DE2318023A1 - Abtast-elektronenmikroskop - Google Patents

Description

*»»**»· 10. April 1973

Na R, SPIANEMANN Dr. B. IEITZNEK 1915-1-8023

DtPt-ING. J. EiCHTEl 8000 MÖNCHEN 2l

Tai 13 22 & 07 171 «2 09

BISC CORPORATION Hayward, Kalifornien 94345« USA

Abta s t=Elek tronenmikro skop

Die Erfindung bezieht sich auf Abtast-Elektronenmikroskope und insbesondere auf ein automatisches Kontrast- und Schwarzwert-Steuersystem für ein Abtast-Elektronenmikroskop.

Bei einem Abtast- oder Raster-Elektronenmikroskop wird ein Elektronenstrahl auf eine Probe fokussiert und wird über diese rasterfo-^tnig abgelenkt» Von der Probe oder dem Objekt emittierte oder reflektierte Elektronen werden aufgefangen und verstärkt» um das Videosignal zu bilden. Dieses Videosignal wird zur Intensitätsmodulation des Strahles*einer Kathodenstrahlröhre verwendet, wobei der Strahl der Kathodenstrahlröhre synchron mit dem Elektronenstrahl des Abtast-Elektronenmikroskopes abgelenkt wird, um das gewünschte Bild der Probe oder des Objektes auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre zu bilden. Bei einem derartigen Abtast-Elektronenmikroskop ist es erforderlich, die dem Videosignal erteilte Verstärkung und

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Vorspannung so einzustellen, daß sichergestellt ist? daß das dargestellte Signal innerhalb des dynamischen Bereichs der Kathodenstrahlröhre liegt. Im einzelnen muß die Vorspannung oder der Schwarzwert so eingestellt werden, daß der dunkelste Teil des Bildes etwas über dem Schwellwert der Kathodenstrahlröhre liegt. Xn gleicher Weise muß die maximale Signalverstärkung oder der Kontrast so eingestellt werden, daß die hellsten Teile des Bildes unterhalb des Sättigungewertes der Kathodenstrahlröhre liegen. Bisher wurde die Einstellung des Schwarzwertpegels oder der Vorspannung sowie des Kontrastes oder der Verstärkung von Hand durchgeführt· Natürlich ergeben sich erhebliche Änderungen der Videosignale bei unterschiedlichen Proben oder Objekten, so daß häufige, langwierige und zeitaufwendige Neueinstellungcn des Kontrastes und des Schwarzwertpegels
erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abtast-Elektronenmikroskop zu schaffen, bei dem diese manuellen Einstellungen nicht erforderlich sind und bei dem die Bildqualität automatisch auf den besten erzielbaren Wert gebracht wird.

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Abtast-Elektronenmikroskop weist eine automatische Kontrast- und Schwarzwert-Steuerschaltung auf» Xm einzelnen wird der Spitzen-Spitzen- Videosignalpegel oder Kontrast festgestellt bzw. gemessen und mit einem Bezugssignal verglichen. Das Differenzsignal zwischen diesen Signalen wird zur Steuerung der Verstärkung des Videosignals derart verwendet, daß der Kontrast des Videosignals automatisch gesteuert wird. Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Verstärkung des Videosignals auf diese

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Veise durch Ändern der Betriebespannung des Photovervielfacher s verwendet, wodurch andererseits die Verstärkung der in der Video-Schaltungskette verwendeten Photovervielfacherröhre geändert wird.

In gleicher Veise wird der Schwarzwertsignalpegel fee tee β teilt bzw ο gemessen und mit einem Be züge signal verseuchen. Das Differenzsignal zwischen diesen Signalen wird zur Vorspannung des Videosignale und damit zur automatischen Steuerung des Schwarzwertpegelβ des Videosignale verwendet· Entsprechend dem bevorzugten AuefUhrungebeispiel der Erfindung wird der auf den Photovervielfacher folgenden Vorverstärkerstufe ein geeignetes Gleichspannungs-Vorspannung s signal zugeführt» um auf diese Veise den Schwarzwertpegel auf den gewünschten Vert vorzuspannen oder zu vereetzen.

Öle Feststellung bzw. Messung dee Schwarzwertpegels

und des Kontrastee wird durch geeignete Verarbeitung der

durchgeführt

Videosignale eines vollständigen Video-Bildes/ Die automatischen Kontrast- und Schwarzwertpege'l-Steuerachaltungen bewirken eine kontinuierliche Einstellung der Verstärkung und der Gleich-Vorspannung« die den Videosignalen eines darauffolgenden Bildes erteilt Wird ., und zwar auf der Grundlage der Kontrast- und Schwarzwertpegel-Signale« die bei einem vorhergehenden Videobild festgestellt wurden. Auf diese Veise wird die Kontrast- und Schwarzwertpegel-Steuerung kontinuierlich erneuert, so daß die Kathodenstrahlröhren-Darstellung zu Jeder Zeit eine maximale Güte aufweist und im wesentlichen durch Drift- oder andere Übergangserscheinungen nicht beeinflußt wird.

Durch die erfindungegemäße Ausgestaltung dee Abtast-

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Elektroneiuiikroskopeβ wird ein Abtast-Elektronenmikroskop geschaffen., bei den der Kontrast und der Schwarzwertpegel des Videosignals auiomatisch gesteuert wird und bei dem die Bildqualität automatisch auf einem Bestwert gehalten wird.

Hierzu wird der Schwarzwertpegel gemessen, mit einem Bezugssignal verglichen und zur Steuerung der Glβich-Vorspannung verwendet, die dem Videosignal aufgeprägt wird.

Weiterhin wird der Kontrast gemessen, mit einem Bezugssignal verglichen und zur Steuerung der dem Videosignal erteilten Verstärkung verwendet·

Das erfindungsgemäß ausgebildete Elektronenmikroskop unter Verwendung einer automatischen Kontrast- und Schwarzwertpegel-Steuerung weist den Vorteil auf, daß die Notwendigkeit einer manuellen Einstellung des Kontrastes und des Schwarzwertes weitgehend beseitigt ist. Der kontinuierliche Betrieb der automatischen Kontrast- und Schwarzwert-Steuer schaltung stellt sicher, daß die Bildqualität zu jeder Zeit ihren besten Wert aufweist. Weiterhin wird das Bild im wesentlichen durch Drift- und andere Übergangserscheinungen nicht beeinflußt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigent

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Pig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungeform eines Abtast-Elektronenetrahlalkroekopes;

Fig. 2 ein ausführlicheres Blockschaltbild einer Ausführungsforai der Kontrast- und Schwarzwertpegel·· Steuerschaltung des in Fig. 1 gezeigten Elektronenaikroakops.

In Flg. 1 ist ein all gestein ait A bezeichnetes Abtast-Elektronenaikroskop gezeigt, das eine elektronenoptische Säule 10 aufweist· In der elektronenoptischen Säule 10 ist eine Elektronenquelle 12 angeordnet« die einen Elektronenstrahl Ik in Richtung auf eine Probe 16 aussenden kann, die von einen Objektträger 18 in der elektronenoptischen Säule getragen wird. Eine Anzahl von magnetischen Fokussie· rungsspulen 20, typischerweise drei Fokussierungsspulen, sind aufeinanderfolgend entlang der Bahn des Elektronenstrahls Ik angeordnet. Die Folcussierungsspulen 20 werden in geeigneter Weise angesteuert, um magnetische Linsenfelder zu erzeugen, die eine Fokussierung des Elektronenstrahls Ik auf der Probe oder dem Objekt i6 bewirken·

Zwei Magnetische Ablenkspulen 22 und 2k sind entlang der Bahn des Elektronenstrahls 14 angeordnet, wobei die Ablenkspulen 22 und 2k typischerweise zwischen den zweiten und dritten, eine Magnetische Linse bildenden Spulen 20 angeordnet sind. Wie es weiter unten ausführlicher beschrieben wird, werden die Ablenkspulen 22 und 2k derart angesteuert, daß sie ein sich änderndes Magnetfeld erzeugen, das eine Ablenkung des Elektronenstrahls Ak derart bewirkt, daß der Elektronenstrahl die Probe oder das Objekt 16 rasterförmig abtastet. Das Auftreffen des Elektronenstrahls 14 auf die Probe i6 bewirkt die Reflektion oder

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die Emission von Elektronen von der Probe 16, wobei diese Elektronen von einem Elektronenkollektor 26 aufgefangen werden.

Der vorstehend beschriebene Aufbau der elektronen· optischen Säule des Abtast-Elektronenmikroskops ist in dieser Technik gut bekannt und wird hier nur zu Erläuterungezwecken beschrieben, wobei verständlich ist, daß die erfindungsgemäße automatische Kontrast- und Schwarzwertsteuerung für das Abtast-Elektronenmikroskop auch bei anderen Arten des Aufbaus der elektronenoptischen Säule verwendet werden kann.

Von den Elektronenkollektor 26 aufgefangene Elektronen werden einem Photovervielfacher 28 zur Verstärkung zugeführt. Der Ausgang des Photovervielfachers 23 wird einen Vorverstärker 30 zugeführt, der seinerseits mit einem Verstärker 32 verbunden ist. Der Vorverstärker 3O und der Verstärker 32 bewirken eine zusätzliche Verstärkung des Videosignals.

Das auf diese Weise verstärkte Videosignal am Ausgang des Verstärkers 32 wird dem Steuergitter einer Kathodenstrahlröhre 3^ zugeführt. Auf diese Weise wird das verstärkte Videosignal zur Intensitätsmodulation des Elektronenstrahls der Kathodenstrahlröhre 3^ derart verwendet, daß ein übliches intensität»- oder faelligkeitsnoduliertes Bild auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre Jh ausgebildet wird.

Wie es kurz weiter oben angegeben wurde, werden der Elektronenstrahl Ik der elektronenoptischen Säule 10 und der Strahl der Kathodenstrahlröhre 3^ synchron in raster-

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fOrmiger Weise abgelenkt. Zu diesem Zweck ist ein Ablenkgenerator 36 vorgesehen. Der Ablenkgenerator 36 erzeugt synchronisierte, sich wiederholende horizontale und vertikale Sägezahnschwingungen an den Leitungen 38 bzw. kO, Diese Ablenk-Schwingungsformsignale werden einem Ablenkjoch k2 zugeführt, das um den Hals einer Kathodenstrahl· röhre 3^ angeordnet ist, um die Ablenkung des Strahles der Kathodenstrahlröhre in der gewünschten rasterförmigen Weise zu erzielen. Die Ablenksignale werden außerdem einer Vergrößerungeschaltung kk zugeführt. Die Vergrößerungeschaltung kk bewirkt eine Abschwächung der Ablenkeignale und führt diese den Ablenkspulen 22 und 2k zu. Die von der Vergrößerungschaltung kk hervorgerufene AbSchwächung bewirkt, daß der Strahl 1k der elektronenoptischen Säule 10 die Probe 16 in einer Welse abtastet, die der Ablenkung des Strahles der Kathodenstrahlröhre 3k ähnlich 1st, wobei sich jedoch kleinere Ablenkwege ergeben. Somit bewirkt die Abschwächung der Vergrößerung^schaltung kk eine Bestimmung der Vergrößerung des Abtast-Elektronenmikroskepes A. Das vorstehend beschriebene Abtast- bzw. Ablenksystem let üblich und wird hier nur zu Erläuterungezwecken beschrieben, wobei verständlich ist, daß die automatische Kontrast- und Schwarzwertsteuerung gemäß der Erfindung bei anderen Ablenk- bzw. Abtastsystemen verwendet werden kann·

Dar Ablenkgenerator 36 erzeugt zusätzliche Austast- oder Ausblendeignale, die in üblicher Weise zur ÜnterdrUkkung des Strahls der Kathodenstrahlröhre 3^ während des Zeitintervalle verwendet werden, während dessen der Strahl von dem) Ende eines Bildes, zum Beginn eines darauffolgenden Bildes zurückgeführt wird. Im einzelnen erzeugt der Ablenkgenerator 36 ein Austast-Anfangβsignal an einer Leitung und ala Austast-Endsignal an einer Leitung 47. Diese Si-

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gnale werden selbstverständlich zu Beginn bzw. am Ende des Rücklauf- oder Strahlunterdrückungs-Zeitintervalls erzeugt. Zusätzlich zur üblichen Verwendung dieser Signale werden diese Signale bei dorn erfindungsgemäß ausgebildeten Abtast-Elektronexuaikroskop in der automatischen Kontrast- und Schwarzwertsteuerung verwendet,wie dies weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird·

Wie es kurz weiter oben angedeutet wurde, hängt die Bildqualität des Bildes auf der Kathodenstrahlröhre Jk von zwei elektrischen Eigenschaften des Videosignals ab. Erstens bestimmt der Schwarzwert-Spannungspegel des Videosignals die Helligkeit der dunkelsten Bereiche des Bildes« Somit 1st es zur Optimierung der auf der Kathodenstrahlröhre Jh dargestellten Information erforderlich, die Schwarzwert-Spannungspegel so vorzuspannen oder einzustellen, daß sie oberhalb des Schwellwertes der Kathodenstrahlröhre 3k liegen* damit ein Informationsverlust in dem dargestellten Bild vermieden wird· In gleicher Weise wird die Helligkeit der hellsten Teile des Bildes und damit der Kontrast durch die Verstärkung bestimmt, die dem Spitzen-Videosignal erteilt wird. Genauer gesagt ist es zur Vermeidung eines Informationsverlustes in dem dargestellten Bild erforderlich, daß das Spitzen-Spannungssignal unter dem Sättigungspegel der Kathodenstrahlröhre 3k liegt. Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäß ausgebildete automatische Kontrast- und Schwarzwert-Steuerschaltung k6 vorgesehen·

Im einzelnen wird das Videosignal am Ausgang des Vorverstärkers 30 der Kontrast- und Sichwarzwertpegelschaltung 46 über eine Leitung 48 zugeführt. Wie es weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird, bewirkt die Kontrast-

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und Schwarzwertpeselschaltung 46 eine Feststellung des Spitzensignalpegela und des Schwarzwertes, vergleicht diese Signale mit Bezugssignalen und steuert die Verstärkung und die Vorspannung der Video»Schaltungekette in Abhängigkeit hiervon. Zu diesem Zweck erzeugt die Kontrastund Schwarzwertpegelschaltung 46 ein Vorspannungesignal an einer Leitung 5O_f wobei dieses Signal dem Vorverstärker 30 zur Summi ertrag Bit den Videosignal zugeführt wird. Somit führt die Kontrast- und Schwarzwertpegelschaltung 46 eine Steuerung des Schwarzwertes dadurch durch, daß das Videosignal am Eingang des Vorverstärkers 30 vorgespannt wird.

Die Kontrast- und Schwarzwertpegelschaltung 46 erzeugt außerdem ein Verstärkungssteuersignal an einer Leitung 52, das der Betriebsspannungsversorgung 54 des Photovervielfachers 28 zugeführt wird. Das Signal an der Leitung 52 wird zur Änderung der Ausgangsspannung der Spannungsversorgung 54 und damit zur Änderung der dem Photovervielfacher 28 zugeführten Spannung verwendet. Weil die Verstärkung des Photovervielfachers 28 teilweise von der ihm zugeführten Betriebsspannung abhängt, ist zu erkennen, daß die Verstärkung des Photovervielfachers 28 in Abhängigkeit von dem Signal an der Leitung 52 geändert wird. Somit be* wirkt die Kontrast- und Schwarzwertpegelschaltung 46 eine Einstellung der Verstärkung des Photovervielfacherβ 28 und damit der Verstärkung der Video-Schaltungskette.

Anhand von Fig. 2 wird der Aufbau und die Betriebsweise der automatischen Kontrast- und Schwarzwertpegel-Steuers chaltung 46 im folgenden ausführlicher beschrieben. Bei Betrachtung der Kontrast-Steuerfunktion ist zu erkennen, daß das Videosignal an der Leitung 48 einem Spitzen-

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Spitzen-Detektor 58 zugeführt wird, der - wie sein Name sagt - eine kontinuierliche Feststellung oder Messung des Spitze-Spitze-Videosignalpegels oder des Kontrastes durchführt.

Der Ausgang des Spitze-Spitze-Detektors 58 ist mit einer Speicherschaltung 6o verbunden, die den von dem Spitze-Spitze-Detektor 58 gemessenen maximalen Videosignal-Spitze-Spitze-Pegel speichert. Typischerweise kann die Speicherschaltung 60 einen Kondensator umfassen. Selbstverständlich muß die Zeitkonstante der Speicherschaltung erheblich größer sein als die Zeitdauer eines Videobildes. Die Speicherschaltung 60 schließt Schaltungen zur Rückstellung oder Entladung der Speicherschaltung am Ende Jedes Videobildeβ ein, so daß die Speicherschaltung zum Empfang und zur Speicherung des für das darauffolgende Videobild gemessenen Spitze-Spitze-Videosignalpegels zur Verfügung steht. Genauer gesagt wird das von dem Ablenkgenerator 36 auf der Leitung 47 erzeugte Austast-Endsignal den Bücksteileingang der Speicherschaltung 60 zugeführt, um die Speicherschaltung am Ende jedes Austastintervalle zu entladen oder zurückzustellen.

Der Ausgang der Speicherschaltung 6O ist mit den normalerweise offenen Kontakten eines Relais 62 verbunden. Die Spule des Relais 62 wird durch das Austast-Anfangssignal an der Leitung 45 am Anfang des auf das Ende jedes Videobildes folgenden Austast- oder Strahlunterdrückungsintervalls erregt. Entsprechend wird der in der Speicherschaltung 60 für ein bestimmtes Bild gespeicherte maximale Spitze-Spitze-Videosignalpegel über die Kontakte des Relais 62 dem Eingang eines Pufferverstärkers 64 am Anfang des Strahlunterdrückungeintervalls zwischen Videobildern

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zugeführt* Der Pufferverstärker 6k weist eine ausreichend hohe Eingangsimpedanz auf, um eine wesentliche Entladung der Speicherschaltung 60 durch diese Eingangβimpedanz hindurch BU verhindern· Somit erscheint der maximale Spitze-Spitze-Videoeignalpegel für jedes Videobild asu Beginn Jedes Austaat- oder Strahlunterdrückungsintervalls am Ausdes Pufferverstärkers 6k,

Der Ausgang des Pufferverstärkers 6k ist mit dem Eingang eines Vergleichers 66 verbunden. Eine Kontrast-BezugsspanmragsVersorgung 68 ist vorgesehen, um ein Spanmui£selgnal zu erzeugen, das dem gewünschten maximalen Spltze-Spitze-Videosignal entspricht. Die Kontrast-Bezugs spannung wird dem Vergleicher 66 zum Vergleich mit deai gemessenen Spitze-Spitze-Videosignalpegels während dee Zeitintervalle zwischen Videobildern oder während des Austastintervall zugeführt. Somit erzeugt der Vergleicher 66 ein Dlfferenzsignal, das die Differenz zwischen dem gewünschten oder Bezugs-Spitze-Spitze-Signalpegel und dem tatsächlichen oder gemessenen Spitze-Spltze-Slgnalpegel darstellt. Vie es weiter oben kurz angedeutet wurde, wird dieses Differenzsignal zur Steuerung der Verstärkung der Video-Schaltungskette verwendet·

Zu diesem Zweck sind Schaltungen zur Speicherung des Differenzeignale zur Verwendung während des darauffolgenden Vldeobildee vorgesehen. Im einzelnen ist der Ausgang des Vergleichere 66 mit dem Eingang eines Differenzverstärker β 70 verbunden· Der Ausgang des Differenzverstärker 7o ist seinerseits mit einer Speicherschaltung 72 verbunden. Die Speicherschaltung 72 kann im wsentlichen zu der Speicherschaltung 60 identisch sein und kann daher einen Kondensator und eine zugehörige Schaltung um-

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fassen, di· eine Zeitkonetante aufweisen, die beträchtlich größer al· die Dauer eine· Videobilde· ist.

Die Speicherachaltuns 72 leb mit dem Eingang eine· Pufferverstärkerβ 7k verbunden, der eine ausreichend hohe Eingangeimpedanz aufweist, um eine Entladung der Speicherschaltung 72 durch diese Eingangeimpedanz zu verhindern. Der Ausgang des Pufferverstärker· 7^ ist alt einer Leitung 52 zur Zuführung an die Photovervielfacher-Betriebsspannungaver·orgung 5^ verbunden,wie ea weiter oben beschrieben wurde· Zusätzlich iet der Ausgang des Pufferverstärker· ?4 ait den normalerweise geschlossenen Kontakten eine· Relais 76 verbunden* Wie es unter Bezugnahme auf das Relais 62 beschrieben wurde, ist die Spule des Relais 76 ■it der Leitung k5 verbunden, so daß das Relais zu Beginn Jedes Austastintervallβ erregt wird. Die normalerweise geschlossenen Kontakte des Relais 76 sind mit dem Eingang einer Speicherschaltung 77 verbunden. Die Speicherschaltung 77 iet im wesentlichen zur Speicherschaltung 72 identisoh und speichert das Ausgangsalgnal des Pufferverstärker· 7k, Der Ausgang der Pufferschaltung 77 wird einem der Eingänge des Differenzverstärkerβ 70 zugeführt. Während des Austastintervall·, wenn die Kontakte de· Relais 76 offen sind, bewirkt die Speicherschaltung 77 eine Zuführung des gegenwärtig gespeicherten Differenzsignal· an den Eingang des Differenzverataker· 70, um eine Differenz mit dem gewünschten oder darauffolgenden Differensslgnal zu bilden. Somit entspricht der Ausgang des Verstärkers 70 während des Austastintervall der Differenz zwischen dem gegenwärtigen und dem darauffolgenden Differenzsignal, die zu den In der Speicherschaltung 72 zu der Zeit gespeicherten Differenzsignalen hinzuaddiert werden, um dieses auf den darauffolgenden Vldeoeignalpegel zu erneuern. Entspre-

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chend wird das In der Speicherschaltung 72 gespeicherte Differenzsignal periodisch an Ende jedes Videobildes erneuert.

Die Schwarzwerteteuerung wird durch die Kontrastund Schwarzwertpegel-Steuerschal%ung 46 in im wesentlichen gleicher Weise durchgeführt» Int einzelnen wird das Videosignal an der Leitung 48 einem NuI!pegeldetektor 78 zugeführt· Der Mullpegeldetektor 78 erzeugt ein Spannungssignal, das des Schwarzwert- oder Nullpegel des Videosignals entspricht· Zu diesen Zweck kann der Nullpegeldetektor 78 einen Inverter und einen Spitzendetektor umfassen· Das gesessene Mullpegelsignal wird der Speicherschaltung 80 zugeführt» die ie wesentlich zu der weiter oben beschriebenen Speicherschaltung 60 identisch ist. Die Speicherschaltung 80 schließt somit mit der Leitung 47 verbundene Rucksteilschaltungen ein, um die Speicherschaltung 80 am Ende Jedes Auetastintervalls zurückzustellen.

Der Ausgang der Speicherschaltung 80 wird über ein Relais 82 dem Eingang eines Pufferverstärkers 84 zugeführt, Das Relais 82 und der Pufferverstärker 84 sind jeweils identisch zum Relais 6z und zum Pufferverstärker 64, wie sie welter oben beschrieben wurden. In ähnlicher Weise ist der Ausgang des Pufferverstärkerβ 84 mit einem Eingang eines Vergleichers 86 verbunden, der im wesentlichen zum Vergleicher 66 identisch 1st·

Eine Nullpegel-Bezugsspannungsversorgung 88 1st zur Erzeugung eines Spannungesignale vorgesehen, das dem gewünschten Schwarzwert- oder Nullpegel entspricht. Die

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lfullpegel-Be zug* spannung wird dem Vergleicher 86 zum Vergleich mit dem gemessenen Nullpegel zugeführt. Auf diese Weise erzeugt der Vergleicher 86 ein, Differenzsignal, das die Differenz zwischen dem gewünschten oder Bezugs-Nullpeg·! und dem tatsächlichen oder gemessenen Nullpegel darstellt. Wie es weiter oben kurz angedeutet wurde, wird die ses Differenzsignal zur Steuerung der Vorspannung des Videosignals verwendet·

Zu diesem Zweck sind Schaltungen zur Speicherung des Differenzsignale in einer Weise vorgesehen, die im wesentlichen der vorstehend in be^ug auf die Kontraststeuerfunktion beschriebenen entspricht. Im einzelnen ist der Ausgang des Vergleichers 86 mit dem Eingang eines Differenzverstärker s 90 verbunden. Der Ausgang dee Differenzverstärker β 90 wird einer Speicherschaltung 92 zugeführt. Der Differenzverstärker 90 und die Speicherschaltung 92 sind la wesentlichen zu dem vorstehend beschriebenen Differenzverstärker 70 sowie der Speicherschaltung 72 identisch· Die Speicherschaltung 92 ist mit dem Eingang eines Pafferverstärkers 94 verbunden, der dem weiter oben beschriebenen Pufferverstärker 74 entspricht. Der Ausgang des Pafferverstärkers 94 wird der Leitung 50 zugeführt, vat die Video-Kette über den Vorverstärker 30 vorzuspannen, wie es weiter oben beschrieben wurde.

Zusätzlich wird der Ausgang des Pufferverstärkers 94 einer Speicherschaltung 97 über die normalerweise geschlossenen Kontakte eines Relais 96 zugeführt. Das Relais 96 und die Speicherschaltung 97 sind somit zu dem weiter oben beschriebenen Relais 76 sowie der Speichorschaltung 77 identisch. Entsprechend bewirkt die Speicherschal tun« 97 eine Zuführung des gegenwärtigen Differenz-

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signals an den Eingang des Differenzverstärkers 90 aar Differenzbildung alt dee darauffolgenden gewünschten Differenzsignals während dee Strahlunterdrückungs-Intervalla. Der Differenzverstärker 90 bildet somit die Differenz zwischen den gegenwärtigen und den darauffolgenden Differenzsignalen, um ein Erneuerungesignal oder eist des jeweils neuen Vert darstellendes Signal zu erzeugen, das der Speicherschaltung 92 zugeführt wird. So-■it wird das in der Speicherschaltung 92 gespeicherte Differenzsignal periodisch während des Strahlunterdrtikkuage-Zeitlntervalle zwischen einzelnen Videobildern periodisch erneuert·

Im Betrieb wird eine Probe 16 auf den Probenträger befestigt, und das Innere der elektronen-optiechen Säule IO wird evakuiert· Das Elektronen«trahlerzeugungesystem 12 und die Fokusaierungsepulen 20 werden in geeigneter Yelse gespeist, um einen Elektronenstrahl i4 auf der Probe 16 zu fokussieren. Die von dem Ablenkgenerator 36 er« sengten Ablenksignale werden den Ablenkspulen 22 und gleichzeitig über die Vergrößerungsschaltung 44 zugefattrt. Auf diese Veise tastet der;Elektronenstrahl i4 dim Probe 16 rasterförmig ab, wobei gleichzeitig eine !!milche Abtastung oder Ablenkung des Strahls der Kathodenstrahlröhre 34 auftritt. Ss werden Elektronen von der Prob« 16 reflektiert oder auβgesandt und von dem Elektronenkollektor 26 aufgefangen. Diese Elektronen werden in dem Photοverstärker 28, dem Vorverstärker 30 und dem Verstärker 32 verstärkt und zur Modulation der Intensität des Strahles der Kathodenstrahlröhre 34 verwendet.

Während Jedes Videobildes wird das Videosignal Ausgang des Vorverstärkers 30 durch die Kontrast- und

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Schwarzwert-Steuer schaltung k6 überwacht. Ola Kontrastutid Schwarzwart-Stauarschaltung h6 erzeugt als Antwort zwei Signale· Eratana wird ain Kontrast-Steuersignal an dar Laitang 52 erzeugt, und der Photovervielfacher-LeiatungsVersorgung %k zugeführt, um die von dieser gelieferte Spannung zu atauern und damit die Verstärkung des Photovarvielfachers 28 zu ändern. Zweitens wird ein Gleichspannungs-Vorspannungssignal an der Leitung 50 erzeugt und dem Vorverstärker 30 zugeführt, um das Videosignal vorzuspannen.

Bei genauerer Betrachtung der Kontrast-Steuerfunktion dar Kontrast- und Schwarzwert-Steuerschaltung 46 ist zu erkennen, daß dar Spitze-Spitze-Detektor 58 kontinuierlich ain Signal erzeugt, das den Spitze-Spitze-Pegel dea Videosignale darstallt. Der maximale Spitze-Spitze-Signal· pagal wird in der Speicherschaltung 60 während dea Videobilde β gespeichert. Zu Beginn des Strahlunterdrückungeintervall s_t daa auf das Ende des Videobildes folgt,wird dieses Maximum-Signal dam Vergleicher 66 zugeführt, in dam aa mit dem von dar Kontrast-Bazugaversorgung 68 erzeugten Kontrast-Bezugssignal verglichen wird. Daa Differenzsignal zwischen diesen Signalen wird zur Erneuerung dea in der Speicherschaltung 72 gespeicherten Kontrast-Steuersignale für das darauffolgende Videobild verwendet· entsprechend wird zu Beginn jedes Strahlunterdrückungsintervalls das in der Speicherschaltung 92 geapeicherte Kontrast-Steuesignal erzeuert, um dauernd den Kontrast des Bildes auf der Kathodenstrahlröhre 3k auf einen optimalen Wert zu bringen. Am Ende Jedes StrahlunterdrUckungslntervalls wird dia Speicherschaltung 60 durch das Signal an der Leitung hj zurückgestellt, so daß die Schaltung für den Empfang des Videosignals des

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darauffolgenden Videobildes bereit ist.

Die Schwarswert-Steuerfunktion der Kontrast- und Schwarzwert-Steuerachaltung k6 wird in ähnlicher Weise durchgeführt. Ia einzelnen erzeugt der Nullpegel-Detektor 78 während Jedes Videobildes ein Signal, das dem Schwarzwert oder Nullpegel entspricht, der in der Speicherschaltung 80 gespeichert wird. Zu Beginn des auf das Ende jedes Videobildes folgenden Strahlunterdrückungeintervalle wird dieses Signal dem Vergleicher 36 zum Vergleich alt dem Nullpegel-Bezugssignal zugeführt, das von der Nullpegel-Bezugeversorgung 86 erzeugt wird. Die Differenz zwischen diesen Signalen wird zur Erneuerung des in der Speicherschaltung 92 gespeicherten Vorspannungs-Steuersignals für das darauffolgende Videobild verwendet. Entsprechend wird das in der Speicherschaltung 92 gespeicherte Vorspannung«-Steuersignal am Ende Jedes Vldeobildes erneuert, um den Schwarzwert des Videosignals auf einen optimalen Vert zu bringen. Am Ende jedes Strahlunterdrückungsintervalls wird die Speicherschaltung 80 durch das Signal an der Leitung 47 zurückgestellt, so daß die Schaltung zum Empfang dar Videosignale für das darauffolgende Videobild bereit ist.

Entsprechend erzeugt das Abtast- oder Rasterelektronenmikroskop unter Verwendung der beschriebenen erfindungsgemäßen Kontrast- und Schwarzwert-Steuerschaltung automatisch ein Videobild, das einen optimalen Kontrast und Schwarzwert aufweist. Auf diese Weise wird die Notwendigkeit einer kontinuierlichen manuellen Einstellung des Kontrastes und des Schwarzvertes praktisch beseitigt· Weiterhin regelt die beschriebene Kontrast- und Schwarzwert-Steuer scheltung automatisch jede Änderung de« Kon-

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traetes und des Schwarzwertes aus, die durch Drift- oder andere Übergangserscheinungen hervorgerufen werden. Somit wird die Bildqualität des erfindungsgemäßen Raster-Elektronenmikroskopes wirksam auf einen besten Wert gebracht.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   I^/Abtast-Elektronenmikroskop mit Einrichtungen rar Aasaendung elnae Elektronenstrahls, Einrichtungen zur Fokussierung ainaa Elektronen«treble auf einer Probe, •liier Kathodenstrahlröhre mit einem Elektronenstrahl, Ablenkelnrichtunken zur Ablenkung der Elektronenstrahlen In rasterförmiger Weise, einem in der Nähe der Probe angeordneten Elektronenkollektor und mit Video-Ketten-Einrichtungen sur Verstärkung des Signals des Elektronenkolloktors zur Erzeugung einea Videosignals zur Intensitätsmodulation des Strahles der Kathodenstrahlröhre, gekennzeichne t durch auf das Videosignal ansprechende Kontraatsteuereinrichtungen (46) zur Steuerung der Verstärkung der Video-Kette (28, 30, 32) derart, daß eich eine Steuerung des Kontrastes des Videosignals auf einen vorgegebenen Pegel ergibt.

   2· Abtast-Elektronenntikroskop nach· Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrast-Steuereinrichtungen (46) Detektoreinrichtungen (58) zur Feststellung dee Spitze-Spitze-Pegels des Videosignale, Vergleichereinrichtungen {66) zum Vergleich des gemessenen Spitze-Spitze-Pegels mit einem Bezugspegel und Steuereinrichtungen zur Steuerung der Verstärkung der Videokette in Abhängigkeit von dem Ausgang dor Vargleiehereinrichtungen (66) umfassen·

   3. Abtaet-^lektroneninikroskop lach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet ι daß die Kontrasteteuereinrichtungen (46) weiterhin auf die AblenkeAnri-jhtvin_{ en (Τ6) anspre-

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   cbende Schalteinrichtungen (62) zur Zuführung des gemessenen Spitze-Spitze-Pegels an die Vergleichereinrichtungen (66) am Ende jedes Videobildes und Speichereinrichtungen (72) zur Speicherung des Ausgangs der Vergleichereinrichtungen (66) für das darauffolgende Videobild umfassen.

   4. Ablenk-Elektronenmlkroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Video-Kette (28, 30, 32) einen Photovervielfaeher (28) einschließt, und daß die Kontraststeuereinrichtungen (46) die dem Photovervielfacher (28) zugeführte Betriebsspannung zur Steuerung der Verstärkung der Video-Kette steuern.

   5· Abtast-Elektronenmikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Schwarzwert-Steuereinrichtungen (46), die auf das Videosignal zur automatischen Steuerung der Vorspannung des Videosignals derart ansprechen, daß sich eine Stuerung des Schwarzwertes des Videosignals auf einen vorgegebenen Pegel ergibt.

   6. Ablenk-Elektronenmlkroskop nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Schwarzwert-Steuereinrichtungen Ostektoreinrlchtungen (78) zur Feststellung des Nullpegels des Videosignals, Vergleichoreinrichtungen (86) zum Vergleich des gemessenen Nullpegels mit einem Bezugspegel und Steuereinrichtungen zur Steuerung der Vorspannung der Video-Kette (28, 30, 32) in Abhängigkeit von dem Ausgang der Vergleichereinrichtungen (86) umfassen.

   7. Ablenk-Elektronenmikroskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwarzwert-Steuereinrichtungen weiterhin auf die Ablenkeinrichtungen (36) ansprechende Schalteinrichtungen (82, 9G) zur Zuführung des gemessenen NuXlpegels an die Vergleichereinrichtungen (86) am Ende jedes Videobildea und Speichereinrichtungen (92) zur '"'peiciierung des Ausgangs der Vergleichereinrichtungen (86) für das darauffolgende Videobild umfassen.

   8. Ablenk-Elektronenmikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch auf das Videosignal ansprechende Kontraststeuereinrichtungen zur automatischen Steuerung der Verstärkung der Video-Kette (28, 30, 32) derart, daß der Kontrast des Videosignale auf einen vorgegebenen Pegel eingestellt ist, und Schwarzwert-Steuereinrichtungen, die auf das Videosignal ansprechen, um die Vorspannung des Videosignals automatisch derart zu steuern, daß der Schwarzwert des Videosignals auf einen vorgegebenen Pegel eingestellt ist.

   9. Ablenk-Elektronenmikroekop naoh Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Pegel der Kontrast-Steuereinrichtungen unter dem Sättigungspegel der Kathodenstrahlröhre (3^) liegt, und daß der vorgegebene Pegel der Schwarzwert-Steuereinrichtungen oberhalb des Schwellwert-3» der Kathodenstrahlröhre (3*0 liegt.

   10. Automatisches Kontrasteteuersystem für das Videosignal eines Abtast-Elektronenraikrcskopes nach einem der vorhergehendem Ansprüche, gekennzeichnet durch Detektor-

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   einrichtungen (58) zur Feststellung des Spitze-Spitze-Pegels des Videosignals, Vergleichereinrichtungen (66) zum Vergleich des gemessenen Spitze-Spitze-Pogels mit einem Bezugspegel und Steuereinrichtungen zur Steuerung der Verstärkung des Videosignals in Abhängigkeit von dem Ausgang der Vergleichereinrichtungön (66).

   11. Kontrast-Steueraystem nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Schalteinrichtungen (6o) zur Zuführung des gemessenen Spitze-Spitze-Pegols an die Vergleichereinrichtungen (66) am Ende jedes Videobildes des Abtast-Elektronenmikroekopes, -wobei die Steuereinrichtungen Speichereinrichtungen (72) zur Speicherung dos Ausgangs der Vergleichereinrichtungen (66) für das darauffolgende, Videobild umfassen.

   12. Automatisches Schwarzwert-Steuersystem fUr das Videosignal eines Abtast-Elektronenmikroskopes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Detektoreinrichtungen (73) zur Feststellung des Nullpegels des Videosignals, Vergleichereinrichtungen (86) zum Vergleich des gemessenen Nullpegels mit einem Bezugspegel und Steuereinrichtungen aur Steuerung der Vorspannung des Videosignals in Abhängigkeit von dem Ausgang der Vergleichereinrichtungen (86).

   13. Steuersystem nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Schalteinrichtungen (32/ zur Zuführung des gemessenen Nullpegels an die Vergleichereinriehtun^en (86) am Ende jedes Videobildes des Abtast-Elektronenraikroskopes, wobei die Steuereinrichtungen Speichereinrich-

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   tungan (9-2) zur Speicherung des Ausgangs der Vergleichereinrichtungen (86) für das darauffolgende Videobild umfassen.

   14. Automatisches Kontrast-Steuersystem für ein Videosignal eines Ablenk-Elektronenmikroskopes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Detektoreinrichtungen (58) zur Feststellung des Spitze-Spitze-Pegels das Videosignals, Vergleichereinrichtungen (66) zum Vergleich des gemessenen Spitze-Spitze-Pegels mit einem Bezugspegel und Steuereinrichtungen zur Steuerung der Verstärkung des Videosignals in Abhängigkeit von dem Ausgang der Vergleichereinrichtungen (66),

   15· Steuersystem nach Anspruch 1*f, gekennzeichnet durch Schalteinrichtungen (60) zur Zuführung des gemessenen Spitze-Spitze-Pegels an die Vergleichereinrichtungen am Ende Jedes Videobildes des Videosignals, wobei die Steuereinrichtungen Speichereinrichtungen (72) zur Speicherung des Ausgange der Vergleichereinrichtungen (66) für das darauffolgende Bild des Videosignals einschließen.

   16. Automatisches Schwarzwert-Steuersystem für ein Videosignal eines Ablenk-Elektronenmikroskopes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (78) zur Feststellung des Nullpegels des Videosignals, Vergleichereinrichtungen (86) zum Vergleich des gemessenen Nullpegels mit einem Bezugspegel und Steuereinrichtungen zur Steuerung der Vorspannung des Videosignals in Abhängigkeit von dem Ausgang der VerfclGi chereinrichtungen.

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   17· Steuersystem nach Anspruch 16,, gekennseichnet durch Schalteinrichtungen (82) zur Zuführung des gemessenen Nullpegels an die Vergleichereinrichtungen (86) am Ende jedes Videobildes des Videosignals, wobei die Steuereinrichtungen Speichereinrichtungen (92) zur Speicherung des Ausganges der Vergleichereinrichtungen (86) für das drauffolgende Videobild des Videosignals einschließen.