DE1810665B2

DE1810665B2 - Magnetisches Ablenksystem fur einen Ladungsträgerstrahl und Anwendungen hiervon

Info

Publication number: DE1810665B2
Application number: DE1810665A
Authority: DE
Inventors: Jan Bart Le Delft Poole (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-12-07
Filing date: 1968-11-23
Publication date: 1978-03-23
Also published as: FR1595948A; GB1246152A; NL6716628A; US3629578A; DE1810665C3; CH492300A; BE725007A; DE1810665A1

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Ablenksystem für einen Ladungsträgerstrahl mit zwei in bezug auf eine den Hauptstrahl des Ladungsträgerstrahls enthaltende Symmetrieebene spiegelbildlich angeordneten Magnetpolen, deren einander zugewandte Polflächen einen sich verjüngenden Feldraum einschließen, bei dem die Stärke des Ablenksystems und die Energie und Art der Teilchen des Ladungsträgerstrahls derart

aufeinander abgestimmt sind, daß der Hauptstrahl des in das Ablenksystem eintretenden Ladungsträgerstrahls, der wenigstens teilweise in Richtung der Verjüngung des Feldraums verläuft, in diesem Feldraum einer Kurve folgt, die vor dem Gebiet der höchsten magnetischen Feldstärke entlang verläuft.

Ein magnetisches Ablenksystem dieser Art ist aus der US-PS 32 43 667 bekannt.

Bei einem ähnlichen aus der DT-PS 9 11-378 bekannten magnetischen Ablenksystem, das als Linse wirkt, werden die Pole durch Sektoren eines Umdrehungskörpers mit Polflächeri gebildet, deren Schnittlinie mit einer durch die Umdrehungsachse gehenden Ebene eine Parabel mit dem Scheitel auf der Umdrehungsachse oder eine Tangente an einer solchen Parabel bildet. Bei diesem Ablenksystem gelangt ein Elektronenstrahl senkrecht zu einer durch die Umdrehungsachse gehenden Ebene in den Feldraum. Das Ablenksystem ist dabei wie eine in zwei Richtungen fokussierende, Sammellinse wirksam, sofern der Hauptstrahl innerhalb der Pole einem Kreisbogen um die Umdrehungsachse folgt und die magnetische Feldstärke nahe diesem Kreisbogen der Wurzel des Abstandes von der Umdrehungsachse umgekehrt proportional ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Ablenksystem der eingangs genannten Art die Abbildungsfehler zu verringern und es in erster Linie als magnetischen Spiegel auszubilden, der den Ladungsträgerstrahl über einem mehr oder weniger großen Winkel, der leicht zu 180° angenähert werden kann, ablenkt.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche an der Stelle des kleinsten Abstandes dieser Kurve von dem Gebiet der höchsten magnetischen Feldstärke eine Feldstärkeverteilung erhalten wird, die in Richtung auf das Gebiet der höchsten magnetischen Feldstärke gemessen an dieser Stelle einen örtlich stärkeren Feldstärkegradienten aufweist, derart, daß die Krümmung von durch das Ablenksystem aus dem einfallenden Ladungsträgerstrahl erzeugten, senkrecht zur Symmetrieebene verlaufenden Bildlinien in einer senkrecht zum Hauptstrahl stehenden Ebene verringert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der örtlich stärkere Feldstärkegradient dadurch erhalten, daß in einem Abstand von dem Gebiet mit der höchsten Feldstärke entsprechend dem Minimalabstand zwischen diesem Gebiet und dem Hauptstrahl des Strahls die Polflächen ein stufenartiges Profil haben, derart, daß der Raum zwischen den beiden Polflächen in Richtung auf das Gebiet mit der höchsten Feldstärke eine mehr oder weniger sprungartige Verjüngung aufweist.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird der örtlich stärkere Feldstärkegradient dadurch erhalten, daß die elektromagnetisch erregbaren Pole aus verschiedenen, verschiedentlich zu erregenden Teilen bestehen, die in Richtung auf das Gebiet der höchsten magnetischen Feldstärke in dem Feldraum hintereinander liegen und an der Stelle der durch die gemeinsamen Enden dieser Teile gebildeten Polfläche durch einen schmalen, ferromagnetikum-freien Spalt voneinander getrennt sind, und daß einer dieser Trennspalte sich in einem Abstand von dem Gebiet der höchsten Feldstärke befindet, der dem Minimalabstand zwischen diesem Gebiet und dem Hauptstrahl entspricht.

Wenn in der Symmetrieebene die durch die Punkte gleicher Feldstärke gehenden Linien von dem eintreffenden Bündel her gesehen, konvex gekrümmt sind, hat das Ablenksystem eine divergierende Wirkung auf den Strahl. Diese divergierende Wirkung wird vorzugsweise durch Pole erzielt, deren einander zugewandte Polflächen Umdrehungsflächen mit einer senkrecht zur

s Symmetrieebene verlaufenden Umdrehungsachse sind. Es ist dabei vorteilhaft, das Gebiet mit dem örtlich stärkeren Feldstärkegradienten annähernd halbwegs zwischen dem Außenumfang der Polflächen und der Umdrehungsachse anzuordnen. Auf diese Weise ergibt

ίο sich ein Ablenksystem, dessen Wirkung der eines sphärischen Spiegels mit nahezu der gleichen Vergrößerung in der Symmetrieebene und senkrecht dazu ähnlich ist.

Das Ablenksystem nach der Erfindung kann vorzugsweise in einem Elektronenmikroskop angeordnet werden, bei dem das Ablenksystem hinter der Objektivlinse angeordnet ist und den Elektronenstrahl über einen Winkel von mehr als 90° ablenkt, und bei dem der aus dem Ablenksystem stammende Elektronenstrahl auf eine Auffangsvorrichtung zur Wiedergabe oder zur Speicherung des Bildes gerichtet ist, die vorzugsweise annähernd in Höhe der Obektivlinse angebracht ist.

Das Ablenksystem kann auch in einem Röntgenanalysator mit einer auf das zu untersuchende Objekt fokussierten Mikroelektronenstrahlsonde angeordnet werden, bei dem mittels des nahe dem Brennpunkt eines hohlen Elektronenspiegels angeordneten Ablenksystem ein kollimierter Elektronenstrahl abgelenkt und auf den Elektronenspiegel gerichtet und von diesem Spiegel auf das in der Nähe des Ablenksystems liegende Objekt fokussiert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch den Aufbau eines magnetischen Ablenksystems,

Fig.2 in einem halben Schnitt in horizontal und vertikal verschiedenen Maßstäben eine Polfläche des Ablenksystems nach Fig. 1,

Fig.3 eine Draufsicht auf die Symmetrieebene des Ablenksystens der Fig. 1 und 2 mit der Bahn eines von dem Magnetfeld abgelenkten Elektronenbündels,

Fig.4 verschiedene Querschnitte dieses Elektronenbündels, und zwar an den Stellen A-A', ß-ß'und C-Cin Fig.3,

Fig.5 einen Schnitt in einer axialen Ebene mit einer Polfläche, die eine etwas andere Gestalt aufweist als die Polfläche nach F i g. 2,
Fig.6 einen vertikalen Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines Ablenksystems

F i g. 7 schematisch ein elektronenmikroskop und
Fig.8 einen Röntgenanalysator mit Mikroelektronenstrahlsonde.
Das in F i g. 1 im Querschnitt dargestellte magnetisehe Ablenksystem enthält zwei Magnetpole 1 und 2, die je im wesentlichen einen Umdrehungszylinder mit der gleichen Umdrehungsachse ζ bilden. Die voneinander abgewandten Enden sind durch ein Magnetjoch 3 miteinander verbunden, das wenigstens auf der rechten Seite der Fig. 1 offen ist. Die einander zugewandten Enden der Pole 1 und 2 bilden Umdrehungsflächen folgende Polflächen 4 und 5 die in bezug auf die senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende, durch die in Fig. 1 mit χ bezeichnete Linie gehende Symmetrie-

(V) ebene (x-y-Ebene) spiegelbildlich angeordnet sind, leder der Magnetpole 1 und 2 ist mit einer Erregerwicklung 6 versehen.

Der Mittenteil der Polflächen 4 und 5 ist narallel zu

der erwähnten x-y-Ebene und die sich daran anschließenden Teile folgen mehr oder weniger, d. h. durchschnittlich, der Ebene eines Umdrehungskegels mit der z-Achse als Umdrehungsachse, wobei der Scheitel in der x-y-Ebene liegt. Fig. 1 zeigt schematisch die Form der Polflächen und F i g. 2 zeigt genauer die Schnittlinie der Polfäche 4 durch den rechten Teil der z-x-Ebene. Es sei bemerkt, daß deutlichkeitshalber in F i g. 2 die Längseinheit in der z-Richtung viermal größer gewählt ist als in der x-Richtung. F i g. 2 zeigt, daß die Schnittlinie der Polfläche 4 mit der dargestellten z-x-Ebene nahezu eine gerade Linie 8 ist, die durch den Schnittpunkt der z- und der x-Achse verläuft und mit der letzteren Achse einen Winkel φ einschließt, der tatsächlich etwa 6° beträgt. Die Polfläche 4 selber folgt somit mehr oder weniger der Kegelfläche, die durch Drehung der Linie 8 um die z-Achse erhalten wird. Die Polfläche 4 und auch die gegenüberliegende, in F i g. 2 nicht angegebene Polfläche 5 haben, in radialer Richtung nach außen gesehen, einen Teil 9, der parallel zur x-y-Ebene verläuft, einen Teil 10, der einen größeren Winkel mit der x-y-Ebene einschließt als der durch die Umdrehung der Linie 8 erhaltene Kegel und dann einen Teil 11, der mit der x-y-Ebene einen Winkel einschließt, der nur wenig geringer ist als der Winkel zwischen diesem Kegel und der x-y-Ebene. Folglich zeigt der Feldraum 7 zwischen den Polflächen 4 und 5 in einer beliebigen radialen Richtung zur z-Achse gesehen nach einer anfangs gleichmäßigen Verjüngung infolge des stufenartigen Vorsprungs der Teile 10 der Polfläche in Richtung auf die x-y-Ebene, über eine verhältnismäßig kurze radiale Strecke eine erheblich stärkere Verjüngung, nach der die Abmessung des Feldraums in der z-Richtung praktisch konstant bleibt. In dem zwischen den Teilen 11 der Polflächen 4 und 5. eingeschlossenen Teil des Feldraums ist die magnetische Feldstärke in der x-y-Ebene annähernd umgekehrt proportional zu dem Abstand von der z-Achse. In dem durch die Teile 10 der Polflächen begrenzten Teil des Feldraums ist der Feldstärkegradient d. h. der absolute Wert der Änderung der Feldstärke pro Längeneinheit in Richtung auf die z-Achse erheblich größer. In dem durch die Teile 9 begrenten Teil des Feldraums ist die magnetische Feldstärke in der x-y-Ebene praktisch konstant.

F i g. 2 zeigt im Feldraum 7 die Schnittlinien 12 der x-z-Ebene mit einer Anzahl von Ebenen konstanter magnetischen Feldstärke, wobei der Unterschied zwischen den Feldstärkewerten in Reihenfolge der Ebenen annähernd konstant ist.

Mögliche praktische Werte verschiedener Abmessungen bei dem Ablenksystem nach Fig. 1 sind beispielsweise: Durchmesser der Pole 1 und 2 22,2 mm, Minimalabstand zwischen den Mittelteilen der Polflächen 4 und 5 0,5 mm; die durch die Teile 10 der Polflächen bedingte Verjüngung des Feldraums zwisehen diesen Flächen etwa 0,8 mm über einen Radialabstand von 2 mm. Das beschriebene Ablenksystem wird zum Ablenken eines verhältnismäßig dünnen (Durchmesser z. B. 0,75 bis 1 mm) Ladungsträgerstrahls ζ. B. Elektronenstrahls verwendet. Dieser Strahl wird in wi der Richtung der x-y-Ebene in den Feldraum 7 eingeschossen, wobei die Erregung des beschriebenen Ablenksystems und die Energie und Ladung der Teilchen im Strahl derart aufeinander abgestimmt sind, daß der vom Magnetfeld abgelenkte Strahl vor der <>s z-Achsc entlang verläuft. Der Hauptstrahl des Strahls, der durch den geometrischen Ort der aufeinanderfolgenden, in der x-y-Ebene liegenden Zentren des Strahls gebildet wird, kehrt sich, von der z-Achse her gesehen in dem Feldraumteil zwischen den beiden Teilen 10 dei Polflächen um.

Fig.3 zeigt in Draufsicht die x-y-Ebene des in der Fig. 1 und 2 dargestellten Ablenksystems, wobei die Maßeinheit sowohl der x- als auch der y-Achse gleich der der x-Achse in F i g. 2 ist. In dieser Ebene deutet 1; die Schnittlinien der Ebenen konstanter magnetischer Feldstärke an, deren Schnittlinien mit der x-z-Ebene ir Fig. 2 mit 12 angedeutet sind. Weiterhin sind in diesel Ebene verschiedene Bahnen der Elektronen eine; parallel zur x-Achse in den Feldraum 7 eintreffender Elektronenstrahls 14 angedeutet. Der Hauptstrah dieses innerhalb des Feldraums 7 durch das von dei Polfläche 5 auf die Polfläche 4 gerichtete Magnetfelc nach links abgelenkten Bündels ist mit 15 bezeichnet Elektronen, deren Bahn wie 16 in dem eintreffender Strahl 14 der x-Achse näher liegt, als der Hauptstrahl 15 werden etwas weniger stark abgelenkt, währenc Elektronen, deren Bahn wie 17 weiter von der x-Achs< entfernt ist, stärker abgelenkt werden als die den Hauptstrahl 15 folgenden Elektronen. Die Eindringtiefe der verschiedenen Elektronen in den Feldraum 7 ist füi die unterschiedlichen Bahnen nur wenig verschieden Von der z-Achse her gesehen, kehren die Elektronen ar der Stelle der starken Verjüngung des Feldraums i zwischen den Teilen 10 der Polflächen um, also dort, wc der Feldstärkegradient einen mehr oder weniger starl erhöhten Wert hat. Diese Eindringtiefe wird z. B. mittel! eines Feldes, das durch Erregung der beiden Spulen f des Ablenksystems mit etwa 150 Amperewindunger erhalten wird, und mittels eines Strahls von auf etwi 10 kV beschleunigten Elektronen erreicht. Es hat sich ergeben, daß die erforderliche Erregung der Wurzel dei Beschleunigungsspannung der Strahlteilchen proportio nal ist. Die verschiedentliche Krümmung der Bahner der mehr oder weniger weit von der x-Achse eintreffenden Elektronen bringt mit sich, daß in dei x-y-Ebene der Strahl in einer Richtung quer zurr Hauptstrahl 15 stark eingeschnürt wird; die Stelle diesel Einschnürung befindet sich auch in dem Gebiet des start erhöhten Feldstärkegradienten. Ferner wirkt sich die verschiedentliche Krümmung der verschiedenen Elektronenbahnen darin aus, daß der ursprünglich parallele Strahl 14 nach dem Passieren der Stelle des kleinster Abstandes von der z-Achse in einen divergierenden, ir F i g. 3 mit 18 bezeichneten Strahl übergeht, der in diesel Form den Feldraum 7 verläßt.

Auch in der z-Richtung d.h. in Fig.3 senkrecht zui Zeichnungsebene wird der eintreffende, parallele Strah 14 in einen divergierenden Strahl umgewandelt, unc zwar annähernd in gleichem Maße; anders als in dei x-y-Ebene geht dieser Divergenz jedoch keine Ein schnürung des Strahls in der z-Richtung voran.

F i g. 4 veranschaulicht die Abbildungseigenschafter des Systems, wobei dem eintreffenden Strahl eir bestimmter Bildinhalt dadurch erteilt ist, daß diesel Strahl durch ein senkrecht zur Strahlrichtung stehendes feinmaschiges Netz oder Raster mit praktisch quadrati sehen Maschen geführt ist. Fig.4a zeigt einer Querschnitt durch das eintreffende Bündel 14 an dei Stelle der gestrichelten Linien A-A' in Fig.3. Diesel Querschnitt enthält eine nahezu genaue Abbildung 4( des Netzes oder Rasters. F i g. 4b zeigt den Querschnit 41 durch den Strahl an der Stelle der stärkster Einschnürung parallel zu x-y-Ebene, also an der Stelle der Linie B-B' in Fig.3. Die in dieser Richtung gemessene Strahlbreile kann von ursprünglich 0,5 bii

1 mm des eintreffenden Strahls 14 auf weniger als 10 μιτι herabgemindert sein, so daß der Bündelquerschnitt 41 sehr schmal ist.

Die Fig.4c und 4d zeigen den Bildinhalt des divergierenden Strahls 18 an der Stelle der Linie C-Cin Fig.3. Fig.4c zeigt die Form der Abbildung 42 des Rasters wenn anders als bei dem beschriebenen Ablenksystem der örtlich erhöhte Feldstärkegradient infolge der zusätzlichen Verjüngung des Feldraums nicht vorhanden oder unwirksam ist. Dies wäre z. B. der Fall, wenn man die Polflächen derart ausbilden würde, daß die Schnittlinie mit der x-z-Ebene nicht die in F i g. 2 dargestellte krumme Begrenzungslinie sondern die gerade Linie 8 wäre oder beim Ablenksystem nach Fig. 1 infolge der Nichtübereinstimmung der Geschwindigkeit der Bündelelektronen und der Erregung der Strahl vor dem Erreichen der zusätzlichen Verjüngung des Feldraums umkehren würde. Die dann an der Stelle der Linie C-C erhaltene Rasterabbildung hat (siehe F i g. 4c) dann verschiedene Fehler, von denen der wichtigste der ist, daß die Rasterlinien senkrecht zur x-y-Ebene eine auffallende Krümmung aufweisen. Ein anderer, stark oder weniger stark auftretender Fehler ist eine veränderliche Vergrößerung in der Richtung C-C, die z. B. zur Konvergenz der ursprünglich parallel zur x-y- Ebene parallelen Rasterlinien in dieser Richtung veranlaßt. Der Einfluß letzteren Fehlers auf ein vom Strahl auf einer Auffangfläche erzeugtes Bild läßt sich in den meisten Fällen hinreichend dadurch verringern, daß die Auffangfläche wohl senkrecht zur x-y-Ebene aber nicht senkrecht zum Hauptstrahl des Strahls angeordnet wird, so daß die Schnittlinie der Auffangfläche mit der x-y-Ebene einen von 90° verschiedenen Winkel mit dem Hauptstrahl z. B. der Bündelrichtung einschließt.

Die Koinzidenz eines Gebiets örtlich höheren Feldstärkegradienten mit dem Gebiet, wo das in das Ablenksystem eintretende Bündel sich umkehrt d. h. dem stärksten Magnetfeld begegnet, hat eine Korrekturwirkung, gegebenenfalls sogar eine Überkorrekturwirkung auf den zuerst genannten Fehler der Krümmung der senkrecht zur x-y-Ebene stehenden Rasterlinien.

F i g. 4d zeigt die an der Stelle der Linie C- C in F i g. 3 tatsächlich durch das beschriebene Ablenksystem erhaltene Abbildung 43 des Netzes. Die Korrektur wird durch die Einwirkung des Feldes mit dem örtlich erhöhten Feldstärkegradienten auf den Strahl erzielt, wo dieses einen mehr oder weniger linienförmigen Querschnitt hat, wo also der Einfluß dieses Feldes auf alle in einem bestimmten Abstand von der x-y-Ebene liegenden Bündelteilchen derselbe ist. Ein Analogon findet man bei einer von Scherzer beschriebenen Korrekturmethode für die sphärische Abberration eines Elektronenstrahls, wo die Korrektur ebenfalls auf einen zunächst astigmatisch zu einem mehr oder weniger linienförmigen Querschnitt verformten Strahl ausgeübt wird.

Es hat sich ergeben, daß mit dem Ablenksystem nach Fig. 1 nicht nur die sonst auftretende, in Fig.4c dargestellte Krümmung der Bildlinien senkrecht zur x-y-Ebene verringert oder sogar umgekehrt werden kann, sondern auch die erwähnte Änderung der Vergrößerung in der Richtung C-C verringert oder sogar in die entgegengesetzte Erscheinung geändert werden kann. Eine Anpassung an das Erwünschte — was für verschiedene Teile des Bildfeldes verschieden sein kann — ist durch Änderung der Geschwindigkeit der Teilchen, der Erregung des Ablenksystems und des Ortes und der Richtung des einfallenden Strahls möglich.

F i g. 5 zeigt die Schnittlinien der Polflächen mit der x-z-Ebene eines lediglich in dieser Hinsicht von dem Ablenksystem nach F i g. 1 abweichenden Ablenksystems. Die zusätzliche Verjüngung des Feldraums 50 nach F i g. 5 wird nicht durch einen in radialer Richtung mehr oder weniger fließend verlaufenden Teil der Polfläche (Teil 10 in Fig. 1) gebildet, sondern durch

ίο einen in der z-Richtung verlaufenden Rand 56 der Polflächen 54 und 55 der Pole 51 und 52. Der Radius dieses Randes ist 0,4- bis 0,6mal des Radius am Außenumfang der Pole 51 und 52. Die Polflächen 54 und 55 sind wieder im wesentlichen Kegelflächen mit einem halben Spitzenwinkel von etwa 84"; der Querschnitt dieser Kegelfläche ist für die Polfläche 54 durch die gestrichelte Linie 58 angegeben. Bei den Abmessungen des Ablenksystems gleich den beispielsweise für das Ablenksystem nach F i g. 1 erwähnten Werten kann die

Höhe der Ränder 56 etwa 0,3 mm betragen.

Fig.6 zeigt die Schnittlinie mit einer durch die z-Achse gehenden Ebene für ein zu dieser Achse nahezu vollkommen drehsymmetrisches anderes Ablenksystem. Die an ihren äußeren Enden durch ein rohrförmiges Magnetjoch 63 miteinander verbundenen Magnetpole 61 und 62 haben einander gegenüber liegende, mit Ausnahme eines kleinen Mittenteiles kegelförmige Polflächen 64 und 65, wobei die Spitzen dieser Kegel in der Mitte zwischen den Polflächen auf der z-Achse liegen. Jeder Magnetpol besteht aus drei konzentrischen Teilen 67,68 und 69. Die inneren Teile 67 und 68 sind am Umfang mit Vertiefungen zur Aufnahme einer gesonderten Erregerspule 70 bzw. 7t versehen. Diese Vertiefungen setzen sich, zwar weniger tief, bis zu den Polflächen der Magnetpole fort, so daß an der Stelle der Polflächen 64 und 65 zwischen den Teilen 67 und 68 und ebenfalls zwischen den Teilen 68 und 69 ein umlaufender Spalt 72 bzw. 73 gebildet wird. Die Breite dieser Spalte ist gering und kann z. B. 0,1 mm betragen. Diese ferromagnetikum-freien Spalte können aber brauchen nicht mit Isoliermaterial ausgefüllt zu werden, z. B. mit Kunststoff. Mit Rücksicht auf die Wärmeabfuhr wird ein nichtmagnetisches Metall z. B. Kupfer bevorzugt. Die äußeren Teile 69 der Magnetpole werden von je einer

Erregerspule 66 umgeben.

Das aus ferromagnetischem Material bestehende Rohr 63 ist seitlich mit einer Öffnung 74 versehen, die z. B. ein Viertel bis zu der Hälfte des Umfangs beansprucht und durch die ein zu der senkrecht zur z-Achse stehenden Symmetrieebene χ paralleles Bündel von Elektronen oder anderen Ladungsträgern zwischen die Polflächen 64 und 65 geschossen werden kann, welches Bündel nach stärkerer oder weniger starker Ablenkung wieder heraustreten kann.

Der Außendurchmesser der konzentrischen Teile 67, 68 und 69 der Magnetpole kann z. B. 12,16 bzw. 20 mm , betragen.

Bei Erregung der Spulen 70 in dem gleichen Sinne wie die Spulen 66 tritt in dem Feldraum zwischen den Polteilen 67 eine zusätzliche Verstärkung des in radialer Richtung bereits zunehmenden Feldes auf, das durch die Erregung der Spule 66 allein erhalten wird, welche Verstärkung annähernd an der Stelle des Umfangs der Teile 67 einen örtlich erheblich erhöhten Fcldstärkegra dienten hervorruft.

Werden die Spulen 71 in dem den Spulen 66 und 70 entgegengesetzten Sinne erregt, so kann zwischen den Polflächen eine Feldverteilung erhalten werden, die

ähnlich der des Ablenksystems nach F i g. 1 ist.

Wenn der einfallende Strahl auf etwa 10 kV beschleunigte Elektronen enthält, ist die nachfolgende Erregung gut geeignet; Spulen 66: 85 Amperewindungen, Spulen 71: — 10 Amperewindungen (den Spulen 66 und 70 entgegengesetzt). Spulen 70:65 Amperewindungen.

F i g. 7 zeigt ganz schematisch ein Elektronenmikroskop. Wie üblich enthält das Mikroskop eine Elektronenkanone 75, eine Kondensorlinse 76, eine Objektivlinse 77, in die das Objekt 78 eingeführt werden kann, und eine Projektorlinse 79, welche Teile alle auf einer Linie angeordnet sind, die gleichzeitig die Bahn des Elektronenstrahls 80 bildet. Nach der Objektivlinse 77 ist ein Ablenksystem 82 der vorstehend beschriebenen Art angeordnet. In diesem System wird der Elektronenstrahl über nahezu 180° abgelenkt und dadurch in Abhängigkeit von der Richtung des Magnetfeldes in dem Ablenksystem 82 auf einem annähernd in Höhe der Projektorlinse 79 oder sogar der Objektivlinse angeordneten Leuchtschirm 83 oder eine Platten- oder Filmkamera 84 zur photographischen Aufnahme des Bildes gerichtet. Um beim Übergang von dem Leuchtschirm auf die Kamera oder umgekehrt die erwünschte Einfallsrichtung des Bündels in das Ablenksystem 82 sicherzustellen, sind zwischen der Projektorlinse 79 und dem Ablenksystem Ablenkmittel 81 angeordnet, die dem Elektronenbündel 80 in der Symmetrieebene des Ablenksystems eine geringe Richtungsabweichung auf der einen oder auf der anderen Seite erteilen. Diese Ablenkmittel 81 können z. B. ein umkehrbares, senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufendes Magnetfeld erzeugen, dessen Richtung gleichzeitig mit der Umkehrung der Erregung des Ablenksystems umgekehrt wird.

Die Auffangflächen der Auffangvorrichtung 83 und 84 brauchen nicht stets senkrecht zur Richtung des aufgefangenen Elektronenstrahls zu verlaufen. Vorstehend ist bereits bemerkt, daß eine gegebenenfalls veränderliche, durch das Ablenksystem 82 hervorgerufene Vergrößerung des Bildes behoben oder doch verringert werden kann, indem die Auffangfläche in bezug auf die Richtung des aufgefangenen Bündels schräg angebracht wird.

Da, wie dies aus F i g. 7 deutlich ersichtlich ist, von dem Ablenksystem 82 im wesentlichen nur derjenige Teil effektiv benutzt wird, der innerhalb des Winkels zwischen den auf den Schirm 83 und die Kamera 84 abgelenkten Bündeln liegt, brauchen die Magnetpole mit ihren Polflächen nicht vollständige Umdrehungskörper zu bilden; es genügt, wenn sie den notwendigen Sektor und — zum Vermeiden unerwünschter Randeffekte — etwas mehr mit dem Gebiet der Ablenkung des Bündels 80 bestreichen. Aus diesem Grunde sind in F i g. 7 die Pole nur für einen solchen Sektor durch eine volle Linie angedeutet.

Fig.8 zeigt schematisch einen Röntgenanalysator mit Mikroelektronenstrahlsonde. Ein von einer Elektronenkanone 90 ausgehender Elektronenstrahl 91 wird mittels einer verhältnismäßig langen Erregerspule 92 mit geringem Innendurchmesser kollimiert, worauf der Strahl in ein magnetisches Ablenksystem 93 der vorerwähnten Art eintritt. In diesem Ablenksystem 93 wird der zunächst parallele Strahl abgelenkt und in einen divergierenden Strahl 99 umgewandelt, der gleichsam von einer im Ablenksystem liegenden, punkförmigen Quelle stammt. Der Röntgenanalysator enthält weiterhin einen hohlen Elektronenspiegel 94 mit einer Blende 95 auf Kathodenpotential, hinter der ein hochleitendes Spiegelelement 96 mit konvexer Oberfläehe vorgesehen ist. Das Spiegelelement 96, das ein verhältnismäßig geringes negatives Potential in bezug auf die Kathode der Kanone 90 aufweist, wird von einem Korrekturelement 97 umgeben, das durch einen leitenden Hohizylinder gebildet wird und mit einem einstellbaren, negativen Potential verbunden ist. Die Achse 98 des Elektronenspiegels liegt in der Symmetrieebene des Ablenksystems und verläuft nahe dem Ablenksystem 93 entlang und der Abstand zwischen diesem System und dem Elektronenspiegel 94 ist so gewählt, daß dieser Spiegel das von dem Ablenksystem empfangene, divergierende Bündel nahezu punktartig auf das auf der anderen Seite der Achse 98 annähernd in gleicher Höhe angeordnete Objekt 100 fokussiert. Infolge des Elektronenstoßes entstehen in der Objektoberfläche Röntgenstrahlen einer oder mehrerer Wellenlängen, die für das Material der Aufprallstelle kennzeichnend sind. Die Röntgenstrahlen werden mittels eines nicht dargestellten Röntgenspektrographen gemessen. Der Vorteil des beschriebenen Röntgenanalysators ist der, daß bei dieser Ausbildung des auf das Objekt 100 fokussierten Elektronenstrahls der Raum um das Objekt gut zugänglich ist.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Ablenksystems nach der Erfindung wird das Magnetfeld mittels Erregerspulen erzeugt; es wird einleuchten, daß statt derselben Dauermagneten benutzt werden können. Ebensowenig ist es notwendig, daß die Polflächen Umdrehungsebenen bilden, d. h. daß das Magnetfeld drehsymmetrische Eigenschaften aufweist. Die Schnittlinien der Flächen konstanter magnetischer Feldstärke mit der Symmetrieebene (x-y-Ebene) können eine andere Form als die eines Kreises, z. B. die einer Ellipse aufweisen. Bei einem keilförmigen Feldraum mit im wesentlichen flachen, einen Winkel miteinander einschließenden Ebenen folgenden Polflächen bilden die erwähnten Schnittlinien gerade Linien. Bei einem Ablenksystem mit einem solchen keilförmigen Raum weist das eintreffende parallele Bündel nach Ablenkung praktisch Divergenz in der Symmetriebene

so auf.

Der Teil des Magnetfeldes, der in Richtung des eintreffenden Bündels gesehen jenseits des Strahlumkehrpunktes liegt, in den in der Zeichnung beschriebenen Beispielen somit das Feld in der Nähe der z-Achse — spielt im wesentlichen keine Rolle. Bei drehsymmetrischen Polen kann daher ein Mittelteil derselben weggelassen werden, wobei die Pole z. B. hohl ausgebildet werden, oder die Polflächen können rings um die Umdrehungsachse vertieft ausgebildet werden, wodurch die erforderliche Anzahl von Amperewindungen verringert werden kann.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetisches Ablenksystem für einen Ladungsträgerstrahl mit zwei in bezug auf eine den Hauptstrahl des Ladungsträgerstrahls enthaltende Symmetrieebene spiegelbildlich angeordneten Magnetpolen, deren einander zugewandte Polflächen einen sich verjüngenden Feldraum einschließen, bei dem die Stärke des Ablenksystems und die Energie ro und Art der Teilchen des Ladungsträgerstrahls derart aufeinander abgestimmt sind, daß der Hauptstrahl des in das Ablenksystem eintretenden Ladungsträgerstrahls, der wenigstens teilweise in Richtung der Verjüngung des Feldraums verläuft, in is diesem Feldraum einer Kurve folgt, die vor dem Gebiet der höchsten magnetischen Feldstärke entlang verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (10, 56, 70, 72) vorgesehen sind, durch weiche an der Stelle des kleinsten Abstandes dieser Kurve (15) von dem Gebiet der höchsten magnetischen Feldstärke eine Feldstärkeverteilung erhalten wird, die in Richtung auf das Gebiet der höchsten magnetischen Feldstärke gemessen an dieser Stelle einen örtlich stärkeren Feldstärkegradienten aufweist, derart, daß die Krümmung von durch das Ablenksystem aus dem einfallenden Ladungsträgerstrahl (14) erzeugten, senkrecht zur Symmetrieebene verlaufenden Bildlinien in einer senkrecht zum Hauptstrahl (15) stehenden Ebene verringert wird.

2. Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen (4, 5, 54, 55) in einem Abstand von dem Gebiet der höchsten Feldstärke entsprechend dem Minimalabstand zwischen diesem Gebiet und dem Hauptstrahl des Ladungsträgerstrahls ein stufenartiges Profil aufweisen, derart, daß der Raum (7, 50) zwischen den beiden Polflächen (4, 5, 54, 55) in Richtung auf das Gebiet der höchsten Feldstärke eine mehr oder weniger sprungweise Verjüngung (10, 56) aufweist (Fig. 2und5).

3. Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetisch erregbaren Pole aus verschiedenen verschiedentlich zu erregenden Teilen (67, 68, 69) bestehen, die in Richtung auf das Gebiet der höchsten magnetischen Feldstärke in dem Feldraum hintereinanderliegen und an der Stelle der durch die gemeinsamen Enden dieser Teile (67,68,69) gebildeten Polfläche (64,65) durch einen schmalen, ferromagnetikum-freien Spalt so (72, 73) voneinander getrennt sind, und daß einer dieser Trennspalte (72) sich in einem Abstand von dem Gebiet der höchsten Feldstärke befindet, der dem Minimalabstand zwischen diesem Gebiet und dem Hauptstrahl entspricht (Fig. 6).

4. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Teil der Symmetrieebene zwischen den Polflächen (4,5) die magnetische Feldstärke im wesentlichen dem Abstand von dem Gebiet umgekehrt proportional ist, in dem die Ebenen der Polflächen sich schneiden (Fig. 2und3).

5. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einander zugewandte Polflächen (4, 5, 54, 55, 64, 65) e>5 Umdrehungsflächen mit einer senkrecht zur Symmetrieebene verlaufenden Umdrehungsachse sind.

6. Ablenksystem nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, daß die Polflächen (4,5, 54, 55, 64, 65) im wesentlichen in Umdrehungskegelflächen liegen, deren Spitzen an dem Schnittpunkt der Umdrehungsachse mit der Symmetrieebene liegen.

7. Ablenksystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet mit dem örtlich stärkeren Feldstärkegradienten sich etwa halbwegs zwischen dem Außenumfang der Polflächen (4,5,54, 55,64,65) und der Umdrehungsachse befindet.

8. Elektronenmikroskop mit einem Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenksystem (82) hinter der Objektivlinse (77) angeordnet ist und das Elektronenbündel über einen Winkel von mehr als 90° ablenkt, und daß der von dem Ablenksystem (82) stammende Elektronenstrahl auf eine Auffangvorrichtung (83,84) zur Wiedergabe oder Aufnahme des Bildes gerichtet ist, die vorzugsweise in Höhe der Objektivlinse (77) angeordnet ist (F i g. 7).

9. Elektronenmikroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinie der den Elektronenstrahl auffangenden Ebene der Auffangvorrichtung (83, 84) mit der Symmetrieebene des Ablenksystems (82) einen vom 90° verschiedenen Winkel mit der Richtung des aufgefangenen Elektronenstrahls einschließt.

10. Elektronenmikroskop nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Auffangvorrichtungen (83, 84) vorgesehen sind, von denen mindestens eine mit einem Leuchtschirm (83) zur visuellen Beobachtung des Bildes versehen ist, weiche Auffangvorrichtung (83, 84) in der Symmetrieebene des Ablenksystems (82) auf beiden Seiten des auf das Ablenksystem gerichteten Strahls (80) angeordnet sind und daß Mittel (81) vorgesehen sind, durch die das ausgehende Bündel von einer auf die andere Auffangvorrichtung (83,84) durch Umkehren des Magnetfeldes in dem Feldraum des Ablenksystems (82) und durch Verschiebung des auf das Ablenksystem (82) gerichteten Strahls (80) umgeschaltet werden kann.

11. Röntgenanalysator mit einer auf das zu untersuchende Objekt fokussierten Mikroelektronenstrahlsonde mit einem Ablenksystem nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des nahe dem Brennpunkt eines hoh'en Elektronenspiegels (94) angeordneten Ablenksystems (93) ein kollimierter Elektronenstrahl abgelenkt und auf den Elektronenspiegel (94) gerichtet wird, welcher Spiegel (94) den Elektronenstrahl auf das in der Nähe des Ablenksystems (93) angeordnete Objekt (100) fokussiert (F i g. 8).