DE2412675A1

DE2412675A1 - Elektronenmikroskop fuer dunkelfeldbeleuchtung

Info

Publication number: DE2412675A1
Application number: DE2412675A
Authority: DE
Inventors: Karel Jan Van Oostrum
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-03-28
Filing date: 1974-03-16
Publication date: 1974-10-10
Also published as: JPS49130668A; CA1002209A; ES424663A1; FR2223831B1; BE812849A; GB1469777A; US3889114A; IT1003873B; FR2223831A1; NL7304298A; SE392365B

Description

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PHN- 6802
14. März 1974

Elektronenmikroskop für Dunkelfeldbeleuchtung

Die Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop mit einer um eine optische Achse angeordneten ringförmigen Blende für das unter einem Vinkel mit der optischen Achse Beleuchten eines Objekts.

Ein derartiges Elektronenmikroskop ist z.B. aus einem Artikel von Heinemann und Poppa in Appl.Ph.ys.Letters, Vol. JjS (1970) Seite 515 bekannt. Die Ringblende ist dabei, wie üblich, in oder hinter der, in der Fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahls gesehen, letzten Kondensorlinse angordnet. Hierdurch ist auf einfache Weise eine sogenannte kegelförmige Beleuchtung eines Objektes verwirklicht, Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass der Tv'inke 1, unter dem das Objekt beleuchtet wird, völlig, durch die Lage und die Geometrie der Ringblende

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bestimmt wird. Hierdurch, muss für jeden verschiedenen Beleuchtung swinkel eine andere Ringblende montiert werden.

Es ist weiter bekannt, siehe z.B. den Artikel von Haskimoto, Kumoa und Hino in Jap. Journ. Appl.Phys. vol. 10 (1971) Seite.1115i das Objekt unter einer, von einer Strahlenabi enkanordnung (Wobbler) eingeführten einstellbaren Richtung zu beleuchten. Elektronen, die beim Passieren des Objekts nicht zerstreut sind, werden dabei durch eine Blende eingefangen und tragen nicht zur Bildformierung bei. Ein Nachteil dieser sogenannten Dunkelfeldbeleuchtung, wenn auf Strukturen (Atome) mit einem rotationssymmetrischen Diffraktionsmuster angewandt, ist die geringe Helligkeit in dem zu formierenden Bilde.

Die Erfindung bezweckt, ein Elektronenmikroskop zu schaffen, in dem die erwähnten Nachteile beseitigt sind. Bin Elektronenmikroskop der eingangs erwähnten Art ist zu diesem Zweck erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass sich darin, in Richtung des Strahlenganges gesehen, hinter einer Elektronenquelle eine erste Kondensorlinse und eine zweite Kondensorlinse zum Darstellen der Elektronenquelle auf dem Objekt befinden, dass das Kondensorsystem mit einer, für jede der Kondensor linsen verschieden-, auf einer verhältnismässig grossen Strecke regelbaren Versorgungsquelle versehen ist und sich die Ringblende zwischen der Elektronenquelle und der zweiten Kondensorlinse befindet.

Indem in einem erfindungsgemässen Elektronenmikroskop die Erregung der ersten Kondensorlinse variiert und dabei mit

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der zweiten Kondensorlinse die Elektronenquelle bzw. ein engster Durchschnitt des beleuchtenden Elektronenstrahles immer auf dem Objekt dargestellt wird, schwankt der Spitzenwinkel des Hohlkegels, unter dem das Objekt beleuchtet wird. Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung eignet sich für ¥inkelabtastung eines Objektes. Dazu wird z.B. in einer Anzahl diskreter Erregungsstellungen des Kondensorsystems das Objekt jeweils während einiger Zeit beleuchtet. Jedes der auf diese ¥eise gewonnenen Bilder wird in einen Speicher aufgenommen, und beliebig mit Bildern verglichen, die unter einem anderen Beleuchtungswinkel gewonnen sind. Dabei kann zum Erhalten einer optimalen Information die Zeitdauer, während der für jeden Beleuchtungswinkel beleuchtet wird, programmiert werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 schematisch den Strahlengang, im Schnitt, in einem erfindungsgeinässen Elektronenmikroskop,

Fig. 2 einen in einem Blockschaltbild angegebenen Aufbau für Fernsehaufzeichnung von Signalen, die mit einem erfindungsgeinässen Elektronenmikroskop gewonnen sind.

In Fig. 1 sind von einem Elektronenmikroskop eine Elektronenquelle 1, eine erste Kondensorlinse 2, eine zweite Kondensorlinse 3» ein Objektträger h mit einem Objektpunkt 5j ein Objektionsflansch 6 mit einer Objektivblende 7 und ein Bildschirm 8 mit einem Bildpunkt 9 schematisch anccgeben.

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Insoweit weicht das Elektronenmikroskop in keiner Hinsicht von bekannten Elektronenmikroskopen ab und ist somit eine nähere Beschreibung überflüssig. Erfindungsgemäss ist in diesem Mikroskop eine Ringblende 10 in der ersten Kondensorlinse angeordnet. Die Ringblende kann im Erfindungsgedanken auch eine andere Stellung einnehmen, wenn diese Stellung sich nur zwischen der Elektronenquelle 1 und der zweiten Kondensorlinse 3 befindet. Stellungen, die sich verhältnismässig nahe bei der Elektronenquelle befinden, und Stellen, an denen in einer gewünschten Erregungsstrecke der ersten Kondensorlinse die Bildebene 11 sich befinden kann, sind dabei obgleich nicht [unmöglich, so doch unpraktisch. Wird nun bei einer festen Stellung und Geometrie der Ringblende die Stärke der ersten Kondensorlinse variiert, so verschiebt sich die Darstellungsebene 11 und damit ein Darstellungspunkt 12 auf einer optischen Achse 13 des Elektronenmikroskops. Der Darstellungspunkt 12 funktioniert als Gegenstandspunkt für die zweite Kondensorlinse 3» Bei jeder Stärke der ersten Kondensorlinse wird jetzt, vorzugsweise automatisch, die zweite Kondensorlinse derart erregt, dass der Punkt 12 im Objektpunkt 5 dargestellt wird. Mit der axialen Verschiebung des Punktes 12 schwankt somit der in der Figur mit θ angegebene ¥inkel, unter dem der Objektpunkt 5 beleuchtet wird. In Fig. 1 sind zwei kegelförmige beleuchtende Strahlen 14 und 15 für Beleuchtungswinkel Q₁ bzw. Qp im Schnitt skizziert. Man soll dabei bedenken, dass der Punkt 12 für eine gewisse Erregungsstrecke des Kondensorsystems virtuell ist. Im Objekt werden die Elektronen aus dem

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beleuchtenden Strahl (ih_t 15) wenigstens teilweise in einer Richtung in einem verhältnismässig engen Kegel 16 auf der optischen Achse 13 zerstreut. Alle in dieser Richtung zerstreuten Elektronen werden von der Objektivblende 7 durchgelassen und tragen zur Bildformierung auf der Bildfläche 8 bei. Diese Elektronen sind somit immer unter einem Winkel ungefähr gleich dem Beleuchtungswinkel zerstreut.

In Fig. 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung skizzenhaft wiedergegeben. Eine Versorgung für das Kondensorsystem 2, 3 enthält eine Zeitregelanordnung 21, Die Zeitregelanordnung koppelt eine Folge diskreter Beleuchtungszeiten, wie mit einer Zeitfolge 22 auf einer horizontalen Zeitachse angegeben ist, mit einer Folge diskreter Beleuchtungswinkel, Jede der Kondensorlinsen des Kondensorsystems wird dann gemäss einer Rechteckfolge 23 und bzw, 2h erregt, in der die horizontale Zeitachse durch die Zeitfolge gegeben ist und die vertikal aufgetragene Stromstärke den Beleuchtungswinkel bestimmt. Die Ströme in beiden Rechteckfolgen 23 und Zh sind selbstverständlich für optimale Darstellung der Elektronenquelle auf dem Objekt einem den anderen angeglichen. Hierdurch kann jetzt eine ausgewählte Folge von Beleuchtungswinkeln während einer beliebig einstellbaren oder programmierbaren Beleuchtungszeit beibehalten bleiben.

Von einer ausgewählten Folge von Beleuchtungswinkeln kann jetzt jeder diskrete Beleuchtungswinkel während einer beliebig einstellbaren oder programmierbaren Beleuchtungszeit beibehalten werden. Durch die Korrelation einer Folge von

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Beleuchtungszeiten auf diese Weise an Hand eines bekannten Zerstreuungsrausters einer bestimmten Struktur, z.B. einer Atomart, mit einer Folge von Beleuchtungswinkeln-können diese Strukturen aus einem Präparat ausgewählt werden. Vorzugsweise beinhaltet die Korrelation, dass das Ausgangssignal nur für die gesuchte Struktur für jeden der Beleuchtungswinkel gleich ist. Für andere gleichfalls im Präparat befindliche Strukturen, wird dieserBedingung nicht entsprochen; sie ergeben in der Bildfläche ein mit dem Beleuchtungswinkel, wechselndes Signal und werden nicht wiedergegeben.

Ein aus einer Fernsehaufnahmeröhre 25 gewonnenes Bildsignal, das darin bei jeder Zeitfolge aufgebaut wird, kann auch in einem Speicher 26 eines Computers aufgezeichnet werden. Ein derartiger Speicher enthält dazu z.B. 10 Speicherelemente als Basis für eine 100 χ 100 Bildpunkte enthaltende Ortsbestimmung für Information aus einem Bild mit 100 χ 100 Bildpunkten

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Jeder dieser 10 ortsbestimmenden Speichereinheiten ist ein Wortspeicher z.B. mit 16 Bits zugeordnet. Enthält die erwähnte Zeitfolge für die Beleuchtung jetzt h diskrete Zeitdauern, was für eine gute Diskriminierung ausreicht, so kann jedes 16-Bits-Wort in vier Teile aufgeteilt werden. Jeder Teil kann dann mit Bildinformation aus einem Bildpunkt für einen bestimmten Beleuchtungswinkel ergänzt werden.■

4 So kann die vollständige Information aus einem 10 Punkten

enthaltenden Bild für vier verschiedene Beleuchtungswinkel

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aufgezeichnet werden. Aus der Fernsehaufnahmeröhre kann die Information für eine beliebig zu wählende Zeit, also eine zu wählende Anzahl Abtastungen, zugeführt werden. Sowohl während als auch ausserhalb der Aufnahme kann die im Speicher gespeicherte Information, ohne dass sie verloren geht, an einem Monitor 27 dargestellt werden. Hierbei kann der Kontrast im Bilde durch ergänzende Information aus der Fernsehaufnahraeröhre auf einen gewünschten Wert gebracht werden. Die Information kann auch durch Einfügen einer Chromatisierungsanordnung 28 nach den dafür an sich bekannten Techniken ( siehe z.B. die . deutschen Patentschrift 1614618) an einem Farbfernsehmonitor wiedergegeben werden, wobei Bildelementen mit gleichem Diffraktionsmuster die gleiche Farbe zugeordnet wird.

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Claims

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PATENTANSPRUECHE

Elektronenmikroskop mit einer um eine optische Achse angeordneten ringförmigen Blende für das unter einem ¥inlcel mit der optischen Achse Beleuchten eines Objektes, dadurch gekennzeichnet,'dass sich im Elektronenmikroskop, in Fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahles gesehen, hinter einer Elektronenquelle eine erste Kondensorlinse und eine zweite Kondensorlinse zum Darstellen der Elektronenquelle auf dem Objekt befinden; das Kondensorsystem ist mit einer für jede der Kondensorlinsen verschieden, auf einer verhältnismässig grossen Strecke regelbaren Versorgungsquelle versehen und die Ringblende befindet sich zwischen der Elektronenquelle und der zweiten Kondensorlinse.
2. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kondensorversorgungsquelle die Erregung für beide Kondensorlinsen für eine automatische Einstellung für Quellendarstellung auf dem Objekt bei wechselnder Erregung der ersten Kondensorlinse gekoppelt ist.
3. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringblende in das Gefüge der ersten Kondensorlinse aufgenommen ist,
4. Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgung des Kondensorsystems mit einer programmierbaren Zeitregelanordnung ausgerüstet ist.

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5· Elektronenmikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine mit der Zeitregelanordnung gekoppelte Fernsehaufnahmeröhre und eine damit verbundenen Bildaufzeichnung sanordnung enthält·'
6. Elektronenmikroskop nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, dass der Aufzeichnungsanordnung ein Chromatisator und ein Farbfernsehmonitor zugeordnet ist.

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