DE1920941C3 - Vorrichtung zur Korrektur des Strahlenganges eines durch ein magnetisches Streufeld einer oder mehrerer magnetischer Linsen abgelenkten Elektronenstrahles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrektur des Strahlenganges eines durch ein magnetisches Streufeld einer oder mehrerer magnetischer linsen abgelenkten Elektronenstrahles mit einem ein korrigierendes Magnetfeld erzeugenden elektromagnetischen Korrektunnagnetkreis, der mit einem zum Erreger-Strom der magnetischen Linse proportionalen Erregerstrom gespeist wird.

Bei einer derartigen, aus der schweizerischen Patentschrift 2 89 525 bekannten Vorrichtung ist der das korrigierende Magnetfeld erzeugende elektromagnetische Korrektunnagnetkreis außerhalb der Eisenkapselung der magnetischen Linse in Form von Gegenamperewindungen vorgesehen. Innerhalb der Eisenkapselung befindet sich die Hauptwicklung, welche zur Erzeugung des Feldes in der Achse der magnetischen Linse dient Da der durch die Eisenkapselung gebildete magnetische Kreis und die Spalte dieses magnetischen Kreises sowohl der Hauptwicklung als auch den den Korrekturmagnetkreis bildenden Gegenamperewindungen gemeinsam sind, kann nur in Abhängigkeit von der Stärke des Streufeldes eine ausreichende Korrekturwirkung des Korrekturmagnetkreises erzielt werden.

Aus der »Zeitschrift für Instrumentenkunde« 75. Jahrg. 1967, Heft 11. Seiten 341-451, insbesondere Sehe 345, Bild 6, ist ein Streufeldkompensator bekannt, der eine transversale Feldkomponente, die dem Objektivstreufeld proportional ist, erzeugt und durch welche eine durch das Streufeld hervorgerufene Ablenkung kompensiert wird. Außerdem sind die Polschuhe des Streufeldkompensators quer zur optischen Achse verschiebbar. Da bei diesem Streufeldkompensator (iie Korrekturwirkung in Abhängigkeit vom Streufeld erfolgt, ergibt sich eine Korrektur mx dann,

ία wenn das Streufeld an der Stelle, an der der Kompensator angeordnet ist genügend stark ist Bleibt die Streufeldstärke unter einem bestimmten Wert, ist der Kompensator nicht wirksam. Dieser Fall kann häufig auftreten, da der Kompensator zwangsläufig in einem bestimmten Abstand von der Linse, welche das Streufeld hervorruft angeordnet ist und die Intensität des Streufeldes mit dem Abstand von der Linse stark abnimmt Insofern läßt sich auch bei diesem bekannten Streufeldkompensator unabhängig von der Stärke des Streufeldes keine ausreichende Korrekturwirkung erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Korrektur des Strahlenganges eines durch ein magnetisches Streufeld einer oder mehrerer magnetischer Linsen abgelenkten Elektronenstrahles der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Korrektur des Stishlenganges unabhängig von der Feldstärke des Streufeldes am Ort des Korrekturmagnetkreises erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das korrigierende Magnetfeld aus der magnetomotorischen Kraft zwischen zwei Punkten auf einem einen Teil des Korrekturmagnetkreises darstellenden Joch gebildetisL

Der Korrekturmagnetkreis kann im Vergleich zum Magnetkreis der magnetischen Linse klein bemessen sein und aus demselben oder einem ähnlichen Werkstoff wie dieser bestehen. Außerdem kaoadas korrigierende Magnetfeld längs oder quer zur optischen Achse ausgerichtet sein. Ferner können zwei gegeneinander verschiebbare Polstücke an die beiden Punkte des einen Teil des Korrekturmagnetkreises bildenden Joches magnetisch angeschlossen sein. Schließlich kann der Korrekturmagnetkreis koaxial zur Magnetlinse ausgerichtet sein und eine ferromagnetische Platte aufweisen, die mit einem Teilstück des einen Teil des Korrekturmagnetkreises bildenden Joches in gleitender Verbindung steht und mit einem anderen Teilstück des Joches

so einen Spalt bilden, in welchem das korrigierende Magnetfeld erscheint

Vorteilhaft ist abgesehen von den durch die Lösung der Aufgabe erzielten Vorteile, bei der Erfindung noch, daß die Vorrichtung zur Korrektur des Strahlengangs zwischen der Objektivlinse und der Kondensorlinse in der Objektkammer eines Elektronenmikroskops angeordnet werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Elektronenmikroskops mit einer KöffektüfVöfrichtUfig,

F i g. 2 einen Querschnitt in vergrößerter Darstellung durch ein Ausführungsbeispiel,
F i g. 3 eine Schnittdarstellung der wichtigsten Teile

e>3 des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 2,

Fig.4 die Magnetfeldverteilung in der Nähe der Polstücke der Anordnung in F i g. 3,
F i g. 5 bis 8 weitere Ausführungsbeispiele.

Wie Fig, 1 zu entnehmen, ist in einer Säule t eine Kammer 2 vorgesehen, in der efae EIektronenstrahlkanone 3 und eine Anode 4 angeordnet sind, Pie Säule 1 enthält femer ein Kondensorlinsensystem 5, eine Objektkammer 6 mit einem Objekt 7, eine Objektivlinse 8, eine Zwischenlinse 9, eine Projektorlinse 10 und eine Betrachtungskammer Il zusammen mit einem Fenster 12 zum Betrachten und einem fluoreszierenden Schirm 13, Ein Korrekturglied 14 ist innerhalb der Objektkammer 6 angeordnet und dient zur Korrektur eines Elektronenstrahles 15, der durch die verschiedenen StrenflQsse innerhalb der Objektkammer 6 abgelenkt wird.

F i g. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Elektronenstrahl, dem Korrekturglied, der Objektivlinse — diese hat einen Einfluß auf die Korrektur des durch den Streufluß abgelenkten FJektronenstrahles — und der Elektror.enstrahlquelle. Die Objektivlinse 8 ist mit einem oberen Polstück 16t einem unteren Polstück 17, einem Joch 18 und einer Spule 19 versehen. Der die Linse 8 erregende Strom wird von einer elektrischen Stromquelle 20 über einen Stromregelkreis 21 zugeführt, wobei dieser Strom proportional dem das Korrekturglied 14 erregenden Strom ist Dies bedeutet, daß der an das Korrekturgüed. 14 angelegte Erregerstrom sich entsprechend den Änderungen des an die Objektivlinse angelegten Erregerstromes ändert

Nachfolgend sei angenommen, daß die magnetische Flußdichte B des Joches 18 der Darstellung in Fig.2 entspricht Jedes statische magnetische Potential von konzentrischen Kreisen KuK₂, Ks... K_n die jeweils die gleichen Abstände Kt, haben, ergibt sich aus der nachstehenden vom Potential k\ gemessen werden.

B B

0, K₂ = — 2 ft, K_n = — (η - 1) h

In der vorstehenden Formel bezeichnet μ die Permeabilität des Joches.

Das magnetische Streufeld kann somit entsprechend der Verteilung der magnetischen Potentiale längs der äußeren Oberfläche der Objektivlinse bestimmt werden. Im allgemeinen ist die magnetische Flußdichte B proportional dem Lmseiterregerstrom /. Da aber

bekanntlich H=- ist und sich / mit B ändert, sind

Hystereseverluste im Hmbfick auf Bund /immer direkt abhängig von H Dies bedeutet, daß unterschiedliche magnetische Feldstärken entern konstanten Wert B entsprechen, d.h. die magnetische Feldstärke //ändert sich entsprechend dem Werkstoff, der den magnetischen Kreis bildet und/oder in Abhängigkeit von der Änderung der magnetischen Flußdtchte B, die proportional mit dem Anstieg des Ltnsenerregerstromes wächst Die räumliche Verteilung der magnetischen Feldstärke und die Anordnung der magnetischen Kraftlinien des magnetischen Streufeldes werden einfach durch die magnetische Feldstärke bestimmt Dies bedeutet, daß die Intensität und Stärke des w asymmetrischen Magnetfeldes, welches durch den Streufluß bewirkt wird, proportional der magnetischen Feldstärke H ist Der Elektronenstrahl 15 wir deshalb proportional zu dieser magnetischen Feldstärke abgelenkt.

Bei der Darstellung in F i g. 2 sei angenommen, daß der Elektronenstrahl 15 gegenüber einer strichpunktierten Linie 22 abgelenkt wird Der durch das magnetische Streufeld abgelenkte Strahl wird durch das Korrekturglied 14 korrigiert

Wie Fig,3 zu entnehmen, ist ein kleiner magnetischer Kreis 14» vorgesehen, der verhältnismäßig klein — z, B. '/5 bis Vw — im Vergleich zu der Größe der Objektivlinse ist Der Kreis 14s ist, wie in Fig,3 im einzelnen dargestellt, innerhalb des Korrekturgliedes 14 angeordnet Wie Fig.3 ferner zu entnehmen, ist ein Joch 23, ein Spalt 24 und eine Spule 25 vorgesehen. Das Joch 23 hat eine konstante magnetische Flußdichte B und jeder der konzentrischen Kreise Q, C% C%.,. C„ hat ein konstantes statisches magnetisches Potential. Es wird dafür gesorgt, daß ein diesem Kreis zugeführter Erregerstrom sich entsprechend den Änderungen des Stromes, der der Objektivlinse zugeführt wird, ändert Der kleine Magnetkreis ist aus einem Werkstoff hergestellt, der dem Werkstoff der Objektivlinse ähnlich ist Der Magnetkreis der Objektivlinse -8 und der des Kreises 14a, der den Zustand vollständiger Entmagnetisierung erhält, werden gleichzeitig durch die elektrische Stromquelle gemäß Fig.2 erregt !,Ui die magnetische Feldstärke H, die der magnetischen Ffcßdichte B des Objektivlinsenjoches entspricht, gleich der magnetischen Feldstärke H des kleinen Magnetkreises zu machen, werden die magnetischen Flußdichten beider Kreise entsprechend eingestellt Dies wird durch eine Einsteilung des Proportionalitätsfaktors des Stromes und des Spaltes 24 des kleinen magnetischen Kreises 14a erreicht Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 wird eine Anordnung von magnetischen Kraftlinien mit derselben Intensität wie der des von der Objektivlinse ausgehenden magnetischen Streufeldes erzeugt, und zwar in der Nähe des kleinen magnetischen Kreises. Die magnetischen Potentialdifferenzen an jedem der Punkte Q bis C_a auf der Oberfläche des kleinen magnetischen Kreises ändern sich entsprechend der magnetischen Feldstärke //der Objektivlinse.

Wenn andererseits die den Magnetfluß leitenden Teile 26a und 266 mit den beiden Punkten Q ynd Cu (siehe Fig.3) auf dem kleinen magnetischen Kreis 14a und den magnetischen Polstücken 27a und 276 jeweils verbunden werden, so wird das statische magnetische Potential zwischen C₃ und CU an die oberen und unteren Polstücke 27a und 276 angelegt Die Intensität des ablenkenden magnetischen Feldes zwischen den oberen und unteren Polstücken ist deshalb der magnetischen Potentialdifferenz zwischen C₃ und Ch proportional Die vorgenannte magnetische Potentialdifferenz ist proportional der Stärke und Intensität des magnetischen Streufeldes, welches von der Oberfläche des kleinen magnetischen Kreises ausgeht Die Intensität des magnetischen Streufeldes koinzidiert mit der Intensität des magnetischen Streufeldes, welches von der Oberfläche der Objektivlinse ausgeht Deshalb ist die Intensität des ablenkenden magnetischen Feldes proportional der intensität des magnetischen Streufeldes, welches von der Oberfläche der Objektivlinse ausgeht

Um das Autmaß der Exzentrizität zwischen defi oberen und unteren Polstücken 27a und 276 js nach Bedarf zu ändern, ist das unter Polstück 276 mit dem Teil 266 beweglich verbunden.

Nachstehend wird die Beziehung zwischen der Polstückexzentrizität und der Ablenkungskomponente des Magnetfeldes beschrieben.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 4a ist die Verteilung des Magnetfeldes in bezug auf die zentrale Achse beider Polstücke symmetrisch, d. h. die Polstücke sind konzen-

frisch. Es bildet sich deshalb ein Magnetfeld, das zu vorgenannten Achse konzentrisch ist und eine einzige Komponente B₁ besitzt und der in Achslängsrichtung gerichtete Elektronenstrahl verläuft geradlinig. Im Gegensatz hierzu ist bei der Anordnung gemäß F i g. 4b wegen der exzentrischen Anordnung der Polstücke eine Ablenkungskomponente Bp vorhanden, deren Kraft durch das Ausmaß der Exzentrizität bestimmt ist sowie durch Einflüsse der Stärke des Magnetfeldes, der Spaltgröße usw. Die Komponente Bo ist rechtwinkelig zu der genannten Achse gerichtet, was eine asymmetrische Verteilung des Magnetfeldes und eine Ablenkung des Elektronenstrahles zur Folge hat. Die Elektronenstrahlablenkung, die auf den Streufluß zurückzuführen ist, der von den verschiedenen Linsen des Elektronenmikroskops ausgeht, wird ständig durch die ablenkende Komponente Bp korrigiert.

Das Ausmaß yrui die Richtung der Exzentrizität können derart eingestellt werden, daß der Elektronenstrahl genau auf den Mittelpunkt der Oberfläche des Objektes gerichtet ist. Hierzu sind nicht dargestellt geeignete Vorrichtungen vorgesehen, die mit dem unterten Polstück 27b verbunden sind. Es sei angenommen, daß diese Einstellung mit einem Versuch erzielt werden kann. Bq ändert sich sodann proportional, denn der dem kleinen Magnetkreis zugeführte Erregerstrom ist proportional der Änderung des Stromes der Objektivlinse. Der Elektronenstrahl wird deshalb ständig durch die ablenkende Komponente Bd korrigiert und ist somit ständig auf den Mittelpunkt der Objektfläche gerichtet.

In Fig.5 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des kleinen magnetischen Kreises 14a dargestellt, der sich in seiner Ausbildung von der Objektivlinse unterscheidet Hierbei sind zwei Spulen 29a, 29b um ein Joch 28 mit einem Spalt 30 gewickelt, zwischen denen ein äußeres Magnetfeld hergestellt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Werkstoff für das einen Magnetkreis bildendes Joch 28 und der an beide Magnetkreise angelegte Erregerstrom dieselben wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Durch eine geeignete Änderung des Spaltes 30 wird eine magnetomotorische Kraft entsprechend der Stärke des magnetischen Streufeldes der Objektivlinse erzeugt, die ständig an den Spalt zwischen den oberen und unteren Polstücken 27a und 27b angelegt werden kann. Es wird somit dasselbe Ergebnis erzielt wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 6 wird ein Korrekturglied 14 (ein kleiner Magnetkreis in sich selbst) in eine Objektivkammer 31 rechtwinkelig zur zentralen Achse eingesetzt Das Korrekturglied 14 besteht aus demselben oder einem ähnlichen Material wie die Objektivlinse und weist ein Joch 33 mit aufgewickelter Erregerspule 32 sowie einen äußeren Zylinder 34 auf. Das loch 33 und der Zylinder 34 sind relativ verschieblich und gleitend angeordnet Es ist somit möglich, den Abstand eines Spaltes 35 zwischen der Oberseite des Joches 33 und dem Boden des äußeren Zylinders 34, d. h_ dem Korrekturglied 14, einzustellen. Der äußere Zylinder 34 kann gegenüber der Objektkammer 31 verschoben werden bzw. in dieselbe hineingeschoben werden. Die Intensität des ablenkenden magnetischen Feldes (kompensierende Komponente) kann durch Änderung eines Abslandes 1 eingestellt werden, der durch die länge des in die Objektkammer 31 hineinragenden Teiles des Zylinders 34 bestimmt ist (siehe Fig.6). Somit dient das magnetische Streufeld (ablenkendes magnetisches Feld), welches von dem Korrekturglied 14 ausgeht, zur Korrektur der Elektronenstrahlablenkung. Damit die Stärke und Intensität des magnetischen Streufeldes, welches von der äußeren

-> Oberfläche des äußeren Zylinders 34 ausgeht, sich proportional zur Magnetfeldstärke der Objektivlinse ändert, wird der Spalt 35 eingestellt und/oder es wir die Dicke eines jeden Teiles, welches den äußeren Zylinder 34 bildet, entsprechend gewählt Zur Einstellung der

ίο Elektronenstrahlablenkung muß das Korrekturglied (kleiner Magnetkreis) um die optische Achse drehbar sein. Wahlweise können jedoch auch mehrere Korrekturglieder vorgesehen sein. In diesem Fall wird der abgelenkte Elektronenstrahl durch das resultierende

ι--, Magnetfeld korrigiert, welches durch die magnetischen Streufelder, die von jedem Korrekturglied ausgehen, gebildet wird.

Ποβ in Pier 7 Harorpctplttf* KnrrpktiircrUpri Kt hptnn-

ders vorteilhaft und weist einen kleinen magnetischen

μ Kreis 14a auf, sowie ferner eine ferromagnetische Platte 36, ein nicht magnetisches Gehäuse 37 und Einstellstangen 38a und 3Sb. Der kleine magnetische Kreis 14a weist ein Joch 39 mit aufgewickelter Spule 41 auf, sowie ein zylindrisches Joch 40, welches teilweise das Joch 30

j-, und die Spule umgibt Der kleine magnetische Kreis 14a ist so ausgebildet, daß die in dem nichtmagnetischen. Gehäus' 37 angeordneten Teile über die Einstellstange 38a oder 38/> verschoben werden können, die gegen einen Flansch 43 angedrückt wird Es ist somit möglich,

in die Achse der Öffnung des Joches 39 in beiden Richtungen zu verschieben, so daß eine Exzentrizität zwischen dieser Achse und der Achse der Öffnung der ferromagnetischen Platte 36 erzeugt wird. Da die magnetomotorische Kraft zwischen A und B an den Spalt zwischen der ferromagnetischen Platte 36 und dem oberen Teil des Joches 44, welches den anderen Magnetpol bildet, angelegt wird, wird das Korrekturglied in der Objektkammer derart angeordnet, daß die Achse der ferromagnetischen Platte 36 imt der Achse der Kondensor- oder Objektivlinse zusammenfällt

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiei besteht der kleine magnetische Kreis aus demselben oder einem ähnlichen Werkstoff wie die Objektivlinse. Die Platte zwischen A und B ist wesentlich dünner als der andere Teil des Joches 39. Durch ein Verschieben des zylindrischen Joches 40 wird der Spalt 42 so eingestellt, daß die magnetischen Flußdichten des kleinen Kreises und der Objektivlinse koinzidieren. Die magnetomotorische Kraft zwischen A und B, die an den Spalt zwischen der fen-omagnet'.rchen Platte 36 und dem oberen Teil (Magnetpol) des Joches 44 angelegt ist, ist immer konstant, denn die genannte ferromagnetische Platte hat eine ausreichende Dicke. Um einen magnetischen Widerstand zu vermeiden, ist der Flansch 43 fest mit der magnetischen Platte 36 verbunden. Die an den Spalt angelegte magnetomotorische Kraft ist deshalb gleich der Stärke des magnetischen Streufeldes, welches von der Objektivlinsenoberfläche ausgeht, und proportional zur Intensität des ablenkenden magnetischen Feldes in der Objektkammer. Durch eine Betätigung der Einstellstangen 38a und 38i> kann somit in gewünschter Weise der abgelenkte Elektronenstrahl korrigiert werden.
Fig.8 zeigt eine Doppelanordsnung des in Fig.7

dargestellten AusfühningsbeispieL Hierbei besieht das Korrekturglied aus zwei kleinen magnetischen Kreisen 14a und t4b mit zwei Jochen 39a und 39f>, zwei zylindrischen Jochen 40a und 406 und zwei Spulen 41a

7 8

und 416, zwei ferromagnetischen Platten 36a und 366 ist. Bei einer Ablenkung des Elektronenstrahles durch und vier Einstellstangen 38a, 386, 38c, 38c/ Die kleinen das magnetische Streufeld, welches von den verschiedemagnetischen Kreise 14a und 146 können relativ nen Linsen ausgeht, ist es somit möglich, eine zueinander gleitend verschoben werden. Eines der vollständige Korrektur zu erreichen, indem jedes beiden Korrekturglieder ist der Objektivlinse zugeord- 5 Korrekturglied entsprechend gegenüber den ihnen net, während das andere Ende der Kondensorlinse, der zugeordneten Linsen eingestellt wird.
Zwischenlinse und/oder der Projektorlinse zugeordnet

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen §

Claims (5)

1. Patentansprüche;

   U Vorrichtung zwr Korrektur des Strahlenganges eines durch ein magnetisches Streufeld einer oder mehrerer magnetischer Linsen abgelenkten Elektronenstrahles mit einem ein korrigierendes Magnetfeld erzeugenden elektromagnetischen Korrekturmagnetkreis, der mit einem zum Erregerstrom der magnetischen linse proportionalen Erregerstrom gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß das korrigierende Magnetfeld aus der magnetomotorischen Kraft zwischen zwei Punkten auf einem einen Teil des Korrekturmagnetkreises (i4a) darstellenden Joch (23,28,33,39) gebildet ist
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrektunnagnetkreis (14aJ im Vergleich zum Magnetkreis der magnetischen linsen klein bemessen ist und aus demselben oder einem ähnlichen Werkstoff wie dieser besteht.
3. 3. Vorrie&tung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das korrigierende Magnetfeld längs oder quer (Fig.6) zur optischen Achse ausgerichtet ist. — — _ .
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegeneinander verschiebbare Polstücke (27a, 27b) an die beiden Punkte des einen Teil des Korrekturmagnetkreises (Ma^ bildenden Joches (23, 28) magnetisch angeschlossen sind (F ig. 3,5).
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrektunnagnetkreis (14J koaxial zur Magnetlinse ausgerichtet ist und eine ferromagnetische Platte (36) aufweist; die mit einem Teilstück des einen Teil des Kocrdcturmagnetkreises bildenden Joches (39) in gleitender Verbindung steht und mit einem anderen Teilstück (44) des Joches (39) einen Spalt bildet, in welchem das korrigierende Magnetfeld erscheint (F i g. 7,8).