NL8304217A - Automatisch instelbare electronenmicroscoop. - Google Patents

Description

, > - " * * * __ ^ _______________ PHN 10878 1 ' N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

. _ Automatisch instelbare electrcanenmicroscoop. . ------ -------- De uitvinding heeft betrekking qp een werkwijze voor het in- stellen van een optimale focusconditie in een electronenmicroscoop met een electronenbron, een bundelwobhler, een electronen optisch lenzenstelsel en een electronendetectieinrichting en qp een electronemicros-5 cocp uitgerust voor het uitvoeren van deze werkwijze.

Een dergelijke werkwijze en electronenmicroscoop is bekend uit een artikel van H. Koops en G. Walter in "Proceedings Eurcp. Congr. on EM", Den Haag, 1980, vol. I, pp 40-41. In de aldaar beschreven werkwijze wordt gewerkt met een preparaat in de vorm van een diafragma 10 met een, door de electronenbundel vanuit verschillende richtingen te doorstralen centrale kleine opening en een detector met eveneens een kleine centrale opening. De beeldverschuiving wordt dan gemeten door het bepalen van de stroansterkte die nodig is cm met een na het preparaat opgestelde tweede bundelafbuiginrichting de electronenbundel weer door 15 de centrale opening in de detector te doen invallen. Door meten bij verschillende waarden voer de bundelboek kan alrïns de defocussering warden gemeten. Door de meting uit te voeren voor verschillende azimuthale waarden van de bundelboek kan het astigmatisme worden gemeten. Met behulp van de aldus gemeten waarden kan het focus worden bijgesteld en kan bij-20 voorbeeld een stigmator werden bekrachtigd voor het minimaliseren van het astigmatisme.

Het gebruik van een specifiek preparaat in de vorm van een centraal diafragma en een daaraan aangepaste detector met een kleine centrale opening maakt deze werkwijze ongeschikt voor focus instelling 25 in praktische gevallen. Daarbij zou iirmers na het instellen van het focus respectievelijk het bijregelen van het astigmatisme het diafragma vervangen moeten worden door een te onderzoeken preparaat en eventueel ode de detector aan een aan het preparaat uit te voeren meting moeten warden aangepast.

30 De uitvinding beoogt deze bezwaren te ondervangen en een elec tronenmicroscoop te verschaffen waarin ode gedurende het meten aan een preparaat, eventueel automatisch, focus optimalisering en indien gewenst - verdere optimalisering van de instelling van de electronenmicroscoop kan ~ 83 042 1 7 PHN 10878 2 * worden doorgevoerd. De in de aanhef genoemde werkwijze^ heeft daartoe tot kenmerk, dat met behulp van de bundelwobbler een preparaat vanuit verschillende richtingen wordt bestraald, de daarbij optredende beeldinformatie beeldpuntsgewij s wordt gedetecteerd en geregistreerd en ter be-5 paling van een optimale focusconditïe met een algorithme F (s) = (Xi - Yi+s)j* de waarde van s van de beeldverplaatsing wordt bepaald waarvoor de functie F(s) minimaal is, waarna de focussering in afhankelijkheid van de gevonden s-waarde wordt bijgesteld.

Doordat bij de werkwijze volgens de uitvinding voor de optima-10 liser ing van de focusconditïe wordt gewerkt net een willekeurig preparaat en een voor meting aan dat preparaat ingerichte detector leent deze werkwijze zich in het bijzonder voor focus optimalisering gedurende de meting. Onder gedurende de meting is uiteraard ook begrepen ; direct aan de meting voorafgaand zonder dat tussen die handeling en de daarop 15 volgende meting iets aan de electronenmicroscoop wordt gewijzigd.

In een voorkeursuitvoering wordt gebruik gemaakt van een computer die is uitgerust net middelen voor een directe automatische bijsturing van voor optimalisering van de instelling relevante electronen optische lementen van de electronenmicroscoop. Een dergelijke computer is bij 20 voorkeur ook ingericht voor een met het innemen van beeldinformatie synchrone besturing .van de bundelwobbler. Cm te voorkomen dat als gevolg van bijvoorbeeld ruis in de beeldvorming of bij uitzonderlijke preparaten dan wel extreme vergrotings instellingen de optimale focusseringsconditie minder scherp zou worden bepaald is in een voorkeursuitvoering de carr 25 puter uitgerust voor het extrapoleren van de minimale waarde van de functie F (s) uit meerdere meetpunten aan weerszijden daarvan. Dergelijke extreme omstandigheden zouden ook aanleiding kunnen geven tot het niet vinden van een exacte s-waarde waardoor niet .of niet juist zou kunnen warden bijgestuurd. Om dit te voorkomen is er in een voorkeursuitvoering in 30 voorzien de optimalisering in meerdere stappen uit te voeren. Een deel van de voor de praktijk zo gunstige snelheid van de werkwijze gaat daarbij teloor, maar van deze meertraps methode behoeft ook enkel bij de, meestal van te voren bekende extreme situaties gebruik te worden gemaakt. In een eerste stap wordt daarbij bijvoorbeeld het focus grof bijgesteld en 35 volgt een tweede meting bij deze slechts geringe resterende defocussering. Het kan daarbij gunstig zijn voor een opvolgende stap een ander criterium voor het bepalen van de s-waarde te gebruiken. Gebruik kan dan bijvoorbeeld worden gemaakt van een, zij het door niet elk meetpunt met een 8304217 EHN 10878 3 gemiddelde waarde/ maar met telkens een naastliggende waarde te vergelijken, algorithms als beschreven in een artikel van S.J. Erasmus in "Proceedings Vfcarld Congr. on EM", Hamburg/ 1982, vol I, p 529.

Mat het *) teken in de functie voer F(s) is aangegeven, dat 5 naar wens ook met een even macht van (Xi - Yi+s) gewerkt kan worden.

In een verdere voorkeursuitvoering volgens de uitvinding vormt een s-waarde bijvoorbeeld door bepaling daarvan voor verschillende aziraithale waarden voor de wobbler inrichting een goed criterium voor minimalisering van het astigmatisms. Op grand van een aldus gevonden 10 s-waarde kan dan een daartoe geëigende stigmator warden bekrachtigd.

Op overeenkomstige wijze kan ook warden gecorrigeerd voor andere fouten in het electronen optisch systeem, voor preparaatverplaatsing en dergelijke gedurende een meetproces. Steeds warden daarbij s-waarden bepaald uit voor het te corrigeren fenomeen relevante criteria voor de bundel-15 richting en de daarbij behorende beeldinformatie. Bij preparaatverplaatsing zal het veelal gunstig zijn (masker) beeldinformatie van een vaste stand te registreren en deze telkens voor opvolgende correcties te gebruiken en dus niet te werken met telkens opvolgende beeldinformatie zoals veelal voor andere correcties te prefereren is.

20 Aan een voor het uitvoeren van de werkwijze te gebruiken detector behoeven zoals reeds opgemerkt geen specifieke eisen te worden gesteld.

Er kan gebruik gemaakt warden van een detector met een homogeen ingangs-scherm waarover het beeld dan wordt afgetast. Bij de aftasting kunnen eventuele aftastfouten worden vermeden door een besturingsinrichting die 25 bijvoorbeeld bij elke nieuwe aftastlijn het startpunt opnieuw fixeert.

Bij gebruik van een mosaik detector is het gunstig ter vermijding van fouten door onderlinge verschillen in de detectarelementen een shablone met deze verschillen in de ccnputer vast te leggen en de meetsignalen daarmede te corrigeren". Gebruik kan ook warden gemaakt van een televisie-30 keten als detectieinrichting.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader warden beschreven.

De enige figuur van de tekening toont van een electronenmicroscoop 1 een electronenbron 2, een condensor systeem 4, een bundelwobbler 6, een pre-35 paraatdrager 8 met een preparaat 10, een bundelafbuiginrichting 12, een afbeeldend lenzenstelsel 14, een detector 16 en een kijkscherm 18. Mede voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding is aan de elec-tranenmicrascocp een rekeneenheid 20 met een monitor 22, een signaalver- 3304217 ΡΗΝ 10878 4 Γ V ·» verkingseenteid 24 net bijvoorbeeld een A-D en een D-A converter en een signaaluitleesinrichting en een besturingsinrichting 26 toegevoegd.

Voor bet uitvoeren van de verkwijze volgens de uitvinding wordt een electronenixmdel 30 gekanteld tussen twee tegenover elkaar gelegen 5 richtingen die een hoek x respectievelijk -x net de hoofdas vonten.

Uit beeldinformatie die beeldpuntsgewijs van de detector wordt uitgelezen wordt net behulp van de grootheid F(s) = £/(Xi - Yi-sf* die waarde van de beeldverplaatsing s berekend waarvoor F(s) minimaal is.

Met een aldus berekende s-waarde wordt vervolgens via de bes tarings-10 inrichting 26 de bekrachtiging van de relevante focussererde lens op de voor een optimaal focus geldende waarde ingesteld. Voor een exacte bepaling van de minimale waarde van F(s) kunnen metingen voor verschillende waarden van de hoeken x en -x worden door gevoerd. Zonder beeldverstoring zoals ruis wordt uit dergelijke metingen direct de mini-15 male waarde voor F(s) gevonden. Mat ruis of overeenkomstige verstoring in het beeld kan door bijvoorbeeld een meerpunts extrapolatie zoals de bekende b-punts extrapolatie volgens Savitsky-Golay het exacte minimum worden gevonden en daarmede de gezochte s-waarde. Voor het corrigeren van bijvoorbeeld astigmatisms wordt een overeenkomstige werkwijze toege-20 past maar nu bijvoorbeeld met 4 a 8 azimuthale richtingen voor de hoeken x en -x dan wel over een gehele rotatie over een mantelpppervlak van een kegel met een halve tophoek x. Aldus gewonnen s-waarden worden dan in afhankelijkheid van het azimuth aan elementen van een stigmator toegevoegd waardoor voor het astigmatisms is gecompenseerd. Uit de reeds 25 gevormde metingen voor het instellen van een optimaal focus met meerdere waarden voor de hoeken x en -x kan uit de beeldverschuiving als functie van de kantelhoek ook een grootheid voor het corrigeren van de sferische aberratie van het electronenoptisch systeem worden afgeleid. Evenzo kan uit dergelijke metingen zoals reeds gezegd een grootte id worden afge-30 leid waarmede kan worden gecorrigeerd voor preparaatverschuiving tijdens een meetproces. Het laatste is vooral van belang voor bijvoorbeeld op een zekere temperatuur in te stellen preparaten en dergelijke.

Een gunstige toepassing van de werkwij ze wordt gevonden in het automatisch corrigeren van het focus en het astigmatisms in een aftast-35 electronenmicroscoop. Vooral bij een dergelijk meetapparaat is de grote tijdwinst die volgens de uitvinding kan worden behaald van doorslaggevende betekenis. Ook is het voor vaak toegepast onderling vergelijk van meetresultaten met een dergelijk apparaat van groot belang dat met objectieve 8304217 r Λ . ' *- 9 PHN 10878 5 instelcriteria woedt gewerkt. Veelal zijn voor dit type apparaten de overige fouten van relatief geringe betekenis. Dit geldt zeker niet voor bijvoorbeeld een transmissie elec±ronenmicroscocp, die gelukkigerwijs normaal reeds roet een bundelwobhler is uitgerust. Juist voor deze 5 zeer hoogvaardige apparaten is bet automatisch kunnen instellen en corrigeren van het electronen optisch systeem voor optimale beeldvorming uiterst belangrijk. Vooral ook door de hier gewenste hoge mate van exactheid van de instellingen nodig voor het realiseren van tiet hoog oplossend vermogen en door het grote aantal electrorenqptiscbe elementen 10 vergt een handinstelling hier veel tijd. Afgezien van het tijdsverlies als zodanig is bet ook een groot nadeel, dat een preparaat gedurende die gehele insteltijd moet worden bestraald. Hierdoor zal gemakkelijk inbranding en contaminatie van het preparaat optreden waardoor de beeldvorming weer nadelig wordt beïnvloed. Al deze bezwaren zijn in een 15 electronenmicroscoop volgens de uitvinding vermeden.

20 25 30 35 8304217

Claims (10)

1. Pferkwijze voor het instellen van een optimale focusconditie in een electronenmicroscoqp met een electronenbron, een bunclelwobbler, een electronenoptisch lenzenstelsel en een electronerdetectieinrichting, met het kenmerk, dat met behulp van de wobbler inrichting een preparaat 5 vanuit verschillende richtingen wordt belicht, de daarbij optredende beeldinformatie beeldpuntsgewijs wordt gedetecteerd en ter bepaling van de optimale focusconditie met een algorithms F(s) =^/(Xi - Yi+sf* de waarde s van de beeldverplaatsing wordt bepaald waarvoor de functie F(s) minimaal is waarna de focussering afhankelijk van de gevonden s-10 waarde wordt bijgesteld.

2. Pferkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een gemeten s-waarde wordt gebruikt voor correctie van aberraties in het electronenoptisch lenzenstelsel.

3. Pferkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een 15 gemeten s-waarde wordt gebruikt voor correctie voor ongewenste verplaatsing van een te onderzoeken object.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat een stuurinrichting, is opgenomen voor een met het meten van de beeldinformatie synchrone besturing van de bundelwobbler. ' 20

5. Pferkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat beeldaftasting over de detector hysteres is-vrij wordt uitgevoerd.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het corrigeren automatisch wordt doorgevoerd. 25

7. Pferkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat voor reducties van de invloed van objectverschuiving qp de meting van de s-waarde directe bundelkanteling tussen telkens twee symmetrisch ten opzichte van een nul-waarde gelegen waarden.

8. Pferkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het ken-30 merk, dat voor bepaling van de minimale waarde van F(s) gebruik wordt gemaakt van een meer-punts extrapolatie methode.

9. Aftastelectronenraicroscocp ingericht voor het uitvoeren van de vrerkwijze volgens een der voorgaande conclusies voor automatische focus instelling en astigmatisme correctie. 35

10. Transmissie electronenmicroscoqp- ingericht voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een der conclusies 1-8 voor automatische focus-instelling electronenqptische lensfoutcorrectie en/of preparaatshift correctie. 8304217