DE721417C - Achromatische Linse fuer die Abbildung mit Elektronenstrahlen - Google Patents

Achromatische Linse fuer die Abbildung mit Elektronenstrahlen

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DE721417C
DE721417C DEB169768D DEB0169768D DE721417C DE 721417 C DE721417 C DE 721417C DE B169768 D DEB169768 D DE B169768D DE B0169768 D DEB0169768 D DE B0169768D DE 721417 C DE721417 C DE 721417C
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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
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement

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

Description

  • Achromatische Linse für die Abbildung mit Elektronenstrahlen Während im Lichtmikroskop untersuchte Objekte im allgemeinen mit polychrom,atisch@em Licht bestrahlt werden können, weil die öptischen Linsen geringe chromatische Fehler aufweisen, die zudem korrigierbar sind, sind die Linsen der Elektronenoptik in ihrer Brennweite stark von der Geschwindigkeit der Elektronen, die hier der Farbe entspricht, abhängig. Man hat in der Elektronenoptik aber glücklicherweise praktisch immer einfarbige Strahlung, d. h. Elektronen gleicher Geschwindigkeit, weil die Elektronen alle durch die gleiche Anodenspannung auf ihre Endgeschwindigkeit beschleunigt werden. Es fallen daher die durch den chromatischen Charakter der Linsen gegebenen Beschränkungen meist nicht wesentlich ins Gewicht.
  • Eine bestimmte Gruppe von Untersuchungsobjekten macht indessen von dieser Regel Dino. Ausnahme. Es sind dies Objekte von einigermaßen erheblicher Dicke, die im Elektronenmikroskop mittels Durchstrahlungsverfahrens untersucht werden sollen. Hierbei- wird die ursprüngliche Geschwindigkeit der bestrahlenden Elektronen inhomogen. Die gleiche Erscheinung tritt .auch bei dem sog. Rückstrah; lungsverfahren ein, weil die Reflexion der Elektronen nur unvollkommen elastisch ist, so daß verschieden große Geschwindigkeitsverluste .auftreten. Entsprechend streut die Geschwindigkeit der reflektierten Elektronen um einen gegenüber der Grundgeschwindigkeit geringen Wert.
  • Es, sind nun in der Elektronenoptik bereits achromatische Linsen bekannt, mit deren Hilfe sich die Schwierigkeiten vermindern lassen, die durch die verschiedeneGeschwindigkeit der Elektronen verursacht werden. Die bekannten Optiken dieser Art bestehen aus zwei Linsen, von welchen die eine :eine magnetische Sammellinse ist, während die andere eine elektrische Zerstreuungslinse darstellt und aus Netzen aufgebaut ist. Beide Linsen sind an gleicher oder nahezu gleicher Stelle anger ordnet. Die bekannten Fehler von Netzoptiken machen derartige Linsen zur sauberen Abbildung von Gegenständen ungeeignet. Man erhält wesentlich bessere Ergebnisse, wenn man gemäß der Erfindung zum Aufbau der achromatischen Linse eine elektrische Zerstreuungslinse anwendet, die aus einer sich über den Strahlquerschnitt erstreckenden, rotationssymmetrisch verlaufenden, homogenen, leitenden, von den Elektronen be- oder durchstrahlten Fläche, die selbst das Objekt oder den Objektträger bildet, und einer . oder mehreren ringförmigen koaxialen Elektroden besteht. Der öffnungsfehle.reiner solchen linse wirkt dem Öff- nungsfehler der zugehörigen magnetischen Linse entgegen, so da,ß sich die beiden Fehler zum Teil aufheben. Die Linse gemäß der Erfindung weist deshalb eine besonders kleine chromatische und sphärische -Aberration auf.
  • Wird bei der Linse gemäß der Erfindung nur @einie Ringelektrode verwendet, so muß deren Potential zur Erzeugung einer Zerstreuungslinse gegenüber dem Potential der sich über den Strahlquerschnitterstreckenden Elektrode positiv sein, wenn es sich um die Beeinflussung von Elektronen oder negativen Ionen handelt, und negativ, wenn es =sich um die Beeinflussung von Positronen oder positiven Ionen handelt. Auch bei der Verwendung mehrerer Ringelektroden (Kreis.lochscheib:en, Zylinder, Wulstflächen) kann die Verteilung der Potentiale auf diese Elektroden immer so erfolgen, daß die Wirkung :einer Zerstreuungslinse entsteht. Die Verwendung mehrerer Ringelektroden kann zweckmäßig sein, wenn die optische Qualität der elektrischen Linse beeinflußt werden soll.
  • Damit das Magnetfeld möglichst an der gleichen Stelle wirkt wie das elektrische, kann der objektseitige Polschuh der magnetischen Linse als Ringelektrode der elektrischen Linse benutzt werden. Arbeitet man mit Rückstrahlungsverfahren, so kann auch die andere sich über den Strahlquerschnitt @erstreckende Elektrode :aus ferromagnetischem Material hergestellt werden.
  • Will man das elektrische und das magnetische Feld unabhängig voneinander zur Beeinflussung der optischen Güte formen können, so kann @es zweckmäßig sein, außer den als Magnetpolschu:he dienenden Metallkörpern besondere Elektroden als Träger der elektrischen Potentiale anzuordnen.
  • Zur Erzielung starker Vergrörerungen ist es notwendig, daß die resultierende Brennweite der achromatischen Linse klein ist. Dies ist nur möglich, wenn auch die einzelnen Brennweiten klein sind. Zur Erzeugung einer kleinen Brennweite der elektrischen Zerstreuungslinse muß man entweder Potentiale anwenden, welche von wesentlicher Größe sind gegenüber der Grundgeschwindigkeit der Elektronen (dieser Weg bietet unter Umständen hochspannungstechnische Schwierigkeiten), oder man mu.ß die brechenden äqLÜpotentalen Flächen des elektrischen Zerstreuungsfeldes stark krümmen. Zu diesem Zweck wird man die sich über den Strahlquerschnitt erstreckende Fläche mit der Konvexseite zum Bild hin rotationssymmetrisch wölben. Bei der Verwendung elektronendurchlässiger Folien für diese Elektrode kann man die Wölbung durch höheren Druck auf der dem Bild abgewendeten Seite erzielen. Die ringförmige Elektrode wird man der anderen extrem zu nähern trachten. 4 Will man irgendwelche Gegenstände im Durchstrahlungsverfahren untersuchen, so muß die sich über den Strahlquerschnitt erstrekkende Elektrode ebenfalls wie das Objekt für die Elektronen durchlässig sein. Diese Folie kann, vom Objekt aus gesehen, bildseitig oder zur Strahlenquelle hin angeordnet sein, falls nicht die Folie selbst das Untersuchungsobjekt ist, in dem das zu untersuchende Material in. diese Form gebracht wurde. Wenn man das Objekt in einen Raum anderen Druckes halten will, als er im Abbildungsraum herrscht. so muß man beide Räume durch eine elektrinendurchläs.sige Folie voneinander trennen. Diese Folie kann gleichzeitig als sich über den Strahlquerschnitterstreckende Folie dienen. Diese Möglichkeiten bestehen in gleicher Weise für die Anwendung des Durchstrahlungs- und Rückstrahlungsverfahrens.
  • Für manche elektronenoptischen Probleme benötigt man, ähnlich, wie dies in der Optik gelegentlich auftritt, Zylinderlinsen. Die beschriebenen Maßnahmen lassen sich in völlig analoger Weise auch für diesen Fall verwenden, wenn das magnetische Feld und das elektrische Feld zur gleichen Mittelebene zylindersymmetrisch ausgebildet werden. Zu diesem Zwecke- müssen sowohl Polschuhe als Elektroden zylindersymmetrisch sein. Die beschriebene :achromatische Linse ist- von Wert nicht nur für Korpuskulars.trahlmikroskope, sondern auch für andere elektronenoptische. Apparate. Es kann z. B. beim Spektrographen notwendig sein, - Strahlen verschiedener Geschwindigkeit in gleicher Weise zu fokussieren.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: -.i. Achromatische Linse für die Abbildung mit Elektronenstrahlen, bei der eine magnetische Sammellinse und eine elektrische Zerstreuungslinse an gleicher oder nahezu gleicher Stelle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstreuungslinse aus einer sich über den Strahlquerschnitterstreckenden, rotationssymmetrisch verlaufenden, homogenen, leitenden, von den Elektronen be- oder durchstrahlten Fläche, die selbst das Objekt oder den Objektträger bildet, und einer oder mehreren ringförmigen koaxialen Elektroden besteht.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Elektroden des elektrischen Zerstreuungsfeldes ,aus ferromagnetischem Material bestehen und als Polschuhe der magnetischen Linse dienen. .
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, da,ß die sich über den Strahlquerschnitt erstreckende Elektrode gegen das Bild zu konvex gekrümmt ist. Anordnung nach Anspruch i bis 3 zur Verwendung als elektronenoptische Zylinderlinse, gekennzeichnet durch zylindersymmetrische Ausbildung aller Elektroden und Polschuhe.
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