DE1564719C3 - Elektromagnetisches Ablenksystem für Korpuskularstrahlgerate, lnsbesonde re Elektronenmikroskope - Google Patents

Description

Im Hauptpatent ist ein Spulenkörper für zwei mit ihren Mittelachsen senkrecht ■ aufeinanderstehende Spulensysteme, der als Zylinder mit Mittelbohrung ausgeführt ist und parallel und symmetrisch zur Zylinderachse verlaufende Nuten zur Aufnahme der Spule aufweist, insbesondere für elektromagnetische Ablenksysteme von Korpuskularstrahlgeräten vorgeschlagen. Hierbei verlaufen die jeweils den Spulen eines Spulensystems zugeordneten Nuten in zueinander parallelen Ebenen auf dem Mantel und den Stirnflächen des Spulenkörpers, und die auf den Stirnflächen verlaufenden Teile der Nuten des einen Spulensystems sind gegenüber denen des anderen Spulensystems bezüglich ihrer Tiefe derart ausgeführt, daß das eine Spulensystem innerhalb des anderen Spulensystems angeordnet ist, ohne daß das äußere Spulensystem aus dem Spulenkörper hervorsteht. Dieses Konstruktionsprinzip kann allgemein für mehrere mit. ihren Mittelachsen gegeneinander um bestimmte Winkel geneigte Spulensysteme Anwendung finden, wobei davon der Spulenkörper in zu dieser Mittelbohrung parallelen, gegeneinander entsprechend der Neigung der Spulensysteme geneigten Ebenen verlaufende, die Spulensysteme aufnehmende Nuten solcher Tiefe aufweist, daß die Spulensysteme innerhalb der Nuten liegen.

Diese Ausbildung eines Ablenksystems bezweckt, möglichst homogene elektromagnetische Ablenkfelder ohne Ablenkfehler (Ablenkastigmatismus) zu schaffen. Insbesondere sollen Unsymmetrien der Ablenkfelder, die bei der Strahlablenkung zu Undefinierten Zusatzauswanderungen führen, vermieden werden.

Die Erfindung betrifft diese günstigen Eigenschaften ebenfalls sicherstellende Weiterbildungen des Ablenksystems nach dem Hauptpatent. Eine Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Umfang des Zylinders parallel zur Mittelbohrung verlaufenden, auf derselben Seite der Mittelbohrung liegenden Nuten für jeweils ein Spulensystem entweder durch einen schmalen Steg, dessen Breite kleiner als der Abstand der in Fortsetzung der betrachteten Nuten auf den Stirnflächen des Zylinders verlaufenden Nuten voneinander ist, voneinander getrennt oder zu einer Nut zusammengefaßt sind.

Im Prinzip liegen bei dieser Weiterbildung des im Hauptpatent geschützten Ablenksystems die einzelnen Spulensysteme also in bezüglich der Mittelbohrung des Spulenkörpers gekrümmten Flächen bzw. geknickten Ebenen. Die Zusammenfassung der einzelnen Nuten in ihren längs des Umfangs des Zylinders verlaufenden Bereichen bietet den Vorteil, daß nicht mehr wie bei der im Hauptpatent beschriebenen Ausbildung mehrere in relativ großem Abstand voneinander angeordnete Nuten im Bereich des Umfangs des zylinderförmigen Spulenkörpers erforderlich sind, die einen bestimmten Durchmesser desselben erfordern, sondern daß ohne Beeinträchtigung der günstigen Eigenschaften des Ablenksystems hinsichtlich der Strahlablenkung der Spulenkörper kleiner gehalten werden kann. Es werden nunmehr nämlich die in einer Ebene mit der Achse der Strahldurchtrittsöffnung einander gegenüberliegenden Bereiche des Zylinders für die Aufnahme der Spulensysteme ausgenutzt.

Wie bedeutsam diese Verringerung des Durchmessers des Spulenkörpers ist, wird klar, wenn man sich vor Augen hält, daß er beispielsweise bei einem Elektronenmikroskop in dem Vakuumraum desselben liegt und in der Regel von weiteren Bauteilen, beispielsweise Linsenwicklungen, eng umgeben ist. Man ist stets bestrebt, den Vakuumraum eines derartigen Gerätes möglichst klein zu halten.

Wie ausgeführt, ist es möglich, entweder die für verschiedene Spulensysteme vorgesehenen, nebeneinanderliegenden Nuten auf dem Umfang des Zylinders zu einer Nut zu vereinigen oder lediglich durch schmale Zwischenstege voneinander zu trennen. Die

erstgenannte Ausbildung ist in den F i g. 1 und 2 an Hand eines Beispiels wiedergegeben. Der allgemein mit 1 bezeichnete, beispielsweise aus einem Gießharz, wie dem unter dem Namen Polystyrol im Handel bekannten, gefertigte Zylinder weist die Mittelbohrung 2 zum Durchtritt des Korpuskularstrahls, also im Falle eines Elektronenmikroskops des Elektronenstrahls, auf. Auf seinem Umfang trägt er in diesem Ausführungsbeispiel zwei Paare von sich gegenüberliegenden Nuten 3,4 und 5,6, die zur Aufnähme von zwei senkrecht zueinander stehenden und sich durchsetzenden Spulensystemen dienen.

Weiterhin weist die dargestellte Ausführungsform der Erfindung die Besonderheit auf, daß die Stirnflächen 7 und 8 des Zylinders 1 bis auf einen die Mittelbohrung 2 umgebenden, in dem Ausführungsbeispiel rohrförmigen Fortsatz 9 bzw. 10 eben ausgebildet sind. Von den Nuten auf den Stirnflächen des Zylinders 1 ist als Begrenzung also nur noch ein rohrförmiger Fortsatz 9 bzw. 10 übriggeblieben.

Die Spulensysteme, von denen lediglich in F i g. 2 eines angedeutet und mit 5 bezeichnet ist, verlaufen also um den Spulenträger 1 herum in den Nuten 3,4 bzw. 5,6 und umschlingen dabei teilweise die rohrförmigen Fortsätze 9 und 10. Im Prinzip besteht also, wie dies auch bei der Ausbildung des Spulenkörpers in den Ausführungsbeispielen des Hauptpatents deutlich zum Ausdruck kommt, jedes Spulensystem auf den Stirnflächen des Zylinders aus zwei Spulen, zwischen denen die Mittelbohrung 2 liegt.

Wie bereits eingangs ausgeführt, liegt dem Ablenksystem nach dem Hauptpatent die Aufgabe zugrunde, eine möglichst gute Symmetrie und Homogenität der Ablenkfelder unter Vermeidung von Ablenkfehlern zu erzielen. Die durch den Begriff der Ablenkempfindlichkeit gekennzeichnete Einwirkung eines Spulensystems auf die Richtung des Korpuskularstrahls hängt nicht nur von der Amperewindungszahl, sondern auch von der Länge desjenigen Bereiches ab, in dem der Korpuskularstrahl unter der Wirkung des in dem Spulensystem erzeugten elektroma- ' gnetischen Feldes steht. Diese Einflußgröße wird im folgenden als Feldlänge bezeichnet.

Wie ein Blick vornehmlich auf F i g. 1 des Hauptpatents zeigt, kreuzen sich an den Stirnflächen des Zylinders die unter einem Winkel zueinander verlaufenden Spulensysteme. Diese Kreuzung läßt sich am einfachsten in der Weise ausführen, daß ein Spulensystem, vom Zylinder her gesehen, innen und das andere Spulensystem außen, das erstgenannte System umgebend, liegt. Das bedeutet aber, daß die Feldlänge des äußeren Systems größer ist als die Feldlänge des inneren Systems, so daß eine unterschiedliche Beeinflussung des Korpuskularstrahls bei gleichen Amperewindungszahlen der beiden Spulensysterne erfolgt. Man muß daher, um bei gleicher Dimensionierung der Spulensysteme gleiche Beeinflussungen zu erzielen, eine Justierung in der Weise vornehmen, daß die Wirkungen des Systems mit der größeren Feldlänge auf den Korpuskularstrahl so weit So verringert werden, daß dieses System den Korpuskularstrahl in demselben Maße beeinflußt wie das System mit der kürzeren Feldlänge.

Diese Justierung ist unerwünscht, zumal man einen Teil der guten Wirksamkeit des einen Systems verschenkt. Sie ist dann besonders unangenehm durchzuführen, wenn mehr als zwei Ablenksysteme vorhanden sind.

Gleiche Beeinflussungen des Korpuskularstrahl durch mehrere sich in der beschriebenen Weise kreuzende Ablenksysteme erhält man gemäß einer dadurch gekennzeichneten Weiterbildung der Erfindung nach dem Hauptpatent, daß die sich an den Stirnflächen des Zylinders kreuzenden Spulensystemc sich gegenseitig derart durchdringen, daß die mittleren Längen der in den einzelnen Spulensystemen erzeugten magnetischen Felder längs des Korpuskularstrahles zumindest annähernd gleich sind (gleiche Ablenkempfindlichkeit).

In F i g. 3 ist schematisch die Anordnung von drei Spulensystemen entsprechend der letztgenannten Weiterbildung der Erfindung angedeutet. Unmittelbar auf dem Spulenkörper 1 bzw. auf dem Boden der in ihm vorhandenen Nuten liegt die erste »Teilspule« 11' eines ersten Spulensystems; dieses Spulensystem ist an den Stirnflächen des Zylinders 1 bei dem hier angenommenen Vorliegen von zwei weiteren Spulensystemen in drei Teilspulen 11', 11" und 11'" durch die das erste Spulensystem durchdringenden weiteren Spulensysteme aufgeteilt. Diese weiteren Spulensysteme sind durch die gegenseitige Durchdringung jeweils in zwei Teilspulen 12' und 12" bzw. 13' und 13" aufgeteilt. Das Aufteilungsprinzip ist also darin zu sehen, daß das eine Spulensystem mit seinen Tcilspulen die gesamte Spulenanordnung in ihren Durchdringungsbereich einschließt und eine weitere Teilspule in der Mitte dieser Anordnung besitzt, um die herum sich die Teilspulen der weiteren Spulensysteme symmetrisch gruppieren. Dadurch ist sichergestellt, daß die mittlere Feldlänge aller Spulensysteme und damit ihre Ablenkempfindlichkeit bei gleicher Ausbildung der Spulensysteme gleich ist. Auch die Länge des für die verschiedenen Spulensysteme verwendeten Drahtes ist gleich groß, so daß bei gleichem Drahtquerschnitt der Widerstand der verschiedenen Spulensysteme gleich ist. Dieses bei selbsttragenden Spulensystemen ohne Spulenkörper ebenfalls anwendbare Prinzip kann sinngemäß auch bei einer größeren Zahl von Ablenksystemen Anwendung finden.

In F i g. 4 ist der im allgemeinen vorliegende Fall von zwei senkrecht zueinander stehenden Spulensystemen mit Durchdringung im Bereich der Stirnflächen des Zylinders 1 entsprechend dem eben erläuterten Durchdringungsprinzip betrachtet. Das Spulensystem 14 wird von dem anderen, aus zwei Teilspulen bestehenden Spulensystem 15 an den Stirnflächen des Zylinders 1 so durchdrungen, daß es dort in jeweils zwei Teilspulen 16 und 17 gleicher Windungszahl unterteilt ist. Die mittleren Windungslängen der beiden Spulensysteme 14 und 15 und damit die Feldlängen der beiden Spulensysteme sind damit gleich groß.

Man kann auch eine lagenweise Durchdringung vorsehen oder die einzelnen Windungen der verschiedenen Spulensysteme abwechselnd wickeln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches Ablenksystem für Korpuskularstrahlgeräte, insbesondere Elektronenmikroskope, mit einem Spulenkörper in Zylinderform für mehrere mit ihren Mittelachsen gegeneinander geneigte Spulensysteme mit einer Mittelbohrung im Zylinder und in zur Mittelbohrung parallelen, gegeneinander entsprechend der.Neigung der Spulensysteme geneigten Ebenen verlaufenden, die Spulensysteme aufnehmenden Nuten solcher Tiefe, daß die Spulensysteme innerhalb der Nuten liegen, nach Patent 1514 704, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Umfang des Zylinders parallel zur Mittelbohrung verlaufenden, auf derselben Seite der Mittelbohrung liegenden Nuten für jeweils ein Spulensystem entweder durch einen schmalen Steg, dessen Breite kleiner als der Abstand der in Fortsetzung der betrachteten Nuten auf den Stirnflächen des Zylinders verlaufenden Nuten voneinander ist, voneinander getrennt oder zu einer Nut zusammengefaßt sind.

2. Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen des Zylinders bis auf einen die Mittelbohrung umgebenden, vorzugsweise rohrförmigen Fortsatz, den die Spulensysteme teilweise umschlingen, eben ausgebildet sind.

3. Elektromagnetisches Ablenksystem für Korpuskularstrahlgeräte, insbesondere Elektronenmikroskope, mit einem Spulenkörper in Zylinderform für mehrere mit ihren Mittelachsen gegeneinander geneigte Spulensysteme mit einer Mittelbohrung im Zylinder und in zur Mittelbohrung parallelen, gegeneinander entsprechend der Neigung der Spulensysteme geneigten Ebenen verlaufenden, die Spulensysteme aufnehmenden Nuten solcher Tiefe, daß die Spulensysteme innerhalb der Nuten liegen, insbesondere nach Patent 1514 704 oder Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an den Stirnseiten des Zylinders kreuzenden Spulensysteme sich gegenseitig derart durchdringen, daß die mittleren Langen der in den einzelnen Spulensystemen erzeugten magnetischen Felder längs des Korpuskularstrahles zumindest annähernd gleich sind (gleiche Ablenkempfindlichkeit).

4. Ablenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Spulensystemen das eine von dem anderen an den Stirnseiten des Zylinders in zwei Teilspulen gleicher Windungszahl unterteilt ist.

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