DD204345A5

DD204345A5 - HIGH CONSTANT SPRAYER FOR LOADED PARTICLES

Info

Publication number: DD204345A5
Application number: DD24408082A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Beisswenger; Wolfgang Boppel
Original assignee: Hell Rudolf Gmbh
Priority date: 1981-10-21
Filing date: 1982-10-18
Publication date: 1983-11-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Materialbearbeitung mittels Elektronenstrahl, insbesondere auf die Gravur von Tiefdruckformen. Ziel der Erfindung ist es, einen hochkonstanten Strahlerzeuger zu schaffen, bei dem ein in Quellgroesse<Oeffnungskegel und Strahlstrom konstanter Strahl zur Verfuegung steht. Es ist eine, den Strahl umgebende, und mit einem Messwiderstand verbundene Messblende auf der der Kathode abgewandten Seite der Hilfselektrode vorgesehen, durch die ein Teil des durch die Hilfselektrode beeinflussten Strahlstroms ausblendbar ist. Der Messwiderstand ist als Istwert-Geber mit einem an einer Referenzspannung angeschlossenen Regler verbunden und der Ausgang des Reglers ist mit einem Stellglied verbunden, dessen Ausgang mit an die Hilfselektrode angeschlossen ist. Anwendungsgebiet der Erfindung: Optoelektronische Druckformherstellung fuer Tiefdruck.The invention relates to the field of material processing by means of electron beam, in particular to the engraving of gravure printing forms. The aim of the invention is to provide a high-constant beam generator in which a source beam <Oeffnungskegel and beam current is constant beam available. It is a, the beam surrounding, and connected to a measuring resistor measuring orifice on the side facing away from the cathode of the auxiliary electrode provided by which a part of the influenced by the auxiliary electrode beam current can be faded out. The measuring resistor is connected as an actual value encoder with a controller connected to a reference voltage and the output of the controller is connected to an actuator whose output is connected to the auxiliary electrode. Field of application of the invention: Optoelectronic printing plate production for gravure printing.

Description

2U080 32U080 3

Berlin, denBerlin, the

Title of the invention

'Hochkonstanter Strahlerzeuger für geladene Teilchen.'High-constant charged particle beam.

Anwendungsgebiet der Erfindung Area of application of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hochkonstanten Strahlerzeuger für geladene Teilchen mit einer beheizten Kathode, einer Hilfselektrode und einer durchbohrten Anode.The present invention relates to a high-constant charged particle beam generator having a heated cathode, an auxiliary electrode and a pierced anode.

Characteristic of the known solutions

Es sind bereits Elektronenstrahl-Erzeugungssysteme bekannt, bei denen der Strahlstrom mittels einer Hilfselektrode, die auch als_> Wehneltzylinder bezeichnet wird, steuerbar istThere are already known electron beam generating systems in which the beam current by means of an auxiliary electrode, which is also referred to as _> Wehneltzylinder, controllable

Für verschiedene Anwendungszwecke, z. B. für Materialbearbeitung oder Elektronenstrahlmikroskopie oder Elektronenstrahllithographie wird eine hohe Konstanz des Elektronenstrahls gefordert, die aber in der Praxis bisher nicht in vollem Umfang gegeben ist. Es ist beispielsweise in der Patentanmeldung PCT/DE/80/0008 6 ein Elektronenstrahl- , Erzeugungssystem mit einer beheizten Kathode, einer durchbohrten Anode und einer auf negativerem Potential als die Kathode liegenden Hilfselektrode vorgeschlagen worden, das dadurch gekennzeichnet -ist, daß der Strahlstrom durch Bemessen der aktiven Fläche der Kathode und durch Regelung der Kathodenheizung auf konstante Temperatur bestimmt ist. For various applications, eg. As for material processing or electron beam microscopy or electron beam lithography, a high constancy of the electron beam is required, but in practice has not been given in full. For example, in patent application PCT / DE / 80/0008 6 an electron beam generating system having a heated cathode, a pierced anode and an auxiliary electrode lying at a more negative potential than the cathode has been proposed, characterized in that the beam current passes through Dimensioning the active area of the cathode and regulating the cathode heating to constant temperature.

Hierdurch wird erreicht, daß der Emissionsstrom konstant gehalten wird. Durch thermische Driften, die besonders in der Anlaufphase auftreten, ändert sich jedoch der Öffnungswinkel des Strahlkegels, da sich durch die Erwärmung des Systems der Abstand Kathode zu Anode ändert, wodurch sich auch die Form des elektrischen Beschleunigungsfeldes ändert. Die Änderungen sind so groß, daß sie sich störend bemerkbar machen.This ensures that the emission current is kept constant. Due to thermal drifts, which occur especially in the start-up phase, however, the opening angle of the beam cone changes because the heating of the system changes the distance between cathode and anode, as a result of which the shape of the electric acceleration field also changes. The changes are so big that they make themselves disturbing.

Object of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen hochkonstanten Strahlerzeuger zu schaffen, bei dem ein in Quellgröße, Öffnungskegel und Strahlstrom konstanter Strahl zur Verfügung steht.The present invention is therefore based on the object to provide a highly constant beam generator, in which a source in size, aperture cone and beam current is constant beam available.

Presentation of the essential invention

Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß eine den Strahl umgebende und mit einem Meßwiderstand verbundene Meßblende auf der der Kathode abgewandten Seite der Hilfselektrode vorgesehen ist, durch die ein Teil des durch die Hilfselektrode beeinflußten Strätilstroms ausblendbar ist, daß der Meßwiderstand als Istwert-Geber mit einem an e'ine Referenzspannung angeschlossenen Regler verbunden ist und daß der Ausgang des Reglers im Sinne einer Konstanthaltung' des durch die Blende ausgeblendeten Strahlstroms mit der Hilfselektrode verbunden ist. Je nach Lage der Meßblende kann es günstig sein, die Meßblende auf ein Potential zu legen, das vom Nullpotential des Elektronenstrahlerzeugungssystems ver-schieden ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, d-aß die Blende als Faraday-Käfig ausgebildet ist. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Anode des Systems als Meßblende ausgebildet ist.The invention achieves this by providing a measuring diaphragm surrounding the beam and connected to a measuring resistor on the side of the auxiliary electrode facing away from the cathode, by which part of the current flow influenced by the auxiliary electrode can be faded out, so that the measuring resistor acts as an actual value transmitter connected to e'ine reference voltage controller is connected and that the output of the controller in the sense of a constant 'of the masked by the aperture beam current is connected to the auxiliary electrode. Depending on the position of the orifice, it may be beneficial to set the orifice to a potential that is different from the zero potential of the electron gun. An advantageous development of the invention consists in that the diaphragm is designed as a Faraday cage. A further advantageous embodiment of the invention is that the anode of the system is designed as a metering orifice.

- 3 Ausführungsbeispiel - 3 embodiment

244080 3244080 3

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1 und 2The invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2

näher erläutert.explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Figur 1: ein Beispiel für die Anordnung der Elektroden eines Elektronenstrahl-ErzeugungssystemsFigure 1: an example of the arrangement of the electrodes of an electron beam generating system

Figur 2: ein prinzipielles Schaltungsbeispiel zur Durchführung der Erfindung.Figure 2: a basic circuit example for carrying out the invention.

Figur 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau des Strahl-e erzeugungssystems, nämlich eine beheizte Kathode K, eine Hilfselektrode W und eine Meßblende M, die den aus der Kathodenoberfläche austretenden Elektronenstrahl E umgibt. Die Meßblende M ist über einen Meßwiderstand R„ mit einem konstanten Potential, z. B. dem Massepotential, verbunden und so ausgebildet, daß der Teil des Strahlstroms, der größer als die Bohrung B der Blende ist, aufgefangen wird. Um den .Wirkungsgrad dieser Blende konstant zu halten, ist der Raum vor der Blende in Richtung der Kathode außerdem als Faraday-Käfig FK ausgeführt. Innerhalb des Strahlerzeugungssystems kann die Meßblende M selbst die Anode sein oder die Anode kann in Strahlrichtung gesehen, vor oder nach der Meßblende angeordnet sein. Ist der Strahl so gebündelt, daß er eine Größe hat, die durch die Randstrahlen E, und E„ dargestellt ist, so kann er die Blendenöffnung B ungehindert passieren. Ist der Strahl weiter auf gefächert, wie dies durch die Randstrahlen E-, und E, dargestellt ist, so trifft er auf die Innenwand der Meßblende M, und es fließt ein Strom durch den Meßwiderstand R-. zum Bezugspotential. FIG. 1 shows a basic structure of the jet generating system, namely a heated cathode K, an auxiliary electrode W and an orifice plate M, which surrounds the electron beam E emerging from the cathode surface. The orifice M is connected via a measuring resistor R "with a constant potential, for. B. the ground potential, connected and formed so that the part of the jet stream, which is larger than the bore B of the aperture, is collected. In order to keep the .Degree of this aperture constant, the space in front of the aperture in the direction of the cathode is also designed as a Faraday cage FK. Within the beam generation system, the orifice M itself may be the anode or the anode may be arranged in the beam direction, before or after the orifice. If the beam is bundled so that it has a size that is represented by the marginal rays E, and E ", so he can pass through the aperture B unhindered. If the beam fanned further, as shown by the marginal rays E-, and E, so he meets the inner wall of the orifice M, and it flows through the measuring resistor R-. to the reference potential.

Hierbei kann es vorteilhaft sein, daß die Meßblende M auf einem Potential liegt, das vom Nullpotential des Elektron-enstrahlerzeugungssystems verschieden ist.It may be advantageous that the orifice M is at a potential that is different from the zero potential of the electron beam generating system.

2U08 0 32U08 0 3

Die Praxis zeigt, daß sich durch thermische Driften, vor allem in der Anlaufphase, der Abstand zwischen Kathode und Anode ändert. Bei fest eingestellter Spannung an der Hilfselektrode W, auch Wehneltzylinder genannt, verändert sich dadurch die Strahlgeometrie, und es kommt ohne die Meßblende M und die erfindungsgemäß vorgesehene Regeleinrichtung dadurch zu einer Änderung der Strahlintensität.Practice shows that changes by thermal drift, especially in the start-up phase, the distance between the cathode and anode. When fixed voltage at the auxiliary electrode W, also called Wehneltzylinder, thereby changing the beam geometry, and it comes without the orifice M and the inventively provided control device thereby to a change in the beam intensity.

In Figur 2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei der der am Meßwiderstand R_M auftretende Ableitstrom, der an dem Meßwiderstand 'R-. einen Spannungsabfall U^ . hervorruft, an einen Spannungsregler R gegeben wird, der seinerseits wiederum mit einer Referenzspannung U ,. verbunden ist. Der Ausgang dieses Reglers ist weiterhin mit einem Stellglied S verbunden, das an die Hilfselektrode W eine Regelspannung abgibt, die dafür sorgt, daß die am Meßwiderstand R_M auftretende Spannung konstant gehalten wird.FIG. 2 shows a circuit arrangement in which the leakage current occurring at the measuring resistor R _M , which is connected to the measuring resistor 'R'. a voltage drop U ^. is given to a voltage regulator R, which in turn with a reference voltage U ,. connected is. The output of this regulator is further connected to an actuator S, which outputs a control voltage to the auxiliary electrode W, which ensures that the voltage occurring at the measuring resistor R _M is kept constant.

Die hiermit erzielten Resultate lassen sich noch verbessern, wenn ein Elektronenstrahl-Erzeuger gemäß der älteren Patentanmeldung PCT/DE/80/00086 verwendet wird, bei dem durch eine Regelung der Kathodentemperatur und Bemessung der aktiven Kathodenfläche dafür gesorgt wird, daß der totale Emissionsstrom konstant ist. Vereiniget man diese beiden Maßnahmen, so ergibt sich ein Strahlerzeuger, der die geforderte, hohe Konstanz aufweist.The results achieved here can be further improved if an electron beam generator according to the earlier patent application PCT / DE / 80/00086 is used, in which it is ensured by a control of the cathode temperature and dimensioning of the active cathode surface that the total emission current is constant , Uniting these two measures, the result is a beam generator, which has the required high consistency.

Commercial usability

Die Erfindung kann mit Vorteil bei der Materialbearbeitung mit Elektronenstrahlen verwendet werden, wo es auf hohe Konstanz des Elektronenstrahls ankommt. Ein besonderes Anwendungsgebiet liegt auf dem Gebiet der Herstellung von Druckformen mittels Elektronenstrahlen, wobei der Elektronenstrahl in die Oberfläche der Druckform die für den Druckvorgang erforderlichen Näpfchen graviert. Außerdem kann die Erfindung bei der Elektronenstrahlmikroskopie und der Elektronenstrahllithographie zur Herstellung hochpräziser Halbleiterbauelemente verwendet werden.The invention can be used with advantage in the processing of materials with electron beams, where it depends on high constancy of the electron beam. A particular field of application is in the field of the production of printing plates by means of electron beams, the electron beam engraving in the surface of the printing plate the cells required for the printing process. In addition, the invention can be used in electron beam microscopy and electron beam lithography for producing high-precision semiconductor devices.

Claims

244080 3

Berlin, the invention claims

1. electron beam generating system with high constancy of the jet stream and the beam geometry with a heated cathode, an auxiliary electrode and a pierced anode, characterized in that a beam (E) surrounding and with a measuring resistor (R _M ) connected orifice plate (M) on the cathode (K) facing away from the auxiliary electrode (W) is provided, by which a part of the by the auxiliary electrode (W) influenced beam current can be faded out, that the measuring resistor (R _M ) connected as an actual value encoder with a to a reference voltage (U _f ) Regulator (R) is connected and that the output of the regulator (R) is connected to an actuator (S) whose output is connected to the 'auxiliary electrode (W).

2. Electron beam generation system according to item 1,

characterized in that the metering orifice (M) is designed as a Faraday cage (FK).

3. electron gun according to item 1 or 2, characterized in that the orifice (M) is at a potential which is different from the zero potential of the electron beam generating system.

4. electron gun according to one of the items 1 to 3, characterized in that the anode of the system is designed as a metering orifice (M).

5. electron gun according to one of the items 1 to 4, characterized in that the jet current is determined by measuring the active area of the cathode and by controlling the cathode heating to constant temperature.

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