DE3205027A1

DE3205027A1 - Integriertes korpuskularstrahlerzeugendes system

Info

Publication number: DE3205027A1
Application number: DE19823205027
Authority: DE
Inventors: Burkhard Prof. Dr. Lischke; Erich Dr. 8000 München Plies
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-02-12
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1983-08-25

Description

Integriertes korpuskularstrahlerzeugendes System.
Die Erfindung betrifft ein korpuskularstrahlerzeugendes System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei konventionellen korpuskularstrahlerzeugenden Systemen,wurden bisher allein Korpuskel emittiert und zu einem Korpuskularstrahl fokussiert. Bei bekannten korpuskularstrahlerzeugenden Systemen waren die Mittel zur KorpuskularstrahlJustierung, zur Ablenkung des Korpuskularstrahls und zur Beseitigung des Astigmatismus an verschiedenen Stellen des Korpuskularstrahlenganges in gorpuskularstrahlgeräten untergebracht,* Bei bekannten Korpuskularstrahlgeräten ist der Korpuskularstrahlengang so beschaffen, daß bei hohen Korpuskularsondenströ men Korpuskularstrahl und Korpuskularenergieverteilung in schädlicher Weise verbreitert werden. Wird bei bekannten Korpuskularstrahlgeräten der Korpuskularstrahlengang kurz gewählt, so lassen sich Mittel zur torpuskula rstrahl3ustierung und Korpuskularstrahlkorrektur dann nicht mehr im Eorpuskularstrahlgerät unterbringen. Auch bei bekannten gorpuskula rstra hlge rätea n'it längeren gorpuskularstrahlengängen und beliebigen Sondenströmen ist es bisweilen problematisch, in bereits vorhandene gorpuskularstrahlgeräte solche Mittel zur Korpuskularstrahl justierung und Rorpuskularstrahlkorrektur zusätzlich einzubauen, weil dort dafür einfach kein Platz ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein korpuskularstrahlerzeugendes System der eingangs genannten Art anzugeben, welches auch bei hohen Korpus-*und zwar nach dem Strahlerzeuger.
kularsondenströmen einen außerordentlich kurzen Korpuskularstrahlengang ermöglicht, wobei der Korpuskularstrahl dennoch Justiert und korrigiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein korpuskularstrahlerzeugendes System der eingangs genannten Art gelöst, welches die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung enthalten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Fig.1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Sektor-Wehnelt.
Fig.2 erläutert ein mögliches Prinzip eines Sektor-Wehnelts.
Fig.3 zeigen eine Spannungsversorgung für einen Achtpolmit 5 Wehnelt in erfindungsgemäßer Weise.
Fig.6 zeigen eine Spannungsversorgung für einen Sechspolmit 8 Wehnelt in erfindungsgemäßer Weise.
Fig.9 zeigen eine weitere Spannungsversorgung für einen mit 11 Sechspol-Wehnelt in erfindungsgemäßer Weise.
Fig.1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Sektor-Wehnelt. Dargestellt ist der Spezialfall eines elektronenstrahlerzeugenden Systems mit einer Kathode K, einer Anode AN, einer Blende BL, einer Eathodenspannung UK und einer Wehnelt-Spannung Uw. Die Wehnelt-Elektrode eines erfindungsgemäßen korpuskulerstrahlerzeugenden Systems ist segmentiert und die einzelnen Segmente sind untereinander isoliert, so daß die ringförmig angeordneten Elektroden mit beliebigen Spannungen versorgt werden können. In Fig.1 ist die Wehnelt-Elektrode aufgeteilt in einen Außen-Wehnelt AW und in einen Sektor-Wehnelt SW. Die Spannung UA dient zur Augtastung des Korpuskularstrahles.
Die Spannungen am Sektor-Wehnelt SW werden so eingestellt, daß sich entsprechende Ablenkfelder für die Korpuskular strahljusti erung und für die Korpuskularstrahlaustastung ergeben, sowie daß sich entsprechende Stigmatorfelder für die Korrektur des Astigmatismus von Linsen und vom korpuskularstrshlerzeugenden System ergeben.
Fig.2 erläutert ein mögliches Prinzip eines Sektor-Wehnelts SW. Die Spannung für die Strahlustierung ergibt sich beispielsweise aus der Forderung nach einem homogenen Ablenkfeld, die Kreissegment-Elektroden des Sektor-Wehnelts SW sollen demnach möglichst ebene Äquipotentialflachen AE erzeugen. Für die Spannung zur Ablenkung in -Richtung gilt dann auf dem Kreisbogen: U = Ux cos#, wobei die x-Richtung und die y-Richtung ein kartesisches Koordinatensystem definieren und wobei der Winkel %von der positiven x-Halbachse aus in Richtung zur positiven y-Halbachse gemessen wird. Die Ablenkspannung Ux kann so gewählt werden, daß die Ablenkung in x-Richtung optimal ist.
Die Fig. 3 mit 5 zeigen eine Spannungsversorgung für einen Achtpol-Wehnelt SW in erfindungsgemäßer Weise. Die *als Spezialfall eines ebenen Doppelfeldes.
Wehnelt-Spannung UW dient dabei zur Fokussierung des Korpuskularstrahls und liegt an sämtlichen grelssegment-Elektroden des Sektor-Wehnelts SW an. Die aus der Spannung Ux abgeleiteten Spannungen dienen zur Justierung des Korpuskularstrahles in x-Richtung. Die aus der Spannung Uy abgeleiteten Spannungen dienen zur Justierung des gorpuskularstrahls in y-Richtung. Die aus der Spannung UA abgeleiteten Spannungen dienen zur Korpuskularstrahlaustastung. Die aus den Spannungen U2c und U25 abgeleiteten Spannungen dienen zur Erzeugung eines beliebig in Stärke und Azimutlage variierbaren 2-zähligen Stigmatorfeldes. Die aus den Spannungen U3c und U35 abgeleiteten Spannungen dienen zur Erzeugung eines beliebig in Stärke und Azimutlage variierbaren 3-zEhliges Stigmatorfeldes.
Bei einem Achtpol-Sektor-Wehnelt SW liegt also zur Justierung des Korpuskularstrahls in x-Richtung an der Ereissegment-Elektrode des Sektor-Wehnelts SW, welche etwa bei einem Winkel * = O angeordnet ist, die Spannung +Ux an.
Die zweite Kreissegment-Elektrode dieses Sektor-Wehnelts SW, welche etwa bei einem Winkel von 450-angeordnet ist, wird zur Justierung des Eorpuskularstrahls in x-Richtung mit der Spannung Uns cis (450) beaufschlagt. Entsprechendes gilt für alle Segment-Elektroden des Sektor-Wehnelts SW, welcheetwa bei einem Winkel E angeordnet sind und wie es in Fig.2 für eine Segment-Elektrode eines Sektor-Wehnelts SW gezeigt ist, wobei diese Segment-Elektrode etwa bei einem Winkel ifr angeordnet ist. Für die Spannungen zur Justierung des Korpuskularstrahls in y-Richtung gilt das, was zur Justierung des Korpuskularstrahls in x-Richtung gesagt worden ist, entsprechend. Allgemein läßt sich die Spannung U an der n-ten Kreissegment-Elektrode eines N-Pol-Sektor-Wehnelts SW wie folgt für die Fokussier-, Ablenk- und Stigmatorspannung schreiben, wobei die nte-Ereissegment-Elektrode des N-Pol-Sektor- Wehnelts SW etwa bei einem WinkelKvon 360°K(n-1)/N mit n = 1, 2 ... N, angeordnet ist: m gibt in dieser Gleichung die Zähligkeit des Stigmatorfeldes und n die Nummer der Kreissegment-Elektrode eines N-Pol-Sektor-Wehnelts SW sn. Beispielsweise ergibt sich für die Kreissegment-Elektrode Nr.1 an Fokussier-, Ablenk-und Sigmatorspannungen mit n = 1 und 0 = Oo U1 = UW + Ux + U2c + U3c p (2) wie in Fig.3 dargestellt. Die für die Fokussier-, Ablenk-und Stigmatorspannungen an den Kreissegment-Elektroden eines N-Pol-Sektor-Wehnelts SW angegebene Funktion läßt sich in einfacher Weise durch Analogschaltungen oder auch programmgesteuert realisieren, so daß in einfacher Weise Jeder gewünschte Betriebs zustand eines erfindungsgemäßen korpuskularstrahlerzeugenden Systems eingestellt werden kann. In der oben angegebenen Gleichung für die Fokussier-, Ablenk- und Stigmatorspannungen sind die Elektrodenspannungen zur dynamischen Strahlaustastung nicht erfaßt. Da zur Strahlaustastung nicht unbedingt ein homogenes Feld benötigt wird, können - wie in Fig.3 skizziert - drei nebeneinanderliegende Kreissegment-Elektroden zur Strahlaustastung mit einer Spannung +UA und drei gegen-Uberliegende, beieinanderliegende Kreissegment-Elektroden mit einer Spannung -UA versorgt werden.
In den Fig.6 mit 8 und in den Fig.9 mit 11 ist Jeweils eine Spannungsversorgung für einen Sechspol-Wehnelt SW in erfindungsgemäßer Weise dargestellt, wobei sich die beiden verschiedenen Sechspol-Wehnelt-Systeme hinsichtlich der Justierrichtungen und der Spannungsversorgung unterscheiden. Die in den Fig.6 mit 8 gezeigte Spannungsversorgung für einen Sechspol-Wehnelt SW folgt aus der bei der Beschreibung des Achtpol-Wehnelts SW angegebenen Gleichung für die Fokussier-, Ablenk- und Stigmatorspannung, wobei die aus den Spannungen U2c und U2s abgeleiteten Spannungen zur Erzeugung eines in der Stärke veränderlichen und beliebig drehbaren 2-zähligen Stigmatorfeldes dienen und wobei die zur Erzeugung eines 3-zähligen Stigmatorfeldes dienenden Spannungen U3c und U39 gleich Null gesetzt sind.
Die Fig.9 mit 11 zeigen eine Spannungsversorgung für einen Sechspol-Wehnelt SW, bei dem die Spannungen an den Kreissegment-Elektroden des Sechspol-Wehnelts SW so gewählt sind, daß die Ablenkung des Korpuskularstrahls in t -Richtung erfolgt, daß ein 2- und ein 3-zähliges Stigmatorfeld realisiert werden und daß Fokussier- und Austastspannungen anliegen. Zur Fokussierung des Eorpuskularstrahls dient dabei wiederum die Spannung Uw. Zur Justierung des Korpuskularstrahls in -Richtung dienen die aus der Spannung Us abgeleiteten Spannungen und zur Justierung des Korpuskularstrahls in n-Richtung dienen die aus der Spannung Ut abgeleiteten Spannungen. Zur Strahlaustastung dienen die aus der Spannung UA abgeleiteten Spannungen. Zur Erzeugung eines in der Stärke veränderlichen und beliebig drehbaren 2-zähligen Stigmatorfeldes dienen die aus den Spannungen U2c und U2 abgeleiteten Spannungen. Zur Erzeugung eines azimutalfesten 3-zähligen Stigmatorfeldes dienen die aus der Spannung U3 abgeleiteten Spannungen. FUr die Fokussier-, Justier- und Stigmatorspannungsversorgung der Kreissegment-Elektrode mit der Nummer n des Sechspol-Wehnelts SW nach den Fig.9 mit 11, wobei die Kreissegment-Elektrode mit der Nummer n etwa bei einem Winkelrvon 600e(n-1),*angeordnet ist, gilt folgende Gleichung: Das Prinzip des integrierten korpuskularstrahlerzeugenden Systems läßt sich sowohl auf thermische Kathoden als auch auf nichtthermische Kathoden anwenden und gilt auch für andere korpuskularstrahlerzeugende Systeme neben elektronenstrahlerzeugenden Systemen.
*gezählt wie in Fig.2 von der x-Achse aus in einem zusätzlich gedachten x-y-Roordinatensystem , wobei die y-Achse mit der t-Achse zusammenfallen würde.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche = XJ Korpuskularstrahlerzeugendes System mit Mitteln zur orpuskularstrahlemission und zur Korpuskularstrahlfokussierung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Mittel zur Eorpuskularstrahljustierung im korpuskularstrahlerzeugenden System mit integriert sind.
2. Korpuskularstrahlerzeugendes System nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e ic h n e t , daß Mittel zur Eorpuskularstrahlkorrektur im korpuskularstrahlerzeugenden System mit integriert sind.
3. Korpuskularstrahlerzeugendes System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Mittel zur Korpuskular;strahlabschaltung im korpuskularstrahlerzeugenden System mit integriert sind.
4. Korpuskularstrahlerzeugendes System nach Anspruch 1 bis 3, mit einer Wehnelt-Elektrode, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß die Wehnelt-Elektrode (SW) segmentiert ist, wobei die einzelnen Segment-Elektroden untereinander isoliert sind, so daß die verschiedenen Segment-Elektroden der Wehnelt-Elektrode (SW) mit beliebigen Spannungen versorgt werden können.
5. Korpuskularstrahlerzeugendes System nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Segment-Elektroden der Wehnelt-Elektrode (SW) möglichst ebene Äquipotentialflächen (AE) erzeugen.
6. Xorpuskularstrahlerzeugendes System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß für Segment-Elektroden der Wehnelt-Elektrode (SW), welche etwa bei einem Winkel 4. angeordnet sind, wobei der Winkel ei einem kartesischen Koordinatensystem von der positiven x-Halbachse aus in Richtung zur positiven y-Halbachse gemessen wird, die zur Ablenkung in x-Richtung angelegte Spannung sich verhält wie U = U Ux-cos (Fig.2).
x 7. Korpuskularstrahlerzeugendes System nach Anspruch 4 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß für Segment-Elektroden der Wehnelt-Elektrode (SW), welche etwa bei einem Winkel # angeordnet sind, wobei der Winkel # von der positiven x-Halbachse aus in Richtung zur positiven y-Halbachse gemessen wird, für die Fokussier-, Ablenk- und Stigmatorspannungen, welche an die Segment-Elektroden angelegt werden, etwa folgendes gilt: mit UW Wehnelt-Spannung Ux, Uy Ablenkspannungen Umc, Ums Stigmatorspannungen m Zähligkeit des Stigmatorfeldes (Fig.3 - 8).
8. Korpuskularstrahlerzeugendes System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spannungen an den Segment-Elektroden Uber mindestens eine Analogschaltung realisiert sind.
9. Korpuskularstrahlerzeugendes System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spannungen an den Segment-Elektroden programmgesteuert realisiert sind.
10. Korpuskularstrahlerzeugendes System nach Anspruch 4 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Strahlaustastung ein Teil der Segment-Elektroden mit der Spannung UA und ein anderer Teil von Segment-Elektroden mit der Spannung -UA versorgt sind.
11. Korpuskularstrahlerzeugendes System nach Anspruch 4 bis 10, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Achtpol-Wehnelt-Elektrode (SW) (Fig.3 - 5).
12. Korpuskularstrahlerzeugendes System nach Anspruch 4 bis 10, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Sechspol-Wehnelt-Elektrode (SW) (Fig.6 - 8).
13. Korpuskularstrahlerzeugendes System nach einem der AnsprUche 4 oder 5, 8 bis 10, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß für eine Sechspol-Wehnelt-Elektrode (SW), bei der die Ablenkung in #,#-Richtung erfolgt und ein 2- und 3-zähliges Stigmatorfeld realisierbar ist, für die an die Segment-Elektrode mit der Nummer n angelegte Spannung Un etwa folgendes gilt, wobei die Segment-Elektrode mit der Nummer n etwa beim Winkel #n von von 60°.(n-1) angeordnet ist: n = 1, 2 ... 6 mit UW Wehnelt-Spannung U#, U# Ablenkspannungen U2#, U2#, U3 Stigmatorspannungen.