冷阴极电子枪电磁控制系统及其控制方法_2

文档序号:8318437阅读:来源:国知局
圈输出的待扫描点消 像电流值、下聚焦线圈输出的待扫描点聚焦电流值、偏转扫描线圈中的待扫描点电流方向 和大小;
[0033] 电子束能量分布控制电路将每个待扫描点位置的坐标信息和偏转扫描线圈中的 待扫描点电流方向和电流大小存储到偏转扫描线圈驱动电源的存储器中,将每个待扫描坐 标点位置的坐标信息、待扫描点消像电流值和待扫描点聚焦电流值分别存储到第二消像线 圈驱动电源和下聚焦线圈驱动电源的存储器中;
[0034] 根据待扫描点消像电流值、待扫描点聚焦电流值、偏转扫描线圈中的待扫描点电 流方向和电流大小,对待扫描图案中每个待扫描点进行正式扫描。
[0035] 在一个实施例中,上述方法中,当每个扫描检测点处的焦点位置和束斑形状达到 设定要求时,逐个确定每个扫描检测点处,第二消像线圈输出的消像电流值、下聚焦线圈输 出的聚焦电流值、偏转扫描线圈中的电流方向和大小,并将消像电流值、聚焦电流值、偏转 扫描线圈中的电流方向和大小存入电子束能量分布控制电路中的存储芯片中,包括:
[0036] 调整偏转扫描线圈,使电子束稳定在多个扫描检测点中的一个扫描检测点位置;
[0037] 利用电子束能量密度检测分析仪对扫描检测点位置的焦点位置和束斑形状进行 分析,分别调整第二消像线圈驱动电源输出的消像电流和下聚焦线圈驱动电源输出的聚焦 电流,当焦点位置和束斑形状达到设定要求后,将第二消像线圈输出的消像电流值、下聚焦 线圈输出的聚焦电流值、偏转扫描线圈中的电流方向和大小存入电子束能量分布控制电路 中的存储芯片中。
[0038] 在一个实施例中,上述方法中,根据待扫描点消像电流值、待扫描点聚焦电流值、 偏转扫描线圈中的待扫描点电流方向和电流大小,对待扫描图案中每个待扫描点进行正式 扫描,包括:
[0039] 电子束能量分布控制电路分别向偏转扫描线圈驱动电源、第二消像线圈驱动电源 和下聚焦线圈驱动电源发出待扫描点位置的坐标信息;
[0040] 偏转扫描线圈驱动电源根据待扫描点位置的坐标信息,查找存储器中坐标信息对 应的偏转扫描线圈中的待扫描点电流方向和电流大小,根据查找到的偏转扫描线圈中的待 扫描点电流方向和电流大小控制偏转扫描线圈偏转以使电子束束斑稳定在待扫描点;
[0041] 第二消像线圈驱动电源和下聚焦线圈驱动电源分别根据待扫描点位置的坐标信 息,查找存储器中坐标信息对应的待扫描点消像电流值和待扫描点聚焦电流值,根据查找 到的待扫描点消像电流值和待扫描点聚焦电流值,分别控制第二消像线圈驱动电源给第二 消像线圈输入待扫描点消像电流值,控制下聚焦线圈驱动电源给下聚焦线圈输入待扫描点 聚焦电流值,以使扫描区域内不同待扫描点位置的电子束能量密度保持一致进行正式扫 描。
[0042] 在一个实施例中,扫描检测点包括:扫描区域中心扫描检测点和位于中心扫描检 测点周围的相对于X向、Y向中心轴线相互对称的边界位置扫描检测点。
[0043] 本发明提供的技术方案,电子束能量分布控制电路计算并记录当待扫描点的焦点 位置和束斑形状达到设定要求时偏转扫描线圈中的电流大小和方向、第二消像线圈中的消 像电流值和下聚焦线圈中的聚焦电流值,并根据计算出的偏转扫描线圈中的电流大小和方 向、消像电流值和聚焦电流值控制电子束进行扫描,以使设定扫描区域内不同位置待扫描 点的电子束能密度一致,提高了电子束流品质,使得电子枪可以长期稳定工作,达到精密控 制电子束能量和精密快速铺粉成形的技术效果。
【附图说明】
[0044] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,并不 构成对本发明的限定。在附图中:
[0045] 图1是本发明实施中冷阴极电子枪电磁控制系统的结构示意图;
[0046] 图2是本发明实施中第一消像线圈驱动电源或上聚焦线圈驱动电源结构示意图;
[0047] 图3是本发明实施中第二消像线圈驱动电源或下聚焦线圈驱动电源结构示意图;
[0048] 图4是本发明实施中X向线圈驱动电源或Y向线圈驱动电源的结构示意图;
[0049] 图5是本发明实施中描述扫描点位置改变后束斑形状与焦点位置变化的示意图;
[0050] 图6是本发明实施中冷阴极电子枪电磁控制系统的控制方法的流程示意图;
[0051] 图7是本发明实施中确定的扫描检测点的示意图。
[0052] 主要配件符号说明:
[0053] 1~冷阴极;101~高压电源;2~第一消像线圈;201~第一消像线圈驱动电源; 3~放电阳极;4~电子枪壳体;41~导气管连接法兰;5~上聚焦线圈;501~上聚焦线圈 驱动电源;6~第二消像线圈;601~第二消像线圈驱动电源;7~下聚焦线圈;701~下聚 焦线圈驱动电源;8~偏转扫描线圈;80~偏转扫描线圈驱动电源;81~X向线圈;82~Y 向线圈;811~X向线圈或Y向线圈的第一端;812~X向线圈或Y向线圈的第二端;801~ 电子束能量分布控制电路;9~真空室;10~工件;11~电子束;12~阳极;111~第一电 流传感器;222~第二电流传感器;333~第三电流传感器。
【具体实施方式】
[0054] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施方式和附图,对 本发明做进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明,但并 不作为对本发明的限定。
[0055] 图1是本发明实施中冷阴极电子枪电磁控制系统的结构示意图;如图1所示,该电 磁控制系统包括:
[0056] 沿电子枪轴线自上而下依次安装的第一消像线圈2、上聚焦线圈5、第二消像线圈 6、下聚焦线圈7和偏转扫描线圈8 ;
[0057] 第一消像线圈驱动电源201,与第一消像线圈2连接,用于给第一消像线圈2提供 恒定电流,使第一消像线圈2产生稳定磁场;
[0058] 上聚焦线圈驱动电源501,与上聚焦线圈5连接,用于给上聚焦线圈5提供恒定电 流,使上聚焦线圈5对从电子枪阳极12射出的电子束进行一次电磁聚焦;
[0059] 第二消像线圈驱动电源601,与第二消像线圈6连接,用于给第二消像线圈6提供 可调整的消像电流,以使不同位置扫描点的束斑形状一致;
[0060] 下聚焦线圈驱动电源701,与下聚焦线圈7连接,用于给下聚焦线圈7提供快速变 化的聚焦电流,快速改变下聚焦线圈7产生的磁场,以快速实现对电子束的二次电磁聚焦;
[0061] 偏转扫描线圈驱动电源80,与偏转扫描线圈8连接,用于给偏转扫描线圈8提供快 速变化的电流,实现电子束的快速偏转,以使电子束快速稳定在待扫描点;
[0062] 电子束能量分布控制电路801,与所述第二消像线圈驱动电源601、下聚焦线圈驱 动电源701和偏转扫描线圈驱动电源80连接,用于计算并存储当待扫描点的焦点位置和 束斑形状达到设定要求时偏转扫描线圈8中的电流大小和方向、第二消像线圈6中的消像 电流值和下聚焦线圈7中的聚焦电流值,并根据计算出的偏转扫描线圈中的电流大小和方 向、消像电流值和聚焦电流值控制电子束进行扫描,以使设定扫描区域内不同位置待扫描 点的电子束能密度一致。
[0063] 具体实施时,第一消像线圈2、上聚焦线圈5、第二消像线圈6、下聚焦线圈7和偏转 扫描线圈8沿电子枪轴线自上而下依次安装指的是:从电子枪冷阴极1处向下到真空室9 的方向安装的。上述上聚焦线圈5、下聚焦线圈7、上聚焦线圈驱动电源501和下聚焦线圈 驱动电源701名称中的上下是相对的概念,上聚焦线圈5的名字可以是第一聚焦线圈,下聚 焦线圈7的名字可以是第二聚焦线圈,上聚焦线圈驱动电源501的名字可以是第一聚焦线 圈驱动电源,下聚焦线圈驱动电源701的名字可以是第二聚焦线圈驱动电源。
[0064] 具体实施时,上聚焦线圈驱动电源501是根据加速电压的设定值输出恒定电流实 现电子束的一次电磁聚焦,该加速电压是放电阳极3和阳极12之间施加的一个数十千伏以 上的负电压,而在在冷阴极1和放电阳极3间加有一个数千伏至上万伏的负电压。所述冷 阴极1和放电阳极3间加有一个数千伏至上万伏的负电压悬浮于所述加速电压之上;高压 电源101与冷阴极1与放电阳极3连接,高压电源101即提供了这样一个加速电压。
[0065] 本发明实施例提供的技术方案,电子束能量分布控制电路计算并记录当待扫描点 的焦点位置和束斑形状达到设定要求时偏转扫描线圈中的电流大小和方向、第二消像线圈 中的消像电流值和下聚焦线圈中的聚焦电流值,并根据计算出的偏转扫描线圈中的电流大 小和方向、消像电流值和聚焦电流值控制电子束进行扫描,以使设定扫描区域内不同位置 待扫描点的电子束能密度一致,提高了电子束流品质,使得电子枪可以长期稳定工作,达到 精密控制电子束能量和精密快速铺粉成形的技术效果。
[0066] 在一个实施例中,如图1所示,第一消像线圈2安装在电子枪的冷阴极1和放电阳 极3组成的放电腔室外。这样第一消像线圈驱动电路201输出恒定电流给第一消像线圈2, 使第一消像线圈2产生的恒定磁场,可减小带电离子在放电腔室内壁的复合几率,增加电 子与其它粒子的碰撞几率,改善放电腔室内的电参数。
[0067] 具体实施时,第二消像线圈驱动电源201和下聚焦线圈驱动电源501的电源拓扑 电路结构和控制方法相同,图2是本发明实施中第一消像线圈驱动电源或上聚焦线圈驱动 电源的结构示意图,如图2所示,第一消像线圈驱动电源201或上聚焦线圈驱动电源501可 以包括:第一恒压源、续流二极管Dl、N-沟道金属氧化物半导体场效应管MOSFET Q1、第一 电流传感器111、第一电流采样电路、第一电流控制电路、第一电流给定电路和第一驱动电 路;其中,
[0068] 具体实施时,第一消像
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