DE2538523C2 - Korpuskular-Durchstrahlungs-Rastermikroskop mit einem Energieanalysator - Google Patents
Korpuskular-Durchstrahlungs-Rastermikroskop mit einem EnergieanalysatorInfo
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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)
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.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752538523 DE2538523C2 (de) | 1975-08-28 | Korpuskular-Durchstrahlungs-Rastermikroskop mit einem Energieanalysator | |
NL7604553A NL7604553A (nl) | 1975-08-28 | 1976-04-28 | Met corpusculaire stralen werkende doorstraal- rastermicroscoop met energie-analysator. |
GB34537/76A GB1563819A (en) | 1975-08-28 | 1976-08-19 | Scanning transmission microscopes |
US05/715,847 US4044254A (en) | 1975-08-28 | 1976-08-19 | Scanning corpuscular-beam transmission type microscope including a beam energy analyzer |
JP51101509A JPS5227349A (en) | 1975-08-28 | 1976-08-25 | Transmission scanning particle beam microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752538523 DE2538523C2 (de) | 1975-08-28 | Korpuskular-Durchstrahlungs-Rastermikroskop mit einem Energieanalysator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2538523B1 DE2538523B1 (de) | 1976-12-23 |
DE2538523C2 true DE2538523C2 (de) | 1977-08-25 |
Family
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