DE2307822A1

DE2307822A1 - Aufbau fuer elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE2307822A1
Application number: DE19732307822
Authority: DE
Inventors: Isolde Dipl-Phys Dr R Dietrich; Karl-Heinz Dr Herrmann; Reinhard Dipl-Phys Dr Rer Weyl; Helmut Zerbst
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-02-16
Filing date: 1973-02-16
Publication date: 1974-08-22
Also published as: GB1459281A; NL7401645A; FR2218651B1; DE2307822B2; NL179247B; NL179247C; US3916201A; DE2307822C3; JPS49115264A; FR2218651A1

Description

SIEMENS AETIENGESELLSOHAPT München, 1 6· FEB. 1973

Berlin und München Wittelsbacherpl. 2

VPA

73/7019

Aufbau für Elektronenmikroskop

Die Erfindung bezieht sich auf ein Linsensystem für Korpuskularstrahlung mit mehreren supraleitenden, kryostatisch gekühlten magnetischen Linsen und mit Mitteln zur Justierung des Korpuskularstrahles.

Nach dem Stand der. Technik (CRliL-4217 ν. 31.12.1967) ist es bekannt, eine Säule für ein Elektronenmikroskop rait supraleitenden Linsen aus einer Anzahl von Kondensorlinsen und von Zwischenlinsen, der Objektivlinse und der Projektivlinse aufzubauen. Jede einzelne sübpraleitende Linse ist dort in je einem Helium-Kryostaten angeordnet, der horizontal auf einer Plattform verschoben werden kann, um die einzelne Linse in bezug auf die Achse der Säule bzw. der Objektivlinse ausrichten zu können. Diese bekannte Anordnung ist niiit nur relativ aufwendig, sondern sie ist auch empfindlich gegen thermische Lrifterscheinungen und insbesondere ist sie auch schwierig zu zerlegen. Eine Zerlegung einer derartigen Säule ist dann erforderlich, wenn die Innenteile, das sind vorzugsweise die Polschuhe und die Blenden, gereinigt oder ersetzt werden müssen.

Es ist mithin eine Aufgabe der Erfindung, für die Säule eines Elektronenmikroskopes mit supraleitenden Linsen einen Aufbau anzugeben, der möglichst frei von thermischen Drifterscheinungen ist, der weitgehend unempfindlich gegen mechanische Erschütterungen ist, dr.r leicht gegen äußere magnetische Felder, und zwar speziell Wechselfelder, zu schützen ist und dessen Einzelteile, die sich iiu Bereich oder in der Nähe des Elektronenstrahles befinden, möglichst leicht gereinigt und/oder ausgewechselt werden können. Außerdem soll der erfindungsge-

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Bt3/BIa

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mäße Aufbau möglichst kompakt sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Linsensystem für Korpuskularstrahlung mit mehreren supraleitenden magnetischen Linsen und mit Mitteln zur magnetischen Justierung des KorpuskularStrahles dadurch gelöst, daß sich Linsen des Systems in einem Kryostaten befinden und auf einem im Kryostaten befindlichen zentralen Trägerrohr aufgebaut sind. Im einfachsten Pail besteht das System aus der Objektivlinse und einer sogenannten ersten Zwischenlinse, die der Nachvergrößerung dient. Vorzugsv.^reise sind zwei oder mehrere nach der Erfindung aufgebaute Linsensysteme vorgesehen, die Teile eines Gesamtlinsensystems, nämlich des ganzen Elektronenmikroskopes, sind. Im Innern des Trägerrohres können Blenden und/oder Polschuhpaare und/oder Justiersysteme zur Justierung der Achse des Korpuskularstrahles, und zwar insbesondere auswechselbar, angeordnet sein.

In besonders einfacher V/eise läßt sich ein Linsensystem nach der Erfindung reinigen bzw. lassen sich Teile im Innern des Linsensystems ausv/echseln, wenn gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung im Innern eines erfindungsgemäß vorgesehenen Trägerrohres wenigstens zu einem Teil der Länge des Rohres eine Hülse aus elektrisch leitfähigen Material vorgesehen ist, wobei die Hülse aus dem Trägerrohr herausnehmbar ausgeführt und praktisch spaltfrei in das Trägerrohr eingepaßt ist. Spaltfrei ist wie luftspaltfrei zu verstehen, jedoch befindet sich in dem im Betrieb evakuierten Rohr keine Luft. Im Innern des Trägerrohres angeordnete Teile befinden sich dann im Innern der Hülse, soweit diese Hülse reicht.

Weitere Erläuterungen zur Erfindung gehen aus den Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele und deren Beschreibung hervor.

In Fig.1 ist die Säule 1 eines Elektronenmikroskopes mit supraleitenden Linsen dargestellt. Es ist ein Kryostatengehäuse

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vorgesehen, in dem sich die im folgenden noch zu beschreibenden Teile der Linsensysteme befinden und in das zur Kühlung dieser Teile flüssiges Helium eingefüllt wird. Die Gehäuseteile 2, 4 und 6 bilden zusammen ein abgeschlossenes Kryostatengehäuse mit einer Öffnung 8 zum Einfüllen des flüssigen Heliums und mit einer Öffnung 9 für gasförmiges Helium und für die Durchführung von elektrischen Leitungen in das Innere des Kryostatengehäuses. Mit 3 und 5 sind Flansche bezeichnet, an denen die Teile 2, 4 und 6 zusammengehalten werden. In den Flanschen 3 und 5 befinden sich Bohrungen 7 für den Durchtritt flüssigen Heliums innerhalb des gesamten Kryostatengehäusec.

Mit 104 ist eine Scheibe bezeichnet, die eine vakuumdicht abschließbare Bohrung 105 zum Einschieben des Objekts enthält. Diese Bohrung 105 verläuft in der Darstellung der Fig.1 in waagerechter Richtung. Weiter befinden sich in der Scheibe 104 in der Figur senkrecht verlaufende Bohrungen, von denen eine Bohrung 106 dargestellt ist, die für den Durchtritt des Heliums im Innern des Kryostatengehäuses vorgesehen sind.

Die Kondensorlinsen sind mit 11, 12, 13 und die Zwischenlinsen mit 15, 16 und 17 bezeichnet. Die eigentliche Objektivlinse ist mit Rücksicht auf die Scheibe 104 in zwei Teile H und aufgeteilt, die sich oberhalb und unterhalb der Scheibe 104 befinden, und die zusammen eine Linse bilden. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Ausführungsform nach Fig.1 um eine Linse aus supraleitendem Material, die auch als Abschirmlinse bezeichnet wird.

Im Innern des Gehäuseteils 2 des Kryostatengehäuses befindet sich zentral ein erfindungsgemäß vorgesehenes Trägerrohr 22, auf dem die Teile der Linsen 11, 12 und 13 angeordnet sind. In entsprechender Weise befindet sich im Gehäuseteil 4 erfindungsgemäß

\n Trägerrohr 24, auf dem die Linsenteile 14 und 114 und die Te Lie der ersten Zwischenlinse 15 befestigt sind. Im Innern

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des Gehäuseteils 6 befindet sich ein Trägerrohr 26, auf dem die Linsen 16, 17 und 18 angeordnet sind.

Gemäß der bereits angegebenen Weiterbildung der Erfindung sind in den Trägerrohren 22, 24 und 26 einzelne Hülsen 23, 25 und 27 eingepaßt. Diese Hülsen liegen teilweise ohne Spalt an der jeweiligen Innenwandung des betreffenden Trägerrohres an. Die Hülsen lassen sich aus den Trägerrohren herausnehmen.

Im Innern der Hülse 23 sind für jede der Linsen 11, 12 und 13 je· ein Polschuhpaar 31* 32 und 33 aus ferroaagnetischem Material angeordnet. Vorzugsweise lassen sich diese Polschuhpaare ihrerseits aus dem Innern der Hülse herausnehmen, so daß sie auch einzeln gereinigt werden können. Außer den Polschuhpaaren befinden sich im Innern der Hülse 23 eine Anzahl Blenden 41, 141> 42 und 43» die zur Ausblendung des Elektronenstrahles dienen. Auch diese Blenden sind vorteilhafterweise herausnehmbar eingesetzt. Die Befestigung und Zentrierung der Blenden und/oder Polschuhpaare kann durch Verstellvorrichtungen herbeigeführt werden, die nach dem Herausnehmen betätigt werden.

Polschuhe können auch im Innern des Rohres angeordnet sein, wie dies für die Linse 15 dargestellt ist.

Wie für die Hülse 23 beschrieben, sind in der Hülse 27 im Trägerrohr 26 Polschuhpaare 36 und 37 sowie Blenden 46 und 47 angeordnet.

Innerhalb der Hülse 25, die sich im Innern des Trägerrohres 24 des Gehäuseteiles 4 befindet, sind eine weitere Blende 45 und Abschirmkörper 46 und 47 aus supraleitendem Material angeordnet. Diese Abschirmkörper dienen zur Formgebung des magnetischen Pokussierungsfeldes der als Objektiv vorgesehenen Abschiralinse.

Da die Hülsen 23 und 27 in einfacher Weise herausnehmbar sind, VPA 9/712/1125 -5-

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kann auch die Hülse 25, die sich im Innern des Trägerrohres 24 des Gehäuseteiles 4 befindet, leicht aus dem Gesamtlinsensystem herausgenommen werden. Insbesondere im fokussierenden Bereich der Objektivlinse H/114, d.h. im Bereich der Abschirmkörper 46 und 47, kommt es entscheidend darauf an, daß dort die Wandungen frei von verunreinigenden Fremdteilen sind, die sich elektrisch aufladen könnten und zu einer störenden Überlagerung eines elektrischen Feldes führen würden.

Der Aufbau eines Linsensystems mit erfindungsgemäß vorgesehenen Trägerrohren und insbesondere mit darin befindlichen herausnehmbaren Hülsen erleichtert außerdem das Auswechseln einzelner Teile, die aus elektro-optischen Gründen im Innern des Linsensystems angeordnet sind und einer Veränderung bzw. einem Verschleiß, z.B. durch Auftreffen von Elektronen, ausgesetzt sind.

Mit Rücksicht darauf, daß die einzelnen Linsen, bzw. deren Polschuhe, und die Blenden senkrecht zur Achse, d.h. in Fig.1 in waagerechter Richtung, unverrückbar sind, sind nicht-mechanische Justiersysteme in der Säule vorgesehen. Sie dienen zur Korrektur von solchen Fehlern, die trotz des erfindungsgemäßen Aufbaues, der äußerst stabil ist und ein Maximum an Zentrizität aufweist, auftreten könnten. Das Beispiel der Fig.1 zeigt mit 51, 52, 53, 54, 55, 56 und 57 derartige zwischen einzelnen Linsen angeordnete Justiersysteme, und zwar Ablenksysteme, mit denen der Elektronenstrahl seitlich nach jeder Richtung abgelenkt werden kann, und/oder Stiginatoren, mit denen Abweichungen der Linsenfelder von der Rotationssymmetrie korrigiert werden können.

Die Justiersysteme 51, 52, 53 und 54 befinden sich im Innern des Trägerrohres %%, und zwar im Innern der einschiebbaren Hülse 23. Jedes einzelne Justiersystem besteht z.B. aus vier in einer Ebene sich kreuzweise gegenüberstehenden einzelnen Spulen. Mt den vier Spulen, von denen in der Figur jeweils nur drei darge-

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stellt sind, kann ein Ablenk-Magnetfeld erzeugt werden, mit dem ein in seiner Richtung von der Achse fehlerhafterweise abweichender Elektronenstrahl wieder in die Richtung der Achse d.es Systeme gelenkt wird.

Die vorangehend beschriebenen Ablenksysteme können entweder, wie angegeben, innerhalb des Trägerrohres bzw. der Hülse oder außerhalb des Trägerrohres angeordnet sein. Letztere Anordnung ist für das Justiersystem 58 in unmittelbarer Nähe des Objektivs dargestellt. Insbesondere wird man Justiersysteme außerhalb des Trägerrohres anbringen, wenn das Trägerrohr einen nur geringen Durchmesser aufweist. Ein geringer Innendurchmesser ist insbesondere für das Trägerrohr 24 des Linsensystems, bestehend aus Objektiv 14/114 und erster Nachvergrößerungslinse 15, zweckmäßig, da die geometrischen Abmessungen des Objektivs im Bereich des Objekts, das hier in der Mitte zwischen den Linsenteilen H und 114 anzuordnen ist, in die Abbildungseigenschaften eingeht. Wegen des geringen Innendurchmessers des Rohres 24 befinden sich auch die Polschuhpaare der Zwischenlinse 15 außerhalb desselben.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Aufbaues kann eine Säule mit vielen Kondensorlinsen und vielen nachvergrößernden weiteren Linsen und insbesondere mit einer als Abschirmlinse bekannten, supraleitenden Objektivlinse realisiert werden. Wegen der geringen Bauhöhe und der großen Brechkraft supraleitender Linsen kann die Baulänge dieser Säule entsprechend der Erfindung sehr klein gehalten werden, d.h. ein sehr exakter, stabiler und erschütterungsfester Aufbau ist gewährleistet.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lehre ist es möglich, eine Säule für eine Strahlspannung von 5 MeV mit mindestens zwei Kondensorlinsen und drei Zwischenlinsen für eine etwa 10 -fache Vergrößerung aufzubauen, wobei die Länge der Säule weniger als 1 m beträgt. Vergleichbare bekannte Anordnungen mit nicht-supraleitenden Linsen haben dagegen Längenabmessungen bis zu 5 m.

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Mit der Lehre der Erfindung und insbesondere durch Anwendung der gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehenen einen oder mehreren Hülse(n) ist auch das Problem gelöst, wie die im Innern einer derartigen Säule angeordneten zahlreichen Polschuhpaare, Blenden und gegebenenfalls Justiersysteme ohne große Umstände gereinigt und gegebenenfalls demontiert und wieder genau zentriert eingesetzt werden können, ohne daß eine wesentliche Neujustierung erforderlich ist.

Zur Abschirmung der einzelnen Linsensysteme und damit des Gesamtlinsensystems gegen äußere magnetische Störfelder, insbesondere gegen Wechselfelder, empfiehlt es sich, supraleitende Abschirmzylinder im Innern der Kryostatengehäuse vorzusehen. Ein solcher Abschirmzylinder 202 ist in Fig.1 für das Gehäuseteil 2 dargestellt. Entsprechende Abschirmzylinder können in den übrigen Gehäuseteilen angeordnet sein. Sie befinden sich im flüssigen Helium und damit in supraleitendem Zustand.

Nur für die LinsenH und 12 ist als Beispiel eine Anordnung zur Einspeisung des in der magnetischen Wicklung dieser Linse fließenden elektrischen Stromes dargestellt. In entsprechender Weise sind auch die übrigen Linsen elektrisch angeschlossen. Dabei kann ein einziges Stromversorgungsgerät zur Erregung verschiedener Linsen bzw. Korrektursysteme nacheinander verwendet werden (siehe Fig.1). Die Zuführungsleitungen 212 und 218 werden, abweichend von der schematischen Darstellung der Fig.1 und wie oben bereits angedeutet, durch eine Öffnung, beispielsweise die Öffnung 9, aus dem Innern des Kryostaten herausgeführt. Noch innerhalb des Kryostaten ist eine supraleitende Kurzschlußleitung 214 bzw. 219 vorgesehen, die die Leitungen 212 und 213 bzw. 213 und 218 miteinander kurzschließt. Dieser Kurzschluß liegt jedoch solange nicht vor, wie durch einen Stromfluß in der die Leitung 214 umgebenden Wicklung 215 bzw. ^ er die Leitung 219 umgebenden Wicklung 220 soviel Wärme erz ugt wird, daß die Leitung 214- bzw. 219 noch in normal-leiten-

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dem Zustand gehalten wird. Mit 216 ist ein steuerbarer Stromgenerator für den Strom bezeichnet, der durch Betätigung der Schalter 221 bzw. 222 entweder durch die Wicklung 215 oder durch die Wicklung 220 fließt. Während der Kurzschluß 214 durch die Wärme in der Wicklung 215 infolge auftretender KOrmalleitung unwirksam ist, wird mittels des Stromgenerator 217 der Strom in die Wicklung der Linse 11 eingeprägt. Die Spule 12 wird nicht erregt, denn der Strom fließt durch die Kurzschlußleitung 219. Sobald sich der Strom in der Linse 11 aufgebaut hat, wird der Strom in der Wicklung 215 unterbrochen und der Kurzschluß 2H wird wirksam, so daß in der Wicklung der Linse 11 ein supraleitender Dauerstrom fließt. Anschließend kann in gleicher Weise der Strom in die Spule 12 eingespeist werden.

Ein Trägerrohr nach der Erfindung kann abschnittsweise aus verschiedenen Materialien bestehen. Insbesondere kommt es darauf an, ob das Material des Trägerrohres in einem Abschnitt supraleitend oder ferromagnetisch oder weder supraleitend noch ferromagnetisch ist. Sofern eine Hülse im Innern eines Trägerrohres vorgesehen ist, gilt dasselbe auch für die Hülse. Welches Material an welcher Stelle des Trägerrohres und gegebenenfalls auch der Hülse zu wählen ist, richtet sich danach, ob an dem jeweils betreffenden Ort eine ferromagnetische Leitung magnetischer Feldlinien oder eine Abschirmung eines magnetischen Feldes unter Zuhilfenahme der Supraleitung gewünscht ist, hingenommen werden kann oder gar vermieden werden muß. So ist es z.B. bei Polschuhen, die sich im Innern des Trägerrohres bzw. der Hülse befinden, notwendig, daß zwischen den Polschuhen und der magnetischen Ummantelung der Linse, z.B. zwischen 31 und 211, ein magnetischer Schluß besteht, wozu das Trägerrohr 22 und die Hülse 23 am Ort ihrer Berührung mit der ferromagnetischen Ummantelung 211 der Linse 11 ferromagnetisch ist, so daß die in 211 verlaufenden Magnetfeldlinien ohne wesentliche Hinderung in die Polschuhe 31 übertreten können. Andererseits sind Trägerrohre und Hülse im Bereich des Spaltes zwischen den Polschu-

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hen des Polschuhpaares 31 nicht-ferromagnetisch auszuführen, da sonst mehr oder weniger ein Kurzschluß für dasjenige Magnetfeld auftreten würde, das zwischen den Polschuhen des Polschuhpaares 31 im Bereich der Achse des Linsensystems auftreten soll. Im Bereich der Objektivlinse 14/114 müssen das Trägerrohr 24 und die Hülse 25 im Bereich der Abschirmkörper 46 und 47 supraleitend sein. Diese Supraleitung ist notwendig, damit zwischen der supraleitenden Abschirmung 2,44 der Linse 14 und dem Abschirmkörper 46 kein solcher Spalt besteht, durch den hindurch Magnetfeldlinien deshalb unerwünschterweise austreten können, weil in diesem Spalt keine ausreichende Supraleitung besteht. Andererseits muß im Linsenspalt zwischen dem Linsenteil 14 und dem Linsenteil 114 das magnetische Feld in das Zentrum der Linse eintreten, um dort eine fokussierende Wirkung zu haben. Trägerrohr und Hülse dürfen daher in diesem Bereich auf keinen Fall supraleitend und auch nicht ferromagnetisch sein. Bei der supraleitenden Abschirmlinse 14/114 wirken die Abschirmkörper 46 und 47 bezüglich der Fokussierung in mit Polschuhpaaren etwa vergleichbarer V/eise. Im Bereich der Polschuhe der Linse 15 müssen Trägerrohr und Hülse ferromagnetisch sein. Jedoch zwischen den Polschuhen der Linse 15 müssen Trägerrohr und Hülse frei von ferromagnetischen oder supraleitenden Eigenschaften sein. Trägerrohr und Hülse können jedoch u.U. im Bereich der Polschuhe der Linse 15 supraleitend sein.

Bei der Ausführungsform einer Säule nach Fig.1 sind, wie bereits erwähnt, Justier systeme ini Innern und außerhalb von Hülse und Trägerrohr vorgesehen. Soweit sich diese aus Magnetfeldspulen bestehenden Justiersysteme im Innern befinden, sollten Hülse und/oder Trägerrohr ferromagnetisch sein, um einen äußeren ringförmigen magnetischen Schluß für die einzelnen Spulen, beispielsweise des Justiersystems 51, zu bewirken. Bei einer Anordnung eines Justiersystems außerhalb des Trägerrohres, wie z.B. bei 58, dürfen Trägerrohr und Hülse an dieser Stelle weder ,ferromagnetisch noch supraleitend sein, damit das zur Justie-

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rung vorgesehene Magnetfeld der einzelnen Spulen des Systems 58 auch tatsächlich im Bereich der Achse der Säule wirksam werden kann. Zweckmäßig ist es, für ein solches außerhalb angeordnetes Justiersystem 58 einen magnetischen Rückschluß außen . herum um das Justiersystem vorzusehen, v/as jedoch der Übersichtlichkeit halber in der Fig.1 nicht dargestellt ist. Gegebenenfalls kann als Rückschluß auch die ferromagnetische Ummantelung, wie z.B. 211, einer unmittelbar daneben angeordneten Linse verwendet werden.

In der Wandung eines erfinäungsgeniäß vorgesehenen Trägerrohres und, soweit vorhanden, in einer gemäß einer Weiterbildung vorgesehenen Hülse in dem Trägerrohr sind Bohrungen vorhanden, soweit diese notwendig oder auch nur zweckmäßig sind. Z.B. befinden sich in dem Trägerrohr 24 und in der Hülse 25 Bohrungen im Verlauf der Bohrung 105 der Scheibe 104. Durch die Bohrung 105 und die anschließenden Bohrungen in Trägerrohr und Hülse wird das Präparat in die Gegenstandsebene der Objektivlinse 14/114 eingebracht.

Fig.2 zeigt eine Ausführungsform nach der Erfindung, bei der ein durch die ganze Säule zentral hindurchgehendes Trägerrohr 522 vorgesehen ist. Innerhalb des Trägerrohres 522 befindet sich eine ebenfalls durchgehende Hülse 523. Im Innern der Hülse 523 sind in der Ausführungsform nach Fig.1 entsprechenderweise Einzelheiten der Linse angeordnet. Einzelheiten, die bereits im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Pig.1 beschrieben worden sind, haben in der Pig.2 mit Pig.1 übereinstimmende Bezugszeichen. Vergleichsweise zur Scheibe 104 ist eine Scheibe 1104 vorgesehen, in der sich in horizontaler Richtung verlaufende Bohrungen 1105 und 1106 befinden. Durch diese Bohrungen können Schieber 1110 und 1111 hindurchgeführt werden. Diese Schieber können als Objektträger und/oder als Blende verwendet werden. Als Objektivlinse ist eine wiederum in zwei Teile 504 und 514 aufgeteilte Linse mit supraleitender Wicklung vorgesehen. Diese beiden Lin-

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senteile sind von einem Gehäuse 516 aus ferromagnetischem Material umgeben. Mt 534 sind die zur Objektivlinse gehörenden Polschuhe bezeichnet. Die nachvergrößernde erste Zwischenlinse 515 hat Polschuhe 535, die sich ebenfalls im Innern des Trägerrohres 522 bzw. im Innern der Hülse 523 befinden. Trägerrohr 522 und Hülse 523 sind an den Stellen, an denen sich Ummantelungen 516 und Polschuhe 534 bzw. 535 berühren bzw. einander nahekommen aus ferromagnetischem Material hergestellt. Im Bereich des Spaltes zwischen den einzelnen Polschuhen der Polschuhpaare 534 und 535 sind die Materialien von Trägerrohr und Hülse nicht ferromagnetisch, damit kein magnetischer Kurzschluß an dieser Stelle eintritt.

Fig.3 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung, bei der innerhalb des Gehäuseteiles 1304, das im wesentlichen dem Gehäuseteil 4 der Ausführungsform nach Fig.1 entspricht, ein Trägerrohr 1224 vorgesehen ist, das unmittelbar unterhalb der Objektivlinse abgesetzt ist. Die Objektivlinse besteht aus den Linsenteilen 6O4 und 6I4, wie dies im Prinzip im Zusammenhang mit den Fig.1 und 2 bereits beschrieben ist. Bei der Ausführungsform nach Fig.3 ist eine supraleitende Abschirmlinse vorgesehen mit. einem supraleitenden Abschirmgehäuse 13H und mit supraleitenden Abschirmkörpern 1246 und 1247. Diese zylinderförmigen Abschirmkörper umgeben den inneren Teil des Trägerrohres 2124- Das Trägerrohr ist insbesondere aus dem Grunde in seinem Durchmesser möglichst klein gewählt, damit die Abschirmkörper 1246, 1247 mit ihren einander gegenüberstehenden, das Magnetfeld formenden Kanten möglichst nahe an das Objekt herankommen, das sich an der Spitze des in die Bohrung 1205 der Scheibe 1204 eingeführten Schiebers 1210 befindet.

Mit 1206 ist eine der Bohrung 106 (Fig.1) entsprechende Durchlaßöffnung für flüssiges Helium bezeichnet.

Ii ierhalb desjenigen Teiles des Trägerrohres 1224, der einen

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weiteren Querschnitt aufweist, befindet sich eine vorgesehene Hülse 2125, wie bereits prinzipiell beschrieben. In der Hülse ist eine Blende 1245 angeordnet. Im vorliegenden Pail läßt sich die Hülse 1225 nur nach unten aus dem erfindungsgemäß vorgesehenen Trägerrohr 1224 herausnehmen, was jedoch keine nennenswerte Einschränkung bedeutet.

Weitere Einzelheiten der Ausführungsform nach Fig.3> insbesondere die in der Figur abgeschnittenen Teile, entsprechen beispielsweise den in der Ausführungsform nach Pig.1 beschriebenen Einzelheiten.

Pig.4 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung, und zwar einen Ausschnitt, der im wesentlichen nur die als Objektiv vorgesehene Abschirmlinse zeigt. Auch bei der Ausführungsform nach Pig.4 ist die Abschirmlinse in zv/ei Teile 704 und 714 aufgeteilt, zwischen denen sich die Scheibe 1704 befindet, die der Scheibe IIO4 bzw. 1204 im wesentlichen entspricht. Mit 716 und 717 sind supraleitende Abschirmungen bezeichnet. Die Spulenwicklungen sind mit 718 und 719 bezeichnet.

Es ist ein Trägerrohr 724 vorgesehen, auf dem die Ummantelungen 716 und 717 angeordnet sind. Die mit 726 und 728 bezeichneten Teile des Trägerrohres 724 bestehen aus supraleitendem Material. Im Bereich 704 und 714 wirken die im Innern des Trägerrohres 724 angeordneten Teile 730 und 731 als Abschirmkörper, wie sie beispielsweise mit den Ausführungsformen nach Pig.1 und Pig. 3 bereits erwähnt sind. Die Teilstücke 727 und 729 des Trägerrohres 724 bestehen aus einem Material, das weder supraleitend noch ferromagnetisch ist, aber gut wärmeleitend sein soll. Das Material der Teilstücke 727 und 729 hat damit keinen Einfluß auf die Formgebung des magnetischen Feldes in dem Bereich, in dem sich die Abschirmkörper 726 und 728 gegenüberstehen. Die Teilstücke 727 und 729 können ein gemeinsames, beispiels-

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weise einstückig verbundenes Teilstück des Trägerrohres 724 und der Scheibe 1704 sein. Die Teilstücke des Trägerrohres 724 sind, vorzugsweise durch Schweißen, einstückig miteinander verbunden. Die Ringe 732 und 733 dienen zur Kühlung der dem Spalt zugekehrten Seite der Abschirmkörper. Sie sollen aus gut wärmeleitendem, weder ferromagnetischem noch supraleitendem Material bestehen.

Beim Betrieb wird das Innere des Trägerrohres 724 für den Durchgang des Elektronenstrahles evakuiert. Die Verschweißungen sind dementsprechend vakuumdicht ausgeführt.

Die Fig.5 zeigt als prinzipielles Beispiel eine Ausführungsform einer Linse mit Polschuhen sowohl im Innern des Trägerrohres 822 als auch im Innern der Hülse 823. Mit 816 ist die äußere Ummantelung der Linsenwicklung 818 bezeichnet. Die stark schraffierten Abschnitte 841 und 842 des Trägerrohres 822 und der Hülse 823 bestehen aus ferromagnetischem Material, damit ein ungehinderter Schluß des Magnetfeldes zwischen den Polschuhen 834/835 und der Ummantelung 816 möglich ist. Der Abschnitt 843 von Trägerrohr und Hülse ist weder ferromagnetisch noch supraleitend, damit das magnetische Feld, das sich zwischen den Spitzen der Polschuhe 834/835 ausbilden soll, nicht kurzgeschlossen wird.

Fig.6 zeigt einen schematischen Aufbau eines Elektronenmikroskopes mit einem erfindungsgemäßen Linsensystem. Von dem Linsensystem ist lediglich das Kryostatengehäuse 2000 dargestellt, das den Gehäuseteilen 2, 4 und 6 in Fig.1 entspricht. Mit 2002 ist die Vakuumkammer bezeichnet, die im wesentlichen aus den Teilen des Trägerrohres bzw. den mehreren einzelnen Trägerrohren sowie Verlängerungen desselben nach oben und unten besteht. Im oberen Ende der Vakuumkammer 2002 befindet sich eine Elektronenquelle 2003. Es ist dies beispielsweise eine Glühwendel. " Mit 2004 ist eine Beobachtungskammer am unteren

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Ende der Vakuumkammer 2002 bezeichnet. Innerhalb dieser Beobachtungskammer befindet sich beispielsweise ein Beobachtungsschirm zur Beobachtung des vergrößerten Elektronenmikroskopbildes. Über eine Rohrleitung 2006 ist das Innere der Vakuumkammer 2002 mit einer Vakuumpumpe 2007 verbunden. Mit 2008 ist eine ringförmige Anode bezeichnet. Eine Spannungsquelle 2009 dient zur Aufrechterhaltung einer elektrischen Spannung zwischen der Elektronenquelle 2003 und der Anode 2008. Die gestrichelte linie 2009 deutet den Weg des Elektronenstrahls im Innern der Vakuumkammer durch das erfindungsgemäße Linsensystem, das sich in dem Kryostatengehäuse 2000 befindet', an.

20 Patentansprüche
6 Figuren

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Claims

Patentansprüche

Linsensystem für Korpuskularstrahlung mit mehreren supraleitenden, kryostatisch gekühlten magnetischen Linsen und mit Mitteln zur Justierung des Korpuskularstrahles, dadurch gekennzeichnet , daß sich Linsen des Systems in einem Kryostaten befinden und auf einem im Kryostaten befindlichen zentralen Trägerrohr aufgebaut sind.

2. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das System aus einer Objektivlinse und einer sogenannten ersten Zwischenlinse besteht.

3. Linsensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Linsensystem Teil eines Gesamtlinsensystems ist, das aus wenigstens noch einem weiteren Linsensystem zusammengesetzt ist und bei dem das weitere Linsensystem in gleicher Weise wie das erste Linsensystem aufgebaut ist.

4. Linsensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Linsensystem Teil eines Gesamtlinsensystems ist, wobei das Gesamtlinsensystem die Säule eines Elektronenmikroskopes ist.

5. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das eine oder die mehreren Linsensysteme Kondensor-, (Nach-) Vergrößerungssy stem (e). und/oder Objektiv ist (sind).

6. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß sich in dem Innern des Trägerrohres wenigstens eine Blende befindet.

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7. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß sich im Innern des Trägerrohres ferromagnetische Polschuhe wenigstens einer Linse befinden und das Trägerrohr an der jeweiligen Berührungs- bzw. Annäherungsstelle der Polschuhe mit dem Trägerrohr wenigstens teilweise ferromagnetisch ist.

8. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Innern des Trägerrohres Abschirmkörper aus supraleitendem Material wenigstens einer Linse befinden und daß das Trägerrohr an der jeweiligen Berührungs- bzw. Annäherungsstelle der Abschirmkörper mit dem Trägerrohr wenigstens teilweise supraleitend ist.

9. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß sich im Innern des Trägerrohres wenigstens ein Justiersystem befindet.

10. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß sich Polschuhe wenigstens einer Linse außerhalb des Trägerrohres befinden.

11. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Abschirmkörper wenigstens einer Linse außerhalb des Trägerrohres befinden.

12. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß sich wenigstens ein Justiersystem außerhalb des Trägerrohres befindet, wobei das Trägerrohr am Ort des Justiersystems weder ferromagnetisch noch supraleitend ist.

13. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß sich Linsensysteme des

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Gesamtlinsensystems im Kryostaten befinden, wobei diese Linsensysteme derart miteinander zusammengesetzt sind, daß sie für das Kühlmittel einen einzigen Innenraum bilden.

H. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß sich alle Linsensysteme des Gesamtlinsensystems in einem einzigen Kryostaten befinden.

15. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14» dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Linsensysteme auf einem einzigen Trägerrohr angeordnet sind.

16. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß in wenigstens einem Trägerrohr eine Hülse aus elektrisch leitfähigem Material vorgesehen ist, wobei die Hülse aus dem Trägerrohr herausnehmbar ausgeführt und praktisch spaltfrei in den Innendurchmesser des Trägerrohres eingepaßt ist.

17. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß eine Blende und/oder ein Polschuhpaar und/oder ein Justiersystem im Innern der Hülse auswechselbar angeordnet ist (sind).

18. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Hülse an den Stellen eines Polschuhpaares, eines Abschirmkörpers und/oder eines Justiersystems aus einem vergleichsweise zum Trägerrohr magnetisch gleichartigen I'iaterial besteht.

19. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem Träger, auf dem sich die Objektivlinse befindet, im Bereich der Objektivlinse eine Scheibe mit wenigstens einer Radialbohrung zur

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Präparateeinfuhr und mit wenigstens einer nichtzentrisch gelegenen axial gerichteten Bohrung zum Durchtritt des Kühlmittels im Kryostaten versehen ist.

20. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Linsen (11, 12) von nur einem Netzgerät gespeist sind.

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L e e r s e i t e