DE1614191C3 - Anordnung zur Bestrahlung einer Schicht aus einem für Elektronenstrahlen empfindlichen Aufnahmematerial - Google Patents

Description

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worin / die Tiefe der Löcher (2) ist, R die Hälfte des Mittelpunktabstandes benachbarter Löcher und τ der Lochradius.

3. Anordnung zur Bestrahlung einer Schicht aus einem für Elektronenstrahlen empfindlichen Aufnahmematerial mit einer Kathodenstrahlröhre, die auf der Strahlenaustrittsseite durch eine von Löchern für den Durchtritt der Elektronenstrahlen durchsetzte Stützvorrichtung und eine diese bedeckende Membran vakuumdicht abgeschlossen ist, und mit einer Vorrichtung, welche die Aufnahmematerialschicht so vor der Stützvorrichtung anlegt, daß zwischen der Stützvorrichtung und der Aufnahmematerialschicht ein schmaler Spalt verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche zumindest auf einem Teil des Raumes zwischen der Membran und der Aufnahmematerialschicht ein im wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung der Elektronen verlaufendes magnetisches Feld erzeugt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bestrahlung einer Schicht aus einem für Elektronenstrahlen empfindlichen Aufnahmematerial mit einer Kathodenstrahlröhre, die auf der Strahlenaustrittsseite durch eine von Löchern für den Durchtritt der Elektronenstrahlen durchsetzte Stützvorrichtung und eine diese bedeckende Membran vakuumdicht abgeschlossen ist, und mit einer Vorrichtung, welche die Aufnahmematerialschicht so vor der Stützvorrichtung anlegt, daß zwischen der Stützvorrichtung und der Aufnahmematerialschicht ein schmaler Spalt verbleibt.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (DT-PS 98 107) entsteht eine gewisse Unscharfe der Abbildung, weil die Elektronenstrahlen an der Membran gestreut werden. Das Auflösungsvermögen wird dadurch vermindert.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, die worin / die Tiefe der Löcher ist, R die Hälfte des Mittelpunktabstandes benachbarter Löcher und r der Lochradius.

Bei dieser Ausbildung wird erreicht, daß die an der Membran gestreuten Elektronenstrahlen, soweit sie beim Austritt aus der Membran größere Streuwinkel haben, auf die Lochwände auftreffen und dort absorbiert werden. Allenfalls entstehende Sekundärelektronen haben eine zufällige Abstrahlrichtung und werden somit ebenfalls zum allergrößten Teil von den Lochwänden absorbiert. Im übrigen haben sie eine äußerst geringe Energie. Es wird also sichergestellt, daß nur diejenigen Elektronenstrahlen zur Aufnahmematerialschicht übertragen werden, bei denen die Streuung an der Membran verhältnismäßig gering und damit die Auflösung der erzielten Abbildung gut ist.

Die genannte Aufgabe wird ferner unabhängig vom oben genannten Weg dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche zumindest auf einem Teil des Raumes zwischen der Membran und der Aufnahmematerialschicht ein im wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung der Elektronen verlaufendes magnetisches Feld erzeugt. Auf diese Weise wird zwischen der Membran und der Aufnahmematerialschicht eine magnetische Linse erzeugt, die die an einem Punkt der Membran gestreuten Elektronen wieder in einem Punkt der Aufnahmematerialschicht konvergieren läßt. Es ist so sichergestellt, daß die Streuung keine nachteilige Wirkung auf das Auflösungsvermögen der Anordnung hat.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht und zwar zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht und ein Schaubild zur Erläuterung einer Ausführungsform der ersten Lösung und

F i g. 2 bis 7 Ansichten und zwar im wesentlichen Schnittansichten von verschiedenen Ausführungsformen für die zweite Lösung.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung, wie sie zur Aufzeichnung mit 20 keV Elektronenstrahlen vorgesehen ist. Eine Membran 1 besteht aus Aluminium einer Dicke von 300 Angströmeinheiten. Die vom Elektronenstrahl durchsetzte Membran 1 ist auf der Strahlaustrittsseite vakuumdicht mit einer Stützvorrichtung verbunden. Der maximale Druckunterschied zwischen den beiden durch die Membran getrennten Räumen beträgt 1 Atmosphäre. Die Stützvorrichtung hat für den Durchlaß der Elektronen ein oder mehrere zylindrische Löcher 2, die von Wänden 3 begrenzt sind. Die Löcher 2 sind entlang einer Linie oder über eine Ebene einer metallischen oder nichtmetallischen Platte verteilt angeordnet. Die Stützvorrichtung hält eine Aufnahmematerialschicht 4 von der Membran 1 in Abstand und bewirkt eine ver-

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besserte Auflösung. Die Aufnahmematerialschicht 4 in einem Abstand d von der Stützkonstruktion anbesteht aus für die Elektronenstrahlen empfindlichen ordnet, wie das in F i g. 1 gezeigt ist. Dann überMaterialien. Ein Tragteil 5 stützt die Aufnahmemate- lappen einander nämlich die Halbschatten zweier rialschicht 4. Wird die Aufnahmematerialschicht 4 Löcher. Der optimale Abstand ergibt sich für runde zweidimensional bewegt, so kann ein einziges Loch 2 5 Löcher annähernd aus folgender Formel:
genügen. Der gesamte Aufbau muß so fest sein, daß

er allen auftretenden statischen und dynamischen ^ _ l(R~^r) ^)

Drücken standhalten kann. _r

Die Auflösung der Aufnahme hängt vom Abstand

zwischen den Mittelpunkten benachbarter Löcher 2 io worin d der Abstand der Stützkonstruktion von der oder bei Verwendung eines einzigen Loches vom Aufnahmematerialschicht, / die Lochtiefe, R die Lochdurchmesser ab. Das gilt allerdings nur dann, Hälfte des Mittelpunktabstandes benachbarter Löcher wenn die Auflösung der Aufnahmematerialschicht 4 und r der Lochradius ist. Ein größerer Abstand wird ausreichend hoch ist. Die Wände 3 der Löcher sind eine schlechtere Auflösung ergeben, ein kleinerer vorzugsweise, so dünn wie möglich. Die Membran 1 15 Abstand ein Streifenbild. Ist der Wert von R hinwird z. B. aus Aluminium oder anderen metallischen reichend klein, so werden die Streifen nicht erkenn-Materialien, Glimmer oder polymeren Werkstoffen bar sein. Freilich wird der bestmögliche Kontrast hergestellt. Wird beispielsweise eine Aluminium- beeinträchtigt, wenn der Betrieb im Sättigungsbereich membran verwendet, so ergibt sich die erforderliche der Kennlinien des Bild- oder Aufnahmemediums Membranstärke bei einem Druck von 1 Atmosphäre 20 erfolgt. Der Abstand dient auch zum Schutz der etwa nach der folgenden Formel: Einrichtung vor Kratzern und verhindert gleichzeitig f^r-10~² cm (1) ^^as Eindringen der durch eventuelles Kratzen ent-

^ ' stehenden sehr kleinen Teilchen in die Löcher 2.
worin t die Dicke der Membran in cm und r der F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform mit einer Front-Lochradius in cm ist. 25 platte 6 aus einem Material mit hoher magnetischer Ist der Lochdurchmesser (2 r) beispielsweise Permeabilität und einer beispielsweise aus Aluminium 10 Mikrometer, so muß die Membran eine Dicke von bestehenden vakuumdicht befestigten Membran 7, die mindestens 500 Angströmeinheiten haben. Wegen eine Anzahl von in der Frontplatte vorgesehenen der Dispersion der Elektronenstrahlen hinsichtlich Löchern 8 abdeckt, die seitlich in einer oder einer ihrer Energie und Richtung, sowie wegen dem 30 Vielzahl von Linien angeordnet sind. Durch die An-Energieverlust sind dünne Membranen vorzuziehen. ornnung 7 wird eine Kathodenstrahlröhre 9 abge-Der sich aus der oben angegebenen Formel 1 berech- schlossen. Ein Elektronenstrahlerzeuger 10 richtet nende Wert für die Dicke t ist deshalb der beste. Hat einen Elektronenstrahl 11, der durch ein nicht gejedoch die Stützkonstruktion kleine Löcher, so steu- zeigtes Ablenksystem gegebenenfalls abgelenkt wird, ert die Stützkonstruktion die Streuung der Elektronen- 35 auf die Membran 7, durch die der Elektronenstrahl strahlen. Die Teile der Elektronenstrahlen, die die nach außen geführt wird. Gegenüber der Frontplatte 6 Membran mit geringer Energie und großen Streu- ist in Strahlrichtung ein Magnetpolstück 12 vorgewinkeln durchsetzen, werden nämlich an die Loch- sehen. Ein oder mehrere Magnete 13 sind derart wände anstoßen und dort absorbiert. Allenfalls ent- angeordnet, daß zwei ihrer Pole mit der Frontplatte 6 stehen Sekundärelektronen mit niedriger Energie, die 40 und dem Magnetpolstück 12 in Berührung sind. Auf weit unter 15 eV liegt. Da die Abstrahlrichtung dieser diese Weise erhält man ein zur Richtung der Elek-Sekundärelektronen völlig dem Zufall überlassen tronenstrahlen paralleles magnetisches Feld zwischen bleibt, wird auch von ihnen der größte Teil mit den der Frontplatte 6 und dem Magnetpolstück 12. In r Wänden der Löcher zusammenstoßen oder verschwin- diesem Feld ist die Aufnahmematerialschicht angeben. Durch die Löcher werden also nur Elektronen- 45 ordnet.

strahlen übertragen, bei denen die Streuung verhält- Die die kleinen Locher 8 und die Membran 7 nismäßig sehr gering ist. Da die Auflösung nur von durchsetzenden Elektronenstrahlen erfahren durch der Form des Lochs 2 abhängt, kann die Membran 1 Zusammenstöße mit den Atomen im Material der eine für die Betriebssicherheit ausreichende Dicke Membran 7 eine gewisse Dispersion. Beim Austritt erhalten, wenn nur die Energieverluste beim Durch- 50 aus der Membran 7 fliegen die Elektronen nun in der setzen der Membran für den jeweiligen Verwendungs- Streurichtung fort. Die gestreuten Elektronenstrahlen zweck ausreichend gering bleiben. werden jedoch durch das magnetische Feld zwischen Wird beispielsweise eine Aluminiummembran ver- der Frontplatte 6 und dem Magnetpolstück 12 zusamwendet, ist E_ein = 20 keV und t = 1000 Angström- mengeführt und gelangen so streuungsfrei zur Aufeinheiten, so ergibt sich für E_aas = 19,993 keV. Der 55 nahmematerialschicht. Dadurch wird eine Aufnahme durchschnittliche Energieverlust beträgt also etwa mit hohem Auflösungsvermögen erzielt.
5 eV. Hat t den Wert 10· 1000 Angströmeinheiten, Fig. 3 bis 5 zeigen schematisch ein weiteres Kaso ergibt sich, wenn die anderen Parameter gleich- thodenstrahlrohr, bei dem die durch die Membran bleiben, ein durchschnittlicher Energieverlust von gestreuten Elektronenstrahlen streuungsfrei zum Aufetwa 50 eV. Das ist ein Wert, der im Verhältnis zur 60 nahmematerial gelangen. Ein Elektronenstrahlerzeu-Größe der einfallenden Energie sehr klein ist. ger 15 ist zusammen mit Ablenkplatten 16 zur BeWürde die Aufnahmematerialschicht 4 mit der einflussung eines Elektronenstrahls 17 in einem Glas-Löcher aufweisenden Stützkonstruktion unmittelbar kolben 18 untergebracht, der hoch evakuiert ist. Eine in Berührung gebracht, so hätte das Bild oder die aus Metall, beispielsweise aus Aluminium bestehende I Aufnahme auf der Aufnahmematerialschicht 4 einen 65 Membran 19 deckt in der Frontplatte 18' vorgesehene streifenförmigen oder Netzaufbau, der von der An- Löcher 19' ab. Ein Magnet 20 besteht aus zwei Ordnung der Löcher abhängt. Diese Streifen treten Magnetplatten 20' und 20", die durch einen Abstandnicht auf, wenn man die Aufnahmematerialschicht 4 halter 21 gestreut sind. Der Abstandhalter 21 be-

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steht aus nichtmagnetischen Material. Der Magnet 20 Materials, werden nun an diesen gestreut und fliegen weist ein Loch auf, dessen Größe etwa der des Loches bei Verlassen der Membran in Streurichtung fort. Die 19' entspricht, mit dem es ausgefluchtet ist. In Elek- an die Membran anschließende magnetische Linse tronenstrahl- bzw. Flutrichtung schließt sich eine Auf- und das gleichmäßige Feld hoher Intensität führen nahmematerialschicht 22 an. 5 die Elektronenstrahlen auf einer Spiralbahn, auf der

Eine Erregerspule 23 sitzt auf einem Kern 23'. Sie die Elektronen eine kombinierte drehende und konerzeugt zwischen den beiden Magnetplatten 20' und vergierende Bewegung ausführen. Die Rotierkompo-20" magnetisches Feld. Die Erregerspule 23 ist an nenten der Bewegung der Strahlen sind in Fig. 8 eine Gleichstromquelle 24 angeschlossen. Die Er- nicht gezeigt. Die Linsenfunktion des magnetischen regerspule 23 und die Gleichstromquelle 24 können io Feldes wird durch die Anordnung des Magnets 36 mit durch einen Permanentmagneten ersetzt werden. Der dem Loch 41 bestimmt, weiter durch die Stärke des vom Elektronenstrahlerzeuger 15 ausgehende Elek- Magnetfeldes und die Energie der Elektronenstrahlen, tronenstrahl 17 wird durch die Ablenkplatten 16 zur Der größte Radius der Kreisbewegung der Strah-

Abtastung über die Löcher geführt. Die die Membran len wird durch die Stärke des Magnetfeldes und das durchsetzenden Strahlen erleiden eine Dispersion. So 15 Energieniveau der Elektronenstrahlen bestimmt. Wird ist der Elektronenstrahl nach Austritt aus der Mem- in einer Grenzfallbetrachtung die Linsenwirkung des bran 19 zunehmend gestreut. Die gestreuten Elek- magnetischen Feldes vernachlässigt, so ergibt sich der tronenstrahlen werden jedoch durch die magnetische Radius der Drehbewegung der Elektronenstrahlen Linse wieder zusammengeführt, die aus den Magnet- aus der folgenden Formel:

platten 20' und 20" besteht. Diese sind, wie das so .—

in Fig. 5 zu erkennen ist, unmittelbar neben der _r = 3 37. ιο-β_Κί±Ξ£®_τη

Membran 19 angeordnet. Ist die Vorrichtung so ein- ' β

gestellt, daß das Bild der Elektronenstrahlen auf dem (

Aufnahmematerial fokussiert ist, so wird das über- worin V₀ die Spannung ist, durch die ein Elektron tragene Bild durch die durch die Membran hervor- 35 auf die Geschwindigkeit eines gerade aus der Memgerufenen Dispersionseffekte nicht ungünstig beein- bran austretenden Elektrons beschleunigt wird. Θ ist flußt. Man erhält ein Bild mit hoher Auflösung. Bei der Winkel einer Senkrechten auf die Membran mit der oben erläuterten Ausführungsform befindet sich der Bewegungsrichtung des gerade eben die Membran die Membran 19 außerhalb des durch die beiden verlassenden Elektrons und β die magnetische Induk-Magnetplatten erzeugten Magnetfeldes. Selbstver- 30 tion (Wb/m²). Die maximale Abweichung des Elekständlich kann die Membran aber auch innerhalb des tronenstrahls von seiner Einfallsrichtung wird so Magnetfeldes angeordnet und beispielsweise durch die durch den mit Hilfe der obigen Gleichung bestimmten Magnetplatte getragen sein. Wert 2r gegeben. Nimmt man an, daß V₀ = 20 kV,

Die F i g. 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungs- Θ = 10° und β — 1 ist, so hat r etwa den Wert von form. Ein Elektronenstrahlerzeuger 31 und Ablenk- 35 0,2 mm (2 ■ 10~⁴ m). Da die Spiralbewegung des platten 32 zum Beeinflussen eines Elektronenstrahls Elektron nach jeder Runde wieder auf seine ursprüng-33 sind in einem hochevakuierten Glaskolben 34 ein- liehe Basis zurückbringt, kann die oben erwähnte geschlossen. Eine Membran 35 deckt ein Loch 35'ab, Anweichung dadurch sehr klein gemacht werden, das in einer Frontplatte 34' vorgesehen ist. Die Mem- daß man die Lage der Aufnahmematerialschicht 40 bran 35 besteht aus Metall, beispielsweise aus Alumi- 40 entsprechend festlegt. Die Form der Löcher 35' und nium oder Nickel. Sie kann auch aus einem Nicht- 41' muß nicht unbedingt rund sein. Sie können auch metall, beispielsweise aus Glimmer bestehen. Die rechteckigen Querschnitt haben oder als Schlitze ausMembran bildet das vom Elektronenstrahl zu durch- gebildet sein. In beiden Fällen kann die durch den setzende Fenster. An einem Arm 36' eines im Quer- Durchgang der Strahlen durch die Membran ver- (' schnitt C-förmigen Magneten 36 ist ein Loch 41 aus- 45 ursachte Streuung vermindert werden, und zwar gebildet. Dieses hat etwa den gleichen Durchmesser durch die Konvergenzwirkung und das Drehen der wie das Loch 35' und ist mit diesem ausgefluchtet. Elktronenstrahlen in der Nachbarschaft des Lochs : Der andere, entgegengesetzte Arm 36" des C-förmi- oder des Schlitzes und durch die spiralige Fort- ^! gen Magneten 36 ist mit einem Vorsprung 36'" ver- bewegung im gleichmäßigen magnetischen Feld. Auch j sehen. Dieser liegt dem Loch 41 gegenüber. Durch 50 hier kann die Membran sowohl innerhalb als auch ! den Vorsprung 36'" wird der Magnetfluß auf dieses außerhalb des magnetischen Feldes angeordnet I Teil konzentriert. Auf der Spitze des Vorsprungs 36'" werden. . . j

ist gegenüber den Löchern 35' und 41 eine Auf- Wie oben beschrieben wurde, werden die einmal in j

nahmematerialschicht 40 angeordnet. Der Spalt zwi- der Membran gestreuten Elektronenstrahlen ohne \ sehen der Aufnahmematerialschicht 40 und dem 55 wesentliche Streuung an das Aufnahmematerial flachen Teil des Arms 36" ist mit einem Füllstück 39 weitergegeben. Dadurch erhalt man eine hohe Auf- ! aus nichtmagnetischem Material ausgefüttert. Eine lösung. Das ist eine Folge der Tatsache, daß die : Erregerspule 37, die mit einer Gleichstromquelle 38 Elektronenstrahlen dauernd unter Einfluß eines j in Verbindung steht, erzeugt zwischen den Armen 36' magnetischen Feldes stehen, das sich zwischen der I und 36" ein gleichmäßiges Magnetfeld. 60 Membran und dem Aufnahmematerial im wesentlichen ί

Die in Fig. 7 gestrichelt eingetragenen Linien parallel zur erwünschten Richtung der Elektronen- i stellen die magnetischen Kraftlinien dar. Man sieht, strahlen erstreckt. Dadurch werden die auf der Mem- ; daß die Aufnahmematerialschicht 40 im vom Magnet bran auftretenden Strahlen wieder zusammengeführt. ' 36 erzeugten gleichmäßigen magnetischen Feld liegt. Es soll hier noch darauf hingewiesen werden, daß die Die ausgezogenen Kurvenlinien in Fig. 8 geben die 65 Streuung der Elektronenstrahlen in der Atmosphäre Elektronenbahn wieder. Auf das Fenster senkrecht gegenüber der Streuung in der Membran vemachauftreffende Elektronen erleiden in der Membran lässigbar klein ist.
Zusammenstöße mit den Atomen des sie aufbauenden Wie oben weiter beschrieben wurde, ist das von

den Elektronen durchsetzte Teil durch eine Tragebene unterstützt, die Löcher aufweist. Gleichzeitig kann eine Verschlechterung der Auflösung wegen der Strahlstreuung durch Ausnützung der Schatten des Tragteils verhindert werden.

Dabei wird eine Kathodenstrahlröhre für direkte Aufnahmeverfahren vorgesehen, bei der die Frontplatte aus einem magnetischen Material hoher Permeabilität besteht. Zwischen dieser Frontplatte und einem dieser gegenüberliegenden Magnetpolstück

wird dabei ein Magnetfeld aufgebaut. Der eine regelmäßige Anordnung kleiner Löcher oder Schlitze durchlaufende Elektronenstrahl wird durch dieses Magnetfeld zusammengeführt und ohne wesentliche Streuung nach außen geführt. Man erhält eine Aufnahme mit hohem Auflösungsvermögen. Das gleiche Ziel kann auch dadurch erreicht werden, daß man für das Zusammenführen der durch eine für Elektronen durchlässige Membranöffnung geführten Elektronenstrahlen eine magnetische Linse verwendet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

509550/306

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Bestrahlung einer Schicht aus einem für Elektronenstrahlen empfindlichen Aufnahmematerial mit einer Kathodenstrahlröhre, die auf der Strahlenaustrittsseite durch eine von Löchern für den Durchtritt der Elektronenstrahlen durchsetzte Stützvorrichtung und eine diese bedeckende Membran vakuumdicht abgeschlossen ist, und mit einer Vorrichtung, welche die Aufnahmematerialschicht so vor der Stützvorrichtung anlegt, daß zwischen der Stützvorrichtung und der Aufnahmematerialschicht ein schmaler Spalt verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung (2,3) auf der Außenseite der Membran (1) angeordnet ist und die Löcher (2) zylindrisch ausgebildet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmematerialschicht (4) in einem Abstand d von der Stützvorrichtung (2) angeordnet ist, der folgender Beziehung genügt:

nachteilige Wirkung der Streuung auf das Auflösungsvermögen der Anordnung zu vermindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß einmal dadurch gelöst, daß die Stützvorrichtung auf der Außenseite der Membran angeordnet ist und die Löcher zylindrisch ausgebildet sind.

Dabei wird zweckmäßig die Aufnahmematerialschicht in einem Abstand d von der Stützvorrichtung angeordnet, der folgender Beziehung genügt