一種掃描聚焦系統的制作方法
本實用新型涉及掃描電子顯微鏡領域，尤其涉及一種掃描聚焦系統。
背景技術：
掃描電子顯微鏡作為20世紀60年代出現的觀測儀器，已廣泛應用于半導體制造、材料科學、生命科學等各個領域。與光學顯微鏡相比，由于掃描電子顯微鏡中的電子經加速后具有比光子更高的能量，并且根據德布羅意的物質波理論，電子所具有的波長遠小于光波長，因此掃描電子顯微鏡具有比光學顯微鏡更高的分辨率；但是，掃描電子顯微鏡具有掃描范圍小、成像速度相對較慢的缺點。
在半導體工業領域，為了提高集成電路、內存器件等半導體器件的產出效率及可靠性，在生產器件過程中對器件可能存在的缺陷檢測就顯得尤為重要。隨著半導體工藝的發展，電子器件的尺寸也越來越小，小于20nm線工藝也已經實行；因此對電子器件檢測儀器(如掃描電子顯微鏡)的分辨率要求不斷提高，同時對電子器件檢測儀器的掃描速度要求也越來越高。
掃描電子顯微鏡的分辨率、掃描場大小及掃描速度由掃描電子顯微鏡中的掃描聚焦系統決定；為了提高掃描電子顯微鏡的分辨率，可通過可變軸物鏡聚焦系統和浸沒式物鏡聚焦系統來減小掃描電子顯微鏡中掃描聚焦系統的像差。另外，過高能量的電子照射到樣品、尤其是生物樣品時，會對樣品造成損壞；掃描聚焦系統中的電子減速結構能夠使電子照射到樣品上的落點能量小于3KeV，也能夠起到減小像差的作用。因此，如何實現掃描電子顯微鏡在具有大掃描場和高分辨率的同時，能夠保持電子的落點能量小于3KeV是亟需解決的問題。
技術實現要素：
有鑒于此，本實用新型實施例期望提供一種掃描聚焦系統，能夠實現應用所述掃描聚焦系統的掃描電子顯微鏡兼具大掃描場和高分辨率的同時，保持電子的落點能量小于3KeV。
本實用新型實施例的技術方案是這樣實現的：
本實用新型實施例提供一種掃描聚焦系統，所述系統包括：電子源、電子加速結構、聚焦結構、偏轉結構、電子減速結構和高壓控制結構；其中，
所述電子源，用于產生電子束；
所述電子加速結構，用于對所述電子源產生的電子束進行加速；
所述聚焦結構，用于對加速后的電子束進行聚焦；
所述偏轉結構，用于對聚焦后的電子束進行偏轉掃描；
所述電子減速結構，用于產生一減速場，對經偏轉掃描后的電子束進行減速；
所述高壓控制結構，用于控制所述電子源、所述電子加速結構和所述電子減速結構的電壓。
上述方案中，所述系統還包括：探測結構，用于對電子束作用于樣品后產生的信號電子進行探測。
上述方案中，所述電子加速結構為一陽極。
上述方案中，所述電子減速結構包括：第一電極和第二電極，所述第二電極與樣品連接。
上述方案中，所述偏轉結構包括：第一電偏轉器和第二電偏轉器。
上述方案中，所述高壓控制結構，用于控制所述電子源電壓-V0的值為：-30KV≤-V0≤-10KV；
控制所述電子加速結構的電壓值為0；
控制所述第一電極和所述第二電極的電壓值均為-V0+V，0V≤V≤3KV。
上述方案中，所述電子加速結構為高壓管中的第三電極。
上述方案中，所述電子減速結構包括：第五電極、第六電極和所述高壓管中的第四電極，所述第六電極與樣品連接。
上述方案中，所述偏轉結構包括：第一磁偏轉器和第二磁偏轉器。
上述方案中，所述高壓控制結構，用于控制所述電子源電壓-V0的值為：-3KV≤-V0≤0V；
控制所述第三電極和所述第四電極的電壓+V2的值為10KV≤+V2≤30KV；
控制所述第五電極和所述第六電極的電壓值均為0。
上述方案中，所述第五電極與所述聚焦結構中外極靴的高度相同，所述第五電極與所述聚焦結構中外極靴的水平間距可調。
本實用新型實施例所提供的掃描聚焦系統，所述系統包括：電子源、電子加速結構、聚焦結構、偏轉結構、電子減速結構和高壓控制結構；其中，所述電子源，用于產生電子束；所述電子加速結構，用于對所述電子源產生的電子束進行加速；所述聚焦結構，用于對加速后的電子束進行聚焦；所述偏轉結構，用于對聚焦后的電子束進行偏轉掃描；所述電子減速結構，用于產生一減速場，對經偏轉掃描后的電子束進行減速；所述高壓控制結構，用于控制所述電子源、所述電子加速結構和所述電子減速結構的電壓。如此，通過高壓控制結構控制所述電子源、所述電子加速結構和所述電子減速結構的電壓，使得電子的落點能量小于3KeV；通過調節所述減速結構與所述聚焦結構的間距來調整所述聚焦結構產生的磁場，經所述偏轉結構的作用確定一搖擺式、半浸沒式聚焦場，以提高應用所述掃描聚焦系統的電子顯微鏡的分辨率和掃描場。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例一掃描聚焦系統的組成結構示意圖；
圖2為本實用新型實施例二掃描聚焦系統的組成結構示意圖；
圖3為本實用新型實施例電子束控制方法的處理流程示意圖；
圖4為實現本實用新型實施例電子束控制方法的掃描聚焦系統結構示意圖。
具體實施方式
以下根據說明書附圖以及實施例對本實用新型做進一步的闡述。
實施例一
本實用新型實施例一提供一種掃描聚焦系統，所述掃描聚焦系統100的組成結構，如圖1所示，包括：電子源101、電子加速結構102、聚焦結構104、偏轉結構105、電子減速結構106和高壓控制結構107；其中，
所述電子源101，用于產生電子束；
所述電子加速結構102，用于對所述電子源101產生的電子束進行加速；
所述聚焦結構104，用于對加速后的電子束進行聚焦；
所述偏轉結構105，用于對聚焦后的電子束進行偏轉掃描；
所述電子減速結構106，用于產生一減速場，對經偏轉掃描后的電子束進行減速；
所述高壓控制結構107，用于控制所述電子源101、所述電子加速結構102和所述電子減速結構106的電壓。
本實用新型實施例中，所述電子源101為熱發射電子源或場發射電子源。
本實用新型實施例中，通過所述高壓控制結構107控制所述電子源101電壓-V0的值為：-30KV≤-V0≤-10KV；所述電子加速結構102為一陽極，所述陽極接地，以使所述電子加速結構102的電壓為0；所述電子源101產生的電子束經電子加速結構102進行加速后，沿著光學中心軸線103向下運動。
本實用新型實施例中，所述聚焦結構104為一物鏡，所述聚焦結構104產生的場為半浸沒式，所述聚焦結構104包括：激勵線圈104a、物鏡內極靴104b和物鏡外極靴104c。
本實用新型實施例中，所述偏轉結構105為電偏轉系統，包括第一偏轉裝置105a和第二偏轉裝置105b；所述第一偏轉裝置105a和第二偏轉裝置105b均包括X方向和Y方向的偏轉，因此，所述偏轉結構105能夠實現電子束在樣品上的二維掃描。
本實用新型實施例中，所述第二偏轉裝置105b產生的場與所述聚焦結構104產生的聚焦磁場形成一復合聚焦場，所述復合聚焦場為搖擺式、半浸沒式聚焦場；所述聚焦場對所述遠離光學中心軸線103的電子束進行匯聚，形成匯聚后的電子束；與非浸沒式聚焦場相比，半浸沒式聚焦場的使用效率更高，進而提高了掃描聚焦系統的分辨率；與完全浸沒式聚焦場相比，半浸沒式聚焦場能夠在確保掃描聚焦系統具有一定分辨率的同時，增加掃描聚焦系統的掃描范圍。
由于電偏轉系統具有快速的特點，因此能夠實現掃描聚焦系統的快速掃描。
本實用新型實施例中，所述電子減速結構106包括：第一電極106a和第二電極106b，所述第二電極106b與樣品連接；所述第一電極106a的電壓值為-V1，所述第二電極106b的電壓值為-V2，通過高壓控制結構107控制所述第一電極106a的電壓值-V1、所述第二電極106b的電壓值-V2為：-V1≈-V2≈-V0+V；其中，0V≤V≤3KV；所述第一電極106a和所述第二電極106b共同形成一電場，使得電子束在照射到樣品之前進行減速，以避免高能量的電子在與樣品作用時損壞樣品。
本實用新型實施例中，所述第一電極106a與所述物鏡外極靴104c位于同一高度，能夠減小所述掃描聚焦系統的工作距離，進而提高所述掃描聚焦系統的分辨率；且所述第一電極106a距離所述物鏡外極靴104c的水平間距為d，d的值可根據實際需要靈活調節。所述第一電極106a的材料為導磁材料，可增強物鏡在樣品處的磁場強度，進而減小磁激勵電流；由導磁材料構成的所述第一電極106a可同時控制所述聚焦結構104產生的磁場分布，實現與所述偏轉結構105的匹配。
本實用新型實施例中，通過所述高壓控制結構107控制得到所述電子源101、所述第一電極106a、所述第二電極106b、所述電子加速結構102的電壓值在上述范圍內時，使得照射到樣品上的電子能量小于3KeV；同時，電子減速結構106可以減小掃描聚焦系統的像差，提高掃描聚焦系統的分辨率。
本實用新型實施例中，所述掃描聚焦系統還包括：探測結構108，所述探測結構108用于對電子束作用于樣品后產生的信號電子進行探測；所述探測結構108可以是二次電子探測器或背散射電子探測器。
實施例二
本實用新型實施例二提供一種掃描聚焦系統，所述掃描聚焦系統200的組成結構，如圖2所示，包括：電子源201、電子加速結構202、聚焦結構204、偏轉結構205、電子減速結構206和高壓控制結構207；其中，
所述電子源201，用于產生電子束；
所述電子加速結構202，用于對所述電子源201產生的電子束進行加速；
所述聚焦結構204，用于對加速后的電子束進行聚焦；
所述偏轉結構205，用于對聚焦后的電子束進行偏轉掃描；
所述電子減速結構206，用于產生一減速場，對經偏轉掃描后的電子束進行減速；
所述高壓控制結構207，用于控制所述電子源201、所述電子加速結構202和所述電子減速結構206的電壓。
本實用新型實施例中，所述電子源201為熱發射電子源或場發射電子源，所述電子源電壓值為-V0，且-3KV≤-V0≤0V。
本實用新型實施例中，所述電子加速結構202為高壓管中的第三電極202a；其中，所述高壓管的電壓值+V2的范圍為10KV≤+V2≤30KV，所述高壓管中的所述第三電極的電壓為+V2；所述高壓管的材料為非磁性材料；所述電子源201產生的電子束經電子加速結構202進行加速后，沿著光學中心軸線203向下運動。
本實用新型實施例中，所述聚焦結構204為一物鏡，所述聚焦結構204產生的場為半浸沒式，所述聚焦結構204包括：激勵線圈204a、物鏡內極靴204b和物鏡外極靴204c。
本實用新型實施例中，所述偏轉結構205為磁偏轉系統，包括第一偏轉裝置205a和第二偏轉裝置205b；所述第一偏轉裝置205a和第二偏轉裝置205b均包括X方向和Y方向的偏轉，因此，所述偏轉結構205能夠實現電子束在樣品上的二維掃描；由于磁偏轉系統具有高靈敏度和小像差的特點，因此能夠提高掃描聚焦系統的分辨率。
本實用新型實施例中，所述第二偏轉裝置205b產生的場與所述聚焦結構204產生的聚焦磁場形成一復合聚焦場，所述復合聚焦場為搖擺式、半浸沒式聚焦場；所述聚焦場對所述遠離光學中心軸線203的電子束進行匯聚，形成匯聚后的電子束；與非浸沒式聚焦場相比，半浸沒式聚焦場的使用效率更高，進而提高了掃描聚焦系統的分辨率；與完全浸沒式聚焦場相比，半浸沒式聚焦場能夠在確保掃描聚焦系統具有一定分辨率的同時，增加掃描聚焦系統的掃描范圍。
本實用新型實施例中，所述電子減速結構206包括：第五電極206a、第六電極206b和所述高壓管中的第四電極202b；其中所述第四電極的電壓與所述高壓管的電壓相同；所述第六電極206b與樣品連接，所述第五電極206a和所述第六電極206b的電壓值均為+V1，控制+V1的值極小，僅是大于零。所述第五電極206a、第六電極206b和所述高壓管中的第四電極202b共同形成一電場，使得電子束在照射到樣品之前進行減速，以避免高能量的電子在與樣品作用時損壞樣品。
本實用新型實施例中，所述第五電極206a與所述物鏡外極靴204c位于同一高度，能夠減小所述掃描聚焦系統的工作距離，進而提高所述掃描聚焦系統的分辨率；且所述第五電極206a距離所述物鏡外極靴204c的水平間距為d，d的值可根據實際需要靈活調節。所述第五電極206a的材料為導磁材料，可增強物鏡在樣品處的磁場強度，進而減小磁激勵電流；由導磁材料構成的所述第五電極206a可同時控制所述聚焦結構204產生的磁場分布，實現與所述偏轉結構205的匹配。
本實用新型實施例中，通過所述高壓控制結構207控制得到所述電子源201、所述第五電極206a、所述第六電極206b、所述電子加速結構202的電壓值在上述范圍內時，使得照射到樣品上的電子能量小于3KeV；同時，電子減速結構206可以減小掃描聚焦系統的像差，提高掃描聚焦系統的分辨率。
本實用新型實施例中，所述掃描聚焦系統還包括：探測結構208，所述探測結構208用于對電子束作用于樣品后產生的信號電子進行探測；所述探測結構208可以是二次電子探測器或背散射電子探測器。
實施例三
基于本實用新型實施例一或實施例二的掃描聚焦系統，本實用新型實施例三還提供一種電子束控制方法，結合圖3和圖4所示，所述電子束控制方法的處理流程包括以下步驟：
步驟S101，控制電子源、電子加速結構和電子減速結構的電壓；
具體地，在所述電子加速結構302為一陽極時，通過掃描聚焦系統中的高壓控制結構控制所述電子源301的電壓-V0的值為：-30KV≤-V0≤-10KV；通過高壓控制結構控制所述電子加速結構302的電壓為0；通過高壓控制結構控制所述減速結構中第一電極的電壓值-V1、第二電極的電壓值-V2為：-V1≈-V2≈-V0+V；其中，0V≤V≤3KV；
在所述電子加速結構302為高壓管中的一個電極時，通過掃描聚焦系統中的高壓控制結構控制所述電子源的電壓值為-V0，且-3KV≤-V0≤0V；通過高壓控制結構控制高壓管以及第三、第四電極的電壓值+V2的范圍為10KV≤+V2≤30KV；通過高壓控制結構控制電子減速結構中第五電極和第六電極的電壓值均為+V1，+V1的值極小，僅是大于零；如此，能夠使得照射到樣品上的電子能量小于3KeV；
這里，所述電子源為熱發射電子源或場發射電子源。
步驟S102，所述電子源產生的電子束經所述電子加速結構和偏轉結構中的第一偏轉器沿遠離光學中心軸的方向運動；
這里，所述偏轉結構包括第一偏轉裝置305a和第二偏轉裝置305b，所述偏轉結構可為電偏轉系統或磁偏轉系統；
所述電子加速結構302可為一陽極、或為高壓管中的一個電極。
步驟S103，所述沿遠離光學中心軸方向運動的電子束310經所述偏轉結構中的第二偏轉裝置和聚焦結構后進行匯聚；
這里，所述第二偏轉裝置305b產生的場與所述聚焦結構304產生的聚焦磁場形成一復合聚焦場，所述復合聚焦場為搖擺式、半浸沒式聚焦場306；所述聚焦場對所述遠離光學中心軸線303的電子束進行匯聚，形成匯聚后的電子束307；與非浸沒式聚焦場相比，半浸沒式聚焦場的使用效率更高，進而提高了掃描聚焦系統的分辨率；與完全浸沒式聚焦場相比，半浸沒式聚焦場能夠在確保掃描聚焦系統具有一定分辨率的同時，增加掃描聚焦系統的掃描范圍。
其中，所述第一偏轉裝置305a和第二偏轉裝置305b均包括X方向和Y方向的偏轉，因此所述偏轉結構能夠實現電子束在樣品上的二維掃描。
步驟S104，匯聚后的電子束經所述電子減速結構減速后照射至待測樣品。
所述方法還包括：
步驟S105，對電子束照射至所述待測樣品后產生的信號電子進行探測；
具體地，可以利用二次電子探測器308或背散射電子探測器對電子束作用于待測樣品309后產生的信號電子進行探測。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！