一种扫描电子显微镜及控制方法与流程

本发明涉及带电粒子束仪器设备领域，尤其涉及扫描电子显微镜仪器设备。

背景技术：

1、扫描电子显微镜应用广泛，涉及半导体量检测领域、科学研究领域、工程质量控制领域等等。从大的方面来看，不同的应用场景主要对以下几个方面提出要求：显微镜的视场、分辨率、景深、电子束能量、束流密度、信号电子的类型。

2、例如，随着半导体工艺节点已经到达3nm甚至更小，进一步缩小器件尺寸难度也越来越大，因此半导体制造向三维方向发展，此时要求电子显微镜成像具有高的纵横比（highaspect ratio），同时因为深沟槽底部的信号很难被探测器接受，这就需要入射电子束具有高的束流密度。另一些应用中，被观测样品对高能的电子束敏感，如果使用高能的电子束照射样品，样品就会很容易变形损坏（例如：光刻胶），同时由于高能的电子束会带来严重的荷电效应，影响成像质量，此时都需要使用低能量的电子束对样品进行观测成像。同时在应用中需要根据不同的成像要求使用不同的成像视场和分辨率，同时也根据观测目的的不同使用不同的信号电子进行成像。

3、根据以上分析，对扫描电子显微镜的多功能化提出了更高的要求，能够适应不同的观测样品及成像要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种扫描电子显微镜及控制方法，所述扫描电子显微镜可以工作在三种不同的模式下，满足不同情形下的观测要求。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一方面，本发明提供了一种扫描电子显微镜，包括：

2、电子源，用于产生一电子束；

3、电透镜，用于与电子源之间产生加速汇聚场，增加所述电子束的运动速度并对电子束进行第一次汇聚；

4、第一磁透镜，用于对经所述电透镜的电子束进行第二次汇聚；

5、第二磁透镜，用于对经所述第一磁透镜的电子束进行第三次汇聚；

6、第三磁透镜，用于对经所述第二磁透镜的电子束进行第四次汇聚；

7、维恩过滤器，用于保持电子源产生的电子束不发生偏转，同时使样品产生的信号电子发生偏转并照射到第一探测器上；

8、偏转装置，包括两个磁偏转器和一个电偏转器，位于第三磁透镜内部，与光轴同轴放置，用于改变所述电子束的运动方向；

9、探测器，包括位于第三磁透镜上方的第一探测器和位于第三磁透镜下方的可移动式第二探测器，与所述探测器与光轴同轴放置，用于对样品产生的信号电子进行探测；

10、至少一个光阑，对经过的电子束进行限束；

11、样品台，用于放置被观测样品。

12、优选的，所述电子源为场发射电子源，所述电子源接一可调电压v1，v1的调节范围为-30kv≤v1≤-5kv。

13、优选的，所述电透镜由三个同轴放置的电极板组成，从上向下依次为第一极板、第二极板和第三极板，其中接近电子源的第一电极板为阳极。

14、优选的，所述电透镜的第一极板和第三极板接地，第二极板接一可调电压v2，v2的调节范围为v1≤v2≤0；

15、优选的，第一磁透镜、第二次透镜和第三磁透镜的极靴开口方向均朝向光轴。

16、优选的，所述维恩过滤器位于所述第三磁透镜的内部，所述第一探测器下方，所述偏转装置的上方。

17、优选的，所述偏转装置中的磁偏转器为带磁芯的环形偏转器。

18、优选的，所述偏转装置中的电偏转器由八极或十二极结构柱状偏转电极构成。

19、优选的，所述两个磁偏转器位于第三磁透镜极靴开口上方、维恩过滤器下方，所述电偏转器位于所述第三磁透镜极靴开口处。

20、优选的，所述探测器中的第一探测器可以是半导体探测器或闪烁体光电倍增管探测器。

21、优选的，所述探测器中的第二探测器是可移动式的半导体探测器，可以根据需要插入到第三磁透镜下方或移出。

22、优选的，所述样品台接一可调电压v3，v3的调节范围为v1≤v3≤0。

23、另一方面，本发明还提供了一种扫描电子显微镜控制方法，使用所述控制方法，控制扫描电子显微镜工作在三种不同的模式：模式a、模式b和模式c。

24、优选的，控制扫描电子显微镜工作在模式a，具体包括：

25、对电子源101施加电压v1，v1的范围为-15kv≤v1≤-5kv；

26、对电透镜的第二极板施加电压v2，v2的范围为v1≤v2≤0；

27、对样品台施加电压v3，v3的范围为v1≤v3≤0；

28、控制第三磁透镜中激励线圈电流为0，磁透镜处于未被激励状态；

29、控制偏转装置中的电偏转器处于接地状态，不对电子束产生偏转作用；

30、控制偏转装置中的两个磁偏转器线圈中的电流，对电子束产生偏转作用；

31、可移动第二探测器插入到第三磁透镜下方，探测器中心孔与光学轴线同轴，信号电子通过第一探测器和第二探测器同时成像；

32、控制电透镜、第一磁透镜和第二磁透镜完成电子束聚焦到样品上，实现大视场和大景深观测；

33、该模式下图像的视场大小sa为：1mm≤sa≤5mm。

34、优选的，控制扫描电子显微镜工作在模式b，具体包括：

35、对电子源101施加电压v1，v1的范围为-15kv≤v1≤-5kv；

36、对电透镜的第二极板施加电压v2，v2的范围为v1≤v2≤0；

37、对样品台施加电压v3，v3的范围为v1≤v3≤0；

38、控制第二磁透镜中激励线圈电流为0，磁透镜处于未被激励的状态；

39、控制偏转装置中的电偏转器处于接地状态，不对电子束产生偏转作用；

40、控制偏转装置中的两个磁偏转器线圈中的电流，对电子束产生偏转作用；

41、可移动第二探测器插入到第三磁透镜下方，探测器中心孔与光学轴线同轴，信号电子通过第一探测器和第二探测器同时成像；

42、控制电透镜、第一磁透镜和第三磁透镜完成电子束聚焦到样品上，实现中等视场和高分辨率观测；

43、该模式下的观测视场sb为：30μm≤sb≤1mm。

44、优选的，扫描电子显微镜工作在模式c，该模式下的控制方法为：

45、对电子源101施加电压v1，v1的范围为-30kv≤v1≤-15kv；

46、对电透镜的第二极板施加电压v2，v2的范围为v1≤v2≤0；

47、样品台接地，即控制v3=0；

48、三个磁透镜都处于被激励的状态；

49、控制偏转装置中的两个磁偏转器中激励线圈电流为0，偏转器不对电子束产生偏转作用；

50、对所述偏转装置中的电偏转器施加偏转电压，对电子束产生偏转作用；

51、第三磁透镜下方的可移动式第二探测器处于移出状态，不对信号电子进行探测，使用第一探测器对信号电子进行探测；

52、控制电透镜、第一磁透镜、第二磁透镜和第三磁透镜完成电子束聚焦到样品上，实现小视场、高分辨率和大景深观测；

53、该模式下的观测视场sc为：100nm≤sc≤30μm。