DE2538523C2 - Korpuskular-Durchstrahlungs-Rastermikroskop mit einem Energieanalysator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Korpuskular-Durchstrahlungs-Rastermikroskup mit einer magnetischen Objektivlinse, die den Strahl auf das Präparat fokussiert, einem in Strahlrichtung vor dieser liegenden Ablenksystem, das den Strahlfokus in zwei zueinander senkrechten Richtungen rasterförmig über das Präparat führt, und einem in Strahlrichlung hinter dem Präparat liegenden Energieanalysator. Ein derartiges Mikroskop ist z. B. aus der DT-AS 14 39 828 bekannt.

Ferner ist er bei Durchstrahlung-Rasterelektronenmikroskopen bekannt (DT-OS 23 35 304), zwischen Präparat und Detektor ein zweites Ablenksystem anzuordnen, das mit dem ersten, die rnsterförmige Abtastung des Präparats bewirkenden Ablenksystem synchronisiert ist und das den durchgetretenen Strahl auf den in der Geräteachse angeordneten Detektor zurücklenkt. Damit sollen in verschiedene Richtungen durch das Präparat hindurchgetretene FJektronenstrahlen getrennt von dem Detektor erfaßt werden.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, bei einem Mikroskop der eingangs genannten Art das Auflösungsvermögen zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen dem Präparat und dem Energieanalysator ein weiteres Ablenksystem angeordnet ist, dessen Ablcnkrichtungen mit denen des ersten Ablenksystems einen Winkel bilden, der mit dem Winkel der Bilddrehung, die von dem Feld der Objektivlinse bewirkt wird, übereinstimmt, und das den durchgetretenen Strahl synchron mit dem ersten Ablenksystem auf einen festen, nahe der Geräteachse liegenden Eintrittsbereich des Energieanalysators zurücklenkt. Die bekannten Energieanalysatoren weisen mit zunehmendem Achsabstand des eintretenden Korpuskularstrahl stark zunehmende Fehler auf, die das Energieauflösungsvermögen des Analysators herabsetzen. Diese Fehler werden durch die angegebene Zurücklenkung des Korpuskularstrahls reduziert.

In Ausgestaltung der Erfindung kann das weitere Ablenksystem aus zwei Stufen bestehen, von denen die in Strahlrichtung erste den Strahl schräg zur Geräteachse auf diese zurücklenkt und die zweite den Strahl so umlenkt, daß er parallel zur Geräteachse in den Energieanalysator eintritt. Dadurch werden weitere Fehler des Energieanalysator vermieden, die von dem Winkel zwischen der Richtung des eintretenden Strahls und der Geräteachse abhängen.

In F i g. 1 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Elektronen-Durchstrahlungs-Rastermikroskop dargestellt. .... .

Fig. la dient zur Erläuterung des Ausfuhrungsbeispiels; ,,,·

F i g. 2 zeigt eine ergänzende Variante.

Das Rastermikroskop nach Fig. 1. dessen für die Erfindung wesentliche Teile perspektivisch dargestellt sind, besteht aus einer Elektronenstrahlquelle 2, einem ersten Ablenksystem 3, einer Präparathalterung 4, einer magnetischen Objektivlinse 5, einem zweiter. Ablenksystem 6, einem Energieanalysator 7 und einem Bildröhren-Monitor 13. Die Achse des Gerätes ist mit 1 bezeichnet. Die Elektronenstrahlquelle 2 kann z. B. eine Feldemissionskathode aufweisen.

Das Ablenksystem 6 besteht aus zwei in Achsrichtung übereinanderliegenden Stufen 6a und 6b. Das Ablenksystem 3 und die Ablenkstufen 6;; und 6b sind als elektrostatische Systeme mit je zwei Plattenpaaren dargestellt; statt dessen können auch magnetische Ablenksysteme mit je zwei Spulenpaaren verwendet werden. Das Ablenksystem 8;i des Bildröhren-Monitors 8 ist synchron mit den Ablenksystemen 3 und 6 gesteuert.

Die Präparathalterung 4 besteht aus einem Tisch 10, in den eine Objektpatrone 11 eingesetzt ist. Das Präparat befindet sich am unteren Ende 12 der Objektpatrone 11 im Feld der Objektivlinse 5. Der Tisch 10 ist transversal zur Achse 1 in zwei zueinander senkrechten Richtungen verstellbar, und zwar in v-Richtung durch einen Stößel '.3 und in /-Richtung durch einen Stößel 14.

Der Energieanalysator 7 ist im Ausführungsbeispiel als magnetisches Sektorfeld-Spektrometer ausgebildet. Die vom Präparat durchgelassene Strahlung tritt über eine Blende 16· in den Analysator 7 ein; die austretende Strahlung wird durch einen Detektor 17 registriert, dessen Ausgang mit der Helligkeitssteuerung des Monitors 8 verbunden ist.

In Fig. la ist der Verlauf der Feldstärke H der Objektivlinse .5 in z-Richtung, d. h. längs der Achse 1, dargestellt. Es ist angenommen, daß das Präparat bei z = 0 in der Mitte des Feldes liegt. Das Linsenfeld hat die Wirkung, daß Strahlen, die nicht in der Achse 1 verlaufen, schraubenförmig abgelenkt werden. Das hat die sogenannte »Bilddrehung« zur Folge, die magnetischen Linsen eigentümlich ist. Die Bilddrehung ist dem Integral de: Feldstärke dos durchlaufenen Feldes proportional. Bei dem dargestellten Mikroskop ist dieses Integral bis zum bei 12 angeordneten Präparat gleich der Fläche Fi in Fig. la. Im Ausführungsbeispiel möge dieser Bilddrehungswmkel die Größe λ haben.

Das Ablenksystem 3 ist so orientiert, daß die bis zum Präparat eintretende Bilddrehung kompensiert ist. Zu diesem Zweck ist de eine Ablenkrichtung x' des

Jl ,

Ablenksystems 3, die ζ. B. mit der Zeilenrichtung des Monitors 8 übereinstimmt, gegenüber der Verstellrichtung χ der Präparathalterung 4 in einer zur Achse 1 senkrechten Ebene so verdreht, daß sie mit ihr den Winkel « bildet. Das gleiche gilt für die Ablenkrichiung y' gegenüber der Verstellrichtung y. Dadurch wird erreicht, daß ein in der Ebene, die die Achse 1 und die Richtung x'enthält, abgelenkter Elektronenstrahl in der Höhe des Präparats bei 12 eine Ablenkung erfährt, die in der Zeichenebene liegt und mit der Verstellrichtung χ ίο übereinstimmt. Infolgedessen führt eine mechanische Verstellung der Präparathalterung 4 in .v-Richtung zu einer Verschiebung des Bildes auf dem Monitor 8 in Zeilenrichtung, während eine Verstellung des Präparats in y-Richtung das Monitorbild senkrecht zur Zeilenrichtung wandern läßt. Dadurch wird für den Beobachter die Orientierung auf dem Präparat und das Aufsuchen von Einzelheiten sehr erleichtert.

Die Stufe 6;i des weiteren Ablenksystems 6 dien! dazu, den vom Präparat durchgelasscnen Strahl, der je nach seiner Auslenkung durch das Ablenksystem 3 mehr oder weniger große Winkel gegenüber der Achse 1 aufweist, zur Geräteachse 1 /urück/.ulenkcn. Die Ablcnkrichtungcn des Ablenksystems 6 sind mit λ"und y" bezeichnet. Die Ablenkrichiung .v"von 6 bildet mit der Ablenkrichtung x' von 3 einen Winkel Jj, der der Bilddrehung durch das gesamte Feld der Objektivlinse 5 entspricht, die der Summe der Flächen Fi und Fj in Fig. la proportional ist. Ein Strahl, der durch das Ablenksystem 3 in der durch die Richtungen 1 und v' jo gebildeten Ebene abgelenkt ist, verläuft nach Durchtritt durch die Objektivlinse 5 in einer um den Winkel β gedrehten Ebene, d. h. in der durch die Richtungen 1 und v" gebildeten Ebene. Er kann daher durch dasjenige Plattenpaar des Ablenksystems 6<i, das der Ablenkrichlung λ" zugeordnet ist, exakt in die Achse 1 zurückgelenkt werden. Ein derartiger Strahl ist in F i g. 1 mit 9 bezeichnet; er wird durch die Ablenkstufe 6;f in der Weise abgelenkt, daß er, wenn er geradlinig weiterliefe, die Achse 1 etwa im Mittelpunkt der Ablenkstufe 6b 1 reffen würde.

Die Ablenkstufe 6£> hat nun die Aufgabe, den Strahl 9 si umzulenken, daß er in Richtung der Geräteachse 1 den Eintrittsbercich des Energieanalysators 7, der durch die Blende 16 gegeben ist, durchsetzt, und zwar infolge der Wirkung der Ablenkstufe 6.7 mit kleinem Achsabstand. Auch dieser weitere Verlauf des Strahls 3 ist aus F i g. 1 ersichtlich

Bei geringeren Anforderungen an das Auflösungsvermögen des F-nergicanalysators 7 kann man unter Umständen auf die zweite Ablenkstufe 6b verzichten und die Ablenkstufe 6/j so erregen, daß der Strahl 9 entsprechend dem gestrichelt dargestellten Verlauf 9,7 unmittelbar in das Zentrum der Blende 16 gelenkt wird. Dadurch sind wenigstens die Abstandsfehler, wenn auch nicht die Richtungsfchler, des Energieanalysators 7 beseitigt.

Raster-Elektronenmikroskope der hier erläuterten Art werden in der Regel mit konstanter Erregung der Objektivlinsc betrieben. In diesen Fällen können die Ablenksysteme 3 und 6 mit festen Winkelabweichungen gegenüber den Verstellrichtungen x, y eingebaut werden. Falls größere Erregungsänderungen der Objektivlinse beabsichtigt sind, können die Ablenksysteme 3 und 6 so eingebaut werden, daß sie um die Achse 1 mechanisch drehbar sind, wobei für die Drehung Triebe vorgesehen sein können, die außerhalb des Mikroskopgehäuses betätigbar sind.

Ein Winkelabgleich der Ablenksysteme 3 und 6 gegenüber den Verstellrichtungen der Präparathalterung um kleinere Winkel ist jedoch auch auf elektronischem Wege möglich. Ein Beispiel hierfür zeigt F i g. 2. An den Klemmen χ und y werden durch einen Rastergenerator die üblichen Sägezahnspannungen zugeführt, also bei χ die Zeilenspannung und bei y die Bildspannung. Diese Spannungen werden über Verstärker 20 und 21 den Eingangsklemmen x* und y* eines Ablenksystems (3 oder 6) zugeführt. Die Eingänge der Verstärker 20 und 21 sind untereinander durch Potentiometer 22 bzw. 23 verkoppelt. Je nach Einstellung der Potentiometer weisen die bei x* und y* abgenommenen Spannungen eine definierte Phasenverschiebung, d. h. eine Winkclverdrehung gegenüber den bei .v und y eingespeisten Spannungen auf. Für kleinere Abgleichwinkel (bis zu ca. 5°) sind lineare Potentiometer ausreichend; für größere Winkel sind Sinus- und Cosinus-Potentiometer erforderlich.

Es kann von Vorteil sein, die Verstellorgane der Potentiometer 22 und 23 derart mit der Stromversorgung der Objektivlinse 5 zu koppeln, daß bei Erregungsoder Polaritätsänderung der Objektivlinse der Winkel β selbsttätig der durch das Feldintegral Fi + F2 bewirkten Bilddrehung angepaßt wird.

Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit einem Elektronen-Rastermikroskop erläutert; sie ist jedoch grundsätzlich auch bei Korpuskularstrahl-Rastermikroskopen anderer Art, /.. B. bei Ionen-Rastermikroskopen, anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Korpuskular-Durchstrahlungs-Rastermikroskop mit einer magnetischen Objektivlinse, die den S Strahl auf das Präparat fokussiert, einem in Strahlrichtung vor dieser liegenden Ablenksystem, das den Strahlfokus in zwei zueinander senkrechten Richtungen rasterförmig über das Präparat führt, und einem in Strahlrichlung hinter dsm Präparat liegeinden Energieanalysator, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Präparat (12) und dem Energieanalysator (7) ein weiteres Ablenksystem (6) angeordnet ist, dessen Ablenkrichtungen (x", y") mit denen des ersten \blenksystems (x', y') einen Winkel (ß) bilden, der mit dem Winkel der Bilddrehung, die von dem Feld (F₁ +Ft) der Objektivlinse (5) bewirkt wird, übereinstimmt, und das den durchgetretenen Strahl (9) synchron mit dem ersten Ablenksystem (3) auf einen festen, nahe der Geräteachse liegenden Eintrittsbereich (16) des Energieanalysator zurücklenkt.

2. Korpuskular-Durchstrahlungs-Rastermikroskop nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das v/eitere Ablenksystem (6) aus zwei Stufen (6;), 6b) besteht, von denen die in Strahlrichtung erste (6;i) den Strahl (9) schräg zur Geräteachse (1) auf diese zuriicklenkt und die zweite (6b) den Strahl so umlenkt, daß er parallel zur Geräteachse in den Energieanalysator (7) eintritt.