DE2155163A1

DE2155163A1 - ADJUSTMENT SYSTEM FOR BODY BEAM UNITS IN PARTICULAR FOR ELECTRON MICROSCOPE

Info

Publication number: DE2155163A1
Application number: DE19712155163
Authority: DE
Inventors: Helmut Zerbst
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-11-05
Filing date: 1971-11-05
Publication date: 1973-05-10
Also published as: DE2155163B2

Description

Justiersystem für Korpuskularstrahlgeräte insbesondere für Elektronenmikroskop Die Erfindung bezieht sich auf ein Justiersystem für Korpuskularstrahlgeräte, insbesondere für Elektronenmikroskope, bei dem der Korpuskularstrahl durch Magnetfelder, die von permanent magnetisierbaren Magnetpolen ausgehen, in korrigierender leise beeinflußt is-t.Adjustment system for corpuscular beam devices, in particular for electron microscopes The invention relates to an adjustment system for particle beam devices, in particular for electron microscopes, in which the corpuscular beam is driven by magnetic fields that proceed from permanently magnetizable magnetic poles, influenced in corrective quietly is.

Bei Elektronenmikroskopen ist es bekannt, zur seitlichen Ablenkung des Elektronenstrahles und/oder zur Korrektur eines Linsenfehlers, z.B. Astigmatismus, des abbildenden Systems magnetische Ablenkfelder bzw. Quadrupolfelder zu verwenden. Zur Erzeugung dieser Felder sind permanent magnetisierte Magnetpole verwendet worden, die durch räumliche Verschiebung in dem Elektronenmikroskop solange justiert wurden, bis die erforderliche Ablenkung bzw. bis die erforderliche Korrektur der Linsenfehler erreicht worden ist.In electron microscopes it is known for lateral deflection of the electron beam and / or to correct a lens defect, e.g. astigmatism, of the imaging system to use magnetic deflection fields or quadrupole fields. Permanently magnetized magnetic poles were used to generate these fields, which were adjusted by spatial displacement in the electron microscope as long as until the necessary deflection or until the necessary correction of the lens defects has been achieved.

Diese Art der Justierung ist außerordentlich mühevoll.This type of adjustment is extremely laborious.

Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, daß bei Korsuskularstrahlgeräten nach längerem Betrieb häufig gelegentliche Nach- oder Neujustierungen erforderlich sind.Gans oesondere Schwierigkeiten ergeben sich mit derartigen Justiersystemen bei Linsensystemen mit supraleitenden Spulen und/oder supraleitenden feldformenden Elementen. Diese Spulen bzw.In particular, it must be taken into account that in corsuscular beam devices Occasional readjustments or readjustments are often necessary after long periods of operation sind.Gans oes special difficulties arise with such adjustment systems in lens systems with superconducting coils and / or superconducting field-shaping devices Elements. These coils resp.

Elemente befinden sich in Kryostaten, so daß die diesen Spulen bzw. Elemente nahe benachbarten Justiersysteme von auBen schwer erreichbar sind, um mechanisch justiert zu werden.Elements are located in cryostats, so that these coils or Elements close to neighboring adjustment systems are difficult to reach mechanically from the outside to be adjusted.

Zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist bereits vorgeschlagen worden, anstelle der Magnetpole elektrische Spulen zur Erzeugung der erforderlichen magnetischen Korrekturfelder zu verwenden. Diese Spulen haben den Vorteil, daß ihre Wirksamkeit auf elektrischem Wege von außen steuerbat ist, so daß im Bereich des Korpuskularstrahls von außen steuerbare magnetische Korrekturfelder erzeugt werden können. Insbesondere können in einer Ebene 1 liegende kreuzweise angeordnete Spulen für Ablenkfelder durch einfache Umkehrung des elektrischen Stromes in mehreren der Spulen in Quadrupolfelder und umgekehrt umgewandelt werden. Diese Justiersysteme mit elektrische Korrekturspulen haben aber den Nachteil, daß sie während des Betriebes des Korpuskularstrahlgerätes ständig mit einem sehr genau konstant zu haltenden elektrischen Strom zu speisen sind. Dies bringt insbesondere bei den bereits oben erwähnten Korpuskularstrahlgeräten mit Supraleitung Nachteile, die darin bestehen, daß die Joulsche Wärme, die in normalleitenden Korrekturspulen erzeugt wird, eine unerwünschte Erwärmung gerade an deri Stellen bewirkt, an denen die tiefen Temperaturen aufrechterhalten werden müssen.In order to remedy these difficulties, it has already been proposed that instead of the magnetic poles, electric coils are used Generation of the required to use magnetic correction fields. These coils have the advantage that their Effectiveness by electrical means from the outside is controllable, so that in the area of the Corpuscular beam from the outside controllable magnetic correction fields are generated can. In particular, coils arranged crosswise in a plane 1 can be used for deflection fields by simply reversing the electric current in several of the Coils are converted into quadrupole fields and vice versa. These adjustment systems with electrical correction coils but have the disadvantage that they during operation of the corpuscular beam device constantly with a very precisely to be kept constant electrical current are to be fed. This brings in particular with the ones already mentioned above mentioned corpuscular beam devices with superconductivity disadvantages, which consist in that the Joule heat, which is generated in normal conducting correction coils, a causes undesirable warming precisely in the places where the low temperatures must be maintained.

Aufgabe der Erfindung ist es, die verangehend beschriebenen Nachteile der bekannten Jus tie rsysteme durch Auffinden eines neuen Justiersystems zu beheben.The object of the invention is to overcome the disadvantages described above to fix the known Jus tie rsystems by finding a new adjustment system.

Diese Aufgabe wird durch ein eie oben beschriebenes Justiersystem gelöst, daß erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem Korpukularstrahlgerät einem Magnetpol eine elektrische Spule zugeordnet ist, durch die dieser Magnetpol durch Stromfluß durch die Spule steuerbar magnetisierbar ist. Insbesondere ist jedem der vorgesehenen Magnetpole je eine Spule für dessen Magnetisierung zugeordnet.This task is accomplished by an adjustment system as described above solved that according to the invention is characterized in that in the particle beam device an electrical coil is assigned to a magnetic pole, through which this magnetic pole is controllably magnetizable by current flow through the coil. In particular is everyone Each of the intended magnetic poles is assigned a coil for its magnetization.

Das erfindungsgemäße Justiersystem zeichnet sich insbesondere durch einen geringen Platzbedarf aus. Es vermag ohne weiteres die Leistung eines mechanisch justierten Systems mit permanent magnetisierten Magnetpolen zu erbringen, obwohl bei dem erfindungsgemäßen Justiersystem keine mechanisch-räumliche Verschiebung dieser Magnetpole erforderlich ist. Die Größe der nach der Erfindung vorzusehenden magnetisierbaren Kerne der Magnetpole sowie die Windungszahlen der Spulen, mit denen diese Kerne zu magnetisieren sind, sind jeweils so zu bemessen, daß der durch das Feld der Spule magnetisierte Pol bis zu einer solchen Sträke magnetisiert werden kann, die dem zur Korrektur erforderlichen maximalen Feldstärkewert entspricht.The adjustment system according to the invention is characterized in particular by a small footprint. It can easily perform the performance of a mechanical one adjusted system with permanently magnetized magnetic poles, though in the case of the adjustment system according to the invention, there is no mechanical-spatial displacement this magnetic pole is required. The size of the to be provided according to the invention magnetizable cores of the magnetic poles as well as the number of turns of the coils, with those these cores are to be magnetized, are to be dimensioned in such a way that the Field of the coil magnetized pole can be magnetized up to such a strength that corresponds to the maximum field strength value required for correction.

Dies ist von den Fachmann bei Kenntnis der Erfindung im einzelnen Falle ohne Schwierigkeiten zu ermitteln.This can be done by those skilled in the art with knowledge of the invention in detail Traps to be identified without difficulty.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere für ein Korpuslukarstrahlgerät mit Supraleitung darin, daß die Justierung des erfindungsgemäßen Justiersystems jeweils nur einen kurzen Stromfluß durch die zugeordnete Spule erfordert, mit dem einersteits die notwendige Magnetisierung des Poles erreicht wird und andererseits ein noch vernachlä sigbares Minimum an Joulscher Wärme erzeugt wird.A particular advantage of the invention is in particular for a Korpuslukarstrahlgerät with superconductivity in that the adjustment of the invention Adjustment system only requires a short current flow through the assigned coil, with which on the one hand the necessary magnetization of the pole is achieved and on the other hand a still negligible minimum of Joule heat is generated.

Der magnetisierte ern eines Magnetpoles kann durch einen abklingenden Wechselstrom in der zugeordneten Spule in an sich bekannter eise wieder entmagnetisiert werden. Dies ist z.B. dann erforderlich, wenn eine Verringerung oder Umorientierung der gerade vorhandenen Magnetisierung eines Magnetpoles gewünscht ist.The magnetized ern of a magnetic pole can be caused by a decaying Alternating current in the associated coil is demagnetized again in a manner known per se will. This is necessary, for example, if there is a reduction or reorientation the currently existing magnetization of a magnetic pole is desired.

Die Form der von dem Justiersystem zu erzeugenden Korrekturfelder, Ablenkfelder und/oder Quadrupolfelder, kann durch formgebung der Magnetpole in an sich bekannter Weise vorgegeben werden.The shape of the correction fields to be generated by the adjustment system, Deflection fields and / or quadrupole fields can be created by shaping the magnetic poles in can be specified in a known manner.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Figuren und der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung hervcr.Further details of the invention can be found in the figures and the description preferred embodiments of the invention.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Justiersystem in Aufsicllt, gesehen in Richtung der Strahlachse. Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Justiersystems mit besonders geformten Polschuhen, gesehen in Richtung der Achse des Korpuskularstrahles.FIG. 1 shows an adjustment system according to the invention in top view in the direction of the beam axis. Figure 2 shows another embodiment of an inventive Adjustment system with specially shaped pole pieces, viewed in the direction of the axis of the corpuscular beam.

Mit 1, 2, 3 und 4 sind die permanent magnetisierbaren Kerne der Magnetpole eines erfindungsgemäßen Justiersystems bezeichnet. Bei dieser speziellen ausführungsform ist jedem Kern jeweils eine elektrische Spule 11, 12, 13 und 14 zugeordnet. Die Spulen sind in der Form eines Ringes um den jeweiligen Kern des zu bildenden Magnetpoles herumgelegt.1, 2, 3 and 4 are the permanently magnetizable cores of the magnetic poles an adjustment system according to the invention designated. On this particular one In the embodiment, each core has an electrical coil 11, 12, 13 and 14 assigned. The coils are in the shape of a ring around the respective core of the to be formed magnetic poles lying around.

Durch einen wenigstens kurzzeitigen Stromfluß durch eine Spule kann der jeweilige Kern auf ein durch die Größe des Stromes vorgebbaren Wert der Magnetisierung magnetisiert werden. Es bedarf hier keines besonderen Hirnveises, daß dabe Brscheinunben wie Sättigungsmagnetisierung und Abfall auf den Wert der Remanenz zu berücksichtigen sind. Dies ist aber für den Fachmann, ausgerüstet mit der Erkenntnis von der Erfindung, unproblematisch.By an at least brief current flow through a coil can the respective core to a value of magnetization that can be predetermined by the magnitude of the current be magnetized. There is no need for any special brains that there should be Brscheinunben how to consider saturation magnetization and drop in the value of the remanence are. But this is for the skilled person, equipped with the knowledge of the invention, unproblematic.

Mit 6 ist ein magnetischer Ringschluß für die Kerne 1 bis 4 bezeichnet.With a magnetic ring closure for the cores 1 to 4 is designated.

Die durch die elektrischen Verbindungsleitungen 7 und 8 bewirkte, aus der Figur zu entnehmenden Reihenschaltungen von jeweils zwei Spulen 11 und 13 bzw. 12 und 14 kann eine Magnetisierung der Magnetpole erreicht werden, die zwei sich überlagernde im wesentlichen senkrecht zueinanderstehende Transversalfelder im Bereich der Achse der Anordnung erzeugt. In der Figur 1 ist als Beispiel das Feld 16 des Polpaares mit den Kernen 2 und 4 dargestellt.The caused by the electrical connecting lines 7 and 8, Series connections of two coils 11 and 13 each can be seen in the figure or 12 and 14, a magnetization of the magnetic poles can be achieved, the two overlapping transversal fields that are essentially perpendicular to one another generated in the area of the axis of the arrangement. In FIG. 1, this is an example Field 16 of the pole pair with cores 2 and 4 is shown.

Im Bereich der Achse des Korpuskularstrahles kann somit ein resultierendes homogenes Peld mit einer Ablenkrichtung erzeugt werden.In the area of the axis of the corpuscular beam, a resulting homogeneous field can be generated with one deflection direction.

Durch Zusammenschaltung von jeweils zwei einander benachbarter Spulen, z.B. der Spulen 11 und 12 einerseits und der Spulen 15 und 14 andererseits, kann eine Nagnetisierung der Magnetpole erreicht werden, die in der Strahlachse ein permanentes Quadrupolfeld erzeugt. Quadrupolfelder werden zur Behebung von Astigmatismus vervrendet. Durch eine entsprechende Zahl von Polen können auch Cktopolfelder unter Anwendung der Erfindung erreicht werden.By interconnecting two adjacent coils, e.g. the coils 11 and 12 on the one hand and the coils 15 and 14 on the other hand a magnetization of the magnetic poles can be achieved, which is permanent in the beam axis Quadrupole field generated. Quadrupole fields are used to correct astigmatism. With a corresponding number of poles, octopole fields can also be used of the invention can be achieved.

Wie bereits oben erwähnt kann durch die jeweilige Größe des Stromes in jeder einzelnen Spule eine voneinander unabhängige Magnetisierung der einzelnen Kerne der Pole erreicht werden.As already mentioned above, the respective size of the current in each individual coil an independent magnetization of the individual Cores of the poles can be reached.

Bei der speziellen Ausführungsform nach Figur 1 mit paarweise hintereinandergeschalteten Spulen sind dementsprechend die jeweiligen Polpaare voneinader unabhangig magnetisierbar.In the special embodiment according to FIG. 1, they are connected in series in pairs The respective pole pairs of the coils can accordingly be magnetized independently of one another.

Figur 2 zeigt eine spezielle husführungsform der Erfindung mit zwei einander gegenüberstehenden Kerne 21 und 22 für die Magnetpole. P'it 31 und 32 sind die jeweils zugehörigen, zur erfindungsgemäßen Magnetisierung der Kerne vorgeschenen elektrischen Spulen bezeichnet. Mit 26 ist ein magnetischer Ringschluß bezeichnet. Die LTagnetpole mit den Kernen 21 und 22 haben speziell geformte Polschuhe 121 und 122. Durch entsprechende Formgebung dieser Polschuhe ist es möglich ein Magnetfeld 26 zwischen diesen Polschuhen zu erzeugen, daß huber einen größeren Querschnitt im Bereich der Achse der Anordnung un damit im Bereich der Achse 15 des Elektronenstrahls homogen ist.Figure 2 shows a special husführungform of the invention with two opposing cores 21 and 22 for the magnetic poles. P'it 31 and 32 are the respectively associated prior to the magnetization of the cores according to the invention called electrical coils. With a magnetic ring closure is designated. The magnetic poles with cores 21 and 22 have specially shaped pole pieces 121 and 122. By appropriately shaping these pole pieces, a magnetic field is possible 26 between these pole pieces to produce that hub a larger cross-section in the area of the axis of the arrangement and thus in the area of the axis 15 of the electron beam is homogeneous.

Die Spulen 31 und 32 sind zum ecke der Magnetisierung bei dieser Ausführungsform durch die Verbindungsleitungen 27 elektrisch hintereinandergeschaltet.The coils 31 and 32 are for the purpose of magnetization in this embodiment electrically connected in series through the connecting lines 27.

3 Patentansprüche 2 Figuren3 claims 2 figures

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Adjustment system for corpuscular blasting devices, especially for electron microscopes, in which the particle beam is caused by magnetic fields, which emanate from permanently magnetizable magnetic poles, in a corrective manner This is influenced by the fact that in the corpuscular beam device an electrical coil is assigned to a magnetic pole, through which this magnetic pole is controllable magnetizable by current flow through the coil 2. Adjustment system according to Claim 1, characterized in that each of the agnetpole has one Coil for whose magnetization is assigned.

3. Adjustment system according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that a magnetic pole is provided with a pole piece.