DE3428802C2

DE3428802C2 -

Info

Publication number: DE3428802C2
Application number: DE19843428802
Authority: DE
Inventors: Volker 6451 Neuberg De Bauer; Walter Dr. 6450 Hanau De Dietrich; Horst Dr. 8755 Alzenau De Ranke
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1984-08-04
Filing date: 1984-08-04
Publication date: 1992-11-19
Also published as: GB2164174A; FR2568720A1; GB2164174B; DE3428802A1; JPS6142845A; GB8515695D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Fokussierungszustandes eines periodisch über eine Viel zahl von diskreten Ablenkpositionen innerhalb einer ge meinsamen Zielfläche abgelenkten Elektronenstrahls.

Ein derartiges Verfahren ist anwendbar beim Schweißen und Bohren mittels eines Elektronenstrahls, wenn die Bearbeitungsstellen beispielsweise in rasterförmiger Verteilung in der Zielfläche angeordnet sind. Das Ver fahren ist ferner anwendbar beim Oberflächenhärten mittels Elektronenstrahlen sowie beim Elektronenstrahlschmelzen, wenn es darum geht, die Leistung des Elektronenstrahls in einer definierten flächenmäßigen Verteilung in die Schmelze einzubringen (DE-OS 28 12 285). Wie die ge nannte Druckschrift zeigt, ist das erfindungsgemäße Verfahren aber mit besonderem Vorteil anwendbar beim Aufdampfen von Stoffen aus einem Tiegel, wenn es darum geht, innerhalb einer größeren Kondensations zone eine gleichförmige Zusammensetzung der aus dem Dampf kondensierten Schichten zu erhalten.

In allen Fällen erzeugt der Elektronenstrahl auf seiner Auftreff-Fläche, die hier als Zielfläche be zeichnet wird, ein definiertes Flächenmuster, das sich aus einer Vielzahl von diskreten Ablenkpositionen zusammensetzt. Das Flächenmuster besteht aus einzelnen, in einer oder zwei Dimensionen aneinander gereihten Feldern, wobei durch die Größe dieser Felder und die Verweilzeit des Elektronenstrahls in den einzelnen Feldern eine örtlich definierte Leistungszufuhr bewirkt werden kann.

Während es beim Schweißen oder Bohren mit dem Elektronen strahl erwünscht ist, in jeder Ablenkposition möglichst identische Strahldaten zu erhalten, kann es beim Vakuumaufdampfen erwünscht sein, durch örtlich unter schiedliche Leistungszufuhr eine örtlich unter schiedliche Verdampfungsleistung zu bewirken, um auf andere Ursachen zurückzuführende Inhomogenitäten im Kondensationsbereich des Dampfes zu kompensieren.

Bei einer mechanischen Relativbewegung zwischen Elektronen strahlkanone und Zielfläche bleibt die Strahlablenkung unverändert, so daß auch der Fokussierungszustand er halten bleibt. Eine mechanische Relativbewegung ist jedoch zeitraubend und daher für viele Fälle nicht brauchbar oder schwierig und daher nur mit großem Aufwand durchzuführen. So scheidet beispielsweise beim Schmelzen oder Verdampfen eine Bewegung des Tiegels aus naheliegenden Gründen aus. Eine Bewegung der Elektronenstrahlkanone gestaltet sich jedoch außerordentlich aufwendig.

Man hat daher in der Vergangenheit überwiegend von der Eigenschaft des Elektronenstrahls Gebrauch gemacht, sich mittels elektromagnetischer oder elektrostatischer Felder mehr oder weniger stark ablenken zu lassen, so daß dadurch eine Vielzahl von diskreten Ablenk positionen innerhalb einer relativ großen Ziel fläche erreicht werden kann, ohne daß eine mechanische Relativbewegung ausgeführt werden müßte. Das Prinzip eines solchen Verfahrens ist von der Fernseh-Bildröhre her bekannt. Nun hat jedoch eine solche Maßnahme den erheblichen Nachteil, daß die Qualität des Fokussierungs zustandes sich mit zunehmendem Ablenkwinkel verringert.

Durch die DE-AS 20 47 138 ist es bekannt, daß ein von einer feststehenden Elektronenstrahlquelle ausgehender, zu verschiedenen diskreten Ablenkpositionen hin abge lenkter Elektronenstrahl an den Auftreffstellen sehr verschiedene Strahlquerschnitte aufweisen kann, so daß sich die Leistungsdichte an den Auftreffstellen ent sprechend ändert. Dies ist ein unerwünschter Vorgang, und in der genannten Schrift wird daher vorgeschlagen, den unterschiedlichen Fokussierungszustand an den ver schiedenen Auftreffstellen durch unterschiedliche Ver weilzeiten zu kompensieren. Die Wirkung einer solchen Maßnahme ist aber außerordentlich begrenzt und für zahlreiche Fälle nicht anwendbar, bei denen es auf eine exakte Strahlfokussierung bzw. auf einen de finierten Strahldurchmesser an der Auftreffstelle des Elektronenstrahls ankommt. Insbesondere ist die be kannte Maßnahme dann nicht brauchbar, wenn die relativen Verweilzeiten des Elektronenstrahls in den verschiedenen diskreten Ablenkpositionen nicht verändert werden können, weil beispielsweise die Durchlaufzeit des Elektronenstrahls für eine sehr große Zahl von Ablenkpositionen vorgegeben ist.

Wenn beispielsweise aus einem langgestreckten Ver dampfertiegel Stoffe auf ein oberhalb des Verdampfer tiegels kontinuierlich vorbeigeführtes Band aufge dampft werden, dann haben örtlich unterschiedliche Leistungsdichten bzw. Verweilzeiten des Elektronen strahls ein unerwünschtes "Streifenmuster" auf dem bewegten Band zur Folge, das bei zahlreichen Anwendungs fällen nicht toleriert werden kann. Um über die ge samte Bandbreite definierte Verdampfungsbedingungen zu erhalten - dies ist eine wesentliche Voraussetzung für eine homogene Schichtdickenverteilung quer zur Bandlaufrichtung - benötigt man über den gesamten Ablenkbereich einen Elektronenstrahlbrennfleck konstanter Leistungsdichte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuerverfahren der eingangs beschriebenen Art und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, durch das bzw. die in der gesamten Zielfläche bzw. über den gesamten Ablenkbereich ein Elektronenstrahlbrennfleck vorgegebener Leistungsdichte erhalten wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß man zu Beginn den Fokussierungszustand des Elektronenstrahls in jeder einzelnen diskreten Ablenkposition mittels variabler Ablenkfelder auf eine vorgegebene Brennfleckgeometrie einjustiert, die dieser Brennfleckgeometrie entsprechenden Fokussierungsdaten mit den zugehörigen Positions daten in einem Speicher speichert und während des Betriebes zu jeder Strahlposition die zugehörigen Fokussierungsdaten vom Speicher abfragt und die Strahlfokussierung entsprechend nachsteuert.

Dabei wird in der Praxis so vorgegangen, daß man bei der Einstellung der Vorrichtung den Elektronen strahl nacheinander mittels definierter Ablenk ströme in der Ablenkeinheit in definierte Ablenk positionen bringt und unter visueller Beobachtung den Fokussierungszustand bzw. die Brennfleckgeometrie durch Potentiometer manuell einstellt. Auf die vor richtungsseitigen Voraussetzungen hierfür wird weiter unten noch näher eingegangen. Zu jeder Ablenkposition, die durch X-Y-Koordinaten definiert ist, werden die elektrischen, den Fokussierungszustand definierenden Daten ermittelt und durch Betätigung einer Eingabe taste in die Speicherplätze für die zu der be treffenden Ablenkposition gehörenden Fokussierungs daten eingegeben. Dieser Vorgang ist je nach der geforderten Präzision entsprechend zeitraubend; nach einer einmaligen Einstellung der Vorrichtung können jedoch die gespeicherten Daten über einen sehr langen Zeitraum konstant gehalten werden.

Beim automatischen Betrieb der Vorrichtung werden dann die zu jeder Strahlposition gehörenden Fokussierungs daten nach Maßgabe der zugehörigen Ablenkposition vom Speicher abgefragt und die Strahlfokussierung entsprechend nachgesteuert. Dieser Vorgang erfolgt zyklisch bzw. periodisch mit einer entsprechenden Frequenz, die ohne weiteres bis zu 1000 Hz betragen kann.

Beim Vakuumaufdampfen hat beispielsweise eine ent sprechend hohe Ablenkfrequenz die Wirkung, daß der Verdampfungsvorgang trotz diskontinuierlicher Beauf schlagung der Oberfläche des Verdampfungsmaterials mit dem Elektronenstrahl wegen der Wärmeträgheit der Schmelze praktisch kontinuierlich erfolgt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfang gelöst, d. h. über den gesamten Ab lenkbereich des Elektronenstrahls wird ein Elektronen strahlbrennfleck vorgegebener Leistungsdichte erhalten, und der negative Einfluß unterschiedlicher Strahl ablenkungen in jeder Ablenkposition wird automatisch und mit hoher Geschwindigkeit korrigiert. Dies er möglicht die Einhaltung genau vorgegebener Wechsel wirkungen zwischen dem Elektronenstrahl und der be schossenen Materie in jeder Ablenkposition. So werden beispielsweise beim Schweißen Schweißstellen (Punkte) stets gleicher Eigenschaften erhalten. Beim Vakuumaufdampfen aus langgestreckten Tiegeln, deren längste Achse quer zur Bewegungsrichtung eines laufenden Bandes verläuft, werden Schichten mit einer außerordentlich großen Homogenität hinsicht lich der Schichtdicke und der Schichtzusammensetzung erhalten. Dies macht sich insbesondere dann vorteil haft bemerkbar, wenn das gleiche Band nacheinander über mehrere Verdampfertiegel hinweg bewegt wird, aus denen unterschiedliche Verdampfungsmaterialien freigesetzt werden. Insbesondere aber zeichnet sich das erfindungsgemäße Steuerverfahren durch eine hohe Reproduzierbarkeit der beeinflußten Verfahrens parameter aus.

Das erfindungsgemäße Steuerverfahren ermöglicht auch den Bau kompakterer und damit kostengünstigerer Vor richtungen. Während man bisher bestrebt war, den Ab stand zwischen der Elektronenstrahlkanone und der Zielfläche möglichst groß zu halten, um den Ablenk winkel entsprechend klein halten zu können, ist es mit dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren möglich, die Elektronenstrahlkanone unter Inkaufnahme eines größeren maximalen Ablenkwinkels näher an die Zielfläche heran zurücken. Dies führt zu Vorrichtungsabmessungen von geringerem Bauvolumen, die auch schneller und mit ge ringerem Aufwand evakuiert werden können.

Selbstverständlich können beim Erfindungsgegenstand die relativen Verweilzeiten in einer jeden Ablenk position auch unterschiedlich gewählt werden. Da die relative Verweildauer aber keine Korrekturgröße für unterschiedliche Fokussierungszustände mehr ist, brauchen die relativen Verweilzeiten nicht mehr ge ändert werden, so daß bei einmal getroffener Zahl die Abtastfrequenz konstant bleibt. So ist es bei spielsweise beim Vakuumaufdampfen zweckmäßig, die relativen Verweilzeiten in den Ablenkpositionen an den Tiegelenden länger zu wählen, weil an diesen Stellen ein erhöhter Wärmebedarf durch die hier zu sätzlich vorhandenen wassergekühlten Tiegelstirn wände auftritt. Die für jede Ablenkposition erforder lichen relativen Verweilzeiten werden durch eine Programmsteuerung vorgegeben, der die erfindungsgemäße Fokussierungssteuerung exakt folgt. Die Einstellung definierter Verweilzeiten durch eine Programmsteuerung ist bereits Stand der Technik (DE-OS 28 12 285) und wird daher hier nicht näher beschrieben.

Außerhalb der Stirnseiten eines Verdampfertiegels ist es aber in der Regel wünschenswert, an allen Ab lenkpositionen einen Elektronenstrahlbrennfleck mit konstanter bzw. identischer Leistungsdichte zu er halten. Eine solche Maßnahme ist dann sogar uner läßlich, wenn es sich um die Herstellung identischer Schweißstellen oder Bohrungen handelt.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vor richtung zur Durchführung des weiter oben be schriebenen Verfahrens. Eine solche Vorrichtung be sitzt in herkömmlicher Weise eine Elektronenstrahl kanone mit einem Strahlerzeuger, einer Fokussierungs einheit und einer Ablenkeinheit für die Strahlab lenkung in X-Y-Koordinaten. Die Vorrichtung be sitzt weiterhin eine Steuereinheit für die Ablenkung des Elektronenstrahls in die einzelnen, durch die X-Y-Koordinaten definierten Ablenkpositionen unter Einhaltung definierter Verweilzeiten.

Zur Lösung der Aufgabe wird daher gemäß der weiteren Erfindung

a) die Elektronenstrahlkanone im Strahlweg des Elektronen strahls mit einer Vielpolanordnung ausgerüstet, durch die der Elektronenstrahl mit einer Frequenz bis zu 1000 Hz nachfokussierbar ist, und ferner enthält
b) die Steuereinheit Speicherplätze für die X-Y- Koordinaten der Ablenkpositionen und Speicherplätze für die zu jeder Ablenkposition gehörenden Fokussierungs daten sowie einen Mikroprozessor, durch den die Strahlbewegung in die einzelnen Ablenkpositionen und die Verweilzeiten sowie die Fokussierungszustände in den einzelnen Ablenkpositionen nach Maßgabe der Abfrage der Speicherplätze steuerbar ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Verwendung von Vielpolanordnungen, sogenannten Quadrupolen und Oktupolen, zur Fokussierung des Elektronenstrahls bei Elektronenstrahlgeräten zur Materialbearbeitung aus der DE-PS 10 64 168 bekannt ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungs gegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteran sprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine Wirkungsweise werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 7 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Elektronen strahlkanone in Verbindung mit einem Block schaltbild der zugehörigen Steuereinheit für die Beheizung eines Verdampfertiegels,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Zielfläche mit in zwei Reihen angeordneten Ablenkpositionen,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Zielfläche mit im Kreis angeordneten Ablenkpositionen,

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Elektronenstrahl kanone im Bereich des Strahlweges,

Fig. 5 einen Axialschnitt durch den unteren Teil von Fig. 4, wobei die Schnittebenen im rechten Winkel zueinander stehen gemäß der Linie V-V in Fig. 7,

Fig. 6 einen Radialschnitt durch den Gegenstand von Fig. 5 entlang der Linie VI-VI und

Fig. 7 einen Radialschnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 5.

In Fig. 1 ist in sehr schematischer Darstellung eine Elektronenstrahlkanone 1 dargestellt, zu der ein Strahl erzeuger 2, eine elektromagnetische Fokussierungsein heit 3, eine Vielpolanordnung 4 und eine herkömmliche Ablenkeinheit 5 für die Strahlab lenkung in X-Y-Koordinaten gehört. Einzelheiten einer solchen Elektronenstrahlkanone werden anhand der Fig. 4 bis 7 noch näher erläutert.

Der Elektronenstrahlkanone 1 ist eine Steuereinheit 6 zugeordnet, deren Kernstück ein Mikroprozessor 7 ist. Dem Mikroprozessor ist eine Eingabeeinheit 8 mit einem Tastenfeld 9 für die Eingabe von Steuerbefehlen etc. zugeordnet. Die Eingabeeinheit besitzt ferner Stell einrichtungen 10 und 11 für die Beeinflussung der Fokussierungsdaten mittels der Vielpolanordnung 4. Die Stelleinrichtungen 10 und 11 sind durch Potentiometer knöpfe symbolisiert.

Dem Mikroprozessor 7 aufgeschaltet ist weiterhin eine Speichereinheit 12 mit Speicherplätzen 13 für die X-Y-Koordinaten der Ablenkpositionen und mit Speicher plätzen 14 für die zu jeder Ablenkposition gehörenden Fokussierungsdaten.

Dem Mikroprozessor 7 nachgeschaltet ist eine Steuer schaltung 15 für die Ansteuerung der Vielpol anordnung 4 sowie eine Steuerschaltung 16 für die Ansteuerung der Ablenkeinheit 5.

Mittels der Eingabeeinheit 8 und des Mikroprozessors 7 wird auch das Ablenkprogramm einschließlich der relativen Verweilzeiten in den einzelnen Ablenk positionen vorgegeben.

Unterhalb der Elektronenstrahlkanone 1 ist ein langge streckter Verdampfertiegel 17 dargestellt, der mit einem Verdampfungsgut 18 gefüllt ist. Der aus der Ab lenkeinheit 5 austretende Elektronenstrahl wird nun periodisch über die Oberfläche des Verdampfungsgutes 18 abgelenkt, wobei er nach dem weiter oben beschriebenen Programm diskrete Ablenkpositionen F₁ bis F_n einnimmt, die hier durch schwarze Striche symbolisiert sind. Die beiden extremen Ablenkstellungen des Elektronen strahls sind durch gestrichelte Linien 19 und 20 angedeutet. Es ergibt sich, daß extreme Verhältnisse in den Ablenkpositionen F₁ und F_n vorliegen. Ein Elektronenstrahl, der in der Mitte des Verdampfertiegels 17 noch einen kreisförmigen Brennfleck aufweist, hätte in den Positionen F₁ und F_n stark verzerrte bzw. elliptische Brennfleckgeometrien. Hier greift nun die Erfindung ein, und zwar wird für jede der Ablenkpositionen mittels der Stelleinrichtungen 10 und 11 die Vielpolanordnung 4 in der Weise verstellt, daß die Brennfleckgeometrie an allen Auftreffstellen vorgegebenen, vorzugsweise identischen Fokussierungszuständen entspricht. Die in jeder einzelnen Ablenkposition ermittelten Fokussierungsdaten werden durch Betätigung des Tastenfeldes 9 in die Speicher plätze 14 eingegeben und dort auf Abruf bereitgehalten. Die Fläche, in der sämtliche Ablenkpositionen liegen, wird als Zielfläche 21 bezeichnet; sie ist in Fig. 2 von dem inneren Rechteck 22 umrissen, das die innere Begrenzungswand des Verdampfertiegels 17 darstellt.

In Fig. 2 ist ein aus insgesamt vierundzwanzig Ablenkpositionen zusammengesetztes Ablenkmuster zu erkennen, bei dem die diskreten Ablenkpositionen durch schraffierte Kreise dargestellt sind. Die Durch messer der schraffierten Kreise entsprechen dem Durch messer des in der betreffenden Ablenkposition kurz zeitig festgehaltenen Elektronenstrahls. Im dargestellten Fall sind die vierundzwanzig Ablenkpositionen auf zwei Reihen mit je zwölf Ablenkpositionen verteilt, jedoch ist die Länge einer Reihe oder Zeile und die Anzahl der darin liegenden Ablenkpositionen praktisch beliebig wähl bar, und auch die Anzahl der Reihen oder Zeilen ist weitgehend frei wählbar. Die Lage der einzelnen Ablenk positionen, genauer, der Mittelpunkte der einzelnen Ablenkpositionen, ist durch X-Y-Koordinaten festgelegt, die von einem Bezugspunkt P ausgehen. Das Fortbewegen des Elektronenstrahls erfolgt durch stufenweise Ver änderung des Ablenkstromes der jeweils zugehörigen Ab lenkspule. Der Verlauf des Ablenkstroms in X-Richtung läßt sich durch eine Treppenkurve mit zwölf Stufen darstellen. Einzelheiten einer solchen Strahlablenkung sind jedoch Stand der Technik und werden daher nicht näher erläutert. Die betreffenden X-Y-Koordinaten werden in die Speicherplätze 13 eingegeben. Sobald die definierte Strahlposition erreicht ist, werden die zugehörigen Fokussierungsdaten aus den Speicher plätzen 14 abgerufen und der Strahl entsprechend korrigiert, wodurch sich das in Fig. 2 gezeigte äußerst gleichmäßige Flächenmuster ergibt.

Anhand von Fig. 3 ist dargestellt, daß die einzelnen Ablenkpositionen F₁ bis F₆ auch auf einem Kreis ange ordnet sein können, wenn es beispielsweise darum geht, einen rotationssymmetrischen Verdampfertiegel 17a zu beschießen. In diesem Fall ist die Zielfläche 17 eine Kreisfläche, die durch den Innenrand des Ver dampfertiegels begrenzt wird. Auch hier geht es darum, in jeder Ablenkposition F₁ bis F₆ an jeder Stelle den gleichen Fokussierungszustand, d. h. den gleichen Strahldurchmesser bei absoluter Kreisform des Strahl querschnitts zu erzielen. Gleichbleibende Strahl leistung vorausgesetzt, ergibt sich hierdurch in allen Fällen eine konstante Leistungsdichte.

Fig. 4 zeigt die wesentlichen Teile einer praktischen Ausführungsform einer Elektronenstrahlkanone 1, wie sie im wesentlichen aus der DE 25 19 537 C2 bekannt ist. Im Strahlerzeuger 2, von dem nur die Wehnelt-Elektrode 22 sichtbar ist, befindet sich eine hier nicht darge stellte Katode, die entlang der Kanonenachse A-A einen Elektronenstrahl aussendet. Die Beschleunigung des Elektronenstrahls erfolgt in herkömmlicher Weise durch eine Beschleunigungsanode 23, die sich über ein trichterförmiges Zwischenstück 24 in Richtung auf ein Strahlführungsrohr 25 fortsetzt, von dem hier nur die Umrißlinien gestrichelt dargestellt sind. Unter halb der Beschleunigungsanode 23 befindet sich noch ein Absperrventil 26, das über eine Betätigungswelle 27 aus dem Strahlweg herausschwenkbar ist. Der Strahl erzeuger 2 ist vakuumdicht von einem doppelwandigen Außenrohr 28 umgeben, um im Bereich des Strahler zeugers 2 das erforderliche Betriebsvakuum aufrecht erhalten zu können.

Zur Elektronenstrahlkanone 1 gehört weiterhin ein Befestigungsflansch 29, an den sich nach unten hin ein Mantelrohr 30 anschließt, in dem sämtliche elektronenoptischen Teile untergebracht sind. Hierzu gehört auch die in den Fig. 5 und 7 noch näher erläuterte Ablenkeinheit, von der in Fig. 4 nur die unten aus dem Mantelrohr herausragenden Pol schuhe 31 und 32 zu sehen sind.

Aus der in einem größeren Maßstab gehaltenen Fig. 5 ist ersichtlich, daß das Strahlführungsrohr 25 und das Mantelrohr 30 durch ein Ringteil 33 miteinander verbunden sind. Am oberen Ende des Mantelrohres 30 befindet sich weiterhin ein Flansch 34, mit dem das Mantelrohr 30 gegen den Befestigungsflansch 29 ver spannt ist, der radial einwärts bis zum Strahl führungsrohr 25 reicht. Auf diese Weise wird zwischen dem Strahlführungsrohr 25 und dem Mantelrohr 30 ein hermetisch geschlossener hohlzylindrischer Raum 35 gebildet, in dem unter Belassung von Ringspalten 36 und 37 eine hohlzylindrische Hülse mit einer Innen wand 38, einer Außenwand 39 und einem Ringteil 40 angeordnet ist. Die betreffenden Teile sind mit dem Befestigungsflansch 29 verbunden. In dieser Hülse sind die Fokussierungseinheit 3, die Vielpol anordnung 4 und die Ablenkeinheit 5 angeordnet. Die Hohlräume sind von einem Kühlmedium durchströmt, um die Betriebstemperaturen der elektronenoptischen Einrichtungen auf einem möglichst niedrigen Niveau zu halten.

Die Vielpolanordnung 4, im vorliegenden Fall ein Quadrupol, ist unmittelbar unterhalb der Fokussierungs einheit 3 angeordnet und eröffnet die Möglichkeit, dem Elektronenstrahl in der Ebene gemäß der Schnitt linie VI-VI einen Strahlquerschnitt aufzuzwingen, der in der Zielfläche einen Brennfleck mit der vorge gebenen Geometrie erzeugt. Der Einfluß von Quadrupolen auf den Elektronenstrahl ist an sich bekannt und wird daher nicht näher erläutert.

Wie aus Fig. 6 hervorgeht, besteht die Vielpolan ordnung 4 aus einem ringförmig geschlossenen Magnet joch 41 mit Ausnehmungen 42, in denen Spulenkerne 43 mit Polschuhen 44 und Magnetwicklungen 45 angeordnet sind. Die Spulenkerne 43 sind über Schraubzapfen 46 mit dem Magnetjoch 41 verbunden. Es versteht sich, daß das Strahlführungsrohr 25 und die Innenwand 38 aus a-magnetischem Werkstoff bestehen.

In Fig. 7 ist die Ablenkeinheit 5 im Detail darge stellt. Auf einem Magnetjoch 47 befinden sich diametral gegenüber Spulenkerne 48 und 49 mit Polschuhen 50 und 51, sowie Magnetwicklungen 52 und 53. Um 90 Grad hierzu versetzt sind Spulenkerne 54 und 55 ange ordnet, auf denen sich Magnetwicklungen 56 und 57 befinden. Die Spulenkerne 54 und 55 sind durch das Ringteil 33 hindurch verlängert und tragen jenseits dieses Ringteils die Polschuhe 31 und 32 (Fig. 4 und 5). Einzelheiten der Fokussierungseinheit 3 und der Ablenkeinheit 5 sind jedoch Stand der Technik, so daß sich ein weiteres Eingehen hierauf erübrigt.

Die Spulenkerne 43 der Vielpolanordnung 4 sind je nach der Frequenz, mit der die veränderliche Nach fokussierung durchgeführt werden muß, lamelliert bzw. aus Transformatorenblech ausgeführt. Sie erlauben da durch eine Nachfokussierung mit einer entsprechend hohen Frequenz, die mit der Fokussierungseinrichtung 3 nicht möglich wäre. Bei einem Oktupol wäre die An zahl der Magnetpole gegenüber Fig. 6 noch ver doppelt, und zwar mit einem Polabstand von jeweils 45 Grad. Bei den Vielpolanordnungen liegen sich jeweils gleichartige Pole gegenüber, so daß die Magnetfelder nicht diametral durch die Kanonenachse A-A verlaufen. Andererseits sind jeweils zwei benachbarte Magnet spulen so vom Strom durchflossen, daß sie entgegen gesetzte Pole bilden. Bei Verwendung eines Quadrupols muß die Steuerschaltung 15 zwei unabhängige Stromaus gänge aufweisen, bei Verwendung eines Oktupols vier unabhängige Stromausgänge.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung des Fokussierungs-Zustandes eines periodisch über eine Vielzahl von diskreten Ablenkpositionen innerhalb einer gemeinsamen Ziel fläche abgelenkten Elektronenstrahls, dadurch gekenn zeichnet, daß man zu Beginn den Fokussierungszustand des Elektronenstrahls in jeder einzelnen diskreten Ablenkposition mittels variabler Ablenkfelder auf eine vorgegebene Brennfleckgeometrie einjustiert, die dieser Brennfleckgeometrie entsprechende Fokussierungsdaten mit den zugehörigen Positions daten in einem Speicher speichert und während des Be triebes zu jeder Strahlposition die zugehörigen Fokussierungsdaten vom Speicher abfragt und die Strahlfokussierung entsprechend nachsteuert.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, unter Verwendung einer Elektronenstrahl kanone mit einem Strahlerzeuger, einer Fokussierungs einheit und einer Ablenkeinheit für die Strahlab lenkung in X-Y-Koordinaten innerhalb der Ziel fläche und einer Steuereinheit für die Ablenkung des Elektronenstrahls in die einzelnen, durch die X-Y-Koordinaten definierten Ablenkpositionen unter Einhaltung definierter Verweilzeiten, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Elektronenstrahlkanone (1) im Strahlweg des Elektronenstrahls eine Vielpolan ordnung (4) aufweist, durch die der Elektronen strahl mit einer Frequenz bis zu 1000 Hz nachfokussierbar ist, und daß
b) die Steuereinheit (6) Speicherplätze (13) für die X-Y-Koordinaten der Ablenkpositionen und Speicherplätze (14) für die zu jeder Ablenk position gehörenden Fokussierungsdaten sowie einen Mikroprozessor (7) enthält, durch den die Strahlbewegung in die einzelnen Ablenkpositionen und die Verweilzeiten sowie die Fokussierungs zustände in den einzelnen Ablenkpositionen nach Maßgabe der Abfrage der Speicherplätze (13, 14) steuerbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Vielpolanordnung (4) eine Quadrupolanordnung ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole der Vielpolanordnung geblechte Spulenkerne (43) mit Polschuhen (44) besitzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Elektronen strahlkanone einen von einem Strahlführungsrohr und einem Mantelrohr begrenzten zylindrischen Hohlraum aufweist, in dem die Fokussierungsein heit und die Ablenkeinheit angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielpolanordnung (4) im gleichen Hohlraum (35) zwischen der Fokussierungs einheit (3) und der Ablenkeinheit (5) angeordnet ist.