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Die
Erfindung betrifft ein Ablenksystem für einen Korpuskularstrahl sowie
ein Korpuskularstrahlgerät
mit einem derartigen Ablenksystem.
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In
Korpuskularstrahlgeräten
und hier insbesondere in Elektronenstrahlgeräten, wie Rastermikroskopen,
Elektronenstrahlschreibern und Elektronenstrahltestern muss der
Korpuskularstrahl schnell abgelenkt werden können. Dies ist sowohl zum Abrastern
der Oberfläche
im Abbildungsbetrieb als auch zur Strukturerzeugung in Elektronenstrahlschreibern der
Fall. Es wird dabei angestrebt, die Abrasterung des Elektronstrahls
möglichst
schnell durchzuführen, um
erstens einen schnellen Bildeindruck und zweitens eine schnelle
Strukturierung im Schreiber zu ermöglichen.
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Bei
der Strahlablenkung unterscheidet man prinzipiell zwischen magnetischer
und elektrostatischer Ablenkung.
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Magnetische
Ablenker haben den Vorteil, dass sie außerhalb des Vakuums angeordnet
werden können
und sind dadurch relativ problemlos in das Korpuskularstrahlgerät zu integrieren.
Nachteilig wirken sich jedoch Wirbelströme aus, die durch elektrisch
leitfähiges
Material in der Nähe
des magnetischen. Ablenkers entstehen. Diese Wirbelströme erzeugen
ebenfalls Ablenkfelder, die denen des magnetischen Ablenkers entgegenwirken.
Da diese Wirbelströme
mit höheren
Frequenzen zunehmen, sind magnetische Ablenker in ihrem Frequenzverhalten zu
hohen Ablenkfrequenzen begrenzt.
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Elektrostatische
Ablenker hingegen sind in ihrem Frequenzverhalten nicht begrenzt.
Die elektrischen Felder werden durch Elektroden in der Nähe des Korpuskularstrahls
erzeugt. Der Nachteil dieser Elektroden besteht jedoch darin, dass
sie verschmutzen können
und sich isolierende Deckschichten ausbilden. Diese können vom
Korpuskularstrahl aufgeladen werden und führen zu unkontrollierten Strahlablenkungen.
Aus diesem Grund werden im allgemeinen magnetische Ablenksysteme
bevorzugt, sofern es ihr Frequenzverhalten erlaubt.
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Es
wurden bisher die verschiedensten Anstrengungen unternommen, den
Wirbelstromeinfluß so
weit als möglich
zu begrenzen bzw. zu minimieren. Generell existieren zwei Arten
von Wirbelströmen:
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- 1. Die erste Art von Wirbelströmen entsteht
im Strahlführungsrohr,
welches das Ablenksystem vom Strahl trennt und im Inneren des Ablenkers angeordnet
ist. Um diesen Einfluß zu
minimieren, wird entweder die Wandstärke des Rohres so dünn wie möglich gemacht
und/oder das Rohr wird aus elektrisch schlecht leitendem Material hergestellt.
Eine weitere Herstellungsmethode ist die Verwendung eines elektrisch
isolierenden Rohres, das auf der dem Strahl zugewandten Seite mit
einer dünnen,
leitfähigen
Schicht beschichtet wird, um Aufladungen durch den Korpuskularstrahl
zu vermeiden. Beide Maßnahmen
haben das Ziel, den elektrischen Widerstand für die Wirbelströme so hoch
wie irgend möglich
zu machen, um diese zu dämpfen.
- 2. Die zweite Art von Wirbelströmen entsteht im Material, das
das Ablenksystem außen
umgibt. Dieses Material wird beispielsweise durch die Eisenumgebung
einer Magnetlinse gebildet, wenn das Ablenksystem in der Innenbohrung
der Magnetlinse angeordnet ist. Die Ablenkströme erzeugen dann in dem umgebenden,
massiven, elektrisch leitendem Material Wirbelströme, deren
Magnetfeld die Ablenkfelder schwächen.
Zur Vermeidung dieser äußeren Wirbelströme ist es
aus der Praxis bekannt, die Ablenkeinrichtung mit einer Abschirmung
zu umgeben. Diese Abschirmung wird üblicherweise durch einen Ferritzylinder
gebildet. Diese Ferritzylinder haben die positiven Eigenschaften,
dass sie den magnetischen Fluß leiten,
da sie eine hohe Permeabilität
aufweisen und zugleich elektrisch isolierend sind. Hierdurch können sie
das äußere magnetische
Feld aufnehmen und zur gegenüberliegenden
Spulenhälfte
der Ablenkeinrichtung leiten, ohne dass das Feld in das umliegende
Material eindringt. Da das Ferritmaterial elektrisch nicht leitend
ist, werden somit weder im Ferritzylinder noch im umliegenden Material, im
allgemeinen dem Linsenkörper,
Wirbelströme erzeugt.
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JP-A-58103755
offenbart ein Ablenksystem gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Die Abschirmung besteht aus einer Ferritschicht,
die auf die Spulenhalterung der Magnetlinse aufgebracht ist.
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Die
Abschirmungen aus Ferrit haben jedoch den Nachteil, dass sie sich
sehr schwer verarbeiten lassen. Sie können im wesentlichen nur geschliffen werden.
Zudem ist der vorhandene Einbauplatz für derartige Abschirmungen relativ
gering, so dass möglichst
dünne Abschirmungen
wünschenswert sind.
Mit dem Ferritmaterial sind jedoch aufgrund der schlechten Verarbeitbarkeit
nur sehr schwer dünne Abschirmungen
herstellbar. Schließlich
hat das Ferritmaterial im allgemeinen eine hohe Remanenz, was nach
dem Abschalten der Magnetfelder zu verbleibenden Restfeldern führt, die
eine unkontrollierte Ablenkung des Korpuskularstrahles zur Folge
haben.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abschirmung für das Ablenksystem
zu schaffen, die die obigen Nachteile vermeidet und sich insbesondere
leicht herstellen läßt.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 6 and
13 gelöst.
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Eine
erfindungsgemäße Lösung besteht
darin, dass die Abschirmung aus wenigstens einer weichmagnetischen
Schicht und einer elektrisch isolierenden Schicht besteht, wobei
die Schichten quer zur Richtung des Korpuskularstrahls hintereinander angeordnet
sind.
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Gemäß einer
zweiten erfindungsgemäßen Lösung besteht
die Abschirmung aus weichmagnetischem und elektrisch isolierendem
Bandmaterial, das zu einem Zylinder aufgerollt ist.
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Indem
die weichmagnetische Schicht als Bandmaterial ausgebildet ist, läßt sich
die Abschirmung besonders einfach als Wickelpaket herstellen. Die
Wandstärke
der Abschirmung richtet sich dabei insbesondere nach dem abzuschirmenden
Magnetfeld.
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Mit
Hilfe des weichmagnetischen Bandmaterials lassen sich besonders
dünne Zylinder
herstellen, so dass die Abschirmung insbesondere bei engen räumlichen
Verhältnissen
besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und
werden anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung
näher erläutert.
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In der Zeichnung
zeigen
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1 eine schematische Darstellung
eines Korpuskularstrahlgerätes,
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2 eine schematische Darstellung
des erfindungsgemäßen Ablenksystems
und
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3 eine Schnittdarstellung
längs der
Linie III–III
der 2.
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1 zeigt ein Korpuskularstrahlgerät 1,
mit dem ein gebündelter
Korpuskularstrahl 2, beispielsweise ein Elektronenstrahl,
in einer optischen Säule 3 erzeugt
werden kann. Diese Säule 3 weist
neben einer Vielzahl hier nicht gezeigter magnetischer und/oder
elektrischer Linsen und Blenden zur Strahlformung im wesentlichen
eine Quelle 4 zur Erzeugung des Korpuskularstrahles 2 und
eine Objektivlinse 6 zur Fokussierung des Korpuskularstrahls
auf eine Probe 7 auf.
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Innerhalb
der Objektivlinse 5 ist ein Ablenksystem 6 vorgesehen,
um den Korpuskularstrahl 2 abzulenken, wie dies beispielsweise
bei der Rasterung der Probe 7 erforderlich ist. Ferner
ist ein Detektor 8 oberhalb der Objektivlinse 5 angeordnet,
um die an der Probe 7 ausgelösten Korpuskel zu empfangen.
Ferner kann im Bedarfsfall ein Austastsystem 9 vorgesehen
werden.
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Die
Objektivlinse 5 besteht im wesentlichen aus einer Magnetlinse 50,
die im vorliegenden Fall als Einzelpol-Linse ausgebildet ist, sowie
einer innerhalb der Magnetlinse angeordneten elektrostatischen Linse 51.
Die elektrostatische Linse weist zwei Elektroden auf, die mit unterschiedlichen
Potentialen derart beaufschlagbar sind, dass die geladenen Korpuskel,
beispielsweise die Elektronen, im Feld der elektrostatischen Linse
von einer ersten auf eine niedrigere zweite Energie abgebremst werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die erste Elektrode durch ein Strahlrohr 51a und die
zweite Elektrode durch das untere Ende des auf Masse liegenden inneren
Polschuhs 50a gebildet. Die zweite Elektrode könnte jedoch
auch durch eine separate Elektrode gebildet werden.
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Die
Magnetlinse 50 besteht aus dem inneren Polschuh 50a und
einem, im dargestellten Ausführungsbeispiel,
teilweise konisch ausgebildeten äußeren Polschuh 50b.
Zur Anregung der Magnetlinse 50 ist eine Erregerspule 50c vorgesehen.
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Der
Detektor 8 ist seitlich von der optischen Achse der optischen
Säule 3 angeordnet,
wobei er zwei gegenüberliegende
Detektorelemente umfasst. Ansonsten ist der Detektor in an sich
bekannter Art und Weise ausgestaltet, beispielsweise mit einem Szintillator
oder als Sekundärkorpuskelspektrometer.
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In
einem anderen, nicht näher
dargestellten Ausführungsbeispiel,
kann der Detektor auch koaxial zur optischen Achse der optischen
Säule 3 angeordnet
werden.
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Je
nach Anwendungsfall kann der Detektor eine unterteilte Detektorfläche aufweisen,
deren Ausgangssignale getrennt voneinander verarbeitbar sind.
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Das
Ablenksystem 6 ist im Inneren der Magnetlinse 50 zwischen
der durch den inneren Polschuh 50a gebildeten Innenwandung
und dem Strahlrohr 51a angeordnet. Die nähere Ausgestaltung
des Ablenksystems 6 wird nun im folgenden anhand der 2 und 3 näher
erläutert:
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Erfindungsgemäß besteht
das Ablenksystem 6 aus einer Ablenkeinrichtung 60 zur
Erzeugung eines auf dem Korpuskularstrahl 2 einwirkenden
Magnetfeldes und einer Abschirmung 61 zur Vermeidung von
Wirbelströmen,
die die Ablenkeinrichtung umgibt und das entstehende äußere Magnetfeld
führt.
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Die
Ablenkeinrichtung 60 wird beispielsweise durch eine Sattelspule
oder eine Toroidspule gebildet.
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Die
Abschirmung 61 besteht quer zur Richtung des Korpuskularstrahls 2 aus
wenigstens einer weichmagnetischen Schicht 61a und einer
elektrisch isolierenden Schicht 61b. Vorzugsweise werden
die beiden Schichten 61a, 61b zusammen in Form
eines Zylinders gewickelt, wobei mehrere Schichten übereinanderliegen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht die Abschirmung aus zwei weichmagnetischen Schichten 61a und
zwei elektrisch isolierenden Schichten 61b.
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Eine
besonders einfache Verarbeitung lässt sich dann erreichen, wenn
die weichmagnetische Schicht 61a als Bandmaterial ausgebildet
ist. Die elektrisch isolierende Schicht 61b besteht beispielsweise
aus Kunststoff und wird als Klebeschicht auf die weichmagnetische
Schicht aufgebracht. Es sind jedoch auch andere Verbindungsarten
der beiden Schichten, beispielsweise durch Dampfbeschichtung oder ähnliche
Verfahren denkbar. Die Schichtstärke der
elektrisch isolierenden Schicht beträgt vorzugsweise weniger als
100 μm.
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3 zeigt einen Schnitt längs der
Linie III–III
der 2, wobei zusätzlich der
innere Polschuh 50a der Magnetlinse 50 dargestellt
ist. Mit dem Ablenksystem lässt
sich im Inneren des Strahlrohrs 51a ein Ablenkfeld erzeugen,
wie es in 3 beispielhaft
mittels Feldlinien 60a dargestellt. Die Ablenkeinrichtung 60 und
die Abschirmung 61 sind derart auszugestalten und anzuordnen,
dass das entstehende äußere Magnetfeld
(Feldlinie 60b) durch die Abschirmung 61 aufgenommen
und auf die andere Seite der Ablenkeinrichtung geführt wird.
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Ist
der Abstand a zwischen Magnetlinse, d.h. inneren Polschuh 50a und
der Abschirmung 61 zu klein, kann es zu einem unerwünschten Übertreten des
Feldes in den inneren Polschuh kommen, wie das durch die gestrichelt
dargestellten Feldlinien 60c gezeigt ist. Der gleiche Effekt
tritt auch dann auf, wenn die Wandstärke der Abschirmung 61 zu
gering ist, so dass es zu einer Sättigung in der Abschirmung 61 kommt.
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Da
es sich bei dem inneren Polschuh 50a um ein massives, elektrisch
leitendes Material handelt, entstehen im Fall des Übertritts
der Feldlinien unerwünschte
Wirbelströme,
die dem Ablenkfeld (Feldlinie 60a) entgegenwirken. Um die
Entstehung des unerwünschten
Feldes (Feldlinie 60c) im Inneren Polschuh 50a zu
verhindern, wird einerseits die Wandstärke der Abschirmung 61c an
das durch die Ablenkeinrichtung 60 erzeugte magnetische
Feld derart angepasst, dass es in der Abschirmung nicht zu einer Sättigung
kommt, und zum anderen muss der Abstand a ausreichend groß gewählt werden.
Diesen beiden Bedingungen steht jedoch der geringe Einbauplatz innerhalb
des Polschuhes 50a entgegen.
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Erfindungsgemäß wird daher
für die
Abschirmung ein weichmagnetisches Material vorgeschlagen, das sich
durch eine hohe Permeabilitätszahl
und eine hohe Sättigungsinduktion
auszeichnet.
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Als
weichmagnetische Materialien können insbesondere
Eisen-Kobalt-Nickel-Legierungen
eingesetzt werden.
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Für die erfindungsgemäße Abschirmung 61 kommen,
insbesondere weichmagnetische Materialien mit einer Permeabilitätszahl μr > 10.000, einer Sättigungsinduktion
von mehr als 0,2 T in Frage.
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Bei
den bisher verwendeten Ferritabschirmungen hat sich auch besonders
nachteilig die hohe Remanenz ausgewirkt, die nach dem Abschalten
der Magnetfelder zu bleibenden Restfeldern Anlaß gibt. Bei Verwendung von
weichmagnetischem Material mit einer Koerzitivfeldstärke von
weniger als 4 A/m können
diese Probleme weitgehend eingeschränkt werden.
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Bei
den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen hat es sich als besonders
vorteilhaft herausgestellt, wenn man das weichmagnetische Bandmaterial
mit einer Stärke
von weniger als 500 um, vorzugsweise weniger als 100 μm verwendet.
Dieses Bandmaterial wird dann zusammen mit der isolierenden Schicht
auf einfache Weise zu einem Zylinder gewickelt, wobei die Wicklungszahl
so groß gewählt wird,
dass eine ausreichende Sättigungskapazität erreicht
wird.
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Bei
Verwendung des Ablenksystems in einer Objektivlinse für ein Korpuskularstrahlgerät lassen sich
auf diese Weise Abschirmungen mit einer Wandstärke von weniger als 1 mm erhalten.
Durch diese im Vergleich zu üblichen
Ferritzylindern relativ geringen Wandstärken lässt sich eine wesentlich kompaktere Bauweise
des Ablenksystems erreichen.
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In
einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
wird die Abschirmung aus weichmagnetischem Bandmaterial gebildet,
das zudem elektrisch isolierend ist und zu einem Zylinder aufgerollt wird.
Auch bei dieser Abschirmung werden so viele Wicklungen für die Herstellung
der Abschirmung vorgenommen, dass eine ausreichende Sättigungskapazität für das erzeugte
Magnetfeld gegeben ist.
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Die
erfindungsgemäßen Abschirmungen zeichnen
sich durch eine sehr einfache Herstellung und kompakte Bauweise
aus. Durch letzteres Merkmal lässt
sich das Ablenksystem besonders vorteilhaft in Objektivlinsen für Korpuskularstrahlgeräte einbauen,
bei denen nur ein relativ kleiner Einbauplatz zur Verfügung steht.