NL2003342C2 - Deeltjesstraaltoestel met ringvormige belichtingsapertuur. - Google Patents

Description

Beschrijving

Deeltjesstraaltoestel met ringvormige belichtingsapertuur 5 [0001] De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een deeltjesstraaltoestel met een ringvormige belichtingsapertuur, in het bijzonder voor een observatie of beeldregistratie in transmissie, waarmee beelden met fasecontrast geproduceerd kunnen worden.

[0002] Uit EP 1 329 936 BI is een fasecontrast-elektronenmicroscoop volgens de aanhef van de conclusie 1 bekend. Door het gebruik van een ringvormige belichtingsapertuur 10 wordt bij dit bekende systeem bereikt, dat ten opzichte van andere fasecontrastsystemen, die met een normale helderveld-belichting werken, geen kleine en met betrekking tot elektrostatische opladingen en contaminaties kritische constructiedelen voor het fase-verschuivende element noodzakelijk zijn. Nadere analyses hebben echter aangetoond, dat de faseverschuiving bij dit bekende systeem in hoofdzaak door de sterke openingsfout van 15 de individuele lens in de randzone daarvan wordt bereikt.

[0003] Verdere systemen voor het produceren van fasecontrast in een transmissie-elektronenmicroscoop zijn in de nog niet gepubliceerde documenten DE 10 200 700 79 23, DE 10 200 60 11 615 Al, US 58 14 815 A, EP 782 170 A2, US 679 79 56 8 B2, DE 10 200 60 11 61 en de nog niet gepubliceerde Amerikaanse aanvragen 11/717 201 en 20 12/07 00 55 beschreven. Ook Matsumoto et al: "The phase constancy of electron waves traveling through Boersch's electrostatic phase plate", ULTRAMICROSCOPY, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, deel 63, nr. 1,1 april 1996 (1996-04-01), bladzijden 5-10, XP022354692, ISSN: 0304-3991, DOI: D01:10.1016/0304-3991 (96)00033-2 beschrijft een systeem voor het produceren van fasecontrast.

25 [0004]De onderhavige uitvinding beoogt het produceren van contrast bij een deeltjesstraaltoestel met een ringvormige belichtingsapertuur ten opzichte van de bekende systemen te verbeteren. Dit doel wordt met een deeltjesstraaltoestel met de kenmerken van de conclusies 1 en 8 bereikt. Speciale uitvoeringsvormen van de uitvinding blijken uit de eigenschappen van de volgconclusies.

30 [0005]In een uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de elektroden van het fase- verschuivende element op zodanige wijze aangebracht en tijdens het bedrijf met elektrisch potentiaal belast, dat het potentiaal op de optische as overeenkomt met het potentiaal van de buitenste elektroden van de individuele lens. Door deze maatregel wordt gewaarborgd, 2 dat elektronen, waarvan de banen verder verwijderd verlopen van de optische assen, een ander potentiaalverschil doorlopen dan elektronen, waarvan de banen dichter naar de optische as toe verlopen. Omdat de nulstraal in de nabijheid van de randen van de elektroden van de individuele lens verloopt, is op deze wijze gewaarborgd, dat de nulstraal 5 een andere faseverschuiving ervaart dan de op het object naar de optische as toe gebogen elektronen.

[0006] In het bijzonder kan een potentiaalverdeling over een groot vlak centrisch ten opzichte van de optische as op het potentiaal van de buitenste elektroden of op het potentiaal van de elektronen- optische kolom voor en achter het fase-verschuivende 10 element worden afgedwongen. Daardoor wordt een sterk gelocaliseerde potentiaaldaling in de nabijheid van de randen van de binnenste elektrode en zodoende in de zone, waarin de nulstraal verloopt, bereikt.

[0007] In een speciale uitvoeringsvorm omvat het deeltjesstraaltoestel een optische as, een belichtingssysteem voor de verlichting van een in een objectvlak te positioneren object 15 met een straal van geladen deeltjes en een objectief voor de afbeelding van het verlichte object, waarbij de straal van geladen deeltjes op het object in een nulstraal en hogere buigingsorden wordt opgesplitst. Het belichtingssysteem kan op zodanige wijze zijn uitgevoerd, dat het tijdens het bedrijf in een ten opzichte van het objectvlak Fourier-getransformeerd vlak een ringvormige belichtingsapertuur produceert. In een van het 20 objectiefvlak afgekeerd brandvlak van het objectief en een ten opzichte daarvan geconjugeerd vlak kan een fase-verschuivend element zijn aangebracht. Het fase-verschuivende element kan een individuele lens met - in de richting van de optische as gezien - twee buitenste elektroden en een of meer daartussen liggende binnenste elektroden omvatten. Verder kan het fase-verschuivende element een verdere elektrode op 25 of in de nabijheid van de optische as omvatten.

[0008] Door de verdere elektrode op de optische as of in de nabijheid van de optische as kan deze met een verder elektrisch potentiaal worden belast, dat afwijkt van het elektrostatische potentiaal van de binnenste elektrode van de individuele lens. Daardoor kan worden bereikt, dat in de centrale, dichter bij de optische as liggende zone een 30 gedefinieerd elektrostatisch potentiaal aanwezig is, dat gedefinieerd van het elektrostatische potentiaal in de randzone, dus dichter bij de elektroden van de individuele lens afwijkt. Daardoor kan wederom worden bereikt, dat de faseverschuiving, die stralen ondergaan, die op verschillende radiale afstanden van de optische as verlopen, sterker en 3 gedefinieerder van elkaar afwijken.

[0009] Bij een speciale uitvoeringsvorm kan de verdere elektrode met het potentiaal van de buitenste elektroden van de elektrostatische lens zijn belast. Alternatief kan echter ook een separate spanningsbron zijn toegepast, waardoor de verdere elektrode met een van het 5 elektrostatische potentiaal van de buitenste elektroden van de individuele lens afwijkend potentiaal wordt belast.

[0010] Bij een verdere speciale uitvoeringsvorm van de uitvinding kan de elektrode aan een manipulator zijn opgenomen en loodrecht op de richting van de optische as positioneerbaar zijn.

10 [001 l]Bij een verdere speciale uitvoeringsvorm kan het fase-verschuivende element op zodanige wijze zijn uitgevoerd, dat het tijdens het bedrijf aan de nulstraal ten opzichte van de op het object in hogere buigingsorden gebogen straling een faseverschuiving geeft en het fase-verschuivende element kan verder op zodanige wijze zijn uitgevoerd, dat het tijdens het bedrijf de fase van de op het object in hogere buigingsordeningen gebogen 15 straling, die in een radiale richting dichter bij de optische as dan de nulstraal verloopt, niet of slechts in geringe mate beïnvloedt. Alternatief kan het fase-verschuivende element op zodanige wijze zijn uitgevoerd, dat het tijdens het bedrijf aan de op het object in hogere buigingsordeningen gebogen straling een faseverschuiving ten opzichte van de nulstraal verstrekt en het fase-verschuivende element kan verder op zodanige wijze zijn uitgevoerd, 20 dat het tijdens het bedrijf de fase van de nulstraal niet of slechts in geringe mate beïnvloedt.

[0012] Bij een verder uitvoeringsvoorbeeld omvatten de binnenste elektroden twee of meer segmenten, waarvan ten opzichte van de optische as twee tegenover elkaar liggende segmenten tijdens het bedrijf met potentialen van een tegengestelde polariteit zijn belast.

25 De segmenten hebben naar de optische as toegekeerde randen en met betrekking tot de optische as twee tegenover elkaar liggende segmenten kunnen in een radiale richting verschillende afstanden tot de optische as hebben.

[0013] Bij een verdere uitvoeringsvorm kan in een ten opzichte van het objectvlak aan de bronzijde geconjugeerd vlak een afbuigsysteem voor een tijdelijk sequentieel produceren 30 van de ringvormige belichtingsapertuur zijn aangebracht en kan een spanningsvoorziening aanwezig zijn, die zodanig is uitgevoerd, dat de segmenten afwisselend of omlopend met potentiaal worden belast.

[0014] Bij een verdere uitvoeringsvorm kan de individuele lens aan een drager zijn 4 opgenomen. De elektroden van de individuele lens kunnen aan de in een radiale richting van de optische as afgekeerde zijde randen omvatten en tussen de randen van de elektroden van de individuele lens en de drager kan een ringvormige of ringsegmentvormige spleet aanwezig zijn. De binnenste elektrode van de individuele lens 5 kan een eerste ringvormige of ringsegmentvormige elektrode en een tweede ringvormige of ringsegmentvormige elektrode omvatten en de eerste ringvormige of ringsegmentvormige elektrode kan ten opzichte van de tweede ringvormige of ringsegmentvormige elektrode elektrisch zijn geïsoleerd. De tweede ringvormige of ringsegmentvormige elektrode kan in een radiale richting buiten de eerste ringvormige of 10 ringsegmentvormige elektrode zijn aangebracht en de tweede ringvormige of ringsegmentvormige elektrode kan tijdens het bedrijf met het elektrische potentiaal van de drager zijn belast. Verder kan een spanningsvoorziening aanwezig zijn, waarmee de eerste ringvormige of ringsegmentvormige elektrode met een van het potentiaal van de drager afwijkend potentiaal wordt belast.

15 [0015]Bij een speciale uitvoeringsvorm kan de eerste ringvormige of ringsegmentvormige elektrode meerdere ringsegmenten omvatten en in een ten opzichte van het objectvlak aan de bronzijde geconjugeerd vlak kan een afbuigsysteem voor een tijdelijk sequentieel produceren van de ringvormige belichtingsapertuur zijn aangebracht. Verder kan een spanningsvoorziening aanwezig zijn, die zodanig is uitgevoerd, dat de ringsegmenten 20 afwisselend of omlopend met potentiaal worden belast.

[0016]Bij het deeltjesstraaltoestel volgens de uitvinding kan het fasecontrast in hoge mate gelijkend op het produceren van het fasecontrast in de lichtmicroscopie worden geproduceerd. Het belichtingssysteem van het deeltjesstraaltoestel produceert in een ten opzichte van het af te beelden objectvlak Fourier-getransformeerd vlak een ringvormige 25 belichtingsapertuur. Zoals in de fasecontrast-lichtmicroscopie kan de belichting van het af te beelden object met een holle kegelvormige straal plaatsvinden. In het ten opzichte van het objectvlak Fourier-getransformeerde vlak of een ten opzichte daarvan geconjugeerd vlak is een fase-verschuivend element aangebracht. Het fase-verschuivende element kan aan de op het object niet gebogen straling, dit wil zeggen de nulstraal, ten opzichte van de 30 op het object in hogere buigingsordeningen gebogen straling een faseverschuiving verstrekken. Gelijktijdig kan het fase-verschuivende element de fase van de op het object in hogere buigingsordeningen gebogen straling, die in radiale richting dichter bij de optische as dan de nulstraal verloopt, onbeïnvloed laten of deze slechts in geringe mate 5 beïnvloeden.

[0017] Bij een uitvoeringsvorm zoals bij het fasecontrast in de lichtmicroscopie door het fase-verschuivende element aan de op het object niet gebogen straling ten opzichte van de op het object gebogen straling een faseverschuiving verstrekt. De op het object in hogere 5 buigingsorden gebogen straling, die in het vlak van het fase-verschuivende element in een radiale richting dichter bij de optische as verloopt dan de bij het object niet gebogen straling, wordt daarentegen door het fase-verschuivende element niet beïnvloed. Een dienovereenkomstig fase-verschuivend element kan derhalve ringvormig met een centrale opening zijn gevormd. Een dergelijk ringvormig fase-verschuivend element kan 10 dientengevolge aan de buitenomtrek daarvan zijn ingevat, zodat geen vrijdragende of bijna vrijdragende structuren noodzakelijk zijn. Daarbij levert het zelfs deeltjesoptische voordelen, wanneer het fase-verschuivende element of een vasthoudstructuur van het fase-verschuivende element de ten opzichte van de nulstraal in een radiale richting verder van de optische as verwijderd liggende hogere buigingsorden wegneemt; want daardoor wordt 15 de negatieve invloed van buiten-axiale aberraties van het objectief gereduceerd.

[0018] Verder kan het fase-verschuivende element niet alleen de fase van de nulstraal beïnvloeden, maar door middel van een dienovereenkomstige absorptie gelijktijdig de intensiteit van de nulstraal verzwakken. Door de daardoor bereikbare intensiteitsaanpassing tussen de nulstraal en de hogere buigingsorden wordt in het geheel 20 een contrastverbetering bereikt. Bij een combinatie van het fase-verschuivende element met een apertuurdiafragma kan een zeer stabiele opbouw van het fase-verschuivende element worden gerealiseerd. De ten opzichte van de optische as afgebogen straling van een hogere orde kan onbelemmerd door de centrale opening van het fase-verschuivende element heen treden, terwijl de van de optische as in een radiale richting afgebogen 25 straling wordt weggenomen. Door dit wegnemen gaat echter in het geheel geen informatie verloren, omdat de ten opzichte van de optische as over 180° gedraaide belichtingsstraal de complementaire informatie bij de weggenomen buigingsorden verkrijgt.

[0019] Een dienovereenkomstig fase-verschuivend element is technologisch eenvoudig te realiseren. Door het onbelemmerd doortreden daarvan door het fase-verschuivende 30 element ervaart de informatiedragende gebogen straling van een hogere orde noch door de opbouw van het fase-verschuivende element noch door het vasthouden daarvan een negatieve beïnvloeding, zoals een afzwakking of een extra faseverschuiving. Bovendien wordt geen in bepaalde ruimterichtingen gebogen straling volledig door 6 vasthoudstructuren weggenomen. Het dienovereenkomstige fase-verschuivende element kan integendeel rotatiesymmetrisch ten opzichte van de optische as zijn gevormd.

[0020]Verder kunnen kleine gaten in het fase-verschuivende element, waardoor de primaire straal heen moet treden, worden vermeden. Negatieve invloeden van anders bij 5 kleine gaten optredende contaminatie-effecten zijn daardoor in verregaande mate uitgesloten. En wanneer alleen de geen informatie over het object dragende informatie van de nuldebuigingsorde door het fase-verschuivende element heen treedt, vereffenen variaties van de faseverschuiving zich statistisch als gevolg van lokale dikteschommelingen van het fase-verschuivende element.

10 [0021]Bij een uitvoeringsvorm van de uitvinding is het fase-verschuivende element als ringelektrode uitgevoerd, waarvan het elektrische potentiaal varieerbaar is.

[0022] Voor het produceren van de ringvormige belichtingsapertuur kan in een ten opzichte van het objectvlak geconjugeerd vlak een afbuigsysteem zijn aangebracht. Bij deze uitvoeringsvorm wordt de ringvormige belichtingsapertuur tijdelijk sequentieel door 15 variatie van de afbuighoek geproduceerd.

[0023] Een alternatief produceren van de ringvormige belichtingsapertuur is ook door een dienovereenkomstig diafragma met een centrale afschaduwing in de belichtingsstralengang mogelijk. Verder is het in het bijzonder bij thermische emitters als elektronenbron mogelijk om het onderverhitte kathodebeeld (holle straal), dat reeds een 20 ringvormige emissieverdeling met een zwak centraal maximum omvat, in het voorste brandvlak van de condensor-objectief-lens met een veld af te beelden en de centrale emissievlek uit te faden om de ringvormige belichtingsapertuur te produceren.

[0024] Verdere details en voordelen van de onderhavige uitvinding worden in het onderstaande aan de hand van de in de figuren afgebeelde uitvoeringsvoorbeelden nader 25 toegelicht. In detail tonen: figuur 1 een principeschema van een deeltjesstraaltoestel volgens de uitvinding aan de hand van het voorbeeld van een transmissie-elektronenmicroscoop in doorsnede; figuur 2 een fragment uit het principeschema in figuur 1; 30 figuur 3a een doorsnede door een faseplaat voor een deeltjesstraaltoestel; figuur 3b een bovenaanzicht op de faseplaat in figuur 3a; figuur 4 een doorsnede door een tweede uitvoeringsvorm van de faseplaat; 7 figuur 5a een bovenaanzicht op een binnenste elektrode bij een faseplaat met een gesegmenteerde binnenste elektrode; figuur 5b de faseplaat in figuur 5 a in de doorsnede; figuur 6 een bovenaanzicht op een binnenste elektrode bij een verder 5 uitvoeringsvoorbeeld voor een faseplaat met een gesegmenteerde binnenste elektrode; figuur 7 een bovenaanzicht op een binnenste elektrode bij een verder uitvoeringsvoorbeeld voor een faseplaat met een gesegmenteerde binnenste elektrode; 10 figuur 8 een aanzicht in perspectief van een verder uitvoeringsvoorbeeld van een faseplaat in de doorsnede; figuur 9a de doorsnede door een verder uitvoeringsvoorbeeld voor een faseplaat en figuur 9b een bovenaanzicht op de faseplaat in figuur 9a.

15 [0025]De in de figuur 1 afgebeelde transmissie-elektronenmicroscoop, die een voorbeeld voor een deeltjesstraaltoestel volgens de uitvinding toont, heeft een straalgenerator 1 en een condensor 2, 3, 6 met in het geheel drie trappen. De straalgenerator 1 is bij voorkeur een veldemissiebron of een schottky-emitter. De eerste condensorlens 2 produceert een reëel beeld 12 van de crossover 11 van de straalgenerator 1. Dit reële crossover beeld 12 20 wordt door de daarop volgende tweede condensorlens 3 reëel in het brandvlak 13 aan de bronzijde van de derde condensorlens 6 afgebeeld. De derde condensorlens 6 is een zogenaamde condensor-objectief-lens met een veld, waarvan het voorveld als condensorlens en waarvan het achterveld als objectieflens dient en waarbij het objectvlak 7 in het midden van de poolschoenspleet van de condensor-objectief-lens 6 met een veld 25 ligt. Door de afbeelding van de crossover 11 van de deeltjesgenerator 1 in het brandvlak 13 aan de bronzijde van de condensor-objectief-lens 6 met een veld wordt het objectvlak 7 door een parallel ten opzichte van de optische as gerichte deeltjesstraal verlicht. De dienovereenkomstige belichtingsstralengang is in de figuur 1 met streeplijnen afgebeeld.

[0026]In het aan de bronzijde ten opzichte van het objectvlak 7 geconjugeerde vlak zijn 30 een velddiafragma 5 en een afbuigsysteem 4 of het kantelpunt van een dubbel afbuigsysteem aangebracht. Door het afbuigsysteem 4 wordt de deeltjesstraal ten opzichte van elk ten opzichte van een objectpunt geconjugeerd punt 14 in het vlak van het velddiafragma 5 over gelijke hoeken gekanteld. Door deze afbuiging of kanteling van de 8 deeltjesstraal wordt een dienovereenkomstige kanteling van de deeltjesstraal in het objectvlak 7 geproduceerd. Door een belasting van het afbuigsysteem 4 in twee ten opzichte van elkaar loodrechte richtingen overeenkomend met een sinusfunctie in een richting en een cosinusfunctie in de ten opzichte daarvan loodrechte richting, met een in 5 de tijd constante en identieke amplitude in beide ten opzichte van elkaar loodrechte richtingen, resulteert in het objectvlak 7 een roterende straal, die overeenkomt met een in de tijd sequentiële holle kegelvormige belichtingsapertuur. Door instellen van de amplitude van de door het afbuigssysteem 4 geproduceerde afbuiging is de binnendiameter van de ringvormige belichtingsapertuur bepaald en instelbaar. De 10 ringdiameter van de ringvormige belichtingsapertuur is daarentegen door de afbeeldingsschaal bepaald, waarmee de crossover 11 van de deeltjesgenerator 1 in het brandvlak 13 aan de bronzijde van de condensor-objectief-lens 6 met een veld is afgebeeld.

[0027] Door het achterveld respectievelijk afbeeldingsveld van de condensor-objectief-lens 15 6 met een veld, wordt de straalkegel met een tijdelijk sequentiële holle kegelvormige belichtingsapertuur in het tussenbeeldvlak 10 gefocusseerd, zodat in het tussenbeeldvlak 10 een reëel beeld van het objectvlak 7 ontstaat. In het achterste brandvlak 15 aan de tussenbeeldzijde van de condensor-objectief-lens met een veld is in de zone van de centrale opening van een apertuurdiafragma 8 het ringvormige fase-verschuivende 20 element 9 opgenomen. Dit ringvormige fase-verschuivende element heeft een grote centrale opening 19 - met een diameter van enkele 10 urn, bij voorkeur ten minste 30 pm -, waardoor de ten opzichte van de niet gebogen straling (nulstraal) 50 in de richting naar de optische as OA afgebogen straling van een hogere orde 51 onbelemmerd kan doortreden. Tegelijkertijd verstrekt het fase-verschuivende element 9 aan de op het object 25 niet gebogen straling, dus de nulstraal 50, een faseverschuiving van bij voorkeur 7i/2. In een tussenbeeldvlak 10 vindt een superpositie van de faseverschoven nulstraal 50 met de in de richting naar de optische as gebogen straling 51 plaats. Die op het object gebogen hogere buigingsordeningen 52, die in het vlak van het fase-verschuivende element 9 ten opzichte van de niet gebogen straling verder verwijderd van de optische as verlopen, 30 worden daarentegen door het apertuurdiafragma 8 geabsorbeerd.

[0028] Met betrekking tot de posities van de verschillende buigingsordeningen ten opzichte van het fase-verschuivende element 9 en de daaruit resulterende fimctioneringswijze van de aanbrenging volgens de uitvinding dient verwezen te worden 9 naar figuur 2. Daar zijn als doorgetrokken lijnen steeds de beide nulstralen 50, met streeplijnen steeds de beide plus eerste buigingsordeningen en met puntlijnen steeds de beide minus eerste buigingsordeningen van de beide ingetekende belichtingsstralen ingetekend. Zowel de plus eerste als ook de minus eerste buigingsorden 51, die in het vlak 5 van het fase-verschuivende element dichter bij de optische as dan de nulstraal verlopen, treden onbeïnvloed door de centrale opening 10 in het fase-verschuivende element 9. De op het preparaat niet gebogen straling (nulstraal) ondergaat op het ringvormige fase-verschuivende element 9 de gewenste faseverschuiving en de eveneens gewenste afzwakking, terwijl de beide verder van de as verwijderde hogere buigingsorden 52 10 volledig door het diafragma 8 worden geëlimineerd.

[0029] Zoals in het geheel aan de hand van de figuren 1 en 2 begrepen kan worden, wordt elk punt in het objectvlak 7 met een elektronenstraal belicht, die een holle kegelvormige belichtingsapertuur heeft. De punt van de belichtingsstraalkegel ligt daarbij in het objectvlak 7. De weer van het objectvlak uitgaande stralenbundel met een divergente holle 15 kegelvormige belichtingsapertuur wordt door het naveld van de condensor-objectief-lens 6 met een veld in het tussenbeeldvlak 10 afgebeeld. Door interferentie van de door de centrale opening 19 van het fase-verschuivende element 9 tredende hogere buigingsorden 51 met de door het fase-verschuivende elektrode fase-verschoven nulstraal 50 ontstaat in het tussenbeeldvlak 10 een fasecontrastbeeld van het in het objectvlak 7 aangebrachte 20 preparaat. Omdat steeds de diametraal ten opzichte van elkaar tegenover liggende belichtingsstralen de buigingsinformatie van de complementaire halve ruimte leveren, is de belichtingsinformatie over het preparaat volledig aanwezig, het wegnemen van de van de optische as weg gebogen hogere buigingsordeningen heeft alleen een intensiteitsverlies met een factor Vi tot gevolg. Dit intensiteitsverlies is echter relatief onkritisch en wordt 25 door de overige voordelen van de onderhavige uitvinding overgecompenseerd.

[0030] Een eerste uitvoeringsvoorbeeld voor een fase-verschuivend element is in de figuur 3a in de doorsnede en in de figuur 3b in het bovenaanzicht afgebeeld. Dit omvat een individuele lens uit twee na elkaar in een richting van de optische as OA aangebrachte buitenste ringvormige elektroden 101, 102 en een daartussen liggende binnenste 30 ringvormige elektrode 103. De beide buitenste elektroden 101, 102 liggen op hetzelfde elektrostatische potentiaal, dat overeenkomt met het potentiaal in de straalbuis voor en achter het fase-verschuivende element, zodat een zich langs de optische as OA verspreidende elektronenstraal bij het doortreden door het fase-verschuivende element 10 geen energieverandering ondergaat. Bij de in de figuren 3a en 3b afgebeelde uitvoeringsvorm werd aangenomen, dat de elektronenkolom in de zone van het fase-verschuivende element op massapotentiaal ligt en dienovereenkomstig liggen dan ook de beide buitenste elektroden op massapotentiaal. Verder is op de optische as een verdere 5 elektrode 105 aangebracht. Bij de in de figuren 3a en 3b afgebeelde uitvoeringsvorm is de verdere elektrode 105 aan een lijf bij een van de buitenste elektroden 101 opgenomen.

[0031] De binnenste elektrode 103 ligt op een elektrostatisch potentiaal Vph, die van de elektrostatische potentiaal van de buitenste elektroden 101, 102 afwijkt en de gewenste faseverschuiving produceert. Door de verdere elektrode 105, die zich in de richting van de 10 optische as OA over bijna de gehele lengte van de individuele lens uitstrekt, wordt gewaarborgd, dat elektronen, waarvan de banen dichter bij de optische as OA verlopen, een ander elektrostatisch potentiaal doorlopen dan elektronen, waarvan de banen in de buitenste zone van de doortreedopening 106 verlopen. Daardoor ondergaan de bij het object gebogen elektronen, die als gevolg van de buiging ten opzichte van de nulstraal 15 dichter bij de optische as OA verlopen, ten opzichte van de nulstraal de gewenste faseverschuiving.

[0032] Door de verdere elektrode 105 wordt weliswaar informatie weggenomen, dat is echter onkritisch, omdat dit alleen betrekking heeft op zeer hoge ruimteffequenties. Door het lijf 104, waaraan de verdere elektrode 105 aan de buitenste elektrode 101 is 20 opgenomen, wordt weliswaar verdere informatie ook bij lagere ruimteffequenties weggenomen, dat is echter zolang onkritisch als de complementaire zone aan buigingshoeken niet gelijktijdig ook wordt besneden, omdat dan de weggenomen informatie gereconstrueerd kan worden.

[003 3] De figuur 4 toont in de doorsnede een verdere uitvoeringsvorm voor een fase- 25 verschuivend element, dat in hoge mate gelijkt op de uitvoeringsvorm in de figuren 3a en 3b. Op overeenkomstige wijze zijn die constructiedelen, die overeenkomen met die in de uitvoeringsvorm in figuur 3a en 3b, voorzien van dienovereenkomstige, met 100 hogere verwijzingscijfers. Met betrekking tot de beschrijving bij deze constructiedelen dient verwezen te worden naar de bovenstaande beschrijving bij de figuren 3a en 3b.

30 [0034]Bij de uitvoeringsvorm in de figuur 4 is de verdere elektrode 205 door middel van een isolator 208 aan een manipulator 207 opgenomen. Door een spanningsbron 209 kan de verdere elektrode 205 op een potentiaal worden gelegd, dat afwijkt van dat van de buitenste elektroden 201, 202. Door middel van de manipulator 207 kan de verdere 11 elektrode 205 in twee ten opzichte van elkaar loodrechte richtingen loodrecht op de optische as OA alsmede in de richting van de optische as OA worden gepositioneerd. Daardoor kan de verdere elektrode 205 ten opzichte van de buitenste elektroden 201, 202 en de binnenste elektrode 203 worden gecentreerd.

5 [003 5] Een verdere uitvoeringsvorm voor een fase-verschuivend element is in de figuur 5b in doorsnede afgebeeld. In de figuur 5 a is het bovenaanzicht op de binnenste elektrode van dit fase-verschuivende element afgebeeld. Het fase-verschuivende element of de faseplaat bevat wederom een individuele lens uit twee buitenste elektroden 301, 302 en de daartussen liggende binnenste elektrode 303. Bij deze uitvoeringsvorm is de binnenste 10 elektrode 303 gesegmenteerd en bestaat uit vier ten opzichte van elkaar elektrisch geïsoleerde segmenten 303a - 303d. Twee met betrekking tot de optische as OA tegenover elkaar liggende segmenten 303a, 303c zijn daarbij belast met elektrische potentialen, die ten opzichte van het potentiaal van de buitenste elektroden 301, 302 een inverse polariteit hebben. Liggen de buitenste elektroden op massapotentiaal, dan ligt 15 bijvoorbeeld een segment 303a op +Vph en het met betrekking tot de optische as OA tegenoverliggende segment 303 c op het qua waarde gelijke maar negatieve potentiaal -Vph. Door de belasting van de tegenover elkaar liggende segmenten met inverse potentialen wordt bereikt, dat zoals bij de uitvoeringsvorm in figuren 3a en 3b op de optische as de elektrostatische potentiaal een nuldoorgang ervaart. Ten opzichte van de 20 uitvoeringsvorm in de figuren 3a en 3b heeft deze uitvoeringsvorm het voordeel, dat in het inwendige 306 van de individuele lens naar binnen stekende dragerelementen en elektroden, die bepaalde informatie uitfaden, worden vermeden.

[0036] De met een gesegmenteerde binnenste elektrode 303 geproduceerde potentiaalverdeling bewerkstelligt in het geval van een statische belichtingskegel, dat de in 25 verschillende halve mimtes gestrooide elektronen een ten opzichte van elkaar inverse faseverschuiving ondergaan. Bijvoorbeeld ondergaan in de positieve halve ruimte gestrooide elektronen een positieve faseverschuiving, terwijl in de negatieve halve ruimte gestrooide elektronen een negatieve faseverschuiving ondergaan. Daardoor ontstaat een differentiaal interferentie contrast (DIC) of Hilbert fasecontrast, dat een plastische 30 beeldindruk produceert. Met behulp van een beeldreconstructie kan het echte beeld worden teruggewonnen.

[0037] Figuur 6 toont een bovenaanzicht op de binnenste elektrode van een uitvoeringsvorm voor een fase-verschuivend element, waarbij de binnenste elektrode 2 12 twee ten opzichte van elkaar elektrisch geïsoleerde segmenten 403a, 403b omvat. De binnenste rand 404a van een segment 403a is op een verdere afstand van de optische as OA aangebracht dan de binnenste rand 404b van het andere segment 403b. Beide segmenten 403a, 403b zijn wederom met ten opzichte van elkaar inverse potentialen 5 belast, waarbij het segment 403b, waarvan de binnenste rand zich dichter naar de optische as toe uitstrekt, ten opzichte van de hier niet afgebeelde buitenste elektroden met een positieve potentiaal belast is. Omdat de ringvormige belichtingsbundel 405 in de aan de positieve elektrode grenzende halve ruimte dichter bij de elektrode verloopt dan in de halve ruimte, die ten opzichte van de negatieve elektrode 403a aangrenzend is, ondergaat 10 de nulstraal in de ten opzichte van de positieve elektrode 403b aangrenzende halve ruimte een grotere faseverschuiving dan in de ten opzichte van de negatieve elektrode 403a aangrenzende halve ruimte. Wordt de door het desbetreffende potentiaal gedefinieerde faseverschuiving zodanig ingesteld, dat de faseverschuiving, die de nulstraal ondergaat, in de ten opzichte van de positieve elektrode 403b aangrenzende halve ruimte 37t/2 en in de 15 ten opzichte van de negatieve elektrode 403a aangrenzende halve ruimte rc/2 bedraagt, dan ontstaat een Zemike fasecontrast.

[0038] De overige opbouw van het fase-verschuivende element komt overeen met de uitvoeringsvorm in figuur 5b, dit wil zeggen de binnenste elektrode is tussen twee buitenste elektroden aangebracht, die op de elektrische potentiaal van de elektronenkolom 20 voor en achter de individuele lens liggen.

[0039] Figuur 7 toont een bovenaanzicht op de binnenste elektrode van een uitvoeringsvorm, waarbij de binnenste elektrode een groter aantal ten opzichte van elkaar elektrisch geïsoleerde segmenten 503a - 503h omvat. Ook bij deze elektrode liggen met betrekking tot de optische as OA tegenover elkaar liggende segmenten 503e, 503f, 503a, 25 503b op ten opzichte van elkaar inverse elektrische potentialen, +Vph en -Vph, waarbij de potentiaalbelasting van de individuele segmenten zodanig plaatsvindt, dat de potentiaalbelasting in de richting van de pijl 504 in de cirkel rondom loopt. De omloopffequentie voor de potentiaalbelasting van de binnenste elektrode is daarbij identiek aan de omloopfrequentie van de holle kegelbelichting, wanneer deze dynamisch 30 geproduceerd wordt en de elektronenstraal door middel van een afbuigsysteem sequentieel langs een holle kegel wordt geleid. Door de omlopende of roterende potentiaalbelasting resulteert een roterende faseplaat. De door de faseplaat aan de nulstraal opgelegde faseverschuiving, die op ideale wijze n/2 bedraagt, roteert in de cirkel synchroon ten 13 opzichte van de beweging van de nulstraal 505. Door de inverse potentiaalbelasting van tegenover elkaar liggende segmenten ontstaat wederom op de optische as OA de een nuldoorgang van de potentiaal.

[0040] De overige opbouw van het fase-verschuivende element komt overeen met de 5 uitvoeringsvorm in figuur 5b, dit wil zeggen de binnenste elektrode is tussen twee buitenste elektroden aangebracht, die op het elektrische potentiaal van de elektronenkolom voor en achter de individuele lens liggen.

[0041] Bij deze gelegenheid dient erop gewezen te worden, dat de faseplaten natuurlijk ook kunnen worden toegepast, wanneer de elektronenoptische kolom in de zone van de 10 faseplaat op een van het massapotentiaal afwijkend elektrostatisch potentiaal Yo dient te liggen. In dit geval liggen de buitenste elektroden op het potentiaal voor en achter de faseplaat en dit constante potentiaal Vo wordt aan de omlopende potentiaalbelasting als offset toegevoegd, zodat de met betrekking tot de optische as tegenover elkaar liggende segmenten 503a, 503b alsmede 503e, 503f met het potentiaal Vo + Vph en Vo - Vph 15 worden belast en de resterende segmenten 503c, 503d, 503g, 503h met het potentiaal Vo worden belast.

[0042] Ook bij gebruik van dit fase-verschuivende element ondergaat de nulstraal een faseverschuiving terwijl de fase de op het object gebogen straling geheel of bijna onbeïnvloed blijft.

20 [0043]Bij de tot nu toe beschreven uitvoeringsvoorbeelden legt het fase-verschuivende element de nulstraal steeds een faseverschuiving op, terwijl de op het object gebogen straling in verregaande mate onbeïnvloed blijft door de faseplaat. Omdat echter voor het produceren van het fasecontrast alleen de relatieve faseverschuiving tussen nulstraal en op het object gebogen straling belangrijk is, kan ook de gebogen straling in de fase worden 25 verschoven, terwijl de nulstraal onbeïnvloed blijft of slechts een geringe faseverschuiving ondergaat.

[0044] In figuur 8 is een uitvoeringsvorm voor een fase-verschuivend element opengesneden in perspectief afgebeeld, dat aan de op het object gebogen straling een faseverschuiving oplegt. Het bevat een individuele lens met twee buitenste elektroden 30 601, 602 en een daartussen aangebrachte binnenste elektrode 603, die ten opzichte van de beide elektrische elektroden 601, 602 elektrisch is geïsoleerd en op het voor de faseverschuiving vereiste potentiaal Up ten opzichte van de buitenste elektroden 601, 602 ligt. De individuele lens is door middel van een ringvormige luchtspleet 605 in een 14 cirkelvormig gat van een plaat 600 uit elektrisch geleidend materiaal aangebracht. De plaat 600 en de beide buitenste elektroden 601, 602 van de individuele lens liggen op hetzelfde potentiaal. De individuele lens is daarbij door middel van een of meer vasthoudlijven 604, waardoor ook de potentiaaltoevoer voor de binnenste elektrode 603 5 plaatsvindt, aan de plaat 600 opgenomen.

[0045]De binnenste vrije diameter van de individuele lens dient ongeveer 500 - 100 pm te bedragen, de ringvormige elektroden van de individuele lens dienen zo dun mogelijk te zijn en maximaal een dikte van 1 urn te hebben en de ringvormige spleet 605 dient een spleetbreedte van minder dan 0,5 urn te hebben.

10 [0046] Omdat de buitenste elektroden 601, 602 van de individuele lens op hetzelfde potentiaal liggen als de plaat 600, is de ringvormige spleet potentiaalvrij. De door de spleet 605 heen tredende nulstraal ervaart derhalve geen faseverschuiving. De bij het object gebogen straling, die in de richting van de optische as is gebogen en door het binnenste van de elektrostatische individuele lens verloopt, wordt daarentegen door het 15 potentiaal van de binnenste elektroden 603 in fase verschoven.

[0047]Ten opzichte van de uitvoeringsvormen, waarbij de nulstraal in de fase wordt verschoven, heeft deze wijze van aanbrengen natuurlijk het nadeel, dat door de elektroden 601, 602, 603 van de individuele lens onvermijdelijk een afschaduwing van een ruimtefrequentiebereik plaatsvindt.

20 [0048]0ok bij de uitvoeringsvorm in figuur 8 kan de binnenste elektrode 603 zijn gesegmenteerd en de individuele segmenten kunnen met een omlopende potentiaalverdeling worden belast, zodat ook dit systeem met een dynamische holle kegelbelichting toepasbaar is, waarbij de potentiaalbelasting van de binnenste elektrode identiek aan die van de omloop van de holle kegelbelichting is. Door de dan omlopende of 25 roterende potentiaalbelasting resulteert wederom een roterende faseplaat.

[0049]Een verdere uitvoeringsvorm van een faseplaat is in figuur 9a in de doorsnede en in figuur 9b in bovenaanzicht afgebeeld. Deze bevat zoals de uitvoeringsvorm in figuur 8 een plaat 700 met een cirkelvormig gat 704. In het gat 704 zijn via een of meer vasthoudt ij f/1 ij ven 705 twee ringvormige elektroden 701, 702 opgenomen, die elkaar 30 coaxiaal ten opzichte van de optische as OA omgeven en door middel van een isoleerlaag 703 ten opzichte van elkaar zijn geïsoleerd. Tussen de beide ringvormige elektroden 701, 702 en de plaat 700 bestaat wederom een vrije ringvormige spleet 706 voor het doortreden van de nulstraal. De buitenste van de beide ringvormige elektroden 701 liggen op 15 hetzelfde elektrische potentiaal als de plaat, de binnenste ringvormige elektrode 702 ligt op het ten opzichte daarvan afwijkende potentiaal Up, dat voor de faseverschuiving van de in hogere buigingsordeningen op het object gebogen elektronenstralen dient. Zoals bij het uitvoeringsvoorbeeld in figuur 8 is de ringvormige spleet 706 potentiaalvrij, zodat de 5 nulstraal geen faseverschuiving ondergaat.

[0050]De isoleerlaag 703 hoeft niet volledig ringvormig te zijn, maar deze kan gedeeltelijk ook uit een luchtspleet bestaan. Alleen om stabiliteitsredenen dienen op enkele plaatsen vaste isolators te worden toegepast, waarbij het aantal respectievelijk de grootte van de vaste isolators zo gering mogelijk dient te zijn, omdat de isolators zich 10 gemakkelijk kunnen opladen.

[005 l]Ook bij deze uitvoeringsvorm van de faseplaat ondergaat de op het object in hogere buigingsordeningen naar de optische as toe gebogen straling een faseverschuiving, terwijl de door de ringvormige spleet 706 heen tredende nulstraal door de faseplaat geheel of ten minste hoofdzakelijk onbeïnvloed blijft.

15 [0052] Aan de hand van de uitvoeringsvoorbeelden werd de uitvinding met behulp van het voorbeeld van een elektronenmicroscoop toegelicht. De uitvinding is natuurlijk ook bij deeltjesstraaltoestellen met positief geladen deeltjes zoals ionen of positronen, bijvoorbeeld heliumionen, toepasbaar. In het bijzonder is de uitvinding ook bij een transmissie-ionenmicro-scoop toepasbaar. In de figuur 1 zouden dan de magneetlenzen 20 door elektrostatische lenzen vervangen moeten worden. Gelijktijdig zou de elektronenbron door een ionenbron, bijvoorbeeld een veldionenbron, vervangen moeten worden en de versnellingspotentialen zouden op overeenkomstige wijze geïnverteerd moeten worden. De in de figuren 3a - 9b afgebeelde faseplaten kunnen daarentegen ook bij een toepassing in een ionenmicroscoop of positronenmicroscoop onveranderd blijven. 25

Claims (11)

1. Deeltjestraaltoestel met een optische as (OA), een belichtingssysteem (1, 2, 3, 4) voor de verlichting van een in een objectvlak (7) te positioneren object met een 5 straal van geladen deeltjes en een objectief (6) voor de afbeelding van het verlichte object, waarbij de straal geladen deeltjes bij het object in een nulstraal en hogere buigingsorden wordt opgesplitst, waarbij het belichtingssysteem op zodanige wijze is uitgevoerd, dat het tijdens het bedrijf in een ten opzichte van het objectvlak (7) Fourier-getransformeerd vlak een ringvormige belichtingsapertuur produceert en waarbij in een van het 10 objectvlak (7) afgekeerd brandvlak (15) van het objectief (6) of een ten opzichte daarvan geconjugeerd vlak een fase-verschuivend element (9) is aangebracht, waarbij het fase-verschuivende element een individuele lens met - in de richting van de optische as gezien - twee buitenste elektroden (101, 102) en een of meerdere daartussen liggende binnenste elektrode(n) (103) omvat, met het kenmerk, dat de elektroden (101, 102, 103) van het 15 fase-verschuivende element (9) zodanig zijn aangebracht en tijdens het bedrijf met elektrisch potentiaal zijn belast, dat het potentiaal op de optische as (OA) overeenkomt met het potentiaal van de buitenste elektroden (101, 102) van de individuele lens, en dat het fase-verschuivende element een verdere elektrode (104) op of in de nabijheid van de optische as omvat.

2. Deeltjestraaltoestel volgens conclusie 1, waarbij de verdere elektrode (104) is belast met het potentiaal van de buitenste elektroden.

3. Deeltjestraaltoetsel volgens een van de conclusies 1 - 2, waarbij de verdere elektrode (304) aan een manipulator (207) is opgenomen en loodrecht op de richting van de optische as positioneerbaar is.

4. Deeltjestraaltoestel volgens een van de conclusies 1 - 3, waarbij het fase- verschuivende element op zodanige wijze is uitgevoerd, dat het tijdens het bedrijf aan de nulstraal (50) ten opzichte van de op het object in hogere buigingsordeningen (51) gebogen straling een faseverschuiving geeft en waarbij het fase-verschuivende element verder op zodanige wijze is uitgevoerd, dat het tijdens het bedrijf de fase van de op het 30 object in hogere buigingsordeningen (51) gebogen straling, die in een radiale richting dichter bij de optische as (OA) dan de nulstraal (50) verloopt, niet of slechts in geringe mate beïnvloedt.

5. Deeltjestraaltoestel volgens conclusie 1, waarbij de binnenste elektroden twee of meer segmenten (303a - 303d, 403a, 403b) omvatten, waarvan met betrekking tot de optische as (2) tegenover elkaar liggende segmenten (303b, 303d; 403a, 403b) tijdens het bedrijf met potentialen van een tegengestelde polariteit zijn belast.

6. Deeltjestraaltoestel volgens conclusie 5, waarbij de segmenten (403a, 5 403b) naar de optische as (OA) toegekeerde randen (404a, 404b) omvatten en de naar de optische as toegekeerde randen (404a, 404b) met betrekking tot op de optische as (OA) van twee tegenover elkaar liggende segmenten (403a, 403b) in een radiale richting verschillende afstanden van de optische as (OA) hebben.

7. Deeltjestraaltoestel volgens conclusie 5 of 6, waarbij in een ten opzichte 10 van het objectvlak (7) aan de bronzijde, geconjugeerd vlak een afbuigsysteem (4) voor een tijdelijk sequentieel produceren van de ringvormige belichtingsapertuur is aangebracht en waarbij een spanningsvoorziening aanwezig is, die zodanig is uitgevoerd, dat de segmenten afwisselend of omlopend met potentiaal worden belast.

8. Deeltjestraaltoestel met een optische as (OA), een belichtingssysteem (1, 15 2, 3, 4) voor de belichting van een in een objectvlak (7) te positioneren object met een straal geladen deeltjes en een objectief (6) voor de afbeelding van het verlichte object, waarbij de straal geladen deeltjes op het object in een nulstraal en hogere buigingsordeningen wordt opgesplitst, waarbij het belichtingssysteem zodanig is uitgevoerd, dat het tijdens het bedrijf in een ten opzichte van het objectvlak (7) Fourier-20 getransformeerd vlak een ringvormige belichtingsapertuur produceert en waarbij in een van het objectvlak (7) afgekeerd brandvlak (15) van het objectief (6) of een ten opzichte daarvan geconjugeerd vlak een fase-verschuivend element (9) is aangebracht, waarbij het fase-verschuivende element (9) een of meerdere ringvormige of ringsegmentvormige elektroden (601, 602, 603; 701, 702) omvat, die aan een drager (600; 700) is/zijn 25 opgenomen, waarbij de ringvormige of ringsegmentvormige elektrode(n) (601, 602, 603; 701, 702) op de in een radiale richting van de optische as afgekeerde zijde randen omvatten en tussen de randen van de elektrode(n) (601, 602, 603; 701, 702) en de drager (600, 700) een ringvormige of ringsegmentvormige spleet (605; 706) aanwezig is, en de een of meerdere ringvormige of ringsegmentvormige elektroden (601, 602, 603; 701, 702) 30 tijdens het bedrijf dusdanig met potentiaal zijn belast dat de bij het object in hogere buigingsordes naar de optische as gebogen straling een faseverschuiving ervaart terwijl de nulstraal door het fase-verschuivend element niet of althans in geringe mate beïnvloed wordt.

9. Deeltjestraaltoetsel volgens conclusie 8, waarbij het fase-verschuivende element (9) een eerste ringvormige of ringsegmentvormige elektrode (701) en een tweede ringvormige of ringsegmentvormige elektrode (702) omvat en waarbij de eerste ringvormige of ringsegmentvormige elektrode (701) ten opzichte van de tweede 5 ringvormige of ringsegmentvormige elektrode (702) elektrisch is geïsoleerd.

10. Deeltjestraaltoetsel volgens conclusie 9, waarbij de tweede ringvormige of ringsegmentvormige elektrode (702) in een radiale richting buiten de eerste ringvormige of ringsegmentvormige elektrode (701) is aangebracht en de tweede ringvormige of ringsegmentvormige elektrode (702) tijdens het bedrijf met het elektrische potentiaal van 10 de drager (700) is belast en waarbij een spanningsvoorziening aanwezig is, waarmee de eerste ringvormige of ringsegmentvormige elektrode (701) met een van het potentiaal van de drager afwijkend potentiaal is belast.

11. Deeltjestraaltoetsel volgens conclusie 10, waarbij de eerste ringvormige of ringsegmentvormige elektrode (701) meerdere ringsegmenten omvat, in een ten opzichte 15 van het objectvlak (7) geconjugeerd vlak aan de bronzijde een afbuigsysteem (4) voor een tijdelijk sequentieel produceren van de ringvormige belichtingsapertuur is aangebracht en waarbij en spanningsvoorziening aanwezig is, die zodanig is uitgevoerd, dat de ringsegmenten tijdens het bedrijf afwisselend of omlopend met elektrisch potentiaal worden belast. 20