DE2102608A1 - Electrostatic micro grid - Google Patents
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Description
4x0-16.497P4x0-16.497P
Commissariat ä !'Energie Atomique, Paris (Frankreich)Commissariat ä! 'Energie Atomique, Paris (France)
Elektrostatisches MlkrolinsenrasterElectrostatic microlens louvre
Gegenstand der Erfindung ist ein Raster aus quadrupolartigen elektrostatischen Mikrolinsen, also eine Anordnung von elektrostatischen Linsen sehr kleinen Durchmessers, von denen jede aus vier elektrischen Polen besteht. Ein solches Raster gestattet es, ausgehend von einem Strahl elektrisch geladener Teilchen mit großem Querschnitt gleichzeitig eine Mehrzahl .on Mikrostrahlen kleinen Querschnitts zu erzeugen, die untereinander parallel sind und konvergieren.The invention relates to a grid of quadrupole-type electrostatic microlenses, that is to say an arrangement of very small diameter electrostatic lenses, each consisting of four electrical poles. Such a grid allows, starting from a beam of electrically charged particles with a large cross-section, a plurality at the same time .on to generate micro-beams of small cross-section, which are among each other are parallel and converge.
Die quadrupolartigen Linsen dienen zum Fokussieren eines Strahls geladener Teilchen, wobei diese Teilchen sowohl Ionen als auch Elektronen sein können. Eine Änderung der Bahnen der geladenen Teilchen wird mit Hilfe von vier Elektroden erzielt, die irn allgemeinen symmetrisch zur Achse des einfallenden Teilchenstrahls angeordnet sind. Im allgemeinen haben diese metallischen Elektroden eine hyperbolische Form. Die Elektroden werden polarisiert, indem man eine elektrische Spannung anThe quadrupole type lenses are used to focus a beam of charged particles, these particles being both ions as well as electrons. A change in the orbits of the charged particles is achieved with the help of four electrodes, which are arranged generally symmetrically to the axis of the incident particle beam. Generally these metallic electrodes have a hyperbolic shape. The electrodes are polarized by applying an electrical voltage
410-(B410- (B.
-DfCw (7)-DfCw (7)
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sie anlegt, deren Größe von der Art und der Geschwindigkeit der geladenen Teilchen sowie von dem Konvergenz-winkel abhängt, der dem Teilchenstrahl aufgeprägt werden soll Für manche Anv.endungsfälle wie beispielsweise die ionische Einbringung von Ladungsträgern in ein Halbleitermaterial ist es von Vorteil, gleichzeitig über mehrere unter sich parallele und i'okussierte Mikrostrahlen von kleinem Querschnitt zu verfügen, v.-obei der· Abstand zwischen zwei benachbarten Mikrostrahlen sehr gering ist, z.B. bei einigen Millimetern liegt. Wegen der Bauv.-eise der bisher bekannten elektrostatischen Linsen besitzen diese im allgemeinen große Abmessungen. Daher müßte für e:\rie gleicnzeltige Erzeugung einer Mehrzahl von Mikrostrahlen auL einem einfallenden Teilchenstrahl großen Querscnnitts für die bekannten Einrichtungen dieser Strahlquerschnitt viel größer sein, als sich dies.bisher praktisch realisieren läßt. Außerdem würde der Abstand zwischen zwei benachbarten Mikroetrahlen relativ groß.it applies, the size of which depends on the type and speed of the charged particles as well as on the angle of convergence, which is to be impressed on the particle beam For some applications such as ionic introduction of charge carriers in a semiconductor material, it is advantageous to simultaneously use several parallel and focused To have micro-rays with a small cross-section, v.-obei the · The distance between two neighboring microbeams is very small, e.g. a few millimeters. Because of the construction of the electrostatic lenses known hitherto, these are generally large in size. Therefore, for e: \ rie would have to be identical Generation of a plurality of microbeams in one incident particle beam of large cross-section for the known devices of this beam cross-section be much larger than this can be realized in practice so far. In addition, the distance between two neighboring micro-rays would be relatively large.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und ein Mikrolinsenraster anzugeben, das unter Vermeidung der oben geschilderten Mangel aus einem einfallenden Teilchenstrahl großen Querschnitts eine Vielzahl von untereinander parallelen und fokussierten Mikrostrahlen erzeugt, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Mikrostrahlen senr klein ausfällt.The invention is therefore based on the object of remedying this to create and to specify a microlens grid that, while avoiding the deficiency described above, from an incident Particle beam of large cross-section generates a multitude of mutually parallel and focused micro-beams, whereby the distance between two neighboring microbeams is very small fails.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Mehrzahl /on elektrisch polarisierbaren, fadenförmigen Elektroden unter Bildung eines Netzes mit etwa quadratischen Maschen in einer zu ihnen senkrechten Ebene parallel zueinander angeordnet sind und daß jede Mikrolinse mindestens aus vier benachbarten Elektroden besteht, die gemeinsam einen Kanal begrenzen, der im Querschnitt die Form eines Quadrates aufweist, das an den Ecken durch jeweils einem Viertel des QuerschnittsThe object set is achieved according to the invention in that a plurality of electrically polarizable, thread-like Electrodes to form a network with approximately square meshes in a plane perpendicular to them parallel to one another are arranged and that each microlens consists of at least four adjacent electrodes, which together form a channel limit, which has the shape of a square in cross section, which at the corners by a quarter of the cross section
3AD OF««-H*1 3AD OF «« - H * 1
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einer Elektrode entsprechende Viertelkreise abgestumpft ist.quarter circles corresponding to an electrode are truncated.
Gemäß einer ersten bevorzugten ausführungsform der1 Erfindung ist das Raster fo aufgebaut, daß jeder.der Kanäle von vier benachbarten Elektroden begrenzt wird, die an ihrer Oberfläche jeweils aus zv:ei elektrisch leitenden Teilen bestehen, die durch einen elektrisch isolierenden Teil voneinander- getrennt sind.According to a first preferred embodiment of the invention, 1 is the grid fo constructed that jeder.der channels is bounded by four adjacent electrodes, each consisting of zv on their surface: made ei electrically conductive parts which are voneinander- separated by an electrically insulating part .
Gemäß einer sv.eiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Raster so aufgebaut, daß jede Mkrolinse aus zwei * jev.eils durcn rier benachbarte Elektroden gebildeten Gruppen besteht, \.obei jede Elektrode der einen dieser beiden Gruppen in der Verlängerung einer Elektrode der anderen Gruppe angeordnet ist.According to another preferred embodiment of the invention the grid is constructed in such a way that each mkr lens consists of two * Groups formed in each case by adjacent electrodes consists, \ .with each electrode of one of these two groups arranged in the extension of an electrode of the other group is.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausfünrungsbeispielen veranschaulicht; dabei zeigen in der Zeichnung:In the drawing, the invention is based on exemplary embodiments illustrates; show in the drawing:
Pig. 1 eine erste Aus führung sf or ;r. der Erfindung;Pig. 1 a first statement sf or; r. the invention;
Flg. 2 einen Schnitt durch die ausführungsform von Fig. 1 entlang einer durch die Linie A-A in Fig. 1 ange- M deuteten Schnittebene;Flg. .. 2 a section through the embodiment of Figure 1 taken along an assumed by the line AA in Fig 1 M indicated sectional plane;
Fig. 3 eine Detailansicht einer einzelnen Mikrolinse und3 shows a detailed view of an individual microlens and
Fig. k eine Teilansicht für eine zweite ausführungsform der Erfindung.Fig. K is a partial view for a second embodiment of the invention.
Das in Fig. 1 veranschaulichte Raster besitzt eine Mehrzahl /on fadenförmigen Elektroden 1 und drei Platten 2. 3 und mit zueinander parallelen Oberflächen, von denen die Platten 2The grid illustrated in FIG. 1 has a plurality of thread-like electrodes 1 and three plates 2, 3 and with surfaces parallel to each other, of which the plates 2
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und 3 aneinandergefügt sind. Die Enden der Elektroden 1 sitzen in zylindrischen Löchern 5 und 6, die als Rastkerben dienen und in die eine oder die andere der Platten 3 bzw. 4 eingearbeitet sind. Die fadenförmigen Elektroden 1 selbst, die sich senkrecht zu den Platten 2, 3 und 4 erstrecken, bestehen aus elektrisch isolierendem Material. Die Löcher 5 und 6 bilden in den Platten 3 und 4 ein Netzwerk mit quadratischen Maschen. Zu beiden Seiten der Elektroden 1 und parallel dazu sind in die Platten 2, 3 und 4 Löcher 7 bzw. 8 eingearbeitet, die den gleichen Abstand von den Löchern 5 bzw. 6 haben. Die Achsen der Löcher 7 und 8 sind daher untereinander und zu den Elektroden 1 parallel. Diese Locher 7 und 8 bilden daher in den Platten 2, 3 und 4 ebenfalls ein Netzwerk mit quadratischen Maschen. Die Löcher 7 besitzen die Form zweier Zylinder, von denen der eine einen viel größeren Durchmesser hat als der andere und die über einen Kegelstumpf miteinander verbunden sind. Die Enden der Löcher 7 auf der den Elektroden 1 zugekehrten Seite der Platte 3 haben einen sehr kleinen Querschnitt. Der in der Platte 2 gelegene Teil der Löcher 7 hat den gleichen Durchmesser wie die Löcher 8 in der Platte 4. Zwei Löcher '( und 8, die einander gegenüberstehen, und die vier, diese beiden Löcher '( und 8 umgebenden Elektroden 1 bilden einen Kanal 9· An beiden Enden sind die Elektroden 1 an ihrer Oberfläche über eine gewisse Länge mit einem dünnen elektrisch leitenden Überzug 10 versehen; jede Elektrode 1 besteht daher an ihrer Oberfläche aus zwei elektrisch leitenden Teilen 10, die durch einen elektrisch isolierenden Teil 11 voneinander getrennt sind.and 3 are joined together. The ends of the electrodes 1 sit in cylindrical holes 5 and 6, which serve as locking notches and are worked into one or the other of the plates 3 and 4, respectively. The thread-like electrodes 1 themselves, which extend perpendicular to the plates 2, 3 and 4, consist of electrically insulating material. The holes 5 and 6 form a network with square meshes in the plates 3 and 4. On both sides of the electrodes 1 and parallel to them, holes 7 and 8 are machined into the plates 2, 3 and 4, which are the same distance from the holes 5 and 6, respectively. The axes of the holes 7 and 8 are therefore parallel to one another and to the electrodes 1. These holes 7 and 8 therefore also form a network with square meshes in the plates 2, 3 and 4. The holes 7 have the shape of two cylinders, one of which has a much larger diameter than the other and which are connected to one another via a truncated cone. The ends of the holes 7 on the side of the plate 3 facing the electrodes 1 have a very small cross section. The part of the holes 7 located in the plate 2 has the same diameter as the holes 8 in the plate 4. Two holes '( and 8, which face each other, and the four electrodes 1 surrounding these two holes' ( and 8) form one Channel 9 · At both ends the electrodes 1 are provided on their surface over a certain length with a thin electrically conductive coating 10; each electrode 1 therefore consists of two electrically conductive parts 10 on its surface, which are separated from one another by an electrically insulating part 11 are.
In Pig. I nicht dargestellte Einrichtungen gestatten es, die Elektroden 1 zu polarisieren. Dazu kann beispielsweise eine gedruckte Schaltung vorgesehen sein, die aus einer auf den den Elektroden 1 zugewandten Seiten der Platten 3 und 4 abgeschiedenen Schicht aus elektrisch isolierendem Material und aus einer darauf wahlweise niedergeschlagenen metallischen Schicht bestehen kann.In Pig. I facilities not shown allow to polarize the electrodes 1. For this purpose, for example, a printed circuit can be provided, which consists of one on the Electrodes 1 facing sides of the plates 3 and 4 deposited layer of electrically insulating material and a layer thereon optionally deposited metallic layer can exist.
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Die Herstellung solcher gedruckter Schaltungen ist an sich bekannt; beispielsweise werden auf den beiden den Elektroden 1 zugewandten Seiten der Platten 3 und 4 nacheinander drei Schichten abgeschieden., von denen die erste aus elektrisch isolierendem Material, die zweite aus einem elektrisch leitenden Material und die dritte aus einem photoempfindlichen Kunstharz besteht, das dann durch eine Maske hindurch belichtet wird, die der Form der elektrischen Anschlüsse entspricht. Sodann wird auf chemischem Wege zunächst das belichtete Kunstharz und dann der darunter liegende Teil der Metallschicht entfernt. Als letztes wird dann das Kunstharz völlig aufgelöst.The production of such printed circuits is known per se; for example, electrodes 1 facing sides of the plates 3 and 4 successively deposited three layers., of which the first from electrically insulating material, the second made of an electrically conductive material and the third made of a photosensitive synthetic resin which is then exposed through a mask that corresponds to the shape of the electrical connections. Then will first the exposed synthetic resin and then the underlying part of the metal layer is removed chemically. as the resin is then completely dissolved.
In Pig. 2, die einen Schnitt durch die Darstellung in Pig. I entlang der Schnittebene A-A widergibt, sieht man die von den leitenden Überzügen 10 umgebenen Elektroden 1 und die ein Netzwerk mit quadratischen Maschen bildenden Kanäle 9· Jeder Kanal 9 wird durch /ier gleiche Elektroden 1 begrenzt, die symmetrisch zur Achse des Kanals 9 angeordnet sind.In Pig. 2, which is a section through the illustration in Pig. I along the sectional plane AA shows the electrodes 1 surrounded by the conductive coatings 10 and the channels 9 forming a network with square meshes.Each channel 9 is delimited by four identical electrodes 1, which are arranged symmetrically to the axis of the channel 9 .
In Fig. 3 sind vier benachbarte Elektroden 1 perspektivisch dargestellt, die einen Kanal 9 begrenzen und eine Mikrolinse bilden. Die Elektroden 1 v/erden in der Weise polarisiert, daß an ihre elektrisch leitenden Teile 12 und 13 elektrische Spannungen gleicher Größe, jedoch umgekehrten Vorzeichens angelegt werden, j wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist. Beispielsweise wird an ™ die Teile 12 eine Spannung +V und an dje Teile 13 eine Spannung -V "angelegt.In Fig. 3, four adjacent electrodes 1 are shown in perspective, which delimit a channel 9 and a microlens form. The electrodes 1 are polarized in such a way that electrical voltages are applied to their electrically conductive parts 12 and 13 of the same size, but with the opposite sign, j as illustrated in FIG. 3. For example, an ™ parts 12 have a voltage + V and each part 13 has a voltage -V "created.
Die Arbeitsweise der dargestellten Einrichtung ist dann die folgendesThe operation of the device shown is then as follows
Elektrisch geladene Teilchen werden der Anordnung in Richtung der Pfeile 14 in Fig. 1 zugeführt. Der einfallende Teilchenstrahl wird dann durch die Löcher 7 zerschnitten, die jeweils Strahlen geladener Teilchen mit kleinern Querschnitt begrenzen.Electrically charged particles are fed to the arrangement in the direction of the arrows 14 in FIG. 1. The incident particle beam is then cut through the holes 7 each delimiting charged particle beams with a smaller cross section.
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Diese Strahlen werden anschließend beim Durchgang durch die Kanäle 9 fokussiert. Im ersten Teil jedes Kanals 9 wird der anfänglich kreisförmige Querschnitt der· Mikrostrahlen zunäcnct elliptisch und dann im zweiten Teil des Kanals 9 -,-.'leder kreisförmig, aber kleiner. Die durch die Löcher 8 austretenden Mikrostrahlen './erden sodann wieder fokussiert und zeilen einen sehr kleinen Querschnitt. Man kommt daner mit Hilfe der dargestellten Einrichtung ausgehend von einen einfallenden Strahl geladener Teilchen mit großem Querschnitt zu einer Mehrzahl von Mikrostrahlen, die durch das Raster aus den /on den Elektroden 1 gebildeten Mikrolinsen fokussiert werden. Die Brennweite der Mikrolinsen Hängt dabei für gleiche geladene Teilcnen vorgegebener Energie von der Größe der an die Elektroden 1 angelegten elektrischen Spannung ab. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Mikrostrahlen ist gleich dem Abstand zwischen zvei benachbarten Löchern 8.These rays are then passed through the Channels 9 focused. In the first part of each channel 9, the initially circular cross-section of the microbeams is added elliptical and then in the second part of the channel 9 -, -. 'leather circular, but smaller. The exiting through the holes 8 Microbeams are then focussed again and line you very small cross-section. You can get there with the help of the ones shown Device based on an incident beam of charged particles with a large cross-section in a plurality of microbeams that are focused by the grid of the / on the electrodes 1 formed microlenses. The focal length of the microlenses depends on the given value for the same charged particles Energy from the magnitude of the electrical voltage applied to the electrodes 1. The distance between two adjacent microbeams is equal to the distance between two adjacent holes 8.
Die Platten 2, 3 und 4 sind Platten aus Indium oder Nickel mit einer Dicke von 5 mm, 1,3 ran und 5 -vjn. Der große Durchmesser der Löcher 7 beträgt 1 mm, während der kleine Durchmesser diener Löcher 7 nur 200 Mikron ausmacht. Die Löcher 6 haben einen gleichförmigen Durchmesser von 1 sis. Der Querschnitt der vier benachbarten Elektroden 1, die gemeinsam einen Kanal 9 begrenzen und eine Mikrolinse bilden, ist ein Quadrat mit einer Seltenlänge von 2 mm. Die Elektroden 1 selbst bestehen aus Drähten aus aluminium oxy d mit einer Länge von 25 iar.i und einem Durchmesser .on 1 :::m, Die an beiden Enden der Elektroden 1 abgeschiedenen Ketallschichten haben eine Dicke von 100 Mikron und erstrecken sich längs des der Platte 5 zugekehrten Endes deijElektroden 1 über eine Länge von 6 mm, längs des der Platte 4 zugekehrten Endes dagegen über eine Länge von 8 mm.The plates 2, 3 and 4 are plates made of indium or nickel with a thickness of 5 mm, 1.3 ran and 5 -vjn. The big diameter the holes 7 is 1 mm, while the small diameter serves Hole 7 is only 200 microns. The holes 6 have a uniform diameter of 1 sis. The cross section of the four adjacent electrodes 1, which together delimit a channel 9 and form a micro lens is a square with a rare length of 2 mm. The electrodes 1 themselves consist of wires made of aluminum oxy d with a length of 25 iar.i and a diameter .on 1 ::: m, The ketal layers deposited at both ends of the electrodes 1 have a thickness of 100 microns and extend along the end of the electrodes 1 facing the plate 5 a length of 6 mm, along the end facing the plate 4, however, over a length of 8 mm.
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Nun sind bei dieser ersten ausführungsform für ein Mikrolinsenraeter die einzelnen Linsen aus Elektroden aufgebaut, die einen elektrisch isolierenden Mittelteil besitzen, und aus diesem Grunde ist ale Verteilung der elektrischen Feldlinien nicht volliroriiüen. Durch Verbesserung dieser Feldlinienverteilung läßt sich eine berser-e Fokussierung der Mikrostrahlen erzielen. Außerdem sammeln sieh au." den die beiden elektrisch leitenden Teile der Elektroden 1 trennenden elektrisch isolierenden Teil im Laufe der Zeit egelaäene Teilchen an, die diesen Teil nach und nach iiiuaer weniger- Isolierend machen und damit die elektrische Isolierung ~.v:Isciien den beiden leitenden Teilen der Elektroden 1 nenr und ..leii:1 öcir.ächen. Kan ist daher5 gezvrungen, das Mikrolinsenraster \'on Zeit su Zelt auszubauen und einer Reinigung zu unterziehen.. In this first embodiment for a microlens array, the individual lenses are made up of electrodes which have an electrically insulating central part, and for this reason the distribution of the electric field lines is not completely iridescent. By improving this field line distribution, an over-e focusing of the microbeams can be achieved. In addition, the electrically insulating part separating the two electrically conductive parts of the electrodes 1 collect in the course of time particles which gradually make this part less insulating and thus the electrical insulation conductive parts of the electrodes 1 and NENR ..leii. 1 öcir.ächen Kan is therefore 5 gezvrungen, the microlens grid \ su expand tent 'on time and to undergo a cleaning ..
Bei einei' zweiten ausführungsform der Erfindung ist daher für das Mikrolinsenraster ein mechanisch noch einfacherer Aufbau vorgesehen, der außerdem eine noch bessere Fokussierung der Mikrostrahlen su ersielen gestattet.A second embodiment of the invention is therefore a mechanically even simpler structure for the microlens grid provided, which also allows an even better focusing of the microbeams su ersielen.
JemäS dieser zweiten in Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Raster drei ebene und zueinander parallele Platten 20, 22 und 24, deren Oberflächen parallel verlaufen und kreisförwig ausgebildet sind. Die erste Platte 20 besitzt durchgehende zylindrische Löcher 26, die nach einem Netzwerk üdt quadratischen Maschen verteilt angeordnet sind. Die Achsen 28 dieser zylindrischen Löcher 2o verlaufen senkrecKt zur Ebene der Platte 20, In der Verlängerung dieser Achsen 28 enthalten die Platen 22 und 24 durchgehende zylindrische Löcher 30 bzv;. J2. Der Durchmesser der zylindrischen Löcher JO und 32 liegt vorteilhafterweise wesentlich unter dem der Löcher 2ö. Die Löcher 3K) und 32 bilden ein Netzwerk mit quadratischen Kaschen, das dem Netzwerk der Löcher 20 in der Platte 20Each of this second embodiment illustrated in FIG. 4 According to the invention, the grid has three flat and mutually parallel plates 20, 22 and 24, the surfaces of which are parallel and are trained in Kreisförwig. The first plate 20 has through cylindrical holes 26 which are arranged distributed according to a network udt square meshes. The axes 28 of these cylindrical holes 2o run perpendicular to the plane of the plate 20, in the extension of these axes 28 contain the plates 22 and 24 through cylindrical holes 30 and v ;. J2. The diameter of the cylindrical holes JO and 32 is advantageously substantially less than that of Holes 2ö. The holes 3K) and 32 form a network with square Kaschen, which corresponds to the network of holes 20 in plate 20
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gleich ist, und die Achsen der Löcher 30 und 32 verlaufen senkrecht zur Ebene der Platten 22 und 24. Rund um die Löcher 30 bzw. 32 und nach einem Netzwerk mit quadratischen Maschen verteilt sind in die Platten 22 bzw.. 24 dazu senkrechte Einschnitte eingearbeitet. In jedem dieser Einschnitte ist eine Elektrode 34 von zylindrischer Form festgelegt. Die Elektroden 34 sind an den vier Ecken von Quadraten angeordnet, deren Mittelpunkte den Achsen 28 der Löcher 26, 30 und 32 entsprechen. Die Elektroden 34 in den Platten 22 und 24 stehen einander frontal gegenüber. Diese Anordnung bildet das Grundmuster für den mechanischen Teil eines Rasters -.'on quad rup ο !artigen Mikrolinsen, das aus einer Vielzahl von einander parallelen fadenförmigen Elektroden 34 besteht, wobei jede Mikrolinse durch zwei Gruppen von jeweils vier einander benachbarten Elektroden gebildet wird. Beispielsweise kann eine erste Gruppe Elektroden Jo, 38* 40 und 42 um-.'assen, während eine zweite Gruppe aus diesen Elektroden entsprechenden Elektroden 44, 46, 48 und 50 besteht. Jede der Elektroden der einen dieser beiden Gruppen liegt in der Verlängerung einer Elektrode der anderen Gruppe: So liegt die Elektrode 36 in der Verlängerung der Elektrode 44, die Elektrode 38 in der Verlängerung der Elektrode 46 usw. Damit die Potentialverteilung genau die einer quadrupolartigen Linse wird, haben die Elektroden 34 die Form eines Drehkörpers mit kegelschnittförmigem Querschnitt. In erster Näherung* können die Elektroden 34 entsprechend der Darstellung in Fig. 4 Kreiszylinder sein, deren freie Enden aus Halbkugeln von gleichem Durchmesser bestehen. Die parallelen Platten 20, 22 und 24 werden über geeignete Mittel wie beispielsweise einen in Fig. 4 dargestellten Stab 52 und zwei darauf aufgesetzte Abstandsstücke 54 und 56 fest miteinander verbunden. Über in Fig. 4 nicht dargestellte Einrichtungen lassen sich die Elektroden 34 elektrisch polarisieren. Sie könnenbeispielsweise Teile einer gedruckten Schaltung sein, die aus einer auf den den Elektroden 34 zugewandten Seiten der Platten 22 und 24 abgeschiedenen Schicht aus elektrisch isolierendem Material und einer darauf wahlweise abgeschiedenen Metallschicht besteht.is the same, and the axes of the holes 30 and 32 are perpendicular to the plane of the plates 22 and 24. Around the holes 30 and 32 and distributed according to a network with square meshes are made in the plates 22 and 24 incisions perpendicular thereto . An electrode 34 of cylindrical shape is defined in each of these incisions. The electrodes 34 are arranged at the four corners of squares, the centers of which correspond to the axes 28 of the holes 26, 30 and 32. The electrodes 34 in the plates 22 and 24 face each other frontally. This arrangement forms the basic pattern for the mechanical part of a grid -. 'On quad rup o! -Like microlenses, which consists of a plurality of parallel filamentary electrodes 34, each microlens being formed by two groups of four adjacent electrodes. For example, a first group of electrodes Jo, 38 * 40 and 42 can measure around -, while a second group consists of electrodes 44, 46, 48 and 50 corresponding to these electrodes. Each of the electrodes of one of these two groups lies in the extension of an electrode of the other group: Thus the electrode 36 lies in the extension of the electrode 44, the electrode 38 in the extension of the electrode 46, etc. So that the potential distribution is exactly that of a quadrupole lens , the electrodes 34 have the shape of a rotating body with a conic section-shaped cross section. As a first approximation *, the electrodes 34 can be circular cylinders, as shown in FIG. 4, the free ends of which consist of hemispheres of the same diameter. The parallel plates 20, 22 and 24 are fixedly connected to one another by suitable means such as a rod 52 shown in FIG. 4 and two spacers 54 and 56 placed thereon. The electrodes 34 can be electrically polarized by means of devices not shown in FIG. 4. For example, they can be parts of a printed circuit consisting of a layer of electrically insulating material deposited on the electrodes 34 facing sides of the plates 22 and 24 and a metal layer optionally deposited thereon.
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Sämtliche Elektroden J54 werden elektrisch auf einer Spannung gleicher Größe gehalten, wobei diese Spannung gegenüber einem Bezugspotential gernessen wird, das durch das Potential der letzten Stufe einer am Eingang des Mikrolinsenrasters gelegenen Ionenquelle gegeben ist. Außerdem sind die Potentiale der Elektroden 34 »'on entgegengesetztem Vorzeichen für benachbarte Elektroden einerseits und für in Verlängerung zueinander liegende Elektroden andererseits. So liegen beispielsweise die Elektroden ~j>6, 42, 46 und 48 auf einem Potential +V, während die Elektroden 38, 40, 44 und 50 auf einem Potential -V gehalten werden. Jk All electrodes J54 are kept electrically at a voltage of the same magnitude, this voltage being measured with respect to a reference potential which is given by the potential of the last stage of an ion source located at the input of the microlens grid. In addition, the potentials of the electrodes 34 '' have the opposite sign for adjacent electrodes on the one hand and for electrodes extending from one another on the other hand. For example, electrodes ~ j> 6, 42, 46 and 48 are at a potential + V, while electrodes 38, 40, 44 and 50 are held at a potential -V. Jk
Die dargestellte Einrichtung arbeitet in der gleichen Weise wie die oben beschriebene Ausführungsform nach Pig. 1. Ein in Richtung der Pfeile 58 einfallender paralleler Strahl von Ionen mit großem Querschnitt trifft senkrecht auf die Platte 20, die den Eingang für das Mikrolinsenraster bildet. Unter Durchgang durch die Löcher 26 v;ird der Teilchenstrahl in eine Vielzahl .on zueinander parallelen Strahlen kleinen Durchmessers aufgeteilt. Jeder dieser kleinen Strahlen wird zu einem Mikrostrahl reduzier-t, der die Platte 22 durch ein Loch JO hindurch durchsetzt und anschließend ein erstes Mal durch eine erste Gruppe aus vier Elektroden einer Mikrolinse und sodann ein zweites Mal \ durch die zweite Gruppe von Elektroden dieser Mikrolinse fokussiert M wird. Bei Durchqueren der Löcher 32 in der Platte 24 sind die MikrostrahTen daher konvergent. Die Brennweite der Mikrolinse hängt einerseits von der Energie der einfallenden Ionen und andererseits /on der Größe der an den Elektroden 34 anliegenden elektrischen Spannung ab. Durch Variation dieser Spannung läßt sich die Brennweite der Mikrolinsen ebenfalls variieren, und damit kann man auch die Abmessungen der Auftreffzonen der Mikrostrahlen auf einer Treffplatte verändern, die in eine vorgegebene Entfernung hinter den Ausgang des MikrolinsenrastersThe device shown operates in the same manner as the Pig embodiment described above. 1. A parallel beam of ions with a large cross section, incident in the direction of arrows 58, strikes perpendicularly on plate 20, which forms the entrance for the microlens grid. As it passes through the holes 26, the particle beam is divided into a multiplicity of small-diameter beams that are parallel to one another. Each of these small beams becomes a microjet reducing tee, the 22 through a hole JO through sets the plate and then a first time by a first group of four electrodes of a micro-lens, and then a second time \ through the second group of electrodes of this microlens focussed M becomes. When passing through the holes 32 in the plate 24, the micro-rays are therefore convergent. The focal length of the microlens depends on the one hand on the energy of the incident ions and on the other hand on the magnitude of the electrical voltage applied to the electrodes 34. By varying this voltage, the focal length of the microlenses can also be varied, and thus the dimensions of the impact zones of the microbeams on a target which is a predetermined distance behind the exit of the microlens grid can also be changed
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gebracht'vrird. VJiIl man die Brennpunkte aller Mikrolinsen innerhalb ein und derselben Ebene behalten, so braucht man nur· die an die Elektroden j?0 angelegten elektri;.cnen Spannungen proportional zur Energie der einfallenden Ionen zu variieren, mit anderen Worten ausgedrückt variieren also die an die Elektroden >!■ anzulegenden elektrischen Spannungen proportional mit deν Energie der Ionen.brought 'vrird. VJiIl you can see the focal points of all microlenses within keep one and the same level, you only need · that the electrodes j? 0 applied electrical voltages proportional to voltages to vary the energy of the incident ions with others Expressed in words, the values at the electrodes vary>! ■ electrical voltages to be applied proportional to deν energy of ions.
Die Platten 20, 22 und 24 lassen .'J-C- mit Vorteil au.-; Aluminiumoxyd herstellen, das eine ausgezeichnete -/,echaniscne Festigkeit aufweist und eine sehr geraue Bearbeitung gestattet. Die Elektroden j>4 können ebenfalls aus Aluminiumo^yd hergestellt serden, wobei in diesem Falle auf ihrer Oberfläche eine Metallschicht abgeschieden werden muß.The plates 20, 22 and 24 let .'J-C- with advantage au.-; Produce aluminum oxide, which has an excellent - /, echaniscne Has strength and allows very rough machining. The electrodes j> 4 can also be made of aluminum oxide earth, in this case a metal layer on its surface must be deposited.
Beispielsweise kann ein Mikrolinsenraster nach Fig. 4 folgende Abmessungen haben:For example, a microlens grid according to FIG. 4 have the following dimensions:
Elektrodenlänge 6 bis 8 ram, abstand zv;isehen einander gegenüberstehenden Elektroden δ mn, Durchmesser der Löcher 26 gleich 1 nim, Durchmesser der Löcher 30 und j52 gleich 0,2 mrn, Durchmesser der fadenförmigen Elektroden ;p4 gleich 1 rrü-i und abstand zwischen den Achsen zweier benachbarter Elektroden 2 mm. Eine solche anordnung bevrahrt alle Vorteile der ersten Ausführungsform der Erfindung bei wesentlich einfacheren mechanischem aufbau, was die Ausrichtung der Elektroden erleichtert. Außerdem wird die Verteilung der elektrischen Feldlinien im Inneren der Mikrolinsen verbessert, was zu einer Verminderung der Größe ihrer Brennflecke führt.Electrode length 6 to 8 ram, distance between opposite sides Electrodes δ mn, diameter of holes 26 equal to 1 nim, Diameter of holes 30 and j52 equal to 0.2 mm, diameter of thread-like electrodes; p4 equal to 1 rrü-i and distance between the Axes of two adjacent electrodes 2 mm. Such an arrangement has all the advantages of the first embodiment of the invention With a much simpler mechanical structure, which makes it easier to align the electrodes. Also, the distribution the electric field lines inside the microlenses improved, which leads to a reduction in the size of their focal spots.
Beide in Fig. 1 und 4 dargestellte Ausführungsformen lassen sich starr und festliegend montieren, indem die Platten 2, 5 und oder 20, 22 und 24 im Inneren einer Hülse befestigt werden, die aus elektrisch isolierendem Material wie beispielsweise Aluminiumoxyd besteht. Eine andere mögliche Verfahrensweise besteht darin,Both embodiments shown in FIGS. 1 and 4 leave can be mounted rigidly and securely by placing plates 2, 5 and or 20, 22 and 24 are fastened inside a sleeve made of an electrically insulating material such as aluminum oxide consists. Another possible way of doing this is to
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die Platten 2 und 3 oder 20 und 22 festzulegen und die Platte und 24 auf einem Träger zu befestigen, der zum einen eine Ti'anL'lationrvbev.egunü entlang zv;eier zueinander senkrechter Richtungen und zum anderen eine Rotationsbewegung ausführen -cann. ..,.1Ie diese Bewegungen werden mitlVorteil unter Steuerung durch einen Schrittmotor vorgenommen. Der Vorteil dieser letzten Lösung besteht in der Möglichkeit, eine ausgezeichnete Zentrierung der Elektroden gegenüber verschiedenen Löchern de - Einrichtung zu erzielen und damit eine maximale Intensität der Mikrostrahlen und eine vollkommene Fokussierung zu erreichen.to fix the plates 2 and 3 or 20 and 22 and the plate and 24 to be attached to a carrier, on the one hand Ti'anL'lationrvbev.egunü along zv; egg more perpendicular to each other Directions and on the other to perform a rotational movement -can. ..,. 1Ie these movements are mitlVorteil under control made by a stepper motor. The advantage of this last solution is the possibility of an excellent Centering of the electrodes with respect to different holes de - to achieve a device and thus a maximum intensity of micro-rays and perfect focusing.
xils Beispiel für einen industriellen Einsatz der Erfindung ™ kann angeführt werden, daß eine entsprechend Pig. I oder 4 aufgebaute Einrichtung für die gemeinsame Herstellung einer Vielzahl von integrierten Schaltungen mit Hilfe der Methode der Ionenimprägnierung verwendet worden ist. Dabei ist es gelungen, 1000 bis 2000 gleiche integrierte Schaltungen gleichzeitig und innerhalb kurzer Zeit zu erzeugen. Außerdem läßt sich die Erfindung für die Erzeugung einer Vielzahl von Mikroelektronenstrahlen benutzen, die ihrerseits der semeinsamen Ausführung einer großen Anzahl von Arbeitsvorgängen wie der Metallabtragung, der Schv;eißung, der Gravierungen Widerstanden und Kondensatoren mit dünnen Schichten, der Bestrahlung empfindlicher Kunststoffe, den Ausschneiden von Masken usw. dienen können. M xil's example of an industrial application of the invention ™ can be cited that a corresponding Pig. I or 4 has been used for the joint production of a large number of integrated circuits using the method of ion impregnation. It was possible to produce 1000 to 2000 identical integrated circuits simultaneously and within a short period of time. In addition, the invention can be used for the generation of a large number of microelectron beams, which in turn can be used for a large number of operations such as metal removal, welding, engraving, resistors and capacitors with thin layers, the irradiation of sensitive plastics, the cutting out of Masks etc. can serve. M.
Ein Beispiel für den Einsatz der vorliegenden Erfindung ist auch in der Patentanmeldung ... (41O/BJ479.3) der Anraelderin voi.i gleichen Tage beschrieben, die den Titel "Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von parallelen Mikroionenstrahlen" trägt.An example of the use of the present invention is also in the patent application ... (41O / BJ479.3) of the Anraelderin voi.i same days described, entitled "Procedure and Device for generating parallel micro-ion beams "carries.
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(= uns. Z. 410-16.498p))
(= us. Z. 410-16.498p)
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