DE2311578A1 - PERMANENT MAGNET LENS SYSTEM - Google Patents

Description

Permanentmagnet - LinsensystemPermanent magnet lens system

Die Erfindung betrifft ein Magnetlinsensystem für einen Ladungsträgerstrahl, insbesondere für einen Elektronenstrahl in einem Elektronenmikroskop, wobei das magnetische Feld des Linsensystems von permanenten Magneten erzeugt wird.The invention relates to a magnetic lens system for a charge carrier beam, in particular for an electron beam in an electron microscope, the magnetic field of the Lens system is generated by permanent magnets.

In der Technik der elektronenoptischen Abbildungseinrichtungen ist es zur Ermittlung der Eigenschaften der Linsensysteme, die in diesen Einrichtungen, beispielsweise in einem Elektronenmikroskop, verwendet werden, üblich, analog zu den lichtoptischen Abbildungseinrichtungen mehrere spezifische Linsenfehler zu unterscheiden, die die Auflösung der Linsensysteme oder der in Frage stehenden Linsen beeinflussen. Zu diesen Linsenfehlern zählen u. a. die Linsenfehler, die als chromatische Aberration bei Vergrößerung und Bildverzerrung bezeichnet werden. In the technology of electron-optical imaging devices, in order to determine the properties of the lens systems that are used in these devices, for example in an electron microscope, it is common to differentiate between several specific lens defects, analogous to the light-optical imaging devices, which affect the resolution of the lens system or the one in question affect standing lenses. These lens defects include lens defects known as chromatic aberration in magnification and image distortion.

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Seit einigen Jahrζebneten bemüht aan sich bei der Entwicklung von -Elektronenmikroskopen, die genannten Linsenfehler bei Magnetlinsensystemen und - linsen zu bekämpfen. Dabei war immer der Ausgangspunkt, das man c~.~ chromate r.chen Aberration bei Vergrößerung, die bei übliche¹"., ιό thtic:'/?;--tidjc v,t :lschen Linsenfeldern auftritt, '■;-: durch entgegen wi:. i:en karui. dass der Fokus einer Magnetlinse ·--oiu ziert wird.. Da <\or Foku.s solch einer Linse in erster Näherung uc^ekehrt pi-otortiü^ol zu dem IntegralyB dz ist, wobei -Έ - die raagneciscöe Induktion auf der Achse des Linsenfeldes ist, entlang der ζ als unabhängige ^: Variable gewählt ist, isu klar, ah'iu bisher auf ve.:■·: .-hiectene Weisen gesucht worden ist, die:.e !u^neticclie Induktion zu beeinflussen und ihr einen mögliclir-> !großen Vr ;, zxx g^bo^.For several years now, aan has been trying to combat the lens defects mentioned in magnetic lens systems and lenses in the development of electron microscopes. The starting point was always that one c ~. ~ Chromate r.chen aberration at magnification, which occurs with the usual ¹ "., Ιό thtic: '/?; - tidjc v, t: clear lens fields,'■; -: by opposing wi :. i: en karui. that the focus of a magnetic lens is --oiu .. Since <\ or Foku.s such a lens in a first approximation uc ^ e reverses pi-otortiü ^ ol to the integralyB dz, where -Έ - is the Raagneciscöe induction on the axis of the lens field, along which ζ ^{is chosen as an independent:} variable, it is clear that ah'iu has hitherto been searched for in ve .: ■ ·:. -hiectene ways that: .e ! u ^ neticclie to influence induction and ye a possible->! large Vr ;, zxx g ^ bo ^.

Der oben erwähnte Ausgangspunkt d; ?·.■ -^voLl.raiig d;:.- Wertet'· der magnetischen Induktion, B hο r; "^l- " :.^.;r :ju ?,r.Jlü rr-ijiirn Konstruktionen von Penaari.er₁L;a''':.i-et'-L;:-::.i-:erin;,':-_;te;.ⁱ._l.;.i ^efü.Mrl;, die auch die Anwendung von Per-iuvrgh:;k.:.; /.oL-e:; _;-C-^:;,:..,m2eii.;¹ii_Let nind, welche mit Magnetfluss-Leitupgskr·-·' , ·,-; l. ;:,us&iß:üj.enwirkei:, in denen ■ an der Stelle eines geeignet ■E.uap.ivbiideten Luftspaltes magnetische Linsenfelder mit einem verhältoisaiassig großen Induduktionswert liegen.The above-mentioned starting point d; ? ·. ■ - ^ full. raiig d;: .- Values' · the magnetic induction, B hο r; " ^l- ":. ^ .; r: ju ?, r.Jlü rr-ijiirn constructions by Penaari.er ₁ L; a ''':.i-et'-L;: - ::. i-: erin ;, ': - _; te ;. ⁱ . _l .;. i ^ efü.Mrl; which is also the application of per- iuvrgh:; k.:.; /.oL-e :; _; ^-C-: ;,: .., m2eii .; ¹ ii _L et nind, which with magnetic flux Leitupgskr · - · ', ·, -; l. ;:, us & iß: üj.enffektei:, in which ■ at the location of a suitable ■ E.uap.iv formed air gap there are magnetic lens fields with a relatively large induction value.

Einerseits konnte für diesen Zweck in vorteilhafter Weise von permanen-tjmagnetisierbaren Materialien mit einem hohen Energieprodukt für die Magneten Gebrauch gemacht werden, andererseits hat es sich jedoch gezeigt, dass ec eine Grenze für die Vergrößerung der magnetischen Induktion ß bei einer bestimmten, erwünschten Anordnung und für die Erzielung von der richtigen Abmessung an dem Permanentmagnet-Linsensystem bzw» aer Permanentmagnetlinse gibt, die durch dao Auftreten einer magnetischen Sättigung in den FlusR-Leitungsiireieer: gesetzt wird. On the one hand, permanent magnetizable materials with a high energy product for the magnets could advantageously be used for this purpose; the achievement of the correct dimensions on the permanent magnet lens system or the permanent magnet lens, which is placed in the flux conduction device by the occurrence of a magnetic saturation .

Eine Betrachtung solch eines Magnetlinsensystems mit einem oder mehrerer^ Permanentmagneten und einem Flu^-L§iJ;uiigskreis leiirt,A consideration of such a magnetic lens system with one or more permanent magnets and a fluid circle leads to

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dass bei einer bestimmten, erwünschten !Form dieses Linsensystems und bei gewünschten Werten der magnetischen Induktion B in den betreffenden Linsenfeldern eine Zahl von Amperewindungen errechnet werden kann, die diesem System äquivalent ist. Diese Zahl von Amperewindungen bestimmt wiederum die Abmessungen und, wenn man in der Wahl der Abmessungen frei ist, die Wahl des Materials für den Permanentmagneten. Beispielsweise wurden Magnetlinsen der oben beschriebenen Art verwirklicht, deren Amperewindungszahl zwischen 1000 und 3000 liegt, und bei denen Permanentmagnete mit einer Länge von 5 bis 10 cm erforderlich waren, die unter dem Namen "Ticonal" oder "Alnico" hergestellt werden oder aue anderen an sich bekannten Materialien bestehen können.that with a certain, desired! shape of this lens system and at desired values of the magnetic induction B in the lens fields concerned, a number of ampere-turns which is equivalent to this system can be calculated. This determines the number of ampere-turns turn the dimensions and, if one puts in the choice of dimensions is free to choose the material for the permanent magnet. For example, magnetic lenses have become those described above Realized type whose number of amperes is between 1000 and 3000, and where permanent magnets with a Length of 5 to 10 cm were required under the name "Ticonal" or "Alnico" or others known materials can exist.

Diese bekannten Magnetlxnsensysteme bzw. Linsen haben ein großes Volumen und ein großes Gewicht, da verhältnismässig große Permanentmagneten für sie erforderlich sind und dabei der korrekten Dimensionierung der zugehörigen Magnetfluss-Leitungskreise eine gewisse untere Grenze eingehalten werden muss, um eine unerwünschte magnetische Sättigung zu verhindern. In diesem Zusammenhang kann gesagt werden, dass Gewichte von einigen Kilogramm pro Linse keinerwegs ungewöhnlich sind.These known magnetic lens systems or lenses have a large volume and weight, since relatively large permanent magnets are required for them and thereby the correct dimensioning of the associated magnetic flux line circuits a certain lower limit must be adhered to in order to prevent undesired magnetic saturation. In this context it can be said that weights of a few kilograms per lens are by no means unusual.

Ein allgemeiner Überblück über den Stand der Technik bei Magnetlinsensystemen bzw. Linsen ist zu finden in: "Focussing of charged particles", C. Pert and P. Durandeau, Part I, 1967» Publishers A. Septier, Academic Press, New York, London.A general overview of the state of the art at Magnetic lens systems or lenses can be found in: "Focussing of charged particles", C. Pert and P. Durandeau, Part I, 1967 »Publishers A. Septier, Academic Press, New York, London.

Ein anderer Versuch zur Vermeidung der chromatischen Aberration bei Vergrößerung in Magnetlinsensystemen und zur Vergrößerung der magnetischen Induktion B,der in der Eegel zusammen mit den oben erwähnten Maßnahmen unternommen wird, besteht analog zu dem Vorgehen bei achromatischen Systemen bei Lichtoptik-Abbildungseinrichtungen in der Anordnung vonAnother attempt to avoid chromatic aberration in magnification in magnetic lens systems and in magnification the magnetic induction B, which in the Eegel is composed is undertaken with the above-mentioned measures, is analogous to the procedure for achromatic systems Light optic imaging devices in the arrangement of

e'lektronenoptisclfäquivalenten, achromatischen Magnetlinsensystemen, d.h. in der Verwendung eines elektronenoptischen Äquivalentes des bekannten Ramsden-Okulars, bei dem der Fokus der einen Linse im Zentrum der anderen Linse liegt.electron optic equivalent, achromatic magnetic lens systems, i.e. in the use of an electron-optical equivalent of the well-known Ramsden eyepiece in which the focus one lens is in the center of the other lens.

Ein Magnetlinsensystem dieser Art ist bekannt aus.: |A magnetic lens system of this type is known from: |

"Proceedings of the fourth international conference on ' electromicroscopy", Berlin 1958» Seiten 53 bis 57» insbesondere H. Kimura und Y. Kikuchi: "Permanent magnet lens systems and their characteristics". In diesem Linsensystem werden die Werte der magnetischen Induktion in den Linsenfeldern um ein erhebliches Maß durch Permanentmagnete, die in axialer Richtung i bezüglich dem Elektronenstrahl magnetisiert sind, über Fluß-"Proceedings of the fourth international conference on ' electromicroscopy ", Berlin 1958" pages 53 to 57 "in particular H. Kimura and Y. Kikuchi: "Permanent magnet lens systems and their characteristics ". In this lens system the values of the magnetic induction in the lens fields are considerably increased Measure through permanent magnets, which are magnetized in the axial direction i with respect to the electron beam, via flux

Leitungskreise vergrößert, die mit einem mittigen Polteil und zwei Luftspalten versehen sind, die mit Hilfe von Polschuhen gebildet werden und in der Nachbarschaft die Linsenfelder lokalisiert sind.Line circles enlarged, which are provided with a central pole piece and two air gaps, which are made with the help of pole pieces are formed and the lens fields are localized in the vicinity.

In dieser Veröffentlichung wird die Möglichkeit der Reduktion des Fokus dieses sogenannten Doppelspaltlinse durch Verkleinern des Durchmessers der Linse und der Dicke des mittigen Polteiles erwähnt, es wird jedoch auch die Gefahr der magnetischen Sättigung in diesem Polabschnitt betont^wenn seine , Dicke reduziert wird. 'In this publication the possibility of reducing the focus of this so-called double slit lens by zooming out is discussed the diameter of the lens and the thickness of the central pole piece are mentioned, but there is also the risk of magnetic Saturation in this pole section emphasized ^ if its, Thickness is reduced. '

Alle oben erwähnten Magnetlinsensysteme bzw. Linsen sind durch : verhältnismässig komplizierte Fluss-Leitungskreise mit ' Permanentmagneten gekennzeichnet, wobei die Maßnahmen zur Ver- j minderung oder Neutralisierung der chromatischen Aberration bei Vergrößerung im wesentlichen von der gleichen Art sind.All magnetic lens systems or lenses mentioned above are characterized by: relatively complicated flux line circles marked with 'permanent magnets, the measures for ver j reduction or neutralization of chromatic aberration at magnification are essentially of the same type.

Immer wieder ist der Ausgangspunkt der, dass die magnetische Induktion in dem Linsenfeld möglich groß gemacht wird, das in der Nähe von Luftspalten der Fluss-Leitungskreise liegt, wobei zu diesem Zweck bei diesen an sich bekannten LinsensystemenAgain and again, the starting point is that the magnetic induction in the lens field is made possible, which is in the vicinity of air gaps in the flux conduction circles, with these lens systems known per se for this purpose

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ein großes Volumen magnetisiert werden sollte. Dies führt bekanntlich zu einer Situation, bei der praktisch die gesamte magnetische Energie in die Streufelder fliesst, so dass wieder permanentmagnetische Materialien gewählt werden müssen, deren Produkt von magntischer Induktion B und magnetischer Feldstärke H für das jeweilige Linsensystem einen maximalen Wert hat, um das Linsensystem mit einem möglichst großen Gewinn einsetzen zu können.a large volume should be magnetized. As is well known, this leads to a situation in which practically the entire magnetic energy flows into the stray fields, so that permanent magnetic materials have to be chosen again, whose product of magnetic induction B and magnetic field strength H for the respective lens system has a maximum Has value in order to be able to use the lens system with the greatest possible profit.

Außer den Nachteilen die bei bekannten Linsensystemen be-' züglich Volumen und Gewicht auftreten, gibt es den weiteren : Nachteil, dass beim Zusammenbau immer Maßnahmen erforderlich j sind, um die magnetischen Streuflüsse an diesen Systemen ein- ; zuschränken und um zu erreichen, dass in dem gesamten Magnetvolumen eine gleichförmige Induktion vorherrscht.In addition to the disadvantages involved in known lens systems' In addition to volume and weight, there is another: Disadvantage that measures are always required during assembly j are to enter the magnetic flux leakage on these systems; restrict and to achieve that in the entire magnet volume uniform induction prevails.

Es steht fest, dass eine Magnetlinse eine Drehung oderIt is clear that a magnetic lens has a rotation or

Rotation auf ein Bild eines Objektes ausübt, das durch den j Elektronenstrahl dargestellt wird. Wenn an den Elektronen des ! Strahles, die in die Linse unter verschiedenen Einfallswinkeln j eintreten, eine nicht-isotrope Drehung erzeugt wird, tritt '. ein Phänomen auf, das als anisotrope Bildverzerrung oder *Sⁿ-Verzerrung bezeichnet wird und unter die oben erwähnten Linsenfelder fällt.Applying rotation to an image of an object represented by the j electron beam. When the electrons of the! Ray entering the lens at different angles of incidence j, a non-isotropic rotation is generated 'occurs'. exhibits a phenomenon called anisotropic image distortion or * S ⁿ distortion, which falls under the lens fields mentioned above.

bebe

Maßnahmen zur Verhinderung dieser Bildrotation /stehen in dem Aufbau von Systemen von Linsen, von denen jede Linse in der oben beschriebenen Art ausgeführt ist, wobei jede linse jedesmal eine Drehung in der entgegengesetzten Richtung erzeugt. Offenbar führen diese Systeme ebenfalls zu Konstruktionen, die ein großes Gewicht und ein großes Volumen erfordern, wenn nicht vollkommen neue Wege gesucht werden.Measures to prevent this image rotation / are in the Construction of systems of lenses, each lens being implemented in the manner described above, each lens producing a rotation in the opposite direction each time. Apparently, these systems also lead to constructions that require a large weight and a large volume, if completely new ways are not sought.

Die Erfindung geht davon aus, dass die Wege, die bisher zur Bekämpfung oder Neutralisierung der genannten Linsenfehler jn The invention is based on the assumption that the ways that have hitherto been used to combat or neutralize the aforementioned lens errors jn

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Magnetlinsensystemen und Linsen beschritten wurden, immer dazu geführt haben, dass weitreichende Maßnahmen zur Verbesserung bestehender Linsensysteme und Linsen getroffen wurden, die im wesentlichen ein und dasselbe Ziel hatten, und dass ein vollständig neuer Weg zu einem außerordentlich einfachen und kompakten Linsensystem führt, bei dem die erwähnten Linsenfehler gleichzeitig neutralisiert werden.Magnetic lens systems and lenses have always led to far-reaching measures for improvement existing lens systems and lenses were taken that had essentially one and the same goal, and that one completely new way leads to an extremely simple and compact lens system, in which the mentioned lens defects be neutralized at the same time.

Erfindungsgemäss ist ein Magnetlinsensystem der oben genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass zwei dünne, kleine Scheiben- ! magneten, die mit kleinen öffnungen versehen und axial in ent- ; gegengesetzten Richtungen magnetisiert sind, gerade zu einem ! elektronenoptischen, achromatischen, r.otationsfreien und ver- \ zerrungsfreien System zusammengefasst werden, das Linsenfelder ! auf einer Entfernung bildet, die praktisch gleich dem Durchmesser der kleinen öffnungen ist.
iAccording to the invention, a magnetic lens system of the type mentioned above is characterized in that two thin, small disk! magnets, which are provided with small openings and axially in dis-; opposite directions are magnetized, straight to one! electron optical achromatic, r.otationsfreien and comparable \ distortion-free system are combined, the lens fields! forms at a distance practically equal to the diameter of the small openings.
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j Durch die Erfindung wird ein erstaunlich kleines und leichtesj The invention makes an astonishingly small and light one

Permanentmagnet-Linsensystem ohne Linsenfehler für ein j Elektronenmikroskop geschaffen, das ein Volumen von nur einigenPermanent magnet lens system without lens defects created for an electron microscope that has a volume of only a few

j Kubikzentimeter und ein Gewicht von einigen Gramm hat.j is cubic centimeters and weighs a few grams.

In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass die Anwendung von Ringen, die axial in entgegengesetzten Eichtungen permanentj magnetisiert sind, um einen Elektronenstrahl in sogenannten j Wanderwellenröhren oder Laufzeitröhren zu beeinflussen, an sich j bekannt ist. Diese Anwendung findet jedoch zu einem anderen Zweck statt, das heißt, um den Elektronenfluss in solch einer ! Bohre parallel zu halten. Ferner ist die für diesen Zweck übliche Anwendung von einer Reihe dieser Ringe entlang der Röhre eine Lösung, die nur bis zu einem gewissen Maß (die etwas gröberen elektronenoptischen Eigenschaften werden"in Kauf genommen) annehmbar ist. Diese Lösung betrifft nur das wesentlich^ Problem der Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes, welches tatsächlich in diesen Röhren erwünscht ist. Es ist ersichtlich,In this context it should be noted that the use of rings which are axially permanent in opposite directions are magnetized in order to influence an electron beam in so-called traveling wave tubes or time-of-flight tubes, per se j is known. However, this application takes place for a different purpose, that is to say to the flow of electrons in such a ! Keep drilling parallel. Furthermore, the usual application for this purpose is a number of these rings along the Tube a solution that can only be used to a certain extent (the somewhat coarser electron-optical properties are "accepted") is acceptable. This solution concerns only the essential problem of generating a homogeneous magnetic field, which is actually desired in these tubes. It can be seen

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dass die in diesem Fall angewendete Reihe von Ringen nicht die oben erwähnte elektronenoptische Linsenwirkung hat.that the series of rings used in this case does not have the electron optical lensing effect mentioned above.

In einem Ausführungsbeipiel der Erfindung sind die Scheibenmagneten, deren Durchmesser beispielsweise etwa 20 mm beträgt, !durch Einsetzen eines Eisenplättchens in einer sehr kompakten ! Weise zusammengefasst, während weitere zwei Eisenplättchen, die ! jeweils auf den Seiten der Scheibenmagneten angeordnet sind, die von den Plättchen entfernt liegen, das System vervollständigen, j das sodann in einem Halter oder einem Sockel befestigbar ist.In one embodiment of the invention, the disc magnets, whose diameter is about 20 mm, for example, by inserting an iron plate in a very compact one ! Way, while another two iron platelets that ! are arranged on the sides of the disc magnets that are remote from the platelets, complete the system, j which can then be fastened in a holder or a base.

' Auf diese Weise wird der Abstand zwischen den Magneten, der im j Hinblick auf die gewünschte Linsenwirkung erforderlich ist,festgelegt, während die Plättchen gleichzeitig in vorteilhafter Weise mögliche magnetische Unregelmässigkeiten neutralisieren.'In this way, the distance between the magnets that is in the j is required with regard to the desired lens effect, while the platelets at the same time advantageously neutralize possible magnetic irregularities.

j In vorteilhafter Weise besitzen die kleinen.'Scheibenmagneten j jeweils eine Öffnung, deren Durchmesser kleiner als der vierte I Teil des Außendurchmessers bzw. der kleinsten Außenabmessung ι des kleinen Scheibenmagneten ist.j Advantageously, the small disk magnets j each has an opening whose diameter is smaller than the fourth I part of the outer diameter or the smallest outer dimension ι of the small disc magnet.

Ferner kann der Durchmesser der Öffnung maximal gleich oder praktisch gleich der Dicke des kleinen Scheibenmagneten sein.Furthermore, the diameter of the opening can be at most equal or practically equal to the thickness of the small disc magnet.

Die kleinen Öffnungen in den kleinen Scheibenmagneten des erfindungsgemässen Linsensystems sorgen dafür, dass das Feld in diesen kleinen Scheibenmagneten praktisch gleich der Koerzitivkraft und in viel geringerem Maße von dem Energieprodukt bestimmt ist.The small openings in the small disc magnets of the inventive Lens system ensure that the field in these small disc magnets is practically the same as the Coercive force and, to a much lesser extent, the energy product.

In vorteilhafter Weise können die kleinen Scheibenmagneten aus einem Material mit einer hohen Koerzitivkraft, beispielsjweise aus Verbindungen oder !legierungen von Kobalt mit seltenen i Erden oder Platin, hergestellt werden. Ferner kann die Koerzitivf ; kraft in vorteilhafter Weise größer als 1 400 Oersted sein.The small disc magnets can advantageously made of a material with a high coercive force, for example from compounds or alloys of cobalt with rare earths or platinum. Furthermore, the coercive f ; force advantageously greater than 1,400 Oersteds.

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Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, dass das erfindungsgemässe Linsensystem einen festen Fokus hat. Um die Vergrößerung steuern zu können, ist es daher erforderlich, dass das Linsensystem in einer axialen Richtung beweglich in einem Elektronenmikroskop angeordnet ist.The preceding description shows that the lens system according to the invention has a fixed focus. To the To control magnification, it is therefore necessary that the lens system is movable in an axial direction in one Electron microscope is arranged.

Obwohl die Stärke des Magnetlinsensystems daher durch die Konstruktion bestimmt ist, kann die Gesamtvergrößerung kontinuierlich dadurch variiert werden, dass eines oder mehrere ■ solcher Linsensysteme in axialer Richtung verschoben werden. Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemässe Linsensystem durch seine große Einfachheit und geringe Größe besonders geeignet.Therefore, although the strength of the magnetic lens system is determined by the design, the overall magnification may be varied continuously in that one or more ■ such lens systems are shifted in the axial direction. For this purpose, the lens system according to the invention is through its great simplicity and small size particularly suitable.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Linsensysteme leicht ausgewechselt werden können.Another advantage of the invention is that the lens systems can be easily replaced.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the invention will now be based on the enclosed Drawings described. Show it:

Pig. 1 einen Querschnitt durch ein Magnetlinsensystem mit einem permanenten Magneten, das in bekannterPig. 1 shows a cross section through a magnetic lens system with a permanent magnet, which is known in FIG

Weise aufgebaut ist;
Fig. 2 ein bekanntes Linsensystem mit zwei Seheiben-magneten, die zur Einstellung des Fokus gegeneinander beweglichWay is constructed;
Fig. 2 shows a known lens system with two Seheiben magnets, which can be moved against each other to adjust the focus

sind und große Öffnungen haben; Fig. 3 den Strahlengang in einem lichtoptischen Linsen- · system von dem Ramsden-Typ, wobei das Verhältnis x praktisch gleich dem Verhältnis x1 ist;are and have large openings; Fig. 3 shows the beam path in a light-optical lens · system of the Ramsden type, the ratio x being practically equal to the ratio x1;

y yi ^! y yi ^!

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des er- ' findungsgemässen Linsensystems, bei dem zum Zwecke ; der Darstellung sowohl die Proportionen als auch die Abmessungen nicht maßstabgerecht gezeichnet sind;Fig. 4 is a section through an embodiment of the ' lens system according to the invention, in which for the purpose; the representation both the proportions and the Dimensions are not drawn to scale;

Fig. 5 den Strahlengang in dem erfindungsgemässen Linsensystem, wobei das Verhältnis χ genau wie bei dem Ramsden-System praktisch gleich xi5 shows the beam path in the lens system according to the invention, where the ratio χ, just like in the Ramsden system, is practically equal to xi

eine weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsge- ί 3098 38/09 49a further embodiment of the invention ί 3098 38/09 49

massen Linsensystems, bei dem die Plättchen mit Flanschen verseilen sind; undmass lens system in which the platelets with Are stranding flanges; and

Pig. 7 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemässes Linsensystem, das in axialer Richtung in einem Führungsteil verschiebbar ist.Pig. 7 shows a plan view of a lens system according to the invention; which is displaceable in the axial direction in a guide part.

In Fig. 1 ist ein Magnetlinsensystem gezeigt, das in an sich j bekannter Weise aufgeb-aut ist. Ein Magnetfluss-Leitungskreis, der aus den Teilen 1 und 2 gebildet ist, führt das von dem Permanentmagneten 3 ausgehende Feld zu den Luftspalten 4 und 5· In der Nähe dieser Luftspalte 4 und 5 liegen die Linsenfelder, die einen entlang der Achse ζ eintretenden Elektronenstrahl fokussieren. Das in Fig. 1 abgebildete System zeigt eine der unzähligen, bekannten Permanentmagnetlinsen nur im prinzipeilen Aufbau. Solch eine Linse hat in Wirklichkeit einen ! viel komplizierteren Aufbau. Dies trifft nicht nur auf die Magnetfluss-Leitungskreise sondern auch auf die Stelle und die ^; Form der Permanentmagnete zu, die im Hinblick auf d^e Ein- | dämmung magnetischer Streufelder gewählt werden. In diesem Zu- ι sammenhang wird auf die obigen Ausführungen zu den Streufeldern ^: verwiesen.1 shows a magnetic lens system which is constructed in a manner known per se. A magnetic flux conduction circuit, which is formed from parts 1 and 2, guides the field emanating from the permanent magnet 3 to the air gaps 4 and 5 focus. The system shown in Fig. 1 shows one of the innumerable, known permanent magnet lenses only in the basic structure. Such a lens actually has one! much more complicated structure. This applies not only to the magnetic flux conduction circuits but also to the location and the ^; Shape of the permanent magnets, which in view of the input | insulation of magnetic stray fields can be selected. In this connection ι connexion is made to the above statements regarding the stray ^fields: refer.

In Fig. 4- ist das erfindungsgemässe Linsensystem dargestellt, das in einem Halter oder einem Sockel 6 gehalten ist. Das System¹ enthält zwei axial in entgegengesetzten Richtungen magnetisierte, dünne, kleine Scheibenmagneten 9, die mit kleinen öffnungen 0 versehen sind. Zwischen diesen kleinen Scheibenmagneten 9 ist ein kleines Abstandsstück 8, beispielsweise aus Eisen eingesetzt, das ebenfalls mit einer Paßöffnung für den Elektronenstrahl versehen ist und den Abstand zwischen den kleinen Scheibenmagneten bestimmt, der für eine erwünschte Linsenwirkung erforderlich ist. Zwei weitere Eisenplättchen 7 mit Paßöffnungen die jeweils jedesmal auf "den Seiten der kleinen Scheibenmagneten 9 vorgesehen sind, die von dem kleinen Abstandstück 8 abgewandt sind, vervollständigen das System, das in dem Halter 6In Fig. 4- the lens system according to the invention is shown, which is held in a holder or a base 6. The system ¹ contains two thin, small disc magnets 9 which are axially magnetized in opposite directions and which are provided with small openings 0. Between these small disc magnets 9 a small spacer 8, for example made of iron, is inserted, which is also provided with a fitting opening for the electron beam and determines the distance between the small disc magnets, which is required for a desired lens effect. Two further iron plates 7 with fitting openings which are each provided on the sides of the small disc magnets 9 facing away from the small spacer 8 complete the system that is in the holder 6

festigt ist. is consolidated.

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- ίο -- ίο -

Es hat sich gezeigt, dass die bisher verhältnismässig geringe Streuung des Systems noch weiter dadurch reduziert werden kann, dass die äußeren Durchmesser der Eisenplättchen 7 und 8 etwas kleiner als der Außendurchmesser der kleinen Scheibenmagneten 9 gewählt wird. Dadurch wurde eine bestimmte Anordnung eines Linsensystems, das aus den gleichen kleinen Scheibenmagneten besteht, für eine um 20% höhere Spannung geeignet gemacht, was eine um 10% höhere magnetische Feldstärke H in dem Magnetmaterial bedeutet.It has been shown that so far this is proportionate This reduces the low scatter of the system even further it can be that the outer diameter of the iron plates 7 and 8 is somewhat smaller than the outer diameter of the small ones Disc magnet 9 is selected. This created a certain arrangement of a lens system that consists of the same small disc magnets, made suitable for a 20% higher voltage, which is a 10% higher magnetic Means field strength H in the magnetic material.

Um das Linsensystem in diesem Fall in den Halter 6 zu beifestigen, werden drei Zentrierringe 10 vorgesehen.In order to fix the lens system in the holder 6 in this case, three centering rings 10 are provided.

!Es ist zu beachten, dass zur besseren Darstellung Fig. 2 j nicht im Maßstab gezeichnet ist, wobei der Durchmesser der !kleinen Öffnungen 0 relativ zu groß gezeichnet ist. i! It should be noted that, for better illustration, Fig. 2j is not drawn to scale, the diameter of the ! small openings 0 is drawn relatively too large. i

IAuf die beschriebene Weise wurden Linsensysteme verwirklicht, deren Öffnungen 0 kleiner als der vierte Teil des Außendurchmessers oder der kleinsten Außenabmessung der entsprechenden, kleinen Scheibenmagneten und maximal gleich oder praktisch !gleich deren Dicke sind. Diese Systeme haben entsprechend ι eine geringe Streuung.Lens systems were implemented in the manner described, whose openings 0 smaller than the fourth part of the outer diameter or the smallest outer dimension of the corresponding, small disc magnets and at most the same or practically! the same thickness. These systems have accordingly ι a small spread.

j Wenn magnetische Materialien mit keinen übermässig großen jKoerzitivkräften verwendet werden, können vorteilhafterweise j die Endplättchen 7 mit Flanschen U versehen sein (Fig. 6). |In speziellen Fällen trifft das auch auf das Plättchen 8 zu.j When magnetic materials with no excessively large j Coercive forces can be used advantageously j the end plate 7 be provided with flanges U (Fig. 6). | In special cases this also applies to tile 8.

iln Fig. 7 ist das erfindungsgemässe Linsensystem axial-verschieblich in einem Führungsteil 11 gezeigt, wie durch die jPfeile angedeutet ist. Die Verschiebung kann über eine Zahnstange 12 und ein Ritzel 15 erfolgen, das von einem Motor j 14 angetrieben wird. Der Führungsteil 11 ist selbst in demIn FIG. 7, the lens system according to the invention is axially displaceable shown in a guide part 11, as indicated by the arrows. The shift can be done via a rack 12 and a pinion 15, which is driven by a motor j 14. The guide part 11 is itself in the

!zu evakuierenden Raum eines Elektronenmikroskops angeordnet.Arranged to be evacuated space of an electron microscope.

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-ΛΛ - j -ΛΛ - j

Zusammenfassend ist zu bemerken, dass es das erste Mal möglich ist, ein Ramsden-Linsensystem mit so kleinen Abmessungen zusammen zu setzen, wie durch die Erfindung angegeben wird. Ferner werden in vorteilhafter Weise neue Wege beispielsweise für das Zusammensetzen von Gruppen von Linsensystemen geöffnet, die in einem Rewolverkopf untergebracht sind. Auch können sogenannte Zoom-Linsen gebaut werden, die aus, lichtioptischen Systemen bekannt sind.In summary, it should be noted that for the first time it is possible to use a Ramsden lens system with such small dimensions put together as indicated by the invention. Furthermore, new paths are advantageously used, for example opened for the assembly of groups of lens systems, which are housed in a revolver head. Even so-called zoom lenses can be built, which are made of light optic Systems are known.

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Claims (1)

- 12 Patentansprüche - 12 claims 1.)Magnetlinsensystem für einen Ladungsträgerstrahl, insbesondere für einen Elektronenstrahl in einem Elektronenmikroskop, wobei das Magnetfeld des Linsensystems von
Permanentmagneten' erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass zwei dünne, kleine Scheibenmagneten (9)» die mit
kleinen Öffnungen (0) versehen und axial in entgegengesetzten Eichtungen magnetisiert sind, gerade zu einem ₍ elektronenoptischen, achromatischen, rotationsfreien und
verzerrungsfreien System vereint sind, das Linsenfelder
auf einer Entfernung bildet, die praktisch gleich dem
Durchmesser der kleinen Öffnungen (0) ist. ,1.) Magnetic lens system for a charge carrier beam, in particular for an electron beam in an electron microscope, the magnetic field of the lens system of
Permanent magnets' is generated, characterized in that
that two thin, small disc magnets (9) »the with
small openings (0) are provided and axially magnetized in opposite directions, straight to one ₍ electron-optical, achromatic, rotation-free and
distortion-free system are united, the lens fields
forms at a distance practically equal to that
The diameter of the small openings is (0). , 2. Magnetlinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,2. Magnetic lens system according to claim 1, characterized in that dass der Abstand zwischen den kleinen ßcheibenmagneten (9)
■- fest ist.that the distance between the small disk magnets (9)
■ - is fixed. } 3· Magnetlinsensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, : ! dass zwischen den Scheibenmagneten (9) ein Eisenplättchen
j (8) eingesetzt ist, und dass an den außen liegenden Seiten
; der Scheibenmagneten (9) zwei weitere Eisenplättchen (7) angeordnet sind, wobei die Eisenplättchen (7» 8) ebenfalls
: Strahldurchtrittsöffnungen haben.} 3 · Magnetic lens system according to claim 2, characterized in that:! that between the disc magnets (9) an iron plate
j (8) is inserted, and that on the outer sides
; the disc magnet (9) two further iron plates (7) are arranged, the iron plates (7 »8) also
: Have beam passage openings. 4·. Magnetlinsensystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,
j dass die Außendurchmesser der Eisenplättchen (7, 8) kleiner4 ·. Magnetic lens system according to claim 3 »characterized in that
j that the outer diameter of the iron plates (7, 8) is smaller ! als der Außendurchmesser der Scheibenmagneten (9) ist. ,! than the outer diameter of the disc magnets (9). , : j: j : I: I. j 5· Magnetlinsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ιj 5 · magnetic lens system according to one of the preceding claims, ι dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der öffnungen ! characterized in that the diameter of the openings! (0) kleiner als der vierte Teil des Außendurchmessers bzw. j (0) smaller than the fourth part of the outer diameter or j ) der kleinsten Außenabmessung des kleinen Saheibenmagneten ') the smallest outer dimension of the small disc magnet ' ; ο) ist.; ο) is. "309 83 8/09 4 9"309 83 8/09 4 9 6. ilagnetlinsensystem nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Öffnung (O) maximal gleich oder praktisch gleich der Dicke des kleinen Scheibenmagneten (9) ist.6. magnetic lens system according to claim 5 »characterized in that that the diameter of the opening (O) is at most equal to or practically equal to the thickness of the small disc magnet (9) is. 7· Magnetlinsensystem nach einem der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinen Scheibenmagneten (9) aus einem Material mit hoher Koerzitivkraft, beispielsweise aus Verbindungen oder Legierungen von Kobalt mit seltenen Erden oder Platin, hergestellt sind.7 magnetic lens system according to one of the preceding claims, characterized in that the small disc magnets (9) made of a material with high coercive force, for example are made from compounds or alloys of cobalt with rare earths or platinum. 8. Ilagnetlinsensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Koerzitivkraft größer als 1 400 Oersted ist.8. Ilagnet lens system according to claim 7, characterized in that that the coercive force is greater than 1,400 oersteds. 9- Magnetlinsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem in axialer Richtung verschiebbar ist.9- magnetic lens system according to one of the preceding claims, characterized in that the lens system is displaceable in the axial direction. 10. Elektronenmikroskop mit einem ^Magnetlinsensy8tem einem der vorhergehenden Ansprüche.10. Electron microscope with a ^M agnetlinsensy8tem one of the preceding claims. 3098 3 8/093098 3 8/09 LeerseiteBlank page