DE1060510B - Dreistufiges Elektronenlinsensystem eines Elektronenstrahlgeraetes, insbesondere eines Elektronenmikroskops - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein dreistufiges Elektronenlinsensystem eines Elektronenstrahlgerätes, insbesondere eines Elektronenmikroskops, mit einer Objektivlinse, einer Zwischenlinse und einer Projektivlinse, die je aus einer regelbaren premanentmagnetischen Linse bestehen.

Allgemein wird anerkannt, daß ein aus Objektivlinse, Zwischenlinse und Projektivlinse bestehendes dreistufiges Elektronenlinsensystem für Elektronenmikroskope den großen Vorteil einer veränderlichen Vergrößerung über einen großen Bereich und infolge der hohen Stabilität der die Magnetfelder erregenden permanenten Magnete ein hohes Auflösungsvermögen hat. Die bekannten, durch permanente Magnete erregten dreistufigen Elektronenlinsensysteme haben den Nachteil, daß die Änderung der magnetomotorischen Kraft einer Linse diejenigen der anderen Linsen beeinflußt. Durch die permanenten Magnete können Streufelder entstehen, welche die Bildeigenschaften ungünstig beeinflussen. Man kann zwar das Streufeld bis zu einem gewissen Grade abschirmen. Die bekanntgewordenen dreistufigen Elektronenlinsensysteme zeigen den Nachteil, daß die Fokussierung und Vergrößerung im Elektronenmikroskop nicht in dem gewünschten weiten Bereich möglich ist.

Ein ebenfalls bekanntes dreistufiges Elektronenlinsensystem besitzt außer der als Doppellinsen ausgebildeten Objektiv- und Projektivlinse eine ebenfalls als Doppellinse ausgebildete Zwischenlinse, die als Vergrößerungsregellinse wirksam ist, wobei jedem Doppellinsensystem eine besondere permanentmagnetische Erregung zugeordnet ist. Ein solches dreistufiges Elektronenlinsensystem erfordert verhältnismäßig große Abmessungen, wenn nicht gegenseitige Beinflussungen bei der Regelung der Scharfstellung und der Vergrößerungsregelung zu stark in Erscheinung treten sollen.

Die Aufgabe, die gelöst werden soll, besteht darin, eine dreistufige Elektronenlinsenanordnung, bestehend aus Objektiv, Zwischenlinse und Projektiv, dem gegebenenfalls eine Kondensorlinse vorgeschaltet sein kann, zu entwickeln, die bei raumsparendem gedrängtem Aufbau der Gesamtanordnung keine störenden magnetischen Streuflüsse und keine gegenseitige magnetische Beeinflussung der drei Linsen untereinander und eine bessere Bildqualität mit höherem Auflösungsvermögen bei einfacher und weiter Regelbarkeit der Vergrößerungsoptik aufweist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Objektivlinse und die Projektivlinse als Einfachlinsen mit zwei Polstücken und die Zwischenlinse als Doppellinse mit drei Polstücken ausgebildet und die Erregermagnete der^ drei Linsen koaxial angeordnete Ringmagnete sind und die als Jochstücke ausgebilde-Dreistufiges Elektronenlinsensystem

eines Elektronenstrahlgerätes, insbesondere eines Elektronenmikroskops

Anmelder: Hitachi Limited, Tokio

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Alb recht, Patentanwalt, Berlin-Frohnau, Edelhofdamm 26

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 27. August, 15. September, 29. September, 9. November, 17. November 1954 und 14. Februar 1955

Hiroichi Kimura, Bunya Tadano und Nozomu Morito, Tokio, ■ ;

sind als Erfinder genannt worden

ten Ummantelungen der Ringmagnete konzentrisch zueinander angeordnet sind und die innere Ummantelung die Außenpolstücke der als Dopseilinse ausgebildeten Zwischenlinse verbindet und das innere Polstück der Doppellinse mittels eines zu ihm einstellbaren beweglichen Joches mit dem anderen Pol des der Zwischenlinse zugeordneten Ringmagnets magnetisch verbunden ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Anordnung kennzeichnet sich dadurch, daß die Verstelleinrichtung der magnetomotorischen Kraft der Zwischenlinse aus einem ortsfesten zylindrischen Joch und einem mittels eines Verstelltriebwerkes in diesem axial zum mittleren Polstück einstellbaren, ebenfalls zylindrischen Joch bestellt. Durch die innere Ummantelung, die durch das zylindrische Joch gegeben ist, wird die Zwischenlinse gegen das Objektiv und das Projektiv abgeschirmt, während die Abschirmung der ganzen Linsenanordnung durch die konzentrisch angeordnete äußere zylindrische Ummantelung erfolgt. Dieser einfache, streuverlustfreie Aufbau des Elektronenlinsensystems kann zweckmäßig dadurch vervollkommnet werden, daß die Einstellung der Erregung der zwei Polstücke aufweisenden Einfachlinse, insbesondere der Objektivlinse, mittels zweier gegeneinander dreheinstellbarer, den Ringmagnet außen konzentrisch umgebender nichtmagnetischer Ringteile mit magnetischen Einschlüssen, von denen der eine feststeht, der

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andere dreheinstellbar ist, erfolgt und diese Ringteile innerhalb der äußeren Ummantelung angeordnet sind.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt
'■■· Fig. 1 einen Schnitt durch ein der Erfindung entsprechendes dreistufiges Elektronenlinsensystem,
^: Fig. 2 (a), (Ja), (c) und (d) verschiedene Elektronenwege im Linsensystem.

In dem in Fig. 1 dargestellten dreistufigen Linsensystem übt eine drei Polstücke aufweisende und durch einen permanenten Magnet 4 erregte Doppellinse 2 die Funktion einer Zwischenlinse aus, und die durch die permanenten Magnete 12 und 16 erregten Linsen

11 und 15 werden dementsprechend als Objektivbzw. Projektivlinse verwendet. 1, 2 und 3 bedeuten drei^; eine Doppellinse bildende Polstücke. Das mittlere Polstück 2 ist in magnetischer Verbindung gehalten mit dem oberen Pol des permanenten Magnets 4 mittels eines beweglichen Joches 5 und eines feststehenden Joches 6. Die beiden anderen Polstücke 1 und 3 sind am anderen Pol des permanenten Magnets 4 durch die Scheibe 7 in Verbindung mit dem Mantel 8 und der Scheibe 9 befestigt. Wenn nun das bewegliche Joch 5, das das mittlere Polstück 2 und das feststehende Joch 6 verbindet, mittels des in Fig. 1 gezeigten Zahntriebes 10 und 13 axial verschoben wird und sich der oberen Scheibe 7 nähert, so daß die an den Enden des permanenten Magnets auftretende Permeabilität verstärkt wird, dann verringert sich die magnetomotorische Kraft des Magnets 4. Gleichzeitig öffnet sich der Magnetring, der vom oberen Pol des Magnets 4 zum mittleren Polstück der Linse führt, allmählich. Daher ist der veränderliche Bereich der auf die Zwischenlinse einwirkenden magnetomotorischen Kraft größer als derjenige des erregenden Magnets. Auf diese Weise kann der magnetische Kreis des Zwischenlinsensystems für den Zweck der Änderung der Vergrößerung über einen weiten Bereich mit einem großen Sicherheitsfaktor für Demagnetisierung und Magnetisierung leicht berechnet werden. Durch eine solche Konstruktion ist es möglich, die änderbare Entfernung und die Größe des beweglichen Stückes verhältnismäßig klein zu halten, wodurch auch das Linsensystem in kleinen Abmessungen entworfen werden kann.

Wenn das Zwischenliinsensystem in oben beschriebener Weise konstruiert ist, hat es die Vorteile, daß

1. kein Streufeld nach außen entsteht und daß

2. die Möglichkeit vorhanden ist, die Brennweite in großem Umfang zu verändern, ohne das dadurch die magnetomotorischen Kräfte der Objektiv- und

■ ■· Projektivlinse beeinflußt werden.

In Fig. 1 befindet sich eine elektronenoptische Zwischenlinse 2 zwischen den Objektiv- und Projektivlinsen. Der die Objektivlinse 11 erregende Magnet

12 und der die Projektivlinse 15 erregende Magnet 16 sind mit ihren gleichnamigen Polen aufeinander gerichtet, so daß es möglich ist, die anderen ebenfalls gleichnamigen Pole dieser beiden Ringmagnete durch die äußere zylindrische Ummantelung 14 jochartig miteinander zu verbinden. Demgemäß ist außerhalb des Abschirmzylinders 14 kein Streufeldverlust vorhanden.

Bei einem solchen dreistufigen Linsensystem läßt sich durch allmähliches Verschieben des beweglichen Joches 5 die auf die Zwischenlinse einwirkende magnetomotorische Kraft ändern. Selbst wenn die Linsenfunktionen der Objektiv- und der Projektivlinse konstant gehalten werden, wird die Vergrößerung des Endbildes mit der Veränderung der Linsenwirkung der Zwischenlinse verändert. In diesem elektronischen Linsensystem ist der magnetische Kreis des Zwischenlinsensystems von dem jenigen der Objektiv- und Projektivlinsensysteme vollkommen unabhängig. Wenn daher die Stärke der Zwischenlinse 2 durch Betätigung des Getriebes 13, 10 und des beweglichen Joches 5 verändert wird, werden weder die Linsenstärke der Objektiv- noch der Projektivlinse llj 15 verändert. Fig. 2 zeigt die verschiedenen Elektronenpfade dieses Linsensystems.

Wenn sich das bewegliche Joch 5 in der höchsten Stellung befindet, wird der durch die Zwischenlinse 2 erregte Permanentmagnet 4 kurzgeschlossen und der vom Südpol des Permanetmagnets 4 zum mittleren Polstück der Zwischenlinse 2 gehende magnetische Kreis geöffnet. Die Zwischenlinse 2 zeigt dann keine Linsenwirkung. Wie in Fig. 2 (a) dargestellt, arbeitet dieses Elektronenlinsensystem wie ein zweistufiges Linsensystem.

Wird das bewegliche Joch 5 etwas nach unten verstellt, zeigt die Zwischenlinse 2 eine schwache Linsenwirkung, so daß sie wie eine Verkleinerungslinse wirkt und die Gesamtvergrößerung gering wird. Dieser Fall ist in Fig. 2 (b) dargestellt.

Wenn das bewegliche Joch 5 weiter nach unten verschoben wird, wird die hintere Brennstelle der Objektivlinse 11 auf die vordere Brennstelle der Projektivlinse 15 eingestellt, wie dies in Fig. 2 (c) dargestellt ist. In diesem Falle kann ein Beugungsbild erhalten werden.

Wenn das bewegliche Joch in die unterste Stellung verschoben wird und der Südpol des Permanentmagnets 4 völlig mit dem mittleren Polstück der Zwischenlinse 2 verbunden ist, ist die Stärke der Zwischenlinse 2 am größten, die dann als Vergrößerungslinse wirkt, so daß die stärkste Vergrößerung erreicht wird. Dieser Fall ist in Fig. 2 (d) dargestellt. Das Linsensystem hat den Vorteil, daß durch die Veränderung der Vergrößerung überhaupt kein Einfluß auf die magnetomotorischen Kräfte derObjektiv- und Projektivlinsen ausgeübt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dreistufiges Elektronenlinsensystem eines Elektronenstrahlgerätes, insbesondere eines Elektronenmikroskops, mit einer Objektivlinse, einer Zwischenlinse und einer Projektivlinse, die je aus einer regelbaren permanentmagnetischen Linse bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivlinse und die Projektivlinse als Einfachlinsen mit zwei Polstücken und die Zwischenlinse als Doppellinse mit drei Polstücken ausgebildet und die Erregermagnete der drei Linsen koaxial angeordnete Ringmagnete sind und die als Jochstücke ausgebildeten Ummantelungen der Ringmagnete konzentrisch zueinander angeordnet sind und die innere Ummantelung die Außenpolstücke der als Doppellinse ausgebildeten Zwischenlinse verbindet und das innere Polstück der Doppellinse mittels eines zu ihm einstellbaren beweglichen Joches mit dem anderen Pol des der Zwischenlinse zugeordneten Ringmagnets magnetisch verbunden ist.

2. Dreistufiges Elektronenlinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung der magnetomotorischen Kraft der Zwischenlinse aus einem ortsfesten zylindrischen Joch und einem mittels eines Verstelltriebwerkes in diesem axial zum mittleren Polstück einstellbaren ebenfalls zylindrischen Joch besteht.

3. Dreistufiges Elektronenlinsensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Erregung der zwei Polstücke aufweisenden Einfachlinse, insbesondere der Objektivlinse, mittels zweier gegeneinander dreheinstellbarer, den Ringmagnet außen konzentrisch umgebender nichtmagnetischer Ringteile mit

magnetischen Einschlüssen, von denen der eine feststeht, der andere dreheinstellbar ist, erfolgt und diese Ringteile innerhalb der äußeren Ummantelung angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 869 995, 898 214. ,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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