DE2915203A1 - ELECTRON MICROSCOPE - Google Patents
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Description
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12.11.1978* 1 PHN 909011/12/1978 * 1 PHN 9090
"Elektronenmikroskop""Electron microscope"
Die Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop mit einem Elektronenstrahler zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, mit einem elektronenoptischen Linsensystem, einem Objektträger, einem Elektronendetektor und einer Bildauf-Zeichnungsanordnung. The invention relates to an electron microscope with an electron gun for generating an electron beam, with an electron optical lens system, a slide, an electron detector and an image recording arrangement.
Ein derartiges Elektronenmikroskop ist aus der US-PSSuch an electron microscope is known from US Pat
3 889 11^ bekannt.3 889 11 ^ known.
Venn man-in einem derartigen Elektronenmikroskop getrennt ein Phasenbild und ein Amplitudenbild erzeugen möchte, ist es notwendig eine Anzahl von Bildern nacheinander zu erzeugen oder ein mögliches Durchstrahlungsrasterverfahren zu benutzen, bei dem mehrere Bilder gleichzeitig erzeugt werden können. Bei der Verwendung eines Durchstrahlungs-Rasterelektronenmikroskops können zwar mehrere Bilder gleichzeitig aufgenommen und kann damit sowohl Phasenkontrast als auch Amplitudenkontrast aufgezeichnet werden, aber ein Nachteil dabei besteht darin, dass Durchstrahlungsrasterbilder im allgemeinen eine geringere Güte haben. Wenn Durchstrahlungsraster- und Rasterbilder zusammengesetzt werden müssen, wird die Güte eines zu erzeugenden zusammengesetzten Bildes faktisch durch das verhältnismässig mangelhafte Durchstrahlungsrasterbild bestimmt. Auch ist im allgemeinen der Einfluss von Präparatverderb durch Kontamination in einem Durchstrahlungsrasterelektronenmikroskop grosser als in einem Rasterelektronenmikroskop.When one is separated in such an electron microscope a phase image and an amplitude image, it is necessary to generate a number of images one after the other generate or a possible radiographic grid method where several images can be generated at the same time. When using a transmission scanning electron microscope Although several images can be recorded at the same time and thus both phase contrast as well as amplitude contrast can be recorded, but one The disadvantage here is that radiographic raster images generally have a lower quality. if Radiographic and raster images combined must be, the quality of a composite image to be generated is in fact due to the comparatively inadequate Radiographic raster image determined. There is also generally the influence of product spoilage due to contamination larger in a transmission scanning electron microscope than in a scanning electron microscope.
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12.11.78 £ \ PHN 909011/12/78 £ \ PHN 9090
Daneben gibt es noch den Nachteil, dass ein Benutzer, der über ein hochauflösendes Rasterelektronenmikroskop verfügt, häufig nicht ebenfalls über ein gleichwertiges Durchstrahlungsrasterelektronenmikroskop verfügt. In einem im Rasterbetrieb arbeitenden Elektronenmikroskop kann nur aus nacheinander erzeugten Bildern sowohl in Phasenkontrast als auch in Amplitudenkontrast aufgezeichnet werden. Ein wesentlicher Nachteil dabei besteht darin, dass eben durch die zeitlich voneinander getrennten Bildaufzeichnungen beispielsweise durch Kontamination, 'Schwingungen, thermische Verschiebungen usw. die Bilder ungleich sind, wodurch bei der Zusammensetzung grosse Bildfehler auftreten. Auch ist es bei weitem nicht einfach, die Bilder in der erforderlichen guten Aufzeichnung (Überlagerung) aufeinander zu bringen, während die endgültig gesuchten Bilder immer erst später erzeugt werden können und also die Möglichkeit von on-line-Betrieb ausgeschlossen ist.There is also the disadvantage that a user who has a high-resolution scanning electron microscope often not also using an equivalent scanning electron microscope disposes. In an electron microscope operating in raster mode, it is only possible to use images generated one after the other, both in phase contrast and in can also be recorded in amplitude contrast. An essential one The disadvantage here is that because of the temporally separated image recordings, for example due to contamination, 'vibrations, thermal displacements, etc. the images are unequal, as a result of which in the Composition large image errors occur. Also, it is nowhere near easy to get the pictures in as required to bring good recording (overlay) on top of each other, while the finally sought images always later can be generated and thus the possibility of on-line operation is excluded.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektronenmikroskop zu schaffen, mit dem auch im Rasterbetrieb on-line- !Phasen— und Amplitudenbilder erzeugt werden können. Die Aufgabe wird bei einem Elektronenmikroskop der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass zwischen dem Elektronenstrahler und dem Objektträger eine Strahlkippanordnung zum intermittierenden Umschalten des Elektronenstrahls zwischen fest einstellbaren ¥inkelstellungen in bezug auf ein zu belichtendes Objekt aufgenommen und die Bildaufzeichnungsanordnung zum Zusammenfügen von Bildern eingerichtet ist, die bei einer jeden der Winkelstellungen erzeugt sind.The invention is based on the object of creating an electron microscope with which on-line- ! Phase and amplitude images can be generated. The task is achieved in an electron microscope of the type mentioned in that between the electron gun and a beam tilting arrangement for intermittently switching the electron beam between the slide fixed adjustable angle positions with respect to an object to be exposed recorded and the image recording arrangement is arranged to merge images generated at each of the angular positions.
Da der Strahl in einem erfindungsgemässen Elektronen- *"" mikroskop schnell beispielsweise zwischen zwei Stellungen umgeschaltet werden kann, können aus beiden Richtungen Bildex' erzeugt werden, die beispielsweise durch eine integrierende Wirkung der Aufzeichnungsanordnung zusammengefügt werden können.Since the beam in an inventive electron * "" microscope quickly, for example, between two positions can be switched, Bildex 'can be generated from both directions, for example by an integrating Effect of the recording arrangement can be put together.
™ . In einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist der Strahl zwischen zwei festen Stellungen schaltbar und enthält die Bildaufzeichnungsanordnung einen Fernsehkreis, dessen Bildfrequenz der Umschaltfrequenz für den ™ . In a preferred embodiment according to the invention, the beam can be switched between two fixed positions and the image recording arrangement contains a television circuit, the image frequency of which is the switching frequency for the
9 09843/09139 09843/0913
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Elektronenstrahl entspricht. Addieren oder Subtrahieren, letzteres durch Ausstrahlen eines der Bildsignale über eine Umkehrstufe,- erfolgt durch Trägheit im Fernsehmonitor oder durch die Trägheit des Auges.Electron beam corresponds. Adding or subtracting, the latter by broadcasting one of the image signals via a Inverse stage, - takes place through inertia in the television monitor or by the indolence of the eye.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist insbesondere für Bildsubtraktion eine Bildsubtraktionsanordnung mit einem nematischen Flüssigkristall aufgenommen, wodurch verhältnismässig grosse Bildflächen verarbeitet werden können. Eine derartige Anordnung beschreibt beispielsweise die Ver-In a further preferred embodiment, in particular for image subtraction an image subtraction arrangement with a nematic liquid crystal was added, whereby relatively large image areas can be processed. Such an arrangement describes, for example, the
^ öffentlichung "IEEE Transactions an Electronic Devices", Vol.ED 22, S. 775...783.^ publication "IEEE Transactions an Electronic Devices", Vol.ED 22, pp. 775 ... 783.
In einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung sind zwei Fernsehmonitoren, einer für Phasenkontrast durch Subtraktion von Einzelbildern und einer für Amplitudenkon-In a preferred embodiment according to the invention are two television monitors, one for phase contrast by subtracting individual images and one for amplitude contrast
'5 trast durch Addition von Einzelbildern, aufgenommen. Hierdurch können beide Bilder gleichzeitig wahrgenommen werden. Durch die Verwendung eines Farbfernsehkreises kann auch in Farbe diskriminiert werden, was eine leichtere visuelle Wahrnehmung ergibt.' 5 trast by adding individual images, recorded. This means that both images can be seen at the same time. By using a color television circle, it is also possible to discriminate in terms of color, which results in easier visual perception.
Einige bevorzugte Ausführungsformen von Elektronenmikroskopen nach der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.Some preferred embodiments of electron microscopes according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
Ein Elektronenmikroskop gemäss dem Schema in der Zeichnung enthält einen Elektronenstrahler 1 mit einer Anode 2, ein Strahlrichtsystem 3 (beam alignment) und eine Blende h, ein Kondensorsystem mit einer ersten Kondensorlinse 6 und einer Kondensorblende 7> ein Objektiv mit einem ersten Ob jektivpol-8 und einem zweiten Objektivpol 9» einen Objektraum 11, eine Beugungslinse 12 mit einer BeugungsblendeAn electron microscope according to the scheme in the drawing contains an electron emitter 1 with an anode 2, a beam alignment system 3 (beam alignment) and a diaphragm h, a condenser system with a first condenser lens 6 and a condenser diaphragm 7> an objective with a first objective pole-8 and a second objective pole 9 »an object space 11, a diffraction lens 12 with a diffraction diaphragm
13> eine Zwischenlinse 14, ein Projektionssystem mit einer ersten Projektionslinse 15 und einer zweiten Projektionslinse 16, eine Filmkamera 17 und einen Detektor 18. Alle diese Teile sind in ein Gehäuse 20 mit einer elektrischen Zuleitung 21 für den Elektronenstrahler und einem Einblick-13> an intermediate lens 14, a projection system with a first projection lens 15 and a second projection lens 16, a film camera 17 and a detector 18. All these parts are in a housing 20 with an electrical lead 21 for the electron gun and an insight
fenster 22 aufgenommen. An das Gehäuse sind eine Binokularlupe 23, eine Entlüftungseinrichtung ?.h und eine Plattenkamera 25 angeschlossen. In dieses Elektronenmikroskop ist jetzt erfindungsgemäss eine Strahlkippanordnung 26window 22 added. A binocular loupe 23, a ventilation device? .H and a disk camera 25 are connected to the housing. According to the invention, there is now a beam tilting arrangement 26 in this electron microscope
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aufgenommen, mit deren Hilfe der belichtende Elektronenstrahl zwischen zwei Stellungen umgeschaltet werden kann, bei denen je etwa die Hälfte der Belichtungsblendenfläche mit inkohärenter Strahlung gefüllt ist. Hierdurch ist gleichsam ein Rasteranalogon der differentiellen Detektion im Durchstrahlungsrasterbetrieb gemäss der Beschreibung in "Optik", 41 (i97^) S. 452...456, verwirklicht. Auch kann die Strahlkippanordnung 26 derart ausgeführt und montiert sein, dass mit deren Hilfe der Elektronenstrahl zwischen zwei in der Objektiv-recorded, with the help of which the exposing electron beam can be switched between two positions in which each about half of the exposure diaphragm area is filled with incoherent radiation. This is, as it were, a raster analog differential detection in transmission raster mode according to the description in "Optik", 41 (i97 ^) Pp. 452 ... 456, realized. The beam tilting arrangement can also 26 be designed and mounted in such a way that with their help the electron beam between two in the objective
'" blende diametral orientierten Positionen für eine jeweilige schräge Belichtung eines Objekts geschaltet werden kann. Auch andere Verfahren sind verwendbar, wenn nur dafür gesorgt wird, dass die Belichtung zwischen zwei Aufnahmen zwischen in der Objektivblende symmetrisch, liegenden Positionen gekippt wird. Durch das Erregen der Strahlkippanordnung vorzugsweise mit einem rechteckigen Signal sind die erwähnten Nachteile für ein Rasterelektronenmikroskop beseitigt und kann bei einem ausreichend schnellen Wechsel der Strahlrichtung wie im Durchstrahlungsrasterbetrieb gemessen werden.'"hide diametrically oriented positions for each oblique exposure of an object can be switched. Other methods can also be used if just taken care of that the exposure between two shots is between positions symmetrically located in the lens diaphragm is tilted. By exciting the beam tilting arrangement, preferably with a rectangular signal, the aforementioned are Disadvantages for a scanning electron microscope are eliminated and can be achieved with a sufficiently rapid change in the direction of the beam as measured in the radiographic grid mode.
Die erzeugten Bildsignale können an einem Fernsehmonitor 3I dargestellt werden, der auch normalerweise einem Rasterelektronenmikroskop zugeordnet ist. Der Monitor ist dabei auf eine Bildfrequenz abgestimmt, die der Kippfrequenz entspricht, so dass reihum stets das gleiche Bild dargestelltThe image signals generated can be viewed on a television monitor 3I are shown, which is also normally assigned to a scanning electron microscope. The monitor is there matched to an image frequency that corresponds to the tilt frequency, so that the same image is always displayed in turn
wird. Durch die Integration des Auges oder des Phosphors des Fernsehmonitors wird so ein Summenbild erzeugt. Um ein Differenzbild zwischen beiden Teilbildern zu erzeugen, werden die Bilder, die durch eine der RichtungsStellungen des belichtenden Strahls erzeugt werden, über eine Umkehrschaltungwill. By integrating the eye or the phosphor of the television monitor, a total image is generated. To a To generate the difference image between the two partial images the images taken by one of the directional positions of the exposing Beam are generated via a reverse circuit
dem Monitor zugeführt. Hierdurch werden die Bilder reihum mit positivem und negativem Kontrast dargestellt. Intensitätsniodulationen aus Phasenobjekten, die ohne Kontrast— umkehrung in zwei aufeinanderfolgenden Bildern entgegengesetzt wären, werden durch die Kontrastinversion in aufeinanderfolgenden Bildern gleich und bei der Bildintegration sichtbar. Durch die Verwendung einer verhältnismässig hohen Kippfrequenz oder ein verhältnismässig träges Monitorphosphor kann Bildflimmern vermieden werden.fed to the monitor. As a result, the images are shown in turn with positive and negative contrast. Intensity modulations from phase objects that are opposed without contrast reversal in two successive images would be through the contrast inversion in successive Images the same and visible during the image integration. By using a relatively high Image flickering can be avoided by tilting frequency or a relatively sluggish monitor phosphor.
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t 909843/0913
t
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Statt der Kontrastumkehrung und eines Schwarz-Weiss-Monitors wird das Bild in einer anderen bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung mit Hilfe eines Farbfernsehmonitors und komplementärer Farbsignale für ein jedes der Teilbilder erzeugt. In den aufeinanderfolgenden Teilbildern wird dabei z.B. wechselweise ein rotes Bild mit einem unmodulierten blauen und einem grünen Signal und ein blaues und grünes Bild zusammen mit einem unmodulierten roten Signal moduliert. Intensitätsmodulationen, die ohne diese Farbmodulation in zwei aufeinanderfolgenden Bildern entgegengesetzt wäi?en, .werden jetzt in einer gleichen Farbe sichtbar, weil beispielsweise eine Verstärkung des roten Signals in einem Bild die gleiche Verfärbung wie eine Abschwächung des blauen und grünen. Signals im zweiten Bild ergibt. Für die Farbmodulation können auch andere Farbkombinationen gewählt werden. Im allgemeinen ist das Verfahren mit Farbmodulation empfindlicher, weil Verfärbungen gegen einen weissen Hintergrund visuell früher wahrnehmbar sind als GrauSchwankungen in einem Schwarz-Weiss-Bild. Für andere als visuelle Wahrnehmungen braucht solches jedoch nicht immer der Fall zu sein.Instead of contrast reversal and a black and white monitor In another preferred embodiment according to the invention, the image is displayed with the aid of a color television monitor and generate complementary color signals for each of the partial images. In the successive fields For example, a red image with an unmodulated blue and a green signal and a blue and green image modulated together with an unmodulated red signal. Intensity modulations without this color modulation opposite in two consecutive images would now be visible in the same color because For example, an increase in the red signal in an image has the same discoloration as a decrease in the blue and green. Signal in the second picture. Other color combinations can also be selected for the color modulation. In general, the method with color modulation is more sensitive because discoloration against a white background are visually perceptible earlier than gray fluctuations in one Black and white image. For other than visual perceptions, however, this does not always have to be the case.
Zum Kippen des belichtenden Elektronenstrahls ist in einer bevorzugten Ausführungsform eine Strahlkippanordnung in der Ausführung gemäss US-PS 3 777 211 in das Elektronenmikroskop zwischen dem Elektronenstrahl und der Qbjektivlinse, vorzugsweise nicht zu nahe an der Kondensorlinse, aufgenommen. Viele Elektronenmikroskope sind übrigens ohnehin mit einem Strahlrichtelement ausgeführt, wie mit einem Wobbler oder einem Strahlanhebeelement; diese Elemente können dabei ohne weiteres in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden.To tilt the exposing electron beam, in a preferred embodiment a beam tilting arrangement in the embodiment according to US Pat. No. 3,777,211 into the electron microscope between the electron beam and the objective lens, preferably not too close to the condenser lens. By the way, many electron microscopes are anyway executed with a beam directing element, such as a wobbler or a beam lifting element; these elements can can readily be used in connection with the invention.
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Claims (1)
8. Elektronenmikroskop nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diesem Elektronenmikroskop eine Bildsubtraktionsanordnung mit einem nematischen Flüssigkristall zugeordnet ist.7. Electron microscope according to one of the preceding claims, characterized in that the detection arrangement is assigned an inversion stage for the phase inversion of one of the signals.
8. Electron microscope according to one of the preceding claims, characterized in that this electron microscope is assigned an image subtraction arrangement with a nematic liquid crystal.
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