DE895352C - Electron microscope for observation of surfaces in incident electron beams - Google Patents

Electron microscope for observation of surfaces in incident electron beams

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DE895352C
DE895352C DES7035D DES0007035D DE895352C DE 895352 C DE895352 C DE 895352C DE S7035 D DES7035 D DE S7035D DE S0007035 D DES0007035 D DE S0007035D DE 895352 C DE895352 C DE 895352C
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DES7035D
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Ernst Dr-Ing Ruska
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/29Reflection microscopes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
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Description

Elektronenmikroskop zur Beobachtung von Oberflächen in auffallender Elektronenstrahlung Beim Arbeiten mit Elektronenmikroskopen kann man das Objekt 4urchstrahlen. Man kann aber auch Objektoberflächen in auffallender Elektronenstrahlung beobachten. In dem zuletzt genannten Falle handelt es sich bei den abbildenden Elektronen, .die von Objekt in die Öffnung der Objektivspule gelangen, um rückdiffundierte Elektronen. Wie Versuche an einem Elektronenmikroskop, das zur Oberflächenbetrachtung eingerichtet war- und das mit einem magnetischen Objektiv arbeitete, gezeigt haben, ergaben sich bei diesen Anordnungen bisher starke Bildfelder durch die unter Geschwindigkeitsverlust gestreuten, Elektronen. Die Bildschärfe ließ bei solchen Anordnungen daher bisher zu wünschen übrig. Die Erfindung bezieht sich auf eine Linsenanordnung, die diese Nachteile vermeidet. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die gestreuten langsameren Elektronen vom Objektiv ferngehalten werden müssen, um bessere Abbildungen zu ergeben:. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß der Objektivlinse eine auf negativem Potential befindliche Bremsblende zugeordnet, deren Potential so gewählt ist, daß sie die langsameren Elektronen zurückspiegelt. Die Erfindung kann sowohl bei Elektronenmikroskopen, als auch bei Ionenmikroskopen, die zur Untersuchung von Oberflächen eingerichtet sind, angewendet werden. Zur Abbildung tragen bei der Erfindung also nur die schnellen Elektronen bei, wodurch die eingangs erwähntem Bildfehler vermieden werden können. Man wird die Bremsblende bei- Anwendung eines magnetischen Objektivs im Strahlengang vor oder hinter dem wirksamen Bereich der Linsenpolschuhe anordnen. ;Da auch die schnellen Elektronen durch die Bremsblende verzögert werden, empfiehlt es sich, im Strahlengang hinter der Bremsblende eine zweite Blende anzuordnen, durch die die durch die Bremsblende hindurch gelangten Elektronen wieder beschleunigt werden. Man kann die Anordnung beispielsweise so wählen, daß die Bremsblende zwischen zwei auf gleichem Potential, vorzugsweise auf Erdpotential, befindlichen, quer zum Strahlengang angeordneten Blenden liegt. Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei magnetischen Objektiven beschränkt, man. kann vielmehr als Objektivlinse zur Oberflächenbeobachtung gemäß der weiteren Erfindung auch eine elektrostatische Linsenanordnung anwenden, bei der die negative Elektrode :dann als Bremsblende dient.Electron microscope for observing surfaces in conspicuous Electron radiation When working with electron microscopes one can see the object 4 X-ray. But you can also see object surfaces in conspicuous electron beams watch. In the latter case, the imaging electrons are .that get from the object into the opening of the lens coil to back-diffused electrons. Like experiments on an electron microscope set up for surface observation was - and that worked with a magnetic lens, showed, surrendered in these arrangements previously strong image fields due to the loss of speed scattered, electrons. The image sharpness was therefore not so far with such arrangements to be desired. The invention relates to a lens assembly which this Avoids disadvantages. The invention is based on the knowledge that the scattered slower electrons must be kept away from the lens to get better images to result :. For this purpose, according to the invention, the objective lens is one on negative Potential associated brake diaphragm, the potential of which is chosen so that it reflects back the slower electrons. The invention can be used with electron microscopes, as well as ion microscopes, which are set up to examine surfaces are to be applied. In the case of the invention, therefore, only the fast ones contribute to the mapping Electrons, whereby the image errors mentioned at the beginning can be avoided. Man If a magnetic lens is used in the beam path, the brake diaphragm is used Arrange in front of or behind the effective area of the lens pole pieces. ; Since the fast electrons are decelerated by the brake shield, it is advisable to to arrange a second diaphragm in the beam path behind the brake diaphragm through which the electrons that have passed through the brake diaphragm are accelerated again. You can choose the arrangement, for example, that the brake screen between two at the same potential, preferably at ground potential, located across the beam path arranged apertures lies. The invention is not to be applied to magnetic Lenses limited, man. can rather be used as an objective lens for surface observation according to the further invention also use an electrostatic lens arrangement, in which the negative electrode: then serves as a brake diaphragm.

Bei den zur Oberflächenbeobachtung eingerichteten Elektronenmikroskopen läßt man den Elektronenstrahl zweckmäßig von der Seite her auf das Objekt auftreffen. Um bei diesen Anordnungen einen möglichst :kleinen Abstand zwischen dem Objekt und dem wirksamen Linsenbereich des Objektivs zu erhalten, wird man. die dem Objekt zugewendeten. Teile des Objektivs so ausgestalten, daß diese Teile den von :der Seite !her einfallenden Elektronenstrahl nicht behindern. Bei- einer elektrostatischen Linsenanordnung kann man zu diesem Zweck die :dem Objektiv zugewendete Blende als ebene Scheibe ausbilden. Eine andereAusführungsmöglichkeit besteht darin, daß man die dem Objektiv zugewendete Blende als Kegelmantel ausbildet, wobei .die an der Kegelspitze befindliche B.lendenbohrung dem Objekt zugewendet ist. Bei -diesen Formen kann der primäre Elektronenstrahl völlig ungehindert auf das Objekt fallen, das seinerseits sehr nahe an :den wirksamen Linsenbereich herangerückt werden kann. Um bei einer elektrostatischen, mit mehreren Blenden arbeitenden Objektivlinse :den: wirksamen Linsenbereich möglichst nahe an das Objekt heranzukommen, empfiehlt es sich, .die mnit der Blendenöffnung versehenen wirksamen Mittelbereiche der Einzelblenden. einander und dem Objektiv zu nähern. Das läßt sich wie die folgenden Ausführungsbeispiele zeigen, durch entsprechende Formgebung der Blenden leicht erreichen.With the electron microscopes set up for surface observation the electron beam is expediently allowed to strike the object from the side. In order to minimize the distance between the object and the to get the effective lens area of the objective one becomes. the object facing. Design parts of the lens so that these parts of: the Do not obstruct the incident electron beam. One is electrostatic Lens arrangement can be used for this purpose: the aperture facing the lens as form a flat disc. Another embodiment is that one forms the aperture facing the lens as a cone shell, where .the on the The conical tip is facing the object. With these forms the primary electron beam can fall completely unhindered on the object that in turn very close to: the effective lens area can be moved closer. In the case of an electrostatic multi-aperture objective lens: It recommends getting as close as possible to the object in the effective lens area the effective central areas of the individual diaphragms provided with the diaphragm opening. to approach each other and the lens. This can be done like the following exemplary embodiments show, easily achieved by appropriately shaping the panels.

Die Figuren zergen schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung. In Fig. i ist ein Elektronenmikroskop dargestellt, bei dem ein elektromagnetisches :Objektiv verwendet ist. Mit i ist die iKathode, mit 2 die Steuerblende des Strahlerzeugers bezeichnet. Der Elektronenstrahl 3 wird durch eine Kondensorspule q. gesammelt und fällt von der Seite her auf das Objekt 5. Das Objekt ist so geneigt, daß der in Pfeilrichtung vom Strahlerzeugerherkommende Elektronenstrahl die Oberfläche trifft. Die an der Objektoberfläche reflektierenden Strahlen ;gelangen in den wirksamen Linsenbereich der Objektspule6, die in an sich bekannter Weise als Polschuhlinse ausgebildet ist. Die Polschuhe 7 und -9 dieser Linse sind einander und dem Objekt genähert, so däß man eine sehr kleine Entfernung zwischen Objekt und wirksamem Linsenbereich erhält. Um die langsamen Elektronen nicht bei der Figur mitzubenutzen, ist hinter der Objektivlinse eine auf negativem. Potential befindliche Bremsblende 9 angeordnet, hinter der im Strahlengang noch eine weitere mit der Vakuumwand ii leitend verbundene Blende ro liegt. Diese Blende io befindet sich ebenso wie die Vakuumwand auf Erdpotential,- sie wirkt daher im Sinne einer Wiederbeschleunigung der :durch die Blendenbohrung .der Bremsblende 9 hindurchgetretenen schnellen Elektronen. Bei i2 ist die Ebene des Zwischenbildes angedeutet. Die- Projektionsspule und die sonstigen Einzelteile des Elektronenmikroskops sind in der Figur nicht gezeichnet.The figures show schematically exemplary embodiments of the invention. In Fig. I an electron microscope is shown in which an electromagnetic : Lens is used. With i the i-cathode, with 2 the control panel of the beam generator designated. The electron beam 3 is through a condenser coil q. collected and falls onto object 5 from the side. The object is inclined so that the in Direction of the arrow from the beam generator, the electron beam hits the surface. The rays reflecting on the object surface get into the effective Lens area of the object coil6, which is known as a pole piece lens is trained. The pole pieces 7 and -9 of this lens are each other and the object approximated, so that there is a very small distance between the object and the effective lens area receives. In order not to use the slow electrons in the figure, is behind the objective lens one on negative. Brake panel 9 located at potential is arranged, behind the in the beam path another one that is conductively connected to the vacuum wall ii Aperture ro lies. This aperture io is just like the vacuum wall on earth potential, it therefore acts in the sense of a re-acceleration of the: through the aperture bore .the brake diaphragm 9 passed through fast electrons. At i2 is the plane of the intermediate image indicated. The projection coil and the other items of the electron microscope are not shown in the figure.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausfiührungsheispiel der Erfindung. Soweit die Einzelteile mit denen in Fig. i übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. In :diesem Fälle `dient als Objektiv für die Oberflächenbetrachtung eine aus drei Elektroden 21, 22, 23 bestehende elektrostatische Linse. Die Elektroden 2i und: 23 befirndien sich auf Erdpotential, die mittlere Elektrode 22 ist an ein negatives Potential angeschlossen, sie dient gleichzeitig im Sinne der vorliegenden Erfindung als Bremsblende. Um bei diesem Ausführungsbeispiel den seitlichen: Einfall des Elektronenstrahls 3 nicht zu behindern, ist die dem Objekt zugewendete Elektrode 2i als ebene Blendenscheibe ausgebildet. Man kann, diese Elektrode auch in, Form eines Kegelmantels ausbilden; wobei die an der Mantelspitze befindliche Blendenbohrung dem Objekt zugewendet ist. Dadurch, daß beim Ausführungsbeispiel die Elektroden 22 und 23 kegelförmige Teile besitzen, deren Spitze dem Objekt 5 zugewendet ist, gelingt es, den wirksamen Linsenbereich und das Objektiv sehr nahe an das Objekt heranzurücken..Fig. 2 shows another embodiment of the invention. So far the individual parts with those in Fig. i correspond to the same reference numerals used. In: these cases `one serves as a lens for surface observation electrostatic lens consisting of three electrodes 21, 22, 23. The electrodes 2i and: 23 are at ground potential, the middle electrode 22 is on connected negative potential, it serves at the same time in the sense of the present Invention as a brake cover. To the side in this exemplary embodiment: incidence of the electron beam 3 is not to be obstructed, is the electrode facing the object 2i designed as a flat orifice plate. One can, this electrode also in, form form a cone shell; where the diaphragm bore located at the tip of the jacket facing the object. Because in the embodiment, the electrodes 22 and 23 have conical parts, the tip of which faces the object 5, succeeds in getting the effective lens area and the objective very close to the object move closer ..

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der einzelnen Elektroden 34 32 und 3;g- eines elektrostatischen Objektivs. Auch hier ist wieder durch die Form der Elektroden dafür gesorgt, daß die einzelnen Blendeau mitihren die Blendenbohrung enthaltenden Mittelstücken einander und dem Objekt 5 möglichst weit genähert sind.3 shows another embodiment of the individual electrodes 34 32 and 3; g- an electrostatic lens. Again, through that The shape of the electrodes ensured that the individual diaphragms match the diaphragm bore containing center pieces are approximated to each other and the object 5 as closely as possible.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: i. Elektronenmikroskop zur Beobachtung von: Oberflächen in auffallender Elektronenstrahlung, da-durch gekennzeichnet, daß der Objektivlinse eine auf negativem Potential befindliche Bremsblende zugeordnet ist, deren Potential so gewählt ist, daß sie die langsameren Elektronen zurückspiegelt. PATENT CLAIMS: i. Electron microscope for observation of: surfaces in incident electron beams, characterized in that the objective lens a brake diaphragm at negative potential is assigned, its potential is chosen so that it reflects back the slower electrons. 2. Elektronenmikroskop nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsblende bei Verwendung einer 5bjektivspule im Strahlengang vor oder hinter dem wirksamen Bereich der Polschuhe der Linse angeordnet ist. 2. Electron microscope according to claim i, characterized in that the brake screen when using a Objective coil in the beam path in front of or behind the effective area of the pole shoes the lens is arranged. 3. Elektronenmikroskop nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlen gang hinter der Bremsblende eine Blende angeordnet ist, die die durch die Bremsblende hindurchgetretenen Elektronen wieder beschleunigt. d.. 3. Electron microscope according to claim i or 2, characterized marked that in the rays passage behind the brake cover Diaphragm is arranged, which the electrons that have passed through the brake diaphragm accelerated again. d .. Elektronenmikroskop nach Anspruch i oder einem,der folgenden, dadurch gekennzeichnet, d'aß die Bremsblende zwischen zwei auf gleichem Potential, vorzugsweise auf Erdpotential, befindlichen, quer zum Strahlengang angeordneten Blenden liegt. Electron microscope according to claim i or one of the following, characterized by the fact that the brake diaphragm is between two at the same potential, preferably at ground potential, located transversely to the beam path Aperture lies. 5. Elektronenmikroskop nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Objektivlinse zur Oberflächenbeobachtung eine elektrostatische Linse dient, deren negative Elektrode als Bremsblende dient. 5. Electron microscope according to claim i, characterized in that an electrostatic lens serves as an objective lens for surface observation, whose negative electrode serves as a brake screen. 6.. Elektronenmikroskop nach Anspruch 5, dadurch ;gekennzeichnet, daß die dem Objekt zugewendete Blende als ebene Scheibe ausgebildet ist. 6 .. electron microscope according to claim 5, characterized in that the aperture facing the object is a flat disk is trained. 7. Elektronenmikroskop nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, daß die dem Objekt zugewendete Blende als Kegelmantel ausgebildet ist, wobei die an der Mantelspitze befindliche Blendenbohrung dem Objekt zugewendet ist. B. Elektronenmikroskop mit einer aus mehreren Blenden bestehenden elektrostatischen Objektivlinse nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Blendenöffnung versehenen wirksamen Mittelbereiche der Blenden einander und dem Objekt genähert sind.7. Electron microscope according to claim 5, characterized in that that the aperture facing the object is designed as a cone envelope, the The aperture hole located on the tip of the jacket faces the object. B. Electron microscope with an electrostatic objective lens consisting of several diaphragms Claim 5, 6 or 7, characterized in that those provided with the aperture opening effective central areas of the diaphragms are approached to each other and the object.
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