DE1089088B

DE1089088B - Arrangement for object illumination in the electron microscope

Info

Publication number: DE1089088B
Application number: DES49416A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Siegfried Leisegang; Dipl-Phys Karl-Heinz Herrmann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-07-10
Filing date: 1956-07-10
Publication date: 1960-09-15

Description

Eine Dunkelfeldabbildung entsteht im Elektronenmikroskop als Abbildung der im Objekt gestreuten Elektronen, wenn die ungestreuten Elektronen abgefangen werden. Das wird meist dadurch erreicht, daß die Objektivaperturblende bis zur Abblendung des ungestreuten Strahlenbündels aus dem Strahlengang gezogen wird. Die bei dieser Methode entstehende Dunkelfeldabbildung hat nicht die bestmögliche Auflösung, da die Elektronen achsenferne Zonen großer Linsenfehler durchlaufen. Andere Anordnungen arbeiten mit gekipptem Strahlungssystem oder mit einer im Kondensor angebrachten Ringblende, die so ausgebildet ist, daß nur die Ränder der Objektivaperturblende von ungestreuten Elektronen beaufschlagt werden. Eine solche Anordnung gestattet es, die volle Auflösung des Objektivs auszunutzen, und arbeitet im Gegensatz zu den beiden vorher genannten Anordnungen mit einer auf den ganzen Umfang der Objektivblende verteilten Bestrahlung. Das führt zu einer gleichmäßigen Verschmutzung der Blende und damit ao zu einem geringeren Einfluß dieser Blende auf den Astigmatismus. Der Nachteil solcher Ringblenden ist es, daß zur vollen Ausleuchtung des Kondensors entweder ein Elektronenstrahler großer Apertur oder ein vorgeschalteteter Kondensor notwendig ist und daß derartige Blenden schwer herzustellen sind. Darüber hinaus ist es bei manchen Anwendungen, besonders bei Untersuchungen an der Grenze zwischen Hell- und Dunkelfeldabbildung, wichtig, den öffnungswinkel des Bestrahlungskegels stetig und die Öffnung des Kondensors stufenweise variieren zu können.A dark field image is created in the electron microscope as an image of what is scattered in the object Electrons when the unscattered electrons are intercepted. This is usually achieved by that the objective aperture diaphragm up to the stopping down of the unscattered beam is pulled out of the beam path. The resulting from this method Dark-field imaging does not have the best possible resolution because the electrons off-axis zones are larger Cycle through lens defects. Other arrangements work with or with a tilted radiation system an annular diaphragm mounted in the condenser, which is designed in such a way that only the edges of the objective aperture diaphragm are acted upon by unscattered electrons. Such an arrangement allows the full Takes advantage of the resolution of the lens, and works in contrast to the two previously mentioned arrangements with radiation distributed over the entire circumference of the lens diaphragm. That leads to a uniform soiling of the diaphragm and thus ao less influence of this diaphragm on the Astigmatism. The disadvantage of such ring diaphragms is that either the condenser is fully illuminated an electron gun with a large aperture or an upstream condenser is necessary and that such diaphragms are difficult to manufacture. In addition, it is special in some applications When examining the border between light and dark field imaging, it is important to use the aperture angle of the To be able to vary the irradiation cone continuously and the opening of the condenser in stages.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Objektbeleuchtung im Elektronenmikroskop mit von der Mikroskopachse abweichender Bestrahlungsrichtung, die insbesondere zur Herstellung von Dunkelfeldabbildungen bestimmt ist; das soll erfindungsgemäß durch eine Rotation der von der Mikroskopachse abweichenden Strahlen um die Mikroskopachse bewirkt werden. Auf diese Weise gelingt es, die bei der eingangs erwähnten Ringblende vorliegenden "Verhältnisse zu verwirklichen, ohne daß die Nachteile der Ringblende dabei in Kauf genommen werden müssen. Vorzugsweise wird man magnetische oder elektrostatische Ablenksysteme, mit denen ein magnetisches oder elektrisches Drehfeld für die Rotation des 4-5 Strahlenbündels erzeugt wird, anwenden. Das Ablenksystem kann bei einer solchen Anordnung aus je zwei senkrecht aufeinanderstehenden Ablenkfeldern in zwei im Strahlengang hintereinanderliegenden Ebenen bestehen. Die Strahlablenkung selbst und das Drehfeld kann beispielsweise in den beiden Ebenen durch je vier Spulen mit Eisenkernen hervorgerufen werden, die so bemessen und geschaltet sind, daß das in der ersten Ebene ausgelenkte Strahlenbündel in der Anordnung zur Objektbeleuchtung
im ElektronenmikroskopThe invention relates to an arrangement for object illumination in the electron microscope with an irradiation direction deviating from the microscope axis, which is intended in particular for producing dark-field images; According to the invention, this is to be achieved by rotating the rays deviating from the microscope axis around the microscope axis. In this way it is possible to achieve the "conditions" present in the annular diaphragm mentioned at the beginning without having to accept the disadvantages of the annular diaphragm In such an arrangement, the deflection system can consist of two perpendicular deflection fields in two planes one behind the other in the beam path , which are dimensioned and switched so that the beam deflected in the first plane in the arrangement for object illumination
in the electron microscope

Anmelder:
Siemens Sd Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens Sd Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. rer. nat. Siegfried Leisegang,
und Dipl.-Phys. Karl-Heinz Herrmann,Dr. rer. nat. Siegfried Leisegang,
and Dipl.-Phys. Karl-Heinz Herrmann,

Berlin-Zehlendorf,
sind als Erfinder genannt wordenBerlin-Zehlendorf,
have been named as inventors

zweiten Ebene wieder zur Achse zurückgelenkt wird, so daß der Auftreffpunkt in der Objektebene im wesentlichen konstant bleibt.second level is directed back to the axis, so that the point of impact in the object plane in the remains essentially constant.

In den Figuren sind schematisch Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. In the figures, embodiments of the invention are shown schematically.

Fig. 1 zeigt den Strahlengang eines Elektronenmikroskops im Bereich zwischen Strahlerzeuger und Objektivaperturblende. Mit 1 ist die Kathode des Strahlerzeugers bezeichnet; der Strahl durchfällt zunächst einen Kondensor 2 und dann nacheinander die beiden in den Ebenen 3 und 4 angeordneten Ablenksysteme und trifft anschließend das Objekt 5, hinter dem im Strahlengang die Objektivaperturblende 6 liegt. Die Figur zeigt die Strahlauslenkung in der einen Koo-rdinatenrichtung, nämlich in der Zeichenebene, die andere Auslenkung ist entsprechend um 90°' versetzt zu denken. Bei geeigneter elektrischer Kopplung der beiden Ablenksysteme 3 und 4 kann die Bestrahlungsrichtung β bei feststehendem Bestrahlungspunkt P auf dem Objekt 5 variiert werden. Die Ablenksysteme 3 und 4 sind so ausgebildet und geschaltet, daß das Strahlenbündel um die Mikroskopachse 7 beim Betrieb rotieren kann. Durch die Änderung der Drehfeldamplitude kann man bei einer solchen Anordnung den Öffnungswinkel β des Bestrahlungskegels stetig variieren. Das Strahlenbündel selbst ist wie bei sonst üblicher Bestrahlung durch die Daten des Kondensors gegeben.1 shows the beam path of an electron microscope in the area between the beam generator and the objective aperture stop. 1 with the cathode of the beam generator is referred to; the beam first passes through a condenser 2 and then successively the two deflection systems arranged in planes 3 and 4 and then hits the object 5, behind which the objective aperture 6 is located in the beam path. The figure shows the beam deflection in one coordinate direction, namely in the plane of the drawing, the other deflection is to be thought of as offset by 90 °. With a suitable electrical coupling of the two deflection systems 3 and 4, the irradiation direction β can be varied with a fixed irradiation point P on the object 5. The deflection systems 3 and 4 are designed and connected so that the beam can rotate about the microscope axis 7 during operation. With such an arrangement, by changing the rotating field amplitude, the opening angle β of the irradiation cone can be continuously varied. The beam itself is given by the data of the condenser, as in the case of otherwise usual irradiation.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Anordnung liegt neben der bequemen Regelmöglichkeit darin, daß man die für die Strahlablenkung erforderlichen Einzelteile auch zur Strahl justierung ver-A particular advantage of the present arrangement lies in addition to the convenient control option in that the individual parts required for beam deflection are also used for beam adjustment

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wenden kann, so daß die sonst für diese Zwecke benötigten mechanischen Verstellvorrichtungen des Strahlerzeugers entbehrlich sind, und daß die normale Bestrahlungsanordnung mit schwach ausgeleuchtetem Kondensor verwendet werden kann. Es ist also ein Feinstrahlkondensor nicht unbedingt notwendig.can turn, so that the mechanical adjusting devices of the otherwise required for this purpose Beam generator are dispensable, and that the normal irradiation arrangement with weakly illuminated Condenser can be used. A fine beam condenser is therefore not absolutely necessary.

Eine mögliche Ausführungsform für die in den beiden Ebenen 3 und 4 der Fig. 1 angeordneten Ablenksysteme ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Hier wird die Strahlablenkung und das Drehfeld in den beiden im Strahlengang hintereinanderliegenden Ebenen durch je vier Spulen 11 bis 14 und 15 bis 18 hervorgerufen. Diese Spulen sind je mit einem Eisenkern versehen. Die Spulen sind so bemessen und geschaltet, daß in dem oberen System zunächst eine Auslenkung des vom Kondensor kommenden Strahls 19 erfolgt, während in dem im Strahlengang darunterliegenden System eine Zurücklenkung des ausgelenkten Strahlenbündels stattfindet, so daß der Auftreffpunkt P in der Objektebene 5 konstant bleibt. Das Drehfeld wird durch zwei um 90° phasenverschobene Wechselspannungen erzeugt, die in bekannter Weise beispielsweise an einer Phasenbrücke 20 abgegriffen werden. Diese phasenverschobenen Wechselspannungen werden an die beiden um 90° gegeneinander versetzten Teile des Systems, deren jedes aus zwei hintereinandergeschalteten Ablenkspulen besteht, gelegt.A possible embodiment for the deflection systems arranged in the two planes 3 and 4 of FIG. 1 is shown schematically in FIG. Here the beam deflection and the rotating field in the two planes lying one behind the other in the beam path are produced by four coils 11 to 14 and 15 to 18 each. These coils are each provided with an iron core. The coils are dimensioned and connected in such a way that the beam 19 coming from the condenser is initially deflected in the upper system, while the deflected beam is deflected back in the system below in the beam path, so that the point of impact P in the object plane 5 remains constant. The rotating field is generated by two alternating voltages which are phase-shifted by 90 ° and which are tapped in a known manner, for example at a phase bridge 20. These phase-shifted alternating voltages are applied to the two parts of the system which are offset from one another by 90 ° and each of which consists of two deflection coils connected in series.

Für die Konstanz des Auftreffpunktes P bei der Änderung des Winkels β ist es wichtig, daß die Ablenkwinkel der beiden Systeme genau proportional den Strömen sind, die die Spulen durchfließen. Um diese Forderung zu erfüllen, muß man dafür sorgen, daß die Ablenkfelder weitgehend homogen gemacht werden. Das kann man dadurch erreichen, daß für die Ablenksysteme Wicklungen der in Fig. 3 a bis 3 d dargestellten, in der Fernsehtechnik üblichen Formen verwendet werden. Diese Ablenkspuleu sind flach ausgeführt und umfassen die Mikroskopachse. Durch geeignete Verteilung der Windungen wird bei solchen Anordnungen eine weitgehende Homogenität der Felder erreicht. Man wird zu diesem Zweck beispielsweise die Windungsdichte proportional zu sin Θ machen (Fig. 3 b). Es kann durch geeignete, an sich bekannte Anordnung der Windungen auch eine anastigmatische Ablenkung erreicht werden. Um das Streufeld bei den in Fig. 3 dargestellten Ablenkspulen gering zu halten, kann man diese Systeme noch mit einem Weicheisenzylinder umgeben. Eine weitere in den Figuren nicht dargestellte Ergänzung kann noch darin bestehen, daß das eine oder auch beide Ablenksysteme mit einer zusätzlichen Wicklung zur Verschiebung des Auftreffpunktes P auf dem Objekt versehen werden.For the constancy of the point of impact P when the angle β is changed, it is important that the deflection angles of the two systems are exactly proportional to the currents which flow through the coils. In order to meet this requirement, it must be ensured that the deflection fields are made largely homogeneous. This can be achieved in that windings of the shapes shown in FIGS. 3 a to 3 d, which are customary in television technology, are used for the deflection systems. These deflection coils are flat and encompass the microscope axis. By suitable distribution of the windings, an extensive homogeneity of the fields is achieved in such arrangements. For this purpose, for example, the winding density will be made proportional to sin Θ (Fig. 3 b). An anastigmatic deflection can also be achieved by means of a suitable, per se known arrangement of the windings. In order to keep the stray field low in the deflection coils shown in FIG. 3, these systems can also be surrounded by a soft iron cylinder. Another addition, not shown in the figures, can consist in that one or both deflection systems are provided with an additional winding for shifting the point of impact P on the object.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for object illumination in the electron microscope with a different axis from the microscope Direction of irradiation, in particular for producing dark field images by rotating the rays deviating from the microscope axis around the microscope axis.

2. Arrangement according to claim 1, characterized by magnetic or electrostatic deflection systems to generate a rotating field.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the deflection systems in two planes lying one behind the other are arranged in the beam path, electrically coupled to one another in this way are that a change in the object irradiation direction at a fixed irradiation point the property is to be regulated electrically.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that four coils with iron cores cause the beam deflection and the rotating field in both planes and are switched in such a way that the beam deflected in the first plane is deflected back to the axis in the second plane so that the point of impact remains essentially constant in the object plane.

5. Arrangement according to claim 3, characterized by the use of flat, the microscope axis comprehensive coils for generating rotating fields.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the Windungen.der coils so are distributed so that the fields are largely homogeneous.

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the coils for reduction of the stray field are surrounded by a soft iron cylinder.

8. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the deflection systems one or more additional windings to shift the point of impact on the object assigned.

Considered publications:
German patents No. 734 736, 764 812,
095, 932 922.

1 sheet of drawings