一种低能高速扫描电子束成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种低能高速扫描电子束成像系统，属于扫描电子束成像设备领域

【技术实现步骤摘要】
一种低能高速扫描电子束成像系统


[0001]本专利技术涉及一种低能高速扫描电子束成像系统，属于扫描电子束成像设备领域
。

技术介绍

[0002]扫描电子束成像设备常用于表征尺度在微米级或纳米级样品的微观特征
。
因其具有分辨率高
、
放大倍数可调范围广等优点，作为微观分析检测设备，已被广泛应用于材料科学
、
半导体制造等领域
。
随着材料科学以及半导体工艺的不断进步，所生产制造的器件尺寸越来越微小，对生产工艺的监测以及对器件的缺陷检测相应的增加一定难度，因此对检测设备的分辨率
、
扫描视场范围
、
扫描速度的提高在应用领域显得尤为重要
。
与此同时，针对一些不导电的生物样品以及导电性不佳的半导体样品，为避免高能电子束对样品造成损伤，同时避免样品表面积累荷电导致成像不清晰，影响检测结果的准确性，需要电子束具有较低能量
。
因此，目前对于检测导电性不良或者不导电的样品，扫描电子束成像设备的主要要求包括：既能够高分辨率成像，实现快速扫描减少荷电聚集的同时还能保持较低能量
。
[0003]现有技术中，针对一些不导电或导电性不良的样品，需要电子入射到样品的能量较低，比如，小于
1keV
，甚至低到
100eV
～
200eV。
对于电子从枪尖到样品台都以低速运动的电子光学系统设计，透镜的像差系数较大，再加上电子间相互作用力的相互拒斥的影响，难于实现较高的电子束成像分辨率
。
为了解决低入射速度电压下电子显微镜成像分辨率低的问题，通常采用对电子束先加速，然后在物镜后
、
样品台前对高速电子减速的设计进行成像
。
其中一种设计方案是使得电子枪阴极工作于较高的负高压下
Vcathode
，比如
‑
15kV
，电子镜筒接地电位的电子枪和电子镜筒的电位差，使得电子束在电子镜筒中以较高的速度运动，然后样品台接一个略低于电子枪的电位
Vsample
，比如
‑
14kV
，这样电子束的入射能量就是
Vsample
‑
Vcathode
＝
1keV
，这种样品台加较高负压的减速模式下，对经过加速的高能电子束进行减速着陆
。
显然样品台加高负压减速的设计存在样品台负偏压过高的问题
。
另外一种设计方案是在电子光学系统中引入静电正压电极筒，如图1所示，即在镜筒内部，电子束运动的全程路径上，或者靠近物镜的后半程中引入静电正压电极筒，如图2所示
。
引入静电正压电极筒的优点在于，在低入射电压下能够获得较小的束斑直径以及较高的信噪比，相应带来的缺点是所有电子束路径上的静电光学器件必须悬浮于高压上，实现起来具有一定工程难度
。
图1所示的设计方案中，电子束成像系统可以由两级透镜构成，在电子束路径上有静电正压电极筒设计，为尽量降低电路悬浮于高压上的工程难度，将扫描磁线圈放置于物镜的上下极靴之间，这个偏转磁线圈和静电正电压加速管之间的高压隔离问题，要特别处理
。
由磁扫描线圈实现扫描，由于磁线圈自身具有电感，很难实现高速扫描
。
[0004]图2所示的设计方案中，同样是解决低能电子束成像分辨率低的问题，与上述图1所示的技术相类似，区别在于该设计方案采用三级透镜及半程静电正压的设计
。
此设计将半程静电正压装置放置于靠近物镜的电子束运动路径后半程，在物镜透镜上方设置扫描偏转线圈
。
此技术方案存在的问题是，由于扫描偏转装置距离样品台较远，可实现的扫描偏转场有限，无法进行大视场成像，同时无法实现高速扫描
。
并且三级透镜的设计，其中在聚焦
过程中有两处形成交叉斑，在较大电流情况下，分辨率改善会受到交叉斑处电子相互作用的影响
。

技术实现思路

[0005]为了解决低能电子束成像分辨率低，进一步实现高速扫描提高成像分辨率，本专利技术提供了一种低能高速扫描电子束成像系统，所述系统包括两级或者三级透镜，并在末级透镜下方设置静电扫描电极，配合电子束偏转装置实现高速扫描偏转；
[0006]所述系统还包括电子源
、
静电正压电极筒
、
消像散装置
、
可移动孔径光阑或者多孔光阑
、
探测器
、
电子束偏转装置和样品台；
[0007]所述电子源用于在加热到一定温度和外加一定的电场场强后产生电子束；所述静电正压电极筒用于对电子束进行加速；所述消像散装置用于对电子束产生的像散像差进行校正；所述可移动孔径光阑或者多孔光阑通过选择不同尺寸孔径对电子束束流大小进一步调节；所述探测器用于收集电子束作用于样品表面所激发的电子信号，位于可移动孔径光阑下方及末级透镜上方；所述电子束偏转装置作用于电子束使电子束沿样品表面进行光栅状扫描，所述静电扫描电极与静电正压电极筒以及样品台共同构成电透镜，实现对于电子束的减速；所述样品台用于承载提供成像目标的样品
。
[0008]可选的，所述静电正压电极筒为全程静电正压电极筒或半程静电正压电极筒；所述电子束偏转装置包括扫描偏转线圈和
/
或静电偏转电极；
[0009]当所述系统采用全程静电正压电极筒对电子束进行全路径加速时，所述电子束偏转装置采用扫描偏转线圈实现电子束的扫描偏转；并将所述扫描偏转线圈设置于所述末级透镜与所述全程静电正压电极筒之间；
[0010]当所述系统采用半程静电正压电极筒对电子束进行加速时，所述半程静电正压电极筒设置在靠近末级透镜的后半程中对电子束进行加速，所述电子束偏转装置可以采用静电偏转电极和扫描偏转线圈共同实现电子束的扫描偏转，或者只采用静电偏转电极实现电子束的扫描偏转；并将所述静电偏转电极设置于末级透镜上方与电子束轴平行，将所述扫描偏转线圈设置于所述末级透镜与所述半程静电正压电极筒之间
。
[0011]可选的，所述系统包括两级透镜时，第一级透镜采用电流线圈激励的磁透镜，内部由导线绕制成激励线圈，外部由磁性材料制成壳体包裹，用于对被静电正压电极筒加速的电子束进行汇聚，从而改变电子束的发射束张角，进一步控制电子束到达样品表面的束流密度；第二级透镜即末级透镜为电流激励的浸没式磁透镜或非浸没式磁透镜；
[0012]当浸没式磁透镜极靴开口处朝向样品表面，仅用于对非磁性样品进行成像；
[0013]当非浸没式磁透镜极靴开口处朝向电子束轴方向，用于对磁性及非磁性样品成像
。
[0014]可选的，所述消像散装置为八级结构的磁极，外加所需不同方向的四级场，用于对电子束产生的像散像差进行校正，使最终由末级透镜聚焦于样品台表面的电子束具有理想的束斑大小
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低能高速扫描电子束成像系统，其特征在于，所述系统包括两级或者三级透镜，并在末级透镜下方设置静电扫描电极，配合电子束偏转装置实现高速扫描偏转；所述系统还包括电子源
、
静电正压电极筒
、
消像散装置
、
可移动孔径光阑或者多孔光阑
、
探测器
、
电子束偏转装置和样品台；所述电子源用于在加热到一定温度和外加一定的电场场强后产生电子束；所述静电正压电极筒用于对电子束进行加速；所述消像散装置用于对电子束产生的像散像差进行校正；所述可移动孔径光阑或者多孔光阑通过选择不同尺寸孔径对电子束束流大小进一步调节；所述探测器用于收集电子束作用于样品表面所激发的电子信号，位于可移动孔径光阑下方及末级透镜上方；所述电子束偏转装置作用于电子束使电子束沿样品表面进行光栅状扫描，所述静电扫描电极与静电正压电极筒以及样品台共同构成电透镜，实现对于电子束的减速；所述样品台用于承载提供成像目标的样品
。2.
根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述静电正压电极筒为全程静电正压电极筒或半程静电正压电极筒；所述电子束偏转装置包括扫描偏转线圈和
/
或静电偏转电极；当所述系统采用全程静电正压电极筒对电子束进行全路径加速时，所述电子束偏转装置采用扫描偏转线圈实现电子束的扫描偏转；并将所述扫描偏转线圈设置于所述末级透镜与所述全程静电正压电极筒之间；当所述系统采用半程静电正压电极筒对电子束进行加速时，所述半程静电正压电极筒设置在靠近末级透镜的后半程中对电子束进行加速，所述电子束偏转装置采用静电偏转电极和扫描偏转线圈共同实现电子束的扫描偏转，或者只采用静电偏转电极实现电子束的扫描偏转；并将所述静电偏转电极设置于末级透镜上方与电子束轴平行，将所述扫描偏转线圈设置于所述末级透镜与所述半程静电正压电极筒之间
。3.
根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括两级透镜时，第一级透镜采用电流线圈激励的磁透镜，内部由导线绕制成激励线圈，外部由磁性材料制成壳体包裹，用于对被静电正压电极筒加速的电子束进行汇聚，从而改变电子束的发射束张角，进一步控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：于文霞，葛子银，王猛，
申请(专利权)人：无锡亘芯悦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：