CN111837214A - 一种扫描电子显微镜物镜***及样品探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扫描电子显微镜物镜***，包括：磁透镜、偏转装置、偏转控制电极、待测样品以及探测装置；其中，所述磁透镜的极靴方向朝向所述待测样品；所述偏转装置，位于所述磁透镜内部，包括至少一个子偏转器；所述偏转控制电极，位于所述探测装置与所述待测样品之间，用于改变作用于所述待测样品上的初始电子束的方向；所述偏转控制电极，用于改变所述初始电子束作用于所述待测样品产生的信号电子的方向；所述探测装置，包括用于接收所述信号电子中的背散射电子的第一子探测器，和用于接收所述信号电子中的二次电子的第二子探测器。本发明还公开了一种样品探测方法。

Description

一种扫描电子显微镜物镜***及样品探测方法
技术领域
本发明涉及扫描电子显微镜技术，尤其涉及一种扫描电子显微镜物镜***及样品探测方法。
背景技术
与光学显微镜相比，电子显微镜具有更高的分辨率，然而电子显微镜具有较小的视场(FOV)，视场通常小于百微米，成像速度也比光学显微镜慢。然而随着科学研究及工业生产的发展，对扫描电子显微镜的高通量特性要求越来越高，例如：在半导体及平板显示器检测领域，不仅需要扫描电子显微镜具有高的分辨率，还需要较高的通量(提高检测速度)以满足大批量工业生产的需求。
在电子显微镜的实际应用中，由于过高的电子束能量会对样品产生损害并在非导电样品观测中产生荷电效应而影响对样品的探测，衍生出利用具有低落点能量的电子束对样品进行探测。
在电子束具有低落点能量条件下，如何提高电子显微镜的分辨率，增大电子显微镜的扫描视场，并对信号电子在大的扫描视场下能够进行高效的探测是亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种扫描电子显微镜物镜***及样品探测方法，在保持扫描电子显微镜物镜***高分辨率的同时，实现信号电子在大视场下能够进行高效的探测。
本发明实施例提供一种扫描电子显微镜物镜***，包括：磁透镜、偏转装置、偏转控制电极、待测样品以及探测装置；其中，
所述磁透镜的极靴方向朝向所述待测样品；
所述偏转装置，位于所述磁透镜内部，包括至少一个子偏转器；
所述偏转控制电极，位于所述探测装置与所述待测样品之间，用于改变作用于所述待测样品上的初始电子束的方向；所述偏转控制电极，用于改变所述初始电子束作用于所述待测样品产生的信号电子的方向；
所述探测装置，包括用于接收所述信号电子中的背散射电子的第一子探测器，和用于接收所述信号电子中的二次电子的第二子探测器。
在一实施方式中，所述偏转控制电极包括：一个第一中心孔和多个偏转控制子电极；
所述多个偏转控制子电极以所述第一中心孔为中心，分布在所述第一中心孔周围。
在一实施方式中，所述第一子探测器具有一个第二中心孔，所述第二中心孔的直径小于所述第一中心孔的直径。
在一实施方式中，所述第一子探测器包括至少一个第一子探测组件；
每个第一子探测组件，用于将获取的各自区域的信号电子对应的信号发送至所述扫描电子显微镜物镜***外部的图像处理装置，以实现对相应区域的信号进行成像。
在一实施方式中，所述第二中心孔的直径为毫米量级。
在一实施方式中，所述待测样品设置于样品台上；
所述样品台的第二电压值为V2，所述第一子探测器、所述偏转控制电极与所述样品台形成一减速静电透镜场。
在一实施方式中，所述***还包括高压管，所述高压管的中心轴线与所述磁透镜的中心轴线重合。
在一实施方式中，所述子偏转器均为磁偏转器。
在一实施方式中，所述样品台的第二电压值为V2，其中，-30kV≤V2≤-5kV；
所述第一子探测器的电压值为0V，所述偏转控制电极提供第三电压和第四电压；
所述第三电压的电压值V3为恒定电压，其中，V2≤V3≤0；
所述第四电压的电压值V4为交变电压。
上述方案中，所述待测样品的电压值为0V，所述偏转控制电极具有第三电压和第四电压；
所述第一子探测器的电压值为V5，其中，5kV＜V5≤30kV；
所述第三电压的电压值V3为恒定电压，其中，0＜V3≤V5；
所述第四电压的电压值V4为交变电压。
本发明实施例还提供一种样品探测方法，应用于扫描电子显微镜物镜***，所述扫描电子显微镜物镜***中用于接收背散射电子的第一子探测器、偏转控制电极和待测样品形成减速静电透镜场，所述减速静电透镜场与所述扫描电子显微镜物镜***中的磁透镜产生的磁场重叠于所述待测样品附近的区域形成复合式浸没减速透镜场；所述方法包括：
初始电子束通过形成复合式浸没减速透镜场；控制所述扫描电子显微镜物镜***中偏转装置及偏转控制电极对初始电子束进行偏转后，所述初始电子束作用于所述待测样品表面产生信号电子；
控制所述偏转控制电极的电压值，以使所述信号电子被所述第一子探测器和所述扫描电子显微镜物镜***中的第二子探测器接收。
在一实施方式中，所述方法还包括：
控制所述偏转装置的电压及所述偏转控制电极的电压，使所述偏转装置与所述偏转控制电极形成的偏转场与所述复合式浸没减速透镜场耦合，实现对所述待测样品的平移式浸没减速吸收物镜扫描或对所述待测样品的摇摆式浸没减速吸收物镜扫描。
在一实施方式中，所述偏转装置包括多个子偏转器时，所述控制所述偏转装置的电压及所述偏转控制电极的电压，使所述偏转装置与所述偏转控制电极形成的偏转场与所述复合式浸没减速透镜场耦合，包括：
控制所述多个子偏转器中距离所述待测样品最近的子偏转器的电压及所述偏转控制电极的电压，使所述多个子偏转器中距离所述待测样品最近的子偏转器与所述偏转控制电极形成的偏转场与所述复合式浸没减速透镜场耦合。
在一实施方式中，所述第一子探测器包括至少一个第一子探测组件，所述方法还包括：
每个第一子探测组件，将获取的相应区域的信号电子对应的信号发送至所述扫描电子显微镜物镜***外部的图像处理装置，以实现对相应区域的信号进行成像。
在一实施方式中，所述待测样品设置于样品台上；
所述样品台的第二电压值为V2，所述第一子探测器、所述偏转控制电极与所述样品台形成一减速静电透镜场。
在一实施方式中，所述扫描电子显微镜物镜***还包括高压管，所述高压管的中心轴线与所述磁透镜的中心轴线重合。
上述方案中，所述偏转控制电极具有第三电压和第四电压，所述第四电压的电压值V4为交变电压；
控制所述样品台的第二电压值设置为V2，其中，V2的范围为：-30kV≤V2≤-5kV
控制所述第一子探测器的电压值设置为0V，以及控制所述第三电压的电压值V3设置为恒定电压，V2≤V3≤0。
在一实施方式中，所述偏转控制电极具有第三电压和第四电压，所述第四电压的电压值V4为交变电压；
控制所述样品台的第二电压值V2设置为0；
控制所述第一子探测器的电压值设置为V5，其中，5kV＜V5≤30kV，以及控制所述第三电压的电压值V3设置为恒定电压，0＜V3≤V5。
本发明实施例中，通过控制第一子探测器、偏转控制电极和待测样品的电压，使得第一子探测器、偏转控制电极和待测样品共同构成的减速静电透镜场与磁透镜产生的浸没式磁场共同构成复合式浸没减速吸收透镜场，使得初始电子束以较低的能量落到待测样品上，减小了非导电样品的电荷效应；并通过控制所述偏转器及所述偏转控制电极的电压，使产生的偏转场与所述复合式浸没减速透镜场耦合，实现平移式浸没减速吸收物镜扫描和摇摆式浸没减速吸收物镜扫描，减小了大场扫描的轴外像差及偏转像差，提高了大场扫描的分辨率；并通过复合式浸没减速吸收透镜场对待测样品表面产生的信号电子(包括背散射电子和二次电子)进行加速，提高了对所述信号电子的收集效率。
附图说明
图1是本发明实施例一扫描电子显微镜物镜***的组成结构示意图；
图2a为本发明实施例偏转控制电极的一个结构示意图；
图2b为本发明实施例偏转控制电极的另一个结构示意图；
图3a为本发明实施例一种第一子探测器的结构及探测区域示意图；
图3b为本发明实施例另一个第一子探测器的结构及探测区域示意图；
图3c为本发明实施例再一种第一子探测器的结构及探测区域示意图；
图4为本发明实施例二扫描电子显微镜物镜***的组成结构示意图；
图5为本发明实施例三扫描电子显微镜物镜***的组成结构示意图；
图6为本发明实施例四扫描电子显微镜物镜***的组成结构示意图；
图7为本发明实施例五扫描电子显微镜物镜***的组成结构示意图；
图8为本发明实施例样品探测方法的处理流程示意图；
图9a为本发明实施例MORRIL的扫描示意图一；
图9b为本发明实施例SORRIL的扫描示意图一；
图10a为本发明实施例MORRIL的扫描示意图二；
图10b为本发明实施例SORRIL的扫描示意图二；
图11a为本发明实施例对大扫描场中心位置产生的信号电子进行探测的示意图；
图11b为本发明实施例对大扫描场边缘产生的信号电子进行探测的示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
对本发明进行进一步详细说明之前，对本发明实施例中涉及的名词和术语进行说明，本发明实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。
1)空间电荷效应，电子光学***中，由于电子之间具有库伦作用力而造成电子束的“膨胀”，增加电子束成像***的像差的现象；尤其在电子束形成交叉束斑时，电子在交叉束斑处的密度极大，电子之间的相互距离很小，由于库伦力与电子间的距离的平方成反比，因此，较大的库仑力会导致电子束的聚焦束斑扩大。
2)初始电子束，由电子源产生的、到达样品之前的电子束为初始电子束。
3)信号电子，电子束作用到样品上产生的电子，包括：二次电子和背散射电子。
4)光轴，电子束的光学中心轴。
5)大场(或大场扫描),在样品上初始电子束能够照射到的范围称为扫描场，大场即为扫描场的面积大，对扫描电子显微镜来说，当扫描场的边长(例如正方形扫描场)在百微米量级时可称为大场。
实施例一
本发明实施例一提供一种扫描电子显微镜物镜***，扫描电子显微镜物镜***的组成结构，如图1所示，包括：磁透镜101、偏转装置102、偏转控制电极103，待测样品107以及由第一子探测器104和第二子探测器105构成的探测装置。
本发明实施例中，所述磁透镜101为浸没式电流激励的磁透镜，其环状极靴开口方向朝向待测样品107；所述磁透镜101的中心轴线上的磁场最强处位于所述待测样品表面附近，以形成浸没式的磁透镜。
本发明实施例中，所述偏转装置102，位于所述磁透镜101内部；所述偏转装置102包括至少一个子偏转器。
当所述偏转装置102包括多个子偏转器时，所述多个子偏转器可以全部是电偏转器、或全部是磁偏转器、或电偏转器与磁偏转器的组合。
当所述偏转装置102包括的多个子偏转器为电偏转器与磁偏转器的组合时，不对所述电偏转器和所述磁偏转器的数量进行限定。举例来说，当所述偏转装置102包括4个子偏转器时，一种实施例为所述电偏转器的数量为1个，所述磁偏转器的数量为3个；另一种实施例为所述电偏转器的数量为2个，所述磁偏转器的数量为2个；再一种实施例为所述电偏转器的数量为3个，所述磁偏转器的数量为1个；又一种实施例为所述电偏转器的数量为0个，所述磁偏转器的数量为4个；或者所述电偏转器的数量为4个，所述磁偏转器的数量为0个。
本发明实施例中，所述偏转装置102的形状为圆柱形，当所述偏转装置102包括多个子偏转器时，所述多个子偏转器沿所述磁透镜101的轴线方向由上到下顺序排列。并且，当所述多个子偏转器为电偏转器与磁偏转器的组合时，不对所述电偏转器和所述磁偏转器的位置进行限定。举例来说，当所述偏转装置102包括4个子偏转器时，一种实施例为沿所述磁透镜101的轴线方向由上到下依次设置有电偏转器、电偏转器、磁偏转器、磁偏转器；另一种实施例为沿所述磁透镜101的轴线方向由上到下依次设置有电偏转器、磁偏转器、电偏转器、磁偏转器；再一种实施例为沿所述磁透镜101的轴线方向由上到下依次设置有磁偏转器、磁偏转器、电偏转器、电偏转器。当然，多个子偏转器的类型和位置具有多种组合方式，这里不详细举例说明。
本发明实施例中，所述偏转控制电极103由非磁性的良导体材料制成，所述偏转控制电极103位于所述磁透镜101的下方，所述待测样品107的上方。
本发明实施例中，所述偏转控制电极103包括：第一中心孔和多个偏转控制子电极；所述多个偏转控制子电极以所述第一中心孔为中心，分布在所述第一中心孔的周围。因此，所述偏转控制电极103的结构为分瓣结构。
以所述偏转控制电极103为八瓣结构为例，所述偏转控制电极103的一个结构示意图，如图2a所示，八个偏转控制子电极对应的电势分别为：Vy+aVx，aVy+Vx，-aVy+Vx，-Vy+aVx，-Vy-aVx，-aVy-Vx，aVy-Vx，Vy-aVx；其中，a为电压比例因子Vy为电压的y方向分量，Vx为电压的x方向分量。
以所述偏转控制电极103为十二瓣结构为例，所述偏转控制电极103的另一个结构示意图，如图2b所示，十二个偏转控制子电极对应的电势分别为：Vy，Vx，Vy，Vx，-Vy，-Vx，-Vy，-Vx，-Vy，-Vx，Vy，-Vx。其中，Vy为电压的y方向分量，Vx为电压的x方向分量。本发明实施例中，所述偏转控制电极103通过供电***施加一恒定电压V3，形成一固定电势。同时，所述偏转控制电极103还通过供电***施加一交变电压V4，以使所述偏转控制电极103作为一子偏转器，对入射至所述待测样品的初始电子束进行偏转，以及对所述初始电子束入射中所述待测样品形成的信号电子进行偏转。
本发明实施例中，所述第一子探测器104的功能可由背散射电子探测器实现，所述第二子探测器105的功能可由中心探测器实现。这里，所述第一子探测器104和所述第二子探测器105是具有中心孔的圆形半导体探测器、雪崩式探测器或由闪烁体和光导管组成的探测器。
本发明实施例中，所述第一子探测器104具有第二中心孔，所述第二中心孔的直径小于所述偏转控制电极103中的第一中心孔的直径。在一优选实施例中，所述第一子探测器104的第二中心孔的直径为毫米量级，如第二中心孔的直径小于等于5mm。
本发明实施例中，所述第一子探测器104包括至少一个第一子探测组件，每个第一子探测组件，用于将获取的相应区域的信号电子对应的信号发送至所述扫描电子显微镜物镜***外部的图像处理装置，以实现对相应区域的信号进行成像。所述第一子探测器104是由半导体材料构成的，当所述第一子探测器104具有多个第一子探测组件时，多个第一子探测组件以所述第二中心孔为中心，分布在所述第二中心孔的周围；并且，多个第一子探测组件之间是相互绝缘的，每个第一子探测组件用于接收自身对应的区域的信号电子。基于所述第一子探测器104的结构，可以理解为，所述第一子探测器104的探测区域根据多个第一子探测组件的分布划分为多个子探测区域。
在一实施例中，一种第一子探测器104的结构及探测区域示意图，如图3a所示，所述第一子探测器104的探测区域由以所述第二中心孔为中心的四个扇形的子探测区域B1、B2、B3和B4构成。四个子探测区域接收到的电子信号分别记为S1、S2、S3和S4；上述四个电子信号表征不同方位产生的背散射电子信号；上述四个电子信号分别与单独的图像处理装置或图像处理通道连接，形成独立的四幅图像；上述四个电子信号也可以相互进行运算处理后形成一个综合信号，再输出至图像处理装置进行输出；所述运算处理包括但不限于加和、作差等运算。
在另一实施例中，另一种第一子探测器104的结构及探测区域示意图，如图3b所示，所述第一子探测器104的探测区域由以所述第二中心孔为中心的两个环形的子探测区域A和子探测区域B构成，两个子探测区域接收到的电子信号分别记为S1和S2；上述两个电子信号表征不同角度产生的背散射电子信号。
在另一实施例中，再一种第一子探测器104的结构及探测区域示意图，如图3c所示，所述第一子探测器104的探测区域由以所述第二中心孔为中心的环形的子探测区域和扇形子探测区域构成；可以理解为图3b所示的两个环形的子探测区域有被划分为四个扇形区域，形成A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3和B4八个子探测区域。八个子探测区域接收到的电子信号分别记为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8；上述八个电子信号表征不同方位产生的背散射电子信号；上述八个电子信号分别与单独的图像处理装置或图像处理通道连接，形成独立的八幅图像；上述八个电子信号也可以相互进行运算处理后形成一个综合信号，再输出至图像处理装置进行输出；所述运算处理包括但不限于加和、作差等运算。
本发明实施例中，所述磁透镜101被供电***施加电压，即供电***对所述磁透镜101的激励线圈供电，使所述磁透镜101产生一稳恒磁场。所述第一子探测器104、所述偏转控制电极103和所述待测样品107的电势均由供电***提供；其中，所述待测样品107可放置于样品台上，供电***通过对样品台供电实现对所述待测样品107供电。
在一实施例中，所述第一子探测器104的电压值为0V，所述待测样品107的电压值V2的范围为-30kV≤V2≤-5kV；其中，所述偏转控制电极103的电压包括恒定电压V3和可变电压V4，V2≤V3≤0。
基于上述对所述第一子探测器104、所述偏转控制电极103以及所述待测样品107的电势的控制，使得所述第一子探测器104、所述偏转控制电极103和所述待测样品107共同构成一减速静电透镜场，所述减速静电透镜场在光学轴线上的电势分布，如图1所示的108中U(z)所示；所述磁透镜101的磁场在光学轴线上的分布，如图1所示的108中B(z)所示，B(z)的最大值位于所述待测样品107表面附近。所述偏转控制电极106在可变电势V4的控制下形成一扫描电场，如图1所示的108中D(z)所示。
这里，所述减速静电透镜场与所述磁透镜101产生的浸没式磁场共同构成一复合式浸没减速吸收透镜场；所述复合式浸没减速吸收透镜场的作用主要包括三方面：第一方面，能够对入射至所述待测样品107的初始电子束进行聚焦，以使所述初始电子束聚焦至所述待测样品107的表面；第二方面，能够对入射至所述待测样品107的初始电子束进行减速，从而使所述初始电子束以较低的能量落到所述待测样品上，减小非导电样品的电荷效应；第三方面，对所述待测样品107表面产生的信号电子(包括背散射电子和二次电子)进行加速，以提高所述第一子探测器104和所述第二子探测器105对所述信号电子的收集效率。
所述复合式浸没减速吸收透镜场与所述偏转装置102和偏转控制电极103的扫描电场相互耦合，共同形成一摇摆式浸没减速吸收物镜扫描方式或一平移式浸没减速吸收物镜扫描方式。上述两种扫描方式均能够减小大场扫描时的轴外像差和偏转像差，从而实现百微米级大场高分辨率扫描成像。
实施例二
本发明实施例二所提供的扫描电子显微镜物镜***与本发明实施例一所提供的扫描电子显微镜物镜***相似，不同之处在于，本发明实施例二提供的扫描电子显微镜物镜***的组成结构，如图4所示，还包括电子源201和阳极202；其中，所述电子源201为热发射电子源(如电子枪)或场发射电子源；所述电子源201发射一初始电子束，所述初始电子束沿光学轴线203向下运动，经本发明实施例二所述的扫描电子显微镜物镜***后，在所述待测样品107表面进行聚焦成像。
本发明实施例中，所述偏转装置102包括：子偏转器102a和子偏转器102d。
本发明实施例中，由供电***106为所述扫描电子显微镜物镜***提供电能，使得所述电子源201的电压值为V1，V1的范围为-30kV≤V1≤-5kV；所述阳极202、所述第二子探测器105和所述第一子探测器104均为地势，如所述第二子探测器105和所述第一子探测器104的电压值为0V；所述待测样品107的电压值V2的范围为-30kV≤V2≤-5kV；其中，所述偏转控制电极103的电压包括恒定电压V3和可变电压V4，V2≤V3≤0。
实施例三
本发明实施例三所提供的扫描电子显微镜物镜***与本发明实施例二所提供的扫描电子显微镜物镜***相似。不同之处在于，本发明实施例三提供的扫描电子显微镜物镜***的组成结构，如图5所示，与本发明实施例二提供的扫描电子显微镜物镜***相比，所述偏转装置102沿光轴203的方向由上到下依次包括：子偏转器102a、子偏转器102b、子偏转器102c、子偏转器102d。
实施例四
本发明实施例四提供的扫描电子显微镜物镜***，与本发明实施例二提供的扫描电子显微镜物镜***相似，不同之处在于，本发明实施例四所示的扫描电子显微镜物镜***的组成结构，如图6所示，还包括高压管303，所述高压管303的一个组成部分为阳极303a，所述高压管303的下端303b与第一子探测器104绝缘。
本发明实施例中，所述偏转装置包括：子偏转器302a和子偏转器302d；并且，子偏转器302a和子偏转器302d均为磁偏转器。
本发明实施例中，由供电***106为所述扫描电子显微镜物镜***提供电能，使得所述电子源201的电压值为V1，V1的范围为-15kV≤V1≤0kV；所述阳极302a、所述第二子探测器105和所述第一子探测器104的电压值均为V5，V5的范围为5kV≤V5≤30kV；所述待测样品107为地势，即所述待测样品的电压值为0V；所述偏转控制电极103的电压包括恒定电压V3和可变电压V4，0≤V3≤V5。
实施例五
本发明实施例五所提供的扫描电子显微镜物镜***与本发明实施例四所提供的扫描电子显微镜物镜***相似。不同之处在于，本发明实施例五提供的扫描电子显微镜物镜***的组成结构，如图7所示，与本发明实施例五提供的扫描电子显微镜物镜***相比，所述偏转装置沿光轴203的方向由上到下依次包括：子偏转器302a、子偏转器302b、子偏转器302c、子偏转器302d；并且，子偏转器302a、子偏转器302b、子偏转器302c、子偏转器302d均为磁偏转器。
实施例六
基于上述实施例一至实施例五所述的扫描电子显微镜物镜***，本发明实施例六还提供一种样品探测方法，所述样品探测方法的处理流程，如图8所示，包括以下步骤：
步骤S101，初始电子束通过复合式浸没减速透镜场，以及经所述扫描电子显微镜物镜***中偏转装置及偏转控制电极进行偏转后，作用于所述待测样品表面产生信号电子。
在一实施例中，所述扫描电子显微镜物镜***中用于接收背散射电子的第一子探测器、偏转控制电极和待测样品形成减速静电透镜场，所述减速静电透镜场与所述扫描电子显微镜物镜***中的磁透镜产生的磁场重叠于所述待测样品附近的区域形成复合式浸没减速透镜场405。
以偏转装置包括402a和402d两个子偏转器为例，如图9a和图9b所述电子源101发射出的初始电子首先经过子偏转器402a偏转为远离光学轴线110的运动，如图9a和图9b中403所示；之后，再经过子偏转器402d。
在一实施例中，如图9a所示。所述偏转控制电极103被供电***施加一扫描电压后，产生一扫描电场，所述扫描电场与子偏转器402d产生的扫描电场共同与所述复合式浸没减速透镜场405耦合，使得复合式浸没减速透镜场的中心轴线406发生平移，不再与扫描电子显微镜物镜***的中心轴线110重合，从而形成一平移式浸没减速吸收物镜***(Moving Objective Retarding Receiving Immersion Lens，MORRIL)。由于复合式浸没减速透镜场的中心轴线406发生移动，使得扫描电子显微镜物镜***在进行大场扫描时具有小的轴外像差和偏转像差，能够使得大场边缘与中心具有较高分辨率。图9a中的407示意了初始电子束在子偏转器402a、子偏转器402d和偏转控制电极103的共同控制下进行的光栅式大场扫描，其中，407a为扫描场的中心点，407b为扫描场边缘的任意一点。
在另一实施例中，如图9b所示。所述偏转控制电极103被供电***施加一扫描电压后，产生一扫描电场，所述扫描电场与子偏转器402d产生的扫描电场共同与所述复合式浸没减速透镜场405耦合，采用与图9a中不同的耦合方式，使得复合式浸没减速透镜场的中心轴线406发生摇摆，不再与扫描电子显微镜物镜***的中心轴线110平行，从而形成一摇摆式浸没减速吸收物镜***(Swing Objective Retarding Receiving Immersion Lens，SORRIL)。由于复合式浸没减速透镜场的中心轴线406发生摇摆，使得扫描电子显微镜物镜***在进行大场扫描时具有小的轴外像差和偏转像差，能够使得大场边缘与中心具有较高分辨率。图9a中的407示意了初始电子束在子偏转器402a、子偏转器402d和偏转控制电极103的共同控制下进行的光栅式大场扫描，其中，407a为扫描场的中心点，407b为扫描场边缘的任意一点。
以偏转装置包括402a、402b、402c和402d四个子偏转器为例，如图10a和图10b所述电子源101发射出的初始电子首先经过子偏转器402a、402b、402c后偏转为远离光学轴线110的运动，如图10a和图10b中403所示；之后，再经过子偏转器402d。
在一实施例中，如图10a所示。所述偏转控制电极103被供电***施加一扫描电压后，产生一扫描电场，所述扫描电场与子偏转器402d产生的扫描电场共同与所述复合式浸没减速透镜场405耦合，使得复合式浸没减速透镜场的中心轴线406发生平移，不再与扫描电子显微镜物镜***的中心轴线110重合，从而形成一MORRIL。由于复合式浸没减速透镜场的中心轴线406发生移动，使得扫描电子显微镜物镜***在进行大场扫描时具有小的轴外像差和偏转像差，能够使得大场边缘与中心具有较高分辨率。图10a中的507示意了初始电子束在子偏转器402a、402b、402c、402d和偏转控制电极103的共同控制下进行的光栅式大场扫描，其中，507a为扫描场的中心点，507b为扫描场边缘的任意一点。
在另一实施例中，如图10b所示。所述偏转控制电极103被供电***施加一扫描电压后，产生一扫描电场，所述扫描电场与子偏转器402d产生的扫描电场共同与所述复合式浸没减速透镜场405耦合，采用与图10a中不同的耦合方式，使得复合式浸没减速透镜场的中心轴线406发生摇摆，不再与扫描电子显微镜物镜***的中心轴线110重合，从而形成一SORRIL。由于复合式浸没减速透镜场的中心轴线406发生摇摆，使得扫描电子显微镜物镜***在进行大场扫描时具有小的轴外像差和偏转像差，能够使得大场边缘与中心具有较高分辨率。图10b中的507示意了初始电子束在子偏转器402a、402b、402c、402d和偏转控制电极103的共同控制下进行的光栅式大场扫描，其中，507a为扫描场的中心点，507b为扫描场边缘的任意一点。
需要说明的是，与偏转装置中包括2个子偏转器相比，偏转装置中包括4个子偏转器时，对大场扫描的方法为对扫描场进行分块扫描，首先由子偏转器402a、402d和偏转控制电极103形成的偏转场将初始电子束偏转至每一小块区域(例如507中左上角的一个小块区域507b)的起始位置，然后由子偏转器402b和402c对每一块区域进行快速的扫描，然后由子偏转器402a、402d和偏转控制电极103形成的偏转场将初始电子束偏转至下一个小块区域的起始位置，然后由子偏转器402b和402c对这一小块区域进行快速的扫描，依次类推，最终形成一个大的扫描场507。
步骤S102，控制所述偏转控制电极的电压值，以使所述信号电子被第一子探测器和第二子探测器接收。
本发明实施例中，在一实施方式中，控制所述样品的电压为V2，0≤V2≤-5kV，控制所述第一子探测器的电压值为0V，以及控制所述第三电压的电压值V3为恒定电压，V2≤V3≤0。
在另一实施方式中，控制所述样品的电压为V2为0，控制所述第一子探测器的电压值为V5，5kV＜V5≤30kV，以及控制所述第三电压的电压值V3为恒定电压，0＜V3≤V5。
大扫描场中心位置产生的信号电子(二次电子和背散射电子)进行探测的示意图，如图11a所示。此种情形对应于图9a和图9b中的扫描场中心点407a及附近产生信号电子的探测情形，也对应于图10a和图10b中对中心小块区域507a扫描时产生信号电子的探测情形。如图11a所示，此时样品发出的背散射电子601没有汇聚，发散式的被所述第一子探测器104接收，二次电子602则被复合式浸没减速吸收透镜场汇聚，通过第一子探测器104的中心孔603继续向上运动，最后被第二子探测器105接收。本发明实施例中，通过调节施加在所述偏转控制电极103上的电势V3和V4，以及样品上的电势V2对所述背散射电子601及二次电子602的轨迹进行调节，使其在不同的条件下均能很好的被相应的探测器接收。
对大扫描场边缘产生的信号电子进行探测的示意图，如图11b所示。此种情形对应于图9a和图9b中的扫描场边缘点407b及附近产生信号电子的探测情形，也对应于图10a和图10b中对扫描场边缘小块区域507b扫描时产生信号电子的探测情形。本发明实施例中，通过调节施加在所述偏转控制电极103上的电势V3和V4，以及样品上的电势V2对所述背散射电子601及二次电子602的轨迹进行调节，使得在扫描场边缘产生的背散射电子和二次电子也能很好得被相应的探测器接收。
综上，通过调节控制装置的电压值，可以对大扫描场中心及边缘产生的信号电子都能够进行高效的探测。
以上所述，仅为本发明的具体实施模式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
工业实用性
本申请实施例提供的扫描电子显微镜物镜***以及大扫描场样品探测方法，减小了大场扫描的轴外像差及偏转像差，提高了大场扫描的分辨率；由于BSE探测器包括多个子探测器，使得不同方向和不同角度发射的信号电子均能够分别被探测，同时能够形成携带不同信息的图像。通过对偏转控制电极电位的控制，偏转控制电极能够同时作为偏转器和静电透镜的电极，进而提供大扫描场产生的电子信号的收集效率。

Claims (18)

1.一种扫描电子显微镜物镜***，其特征在于，包括：磁透镜、偏转装置、偏转控制电极、待测样品以及探测装置；其中，
所述磁透镜的极靴方向朝向所述待测样品；
所述偏转装置，位于所述磁透镜内部，包括至少一个子偏转器；
所述偏转控制电极，位于所述探测装置与所述待测样品之间，用于改变作用于所述待测样品上的初始电子束的方向；所述偏转控制电极，用于改变所述初始电子束作用于所述待测样品产生的信号电子的方向；
所述探测装置，包括用于接收所述信号电子中的背散射电子的第一子探测器，和用于接收所述信号电子中的二次电子的第二子探测器。
2.如权利要求1所述的扫描电子显微镜物镜***，其特征在于，所述偏转控制电极包括：一个第一中心孔和多个偏转控制子电极；
所述多个偏转控制子电极以所述第一中心孔为中心，分布在所述第一中心孔周围。
3.如权利要求2所述的扫描电子显微镜物镜***，其特征在于，所述第一子探测器具有一个第二中心孔，所述第二中心孔的直径小于所述第一中心孔的直径。
4.如权利要求1所述的扫描电子显微镜物镜***，其特征在于，所述第一子探测器包括至少一个第一子探测组件；
每个第一子探测组件，用于获取各自区域的信号电子对应的信号，将所述信号发送至所述扫描电子显微镜物镜***外部的图像处理装置，以实现对相应区域的信号进行成像。
5.如权利要求3所述的扫描电子显微镜物镜***，其特征在于，所述第二中心孔的直径为毫米量级。
6.如权利要求1所述的扫描电子显微镜物镜***，其特征在于，所述待测样品设置于样品台上；
所述样品台的第二电压值为V2，所述第一子探测器、所述偏转控制电极与所述样品台形成一减速静电透镜场。
7.如权利要求1所述的扫描电子显微镜物镜***，其特征在于，所述***进一步包括高压管，所述高压管的中心轴线与所述磁透镜的中心轴线重合。
8.如权利要求7所述的扫描电子显微镜物镜***，其特征在于，所述子偏转器均为磁偏转器。
9.如权利要求6所述的扫描电子显微镜物镜***，其特征在于，
所述样品台的第二电压值为V2，其中，-30kV≤V2≤-5kV；
所述第一子探测器的电压值为0V，所述偏转控制电极提供第三电压和第四电压；
所述第三电压的电压值V3为恒定电压，其中，V2≤V3≤0；
所述第四电压的电压值V4为交变电压。
10.如权利要求7所述的扫描电子显微镜物镜***，其特征在于，所述待测样品的电压值为0V，所述偏转控制电极具有第三电压和第四电压；
所述第一子探测器的电压值为V5，其中，5kV＜V5≤30kV；
所述第三电压的电压值V3为恒定电压，其中，0＜V3≤V5；
所述第四电压的电压值V4为交变电压。
11.一种样品探测方法，应用于扫描电子显微镜物镜***，其特征在于，所述扫描电子显微镜物镜***中用于接收背散射电子的第一子探测器、偏转控制电极和待测样品形成减速静电透镜场，所述减速静电透镜场与所述扫描电子显微镜物镜***中的磁透镜产生的磁场重叠于所述待测样品附近的区域形成复合式浸没减速透镜场；所述方法包括：
初始电子束通过形成复合式浸没减速透镜场；
控制所述扫描电子显微镜物镜***中偏转装置及偏转控制电极对初始电子束进行偏转后，所述初始电子束作用于所述待测样品表面产生信号电子；
控制所述偏转控制电极的电压值，以使所述信号电子被所述第一子探测器和所述扫描电子显微镜物镜***中的第二子探测器接收。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
控制所述偏转装置的电压及所述偏转控制电极的电压，使所述偏转装置与所述偏转控制电极形成的偏转场与所述复合式浸没减速透镜场耦合，实现对所述待测样品的平移式浸没减速吸收物镜扫描或对所述待测样品的摇摆式浸没减速吸收物镜扫描。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述偏转装置包括多个子偏转器时，所述控制所述偏转装置的电压及所述偏转控制电极的电压，使所述偏转装置与所述偏转控制电极形成的偏转场与所述复合式浸没减速透镜场耦合，包括：
控制所述多个子偏转器中距离所述待测样品最近的子偏转器的电压及所述偏转控制电极的电压，使所述多个子偏转器中距离所述待测样品最近的子偏转器与所述偏转控制电极形成的偏转场与所述复合式浸没减速透镜场耦合。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一子探测器包括至少一个第一子探测组件，所述方法还包括：
每个第一子探测组件，获取的相应区域的信号电子对应的信号，将所述信号发送至所述扫描电子显微镜物镜***外部的图像处理装置，以实现对相应区域的信号进行成像。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述待测样品设置于样品台上；
所述样品台的第二电压值为V2，所述第一子探测器、所述偏转控制电极与所述样品台形成一减速静电透镜场。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述扫描电子显微镜物镜***还包括高压管，所述高压管的中心轴线与所述磁透镜的中心轴线重合。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述偏转控制电极具有第三电压和第四电压，所述第四电压的电压值V4为交变电压；
所述样品台的第二电压值设置为V2，其中，V2的范围为：-30kV≤V2≤-5kV
所述第一子探测器的电压值设置为0V，以及所述第三电压的电压值V3设置为恒定电压，其中，V2≤V3≤0。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述偏转控制电极具有第三电压和第四电压，所述第四电压的电压值V4为交变电压；
控制所述样品台的第二电压值V2设置为0；
所述第一子探测器的电压值设置为V5，其中，5kV＜V5≤30kV，以及所述第三电压的电压值V3设置为恒定电压，其中，0＜V3≤V5。
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