DE3428802A1

DE3428802A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung des fokussierungszustandes eines abgelenkten elektronenstrahls

Info

Publication number: DE3428802A1
Application number: DE19843428802
Authority: DE
Inventors: Volker 6451 Neuberg Bauer; Walter Dr. 6450 Hanau Dietrich; Horst Dr. 8755 Alzenau Ranke
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1984-08-04
Filing date: 1984-08-04
Publication date: 1986-02-13
Also published as: GB2164174B; GB8515695D0; JPS6142845A; FR2568720A1; DE3428802C2; GB2164174A

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504

D-5000 Köln - 51

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des
Fokussierungszustandes eines abgelenkten
Elektronenstrahls "

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Fokussierungszustandes eines periodisch über eine Vielzahl von diskreten Ablenkpositionen innerhalb einer gemeinsamen Zielfläche abgelenkten Elektronenstrahls.

Ein derartiges Verfahren ist anwendbar beim Schweissen und Bohren mittels eines Elektronenstrahls, wenn die Bearbeitungsstellen beispielsweise in rasterförmiger Verteilung in der Zielfl'äche angeordnet sind. Das Verfahren ist ferner anwendbar beim Oberflächenhärten mittels Elektronenstrahlen sowie beim Elektronenstrahlschmelzen, wenn es darum geht, die Leistung des Elektronenstrahls in einer definierten flächenmäßigen Verteilung in die

Schmelze einzubringen (DE-OS 28 12 285). Wie die genannte Druckschrift zeigt, ist das erfindungsgemäße Verfahren aber mit besonderem Vorteil anwendbar beim Aufdampfen von Stoffen aus einem Tiegel, wenn es darum geht, innerhalb einer größeren Kondensationszone eine gleichförmige Zusammensetzung der aus dem Dampf kondensierten Schichten zu erhalten.

In allen Fällen erzeugt der Elektronenstrahl auf seiner Auftreff-Fläche, die hier als Zielfläche bezeichnet wird, ein definiertes Flächenmuster, das sich aus einer Vielzahl von diskreten Ablenkpositionen zusammensetzt. Das Flächenmuster besteht aus einzelnen, in einer oder zwei Dimensionen aneinandergereihten Feldern, wobei durch die Größe dieser Felder und die Verweilzeit des Elektronenstrahls in den einzelnen Feldern eine örtlich definierte Leistungszufuhr bewirkt werden kann.

Während es beim Schweissen oder Bohren mit dem Elektronenstrahl erwünscht ist, in jeder Ablenkposition möglichst identische Strahldaten zu erhalten, kann es beim Vakuumaufdampfen erwünscht sein, durch örtlich unterschiedliche Leistungszufuhr eine örtlich unterschiedliche Verdampfungsleistung zu bewirken, um auf andere Ursachen zurückzuführende Inhomogenitäten im Kondensationsbereich des Danpfes zu kompensieren.

Bei einer mechanischen Relativbewegung zwischen Elektronenstrahlkanone und Zielfläche bleibt die Strahlablenkung unverändert, so daß auch der Fokussierungszustand er-

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halten bleibt. Eine mechanische Relativbewegung ist jedoch zeitraubend und daher für viele Fälle nicht brauchbar, oder schwierig und daher nur mit großem Aufwand durchzuführen. So scheidet beispielsweise beim Schmelzen oder Verdampfen eine Bewegung des Tiegels aus naheliegenden Gründen aus. Eine Bewegung der Elektronenstrahl kanone gestaltet sich jedoch außerordentlich aufwendig.

Man hat daher in der Vergangenheit überwiegend von der Eigenschaft des Elektronenstrahls Gebrauch gemacht, sich mittels elektromagnetischer oder elektrostatischer Felder mehr oder weniger stark ablenken zu lassen, so daß dadurch eine Vielzahl von diskreten Ablenkpositionen innerhalb einer relativ großen Zielfläche erreicht werden kann, ohne daß eine mechanische Relativbewegung ausgeführt werden müßte. Das Prinzip eines solchen Verfahrens ist von der Fernseh-BiIdröhre her bekannt. Nun hat jedoch eine solche Maßnahme den erheblichen Nachteil, daß die Qualität des Fokussierungs zustandes sich mit zunehmenden Ablenkwinkel verringert.

Durch die DE-AS 20 47 138 ist es bekannt, daß ein von einer feststehenden Elektronenstrahlquel1e ausgehender, zu verschiedenen diskreten Ablenkpositionen hin abgelenkter Elektronenstrahl an den Auftreffstellen sehr verschiedene Strahl querschnitte aufweisen kann, so daß sich die Leistungsdichte an den Auftreffstellen entsprechend ändert. Dies ist ein unerwünschter Vorgang, und in der genannten Schrift wird daher vorgeschl agen-s

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den unterschiedlichen Fokussierungszustand an den verschiedenen Auftreffstellen durch unterschiedliche Verweilzeiten zu kompensieren. Die Wirkung einer solchen Maßnahme ist aber außerordentlich begrenzt und für zahlreiche Fälle nicht anwendbar, bei denen es auf eine exakte Strahlfokussierung bzw. auf einen definierten Strahl durchmesser an der Auftreffstelle des Elektronenstrahls ankommt. Insbesondere ist die bekannte Maßnahme dann nicht brauchbar, wenn die relativen Verweil zeiten des Elektronenstrahls in den verschiedenen diskreten Ablenkpositionen nicht verändert werden können, weil beispielsweise die Durchlaufzeit des Elektronenstrahls für eine sehr große Zahl von Ablenkpositionen vorgegeben ist.

Wenn beispielsweise aus einem langgestreckten Verdampfertiegel Stoffe auf ein oberhalb des Verdampfertiegels kontinuierlich vorbei geführtes Band aufgedampft werden, dann haben örtlich unterschiedliche Leistungsdichten bzw. Verwei1zeiten des Elektronen-Strahls ein unerwünschtes "Streifenmuster" auf dem bewegten Band zur Folge, das bei zahlreichen Anwendungs fällen nicht toleriert werden kann. Um über die gesamte Bandbreite definierte Verdampfungsbedingungen zu erhalten - dies ist eine wesentliche Voraussetzung für eine homogene Schichtdickenverteilung quer zur Bandlaufrichtung - benötigt man über den gesamten Ablenkbereich einen Elektronenstrahlbrennf1 eck konstanter Leistungsdichte.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuerverfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, durch das in der gesamten Zielfläche bzw. über den gesamten Ablenkbereich ein Elektronenstrahlbrennfl eck vorgegebener Leistungsdichte erhalten wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß man zu Beginn den Fokussierungszustand des Elektronenstrahls in jeder einzelnen diskreten Ablenkposition mittels variabler Ablenkfelder auf eine vorgegebene Brennfleckgeometrie einjustiert, die dieser Brennfleckgeometrie entsprechenden Fokussierungsdaten mit den zugehörigen Positionsdaten in einem Speicher speichert und während des Betriebes zu jeder Strahlposition die zugehörigen Fokussierungsdaten vom Speicher abfragt und die Strahlfokussierung entsprechend nachsteuert.

Dabei wird in der Praxis so vorgegangen, daß man bei der Einstellung der Vorrichtung den Elektronenstrahl nacheinander mittels definierter Ablenkströme in der Ablenkeinheit in definierte Ablenkpositionen bringt und unter visueller Beobachtung den Fokussierungszustand bzw. die Brennfleckgeometrie durch Potentiometer manuell einstellt. Auf die vorrichtungsseitigen Voraussetzungen hierfür wird weiter unten noch näher eingegangen. Zu jeder Ablenkposition,

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die durch X-Y-Koordinaten definiert ist, werden die elektrischen, den Fokussierungszustand definierenden Daten ermittelt und durch Betätigung einer Eingabetaste in die Speicherplätze für die zu der betreffenden Ablenkposition gehörenden Fokussierungsdaten eingegeben. Dieser Vorgang ist je nach der geforderten Präzision entsprechend zeitraubend; nach einer einmaligen Einstellung der Vorrichtung können jedoch die gespeicherten Daten über einen sehr langen Zeitraum konstant gehalten werden.

Beim automatischen Betrieb der Vorrichtung werden dann die zu jeder Strahl position gehörenden Fokussierungs daten nach Maßgabe der zugehörigen Ablenkposition vom Speicher abgefragt und die Strahlfokussierung entsprechend nachgesteuert. Dieser Vorgang erfolgt zyklisch bzw. periodisch mit einer entsprechenden Frequenz, die ohne weiteres bis zu 1000 Hz betragen kann.

Beim Vakuumaufdampfen hat beispielsweise eine entsprechend hohe Ablenkfrequenz die Wirkung, daß der Verdampfungsvorgang trotz diskontinuierlicher Beaufschlagung der Oberfläche des Verdampfungsmaterials mit dem Elektronenstrahl wegen der Wärmeträgheit der Schmelze praktisch kontinuierlich erfolgt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst, d.h. über den gesamten Ablenkbereich des Elektronenstrahls wird ein Elektronenstrahl brennfleck vorgegebener Leistungsdichte erhalten,

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und der negative Einfluß unterschiedlicher Strahlablenkungen in jeder Ablenkposition wird automatisch und mit hoher Geschwindigkeit korrigiert. Dies ermöglicht die Einhaltung genau vorgegebener Wechsel-Wirkungen zwischen dem Elektronenstrahl und der beschossenen Materie in jeder Ablenkposition. So werden beispielsweise beim Schweissen Schweißstellen (Punkte) stets gleicher Eigenschaften erhalten. Beim Vakuumaufdampfen aus langgestreckten Tiegeln, deren längste Achse quer zur Bewegungsrichtung eines laufenden Bandes verläuft, werden Schichten mit einer außerordentlich großen Homogenität hinsichtlich der Schichtdicke und der Schichtzusammensetzung erhalten. Dies macht sich insbesondere dann vorteilhaft bemerkbar, wenn das gleiche Band nacheinander über mehrere Verdampfertiegel hinweg bewegt wird, aus denen unterschiedliche Verdampfungsmaterialien freigesetzt werden. Insbesondere aber zeichnet sich das erfindungsgemäße Steuerverfahren durch eine hohe Reproduzierbarkeit der beeinflußten Verfahrensparameter aus.

Das erfindungsgemäße Steuerverfahren ermöglicht auch den Bau kompakterer und damit kostengünstigerer Vorrichtungen. Während man bisher bestrebt war, den Abstand zwischen der Elektronenstrahlkanone und der Zielfläche möglichst groß zu halten, um den Ablenkwinkel entsprechend klein halten zu können, ist es mit dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren möglich, die

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Elektronenstrahlkanone unter Inkaufnahme eines größeren maximalen Ablenkwinkels näher an die Zielfläche heranzurücken. Dies führt zu Vorrichtungsabmessungen von geringerem Bauvolumen, die auch schneller und mit geringerem Aufwand evakuiert werden können.

Selbstverständlich können beim Erfindungsgegenstand die relativen Verwei1 zeiten in einer jeden Ablenkposition auch unterschiedlich gewählt werden. Da die relative Verweildauer aber keine Korrekturgröße für unterschiedliche Fokussierungszustände mehr ist, brauchen die relativen Verweilzeiten nicht mehr geändert werden, so daß bei einmal getroffener Zahl die Abtastfrequenz konstant bleibt. So ist es beispielsweise beim Vakuumaufdampfen zweckmäßig, die relativen Verwei1zeiten in den Ablenkpositionen an den Tiegelenden langer zu wählen, weil an diesen Stellen ein erhöhter Wärmebedarf durch die hier zusätzlich vorhandenen wassergekühlten Tiegelstirnwände auftritt. Die für jede Ablenkposition erforderliehen relativen Verweilzeiten werden durch eine Programmsteuerung vorgegeben, der die erfindungsgemäße Fokussierungssteuerung exakt folgt. Die Einstellung definierter Verweilzeiten durch eine Programmsteuerung ist bereits Stand der Technik (DE-OS 28 12 285) und wird daher hier nicht näher beschrieben.

Außerhalb der Stirnseiten eines Verdampfertiegels ist es aber in der Regel wünschenswert, an allen Ablenkpositionen einen Elektronenstrahlbrennfleck mit

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konstanter bzw. identischer Leistungsdichte zu erhalten. Eine solche Maßnahme ist dann sogar unerläßlich, wenn es sich um die Herstellung identischer Schweißstellen oder Bohrungen handelt.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung des weiter oben beschriebenen Verfahrens. Eine solche Vorrichtung besitzt in herkömmlicher Weise eine Elektronenstrahlkanone mit einem Strahlerzeuger, einer Fokussierungseinheit und einer Ablenkeinheit für die Strahlablenkung in X-Y-Koordinaten. Eine Vorrichtung besitzt weiterhin eine Steuereinheit für die Ablenkung des Elektronenstrahls in die einzelnen, durch die X-Y-Koordinaten definierten Ablenkpositionen unter Einhaltung definierter Verwei1 zeiten.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe wird daher gemäß der weiteren Erfindung

a) die Elektronenstrahlkanone im Strahlweg des Elektronenstrahls mit einer Vielpolanordnung ausgerüstet, durch die der Elektronenstrahl mit einer Frequenz bis zu 1000 Hz nachfokussierbar ist, und ferner enthält

b) die Steuereinheit Speicherplätze für die X-Y-Koordinaten der Ablenkpositionen und Speicherplätze für die zu jeder Ablenkposition gehörenden Fokussierungs· daten sowie einen Mikroprozessor, durch den die Strahlbewegung in die einzelnen Ablenkpositionen und die Verweilzeiten sowie die Fokussierungszustände in den einzelnen Ablenkpositionen nach Maßgabe der Abfrage der Speicherplätze steuerbar ist.

Zwar ist die Verwendung von Viel pol anordnungen, sogenannten Quadrupolen und Oktupolen bei Elektronenstrahlmikroskopen bekannt, jedoch werden diese Vielpolan-Ordnungen dort statisch, d.h. mit eingeprägtem Strom betrieben.

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

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine Wirkungsweise werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 7 näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Elektronenstrahlkanone in Verbindung mit einem Blockschaltbild der zugehörigen Steuereinheit für

die Beheizung eines Verdampfertiegels,

Figur 2 eine Draufsicht auf eine Zielfläche mit in zwei Reihen angeordneten Ablenkpositionen,

Figur 3 einei Draufsicht auf eine Zielfläche mit im Kreis angeordneten Ablenkpositionen,

Figur 4 eine teilweise geschnittene Elektronenstrahlkanone im Bereich des Strahlweges,

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Figur 5 einen Axialschnitt durch den unteren Teil von Figur 4, wobei die Schnittebenen im rechten Winkel zueinander stehen gemäß der Linie V-V in Figur 7,

Figur 6 einen Radial schnitt durch den Gegenstand von Figur 5 entlang der Linie VI-VI, und

Figur 7 einen Radialschnitt entlang der Linie VII-VII in Figur 5.

In Figur 1 ist in sehr schematischer Darstellung eine Elektronenstrahl kanone 1 dargestellt, zu der ein Strahlerzeuger 2, eine elektromagnetische Fokussierungseinheit 3, die erf inxlungsgemäße Vielpol anordnung 4 und eine herkömmliche Ablenkeinheit 5 für die Strahlablenkung in X-Y-Koordinaten gehört. Einzelheiten einer solchen Elektronenstrahlkanone werden anhand der Figuren 4 bis 7 noch näher erläutert.

Der Elektronenstrahlenkanone 1 ist eine Steuereinheit zugeordnet, deren Kernstück ein Mikroprozessor 7 ist. Dem Mikroprozessor ist eine Eingabeeinheit 8 mit einem Tastenfeld 9 für die Eingabe von Steuerbefehlen etc. zugeordnet. Die Eingabeeinheit besitzt ferner Stelleinrichtungen 10 und 11 für die Beeinflussung der Fokussierungsdaten mittels der Viel pol anordnung 4. Die Stelleinrichtungen 10 und 11 sind durch Potentiometerknöpfe symbolisiert.

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Dem Mikroprozessor 7 aufgeschaltet ist weiterhin eine Speichereinheit 12 mit Speicherplätzen 13 für die X-Y-Koordinaten der Ablenkpositionen und mit Speicherplätzen 14 für die zu jeder Ablenkposition gehörenden Fokussierungsdaten.

Dem Mikroprozessor 7 nachgeschaltet ist eine Steuerschaltung 15 für die Ansteuerung der Vielpolanordnung 4 sowie eine Steuerschaltung 16 für die Ansteuerung der Ablenkeinheit 5.

Mittels der Eingabeeinheit 8 und des Mikroprozessors 7 wird auch das Ablenkprogramm einschließlich der relativen Verweil zeiten in den einzelnen Ablenkpositionen vorgegebenen.

Unterhalb der Elektronenstrahlkanone 1 ist ein langgestreckter Verdampfertiegel 17 dargestellt, der mit einem Verdampfungsgut 18 gefüllt ist. Der aus der Ablenkeinheit 5 austretende Elektronenstrahl wird nun periodisch über die Oberfläche des Verdampfungsgutes abgelenkt, wobei er nach dem weiter oben geschriebenen Programm diskrete Ablenkpositionen F, bis F_n einnimmt, die hier durch schwarze Striche symbolisiert sind. Die beiden extremen Ablenkstellungen des Elektronenstrahls sind durch gestrichelte Linien 19 und 20 angedeutet. Es ergibt sich, daß extreme Verhältnisse in den Ablenkpositionen F. und F_n vorliegen. Ein Elektronenstrahl, der in der Mitte des Verdampfertiegels noch einen kreisförmigen Brennfleck aufweist, hätte in den Positionen F. und F stark verzerrte bzw. elliptische

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Brennf1eckgeometrien. Hier greift nun die Erfindung ein, und zwar wird für jede der Ablenkpositionen mittels der Stelleinrichtungen 10 und 11 die Vielpolanordnung 4 in der Weise verstellt, daß die Brennfleckgeometrie an allen Auftreffstellen vorgegebenen, vorzugsweise identischen, Fokussierungszuständen entspricht. Die in jeder einzelnen Ablenkposition ermittelten Fokussierungsdaten werden durch Betätigung des Tastenfeldes 9 in die Speicherplätze 14 eingegeben und dort auf Abruf bereit gehalten. Die Fläche, in der sämtliche Ablenkpositionen liegen, wird als tielfläche 21 bezeichnet; sie ist in Figur von dem inneren Rechteck 22 umrissen, das die innere Begrenzungswand des Verdampfertiegels 17 darstellt.

In Figur 2 ist ein aus insgesamt vierundzwanzig Ablenkpositionen zusammengesetztes Ablenkmuster zu erkennen, bei dem die diskreten Ablenkpositionen durch schraffierte Kreise dargestellt sind. Die Durchmesser der schraffierten Kreise entsprechen dem Durchmesser des in der betreffenden Ablenkposition kurzzeitig festgehaltenen Elektronenstrahls. Im dargestellten Fall sind die vierundzwanzig Ablenkpositionen auf zwei Reihen mit je zwölf Ablenkpositionen verteilt, jedoch ist die Länge einer Reihe oder Zeile und die Anzahl der darin liegenden Ablenkpositionen praktisch beliebig wählbar, und auch die Anzahl der Reihen oder Zeilen ist weitgehend frei wählbar. Die Lage der einzelnen Ablenkpositionen, genauer, der Mittelpunkte der einzelnen Ablenkpositionen, ist durch X-Y-Koordinaten festgelegt,

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die von einem Bezugspunkt P ausgehen. Das Fortbewegen des Elektronenstrahls erfolgt durch stufenweise Veränderung des Ablenkstromes der jeweils zugehörigen Ablenkspule. Der Verlauf des Ablenkstroms in X-Richtung läßt sich durch eine Treppenkurve mit zwölf Stufen darstellen. Einzelheiten einer solchen Strahlablenkung sind jedoch Stand der Technik und werden daher nicht näher erläutert. Die betreffenden X-Y-Koordinaten werden in die Speicherplätze 13 eingegeben. Sobald die definierte Strahl position erreicht ist, werden die zugehörigen Fokussierungsdaten aus den Speicherplätzen 14 abgerufen und der Strahl entsprechend korrigiert, wodurch sich das in Figur 2 gezeigte äußerst gleichmäßige Flächenmuster ergibt.

Anhand von Figur 3 ist dargestellt, daß die einzelnen Ablenkpositionen F-| bis Fg auch auf einem Kreis angeordnet sein können, wenn es beispielsweise darum geht, einen rotationssymmetrischen Verdampfertiegel 17a zu beschiessen. In diesem Falle ist die Zielfläche eine Kreisfläche, die durch den Innenrand des Verdampfertiegels begrenzt wird. Auch hier geht es darum, in jeder Ablenkposition F. bis Fg an jeder Stelle den gleichen Fokussierungszustand, d.h. den gleichen Strahldurchmesser bei absoluter Kreisform des Strahl- -querschnitts zu erzielen. Gleichbleibende Strahlleistung vorausgesetzt, ergibt sich hierdurch in allen Fällen eine konstante Leistungsdichte.

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Figur 4 zeigt die wesentlichen Teile einer praktischen Ausführungsform einer Elektronenstrahlkanone 1. Im Strahlerzeuger 2, von dem nur die Wehnel t-El ektrode 22 sichtbar ist, befindet sich eine hier nicht dargestellte Katode, die entlang der Kanonenachse A-A einen Elektronenstrahl aussendet. Die Beschleunigung des Elektronenstrahls erfolgt in herkömmlicher Weise durch eine Beschleunigungsanode 23_S die sich über ein trichterförmiges Zwischenstück 24 in Richtung auf ein Strahlführungsrohr 25 fortsetzt, von dem hier nur die Umrißlinien gestrichelt dargestellt sind. Unterhalb der Beschleunigungsanode 23 befindet sich noch ein Absperrventil 26, das über eine Betätigungswelle aus dem Strahlweg herausschwenkbar ist. Der Strahlerzeuger 2 ist vakuumdicht von einem doppelwandigen Außenrohr 28 umgeben, um im Bereich des Strahlerzeugers 2 das erforderliche Betriebsvakuum aufrechterhalten zu können.

Zur Elektronenstrahlkanone 1 gehört weiterhin ein Befestigungsflansch 29, an den sich nach unten hin ein Mantelrohr 30 anschließt, in dem sämtliche elektronenoptischen Teile untergebracht sind. Hierzu gehört auch die in den Figuren 5 und 7 noch näher erläuterte Ablenkeinheit, von der in Figur 4 nur die unten aus dem Mantelrohr herausragenden Polschuhe 31 und 32 zu sehen sind.

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Aus der in einem größeren Maßstab gehaltenen Figur ist ersichtlich, daß das Strahl führungsrohr 25 und das Mantelrohr 30 durch ein Ringteil 33 miteinander verbunden sind. Am oberen Ende des Mantelrohres 30 befindet sich weiterhin ein Flansch 34, mit dem das Mantelrohr 30 gegen den Befestigungsflansch 29 verspannt ist, der radial einwärts bis zum Strahlführungsrohr 25 reicht. Auf diese Weise wird zwischen dem Strahlführungsrohr 25 und dem Mantelrohr 30 ein hermetisch geschlossener hohlzylindrischer Raum 35 gebildet, in dem unter Belassung von Ringspalten 36 und 37 eine hohlzylindrische Hülse mit einer Innenwand 38, einer Außenwand 39 und einem Ringteil 40 angeordnet ist. Die betreffenden Teile sind mit dem Befestigungsflansch 29 verbunden. In dieser Hülse sind die Fokussierungseinheit 3, die Vielpolanordnung 4 und die Ablenkeinheit 5 angeordnet. Die Hohlräume sind von einem Kühlmedium durchströmt, um die Betriebstemperaturen der elektronenoptischen Einrichtungen auf einem möglichst niedrigen Niveau zu halten.

Die Viel pol anordnung 4, im vorliegenden Fall ein Quadrupol , ist unmittelbar unterhalb der Fokussierungs· einheit 3 angeordnet und eröffnet die Möglichkeit, dem Elektronenstrahl in der Ebene gemäß der Schnittlinie VI-VI einen Strahlquerschnitt aufzuzwingen, der in der Zielfläche einen Brennfleck mit der vorgegebenen Geometrie erzeugt. Der Einfluß von Quadrupolen

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auf den Elektronenstrahl ist an sich bekannt und wird daher nicht näher erläutert.

Wie aus Figur 6 hervorgeht, besteht die Vielpolanordnung 4 aus einem ringförmig geschlossenen Magnetjoch 41 mit Ausnehmungen 42, in denen Spulenkerne mit Polschuhen 44 und Magentwicklungen 45 angeordnet sind. Die Spulenkerne 43 sind über Schraubzapfen mit dem Magnetjoch 41 verbunden. Es versteht sich, daß das Strahlführungsrohr 25 und die Innenwand 38 aus a-magnetischem Werkstoff bestehen.

In Figur 7 ist die Ablenkeinheit 5 im Detail dargestellt. Auf einem Magnetjoch 47 befinden sich diametral gegenüber Spulenkerne 48 und 49 mit Polschuhen 50 und 51, sowie Magnetwicklungen 52 und 53. Um 90 Grad hierzu versetzt sind Spulenkerne 54 und 55 angeordnet, auf denen sich Magnetwicklungen 56 und 57 befinden. Die Spulenkerne 54 und 55 sind durch das Ringteil 33 hindurch verlängert und tragen jenseits dieses Ringteils die Polschuhe 31 und 32 (Figuren 4 und 5). Einzelheiten der Fokussierungseinheit 3 und der Ablenkeinheit 5 sind jedoch Stand der Technik, so daß sich ein weiteres Eingehen hierauf erübrigt.

Die Spulenkerne 43 der Vielpol anordnung 4 sind je nach der Frequenz, mit der die veränderliche Nachfokussierung durchgeführt werden muß, lamelliert bzw. aus Transformatorenblech ausgeführt. Sie erlauben da-

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durch eine Nachfokussierung mit einer entsprechend hohen Frequenz, die mit der Fokussierungseinrichtung nicht möglich wäre. Bei einem Oktupol wäre die Anzahl der Magnetpole gegenüber Figur 6 noch verdoppelt, und zwar mit einem Polabstand von jeweils 45 Grad. Bei den Viel pol anordnungen liegen sich jeweils gleichartige Pole gegenüber, so daß die Magnetfelder nicht diametral durch die Kanonenachse A-A verlaufen. Andererseits sind jeweils zwei benachbarte Magnetspulen so vom Strom durchflossen, daß sie entgegengesetzte Pole bilden. Bei Verwendung eines Quadrupols muß die Steuerschaltung 15 zwei unabhängige Stromausgänge aufweise, bei Verwendung eines Oktupols vier unabhängige Stromausgänge.

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Claims

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ANSPRÜCHE:

Verfahren zur Steuerung des Fokussierungs-Zustandes eines periodisch über eine Vielzahl von diskreten Ablenkpositionen innerhalb einer gemeinsamen Zielfläche abgelenkten Elektronenstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß man zu Beginn den Fokussierungszustand des Elektronenstrahls in jeder einzelnen diskreten Ablenkposition mittels variabler Ablenkfelder auf eine vorgegebene Brennfleckgeometrie einjustiert, die dieser Brennfleckgeometrie entsprechenden Fokussierungsdaten mit den zugehörigen Positionsdaten in einem Speicher speichert und während des Bef triebes zu jeder Strahlposition die zugehörigen Fokussierungsdaten vom Speicher abfragt u.nd die Strahlfokussierung entsprechend nachsteuert.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, unter Verwendung einer Elektronenstrahlkanone mit einem Strahlerzeuger, einer Fokussierungseinheit und einer Ablenkeinheit für die Strahlablenkung in X-Y-Koordinaten innerhalb der Ziel fläche und einer Steuereinheit für die Ablenkung des Elektronenstrahls in die einzelnen, durch die X-Y-Koordinaten definierten Ablenkpositionen unter Einhaltung definierter Verweilzeiten, dadurch gekennzeichnet, daß

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a) die Elektronenstrahlkanone (1) im Strahlweg des Elektronenstrahls eine Vielpolanordnung (4) aufweist, durch die der Elektronenstrahl mit einer Frequenz bis zu 1000 Hz nachfokussierbar ist, und daß

b) die Steuereinheit (6) Speicherpl "ätze (13) für die X-Y-Koordinaten der Ablenkpositionen und Speicherplätze (14) für die zu jeder Ablenkposition gehörenden Fokussierungsdaten sowie einen Mikroprozessor (7) enthältj durch den die Strahl bewegung in die einzelnen Ablenkpositionen und die Verwei1 zeiten sowie die Fokussierungszusta'nde in den einzelnen Ablenkpositionen nach Maßgabe der Abfrage der Speicherplätze (13, 14) steuerbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Viel pol anordnung (4) eine Quadrupolanordnung ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole der Viel pol anordnung geblechte Spülenkerne (43) mit Polschuhen (44) besitzen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Elektronenstrahlkanone einen von einem Strahlführungsrohr und einem Mantelrohr begrenzten zylindrischen Hohlraum aufweist, in dem die Fokussierungseinheit und die Ablenkeinheit angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielpolanordnung (4) im gleichen Hohlraum (35) zwischen der Fokussierungseinheit (3) und der Ablenkeinheit (5) angeordnet ist.