DE1134769B - Vorrichtung zur Kompensation des OEffnungsfehlers einer rotations-symmetrischen, raumladungsfreien elektronenoptischen Linse - Google Patents

Description

INTERNAT. KL. HOIj

DEUTSCHES

PATENTAMT

Z 7500 Vinc/21g

ANMELDETAG: 22. AU G U S T 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 16. AUGUST 1962

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompensation des Öffnungsfehlers einer rotationssymmetrischen, raumladungsfreien elektronenoptischen Linse mittels einer in oder in der Nähe der Hauptebene dieser Linse angeordneten Netzlinse.

Bei vielen mit einem Elektronenstrahl arbeitenden Geräten, wie z. B. Oszillographen, Bildaufnahmeröhren, Bildverstärker oder zum Bohren, Fräsen, Wärmebehandeln, Schweißen, Löten, Oberflächenbehandeln oder Härten dienenden technischen Ladungsträgerstrahlgeräten besteht die Aufgabe, den Ladungsträgerstrahl in einen möglichst kleinen und intensitätsreichen Fleck zu konzentrieren. Dabei wird zur Strahlfokussierung im allgemeinen eine rotationssymmetrische raumladungsfreie elektronenoptische Linse verwendet. Durch deren Linsenfehler, vorzugsweise durch den Öffnungsfehler dritter und fünfter Ordnung, wird jedoch eine ideale Fokussierung verhindert.

Der Öffnungsfehler einer elektronenoptischen Linse kommt bekanntlich dadurch zustande, daß die äußeren Linsenzonen eine größere Brechkraft aufweisen als der Mittelbereich der Linse. Es ist nun bekannt, den Öffnungsfehler einer elektrostatischen Linse dadurch zu kompensieren, daß hinter dieser Linse elektrostatische Korrekturelemente angeordnet werden, welche die Rotationssymmetrie der Linse aufheben. Da ein solches Korrekturelement den Öffnungsfehler der Linse lediglich in einer Schnittebene korrigiert, sind in der Regel mehrere Korrekturelemente erforderlich. Solche Elemente müssen sehr genau aufgebaut und justiert sein, so daß die bekannte Vorrichtung zur Kompensation des Öffnungsfehlers sehr aufwendig ist. Sie hat darüber hinaus den Nachteil, daß die Korrektur eines Ladungsträgerstrahlers von größerem Durchmesser nur sehr schwer möglich ist.

Weiterhin ist es bekannt, zur Korrektur des Öffnungsfehlers einer rotationssymmetrischen, raumladungsfreien elektronenoptischen Linse einen in der Linsenachse angeordneten elektrischen Leiter zu verwenden, der von einer Ringelektrode umgeben ist. Die Eigenschaft dieser Korrekturlinse kann durch Wahl der Potentialdifferenz zwischen Ringelektrode und Leiter verändert werden.

Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß sie lediglich die Korrektur des Öffnungsfehlers in einem kleinen Winkelbereich der in die elektronenoptische Linse eintretenden Strahlen erlaubt.

Bekannt ist es auch, zur Kompensation des Öffnungsfehlers einer rotationssymmetrischen, raumladungsfreien elektronenoptischen Linse eine Netz-Vorrichtung zur Kompensation des Öffnungsfehlers einer rotationssymmetrischen, raumladungsfreien elektronenoptischen Linse

Anmelder: Fa. Carl Zeiss, Heidenheim/Brenz

Otto Scherzer, Darmstadt-Eberstadt, und Dipl.-Phys. K. H. Steigerwald,

Heidenheim/Brenz, sind als Erfinder genannt worden

linse vorzusehen, welche aus drei Elektroden besteht, deren erste und letzte ein über ihren Öffnungen ausgespanntes Netz tragen. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß die Linsenwirkung der einzelnen Netzmaschen sehr störend zur Wirkung kommt.

Die Vorrichtung zur Kompensation des Öffnungsfehlers einer rotationssymmetrischen, raumladungsfreien elektronenoptischen Linse verwendet ebenso eine in oder in der Nähe dieser Linse angeordnete Netzlinse. Diese besteht gemäß der Erfindung aus einem zwischen in der Strahlrichtung aufeinanderfolgenden und senkrecht zu dieser angeordneten Ringelektroden ausgespannten und gegen diese isolierten Netz, wobei die Abmessungen der Ringelektroden sowie die an diese gelegten Spannungen so gewählt sind, daß die von ihnen auf dem vom Strahl durchsetzten Teil des Netzes influenzierte Gesamtladung gering ist.

Die Netzlinse hat eine rotationssymmetrische Korrektionswirkung, d. h. also, die Kompensation des Öffnungsfehlers der elektronenoptischen Linse kann in einer Stufe erfolgen. Ein weiterer Vorteil der Netzlinse besteht darin, daß es ohne weiteres möglich ist, auch einen Ladungsträgerstrahl größeren Durchmessers zu korrigieren.

Durch die beschriebene Ausbildung der Netzlinse wird die störende Linsenwirkung der einzelnen Netzmaschen auf ein nicht mehr störendes Maß herabgedrückt. Damit gelingt es also, eine Kompensation des Öffnungsfehlers zu erreichen, ohne daß neue, störende Fehler eingeführt werden.

Um die Ausbildung der durch die Netzlinse hervorgerufenen korrigierenden Raumladung besser steuer-

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bar zu gestalten, ist es zweckmäßig, auf einer oder auf jeder Seite des Netzes zwei gegeneinander isolierte und auf verschiedenem Potential liegende Ringelektroden anzuordnen.

So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, in Strahlrichtung gesehen, vor dem Netz zwei Ringelektroden anzuordnen, deren erste relativ zum Netz auf einem dem absoluten Betrag nach höheren negativen Potential liegt als die zweite, relativ zum Netz auf positivem

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Netzlinse mit gewölbtem Netz.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Kathode, mit 2 eine Wehneltelektrode und mit 3 eine Anode bezeichnet. Das aus 5 diesen drei Elementen bestehende Strahlerzeugungssystem erzeugt einen Elektronenstrahl 4, welcher mittels einer elektromagnetischen Linse 5 auf das Bauelemente fokussiert wird. Das Bauelement6 kann den Leuchtschirm eines Oszillographen, die HaIb-

Potential liegende Elektrode und hinter dem Netz io lederschicht einer Bildaufnahmeröhre, die Pralleine weitere, auf Netzpotential liegende Ringelektrode elektrode eines Bildverstärkers oder bei technischen anzuordnen. Durch diese Bauart der Netzlinse wird Elektronenstrahlgeräten das zu bearbeitende Objekt die auf dem Netz influenzierte Ladung und damit darstellen.

die Linsenwirkung der einzelnen Netzmaschen gering Die Polschuhe der elektromagnetischen Linse 5

gehalten, da sich die Feldstärken auf beiden Seiten 15 skid mit 7 und 8 bezeichnet. Auf den oberen PoI-des Netzes in Größe und Richtung nur wenig unter- schuh 7 ist eine Netzlinse 9 aufgesetzt, welche aus scheiden. einem zwischen den senkrecht zur Strahlrichtung an-

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform geordneten Ringelektroden 10,11 und 12 ausgespannder Vorrichtung ist zu beiden Seiten des Netzes je- ten Netz 13 besteht. Dieses Netz ist mittels des Isoweils nur eine Ringelektrode vorgesehen. Durch ent- 20 lators 14 gegen die Ringelektroden isoliert, sprechende Abmessung der Ringelektroden und durch Im Betrieb erhält die erste Ringelektrode 10 relativ

Wahl der an diese gelegten Spannungen ist hier dafür zum Netz 13 ein dem absoluten Betrag nach höheres gesorgt, daß die von den Ringelektroden auf dem vom negatives Potential als die zweite, relativ zum Netz Strahl durchsetzten Teil des Netzes influenzierte Ge- auf positivem Potential liegende Ringelektrode 11. samtladung gering ist. Dabei liegt die, in Strahlrich- 25 Die hinter dem Netz angeordnete Ringelektrode 12 tung gesehen, obere Ringelektrode relativ zum Netz liegt auf Netzpotential. Dadurch wird in der Mitte auf negativem Potential und weist eine kleinere, zum des Netzes 13 eine schwach positive, in seinen Außen-Strahldurchtritt dienende Öffnung auf als die untere, zonen eine schwach negative Ladung erzeugt. Darelativ zum Netz auf positivem Potential liegende zwischen liegt ein praktisch ladungsfreies Gebiet. Da-Ringelektrode, und der Abstand des Netzes von der 30 mit wird die Korrektur erreicht, ohne daß die influenoberen Ringelektrode ist größer als sein Abstand von zierten Ladungen eine merkliche Feldstörung in der der unteren Ringelektrode.

An Stelle des Netzes kann auch eine dünne durchlöcherte Folie vorgesehen sein. Ebenso ist es möglich, die Folie an verschiedenen Stellen verschieden dick zu wählen, die Folie zu wölben oder den Durchmesser der Löcher vom Achsenabstand abhängig zu machen.

Zur Erzielung eines raumsparenden Aufbaues ist _ _

es zweckmäßig, die elektronenoptische Linse und die 40 negativem Potential und weist eine kleinere zum Netzlinse in bekannter Weise zu einer Baueinheit zu Strahldurchtritt dienende Öffnung auf als die untere vereinigen. Dies ist vor allem dann möglich, wenn es auf positivem Potential liegende Elektrode 17. Das sich um die Korrektur der Fokussierung eines Ladungs- Netz 15 ist so angeordnet, daß sein Abstand von der trägerstrahles kleiner Apertur handelt, da in diesem Ringelektrode 16 größer ist als sein Abstand von der Fall die korrigierende Wirkung der Netzlinse auch 45 Ringelektrode 17.

dann voll zur Wirkung kommt, wenn diese Netzlinse In der Mitte des Netzes 15 überwiegt die von der

nicht in der Hauptebene der elektronenoptischen oberen Ringelektrode 16 influenzierte positive Ladung, Linse angeordnet ist. Es ist also in diesem Fall ohne während in den äußeren Teilen des Netzes die von weiteres möglich, die Netzlinse auf die dem Strahl- der unteren Ringelektrode 17 influenzierte. negative erzeugungssystem zugewandte Elektrode der elek- 50 Ladung überwiegt. Dementsprechend bewirkt das tronenoptischen Linse aufzusetzen. Weiterhin ist es Netz in der Mitte eine positive Brechkraft, die nach möglich, die Netzlinse unterhalb oder innerhalb der außen hin abnimmt und weiter außen sogar negativ elektronenoptischen Linse anzuordnen. wird. In dem ringförmigen Gebiet, in dem die von

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der beiden Seiten her influenzierten Ladungsdichten ein-Ausführungsbeispiele darstellenden Fig. 1 bis 5 näher 55 ander entgegengesetzt gleich sind, tritt keine Linsenerläutert. Dabei zeigt wirkung der einzelnen Netzmaschen auf.

Bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Netzlinsen kann an Stelle des Netzes eine Folie mit Löchern vorgesehen sein. Eine solche Folie ist in Fig. 3 dargestellt. Mit 18 ist hier die Folie bezeichnet, welche Löcher 19 definierter Abmessung enthält. Die Linse selbst ist beispielsweise ebenso aufgebaut wie die in Fig. 2 dargestellte Netzlinse.

Fig. 4 zeigt eine weitere Netzlinse, welche ebenso aufgebaut ist wie die in Fig. 2 dargestellte Netzlinse, bei welcher jedoch an Stelle des Netzes eine Folie 20 vorgesehen ist, welche an verschiedenen Stellen verschieden dick ist.

Nähe der Netzdrähte und damit eine störend große Linsenwirkung der einzelnen Netzmaschen hervorrufen.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer Netzlinse mit nur zwei Ringelektroden. Das Netz ist mit 15 bezeichnet, während die obere Ringelektrode die Bezeichnung 16 und die untere Ringelektrode die Bezeichnung 17 trägt. Die Elektrode 16 liegt auf

Fig. 1 ein mit einer elektromagnetischen Fokussierungslinse mit zugeordneter Netzlinse ausgerüstetes Ladungsträgerstrahlgerät in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Netzlinse,

Fig. 3 eine Netzlinse, bei welcher an Stelle des Netzes eine Folie mit Löchern definierter Abmessung vorgesehen ist, in Draufsicht,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Netzlinse, welche an Stelle eines Netzes eine an verschiedenen Stellen verschieden dicke Folie enthält,

In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, an Stelle einer Netzlinse mit gestrafftem Netz eine Netzlinse mit gewölbtem Netz vorzusehen. Eine solche Linse ist in Fig. 5 dargestellt, welche die Wölbung des Netzes 21 erkennen läßt. Selbstverständlich kann an Stelle des Netzes 21 auch eine gewölbte Folie mit Löchern definierter Abmessung vorgesehen sein.

Mittels der dargestellten und beschriebenen Vorrichtungen gelingt es, einen kleinen intensitätsreichen Ladungsträgerstrahlfleck zu erzeugen. Damit ist es möglich, eine hohe Flächenintensität bei kleinen Absolutdurchmessern des Strahles zu erzielen. Die Intensität über den Strahlquerschnitt ist dabei so verteilt, daß sie an den Rändern steil abfällt. Eine solche Intensitätsverteilung ist insbesondere bei der Materialbearbeitung mit Ladungsträgerstrahlen sehr wichtig, da es hier darauf ankommt, möglichst alle Energie innerhalb der Grenzen der Bearbeitungsstelle zu vereinigen.

Claims (7)

20 PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur Kompensation des Öffnungsfehlers einer rotationssymmetrischen, raumladungsfreien elektronenoptischen Linse mittels einer in oder in der Nähe der Hauptebene dieser Linse angeordneten Netzlinse, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzlinse aus einem zwischen senkrecht zur Strahlrichtung angeordneten Ringelektroden ausgespannten und gegen diese isolierten Netz besteht und daß die Abmessungen der Ringelektroden sowie die an diese gelegten Spannungen so gewählt sind, daß die von ihnen auf dem vom Strahl durchsetzten Teil des Netzes influenzierte Gesamtladung gering ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer oder auf jeder Seite des Netzes zwei gegeneinander isolierte und auf verschiedenem Potential liegende Ringelektroden angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, in Strahlrichtung gesehen, vor dem Netz zwei Ringelektroden angeordnet sind, deren erste relativ zum Netz auf negativem und deren zweite relativ zum Netz auf schwach positivem Potential liegt und daß hinter dem Netz eine weitere, auf Netzpotential liegende Ringelektrode angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Ringelektrode relativ zum Netz auf negativem Potential liegt und eine kleinere, zum Strahldurchtritt dienende Öffnung aufweist als die untere, relativ zum Netz auf positivem Potential liegende Ringelektrode und daß der Abstand des Netzes von der oberen Ringelektrode größer ist als sein Abstand von der unteren Ringelektrode.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Netzes eine dünne durchlöcherte Folie vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie an verschiedenen Stellen verschieden dick ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz gewölbt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung T 49417 VIIIc/21 g
(bekanntgemacht am 9. 7. 1942);

USA.-Patentschriften Nr. 2 452 919, 2 740 919.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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