一种扫描聚焦系统的制作方法

本实用新型涉及扫描电子显微镜领域，尤其涉及一种扫描聚焦系统。

背景技术：

扫描电子显微镜作为20世纪60年代出现的观测仪器，已广泛应用于半导体制造、材料科学、生命科学等各个领域。与光学显微镜相比，由于扫描电子显微镜中的电子经加速后具有比光子更高的能量，并且根据德布罗意的物质波理论，电子所具有的波长远小于光波长，因此扫描电子显微镜具有比光学显微镜更高的分辨率；但是，扫描电子显微镜具有扫描范围小、成像速度相对较慢的缺点。

在半导体工业领域，为了提高集成电路、内存器件等半导体器件的产出效率及可靠性，在生产器件过程中对器件可能存在的缺陷检测就显得尤为重要。随着半导体工艺的发展，电子器件的尺寸也越来越小，小于20nm线工艺也已经实行；因此对电子器件检测仪器(如扫描电子显微镜)的分辨率要求不断提高，同时对电子器件检测仪器的扫描速度要求也越来越高。

扫描电子显微镜的分辨率、扫描场大小及扫描速度由扫描电子显微镜中的扫描聚焦系统决定；为了提高扫描电子显微镜的分辨率，可通过可变轴物镜聚焦系统和浸没式物镜聚焦系统来减小扫描电子显微镜中扫描聚焦系统的像差。另外，过高能量的电子照射到样品、尤其是生物样品时，会对样品造成损坏；扫描聚焦系统中的电子减速结构能够使电子照射到样品上的落点能量小于3KeV，也能够起到减小像差的作用。因此，如何实现扫描电子显微镜在具有大扫描场和高分辨率的同时，能够保持电子的落点能量小于3KeV是亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例期望提供一种扫描聚焦系统，能够实现应用所述扫描聚焦系统的扫描电子显微镜兼具大扫描场和高分辨率的同时，保持电子的落点能量小于3KeV。

本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：

本实用新型实施例提供一种扫描聚焦系统，所述系统包括：电子源、电子加速结构、聚焦结构、偏转结构、电子减速结构和高压控制结构；其中，

所述电子源，用于产生电子束；

所述电子加速结构，用于对所述电子源产生的电子束进行加速；

所述聚焦结构，用于对加速后的电子束进行聚焦；

所述偏转结构，用于对聚焦后的电子束进行偏转扫描；

所述电子减速结构，用于产生一减速场，对经偏转扫描后的电子束进行减速；

所述高压控制结构，用于控制所述电子源、所述电子加速结构和所述电子减速结构的电压。

上述方案中，所述系统还包括：探测结构，用于对电子束作用于样品后产生的信号电子进行探测。

上述方案中，所述电子加速结构为一阳极。

上述方案中，所述电子减速结构包括：第一电极和第二电极，所述第二电极与样品连接。

上述方案中，所述偏转结构包括：第一电偏转器和第二电偏转器。

上述方案中，所述高压控制结构，用于控制所述电子源电压-V₀的值为：-30KV≤-V₀≤-10KV；

控制所述电子加速结构的电压值为0；

控制所述第一电极和所述第二电极的电压值均为-V₀+V，0V≤V≤3KV。

上述方案中，所述电子加速结构为高压管中的第三电极。

上述方案中，所述电子减速结构包括：第五电极、第六电极和所述高压管中的第四电极，所述第六电极与样品连接。

上述方案中，所述偏转结构包括：第一磁偏转器和第二磁偏转器。

上述方案中，所述高压控制结构，用于控制所述电子源电压-V₀的值为：-3KV≤-V₀≤0V；

控制所述第三电极和所述第四电极的电压+V₂的值为10KV≤+V₂≤30KV；

控制所述第五电极和所述第六电极的电压值均为0。

上述方案中，所述第五电极与所述聚焦结构中外极靴的高度相同，所述第五电极与所述聚焦结构中外极靴的水平间距可调。

本实用新型实施例所提供的扫描聚焦系统，所述系统包括：电子源、电子加速结构、聚焦结构、偏转结构、电子减速结构和高压控制结构；其中，所述电子源，用于产生电子束；所述电子加速结构，用于对所述电子源产生的电子束进行加速；所述聚焦结构，用于对加速后的电子束进行聚焦；所述偏转结构，用于对聚焦后的电子束进行偏转扫描；所述电子减速结构，用于产生一减速场，对经偏转扫描后的电子束进行减速；所述高压控制结构，用于控制所述电子源、所述电子加速结构和所述电子减速结构的电压。如此，通过高压控制结构控制所述电子源、所述电子加速结构和所述电子减速结构的电压，使得电子的落点能量小于3KeV；通过调节所述减速结构与所述聚焦结构的间距来调整所述聚焦结构产生的磁场，经所述偏转结构的作用确定一摇摆式、半浸没式聚焦场，以提高应用所述扫描聚焦系统的电子显微镜的分辨率和扫描场。

附图说明

图1为本实用新型实施例一扫描聚焦系统的组成结构示意图；

图2为本实用新型实施例二扫描聚焦系统的组成结构示意图；

图3为本实用新型实施例电子束控制方法的处理流程示意图；

图4为实现本实用新型实施例电子束控制方法的扫描聚焦系统结构示意图。

具体实施方式

以下根据说明书附图以及实施例对本实用新型做进一步的阐述。

实施例一

本实用新型实施例一提供一种扫描聚焦系统，所述扫描聚焦系统100的组成结构，如图1所示，包括：电子源101、电子加速结构102、聚焦结构104、偏转结构105、电子减速结构106和高压控制结构107；其中，

所述电子源101，用于产生电子束；

所述电子加速结构102，用于对所述电子源101产生的电子束进行加速；

所述聚焦结构104，用于对加速后的电子束进行聚焦；

所述偏转结构105，用于对聚焦后的电子束进行偏转扫描；

所述电子减速结构106，用于产生一减速场，对经偏转扫描后的电子束进行减速；

所述高压控制结构107，用于控制所述电子源101、所述电子加速结构102和所述电子减速结构106的电压。

本实用新型实施例中，所述电子源101为热发射电子源或场发射电子源。

本实用新型实施例中，通过所述高压控制结构107控制所述电子源101电压-V₀的值为：-30KV≤-V₀≤-10KV；所述电子加速结构102为一阳极，所述阳极接地，以使所述电子加速结构102的电压为0；所述电子源101产生的电子束经电子加速结构102进行加速后，沿着光学中心轴线103向下运动。

本实用新型实施例中，所述聚焦结构104为一物镜，所述聚焦结构104产生的场为半浸没式，所述聚焦结构104包括：激励线圈104a、物镜内极靴104b和物镜外极靴104c。

本实用新型实施例中，所述偏转结构105为电偏转系统，包括第一偏转装置105a和第二偏转装置105b；所述第一偏转装置105a和第二偏转装置105b均包括X方向和Y方向的偏转，因此，所述偏转结构105能够实现电子束在样品上的二维扫描。

本实用新型实施例中，所述第二偏转装置105b产生的场与所述聚焦结构104产生的聚焦磁场形成一复合聚焦场，所述复合聚焦场为摇摆式、半浸没式聚焦场；所述聚焦场对所述远离光学中心轴线103的电子束进行汇聚，形成汇聚后的电子束；与非浸没式聚焦场相比，半浸没式聚焦场的使用效率更高，进而提高了扫描聚焦系统的分辨率；与完全浸没式聚焦场相比，半浸没式聚焦场能够在确保扫描聚焦系统具有一定分辨率的同时，增加扫描聚焦系统的扫描范围。

由于电偏转系统具有快速的特点，因此能够实现扫描聚焦系统的快速扫描。

本实用新型实施例中，所述电子减速结构106包括：第一电极106a和第二电极106b，所述第二电极106b与样品连接；所述第一电极106a的电压值为-V₁，所述第二电极106b的电压值为-V₂，通过高压控制结构107控制所述第一电极106a的电压值-V₁、所述第二电极106b的电压值-V₂为：-V₁≈-V₂≈-V₀+V；其中，0V≤V≤3KV；所述第一电极106a和所述第二电极106b共同形成一电场，使得电子束在照射到样品之前进行减速，以避免高能量的电子在与样品作用时损坏样品。

本实用新型实施例中，所述第一电极106a与所述物镜外极靴104c位于同一高度，能够减小所述扫描聚焦系统的工作距离，进而提高所述扫描聚焦系统的分辨率；且所述第一电极106a距离所述物镜外极靴104c的水平间距为d，d的值可根据实际需要灵活调节。所述第一电极106a的材料为导磁材料，可增强物镜在样品处的磁场强度，进而减小磁激励电流；由导磁材料构成的所述第一电极106a可同时控制所述聚焦结构104产生的磁场分布，实现与所述偏转结构105的匹配。

本实用新型实施例中，通过所述高压控制结构107控制得到所述电子源101、所述第一电极106a、所述第二电极106b、所述电子加速结构102的电压值在上述范围内时，使得照射到样品上的电子能量小于3KeV；同时，电子减速结构106可以减小扫描聚焦系统的像差，提高扫描聚焦系统的分辨率。

本实用新型实施例中，所述扫描聚焦系统还包括：探测结构108，所述探测结构108用于对电子束作用于样品后产生的信号电子进行探测；所述探测结构108可以是二次电子探测器或背散射电子探测器。

实施例二

本实用新型实施例二提供一种扫描聚焦系统，所述扫描聚焦系统200的组成结构，如图2所示，包括：电子源201、电子加速结构202、聚焦结构204、偏转结构205、电子减速结构206和高压控制结构207；其中，

所述电子源201，用于产生电子束；

所述电子加速结构202，用于对所述电子源201产生的电子束进行加速；

所述聚焦结构204，用于对加速后的电子束进行聚焦；

所述偏转结构205，用于对聚焦后的电子束进行偏转扫描；

所述电子减速结构206，用于产生一减速场，对经偏转扫描后的电子束进行减速；

所述高压控制结构207，用于控制所述电子源201、所述电子加速结构202和所述电子减速结构206的电压。

本实用新型实施例中，所述电子源201为热发射电子源或场发射电子源，所述电子源电压值为-V₀，且-3KV≤-V₀≤0V。

本实用新型实施例中，所述电子加速结构202为高压管中的第三电极202a；其中，所述高压管的电压值+V₂的范围为10KV≤+V₂≤30KV，所述高压管中的所述第三电极的电压为+V₂；所述高压管的材料为非磁性材料；所述电子源201产生的电子束经电子加速结构202进行加速后，沿着光学中心轴线203向下运动。

本实用新型实施例中，所述聚焦结构204为一物镜，所述聚焦结构204产生的场为半浸没式，所述聚焦结构204包括：激励线圈204a、物镜内极靴204b和物镜外极靴204c。

本实用新型实施例中，所述偏转结构205为磁偏转系统，包括第一偏转装置205a和第二偏转装置205b；所述第一偏转装置205a和第二偏转装置205b均包括X方向和Y方向的偏转，因此，所述偏转结构205能够实现电子束在样品上的二维扫描；由于磁偏转系统具有高灵敏度和小像差的特点，因此能够提高扫描聚焦系统的分辨率。

本实用新型实施例中，所述第二偏转装置205b产生的场与所述聚焦结构204产生的聚焦磁场形成一复合聚焦场，所述复合聚焦场为摇摆式、半浸没式聚焦场；所述聚焦场对所述远离光学中心轴线203的电子束进行汇聚，形成汇聚后的电子束；与非浸没式聚焦场相比，半浸没式聚焦场的使用效率更高，进而提高了扫描聚焦系统的分辨率；与完全浸没式聚焦场相比，半浸没式聚焦场能够在确保扫描聚焦系统具有一定分辨率的同时，增加扫描聚焦系统的扫描范围。

本实用新型实施例中，所述电子减速结构206包括：第五电极206a、第六电极206b和所述高压管中的第四电极202b；其中所述第四电极的电压与所述高压管的电压相同；所述第六电极206b与样品连接，所述第五电极206a和所述第六电极206b的电压值均为+V₁，控制+V₁的值极小，仅是大于零。所述第五电极206a、第六电极206b和所述高压管中的第四电极202b共同形成一电场，使得电子束在照射到样品之前进行减速，以避免高能量的电子在与样品作用时损坏样品。

本实用新型实施例中，所述第五电极206a与所述物镜外极靴204c位于同一高度，能够减小所述扫描聚焦系统的工作距离，进而提高所述扫描聚焦系统的分辨率；且所述第五电极206a距离所述物镜外极靴204c的水平间距为d，d的值可根据实际需要灵活调节。所述第五电极206a的材料为导磁材料，可增强物镜在样品处的磁场强度，进而减小磁激励电流；由导磁材料构成的所述第五电极206a可同时控制所述聚焦结构204产生的磁场分布，实现与所述偏转结构205的匹配。

本实用新型实施例中，通过所述高压控制结构207控制得到所述电子源201、所述第五电极206a、所述第六电极206b、所述电子加速结构202的电压值在上述范围内时，使得照射到样品上的电子能量小于3KeV；同时，电子减速结构206可以减小扫描聚焦系统的像差，提高扫描聚焦系统的分辨率。

本实用新型实施例中，所述扫描聚焦系统还包括：探测结构208，所述探测结构208用于对电子束作用于样品后产生的信号电子进行探测；所述探测结构208可以是二次电子探测器或背散射电子探测器。

实施例三

基于本实用新型实施例一或实施例二的扫描聚焦系统，本实用新型实施例三还提供一种电子束控制方法，结合图3和图4所示，所述电子束控制方法的处理流程包括以下步骤：

步骤S101，控制电子源、电子加速结构和电子减速结构的电压；

具体地，在所述电子加速结构302为一阳极时，通过扫描聚焦系统中的高压控制结构控制所述电子源301的电压-V₀的值为：-30KV≤-V₀≤-10KV；通过高压控制结构控制所述电子加速结构302的电压为0；通过高压控制结构控制所述减速结构中第一电极的电压值-V₁、第二电极的电压值-V₂为：-V₁≈-V₂≈-V₀+V；其中，0V≤V≤3KV；

在所述电子加速结构302为高压管中的一个电极时，通过扫描聚焦系统中的高压控制结构控制所述电子源的电压值为-V₀，且-3KV≤-V₀≤0V；通过高压控制结构控制高压管以及第三、第四电极的电压值+V₂的范围为10KV≤+V₂≤30KV；通过高压控制结构控制电子减速结构中第五电极和第六电极的电压值均为+V₁，+V₁的值极小，仅是大于零；如此，能够使得照射到样品上的电子能量小于3KeV；

这里，所述电子源为热发射电子源或场发射电子源。

步骤S102，所述电子源产生的电子束经所述电子加速结构和偏转结构中的第一偏转器沿远离光学中心轴的方向运动；

这里，所述偏转结构包括第一偏转装置305a和第二偏转装置305b，所述偏转结构可为电偏转系统或磁偏转系统；

所述电子加速结构302可为一阳极、或为高压管中的一个电极。

步骤S103，所述沿远离光学中心轴方向运动的电子束310经所述偏转结构中的第二偏转装置和聚焦结构后进行汇聚；

这里，所述第二偏转装置305b产生的场与所述聚焦结构304产生的聚焦磁场形成一复合聚焦场，所述复合聚焦场为摇摆式、半浸没式聚焦场306；所述聚焦场对所述远离光学中心轴线303的电子束进行汇聚，形成汇聚后的电子束307；与非浸没式聚焦场相比，半浸没式聚焦场的使用效率更高，进而提高了扫描聚焦系统的分辨率；与完全浸没式聚焦场相比，半浸没式聚焦场能够在确保扫描聚焦系统具有一定分辨率的同时，增加扫描聚焦系统的扫描范围。

其中，所述第一偏转装置305a和第二偏转装置305b均包括X方向和Y方向的偏转，因此所述偏转结构能够实现电子束在样品上的二维扫描。

步骤S104，汇聚后的电子束经所述电子减速结构减速后照射至待测样品。

所述方法还包括：

步骤S105，对电子束照射至所述待测样品后产生的信号电子进行探测；

具体地，可以利用二次电子探测器308或背散射电子探测器对电子束作用于待测样品309后产生的信号电子进行探测。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。