DE1224853B - Elektronenbeschussvorrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H05b

Deutsche KL: 21h -16/60

Nummer: 1224 853

Aktenzeichen: E 28693 VIII d/21 h

Anmeldetag: 12. Februar 1965

Auslegetag: 15. September 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenbeschußvorrichtung, insbesondere eine solche mit elektrostatischer Fokussierung des Elektronenbündels. , :

Zum Schmelzen und Verdampfen von Metallen durch Elektronenbeschuß ist es oft erwünscht, über ein Elektronenbündel mit veränder- oder regelbarer Fokussierung zu verfügen. Das zu verdampfende Metall muß vor seinem Verdampfen entgast werden. Dazu wird ein verhältnismäßig großer Teil einer Tablette oder Scheibe, des betreffenden Metalls geschmolzen. Die Verdampfung erfolgt in einem verhältnismäßig kleinen Teil der alten, gereinigten Schmelze. Diese beiden Vorgänge müssen ausgeführt werden, ohne das Vakuum in der Vakuumkammer nennenswert zu verändern.

Eine Elektronenkanone mit veränderbarer oder regelbarer Fokussierung ist auch für andere Zwecke, beispielsweise für ein örtliches Schmelzen, verwendbar.

Die bisher bekannten Elektronenbeschußvorrichtungen mit elektrostatischer Fokussierung besitzen eine einzige Elektronenkanone, die nur eine begrenzte Regelung des Durchmessers des »Elektronenflecks« mittels einer, an der Mündung der Kanone vorgesehenen Fokussierlinse ermöglicht. Mit diesen Vorrichtungen ist es nicht möglich, die mit Elektronen beschossene Zone zu ändern. Die Elektronenbeschußvorrichtungen mit magnetischer Fokussierung bieten eine bessere Regelungsmöglichkeit des Elektronenflecks, jedoch sind die magnetischen Regelorgane verhältnismäßig umfangreich. Daher ist es zum Stabilisieren des Elektronenbündels notwendig, zusätzliche Vorkehrungen zu treffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenbeschußvorrichtung, insbesondere mit elektrostatischer Fokussierung, zu schaffen, die es ermöglicht, die Eigenschaften des Elektronenbündels stärker zu ändern, als es sonst auf elektrostatischem Wege möglich ist. Insbesondere die Fläche, auf die das Elektronenbündel einwirkt, soll in stärkerem Maße veränderbar sein, ohne daß magnetische Regelorgane verwendet werden.

Zur Lösung wird vorgeschlagen, daß wenigstens eine Elektronenkanone in einem Gestell verschiebbar angeordnet ist, wobei erste Mittel vorgesehen sind, die dem Gestell eine Drehbewegung um eine Achse vermitteln, die in einer zu einer axialen Längsebene der Elektronenkanone im wesentlichen senkrechten Ebene verläuft, bei. der die Elektronenkanone mit dem Gestell fest verbunden ist, und zweite Mittel vorgesehen sind, die der Elektronenkanone aus-Elektronenbeschußvorrichtung

Anmelder:

π, Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM),
Brüssel

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner
< und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,
Berlin 33, Podbielskiallee 68

Als Erfinder benannt:
Marcel Meulemans, Mol (Belgien);
Maurice Henuset, Olginasio (Italien);
; Paul Groeseneken, Hoegaarden (Belgien)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 14. Februar 1964 (01 328)

schließlich zugeordnet sind, um ihre Verschiebebewegung in Richtung ihrer Längsachse zu vermitteln.

So ist es z. B. möglich, bei Anordnung mehrerer einfacher, elektrostatisch fokussierter Elektronenkanonen nicht nur die Strahlungsdichte, sondern auch die absolute Strahlungsstärke in weiten Grenzen zu verändern. Um diesen großen Regelbereich auf elektrischem Wege zu erreichen, wäre ein elektrischer Aufwand erforderlich, der den mechanischen Aufwand im Falle des Erfindungsgegenstandes weit übertreffen würde.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann eine Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Beschüsses einer verhältnismäßig großen Fläche und eine Erhöhung der Stärke des Beschüsses einer ausgewählten Zone der Scheibe erzielt werden. Dazu kann die Elektronenbeschußvorrichtung nach der Erfindung mindestens zwei Elektronenkanonen besitzen.

. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedes Gestell verschwenkbar auf einer Welle angeordnet, die ein mit einer auf der Außenseite der Elektronenkanone in einer zu ihr axialen Ebene vorgesehenen Zahnstange zusammenwirkendes Zahnrad trägt, während das Gestell mindestens ein Zahnsegment aufweist, dessen Mittelpunkt mit der geometrischen Achse der vorgenannten Welle

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zusammenfällt, wobei das Zahnsegment mit einem an der Stelle der an der Kanone befestigten Zahn-Antriebszahnrad für die Neigungsbewegung des Ge- stange 19 liegt. Jeder Flansch weist eine durchstells im Eingriff steht, das von einer sich im wesent- gehende Öffnung 28 auf, deren Mitte die Achse des liehen parallel zu der erstgenannten Welle er- Zahnsegments ist. Jedes Gestell 17 ist verschwenkbar streckenden Welle getragen wird. 5 auf einer Welle 29 angebracht, auf der auf einem

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in zwischen den Flanschen 27 liegenden Abschnitt von der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels ihr ein Zahnrad 30 drehfest angebracht ist, das mit näher erläutert. Es zeigt dem Zahnstangenabschnitt 19 im Eingriff steht, wo-

F i g. 1 eine Seitenansicht einer mit einer Vorrich- bei außerdem ein auf einer zur Welle 29 parallelen tang nach der Erfindung versehenen Elektronen- io Welle 32 drehfest angebrachtes Zahnrad 31 mit beschußanlage im Teilschnitt, einem der Zahnsegmente 27 jedes Gestells 17 im

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Eingriff steht,
der Erfindung im Teilschnitt, Die Wellen 29 und 32 sind jeweils in vier an der

F i g. 3 eine Seitenansicht einer zu der in F i g. 1 Platte 14 befestigten Lagerpaaren 33, 34 gelagert, und 2 dargestellten Vorrichtung gehörenden Elektro- 15 Die Wellen 29 einerseits und die Wellen 32 anderernenkanoneneinheit in vergrößertem Maßstab, seits sind in zwei horizontalen Ebenen mit ihren

F i g. 4 eine Vorderansicht der in F i g. 3 dar- Enden aneinander anstoßend in einem Winkel von gestellten Elektronenkanone und 90? zueinander angeordnet, wobei sie mit Hilfe von

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in an jedem ihrer Enden angeordneten Kegelrädern35 F i g. 4. ■ 20 miteinander im Eingriff stehen.

Es sei bemerkt, daß in den verschiedenen Figuren Der Antrieb. sowohl der Wellen 32 als auch der

gleiche Bezugszeichen miteinander übereinstimmende Wellen 29 wird von außerhalb der Kammer 1 über Teile bedeuten. zwei einander benachbarte Hohlsäulen 12 gesteuert:

Die Elektronenbeschußvorrichtung nach der Er- Die Antriebsmittel für die Wellen 32 wirken auf eine findung wird im beschriebenen Beispiel zum Schmel- 25 Schneckenwelle 36 ein, die mit einem Zahnrad 37 im zen und Verdampfen einer Metallplatte verwendet, Eingriff steht, das auf einer Welle 38 drehfest andie in einer Vakuumkammer 1 in einem Kupfer- gebracht ist, die. einen Halter. 39 durchragt, der an tiegel 2 angeordnet wird, der mit Hufe von über der Tragplatte 7. mit Hilfe von Anschluß-oder Vereine Leitung 3 zu- und über eine Leitung 4 ab- bindungsstücken 57 befestigt ist, die gleichzeitig zur geführtem Wasser gekühlt wird, wobei die Leitun- 30 Befestigung der Hohlsäulen 12 aus Quarz dienen, gen 3 und 4 durch einen Verschlußflansch 5 ■ des Die Welle 38 ist mit Hilfe einer Muffe 58 an eine Tiegels verlaufen, der mit Hufe von Bolzen 6 an Welle 40 aus »Teflon« (einem isolierenden Kunsteiner Tragplatte.7 befestigt ist, die an einem Gestell stoff) angekuppelt, die mit ihrem oberen Abschnitt angebracht werden kann und damit an Masse gelegt wiederum an eine obere Welle 41 angeschlossen ist, wird. Am Außenumfang der Tragplatte? ist mit 35 die an ihrem oberen Ende.ein Kegelrad42 trägt, das Hilfe von Bolzen 8 unter Einlegung einer Dichtung 9 an der Stirnfläche (dem Stumpf) einer horizontalen eine einen Ringflansch 11, aufweisende Glocke 10 Welle 44 befestigt ist, die in F i g. 2 in dem vorderen befestigt. .-..-- ~ - Lagerpaar 33,34 in gleicher Ebene mit dem Wellen-

Die Tragplatte? trägt im Inneren der Glocke 10 viereck32 (Viereck aus Wellen32) gehalten wird, vier Hohlsäulen 12 aus Quarz, an deren Oberseite 40 Die Welle 44 trägt ein Zahnrad 44', das mit einem vier Stützen 13 für eine Platte 14 befestigt sind,.:aüf. ■ auf der in den gleichen Lagern 33, 34 gelagerten der. die Elektronenbeschußvorrichtung angebracht Welle 32 drehfest angebrachten Zahnrad 45 im Einist. Die Elektronenbeschußvorrichtung ist dazu vor- griff steht. Schließlich trägt die Welle 44 einen Ring gesehen, vier Elektronenkanonen 15 zu betätigen, die 46, der mit Hilfe einer langen Feststellschraube be^ jeweils um 90° zueinander versetzt angeordnet, sini. 45 festigt ist, die, indem sie gegen die benachbarte Jede Kanone 15 ist in einer zylindrischen Aufnahme: Welle 32 in Anschlag kommt, die Winkelverstellung 16 eines Gestells 17 verschiebbar: angebracht. Jede der Welle 44 begrenzt.

zylindrische Aufnahme weist einen Schlitz 18 auf,. Der Antrieb der Wellen 29 erfolgt in entsprechen-

durch den eine an der Außenseite der Kanone in- der Weise. In F i g. 1 und 2 sieht man die der Welle einer zu ihr axialen Ebene ausgebildete Zahnstange 5° 41 entsprechende obere Welle 48, die ein Kegelrad 19 hindurchragt. Auf der dem Schlitz 18 entgegen- 49 trägt, das mit einem zweiten Kegelrad 50 im Eingesetzten Seite weist das Gestell ein Gewindelo.ch.20 griff steht, das am Ende einer horizontalen Welle 51 auf, in welchem eine. Schraube 21 befestigt ist, die in drehfest angebracht ist, die ebenfalls in dem vorderen das Innere der Aufnahme 16 hinein vorsteht, wo sie Lagerpaar 33,34 gelagert ist und sich in der gleichen in eine in der Kanone ausgebildete längliche Aus- 55 Ebene erstreckt wie das Wellenviereck 29. Die Welle nehnmng22 hineinragt. Das vordere Ende der 51 trägt ein Zahnrad 52, das mit einem auf der entKanone hat einen geringeren (dünneren) Querschnitt sprechenden Welle 29 drehfest angebrachten Zahn- und ist zur Aufnahme einer Regelvorrichtung oder rad 53 im Eingriff steht Schließlich trägt die Welle elektrostatischen Linse 23 mit Gewinde versehen. 51 einen Ring 54, der zum Begrenzen der Winkel-Der Boden bzw. das hintere Ende der Aufnahme 16 60 verstellung der Welle 51 einen mit einem an der ist mit einer zentralen Führungsöffnung versehen, Platte 14 befestigten Anschlag 56 zusammenwirkendurch die in die Kanone ein durch eine Festsfell- dem Nocken 55 aufweist.

schraube 26 festgelegter Emissionskopf 25 eingeführt Die vorstehend beschriebene Elektronenbeschußwerden soll, dessen Glühfaden an eine Hoch- vorrichtung arbeitet wie folgt: Die Drehbewegung Spannungsquelle angeschlossen ist. .65 der Wellen 32 hat über die Zahnräder 31 und die

Das Gestell 17 weist zwei Flansche 27 in Form. Zahnsegmente 27 eine Drehbewegung der Gesteile von Zahnsegmenten auf, deren Mittelpunkt auf. einer 17 ran die Wellen 29 herum zur Folge, während der znr Längsachse der. Kanone 15 senkrechten Achse? die Elektronenkanonen über die Zahnräder 30 mit

den Gestellen drehfest sind und ihrer Bewegung also folgen. Auf diese Weise läßt sich eine Regelung der Neigung der Elektronenkanonen in bezug auf die durch die Mitte des Tiegels, also der Zielscheibe, verlaufende senkrechte Achse erzielen. Diese Regelung der Neigung der Elektronenkanonen ermöglicht das Ändern der durch die von den Elektronenkanonen ausgehenden Elektronenflecke abgetasteten Zone der Metallscheibe.

Die Drehbewegung der Wellen 29 hat über die Zahnräder 30 und die Zahnstangen 19 eine Verschiebung der Elektronenkanonen 15 in Richtung ihrer Längsachse zur Folge. Somit läßt sich eine Regelung des Abstandes der Mündung der Elektronenkanonen bis zur Scheibe in einer bestimmten schrägen Ebene erzielen. Diese Regelung ermöglicht es, den Durchmesser der durch die metallische Zielscheibe aufgefangenen Elektronenflecke in erheblichem Umfang zu ändern.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung nach der Erfindung hat also den Vorteil, daß sie eine doppelte Aufgabe erfüllt, die bei einer gegebenen elektrischen Leistung darin besteht, einerseits auf einer großen Fläche der Scheibe mehrere Elektronenbündel gleichmäßig zu verteilen, um beispielsweise die Scheibe vollständig zu schmelzen, und andererseits die maximale Leistung, beispielsweise zur örtlichen (zonalen) Verdampfung, auf eine ausgewählte Zone der Oberfläche der Scheibe zu konzentrieren.

Obwohl die Vorrichtung für vier Elektronenkanonen vorgesehen ist, kann man auch nur einen Teil von ihnen einsetzen. So fehlt beispielsweise nach der Zeichnung die vordere Elektronenkanone.

Die Verstellung der vier Elektronenkanonen erfolgt im Gleichlauf, jedoch ist klar, daß es zu ihrer gesonderten einzelnen Verstellung genügen würde, die Kegelräder 35 zu entfernen.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt. Man kann daran zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vornehmen, ohne daß man dadurch den Bereich der Erfindung verläßt.

So könnte insbesondere die Anzahl der bei der Vorrichtung nach der Erfindung vorgesehenen Elektronenkanonen eine andere als vier sein, könnten die Übertragungsmittel für die Verstellungen der Elektronenkanonen anders sein usw.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronenbeschußvorrichtung, insbesondere mit elektrostatischer Fokussierung, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eineElektronenkanone (15) in einem Gestell (17) verschiebbar ist, wobei erste Mittel (27, 31, 32) vorgesehen sind, die dem Gestell eine Drehbewegung um eine Achse vermitteln, die in einer zu einer axialen Längsebene der Elektronenkanone im wesentlichen senkrechten Ebene verläuft, bei der die Elektronenkanone (15) mit dem Gestell (17) fest verbunden ist, und zweite Mittel (19, 29, 30) vorgesehen sind, die der Elektronenkanone ausschließlich zugeordnet sind, um ihr eine Verschiebebewegung in Richtung ihrer Längsachse zu vermitteln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens zwei Elektronenkanonen (15).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung der Gestelle (17) sowie die Verschiebebewegung der Elektronenkanone (15) jeweils gleichlaufend erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gestell (17) verschwenkbar auf einer Welle (29) angeordnet ist, die ein mit einer auf der Außenseite der Elektronenkanone (15) in einer zu ihr axialen Ebene vorgesehenen Zahnstange (19) zusammenwirkendes Zahrad (30) trägt, während das Gestell (17) mindestens ein Zahnsegment (27) aufweist, dessen Mittelpunkt mit der geometrischen Achse der vorgenannten Welle (29) zusammenfällt, wobei das Zahnsegment (27) mit einem Antriebszahnrad (31) für die Neigungsbewegung des Gestells (17) im Eingriff steht, das von einer sich im wesentlichen parallel zu der erstgenannten Welle (29) erstreckenden Welle (32) getragen wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei Gruppen aus je vier Wellen, bei welchen die Wellen jeder Gruppe so angeordnet sind, daß sie ein rechtwinkliges Parallelogramm bilden und die Wellen (29, 32) an ihren Enden mit miteinander im Eingriff stehenden Kegelrädern (35) versehen sind, wobei ein erstes den Antrieb einer der Wellen (29) der ersten Gruppe steuerndes Mittel (48) und ein zweites den Antrieb einer der Wellen (32) der zweiten Gruppe steuerndes Mittel (41) vorgesehen ist, während die Wellen (29) der ersten Gruppe die Wellen zum Verschwenken der Gestelle (17) und je das zum Eingriff mit der Zahnstange (19) der entsprechenden Elektronenkanone (15) bestimmte Zahnrad (30) tragen können und die Wellen (32) der zweiten Gruppe je das zum Eingriff mit dem Zahnsegment (27) des entsprechenden Gestells (17) bestimmte Zahnrad (31) tragen können.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Vakuumkammer (1) auf einer Platte (14) angeordnet ist, die durch Hohlsäulen (12) aus isolierendem Material getragen wird, wobei im Inneren einiger dieser Hohlsäulen (12) Übertragungsmittel (40) für die von außerhalb der Kammer (1) gesteuerten Neige- und Verschiebebewegungen untergebracht sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 909 814;
französische Patentschrift Nr. 1141535;
USA.-Patentschrift Nr. 2793 882;
»Metal Treatment«, Juni 1962, S. 238.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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