[发明专利]电子束加工设备工件表面聚焦电流自动整定方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及电子束加工设备技术领域，具体涉及一种电子束加工设备工件表面聚焦电流自动整定方法及系统。

背景技术

电子束加工设备中用磁透镜磁场对电子束产生洛伦兹力，使电子束导向并调节其外形，从而达到让电子束会聚的目的。目前，磁透镜磁场一般由磁聚焦装置所产生，该磁聚焦系统主要由励磁绕组和供电电源组成。励磁绕组产生的磁场在电子束通道中的方向与电子束飞行方向平行，励磁绕组与供电电源相连。供电电源为可调直流电源，由于励磁绕组对于励磁电流的精度一般要求较高(偏差≤0.05％)，因此供电电源中需采用低温漂精密电阻作为励磁电流的检测元件，并配合采用恒流控制方法，才能达到励磁电流的精度要求。

目前电子束加工设备运行过程聚焦电流的确定是通过试验获得，具体是由操作者一边调节聚焦电流一边通过光学观察系统观察电子束斑的变化，以经验为依据判断聚焦电流。这种方法操作简便，却存在较大的缺陷：

1、人为经验判断依据，缺乏可量化的判断参数，主观随机性大。

2、光学观察系统易被污染，影响观察判断。

3、试验过程电子束在试验件上逐渐“钻孔”，电子束落入“孔内”，进一步影响电子束焦点的判断。

随着电子束加工设备的性能要求越来越高，人为经验寻找聚焦电流的方法将被淘汰，需要建立一套可量化参数的判断聚焦电流的方法，以便快速、精确地获取聚焦电流值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有通过人为经验获得聚焦电流的方法所存在的精度不高的问题，提供一种电子束加工设备工件表面聚焦电流自动整定方法及系统。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

电子束加工设备工件表面聚焦电流自动整定方法，包括如下步骤：

步骤1、在真空工作室内放置金属试件，金属试件的上表面与希望电子束聚焦于某高度平面平齐；

步骤2、设定聚焦电流的最小值I_fmin、最大值I_fmax和离散变化步距δ_f；

步骤3、以离散变化步距δ_f为步长，将聚焦电流由最小值I_fmin离散线性变化到最大值I_fmax，记录每一离散点的聚焦电流值I_f及其对应的二次电子信号值I_e，并获得本次渐大离散变化过程中的最大二次电子信号值I_emax+所对应的聚焦电流值I_f0+；

步骤4、以离散变化步距δ_f为步长，将聚焦电流由最大值I_fmax离散线性变化到最小值I_fmin，记录每一离散点的聚焦电流值I_f及其对应的二次电子信号值I_e，并获得本次渐小离散变化过程中的最大二次电子信号值I_emax-所对应的聚焦电流值I_f0-；

步骤5、根据步骤3所获得的聚焦电流值I_f0+和步骤4所获得的聚焦电流值I_f0+，计算确定电子束聚焦于金属试件9表面上的聚焦电流值I_f0，即

步骤6、将步骤5所计算出的聚焦电流值I_f0作为聚焦电流设定值，通过调节聚焦电源，使得聚焦实际工作电流稳定于此值。

上述步骤2中，设定的聚焦电流的离散变化步距δ_f为1个聚焦电流数字设定最小分辨率值。

在步骤3的渐大离散变化过程中和步骤4的渐小离散变化过程中，通过闭环控制，使得加速电压始终稳定于设定的试验加速电压值U_a且电子束流稳定于设定的试验电子束流值I_b。

上述方案中，试验加速电压值U_a按工作电压要求进行设定，一般为额定电压；试验电子束流值I_b的取值范围0.05～5mA。

在步骤3的渐大离散变化过程中和步骤4的渐小离散变化过程中，电子束斑点在金属试件表面上环绕原始位置以设定的扫描频率，进行半径R的圆扫描。

上述方案中，电子束的扫描频率的取值范围10～1000H_z；电子束的扫描半径R的取值范围2～10mm。