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Verfahren zur Fokussierung von Elektronenmikroskopen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Fokussierung von Elektronenmikroskopen, insbesondere
zur Scharfeinstellung bei Feinbereichs aufnahmen und eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
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Die Scharfeinstellung der Abbildung bei Elektronenstrahlmikroskopen
ist wesentlich schwieriger als bei Lichtmikroskopen, da dabei eine ganze Reihe von
Parametern zu-berücksichtigen ist. So wird beispielsweise bei den neuerdings bekanntgewordenen
Fokussierungshilfen die Objektivapertur oder die Bestrahlungsapertur, letztere beispielsweise
durch eine oberhalb des Objektivs angebrachte Wobbelspule, verändert. Bei Vergrößerung
der Objektivapertur tritt eine die genaue Scharfeinstellung erschwerende Abnahme
des Kontrasts ein, während bei Veränderung der Bestrahlungsapertur der Strahl zwar
auf einen größeren Bereich fokussiert wird, die Scharfeinstellung aber nur aufgrund
einer Abschätzung oder Messung von Helligkeitsunterschieden durchgeführt werden
kann. Einfach zu ermittelnde objektive Kriterien, die unter Umständen zur Automatisierung
der Scharfeinstellung verwendet werden könnten, werden durch keine der bekannten
Fokussierungshilfen geliefert. Besonders groß sind diese Schwierigkeiten bei Feinbereichsbeugungsaufnahmen,
da bei diesen Aufnahmen die Fokussierung nur mit Hilfe des zentralen,
extrem
hellen Nuilstrahls überwacht werden kann. Da Feinbereichsbeugungsaufnahmen für viele
Anwendungsgebiete, beispielsweise bei der kristallographischen Analyse, ein unentbehrliches
Hilfsmittels sind, ist das Fehlen eines geeigneten Verfahrens oder Hilfsmittels
zur Durchführung der Fokussierung ein schwerwiegender Nachteil.
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Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein einfaches Verfahren
zur Fokussierung von Elektronenmikroskopen bei Feinbereichsbeugungsaufnahmen anzugeben,
durch das objektive Merkmale über die Genauigkeit der Scharfeinstellung geliefert
werden, die auch zur Automatisierung des Scharfeinstellungsvorganges verwendbar
sind.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zur Fokussierung
von Elektronenmikroskopen bei Feinbereichsbeugungsaufnahmen gelöst, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Elektronenstrahl die Selektorblendenebene entweder gleichzeitig
oder in zeitlicher Aufeinanderfolge an mindestens zwei Stellen durchsetzt und daß
die die Fokussierung beeinflussenden Parameter so lange verändert werden, bis die
durch die Sektorenblendenebene im Zentralbereich und in einem oder mehreren seitlich
davon liegenden Bereichen durchsetzenden Elektronenstrahlen erzeugten Beugungsbilder
in der Zwischenbildebene bzw. in der Endschirmebene zusammenfallen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsge-' dankens
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Selektorblende periodisch senkrecht zur optischen
Achse bewegt wird und daß das Minimum der dabei auftretenden periodischen Verschiebung
des Beugungsbildes in der Zwischenbildebene bzw. der Ebene des Beobachtungsschirmes
als Kriterium für eine optimale Fokussierung ausgewertet wird.
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Eine andere besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens
ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Selektorblendenebene
neben
der zentralen öffnung eine oder mehrere seitlich von der optischen Achse gelegene
öffnungen zur Durchführung der Fokussierung steuerbar freigegeben werden und daß
das Auftreten des Minimums der Abstände der in der Zwischenbildebene bzw. in der
Beobachtungsschirmebene entstehenden Beugungsbilder als Kriterium für eine optimale
Fokussierung ausgewertet wird.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der optimalen Fokussierung automatisch
durch das Auftreten des Minimums der periodischen Verschiebung bzw. des Minimums
des Abstandes der Beugungsbilder gesteuert wird.
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Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine senkrecht zu optischen Achse verschiebbar
angeordnete Selektorblende und durch Mittel, beispielsweise Kurbeltriebe; Schwinganker,
piezoelektrische Elemente oder dgl. zur Bewegung der Selektorblende.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet
durch seitlich der zentralen öffnung der Selektorblende angeordnete zur Einstellung
der optimalen Fokussierung steuerbar freigebbare Öffnungen. Eine andere vorteilhafte
Fortbildung des Erfindungsgedankens ist gekennzeichnet durch eine steuerbar in den
Bereich der Zwischenbildebene oder des Beobachtungsschirms verbringbare Anordnung
zur Feststellung des Auftretens des Minimums der periodischen Verschiebung bzw.
des Abstandes der Beugungsbilder.
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Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 die schematische Darstellung des Strahlenganges bei der Feinbereichsbeugung,
Fig. 2 die schematische Darstellung eines Ausschnittes
des Strahlenganges
aus Fig. 1 zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fign. 3 u. 4
eine zur Durchführung des erfindungsgeznäßen Verfahrens geeignete Ausgestaltung
der Selektorblende in zwei verschiedenen Stellungen.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung besteht aus einer Elektronenquelle
1, einer durch die gestrichelte Linie 2 angedeutete Kondensorlinse, einer im Bereich
dieser Linse angeordneten Blende 3, einem Objektträger 4, einer unterhalb dieses
Objektträgers angeordneten und durch die gestrichelte Linie 5 angedeuteten Objektivlinse
und einem darunter angeordneten, das erste Beugungsbild ausblendenden Aperturblende
6, einer Selektorblende 7, einer darunter angeordneten, durch die gestrichelte Linie
8 angedeuteten Zwischenlinse, einer unterhalb der das zweite Beugungsbild enthaltenden
Zwischenbildebene 9 angeordneten, durch die gestrichelte Linie 10 angedeuteten Projektivlinse
sowie einem Endbildschirm 13. Das Bündel der Nullstrahlen 14 wird durch zwei einen
punktierten Bereich einschließende Linien und die Bündel der abgebeugten Strahlen
12 durch je zwei jeweils weiße Bereiche einschließende Linien angedeutet.
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Der in Fig. 1 dargestellte Strahlenverlauf zeigt wie in üblichen Elektronenmikroskopen
das erste (primäre) Beugungsbild eines Objektes zweistufig abgebildet werden kann,
so daß das Feinbereichs-Beugungsdiagramm des abzubildenden Objekts in der Bildschirmebene
13 sichtbar wird. Dabei dient die Selektorblende 7 dazu, das Beugungsbild eines
kleinen Objektausschnittes aus zu blenden.
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Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des vollständigen Strahlenganges und
das Prinzip der Erfindung. Die Selektorblende 7 hat neben der zentralen öffnung
17 zusätzliche öffnungen 18 und 19, die ein Mehrfaches des Durchmessers der zentralen
öffnung von der optischen Achse entfernt sind. Beispielsweise 100 - bei einem
Durchmesser
der Selektorblende von 20 e . Ist das Beugungsbild fokussiert, so werden, wie in
Fig. 2 dargestellt, der die Zentralöffnung der Selektorblende durchsetzende mittlere
Nullstrahl 14 und die beiden die seitlichen öffnungen 18 und 19 der Selektorblende
durchsetzenden seitlichen Nullstrahlen 14a und 14b in die Zwischenbildebene 9 abgebildet.
Ist die durch die gestrichelte Linie 8 (Fig. 1) dargestellte Zwischenlinse jedoch
defokussiert, so spaltet der abgebildete Nullstrahl in so viele Teilstrahlen auf,
wie insgesamt öffnungen in der Selektorblende vorhanden sind.
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Wegen der extremen Helligkeit des zentralen Nullstrahls auf dem Endbildschirm
ist, wie schon oben ausgeführt, seine exakte Fokussierung schwierig. Das Aufspalten
des zentralen Leuchtpunktes in mehrere einzelne nebeneinander auftretende Leuchtpunkte
ist jedoch mühelos erkennbar, da die in Fig. 2 skizzierte Aufspaltung bereits in
der Zwischenbildebene 9 auftritt und durch die durch die gestrichelte Linie 10 angedeutete
Projektivlinse (Fig. 1) noch einmal vergrößert auf den Endbildschirm abgebildet
wird.
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In den Fign. 3 und 4 ist ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergegeben, in dem die Selektorblende 7 wie
in Fig. 2 dargestellt neben der zentralen Öffnung 17 zwei seitlich angeordnete öffnungen
18 und 19 aufweist. Zur steuerbaren Freigabe der zur Scharfeinstellung benötigten
seitlichen öffnungen 18 und 19 ist ein Schieber 20 vorgesehen, der eine öffnung
21 aufweist. In der in Fig. 4 dargestellten Anordnung wird der Schieber 20 in einer
Stellung wiedergegeben, in der sowohl die zentrale öffnung 17 als auch die seitlichen
öffnungen 18 und 19 der Selektorblende 7 freigegeben sind.
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Nach Durchführung der scharfeinstellung in der oben angegebenen Weise
wird der Schieber 20 zur Durchführung der eigentlichen Beobachtung oder Aufnahme
in eine Stellung überführt, in der nur die zentrale öffnung 17 frei ist, so daß
der Elektronenstrahl den in Fig. 1 dargestellten Verlauf hat. Anstelle der'in den
Fign. 3 und 4 dargestellten Ausgestaltung der Selektorblende kann auch eine Selektorblende
7 ohne Schieber 20 verwendet werden, wenn Mittel zu einer periodischen Verschiebung
der Selektorblende
senkrecht zur optischen Achse vorgesehen sind.
Diese Mittel können entweder Kurbeltriebe, Schwinganker, piezoelektrische Elemente
oder dgl. sein. Die Fokussierung kann entweder durch direkte visuelle Beobachtung
des Endbildschlrmes oder automatisch durch im Bereich der Zwischenbildebene oder
des Bildschirmes angeordnete lichtempfindliche Anordnungen erfolgen, mit denen festgestellt
werden kann, ob in der Zwischenbildebene oder in der Bildschirmebene einer oder
mehrere Leuchtpunkte auftreten.
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Die Verringerung des Abstandes der einzelnen Leuchtpunkte ist direkt
von der Güte der Scharfeinstellung abhängig. Das Auftreten eines einzigen Leuchtpunktes
mit einem minimalen Durchmesser zeigt die vollständige Scharfeinstellung an. Wird
anstelle der in den Fign. 2, 3 und 4 dargestellten Ausgestaltung der Selektorblende
eine Selektorblende mit einer einzigen zentralen Öffnung angeordnet, die zur Durchführung
der Scharfeinstellung senkrecht zur optischen Achse in Schwingung versetzt werden
kann, so ist.das Kriterium für die Scharfeinstellung das Verschwinden bzw. das Minimum
der seitlichen Bewegung des in der Zwischenbildebene oder auf dem Beobachtungsschirm
entstehenden Leuchtpunktes.