SE430281B - Elektronmikroskop omkopplingsbart mellan tem- och stem-driftsmod - Google Patents

Description

7š8~f0585,8- 5 båda moderna.. _ . . .»-~- .. . H-~~ -VM -- -- I en föredragen utföringsform enligt uppfinningen är hjälplinsen inkluderad i elektronmikroskopets objektivlins. Till följd härav räcker det med en relativt svag lins och bara mindre modifikationer måste utföras, t ex i det kända Philips elektron- mikroskop "EM #00", då en hjälplins enligt uppfinningen bygges in. l en praktisk utföringsform av ett elektronmikroskop enligt uppfinningen bil- das hjälplinsen av en elektromagnetisk spole som är upptagen i en hållare för objek- tivlinsen och som kan exiteras oberoende av övriga element, eventuellt tillsammans med en hjälplins som bildas av ett ej magnetiskt avbrott i ett magnetiskt ok till objek- Å tivlinsen. Den önskade omställningen mellan driftsmoderna åstadkommes genom tillkopp- ling eller frånkoppling eller genom polaritetsomkastning av hjälplinsens elektromag- netiska del.

För detta ändamål innefattar ett elektronmikroskop enligt uppfinningen en hu- vudsakligen symmetrisk objektivlins över vilken en hjälplins är belägen, vilken åt- 'minstone delvis kan frånkopplas. Då hjälplinsen kopplas till kompenserar den för en alltför stor effekt av ett första linsfält i objektivlinsen. Till följd härav erhålles ett optiskt system som har egenskaper som huvudsakligen svarar mot ett optiskt stan- dard TEM-system. Då hjälplinsen är helt frånkopplad eller frånkopplad i tillräcklig grad bildas ett symmetriskt TEM-objektiv. Således användes en optimal linskonfigura- tion i båda moderna. Tack vare ett andra linsfält i den symmetriska objektivlinsen blir en större detekteringsvinkel för mörkerdetektering tillgänglig. Emedan ett sym- metriskt arrangemang bfibehålles finns optimalt utrymme för att vippa en provhållare, medan korta fokalavstånd fortfarande kan realiseras. Objektivlinsexiteringen blir den- samma för TEM- och STEM-moden varför inga ej önskvärda förändringar kan inträffa till följd av omställningen.

K Några föredragna utföringsformer enligt uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj med hänvisning till ritningarna, där fig l visar ett schematiskt snitt genom ett elektronmikroskop enligt uppfinningen, fig 2 visar ett schematiskt snitt genom en objektivlins med en hjälplins för ett sådant elektronmikroskop och fig 3 visar strål- banor i två typer av elektronmikroskop enligt uppfinningen.

Ett elektronmikroskop som är visat i fig I innefattar en elektronkälla l med en anod 2, ett strålinställningssystem 3 och en bländare Å, ett kondensorsystem med en första kondensorlins 5, en andra kondensorlins 6, och en kondensorbländare 7, ett objektiv med en första objektivpol 8 och en andra objektivpol 9, ett strål-"scanning"- system l0, ett objektutrymme ll, en avböjningslins l2 med en avböjningsbländare l3, en mellanlins lä, ett projektionssystem med en första projektionslins l5 och en andra projektionslins l6, en filmkamera l7 och en återgivningsskärm lö. Alla dessa delar är upptagna i ett hölje 20 med en elektrisk ingångsledning Zl för elektronkällan och ett fönster 22. En optisk betraktningsanordning 23, en vakuumpumpanordning Zü och en plåt- w kamera 25 är anslutna till höljet.

I det beskrivna elektronmikroskopet är en hjälplins 30 enligt uppfinningen in- 3 7805838-5 kluderad i objektivlinsen. Objektivlinsen med hjälplins kommer att beskrivas i de- talj i det efterföljande med hänvisning till fig 2.

Fig 2 visar ett snitt genom en objektivlins med två poler 8 och 9 enligt fig 1. Delen 8 som är den pol av objektivlinsen som är belägen närmast kondensorn innefattar strålavlänkningssspolar 31 och 32. medelst vilka ett elektronstrålknippe som passerar linsen axiellt kan avlänkas i två inbördes vïnkelräta riktningar, så att ett prov 34 kan "scannas” eller avsökas, t ex på ett rasterliknande sätt.

Avsökningspolerna 31 och 32 är upptagna i ett ok 35 av magnetiskt material, vilket ok fortsätter i en polsko 36 i en vanlig lins. Det magnetiska oket omsluter en exciteringsspole 37 hos objektivlinsen. Ett magnetfält som alstras av denna spole bildar således en kraftig lins vid gapet 39 mellan polerna.

I en föredragen utföringsform enligt uppfinningen är en hjälplins monterad i oket, i detta fall närmare bestämt genom införande av en hjälpspole 40 och mag- netiska avbrott 42 och 43 i objektivlinsens ok.

Polskon 36, den omagnetiska skivan 43, en del 45 av objektivpolens magnetok och den omagnetiska skivan 42 bildar en magnetkrets i hjälplinsen. Skivan 43 har funktionen av linsgap, medan skivan 42 t ex avleder 2/3 av det antal ampervarv som krävs för hjälplinsen från huvudlinsen, så att en lins med en försumbar styrka på 1/9 av den styrka som krävs i TEM-moden återstår. Till följd härav kräver hjälp- linsspolen 40 bara ett litet antal ampervarv. Polomkastningen är i fig l illustre- rad genom effektmatningskällan 30a och växlingskontakten 3Ub. Medelst en sådan hjälp- lins möjliggöres således omkoppling mellan de båda moderna på ett enkelt sätt och optimal drift är möjlig i båda moderna. För optimal drift i TEM-moden är det önsk- värt att anpassa belysningssystemet till ett antal förhållanden; exempelvis är det önskvärt att åstadkomma oberoende inställning av elektronstrålknippets diameter på målplattan i provplanet vilket kan uppnås genom en korrekt parallellitet hos belys- ningen över hela provplanet som skall belysas.

En inställning av detta slag är svår att genomföra vid användning av en Ríecke- Ruska-standardlins utan hjälplins. En sådan inställning kan emellertid uppnås genom användning av en hjälplins emedan hjälplinsen kompenserar för objektivlinsens kon- densorfält så att den resulterande linseffekten blir jämförbar med den effekt som erhålles med ett optiskt standrad TEM-system som uppfyller nämnda villkor.

Det har visat sig att en symmetrisk Riecke-Ruska-objektivlins är synnerligen atnaktiv för användning i STEM-moden. I ett sådant linsarrangemang är provet belä- get halvvägs mellan linsens övre pol och undre pol och styrkan hos de båda linsdelar- na är lika om bländaröppningen i båda linsdelarna är densamma. Denna lins är också synnerligen attraktiv emedan till följd av linseffekten av linsens nedre halva, elek- troner som går ut från provet i en relativt vid vinkel, såsom mörkfältselektroner, av- länkas mot den optiska axeln, varigenom de inte uppfångas av succesiva bländare. En ytterligare fördel består i att samma objektivlinsström kan användas för drift såväl i TEM- som STEM-mod, gällandæ~för en kraftigt exiterad lins, såatt ett litet fokalavstånd 71-8161583 8- 5 och ett litet antal linsfel är säkerställda. Objektivströmmen behöver därför inte ändras vid omkoppling från STEM till TEM och omvänt¿ ' I En sådan symmetrisk konfiguration skall därför företrädesvis bibehållas vid drift i STEM-moden.

Uppfinningen ger en linskonfiguration som uppfyller nämnda krav genom anord- nandet av en hjälplins på ett relativt litet avstånd från_objektivlinsenf Hjälplinsen i den föredragna utföringsformen, som är beskriven med hänvisning till fig 2, är upp- tagen i objektivlinsens övre pol, och hjälplinsen är aktiv i TEM-moden. Hjälplinsen kan emellertid alternativt vara upptagen i objektivlinsens nedre pol. En objektivlins anordnad vid det senare stället är aktiv i STEM-moden, om linskonfigurationen är ytter- K ligare anpassad, för att därigenom i synnerhet förhindra förlust av t ex mörkfälts- elektroner som utgår i relativt stora vinklar.

Fig 3 visar såsom illustration strålknippsbanor i ett elektronmikroskop vid en utföringsform, som har en hjälplins i en första objektivpol (fig 3a) liksom även i en andra objektivpol (fig 3b).

I En strålknippsbana som är ritad med heldragna linjer i fig 3a representerar en inställning i vilken en kondensorbländare 52 genom en därtill anpassad exitering av en hjälplins 51 enligt uppfinningen via en mellanbild 53 avbildas på en objektiv- bländare 54. inställningen av en kondensorlins 55 har ingen inverkan på denna bild.

Den angivna strålknippsbanan uppvisar också hög grad av parallellitet hos belysnings- elektronstrålknippet vid ett prov 56. Belysningsstrålkníppenas öppningsvinkel är be- stämd av storleken och läget av kondensorbländaröppningen. Det senare kan också ses i_en andra strålknippsbana vilken är angiven genom streckade linjer 57. Utan hjälp- lins, dvs i STEM-moden, är det uppenbart att provet avbildas i kondensorbländarplanet.

Strålknippet 57 alstrar en bild i en S.A.-bländare 59. Denna strålknippsbana motsvarar ^enligt figuren STEM-moden bakom hjälplinsen, så att detta strålknippe skulle vara parallellt från kondensorbländaröppningen emedan hjälplinsen inte är aktiv vid detta Kställe. I V K Fig 3b visar en hjälplins 60 upptagen i en andra objektívpol 9. Hjälplinsen, som nu är ansluten för drift i STEM-moden, hindrar en del 62 av elektronerna i elek- tronstrålknippet 6l, som utgår från provet i en relativt stor vinkel, från att upp- = fångas av delar av elektronmikroskopet, så att de skulle gå förlorade för detektering.

En avsevärd vinst uppnås således, i synnerhet för mörkfältsbelysning.

Det föregående illustrerar att för vissa applikationer även båda polerna i objektivlinsen kan vara försedda med en hjälplins. Den elektromagnetiska delen av hjälplinsen, som skall exiteras, kan t'ex monteras på det sätt som är beskrivet i amerikanska patentskriften 3 39k ZSÄ. _ I en föredragen utföringsform är objektivlinsens nätaggregat anslutna i serie med ett hjälplinskraftaggregat för den elektromagnetiska hjälplinsen.

I en ytterligare föredragen utföringsform är hjälplinsen helt utförd såsom en från huvudlinsens fält avledd magnetisk lins, varvid hjälplinsens styrka kan reg- 7805838~5 5 leras genom mekanisk inställning, t ex medelst en instâllbar kortslutning för av- brottet i huvudlínsens magnetiska ok. Även om en objektivlins i det föregående har betecknats såsom huvudlínsen är uppfinningen ej begränsad härtill; hjälplínsen kan alternativt beroende på ändamålet vara upptagen i någon av linserna i en bíldals- trande apparat eller i en elektronprovnings- eller bearbetníngsapparat.

Claims (12)

1. ïsågfsfaåši- 5 ó , Patentkrav. I l." Elektronmikroskop innefattande en elektronkälla (l), ett kondensorlins- system (5,6) och ett objektivlinssystem (8,9), vilket mikroskop är omkopplings- bart mellan TEM- och STEM-driftsmod, k ä n n e t e c k n a t av att ett omkopp- linssystem för omkoppling mellan TEM- och STEM-driftsmod innefattar en hjälp- ' lins (30) som är anordnad nära objektivlinsen och som är styrd till att åstad- komma nämnda omkoppling.

2. Elektronmikroskop enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att hjälplinsen (30) är belägen på ett relativt litet avstånd från objektivlinsens (8,9) huvudfokalplan.

3. Elektronmikroskop enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att hjälplinsen innefattar en spole (Ä0) som är anordnad i en hållare (35) för objektivlinsen. Å.

4. Elektronmikroskop enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att hjälplinsen innefattar ett avbrott (üZ,Å3) i en magnetisk krets för en av objektïvlinsens poler.

5._ _ Elektronmikroskop enligt något av patentkraven 1, 2, 3 eller Ä, k ä n n e- t e c k n a t av att hjälplinsen innefattar en elektromagnetisk spole (ÄÛ), som kan exciteras på ett kommuterbart sätt, samt en_permanentmagnetlins.

6. Elektronmikroskop enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a t av att en reversibel hjälplinsexcitering ger ungefär hälften till en tredjedel av det totala hjälplinsfältet.

7. Elektronmikroskop enligt patentkravet 5 eller 6, kzä n n e t e c k n a t av att den kommuterbart exciterbara hjälplinsspolen (#0) är ansluten | serie med objektivspolarna.

8. Elektronmikroskop enligt något av patentkraven 1, 2 eller Ä, k ä n n e- t e c k n a t av att hjålplinsen (30) kan ställas in genom förskjutning av en magnetisk kortslutningskrets över ett linsgap. YflÛ-E 8,38 - 5 7

9. Elektronmikroskop enligt något av patentkraven 1 - 8, k ä n n e t e c k~ n a t av att ett objektplan är beläget åtminstone huvudsaklïgen halvvägs mel- lan en första polsko (8), som är belägen på elektronkällsidan, och en andra _polsko (9) hos objektïvlinsen, som ligger på avstånd därifrån, varvid en ob- jektbländare (SÅ) är anordnad mellan objektplanet och den andra polskon (9).

10. l0. Elektronmïkroskop enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k n a t av att en kondensorbländare (52) kan avbildas ungefär i objektívbländarens (Sh) plan medelst hjälplínsen (51) oberoende av kondensorlïnsens (55) exciteríng. ~ u

11. Elektronmikroskop enligt något av patentkraven 1 - 10, k ä n n e t e c k- n a t av att en hjälplins, som är anordnad framför ett huvudplan hos objektív~ linsen, är aktiv i TEM-moden.

12. Elektronmikroskop enligt något av patentkraven 1 - 8, k ä n n e t e c k- n a t av att en hjälplïns, som är anordnad bakom objektïvllnsens huvudplan, är aktiv i STEM~moden.