[发明专利]在包括对比度增强元件的TEM中使光学元件居中的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在透射电子显微镜（TEM）中调整或对准一个或多个光学元件的方法，该TEM配备了用于引导电子射束到样本的物镜，并且该TEM示出了衍射平面，在该衍射平面中至少聚焦了非散射的电子射束，该TEM配备了用于增强对比度传递函数（CTF）的结构，该结构位于衍射平面中或衍射平面的图像中，该方法包括调整或对准光学元件。

这样的方法从编号为6744048的美国专利所获知。该专利涉及在TEM中对准相位板。

背景技术

在TEM中，高能电子射束照射薄样本。优选的，该射束为平行射束。样本很薄（通常在25nm和250nm之间），以便大多数电子不受影响地穿过它，而一些电子被吸收或散射。在衍射平面（在平行射束照射样本时与物镜的后焦平面相重合）中，不受阻碍地通过样本的电子全部聚焦在一点。散射的电子聚焦在该衍射平面中的其它点。

衍射的电子通过与非衍射的电子的相消干涉或相长干涉形成相位图像。该成像方法的问题在于，对于低空间频率，CTF显示最小值，并且因此大结构的对比度是低的。

可通过在衍射平面中插入相位板来增强图像，该相位板引起中心、非衍射射束和衍射电子之间的相位差。优选的，引入的相位偏移为+π/2或-π/2，从而将CTF的正弦特性变成余弦特性。

在例如“Phase contrast enhancement with phase plates in biological electron microscopy”（K.Nagayama等，Microscopy Today，2010年第4期第18卷，第10-13页）中讨论和说明了上述内容。

被已知专利US6744048的合著者Nagayama所使用的相位板，是由薄碳箔组成的所谓的泽尔尼克（Zernike）相位板。该箔使得穿过该箔的电子射束经受-π/2的相位偏移。对于300keV的电子，碳箔的厚度因此应当为大约24nm。该箔显示了具有1μm或甚至5μm的直径的中心孔，非衍射射束穿过该中心孔。要注意的是，在衍射平面中，中心射束（所有非衍射电子聚焦的焦点）的直径大约为20nm。因此，相位板必须被对准的准确度要优于+/-0.5μm或甚至优于+/-0.25μm。

该专利讨论了与以所述需要的准确度来机械对准相位板有关的问题，并且提出使用具有线圈的电磁对准来使相位板居中。

显然，在对准期间，相位板能截取中心射束。由于该射束包括照射样本的大部分电流，并且焦点具有小的直径，电流和电流密度二者均高。相位板可因此由于热量加热而被损坏，并且也可能发生污染，该污染在被照射时引起充电。并且，射束引起的氧化可导致充电。

现今，在引入气体的体积中驻留了样本的TEM也变得可用。这样做是为了研究微量化学效果等。在样本处气压较高的后果是在例如相位板的位置处的压力也通常较高。这可能引起相位板结构的表面氧化，并且从而引起充电。

要注意的是，在相位板上游（上游的意思是在电子源和相位板之间）的其它光学元件被对准时，也可能发生这种损坏或污染问题，因为这可引起衍射平面中图像的偏移。这种光学元件的实例为位于电子源和相位板之间的偏转器、透镜和光圈。

进一步要注意的是，类似的损坏和/或污染可发生在其它相位增强结构，比如在单边带成像中所使用的刀刃，或者在欧洲专利申请EP10167258中描述的如此命名的“郁金香（tulip）设备”中（作为用于选择的空间频率范围的单边带成像设备），微型静电式微透镜（参见例如编号为US5814815的美国专利），或编号为7737412的美国专利中公开的相位偏移元件，因为所有这些结构必须延伸到接近于中心射束的位置。

发明内容

本发明意在提供一种使光学元件居中的方法，同时避免了对用于增强CTF的结构的损坏和充电。

为此，根据本发明的方法的特征在于，通过使非散射电子射束偏离得远离所述结构来防止在该调整或对准期间用非散射电子对所述结构的照射。

通过使非散射电子射束偏离得远离所述结构，该结构没有被照射，并且因此防止了该对结构的充电、污染和/或损坏。要注意的是，这可导致部分照射从轴移开，但这在大多数情况下是不太重要的，因为在这些远处地方上的任何污染在正常使用期间截取较少的电子，并因此发生较少的充电。对一些附加的像散的校正通常足够消除光圈边缘的充电影响。

在一个实施例中，该结构为相位板或单边带成像设备。