DE1514706C2

DE1514706C2 - Ablenksystem für Korpuskularstrahlgeräte

Info

Publication number: DE1514706C2
Application number: DE1514706A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr. Herrmann; Dieter Dipl.-Phys. Krahl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-03-15
Filing date: 1966-03-15
Publication date: 1975-11-06
Also published as: US3453485A; GB1157750A; DE1514706B1; NL6701379A

Description

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ablenksystem für Korpuskularstrahlgeräte, bei dem der Korpuskularstrahl als Ganzes mittels elektrischer oder magnetischer Felder abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ablenksystem zur Korrektur des Ablenkastigmatismus ein Stigmator zugeordnet ist, dessen Erregung mit der Erregung des Ablenksystems derart gekoppelt ist, daß sich beide Erregungen im gleichen Sinne ändern.

2. Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stigmator in Strahlenrichtung vor dem Ablenksystem angeordnet ist.

3. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stigmator ein oder mehrere aus einander gegenüberliegenden Spulen bestehende Spulenpaare enthält, daß jedes Spulenpaar bezüglich seiner gemeinsamen Mittelachse senkrecht zu einem elektrischen oder magnetischen Feld des Ablenksystems sowie senkrecht zur Richtung der Korpuskularstrahlen angeordnet ist und daß in den einander gegenüberliegenden Spulen Magnetfelder mit entgegengesetzter Richtung erzeugt werden.

4. Ablenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegende Spulen gleich erregt werden.

5. Ablenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegende Spulen unterschiedlich erregt werden.

6. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung des Stigmators etwa dem Quadrat der Erregung des Ablenksystems proportional ist.

7. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung des Stigmators der Erregung des Ablenksystems direkt proportional ist.

8. Ablenksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stigmator an dieselbe Spannungsquelle wie das Ablenksystem angeschlossen ist. *

9. Ablenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß-in Reihe mit jedem Spulenpaar des Stigmators ein Netzwerk mit veränderbaren Widerständen liegt, das einen einmaligen Abgleich des Stigmators auf das ihm zugeordnete Ablenksystem ermöglicht.

10. Ablenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stigmator für Ablenksysteme zur Ablenkung des Korpuskularstrahles in zwei zueinander senkrechten Richtungen zwei Spulenpaare enthält, die senkrecht zu den beiden elektrischen oder magnetischen Feldern des Ablenksystems und senkrecht zur Richtung der Korpuskularstrahlen angeordnet sind.

11. Ablenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen des Stigmators als Zusatzwicklungen auf einem in an sich bekannter Weise vor dem Ablenksystem angeordneten elektromagnetischen Stigmator, der zur Korrektur des axialen Astigmatismus dient, aufgebracht sind.

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Ablenksystem für Korpuskularstrahlgeräte, bei dem die Ablenkung von Korpuskularstrahlen mittels elektrischer oder magnetischer Felder erfolgt.

Bei der Ablenkung von Korpuskularstrahlen durch elektrische oder magnetische Felder von Ablenksystemen wird der Korpuskularstrahl astigmatisch verzerrt. Bei Bestrahlung eines Objektes mit einem solchen j verzerrten^; Strahl macht sich der Astigmatismus als Intensitätsverlust bemerkbar. Um diesen Intensitätsverlust bei abgelenkten Korpuskularstrahlen zu vermeiden, wird ein Ablenksystem vorgeschlagen, dem gemäß der Erfindung ein Stigmator zugeordnet ist, der dadurch eine selbsttätige Korrektur des Ablenkastigmatismus bewirkt, daß seine Erregung von der Erregung des Ablenksystems abhängig ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei Ablenkung eines Korpuskularstrahles die Richtung der durch Ablenkastigmatismus hervorgerufenen Verzerrung durch die Ablenkrichtung, d. h. durch die Richtung des ablenkenden Feldes, und die Größe der Verzerrung durch die Größe des Ablenkwinkels bestimmt ist. Wird zur Strahlenablenkung ein elektromagnetisches Feld verwendet, das durch zwei sich gegenüberliegende Spulen erzeugt wird, so ist der Ablenkwinkel der Stromstärke durch die Spulen proportional. Auch die Größe der durch Ablenkastigmatismus hervorgerufenen Verzerrung hängt im allgemeinen von der Stärke des Stromes durch die Spulen ab.

Diese Erkenntnis führte zu dem Erfindungsgedanken, dem Ablenksystem zur Korrektur des Ablenkastigmatismus einen Stimulator zuzuordnen, dessen Erregung mit der Erregung des Ablenksystems derart gekoppelt ist, daß sich beide Erregungen im gleichen Sinne ändern. Der Stigmator ist vorteilhafterweise in Strahlenrichtung vor dem Ablenksystem angeordnet und kann ein oder mehrere aus einander, gegenüberliegenden Spulen bestehende Spulenpaare enthalten, wobei jedes Spulenpaar bezüglich seiner gemeinsamen Mittelachse senkrecht zu einem elektrischen oder magnetischen Feld des Ablenksystems sowie senkrecht zur Richtung der Korpuskularstrahlen angeordnet ist; in den einander gegenüberliegenden Spulen werden Magnetfelder mit entgegengesetzter Richtung erzeugt.

Um den feldfreien Punkt zwischen den einander gegenüberliegenden Spulen des Stigmators in einer senkrecht zur Strahlenrichtung liegenden Ebene verschieben zu können, sind die Spulen derart (beispielsweise durch Parallelschalten von Widerständen) geschaltet, daß sie unterschiedlich erregt werden; soll sich der feldfreie Punkt in der Mitte zwischen den sich gegenüberliegenden Spulen befinden, dann müssen die Spulen unter der Voraussetzung gleichen Wicklungsaufbaues gleich erregt sein.

Wie die F i g. 1 zeigt, in der die Größe des Astigmatismus A eines Ablenksystems in Abhängigkeit von dem das Ablenksystem erregenden Strom / dargestellt ist, nimmt der Astigmatismus nichtlinear mit dem Strom /und damit mit dem Ablenkwinkel, sondern etwa quadratisch zu (Kurve K\\ Soll dieser Astigmatismus vollkommen kompensiert werden, dann ist durch eine Erregung des Stigmators, die etwa dem Quadrat der Erregung des Ablenksystems proportional ist, eine Vorverzerrung etwa in der Art erforderlich, wie es die Kurve Ki in der F i g. 1 zeigt.

Um eine Vorverzerrung gemäß Kurve Ki zu erzeugen, sind jedoch, da die Erregung des Stigmators gemäß der Erfindung zwecks selbsttätiger Korrektur des Ablenkastigmatismus von der Erregung des Ablenksystems abhängig sein muß, relativ aufwendige

angeschlossen, so daß die Erregung des Stigmators der Erregung des Ablenksystems direkt proportional ist. Die Spulen S₅ und S₆ sind derart geschaltet, daß ein von der Spannung U durch sie hindurchgetriebener Strom I₂ in den Spulen Magnetfelder mit entgegengesetzter Richtung erzeugt. Das sich solchermaßen im Stigmator Si ausbildende Magnetfeld bewirkt eine Vorverzerrung des Korpuskularstrahles gemäß Kurve K₃ der F i g. 1, so daß die durch die obere und untere Ablenkeinheit A₀ und A₁₁ durch Ablenkastigmatismus hervorgerufene Verzerrung nahezu aufgehoben wird (vgl. dazu die Kurve K₄ in der Fig. 1). Die Kompensation der durch Ablenkastigmatismus hervorgerufenen Verzerrung ist dann erfolgreich, wenn zusätzlich zu der obengenannten Bedingung, daß nämlich die Spulen S₅ und S₆ des Stigmators Sf gegeneinandergeschaltet und in der angegebenen Weise erregt sind, die Bedingung erfüllt ist, daß die Spulen S₅ und S₆ bezüglich ihrer gemeinsamen Mittelachse senkrecht zu.den magnetischen Feldern der Ablenkeinheiten A₀ und A₁₁ sowie senkrecht zur Richtung der Korpuskularstrahlen angeordnet sind.

Um den Stigmator Si einmalig auf das ihm zugeordnete, aus den Ablenkeinheiten A₀ und A₀ bestehende Ablenksystem abzugleichen, ist ihm ein Netzwerk mit veränderbaren Widerständen, z. B. der veränderbare Widerstand W, vorgeschaltet, der ebenfalls von dem Strom I₂ durchflossen wird.

Wird in Abweichung von dem in der F i g. 2 dargestellten Ablenksystem ein solches verwendet, das den Korpuskularstrahl in zwei zueinander senkrechten Richtungen ablenkt, dann muß zur Kompensation der durch Ablenkastigmatismus hervorgerufenen Verzerrung ein Stigmator mit zwei Spulenpaaren verwendet werden.

Durch die Erfindung wird ein Stigmator für Ablenksysteme von Korpuskularstrahlgeräten geschaffen, der durch Vorverzerrung des Korpuskularstrahles die durch Ablenkastigmatismus hervorgerufene Verzerrung bei Ablenkung durch ein Ablenksystem kompensiert. Die Kompensation wird, nachdem ein einmaliger Abgleich des Stigmators auf das ihm zugeordnete Ablenksystem erfolgt ist, bei Veränderung des Ablenkwinkels selbsttätig vorgenommen. Mittels des vorliegenden Stigmators wird daher bei jedem Ablenkwinkel eine durch Ablenkastigmatismus hervorgerufene Verzerrung vermieden.

Patentansprüche:

1. Ablenksystem für Korpuskularstrahlgeräte, bei dem der Korpuskularstrahl als Ganzes mittels elektrischer oder magnetischer Felder abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ablenksystem zur Korrektur des Ablenkastigmatismus ein Stigmator zugeordnet ist, dessen Erregung des Ablenksystems derart gekoppelt ist, daß sich beide Erregungen im gleichen Sinne ändern.

3. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stigmator ein oder mehrere aus einander gegenüberliegenden Spulen bestehende Spulenpaare enthält, daß jedes Spulenpaar bezüglich seiner gemeinsamen Mittelachse senkrecht zu einem elektrischen oder magnetischen Feld des Ablenksystems sowie senkrecht zur Richtung der Korpuskularstrahlen angeordnet ist und daß in den einander gegenüberliegenden Spulen Magnetfelder mit entgegengesetzter Richtung erzeugt werden.

6. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung des Stigmators etwa dem Quadrat der Erregung des Ablenksystems proportional ist.

8. Ablenksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stigmator an dieselbe Spannungsquelle wie das Ablenksystem angeschlossen ist.

9. Ablenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit jedem Spulenpaar des Stigmators ein Netzwerk mit veränderbaren Widerständen liegt, das einen einmaligen Abgleich des Stigmators auf das ihm zugeordnete Ablenksystem ermöglicht.