DE2059417B2

DE2059417B2 - Magnetische Linsenanordnung für Korpuskularstrahlgeräte mit Mitteln zur Korrektur von Linsenfehlern und Verfahren zur Justierung

Info

Publication number: DE2059417B2
Application number: DE19702059417
Authority: DE
Inventors: Isolde Dipl.-Phys. Dr. 8000 Muenchen Dietrich; Reinhard Dipl.-Phys. Dr. 8019 Assling Weyl; Helmut 8000 Muenchen Zerbst
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-09-21
Filing date: 1970-12-02
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE1564714A1; DE1564714B2; GB1176708A; DE2059417C3; DE2059417A1; NL6704131A; NL155126B; DE1564714C3

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Linsenanordnung mit stromdurchflossener Linsenwicklung und mit möglichst kleiner Öffnungsfehlerkonstante, für unter Vakuum arbeitende Korpuskularstrahlgeräte, mit zwei Abschirmzylindern, die in Richtung der Achse der Linsenanordnung in einem durch die sich gegenüberstehenden Stirnflächen der beiden Abschirmzylinder begrenzten Abstand aufeinanderfolgen und koaxial zu dieser Achse angeordnet sind, wobei diese Abschirmzylinder aus supraleitendem Material bestehen, eine Bohrung für den Durchtritt des Korpuskularstrahls aufweisen und mit einem Tiefkühlmittel in wärmeleitender Verbindung stehen, bei der der durch diesen Abstand der Stirnflächen gebildete Linsenspalt frei von abschirmenden Teilen aus supraleitendem Material ist, bei der der Abstand so bemessen ist, daß die Öffnungsfehlerkonstante minimal ist, und bei der der Bohrungsdurchmesser der Abschirmzylinder auf den für den Durchtritt des Korpuskularstrahls erforderlichen Mindestwert bemessen ist. Insbesondere betrifft die Erfindung Objektlinsenanordnung dieser Art für Elektronenmikroskope.

Eine Linsenanordnung dieser Art ist aus der zum Hauptpatent gehörenden DT-OS15 64 714 bekannt.
Da nicht in jedem Falle bei derartigen Linsenanordnungen eine genaue Rotationssymmetrie des fokussierenden Magnetfeldes vorliegt, sind Korrekturmittel zur Beseitigung vorhandener Abweichungen notwendig.

In einer älteren Zusatzanmeldung zum o. g. Hauptpatent 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 für Abweichungen von der Rotationssymmetrie des fokussierenden Magnetfeldes der Linsenanordnung anzugeben.
Diese Aufgabe wird für eine wie oben angegebene Linsenanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Justiermittel zur Winkeländerung der axialen Ausrichtung einer oder mehrerer der die stromdurchflossene Linsenwicklung bildenden Magnetfeldspulen bezogen auf die geforderte Symmetrieachse der Linsenanordnung vorgesehen sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Elektronenmikroskop wird anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert
Mit 1 ist ein Kryostat bezeichnet, wie er für derartige

■to supraleitende Linsenanordnungen allgemein Verwendung findet. Die Magnetfeldspule 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 Abschirmzylin-

■»5 dem, 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 auf die Spule wirkende Korrekturschrauben vorgesehen, von denen eine mit 19 bezeichnete Schraube dargestellt ist Die eigentlichen Schrauben befinden sich vorteilhafterweise noch außerhalb des Kryostaten, wirken aber durch eine, in Fig.2 näher dargestellte Vorrichtung durch die Wand des Kryosta-

ten hindurch auf die Lage der Spule 3 ein.

Wie in der F i g. 1 angedeutet, liegt die Spule 3 mit einer kugelkalottenförmigen Ausnehmung 21 im Spulenkörper auf einem entsprechend kugelkalottenförmigen Vorsprung 22 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 führten die folgenden Überlegungen.

Die erwähnten und zu korrigierenden Linsenfehler beruhen abgesehen von fehlerhafter Ausrichtung der Spule auf einem oder mehreren der folgenden Mängel:

Fehlerhafte axiaJe 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.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform für das Justiermittel. Mit 1 ist wieder die Wand des Kryostaten, hier ein Ausschnitt derselben bezeichnet Ein Federbalg 32 dichtet das heliumgefüllte 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 über 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 Vorsprängen 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetische Linsenanordnung mit stromdurchflossener Linsenwicklung und mit möglichst kleiner Öffnungsfehlerkonstante, für unter Vakuum arbeitende Korpuskularstrahlgeräte, mit zwei Abschirmzylindern, die in Richtung der Achse der Linsenanordnung in einem durch die sich gegenüberstehenden Stirnflächen der beiden Abschirmzylinder begrenzten Abstand aufeinanderfolgen und koaxial zu dieser Achse angeordnet sind, wobei diese Abschirmzylinder aus supraleitendem Material bestehen, eine Bohrung für den Durchtritt des Korpuskularstrahls aufweisen und mit einem Tiefkühlmittel in wärmeleitender Verbindung stehen, bei der nach Patent 15 64 714 der durch diesen Abstand der Stirnflächen gebildete Linsenspalt frei von abschirmenden Teilen aus supraleitendem Material ist, bei der der Abstand so bemessen ist, daß die Öffnungsfehlerkonstante minimal ist, und bei der der Bohrungsdurchmesser der Abschirmzylinder auf den für den Durchtritt des Korpuskularstrahls erforderlichen Mindestwert bemessen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Justiermittel (19) zur Winkeländerung der axialen Ausrichtung einer oder mehrerer der die stromdurchflossene Linsenwicklung bildenden Magnetfeldspulen (3) bezogen auf die geforderte Symmetrieachse (11) der Linsenanordnung vorgesehen sind.

2. Magnetische Linsenanordnung nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß als Justiermittel auf den Umfang der zu justierenden Spule (3) radial symmetrisch verteilt angeordnete Schrauben (19) vorgesehen sind, die voneinander getrennt verstellbar sind.

3. Magnetische Linsenanordnung nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (19) seitlich der Spule (3) in der Nähe der der Auflagefläche (21) entgegengesetzten Stirnfläche (24) angeordnet sind.

4. Magnetische Linsenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei Schrauben vorgesehen sind.

5. Magnetische Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch einen Faltenbalg (32) abgedichtete Durchführung für das Justiermittel vorgesehen ist (F i g. 2).

6. Verfahren zur Justierung einer magnetischen Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Korpuskularstrahl durch Betätigung der Justiermittel auf das Zentrum eines Leuchtschirms am Ort des Bildes zentriert wird.