电子束聚焦光阑及扫描电子显微镜的制作方法

1.本实用新型涉及扫描电子显微镜技术领域，特别是涉及一种电子束聚焦光阑及具有该电子束聚焦光阑的扫描电子显微镜。


背景技术：

2.扫描电子显微镜(scanning electron microscope，缩写为sem)，简称扫描电镜，是利用聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像的一种常用的显微分析仪器。
3.光阑是其中的电子光学系统的组成部分，主要作用是过滤电子束中的远轴电子，减小电子透镜球差影响，以及调节图像景深等。一般来说，经过光阑的电子具有比较大的发散度，往往需要配合一系列电磁透镜的配合方可获得尺寸较小质量较高的电子束。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的至少在于提供一种电子束聚焦光阑及具有该电子束聚焦光阑的扫描电子显微镜，以减小通过光阑的电子的发散度。
5.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.第一方面，本实用新型提供一种电子束聚焦光阑，包括绝缘基体，所述绝缘基体上设置有中心通孔、环状电极区域和导线槽，所述导线槽开设在所述绝缘基体的上表面，从所述中心通孔向外延伸，所述环状电极区域包括若干从中心通孔向外排列的环状电极和位于相邻的所述环状电极之间的上下贯通的环状通道，所述环状电极起止于所述导线槽的两侧壁，所述导线槽内设置有分别与各所述环状电极电连接的若干导线，所述环状电极的上表面以及设置了所述导线的所述导线槽内覆盖有绝缘层，所述绝缘层上覆盖有电子导出层。
7.可选地，所述绝缘基体为本征硅基体。
8.可选地，所述绝缘基体为圆盘状。
9.可选地，所述导线为铜金属线。
10.可选地，所述绝缘层为二氧化硅膜层。
11.可选地，所述电子导出层为钼金属膜层或铂金属膜。
12.可选地，所述环状电极为金属化基体。
13.第二方面，本实用新型提供一种扫描电子显微镜，包含前述任一种电子束聚焦光阑。
14.本实用新型提供的电子束聚焦光阑，通过环状电极区域的设置，能够在实现遮挡杂散电子的同时对电子束进行预聚焦，可以减少电磁透镜的使用，节省电子光学光路的空间。
15.根据下文结合附图对本实用新型的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
16.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
17.图1是本实用新型一个实施例中，电子束聚焦光阑的立体结构示意图；
18.图2是本实用新型一个实施例中，电子束聚焦光阑的环状电极区域示意图；
19.图3是图2的剖面结构示意以及电子轨迹图。
20.附图标记：
21.1-绝缘基体，2-环状电极区域，3-导线，4-环状电极，5-导线槽，6-基体金属化层，7-绝缘层，8-电子导出层
具体实施方式
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
23.扫描电子显微镜主要包括以下几个组成部分：
24.电子光学系统，该系统包括电子枪和透镜系统。电子枪的作用是产生电子照明源。透镜系统的作用是，(1)把虚光源的尺寸从几十微米缩小到5nm(或更小)，并且从几十微米到几个纳米间连续可变，(2)控制电子束的开角，可以在10-2
～10-3
rad范围内可变，(3)所形成的聚焦电子束可以在样品的表面上作光栅状扫描，且扫描角度范围可变，为了获得上述扫描电子束，透镜系统通常包括电磁透镜、扫描线圈和光阑，电磁透镜用于电子束的聚焦，扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面做有规则的扫动，光阑的作用包括过滤电子束中的远轴电子，以及调节图像景深。
25.机械系统，该系统包括支撑部分和样品室。样品室中有样品台，四壁一般备有数个窗口，除安装电子探测器外，还能同时安装其它探测器和谱仪。
26.真空系统，真空系统在电子光学仪器中十分重要，这是因为电子束只能在真空下产生和操纵。常用的高真空系统有干泵系统、涡轮分子泵系统和离子泵系统三种。
27.信号的收集、处理和显示系统，扫描电子显微镜电子枪发射出的电子束经过聚焦后会聚成点光源，点光源在加速电压下形成高能电子束，高能电子束经由电磁透镜被聚焦成直径微小的光点,在透过最后一级带有扫描线圈的电磁透镜后,电子束以光栅状扫描的方式逐点轰击到样品表面,同时激发出不同深度的物理信号。物理信号会被不同信号探测器接收,通过放大器同步传送到电脑显示屏,形成实时成像记录。样品在入射电子束的作用下会产生各种物理信号，有俄歇电子(au e)、二次电子(se)、背散射电子(bse)、x射线(特征x射线、连续x射线)、阴极荧光(cl)、吸收电子(ae)和透射电子，不同的物理信号要用不同类型的探测系统。大致可以分为三大类，即电子探测器、阴极荧光探测器和x射线探测器。
28.电子光学系统一般位于样品室上方的镜筒内，信号探测器通常位于样品室或镜筒内，电子枪、透镜系统及信号探测器等与外部电源连接，真空系统为镜筒和样品室提供真空环境。
29.为解决现有技术中经过光阑的电子束发散度较大的问题，本实用新型提供了一种电子束聚焦光阑。
30.如图1-3所示，本实用新型提供的电子束聚焦光阑包括绝缘基体1，绝缘基体1上设置有中心通孔、环状电极区域2和导线槽5。导线槽5开设在绝缘基体1的上表面，从中心通孔向外延伸。环状电极区域2包括若干从中心通孔向外排列的环状电极4，相邻环状电极4之间为上下贯通的环状通道。环状电极4起止于导线槽5的两侧壁，相应地，环状通道也起止于导线槽5的两侧壁，即环状通道在导线槽5的位置是未上下贯通的，环状电极4因此得以固定于绝缘基体1。本领域技术人员可以理解，本文中环状电极及环状通道均非指完整圆环，而是中断于导线槽5的位置。环状电极4及环状通道共同构成上述环状电极区域2。导线槽5内设置有分别与各环状电极4电连接的若干导线3。各环状电极4的上表面以及设置了导线3的导线槽5内覆盖有绝缘层7，在绝缘层7上覆盖有电子导出层8。本领域技术人员可以理解，从其各自的作用出发，所谓环状电极区域2是可接收到电子的区域，各环状电极4的上表面以及设置了导线3的导线槽5内覆盖有绝缘层7是指绝缘层7至少覆盖到不会导致电子导出层8与环状电极4和导线3之间短路的区域，而电子导出层8以全部覆盖可接收到电子的区域为宜。
31.下面通过一个示例说明该电子束光阑的制作，以一个直径3mm、厚度0.5mm的圆盘状本征硅作为绝缘基体1，利用光刻或电子束/离子束刻蚀等微纳加工技术在该绝缘基体1上进行加工，刻出直径为200um的中心通孔(即光阑孔)、宽度为10um的导线槽5及从导线槽5的侧壁向两侧镂空的、宽度为10um、间隔为20um的若干圈环状结构，将环状结构的表面进行金属化加工(例如通过溅射工艺、气相沉积工艺等技术)，形成基体金属化层6，从而将环状结构加工成环状电极4，也即环状电极4为金属化的基体。在此基础上，再次进行微纳加工，引出铜金属线作为导线3，然后利用真空镀膜技术，均匀镀上一层100nm厚度的二氧化硅膜和一层100nm厚度的钼金属膜或铂(pt)金属膜，分别作为绝缘层7和电子导出层8。
32.工作时，将电子导出层8接地，并将外部电压源通过导线3与环状电极4连接，在环状电极4之间创造出外负内正的电势差，即在不同层的环状电极间形成电势差，使得电子束在通过这些电极的间隙时受到电场力的作用而聚焦，越靠外的电极间的电势差应该更大以起到聚焦作用，电子束在经过该电子束聚焦光阑时，发散度较小的电子直接从中心通孔通过，打在电子导出层8上的电子将会被导出，起到遮挡杂散电子的作用，从环状电极4之间的环状通道经过的电子则由于电势差的存在而抵消其横向速度，从而实现对远离轴心的电子发散的矫正，达到会聚的效果。
33.由此可见，本实用新型提供的电子束聚焦光阑，通过环状电极区域的设置，能够在实现遮挡杂散电子的同时对电子束进行预聚焦，可以减少电磁透镜的使用，节省电子光学光路的空间。
34.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。