DE1810818C - Korpuskularstrahlgerat mit einer Abbil aungshnse und einer dieser zugeordneten pha senschiebenden Folie - Google Patents

Description

In einen bellobigen Aufpimki gelangen läßt. Als gleichgerichtet werden dabei die Phasen derjenigen Wellen bezeichnet, deren zugeordnete Ortsfrequenzen ent· weder nur mit positivem oder nur mit negativem Kontrast abgebildet werden. Bei dieser als Zonenblende bekannten Anordnung lüßt man also diejenigen Wellen, die nicht die zur Bildentstehung erforderlichen Phasenbedingungen erfüllen, nicht in die Bildebene gelangen.

Ein gewisser Nachteil dieser Zonenblende wird offenbar, wenn man sich die in den letzten Jahren erarbeiteten Grundlagen der Abbildung unter Ausnutzung des Phasenkontrasteffektes vor Augen hlüt. Es hut sich nümlich als vorteilhaft für die theoretische

Sowohl in der Lichtoptik als mich bei Korpuskularatrahlgerilten (vgl. »The Proceedings of the European
Rogionul Conference υη Electron Microscopy«,
Delft I960, S. 18 bis 24) ist es bekannt,zur Erfüllung
bestimmter Phusenbodlngungen bei der Abbildung β
van Gegenstanden bzw. PrUpnraten phasensehiebunde
Anordnungen, im Falle von Korpuskularstrahlgeraten
phasenschiebencle Folien, zu verwenden. Derartige
phuscnschlebende Einrichtungen verunmchen bei
ihrer Verwendung in der Liehtoptik keine prinzipiel- io
lon Schwierigkeiten. Anders ist es aber in der Technik der KorpuskuIarstrahlgerUte, deren wesentliche
Vertreter Elektronenmikroskope und Beugungseinrichtungen sind. Es ist bekannt, daß die aus den bisher hierfür verwendeten Materialien hergestellten ig Behandlung erwiesen, das Präparat nach Fourier phasenschiebenden. Folien nicht nur die gewünscht« aus sinusartigen Phasengittern verschiedenster Orts-Phusenschiebung hervorrufen, sondern die Korpuskeln frequenzen zusammengesetzt zu denken. Durch die dilFus streuen, so daß sieh den die eigentliche Infor- Gesamtheit aller Ortsfrequenzen, die auch als Raummation beinhaltenden Korpuskeln um Ort des Bildes frequenzen bezeichnet werden, wird die Gesamtheit die gestreuten Korpuskeln die üildqualitUt herab- ao aller Piaparatpunkte dargestellt. In dqm hier vorsetzend überlagern. liegenden Zusammenhang ist nun die Tatsache von

Auf der anderen Seite ist es gerade bei der Her- besonderer Bedeutung, daß für die Übertragung verstellung von elektronenmikroskopisehen Aufnahmen schiedener Ortsfrequenzen in die Bildebene iintervoii Präparaten mit hoher Auflösung erforderlich, schiedliche Zonen der Ebene der abbildenden Linse den im Präparat gebeugten Strahlen des Elektronen- as verantwortlich sind.

Strahles gegenüber dem Primärstruhl genau definierte Hinsichtlich der bekannten Zonenblende bedeutet

Phasenwerte zu geben. In diesem Zusammenhang sei dies, daß unter Umständen infolge der Ausblendung beispielsweise auf die Ausnutzung des Phasenkon- bestimmter Wellen ein gewisser Informationsverlust trastelfektes bei elektronenmikroskopischeii Unter- auftreten kann. Aus diesem Grunde ist in der Versuchungen an (lünnen Präparaten mit hoher Auf- 30 öffentlichung Electron microscopy, 1966, Tokyo, lösung und kleiner Hestrahlungsapertur hingewiesen. Vol. I, S. 30 und 40, bereits ein mit derartigen Zonen-Bei solchen Pliasenpräparaten erfolgt die Heeinflus- blenden arbeitendes Abbildungsverfahren angegeben, sun« des zur Untersuchung bzw. Abbildung verwen- bei dem nacheinander unter Verwendung mehrerer deien Korpuskularstrahles nicht hinsichtlich der . Zonenblenden unterschiedlicher Dimensionierung bei Amplitude, sondern hinsichtlich der Phase der ein- 35 verschiedenen Abbildungsbedingungen fotografische fallenden Wellen. Man eikliirt sich dies aus einer Aufnahmen desselben Präparatbereiches hergestellt Potentialverteilung im Präparat, die von den Präparateinzelheiten hervorgerufen ist.

Nach der Bedingung von Zernike müssen die im Präparat gebeugten Strahlen zumindest tier positiveii und der negativen ersten Oidining gegen den

und einander überlagert werden, damit möglichst alle Ortsfrequenzen an der Gewinnung des resultierenden Bililcs beteiligt sind.

Die Frfindimg geht aus von einem Korpuskularstrahlgeriit mit einem Bestrahlungsteil, der, wie üblich, ein Strahlerzeugungssystem sowie in der Regel eine Kondensoranordnung enthält, ferner mit zumindest einer in Strahlrichtung hinter einem Präparat angeordneten korpuskularstrahloptischen Abbildungslinse und mit einer dieser zugeordneten, die Phasen der abbildenden Korpuskularstrahl schiebenden Folie, die einen Teil der auftreffenden Korpuskeln streut. Dabei kann die Folie auch zugleich mehreren

sät/lieh um W positiv oder negativ in der Phase 50 linsen gemeinsam zugeordnet sein; in der Regel verschoben werden müssen. Diese Phasenschichung empfiehlt es sich jedoch, durch Anordnung der Folie

unmittelbar hinter der ersten Abbildungslinse die durch Fehler dieser Linse hervorgerufenen störenden Beeinflussungen des Korpuskularstrahles zu beseiligen. Da nämlich die nachfolgenden weiteren Abbildungslinsen Beeinflussungen durch die Fehler der ersten Linse weiter vergrößern, machen sich die Fehler der ersten Abbildungslinse besonders stark hinsichtlich der Bildqualität bemerkbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den durch die diffuse Streuung der Elektronen in der pliascnschicbenden Folie entstehenden Informationsverlust zu vermeiden.
Zur Losung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß

Primärstrahl eine Phasenverschiebung von h-180 haben, wenn von dem Phasenpräparat ein Ainplitudcnhild gewonnen werden soll. Darin ist /1 eine ganze Zahl, den Wert Null eingeschlossen.

Auf der anderen Seite haben von Hause aus die gebeugten Strahlen gegenüber dem l'rimärstrahl eine Phasenverschiebung von ^l)()°, so daß zur Erfüllung der genannten Bedingung die gebeugten Strahlen zukann bei großer Apertur für einzelne I.insenzonen bereits durch die durch Öflnungsfehler und eventuelle Defokussierung hervorgerufene Wellenaberralion der linse erzeugt werden.

Im Hinblick auf den beicils angeführten störenden Umstand des Auftretens uiigericliteter Streuungen von Korpuskeln bei der Verwendung einer phascnscliiebeiiilen Folie in Korpuskularstrahlgcräten hat man auch bereits auf eine zusätzliche Phasenschiehuii|> verzichtet und gemäß der deutschen Patentschrift I 222 603 in dem Weg einer von der Objeklivlinse eines F.lektionenmikroskops kommenden Strah

lung eine Blende mit mehieren elektronendurchlässigen und clektroneniindiirelilässigcn Feldern in solcher 65 vorgesehen, daß die Folie aus einem Material Anordnung vorgesehen, daß die Blende nur die von besteht, das die in ihr gestreuten Korpuskeln der hildscitigen Welleiilläche des Linsensystem* aus- gebündelt in diskrete Raumrichtungen ablenkt, Hellenden F.leiiieiilarwellen mit gleichgerichteter Phase und daß in Strahlrichtung hinter der Folie die ab-

dip Korpuskeln undurchlUutgen Bereiche dewlben durch Bereiche ersetzt, die eine PhasenBchiebung gegenüber den die durchlassigen Bereiche durchsetzenden Strahlen hervorrufen, so muß m«n tile Folie in Mustern entsprochend dem Muster ctur Zonenblende herstellen. Die Phasenschiebung in diesen Bereichen muß entsprechend den Gesetzmuu gkeiten für die Abbildung nur mit positivem »der nur mit negativem Kontrast 180° bzw. Vielfach».

^gelenkten Korpuskeln ausblendend Blenden aniaeordnet sind.

während man also bisher Folienmnteriallen verwendete, die eine diffuse Streuung der Korpuskeln ljorvorriefon, verwendet die Erfindung eine Folie mit !einer Vorzugsstruktur derart, daß zwar (da unverfmeidbiw) eine Streuung auftritt, jedoch in diskreten juumriclituiigen und unter Bündelung der Korpus-

fe'kel" ^Iin Gegensatz zu bekannten Folien für diesen nur mit negativem Kontrust 180 bzw. vie uaciu

Bivcrwciidungnzweck ist es daher möglich, die gestrcu- io davon betragen. Außerhalb dieser Zonen wird man

ftton Korpuskeln auszublenden, so daß nur der Zen- die Folie ^o dimensionieren, daß beim Übergang zu

stnih! zum Bild beitrugt, und zwar unter Einhai- den benachbarten »durchlUssigen« Bereichen kein«,

rne der jeweils vorliegenden Phasenbedingung. Phasensprünge auftreten. Bekanntlich weciisein dci

Jt In der Regel wird man die Folie als Kristallfolie der Zonenblende in ihrer bisherigen Ausführung

fiiusbiUlu-n, so daß die Bündelung i-nd Streuung der 15 durchlassige und undurchlässige kreisringförrnigt

'Korpuskeln von der Kristallstruktur abhüngt. Als be- Bereiche ab, sofern die zugeordnete Linse keinen

sonders zweckmäßig erweist sich eine Einkristallfolie, axialen Astigmatismus aufweist; anderenfalls ergeotn

zumal diese Folien mit besonders ebener Oberfläche sich Abweiehuimen von der Kreisrmgform, in erster

herstellbar sind. Annäherung elliptische Konfigurationen. Um nun eine

Is soll aber auch die Verwendung anderer Mate- ao Zonenblende unter Verwendung der Folie »^erzusl";;

Italien tür die Folien nicht ausgeschlossen werden, Ien, kann man zunächst ein Negativ als Metal 101 u.

beispielsweise von Kunststoffen mit einer solchen herstellen und dann durch Ionenaizung ourcn ui««

Struktur, daß die Streuwinkel eine zum Ausblenden Negativ hindurch eine Einkristallfohe an den »teilen

hinreichende Größe besitzen. abtragen, an die das Negativ den Ionenstrahl gclan-

Verwendet man eine Kristallfolie, so kann man als as gen läßt. In entsprechender Form kann dieses vtr-

Fnliemiiuterial beispielsweise kristallinen Graphit fahren auch zur Herstellung einer lohe vanawtr

oder kristallines Silizium wählen. Dicke schlechthin Anwendung finden.

Ihenso wie die bekannte Zonenblende kann die Bisher wurde das Hauptaugenmerk auf die Auswi-

d d Dii dr pn^ascnscniu>t™£"

Aperturblende der Linse, und zwar auch, wenn die Blende nicht in der Brennebene liegt, anordnen, wodurch die Anbringung einer zusätzlichen Halterung für die Folie überflüssig wird. Man kann die Aperturblende so ausbilden, daß sie die Folie hält.

Heieits oben war auf die Bedingung von Zernike hingewiesen worden, gemäß der die im Präparat gebeugten Strahlen gegenüber dem Primärstrahl eine Phase von ISO ' aufweisen müssen, und es war ferner

Ihenso wie die bekannte Zonenblende kann die Bisher wurde das Hauptaugenmerk auf die

Folie in der hinteren »rennebene der Linse angeord- dung und Dimensionierung der pn^ascnscniu>t™£" net sein Man kann sie aber auch in der Ebene einer 3° Folie gelegt. Die zum Ausblenuen der ß^eslreX

Korpuskeln vorgesehenen Blenden können '^ⁿ«^wu in Strahlrichtung hinter der Folie angeordnet scm, sofern sie nur die Aufgabe des Ausblenden* der gestreuten Korpuskeln ohne störende Beeinflussung des Uauptbildes. also des Bildes nullter Ordnung, losen. Als zweckmäßig hat sich erwiesen, in der Lbene der d Fli t Kpuskeln erzeugAls zweckmäßig hat sich erwiesen, in der durch die in der Folie gestreuten Korpuskeln erzeugten Zwischenbilder eine diese Bilder ausblendende, aber das Hauptbild durchlassende Gesichtsfeldblende

Phase von ipsii auiweisen müssen, unu es war terncr ou<.i wu* ..««,

ausgeführt, daß an sich nur eine Phasendifferenz von 40 anzuordnen. Wenn sich auch bei Verwendung einer

¹X)'' vorliegt. F.s ist nun, wie an sich bekannt, mög- Vielkristallfolie die Nebenbilder bekanntlich im

lieh, die Dicke der lolie und damit die phasenschie- Debye-Scherrer Ring überlagern, ist dies hier un-

k f ll Flibih i Ah wichtig da die Nebenbilder ausgeblendet werden.

, g

lieh, die Dicke dr e phasenschie

heiule Wirkung für alle Folienbereiche mit Ausnahme eines /entralen Bereiches zum Durchtritt des Primär-Strahles konstant zu wählen; den Primärstrahl wird man ohne Phasenschiebung durchlassen. Dabei wird man gemäß der eben erläuterten Bedingung die Foliendii'ke so wählen, daß die Phasenschiebung 90° positiv oder negativ beträgt.
Ei di Dii

45

Debye-Scherrer Ring überlagern, s

wichtig, da die Nebenbilder ausgeblendet werden.

Wesentlich ist natürlich, daß sich das Hauptbild und die Nebenbilder nicht überdecken. Aus diesem Grunde wird man den Bestrahlungsteil des Gerätes einen derart feinen Korpuskularstrahl auf das Prüparat (Feinbereichsbeleuchtung) werfen lassen, daß die verschiedenen Bilder in getrennten Bereichen der

d it

(g

sitiv oder negativ beträgt. verschiedenen Bilder in getrennten B

Eine derartige Dimensionierung der Folie erlaubt 50 Zwischenbildebene, in der die Blende angeordnet ist,

jedoch in der Regel nur eine uäherungsweise Er- liegen.

füllung der Phasenbedingung, da die Strahlen bereits Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der F.rfiii-

durch die Wellenaberration der jeweils vorliegenden dung, wobei Fig. 1 schematisch die Teile des Kor-

I.inse einer Phasenschiebung unterworfen sind, die puskularstrahlgerätes zeigt, während F i g. 2 ein

abhängig vom Abstand von der Linsenachse ist. Will 55 konstruktives Ausführungsbeispiel wiedergibt, man also die obige Phasenbedingung exakt erfüllen, In F i g. 1 ist bei 1 das von einem feinen Elektro-

so muß man die Dicke der Folie- und damit die pha- nenstrahl beaufschlagte Präparat angedeutet. In

sensehiebendc Wirkung für die Folienbereiche derart Strahlrichtung hinter dem Präparat befindet sich die

unterschiedlich wählen, daß die sich aus der Wellen- nur schematisch dargestellte Objektivlinse 2, die vom

aberration der Linse und tier phascnschiebenden 60 elektrostatischen oder magnetischen Typ sein kann

Wirkung der Folie ergebenden Phasen aller im Objekt und der nicht dargestellte weitere Linsen nachgeord-

·' '--η-:—«- t sein können In der bildseitigen Brennebene der

WirKUIlg UCl Γ -Ulis Clgwi/wiiuwu ι ...... ~.. „.._ ,

gebeugten Korpuskularstrahlen gegenüber dem Primärstrahl zumindest ungefähr denselben Wert haben. Dieser Wert beträgt nach dem oben Gesagten n· 180° mit/ι ■■■{), 1,2.. .

Will mau gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die beschriebenen bekannten Zonenblenden in der Weise weiterbilden, daß man die für

net sein können. In der bildseitigen Brennebene der Linse 2 ist die phasenschiebende Folie 3 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel eine Einkristall-65 folie sein möge. Man erkennt, daß in der Zwischenbildebene nicht nur das vom Zentralstrahl hervorgerufene Hauptbild 4, sondern auch Nebenbilder und 6 auftreten, die durch die in der Folie 3 gestreu-

ten Elektronen hervorgerufen sind. Da infolge der Struktur des für die Folie 3'verwendeten Materials die Elektronen aber gebündelt in diskrete Raumrichtungen gestreut sind, können die Nebenbilder 5 und 6 sowie weitere, in der Figur nicht sichtbare Ncbcnbilder mittels der in der Zwischenbildebene angeordneten GesiclHsfeldebcne 7 ausgeblendet und dadurch von dem Zentralstrahl getrennt werden, dessen einzelne Bereiche unter dem Einfluß der phasenschiebenden Wirkung der Folie 3 die zur Bild- ίο entstehung erforderlichen Phasenwerte besitzen und der zur Gewinnung des elektronenmikros"kopischen Bildes des Präparates ausgenutzt wird.

In Fig. 2 ist der in diesem Zusammenhang interessierende Bereich eines Elektronenmikroskops in einer beispielsweisen konstruktiven Ausführung wiedergegeben. In der Säule 11 des Mikroskops befindet sich die allgemein mit 2 bezeichnete Objektivlinse, die zur vergrößerten Abbildung eines in der Objektpatrone 13 schlcusbar gehaltenen Präparates dient, ao Die wesentlichen Bestandteile der Objektivlinse 2 sind der obere und der untere Polschuh 14 bzw. 15, zwischen denen sich der Linsenspalt befindet. In diesem Falle handelt es sich um eine elektromagnetische Linse, deren Fluß in der Wicklung 16 erzeugt wird und sich über den Eisenkreis 17, die beiden Polschuhe 14 und 15 sowie den Linsenspalt schließt.

Im Bereich des Linsenspaltes ist eine unmagnetischc Lochscheibe 18 zur Durchführung des Blendentriebes 19 vorgesehen, der die Aperturblende 110 trägt. Die Aperturblende 110 ist so ausgebildet, daß sie zugleich die Halterung für die beispielsweise als Einkristallfolie ausgebildete phasenschiebende Folie 3 bildet, die als Zonenblende ausgebildet sein mag. Mit 112 ist ein Antrieb für die Querverschiebung der Blende 110 bezeichnet.

In Strahlrichtung hinter der eigentlichen Objektivlinse 12 ist ein weiterer unmagnetischer Ring 113, beispielsweise aus Messing, vorgesehen, der zur Aufnahme des Halters 1114 für die Gesichtsfeldblende 7 zum Ausblenden der in der Folie 3 gestreuten Elektronen dient. Auch diesem Halter 114 ist ein vakuumdicht durch die Säule 11 hindurchgeführtcr Antrieb 116 zugeordnet.

Die zum Ausblenden der in der Foüe gestreuten Korpuskeln dienenden Blenden können durch ohnehin vorhandene Teile (z. B. Vorsprünge) des Korpusalilgcrätes gebildet sein.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Korpuskularstrahlgcrät mit einem Bcstrah-

   tcil, zumindest einer in Strahlrichtung hinter Im Präparat angeordneten korpuskularstrahl- _:schcn Abbildlingslinse und einer dieser zügeietcn, die Phasen der abbildenden Korpusrstrahlcn schiebenden Folie, die einen Teil auftreffenden Korpuskeln streut, dadurch

   cnnzcichnct, daß die Folie aus einem trial besteht, das die in ihr gestreuten Korpus-

   gebündelt in diskrete Raumrichtungen ab-1, und daß in Strahlrichtung hinter der Folie abgelenkten Korpuskeln ausblendende Blcnangeordnet sind.
   Korpuskularstrahlgeiät nach Anspruch 1,

   rch gekennzeichnet, daß dor Korpiiskularhl ein llektroncnslrnhl ist. Korpuskularstrahlgeriit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät ein Elektronenmikroskop ist.

   4. Korpuskularstrahlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie eine Kristallfolie ist.

   5. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie eine Eirikristallfolie ist.

   6. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial kristalliner Graphit ist.

   7. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial kristallines Silizium ist.

   8. Korpuskularstrahlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie in der hinteren Brennebene der Linse angeordnet ist.

   9. Korpuskularstrahlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie in der Ebene einer Aperturblende der Linse angeordnet ist.

   10. Korpuskularstrahlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Folie und damit die phasenschiebende Wirkung konstant ist außer für einen zentralen, zum Durchtritt des Primärstrahles vorgesehenen Bereich, in dem die phasenschiebende Wirkung verschwindet.

   11. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Folie derart gewählt ist, daß die Phasenschiebung 90^c beträgt.

   12. Korpuskularstrahlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Folie und damit die phasenschiebende Wirkung für die Folienbcrcichc derart unterschiedlich sind, daß die sich aus der Wellenaberration der Linse und der phasenschiebenden Wirkung der Folie ergebenden Phasen aller am Objekt gebeugten Korpuskularstrahlen gegenüber dem Primärstrahl zumindest ungefähr denselben Wert haben.

   13. Korpuskularstrahlgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert zumindest ungefähr /1 · 180° mit η -= 0, 1, 2 . . . ist.

   14. Korpuskularstrahlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene der durch die in der Folie gestieulen Korpuskeln erzeugten Zwischenbildcr eine diese Bilder ausblendende, aber das Hauptbild (Bild nullter Ordnung) durchlassende Gesichtsfeldblende (7) angeordnet ist.

   15. Korpuskularstrahlgcrät nach Anspruch 14. dadurch gekennzeichnet, daß der Bestrahlungteil des Gerätes einen derart feinen Korpuskular strahl auf das Präparat wirft, daß die von den in der Folie gestreuten Korpuskeln erzeugton Zwischcnbildcr und das HaupibiU! (Bild nullter Ordnutif.) in getrennten Bereichen der ΓΙκ·ικ· liegen.

   Ui. Korpiiskularstrnlilgcnit nach einem ifer Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie entsprechend einer /uncnblende. dir Slrnhldurcliliissigc und siraliliiiultirehliissii'c Me reiche aufweist, in der lorin ausgebildet ist. daß die Miahlundiiichlässigcn Heieiehe durch phasen schiebende Beieiehc ersetzt si ml.

   17. KorpiiskularstrahlRerat nach Anspruch Ui.

   dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Folie derart gewählt ist, daß die Phasenschiebung zumindest in einzelnen Zonen 180° beträgt.
   - 18. Korpuskularstrahlgerät nach einem der Ansprüche IL bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden durch ohnehin vorhandene Teile des Korpuskulairstrahlgerätes gebildet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen