CN115166810B - 一种电子束参数测量装置及电子束参数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子束测量技术领域，具体涉及一种电子束参数测量装置及电子束参数测量方法。一种电子束参数测量装置，包括：微器件阵列结构多层板，所述多层板上设有多个阵列分布的法拉第杯组件，每个所述法拉第杯组件包括同轴设置的至少两个法拉第杯，至少两个所述法拉第杯贯通设置，电子束经上层所述法拉第杯射入下层所述法拉第杯中，获取每层所述法拉第杯的电子束束流大小，以得到所述电子束的相应参数。本发明提供了一种可快速测量的电子束参数测量装置及电子束参数测量方法。

Description

一种电子束参数测量装置及电子束参数测量方法

技术领域

本发明涉及电子束测量技术领域，具体涉及一种电子束参数测量装置及电子束参数测量方法。

背景技术

电子束为电子经过汇集成束，具有高能量密度。电子束装置广泛应用于高分辨显微、微细加工、衍射成像、卫星通讯和高能物理等多领域，电子束的束斑、束流、发散角、束流密度等参数是电子束装置的关键性能指标，测量电子束参数对监测装置性能、定量评价电子枪及其电子光学设计有着重要的意义。测量电子束性能的常见方法有荧光屏法、叉丝法、多缝法、单缝法、单孔法、胡椒孔法等，但这些方法存在测量精度低、速度慢、参数单一等问题。

现有一种电子束流剖面及强度分布测量仪，通过依次设置光阑片、绝缘环、法拉第筒和绝缘底座，光阑片中心小孔通过步进电机驱动扫过束斑，从而接收信号以得到电子束流剖面和强度分布情况，但光阑片需通过步进电机驱动以扫过束斑，步进电机驱动不仅有误差，且扫束斑时因位移很小使得测量时间很长。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中因采用驱动机构位移小，使得测量时间过长的缺陷，从而提供一种可快速测量的电子束参数测量装置及电子束参数测量方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电子束参数测量装置，包括：

微器件阵列结构多层板，所述多层板上设有多个阵列分布的法拉第杯组件，每个所述法拉第杯组件包括同轴设置的至少两个法拉第杯，至少两个所述法拉第杯贯通设置，电子束经上层所述法拉第杯射入下层所述法拉第杯中，获取每层所述法拉第杯的电子束束流大小，以得到所述电子束的相应参数。

可选地，相邻两行的所述法拉第杯组件错位分布，每两个所述法拉第杯组件之间的间距相等。

可选地，所述法拉第杯包括沿所述电子束照射方向依次设置的光阑板、第一绝缘板和杯体，所述光阑板中心位置开设有第一通孔，所述第一绝缘板中心位置开设有第二通孔，所述杯体底部开设有第三通孔，所述第一通孔和第三通孔内径相同，所述第二通孔和杯体内径相同，且大于所述第一通孔和第三通孔内径，以使得所述电子束通过上层所述法拉第杯被接收一部分后，剩余部分被下层所述法拉第杯接收。

可选地，还包括设于所述法拉第杯外周的第二绝缘板。

可选地，所述光阑板采用钼或钨材质，所述第一绝缘板和第二绝缘板采用二氧化硅或氮化硅材料材质，所述杯体采用钼、钨或铜材质。

可选地，所述第一通孔和第三通孔内径为10nm-1μm，所述第二通孔和杯体内径为20nm-2μm。

可选地，每组所述法拉第杯组件包括同轴设置的两个所述法拉第杯。

还提供了一种电子束参数测量方法，采用本发明所述的电子束参数测量装置，包括以下步骤：

将所述电子束垂直朝向所述多层板的法拉第杯组件照射，使得所述电子束依次经上层所述法拉第杯射入至下层所述法拉第杯中，获取每个所述法拉第杯组件中每层所述法拉第杯的电子束束流大小，以得到所述电子束的相应参数。还提供了一种电子束参数测量方法，采用本发明所述的电子束参数测量装置，包括以下步骤：

将所述电子束垂直朝向所述多层板的法拉第杯组件照射，使得所述电子束依次经上层所述法拉第杯射入下层所述法拉第杯中，获取每个所述法拉第杯组件中每层所述法拉第杯的电子束束流大小I_1i和I_2i，以得到所述电子束的相应参数，根据下述公式得到进入每个所述法拉第杯组件中的电子束的倾斜角θ_i，i＝1，2，3，…，N，单位为rad，所述电子束的束斑直径φ、所述电子束的束流I、所述电子束的发散角α、束流密度J、角束流密度J_α和束流密度分布J_i，d²arccos(θ_ih/d)-θ_ih(d²-θ_i ²h²)^1/2＝πI_2id/2(I_1i+I_2i)

α＝Max(θ_i)，i＝1，2，3，…，N

d为光阑板的第一通孔直径；

D为杯体的内径；

h为第三通孔上平面至第一通孔上平面的距离；

I_1i为第i个法拉第杯组件中的电子束在上层法拉第杯中束流大小；

I_2i为第i个法拉第杯组件中的电子束在下层法拉第杯中束流大小；

N为法拉第杯的个数；

p为相邻两个杯体的中心间距。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的电子束参数测量装置，包括微器件阵列结构多层板，多层板上阵列分布的微器件结构构成法拉第杯组件，每个法拉第杯组件包括同轴设置的至少两个法拉第杯，至少两个法拉第杯贯通设置，电子束经上层法拉第杯射入下层法拉第杯中，获取每层法拉第杯的电子束束流大小，以得到电子束的相应参数。法拉第杯组件采用阵列分布，更容易定位电子束的圆心，只需将一个法拉第杯组件圆心定位，其它法拉第杯组件相对该法拉第杯组件圆周对称分布，更接近实际电子束参数分布情况，使得测量结果更加精确；本装置无需进行移动对电子束进行扫描，因设有多组法拉第杯组件，可通过单次测量同时得到多种参数，操作简单、测量速度快且测量精度高。

2.本发明提供的电子束参数测量装置，光阑板、第一绝缘板和杯体的通孔孔径不同，以使得电子束被不同的法拉第杯依次接收，从而获取每层法拉第杯的电子束束流大小，以得到电子束的相应参数，整个装置结构简单，成本较低。

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为电子束参数测量装置的结构俯视图；

图2为法拉第杯组件阵列分布的结构示意图；

图3为阵列分布的法拉第杯组件局部剖面正视图；

图4为法拉第杯组件的结构剖面正视图；

图5为电子束参数测量装置测试的结构剖面正视图；

图6为法拉第杯组件检测第一电子束的结构剖面正视图。

附图标记说明：

1-光阑板；2-第一绝缘板；3-杯体；4-第二绝缘板；

5-下层杯体；6-第三绝缘板；7-第一电子束；8-第二电子束；

9-第三电子束；10-法拉第杯组件；11-多层板；

θ₁为第一电子束的倾斜角；

d为光阑板的第一通孔直径；

D为杯体和下层杯体的内径；

h为第三通孔上平面至第一通孔上平面的距离；

H为下层杯体底部上平面至第三通孔上平面距离；

I₁为第一电子束在上层法拉第杯中束流大小；

I₂为第一电子束在下层法拉第杯中束流大小；

O_i为法拉第杯的不同位置，i＝1,2,3,…,N；

I_1i为第i个法拉第杯组件中的电子束在上层法拉第杯中束流大小；

I_2i为第i个法拉第杯组件中的电子束在下层法拉第杯中束流大小；

θ_i为进入到第i个法拉第杯组件中的电子束的倾斜角；

φ为电子束在不同位置法拉第杯组件中的束斑直径；

I为电子束在不同位置法拉第杯组件中的束流大小；

α为电子束在不同位置法拉第杯组件中的发散角；

J为电子束在不同位置法拉第杯组件中的束流密度；

J_α为电子束在不同位置法拉第杯组件中的角束流密度；

N为法拉第杯的个数；

p为相邻两个杯体的中心间距。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1至6所示为一种电子束参数测量装置，包括微器件阵列结构多层板11，多层板11上阵列分布的微器件结构构成法拉第杯组件10。

多层板11中阵列分布有多个微器件结构，微器件结构为同轴设置，形成多组法拉第杯组件10，垂直放置于电子束下方，以让电子束照射进法拉第杯组件10中，如图2所示，法拉第杯组件10为正六边形分布，即相邻两行的法拉第杯组件10错位分布，每组法拉第杯组件10包括同轴设置的两个法拉第杯，两个法拉第杯贯通设置，且每组法拉第杯组件10与相邻的法拉第杯组件10距离均为p，p一般为100nm-10μm，电子束经过上层法拉第杯射入下层法拉第杯中，获取每层法拉第杯的电子束束流大小，以得到电子束的相应参数，电子束参数测量装置为正方形，边长为10mm-50mm，厚度为0.5mm-2mm。

法拉第杯包括沿电子束照射方向依次设置的光阑板1、第一绝缘板2和杯体3，光阑板1中心位置开设有第一通孔，用于截取电子束，第一绝缘板2中心位置开设有第二通孔，用于绝缘光阑板1和杯体3，杯体3底部开设有第三通孔，用于接收电子束，第一通孔内径和第三通孔内径相同，一般为10nm-1μm，第二通孔和杯体3内径相同，且大于第一通孔和第三通孔内径，一般为20nm-2μm，使得电子束通过上层法拉第杯被接收一部分后，剩余部分被下层法拉第杯接收。下层法拉第杯包括下层杯体5，下层杯体5内径与杯体3内径相同，用于接收电子束。第三通孔上平面至第一通孔上平面的距离为h，一般为100nm-10μm，下层杯体5底部上平面至第三通孔上平面距离为H，一般为100nm～10μm。

法拉第杯外周还设有第二绝缘板4和第三绝缘板6，第二绝缘板4中心位置开设有第四通孔，第四通孔与第二通孔和杯体3内径相同，用于绝缘杯体3和下层杯体5。第三绝缘板6位于下层杯体5下方，用于绝缘电子束参数测量装置和安装平面。

光阑板1采用钼或钨材质，第一绝缘板2、第二绝缘板4和第三绝缘板6采用二氧化硅或氮化硅材质，杯体3和下层杯体5采用钼、钨或铜材质，均为高导电性高熔点金属材料。

还提供了一种电子束参数测量方法，如图5所示，将电子束朝向多层板11的法拉第杯组件10照射，使得电子束经过上层法拉第杯射入下层法拉第杯中，获取每个法拉第杯组件10中每层法拉第杯的电子束束流大小I_1i和I_2i，以得到电子束的相应参数，如图6所示，可截取第一电子束7、第二电子束8和第三电子束9，得到第一电子束7的电子束束流大小I₁₁和I₂₁，倾斜角为θ₁，根据下述公式得到进入每个法拉第杯组件10中的电子束的倾斜角θ_i，i＝1，2，3，…，N，单位为rad，电子束的束斑直径φ、电子束的束流I、电子束的发散角α、束流密度J、角束流密度J_α和束流密度分布J_i，

d²arccos(θ_ih/d) θ_ih(d² θ_i ²h²)^1/2＝πI_2id/2(I_1i|I_2i)

α＝Max(θ_i)，i＝1，2，3，…，N

d为光阑板的第一通孔直径；

D为杯体和下层杯体的内径；

h为第三通孔上平面至第一通孔上平面的距离；

I_1i为第i个法拉第杯组件中的子电子束在上层法拉第杯中束流大小；

I_2i为第i个法拉第杯组件中的子电子束在下层法拉第杯中束流大小；

N为法拉第杯的个数；

p为相邻两个杯体的中心间距。

作为替代的实施方式，法拉第杯组件10可为同轴设置的多个法拉第杯。

作为替代的实施方式，法拉第杯组件10还可以其他形状阵列分布。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种电子束参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述电子束垂直朝向多层板（11）的法拉第杯组件（10）照射，使得所述电子束依次经上层法拉第杯射入下层所述法拉第杯中，获取每个所述法拉第杯组件（10）中每层所述法拉第杯的电子束束流大小I _1i和I _2i，以得到所述电子束的相应参数，根据下述公式得到进入每个所述法拉第杯组件（10）中的电子束的倾斜角θ _i，i =1, 2, 3,…, N，单位为rad，所述电子束的束斑直径、所述电子束的束流I、所述电子束的发散角α、束流密度J、角束流密度J _α和束流密度分布J _i，

Max(θ _i), i =1, 2, 3,…, N

，i =1, 2, 3,…, N

d为光阑板的第一通孔直径；

D为杯体的内径；

h为第三通孔上平面至第一通孔上平面的距离；

为第i个法拉第杯组件中的电子束在上层法拉第杯中束流大小；

为第i个法拉第杯组件中的电子束在下层法拉第杯中束流大小；

N为法拉第杯的个数；

p为相邻两个杯体的中心间距。

2.一种电子束参数测量装置，其特征在于，采用权利要求1所述的电子束参数测量方法进行测量，包括：

微器件阵列结构多层板（11），所述多层板（11）上设有多个阵列分布的法拉第杯组件（10），每个所述法拉第杯组件（10）包括同轴设置的至少两个法拉第杯，至少两个所述法拉第杯贯通设置，电子束经上层所述法拉第杯射入下层所述法拉第杯中，获取每层所述法拉第杯的电子束束流大小，以得到所述电子束的相应参数。

3.根据权利要求2所述的电子束参数测量装置，其特征在于，相邻两行的所述法拉第杯组件（10）错位分布，每两个所述法拉第杯组件（10）之间的间距相等。

4.根据权利要求3所述的电子束参数测量装置，其特征在于，所述法拉第杯包括沿所述电子束照射方向依次设置的光阑板（1）、第一绝缘板（2）和杯体（3），所述光阑板（1）中心位置开设有第一通孔，所述第一绝缘板（2）中心位置开设有第二通孔，所述杯体（3）底部开设有第三通孔，所述第一通孔和第三通孔内径相同，所述第二通孔和杯体（3）内径相同，且大于所述第一通孔和第三通孔内径，以使得所述电子束通过上层所述法拉第杯被接收一部分后，剩余部分被下层所述法拉第杯接收。

5.根据权利要求2所述的电子束参数测量装置，其特征在于，还包括设于所述法拉第杯外周的第二绝缘板（4）。

6.根据权利要求3所述的电子束参数测量装置，其特征在于，所述光阑板（1）采用钼或钨材质，第一绝缘板（2）和第二绝缘板（4）采用二氧化硅或氮化硅材质，所述杯体（3）采用钼、钨或铜材质。

7.根据权利要求4-6任一项所述的电子束参数测量装置，其特征在于，第一通孔和第三通孔内径为10nm-1μm，第二通孔和杯体（3）内径为20nm-2μm。

8.根据权利要求2-6任一项所述的电子束参数测量装置，其特征在于，每组所述法拉第杯组件（10）包括同轴设置的两个所述法拉第杯，

采用所述的装置进行测量，包括以下步骤：

将所述电子束垂直朝向所述多层板（11）的法拉第杯组件（10）照射，使得所述电子束依次经上层所述法拉第杯射入至下层所述法拉第杯中，获取每个所述法拉第杯组件（10）中每层所述法拉第杯的电子束束流大小，以得到所述电子束的相应参数。