DE2643199A1

DE2643199A1 - METHOD OF PICTURALLY REPRESENTING A Diffraction Image IN A RADIATION SCREENING BODY BEAM MICROSCOPE

Info

Publication number: DE2643199A1
Application number: DE19762643199
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr Rer Nat Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-09-23
Filing date: 1976-09-23
Publication date: 1978-03-30
Also published as: NL7709847A; FR2365879A1; JPS5339848A; DE2643199B2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser ZeichenSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our mark

Berlin und München VPA 76 P 3777 BRDBerlin and Munich VPA 76 P 3777 BRD

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Verfahren zur bildlichen Darstellung eines Beugungsbildes bei einem Durchstrahlunffs-Raster-Korpuskularstrahlmikroskop Method for the pictorial representation of a diffraction image in a transmission unffs-scanning corpuscular beam microscope

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bildlichen Darstellung eines Beugungsbildes bei einem Durchstrahlungs-Raster-Korpuskularstrahlmikroskop, bei dem das Beugungsbild mittels eines Ablenksystems rasterförmig einen ortsfesten Detektor überstreicht. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DT-OS 23 02 689 bekannt. Dabei wird der abtastende Elektronenstrahl oberhalb des Präparats derart abgelenkt, daß er das Präparat stets senkrecht durchsetzt. Die anschließenden Objektivlinsen entwerfen dann, wenn das Ablenksystem zur Auslenkung des Beugungsbildes nicht erregt ist, ein unabhängig vom gerade durchstrahlten Objektbereich immer an der gleichen Stelle liegendes BeugungsbM in der Detektorebene. Zwischen Objektiv und Detektor ist ein zusätzliches Ablenksystem angeordnet, mit dessen Hilfe die Lage des Beugungsbildes in bezug auf den Detektor verändert werden kann. Das Beu- gungsbild kann somit rasterförmig den Detektor überstreichen und sukzessive aufgenommen und dargestellt werden.The invention relates to a method for the pictorial representation of a diffraction image in a transmission raster particle beam microscope, in which the diffraction image sweeps over a stationary detector in the form of a grid by means of a deflection system. A Such a method is known from DT-OS 23 02 689, for example. The scanning electron beam is above the Specimen deflected in such a way that it always penetrates the specimen vertically. The subsequent objective lenses then design, if the deflection system for deflecting the diffraction image is not excited, this is independent of the object area currently being irradiated Diffraction BM always lying at the same point in the detector plane. There is an additional deflection system between the lens and the detector arranged, with the help of which the position of the diffraction image can be changed with respect to the detector. The beu- The image can thus be swept over the detector in a grid pattern and successively recorded and displayed.

Ein anderes Verfahren zur Lageveränderung des Beugungsbildes gegenüber dem Detektor besteht darin, daß der Elektronenstrahl IQ oberhalb des Präparats derart abgelenkt wird, daß er das Präparat nicht mehr senkrecht, sondern schräg mit unterschiedlichen Winkeln zur optischen Achse des Mikroskops durchsetzt.Another method for changing the position of the diffraction image with respect to the detector consists in deflecting the electron beam IQ above the specimen in such a way that it no longer traverses the specimen perpendicularly, but obliquely at different angles to the optical axis of the microscope.

GdI 22 Lo / 17.9.1976GdI 22 Lo / September 17, 1976

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VPA 76 P 3777 BRDVPA 76 P 3777 BRD

Bei beiden Verfahren wird ""3" das Beugungsbild in kartesischen Koordinaten gerastert. Nun handelt es sich aber bei Beugungsbildern im überwiegenden Maße um Bilder mit einer gewissen Rotationssymmetrie. Bei der Dur ciistrahlung polykristallinen Materials entstehen direkt Beugungsringe mit dem Nullstrahl als Mittelpunkt, die sogenannten Debye-Scherrer-Diagramme.In both methods, "" 3 "becomes the diffraction pattern in Cartesian Grid coordinates. Now, however, diffraction images are predominantly images with a certain rotational symmetry. Polycrystalline material is formed during the thermal radiation direct diffraction rings with the zero beam as the center, the so-called Debye-Scherrer diagrams.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art das Beugungsbild in einer seiner Symmetrie besser angepaßten Form unter Beibehaltung der tatsächlichen Intensitätsverhältnisse abzurastern. Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Ablenksystem derart erregt wird, daß die Rasterung in Polarkoordinaten mit einer Winkelgeschwindigkeit |^^v/(~)ⁿ, wobei r der Radius der jeweils abgerasterten Bahn und η > 1 ist, und gleichen Radiendifferenzen Ar zwischen benachbarten Bahnen erfolgt. Wie man sieht, geht die Erfindung über eine einfache Rasterung in Polärkoordinaten, bei der man üblicherweise mit konstanter Umlauffrequenz arbeitet, hinaus. Bei konstanter Umlauffrequenz würde die Weggeschwindigkeit mit dem Radius zunehmen, d. h. Bereiche des Beugungsbildes, die weiter entfernt sind vom Zentrum, würden den Detektor in kürzerer Zeit überstreichen. Diese Darstellung würde ein verfälschtes Beugungsbild mit nach außen abnehmender Intensität ergeben. Demgegenüber ermöglicht die Erfindung/em Rast erverhalten, bei dem die Abtastzeit für gleich große Flächenelemente ebenfalls gleich ist. Das wird durch zwei Maßnahmen erreicht: Zum einen ist die Weggeschwindigkeit während der gesamten Abrasterung gleich und zum anderen ist der Abstand zweier benachbarter abgerasterter Bahnen in radialer Richtung konstant. Aus der Bedingung, daß die Weggeschwindigkeit ν konstant sein muß', ergibt sich mit 4τ = ν sowie 4| = 2Tr ^, daß ^~ ψ sein muß. Dabei bedeuten ds ein infinitesimales Wegelement, dy eine infinitesimale Winkeländerung, dt ein entsprechendes Zeitelement sowie r den jeweiligen Radius.The invention is based on the object of scanning the diffraction image in a form that is better adapted to its symmetry while maintaining the actual intensity relationships in a method of the type mentioned at the beginning. This object is achieved in the method according to the invention in that the deflection system is excited in such a way that the rasterization in polar coordinates with an angular velocity | ^^ v / (~) ⁿ , where r is the radius of the respective scanned path and η> 1 , and the same radii differences Ar between adjacent tracks takes place. As can be seen, the invention goes beyond a simple grid in polar coordinates, in which one usually works with a constant rotational frequency. With a constant orbital frequency, the speed of travel would increase with the radius, ie areas of the diffraction image that are further away from the center would sweep the detector in a shorter time. This representation would result in a falsified diffraction image with an outwardly decreasing intensity. In contrast, the invention / em enables raster behavior in which the scanning time is also the same for surface elements of the same size. This is achieved by two measures: on the one hand, the path speed is the same during the entire scanning and, on the other hand, the distance between two adjacent scanned paths is constant in the radial direction. The condition that the travel speed ν must be constant 'results in 4τ = ν and 4 | = 2Tr ^ that ^ ~ ψ must be. Here, ds mean an infinitesimal path element, dy an infinitesimal change in angle, dt a corresponding time element and r the respective radius.

Zum näheren Verständnis der anderen Bedingung, daß die Radiendifferenz benachbarter Bahnen ebenfalls konstant sein soll, dienen die Figuren 1a und b. In beiden Figuren ist der Weg dargestellt, auf dem das Beugungsbild den Detektor überstreicht. BeiFor a better understanding of the other condition, that the radius difference of adjacent tracks should also be constant, Figures 1a and b are used. Both figures show the way on which the diffraction pattern sweeps over the detector. at

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¹I- VPA 76 P 3777 BRD dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend der Figur 1a werden dabei konzentrische Kreise mit dem Radius r durchfahren, wobei sich der Radius nach jedem Umlauf sprunghaft um einen festen Betrag A r ändert. Bei dem Verfahren entsprechend der Figur 1b wird ein schneckenförmiger Weg durchfahren, wobei auch die Radius- ¹ I- VPA 76 P 3777 BRD according to the method according to the invention according to FIG. 1a, concentric circles with the radius r are traversed, the radius changing abruptly by a fixed amount A r after each revolution. In the method according to FIG. 1b, a helical path is traversed, with the radius

dr 1
änderung -^r r^ ~ ist. Auch hier ist der Abstand benachbarter Bahnen in radialer Richtung 4 r. Im allgemeinen nimmt die Intensität im Beugungsbild mit größerem Abstand vom Nullreflex ab. Die Erfindung ermöglicht nun mit η > 1 ein Rasterverhalten, bei dem die Veggeschwindigkeit nach außen abnimmt. Intensitätsschwächere äußere Beugungsringe z. B. werden durch diese langsamere Abrasterung verstärkt wiedergegeben, wodurch sie unter Umständen überhaupt erst bei der Auswertung berücksichtigt werden können.dr 1
change - ^ rr ^ ~ is. Here, too, the distance between adjacent tracks in the radial direction is 4 r. In general, the intensity in the diffraction image decreases with greater distance from the zero reflection. The invention now enables a grid behavior with η> 1 in which the veg speed decreases towards the outside. Weaker intensity outer diffraction rings z. B. are reproduced more intensely due to this slower scanning, so that they can possibly only be taken into account in the evaluation.

Diese den Beugungsbildern angepaßte Abrasterung in Polarkoordinaten weist mehrere Vorteile auf: Ring-Diagramme z. B. lassen sich besser und einfacher auswerten. Für jeden einzelnen Beugungsring reicht die Angabe des entsprechenden Radius zur Kennzeichnung. Darüber hinaus lassen sich ganz allgemein die einzelnen Reflexe in dem Beugungsbild einfacher ansteuern. Intensitätsschwache einzelne Beugungsringe lassen sich besser erfassen, indem bei konstantem Radius diese Kreisbahn mehrfach am Detektor vorbeigeführt wird.This scanning in polar coordinates, adapted to the diffraction patterns has several advantages: ring diagrams e.g. B. can be evaluated better and easier. For each individual diffraction ring it is sufficient to specify the corresponding radius for identification. In addition, the individual reflexes can be very general control more easily in the diffraction pattern. Individual diffraction rings with weak intensity can be better captured by using constant Radius this circular path is passed several times past the detector.

In vielen Fällen kann jedoch die überaus starke Nullstrahlintensität stören. Diese Störung kann gemäß der Erfindung dadurch beseitigt werden, daß die Abrasterung bei einem minimalen Radius R. beginnt, der mindestens so groß gewählt ist, daß der Nullreflex des Beugungsbildes nicht erfaßt wird.In many cases, however, the extremely strong zero beam intensity disturb. According to the invention, this disturbance can be eliminated in that the scanning is carried out at a minimum radius R. begins, which is chosen to be at least so large that the zero reflection of the diffraction image is not detected.

Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach der Erfindung werden im '- folgenden anhand der Figuren 2 bis 4 beschrieben. Fig. 2 stellt gleichzeitig ein Elektronendurchstrahlungs-Rastermikroskop mit einem Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur selbsttätigen Durchführung des Verfahrens dar. Fig. 3 zeigt eine elektronische Schaltung für einen Rastergenerator zur Ansteuerung der Ablenkspulen, Flg. 4 zeigt eine elektronische Schaltung eines Teilbereiches des Rastergenerators.Embodiments of the method according to the invention are described below with reference to FIGS. 2 to 4. Fig. 2 represents at the same time an electron transmission scanning microscope with an embodiment of a device for automatic Implementation of the method. Fig. 3 shows an electronic circuit for a raster generator for controlling the deflection coils, Flg. 4 shows an electronic circuit of a sub-area of the raster generator.

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- <#" - S- VPA 76 P 3777 BRD- <# "- S- VPA 76 P 3777 BRD

In Fig. 2 ist 1 die Strahlquelle des Mikroskops, die beispielsweise eine Feldemissionskathode enthalten kann. Zur rasterförmigen Auslenkung des Elektronenstrahls über das Objekt dient ein Ablenksystem 3 mit den Stufen 3a und 3b. Die Stufe 3a lenkt den Strahl 2 aus der Achse A heraus, während die Stufe 3b den Strahl wieder zur Achse zurücklenkt. Durch das Ablenksystem 3 wird der . Strahl 2 um einen Punkt P gekippt, der in der Brennebene der Objektivlinse 4 liegt. Durch diese magnetische Objektivlinse 4 wird der Strahl 2 auf das Objekt 5 fokussiert. Da der Punkt P, um den gekippt wird, am vorderen Brennpunkt der Linse 4 angeordnet ist, bestrahlt der Elektronenstrahl 2 die Probe 5 in senkrechter Richtung. In der Probe 5 wird ein Teil des einfallenden Elektronenstrahls 2 durch Beugung in bestimmte Richtungen außerhalb des Primärstrahlkegels (Nullstrahl 2a) abgelenkt. Mit 2b und 2c sind zwei dargestellte gebeugte Strahlen bezeichnet.In Fig. 2, 1 is the beam source of the microscope, which for example may contain a field emission cathode. A is used for raster-shaped deflection of the electron beam over the object Deflection system 3 with levels 3a and 3b. Stage 3a deflects beam 2 out of axis A, while stage 3b directs the beam steers back to the axle. By the deflection system 3 is the. Beam 2 tilted about a point P which is in the focal plane of the objective lens 4 lies. The beam 2 is focused on the object 5 by this magnetic objective lens 4. Since the point P to the is tilted, is arranged at the front focal point of the lens 4, the electron beam 2 irradiates the sample 5 in the perpendicular direction. In the sample 5, a part of the incident electron beam 2 is diffracted in certain directions outside the Primary beam cone (zero beam 2a) deflected. With 2b and 2c two shown diffracted beams are designated.

Durch ein Ablenksystem 8, das aus zwei Paaren von elektrostatischen Ablenkplatten bzw. magnetischen Ablenkspulen besteht, können die Strahlen 2a, 2b und 2c in zwei zueinander senkrechten Richtungen χ und y derart über einen Detektor 6 verschoben werden, daß entweder der Nullstrahl 2a oder einer der abgelenkten Strahlen durch ein Loch in einem Schirm 7 auf den Detektor 6 fällt und von diesem registriert wird. Wegen der geringen Strahldivergenz ist der Durchmesser der Strahlkegel in der Ebene des Detektors 6 etwa gleich dem Durchmesser der Detektoreintrittsfläche. Das Ablenksystem 8 wird durch einen Rastergenerator RG erregt.By a deflection system 8, which consists of two pairs of electrostatic There are deflection plates or magnetic deflection coils, the beams 2a, 2b and 2c can be in two mutually perpendicular Directions χ and y are shifted via a detector 6 in such a way that that either the zero beam 2a or one of the deflected beams through a hole in a screen 7 onto the detector 6 falls and is registered by it. Because of the small beam divergence, the diameter of the beam cone is in the plane of the Detector 6 approximately equal to the diameter of the detector entrance surface. The deflection system 8 is by a raster generator RG excited.

Der Detektor 6 ist über einen Verstärker V mit der Helligkeitssteuerung eines Fernseh-Monitors 9 verbunden, dessen Ablenksystem ebenfalls durch den Rastergenerator RG gesteuert wird. Die Erregung der Spulen des Ablenksystems 8 erfolgt dabei derart, daß das Beugungsbild in Polarkoordinaten über den Detektor geführt wird, wobei die Winkelgeschwindigkeit umgekehrt proportional dem Radius i&t und in diesem speziellen Fall nach jedem vollen Umlauf der Radius sprunghaft um einen konstanten Betrag vergrößert wird.The detector 6 is connected to the brightness control via an amplifier V a television monitor 9, the deflection system of which is also controlled by the raster generator RG. The excitement the coils of the deflection system 8 takes place in such a way that the diffraction image is guided over the detector in polar coordinates, where the angular velocity is inversely proportional to the radius i & t and in this special case after each full revolution the Radius is increased by leaps and bounds by a constant amount.

Auf dem Fernseh-Monitor 9 ist als Bild der ansonsten unsichtbare Rastjerweg dargestellt, der hier wie bei Fig. 1a aus konzentri-The otherwise invisible Rastjerweg is shown as an image on the television monitor 9, which here as in FIG.

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-J?- 6- VPA 76 P 3777 BRD -J? - 6- VPA 76 P 3777 BRD

sehen Kreisen um einen Mittelpunkt besteht, der um x_Q bzw. y_Q gegen den Mittelpunkt des Fernseh-Monitors und gemäß dieser Gesamtanordnung der Fig. 2 damit auch in der Detektorebene um die gleiche Strecke gegen die optische Achse verschoben ist. Diese Verschiebung kann notwendig werden, wenn aus apparativer Unvollkommenheit der Nullstrahl des Beugungsbildes in der Detektorebene . nicht die optische Achse schneidet. Durch die Überlagerung der linearen Verschiebung zu der Polarkoordinaten-Rasterung ist dann wieder gewährleistet, daß um den Nullreflex als Mittelpunkt gerastert wird. Wie aus der Darstellung der Fig. 2 ersichtlich ist, wird hierbei erst von einem Innenradius R. an gerastert, so daß der Nullreflex wieder unterdrückt wird. Die Rasterung wird dann fortgesetzt bis zu einem maximalen Außenradius R .see circles around a center point which is _{shifted by x Q} or y _Q towards the center point of the television monitor and, according to this overall arrangement of FIG. 2, thus also in the detector plane by the same distance towards the optical axis. This shift can become necessary if the zero beam of the diffraction image is in the detector plane due to an imperfect apparatus. does not intersect the optical axis. By superimposing the linear shift on the polar coordinate grid, it is again ensured that the grid is scanned around the zero reflex as the center point. As can be seen from the illustration in FIG. 2, scanning is only carried out here from an inner radius R., so that the zero reflex is suppressed again. The rasterization is then continued up to a maximum outer radius R.

Selbstverständlich wäre es ebenso möglich, anstelle in konzentrischen Kreisen auf einem spiralförmigen Weg entsprechend Fig. 1b abzurastern. Weiterhin könnte die lineare Verschiebung des Mittelpunktes der Abrasterung nur an dem Ablenksystem 8 vorgenommen werden, nicht jedoch an dem Fernseh-Monitor 9. Der Ort des NuIlreflexes würde somit immer mit dem Mittelpunkt des Fernseh-Monitors zusammenfallen.It would of course also be possible instead of concentric Scanning circles on a spiral path as shown in Fig. 1b. Furthermore, the linear shift of the center point the scanning can only be carried out on the deflection system 8, but not on the television monitor 9. The location of the NuIlreflexes would therefore always coincide with the center of the television monitor.

Fig. 3 zeigt eine elektronische Schaltung für den Rastergenerator RG. Zur Ansteuerung des Ablenksystems 8 in Polarkoordinaten gilt für χ = X_n + r . sin φ und für y = ν_Λ + r . cos ψ. Je nachFig. 3 shows an electronic circuit for the raster generator RG. To control the deflection system 8 in polar coordinates, χ = X _n + r applies. sin φ and for y = ν _Λ + r. cos ψ . Depending on

O ΑΛΛ O ΑΛΛ

Stellung des Schalters 42 kann ^ /v £ oder ^j -^ sein. Weiterhin sollte sich der Radius nach jedem Umlauf sprunghaft um 4 r ändern oder kontinuierlich so vergrößern, daß der Abstand benachbarter Bahnen konstant ist. Diese letzte Bedingung ist mit $£ = ^T erfüllt. Der Rastergenerator RG besteht aus einem Stellpotentiometer 15» dessen Ausgang auf ein Additionsglied 16 geschaltet ist. Der Ausgang dieses Additionsgliedes 16 ist mit dem Eingang eines DiVisionsgliedes 17 verbunden, das den Kehrwert des Eingangssignals bildet. Der Ausgang dieses Divistonsgliedes 17 ist über ein als Quadrierer geschaltetes Multiplikationsglied 20 einmal über einen Integrator 18 auf den Eingang des Additionsgliedes 16 zurückgeführt und gleichzeitig über einen weiteren Integrator 19 zu einem Funktionsgenerator FG und über einen Komparator 21 zu einem Quadrantenzähler 22. Dieser Quadrantenzähler ist zweistufig.The position of switch 42 can be ^ / v £ or ^ j - ^. Furthermore, the radius should change abruptly by 4 r after each revolution or increase continuously so that the distance between adjacent tracks is constant. This last condition is fulfilled with $ £ = ^ T. The raster generator RG consists of an adjusting potentiometer 15 »whose output is connected to an adder 16. The output of this addition element 16 is connected to the input of a division element 17 which forms the reciprocal of the input signal. The output of this divisional element 17 is fed back via a multiplier 20 connected as a squarer once via an integrator 18 to the input of the adder 16 and at the same time via a further integrator 19 to a function generator FG and via a comparator 21 to a quadrant counter 22. This quadrant counter is two-stage .

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^-q. -jfr- VPA 76 P 3777 BRD ^ -q. -jfr- VPA 76 P 3777 BRD

Zum einen zählt er jeden einzelnen Quadranten und liefert ein entsprechendes Ausgangssignal, zum anderen gibt er ein Ausgangssignal nach jedem vierten Quadranten, d. h. nach einem vollen 360°-Umlauf, wobei gleichzeitig der erste Teil des Quadrantenzählers wieder genullt wird. Beide Ausgänge des Quadrantenzählers . sind auf den Funktionsgenerator FG geschaltet. Der Ausgang des 360°-Teiles des Quadrantenzählers 22 ist auf einen Pulsgeber 23 geschaltet, dessen Ausgangssignal über einen Schalter 24 anstelle des von dem Divisionsglied 17 kommenden Ausgangssignals auf den Integrator 18 geschaltet werden kann. Der Funktionsgenerator besitzt zwei Ausgänge, die je auf ein Multiplikationsglied 25 bzw. 26 geschaltet sind. Auf den jeweils anderen Eingang dieser beiden Multiplikationsglieder ist gleichzeitig das Ausgangssignal des Additionsgliedes 16 geschaltet. Die Ausgänge der Multiplikationsglieder 25 bzw. 26 liefern, nachdem in je einem weiteren Additionsglied 27 bzw. 28 die Spannungen von zwei Stellpotentiometern 29 bzw. 30 dazuaddiert wurden, die geforderten Stellgrößen χ bzw. y für das Ablenksystem 8. Darüber hinaus ist ein Komparator 35 vorgesehen, der das Ausgangssignal des Additionsgliedes 16 rat dem von einem Stellpotentiometer 36 kommenden Signal vergleicht und bei einem Abgleich ein Ausgangssignal liefert, das über ein Relais 37 den Integrator 18 kurzschließt. Entsprechend schließt auch das Ausgangs signal des !Comparators 21 über ein Relais 38 den Integrator 19 kurz. On the one hand, he counts every single quadrant and delivers one corresponding output signal, on the other hand it gives an output signal after every fourth quadrant, i.e. H. after a full 360 ° revolution, at the same time the first part of the quadrant counter is zeroed again. Both outputs of the quadrant counter. are switched to the function generator FG. The outcome of the 360 ° part of the quadrant counter 22 is connected to a pulse generator 23, the output signal of which is via a switch 24 instead of the output signal coming from the division element 17 can be switched to the integrator 18. The function generator has two outputs which are each connected to a multiplier 25 and 26, respectively. On the other entrance of these two Multiplication elements, the output signal of the addition element 16 is switched at the same time. The outputs of the multiplication terms 25 and 26 respectively deliver the voltages of two adjusting potentiometers in a further addition element 27 and 28, respectively 29 or 30 were added, the required manipulated variables χ or y for the deflection system 8. In addition, a comparator 35 is provided, which the output of the adder 16 rat the compares the signal coming from an adjusting potentiometer 36 and provides an output signal during an adjustment, which is transmitted via a relay 37 short-circuits the integrator 18. Correspondingly, the output signal of the comparator 21 also short-circuits the integrator 19 via a relay 38.

Die Funktionsweise des Rastergenerators RG ist folgende: Das Stellglied 15 liefert ein Signal entsprechend dem Innenradius R^. Zu Beginn der Abrasterung liegt daher am Ausgang des Additionsgliedes 16 ebenfalls das Signal entsprechend R, vor. Der Ausgang des Additionsgliedes 16 liefert den jeweiligen Radius r. Von diesem Signal wird anschließend in dem Divisionglied 17 der Kehrwert — gebildet. Bei der hier vorliegenden Stellung der Schalter 24 und 42 ist dieses Signal — über den Integrator 18 wiederum auf das Additionsglied 16 zurückgeführt. Dadurch wird erreicht, daß die zeitliche Änderung des Radius r umgekehrt zu diesem verläuft. Der Kehrwert ^- entspricht gleichzeitig der zeitlichen Änderung des Winkels, also 4^. Dieses Signal wird auf den Integrator 19 gegeben, dessen Ausgangs signal den Winkel ψ darstellt. Erreicht das Ausgangssignal des Integrators 19 eine Größe, die einem Winkel ψ vonThe mode of operation of the raster generator RG is as follows: The actuator 15 supplies a signal corresponding to the inner radius R ^. At the beginning of the scanning, the signal corresponding to R is therefore also present at the output of the adder 16. The output of the adder 16 supplies the respective radius r. The reciprocal value - is then formed from this signal in the division element 17. When the switches 24 and 42 are in the position here, this signal is in turn fed back to the adder 16 via the integrator 18. It is thereby achieved that the change in the radius r over time is the reverse of this. The reciprocal value ^ - corresponds at the same time to the change in the angle over time, i.e. 4 ^. This signal is given to the integrator 19, whose output signal represents the angle ψ . If the output signal of the integrator 19 reaches a size which corresponds to an angle ψ of

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90 ° entspricht, so ändert der Komparator-21 seinen Ausgangszustand sprunghaft. Dadurch wird einmal der Quadrantenzähler zur Zählung eines Quadranten angeregt und gleichzeitig über das Relais 38 der Integrator 19 kurzgeschlossen und damit wieder auf Null zurückgeführt. Dadurch ändert der Komparator 21 seinen Zustand erneut und das Relais 38 öffnet sich wieder. Derψ-Wert für den nächsten Quadranten kann daher erzeugt werden.Corresponds to 90 °, the comparator-21 changes its initial state abruptly. As a result, once the quadrant counter is excited to count a quadrant and at the same time the integrator 19 is short-circuited via the relay 38 and thus returned to zero. As a result, the comparator 21 changes its state again and the relay 38 opens again. The ψ value for the next quadrant can therefore be generated.

In dem Funktionsgenerator FG, der in Fig. 4 beschrieben wird, werden aus dem Eingangssignal^ , gesteuert durch den Quadrantenzähler 22, die für ,Jeden Quadranten entsprechenden Werte sin ψ bzw. cos ψ erzeugt. Die entsprechenden Signale werden auf Je ein Multiplikationsglied 25 bzw. 26 gegeben. Am anderen Eingang dieser beiden Multiplikationsglieder liegt, vom Additionsglied 16 ausgehend, ein Signal entsprechend dem Radius r. Der Ausgang des Multiplikationsgliedes 25 liefert somit ein Signal entsprechend r . sinj?, der Ausgang des Multiplikationsgliedes 26 ein Signal entsprechend r . cosψ . Zu diesen Signalen werden in nachfolgenden Additionsgliedern 27 bzw. 28 von Stellpotentiometern ausgehende Signale 29 bzw. 30 zuaddiert, die einer linearen Verschiebung χ , y des Mittelpunktes der Polarkoordinaten-Abrasterung entsprechen.In the function generator FG, which is described in FIG. 4, the values sin ψ and cos ψ corresponding to each quadrant are generated from the input signal ^, controlled by the quadrant counter 22. The corresponding signals are given to a multiplier 25 and 26, respectively. At the other input of these two multiplication elements, starting from the addition element 16, there is a signal corresponding to the radius r. The output of the multiplier 25 thus supplies a signal corresponding to r. sinj ?, the output of the multiplier 26 is a signal corresponding to r. cos ψ . Signals 29 and 30 emanating from adjusting potentiometers are added to these signals in subsequent addition elements 27 and 28, respectively, and these correspond to a linear displacement χ, y of the center point of the polar coordinate scanning.

In dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel ändert sich der Radius kontinuierlich, d. h. es wird ein spiralförmiger Weg abgerastert. Durch Umlegen des Schalters 24 in die andere Position wird die Rückführung des Kehrwertes - auf das Additionsglied 16 unterbrochen. An ihrer Stelle wird nach jedem vollen Umlauf, d. h. nach 360 °, vom Quadrantenzähler 22 ausgehend über einen Pulsgeber 23 ein Signal entsprechend & r auf den Integrator 18 und über diesen auf das Additionsglied 16 gegeben. In diesem Fall werden konzentrische Kreise abgerastert, deren Radius sich sprunghaft von Kreis zu Kreis um Δ r ändert.In the embodiment described so far, the radius changes continuously, ie a spiral path is scanned. The return of the reciprocal will move the switch 24 to the other position - interrupted the addition member 16th Instead, after each full revolution, ie after 360 °, a signal corresponding to & r is sent from the quadrant counter 22 via a pulse generator 23 to the integrator 18 and via this to the adder 16. In this case, concentric circles are scanned, the radius of which changes abruptly from circle to circle by Δ r .

Durch die veränderlichen Widerstände 39 und 40 ist es möglich, die mittlere Umlaufzeit und auch den Abstand zwischen benachbarten Bahnen kontinuierlich zu ändern. Daneben war bisher bereits der innere Radius R^, der äußere Radius R_a und die Mittelpunktlage (x₀, y₀) einstellbar.The variable resistors 39 and 40 make it possible to continuously change the mean cycle time and also the distance between adjacent tracks. In addition, the inner radius R ^, the outer radius R _a and the center position (x ₀ , y ₀ ) were already adjustable.

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- ? - XT- VPA 76 P 3777 BRD-? - XT- VPA 76 P 3777 BRD

Durch mehrere Umschaltkontakte 45 bis 48 sowie die Stellpotentio~ meter 41 und 49 kann auch eine Kreisbahn mit einem einstellbaren Radius R ständig durchlaufen werden oder ein fester Ort durch Wahl eines bestimmten Radius R und eines bestimmten Winkels ψ in Polarkoordinaten direkt angesteuert werden.A circular path with an adjustable radius R can be continuously traversed or a fixed location can be controlled directly by selecting a certain radius R and a certain angle ψ in polar coordinates by means of several switching contacts 45 to 48 and the setting potentiometers 41 and 49.

Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Schaltung des Funktionsgenerators, in dem der eingegebene ψ -Wert in die entsprechenden sin- und cos-Werte umgesetzt wird, φ läuft dabei im Bogenmaß gerechnet zwischen Null und -4-, also im ersten Quadranten. Das Eingangssignal wird einmal direkt auf ein Kennlinienglied 50 gegeben und einmal über ein Subtraktionsglied 52 auf ein weiteres Kennlinienglied 51, das identisch dem Kennlinienglied 50 aufgebaut ist. Die Kennlinien der beiden Kennlinienglieder 50 bzw. 51 entsprechen dem sin im ersten Quadranten, dargestellt durch die ausgezogenen Linien 53_t 54. Durch das vorgeschaltete Subtraktionsglied 52 wird im Kennlinienglied 51 die gestrichelte Linie 55 durchfahren, die dem cos φ im ersten Quadranten nach der Beziehung sin (4j— ψ ) = cos ψ entspricht. Am Ausgang der Kennlinienglieder 50, 51 steher somit der sin U? und der cos ψ für den ersten Quadranten zur Verfügung. Über eine Logikschaltung werden daraus die siny- bzw. cosy -Werte für alle vier Quadranten gebildet. Für welchen Quadranten sie jeweils gebildet v/erden sollen, bestimmt der Quadrantenzähler. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel zählt dieser binär, und zwar für den ersten Quadranten 01, für den zweiten Quadranten 10, für den dritten Quadranten 11 und für den vierten Quadranten 00 und fängt dann wieder von vorn an zu zählen. Die beiden vom Quadrantenzähler kommenden Signale werden jeweils auf die zwei Eingänge von vier unterschiedlichen UND-Gliedern gegeben.4 shows an advantageous circuit of the function generator in which the entered ψ value is converted into the corresponding sin and cos values, φ runs in radians between zero and -4-, that is in the first quadrant. The input signal is given once directly to a characteristic element 50 and once via a subtraction element 52 to a further characteristic element 51, which is constructed identically to the characteristic element 50. The characteristics of the two characteristic members 50 and 51 respectively correspond to the sin in the first quadrant, represented by the solid lines 53 _t 54. Through the upstream subtracter 52 the dotted line is passed through 55 in the characteristic element 51, the cos φ in the first quadrant according to the relation sin (4j— ψ ) = cos ψ . At the output of the characteristic elements 50, 51 there is thus the sin U? and the cos ψ are available for the first quadrant. The siny or cozy values for all four quadrants are formed from this via a logic circuit. The quadrant counter determines for which quadrant they should be formed. In the present exemplary embodiment, this counts in binary form, specifically for the first quadrant 01, for the second quadrant 10, for the third quadrant 11 and for the fourth quadrant 00 and then starts counting again from the beginning. The two signals coming from the quadrant counter are each given to the two inputs of four different AND gates.

Die Ausgangssignale der Kennlinienglieder 50 bzw. 51 sind über die Arbeitskontakte von jeweils vier Relais mit dem positiven oder negativen Eingang zweier gleicher Verstärker verbunden, an deren Ausgängen dem sin bzw. dem cos von f entsprechende Ausgangssignale vorliegen. Die Relais 60 bis 67 können über die UND-Glieder 56 bis 59 geschaltet werden.The output signals of the characteristic elements 50 and 51 are connected via the normally open contacts of four relays to the positive or negative input of two identical amplifiers, at the outputs of which there are output signals corresponding to the sin and cos of f. The relays 60 to 67 can be switched via the AND gates 56 to 59.

Für den ersten und zweiten Quadranten wird im folgenden die Wirkungsweise des Funktionsgenerators erläutert: Für den ersten Quadranten liefert der Quadrantenzähler die Signale 0 und 1. DaThe following is the mode of operation for the first and second quadrants of the function generator explained: For the first quadrant, the quadrant counter supplies the signals 0 and 1. Da

76 P 3777 BRD76 P 3777 FRG

das UND-Glied 56 entsprechend diesen Signalen· mit einem negierten Eingang ausgestattet ist, liefert es ein Ausgangssignal, das die Relais 60 und 61 betätigt. Dadurch ist der Ausgang des Kennliniengliedes 50 mit dem positiven Eingang des Verstärkers 70 und der Ausgang des Kennliniengliedes 51 mit dem positiven Eingang des Verstärkers 71 verbunden. Am Ausgang dieser Verstärker entstehen somit Signale, die den Kennlinien 53 bzw. 55, also genau dem sin und dem cos im ersten Quadranten entsprechen. Für den zweiten Quadranten liefert der Quadrantenzähler die Signale 1 und 0. Diesmal ist der andere Eingang des UND-Gliedes 57 negiert, so daß beim Vorliegen dieser Signale das UND-Glied 57 ein Ausgangssignal zum Schließen der Relais 62 bzw. 63 liefert. Dadurch wird das Ausgangssignal des Kennliniengliedes 51 an den positiven Eingang des Verstärkers 70 gelegt, d. h. es wird für den sin die Kennlinie 55 durchfahren, was dem sin im zweiten Quadranten entspricht. Der Ausgang des Kennliniengliedes 50 wird über das Relais 62 an den negativen Eingang des Verstärkers 71 gelegt. Dadurch entsteht am Ausgang dieses Verstärkers 71 eine Kennlinie, die eine Spiegelung der Kennlinie 53 an der Zeitachse darstellt, also genau dem geforderten cos im zweiten Quadranten. Für den dritten und vierten Quadranten ergeben sich auf ähnliche Weise die entsprechenden sin- bzw. cos-Verte.the AND gate 56 corresponding to these signals · with a negated Input is equipped, it provides an output signal that actuates the relays 60 and 61. This is the output of the characteristic element 50 with the positive input of the amplifier 70 and the output of the characteristic element 51 with the positive input of the amplifier 71 is connected. At the output of this amplifier there are thus signals which correspond to the characteristics 53 and 55, that is to say exactly correspond to sin and cos in the first quadrant. The quadrant counter supplies signals 1 for the second quadrant and 0. This time the other input of the AND element 57 is negated, so that when these signals are present, the AND element 57 has an output signal to close the relays 62 and 63 respectively. As a result, the output signal of the characteristic element 51 is positive Input of amplifier 70, i. H. the curve 55 is passed through for the sin, which corresponds to the sin in the second quadrant. The output of the characteristic element 50 is via the relay 62 is applied to the negative input of amplifier 71. This creates a characteristic curve at the output of this amplifier 71 which represents a reflection of the characteristic curve 53 on the time axis, that is exactly the required cos in the second quadrant. For the third and fourth quadrants, the corresponding results are obtained in a similar way sin or cos values.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde das Beugungsbild durch ein Ablenksystem 8 unterhalb des Objektes in Polarkoordinaten über den Detektor 6 geführt. Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich aber auch mit einer Einrichtung ohne dieses Ablenksystem 8 durchführen. Dabei wird das Ablenksystem 3 für die Objektrasterung zusätzlich derart erregt, daß der einfallende Elektronenstrahl 2 auf Kegelmänteln um den zu durchstrahlenden Objektbereich rotiert.In the embodiments described so far, the diffraction pattern was by a deflection system 8 below the object in polar coordinates guided over the detector 6. The method according to the invention can also be used with a device without this Perform deflection system 8. The deflection system 3 for the object rasterization is additionally excited in such a way that the incident Electron beam 2 rotates on cone shells around the object area to be irradiated.

Die Erfindung ist nicht nur bei Durchstrahlungs-Raster-Elektronen-■ikroskopen, sondern auch bei Ionenmikroskopen dieser Art anwendbar. The invention is not only applicable to transmission scanning electron microscopes, but also applicable to ion microscopes of this type.

4 Ansprüche
4 Figuren4 claims
4 figures

809813/0275809813/0275

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Claims

VPA 76 P 3777 BRD patent claims

1J Method for the pictorial representation of a diffraction image in a transmission scanning particle beam microscope, in which the diffraction image sweeps over a stationary detector in the form of a grid by means of a deflection system, characterized in that the deflection system is excited in such a way that the rasterization in polar coordinates at an angular velocity Qt ^ (~ ) ⁿ »where r

CL U Γ

is the radius of the path scanned in each case and η £ 1, and the same radii differences δ r between adjacent paths takes place.

2. The method according to claim 1, characterized in that

the radius is changed abruptly by a fixed amount Δ r after each revolution.

3. The method according to claim 1, characterized in that also

dr 1
the change in radius is -5-r λ / -.

4. The method according to any one of claims 2 or 3 » characterized in that the scanning begins at a minimum radius R ₁ , which is chosen to be at least so large that the zero reflection of the diffraction image is not detected.

.8 0 9'8 1:37

; ORIGINAL INSPECTED