DE3125253C2

DE3125253C2 - Electron lens with three magnetic pole pieces

Info

Publication number: DE3125253C2
Application number: DE19813125253
Authority: DE
Inventors: Katsushige Akishima Tokyo Tsuno
Original assignee: Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1980-07-16
Filing date: 1981-06-26
Publication date: 1988-09-08
Also published as: GB2080610B; DE3125253A1; JPS5723454A; JPS6245662B2; GB2080610A

Abstract

Eine Elektronenlinse mit drei Magnetpolstücken (13, 14, 15), zwischen denen in zwei Spalten (S1, S2) zwei entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder mit gleicher Erregerstärke erzeugt werden, wobei das Spaltbreitenverhältnis (S1/S2) im Bereich von 2,7 bis 3,8 liegt und (S1) die Spaltbreite des ersten Spaltes zwischen dem oberen und dem mittleren Magnetpolstück (13, 14) und (S2) die Spaltbreite des zweiten Spaltes zwischen dem mittleren und dem unteren Magnetpolstück (14, 15) bedeuten, so daß die radiale (Isotrope) Verzeichnung beseitigt und die spiralförmige (Anisotrope) Verzeichnung stark reduziert werden.An electron lens with three magnetic pole pieces (13, 14, 15), between which two oppositely directed magnetic fields with the same excitation strength are generated in two gaps (S1, S2), the gap width ratio (S1 / S2) in the range from 2.7 to 3, 8 and (S1) the gap width of the first gap between the upper and the middle magnetic pole piece (13, 14) and (S2) the gap width of the second gap between the middle and the lower magnetic pole piece (14, 15) mean, so that the radial (Isotropic) distortion eliminated and the spiral (anisotropic) distortion greatly reduced.

Description

Die Erfindung betrifft eine F.lcktroncnlinsc mit der im Oberbegriff des Anspruchs I genannten Merkmalen, mit der radiale und .spiralige Verzeichnungen in einem Durchstmhlungsclcktroncnmikroskop verringert werden. The invention relates to a F.lcktroncnlinsc with the im Features mentioned in the preamble of claim I, with The radial and spiral distortions can be reduced in a radiation microscope.

Beim Bau einer Projektorlinse für ein Elektronenmikroskop müssen Aberrationen vermieden werden, die eine radiale Verzeichnung, eine spiralige Verzeichnung, eine diromatischc Aberration der Rotation und eine chromatische Aberration der Vergrößerung aufweisen. Die radiale (isotrope) Verzeichnung, welche ein bedeutend größeres Problem darstellt als die anderen Arten der Aberration, kann im wesentlichen im Bereich geringer Vergrößerung beseitigt werden, in welchem die Projektorlinse mit einer geringen Linsenerregung magnetisiert ist. Hierzu kann ein sogenanntes verzeichnungsfreies System (US-PS 3188 465) verwendet werden, bei welchem eine höhere tonnenförmige Verzeichnung in einer Zwischenlinse erzeugt wird, um eine ki.ssenförmige Verzeichnung, welche durch die Projektorlinse hervorgerufen wird, zu beseitigen. In einem mittleren Vergrößerungsbereich, in welchem eine festgelegte elektrische Stromstärke an die Projektorlinse angelegt ist. kann eine derartige Beseitigung der Verzeichnung nicht erwartet werden, da die kissenförmigc Verzeichnung, welche durch die Projektorlinse hervorgerufen wird, um ein Beträchtliches größer ist als die tonnenförmige Verzeichnung, welche durch die Zwischenlinsc erzeugt wird. Demzufolge ergibt sich eine unvermeidbare Verzeichnimg von 1 bis 2% entlang einem Kreisumfang mit einem Durchmesser von 100 mm auf einem Leuchtschirm.When building a projector lens for an electron microscope, aberrations must be avoided, which a radial distortion, a spiral distortion, a diromatic aberration of the rotation and a exhibit chromatic aberration of magnification. The radial (isotropic) distortion that a Significantly more of a problem than the other types of aberration that can essentially range in area low magnification, in which the projector lens with a low lens excitation is magnetized. A so-called distortion-free system (US Pat. No. 3,188,465) can be used for this purpose at which a higher barrel distortion is generated in an intermediate lens, to to eliminate a pebble-shaped distortion caused by the projector lens. In a middle magnification range in which a A specified electric current is applied to the projector lens. can such an elimination of the Distortion are not expected because the pincushion c Distortion caused by the projector lens is considerably greater than the barrel distortion created by the relay lens. As a result, it follows down an unavoidable index of 1 to 2% a circumference with a diameter of 100 mm on a fluorescent screen.

Es wurden bisher keine wirkungsvollen Maßnahmen zur Beseitigung der spiraligen (anisotropen) Vcvcichnung gefunden. Bislaug hat man lediglich den Abstand zwischen der Projektorlinse und einer Filmoberfläche so groß wie möglich gemacht und lediglich die Elektronenstrahlen, welche in unmittelbarer Nähe der Mittelachse durchstrahlen, verwendet, so daß eineSo far, no effective measures have been taken to eliminate the spiral (anisotropic) drawing found. Up to now you only have the distance between the projector lens and a film surface Made as large as possible and only the electron beams that are in close proximity to the Radiate central axis, used so that a

s 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 räumliches aberration was hardly noticeable. However, with such a measure, it is difficult to correct the aberration reduce an amount of 2% or less as this measure is unsuitable. an aberration of Reason to decrease and certain spatial

to apparativ bedingte Begrenzungen, weiche bei der Durchführung dieser Maßnahmen notwendig sind, dem Gerät anhafteten.to apparatus-related limitations, which are necessary when carrying out these measures, the Stuck to the device.

Eine Elektronenlinse der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 9 39 396 bekannt. 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 spiraiige Verzeichnung vollständig zu beseitigen. Wenn die spiralige Verzeichnung auf 1% oder darunter verringert werden soil, ist es nur möglich, die Linse in einem Linsenerregungsbereich zu verwenden, in welchem die radiale Verzeichnung anwächst.An electron lens of the type mentioned is known from DE-PS 9 39 396. It has found that this lens is suitable. to completely eliminate radial distortion. Furthermore it is possible to use this lens to reduce the spiral distortion to a degree that of the others Lens types was not achieved. However, with this lens it is not possible to remove the spiral distortion to be completely eliminated. If the spiral distortion is to be reduced to 1% or below, it is only possible to use the lens in a lens excitation range in which the radial distortion grows.

In der F i g. I ist schematisch eine Elektronenlinse der vorstehend beschriebenen Art gezeigt. In dieser Figur sind zwei Erregerspulen 1 und 2 in Reihe miteinander geschaltet und vc(· einer Linsenspannungsquelle 3 mit einem Strom / versorgt. Die beiden Erregerspulen sind umgeben von einem ferromagnetische Joch 4 und nichtferromagnetischen Abstandhaltern 5 und 6. Innerhalb des Joches befinden sich ein oberes Magnetpolstück 7. ein mittleres Magne'.polstück 8 und ein unteres Magnetpolstück 9 sowie deren nichtferromagnetische Abstandhalter 10 und 11. Die Gestalt der Linse isi annähernd symmetrisch bezüglich der Mitte des mittleren Magnetpolstiiekes. Die Bohiungsdiirchmcsscr d\ des oberen Magnetpolstückes c/2 des mittleren Magnetpolstückes und </3 des unteren Magncipolstükkcs betragen 3 mm. Eine erste Spaltbreite S I zwischen dem oberen und dem mittleren Magnetpolstück ist gleich einer zweiten Spaltbreite 52 zwischen dem mittleren und dem unteren Magnctpolstück. Die Windungszahl (N)der Erregerspulen 1 und 2 sind gleich und die Wicklungsrichtung einer jeden Erregerspule ist so festgelegt, daß die Richtung der Magnetfelder im ersten und zweiten Spalt entgegengesetzt zueinander liegen und mit der gleichen Erregerintensität erzeugt werden.In FIG. An electron lens of the type described above is shown schematically. In this figure, two excitation coils 1 and 2 are connected in series and vc ( a lens voltage source 3 is supplied with a current /. The two excitation coils are surrounded by a ferromagnetic yoke 4 and non-ferromagnetic spacers 5 and 6 magnetic pole 7 a medium Magne'.polstück 8 and a lower pole piece 9 and their non-ferromagnetic spacers 10 and 11. the shape of the lens isi approximately symmetrically with respect to the center of the middle Magnetpolstiiekes. the Bohiungsdiirchmcsscr d \ of the upper magnet pole piece c / 2 of the central magnet pole piece and </ 3 of the lower magnetic pole piece are 3 mm. A first gap width SI between the upper and middle magnetic pole pieces is equal to a second gap width 52 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 in this way gt that the direction of the magnetic fields in the first and second gap are opposite to one another and are generated with the same excitation intensity.

In der F i g. 2 ist die Brennweite fp (mm), die radiale Verzeichnung ΔΧ/Χ (%) und die spiralförmige Verzeichnung ΔΥ/Χ (%) der in der F i g. 1 dargestellten Linse in Abhängigkeit von der Erregung (magneto-motorische Kraft) Nl (Amperewindungen) aufgezeichnet. Die Dicke t des mittleren Magnetpolstückes 2 wird als Parameter verwendet. Die Kurvendarstellung bezieht sich auf eine Linse mit gleichen Bohrungsdurchmessern d 1. dl bzw. r/3 von 3 mm und gleichen Spaltbreiten 51 und Sl zwischen den Polen von 2.25 mm sowie mit einer Dicke ι von I mm und 2 mm 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 LeuchtschirmIn FIG. 2 is the focal length fp (mm), the radial distortion ΔΧ / Χ (%) and the spiral distortion ΔΥ / Χ (%) of the in FIG. 1 lens shown as a function of the excitation (magnetomotive force) Nl (ampere turns) recorded. The thickness t of the central magnetic pole piece 2 is used as a parameter. The graph relates to a lens with the same bore diameters d 1. dl or r / 3 of 3 mm and the same gap widths 51 and S1 between the poles of 2.25 mm and with a thickness ι 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 luminescent screen

b5 (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. Fürb5 (or film), which lies under the projector lens at a distance of L - 386.5 mm. To obtain the graph, an acceleration voltage for the electron beam of 100 kV was selected. For

den Fall, daß die Beschleunigungsspannung nicht gleich 100 kV ist, ergibt sich die folgende Umrechnungsgleichung: the case that the accelerating voltage is not equal 100 kV, the following conversion equation results:

(M) 100 kV _ M 7109785 W*' In dieser Gleichung bedeuten: (M) 100 kV _ M 7109785 W * ' In this equation:

die Beschleunigungsspannung (V)des Elektronenstrahls the acceleration voltage (V) of the electron beam

der Wert von M(Amperewindungen) im Falle einer Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl, die gleich V*ist.
den Wert von Nl (Amperewindungen) in Fig. 2.the value of M (ampere-turns) in the case of an accelerating voltage for the electron beam equal to V *.
the value of Nl (ampere-turns) in Fig. 2.

Aus der Fig.2 ergibt sich, daß die Brennweite fp einen minimalen Wert bei einer Erregung Nl von 2200 und 1800 (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 tür die Dicke t des mittleren Polstüokes von 1 mm und 2 mm. Hieraus ergibt sich, daß eine I inse mit einer geringeren Dicke t des mittleren Magnetpolstükkes einen kleineren minimalen Wert für die Brennweite aufweisf. Die radiale Verzeichnung ΔΧ/Χ 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 Brennweiten fp minimal sind. 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 Bciricbsbcdingung, bei der die spiralförmige Verzeichnung Null wird. Demzufolge kann die spiralförmige Verzeichnung Δ Y/X nicht auf Null reduziert werden, wenn die radiale Verzeichnung ΔΧ/Χ Null ist oder einen gc< ingen Wen aufweist.From FIG. 2 it can be seen that the focal length fp has a minimum value with an excitation Nl of 2200 and 1800 (ampere-turns) with 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 of the central pole piece of 1 mm and 2 mm. It follows from this that an lens with a smaller thickness t of the central magnetic pole piece has a smaller minimum value for the focal length. The radial distortion ΔΧ / Χ shows a positive value (pincushion-shaped distortion) on the low exciter side and a negative value (barrel-shaped distortion) on the high exciter side. The excitation at which the radial distortion becomes zero is essentially equal to that at which the focal lengths fp are minimal. On the other hand, the spiral distortion Δ Y / X is extremely small on the low excitation side, but it shows a sharp increase with increasing excitation. There is no condition in which the spiral distortion becomes zero. As a result, the spiral distortion ΔY / X cannot be reduced to zero when the radial distortion ΔΧ / Χ is zero or has a gc <ingen Wen.

Wenn für die Erregung der Magnetfelder in den beiden Spalten zwischen den Magnetpolstütken der in der F i g. I gezeigten Linse unterschiedliche Werte verwendet werden, ist es möglich, die spiralförmige Verzeichnung 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 Eigenschaften der Linse mit den drei Magnetpolstücken verhindert wird.If the in the F i g. I shown lens different values are used, it is possible to use the spiral-shaped Eliminate distortion for certain levels of arousal; however, other undesirable ones then occur Effects on, such as a chromatic aberration of the rotation, through which the effective Use of the properties of the lens with the three magnetic pole pieces is prevented.

Inder DE-OS 30 47 166 ist bereits eine Elcktronenlinse der eingangs genannten Art angegeben, bei radiale und spiralförmige Verzeichnungen beseitigt bzw. minimalisiert sind bei gleicher Spulenerregung. Dies wird dadurch erreicht, daß die Öffnungsdurchmesser des mittleren und unteren Polstücks gleich sind und der Öffnungsdurchmesser des oberen Polstücks das 1,5- bis 5fache des Öffnungsdurchmessers des mittleren und unteren Polstücks beträgt.In DE-OS 30 47 166 is already an Elcktronen lens of the type mentioned at the beginning, removed or removed in the case of radial and spiral distortions. are minimized with the same coil excitation. This is achieved in that the opening diameter of the middle and lower pole pieces are equal and the opening diameter of the upper pole piece is 1.5 to 5 times the opening diameter of the middle and lower pole pieces.

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

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

Durch die Erfindung wird eine Elektronenlinse geschaffen, bei der die radiale (isotrope) VerzeichnungThe invention creates an electron lens in which the radial (isotropic) distortion

to beseitigt ist und die spiralförmige (anisotrope) Verzeichnung extrem verringert wird. Bei einer derartigen Linse ist die radiale Verzeichnung auf Null verringert, bei einer Erregung, an der die Brennweite ein Minimum ist. Bei dieser Erregung ist die spiralförmige Verzeichnung ebenfalls stark verringert.to is eliminated and the spiral (anisotropic) distortion is extremely reduced. With such a lens the radial distortion is reduced to zero at an excitation where the focal length is a minimum. With this excitation, the spiral distortion is also greatly reduced.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are explained with reference to the accompanying figures. It shows

F > g. 1 schematisch den Aufbau einer bekannten Linse mit drei Ma^netpolstücken.F> g. 1 schematically shows the structure of a known lens with three pole pieces.

Fig.2 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Eigenschaften der in F i g.! dargestelltem! .inse,2 shows a graph to explain the Properties of the in Fig.! shown! .inse,

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

F i g. 4 bis 8 Kurvendarstellungen für Meßergebnisse bezüglich des Brennweitenverhahens und der radialen und spiralförmigen Verzeichnung bei Ausführungsbeispielen der Erfindung.F i g. 4 to 8 graphs for measurement results with regard to the focal length and the 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 Magnctpolstück 15 jeweils eine Bohrung mit Durchmessern d\, d2, i/3, die alle 3 mm aufweisen. Ein erster Polstückspalt 51 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 Spaltbreite von 13 mm. Das mittlere Polstück besitzt eine Dicke ι von 2 .iim. Für das vorstehende Ausführungsbeispiel mit 51 = 3 mm und einem dem Stanci der Technik entsprechenden Vergleichsbeispiel mit S1 = 13 mm, ist in der F i g. 4 eine Kurvendarstellung gezeigt für Meßwerte entsprechend denen in der F i g. 2. In der F i g. 4 gelten die ausgezogenen Linien für Sl = 1,5mm, während die slrichlierien Linien für 51=3 mm gellen.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 d 1, d 2, i / 3, which are every 3 mm. A first pole piece gap 51 is formed between the upper and middle pole pieces and has a gap width of 3 mm. A second pole piece gap S2 is formed between the middle and lower pole pieces and has a gap width of 13 mm. The middle pole piece has a thickness ι of 2 .iim. For the above exemplary embodiment with 51 = 3 mm and a comparative example corresponding to the Stanci of technology with S1 = 13 mm, FIG. FIG. 4 shows a graph for measured values corresponding to those in FIG. 2. In FIG. 4, the solid lines apply to S1 = 1.5 mm, while the solid lines apply to 51 = 3 mm.

Aus der Fig.4 ergibt sich, daß die Brennweite fp einen minimalen Wert aufweist in der Nähe von 2000 Amperewindungen und daß die radiale Verzeichnung ΔΧ/X'm der Nähe von 2000 Amperewindungen zu Null wird. Wie ferner aus der Figur zu ersehen ist, wachs! die spiralförmige Verzeichnung stetig mit der Erregung Nl. wenn F 3 gleich 52 ist. Wenn jedoch S1 den Wert 3 mm und 52 den Wert 1,5mm aufweisen, d.h. wenn das Verhältnis 51/52 den Wert 2 hat, besii t 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 1200 Amperewindungen wird die spiralförn.ige Verzeichnung Null,4 shows that the focal length fp has a minimum value in the vicinity of 2000 ampere turns and that the radial distortion ΔΧ / X'm becomes zero in the vicinity of 2000 ampere turns. As can also be seen from the figure, wax! the spiral distortion continuous with the excitation Nl. when F 3 is equal to 52 . However, when S1 is 3mm and 52 is 1.5mm, that is, when the ratio 51/52 is 2, the spiral distortion has a negative value in the lower range of excitation and a positive value in a higher range Excitement. In the vicinity of an excitation of 1200 ampere-turns the spiral distortion becomes zero,

Der Koeffizient DSP für die spiralförmige Ve-zeichnung wird durch die folgende Gleichung wiedergegeben: The coefficient DSP for spiral tracing is given by the following equation:

ZoZo

(1)(1)

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 Y/X = DSP (Xfp/L)². Δ Y / X = DSP (Xfp / L) ² .

(2)(2)

In der Gleichung (I) bedeutet c/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-Achsc. Zn und Zb bedeuten die obere und untere Grenze bis zu denen der Einfluß des Magnetfeldes der Linse sich erstreckt, wie es in F i g. 5 dargestellt ist. γ, bedeutet einen Elektronenstrahlweg parallel zur Z-Achse im Abstand von der Z-Achse der »I« bei Zu aufweist, γ, bedeutet den Diffcrentialwcrt für (iic Z-Achse.In equation (I), c / 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. Zn and Zb mean the upper and lower limits to which the influence of the magnetic field of the lens extends, as shown in FIG. 5 is shown. γ, means an electron beam path parallel to the Z-axis at a distance from the Z-axis which has "I" at Zu , γ, means the differential word for (iic Z-axis.

n:„ ι::.. t .-.:... .i;„ u/„-.„ r,-... ncD A.,_r,.u n: " ι :: .. t .-.: ... .i;" u / "-." r, -... ncD A., _r , .u

\StV.\ StV. I If. U /1.IgI Oll. *(\.ll\. IHt **r*SI I If. U / 1.IgI Oll. * (\. ll \. IHt ** r * SI UUIkIIUUIkII

Umrechnung von A Y/X in F i g. 4 in Abhängigkeit von (Nl). Da /V/durch die folgende GleichungConversion of AY / X in F i g. 4 as a function of (Nl). Da / V / by the following equation

ZbE.g.

NINI

■i■ i

B dzB dz

(3)(3)

wiedergegeben werden kann, ist es möglich, aus Fig.6 die Verteilung des ersten und zweiten Terms der Gleichung (1) für DSP/.u ermitteln. Für den Fall, daß das Verhältnis 5 l/S 2 den Wen I aufweist, ergibt sich, daß DSPim wesentlichen proportional zu (Nl) ^J wächst, was ßentsprichl. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der erste Term der Gleichung (1). welcher γ ,2 ß' aufweist, einen extrem hohen Wert bei großem Wert von γ, in einem Bereich mit einem starken Magnetfeld annimmt.can be reproduced, it is possible to determine the distribution of the first and second terms of equation (1) for DSP / .u from FIG . In the event that the ratio 5 l / S 2 has the value I, the result is that DSP increases essentially proportionally to (Nl) ^J , which corresponds to ßentprichl. In other words, it means that the first term of equation (1). which γ, 2β 'has an extremely high value with a large value of γ, in an area with a strong magnetic field.

Bei der in der F i g. I dargestellten Elektronenlinse ist der Wert für v, 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 case of the FIG. The electron lens shown in I is the value of v, high in the space between the upper and middle magnetic pole pieces and becomes zero in the vicinity of the maximum magnetic field strength in the space between the middle and lower magnetic pole pieces, as shown in FIG. As a result, the width of the space between the upper and middle magnetic pole pieces contributes significantly more to DSP than the space between the middle and lower magnetic pole pieces. The distortion that arises in the latter space cannot remove the distortion that arises in the former space.

Die Werte von DSP in den beiden vorgenannten Zwischenräumer können sich gegeneinander nicht aufheben, unter cLt Bedingung, daß die Werte von DSP gleichgemacht werden und entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, wenn das Magnetfeld im Raum zwischen dem oberen und dem mittleren Magnetpolstück eine geringere Feldstärke aufweist als das Magnetfeld im Raum zwischen dem initiieren und dem unteren Magnetpolstiick. 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 /wischen dem oberen und dem mittleren Magnetpolstück ein größerer Zwischenraum vorgesehen wird als zwischen dem mittleren und dem unteren Magnetpolstück. Die in der F i g. 8 dargestellte Kurvendarstellung zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derart wirkungsvolle Anordnung, bei der das Verhältnis von S1 (3mm)/S2 (1,5mm) den Wert 2 aufweist. Für diese Anordnung ergibt sich eine annähernd lineare Beziehung zwischen DSP und (NI)K 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 (I), der bezogen ist auf die Schaffung der Bedingung, unter der die spiralförmige Verzeichnung Null wird.The values of DSP in the two aforementioned spaces cannot cancel each other out, under the condition that the values of DSP are equalized and have opposite polarities if the magnetic field in the space between the upper and the middle magnetic pole piece has a lower field strength than the magnetic field in the space between the initiating and the lower magnetic pole piece. so that the electron beam path can intersect the axis at a point deviating from the position at which the magnetic field in the space between the central and lower magnetic pole pieces has a maximum field strength. An improved effect can accordingly be achieved in that a larger gap is provided between the upper and middle magnetic pole pieces than between the middle and lower magnetic pole pieces. The in the F i g. 8 shows an exemplary embodiment for such an effective arrangement in which the ratio of S 1 (3 mm) / S2 (1.5 mm) has the value 2. For this arrangement there is an approximately linear relationship between DSP and (NI) K, as has already been explained. Another characteristic that cannot be overlooked is a growing divergence from the linear relationship. This increasing deviation is due to the second term in equation (I) related to the creation of the condition under which the spiral distortion becomes zero.

Selbst wenn keine spiralförmige Verzeichnung vorhanden ist. ist die Liühc für die Pryxis weniunr 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 ?.um Einsatz kommen.Even if there is no spiral distortion. is the Liühc for the Pryxis less suitable when a strong radial distortion occurs, as already explained. Only one lens, at which eliminates both radial and spiral distortions can effectively be used as Electron lens?. Come to use.

Die F i g. 8 zeigt die magnetomotorische Kraft Nl. beiThe F i g. 8 shows the magnetomotive force Nl. Bei

2ί der ΔΧ/Χ und Δ Y/Y Null werden bei unterschiedlichen Zwischenraumverhältnissen S1/52. Aus der Figur ergibt '""h. daß beide Verzeichnungen Null werden in der Nähe eines Verhältnisses S 1/52 von 3.2 und einem Wert für Nl von 1700 Amperewindungen. Andere Linsen, beispielsweise eine Zwischenlinsc erzeugt eine maximale spiralförmige Verzeichnung von angenommen plus oder minus 1% und eine maximale spiralförmige Verzeichnung von angenommen 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 ΔΧ/Χ und Δ Y/X der Projektorlinse im Bereich von minus 1% bis 1% und minus 0,2% anstelle von exakt 0 liegen.2ί of ΔΧ / Χ and Δ Y / Y zero for different space ratios S 1/52. The figure gives'"" h. that both distortions become zero in the vicinity of a ratio S 1/52 of 3.2 and a value for Nl of 1700 ampere-turns. Other lenses, such as an intermediate lens, produce a maximum spiral distortion of say plus or minus 1% and a maximum spiral distortion of say plus 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 ΔΧ / Χ and Δ 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 51/52 im Bereich von 2.7 bis 3.8 liegt. Wenn das Verhältnis 51/52 in diesem Bereich liegt, können beide Veri.eichnungsartenFIG. 8 shows that these ranges of distortion can be achieved when the ratio 51/52 is in the range from 2.7 to 3.8. If the ratio 51/52 is in this range, both types of calibration can be used

•»5 vollständig beseitigt oder nahezu zu Null gemacht werden.• »5 completely eliminated or made almost zero will.

Beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Bohrungsdurchmesser t/l, d2 und c/3 gleich. Es ist jedoch auch möglich. c/läc/2äd3 zu wählen, um die Vorteile der Erfindung zu erzielen. Derartige Kon.jinationsmöglichkeiten 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 t / l, d2 and c / 3 are the same. However, it is also possible. c / läc / 2äd3 to choose to achieve the advantages of the invention. Such conjunction possibilities make a greater contribution to this. to generate a magnetic field with a lower strength in the space between the upper and middle magnetic pole pieces than in the space between the middle and lower magnetic pole pieces, so that the electron beam path intersects the optical axis Z at a point deviating from the position at which the magnetic field in Space between the middle and the lower magnetic pole piece has a maximum field strength.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent Claims:

1. Electron lens with an upper, middle and lower. Magnetic pole piece in a yoke, which comprises two excitation coils which generate oppositely directed magnetic fields with the same coil excitation in two gaps formed between the magnetic pole pieces, characterized in that the gap width ratio (Si / S2) of the axial width (Sl) of the gap between the upper and the middle magnetic pole piece (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. '

2. Electron lens according to claim 1, characterized in that the bore diameter (rf I) of the upper magnetic pole piece (13) is greater than the Bohrungsiiürchmesser (<I2) of the mining magnetic pole piece (14) and the bore diameter (d2) of the central magnetic pole piece (14) is larger than the bore diameter (σ 3) of the lower magnetic pole piece (14).

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