DE3328172A1

DE3328172A1 - Elektronenstrahlkanone

Info

Publication number: DE3328172A1
Application number: DE19833328172
Authority: DE
Inventors: Helmut Heinz 8031 Gilching Spruck
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1983-08-04
Filing date: 1983-08-04
Publication date: 1985-02-14
Also published as: FR2550379A1; JPS6044950A; GB2144904B; JPH0524613B2; US4622453A; GB2144904A; GB8417147D0

Description

LEYBOLD-HERAEUS GmbH Bonner Straße 504

D-5000 Köln - 51

" Elektronenstrahlkanone "

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlkanone für den Anbau an eine Arbeitskammer enthaltend a) einen Strahlerzeuger mit Katode und Strahlformungselektrode, b) eine Beschleunigungskammer, in der eine Beschleunigungsanode ange· ordnet ist, und c) eine Strahlführungskammer mit einem Mantelrohr und einem Strahlführungsrohr, das sich zwischen Beschleunigungsanode und Arbeitskammer erstreckt und mindestens von einer Fokussierungslinse und einer Ablenkeinheit umgeben ist, wobei das Mantelrohr die Beschleunigungskammer und die Arbeitskammer als tragendes Bauteil miteinander verbindet.

Durch die DE-AS 15 14 782 ist eine Elektronenstrahlkanone bekannt, die der eingangs beschriebenen Gattung weitgehend entspricht. Die Beschleunigungskammer ist dabei von einem evakuierbaren Gehäuse umgeben, das an seinem unteren Ende einen Anschlußflansch aufweist. Mit diesem Anschlußflansch ist das verjüngte obere Ende des Mantelrohres vakuumdicht verbunden. Gehäuse und Mantelrohr bilden dabei die Abdichtung zwischen Vakuum und Atmosphäre und stellen ebenso wie die Wandung der Beschleunigungskammer maßgeschneiderte Bauteile dar, die exakt auf die Auslegungsdaten des Strahlerzeugers und der übrigen elektronen-optischen Bauteile abgestimmt sind. Es ist nicht ohne weiteres möglich, den Abstand zwischen Katode und Fokussierungslinse in weiten Grenzen zu verändern und dadurch die Elektronenstrahl kanone anderen Leistungsdaten und elektronen-optischen Abbildungsverhältnissen anzupassen. Ein besonderes Strahlführungsrohr ist nicht vorhanden, vielmehr übernimmt die Beschleunigungsanode auf einer kurzen Wegstrecke zusätzlich die Funktion eines Strahlführungsrohres. Bei der bekannten Lösung ist es zwar gemäß Aufgabenstellung möglich, die Katode leicht auszuwechseln, nicht aber die übrigen Bauteile, die den Elektronenstrahl auf seinem Wege in die Arbeitskammer umgeben. Die Evakuierung der Umgebung des Strahlerzeugers und der Beschleunigungskammer erfolgt über entsprechend groß dimensionierte Querschnitte außerhalb der Beschleunigungskammer und außerhalb der Beschleunigungsanode, so daß auch das gesamte Volumen des Mantelrohres unter Vakuum steht.

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Durch die DE-PS 19 55 846 ist eine Elektronenstrahl kanone bekannt, bei der das Strahlführungsrohr als tragendes Bauteil sowie als Abdichtung gegenüber der Atmosphäre dient. Das Mantelrohr hat keine tragende Funktion und stellt außerdem eine Sonderanfertigung dar, die nicht an andere Auslegungsdaten der Elektronenstrahlkanone angepaßt werden kann. Mit der bekannten Lösung ist es zwar möglich, die elektromagnetischen Teile der Fokussierungs· linse und der Ablenkeinheit zum Zwecke des Ausheizens der Vorrichtung ohne Aufhebung des Vakuums abzuziehen; ein Ausbau des Strahlführungsrohres und der übrigen elektronen-optischen Bauteile der Vorrichtung erfordern jedoch eine vollständige Zerlegung der gesamten Einheit.

Eine der wesentlichsten Aufgaben der Strahlführungskammer ist es, durch die feste geometrische Relation von Strahlerzeuger und Fokussierungslinse deren Abstand voneinander festzulegen. Diese Forderung gilt grundsätzlich für alle bekannten Kanonenbauarten.

Der Abstand zwischen dem Strahlerzeuger und der Fokussierungslinse, in der Elektronenoptik "Objektabstand" genannt, wird durch verschiedene Faktoren bestimmt. Werden Elektronenstrahlsysteme mit relativ großer Apertur benutzt, so wird der Objektabstand aus Gründen der zulässigen Ausleuchtung der Fokussierungslinse klein gehalten. Dies ist ein Merkmal insbesondere der sogenannten Niederspannungskanonen, die bei Spannungen bis zu etwa 60 kV arbeiten. Bei Elektronenstrahlkanonen, deren Beschleunigungsspannung bis zu 150 kV beträgt, ist die

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Apertur des Elektronenstrahles kleiner, und damit kann der zulässige Objektabstand erheblich größer gehalten werden. Infolgedessen ist bei Niederspannungskanonen der Objektabstand meist nur etwa ein Viertel bis ein Drittel des bei Hochspannungskanonen benutzten Objektabstandes.

Ein weiteres Kriterium, nach dem der Objektabstand gewählt wird, ist das Abbildungsverhältnis. Dieses bestimmt in Abhängigkeit vom Objektabstand und vom Bildabstand bei gegebener Emissionsfläche der Katode letztendlich den Durchmesser des auf dem Werkstück wirksam werdenden Elektronenstrahles (Brennfleck) und damit auch dessen Energiedichte und Eindringungsvermögen. Der Bildabstand, d.h. der Abstand des Werkstückes von der Ebene der Fokussierungslinse, ist jedoch in vielen Fällen nicht veränderbar, in jedem Fall aber mitbedingt durch die Konstruktion der Arbeitskammer und der in der Arbeitskammer angeordneten Werkstückaufnahme.

Hieraus ergibt sich, daß der optimale Anwendungsbereich von Elektronenstrahlkanonen, die auf die für die Serienproduktion gebauten Arbeitskammern aufgesetzt werden, meist dadurch eingeengt ist, daß der Abstand des Strahlerzeugers zur Fokussierungslinse konstruktiv festgelegt ist.

Energiedichte und Strahldurchmesser sind nicht in dem Maße veränderbar, wie dies aus schweißtechnischen oder metallurgischen Gründen wünschenswert wäre. Niederspannungskanonen haben bei kleinen bis mittleren Strahlströmen meist einen zu kleinen und Hochspannungskanonen

einen zu großen Objektabstand. Die Elektronenstrahlkanonen können, durch ihre Bauart bedingt, nicht genügend an die schweißtechnischen Erfordernisse angepaßt werden.

Weitere Mängel bekannter Kanonenbauarten sind in schwierigen Wartungsmöglichkeiten derjenigen Räume zu sehen, in denen der Elektronenstrahl geführt wird, bzw., die er durchläuft. Hier ist es vor allem das in die Strahlführungskammer eingebaute Absperrventil, durch das die Beschleunigungskammer.vakuummäßig von der Arbeitskammer getrennt werden kann, damit die genannten Räume unabhängig voneinander geflutet werden können. Diese Räume werden beim Bearbeitungsprozeß von Werkstücken relativ stark mit Metall bedampft und müssen infolgedessen regelmäßig gereinigt werden, bevor es zu Störungen in der Funktion der Elektronenstrahl kanone kommt. Dabei neigt insbesondere das bereits genannte Absperrventil, das häufig auch als Kanonenventil oder Strahlrohrventil bezeichnet wird, erfahrungsgemäß zu Ausfällen. Meist wird nach bestimmten Betriebszeiten die Elektronenstrahl kanone stillgelegt und für die Wartung zerlegt. Diese Arbeiten sind·zeitaufwendig und daher kostspielig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenstrahlkanone der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß sie hinsichtlich ihrer wesentlichen Abmessungen (Objektabstand) leicht an geänderte Auslegungsdaten und/oder Bearbeitungsprobleme

angepaßt werden kann, und daß gleichzeitig die Wartungsfreundlichkeit so verbessert wird, daß der Zeitausfall der gesamten Anlage durch die Wartung der Elektronenstrahlkanone möglichst kurz gehalten werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Elektronenstrahl kanone erfindungsgemäß dadurch, daß das Mantelrohr als Hohlzylinder ausgebildet und mit je einem lösbaren oberen und unteren Anschlußflansch versehen ist, daß der obere Anschluß- flansch einen Tragring für die vakuumdichte Aufnahme eines Zentrierflansches aufweist, daß der untere Anschlußflansch innen mit einem Vakuumverbindungsflansch versehen ist, daß das Strahlführungsrohr mit seinem oberen Ende lösbar und vakuumdicht an dem Zentrier flansch aufgehängt und mit seinem unteren Ende vakuum dicht in den Vakuumverbindungsflansch eingesetzt ist, und daß das Strahlführungsrohr bei abgenommenen Strahlerzeuger durch die Beschleunigungskammer zusammen mit dem Zentrierflansch aus der Fokussierungslinse und aus der Ablenkeinheit herausziehbar ist.

Durch die rein zylindrische Ausbildung von Mantelrohr und Strahlführungsrohr sowie durch die lösbare Verbindung des Mantelrohres mit den beiden Anschlußflanschen bzw. durch die lösbare Verbindung des Strahlführungsrohres mit dem Zentrierflansch einerseits und mit dem Vakuumverbindungsflansch andererseits wird erreicht, daß das Mantel rohr undjdas Strahlführungsrohr in weiten Bereichen (vernünftige Grenzen vorausgesetzt) in der Länge veränderbar

sind, ohne daß es besonderer Veränderungen bzw. Anpassungsmaßnahmen an den Anschlußflanschen bzw. Flanschverbindungen bedarf. Ein vorhandener Satz, bestehend aus Mantelrohr und Strahlführungsrohr läßt sich leicht durch einen entsprechend längeren oder kürzeren Satz ersetzen, so daß der weiter oben beschriebene Objektabstand auf.einfache Weise den geänderten Bedürfnissen angepaßt werden kann. Die erforderliche Vakuumabdichtung_: erstreckt sich dabei aus- schließlich auf den wesentlich kleineren Durchmesser des Strahlführungsrohres, während das Mantelrohr an der Vakuumabdichtung nicht beteiligt ist. Auf diese Weise läßt sich leichter und zuverlässiger die erforderliche Abdichtung erreichen. Hinzukommt, daß die spannungs führenden Teile außerhalb des Vakuums an Atmosphäre liegen, wo günstigere Isolationsverhältnisse gegeben sind.

Durch die erfindungsgemäße leichte Demontierbarkeit des Strahlführungsrohres aus der am Ort verbleibenden

Fokussierungslinse bzw. Ablenkeinheit bleibt die

Justierung dieser elektronen-optischen Bauteile erhalten. Durch die vollständig rotationssymmetrische Ausbildung der ausgebauten Teile bleibt auch deren Justierung nach dem Wiedereinbau erhalten. Hieran hat der beschriebene Zentrierflansch einen besonderen Anteil, zumal er gemäß der weiteren Erfindung in koaxialer Anordnung auch die Beschleunigungsanode trägt.

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Insbesondere das Strahlführungsrohr, das den Metalldämpfen besonders stark ausgesetzt ist, läßt sich auf diese Weise leicht reinigen oder durch ein neues ersetzen, da es sich um ein außerordentlich billiges Bauteil handelt.

Die beiden genannten Anschlußflansche lassen sich mit dem Mantelrohr präzise zentriert verbinden. An dem oberen Anschlußflansch ist die Beschleunigungskammer mit dem Strahlerzeuger angeflanscht. Mit dem unteren Anschlußflansch ist die gesamte Elektronenstrahl kanone an die Arbeitskammer angeflanscht.

Die erfindungsgemäße Lösung kommt gemäß den weiter oben gemachten Ausführungen besonders dann zum Tragen, wenn zwischen Strahlführungsrohr und Zentrierflansch ein Absperrventil mit einem Ventilgehäuse angeordnet ist, an dem das Strahlführungsrohr aufgehängt ist. Bei der Demontage des Strahlführungsrohres mittels des Zentrierflansches wird alsdann das mit dem Zentrierflansch unmittelbar verbundene Absperrventil mit ausgebaut und kann zu Wartungszwecken leicht zerlegt oder ausgetauscht werden. Das Strahlführungsrohr ist mit dem Zentrierflansch nur mittelbar verbunden, jedoch an diesem zuverlässig und geometrisch exakt aufgehängt.

Es ist dabei gemäß der weiteren Erfindung wiederum besonders vorteilhaft, wenn an dem Ventilgehäuse ein an sich bekannter Drosselkörper befestigt ist, der eine zylindrische Außenfläche aufweist, auf die das Strahlführungsrohr unter Zwischenschaltung von Dichtungen aufgeschoben ist. In diesem Fall ist das Strahlführungsrohr

mittelbar über den Drosselkörper und über das Ventilgehäuse an dem Zentrierflansch befestigt, ohne daß sich an der exakten Ausrichtung hierdurch etwas ändert. Auch der Drossel körper wird nach dem Ausbau des Strahlführungsrohres Reinigungszwecken leicht zugänglich.

Um den Ausbau auch des Absperrventils zu erleichtern, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Absperrventil eine zur Achse des Strahlführungsrohres senkrecht stehende Antriebswelle aufweist, die über eine Schlitzkupplung mit einem Drehantrieb verbunden ist. Die Schlitzkupplung besitzt - wie der Name sagt - einen radialen Schlitz. Sofern dessen längste Achse parallel zur Achse des Strahlführungsrohres verläuft, läßt sich die Antriebswelle, die an dieser Stelle mit einem Vierkant versehen ist, leicht nach oben aus der Schlitzkupplung herausziehen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 näher beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 einen Vertikalschnitt durch eine vollständige Elektronenstrahl kanone,

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Figur 2 den unteren Teil der Elektronenstrahl kanone nach Figur 1 mit geringen Modifikationen in vergrößertem Maßstab» und

Figur 3 den unteren Teil von Figur 2 zur Erläuterung weiterer Einzelheiten.

In Figur 1 ist von einer Arbeitskammer 1 nur der obere Teil dargestellt. In der oberen Begrenzungswand ist eine Strahleintrittsöffnung 2 angeordnet, die mit der Achse A-A einer Elektronenstrahlkanone 3 fluchtet.

Die Elektronenstrahlkanone 3 besteht aus drei wesentlichen Teilen bzw. Baugruppen, nämlich aus einem Strahlerzeuger mit einer Katode 5 und einer strahlformenden Elektrode 6 (Wehnelt-Zylinder), aus einer Beschleunigungskammer 7, die über einen Saugstutzen 8 mit einer nicht gezeigten Vakuumpumpe verbunden ist, aus einer Beschleunigungsanode und einer Strahlführungskammer 10, in der - in Strahrichtung gesehen - ein Absperrventil 11, ein Drosselkörper 12, eine Justiereinrichtung 13, eine·Wobbellinse 14, eine Fokussierungslinse 15, eine Sensorenanordnung 16 und eine Ablenkeinheit 17 angeordnet sind. Die Bauteile 13 bis 17 umgeben unter Belassung eines weiter unten noch näher erläuterten radialen Abstandes ein Strahlführungsrohr 18. Die Strahlführungskammer 10 ist mit sämtlichen Einbauten von einem Mantelrohr 19 umgeben, das an seinem oberen und unteren Ende mit je einem Anschlußflansch 20 bzw. 21 fest verbunden ist. Am oberen Anschlußflansch 20 ist seitlich ein Drehantrieb 22 für das Absperrventil 11 befestigt.

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Der Strahlerzeuger 4 ist an einem Hochspannungsisolator

befestigt.

Für die Stromversorgung ist ein Hochspannungsanschluß 25

vorgesehen.

In Figur 2 sind gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich ist folgendes zu erkennen:

Der obere Anschlußflansch 20 ist mit einem Tragring 26 verbunden, mit dem er allerdings auch einstückig herge stellt werden kann. Der Tragring 26 besitzt eine konzentrische Ausdrehung mit einer Ringschulter 27, in die ein Zentrierflansch 28 eingesetzt ist. Der Zentrierflansch besitzt auf seiner Oberseite gleichfalls eine Ausdrehung, in die koaxial die Beschleunigungsanode 9 eingesetzt ist, die mit einer Bohrung 9a für den Durchtritt des Elektronenstrahls versehen ist. An die Unterseite des Zentrierflansches 28 ist mittels einer flachen zentrierenden Ausdrehung und unter Zwischenschaltung einer Rundschnu.rdichtung das Absperrventil 11 angesetzt, dessen nicht näher bezeichnetes kugelförmiges Küken in einen komplementären Ventilgehäuse 29 gelagert ist. Einzelheiten eines solchen Ventils sind jedoch. Stand der Technik, so daß sich ein näheres Eingehen hierauf erübrigt. Das Küken wird durch eine Antriebs welle 30 betätigt, die zur Achse des Strahlführungs rohres 18 senkrecht ausgerichtet ist und an ihrem freien Ende ein Vierkant aufweist. Der zur Antriebswelle koaxiale Drehantrieb 12 besitzt gleichfalls eine Welle 22a, deren

rechtes Ende mit einem radialen Schlitz versehen ist. Das Vierkant der Antriebswelle 30 und der Schlitz der Welle 22a bilden zusammen eine Schlitzkupplung 31. Sofern die Längsachse des Schlitzes parallel zur Achse des StrahlfUhrungsrohres 18 verläuft, läßt sich die Antriebswelle 30 nach oben aus dem Schlitz der Welle 22a herausziehen.

Das Ventilgehäuse 29 trägt an seiner Unterseite unter Zwischenschaltung einer weiteren Rundschnurdichtung den Flanschrand 12a des Drosselkörpers 12, dessen stufenförmig erweiterte Innenbohrung 12b gleichfalls koaxial zur Achse A-A des Systems verläuft (siehe auch Figur 1). Der Drosselkörper 12 besitzt eine zylindrische Außenfläche 12c, auf die das Strahlführungsrohr 18 mit seinem oberen Ende 18a unter Zwischenschaltung von Dichtungen 32 aufgeschoben ist.

In den unteren Anschlußflansch 21 ist unter Zwischenschaltung eines aus Gießharz mit Bleifüllung bestehenden Isolierkörpers konzentrisch ein Vakuumverbindungsflansch 34 eingesetzt, der durch eine Dichtung 35 gegenüber der Arbeitskammer 1 und durch eine Dichtung 36 gegenüber dem unteren Ende 18b des Strahlführungsrohres 18 abgedichtet ist. Das Strahlführungsrohr ist in die Dichtung 36 eingeschoben.

Das Strahlführungsrohr 18 ist in Längsrichtung an einer Trennstelle 37 in ein oberes Teilstück 18c und in ein unteres Teilstück 18d unterteilt. Die an der Trennstelle liegenden Enden sind mit Abstand voneinander unter Zwischen-

M V W St V

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schaltung von Dichtungen in einem Sensorgehäuse 38 gelagert, das Teil der Sensorenanordnung 16 ist. Bezüglich weiterer Einzelheiten wird auf Figur 3 verwiesen.

Auf die angegebene Weise'stellt das StrahlfUhrungsrohr mit seinen angrenzenden Bauelementen und den zwischengeschalteten Dichtungen die Trennung zwischen Atmosphäre (außerhalb des Strahlführungsrohres 18) und Vakuum (innenhalb des Strahlführungsrohres 18) dar. Das Mantelrohr 19 ist ersichtlich an der Vakuum-Abdichtung nicht beteiligt, jedoch ist die Beschleunigungskammer 7 mit ihrem Gehäuse 7a vakuumdicht gegenüber dem Tragring 26 abgedichtet und steht infolgedessen unter einem sehr hohen Betriebsvakuum.

Der obere Anschlußflansch 20 trägt über einen aus Gießharz bestehenden Isolierkörper 39 die Justiereinrichtung 13, die im Prinzip als Ablenkeinheit analog der Ablenkeinheit ausgebildet ist. Der Isolierkörper-39. ist - ebenso, wie der Isolierkörper 33-mit einer Füllung aus Bleigranulat oder -pulver versehen, um d4e Röntgenstrahlung zurückzuhalten. Der Bleianteil wird dabei so gewählt, daß in Strahlungsrichtung die Wirkung eines 3 - 5 mm starken Bleischirmes entsteht.

Zur Justiereinrichtung 13 ist folgendes auszuführen: Grundsätzlich ist eine zusätzliche Strahljustierung bei einer Elektronenstrahl kanone mit kurzem Strahl führungsrohr bzw. kurzem Mantelrohr 19 nicht erforderlich, weil die ES-Kanone mit einer festen Strahlspannung versorgt wird, und die Katode eine große thermische Stabilität hinsichtlich der Raumform besitzt. Ist es jedoch aus Verfahrens- gründen erforderlich, den Objektabstand und damit das Strahlführungsrohr 18 und das Mantelrohr 19 zu verlängern, so ist gegebenenfalls eine Nachjustierung erforderlich. Die Justiersignale werden mittels der Sensorenanordnung 16 gewonnen und nach entsprechender (bekannter) Signalver-

arbeitung der Justiereinrichtung 13 zugeführt, die den Elektronenstrahl in einer X-Y-Ebene derart justiert, daß er genau im Zentrum der Sensorenanordnung 16 liegt. Durch diese. Anordnung ist es möglich, die Position des Brennflecks auf dem Werkstück trotz manueller Justierung äußerst einfach reproduzierbar zu gestalten. Es ist also möglich, bei im wesentlichen gleicher Ausbildung der Strahlführungskammer 10 die Elektronenstrahl kanone mit oder ohne Justiereinrichtung 13 und mit oder ohne Sensorenanordnung 16 zu liefern. Es ist aber ohne weiteres auch möglichs die ES-Kanone nachträglich entsprechend umzurüsten.

Der untere Anschlußflansch 21 trägt über den bereits beschriebenen Isolierkörper 33 auch die Ablenkeinheit 17, die als Vierpol ausgebildet ist und es ermöglicht, den Strahl im X-Y-Koordinatensystem in an sich bekannter Weise abzulenken.

Es ist erkennbar, daß auf die angegebene Weise das Strahlführungsrohr 18 bei abgenommenem Strahlerzeuger 4 durch die Beschleunigungskammer 7 zusammen mit dem Zentrierflansch 28 aus der Fokussierungslinse 15 und aus der Ablenkeinheit 17 herausziehbar ist. Dies ist dadurch möglich, daß die Innendurchmesser der das Strahlführungsrohr umgebenden ortsfesten BauteiIe-(Wobbellinse 14, Fokussieru linse 15, Ablenkeinheit 17 und gegebenenfalls Justiereinrichtung 13) größer sind als der bzw. die Außendurchmesser des Strahlführungsrohres 18 bzw. der mit dem Strahlführungsrohr bei dessen Ausbau durch die Bauteile

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hindurchzuführenden, am Strahlführungsrohr angebrachten Bauteile (Sensorenanordnung 16). Der Zentrierflansch wird in dem Tragring 26 durch beispielsweise drei auf den Umfang verteilte Schrauben 40 gehalten und ist nach dem Lösen dieser Schrauben mit allen angebauten Bauteilen leicht nach oben aus der Strahlführungskammer 10 herausziehbar,

Die Wobbellinse 14 hat den (bekannten) Zweck, den Fokus des Elektronenstrahles, der durch die Fokussierungslinse vorgegeben ist, periodisch um geringe Beträge in Längsrichtung des Elektronenstrahls zu verschieben. Das von der Wobbellinse 14 erzeugte rotationssymmetrische Feld wird zu demjenigen der Fokussierungslinse 15 addiert. Die Ummantelung 41 der Wobbellinse 14 besteht aus Ferit pulver, wodurch die gesamte Induktivität der Wobbellinse in einer Größe gehalten werden kann, daß das erzeugte elektromagnetische Feld hinsichtlich seiner Änderung dem Wobbeistrom bis zu einer Frequenz von einigen kHz zu folgen vermag. Dabei ist es möglich, die Wobbelung des Fokus mit näherungsweise rechteckförmigen Strömen zu bewerkstelligen.

Gemäß Figur 3 besteht die Sensorenanordnung 16 aus dem Sensorgehäuse 38, in dem in einer zur Systemachse A-A radialen Ebene E-E vier auf den Umfang verteilte stiftförmige Sensoren 42 angeordnet sind, die mit ihren inneren Enden radial in den lichten Raum des Strahlführungsrohres hineinragen. Die Sensoren sind mit Hilfe von nicht näher bezeichneten Isolierkörpern in Bohrungen des Sensorgehäuses 38 gelagert und tragen an ihren äußeren

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Enden Gleitkontakte 43, die mit entsprechenden federnden Gegenkontakten 44 zusammenwirken, die in einem ortsfesten Kontaktkäfig 45 gelagert sind. Hierdurch ist es möglich, die elektrischen Verbindungen ohne besondere Maßnahmen beim Herausziehen des Strahlführungsrohres mit dem Sensorgehäuse 38 voneinander zu trennen. Da die Sensoren somit konstruktive Bestandteile des Strahlführungsrohres sind, werden sie bei dessen Ausbau aus der Strahlführungskammer ebenfalls mit herausgenommen. Sie können nunmehr äußerst einfach gereinigt, gewechselt oder ersetzt werden. Die vakuumdichte Verbindung des Sensorgehäuses 38 mit den beiden Teilen 18c und 18d des Strahlführungsrohres erfolgt über die bereits beschriebenen Dichtungen 46 und 47. Auch die Sensoren 42 sind naturgemäß vakuumdicht in das aus Metall bestehende Sensorgehäuse 38 eingesetzt.

Die Sensoren 42 stehen symmetrisch und mit gleicher Länge in das Strahlführungsrohr hinein und werden dadurch von den Randelektronen des Elektronenstrahls beaufschlagt. Die aufgefangenen Elektronen werden über die im Kontaktkäfig 45 angeordneten Gegenkontakte 44 über nicht gezeigte Leitungen zu Regelanordnungen für die bereits beschriebene Beeinflussung der Justiereinrichtung 13 geleitet. Auch der Kontaktkäfig 45 ist mit zentrierenden Passungen versehen, die den Sensorträger 38 mit der notwendigen Genauigkeit in der Rotationssymmetrie innerhalb der Fokussierungslinse 15 halten.

Die Fokussierungslinse 15 trägt einen Passungsring 48 aus einem nicht-ferit-ischem Material, der rotationsymmetrisch an die Fokussierungslinse 15 angeschlossen ist. In den

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Passungsring 48 ist die Wobbellinse 14 mit ihrer Ummantelung 41 ebenfalls koaxial eingesetzt.

Die Unterteilung des Strahlführungsrohres in ein oberes und ein unteres Teilstück 18c bzw. 18d ändert ersichtlich nichts an der grundsätzlichen Möglichkeit, das gesamte Strahlführungsrohr mit dem die Verbindung bewirkenden Sensorgehäuse 38 nach oben hin auszubauen. Auch ist es möglich, die Teilstücke einzeln einer Längenveränderung zu unterziehen, wenn dies aufgrund einer Änderung des Objektabstandes erforderlich sein sollte.

Das Strahlführungsrohr 18 bzw. dessen beide Teile sind beim Ausführungsbeispiel aus Kunststoff hergestellt, wobei die innere Oberfläche 49 mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen ist.

Das beschriebene Konstruktionsprinzip vereinigt in sich folgende Vorteile:

- geringes Gewicht und Volumen, damit kleiner abzupumpender Hochvakuumraum und geringe Oberflächen,

- geringe Zahl und Gesamtlänge aller Vakuumdichtungen,

- Auswechselbarkeit der beim Betrieb einer Bedampfung ausgesetzten Flächen bzw. Bauteile,

- Schutz der Dichtungen des Absperrventils vor einer Bedampfung,

- Unterbringung möglichst weniger Teile innerhalb des Vakuumraums bzw. Unterbringung elektromagnetischer

Linsensysteme bzw. Ablenksysteme außerhalb des Vakuums, und

- Verwendung möglichst vieler gleichartiger Bauteile bei unterschiedlichen Objektabständen.

Gemäß den Figuren 2 und 3 sind die elektromagnetischen Bauteile noch von einer Kapselung 50 umgeben, die über eine Distanzhülse 51 mit dem Isolierkörper 39 des oberen Anschlußflansches 20 verbunden ist. Auch hier läßt sich durch unterschiedliche Längen der Distanzhülse 51 eine An· passung an unterschiedliche Objektweiten leicht vornehmen Die Zentrierung der Kapselung 50 erfolgt durch den Außenrand des Isolierkörpers 33; die Zentrierung der Distanzhülse 51 erfolgt durch nicht näher bezeichnete Ringfortsätze an der Kapselung 50 bzw. am Isolierkörper 39 (Figur 2). Die Kapselung 50 und die Distanzhülse 51 bestehen ebenso wie die Isolierkörper 33 und 39 aus mit einer Bleifüllung versetztem Isolier.- bzw. Kunststoff, um eine Zurückhaltung der Röntgenstrahlung zu ermöglichen

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Claims

ANSPRÜCHE:

1./'Elektronenstrahlkanone für den Anbau an eine Arbeitskammer, enthaltend a) einen Strahlerzeuger mit Katode und Strahlformungselektrode, b) eine Beschleunigungskammer₉ in der eine Beschleunigungsanode angeordnet ist, und c) eine., Strahlführungskammer» mit einem Mantelrohr und einem Strahlführungsrohr, das sich zwischen Beschleunigungsanode und Arbeitskammer erstreckt und mindestens von einer Fokussierungslinse und einer Ablenkeinheit umgeben ist_s wobei das Mantelrohr die Beschleunigungskammer und die Arbeitskammer als tragendes Bauteil miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (19) als Hohlzylinder ausgebildet und mit je einem lösbaren oberen (20) und unteren Anschlußflansch (21) versehen ist, daß der obere Anschlußflansch (20) einen Tragring (26) für die vakuumdichte Aufnahme eines Zentrierflansches (28) aufweist, daß der untere Anschlußflansch (21) innen mit einem Vakuumverbindungsflansch (34) versehen ist, daß das Strahlführungsrohr (18) mit seinem oberen Ende (18a) lösbar und vakuumdicht an dem Zentrierflansch (28) aufgehängt und mit seinem unteren Ende (18b) vakuumdicht in den Vakuumverbindungsflansch (34) eingesetzt ist, und daß das Strahlführungsrohr (18) bei abgenommenem Strahlerzeuger (4) durch die Beschleunigungskammer (7) zusammen mit dem Zentrierflansch (28) aus der Fokussierungslinse (15) und aus der Ablenkeinheit (17) herausziehbar ist.

2. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 1, dadurch gekenn· zeichnet, daß die Beschleunigungsanode (9) auf den Zentrierflansch (28) aufgesetzt ist.

3. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 1, dadurch gekenn· zeichnet, daß zwischen Strahlführungsrohr (18) und Zentrierflansch (28) ein Absperrventil (11) mit einem Ventilgehäuse (29) angeordnet ist, an dem das Strahlführungsrohr (18) aufgehängt ist.

4. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ventilgehäuse (29) ein Drossel körper (12) mit einer zylindrischen Außenfläche (12c) befestigt ist, auf die das Strahlführungsrohr (18) unter Zwischenschaltung von Dichtungen (32) ' aufgeschoben ist.

5. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (11) eine zur Achse des Strahlführungsrohres (18) senkrecht stehende Antriebswelle (30) aufweist, die über eine Schlitzkupplung (31) mit einem Drehantrieb (22) verbunden ist.

6. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlführungsrohr (18) in Längsrichtung in ein oberes Teilstück (18c) und ein unteres Teilstück (18d) unterteilt ist und daß die an der Trennstelle (37) liegenden Enden mit Abstand vakuumdicht in einem Sensorgehäuse (38) gelagert sind, in dem in einer zur Achse des Strahlführungsrohres (18) senkrechten Ebene vier Sensoren (42)ifür die

Strahlposition angeordnet sind, daß die Sensoren (42) an ihren äußeren Enden Gleitkontakte (43) aufweisen, die mit entsprechenden Gegenkontakten (44) eines ortsfesten Kontaktkäfigs .(45) zusammenwirken.

7. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 6, dadurch gekenn" zeichnet, daß das StrahlfUhrungsrohr (18) an seinem oberen Ende von einer Justiereinrichtung (13) für die Strahlposition umgeben ist.

8. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das StrahlfUhrungsrohr (18) oberhalb der Fokussierungslinse (15) von einer Wobbellinse (14) umgeben ist.

9. Elektronenstrahlkanone nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innendurchmesser der das Strahlführungsrohr (18) umgebenden ortsfesten Bauteile größer sind als der bzw. die Außendurchmesser des Strahlführungsrohres (18) bzw. der mit dem Strahlführungsrohr bei dessen Ausbau durch die Bauteile hindurchzufUhrenden , am StrahlfUhrungsrohr angebrachten Bauteile.

10. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die innere Oberfläche (49) des Strahlführungsrohres (18) elektrisch leitfähig ausgebildet ist.

11. Elektronenstrahlkanone nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen Anschlußflansch (20) und der Justiereinrichtung (13) und zwischen dem unteren Anschlußflansch (21) und der Ablenkeinheit (17) je ein Isolierkörper (39 bzw. 33) angeordnet ist, der aus einem mit Bleipartikeln gefüllten Isolierstoff besteht.