CN112652510B - 一种大视场、低像差电子光学成像系统及成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大视场、低像差电子光学成像系统及成像方法，解决现有多束、大视场电子光学系统的像差性能无法满足要求的问题。该成像系统包括依次设置的电子源、加速电极阵列、单透镜和物镜；电子源用于发出多束电子，多束电子的电位从中心向外依次减小；加速电极阵列位于电子源下方，包括多个加速电极，用于对电子源出射的电子进行等能量加速；单透镜、物镜处于加速电极下方，将加速后的电子聚焦并以固定缩放比成像至靶面处。本发明系统中，出射的电子经加速电极加速后，外围电子因具有较大动能，从而能有效减少其在电子光学系统中的飞行时间，从而保证处于不同位置的电子受到空间电荷效应影响一致，保证大视场电子光学系统的低像差性能。

Description

一种大视场、低像差电子光学成像系统及成像方法
技术领域
本发明涉及电子光学领域，具体涉及一种大视场、低像差电子光学成像系统及成像方法。
背景技术
电子光学系统是电子光学成像、芯片制造、电子束检测等领域的关键组成，但是，一直以来，电子光学系统因电子束数目少、视场小、像差大等技术瓶颈而限制了其在电子成像、芯片制造、电子束检测等领域的广泛应用，多年来，科学研究人员一直致力于电子光学系统视场和像差的改善。针对单束、小视场电子光学系统，其像差已能达到较好水平，但对于多束、大视场电子光学系统，其成像性能及精度远远达不到其理论衍射极限。
发明内容
本发明的目的是解决现有多束、大视场电子光学系统的像差性能无法满足要求的问题，提供一种大视场、低像差电子光学成像系统及成像方法。
为实现以上发明目的，本发明的技术方案是：
一种大视场、低像差电子光学成像系统，包括依次设置的电子源、加速电极阵列、单透镜和物镜；所述电子源用于发出多束电子，多束电子的电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大；所述加速电极阵列位于电子源下方，包括多个加速电极，用于对电子源出射的电子进行等能量加速；所述单透镜、物镜处于加速电极下方，将加速后的电子聚焦并以固定缩放比成像至靶面处。
进一步地，所述电子源为环状电子源，多束电子的电位沿半径方向从内至外渐变，使得最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大。
进一步地，所述电子源为方形电子源或圆孔型电子源，多束电子的电位由内至外电子渐变，使得最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大。
本发明还提供另一种大视场、低像差电子光学成像系统，包括依次设置的电子源、加速电极、单透镜和物镜；所述电子源用于发出电位相同的多束电子；所述加速电极阵列位于电子源下方，包括多个加速电极，多个加速电极使电子源出射的多束电子加速至一定能量，且加速后，多束电子的电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大；所述单透镜、物镜处于加速电极下方，将加速后的电子聚焦并以固定缩放比成像至靶面处。
进一步地，所述电子源的每一束电子对应一个独立的加速电极，使得电子的飞行方向与光轴方向平行。
进一步地，所述多个加速电极排布为依次同心嵌套的多个圆环，或者多个加速电极二维线性排布为方形。
此外，本发明还提供一种大视场、低像差电子光学成像方法，包括以下步骤：
步骤一、电子源发出不同电位的多束电子，多束电子的电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大，随后将多束电子进行等能量加速；
或者，电子源发出电位相同的多束电子，随后对多束电子进行加速，加速后，多束电子的电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大；
步骤二、将加速后的电子聚焦并以固定缩放比成像至靶面处。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明电子光学成像系统能有效改善大视场情况下的像差问题，当电子源出射电子束后，每束电子因处于不同位置而具有不同电位，且从内至外电位依次减小，当出射电子经加速电极加速后，外围电子因具有较大动能，从而能有效减少其在电子光学系统中的飞行时间，从而保证处于不同位置的电子受到空间电荷效应影响一致，保证大视场电子光学系统的低像差性能。
2.本发明电子光学成像系统能有效改善大视场情况下的像差问题，电子源发出电位相同的多束电子，当出射电子经加速电极加速后，电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，最内侧电子的电位最大，外围电子因具有较大动能，从而能有效减少其在电子光学系统中的飞行时间，从而保证处于不同位置的电子受到空间电荷效应影响一致，保证大视场电子光学系统的低像差性能。
附图说明
图1为本发明大视场、低像差电子光学成像系统实施例一的原理图；
图2为本发明大视场、低像差电子光学成像系统实施例二的原理图；
图3为本发明环状电子源的示意图；
图4为本发明方形电子源的示意图；
图5为本发明圆孔型电子源的示意图。
附图标记：1-电子源，2-加速电极阵列，3-单透镜，4-物镜，5-像面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
为了改善多束、大视场电子光学系统的像差性能，本发明提供了一种大视场、低像差电子光学成像系统，该电子光学成像系统包括依次设置的电子源、加速电极阵列、单透镜和物镜。当电子源出射电子束后，每束电子因处于不同位置而具有不同的电位，且电位从内至外依次减小，当出射电子经加速电极加速后，外围电子因具有较大动能，从而能有效减少其在电子光学系统中的飞行时间，从而保证处于不同位置的电子受到空间电荷效应影响一致，保证大视场电子光学系统的低像差性能。
如图1所示，本发明提供的大视场、低像差电子光学成像系统包括依次设置的电子源1、加速电极阵列2、单透镜3和物镜4；电子源1出射的电子经加速电极后获得初能量，经单透镜3、物镜4在像面5呈电子源像。具体的，电子源1用于发出多束电子，多束电子的电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大；加速电极阵列2位于电子源1下方，包括多个加速电极，用于对电子源1出射的电子进行等能量加速；单透镜3、物镜4处于加速电极下方，将加速后的电子聚焦并以固定缩放比成像至靶面处。本发明加速电极与电子源1结构对应，每束出射电子对应一个独立加速电极，其优点在于此结构下电子束的飞行方向与光轴方向平行。
如图3至图5所示，本发明电子源1包括但不限于圆环形，其形状、尺寸还包括方形电子源、圆孔型电子源等，共同点在于所有形状电子源从内至外电子能量渐变，从而导致电子源1最外侧与聚焦级之间具有更大的电位差。例如，上述电子源1可为环状电子源，多束电子的电位沿半径方向从内至外渐变，使得最外侧电子的电位最小，最内侧电子的电位最大。或者，上述电子源1为方形电子源或圆孔型电子源，多束电子的电位由内至外电子渐变，使得最外侧电子的电位最小，最内侧电子的电位最大。
如图2所示，本发明还提供另一种形式的大视场、低像差电子光学成像系统，该系统包括依次设置的电子源1、加速电极阵列2、单透镜3和物镜4；电子源1用于发出电位相同的多束电子；加速电极阵列2位于电子源1下方，包括多个加速电极，多个加速电极使电子源1出射的多束电子加速至一定能量，且加速后，多束电子的电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大；单透镜3、物镜4处于加速电极下方，将加速后的电子聚焦并以固定缩放比成像至靶面处。该光学成像系统中，可将电子源1的每一束电子对应一个独立的加速电极，使得电子的飞行方向与光轴方向平行。
本发明加速电极阵列2为环形电极、方形电极、圆孔型电极等，即将多个加速电极排布为依次同心嵌套的多个圆环，或者多个加速电极二维线性排布为方形。
此外，本发明还提供一种大视场、低像差电子光学成像方法，包括以下步骤：
步骤一、电子源发出不同电位的多束电子，多束电子的电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大，随后将多束电子进行等能量加速；
或者，电子源发出电位相同的多束电子，随后对多束电子进行加速，加速后，多束电子的电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大；
步骤二、将加速后的电子聚焦并以固定缩放比成像至靶面。
实施例一
如图1所示，该实施例中，电子源1为环状电子源，处于系统最上方，用于发出多束电子，其不同半径处电子的电位不同，多束电子的电位从内至外渐变，最外侧电位最小，最内侧电位最大，加速电极处于环状电子源下方，其目的是加速电子源的出射电子至一定能量，经加速电极加速的电子会进入单透镜3和物镜4组成电子光学单元；单透镜3、物镜4处于加速电极下方，其目的在于将电子源1出射电子聚焦并以固定缩放比成像至靶面处。本发明电子源1在加速电极一定电位作用下，外侧电子获得较大动能，内侧电子获得较小动能，从而平衡内外层电子在电子光学系统中的飞行时间，从而实现大视场条件下低像差成像效果。
实施例二
如图2所示，该实施例中，电子源1出射的电子不存在能量差异，聚焦级(即加速电极)采用环状电极，此时，将加速电极排布为多个依次嵌套灯具圆环，并且每个环状电极电位存在差异，其目的在于使不同位置的电子源1经过聚焦级后获得不同的电位差(电势差)。

Claims (10)

1.一种大视场、低像差电子光学成像系统，其特征在于：包括依次设置的电子源(1)、加速电极阵列(2)、单透镜(3)和物镜(4)；
所述电子源(1)用于发出多束电子，多束电子的电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大；
所述加速电极阵列(2)位于电子源(1)下方，包括多个加速电极，用于对电子源(1)出射的电子进行等能量加速；
所述单透镜(3)、物镜(4)处于加速电极下方，将加速后的电子聚焦并以固定缩放比成像至靶面处。
2.根据权利要求1所述的大视场、低像差电子光学成像系统，其特征在于：所述电子源(1)的每一束电子对应一个独立的加速电极，使得电子的飞行方向与光轴方向平行。
3.根据权利要求1或2所述的大视场、低像差电子光学成像系统，其特征在于：所述电子源(1)为环状电子源，多束电子的电位沿半径方向从内至外渐变，使得最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大。
4.根据权利要求1或2所述的大视场、低像差电子光学成像系统，其特征在于：所述电子源(1)为方形电子源或圆孔型电子源，多束电子的电位由内至外渐变，使得最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大。
5.一种大视场、低像差电子光学成像系统，其特征在于：包括依次设置的电子源(1)、加速电极阵列(2)、单透镜(3)和物镜(4)；
所述电子源(1)用于发出电位相同的多束电子；
所述加速电极阵列(2)位于电子源(1)下方，包括多个加速电极，多个加速电极使电子源(1)出射的多束电子加速至一定能量，且加速后，多束电子的电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，最内侧电子的电位最大；
所述单透镜(3)、物镜(4)处于加速电极下方，将加速后的电子聚焦并以固定缩放比成像至靶面处。
6.根据权利要求5所述的大视场、低像差电子光学成像系统，其特征在于：所述电子源(1)的每一束电子对应一个独立的加速电极，使得电子的飞行方向与光轴方向平行。
7.根据权利要求5或6所述的大视场、低像差电子光学成像系统，其特征在于：多个加速电极排布为依次同心嵌套的多个圆环，或者多个加速电极二维线性排布为方形。
8.一种大视场、低像差电子光学成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、电子源发出不同电位的多束电子，多束电子的电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大，随后将多束电子进行等能量加速；
或者，电子源发出电位相同的多束电子，随后对多束电子进行加速，加速后，多束电子的电位从中心向外依次减小，最外侧电子的电位最小，中心电子的电位最大；
步骤二、将加速后的电子聚焦并以固定缩放比成像至靶面处。
9.根据权利要求8所述的大视场、低像差电子光学成像方法，其特征在于：步骤一中，电子源为环状电子源、方形电子源或圆孔型电子源。
10.根据权利要求8所述的大视场、低像差电子光学成像方法，其特征在于：步骤一中，多个加速电极排布为依次同心嵌套的多个圆环，或者多个加速电极二维线性排布为方形。
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