DE2637753A1

DE2637753A1 - Elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE2637753A1
Application number: DE19762637753
Authority: DE
Inventors: Karel Diederick Van Der Mast; Jan Bart Le Prof Poole
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-09-01
Filing date: 1976-08-21
Publication date: 1977-03-03
Also published as: CA1061477A; FR2322452A1; JPS5847825B2; GB1563014A; JPS5230154A; FR2322452B1; NL7510276A

Description

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N.V.PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN, Eindhoven/Holland

"Elektronenmikroskop"

Die Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop mit einem Elektronenstrahler2eugungssystem zum Erzeugen eines belichtenden Elektronenstrahls und mit einer Anordnung zum scheinbaren Vergrößern der Apertur des belichtenden Elektronenstrahls.

In Elektronenmikroskopen, insbesondere in solchen mit einem hohen Auflösungsvermögen, tritt der Nachteil auf, daß infolge der verhältnismäßig kleinen Apertur des belichtenden Elektronenstrahls die Schärfentiefe der Abbildung so groß ist, daß dadurch eine scharfe Einstellung einer Bildfläche erschwert wird. -

In der britischen Patentschrift 687.207 ist ein Elektronenmikroskop beschrieben, bei dem versucht wird, diesen Nachteil dadurch zu beseitigen, daß dein fokussierenden Feld der Kondensorlinse ein Wechselbild mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz überlagert wird. Der.Brennpunkt der Kondensor-

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linse verschiebt sich dabei über eine bestimmte Strecke längs der optischen Achse des Elektronenmikroskops. Dies ergibt einen variablen Objekabstand für die Objektivlinse, womit eine schwankende Apertur für den belichtenden Elektronen strahl verwirklicht wird, so daß leichter auf optimalen Fokus eingestellt werden kann. Hierbei ergibt sich jedoch ein zusätzlicher Beitrag zur sphärischen Aberration, die Wählfreiheit der Belichtungsstärke im Objekt wird beschränkt und die echte Strahlapertur über das Objekt schwankt. Durch die schwankende Helligkeit im Bild ist dieses Verfahren beim Anfertigen von Aufnahmen nicht verwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektronenmikroskop zu schaffen, in dem eine verhältnismäßig große scheinbare Apertur verwirklicht werden kann, ohne daß die erwähnten Nachteile auftreten.

Gelöst wird diese Aufgabe bei dem Elektronenmikroskop der eingangs erwähnten Art dadurch, daß die Anordnung zum scheinbaren Vergrößern der Apertur ein Strahlablenksystem mit einer Speisequelle enthält, die den belichtenden Elektronenstrahl um einen Punkt in einer Objektebene kippt.

Das Einführen einer scheinbar großen Apertur beeinflußt den Strahlstrom nicht, da die Querabmessung des Elektronenstrahls in der Objektebene konstant bleibt und keine Axialverschiebung des Objektpunktes im belichtenden Strahl auftritt. In der Querrichtung gesehen beschreibt ein Objektpunkt des belichtenden Strahls eine, an sich beliebige Figur um die optische Achse. Sowohl die Querabmessungen dieser Figur als auch deren Begrenzung können in hohem Ausmaß beliebig gewählt werden, wenn nur der Kippunkt stets in der Objektebene liegt. Da hier keine Defokussierung des Strahls auftritt, ist die Belichtungsintensität in der Bildfläche konstant und die gesuchte scheinbare Kohärenzvergrößerung des

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belichtenden Strahls' kann jetzt auch beim Anfertigen bzw. beim Studium von Aufnahmen angewandt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann für das nicht axiale Passieren des Elektronenstrahls durch die Objektivlinse eine mit der Große der Querverschiebung des Strahls gekuppelte Korrektur der Erregung der betreffenden Linse angewandt werden.

An Hand der Zeichnung werden nachstehend einige bevorzugte Ausführungsformen des neuen Elektronenmikroskops naher erläutert. Die Zeichnung stellt sehr schematisch ein Elektronenmikroskop mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem 1 dar, das vorzugsweise mit einer Feldemissionsquelle 2 zum Erzeugen eines Elektronenstrahls mit einer verhältnismäßig hohen Stromdichte bzw. mit einem verhältnismäßig geringen Querschnitt ausgerüstet ist. Der Emissionsquelle 2 gegenüber befindet sich eine Anode 3 und längs des Elektronenstrahls aufeinanderfolgend eine Strahlausrichtungsanordnung 4 (beam alignment), .eine Kondensorlinse 5, ein Strahlablenksystem 6 (Wobbler), eine Objektivlinse 7 mit Polschuhen 8, ein Objekt 9 mit einer Öbjekteinstellanordnung 10, eine Zwischenlinse 11 und eine Projektionslinse 12. In einem Bildraum 13 des Elektronenmikroskops befindet sich eine Kamera 14 und ein Phosphor schirm 15, der durch ein Fenster beobachtet werden kann. Alle elektronenoptischen Elemente sind in ein Gehäuse 17 aufgenommen, in dem neben dem Fenster eine Durchführung 18 zum Anlegen der erforderlichen Potentiale und eine Vakuumleitung 19mit einem Anschluß 20 für eine Pumpenanordnung angegeben sind.

Eine Speisequelle 21 für den Wobbler ist derart ausgerüstet, daß einem Elektronenstrahl eine Kippbewegung um einen Punkt im Objekt 9 gegeben werden kann. Vorteilhaft ist, daß die Speisequelle dabei mit von der zuzuführenden Hochspannung gesteuert wird, was schematisch mit der Verbindungsleitung 23 angegeben ist.

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Eine Strahlablenkanordnung oder ein Wobbler enthält häufig zv/ei Sätze elektromagnetischer Spulen, mit denen ein Elektronenstrahl auf bekannte ¥eise zunächst von der optischen Achse 24 abgelenkt, und anschließend wieder nach einem bestimmten Punkt auf der optischen Achse hingelenkt wird. Der letztgenannte Punkt auf der optischen Achse wird dann der Kippunkt, durch den der Strahl also aus allen Richtungen entsprechend einem Kegelumfang einfällt. Eine Basisebene dieses Kegels wird dabei vom Strahl möglicherweise abgetastet, der Strahl kann also zeitlich betrachtet nur die Manteloberfläche beschreiben oder den ganzen Kegel ausfülllen. Die Basisebene des Kegels kann dabei jede Form annehmen. Aus Symmetriegründen ist es vorteilhaft, mit einem Kreis oder einem Rechteck als Basis zu arbeiten. Der Strahl kann dabei, insbesondere bei einem Kreis, eine Spirale beschreiben, beispielsweise durch Versorgung mit Hilfe zweier etwas außerphasig gespeister Sinusgeneratoren, und beim Rechteck der Bewegung eines abtastenden Strahls wie in einem Fernsehsystem mit Hilfe einer dementsprechenden Speisung folgen. Wenn der Wobbler auf diese Weise erregt wird, wird das Objekt in der Zeit gemessen bei einer Apertur belichtet, die vom Spitzenwinkel des Kegels gegeben ist und sehr gut beispielsweise bis zu 1000-mal die Apertur des Elektronenstrahls selbst sein kann.

Bei dieser Strahlablenkung wird der Strahlstrom nicht beeinflußt und eine Verschiebung des Objektpunktes für die Belichtung in der Achsenrichtung tritt nicht auf. Wie in der bereits erwähnten britischen Patentschrift 687.207 kann auch hier für sphärische Aberration korrigiert werden. Hierzu ist es in dem Elektronenmikroskop nur notwendig, die dafür in Betracht kommende Linse, hier beispielsweise die Objektivlinse, in Abhängigkeit von der radialen Position des Elektronenstrahls zu steuern. Im Gegensatz zur Korrektur im bekannten Elektronenmikroskop ist der Strahl im an-

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meldungsgemäßen Elektronenmikroskop nicht breiter, sondern läuft nur nicht paraxial durch die Linse. Ausgehend von einem paraxialen Strahlengang für den nicht abgelenkten Elektronenstrahl kann die sphärische Aberration, die infolge der Ablenkung auftreten würde, also völlig ausgeglichen werden. Durch Hinzufügen eines einstellbaren Steuerelements für die Speisung der Ablenkanordnung besteht bei einer bevorzugten Ausführungsforin des Elektronenmikroskops die Möglichkeit, mit einer konischen Belichtung mit einem voreinstellbaren Spitzenwinkel oder einer Reihe von solchen Spitzenwinkeln zu arbeiten. Auch kann von einem festen Punkt aus oder von einer Reihe fester Punkte aus außerhalb der optischen Achse belichtet werden. Hierdurch kann die Art und Weise der Belichtung beispielsweise speziellen zu untersuchenden Eigenschaften des Objekts angepaßt werden.

PATENTANSPRÜCHE;

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

(/k) Elektronenmikroskop mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem zum Erzeugen eines belichtenden Elektronenstrahls und mit einer Anordnung zum scheinbaren Vergrößere der Apertur des belichtenden Elektronenstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum scheinbaren Vergrößern der Apertur eine Strahlablenkanordnung mit einer Speisequelle enthält, die den belichtenden Elektronenstrahl um einen Punkt in einer Objektebene kippt.
2. Elektronenstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenstrahlerzeugungssystem eine Feldemissionsquelle enthält.
3. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisequelle für die Ablenkanordnung mit Mitteln für eine Spiral-Ablenkung des belichtenden Elektronenstrahls versehen ist.
4. Elektronenmikroskop nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisequelle für die Ablenkanordnung mit Mitteln zum rasterförmigen Ablenken des belichtenden Elektronenstrahls versehen ist.
5. Elektronenmikroskop nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisequelle für die Strahlablenkanordnung ein Steuerelement zum Belichten des Objekts aus festen voreinstellbaren Richtungen enthält.
6. Elektronenmikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement für eine konische" Belichtung mit einem voreinstellbaren Spitzenwinkel oder einer Reihe aufeinanderfolgender Spitzenwinkel eingerichtet ist.

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7. Elektronenmikroskop nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine durch die radiale Ablenkung des Elektronenstrahls gesteuerte Korrekturanordnung für eine elektronenoptische Linse des Elektronenmikroskops enthält.

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