DE840421C

DE840421C - Geraet mit Elektronenoptik und dazugehoeriges Korrektionsverfahren

Info

Publication number: DE840421C
Application number: DEC2957A
Authority: DE
Inventors: Henri Brueck
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1947-04-26
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1952-06-05
Also published as: CH273229A; US2554170A; GB670318A; FR946341A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 5. JUNI 1952

C 2957 VIII c 121g

Henri Brück, Paris

ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung bezieht sich auf Geräte mit einer Elektronenoptik, die dazu bestimmt ist, alle Bahnen des Elektronenbündels in einem einzigen Punkt konvergieren zu lassen, und ermöglicht es, die Konzentration des Bündels wesentlich zu verbessern sowie seinen Konvergenzpunkt möglichst klein und scharf l>egrenzt zu machen. Die Erfindung ist an erster Stelle von Bedeutung für Elektronenmikroskope, insbesondere für solche mit elektrostatischer Linse, l>ei welchen sie eine bedeutende Steigerung des Auflösungsvermögens bewirkt.

Im allgemeinen besitzt ein Mikroskop zwei in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete Linsen, von denen die nach der Kathode zu gelegene Objektiv und die andere Projektionslinse genannt wird. Man hat festgestellt, daß verschiedene Ursachen, die auf der Unvollkommenheit der Herstellung und des Zusammenbaues beruhen, den Konzentrationspunkt deformieren, indem sie ihn in einen Fleck von insbesondere elliptischer Form umformen. Die hauptsächliche Ursache dafür ist die unvollkommen runde Form des Loches in der mittleren Elektrode des Objektivs. Zur Vermeidung dieser Deformation muß dieses Loch mit einer Genauigkeit in der Größenordnung eines Zehntelmillimikrons kreisförmig gemacht werden, was praktisch mit den gegenwärtigen mechanischen Mitteln nicht ausführbar ist. Es bleibt im allgemeinen, trotz aller bei seiner Herstellung angewendeten Genauigkeit, oval und erzeugt eine ellip-

tische DefoiTnation (Astigmatismuseffekt), welche das Auflösungsvermögen begrenzt.

Man hat schon vorgeschlagen, zur Korrektion dieser elliptischen Aberration im Innern des Gerätes Kompensationsfelder zu erzeugen, die mit Hilfe von zusätzlichen Elektroden ausgebildet werden, welche außerhalb der normalen Linsen angeordnet, in besonderer Weise ausgerichtet sind und eine geeignete äußere elektrische Erregung erhalten.

Die Erfindung hat ein anderes Korrektionsverfahren zum Gegenstand, welches keine besondere Speisequelle erfordert und die Änderungen in dem Aufbau des Gerätes auf ein Minimum beschränkt.

Gemäß der Erfindung wirkt man auf die vorhandenen Linsen selbst ein, indem man sie mechanisch in der Weise verändert, daß auf ihr Feld eine Deformationswirkung ausgeübt wird, die sich der durch die Unvollkommenheiten ihres Aufbaues verursachten überlagert und diese praktisch zu Null macht. Man führt diese Deformation an einer Stelle ein, wo eine verhältnismäßig grobe und folglich leicht ausführbare Justierung die Korrektion des Astigmatismuseffektes ermöglicht, der auf der Ovalform des Loches in der mittleren Elektrode beruht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung

ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung.

Abb. ι bezieht sich auf die Korrektion des Objektivs und Abb. 2 auf die Korrektion der Projektionslinse.

In Abb. ι ist C die Mittelelektrode der als Objektiv l>ezeichneten Linse, welche außerdem zwei äußere Elektroden A_x und A₂ umfaßt, die normaler-

weise an eine starke Spannung gegenüber der Mittelelektrode gelegt werden. Das Loch in dieser letzteren ist mit c bezeichnet. An dieser Stelle sind die Elektronenbahnen sehr empfindlich gegen die kleinste Unvollkommenheit in seiner Kreisform.

Die mechanische Nacharbeit gemäß der Erfindung erfolgt an verhältnismäßig unempfindlichen Stellen. Man führt sie durch, indem man in einem Grade und in einer Richtung, die durch die Breite und Richtung der elliptischen Aberration bestimmt sind, die Löcher in den äußeren Elektroden A_x und A₂ oval macht. An diesen Stellen kann die Justierung ziemlich grob und in jeder Weise gut in den Genauigkeitsgrenzen der mechanischen Arbeit vorgenommen werden. In gewissen Fällen kann man die Korrektion durchführen, indem man eine der äußeren Elektroden schlitzt oder deformiert oder auch indem man ihren Abstand regelt. Die Justierung der Löcher kann auch begleitet werden von einer Drehung der Elektroden. Schließlich kann man in die Linse ein zusätzliches scheibenförmiges Teil B einführen, das ein Mittelloch besitzt und welches man an die Mittelelektrode C ansetzt, wobei man an ihm die Form des Loches justiert. Die Justierung der Löcher kann insbesondere in allmählicher und regelbarer Weise vorgenommen werden, indem man in der Masse der Elektroden Bohrungen vorsieht, welche den Durchgang einer oder mehrerer Schrauben gestatten, deren Spitze in dem L^mfang des Loches erscheint, wie dies der Pfeil F in der Abbildung zeigt. Diese Einstellmittel können getrennt angewendet oder in gewissen Fällen teilweise oder sogar alle, je nach Bedarf, kombiniert werden.

Nach der Variante der Abb. 2 wird die Korrektion der Konvergenz im allgemeinen und die Beseitigung des Ellipseneffektes im besonderen erreicht, indem man auf die mit P bezeichnete Pro- jektionslinse einwirkt. Wie in dem vorhergehenden Beispiel kann man direkt auf die Form ihrer Löcher einwirken, indem man sie absichtlich deformiert, um die gewünschte Korrektion zu erreichen. Vorzugsweise bedient man sich einer abnehmbaren Buchse D, die in der Linse einstellbar eingesetzt und mit einem Loch d versehen wird, welches man der erforderlichen Nachbearbeitung unterzieht.

Die Regelung durch die Projektionslinse ist hinsichtlich der Genauigkeit, mit welcher ihre Justierung vorgenommen werden soll, vorteilhafter. Um eine gegebene Elliptizität des Objektivs zu korrigieren, wird die Elliptizität, welche man der Projektionslinse im Sinne der Kompensation geben muß, im quadratischen Verhältnis der Vergrößerung, d. h. 2500- bis 10 ooomal größer sein. Man erreicht somit die Korrektion durch eine viel gröbere und daher leichter ausführbare Justierung.

Durch Nachbearbeitung der Projektionslinse erzeugt man ein elliptisches Kompensationsfeld in dem Raum, wo alle Strahlen des Bündels die Achse kreuzen. Sie werden daher alle durch die Korrektion in gleichem Maße betroffen, selbst wenn die absichtliche Deformation des Loches nicht streng elliptisch, sondern insbesondere rechteckig ist.

Vorzugsweise wird die Korrektion nach dem folgenden Verfahren vorgenommen: Man eicht zunächst die Empfindlichkeit des Systems, indem man die Ovalform des Loches in der Buchse verändert. Die Rechnung zeigt, daß zur Erzielung einer Auflösungsgrenze von etwa ι τημ das Mittelloch des Objektivs bis auf 0,2 τημ rundgemacht werden muß, während für das abnehmbare Loch der Projektionslinse schon eine Genauigkeit von 0,1 mm ausreichend ist. Sie kann leicht durch mechanische Mittel erreicht werden. Nachdem das System einmal geeicht worden ist, mißt man mit einem normalen abnehmbaren Loch den elliptischen Fehler des gesamten Systems durch Beobachtung der Bilder. Schließlich berichtigt man den beobachteten Fehler durch eine einzige Maßnahme, indem man das bewegliche Loch gemäß den beiden ersten Maßnahmen oval macht und ausrichtet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Korrektion des Defokussierungseffektes des Elektronenbündels in Geräten, welche mit elektrischen Linsen ausgerüstet sind, deren bauliche Unvollkommenheiten hauptsächlich diesen Effekt verursachen, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Linsen selbst in der Weise einwirkt, daß gegensinnige

Deformationen der Fokussierung eingeführt werden, die sich diesem Effekt überlagern und ihn zu Null machen.
2. Verfahren nach Anspruch i, insbesondere zur Korrektion des Effektes der elliptischen Af>erration in Mikroskopen mit elektrostatischer Optik, dadurch gekennzeichnet, daß man die Form des Loches für den Durchgang des Bündels in den Elektroden verändert, die einen Teil der Elektronenlinsen bilden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere zur Anwendung l>ei Elektronenmikroskopen, dadurch gekennzeichnet, daß man die relative Lage der Elektroden einer Linse um die optische Achse des Gerätes regelt.
4. N"ach Anspruch 1 und 2 korrigiertes Elektronenmikroskop, dadurch gekennzeichnet, daß sein Objektiv eine zusätzliche Elektrode in Berührung mit der Mittelelektrode besitzt und das Loch dieser zusätzlichen Elektrode eine geeignete Abmessung aufweist.
5. Nach Anspruch 1 und 2 korrigiertes Elektronenmikroskop, dadurch gekennzeichnet, daß seine Projektionslinse Mittel für die Justierung ihres Durchgangsloches aufweist.
6. Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Projektionslinse eine abnehmbare Buchse angeordnet ist, welche ein Durchgangsloch von geeigneter Form aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

5038 5.