DE1805574A1

DE1805574A1 - Linse fuer Elektronenstrahlaufzeichnungsgeraete

Info

Publication number: DE1805574A1
Application number: DE19681805574
Authority: DE
Inventors: Berglund Robert Sodergren
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1967-11-03
Filing date: 1968-10-23
Publication date: 1969-06-04
Also published as: US3483427A; NL6815197A; FR1591195A; DE1805574B2; GB1242003A

Description

K 2510

PATENTANWÄLTE Drying. KAKS RU3CHKE Dipl.-lng. Ι-!'"·:ίϊίΖ AQULAR

BEKLIN 33

I*

Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul

Minnesota 55101 (Y.St.v.Ä·)

Linse für Elektronenstrahlaufzeiohnungsgeräte

Aufzeichnungsgeräte zum Abbilden von Zeichen auf einem elektronenempfindlichen Medium mittels eines Elektronenstrahle sind an sich bekannt. Mit gewissen Geräten können verschieden große Zeichen aufgezeichnet werden· Die Ausrichtung eines Elektronenstrahls auf eine bestimmte Stelle des Mediums erfolgt mit Hilfe der an sich bekannten Ablenkschaltung, Sollen auf einem elektronenempfindlichen Medium kleine Zeichen aufgezeichnet werden, so fokussiert eine einzelne Fokussierungseinrichtung den Elektronenstrahl auf einen einzelnen vorherbestimmten Querschnittsbezirk oder auf eine Pleokgröße. Beim Aufzeichnen einzelner Zeichen wird mit Hilfe verschiedener bekannter Verfahren die Stromdichte des Elektronenstrahls bei einer vorherbestimmten !leckgröße auf einem vorherbestimmten Wert gehalten,

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Werden auf einem elektronenempfindlichen Medium große Zeichen aufgezeichnet, so wird der Elektronenstrahl stärker abgelenkt und beatreicht eine größere fläche als bei der Aufzeichnung eines kleineren Zeichens. Sine ausreichende Stromdichte wird duroh Verstärken des Elektronenstrahlstrom.es aus einer Blektronenstrahlquelle erhalten· Soll ζ#Β© mitimle ©ines Elektronenstrahls ein doppelt so großes Zeichen aufgezeichnet werden, so müssen der Querschnitt des Elektronenstrahls oder die lleckgröße und die Stromdichte den vierfachen Wert aufweisen. Eine solche Vergrößerung ist notwendig, damit die gleiche Beziehung zwischen Zeilenbreite und Zeiohengröße der aufgezeichneten Abbildungen aufrechterhalten bleibt.

Wird bei dem vom Elektronenstrahlerzeuger erzeugten Elektronenstrahl die Stromdichte wesentlich erhöht z»B_e auf das Vierfache, so treten gewisse Schwierigkeiten auf. Soll ein Glühfaden eine stärkere Emission erzeugen, so muss im allgemeinen die Temperatur des Glühfadens erhöht werden, wodurch die lebensdauer des Glühfadens verkürzt wird» Die Lebensdauer des Glühfadens ist umgekehrt -proportional, der Emissionsdichte. Ein Glühfaden, der mit einer höheren Temperatur und mit einer verhältnismäßig hohen Emisaionsdichte betrieben wird, muss daher häufiger ersetzt werden als ein Glühfaden,, der mit einer niedrigeren Temperatur und mit einer geringeren Emissionsdichte betrieben wird. Wird ein Glühfaden mit einer höheren Temperatur betrieben, so tritt noch die weitere Schwierigkeit auf, dass vom Elektronenstrahlerzeuger eine größere Wärmemenge abgeleitet werden muss. Weiterhin muss die Stromquelle für stärkere Ströme bemessen werden.

Es ist ferner bekannt, mehrere Pokussierungslinaeu. zu verwenden, wie ζ·Β. in der amerikanischen Patentschrift Ir. 2 898 46? beschrieben. Die fokussierungslinse vermindert die üleekgröße oder den Querschnitt auf einen Durchmesser von weniger als 2 Mikron, wobei ein außerordentlich feiner Sohreibfleck zum Aufzeichnen von oszillographischen Kurven auf einem photograph! sohen Medium erhalten wird.

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Die Erfindung sieht ein Verfahren und eine Einrichtung unter Verwendung von mindestens zwei Eokussierungslinsen vor, mit denen die IPleckgröße des Elektronenstrahls oder dessen Querschnitt wahlweise verändert werden kann, während andererseits die Stromdichte des Elektronenstrahls im wesentlichen auf einem vorherbestimmten Wert gehalten wird. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden zwei Fokussierungsmittel benutzt, um auf einem elektronenempfindlichen Aufzeichnungsmedium zwei verschieden große Zeichen abzubilden. Vach der Erfindung kann der Querschnitt dee Elektronenstrahls an der Fläche des Mediums wahlweise auf das Vierfache vergrößert werden, während der Strom des Elektronenstrahls nur auf das Doppelte verstärkt zu werden braucht·

Die Erfindung weist den Vorzug auf, dass der Querschnitt oder die lleckgröße des Elektronenstrahls mit hoher Umsehaltgeschwindigkeit elektrisch auf zwei vorherbestimmte und verschieden große Querschnitte umgeschaltet werden kann.

Ein weiterer Vorzug ist darin zu sehen, dass das Elektronenstrahlaufzeichnungsgerät nach der Erfindung auf einem elektronenempfindlichen Medium verschieden große Zeichen abbilden kann.

Die Erfindung sieht ein Verfahren vor, mit dem der Querschnitt · eines Elektronenstrahls wahlweise verändert werden kann, während die Stromdichte des Elektronenstrahls auf einem vorherbestimmten Wert gehalten wird.

Die Erfindung weist ferner den Vorzug auf, dass die Einrichtung zum Aufzeichnen auf Digitalsignale anspricht, wobei ein Elektronenstrahl auf einem elektronenempfindlichen Medium Zeichen in mindestens zwei Größen aufzeichnet.

Die Erfindung sieht ferner eine neue und ersetzbare Glühfaden-Gitter-Anordnung und einen kompakten Stigmator vor, welche beiden Elemente entweder gesondert oder zusammen zum Erzeugen und Kontrollieren eines Elektronenstrahls benutzt werden können.

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Die Irfindung wird nunmehr ausführlich besehrieben. In der beiliegenden Zeichnung ist die

Fig«t eine sehaubildliehe Darstellung (zum feil als Blockschal bild) eines Blektronenstrahlaufaeiehnungsgerätes nach der !Erfindung,

fig.2 eine echematisehe Darstellung des Elektronenstrahlpfadee zum Aufzeichnen von kleinen Zeichen auf einem elektronenempfindliehen Medium mittels eines Elektronenstrahls, der eine Fleekgröße in der Größenordnung von 15 Mikton aufweist,

Fig,3 eine sohematischö Darstellung des Blektronenstrahlpfadee für die Aufzeiohnung von großen Zeichen; auf einem elektroneneiapfindlichen Medium mittels eines Elektronenstrahls, der eine PleckgröDe von ungefähr 30 Mikron aufweist,

fig«4 eine sum feil als Schnitt gezeichnete sehaubildliche Darstellung einer Gitter-Öltthfadenanordnung, die in dem Gerät nach der fig·! verwendet werden kann, und die

Tig·5 tin· ium Teil «la Schnitt gezeichnete schaubildliohe Darstellung eines Stigmators, der in dem Gerät nach der 7ig«1 verwendet werden kann.

Das Blektronenetrahlaufaeichnungagerät nach der Erfindung weist eine Einrichtung auf, mit der der Querschnitt eines modulierten Elektronenstrahls verändert werden kann, während zum Abbilden von Zeichen auf einem elektronenempfindlichen Medium eine im wesentlichen gleiche Stromdichte aufrechterhalten wird. Bei einer Ausführungsform der - !Erfindung ist an dem einen Bnde einer Vakuumkammer ein Slektronenstrahlgenerator angeordnet, während am anderen Ende der Vakuumkammer ein elektronenempfindliches Medium angeordnet iet, auf dem der Elektronenstrahl ein Abbild erzeugt, welches Medium länge einer vorherbestimmten Bahn und auf den llektronenstrahlgenerator ausgerichtet angeordnet ist. Es sind Mittel vorgesehen, die eine Aperturblende bilden, die längs der vorherbe»timmten Bahn angeordnet sind und im wesentlichen den Mittelteil des Elektronenstrahls durehlasaen, so daa· ein llektronenetrahl mit einem gleichförmigen Durchmesser

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erzeugt wird· Längs der vorherbestimmten Bahn und in bezug auf die die Aperturblende bildenden Mittel ist eine erste fokussierungseinrichtung angeordnet, die den Mittelteil des Elektronenstrahle auf dem Medium fokussiert. Nahe an der Elektronenstrahlquelle ist eine zweite 7okuseierungseinridhtung angeordnet, die wahlweise erregt werden kann und den Elektronenstrahl so fokussiert, 'dass dieser einen kleineren gleichbleibenden Durchmesser aufweist. Die erste fokussierungseinriohtung fokusalert den Mittelteil des Elektronenstrahls auf einen ersten vorherbestimmten Querschnitt, wobei eine vorherbestimmte Stromdichte aufrechterhalten wird, wenn die zweite fokussierungseinrichtung nioht erregt wird, ferner fokussiert die erste fokussierungseinriohtung den Hittelteil des Elektronenstrahl· auf einen zweiten größeren vorherbestimmten Querschnitt, wenn die zweite ?okussierungaeinrichtung erregt wird. Wenn die erste fokuseie- rungseinrichtung den Mittelteil des ersten Elektronenstrahls auf den zweiten vorherbestimmten Querschnitt fokussiert! so kann die Stromdichte auf im wesentlichen dem vorherbestimmten Wert dadurch gehalten werden, dass der Slektronenstrahlstrom jeweils um ein Halb verstärkt wird, wenn der Querschnitt dta. fokussierten Elektronenstrahls verdoppelt wird·

Die Fig«1 zeigt in schaublldlicher Darstellung ein Elektronenstrahlaufzeiohnungsgerät nach der Erfindung. Das Gerät weist eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Kammer für die Elektronenquelle auf, welche Kammer in einer Abbildungsöffnung 12 endet. Ein fokussierter Elektronenstrahl H wird so abgelenkt, dass er auf dem elektronenempfindlichen Medium 16 eine Abbildung erzeugt. Das elektronenempfindliche Medium 16 steht mit der Abbildungsöffnung 12 über eine schlitzförmige Vakuumdichtung in Verbindung, die bei 20 dargestellt ist.

Eine Vakuumdichtung, die bei einem Elektronenstrahlaufzeichnungs· gerät verwendet werden kann, ist in der nooh schwebenden Patentanmeldung d_er Minnesota Mining and Manufacturing Company beschrieben. Bei einer Ausführungaform der Erfindung wurde als elefctronenempfind-

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Hohes Medium ein Troekensirberfilm mit einer Mylarunterlage gewählt, wie in der belgischen Patentschrift Nr* 663 112 be schrieben. Andererseits kann auch ein photographic eher film mit einem hohen Auflösungsvermögen oder ein kornfreier spektroskopie oher JiIm wie Kodak 649-G-H, der von der Eaatman Kodak Company of Hochester, New York, hergestellt wird, verwendet werden.

An dem einen Ende der Kammer 10 ist eine als Ganzes mit 22 bezeichnete Elektronenstrahlofen« angeordnet, während am anderen Ende der Kammer die auf die Ilektronenstrahlq,uelle ausgerichtete Abbildungsöffnung 12 vorgesehen ist. In der Kammer IQ wird ein vorherb te timmte β Vakuum von ζ·Β« 10"⁵ l£orr mit Hilfe einer nioht dargestellten Vakuumpump« aufrechterhalten, die mit der Kammer 10 durch ein« Rohrleitung 26 verbunden let· Während dee linlegens des photographisohen Mediums kann das Vakuum in der Kammer 10 mit Hilfe eines Klappenventile 2Θ aufrechterhalten werden· *

Die eine Ausführung der Elektronenstrahlquelle 22 weist eine entfernbare Glühfaden-Öltter-Anordnung 5Ö auf* Diese Anordnung 30 enthält tinen Glühfaden 34, der von den Leitern J6 getragen wird. Der Glühfaden 34 ist in einem Sitter 38 angeordnet· Da» Gitter 38 weist die Form eines massiven sphärischen Gliedes mit einer Öffnung auf, in die der Glühfaden eingesetzt ist· Das Gitter 38 weist an der Außenseite die Form einer konkaven sphärischen fläche 40 auf· Die Glühfaden-Gitter-Anordnung 30 ist in der Fig.4 ausführlicher dargestellt. In einer vorherbestimmten Entfernung von der sphärischen Fläche 40 des Gitters 38 ist eine zylindrische Anode 44 angeordnet.

Die Anode 44 ist mit einer öffnung 46 versehen, durch die ein Anodenstrahl fällt. Im Innern der Anode 44 ist ein Fokussierungsschlitz 50 vorgesehen mit einer Fokussierungsöffnung, die die vom Glühfaden 34 emittierten Elektronen aufnimmt, die die öffnung durchwandert haben. Die Anode 44 und das Schlitzglied 50 sind mit einem Gewinde versehen und in ein Tragglied 52 eingeschraubt.

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Aue einer Itro*<iuelle 56 wird der Olühfaden alt Strom und du· fitter mit loohepannung versorgt. Bei einer AusführungsferM liegt am GHtüaufaden eine Spannung von ungefähr «21 kT, am Sitter ein« Spanmun« tos ungefähr -21 _f 3 3cT und en der Anode 44 das Irdpotential. Bei dieser Ausftthrungsform weist die Anode 44 rom Gitter 38 einen Abstand τοπ ungefähr 12 mm auf, Me öffnung in dltter 3· weitt eine Weite von ungefähr 2,5 *», die Anoden. 8ffaiaa§ eine feite τοη ungefähr f ma und die öffnung ic Schlitz 50 eine feite von ungefähr 37*5 Mikron auf.

Di· Elektrode*, werden το« glühfaden 34- au« von dem iwisehen dem titter 3· und der Anode 44 be»teilenden Beeohleunigungaf eld dureh He Öffnung 46 geleitet» und swar im wesentlichen iu einer Stelle an der iokuseierungsöffnung des Schlitzes 50. Der llektroaenstrakl tritt aus der fokussierungsöffnung des Sehlltset 50 Aureh das Btlterungsglled 52 hinduroh aus: und breitet «Ich in Tors eines kegelfuraigen Strahl* 58 aus, wenn der Strahl duroh die Mitte der Hektronenkammer to wandert.

Sie Erfindung kann aueh susammen mit Elektronenstrahlquellen angewendet werden, bei denen der Blektronenetrahl in eineeinen Mustern anstelle eines fleoks erzeugt wird· Der Elektronenstrahl kann z.B. in einem Slektronenstrahlgerät zum Erzeugen eines vorherbestimmten Zeichens benutzt werden. Der Elektronenstrahl kamt im besonderen zum Bestrahlen einer Maske benutzt werden, die mit einer öffnung in form eines Zelohene versehen ist, eo dass der durch diese öffnung fallende Blektronenetrahl die ?orm dieses Zeichens aufweist·

In einer vorherbestimmten Entfernung von der Anode 44 ist an einer von mehreren gewünschten Stellen eine Aperturplatte 60 angeordnet, deren öffnung bei 62 dargestellt ist. Duroh die öffnung 62 tritt der Mittelteil des kegelförmigen Elektronenstrahls hindurch und wird zu einem Elektronenstrahl mit einem erwünschten Durchmesser geformt. Der Mittelteil άββ Elektronenstrahls 58 wird zu einem Elektronenstrahl 14 fokussiert, der schließlich zum Erzeugen einer Abbildung auf dem elektronenempfindlichen Medium 16 benutzt wird·

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BAD ORlGiNAL

Zwischen der öffnung 62 und dem Medium 16 ist in bezug auf die Aperturplatte 60 eine erste Fokussierungaeinrichtung, z«B, eine magnetische Fokussierungseinrichtung 66 angeordnete Diese iOkussierungseinrichtung 66 fokussiert den Mittelteil des Elektronenstrahls 58 zu einem dünnen Elektronenstrahl 14 mit einer vorherbestimmten Ileckgröße. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die öffnung 62 mit einer Weite von ungefähr 2500 Mikron versehen und vorzugsweise kurz vor der magnetischen lokusaierungseinrichtung 66 angeordnet, die den Elektronenstrahl schließlich den Elektronenstrahl zu einem Quersch-nitt von 1-5 Mikron bündelt, welcher Elektronenstrahl eine vorherbestimmte Stromdichte von ungefähr 0,5 Amp/cm bis ungefähr 1 Amp/cm aufweisen kann.

Zum Korrigieren von unregelmäßigkeiten bei dem Querschnitt des Elektronenstrahle wird ein Stigmator 68 benutzt» Ein Deflektron 70 dient zum wahlweisen Ablenken des Elektronenstrahls 14 nach dem vorherbestimmten Muster eines Zeichens, das.schließlich auf dem elektronenempfindlichen Medium abgebildet wird.

Mit Hilfe einer Ablenkeinrichtung, z.B· einer magnetischen Ablenkspule 72 wird der, fokussierte Elektronenstrahl 14 auf einen vorherbestimmten Bezirk des elektronenempfindlichen Mediums ausgerichtet. Das Deflektron 70 lenkt dann wahlweise den Elektronenstrahl in kleinen einzelnen Bewegungen so ab, dass in dem vorherbestimmten Bezirk auf dem Medium ein Zeichen abgebildet wird.

Nahe an der Anode 44 ist längs der vorherbestimmten Bahn zwischen der Elektronenstrahlguelle 22 und dem Medium 16 eine zweite IOkussierungseinrichtung z.B· eine magnetische Fokussierungseinrichtung 80 angeordnet. Diese Einrichtung 80 bewirkt bei Erregung dass der kegelförmige Elektronenstrahl 58 an der Aperturplatte 60 auf einen kleineren gleichbleibenden Durchmesser fokussiert wird.

Zum Einmitten des Elektronenstrahls 58 auf die Aperturplatte 60

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wird eine (KLeiohstromeixuaittungeeinriobttrag ζ·Β· eine Sinmittungsspule 82 benutzt·

Die magnetised P olnis ei erunge einrichtung 66 wird von einer fokus spulenstromquell β 88 gesteuert. Der Stigmator 68 wird von einer Stromquelle 90 alt Strom versorgt, wobei bei einer ordnungsgemäßen Einstellung des Stigmatore 68 der Elektronenstrahl mit einem fast kreisrunden Querschnitt versehen werden kann· Das zum Erzeugen eines Zeichens dienende Deflektron 70 wird von einer Stromquelle 92 gesteuert· Dl· Ablenkepule 72, die den Elektronenstrahl H auf eine vorherbestimmte Stelle auf dem Medium 16 ausrichtet, wird von einem magnetischen Ablenkverstärker 94 mit Strom versorgt· Die magnetische iokussierungseinrichtung 80 wird von einer Stromquelle 96 mit Strom versorgt und gesteuert. Die Gleiohstromeinmittungsepule 82 wird von einer stromregulierten Stromquelle 98 gesteuert, die sowohl die horizontale als auch die vertikale Einmittungsstellung des Elektronenstrahls 58 aufrechterhält, nachdem der Elektronenstrahl wahlweise auf die Aperturplatte 60 ausgerichtet worden ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wurde das Gerät zum Umwandeln einer Information aus einem Magnetband in eine permanente Aufzeichnung auf einem photographischen Film benutzt· Das Gerät nach der Erfindung kann andererseits auch als Ausgangs einrichtung direkt an einen Computer angeschlossen werden· In jedem Falle weist der Ausgang aus einem Magnetband oder einem Computer (Kasten 100) Digitalform auf. Die Digitalsignale treten an einem Eingang 102 auf und werden einer Kontroll- und Speichereinheit 104 zugeführt. Diese Einheit 104· steuert ihrerseits die verschiedenen Bauelemente dee Elektronenstrahlauf Zeichnungsgerätes, so dass das Gerät die Information auf dem elektronenempfindliohen Medium 16 in Form von Zeichen mit einer vorherbestimmten Größe aufzeichnet.

Der Querschnitt des fokussierten Elektronenstrahls 14 wird zum Erzeugen und. Aufzeichnen von Zeiohen mit einer vorherbestimmten Größe auf dem.elektronenempfindlichen Medium 16 gesondert

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bestimmt. Die Kontroll- und Speichereinheit 104 richtet anfangs den fokuseierten Elektronenstrahl 14 auf eine vorherbestimmt· Stelle auf dem elektronenempfindlichen Medium 16 aus· Sem Ablenkungsverstärker 94 wird eine programmierte Gleichspannung zugeführt* Der Verstärker 94 führt seinerseits der Spul· 72 einen Ablenketrom zu, bei dem der fokussierte Elektronenstrahl 14 auf die vorherbestimmte Stell· auf dem Medium 16 abgelenkt wird. Ist das aufzuzeichnende Zeichen klein» so schaltet die Kontroll- und Speichereinheit 104 die Stromversorgung für dl· fokussierungsspulenstromquell· 96 ab, wodurch die magnetisch· fokussierungseinrichtung 80 außer Betrieb gesetzt wird. Die Stromversorgung der magnetischen fokussierungseinrichtung 66 aus der Stromquelle 88 wird auf einen vorherbestimmten Wert eingestellt, so dass der Elektronenstrahl 14 auf einen kleinen Durchmesser von ζ·Β· 15 Mikron fokussiert wird· Danach wird die Ablenkstromquelle 92 von der Kontroll- und Speichereinheit mit elektrischen Signalen programmiert, die das Muster eines Zeichens darstellen. Die elektrischen Signale werden in form einzelner verschieden hoher Spannungen dem Deflektron 70 zugeführt, das ein elektrostatisches feld zum Ablenken des fokussierten Elektronenstrahls 14 erzeugt· Der abgelenkte Elektronenstrahl erzeugt ein Zeiohen, z»B· ein graphisches Symbol, einen Buchstaben oder eine Zahl, das danach auf dem elektronenempfindlichen Medium 16 an der vorherbestimmten Stelle abgebildet wird. Bei einer Ausführungsform kann mittels eines Elektronenstrahls mit einem Querschnitt von 15 Mikron ein Zeichen mit einem Querschnitt von 120 Mikron bei einer Stromdichte von o,5 Amp/cm erzeugt werden· Da ferner die Stromdichte des Elektronenstrahls zum Aufzeichnen größerer Zeichen verdoppelt werden kann, wenn gewünscht, so kann die Stromdichte bei einem kleinen Zeichen auf ungefähr 1 Amp/cm verdoppelt werden ohne die Größe des Elektronenstrahlleckes zum Abbilden eines Zeichens auf dem elektronenempfindlichen Medium bei einer höheren Dichte zu vergrößern.

Wenn die Kontroll- und Speiohereinheit 104 bestimmt, dass auf dem Medium 16 ein großes Zeichen aufgezeichnet werden soll,

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so werden im Aufzeichnungsgerät gewisse Änderungen vorgenommen. Im besonderen wird die Fokussierspulenetromquelle 96 in Betrieb gesetzt mit--der Folge, dass die-magnetische Fokus sie rungs einrichtung 80 den Querschnitt des kegelförmigen Elektronenstrahls 58 verkleinert. Wenn gewünscht, kann ferner die leistung der Fokusaierungsspulenstromquelle 88 etwas herabgesetzt werden, wodurch die Fokussierungswirkung der magnetischen Fokussierungseinriehtung etwas geschwächt wird.

Die Kontroll- und Speiohereinheit 104 programmiert dann, die Ablenkungsspulenstromquelle 92 entsprechend, wonach das Deflektron 70 das gewünschte große Zeichen erzeugt. Zugleich programmiert die Einheit 104 die Hoohspannungsquelle 56 für den Glühfaden und das Gritter derart, dass der Strompegel des vom Glühfaden 34 erzeugten Elektronenstrahls erhöht wird.

Bei einer Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung wurde der Querschnittsdurchmesser des fokussierten Elektronenstrahls 14 von 15 auf 30 Mikron und damit der Durohmesser des Elektronenstrahls auf das Doppelte vergrößert. Wird die magnetische Fokussierungseinrichtung 80 mit Strom versorgt, so wird die Stromdichte des Elektronenstrahls an der Öffnung 62 erhöht. Ebenso wird durch Verdoppeln der Stromdichte der vom Glühfaden 34 erzeugten Elektronen der resultierende Querschnitt des fokussierten Elektronenstrahls 14 ungefähr vier Mal so groß wie bei einem kleinen Zeichen und bei im wesentlichen derselben vorherbestimmten Stromdichte wie bei dem Elektronenstrahl für ein kleines Zeichen. Jedoch wird die Stromstärke des Elektronenstrahls aus der Elektroneristrahlquelle nur verdoppelt, obwohl ungefähr die vierfache Stromdichte an der Oberfläche des elektronenempfindlichen Mediums 16 erforderlich wäre. Bei einer Ausführungsform des Gerätes konnte mit einem einen Querschnitt von 30 Mikron aufweisenden Elektronenstrahl ein 240 Mikron großes Zeichen bei einer Stromdichte von ungefähr 0,5 Amp/cm erzeugt werden.

Die Figuren 2 und 3 zeigen in schematischer Darstellung die Fokussierungswirkung der in der Fig.1 dargestellten Linse

zum Aufrechterhalten derselben Stromdichte des Elektronenstrahls bei verschiedenen Strahldurehmessern.

Wie aus den Figuren 2 und 3 zu ersehen ist, erzeugt ein Glühfaden 110 die Elektronen 112, die mit Hilfe des Gitters 114 durch eine Anode 116 hindurch auf ein gesehlitzes Glied 118 mit einer öffnung gerichtet werden, durch die die Elektronen hindurchwandern können und einen Elektronenstrahl mit einem gleichbleibenden Durchmesser bilden. Ee ist eine Aperturplatte 120 mit einer öffnung 122 vorgesehen. Die erste Fokussierungseinrichtung ist mit 124 und die zweite Fokus8ierungseinrichtung mit 126 bezeichnet. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Aperturplatte 120 von der öffnung am geschlitzten Glied 118 eine Entfernung von ungefähr 37»5 mm auf, während die erste Fikussierungseinrichtung 124 ungefähr 43»5 mm vom geschlitzten Glied 118 entfernt gelegen ist« Das Aufzeiehnungsmedium 128 weist eine Entfernung von ungefähr 17 mm von der ersten Fokussierungseinrichtung 124 auf« Bei dieser Ausführung bestehen beide Fokussierungseinrichtungen 124 und 126 aus einer magnetischen Fokussierungsspule. Die Brennweite der Fokussxerungsspule der Fokussierungseinrichtung 124 beträgt 4*3 bis 4»9, während die Fokussierungsspule der Fokussierungseinrichtung eine Brennweite von 7 aufweist« Die sphärische Aberrationskonstante beider Linsen wurde so klein wie möglich gewählt und betrug bei dieser Ausführung 147.

Die Fig·2 zeigt die Merkmale des Elektronenstrahls bei der Erzeugung eines-kleinen Zeichens, Die durch das geschlitzte Glied 118 hindurchtretenden Elektrinen 112 streben zu einem kegelförmigen Elektronenstrahl 130 auseinander und fallen auf die Aperturplatte 120. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform beträgt der Querschnitt des Elektronenstrahls an der Aperturplatte 120 ungefähr 6250 Mikron. Die Öffnung 122 weist in diesem Falle eine Weite von ungefähr 2500 Mikron.auf, und der Elektronenstrahl 132 wird von der ersten Fokussierungseinrichtung 124 auf einen Querschnitt von ungefähr 15 Mikron an der Oberfläche des elektronenempfindlichen Mediums 128 fokussiert und bildet ein Zeichen mit einer Größe von ungefähr

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120 Mikron ab. Das Objekt der ersten Fokussierungseinrichtung 124 besteht im wesentlichen aus den Elektronen in der Öffnung des geschlitzten Gliedes 118.

Die Fig»3 zeigt die Merkmale des Elektronenstrahls bei der Erzeugung eines großen Zeichens· Die zweite Fokussierungseinrichtung 1*26 fokussiert bei Erregung den Elektronenstrahl auf einen Querschnitt von ungefähr 2500 Mikron an der Aperturplatte 120. Die leistung für die erste Fokussierungseinrichtung 124 kann etwas ζ·Β, um weniger als fünf Prozent herabgesetzt werden. In diesem Falle weist der fokussierte Elektronenstrahl 132 an der Oberfläche des .elektronenempfindlichen Mediums 128 einen Querschnitt von ungefähr 30 Mikron auf. Das Objekt für die erste Fokussierungseinriohtung 124 ist ein virtuelles Bild, das scheinbar ungefähr 8,75 mm hinter dem geschlitzten Glied 118 ungefähr an der durch die unterbrochene Linie 136 dargestellten Stelle gelegen ist. Bei dieser linse ist das virtuelle Bild ungefähr doppelt so groß als das Bild, das an der Öffnung des geschlitzten Gliedes 118 erscheint.

Zugleich mit der Erregung der zweiten Fokussierungseinrichtung 126 zum Fokussieren des kegelförmigen Elektronenstrahls 130 wird die Vorspannung für das Gitter 114 so eingestellt, dass die Dichte der die Anode 116 erreichenden Elektronen aus dem Glühfaden 110 verdoppelt wird bei einer ungefähr vierfachen Vergrößerung des Querschnittes, des fokussierten Elektronenstrahls 132· Bei Verwendung der zweiten Fokussierungseinrichtung 126 zum schwachen Fokussieren des kegelförmigen Elektronenstrahls 130 in der Fig.3 auf einen kleineren Strahlquersohnitt wird ein größerer Teil der Stromdichte des Elektronenstrahls bei der ursprünglichen Leistung benutzt. Die zusätzliche Elektronenstrahldichte wird durch Regulieren der Gittervorspannung erhalten» Die Stromdichte des Elektronenstrahls bei dem größeren Querschnitt von beispielsweise 30 Mikron ist d aher im wesentlichen dieselbe vorherbestimmte Stromdichte wie für einen 15 Mikron großen Fleck.

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Die Mg,4 zeigt in schaubildlicher Darstellung (zum Teil als Schnitt gezeichnet) die Glühfaden-Gitter-Anordnung naoh der Fig,1. Das Gitter 38 weist die Form eines Zylinders auf und ist aus einem nichtmagnetischen nichtrostenden Stahl z.B. der Sorte Nr, 302 oder 304 hergestellt. Das Gitter 38 weist eine längs der Mittelachse verlaufende öffnung HO auf, die an einem ausgehöhlten Bezirk 142 endet. Das Gitter 38 ist am anderen Ende mit einer sphärischen konkaven Innenseite 40 versehen_f die mit der öffnung 140 in Verbindung steht» Der Glühfaden 34 kann aus einem verhältnismäßig dünnen Wolframdraht bestehen, der mit zwei elektrischen Leitern 36 verbunden ist, welche Leiter bei einer Ausführung des Gerätes aus Kupfer bestehen. Die Leiter 36 und der Glühfaden 34 werden von einen zylindrischen Isolierkörper 146 getragen. Der Isolierkörper 146 kann ζ·Β_β aus Supermica 500 bestehen, welches Material von der Myoalex Corporation of America, Olifton/Hew Jersey, vertrieben wird. Der Isolierkörper 146 ist kleiner bemessen als der ausgehöhlte Bezirk 142 des Gitters. Der Isolierkörper 146 bildet daher zusammen mit dem Glühfaden 34 und den Leitern 36 eine Einheit, die in den ausgehöhlten Bezirk 142 des Gitters eingesetzt werden kann. Der Glühfaden 34 ist so lang bemessen, dass er sioh durch die öffnung 140 hinduroherstreckt und nahe an der sphärischen konkaven Innenseite 40 gelegen ist. Der Glühfaden 34 kamt wahlweise auch in der öffnung unterhalb der fläche 40 angeordnet werden, mit dieser !Fläche in einer Eben© oder etwas außerhalb der Fläche 40.

Am Gitter 38 ist am ausgehöhlten Ende 142 z.YB. mittels Schrauben eine Abdeckplatte 148 befestigt, die mindestens eine Öffnung zur Aufnahme der Leiter 36 aufweist» Der Glühfaden 34 kann mit Hilfe von vier Einstellschrauben 150, die in Abständen von 90° um das Gitter»38 herum angeordnet sind, in der Öffnung 140 ordnungsgemäß ausgerichtet werden.

Die gesamte Glühfaden-Gitter-Anordnung 30 stellt eine einsteckbare Einheit dar,- die für eine Elektronenstrahlguelle verwendet werden kann.

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Die Pig.5 zeigt in sohaubildlicher Darstellung (zum Seil als Querschnitt gezeichnet) den Stigmator 68 nach der lPig.1. Der Stigmator weist ein zylindrisches Isolierglied 160 auf, das z.B. aus Supermioa 500 hergestellt werden kann. Das Glied 160 ist mit einer durchgehenden öffnung und den verhältnismäßig dünnen Außenwandungen 162 versehen. Das zylindrische Glied 160 ist an der Innenseite mit einem verhältnismäßig dünnen Metallbelag versehen, der· z.B. duroh Aufdampfen erzeugt werden kann und eine Dicke von einigen Hikron aufweist. Der Metallbelag auf dem Glied 160 wird dann mit einer Anzahl paralleler Rillen 164 versehen, wodurch die parallelen Segmente 166 gebildet werden, die in der Längsrichtung und mit Abstand von der Längsaohse des zylindrischen Gliedes 160 verlaufen. Bei einer Ausführungsform sind bei dem Stegmator acht getrennte Segmente vorgesehen.

Durch die dünne Außenwandung 162 sind mehrere elektrische leiter 170 z.B. aus Kupfer hindurohgeführt und mechenisch und elektrisch mit den Segmenten 166 verbunden. Bei einer Ausführungsform sind die Kupferleiter mit einem Gewinde versehen, während das zylindrische Glied 160 mit Gewindebohrungen versehen ist, so dass zwischen den Kupferleitern und dem zylindrischen Glied 160 eine starre mechanische Verbindung hergestellt werden kann. Auf diese Weise steht mindestens ein Segment 160 mit einem Leiter 170 elektrisch in Verbindung. Weiterhin ist jedes Segment von den benachbarten Segmenten elektrisch isoliert. An jedes Segment 166 kann daher ein vorherbestimmtes Potential angelegt werden, um den Astigmatismus im Querschnitt des Elektronenstrahls zu korrigieren. Der beschriebene Stigmator wird in derselben Weise verwendet wie die an sich bekannten Stigmatoren. Ein solcher Stigmator stellt eine kompakte wirtschaftliche Einrichtung dar, die in einem Elektronenstrahlaufzeichnungsgerät zum Belichten eines photographischen Mediums mit einem Elektronenstrahl benutzt werden kann.

Andererseits kann der zylindrische Stigmator aus einem herkömmlichen keramischen Material hergestellt werden z.B. aus Alsimag 719, das von der American Lava Corporation of

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Chattanooga/Tennessee .(USA) hergestellt wird. Unter Anwendung bekannter Verfahren kann dann das Glied an der Innenseite mit einem dünnen Rupferbelag versehen werden derart, dass mehrere einzelne und von einander isolierte Segmente gebildet werden. Die Kupferleiter können durch Schmelzen mit dem keramischen Material und mit den Kupfersegmenten elektrisch verbunden werden.

An der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des'Brfindungsgedankens Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

β linse für ein Elektronenstrahlaufzeiohnungsgerät zum wahlweisen Bestimmen des Querschnittes eines Elektronenstrahls an der Oberfläche eines Mediums, wobei an der Oberfläche des Mediums eine gewünschte Stromdichte des Elektronenstrahls aufrechterhalten wird, welche linse aus einer ersten und einer zweiten Fokussierungseinrichtung (66,80) vorzugsweise in-Form von Magnetspulen besteht und den Elektronenstrahl an der Oberfläche des Mediums auf einen gewünschten Querschnitt fokussiert, dadurch gekennzeichnet, dass: zwischen der ersten und der zweiten Fokussierungs einrichtung ein Glied z.B₀ eine Platte (60) mit einer Öffnung (62) angeordnet ist, die den Mittelteil des Elektronenstrahls durchlasset.

2. Linse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Programmierungsschaltung (1Ό4), die mit den. Fokussierungseinriohtungen (66,80) und mit der Elektronenstrählquelle in Verbindung steht und wahlweise den Elektronenstrahlstrom verändert und zugleich die zweite Fokussierungseinrichtung (80) wahlweise so betreibt, dass die Stromdichte des Elektronenstrahls verändert wird, und die wahlweise die erste Fokussierungseinrichtung wahlweise so betreibt, dass der durchgelassene Mittelteil des Elektronenstrahls fokussiert wird e

ο Linse nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Deflektor (72), der zwischen der ersten Fokussierungseinrichtung (66) und der Oberfläche des Mediums angeordnet ist, und der den durchgelassenen Mittelteil des Elektronenstrahls auf eine gewählte Stelle der Oberfläche des Medium« lenkt.

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4. Linse nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Linse an einer Bahn angeordnet ist, die von einer Elektronenstrahlquelle abgeht, welche Elektronenstrahlquelle aufweist eine Glühfaden-Gitter-Anordnung (30) mit einer zylindrischen Gitterelektrode (38), die an der Mittelachse mit einer öffnung (140) versehen ist, welche öffnung an dem einen Ende in einem ausgehöhlten Bezirk endet (142), der mit der öffnung in Verbindung steht, und die am anderen Ende an einer sphärischen konkaven Innenseite (40) endet, die mit der öffnung in Verbindung steht, ein an zwei leitern (36) befestigter Glühfaden (34), eine isolierende zylindrische Halterung (146) für den Glühfaden und die leiter, welche Halterung mit dem Glühfaden und den Leitern eine Einheit bildet, wobei die ein® Abmessung der Halterung kleiner ist als die Abmessung des ausgehöhlten Bezirke, welche Einheit im ausgehöhlten Bezirk der Gitterelektrode so angeordnet ist, dass der Glühfaden sich in die öffnung hineinerstreekt und an der sphärischen Innenseite der Gitterelektrode gelegen ist, und eine Abdeckplatte (148), die mit mindestens einer öffnung zur Aufnahme der mit dem Glühfaden verbundenen Leiter versehen ist, welche Abdeckplatte mit dem ausgehöhlten Bezirk der Gitterelektrode verbunden und an der Einheit befestigt ist, wodurch eine einsteckbare Glühfaden-Gitter-Anordnung geschaffen wird·

5· Linse nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch ein Deflektron (70), das zwischen der ersten Fokussierungseinrichtung (66) und der Oberfläche des Mediums angeordnet ist und auf den Mittelteil des Elektronenstrahls nach dem Muster eines Zeichens so einwirkt, das auf dem Medium ein Zeichen abgebildet wird.

6, Linse nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Stigmator (68), der zwischen dem Aperturglied (60) und dem Deflektron (70) angeordnet ist und Unregelmäßigkeiten im Mittelteil des Elektronenstrahls korrigiert.

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7· Linse nach AnBpruoh 6, dadurch gekennzeichnet, daas der Stigmator (68) aufweist ein zylindrisches isolierendes Glied (160) mit einer durchgehenden öffnung mit einer Innenseite und mit verhältnismäßig dünnen Außenwandungen (162), einen verhältnismäßig dünnen metallischen Belag in Form mehrerer paralleler Segmente (166), die in der Längsrichtung und mit Abstand von der Achse des zylindrischen Gliedes verlaufen, wobei jedes Segment von den benachbarten Segmenten getrennt und elektrisch isoliert ist, und eine Anzahl von elektrischen Leitern (170), von denen jeder Leiter duroh die dünne Außenwandung des zylindrischen Gliedes hindurchgeführt und mit mindestens einem Segment mechanisch und elektrisch verbunden ist·

8· Stigmator (68) für eine Elektronenstrahlquelle, gekennzeichnet dureth ein Eylinarisch.es isolierendes Glied (160) mit einer durchgehenden öffnung und mit einer Innenseite und verhältnismäßig dünnen Außenwandungen (162), durch einen verhältnismäßig dünnen metallischen Belag in Form meherer paralleler Segmente, (166), die längs der Achse des zylindrischen Gliedes mit Abstand von dieser verlaufen, wobei jedes Segment von den benachbarten Segmenten getrennt und elektrisch isoliert ist, und durch eine Anzahl elektrischer Leiter (170), von denen jeder Leiter durch die dünhne Außenwandung des zylindrischen Gliedes hindurchgeführt und mit mindestens einem Segment mechanisch und elektrisch verbunden ist.

9. Glühfaden»Gitter-Anordnung (30) für eine Elektronenstrahlquelle, gekennzeichnet durch eine zylindrische Gitterelektrode (38) mit einer längs der Mittelachse verlaufenden durchgehenden Öffnung (HO), die an dem einen Ende in einem mit der öffnung in Verbindung stehenden ausgehöhlten Bezirk (142) und am anderen Ende in einer mit der öffnung in Verbindung stehenden sphärischen konkaven Innenseite (40) endet, durch einen an zwei Leitern (36) befestigten Glühfaden (34), durch eine isolierende zylindrische Halterung (146) für den Glühfaden und die Leiter, die mit

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den genannten Elementen eine Einheit bildet und eine Abmessung aufweist, die kleiner ist als die Abmessung des ausgehöhlten Bezirks, welche Einheit im ausgehöhlten Bezirk der Gitterelektrode so angeordnet ist» dass der Glühfaden sich in die öffnung hineiiners treckt und an der sphärischen Innenseite der Gitterelektrode gelegen ist, und durch eine Abdeckplatte (148) mit mindestens einer öffnung zur Aufnahme der mit dem Glühfaden verbundenen leiter, welche Abdeckplatte mit dem Ende des ausgehöhlten Bezirks der Gitterelektrode verbunden und an der Einheit befestigt ist, wodurch eine einsetzbare Glühfaden-Gitter-Anördnung geschaffen wird.

10· Verfahren zum wahlweisen Beeinflussen des Querschnittes eines Elektronenstrahls an der Oberfläche eines Mediums, wobei an der Oberfläche des Mediums eine gewünschte Stromdichte des Elektronenstrahls aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenstrahl wahlweise fokussiert und der Strom des Elektronenstrahls wahlweise verändert wird, und dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenstrahl so fokussiert wird, dass die Stromdichte des Elektronenstrahls verändert wird, dass wahlweise der Mittelteil des Elektronenstrahls durchgelassen wird, und dass der durohgelassene Mittelteil des Elektronenstrahls auf einen gewünschten Querschnitte auf dem Medium fokussiert wird.

11· Verfahren nach Anspruch tO, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Elektronenstrahlstromes programmiert wird, sowie die Veränderung der Fokussierung des Elektronenstrahls und die Veränderung der Fokussierung des durchgelassenen Mittelteiles des Elektronenstrahls, so dass wahlweise auf den gewünschten Querschnitt des Elektronenstrahls an der Oberfläche des Mediums umgeschaltet werden kann.

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12· Verfahren naeh Anspruoh 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der durchgelassene Mittelteil dea Elektronenstrahls auf eine vorgewählte Stelle der Oberfläche des Mediums gelenkt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, daduroh gekennzeichnet, dass der Elektronenstrahl wahlweise nach dem Muster eines Zeichens abgelenkt wird, so dass auf dem Medium ein Zeichen abgebildet wird.

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