NL1009959C2

NL1009959C2 - Elektronenmicroscoop.

Info

Publication number: NL1009959C2
Application number: NL1009959A
Authority: NL
Inventors: Pieter Kruit; Hindrik Willem Mook
Original assignee: Univ Delft Tech
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2000-02-29
Also published as: WO2000013200A1; US6670611B1; DE69925131D1; JP2002524818A; AU5534899A; ATE294997T1; EP1105913B1; EP1105913A1; DE69925131T2

Description

NL 43.721-VB/Ra/mo Elektronenmicroscoop

De uitvinding heeft betrekking op een elektronenmicroscoop voorzien van een elektronenbron voor het genereren van een bundel elektronen; een energiedispersief element voor het verkrijgen van dispersie van de banen van elektronen met 5 een verschillende voortbewegingsenergie; een versnellerbuis voor het vanaf de elektronenbron naar een met behulp van de elektronenmicroscoop te bestuderen preparaat versnellen van de bundel elektronen tot een vooraf bepaalde bundelenergie; een tussen het energiedispersieve element en het preparaat 10 aangebrachte plaat met hierin een loodrecht op de dispersieve richting van het dispersieve element aangebrachte selectie-spleet voor het selecteren van gedispergeerde elektronen met een voortbewegingsenergie binnen een gewenst energie-interval; en bronafbeeldingselektronenoptica voor het verkrijgen 15 van een beeld van de bron in het vlak van de plaat met hierin de selectiespleet.

Een dergelijke elektronenmicroscoop is uit de praktijk bekend. Met een elektronenmicroscoop is het in het algemeen mogelijk om kleinere structuren waar te nemen dan met 20 licht mogelijk is, waarbij het golfkarakter van de elektronen wordt benut om een afbeelding van het preparaat te verkrijgen en de uitermate geringe golflengte van de elektronen het waarnemen van de kleine structuren toestaat. Voorts is het met een elektronenmicroscoop mogelijk om het preparaat te 25 analyseren door de transmissie van elektronen door het preparaat te bepalen. Ook is het mogelijk om een analyse van het preparaat te maken door het energieverlies van de elektronen te meten nadat ze het preparaat zijn gepasseerd. Dit energieverlies vormt in het algemeen een uitermate geringe fractie 30 van de voortbewegingsenergie van de elektronen in de bundel. Bij deze toepassing van het bepalen van het energieverlies is het goed mogelijk teneinde het preparaat af te tasten (te scannen) met een scherp gedefinieerde elektronenbundel om het preparaat puntsgewijs te analyseren. Des te geringer de dia-35 meter van de bundel op het preparaat is, des te hoger is het oplossend vermogen van de analyse. De hierboven gegeven op- 1009959 2 somming is niet uitputtend, maar geeft slechts een indruk van de mogelijkheden en het grote belang van een elektronenmicroscoop. Voor de verschillende mogelijkheden zijn er diverse typen elektronenmicroscopen ontwikkeld, zoals de Transmis-5 sieElektronenMicroscoop (TEM) en de Scannende ElektronenMi-croscoop (SEM).

De eisen aan de analytische eigenschappen en het ruimtelijk oplossend vermogen van de verschillende elektronenmicroscopen worden voortdurend hoger. Een mogelijkheid om 10 deze te verbeteren, is het opnemen van een energiedispersief element in de weg die de bundel aflegt van de elektronenbron naar het preparaat. Hiermee is het mogelijk om de spreiding van de energie van de elektronen in de bundel te reduceren, welke spreiding hoofdzakelijk wordt veroorzaakt door de ver-15 schillende snelheden waarmee de elektronen de elektronenbron verlaten. Door het verminderen van deze energiespreiding is het niet alleen mogelijk om de energieresolutie van te bepalen energieverliesspectra te verhogen, maar is het tevens mogelijk om het ruimtelijk oplossend vermogen van de micro-20 scoop te verbeteren, aangezien de instelparameters van de gebruikte elektronenoptica slechts voor een specifieke voort-bewegingsenergie van de elektronen optimaal zullen zijn. De afregeling van de instelparameters dient te worden geoptimaliseerd voor een goede werking van de elektronenmicroscoop.

25 Een moeilijkheid bij het toepassen van een energie dispersief element is dat er afbeeldingsfouten van de elektronenbron kunnen optreden. Zo kan er bijvoorbeeld een astig-matisch beeld worden gevormd, hetgeen betekent dat er verschillende focusseringsvlakken zijn voor de dispersieve en 30 niet-dispersieve richting van het dispersieve element. De afbeelding van de elektronenbron moet liggen in het vlak van de plaat met hierin de selectiespleet die wordt toegepast voor het uiteindelijk selecteren van een gewenst energie-in-terval van de elektronenbundel. Een dergelijke plaat kan bij-35 voorbeeld bestaan uit twee plaathelften waartussen de spleet is gevormd. Teneinde de afbeelding stigmatisch te maken, kan er een zogeheten stigmator aan de bronafbeeldingselektronen-optica worden toegevoegd. Een dergelijke stigmator kan met het energiedispersieve element worden geïntegreerd. Ook van 5' ÖÜ9959 3 de stigmator en een aantal verdere elementen van de bronaf-beeldingselektronenoptica moeten de instelparameters worden geoptimaliseerd om de afbeelding stigmatisch te maken en in het vlak van de plaat met hierin de selectiespleet te laten 5 vallen.

Er zal verder niet worden ingegaan op de specifieke uitvoering van de verschillende toegepaste elementen. Dergelijke elementen zijn bekend in de elektronenmicroscopie en maken gebruik van instelspanningen en -stromen als instelpa-10 rameters.

Het optimaliseren van deze instelparameters vormt een probleem bij de bekende elektronenmicroscoop. De elektronenbron wordt bij het instellen van deze microscoop zo goed mogelijk afgebeeld in het vlak van de selectiespleet, waarna 15 deze afbeelding vergroot wordt afgebeeld op het fluorescen-tiescherm van de elektronenmicroscoop. Het is echter niet mogelijk om te beoordelen of de bron goed in het vlak van de selectiespleet is afgebeeld, omdat deze afbeelding door middel van een verder afbeelding op het fluorescentiescherm 20 wordt waargenomen. Een verder nadeel hierbij is dat de ver-grotingsoptica van de elektronenmicroscoop voor het afbeelden van het eerste beeld op het fluorescentiescherm afzonderlijk moet worden afgeregeld, hetgeen tijdrovend is en niet automatisch kan plaatsvinden.

25 Met de uitvinding wordt beoogd om te voorzien in een elektronenmicroscoop waarvan de instelparameters van verschillende optische elementen voor de elektronenbundel volledig en efficiënt zijn af te regelen. Hiertoe verschaft de uitvinding een elektronenmicroscoop, met het kenmerk, dat de 30 plaat naast de selectiespleet een aantal verdere open structuren omvat, die zijn ingericht voor het bepalen van de vorm van de dwarsdoorsnede van de bundel; en dat de elektronenmicroscoop middelen omvat voor het bepalen van door en/of op de plaat vallende bundelintensiteit, zodat instelparameters 35 van het energiedispersieve element en de bronafbeeldingselek-tronenoptica in afhankelijkheid daarvan afregelbaar zijn.

Via de open structuren in de plaat wordt de bundel in een bepaalde richting dwars op de bundelrichting doorgelaten, waarbij de open structuren zodanig moeten zijn gevormd 1009959 4 dat de bundelintensiteit in verschillende dwarsrichtingen kan worden bepaald. De doorgelaten bundelintensiteit kan met de genoemde middelen worden gemeten, zodat deze intensiteit gekoppeld aan een bepaalde richting bekend is. Hiermee wordt 5 direct informatie verkregen omtrent de grootte en de positie van de afbeelding in het vlak waarin de selectiespleet zich bevindt. Dit is van uitermate groot belang voor het nauwkeurig afregelen van de instelparameters voor een optimale afbeelding van de elektronenbron in het vlak van de selectie-10 spleet.

De uitvinding verschaft verder het voordeel dat het optimaliseren van de instelparameters automatisch kan verlopen door tussenschakeling van een reken- en stuurinrichting met een algoritme dat de instelparameters bestuurt in afhan-15 kelijkheid van de bepaalde bundelintensiteiten. Een automatisch verloop van het optimalisatieproces draagt verder bij aan het verkrijgen van een optimale en snelle afregeling van de verschillende instelparameters.

Bij voorkeur is het membraan direct achter het ener-20 giedispersieve element en de bronafbeeldingselektronenoptica is geplaatst. Door deze plaatsing wordt een beeld op het membraan verkregen dat niet door elementen wordt beïnvloedt die niet behoeven te worden geoptimaliseerd, hetgeen tot de meest nauwkeurige afregeling leidt.

25 In een voorkeursuitvoeringsvorm bezit de elektronen microscoop het kenmerk, dat de open structuren afmetingen in het nanometerbereik bezitten; en dat de plaat is gevormd uit een dun membraan dat op een positie is geplaatst waar de voortbewegingsenergie van de elektronen zodanig gering is dat 30 deze door het dunne membraan blokkeerbaar zijn. Door middel van dergelijke kleine structuren wordt de informatie omtrent de afbeelding in het vlak van de selectiespleet met een hoge plaatsresolutie verkregen, hetgeen verder bijdraagt aan het verkrijgen van een uitermate nauwkeurige optimalisatie. Bij 35 dergelijke kleine structuren is het noodzakelijk dat deze in een dun membraan worden gevormd met een dikte in de orde van de afmeting van de open structuren. Wanneer een te dikke plaat wordt gebruikt, dan leidt dit tot lange en smalle kanalen door de plaat. Dergelijke kanalen verstrooien elektronen 1009959 5 aan de wanden hiervan, hetgeen zoveel mogelijk moet worden vermeden om afbeeldingsproblemen te voorkomen.

Opgemerkt wordt dat uit een bijdrage van de uitvinders aan de conferentie EMAG'97 (Electron Microscopy Analysis 5 Group Conference, Cambridge, UK, 1997) reeds bekend is om een in een membraan gevormde smalle spleet, met een breedte in het nanometerbereik, direct achter een energiedispersief element te plaatsen. De overwegingen die bij de onderhavige uitvinding hebben geleidt tot de toepassing van open structuren 10 met afmetingen in het nanometerbereik en een plaatsing direct achter de te optimaliseren elementen zijn echter specifiek voor het optimaliseren van de afregeling van de instelparame-ters hiervan.

Teneinde het instellen te vergemakkelijken heeft een 15 gunstige uitvoeringsvorm het kenmerk, dat de plaat vast is gepositioneerd, en dat de bronafbeeldingselektronenoptica ten minste één afbuigmiddel omvat waarmee de elektronenbanen in zowel de dispersieve richting van het dispersieve element als een richting loodrecht hierop afbuigbaar zijn. Een dergelijke 20 uitvoeringsvorm laat zich bijzonder goed automatiseren.

De verschillende open structuren zijn op verschillende wijzen vorm te geven. In een voorkeursuitvoeringsvorm omvatten de verdere open structuren ten minste één verdere spleet onder een hoek met de selectiespleet, zodat de inten-25 siteit van de bundel ook in de dispersieve richting kan worden bepaald, om bijvoorbeeld ook de afbeelding in de niet-dispersieve richting in het vlak van de selectiespleet te kunnen leggen.

Teneinde de vorm van de bundel in slechts de disper-30 sieve richting te kunnen bepalen, omvatten de verdere open structuren ten minste één spleet evenwijdig aan de dispersieve richting van het dispersieve element.

Voor het kunnen samenstellen van verschillende configuraties van spleten omvatten de verdere open structuren 35 ten minste één spleet evenwijdig aan de selectiespleet. Hierbij kan een aantal spleten in een stervorm, waarbij de bundel bij het optimaliseren rond het middel punt van deze stercon-figuratie kan worden bewogen, en in een uit ten minste één rechthoek gevormd patroon zijn geconfigureerd.

1009959 6

Voorts omvatten de verdere open structuren bij voorkeur ten minste één opening met een afmeting die veel geringer is dan de dwarsdoorsnede-afmeting van de elektronenbundel, teneinde een exact beeld van de bundel te kunnen ver-5 krijgen en om slechts een klein deel van de afbeelding van de elektronenbron, waarbij randeffecten van de bron worden tegengehouden, bij metingen aan preparaten te kunnen gebruiken.

De verdere open structuren kunnen tevens ten minste 10 één opening omvatten met een afmeting die veel groter is dan de dwarsdoorsnede-afmeting van de elektronenbundel, teneinde de bundel als geheel te kunnen doorlaten of om een langzaam integrerend signaal te verkrijgen bij het vanaf de plaat in de opening bewegen van de bundel.

15 In een voorkeursuitvoeringsvorm is voorzien in ge lijksoortige open structuren met verschillende afmetingen, zodat openingen kunnen worden geselecteerd waarvan de afmeting, bijvoorbeeld de breedte van de spleet, past bij een gewenst energie-interval of waarvan de afmeting overeenkomt 20 met de grootte van de afbeelding van de elektronenbron voor het verkrijgen van een maximale helderheid van de doorgelaten bundel.

In mogelijke uitvoeringsvormen van de elektronenmicroscoop volgens de uitvinding omvatten de middelen voor 25 het bepalen van de door en/of op de plaat met de open structuren vallende bundelintensiteit een in de bundelrichting gezien achter de plaat geplaatste stroomdetector en een hiermee verbonden stroommeter voor het meten van de door de open structuren passerende elektronen; en/of een in de bundelrich-30 ting gezien voor de plaat geplaatste stroomdetector en een hiermee verbonden stroommeter voor het meten van de door de plaat gereflecteerde elektronen; en/of een met de plaat verbonden stroommeter voor het meten van op de plaat invallende, maar niet door de plaat gereflecteerde elektronen.

35 De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening, waarin gelijke verwij-zingscijfers naar gelijke of gelijksoortige onderdelen verwijzen, en waarin IGütiyss 7 fig. 1 een elektronenmicroscoop volgens de stand der techniek toont, waarbij het afbeelden van de elektronenbron op achtereenvolgens de selectiespleet en het fluorescentiescherm schematisch is aangegeven; 5 fig. 2 een elektronenmicroscoop volgens de uitvinding toont, waarbij het afbeelden van de elektronenbron op een membraan met hierin de open structuren schematisch is aangegeven; fig. 3 een elektronenmicroscoopbeeld toont van een mem-10 braan met hierin de open structuren met afmetingen in het nanometerbereik, zoals toegepast in een voorkeursuitvoeringsvorm van de elektronenmicroscoop volgens de uitvinding; en de fign. 4a tot 4d verschillende gemeten intensiteitspro-fielen tonen, zoals rechts in de figuren is weergegeven, bij 15 het scannen van de elektronenbundel over de verschillende open structuren van het in fig. 3 getoonde membraan, zoals links in de figuren is weergegeven.

De in de fign. l en 2 getoonde elektronenmicroscopen omvatten een elektronenbron 10. Deze kan worden gevormd door 20 een Schottky-veldemissiebron, waarvan de effectieve bron-grootte uitermate gering is en kenmerkend ongeveer 50 nm (nanometer) bedraagt. De elektronen die de bron verlaten, bezitten een zekere spreiding in de voortbewegingsenergie, welke spreiding voor de Schottky-bron kenmerkend 0,4-0,9 eV 25 (elektronvolt) bedraagt.

Het ruimtelijk oplossend vermogen (ruimtelijke resolutie) van de elektronenmicroscoop wordt onder andere beperkt door chromatische aberratie, dat wil zeggen dat de afbeeldende eigenschappen van de microscoop afhankelijk zijn van de 30 specifieke energie van de elektronen in de elektronenbundel. Voor elke energie binnen de energiespreiding van de elektronenbundel zal bij afbeelden een op een verschillende plaats liggend beeld worden gevormd, hetgeen voor het verkrijgen van een hoge ruimtelijke resolutie moet worden voorkomen. Voorts 35 is een energiespreiding in de elektronenbundel tevens nadelig bij een analyse waarbij het energieverlies van door een preparaat (niet getoond) gepasseerde elektronen wordt bepaald.

De bij een dergelijke analyse te behalen energieresolutie zal ook afhankelijk zijn van de energiespreiding in de bundel.

1009959 8

Teneinde deze spreiding in voortbewegingsenergie van de elektronen in de bundel te beperken, is een energiedisper-sief element 20 tussen de elektronenbron 10 en het preparaat voorzien. Aangezien het energiedispersieve element 20 het 5 meest effectief werkt wanneer de voortbewegingsenergie van de elektronen gering is, is dit element 20 in de nabijheid van de elektronenbron 10 geplaatst. De elektronen worden namelijk uiteindelijk versneld tot een spanning van ongeveer 1 keV (kilo-elektronvolt) of aanzienlijk hoger (bijvoorbeeld 10 400 keV). Hiertoe wordt het preparaat op een elektrische po tentiaal met een relatief geringe absolute waarde geplaatst en de elektronenbron op een hoge negatieve elektrische potentiaal, en worden de elektronen versneld in een hiertussen geplaatste versnellerbuis 30. Het energiedispersieve ele-15 ment 20 zal zich dan ook op deze hoge negatieve elektrische potentiaal bevinden, teneinde de elektronen niet of nauwelijks te versnellen tussen de elektronenbron 10 en het dis-persieve element 20, en de voortbewegingsenergie van de elektronen in het dispersieve element 20 gering te houden. Voor 20 het uiteindelijk selecteren van een gewenst energie-interval is er tussen het energiedispersieve element 20 en het preparaat een plaat 40 met hierin een selectiespleet geplaatst voor het doorlaten van elektronen met een gewenste voortbewegingsenergie. De plaat 40 is in het algemeen aan het eind van 25 de versnellerbuis 30 op een elektrische potentiaal met een relatief geringe absolute waarde geplaatst om deze te kunnen manipuleren, bijvoorbeeld om de breedte van de selectiespleet in te kunnen stellen bij een plaat 40 die uit twee verschillende helften bestaat waartussen de selectiepleet is gevormd. 30 Voorts is er nabij de elektronenbron 10 elektronen- optica 50 geplaatst voor het afbeelden van de elektronenbron 10 in het vlak van de plaat 40 met hierin de selectiespleet, waarbij er in het ideale geval als gevolg van het energiedispersieve element 20 voor de verschillende banen van 35 elektronen met een verschillende voortbewegingsenergie verschillende beelden worden gevormd in het vlak van de plaat 40. De toepassing van het energiedispersieve element 20 geeft hierbij echter tevens aanleiding tot een astigmatische focussering, hetgeen betekent dat de beelden in de dispersie- 1009959 9 ve en de niet-dispersieve richting van het dispersieve element 20 in verschillende achter elkaar gelegen vlakken worden gevormd. Dit leidt tot een beperking van de ruimtelijke resolutie van de elektronenmicroscoop. De astigmatische focusse-5 ring kan worden opgeheven door middel van het toevoegen van een zogeheten stigmator aan de elektronenoptica van de microscoop. Een dergelijke stigmator is niet afzonderlijk getoond, maar is in de uitvoeringsvormen volgens de fign. 1 en 2 opgenomen in de elektronenoptica 50. De elektronenoptica 50 met 10 hierin de stigmator kan overigens ook als één geheel met het energiedispersieve element 20 zijn uitgevoerd, waarbij een als Wien-filter uitgevoerd energiedispersief element 20 van verschillende elektrische en magnetische multipolen kan zijn voorzien om tevens als focusserend element te dienen.

15 De hierboven genoemde optische elementen van de elektronenoptica 50 en het energiedispersieve element 20 zijn bekend en vormen als zodanig geen onderdeel van de onderhavige uitvinding. Een verdere bespreking hiervan wordt achterwege gelaten. Belangrijk is echter wel dat deze optische ele-20 menten moeten worden afgeregeld voor het verkrijgen van een optimale instelling hiervan en dus van de elektronenmicroscoop. Hiertoe moeten de door instelspanningen en -stromen gevormde instelparameters van deze optische elementen optimaal worden afgeregeld.

25 Teneinde dit te bereiken, wordt bij de bekende elek tronenmicroscoop volgens fig. 1 de afbeelding van de elektronenbron 10 op de plaat 40 met hierin de selectiespleet met behulp van vergrotingsoptica 85 vergroot op het fluorescen-tiescherm 75 afgebeeld. De afbeelding op de plaat 40 wordt 30 dus niet direct beschouwd, maar indirect. Het is aldus uitermate moeilijk om vast te stellen of de elektronenbron 10 juist in het vlak van de plaat 40 is afgebeeld. Voorts is het niet goed mogelijk om een optimale instelling van de elektronenmicroscoop te bereiken vanuit een beschouwing van slechts 35 de afbeelding op het fluorescentiescherm 75, en is dit een zeer moeizaam proces.

De elektronenmicroscoop volgens de uitvinding die in fig. 2 is weergegeven, lost dit probleem op door middel van een plaat 40 met hierin de selectiespleet en een aantal ver- 1009959 10 dere open structuren waarmee informatie omtrent de vorm van de dwarsdoorsnede van de elektronenbundel kan worden verkregen. In de getoonde voorkeursuitvoeringsvorm is de plaat 40 een membraan 40' met open structuren met afmetingen in het 5 nanometerbereik (nanostructuren) voor het verkrijgen van informatie met een hoge plaatsresolutie. Verder is het membraan 40' direct achter die optische elementen geplaatst, waarvan de instelparameters bij het optimaliseren moeten worden afgeregeld. Deze parameters kunnen nu onafhankelijk van 10 de rest van de microscoop worden geoptimaliseerd.

De nanostructuren kunnen met behulp van bekende lithografische technieken worden geëtst in een 100 nm dik membraan van siliciumnitride (Si3N4) . Deze membraanlaag ligt op een siliciumplak waarin een opening van 0,1 bij 0,1 mm (mil-15 limeter) is geëtst voor het volledig blootleggen van het membraan in dit bereik. Op de beide zijden van de siliciumplak is een dunne laag platina aangebracht voor geleiding van op de siliciumplak en het membraan vallende elektronen uit de elektronenbundel. Na de verschillende bewerkingen is de sili-20 ciumplak in stukken van 2,5 bij 2,5 mm gebroken, waarna een dergelijk stuk in de elektronenmicroscoop is gemonteerd.

Fig. 3 toont de verschillende structuren die in een voorkeursuitvoeringsvorm van het membraan 40' zijn geëtst. Deze structuren zullen later in samenhang met fig. 4 nader worden 25 toegelicht.

De doorheen de nanostructuren en op het membraan vallende bundelintensiteit kan worden gemeten met behulp van de in fig. 2 getoonde stroomdetectoren 60 en stroommeters 61. Het betreft hier ondermeer een stroomdetector 60 en stroom-30 meter 61 voor doorheen de nanostructuren passerende elektronen. De intensiteit wordt in de getoonde uitvoeringsvorm niet plaatsopgelost gemeten. Door gebruik te maken van een tweedimensionale detector behoort dit wel tot de mogelijkheden. Voorts is een stroommeter 61 getoond voor het meten van op 35 het membraan 40' invallende elektronen die niet worden gereflecteerd, en een stroomdetector 60 en stroommeter 61 voor op het membraan 40' invallende, maar gereflecteerde elektronen.

De met de verschillende stroommeters 61 gemeten stromen kunnen tegelijkertijd met behulp van een computer 1009959 11 worden uitgelezen en zodoende worden gecorreleerd. Ook het scannen van de bundel over de nanostructuren kan computergestuurd plaatsvinden. Door gebruik te maken van een geschikt in een computerprogramma geïmplementeerd algoritme en bekende 5 besturingsmiddelen kan het gehele optimalisatieproces geautomatiseerd worden uitgevoerd. Dergelijke besturingsmiddelen en een computer zijn niet in de figuren getoond, maar zullen aan de deskundigen bekend zijn.

Voor het scannen van de bundel over de nanostructu-10 ren moet de elektronenbundel in een richting ongeveer loodrecht op de bundelrichting worden afgebogen. Dit is mogelijk door deflectoren op te nemen in de elektronenoptica 50. Dergelijke deflectoren zijn op zichzelf bekend. Het is mogelijk om een als deflector werkend dispersief element 20 te gebrui-15 ken voor het scannen van de bundel in de dispersieve richting hiervan.

De in fig. 3 getoonde nanostructuren betreffen grote openingen voor het ongehinderd kunnen doorlaten van de elektronenbundel, bijvoorbeeld wanneer het dispersieve element 20 20 is uitgeschakeld of wanneer de bron bij het aanzetten hiervan nog niet goed is gefocusseerd en alleen de grote openingen genoeg elektronen doorlaten om de bundel te kunnen terugvinden. De grote rechthoekige of vierkante openingen kunnen voorts worden gebruikt voor zogeheten 'scherpe rand'-metin-25 gen, waarbij de bundel over de rand van de opening wordt gescand. Bij het scannen van de bundel vanaf het membraan in de opening ontstaat dan een geleidelijke toename van de integrale intensiteit van de bundel. Na differentiëren van een dergelijke meting resulteert dit in de bundelintensiteit in de 30 scanrichting van de bundel. Een dergelijke 'scherpe rand'-meting is getoond in fig. 4a, waarbij links een schematische perspectivische weergave van de bundel op het membraan bij een grote opening is getoond en de scanrichting is aangegeven. Rechts in fig. 4a is het intensiteitsverloop I als een 35 functie van de scanrichting x weergegeven.

Vanzelfsprekend zijn er tevens selectiespleten loodrecht op de dispersieve richting van het energiedispersieve element 20 aanwezig voor het selecteren van een gewenst energie- interval van de door te laten elektronenbundel. Met be-

: D 090 5S

12 hulp van deze spleten kan de doorgelaten bundelintensiteit loodrecht op de dispersieve richting worden bepaald. Voorts zijn er spleten evenwijdig aan de dispersieve richting aanwezig voor het bepalen van de bundelintensiteit in de disper- 5 sieve richting. Een schematische perspectivische weergave van het scannen van een bundel over een spleet in de richting x is links in fig. 4b getoond; rechts in fig. 4b is het hierbij behorende gemeten intensiteitsverloop I zichtbaar.

Met behulp van de getoonde structuren die in een uit 10 verschillende rechthoeken gevormd patroon zijn geconfigureerd, waarin de verschillende spleten loodrecht op elkaar staan, kunnen de verschillende lengtes van de open structuren eenvoudig worden geijkt. Deze haakse structuren maken het mogelijk dat de afbeeldingsgrootte direct in een bepaalde 15 richting kan worden gemeten.

Met behulp van de stervormige structuren kan de afbeeldingsgrootte en -kwaliteit in verschillende richtingen worden bepaald wanneer de bundel rond het centrum van de stervormige structuur wordt bewogen. De hier getoonde acht-20 voudige ster maakt het verkrijgen van een doorsnede door de bundel in drie 45°-richtingen mogelijk. Stervormen met meer richtingen kunnen vanzelfsprekend ook worden toegepast. Het scannen van de bundel over de achtvoudige stervorm en het hierbij behorende intensiteitsverloop J als een functie van 25 de scanhoek φ is respectievelijk links en rechts in fig. 4c getoond.

Verder zijn er openingen met een grootte die veel kleiner is dan de afmetingen van de dwarsdoorsnede van de bundel aanwezig voor het verkrijgen van een exact beeld van 30 de bundel. Een dergelijke meting met bijbehorend intensiteitsverloop is getoond in fig. 4d. De intensiteit is hier als een grijswaarde getoond als een functie van twee onderling loodrechte scanrichtingen x en y. Een dergelijke opname kost echter relatief veel tijd.

35 Een kleine opening kan ook gebruikt worden om een 'schone' gefilterde bundel te verkrijgen. Een elektronenbron vertoont namelijk vaak zwakke emissie aan de randen van het emissie-oppervlak, hetgeen gevoelige metingen kan verstoren.

i η * t! U -w ^. v·;.

13

Met een kleine opening kunnen dergelijke emissieranden ook in niet-dispersieve richting worden verwijderd.

Van de verschillende open structuren zijn er verschillende aanwezig met onderling verschillende afmetingen.

5 Zodoende kan zowel een afmeting passend bij de afmeting van de elektronenbron gekozen worden voor het verkrijgen van een optimale helderheid, als een van de breedte in de dispersieve richting afhankelijk energie-interval.

De hierboven beschreven uitvoeringsvormen moeten 10 niet worden opgevat als een beperking van de uitvinding. Binnen het kader van de onderhavige uitvinding en de hiernavolgende conclusies kan de elektronenmicroscoop in diverse uitvoeringsvormen worden gerealiseerd, welke alle binnen de be-schermingsomvang van de uitvinding liggen.

1009959

Claims

1. Elektronenmicroscoop voorzien van een elektronenbron voor het genereren van een bundel elektronen; een energiedispersief element voor het verkrijgen van dis-5 persie van de banen van elektronen met een verschillende voortbewegingsenergie; een versnellerbuis voor het vanaf de elektronenbron naar een met behulp van de elektronenmicroscoop te bestuderen preparaat versnellen van de bundel elektronen tot een vooraf be-10 paalde bundelenergie; een tussen het energiedispersieve element en het preparaat aangebrachte plaat met hierin een loodrecht op de dispersieve richting van het dispersieve element aangebrachte selectie-spleet voor het selecteren van gedispergeerde elektronen met 15 een voortbewegingsenergie binnen een gewenst energie-inter-val; en bronafbeeldingselektronenoptica voor het verkrijgen van een beeld van de bron in het vlak van de plaat met hierin de selectiespleet, 20 met het kenmerk, dat de plaat (40) naast de selectiespleet een aantal verdere open structuren omvat, die zijn ingericht voor het bepalen van de vorm van de dwarsdoorsnede van de bundel; en dat de elektronenmicroscoop middelen (60, 61) omvat voor 25 het bepalen van door en/of op de plaat (40) vallende bundel-intensiteit, zodat instelparameters van het energiedispersieve element (20) en de bronafbeeldingselektronenoptica (50) in afhankelijkheid daarvan afregelbaar zijn.

2. Microscoop volgens conclusie 1, met het kenmerk, 30 dat een reken- en stuurinrichting is tussengeschakeld met een algoritme dat de instelparameters bestuurt in afhankelijkheid van de bepaalde bundelintensiteiten.

3. Microscoop volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de plaat (40) direct achter het energiedispersieve 35 element (20) en de bronafbeeldingselektronenoptica (50) is geplaatst. 1009959

4. Microscoop volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de open structuren afmetingen in het nanometerbereik bezitten; en dat de plaat (40) is gevormd uit een dun membraan (40') dat op een positie is geplaatst 5 waar de voortbewegingsenergie van de elektronen zodanig gering is dat deze door het dunne membraan (40') blokkeerbaar zijn.

5. Microscoop volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de plaat (40; 40') vast is geposi- 10 tioneerd, en dat de bronafbeeldingselektronenoptica (50) ten minste één afbuigmiddel omvat waarmee de elektronenbanen in zowel de dispersieve richting van het dispersieve element als een richting loodrecht hierop afbuigbaar zijn.

6. Microscoop volgens één van de voorgaande conclu- 15 sies, met het kenmerk, dat de verdere open structuren ten minste één verdere spleet onder een hoek met de selectie-spleet omvatten.

7. Microscoop volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de verdere open structuren ten minste één spleet evenwij- 20 dig aan de dispersieve richting van het dispersieve element omvatten.

8. Microscoop volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verdere open structuren ten minste één spleet evenwijdig aan de selectiespleet omvatten.

9. Microscoop volgens één van de voorgaande conclu sies, met het kenmerk, dat een aantal spleten in een stervorm is geconfigureerd.

10. Microscoop volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een aantal spleten in een uit ten 30 minste één rechthoek gevormd patroon is geconfigureerd.

11. Microscoop volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verdere open structuren ten minste één opening omvatten met een afmeting die veel geringer is dan de dwarsdoorsnede-afmeting van de elektronenbun- 35 del.

12. Microscoop volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verdere open structuren ten minste één opening omvatten met een afmeting die veel groter is dan de dwarsdoorsnede-afmeting van de elektronenbundel. 1009359

13. Microscoop volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat er is voorzien in gelijksoortige open structuren met verschillende afmetingen.

14. Microscoop volgens één van de voorgaande conclu-5 sies, met het kenmerk, dat de middelen voor het bepalen van door en/of op de plaat (40; 40') met de open structuren vallende bundelintensiteit een in de bundelrichting gezien achter de plaat (40; 40') geplaatste stroomdetector (60) en een hiermee verbonden stroommeter (61) omvatten voor het meten 10 van de door de open structuren passerende elektronen.

15. Microscoop volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de middelen voor het bepalen van door en/of op de plaat (40; 40') met de open structuren vallende bundelintensiteit een in de bundelrichting gezien voor 15 de plaat (40; 40') geplaatste stroomdetector (60) en een hiermee verbonden stroommeter (61) omvatten voor het meten van de door de plaat (40; 40') gereflecteerde elektronen.

16. Microscoop volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de middelen voor het bepalen van 20 door en/of op de plaat (40; 40') met de open structuren vallende bundelintensiteit een met de plaat (40; 40') verbonden stroommeter (61) omvatten voor het meten van op de plaat (40; 40') invallende, maar niet door de plaat (40; 40') gereflecteerde elektronen. 1009959