DE902532C

DE902532C - electron microscope

Info

Publication number: DE902532C
Application number: DEA2480D
Authority: DE
Inventors: Manfred Von Ardenne
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1942-05-15
Filing date: 1942-05-16
Publication date: 1954-01-25

Description

Elektronenmikroskop Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektronenmikroskop mit einer Einrichtung .zur wahlweisen Herstellung von mikroskopischen und Beugungsbildern eines Objektes. Erfindungsgemäß ist das Öbjekt im Strahlengang hinter einer elektronenoptischen Sammellinse angeordnet, und dieser Linse sind ,zwei durch äußere Antriebsmittel gegeneinander austauschbare Blenden zugeordnet, von denen d'ie eine eine große Öffnung besitzt und zur Herstellung von mikroskopischen Bildern verwendet wird, während die andere eine kleine Öffnung besitzt, die zum Ausblenden einer Elektronenstrahlsonde dient, mit deren Hilfe die Beugungsbilder erzeugt werden. Dabei werden betriebsmäßig von außen bedienbare Einstellmittel vorgesehen, mit denen der Auftreffpunkt der Sonde auf dem Objekt quer zur Objektebene beliebig verstellt werden kann. Mit einer solchen Anordnung ist es leicht möglich, mikroskopische Übersichtsbilder eines Objektes .und von einem beliebig auswählbaren Punkt dieses Übersichtsbildes zugeordnete Beugungslbilder herzustellen. Durch die Verwendung der elektronenoptischen Sammellinse gelingt es dabei, eine für die Herstellung der Beugungsbilder sehr vorteilhafte, äußerst feine Elektronenstrahlsonde zu erzeugen, so daß man auch bei den feinsten Strukturen des zu untersuchenden Objektes den beugungsmäßig zu beurteilenden Objektabschnitt sehr feineingrenzenkann.Electron microscope The invention relates to an electron microscope with a device for the optional production of microscopic and diffraction images of an object. According to the invention, the object is in the beam path behind an electron-optical one Collecting lens arranged, and these lens are, two by external drive means interchangeable bezels assigned, one of which has a large opening owns and is used to produce microscopic images while the other has a small opening that hides an electron beam probe serves, with the help of which the diffraction images are generated. In doing so, operationally externally operable adjustment means are provided with which the point of impact of the The probe on the object can be adjusted as required across the object plane. With a With such an arrangement it is easily possible to obtain microscopic overview images of an object .and diffraction images assigned from any selectable point of this overview image to manufacture. It succeeds by using the electron-optical converging lens at the same time, an extremely fine one which is very advantageous for the production of the diffraction images To generate electron beam probe, so that one can even with the finest structures of the object to be examined very much the object section to be assessed in terms of diffraction can fine-tune.

Um den Ausschnitt des Objektes hinsichtlich der beugungsmäßig zu untersuchenden Stellen einfach abtasten zu !können, kann man beispielsweise die zur Herstellung der Elektronenstrahlsdnde :dienende Blende durch mechanische Mittel relativ zum feststehenden Objekt quer beweglich machen. Eine andere Ausführungsmöglichkeit hierfür :besteht darin, daß die .zur Herstellung der Elektronensonde dienende Blende in der Betriebsstellung, und .zwar vorzugsweise derart festliegt; daß die Sonde in die optische Achse des Systems fällt, wobei dann zum Absuchen des Objektes dieses durch mechanische Antriebsmittel quer zur optischen Achse beweglich angeordnet wird.Around the section of the object with regard to the diffraction-wise to be examined Just make to be able to scan!, one can, for example, use the for the production of the electron beam nozzle: serving diaphragm by mechanical means make it transversely movable relative to the stationary object. Another option for this: consists in the fact that the diaphragm which is used to manufacture the electron probe in the operating position, and .zwar is preferably fixed in such a way; that the probe falls into the optical axis of the system, and then to search the object this is arranged movably transversely to the optical axis by mechanical drive means.

Die- bei der Erfindung angewendeten beiden austauschbaren Blenden werden vorzugsweise im Linsenfeld oder in unmittelbarer Nähe der Sammellinse angeordnet. Die Objektträgerblende selbst wird man kurz vor oder hinter dem, engsten Querschnitt der von der Sammellinse zusammengefaßten Elektronenstrahlen legen. Man erhält auf diese Weise ohne weiteres ein Elektronenschattenbild des Objektes und braucht für den Übergang auf die danach folgende Elektronenbeugungsuntersuchung im wesentlichen keine weiteren Veränderungen mechanischer oder optischer Natur vorzunehmen, abgesehen von dem Auswechseln der beiden Blenden und der Relativbewegung der Blende quer zum Objekt.The two interchangeable panels used in the invention are preferably arranged in the lens field or in the immediate vicinity of the converging lens. The slide diaphragm itself becomes just before or after the narrowest cross-section of the electron beams collected by the converging lens. One receives on this way easily an electron silhouette of the object and needs for the transition to the subsequent electron diffraction study essentially apart from making any further changes of a mechanical or optical nature of the replacement of the two diaphragms and the relative movement of the diaphragm transversely to the Object.

Eine !besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung für eine mit Polschuhen versehene magnetische Abbildungslinse ergibt sich bei Verwendung eines gleichzeitig den Objektträger enthaltenden P:olschuheinsatzkörpers, der infolge symmetrischer Bauart wahlweise in den Strahlengang so eingesetzt werden kann, daß sich das Objekt im Strahlengang entweder vor oder hinter den Polschuhspitzen befindet. Wenn man den Polschuheinsatzkörper in die Objektstufe so einführt, daß :das Objekt vor den Polschuhspitzen liegt, so kann man die üblichen hoch vergrößerten el.ektronenmikros;kopischen Aufnahmen des Objektes erzielen. Zur Anwendung der Erfindung wird man dann den gleichen Polschuheinsatzkörper aus der Objektivstufe herausnehmen und so in die gleichartig ausgeführte Projektivstufe (Bauart Universal-Elektronenmikroskope) einsetzen, daß sich das Objekt hinter den Polschuhs.pitzen befindet. In diesem Fall kann man in der oben beschriebenen Weise durch den erwähnten Blendenwechsel entweder ein Elektronenschatten:bild des Objektes ('Übersichtsbild) oder Elektronenbeugungs;bild herstellen. Es empfiehlt sich also, bei den üblichen zweistufigen Elektronenmikroskopen -die Anordnung stets so durchzubilden, daß der der Objektivlinse zugeordnete Polschuheinsatzkörper symmetrisch, d. h. umkehrbar gebaut und in die Projektionsstufe einsetzbar ist. Man kann mit der bei einem solchen Mikroskop in der Endbil.debene vorhandenen Kamera photographische Aufnahmen des Elektronenschattenbildes und des Elektronenbeugungsbildes herstellen und hat den Vorteil, ,daß ein anderer ohne Objekt in die Objektivstufe eingesetzter und magnetisch (mit einem Teil der sonst hier üblichen Amperewindungs.za:hl) erregter Polsch.uheinsatz die Funktion einer Verkleinerungslinse bzw. .Stufe übernimmt.A particularly advantageous embodiment of the invention for a magnetic imaging lens provided with pole pieces results in use at the same time containing the specimen slide shoe insert body, which as a result symmetrical design can optionally be used in the beam path so that the object in the beam path is either in front of or behind the pole pieces. If the pole shoe insert body is introduced into the object stage in such a way that: the object lies in front of the pole piece tips, one can make copies with the usual, highly magnified electronic microscope Achieve recordings of the object. The same will then be used to apply the invention Remove the pole shoe insert body from the lens step and so in the same way Executed projective stage (type of universal electron microscope) use that the object is behind the pole pieces. In this case, you can use In the manner described above, either an electron shadow is created by the aforementioned change of aperture: image of the object ('overview image) or electron diffraction; create image. It recommends So, with the usual two-stage electron microscopes, the arrangement always changes to be designed in such a way that the pole piece insert body assigned to the objective lens is symmetrical, d. H. is built reversible and can be used in the projection stage. You can go with the photographic camera present in such a microscope in the end image plane Make recordings of the electron silhouette and the electron diffraction image and has the advantage that another without an object is inserted into the lens stage and magnetically (with a part of the usual ampere turn count) excited Pole shoe insert takes on the function of a reduction lens or stage.

In den Figuren ist schematisch eineAusführungsform der Erfindung dargestellt.An embodiment of the invention is shown schematically in the figures.

Fig. I zeigt die Anordnung für die Herstellung eines Elektronenschattenbildes des Objektes, Fig. a -die Anordnung für die Herstellung .eines Elektronenbeugungsbildes.Fig. I shows the arrangement for the production of an electron silhouette of the object, Fig. A - the arrangement for the production of an electron diffraction image.

Wie erwähnt, kann man bei der dargestellten Anordnung an ein normales zweistufiges Elektronenmikroskop denken, bei dem in der Projektionsstufe das zu untersuchende Objekt eingesetzt wird. In diesem Fall wird beimAusführungsbeispiel der mit i bezeichnete Elektronenstrahl sehr kleiner Apertur unter der soeben beschriebenen Mitwirkung der O'bjejktivstufe 'hergestellt. In die nicht dargestellte erregbare Projektionsstufe eingesetzt ist ein Polschuhobjektträgersystem derart, daß die Polschuhe, welche im schematischen Bild durch die Linse 2 angedeutet sind, im vor der Objektträgerblende 3 liegen. Mit d. ist das Objekt bezeichnet. 5 ist die Endbildebene. In dieser Ebene ist ein Leuchtschirm und eine lichtempfindliche Schicht austauschbar angeordnet. Von der elektromagnetischen Sammellinse :2 -wird der Elektronenstrahl i gebündelt, wobei das Objekt zweckmäßig unmittelbar vor dem engsten Strahlquerschnitt 6 liegt. Mit 7 isst eine Blende bezeichnet, die im Fall der Fig. i einen verhältnismäßig großen Strahlenanteil hindurchläßt, so daß auf,dem Endbildleuchtschirm das in die Zeichenebene zur Hälfte hereingeklappte Elektronenschattenbild des Objektes steht. Der Elektronenstrahl i fällt von der Objektivstufe des Mikroskops, also beispielsweise von einer bei den Universal-Elektronenmikroskopen etwa 6o,o bis 85,o mm entfernten Fläche, die je nach der Erregungsstärke des Objektivs klein oder sehr klein ist, gegen die Fläche der Objektivblende (Durchmesser z. B. 30 m,u) auf das Linsensystem 2.As mentioned, one can think of a normal two-stage electron microscope with the arrangement shown, in which the object to be examined is used in the projection stage. In this case, in the exemplary embodiment, the electron beam marked i with a very small aperture is produced with the cooperation of the optical stage which has just been described. A pole piece slide system is inserted into the excitable projection stage (not shown) in such a way that the pole pieces, which are indicated in the schematic image by the lens 2, lie in front of the slide plate 3. With d. the object is designated. 5 is the final image plane. A fluorescent screen and a light-sensitive layer are arranged interchangeably in this plane. The electromagnetic converging lens: 2 - the electron beam i is bundled, the object expediently lying directly in front of the narrowest beam cross section 6. 7 denotes a diaphragm which, in the case of FIG. The electron beam i falls from the objective stage of the microscope, for example from a surface about 6o. Diameter e.g. 30 m, u) on the lens system 2.

In Fig. 2 ist der Strahlenverlauf dargestellt für den Fall, daß .die Blende 7 durch eine Apertur--blende 8 ersetzt ist, welche dazu dient, eine feine, mit Hilfe der Linse 2 verkleinerte Elektronenstrahlsonde9 auf das Objekt q. zu lenken. Die magnetische Erregung der Linse 2 durch den Magneten der Projektionslinse wird sehr viel schwächer eingestellt als ,bei Verwendung des gleichen .Systems in der Objektivsturfe (etwa 1/4 -bis 1/s Amperewindungszahl). Die Objektpatrone kann dabei mit Hilfe eines Verlängerungsstückes vom Linsenschwerpunkt .entfernt sein, damit die Objektebene trotz der stark verlängerten Brennweite f1 in der Nähe des ,Strahlschnittpunktes bleibt. Mit f ist in der Fig. i die normale Brennweite der Linse 2 bezeichnet. Durch die relativ schwache .Erregung der Linse 2 läßt sich der Fall der kurzen Linse verwirklichen. Auf diese Weise ist vermieden, daß hinter dem. Objekt noch ein merkbarer Anteil des abklingenden Linsenfeldes liegt, der den Maßstab im Beugungsdiagramm verändern würde. Wenn beim Blenden.wechsel darauf geachtet wird, däß der Strahlengang und die magnetische Erregung unverändert bleiben; so ergeben die Koordinaten (X der Durchstoß;punkte im Beugungsdiagramm) unmittelbar den Ort der Sonden im Übersichtsbild. Werden also Übersichtsbild und Beugungsdiagramm übereinandergelegt, wobei eine erfindungsgemäße mitphotographierte Markierung im Bildfenster der Reihenbildkamera .die richtige Justierung erleichtern 'kann, so entspricht die Lage des Durchschnittspunktes der Sonde genau der Sondenlage im Übersichtsbild. In manchen Fällen genügt es nicht, nachträglich die bei :durchgeführten Aufnahmen gegebenen Sondenorte zu wissen, sondern man wünscht Beugungsdiagramme mit ganz :bestimmten. Sondenorten vorzunehmen, z. B. bei der Untersuchung von Fasern. In diesen Fällen empfiehlt es sich, zunächst das Übersichtsbild auf dem Endbildleuchtschirm zu betrachten und :mit Hilfe einer Zeigervorrichtung, z. B. durch einen von außen verstellbaren Lichtpunkt, die interess.ierende Stelle des Präparates zu markieren. .Anschließend daran wird dann die quer zur optischen Achse einstellbare Aperturblende 8 so justiert, daß der gut sichtbare Durchstoßpunkt genau auf den vorher markierten Punkt gelegt wird und dann das Feinstrahlbeugungsdiagramm aufgenommen.In Fig. 2, the beam path is shown for the case that .die Diaphragm 7 is replaced by an aperture stop 8, which serves to create a fine, with the aid of the lens 2 reduced electron beam probe 9 onto the object q. to steer. The magnetic excitation of the lens 2 by the magnet of the projection lens is much weaker than when using the same .System in the Lens pitch (about 1/4 to 1 / s number of ampere turns). The object cartridge can thereby be removed from the lens center of gravity with the help of an extension piece so that the object plane in the vicinity of the beam intersection despite the greatly increased focal length f1 remain. The normal focal length of the lens 2 is designated by f in FIG. By the relatively weak .Erregung the lens 2 can be realized in the case of the short lens. In this way it is avoided that behind the. Object still a noticeable proportion of the evanescent lens field, which change the scale in the diffraction diagram would. If, when changing the aperture, care is taken that the beam path and the magnetic excitation remain unchanged; so the coordinates (X der Puncture; points in Diffraction diagram) directly identifies the location of the probes in the overview image. So if the overview image and diffraction diagram are superimposed, wherein a marking according to the invention, which is also photographed, is in the image window of the line image camera "can facilitate correct adjustment", the position of the average point corresponds the probe exactly the probe position in the overview image. In some cases it is not enough to subsequently know the probe locations given in: the recordings made, but one wishes diffraction diagrams with very: specific ones. Make probe locations, e.g. B. when examining fibers. In these cases it is best to start with view the overview image on the end screen and: with the help of a Pointing device, e.g. B. by an externally adjustable light point, the interesting Mark the location of the specimen. Then the transverse to the optical Axis adjustable aperture diaphragm 8 adjusted so that the clearly visible penetration point is placed exactly on the previously marked point and then the fine beam diffraction diagram recorded.

Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung b:zw. Bauart besteht darin, daß die verschiedensten, für die Objektivstufe entwickelten Spezialobjektiveinsätze, z. B. für Objekterhitzung, für Objektreaktionskammer.betrieb usw., für die Zwecke der normalen und der Feinstrahlelektronenbeugung nutzbar werden.A great advantage of the arrangement according to the invention b: zw. Type exists in the fact that the most diverse special lens inserts developed for the lens level, z. B. for object heating, for Objektreaktionskammer.betrieb etc., for the purposes normal and fine beam electron diffraction can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electron microscope with a device for optional production of microscopic and diffraction images of an object, thereby characterized in that the object in the beam path behind an electron-optical Collective lens arranged and that the lens two against each other by external drive means interchangeable panels are assigned, one of which has a large opening; and used to produce shadow microscopic images while the other has a fine opening that is used to hide an electron beam probe serves, with the help of which the diffraction patterns are generated, whereby operational, externally operable adjustment means are provided, which rides the point of impact the probe on the object can be adjusted transversely to the object plane. a. arrangement according to claim i, characterized in that the one used to manufacture the electron probe The shutter can be moved transversely relative to the stationary object by means of mechanical drives is. 3. Arrangement according to claim i, characterized in that the production the electron beam probe serving diaphragm in the operating position, and preferably so fixed that the probe falls into the optical axis of the system and that the object by mechanical adjustment means transverse to the optical axis: movable is. q .. Arrangement according to claim i, characterized in that between the receptacle of the shadow microscopic overview image and the diffraction diagrams no change the refractive power of the electron lenses involved. and measures are provided are to .the received recordings exactly according to their position in. Image window of the end image camera to be able to coincide. 5. Arrangement according to claim i, characterized in that that a marking device is provided at the end of the fluorescent screen. 6. Arrangement according to claim i,. characterized in that the slide aperture shortly before or behind the narrowest cross-section of the electron beams combined by the collecting lens lies. 7. Arrangement according to claim i for a magnetic pole piece provided with Imaging lens, characterized by the use of one at the same time as a slide serving pole shoe insert body, which is optionally used in the beam path can be, .that the object in the beam path is either in front of or behind the pole piece tips is located. 8: Arrangement according to claim 6 for a two-stage electron microscope, characterized in that the O: objective lens associated pole shoe lens body conversely can be used in the projection lens.