DE916444C

DE916444C - Arrangement to compensate for the elliptical astigmatism of electron lenses

Info

Publication number: DE916444C
Application number: DES23536A
Authority: DE
Inventors: Dr Ernst Ruska
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1951-06-16
Filing date: 1951-06-16
Publication date: 1954-08-09

Description

Anordnung zur Kompensation des elliptischen Astigmatismus von Elektronenlinsen Das Auflösungsvermögen von Elektronenmikroskopen wird bekanntlich durch Abbildungsfehler der Linsen, insbesondere des Objektivs, begrenzt. Insbesondere ergibt sich durch mangelnde Präzision bei der Herstellung der Polschuhe oder durch Inhomogenität des Materials der Polschuhe ein Astigmatismus der Linse. Dieser ist darauf zurückzuführen, daß die Linsenfelder infolge der erwähnten Fehler nicht streng rotationssymmetrisch sind. Die Schnittlinien der Äquipotentialflächen des Linsenfeldes mit den zur Strahlachse senkrechten sind aus diesem Grunde nicht genaue Kreise, können aber angenähert werden durch Ellipsen. Um diesen elliptischen Astigmatismus magnetischer Elektronenlinsen zu kompensieren, ist es bekannt, den Strahl ringförmig umgebende Korrekturkörper aus permeablem Material anzuordnen, die ein hinsichtlich der Größe und Richtung veränderbares elliptisches Zusatzfeld zum Linsenfeld zu erzeugen gestatten. Bei einer bekannten Konstruktion werden zu diesem Zweck im Bereich des zwischen den Polschuhen befindlichen Luftspaltes einer magnetischen Linse, und zwar in den Abstandstücken, die aus unmagnetischem Material bestehen, acht Eisenschrauben angeordnet, durch deren systematische Verstellung man das Linsenfeld so lange deformieren kann, bis das Elektronenbild frei von Astigmatismus ist. Infolge der Verwendung von acht unabhängig voneinander einstellbaren Korrekturschrauben ist die Beseitigung des astigmatischen Fehlers bei dieser bekannten Anordnung sehr mühevoll und zeitraubend. Die Erfindung befaßt sich mit einer Anordnung zur Kompensation des elliptischen Astigmatismus von Elektronenlinsen mit Hilfe eines den Strahl ringförmig umgebenden Korrekturkörpers, wobei dieser Korrekturkörper eine hinsichtlich Größe und Richtung veränderbares elliptisches Zusatzfeld zum Linsenfeld zu erzeugen gestattet: Erfindungsgemäß ist der Korrekturkörper zur Änderung der Stärke des Zusatzfeldes in axialer Richtung verschiebbar und zur Änderung der Richtung des Zusatzfeldes um die Linsenachse drehbar. Mit der Erfindung gelingt es somit, eine Kompensation des Astigmatismus durchzuführen, wobei nur zwei kontinuierliche Verstellbewegungen, nämlich die Verschiebbarkeit und die Drehbarkeit des Korrekturkörpers, notwendig sind. Die Einstellung des Korrekturkörpers ist somit gegenüber der bekannten Anordnung wesentlich erleichtert.Arrangement to compensate for the elliptical astigmatism of electron lenses The resolving power of electron microscopes is known to be caused by aberrations the lenses, in particular the objective, limited. In particular, results from Lack of precision in the manufacture of the pole pieces or due to inhomogeneity of the Material of the pole pieces an astigmatism of the lens. This is due to that the lens fields are not strictly rotationally symmetrical due to the errors mentioned are. The lines of intersection of the equipotential surfaces of the lens field with those to the beam axis For this reason, vertical circles are not exact circles, but can be approximated by ellipses. About that elliptical astigmatism of magnetic electron lenses To compensate, it is known to use a correction body surrounding the beam in a ring shape made of permeable material to arrange the one in terms of size and direction Allow to generate changeable elliptical additional field to the lens field. at a known construction are for this purpose in the area between the Pole pieces located air gap of a magnetic lens, namely in the spacers, which consist of non-magnetic material, eight iron screws arranged by whose systematic adjustment you can deform the lens field until the electron image is free from astigmatism. As a result of the use of eight independently mutually adjustable correction screws is the elimination of the astigmatic Errors in this known arrangement are very troublesome and time consuming. The invention deals with an arrangement for compensating for elliptical astigmatism from Electron lenses with the help of a ring that surrounds the beam Correction body, this correction body one in terms of size and direction Permitted to generate changeable elliptical additional field to the lens field: According to the invention is the correction body for changing the strength of the additional field in the axial direction displaceable and rotatable around the lens axis to change the direction of the additional field. The invention thus makes it possible to compensate for the astigmatism, with only two continuous adjustment movements, namely the displaceability and the rotatability of the correction body are necessary. The setting of the correction body is thus much easier compared to the known arrangement.

Man kann die Erfindung in verschiedener Weise bei magnetischen Polsehuhlinsen anwenden. Man kann den Korrekturkörper beispielsweise im Bereich zwischen den Polschuhen der Polschuhlinsen anordnen. Die erforderlichen Verstellbewegungen des Korrekturkörpers können mit an sich bekannten Mitteln durchgeführt werden.The invention can be applied in various ways to magnetic pole face lenses use. The correction body can be used, for example, in the area between the pole pieces the pole piece lenses. The necessary adjustment movements of the correction body can be carried out by means known per se.

Eine Möglichkeit, die Erfindung anzuwenden, besteht darin, daß man den Korrekturkörper auf der der Linse zugewendeten Seite an einer oder an zwei einander ra-dialsymmetrisch gegenüberliegenden Stellen unsymmetrisch ausbildet, beispielsweise dadurch, daß der Körper an diesen Stellen eine Aussparung bekommt. Durch eine solche Unsvmmetrie wird die gewünschte elliptische Verformung des Feldes erzwungen. Je nachdem, in welcher Entfernung sich dieser Korrekturkörper von dem wirksamen Linsenfeld befindet, ist die Stärke des durch diesen Körper hervorgerufenen elliptischen Zusatzfeldes mehr oder weniger groß. Die Richtung des Zusatzfeldes wird durch das Drehen des Korrekturkörpers kontinuierlich eingestellt. Eine besonders einfache und bei Polschuhlinsen sehr zweckdienliche Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, daß man gemäß der weiteren Erfindung den Polschuhkörper in der Form eines vom Strahl durchsetzten Rohres ausführt, das durch seine Axialverstellbarkeit in die Polschuhbohrung der zu korrigierenden Linse eingeführt werden kann. Ein Korrekturkörper, der sich durch besonders feinfühlige Regelbarken auszeichnet, ergibt sieh, wenn man bei der praktischen Ausgestaltung der Erfindung diesen Körper rotationssymmetrisch, also beispielsweise als Zylinder ring, ausbildet und diesen Ring mehrteilig macht, derart, daß die Einzelteile des Körpers zur Änderung der Stärke des Zusatzfeldes relativ zueinander in Richtung der Linsenachse verstellbar sind. Wenn man bei einer solchen Anordnung die Einzelteile des Korrekturkörpers so einstellt, daß sie zusammengenommen ein glattes, zylinderringförmiges Rohr bilden, wird von dem Korrekturkörper ein Zusatzfeld hervorgerufen, das völlig rotationssymmetrisch ist. Durch mehr oder weniger starkes Verstellen der Einzelteile dieses Körpers kann man dann die jeweils gewünschte Stärke des elliptischen Zusatzfeldes praktisch von Null aus nach aufwärts regeln. Man wird die Erfindung vorzugsweise in der Art ausführen, d.aß der mit der zu korrigierenden Linse zusammengebaute verstellbare Korrekturkörper einmalig richtig im Sinne der Kompensation des elliptischen Astigmatismus der Linse fest eingestellt wird und daß der Benutzer der Linse, die beispielsweise in ein Elektronenmikroskop eingebaut ist, an dieser Einstellung dann nichts mehr zu ändern braucht. Um eine solche einmalige Voreinstellung des Korrekturkörpers durchzuführen, wird man gemäß der weiteren Erfindung die zum Einstellen dienenden Antriebe in einem vom Linsenkörper lösbaren, einen Vakuumwandteil bildenden Halter anordnen, der seinerseits zur Halterung des Korrekturkörpers in ein Strahlrohr eingefügt werden kann, mit dem es möglich ist, die Linsenkorrektur mit Hilfe des Leuchtschirmbildes, das von einem Objekt hergestellt wird, zu kontrollieren.One way to apply the invention is that one the correction body on the side facing the lens on one or two of each other Ra-dialsymmetrically opposite points forms asymmetrically, for example in that the body gets a recess at these points. By such a The desired elliptical deformation of the field is enforced by imbalance. Ever according to the distance at which this correction body is from the effective lens field is the strength of the additional elliptical field caused by this body more or less big. The direction of the additional field is set by turning the Correction body continuously adjusted. A particularly simple one and with pole shoe lenses A very useful embodiment of the invention results from the fact that according to the further invention, the pole piece in the form of a beam penetrated by the beam Pipe executes, which through its axial adjustability in the pole shoe bore of the lens to be corrected can be inserted. A body of correction that stands out distinguishes particularly sensitive controllability, you can see if you look at the practical Embodiment of the invention this body rotationally symmetrical, so for example ring as a cylinder, forms and makes this ring in several parts, such that the items of the body to change the strength of the additional field relative to each other in the direction the lens axis are adjustable. If you look at the individual parts in such an arrangement of the correction body so that, taken together, they form a smooth, cylindrical ring-shaped Form tube, an additional field is created by the correction body that completely is rotationally symmetrical. By adjusting the individual parts to a greater or lesser extent this body can then be given the desired strength of the additional elliptical field regulate practically from zero upwards. One becomes the invention preferentially Carry out in the manner that the adjustable one assembled with the lens to be corrected Correction body uniquely correct in the sense of compensating for the elliptical astigmatism the lens is fixed and that the user of the lens, for example is built into an electron microscope, nothing more about this setting needs to change. To such a one-time presetting of the correction body carry out, one will serve for setting according to the further invention Drives in a holder which is detachable from the lens body and forms a vacuum wall part arrange, which in turn is inserted into a jet pipe to hold the correction body with which it is possible to perform lens correction with the help of the fluorescent screen, that is produced by an object.

In den Zeichnungen sind schematisch einige Ausführungsbeispiele der-Erfindung dargestellt. Fig. i zeigt einen Längsschnitt durch das Polschuhsystem eines elektromagnetischen Objektivs, das beispielsweise in einem Elektronenmikroskop eingebaut werden kann. Mit i ist der objektseitige Polschuh, mit 2 der bildseitige Polschuh bezeichnet. Zwischen den beiden Polschuhen befindet sich in an sich bekannter Weise ein Abstandring 3 aus unmagnetischem Material. Um den bei einer solchen magnetischen Linse beispielsweise durch Fabrikationsfehler des Polschuhsystems oder Inhomogenitäten des Materials bedingten elliptischen Astigmatismus zu kompensieren, ist dieser Linse ein rohrförmiger, vom Strahl durchsetzter Korrekturkörper aus permeablem Material zugeordnet. Dieser Korrekturkörper besteht aus zwei ineinandergesteckten Rohren, nämlich der drehbaren Innenhülse ,4 und der zusammen mit dieser Innenhülse axial verstellbaren Außenhülse 5. Die Innenhülse .I besitzt an ihrem oberen, der Linse zugekehrten Ende zwei einander radialsymmetrisch gegenüberliegende gleich große Schlitze 6. Mit Hilfe des Zahnrades 7, das mit einer auf der Außenhülse 5 befindlichen Verzahnung 8 zusammenarbeitet, kann der gesamte Korrekturkörper q., 5 in der Richtung der optischen Achse der Linse hin und her bewegt werden, so daß durch diese kontinuierliche Einstellbewegung sich eine Regelung hinsichtlich der Stärke des vom Korrekturkörper erzeugten elliptischen Zusatzfeldes ergibt. Zur Regelung der Richtung dieses Zusatzfeldes ist die Innenhülse q. an einem Zahnrad 9 befestigt, das mit dem Antriebsrad io zusammenarbeitet. Das Antriebsrad io wird über den Kegeltrieb i 1, 12 verstellt. Die Antriebsachsen der Treibräder 7 und i i werden in an sich bekannter Weise vakuumdicht durch die Wand des Korpuskularstrahlapparates nach außen hindurchgeführt und besitzen auf der Außenseite Handgriffe zur Einstellung des Korrekturkörpers.Some exemplary embodiments of the invention are schematically shown in the drawings shown. Fig. I shows a longitudinal section through the pole shoe system of an electromagnetic Objective that can be built into an electron microscope, for example. The object-side pole piece is denoted by i, and the pole piece on the image side is denoted by 2. A spacer ring is located between the two pole pieces in a manner known per se 3 made of non-magnetic material. To the case of such a magnetic lens, for example due to manufacturing defects in the pole shoe system or inhomogeneities in the material to compensate for elliptical astigmatism, this lens is a tubular, assigned by the beam penetrated correction body made of permeable material. This Correction body consists of two nested tubes, namely the rotatable one Inner sleeve, 4 and the outer sleeve which is axially adjustable together with this inner sleeve 5. The inner sleeve .I has two of each other at its upper end facing the lens radially symmetrically opposite slots of the same size 6. With the help of the gear wheel 7, which cooperates with a toothing 8 located on the outer sleeve 5, can the entire correction body q., 5 in the direction of the optical axis of the lens are moved back and forth, so that by this continuous adjustment movement a regulation with regard to the strength of the elliptical generated by the correction body Additional field results. The inner sleeve is used to regulate the direction of this additional field q. attached to a gear 9 which cooperates with the drive wheel io. That Drive wheel io is adjusted via bevel gear i 1, 12. The drive axles of the Drive wheels 7 and i i are vacuum-tight through the wall in a manner known per se of the corpuscular beam apparatus passed to the outside and have on the outside Handles for adjusting the correction body.

Man kann den Korrekturkörper auch mehrteilig derart ausbilden, daß sich auch eine Einstellmöglichkeit ergibt, bei der die Stärke des zusätzlichen elliptischen Feldes Null ist. Als Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 2 a und 2 b schematisch ein solcher aus permeablem Material bestehender mehrteiliger Korrekturkörper angedeutet. Der Korrekturkörper ist hier zusammengesetzt aus den Teilen 21, 22 und 23, 24, die in der aus der Figur ersichtlichen Weise einander paarweise radialsymmetrisch gegenüberliegen. Bei der in Fig. 2 a dargestellten Stellung sind die vier Teile so eingestellt, daß sich für die Gesamtwirkung nach außen hin ein zylinderringförmiger Korrekturkörper ergibt. Ein solcher Körper hat, wenn er in einer bestimmten Lage im Linsenfeld der magnetischen Linse angeordnet ist, keinerlei Wirkung im Sinne der Erzeugung eines elliptischen Zusatzfeldes. Werden nun durch geeignete, in der Figur nicht dargestellte Antriebe die Teile 23, 24 des Korrekturkörpers relativ zu den Teilen 21, 22 in der Achsrichtung kontinuierlich verschoben, so ergibt sich bei diesem Regelvorgang eine hinsichtlich der Stärke des elliptischen Zusatzfeldes kontinuierliche regelbare Anordnung.The correction body can also be designed in several parts in such a way that there is also an adjustment option in which the strength of the additional elliptical Field is zero. An exemplary embodiment for this is shown schematically in FIGS. 2a and 2b a such multi-part correction body made of permeable material is indicated. The correction body is composed here of the parts 21, 22 and 23, 24, the in the manner shown in the figure are opposite one another in pairs in a radially symmetrical manner. In the position shown in Fig. 2a, the four parts are set so that For the overall effect to the outside, a cylindrical ring-shaped correction body results. Such a body has when it is in a certain position in the lens field of the magnetic lens is arranged, no effect in terms of generating a elliptical additional field. Are now by suitable, not shown in the figure Drives the parts 23, 24 of the correction body relative to the parts 21, 22 in the Axis direction shifted continuously, this results in a continuously adjustable with regard to the strength of the elliptical additional field Arrangement.

In Fig. 3 ist schematisch eine Anordnung dargestellt, die zur einmaligen Einstellung des einer magnetischen Linse zugeordneten Korrekturkörpers Verwendung finden kann. Mit 31 ist hier die hinsichtlich des astigmatischen Fehlers zu korrigierende Linse bezeichnet, 32 ist der gemäß der Erfindung angewendete Korrekturkörper, der in axialer Richtung verstellt und außerdem um die Linsenachse gedreht werden kann. Die Einstellmittel für diesen verstellbaren Korrekturkörper 32 sind in diesem Fall in einem besonderen, vom Linsenkörper 31 lösbaren, einen Vakuumwandteil bildenden Halter 33 angeordnet. Wie die Figur erkennen läßt, bestehen diese Einstellmittel beispielsweise in einem Zahntrieb 34, der mit Hilfe des Handgriffes 35 von außen eingestellt werden kann. Beim Abbau des Linsenkörpers vom Teil 33 lösen sich die Antriebsteile 36 und 37 voneinander, so daß die einmal gewählte Einstellung des Korrekturkörpers erhalten bleibt. Mit 38 ist der Strahlerzeuger und mit 39 der Endbildtubus dieses Einstellgerätes bezeichnet. Auf dem Endbildleuchtschirm 4o kann man während der Einstellung des Korrekturkörpers die auf der Linse 31 erzeugten Bilder des Objektes 41 laufend kontrollieren und auf diese Weise die günstigste Einstellung des Korrekturkörpers finden.In Fig. 3, an arrangement is shown schematically, the one-time Adjustment of the correction body assigned to a magnetic lens Can be found. At 31 here is the one to be corrected with regard to the astigmatic error Lens, 32 is the correction body used according to the invention, the adjusted in the axial direction and can also be rotated about the lens axis. The setting means for this adjustable correction body 32 are in this case in a special, detachable from the lens body 31, forming a vacuum wall part Holder 33 arranged. As the figure shows, these adjustment means exist for example in a gear drive 34, which with the help of the handle 35 from the outside can be adjusted. When the lens body is dismantled from part 33, the Drive parts 36 and 37 from each other, so that the once selected setting of the Correction body is preserved. At 38 is the beam generator and at 39 is the end image tube this setting device called. On the end screen 4o you can during the setting of the correction body, the images of the object generated on the lens 31 41 continuously and in this way the most favorable setting of the correction body Find.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement to compensate for the elliptical astigmatism of electron lenses with the help of a correction body that surrounds the beam in a ring shape, which has an elliptical additional field that can be changed in terms of size and direction Allowed to generate lens field, characterized in that the correction body to change the strength of the additional field in the axial direction and to Change of the direction of the additional field is rotatable about the lens axis.

2. Arrangement according to claim i for magnetic pole piece lenses, characterized in that the correction body in the field of the pole piece lens, preferably in the area between the pole pieces.

3. Arrangement according to claim i or one of the following, characterized in that the correction body is on the side facing the lens is asymmetrical at one or at two opposite points, for example, in that it has a recess at these points.

4. Arrangement according to claim i or one of the following, characterized in that as a correction body a tube penetrated by the beam is used, which is axially adjustable into the pole piece bore the lens to be corrected can be inserted.

5. Arrangement according to claim i or one of the following, characterized by a multi-part correction body, its individual parts to change the strength of the additional field relative to each other in Direction of the lens axis are adjustable.

6. Device for setting the with the adjustable correction body assembled according to the lens to be corrected - Claim i or one of the following, characterized in that the for setting Serving drives are in a detachable from the lens body, a vacuum wall part forming holder are located for setting the correction body in a jet pipe can be inserted.