DE1222590B

DE1222590B - Process for controlling the energy irradiation on the workpiece in charge carrier beam processing devices

Info

Publication number: DE1222590B
Application number: DEV27305A
Authority: DE
Inventors: H C Manfred Von Ardenne Dr; Dipl-Phys Siegfried Panzer; Dipl-Phys Dr Siegfrie Schiller
Original assignee: Elektromat VEB
Current assignee: Elektromat VEB
Priority date: 1964-12-07
Filing date: 1964-12-07
Publication date: 1966-08-11

Description

Verfahren zur Steuerung der Energieeinstrahlung auf das Werkstück bei Ladungsträgerstrahl-Bearbeitungsgeräten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Energieeinstrahlung auf das Werkstück bei Ladungsträgerstrahl-Bearbeitungsgeräten, wie z. B. Elektronen- oder Ionenstrahl-Bearbeitungsgeräten, bei denen die Ablenkung des Teilchenstrahls synchron mit einem eine transparente Schablone abtastenden Lichtstrahl erfolgt und der die Schablone durchsetzende Lichtstrom in einen elektrischen Strom umgesetzt wird, der zur Steuerung der Intensität des Teilchenstrahles dient.Method for controlling the energy irradiation on the workpiece in charge carrier beam processing devices The invention relates to a method to control the energy radiation on the workpiece in charge carrier beam processing devices, such as B. Electron or ion beam processing equipment where the deflection of the particle beam synchronously with a light beam scanning a transparent template takes place and the stencil penetrating luminous flux into an electric current is implemented, which is used to control the intensity of the particle beam.

Es ist bekannt, bei der Bearbeitung von Werkstücken mit Elektronen- oder Ionenstrahl-Bearbeitungsgeräten den Ladungsträgerstrahl mit Lichtpunktabtaster zu steuern. Dabei läuft synchron zu dem Lichtpunktabtaster der Elektronen- oder Ionenstrahl, der mit Hilfe von Ablenkeinheiten auf dem Werkstück geführt wird. Der Lichtpunkt rastert eine vorgegebene Schablone ab, die entsprechend ihrem Informationsinhalt den Elektronen- oder Ionenstrahl an den zu bearbeitenden Orten auf dem Werkstück über die Steuerelektrode des Elektronenstrahles intensitätsmäßig steuert, d. h. die Größe des Stromes des Ladungsträgerstrahles verändert oder im einfachsten Fall ein- oder ausschaltet. Im allgemeinen wird so verfahren, daß auf eine Steuerelektrode, z. B. dem Wehnelt-Zylinder, der Elektronenkanone unterschiedlich große negative Spannungen aufgegeben werden, die den Elektronen- oder Ionenstrahl ein-bzw. ausschalten.It is known that when machining workpieces with electron or ion beam processing devices, the charge carrier beam with light point scanners to control. The electron or electron scanner runs synchronously with the light point scanner Ion beam that is guided on the workpiece with the help of deflection units. Of the Lichtpunkt scans a given template according to its information content the electron or ion beam at the locations to be machined on the workpiece controls the intensity of the electron beam via the control electrode, d. H. the size of the current of the charge carrier beam changed or in the simplest case on or off. In general, the procedure is that on a control electrode, z. B. the Wehnelt cylinder, the electron gun of different sized negative Voltages are applied that the electron or ion beam a or. switch off.

Der Elektronen- oder Ionenstrahl (im folgenden Teilchenstrahl genannt) wird dabei entweder völlig gesperrt oder stets bis zu einem gleichen, einmal vorgegebenen Intensitätswert freigegeben.The electron or ion beam (hereinafter referred to as the particle beam) is either completely blocked or always up to the same, once specified Intensity value released.

Die Geschwindigkeit, mit der der Teilchenstrahl bei diesem bekannten Verfahren auf dem Werkstück bewegt wird, ist dabei unabhängig davon, ob er gesperrt oder freigegeben ist. Die Bearbeitungszeit eines Werkstückes wird dadurch bei vorgegebener Einwirkdauer des Teilchenstrahles an einem bestimmten Ort auf dem Werkstück von der Größe der abzurasternden Fläche (meist die Gesamtfläche des Werkstückes) und nicht durch die tatsächlich zu bearbeitende, im allgemeinen wesentlich kleinere Bearbeitungsfläche bestimmt.The speed at which the particle beam is known in this case Process on the workpiece is moved, is independent of whether it is locked or is released. The machining time of a workpiece is thereby given Duration of action of the particle beam at a specific location on the workpiece from the size of the area to be scanned (usually the total area of the workpiece) and not by the actually to be processed, generally much smaller Working area determined.

Dieser bekannte Stand der Technik hat den Nachteil, daß die Bearbeitungsdauer unökonomische Werte annimmt und außerdem unterschiedliche Einwirkzeiten des Teilchenstrahles, wie sie z. B. für verschiedene Arbeitsprozesse an ein und demselben Werkstück benötigt werden, erst nachdem der vorhergehende Arbeitsgang abgeschlossen ist, eingestellt werden können. Danach erfolgt der nächste Arbeitsgang mit der vorbeschriebenen ungünstigen ökonomie. Bei der kontinuierlichen Intensitätssteuerung des Elektronenstrahles mittels des Wehnelt-Zylinders kommt hinzu, daß die Abbildungsbedingungen nur bei einem bestimmten Wert der Wehnelt-Spannung und damit nur für einen bestimmten Intensitätswert des Elektronenstrahles exakt erfüllt sind. Sobald der Strahlstrom verändert wird, verändert sich die Apertur und damit auch alle anderen elektronenoptischen Bedingungen.This known prior art has the disadvantage that the processing time assumes uneconomical values and also different exposure times of the particle beam, how they z. B. required for different work processes on one and the same workpiece are only set after the previous operation has been completed can be. The next step is then carried out with the unfavorable one described above economy. With the continuous intensity control of the electron beam by means of of the Wehnelt cylinder, there is also the fact that the imaging conditions only apply to a certain Value of the Wehnelt voltage and thus only for a certain intensity value of the Electron beam are met exactly. As soon as the beam current is changed, changed the aperture and thus all other electron-optical conditions.

Zweck der Erfindung ist es, bei fest eingestellten Betriebsparametern des Elektronenstrahles die Einwirkzeit des Teilchenstrahles und damit die Intensität der thermischen Veränderungen von Ort zu Ort auf der Oberfläche des Werkstückes zu variieren.The purpose of the invention is to use fixed operating parameters of the electron beam, the exposure time of the particle beam and thus the intensity the thermal changes from place to place on the surface of the workpiece to vary.

Damit würde die Möglichkeit geschaffen, in einem Arbeitsgang am gleichen Werkstück an bestimmten Stellen z. B. zu legieren, an anderen zu schweißen und an wieder anderen Material abzutragen oder auch die Abtragtiefe von Ort zu Ort zu ändern.This would make it possible to work on the same in one operation Workpiece at certain points z. B. to alloy, to weld to others and to again to remove other material or to change the removal depth from place to place.

Aufgabe der Erfindung ist es, die örtliche Einwirkdauer zusätzlich zur Intensität des Teilchenstrahles über einen Lichtpunktabtaster je nach der gewünschten Art der Bearbeitung von Ort zu Ort zu variieren.The object of the invention is to additionally reduce the local exposure time to the intensity of the particle beam via a light point scanner depending on the desired Type of processing to vary from place to place.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß bei dem eingangs bezeichneten Verfahren eine entsprechend der vorgegebenen Einwirkzeit des Teilchenstrahles verschieden stark transparente Schablone abgerastert wird und zusätzlich die Geschwindigkeit, mit der die Auftreffstelle des Teilchenstrahles auf dem Werkstück bewegt wird, in Abhängigkeit von der Transparenz der Schablone gesteuert wird.The object is achieved in that according to the invention at the beginning designated method a corresponding to the predetermined exposure time of the particle beam differently strong transparent stencils are scanned and additionally the speed, with which the point of impact of the particle beam on the workpiece is moved, in Depending on the transparency of the stencil is controlled.

Die Umsetzung des Informationsinhaltes der Schablone in unterschiedliche Geschwindigkeiten, mit der der Teilchenstrahl auf dem Werkstück geführt wird, kann z. B. derart erfolgen, daß der verstärkte Fotostrom zur Steuerung des aus einer Elektronenröhre bestehenden Ladewiderstandes für die Erzeugung der Kippspannung in den Stromversorgungssystemen der Ablenkgeräte des Lichtpunktabtasters sowie des Teilchenstrahles im Bearbeitungsgerät dient. Die Schablone kann mit bekannten fotochemischen bzw. drucktechnischen Mitteln entsprechend dem Arbeitsprogramm auf dem Werkstück hergestellt werden.The implementation of the information content of the template in different Speeds at which the particle beam on the workpiece is performed, z. B. be done in such a way that the amplified photocurrent for control of the charging resistor consisting of an electron tube for generating the Breakover voltage in the power supply systems of the deflection devices of the light point scanner as well as the particle beam in the processing device. The stencil can be known with photochemical or printing means according to the work program the workpiece.

Falls bei hohen Frequenzen verschiedene Schaltzeiten für die Ablenkfrequenzen und die Strahltastung auftreten, wird die Strahltastung beim Einschalten zeitlich verzögert und beim Ausschalten vor -dem Umschalten der Frequenzen vorgenommen, da die Strahltastung im allgemeinen schneller vor sich ,geht.If at high frequencies different switching times for the deflection frequencies and the beam scanning occur, the beam scanning is temporal when switched on delayed and made when switching off before switching the frequencies, there the beam scanning is generally faster.

Die technisch- ökonomischen Auswirkungen der Erfindung bestehen darin, daß eine wesentliche Verkürzung der Bearbeitungszeit erzielt wird, da in ein und demselben Arbeitsgang verschiedene Arbeitsprozesse ermöglicht werden, und daß die gesamte Bearbeitung mit ein und derselben Strahleinstellung ausgeführt werden kann.The technical and economic effects of the invention are: that a significant reduction in processing time is achieved because in one and Different work processes are made possible for the same operation, and that the entire processing can be carried out with one and the same beam setting.

An Hand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 ein zu bearbeitendes Werkstück, F i g. 2 eine Schablone zur Steuerung der Ablenkgeschwindigkeit des Teilchenstrahles auf dem Werks_tück und F i g. 3 ebenfalls eine Schablone, nach der nur bestimmte Stellen auf dem Werkstück bearbeitet werden sollen.The invention is based on exemplary embodiments and the drawing are explained in more detail. In the drawing, F i g. 1 a workpiece to be machined, F i g. 2 a template for controlling the deflection speed of the particle beam on the Werks_tück and F i g. 3 also a template according to which only certain Places on the workpiece are to be machined.

Soll von dem Werkstück 1 gemäß F i g. 1 eine ,Oberflächenschicht 2 abgetragen werden, müßte eine 'Schablone 3 gemäß F i g. 2 Verwendung finden. Die verschiedenen Bearbeitungstiefen der Oberflächenschicht 2 sind in der Schablone 3 durch entsprechende 'Schwärzungsgrade enthalten. Je nach dem Schwär-:zungsgrad kann entweder die Ablenkgeschwindigkeit oder die Intensität des Teilchenstrahles gesteuert werden. In diesem Fall wird durch den Lichtpunktabtaster nur die Geschwindigkeit, mit der der Teilchenstrahl 4 auf dem Werkstück 1 geführt wird, gesteuert, während der Teilchenstrahl 4 unabhängig davon während der gesamten Bearbeitungszeit eingeschaltet ist.If the workpiece 1 according to FIG. 1 one, surface layer 2 be removed, a 'template 3 would have to be shown in FIG. 2 find use. the different processing depths of the surface layer 2 are in the template 3 included by corresponding 'degrees of blackening. Depending on the degree of blackness can either be the deflection speed or the intensity of the particle beam being controlled. In this case, the light point scanner only measures the speed with which the particle beam 4 is guided on the workpiece 1, controlled while the particle beam 4 switched on regardless of this during the entire processing time is.

Ist das Werkstück 1 nur an einzelnen begrenzten Stellen 5, wie sie in der F i g. 3 dargestellt sind, zu bearbeiten, so kann die Geschwindigkeit, mit der der Teilchenstrahl 4 auf dem Werkstück 1 geführt wird, wie im vorhergehenden Beispiel, ebenfalls gesteuert werden. Zusätzlich wird der Teilchenstrahl 4 an Stellen 6, an denen nicht bearbeitet werden soll, ausgeschaltet. Bei ausgeschaltetem Teilchenstrahl 4 werden die Ablenksysteme mit maximaler Frequenz betrieben, damit die Verlustzeiten, in denen nicht bearbeitet wird, klein gehalten werden können. Das Signal vom Lichtpunktabtaster schaltet jetzt über die Steuerelektrode im Erzeugungssystem sowohl den Teilchenstrahl 4 aus bzw. ein und schaltet außerdem die Frequenzen um, mit denen die Ablenksysteme für den Lichtpunktabtaster und das Bearbeitungsgerät betrieben werden. Durch die Umschaltung der Ablenkfrequenzen ist damit eine wesentliche Verkürzung der Bearbeitungszeit gegeben, da die zu bearbeitende Fläche gegenüber der Gesamtfläche des Werkstückes in den meisten Fällen kleiner ist.If the workpiece 1 is only at individual limited locations 5, like them in FIG. 3 are shown to edit, so the speed can be adjusted with which the particle beam 4 is guided on the workpiece 1, as in the preceding Example, can also be controlled. In addition, the particle beam 4 is in places 6, which should not be processed, switched off. With the particle beam switched off 4, the deflection systems are operated at maximum frequency so that the loss times, in which there is no processing can be kept small. The signal from the light point scanner now switches both the particle beam via the control electrode in the generation system 4 off or on and also switches the frequencies with which the deflection systems for the light point scanner and the processing device. Through the Switching the deflection frequencies is therefore a significant reduction in processing time given, as the area to be machined compared to the total area of the workpiece is smaller in most cases.

Claims

Claims: 1. Method for controlling the radiation of energy onto the workpiece in the case of charge carrier beam processing devices where the deflection of the particle beam synchronously with a scanning a transparent template Light beam takes place and the light flux penetrating the stencil turns into an electrical one Current is converted, which serves to control the intensity of the particle beam, d a d u r c h e k e n n - indicates that one corresponds to the given exposure time of the particle beam (4) differently strong transparent template (3) scanned and additionally the speed with which the point of impact of the particle beam is moved on the workpiece, depending on the transparency of the template is controlled.

2. The method according to claim 1, characterized in that the by Conversion of the luminous flux obtained electric current from an electron tube controls existing charging resistor, which is used to generate the deflection voltage both is used in the deflection devices of the light point scanner and in the processing device.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the intensity of the particle beam by controlling the beam generation system by means of changeable Pulse repetition frequencies is determined.

4. The method according to one or more of the claims 1 to 3, characterized in that the beam scanning with respect to the beam deflection Delayed when switching on and before switching over the when switching off Deflection frequencies is made. Publications considered: German Interpretation document no.1106 431.