SE437585B - Elektronstraleapparat med en elektronkella som innefattar en katod med en metalltrad - Google Patents

Description

aoos4sz-7 2 för återinriktningen, men denna lösning nödvändiggör en ytterst noggrann läges- inställning av tråden i magnetfältet, varigenom källans stabilitet påverkas.

Den nödvändiga styrkan hos linsen in till katoden innebär också en nackdel i båda nämnda lösningar.

Enligt ett föredraget utföringsexempel på en elektronstråleapparat enligt uppfinningen är trådens tvärsektion så formad att elektronstrålen som emitteras redan vid emissionen uppvisar mindre riktningsspridning. Man har funnit att en remsformad, kommersiellt tillgänglig metalltråd ej är stabil vid kraftig lokal- uppvärning, varigenom läget och formen av emissionsytan kan variera på ett o- kontrollerbart sätt i förhållande till den strålbegränsande bländaren. Den nöd- vändiga fältstyrkan intill ytan för att bortföra de emitterade elektronerna blir då jämförelsevis låg. Allmänt är känt att fältstyrkan i fältområdet är kraftigt beroende av ytans böjningsradie. Ett föredraget utföringsexempel på metalltrâden uppnås genom tillplattning av en rund metalltråds utsida på det ställe där elektronemissionen skall ske. Detta kan uppnås exempelvis genom valsning av en cirkulär tråd. Genom graden av tillplattning kan en lämplig kom- promiss uppnås mellan fältstyrkan vid ytan och kvarvarande riktningsspridning.

En ellipticitet från ungefär från 1,5-2,5 har befunnits ge tillfredställande resultat i en sådan uppbyggnad av källan som är beskriven i nämnda US patent- skrift.

I det följande kommer några föredragna utföringsexempel på elektronstråle- apparaten enligt uppfinningen att beskrivas i detalj under hänvisning till rit- ningarna, där:_fig_l visar ett föredraget utföringsexempel i form av en elek- tronstrålebearbetningsapparat; fjg_§_visar ett utföringsexempel på en elek- tronkälla avsedd för en sådan apparat; jjg_§ visar en tvärsnittsvy av några utföringsexempel på katodtrådar för en sådan elektronkälla.

En elektronstrålebearbetningsapparat enligt fig 1 innefattar en elektron- källa 1 med en trådkatod 2, en anodhylsa 3, en andra anod 4 och en samlingslins 5. Apparaten innefattar dessutom en första bländre 6, som för tydlighetens skull även är visad i planvy, en andra bländare 7, vilken likaså är visad i planvy. Den första bländaren kan avbildas på den andra bländren genom ett elek- trooptiskt linssystem 8. Denna bild kan förskjutas med hjälp av en strålavlänk- ningsanordning 9 i den andra bländarens plan för att därigenom bringa strâlens centrum att sammanfalla med bländaröppningens centrum. En stråldel 10 av elek- tronstrålen ll, som transmitteras genom den andra bländaren, kan avbildas i kraftigt reducerad form med hjälp av en kollimatorlins 12 på en yta 13 hos ett föremål 14 som skall bearbetas. För bearbetning av ytan 13 kan strålen för- skjutas över ytan enligt ett mönster med hjälp av strålavlänkningssystemet 15.

Den första bländaren 6 kan exempelvis ha rektangulär fonn där två sidor 16 har 8006463-7 en strålbegränsande inverkan. Denna bländare avbildas på den andra bländaren 7, som i föreliggande fall också är rektangulär. Dess sidor 17 har också en strål- begränsande inverkan, vilket innebär att strâlen efter de två bländarna begrän- sats till en transmissionsöppning 19, vilken bildas och kan inställas genom bländarens sidor 17 och en bild 18 av bländaren 6. Ändamålet med elektronkällan är att åstadkomma hög strömtäthet i denna stråle.

Katoden 2 består i detta fall av en metalltråd med åtminstone en tillplat- tad sidoyta och antagen att sträcka sig vinkelrätt mot ritningens plan i fig 1.

Denna metalltråd betstrålas i sidled via en öppning 20 genom en elektronstråle 21 som altras av en källa 22 och riktas med hjälp av en spole 23. Tråden blir sålunda lokalt uppvärmd till en temperatur av exemepelvis 3400°C vid använd- ning av en wolframtråd för vilken man vanligtvis väljer en emissionstemperatur iika med ungefär 2soo°c.

Fig 2 visar en schematiskt perspektivvy av elektronkällan 1 i det före- dragna utföringsexemplet i fig 1. Metalltråden förflyttas under inverkan av en dragkraft som verkar i dess längdriktning och alltid håller tråden sträckt mel- lan en rulle 25 innefattande en styrning 26 och en rulle 27 med en styrning 28.

Kring metalltråden är två stödblock 29 och 30 anordnade, vilka vart och ett innefattar V-format spår 31 respektive 32 som åstadkommer exakt styrning av metalltråden i dess längdriktning. Anliggningsytor i stödblocken 29 och 30, som företrädesvis är anpassade till trädens profil, förhindrar att vridning av trå- den mellan blocken, varigenom den tillplattade delen alltid bibehålles exakt riktad mot transmissionsöppning 34 i anodhylsan 3. Stödblocken är företrädesvis anordnade med termisk kontakt till metalltrâden och tillverkade av en metall med lämplig termisk ledningsförmåga, t.ex. silver. Mellan stödblocken är anoden 3 anordnad kring tråden, varvid anoden är utformad som en hålcylinder med en innerdiameter lika med exempelvis från 0,5-2 mm och en väggtjocklek av exempel- vis från 0,2-0,5 mm. I detta utföringsexempel sammanhänger anoden med stödbloc- ken. öppningen kan anpassas till krav avseende elektronkällans dimensioner i sin längdriktning och kan exempelvis ha dimensionerna 50x500/um.

Under drift är anoden 3 påförd en potential lika med exempelvis från +300 till +700 V medan metalltrâdens 2 potential är lika med noll. Även om uppfinningen ovan beskrivits med hänvisning till en elektronstrå- lebearbetningsapparat för mikrokretsar, för vilket ändamål den är särskilt an- vändbar, så är dess tillämpningsområde väsentligt större och omfattar sålunda exempelvis elektronstrålebearbetningsapparater för materialbearbetning, såsom borrning av exakt definierade hål eller mönster.

I en apparat av detta slag kan om önskvärt längden och bredden av målfläc- ken anpassas till en första dimension hos en struktur som skall åstadkommas, Poem ietfntfat 8606463-7 varigenom man uppnår en betydande tidsbesparing för bearbetningen. Längden och bredden av mâlfläcken kan bestämmas med hjälp av en elektrooptisk anordning såsom beskrivits under hänvisning till fig 1. En fyrkantig eller avlâng mål- fläck kan sålunda bildas även med en rund öppning 34.

Fig 3 visar några profiler för en katodtråd. Fig Ba visar en profil 40 med ellipsfonn som i föreliggande fall har ellipticiteten 1,5. En emissionsyta 41 är belägen centralt på den plattaste delen av ellipsen, medan tråden bestrålas för uppvärmning på exempelvis en ellipsformad yta 42. En profil 43 enligt fig 3b har en ellipsyta 44 som emissionsyta, medan den motsatta ytan 45 är cirku- lär. Fig 3c visar en profil 46 där en emissionsdel 47 innefattar ett plant om- råde. Den mittemot belägna ytan 48 kan då ha samma form som emissionsytan eller också vara elliptisk eller cirkulär. Var och en av dessa tre profiler kan åstadkommas genom valsning av en ursprungligen rund tråd varvid skillnaderna mellan emissionsdelen och den mittemot belägna delen åstadkommes genom lämpligt val av hårdheten och/eller formen på de använda val sytorna. Även om det för många tillämpningar framstår som mindre lämpligt till följd av jämförelsevis stora strålfel, kan man sålunda även åstadkomma en konkav emissionsyta. Fig 3d visar en trådprofil 49 som utgår från ett rektangulärt band. En emissionsyta 50 kan vara något avrundad medan en motbelägen yta 51 kan hållas väsentligen rak och sålunda medföra en lämplig målyta på tråden.

Claims (6)

8006463-7 Patentkrav.

1. Elektronstråleapparat med en elektronkälla som innefattar en katod med en metalltråd som är rörlig i sin längdriktning och som är avsedd att uppvärmas lokalt genom en energistråle samt även innefattande en strålbegränsande blända- re anordnad intill tråden och uppvisande en positiv potential i förhållande till tråden, k ä n n e t e c k n a d av att medel för att minska riktnings- spridningen i en elektronstråle som emitteras av tråden förefinnes mellan me- talltråden och bländaren.

2. Elektronstråleapparat enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda medel för att minska riktningsspridningen består av ett elektrosta~ tiskt eller magnetiskt fält som åstadkommer kraftig fokusering i åtminstone en riktning.

3. Elektronstrâleapparat enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att metalltråden har en profil som minskar riktningsspridningen i den alstrade strålen i en riktning tvärs trädens längdriktning.

4. Elektronstråleapparat enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att tråden uppvisar ett väsentligen ellipsformat tvärsnitt med en ellipticitet mellan 1,5 och 2,5.

5. Elektronstråleapparat enligt patentkravet 3,, k ä n n e t e c k n a d av att trädens tvärsnitt uppvisar en tillplattad profil på en emissionssida.

6. Elektronstråleapparat enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e- t e c k n a d av att katodstrålen består av ett valsningsbart material med hög smälttemperatur och jämförelsevis lågt ångtryck nära smälttemperaturen. ~far~ti 1v?TTffWP w' 1,. Qtaétati. a»