CN112086332A - 一种静电偏转装置及其偏转方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静电偏转装置及其偏转方法,涉及电子成像装置技术领域,所述静电偏转装置包括:静电偏转极板,所述静电偏转极板包括:第一极板组和第二极板组,所述第一极板组和所述第二极板组其二者向电子束施加相反的作用力。本发明实施例能够解决现有静电偏转装置扫描速度不高,且存在像差和畸变的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电子成像装置技术领域,具体涉及一种静电偏转装置及其偏转方法。
背景技术
扫描电镜是一种电子光学仪器,在材料、生物、物理、化学等领域发挥着重要的作用。其原理是利用聚焦电子束在样品表面进行逐行扫描,电子束轰击样品表面产生二次电子或背散射电子,将样品表面产生的二次电子或背散射电子收集起来,并将样品表面电子束扫描的位置和产生的二次电子或背散射电子的数量用二维图像的形式表示,即得到扫描电镜的二次电子图像或背散射电子图像,其中扫描电镜的扫描速度取决于偏转器的电磁偏转速度。在如今半导体检测等领域通常需要分辨率高且快速的扫描电镜,然而普通的电磁偏转由于磁滞效应,扫描速度通常小于10M/s,不能满足高速扫描的需求。
为了解决现有的电磁偏转不能满足高速扫描需求的问题,现有技术中提供了一种静电偏转装置。由于在静电偏转装置中电子束受到的电场力与粒子速度无关,是恒力,粒子的运动方向是可控的,且其相等的时间内粒子的偏转角度是不相等的,能够扩大粒子的扫描范围,具有扫描速度快的优点。但是,如说明书附图7所示,现有的静电偏转装置通过设置角度不同的偏转板来达到粒子偏转的效果,在对电子束经过上述极板的过程中,电子束受极板其作用力影响会偏离原电子束轨迹,偏转到另一方向。但是,上述偏离轨迹的原电子束由于其位置偏移量较大,导致静电偏转装置发出的电子束通过物镜中心时发生较大的畸变,造成像差大的问题。所以,需要一种静电偏转装置,以减少电子束位置偏移量,从而起到减小像差和畸变的目的。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种静电偏转装置及其偏转方法,以解决现有静电偏转装置扫描速度不高,且存在像差和畸变的问题。
根据第一方面,本发明实施例提供了一种静电偏转装置,包括:静电偏转极板,所述静电偏转极板包括:第一极板组和第二极板组,所述第一极板组和所述第二极板组其二者向电子束施加相反的作用力。
可选地,所述的静电偏转装置还包括:极板安装架,所述极板安装架具有供电子束通过的通过腔;所述第一极板组和所述第二极板组分别布置在所述极板安装架其长度方向上的两侧。
可选地,所述第一极板组包括:沿所述极板安装架其周向方向布置的至少两个第一极板;所述第二极板组包括:沿所述极板安装架其周向方向布置的至少两个第二极板。
可选地,至少两个所述第一极板沿所述极板安装架其周向方向均匀布置;至少两个所述第二极板沿所述极板安装架其周向方向均匀布置。
可选地,所述极板安装架包括:环形绝缘体,以及设置在所述环形绝缘体其中空腔体内腔壁上的导电层;所述静电偏转极板设置在所述环形绝缘体上,且所述静电偏转极板穿过所述导电层延伸至所述中空腔体内。
可选地,所述环形绝缘体其周向方向上设置有用于容置所述静电偏转极板的容置孔。
可选地,所述环形绝缘体端部设置有用于固定所述静电偏转极板位置的定位部。
根据第二方面,本发明实施例提供了一种电子束扫描装置,包括:第一方面以及第一方面的任一可实施方式所述的静电偏转装置,以及电子源、聚光镜、消像散器和物镜。
根据第三方面,本发明实施例提供了一种静电偏转装置的偏转方法,应用于第一方面以及第一方面的任一可实施方式所述的静电偏转装置,所述方法包括:对所述第一极板和第二极板分别施加第一电压和第二电压;经过第一极板的电子束在第一电压作用下发生路径偏转,电子束沿第一轨迹偏转至第二极板;经过第二极板的电子束在第二电压作用下发生路径偏转,电子束沿第二轨迹偏转至待扫描样品表面。
可选地,所述第一电压和所述第二电压的大小和幅值相同、方向相反。
本发明实施例至少存在以下优点:
本发明实施例通过静电偏转极板来实现电子束轨迹的偏转,静电偏转极板包括第一极板组和第二极板组,通过对第一极板组和第二极板组施加大小相同相反的电压,使二者向电子束施加相反的作用力,从而使电子束的轨迹发生偏转,扩大电子束的扫描范围,从而提高扫描速度,减小像差和畸变。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例一提供的一种静电偏转装置的结构图;
图2是根据本发明实施例一的一种静电偏转装置的俯视图;
图3是根据本发明实施例一的一种静电偏转装置的剖面图;
图4是根据本发明实施例二的一种电子束扫描装置的结构示意图;
图5是根据本发明实施例三的8极板静电偏转装置极板位置类比图;
图6是根据本发明实施例三的一种电子束扫描装置的束斑大小检测结果;
图7是现有技术中的静电偏转装置示意图。
图中:极板安装架100、第一容置孔101、第二容置孔102、固定孔103、导电层104、通过腔105、环形绝缘体106、静电偏转极板200、第一极板201、第二极板202、电子源301、聚光镜302、孔径光阑303、消像散器304、物镜305、待扫描样品306、第一轨迹401、第二轨迹402。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供一种静电偏转装置,参考图1,该装置包括:静电偏转极板200,静电偏转极板200包括:第一极板组和第二极板组,当为第一极板组和第二极板组施加电压时,其二者向电子束施加相反的作用力,从而使电子束的轨迹发生偏转,扩大电子束的扫描范围,从而提高扫描速度。
具体地,参考图1和图3,第一极板组和第二极板组分别布置在极板安装架100其长度方向上的两侧,第一极板组包括:沿极板安装架100其周向方向布置的8个第一极板201,第二极板组包括:沿极板安装架100其周向方向布置的8个第二极板202。每个极板组的极板能够满足在施加电压时的电场,从而为电子束的偏转提供电场力。并且,第一极板组的第一极板201沿极板安装架100其周向方向均匀布置,第二极板组的第二极板202沿极板安装架100其周向方向均匀布置。第一极板201和第二极板202分别沿极板安装架100其周向方向均匀布置可以提供均匀的电场力。其中,静电偏转极板200采用铜电极,整体加工切割成型,以此保持多个电极的同轴度。另外,第一极板201的长度优选地小于第二极板202的长度,具体地可以根据待扫描样品的扫描面积通过模拟优化合理设计静电偏转极板200长度和位置,使得极板所加电压相同时,电子束能通过物镜中心,从而减小像差与畸变。
参考图1和图2,本实施例的静电偏转装置还包括:极板安装架100,极板安装架100具有供电子束通过的通过腔105,极板安装架100包括环形绝缘体106以及设置在环形绝缘体106其中空腔体内腔壁上的导电层104,静电偏转极板200设置在环形绝缘体106上,且静电偏转极板200穿过导电层104延伸至中空腔体内。该中空腔体即供电子束通过的通过腔105,该导电层104用于导走电子束散射到中空腔体内壁的电荷,防止电荷积累产生电场影响电子束轨迹。其中,环形绝缘体106的材质可选地为聚砜;导电层104的厚度优选地为1mm。
环形绝缘体106其周向方向上设置有用于容置静电偏转极板200的容置孔,容置孔包括第一容置孔和第二容置孔,其中,第一极板201安装在第一容置孔101中,第二极板202安装在第二容置孔102中。另外,环形绝缘体106端部设置有用于固定静电偏转极板200位置的定位部。上述容置孔和定位部的配合,能够使静电偏转极板200稳固的安装在极板安装架100上。
本实施例提供的一种静电偏转装置,包括:第一极板组和第二极板组,通过对第一极板组和第二极板组施加电压,使第一极板组和第二极板组向电子束施加相反的作用力,从而使电子束的轨迹发生偏转,扩大电子束的扫描范围,从而提高扫描速度。
当然,本实施例对静电偏转装置是否设置有极板安装架不做具体限定,在其它实施例中,第一极板组和第二极板组可以由电磁浮力等方式驱动从而组成供电子束通过的通过腔105。还可以通过吊装的方式固定。
当然,本实施例对第一极板组和第二极板组的组成方式不做具体限定,在其它实施例中,第一极板组包括:沿极板安装架100其周向方向布置的两排第一极板201,第二极板组包括:沿极板安装架100其周向方向布置的两排第二极板202。
当然,本实施例对第一极板201和第二极板202的数量不做具体限定,在其它实施例中,第一极板组其第一极板201数量为:4个或8个或16个,第二极板组其第二极板202数量为:4个或8个或16个。
当然,本实施例对导电层104的厚度不做具体限定,在其它实施例中,导电层104的厚度可以为1mm。
实施例二
本实施例提供一种电子束扫描装置,包括与实施例一对应的静电偏转装置,以及电子源、聚光镜、消像散器和物镜。
参考图4,电子源包含所属领域中任何电子源,电子源301的产生装置可以是钨灯丝枪系统或为场发射枪系统;电子束通过加速后经过聚光镜302汇聚,聚光镜既能够使电子束汇聚又可用来调节电子束的束流;电子束经聚光镜汇聚后通过孔径光阑303来限制电子束到达样品的孔径角;电子束再经消像散器304进行消像散,通过实施例一的静电偏转装置进行扫描,再由物镜305汇聚后到达待扫描样品306。
其中,电子束第一轨迹401先经过静电偏转装置的第一极板201偏转到一个方向,而后经过静电偏转装置的第二极板202偏转到另一方向,沿第二轨迹203偏转,并通过物镜汇聚中心,以此保持较小的畸变与像差,电子束入射待扫描样品的表面产生二次电子及被散射的电子用于成像。
实施例三
本实施例提供一种静电偏转装置的偏转方法,应用于权利要求1-7任一项所述的静电偏转装置,该方法包括:
对第一极板201和第二极板202分别施加第一电压和第二电压;
经过第一极板201的电子束在第一电压作用下发生路径偏转,电子束沿第一轨,401偏转至第二极板202;经过第二极板202的电子束在第二电压作用下发生路径偏转,电子束沿第二轨迹402偏转至待扫描样品表面。
其中,第一电压和第二电压的大小和幅值相同、方向相反,以第一极板201和第二极板202的数量均为8为例,即8极板静电偏转装置,参考图5,将上下对齐的第一极板201和第二极板202的位置用A、B、C、D、E、F、G、H表示,参考表1,表1为极板施加电压大小,分别对第一极板201和第二极板202施加大小相同,方向相反的电压。具体地可以根据待扫描样品的扫描面积通过模拟优化合理设计静电偏转极板200长度和位置,本实施例优选地,第一极板201的长度为12mm,第二极板202的长度为22mm,使得第一极板201和第二极板202所加电压相同时,电子束通过物镜中心,从而减小像差与畸变。
表1
当确定了第一极板201和第二极板202的位置后,利用Muro软件optics模拟得到偏转灵敏度Deflection Sensitivities,偏转灵敏度为6.19e-4mm/V,即每偏转50微米需要电压(0.05÷6.19e-4)=80.5V,从而根据需要偏转的距离得到需要施加的电压大小。以偏转距离为50微米为例,其测量结果如图6所示,图中PSF in Main Field表示视野范围,Dmin(nm)表示检测到的束斑的最小直径,Dmax(nm)表示检测到的束斑的最大直径,由图6中的数据可知,在偏转场边缘处仍能保持较小束斑,即像差较小。
本实施例通过对第一极板201和第二极板202施加大小相同方向相反的电压,使电子束的轨迹发生二次偏转,提高电子束通过物镜中心的概率,从而减小像差与畸变。
虽然结合附图描述了本发明的实施例,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型,这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种静电偏转装置,其特征在于,包括:
静电偏转极板,所述静电偏转极板包括:第一极板组和第二极板组,所述第一极板组和所述第二极板组其二者向电子束施加相反的作用力。
2.如权利要求1所述的静电偏转装置,其特征在于,还包括:
极板安装架,所述极板安装架具有供电子束通过的通过腔;所述第一极板组和所述第二极板组分别布置在所述极板安装架其长度方向上的两侧。
3.如权利要求2所述的静电偏转装置,其特征在于,
所述第一极板组包括:沿所述极板安装架其周向方向布置的至少两个第一极板;
所述第二极板组包括:沿所述极板安装架其周向方向布置的至少两个第二极板。
4.如权利要求3所述的静电偏转装置,其特征在于,
至少两个所述第一极板沿所述极板安装架其周向方向均匀布置;
至少两个所述第二极板沿所述极板安装架其周向方向均匀布置。
5.如权利要求2至4中任一项所述的静电偏转装置,其特征在于,
所述极板安装架包括:环形绝缘体,以及设置在所述环形绝缘体其中空腔体内腔壁上的导电层;所述静电偏转极板设置在所述环形绝缘体上,且所述静电偏转极板穿过所述导电层延伸至所述中空腔体内。
6.如权利要求5所述的静电偏转装置,其特征在于,所述环形绝缘体其周向方向上设置有用于容置所述静电偏转极板的容置孔。
7.如权利要求6所述的静电偏转装置,其特征在于,所述环形绝缘体端部设置有用于固定所述静电偏转极板位置的定位部。
8.一种电子束扫描装置,其特征在于,包括:
权利要求1至7中任一项所述的静电偏转装置,以及电子源、聚光镜、消像散器和物镜。
9.一种静电偏转装置的偏转方法,应用于权利要求1-7任一项所述的静电偏转装置,其特征在于,所述方法包括:
对所述第一极板和第二极板分别施加第一电压和第二电压;
经过第一极板的电子束在第一电压作用下发生路径偏转,电子束沿第一轨迹偏转至第二极板;
经过第二极板的电子束在第二电压作用下发生路径偏转,电子束沿第二轨迹偏转至待扫描样品表面。
10.如权利要求9所述的偏转方法,其特征在于,所述第一电压和所述第二电压的大小和幅值相同、方向相反。
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