DE857992C

DE857992C - Magnetlinsensystem mit mindestens drei im Strahlengang hintereinander liegenden Linsenspalten

Info

Publication number: DE857992C
Application number: DEP12133A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr-Ing Ruska
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1956-01-12

Description

Magnetlinsensystem mit mindestens drei im Strahlengang hintereinander liegenden Linsenspalten

Bei elektronenoptischen Geräten, beispielsweise

Elektronenmikroskopen, ist es bekannt, mehrere,

beispielsweise zwei oder drei Abbildungslinsen ari-

zuwenden. Wenn es sich dabei um Magnetlinsen

handelt, wird bei den bekannten Anordnungen die

I.insenbrechkraft vorzugsweise zwischen Polschuh-

systeinen dadurch erzeugt, claß für jedes Polschuh-

system, (i. h. für jede linse ein besonderer Er-

regermagnet angewendet wird. Dieser Erreger-

magnet kann entweder ein Elektromagnet oder ein

in geeigneter Form aufgebautes Permanentmagnet-

systern sein. Maßgeblich für die Brechkraft der

Linse ist im Falle der elektromagnetischen Aus-

führung die Zahl der Erregeramperev-indungen des

Elektromagneten und im Falle der permanent-

magnetischen Ausführung die magnetische Span-

timig des der Linse zugeordneten Permanent-

nIagnetsystenis. Macht man nun dieVoraussetzung,

daß beispielsweise bei einem dreistufigen Elek-

tronenmikroskop an jedem der drei Linsenspalte

eine bestimmte magnetische Spannung herrschen

s(>11, so mußte man bisher für jede dieser Linsen

diese magnetische Spannung entweder in Form

von Erregeramperewindungen oder durch einen

Permanentmagneten zur Verfügung stellen.

Die Erfindung betrifft ein Magnetlinsensystem

mit mindestens drei im Strahlengang hinterein-

ander liegenden Linsenspalten für elektronen-

optische Geräte, insbesondere Elektronenmikro-

skope. bei dem es möglich ist, den Aufwand für

die Erregung der Linsen gegenüber den bekannten

Anordnungen erheblich herabzusetzen. Das wird

erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein für alle

Linsen gemeinsames Erregermagnetsystem ange-

«-endet wird, dessen 'Magnetkreis durch Verwen-

<lung von zu den Polschuhen führenden Joch-

stücken so gestaltet ist, daß an jeder einzelnen Linse die volle magnetische Spannung des Erregermagnetsystems liegt. Die einzelnen Linsenspalte sind also beim Erfindungsgegenstand zu der für die Erregung vorgesehenen magnetischen Spannungsduelle parallel geschaltet, so daß beispielsweise eine einzige Erregerspule bzw. ein einziges beispielsweise stabförmiges Permanentmagnetsvstem ausreicht, um an jeder Abbildungslinse des drei- oder mehrstufigen Systems die volle magnetische Spannung zur Verfügung zu haben.

lfan kommt zu einer besonders gedrungenen und räumlich einfachen Konstruktion, wenn inan gemäß der weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zur Erregungdes jochmagnetsystems einen oder mehrere parallel zur Strahlachse liegende Elektromagnete oder Permanentmagnete verwendet. Diese Erregermagnete können mit Vorteil so bemessen Werden, daß sie länger sind als der Abstand der Außenkanten der zu den äußersten Linsen gehörigen 1'olscliuhe. Der Magnetfluß wird dann von dem einen Pol des Erregermagneten aus durch ein abgekröpftes Magnetjoch jeweils zii einem nach beiden Seiten wirkenden Polschuh geführt, und von diesem aus gelangt ein Teilfluß durch die äußere 1_inse und ein vorzugsweise ebenes Jochstück zum arideren Pol, während ein paralleler Teilfluß durch die mittlere Linse und ein zweites abgekröpftes Magnetjoch ebenfalls zu dem zuletzt erwähnten zweiten Pol gelangt.
Eine für den Zusammenbau mit den übrigen Teilen des Korpuskularstrahlapparates besonders geeignete Form ergibt sich dann, wenn die beiden am Anfang und Ende des Gesamtlinsensystems liegenden Polschuhe tellerförmige Jochstücke besitzen, mit deren Randbereich jeweils ein Pol des oder der lrregermagliete verbunden ist. Am Randbereich <lieser Teller liegt dann jeweils ein Pol des oder der Erregermagnete an. Bei der Erfindung kann man mit Vorteil zwei oder vier sich insbesondere paarweise gegenüberliegende Elektromagnete anwenden, deren Eisenkerne mit dem einen Pol an dem einen und mit dem anderen Pol an dem -zweiten Jochteller anliegen. Die gekröpften Jochstücke, die je einem der beiden nach zwei Seiten wirkenden Polschuhe zugeordnet sind, verbinden diese Polschuhe dann beispielsweise je mit zwei einander diagonal gegenüberliegenden Stellen der Jochteller, so daß die gekröpften Joche einander kettengliedartig umschließen. Diese räumliche Anordnung ergibt besonders günstige Streuverhältnisse.
Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale ergeben sich aus den in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die Fig. i zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht ein Erregermagnetsystein für eine Abbildungslinsenanordnung, bei der im Strahlengang hintereinander drei Linsenspalte vorgesehen sind. Es kann sich hier beispielsweise um Linsen der üblichen Polschuhbauart handeln, und das ganze Linsensystem kann beispielsweise für ein dreistufiges Elektronenmikroskop Anwendung finden. Der Jochteller i bildet den einen Polschuh der oberen Linse. Dem Spalt dieser Linse ist ein ringförmiger Teil 2 aus unmagnetischem Material zugeordnet. Der zweite Polschuh 3 der oberen Linse bildet gleichzeitig mit seinem unteren Ende den oberen Polschuh der mittleren Linse. Hieran schließt sich nach unten ein ringförmiges Stück 4 aus unmagnetischem Material an, das dem Linsenspalt der mittleren Linse zugeordnet ist. Darauf folgt ein nach zwei Seiten wirkender Polschuh 5, der nach der oberen Seite hin den unteren Polschuh der mittleren Linse und nach der unteren ' Seite hin den oberen Polschuh der unteren Linse bildet. Der unteren Linse ist der Ring 6 aus unmagnetischem :Material zugeordnet, und den unteren Polschuh dieser linse bildet schließlich ein Jochteller 7, der genauso aufgebaut ist wie der Teller i.
Zur Erregung der drei .insen dienen die beiden Elektromagnete R und o, deren Eisenkerne io bzw. i i mit der Nordpolseite am Rand des Tellers i und mit der Südpolseite am Rand des Tellers 2 anliegen. Um die Parallelschaltung der drei Linsenspalte zu diesen magnetischen Spannungsduellen zu erzielen, sind die beiden Joche 12, 13 vorgesehen, die in der aus der Figur ersichtlichen «eise gekröpft und sich kettengliedartig umfassend räumlich so angeordnet sind, daß die Streuung zwischen diesen Jochen, «-elche die Verbindungen von den Tellern i und 7 zu den Polschuheil 3 und 5 bilden, möglichst klein wird. An Stelle der in der Figur dargestellten Elektromagneterregung kann auch eine Erregung mit einem oder mehreren Permanentmagnetstäben treten, bei denen die Stabachsen, ähnlich wie die Eisenkerne io und ii der abgebildeten Elektroinagneten, parallel zur Strahlachse liegen und mit ihren Enden den Rand der Teller i bzw. 7 berühren.
Bei dem in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Polschuhe zusammen finit den urimagnetischen Zwischenringen die Vakuumwand der Röhre im Bereich des -1_insensystems. Man kann die Konstruktion auch so wählen, Jdaß die Vakuum-Nvand durch rohrförmige, abwechselnd aus magnetischem und urimagnetischem Material bestehende Teile gebildet wird, die ihrerseits die eigentlichen besonders einsetzbaren Polschuhe bz«-. Polschuhsysteme tragen.
Uni ein gutes Evakuieren sicherzustellen, kann man zwischen den beiden äußeren Polschuhtellern einen oder mehrere besondere rohrförmige Pumpkanäle einbauen, die parallel zu dem vom Strahl durchsetzten Teil des Magnetlinsensystems liegen.
Im Falle der elektromagnetischen Ausführungsform kann man eine Regelung der Linsenbrechkraft des Systems in an sich bekannter Weise dadurch bewirken, daß der Erregerstrom in den Wicklungen 8 und 9 geändert wird. Bei Ausführung mit Permanentmagnetsystem können an sich bekannte mechanische Regelanordnungen treten, die es gestatten, den Magnetfluß in geeigneter Weise zu verändern.

Solche mechanischen Regelanordnungen können im wesentlichen darin bestehen, daß zum Magnetkreis gehörige Weicheisenteile zwecks Änderung

des Durchflußquerschnitte:s verstellt werden. Ordnet

cnan solche Verstelleinrichtungen einem bestimmten

Linsenspalt zu, so ergibt sich infolge der Parallel-

schaltung der übrigen Linsenspalte gleichzeitig auch

eine Änderung an den übrigen Linsen. bei Anwen-

dung von stabförmigen Permanentmagneten ergibt

sich eine neuartige und sehr einfache Regelmöglich-

keit gemäß der weiteren Ausgestaltung des Erfin-

dungsgedankens dadurch, daß der '\2agnetstab, von

dem aus die magnetische Spannung dem Linsenspalt

zugeführt wird, an der Seite des einen Pols durch

einen etwa genauso langen Weicheisenstab ver-

längert ist, und daß der Gesamtstab in seinen Hal-

tern in der Achsrichtung des Stabes verschiebbar

ist. Für eine solche Regelung ist in der Fig. 2 sche-

matisch ein .Ausführungsbeispiel der Erfindung

dargestellt. Mit 2 1 und 22 sind hier die beiden End-

teller des Gesamtlinsensvstems bezeichnet, das in

seinen nicht dargestellten Teilen ähnlich aufgebaut

sein kann wie das der Fig. i. Zur Erregung des

Systems dient ein Permanenttnagnetstab 25, an des-

sen Nordpolseite ein Weicheisenstab 26 gleicher

Länge angesetzt ist. Das Stabwstem 25, 26 ist in

den Tellern an den Stellen 23 und 2¢ in der Stab-

richtung verschiebbar gehaltert. Je nach der Ein-

stellung dieses Stabes kann die magnetische Span-

nung der (.insenanordnung verändert werden.

Claims

PATEN TANSPRGCHE:

t. 1lagnetlitisensystem mit mindestens drei im Strahlengang hintereinander liegenden Lin- senspalten für elektronenoptische Geräte, insbe- sondere Elektronenmikroskope, gekennzeichnet durch ein für alle Linsen gemeinsames Erreger- rnagnetsystem, dessen @lagnetkreis durch Ver- wendung von zu den Polschuhen führenden Jochstücken so gestaltet ist, daß an jeder einzel- nen linse die volle magnetische Spannung liegt. 2. NIagnetlinsensystem nach Anspruch r, da- durch gekennzeichnet, daß zur Erregung ein oder mehrere parallel zur Strahlachse liegende Elektromagnete oder Permanentmagnete ange- ordnet sind. 3. 1lagnetlinsensystem nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, ,daß die Länge der Erregermagnete größer ist als der Abstand der Außenkanten der zu den äußersten Linsen gehörenden Polschuhe. q. \lagnetlinsensystem nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß von (lern einen Pol des Erregermagneten aus durch

ein abgekrö pftes Magnetjoch jeweils zu einem nach beiden Seiten wirkenden Polschuh geführt wird und daß von diesem aus ein Teilfluß durch die äußere Linse und ein ebenes Jochstuck zum anderen Pol gelangt, während ein paralleler Teilfluß durch die mittlere Linse und ein zwei- tes abgekröpftes Magnetjoch ebenfalls zu dem zuletzt erwähnten zweiten Pol gelangt. 5. Magnetlinsensystem nach Anspruch 3, da- durch gekennzeichnet, daß die beiden am An- fang und Ende des Gesamtlinsensy stems liegen- den Polschuhe tellerförmige Jochstücke besitzen, mit deren Randbereich jeweils ein Pol des oder der Erregermagnete verbunden ist. 6. Magnetlinsensystem nach Anspruch 5, ge- kennzeichnet durch die Amvendung von zwei oder vier sich insbesondere paarweise gegen- überliegenden Elektromagneten, deren Eisen- kerne mit dem einen Pol an dem einen und mit dem anderen Pol an dem zweiten Jochteller an- liegen. 7. 1Magnetlinsensystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch zwei gekröpfte Jochstücke, die je einem der beiden nach beiden Seiten wirkenden Polschuhe zuge- ordnet sind und die diese Polschuhe je mit zwei einander diagonal gegenüberliegenden Stellen der Jochteller verbinden, wobei die gekröpften Jochstücke einander kettengliedartig um- schließen. B. Magnetlinsensystem nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe zusammen mit den Linsen- spalten zugeordneten unmagnetischen Ringen die Vakuumwand im Bereich des Linsensvstems bilden. (g. Magnetlinsensystem nach Anspruch 8, da- durch gekennzeichnet, daß die Vakuumwand durch rohrförmige, abwechselnd aus magneti- schem und unmagnetischem Material bestehende Teile gebildet wird, die ihrerseits die eigent- lichen Polschuhe tragen. io. Anordnung zur Regelung niagnetostati- scher Linsen, insbesondere nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeich- iiet, daß ein stabförmiger Permanentmagnet, von dem aus die magnetische Spannung dem Linsenspalt zugeführt wird, an der Seite des einen Poles durch einen etwa genauso langen Weicheisenstab verlängert ist und daß der Ge- samtstab in seinen Haltern in der Achsrichtung de: Stabes verschiebbar ist.