DE892803C - Elektronenoptisches Geraet, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer Vorrichtung zum Aussortieren von Elektronen abweichender Geschwindigkeit - Google Patents

Description

• Elektronenoptisches Gerät, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer Vorrichtung zum Aussortieren von Elektronen - abweichender Geschwindigkeit Trägt man den absoluten Betrag der Brennweite i f i einer elektrostatischen. Elektronenlinse in Abhängigkeit von auf, worin UK die Kathodenspannung und UL die Linsenspannung bezeichnet, so durchläuft I f 1, wenn man von sehr hohen Werten von 0 zu kleineren übergeht, ein Minimum. Mit weiter sinkendem 0 steigt 1 f 1 auf sehr hohe Werte. Erniedrigt man 0 durch entsprechende Wahl der Linsenspannung noch weiter, so sinkt l f I wieder und durchläuft mit abnehmendem 0 ein weiteres Minimum. Dieser zweite Bereich ist im Vergleich zum ersten sehr schmal, d. h. selbst Elektronen, :die gegenüber der normalen nur eine um wenige Volt abweichende Geschwindigkeit haben, unterliegen derart geringen Brechkräften, daß sie von Elektronen mit Normalgeschwindigkeit leicht zu trennen sind. Erniedrigt man 0 noch weiter, so- findet man ein drittes Minimum von 1 f 1, das sich von :dem zweiten dadurch unterscheidet, daß es noch schmaler ist. Läßt man c-b noch. weiter abnehmen, so findet man -noch eine Reihe weiterer Brennweitenminima.
• Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine solche .Elektronenlinse zum Aussortieren von Elektronen zu verwenden, indem man ihre Linsenspannung derart wählt, daß sie im Bereich ihres zweiten oder eines häh.erenBrennweitenminimums arbeitet.
• Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Durchführung dieses Vorschlages mit Schwierigkeiten verbunden ist, weil bei höheren als dein zweiten Brennweitenminimum die Stabilisierungsverhältnisse ungünstig sind und weil Linsen, die unter diesen Bedingungen arbeiten sollen; mit außerordentlich hoher Genauigkeit hergestellt werden müssen, wenn man, wie üblich, verlangt, daß die Linse in Zweipolschaltung betrieben werden kann, d. h. die Mittelelektrode sich auf Kathodenpotential befindet. Benutzt man eine im zweiten Brennweitenminimum arbeitende Elektronenlinse als Filter, so erreicht man bei 5o, ekV-Elektronen nur eine Filterung von um etwa roo eV langsameren Elektronen, wenn man ein genügend großes Gesichtsfeld bei ausreichender Bildschärfe verlangt. Für die Elektronenmikroskopie wäre es jedoch von größter Bedeutung, wenn es gelänge, die Filterung bei 5o ekV-Elektronen auch noch durchzuführen: bezüglich der Elektronen, deren Geschwindigkeitsverlust nur etwa io eV-beträgt. Da bekanntlich die Brechkrafteigenschaften elektrostatischer Linsen bei proportionaler Veränderung sämtlicher Spannungen konstant bleiben, könnte man also mit einer Linse, die bei 5o ekV-Elektronen das Ausfiltern von um ioo. eV verlangsamten Elektronen gestattet, bei entsprechender Wahl der Spannungen aus einem Strahl von 5 ekV-Elektronen die um nur zo, eV verlangsamten herausfiltern. Wenn man dieselbe Linse in einem Elektronenmikroskop mit 5o, ekV-Elektronen verwenden will, so muß man. die Elektronen zunächst auf 5 ekV abbremsen, sie dann in die zur Filterung dienende Linse eintreten lassen und sie nach der Filterung erneut auf 5oi ekV beschleunigen. Da bei der Verzögerung der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den einzelnen Elektronen erhalten bleibt, gelingt es mit einer solchen Einrichtung ohne weiteres, aus dem 5o ekV-Elektronenstrahl etwa vorhandene um mindestens io eV langsamere Elektronen auszusortieren. Die Anordnung ist also durch die erfindungsgemäße Maßnahme, d. h. dadurch, daß die zum Aussortieren der Elektronen dienernde Vorrichtung an einer Stelle des Strahlenganges angeordnet ist, an der die Geschwindigkeit der Elektronen kleiner als .ihre Anfangs- und/oder Endgeschwindigkeit ist, bedeutend empfindlicher geworden.
• Da die das Strahlerzeugungssystem verlassenden Elektronen in der Regel bereits eine verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit haben, empfiehlt es sich, im Strahlengang vor der Aussortiervorrichtung .Mittel zur Herabsetzung der Elektronengeschwindigkeit, vorzugsweise eine aus zwei Elektroden bestehende Verzögeruugsimmersionslinse, vorzusehen. Die Verzögerungsmittel werden zweckmäßig .derart ausgebildet bzw. die Spannungen der Elektroden der Verzögerungsimmersionslinse derart gewählt, daß die Geschwindigkeit der Elektronen durch die Verzögerungsmittel auf etwa 1/1o ihrer Eintrittsgeschwindigkeit vermindert wird.
• Im Strahlengang hinter der Aussortiervorrichtung sind Mittel zur Beschleunigung der Elektronen, vorzugsweise eine aus zwei Elektroden bestehende Beschleunigungsimmersionslinse, vorzusehen. Dabei ist es ratsam, die Beschleunigungsmittel derart auszubilden bzw. die Spannungen an den Elektroden der ,Beschleunigungsimmers.ionslinse derart zu wählen, .daß die Elektronen durch sie mindestens um soviel beschleunigt werden, wie sie durch die Verzögerungsmittel verzögert worden sind.
• Eine besonders gedrungene Einrichtung erhält man, wenn man die Vorrichtungen zum Aussortieren der Elektronen mixt den Verzögerungs-und Beschleunigungsmitteln zu einer baulichen. Einheit derart vereinigt, daß sie mindestens einige Elektroden gemeinsam haben..
• Die Figuren zeigen in zum Teil schematischer Darstellung solche Anordnungen.
• Durch den Elektronenstrahl r möge das Zwischenbild 2 erzeugt werden. 'Die Elektronengeschwindigkeit beträgt 5o ekV. Durch die aus den Elektroden 3 und 4 bestehende Verzögerungsimmersionslinse wird die Geschwindigkeit um 45 ekV vermindert. Das zweite Zwischenbild 5 wird also durch 5 ekV-Elektronen gebildet, und es werden diejenigen Elektronen herausgefiltert, deren Geschwindigkeit um mehr als io eV kleiner ist als die .der 5 ekV=Elektronen. Das dritte Zwischenbild 9 wird daher von Elektronen erzeugt, deren Geschwindigkeit 5 e!kV beträgt, und solchen Elektronen, deren .Geschwindigkeit höchstens um zo eV von diesem Wert abweicht. Durch die aus den Elektroden io, rr gebildete Beschleunigungsimmersionslinse werden die Elektronen erneut beschleunigt, so daß, wenn die Beschleunigung entsprechend gewählt wird; das Endbild 12 durch Elektronen erzeugt werden kann, deren Geschwindigkeit gerade so groß ist wie die des Zwischenbildes 2.
• Für den Fall, daß die Normalgeschwindigkeit der Elektronen des Strahles (Zweipolschaltung) 50 ekV beträgt, miißte zur Erreichung dieses Zieles an die Elektroden 4, 6 und 8, 1o die Potentiale V1 = Y2 = - 45 kV angelegt und an die Elektrode 7 die Spannung V2 = - 5o kV (Zweipolschaltung), stets bezogen auf das Anodenpotential, angelegt werden. Die Verzögerung muß um so weiter getrieben werden, je höher die Anforderungen sind, die an die Aussortierung gestellt werden.
• Eine wesentliche Vereinfachung der Anordnung gemäß der Erfindung erhält man, wenn man von den fünf oder mehr Elektroden des aus der Aussortierungsvorrichtung, einer Verzögerungs- und einer Beschleunigungsimmersionslinse bestehenden elektronenoptischen Systems die beiden äußeren auf Anodenpotential und die inneren auf gegenüber der Anode negativen, vorzugsweise voneinander verschiedenen Potentialen hält. Besonders zweckmäßig ist es; mindestens ,eine der mittleren Elektroden auf Kathodenpotential zu halten. Eine solche Anordnung ist schematisch in Fig. 2 wiedergegeben. Die Elektroden 3 und r r der Anordnung nach Fig. r sind zu der auf Anodenpotential gehaltenen äußeren Elektrode ig, zusammengefaßt. Anstatt der Elektroden 4 und 6 tritt hier die Elektrode 14, an Stelle der Elektrode 7 die Elektrode 15, und an Stelle der Elektroden 8 und ro die Elektrode 16.
• Mit einer solchen. Anordnung gelingt es, durch entsprechende Wahl der Spannungen der drei inneren Elektroden verhältnismäßig einfach zu erreichen, daß die Vorrichtung zum Aussortieren der Elektronen im Bereich ihres,dritten oder eines höheren Brennwcitenminimums arbeitet.
• Es ist außerdem möglich, eine Elektronenlinse zu verwenden, die im Bereich ihres zweiten oder eines höheren Brechkraftminimums arbeitet.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektronenoptisches Gerät, insbesondere Elektronenmikroskop, mit einer Vorrichtung zum Aussortieren von Elektronen abweichender Geschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Aussortieren der Elektronen an einer Stelle des Strahlenganges angeordnet ist, an der die Geschwindigkeit der Elektronen kleiner als ihre Anfangs- und/oder Endgeschwindigkeit ist.
2. 2. Gerät nach Anspruch i, dadurch Bekennzeichnet, daß im Strahlengang vor der Aussortiervorrichtung Mittel zur Herabsetzung der Elektronengeschwindigkeit, vorzugsweise eine aus zwei Elektroden bestehende Verzögerungsimmersionslinse, vorgesehen ist.
3. 3, Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsmittel derart ausgebildet bzw. die Spannungen der Elektroden der Verzögerungsimmersionslinse derart gewählt sind, daß die Geschwindigkeit der Elektronen durch die Verzögerungsmittel auf etwa 1/1o ihrer Eintrittsgeschwindigkeit vermindert wird.
4. 4. Gerät nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang hinter der Aussortiervorrichtung Mittel zur Beschleunigung der Elektronen, vorzugsweise eine aus zwei Elektroden bestehende Beschleunigungsimmersionslin:se vorgesehen ist.
5. 5. Gerät nach Anspruch :2 oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsmittel derart ausgebildet bzw. die Spannungen der Elektroden der Beschleuni-gungsimmersionslinse derart gewählt sind, daß die Elektronen durch sie mindestens um so viel beschleunigt werden, wie sie durch die Verzögerungsmittel verzögert worden sind. .
6. 6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, ,daß die Vorrichtung zum Aussortieren der Elektronen mit den. Verzögerungs- und Beschleunigungsmitteln zu einer baulichen Einheit derart vereinigt: wird, daß sie mindestens einige Elektroden gemeinschaftlich besitzen.
7. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Aussortiervorrichtung, einer Verzögerungs- und einer Beschleunigungsimmersionslinse bestehende elektronenoptische System aus fünf oder mehr Elektroden besteht, von denen die beiden äußeren auf Anodenpotential und die inneren auf gegenüber der Anode negativen, vorzugsweise voneinander verschiedenen Potentialen liegen. B. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der mittleren Elektroden auf Kathodenpotential liegt. g. Gerät nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenspannung der Vorrichtung zum Aussortieren der Elektronen derart gewählt ist, daß sie im Bereich ihres dritten oder eines höheren Brennweitenminimums arbeitet. io-. Gerät nach Anspruch i, 2, g, 4, 5, 8 und g, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektronenlinse verwendet wird, die im Bereich ihres zweiten oder eines höheren Brechkraftminimums arbeitet.