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Einrichtung zur Justierung eines Ladungsträgerstrahles und Verfahren
zur Justierung eines Ladungsträgerstrahles Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zur Justierung eines durch eine Blende begrenzten Ladungsträgerstrahles in die optische
Achse einer in Strahlrichtung gesehen unterhalb dieser Blende angeordneten elektronenoptischen
Linse.
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Bei Geräten, die mit Ladungsträgerstrahlen arbeiten, beispielsweise
bei Elektronenmikroskopen oder Geräten zur Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahl,
verläuft der Strahlengang im Hochvakuum. Bei solchen Geräten ist es notwendig, das
Strahlerzeugungssystem justierbar zu gestalten, da der von diesem System gelieferte
Ladungsträgerstrahl normalerweise nicht in der Achse des Gerätes verläuft. Wird
im Strahlengang eine zur Formung des Strahles dienende Blende angeordnet, so ist
es notwendig, auch diese Blende verschiebbar zu gestalten, da der Ladungsträgerstrahl
nach erfolgter Justierung in die Geräteachse nicht ohne weiteres durch die Mitte
der Öffnung dieser Blende tritt.
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So ist zur Justierung des Strahlenganges eines Elektronenmikroskops
eine Einrichtung bekannt, bei der zwischen einem verschiebbar ausgeführten Strahlerzeugungssystem
und einer verschiebbaren Kondensorlinse mit einer fest mit dieser verbundenen Blende
zwei Ablenksysteme angeordnet sind. Nach Verschiebung des Strahlerzeugungssystems
und der Kondensorlinse mit der mit ihr verbundenen Blende läßt sich bei entsprechender
Erregung der Ablenkvorrichtung erreichen, daß der Elektronenstrahl in der optischen
Achse der Objektivlinse verläuft.
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Da bei derartigen Geräten die justierbaren Elemente im Hochvakuum
bewegt werden müssen, müssen mechanische Bewegungen mit Hilfe von Hochvakuumdichtungen
in das Gerät eingeführt werden. Hochvakuumdichtungen stellen jedoch immer eine gewisse
Fehlerquelle dar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Einrichtung zur Justierung
eines Ladungsträgerstrahles zu schaffen, bei der Bewegungsdurchführungen in das
Hochvakuum nach Möglichkeit vermieden werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Strahlerzeugungssystem
und die Blende fest angeordnet sind und daß in Strahlrichtung gesehen vor der Blende
ein Ablenksystem und hinter der Blende, jedoch vor der elektronenoptischen Linse,
zwei Ablenksysteme angeordnet sind.
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Durch das vor der Blende angeordnete Ablenksystem wird der aus der
Kathode austretende Ladungsträgerstrahl durch die Mitte der Blende gelenkt, und
durch die beiden hinter der Blende angeordneten Ablenksysteme wird der Ladungsträgerstrahl
in die optische Achse der Linse gelenkt. Die beschriebene Einrichtung zur Justierung
bietet somit die Möglichkeit, verschiebbare Strahlerzeugungsvorrichtungen und verschiebbare
Blenden zu vermeiden, so daß die Fehlerquellen, die durch die bisher hierfür notwendig
gewesenen Bewegungsdurchführungen gegeben sind, ausgeschaltet sind. Die Einrichtung
findet besonders vorteilhaft dann Anwendung, wenn der Ladungsträgerstrahl durch
eine weitere, im Strahlengang Ober- oder unterhalb der Linse angeordnete Blende
treten soll.
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Ohne irgendwelche Hilfsvorrichtungen ist der Justiervorgang ziemlich
kompliziert. Es ist deshalb vorteilhaft, zur Erleichterung des Justiervorganges
Hilfsvorrichtungen vorzusehen. Diese können darin bestehen, daß in Strahlrichtung
gesehen vor der festen Blende und/oder hinter dem letzten Ablenksystem bzw. hinter
einer im Strahlengang gelegenen elektromagnetischen Linse ein zum Durchtritt des
Ladungsträgerstrahles durchbohrter Leuchtschirm angeordnet ist. Zur Beobachtung
dieser Leuchtschirme sind dabei Einblicköffnungen im Gerät vorgesehen.
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Zur Erleichterung des Justiervorganges ist es weiterhin zweckmäßig,
die Stromversorgungsgeräte der Ablenksysteme so auszubilden, daß sie einen zur Wobbelung
des jeweiligen Ablenksystems dienenden Wechselstrom abgeben können. In diesem Fall
kann es auch zweckmäßig sein, keine Leuchtschirme vorzusehen, sondern die Blende
und/oder das mit dem
Ladungsträgerstrahl zu beaufschlagende Objekt
gegen das Gerät zu isolieren und über einen Widerstand mit Erdpotential zu verbinden.
Die an diesem Widerstand abfallende Spannung wird den Ablenkplatten eines Kuthodenstrahloszillographen
zugeführt, auf dessen Bildschirm also beobachtei werden kann, wie der Ladungsträgerstrahl
zur Blende bzw. zum Objekt liegt.
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Der Justiervorgang selbst wird im folgenden im Zusammenhang mit der
die beschriebene Einrichtung darstellenden Zeichnung näher erläutert.
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Das in der Zeichnung dargestellte Gerät enthält ein aus der Kathode
1. der Steuerelektrode 2 und der Anode 4 bestehendes Strahlerzeugungssystem. Die
zum Betrieb dieses Systems dienenden Spannungen werden über einen Isolator 3 zugeführt.
Das Strahlerzeugungssystem ist in einem geerdeten und unter Hochvakuum stehenden
Gehäuse 5 unverschiebbar angeordnet. Dieses Gehäuse enthält weiterhin eine fest
angeordnete Blende 6 sowie eine elektromagnetische Linse 7. Der durch das Strahlerzeugungssystem
erzeugte Elektronenstrahl 8 soll so ausgerichtet werden, daß er auf die Oberfläche
eines zu bearbeitenden Objektes 9 trifft.
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In Strahlrichtung gesehen oberhalb der Blende 6 ist ein elektromagnetisches
Ablenksystem 10 angeordnet, während zwei weitere elektromagnetische Ablenksysteme
11 und 12 hinter der Blende 6 angeordnet sind.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird der durch das fest eingebaute
Strahlerzeugungssystem erzeugte Elektronenstrahl 8 mittels des Ablenksystems 10
zunächst durch die Mitte der Blende 6 gelenkt. Durch die beiden Ablenksysteme 11
und 12 wird sodann der Elektronenstrahl in die Achse der elektromagnetischen Linse
7 gelenkt.
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Oberhalb der Blende 6 ist ein zum Durchtritt des Elektronenstrahles
8 durchbohrter Leuchtschirm 13 angeordnet, welcher durch eine mittels eines Röntgenschutzglases
abgeschlossene Einblicköffnung 14 beobachtet werden kann. Das zu bearbeitende Objekt
9 ist auf Isolatoren 15 und 16 gelagert und über einen Widerstand 17 mit Erde verbunden.
Dieser Widerstand 17 ist seinerseits über einen Verstärker 18 mit den Ablenkplatten
eines Kathodenstrahloszillographen 19 verbunden.
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Die Justierung des Elektronenstrahles 8 wird in mehreren Schritten
durchgeführt, welche folgendermaßen ablaufen: 1. Zunächst wird das zur Stromversorgung
der Linse 7 dienende Stromversorgungsgerät 20 abgeschaltet. Ebenso
werden die beiden zur Stromversorgung der Ablenksysteme 11 und 12 dienenden Stromversorgungsgeräte
21 und 22 abgeschaltet. Das Stromversorgungsgerät 23 für das Ablenksystem 10 wird
sodann so geschaltet, daß dem zur Strahlablenkung in der Papierebene dienenden Spulenpaar
ein Wechselstrom zugeführt wird. Der Elektronenstrahl 8 erzeugt nun einen Strich,
welcher durch die Einblicköffnung 14 auf dem Leuchtschirm 13 beobachtet werden kann.
Durch Regelung des dem zur Strahlablenkung senkrecht zur Papierebene dienenden Spulenpaar
zugeführten Gleichstromes wird der vom Elektronenstrahl erzeugte Strich senkrecht
zu seiner Richtung auf die Mitte der Blendenöffnung der Blende 6 geschoben. Danach
wird der Wechselstrom abgeschaltet, wobei im allgemeinen der Elektronenstrahl seitlich
versetzt auf den Leuchtschirm 13 auftreffen wird. Nun wird dem zur Strahlablenkung
senkrecht zur Papierebene dienenden Spulenpaar ein Gleichstrom zugeführt, wobei
durch entsprechende Regelung dieses Stromes erreicht wird, daß der Elektronenstrahl
durch die Mitte der Öffnung der Blende 6 trifft.
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2. Das Stromversorgungsgerät 21 des Ablenksystems 11 wird eingeschaltet,
und es wird einem Spulenpaar ein zur Wobbelung des Elektronenstrahles dienender
Wechselstrom zugeführt. Der vom Elektronenstrahl8 beschriebene Strich wird sodann
mit Hilfe des um 90° versetzten Spulenpaares so weit verschoben, bis er auf dem
unterhalb der Linse 7 gelegenen Objekt 9 erscheint. Dies wird dadurch registriert,
daß sich beim Auftreffen des Elektronenstrahles auf das Objekt 9 dieses auflädt
und demzufolge über den Widerstand 17 ein Strom zur Erde abfließt. Der am Widerstand
17 entstehende Spannungsabfall wird im Kathodenstrahloszillographen 19
zur
Anzeige gebracht.
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Nach Abschalten der Wobbelspannung wird dem entsprechenden Spulenpaar
ein Gleichstrom zugeführt, durch dessen Regelung erreicht wird, daß der Elektronenstrahl
8 durch die Bohrung der Linse 7 trifft. Um auch dies wiederum auf dem Schirm des
Kathodenstrahloszillographen 19 beobachten zu können, ist es zweckmäßig, durch entsprechende
Regelung der Spannung der Welinelt-Elektrode 2 den Elektronenstrahl 8 intermittierend
zu steuern.
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3. Als letzter Schritt wird der Linse 7 über das Stromversorgungsgerät
20 ein Wechselstrom in der Art zugeführt, daß die Linse während des Wobbelvorganges
zwischen zwei Defokussierungsstellungen die Fokussierungsstellung durchläuft. Mit
Hilfe des Ablenksystems 12 wird sodann der Elektronenstrahl 8 so weit justiert,
daß eine Verschiebung des Strahlmittelpunktes auf dem Objekt 9 nicht mehr auftritt.
Es wird also lediglich noch ein sogenanntes Atmen des Strahles 8 auf dem Objekt
9 beobachtet. Damit ist der Strahl 8 zentriert, und nach Abschalten der Linsenwobbelspannung
ist die Justierung beendet.
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An Stelle der in der Zeichnung dargestellten Justierhilfen ist es
auch möglich, oberhalb des Objektes 9 einen Leuchtschirm anzuordnen und auf diesem
den auftreffenden Strahl 8 zu beobachten. Ebenso ist es möglich, den vor der Blende
6 gelegenen Leuchtschirm 13 dadurch zu ersetzen, daß die Blende 6 vom Gehäuse 5
isoliert und über einen Widerstand mit Erde verbunden wird, Die an diesem Widerstand
abfallende Spannung ist in diesem Fall über einen Verstärker den Ablenkplatten eines
Kathodenstrahloszillographen zuzuführen.