DE3125253A1

DE3125253A1 - ELECTRON LENS WITH THREE MAGNETIC POLES

Info

Publication number: DE3125253A1
Application number: DE19813125253
Authority: DE
Inventors: Katsushige Akishima Tokyo Tsuno
Original assignee: Jeol Ltd; Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1980-07-16
Filing date: 1981-06-26
Publication date: 1982-06-03
Also published as: JPS5723454A; DE3125253C2; JPS6245662B2; GB2080610B; GB2080610A

Description

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Elektronenlinse mit drei MagnetpolstückenElectron lens with three magnetic pole pieces

Die Erfindung betrifft eine Elcktroncnlinso, mit der radiale und spiralif^o Verzeichnungen in einem DurcliKl.i'ahlung.soJcldrontMiinikrn.skop verringert werden.The invention relates to an Elcktroncnlinso, with the radial and spiralif ^ o Distortions in a DurcliKl.i'ahlung.soJcldrontMiinikrn.skop reduced will.

Beim Bau einer Projektorlinse für ein Elektronenmikroskop müssen Aberrationen vermieden werden, die eine radiale Verzeichnung, eine spiralige Verzeichnung, eine chromatische Aberration der Eotation und eine chromatische Aberration der Vergrößerung aufweisen. Die radiale (isotrope) Verzeichnung (Distorsion), welche ein bedeutend größeres Problem darstellt als die anderen Arten der Aberration, kann im wesentlichen im Bereich geringer Vergrößerung beseitigt werden, in welchem die Projektor linse mit einer geringen Linsenerregung magnetisiert ist. Hierzu kann ein sogenanntes distorsionsfreies System (US-PS 3 188 465) verwendet werden, bei welchem eine höhere tonnenförmige Verzeichnung in einer Zwischenlinse erzeugt wird, um eine kissenförmige Verzeichnung, welche durch die Projektorlinse hervorgerufen wird, zu beseitigen. In einem mittleren Vergrößerungsbereich, in welchem eine festgelegte elektrische Stromstärke an die Projektor linse angelegt ist, kann eine derartige Beseitigung der Verzeichnung nicht erwartet werden, da die kissenförmige Verzeichnung, welche durch die Projektorlinse hervorgerufen wird, um ein Beträchtliches größer ist als die tonnenförmige Verzeichnung, welche durch die Zwischenlinse erzeugt wird. Demzufolge ergibt sich eine unvermeidbare Verzeichnung von 1 bis 2 % entlang einem Kreisumfang mit einem Durchmesser von 100 mm auf einem Bildschirm.When constructing a projector lens for an electron microscope, it is necessary to avoid aberrations including radial distortion, spiral distortion, chromatic aberration of eotation, and chromatic aberration of magnification. The radial (isotropic) distortion, which is a significantly larger problem than the other types of aberration, can be essentially eliminated in the low magnification range in which the projector lens is magnetized with a low lens excitation. For this purpose, a so-called distortion-free system (US Pat. No. 3,188,465) can be used, in which a higher barrel-shaped distortion is generated in an intermediate lens in order to eliminate a pillow-shaped distortion which is caused by the projector lens. In a medium magnification range in which a specified electric current is applied to the projector lens, such elimination of the distortion cannot be expected, since the pincushion-shaped distortion caused by the projector lens is considerably larger than the barrel-shaped distortion, which is generated by the intermediate lens. As a result, there is an unavoidable distortion of 1 to 2 % along a circumference with a diameter of 100 mm on a screen.

Es wurden bisher keine wirkungsvollen Maßnahmen zur Beseitigung der spiraligen (anisotropen) Ver zeichnung (Distorsion) gefunden. Bislang hat man lediglich den Abstand zwischf η der Projektorlinse und einer FiIm-So far, no effective measures have been taken to eliminate the spiral (anisotropic) distortion found. So far has one only needs to determine the distance between the projector lens and a film

oberfläche so groß wie möglich gemacht und lediglich die Elektronenstrahlen, welche in unmittelbarer Nähe der Mittelachse durch.strahlen, verwendet, so daß eine Aberration kaum feststellbar war. Mit einer derartigen Maßnahme ist es jedoch schwierig, die Aberration auf einen Betrag von 2 % oder darunter zu verringern, da diese Maßnahme nicht geeignet ist, eine Aberration von Grund auf zu verringern und bestimmte räumliche apparativ-bedingte Begrenzungen, welche bei der Durchführung dieser Maßnahmen notwendig sind, dem Gerät anhafteten.The surface was made as large as possible and only the electron beams that beam through in the immediate vicinity of the central axis were used, so that an aberration was hardly noticeable. With such a measure, however, it is difficult to reduce the aberration to an amount of 2 % or below, since this measure is not suitable for reducing an aberration from the ground up and certain spatial, apparatus-related limitations that occur when these measures are carried out necessary adhered to the device.

In neuerer Zeit wurde vorgeschlagen, als Projektorlinse eine Linse zu verwenden, die mit drei Magnetpolstücken, welche zwei Spalte mit entgegengesetzter Erregung bilden, zu verwenden. Es hat sich herausgestellt, daß diese Linse geeignet ist, die radial Verzeichnung vollständig zu beseitigen. Ferner ist es möglich, mit dieser Linse die spiralige Verzeichnung auf einen Grad zu verringern, der von den anderen Linsentypen nicht erreicht wurde. Mit dieser Linse ist es jedoch nicht möglich, die spiralige Verzeichnung vollständig zu beseitigen. Wenn die spiralige Distorsion auf 1 % oder darunter verringert werden soll, ist es nur möglich, die Linse in einem Linsenerregungsbereich zu verwenden, in welchem die radial Distorsion anwächst.Recently, it has been proposed to use, as the projector lens, a lens having three magnetic pole pieces forming two gaps of opposite excitation. It has been found that this lens is capable of completely eliminating radial distortion. It is also possible with this lens to reduce the spiral distortion to a level that has not been achieved by the other types of lenses. With this lens, however, it is not possible to completely eliminate the spiral distortion. If the spiral distortion is to be reduced to 1% or below, it is only possible to use the lens in a lens excitation area in which the radial distortion increases.

In der Figur 1 ist schematisch eine Elektronenlinse der vorstehend beschriebenen Art gezeigt. In dieser Figur sind zwei Erregerspulen 1 und in Reihe miteinander geschaltet und von einer Linsenspannungsquelle 3 mit einem Strom I versorgt. Die beiden Erregerspulen sind umgeben von einem ferromagnetischen Joch 4 und nichtferromagnetischen Abstandhaltern 5 und 6. Innerhalb des Joches befinden sich ein oberes Magnetpolslück 7, ein mittleres Magnelpolstiick 8 und ein unteres Magnetpolstück 9 sowie deren nichtferromagnetische Abstandhalter 10 und 11. Die Gestalt der Linse ist annähernd symmetrisch bezüglich der Mitte des mittleren Magnetpolstückes. Die Bohrungsdurchmesser dl des oberen Magnetpolstückes d2 des mittleren Magnetpolstückes und d3 des unterenIn FIG. 1, there is schematically an electron lens as described above Kind shown. In this figure, two excitation coils 1 and 2 are connected in series with one another and from a lens voltage source 3 supplied with a current I. The two excitation coils are surrounded by a ferromagnetic yoke 4 and non-ferromagnetic spacers 5 and 6. There is an upper magnetic pole gap within the yoke 7, a middle magnetic pole piece 8 and a lower magnetic pole piece 9 and their non-ferromagnetic spacers 10 and 11. The shape of the lens is approximately symmetrical with respect to the center of the middle magnetic pole piece. The bore diameter dl of the upper magnetic pole piece, d2 of the middle magnetic pole piece and d3 of the lower one

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Magnetpolstückes betragen 3 mm. Eine erste Spaltbreite Sl zwischen dem oberen und dem mittleren Magnetpolstück ist gleich einer zweiten Spaltbreite S2 zwischen dem mittleren und dem unteren Magnetpolstück. Die Windungszahl (N) der Erregerspulen 1 und 2 sind gleich und die Wicklungsrichtung einer jeden Erregerspule ist so festgelegt, daß die Polarität der Magnetfelder im ersten und zweiten Spalt entgegengesetzt zueinander liegen und mit der gleichen Erregerintensität erzeugt werden.Magnet pole pieces are 3 mm. A first gap width Sl between the upper and middle magnetic pole pieces is equal to a second gap width S2 between the middle and lower magnetic pole pieces. The number of turns (N) of the excitation coils 1 and 2 are the same and the The winding direction of each excitation coil is determined so that the polarity of the magnetic fields in the first and second gap is opposite are to each other and are generated with the same excitation intensity.

In der Figur 2 ist die Brennweite fp (mm),die radiale Verzeichnung Δ X/X (%) und die spiralförmige Verzeichnung δΥ/Χ (%) der in der Fig. 1 dargestellten Linse in Abhängigkeit von der Erregung (magnetomototische Kraft) NI (Amperewindungen) aufgezeichnet. Die Dicke t des mittleren Magnetpolstückes 2 wird als Parameter verwendet. Die Kurvendarstellung bezieht sich auf eine Linse mit gleichen Bohrungsdurchmessern dl, d2 bzw. d3 von 3 mm und gleichen Spaltbreiten Sl und S2 zwischen den Polen von 2,25 mm sowie mit einer Dicke t von 1 mm und 2mm für das mittlere Magnetpolstück. Die Werte für die Kurvendarstellung sind gemessen an einer Stelle, die im Abstand von der optischen Achse (r=50 mm) auf dem Bildschirm (bzw. Film), welcher unter der Projektorlinse im Abstand L= 386.5 mm liegt. Für die Gewinnung der Kurvendarstellung wurde eine Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl von 100 kV gewählt. Für den Fall, daß die Beschleunigungsspannung nicht gleich 100 kV ist, ergibt sich die folgende Umrechnungsgleichung:In FIG. 2, the focal length is fp (mm), the radial distortion Δ X / X (%) and the spiral distortion δΥ / Χ (%) of the Fig. 1 lens shown as a function of the excitation (magnetomototic Force) NI (ampere turns) recorded. The thickness t of the central magnetic pole piece 2 is used as a parameter. The curve display relates to a lens with the same bore diameters dl, d2 or d3 of 3 mm and the same slit widths S1 and S2 between the poles of 2.25 mm and with a thickness t of 1 mm and 2 mm for the central magnetic pole piece. The values for the curve display are measured at a point that is at a distance from the optical axis (r = 50 mm) on the screen (or film), which under the projector lens at a distance of L = 386.5 mm. For the extraction An acceleration voltage for the electron beam of 100 kV was selected for the graph. In the event that the accelerating voltage is not equal to 100 kV, the following conversion equation results:

(NI) 100 kV _ NI
V109785 4Ύ* (NI) 100 kV _ NI
V109785 4Ύ *

In dieser Gleichung bedeuten:In this equation:

V* ... die Beschleunigungsspannung (V) des ElektronenstrahlsV * ... the acceleration voltage (V) of the electron beam

(NI) ... der Wert von NI (Amperewindungen) im Falle einer Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl, die gleich V* ist.(NI) ... the value of NI (ampere turns) in the case of an accelerating voltage for the electron beam, which is equal to V *.

(NI)_{1 nnk}._v· · · den Wert von NI (Amperewindungen) in Fig. 2.(NI) _{1 nnk} . _v · · · the value of NI (ampere-turns) in Fig. 2.

Aus der Fig. 2 ergibt sich, daß die Brennweite fp einen, minimalen Wert bei einer Erregung NI von 2.200 und 1. 800 (Amperewindungen) aufweist bei einer Dicke t des mittleren Polstückes von 1 mm und 2 mm. Die minimalen Werte der Brennweite betragen 3, 8 mm und 4, 6 mm für die Dicke t des mittleren Polstückes von 1 mm und 2 mm. Hieraus ergibt sich, daß eine Linse mit einer geringeren Dicke t des mittleren Magnetpolstückes einen kleineren minimalen Wert für die Brennweite aufweist. Die radiale Verzeichnung Δ X/X zeigt einen positiven Wert (kissenförmige Verzeichnung) auf der niedrigen Erregerseite und einen negativen Wert (tonnenförmige Verzeichnung) auf der hohen Erregerseite. Die Erregung, bei welcher die radiale Verzeichnung Null wird, ist im wesentlichen gleich der, an welcher die minimalen Brennweiten fp liegen. Andererseits ist die spiralförmige Verzeichnung Δ Y/X äußerst gering auf der niedrigen Erregerseite, jedoch zeigt sie einen scharfen Anstieg bei wachsender Erregung. Es ergibt sich keine Betriebsbedingung, bei der die spiralförmige Verzeichnung Null wird. Demzufolge kann die spiralförmige Verzeichnung Δ Y/X nicht auf Null reduziert werden, wenn die radiale Verzeichnung Δ X/X Null ist oder einen geringen Wert aufweist.From FIG. 2 it can be seen that the focal length fp has a minimum value at an excitation NI of 2,200 and 1,800 (ampere turns) at a thickness t of the central pole piece of 1 mm and 2 mm. The minimum values of the focal length are 3, 8 mm and 4, 6 mm for the thickness t des middle pole piece of 1 mm and 2 mm. As a result, a lens with a smaller thickness t of the central magnetic pole piece has one has a smaller minimum value for the focal length. The radial distortion Δ X / X shows a positive value (pincushion distortion) on the low excitation side and a negative value (barrel distortion) on the high excitation side. The excitement at which the radial distortion becomes zero is essentially the same as that at which the minimum focal lengths fp lie. The other hand is the spiral Distortion Δ Y / X extremely small on the low excitation side, but it shows a sharp increase with increasing excitation. There is no operating condition in which the spiral distortion becomes zero. As a result, the spiral distortion Δ Y / X cannot be reduced to zero when the radial distortion Δ X / X is zero or has a small value.

Wenn für die Erregung der Magnetfelder in den beiden Spalten zwischen den Magnetpolstücken der in der Fig. 1 gezeigten Linse unterschiedliche Werte verwendet werden, ist es möglich, die spiralförmige Distorsion für bestimmte Werte der Erregung zu beseitigen, jedoch treten dann andere unerwünschte Effekte auf, wie beispielsweise eine chromatische Aberration der Rotation, durch die die wirkungsvolle Verwendung der EigenschaftenIf for the excitation of the magnetic fields in the two gaps between If different values are used for the magnetic pole pieces of the lens shown in Fig. 1, it is possible to reduce the spiral distortion For eliminating certain levels of arousal, however, others then occur undesirable effects, such as chromatic aberration of rotation, through which the effective use of the properties

der Linse mit den drei Magnetpolstücken verhindert wird.the lens with the three magnetic pole pieces is prevented.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Elektronenlinse zu schaffen, mit der radiale und spiralförmige Verzeichnungen beseitigt bzw. auf ein Minimum reduziert werden können bei gleicher Erregung für die Magnetfelder im ersten und zweiten Spalt zwischen den drei Magnetpolstücken.The object of the invention is therefore to create an electron lens with the radial and spiral distortions can be eliminated or reduced to a minimum with the same excitation for the magnetic fields in the first and second gap between the three magnetic pole pieces.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angeben.This object is achieved by the features specified in claim 1, the subclaims specifying advantageous developments of the invention.

Durch die Erfindung wird eine Elektronenlinse geschaffen mit drei Magnetpolstücken, zwischen denen in zwei Spalten zwei Magnetfelder gebildet werden. Die Magnetfelder werden in diesen Spalten erzeugt durch entgegengesetzt gerichtete Erregungen mit gleicher Erregerstärke. Das Verhältnis S1/S2 liegt im Bereich von 2, 7 bis 3, 8, wobei Sl die erste Spaltbreite zwischen dem oberen und mittleren Magnetpolstück und S2 die Spaltbreite zwischen dem mittleren und unteren Magnetpolstück bedeuten, so daß die radiale (isotrope) Verzeichnung beseitigt ist und die spiralförmige (anisotrope) Verzeichnung extrem verringert wird.The invention creates an electron lens with three magnetic pole pieces, between which two magnetic fields are formed in two columns. The magnetic fields are generated in these columns by opposing Directed excitations with the same excitation strength. The ratio S1 / S2 is in the range from 2.7 to 3.8, with S1 being the first Gap width between the upper and middle magnetic pole piece and S2 mean the gap width between the middle and lower magnetic pole piece, so that the radial (isotropic) distortion is eliminated and the spiral (anisotropic) distortion is extremely reduced.

Hierzu besitzt die Linse einen asymmetrischen Aufbau der Magnetpolstücke, da das Verhältnis Sl/S2 im Bereich von 2, 7 bis 3, 8 liegt, wobei Sl die erste Spaltbreite zwischen dem oberen und mittleren Magnetpolstück und S2 die zweite Spaltbreite zwischen dem mittleren und dem unteren Magnetpolstück bedeuten. Bei einer derartigen Linse ist di e radiale Verzeichnung auf Null verringert, bei einer Erregung, an der die Brennweite ein Minimum ist. Bei einer derartigen Erregung ist die spiralförmige Verzeichnung ebenfalls stark verringert.For this purpose, the lens has an asymmetrical structure of the magnetic pole pieces, since the ratio Sl / S2 is in the range from 2.7 to 3.8, with Sl being the first gap width between the upper and middle magnetic pole pieces and S2 mean the second gap width between the central and lower magnetic pole pieces. In such a lens, the e radial distortion reduced to zero with an excitation at which the Focal length is a minimum. With such excitation, the spiral distortion is also greatly reduced.

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Die beiliegenden Figuren dienen zur Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The accompanying figures serve to explain the invention. Show it:

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer bekannten Linse mit dreiFig. 1 schematically shows the structure of a known lens with three

Magnetpolstücken;Magnetic pole pieces;

Fig. 2 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Eigenschaften2 shows a graph to explain the properties

der in Fig. 1 dargestellten Linse;the lens shown in Fig. 1;

Fig. 3 den wesentlichen Teil eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und3 shows the essential part of an embodiment of the invention and

Fig. 4 bis 8 Kurvendarstellungen für Meßergebnisse bezüglich des Brennweitenverhaltens und der radialen und spiralförmigen Verzeichnung bei Ausführungsbeispielen der Erfindung.FIGS. 4 to 8 show graphs for measurement results relating to the focal length behavior and radial and spiral distortion in embodiments of the invention.

Die Fig. 3 zeigt den wesentlichen Teil eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt ein oberes Magnetpolstück 13, ein mittleres Magnetpolstück 14 und ein unteres Magnetpolstück 15 jeweils eine Bohrung mit Durchmessern dl, d2, d3, die alle 3 mm aufweisen. Ein erster Polstückspalt Sl ist gebildet zwischen dem oberen und dem mittleren Polstück und besitzt eine Spaltbreite von 3 mm. Ein zweiter Polstückspalt S2 ist gebildet zwischen dem mittleren und dem unteren Polstück und besitzt eine Sfoaltbreite von 1,5 mm. Das mittlere Polstück besitzt eine Dicke t von 2 mm. Für die vorstehende Ausführungsform und eine modifizierte Ausführungsform, bei der für Sl 3 min und 1, 5 mm gewählt sind, ist in der Fig. 4 eine Kurvendarstellung gezeigt für Meßwerte entsprechend denen in der Fig. 2. In der Fig. 4 gelten die ausgezogenen Linien für die Ausführungsform, bei der Sl 1, 5 mm beträgt, während die strichlierten Linien für die Ausführungsform, gelten, bei der Sl 3 mm ist.Fig. 3 shows the essential part of an embodiment of the Invention. In this embodiment, an upper magnetic pole piece 13, a middle magnetic pole piece 14 and a lower magnetic pole piece 15 each have a bore with diameters dl, d2, d3, which have every 3 mm. A first pole piece gap Sl is formed between the upper and the middle pole piece and has a gap width of 3 mm. A second pole piece gap S2 is formed between the middle and the one lower pole piece and has a width of 1.5 mm. The middle one Pole piece has a thickness t of 2 mm. For the above embodiment and a modified embodiment in which for Sl 3 min and 1.5 mm are selected, FIG. 4 shows a graph for measured values corresponding to those in FIG. 2. In FIG. 4, the solid lines apply Lines for the embodiment in which S1 is 1.5 mm, while the dashed lines apply to the embodiment, at the Sl is 3 mm.

Aus der Fig. 4 ergibt sich, daß die Brennweite fp einen minimalen Wert aufweist in der Nähe von 2. 000 Amperewindungen und daß die radiale Verzeichnung ΔΧ/Χ in der Nähe von 2. 000 Amperewindungen zu Null wird. Wie ferner aus der Figur zu ersehen ist, wächst die spiralförmige Verzeichnung stetig mit der Erregung NI, wenn Sl gleich S2 ist. Wenn jedoch Sl den Wert 3 mm und S2 den Wert 1, 5 mm aufweisen, d.h. wenn das Verhältnis Sl/S2 den Wert 2 hat, besitzt die spiralförmige Verzeichnung im unteren Bereich der Erregung einen negativen Wert und einen positiven Wert in einem höheren Bereich der Erregung. In der Nähe einer Erregung von 1.200 Amperewindungen wird die spiralförmige Verzeichnung Null.It can be seen from FIG. 4 that the focal length fp has a minimum value has in the vicinity of 2,000 ampere turns and that the radial distortion ΔΧ / Χ in the vicinity of 2,000 ampere turns to zero will. As can also be seen from the figure, the spiral-shaped one grows Distortion steadily with the excitation NI when Sl is equal to S2. However, if Sl is 3 mm and S2 is 1, 5 mm, i.e. if the ratio Sl / S2 has the value 2, has the spiral distortion a negative value in the lower range of arousal and a positive value in a higher range of arousal. Near one With excitation of 1,200 ampere-turns, the spiral distortion becomes zero.

Der Koeffizient DSP für die spiralförmige Verzeichnung wird durch die folgende Gleichung wiedergegeben:The coefficient DSP for the spiral distortion is given by the the following equation is given:

Die Beziehung zwischen DSP und der spiralförmigen Verzeichnung Δ Y/X kann durch die folgende Formel wiedergegeben werden:The relationship between DSP and the spiral distortion Δ Y / X can be represented by the following formula:

^Δ% = DSPCXf ρ/Ο* ^{±) ^Δ % = DSPCXf ρ / Ο * ^{±)

In der Gleichung (1) bedeutet e/m das Verhältnis von elektrischer Ladung zu Masse für ein Elektron, V* bedeutet die Beschleunigungsspannung, Z bedeutet die optische Achse der Linse, B bedeutet die Magnetfeldstärke auf der Z-Achse. Za und Zb bedeuten die obere und untere Grenze bis zu denen der Einfluß des Magnetfeldes der Linse sich erstreckt, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. γ bedeutet einen Elektronenstrahlweg parallel zur Z-Achse im Abstand von der Z-AchseIn the equation (1), e / m means the ratio of electric charge to mass for an electron, V * means the acceleration voltage, Z means the optical axis of the lens, B means the magnetic field strength on the Z axis. Za and Zb mean the upper and lower limit to which the influence of the magnetic field of the lens extends, as shown in FIG. γ means one Electron beam path parallel to the Z-axis at a distance from the Z-axis

der "1" bei Za aufweist, γ , bedeutet den Differentialwert für die Z-Achse.which has "1" at Za, γ, means the differential value for the Z axis.

Die Fig. 6 zeigt die Werte für DSP durch Umrechnung von _Δ Y/X in Fig. 4 in Abhängigkeit von (NI). Da NI durch die folgende GleichungFIG. 6 shows the values for DSP by converting _Δ Y / X in FIG. 4 as a function of (NI). Since NI is given by the following equation

NlI= BNlI = B

wiedergegeben werden kann, ist es möglich, aus Fig. 6 die Verteilung des ersten und zweiten Terms der Gleichung (1) für DSP zu ermitteln. Für den Fall, daß das Verhältnis Sl/S2 den Wert 1 aufweist, ergibt sich, daß DSP im wesentlichen proportional zu (NI) wächst, was B entspricht. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der erste Term der Gleichung (1),can be reproduced, it is possible from Fig. 6 the distribution of the first and second terms of equation (1) for DSP. In the event that the ratio Sl / S2 has the value 1, it results that DSP grows essentially proportionally to (NI), which corresponds to B. In other words, this means that the first term of equation (1),

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welcher γ 2 B aufweist, einen extrem hohen Wert bei großem Wert von γ in einem Bereich mit einem starken Magnetfeld annimmt.3
which has γ 2 B takes an extremely high value with a large value of γ in a region with a strong magnetic field.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Elektronenlinse ist der Wert für γ hoch im Zwischenraum zwischen dem oberen und mittleren Magnetpolstück und wird in der Nähe der maximalen magnetischen Feldstärke im Raum zwischen dem mittleren und dem unteren Magnetpolstück zu Null, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Demzufolge trägt die Breite des Zwischenraums zwischen dem oberen und dem mittleren Magnetpolstück bedeutend mehr zu DSP bei als der Raum zwischen dem mittleren und dem unteren Magnetpolstück. Die Verzeichnung, welche in letzterem Zwischenraum entsteht, kann die im ersteren Zwischenraum entstandene Verzeichnung nicht beseitigen.In the electron lens shown in FIG. 1, the value for γ high in the space between the upper and middle magnetic pole pieces and becomes close to the maximum magnetic field strength in the space between the central and lower magnetic pole pieces to zero, as shown in FIG. As a result, the width of the The space between the upper and middle magnetic pole pieces contributes significantly more to DSP than the space between the middle and the lower magnetic pole piece. The distortion that arises in the latter gap can be that which arises in the former gap Do not eliminate distortion.

Die Werte von DSP in den beiden vorgenannten Zwischenräumen können sich gegeneinander nicht aufheben, unter der Bedingung, daß die Werte von DSP gleichgemacht werden und entgegengesetzte Polaritäten auf-The values of DSP in the two aforementioned intervals can be do not cancel each other out, on the condition that the values of DSP are equalized and opposite polarities.

weisen, wenn das Magnetfeld im Raum zwischen dem oberen und dem mittleren Magnetpolstück eine geringere Feldstärke aufweist als das Magnetfeld im Raum zwischen dem mittleren und dem unteren Magnetpolstück, so daß der Elektronenstrahlweg die Achse an einem Punkt schneiden kann, der abweicht von der Position, an welcher das Magnetfeld im Raum zwischen dem mittleren und dem unteren Magnetpolstück eine maximale Feldstärke aufweist. Eine verbesserte Wirkung läßt sich demnach dadurch erzielen, daß zwischen dem oberen und dem mittleren Magnetpolstück ein größerer Zwischenraum vorgesehen wird als zwischen dem mittleren und dem unteren Magnetpolstück- Die in"der Fig. 8 dargestellte Kurvendarstellung zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derart wirkungsvolle Anordnung, bei der das Verhältnis von Sl (3mm)/S2 (1,5mm) den Wert 2 aufweist. Für diese Anordnung ergibt sich eine annähernd lineare Beziehung zwischen DSP undindicate when the magnetic field is in the space between the upper and the middle Magnetpolstück has a lower field strength than the magnetic field in the space between the middle and the lower magnetic pole piece, so that the electron beam path can intersect the axis at a point that deviates from the position at which the magnetic field in the space between the middle and the lower magnetic pole piece has a maximum field strength having. An improved effect can therefore be achieved by having a larger one between the upper and the middle magnetic pole piece Space is provided as between the central and lower magnetic pole pieces. The graph shown in "of FIG. 8 shows a Exemplary embodiment for such an effective arrangement in which the The ratio of Sl (3mm) / S2 (1.5mm) has the value 2. For this arrangement there is an approximately linear relationship between DSP and

(NI) , wie bereits ausgeführt wurde. Eine andere nicht zu übersehende Eigenschaft besteht in einer wachsenden Abweichung von der linearen Beziehung. Diese wachsende Abweichung ergibt sich aufgrund des zweiten Terms in der Gleichung (1), der bezogen ist auf die Schaffung der Bedingung, unter der die spiralförmige Verzeichnung Null wird.(NI), as stated earlier. Another characteristic not to be overlooked consists in a growing deviation from the linear relationship. This growing deviation results from the second term in the Equation (1) related to establishing the condition under which the spiral distortion becomes zero.

Selbst wenn keine spiralförmige Verzeichnung vorhanden ist, ist die Linse für die Praxis weniger geeignet, wenn eine starke radiale Verzeichnung auftritt, wie schon erläutert wurde. Nur eine Linse, bei der sowohl die radialen als auch die spiralförmigen Verzeichnungen beseitigt sind, kann wirkungsvoll als Elektronenlinse zum Einsatz kommen.Even if there is no spiral distortion, the lens is less suitable for practical use when severe radial distortion occurs, as has already been explained. Only a lens that eliminates both radial and spiral distortion can be effective can be used as an electron lens.

Die Fig. 8 zeigt die magnetomotoiische Kraft NI, bei der ΔΧ/Χ und ΔΥ/Υ bei den Nullwerten bei unterschiedlichen Zwischenraumverhältnissen S1/S2. Aus der Figur ergibt sich, daß beide Verzeichnungen Null werden in der Nähe eines Verhältnisses S1/S2 von 3,2 und einem Wert für NI von 1.700 Amperewindungen. Andere Linsen, beispielsweise eine Zwischenlinse erzeugt eine maximale spiralförmige Verzeichnung von angenommen plus oder minus 1 % und eine maximale spiralförmige Verzeichnung von angenommen plusFig. 8 shows the magnetomotive force NI at which ΔΧ / Χ and ΔΥ / Υ at the zero values with different gap ratios S1 / S2. It can be seen from the figure that both distortions become zero in the Close to a ratio S1 / S2 of 3.2 and a value for NI of 1,700 ampere-turns. Other lenses, for example an intermediate lens, are produced a maximum spiral distortion of say plus or minus 1% and a maximum spiral distortion of assumed plus

oder minus 0,2 %. Diese Verzeichnungen müssen durch solche Verzeichnungen, welche von der Projektorlinse erzeugt werden, beseitigt werden. Es ist daher notwendig, daß die radialen und die spiralförmigen Verzeichnungen α X/X und /^Y/X dar Projektor linse im Bereich von minus 1 % bis 1 % und minus 0,2 % anstelle von exakt 0 liegen.or minus 0.2 %. These distortions must be eliminated by such distortions which are generated by the projector lens. It is therefore necessary that the radial and spiral distortions α X / X and / ^ Y / X of the projector lens are in the range of minus 1 % to 1% and minus 0.2% instead of exactly zero.

Die Fig. 8 zeigt, daß diese Verzeichnungsbereiche erzielbar sind, wenn das Verhältnis S1/S2 im Bereich von 2, 7 bis 3,8 liegt. Wenn das Verhältnis S1/S2 in diesem Bereich liegt, können beide Verzeichnungsarten vollständig beseitigt oder nahezu zu Null gemacht werden.Fig. 8 shows that these distortion areas can be achieved when the ratio S1 / S2 is in the range from 2.7 to 3.8. If the ratio S1 / S2 is in this range, both types of distortion can be used completely eliminated or made close to zero.

Beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Bohrungsdurchmesser dl, d2 und d3 gleich. Es ist jedoch auch möglich, dl i. d2 ^ d3 zu wählen, um die Vorteile der Erfindung zu erzielen. Derartige Kombinationsmögiichkeiten tragen verstärkt dazu bei, ein Magnetfeld mit geringerer Stärke im Raum zwischen dem oberen und mittleren Magnetpolstück als im Raum zwischen dem mittleren und dem unteren Magnetpolstück zu erzeugen, so daß der Elektronenstrahlweg die*optische Achse Z an einem Punkt schneidet, der abweicht von der Stelle, an der das Magnetfeld im Raum zwischen dem mittleren und dem unteren Magnetpolstück eine maximale Feldstärke aufweist. In the embodiment described above, the bore diameters are dl, d2 and d3 the same. However, it is also possible to use dl i. d2 ^ d3 to choose to achieve the advantages of the invention. Such possible combinations increasingly contribute to a magnetic field with less strength in the space between the upper and middle magnetic pole pieces than in space between the middle and lower magnetic pole pieces so that the electron beam path intersects the * optical axis Z at a point which deviates from the point at which the magnetic field in the space between the middle and the lower magnetic pole piece has a maximum field strength.

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Claims

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Electron lens with three magnetic pole pieces

Patent claims:

/ ί. Electron lens with an upper, middle and lower magnetic pole piece in a yoke which comprises two excitation coils which are directed in opposite directions in two gaps formed between the magnetic pole pieces Generate magnetic fields with the same excitation strength, thereby characterized in that the gap width ratio (Sl / S2) of the axial Width (Sl) of the gap between your upper and middle magnetic pole pieces (13 and 14) to the axial width (S2) of the gap between the middle and the lower magnetic pole piece (14 and 15) in the range of 2, 7 to 3, 8 lies.

2. Electron lens according to claim 1, characterized in that the bore diameter 01) of the upper magnetic pole piece (13) is greater than the bore diameter (d2) of the central magnetic pole piece (14) and the bore diameter: * chmesser _v (d2) of the central magnet

10113 - N / R
■ /

pole piece (14) is larger than the bore diameter r (d3) of the lower Magnetic pole piece (14).

3. Electron lens according to claim 1 or 2, characterized in that that the two excitation coils are connected in series with one another and are supplied with current from the same lens voltage source.