DE1299498B - Vorrichtung zur UEberwachung des Strahlauftreffbereichs in Korpuskularstrahl-Bearbeitungsgeraeten - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Über- zeichneten Lösungsmitteln, die alle von demselben wachung des Strahlauftreffbereichs in Geräten zur Lösungsprinzip Gebrauch machen, nämlich der Aus-Materialbearbeitung mittels Korpuskularstrahlen. nutzung der vom Strahlauftreffbereich ausgehenden In Korpuskularstrahlgeräten für die Materialbear- nicht lichtoptischen Strahlung, so daß die geschilderbeitung ist es notwendig, die Auftreffstelle des Strahls 5 ten Schwierigkeiten der lichtoptischen Überwachung auf dem zu bearbeitenden Gegenstand zu über- grundsätzlich entfallen.

wachen, um die jeweils geeignete Größe und Form Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überdes Brennflecks einstellen und einhalten zu können. wachung des Strahlauftreffbereichs in Geräten zur Bei einer bekannten Vorrichtung zur Überwachung Materialbearbeitung mittels Korpuskularstrahlen, mit des Strahlauftreffbereichs werden die Abmessungen io einem Kontroll-Strahlengang für ein Bündel der von des Brennflecks lichtoptisch kontrolliert, und zwar dem Strahlauftreffbereich ausgehenden Teilchenwird die vom Strahlauftreffbereich ausgehende Licht- und/oder Röntgenstrahlung, wobei der Kontrollstrahstrahlung in einem zu dem bearbeitenden Korpusku- lengang ein Abbildungssystem zur Abbildung des larstrahl zunächst konzentrischen, durch die Pol- Strahlauftreffbereichs sowie einen im Bildbereich des schuhe einer elektronenoptischen Fokussierungslinse 15 Abbildungssystems angeordneten Strahlungsempfäntretenden optischen Strahlengang zu einem Mikro- ger aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die skop geleitet. Eine solche lichtoptische Kontrolle hat wirksame Fläche des Strahlungsempfängers kleiner aber wegen der verhältnismäßig kleinen Apertur des ist als die Fläche des bei optimaler Fokussierung des durch die Polschuhe der elektronenoptischen Fokus- bearbeitenden Korpuskularstrahls vom Abbildungssierungslinse tretenden optischen Strahlenganges eine 20 system erzeugten Bildes des Strahlauftreffbereichs zu geringe Auflösung. Deshalb können kleine Brenn- und daß der Strahlungsempfänger ein von dem geflecke nicht mehr mit Sicherheit beobachtet und kon- samten von ihm empfangenen Strahlungsanteil abtrolliert werden. Außerdem ist bei der bekannten hängiges Ausgangssignal erzeugt. Einrichtung eine Glaslinse im eigentlichen Korpus- Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung wird kularstrahlgerät angeordnet, und diese Linse ist zum 25 somit ein kleiner und einfacher, nämlich integrieren-Durchtritt des Korpuskularstrahls durchbohrt. Damit der Strahlungsempfänger, der nicht in seinem Sättifällt von vornherein der optisch am besten wirkende gungsbereich arbeitet, verwendet. Ein solcher Emp-Zentralteil der Linse für die Beobachtung aus, d. h., fänger kann beispielsweise durch eine Fotozelle, eine es muß mit einer verschlechterten Abbildung gearbei- Auffangelektrode od. dgl. verkörpert werden. Je bestet werden. Auch aus diesem Grund können kleine 30 ser die Fokussierung ist, um so größer wird der von Brennflecke nicht mehr mit Sicherheit beobachtet dem kleinen Strahlungsempfänger empfangene Strahwerden. Eine weitere Schwierigkeit bei der bekannten lungsanteil und damit auch das Ausgangssignal dieses lichtoptischen Überwachungseinrichtungbestehtdarin, Strahlungsempfängers.

daß die im Korpuskularstrahlgerät angeordnete Ab- Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung dieser Vorbildungslinse bei der Materialbearbeitung schnell be- 35 richtung besteht darin, daß der Kontroll-Strahlengang dampft und damit unbrauchbar wird. Aus diesem ein Strahlablenksystem zum Verschieben des Bildes Grund ist vor der Linse ein Schutzglas vorgesehen, relativ zum Strahlungsempfänger aufweist. Bei dieser das an Stelle der Linse bedampft wird und von Zeit Ausbildung der Vorrichtung kann man durch Verzu Zeit erneuert werden muß. Verwendet man einen schieben des Bildes relativ zum Strahlungsempfänger Korpuskularstrahl großer Leistung, so muß dieses 40 sämtliche Bildpunkte des Strahlauftreffbereichs ab-Schutzglas sehr oft ausgewechselt werden. Dies ist tasten und sich an Hand des Empfänger-Ausgangsunbequem und macht unerwünschte Unterbrechun- signals eine Information über die dort herrschenden gen des Bearbeitungsvorganges notwendig. Verhältnisse verschaffen. Es ist bei einer derartigen Es ist auch bekannt, die Fokussierung eines La- Anordnung naturgemäß ohne weiteres möglich, ein dungsträgerstrahls dadurch zu kontrollieren, daß 45 stark vergrößerndes Abbildungssystem im Kontrollüber dem zu bearbeitenden Werkstück eine Auffän- Strahlengang zu verwenden. Vorzugsweise ist diese gerelektrode angeordnet und der Auffängerstrom ge- Vorrichtung weiter gekennzeichnet durch einen Elekmessen wird. Aus dem Erreichen eines Extremwertes tronenstrahloszillographen, der ein synchron mit dem dieses Stromes wird dann auf die optimale Fokussie- Ablenksystem des Kontroll-Strahlenganges betrieberung geschlossen. Dieses Verfahren ist nur bedingt 50 nes Ablenksystem und eine vom Ausgangssignal des anwendbar, da es nur bei einigen wenigen Materialien Strahlungsempfängers gesteuerte Intensitäts-Steuereinwandfrei arbeitet und außerdem nicht auf den einrichtung aufweist. Hier werden also die Bildpunktkleinsten Durchmesser des Brennflecks, sondern auf informationen mit Hilfe eines Elektronenstrahloszildie maximale Temperatur an irgendeiner Stelle des lographen zu einem Schirmbild des Strahlauftreff-Auftreffbereichs anspricht. 55 bereichs zusammengesetzt, wobei das Ausgangssignal Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, mit gegen des Strahlungsempfängers die Intensität des synchron Bedampfen nur wenig anfälligen, konstruktiv und mit dem Bild des Strahlauftreffbereichs abgelenkten funktionell möglichst einfachen Mitteln eine zuver- Oszillographenstrahls moduliert, lässige und aufschlußreiche Information über den Es sind zwar schon Vorrichtungen bekannt, bei Strahlauftreffbereich zu erhalten. 60 denen ein Bild des Strahlauftreffbereichs auf einem Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von Elektronenstrahloszillographen erzeugt wird, doch Überwachungseinrichtungen aus, bei denen wie in der arbeiten diese Einrichtungen auf gänzlich andere zuerst beschriebenen bekannten Vorrichtung einBün- Weise; bei ihnen wird nämlich nicht eine Abbildung del der vom Strahlauftreffbereich ausgehenden Strah- des Strahlauftreffbereichs relativ zum Empfänger verlung zu einem Strahlungsempfänger in einem Kon- 65 schoben, sondern es werden mehrere, durch Ablentroll-Strahlengang geleitet wird. Die Lösung der ge- kung des Arbeitsstrahls nacheinander durchlaufene stellten Aufgabe erfolgt dabei mit verschiedenen, Strahlauftreffbereiche auf entsprechende Stellen eines durch Einfachheit und Funktionstüchtigkeit ausge- Oszillographen-Bildschirmes abgebildet. Bei diesen

Kontroll-Strahlenganges ein zweites steuerbares Abbildungselement angeordnet ist und daß die Steuereinrichtungen der beiden Abbildungselemente derart miteinander gekoppelt sind, daß die Veränderungen 5 der Steuerung der beiden Abbildungselemente gegensinnig erfolgen. Durch diese Maßnahme wird es möglich, Veränderungen des Fokussierungszustandes vornehmen zu können, ohne daß es einer umständlichen Nachstellung des zweiten steuerbaren Abbil-

bekannten Vorrichtungen, die beispielsweise zur Röntgenstrahlenstrukturanalyse dienen, wird also ein Bild des vom Arbeitsstrahl beaufschlagten Objekts aus nacheinander abgetasteten Bildpunkten des Objekts zusammengesetzt; dies muß naturgemäß sehr schnell erfolgen, um entsprechend der Nachleuchtzeit des Oszillographen-Bildschirms zu einem einheitlichen Bildeindruck zu kommen. Bei Bearbeitungsgeräten, bei denen die Einwirkungszeiten des

bearbeitenden Strahls an der Strahlauftrefistelle er- io dungselements bedarf.

heblich langer sein müssen als bei einer bloß Abbil- Eine besonders einfache erfindungsgemäße Vordungszwecken dienenden Abtastung, läßt sich das be- richtung zur Überwachung des Strahlauftreffbereichs kannte Abtastverfahren grundsätzlich nicht anwen- in Geräten zur Materialbearbeitung mittels Korpusden. Überdies sind bei den bekannten Einrichtungen kularstrahlen, mit einem Kontroll-Strahlengang für dieser Art im Kontroll- oder Beobachtungsstrahlen- 15 ein Bündel der vom Strahlauftreffbereich ausgehengang keine Abbildungs- und Ablenkeinrichtungen den Teilchen- und/oder Röntgenstrahlung und einem vorgesehen. im Kontroll-Strahlengang angeordneten Strahlungs-Die beschriebenen erfindungsgemäßen Über- empfänger ist dadurch gekennzeichnet, daß im Konwachungsvorrichtungen lassen sich noch dadurch troll-Strahlengang wenigstens eine Kante einer den verbessern, daß in an sich bekannter Weise der Kon- ao Querschnitt des Kontroll-Strahlenganges teilweise ertroll-Strahlengang eine mit Hilfe eines Ablenkfeldes füllenden Blende vorgesehen ist, deren Abbildungserzeugte Krümmung aufweist. Dadurch wird eine schärfe auf dem Strahlungsempfänger ein Maß für noch größere Unempfindlichkeit gegen Bedampfungs- die Ausdehnung des Strahlauftreffbereichs ist. Bei erscheinungen erzielt. dieser Ausführungsform der Erfindung kann also in Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Vor- as äußerst einfacher Weise der Fokussierungszustand richtung zur Überwachung des Strahlauftreffbereichs des zur Materialbearbeitung dienenden Korpuskularin Geräten zur Materialbearbeitung mittels Ladungs- Strahls durch die Schärfe des Schattenbildes der trägerstrahlen, mit einem Kontroll-Strahlengang für Blende beurteilt werden.

ein Bündel der von dem Strahlauftreffbereich aus- Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung dieser Ausgehenden Ladungsträgerstrahlung, wobei der Kon- 30 führungsform besteht darin, daß sie eine zweiteilige troll-Strahlengang ein Abbildungssystem zur Abbil- Blende mit einem ringförmigen ersten Blendenteil dung des Strahlauftreffbereichs sowie einen im Bild- und einem in der Strahlenrichtung dagegen versetzbereich des Abbildungssystems angeordneten Strah- ten, koaxialen scheibenförmigen zweiten Blendenteil lungsempfänger aufweist, und in einem zwischen dem aufweist, dessen Durchmesser im Verhältnis zum Bearbeitungsbereich und einem magnetischen Ab- 35 Lochdurchmesser des ersten Blendenteils, zum gegenlenkfeld verlaufenden Abschnitt mit dem Strahlen- seitigen Abstand der beiden Blendenteile und zum gang des bearbeitenden Ladungsträgerstrahls zusam- Abstand des ersten Blendenteils vom Strahlauftreffmenf ällt. Derartige Vorrichtungen sind zur Abbildung bereich so gewählt ist, daß bei optimaler Fokussierung von Flächen mittels Korpuskularstrahlen bereits be- des bearbeitenden Korpuskularstrahls der Strahlungskannt. Erfindungsgemäß wird nun bei einer derarti- 40 empfänger gerade keine Einstrahlung mehr empfängt, gen Vorrichtung in dem zwischen dem Strahlauftreff- Vorzugsweise ist die Blende in Strahlrichtung verbereich und dem Ablenkfeld verlaufenden Abschnitt stellbar. Ferner ist es von Vorteil, wenn der Strahdes Strahlenganges ein steuerbares elektrostatisches lungsempfänger in an sich bekannter Weise einen Strahlablenksystem angeordnet. Durch dieses Strahl- Leuchtschirm aufweist. Der Strahlungsempfänger ablenksystem verläuft also der dem bearbeitenden 45 kann auch in an sich bekannter Weise einen foto-Strahl und dem Kontroll-Strahlengang gemeinsame elektrischen Empfänger aufweisen. Schließlich kann Abschnitt. Dies hat den Vorteil, daß das Bild des
Brennflecks auf dem Strahlungsempfänger auch bei
Bewegung des Ladungsträgerstrahls auf dem Werkstück in einer festen Position bleibt. Das magnetische 50
Ablenkfeld wirkt auf den bearbeitenden Ladungsträgerstrahl und die im Kontroll-Strahlengang zurücklaufenden Ladungsträgerstrahlen gegensinnig ein, so
daß diese beiden Strahlengänge in der gewünschten
Weise getrennt werden; das elektrostatische Ablenk- 55
feld bewirkt jedoch eine gleichsinnige Ablenkung
beider Strahlengänge relativ zum Werkstück.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der zuletzt beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht

darin, daß in an sich bekannter Weise in dem zwi- 60 Überwachungsvorrichtung,

sehen dem Strahlauftreffbereich und dem magne- Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ande-

tischen Ablenkfeld verlaufenden Abschnitt des Strah- ren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Über-

lenganges eine steuerbare Fokussiereinrichtung für wachungseinrichtung,

den bearbeitenden Ladungsträgerstrahl vorgesehen F i g. 3 eine andere Ausführungsform, bei welcher

ist, die gleichzeitig ein erstes steuerbares Abbildungs- 65 zur Bilderzeugung eine Oszillographenröhre vorge-

element des Abbildungssystems bildet, daß in dem sehen ist,

nicht mit dem Strahlengang des bearbeitenden La- F i g. 4 eine mit einer Nachbeschleunigungsstrecke

dungsträgerstrahls zusammenfallenden Abschnitt des ausgerüstete Überwachungsvorrichtung,

auch hier in an sich bekannter Weise der Kontroll-Strahlengang eine mit Hilfe eines Ablenkfeldes erzeugte Krümmung aufweisen.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Verstärkung der erzielten Effekte dadurch erzielt werden, daß in an sich bekannter Weise im Kontrollstrahlengang eine Nachbeschleunigungsstrecke vorgesehen ist.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Gerät zur Materialbearbeitung mittels Korpuskularstrahlen mit einer erfindungsgemäßen

F i g. 5 eine andere Ausführungsform, bei der die seine Fläche integrierender Empfänger ist, der stets Fokussiereinrichtung des zur Materialbearbeitung unterhalb seines Sättigungsbereichs arbeitet. Im eindienenden Strahls als erstes Abbildungselement des fachsten Fall handelt es sich dabei um einen foto-Abbildungssystems arbeitet, elektrischen Strahlungsempfänger, dem ein (nicht

Fig. 6 eine andere Ausführungsform, bei welcher 5 dargestelltes) Anzeigegerät nachgeschaltet ist, so daß ebenfalls die Fokussierungseinrichtung als erstes Ab- aus dem Ausschlag des Anzeigegerätes direkt auf bildungselement des Abbildungssystems verwendet den Fokussierungszustand des Elektronenstrahls 12 wird, geschlossen werden kann.

Fig.7 eine andere Ausführungsform, bei der im Die in Fig.2 dargestellte Überwachungsvorrich-

Kontroll-Strahlengang eine Kante einer Blende ange- io rung unterscheidet sich von der Überwachungsvorordnet ist, richtung nach F i g. 1 im wesentlichen nur dadurch,

Fig. 8 eine ähnliche Ausführungsform wie in daß ein elektromagnetisches Ablenkfeld25 vor dem Fig. 7, jedoch mit Umlenkung des Kontroll-Strahlen- Abbildungssystem 23 angeordnet ist. Diese Anordganges, nung hat den Vorteil, daß auch ohne eine feine

Fig.9 eine Ausführungsform, bei welcher eine 15 Blende im wesentlichen nur Elektronen einer bezweiteilige Blende im Kontroll-Strahlengang verwen- stimmten Geschwindigkeit zum Strahlungsempfänger det wird, und 24 gelangen. Außerdem sind bei dieser Anordnung

F i g. 10 eine Ausführungsform mit Zusatzeinrich- die Platzverhältnisse etwas günstiger als bei der Antungen zur automatischen Einstellung eines Brenn- Ordnung nach Fig. 1, und der Strahlungsempfänger flecks kleinster Abmessungen. ' 20 24 ist ebenfalls vor Bedampfung geschützt.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Gerät zur Materialbearbei- Die Ausführungsform nach Fig. 3 entspricht der

tang mittels eines Elektronenstrahls bezeichnet. Das Ausführungsfonn nach F i g. 2, enthält jedoch zu-Strahlerzeugungssystem dieses Geräts besteht aus der sätzlich im Kontroll-Strahlengang ein Ablenksystem Kathode 2, der Steuerelektrode 3 und der geerdeten 26 bis 29, so daß mit Hilfe dieses Ablenksystems das Anode 4. Die Einheiten 5 und 6 dienen zur Erzeu- 25 in der Ebene des Strahlungsempfängers 30 erzeugte gung der Heizspannung für die Kathode 2, der Vor- Bild des Strahlauftreffbereichs verschoben werden spannung für die Steuerelektrode 3 und der Hoch- kann. Auf diese Weise kann man bei stehendem spannung. In Strahlrichtung gesehen unterhalb der Arbeitsstrahl 12 den Strahlauftreffbereich abbildend Anode 4 ist ein elektromagnetisches Ablenksystem 7 abtasten, wobei die Auflösung im wesentlichen nur angeordnet, das zur Strahljustierung dient. Das Ge- 30 von der Kleinheit des Strahlungsempfängers 30 abrät 8 dient zur Stromversorgung des Ablenksystems 7. hängt. Zusätzlich enthält die Vorrichtung nach Unterhalb des Systems 7 ist eine Blende 9 angeord- F i g. 3 einen Elektronenstrahloszillographen 32, desnet, die in hier nicht dargestellter Weise in der Blen- sen Ablenksystem 26' bis 29' synchron mit dem Abdenebene bewegt werden kann. lenksystem 26 bis 29 des Kontroll-Strahlenganges

Zur Fokussierung des Elektronenstrahls 12 auf das 35 betrieben wird. Die Intensitäts-Steuereinrichtung 33, zu bearbeitende Werkstück 13 ist eine elektromagne- beispielsweise die Wehnelt-Elektrode des Oszillotische Fokussierungslinse 10 vorgesehen. Die Strom- graphen 32, wird über einen Verstärker 31 vom Ausversorgung der Linse 10 erfolgt über das Gerät 11. gangssignal des Strahlungsempfängers 30 gesteuert. Das Werkstück 13 ist auf dem schematisch darge- Man kann auf diese Weise bei genügend rascher stellten Kreuztisch 14 gelagert, welcher über die Kur- 40 periodischer Verschiebung des Bildes über den Empbel 15 von links nach rechts und über eine weitere, fänger 30 ein stehendes Bild des Auftreffbereichs des hier nicht dargestellte Kurbel von vorn nach hinten Strahls 12 auf dem Schirm 34 des Oszillographen erbewegt werden kann. halten, ohne daß man den Arbeitsstrahl 12 dabei zu

Das Bearbeitungsgerät 1 enthält eine Über- verändern braucht.

wachungsvorrichtung 20 für den Strahlauftreffbereich. 45 Die Ausführungsform nach F i g. 4 unterscheidet In dieser Überwachungsvorrichtung wird ein Bündel sich von der Ausführungsform nach F i g. 2 im weder vom Strahlauftreffbereich ausgehenden reflektier- sentlichen dadurch, daß zwischen dem Abbildungsten Elektronenstrahlen 16 in einem Kontroll-Strah- system 23 und dem Strahlungsempfänger 38 eine lengang zur Abbildung des Strahlauftreffbereichs auf Nachbeschleunigungsstrecke mit zwei Nachbeschleueinen Strahlungsempfänger verwendet. Der Kontroll- 5° nigungselektroden 35, 36 vorgesehen ist. Als Strah-Strahlengang enthält ein Abbildungssystem mit zwei lungsempfanger 38 dient hier wieder ein fotoelek-Abbildungseinheiten oder Linsen 17 und 18, die ein irischer Empfänger, der vor einem Leuchtschirm 37 Bild des Strahlauftreffbereichs auf einem Strahlungs- angeordnet ist; der Leuchtschirm ist in bekannter empfänger 19 erzeugen. Am Ort des ersten Zwischen- Weise mit einer dünnen Metallfolie versehen, die mit bildes ist eine feine Blende 50' angeordnet, welche 55 der Nachbeschleunigungselektrode 36 verbunden ist. dafür sorgt, daß nur reflektierte Elektronen einer be- Die Nachbeschleunigungsspannung wird in einem stimmten Geschwindigkeit zum Strahlungsempfänger Generator 39 erzeugt.

19 gelangen. Hinter der Linse 18 wird mit Hilfe eines F i g. 5 erläutert schematisch eine Vorrichtung zur

schematisch angedeuteten Ablenkfeldes 21 der Kon- Überwachung des Strahlauftreffbereichs in Geräten troIl-Strahlengang geknickt. Dadurch wird der Emp- 60 zur Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahfänger 19 vor Bedampfung geschützt. Der Empfän- len; im folgenden wird angenommen, daß es sich bei ger 19 ist etwas kleiner als das bei gewünschter opti- dem Arbeitsstrahl 12 um einen Elektronenstrahl hanmaler Fokussierung des Elektronenstrahls 12 in der delt. Das Strahlerzeugungssystem 2, 3, 4 ist hier ge-Empfängerebene entstehende Bild des Strahlauftreff- neigt zur Achse der als magnetische Linse dargebereichs; der Strahlungsempfänger 19 ist ferner so 65 stellten Fokussiereinrichtung 10 angeordnet. Ein elekbeschafien, daß er ein von dem gesamten von ihm tromagnetisches Ablenkfeld 40 dient zur Umlenkung empfangenen Strahlungsanteil abhängiges Ausgangs- des Elektronenstrahls 12 in die Achse der Linse 10. signal erzeugt, d. h., daß der Empfänger 19 ein über Diese fokussiert den Elektronenstrahl 12 in üblicher

Weise auf das Werkstück 13. Das durch die Linse 10 zurücklaufende Bündel der an der Strahlauftreffstelle elastisch reflektierten Elektronen 16 wird durch das Ablenkfeld gegensinnig zum Primärstrahl 12 abgelenkt und zu einem Strahlungsempfänger 42 geleitet. Hier wirkt also die Fokussiereinrichtung 10 gleichzeitig als Abbildungssystem für den Kontroll-Strahlengang.

Das Ablenkfeld 40 kann auch zwischen der Linse 10 und dem Werkstück 13 angeordnet werden.

Zur Ablenkung des bearbeitenden Ladungsträgerstrahls 12 über das Werkstück 13 ist zwischen dem Werkstück 13 und dem Ablenkfeld 40 ein steuerbares elektrostatisches Strahlablenksystem 46 angeordnet. Bewegt man mit Hilfe dieses Strahlablenksystems den bearbeitenden Ladungsträgerstrahl 12 über das Werkstück, so bleibt das in der Ebene des Strahlungsempfängers 42 entworfene Bild des Strahlauftreffbereichs in einer festen Lage.

Bei einer Verstellung der Fokussiereinrichtung 10 ändert sich, da diese Fokussiereinrichtung auch als Abbildungselement für den Kontroll-Strahlengang wirkt, auch die Lage des vom Strahlauftrefibereich entworfenen Bildes. Um dies auszugleichen, ist in dem nicht mit dem Strahlengang des bearbeitenden Ladungsträgerstrahls 12 zusammenfallenden Abschnitt des Kontroll-Strahlenganges 16 ein zweites steuerbares Abbildungselement 41, hier als elektromagnetische Linse dargestellt, angeordnet, und die Steuereinrichtungen 44 und 45 der beiden Abbildungselemente 10 und 41 sind derart miteinander gekoppelt, daß Veränderungen der Steuerung der beiden Abbildungselemente gegensinnig erfolgen. Die Auslegung ist dabei so, daß von der Linse 10 ein Zwischenbild in der Ebene 43 entworfen wird, und dieses Zwischenbild wird mit der Linse 41 auf den Strahlungsempfänger 42 abgebildet. Die gegensinnige Steuerung der beiden Linsen 10 und 41 sorgt dafür, daß das auf dem Strahlungsempfänger 42, beispielsweise einem Leuchtschirm, entworfene Bild des Strahlauftreffbereichs stets scharf erscheint.

Die Ausführungsform nach F i g. 5 hat zugleich die Funktion einer Ionenfalle, was zur Verbesserung der Lebensdauer der Kathode beiträgt. Außerdem ist auch hier der Strahlungsempfänger 42 vor Bedampfung geschützt.

F i g. 6 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie F i g. 5. Hier werden reflektierte Teilchen 74, die seitlich des Hauptstrahls 12 durch die Linse 10 laufen, durch ein Ablenkfeld 47 abgetrennt und über ein Abbildungssystem 48 auf den Strahlungsempfänger 49, beispielsweise einen Leuchtschirm, abgebildet. Auch in diesem Fall bildet die Fokussierungslinse 10 das erste Abbildungselement des Abbildungssystems im Kontroll-Strahlengang. Der Strahlungsempfänger ist auch hier vor Bedampfung geschützt.

Die F i g. 7 erläutert schematisch eine Vorrichtung zur Überwachung des Strahlauftreffbereichs in Geräten zur Materialbearbeitung mittels Korpuskularstrahlen, mit einem Kontroll-Strahlengang für ein Bündel der vom Strahlauftrefibereich 54 ausgehenden Teilchen- und/oder Röntgenstrahlung und einem im Kontroll-Strahlengang angeordneten Strahlungsempfänger 55, im einfachsten Fall einem Leuchtschirm. Die Vorrichtung enthält im Kontroll-Strahlengang eine Kante einer den Querschnitt des Kontroll-Strahlenganges teilweise erfüllenden Blende 53. Diese Kante wird von der vom Strahlauftreffbereich 54 ausgehenden Strahlung in Form eines Schattenbildes auf den Leuchtschirm 55 abgebildet. Zwischen der Kante 53 und dem Leuchtschirm 55 ist ein schematisch angedeutetes Ablenkfeld 56 angeordnet, das zur Umlenkung des Kontroll-Strahlenganges dient. Durch dieses Ablenkfeld und durch die vor dem Leuchtschirm 55 angeordneten Abschirmblenden 57 und 58 wird ein Bedampfen des Leuchtschirms verhindert. Es ist auch möglich, das Ablenkfeld zwischen dem Werkstück 13 und der Kante 53 anzuordnen. In diesem Fall wird auch ein Bedampfen der Kante verhindert.

Die Abbildungsschärfe der Kante 53 auf dem Leuchtschirm 55 ist ein Maß für die Ausdehnung des Strahlauftreffbereichs 54. So ist bei optimal fokussiertem Strahl ein scharfer Hell-Dunkel-Übergang auf dem Leuchtschirm 55 zu sehen, wogegen dieser Übergang bei einer Vergrößerung des Brennflecks verwaschen wird.

Wird die Kante 53 durch eine kreisförmige Blende ersetzt, so entsteht auf dem Leuchtschirm 55 ein Schattenbild dieser Blende. Der Hell-Dunkel-Ubergang erscheint bei optimal fokussiertem Strahl 12 ebenfalls wieder scharf begrenzt. Bei einer Vergrößerung des Strahlauftreffbereichs 54 wird der Hell-Dunkel-Übergang nur dann entlang der ganzen Peripherie des Schattenbildes gleichmäßig auseinandergezogen, wenn die Strahlauftreffstelle kreisförmig ist. Abweichungen von der Kreisform äußern sich in unterschiedlicher Breite des Hell-Dunkel-Überganges, so daß in diesem Fall auch Aussagen über die Form der Strahlauftreffstelle gemacht werden können.

Das in Fig. 7 dargestellte Ablenkfeld 56 kann unter Umständen eine Störung des Schattenwurfes hervorrufen. F i g. 8 zeigt nun eine Vorrichtung, bei welcher eine solche Störung weitgehend vermieden wird. Die vom Strahlauftrefibereich 54 ausgehende Teilchenstrahlung 59 wird durch das zwischen den Polschuhen 60 und 61 gebildete Magnetfeld abgelenkt und entwirft ein Schattenbild der Kante 62 auf dem Leuchtschirm 63. Das Magnetfeld wirkt hier in Richtung der Kante 62, so daß der Kontroll-Strahlengang um eine horizontale Achse geknickt wird. Der umgelenkte Kontroll-Strahlengang verläuft schräg nach hinten, während die Richtung des Magnetfeldes schräg nach vorn verläuft.

Die in F i g. 9 dargestellte Vorrichtung beruht auf dem gleichen Prinzip wie die Vorrichtungen nach den Fig. 7 und 8. Hier wird jedoch ein Bündel der vom Werkstück 13 ausgehenden Teilchenstrahlung durch eine zweiteilige Blende in einen Kontroll-Strahlengang geführt. Die zweiteilige Blende besteht aus einem ringförmigen ersten Blendenteil 64 und einem in der Strahlenrichtung dagegen versetzten, koaxialen scheibenförmigen zweiten Blendenteil 65, dessen Durchmesser im Verhältnis zum Lochdurchmesser des ersten Blendenteils, zum gegenseitigen Abstand der beiden Blendenteile und zum Abstand des ersten Blendenteils vom Strahlauftrefibereich so gewählt ist, daß bei optimaler Fokussierung des bearbeitenden Korpuskularstrahls der am Ende des Kontroll-Strahlenganges angeordnete Strahlungsempfänger 66, 67 gerade keine Einstrahlung mehr empfängt. Als Strahlungsempfänger dient hier eine Kombination aus einem Leuchtschirm 66 und einem fotoelektrischen Empfänger 67, dessen Anzeigegerät in der Figur nicht dargestellt ist. Ist der bearbeitende Strahl 12 — wie mit ausgezogenen Linien dar-

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gestellt — optimal fokussiert, so läßt sich eine Einstellung der Blenden 64 und 65 realisieren, bei der der Leuchtschirm 66 dunkel bleibt. Bei einer — gestrichelt gezeichneten — Defokussierung des Strahls 12 erscheint dann auf dem Leuchtschirm 66 ein heller Kreisring, dessen Gesamthelligkeit vom Fokussierungszustand des bearbeitenden Strahls 12 abhängig ist. Die Anzeige des an den fotoelektrischen Empfänger 67 angeschlossenen Anzeigegeräts ist also ein Maß für den Fokussierungszustand. Der Empfänger 61 kann auch in einfacher Weise dazu verwendet werden, um die optimale Strahlfokussierung automatisch zu erreichen. Eine solche Vorrichtung ist in Fig. 10 schematisch dargestellt. Bei dieser Vorrichtung ist der Kontroll-Strahlengang bei 68 angedeutet. Vor dem Leuchtschirm 69 am Ende des Kontroll-Strahlenganges ist ein kleiner fotoelektrischer Empfänger 70 angeordnet, der nur den zentralen Bereich des Leuchtschirmbildes erfaßt. Dieser Empfänger speist einen Verstärker 71, der wiederum ao mit einem Gerät 72 in Verbindung steht, das immer dann einen Schaltimpuls liefert, wenn das vom Empfänger 70 gelieferte Signal einen maximalen Wert erreicht. Das von dem Gerät 72 gesteuerte Gerät 73 beeinflußt das für den Fokussierungszustand der Linse 10 verantwortliche Linsenstromgerät 11 in der Weise, daß der durch die Fokussierungslinse 10 fließende Strom periodisch verändert wird. Dadurch wird auch die Größe der Strahlauftreffstelle auf dem Werkstück 13 periodisch verändert. Bei dieser Veränderung durchläuft der Brennfleck den Zustand der optimalen Fokussierung, und in diesem Moment wird vom Gerät 72 ein Schaltimpuls geliefert, welcher das Gerät 73 außer Tätigkeit setzt und damit den in diesem Moment durch die Fokussierungslinse 10 fließenden Strom festhält. Es stellt sich also automatisch ein Brennfleck kleinster Abmessungen ein. Es ist auch möglich, statt eines Leuchtschirms 69 direkt einen fotoelektrischen Empfänger zu verwenden.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Überwachung des Strahlauftreffbereichs in Geräten zur Materialbearbeitung mittels Korpuskularstrahlen mit einem Kontroll-Strahlengang für ein Bündel der von dem Strahlauftreffbereich ausgehenden Teilchen- und/ oder Röntgenstrahlung, wobei der Kontroll-Strahlengang ein Abbildungssystem zur Abbildung des Strahlauftreffbereichs sowie einen im Bildbereich des Abbildungssystems angeordneten Strahlungsempfänger aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Fläche des Strahlungsempfängers (30; 70) kleiner ist als die Fläche des bei optimaler Fokussierung des bearbeitenden Korpuskularstrahls (12) vom Abbildungssystem (23, 68) erzeugten Bildes des Strahlauftreffbereichs (13) und daß der Strahlungsempfänger ein von dem gesamten von ihm empfangenen Strahlungsanteil abhängiges Ausgangssignal erzeugt (Fig. 2, 3 und 10).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontroll-Strahlengang ein Strahlablenksystem (26 bis 29) zum Verschieben des Bildes relativ zum Strahlungsempfänger (30) aufweist (F i g. 3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Elektronenstrahloszillographen (32), der ein synchron mit dem Ablenksystem (26 bis 29) des Kontroll-Strahlenganges betriebenes Ablenksystem (26' bis 29') und eine vom Ausgangssignal des Strahlungsempfängers (30) gesteuerte Intensitäts-Steuereinrichtung (33) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Kontroll-Strahlengang eine mit Hilfe eines Ablenkfeldes (25) erzeugte Krümmung aufweist (F i g. 2 und 3).

5. Vorrichtung zur Überwachung des Strahlauftreffbereichs in Geräten zur Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahlen mit einem Kontroll-Strahlengang für ein Bündel der von dem Strahlenauftreffbereich ausgehenden Ladungsträgerstrahlung, wobei der Kontroll-Strahlengang ein Abbildungssystem zur Abbildung des Strahlauftreffbereichs sowie einen im Bildbereich des Abbildungssystems angeordneten Strahlungsempfänger aufweist und in einem zwischen dem Bearbeitungsbereich und einem magnetischen Ablenkfeld verlaufenden Abschnitt mit dem Strahlengang des bearbeitenden Ladungsträgerstrahls zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zwischen dem Strahlauftreffbereich (13) und dem Ablenkfeld (40) verlaufenden Abschnitt des Strahlenganges ein steuerbares elektrostatisches Strahlenablenksystem (46) angeordnet ist (Fig. 5 und 6).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in dem zwischen dem Strahlauftreffbereich (13) und dem magnetischen Ablenkfeld (40) verlaufenden Abschnitt des Strahlenganges eine steuerbare Fokussiereinrichtung (10) für den bearbeitenden Ladungsträgerstrahl vorgesehen ist, die gleichzeitig ein erstes steuerbares Abbildungselement des Abbildungssystems bildet, daß in dem nicht mit dem Strahlengang des bearbeitenden Ladungsträgerstrahls zusammenfallenden Abschnitt des Kontroll-Strahlenganges (16) ein zweites steuerbares Abbildungselement (41) angeordnet ist und daß die Steuereinrichtungen (44, 45) der beiden Abbildungselemente (10, 41) derart miteinander gekoppelt sind, daß die Veränderungen der Steuerung der beiden Abbildungselemente gegensinnig erfolgen (F i g. 5).

7. Vorrichtung zur Überwachung des Strahlauftreffbereiches in Geräten zur Materialbearbeitung mittels Korpuskularstrahlen mit einem Kontroll-Strahlengang für ein Bündel der vom Strahlauftreffbereich ausgehenden Teilchen- und/ oder Röntgenstrahlung und einem im Kontroll-Strahlengang angeordneten Strahlungsempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß im Kontroll-Strahlengang wenigstens eine Kante einer den Querschnitt des Kontroll-Strahlenganges teilweise erfüllenden Blende (53; 62; 64, 65) vorgesehen ist, deren Abbildungsschärfe auf dem Strahlungsempfänger (55; 63; 67) ein Maß für die Ausdehnung des Strahlauftreffbereichs ist (Fig. 7 bis 9).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweiteilige Blende mit einem ringförmigen ersten Blendenteil (64) und

einem in der Strahlenrichtung dagegen versetzten, koaxialen scheibenförmigen zweiten Blendenteil (65) aufweist, dessen Durchmesser im Verhältnis zum Lochdurchmesser des ersten Blendenteils (64), zum gegenseitigen Abstand der beiden Blendenteile (64,65) und zumAbstand des ersten Blendenteils vom Strahlauftreffbereich so gewählt ist, daß bei optimaler Fokussierung des bearbeitenden Korpuskularstrahls der Strahlungsempfänger gerade keine Einstrahlung mehr empfängt (Fig. 9).

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende in Strahlrichtung verstellbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche? 15 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strah-

lungsempfänger in an sich bekannter Weise einen Leuchtschirm (55; 63; 66) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche? bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsempfänger in an sich bekannter Weise einen fotoelektrischen Empfänger (67) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Kontroll-Strahlengang eine mit Hilfe eines Ablenkfeldes (56; 60) erzeugte Krümmung aufweist (F i g. 7 und 8).

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Kontroll-Strahlengang in an sich bekannter Weise eine Nachbeschleunigungsstrecke (35, 36) vorgesehen ist (Fig. 4).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen