschaltet werden.the electron channeling company, such as that for example is shown in Fig. 2, so rapidly switched back and forth that two continuous or seemingly continuous Images appear on two screens at the same time. To simplify this switching, provision is preferably made for that the first image is always created at point P2, d. H. also with micrograph operation. The currents in lenses L1 and L2 then do not have to be changed. However, it is still necessary to switch the lower deflection coils LO on and off, Furthermore, to change the deflection current supplied to these coils LC, since the angular deflection is much higher during the swing operation than must be in micrograph operation. It may also be required be to change the gain of amplifier A for the signal coming from detector D. If not both If images are to be superimposed on one another on a screen, the output must also be between two cathode ray tubes. and be switched on.

In Fig. 4 ist eine dafür geeignete Schaltung dargestellt. Es sind zwei Kathodenstrahlröhren 01 und 02 vorgesehen. Zwar ist es gewünschtenfalls möglich, zwischen den beiden Betriebsweisen mit Zeilenabtastfrequenz hin- und herzuschalten, doch erfolgt dieses Schalten vorzugsweise mit Bildabtastfrequenz, so daß ein vollständiges Bild in einer Betriebsweise abgetastet wird, bevor auf die andere Betriebsweise umgeschaltet wird. Erforderlichenfalls können Kathodenstrahlröhren mit einem Langnachleuchtbildschirm verwendet werden, um ein Bestehenbleiben der Bilder zu gewährleisten.A circuit suitable for this is shown in FIG. Two cathode ray tubes 01 and 02 are provided. It is possible, if desired, to choose between the two To switch modes of operation back and forth with the line scanning frequency, but this switching is preferably carried out with the image scanning frequency, so that a complete image is scanned in one mode before moving on to the other mode is switched. If necessary, cathode ray tubes with a photoluminescent screen can be used, to ensure that the images persist.

Ein Impulszug vom Rücklauf der Bildzeit st euer stufe TB schaltet einen bistabilen Kreis B um. Dieser wirkt, erforderlichenfalls über ein Heiais R, auf Zungenrelais RR1, RR2, RR3 und RR4· ein, um die Ablenkspulen LC an- und abzuschalten, denA pulse train from the return of the picture time st your stage TB switches a bistable circuit B. This acts, if necessary via a heater R, on reed relays RR1, RR2, RR3 and RR4 in order to switch the deflection coils LC on and off

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- ίο -- ίο -

Ausgang des Detektors D an die jeweils entsprechende Kathodenstrahlröhre C1 "bzw. C2 anzuschließen, den Ablenkstrom für die Abtastung zu ändern und den Verstärkungsfaktor des Verstärkers A zu verändern. Die öffnung A1 bleibt an ihrer Stelle, ist jedoch groß genug, um den Schaukelbetrieb zu ermöglichen. Die größere sphärische Aberration beim Mikrographbetrieb wird in Kauf genommen. Auch die öffnung A2 verändert bei beiden Betriebsweisen nicht ihre Stellung.Output of the detector D to the respective corresponding cathode ray tube C1 "or C2, change the deflection current for the scan and the gain of the amplifier A to change. The opening A1 remains in its place, but is big enough to allow swing operation. The larger spherical aberration in micrograph operation is shown in Purchase taken. The opening A2 also changes in both modes of operation not their position.

Wegen der erwähnten Aberrationen überstreicht der Elektronenstrahl P beim Schaukelbetrieb nicht einen Fleck mit lediglich dem Durchmesser des ideal gebündelten Strahles in der Größenordnung von 1 oder 2 Mikrometern. In praxi weist der untersuchte Fleck Querabmessungen zwischen 5 und 10 Mikrometer auf· Der Elektronenkanalisierungseffekt wird jedoch adäquat angezeigt. Auf Grund der Tatsache, daß das Mikrograph- bzw. das zweidimensionale Bild eines Objektoberflächenbereiches, und das Elektronenkanalisierungsmuster eines ausgewählten Fleckes innerhalb dieses Bereiches gleichzeitig angezeigt werden, ist es darüber hinaus ohne Schwierigkeiten möglich, Aussehen und Kristallstruktur miteinander in Beziehung zu setzen. Überquert der Benutzer den Objektträger zur Überprüfung eines größeren Bereiches des Objektes, beispielsweise auf der Suche nach kristallinen Stellen besonderer Art, dann wird außerdem die Elektronenkanalisierungsinformation bezüglich des Punktes, welcher sich jeweils in der Mitte des Sichtfeldes befindet, laufend ihm angezeigt. Dadurch ist die Gefahr des Übersehens einer Stelle von besonderem Interesse stark vermindert.Because of the aforementioned aberrations, the electron beam P does not sweep over a spot during the swing operation with only the diameter of the ideally bundled beam on the order of 1 or 2 micrometers. In practice the examined spot has transverse dimensions between 5 and 10 micrometers · The electron channeling effect becomes however, adequately indicated. Due to the fact that the micrograph or the two-dimensional image of an object surface area, and the electron channeling pattern of a selected spot within that area at the same time moreover, it is possible to relate appearance and crystal structure without difficulty to put. If the user crosses the slide to check a larger area of the object, for example looking for crystalline sites of a special kind, then the electron channeling information is also used with respect to the point, which is located in the middle of the field of view, continuously displayed to him. This is the The risk of overlooking a point of particular interest is greatly reduced.

Normalerweise ist die Elektronenkanalisierungsinformation diejenige, welche sich auf den Punkt in der Mitte des Mikrographbildes bezieht. Durch das Vorsehen von von HandUsually the electron channeling information is that which relates to the point in the center of the micrograph image. By providing by hand

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veränderliclien Vorspannungssteuerungen, welche synchron mit den anderen Schaltungen in die Zeitsteuerstufen ein- "bzw. daraus ausgeschaltet werden, ist es jedoch möglich, den Elektronenkanalisierungsfleck nach Belieben zu verschieben, so daß er mit jedem gewünschten Bereich im Mikrographbild zusammenfällt.changeable bias controls which switch on and off of the time control stages synchronously with the other circuits However, it is possible to turn off the electron channelization spot shift as desired so that it coincides with any desired area in the micrograph image.

Vorstehend ist eine Ausführungsfona "beschrieben, bei welcher der Primärelektronenstrahl P zwischen dem Zustand gemäß Fig. 2 und im wesentlichen demjenigen gemäß Fig. 1 geschaltet wird. Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist einfacher zu verwirklichen und demgemäß bevorzugt· Die Anordnung gemäß Fig. 3 entspricht derjenigen gemäß Fig. 2, abgesehen davon, daß der Strom in der Linse L3 erhöht wird. Dadurch wird derjenige Punkt, um den der Elektronenstrahl schwankt oder schaukelt, über die Objektoberfläche S verschoben, so daß der Elektronenstrahl auf derselben keine endliche Fläche abtastet. Dies hat einen Mikrographbetrieb äquivalent demjenigen von Fig. 1 zur Folge. Nicht nur der Knotenpunkt der Abtastung, sondern auch der Brennpunkt oder der Kreis kleinster Verwaschung der Linse liegt nicht mehr auf der Objektoberfläche S, so daß die Linse mit teilweiser Defokussierung arbeitet. Es ist zwar damit ein gewisser Bildqualitätsverlust verbunden, verglichen mit dem orthodoxen Mikrographbetrieb gemäß Fig. 1, doch ist dies erfindungsgemäß annehmbar, da mit der Erfindung dem Benutzer ein gleichzeitiges allgemeines Mikrographbild des Bereiches geliefert wird, in welchem er die Elektronenkanalisierungseffekte untersucht. Der besagte Verlust wird durch den Vorteil der Anordnung gemäß Fig. 3 aufgewogen, welcher in der Einfachheit des Umschaltens besteht.An embodiment is described above at which the primary electron beam P is switched between the state according to FIG. 2 and essentially that according to FIG will. The embodiment according to FIG. 3 is easier to implement and accordingly preferred. The arrangement according to FIG. 3 corresponds to that of FIG. 2, except that the current in the lens L3 is increased. This becomes the one Point around which the electron beam fluctuates or rocks, shifted over the object surface S, so that the electron beam does not scan a finite surface on the same. This has a micrograph operation equivalent to that of FIG Episode. Not only the nodal point of the scan, but also the focal point or the circle of the smallest blurring of the lens no longer lies on the object surface S, so that the lens works with partial defocusing. It is true with that There is some loss of image quality associated with it compared to the orthodox micrograph operation of FIG. 1, but this is in accordance with the invention Acceptable as the invention provides the user with a simultaneous general micrograph of the area in which he describes the electron channeling effects examined. Said loss is outweighed by the advantage of the arrangement according to FIG. 3, which is simplicity of switching.

Die Schaltung zum Umschalten kann derjenigen gemäß Fig. 4- ähneln, abgesehen davon, daß weniger Eelais erforderlich sind. Beispielsweise kann das Relais ER1 dazu dienen,The switching circuit can be similar to that of Fig. 4-, except that fewer relays are required are. For example, the relay ER1 can be used to

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das Zu- bzw. Abschalten des zusätzlichen Stromes für die Linse L5 zu steuern, während das Relais RR2 den Ausgang des Detektors D zwischen den beiden Kathodenstrahlröhren C1 und C2 hin- und herschaltet. Das Schalten erfolgt wiederum normalerweise mit Bildabtastfrequenz, so daß bei beiden Betriebsweisen jeweils ein vollständiges Bild abgetastet wird, also abwechselnd Bilder mit der einen und der anderen Betriebsweise erzeugt werden. Die Geschwindigkeit ist lediglich durch die Ansprechzeit der Relais begrenzt, ferner durch Einschränkungen auf Grund der Induktivität der Windung der Linse L3- Die Relais können durch Festkörperschaltelemente ersetzt werden, falls erforderlich. Beispielsweise kann die Linse LJ beim Elektronenkanalisierungsbetrieb gemäß Fig. 2 mit einem Strom von 600 Milliampere beaufschlagt werden, welcher um JO Milliampere vergrößert werden muß, um einen Mikrographbetrieb gemäß Fig. 3 mit einer Amplitude von etwa 300 Mikrometern zu erreichen, wobei der Gesamtwinkel des schaukelnden Elektronenstrahls 10° beträgt.the switching on and off of the additional current for the lens L5 to control while the relay RR2 controls the output of the detector D switches back and forth between the two cathode ray tubes C1 and C2. Switching takes place normally again with image scanning frequency, so that a complete image is scanned in each case in both operating modes, i.e. alternately Images are generated with one and the other operating mode. The speed is only due to the Response time of the relay is limited, furthermore by restrictions due to the inductance of the winding of the lens L3-Die Relays can be replaced with solid-state switching elements if necessary. For example, the lens LJ at Electron channeling operation according to FIG. 2 with one stream of 600 milliamps are applied, which is about JO milliamps must be increased to a micrograph operation as shown in FIG. 3 with an amplitude of about 300 micrometers with the total angle of the rocking electron beam being 10 °.

Ein ähnliches Ergebnis wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. '3 kann erhalten werden, wenn man den Strom in der Linse L3 nicht erhöht, sondern vermindert, so daß der Knotenpunkt unter die Objektoberfläche S wandert. Dies ist jedoch weniger zufriedenstellend, da sich dann ein in beiden Richtungen umgekehrtes Mikrographbild ergibt, welches als um 180° um die elektronenoptische Achse gedreht erscheint, im Vergleich mit dem gemäß Fig. 1 erhaltenen orthodoxen Mikrographbild. Dies kann verwirren.The result is similar to that of the embodiment according to Fig. '3 can be obtained if the current in the lens L3 is not increased, but decreased so that the node migrates under the object surface S. However, this is less than satisfactory as it then works in both directions Reverse micrograph results, which appears as rotated by 180 ° about the electron-optical axis, in comparison with the orthodox micrograph image obtained according to FIG. This can be confusing.

Sowohl bei der Ausführungsform mit einem Umschalten zwischen der Betriebsweise gemäß Fig. 2 und der Betriebsweise gemäß Fig. 1 als auch bei der Ausführungsform mit einem Umschalten zwischen der Betriebsweise gemäß Fig. 2 und der-Both in the embodiment with a switchover between the operating mode according to FIG. 2 and the operating mode according to FIG. 1 as well as in the embodiment with a switchover between the mode of operation according to FIG. 2 and the

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jenigen gemäß Fig. 3 kann statt einer kartesischen Abtastung einer Spiralabtastung erfolgen. Das Gerät kann mit Schaltern zur Auswahl der einen oder anderen Abtastung versehen sein. Weiterhin kann ein Schalter vorgesehen sein, um das Umschalten zwischen den beiden erwähnten Betriebsweisen zu unterbrechen und den Mikr ο graphbetrieb oder den El ekt ronenkanalx si erungseffektbetrieb eingeschaltet zu lassen, wenn dies gewünscht wird.those according to FIG. 3 can instead of a Cartesian scan a spiral scan. The device can be equipped with switches be provided to select one or the other scan. Furthermore, a switch can be provided for switching over Interrupt between the two modes of operation mentioned and the micrograph operation or the el ect ron chan nel si eration effect operation left on if so desired.

In der Zeichnung ist lediglich ein einziger Detektor D für beide Betriebsweisen dargestellt· Stattdessen können jedoch auch gesonderte Detektoren mit gesonderten Verstärkungskanälen vorgesehen sein, welche jeweils zu der zugehörigen Kathodenstrahlröhre führen. Die Detektoren können von unterschiedlicher Art sein. Beispielsweise kann ein Detektor auf zurückgeworfene Elektronen und der andere Detektor auf irgendeinen anderen Effekt ansprechen. Es können auch zusätzliche Detektoren vorgesehen sein, beispielsweise ein auf Eöntgenstrahlen ansprechender Detektor, um ein Bild der Röntgenstrahlinformation in einer bestimmten Wellenlänge vom abgetasteten Bereich her hervorzurufen.In the drawing, only a single detector D is shown for both modes of operation. Instead, can however, separate detectors with separate amplification channels can also be provided, which are each associated with the Lead cathode ray tube. The detectors can be of different types. For example, a detector respond to reflected electrons and the other detector to some other effect. There can also be additional Detectors may be provided, for example one on X-rays responsive detector to capture an image of the X-ray information in a certain wavelength from the scanned area.

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Claims

Expectations

1. / Electron microscope, in which an electron beam appears directed the surface of an object to be imaged and at least one detector for recording the effects of the impinging electron beam on the object and for display the resulting information is provided, furthermore the electron beam a region of the object surface can scan linearly as well as spirally angularly reciprocating around a fixed point on the object surface is characterized by switches for quickly switching back and forth between the linear scanning and the Swing scanning and by display elements for the information resulting from the linear and swing scanning.

2. Electron microscope according to claim 1, characterized by two detectors and two corresponding display elements.

3. Electron microscope according to claim 1, characterized by a detector (D) and two display elements (C1; 02) and a switch (HR2) for alternately connecting the detector (D) to one of the two display elements (01; 02).

4-. Electron microscope according to Claim 1, 2 or 3, characterized by deflection elements (UC; LC), of which at least one deflection element (UC) is both linear and is in operation during swing scanning.

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5-electron microscope according to claim 1, wherein for linear scanning two axially spaced electron beam deflector sets and for rocking scanning a set of electron beam deflectors and an electron lens for focusing and refraction (deflection) of the electron beam are provided, characterized by a switch (RR1) for switching the other on and off Electron beam deflector set (LG) (Fig. "1 and 2).

6 »Electron microscope according to claim 5» characterized by a switch (ER3) for changing the strength of the one Electron beam deflector set (UG).

7 «electron microscope according to claim 4, characterized in that that the same deflection elements (UC) are in operation with both linear and swing scanning, and that a Switch for changing the strength of at least one deflection element (25) is provided in such a way that the point around which the electron beam (P) rocks, axially from the object surface (S) can be moved away (Fig. 2 and 5)

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