JPH03115899A - 単極性帯電粒子のビーム集束を制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特許請求の範囲第１項もしくは第１５項の上
位概念による、単極帯電粒子特に電子の集束を制御する
ための方法および装置に関する。

（従来技術、および発明が解決しようとする課題）磁界
の作用により単極帯電粒子のビーム集束を制御すること
は周知である。このようなビーム、特に電子ビームは、
真空設備における物質の蒸発などに使用される。その際
、蒸発せらるべき材料におけるビームの衝突面を、形状
または広がりのほかに、位置も制御して変化させられる
こと、すなわち、ビームを制御して集束させるほかに、
制御して偏向させ得ることが重要である。集束の制御、
すなわち、蒸発せらるべき材料における衝突面の形状ま
たは広がりの制御により、たとえば蒸発せらるべき材料
の均等な減耗が得られ、および／または蒸発せらるべき
材料の多様な熱的特性が考慮される。

磁界による集束の制御において、電子またはイオンなど
の動く帯電粒子が、一方で当該粒子の電荷に比例し、他
方で粒子速度Ｖと磁束密度■のベクトル積に比例する力
の作用を受けることを利用する。

ＵＳ−Ａ−４０６４３５２より、次の方法が公知である
。

この明細書によれば、電子ビームの両側に幅広の磁極片
を設け、それらの間で磁石によって概ね均一な磁界を発
生する。

突出した磁心の間の狭いギャップでは、磁界は不均一で
ある。

さらに、ＤＥ−ＰＳ２７１’１７２５により、基本的に
四極子技術に基づき、ビーム進行方向に対し垂直な面に
回転方形フレームコアを設け、その脚に巻線構成を設け
た、明確なストリップビームのための電磁式電子ビーム
集束技術が公知である。逆平行の集束制御ＩＩ磁界は、
ストリップビームの広がりに一致する区間に置かれてい
る。調節可能なビーム偏向におけるようなビームの変位
は設けられていない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の課題は、密封された集束を一定の限界内で、ビ
ームの位置とかかわりなく、ビームに対し横方向に調整
可能であり、もしくは調整された集束が前記横方向にお
いて変位の際に影響されない前記の種類の方法もしくは
配置構成を得ることである。

本出願との関連で特に興味がもたれるのは、補助巻線で
ある。

ここから、特に、対向する磁心の方向に向けられた磁界
ベクトルが電子ビームに対し横方向に偏向的に作用する
こと、および、さしあたり電磁石を考慮せず、磁界ベク
トルの各々の構成分が対向するコア対の間で互いに反対
方向に作用することが分かる。

電磁石の構成配置を用いて、磁界を一つのコア対の間の
ギャップで強化し、他のコア対の間のギャップで等しい
規模で減衰すると、偏向磁界成分はコアからコアの方向
に座標上で、たとえばコア対の二つのギャップの間の対
称面上で正確に一定であり、電子ビームは磁界の強さが
変化してもコアからコア、すなわちコア対の方向で偏向
磁界成分に影響されない。このとき、電子ビームの横方
向の広がりは無視できるが、これは理想化された場合に
限られる。他方、電子の左右に対し種々の偏向力および
ビームにおける電子密度重心の変位が生じる。これは横
方向におけるビーム偏向の変化および同方向におけるビ
ーム集束の変化に相当する。

前記明細書において、この作用は無視される。

前記の磁界偏向のもとてコア対方向における成分の変化
はビームに影響しないと仮定する。横方向における磁界
ベクトル成分の変化が利用される。

例示したように、磁界が一つのコア対ギャップで強化さ
れ他のコア対ギャップで減衰されると、第１のギャップ
において横ベクトル成分が優勢となる。

電子ビームの両側で、定義により互いに平行、かつ、互
いに反対方向に向いた横方向のベクトル成分が生じる。

それによりコア対方向における電子ビームの集束は影響
されない。

ここに示す配置構成により、ビーム偏向にも影響するこ
となくビームの集束を調節することは不可能である。同
様に、集束制御磁界の再調整なしにビームの位置を集束
作用に対し横方向に変化させることはできない。

それゆえ、本発明の課題は、それ自体概ねビームの偏向
に影響せず、よって電子光学装置において集束を概ね偏
向にかかわりなく制御する方法を得ることである。この
制御は直接に、したがって高い効率で集束に作用し、そ
のため集束を大きい調節範囲で迅速に変化させることが
可能となる。

これは、特許請求の範囲第１項の特徴項の文言によって
実現される。

以下に、発明の作用および発明の有利な実施例を、その
方法と配置構成について、空間的な関係の理解を容易に
する図面に基づいて詳細に説明する。

〔実施例〕

第２図に、単極帯電粒子のビームＳの空間的配置、これ
と横方向に位置する面Ｅ＋およびビーム貫通面Ｑを示す
。さらに、ビーム貫通面Ｑの広がりを制御して変化させ
る方向Ｒ１ならびに面Ｅ１とｘｙｚ座標系におけるｙ軸
に一致する方向Ｒに対し垂直な面Ｅｔを記入する。発明
により、面Ｅ２の両側に概ね平行な磁束経路を有する磁
界■を置く。その際、磁界は面Ｅｘの一方の側で一つの
極性を有し、他方の側で他方の極性を有する。発明によ
って置かれた磁界■１および■、により、ビーム貫通面
における面帯電に対し、面Ｅ２の一方の側で力Ｆ、が、
同面の他方の側で力Ｆ、が作用するため、二つの磁界丁
、および丁２の極性に応じ力は前記面Ｑに収縮的または
拡張的に作用する９磁界−ｆｆ、およびＴ２が面ＱのＸ
方向法がりに沿って少なくとも概ね湾曲しない場合、帯
電体は面Ｑにおいて少なくとも概ねＸ方向における力を
受けず、磁界の強さ、すなわちベクトル■１　もしくは
丁２の量およびそれらの極性の制御により、面帯電Ｑの
Ｘ方向における広がりが制御される。それにより、前記
のように少なくともこの領域で磁界湾曲を無視できる場
合、Ｘ方向における広がりを一定に維持する結果、帯電
密度（面帯電）がＸ方向における面Ｑの拡大によって減
少する。

しかし、点線で示すように、発明により置かれた磁界Ｔ
１およびＴ２が貫通面Ｑの広がりの領域で湾曲して発生
すると、面Ｅ２に対し垂直な成分Ｂもしくは−Ｂ、が記
入したごとくに生じる。ここから明らかなように、この
場合も、貫通面ＱがＸ方向で拡張すると同時にＸ方向で
収縮し、およびその逆であるという明瞭な関係が生じる
。

ただし、一つの方向ｙにおける面の広がりの変化および
他の方向Ｘにおける面の広がりの変化に対する独立性を
達成するために、特許請求の範囲第２項の文言による有
利な実施例において、二つの磁界■、および’Ｅ−ｔの
平行性の条件が、貫通面Ｑの広がりに一致する領域にわ
たり満たされる。

それにより、磁界Ｔ、および丁２を制御して変化させた
場合、Ｘ方向におけるこれらの磁界の構成分が生じない
。その結果、面Ｑにおける帯電はＸ方向のみで力の作用
を受ける。

集束制御においてビームが偏向するか否かを判断する際
、最初に、いつ集束の変化をビーム偏向と呼ぶかを定義
しなければならない。そこでは、帯電はビーム貫通面Ｑ
内部で力を受けず、そのためそのような帯電もしくは対
応する粒子の軌道は影響を受けず、発明により置かれた
磁界丁、およびＴ２は互いに相殺される。他方、面Ｅ＋
で瞬間的に発生するすべての帯電重心の位置が変位した
時点ですべて偏向と呼ぶことができる。面Ｑに瞬間的に
位置する帯電の帯電重心の位置は、特許請求の範囲第３
項の文言により、第２の面Ｅ２の両側の二つの磁界丁、
および丁２が対称形に置かれ、この対称形が磁界の制御
された変化のもとで維持される場合は変化しない。

これを第３図に基づいて説明する。第３図において、貫
通面Ｑの広がりを記載したｙ軸で、二つの磁界丁、およ
び丁、の有効値Ｂ＋およびＢ２を記載する。これらの値
の経路を純粋に質的に示され、発生する磁気ダイポール
との距離が増すにつれ減少する経路にほぼ一致する。面
Ｅアが面Ｑにおいて面帯電の帯電重心Ｐに置かれ、発明
による磁界によってＸ方向における面の広がりが変化す
る際に、この帯電重心Ｐが変化しない場合、こられ二つ
の磁界丁、および丁２が面Ｅ２において互いに相殺され
るように置かれる。その結果生じる経路を質的に点線で
示す。さらに、二つの磁界■１およびＴ２のベクトルＩ
ＩＢＩ　　１およびＩＢｚが点線で示すように面Ｅｘに
対し対称形に位置し、この条件を磁界が変化しても維持
する結果、これらの磁界は一方で、局部的に観察すれば
場所Ｐで、さらに互いに相殺される。また、面Ｅ２の両
側の面帯電に対し等しい量の力が作用し、それにより面
Ｑにおける帯電が面Ｅｔを基準として対称形に変化した
軌道を通る。それによって帯電重心は場所Ｐにとどまり
、ビームの偏向は行われない。第３図に、発生する力Ｆ
、の椀状分布を質的に示し、極性変化の場合を点線で示
す。

たとえば、前記ＵＳ　−Ａ４０６４３５２により、帯電
粒子のビームとして電子ビームを真空設備においてビー
ム発生装置の湾曲軌道で蒸発せらるべき材料に向けて、
一部１８０”以上、最大２７０°以上に偏向することが
公知である。これを実現できるためには、基本的に再び
磁界を、ビーム軌道の延長部分に沿って作用させなけれ
ばならない。その結果、所期の大きさの偏向を達成する
ために、しばしばビーム発生装置の直後に偏向磁界を置
かなければならない。それにより、多くの場合、コンパ
クトな構造の電子光学装置が求められるという理由によ
っても、蒸発せらるべき材料におけるビームの衝突面の
位置を変化させるための偏向および偏向の変化の際に、
ビームの集束の変化は生じないほど集束制御から離れた
軌道部分において、前記の偏向およびここに述べる種類
の集束制御のための偏向を行うことは不可能である。

第３図に示すように、このような偏向措置により面Ｑの
位置が変化すると、それに伴って対応する面帯電が発明
による磁界の変化状況にはいる。

その結果、偏向により集束の変化も生じる。この要求に
鑑み、集束状況を変えることなく、ビームを少なくとも
一つの方向において偏向させ得ることはしばしば重要で
ある。これは、第２図について考察した場合、本発明に
よる作用のもとて全く可能である。

第２図に記載された発明による二つの磁界Ｂ。

およびＢ！の関係のもとで、発明において求められるＸ
方向における集束変化にかかわることなく、ビームおよ
び貫通面ＱをＸ方向で変位させることが可能である。そ
れによって、特許請求の範囲第４項の文言に基づ〈発明
による方法の他の有利な実施例において、第２の面の両
側の磁界は貫通面Ｑの広がりより著しく大きい領域にわ
たって一定に置かれ、その際、磁界の関係が前記の領域
さらにＸまたは−Ｘ方向で変化しないことが明らかであ
る。たとえば、前記の大きい角度のビーム偏向のために
面Ｅ２でこの偏向を行う場合、発明による集束制御の前
に偏向を行うことができ、発明によって調整された集束
に影響することなく、衝突面の位置を変えるために偏向
を変化させることもできる。

第３図による磁界のｌＢ、ｌおよびｌＢ２１のベクトル
を考察すると、Ｘ方向で両側が隆起した谷を有する３次
元面が描かれる。

多くの場合、複数の、たとえば互いに垂直な二つの方向
のビームの集束を互いに依存して、または互いに独立に
、すなわち基本的に、および第２図によりＸ方向とＸ方
向のいずれにおいても制御できることが望ましい。この
ために、特許請求の範囲第５項の文言により、第２図に
おいて第１の面Ｅ、および第２の面Ｅ２に対し垂直であ
り、方向Ｒを包含する第３の面Ｅ、の両側に、互いに平
行、かつ、極性が反対のベクトル成分を有する第２の磁
界を、特に第３の面を基準として対称形のベクトル量を
もって置くことが提案される。このような第２の磁界は
、すでに第２図においてＢ。

および〜Ｂｙの符号を付し点線で記入した磁界に対応す
る。これらの磁界は、前記のように、第１の磁界丁、も
しくはＴ２が、第２図に同様に点線で示すように湾曲す
ると発生する。

第４図において第２図類似の平面図で、第１の磁界が第
２図によるベクトル■、およびＴ２をもって記入され、
これに垂直な第２の磁界はベクトル丁、および丁、をも
って記入されている。第４図による位置関係において、
貫通面Ｑを中心に回転すると、磁界■の極性は交替する
。それにより、同様に第４図に記入する力関係が生じる
。すなわち、極性関係が維持される場合、面ＱはＸもし
くはＸ方向のいずれかにおいて収縮もしくは拡張し、他
のｙもしくはＸ方向において拡張もしくは収縮する。こ
の磁界・極性位置関係は、二つの磁気グイボールを設け
ることによって容易に実現できる。

これは面Ｑの周囲の極分布から明らかである。

第５図において、第４図類似の図で、特許請求の範囲第
５項の文言による磁界の他の設計を示すここでは、貫通
面Ｑを中心に回転すると、磁界ベクトル丁、〜Ｔ４の極
性は交替しない、この極性の位置関係において、磁界ベ
クトルによって作用するすべての力は、図示するように
外方または内方に作用する。それによって、貫通面Ｑの
中心対称形の拡張もしくは収縮が可能となる。この極性
位置関係は、図示の磁石極からただちに明らかなように
、二つの磁気ダイポールによっては実現せず、第７図に
基づいて説明されたように他の措置を講じなければなら
ない。

ベクトルＢ、およびＢ４を有するこの第２の磁界により
第４図および第５図に基づく二つの極性分布において、
ビームの集束のみが貫通面Ｑの変化に応じてＸもしくは
−Ｘ方向で影響される場合、特許請求の範囲第６項の文
言により、この第２の磁界は再び少なくともＸ方向にお
ける面Ｑの広がりに等しい長さにわたり平行に設計され
る。特許請求の範囲第５項に記載した第２の磁界のベク
トル量の有利な対称設計に関し、第３図に基づき第１の
磁界について行った考察が該当する。すなわち、必要な
限りにおいて、面Ｑに瞬間的に位置する面帯電の帯電重
心を変位させないことが要求される。

特許請求の範囲第７項の文言により、第２の磁界も、第
３の面の両側の磁界が貫通面Ｑの広がりより著しく長い
領域にわたり一定となるように置くとき、第４図および
第５図に基づき、ベクトル■、および−Ｂ−４を有する
第２の磁界によるＸ方向による集束の変化は、貫通面Ｑ
の局部的変位を引き起こすＸ方向におけるビームの偏向
によって影響されない、第１の磁界丁、および丁２によ
ってなされるＸ方向における集束が、Ｘ方向における面
Ｑもしくはビームの変位により影響されないことと、ベ
クトル■、および■、を有する第２の磁界によってなさ
れるＸ方向の集束がＸ方向における貫通面およびビーム
の変位によって影響されないことを結合することは、ビ
ームを運転中に再度ＸおよびＸ方向に偏向させるビーム
動作点において、集束制御磁界の調整をより容易に行う
ために、多くの場合必要とされる。

第４図による極性分布は、特定の用途において重要な長
所を呈する。前記のように、電子ビームを用いる多くの
場合に、電子ビームをある面で著しく偏向させることが
普通である。第２図に基づくベクトルＴ１およびＴｔを
有する発明による第１の磁界の設計において、第６ａ図
で平面図において示すように、ビームＳのこの偏向を第
２０面Ｅ！で行うことを示す。第６ｂ図には、面Ｅ２に
おけるビームＳの経路を側面図で示す。ＵＳ−Ａ−４０
６４３５２によっても公知のように、このような偏向の
もとで、第６ｂ図による側面図に示すように、通常ビー
ムが収斂する領域Ｋが発生する。側面図、すなわち偏向
面Ｅｔにおいて、このような収斂はしばしば発生しない
。

これらの関係は、第４図および特許請求の範囲第８項に
よる発明の作用において、最適に利用される。第４図に
より、第１の磁界■、およびＴ。

によってＸ方向における断面積Ｑおよびビームの拡張が
行われると、第６ａ図で点線で示した関係が生じる。同
時に、ベクトル■、および丁、を有する第２の磁界と、
場合により、第１の磁界と直接結合し、貫通面Ｑの収縮
を行うことができる。

その結果、第６ａ図に点線で示す断面積Ｑ′が生じる。

第６ｂ図に見られるように、Ｘ方向において貫通面の広
がりＱが縮小すると収斂領域Ｋが、たとえば領域Ｋ　Ｉ
、すなわち、ビーム源近傍に変位する。これは、焦点の
光源近傍への変位に対応する。

それにより、Ｘ方向で見ると目標、たとえば蒸発せらる
べき材料Ｍ上に、もしくは面Ｅ２に逆転が生じる。つま
り、貫通面Ｑがこの方向で収縮すると、材料Ｍにおける
衝突面は収縮領域に′の変位のために拡大する。それに
より、第４図に示す極性選択の長所は、特に当該電子ビ
ームＳを９０°以上、特に１８０１以上偏向させたとき
明らかとなる。

まさに、この極性選択により、第６図における衝突面Ｚ
は放射状にすべての方向に拡張または収縮する。その紘
果生じる質的なビーム分布を、第６ｂ図に同様に点線で
示す。集束の変化により動作点中心に変化する収斂領域
の位置は、基本的にビーム発生装置およびビーム形成の
ための電子光学的措置によって決まる。

なお説明すべきこととして、第５図による極性構成の選
択が、第１の磁界子３、Ｔ２および第２の磁界子１．Ｔ
４をビーム軸沿いにずらして置くことによって実現され
るのに対し、第４図による実施例において、特許請求の
範囲第９項の文言により、二つの磁界は概ね同一の第１
の面Ｅ、に置かれる。

第４図または第５図による極性構成において、第１の磁
界子０．Ｔ２が第２の磁界Ｔ３、Ｔ、とかかわりなく、
およびその逆に制御することが可能であるために、第７
図および特許請求の範囲第１０項の文言により、第１の
磁界子＋　ｒ　Ｔ！はビームＳの進行方向沿いに第２の
磁界−Ｂ−３、Ｔ、からすらして置かれる。二つの磁界
が互いに影響しないように、二つの磁界の間に磁気遮蔽
ＳＣＨを設ける。この作用は、もともと第５図による極
性選択において示されている。しかし、この構成は磁界
Ｔ３、Ｔ、および磁界Ｔ３、Ｔ、を第１面で時間差を設
けて発生することによっても達成される。

第８図に、例として集束を制御するための発明による配
置構成を概念的に示す。この配置構成は、第２図及び第
３図に基づいて説明したよに、基本的に、磁石配置構成
によって作られる磁界のベクトル成分を生み出すように
形成された磁石配置構成を包含する。配置構成は１対の
ダイポール３および５によって形成される。ダイポール
は電磁石配置構成によって形成され、各々制御装置１１
によって制御される電源７もしくは９を介して給電され
る。しかし、ダイポール３および５は、集束の動作点調
整などのために、永久磁石によって形成し、または永久
磁石を包含することも可能である。

この配置構成において、単極帯電粒子のビームＳ、特に
電子ビームが通過する領域１３が規定されている。さら
に、ダイポール３および５からなるダイポール配置構成
を基準として、第８図に概念的に示すビーム発生装置工
５の位置を決め、たとえば、ビーム発生装置１５のため
の固定配置構成を用いて、ダイポール３および５を基準
として定義された位置に決められているか、または決め
ることができる。ダイポール３，５およびビーム発生装
置１５の適当な固定を符号１６により概念的に示す、第
８図から明らかなように、原理的に二つのダイポール３
および５によって第２図に示す磁界の成分−ｆｆ。

およびＴ２が、第２図に基づきビームＳに間して説明し
たように、ビームＳの領域１３に関して設計して生み出
される。その際、特許請求の範囲第１４項の文言により
、有利な実施例において、第８図に同様に記入した面Ｅ
２の両側で磁界Ｔ１およびＴ、の経路を、少なくとも領
域１３を貫通するビームＳによって形成されるビーム貫
通面Ｑの直径に相当する領域において、概ね平行に形成
することを目指す、第８図から直ちに明らかなように、
これは、Ｘ方向に見てダイポール３もしくは５の長さが
、Ｘ方向に見た領域１３を貫通するビームＳの貫通面Ｑ
の広がりより著しく大きいことによって達成される。

ビームＳの貫通領域１３の両側、すなわち面Ｅ８の両側
の磁界子、および丁２は、制御袋Ｗ、１１により、面Ｅ
ｘの両側の磁界のベクトル量が面Ｅ、を基準として対称
形となるように制御される。その結果、第３図に関する
説明により、磁界子、および丁８によって制御されてＸ
方向においてビーム貫通面Ｑが変化する際に、面Ｑに瞬
間的に存在する面帯電の帯電重心は変化しない、この条
件を満たす磁界子、およびＴ、の制御は、Ｅｌを基準と
した二つの磁気ダイポール３および５の幾何学的配向に
応じて行われる。その際、電源７および９によって生み
出される電流の適当な選択もしくは制御によって、ビー
ムＳの貫通面Ｑに計画的に影響する。

さらに、磁石配置構成３および５によって領域１３を貫
通するビームをＸ方向において、比較的大きい区間にわ
たり、Ｘ方向に見てビームＳの位置にかかわりなく制御
し得るために、特に二つのダイポール３および５からな
る磁石配置構成を、前記の第２の面Ｅｘの両側の磁界子
、および丁２の経路が、ビームＳの貫通面Ｑの広がりよ
り著しく長い領域にわたり一定となるように設計する。

これは、Ｘ方向に見て磁気ダイポール３もしくは５の広
がりを適当に長くすることによって達成される。

第２図に示す発明による磁束経路を複数の磁界を空間的
に重ねることによって生み出すことは全く可能であるが
、第８図に示すように、この磁界は、第２の面に対し概
ね平行に配置された二つの磁気ダイポール、すなわちダ
イポール３および５を有する磁石配置構成によって作ら
れる。これらの二つのダイポールは差し当たり面Ｅ＋に
位置する必要はなく、Ｅ！を基準として対称形に配置す
る必要もない、つまり、作用領域、すなわち面Ｅ＋およ
びＥｔＯ間の断面領域を基準として、二つのダイポール
３および５の幾何学的相対位置を広い範囲で自由に選択
できるが、作用領域における発明による磁束経路は磁石
配置構成の適当な電気制御によって実現される。

しかし、その際、場合によっては複雑な磁界の空間的な
重なりを考慮しなければならない、それゆえ、他の、た
とえば設計上の基本条件により必要とされない場合、特
許請求の範囲第１８項の文言により、第８図に示すよう
に、二つの磁気ダイポールを概ね第１の面Ｅ１に置く。

この場合、磁界関係はより容易に見渡せるようになる。

しかし、この場合も、二つのダイポール３および５は必
ずしも第２の面Ｅ２を基準として対称形に位置する必要
はなく、非対称形を電源７もしくは９もしくは電気磁石
の適当な非対称形制御又は非対称形巻線によって補償で
きることは明らかである。ここでも、ビーム発生装置１
５の設計など、他の基本条件により必要とされない限り
、特許請求の範囲第１９項の他の文言により、および第
８図に示すように、第１の面に位置する磁気ダイポール
を第２の面を基準として対称形に配置しない。

第９図には、概ね第８図による配置構成の各部を再度示
す、すでに説明したように、発明により二つのダイポー
ル３および５により行われるＸ方向におけるビームの集
束制御は、ダイポールの設計、特にＸ方向における長さ
に応じ、Ｘ方向におけるビームの位置とほとんどかかわ
りない、たとえば、ＵＳ−Ａ−４０６４３５２またはＵ
Ｓ−Ａ−３４２０９７７ニより公知のように、ビームが
大きく偏向する場合、しかも、第９図の１５のように、
ビーム発生装置を出た直後にビームに対して偏向力が作
用し、適度に短い区間でビームを目標に到達させる場合
、そのような偏向を特許請求の範囲第２０項の文言によ
り概ね第２の面で行うことが提案される。

これを第９図に示すが、そこでは、たとえばｔＪｓ−Ａ
−３４２０９７７による偏向装置は、第９図により概ね
Ｘ方向に進む偏向磁界Ｂ、を発生する。それにより、点
線で示すように、ビームＳの偏向は増大し、２７０”ま
たはそれ以上の規模で行われる。このような偏向装置は
、ビームをできるだけ短い区間で偏向させるために、ビ
ーム発生装置１５の直後で偏向磁界Ｂ、を発生して作用
しなければならないので、すでに発明による集束制御の
段階で、ビームＳのＸ方向における変位を考慮しなけれ
ばならない、これは、偏向を修正して、ビームを目標点
で変位させる場合は、特にそうである。

発明により作用するＸ方向における集束の制御は、同方
向におけるビームの位置と概ねかかわりないため、偏向
は特に面Ｅ、で行う。

すでに第４図、第５図および第６図に基づいて、前記の
第１の磁界Ｔ１およびＴ、に加え、これと垂直に第２の
磁界■、およびＴ４を置く場合の作用について説明した
。

第１０図に、第８図もしくは第９図による二つのダイポ
ール３および５の配置構成の平面図を概念的に示す、二
つのダイポール３および５のＸ方向に見た間隔ならびに
Ｘ方向に見た長さに応じ、第４図に概念的に示すように
、ビームＳの貫通領域１３においても有効な磁界Ｔ３お
よびＴ４が発生する。その結果、ダイポール３および５
の配置構成の寸法を適当に選択することにより、第４図
による磁界構成および同図に示す界磁・極がただちに得
られ、それとともに第６図に基づいて説明した貫通面Ｑ
の広がりの変化を基準とした目標面の広がりの変化の逆
転に関する長所が得られる。

従って、第６図に基づいて説明したように、ビーム進行
方向に沿ってビームの少なくとも一つの収斂領域を生じ
るビーム発生装置もしくは電子光学装置を（ビーム粒子
の種類に応じて）配置構成に設ける場合、たとえば第８
図、第９図又は第１０図に基づいて説明した磁石配置構
成と、たとえば第９図に示す偏向装置や公知の使用のビ
ーム発生装置などの装置を互いに調整することによって
、第６図に基づいて詳細に説明したように、貫通面断面
積の変化が、ダイポール３および５を有する磁石配置構
成によって作用する磁束Ｔ１からＴ４の影響領域におい
て、少なくとも一つの方向でビーム目標面の直径変化に
逆に影響することが目指される。これは、第Ｉ０図によ
る配置構成により、第６ｂ図による収斂領域を発生する
偏向装置およびビーム発生装置のもとで達成される。

第１１図に、磁束Ｔ３、Ｔｔおよびこれと垂直な他の磁
束Ｔ３、Ｔ、を互いに独立に制御する磁石配置構成を概
念的に示す。このために、ビームＳの進行方向に沿って
、一方で二つのダイポール３および５を設け、他方でビ
ーム進行方向にこれとずらして、ダイポール３および５
と垂直な他のダイポール２３および２５を設ける。ダイ
ポール２３および２５は、第５図又は第４図による磁界
丁、および丁、を制御する。ビーム貫通口２９を具備す
る磁気遮蔽２７を設けることにより、互いに独立に制御
せらるべき二つの磁界丁１１丁、および丁４．Ｔ４は、
互いに大きく分離される。この方法により、ビームの集
束をＸ方向とＸ方向において互いに独立に制御すること
が可能となる。符号１６で概念的に示すように、二つの
ダイポール３，５．２３および２５は、ビームのための
領域を基準にして固定される。

第１２図に、発明による配置構成の有利な構造を概念的
に示す、第８図、第９図または第１０図のダイポール３
および５に対応する二つの電磁石３３および３５を、互
いに平行にあご状保持具３７もしくは３９に埋め込む、
保持具３７および３９は、少なくとも電磁石３３および
３５０領域において、非強磁性材料から形成されている
が、効果的に冷却できるように、種々の金属部分、特に
銅およびステンレス鋼から合成されている。

概念的に図示する方法で、ビーム、特に電子ビームを保
持具３７と３９の間で放出するビーム発生装置４１の固
定配置構成を設ける。第１２図に、磁界丁、および丁、
を有する磁束経路および横磁界丁３の作用を例として記
入する。

発明による配置構成もしくは発明による方法により、目
標物において面積の調節範囲１：１０、たとえば焦点直
径５ｍから５０１１Ｉ１１が、ビーム偏向的２７０°の
もとで達成された。これは、Ｉ　ｋＨｚまでの設定周波
数のもとて動的に達成することができた。それにより、
必要に応じ、ビームの集束に脈動を与えることも容易に
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、公知技術の水準によるビームおよび磁界の空
間的配置構成と作用を表す。 第２図は、発明による作用の第１図類似の図を表す。 第３図は、第２図のＸ方向で考察した発明によって有利
に制御された磁界の関係を表す。 第４図は、互いに垂直な二つの磁界を発明による第１の
極性関係において置いた第２図による関係の概念的平面
図を表す。 第５図は、発明による第２の極性関係における磁界を有
する第４図類似の図を表す。 第６ａ図は、第２図による関係の平面図に基づき、例と
して第４図による磁界を用いてビームの集束を変化させ
た著しく偏向したビームの概念的平面図を表す。 第６ｂ図は、第２図によるＸ方向において集束の変化と
ともに変化する関係に基づく第６ａ図により広角に偏向
したビームの平面図を表す。 第７図は、ビームの進行方向で互いにずれた二つの直交
磁界の配置構成を表す。 第８図は、第２図から第６図に示す関係を実現するため
の発明による配置構成を概念的に　す。 第９図は、第６ａ図および第６ｂ図に示す関係と類似に
偏向関係を作り出すために広範囲に作用するビームの偏
向磁界を設けた第８図類似の配置構成を表す。 第１０図は、第４図に示す関係と類催に磁界関係を作り
出すために第８図および第９図による配置構成の概念的
平面図を表す。 第１１図は、第４図、第５図および磁界が軸方向でずれ
ている場合は第７図による直交集束制御磁界の配置構成
を概念的に表す。 第１２図は、原理的に第８図および第９図によって構成
された発明による配置構成の有利な実施例の構成を透視
図を表す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単極帯電粒子、特に電子のビームの集束を制御する
   ための方法であって、ビーム軸（Ｚ）に対し直角な第１
   の面（Ｅ＿１）を介してビーム貫通面（Ｑ）を用いて貫
   通され、該ビーム貫通面においてビーム軸（Ｚ）を包含
   する第２の面（Ｅ＿２）の両側に二つの磁束密度の磁界
   （Ｂ＿１、Ｂ＿２）が設置され、主ベクトル成分をもつ
   磁界線が、第２の面（Ｅ＿２）の領域内で該第２の面に
   対し本質的に平行に延びており、該二つの磁界は互に反
   対方向の極性を有し、かつその場合二つの磁界の制御に
   より、ビーム貫通面（Ｑ）の広がりが第２の面（Ｅ＿２
   ）に対し垂直な方向（Ｙ）において変化される単極帯電
   粒子のビーム（Ｓ）、特に電子ビームの集束を制御する
   ための方法において、 該二つの磁束密度の磁界（Ｂ＿１、Ｂ＿２）が、ビーム
   貫通面（Ｑ）の広がりより本質的に大である第２の面（
   Ｅ＿２）に平行である区間にわたって、本質的に相互に
   平行な磁界線を用いて発生されることを特徴とする単極
   帯電粒子のビーム集束を制御するための方法。 ２、二つの磁束密度の磁界（Ｂ＿１、Ｂ＿２）を、第２
   の面（Ｅ＿２）を基準として本質的に対称形の絶対値曲
   線を用いて印加させ、この対称性を該磁界（Ｂ＿１、Ｂ
   ＿２）の制御された変化の場合に、本質的に維持するこ
   とを特徴とする、請求項１記載の方法。 ３、第２の面（Ｅ＿２）の両側の磁界（Ｂ＿１、Ｂ＿２
   ）が、貫通面（Ｑ）の広さより本質的に長い領域にわた
   り本質的に一定に配置されていることを特徴とする、請
   求項１または２に記載の方法。 ４、第３の面（Ｅ＿３）を基準として第１の面（Ｅ＿１
   ）と第２の面（Ｅ＿２）に対して垂直に、他の２つの磁
   束密度の磁界（Ｂ＿３、Ｂ＿４）の両側に、第３の面（
   Ｅ＿３）の両側の領域で反対の極性の本質的に平行なベ
   クトル成分をもって、特に第３の面（Ｅ＿３）に関して
   本質的に対称な絶対量をもって設置することを特徴とす
   る、請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。 ５、他の磁束密度の磁界の経路を、ビーム貫通面（Ｑ）
   の領域において、第３の面の両側で、少くとも貫通面の
   広さに対応する長さにわたり、本質的に平行に設置され
   ることを特徴とする、請求項４に記載の方法。 ６、磁界が第３の面の両側で、貫通面の広さより本質的
   に長い領域にわたって、本質的に一定に設置されている
   ことを特徴とする、請求項４記載の方法。 ７、第１の面（Ｅ＿１）を介して貫通面（Ｑ）の回りに
   回転しながら、磁界ベクトル（Ｂ＿１、Ｂ＿２、Ｂ＿３
   、Ｂ＿４）の極性を交番するように、他の磁界（Ｂ＿３
   、Ｂ＿４）が設置されることを特徴とする、請求項４か
   ら６までのいずれか一つに記載の方法。 ８、他の磁束密度の磁界（Ｂ＿３、Ｂ＿４）も同様に本
   質的に第１の面（Ｅ＿１）内に設置されることを特徴と
   する、請求項４から７までのいずれか一つに記載の方法
   。 ９、二つの磁束密度の磁界（Ｂ＿１、Ｂ＿２）および他
   の二つの磁束密度の磁界（Ｂ＿３、Ｂ＿４）とをビーム
   伝播方向（Ｚ）においてずらして相互に非結合状態に設
   置し、特に相互に遮蔽することを特徴とする、請求項４
   から８までのいずれか一つに記載の方法。 １０、ビームの貫通面（Ｑ）が該第１の面（Ｅ＿１）を
   介して制御可能であるように、ビーム（Ｓ）を付加的に
   偏向させる場合に、制御された偏向（Ｂ＿ｕ）を第２の
   面（Ｅ＿２）内で行い、ビーム貫通面（Ｑ）が、該２個
   の磁束密度の磁界（Ｂ＿１、Ｂ＿２）のベクトルに対し
   本質的に平行に変位されるようになっていることを特徴
   とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載の方
   法。 １１、ビームを９０゜以上だけ、特に１８０゜以上だけ
   偏向させることを特徴とする、請求項１０記載の方法。 １２、磁束密度の磁界（Ｂ＿１、Ｂ＿２、Ｂ＿３、Ｂ＿
   ４）のビーム目標面（Ｍ）に対する作用が、貫通面（Ｑ
   ）に対する作用に関して、例えば逆転される場合のよう
   に、ビームの少くとも一つの収縮領域（Ｋ）の空間的な
   固定によって規定されることを特徴とする、請求項１か
   ら１１までのいずれか一つに記載の方法。 １３、磁界が、例えば変調される場合のように、動的に
   変化されることを特徴とする、請求項１から１２までの
   いずれか一つに記載の方法。 １４、磁界がきれいに仕上げられて構成されることを特
   徴とする、請求項１３に記載の方法。 １５、ビーム貫通のための領域（１３）を有し、該領域
   において制御された磁石装置を具備し、該磁石装置によ
   りビーム貫通面（Ｑ）の広がりが、ビーム領域に対し斜
   めに設けられた面（Ｅ＿１）を介して、少なくとも１つ
   の方向（Ｙ）において制御により変化され、その際該磁
   石装置を用いて二つの磁束密度、磁界がベクトル成分を
   用いて該第１の面（Ｅ＿１）に設けられ、該ベクトル成
   分は第２の面（Ｅ＿２）の領域および両側で方向（Ｙ）
   および第１の面（Ｅ）に対し垂直であり、ならびにビー
   ム貫通面（Ｑ）を通り互いに平行であり、かつ互いに反
   対の極性を有するベクトル成分をもって設置された、単
   極帯電粒子ビーム、特に電子ビームの集束を制御するよ
   うになっており、磁束密度の磁界（Ｂ＿１、Ｂ＿２）が
   第２の面（Ｅ＿２）の領地内で相互に、本質的に平行な
   磁界線を発生させ、ストレッチのまわりに、第２の面に
   対し平行なビーム貫通面（Ｑ）の拡がりより本質的に大
   である区間にわたり平行な磁束線を発生させることを特
   徴とする、単極帯電粒子よりなるビームの集束を制御す
   る装置。 １６、磁束装置が、二つの本質的に平行な棒磁石によっ
   て形成されていることを特徴とする、請求項１５記載の
   装置。 １７、磁石装置用の制御装置（１１）を具備し、該制御
   装置により該磁石装置が制御され、第２の面（Ｅ＿２）
   の両側の磁束密度の磁界が第２の面を基準として、絶対
   値に関し対称的な特性を示すようになっていることを特
   徴とする、請求項１５または１６のいずれかに記載の装
   置。 １８、第２の面（Ｅ＿２）の両側の磁束密度の磁界（Ｂ
   ＿１、Ｂ＿２）の特性が、貫通面（Ｑ）の広さよりも本
   質的に長い領域にわたって、本質的に一定であるように
   磁石装置（３、５、２３、２５、３３、３５）が形成さ
   れていることを特徴とする、請求項１５から１７までの
   いずれか一つに記載の装置。 １９、磁石装置が、第２の面（Ｅ＿２）に対し実質的に
   平行で配置された二つの磁気ダイポール（３、５、２３
   、２５、３３、３５）を示すことを特徴とする、請求項
   １５から１８までのいずれか一つに記載の装置。 ２０、二つの磁気ダイポール（３、５、２３、２５、３
   ３、３５）が本質的に第一の面（Ｅ＿１）内に位置する
   ことを特徴とする、請求項１９記載の装置。 ２１、第１の面（Ｅ＿１）に位置する磁気ダイポール（
   ３、５、３３、３５）が、第２の面（Ｅ＿２）を基準と
   して本質的に対称形に配置されていることを特徴とする
   、請求項２０記載の装置。 ２２、ビーム（Ｓ）に対して制御された偏向装置（Ｂ＿
   ｕ）を具備する装置であって、該偏向装置が本質的に第
   ２の面（Ｅ＿２）においてビーム偏向を行うことを特徴
   とする、請求項１５から２１までのいずれか一つに記載
   の装置。 ２３、該磁石装置が他の磁束密度の磁界（Ｂ＿３、Ｂ＿
   ４）を、第２の面（Ｅ＿２）に対し垂直にし、ビーム（
   Ｓ）に関する領域の両側で、反対の極性をもって発生さ
   せることを特徴とする、請求項１５から２２までのいず
   れか一つに記載の装置。 ２４、ビーム伝播方向に沿ってビーム（Ｓ）の少くとも
   一つの挾隘化領域（Ｋ）を発生せしめる電子光学分野に
   おけるビーム発生用の一つの装置を有し、該磁石装置（
   ３、５、２３、２５、３３、３５）と該装置（Ｂ＿ｕ）
   とが同期化され、貫通面の断面積変化が該磁石装置によ
   って生ずる磁束密度（Ｂ＿１、Ｂ＿２、Ｂ＿３、Ｂ＿４
   ）の影響領域で、少くとも第１の方向（Ｘ）においてビ
   ーム目標面の直径の変化に逆に効果を現わすことを特徴
   とする、請求項２２または２３のいずれか一つに記載の
   装置。 ２５、該磁石装置が、間隔をおいて保持された二つの取
   付部（３７、３９）の各々一つに配置された２個の磁気
   ダイポール（３、５、３３、３５）を具備し、ビームに
   関する領域が取付部（３７、３９）の間を通り抜けるこ
   とを特徴とする、請求項１５から２４までのいずれか一
   つに記載の装置。 ２６、ビーム発生装置（１５、４１）に関する位置決め
   装置と固定化装置とを具備し、該発生したビーム（Ｓ′
   ）が予め与えられた領域（１３）を介して通り抜けるこ
   とを特徴とする、請求項１５から２５までのいずれか一
   つに記載の装置。 ２７、ダイポール（３３、３５）の領域における取付部
   （３７、３９）が、可能な限り非強磁性材料から構成さ
   れ、該ダイポールが特に該取付部（３７、３９）におい
   て真空密にカプセル化されることを特徴とする、請求項
   ２５記載の装置。 ２８、該保持部が、銅および／またはステンレス鋼の如
   く、種々の金属部分から構成されることを特徴とする、
   請求項２５記載の装置。 ２９、該磁石装置は永久磁石および／または電磁石を包
   含することを特徴とする、請求項１５から２８までのい
   ずれか一つに記載の装置。 ３０、ビームを９０゜以上、特に１８０゜以上偏向させ
   るビーム偏向システムを有する、請求項１から１４まで
   のいずれか一つに記載の方法の応用、または請求項１５
   から２９までのいずれか一つに記載の装置の応用。 ３１、請求項１５から２９までのいずれか一つに記載の
   装置を有する電子ビーム発生装置。 ３２、請求項３１記載の電子ビーム発生装置を有する真
   空処理プラント。