專利名稱：掃描電子顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于快速掃描電子顯微鏡設(shè)備。尤其涉及用于低能觀察高阻樣品 和集成電路樣品的掃描電子顯微鏡技術(shù)。
背景技術(shù)：
掃描電子顯微鏡的典型結(jié)構(gòu)包括 一個電子源； 一個鏡筒，包括電子束調(diào)
節(jié)裝置和一個聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)；以及探測器系統(tǒng)。近些年來，掃描電子顯微鏡廣 泛的應(yīng)用于半導(dǎo)體的器件制造；而隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)工藝要求的不斷提高， 必然要對掃描電子顯微鏡的性能提出更高的要求。
在掃描電子顯微鏡中，電子源的性能對于掃描電子顯微鏡的分辨率有最直 接的影響。目前，具有較高分辨率的掃描電子顯微鏡多采用肖特基型熱場發(fā)射 電子源。對于這種電子源，抽取電壓為其性能的主要決定因素，目前使用的抽 取電壓一般小于8 000V。
磁透鏡的色差大小反比于電子束的能量大小，在電子束能量低的時候，色 差就會非常大。傳統(tǒng)的掃描電子顯微鏡采用很高的加速電壓(大于20 000v)， 才能達到納米級的分辨率。但是高能電子束會導(dǎo)致高阻樣品上電荷積累、破壞 某些樣品的結(jié)構(gòu)等問題。為了解決這些問題，目前一種做法，如美國專利 4926054和6194729所述，是在電子束進入一個高壓管時將其加速，在此高壓 管內(nèi)維持較高的恒定速度，在到達樣品前，通過減速裝置調(diào)節(jié)到所需的著陸能
目前的掃描電子顯微鏡中普遍使用的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由一個磁偏轉(zhuǎn)器或者多個磁 偏轉(zhuǎn)器組成，磁偏轉(zhuǎn)器與靜電偏轉(zhuǎn)器相比，其偏轉(zhuǎn)像差要小于后者，但由于線 圈電感和鐵芯渦流的影響，磁偏轉(zhuǎn)器的掃描速度要遠遠小于后者，不能實現(xiàn)快 速掃描樣品。而采用靜電偏轉(zhuǎn)器可以大大提高成像效率。
在Klaus D. Manzke等人的美國專利4330707中描述了一種掃描電子顯微 鏡。此專利中的掃描電子顯微鏡使用了一個高壓管來維持電子高速，軸向物鏡 (axial gap lens)和磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)進行聚焦和偏轉(zhuǎn)。這種掃描電子顯微鏡結(jié)構(gòu)具 有諸多不利，例如，著陸能量可調(diào)范圍比較小，軸向物鏡的像差系數(shù)偏大，所 得到的偏轉(zhuǎn)視場小，掃描速度慢，并且由于減速電極與樣品始終保持相同電勢， 導(dǎo)致初始電子束與樣品所產(chǎn)生的二次電子和背散射電子不易區(qū)分，從而不易單 獨觀測背散射電子的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種可以快速獲得低色差、高分辨、大視場樣品 圖像的掃描電子顯微鏡。
根據(jù)本發(fā)明，掃描電子顯微鏡具有 一個電子源，包括一個陰極，以產(chǎn)生 一次電子， 一個陽極以加速所述陰極發(fā)出的所述一次電子至所述陽極電勢；一 個高壓管系統(tǒng)，包括上高壓管和下高壓管兩個部分，二者由不同的電源供電；一 個光闌選擇裝置，以選擇不同的一次電子束電流； 一個閃爍體探測器系統(tǒng)，以 探測樣品在所述一次電子束照射下發(fā)出的二次電子及背散射電子； 一個物鏡聚 焦系統(tǒng)，以會聚所述一次電子到所述樣品上； 一個電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)， 以偏轉(zhuǎn)所述一次電子； 一個屏蔽電極，位于物鏡和所述樣品之間； 一個樣品臺。
本發(fā)明提供了一個氧化鋯/鎢熱場發(fā)射電子源，所述氧化鋯/鴇熱場發(fā)射電子 源在結(jié)構(gòu)上只有陰極和陽極；所述陰極和所述陽極之間電勢差恒定，其為電子 抽取電勢差，由一個固定高壓電源17提供，其值為10 000 30 000V之間的某
個恒定值，此恒定電子抽取電勢差遠遠大于目前其它儀器中氧化鋯/鉤熱場發(fā)射
電子源的使用值(一般小于8 000V);而所述陰極電勢，根據(jù)所述樣品所需著 陸能量的大小，通過設(shè)置一個可調(diào)高壓電源18來實現(xiàn)，所述可調(diào)高壓電源18 的范圍為0 30 000V。
本發(fā)明中的電子源與以往氧化鋯/鎢熱場發(fā)射電子源區(qū)別在于，以往普遍使
用的氧化鋯/鎢熱場發(fā)射電子源結(jié)構(gòu)包括一個陰極， 一個吸取極和一個陽極，一 次電子是在陰極與吸取極之間強電場的作用下發(fā)射出來的，二者的電勢差一般
為2000~5000V;當一次電子從陰極發(fā)射出來以后，再通過陽極將一次電子加 速到所需電勢。
本發(fā)明中電子源在結(jié)構(gòu)上以及抽取電壓的變化，使得所用的氧化鋯/鉤熱場
發(fā)射電子源與以往氧化鋯/鎢熱場發(fā)射電子源相比具有這樣的優(yōu)點使發(fā)射出來
的一次電子束具有更高的亮度和更小的能量散布。
本發(fā)明提供了一個高壓管系統(tǒng)，所述高壓管系統(tǒng)包括上高壓管和下高壓管 兩個部分，分別由獨立高壓電源供電。所述一次電子束在所述高壓管系統(tǒng)內(nèi)保 持較高的能量，這樣可以有效減小電子間相互作用，減小所述一次電子束的能
量分散。所述上高壓管電勢和所述陽極電勢一樣，由所述固定高壓電源17和所 述可調(diào)高壓電源18決定，所述下高壓管電勢由一個可調(diào)高壓電源19決定，所 述可調(diào)高壓電源19的變化范圍是0~15 000V。
所述上下高壓管可以是同樣孔徑，以縫隙隔開，也可以是其中一個的外徑 小于另一個的內(nèi)徑，并伸入后者一些，所述上下高壓管交接處可以位于所述閃 爍體探測器系統(tǒng)上方，也可以位于所述電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)的上方。
本發(fā)明提供了一個光闌選擇裝置，位于所述陽極與所述上高壓管的下端面
之間；此結(jié)構(gòu)相比于以往技術(shù)的優(yōu)點在于由于所述陰極與所述上高壓管之間
的電勢差恒定，所以， 一次電子束在所述上高壓管內(nèi)的能量保持恒定，無論所 述一次電子束在樣品上的著陸能量如何調(diào)整，光闌的選擇裝置不需要做任何變 化，這樣的結(jié)構(gòu)極大地簡化了本發(fā)明的掃描電子顯微鏡的操作。
本發(fā)明提供了一個閃爍體探測器系統(tǒng)，位于所述下高壓管內(nèi)，采用閃爍體、 光波導(dǎo)、光電倍增管結(jié)構(gòu)。閃爍體形狀為環(huán)狀，分成四片，圍繞系統(tǒng)光軸分布， 用于探測樣品上被電子束照射處向不同方向發(fā)出的二次電子和背散射電子，然 后通過四組獨立的光波導(dǎo)、光電倍增管，得到四組獨立信號，這四組信號可以 獨立成像，也可以通過圖形處理得到合成的圖像。這種合成的圖像比單個探測
器得到的圖像，能更好的反應(yīng)樣品的形貌，包含更多三維信息。
本發(fā)明中的閃爍體探測器系統(tǒng)與所述下高壓管電勢一致，本發(fā)明中的電子
顯微鏡正常工作時，所述下高壓管比所述樣品的電勢高10 000H5 000V，保證 了所述樣品在所述一次電子束照射下產(chǎn)生的二次電子及背散射電子可以加速到 高于閃爍體響應(yīng)閾值的能量，從而所述閃爍體探測器系統(tǒng)可以很好的探測到所 述二次電子及所述背散射電子信號。
本發(fā)明提供了一個物鏡聚焦系統(tǒng)，包括一個側(cè)極靴物鏡和一個屏蔽電極。 所述屏蔽電極由軟磁材料制成，位于所述側(cè)極靴物鏡和所述樣品之間，與所述 側(cè)極靴物鏡共同構(gòu)成物鏡聚焦系統(tǒng)，以縮短工作距離，減小像差。所述屏蔽電 極為環(huán)形結(jié)構(gòu)，具有屏蔽磁場和減速所述一次電子束的作用。
所述屏蔽電極與所述樣品臺構(gòu)成減速裝置，所述減速裝置與所述下高壓管 的下端面構(gòu)成了靜電聚焦透鏡。所述樣品電勢相對于地電勢在-3000 3000V之 間，所述屏蔽電極相對所述樣品電勢變化范圍是-3000 3000V，以減速所述一 次電子束，同時可以加速或抑制樣品上發(fā)出的二次電子。
本發(fā)明提供了一個電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)，所述的電磁復(fù)合偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng) 具有至少兩個磁偏轉(zhuǎn)器和一個環(huán)形多極靜電偏轉(zhuǎn)器。所述磁偏轉(zhuǎn)器，位于所述 下高壓管和所述側(cè)極靴物鏡之間，配合使用以實現(xiàn)慢速、高精度小視場掃描； 所述環(huán)形多極靜電偏轉(zhuǎn)器位于所述側(cè)極靴物鏡聚焦磁場中，采用高頻的靜電偏 轉(zhuǎn)信號，其偏轉(zhuǎn)場與所述聚焦磁場構(gòu)成了聚焦偏轉(zhuǎn)復(fù)合場，以實現(xiàn)快速和高分
辨大視場掃描。
所述屏蔽電極和所述環(huán)形多極靜電偏轉(zhuǎn)器也可以由一個減速偏轉(zhuǎn)電極來實 現(xiàn)。所述減速偏轉(zhuǎn)電極為環(huán)形多極結(jié)構(gòu)，由軟磁材料制成，與所述側(cè)極靴物鏡 共同構(gòu)成物鏡聚焦系統(tǒng)，同時減速所述一次電子束，還可起到靜電偏轉(zhuǎn)器作用， 偏轉(zhuǎn)所述一次電子束。所述減速偏轉(zhuǎn)電極的作用也可以由一個帶環(huán)狀鐵芯的磁 偏轉(zhuǎn)器來實現(xiàn)。
本發(fā)明中的掃描電子顯微鏡由于采用了高抽取電壓的氧化鋯/鉤熱場發(fā)射
電子源、高壓管系統(tǒng)和聚焦偏轉(zhuǎn)復(fù)合場技術(shù)，具有很低的色差，可以觀察較大 的樣品區(qū)域，能得到高分辨的樣品圖像。


圖1表示本發(fā)明的掃描電子顯微鏡的第一個例子構(gòu)造的概略圖
圖2表示本發(fā)明的掃描電子顯微鏡的第二個例子構(gòu)造的概略圖 圖3表示本發(fā)明的掃描電子顯微鏡的第三個例子構(gòu)造的概略圖 圖4表示本發(fā)明的掃描電子顯微鏡沒有壓縮透鏡情況的局部概略圖
具體實施例方式
圖1表示本發(fā)明的掃描電子顯微鏡的第一個例子。 一種掃描電子顯微鏡，
其中具有 一個電子源，包括一個陰極l，以產(chǎn)生一次電子， 一個陽極3以加速 陰極l發(fā)出的一次電子至陽極電勢；壓縮透鏡6，以調(diào)整一次電子束； 一個光闌
選擇裝置4，以選擇不同的電子束電流； 一個高壓管系統(tǒng)，包括上高壓管8a和 下高壓管8b兩個部分，二者由不同的電源供電； 一個閃爍體探測器系統(tǒng)，包括 閃爍體9，光波導(dǎo)IO，光電倍增管ll，以探測樣品在一次電子束照射下發(fā)出的 二次電子及背散射電子； 一個側(cè)極靴物鏡12，以會聚一次電子到樣品上； 一個 電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)，包括兩個磁偏轉(zhuǎn)器14a和Mb，以及一個環(huán)形多極 靜電偏轉(zhuǎn)器14c，以偏轉(zhuǎn)一次電子； 一個屏蔽電極15，位于側(cè)極靴物鏡12和 樣品臺16之間； 一個樣品臺16。
本例的掃描電子顯微鏡的電子源為氧化鋯/鎢熱場發(fā)射電子源。該電子源包 括一個陰極1和一個陽極3，陰極1用以發(fā)射一次電子，陽極3用以加速陰極1 發(fā)出的電子至陽極電勢；陰極1和陽極3之間電勢差恒定，為抽取電勢差，其 由固定高壓電源17提供，固定高壓電源17的值為10 000-30 OOOV之間的某 個恒定值；根據(jù)著陸能量的大小不同，陰極1的電勢，通過設(shè)置可調(diào)高壓電源 18來實現(xiàn)，可調(diào)高壓電源18的變化范圍是0 30 000V。
陽極3和上高壓管8a的上端連接在一起，二者的電勢保持一致，由固定高 壓電源17和可調(diào)高壓電源18決定。上高壓管8a和下高壓管8b均采用陶瓷管 內(nèi)壁鍍金屬的結(jié)構(gòu)，或者是外部具有絕緣陶瓷的金屬管結(jié)構(gòu)；上高壓管8a穿過 壓縮透鏡6的極靴孔。
壓縮透鏡6用于調(diào)整發(fā)散的一次電子束。
本例中的光闌選擇裝置4位于陽極3與上高壓管8a的下端面之間某一位 置。根據(jù)樣品觀測需要的不同，可通過光闌選擇裝置4選擇大小不同的光闌5。 由于陰極l與上高壓管8a之間的電勢差恒定，所以，無論一次電子束在樣品上 的著陸能量如何調(diào)整， 一次電子束在上高壓管8a里面運行的速度是不變的，從 而光闌選擇裝置4就不需要做任何變化；這樣，不僅避免了在光闌5調(diào)整過程 中引入更多離軸像差，而且極大地簡化了本發(fā)明的掃描電子顯微鏡的操作。
上高壓管8a和下高壓管8b可以是同樣孔徑，以縫隙隔開，也可以是其中 一個的外徑小于另一個的內(nèi)徑，并伸入后者一些，上高壓管8a和下高壓管8b 交接處可以位于閃爍體探測器系統(tǒng)上方，也可以位于側(cè)極靴物鏡12內(nèi)部磁偏轉(zhuǎn) 器14a的上方。
本例中的閃爍體探測器系統(tǒng)，位于所述下高壓管8b內(nèi)，包括閃爍體9、光 波導(dǎo)10、光電倍增管11。閃爍體形狀為環(huán)狀，分成四片，圍繞系統(tǒng)光軸2分布， 每一片獨立探測不同區(qū)域或樣品上不同方向發(fā)出的二次電子和背散射電子，然 后通過四組獨立的光波導(dǎo)10、光電倍增管ll，得到四組獨立信號，這四組信號 可以獨立成像，也可以通過圖形處理得到合成的圖像。這種合成的圖像比單個 探測器得到的圖像，能更好的反應(yīng)樣品的形貌，包含更多三維信息。
本例中的閃爍體探測器系統(tǒng)與下高壓管8b電勢一致，在電子顯微鏡正常工 作時，下高壓管8b比樣品臺16的電勢高10 000~15 000V，保證了樣品在一 次電子束照射下產(chǎn)生的二次電子及背散射電子可以加速到高于閃爍體9響應(yīng)閾 值的能量，從而閃爍體探測器系統(tǒng)可以很好的探測到二次電子及背散射電子信 號。
本例中的物鏡聚焦系統(tǒng)，包括一個側(cè)極靴物鏡12和一個屏蔽電極15。屏 蔽電極15由軟磁材料制成，位于側(cè)極靴物鏡12和樣品臺16之間，與側(cè)極靴物 鏡12共同構(gòu)成物鏡聚焦系統(tǒng)，以縮短工作距離，減小像差。屏蔽電極15為環(huán) 形結(jié)構(gòu)，具有屏蔽磁場和減速一次電子束的作用。物鏡聚焦系統(tǒng)的軸上磁感應(yīng)
強度分布比較集中，且磁感應(yīng)強度曲線非常陡峭，將一次電子聚焦于樣品上時 具有非常小的像差；而屏蔽電極15則能有效地遏制樣品對側(cè)極靴透鏡12所產(chǎn) 生的磁場的影響，并且對導(dǎo)電性能較差的樣品，有著很好的保護作用。
本例中的下高壓管8b從側(cè)極靴物鏡12的極靴孔處穿過，并在底端形成一 個環(huán)面，該環(huán)面和屏蔽電極15以及樣品臺16—起組成了一個靜電聚焦透鏡； 該靜電聚焦透鏡同樣對一次電子束起到會聚作用。
本例中的樣品臺16由可調(diào)高壓電源20供電，可調(diào)高壓電源20的變化范圍 是-3000~3 000V;屏蔽電極15相對樣品臺16電勢變化范圍是-3 000~3 000V， 由一個可調(diào)高壓電源21供電。通過可調(diào)高壓電源20的供電，屏蔽電極15與樣 品臺16組成了一個減速裝置，此減速裝置可將一次電子束降到樣品檢測所需要 的著陸能量。由上可知，樣品所需的著陸能量由可調(diào)電壓源18和20決定。
在著陸能量確定的情況下，調(diào)整可調(diào)高壓電源21，可以控制二次電子的產(chǎn) 出量，并且還可以分別得到樣品的二次電子圖像和背散射電子圖像；例如，當 屏蔽電極15相對于樣品臺16的電勢為-2 000 -3 000V時，可以阻止樣品上發(fā) 出的二次電子到達閃爍體9，只有背散射電子才能被下高壓管8b加速，并被閃 .爍體探測器系統(tǒng)檢測到。
本例中的電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)，具有兩個磁偏轉(zhuǎn)器14a和14b，以及 一個環(huán)形多極靜電偏轉(zhuǎn)器14c。兩個磁偏轉(zhuǎn)器14a和14b，位于下高壓管8b 和側(cè)極靴物鏡12之間；環(huán)形多極靜電偏轉(zhuǎn)器14c位于側(cè)極靴物鏡12極靴與屏 蔽電極15之間，如圖1所示。
本例中的兩個磁偏轉(zhuǎn)器14a和14b配合使用，通過優(yōu)化兩個磁偏轉(zhuǎn)器的位 置、形狀和角度，可以大大地減少由于電子束偏離光軸2所導(dǎo)致的偏轉(zhuǎn)像差，
從而極大的改善分辨率，所以磁偏轉(zhuǎn)器14a和14b組合起來可以實現(xiàn)對樣品的 慢速、高精度的小視場掃描；環(huán)形多極靜電偏轉(zhuǎn)器Mc的掃描信號為高頻偏轉(zhuǎn) 信號，從而可以實現(xiàn)對樣品的高速掃描，提高掃描電子顯微鏡的工作效率；又 由于此靜電偏轉(zhuǎn)器14c位于側(cè)極靴物鏡12的軸上磁感應(yīng)強度峰值附近，形成了 聚焦偏轉(zhuǎn)復(fù)合場，具有較小偏轉(zhuǎn)像差，能夠?qū)悠愤M行高分辨大視場掃描，所 以，可通過環(huán)形多極靜電偏轉(zhuǎn)器14c來實現(xiàn)對樣品的快速和高分辨大視場掃描。 在觀測樣品的時候，可以采用不同的掃描方式?？蛇x用環(huán)形多極靜電偏轉(zhuǎn) 器14c來對樣品進行快速、高分辨大視場掃描；也可選用兩個磁偏轉(zhuǎn)器14。和 14b進行局部高精度掃描。從而，所述電磁復(fù)合偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)可以滿足各種用 途的使用需求。
圖2表示本發(fā)明的掃描電子顯微鏡的第二個例子。此例中使用一個減速偏 轉(zhuǎn)電極22來實現(xiàn)第一例中的環(huán)形多極靜電偏轉(zhuǎn)器14c和屏蔽電極15的作用， 減速偏轉(zhuǎn)電極22由軟磁材料制成，為環(huán)形多極結(jié)構(gòu)，位于側(cè)極靴物鏡12和樣 品臺16之間。減速偏轉(zhuǎn)電極22與側(cè)極靴物鏡12共同構(gòu)成物鏡聚焦系統(tǒng)，該物 鏡聚焦系統(tǒng)軸上磁感應(yīng)強度分布只有一個峰，與普通的側(cè)極靴物鏡12—樣，但 同樣物鏡激勵下，其峰值更大，且該物鏡聚焦系統(tǒng)主平面比只有一個側(cè)極靴物 鏡12時離樣品更近，縮短了工作距離，減小像差。
減速偏轉(zhuǎn)電極22與樣品臺16構(gòu)成減速裝置，樣品電勢在-3 000~3 000V 之間，減速偏轉(zhuǎn)電極22電勢變化范圍相對于樣品臺16電勢為-3 000~3 OOOV， 以減速一次電子束，同時可以加速或抑制樣品上發(fā)出的二次電子。
減速偏轉(zhuǎn)電極22同時疊加有高頻偏轉(zhuǎn)信號，可以快速掃描樣品，其偏轉(zhuǎn)場 和聚焦磁場重疊在一起，形成了聚焦掃描復(fù)合場，具有較小偏轉(zhuǎn)像差，能夠?qū)?樣品進行高分辨大視場掃描。所以，可通過減速偏轉(zhuǎn)電極22來實現(xiàn)對樣品的快 速和高分辨大視場掃描。
圖3表示本發(fā)明的掃描電子顯微鏡的第三個例子。與第二例不同的是，本 例中利用帶環(huán)狀鐵芯的磁偏轉(zhuǎn)器23來實現(xiàn)減速偏轉(zhuǎn)電極22的作用。
圖4表示本發(fā)明的掃描電子顯微鏡的另外一種情況。當本發(fā)明的掃描電子
顯微鏡主要使用于高的著陸能量的時候，壓縮透鏡6可以省略掉；在這種工作
條件下，上高壓管8a和下高壓管8b之間會形成很強的聚焦靜電場，此聚焦靜 電場會起到壓縮透鏡6的作用，且其強度可通過對可調(diào)高壓電源18和19的調(diào) 節(jié)加以控制。在此情況下， 一次電子束完全就可以由所述靜電聚焦電場來進行 調(diào)整。
以上，對本發(fā)明進行了說明，但是本發(fā)明并不限定于上述的情況，本領(lǐng)域 技術(shù)人員容易理解可在專利的技術(shù)方案所記載的發(fā)明的范圍內(nèi)進行各種變更。
權(quán)利要求
1. 一種掃描電子顯微鏡，其中具有一個電子源，包括一個陰極，以產(chǎn)生一次電子，一個陽極以加速所述陰極發(fā)出的一次電子至所述陽極電勢；一個高壓管系統(tǒng)，包括上高壓管和下高壓管兩個部分，二者由不同的電源供電；一個光闌選擇裝置，以選擇不同的電子束電流；一個閃爍體探測器系統(tǒng)，以探測樣品在所述一次電子束照射下發(fā)出的二次電子及背散射電子；一個物鏡聚焦系統(tǒng)，以會聚所述一次電子到樣品上；一個電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)，以偏轉(zhuǎn)所述一次電子；一個屏蔽電極，位于物鏡和樣品之間；一個樣品臺；其中所述上高壓管和所述陽極的電勢相同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的掃描電子顯微鏡，其特征在于，所述電子源為氧化鋯/鎢熱場發(fā)射電子源，所述氧化鋯/鎢熱場發(fā)射電子源在 結(jié)構(gòu)上含有陰極和陽極，所述陰極和陽極之間電勢差的值為10 000~30 000V 之間某一恒定值，所述陰極電勢相對于地電勢，變化范圍是0 30 000V。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述上高壓管和下高壓管各自由不同電源供電，可具有相同或不同的電勢，下高壓管相對于地電勢一直為正的高電勢，其變化范圍是0 15 000V。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述上下高壓管可以是同樣孔徑，以縫隙隔開，也可以是其中一個的外徑小于另一個的內(nèi)徑，并伸入后者一些，上下高壓管交接處可以位于所述閃爍體 探測器系統(tǒng)上方，也可以位于所述電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)的上方。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述光闌選擇裝置，位于所述陽極與所述上高壓管的下端面之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述閃爍體探測器系統(tǒng)，包括4個獨立的閃爍體探測器，圍繞系統(tǒng)光軸分布，以探測不同區(qū)域或樣品上不同方向發(fā)出的二次電子和背散射電子。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1和6的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述閃爍體探測器系統(tǒng)位于所述下高壓管內(nèi)，和所述下高壓管電勢保持一致。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述屏蔽電極位于側(cè)極靴物鏡和所述樣品之間，由軟磁材料制成，與所述側(cè)極靴物鏡共同構(gòu)成物鏡聚焦系統(tǒng)，以縮短工作距離，減小像差。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述屏蔽電極與所述樣品臺構(gòu)成減速裝置，樣品臺電勢在-300O3 000V之間，所述屏蔽電極相對所述樣品臺電勢變化范圍是-3 000 3 000V，以減速所述 一次電子束，同時可以加速或抑制所述樣品上發(fā)出的二次電子。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1和9的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述減速裝置與所述下高壓管的下端面構(gòu)成了靜電聚焦透鏡。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 采用了電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)，所述的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)具有至少兩個磁偏轉(zhuǎn)器和一個靜電偏轉(zhuǎn)器；其中，所述的至少兩個磁偏轉(zhuǎn)器配合使用來實現(xiàn)慢速、 高精度的小視場掃描；所述的一個靜電偏轉(zhuǎn)器來實現(xiàn)快速和高分辨大視場掃描。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)中，所采用的磁偏轉(zhuǎn)器在所述側(cè)極靴物鏡與所述下高壓管之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述靜電偏轉(zhuǎn)器在所述側(cè)極靴物鏡的下極靴和所述屏蔽電極之間。
14. 一種掃描電子顯微鏡，其中具有一個電子源，包括一個陰極，以產(chǎn)生一次電子， 一個陽極以加速所述陰極 發(fā)出的一次電子至所述陽極電勢；一個高壓管系統(tǒng)，包括上高壓管和下高壓管兩個部分，二者由不同的電源 供電；一個光闌選擇裝置，以選擇不同的電子束電流；一個閃爍體探測器系統(tǒng)，以探測樣品在所述一次電子束照射下發(fā)出的二次電子及背散射電子；一個物鏡聚焦系統(tǒng)，以會聚所述一次電子到樣品上； 一個電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)，以偏轉(zhuǎn)所述一次電子； 一個減速偏轉(zhuǎn)電極，位于物鏡和樣品之間； 一個樣品臺；其中所述陽極和所述上高壓管的電勢相同。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的掃描電子顯微鏡，其特征在于，所述電子源為氧化鋯/鎢熱場發(fā)射電子源，所述氧化鋯/鎢熱場發(fā)射電子源在 結(jié)構(gòu)上只有陰極和陽極，所述陰極和陽極之間電勢差的值為10 000~30 000V 之間某一恒定值，所述陰極電勢相對于地電勢，變化范圍是0 30 000V。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述上高壓管和下高壓管各自由不同電源供電，可具有相同或不同的電勢，下高壓管相對于地電勢一直為正的高電勢，其變化范圍是0H5 000V。
17. 根據(jù)權(quán)利要求M的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述上下高壓管可以是同樣孔徑，以縫隙隔開，也可以是其中一個的外徑小于另一個的內(nèi)徑，并伸入后者一些，上下高壓管交接處可以位于所述閃爍體 探測器系統(tǒng)上方，也可以位于所述電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)的上方。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述光闌選擇裝置，位于所述陽極與所述上高壓管的下端面之間。
19. 根據(jù)權(quán)利要求l的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述閃爍體探測器系統(tǒng)，包括4個獨立的閃爍體探測器，圍繞系統(tǒng)光軸分 布，以探測不同區(qū)域或樣品上不同方向發(fā)出的二次電子和背散射電子。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1和6的掃描電子顯微鏡，其特征在于所述閃爍體探測器系統(tǒng)位于所述下高壓管內(nèi)，和所述下高壓管電勢保持一致。
21. 根據(jù)權(quán)利要求14的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)包括至少兩個磁偏轉(zhuǎn)器，配合使用來實現(xiàn)慢速、高精度的小視場掃描； 一個減速偏轉(zhuǎn)電極，為環(huán)狀多極結(jié)構(gòu)，在實現(xiàn)所述 一次電子減速的同時，還可以對所述樣品實現(xiàn)快速和高分辨大視場掃描。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的掃描電子顯微鏡，其特征在于，所述電磁復(fù)合的偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)中，所采用的磁偏轉(zhuǎn)器在所述側(cè)極靴物鏡與所述下高壓管之間。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述減速偏轉(zhuǎn)電極在所述側(cè)極靴物鏡的下極靴和所述樣品之間。
24. 根據(jù)權(quán)利要求14的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述減速偏轉(zhuǎn)電極由軟磁材料制成，與所述側(cè)極靴物鏡共同構(gòu)成物鏡聚焦系統(tǒng)，以縮短工作距離，減小像差。
25. 根據(jù)權(quán)利要求14的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述減速偏轉(zhuǎn)電極與所述樣品臺構(gòu)成減速裝置，所述樣品臺電勢在-3000-3000V之間，所述減速偏轉(zhuǎn)電極的電勢變化范圍相對于所述樣品臺電勢為 -3000~3000V，以減速所述一次電子束，同時可以加速或抑制樣品上發(fā)出的二 次電子。
26. 根據(jù)權(quán)利要求14的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 由一個帶環(huán)狀鐵芯的磁偏轉(zhuǎn)器來實現(xiàn)減速偏轉(zhuǎn)作用，所述環(huán)狀鐵芯同時與所述側(cè)極靴物鏡共同構(gòu)成物鏡聚焦系統(tǒng)，以縮短工作距離，減小像差。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26的掃描電子顯微鏡，其特征在于， 所述帶環(huán)狀鐵芯的磁偏轉(zhuǎn)器與所述樣品臺構(gòu)成減速裝置，所述樣品臺電勢在-3 000~3 000V之間，所述帶環(huán)狀鐵芯的磁偏轉(zhuǎn)器電勢變化范圍相對于所述樣 品臺電勢為-3 000 3 000V，以減速所述一次電子束，同時可以加速或抑制所述 樣品上發(fā)出的二次電子。
全文摘要
一種掃描電子顯微鏡，具有電子源，其陰極和陽極保持恒定的高抽取電壓，可以得到高亮度、低能散的一次電子束；一個高壓管系統(tǒng)，包含上高壓管和下高壓管，二者獨立供電，使一次電子在其內(nèi)部具有高能量，減小電子間相互作用；一個物鏡聚焦系統(tǒng)和減速裝置，將一次電子束以特定著陸能量聚焦于樣品上；偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)含有一個環(huán)形多極的靜電偏轉(zhuǎn)器，其靜電偏轉(zhuǎn)器位于聚焦磁場內(nèi)，形成聚焦偏轉(zhuǎn)復(fù)合場，具有更小的偏轉(zhuǎn)像差，可以對樣品進行快速高分辨大視場成像。
文檔編號H01J37/28GK101388317SQ200810085128
公開日2009年3月18日 申請日期2008年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者巖 任, 何福民, 盧志剛, 峰 曹, 瑜 郭, 郭小立, 陳仲偉 申請人:北京威孚物理科技有限公司