DE1033818B

DE1033818B - Magnetische Elektronenlinse

Info

Publication number: DE1033818B
Application number: DES39632A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dieter Riecke; Dr-Ing Ernst Ruska
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-06-18
Filing date: 1954-06-18
Publication date: 1958-07-10

Description

DEUTSCHES

Bei Elektronenmikroskopen, die mit magnetischen Polschuhlinsen arbeiten, werden die Linsen zu verschiedenen Zwecken mitunter so ausgeführt, daß eine Verstellbarkeit des Polschuhsystems relativ zu den feststehenden Teilen des Magnetkreises möglich, ist. Es sind beispielsweise Anordnungen dieser Art bekannt, bei denen mehrere Polschuhsysteme in einem Drehtisch angeordnet sind, um sie zwecks grobstufiger Änderung der Endbildvergrößerung wahlweise wirksam machen zu können. Bei einer anderen bekannten, Anordnung wird ein Polschuhsystem zum Zwecke der Ausrichtung der optischen Achse so angeordnet, daß es um geringfügige Beträge gegenüber dem feststehenden Magnetkreis verkantet werden kann. Diese bekannten Einrichtungen zeichnen sich dadurch aus, daß die Polschuhlinse der Verschiebebewegung größeren Widerstand entgegensetzt. Das fällt bei den zuerst erwähnten Einrichtungen zur grobstufigen Regelung der Endbildvergrößerung nicht wesentlich ins Gewicht, da hier dem Drehtisch der Polschuhe ohnehin ein verhältnismäßig kräftiger Antrieb zugeordnet werden muß. Bei solchen Anordnungen, die jedoch zum Ziel haben, eine Feinjustierung des Linsensystems durchzuführen, macht sich der erwähnte Widerstand gegen die Verschiebebewegung ungünstig bemerkbar.

Die Erfindung betrifft eine magnetische Elektronenlinse mit einem Polschuhsystem, das relativ zu den feststehenden Teilen des Magnetkreises quer zur Strahlachse zu verschieben ist, und zielt darauf ab, eine solche Anordnung zu schaffen, bei der das Polschuhsystem bei erregtem Magnetfeld leicht in beliebiger Richtung in der Ebene senkrecht zur Linsenachse verschiebbar ist. Das wird erfindungsgemäß erreicht durch eine solche Formgebung der Magnetkreisteile und der Führungsmittel an der Stelle des Flußübergangs zwischen dem verstellbaren Polschuhsystem und den feststehenden Magnetkreisteilen, daß der magnetische Widerstand an dieser Übergangsstelle innerhalb der Grenzen der Relativbeweglichkeit praktisch unabhängig von der Stellung des Polschuhsystems ist. Eine derartige Polschuhlinse setzt der Verschiebung keinen größeren. Widerstand entgegen, weil ihre magnetische Energie während der Bewegung im wesentlichen konstant bleibt. Man kann somit bei Anwendung der vorliegenden Bauart die gewünschten Justierbewegungen einer Polschuhlinse mit ganz geringem Kraftaufwand durchführen, was sich bei der Bemessung der hierfür nötigen Antriebe günstig auswirkt.

Im Gegensatz zu der obenerwähnten bekannten Anordnung, die mit einer Verkantung des Polschuhsystems gegenüber den feststehenden Teilen der Linse arbeitet, gehört es zum wesentlichen Bestandteil der

Magnetische Elektronenlinse

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Phys. Dieter Riecke, Berlin-Steglitz,

und Dr.-Ing. Ernst Ruska, Berlin-Spandau,

sind als Erfinder genannt worden

vorliegenden Anordnung, daß die Bedingungen für den Flußübergang an der Stelle, wo die Relativbewegung des Polschuhsystems gegenüber den feststehenden Teilen erfolgt, konstant gehalten werden. Das wird beispielsweise bei Anordnungen,, die für die Justierung einer Linse im Elektronenmikroskop rela-

^a5 tiv zu den anderen feststehenden Linsen arbeiten, dadurch erzielt, daß das Polschuhsystem in der Ebene quer zur Strahlachse in beliebiger Richtung verstellbar ist. Für eine solche Verstellung ergeben sich verschiedene Ausfuhrungsmoglichkeiteai. So· kann beispielsweise ein bei der Verstellung gleichbleibender Flußübergangsquerschnitt dadurch erhalten werden, daß einer der Polschuhe mit seiner Stirnfläche einem ebenen Teil des feststehenden. Magnetkreises gegenüberliegt, der eine Bohrung für den Strahldurchtritt mit einem kleineren Durchmesser hat als die Pölschuhbohrung an dieser Flußübergangsstelle. Eine andere Ausführungsmöglichkeit zur Erzielung eines bei der Ouerverstellung gleichbleibenden Flußübergangswiderstandes ergibt sich, indem man mindestens einen der Polschuhe am äußeren Rand tellerförmig erweitert, wobei eine ebene Übergangsfläche dieses Tellers einer ebenen Fläche des feststehenden Magnetkreises gegenübersteht. Die Konstruktion kann bei den eben erwähnten Ausführungsformen so gewählt werden, daß an den Flußübergangsstellen ebene dicht aufeinanderliegende Flächen am Polschuh und am gegenüberstehenden Teil des Magnetkreises angewendet werden. Diese Ausführung erfordert besonders gute Bearbeitung der miteinander zusammenarbeitenden Teile der bei der Verstellbewegung aufeinandergleitenden Flächen.

Um einen zusätzlichen Astigmatismus beim Verschieben der Polschuhlinse zu vermeiden, ist es wichtig, auch schon geringe Unsymmetrien bei der Zufüh-

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rung des Magnetflusses zu vermeiden. Da solche Unsymmetrien beispielsweise leicht bei Anwendung ebener aufeinanderliegender Flächen durch geringfügiges Verkippen des Polschuhsystems gegenüber dem feststehenden Teil auftreten könnten, kann es vorteilhaft sein, eine andere Konstruktion zu bevorzugen. Diese besteht zweckmäßig darin, daß zwischen den Magnetflußführungsflächen an der Flußübergangsstelle ein Spalt vorgesehen ist, dessen Breite durch

oberen Polschuhs, so daß dafür gesorgt ist, daß in jeder Einstellage des Polschuhsystems der magnetische Widerstand an der Flußübertrittsstedle zwischen 5 und 10 gleich groß bleibt. Dementsprechend ist eine Anordnung gegeben, bei der die Verschiebebewegung mit geringem Kräfteaufwand möglich ist.

In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem gegebenenfalls ein enger Kontakt zwischen dem oberen Polschuh und der

Abstandhalter konstant gehalten ist. Durch ein. solches io eisernen Spulenkapsel gegeben ist. Soweit die Einzel-Mittel lassen sich die erwähnten, bei geringfügiger teile mit denen in Fig. 1 übereinstimmen, sind die Verkantung des Polschuhsystems auftretenden Störungen vermeiden. Auch Unebenheiten der Flußfüh-

rungsflächen, die eine unerwünschte Unsymmetrie

gleichen Bezugszeichen verwendet. In diesem Fall hat die eiserne Spulenkapselung 13 eine gleichmäßig ausgedrehte innere Bohrung, und der obere Polschuh 14 bewirken können, lassen sich so ausgleichen. Da die 15 ist mit einem tellerförmigen Ansatz 15 versehen, so störenden Spalte nur wenige μ breit sind, lassen sich daß er mit seiner unteren Fläche 16 auf der oberen Störungen der erwähnten Art auf ein unwesentliches Fläche 17 der Spulenkapselung aufliegt. Die Abmes-Maß reduzieren, indem man von vornherein zwischen sungen des Magnetkreises an der Flußübergangsstelle dten Magnetflußzuführungsflächen einen Spalt von sind hier so gewählt, daß bei Querverschiebungen des einigen Zehntel Millimetern vorsieht, der gegenüber 20 Polschuhsystems 6 in beliebiger Richtung quer zur

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den störenden Abstandeänderungen so groß ist, daß diese Änderungen dann keinen merklichen Einfluß mehr haben können.

Eine bevorzugte Ausführungsform für ein Polschuhsystem der vorliegenden Bauart ergibt sich, wenn man mindestens im Bereich der Flußübergangsstelle die Polschuhe in ein nichtmagnetisches Material einkapselt. Man hat bei dieser Anordnung den Vorteil, daß die hinsichtlich ihrer Außenflächen besonders

Strahlachse ein stets gleichbleibender magnetischer Widerstand gegeben ist. Dementsprechend bleibt die magnetische Energie der Linse auch hier während der Bewegung im wesentlichen konstant.

Die Fig. 3 und¹ 4 entsprechen hinsichtlich des Aufbaus des Magnetkreises dem der Fig. 1 und 2 mit dem Unterschied, daß nunmehr hier in beiden Fällen nicht eine unmittelbare Berührung zwischen dem Polschuhsystem und den feststehenden Teilen des Magnet

empfindlichen Polschuhe gegen mechanische Beschädi- 30 kreises an der Flußübergangsstelle, sondern ein kongungen gut geschützt werden können. Dabei kann stanter Spalt s angewendet ist, der die Wirkung hat,

man sich entweder mit einer Teilkapselung begnügen oder auch zu einer elastischen Umhüllung der Polschuhe greifen.

Um den der magnetischen Linse
Astigmatismus auskorrigieren zu können, wird man die Linsen zweckmäßig mit einem beim Betrieb des Elektronenstrahlgerätes einstellbaren Stigmator versehen. Wenn es sich dabei um eine Magnetlinse mit

geringfügige Unsymmetrien in der Flußzuführung, die bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 bzw. 2 beispielsweise durch Verkippen eintreten könnten, zu anhaftenden 35 vermeiden und dementsprechend einen zusätzlichen Astigmatismus beim Verschieben der Polschuhlinse zu verhindern,. Im übrigen sind in diesen beiden Ausführungsbeispielen, für entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen angeschrieben wie im Falle der Fig. 1 quer verstellbarem Polschuhsystem handelt, wird man 40 und 2.
bei dem zugeordneten Stigmator solche Einstell- Ein Ausführungsbaispiel der Erfindung, in welchem

mittel verwenden, daß die Querverstellung der Linse im quer verstellbaren Polschuhsystem ein unabhängig und die Stigmatoreinstellung unabhängig voneinander von diesen Verstellbewegungen einstellbarer Stigmadurchgeführt werden können. Zu diesem Zweck wird tor zugeordnet ist, zeigt Fig. 5. Mit 51 ist der obere der Antrieb für den Stigmator beispielsweise durch 45 Deckelteil der Spulenkapsel einer elektromagnetischen Verwendung einer biegsamen Welle so¹ ausgeführt,
daß er die Querverstellung des Polschuhsystems zuläßt, ohne daß sich dabei an der eingangs gewählten
Stigmatoreinstellung etwas ändert.

Linse bezeichnet. 52 ist die Erregerwicklung dieser Spule. Dem Linsenspalt ist ein mit 53 bezeichneter unmagnetischer Ring zugeordnet. Der Magnetfluß gelangt von der oberen Abschlußscheibe 72 der Spulen-

Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale 50 kapselung über die tellerartige Erweiterung 73 des

Polschuhs in das obere Polstück 56. Mit 57 ist der untere Polschuh der Linse bezeichnet; von dieser gelangt der Fluß über die Übertrittsfläche 58 zum Ring 59 und von diesem weiter zum inneren Rohr 60, welches

61 miteinander verbunden. Dieses gesamte aus den Teilen 73, 56, 57 und 61 bestehende Polschuhsystem kann quer zur Strahlachse mit Hilfe des Zylinders 55

werden in den folgenden Ausführungsbeispielen behandelt. In Fig. 1 ist scheniatisch ein Querschnitt
durch eine elektromagnetische Elektronenlinse mit
quer verschiebbarem Polschuhsystem dargestellt. Mit
1 ist die eiserne Kapselung der Erregerspule 2 be- 55 einen Teil des Magnetkreises bildet. Die beiden Polzeichnet. Zur Bildung des Linsenspalts ist diese eiserne schuhe 56 und 57 sind durch eine unmagnetische Hülse Kapselung im Mittelbereich durch einen Messingring 3
unterbrochen. Der obere Deckel der Spulenkapsel ist
bei 4 tellerförmig nach innen zu erweitert und¹ bildet
mit seiner unteren Fläche 5 die Flußübergangsstelle 60 in beliebigen Richtungen verstellt werden, wobei der zu dem quer verschiebbar angeordneten Polschuh- am Zylinder 55 sitzende Flansch 62 auf der oberen system 6. Das Polschuhsystem besteht aus dem oberen Randfläche des Kragens 54 des Deckelteils 51 gleitet. Polschuh 7, dem unteren Polschuh 8 und einem als Mit dieser einstellbaren Linse ist ein unabhängig

Abstandhalter dienenden Messingring 9. Die Mittel davon justierbarer Stigmator kombiniert. Zu diesem zur Querverschiebung des Polschuhsystems in beliebi- 65 Zweck ist das Polschuhinnere mit einem in unmagne> ger Richtung sind in der Figur nicht dargestellt. Der tischem Material eingeschnittenen Innengewinde 63 obere Polschuh 7 berührt mit seiner oberen ebenen kleiner Steigung versehen, in dem ein mit den beiden Anlagefläche 10 unmittelbar die Fläche 5 der Kapsel. gegenüberliegenden, an die Linsenfelder angepaßten Der Durchmesser der Kapselbohrung 11 ist kleiner Korrektureisenmassen versehener Ring 64 mit Außengewählt als der Durchmesse* der Bohrung 12 des 70 gewinde auf- und abschraubbar ist. Diese Bewegun-

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gen des Ringes bewirken durch die azimutalen Drehungen der Korrekturmasse in bekannter Weise eine Korrektur des Astigmatismus. Für die Verstellung des Stigmatorringes 64 ist ein von außen zu betätigender Antrieb vorgesehen. Zu diesem Zweck ist eine Antriebsachse 65 mit Hilfe einer Nutringmanschette 66 vakuumdicht in das Gerät eingeführt. Diese Achse dreht über eine die Polschuhbewegung nicht hindernde biegsame Welle 67 ein Ritzel 68, das in einem starr am Zylinder 55 befestigten Lager 69 angebracht ist. Das Ritzel 68 treibt über einen Zahnkranz 70 einen daran befestigten, in das Polschuhinnere führenden Schraubenzieher 71, auf dem der Korrekturring 64 leicht auf und ab gleiten kann. Der Schraubenzieher 71 nimmt bei seiner Drehung durch Nippel 74 den Korrekturring 64 mit. Zum Durchtritt des Elektronenstrahls besitzt der Schraubenzieher 71 eine hohle Achse. Unabhängig von der Einstellung des Polschuhsystems quer zur Strahlachse kann mit der geschilderten Verstelleinrichtung der Stigmator in die günstigste Lage verstellt werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind an den Flußübergangsstellen zwischen den feststehenden Teilen 51 bzw. 59 einerseits und den Polschuhen 56 bzw. 57 andererseits kleine Spalte s vorgesehen, die in der oben beschriebenen Weise sich im Sinne eines Ausgleichs von Unsymmetrien im Bereich der Flußübergangsstellen auswirken.

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetische Elektronenlinse mit einem Polschuhsystem, das relativ zu den feststehenden Teilen des Magnetkreises quer zum Strahl zu verschieben ist, insbesondere für Elektronenmikroskope, gekennzeichnet durch eine solche Formgebung der Magnetkreisteile und der Führungsmittel an der Stelle des Flußüberganges zwischen dem verstellbaren Polschuhsystem und den feststehenden Magnetkreisteilen, daß der magnetische Widerstand an dieser Übergangsstelle innerhalb der Grenzen der Relativbeweglichkeit praktisch unabhängig von der Stellung des Polschuhsystems ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polschuhsystem in der Ebene quer zur Strahlachse in beliebiger Richtung verstellbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei der Verstellung gleichbleibender Flußübergangsquerschnitt dadurch gegeben ist, daß einer der Polschuhe mit seiner Stirnfläche einem ebenen Teil des feststehenden Magnetkreises gegenüberliegt, dessen Strahldurchtrittsbohrung einen kleineren Durchmesser hat als die Polschuhbohrung an dieser Flußübergangsstelle.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung eines bei der Verstellung gleichbleibenden Flußübergangswiderstandes einer der Polschuhe am äußeren Rand tellerförmig erweitert ist und mit einer ebenen Übergangsfläche dieses Tellers einer ebenen Fläche des feststehenden Magnetkreises gegenübersteht.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an den Flußübergangsetellen ebene dicht aufeinand'erliegende Flächen am Polschuh und am gegenüberstehenden Teil des Magnetkreises angewendet sind.

6. Anordnung insbesondere nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Magnetflußführungsflächen, an der Flußübergangsstelle ein Spalt vorgesehen ist, dessen Breite durch Abstandhalter konstant gemacht ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe mindestens im Bereich der Flußübergangsstelle in nichtmagnetischem Material eingekapselt sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß einer Magnetlinse mit quer verstellbarem Polschuhsystem ein zur Korrektur des Astigmatismus dienender Stigmator zugeordnet ist, dessen Einstellmittel SO¹ angeordnet sind, daß die QuerverstelJung der Linse und die Stigmatoreinstellung ' unabhängig voneinander, d. h. ohne gegenseitige Beeinflussung, durchzuführen sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Polschuhsystems mit einem in unmagnetischem Material geschnittenen Innengewinde kleiner Steigung versehen ist, indem ein mit Korrektuflreisenmassen versehener Ring mit Außengewinde axial auf- und abschraubbar ist, und daß der Antrieb für den Ring über eine biegsame Welle erfolgt, die die Querverstellung des Polschuhsystems zuläßt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 904 096.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen