NL8803153A - Elektronenbundel apparaat met dynamische focussering. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Elektronenbundel apparaat met dynamische focussering.

De uitvinding heeft betrekking op een elektronenbundel apparaat bevattende een elektronenbron, een elektronen optisch systeem, een objecthouder met een objectkantelinrichting en een inrichting voor compensatie van de focusseringsfouten als gevolg van objectkanteling iri beeldvorming.

Een dergelijk apparaat is bekend uit Eutem 1988 York,

Serial nr. 93, Vol. 1, pp 139 en 140. Aldaar worden defocusseringsfouten die als gevolg van objectkanteling op zouden treden, gereduceerd door daarvoor, rekening houdend met de kantelhoek, per deelgebied van het object te compenseren. De binnen de deelgebieden optredende fouten worden daarbij geaccepteerd.

Een dergelijke compensatie methode is voor een voldoende beeldscherpte relatief ingewikkeld en toont bij een gereduceerde aantal deelgebieden nog te grote defocusseringsfouten. De methode lijdt verder aan ongewenste objectrandverschijnselen die slechts kunnen worden gereduceerd door te werken met een relatief grote elektronenbundel maar dan treden weer variaties over de bundeldiameter op.

Objectkanteling is voor vele onderzoeksgebieden in elektronenmicroscopie gewenst. Voorbeelden daarvan zijn bijvoorbeeld drie-dimenstonale beeldvorming, biologisch onderzoek, kristalvlakmetingen en dergelijke. Vooral bij. de daar gewenste relatief grote kantelhoeken, bijvoorbeeld om de zogenaamde "missing cone" bij dr.ie-dimensionale beeldvorming te reduceren, treedt een ontoelaatbare defocussering op in beeldvorming, gerealiseerd door een het object doorstralende elektronenbundel. De'focusvariatie binnen een beeld resulteert in een plaatsafhankelijke contrast transfer functie waardoor zowel het beeldcontrast als het oplossend vermogen in het beeld wordt bepaald. Hierdoor treden ernstige beperkingen op bij onderzoek aan structuren en dergelijke, vooral bij beeldvorming met. een lage dosis en een lage vergroting, waarbij relatief grote, objectoppervlakken worden aangestraald. Overeenkomstige problemen treden op bij high-resolution microscopie van drie-dimensionale beeldvorming. De verandering in focus is direct gegeven door de hoogte variatie van het object ter plaatse ten opzichte van een focusvlak en is dus direct gegeven door de bundelpositie ten opzichte van de optische as dan wel een kantelas van het object en de kantelhoek van het object.

De uitvinding beoogt, gebruik makend van genoemde omstandigheden een relatief eenvoudig, exact werkende focuscompensatie te verschaffen en daartoe heeft een elektronenbundel apparaat van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding tot kenmerk, dat het elektronen optisch systeem is uitgerust met een bundelaftastinrichting voor het in een lijnenpatroon, aangepast aan een objeetkantellijn, aftasten van een object en met een, in afhankelijkheid van de kantelhoek en de afstand van de aftastbundel tot de kantellijn regelbare dynamische focus-seerinrj rhtjng.

Doordat volgens de uitvinding de focussering wordt aangepast per aftastlijn, die bij voorkeur prallel met de kantel lijn verlopen, kan op eenvoudige wijze een optimale focussering over een relatief groot beeldoppervlak worden gerealiseerd. De correctiegegev^n? per aftastlijn zijn geometrisch bepaald en kunnen dus gemakkelijk in correcties.ignalen worden omgevormd. De mate van compensatie van de focussering en instelling van het oplossend vermogen is instelbaar door keuze van het aftastpatroon, dat wil hier zeggen het aantal aftastlijnen en de onderlinge afstand daarvan. Dergelijke aftastinstelmogelijkheden zijn in bekende elektronenmicroscopen veelal reeds aanwezig zodat toepassing van de uitvinding weinig extra voorzieningen vraagt.

B:j aftasten met focus gecorrigeerde rechte aftastlijnen parallel met de kantelas is van de gebruikelijke situatie uitgegaan dat het focusvlak in het apparaat samenvalt met een plat vlak door de kantel]ijn dwars op de optische as. Indien het elektronen optisch system een bijvoorbeeld sferisch gebogen focusvlak heeft, kan door aftasting via half cirkel- half ellipsbanen met de kantelas als middellijn, respectievelijk ellips as, de compensatie worden opgevoerd. Hierdoor kar. dus ook voor in het apparaat optredende focusseerafwijkingen worden gecompenseerd.

Ir. een voorkeursuitvoering is het elektronenbundel apparaat uitgerust vonr transmissie metingen en wordt de focussering Ti jnsg^v;· je zodanig doorgevoerd worden dat in afbeeldingen met een bH object passerende bundel locaal steeds optimaal is gefocusseerd er. iv een detector uitgerust voor detectie van transmissiesignalen.

Integrale optimale afbeelding van bet preparaat wordt dus gerealiseerd door momentane scherpstelling van de afbeelding per aftastlijn. Gebruikelijk zal daarbij steeds op de hoogte van het 'aangestraalde objectgedeelte worden gefocusseerd welk objectdeel dan momentaan op de detector wordt afgebeeld. Indien het gewenst is out-of-focus te meten, kan het scherpstel voorwerpspunt ook elders worden gekozen, waarbij dan een voor sommige onderzoekingen gewenst niet optimaal gefocusseerde afbeelding ontstaat.

Be uitvinding is in het bijzonder dienstbaar voor onderzoek waarbij een relatief groot object wordt aangestraald omdat daarbi j relatief grote defocusseringen op zouden treden. De wens om grote objecten te kunnen analyseren, kan door de aard daarvan zijn gegeven maar het kan ook gunstig zijn met een relatief groot object te werken ten einde de locale belasting van het object onder een maximaal toelaatbare grens te houden en derhalve met een relatief grotere spot te werken. De daarbij gewenste relatief kleine vergroting kan, indien gewenst, door navergroting van de beelddrager worden bijgesteld.

In een voorkeursuitvoering is liet elektronenbundei apparaat uitgerust met een digitale besturingsinrichting en signaalverwerkingsinrichting waardoor de dynamische focussering centraal en exact, kan worden gestuurd. Indien gewenst kunnen besturingsparanKders daarbij gemakkelijk in een geheugen worden opgeslagen.

Aari de hand van de tekening zullen in het onderstaande enkele voorkeursuitvoeringen volgens de. uitvinding nader worden bec ·],reven. In de tekening toont

Figuur 1 zeer schematisch een elektronenbundel apparaat volgens de uitvinding en

Figuur 7 een kantelsituatie voor een daarmee te onderzoeken object.

Een elektronenmicroscoop als geschetst in figuur 1, waarvan een meer gedetailleerde beschrijving is gegeven in bijvoorbeeld "Philip Technical Review", Vol. 43, nr. 10, november 1987, pp 273-291, toont een elektronenbron 2, een anode 4 en een condensorsysteem 6, een bundelaftastinrichtjng 8, een objectief 1 enssysteem 10, een objecthoudr.· 17 met een objectkantelinrichting 14 en een detector '16 voor het meten van een, een op de objecthouder aangebracht object 18, doorstralende eJektrunenbundel 20. Wordt in een dergelijke, apparaat het te onderzoeken object in een gekantelde positie geplaatst, bijvoorbeeld zoals aangegeven in figuur 2, dan zal, indien een focusvlak 22 samenvalt met een vlak dwars op een hoofdas 24 van het apparaat gelegen, de elektronenbundel 20 in een vlak 26 dat met het focusvlak een kantelhoek 28 vormt, enkel op een kantellijn 30 zijn gefocusseerd. Met behulp van de bundel inrichting 8, die overigens ook elders in het apparaat kan zijn geplaatst, wordt het object lijnsgewijs afgetast langs, hier rechte, aftastlijnen 32 die parallel met de kantelas 30 verlopen.

Door nu volgens de uitvinding de focussering voor elke aftast]ijn bij te stellen, vindt ook bij een gekanteld object over het gehele te onderzoeken gebied beeldvorming plaats met een voor de trefplaats van de aftastende elektronenbundel optimaal gefocusseerde afbeeldende optiek doordat de optiek momentaan voor de geldende positie win het aangestraalde objectdeelgebied wordt scherp gesteld, afgetast met een aldaar optimaal gefocusseerde bundel. Hiertoe is een kantelhoek meetinrirh+ing van de kantelinrichting verbonden met een centrale moeten regel inricht ing 34 waarop ook de detector 16 is aangesloten. Vooï beeldweergave kan on de inrichting 34 een monitor 36 zijn aangesloten.

De centrale stuurinrichting 34 is verder gekoppeld met een lensinsteleenheid 38 voor bekrachtiging van de nafocussering en met een bundel afbuigstuurinrichting 40 voor synchronisatie van de focussering met de aftastpositi-e van de bundel. Bij een in ns 4,306,149 beschreven lens kan dit bijvoorbeeld worden gerealiseerd door momentane bijstelling van de bekrachtiging van de eerste poollens 10-a van de objectief!ens.

Ook kan aldus de bundeïgeometrie, bijvoorbeeld de dwarsafmeting en de openingshoek, daarvan via de bronregelinrichting worden ingesteld voor aanpassing aan momentaan gewenste bundelparameters. Voor bundelstroomsterkteregeling, bijvoorbeeld bundelonderbreking, kan de regelinrichting ook nog zijn verbonden met een bronregelinrichting 42 voor het belichtingssysteem van het apparaat, dat voor bundelonderbreking bijvoorbeeld met een beam-blanker is uitgerust. Voor verschillende methoden van onderzoek en de daarbij behorende stralengang wordt weer verwezen naar het reeds genoemde artikel in "Philips Technical Review". Door keuze van de onderlinge verhouding van de spotafmeting en de onderlinge afstand van de aftastlijnen kan in eer: gescheiden IJjnenpatroon, een rakend lxjnenpatroon of een overlappend lijnenpatroon worden gewerkt. Een sterk overlappend lijnenpatroon kan bijvoorbeeld gunstig zijn als met een relatief grote aftastende spot wordt gewerkt met bijvoorbeeld een niet verwaarloosbare defocussering binnen de dwarsafmeting van de bundel. Door elk objectelement meerdere malen te bestralen en detecteren kan dan met een soort gemiddelde focusseersituatie worden gerekend die voor elk beeldelement gelijk mag worden verondersteld. Hierdoor wordt de reconstructie eenvoudige en kunnen beeldartefacten worden vermeden zonder de bij de genoemde bekende methode noodzakelijkerwijs optredende discontinuïteiten in de afbeelding. Indien door bijfocussering van de afbeeldende optiek, hier dus door dé tweede poollens 10-b de scherpstelling van een positie 46 in het focusvlak 22 wordt verschoven naar een positie 44 in het gekantelde vlak 26 kan defocussering in de aftastende elektronenbundel 20 optreden. Omdat de invloed van de tweede poollens op de bundelgeometrie bekend is of kan worden gemeten en dan vastligt kan ook daarvoor, bijvoorbeeld door nastelling van de eerste poollens 10-a of het condensor systeem, worden gecorrigeerd.

Claims (4)

1. Elektronenbundel apparaat bevattende een elektronenbron, een elektrone optisch systeem, een objecthouder met een objectkantelinrichting en een inrichting voor compensatie van defocusseringsfouten als gevolg van objectkanteling, met het kenmerk, dat het elektronen optisch systeem is uitgerust voor het in een lijnenpatroon, aangepast aan een objectkantellijn, aftasten van het object on met oen in afhankelijkheid van de kantelhoek en de afstand var. de aftastbundel tot kantellijn dynamisch regelbare afbeeldende focusseeri nri chting. ? Elektronenbundel apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektronenhron en het elektronen optisch systeem zijn uit gonst voor het opwekken van een substantieel coherente elektronenbundel voor aftasting van een object en de detectie is uitgerust voor het meten van een het object doorstralende elektronenbur.de!.

3. Elektronenbundel apparaat volgens conclusie 1 of ?. met het kenmerk, dat de bundelaftastinrichting het object, aftast in een rechthoekig lijnenpatroon met aftastlijnen evenwijdig aan een objectkantelas. Elekrronenbundel apparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de bundelaftastinrichting is uitgerust voor objectaftasting in half cirkelvormige of ellipsvorm]ge lijnen waarvan een middellijn samenvalt met de objectkantellijn. r- Elektronenbunde] apparaat volgens één der voorgaande conclusies, m-'t liet kenmerk, dat dit is uitgerust voor reconstructie van drie-dimensionale beelden uit objecttransmissiesignalen opgenomen bij verschillende fcantelhoeken. f*. Elektronenbunde] apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bundelaftastinrichting is uitgerust voor objectaftasting in een lijnenpatroon van elkaar sterk overlappende* lijnen warbij van objectelementen meerdere transmissiesignalen worden gemeten ter uitmiddeling van focusseringsverschillen voor de beeldreconstructie.

7. Elektronenbundel apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat dit is uitgerust met een digitale besturings- en regelinrichting. ?. Elektronen!·md* 1 apparaat volgens één der voorgaand· conclusies, wet het kenmerk, dat daarin middelen zijn opgenomen voor bijfocussering van de belichtende elektronenbundel waar die als gevolg van de dynamische focussering ter plaatse van het object zou worden gedefoeusseerd.

9. Elektronenbundel apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kënmerk, dat daarin een in afhankelijkheid van de objectaftasting regëlbare beamblanker is opgenomen.