DE2440344C3 - Elektronenlinsensystem - Google Patents

Description

in der F i g. 3 dargestellt ist

Obgleich, wie schon erwähnt es in der Theorie möglich ist die sphärische Aberration durch das im vorstehenden beschriebene Linsensystem zu korrigieren, erweist es sich jedoch in der Praxis als etwas fragwürdig.

Die Fig.5 zeigt ein Ausführun,/5beispiel der Erfindung, bei der Zylinderlinsen 9 und 10 an der Strahleinlaßseite und an der Strahlauslaßseite einer Linsenanordnung 8, welche aus Vierpol- und Achtpolelementen zusammengesetzt ist angeordnet sind. Die Linse 9 bestimmt die Richtung des einfallenden Elektronenstrahles und die Linse 10 stellt die Brennweite frei hiervon ein. Demgemäß wird der Verlauf des Elektronenstrahls durch diese beiden Linsen eingestellt Hierdurch wird eine komplizierte Einstellung der Vierpollinsenanordnung vermieden. Das bedeutet, daß es ausreicht, lediglich eine Vierpollinsenanordnung zu verwenden, um den Bahnverlauf des hindurchtretenden Elektronenstrahles axial symmetriscn zu machen. Demgemäß kann die Anordnung 8 mittels eines festgelegten bestimmten Erregerstromes betrieben werden. Da darüber hinaus in der Vierpollinsenanordnung der Elektronenstrahl immer durch einen Bereich hindurchtritt, der nahe der optischen Achse liegt, was aufgrund der Wirkung der Linse 9 erfolgt, kann man eine ausreichende Linsenstarke durch einen schwachen Erregerstrom erreichan. Da dies der Fall ist kann man nichtmagnetische Spulenkörper für die Achtpollinsen verwenden und die Spulen der Vierpolelemente können um die gleichen Spulenkörper gewickelt sein, so daß sie die Vierpollinsenspulen überlappen. Die Linsenanordnung 8, welche in der F i g. 5 dargestellt ist ist wie oben beschrieben zusammengesetzt Es sind acht nichtmagnetische Spulenkörper axial asymmetrisch zur optischen Achse Z, in vier Stufen 11a, 11 b, lic und Wd, entlang der optischen Achse Zangeordnet

Die Fig. 6 zeigt einen Querschnitt längs der Linie C-C'in der F i g. 5. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß die Achtpolelemente um die Spulenkörper a, b, c, d. e, f,g und h gewickelt sind, so daß die entsprechenden Magnetpole abwechselnd als N- und S-PoIe gepolt sind. Die Vierpolelemente sind um die Spulenkörper so herumgewickelt, daß sie die im vorstehenden erwähnten Elemente überlappen. Die Vierpolelemente sind dabei so gewickelt, daß sie die gleichen magnetischen Pole in entsprechenden Paaren, d. h. a und b, cund d, eund /und g und Λ bilden. Die Magnetpole der entsprechenden Paare sind abwechselnd als N- und S-PoIe gepolt. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Vierpollinsenanordnung und die Achtpolelemente unabhängig voneinander gesteuert werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektronenlinsensystem mit mehreren Vierpolelementen und Achtpolelcmenten zur Korrektur der sphärischen Aberrationen der Vierpolelemente und einer an der Einlaßseite der aus den Vierpol- und Achtpolelementen bestehenden Korrekturanordnung angeordneten rotationssymmetrischen Linse, welche den Elektronenstrahl nahe der optischen Achse verlaufend ausrichtet, dadurch gekennzeichnet, daß an der Auslaßseite der Korrekturanordnung (8) ebenfalls eine rotationssymmetrische Linse (10) angeordnet ist, die zur Änderung der Brennweite mit einem veränderlichen Erregerstrom beaufschlagbar ist, während die Korrekturanordnung (8) und die an der Einlaßseite der Korrekturanordnung angeordnete Lins^ (9) mit festgelegten Erregerströmen versorgt sind.

   Die Erfindung betrifft ein Elektronenlinsensystem mit mehreren Vierpolelementen und Achtpolelementen zur Korrektur der sphärischen Aberrationen der Vierpolelemente und einer an der Einlaßseite der aus den Vierpol- und Achtpolelementen bestehenden Korrekturanordnung angeordneten rotationssymmetrischen Linse, weiche den Elektronenstrahl nahe der optischen Achse verlaufend ausrichtet.

   Ein derartiges Elektronenlinsensystem ist aus »Optik 34«, Heft 3,1971, Seiten 285 bis 311 zur Ausbildung von beispielsweise einzelnen Atomen organischer Makromoleküle bekannt. Das System besteht dabei aus einem Vierpolelemente und Achtpolelemente enthaltenden Apianator und einer an der Einlaßseite dieses Apianators befindliche rotationssymmetrischen Linse, die, wie aus Seite 286 dieser Literaturstelle bekannt ist, dafür sorgt, daß alle von der Objektmitte ausgehenden Elektronen nahe bei der Achse bleiben. Die Fontlinse besteht aus zwei räumlich getrennten Wicklungen, wobei durch Änderung des Stroms der ersten Wicklung eine Scharfstellung des Bildes erfolgen kann.

   Ein aus der US-PS 29 19 381 bekanntes Elektronenlinsensystem besteht aus einer rotationssymmetrischen Objektivlinse und einer daran anschließenden Projektionslinse. Die Projektionslinse ist aus mehreren Vierpolelementen und mehreren Achtpolelementen zusammengesetzt, wobei die Achtpolelemente zur Korrektur der sphärischen Aberration der Vierpolelemente vorgesehen sind.

   In Elektronenstrahlgeräten, die einen abtastenden Elektronenstrahl verwenden, wie beispielsweise einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Röntgenstrahlmikroanalysiergerät, ist man bestrebt, den Durchmesser des Elektronenstrahles bei der Abtastung zu verringern und die Stromstärke des abtastenden Elektronenstrahles zu erhöhen.

   Dies läßt sich in der Praxiis aufgrund des Auftretens von sphärischen Aberrationen nur schwierig durchführen. Aus »Journal of Applied Physics« Band 38,1967, Nr. 11, Seiten 4257 bis 4266, ist es bei einem Rasterelektronenmikroskop bekannt, zur Erzeugung des das Objekt abtastenden Elektronenstrahls mit geringem Durchmesser mehrere Vierpolelernente und zur Korrektur von deren sphärischer Aberration drei Achtpolelemente zu verwenden.

   Beim Betrieb der bekannten Linsensysteme ergeben sich dahingehend Schwierigkeiten, daß bei Änderung der Brennweite der Linse die Erregerströme der Vierpolelemente stark verändert werden müssen. Wenn ferromagnetische Substanzen als Spulenkörper für die Vierpolelemente verwendet werden, ergeben sich zwangläufig wiederum Aberrationen, optische Nacheilungen und dergleichen aufgrund der Hysterese der magnetischen Substanz. Verwendet man eisenfreie Spulen, dann benötigt man jedoch Erzeugungsstromstärken vom Vier- bis Fünffachen derjenigen, welche für Spulen mit Eisenkern benötigt werden. Um Oberhitzungen zu vermeiden, benötigt man dann ein zusätzliches Kühlsystem.

   Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Elektronenlinsensystem der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Brennweite des Systems ohne Schwierigkeiten bei der Korrektur der sphärischen Aberration geändert werden kann.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Auslaßseite der Korrekturanordnung ebenfalls eine rotationssymmetrische Linse angeordnet ist, die zur Änderung der Brennweite mit einem veränderlichen Erregerstrom beaufschlagbar ist, während die Korrekturanordnung mit einem festgelegten Erregerstrom versorgt ist.

   Vorteilhaft ist bei der Erfindung noch, daß die sphärische Aberration ohne Nacheilung in der optischen Achse korrigiert werden kann.

   In den Figuren sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt Die Erfindung soll an Hand dieser Ausführungsbeispiele noch näher erläutert werden. Es zeigt

   F i g. 1 eine schnittbildliche Ansicht eines Elektronenlinsensystems aus vier Vierpolelementen und drei Achtpolelementen,

   Fig.2 und 3 Querschnitte entlang der Linien A-A' und 5-ß'im Linsensystem der F i g. 1,

   Fig.4 eine Kurvendarstellung des Strahlverlaufes des Elektronenstrahles im Linsensystem der Fig. 1,

   F i g. 5 und 6 schematische Ansichten eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

   In den Fig. 1, 2 und 3 sind Vierpolelemente dargestellt, welche aus Erregerspulen IA, IS, lCund \D sowie aus Magnetspulenkörpern la, \b, Ic und \d bestehen, um die die Erregerspulen gewickelt sind. Diese Vierpolelemente können so erregt werden, daß sie an sich gegenüberliegenden Polen die gleiche Polarität aufweisen, wie das in der F i g. 2 dargestellt ist. Wenn man auf diese Weise verfährt, ergeben sich Strahlenbahnen des Elektronenstrahles Exz, welche auf die XZ-Ebene projiziert sind und eine Strahlenbahn des Elektronenstrahles Eyz, welche auf die VZ-Ebene projiziert ist, wie das in der Fig.4 dargestellt ist. Demgemäß wird der Strahlenverlauf innerhalb der Vierpolelemente so gesteuert, daß alle Strahlenverläufe der Elektronen, vom gleichen Objektpunkt 2 ausgehend, ein Bild in der gleichen Brennpunktlage 3 bilden. Darüber hinaus kann die sphärische Aberration der Linse durch Steuerung des Magnetfeldes, das von 3 Achtpolelementen herrührt, korrigiert werden. Diese Achtpolelemente sind ebenfalls axial angeordnet und bestehen aus Erregerspulen 4A) 4ß und 4C, die um Magnetspulenkörper 4a, 46 und 4c gewickelt sind. Die entsprechenden Achtpolelemente werden so erregt, daß die Pole, wenn sie entgegen dem Uhrzeigersinn gezält werden, d. h. in der Reihenfolge a, b, c, d, e, f, g, h, abwechselnd als Nord- bzw. Südpol gepolt sind, wie das