DE1920941B2 - 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 Korrekturmagnetkreis, der mit einem zum Erregerstrom der magnetischen Linse proportionalen Erreger- % strom gespeist wird.

Bei einer derartigen, aus der schweizerischen Patentschrift 2 89 525 bekannten Vorrichtung ist der das korrigierende Magnetfeld erzeugende elektromagnetische Korrekturmagnetkreis außerhalb der Eisenkapse- lung 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 Seite 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 Streufeldkompensatcrs quer zur optischen Achse verschiebbar. Da bei diesem Streufeldkompensator d^:e Korrekturwirkung in Abhängigkeit vom Streufeld erfolgt, ergibt sich eine Korrektur nu. dann, 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 Strahlenganges unabhängig von der Feldstärke des Streufeldes am Ort des Korrekturmagnetkreises erzielt wird.

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

Der Korrekturmagnetkreis kann im Vergleich zum Magnetkreis der magnetischen Linse klein bemessen sein und aus demselben oder einem ähnlichen Werkstoff wie dieser bestehen. Außerdem kann das 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 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.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Elektronenmikroskops mit einer Korrekturvorrichtung,

F i g. 2 einen Querschnitt in vergrößerter Darstellung durch ein Ausführungsbeispiel,

Fig.3 eine Schnittdarstellung der wichtigsten Teile des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 2,

Fig.4 die Magnetfeldverteilung in der Nähe der PolstUcke der Anordnung in F i g. 3,

F i g. 5 bis 8 weitere Ausführungsbeispiele.

Wie Pig. 1 zu entnehmen, ist in einer Säule 1 eine Kammer 2 vorgesehen, in der eine Elektronenstrahlkanone 3 und eine Anode 4 angeordnet sind. Die Säule 1 enthält ferner ein Kondensorlinsensystem S, eine Objektkammer 6 mit einem Objekt 7, eine Objektivlinse 8, eine Zwischenlinse 9, eine Projektorlinse 10 und eine Betrachtungskammer 11 zusammen mit einem Fenster 12 zum Betrachten und einen? fluoreszierenden Schirm 13. Ein Korrektlirglied 14 ist innerhalb der Objektkammer 6 angeordnet und dient zur Korrektur eines Elektronenstrahles 15, der durch die verschiedenen Streuflfisse 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 Elektronenstrahles — und der Elektrontnstrahlquelle. Die Objektivlinse 8 ist mit einem oberen Polstück 16, 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 Korrekturglied 14 angelegte Erregerstrom sich entsprechend den Änderungen des an die Objektivlinse angelegten Erregersiromes ändert.

Nachfolgend sei angenommen, daß die magnetische Flußdichte B des Joches 18 der Darstellung in F i g. 2 entspricht Jedes statische magnetische Potential von konzentrischen Kreisen Ali, Kz, Kj... K_n, die jeweils die gleichen Abstände K/, haben, ergibt sich aus der nachstehenden vom Potential ki gemessen werden.

A-, = (), K₂ = — 2 h, -

/ι

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 Linsenerregerstrom /. Da aber

bekanntlich //= — ist und sich / mit B ändert, sind

Hystereseverluste im Hinblick auf Bund /immer direkt abhängig von H. Dies bedeutet daß unterschiedliche magnetische Feldstärken einem konstanten Wert B entsprechen, d. h. die magnetische Feldstärke H ändert sich entsprechend dem Werkstoff, der den magnetischen Kreis bildet und/oder in Abhängigkeit von der Änderung der magnetischen Flußdichte B, die proportional mit dem Anstieg des Linsenerregerstromes 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 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 Fig.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 14a vorgesehen, der verhältnismäßig klein ι — z. B. Vs bis '/20 — im Vergleich zu der Größe der Objektivlinse ist Der Kreis 14a 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

ίο joch 23 hat eine konstante magnetische Flußdichte B und jeder der konzentrischen Kreise Ci, Cr, C*... C_n 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 Entmagneti sierung erhält werden gleichzeitig durch die elektrische Stromquelle gemäß F i g. 2 erregt Um die magnetische Feldstärke H, die der magnetischen Fluttdichte B des Objektivlinsenjoches entspricht gleich der magnetischen Feldstärke H des kleinen Magnetkreiseu zu machen, werden die magnetischen Rußdichten beider Kreise entsprechend eingestellt. Dies wird durch eine Einstellung des Proportionalitätsfaktors des Stromes und des Spaltes 24 des kleinen magnetischen Kreises 14a erreicht Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2

so 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

j5 Ci bis C_n auf der Oberfläche des kleinen magnetischen Kreises ändern sich entsprechend der magnetischen Feldstärke Wder Objektivlinse.

Wenn andererseits die den Magnetfluß leitenden Teile 26a und 266 mit den beiden Punkten Cj und C_M (siehe Fig.3) auf dem kleinen magnetischen Kreis 14a und den magnetischen Polstücken 27a und 27b jeweils verbunden werden, so wird das statische magnetische Potential zwischen Cj und Cm an die oberen und unteren Polstücke 27a und 27b angelegt. Die Intensität des ablenkenden magnetischen Feldes zwischen den oberen und unteren Polstücken ist deshalb der magnetischen Potentialdifferenz zwischen C₃ und Cm proportional. Die vorgenannte magnetische Potentialdifferenz ist proportional der Stärke und Intensität des magneti sehen 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 Objektivlir.se ausgeht. Deshalb ist die Intensität des ablenkenden magnetischen Feldes proportional der Intensität des magnetischen Streufeldes, welches von der Oberfläche der Objektivlinse ausgeht. Um das Ausmal? der Exzentrizität zwischen den

bo oberen und unteren Polstücken 27a und 27b je nach Bedarf zu ändern, ist das unter Polstück 27b mit dem Teil 26b 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 Bo vorhanden, deren Kraft durch das Ausmaß der Exzentrizität bestimmt ist sowie durch Einflüsse der Stärke des Magnetfeldes, der Spaltgröße usw. Die Komponente Bd ist rechtwinkelig m der genannten Achse gerichtet, was eine asymmetrische Verteilung des Magnetfeldes und eine Ablenkung des Elektronenstrahles zur Folgt hat. Die Elektronenstrahlablenkung, die auf den Streufluß zurückzuführen ist, der von den verschiedenen Linsen des Elektronenmikroskops ausgeht, wird ständig durch die ablenkende Komponente ßokorrigiert.

Das Ausmaß und die Richtung der Exzentrizität können Herart eingestellt werden. Haß Hpr Flelctrnnrnstrahl 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. Bn 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 Bo 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, 296 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 Joch 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 Abstandes 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 den Korrekturglied 14 ausgeht, zur Korrektur der Elektro nenstrahlablenkung. Damit die Stärke und Intensität de: magnetischen Streufeldes, welches von der äußeret ■j Oberfläche des äußeren Zylinders 34 ausgeht, siel proportional zur Magnetfeldstärke der Objektivlinsi ändert, wird der Spalt 35 eingestellt und/oder es wir dii Dicke eines jeden Teiles, welches den äußeren Zylinde 34 bildet, entsprechend gewählt. Zur Einstellung de

in Elektronenstrahlablenkung muß das Korrekturgliec (kleiner Magnetkreis) um die optische Achse drehba sein. Wahlweise können jedoch auch mehrere Korrek turglieder vorgesehen sein. In diesem Fall wird de abgelenkte Elektronenstrahl durch das resultierend«

ι·ί Magnetfeld korrigiert, welches durch die magnetischer Streufelder, die von jedem Korrekturglied ausgehen gebildet wird.

Das in F i g. 7 dargestellte Korrekturglied ist beson

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:o Kreis 14a auf, sowie ferner eine ferromagnetische Platte 36, ein nicht magnetisches Gehäuse 37 und Einstellstan gen 38a und 386. Der kleine magnetische Kreis 14. weist ein Joch 39 mit aufgewickelter Spule 41 auf, sowie ein zylindrisches Joch 40, welches teilweise das Joch 3(

.?-> und die Spule umgibt. Der kleine magnetische Kreis 14. ist so ausgebildet, daß die in dem nichtmagnetischer Gehäuse. 37 angeordneten Teile über die Einstellstang« 38a ode·- 18b verschoben werden können, die geger einen Flansch 43 angedrückt wird. Es ist somit möglich

jo die Achse der Öffnung des Joches 39 in beider Richtungen zu verschieben, so daß eine Exzentrizitäi zwischen dieser Achse und der Achse der Öffnung dei ferromagnetischen Platte 36 erzeugt wird. Da die magnetomotorische Kraft zwischen A und B an der

j-, Spalt zwischen der ferromagnetischen Platte 36 und dem oberen Teil des Joches 44, welches den anderer 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 Ausführungsbeispiel besteht der kleine magnetische Kreis aus demselben oder einem ähnlichen Werkstoff wie die Objektivlinse. Die Platte zwischen A und B ist 5 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

y> und B, die an den Spalt zwischen der ferromagnetischen Platte 36 und dem oberen Teil (Magnetpol) des Jo "les 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 386 kann somit in gewünschter Weise der abgelenkte Elektronenstrahl korrigiert werden.

Fig.8 zeigt eine Doppelanordsnung des in Fig.7 dargestellten AusführungsbeispieL Hierbei besteht das KorrekiuTgüed aus zwei kleinen magnetischen Kreisen 14a und 146 mit zwei Jochen 39a und 39ö, zwei zylindrischen Jochen 40a und 40ft und zwei Spulen 4t a

und 41 b, zwei ferromagnetischen Platten 36a und 36b und vier Einstellstangen 38a, 386, 38c, 38</. Die kleinen magnetischen Kreise 14a und 146 können relativ zueinander gleitend verschoben werden. Eines der beiden Korrekturglieder ist der Objektivlinse zugeordnet, während das andere Ende der Kondensorlinse, der Zwischenlinse und/oder der Projektorlinse zugeordnet

ist. Bei einer Ablenkung des Elektronenstrahles durch das magnetische Streufeld, welches von den verschiedenen Linsen ausgeht, ist es somit möglich, eine vollständige Korrektur zu erreichen, indem jedes Korrekturglied entsprechend gegenüber den ihnen zugeordneten Linsen eingestellt wird.

Hierzu 4 Bliitl Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur 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 (Ha) darstellenden Joch (23,28,33,39) gebildet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturmagnetkreis (14a,) im Vergleich zum Magnetkreis der magnetischen Linsen klein bemessen ist und aus demselben oder einem ähnlichen Werkstoff wie dieser besteht

3. Voiricfctang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das korrigierende Magnetfeld längs oder quer (Fig.6) zur optischen Achse ausgerichtet ist

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 (i4a) bildenden Joches (23, 28) magnetisch angeschlossen sind (F ig. 3,5).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturmagnetkreis (14J koaxial zur Magnetlinse ausg. .ichtet ist und eine ferromagnetische Platte (."%) aufweist, die mit einem Teilstück des einen Teil des Korn=."' turmagnetkreises j? 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).