DE102014105451B3

DE102014105451B3 - Anordnung zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls, Verfahren zum Erzeugen eines Ablenksignals und Verfahren zum Betreiben einer Elektronenstrahlkanone

Info

Publication number: DE102014105451B3
Application number: DE102014105451.2A
Authority: DE
Inventors: Werner Lang; Marko Plaschkies; Udo Ließ
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-04-17

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Anordnung (100) zum Ablenken eines Elektronenstrahls (110e) aufweisen: eine Recheneinheit (102), die zum Bereitstellen von Ablenkdaten (102d) eingerichtet ist, welche eine zeitabhängige Ablenkung des mittels der Elektronenstrahlkanone (110) erzeugten Elektronenstrahls (110e) definieren; eine Audiosignal-Prozessiereinheit (104), aufweisend: eine Eingabe-Schnittstelle (104e), die mit der Recheneinheit (102) gekoppelt ist zum Empfangen der von der Recheneinheit bereitgestellten Ablenkdaten (102d); mindestens eine Ausgabe-Schnittstelle (104a) zum Ausgeben eines analogen Audiosignals; einen Prozessor (104p), welcher derart eingerichtet ist, dass dieser unter Berücksichtigung der empfangenen Ablenkdaten (102d) ein analoges amplitudenmoduliertes Trägersignal (104s) erzeugt und mittels der Ausgabe-Schnittstelle (104a) das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal (104s) als das analoge Audiosignal ausgibt, wobei das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal (104s) die Ablenkdaten (102d) repräsentiert; und ein mit der mindestens einen Ausgabe-Schnittstelle (104a) der Audiosignal-Prozessiereinheit (104) gekoppeltes Elektronenstrahl-Ablenksystem zum Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone (110) erzeugten Elektronenstrahls (110e) unter Verwendung des amplitudenmodulierten analogen Trägersignals (104s).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls, ein Verfahren zum Erzeugen eines Ablenksignals und ein Verfahren zum Betreiben einer Elektronenstrahlkanone.
Im Allgemeinen kann ein Elektronenstrahl mit hoher Leistung mittels einer sogenannten Elektronenstrahlkanone bereitgestellt werden, so dass mittels des Elektronenstrahls innerhalb einer Vakuumprozesskammer ein Träger oder ein Target mittels des Elektronenstrahls prozessiert werden kann. Beispielsweise kann der Elektronenstrahl auf einer Oberfläche eines Targets innerhalb der Vakuumprozesskammer entlang geführt werden und Targetmaterial des Targets verdampft werden. Somit kann beispielsweise ein Elektronenstrahl-Beschichtungsprozess realisiert werden zum Beschichten eines Substrats innerhalb der Vakuumprozesskammer mit verdampftem Targetmaterial. Ferner kann der Elektronenstrahl auch dazu genutzt werden, ein Substrat oder einen Träger innerhalb der Vakuumprozesskammer zu prozessieren, z. B. zu erwärmen oder dessen Form oder Struktur zu verändern, z. B. zu schneiden, wobei der Elektronenstrahl auf einer Oberfläche eines Substrats oder des Trägers entlang geführt werden kann. Allgemein kann es für verschiedene Prozesse notwendig sein, den Auftreffort P(x, y, z) eines Elektronenstrahls innerhalb einer Vakuumprozesskammer entlang einer vordefinierten Trajektorie T(P, t) zu führen oder zu verändern. Dabei ergibt sich der jeweilige Auftreffort P(x, y, z) des Elektronenstrahls aus dem Verlauf des Elektronenstrahls in der Vakuumprozesskammer und der relativen Lage des jeweiligen Bereichs, welcher die Ausbreitung des Elektronenstrahls begrenzt (d. h. der Lage der Fläche auf die der Elektronenstrahl dann auftrifft), zu dem Elektronenstrahl.
In DE 2443625 A1 ist eine Vorrichtung zum Belichten von in regelmäßiger Verteilung angeordneten Flächenelementen, z. B. Halbleiter-Elementen, mit vorgegebenen Mustern beschrieben, wobei dazu ein Elektronenstrahl verwendet wird. Dabei weist die Vorrichtung ein Raster-Ablenksystem und ein nachgeschaltetes Korrektur-Ablenksystem für den Elektronenstrahl auf.
In US 4,794,646 A ist eine Vorrichtung zum Untersuchen von Masken oder Wafern beschrieben, wobei dazu ein gerasterter Elektronenstrahl und ein Detektor verwendet werden.
In „J. Fath et al., Industrial Applications of Backscattered Electrons in Modern EB-Welding Machines, in Proceedings of 8^th International Conference an Electron Beam Technologies, Varna (2006), 66–69” ist eine Vorrichtung zum Elektronenstrahlschweißen beschrieben, wobei der Elektronenstrahl zur Beobachtung des Werkstücks verwendet wird.
In „S. Chandra et al., PC sound card-based simple instrument for the potentiometric sensors. Sensors and Actuators A: Physical 154 (2009), 65–68” ist ein PC-Soundkarten-basiertes Gerät beschrieben, was zur Charakterisierung chemischer und physikalischer Geräte verwendet werden kann.
In „T. S. Gunawan et al., PC sound card based instrumentation and control. Computer and Communication Engineering (ICCCE), 2010 International Conference on. IEEE, 2010” ist eine PC-Soundkarte beschrieben, welche als Signalgenerator und als digitales Zweikanal-Oszilloskop mittels einer „Matlab Data Acquisition Toolbox” verwendet werden kann.
Eine Elektronenstrahlkanone kann beispielsweise eine Elektronenstrahlquelle und eine Ablenkvorrichtung aufweisen, wobei ein gerichteter Elektronenstrahl mittels der Elektronenstrahlquelle erzeugt werden kann und wobei der gerichtete Elektronenstrahl mittels der Ablenkvorrichtung abgelenkt werden kann. Das Ablenken des Elektronenstrahls kann beispielsweise mittels Magnetspulen der Ablenkvorrichtung erfolgen, wobei die Spulen mittels eines Ablenksystem gesteuert oder geregelt werden können, so dass die Ausbreitung des Elektronenstrahls in der Vakuumprozesskammer verändert werden kann und der Auftreffort P(x, y, z) des Elektronenstrahls (z. B. auf einem Objekt in der Vakuumprozesskammer) entlang einer vorgegebenen Trajektorie T(P, t) geführt werden kann.
Eine Anordnung zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls kann beispielsweise mehrere Komponenten aufweisen, z. B. mindestens eine Komponente mittels der ein Ablenksignal erzeugt werden kann und eine weitere Komponente oder mehrere weitere Komponenten (ein Ablenksystem) mittels der das Ablenksignal für die Ablenkvorrichtung aufbereitet werden kann und der Elektronenstrahl abgelenkt werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ablenkvorrichtung auch als Teil des Ablenksystems betrachtet werden.
Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann anschaulich darin gesehen werden, eine möglichst einfache, kostengünstige und wenig störungsanfällige Anordnung zum Betreiben einer Elektronenstrahlkanone bereitzustellen, so dass ein mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugter Elektronenstrahl an einer vordefinierten Stelle in einer Vakuumprozesskammer auftreffen kann und/oder entlang einer vordefinierten Trajektorie T(P, t) innerhalb der Vakuumprozesskammer geführt werden kann, indem der Elektronenstrahl entsprechend mittels einer Ablenkvorrichtung der Elektronenstrahlkanone abgelenkt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Anordnung zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls Folgendes aufweisen: eine Recheneinheit, wobei die Recheneinheit zum Bereitstellen von Ablenkdaten eingerichtet ist, wobei die Ablenkdaten eine zeitabhängige Ablenkung des mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls definieren; eine Audiosignal-Prozessiereinheit, wobei die Audiosignal-Prozessiereinheit eine Eingabe-Schnittstelle, die mit der Recheneinheit zum Empfangen der von der Recheneinheit bereitgestellten Ablenkdaten gekoppelt ist; mindestens eine Ausgabe-Schnittstelle zum Ausgeben eines analogen Audiosignals; und einen Prozessor aufweist, wobei der Prozessor derart eingerichtet ist, dass dieser unter Berücksichtigung der empfangenen Ablenkdaten ein analoges amplitudenmoduliertes Trägersignal erzeugt und mittels der Ausgabe-Schnittstelle das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal als das analoge Audiosignal ausgibt, wobei das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal die Ablenkdaten repräsentiert; und (wobei die Anordnung ferner aufweist) ein mit der mindestens einen Ausgabe-Schnittstelle der Audiosignal-Prozessiereinheit gekoppeltes Elektronenstrahl-Ablenksystem zum Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls unter Verwendung des amplitudenmodulierten analogen Trägersignals.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Audiosignal-Prozessiereinheit eine interne Soundkarte, eine externe Soundkarte, ein Teil einer Grafikkarte oder ein Teil einer Hauptplatine sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Audiosignal-Prozessiereinheit einen Audiosignal-Prozessor aufweisen, um hardware-basiert und/oder software-basiert das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal zu erzeugen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Prozessor eine beliebige geeignete elektronische Komponente sein, z. B. ein Chip, ein Soundprozessor oder Audio-Prozessor, ein Hauptprozessor (CPU), ein Mehrkern-Prozessor, ein Micro-Prozessor, ein digitaler Soundprozessor mit einem gekoppelten D/A-Wandler (Digital/Analog-Wandler), ein analoger Soundprozessor, ein Digital/Analog Soundprozessor, ein Signalprozessor, ein digitaler Signalprozessor mit einem gekoppelten D/A-Wandler, ein Digital/Analog Signalprozessor, ein Field Programmable Gate Array (FPGA, eine programmierbare Logik-Gatter-Anordnung), eine RISC-CPU mit reduziertem Befehlssatz (Reduced Instruction Set Computer), eine CISC-CPU mit komplexem Befehlssatz (Complex Instruction Set Computer), und/oder dergleichen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Audiosignal-Prozessiereinheit derart eingerichtet sein, dass diese ein analoges Trägersignal unter Verwendung eines Audio-Codecs amplitudenmoduliert. Ein Audio-Codec (z. B. AC'97, HD Audio bzw. auch IHD (Intels High Definition Audio) genannt) ist ein Gerät oder Computerprogramm zum Codieren oder Decodieren eines digitalen Audio-Datenstroms oder eines analogen Audio-Signals.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Audiosignal-Prozessiereinheit derart eingerichtet sein, dass diese ein amplitudenmoduliertes Trägersignal unter Verwendung eines Audio-Codecs als analoges amplitudenmoduliertes Trägersignal ausgibt. Dabei kann das amplitudenmodulierte Trägersignal beispielsweise mittels einer Software erzeugt werden und zum Beispiel kann das per Software modulierte Trägersignal über eine analoge AC'97 oder HD Audio Schnittstelle ausgegeben werden.
Anschaulich wurde erkannt, dass sich herkömmliche Soundprozessoren oder Soundkarten dazu eignen, ein Ablenksignal zum Ablenken eines Elektronenstrahls bereitzustellen. Dazu kann ein analoges Trägersignal amplitudenmoduliert werden, so dass dieses die entsprechenden Ablenkdaten trägt, und das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal kann als Audiosignal ausgegeben werden. Damit das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal als Ablenksignal verwendet werden kann, kann es notwendig sein, dieses zu demodulieren, um einen beliebigen (vom Trägersignal unabhängigen) zeitlichen Spannungsverlauf (U_x(t) und U_y(t)) zum Ablenken des Elektronenstrahls mittels der Ablenkvorrichtung zu erzeugen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Elektronenstrahl-Ablenksystem einen mit der Ausgabe-Schnittstelle der Audiosignal-Prozessiereinheit gekoppelten Demodulator aufweisen, wobei der Demodulator derart eingerichtet ist, dass dieser das analoge amplitudenmodulierte Trägersignal (von der Audiosignal-Prozessiereinheit) empfangen und demodulieren kann, und unter Berücksichtigung der Demodulation ein analoges Ablenksignal mittels einer Ausgabe-Schnittstelle des Demodulators ausgeben kann, wobei das analoge Ablenksignal die Ablenkdaten repräsentiert. Dabei kann das analoge Ablenksignal die Ablenkdaten als elektrische Spannung U(t) in einem Spannungsbereich von U_min bis U_max repräsentieren. Dabei kann das analoge Ablenksignal eine zeitabhängige elektrische Spannung (U_x(t), U_y(t)) aufweisen, wobei die zeitabhängige Spannung des analogen Ablenksignals die Ablenkdaten repräsentiert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Elektronenstrahl-Ablenksystem einen mit der Ausgabe-Schnittstelle des Demodulators gekoppelten Ablenkverstärker aufweisen, wobei der Ablenkverstärker derart eingerichtet ist, dass dieser das analoge Ablenksignal (vom Demodulator) empfangen und verstärken kann, und mittels einer Ausgabe-Schnittstelle des Ablenkverstärkers das verstärkte analoge Ablenksignal ausgeben kann. Dabei kann das verstärkte analoge Ablenksignal eine zeitabhängige Spannung aufweisen wie das analoge Ablenksignal. Ferner kann das verstärkte analoge Ablenksignal die Ablenkdaten als elektrischen Strom I(t) in einem Stromstärkebereich von (I_min bis I_max) repräsentieren. Dabei kann das verstärkte analoge Ablenksignal einen zeitabhängigen elektrischen Strom (I_x(t), I_y(t)) aufweisen, wobei die zeitabhängige Stromstärke (der zeitabhängige Strom) des verstärkten analogen Ablenksignals die Ablenkdaten repräsentiert. Somit kann beispielsweise ein Magnetfeld einer stromdurchflossenen Ablenkspule direkt mittels des zeitabhängigen Stroms beeinflusst werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Elektronenstrahl-Ablenksystem eine mit der Ausgabe-Schnittstelle des Ablenkverstärkers gekoppelte Ablenkvorrichtung aufweist, wobei die Ablenkvorrichtung derart eingerichtet ist, dass diese das verstärkte analoge Ablenksignal (vom Ablenkverstärker) empfangen kann, und unter Berücksichtigung des empfangenen verstärkten analogen Ablenksignals den mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahl ablenken kann. Die Ablenkvorrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere Spulen aufweisen, welche derart mit der Ausgabe-Schnittstelle des Ablenkverstärkers gekoppelt sind, dass diese von dem verstärkten analogen Ablenksignal durchflossen werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mittels der Anordnung zwei (oder auch mehr als zwei) Ablenksignale (seriell oder parallel) erzeugt werden, z. B. ein x-Ablenksignal und ein y-Ablenksignal, und die Ablenkvorrichtung eine oder mehrere Spulen zur x-Ablenkung und eine oder mehrere Spulen zur y-Ablenkung des Elektronenstrahls aufweisen. Dabei kann das x-Ablenksignal und/oder das verstärkte x-Ablenksignal die x-Ablenkung des Elektronenstrahls definieren bzw. das y-Ablenksignal und/oder das verstärkte y-Ablenksignal die y-Ablenkung des Elektronenstrahls definieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Elektronenstrahl-Ablenksystem eine mit der Ausgabe-Schnittstelle der Audiosignal-Prozessiereinheit und/oder der Ausgabe-Schnittstelle des Demodulators gekoppelte Überwachungsvorrichtung aufweisen (einen sogenannten Watchdog), wobei die Überwachungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass diese zumindest einen Teil des analogen amplitudenmodulierten Trägersignals oder des analogen Ablenksignals mit einer Referenzgröße (z. B. mit einer Referenzspannung oder mit einem Referenzsignal) vergleicht und unter Berücksichtigung des Vergleichs einen Betriebszustand der Elektronenstrahlkanone beeinflusst, z. B. die Strahlquelle der Elektronenstrahlkanone sicherheitshalber abschaltet bei einer Störung des Trägersignals, des amplitudenmodulierten Trägersignals oder des Ablenksignals.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung ferner eine mit der Recheneinheit gekoppelte Kalibriereinheit aufweisen, wobei die Kalibriereinheit derart eingerichtet ist, dass diese das analoge Ablenksignal und/oder das analoge verstärkte Ablenksignal empfangen und/oder analysieren kann, wobei beispielsweise basierend auf der Analyse die zeitabhängigen Ablenkdaten angepasst werden können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Erzeugen eines Ablenksignals zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls Folgendes aufweisen: Bereitstellen von Ablenkdaten, welche eine zeitabhängige Ablenkung eines mittels der Elektronenstrahlkanone bereitgestellten Elektronenstrahls definieren, Erzeugen eines analogen periodischen Trägersignals; Modulieren einer Amplitude des analogen periodischen Trägersignals unter Berücksichtigung der Ablenkdaten; Demodulieren des amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals derart, dass ein analoges Ablenksignal erzeugt wird, welches die zeitabhängigen Ablenkdaten repräsentiert, Übermitteln des analogen Ablenksignals an ein Ablenksystem zum Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Erzeugen eines Ablenksignals zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls Folgendes aufweisen: Bereitstellen von Ablenkdaten, welche eine zeitabhängige Ablenkung eines mittels der Elektronenstrahlkanone bereitgestellten Elektronenstrahls definieren, Erzeugen eines amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals unter Berücksichtigung der Ablenkdaten, Demodulieren des amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals derart, dass ein analoges Ablenksignal erzeugt wird, welches die zeitabhängigen Ablenkdaten repräsentiert, Übermitteln des analogen Ablenksignals an ein Ablenksystem zum Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben einer Elektronenstrahlkanone Folgendes aufweisen: Bereitstellen von Ablenkdaten, welche eine zeitabhängige Ablenkung eines mittels der Elektronenstrahlkanone bereitgestellten Elektronenstrahls definieren, Erzeugen eines analogen periodischen Trägersignals; Modulieren einer Amplitude des analogen periodischen Trägersignals unter Berücksichtigung der Ablenkdaten; Demodulieren des amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals derart, dass ein analoges Ablenksignal bereitgestellt wird, welches die zeitabhängigen Ablenkdaten repräsentiert, Übermitteln des analogen Ablenksignals an einen Ablenksignal-Verstärker; Verstärken des analogen Ablenksignals mittels des Ablenksignal-Verstärkers; Zuführen des verstärkten analogen Ablenksignals zu einer Ablenkvorrichtung der Elektronenstrahlkanone; Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls mittels der Ablenkvorrichtung unter Berücksichtigung des verstärkten analogen Ablenksignals.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben einer Elektronenstrahlkanone Folgendes aufweisen: Bereitstellen von Ablenkdaten, welche eine zeitabhängige Ablenkung eines mittels der Elektronenstrahlkanone bereitgestellten Elektronenstrahls definieren, Erzeugen eines amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals unter Berücksichtigung der Ablenkdaten; Demodulieren des amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals derart, dass ein analoges Ablenksignal bereitgestellt wird, welches die zeitabhängigen Ablenkdaten repräsentiert, Übermitteln des analogen Ablenksignals an einen Ablenksignal-Verstärker; Verstärken des analogen Ablenksignals mittels des Ablenksignal-Verstärkers; Zuführen des verstärkten analogen Ablenksignals zu einer Ablenkvorrichtung der Elektronenstrahlkanone; Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls mittels der Ablenkvorrichtung unter Berücksichtigung des verstärkten analogen Ablenksignals.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Anordnung zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls Folgendes aufweisen: eine Recheneinheit, die zum Bereitstellen von Ablenkdaten eingerichtet ist, wobei die Ablenkdaten eine zeitabhängige Ablenkung des mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls definieren; eine Audiosignal-Prozessiereinheit, aufweisend: eine Eingabe-Schnittstelle, die mit der Recheneinheit gekoppelt ist zum Empfangen der von der Recheneinheit bereitgestellten Ablenkdaten; mindestens eine Ausgabe-Schnittstelle zum Ausgeben eines analogen Audiosignals; einen Prozessor, welcher derart eingerichtet ist, dass dieser mittels der Ausgabe-Schnittstelle ein amplitudenmoduliertes analoges Trägersignal als das analoge Audiosignal unter Berücksichtigung der empfangenen Ablenkdaten ausgibt, wobei das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal die Ablenkdaten repräsentiert; und ein mit der mindestens einen Ausgabe-Schnittstelle der Audiosignal-Prozessiereinheit gekoppeltes Elektronenstrahl-Ablenksystem zum Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls unter Verwendung des amplitudenmodulierten analogen Trägersignals.
Ferner kann die Audiosignal-Prozessiereinheit derart eingerichtet ist, dass diese das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal unter Verwendung eines Audio-codecs ausgibt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Recheneinheit derart eingerichtet sein, dass diese entsprechende Audiodaten zur Verfügung stellt, welche dann mittels der Audiosignal-Prozessiereinheit beispielsweise mittels eines Wandlers als analoges Audiosignal ausgegeben werden, wobei das analoge Audiosignal die Ablenkdaten repräsentiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1A bis 1C jeweils in einer schematischen Ansicht eine Anordnung zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 einen schematischen Schaltplan einer Anordnung zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 einen schematischen Schaltplan einer Anordnung zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Erzeugen eines Ablenksignals, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
5 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben einer Elektronenstrahlkanone, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Mittels einer Elektronenstrahlkanone kann ein gerichteter Elektronenstrahl (z. B. mit einer Strahlleistung von mehr als einem Kilowatt, z. B. mit einer Strahlleistung in einem Bereich von ungefähr 1 kW bis ungefähr 1 MW) erzeugt werden und mittels gesteuerter und/oder geregelter Magnetfelder quer zu dessen Ausbreitungsrichtung (beschrieben als x- und y-Richtung) abgelenkt werden. Dabei können die Magnetfelder mittels Ablenkspulen erzeugt werden, wobei die für die Ablenkspulen notwendigen Ströme mittels eines Ablenksignals und eines Ablenkverstärkers zum Verstärken des Ablenksignals erzeugt werden können. Dabei kann der Ablenkverstärker das Ablenksignal zur Ansteuerung der x- und y-Sollwerte für die Ablenkung des Elektronenstrahls als analoges Ablenksignal mit den Ablenkspannungen (U_x(t), U_y(t)) erhalten oder empfangen. Die Ablenkspannungen (U_x(t), U_y(t)) des analogen Ablenksignals definieren beispielsweise die mittels des Ablenkverstärkers bereitgestellten Ablenkströme (I_x(t), I_y(t)), welche wiederum die entsprechenden Ablenkwinkel (α_x(t), α_y(t)) der Ablenkung des Elektronenstrahls von dessen Ausbreitungsrichtung definieren.
Diese analogen Ablenksignale mit den Ablenkspannungen (U_x(t), U_y(t)) können beispielsweise in einem Computer (mittels einer Recheneinheit) generiert und/oder abgespeichert werden. Die Ablenksignale können beispielsweise während der gesamten Prozesszeit (während der der Elektronenstrahl erzeugt wird) unterbrechungsfrei mit hoher Geschwindigkeit generiert werden. Verschiedene Ausführungsformen basieren beispielsweise auf der Erkenntnis, dass ein Computer standardmäßig einen Audioausgang aufweisen kann oder einfach mit einer Soundkarte ausgerüstet werden kann, um zwei analoge elektrische Signale auszugeben. Ferner lassen sich auch Audioausgabegeräte z. B. über USB, Firewire, WLAN, Bluetooth, HDMI oder dergleichen an den Computer anschließen. Allerdings lässt sich mit einem herkömmlichen Audioausgang keine Gleichspannung ausgeben, denn die Auskopplung des Signals erfolgt über einen Kondensator, d. h. das ausgegebene Audiosignal passiert beispielsweise einen Hochpass.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein spezielles Signal bereitgestellt, welches auf dem Audioausgang des Computers ausgegeben werden kann, wobei dieses Signals zu einem analogen Ablenksignal für den Ablenkverstärker und zu einem Watchdogsignal (einem Überwachungssignal) aufbereitet wird. Ferner wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, eine optionale Vorrichtung (eine Kalibriereinheit) bereitgestellt zur automatischen Erfassung der Übertragungsfunktion des Signalweges zum Zwecke der Kompensation nichtlinearer Übertragung.
Die Ablenksignale für die x- und y-Richtung werden auf den analogen Audioausgangskanälen „rechts” und „links” ausgegeben, d. h. auf einer analogen Schnittstelle der Soundkarte (der Audiosignal-Prozessiereinheit). Dabei wird mit jedem Takt (z. B. mit 44100 Hz) das Signal invertiert, so dass ein Ausgangssignal maximaler Frequenz (z. B. mit 44100 Hz) entsteht. Die minimal ausgegebene Amplitude hat dabei einen Grundpegel, z. B. von 5% oder in einem Bereich von ungefähr 1% bis ungefähr 10%, von der maximalen Amplitude (von 100%). Mittels der minimalen Amplitude (des Grundpegel) wird beispielsweise gewährleistet, dass ständig ein als gültig erkennbares Audiosignal ausgegeben wird, aus dem beispielsweise ein Watchdogsignal generiert werden kann.
Die Amplitude des alternierenden Audioausgangssignals (die Amplitude des periodischen Trägersignals) wird unter Berücksichtigung der gewünschten Ablenkung des Elektronenstrahls zwischen dem Grundpegel und der maximalen Amplitude moduliert. Die Amplitudenmodulation des Trägersignals erfolgt beispielsweise derart, dass der jeweilige Amplitudenwert A(t) einer Ablenkspannung U(t) (als analoges Ablenksignal für den Ablenksignalverstärker) in einem entsprechenden Spannungsbereich (U_min bis U_max) entspricht (z. B. einem Spannungsbereich von –1 V bis +1 V). Anschaulich kann die zeitabhängige Amplitude A(t) des amplitudenmodulierten Trägersignals einen zeitabhängigen Spannungswert U_x(t) oder U_y(t) repräsentieren, wobei die zeitabhängigen Spannungswerte als analoges x-Ablenksignal bzw. y-Ablenksignal dem Ablenkverstärkter zugeführt werden können. Um zwei analoge Ablenksignale (für die x- und y-Ablenkung) bereitzustellen können zwei analoge Ausgänge der Soundkarte genutzt werden, z. B. links und rechts, mittels derer entsprechend zwei amplitudenmodulierte Trägersignale ausgegeben werden.
Das entstehende Audiosignal (das amplitudenmodulierte Trägersignal) enthält beispielsweise das Ablenksignal U(t) oder die Ablenkdaten nach denen der Elektronenstrahl abgelenkt werden soll, in Amplitudenmodulation.
Dabei ist dem Wertebereich (A_min bis A_max) der Audioamplitude A(t) ein Wertebereich (U_min bis U_max) des Ablenksignals U(t) zugeordnet, wobei das Ablenksignal U(t) mittels Demodulation aus dem Audiosignal gewonnen werden kann. Die Zuordnung der Audioamplitude A(t) zu dem Ablenksignals U(t) kann beispielsweise wie folgt eingerichtet sein:
A_min ist dabei der Grundpegel (die minimal ausgegebene Amplitude) und A_max ist die maximal ausgegebene Amplitude. Ferner gilt U_min ≤ U(t) ≤ U_max und |U_min| – |U_max|.
Ferner kann bei einer Normierung auf U_min und U_max die Zuordnung der Audioamplitude A(t) zu dem Ablenksignal U(t) allgemeiner eingerichtet sein, beispielsweise wie folgt:
A_min ist dabei der Grundpegel (die minimal ausgegebene Amplitude) und A_max ist die maximal ausgegebene Amplitude. Ferner gilt U_min ≤ U(t) ≤ U_max.
Somit liegt der Wert der Amplitude A(t) für alle U(t) zwischen A_min und A_max und ist damit stets nicht negativ, aufgrund der Addition des Betrages von U_min, so dass U(t), welches negative Spannungen aufweisen kann (z. B. –1 V bis +1 V, oder –10 V bis +10 V), als Amplitude auf das periodische Trägersignal moduliert werden kann. Anschaulich wird das Ablenksignal U(t) als Lautstärke A(t) des Audiosignals moduliert.
Zum Bereitstellen des analogen Ablenksignals U(t) (z. B. in einem Wertebereich von –1 V bis +1 V) kann eine entsprechende Amplitudendemodulation genutzt werden. Dabei kann beispielsweise die Hüllkurve des analogen amplitudenmodulierten Trägersignals zurückgewonnen werden. Das aus der Hüllkurve ermittelte Signal kann dann anschließend, z. B. mittels Verstärkung und/oder Subtraktion, wieder in den Wertebereich U_min bis U_max (z. B. –1 V bis +1 V) gebracht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels des amplitudenmodulierten periodischen Trägersignals auch ein analoges Ablenksignal erzeugt werden, welches eine zeitlich konstante Spannung U aufweist oder welches einen nichtperiodischen Spannungsverlauf aufweist oder welches einen von dem Trägersignal unabhängigen Spannungsverlauf aufweist, z. B. das gewünschte Ablenksignal U(t) zum Ablenken des Elektronenstrahls aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Modulation auch auf andere geeignete Weise erfolgen. Beispielsweise kann der Wertebereich (U_min bis U_max) für U(t) nach einer beliebigen Abbildungsvorschrift auf den Wertebereich (A_min bis A_max) der Amplitude A(t) des Trägersignals abgebildet werden.
Ferner kann die Demodulation derart erfolgen, dass die aktuelle maximale/minimale Amplitude ermittelt wird und in einem Maximalspeicher/Minimalspeicher erfasst wird. Bei einem Signalnulldurchgang wird dann der letzte Speicherwert gleichgerichtet ausgegeben, der Maximalspeicher/Minimalspeicher gelöscht und eine neue Erfassung des Maximal-/Minimalwertes gestartet.
Aus dem amplitudenmodulierten Trägersignal lässt sich beispielsweise neben den Ablenksignalen (U_x(t), U_y(t)) auch das Watchdogsignal ableiten. Bleibt das Watchdogsignal aus, sollte der Elektronenstrahl aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden, denn eine ordnungsgemäße Ablenkung des Strahls ist nicht mehr gewährleistet. Zur Ableitung des Watchdogsignals kann beispielsweise ein statisches OK-Signal genutzt werden, welches aus dem demodulierten Trägersignal (dem analogen Ablenksignal) unter Verwendung eines Komparators gebildet werden kann, indem beispielsweise der Grundpegel im demodulierten Trägersignal detektiert wird. Wenn beispielsweise ein Spannungswert in den Ablenksignalen (U_x(t), U_y(t)) kleiner als der Grundpegel ermittelt wird, kann auf einen Fehler in der Signalerzeugung geschlossen werden und der Elektronenstrahl deaktiviert werden, z. B. kann die Strahlquelle abgeschaltet werden oder der Leistungsverstärker der Strahlquelle kann deaktiviert werden.
Ein mit der Frequenz des Ausgabesignals wechselndes Watchdogsignal kann mit Hilfe eines Komparators gewonnen werden, indem der Grundpegel des Audiosignals detektiert wird, also das Vorhandensein des Modulationsträgers geprüft wird. Anschaulich kann geprüft werden, ob beispielsweise das amplitudenmodulierte Trägersignal mit einer korrekten Trägerfrequenz bereitgestellt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Signalweg in Audioschaltung und Signalaufbereitung, wie beispielsweise in den 2 und 3 veranschaulicht, keine ideale lineare Übertragungscharakteristik aufweisen. Um die tatsächliche Übertragungscharakteristik schon vor der Ausgabe des analogen Ablenksignals kompensieren zu können, können mit Hilfe einer langsamen Analog/Digital-Wandlung Aussteuerungen statisch ausgemessen werden und somit kann ein Korrekturpolynom oder eine Korrekturfunktion berechnet werden. Dabei kann die Korrektur beispielsweise in die Ablenkdaten eingerechnet werden oder in die Vorschrift für die Amplitudenmodulation des Trägersignals oder in die Amplitudendemodulation des amplitudenmodulierten Trägersignals.
Hierzu können in einem beispielsweise automatisch ablaufenden Kalibriervorgang nacheinander bestimmte Amplituden am Audioausgang ausgegeben werden und die resultierenden Ablenksignalpegel des Analogen Ablenksignals über einen Analog/Digitalwandler erfasst werden. Basierend auf einer derartigen Messung kann die resultierende Korrekturfunktion (F_korr) ermittelt werden, welche beispielsweise die auszugebende Audioamplitude anpasst. Dabei kann die Korrekturfunktion mit der unkorrigierten Audioamplitude A(t) multipliziert werden oder in diese eingehen um die korrigierte Audioamplitude A'(t) zu erhalten, welche moduliert werden muss, um das entsprechend korrekte analoge Ablenksignal bei der Demodulation der korrigierten Audioamplitude A'(t) zu erhalten.
Damit die Ablenksignale kontinuierlich ausgegeben werden können, z. B. von der Audiosignal-Prozessiereinheit oder von einem PC mit einer angekoppelten Audiosignal-Prozessiereinheit, sind die Ablenkdaten oder Daten zum Erzeugen der auszugebenden amplitudenmodulierten Trägerwelle (des auszugebenden Audiosignals) in gewissem Umfang im Voraus zu berechnen und in einen Puffer (Speicher) zu schreiben, aus dem der Audioausgang mit kontinuierlichen Ausgabedaten versorgt wird. Müssen bereits in den Puffer geschriebene Daten aktualisiert werden, weil beispielsweise Veränderungen an der Ablenksequenz erforderlich sind, so ist diese Aktualisierung rückwärts, also von den am weitesten in der Zukunft auszugebenden Daten beginnend, durchzuführen.
1A veranschaulicht schematisch eine Anordnung 100 zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls, wobei die Anordnung 100 beispielsweise eine Recheneinheit 102 mit einer integrierten Audiosignal-Prozessiereinheit 104 (z. B. einer internen Soundkarte oder einem internen Soundprozessor oder Soundchip) aufweisen kann oder wobei die Recheneinheit 102 mit einer externen Prozessiereinheit 104 (z. B. einer externen Soundkarte oder einem externen Soundprozessor oder Soundchip) gekoppelt sein kann. Die Datenübertragung 102d zwischen der Recheneinheit 102 und der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 kann beispielsweise digital erfolgen, z. B. mittels USB, Firewire, S/PDIF, HDMI, WLAN, Bluetooth oder dergleichen. Somit können beispielsweise längere Übertragungsstrecken (z. B. in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 100 m) zwischen der Recheneinheit 102 und der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 im Wesentlichen verlustfrei überbrückt werden, so dass der Aufstellort der Recheneinheit 102 relativ zu dem Ablenksystem oder der Elektronenstrahlkanone frei gewählt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Recheneinheit 102 eine beliebige geeignete elektronische Komponente sein, z. B. ein Chip, ein Prozessor, ein Hauptprozessor (CPU), ein Mehrkern-Prozessor, ein Micro-Prozessor, ein Field Programmable Gate Array (FPGA, eine programmierbare Logik-Gatter-Anordnung) und/oder dergleichen.
Die Recheneinheit 102 kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass diese Ablenkdaten 102d, D(x, y, t), bereitstellen kann, welche eine zeitabhängige Ablenkung des mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls definieren oder eine Trajektorie T(x, y, z, t) (oder einen Ablenkwinkel (α_x(t), α_y(t)) definieren, auf der der Elektronenstrahl innerhalb einer Vakuumprozesskammer geführt werden soll.
Anschaulich kann mittels des Elektronenstrahls ein einfaches oder komplexes Bild auf einer Oberfläche in der Vakuumprozesskammer geschrieben werden, welches von den Ablenkdaten 102d repräsentiert wird.
Die Audiosignal-Prozessiereinheit 104 kann beispielsweise eine Eingabe-Schnittstelle 104e aufweisen, die mit der Recheneinheit 102 gekoppelt ist zum Empfangen der von der Recheneinheit 102 bereitgestellten Ablenkdaten 102d. Dabei kann die Eingabe-Schnittstelle 104e der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 kompatibel mit einer Ausgabe-Schnittstelle der Recheneinheit 102 sein, z. B. können jeweils die beiden Schnittstellen eines von Folgendem aufweisen: eine USB-Schnittstelle, eine S/PDIF-Schnittstelle, eine Firewire-Schnittstelle, eine HDMI-Schnittstelle, eine Transceiver-Schnittstelle, eine PCI-Schnittstelle, eine PCI-Express-Schnittstelle oder dergleichen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Audiosignal-Prozessiereinheit 104 ferner eine Ausgabe-Schnittstelle 104a zum Ausgeben eines analogen Audiosignals aufweisen, z. B. analoge Audioausgänge (z. B. rechts, links) oder einen Mehrkanal-Audioausgang.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Audiosignal-Prozessiereinheit 104 einen Prozessor 104p aufweisen, wobei der Prozessor 104p derart eingerichtet ist, dass dieser unter Berücksichtigung der empfangenen Ablenkdaten 102d ein analoges amplitudenmoduliertes Trägersignal 104s erzeugt und mittels der Ausgabe-Schnittstelle 104a das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal 104s als das analoge Audiosignal ausgibt. Dabei kann das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal 104s die Ablenkdaten 102d repräsentieren, wie vorangehend beschrieben beispielsweise in der Amplitudenmodulation A(t).
Es versteht sich, dass mittels der Recheneinheit 102 und der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 mehrere amplitudenmodulierte analoge Trägersignale 104s erzeugt werden können und über die eine oder über mehrere Ausgabe-Schnittstellen 104a ausgegeben werden können, z. B. ein erstes amplitudenmoduliertes analoge Trägersignal A_x(t) für die x-Ablenkung des Elektronenstrahls und ein zweites amplitudenmoduliertes analoge Trägersignal A_y(t) für die y-Ablenkung des Elektronenstrahls, wobei die Ablenkdaten 102d beide Ablenkungen definieren können, wie vorangehend beschrieben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Elektronenstrahl-Ablenksystem zum Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls mit der mindestens einen Ausgabe-Schnittstelle 104a der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 gekoppelt sein, so dass der Elektronenstrahl unter Verwendung des mindestens einen amplitudenmodulierten analogen Trägersignals 104s abgelenkt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Prozessor 104p der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 ein beliebiger geeigneter analoger oder digitaler Chip sein, wie vorangehend beschrieben. Ferner kann die Audiosignal-Prozessiereinheit 104 auch weitere Signalprozessier-Komponenten aufweisen, z. B. D/A-Wandler, A/D-Wandler (Analog/Digital-Wandler), Multiplexer, Demultiplexer, Signal-Encoder, Signal-Decoder und Ähnliches. Das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal 104s kann beispielsweise ein oder mehrere Signalkomponenten aufweisen, welche parallel oder seriell geführt werden.
Wie in 1B schematisch veranschaulicht ist, kann die Anordnung 100 einen Demodulator 106 aufweisen, wobei der Demodulator 106 mit einer Eingabe-Schnittstelle 106e des Demodulators 106 an die Ausgabe-Schnittstelle 104a der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 gekoppelt sein kann. Diese beiden Schnittstellen 104a, 106e können analoge Schnittstellen sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Demodulator derart eingerichtet sein, dass dieser das analoge amplitudenmodulierte Trägersignal 104s empfangen und demodulieren kann, und unter Berücksichtigung der Demodulation ein analoges Ablenksignal 106s mittels einer Ausgabe-Schnittstelle 106a des Demodulators 106 ausgeben kann, wobei das analoge Ablenksignal 106s die Ablenkdaten 102d repräsentiert. Der Demodulator 106 kann einen Prozessor aufweisen, welcher ein beliebiger geeigneter analoger oder digitaler Chip sein kann, wie vorangehend beschrieben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Demodulator 106 Teil oder Komponente des Elektronenstrahl-Ablenksystems sein, welches als Verbindungsglied zwischen der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 und der Elektronenstrahlkanone (oder der Ablenkvorrichtung einer Elektronenstrahlkanone) weitere Komponenten aufweisen kann. Anschaulich können Komponenten, welche zur Strahlerzeugung, zur Strahlführung, zur Strahlüberwachung und/oder zur Strahlablenkung genutzt werden, als Teil des Elektronenstrahl-Ablenksystems bezeichnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Demodulator 106 in die Audiosignal-Prozessiereinheit 104 integriert sein oder entfernt von der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Audiosignal-Prozessiereinheit 104 in der Recheneinheit 102 integriert sein und der Demodulator 106 in das Elektronenstrahl-Ablenksystems nahe der Elektronenstrahlkanone, so dass der Übertragungsweg zwischen der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 und dem Demodulator 106 über ein moduliertes hochfrequentes Trägersignal 104s erfolgen kann, welches weniger störanfällig als das analoge Ablenksignal 106s sein kann, da das analoge Ablenksignal 106s im Gegensatz zu dem hochfrequenten Trägersignal (z. B. 44100 Hz) selbst, die Ablenkung des Elektronenstrahls definiert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels der Anordnung 100 aus Recheneinheit 102, Audiosignal-Prozessiereinheit 104 und Demodulator 106 das analoge Ablenksignal (U_x(t), U_y(t)) für einen Ablenkverstärker bereitgestellt werden.
Wie in 1C schematisch veranschaulicht ist, kann die Anordnung 100 ferner einen Ablenkverstärker 108 aufweisen oder das Elektronenstrahl-Ablenksystem kann einen Ablenkverstärker aufweisen. Der Ablenkverstärker 108 kann mit einer Eingabe-Schnittstelle 108e des Ablenkverstärkers 108 an die Ausgabe-Schnittstelle 106a des Demodulators 106 gekoppelt sein. Diese beiden Schnittstellen 106a, 108e können analoge Schnittstellen sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ablenkverstärker 108 derart eingerichtet sein, dass dieser das analoge Ablenksignal 106s empfangen, umwandeln und/oder verstärken kann. Der Ablenkverstärker 108 kann ferner derart eingerichtet sein, dass dieser mittels einer Ausgabe-Schnittstelle 108a des Ablenkverstärkers 108 das verstärkte und/oder umgewandelte analoge Ablenksignal 108s ausgeben kann.
Wie vorangehend beschrieben ist, kann der Ablenkverstärker 108 derart eingerichtet sein, dass dieser das empfangene analoge Ablenksignal U(x, y, t) in ein entsprechendes für die Ablenkvorrichtung 110a einer Elektronenstrahlquelle 110 nutzbares analoges Ablenksignal I(x, y, t) umwandelt, z. B. mittels einer Transistorschaltung, da das von der Ablenkvorrichtung 110a erzeugte Magnetfeld M(x, y, t) mittels des analogen Ablenksignals I(x, y, t) als Spulenstrom I(x, y, t) in einer oder in mehreren Spulen der Ablenkvorrichtung 110a beeinflusst werden kann, so dass der Elektronenstrahl 110e, welcher mittels der Elektronenstrahlquelle 110q der Elektronenstrahlkanone 110 erzeugt wird, entlang einer Trajektorie T(x, y, t) in der Vakuumprozesskammer 120 geführt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann, z. B. mittels einer Überwachungseinheit (z. B. mittels eines Komparators und eines Referenzsignals) aus dem analogen amplitudenmodulierten Trägersignal 104s und/oder aus dem analogen Ablenksignal 106s ein Überwachungssignal 108w (ein sogenanntes Watchdog-Signal) ermittelt und bereitgestellt werden, welches dazu genutzt werden kann, die Elektronenstrahlquelle 110q der Elektronenstrahlkanone 110 bei einer Störung abzuschalten.
Im Folgenden werden verschiedene Modifikationen und Konfigurationen der Anordnung 100 und Details zu der Recheneinheit 102 und der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 und dem Demodulator 106 beschrieben, wobei sich die bezüglich der 1A bis 1C beschriebenen grundlegenden Merkmale und Funktionsweisen analog einbeziehen lassen. Ferner können die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Funktionsweisen analog auf die in den 1A bis 1C beschriebene Anordnung 100 übertragen werden oder mit der in den 1A bis 1C beschriebenen Anordnung 100 kombiniert werden.
2 veranschaulicht schematisch einen Schaltplan einer Anordnung 100 zum Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone 110 erzeugten Elektronenstrahls 110e, wie vorangehend beschrieben. Dabei kann beispielsweise eine Soundkarte 104 (eine Audiosignal-Prozessiereinheit, ein Sound-Chip oder dergleichen) in einen PC 102 (oder auch Notebook, Net-Top, Tablet-PC oder dergleichen) oder in ein anderes elektronisches Gerät mit einer Recheneinheit 102 integriert sein oder zumindest damit gekoppelt sein. Mittels des PCs 102 können Ablenkdaten 102d bereitgestellt oder ermittelt werden, welche der Soundkarte 104 mittels geeigneter Schnittstellen, z. B. digital, zugeführt werden. Von der Soundkarte 104 kann ein amplitudenmoduliertes analoges Audiosignal 104sx, 104sy pro Ablenkungsrichtung (x, y) generiert werden und mittels geeigneter Schnittstellen, z. B. analog, ausgegeben werden.
Da die Soundkarte 104 prinzipiell keine beliebigen Spannungswerte U(t) pro Zeit ausgeben kann, sind die entsprechend auszugebenden Spannungswerte in dem analogen Audiosignal 104sx, 104sy amplitudenmoduliert enthalten. Um das analoge Ablenksignal 106sx, 106sy für beide Ablenkrichtungen bereitzustellen, kann das amplitudenmodulierte analoge Audiosignal 104sx, 104sy mittels des Demodulators 106 demoduliert werden (z. B. kann der Demodulator 106 einen Tiefpass, einen Frequenzfilter, Dämpfungswiderstände und/oder Gleichrichter aufweisen).
Die analogen Ablenksignale 106sx, 106sy können dann jeweils dem entsprechenden Verstärker 108x, 108y zugeführt werden und von diesem als verstärkte Ablenksignale 108sx, 108sy ausgegeben werden und beispielsweise der Ablenkvorrichtung der Elektronenstrahlkanone zugeführt werden. Dabei kann die Verstärkung der analogen Ablenksignale 106sx, 106sy in dem Verstärker 108x, 108y jeweils mittels eines Reglers 208rx, 208ry, z. B. eines einstellbaren Widerstands, angepasst werden. Ferner können die verstärkten Ablenksignale 108sx, 108sy zu einem A/D-Wandler 212a abgezweigt werden und als digitale Referenzdaten einer Kalibriereinheit 212k zugeführt werden. Mittels der Kalibriereinheit 212k können die bereitgestellten Ablenkdaten 102d angepasst werden, so dass die gewünschte Ablenkung (der Figurensollwert) für den Elektronenstrahl erfolgen kann, so dass mittels des Elektronenstrahls vorgegebene Figuren geschrieben werden können, z. B. Kreise, Spiralen, Linien und Ähnliches auf einer Targetoberfläche zum Verdampfen von Targetmaterial.
Ferner können die analogen Ablenksignale 106sx, 106sy jeweils zu einem Komparator 209x, 209y abgezweigt werden, wobei dem entsprechenden Komparator 209x, 209y ein Sollwert 209kx, 209ky bereitgestellt wird, z. B. eine Referenzspannung (z. B. die Minimalspannung U_min), so dass mittels des jeweiligen Komparators 209x, 209y ein Watchdogsignal 108wx, 108wy ausgegeben werden kann, welches die Funktion der Soundkarte 104 bestätigt oder verneint.
Alternativ kann das Watchdogsignal 108wx, 108wy auch aus dem jeweiligen amplitudenmodulierten Trägersignal 104sx, 104sy (dem Audiosignal) ermittelt werden, wie beispielsweise in 3 in einem alternativen schematischen Schaltplan veranschaulicht ist. Wie in 3 veranschaulicht ist, kann das jeweilige amplitudenmodulierte Trägersignal 104sx, 104sy an einer jeweiligen Ausgabe-Schnittstelle 104sx, 104sy der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 ausgeben werden. Ferner kann das jeweilige amplitudenmodulierte Trägersignal 104sx, 104sy zu einem Komparator 209x, 209y abgezweigt werden und mit einem entsprechenden Referenzsignal 209kx, 209ky verglichen werden. Beispielsweise kann das Referenzsignal 209kx, 209ky eine Frequenz und eine Form aufweisen, wie das Trägersignal des amplitudenmodulierten Trägersignal 104sx, 104sy, und basierend auf dem Vergleich des Referenzsignals 209kx, 209ky mit dem amplitudenmodulierten Trägersignal 104sx, 104sy kann die Funktion der Soundkarte bestätigt oder verneint werden und ein entsprechendes Watchdogsignal 108wx, 108wy ausgegeben werden.
In 4 ist ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren 400 zum Erzeugen eines Ablenksignals 106s zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone 110 erzeugten Elektronenstrahls 110e, wobei das Verfahren 400 Folgendes aufweisen kann: in 410, das Bereitstellen von Ablenkdaten 102d (z. B. mittels der Recheneinheit 102), wobei die Ablenkdaten eine zeitabhängige Ablenkung eines mittels der Elektronenstrahlkanone 110 bereitgestellten Elektronenstrahls 110e definieren; in 420, Erzeugen eines amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals unter Berücksichtigung der Ablenkdaten (z. B. mittels der Recheneinheit 102, der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 und/oder mittels des Prozessors 104p der Audiosignal-Prozessiereinheit 104); in 430, das Demodulieren des amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals 104s derart, dass ein analoges Ablenksignal 106s erzeugt wird, welches die zeitabhängigen Ablenkdaten 102d repräsentiert; und, in 440, das Übermitteln des analogen Ablenksignals 106s an ein Ablenksystem (z. B. an einen Ablenkverstärker 108) zum Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone 110 erzeugten Elektronenstrahls 110e.
Alternativ kann das Verfahren 400 zum Erzeugen eines Ablenksignals 106s zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone 110 erzeugten Elektronenstrahls 110e in 420 aufweisen: das Erzeugen eines analogen periodischen Trägersignals (z. B. mittels der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 oder mittels des Prozessors 104p der Audiosignal-Prozessiereinheit 104) und das Modulieren einer Amplitude A(t) des analogen periodischen Trägersignals unter Berücksichtigung der Ablenkdaten 102d (z. B. mittels der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 oder mittels des Prozessors 104p der Audiosignal-Prozessiereinheit 104).
In 5 ist ferner ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren 500 zum Betreiben einer Elektronenstrahlkanone 110 veranschaulicht, wobei das Verfahren 500 Folgendes aufweisen kann: in 510, das Bereitstellen von Ablenkdaten 102d (z. B. mittels der Recheneinheit 102), wobei die Ablenkdaten 102d eine zeitabhängige Ablenkung eines mittels der Elektronenstrahlkanone 110 bereitgestellten Elektronenstrahls 110e definieren; in 520, Erzeugen eines amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals unter Berücksichtigung der Ablenkdaten (z. B. mittels der Recheneinheit 102, der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 und/oder mittels des Prozessors 104p der Audiosignal-Prozessiereinheit 104); in 530, das Demodulieren des amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals 104s derart, dass ein analoges Ablenksignal 106s bereitgestellt wird, wobei das analoge Ablenksignal 106s die zeitabhängigen Ablenkdaten 102d repräsentiert; in 540, das Übermitteln des analogen Ablenksignals 106s an einen Ablenksignal-Verstärker 108; in 550, das Verstärken des analogen Ablenksignals 106s mittels des Ablenksignal-Verstärkers 108; in 560, das Zuführen des verstärkten analogen Ablenksignals 108s zu einer Ablenkvorrichtung 110a der Elektronenstrahlkanone 110; und, in 570, das Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone 110 erzeugten Elektronenstrahls 110e mittels der Ablenkvorrichtung 110a unter Berücksichtigung des verstärkten analogen Ablenksignals 108s.
Alternativ kann das Verfahren 500 zum Betreiben einer Elektronenstrahlkanone 110 in 520 aufweisen: das Erzeugen eines analogen periodischen Trägersignals (z. B. mittels der Audiosignal-Prozessiereinheit 104) und das Modulieren einer Amplitude A(t) des analogen periodischen Trägersignals unter Berücksichtigung der Ablenkdaten 102d (z. B. mittels der Audiosignal-Prozessiereinheit 104).
Das Verfahren 400 zum Erzeugen eines Ablenksignals 106s zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone 110 erzeugten Elektronenstrahls 110e und/oder das Verfahren 500 zum Betreiben einer Elektronenstrahlkanone 110 können/kann jeweils derart ausgeführt werden, wie vorangehend beschrieben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Komponenten der Anordnung 100 entsprechend zur beschrieben Signalübertragung notwendige oder hilfreiche weitere Komponenten aufweisen, z. B. entsprechende Schnittstellen, Leitungsführungen, Wandler, Verstärker, Filter und dergleichen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können auch entsprechende Ablenksignale für mehrere Elektronenstrahlkanonen mittels der Recheneinheit 102 und der Audiosignal-Prozessiereinheit 104 in analoger Weise bereitgestellt werden oder erzeugt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erzeugen eines amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals unter Berücksichtigung der Ablenkdaten derart erfolgen, dass mittels der Recheneinheit (z. B. Software-basiert) ein periodisches Trägersignal amplitudenmoduliert wird, und als amplitudenmoduliertes analoges periodisches Trägersignal (z. B. mittels eines D-A-Wandlers der Audiosignal-Prozessiereinheit 104) ausgeben wird.
Anschaulich können das Erzeugen eines analogen periodischen Trägersignals und das Modulieren einer Amplitude des analogen periodischen Trägersignals unter Berücksichtigung der Ablenkdaten zunächst digital erfolgen, wobei anschließend das amplitudenmodulierte analoge periodische Trägersignal ausgegeben wird.

Claims

Anordnung (100) zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone (110) erzeugten Elektronenstrahls (110e), die Anordnung (100) aufweisend: eine Recheneinheit (102), die zum Bereitstellen von Ablenkdaten (102d) eingerichtet ist, welche eine zeitabhängige Ablenkung des mittels der Elektronenstrahlkanone (110) erzeugten Elektronenstrahls (110e) definieren; eine Audiosignal-Prozessiereinheit (104), aufweisend: • eine Eingabe-Schnittstelle (104e), die mit der Recheneinheit (102) gekoppelt ist zum Empfangen der von der Recheneinheit bereitgestellten Ablenkdaten (102d) • mindestens eine Ausgabe-Schnittstelle (104a) zum Ausgeben eines analogen Audiosignals; • einen Prozessor (104p), welcher derart eingerichtet ist, dass dieser mittels der Ausgabe-Schnittstelle (104a) ein amplitudenmoduliertes analoges Trägersignal (104s) als das analoge Audiosignal unter Berücksichtigung der empfangenen Ablenkdaten ausgibt, wobei das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal (104s) die Ablenkdaten (102d) repräsentiert; und ein mit der mindestens einen Ausgabe-Schnittstelle (104a) der Audiosignal-Prozessiereinheit (104) gekoppeltes Elektronenstrahl-Ablenksystem zum Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone (110) erzeugten Elektronenstrahls (110e) unter Verwendung des amplitudenmodulierten analogen Trägersignals (104s).
Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Audiosignal-Prozessiereinheit (104) eine interne Soundkarte, eine externe Soundkarte, ein Teil einer Grafikkarte oder ein Teil einer Hauptplatine ist.
Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Audiosignal-Prozessiereinheit (104) derart eingerichtet ist, dass diese das amplitudenmodulierte analoge Trägersignal unter Verwendung eines Audio-codecs ausgibt.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Elektronenstrahl-Ablenksystem einen mit der Ausgabe-Schnittstelle (104a) der Audiosignal-Prozessiereinheit (104) gekoppelten Demodulator (106) aufweist, wobei der Demodulator (106) derart eingerichtet ist, dass dieser das analoge amplitudenmodulierte Trägersignal (104s) empfangen und demodulieren kann, und unter Berücksichtigung der Demodulation ein analoges Ablenksignal (106s) mittels einer Ausgabe-Schnittstelle (106a) des Demodulators (106) ausgeben kann, wobei das analoge Ablenksignal (106s) die Ablenkdaten (102d) repräsentiert.
Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei das Elektronenstrahl-Ablenksystem einen mit der Ausgabe-Schnittstelle (106a) des Demodulators (106) gekoppelten Ablenkverstärker (108) aufweist, wobei der Ablenkverstärker (108) derart eingerichtet ist, dass dieser das analoge Ablenksignal (106s) empfangen und verstärken kann, und mittels einer Ausgabe-Schnittstelle (108a) des Ablenkverstärkers (108) das verstärkte analoge Ablenksignal (108s) ausgeben kann.
Anordnung gemäß Anspruch 5, wobei das Elektronenstrahl-Ablenksystem eine mit der Ausgabe-Schnittstelle (108a) des Ablenkverstärkers (108) gekoppelte Ablenkvorrichtung (110a) aufweist, wobei die Ablenkvorrichtung (110a) derart eingerichtet ist, dass diese das verstärkte analoge Ablenksignal (108s) empfangen kann, und unter Berücksichtigung des empfangenen verstärkten analogen Ablenksignals (108s) den mittels der Elektronenstrahlkanone (110) erzeugten Elektronenstrahl (110e) ablenken kann.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Elektronenstrahl-Ablenksystem eine mit der Ausgabe-Schnittstelle (104a) der Audiosignal-Prozessiereinheit (104) und/oder der Ausgabe-Schnittstelle (106a) des Demodulators (106) gekoppelte Überwachungsvorrichtung aufweist, wobei die Überwachungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass diese zumindest einen Teil des analogen amplitudenmodulierten Trägersignals (104s) oder des analogen Ablenksignals (106a) mit einer Referenzgröße vergleicht und unter Berücksichtigung des Vergleichs einen Betriebszustand der Elektronenstrahlkanone (110) beeinflusst.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: • eine mit der Recheneinheit (102) gekoppelte Kalibriereinheit (212k), wobei die Kalibriereinheit (212k) derart eingerichtet ist, dass diese das analoge Ablenksignal (106s) und/oder das analoge verstärkte Ablenksignal (108s) empfangen und/oder analysieren kann.
Verfahren (400) zum Erzeugen eines Ablenksignals zum Ablenken eines mittels einer Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls, das Verfahren aufweisend: • Bereitstellen von Ablenkdaten, welche eine zeitabhängige Ablenkung eines mittels der Elektronenstrahlkanone bereitgestellten Elektronenstrahls definieren, • Erzeugen eines amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals unter Berücksichtigung der Ablenkdaten; • Demodulieren des amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals derart, dass ein analoges Ablenksignal erzeugt wird, welches die zeitabhängigen Ablenkdaten repräsentiert, • Übermitteln des analogen Ablenksignals an ein Ablenksystem zum Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls.
Verfahren (500) zum Betreiben einer Elektronenstrahlkanone, das Verfahren aufweisend: • Bereitstellen von Ablenkdaten, welche eine zeitabhängige Ablenkung eines mittels der Elektronenstrahlkanone bereitgestellten Elektronenstrahls definieren, • Erzeugen eines amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals unter Berücksichtigung der Ablenkdaten; • Demodulieren des amplitudenmodulierten analogen periodischen Trägersignals derart, dass ein analoges Ablenksignal bereitgestellt wird, welches die zeitabhängigen Ablenkdaten repräsentiert, • Übermitteln des analogen Ablenksignals an einen Ablenksignal-Verstärker; • Verstärken des analogen Ablenksignals mittels des Ablenksignal-Verstärkers; • Zuführen des verstärkten analogen Ablenksignals zu einer Ablenkvorrichtung der Elektronenstrahlkanone; • Ablenken des mittels der Elektronenstrahlkanone erzeugten Elektronenstrahls mittels der Ablenkvorrichtung unter Berücksichtigung des verstärkten analogen Ablenksignals.