JPS6124782B2 - - Google Patents

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JPS6124782B2
JPS6124782B2 JP53137974A JP13797478A JPS6124782B2 JP S6124782 B2 JPS6124782 B2 JP S6124782B2 JP 53137974 A JP53137974 A JP 53137974A JP 13797478 A JP13797478 A JP 13797478A JP S6124782 B2 JPS6124782 B2 JP S6124782B2
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JP
Japan
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electro
optical lens
lens device
lens
dynamic
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JP53137974A
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English (en)
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JPS5476058A (en
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Baisuengaa Jiikufuriito
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DOKUTORU INJENIEERU RUUDORUFU HERU
Original Assignee
DOKUTORU INJENIEERU RUUDORUFU HERU
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Publication of JPS6124782B2 publication Critical patent/JPS6124782B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/10Lenses
    • H01J37/14Lenses magnetic
    • H01J37/141Electromagnetic lenses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/14Arrangements for focusing or reflecting ray or beam
    • H01J3/20Magnetic lenses
    • H01J3/22Magnetic lenses using electromagnetic means only
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/21Means for adjusting the focus

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 多くの電子ビーム装置は技術的、科学的目的の
ため、直径の小さい電子銃を用いる。例えばテレ
ビジヨンあるいはその他の記録装置用の陰極線
管、あるいは電子顕微鏡および材料加工装置の場
合である。
陰極から放射される電子ビームを焦点合わせで
きるようにするため、部分的に複雑な電子光学的
レンズと絞り系とが設けられている。例えば陰極
線管の場合は、電子ビームの偏向後にその焦点を
調整しなければならない。あるいは材料加工の場
合は、所望の加工効果が得られるようにするた
め、電子ビームが静止あるいは偏向されてから、
焦点の位置が変化される。
このような焦点変化が行なえるようにするた
め、スタテイツクレンズともいわれる主レンズに
対して、ダイナミツクレンズともいわれるもう1
つの集束レンズが付加的に設けられることが多
い。この場合スタテイツク主レンズが主焦点合わ
せを行ない、付加レンズを介しては再調整すなわ
ち焦点位置の制御がダイナミツクに行なわれる。
これらのレンズは通常は磁気コイルとして構成さ
れている。
電子ビームのダイナミツク焦点合わせのために
付加レンズを用いる従来の公知の電子ビーム装置
においては、通常付加レンズは、ビーム発生器系
と主レンズとの間に配置される。電子ビームによ
る材料加工に用いる場合は、極めて短時間のうち
に焦点を所定量だけ変位させなければならない。
この種の問題は当然、電子ビームを操作する記録
装置の場合にも現われる。何故ならばこの場合
は、高い映像周波を必要とするため、電子ビーム
を迅速に偏向し続いて迅速に再び焦点合わせをし
なければならないからである。焦点位置の所定の
変化のために必要とされる磁界の迅速な変化を行
なえるようにするため、通常はダイナミツク付加
コイルに対して極めて大きな制御電力を必要とす
る。材料加工の場合は、電子ビームの焦点を極め
て短時間に変位しなければならないため、集束コ
イルには1KW以上の制御電力が必要とされる。
この制御電力のコントロール、即ちコイル内部に
おける磁束密度の必要とされる迅速な変化は、困
難な問題をひきおこす。それ故本発明の課題は、
極めて僅かな制御電力で十分作動する、電子ビー
ム装置のための改善されたダイナミツク集束コイ
ルを提供することである。
上記課題は本発明により特許請求の範囲に記載
した技術構成により解決される。
次に本発明の実施例につき図面を用いて説明す
る。
第1図には、電子ビーム路の焦点合わせに必要
な部分だけが示されている。電子ビームJは加工
物Wに衝突する前に、スタテイツク集束コイルと
呼ばれている電磁レンズ装置L1を通過する。電
子ビームは電子光学的集束レンズにより焦点Fに
集束される。スタテイツク集束レンズL1の下側
に光学軸上に磁界B1の経過を示す曲線が図示さ
れている。焦点を破線で示した位置F′へ変位す
るために通常はスタテイツクレンズの前方にダイ
ナミツク集束レンズL2が配置される。電子ビー
ムはこのダイナミツクレンズにより幾分扇状に拡
げられたり、集束される。ダイナミツクレンズ
L2の下側に、光学軸上の磁束密度B2の経過曲線
が図示されている。装置全体の電子光学的屈折は
磁束密度の2乗の和に依存する。
B2=B12+B22 (1) この場合全変位量△ZはB22の変化だけに依存す
る。
第2図は本発明によるスタテイツク−ダイナミ
ツク集束コイル装置の断面図を示す。この場合ダ
イナミツク集束コイルは、スタテイツク集束コイ
ルの内側に配置されている。このダイナミツク集
束コイルは、公知の磁気コンバージエンスコイル
のように、電子ビームJに対するコンバージエン
スコイル2から構成される。ダイナミツク集束コ
イルの磁界の時間変化を、このコイルを取囲むス
タテイツクレンズから遮蔽し減結合するために、
高透磁率の遮蔽リング3が用いられる。この遮蔽
リングは、極めて迅速な集束作用を必要とする場
合は、例えば高周波−フエライト材から製作する
ことができる。
この遮蔽部材は例えば高透磁率の高周波−フエ
ライト製の環体として製作される。遮蔽部材その
ものはコイルと一緒に鋳込まれるかあるいはコイ
ルに接着される。この場合漂遊電子を導くため、
鋳込み成形部材の真空側表面に導電性の材料をつ
けて、一定の導電性を持たせるようにする。この
導電性に適する値は1KΩ〜1MΩ/cm2である。
第3図aは、スタテイツクレンズL1だけが励
磁された時の、光学軸上の磁束密度を示す。磁束
密度の落ち込みの個所は、遮蔽リング(第2図に
3で示されている)により生ずる。
第3図bは、ダイナミツクコイルに所定の一定
電流が流れる時、このコイルだけにより発生され
る磁束密度を示す。
第3図cは、スタテイツクレンズの磁界とダイ
ナミツクレンズの磁界とを重畳したものである。
図から明らかなように、ダイナミツク集束コイル
による磁界とスタテイツク集束コイルによる磁界
とは、重畳される。この装置の電子光学的屈折は
それぞれの磁束密度の和の2乗に依存する: B2=(B1+B2)2=B12+2B1B2+B22 この本発明による装置の場合、焦点位置の全変
位△ZはB22の変化だけに依存するのでなく、さ
らに積2B1B2が制御量として付加される。このこ
とは、既に存在しているレンズL1の磁界が、レ
ンズL2のダイナミツク磁界の作用を乗算的に何
倍にもすることを意味する。
次に実際に使用する場合の数値例を示す。磁気
レンズはその中心から1000mm離れた電子源の縮少
実像を、その中心から100mm離れた位置に投射す
る。所定の加工効果を得るためには、焦点は約△
Z=5mmだけ変化しなければならない。このこと
は例えばスタテイツク主レンズを、160相対単位
の磁束密度で励磁することにより、なされる。前
述の迅速な焦点変化ができるようにするため、ス
タテイツクレンズの前方に第1図のように配置さ
れるダイナミツク集束レンズの場合は、磁束密度
は22単位だけ相対的に変化される。双方の磁束密
度の2乗の和は(1)式によれば次のようになる。
B2〓3044〓1602+222 第2図の本発明による装置の場合は、ダイナミ
ツクレンズの励磁の極めて僅かの変化しか必要と
しない。さらに主レンズは160単位の磁束密度で
励磁するものとする。本発明によれば、焦点の迅
速な変化のためには、さらにB2=1.5単位の変化
しか必要としない。実施例では次のようになる。
B2〓3044〓1602+2・160・1.5+1.52 それぞれのダイナミツクレンズの制御に必要と
される電力の比は、次のようになる。
oeu/Nalt=B2 oeu/B2 alt=1
.5/22〓1/200 ただしNoeu,B2oeuは本発明における電力、磁束
密度、Nalt,B2altは公知の場合のそれを表わす。
本発明は“積の2倍”である制御量を用いてい
る。この制御量は、主磁界と付加磁界とが空間的
に分離されている装置ではあらわれない。この数
値例が示すように焦点の所望の変位を得るため
に、極めて僅かな電力しか必要としない。ダイナ
ミツクおよびスタテイツク集束レンズをこのよう
に配置した場合、両磁界の相互干渉は極めて僅か
である。そのため渦電流損失および磁束密度損失
は殆んど現われない。とくに、レンズの良さ即ち
主レンズの開口歪(球面収差)は、ダイナミツク
レンズのこの配置により大きくならないことが示
されている。従来は、高透磁率の遮蔽リングを取
付けると、球面収差が大きくなるためもとのレン
ズ磁界が弱められるとされてきた。しかし本発明
による技術構成によれば、主レンズの球面収差は
大きくされない。
本発明の有利な使用例としては材料加工およ
び、例えば電子ビーム彫刻により走査されるグラ
ビヤ版の製作がある。電子ビーム彫刻の場合深浅
のあるインキセルを形成するためには、焦点位置
を階調値に依存して制御する必要がある。電子ビ
ーム彫刻を実施する装置は、従来から例えばドイ
ツ連邦共和国特許公開出願公報第123561号に示さ
れている公知技術である。
しかし本発明は電子ビーム彫刻の分野だけに限
定されるものではなく、材料加工の領域全体に対
して用いることができる。あるいは所要空間およ
び制御電力が小さく、かつ焦点位置を迅速に変化
あるいは追従制御しなければならないような陰極
線管あるいは電子顕微鏡にも用いることができ
る。レンズの制御に必要な制御回路は公知回路で
あり、電子ビーム機器の公知の構成と同様に、
個々には詳述しない。
本発明は集束レンズとしての環状コイルだけに
限定されるものでなく、多極子レンズにも用いる
ことができる。簡単な場合は、連続して配置され
る2つの4極子レンズからなる組合わせが用いら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は公知のダイナミツク焦点合わせ装置の
構成を示す原理図、第2図はダイナミツク集束コ
イルとスタテイツク集束コイルとを有する本発明
による装置の断面図、第3図は光学軸上の磁束密
度を示す線図である。 L1…スタテイツク集束レンズ、L2…ダイナ
ミツク集束レンズ、W…加工物、J…電子ビー
ム、B1,B2…磁束密度、F,F′…焦点、△
Z…焦点の変位。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 スタテイツクおよびダイナミツク集束レンズ
    系を有し、この場合ダイナミツク集束レンズ系が
    スタテイツク集束レンズ系の内側の中央の領域に
    配置されている電子光学レンズ装置において、ダ
    イナミツクレンズ磁界とスタテイツクレンズ磁界
    との間に遮蔽部材を設けたことを特徴とする電子
    光学レンズ装置。 2 遮蔽部材を高透磁率の材料から形成した、特
    許請求の範囲第1項記載の電子光学レンズ装置。 3 遮蔽材料として高周波フエライトを使用し
    た、特許請求の範囲第2項記載の電子光学レンズ
    装置。 4 遮蔽材料が、ダイナミツク集束レンズ系を取
    囲む環状体である、特許請求の範囲第1項記載の
    電子光学レンズ装置。 5 環状体がU字形断面を有し、さらに該U字形
    断面の内側にコイルを有する、特許請求の範囲第
    4項記載の電子光学レンズ装置。 6 遮蔽部材をコイル系と接着した、特許請求の
    範囲第1項記載の電子光学レンズ装置。 7 遮蔽部材をコイル系と一緒に鋳込んだ、特許
    請求の範囲第1項記載の電子光学レンズ装置。 8 導電性の高抵抗の鋳込み成形部材を用いた、
    特許請求の範囲第1項記載の電子光学レンズ装
    置。 9 ダイナミツク集束レンズ系が環状コイルであ
    る、特許請求の範囲第1項記載の電子光学レンズ
    装置。 10 ダイナミツク集束レンズ系を、2つ以上の
    多極レンズとして構成した、特許請求の範囲第1
    項記載の電子光学レンズ装置。
JP13797478A 1977-11-25 1978-11-10 Optoelectronic lens unit Granted JPS5476058A (en)

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Publications (2)

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DE (1) DE2752598C3 (ja)
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GB (1) GB2012476B (ja)
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