Brevet FR2595505A1 — publié le 19870911

CIRCUIT DE COMMANDE DE FAISCEAUX D'ELECTRONS POUR DES EVAPORATEURS A FAISCEAUX D'ELECTRONS La présente invention concerne un circuit de commande du fais- ceau d'électrons pour des évaporateurs à faisceaux d'électrons, qui trouve une application dans des évaporateurs à faisceaux d'électrons destinés à un soudage, une fusion et une évaporation de métaux, à un nettoyage zo- nal de matériaux, un usinage dimensionnel, une distillation et un raffi- nage, à une application de revêtement, une lithographie etc. La lentille électromagnétique ou électrostatique et le système de déviation utilisés dans les circuits de commande bien connus de fais- ceaux d'électrons pour des évaporateurs à faisceaux d'électrons sont re- liés à une source de courant continu (amplificateur à courant continu ré- glable). La relation entre le courant et la tension s'exprime par IF = kfUB, dans laquelle k est une constante, UB la tension d'accélération, F et F le rapport focal. Il existe un circuit bien connu qui comporte un diviseur de tension d'accélération dont la sortie est reliée, par l'intermédiaire d'une section destinée à extraire une racine de quatre, à l'une des en- trées d'un organe diviseur. La sortie d'une section destinée à extraire une racine carrée du courant de faisceau d'électrons est reliée à l'autre entrée de cet organe. La sortie de l'organe diviseur est reliée à l'en- trée d'un organe de commande dont la sortie est reliée à la lentille de focalisation. Un inconvénient des solutions bien connues réside en ceci qu'elles nécessitent un redressement et un filtrage qualitatif de la ten- sion d'accélération UB(dans la plupart des cas UB >20 kV) ce qui rend l'équipement plus onéreux et diminue sa fiabilité et son rendement. En outre, sont utilisés dans l'organe de commande de faisceaux d'électrons des amplificateurs de courant continu qui comportent leurs dérives du zé- ro, leurs variations, Ieur fonctionnement complexe inhérents etc. Le but de la présente invention est par conséquent d'établir un circuit de commande de faisceaux d'électrons pour des évaporateurs à faisceaux d'électrons, qui possède une fiabilité et un rendement amélio- rés tout en étant moins cher. Ce but est atteint grâce à un circuit de commande de faisceaux d'électrons pour des évaporateurs à faisceaux d'électrons, comportant des -2amplificateurs de focalisation réglables qui dévient le long d'un axe X et d'un axe Z, aux sorties desquels sont respectivement reliées des len- tilles de focalisation de fabrication électronique (électromagnétique ou électrostatique) qui dévient le long de l'axe X et de l'axe Z. La sortie d'une première section d'extraction de racine est reliée à.l'entrée-de l'amplificateur de focalisation à courant alternatif réglable, tandis que son entrée est reliée à la sortie d'une première section de déphasage. L'entrée de la première section de déphasage est reliée à la sortie d'une source de tension qui coïncide en fréquence et en phase avec la tension d'accélération du faisceau d'électrons correspondant. L'entrée d'une se- conde section de déphasage de l'organe de déviation est également reliée à la sortie de la même source de tension, tandis que sa sortie est reliée à l'entrée d'une seconde section d'extraction de racine. Les entrées des amplificateurs à courant alternatif réglables, destinés à une déviation le long des axes X et Z sont reliées à la sortie de la seconde section d'extraction de racine. Un organe de calcul destiné à corriger le rapport focal en fonction des variations de la trajectoire du faisceau d'élec- trons est relié entre les sorties des amplificateurs destinés à la dévia- tion le long des axes X et Z et l'entrée correspondante de l'amplifica- teur destiné à une focalisation. Lorsque la lentille de focalisation est électrostatique et que les déviations sont électromagnétiques, l'entrée de l'amplificateur ré- glable destiné à une focalisation est directement couplée à la sortie de la source de tension qui coïncide en fréquence et en phase avec la ten- sion d'accélération du faisceau d'électrons correspondant. Les avantages des circuits proposés sont une diminution du nombre de composants à haute tension qui se traduit par des coûts infé- rieurs, la diminution des dimensions totales ainsi que l'amélioration de la fiabilité et du rendement de l'équipement. Ce qui précède ainsi que d'autres buts et avantages de la pré- sente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la descrip- tion détaillée suivante d'un mode de réalisation de l'invention donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence à la figure unique qui représente un schéma fonctionnel d'un mode de réalisation du circuit de la présente invention. -3- Sur cette figure, on peut voir qu'aux sorties des amplifica- teurs à courant alternatif réglables de focalisation 1, de déviation le long de l'axe X 2, et de déviation le long de l'axe Z 3, sont respective- ment reliées les lentilles électroniques de focalisation 4, de déviation le long de l'axe X 5, et de déviation le long de l'axe Z 6. La sortie de la première section d'extraction de racine 7 est reliée à l'entrée de l'amplificateur de focalisation réglable 1, tandis que son entrée est re- liée à la sortie de la première section de déphasage 8. L'entrée de cette section de déphasage 8 est reliée à la sortie d'une source de tension 9 qui coincide en fréquence et en phase avec la tension d'accélération du faisceau d'électrons. L'entrée de la seconde section de déphasage 10 est également reliée à la sortie de la même source de tension 9, tandis que sa sortie est reliée à l'entrée de la seconde section d'extraction de ra- cine 11. A la sortie de celle-ci, sont reliées les entrées des amplifica- 1l teurs réglables de déviation le long de l'axe X 2 et le long de l'axe Z 3, un organe de calcul 12 destiné à corriger le rapport focal en fonction de la variation de la longueur de trajectoire du faisceau d'électrons étant également relié entre leurs sorties et l'entrée correspondante de l'amplificateur de focalisation réglable 1. Lorsque la lentille de focalisation 4 est électrostatique et que les déviations 5 et 6 sont électromagnétiques, l'entrée de l'amplifi- cateur de focalisation réglable 1 est directement couplée à la sortie de la source de tension 9. Le circuit fonctionne de la manière suivante. Lorsqu'une ten- sion de courant alternatif accélère les électrons du faisceau d'élec- trons, les vitesses des électrons varient dans le temps. Le rapport focal et les déviations le long des axes X et Z varient également. Pour qu'ils restent constants, il faut que la force de l'effet exercé par la lentille électromagnétique sur les électrons varie de manière synchronisée avec la tension d'accélération IB et proportionnellement à la racine carrée de la valeur momentanée de cette tension UB. Des données relatives à la fréquence et à la phase de la ten- sion d'accélération UB sont obtenues à partir de la source de tension 9. En raison de l'induction de la lentille magnétique, le vecteur de courant qui les traverse et, par conséquent, le flux magnétique sont formés avec 4- un décalage par rapport au vecteur de tension. Leur synchronisation avec la tension d'accélération est réalisée au moyen de la section de déphasa- ge 8 (respectivement 10). Deux sections de déphasage séparées sont néces- saires, car, dans le cas courant, Q, le facteur des lentilles de focali- sation 4, diffère de celui des lentilles de déviation 5 et 6. La section d'extraction de racine 7 (ou respectivement 11) sa- tisfait la seconde exigence de proportionalité de la racine carrée de la valeur momentanée de la tension d'accélération U -B. La racine extraite et les signaux synchronisés de chaque phase sont introduits dans les amplificateurs à courant alternatif réglables 1, 2 et 3 qui alimentent les lentilles électromagnétiques 4, 5 et 6. Chaque phase possède deux amplificateurs séparés de focalisation 1, de déviation le long de l'axe X 2, et de déviation le long de l'axe Z 3, puisqu'à une phase sont reliés deux évaporateurs à faisceaux d'électrons. Lorsque l'on utilise des lentilles de focalisation électroma- gnétiques 4, la force (l'intensité) de l'effet du champ magnétique sur les électrons est synchronisée et proportionnelle à la valeur momentanée de la tension U appliquée. Il en résulte que les données relatives à la B fréquence et à la phase de la tension d'accélération UB sont directement transmises à l'entrée de l'amplificateur de focalisation réglable 1. Dans le cas d'une déviation d'un faisceau d'électrons focalisé en permanence. le point de focalisation décrit une partie d'un cercle de rayon constant. Pendant le même temps, la surface traitée se trouve dans le plan X-Y, ce qui demande une correction du rapport focal dans le cas d'une variation de la déviation le long de l'axe X ou Z, correction qui est effectuée par l'organe de calcul 12. -5- REVENDICATIONS 1. Circuit de commande de faisceaux d'électrons pour des éva- porateurs à faisceaux d'électrons, comportant des amplificateurs de foca- lisation réglables qui dévient le long d'un axe X et d'un axe Z, aux sor- ties desquels sont respectivement reliées des lentilles de focalisation électroniques (4, 5 et 6) qui dévient le long de l'axe X et de-l'axe Z, et une section d'extraction de racine, caractérisé en ce que les amplifi- cateurs réglables (1, 2 et 3) sont à courant alternatif, la sortie de la section d'extraction de racine (7) étant reliée à l'entrée de l'amplifi- cateur de focalisation réglable (1), tandis que son entrée est reliée à la sortie d'une première section de déphasage (8) reliée à la sortie d'une source de tension (9) qui coincide en fréquence et en phase avec la tension d'accélération du faisceau d'électrons, ladite sortie de la'sour- ce de tension (9) étant également reliée à l'entrée d'une seconde section de déphasage (10) à la sortie de laquelle est reliée l'entrée d'une se- conde section d'extraction de racine (11), dont la sortie est reliée aux entrées des amplificateurs réglables de déviation le long de l'axe X (2) et de l'axe Z (3), et un organe de calcul (12) destiné à corriger le rap- port focal en fonction des variations de la longueur de la trajectoire du faisceau d'électrons étant relié entre les sorties des amplificateurs de déviation le long de l'axe X et de l'axe Z (2 et 3) et l'entrée corres- pondante de l'amplificateur de focalisation (1). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lentille de focalisation (4) est électrostatique et l'entrée de l'ampli- ficateur de focalisation réglable (1) est directement couplée à la sortie de la source de tension (9).