DE1100835B

DE1100835B - Device for milling profiles, for cutting templates or for drilling nozzle channels by means of a charge carrier beam

Info

Publication number: DE1100835B
Application number: DES27470A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Karl Hei Steigerwald
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1952-03-01
Filing date: 1952-03-01
Publication date: 1961-03-02

Description

Einrichtung zum Fräsen von Profilen, zum Schneiden von Schablonen oder zum Bohren von Düsenkanälen mittels eines Ladungsträgerstrahles Es ist bekannt, dünne Folien mittels eines Elektronenstrahles zu bearbeiten. Dieser Strahl wird auf die Folie fokussiert und brennt an der Auftreffstelle ein Loch in diese. Zur Erzeugung von Löchern beliebiger Form werden Folie und Ladungsträgerstrahl durch mechanische oder elektronenoptische Mittel relativ zueinander bewegt. Wegen der geringen Dicke der Folie ist die Form des Bohrloches über die Tiefe bei diesen nach erfolgter Bearbeitung als Oberflächen-und Ultrafilter verwendeten Folien ohne Belang.Device for milling profiles, for cutting templates or for drilling nozzle channels by means of a charge carrier beam It is known to process thin foils by means of an electron beam. This ray will focuses on the foil and burns a hole in it at the point of impact. To the Foil and charge carrier beam are used to create holes of any shape mechanical or electron-optical means moved relative to each other. Because of the small thickness of the film is the shape of the drill hole over the depth in these After processing as surface and ultrafilter, foils used are irrelevant.

Dasselbe gilt hinsichtlich eines bekannten Elektronenmikroskops, in dem zur Erzielung von submikroskopischen Eingriffen in das beobachtete Objekt ein feiner Ionenstrahl verwendet wird, dessen Erzeugungssystem in das Mikroskop eingebaut ist. Es sind auch hier mechanische oder elektronenoptische Mittel zur Verschiebung der Auftreffstelle des Ionenstrahls auf dem Objekt vorgesehen. The same applies to a known electron microscope, in that to achieve submicroscopic interventions in the observed object a fine ion beam is used, its generation system in the microscope is built in. There are also mechanical or electron-optical means for Displacement of the point of impact of the ion beam on the object provided.

Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung gestattet es, dickere Gegenstände zu bearbeiten und in diese beispielsweise Löcher vorherbestimmter Ouerschnittsform einzubohren, deren Form auch über die Tiefe des gewünschten Bohrloches vorgeschrieben ist. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Spinndüsen von außerordentlicher Wichtigkeit. Die Einrichtung eignet sich ferner in gleicher Weise zum Fräsen von - Profilen, zum Schneiden von Schablonen oder, ganz allgemein gesagt, zum Herstellen eines Schnittes durch einen dickeren Gegenstand, wobei die Querschnittsform sowie die Form über die Tiefe des gewünschten Schnittes in beliebiger Weise vorherbestimmt werden kann. The device according to the present invention allows thicker To edit objects and in these, for example, holes of predetermined cross-sectional shape to be drilled in, the shape of which is also prescribed beyond the depth of the desired borehole is. This is particularly exceptional in the manufacture of spinnerets Importance. The device is also suitable for milling in the same way - Profiles, for cutting templates or, more generally speaking, for manufacturing a section through a thick object, the cross-sectional shape as well the shape predetermined in any way over the depth of the desired cut can be.

Erfindungsgemäß sind bei einer derartigen Einrichtung die Strahlablenkungs- und/oder Strahlformungsmittel zugleich so ausgebildet, daß über die Tiefe des gewünschten Schnittes eine vorgeschriebene, von der zylindrischen abweichende Form erzielt wird. According to the invention, in such a device, the beam deflection and / or beam shaping means at the same time designed so that over the depth of the desired Cut a prescribed shape deviating from the cylindrical shape is achieved.

Die Strahlablenkungs- und/oder Strahlformungsmittel werden bei der Materialbearbeitung so eingestellt, daß der Ladungsträgerstrahl über seine Längsausdehnung eine vorherbestimmte definierte Querschnittsform aufweist. Das zu bearbeitende Objekt wird dann mit Hilfe mechanischer Bewegungsvorrichtungen derart unter dem Ladungsträgerstrahl entlangbewegt, daß dieser auf der Oberfläche des Objektes die gewünschte Profillinie beschreibt. Der Bewegungsvorgang kann so eingerichtet werden, daß der gewünschte Arbeitsvorgang beendet ist, wenn die vom Strahl zu bearbeitende Strecke von diesem einmal durchlaufen ist. Bei gewissen Materialeigenschaften und von gewissen Materialstärken an kann es dagegen zweckmäßig sein, die Objektbewegung derart auszuführen, daß der Ladungsträgerstrahl die zu bearbeitende Strecke mehrmals, vorzugsweise periodisch, durchläuft. Hierbei ist es zweckmäßig, entsprechend den einzelnen von dem Ladungsträgerstrahl beschriebenen Bahnformen die Bewegungsgeschwindigkeit des Objektes geeignet zu wählen. Weiterhin wird diese Geschwindigkeit zweckmäßig so gewählt, daß sie in einem geeigneten Verhältnis zu der im Bearbeitungsquerschnitt verfügbaren elektrischen Leistung und zu den Materialeigenschaften steht. The beam deflection and / or beam shaping means are used in the Material processing adjusted so that the charge carrier beam over its longitudinal extent has a predetermined defined cross-sectional shape. The object to be edited is then under the charge carrier beam with the help of mechanical movement devices moves along that this on the surface of the object the desired profile line describes. The movement process can be set up so that the desired The work process is finished when the distance to be processed by the beam from this has been run through once. With certain material properties and certain material thicknesses on the other hand, it may be useful to carry out the object movement in such a way that the Charge carrier beam the route to be processed several times, preferably periodically, passes through. It is expedient here to match the individual of the charge carrier beam described path shapes to choose the speed of movement of the object appropriately. Furthermore, this speed is expediently chosen so that it is in a suitable Relation to the electrical power available in the machining cross-section and to the material properties.

Der Ladungsträgerstrahl kann auch mit Hilfe elektrischer oder magnetischer Ablenkmittel entlang der durch das gewünschte Profil vorgeschriebenen Bahn auf dem zu fräsenden bzw. zu bohrenden Material geführt werden. Diese Ablenkmittel können vorteilhaft so ausgebildet sein, daß das zur Materialbearbeitung dienende Stück des Ladungsträgerstrahles während des Bearbeitungsvorganges weder seine Form noch seine Auftreffrichtung auf das Objekt ändert. In anderen Fällen kann es jedoch zweckmäßig sein, während der Bewegung des Ladungsträgerstrahles auch die Richtung und die Querschnittsform der zur Bearbeitung bestimmten Strahlstrecke in bestimmter, den einzelnen Stellen der zu fräsenden Bahn entsprechender Weise zu ändern. Besonders vorteilhaft ist es, die Form der zu fräsenden Profillinie durch Bewegung des Objektes zu bestimmen, während zugleich die Form und Richtung der zur Bearbeitung bestimmten Strahlstrecke mit elektronenoptischen Mitteln in gewünschter Weise bestimmt wird. Auf diese Art werden eine Reihe elektronen- bzw. ladungsträgeroptischer Schwierigkeiten bei der Strahlformung vermieden. The charge carrier beam can also be electric or magnetic Deflection means along the path prescribed by the desired profile on the material to be milled or drilled. These deflectors can be advantageously designed so that the piece used for material processing of the charge carrier beam neither its shape nor its shape during the machining process changes its direction of impact on the object. In other cases, however, it may be useful be, during the movement of the charge carrier beam also the direction and the cross-sectional shape the beam path intended for processing in certain, the individual places to change the path to be milled accordingly. Is particularly advantageous it is to determine the shape of the profile line to be milled by moving the object, while at the same time the shape and direction of the beam path intended for processing is determined with electron optical means in the desired manner. In this manner become a number of electron or charge carrier optical difficulties in the Beam shaping avoided.

Im Strahlengang des Ladungsträgerstrahles kann eine Blende mit einer der Profillinie entsprechenden Strahlendurchtrittsöffnung angeordnet sein. Die Blende besitzt also die Form der gewünschten Profillinie. Sie wird zweckmäßig so in den Strahlengang des Ladungsträgerstrahles eingeschaltet, daß sie auf dem zu bearbeitenden Material scharf abgebildet wird. In the beam path of the charge carrier beam, a diaphragm with a the beam passage opening corresponding to the profile line be arranged. the cover thus has the shape of the desired profile line. It will be expedient so in the Beam path of the charge carrier beam switched on that they are on the to be processed Material is shown in focus.

Ein zu diesem Zweck dienendes Abbildungssystem besteht aus einer elektrostatischen, magnetischen oder elektromagnetischen Linse, wobei das zu bearbeitende Objekt in bezug auf die Blende in der Bildebene des Systems liegt. Die Einrichtung kann vorteilhaft durch zusätzliche Vorrichtungen so getroffen werden, daß die Intensitätsverteilung über die gesamte Fläche der zu bearbeitenden Materialstelle nicht gleichmäßig ist, sondern daß unabhängig von der Lage der einzelnen zu bearbeitenden Flächenelemente an jeder Stelle die gleiche Bearbeitungstemperatur erreicht wird. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß man in einem Strahlquerschnitt oberhalb oder unterhalb der eingeschalteten Profilblende eine oder mehrere weitere Blenden anordnet, welche durch geeignete Formgebung die Intensität des durch die Profilblende tretenden Ladungsträgerstrahles in den verschiedenen Flächenelementen vorherbestimmen.An imaging system used for this purpose consists of an electrostatic, magnetic or electromagnetic lens, with the object to be processed in with respect to the diaphragm in the image plane of the system. The facility can be beneficial be taken by additional devices so that the intensity distribution is not uniform over the entire area of the material to be processed, but that regardless of the position of the individual surface elements to be processed the same processing temperature is reached at every point. This can e.g. B. done by being in a beam cross-section above or below the switched profile panel arranges one or more additional panels, which the intensity of the charge carrier beam passing through the profile diaphragm by suitable shaping Predetermine in the various surface elements.

Die vom Ladungsträgerstrahl zu beschreibende Profillinie kann ein in sich geschlossener Linienzug, z. B. eine Kreislinie oder eine davon symmetrisch abweichende Kurve sein. Eine andere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, daß die Profillinie in Form eines in Blockschrift geschriebenen großen Buchstabens oder in Form von Schriftzeichen gewählt wird. Es ist ferner möglich, die Profillinie so zu wählen, daß sie die Form von graphischen Darstellungen oder von Bildern hat. The profile line to be described by the charge carrier beam can be a self-contained line, z. B. a circular line or one of them symmetrically be different curve. Another possibility is, for example, that the profile line in the form of a large letter in block capitals or is chosen in the form of characters. It is also possible to use the profile line to be chosen so that it takes the form of graphs or pictures.

Es ist möglich, der zur Materialbearbeitung bestimmten Strecke des Ladungsträgerstrahles eine gewünschte Profilform zu geben. Dabei muß jedoch der geometrischen Bedingung genügt werden, daß von jedem Punkt der Strahlquerschnittsfläche jeder andere Punkt dieser Querschnittsfläche in gerader Linie erreichbar ist, ohne dabei die Begrenzungslinien der Fläche zu schneiden. Anders ausgedrückt besagt die Bedingung, daß kein Innenwinkel zwischen den Begrenzungslinien größer als 1800 sein darf. Fig. 1 zeigt hierfür ein Beispiel. It is possible to change the length of the To give charge carrier beam a desired profile shape. However, the geometrical condition are satisfied that from each point of the beam cross-sectional area every other point of this cross-sectional area can be reached in a straight line without while cutting the boundary lines of the surface. In other words, it says Condition that no interior angle between the boundary lines be greater than 1800 allowed. Fig. 1 shows an example of this.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Erzeugung eines bestimmten Strahlprofils sowie den zugehörigen Strahlengang. Die Blende Bl stellt die Aperturblende eines oberhalb derselben zu denkenden geometrischoptischen Systems dar. Die Blende B2 ist die hierzu gehörige Gesichtsfeldblende in der Bildebene. Die Blenden Bi und B2 sind Profilblenden mit rechteckigem Querschnitt, welcher in Fig. 2 in Schrägprojektion dargestellt ist. Die einander entsprechenden Rechteckseiten verlaufen in diesem Fall parallel zueinander. Ba und B2 bestimmen sowohl die Begrenzung als auch die Beleuchtungsapertur in der Gesichtsfeldblende B2. Es wird als Strahlquerschnitt B3 in der Brennebene der Linse L abgebildet, während B2 als Strahlquerschnitt B4 in der Bildebene d,er Linse L abgebildet wird. Durch die Blenden B1 und B2 wurde dem zwischen B3 und B4 liegenden Strahlstück eine definierte Querschnittsverteilung aufgedrückt. Fig. 2 shows a schematic representation of an embodiment a device for generating a specific beam profile and the associated Beam path. The diaphragm Bl sets the aperture diaphragm one above the same thinking geometrical-optical system. The aperture B2 is the associated one Field stop in the image plane. The panels Bi and B2 are profile panels with rectangular cross section, which is shown in Fig. 2 in oblique projection. The sides of the rectangle corresponding to one another run parallel to one another in this case. Ba and B2 determine both the limitation and the illumination aperture in the Field stop B2. It is called the beam cross-section B3 in the focal plane of the lens L, while B2 is shown as a beam cross-section B4 in the image plane d, the lens L is mapped. The apertures B1 and B2 became the one between B3 and B4 A defined cross-sectional distribution is pressed onto the beam piece.

In diesem Beispiel hat das zur Materialbearbeitung dienende Strahlstück (zwischen B3 und B4) die Form eines Pyramidenstumpfes. Man kann z. B. durch Vergrößerung der Blendenöffnung von Bt erreichen, daß der Strahlquerschnitt B3 gleich dem Querschnitt Bo wird, so daß das Strahlstück B3-B4 Quaderform erhält. Wählt man anstatt der rechteckigen Blendenformen Bi und B, beispielsweise kreisförmige Blenden- öffnungen, so erhält man in entsprechender Weise für das Strahlstück B3-B4 die Form eines Kegelstumpfes oder eines Zylinders. In this example, the beam piece used for material processing has (between B3 and B4) the shape of a truncated pyramid. You can z. B. by magnification the aperture of Bt achieve that the beam cross-section B3 is equal to the cross-section Bo becomes so that the beam piece B3-B4 has a cuboid shape. If you choose instead of the rectangular Aperture shapes Bi and B, for example circular aperture openings so get the shape of a truncated cone is used in a corresponding manner for the beam piece B3-B4 or a cylinder.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in den Fig. 3 bis 7 Ausführungsbeispiele dargestellt. To further explain the invention, FIGS. 3 to 7 show exemplary embodiments shown.

Fig. 3 und 3 a zeigen ein Ausführungsbeispiel für den Fall, daß ein Elektronenstrahl entsprechend dem gewünschten Profil (Fig. 2) durch Ablenkvorrichtungen bewegt wird, so daß der Ladungsträgerfleck beispielsweise eine geschlossene Kurve 75 beschreibt. Fig. 3 and 3a show an embodiment for the case that a Electron beam according to the desired profile (Fig. 2) through deflection devices is moved so that the charge carrier spot, for example, a closed curve 75 describes.

Mit 1 ist eine Glühkathode bezeichnet, die von einer Elektrode 2 umgeben ist, welche kreiszylindrische Gestalt hat und in ihrem Innern einen trichterförmigen Teil 2' besitzt, aus welchem die Spitze der Glühkathode 1 (z. B. Haarnadelkathode) gerade eben herausragt. Die Teile 2 und 2' können, wie in der Fig. 1 gezeichnet, galvanisch verbunden sein bzw. aus einem Stück bestehen und mit der Glühkathode 1 über eine gegeignete negative Vorspannung, beispielsweise in der Größe von 100 bis 200 V, verbunden sein. Statt dessen können die Teile 2 und 2' auch voneinander isoliert sein und verschiedene Potentiale gegenüber der Kathode in der erwähnten Größenordnung erhalten. Ebenso ist es möglich, die innere Elektrode 2' in mehrere voneinander isolierte sektorförmige Teile aufzuspalten, die gegenüber der Kathode 1 verschiedenes Potential erhalten.1 with a hot cathode is designated, which is surrounded by an electrode 2 is, which has a circular cylindrical shape and a funnel-shaped inside Part 2 ', from which the tip of the hot cathode 1 (e.g. hairpin cathode) just sticking out. The parts 2 and 2 'can, as shown in Fig. 1, be galvanically connected or consist of one piece and with the hot cathode 1 has a suitable negative bias, for example of the order of 100 up to 200 V. Instead, the parts 2 and 2 'can also be separated from each other be isolated and different potentials from the cathode in the mentioned Order of magnitude preserved. It is also possible to divide the inner electrode 2 'into several split apart isolated sector-shaped parts facing the cathode 1 get different potential.

Das Kathodensystem ist auf einen Durchführungsisolator mit den elektrischen Durchführungen 4, 5 und 6 montiert. Dieser Isolator 3 sitzt vaknumdicht auf einem Gehäuseteil 7, dessen Boden 8 als Anodenblende ausgebildet ist und welches auf Erdpotential liegt. The cathode system is on a bushing insulator with the electrical Bushings 4, 5 and 6 mounted. This insulator 3 sits on a vacuum-tight Housing part 7, the bottom 8 of which is designed as an anode screen and which is at ground potential lies.

Das Gehäuse 7 ist über einen elastischen Verbindungsring 9 vakuumdicht mit dem rohrförmigen Vakuumgehäuse 10 verbunden. Die Schrauben 11, 12, 13, 14 dienen zum Justieren des Ladungsträgerstrahles. The housing 7 is vacuum-tight via an elastic connecting ring 9 connected to the tubular vacuum housing 10. The screws 11, 12, 13, 14 are used for adjusting the charge carrier beam.

Im Vakuumgehäuseteil 10 sind Ablenkplatten 15, 16 angebracht, an welche von außen eine Ablenkspannung gelegt werden kann. Die Platten sind isoliert und vakuumdicht mit Hilfe der Isolatoren 17, 18 angeordnet. Am unteren Teil des Vakuumgehäuseteiles 10 ist ein zur Aufnahme der zu bearbeitenden Objekte dienendes weiteres Gehäuse 19 vorgesehen. Eine Haltevorrichtung 20 dient zur Lagerung des zu bearbeitenden Objektes. Zum Eine und Ausbringen der Objekte aus dem Vakuum und zur Bewegung und mechanischen Ausrichtung der Objekte innerhalb des Vakuums können prinzipiell bekannte Vorrichtungen dienen. In the vacuum housing part 10, deflector plates 15, 16 are attached which a deflection voltage can be applied from the outside. The plates are insulated and arranged in a vacuum-tight manner with the aid of the insulators 17, 18. At the bottom of the Vacuum housing part 10 is used to hold the objects to be processed further housing 19 is provided. A holding device 20 is used to store the object to be processed. For one and removal of the objects from the vacuum and to move and mechanically align the objects within the vacuum principally known devices are used.

Wird an die Ablenkplatten 15, 16 eine Ablenkspannung angelegt, so wird der Ladungsträgerstrahl im Bereich der Ablenkplatten abgelenkt. Die Strahlspitze wandert auf dem Objekt 21. Neben der reinen Bewegung des Ladungsträgerfleckes auf dem Objekt kann auch noch die gesamte Richtung des Strahles eingehalten werden. Aus diesem Grunde sind weitere Ablenkplatten 22, 23 vorgesehen. An diese Platten werden derartige Spannungen gelegt, daß sie den abgelenkten Elektronenstrahl in ihrem Bereich wieder so zurücklenken, daß er zwar an einer anderen Stelle des Objektes, aber z. B. parallel zur optischen Achse auf das Objekt 21 trifft. Die gleiche Aufgabe wie die Platten 15, 16, 22, 23 haben die Platten 24, 25 sowie deren nicht eingezeichnete Gegenplatten. If a deflection voltage is applied to the deflection plates 15, 16, so the charge carrier beam is deflected in the area of the deflection plates. The jet tip migrates on the object 21. In addition to the pure movement of the charge carrier spot the entire direction of the beam can also be maintained for the object. For this reason, further baffles 22, 23 are provided. These records such voltages are applied that they the deflected electron beam in redirect their area back in such a way that, although it is at another point of the object, but z. B. hits the object 21 parallel to the optical axis. Same job like the plates 15, 16, 22, 23, the plates 24, 25 and their not shown Counter plates.

Diese Platten sorgen für eine Ablenkung in der zur Zeichenebene senkrechten Richtung. These plates ensure a deflection in the direction perpendicular to the plane of the drawing Direction.

Das gesamte Ablenksystem ist in der Fig. 3 a noch einmal gesondert schematisch dargestellt. 1' stellt die Spitze- der Glühkathode 1 dar. Der abzulenkende Elektronenstrahl wird zwischen den Platten 15, 16 ausgelenkt und zwischen den Platten 22, 23 wieder derart zurückgezogen, daß er parallel zur Achse verläuft. Weiterhin besteht noch eine Ablenkung zwischen den Platten 24, 26 sowie 25, 27, so daß der Strahl parallel zur optischen Achse, welche im Punkt 28 auf das Objekt trifft, jeden Punkt des Objektes erreichen kann. Die Ablenkspannungen werden nun so gewählt daß der Ladungsträgerstrahl entlang der Profillinie 75 bewegt wird. Die Ablenkspannungen können mit bekannten elektronischen oder/und elektromechanischen Mitteln in beliebiger Weise erzeugt und an die Ablenkplatten gelegt werden. Weiterhin können elektrische oder/und elektromechanische Mittel vorgesehen sein, welche den Ablauf des Fräsvorganges mit weiteren zum Arbeitsverlauf gehörigen Vorgängen (z. B. Eine und Ausschleusen, Drehen usw.) zu einer Automatik verbinden. The entire deflection system is again shown separately in FIG. 3a shown schematically. 1 'represents the tip of the hot cathode 1. The one to be deflected Electron beam is deflected between the plates 15, 16 and again between the plates 22, 23 withdrawn so that it is parallel to the axis. Still exists a deflection between the plates 24, 26 and 25, 27 so that the beam is parallel to the optical axis which hits the object at point 28, every point of the object can reach. The deflection voltages are now chosen so that the charge carrier beam is moved along the profile line 75. The deflection voltages can be known with electronic and / or electromechanical means generated in any way and placed against the baffles. Furthermore, electrical and / or electromechanical Means can be provided, which the course of the milling process with further to the work process associated processes (e.g. loading and unloading, turning, etc.) to an automatic system associate.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zum Fräsen von Profilen mit Ladungsträgerstrahlen, bei welcher eine bestimmte, zum Bearbeiten vorgesehene Strecke des Ladungsträgerstrahles eine durch zwei Blenden vorgegebene Profilform erhält. Auf dem oberen Teil des Vakuumgefäßes 30 ist ein Strahlerzeugungssystem ähnlich dem in Fig. 2 dargestellten System mit gleicher Anordnung und mit gleichen Bezeichnungen vorgesehen. 31 ist eine Blendenhalterung, welche eine Blende 32 trägt. Die Form der Blende 32 ist aus Fig. 4a ersichtlich. Die Blende befindet sich in der Brennebene des vom Strahlerzeugungssystem erzeugten Strahlenganges und wirkt als Aperturblende für die Bildebene des gleichen Strahlenganges. In der Bildebene ist die Blendenhalterung 33 mit der Blende 34 angeordnet, welche hier als Gesichtsfeldblende wirkt. Die Form von 34 ist in Fig. 4b gezeigt. Das Gehäuse 30 ist vakuumdicht auf eine magnetische Linse, bestehend aus einer Magnetspule 35, dem topfförmigen Eisenkern 36 und den Polschuhen 37 und 38, aufgesetzt. Die magnetische Linse ihrerseits ist vakuumdicht mit dem Gehäuse 39 verbunden. Weiterhin ist das Gehäuse 39 über eine Umwegpumpleitung 40 mit dem oberen Teil des Gehäuses 30 verbunden, um günstigere Vakuumverhältnisse zu schaffen. Fig. 4 shows a schematic representation of an embodiment for an arrangement for milling profiles with charge carrier beams, in which a certain path of the charge carrier beam intended for processing given profile shape by two panels. On the upper part of the vacuum vessel 30 is a beam generating system similar to the system shown in FIG the same arrangement and with the same designations. 31 is a panel mount, which carries a screen 32. The shape of the diaphragm 32 can be seen from FIG. 4a. The diaphragm is located in the focal plane of the one generated by the beam generation system Beam path and acts as an aperture stop for the image plane of the same beam path. The diaphragm holder 33 with the diaphragm 34 is arranged in the image plane, which acts here as a field stop. The shape of 34 is shown in Figure 4b. The case 30 is vacuum-tight on a magnetic lens, consisting of a magnetic coil 35, the cup-shaped iron core 36 and the pole pieces 37 and 38, placed on top. The magnetic The lens for its part is connected to the housing 39 in a vacuum-tight manner. Furthermore, this is Housing 39 connected to the upper part of housing 30 via a bypass pump line 40, to create more favorable vacuum conditions.

Die magnetische Linse bildet die Blende 34 in der Höhe der gestrichelten Linie 41 im zu bearbeitenden Objekt 42 ab. Die Länge des zur Bearbeitung bestimmten Strahlteiles entspricht etwa der Dicke des Objektes, der Strahlengang entspricht dem in Fig. 2 gezeigten Schema. The magnetic lens forms the aperture 34 at the level of the dashed line Line 41 in the object 42 to be processed. The length of the intended to be processed Part of the beam corresponds approximately to the thickness of the object, which corresponds to the beam path the scheme shown in FIG.

Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung das Prinzip einer automatischen Geschwindigkeitssteuerung fiir Fräsvorgänge. Die gezeigte Anordnung ist zum Fräsen von geradlinigen Schlitzen bestimmt. Mit 50 ist eine magnetische Linse dargestellt, welche einen kreisförmigen Strahlquerschnitt in der Höhe des Objektes 51 erzeugt. Das Gefäß 52 enthält eine Verschiebeeinrichtung, bestehend aus dem Schlitten 53 und der Gewindespindel54, welche vakuumdicht an der Stelle 55 aus dem Gefäß 52 herausgeführt ist und über die Kupplung 56 mit einem Motor 57 verbunden ist, dessen Drehzahl elektrisch regelbar ist. Vorteilhaft kann hier auch ein stufenlos regelbares Flüssigkeitsgetriebe verwendet werden. Unterhalb der magnetischen Linse 50 ist ein Thermoelement 58 angeordnet. Es nimmt die von der Bearbeitungsstelle des zu bearbeitenden Materials 51 ausgehende Wärmestrahlung auf und verwandelt diese in ein elektrisches Steuersignal, welches über die Leitungen 59, 60 dem Steuerverstärker 61 zugeführt wird. Der Verstärker 61 steuert nun seinerseits in Abhängigkeit von der am Objekt 51 vorhandenen Temperatur den vom Motor 57 ausgeführten Bewegungsvorgang. Fig. 5 shows a schematic representation of the principle of an automatic Speed control for milling processes. The arrangement shown is for milling determined by straight slots. A magnetic lens is shown at 50, which generates a circular beam cross-section at the level of the object 51. The vessel 52 contains a displacement device consisting of the slide 53 and the threaded spindle 54, which leads out of the vessel 52 in a vacuum-tight manner at the point 55 is and is connected via the clutch 56 to a motor 57, the speed of which is electrical is adjustable. A continuously variable fluid transmission can also be advantageous here be used. A thermocouple 58 is arranged below the magnetic lens 50. It takes the output from the processing point of the material 51 to be processed Heat radiation and converts it into an electrical control signal, which is fed to the control amplifier 61 via the lines 59, 60. The amplifier 61 now controls itself as a function of the temperature present on object 51 the movement process carried out by the motor 57.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung zum Fräsen mit Ladungsträgerstrahlen, wobei der Strahl nur einmal über die zu fräsende Strecke geführt werden soll. 50 ist die magnetische Linse, welche vakuumdicht auf das Vakuumgehäuse 62 aufgesetzt ist. Der Verschiebemechanismus besteht wieder aus dem Schlitten 53, der Gewindespindel 54 und dem Motor 57 mit der Kupplung 56. Das Objekt 51 ist so auf dem Schlitten 53 angeordnet, daß die zu bearbeitende Stelle über einer Bohrung 63 des Schlittens liegt. Der zur Bearbeitung dienende Elektronenstrahl hat eine gewünschte ouerschnittsform. Er fällt auf die Stelle 64 des Objektes 51 und bohrt zunächst ein Loch in das Objekt. Sodann trifft der Strahl auf die am Boden des Gefäßes 62 angeordnete Elektrode 65, welche mit dem Isolator 68 gegen über 62 elektrisch isoliert ist. Die Elektrode ist über die Leitung 66 und den Widerstand 67 mit Erde verbunden. Trifft der Elektronenstrahl die Elektrode, so fließt ein Strom über 65, 66, 67 zur Erde. Hierdurch entsteht an 67 ein Spannungsabfall, welcher dem Steuerverstärker 69 zugeleitet wird. Fig. 6 shows an arrangement for milling with charge carrier beams, whereby the beam should only be guided once over the route to be milled. 50 is the magnetic lens, which is placed on the vacuum housing 62 in a vacuum-tight manner is. The displacement mechanism again consists of the slide 53, the threaded spindle 54 and the motor 57 with the coupling 56. The object 51 is thus on the slide 53 arranged that the point to be machined over a bore 63 of the carriage lies. The electron beam used for processing has a desired cross-sectional shape. He falls on the point 64 of the object 51 and first drills a hole in the object. The beam then strikes the electrode 65 arranged on the bottom of the vessel 62, which is electrically isolated from 62 with the insulator 68. The electrode is connected to ground via line 66 and resistor 67. The electron beam hits the electrode, a current flows through 65, 66, 67 to earth. This creates at 67 a voltage drop which is fed to the control amplifier 69.

Dieser regelt wieder seinerseits die Drehzahl des Motors 57. Die Anordnung kann so getroffen werden, daß der Motor in stromlosem Zustand des Widerstandes 67 keine Drehung ausführt. Fällt der Elektronenstrahl mit einer bestimmten maximalen Stärke durch eine Bohrung des Objektes 51 auf die Elektrode 65, so wird durch den so entstehenden Strom der Motor eingeschaltet und läuft mit einer bestimmten, der Stromstärke entsprechenden Drehzahl an. Hierdurch verschiebt sich das Objekt 51 und schattet die Elektrode 65 gegenüber dem Elektronenstrahl teilweise ab. Auf diese Weise verringert sich der Strom, die Motordrehzahl verringert sich ebenfalls, und es stellt sich ein steuerbarer Zustand derart ein, daß nur ein bestimmter, zur Bohrung geeigneter Stromanteil des Elektronenstrahles an der Bearbeitung des Objektes 51 teilnimmt.This in turn regulates the speed of the motor 57. The arrangement can be made so that the motor in the de-energized state of the resistor 67 does not rotate. The electron beam falls with a certain maximum Strength through a hole in the object 51 on the electrode 65, then through the so the resulting current the motor is switched on and runs with a certain, the Amperage corresponding to the speed. The object 51 is displaced as a result and partially shadows the electrode 65 from the electron beam. To this In this way, the current decreases, the motor speed also decreases, and a controllable state arises in such a way that only a certain one is used for drilling suitable current component of the electron beam in the processing of the object 51 participates.

In Fig. 7 ist ein weiteres Beispiel gezeigt, wobei die zur automatischen Geschwindigkeitssteuerung benutzte Strahlung über einen Spiegel auf eine außerhalb des Vakuumgefäßes liegende Photozelle fällt. In Fig. 7 a further example is shown, wherein the automatic Speed control used radiation via a mirror to an outside The photocell lying in the vacuum vessel falls.

Die Anordnung entspricht im wesentlichen der in Fig. 4 gezeigten, mit dem Unterschied, daß sie auch für das Fräsen auf bewegten Objekten eingerichtet ist. Die Bezeichnungen entsprechen den in Fig. 3, 4 und 6 gewählten.The arrangement corresponds essentially to that shown in Fig. 4, with the difference that it is also set up for milling on moving objects is. The designations correspond to those chosen in FIGS. 3, 4 and 6.

Die magnetische Linse trägt in ihrem inneren Teil einen Spiegel 70, welcher die von der unter dem Ladungsträgerstrahl befindlichen Objektstelle ausgehende Strahlung über ein Linsensystem 71 durch die Fenster 72 und 73 auf die außerhalb des Vakuums befindliche Photozelle 74 wirft. Die Photozelle gibt ein Steuersignal ab, welches vom Verstärker 61 verarbeitet und wiederum dem Motor 57 zugeführt wird. The magnetic lens carries a mirror 70 in its inner part, which is the point of the object located under the charge carrier beam Radiation via a lens system 71 through the windows 72 and 73 to the outside The vacuum photocell 74 throws. The photocell gives a control signal which is processed by the amplifier 61 and in turn fed to the motor 57.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die mit sehr kleiner Apertur aus einem tiefgebohrten Loch austretende Strahlung von dem nahe der optischen Achse und der Lochachse befindlichen Spiegel aufgefangen werden kann.The advantage of this arrangement is that the with very small Aperture from a deeply drilled hole exiting radiation from the near the optical Axis and the hole axis located mirror can be caught.

Die in den Ausführungsbeispielen dargestellte Verwendung einer Fernfokuskathode ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, jedoch können auch anders ausgebildete Elektronenstrahlerzeugungssysteme beim Erfindungsgegenstand Anwendung finden. The use of a remote focus cathode shown in the exemplary embodiments is a preferred embodiment of the invention, but other designs can also be used Electron guns are used in the subject matter of the invention.

Ferner können, wie schon erwähnt, an Stelle von Elektronenstrahlen Strahlen von anderen Ladungsträgern (z. B. positiven oder negativen Ionen) benutzt werden.Furthermore, as already mentioned, instead of electron beams Rays from other charge carriers (e.g. positive or negative Ions) can be used.

Ferner können Mittel, vorzugsweise in Form einer mechanischen Klappvorrichtung, vorgesehen sein, die es ermöglichen, wahlweise das Auftreffen des Ladungsträgerstrahles auf den zu bearbeitenden Gegenstand bzw. dessen Haltung zu verhindern oder freizugeben. Es ist vorteilhaft, diese Vorrichtung in einem Bereich des Ladungsträgerstrahles oberhalb der zur Bündelung des Strahles dienenden magnetischen Linse anzuordnen. Es ist dabei zweckmäßig, hier einen Strahlquerschnitt auszuwählen, in welchem die Strahlstromdichte einen gegenüber den übrigen Strahlstromquerschnitten geringeren Wert besitzt. Furthermore, means, preferably in the form of a mechanical folding device, be provided, which allow the impingement of the charge carrier beam optionally to prevent or release the object to be processed or its position. It is advantageous to have this device in a region of the charge carrier beam to be arranged above the magnetic lens used to focus the beam. It is useful here to select a beam cross-section in which the The beam current density is lower than that of the other beam current cross-sections Owns value.

Die Klappe kann z. B. aus einem starken Wolframblech bestehen, welches unter anderem mit Kühlungs-und Abstrahlflächen versehen ist. Es kann vorteilhaft sein, die Bedienung dieser Klappe mit der Bewegung eines Spiegels zu koppeln, welcher derart angeordnet ist, daß er bei Abschalten des Ladungsträgerstrahles durch die Klappe das Licht einer Beleuchtungseinrichtung auf die durch die Offnungen der Bohrlinse sichtbaren Bearbeitungsstellen fallen läßt. Die Anordnung der Klappvorrichtung kann so getroffen sein, daß ihre Drehachse beispielsweise senkrecht auf der in Fig. 4 verwendeten Schnittebene steht und seitlich von der Mittelachse des Vakuumgefäßes angeordnet ist. Der Antrieb der Klappvorrichtung kann unter Umständen über ein Fußpedal erfolgen, um der das Gerät bedienenden Person die Möglichkeit zu geben, mit den Händen beispielsweise die mechanische Justiervorrichtung oder elektrische Regelvorrichtung ungestört bedienen zu können.The flap can, for. B. consist of a strong tungsten sheet, which is provided with cooling and radiation surfaces, among other things. It can be beneficial be to couple the operation of this flap with the movement of a mirror, which is arranged so that when the charge carrier beam is switched off by the Flip the light of a lighting device onto the through the openings of the drill lens drops visible processing points. The arrangement of the folding device can be made so that its axis of rotation, for example, perpendicular to that shown in FIG The cutting plane used stands and to the side of the central axis of the vacuum vessel is arranged. The drive of the folding device can under certain circumstances via a foot pedal take place in order to give the person operating the device the opportunity to use the Hands, for example, the mechanical adjustment device or electrical control device to be able to operate undisturbed.

Es können auch zur Betätigung anderer Regelvorrichtungen Fußpedale oder Fußsclialtknöpfe oder Fußwechselschaltwippen vorgesehen sein. Weiterhin ist es vorteilhaft, Anzeigevorrichtungen zur Anzeige des augenblicklichen Betriebszustandes der Apparatur vorzusehen. Zur Sicherung eines geordneten Ablaufs der Arbeitsvorgänge ist es zweckmäßig, die einzelnen aufeinanderfolgenden Bedienungsvorgänge durch gekoppelte Sperrsysteme untereinander in der Reihenfolge zu sichern, beispielsweise derart, daß der Elektronenstrahl nur eingeschaltet werden kann, wenn ein zur Bearbeitung bestimmter Gegenstand an der Bearbeitungsstelle im Gerät vorhanden ist. Foot pedals can also be used to operate other control devices or Fußsclialtknochen or foot change rocker switches can be provided. Furthermore is it is advantageous to have display devices for displaying the current operating status the apparatus to be provided. To ensure an orderly flow of work processes it is advisable to combine the individual successive operations with To secure locking systems among each other in the sequence, for example in such a way that that the electron beam can only be switched on when one is available for processing certain object is present at the processing point in the device.

Die Einrichtung nach der Erfindung kann insbesondere zum Bearbeiten von Gegenständen (z. B. Herstellen von Spinndüsen) aus Wolfram, Tantal, Stahl, Keramik, kristallinem Korund, Glas oder aus organischen Isolierstoffen verwendet werden. Mit besonderem Vorteil ist der Erfindungsgegenstand anwendbar, wenn es sich um das Durchbohren bzw. Durchschneiden von solchen Gegenständen handelt, die eine Wandstärke von 0,1 mm oder mehr, insbesondere von einigen Millimetern (z. B. 5 mm) besitzen und mit Bohrungen bzw. Schnitten oder Einfräsungen zu versehen sind, deren Weite (Ausdehnung senkrecht zur Profillinie) weniger als 0,2 mm beträgt. The device according to the invention can be used in particular for processing of objects (e.g. manufacture of spinnerets) made of tungsten, tantalum, steel, ceramics, crystalline corundum, glass or organic insulating materials. The subject matter of the invention can be used with particular advantage when it comes to the Drilling or cutting through objects that have a wall thickness of 0.1 mm or more, in particular of a few millimeters (z. B. 5 mm) and to be provided with bores or cuts or millings, their width (Extension perpendicular to the profile line) is less than 0.2 mm.

Ein anderes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Herstellung von Gewindebohrern oder Schrauben, z. B. aus Wolframcarbid. Ferner können Zahnräder hergestellt werden. Another field of application of the device according to the invention is the production of taps or screws, e.g. B. made of tungsten carbide. Further gears can be manufactured.

Profile der Gewindegänge und der Verzahnungen werden entsprechend dem beschriebenen Verfahren mit dem Ladungsträgerstrahl geschnitten, wobei dieser sowohl in Richtung der Achse der bearbeitenden Drehkörper als auch in einer Ebene senkrecht zu dieser Achse gerichtet die Gegenstände in der gewünschten Form bearbeiten kann.Profiles of the threads and the teeth are corresponding the method described with the charge carrier beam cut, this both in the direction of the axis of the machining rotary body and in a plane Process the objects in the desired shape directed perpendicular to this axis can.

Der Erfindungsgegenstand ermöglicht ferner in besonders gearteten Bearbeitungsfällen, wie z. B. beim Bohren oder Fräsen von Schlitzen in enge Rohre, von der Außenwand her Löcher bzw. Schlitze in die Rohrwandungen zu schneiden, welche sich nach der Bearbeitungsseite hin konisch verjüngen. Es lassen sich also auch Bearbeitungsformen durchführen, welche mit mechanischen Mitteln nicht möglich sind. The subject matter of the invention also enables special types Processing cases, such as B. when drilling or milling slots in narrow pipes, from the outer wall to cut holes or slots in the pipe walls, which taper conically towards the machining side. So it can be done too Carry out processing forms that are not possible with mechanical means.

PATENTANSPROCHE: 1. Einrichtung zum Fräsen von Profilen, zum Schneiden von Schablonen oder zum Bohren von Düsenkanälen, vorzugsweise zum Herstellen von Spinndüsen, mittels eines Ladungsträgerstrahles unter Verwendung von elektronenoptischen Strahlablenkungs- oder Strahlformungsmitteln zur Bestimmung der Querschnittsform der Schnitte, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlablenkungs-und/oder Strahlformungsmittel zugleich so ausgebildet sind, daß über die Tiefe des gewünschten Schnittes oder Bohrloches eine vorgeschriebene, von der zylindrischen abweichende Form erzielt wird. PATENT CLAIM: 1. Device for milling profiles, for cutting of templates or for drilling nozzle channels, preferably for making Spinnerets, by means of a charge carrier beam using electron-optical Beam deflection or beam shaping means for determining the cross-sectional shape the cuts, characterized in that the beam deflection and / or beam shaping means are also designed so that over the depth of the desired cut or Drill hole achieved a prescribed, deviating from the cylindrical shape will.

Claims

2. Device according to claim 1, characterized in that means to change the cross-sectional shape of the charge carrier beam during the machining process are provided.

3. Device according to claim 1, characterized in that for the control the angle of incidence of the charge carrier beam on the object to be processed electrostatic or magnetic or electromagnetic deflection devices are provided are.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that used to move the object to be processed relative to the charge carrier beam mechanical means and for the simultaneous shaping of the charge carrier beam electron-optical means are provided.

5. Device according to claim 1 and 4, characterized in that two apertures and an imaging system in the beam path of the charge carrier beam are arranged so that the image of the lens immediately in front of it Aperture in the image plane and the image of the other aperture in the focal plane of this Lens lies.

6. Device according to claim 1 to 5, characterized in that for multiple guidance of the charge carrier beam over the point to be processed serving deflection means are provided.

7. Device according to claim 1 to 6, characterized in that in the beam path of the charge carrier beam to control the intensity of this beam at different deflection serving apertures are arranged.

8. Device according to claim 1 to 7, characterized in that Means for controlling the relative movement between the object and the charge carrier beam, preferably as a function of the light and light emitted at the processing point Thermal radiation, are provided.

9. Device according to claim 8, characterized in that on the Processing point a radiation receiver is provided, its current or voltage possibly via an amplifier the feed speed of the object and / or controls the beam intensity and / or the beam shape.

10. Device according to claim 9, characterized in that means to control the focal length of the lens arranged in the beam path as a function of of current or voltage of the radiation receiver are provided.

11. Device according to claim 8, characterized by such Formation of the lens arranged in the beam path that that of the processing point outgoing light through this to a photocell arranged on the side of the lens falls, as well as by a connection of this photocell with the control of the relative movement means serving between the beam and the object.

12. Device according to claim 8, characterized in that the Object to be processed arranged on a base provided with a through hole is, with an electrode located under this hole, which may be via additional electrical switching elements with the control of the relative movement between between object and beam serving means is coupled.

13. Device according to claim 1 and one or more of the following, characterized in that serving for the optional blocking of the charge carrier beam Means, preferably in the form of a mechanical folding device, are provided.

14. Device according to claim 1 and one or more of the following characterized by the use for the production of taps or screws made of very hard material, for example tungsten carbide.

15. Device according to claim 1 and one or more of the following characterized by its use in the manufacture of gears.

Publications considered: German Patent No. 748 680; UNITED STATES. U.S. Patent No. 2,267,752.