DE1040716B - Einrichtung zum Ausgleichen des Astigmatismus einer Elektronenlinse - Google Patents

Description

Zum Konzentrieren von sich schnell bewegenden, elektrisch geladenen Teilchen werden magnetische oder elektrische Elektronenlinsen verwendet. Mit Hilfe von dre'hsymmetrischen Linsenfeldern werden die geladenen Teilchen in einem punktförmigen Querschnitt gesammelt; dabei sind andere, nicht drehsymmetrische Felder vorgesehen, um seitliche Abweichung der geladenen Teilchen von einer Vorzugsrichtung zu beschränken. Die letztgenannten Felder können auch zur Korrektion bestimmter Fehler der drehsymmetrisehen Linsen verwendet werden. Ihre Wirkung ist dabei verhältnismäßig gering und beschränkt sich auf kleine Ablenkungen des Verlaufs der geladenen Teilchen.

Die Hilfsfelder ermöglichen es, den Astigmatismus einer Linse, einen Fehler der Drehsymmetrie, zu korrigieren. Es ist auf Astigmatismus zurückzuführen, daß von einer punktförmigen Strählenquelle nur eine annähernd punktförmige Abbildung erhalten werden kann. Die Unvollkommenheit der Abbildung ist auf Störung der Drehsymmetrie des Linsenfeldes zurückzuführen. Es wirken sich dabei unvermeidlich die Ungenauigkeiten der Bearbeitung und weiter Verunreinigung der Polschuhe und anderer, in der Nähe des Strahlengangs angeordneter Organe, z. B. Begrenzungsblenden, aus; dies tritt bereits nach kurzer Betriebsdauer ein. Infolge dieser Verunreinigungen entstehen unregelmäßige elektrische Ladungen, welche die Drehsymmetrie stören.

Es sind Einrichtungen bekannt, durch die ein Hilfsfeld zum Korrigieren dieses Astigmatismus erzeugt wird. Sie haben eine Anzahl von Hilfselektroden oder von magnetischen Hilfspolen, die in einer zur Bündelachse senkrechten Ebene symmetrisch rings um diese Achse angeordnet sind. Die Stärke des Hilfsfeldes wird durch Änderung der Potentiale der Hilfselektroden oder der Erregung der Hilfspole geregelt. Die Anzahl von Elektroden oder Hilfspolen ist ein Vielfaches von Zwei, so daß ein korrigierender Astigmatismus hervorgerufen werden kann, der alle möglichen Werte annimmt.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung entsteht ein korrigierendes Hilfsfeld unter der Wirkung eines zylindrischen Einsatzstückes in einem der Polschuhe einer magnetischen Elektronenlinse, welches Stück die Elektronenstrahlen umfaßt. Die Korrektionswirkung wird dadurch erhalten, daß längs des Randes des der Polfläche der Elektronenlinse zugewendeten Endes das Einsatzstück eine sich über den Umfang ändernde Höhe aufweist, in der Weise, daß gegenüber zwei zueinander senkrechten Ebenen durch die Achse Symmetrie vorliegt. Um die Stärke und die Richtung der Formveränderung des Linsenfeldes einstellen zu können, muß das Einsatzstück in axialer Richtung Einrichtung zum Ausgleichen
des Astigmatismus einer Elektronenlinse

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 11. März 1954

Adrianus Cornells van Dorsten,

Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

verschiebbar und um seine Achse drehbar ausgebildet sein.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ausgleichen des Astigmatismus des im wesentlichen drehsymmetrischen magnetischen oder elektrischen Feldes einer Linse für korpuskulare Strahlen mittels eines gesonderten, nicht radialen symmetrischen Hilfsfeldes, welche Einrichtung den Vorteil hat, daß die Korrektionsmittel in jedem erwünschten kleinen Abstand von der Linsenachse angeordnet werden können.

Die Erfindung weist gegenüber einem weiteren Vorschlag einer Einrichtung zur Erzeugung eines Hilfsfeldes, die aus zwei oder mehr die Symmetrieachse umgebenden zylindrischen Körpern besteht, die je mit einer oder mehreren Unsymmetrien zur Erzielung elliptischer Korrekturfelder versehen sind, den Vorteil auf, eine Stärkeregelung und die Richtungsänderung des Zusatzfeldes ohne Vornahme einer mechanischen Verstellung der Korrekturkörper herbeizuführen. Dabei sind die die Symmetrieachse der Linse umfassenden, zylindrischen Korrektionskörper, die eine über den Umfang veränderliche Höhe und zwei zueinander senkrechte Symmetrieebenen aufweisen, die sich in der Achse schneiden, gemäß der Erfindung in Richtung der Linsenachse hintereinander angeordnet und die von ihnen geometrisch bedingten Hilfsfelder elektrisch in der Stärke regelbar. Zum Korrigieren des Feldes einer magnetischen Linse mittels dieser Einrichtung können zwei Einsatzstücke

«09 657/378

3 4

je mit einer Erregerwicklung versehen sein, wodurch gedreht sein. Der Einsatzzylinder 12 ist um 90° geinfolge der mit Einsenkungen und Erhöhungen ver- genüber dem Einsatzzylinder 13 gedreht. Beide sind sehenen Rändern jeder der Zylinder ein magnetisches innerhalb der Verlängerung von aus magnetisierbarem Feld erzeugt, das die Eigenschaften einer rotations- Metall hergestellten Teilen des Polschuhs 2 angesymmetrischen Linse und einer sogenannten Zylinder- 5 bracht, damit der Fluß des Hilfsfeldes zur Korrektion linse in sich vereint. des Astigmatismus der Objektivlinse im wesentlichen

Die auf diese Weise durch zwei Einsatzstücke er- durch dieses Metall verläuft. Zur Erregung der Ein-

haltenen Hilfsfelder weisen Abweichungen von der satzzylinder dienen die Magnetisierwicklungen 14

Drehsymmetrie auf, die zueinander um 90° gedreht und 15, deren Stromzuführungsdrähte 16,17 und 18

sind. Durch Regelung der Stärke jedes Feldes kann io durch die Wand des Mikroskops nach außen geführt

man die resultierende astigmatische Störung um 180° sind. Mit Hilfe von nur drei Drähten und von den

drehen und deren Stärke beliebig einstellen. Potentiometern 19 und 20, die an die Stromquelle 21

Mittels dreier Einsatzzylinder, deren einander zu- angeschlossen sind, kann die Erregung jeder Spule gewendete Ränder profiliert sind und von denen einer für sich eingestellt werden und die Richtung und die das Spiegelbild des anderen ist und deren Symmetrie- 15 Stärke des Korrektionsfeldes geregelt werden. Man ebenen um 90° gedreht sind, kann man durch An- kann den Astigmatismus der Linse durch den auf legen eines geeigneten Potentials zwischen den äuße- diese Weise eingeführten, künstlichen Astigmatismus ren Körpern und dem zwischenliegenden Körper ein und durch derartige Reglung der Erregung jedes Einkorrigierendes, elektrisches Hilfsfeld erzeugen. satzzylinders, daß die künstliche Abweichung der-

Mittels zweier zylindrischer Einsatzstücke, deren 20 selben Größenordnung ist wie die zu korrigierende

einander zugewendete Ränder profiliert sind, kann Abweichung, kompensieren. Die Korrektion braucht

durch Anwendung einer Kombination eines elektro- nicht in der Nähe des Linsenfeldes stattzufinden. Sie

statischen Feldes und eines magnetischen Feldes kann an beliebiger Stelle durchgeführt werden, wo

— beide mit regelbarer Stärke — auch die erwünschte die Anordnung die geringsten Schwierigkeiten mit

Korrektion erhalten werden. 25 sich bringt.

Die verschiedenen Möglichkeiten werden an Hand Fig. 2 zeigt eine elektrostatische Linse mit zwei

der Zeichnung näher erläutert, in der die Außenelektroden 22 und 23, die gleiches Potential

Fig. 1 und 2 einen Teil eines Elektronenmikroskops haben und mit Erde verbunden sein können. Beide

mit Korrektionsmitteln nach der Erfindung zeigen und Elektroden haben eine Zentralöffhung 24 und 25.

Fig. 3 eine Ausführungsform einer Kombination 30 Weiter ist zwischen den beiden Außenelektroden eine von Einsatzstücken für elektrische und magnetische Elektrode 26 angeordnet, die ein hohes Potential geRegelung zeigt. genüber den Außenelektroden und eine öffnung 27

Die magnetische Elektronenlinse nach Fig. 1 kann hat. Diese Elektrode wird von dem Isolator 28 ab-

das Objektiv eines Elektronenmikroskops sein. Sie hat gestützt. Zur Korrektion des Astigmatismus dienen

zwei Polschuhe 1 und 2 aus magnetischem Material. 35 die Einsatzzylinder 29, 30 und 31, deren einander zu-

Die Polflächen haben einen geringen gegenseitigen gewendete Ränder das bereits vorstehend erörterte

Abstand 3. Indem die Bohrungen 4 und 5 möglichst Profil aufweisen. Die beiden Ränder des Zylinders 30

klein gemacht werden, kann man die sphärische und sind gekrümmt. Dieser Zylinder ist elektrisch mit der

chromatische Aberration der Linse auf sehr geringe Wand 32 des Mikroskops verbunden und hat somit

Werte herabmindern. Die mechanische Bearbeitung 40 Erdpotential. Die beiden anderen Zylinder 29 und 31

dieser Einzelteile ist niemals ohne Ungenauigkeiten, haben Spannungszuführungsdrähte 33 bzw. 34, die

die zu Abweichungen von der Drehsymmetrie des isoliert durch die Wand 32 geführt sind. Mittels der

Linsenfeldes veranlassen. Eine weitere Ursache einer Spannungsteiler 35 und 36, die an die Spannungs-

solchen Abweichung liegt in der Inhomogenität des quelle 37 angeschlossen sind, kann man das Potential

magnetisierbaren Materials, aus dem die Polschuhe 45 der Zylinder 29 und 31 gesondert einstellen. Die elek-

bestehen. trostatischen Felder zwischen den Zylindern 29 und 30

Um die Polschuhe voneinander entfernt zu halten, und zwischen den Zylindern 30 und 31 weisen je in

sind sie durch einen Ring aus nichtmagnetisierbarem der Richtung und in der Größe einen bestimmten

Material 6, z. B. Messing, verbunden. Astigmatismus auf, dessen Einfluß auf die Elektro-

Mit 7 wird das Joch bezeichnet, das die Polschuhe 50 nenstrahlen derart regelbar ist, daß die zu korrigie-

verbindet und in dem die auf der Spulenbüchse 9 an- rende Abweichung der Elektronenlinse ausgeglichen

gebrachte Erregerwicklung8 einen magnetischen Fluß wird. Dieses Korrektionsverfahren kann auch bei

hervorruft. dem magnetischen Elektronenmikroskop durchgeführt

Mit 10 und 11 sind an die Linse anschließende werden.

Teile der Wand des Mikroskops bezeichnet. 55 Es ist weiter möglich, den künstlichen Astigmatis-

Die Elektronen bewegen sich durch den entlüfteten mus durch Kombination eines magnetischen und eines Raum von oben nach unten und gelangen nach dem elektrostatischen Hilfsfeldes zu erzeugen. Dazu die-Durchgang durch die Linse in eine Korrektions- nen zwei zylindrische Einsatzstücke 38 und 39 nach einrichtung. Diese besteht aus zwei Einsatzstücken 12 Fig. 3, deren einander zugewendete Ränder spiegel- und 13 aus magnetisierbarem Material. Diese Stücke 60 symmetrische Profilierungen aufweisen. Die Erregersind zylindrische Büchsen, deren Ränder an dem der wicklung 40 ist beiden gemeinsam und erzeugt die zur Polfläche zugewendeten Ende eine über den Umfang Erzeugung des magnetischen Hilfsfeldes erforderveränderliche Höhe aufweisen. Die Figur stellt eine liehe Magnetisierung. Zwischen beiden Zylindern wird Ausführungsform dar, deren Rand wellenförmig ist; ein elektrischer Potentialunterschied zum Erzeugen der Raum kann jedoch ebensogut ein gezahntes Profil 65 des elektrostatischen Hilfsfeldes aufrechterhalten. Die oder rechtwinklige Aussparungen haben, wenn nur durch die Magnetisierung herbeigeführte Abweichung darauf geachtet wird, daß die Form symmetrisch ist infolge der verschiedenen Weise, auf die ein gegenüber zwei zueinander senkrechten Ebenen durch Elektronenstrahl durch ein magnetisches Feld und ein die Achse ist. Außerdem müssen entsprechende Sym- elektrisches Feld beeinflußt wird, um 90° gegenüber metrieebenen in den beiden Einsatzzylindern um 90° 70 der Abweichung gedreht, die auf das elektrostatische

"Feld bei den dargestellten Randformen zurückzuführen ist, so daß durch die Regelung der Feldstärke auch ein Astigmatismus erhalten wird, der alle möglichen Werte annehmen kann.

Nicht nur für Elektronenmikroskope können die genannten Korrektionsmittel verwendet werden, sondern auch für jede Art von Einrichtungen für schnelle Ladungsträger, bei denen die Konzentration dieser Teilchen und gegebenenfalls die Erzeugung vollkommener Abbildungen mittels dieser Teilchen durch Einführung des künstlichen, ausgleichenden Astigmatismus gefördert werden kann.

Claims (4)

PaTENTANSPKÜCHE:

1. Einrichtung zum Ausgleichen des Astigmatismus des im wesentlichen drehsymmetrischen, magnetischen oder elektrischen Feldes einer Linse für Korpuskularstrahlen mittels eines gesonderten, nicht radialsymmetrischen Hilfsfeldes und bestehend aus mindestens zwei die Symmetrieachse der Linse umgebenden, zylindrischen Körpern, die eine über den Umfang veränderliche Höhe und zwei zueinander senkrechte Symmetrieebenen aufweisen, die sich in der Achse schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektionskörper in Richtung der Linsenachse hintereinander angeordnet und die von ihnen geometrisch bedingten Hilfsfelder elektrisch in der Stärke regelbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur des Feldes einer magnetischen Linse zwei Korrektionskörper aus magnetischem Material mit je einer gesonderten Erregerwicklung versehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Korrektur eines elektrischen Feldes drei Korrektionskörper hintereinander angeordnet sind, von denen die äußeren Körper Potentialunterschiede gegenüber dem zwischenliegenden Körper aufweisen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Korrektionskörper aus magnetisierbarem Material hintereinander angeordnet sind, die eine gemeinsame Erregerwicklung haben, und daß zwischen beiden Körpern ein Potentialunterschied vorliegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung S 23536 VIII c/21 g (bekanntgemacht am 3. Dezember 1953);
Optik, Bd. 5, 1949, 8/9, S. 518ff.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 927 525.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© «09 657/37« 9.58