DE889040C - Magnetisches Objektivsystem fuer Elektronen-Rastermikroskope - Google Patents

Magnetisches Objektivsystem fuer Elektronen-Rastermikroskope

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DE889040C
DE889040C DES3738D DES0003738D DE889040C DE 889040 C DE889040 C DE 889040C DE S3738 D DES3738 D DE S3738D DE S0003738 D DES0003738 D DE S0003738D DE 889040 C DE889040 C DE 889040C
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DE
Germany
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lens system
lens
electron
focal point
scanning electron
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Expired
Application number
DES3738D
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English (en)
Inventor
Manfred Baron Von Ardenne
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Individual
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10Lenses
    • H01J37/14Lenses magnetic
    • H01J37/141Electromagnetic lenses

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Magnetisches Objektivsystem für Elektron,en-Rast:rmi,kroslzope, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung und Formgebung der Polschuhe, daß sich außer .dem den Brennpunkt ,der Linse bildenden Überschneidungspunkt der Elektronenstrahlen ein zweiter Übersobneidungspunkt der Strahlen innerhalb .der Linse, an .der Stelle des zu vergrößernden Gegenstandes befindet.
  2. 2. Objektivsystem nach Anspruch z, gekennzeichnet durch eine .derartige Anordnung und Formgebung der Polschuhe, daß der Brenn-Punkt d@:r Linse hinter dem Objekt möglichst nahe an .der Re:gistrierebene liegt.
  3. 3. Objektiv system nach den Ansprüchen z und 2, dadurch gekennzeidhnet, daß einer der Polschuhe als Objektträger ausgebildet ist. q.. Objektivsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, .daß in dem als Objektträger .dienenden Polschub zwecks Erzielung der gewünschten Lage des Linsenbrennpunktes ein Luftspalt vorgesehen ist.
DES3738D 1938-06-01 1938-06-01 Magnetisches Objektivsystem fuer Elektronen-Rastermikroskope Expired DE889040C (de)

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DE889040C true DE889040C (de) 1953-09-07

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DE (1) DE889040C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1222179B (de) * 1960-02-22 1966-08-04 Shigeo Suzuki Elektronenmikroskop mit einer Objektivlinse

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1222179B (de) * 1960-02-22 1966-08-04 Shigeo Suzuki Elektronenmikroskop mit einer Objektivlinse

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