DE1810665A1 - Vorrichtung mit einem Ladungstraegerstrahl und einem diesen Strahl ablenkenden magnetischen Ablenksystem - Google Patents

Description

"Vorrichtung mit eine.n Ladun&sträfcrerstrahi und einem diesen Strahl ablenkenden magnetischen Ablenksystem".

Die Jrfindunt; betrifft eine Vorrichtung mit einem Ladunoaträi;erstr:u.l und Vineiu diesen Strahl ablenkenden magnetischen jj.blenkpysten r.iit zwei in beauj c.ui" eine durch den Ilauptstrahl des Str.ihls gehende Syanetrieebene spiegelbildlich angeordneten Magnetpolen, deren einander zugewandte i'olflachen einen stich verenjenden »''eldraum einsculiessen.

Bei einer beKannten VorricLtung dieser Art, die als Elektronenmikroskop ausgebildet sein kann, werden die Pole durch üe'.:toren eines Lmdrehuntskörjers mit Polfl'lchen

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gebildet, · deren Schnittlinie .vat einer durch die .achse jehende üibehe eine Parabel mit den Scheitel auf der «.chse oder eine ϊ αϊ gente an einer solchen ι arabel bildet. Bei dieser vorrichtung gelangt ein Jlektronenstrahl seitlich d.g. tangent i- 1 und quer-"zu eil.er in einer durch die Uwdrehui-igsachse gehenden Ebene liegenden ,ürenzflUche der Pole in den Feldrnum. Das Able.nks,ysteu ist dabei wie eine in zwei dichtungen fokuasierende, positive Lii.se v/ir_;.s:.ni sofern der Hauptstrahl innerhalb der Pole einem Kreisbogen um die /iChse £6-Igt und die magnetische Feldstärke- nahe diesem Kreisbogen der "Jurzel dea Abstandes von der ,tchse uxajei.ehrt proportional ist.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung hat das Ablenksystem vielmehr die Punktion einer negativen Linse und dient in erster Instanz als na^netischer Spiegel, der den Elektronenstrahl über einen mehr" oder weniger grossen .iinkel, der leicht 100° annähern kann, ablenkt.

i;ach der Erfindung ist die Vorrichtung eingangs erwähnter i%.rt d; durch gekennzeichnet, dass die otärire des Äblenksystens und die Energie und .u.rt der Teilchen im Strahl derart aufeinander .-.bjestimmt sind, dass der Haupt» strahl, der bei den das Ablenksystem eintretenden ötrahlwenigstens teilweise in der Verjüngungsrichtung des FeIdrauma verläuft, innerhalb dieses Feldraums einer Kurve folgt, die vor den uebiet mit der höchsten r.agnetischen Feldstärke entlang verläuft und dass Ilittel vorgesehen

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sind, durch welche ;ίί der otelle des kleinsten ibstandes dieser Kurve von den Gebiet alt der höchsten magnetischen l'eldstclrLe eine I'eldütär^everteilui:^ erzielt wird, die in der iiichtung auf das Gebiet mit der höchsten u.attnetiychen Feldstärke gemessen, an dieser dtelle einen örtlicli stärkeren Feldstärke^radieuten aufweist, v/elcne Feldstäriieverteilunc den Strahl derj^t beeinflusst, dass Krümmung von quer zur Syin:aetrieebene verlaufenden üildlinien in einer J|

zum Hauptstruhl i.uer verlaufenden ültiene gehemmt wird.

Bei einer bevorzugten _i4usführungsform wird der erw'lhnte örtlich stärkere Feldstarke&radient dadurch erhalten, dass in einen .abstand von den Gebiet mit der höchsten Feldstärke entsprechend den i,.ininalabstand zwischen diesen üebiet und den .\auptstrahl des Strahls die Polflächen ein stufenarti^es irofil haben, wodurch der Raum zwischen den beiden tolflächen in xiichtung auf das Gebiet mit der höchsten ^'feldstärke eine mehr oder weniger sprungartige _Ä

Verjüngung aufweist. Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird der örtlich stärkere 1eldstärkegradient dadurch erhalten, dass die elektromagnetisch erregbaren Pole aus verschiedenen, verschiedentlich zu erregenden Teilen bestehen die in Richtung auf das Gebiet der höchsten magnetischen Feldstärke in dem Feldraum hintereinander liefen und an der Stelle der durch die gemeinsamen Enden dieser Teile gebildeten Polfläche durch einen schmale, ferromagnetikum-frtien Spalt \aneinander getrennt sind, wobei einer

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dieser Trennepalte sich In einem Abstand von dem Gebiet der höchsten Feldstärke befindet, der dem Minimalabstand zwischen diesem Gebiet und dem Hauptstrahl entspricht« Wenn in der Symmetrieebene die durch die Funkte gleicher Feldstärke gehenden Linien von dem eintreffenden Bündel her gesehen konvex gekrümmt sind, hat das Ablenksystem eine divergierende Wirkung auf den Strahl· Diese divergierende Wirkung wird vorzugsweise durch Pole erzielt, deren einander zugewandte Polfläche in Umdrehungsebenen um eine quer zur Symmetriefebene verlaufende Umdrehungsaohee liegen. Es ist dabei vorteilhaft» das Gebiet mit dem örtlich stärkeren Feldstärkegradienten annähernd halbwegs zwischen dem Aussenumfang der FoIf 1 Sehen' und der Uindrehungaachse anzuordnen» Auf dies© V/eise ergibt sich ein Ablenksystem» dessen Wirkung der eines sphärischen Spiegels mit nahezu der gleichen Vergrößerung in der Symmetrieebene und senkrecht dazu ähnlich ist»

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist Vorzugs» weise in Form eines Elektronenmikroskops ausgebildet_f bei dem dieses Ablenksystem nach der Qbjefctivlinse angeordnet ist und den Elektronenstrahl über einen Winkel von mehr als 90° ablenkt, wobei" der aus 'dem Ablenksystem stammenden Elektronenstrahl auf eine Auffangvorrichtung zur Wiedergabe oder zur Speicherung des Bildes gerichtet ist, welch© Auffangvorrichtung vorzugsweise annähernd in Höhe der Objektivlinse angebracht ist.

Bine andere Ausführungsform der Vorrichtung wirkt

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psi !ι»¹:: ¹I"¹¹ ■■ ■ -'ψ.

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ale BSntgenanalyaator mit einer auf den zu untersuchenden Gegenstand fokussierten ilikroelektroneiictrahlaonde, wobei mittels des nahe dem Jrennpunkt eines hohlen .Elektronenspiegel s angeordneten Ablenksystem ein kollimierter Elektronenstrahl abgelenkt und auf den Elektronenspiegel gerichtet und von diesem Spiegel auf den in der !iahe des Ablenksystems liegenden Gegenstand fokussiert wird.

Die Erfindung wird nachstehend für xiuaführungo- ^g

beispiele an Hand der Zeichnung erläutert« Bs zeigen

jig, 1 einen uchnitt durch den Aufbau eines magnetiaohen Ableiaksyetems zur Verwendung in einer Vorrichtung nach der Erfindung»

Fig. 2 in einem halben Schnitt in horizontal und vertikal verechdedenen Maeetäben einq FolflSohe des Ablenksysteme nach Fig. 1 ,

Fig* 3 eine Draufsicht auf die Symmetrieebene des AblenkSTsWas der Pig, 1 und 2 mit der Bahn eines von

dem Kagnetfild abgelenkten Blektronenbündelβ,

Fig* 4 verschieden« Querschnitte dieses Elektronenbündels und awtir an den Stellen A-A¹, B-B' und C-O¹ in

»ig. 3, * · ■· ·

Fig» 5 einen Schnitt in einer axialen Ebene und

einer Polflfiohf_t die eine etwas andere gestalt aufweist als.die FoIfHohe nach Fig, 3,

Fig« 6 einen vertikalen Schnitt duroh eine andere AusführungsfoTm einer Ablenksystems aur Verwendung in einer ·.

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Vorrichtung nach der Erfindung*

Fig, 7 achemäti0öh eine als-Elektronenmikroskop ai»a gebildet© Vorrichtung.nach der-Erfindung und

Fig, 8 eine *Vorxio.htun~g "nach der Erfindung', ausgebildet als ©in Röntgenanalysa^or mit Mikroelektronenstrahlsonde.

Das in Pig» 1 im Querschnittidargeötellte magnetische Ablenksystem enthält zwei Lagnetpole 1 iund?, -dieade im wesentlichen einen üadrehungszylinder mit der gleichen Umdrehungaaohse ζ bilden. Die voneinander angewandten landen sind duroh ein laagnetjoch 3 miteinander verbunden, das wenigstens auf der »echten Seite der Fig« 1 "äff@a iste^Die^einandejp zugewandten Snden der Pole' t und/2 bilden Ümdrehunga-X13ohen folgende PoIflachen 4 iind 5₉ die in beawg äff die quer aur Zeichntmgetben© irt^iaafendep tei?8h idi© in Pig« 1 mit χ bezeichnete Linie gehend· oyanetri©oben© (x«y Ebene) - 'spiegelbildlich a^ ge ordnest sind» Jeder iäwx i-agnetpole -1 und 2 ist mit einer Erregerwicklung 6 versehen.

Der liittenteil &*>ν Ροϊίlaohen 4 «ää 5 ist parallel zu der erwähnten x-y-Bbene und die sich dasaa den f«il« folgen aehr oder weniges·» d«h_e der ülbene eine» Uadrehungskegeis mit der 2S-Aohßa als Um« ' dr«hungaaohse« wo^«i der Scheitel in der x»f#Bb@no litgt. 1 ^eigt aiaihtÄ^t'ieoh die Pora dar PoLfllehea uad Pigo genftusir die Sötoeidung der f ο !fläche 4 duroh den rechten Teil der »-.ιε^Βίίβίΐβ» JBs sei b«wrkt_# :4&bb ~ä&vAlioh-

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keitahalber in Pig. 2 die LEn^seinheit in der z-Richtung viermal grosser gewählt ist als in der x-Hiohtung. Pig. 2 zeigt, dass die Schnittlinie der Polfläche 4 mit der dargestellten z-x-Ebene nahezu eine gerade Linie U ist, die durch den Schnittpunkt der z- und der x-Achse verläuft und mit der letzteren Achst einen Winkel γ einschliesst, der tatsächlich etwa 6° beträgt. Bie Polfläohe 4 selber folgt somit mehr oder weniger der Kegelflache, die durch Drehung der Linie θ um die ζ-Achse erhalten wird* Die Polfläche 4 und auch die gegenüber liegende, in Fig. 2 nicht angegebene lolfläche 5 haben, in radialer Richtung nach auasen gesehen, einen Teil 9t der parallel zur x-y-Ebene verläuft, einen Teil 10, der offensichtlich einen grösseren Winkel mit der x-y-Ebene einsfthliesst als der durch die Umdrehung der Linie θ erhaltene Kegel und dann einen Teil 11, der mit der x-y-Bbene einen Winkel einschliesst, der nur wenig geringer ist als der Winkel zwischen diesem Kegel und der x-y-Ebene» Folglich zeigt der Feldraum ¹J zwischen den Polflachen 4 ^

und 5 in einer beliebigen radialen Richtung zur z-ÄOhse gesehen nach einer anfangs gleiohmäseigen Verjüngung infolge des stufenartigen Vorsprunge der Teile 10 der Polfläohe in Richtung auf die x-y-Ebene, über eine verhältnismässig kurze radiale Strecke eine erheblich stärkere Verjüngung,

t naoh der die Abmessung des Feldraums in der z-Richtung praktisch konstant bleibt. In dem zwischen den Teilen 11 i der Folflächen 4 und 5 eingeschlossenen Teil des Feldraums

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ist die. magnetische Feldstärke in der x-y-Ebene annähernd umgekehrt portional zu dem Abstand von der z-Achse¹· In dem durch die Teile 10 der lolflachen begrenzten Veil des Feldraums ist der Feldstärkegradient d.h. der absolute Wert der Änderung der Feldstärke pro Längeneinheit in Richtung auf die z-Aohse erheblich grosser. In dem durch die Teile 9 begrenzten Teil des Feldraums ist die magnetische Feldstärke in der x-y-iSbene praktisch konstant·

FiG-. 2 zeigt im Feldrauia 7 die Schnfttlinien 12 der x-z-Ebene mit einer Anzahl von Ebenen konstanter magnetischen Feldstärke, wobei der Unterschied zwischen den Feldstarkewerten in Reihenfolge der Ebenen annähernd konstant ist.

liSgliche praktische Werte verschiedener abmessungen bei dem Ablenksystem nach iig. 1 Sind beispielsweise t Durchmesser der Pole 1 und 2 22,2 mm, Minimalabstand zwischen den Mittelteilen der Polflfichen 4 und 5 °»5 nun; die durch die Teile 10 der Polflächen bedingte Verjüngung des Feldraums zwischen diesen Flächen etwa .0,8 mm über einen Itadialabstand von 2 mm. Das beschriebene Ablenksystem wird in einer Vorrichtung nach der Erfindung zum Ablenken eines verhSltnismässig dünnen (Durchmesser z.B» 0,75 bis 1 mm) Ladungsträgerstrahl ε 2.3. jJlektronenstrahls verwendet. Dieser Strahl wird in der Richtung der x-y-Ebene in den Feldraum 7 eingeschossen, wobei die Erregung des beschriebenen Ablenksystems und die Energie und Ladung der Teil- .

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chen im Strahl derart aufeinander ab£,"estimmt sind, dass der Vom Magnetfeld ,abgelenkte dtrahl vor der z-Achse entlang verläuft,. Der Haüptstrahl des Strahls, der durch den geometrischen Ort der aufeinanderfolgenden, in der x-y-Ebene liegenden Zentren dee Jtrahls gebildet wird, kehrt sich, von der z-Achse her ^esenen, in dem Feldraumteil zwischen den beiden Teilen 10 der FoIflachen um.

Flg« 3 zeigt in Draufsicht die x-y-Ebene des in **

den Fig. 1 und 2 dargestellten jibienksysteHS, wobei die liasseinheit sowohl der x- als uuoh der jr»Achse gleich der der χ- Achst in Fi^. 2 ist. In leser Ebene deutet 13 die .,chnittlinieh der Ebenen konstanter magnetischen Feldstärke an, deren Schnittlinien mit der x-z-^bene in Fig. 2 mit 12 angedeutet Sind, ,/eiterhin sind in dieser Ebene verschiedene Bahnen der Elektronen eines parallel zur x-^chse in den Feldräum J eintreffenden Elektronenstrahls 14 angedeutet. Der Hauptsträhl dieses innerhalb des Feldraums 7 durch das

von der Polfläche 5 auf die PoIf18ehe 4 gerichtete Magnet- ^

feld nach links abgelenkten Bündels ist mit 15 bezeiöhnetr Elektronen, deren Bahn wie 16 in dem eintreffenden strahl 14 der x-Achse nähor liegt, als der Hauptstrahl 15» werden etwas weniger stark abgelenkt, während Elektronen, deren Bahn wie 17 weiter von der x-Aohse entfernt ist, stärker abgelenkt werden als die dem Hauptstrahl 15 folgenden Elektronen. Die Eindringtiefe der verschiedenen Elektronen in den Feldraum 7 ist für die unterschiedlichen Bahnen nur

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wenig verschieden. Von der z-Achse her ^esehenι kehren die Elektronen an der Stelle der starken Verjüngung die PeIdrauae 7 zwiiehen den feilen 10 der PöiflEcheri um, alSb dort» wo der Feldstärkegradient einen mehr oder weniger stark erhöhten Wert hat« Blase EindringtiefQ wird z.B. mitteis eines Feldes, das durch Erregung dir beiden Spulen 6 des Ablenksystems mit etwa I50 Amperewindungen erhalten wird» und Mittels eine» Strahls von auf etwa 10 kV beschleunigten Elei.tronan erreicht. Ss hat sich ergeben^ dass die erforderliche Erregung der Wurzel der fiesöhieünigüligiä|iäh^ nung der Strählteilchen proportional ist. Die verachledent-Iiehe Krümmung der Bahnen der mehr öder weniger weit von der x-Achse eintreffenden Elektronen !ringt ait sich* daäs in der x-y-Ebene der Strahl in einer Hichtühg quer süxa Hauptstrahl I5 stark eingeschnürt wi^d? die Stelle dieser Einschnürung befindet sich auch in d#i Gebiet des etärfc erhöhten Feidstärkegradiehteri. Feiner wirkt Midi dii vörMöhiiS-dentliche Krünnung der veraohiedenön Elektronenbahnön darin aus» dass dar ursprünglich parallele Strahl 14 nach dem Passieren der Stelle des kleinsten Abstandes von der z-Aehse in einen divergierenden, in Fig. 5 "it 18 bezeichneten Strahl übergeht, das in dieser Form den FeIdraum ? verläset.

Auch in der z-fiiohtung d.h. in Fig» 3 senkrecht zur Zeichnungsebene wird der ©intreffende, parallel· Strahl 14 in einen divergierenden Strahl umgewandelt und zwar annähernd in gleichem Masse; anders als in der x-y-Eben· geht

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dieser Divergenz jedoch keine Einschnürung dee Strahls in der 2-uichtunt voran.

Fit· 4 veranschaulicht die Abbildungseigenschäften des Systems, wobei dem eintreffenden Strahl ein bestimmter Bildinhalt dadurch erteilt ist, dass dieser Strahl durch ein quer zur Strahlrichtunt," stehendes, feinmaschiges Netz oder Raster m .t praktisch quadratischen'Maschen geführt ist. Fig. 4a zeigt einen Querschnitt duroh das eintreffende Bündel Η an der Stelle der gestrichelten Linien A-A¹ ^ in Fig. 3* Dieser querschnitt enthält eine nahezu genaue abbildung 40 des Netzes oder Rasters. Fig. 4b zeigt den Querschnitt 4I durch den ötrahl an der Stelle der stärksten Einschnürung parallel zur χ-y-Ebene, also an der Stelle der Linie B-B* in Fig. 3. Die in dieser Richtung gemessen· Strahlbreite kann von ursprünglich 0,5 bis 1 ma des eintreffenden ütrahle Η auf weniger als 10 /um herabgemindert sein, so dass der Bündelquerschnitt 4I sehr schmal ist.

Die Fig. 4c und 44 zeigen den Bildinhalt des di- m

vergierenden Strahls 16 an der Stell» der Linie C-C¹ in Fig. 3. Pif. 4c zeigt die i'orm der Abbildung 42 dee Rasters wenn andere ale bei dem beschriebenen Ablenksystem der 8rt* lieh erhöhte FeldetErkegrudient infolge der zusätzlichen Verjüngung des Peldrauns nicht vorhanden oder unwirksam ist. Dies ware z.B. der Fall, wenn man die Polflachen derart auebilden würde, dass die Schnittlinie mit der x-z-Ebene nicht die in Fig. 2 dargestellte krunme Begrenzungslinie son-

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dem die gerade Linie 8 wäre oder beim Ablenkeyeteni nach Pig, 1 infolge der Nichtübereinstimmung der Geschwindigkeit der Bündelelektronen und der Erregung der Strahl vor dem Erreichen der zusätzl-icuen'Verjüngung-des Feldraums umkehren würde« Die dann an der Helle der Linie C-C erhaltene Rasterabbi 1 dung hat (siehe Pig. 4c) dann verschiedene Fehler, von denen der wichtigste der ist, dass die Rasterlinien quer zur x-y-Ebene eine auffallende Krtimnung aufweisen. Eiriknderer, stark oder weniger stark auftretender Fehler ist eine veränderliche Vergrößerung in der Richtung C-C, die z.B. zur Konvergenz der ursprünglich parallel zur x-y-Ebene parallelen Rasterlinien in dieser Richtung veranlasst. Der Einfluss letzteren Fehlers auf ein vom Strahl auf einer Auffangflache erzeugtes Bild lässt sich in den meisten Fällen hinreichend dadurch verringern, dass die Auffangfläche wphl quer zur x-y-übene aber nicht quer zum Hauptstrahl des Strahls angeordnet wird, so dass die Schnittlinie der Auffangfläche mit dar x-y-Ebene einen von 90° verschiedenen i/inkel mit dem Hauptstrahl z.B. der Bündel richtung einschliesst.

Eben die Koinzidenz nach der Erfindung eines Gebiets örtlich höheren Peldstärkegradienten mit dem Gebiet, wo das das Ablenksystem eintretende Bündel sich umkehrt d.h. dem stärksten Magnetfeld begegnet, hat eine Korrekturwirkung, gegebenenfalls sogar eine Uberkorrekturwirkung auf den zuerst genannten i'ehler der Krümuung der quer zur ·

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χ—y-Bbane stehenden Hasterlinien.

Fi£. 4<1 zeigt die an der Stelle der Linie C-C* in Fig. 3.tatsächlich durch des beschriebene Ablenksystem erhaltene ^bbildung 43 des Ketzes. Die Korrektur wird durch die Einwirkung dea Feldes mit den Örtlich erhöhten FeId-3täri.et,*rc'.diente.^vi auf den Jtrolii erzielt, v/o dieses -.-inen mehr oder weniger linsenförmigen querschnitt hat, wo also der Einfluss dieses Feldes auf alle in eines.bestimmten Abstand von der x-y-Ebene liegenden Bündelteilchen derselbe ist. Ein Analogoη findet nan bei einer von Scherzer beschriebenen Korrekturrnothode i'ür viie sphärische ^bberration eines Elektronenstrahls, wo die Korrektur ebenfalls ί-.uf einen zunäcust astiguatisch uu einem mehr oder weniger linienfcrraigen querschnitt verformten Strahl ausgeübt wird.

Es hat 3ich ergeben, d-..ss uit den- Ablenksystem nach Fifj. 1 nicht nur die sonst auf tretende, in Fifj. 4o dargestellte Krlkuiunp der Bildlinien nuer zur xry»»Ebene verringert oder sogar umgekehrt werden kann, sondern auch

t«

die erwähnte Änderung der Vergrösserunj in der dichtung

C-U¹ verringert oder sogar in die entgegengesetzte Erscheinun^ geändert werden Icann. Eine ^npt ssung an das Erwünschte - was für verschiedene Teile des iildfeldes verschieden sein kann - ist α,-rch .änderung der Geschwindigkeit der Teilchen, der Erregung des Ablenksystems und des Ortes und der Ricxitung des einfallenden Strahls nSglich. Pig. 5 zeigt die Schnittlinien der PolflSohen

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mit der-x-z-^bene eines lediglich in- lie sex Hiiiaicht yon . dem Ablenksystem nach r'i^;« 1. aby/eichenden Hblenksystena. zur Verv/endung in einer Vorrichtung nach der Krfindur.c.. -' Die. zusätzliche Verjüngung des ^eldr^UEis 5U- nach Fi-. 5 wird nicht durch einen in radialer Bi.chtun£ ;.iehr oder ■ ./eni_t)er -fliessend verlaufenden ^-il der r'olf lache (j?eil 10 in Fie,.■■-1). tvebildet, sondern durel. einon in der s-.iichtun^" verlaufenden 4üiid 5" der PoIflachen 'j<\ -una 55 der Pole 5.1 und 52»- Der Radius dieses iü.;vdes ist C-,4""bii3 ü,6-mal den lladius des Aussenumf angs der i^Jole -51 und 5^·'· Die Iolfläc-.en 54,und.55 sind wieder in wesentlichen Kegelfl".c:.en nit einen halben opitzenwinkel von etv/a 84⁰J der ._tuerschnitt dieser KeL'elflSche ist für die■ iolflüche 54 durch die £e-. strichelte Lii.ie -5·^ angegeben. Bei den ivbnessunken des Ablenksystems gleich den beispielsweise für das ablenksystem nach -^:i£, 1 erv/ähnten .(erten kanu die Höhe der Ränder 56 etwa ü_f3 Gira betrafen.' ■ ' - ■

Pig* 6 -zei^jt die Schnittlinie nit einer durch die z-Achse gehenden Eben-e für ein zu dieser Aclise nahezu vollkomr.en drehsymmetrisches anderes Ablenksystem zur Verwendung in einer Vorrichtung nach der Erfindung.Die an ihren äusseren Enden durch ein.rohi'förniiges Llägnetjoch 63 aitei'nander verbundenen tla^Tietpole 6T und 62 haben einander gegenüber liegende, mit xiuenahme eines kleinen Ilittenteiles kegelförmige PoIflachen 64 und 65» v/obei die Spitzen dieser Kegel in der Mitte zwisohen den Polflächen auf der z-Achse

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liegen. Jeder Magnetpol besteht aus drei kcnaen.trisehen Teilen ό7, 6Θ unJ 69. Die inneren Teile 67 und GO sind an Umfang mit Vertiefungen aur Aufnahme einer gesonderten Erregerspule TO baw. 71 verseilen. Diese Vertiefungen setzen sich, zwar weniger tief, bis ",u den Polflächen der Magnetpole fort so dass an der Stelle der Iolflachen 64 und 65 zwischen den Teilen 67 und 60 und ebenfalls zwischen den Teilen 68 und 69 ein umlaufender Jpalt 72 bzv.-. 73 gebildet wird. Die Breite dieser spalte ist gering und i.ann z.U. 0,1 ian betragen. Diese ferromugnetikum-freien Spalte können aber brauchen nicht mit Isoliermaterial ausgefüllt zu werden, z.B. nit Kunststoff. Mit Rücksicht auf die Wärmeabfuhr wird ein nicht magnetisches lietull z.B. Kupfer bevorzugt. Die äusseren Teile 6$ der Magnetpole werden von je einer Jrregerspule 66 umgeben* *

Das ai;s ferrouagnetischen liaterial bestehende R hr 63 iat seitlich mit einer Öffnung 74 versehen, die z.B. ein Viertel bis zu die Hälfte des Umfarigs beansprucht und durch die ein zu der quer zur z-Achse stehenden Symmetrieebene χ paralleles Bündel von JSlelitronen oder ander Ladungsträgern zwischen die Polflächen 64 und 65 geschossen werden kann, welches Bündel nach stärkerer oder weniger starker Ablenkung wieder heraustreten kann.

Der iiussendurchraesser der konzentrischen Teile 67, 68 und 69 der Magnetpole kann z.L* 12, 16 bzw. 20 mm betragen«

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Bei Erregung der Spulen 70 in dem gleichen Sinne wie die Spulen 66 tritt in dem Feidrauia zwieohen den PoI-teiltn 67 eine zusätzliche Verstärkung dee in radialer dichtung bereite zunehmenden Feldes auf, das durch die Erregung der Spule 66 allein erhalten wird, welche Verstärkung annähernd an der Stelle des Umfange der Teile 67 einen Örtlich erheblich erhöhten Feldstärkegradienten hervorruft.

Werden die Spulen J1 in dem ü.en Spulen 66 und 70 entgegengesetzten Sinne erregt, so kann zwieohen den Polflächen eine Feldverteilung erhalten werden, die ähnlich der des Ablenksysteme naoh Fig. 1 ist·

Wenn der einfallenden Strahl auf etwa 10 kV beschleunigte Elektronen enthält, ist die nachfolgende Erregung, gut geeignetj Spulen 66t Θ5 Amperewindungen, Spulen 71t -10 Amperewindungen (den Spulen 66 und 70 entgegengesetzt), Spulen 70« 65 Amperewindungen.

Fig. 7 zeigt ganz schematisch eine als Elektronenmikroskop ausgebildete Vorrichtung nach der Erfindung» Y/ie üblich enthält das Mikroskop eine Elektronenkanone 75» eine Kondensorlinse 76, eine Objektivlinse 77» in die der Gegenstand 78 eingeführt werden kann, und eine Projektorlinse 79» welche Teile alle auf einer Linie angeordnet sind, die gleichzeitig die Bahn des Elektronenstrahls 80 bildet, liach der Objektivlinse 77 ist ein Ablenksystem 82 der vorstehend beschriebenen Art angeordnet. In diesem-

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iiystem wird der Elektronenstrahl über uihezu 180° abgelenkt und dadurch in Abhängigkeit von der ii! catling des Llagnetfeldes in der. Ablenksystem 02 auf einen ^nnühernd in Höhe der Projektor linse 79 oder soi'ar der Objektivlinae -Jigc ordne ten Leuchtschirm 83 oder eine Platten- oder Fili.u-u.uera 04. zur photogra* hisci.en ^ufnahrae des Bildes gerichtet. Um beim übergang von dem Leuchtschirm auf die Kamera oder umgekehrt die erwünschte Einfallsrichtung des Bündels in das Ablenksystem 02 sicherzustellen, sind zwischen der Projektorlinse 79 und de;:i ablenksystern Ablenkmittel J1 -ngeordnet die deu Elektronenbtindel Jü in der Symmetrieebene des Ablenksystems eine geringe üichtungsabweichung vaif der einen oder r.uf der anderen deite erteilen. Diese Ablenkmittel c31 können ^.B. ein umkehrbares, quer zur «ieichnungcebene verlaufendes magnetfeld erzeugen, dessen dichtung gleichseitig mit der Umkehrung der Erregung des Ablenksystems umgekehrt wird.

Jie Auffangflachen der Auffangvorrichtung 03 und 84 brauchen nicht stets quer zur Richtung des aufgefangenen Jilektronenstrahls au verlaufen. Vorstehend ist bereits bemerkt, dass eine jedenfalls veränderliche, durch das Ablenksystem 82 hervorgerufene Vergrösserung des Bildes behoben oder doch verringert werden kann, indem die Auffangfläche in bezug auf die Richtung dee aufgefangenen Bündels schräg angebracht wird»

Da, wie dies aus Fi^. 7 deutlich ersichtlich ist, von dem Ablenksystem 82 im wesentlichen nur derjenige Teil

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effektiv benutzt wird, der innerhalb des Vfinkels irischen den auf den uchirm 83 und die Kamera 04 abgelenkten Bündeln liegt, brauchen die ^-a^netpole mit ihren I olf lachen nicht vollständige Umdrehungskörpor zu bilden; er· genügt, v/enn sie den notwendigen Jektor und - :;un Vermeiden unerwünschter Randeffekte - etwas mehr ;.;it dem Gebiet der Ablenkung des Bündels 80 bestreichen, nua diesem Grunde sind in Pi,'.· 7 die Pole nur für einen solchen üektor durch eine volle Linie angedeutet.

Fi{j. ο zeigt schematisch eine Ausfahrung3form einer Vorrichtung nach der Erfindung, die als liSntgenana- . lyaator mit Llikroelektronenstrahlsonde ausgebildet ist. Ein von einer Elektronenkanone 90 ausgehender Elektronenstrahl 91 wird mittels einer verhültnisuüssig lanzen Srregerspule 92 mit geringen Innendurchmesser koliimiert, worauf der Strahl in.ein na^netischen Ablenksystem 93 der vorerwähnten ..rt eintritt. In diesem Ablenksystem 93 wird der zunächst parallele strahl abgelenkt und in einen divergierenden .Jtrchl 99 umgewandelt, di.s gleichsam von einer im Ablenksystem liegenden, punktförmigen _;uelle starant. Die Vorrichtung enthält weiterhin einen hohlen ülektronenspiegel 94 mit einer Blende 95 ί-uf Kathodenpotential, hinter dem ein hochleitendes Jpiegeleloment. 96 uit konvexer Oberfiriciie vorgesehen ist» Das Jpiegeleleneht %_t: das ein verhältnismassig geringes negatives Potential in bezug auf die Kathode der Kanone 90 aufweist, wird von einen Korrektur-

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element 97 uagoben, dna durch einen leitenden Hohlzylinder gebildet wird und mit einem einstellbaren, negativen Potential verbunden ist. Die Achse 98 de: Elektronenspiegel· liegt in der Synuaetrieebene des Ablenksystems und verläuft nahe dem Ablenksystem 95 entlang und der Abstand zwischen diesem System und den Elektronenspiegel 94 ist so gewählt, dass dieBor Jpiegel das von dem Ablenksystem empfangene, divergierende Bi'ndel nahezu punktartig auf den auf der anderen Seite der Achse 9B annähernd in gleicher Höhe angeordneten Gegenstand 100 fokussiert« Infolge des Elektronenstosses entstehen in der Gegenstandsoberfläche Röntgenstrahlen einer oder mehrerer .iellenl&ngen, die für das Material der Aufprallstelle kennzeichnend sind. Sie Röntgenstrahlen werden mittels eines nicht dargestellten Röntgenspektrographen geprüft. Der Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist der, dass bei dieser Ausbildung des auf den Gegenstand 100 fokussierten Elektronenstrahls der Raum um den Gegenstand gut zugänglich ist· In den vorstehend beschriebenen Auaführungsformen der Ablenksysteme bei einer Vorrichtung nach der Erfindung wird dae Magnetfeld, mittels Erregerspulen erzeugt; es wird einleuchten, dass statt derselben Dauermagneten benutzt werden können·

Ebensowenig ist es notwendig, dass die PoIfHohen Umdrehungeebenen bilden, d.h» dass das Magnetfeld drehsymmetrische Eigenschaften aufweist. Die Schnittlinien der Flächen konstanter magnetische* Feldstärke mit der Symne-

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trieebene (x-y-Ebene) können eine andere Form als die eines Kreises, z.j. die einer Ellipse aufweisen» Bei einem keilförmigen Feldraun mit in wesentlichen flachen, einen Winkel miteinander einsöhliessenden Ebenen folgenden FoI-flachen bilden die erwähnten Schnittlinien gerade Linien. 3ei einen Ablenksystem mit einem solchen keilförmigen Raum •weist das eintreffende parallele Bündel nach ablenkung praktisch ,Diverge ns in der äymmetrieebene auf«

Der Teil des kagnetfeldes} der ir*- liiehtung des eintreffenden Bündels gesehen jenseits des Strahlunkehrpunktes liegt, in den an Hand der"Zeichnung beschriebenen Beispielen soiait das Feld in der lüahe der z-jichse - spielt im wesentlichen keine Holle* Bei drehsymmetrischen Polen kann daher ein LIittelteil derselben weggelassen werden, wobei die Pole z.B. hohl ausgebildet werden,, oder die PoIflachen können rings tan die■Umdrehungaachse vertieft ausgebildet werden, wodurch die erforderliche Anzahl von Amperewindungen verringert werden kam.

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Claims (11)

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   Patentansprüche;

   1t Vorrichtung mit einem Ladungsträgerstrahl und einem diesen ütrüil 'ablenkenden magnetischen Ablenksystem mit zwei in bezUij auf eine den Hauptstrahl dec Strahls enthaltende Jymmetrieebene spiegelbildlich angeordneten lia,jnetpolen_f deren einander uu^ewoidte rolfl'lchen einen sich verjüngenden Peldraun einschliessen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des .-.blenksystens und die Energie und Art der Teilchen des Strahls derart aufeinander -.b_£';estimmt sind, dass der Hauptstrahl des in das jiblen.:systei:i eintretenden Jtrahls, der wenigstens teilweise in Richtung der Verjüngung des Feldrauns verläuft, in diesen Feldraun einer Kurve folgt, die vor de::; Gebiet der höchsten magnetischen Feldstärke entlang verläuft und dass Mittel vor^sehen sind, durch welche an der Stelle des kleinstes jibstandes dieser Kurve von dem Gebiet der höchsten magnetischen Feldstärke eine Peldstärkeverteilung erhalten wird, die in Richtung auf das Gebiet der höchsten magnetischen Feldstärke !;ei:ve':;sen an der erwähnten stelle einen örtlich stärkeren Feldstärkejjradienten aufweist, v/elche Feldstärkeverteilung das Bündel der·- art beeinflusst, das3 aie Krümmung der r_Auer zur Symrjetrieebene verlaufenden Bildlinien in einer quer zum Hauptstrahl stehenden Λβηβ gehemmt wird.
2. 2. . Vorrichtung nach Anspr ch 1 dadurch gekennzeichnet, d;-3s die tolflächen in einer, abstand von den Gebiet der höchsten Feldstärke entsprechend dem Linim^labstand

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   zwischen diesem Gebiet und den Hauptstrahl de3 Strahls ein stufenartiges Profil aufweisen, wodurch der 2r.ua zwischen den beiden PoIflachen iii .'.ichtung auf das Gebiet der höchsten Feldstärke eine ^ehr oder v/eniger sprungweise Verjüngung aufweist«
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetisch erregbaren Pole aus verschiedenen verschiedentlich au erregenden Teile bestei.en, die in Richtung auf das Gebiet der höchsten nagnetisehen Feldstärke in dem i'eldruuin hintereinander liegen und an der Stelle der durch die gemeinsamen Enden dieser Teile gebildeten iolfläche durch einen schnalen, ferron.agnetikum-freien Spult voneinander getrennt sind, γ/obei einer dieser Trennspalte sich, in einem Abstand von dem Gebiet der höchsten i'eldstärke befindet, der dem ...inimalabstand zwischen diesem Gebiet und dem ilauptstrahl entspricht.
4. 4· Vorrichtung nach einem.der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in dem Teil der Symmetrieebene zwisohen "den PoIflachen die magnetische Feldstärke im wesentliehen dem abstand von dem Gebiet umgekehrt proportional ist, in dem die Ebenen der Polfllchen sich .schneiden.
5. 5· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüohe dadurch gekennzeichnet, ium d>; Jnandor züge» wand'ten Flachen der Pole in Umdrehungsebenen mit einer quer zur Symmetrieeben« verlaufenden UMrshwigsaehse liegen_t

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6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die PoIflachen im wesentlichen in Umdrehungskegelflächen liegen, deren Spitzen an dem Schnittpunkt der Umdrehungsaohse mit der erwähnten Symmetrieebene liegen. 7« Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Gebiet mit dem örtlich stärkeren Feldstärkegradienten sich etwa h&lbwe^s zwischen dem Aussenumfang der PoIflachen und der Umdrehungsachse befindet, 0, Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sie als Elektronenmikroskop ausgebildet und das Ablenksystem hinter der Objektivlinse coigeordnet ist und dass dus iäle.trouenbttndel über einen Winkel von mehr als 90° abgelenkt und der von dem Ablenksystem stammende.
7. Elektronenstrahl auf eine Auffangvorrichtung zur ..iederfra.be oder Aufnahme les Bildes
8. welche Auffangvorrichtung vorzugsweise in Höhe der Objektivlinse angeordnet ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch θ .dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittlinie der den Elektronenstrahl auffangenden iJbene der Auffangvorrichtung mit der Symmetrieebene des Ablenksysteme einen von 90* verschiedenen Winkel mit der Richtung des aufgefangenen Elektronenstrahls einschlieast*
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Auffangvorrichtungen enthült, von denen Mindestens eine mit einem Leuchtschirm zur visuellen

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    Beobachtung des Hildes versehen ist, v/olcl.e ii tungen in der aymmetrieebene des"" Ablenksystems auf beiden oeiten des auf di.s Ablenksystem, gerichteten jtruhls angeordnet sind und dass Llittel vorgesehen sind, durch die das ausgehende Bündel von einer auf die andere Auffangvorrichtung durch Imkehrung des Llagnetfeldes in dem i'eldraum des Ablenksystems und durch Verschiebung des auf das Ablenk-A system gerichteten Strahls umgeschaltet γ/erden kann.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 5t 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass sie als RÖntgenanalysator mit einer auf den zu untersuchenden Gegenstand fokussicrten luikroelektronenstrahlsonde ausgebildet ist, wobei mittels des nahe dem Brennpunkt eines hohlen Elctronenspiegela angeordneten Ablenksystems ein kollimierter Elektronenstrahl abge· lenkt und auf den Elektronenspiegel gerichtet wird_t welcher spiegel das Bündel auf den in der Nähe des Ablenksystems angeordneten Gegenstand fokussiert.

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