DE2059417A1 - Magnetische Linsenanordnung fuer Korpuskularstrahlgeraete mit Mitteln zur Korrektur von Linsenfehlern - Google Patents

Description

• Magnetische Linsenanordnung für Korpuskularstrahigeräte mit Mitteln zur Korrektur on Linsenfehlern Zusatz zum Patent . ... ... (Patentanm. P 15 G4 714.0) Die Erfindung betrifft eine magnetische Linsenanordnung für mit Vakuum arbeitende Korpuskularstrahlgeräte, insbesondere Objektivlinsenanordnung für Elektronenmikroskope, mit zwei in Richtung der Achse des Korpuskularstrahles mit Abstand aufeinanderfolgenden, koaxial zu dieser Achse angeordneten Abschirmzylindern aus supraleitendem Material, die mit einem TiefkUhlmittel in wärmeleitender Verbindung stehen und eine Konzentration des von einer oder mehreren, vorzugsweise aus supraleitendem Material bestehenden Magnetfeldspulen zu erzeugenden magnetischen Feldes im Bereich des Korpuskularstrahles bewirken, wobei der durch sich gegenUberstehende Stirnflächen der beiden Abschirmzylinder begrenzte Abstand als Linsenspalt in seiner Größe derart gewählt ist, daß bei einem bestimmten Wert der Feldstärke außerhalb des Linsenspaltes und der Abschirmzylinder der Maximalwert der Feldstärke im Linsenspalt und der Feldgradient im Linsenspalt längs der Achse eine unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegende Öffnungsfehlerkonstante der Linsenanordnung ergeben.
• Eine Anordnung dieser Art ist z.B. aus der Deutschen Offenlegungsschrift 1 564 714 bekannt.
• Da nicht in Jedem Falle bei derartigen Linsen eine genaue Rotationssymmetrie des fokussierenden Magnetfeldes vorliegt, sind Korrekturmittel zur Beseitigung vorhandener Abweichungen notwendig.
• In einer älteren Anmeldung wurde vorgeschlagen als derartiges Korrekturmittel magnetische Hilfsspulen vorzusehen. Derartige Spulen müssen jedoch mit einem ständig fließenden Strom versorgt werden, was einen zusätzlichen Aufwand erfordert.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein wenig aufwendiges, technisch einfaches und trotzdem voll leistungsfähiges Korrekturmittel anzugeben.
• Diese Aufgabe wird für eine wie oben angegebene Linsenanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Korrektur Justiermittel an der Linsenanordnung zur Winkeländerung der axialen Ausrichtung einer oder mehrerer der Magnetfeldspulen bezogen auf die geforderte Symmetrieachse der Linse vorgesehen sind.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung zu den Figuren eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung für ein Elektronenmikroskop hervor.
• Mit 1 ist ein Kryostat bezeichnet, wie er für derartige supraleitende Anordnungen allgemein Verwendung findet. Die Magnets feldspule der Linse ist mit 3 bezeichnet und befindet sich in flüssigem Helium 8. Die Abschirmung besteht im wesentlichen aus den inneren Teilstücken 4 und 5, den eigentlichen Abschirmzylindern, und einem äußeren, die Spule 3 umfaßenden Teilstück 7.
• Zwischen den beiden Abschirmzylindern 4 und 5 ist ein definierter Abstand als Spalt 9 vorgesehen. In diesen Spalt 9 drängt sich auf Grund der supraleitenden, ein Magnetfeld verdrängenden Eigenschaft des Materials der Abschirmzylinder, das magnetische Feld der Spule 3 hinein. Der Spalt 9 ist der Ort, an dem sich die fokussierende Linsenwirkung auf der geforderten Symmetrieachse 11 der Linse einstellt. Ein auf die Achse 11 justierter Elektronenstrahl wird in der nur schematisch angedeuteten Elektronenquelle 13 erzeugt und verläuft im Inneren eines evakuierten Gefäßes 10 durch das Zentrum der Magnetfeldspule 3 und der Abschirmzylinder 4 und 5. Das Objekt befindet sich vorzugsweise im Spalt 9. 17 ist der Leuchtschirm am Ort des Bildes.
• Um eine Abweichung des Magnetfeldes der Linse von der geforderten Rotationssymmetrie zu korrigieren, sind erfindungsgemäß auf die Spule wirkende Korrekturschrauben vorgesehen, von denen eine mit 19 bezeichnete Schraube dargestellt ist. Die eigentlichen we w w w r w f Schrauben befinden sich vorteilhafterweise noch außerhalb des Kryostaten, wirken aber durch eine, in Figur 2 näher dargestellte Vorrichtung durch die Wand des Kryostaten hindurch auf die Lage der Spule 3 ein.
• Wie in der Figur 2 angedeutet, liegt die Spule 3 mit einer kugelkalottenförmigen Ausnehmung 21 im Spulenkörper auf einem entspnrhend kugelkalottenförmigen Vorsprung 2 auf. Ausnehmung und Vorsprung sind so angeordnet, daß durch die einstellbare seitliche Kraftwirkung der Schrauben auf die Spule eine die notwendige Korrektur ermöglichende, ausreichende Winkeländerung der axialen Ausrichtung der Spule 3 in Bezug auf die geforderte Symmetrieachse 11 erreichbar ist. Vorzugsweise sind drei getrennt voneinander verstellbare Schrauben in symmetrischer Verteilung um die Spulenachse herum seitlich, und zwar in der Nähe der der Auflage 21, 22 entgegengesetzten Stirnfläche 24 der Spule, angeordnet.
• Zu der Erfindung fUhrten die folgenden Uberlegungen.
• Die erwähnten und zu korrigierenden Linsenfehler beruhen abgesehen von fehlerhafter Ausrichtung der Spule auf einem oder mehreren der folgenden Mängel: Fehlerhafte axiale Ausrichtung und Lage der Abschirmzylinder 4 und/oder 5, gegenüber der geforderten Symmetrieachse oder gegeneinander und/oder auf Inhomogenität des Materials eines oder beider Zylinder, sowie auf Symmetriefehlern des äußeren Teilstückes 7 der Abschirmung.
• Die durch derartige Fehler entstehende (einseitige) Transversalkomponente des fokussierenden magnetischen Feldes kann, wie die Experimente ergaben, anstelle von zusätzlichen Magnetfeldspulen gemäß dem älteren Vorschlag auch durch die erfindungsgemäße Lehre in einfacher Weise ausgeglichen werden. Es wurde nämlich festgestellt, daß die auftretenden und vorangehend angegebenen Fehler durch eine Winkeländerung der axialen Ausrichtung der Magnetfeldspule, die an sich vom mechanischen Aufbau her, bezüglich ihrer seitlichen Lage und axialen Ausrichtung exakt Justiert ist, kompensiert werden können. Eine derartige absichtliche Justierung der Spule aus ihrer an sich richtigen Lage kann unerwünschte Symmetriefehler, insbesondere der Abschirmzylinder 4 und 5, beheben.
• Figur 2 zeigt in vergrößerter Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform für das erfindungsgemäß vorzusehende Justiermittel.
• Mit 1 ist wieder die Wand des Kryostaten, hier ein Ausschnitt derselben bezeichnet. Ein Federbalg 32 dichtet das heliumgefUllte Innere des Kryostaten nach außen ab. Mit einer Schraube 33 kann ein Druck auf den Boden 34 des Federbalgs ausgeübt werden. Dieser Boden wiederum drückt huber einen Ansatz von der Seite her auf die Spule 3. Auf Grund der Hebelwirkung dieser Kraft in Bezug auf die Lagerung der Spule auf den Vorsprüngen 22 kann eine Veränderung der Ausrichtung der Spulenachse bewirkt werden.
• Die Einstellung der Spule durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Justiermittel wird in der folgenden Weise vorgenommen. Bei Vorhandensein eines Linsenfehlers wird der zweistufig abgebildete Leuchtfleck der Elektronenquelle außerhalb der Mitte liegen.
• Mittels der Justierschrauben wird nun der Leuchtfleck auf das Zentrum des Leuchtschirms ausgerichtet und damit die axiale Symmetrie der Linse hergestellt.
• 6 Patent ansprüche 2 Figuren

Claims (6)

1. Patentansprüche Magnetische Linsenanorndung für mit Vakuum arbeitende Korpuskularstrahlgeräte, insbesondere Objektivlinsenanordnung für Elektronenmikroskope, mit zwei in Richtung der Achse des Korpuskularstrahles mit Abstand aufeinanderfolgenden, koaxial zu dieser Achse angeordneten Abschirmzylindern aus supraleitendem Material, die mit einem Tiefkühlmittel in wärmeleitender Verbindung stehen und eine Konzentration des von einer oder mehreren, vorzugsweise aus supraleitendem Material bestehenden Magnetfeldspulen zu erzeugenden magnetischen Feldes im Bereich des Korpuskularstrahles bewirken, wobei der durch sich gegenüberstehende Stirnflächen der beiden Abschirmzylinder begrenzte Abstand als Linsenspalt in seiner Größe derart gewählt ist, daß bei einem bestimmten Wert der Feldstärke außerhalb des Linsenspaltes und der Abschirmzylinder der Maximalwert der Feldstärke im Linsenspalt und der Feldgradient im Linsenspalt längs der Achse eine unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegende Öffnungsfehlerkonstante der Linsenanordnung ergeben, nach Patent . ... ... (Patentanm. P 15 64 714.0 vom 21.9.1966), d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Korrektur einer Linsenfeldkippung Justiermittel (19) an der Linsenanordnung zur Winkeländerung der axialen Ausrichtung einer oder mehrerer der Magnetfeldspulen (3) bezogen auf die geforderte Symmetrieachse 11 der Linse vorgesehen sind.
2. 2. Magnetische Linsenanorndung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Justiermittel auf den Umfang der zu justierenden Spule radial symmetrisch verteilt angeordnete Schrauben vorgesehen sind, die voneinander getrennt verstellbar sind.
3. 3. Magnetische Linsenanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schrauben seitlich der Spule in der Nähe der der Auflagefläche (21) entgegengesetzten Stirnfläche (24) angeordnet sind.
4. 4. Magnetische Linsenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß drei Schrauben vorgesehen sind.
5. 5. Magnetische Linsenanordnung nach einem der Anspruche 1 bif 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine durch einen Faltenbalg abgedichtete Durchfahrung für das Justiermittel vorgesehen ist. (Fig. 2)
6. 6. Verfahren zur Justierung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Korpuskularstrahl durch Betätigung der Justiermittel auf das Zentrum eines Leuchtschirms am Ort des Bildes zentriert wird.