DE4142143A1

DE4142143A1 - Verfahren zum ermitteln von parametern einer elektronenstrahlmaschine

Info

Publication number: DE4142143A1
Application number: DE19914142143
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dobmeier; Juergen Jung; Kurt Leeb; Alfred Dr Mueller; Franz Joseph Rappat; Wilhelm Dr Scheffels; Ulrich Dr Schwab
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: MUELLER, ALFRED, DR., 82194 GROEBENZELL, DE SCHWAB
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2011-12-21
Also published as: DE4142143C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Parametern einer Elektronenstrahlmaschine, die mittels Sensoren erfaßt und einer Recheneinheit zugeführt werden.

Elektronenstrahlmaschinen mit Elektronenstrahlgenera toren im Leistungsbereich bis 80 Kilowatt werden zum Schweißen, Oberflächenbehandeln (Härten, Umschmelzen, Aufschmelzlegieren) und Bohren eingesetzt. Das nahezu verzugsfreie Bearbeiten der Werkstücke ist für den Einsatz von Elektronenstrahlen als Werkzeug charak teristisch und wird daher sehr oft als letzter Arbeits gang in der Fertigung berücksichtigt. Dabei muß sicher gestellt sein, daß immer, wenn die Produktion einer bestimmten Werkstückfamilie wiederholt wird, sich die Elektronenstrahlmaschine in exakt gleichem Zustand befindet und die Werkstücke mit exakt gleichen Verfah rensparametern bearbeitet werden, weil nur dann repro duzierbare Ergebnisse erzielt werden können.

Es ist bekannt, einzelne Parameter der Elektronen strahlmaschine durch Soll-Ist-Vergleiche zu überprüfen. Dabei werden als Soll-Werte die für das Verfahren benötigten Parameter verwendet.

So ist aus der DE 24 51 366 A1 eine Strahlstromregelung bekannt, die einen Gesamtstromsensor aufweist, der beim Ablenken des Elektronenstrahles von der Ruheposition in die Arbeitsposition von dem Elektronenstrahl überquert wird. Mit dem vom Gesamtstromsensor erfaßten Strahl strom-Ist-Wert und einem zusätzlichen Emissionsstrom- Ist-Wert wird der Strahlstromwirkungsgrad bestimmt. Bekannt ist auch, daß besagter Gesamtstromsensor als massiver, gekühlter Gesamtstrom-Auffänger für länger dauernde Strahlmessungen ausgeführt ist, der für die Messung mechanisch in die Strahlachse des (dazu nicht abgelenkten Elektronenstrahls) gebracht wird. Ferner ist in der DE 17 65 265 A1 ein Prüfverfahren für die Fokussierung offenbart. Hierzu werden drei seitlich versetzte Gesamtstromsensoren kurzzeitig von dem Elek tronenstrahl überquert, um die für die Prüfung erfor derlichen Parameter zu erhalten. Unterhalb dieser Sonden ist eine Strahlwärmeableitung angeordnet.

Die DE 37 18 177 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Menge der rückgestreuten Elektronen für die Nach regelung des Fokussierungsstromes verwendet wird. In der DE 19 59 901 A1 wird dagegen ein Verfahren zur serienweisen formveränderten Verarbeitung mittels eines Elektronenstrahles beschrieben, bei dem die vom Strahl hergestellten Formveränderungen des Werkstückes erfaßt und in Anzeige- oder Steuergrößen umgewandelt werden.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem alle wesentlichen Parameter einer Elektronenstrahlmaschine erfaßt und gegebenenfalls nachgeregelt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteran sprüchen angegeben.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es in einfachster Art und Weise möglich, die Parameter einer Elektronenstrahlmaschine in ihrer Gesamtheit zu erfas sen. Dabei wird für einen vorgegebenen Strahl zunächst der Strahlstrom insgesamt gemessen und so die durch den Gesamtstrom charakterisierbaren Parameter wie z. B. der Wirkungsgrad und der Strahlstrom-Brumm erfaßt. Sodann werden die erfindungsgemäß von Teilströmen dieses Strahls ermittelbaren Parameter bei abgelenktem Elek tronenstrahl erfaßt.

Mittels einer vorgeschalteten Sicherheitsmessung mit kleinem Strahlstrom können Beschädigungen des Teil stromsensors vermieden werden. Dabei kann die erste Messung gleichzeitig für eine grobe Positionsbestimmung des Werkstückträgers zum Elektronenstrahl bzw. Elektro nenstrahlgenerator verwendet werden.

Der Gesamtstrom-Auffänger für die ersten Messungen und der Teilstromsensor sind hinsichtlich des mechanischen Aufbaus sowie der elektrischen Signalerfassung und -auswertung zu einem System zusammengefaßt.

Durch das vorgeschlagene Verfahren kann erstmals das gesamte Parameterspektrum der Elektronenstrahlmaschine erfaßt und in einer Recheneinheit ausgewertet bzw. mit vorgegebenen oder mit bei einer Urmessung ermittelten Normalen verknüpft werden. Im Gegensatz zu an sich bekannten Überprüfungen einzelner Parameter können durch das Verfahren nach der Erfindung alle wesent lichen Parameter einer Elektronenstrahlmaschine mit nur einem Sensorsystem ermittelt werden.

Als Teilstromsensor werden in definiertem, seitlichen Abstand von der Strahlachse sich gegenüberliegende Schneiden bzw. Metallkanten benutzt. Dies kann z. B. auch der Rand einer Bohrung in einer gegen die Geräte- Masse isoliert aufgebauten Scheibe sein, durch die der Strahl hindurchtritt. Mittels einer kalibrierten Strahlablenkung wird der Strahl soweit an die Sensorkan te herangeführt, daß - für kurze Zeit - ein Randbereich des Strahlquerschnitts auf den Sensor auftrifft. Dabei wird am Sensor ein entsprechender Anteil des Strahl stroms gemessen. Wird nun der Strahl - ausgehend von der Strahlachse - in mindestens vier Richtungen, z. B. ±X,±Y an die entsprechende Sensorkante herangeführt, kann aus den Werten für die Ablenkamplituden eine rela tive Angabe für den Durchmesser des Strahlquerschnitts ermittelt werden. Ebenso wird der Versatz der Strahlach se (der Mittelpunkt des Strahlquerschnitts) gegenüber der Mittelachse des Sensorsystems bestimmt. Dieser Versatz wird zukünftig als DC-Versatz bezeichnet. Diese (relativen) Angaben bezüglich Durchmesser und Position (X, Y) des Strahlquerschnitts auf Höhe der Meßebene des Sensorsystems können nun verglichen werden mit einem vorher definierten bzw. ausgemessenen "Urzustand" des Gerätes, dem Normal.

Das Meßverfahren soll den Zustand der Elektronenstrahl- Anlage bei Strahlbetrieb, insbesondere des Elektronen strahl-Generators, noch genaustmöglich prüfen zum Zweck des Vergleichs mit dem vorher festgestellten Urzustand. Dazu wird eine "Fokusreihe" aufgenommen. Es wird der oben beschriebene Versuchsablauf zur Charakterisierung des Durchmessers und der evtl. vorhandenen seitlichen Abweichung des Strahlquerschnitts mehrfach wiederholt mit Variation des Linsenstroms der Elektronenstrahllin se unter Konstanthaltung der übrigen Strahldaten, wie z. B. Strahlstrom, Strahlspannung, Vakuum, Abstand der Meßebene von der Linse. Der Versuch wird so angesetzt, daß der engste Strahlquerschnitt, der Fokus, etwa in die Mitte der Reihe zu liegen kommt. Die mit dem Sen sorsystem registrierte Größe des Strahlquerschnitts ist so zu Beginn der Reihe groß, wird dann kleiner und nach Erreichung des Fokus wieder größer. Die jeweilige Lin seneinstellung läßt sich bei den üblicherweise benut zten elektromagnetischen Linsen angeben mittels des genau meßbaren Linsenstroms. Der Linsenstrom für den Fokus sowie der Durchmesser des Strahlquerschnitts im Fokus sind zwei ganz wesentliche Strahlcharakteristika.

Aus der Fokusreihe sind aber noch weitere Eigenschaften des Strahls zu entnehmen:

Für die "Strahlapertur", das ist der halbe Kegelwinkel des in den Fokus hineinlaufenden Strahlkegels, erhält man einen charakteristischen Wert, wenn man die Diffe renz der (relativen) Durchmesser-Werte für den größten gemessenen Strahlquerschnitt und für den Fokus dividiert durch die Differenz der zugehörigen Werte des Linsen stroms. Dieses Ergebnis läßt sich vergleichen mit dem entsprechend ermittelten Wert für den Urzustand.

Die "Strahljustierung" ist nur dann korrekt, wenn in nerhalb der Fokusreihe kein seitlicher Versatz der Strahlquerschnitte bei unterschiedlichen Linsenströmen gegeneinander feststellbar ist; für den Urzustand ist dies vorauszusetzen bzw. eine Fehljustierung auszumes sen.

Ein "Strahlastigmatismus" macht sich dadurch bemerkbar, daß Strahlquerschnitte - im Gegensatz zum Urzustand - mehr oder weniger elliptisch sind, mit Ausnahme des kreisrunden Strahlquerschnitts im Fokus.

Wenn die oben beschriebenen Messungen keinen Unter schied zum Urzustand ergeben, kann man davon ausgehen, daß sich die wesentlichen, den Strahl beeinflussenden Parameter nicht geändert haben, als da sind:

- Strahlstrom am Werkstück (d. h. auch Strahl-Wirkungs grad)
- Beschleunigungsspannung
- Funktionstüchtigkeit von Linse und Strahlablenkung
- Geometrie und Ausheizzustand der Kathode
- Abwesenheit von neu hinzugekommenen Störmagnetfeldern
- Vakuum.

Weiterhin zeigt sich, ob sich die Positionszuordnung vom Strahl zum Auffänger geändert hat, woraus sich fol gendes ermitteln läßt:

- Positionsgenauigkeit vom Strahl zum Werkstück bzw. der Schweißbahn
- Schwingungen im Antriebsregelkreis.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Elek tronenstrahlgenerators mit den für das Ermitteln der Parameter eingesetzten Sen soren;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Fokussier- und Ablenkeinheit mit dem Teilstromsensor;

Fig. 3 den Sinusverlauf des Elektronenstrahles innerhalb des Teilstromsensors sowie den Verlauf der Ablenkamplitude und des Meß signales;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Messung von Elektronenstrahldurchmesser und -ver satz bei Ablenkung in X-Richtung;

Fig. 5 den Positionsversatz R und α_a des Elektronen strahls im Teilstromsensor.

Fig. 6 das Achsverhältnis a/b und Azimuts der Hauptachse a des astigmatischen Elektronen strahlquerschnittes.

In Fig. 1 ist ein an sich bekannter Elektronenstrahl generator zum Erzeugen eines Elektronenstrahles 19 mit den für das Ermitteln der Parameter vorgesehenen Senso ren schematisch dargestellt. Der Generator besteht im wesentlichen aus der Hochspannungs- und dem Elektronen strahlerzeugersystem. Dieses wird aus der Kathodenband- Schnellwechselpatrone 3, der Wehnelt-Elektrode 4 und der Anode 5 sowie dem Hochspannungsanschluß 1 und dem HV-Isolator 2 gebildet. Der Hochvakuumraum 8a wird von einer Vakuum-Drossel 6 von der nicht näher dargestell ten Werkstückkammer getrennt. Strahlrohr-Ventil 7 dient zum vakuumtechnischen Trennen von Kanonen- und Kammer vakuum und Stutzen 8 zum Anschluß einer Pumpe. Mittels Beleuchtung 9 und Fernrohr 10 kann die Werkstückkammer eingesehen werden. Die elektromagnetische Linse 11 dient der Fokussierung und das Ablenksystem 12 der Ablenkung des Elektronenstrahles 19. Innerhalb der nicht näher dar gestellten Werkstückkammer ist in definierter Lage ein Teilstromsensor 14 und ein in Strahlrichtung dahinter liegender Gesamtstromsensor 15 angeordnet. Der Teil stromsensor 14 weist eine Öffnung 17 für den Durchtritt des Elektronenstrahles 19 und der Gesamtstromsensor 15 eine Vertiefung 16 auf, in der der Elektronenstrahl 19 aufgefangen wird. Hochspannungsanschluß 1 zusammen mit Kathodenband-Schnellwechselpatrone 3 und Wehnelt-Elek trode 4, elektromagnetische Linse 11 und Ablenksystem 12 sowie Teilstromsensor 14 und Gesamtstromsensor 15 sind mit einer Recheneinheit 13 verbunden. Der Teilstromsen sor 14 ist konzentrisch zur Achse des Gesamtstromauf fängers 15 angeordnet und weist an seinem Austritt eine Meßkante 18 (Fig. 2) auf, die durch eine Vergrößerung der Öffnung 17 gebildet wird. Die Meßkante ist bevorzugt ringförmig ausgebildet.

Der Teilstromsensor 14 und der Gesamtstromsensor 15 werden auf der nicht näher dargestellten Bearbeitungs vorrichtung in definiertem Abstand vom Elektronen strahlgenerator 3, 4, 5 angeordnet. Damit reproduzier bare Meßsignale erhalten werden, sind den Sensoren 14, 15 nicht näher dargestellte Zentriermittel zugeordnet, die auch nach einem Austausch der Sensoren 14, 15 eine reproduzierbare Anordnung an definierter Stelle er möglichen.

Die von den Sensoren 14, 15 erfaßten Parameter werden der Recheneinheit 13 übergeben, welche mittels eines Meßprogrammes die einzelnen Aktionen des Meßablaufes steuert und kontrolliert. Dieser erfolgt im wesent lichen in drei Schritten. Dabei wird über die in der Recheneinheit 13 gespeicherten Daten eine mechanische Positionierung der Sensoren 14, 15 auf eine Soll-Posi tion des Elektronenstrahls 15 (Strahlachse) herbeigeführt. Über das Meßprogramm wird die Beschleunigungsspannung und der Linsenstrom bei zunächst kleinem Test-Strahlstrom von beispielsweise 5 Milliampere vorgegeben. Nur wenn der Teilstromsensor 14 keinen Strahlstrom auffängt und der Gesamtstromsensor 15 den vollständigen Test-Strahl strom erfaßt und der Recheneinheit 13 zugeführt wird, wird über das Meßprogramm die zweite Messung vorgenom men. Registriert der Teilstromsensor 14 einen Anteil des Test-Strahlstromes bzw. wird der Test-Strahlstrom nicht vollständig von dem Gesamtstromauffänger 15 er faßt, wird die Position des Elektronenstrahles 19 und/ oder der Sensoren 14, 15, innerhalb von Toleranzen nachgeregelt, bis von dem Gesamtstromsensor 15 der vollständige Test-Strahlstrom und/oder von dem Teil stromsensor 14 kein Strahlstrom erfaßt wird. Bei Über schreitung der zulässigen Toleranzen kann der Meßvor gang abgebrochen werden. Dann wird mittels des Gesamt stromsensors 15 eine zweite Messung mit maximalem oder verfahrensspezifischem Strahlstrom zum Erfassen von Parametern bei nicht abgelenktem Elektronenstrahl 19 durchgeführt. Dabei wird in Verbindung mit der Rechen einheit 13 aus der Differenz zwischen der abgegebenen Leistung und der aufgenommenen Leistung des Strahler zeugers der Wirkungsgrad ermittelt. Zusätzlich wird die Strahlstromwelligkeit erfaßt und in der Recheneinheit 13 ausgewertet.

Der beim gemessenen Ist-Strahlstrom sich einstellende Wert der Wehnelt-Spannung wird der Recheneinheit 13 zu geführt, und dient mit einem Vergleichswert zur Beur teilung der Kathodenheizung.

Danach wird mittels des Teilstromsensors 14 eine dritte Messung mit einem Test-Strahlstrom oder einem verfahrens spezifischen Strahlstrom zum Erfassen von Parametern durchgeführt. Hierbei wird durch geeignete Ablenkung des Elektronenstrahls 19 eine thermische Überlastung des Teilstromsensors 14 vermieden. Durch Kalibrierung der Ablenkamplitude auf die Meßebene der ringförmigen Meß kante 18, läßt sich der Durchmesser des Strahlquer schnittes in dieser Meßebene bestimmen sowie die exakte Position des Elektronenstrahls 19. Der Durchmesser er gibt sich aus den Abmessungen der Öffnung 17 des Teil stromsensors 14 und den Ablenkamplituden, bei denen der Elektronenstrahl gerade entgegengesetzte Ränder der ringförmigen Öffnung berührt. Der Elektronenstrahl durchtritt hierbei die ringförmige Öffnung 17 des Teilstromsensors 14.

Dieser Vorgang wird dann vielfach wiederholt. Im folgen den ist ein Beispiel für den steuerungstechnischen Ab lauf beschrieben.

Die periodische Strahl-Ablenkung (z. B. einige 100 Hz bzw. kHz vorzugsweise Sinus) hat eine zunächst stetig ansteigende Amplitude (Fig. 3a) bis der Rand des Strahl querschnittes von der Teilstromsensor-Öffnung 17 gerade so berührt wird, daß der aufgefangene Strahlstrom-Peak z. B. 2 mA erreicht (Fig. 3b1). Meistens werden aber die gegenüber aufgefangenen Peaks eine unterschiedliche Höhe aufweisen (Fig. 3b1 und b2). Bei zunächst konstant gehaltener Ablenkamplitude erfolgt nun ein DC-Versatz durch Addieren eines Konstantanteils auf den periodi schen Ablenkstrom (in gleicher Richtung wie die Sinus- Ablenkung), bis die Höhe der Peaks keinen Unterschied mehr zeigt. Sodann folgt wieder die stetige Erhöhung der Amplitude bis zur Erreichung der Soll-Peak-Höhe (2 mA) . Dieses Meßergebnis (Ablenk-Amplitude und DC- Versatz) wird abgespeichert und der Recheneinheit 13 übergeben. Wenn der Betrag der Ablenkamplitude (in mm) über die Ansteuerspannung des Ablenkstrom-Verstärkers kalibriert ist, lassen sich nun Angaben über den Aus sendurchmesser des Strahlquerschnittes sowie über die seitliche Position des Strahles (in Ablenkrichtung) speichern und auswerten.

Die elektronische Verarbeitung und Steuerung dieses Meßvorganges wird dadurch erleichtert, daß der jewei lige kurzzeitige Peak des Auffängerstrom-Signales durch eine Synchronisation und mittels einer "Sample and Hold"-Schaltung in ein DC-Signal gleicher Höhe umgewan delt wird. In der Fig. 3b ist der zeitliche Verlauf der beiden gesampleten Strompeak-Signale dargestellt, die der jeweils positiven (3b1) bzw. negativen (3b2) Sinus-Amplitude zugeordnet sind.

Eingetragen sind auch die beiden Linien (Fig. 3a), die denjenigen (in mm) kalibrierten Ablenkamplituden (A₀⁺ in + Richtung, A₀⁻ in - Richtung) entsprechen, wenn ein auf den Mittelpunkt 20 der Öffnung 17 des Sensors 14 zentrierter Strahl (mit extrem kleinem Strahlstrom und mit verschwindend kleinem Durchmesser des dort fokussierten Flecks) bei Sinus-Ablenkung die Meßkante 18 gerade erreicht. Der Abstand der beiden Linien entspricht dem bekannten Durchmesser D der Öffnung 17 D=A₀⁺+A₀⁻.

Nun soll bei Ablenkrichtung X der Durchmesser eines Strahlflecks Φ_Xa bestimmt werden, wenn die Meßkante 18 bei jeder Berührung durch den Außenbereich des Strahl flecks gerade einen charakteristischen Strom, z. B. 2 mA aufnimmt. Dies ermöglicht eine angenäherte Bestimmung des Fleckdurchmessers, wenn der Strahlstrom (insgesamt) z. B. mehr als 10 mA beträgt. Die dabei sich ergebenden Ablenkamplituden seien A_x⁺ und A_x⁻. Für den Fleckdurch messer erhält man dann Φ_xa=A₀⁺+A₀⁻-(A_x⁺+A_x⁻) (Fig. 3c, Fig. 4).

Wenn kein Fleckversatz, (d. h. , Positionsversatz des Strahlfleck-Mittelpunktes gegenüber dem Mittelpunkt der Öffnung 17 in Ablenkrichtung X), vorliegt, so sind die Amplitudenbeträge A_x⁺ und A_x⁻ gleich groß. Im allgemeinen ist dies nicht so und es gilt nun, diesen Positionsver satz Δ_x zu ermitteln, der aber durch einen entsprechen den Betrag der X-Ablenkung A_xDC kompensiert werden kann, damit die Sinus-Ablenkung die beiden gegenüber liegenden Stellen der Meßkante 18 in gleicher Weise trifft (wie oben beschrieben). Hierdurch verschiebt sich der Nullpunkt des Ablenkstroms von der Symmetrie linie der Sinusablenkung weg auf den Wert des DC-Ver satzes (Fig. 3). Die entsprechende Differenz der Ablenk beträge A_x⁺ und A_x⁻ (gemessen von der Stelle mit Null Ablenkstrom) ergibt: Δ_x=1/2 (A_x⁻-A_x⁺).

Bei einer rechnergesteuerten Tischbewegung (X, Y) kann der festgestellte DC-Versatz des Flecks auch durch eine gezielte (und dann gespeicherte) Korrektur der Tisch position kompensiert werden, in diesem Fall also ohne eine zusätzliche DC-Ablenkung.

Bei der Auswertung des Zeitverlaufes der sehr kurzen Sensormeßströme ist vorteilhaft eine Synchronisation von Soll-Wert-Vorgaben für Strahlgrößen mit der Auswer tung möglich (z. B. Ablenkung). Dadurch können bei einer ringförmigen Meßkante 18 richtungsabhängige Signale erzeugt werden. Dadurch, daß kurze AC-Signale in DC-Signale umgewandelt werden, werden die Sensoren 14, 15 bei sehr hoher Empfindlichkeit nur minimal thermisch belastet. Hinzu kommt, daß die Auswertung auch mit einfachen, (langsamen) Geräten, wie z. B. der SPS-Steuerung, möglich ist.

Um die Fleckposition in der Meßebene des Teilstromsen sors 14 sowie die Abweichung des Strahlquerschnittes von der Kreisform bei Astigmatismus messen zu kön nen, wird der Strahl in 4 Ablenkrichtungen und den ent gegengesetzten abgelenkt: X, Y und die beiden dazu um 45° geneigten Richtungen.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für die Messung des Posi tionsversatzes des Strahlflecks und Fig. 6 für die Messung des Astigmatismus, also die elliptische Ab weichung des Strahlquerschnittes von der Kreisform hinsichtlich Achsverhältnis und Richtung (Azimut) der Hauptachsen der Ellipse.

Die Werte für die Geometrie des Strahlquerschnittes und die Position des Querschnitt-Mittelpunktes werden nun für eine Fokusreihe registriert. Hierzu wird zunächst in gröberen Schritten der Linsenstrom verändert: von einem bekannten Soll-Wert des Fokus-Linsenstroms aus gehend 5 Schritte zu größerem und 5 zu kleinerem Lin senstrom hin. Sodann wird mit geringerem Betrag der Linsenstrom-Schritte eine genauere Fokusreihe aufge nommen, die in einer Richtung (z. B. zu kleineren Lin senströmen hin) so weit ausgedehnt wird, bis das Ver hältnis der beiden Ellipsenachsen des Strahlquerschnit tes den Maximalwert überschritten hat.

Damit sind Aussagen möglich über Strahlposition und Fleckdurchmesser im Fokus, über Größe und Richtung von Dejustierung und Astigmatismus sowie über die Strahl apertur. Die Genauigkeit der Zuordnung von mechanischer Position des Werkstückträgers zum Strahl ergibt sich aus dem DC-Versatz, wenn die Strahlparamter, Justierung und Astigmatismus mit ihren Vergleichsnormalen übereinstimmen. Der DC-Versatz ist dann ein Maß für die me chanische Fehlpositionierung.

Ergeben sich zeitlich veränderliche Ergebnisse während des Meßablaufs oder bei mehrfachem Durchlaufen des Meß zyklus, lassen sich daraus Rückschlüsse auf Schwingungen im Antriebssystem ziehen.

Stimmen alle Strahlparameter außer dem Fleckdurchmesser mit ihren Vergleichsnormalen überein, kann auf ein ver ändertes Vakuum geschlossen werden.

Ferner läßt sich hinsichtlich der für die Kalibrierung der so gemessenen Daten wichtigen Voraussetzung, daß sich Hochspannung und Ablenkempfindlichkeit des Ablenk systemes nicht geändert haben, eine ja-nein-Aussage machen: Man vergleicht dazu den für die Messung des Fokus-Fleckdurchmessers benötigten Ablenkstrom, den Fokus-Linsenstrom sowie die Strahlapertur mit den dies bezüglichen Soll-Werten.

Durch den Einsatz eines zweiten, nicht näher darge stellten Teilstromsensors, der oberhalb und auf der selben Symmetrieachse wie der Teilstromsensor 14 an geordnet ist, läßt sich eine Aussage über die Winkel abweichung der Strahlachse zur mechanischen Achse bzw. über die mögliche Abweichung gegenüber dem bestimmten Normal treffen.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln von Parametern einer Elektro nenstrahlmaschine, die mittels Sensoren erfaßt und einer Recheneinheit zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer auf eine Meßebene kalibrierten Elektronenstrahlablenkung mindestens zwei in definiertem, vorzugsweise gleichen Abstand gegen überliegende Meßkanten eines Teilstromsensors von Randbereichen des Elektronenstrahls mit Teilstrahl strom beaufschlagt werden und der Teilstrahlstrom mittels der Recheneinheit gemessen und/oder ausge wertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Meßkanten gemessenen Werte des Teil strahlstromes nach dessen Betrag und dem Vorzeichen der Ablenkung verglichen werden und in Abhängigkeit von Abweichungen der Meßwerte von einem vorgegebenen Sollwert eines Urzustandes oder untereinander die Mittenposition des Elektronenstrahles registriert und/oder korrigiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl bis zum Erreichen eines bestimmten gemeinsamen Wertes des Teilstrahlstromes auf die Meßkanten des Teilstromsensors abgelenkt wird und aus den Werten der Ablenkung (Ablenkampli tuden) und dem vorgegebenen Abstand der Meßkanten mittels der Recheneinheit der Strahldurchmesser er mittelt und/oder die Werte der Ablenkung mit Soll werten eines Urzustandes verglichen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl mehrfach mit veränderter Linseneinstellung abgelenkt wird, wobei, bezogen auf die Meßebene, der Linsenstrom vergrößert und/oder verkleinert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl in mindestens zwei, vorzugsweise orthogonalen Richtungen auf jeweils zwei sich gegenüberliegende Meßkanten abgelenkt wird und die an den Meßkanten gemessenen Werte des Teilstromes nach Betrag und den Vorzeichen der Ab lenkung verglichen werden und in Abhängigkeit von Abweichungen der Meßwerte von vorgegebenen Sollwer ten eines Urzustandes oder untereinander der Strahl astigmatismus registriert und/oder korrigiert wird.

6. Verfahren zum Ermitteln von Parametern einer Elek tronenstrahlmaschine, die mittels Sensoren erfaßt und in einer Recheneinheit ausgewertet werden, vor wiegend in Kombination mit dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

a) daß mittels eines Gesamtstromsensors eine erste Messung mit kleinerem Test-Strahlstrom zur Ver meidung von Beschädigungen eines Teilstromsensors durchgeführt wird;
b) daß mittels des Gesamtstromsensors eine zweite Messung mit maximalem oder verfahrensspezifischem Strahlstrom zum Erfassen von Parametern bei nicht abgelenktem Elektronenstrahl durchgeführt wird;
c) daß mittels des Teilstromsensors eine dritte Messung mit einem vorgegebenen Test-Strahlstrom oder verfahrenspezifischen Strahlstrom zum Erfassen von Parametern bei abgelenktem Elektro nenstrahl durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Messung Meßwerte zu einer ersten Positionsbestimmung der Sensoren zum Elektronen strahl und/oder zu einer Bearbeitungsstelle erzeugt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte der Recheneinheit zugeführt werden, die die Position des Elektronenstrahles und/oder der Sensoren nachregelt, bis von dem Gesamtstromsensor der vollständige verringerte Test-Strahlstrom und/oder von dem Teilstromsensor bei gleichen Ablenkamplitu den gleiche Teilstrahlströme erfaßt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der zweiten Messung die Ist-Strahlstrom- Werte erfaßt und der Recheneinheit zugeführt werden, in der aus der Differenz der abgegebenen Leistung mit der aufgenommenen Leistung des Strahlerzeugers der Wirkungsgrad ermittelt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit der zweiten Messung die Restwelligkeit des Strahlstromes ermittelt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Erfassen der Ist-Strahlstrom-Werte vorhandene Wert der Wehnelt-Spannung gemessen und der Recheneinheit zugeführt wird, in der er mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl von einer bezüglich des Teilstromsensors koaxialen mittigen Ruhestellung bei der zweiten Messung mit einer vorgegebenen Amplitude auf gegenüberliegende Meßstellen abgelenkt wird und über das Verhältnis der Amplitude zu der Lage der vorgegebenen Meßstellen der Durchmesser bzw. bei angenähert elliptischen Strahlquerschnitt das Achsenverhältnis a/b sowie Azimute α_a der Hauptachse a des Strahlquerschnittes und die Position des Elektronenstrahles bestimmt wird.