DE1489163A1

DE1489163A1 - Electron optical system

Info

Publication number: DE1489163A1
Application number: DE19641489163
Authority: DE
Inventors: Poole Jan Bart Le
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1963-06-19
Filing date: 1964-06-16
Publication date: 1969-03-13
Also published as: NL294272A; BE649408A; GB1006389A

Description

Patent attorney _β . .

Anmelder: N. V. PHILIPS'GLOElUMPENFABRIEKIiI ektronenoptisohes Syete^t^^^^-^J-^OlA 9 9Applicant: N. V. PHILIPS'GLOElUMPENFABRIEKIiI ektronenoptisohes Syete ^ t ^^^^ - ^ J- ^ OlA 9 9

Akte: PB-18 479
.Anmeldung vom« -|5_# Juni 1964 —"~"File: PB-18 479
.Registration from «- | 5 _# June 1964 -" ~ "

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronenoptische System zum Fokussieren von Elektronenstrahlen und bezweokt, ein System zu schaffen, das keine oder nur eine geringe sphärische Aberration aufweist.The invention relates to an electron optical system for Focusing electron beams and aiming to create a system that has little or no spherical aberration.

Das elektronenoptische System naoh der Erfindung ist eingerichtet zum Fokussieren eines hohlen, kegelförmigen ElektronenbUndels. Es besteht aus zwei rotationssymmetrisohen Elektronenlinsen (Teillinsen) mit gemeinsamer optischer Aohse, die in Hiohtung dieser Aohse hintereinander angeordnet sind. Jede dieser Teillinsen enthält Mittel, um in der Teillinse ein Hilfsfeld zu erzeugen, dessen Kraftlinien im wesentlichen radial gerichtet sind« Dieses Hilfsfeld kann ein elektrisches Feld sein, es kann jedoch auoh ein Magnetfeld als Hilfsfeld Verwendung finden. Die Erfindung wird näher erläutert an Hand einer Zeiohnung, innderThe electron optical system according to the invention is designed to focus a hollow, conical electron beam. It consists of two rotationally symmetrical electron lenses (partial lenses) with a common optical axis, which are arranged one behind the other in this axis. Each of these partial lenses contains means for providing an auxiliary field in the partial lens whose lines of force are directed essentially radially. This auxiliary field can be an electric field, but it can also be a magnetic field can be used as an auxiliary field. The invention is explained in more detail using a newspaper, innder

Figur 1 eine rotationasymmetrisohe Linse mit einigen von ih* gebroohenen Strahlen darstellt.Figure 1 shows a rotationally asymmetrical lens with some of it broohened Represents rays.

Figur 2 zeigt ein Linsensystem für Elektronenstrahl en von einem bekannten Typ, das eingerichtet ist, um die Strahlen eines hohlen kegelförmigen Elektronenbündel in einem kleinen Querschnitt auf der Aohse zu vereinigen·FIG. 2 shows a lens system for electron beams from one known type, which is arranged to unite the rays of a hollow, cone-shaped electron beam in a small cross-section on the axis

Figur 3 bezieht sioh auf eine einzelne magnetische Elektronenlinse, bei der nur ein Randteil Strahlen duvohlässt.Figure 3 relates to a single magnetic electron lens, in which only a part of the edge of the beam is allowed to pass.

Figur 4 bezieht sich auf eine ahnliahe Linse wie Figur 3· Dabei ist durch ein bekanntes Mittel die sphärische Aberration verringert, was mit Hilfe der Figur 5 erläutert wird.FIG. 4 relates to a lens similar to that of FIG the spherical aberration is reduced by a known means, which is done with the help of of Figure 5 is explained.

Figure 6 shows how the purpose of the invention can be achieved, and

Figur 7 ist ein Längsschnitt durch ein vollständiges Linsensystem gemäss der Erfindung.FIG. 7 is a longitudinal section through a complete lens system according to the invention.

In FIG. 1, 1 denotes the sonity guided along the drawing plane

BAD 90981170924BATH 90981170924

PH.18.479PH.18.479

U8916-3U8916-3

-2--2-

der Hauptebene einer beliebigen Sammellinse, deren optische Achse 2 in der Zeichenebene liegt. Ein von einem weit entfernt auf der Achse liegenden Punkt ausgehender Strahl 3 wird durch die Linse so gebrochen, dass er die Achse 2 i-n Punkt 4 schneidet. Wenn die Linse nicht mit dem Fehler der sphärischen Aberration behaftet wäre, würden dichter neben der Achse verlaufende Strahlen 5 und 6 ebenfalls so von der Linse gebroohen werden, dass die die Aoheθ im gleichen Punkt 4 schneiden wurden. Dieser Punkt wäre der Brennpunkt der Linse.the main plane of any converging lens whose optical axis 2 in the Drawing plane lies. A point from a point far on the axis outgoing ray 3 is refracted by the lens so that it intersects axis 2 i-n point 4. If the lens is not with the fault of the spherical If there were aberrations, rays 5 and 6 running closer to the axis would also be broadened by the lens in such a way that the Aoheθ im same point 4 were cut. This point would be the focal point of the lens.

In Wirklichkeit jedoch schneiden bei rotationsaymmetrieohen Linsen die achsen parallel einfallenden Strahlen diese Achse in einem Punkt, der immer weiter von der Hauptebene entfernt ist, Je kleiner der Abstand h derIn reality, however, rotational asymmetry lenses cut the axes parallel incident rays this axis at a point that is always further away from the main plane, the smaller the distance h the

Strahlen von der Achse ist. So schneidet z.B. in Figur 1 der Strahl 5 ^α*^θ Achse im Punkt 7, während der Strahl 6 sie im Punkt 8 schneidet. Nooh achsennähere Strahlen erreichen nach Brechung die Achse in nooh weiter entfernten Punkten. Bei immer kleinerem Wert von h nähert sich der Schnittpunkt dar Strahlen mit der Achse dem paraxialen Brennpunkt 9 als Grenzwert.Rays from the axis is. For example, in FIG. 1, ray 5 intersects the ^α * ^θ axis at point 7, while ray 6 intersects it at point 8. Nooh axially closer rays after refraction reach the axis in nooh further distant points. As the value of h becomes smaller and smaller, the point of intersection of the rays with the axis approaches the paraxial focal point 9 as the limit value.

In einer Bildebene 10, die im Funkt 9 senkrecht auf der Achse steht, wird, wenn angenomnen wird, dass die Strahlen auf einen kreisförmigen Teil der Hauptebene 1 auftreffen, ein kreisförmiger Brennfleck mit einem Radius r gebildet. Aus der Figur geht hervor, dass r mit dem Abstand h zunimmt.In an image plane 10, which is perpendicular to the axis in point 9, becomes when it is assumed that the rays hit a circular part of the Main plane 1 hit, a circular focal spot with a radius r is formed. The figure shows that r increases with the distance h.

Sie Brennpunktsunsoharfe, die durch die sphärische Aberration, herbeigeführt wird, ist auoh bei Elektronenlinaen um so kleiner, je geringer die Brennweite der Linse ist.-Deshalb wird im allgemeinen bei Elektronenmikroskopen eine kurze Brennweite der Abbildungslinse angestrebt. Die Brennpunkte liegen denn auoh bei den für Elektronenmikroskopen üblichen magnetischen Objektiven .imra allgemeinen innerhalb der Polschuhe.The focal point unsharp, which is brought about by the spherical aberration, is also the smaller in the case of electron lines, the smaller it is Focal length of the lens is.-This is why it is generally used in electron microscopes A short focal length of the imaging lens is aimed for. The focal points are also on the magnetic lenses commonly used for electron microscopes .in general within the pole pieces.

Wenn elfte derartige kurze Brennweite nicht möglioh ist, weil der Brennpunkt auginglioh eein muss, muss man versuchen, die sphärische Aberration auf andere Weise su verringern. Bin solcher Fall kann β.B. beim Mntfeneohatteneikroekop eintreten. Bei diesem au«β manchmal, der Brennpunkt von einer He- , tftllfolie aufgefangen werden kSnnen, die völlig aueeerhalb der Linbd angeordnetIf the eleventh such short focal length is not possible because of the One must try to reduce the spherical aberration in other ways. In such a case, β.B. at the Mntfeneohatteneikroekop enter. With this au «β sometimes the focal point of a helium, Tftll foil can be collected, which can be placed completely outside the liner

■ 0S811/0924/ BADOflONAL■ 0S811 / 0924 / BADOflONAL

PH.15.479'PH.15.479 '

U89163U89163

Der Strahl r des Brennfleckes wird bei Elektronenlinsen rom üblichen Typ durch die Formel r«Cd ausgedrückt. Dabei ist C der Koefficient derThe beam r of the focal spot is common in electron lenses Type expressed by the formula r «Cd. Where C is the coefficient of

8 S8 p

sphärischen Aberration und^ der halbe Öffnungswinkel der Linse. Dieser Winkel 0( ist in Figur 1 angegeben. Bei üblichen Werten vono( kann man ihn gleich tgd, · ·χ setzen, wobei d der Strahl der Linsenöffnung und f die paraxiale Brennweite ist. Lässt sich der Koeffizient nicht weiter verringern, well eich der Brennpunkt sonst zu sehr der Linse nähern würde, so lässt sioh durch Abblenden d und infolgedesseno( verringern, Dies tyat jedoch den Nachteil, dass der Strahlstrom dadurch abnimmt. Es ist jedooh nicht notwendig, dass ein Teil der Linse Verwendung findet, der die Achse enthält. Ks ist auch raSglioh, einen ringförmig die Aohse umgebenden Teil zu verwenden und so die gleiohe Verringerung der sphärischen Aberration mit grSsserem Strahl strom zu erhalten· spherical aberration and ^ half the opening angle of the lens. This angle 0 (is given in FIG. 1. With the usual values of o (it can be set equal to tgd, · · χ , where d is the ray of the lens opening and f is the paraxial focal length. If the coefficient cannot be further reduced, then the If the focal point would otherwise come too close to the lens, it can be reduced by stopping down d and consequently o (, but this has the disadvantage that the beam current is thereby reduced. However, it is not necessary to use a part of the lens that contains the axis It is also advisable to use a ring-shaped part surrounding the axis and thus to obtain the same reduction in spherical aberration with a larger beam current.

Es ist ein elektronenoptisches System bekannt, das aus zwei gleiohen rotationssymmetrischen Teillinsen besteht, die zusammen ein vollständiges Fokussierungssystem bilden. Jede dieser Teillinaen liefert gleichsam die halbe Wirkung. Die Wirkungsweise dieses Systemes wird an Hand der Figur 2 erläutert.An electron optical system is known which consists of two equations rotationally symmetrical partial lenses, which together form a complete Form focusing system. Each of these partial lines delivers, as it were, the half effect. The mode of operation of this system is illustrated in FIG. 2 explained.

In dieser Figur stellen 11 und 12 Sohnitte durch zwei magneti so he Linsensysteme mit gemeinsamer optischer Achse 13 dar, die in der Zeiohe&ebene gedacht werden muss, aber in der Figur in übertrieben grossem Abstand Ton den Teilen 11 und 12 gezeichnet ist. Diese Systemen bestehen je aus einen ferromagnetisehen Hohlring 14 bzw. 13, der auf der Innenseite mit einem flpplt 16 bz*. 17 versehen ist. Jeder Ring umschliesst eine Erregerwicklung 18 bzw. 19. Nur die Schnitte durch die auf einer Seite der Aohse liegenden Teillineen sind dargestellt. Weiter ist eine Elektronenbahn 20 dargestellt, die von einem Punkt 21 ier Achse 13 ausgeht und die Achse unter einen derartigen Winkel verlässt, sodass sie nach Brechung durch die Linse 11 parallel zur Achse verläuft. Der Punkt 21 ist somit für diese Elektronenbahn «le derIn this figure, 11 and 12 represent sons through two magneti so he Lens systems with a common optical axis 13, which in the Zeiohe & plane must be thought, but in the figure at an exaggeratedly large distance tone the parts 11 and 12 is drawn. These systems each consist of a ferromagnetic hollow ring 14 or 13, which is flpplt on the inside 16 bz *. 17 is provided. Each ring encloses an excitation winding 18 or 19. Only the sections through those lying on one side of the Aohse Part lines are shown. An electron path 20 is also shown, which starts from a point 21 ier axis 13 and leaves the axis at such an angle that it is parallel after refraction by the lens 11 runs to the axis. The point 21 is thus the le for this electron path

909811/092 4909811/092 4

'^- ■ ■ " BAD ORIGINAL'^ - ■ ■ "BAD ORIGINAL

PH.18.479PH.18.479

H89163H89163

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erete Brennpunkt der Teillinse 11 zu betrachten. Nach Brechung duroh die Linse 12 erreicht der Strahl 20 die Achse 13 im Punkt 22, der gegenüber dem System symmetrisch zum Punkt 21 liegt. Ein Elektronenstrahl 23» der den Punkt 21 unter einem grossereη Winkel mit der Achse verlässt» wird von der Linse 11 in solohem Masse stärker als der Strahl 20 gebrochen, dass er eur Aohae hinläuft. Von der Linse 12 wird der Strahl 23 weniger stark gsbroohon als der Strahl 20. Bei einem Strahl 24, der die Achse unter einem kleineren Winkel als der Strahl 20 verläset, verhält sich die Sache gerade umgekehrt. erete focal point of the partial lens 11 to consider. After breaking through the Lens 12, the beam 20 reaches the axis 13 at point 22, which is symmetrical to point 21 with respect to the system. An electron beam 23 "which the point 21 leaves at a larger angle with the axis »is from the lens 11 broken in a solohem measure stronger than the ray 20 that he eur Aohae runs towards it. The beam 23 from the lens 12 is less intense than the ray 20. In the case of a ray 24 which leaves the axis at a smaller angle than the ray 20, the situation is exactly the opposite.

Es wird jetzt dafür gesorgt, dass keine Strahlen die Linse ausaerhalb der duroh die Strahlen 23 und 24 bestimmten Zone erreichen können, wo» duroh sioh in einer durch 22 gehenden aur'Achse senkrechten Ebene eine Abbildung des Punktes 21 ergibt, die eine kleinere Ausdehnung hat als boi einer einzigen Linse der Fall wäre.It is now ensured that no rays outside the lens the zone defined by rays 23 and 24 where » duroh sioh a figure in a plane perpendicular through 22 aur 'axis of the point 21 results, which has a smaller extension than boi a single one Lens would be the case.

Das in der Literatur beschriebene System von dieser Art ist mit magnetisc&en Linsen versehen, aber ein gleiches Ergebnis ist auch mit elektrostatischen Linsen erzielbar.The system of this type described in the literature is magnetic Lenses provided, but the same result is also obtained with electrostatic ones Lenses achievable.

Eine bekannte Weise, auf die sich die sphärische Aberration verringern lässt, wird jetzt an Hand der Figuren 3 und 4 erläutert, die gleichfalls einen halben Schnitt duroh ein magnetisches Linsensystem längs einer die optisohe Achse enthaltenden Ebene darstellen. In beiden Figuren ist 25 ein ringförmiger FolkBrper aus ferromagnetische!!! Material, der eine Erregoropule 26 umsohliesst. In der Nähe des Spaltes 27 ergibt sich das strahlenbreohende Masnetfeld. A well-known way in which spherical aberration is reduced is now explained with reference to Figures 3 and 4, which also half a cut through a magnetic lens system along one of the optisohe Represent the plane containing the axis. In both figures, 25 is an annular one FolkBrper made of ferromagnetic !!! Material comprising an exciteropule 26 insoles. In the vicinity of the gap 27 there is the radiation-breaking Masnet field.

Ebenso wie in Figur 1 sind in den Figuren 3 und 4 drei Strahlen dargestellt, in diesem Falle Elektronenbahnen, die parallel sur optischen Achse 28 in die Linse einfallen. Infolge der sphärischen Aberration hat jeder Strahl einen anderen Schnittpunkt mit der Aohae. Die Strahlen sind in Figur 3 so gewählt, dass der Schnittpunkt des mittleren Strahles 29 mit der Achse in gleiohen Abständen von den Punkten liegt, in denen die Strahlen 30 und 31As in FIG. 1, three beams are shown in FIGS. 3 and 4, in this case electron paths that are parallel to the optical Axis 28 fall into the lens. As a result of the spherical aberration, everyone has Ray another intersection with the Aohae. The rays are selected in Figure 3 so that the intersection of the central ray 29 with the axis is at equal distances from the points at which the rays 30 and 31

90 9811/0924 ' "bad original90 9811/0924 '"bad original

die durch diesen Sohnittpunkt gehend· senkreoht auf der Aohse st«h«nd· Eben· 32 sohneiden. Wenn keine anderen Strahlen als die, welche in der duroh die Strahlen 30 und 31 bestimmten Zone verlaufen» die Linse treffen« ist die kreisförmige Abbildung am kleinsten in der Ebene 32» wie aus der Figur leicht ersiohtlioh ist. Es ist bekannt, dass diese Kreisfläche sioh dadurch etwas verkleinern lässt» dass in der Linse ein elektrisches Hilfsfeld angebraoht wird» dessen Kraftlinien im wesentlichen radial verlaufen· Mit ewei entgegengesetst gerichteten Feldern hintereinander ist der beabsichtigte Zweck auch noch erreichbar.which, going through this Sonittpunkt, is standing vertically on the Aohse. 32 sons. If no rays other than those in the duroh die Rays 30 and 31 run through certain zone "hit the lens", the circular image is smallest in plane 32 "as shown in the figure is easily ersiohtlioh. It is known that this circular area sioh can be reduced a little »that an electrical auxiliary field is applied in the lens will »whose lines of force run essentially radially · With ewei oppositely directed fields one behind the other is the intended one Purpose also achievable.

Die radialen Hilfefelder haben selbst keine fokussierends Wirkung, aber sie Üben eine strahlenbreohende Wirkung aus. Hit grosser Annäherung ist die Ablenkung der Elektronenbahnen duroh dieses radiale Hilfsfeld umgekehrt proportional zum Abstand h von der Aohse. Die Abhängigkeit dieser Ablenkung von h iat somit der duroh daa Hauptfeld herbeigeführten entgegengeaetst, Sa· Ergebnis iat ein gewisser Ausgleich der sphärischen Aberration. Dies wird duroh Figur 4 erläutert, in der mit 33 eine koaxial sur Linse angeordnete Botationasymmetrisohe Elektrode beseiohnet wird, die ein positives Potential in Bezug auf den atagnetkörper 25 hat. Duroh Regelung der Potentialdifferens lässt 3ioh die günstigste Einstellung erhalten.The radial help fields themselves do not have a focusing effect, but they have a radiation-diffusing effect. With a close approach, the deflection of the electron orbits by this radial auxiliary field is inversely proportional to the distance h from the axis. The dependence of this distraction from h iat thus the entgegengeaetst duroh daa induced peloton Sa · profit iat a certain compensation of the spherical aberration. This is explained by FIG. 4, in which a botation-asymmetric electrode, which is arranged coaxially on the lens and has a positive potential in relation to the magnetic body 25, is arranged at 33. Duroh regulation of the potential difference allows 3ioh to obtain the most favorable setting.

Figur 5 ist eine graphisohe Darstellung der Stärke ψ des Fokus» sierungssystemes (Kurve 34) und derjenigen des radialen Hilfefelde· (Kurve 35) in Abhängigkeit vom Abstand h von der optischen Achse. Dl··· Figur lehrt, dass in der Umgebung eines Kreises um die Aohse mit einem Strahl h die LiR-FIG. 5 is a graphical representation of the strength ψ of the focusing system (curve 34) and that of the radial help field (curve 35) as a function of the distance h from the optical axis. Dl · ·· Figure teaches that in the vicinity of a circle around the axis with a ray h the LiR-

senebene eine Zone hat, in der die Summe der beiden Stärken (Kurv· 36) sieh wenig mit dem Abstand h ändert und somit die Gesamtstärke der Line· naheiu konstant ist. Duroh "Ausschneiden¹* dieser ringförmigen Zone au· der Lin·· ergibt sich* eine Linse, die eine geringere sphärische Aberration aufweist al· die gleiche Linse (Figur 3) ohne radiales Hilfsfeld. Figur 4 ««igt» dft·· dersen level has a zone in which the sum of the two strengths (curve 36) changes little with the distance h and thus the total strength of the line is constant. Duroh "Cutting out ¹ * this ring-shaped zone from the line results in a lens that has a lower spherical aberration than the same lens (FIG. 3) without a radial auxiliary field. FIG

909811/0924909811/0924

BADBATH

PH..18.479PH..18.479

U89163U89163

Abbildungskreia, den dae z-vieohen den Strahlen 30 und 31 liegend· hohle kegelförmige Elektronenbündel in der Ebene 32 ö'ibt, kleiner als im Falle der Figur 3 iat.Figure circles, the z-vieohen the rays 30 and 31 lying · hollow cone-shaped Electron bundle in plane 32 is smaller than in the case of the figure 3 iat.

Es stehen somit z.vei Verfahre zur Verbesserung des Abbildungafehlera zur Verfügung, die vergleichbare Ergebnisse liefern (Figur 2 und Figur 4). Es wurde jetzt gefunden, dass es sehr wirkungsvoll 13t, diese beiden Verfahren zu kombinieren. Durch diese Korabination ergibt sich eine Brennpunktauneohärfe, die nicht nur kleiner, sondern auoh von einer kleineren Grösaenordnung ist als die Unscharfe, die mit jedem einzelnen der erwähnten Verfahren erreicht wird. Es handelt sich somit um oine deutliche und unerwartete Kombinationswirkung. There are thus two methods to improve the mapping error are available that provide comparable results (Figure 2 and Figure 4). It it has now been found that it is very effective 13t both of these procedures to combine. This coordination results in a focal aura, which is not only smaller, but also of a smaller order of magnitude than the fuzziness achieved with each and every one of the methods mentioned will. It is therefore a clear and unexpected combination effect.

Figur 6 zeigt ein Fokussierungssystem,in 4em dieser Oedanlce verwirklicht i3t· Entsprechende Teile sind mit den gleichen 3ezuggsiffern v/i σ in 7ijur 2 bezeichnet. Die unerwartet groaae Verbesserung ergibt sich dadurch» dass die Teillinsen mit Mitteln vorsehen sind, durch die in jeder der Tel11insen ein elektrisches Hilfsfeld erzeugt werden kann, -lessen Kraftlinien im wesentlichen radial gerichtet sind. Diese Mittel bö3tehen aus koaxial zu den Teillinsen in den Foku33ierungsfeldern angeordneten rotationsaymmetrisahen Elektroden 37 bzw, 38 aus nichtmagnetischem Material, die einen zentralen Teil der Lir.3on eliminii»- ren. Sie.haben eine Potentialdifferonz gegen'iber den PolkSrpern 14 bzw._ 1p, die somit als Gegenelektrode dea elektrischen Hilfsfeldes dienen und,deshalb erforderlichenfalls mit einem Anschluss 39 und einer elektrischen Vorbindung 40 miteinander versehen sind. Das Potential der Elektroden 37 und 38 iat in der Figur negativ angegeben, weil sich herausgestellt hat, dass das beste Ergebnis mit HiI fsf el <lern erzielt wird, deren elektrische Feld stark ο uur Achse hin gerichtet ist»FIG. 6 shows a focusing system implemented in this Oedanlce i3t · Corresponding parts are given the same numerals v / i σ in 7ijur 2 designated. The unexpectedly large improvement is due to the fact that the Partial lenses are to be provided with means through which one in each of the tele lenses electrical auxiliary field can be generated, -lessen lines of force essentially are directed radially. These means are coaxial with the partial lenses in rotational symmetry electrodes 37 or 38 made of non-magnetic material, which forms a central part of the Lir.3on eliminii »- They have a potential difference with respect to the pole bodies 14 or _ 1p, which thus serve as a counter electrode of the auxiliary electrical field and, therefore if necessary with a connection 39 and an electrical pre-connection 40 are provided with one another. The potential of electrodes 37 and 38 is in of the figure given negative because it turned out that the best result with HiI fsf el <learning is achieved whose electric field is strong ο uur axis is directed towards »

Die Verbesserungen, die durch die Verwendung eines Doppelsyatemes (Figur 2), einer Linse, von der ein zentraler Teil eliminiert wird (Figur 3)The improvements made by using a double syatem (Figure 2), a lens from which a central part is eliminated (Figure 3)

90981 1/0924 ' BADORiGiNAL90981 1/0924 'BADORiGiNAL

PH.18.479PH.18.479

U89163U89163

und einer derartigen Linse mit radialsymmetrisohem Hilfsfeld (Figur 4) erreichbar sind, andern jede für sioh die QrUssenordnung des Brennpunktes nioht, Wie bereite bemerkt, wird die Orösee des Brennfleokes bei einer IbIlohen Linse durch r - Jo( bestimmt· Die Glieder mit höheren Potenzen Tono( sind weggelassen, weil sie gegenüberC^ vernaohlassigbar sind, denn o( » in Radianten ausgedrückt, ist in den für die Praxis in Betrahht kommenden Ptl- . len klein gegen 1. Deshalb spricht man in diesen Fall von einer Brennpunktgrösse der dritten Ordnung auf Grund der dritten Potenz von O(·and such a lens with a radially symmetrical auxiliary field (Figure 4) can be achieved, each of which does not change the order of magnitude of the focal point, As already noted, the oroses of the Brennfleokes becomes louder at an IbIlle Lens determined by r - Jo (The limbs with higher powers Tono (are omitted because they are negligible compared to C ^, because o (»in Expressed in radians, it is in the Pt1-. len small compared to 1. Therefore, one speaks of a focal point size in this case of the third order due to the third power of O (

Wenn ein hinreichend grosser zentraler Teil der Linse abgeschirmt wird, wird die Brennpunktsoharfe r ■ 30^ ² Δ<^ · Dabei ist AOl₁ de» Winkel j zwischen den innersten und dem aussersten Strahl des konvergierenden Bündel« in einer die Achse enthaltenden ffcene. Dadurch, dass Ad^ hinsioatli«h der GrBsaenordnung als klein in Bezug auf C^ su betrachten ist, weloher Winkel in diesem Falle nioht mehr sehr klein ist, ist dieser Ausdruck Ton der ersten GrSssenordnung (erste Potente von ΔC^ ). Der erhaltene Brennpunkt wird somit ein Brennpunkt der ersten Ordnung. Bringt man das Hilfsfeld an (Figur 4), so wird der Ausdruck für die Brennpunktgrässe eines nioht übenalssig weiten hohlen kegelförmigen Bündels in der Umgebung, wo h ■ h (Figur 5)» gleich r - 4C Ci^. ( Δ. d> ) . Bs ergibt sioh somit ein Brennpunkt der sweiten Ordnung.If a sufficiently large central part of the lens is screened off, the focal ^{harp becomes r · 30 ^ 2} Δ <^ · where AOl _{1 is the} "angle j between the innermost and the outermost rays of the converging bundle" in an ffcene containing the axis. Because Ad ^ hinsioatli «h of the order of magnitude is considered to be small in relation to C ^, which angle is no longer very small in this case, this expression is tone of the first order of magnitude (first power of ΔC ^). The obtained focus thus becomes a first order focus. If the auxiliary field is attached (FIG. 4), the expression for the focal point size of a hollow cone-shaped bundle that is not normally wide in the area becomes, where h · h (FIG. 5) »equals r - 4C Ci ^. (Δ. D>). Bsioh thus results in a focal point of the second order.

Using a double jsteaes on sioh (Figure 2) results in!

sich eine Fleokgrösse, die die dritte Potenz von4 <^ enthalt. Ss war somit si erwarten, dass die Anbringung von Hilfsfeldem in einen Doppeltstem naoh Figur 6 keine Verbesserung ergeben würde, die die grösseren Komplikationen aufwiegt, überrasohenderweise hat dies in Wirkliohkeit jedooh ein« viel ■ stärkere Wirkung als die Summe der Verbesserungen, die jede der Komponenten \ becomes a Fleok size that contains the third power of 4 <^. Ss was to be expected therefore si that the attachment of Hilfsfeldem in a Doppeltstem naoh 6 no improvement would result that balances the larger complications überrasohenderweise this has jedooh in Wirkliohkeit a "much ■ stronger effect than the sum of the improvements that each of the components \

i an eich liefert. Mit dem System geaass der Erfindung wird die sphirisohe Aber· ration der dritten Ordnung korrigiert und das Ergebnis ist eine Brennpunkt·· grösse der fünften Ordnung, d.h. eine Abmessung, die keine Glieder alt nieArl·i deliver to eich. With the system according to the invention, the spherical but ration of the third order is corrected and the result is a focal point magnitude of the fifth order, i.e. a dimension that has no terms old nieArl

909811/0924 ' bad original909811/0924 ' bad original

6363

geren Potenzen von^^ale-d^C enthält.contains geren potencies of ^^ ale-d ^ C.

Durch die Anwendung der Erfindung ist ein Brennfleck von 0,0002 mm nooh in einer Entfernung von wenigen Zentimetern von der Linse mit einem Offnungaraumwinkel (Hass für den Strahl strom) von 3 bis 4x10* Steradianten erzielbar. Mit den üblichen Linsen wäre brauchbare Raumwinkel nur ein Hunderdstel. Mit der Korrektion gemäss einem der bekannten Verfahren alleineBy using the invention there is a focal spot of 0.0002 mm nooh at a distance of a few centimeters from the lens with an opening space angle (hatred for the beam current) of 3 to 4x10 * steradians achievable. With the usual lenses, usable solid angles would only be a hundredth. With the correction according to one of the known methods alone

—2 wäre höchstens ein Raumwinkel von 1 bis 2 χ 10 Steradianten möglich, so dass der Strahlstrom 2 bis 3 Male kleiner bleibt als bei der Anwendung der Erfindung. —2, a solid angle of 1 to 2 χ 10 steradians would be possible, so that the jet current remains 2 to 3 times smaller than when using the invention.

Eine eingehender ausgeführte Zeichnung eines elektronenoptische Systems nach der Erfindung ist Figur 7*A more detailed drawing of an electron optical System according to the invention is Figure 7 *

Beim in Figur 7 dargestellten elektronenoptisohen System wird die •rate Teillinee durch eine Magnetspule 41 erregt. Eine ähnliche Spule 42 dient in der zweiten Teillinse _Zum gleichen Zweck. Es finden gesonderte Spulen Verwendung, die es ermöglichen, die Teillinsen verschieden zu erregen.In the electron-optical system shown in FIG. 7, the partial line is excited by a magnetic coil 41. A similar coil 42 is used in the second partial lens _to m same purpose. Separate coils are used that make it possible to excite the partial lenses in different ways.

Die magnetischen Linsenfelder, die rotationssymmetrisch sind, ergeben sioh zwisohen den Polpaaren 43» 44 und 45, 46. Jedes Paar besteht aus zwei zylindrischen Einsatzstücken aus magnetischem Material. Der Pol 43 bildet einen Teil des Binsatzstüokes 47 und ohr Pol 44 des Einsatzatüokes 48* Zusammen bilden sie die erste Teillinse.The magnetic lens fields, which are rotationally symmetrical, result between the pole pairs 43 »44 and 45, 46. Each pair consists of two cylindrical inserts made of magnetic material. The pole 43 forms part of the Binsatzstüokes 47 and ear pole 44 of the Einsatzatüokes 48 * Together they form the first partial lens.

Die Pole 43» 44 haben je eine zylindrische Öffnung 49 bzw^ $0 sum HindurohlasBen von Elektronen, von denen in der Zeichnung angenommen wird, das« »ie das System von links her erreichen.The poles 43 '44 each have a cylindrical aperture 49 or $ 0 ^ HindurohlasBen sum of electrons of which is assumed in the drawing, the "" ie the system from the left to achieve.

Das Einsatzstück 51 mit dem Pol 45 und das Einsatzstück 52 mit dem Pol 46 bilden die zweite Teillinse.The insert 51 with the pole 45 and the insert 52 with the pole 46 form the second partial lens.

Ein Hantel 53 aus magnetischem Material umsohliesst die Spulen 41 und 42. Auf übliche Weise ist das Innenfutter 54 des Mantels duroh einen Luftepaljr 55 für die erste Teillinse und einen Luftspalt 56 für die cv/oiteA dumbbell 53 made of magnetic material surrounds the coils 41 and 42. In a conventional manner, the inner lining 54 of the jacket is one-piece Luftepaljr 55 for the first partial lens and an air gap 56 for the cv / oite

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

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Teillinse unterbrochen. Unter einem Luftspalt sind in diesem Zusammenhang die Ringe 55 und 56 aus nioht-magnetisohem Material au verstehen. Die Binsatzstücke 47, 48 und 51» 32 passen genau in das Futter 54 ein.Partial lens interrupted. Under an air gap are in this regard understand the rings 55 and 56 made of non-magnetic material au. The Binsatzstück 47, 48 and 51 »32 fit exactly into the chuck 54.

Zwischen den Polen 43 und 44 ist eine ringfSrmige Elektrode 57 angeordnet. Ihre Befestigung erfolgt durch ein passend gestaltete· Isoll«rstück 58, z.B. einen Ring aus keramischem Material. In einer Aussparung Im Aus3enumfang des Einsatzstüokes 47 liegt ein isolierter Stromdraht 59ι mit der Elektrode 57 verbunden ist. In der Mitte der Öffnung 60 der migen Elektrode 57 befindet sich eine Elektrode 6t. Diese wird duroh dünn· Metaldrähte 62 abgestutzt, die am Einsatzstück 47 befestigt sind.An annular electrode 57 is located between the poles 43 and 44 arranged. They are attached using a suitably designed Isoll piece 58, e.g. a ring made of ceramic material. In a recess Im An insulated power wire 59ι is located on the outside of the insert 47 is connected to the electrode 57. In the middle of the opening 60 of the Migen electrode 57 is an electrode 6t. This becomes duroh thin Metal wires 62 which are fastened to the insert 47 are trimmed.

Die zweite Teillinse ist zwischen den Polen 45 und 46 auf Shnlioh« Weise mit der ringförmigen Elektrode 63 versehen, die an einem Isolieratüok 64 befestigt und mit einem Stromdraht 65 versehen ist, der in einer Aussparung des Einsatzstuckes 52 gegen die Innenseite des Hantelfutters 54 gelegt i3t. Die zentrale Elektrode 66 in der öffnung der ringförmigen Elektrode 63 ist durch dünne Metaldrähte 67 am Einsatzstück 51 befestigt.The second partial lens is between poles 45 and 46 on Shnlioh « Way provided with the annular electrode 63, which is attached to an Isolieratüok 64 is attached and provided with a power wire 65, which is in a recess of the insert 52 placed against the inside of the dumbbell chuck 54 i3t. The central electrode 66 in the opening of the annular electrode 63 is attached to the insert 51 by thin metal wires 67.

In den Offnungen zwischen den ringfSrmigen und den zentralen Elektroden sind die radial gerichteten elektrischen Felder zur Korrektion der sphärischen Aberration wirksam.In the openings between the ring-shaped and central electrodes are the radially directed electric fields for correcting the spherical aberration is effective.

Die beschriebenen Linsensysteme sind zum Entwerfen eines mSglithet guten punktförmigen Brennfleokea bestimmt. Vit Hilfe des Systeme· naoh den Figuren 6 und 7 lässt aich ein guter aber unerreichbar liegender Brennpunkt an einer zugänglichen Stelle abbillen. Dieses Problem stellt sioh b«i 35ntf*n· schattenmikroskopie, Mikroanalyse, elektronischen Bohr- und Sohweissverfahren, Oszillographie, usw.The lens systems described are for designing an mSglithet good punctiform focal fleokea determined. Vit help of the system · naoh den Figures 6 and 7 leave a good but unreachable focal point pill in an accessible place. This problem poses itself b «i 35ntf * n · shadow microscopy, microanalysis, electronic drilling and welding processes, Oscillography, etc.

Obgleich die gegebenen Beispiele symmetrische Linsensyet «me slndy ι bei denen selbstverständlich Dingabstand und Bildabstand gleich sind (Yergrösaerung 1), ist es auch möglich, duroh eine nioht-eymmetrisoh· Auebildunf eines derartigen Systemes unter Beibehaltung der Korrektion ein· Yergri*««runfAlthough the examples given are symmetrical lens systems in which, of course, the distance between the objects and the image are the same (Yergrösaerung 1), it is also possible to use a nioht-eymmetrisoh · formation of such a system, while maintaining the correction, run a Yergri * ««

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PH. 1.3.479 -10-PH. 1,3,479 -10-

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oder Verkleinerung zu bewirken.or downsizing.

Es eel noch bemerkt, dass ein Fokussierungssystem getn&ss der Er* findung keine reele Abbildung eines sich ausserha,lb der Achse erstreckenden Gegenstandes erzeugt. Für einen Punkt ausaerhalb der Achse werden die Abbildungsfehler von der gleichen Größenordnung wie der Abstand dieses Punktee von der Achse. Dadurch, dass jedoch zwei solcher Systeme mit gemeinsamer Achse hintereinander angeordnet werden, lassen sich diese Fehler beseitigen, so dass auch Gegenstände mit endlicher radialer Abmessung scharf abgebildet werden können«It eel still noticed that a focusing system getn & ss the er * Finding no real image of something extending outside the axis Item generated. For a point outside the axis, the imaging errors are of the same order of magnitude as the distance between these points off the axis. However, because two such systems with a common axis are arranged one behind the other, these errors can be eliminated, so that objects with finite radial dimensions are also sharply imaged can be «

Figures 6 and 7 both relate to a system according to the invention

dung, das elektrische Hilfsfelder benutzt. Es können jedoch für den gleichen Zweck auch magnetische radiale Hilfsfelder Anwendung finden. Bei einem System magnetischer Linsen ist ein solohes magnetisches Hilfsfeld auf einfaohe V/eise dadurch ve r/rirkl ichbar, dass an Stelle nicht-magnetischer Elektroden ein rotationssymmetrisoher Körper, z.B. ein Stab, koaxial zu den Teilungen angeordnet wird, der ganz oder zum Teil aus ferromagnetiaohem Material besteht.dung that uses auxiliary electrical fields. However, it can be for the same Purpose also magnetic radial auxiliary fields are used. With one system Magnetic Lenses is a single auxiliary magnetic field in a simple manner This makes it possible to use a rotationally symmetrical electrode instead of non-magnetic electrodes Body, e.g. a rod, is arranged coaxially to the partitions, which consists entirely or in part of ferromagnetic material.

Die Fokuasierungsfelder erregen dabei gleichzeitig das magnetische Hilfsfeld. . ·The focusing fields simultaneously excite the magnetic Auxiliary field. . ·

BAD ORiGIMABAD ORiGIMA

! Λ 1! Λ 1

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Claims

-11- PATCTTAgBPRUBCHl t

Electron-optical system Bum focusing a hollow cone » fSrmlgen ilektronenbundels, which system consists of two rotation ejrmaetrieohen Electron lenses (partial lines) with a common optical axis consists of »dl · are arranged one behind the other and are provided with means by which an auxiliary field can be generated in each of the partial lenses, the lines of force of which are substantially radially aligned.

2. Electron-optical system according to claim 1 with electrical assistance *

fields, characterized in that the radial electrical field strength of these auxiliary fields is directed towards the Aohse *

3 * electron-optical · system according to claim 1 with magnetic partina en and electrical auxiliary fields, daduroh characterized that coaxial rotationally symmetrical to the partial lenses in the focussing fields · electrodes are arranged which eliminate a central part of these lenses, with the poles of the partial lines serving as the counter-electrode of the auxiliary electrical field 4 Blektronenoptisohes Seytem according to claim 1, daduroh characterized,

that the auxiliary fields are magnetic fields.

5. Electron-optical system according to claim 4 with magnetic partial lenses, daduroh characterized that in each of the partial lenses a rotationally symmetrical KBrper is arranged coaxially to the lenses, the whole or part " wise made of ferromagnetic material.

6. Electron-optical system, which consists of two systems according to a · «

of the preceding claims with a common optical axis, which are arranged one behind the other.

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