JPS648426B2

JPS648426B2 -

Info

Publication number: JPS648426B2
Application number: JP55156773A
Authority: JP
Inventors: Jeremii Haate Kenesu; Seshiru Doaatei Edowaado
Original assignee: Control Data Corp
Current assignee: Control Data Corp
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1980-11-07
Publication date: 1989-02-14
Also published as: US4342949A; DE3070035D1; EP0028924B1; JPS56160748A; AU6422680A; CA1161173A; EP0028924A1; AU537580B2

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、電子ビームに用いられる形式の管ま
たは円筒内において、電子または他の荷電粒子の
ビームに生じる収差を動的に補正しまた最小化す
るための、改良された方法に関する。本発明は特
に、２段式８層（eight―fold）粗静電偏向装置
とアレイ式精密偏向装置とを用いた、蝿の眼形
（fly's eye）複合レンズ形の電子ビーム管に適用
するのに適している。

（従来の技術） 1979年２月27日発行の、「電子ビーム管におけ
る静電偏向器の動的補正の方法および装置」と題
された、Kenneth J.Harteを発明者とする米国特
許第4142132号には、静電偏向方式を用いた電子
ビーム管および他の荷電粒子ビーム管に使用され
る、著しく改良された８層静電偏向装置が開示さ
れている。この米国特許第4142132号に開示され
ている電子ビーム管は、電子ビームによりアドレ
ス自在であるメモリに用いるために設計されたも
のであるが、そのようなメモリにおいては、（電
流密度を一定とした場合に）電子光学装置が電子
ビーム管のターゲツト面において分解しうるデー
タ記憶位置数、または、（データビツト位置数を
一定とした場合に）電子ビーム管が達成しうる電
流密度、はターゲツト面における電子ビームスポ
ツトの収差と逆の変化をする。上記米国特許第
4142132号に述べられているように、電子ビーム
スポツトの収差は、静電偏向装置が電子ビームま
たは他の荷電粒子ビームをして中心軸位置からタ
ーゲツト面のｘ―ｙ平面を横切らしめて、ｘ―ｙ
座標によつて記憶および／または探索されるべき
データが決定されるようになつているｘ―ｙアド
レスビツト位置の特定のものへ到達させる際に、
該静電偏向装置によつて導入される。一定のター
ゲツト面の面積におけるデータ記憶容量を最大な
らしめるためには、電子ビームスポツトの収差を
最小ならしめなくてはならない。

（発明の要約）上記米国特許第4142132号に開示されている、
８層静電偏向装置と補正方法とは、著しく改善さ
れた動作特性を有し、ターゲツト面におけるビー
ムスポツト収差を相当小さくすることができる。
本発明は、上記米国特許第4142132号に開示され
ている８層偏向装置と補正方法との望ましい特徴
を補完することによつて、動作特性の改良とター
ゲツト面におけるビームスポツト収差の最小化と
を実現しようとするものである。

すなわち、本発明の主要目的は、電子ビーム管
または他の荷電粒子ビーム管において、ビームス
ポツト収差を補正し最小化するための新しい、改
良された方法を提供することである。

本発明においては、特に静電偏向装置を用い
た、電子ビーム管または他の荷電粒子ビーム管が
提供される。このビーム管は、真空にされたハウ
ジングと、該真空にされたハウジングの一端部に
配置されて電子ビームまたは他の荷電粒子ビーム
管を発生するための、電子銃または他の荷電粒子
放出器とを包含している。該荷電粒子放出器とタ
ーゲツト面との間において、ハウジングに固定さ
れた偏向器が荷電粒子ビーム径路の周面に配置さ
れ、その次にレンズが配置されている。該偏向器
は、好ましくは１組または２組の相互に間隔をも
つた８個の導電偏向素子を包含するもので、それ
らの素子が相互に電気的に分離されて、中央の電
子ビーム（または荷電粒子ビーム）の径路の周囲
に環状に配列されているものとする。電子ビーム
または他の荷電粒子ビームをターゲツト面上の所
望点に偏向させるための電気信号を該偏向器に印
加する装置が備えられている。前記レンズは、好
ましくは、蝿の眼形レンズアレイとする。本発明
における改良点は、電子ビームまたは他の荷電粒
子ビームが偏向装置およびレンズを通過する前
に、該電子ビームまたは他の荷電粒子ビームを小
さい発散角で発散させる手段を追加したことであ
る。その配置は、偏向器の入口近くにビームが点
状ビーム源すなわち交差点をもち、コリメートさ
れたビームの場合のように該点が無限遠になるこ
とがないようにされる。所望の該点状ビーム源
は、電子銃または他の荷電粒子放出器をその各種
パラメータの調節により適宜設計することによつ
て制御されうる。該パラメータとしては、例え
ば、電子銃の陽極に形成された孔と電子銃の制御
グリツドとの間の間隔、該孔の寸法および形状、
４極管または５極管構造の形成のためにそれぞれ
１要素または２要素を追加使用すること、電子銃
に印加される付勢電圧値および電子銃から偏向器
までの間隔の調節、がある。あるいは、その代わ
りに、電子銃と偏向器との間の電子ビーム内に集
束レンズまたは直列に配列された２段の集束レン
ズアセンブリを介在せしめ、該集束レンズの集束
素子に印加される付勢電圧値を調節して、電子ビ
ームまたは他の荷電粒子ビームの所望の点状ビー
ム源を形成するようにする。

さらに、必要があれば、前記米国特許第
4142132号に述べられているように、ターゲツト
面における電子ビームスポツトの収差を一層小さ
くするために、使用されている８層偏向器のそれ
ぞれの素子に偏向電圧と共に補正電圧をも印加す
ることができる。この補正電圧は、８個の偏向素
子の選択された諸素子に印加される２つの相異な
る４重極補正電圧と８個の偏向素子の全てに印加
される８重極補正電圧とを包含している。

偏向装置は、好ましくは複合蝿の眼形電子ビー
ム管の粗偏向器を包含するものであり、８層粗静
電偏向器、および、ターゲツト面と該８層粗偏向
器との間に配置された精密微小偏向器の両者と、
該８層粗偏向器と該微小偏向器との間に介在せし
められた蝿の眼形対物レンズアレイとを包含して
いる。本発明の好適実施例はさらに、該対物レン
ズアレイに動的集束電圧を印加する装置を包含
し、この動的集束電圧は、８層粗偏向電圧および
精密偏向電圧の両者から得られる。

（実施例）本発明の、以上の、およびその他の諸目的、諸
特徴、およびこれらに伴う多くの利点は、添付図
面を参照しつつ行なわれる以下の詳細な説明によ
つて明らかにされる。添付図面のそれぞれにおい
て、同一部品には同一参照番号が用いられてい
る。

第１図には、本発明に従つて構成された、複合
蝿の眼形アレイレンズ式の、電子ビームによるア
ドレス自在メモリ装置（EBAM装置）のブロツ
ク図が示されているが、この装置は前記米国特許
第4142132号の第３図に示され説明されている
EBAM装置に多くの点で対応している。両装置
が類似しているので、米国特許第4142132号の開
示の全体を本出願にとり入れ、該開示において用
いられている参照番号を、本発明の対応部品に対
しても用いる。

第１図のEBAM装置の心臓部は、複数の複合
蝿の眼形電子ビーム管１２１から成り、該管は多
数存在しうるのであるが、第１図では図を簡単に
するために、これを２つだけ示してある。電子ビ
ーム管１２１はそれぞれ構造上および動作上同一
のものであるから、その１つについてだけ詳述す
ればよいことになる。それぞれの電子ビーム管１
２１は、ガラス、鋼、または他の不透過性金属か
ら成る、真空にされた外側ハウジング部材を包含
し、その内部の一端部には、通常の構造の、デイ
スペンサ形陰極１２２ａ、制御グリツド１２２
ｂ、および陽極１２２ｃを有する電子銃１２２が
取付けられ、点線を含む輪郭により１３に示され
ている電子ビームを発生するようになつている。
電子ビーム管１２１においては、電子光学装置お
よびアレイ光学装置の両者を簡単化するために、
電子銃にデイスペンサ形陰極を使用しているよう
に図示されているが、本技術分野に精通する者に
は明らかなように、タングステンまたは６ホウ化
ランタンなどの他の熱陰極を使用することもで
き、あるいは、もし所望のビーム電流密度を得る
ために必要ならば、電界放出形陰極を使用するこ
ともできる。さらに、電子ビーム管１２１は電子
ビーム管であるものとして説明してきたが、陽イ
オンなどの電子以外の荷電粒子も、電子銃１２２
の代わりに陽イオン源を用いるように適当に設計
すれば、電子ビーム管１２１に利用できることは
明らかである。また、図示されているような密封
された真空管の代わりに、取外せるようになつて
いる、真空化しうる円筒を利用できることも明ら
かである。電子ビーム１３は、絶縁体によつて隔
てられ同軸的に配列された有孔金属部材アセンブ
リを包含する集束レンズ１２３を通つて投射さ
れ、それによつて図示の形状の電子ビーム１３が
形成される。電子銃１２２および集束レンズ１２
３には、電子銃電源１４から付勢電圧が供給され
る。第１図に示されているように、電子銃の陰極
のフイラメントにはフイラメント電圧V_Fが供給
され、電子銃の陰極１２２ａおよび制御グリツド
の両者には、陰極電圧―V_Cが供給される。電子
銃の陽極１２２ｃと、集束レンズ１２３の外側有
孔板素子１２３ａおよび１２３ｃのそれぞれとに
対しては、陽極付勢電圧V_Aが印加さるる。該ア
センブリの中央孔レンズ素子１２３ｂに対して
は、該アセンブリを通過する電子ビームの集束お
よび発散を後述のように制御するためのレンズ集
束電圧V_Lが供給される。集束レンズ１２３は、
外側諸素子が同電圧にある単レンズ形のものとし
て図示されているが、本技術分野に精通している
者ならば、もし８層粗さ偏向器の入口において電
子銃の陽極と異なる電子または他の荷電粒子に対
する電圧が所望されるならば、単レンズアセンブ
リの代わりに加速または減速レンズを用いること
もできることがわかるはずである。

電子ビームは集束レンズアセンブリを通過した
後、２段式の８層粗偏向器アセンブリに入るが、
このアセンブリは、２つの相異なる直列に配列さ
れた部分１７ａおよび１７ｂに分割されている。
それぞれの部分１７ａおよび１７ｂは、前記米国
特許第4142132号の第１図および第３図に関連し
て詳述されている８素子偏向器アセンブリと、構
造も設計も類似している。円錐台形の偏向器アセ
ンブリにおいて、第２部分１７ｂは通常第１部分
１７ａよりも大きい入口および出口直径を有する
ように設計されるが、極限円筒（入口端および出
口端の両直径が等しいもの）をいずれかの部分ま
たは両部分に使用することもできる。２段の第１
部分である８層粗偏向器１７ａは、電子ビーム管
１３をその中心軸からある角度離れる外向きの径
路に沿つて偏向させる。第２部分１７ｂには第１
部分１７ａと本質的に同じ諸電圧が印加される
が、それらの電圧は位相が180゜偏移されているの
で、結果として第２部分１７ｂは、電子ビームを
管の中心軸に沿つた元の径路に平行になるように
逆向きに偏向させることになる。２つの部分１７
ａおよび１７ｂの相対的な長さは、第２部分１７
ｂから出る電子ビームが、EBAM管の中心軸
（従つて電子ビームの中心軸）に再び平行になる
ように選択される。もし所望ならば、前記米国特
許第4142132号に詳述されているように、第２部
分１７ｂの各偏向素子に供給される偏向電圧に調
節自在因子「ｂ」を乗算することによつて、精密
同調を行なうこともできる。

２段の８層粗偏向器アセンブリ１７ａおよび１
７ｂによつて偏向せしめられた電子ビーム１３
は、微小レンズアレイ１２５の一部を形成する軸
方向の精密対物小レンズを通過した後、精密微小
偏向器１２４の複数の開口の平面的アレイの所望
の１つと実質的に同軸的になるような物理的に変
位した位置で、前記粗偏向器アセンブリを出る。
微小レンズアレイ１２５は、好ましくは単一電圧
形のものとし、直流接地電位を基準とする全ての
偏向信号およびターゲツト信号の動作を容易なら
しめる。微小レンズアレイ１２５は、同軸的に配
列された３つの導電板から成り、それぞれの該板
は、隣接する板の孔と同軸的に配置された孔のア
レイと、電界の対称性を保つために周辺に配置さ
れた余分の孔とを有している。レンズの公差、特
に孔の丸さは、微小レンズアレイによつて導入さ
れる収差を最小化するために、極めて厳しい眼度
まで制御される。該アレイのそれぞれの孔は精密
微小レンズを画定し、それに続いては精密微小偏
向器１２４によつて画定される同軸的微小偏向器
口が存在して、個々の微小レンズの選択された１
つを通過した電子ビームを偏向させ、ターゲツト
要素１８の所定のｘ―ｙ平面区域に入射せしめる
ようになつている。

精密微小偏向器アセンブリ１２４は、前記米国
特許第4142132号に詳述されているように、相互
に直角をなして延長する２組の分離された平行棒
１２４ａおよび１２４ｂを包含し、ある微小レン
ズに対してあらかじめ割当てられたターゲツト面
の区域へ、電子ビームを精密にｘ―ｙ偏向せしめ
る。能動又は受動素子をもたないのMOSターゲ
ツト要素１８は、偏向感度のかなりの変動を見込
んでいるので、機械的公差は厳しいものではな
い。書込みおよび読取りの双方に同じ偏向電圧を
用いることにより、読取りの際の、ターゲツト面
上の正確なデータ記憶位置探索が保証される。し
かし、振動に対する感度を最小化するために、機
械的構造を安定なものにすることは重要である。

第１図の、複合EBAM装置に用いられている
ターゲツト要素１８は、前記米国特許第4142132
号およびそこに引用されている従来技術の参考文
献に詳述されている、MOSターゲツト要素１８
と同様のものである。ターゲツト要素１８におい
ては電気的区分化が十分に行なわれて、それぞれ
の区分部のキヤパシタンスは、10MHzの読取速度
程度の高動作速度に適合しうる値まで減少せしめ
られる。ターゲツト要素のビツト記憶密度は少な
くとも0.6ミクロンまで小さくされることがわか
つた。これは、２段の８層静電粗偏向器の組合せ
によつて実現される。すなわち、この組合せによ
つて、電子ビームは微小レンズアレイの所望の１
つに入射せしめられうるようになり、その後それ
ぞれの微小レンズに対するｘ―ｙ微小偏向器によ
つて、それぞれの微小レンズの視界内の電子ビー
ムの直径に近い大きさをもつスポツト・アレイの
アドレスが行なわれうることになる。これによつ
て、複合形レンズアレイEBAM装置の記憶容量
が著しく増大せしめられる。以上のような設計を
用いることにより、第１図に示されている装置の
アドレス能力は、それぞれのEBAM管において
殆ど6000000スポツトになりうる。このような
EBAM管を用いた記憶装置の容量は、その装置
に用いられているEBAM管の総数によつて決定
される。

第１図に示されている２段式８層粗さ偏向器１
７ａおよび１７ｂに課せられる要求は、第１に、
精密微小レンズアレイ１２５の動作特性が軸外ビ
ームによつて劣化せしめられないように、該粗偏
向器から出る電子ビームが電子ビーム管の中心軸
に平行にならなくてはならないことである。第２
に、粗偏向器による仮想像（すなわち、射出ビー
ムの投射で作られる最小仮想焦点）は、偏向電圧
が変化しても装置の軸から離れてはならない。こ
れは、精密微小レンズアレイ内のそれぞれの微小
レンズの像が移動しないようにして、超安定陰
極／偏向器電圧源の必要性をなくすためである。
第３に、装置の中心軸から半径方向に変位してい
るビーム群、および周辺ビーム群から生じる仮想
像が、非点収差がなくなるように粗偏向器の出口
において一致しなくてはならない。前記米国特許
第4142132号に開示されているEBAM装置におい
ては、もし粗偏向器がコリメーシヨン様式で用い
られれば、これら３条件は全て満たされるものと
推測されていた。コリメーシヨン様式にある場合
には、偏向器に入るビーム束はあたかも偏向器の
入口から無限遠にある点状ビーム源から発生して
いるかのように行動し、偏向器に入るビーム束は
装置軸に平行になり、また偏向器から出るビーム
は該軸と平行にはなるが十分半径方向に変位せし
められて、微小レンズアレイ内の所望の精密微小
レンズと同軸的ならしめられる。詳細に後述され
るように、現在では前記推測は正しくないことが
わかつている。

第１段および第２段の粗偏向器１７ａおよび１
７ｂのそれぞれの偏向素子に対しては、８層粗偏
向器電圧発生器２１から粗偏向増幅器１９（もし
使用されているならば、さらに１９ａも）を経て
偏向電圧が供給される。ｘ粗アドレスおよびｙ粗
アドレスはそれぞれ、メモリと共用される中央コ
ンピユータの呼出し装置から、８層組偏向器電圧
発生器２１へ供給される。精密偏向電圧は、４層
精密偏向器電圧発生器１３１から精密偏向増幅器
１３２を経て、それぞれのEBAM管の精密微小
偏向器の平行棒１２４ａおよび１２４ｂへ供給さ
れる。適宜のｘ精密アドレスおよびｙ精密アドレ
ス信号は、主コンピユータの呼出し装置から、４
層精密偏向器電圧発生器１３１へ供給される。電
圧発生器２１および１３１は、米国特許第
1412132号に十分に詳述されている。動的に補正
された対物レンズ電圧V_OBJ(C)は、動的集束電圧発
生器２２から精密対物微小レンズアレイ１２５へ
供給される。該発生器２２の構造は、第２図に関
連して後に詳述される。しかし、動的集束電圧発
生器２２がその動的に補正された対物レンズ付勢
電圧を、精密偏向器電圧発生器１３１および粗偏
向器電圧発生器２１の双方、および対物レンズ電
圧源２３から供給される未補正一定電圧V_OBJ(O)か
ら導き出していることには注意すべきである。

以上に説明され、また米国特許第4142132号に
開示された電子ビーム管および装置にも関連して
いる、完全にコリメートされた入力電子ビーム
（すなわち、全てが装置の軸に平行になつている
ビーム束）の代わりに、電子ビームが８層静電粗
偏向器を通過する前に小さい発散角でわずかに発
散するビーム束から成るようにすると、それによ
つて電子ビーム管または電子ビーム円筒の残留非
点収差が相当減少せしめられる。この事実は、実
験的にも、またコンピユータ・シミユレーシヨン
によつても確かめられている。27.9cm（11イン
チ）の長さの偏向円錐を用いた８層偏向器を有す
る電子管のシミユレーシヨンに基づき、隅の微小
レンズ（中心から2.758cm（1.086インチ）の距離
にある）における非点収差はガウス平面において
3.9ミクロンから1.5ミクロンまで減少せしめられ
た。第２図に関連して詳細に後述されるように、
動的集束補正を追加して、平行ビーム入力を1.2
×10^-4ラジアンの発散角をもつたビーム（点状ビ
ーム源は偏向器の前方12.7cm（5.0インチ）の所
にある）に変えた場合には、非点収差は隅の微小
レンズにおいて2.7ミクロンから0.3ミクロンまで
減少せしめられた。

第１図に示されている本発明の実施例において
は、８層粗偏向器を通過する前の電子ビームに小
さい発散角を導入する装置は、素子１２３ａ，１
２３ｂおよび１２３ｃによつて形成される集束レ
ンズを包含している。有孔板である素子１２３ｂ
に印加されるレンズ孔素子電圧V_Lを適宜に調節
すれば、電子ビームの仮想的点状ビーム源、従つ
て該ビームの発散角を調節することができ、残留
非点収差を最適の最小状態にすることができる。
第１図に示されている１集束レンズ式電子ビーム
管は、後述される第６図の集束レンズなしの電子
ビーム管と比較すると、集束レンズアセンブリの
収容のために、電子ビーム管１２１の全長が若干
長くなくてはならない。しかし、この長さの若干
の増加は、素子１２３ｃに印加される電圧V_Lの
値を変化させることにより、電子ビームの仮想的
点状ビーム源、従つてその発散角の調節が自由で
あることによつて正当化される。レンズの強度を
変えれば点状ビーム源と像の寸法との両者を変え
ることができるが、これは相互に独立的には変え
られない。

第６図には、集束レンズアセンブリが使用され
ない場合の、本発明の実施例の電子ビーム管の極
めて望ましい設計が示されている。第６図に示さ
れている電子ビーム管は、最も簡単な設計を有
し、（偏向電圧のほかに）電子銃に必要なフイラ
メント電圧、陰極電圧、および陽極電圧しか要ら
ない点で好ましいものである。この第６図の集束
レンズをもたない電子ビーム管は、素子数が最小
なために簡単であり、長さが最も短い。しかし、
第６図の構造においては、５極式電子銃を使用
し、その第１および第２の制御グリツド１２２b₁
および１２２b₂には陰極電圧―V_Cを印加し、２
つの陽極素子１２２c₁および１２２c₂には陽極電
圧V_Aを印加することが所望される。この設計に
おいては、電子ビームの点状ビーム源、従つて発
散角は、第２制御グリツド１２２b₂の第１および
第２陽極１２２c₁および１２２c₂のそれぞれから
の間隔、第２制御グリツド１２２b₂の孔の寸法、
および第２陽極素子１２２c₂の８層偏向器入口か
らの間隔、によつて制御される。像寸法は、第２
陽極１２２c₂の孔の寸法を適宜変えることによつ
て制御される。第６図に示されている、集束レン
ズなしの電子ビーム管の欠点は、電子銃の設計パ
ラメータが一旦選択されると、点状ビーム源、従
つて発散角、および電子光学的像寸法の両者が固
定されるため、比較的に自由がきかないことであ
る。

第７図には、複合蝿の眼形電子ビーム管の実施
例１２１が示されているが、この電子ビーム管は
２段式集束レンズアセンブリを使用しており、こ
れは電子銃１２２の陽極と、２段式８層偏向器ア
センブリ１７ａおよび１７ｂへの入口との間に配
置された、第１段アセンブリ１２３₁および第２
段アセンブリ１２３₂を包含している。この２段
式集束レンズアセンブリは、第１および第２集束
レンズアセンブリのそれぞれの、有孔板である素
子１２３b₁および１２３b₂に印加される２つの別
のレンズ電圧V_L1およびV_L2を必要とする。第２
段の集束レンズアセンブリを導入すると、電子ビ
ーム管１２１の電子銃から粗偏向部までの長さが
相当に長くなる（第６図に示されている、集束レ
ンズなしの電子ビーム管における電子銃から粗偏
向部までの長さの約２倍になる）。しかし、その
代わりに、集束レンズアセンブリの第１段および
第２段のそれぞれに印加されるレンズ電圧V_L1お
よびV_L2の両者を操作することにより、点状ビー
ム源（従つて発散角）と像寸法との双方を独立に
自由に変化させうることになる。

第１図、第６図、第７図に関連して上述したよ
うに、２段式８層偏向器の入力において電子ビー
ムをわずかに発散させると残留非点収差の減少と
いう改良が実現される理由は、以下の通りである
と考えられる。軸に沿つた入力ビーム束に対し
て、粗偏向器が全ての電圧において該偏向器の軸
に平行な出力電子ビーム束を生じるように同調さ
れている場合を考える。これは、米国特許第
4142132号に述べられている８層２段偏向器にお
いて実現されるコリメーシヨンの条件である。こ
のように、入力ビーム束が中心軸に沿つて入る場
合は、第３図に示すようにそれぞれの偏向電圧
Ｖ、Ｖ＋δV及びＶ−δV（δVは小さいものとする）
によつて偏向されて３本のビーム束が得られる
が、これらのビーム束は良好にコリメートされて
おり、理想的な場合の電子ビーム束である。

いま、第３図の理想的な場合と異なり、実際の
場合に生起する第４図のような中心軸に平行な入
力ビーム束（実線）が入る場合を考える。この場
合、軸から外れた入力ビーム束の軌道は、特に偏
向器の最初の部分において、理想的な場合のビー
ム束（破線）の軌道とは相当の差があることがわ
かる。このため、理想的な場合のビーム束は良好
にコリメートされるが、実際の場合のビーム束は
そうではなく、従つてターゲツト面において非点
収差を生じることがわかる。この非点収差は、電
子ビーム束を横切る方向における異方性コリメー
シヨン誤差によつて起こるものと考えられる。こ
の非点収差の存在は、コンピユータ・シミユレー
シヨンによつても、また、実験的観察によつても
確認される。

良くコリメートされたビーム束を用いる代わり
に、第５図に実線で示されているような、適当な
位置にある点状ビーム源から発生する、発散電子
ビームら成る入力ビーム束を用いることができ
る。この場合、わずかに発散するビーム束におけ
る点状ビーム源は、偏向器に入る前の、偏向器の
入口の所、または該入口の少し前の所に配置され
る。このような方式にすれば、第５図からわかる
ように、実際の電子ビーム束の軌道は、理想的な
電子ビーム束の軌道にさらに近づき、従つて、
（前記入口において）発散する実電子ビーム束は
偏向器の出口において異方性コリメーシヨン誤差
が小さくなるので、ターゲツト面における非点収
差が小さくなる。前述のように、このことはコン
ピユータ・シミユレーシヨンによつても、また実
験的観察によつても確かめられている。

発散実ビーム束における点状ビーム源の最適位
置は、粗偏向器のちようど入口の所ではなく、該
入口から偏向器の長さの約15〜20％前であること
が、観察されたいくつかの構造のビーム管におい
て判明した。この変位は、(イ)実ビーム束電圧と
「理想的なビーム束」電圧との間の２次の差（ビ
ーム束においては全てＶであり、「理想的なビー
ム束」においてはＶ±δVである）、および(ロ)実ビ
ーム束と「理想的なビーム束」との軌道が完全に
一致しない事実、から起こる。さらに、発散する
実入力ビーム束を用いる場合には、発散ビームの
点状ビーム源が―∞から偏向器に向かつて移動す
るのに伴つて増大する、それぞれの異なつた軌道
の入力ビーム束に対する偏向器による異なつた度
合の偏向が生じることに注意すべきである。従つ
て、発散ビーム束の点状ビーム源の最終的な選択
は、発散ビーム束の使用による非点収差を最小に
する効果とそれぞれ異なつた軌道をもつ発散ビー
ムによつて生じるそれぞれ異なつた偏向度合を最
小にすることとの妥協によつて行われる。

２段式８層粗偏向器に入る前の電子ビームにわ
ずかな発散を導入するほかに、さらに複合蝿眼形
電子ビーム管１２１の微小対物レンズアセンブリ
１２５に対し、動的集束補正電圧を印加すること
により、ターゲツト面における非点収差をさらに
小さくすることができる。米国特許第4142132号
には、動的に補正された集束電圧を、精密偏向電
圧から導き出す、動的集束電圧発生器が開示され
ている。第２図には、第１図の装置に使用するた
めの、改良された動的集束電圧発生器２２が示さ
れているが、この発生器の場合は、対物微小レン
ズアセンブリ１２５に印加される動的に補正され
た集束電圧は、精密偏向電圧と粗偏向電圧との両
者から得られている。第２図に示されているよう
に、第１図の動的集束電圧発生器２２は、通常の
市販されている集積回路構造をもつた、１対の入
力乗算増幅器１１１および１１２を包含してい
る。乗算器１１１への入力としては、低レベル精
密偏向電圧V_FXが供給され、自身と乗算されて信
号V_FX ²となつて、乗算器１１１の出力に現われ
る。同様にして、乗算器１１２の入力には、低レ
ベル精密偏向電圧V_FYが供給され、自身と乗算さ
れて信号V_FY ²となつて、乗算器１１２の出力に現
われる。乗算器１１１の出力には、伝達関数C_F2
A_DFXを有する通常の商業的構造をもつ演算増幅
器１１３が接続され、その出力に信号C_F2A_DFX
V_FX ²を発生する。ここに、値C_F2は、精密偏向増
幅器利得をG_Fとし、粗偏向器に対する陰極電圧
を−V_Cとするとき、値G_F ²／V_Cをもつた換算係数
である。また、A_DFXは、米国特許第4142132号に
詳述されているように、精密Ｘ偏向器の設計パラ
メータによつて決定される定数である。乗算器１
１２の出力は、増幅器１１３と同様の構造をも
ち、伝達関数C_F2A_DFYをもつ演算増幅器１１４に
供給され、その出力に信号C_F2・A_DFY・V_FY ²を発
生する。ここに、定数A_DFYは、やはり精密Ｙ偏向
器のパラメータによつて決定される定数である。
増幅器１１３および１１４の出力は、通常の市販
の構造をもつ加算増幅器１１６に供給され、増幅
器１１６は出力として動的精密補正電圧である
C_F2（A_DFX・V_FX ²＋A_DFY・V_FY ²）＝（A_DFX・V_FX ²＋
A_DFY・V_FX ²）／V_C＝V_FDFを発生する。ただし、
ここにV_FX＝G_FV_FXおよびV_FY＝G_FV_FYは、それぞ
れＸおよびＹ精密偏向板電圧であり、V_FDFは該精
密偏向電圧から導き出された動的集束補正電圧で
ある。

粗偏向電圧v_Xおよびv_Yは、それぞれ、対応する
乗算増幅器１１１ｃおよび１１２ｃを経、さらに
演算増幅器１１３ｃおよび１１４ｃを経て、第２
の加算増幅器１１６ｃに供給されるが、これらの
乗算器、演算増幅器、および加算増幅器１１６ｃ
は全て、精密偏向チヤネルに関して述べた対応番
号の各要素と同じ構造のものであり、ただ粗偏向
電圧v_Xおよびv_Yのために動作することだけが異な
つている。加算増幅器１１６ｃの出力には、動的
に補正された粗集束電圧V_CDFが発生するが、これ
はC₂A_DF・（v_X ²＋v_Y ²）＝A_DF（V_X ²＋V_Y ²）／V_Cに等しい。ここに、C₂は、粗偏向増幅器利得をＧとす
るとき値G²／V_Cをもつ換算係数であり、A_DFは定
数であり、V_X＝Gv_XおよびV_Y＝Gv_YはそれぞれＸ
およびＹ粗偏向板電圧である。定数A_DFは、実験
的にも、またコンピユータ・シミユレーシヨンに
よつても決定でき、点状ビーム源の粗偏向器入口
に対する位置、粗偏向器アセンブリの物理的パラ
メータ、および対物レンズの焦点面の電圧依存
性、によつて決定される。

加算増幅器１１６の出力に発生した動的精密集
束補正電圧V_FDFと、加算増幅器１１６ｃの出力に
発生した動的粗集束補正電圧V_CDFとは、出力加算
増幅器１１７へ入力として供給され、その出力に
は動的集束補正電圧V_DF＝V_FDF＋V_CDFが発生する。
第３の、これも通常の市販の構造の加算増幅器１
１８は、以上の説明により明らかにされた、粗偏
向電圧と精密偏向電圧とから得られた動的集束補
正電圧V_DFと、第１図の対物レンズ電圧源２３か
ら供給される一定な未補正対物レンズ電圧V_OBJ(O)
とを加算する。それによつて加算増幅器１１８は
その出力に動的に補正された対物レンズ集束電圧
V_OBJ(C)を発生し、これを電子ビーム管１２１の複
合蝿眼形対物微小レンズアセンブリ１２５に印加
する。

以上の説明によつて明らかにされたように、本
発明は、電子ビーム管および電子ビーム円筒等の
類似の荷電粒子装置の画像面における電子ビーム
収差およびその影響を最小にする新しい方法を提
供するものである。本発明の装置は特に、単一管
または単一円筒構造において２段式８層静電粗偏
向器を蝿の眼形微小レンズおよび微小偏向器と共
に用いる、２段式蝿の眼形の電子ビーム管または
取外し自在の電子ビーム円筒に使用するのに適し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、いくつかの、電子ビームによるアド
レス自在メモリ管（EBAM管）の、ターゲツト
面における電子ビームスポツトの収差を動的に補
正し最小化するための改良された方法および回路
装置を説明するための、複合蝿の眼形EBAMの
機態ブロツク図である。第２図は、複合蝿の眼形
EBAM管に印加される粗偏向電圧および精密偏
向電圧の双方から動的集束電圧を導き出して該
EBAM管の対物レンズアレイに印加するための、
本発明に従つて構成された動的集束電圧発生器の
回路構造を示す機能ブロツク図である。第３図
は、米国特許第4142132号に従い、良くコリメー
トされ高度に集束された電子ビームを与えるよう
に設計された従来技術の８層静電偏向器におけ
る、３つのわずかに異なる電圧に対応する、３つ
の最初軸に沿つていたビームの径路を概略的に示
している。第４図は、第３図の電圧径路に対応す
る平行電子ビームの入力径路を電圧径路特性に追
加した、第３図の概略図の改変図である。第５図
は、米国特許第4142132号に説明されている従来
技術において用いられた高度にコリメートされた
ビームとは反対の、本発明による改変である、８
層静電偏向器を通過せしめられるわずかに発散す
る入力電子ビーム束のビーム径路を示している。
第６図は、第１図に示されている装置に用いるた
めの改変EBAM管で、該管の電子銃と８層静電
粗偏向器の入力との間に集束レンズが用いられて
いないものの概略図である。第７図は、第１図に
示されている装置に用いるための、さらに別の設
計のEBAM管で、該EBAM管の電子銃８層静電
粗偏向器との間に２つの直列に配列された集束レ
ンズアセンブリが介在せしめられているものの概
略図である。１３……電子ビーム、１７ａ，１７ｂ……８層
粗偏向器、１８……ターゲツト要素、２１……８
層粗偏向器電圧発生器、１２１……複合蝿の眼形
電子ビーム管、１２２……電子銃、１２３……集
束レンズアセンブリ、１２４……精密偏向器アセ
ンブリ、１２５……蝿の眼形対物微小レンズアレ
イ、１３１……４層精密偏向器電圧発生器。

Claims

【特許請求の範囲】１真空にされたハウジングと、該真空にされた
ハウジングの一端部に配置され電子ビームを発生
する電子銃装置と、該ハウジングに固定され且つ
該電子ビームの径路の周囲に配置された偏向装置
と、該電子ビームをターゲツト面上の所望の点へ
変更させるため該偏向装置に偏向電圧を印加する
装置と、該偏向装置と同軸的に整列し且つ該偏向
装置と該ターゲツト面との中間に配置されたレン
ズ装置と、を有する電子ビーム管を動作させる方
法であつて、前記電子ビームが、前記偏向装置および前記レ
ンズ装置を通過してターゲツト面に入射するのに
先立つて前記電子ビームを小さい発散角で発散さ
せることによりターゲツト面上における電子ビー
ムスポツトの非点収差を最小化することを特徴と
する、電子ビーム管を動作させる方法。２特許請求の範囲第１項の方法において、前記
電子ビームの発散は、前記電子銃の陽極に形成さ
れた孔と該電子銃の制御グリツドとの間の間隔、
該孔の寸法および形状、該陽極と前記偏向装置へ
の入口との間の間隔、を包含する電子銃の設計を
適宜に行なうことと、該電子銃に印加される付勢
電子値の調節により行なう電子ビーム管を動作さ
せる方法。３特許請求の範囲第１項の方法において、前記
電子ビームの発散は、前記電子銃装置と前記偏向
装置との間に集束レンズ装置を介在させ、該集束
レンズが電子ビームを通過させるための中央口を
有する外側レンズ板素子と内側レンズ孔素子とを
少なくとも包含しており、前記電子ビームの発散
が該内側レンズ孔素子に印加される付勢電圧を変
化させることによつて行なう電子ビーム管を動作
させる方法。４特許請求の範囲第３項の方法において、前記
電子ビームの発散は、前記集束レンズ装置が、直
列に配列された第１および第２の集束レンズアセ
ンブリを含みそれぞれが外側レンズ板素子と内側
レンズ孔素子とを少なくとも包含し該第２集束レ
ンズアセンブリの内側レンズ孔素子に印加される
付勢電圧値を変えることにより行なう電子ビーム
管を動作させる方法。