DD143187A1 - Schutzvorrichtung einer katode in elektronenstrahlgeraeten - Google Patents

Description

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Titel:

Schutzvorrichtung einer Katode in Elektronenstrahlgeräten

Anivendungs^ebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ablenken von positiven Ionen an Elektronenstrahlern, die durch Reduzierung des Ionenbeschusses zum Schutz der Katode dient.

Diese Vorrichtung kann in Elektronenstrahlgeräten angewandt werden, bei denen für stabil arbeitende Elektronensonden eine präzi3e ortsstabile Lage der Elektronenquelle erforderlich ist, z.B. für Elektronenstrahlmeß- und Elektronenstrahlbelichtungsgeräte.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Bekannt 3ind asymmetrische Systeme von Ionenfallen in Elektronenstrahlern, wobei ein durch magnetische oder elektrische Mittel gebogener Elektronenstrahl benutzt wird (z.B. in E.Bas: Optik 12, (1955) 8, S.377-384 und Rint: Handbuch für HP- und Elektrotechniker). Ein. solcher Strahlengang verschlechtert wegen der asymmetrischen Ablenk- und Linsenfehler den Fokus und damit die Bildqualität in Elektronensondengeräten.

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Weiterhin sind axiale Ionenfallensysteme bekannt, die den Nacht-eil der unsymmetrischen Systeme nicht auf v/eisen. Diese Systeme arbeiten z.B. mit axialsy-mmetrischer Führung des Elektronenstrahls durch elektrostatische Mittel, die um einen in der optischen Achse angebrachten Ionenfänger angeordnet sind (z.B. US-PS 3 452 241)· Der Wachteil dieses Systems besteht darin, daß es sehr aufwendig hinsichtlich Elektroden und den entsprechenden Versorgungsspannungen ist, besonders, wenn die Forderungen an die Qualität des Elektronenstrahls hoch sind.

Bei Elektronenstrahlern ohne Ionenablankung wird eine Abtragung der Katodenspitze u.a, durch Katodenbeschuß vom Hersteller angegeben, deren nachteilige Wirkung - Abnahme des Richtstrahl v/er tes - der Anwender des Strahlers durch Nachjustieren der Katode, korrigier en muß. Dazu muß das Elektronenstrahlgerät außer Betrieb genommen und der Strahler demontiert werden. Diese Technik ist aufwendig, kann zur Zerstörung der versprödeten Katodenteile führen und verringert je nach Stabilitätsforderung des Elektronenstrahlgerätes deren Verfügbarkeit mehr oder weniger stark. Der ursprüngliche Richtstrahlwert ist durch das Nachjustieren der Katode niciit sicher wieder einstellbar.

Ziel der Erfindung,; '

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den technischen Aufwand von Vorrichtungen der genannten Art und den Nachjustieraufwand zu senken bzw.. den Nachjustieraufwand zu eliminieren, sowie die Verfügbarkeit von Strahlern und die Lebensdauer von Katoden in Strahlern unter verringertem Aufwand zu erhöhen.

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Darlegung des V/esen3 der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, daß die lebensdauer von Katoden durch Schutz der Katodenspitze vor positiven Ionen erhöht wird und dabei die Bahnen der Elektronen nicht störend beeinflußt werden.

In einer Vorrichtung zum Ablenken von positiven Ionen an einem Elektronenstrahler zum Schutz der Katode vor Ionenbeschuß wird die Aufgabe gemäß der Erfindung da- . durch gelöst, daß die Katode von einem Magnetringsystem umgeben ist und ein* rotationssymraetrisches PeId um die elektronenoptische Achse besteht, das von der Katode zur Anode des Elektronenstrahlers divergiert. Vorteilhaft ist, wenn das Magnetringsystem aus zwei Permanentmagnetringen besteht, die von einem ringförmig ausgebildeten magnetischen Rückschluß umgeben sind und zwischen denen sich ein veränderbarer Luftspalt befindet. Eine andere günstige Lösung ist, das Magnetringsystem als axial magnetisierten Permanentmagnetring auszubilden, 3er in einem ringförmigen Polschuh angeordnet ist·

Weiterhin kann das rotationssymmetrische Feld von dem Magnetsystem einer im Elektronenstrahler integrierten Zerstäuberionenpumpe erzeugt werden. Die Wirkung der Vorrichtung beruht darauf, daß der rotationssymmetrische, zur Anode hin divergierende magnetische Feldlinienverlauf eine Defokussierung auf die positiven Ionen bewirkt und die Ionenstromdichte auf der Kathodenspitze verringert.

Ausführungsbeispiel;

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der zugehörigen Zeichnung, in der

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Figur 1 eine Vorrichtung mit einem zwei Magnetringe enthaltenden Magnetringaystem und

Figur 2 eine Vorrichtung mit einem nur einen Magnetring und Polschuhringe enthaltenden c Magnetringaystem .

im Schnitt darstellt, näher erläutert werden.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus zwei Magnetringen 1 und 2, die achsparallel um eine in einer Halterung 3 befestigten Katode 4 eines Elektronenstrahlers angeordnet sind. Im Luftspalt der Magnetringe 1 und 2, die von einem magnetischen Rückschluß 5 um^geben sind, ist das Entladungssystem 6 einer integrierten Zerstäuberionenpumpe angeordnet.

Zum Zweck der Justierung des Elektronenstrahlers zur elektronenoptischen Achse 7 des Elektronenstrahlgerätes sind zwei Justierschrauben 8 vorgesehen, mit deren Hilfe die Magnetringe 1 und 2 des Magnetringsystems radial verschoben werden können.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung beruht darauf, daß ein im Raum 9 zwischen der Katode 4 und der Anode 10 bestehendes divergierendes Magnetfeld 11, das durch seinen Feldlinienverlauf dargestellt ist, auf achsennahe Ladungsträger st3?ahlea?n 12 aufgrund der sich dort kompensierenden Radialanteile des Magnetfeldes 11 wenig auswirkt, Auf Elektronen der Ladungsträgerstrahlen 12, die sich relativ nahe der Achse 7 bewegen, hat das Magnetfeld 11 somit keinen negativen Einfluß. Nahe der Anode 10 sind die Elektronen so hoch beschleunigt, daß auch die divergierenden negativen Teile der Ladungsträgerstrahlen 12 durch clie Quer komponente des dort an sich relativ schwachen Magnetfeldes 11 kaum beeinflußt werden. Aus dem unter der Anode 10 liegenden Raum 13 des Strahlers mit höherem Druck als im Raum 9 treten positive Ionen mch der bekannten Kosinusverteilung durch das Anodenloch in den

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Strahlerraum ein und werden in Richtung der Katode 4 beschleunigt. Auf achsennahe Ionen wirkt wegen Ihrer großen Masse das relativ, schwache Magnetfeld kaum sammelnd. Schräg einfallende positive Ionen, die als Strahlen 14 dargestellt sind, werden durch das außerhalb der Ac&se 7 divergierende Magnetfeld 11 weiter zerstreut, insbesondere gleich oberhalb der Anode 10 im Raum 9, wo die Ionen noch nicht beschleunigt sind, so daß am Ort der Spitze der Katode 4 die Ionendichte insgesamt verringert wird. Dadurch werden Schädigungen der Katode stark vermindert.

Figur 2 zeigt eine Vorrichtung, die aus einem um die Katode 4 angeordneten, axial magnetisierten Permanentmagnetring 15 besteht, der von einem Polschuhringsystem umgeben ist. Das Polschuhringsystem besteht aus einem festen Polschuhring 16 und vier Justierschrauben 17, die zur .Verschiebung des Magnetringes 15 und zur Justierung des Elektronenstrahls zur Achse des Elektronenstrahlgerätes dienen, sowie aus einem verstellbaren Polschuhring 18, mit dessen Hilfe sich der Ringspalt 19 und damit das Streufeld im Bereich der Katode 4 einstellen läßt. Eine axiale Justierung des Magnetringes 15 zur Katode 4 ist mittels eines Stellringes 20 möglich. Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Pig. 2 ist analog der steh Fig. 1; die beruht ebenso darauf, daß aufgrund des rotationssymmetrischen, zur Anode divergierenden magnetischen FeIdlinienverlaufs eine Defokussierung auf die positiven Ionen bewirkt und die Ionenstromdichte auf der Katodenspitze verringert wird.

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'i.Erfindun&sanspruch

1. Vorrichtung 2ium Ablenken ν on positiven Ionen an einem Elektronenstrahler zum Schutz der Katode vor Ionenbeschuß, dadurch gekennzeichnet, daß die . Katode von einem Magnetsystem umgeben ist' und ein rotationssymmetrisches PeId um die elektronenoptische Achse besteht, das von der Katode zur Anode des Elektronenstrahlers divergiert.

2. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, .10 daß das Magnetsystem aus zwei Per manent magnet ringen besteht, die von einem ringförmig ausgebildeten magnetischen-Rückschluß umgeben sind und zwi schen, denen sich ein veränderbarer Luftspalt befindet.

3. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennaeichnet, . daß das Magnetringsystem a us einem axial magnetisierten Permanentmagnetring besteht, der in einem ringförmigen Polschuh angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rotationssymmetrische PeId von dem Magnetsystem einer im Elektronenstrahler integrierten Zerstäuberionenpumpe erzeugt wird.

5. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetringsystem zur elektronenoptischen Achse justierbar ist.

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Claims (5)

';.,Erf indu'nÄsanspruch

1. Vorrichtung zum Ablenken ν on positiven Ionen an einem Elektronenstrahler zum Schutz der Katode vor Ionenbeschuß, dadurch gekennzeichnet, daß die . Katode von einem Magnetsystem-umgeben ist und ein rotationssymmetrisches PeId um die elektronenoptische Achse besteht, das von der Katode zur Anode des Elektronenstrahlers divergiert.

2· Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem aus zwei Permanentmagnetringen besteht, die von einem ringförmig ausgebildeten magnetischen Rückschluß umgeben sind und zwischen denen sich ein veränderbarer Luftspalt befindet.

3· Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekenneeichnet, daß das Magnetringsystem a us einem axial magnetisierten Permanentmagnetring besteht, der in einem ringförmigen Polschuh angeordnet ist.

4· Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rotationssymmetrische PeId von dem Magnetsystem einer im Elektronenstrahler integrierten Zerstäuberionenpumpe erzeugt wird.

5. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetringsystem zur elektronenoptischen Achse justierbar ist. .

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