DD135662B1 - Einrichtung zur kompensation der raumladungswirkung in einem elektronenstrahl - Google Patents

Description

Titel der Erfindung:

Einrichtung zur Kompensation der Rauciladungswlrkung in einem Elektronenstrahl

Anwendungsgebiet der Erfindung: Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation der Haumladungswirkung in einem Elektronenstrahl mit sich schnell verändernder Stromdichte, insbesondere zur Fixierung der Pokussierebene einer nach dem Flächenstrahlprinzip arbeitenden Elektronenstrahlbearbeitungsanlage.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Ss ist bekannt, das sich Ladungsträger eines Types durch ihre Eigenladung gegenseitig abstoßen. In Slektrcnenstrahlgeräten z. B. bilden die Elektronen im Strahl eine sogenannte Haumladungswolke, in der sich die Elektronen gegenseitig abstoßen. So entsteht aus einem parallelen Strahlenbündel ein divergentes» Die Größe des Effektes hängt wesentlich von der Ladungsdichte und damit auch von der Stromdichte ab. Häufig werden zur Strahlführung Elektronenlinsen eingesetzt. Geht man bei einem solchem Gerät von niedriger zu hoher Stromdichte über, wird eine Verschiebung der Fokussierebene beobachtet, Eine mathematische Behandlung dieser Erscheinungen findet man in G. '.YEITDT; Ann. Physik 2, 256 (1948), K. GHÜMM; Ann. Physik Ц, 131 (1952).

5 In Elektronenstrahlbesrbeitungsanlagen kommt es insbesondere bei der Mikrobearbeitung auf die genaue Einhaltung der

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fokussierung des Strahles auf dia Cbjekteoene.an , um eine hohe Bearbeitungsgüte gewährleisten zu können. In Geräten, die bei konstanter Stromdichte in allen Teilen des Strahlenganges arbeiten, ist diese Forderung mit bekannten Mitteln einzuhalten.

So ist zum Beispiel in US-PS 4028 523 zur Fokusveränderung bei Elektronenstrahlgeräten eine Anordnung aus einer Haupt- und einer Hilfslinse, die als Magnetlinse ausgebildet sind, vorgeschlagen, bei der die Hauptlinse die Hauptfokussierung vornimmt und über die Hilfslinse die Uachregelung der Fokuslage erfolgt.

Es werden jedoch Geräte entwickelt, die einen Strahlengang aufweisen, bei dem sich die Stromdichte in einigen Teilen des Strahlenganges während des Bearbeitungsvorganges laufend ändert.

Derartige Geräte sind folgendermaßen aufgebaut-: Eine Elektronenquelle beleuchtet eine Leuchtfeldblende möglichst homogen. Sin Kondensor sorgt dafür, daß das Bündel geeignet ein Objektiv durchsetzt. Das Objektiv schließlich vermittelt die Abbildung der Leuchtfeldblende in die Objektebene. Entscheidend ist, daß die Blende in ihrem Querschnitt, rechnergesteuert, laufend während des Bearbeitungsvorganges verändert,wird, wodurch sich die Raumladung und damit verbunden die Fokussierung laufend verändern.

Ziel der Erfindung:

Die Erfindung bezweckt die Erhöhung der Produktivität einer Elektronenstrahlbearbeitungsanlage durch die Möglichkeit des Überganges zu hohen Stromdichten.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe sugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die die bei maximal möglicher Ausnutzung der Fläche der Leuchtfeldblende auftretenden Unscharfen der Abbildung der Leuchtfeldblende minimiert.

Die Aufgabe löst sine Einrichtung zur Kotnpensation der Raumiadungswirlmng in einem Elektronenstrahl mit sich schnell verändernder Stromdichte, insbesondere zur Fixierung der Fokussierebene einer nach dem Flächenstrahlprinzip arbeitenden Slektronenstrahlbearbeitungsanlage mit einer Haupt- und einer HiIfsIinse erfindungsgemäß dadurch, daß die verstärkende 7/irkung der Hilfslinse auf die Fokussierung der Hauptlinse dem Betrag nach proportional der Leuchtfeldblendenflache einstellbar ist. Die Haupt- wie auch die Hilfslinse sind als Magnet linsen ausgebildet.

Vorteilhafterweise befindet sich die Hilfslinse am Ort der maximalen Feldstärke der Haupt linse.

Die Hilfslinse kann eine außenfeidkompensierte Luftspule sein. 2s ist vorteilhaft, eine rechteckige Leuchtfeldblende mit einstellbaren Seitenlängen zu verwenden.

leben der Verwendung von Magnetlinsen ist aber auch die Verwendung anderer Linsen denkbar.

AusführungsbeisDiel: Bei der Hilfslinse handelt es sich also um.eine zusätzliche, vorzugsweise im Objektiv angebrachte Linse. Sie bewirkt . eine geringe Veränderung der Fokussierebene des Strahles. Zur Ansteuerung dieser Linse wird ein Verstärker verwendet, Der Verstärkungsfaktor ist dabei von O bis zu einem ganzen 5 Maximalwert wählbar. Die Erläuterung der Singabeelektronik soll an Hand eines Ausführungsbeispieles erfolgen. Ziel ist es, ein der Fläche der Leuchtfeldblende proportionales Spannunsssignal zu erhalten. Die Leuchtfelabiende ist bei Slektronenstrahlbearbeitungsanlagen meist rechteckig im Querschnitt. Die Größe der Leuchtfeldblende wird durch ein Sahlenpaar a, b angegeben. Die beiden Zahlen stehen z.3. als Dualwert zur Verfügung. Ss werden sogenannte multiplizierende Digital-Analogwandler eingesetzt, die die Eigenschaft haben, aus beiden Dualwerten ein analoges Span-5 nungssignal zu bilden, aas dem Produkt aus beiden Dualwerten entspricht.

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Die Signale, die in den Slektronenstrahibearbe Uungsanlagen von einer Steuereinheit zur LeuchtfeIdblendensteuerung übergeben werden, -.Verden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichseitig einer Eingabeelektronik.zugeleitet. Dort wird eine elektrische Spannung gebildet, die der Soligröße der Leuchtfeldblenäenflache proportional ist. Diese Spannung wird von der Ansteuerelektronik in einen Linsenstrom umgewandelt. Dabei ist es durch die Handeingabe des Verstärkungsfaktors möglich, den Betrag der Pokussierungsnachführung festzulegen und somit der Stromdichte in der Leuchtfeldblende anzupassen. Der Verstärkungsfaktor selbst wird durch Versuch ermittelt. Eine Abschätzung zur Größe des Effektes liefert die Formel:

Dabei bedeuten:

L: Abstand Objektivmitte - Objsktebene y. Apertur des Bündels

tf- 3 - Ю⁴ . ¹ / )

^uI 1 7I^~J

mit U: Beschleunigungspotential des Strahles

i: Stromdichte in der Leuchtfeldblende F: Fläche der Leuchtfeldblende A l_p: Verschiebung der Fokussierebene bei der Leuchtfeldblendenfläche F

Andererseits kann z. B. der Strom der Hilfslinse, der zur Kompensation dieser Defokussierung I₇ notwendig ist, mit bekannten elektronenoptischen Mitteln bestimmt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird folgendes erreicht:

Bei kleinen Werten der Leuchtfeldblendengröße wirkt die Cbnektivlinse allein auf die Fokussierung des Elektronen-

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Strahles ein. Die Linsenerregung der OboektiYlinse wird auf Fokussierung in die Targetebene eingestellt. Seil mit einer größeren Leuchtfeldblende gearbeitet werden, v/ird die IVirkung der Raumladung kompensiert durch die zusätzlich fokussierende •.Yirkung der Hilfslinse. Ss ist ersichtlich, daß Hilfslinse und Elektronik bestimmten Anforderungen genügen müssen.

1. Das Feld der Hilfslinse muß parallel zum Objektivfeld sein, da die Raunfedung die Brechkraft gewissermaßen mindert.

2. Das Feld der Hilfslinse soll zweckmäßigerweise im Maximum des Objektfeldes liegen. Dadurch wird eine hohe Wirksamkeit bei vergleichsweise geringer Erregung erzielt.

3. Fokussierspule und Elektronik sollen so konstruiert sein, daß sie keine Beschränkung für die Inderungsgeschwindigkeit der Leuchtfeldblendengröße darstellen. (2. B. Hilfslinse als Luftspule mit Außenfeidkcmpensaticn).

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Claims (4)

1. Patentanspruch;

   1. Einrichtung zur Kompensation der Raumladung in einem Elektronenstrahl mit sich schnell verändernder Stromdichte, insbesondere zur Fixierung der Fokussierebene einer nach dem Flächenstrahlprinzip arbeitenden Slektronenstrahlbearbeitungsanlage mit einer Haupt- und einer Hilfsiinse, die als Magnetlinsen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkende '.Urkung der Hilfslinse auf die Fokussierung der Haupt linse dein Betrag nach proportional der Leuchtfeldblendenflache einstellbar ist.
2. 2. Einrichtung nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hilfslinse am Ort der maximalen Feldstärke der Hauptlinse befindet.
3. 3. Einrichtung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfslinse eine außenfeidkompensierte Luftspule ist.
4. 4. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtfeldblende eine rechteckige Blende mit einstellbaren Seitenlangen ist.

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