DE2155163B2

DE2155163B2 - Electron microscope adjusting system - uses magnetic pole associated with electric coil which controls its pole magnetising

Info

Publication number: DE2155163B2
Application number: DE19712155163
Authority: DE
Inventors: Helmut 8000 München Zerbst
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-11-05
Filing date: 1971-11-05
Publication date: 1976-12-02
Also published as: DE2155163A1

Abstract

The adjusting system is intended for electron microscopes and other particle beam apparatus, in which the electron beam is corrected by magnetic fields generated by permanently magnetisable magnetic poles. Each magnetic pole (1-4) of the electron microscope is allocated to an electric coil (11-14) which controls the permanent magnetising of this pole owing to the current flow regulation through the same. Preferably each magnetic pole is provided with a pole shoe. This system obviates mechanically displaceable pole shoes and does not require continuously flowing current for its operation. The system is compact and the component rating is sufficient for generation of a field strength suitable for the electron beam correction.

Description

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 Weise beeinflußt ist.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 are permanently magnetizable Go out magnetic poles, is affected in a corrective manner.

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. Quadmpolfelder zu verwenden. Zui Erzeugung dieser Felder sind permanent magnetisierte Magnetpole verwendet worden, die durch räumliche Verschiebung in dem Elektronenmikroskop so lange justiert wurden, bis die erforderliche Ablenkung bzw. bis die erforderliche Korrektur der Linsenfehler erreicht worden ist (vgl. zum Beispiel DT-PS 9 27 525).In electron microscopes it is known to deflect the electron beam laterally and / or to correct a lens defect, e.g. B. astigmatism, the imaging system's magnetic deflection fields or quadruple fields to be used. Permanently magnetized magnetic poles are used to generate these fields have been used, which have been adjusted by spatial displacement in the electron microscope for so long until the necessary deflection or until the necessary correction of the lens defects has been achieved (cf. for example DT-PS 9 27 525).

Diese Art der lustierung ist außerordentlich mühevoll. Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, daß bei Korpuskularstrahlgeräten nach längerem Betrieb häufig gelegentliche Nach- oder Neujustierungen erforderlich sind. Ganz besondere Schwierigkeiten ergeben sich mit derartigen Justiersystemen bei Linsensystemen mit supraleitenden Spulen und/oder supraleitenden feldformenden Elementen. Diese Spulen bzw. Elemente befinden sich in Kryostaten, so daß die diesen Spulen bzw. Elemente nahe benachbarten Justiersysteme von außen schwer erreichbar sind, um mechanisch justiert zu werden.This kind of amusement is extremely laborious. It is particularly important to consider that In the case of corpuscular beam devices, often occasional readjustments or readjustments after prolonged operation required are. Very particular difficulties arise with such adjustment systems Lens systems with superconducting coils and / or superconducting field-forming elements. These coils or elements are located in cryostats, so that these coils or elements are closely adjacent Adjustment systems are difficult to reach from the outside in order to be adjusted mechanically.

Zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist bereits bekannt, anstelle der permanent magnetisierbaren Magnetpole elektrische Spulen auch zusammen mit Polschuhen aus weichmagnetischem Material zur Erzeugung der erforderlichen magnetischen Korrekturfelder zu verwenden (z.B. GB-PS 6 69 268). Diese Spulen haben den Vorteil, daß ihre Wirksamkeit auf elektrischem Wege von außen steuerbar ist, so daß im Bereich des Korpuskularstrahls von außen steuerbare magnetische Korrekturfelder erzeugt werden können. Insbesondere können in einer Ebene 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 elektrischen 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 den Stellen bewirkt, an denen die tiefen Temperaturen aufrechterhalten werden müssen. To overcome these difficulties, it is already known to use electrical coils instead of the permanently magnetizable magnetic poles, also together with pole pieces made of soft magnetic material to generate the required magnetic correction fields (e.g. GB-PS 6 69 268). These coils have the advantage that their effectiveness can be controlled electrically from the outside, so that externally controllable magnetic correction fields can be generated in the area of the corpuscular beam. In particular, coils arranged crosswise in one plane for deflection fields can be converted into quadrupole fields and vice versa by simply reversing the electrical current in several of the coils. However, these adjustment systems with electrical correction coils have the disadvantage that they have to be continuously fed with a very precisely constant electrical current during operation of the corpuscular beam device Heat, which is generated in normal conducting correction coils, causes undesirable heating precisely at the points where the low temperatures have to be maintained.

Aufgabe der Erfindung ist es daher einjustiersystem anzugeben, das keine gegeneinander mechanisch verschiebbaren Polschuhe und keine dauernd fließenden Ströme zu seinem Betrieb erfordertThe object of the invention is therefore an adjustment system indicate that there are no pole pieces that can be mechanically displaced in relation to one another and no permanently flowing Currents required for its operation

Diese Aufgabe wird durch ein wie eingangs beschriebenes Justiersystem gelöst, daß erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem Korpusku larstrahlgerät einem Magnetpol eine elektrische Spule zugeordnet ist, durch die die permanente Magnetisierung dieses Magnetpols durch Stromfluß durch die Spule steuerbar einstellbar ist. insbesondere ist jedem der vorgesehenen Magnetpole je eine Spule zugeordnet. This object is achieved by a method as initially described alignment system that is according to the invention characterized in that in the Korpusku larstrahlgerät a magnetic pole an electrical coil is assigned, through which the permanent magnetization of said magnetic pole is controllable adjustable by current flow through the coil. in particular, a coil is assigned to each of the provided magnetic poles.

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 vorzusehenden magnetisierbaren Kerne der Magnetpole sowie die Windungszahlen der Spulen, mit denen diese Kerne zu magnetisieren sind, sind jeweils so bemessen, daß der durch das Feld der Spule magnetisierte Pol bis zu einer solchen Stärke 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 achieve the performance of a mechanically adjusted system with permanently magnetized To provide magnetic poles, although no mechanical-spatial in the adjustment system according to the invention Shifting these magnetic poles is required. The size of the magnetizable cores to be provided Magnetic poles and the number of turns of the coils with which these cores are to be magnetized are each like this dimensioned so that the pole magnetized by the field of the coil is magnetized to such a strength which corresponds to the maximum field strength value required for correction.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere für ein Korpuskularstrahlgerät mit Supraleitung darin, daß die Justierung des erfindungsgemäßen Justiersysteins jeweils nur einen kurzen Stromfluß durch die zugeordnete Spule erfordert, mit dem einerseits die notwendige Magnetisierung des Poles erreicht wird und andererseits ein noch vernachlässigbares Minimum an Joulscher Wärme erzeugt wird.A particular advantage of the invention exists in particular for a corpuscular beam device with superconductivity in that the adjustment of the adjustment system according to the invention is only carried out by a short current flow requires the associated coil, with the one hand the necessary magnetization of the pole is achieved and on the other hand a still negligible minimum Joule heat is generated.

Der magnetisierte Kern eines Magnetpoles kann durch einen abklingenden Wechselstrom in der zugeordneten Spule in an sich bekannter Weise wieder entmagnetisiert werden. Dies ist z. B. dann erforderlich, wenn eine Verringerung oder Umorientierung der gerade vorhandenen Magnetisierung eines Magnetpoles erwünscht ist.The magnetized core of a magnetic pole can be caused by a decaying alternating current in the associated coil are demagnetized again in a manner known per se. This is e.g. B. then required if there is a reduction or reorientation of 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, deflection fields and / or quadrupole fields to be generated by the adjustment system. can be specified in a manner known per se by shaping the magnetic poles.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the figures.

Fig. 1 zeigt ein Justiersystem in Aufsicht, gesehen in Richtung der Strahlachse;Fig. 1 shows an adjustment system in plan, seen in Direction of the beam axis;

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform eines Justiersystems mit besonders geformten Polschuhen, gesehen in Richtung der Achse des Korpuskularstrahles.Fig. 2 shows another embodiment of an adjustment system with specially shaped pole pieces, seen in the direction of the axis of the corpuscular ray.

Mit 1,2,3 und 4 sind die permanent magnetisierbaren Kerne der Magnetpole eines 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 RingesThe permanently magnetizable cores of the magnetic poles of an adjustment system are designated by 1, 2, 3 and 4. In this special embodiment, an electrical coil 11, 12, 13 and 14 is assigned to each core. The coils are in the shape of a ring

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um den jeweiligen Kern des zu bildenden Magnetpoles herumgelegL 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 s keines besonderen Hinweises, daß dabei Erscheinungen wie Sättigungsmagnetisierung und Abfall auf den Wert der Remanenz zu berücksichtigen sind.around the respective core of the magnetic pole to be formed Lounging around At least a brief current flow through a coil can cause the respective core to open a value of the magnetization that can be specified by the magnitude of the current can be magnetized. It takes s here no particular indication that phenomena such as saturation magnetization and a drop in the value the remanence must be taken into account.

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

Durch die die elektrischen Verbindungsleitungen 7 und 8 bewirkten, 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 Fig. 1 ist als Beispiel das Feld 16 des Polpaares mit den Kernen 2 und 4 dargestellt. The series connections of two coils 11 and 13 or 12 and 14 brought about by the electrical connecting lines 7 and 8, as shown in the figure, allow magnetization of the magnetic poles to be achieved, the two superimposed essentially perpendicular transverse fields in the area of the axis of the Arrangement generated. In Fig. 1, the field 16 of the pole pair with the cores 2 and 4 is shown as an example.

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

Durch Zusammenschaltung von jeweils zwei einander benachbarten Spulen, z.B. der Spulen 11 und 12 einerseits und der Spulen 13 und 14 andererseits, kann eine Magnetisierung der Magnetpole erreicht werden, die in der Strahlachse ein permanentes Quadrupoifdd erzeugt. Quadrupolfelder werden zur Behebung von Astigmatismus verwendet. Durch eine entsprechende Zahl von Polen können aucn Oktopolfelder erreicht werden. By interconnecting two adjacent coils, for example coils 11 and 12 on the one hand and coils 13 and 14 on the other, magnetization of the magnetic poles can be achieved, which generates a permanent quadrupole in the beam axis. Quadrupole fields are used to correct astigmatism. With a corresponding number of poles, octopus fields can also be reached.

Wie bereits oben erwähnt kann durch die jeweilige Größe des Stromes in jeder einzelnen Spule eine voneinander unabhängige Magnetisierung de- einzelnen Kerne der Pole erreicht werden. Bei der speziellen Ausführungsform nach F i g. 1 mit paarweise hintereinandergeschalteten Spulen sind dementsprechend die jeweiligen Polpaare voneinander unabhängig magnetisierbar.As already mentioned above, due to the respective size of the current in each individual coil, a mutually independent magnetization of the individual cores of the poles can be achieved. With the special Embodiment according to FIG. 1 with coils connected in series are accordingly the respective pole pairs can be magnetized independently of one another.

F i g. 2 zeigt eine spezielle Ausführungsform mit zwei einander gegenüberstehenden Kernen 21 und 22 für die Magnetpole. Mit 31 und 32 sind die jeweils zugehörigen, zur Magnetisierung der Kerne vorgesehenen elektrischen Spulen bezeichnet. Mit 26 ist ein magnetischer Ringschluß bezeichnet. Die Magnetpole 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 Poischuhen zu erzeugen, das über einen größerer. Querschnitt im Bereich der Achse der Anordnung und damit im Bereich der Achse 15 des Elektronenstrahls homogen ist. Die Spulen 31 und 32 sind zum Zwecke der Magnetisierung bei dieser Ausführungsform durch die Verbindungsleitungen 27 elektrisch hintereinandergeschaltet. F i g. 2 shows a special embodiment with two opposing cores 21 and 22 for the magnetic poles. The respective associated electrical coils provided for magnetizing the cores are designated by 31 and 32. With a magnetic ring closure is designated. The magnetic poles with the cores 21 and 22 have specially shaped pole pieces 121 and 122. By appropriately shaping these pole pieces, it is possible to generate a magnetic field 26 between these pole pieces, which over a larger one. 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. In this embodiment, the coils 31 and 32 are electrically connected in series through the connecting lines 27 for the purpose of magnetization.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

't claims:

1. Justiersystem für Korpuskularstrahlgeräte, insbesondere für Elektronenmikroskope, bei dem der Korpuskularstrahl durch Magnetfelder, die von permanent magnetisierbarer) Magnetpolen ausgehen, in korrigierender Weise beeinflußt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Korpuskularstrahlgerät einem Magnetpol (1, 2,3,4,2t, 22) eine elektrische Spule (11, 12, 13, 14, 31, 32) zugeordnet ist, durch die die permanente Magnetisierung dieses Magnetpols durch Stromfluß durch die Spule steuerbar einstellbar ist.1. Adjustment system for corpuscular beam devices, especially for electron microscopes, in which the corpuscular beam is influenced in a correcting manner by magnetic fields emanating from permanently magnetizable magnetic poles, characterized in that a magnetic pole (1, 2,3,4,2t, 22) in the corpuscular beam device an electrical coil (11, 12, 13, 14, 31, 32) is assigned, through which the permanent magnetization of this magnetic pole by current flow through the coil is controllably adjustable.

2. alignment system according to claim 1, characterized in that each of the magnetic poles (3, 2,3,4, 21,22) jeeineSpule (ll, 12,13,14,3l, 32) is associated with

3. Adjustment system according to claim 1 or 2, characterized in that a magnetic pole (21, 22) is provided with a pole piece (121, 122) (Fi g. 2).