DE2246404A1 - Abtast-elektronenmikroskop - Google Patents

Abtast-elektronenmikroskop

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Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Lied! 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84
B 5756 K
NIHON DENSHI KABUSHIKI KAISHA 1418 Nakagami Akishima Tokyo 196 Japan
Abt ast-Elektronenmikroskop
Die Erfindung betrifft ein Abtast-Elektronenmikroskop, das. einen ausgewählten Bereich eines Beugungsmusters darzustellen vermag, der dem ausgewählten Bereich des Bildes des Abtast-
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"2" 22A6A0A
Elektronenmikroskop exakt entspricht.
Bei der Untersuchung einer Kristallprobe durch ein Elektronenmikroskop ist es sehr wichtig, daß der ausgewählte Bereich eines Beugungsbildes, der einem ausgewählten Bereich des Bildes des Elektronenmikroskops entspricht, analysiert werden kann. Mit den derzeit erhältlichen Abtast-Elektronenmikroskopen ist es jedoch äußerst schwierig, einen hohen Grad der Genauigkeit der vorerwähnten Übereinstimmung zu erzielen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abtast-Elektronenmikroskop zu schaffen, das diesen Nachteil nicht aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Abtast-Elektronenmikroskop mit einer Einrichtung zur Darstellung eines Beugungsbildes einer Probe und des korrespondierenden Bildes des Abtast-Elektronenmikroskops vor, das sich durch folgende Einrichtungsmerkmale auszeichnet:
1. ein Kondensorlinsensystem mit mindestens zwei Linsen,
2. eine Blende, die zwischen zwei dieser Linsen angeordnet ist und einen Bereich des Beugungsbildes auswählt,
3. eine Abtast-Ablenkeinrichtung, die - betrachtet in Elektronenstrahlrichtung - vor der Blende angeordnet ißt,
4. eine Einrichtung zur Darstellung des Beugungsbildes,
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5· eine Einrichtung zur Darstellung des Bildes des Abtast-Elektronenmikroskops.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen beziffert sind. Darin zeigt:
Figur 1 und 2 das an sich bekannte Abtast-Elektronenmikroßkop in schematischer Darstellung,
Figur 3 und 4 ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes nach der Erfindung in schematischer Darstellung, Figur 5 bis 7 drei weitere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes nach der Erfindung in schematischer Darstellung.
In Figur 1 ist ein bekanntes Abtast-Elektronenmikroskop dargestellt, das zur Beobachtung eines Bildes des Abtast-Elektronenmikroskops und eines Beugungsbildes geeignet ist und ein Kondensorlinsensystem aufweist. Hierbei erzeugt eine Elektronenkanone 1 einen Elektronenstrahl 2, der durch eine Anode 3 beschleunigt wird. Der Elektronenstrahl 2 wird durch ein Kondensorlinsensystem mit Linsen 4-, 5 und 6 verdichtet. Mit 7» 8 und 9 sind jeweils die den einzelnen Linsen zugeordneten Blenden bezeichnet« Zur Beobachtung eines Bildes des Abtast-Elektronenmikroskops wird der verdichtete Elektronenstrahl auf die Oberfläche einer Probe 10 fokussiert und durch Abtast-Ablenkspulen 11x und Hy über die Probenfläche geführt. Die auftreffenden Elektronen erregen ßekundär-Elektronen und rückwärts gestreute Elektronen. Diese Elektronen
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werden durch einen Detektor 12 erfaßt, durch einen Verstärker 13 verstärkt und anschließend zur Helligkeitsmodulation einer Kathodenstrahlröhre 14 auf das Steuergitter dieser Röhre gegeben. Mit 15x und 15y sind Ablenkspulen bezeichnet, die durch einen Abtast-Signalgenerator mit einem Abtastsignal gespeist werden. Dieses Abtastsignal ist synchron mit dem auf die Abtast-Ablenkspulen 11x und 11y gegebenen Signal, weshalb ein Bild der Probe 10 auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 14 dargestellt wird* In diesem Fall ist die Bildvergrößerung M durch das Verhältnis der Abtastbreite Dc der Kathodenstrahlröhre 14 zvae v Abtastbreite Ds des Strahles der abtastenden Elektronen bestimmt.
Zur Schaffung eines Beugungsbildes muß die Brennweite der zweiten Kondensorlinse 5 und der letzten Kondensorlinse 6 durch Regelung der Linsenströme gemäß folgender Beziehung geändert werden: .
1 ' 1 1
L + S "f0 (1) ·
L « Abstand zwischen der Hauptebene der Linse 6 und einer
Blende 17, durch welche das Beobachtungsfeld begrenzt wird, f0» Brennweite der Linse 6,
S ■ Abstand zwischen der Probe und der Hauptebene der Linse
Die Blende 17 dient zur Begrenzung der Elektronenstrahlbreite.
309814/082 4 "5~
Unter diesen Bedingungen ergibt sich die folgende Beziehung»
I -Do (2)
Dd β Breite des Elektronenstrahls der die Probeoberfläche
bestrahlt,
Do « Durchmesser der Blende 17-
Bei Erfüllung dieser Beziehung wird die Probe mit einem Strahl ausgezeichnet parallel laufender Elektronen bestrahlt, der auf einem Fluoreszenzschirm 18 oder einer Fotoplatte ein Beugungsbild erzeugt.
Die vorgenannte Anordnung ergibt Jedoch keine unmittelbare Beziehung zwischen dem begrenzten Bereich des Beugungsmusters und dem Bild des Abtast-Elektronenmikroskops. Insbesondere besteht hierbei keine unmittelbare Beziehung zwischen der Abtastbreite Ds des Elektronenstrahles und der Breite Dd des Elektronenstrahles der auf die Oberfläche der Probe auftrifft. Der Mikroskopierende ist daher gezwungen, mittels der Beziehung (2) Dd zu berechnen und unter Zuhilfenahme
ό dieses Wertes die ausgewählte Beobachtungsfläche (M χ Dd) im Zentrum des Bildes des Elektronenmikroskops abzuschätzen.
Es wird hierbei die Annahme zugrundegelegt, daß das Beobachtungsfeld mit dem Bestrahlungsfeld des Beugungsmusters übereinstimmt. Diese Annahme trifft jedoch nicht immer zu. Hinzu
- 6 309814/0824
kommt, daß bei Verschiebung der Blende 17 um einen Betrag A gegen die optische Achse des Elektronenmikroskops das Be-
Q A
obachtungsfeld um den Betrag £-=- verschoben wird, was der Mikroskopierende nicht wahrnimmt·
Beim Abtast-Elektronenmikroskop nach der Erfindung sind gemäß Figur 3 und 4 über der Blende 17 Ablenkspule» I9x und 197 angeordnet. Diese Spulen sind zusätzlich zu den Spulen 11x und 11y vorgesehen, welche letzte wie im Falle des bekannten Abtast-Elektronenmikroskops zwischen den Linsen 5 und 6 angeordnet sind.
Die Figur 3 eines Ausführungsbeispieles des Gegenstandes nach der Erfindung zeigt den Elektronenstrahlwegider erforderlich ist, um ein ausgewähltes Gebiet des Bildes des Elektronenmikroskops zu beobachten. Die Abtastspulen 19x und I9y tasten den Elektronenstrahl über der Blende ab, auf die der Elektronenstrahl durch die Kondensorlinse fokussiert ist. Die Brennweite der Kondensorlinse 5 wird derart gesteuert, daß das Schattenbild der Blende 17 auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 14 klar dargestellt wird· Die Brennweite der Kondensorlinse 6 ist so eingestellt, daß das ausgewählte Gebiet des Bildes des Elektronenmikroskops innerhalb des Blendenschattens im Brennpunkt liegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Abtastbreite Dd des Elektronenstrahls auf der Oberfläche der Probe durch den Durchmesser der Blende 17 bestimmt und durch den Ablenkstrom
- 7 -3098U/082A
der Abtastspulen 19x und 19y nicht beschränkt. Die Gleichung (1) ist.gleichfalls erfüllt. Um ein Beugungsbild beobachten zu können, das dem erhaltenen ausgewählten Bereich des Bildes des Abtast-Elektronenmikroskops entspricht, ist die Brennweite der zweiten Kondensorlinse gemäß Figur 4 geändert. Unter den Bedingungen nach Figur ist die Stromstärke des den Spulen 19x und 19y zugeführten Ablenkstromes O und die Brennweite der Kondensorlinse 5 derart vergrößert, daß die Bild bildende Stellung 20 der Kondensorlinse 5 mit der Objektstellung der Linse 6 übereinstimmt. Das heißt, daß die Stellung 20 von der Hauptebene der Linse 6 etwa um den Betrag fQ entfernt ist. Eine präzise Einstellung der Brennweite wird erzielt, wenn das Beugungsbild auf dem Schirm 18 bis zum Erhalt seiner größten Schärfe überwacht wird. Während dieser Einstellung wird die Brennweite der Linse 6 auf dem gleichen Wert gehalten.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Gegenstandes nach der Erfindung, bei dem durch Benutzung des durch die Probe hindurchtretenden Elektronenstrahles das Bild des Abtast-Elektronenmikroskops auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 14 dargestellt wird. Hierbei wird auf die Kondensorlinse 4 verzichtet und der mit 21 bezeichnete Detektor samt Blende 22 unterhalb der Probe angeordnet.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 wird das Beugungsbild mittels Ablenkspulen 2Jx und 23y» dem Detektor 21 und der Blende 22 auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 14 dargestellt. In diesem Fall sind die zwischen der Probe und dem Detektor 21 angeordneten Ablenkspulen 23x und 23y über einen Umschalter 24 mit einem Abtaetslgnal dee Generators 16 gespeist. Die Ablenkspulen führen folglieh das gesamte Beugungebild durch die Blende 22, das auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 14- dargestellt wird· Bei Umschaltung des Umschalters 24 kann das Bild des Abtast-Elektronenmikroskops durch Einstellung der Brennweite der Linse 5 auf dem Bildschirm dargestellt werden.
Beim Ausführungebeispiel nach Figur 7 werden zum Erhalt des Beugungsbildes die Abtastspulen 19* und 19y verwendet. Hierbei wird ein Abtastsignal des Generators auf die Abtastspulen 19x und 19y gegeben, um die Neigung und den Azimuthwinkel des Elektronenstrahls zu ändern. Es wird das gleiche Beugungsbild, das beim Ausführungebeispiel nach Figur 6 erhalten wird, auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 14 dargestellt.
-Patentaneprüche-
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Claims (1)

  1. Pat ent an Sprüche
    M · Vbtast-Elektronenmikroskop mit einer Einrichtung zur
    Darstellung eines Beugungsbild.es einer Probe und des korrespondierenden Bildes des Abtast-Elektronenmikroskops, gekennzeichnet durch folgende Einrichtungsmerkmale:
    1. ein Kondensorlinsensystem mit mindestens zwei linsen (4,5,6),
    2. eine Blende (17)» die zwischen zwei dieser Linsen angeordnet ist und ein Gebiet des Beugungsbildes auswählt,
    3. Abtast-Ablenkspulen (19x» 19y)» die - betrachtet in Elektronenstrahlrichtung - vor der Blende angeordnet sind,
    4. eine Einrichtung zur Darstellung des Beugungsbildes, 5· eine Einrichtung zur Darstellung des Bildes des Abtast-Elektronenmikroskops.
    2. Abtast-Elektronerimikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Darstellung des Beugungsbildes einen Fluoreszenzschirm aufweist, der - betrachtet in Elektronenstrahlrichtung - unterhalb der Probe (10) angeordnet ist.
    3· Abtast-Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Darstellung des Beugungsbildes eine Fotoplatte aufweist.
    - 10 309814/0824
    4. Abtast-Elektronenmikroskop nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Darstellung des Beugungsbildes einen Detektor, eine Ablenkeinrichtung, die zwischen der Probe und dem Detektor angeordnet ist und eine Einrichtung zur Darstellung des Bildes des Abtast-Elektronenmikroskops aufweist.
    -5· Abtast-Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Darstellung des Beugungsbildes eine Abtast-Ablenkeinrichtung, einen Detektor, der - betrachtet in Elektronenstrahlrichtung - nach der Probe angeordnet ist und eine Einrichtung zur Darstellung des Bildes des Abtast-Elektronenmikroskops aufweist.
    6. Abtast-Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Darstellung des Bildes des Abtast-Elektronenmikroskops einen Detektor und eine Einrichtung zur Bilddarstellung aufweist.
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    Leerseite
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