DE2123576A1 - Magnetfeld-Elektronenlinse - Google Patents

Description

DA-4296

Beschreibung

zu der
. Patent- und Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung

der Firma
Hitachi Ltd.
1-5-1, Marunouchi,
Chiyoda-ku
Tokyo / Japan "

betreffend

Magnetfeld-Elektronenlinse (Priorität: 13. Mai 1970, Japan, Nr. 40630)

Die Erfindung bzieht sich auf eine magne tische oder Magnetfeld-Elektronenlinse für ein Elektronen -Mikroskop und dgl. und betrifft insbesondere eine Elektronenlinse mit einer Einrichtung zur Kompensation von Astigmatismus und unerwünschter Ablenkung des Elektronenstrahls.

Bekanntlich tritt in einer magnetischen Elektronenlinse, wie sie in einem Elektronenmikroskop oder dgl. verwendet wird, aufgrund der Asymmetrie des mechanischen Aufbaus und der magnetischen Eigenschaften Astigmatismus auf.

Darüber-hinaus entsteht an Berührungsstellen zwischen den Polschuhen und den magnetischen Rückschlußelementen einer solchen Linse ein unerwünschtes Magnetfeld, das den Elektronenstrahl ablenkt.

Infolge eines derartigen Astigmatismus und einer derartigen unerwünschten Ablenkung des Elektronenstrahls ist das

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von der Linse erzeugte Bild verzeichnet, und es ist außerdem unmöglich, das Bild in einem konstanten Blickfeld zu betrachten, da es sich gegenüber diesem verschiebt. Dadurch nimmt die Leistungsfähigkeit eines mit einer solchen Linse arbeitenden Elektronenmikroskops oder dgl. ab, und die Handhabung eines solchen Gerätes wird kompliziert.

Bei einer herkömmlichen Elektronenlinse sind Kompensationsspulen in einem Vakuumraum in einem Loch innerhalb eines Polschuhes der Linse angeordnet, um Astigmatismus land unerwünschte Ablenkung des Elektronenstrahls zu eliminieren.

Aus diesem Vakuumraum müssen jedoch Zuführungsleitungen zu den Kompensationsspulen herausgeführt werden, und zwischen den Kompensationsspulen und dem Magnetkreis der Linse ist eine Isolierung erforderlich.

Daher sind komplizierte Techniken erforderlich, um die obigen Forderungen zu erfüllen, so daß die Herstellungskosten einer derartigen Linse sehr hoch werden.

Da ferner die genannten Kompensationsspulen in dem Vakuumraum angeordnet sind, ist der magnetische Viiderstand bezüglich des von den Kompensationsspulen erzeugten Magnet- ^ flusses sehr groß, und daher müssen die den Kompensationsspulen zugeführten Kompensationsströme groß sein.

Aufgabe der Erfindung ist es also, eine Elektronenlinse zu schaffen» bei der Astigmatismus und unerwünschte Ablenkung des Elektronenstrahls wirksam kompensiert sind. Dabei soll die Linse Kompensationsspulen mit sehr !kleinem magnetischen Widerstand haben. Zur Aufgabe gehört es ferner,, eine Elektronenlinse mit einer Kompensationseinrichtung zu schaffen, die in ihrem Aufbau einfach und kompakt ist.

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Bei einer erfindungsgemäßen Elektronenlinse ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Kompensationsspulen an einer eine Linsen-Erregerspule umschließenden magnetischen Abdeckung angebracht sind, wobei sich durch entsprechende Einstellung von den Kompensationswicklungen zugeführten Kompensationsströmen Astigmatismus und unerwünschte Ablenkung des Elektronenstrahls wirksam kompensieren lassen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen; darin zeigen

Fig. 1a eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 1b und 1c Anordnungen der Kompensationsspulen bei der Ausführungsform nach Fig. 1a;

Fig. 2 den Hauptteil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3a den Hauptteil einer wieder anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 3b die Kompensationsspulen in der Ausführungsform nach Fig. 3a;

Fig-. 4a eine wieder andere erfindungsgemäße Ausführungsform;

Fig. 4b die Anordnung von Kompensat ions spulen in der Ausführungsform nach Fig. 4a;

Fig. 5a den Hauptteil einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 5b die Anordnung der Kompensationsspulen in der Ausführungsform nach Fig. 5a;

Fig. 6a eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6b die Anordnung der Kompensationsspulen in der Ausführungsform nach Fig. 6a; und

Fig. 7 eine Schaltung zur Versorgung der Kompensatxonsspulen mit Kompensationsstrom.

In Fig. 1a bedeuten die Ziffer 1 einen oberen magnetischen

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Polschuh, 2 einen unteren magnetischen Polschuh, 3 ein oberes magnetisches Rückschlußelement, 4 ein unteres magnetisches Rückschlußelement, 5 eine ringförmige Linsen-Erregerspule und 6 ein Abstandselement aus unmagnetischem Material..Die oberen und unteren magnetischen Polschuhe 1 und 2 sowie die oberen und unteren magnetischen Rückschlußelemente 3 und 4 bilden eine die Erregerspule 5 umschließende magnetische Abdeckung.

Die bisher genannten Elemente sind bekannt und bilden einen . konventionellen Aufbau einer Magnetfeld-Elektronenlinse.

Das Abstandselement 6 ist allerdings bei einer solchen * Elektronenlinse nicht immer vorhanden. Die Ziffer 7 bezeichnet eine Kompensationsspulen-Anordnung mit 4 Spulen A bis D (Fig. 1b), die auf das untere magnetische Rückschlußelement 4 in darin vorgesehenen Ausnehmungen aufgewickelt sind. Gemäß Fig. 1b sind die Spulen A bis D mit Winkeln von 90° zwisehen' den Mittelachsen benachbarter Spulen angeordnet.

Die Spule A ist mit d.er gegenüberligenden Spule C in Serie geschaltet, und die Spule B ist mit der gegenüberliegenden Spule D in Serie geschaltet. Den Spulen werden Kompensationsströme derart zugeführt^ daß die von den Spulen A und C erzeugten Magnetflüsse 0« und 0~ auf die Elektronenstrahlachse Z zu und die von den Spulen B und D erzeugten Magnetflüsse 0_B und 0_D in der entgegengesetzten Richtung verlaufen, um Astigmatismus und unerwünschte Ablenkung ' des Elektronenstrahls zu kompensieren.

Bekanntlich läßt sich mit der oben erwähnten Kompensationsspulen-Anordnung nur der in einer speziellen Richtung aufbietende Astigmatismus korrigieren.

Um die Korrektur eines in beliebiger Richtung auftretenden Astigmatismus zu errnöglichen₉ kann die Kompensationsspulen-Anordnung durch acht Spulen A bis H₉ beispielsweise gemäß

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Fig.- 1c, gebaut werden.

Dabei sind die jeweiligen Spulen A bis H auf dem unteren magnetischen Rückschlußelement 4 in darin vorgesehenen Ausnehmungen wie bei der obigen Ausführungsform gewickelt und so angeordnet, daß die Winkel zwischen den mittleren Achsen jeweils zweier benachbarter Spulen' 45° betragen.

Die Spulen A, C, E und G liegen in Serie. Wie bei dem obigen Beispiel werden sie so beaufschlagt, daß die von den jeweils einander gegenüberliegenden Spulen erzeugten •Magnetflüsse 0_A und 0^, auf die Elektronenstrahlachse Z zu und die von den anderen beiden Spulen erzeugten Magnetflüsse 0_C und 0_G von der Achse Z weg verlaufen.

In ähnlicher Weise sind die Spulen B, D, P und H in Serie geschaltet und werden wie oben erregt.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, umfaßt die Kompensationsspulen--Anordnung nach Fig. Ic eine Kombination zweier Spulengruppen nach Fig. Ib. Der durch die eine Spulengruppe A, C, E und G fließende Kompensationsstrom wird so eingestellt, daß er gegenüber dem durch die andere Spulengruppe-B, D, F und H fließenden Kompensationsstrom um 90° phasenverschoben ist.

Mit anderen Worten heißt dies, daß dann, wenn sich der Strom durch eine Spulengruppe sinusförmig ändert, der Strom durch die andere Spulengruppe gemäß dem Cosinus variiert, so daß das sich ergebende Magnetfeld um 360° gedreht werden kann.

Auf diese Weise läßt sich ein in beliebiger Richtung auftretender Astigmatismus korrigieren.

Selbst wenn keine acht Spulen verwendet werden, kann jedoch ein in beliebiger Richtung erzeugter Astigmatismus durch Verwendung von nur vier Spulen A, A¹, B und B¹ korrigiert

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werden, sofern diese gemäß der Darstellung in Fig. 6b angeordnet sind.

In Fig. 6b sind die jeweils einander gegenüberliegenden Spulen A und A« sowie B und B¹ in Serie geschaltet, während sie so angeordnet sind, daß die Mittelachse der die eine Gruppe bildenden Spulen A und A¹ sowie die Mittelachse der die andere Gruppe bildenden Spulen B und B¹ einen Winkel von 45° bilden.

Wie bei dem vorerwähnten Ausfürhungsbeispiel werden den jeweiligen Spulengruppen sinus- und cosinusförmige Erreger-" ströme zugeführt* - "

Diese Spulen sind in eine magnetische Abdeckung eingebaut, wobei die Polschuhe und die magnetischen Rückschlußelemente einstückig geformt sind, wie es beispielsweise in Fig. 6a dargestellt ist. "

Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 1a und weist eine in das untere magnetische Rückschlußelement 4 eingebettete Ablenkspule 7 auf. Die Eigenschaft dieser Ausführungsform besteht darin; das magnetische Streufeld der magnetischen Abdeckung zu reduzieren.

Da die Deflektorspule 7 in jedem der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1a und 2 in spezieller Weise in den Eisenkern gewickelt ist, ist der magnetische Widerstand für den Magnetfluß gering und die Korrekturwirkung stark. Daher kann die Wirkung auch dann noch genügend ausgenützt v/erden, wenn die Deflektorspule 7 an einem Teil des unteren magnetischen Rückschlußelement es 4 vorgesehen ist, der einen erheblichen Abstand von dem Luftspalt der Elektronenlinse aufweist.

Fig. 3a und 3b zeigen eine weitere Ausführungsform mit einer

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Ablenkspule 7, die an dem unteren Polschuh 2 montiert ist; Fig. 3a zeigt dabei einen Längsschnitt und Fig. 3b einen Querschnitt längs der Linie Illb-IIIb in Fig. 3a. In diesen Figuren bezeichnet die Ziffer 8 ein Schutzrohr. Die Eigenschaft dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Korrektureffekt aufgrund d?r Anordnung der Kompensationsspulen-Anordnung 7 in der Nähe des Luftspaltes der Elektronenlinse stark ist und.daher die ,gewünschte Wirkung selbst bei kleiner Erregung in ausreichender Weise herbeiführt.

Die in Fig. 4a und 4b gezeigte weitere Ausführungsfora weist eine Deflektorspule 7 auf, die in dem Teil des magnetischen , Rückschlußelementes 4 angeordnet ist, der sich an einer von der Elektronenstrahlachse möglichst weit entfernten Stelle befindet. Fig. 4a zeigt dabei einen Längsschnitt durch die Anordnung, während Fig. 4b einen Querschnitt längs der Linie IVb-IVb nach Fig. 4a wiedergibt. Fig. 4a und 4b zeigen zwar einen Aufbau, bei dem eine Ablenkspulen-Anordnung 7 aus vier Spulen A, B, C und D vorgesehen ist» um Ablenkung des Elektronenstrahls und Astigmatismus in einer bestimmten Richtung zu korrigieren; es ist jedoch auch möglich, die Ablenkspulen-Anordnung durch Verwendung von acht Spulen gemäß Fig. 1c so zu bauen, daß sie in beliebiger Richtung auftretenden Astigmatismus korrigiert.

In dem in Fig. 5a und 5b gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kompensationsspulen-Anordnung 7 in der Nähe des Luftspalts der Elektronenlinse in die magnetische Abdeckung eingebaut, ohne jedoch in dem Vkauum des Elektronenstrahl-Pfades vorhanden zu sein. Fig. 5a ist ein Längsschnitt. durch die Anordnung, während Fig. 5b ein Querschnitt längs der Linie Vb-Vb nach Fig. 5a ist.

Wie in Fig. 7 als Ausführungsbeispiel gezeigt, kann die Kompensationsspulen-Anordnung A bis D nach Fig. 1b über Widerstände R^ und R, sowie über veränderbare Widerstände R₂ und R, an die Linsenspule 5 angeschlossen sein, wodurch

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beiden Spulenanordnungen bestimmte Ströme aus einer Erregerstromquelle 9 zugeführt werden.

Bei einem solchen Konzept ändern sich die Erregungen beider Spulen proportional zueinander. Sind daher die Erregerströme -der jeweiligen Kompensationsspulen mit Hilfe der veränderbaren Widerstände Rp und R^ so eingestellt, daß Astigmatismus und unerwünschte Ablenkung korrigiert werden, so ist eine Nachstellung der Kompensationsströme auch dann nicht erforderlich, wenn die Erregung der Elektronenlinse verändert "wird.

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Claims (10)

1. Ansprüche

   1/Magnetfeld-Elektronenlinse mit einer ringförmigen Erregerspule und einer diese umschließenden magnetischen Abdeckkung, die eine oberes und ein unteres magnetisches Rückschlußelement sowie einen oberen und einen unteren magnetischen Polschuh umfaßt, dadurch gekennzeich net, daß in der magnetischen Abdeckung.(1, 2, 3,4) mehrere Kompensationsspulen (A...H) eingebaut sind, und daß eine Stromquelle (9) zur Versorgung der Kompensationsspulen mit Kompensa.t ions strömen sowie eine Einstelleinrichtung (R₂, R^) zur Einstellung der Kompensationsströme vorhanden sind.
2. 2. Elektronenlinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß acht Kompensationsspulen (A...H) vorgesehen sind, die unter einem Winkel von 45° zwischen den Mittelachsen jeweils zweier benachbarter Spulen angeordnet sind.
3. 3. Elektronenlinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Kompensationsspulen (A, A¹, B, B¹) vorgesehen sind, wobei die Mittelachse eines Paares von zwei einander gegenüberliegenden Spulen mit der Mittelachse eines zweiten Paares einander gegenüberliegender Spulen einen Winkel von 45 einschließt.

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4. 4. Elektronenlinse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichne t, daß die Magnetspulen (A...H) in der magnetischen Abdeckung (1...4) eingebettet sind.
5. 5. Elektronenlinse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennze ichnet, daß die Kompensationsspulen (A...H) in einem stirnseitigen Teil der magnetischen -Abdeckung in einem Rückschlußelement (4) angeordnet sind.
6. 6. Elektronenlinse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn ζ e ic hn e t, daß die Kompensationsspulen (A. ..H) in einem Polschuh (2) in. der Nähe des Luftspalts der Linse angeordnet sind«
7. 7. Elektronenlinse nach Anspruch 6_t gekennzeichnet etarch eine die Kompensationsspulen (A. ..H) gegenüber dem Elektronenstrahlpfad abschirmende Schutzhülse (8).
8. 8. Elektronenlinse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspulen (A-...H) an der von der Elektronenstrahlach.se (Z) am weitesten entfernten Stelle in einem Rückschlußelement (4) angeordnet sind.
9. 9. Elektronenlinse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspulen

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   (A.. .H), in der Nähe des Luftspalts der Linse in einem Rückschlußelement (4) jedoch außerhalb des Elektronenstrahlpfades angeordnet sind.
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    e e r s'e i f e