EP1688964A2 - Elektrostatisches Ablenksystem für Korpuskularstrahlung - Google Patents

Elektrostatisches Ablenksystem für Korpuskularstrahlung Download PDF

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EP1688964A2
EP1688964A2 EP06002118A EP06002118A EP1688964A2 EP 1688964 A2 EP1688964 A2 EP 1688964A2 EP 06002118 A EP06002118 A EP 06002118A EP 06002118 A EP06002118 A EP 06002118A EP 1688964 A2 EP1688964 A2 EP 1688964A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrodes
deflection system
carrier
support
areas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06002118A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1688964A3 (de
Inventor
Stefan Dr. Risse
Thomas Dr. Peschel
Christoph Damm
Andreas Gebhardt
Mathias Rohde
Christoph Schenk
Thomas Dr. Elster
Hans-Joachim Döring
Gerhard Schubert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vistec Electron Beam GmbH
Original Assignee
Vistec Electron Beam GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vistec Electron Beam GmbH filed Critical Vistec Electron Beam GmbH
Publication of EP1688964A2 publication Critical patent/EP1688964A2/de
Publication of EP1688964A3 publication Critical patent/EP1688964A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/08—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means
    • G21K1/087—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means by electrical means

Definitions

  • the invention relates to electrostatic deflection systems for corpuscular beams, which can be used in particular for microstructured and nanostructured applications in lithography systems or measuring devices (eg, SEM).
  • DE 199 30 234 A1 discloses an electrostatic deflection device in which rod-shaped electrode elements are mounted within a holding device.
  • the individual electrode elements should be made of a conductive ceramic material with a given specific resistance.
  • the holding device should be designed as a hollow cylindrical tube. The individual electrode elements are then inserted in a desired axially symmetrical arrangement in the holding device and connected to the holding device cohesively.
  • Deflection systems should also be suitable for use in the rapidly changing magnetic field, which is advantageous for low-ion electron-optical solutions.
  • deflection systems in which the individual electrodes are formed from tensioned wires, as described for example in EP 1 033 738 A1.
  • the acted upon by a tensile wires form weak points, in particular by the fact that they are more mechanically stressed at their cohesive connection points, so that it can lead to detachment or different bias voltages.
  • the individual electrodes forming wires may have deviations of electrical parameters, which lead to inhomogeneities of the usable for the deflection of electron beams electric fields.
  • the electrostatic deflection system according to the invention also uses, as is known from the prior art, a plurality of rod-shaped electrodes, which are held in axially symmetrical arrangement in an internally hollow support. By means of such a hollow support, the respective corpuscular radiation to be deflected can then be directed, so that its deflection for lithographic applications can be influenced by the correspondingly modifiable electric fields formed around the rod-shaped electrodes.
  • the carrier according to the invention is formed from at least two and a maximum of four interconnectable carrier elements. Preferably, the carrier is formed with two carrier elements.
  • the carrier elements forming the carrier can preferably be mechanically processed beforehand, so that they can be positioned, adjusted and then preferably materially joined together during assembly of a carrier, wherein the assembly maintains the arrangement of the individual electrodes and the axial symmetry for the Whole system is made.
  • the support elements Provide support areas for the electrodes. At the respective contact areas, the individual electrodes can then be firmly bonded, and this can be done preferably with soldering but also adhesive bonding.
  • the individual electrodes should each rest on two bearing areas at a distance from one another and have been fixed.
  • the support regions may have been formed on in the interior of a formed from the carrier elements carrier annular flanges.
  • a support area should have been formed on the 'support elements on one end face and another support area on the opposite end side of support elements.
  • the support areas can preferably be formed in the form of a stair structure which can be produced in a highly precise form by mechanical processing on the respective support elements.
  • these can then be kinematically defined in each case in a step, arranged adjacent and then, as already mentioned, firmly bonded.
  • a defined axially symmetrical arrangement of the individual electrodes of an electrostatic deflection system can be achieved, which can also be permanently maintained.
  • the corners of individual steps of the staircase structure of support areas may be formed as a 90 degree V-groove.
  • the respective curvature of the individual electrodes should be taken into account during assembly and fixation on the support elements.
  • the arrangement and orientation of the individual electrodes which are fastened to the carrier elements can advantageously be chosen such that their respective convex curvature is directed radially outward with respect to the longitudinal axis of the deflection system.
  • positive influence on the desired axially symmetrical arrangement of the electrodes on the carrier can again be taken.
  • a measurement of the individual electrodes can be carried out before assembly, in which the respective curvature of an electrode is determined.
  • the respective rod-shaped electrodes can be ground at least at one end face in an obliquely inclined angle. This obliquely inclined face can then be used for determining the orientation of the convex curvature. After determination, this or the opposite end face can then be provided with a corresponding mark, which can provide information about the orientation of the curvature of the respective rod-shaped electrode.
  • a quasi-barrel-shaped or waisted cage can be formed in this form by means of the electrodes arranged in the carrier and correspondingly fixed and correspondingly aligned.
  • At least one further contact area may be present or formed on the carrier elements and consequently also after the mounting on the carrier.
  • Such a contact area can preferably be arranged centrally between the support areas arranged on the end side, so that the outwardly curved rod-shaped electrodes abut against this support area arranged between the two outer support areas and the curvature of the rod-shaped electrode is reduced as much as possible.
  • this third and possibly also another support area can also, as already explained above, have a stair structure and the location and fixation of the rod-shaped electrodes also take place analogously in the corresponding grooves of a respective step.
  • the support members to be mounted to a support should be made of a dielectric material having high strength and dimensional stability. Furthermore If possible, it should be machinable for the desired high-precision microstructuring. For example, glass-ceramics are suitable materials for the carrier elements. As a result, for example, compared to metals eddy currents can be avoided.
  • Such carrier elements should be provided to avoid electrostatic charges with an electrically conductive coating, which can then be placed at ground potential when using a deflection system according to the invention.
  • the lateral surfaces of the support elements can be provided with a metallic or other electrically conductive coating.
  • the areas of the support areas of the support elements which can come in contact or directly with the rod-shaped electrodes, may not with each other be electrically conductive, so that there is an electrically isolated recording of each individual electrode to the next.
  • These surfaces can either not be coated or the layer subsequently removed again, which can be done for example by a mechanical removal by means of microfrots or chemically by a local etching.
  • the rod-shaped electrodes which can be used on deflection systems according to the invention can also be advantageously made of dielectric materials which are subsequently coated in an electrically conductive manner on their outer surfaces. This is also advantageous when used in rapidly changing magnetic fields.
  • the rod-shaped electrodes can be produced from a glass, preferably by means of a drawing process, it being possible to use, for example, borosilicate glass, preferably silica glass, for the production.
  • the outer diameter and the respective deflection / curvature can be corresponding selection parameters, so that the rod-shaped electrodes used on a deflection system are at least almost identical.
  • a deflection / curvature should be less than 5 microns over the total length of an electrode, for example, an electrode length of 200 millimeters.
  • the Deviations from the roundness and the deviation of the cylindricity should be smaller than 1 ⁇ m. Diameter variations should also be less than 1 micron.
  • the rod-shaped electrodes produced from the dielectric material can then subsequently be provided with an electrically conductive coating which has good electrical conductivity, high adhesive strength and suitability for use in a vacuum. In addition, they should be solderable and free of hydrocarbons.
  • an adhesion-promoting layer of titanium may be formed directly on the outer surface of the electrodes made of the dielectric material.
  • a diffusion barrier layer of platinum and, in turn, a solderable gold layer can be applied to this platinum layer, wherein such a layer system can have a total thickness of approximately 300 nm.
  • the number of electrodes used in a deflection system according to the invention should be at least eight, if possible, but for many applications a larger number of electrodes is to be preferred. For example, twelve or twenty such electrodes can readily be used on a deflection system. For some simple applications, however, four electrodes may be sufficient.
  • the electrodes can be arranged on a deflection system at least two, but preferably at least three different diameters with respect to the longitudinal axis of the deflection system, wherein in such an arrangement, the axial symmetry should be considered.
  • a homogeneous homogeneous electric field is formed in the interior of the system, the higher-order disturbances such.
  • the three- and Gambmony® field particularly well suppressed. This can also be achieved by other arrangements of electrodes of the same or different diameters.
  • a shielding flange should also be arranged there.
  • This may have been produced as an annular structure, wherein the outer contour may be formed on the staircase contour of the support area, taking into account the arrangement of the electrodes with corresponding recesses for the electrodes.
  • the latter aspect should also lead to the fact that the electrodes are not subjected to forces leading to deformations and tension.
  • the electrodes can be connected to the carrier elements at the contact areas arranged on the front side, wherein this can be carried out by means of a laser soldering process with suitable solders and possibly by adding a flux.
  • the cohesive connection of the electrodes to the carrier elements can also be effected by gluing, wherein preferably UV-curable adhesives should be used which are suitable for use under vacuum conditions.
  • the electrodes mounted and fixed to the carrier elements are then contacted electrically conductively at one of their end faces. This can be done for example by soldering thin gold wires with a diameter of about 100 microns. These gold wires can then be electronically connected again with correspondingly provided contact surfaces of a contact plate, so that each individual electrode for the targeted deflection of a corpuscular beam can be acted upon with a correspondingly suitable potential. But it may also be possible that certain electrodes form groups, which are each acted upon by the same potential or placed at ground potential.
  • Such contact plate provided with contact surfaces may be attached to an end face of the deflection system, which may be done on a Ableflansch or also a contact plate may be an integral part of such Ableflansches.
  • Figure 1 is a plan view of a support member 1.1, that with a further support member 1.2 (not shown here) mounted to a common carrier 1 and then preferably cohesively, z. B. can be interconnected by laser soldering.
  • the carrier element 1.1 like the carrier element 1.2 made of a glass ceramic, not shown here, can be produced by a mechanical micromachining, wherein in particular the step structure of the bearing areas 3.1, 3.2 and 3.3 can be mechanically formed and they have the desired high precision.
  • the support element 1.1 has been coated with a layer system, as has been explained in the general part of the description. As a result, a base layer of nickel provided with an overcoat of gold was prepared as a layer system. The coating between the individual surface areas the support areas 3.1, 3.2 and 3.3 was subsequently separated again to achieve electrical isolation of the individual areas with each other.
  • an electrode 2 is positioned positioned in a defined form and, as also mentioned in the general part of the description, have been materially connected.
  • electrodes 2 are arranged at different diameters in relation to the longitudinal axis of the carrier 1 or the deflection system according to the invention, and the electrodes 2 can also have different outer diameters. In this case, the arranged on a common diameter with respect to the longitudinal axis electrodes 2 should each have the same outer diameter.
  • FIG. 3 shows the carrier elements 1.1 and 1.2 assembled and joined to a carrier 1 with the respective electrodes 2 attached thereto, the arrangement of electrodes 2 having different diameters with respect to the longitudinal axis again being made clear.
  • the electrodes 2 were obtained in a fusing process of silica glass and provided with a layer system, as has been explained in the general part of the description with an adhesive layer of titanium, a diffusion barrier layer of platinum and a gold layer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft elektrostatische Ablenksysteme für Korpuskularstrahlen, die insbesondere für mikro- und nanostrukturierte Anwendungen in Lithographieanlagen oder Messgeräten einsetzbar sind. Gemäß der gestellten Aufgabe sollen die einzelnen Elektroden eines solchen Ablenksystems dauerhaft eine sehr genaue axialsymmetrische Anordnung zueinander aufweisen und beibehalten. Bei dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Ablenksystem sind stabförmige Elektroden in axialsymmetrischer Anordnung in einem innen hohlen Träger gehalten, durch den ein Korpuskularstrahl gerichtet werden kann. Der Träger ist dabei aus mindestens zwei und maximal vier miteinander verbindbaren Trägerelementen gebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft elektrostatische Ablenksysteme für Korpuskularstrahlen, die insbesondere für mikro- und nanostrukturierte Anwendungen in Lithographieanlagen oder Messgeräten (z. B. REM) einsetzbar sind.
  • Für solche Prozesse ist eine hoch präzise Ablenkmöglichkeit für geladene Korpuskel, insbesondere Elektronen mit geringer Zeitkonstante gewünscht. Außerdem sollte ein solches Ablenksystem nur einen geringen Volumenbedarf aufweisen, um sie an elektronenoptisch günstige Positionen einbauen zu können.
  • So ist aus DE 199 30 234 A1 eine elektrostatische Ablenkvorrichtung bekannt, bei der stabförmige Elektrodenelemente innerhalb einer Haltevorrichtung angebracht sind. Dabei sollen die einzelnen Elektrodenelemente aus einem leitenden keramischen Werkstoff mit einem vorgegebenen spezifischen Widerstand hergestellt worden sein. Die Haltevorrichtung soll als hohlzylindrisches Rohr ausgebildet sein. Die einzelnen Elektrodenelemente werden dann in einer gewünschten axialsymmetrischen Anordnung in die Haltevorrichtung eingeführt und mit der Haltevorrichtung stoffschlüssig verbunden.
  • Dabei hat es sich herausgestellt, dass die für eine hoch präzise Ablenkung eines Korpuskularstrahles erforderliche Justiergenauigkeit für eine exakte axialsymmetrische beizubehaltende Anordnung der einzelnen Elektrodenelemente zueinander einmal bei der Montage nicht eingehalten werden kann und zum anderen die stoffschlüssige Verbindung zu Abweichungen bei der Positionierung der einzelnen Elektrodenelemente an der Haltevorrichtung führt. Dabei wird die stoffschlüssige Verbindung durch punktuelle Löt-oder Klebverbindungen über in der Halterung ausgebildete Durchbrechungen hergestellt.
  • Ablenksysteme sollten auch für den Einsatz im sich schnell verändernden Magnetfeld geeignet sein, was für aberationsarme elektronenoptische Lösungen vorteilhaft ist.
  • Es lassen sich auch in dieser Form nicht ohne weiteres reproduzierbare Ablenkvorrichtungen für Elektronenstrahlen herstellen.
  • Des Weiteren sind auch solche Ablenksysteme bekannt, bei der die einzelnen Elektroden aus gespannten Drähten gebildet sind, wie dies beispielsweise in EP 1 033 738 A1 beschrieben ist. Hierbei bilden die mit einer Zugkraft beaufschlagten Drähte Schwachstellen, insbesondere dadurch, dass sie an ihren stoffschlüssigen Verbindungsstellen stärker mechanisch belastet sind, so dass es zu Ablösungen oder unterschiedlichen Vorspannungen kommen kann.
  • Außerdem können die einzelnen Elektroden bildenden Drähte Abweichungen elektrischer Parameter aufweisen, die zu Inhomogenitäten der für die Ablenkung von Elektronenstrahlen nutzbaren elektrischen Felder führen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein elektrostatisches Ablenksystem für Korpuskularstrahlung zur Verfügung zu stellen, bei dem die einzelnen Elektroden dauerhaft eine sehr genaue axialsymmetrische Anordnung zueinander aufweisen und beibehalten.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem elektrostatischen Ablenksystem für Korpuskularstrahlung, dass die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
  • Das erfindungsgemäße elektrostatische Ablenksystem verwendet ebenfalls, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, eine Mehrzahl stabförmiger Elektroden, die in axialsymmetrischer Anordnung in einem innen hohlen Träger gehalten sind. Durch einen solchen hohlen Träger kann dann die jeweilige abzulenkende Korpuskularstrahlung gerichtet sein, so dass eine Beeinflussung seiner Ablenkung für lithographische Anwendungen durch die entsprechend beeinflussbaren elektrischen Felder, die um die stabförmigen Elektroden ausgebildet sind, erreichbar ist. Der erfindungsgemäße Träger ist dabei aus mindestens zwei und maximal vier miteinander verbindbaren Trägerelementen gebildet. Bevorzugt wird der Träger mit zwei Trägerelementen gebildet.
  • Es kann eine Bestückung der einzelnen Trägerelemente mit den stabförmigen Elektroden vor der eigentlichen Montage der jeweiligen Trägerelemente zu einem einzigen Träger erfolgen, wobei in dieser Form das Innere des Trägers beim Einsetzen der stabförmigen Elektroden in vorteilhafter Form sehr gut zugänglich ist, so dass eine exakte Positionierung und Justierung der stabförmigen Elektroden, sowie die Fixierung der Elektrode an den Trägerelementen vorab möglich ist. Auch der Zugang für optische oder taktile Messverfahren ist einfach gegeben.
  • Die den Träger bildenden Trägerelemente können vorab bevorzugt mechanisch bearbeitet werden, so dass sie bei der Montage eines Trägers hoch präzise positioniert, justiert und nachfolgend bevorzugt stoffschlüssig dann miteinander verbunden werden können, wobei bei der Montage die Anordnung der einzelnen Elektroden beibehalten und die Axialsymmetrie für das Gesamtsystem hergestellt wird.
  • Für die Positionierung und Justierung der stabförmigen Elektroden ist es vorteilhaft, an den Trägerelementen Auflagebereiche für die Elektroden vorzusehen. An den jeweiligen Auflagebereichen können dann die einzelnen Elektroden stoffschlüssig fixiert werden, wobei dies bevorzugt mit Löt- aber auch Klebverbindungen erfolgen kann.
  • Dabei sollten die einzelnen Elektroden jeweils an zwei Auflagebereichen in einem Abstand zueinander aufliegen und fixiert worden sein.
  • Besonders vorteilhaft ist es die Auflagebereiche stirnseitig und unmittelbar an den Trägerelementen auszubilden. Dabei können die Auflagebereiche an in das Innere eines aus den Trägerelementen gebildeten Trägers ausgebildeten ringförmigen Flanschen ausgebildet worden sein. Jeweils ein Auflagebereich sollte an den' Trägerelementen an einer Stirnseite und ein weiterer Auflagebereich an der gegenüberliegenden Stirnseite von Trägerelementen ausgebildet worden sein.
  • Die Auflagebereiche können bevorzugt in Form einer Treppenstruktur ausgebildet werden, die, durch eine mechanische Bearbeitung an den jeweiligen Trägerelementen in hoch präziser Form herstellbar ist.
  • Für eine genaue Positionierung der Elektroden können diese dann in jeweils einer Treppenstufe kinematisch definiert, anliegend angeordnet und anschließend, wie bereits angesprochen stoffschlüssig fixiert werden. Dadurch lässt sich eine definierte axialsymmetrische Anordnung der einzelnen Elektroden eines elektrostatischen Ablenksystems erreichen, die auch dauerhaft beibehalten werden kann.
  • Die Ecken von einzelnen Treppenstufen der Treppenstruktur von Auflagebereichen können als eine 90-Grad V-Nut ausgebildet sein.
  • Insbesondere auch dadurch, dass die an einem erfindungsgemäßen Ablenksystem einsetzbaren stabförmigen Elektroden ein hohes Aspektverhältnis, d. h. eine im Vergleich zum Außendurchmesser bzw. zu den Querschnittsabmessungen eine große Länge aufweisen, kann eine gewisse Krümmung der einzelnen Elektroden fertigungstechnologisch nicht vermieden werden. Eine solche Krümmung kann sich aber beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Ablenksystems nachteilig auf die definierte Ausbildung elektrische Felder für die Ablenkung eines Korpuskularstrahls auswirken.
  • Aus diesem Grund sollte die jeweilige Krümmung der einzelnen Elektroden bei der Montage und Fixierung an den Trägerelementen berücksichtigt werden. So kann beispielsweise die Anordnung und Ausrichtung der einzelnen Elektroden, die an den Trägerelementen befestigt werden, vorteilhaft so gewählt werden, das ihre jeweilige konvexe Krümmung radial nach außen in Bezug zur Längsachse des Ablenksystems gerichtet ist. Dadurch kann wieder positiv Einfluss auf die gewünschte axialsymmetrische Anordnung der Elektroden am Träger genommen werden.
  • Außerdem kann vor der Montage eine Vermessung der Einzelnen Elektroden durchgeführt werden, bei der die jeweilige Krümmung einer Elektrode bestimmt wird.
  • Für ein Ablenksystem können dann ganz besonders vorteilhaft Elektroden eingesetzt werden, die jeweils eine gleiche Krümmung zumindest jedoch eine innerhalb eines engen Toleranzbereiches liegende Krümmung aufweisen.
  • Für die Bestimmung der Krümmung können an sich bekannte optische Messverfahren eingesetzt werden. Um zu sichern, dass die Ausrichtung der konvexen Krümmung von Elektroden auch erkannt und in einem Toleranzbereich von plus minus 5° in radialer Richtung bei der Montage der Elektroden in den Trägerelementen eingehalten werden kann, können die jeweiligen stabförmigen Elektroden zumindest an einer Stirnseite in einem schräg geneigten Winkel angeschliffen werden. Diese schräg geneigte Stirnfläche kann dann für die Bestimmung der Ausrichtung der konvexen Krümmung genutzt werden. Nach Bestimmung kann dann diese oder die gegenüberliegende Stirnfläche mit einer entsprechenden Markierung versehen werden, die eine Information über die Ausrichtung der Krümmung der jeweiligen stabförmigen Elektrode liefern kann.
  • So kann in dieser Form mittels der im Träger angeordneten und entsprechend fixierten und entsprechend ausgerichteten Elektroden ein quasi tonnenförmiger oder taillierter Käfig gebildet werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann aber an den Trägerelementen und demzufolge auch nach der Montage am Träger mindestens ein weiterer Auflagebereich vorhanden bzw. ausgebildet sein. Ein solcher Auflagebereich kann bevorzugt mittig zwischen den stirnseitig angeordneten Auflagebereichen angeordnet werden, so dass die nach außen gekrümmten stabförmigen Elektroden an diesem zwischen den beiden äußeren Auflagebereichen angeordneten Auflagebereich anliegen und die Krümmung der stabförmigen Elektrode möglichst reduziert wird.
  • Auch dieser dritte und ggf. auch ein weiterer Auflagebereich können ebenfalls, wie bereits vorab erläutert, eine Treppenstruktur aufweisen und die Lage und Fixierung der stabförmigen Elektroden ebenfalls analog in den entsprechenden Nuten einer jeweiligen Treppenstufe erfolgen.
  • Die zu einem Träger zu montierenden Trägerelemente sollten aus einem dielektrischen Werkstoff hergestellt sein, der eine hohe Festigkeit und Formstabilität aufweist. Außerdem sollte er möglichst für die gewünschte hoch präzise Mikrostrukturierung mechanisch bearbeitbar sein. So sind beispielsweise Glaskeramiken geeignete Werkstoffe für die Trägerelemente. Dadurch können zum Beispiel im Vergleich zu Metallen Wirbelströme vermieden werden.
  • Solche Trägerelemente sollten zur Vermeidung elektrostatischer Aufladungen mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen werden, die beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Ablenkungssystems dann auf Erdpotential gelegt werden kann.
  • Hierfür können die Mantelflächen der Trägerelemente mit einer metallischen oder anderen elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen werden.
  • Dabei kann eine einzelne Schicht oder ein Schichtsystem, die/das aus Metall bzw. Metalllegierungen besteht, ausgebildet worden sein.
  • So ist es möglich, die Oberfläche von Trägerelementen stromlos mit einer Nickelschicht und anschließend mit einer Goldschicht zu versehen. Dabei sichert die Goldschicht eine verbesserte Benetzung bei einem stoffschlüssigen Verbinden durch Löten. Es sind aber auch andere Beschichtungsverfahren und Schichten bzw. Schichtsysteme möglich, mit denen sich Schichten mit sehr guter Leitfähigkeit und gutem Benetzungsverhalten erzeugen lassen. Außerdem sind so eine Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen sowie die Möglichkeit einer Reinigung mittels Plasma gegeben. An Stelle von Gold können aber auch andere Metalle eingesetzt werden, die ebenfalls diese Eigenschaften aufweisen.
  • Die Bereiche der Auflagebereiche der Trägerelemente, die unmittelbar mit den stabförmigen Elektroden in Kontakt treten bzw. treten können, dürfen untereinander nicht elektrisch leitend sein, so dass eine elektrisch isolierte Aufnahme jeder einzelnen Elektrode zur nächsten vorliegt.
  • Diese Flächen können entweder nicht beschichtet oder die Schicht nachträglich wieder entfernt werden, was beispielsweise durch einen mechanischen Abtrag mittels Mikrofräsern oder chemisch durch ein lokales Ätzen erfolgen kann.
  • Auch die an erfindungsgemäßen Ablenksystemen einsetzbaren stabförmigen Elektroden können vorteilhaft aus dielektrischen Werkstoffen hergestellt worden sein, die nachfolgend an Ihren äußeren Oberflächen elektrisch leitend beschichtet werden. Dies ist auch bei einem Einsatz in sich schnell verändernden Magnetfeldern vorteilhaft.
  • So können die stabförmigen Elektroden aus einem Glas, bevorzugt mit einem Ziehprozess hergestellt werden, wobei für die Herstellung beispielsweise Borsilikatglas, bevorzugt Kieselglas eingesetzt werden kann.
  • Bei der Herstellung solcher stabförmigen Elektroden sollte auf eine möglichst gleichmäßige Rundheit, Zylindrizität, die Einhaltung eines konstanten Durchmessers, die Vermeidung einer durch Verbiegung und Verdrillung geachtet werden.
  • Nach der Herstellung kann mittels geeigneter Messverfahren eine Auswahl und Klassierung bezüglich bestimmter Vorgaben durchgeführt werden. So können die Außendurchmesser und die jeweilige Durchbiegung/Krümmung entsprechende Auswahlparameter sein, so dass die an einem Ablenksystem eingesetzten stabförmigen Elektroden zumindest nahezu identisch sind.
  • So sollte eine Durchbiegung/Krümmung kleiner als 5 µm über die Gesamtlänge einer Elektrode, bei beispielsweise einer Elektrodenlänge von 200 Millimetern betragen. Die Abweichungen von der Rundheit und die Abweichung der Zylindrizität sollten kleiner 1 µm sein. Durchmesserschwankungen sollten ebenfalls kleiner als 1 µm sein.
  • Die aus dem dielektrischen Werkstoff hergestellten stabförmigen Elektroden können dann nachfolgend mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen werden, die eine gute elektrische Leitfähigkeit, hohe Haftfestigkeit, eine Eignung für den Einsatz im Vakuum aufweisen. Außerdem sollten sie lötfähig und frei von Kohlenwasserstoffen sein.
  • Es hat sich herausgestellt, dass sich diese Eigenschaften besonders vorteilhaft mit einem Schichtsystem mehrerer Schichten unterschiedlicher Metalle erreichen lassen, wobei ein solches Schichtsystem mit einem mehrstufigen Sputterprozess ausgebildet werden kann. Es können aber auch Einzelschichten zum Einsatz kommen.
  • So kann unmittelbar auf der äußeren Oberfläche der aus dem dielektrischen Werkstoff hergestellten Elektroden eine haftvermittelnde Schicht aus Titan ausgebildet sein. Auf diese Titanschicht kann dann eine Diffusionssperrschicht aus Platin und auf diese Platinschicht wiederum eine lötfähige Goldschicht aufgebracht werden, wobei ein solches Schichtsystem eine Gesamtdicke von ca. 300 nm aufweisen kann.
  • Die Anzahl der an einem erfindungsgemäßen Ablenksystem eingesetzten Elektroden sollte möglichst mindestens acht betragen, wobei jedoch für viele Anwendungsfälle eine größere Elektrodenanzahl zu bevorzugen ist. So können beispielsweise an einem Ablenksystem ohne weiteres zwölf oder zwanzig solcher Elektroden eingesetzt werden. Für einige einfache Anwendungen können aber auch vier Elektroden ausreichend sein.
  • Es ist ebenfalls günstig, Elektroden mit unterschiedlichen Durchmessern in Bezug zur Längsachse anzuordnen. So können die Elektroden an einem Ablenksystem auf mindestens zwei, bevorzugt jedoch mindestens drei unterschiedlichen Durchmessern in Bezug zur Längsachse des Ablenksystems angeordnet werden, wobei bei einer solchen Anordnung auch die Axialsymmetrie beachtet werden sollte. Dadurch wird im Inneren des Systems ein möglichst homogenes elektrisches Feld ausgebildet, das die Störungen höherer Ordnung, wie z. B. das drei- und fünfzählige Feld, besonders gut unterdrückt. Dies kann auch durch andere Anordnungen von Elektroden mit gleichen oder unterschiedlichen Durchmessern erreicht werden.
  • Wie bereits angesprochen, sind an den Auflagebereichen Bereiche vorhanden, die nicht elektrisch leitend beschichtet sind. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft in dem Bereich der Auflagebereiche Abschirmflansche anzuordnen.
  • So können zwei Abschirmflansche stirnseitig äußere Abschlüsse bilden. Diese können dann stoffschlüssig mit den Trägerelementen, die bereits zu einem Träger montiert worden sind, verbunden werden. Diese stirnseitigen Abschlüsse sollten jedoch so ausgebildet sein, dass Durchbrechungen vorhanden sind, durch die ein Korpuskularstrahl durch das Ablenksystem gerichtet werden kann.
  • Ist ein dritter Auflagebereich an einem Träger für ein Ablenksystem ausgebildet, sollte auch dort ein Abschirmflansch angeordnet sein. Dieser kann als ringförmiges Gebilde hergestellt worden sein, wobei die äußere Kontur an die Treppenstufenkontur des Auflagebereiches unter Berücksichtigung der Anordnung der Elektroden mit entsprechenden Aussparungen für die Elektroden ausgebildet sein kann. Letztgenannter Aspekt sollte auch dazu führen, dass die Elektroden nicht mit zu Verformungen und Verspannungen führenden Kräften beaufschlagt werden.
  • Die Elektroden können insbesondere an den stirnseitig angeordneten Auflagebereichen mit den Trägerelementen verbunden werden, wobei dies durch einen Laserlötprozess mit geeigneten Loten und ggf. durch Zugabe eines Flussmittels durchführbar ist.
  • Die stoffschlüssige Verbindung der Elektroden an den Trägerelementen kann aber auch durch Kleben erfolgen, wobei bevorzugt UV-härtbare Klebstoffe eingesetzt werden sollten, die für den Einsatz unter Vakuumbedingungen geeignet sind.
  • Die an den Trägerelementen montierten und fixierten Elektroden werden an einer ihrer Stirnseiten dann elektrisch leitend kontaktiert. Dies kann beispielsweise durch Anlöten dünner Golddrähte mit einem Durchmesser von ca. 100 µm erfolgen. Diese Golddrähte können dann wieder mit entsprechend vorgesehene Kontaktflächen einer Kontaktplatte elektronisch leitend verbunden werden, so dass jede einzelne Elektrode für die gezielte Ablenkung eines Korpuskularstrahles mit einem entsprechend geeigneten Potential beaufschlagt werden kann. Es kann aber auch eine Möglichkeit vorhanden sein, dass bestimmte Elektroden Gruppen bilden, die jeweils mit dem gleichen Potential beaufschlagt werden oder auf Erdpotential gelegt sind.
  • Eine solche mit Kontaktflächen versehene Kontaktplatte kann an einer Stirnseite des Ablenksystems angebracht sein, wobei dies an einem Abschirmflansch erfolgen kann bzw. auch eine Kontaktplatte integraler Bestandteil eines solchen Abschirmflansches sein kann.
  • Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1
    eine Draufsicht auf ein Trägerelement für ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Ablenksystems;
    Figur 2
    eine Seitenansicht eines Trägerelementes mit Elektroden und
    Figur 3
    zwei Trägerelemente nach Figur 1, die zu einem gemeinsamen Träger miteinander verbunden sind, in einer Seitenansicht.
  • In Figur 1 ist eine Draufsicht auf ein Trägerelement 1.1, dass mit einem weiteren Trägerelement 1.2 (hier nicht dargestellt) zu einem gemeinsamen Träger 1 montiert und dann bevorzugt stoffschlüssig, z. B. durch Laserlöten miteinander verbunden werden kann.
  • An den beiden äußeren Stirnseiten sowie mittig dazwischen sind die Auflagebereiche 3.1, 3.2 und 3.3 ausgebildet.
  • Das Trägerelement 1.1 kann, wie auch das hier nicht dargestellte Trägerelement 1.2 aus einer Glaskeramik, durch eine mechanische Mikrobearbeitung hergestellt werden, wobei insbesondere die Treppenstufenstruktur der Auflagebereiche 3.1, 3.2 und 3.3 so mechanisch ausgebildet werden kann und diese die gewünschte hohe Präzision aufweisen.
  • Das Trägerelement 1.1 ist mit einem Schichtsystem beschichtet worden, wie es im allgemeinen Teil der Beschreibung erklärt worden ist. Demzufolge wurde eine Grundschicht aus Nickel, die mit einer Überbeschichtung aus Gold versehen worden ist, als Schichtsystem hergestellt. Die Beschichtung zwischen den einzelnen Flächenbereichen an den Auflagebereichen 3.1, 3.2 und 3.3 wurde nachträglich wieder aufgetrennt, um eine elektrische Isolation der einzelnen Bereiche untereinander zu erreichen.
  • Aus der in Figur 2 gezeigten Seitenansicht des Trägerelementes 1.1 wird insbesondere die Ausbildung der Treppenstufenstrukturen an den Auflagebereichen 3.1, 3.2 bzw. 3.3 deutlich.
  • In jede 90-Grad V-Nut einer Treppenstufe ist eine Elektrode 2 in definierter Form positioniert eingefügt und, wie ebenfalls im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits erwähnt, stoffschlüssig verbunden worden.
  • Aus Figur 2 wird außerdem deutlich, dass Elektroden 2 auf unterschiedlichen Durchmessern in Bezug zur Längsachse des Trägers 1 bzw. des erfindungsgemäßen Ablenksystems angeordnet sind und die Elektroden 2 auch unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen können. Dabei sollten die auf einem gemeinsamen Durchmesser in Bezug zur Längsachse angeordneten Elektroden 2 jeweils den gleichen Außendurchmesser aufweisen.
  • Figur 3 zeigt dann die zu einem Träger 1 miteinander montierten und gefügten Trägerelemente 1.1 und 1.2 mit den jeweils daran befestigten Elektroden 2, wobei auch hier wiederum die Anordnung von Elektroden 2 auf unterschiedlichen Durchmessern in Bezug zur Längsachse deutlich gemacht worden ist.
  • Die Elektroden 2 wurden in einem Ziehprozess aus Kieselglas erhalten und mit einem Schichtsystem, wie es im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert worden ist mit einer Haftschicht aus Titan, einer Diffusionssperrschicht aus Platin und einer Goldschicht versehen.

Claims (21)

  1. Elektrostatisches Ablenksystem für Korpuskularstrahlen, bei dem stabförmige Elektroden in axialsymmetrischer Anordnung in einem innen hohlen Träger gehalten sind, durch den ein Elektronenstrahl gerichtet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) aus mindestens zwei und maximal vier miteinander verbindbaren Trägerelementen (1.1, 1.2) gebildet ist.
  2. Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Trägerelementen (1.1, 1.2) Auflagebereiche (3.1, 3.2) für Elektroden (2) vorhanden sind, an denen die Elektroden (2) stoffschlüssig fixiert sind.
  3. Ablenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagebereiche (3.1, 3.2) stirnseitig an den Trägerelementen (1.1, 1.2) ausgebildet sind.
  4. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagebereiche (3.1, 3.2) in Form einer Treppenstruktur ausgebildet und die Elektroden (2) in jeweils einer Nut einer Treppenstufe anliegend in definierter Form einer axialsymmetrische Anordnung aufweisen.
  5. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten von Treppenstrukturen eine 90-Grad V-Nut bilden.
  6. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) in den Trägerelementen (1.1, 1.2) so ausgerichtet sind, dass ihre jeweilige konvexe Krümmung radial nach außen in Bezug zur Längsachse des Ablenksystems gerichtet ist.
  7. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den stirnseitig angeordneten Auflagebereichen (3.1, 3.2) mindestens ein weiterer Auflagebereich (3.3) angeordnet/ausgebildet ist.
  8. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (1.1, 1.2) sowie die Elektroden (2) aus einem dielektrischen Werkstoff gebildet und die Trägerelemente (1.1, 1.2) in ihrem Inneren sowie die Elektroden (2) außen elektrisch leitend beschichtet sind.
  9. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) an den Auflagebereichen (3.1, 3.2) stoffschlüssig, elektrisch isoliert mit den Trägerelementen (1.1, 1.2) verbunden sind.
  10. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) auf mindestens zwei unterschiedlichen Durchmessern in Bezug zur Längsachse des Ablenksystems angeordnet sind.
  11. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden (2) mit unterschiedlichen Außendurchmessern im Träger gehalten sind.
  12. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Auflagebereiche (3.1, 3.2, 3.3) Abschirmflansche angeordnet sind.
  13. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Abschirmflansche stirnseitig äußere Abschlüsse bilden, die mit den miteinander verbundenen Trägerelementen (1.1, 1.2) stoffschlüssig verbunden sind.
  14. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in/an einem der Abschirmflansche eine elektrische Kontaktierung für die einzelnen Elektroden (2) integriert oder daran angeordnet ist.
  15. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) aus einem Glas durch einen Ziehprozess hergestellt sind.
  16. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Beschichtung der Elektroden (2) aus einem aus mehreren übereinander ausgebildeten Schichten unterschiedlicher Metalle gebildeten Schichtsystem gebildet ist.
  17. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem aus Titan, Platin und Gold gebildet ist.
  18. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (1.1, 1.2) aus einer Glaskeramik gebildet sind, die im Inneren mit einer elektrisch leitenden Beschichtung aus einer Nickelschicht auf der eine Schicht aus Gold ausgebildet ist, versehen sind.
  19. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Auflagebereichen (3.1, 3.2, 3.3) Bereiche vorhanden sind, auf denen keine elektrisch leitende Beschichtung vorhanden ist, so dass die Elektroden (2) elektrisch isolierend an den Trägerelementen (1.1, 1.2) befestigbar sind.
  20. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) an mindestens einer Stirnfläche in einem schräg geneigten Winkel angeschliffen sind.
  21. Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Ausrichtung der Krümmung der Elektroden (2) anzeigende Markierung an den Elektroden (2) vorhanden ist.
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