DE1222590B

DE1222590B - Verfahren zur Steuerung der Energieeinstrahlung auf das Werkstueck bei Ladungstraegerstrahl-Bearbeitungsgeraeten

Info

Publication number: DE1222590B
Application number: DEV27305A
Authority: DE
Inventors: H C Manfred Von Ardenne Dr; Dipl-Phys Siegfried Panzer; Dipl-Phys Dr Siegfrie Schiller
Original assignee: Elektromat VEB
Current assignee: Elektromat VEB
Priority date: 1964-12-07
Filing date: 1964-12-07
Publication date: 1966-08-11

Description

Verfahren zur Steuerung der Energieeinstrahlung auf das Werkstück bei Ladungsträgerstrahl-Bearbeitungsgeräten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Energieeinstrahlung auf das Werkstück bei Ladungsträgerstrahl-Bearbeitungsgeräten, wie z. B. Elektronen- oder Ionenstrahl-Bearbeitungsgeräten, bei denen die Ablenkung des Teilchenstrahls synchron mit einem eine transparente Schablone abtastenden Lichtstrahl erfolgt und der die Schablone durchsetzende Lichtstrom in einen elektrischen Strom umgesetzt wird, der zur Steuerung der Intensität des Teilchenstrahles dient.
Es ist bekannt, bei der Bearbeitung von Werkstücken mit Elektronen- oder Ionenstrahl-Bearbeitungsgeräten den Ladungsträgerstrahl mit Lichtpunktabtaster zu steuern. Dabei läuft synchron zu dem Lichtpunktabtaster der Elektronen- oder Ionenstrahl, der mit Hilfe von Ablenkeinheiten auf dem Werkstück geführt wird. Der Lichtpunkt rastert eine vorgegebene Schablone ab, die entsprechend ihrem Informationsinhalt den Elektronen- oder Ionenstrahl an den zu bearbeitenden Orten auf dem Werkstück über die Steuerelektrode des Elektronenstrahles intensitätsmäßig steuert, d. h. die Größe des Stromes des Ladungsträgerstrahles verändert oder im einfachsten Fall ein- oder ausschaltet. Im allgemeinen wird so verfahren, daß auf eine Steuerelektrode, z. B. dem Wehnelt-Zylinder, der Elektronenkanone unterschiedlich große negative Spannungen aufgegeben werden, die den Elektronen- oder Ionenstrahl ein-bzw. ausschalten.
Der Elektronen- oder Ionenstrahl (im folgenden Teilchenstrahl genannt) wird dabei entweder völlig gesperrt oder stets bis zu einem gleichen, einmal vorgegebenen Intensitätswert freigegeben.
Die Geschwindigkeit, mit der der Teilchenstrahl bei diesem bekannten Verfahren auf dem Werkstück bewegt wird, ist dabei unabhängig davon, ob er gesperrt oder freigegeben ist. Die Bearbeitungszeit eines Werkstückes wird dadurch bei vorgegebener Einwirkdauer des Teilchenstrahles an einem bestimmten Ort auf dem Werkstück von der Größe der abzurasternden Fläche (meist die Gesamtfläche des Werkstückes) und nicht durch die tatsächlich zu bearbeitende, im allgemeinen wesentlich kleinere Bearbeitungsfläche bestimmt.
Dieser bekannte Stand der Technik hat den Nachteil, daß die Bearbeitungsdauer unökonomische Werte annimmt und außerdem unterschiedliche Einwirkzeiten des Teilchenstrahles, wie sie z. B. für verschiedene Arbeitsprozesse an ein und demselben Werkstück benötigt werden, erst nachdem der vorhergehende Arbeitsgang abgeschlossen ist, eingestellt werden können. Danach erfolgt der nächste Arbeitsgang mit der vorbeschriebenen ungünstigen ökonomie. Bei der kontinuierlichen Intensitätssteuerung des Elektronenstrahles mittels des Wehnelt-Zylinders kommt hinzu, daß die Abbildungsbedingungen nur bei einem bestimmten Wert der Wehnelt-Spannung und damit nur für einen bestimmten Intensitätswert des Elektronenstrahles exakt erfüllt sind. Sobald der Strahlstrom verändert wird, verändert sich die Apertur und damit auch alle anderen elektronenoptischen Bedingungen.
Zweck der Erfindung ist es, bei fest eingestellten Betriebsparametern des Elektronenstrahles die Einwirkzeit des Teilchenstrahles und damit die Intensität der thermischen Veränderungen von Ort zu Ort auf der Oberfläche des Werkstückes zu variieren.
Damit würde die Möglichkeit geschaffen, in einem Arbeitsgang am gleichen Werkstück an bestimmten Stellen z. B. zu legieren, an anderen zu schweißen und an wieder anderen Material abzutragen oder auch die Abtragtiefe von Ort zu Ort zu ändern.
Aufgabe der Erfindung ist es, die örtliche Einwirkdauer zusätzlich zur Intensität des Teilchenstrahles über einen Lichtpunktabtaster je nach der gewünschten Art der Bearbeitung von Ort zu Ort zu variieren.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß bei dem eingangs bezeichneten Verfahren eine entsprechend der vorgegebenen Einwirkzeit des Teilchenstrahles verschieden stark transparente Schablone abgerastert wird und zusätzlich die Geschwindigkeit, mit der die Auftreffstelle des Teilchenstrahles auf dem Werkstück bewegt wird, in Abhängigkeit von der Transparenz der Schablone gesteuert wird.
Die Umsetzung des Informationsinhaltes der Schablone in unterschiedliche Geschwindigkeiten, mit der der Teilchenstrahl auf dem Werkstück geführt wird, kann z. B. derart erfolgen, daß der verstärkte Fotostrom zur Steuerung des aus einer Elektronenröhre bestehenden Ladewiderstandes für die Erzeugung der Kippspannung in den Stromversorgungssystemen der Ablenkgeräte des Lichtpunktabtasters sowie des Teilchenstrahles im Bearbeitungsgerät dient. Die Schablone kann mit bekannten fotochemischen bzw. drucktechnischen Mitteln entsprechend dem Arbeitsprogramm auf dem Werkstück hergestellt werden.
Falls bei hohen Frequenzen verschiedene Schaltzeiten für die Ablenkfrequenzen und die Strahltastung auftreten, wird die Strahltastung beim Einschalten zeitlich verzögert und beim Ausschalten vor -dem Umschalten der Frequenzen vorgenommen, da die Strahltastung im allgemeinen schneller vor sich ,geht.
Die technisch- ökonomischen Auswirkungen der Erfindung bestehen darin, daß eine wesentliche Verkürzung der Bearbeitungszeit erzielt wird, da in ein und demselben Arbeitsgang verschiedene Arbeitsprozesse ermöglicht werden, und daß die gesamte Bearbeitung mit ein und derselben Strahleinstellung ausgeführt werden kann.
An Hand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 ein zu bearbeitendes Werkstück, F i g. 2 eine Schablone zur Steuerung der Ablenkgeschwindigkeit des Teilchenstrahles auf dem Werks_tück und F i g. 3 ebenfalls eine Schablone, nach der nur bestimmte Stellen auf dem Werkstück bearbeitet werden sollen.
Soll von dem Werkstück 1 gemäß F i g. 1 eine ,Oberflächenschicht 2 abgetragen werden, müßte eine 'Schablone 3 gemäß F i g. 2 Verwendung finden. Die verschiedenen Bearbeitungstiefen der Oberflächenschicht 2 sind in der Schablone 3 durch entsprechende 'Schwärzungsgrade enthalten. Je nach dem Schwär-:zungsgrad kann entweder die Ablenkgeschwindigkeit oder die Intensität des Teilchenstrahles gesteuert werden. In diesem Fall wird durch den Lichtpunktabtaster nur die Geschwindigkeit, mit der der Teilchenstrahl 4 auf dem Werkstück 1 geführt wird, gesteuert, während der Teilchenstrahl 4 unabhängig davon während der gesamten Bearbeitungszeit eingeschaltet ist.
Ist das Werkstück 1 nur an einzelnen begrenzten Stellen 5, wie sie in der F i g. 3 dargestellt sind, zu bearbeiten, so kann die Geschwindigkeit, mit der der Teilchenstrahl 4 auf dem Werkstück 1 geführt wird, wie im vorhergehenden Beispiel, ebenfalls gesteuert werden. Zusätzlich wird der Teilchenstrahl 4 an Stellen 6, an denen nicht bearbeitet werden soll, ausgeschaltet. Bei ausgeschaltetem Teilchenstrahl 4 werden die Ablenksysteme mit maximaler Frequenz betrieben, damit die Verlustzeiten, in denen nicht bearbeitet wird, klein gehalten werden können. Das Signal vom Lichtpunktabtaster schaltet jetzt über die Steuerelektrode im Erzeugungssystem sowohl den Teilchenstrahl 4 aus bzw. ein und schaltet außerdem die Frequenzen um, mit denen die Ablenksysteme für den Lichtpunktabtaster und das Bearbeitungsgerät betrieben werden. Durch die Umschaltung der Ablenkfrequenzen ist damit eine wesentliche Verkürzung der Bearbeitungszeit gegeben, da die zu bearbeitende Fläche gegenüber der Gesamtfläche des Werkstückes in den meisten Fällen kleiner ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Steuerung der Energieeinstrahlung auf das Werkstück bei Ladungsträgerstrahl-Bearbeitungsgeräten, bei denen die Ablenkung des Teilchenstrahles synchron mit einem eine transparente Schablone abtastenden Lichtstrahl erfolgt und der die Schablone durchsetzende Lichtstrom in einen elektrischen Strom umgesetzt wird, der zur Steuerung der Intensität des Teilchenstrahles dient, d a d u r c h g e k e n n -zeichnet, daß eine entsprechend der vorgegebenen Einwirkzeit des Teilchenstrahles (4) verschieden stark transparente Schablone (3) abgerastert wird und zusätzlich die Geschwindigkeit, mit der die Auftreffstelle des Teilchenstrahles auf dem Werkstück bewegt wird, in Abhängigkeit von der Transparenz der Schablone gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Umsetzung des Lichtstromes erhaltene elektrische Strom einen aus einer Elektronenröhre bestehenden Ladewiderstand steuert, der zur Erzeugung der Ablenkspannung sowohl in den Ablenkgeräten des Lichtpunktabtasters sowie in dem Bearbeitungsgerät dient.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Teilchenstrahles durch Steuerung des Strahlerzeugungssystems mittels veränderbarer Impulsfolgefrequenzen bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahltastung in bezug auf die Strahlablenkung beim Einschalten zeitlich verzögert und beim Ausschalten vor dem Umschalten der Ablenkfrequenzen vorgenommen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1106 431.