一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中机构和工艺的制作方法

本发明涉及场发射扫描电子显微镜，尤其涉及一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中机构和工艺。

背景技术：

1、场发射扫面电镜一般包含两个聚光镜（磁透镜）：第一聚光镜和物镜光阑配合用来调节电子束的束流，第二聚光镜用于调节电子束最终聚焦到样品的半张角（与衍射有关）。有的扫描电镜还包含第三聚光镜，配合第二聚光镜调节电子束的半张角同时，用来调节信号电子的张角。

2、所有聚光镜必须与主电子束精确对齐（偏差应小于5微米，高端电镜甚至应小于1微米），否则，不仅会产生像差，还会使电子束偏转。电子束的偏转角的大小与聚焦静的磁场强度以及电子束与磁场中心的距离正相关。如果电子束与聚光镜的磁场没有精确对齐，一旦调节聚光镜，后面的所有机械合轴设置和电磁合轴设置都要重新调节；如果电子束偏转角度过大，电子束可能就此消亡。

3、来自场源的电子束可能因各种原因无法穿过聚光镜的磁场中心（可能偏差达0.5毫米）：（1）场源支架的平面度公差引起电子束出发时就与轴有夹角，当达到聚光镜时，离轴距离放大；（2）提取极、加速极整体上与轴不完全垂直；（3）前面的合轴装置为了对齐某个透镜而使电子束离轴；（4）聚光镜的加工误差和材料在微观上的缺陷使磁场天生就与轴不对齐等等。

4、聚光镜一般采用机械对中，把聚光镜镜筒设计成双层结构：外面是支撑筒，内面是聚光镜，通过对中设置让聚光镜在xy方相相对支撑筒移动来使之与电子束对中，判断电子束对中得方式是wobbling。以前的对中方式是利用顶丝：上面利用光滑的柔性材料（一般是四氟垫）把聚光镜固定在支撑筒的底面，使聚光镜上下位置无法改变，xy方向各用两个相对的顶丝来调节xy方向的位置。这种方式有以下问题：（1）一个顶丝顶聚光镜时，其余的顶丝都得放松，并且顶丝只能顶着聚光镜向前移动。一个方向的对中需要依靠两个相对顶丝的逐步逼近来完成，这使得聚光镜得对中过程非常困难且耗时，反复针对各个顶丝执行向前顶、wobbling、放松，一个聚光镜的对中需要几天时间。（2）主要靠柔性材料四氟垫因压缩量产生的弹力来压紧并保持上下固定，四氟垫特别容易疲劳，一段时间后压紧力会变小，刚性变差，固有频率变小，聚焦镜很容易和外部振动发生共振。（3）四个顶丝顶着圆柱面，接触面非常小，接触面应力较大，很容易因形变引起松动，从而引起聚光镜漂移。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决背景技术中的问题，而提出的一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中机构。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中机构，包括对中机构和聚光镜镜筒，聚光镜镜筒设计成电子光学柱中的一个独立模块，聚光镜镜筒由聚光镜支撑筒、聚光镜和钛管组成，聚光镜安装在聚光镜支撑筒内，在z轴方向聚光镜相对聚光镜支撑筒固定，在xy方向，聚光镜在聚光镜支撑筒内可通过聚光镜对中机构移动，以让主电子束中心通过聚光镜的磁场中心。

3、优选的，聚光镜为圆柱形，聚光镜的圆柱面上设置有4个尺寸相同的支撑块，4个支撑块的支撑面均位于一个与圆柱轴垂直的平面上，支撑块的支撑面及其上底面为一个矩形面挖去圆弧后的形状，其余各面为矩形，4个支撑块在圆柱面上均匀分布，相邻两个支撑块的径向中心线夹角为90°。

4、优选的，聚光镜支撑筒为圆柱形，支撑筒的内壁上从上到下设置有4个相同的环形台阶，4个台阶的台面在一个与轴垂直的平面上，台阶沿聚光镜支撑筒内壁圆柱面均匀分布，即相邻两个台阶的径向中心面的夹角为90°。

5、优选的，聚光镜支撑筒上的台阶的台面的位置与聚光镜上支撑块的支撑面的位置相对应，当聚光镜装入聚光镜支撑筒内并与聚光镜上的支撑块的支撑面相接时，聚光镜底面与聚光镜支撑筒的内底面有一定间隙，台阶的台面比支撑块的支撑面大，聚光镜对中时，支撑块在台面上移动，确保不发生干涉。

6、优选的，聚光镜上支撑块的外表面中心开设有一个垂直于外表面的螺丝孔，螺丝孔用于连接对中机构的螺杆，因此螺纹及尺寸应配套。

7、优选的，聚光镜支撑筒在内壁台阶的台面的上方开设有一个径向孔，螺杆穿过径向孔与聚光镜上的一个支撑块相连，径向孔的大小处于合适的位置，径向孔的直径大于螺杆的直径，以确保聚光径对中时，螺杆不与孔壁相碰。

8、优选的，聚光镜在xy方向移动并固定聚光镜的零件是自锁紧螺母和碟形弹簧垫圈，碟形弹簧垫可以减少因应力引起聚光镜对中后的漂移。

9、此外，本发明还公开了一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中工艺，具体步骤如下：

10、s1、聚光镜在xy方向移动的机制是聚光镜压紧机制；

11、s2、聚光镜被钛管的上圆盘的底面的四氟垫压紧；

12、s3、聚光镜的支撑块的支撑面与聚光镜支撑筒的内壁的台阶台面保持紧贴，使得对中时聚光镜无法上下波动。

13、与现有的技术相比，本发明的优点在于： 本发明是对场发射电镜的聚光镜的机械对中机构的改进。主要改进是将顶丝换成螺杆，4个螺杆通过聚光镜的4个螺丝孔与聚光镜相连并紧固。支撑筒外的紧固螺母以支撑筒外壁（平面）为支点来移动聚光镜，既可以前移也可后移，对中更简单快速。对中并紧固全金属自紧固螺母后，聚光镜非常稳固。尽管对中过程需要依靠柔性材料四氟垫在z方向固定，对中完成后，z方向的固定主要依靠金属材料的摩擦力锁紧，结构的刚性本质改进，聚光镜不会与外部振动发生共振。

1.一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中机构，包括对中机构和聚光镜镜筒，其特征在于：聚光镜镜筒设计成电子光学柱中的一个独立模块，聚光镜镜筒由聚光镜支撑筒、聚光镜和钛管组成，聚光镜安装在聚光镜支撑筒内，在z轴方向聚光镜相对聚光镜支撑筒固定，在xy方向，聚光镜在聚光镜支撑筒内可通过聚光镜对中机构移动，以让主电子束中心通过聚光镜的磁场中心。

2.根据权利要求1所述的一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中机构，其特征在于：所述聚光镜为圆柱形，聚光镜的圆柱面上设置有4个尺寸相同的支撑块，4个支撑块的支撑面均位于一个与圆柱轴垂直的平面上，支撑块的支撑面及其上底面为一个矩形面挖去圆弧后的形状，其余各面为矩形，4个支撑块在圆柱面上均匀分布，相邻两个支撑块的径向中心线夹角为90°。

3.根据权利要求2所述的一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中机构，其特征在于：所述聚光镜支撑筒为圆柱形，支撑筒的内壁上从上到下设置有4个相同的环形台阶，4个台阶的台面在一个与轴垂直的平面上，台阶沿聚光镜支撑筒内壁圆柱面均匀分布，即相邻两个台阶的径向中心面的夹角为90°。

4.根据权利要求3所述的一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中机构，其特征在于：所述聚光镜支撑筒上的台阶的台面的位置与聚光镜上支撑块的支撑面的位置相对应，当聚光镜装入聚光镜支撑筒内并与聚光镜上的支撑块的支撑面相接时，聚光镜底面与聚光镜支撑筒的内底面有一定间隙，台阶的台面比支撑块的支撑面大，聚光镜对中时，支撑块在台面上移动，确保不发生干涉。

5.根据权利要求4所述的一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中机构，其特征在于：所述聚光镜上支撑块的外表面中心开设有一个垂直于外表面的螺丝孔，螺丝孔用于连接对中机构的螺杆，因此螺纹及尺寸应配套。

6.根据权利要求5所述的一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中机构，其特征在于：所述聚光镜支撑筒在内壁台阶的台面的上方开设有一个径向孔，螺杆穿过径向孔与聚光镜上的一个支撑块相连，径向孔的大小处于合适的位置，径向孔的直径大于螺杆的直径，以确保聚光径对中时，螺杆不与孔壁相碰。

7.根据权利要求6所述的一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中机构，其特征在于：所述聚光镜在xy方向移动并固定聚光镜的零件是自锁紧螺母和碟形弹簧垫圈，碟形弹簧垫可以减少因应力引起聚光镜对中后的漂移。

8.一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中工艺，应用了如上述权利要求1-7所述的一种用于场发射扫描电镜中聚光镜的对中机构，其特征在于：包括以下步骤：