Anordnung zur Abbildung eines Objektes mit Hilfe eines Korpuskularstrahlapparates
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abbildung eines Objektes mit Hilfe eines
Korpuskularstrahlapparates, bei dem eine magnetische Abbildungslinse verwendet wird.
Insbesondere betrifft die Erfindung Elektronenmikroskope, die mit einer elektromagnetischen
Objektivlinse arbeiten. Erfindungsgemäß wird bei einer solchen Anordnung das Objekt
bei der Abbildung an eine Stelle des Strahlenganges gebracht, an der der Wert k2,
im folgenden Feldparameter genannt, größer als 1,5 ist. Dabei ist
In dieser Gleichung ist die
spezifische Elektronenladung, B, die maximale Induktion der Linsenfeldkurve, d die
Halbwertsbreite auf der Bildseite und U die Elektronengeschwindigkeit. Wie im folgenden
nachgewiesen wird, gelingt es bei der oben definierten Wahl der Objektlage, eine
Abbildung zu erzielen, bei der die magnetische Linse hinsichtlich der Vergrößerung,
des Öffnungsfehlers und des Farbfehlers am günstigsten ausgenutzt ist. Man wird
vorzugsweise das Objekt so legen, daß der Wert k2 in den Grenzen zwischen 1,5 und
3 liegt, da Werte für k2, die wesentlich höher als 3 sind, keine wesentliche Verbesserung
der Anordnung hinsichtlich der Vergrößerung und der Fehler mehr bringt, während
die Schwierigkeiten infolge der Notwendigkeit, die Induktion zu vergrößern, bei
größeren k2-Werten erheblich ins Gewicht fallen.Arrangement for imaging an object with the aid of a corpuscular beam apparatus The invention relates to an arrangement for imaging an object with the aid of a corpuscular beam apparatus in which a magnetic imaging lens is used. In particular, the invention relates to electron microscopes using an electromagnetic objective lens. According to the invention, in the case of such an arrangement, the object is brought to a point in the beam path during imaging at which the value k2, referred to below as the field parameter, is greater than 1.5. It is In this equation is the specific electron charge, B, the maximum induction of the lens field curve, d the half width on the image side and U the electron velocity. As will be demonstrated below, the above-defined selection of the object position makes it possible to achieve an image in which the magnetic lens is used most effectively in terms of magnification, aperture error and chromatic aberration. The object will preferably be placed in such a way that the value k2 lies within the limits between 1.5 and 3, since values for k2 which are significantly higher than 3 no longer bring any significant improvement in the arrangement in terms of magnification and errors the difficulties arising from the need to increase induction become significant at higher k2 values.
In Fig. i a und i b ist zunächst schematisch als Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Teilansicht der Objektivlinse eines Elektronenmikroskops und
die zugehörige Feldkurve (Fig.Ib) dargestellt. Mit rund 2
sind die
beiden einander gegenüberstehenden Polschuhe einer elektromagnetischen Objektivlinse
bezeichnet, die, wie aus Fig. z b ersichtlich ist, einen unsymmetrischen Verlauf
des Linsenfeldes B über der z-Achse hervorbringen. Mit 3 ist das an einer Patrone
q. befestigte, abzubildende Objekt bezeichnet. Die Patrone kann einen in der Figur
nicht näher dargestellten Antrieb besitzen, der es gestattet, die Patrone in der
Richtung der Elektronenstrahlen zu verstellen, so daß man also durch diese Verstelleinrichtung
das Objekt in den günstigsten Linsenbereich, beim Ausführungsbeispiel in den Bereich
des Feld maximums, bringen kann. Mit 5 ist das Elektronenstrahlenbündel bezeichnet,
welches das Objekt in der Richtung des Pfeiles 6 durchdringt.In Fig. I a and i b is initially a schematic embodiment
the invention is a partial view of the objective lens of an electron microscope and
the associated field curve (Fig.Ib) is shown. With around 2
are the
two opposing pole pieces of an electromagnetic objective lens
denotes which, as can be seen from Fig. z b, an asymmetrical course
of the lens field B over the z-axis. With 3 that's on a cartridge
q. attached object to be depicted. The cartridge can be one in the figure
Have not shown drive that allows the cartridge in the
To adjust the direction of the electron beams, so that one can therefore use this adjustment device
the object in the most favorable lens area, in the exemplary embodiment in the area
of the field maximum. The electron beam is denoted by 5,
which penetrates the object in the direction of arrow 6.
Die Fig. 2 bis 5 enthalten Diagramme, aus denen hervorgeht, daß die
eingangs erwähnte Objekteinstellung bei den magnetischen Linsen besonders vorteilhaft
ist. In Fig. 2 ist der erwähnte Parameter k2 und der Wert
als Funktion der Objektlage aufgetragen. Zur Vereinfachung ist als Abszisse der
Wert
aufgetragen. Dabei ist als Beispiel
gewählt, ein Verlauf, der sich dem in den wirklichen Linsen weitgehend annähert.
In Fig. 3 ist die Brechkraft (dargestellt durch
worin f die Brennweite der Linse ist) als Funktion des Parameters k2 aufgetragen.
In diesem Diagramm sind sechs verschiedene Kurven aufgezeichnet, die verschiedenen
Unsymmetriegraden q der Linsen entsprechen. Dabei ist der Unsymmetriegrad
worin dl beispielsweise in Fig. rb eingetragene Halbwertsbreite auf der _Objektseite
und d die entsprechende Halbwertsbreite auf der Bildseite ist. Die in Fig. 3 dargestellten
Kurven lassen erkennen, daß die Brechkraft der Linsen einen maximalen Wert bei k2
= 3 hat. Die Kurven lassen ferner erkennen, daß bei Werten von k2, die höher als
1,5 liegen, sich Linsen mit großer Brechkraft ergeben.FIGS. 2 to 5 contain diagrams from which it can be seen that the object setting mentioned at the beginning is particularly advantageous in the case of magnetic lenses. In Fig. 2, the mentioned parameter is k2 and the value plotted as a function of the object position. For the sake of simplicity, the abscissa is the value applied. Here is an example selected, a course that largely approximates that in real lenses. In Fig. 3 the refractive power (represented by where f is the focal length of the lens) plotted as a function of the parameter k2. Six different curves are plotted in this diagram, which correspond to different degrees of asymmetry q of the lenses. Here is the degree of asymmetry where dl, for example, in Fig. rb, is the half-width on the object side and d is the corresponding half-width on the image side. The curves shown in FIG. 3 show that the refractive power of the lenses has a maximum value at k2 = 3. The curves also show that at values of k2 which are higher than 1.5, lenses with high refractive power result.
In Fig. q. ist in Abhängigkeit von k2 die Öffnungsfehlerkonstante
ebenfalls für verschiedene Unsymmetriegrade
q dargestellt. Die Öffnungsfehlerkonstante ist definiert durch die Gleichung öö
= Cö * a 3,
worin öö die auf die Objektebene bezogene Bildunschärfe,
die durch den Öffnungsfehler verursacht wird, und a die Obj ektivapertur ist. Fig.
5 zeigt die entsprechenden Kurven für die Farbfehlerkonstante wobei CF definiert
ist durch die Formel
Hierin ist öp die auf die Objektebene bezogene Bildunschärfe, die durch eine Schwankung
d a der Beschleunigungsspannung U der Ladungsträger verursacht wird.In Fig. Q. is also the opening error constant for different degrees of asymmetry as a function of k2 q shown. The aperture error constant is defined by the equation öö = Cö * a 3, where öö is the image blurring related to the object plane, which is caused by the aperture error, and a is the lens aperture. Fig. 5 shows the corresponding curves for the chromatic aberration constant where CF is defined by the formula Here öp is the image blurring related to the object plane, which is caused by a fluctuation in the acceleration voltage U of the charge carriers.
Die Auswertung der in Fig. q. und 5 dargestellten Kurven läßt erkennen,
daß der Öffnungsfehler und der Farbfehler in den eingangs erwähnten Grenzen des
Parameters k2 günstige Werte besitzen. Der besonders für die praktische Ausgestaltung
der Erfindung in Betracht kommende Bereich zwischen k2 = 1,5
und k2 = 3 ist
in den Fig. 3 bis 5 durch Schraffierung hervorgehoben. Wie Messungen an praktisch
ausgeführten Linsen gezeigt haben, sind dabei die Abweichungen von den errechneten,
in Fig. 2 bis 5 dargestellten Werten nur geringfügig.The evaluation of the in Fig. Q. and 5 shows that the aperture error and the color error have favorable values within the limits of the parameter k2 mentioned at the beginning. The area between k2 = 1.5 and k2 = 3, which is particularly suitable for the practical embodiment of the invention, is highlighted in FIGS. 3 to 5 by hatching. As measurements on practical lenses have shown, the deviations from the calculated values shown in FIGS. 2 to 5 are only slight.