DE2234381C3

DE2234381C3 - Elektronenstrahl-Beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE2234381C3
Application number: DE2234381A
Authority: DE
Inventors: Lee Dr. 1000 Berlin Veneklasen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-07-10
Filing date: 1972-07-10
Publication date: 1975-10-16
Also published as: NL7309348A; GB1444098A; JPS5429075B2; JPS4946670A; US3862419A; DE2234381B2; DE2234381A1

Description

Die Erfindung ermöglicht es ferner, die Baulänge

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektronen- des Beleuchtungssystems zwischen der Kathode und strahl-Beleuchtungssystem, insbesondere für Elek- 50 dem zweiten Bild der Quelle, daß z. B. am Ort eines tronenmikroskope, mit einer die Quelle der Elektro- ^!·™ Elektronenmikroskop zu untersuchenden Präpanen bildenden Kathode, deren Emission durch die rates liegt, klein zu halten, wie es vielfach erpositive Vorspannung einer Sauganode bestimmt ist, wünscht ist.

insbesondere einer Feldemissionskathode, ferner mit Unter einer Feldemissionskathode im engeren einer Beschleunigungcanode und einer vor der Be- 55 Sinne wird in der Regel eine Kathode verstanden, die schleunigungsanode liegenden Hilfslinse, die am Ein- kalt betrieben wird und bei der der Elektronengang der Beschleunigungsstrecke ein erstes Bild der austritt durch das an der Oberfläche bestehende Quelle in einem festen Punkt der Achse erzeugt, und starke elektrische Feld verursacht wird. Es sind mit einer weiteren Linse, die das erste Bild der Quelle jedoch auch Kathoden mit Saugfeld bekannt, die nochmals abbildet. 60 zusätzlich geheizt werden; auch im Zusammenhang Ein derartiges System ist aus dem Referat von mit Kathoden dieses Mischtyps ist die Erfindung mit Lee H. Veneklasen und Benjamin M. Siegel »A field Vorteil anwendbar.

emission illuminating system for transmission micro- Die F i g. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele der

scopy« aus Septieme congres international de micro- Erfindung.

scopie electronique, Grenoble 1970«, bekannt. 65 In Fig. 1 ist die Feldemissionskathode mit 1, die

Elektronenstrahl-Beleuchtungssysteme mit Feld- Sauganode mit 2 und die Beschleunigungsanode

emissionskathode haben normalerweise die Eigen- mit 3 bezeichnet. Die Potentiale dieser Elektroden

schaft, daß die Fokussierung des austretenden lauten entsprechend U_v U₂ und CZ₃. Die Beschleuni-

gungsanode 3 liegt auf Massepotential [U₃ = 0). Der obere Teil der Sauganode 2 bildet eine Hilfslinse, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrostatische Einzellinse 2 a mit der Mittelelektrode 4. Zwischen der Sauganode 2 und der Beschleunigungsanode 3 ist eine weitere Elektrode 5 vorgesehen.

Die Feldemissionskathode 1 liegt an einer hohen Beschleunigungsspannung Vj₁, die einem Hochspannungsgenerator 6 entnommen wird. Im Ausführungsbeispiel ist V_B—100 kV und demnach U₁= -100 kV angenommen. Die Sauganode 2 hat gegenüber der Feldemissionskathode 1 eine positive Spannung V_s, die einem Spannungsgenerator 7 entnommen wird. Im Ausführungsbeispiel ist V_s = 5 kV und demnach U., = — 95 kV angenommen.

Die Mittelelektrode4 der Einzellinse hat gegenüber der Kathode 1 eine Spannung, die der Saugspannung V_s linear proportional ist; zur Abnahme dieses Potentials dient das Potentiometer 8. Im Ausführungsbeispiel ist das Potential U₄ der Mittelelektrode zu — 99 kV angenommen.

Die Einzellinse la entwirft bei 9 ein erstes Bild der von der Kathode 1 gebildeten Elektronenquelle. Durch die Erregung der Einzellinse la proportional zur Saugspannung V_s wird erreicht, daß das erste Bild 9 der Quelle unabhängig von der Saugspannung V_s, die zur Steuerung der Emission willkürlich veränderbar ist, an derselben Stelle verbleibt.

Das Potential l/, der weiteren Elektrode 5 ist durch das Potentiometer 10 so eingestellt, daß es linear proportional der Beschleunigungsspannung V_n ist. Die weitere Elektrode 5 und die Beschleunigungsanode 3 bilden zusammen eine elektrostatische Linse, die das Bild 9 nochmals bei 12 abbildet.

Die Anordnung ist nun so getroffen und die Spannungsverhältnisse sind so gewählt, daß das Bild 9 der Quelle in dem Spalt 11 zwischen der Sauganode 2 und der weiteren Elektrode 5 liegt, und zwar möglichst in der Mitte dieses Spaltes. Das Potential (V₅ der weiteren Elektrode 5 kann im Prinzip weitgehend frei gewählt werden, z. B. gleich 0,5 V_n; in einem derartigen Fall bilden die Elektroden 2 und 5 eine Linse, die jedoch weitgehend wirkungslos bleibt, weil die Strahlen sich bei 9 in der Mitte dieser Linse kreuzen. Man kann eine Linsenwirkung des Spaltes 11 noch weiter unterdrücken, indem man der Elektrode 5 ein Potential gibt, das nahezu mit dem Potential der Sauganode 2 übereinstimmt. Bei diesem im Ausführungsbeispicl angenommenen Fall beträgt also U. etwa 0,95 ■ V_B, also - 95 kV. Die Spannung

ίο zwischen den Elektroden 2 und 5 kann dann bei Änderungen, der Saugspannung V₅ allenfalls einige kV erreichen, so daß der Spalt 11 nur eine schwache Liase bildet.

Da die Erregung der Linse 3/5 linear proportional der Beschleunigungsspannung Vß ist, bleibt der Ort des Bildes 12, also die Bildweite des Beleuchtungssystems, bei Änderungen der Beschleunigungsspannungen V_B praktisch konstant, so daß eine Nachregelung der zweiten abbildenden Linse nicht erforderlich ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist ah Hilfslinse eine magnetische Linse vorgesehen; alle anderen Teile der Anordnung sind die gleichen wie in Fig. 1. Die magnetische Hilfslinse besteht aus dem

2.-, Eisenmantel 15 und der Wicklung 16; der Eisenmantel 15 bildet einen Teil der Sauganode 2. Die Wicklung 16 wird durch einen Erregerstrom /,, gespeist, der der geregelten Stromquelle 17 entnommen wird. 19 ist ein Rechenglied, das eine der Quadratwurzel aus der Saugspannung K_s proportionale Ausgangsspannung liefert. Eine dem Strom /,, proportionale Spannung wird an dem Widerstand 18 abgenommen. Mit 20 ist ein Komparator bezeichnet, der diese Spannungen miteinander vergleicht und durch Einwirkung auf die Stromquelle 17 den Strom i,, so ändert, daß der Unterschied der Spannungen verschwindet. Durch eine derartige, der Wurzel aus V_s proportionale Erregung der magnetischen Linse 15/16 wird erreicht, daß das erste Bild 9 der Quelle bei Änderung der Saugspannung V_s seine Lage beibehält.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Strahlenbündels durch das Verhältnis von Saug- Patentansnrüche- spannung beeinflußt wird. Bei der bekannten Anord- raieniansprucne. r __ .^ j;^ ^ Μαηβ(>ι ;η ΡΓ,(ρΓ Näherung dadurch ^ g g h

1. Elektronenstrahl-Beleuchtungssystem, insbe- beseitigt, daß das von der Hilfslinse entworfene erste sondere für Elektronenmikroskope, mit einer die 5 BHd der Quelle in oder nahe der Hauptebene der Quelle der Elektronen bildenden Kathode, deren. vom Beschleunigungssystem gebildeten Linse liegt, so Emission durch die positive Vorspannung einer daß im Idealfall die Linsenwirkung des Beschleuni-Sauganode bestimmt ist, insbesondere einer Feld- gungssystems eliminiert ist Als weitere Linse, die das emissionskathode, ferner mit einer Beschleuni- erste Bild der Quelle nochmals abbildet, ist bei der gungsanode und einer vor der Beschleunigungs- » bekannten Anordnung eine magnetische Linse voranode liegenden Hilfslinse, die am Eingang der gesehen, deren Erregung bei einer Änderung der Beschleunigungsstrecke ein erstes Bild der Quelle Beschleunigungsspannung nachgeregelt werden muß. an einem festen Punkt der Achse erzeugt, und mit Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, ein einer weiteren Linse, die das erste Bild der Quelle Elektronenstrahl-Beleuchtungssystem der eingangs nochmals abbildet dadurch ge kenn- 15 genannten Art hinsichtlich Aufbau und Betneb zu zeichnet, daß zwischen der Sauganode (2) vereinfachen. Diese Aufgabe wird gemäß der Edmund der Beschleunigungsanode (3) eine weitere dung dadurch gelost, daß zwischen der aauganode Elektrode (5) liegt, deren Potential (U₅), bezogen und der Beschleunigungsanode eine weitere Elekauf das Potential (U Λ der Beschleunigungs- trode liegt, deren Potential, bezogen auf das Potential anode (3), der Beschleunigungsspannung (V_B) 20 der Beschleunigungsanode, der Beschleunigungslinear proportional ist, daß das erste Bild der spannung linear proportional ist, daß das erste Bild Kathode (1) in dem Spalt (11) zwischen der der Quelle in dem Spalt zwischen der Sauganode und Sauganode (2) und der weiteren Elektrode (5) de.- weiteren Elektrode liegt und daß die weitere liegt und daß die weitere Linse durch die weitere Linse durch die weitere Elektrode gemeinsam mit der Elektrode (5) gemeinsam mit der Beschleuni- 25 Beschleunigungsanode gebildet wud. Das System gungsanode (3) gebildet wird. nach der Erfindung hat den Vorteil, daß das Be-

2. Elektronenstrahl-Beleuchtungssystem nach sd.leunigungssystem selbst die zweite Abbildung der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Quelle übernimmt, so daß die magnetische Linse der Potential (J7₅) der weiteren Elektrode (5) etwa bekannten Anordnung entfällt. Dadurch, daß das gleich dem Potential der Sauganode (2) 30 Potential der weiteren Elektrode der Beschleuni-(U₂ = v_B —Saugspannung V_s) ist. gungsspannung linear proportional ist, wird auißer-

3. Elektronenstrahl-Beleuchtungssystem nach dem erreicht, daß sich die Linsenstärke der weiteren Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse bei Änderung der Beschleunigungsspannung Hilfslinse eine elektrostatische Einzellinse (2a) gleichsinnig mit dieser ändert, so daß die zweite ist, deren Mittelelektrode (4) gegenüber der 35 Abbildung der Quelle im wesentlichen unbeeinflußt Kathode (1) ein der Siaugspannung (V _s) linear bleibt.

proportionales Potential hat (F i g. 1). Da das erste Bild der Quelle in dem Spalt zwischen

4. Elektronenstrahl-Beleuchtungssystem nach der Sauganode und der weiteren Elektrode, vorzugs-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weise in der Mitte dieses Spaltes, liegt, ist eine Hilfslinse eine magnetische Linse (15, 16) ist, 40 Linsenwirkung dieses Spaltes weitgehend ausgederen Erregerstrom (i_e) der Wurzel aus der Saug- schaltet. Man kann eine etwaige Linsenwirkung spannung (V₅) proportional ist (F i g. 2). dieses Spaltes dadurch weiter herabsetzen, daß man

der weiteren Elektrode ein Potential gibt, das etwa gleich dem Potential der Sauganode ist. Dann können 45 bei Änderung der Saugspannung zwischen den genannten Elektroden lediglich Spannungen auftreten, die in der Größenordnung von wenigen kV liegen.