DE2221122C3 - Anastigmatisches magnetisches Elektronenstrahl-Ablenksystem, Verfahren zu seinem Betrieb und Anwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein anastigmatisches magnetisches Ablenksystem mit gekrümmter optischer Achse zur Ablenkung von Elektronenstrahlen, . i dem bei festem Ablenkwinkel durch das Ablenksystem selbst mindestens ein zweizähliges Stigmatorfeld zur Kompensation mindestens des zweizähligen axialen Ablenkastigmatismus erzeugt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb und eine spezielle Verwendung eines solchen Ablenksystems.

Fehlerarme Ablenksysteme für Elektronenstrahlen werden z. B. bei technischen Elektronenstrahlgeräten zur Materialbearbeitung und in der Massenspektroskopie benötigt.

Für die Ablenkung von Elektronenstrahlen ist ein um die Bündelachse einzähliges elektrisches oder magnetisches Querfeld erforderlich. Die optische Achse ist dann keine Gerade mehr, sondern im allgemeinen eine gekrümmte oder gewundene Raumkurve. Bei der Elektronenstrahl-Materialbearbeitung ist es zweckmäßig, magnetische Ablenkfelder zu verwenden und ohne elektrische Ablenk- oder Fokussierungselemente auszukommen, da bei letzteren die Gefahr von Oberschlägen infolge von verdampften Werkstückmaterial, das sich an

ίο den Elektroden der elektrischen Ablenk- und Fokussierungselemente niederschlägt besteht

Aus der BE-PS 5 09 097 ist bereits ein als ladungsträgeroptische Linse dienendes magnetisches Ablenksystem mit gekrümmter Achse bekannt bei dem kein zweizähliger axialer Astigmatismus erster Ordnung auftritt und das daher anastigmatisches magnetisches Ablenksystem der eingangs genannten Art darstellt Bei diesem Ablenksystem ist jedoch weder die Korrektur des dreizähligen Astigmatismus noch die Korrektur der axialen Koma noch die Korrektur der chromatischen Dispersion (Farbfehler nullter Ordnung) möglich bzw. führt lediglich die Verwendung von zwei gleichen magnetischen Linsen zu einer Korrektur der Dispersion.

Ferner ist aus der DE-OS 15 40 974 die dynamische Korrektur von Ablenk-Astigmatismen eines magnetischen Ablenksystems bei einer Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Elektronenstrahlen mittels vom Ablenksystem getrennter Stigmatoren (Multipolen) bekannt Aus der Zeitschrift »Journal of Physics D:

Appl. Phys. Vol. 4, 1971, Nr. 1, Seiten 27 bis 38, ist es bekannt, mit einem Diquadropol den zweizähligen axialen Astigmatismus für eine Ablenkung in zwei zueinander senkrechten Richtungen zu korrigieren.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt dem Anmeldungsgegenstand die Aufgabe zugrunde, bei beliebigem, festem Ablenkwinkel durch das Ablenksystem selbst mindestens den zwei- und dreizähligen Ablenkmagnetismus zu korrigieren und außerdem noch die Möglichkeit zu haben, weitere axiale Bildfehler zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einem Ablenksystem der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ablenksystems gemäß der Erfindung, ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb eines Ablenksystems gemäß der Erfindung und eine bevorzugte Verwendung eines Ablenksystems

so gemäß der Verwendung.

Das Ablenksystem gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß die Wahl des Ablenkwinkels praktisch nicht beschränkt ist und daß sowohl der zweizählige als auch der dreizählige Ablenkastigmatismus sowie weitere axiale Bildfehler korrigierbar sind, insbesondere der axiale Ablenk-Komafehler und der Farbfehler nullter Ordnung (Dispersion). Durch die Erfindung und ihre Weiterbildungen wird also letztlich ein magnetisches Ablenksystem zur Verfügung gestellt, bei dem sämtliche Bildfehler, die durch die Ablenkung verursacht werden, korrigiert sind. Man erhält daher eine besonders scharfe Abbildung bzw. einen Elektronenstrahl-Brennfleck minimalen Querschnitts, was insbesondere für Elektronenstrahl-Bearbeitungsgeräte von größer Bedeutung

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Ablenksystem durch einen unverschraubten magnetischen Oktopol mit krummer Achse gebildet, der sowohl

als Ablenkeinheit als auch als Stigmator dient und dessen optische Achse mit dem Mittelstrahl des Elektronenbündels zusammenfällt

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das Ablenksystem durch einen Ablenkmagneten gebildet, dessen beide Polschuhe derart gestaltet sind, daß das Feld die zur Korrektur der zwei- und dreizähligen axialen Ablenkastigmatismen notwendige Inhomogenität aufweist

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ablenksystem zur Beseitigung des Ablenk-Komafehlers derart zwischen zwei elektronenoptischen Rundlinsen angeordnet, daß die Elektronen innerhalb des Ablenksystems im wesentlichen achsenparallel verlaufen. Andererseits kann aber auch gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung zur zusätzlichen Beseitigung des Ablenkkomafehlers, des axialen Astigmatismus zweiter Ordnung und des Farbfehlers nullter Ordnung (Dispersion) der Elektronenstrahl-Überkreuzungspunkt oder ein Bild desselben in die Mitte des Ablenkfeldes gelegt werden.

Schließlich kann vorgesehen sein, daß mittels zweier gleicher, entgegengesetzt ablenkender Ablenksysteme der Elektronenstrahl versetzt wird, wobei die Elektronenbahn in der Mittelebene zwischen den beiden Ablenksystemen parallel zur Achse verläuft Auch bei einem solchem System verschwinden die axiale Koma, der axiale Astigmatismus zweiter Ordnung und der Farbfehler nullter Ordnung.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung nähur erläutert, in denen

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines fehlerarmen Systems zur Ma^erialbearbeitung mit abgelenktem Elektronenbündel mit einem anastigmatischen magnetisehen Ablenksystems und

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel eines weiteren magnetischen Ablenksystems zeigt, das anstelle des in Fig. 1 dargestellten Ablenksystems verwendet werden kann.

Das in F i g. 1 dargestellte System, das einem nicht gezeigten Elektronenstrahl-Gincrator nachfolgt, besteht aus einem Stigmator 1, einer elektronen-optischen Rundlinse 2 und einem Ablenksystem 3. Letzteres wird durch einen unverschraubten magnetischen Oktopol mit gekrümmter Achse 4 gebildet, der sowohl als Ablenkeinheit als auch als Stigmator dient und dessen Achse 4 mit dem Mittelstrahl des Elektrcnenstrahlbündels zusammenfällt Bei geeigneter Wahl der Ströme für den Oktopol 3 lassen sich mit diesem ein-, zwei- und dreizählige Felder beliebiger Azimutlage erzeugen. Der Fehler-Abgleich ist hierbei unabhängig von der Lage von Bild- und Gegenstandebene wobei kein Kombinationsfehler aus Ablenkfeld und Korrekturfeld auftritt

Der Stigmator 1 mil gerader Achse dient zur Kompensation von Astigmatismen, die durch Störfelder verursacht werden und zur Beseitigung von eventuell verbleibenden Rest-Astigmatismen des Ablenksystems 3.

Die Reihenfolge der Elemente 1, 2, 3 ist im übrigen beliebig. Mann kann daher, beispielsweise um Bildraum zu gewinnen, die Rundlinse 2 auch der Bildebene am nächsten anordnem.

Das in F i g. 1 dargestellte System erlaubt eine fehlerarme 90°-Ablenkung eines Elektronenstrahls. Eine solche Ablenkung ist z.B. bei der Elek'ronenstrahl-Materialbearbeitung erwünscht, weil" hierdurch verhindert wird, daß verdampfendes Material oder von der Bearbeitungsstelle wegspritzende Werkstoffteilchen auf die Kathode des Elektronenstrahl-Generators gelangen und diese zerstören.

Anstelle des gekrümmten Oktopols 3 gemäß F i g. 1 kann auch ein Ablenkmagnet 5 gemäß F i g. 2 in dem System nach F i g. 1 verwendet werden. Der Ablenkmagnet 5 besteht nur aus 2 Polschuhen 6 und 7, die so gestaltet sind, daß das Feld genau die zur Korrektur der Ablenk-Astigmatismen notwendige Inhomogenität besitzt. Wie eine genaue Berechnung eines solchen Ablenkmagneten 5 mit inhomogenen Ablenkfeld gezeigt hat, verlaufen die äquipotentialen Linien des magnetischen Potentials in der Umgebung der Achse A nahezu geradlinig. Dreht man die Äquipotentiallinien um die Achse y=R, so erzeugen sie die Äquipotentialflächen. Für den Bau des Ablenkmagneten 5 kann man ein beliebiges Paar von Äquipotentialflächen als Polschuhflächen auswählen, durch die das erwünschte zwei- und dreizählige Korrekturfeld erzeugt wird. Der Ablenkmagnet 5 ist rotationssymmetrisch zur Achse A und spiegelsymmetrisch zur Ebene x—O.

Er besitzt ein rotationssymmetrisches Fokussierungsverhalten, d. h., die Fokussierung ist in x- und y-Richiuiig gleich stark.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anastigmatisches magnetisches Ablenksystem mit gekrümmter optischer Achse zur Ablenkung von Elektronenstrahlen, bei dem bei festem Ablenkwinkel durch das Ablenksystem selbst mindestens ein zweizähliges Stigmatorfeld zur Kompensation mindestens des zweizähligen axialen Ablenkastigmatismus erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Ablenksystem (3, 5) selbst zusätzlich ein dreizähliges Stigmatorfeld zur Kompensation des dreizähligen axialen Ablenkastigmatismus erzeugt ist.

2. Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei elektronenoptische Rundlinsen vorgesehen sind, zwischen denen das Ablenksystem (3, 5) derart angeordnet ist, daß die Elektronen im Ablenksystem (3, 5) im wesentlichen achsenparallel verlaufen.

3. Verfahren zum Betrieb eines Ablenksystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl-Überkreuzungspunkt oder ein Bild des Elektronenstrahl-Oberkreuzungspunkts in die Mitte des Ablenkfeldes gelegt wird.

4. Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleiche, den Elektronenstrahl um einen beliebigen festen Ablenkwinkel entgegengesetzt ablenkende Ablenksysteme (3, 5) vorgesehen und so angeordnet sind, daß der Elektronenstrahl versetzt wird, wobei die Elektronenbahn in der Mittelebene zwischen den beiden Ablenksystemen (3, 5) parallel zur optischen Achse verläuft.

5. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es durch einen unverschraubten magnetischen Oktopol (3) gebildet ist, dessen optische Achse (4) mit dem Mittelstrahl des Elektronenbündels zusammenfällt (F i g. 1).

6. Ablenksystem nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es durch einen Ablenkmagnet (5) gebildet ist, dessen beide Polschuhe (6, 7) derart gestaltet sind, daß das Feld die zur Korrektur der zwei- und dreizähligen axialen Ablenkastigmatismen notwendige Inhomogenität besitzt (F ig. 2).

7. Verwendung eines Ablenksystems nach einem der Ansprüche 1,2,4,5 oder 6 bei einer Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Elektronenstrahlen.