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Magnetisches Objektivsystem für Elektronen-Rastermikroskope Es. ist
bereits vorgeschlagen worden, die elektronenmikroskopische Vergrößerung von Objekten
in der Weise vorzunehmen, daß ein Elektronenstrahl von weniger als iö 3 mm Durchmesser
die Oberfläche de's zu untersuchenden Objektes abrastert und daß die dabei vom Objekt
durchgelassenen oder an ihm gestreuten bzw. sekundär ausgelösten Elektronen :dazu
benutzt werden, das elektronenoptische Bild auf einer synchron abgerasterten Fläche
entstehen zu lassen. Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Objektivsystem
von solchen Eleletronen-Rastermikroskopen, mit denen das erwähnte Abbildungsverfahren
durchgeführt `werden kann. Bei Elektronen-Rastermikroskopen ist ein um so igrößeres
Auflösungsvermögen zu erreich ,:n, je kleinere Ströme der über das abzubildende
Objekt geführten Elektronensonde genügen, um eine ausreichende Steuerung der H.elligke@itsw-erte
der einzelnen BiIdielemente zu geben. Der ,erforderliche Sondenstromwert ist daher
eine die Leistungsfähigkeit des Rastermikroskops entscheidend beeinflussende Größe.
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Bei allen Verfahren zur Aufzeichnung,des elektronenoptisch-en Bildes,
insbesondere bei der photographischen Registrierung, kommt man mit um so kleineren
Sondenströmen aus, je kleiner,der Durchmesser des Elektronenbündels `,hinter dem
Objekt an ,der Stelle ist, an der sich .die Auffangfläche des Elektronenindikators
befindet. Bei Untersuchungen ist z. B. festgestellt worden, daß der erforderliche
Sondenstrom auf den (hundertsten Teil zurückgeht, wenn sich,die Seitenlänge oder
der Durchmesserdes exponierten Flächenelementes und damit .des Elektronenbündels
in der Ebene der Auffangfläche auf den zehnten Teil verringert. Die Verringerung
der Seitenlänge des exponierten Flächenelemnentes bzw.
der Auffangfläche
:des Elektronenindikators ist dah,:r eine der wichtigsten Aufgaben im Rahmen der
Entwicklungsarbeiten am Elektronen-Rastermikroskop.
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Die Seitenlänge des exponiertenFlächenelementes hängt bei @gegebenem
Objekt und gegebener Edektronenb,sc'hwindi.gkeit, d. h. bei gegebenem Streuwinkel,
normalerweise nur von dem Abstand zwischen Objekt und Regilstrierfläche ab. Dieser
Abstand kann. aber bei Aufzeichnung mit bewegtem photographischem Material, beispielsweise
bei Aufzeichnung mit einer Registriertrommel, aus rein mechänischen Gründen nicht
beliebig klein gemacht werden. Mechanische Toleranzen beider Trommellagerung, Dickenunterschiede
der photographischen Schicht und schließlich unvermeidliche Metallstärken des Objektträgers
selbst und der ihm im Strahlengang nachgeschalteten Registrierblende wirken begrenzend.
Selbst bei .geschicktester Bauausführung gelingt es kaum, den Abstand zwischen Registrierfläc'he
und Objekt auf Werte unter 1 mm zu bringen.
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Es i'st nun bereits vorgeschlagen worden, durch eine besondere langbrennweitige
Elektronenoptik die Zusammendrängung des nach Durchtritt durch das Objekt auseinanderstrebenden
Elektronenbündels zu erzielen. Indessen ist dieser Weg bei .der Lösung der v orliegEnden
Aufgabe kaum gangbar, weil bei jener früher vorgeschlagenen Anordnung die unterschiedliche
Abbremsung der Elektronen zu kritischen Beeinflussungen des abgebildeten und aufgezeichneten
Registrierfleckes führen würde, vor allen Dingen aber, weil bei einem Abstand von
@d:er Größenordnung 1 mm keine zusätzlichen Elektronenoptiken angebracht werden
können. Selbst die kleinsten bis heute bekanntgewordenen Elektronensammellinsen
haben Linsendicken und Abmessungen von vielen Millimetern.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zeigt nun eine Möglichkeit, trotz des
aus mE:chanischen Gründen gegebenen Mindestabstandes und trotz des unvermeidli,chen
Anfangsstreuwinkels in einfacher Weise eine weitgehende Verminderung des Durchmessers
des Elektronenbündels in der Ebene der Registrierfläche zu erreichen.
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Gemäß der Erfindung wird für das magnetische 017jektivsystem eine
derartige Anordnung und Formgebung der Polschuhe angewendet, daß sich außer dem
den Brennpunkt der Linse bildenden Überschneidungspunkt der Elektronenstrahlen ein
zweiter Überschneidungspunkt der Strahlen innerhalb d:er Linse an der Stelle des
zu vergrößernden Gegenstandes befindet.
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Es ist bei magnetischen Elektronenlinsen, dlie mit einer verhältnismäßig
langen Spule arbeiten, bekannt, daß sich in einer solchen Spule mehrere hintereinanderliegende
Überschneidungspunkte der Elektronenstrahlen ergeben.
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Beider Anordnung der vorliegenden Art ist auch dann, -,nenn der den
Brennpunkt der Linse bildende Überschneidungspunkt der Elektronenstrahlen von der
Ebene der Auffangfläche noch um einen gewissen Betrag entfernt ist, wenn also infolge
der Abbildungsunschärfe Geschwindigkeitsunterschiede :der Elektronen noch ohne merklichen
Einfluß auf die Form des dann etwas unscharfen Registrierfleckes sind, eine: erhebliche
Querschnittsverringerung des Registrierfleckes, beispielsweise auf 1/2 bis % gegeben.
Hierdurch sinkt der erforderliche Sondenstrom auf den vierten Teil bzw. auf .den
zehnten Teil. Bei entsprechender Ausgestaltung eines gleichzeitig als Objektträger
benutzten Polschuhes lassen sich jedoch wesentlich stärkere Querflc'hnittsverringerungen
erreichen. Wenn die eln.lctrischen und magnetischen Daten des Gerätes festliegen,
so kann bei der Verwendung eines Objektträgerpolschuhes eine besonders wirksame
Ouerschnittsverringerung dadurch erzielt werden, daß das Streufeld in der Bohrung
des Objektträgerpolschulhes_ :durch Veränderung der Formgebung in diesem Teil, insbesondere
durch Veränderung -ein:s Luftspaltes beim Objektträgerpolschuh, verändert wird.
Hierdurch läßt sich :erreichen, -daß der Linsenbrennpunkt hinter dem Objekt ganz
oder nahezu ganz in die Ebene der Registrierfläche ;gelegt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung schematisch
darg.-stellt. Der obere Polschuh der 01)jektivspul-e ist mit 1 bezeichnet; der untere
Polschuh besteht aus einem feststehenden Teil :2 und aus einem auswechselbaren Teil
3. Zwischen beiden Polschuhen ist die Aperturblende q. angeordnet; das Objekt ist
mit 5 bezeichnet. Die Registrierung des elektronen optischen Bildes erfolgt auf
einer :mit photographischem Papier überzogenen Rcgstriertrommel, die bei 6 angedeutet
ist. Für die Elektronenstrahlen i ergibt sich nun ein erster Überschneidungspunkt
in der Ebene des Objektes 5. Die Teile a und 3 des. unteren Polschuhs sind so angeordnet
und ausgebildet, daß der Linsenbrennpunkt hinter dem Objekt, und zwar möglichst
in der Registrierebene, beispielsweise bei photographischer Registrierung in der
Ebene des photographischen Papiers liegt. Diese nochmalige Zusammen.drängung der
hinter dem Objekt divergierenden Elektronenstrahlen erklärt seich :dadurch, daß
von den Spitzen des oberen Polschuhes infolge magnetischer Sättigung des feststehenden
Teiles :2 auch noch magnetische Kraftlinien zu :dem ausw-cchselbaren Polsc@huhteiil
3 belangen, wie es in :der Figur angedeutet ist. Unterstützt wird diese Ausgestaltung
des Streufeldes durch den den magnetischen Widerstand an dieser Stelle nützlich
vergrößernden Zwischenraum ä am Objektträger, ,der ,gleichzeitig die Aufgabe hat,
die Objektschicht etwas zurückzusetzen. Bei praktisch ausgeführten Einheiten hatte
diese Vertiefung die Größe o,15 mm. Durch Bemessung dieses Zwischenraumes kann der
eigentliche Brennpunkt bei sonst konstanten Verhältnissen verlagert und z. B. in
gewünschte Ebenen verlegt werden.