一种电子枪束斑性能的测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电子枪束斑性能的测量装置及测量方法，测量装置包括荷电控制电子枪、精密位移台、法拉第杯、皮安表、计算机。基于法拉第杯小孔扫描进行测量，获得束斑直径大小、束斑分布特性图、电子束发散角等电子束束斑性能的重要参数，以实现对电子束束斑全面、准确、深入地分析，进而能够准确判断电子枪产生的电子束是否满足使用要求，并对电子枪的结构设计优化和安装调试起到指导作用。

A device and method for measuring beam spot performance of electron gun

【技术实现步骤摘要】
一种电子枪束斑性能的测量装置及测量方法
本专利技术涉及电子束性能测量
，特别是涉及一种电子枪束斑性能的测量装置及测量方法。
技术介绍
随着电子技术的发展，扫描电子显微镜(SEM)在科研和实际工作中扮演着越来越重要的角色。现今，SEM对材料形貌表征遇到的最大瓶颈是：由于非金属材料和有机材料导电性能不佳，入射电荷与出射电荷不守恒，进而导致电荷积累所产生的荷电现象。荷电现象会在样品表面及内部形成空间电场，进而动态地影响二次电子(SE)的产生、输运和出射过程，从而影响图像衬度信息，通常会造成图像的反差异常、图像畸变、图像漂移、亮点与亮线、立体感缺失等一系列影响，是最常见的严重影响到SEM图像质量的现象之一。为了避免荷电现象影响SEM成像质量，往往需要通过荷电控制电子枪发射电子以改变进入样品的电子数量和出射样品的电子数量，进而在样品表面达到电荷平衡。荷电控制电子枪通常具有发射电子能量低，形成的电子束束斑面积大且均匀性好等特点。低能电子一方面不会激发物质原有的状态，可以避免对样品造成损伤，另一方面可以避免荷电现象产生。大的束斑面积且束流密度分布均匀的电子束可以提高电荷中和过程的效率并改善中和效果。因此荷电控制电子枪产生的电子束束斑的质量直接决定电荷中和效果，影响着SEM的成像质量。目前关于束斑的测试方法主要有：电子束直接轰击法、CCD观察法、遮挡扫描法。直接轰击法属于定性的方式，其测量精度相对较差。CCD观察法对定量计算束斑的大小和分析均匀性具有一定的困难。遮挡扫描法在使用的过程中，由于电子束与固体的相互作用将产生以二次电子为主的干扰信号，给测量的准确性带来了不确定的影响。现有测试手段缺少准确有效的对荷电控制电子枪束斑性能测试的测试方法，不能验证荷电控制电子枪是否满足使用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电子枪束斑性能的测量装置及测量方法，利用法拉第杯的小孔扫描进行测量，能够准确有效的获取电子枪束斑的直径大小、束斑分布特性图、电子束发散角等电子束斑特性，进而能够准确判断电子枪产生的电子束是否满足使用要求，从而消除样品表面的电荷积累，以避免荷电现象影响SEM成像质量。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种电子枪束斑性能测量装置，包括荷电控制电子枪，法拉第杯，精密位移台，皮安表以及计算机；所述荷电控制电子枪位于所述法拉第杯的上方；所述法拉第杯固定连接在所述精密位移台上，与所述精密位移台同步运动，所述法拉第杯用于对所述荷电控制电子枪所发射的电子束进行扫描；所述皮安表一端与所述法拉第杯连接，另一端与所述计算机通信连接；所述皮安表用于将所述法拉第杯各个扫描点的输出信号转换为对应的电流信号，并将所述电流信号传输至所述计算机；所述计算机用于设置精密位移台的运动参数，并发出控制指令以控制精密位移台的运动；所述计算机还用于对接收到的各个扫描点的电流信号进行数据处理，以得到电子束束斑直径、束斑分布特性图以及电子束发散角。一种电子枪束斑性能测量方法，所述测量方法采用上述电子枪束斑性能测量装置工作，包括如下步骤：步骤一，设置荷电控制电子枪的工作参数，所述工作参数包括加速电压、阴极电流以及栅极电压；步骤二，当皮安表的示数基本不再改变时，荷电控制电子枪处于稳定工作状态，此时，控制精密位移台移动，将法拉第杯移动至电子束束斑的中心点的正下方；步骤三，控制所述精密位移台依次进行沿X轴、Y轴方向的匀速移动，并分别根据皮安表所传输的沿X轴和沿Y轴各个扫描点的电流值确定电子束束斑分别沿X轴、Y轴方向的直径；步骤四，根据电子束束斑分别沿X、Y轴方向的直径确定扫描区域，控制所述精密位移台在扫描区域内移动，并根据所述皮安表所传输的各个扫描点的电流值确定电子束束斑的分布特性图；步骤五，依据所述电子束束斑的分布特性图确定当前工作距离下的束斑直径；再控制所述精密位移台沿Z轴上升或下降任意距离，在该新工作距离下重复步骤二-步骤四，并依据所得到的电子束束斑的分布特性图确定新工作距离下的束斑直径，依据两种工作距离以及两种工作距离下所确定的束斑直径计算电子束的发散角。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：1.本专利技术所提供的电子枪束斑性能的测量方法，基于法拉第杯小孔扫描对束斑性能进行测量，与其他测量方法相比，使用该方法可以获取大量的扫描数据，通过对数据的处理分析，能够获得束斑直径大小、束斑分布特性图、电子束发散角等电子束束斑性能的重要参数，从而实现了对电子束束斑全面、准确、深入地分析，进而能够准确判断荷电控制电子枪是否满足使用要求，从而消除样品表面的电荷积累，以避免荷电现象影响SEM成像质量。2.本专利技术所提供的电子枪束斑性能的测量装置，具有组成简单、操作简便等一系列优点。另外，利用该测量装置可以对除荷电控制电子枪外，其他电子枪的束斑性能进行测量。在实际操作中，可以通过改变电子枪的工作参数来获取电子枪束斑特性随电子枪的工作参数的规律，从而对荷电控制电子枪的结构设计优化和安装调试起到指导作用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的电子枪束斑性能的测量装置的整体结构示意图。图2是法拉第杯沿X轴的扫描结果。图3是法拉第杯沿Y轴的扫描结果。图4是法拉第杯在扫描区域内的运动轨迹示意图。图5是利用电子枪束斑性能的测量装置测量得到的束斑分布特性图。图6是电子束发散角的示意图。图7是X轴和Y轴电子束发射角随栅极电压的变化趋势图。符号说明：1-荷电控制电子枪，2-法拉第杯，3-精密位移台，4-皮安表，5-计算机。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种电子枪束斑性能的测量装置及测量方法，基于法拉第杯小孔扫描对束斑性能进行测量，获得束斑直径大小、束斑分布特性图、电子束发散角等电子束束斑性能的重要参数，从而实现了对电子束束斑全面、准确、深入地分析，进而能够准确判断荷电控制电子枪是否满足使用要求，从而消除样品表面的电荷积累，以避免荷电现象影响SEM成像质量。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例一：如图1所示，本实施例提供的电子枪束斑性能测量装置，包括荷电控制电子枪1，法拉第杯2，精密位移台3，皮安表4以及计算机5。各个部件之间的连接关系如下：荷电控制电子枪1位于法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子枪束斑性能测量装置，其特征在于：包括荷电控制电子枪，法拉第杯，精密位移台，皮安表以及计算机；/n所述荷电控制电子枪位于所述法拉第杯的上方；/n所述法拉第杯固定连接在所述精密位移台上，与所述精密位移台同步运动，所述法拉第杯用于对所述荷电控制电子枪所发射的电子束进行扫描；/n所述皮安表一端与所述法拉第杯连接，另一端与所述计算机通信连接；所述皮安表用于将所述法拉第杯各个扫描点的输出信号转换为对应的电流信号，并将所述电流信号传输至所述计算机；/n所述计算机用于设置精密位移台的运动参数，并发出控制指令以控制精密位移台的运动；所述计算机还用于对接收到的各个扫描点的电流信号进行数据处理，以得到电子束束斑直径、束斑分布特性图以及电子束发散角。/n

【技术特征摘要】
1.一种电子枪束斑性能测量装置，其特征在于：包括荷电控制电子枪，法拉第杯，精密位移台，皮安表以及计算机；
所述荷电控制电子枪位于所述法拉第杯的上方；
所述法拉第杯固定连接在所述精密位移台上，与所述精密位移台同步运动，所述法拉第杯用于对所述荷电控制电子枪所发射的电子束进行扫描；
所述皮安表一端与所述法拉第杯连接，另一端与所述计算机通信连接；所述皮安表用于将所述法拉第杯各个扫描点的输出信号转换为对应的电流信号，并将所述电流信号传输至所述计算机；
所述计算机用于设置精密位移台的运动参数，并发出控制指令以控制精密位移台的运动；所述计算机还用于对接收到的各个扫描点的电流信号进行数据处理，以得到电子束束斑直径、束斑分布特性图以及电子束发散角。


2.如权利要求1所述的电子枪束斑性能测量装置，其特征在于：所述法拉第杯上端安装有屏蔽壳，所述屏蔽壳上有与法拉第杯直径相同的开孔，且所述屏蔽壳接地。


3.如权利要求1所述的电子枪束斑性能测量装置，其特征在于：所述精密位移台能沿X轴方向左右移动、沿Y轴方向前后移动和/或沿Z轴方向上下移动。


4.如权利要求1所述的电子枪束斑性能测量装置，其特征在于：所述精密位移台的运动参数包括运动步长以及运动轨迹，且所述精密位移台沿所述运动轨迹按照运动步长运动所到达的各个位置点为所述法拉第杯的各个扫描点。


5.一种电子枪束斑性能测量方法，其特征在于：所述测量方法采用如权利要求1-4任一项所述的电子枪束斑性能测量装置工作，包括如下步骤：
步骤一，设置荷电控制电子枪的工作参数，所述工作参数包括加速电压、阴极电流以及栅极电压；
步骤二，当皮安表的示数基本不再改变时，荷电控制电子枪处于稳定工作状态，此时，控制精密位移台移动，将法拉第杯移动至电子束束斑的中心点的正下方；
步骤三，控制所述精密位移台依次进行沿X轴、Y轴方向的匀速移动，并分别根据皮安表所传输的沿X轴和沿Y轴各个扫描点的电流值确定电子束束斑分别沿X轴、Y轴方向的直径；
步骤四，根据电子束束斑分别沿X、Y轴方向的直径确定扫描区域，控制所述精密位移台在扫描区域内移动，并根据所述皮安表所传输的各个扫描点的电流值确定电子束束斑的分布特性图；
步骤五，依据所述电子束束斑的分布特性图确定当前工作距离下的束斑直径；再控制所述精密位移台沿Z轴上升或下降任意距离，在该新工作距离下重复步骤二-步骤四，并依据所得到的电子束束斑的分布特性图确定新工作距离下的束斑直径，依据两种工作距离以及两种工...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，邓晨晖，赵伟霞，殷伯华，刘俊标，韩立，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11