CN113539769A - 一种实现共轴的电子束成像设备及实现方法 - Google Patents

一种实现共轴的电子束成像设备及实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种实现共轴的电子束成像设备，包括电子源，用于发射主电子束；聚光镜，用于调节束张角，即将所述电子源发射的电子束进行会聚；限制膜孔，用于限制杂散电子和束流；物镜，用于将入射的主电子束聚焦到样品表面；探测器，用于收集电子经由光电转换形成图像；工作台，用于承载样品并将待测区域移动定位至光轴下方；光学显微镜，用于对待测区域成像定位并关联电子光学光轴所对应的位置。本发明配置折射面，将光学显微镜物方光路导入电子光学光路，实现共轴或平行，同时折射面成为样品表面激发出的信号电子的轰击罢免，通过二次电子探测器或环形探测器接收检测，进而根据检测结果调节光学显微镜位置实现并行同位成像，或先后成像。

Description

一种实现共轴的电子束成像设备及实现方法
技术领域
本发明涉及电子束成像技术领域，具体涉及一种实现共轴的电子束成像设备及实现方法。
背景技术
工业或实验室用于检测或测量的电子束成像设备，例如高通量(HighThroughput)显微镜，测量显微镜(CDSEM)，电子束缺陷检测设备，等，均需要引入光学显微镜，为样品的待测区域提供粗略的定位，或用于建立局部坐标系，为后续电子束成像提供位置索引。
专利公告号为CN106645250A的发明专利中公开了一种具备光学成像功能的扫描透射电子显微镜，实现光学观测与SEM观测同步进行，且可在光学观测与STEM观测之间快速切换。
现有技术中，由于原理和实现的限制，通常光学显微镜和光学显微镜会作为两个独立的部件以一定的间距存在在***中(光轴不重合)，这就要求样品台有较大的行程，以满足位置的切换；另外一个缺点是这种方式无法实时同位显示或成像。如图1所示，用于检测或测量的电子成像设备通常包括：电子源101，提供沿电子光学光轴发射的主电子束1001；聚光镜102，用来会聚电子源发出的主电子束1001，调整束张角；限制膜孔103，用于限制杂散电子和束流；物镜106，将入射的主电子束1001聚焦到样品108表面；偏转器105，实现聚焦电子束在样品表面的光栅扫描；探测器104，收集主电子束轰击样品表面所激发出的信号电子(二次电子和背散射电子)；工件台109，具备X和Y方向的位移功能，用于承载样品并将待测区域移动定位到光轴下方；光学显微镜110，对待测区域成像定位，并关联到电子光学光轴所对应的位置。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的缺点，而提出了一种实现共轴的电子束成像设备及实现方法。
本发明提供了如下的技术方案：
一种实现共轴的电子束成像设备，包括：
电子源，用于发射主电子束；
聚光镜，用于调节束张角，即将所述电子源发射的电子束进行会聚；
限制膜孔，用于限制杂散电子和束流；
物镜，用于将入射的主电子束聚焦到样品表面；
探测器，用于收集电子经由光电转换形成图像；
工作台，用于承载样品并将待测区域移动定位至光轴下方；
光学显微镜，用于对待测区域成像定位并关联电子光学光轴所对应的位置。
优选的，所述工作台具有X和Y方向的位移功能，所述工作台以待测位置为中心沿成像方位进行光栅扫描运动。
优选的，所述光学显微镜设有对中调整机构，所述对中调整机构对镜筒进行平移和倾角调整。
优选的，所述探测器采用环形探测器，所述环形探测器的表面配置镜面且所述镜面与电子光学光轴形成夹角。
优选的，所述探测器使用硅探测器，所述硅探测器的探测面与光轴成夹角构成OM光路的反射面，信号直接由放大输出。
优选的，所述探测器使用Robinson探测器，所述探测器的探测面与光轴成夹角作为光反射面且收到信号电子轰击，所述探测面后接光导管与光电倍增管相接并通过光电转换获取图像信号，所述探测器设在光学显微镜的对侧。
优选的，还包括环形反射板，用于对所述光学显微镜的光路进行折射，以及承接信号电子轰击且产生二次电子，所述环形反射板的中心孔供主电子束穿过所述环形反射板的膜孔。
优选的，所述光学显微镜的同侧设有二次电子探测器，所述二次电子探测器可采用Everhart-Thornley(E-T)探测器。
优选的，还包括偏转器，用于聚焦主电子束在样品表面的光栅扫描。
一种优选的实现共轴的电子束成像设备的实现方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、使用电子显微镜，并配有偏转器，移动工件台，将待测图案定位到电子显微镜下成像，此时记录工作台的坐标位置(X1，Y1)；
S2、切换至光学显微镜，若使用环形反射板，将环形反射板与电子光学光轴形成夹角如45°，并将光学显微镜光路进行折射，主电子束聚焦到物体表面并激发出成像信号电子，成像信号电子轰击到环形反射板并产生二次电子，二次电子被探测器旁的二次电子探测器检测，通过检测判断成像位置是否偏差；若是环形探测器为硅探测器，主电子束聚焦到物体表面并激发出成像信号电子，成像信号电子轰击到探测器的镜面并检测，通过检测判断成像位置是否偏差；若是环形探测器为Robinson探测器，主电子束聚焦到物体表面并激发出成像信号电子，成像信号电子轰击到探测器的镜面时，通过探测面后接光导管以及连接的光电倍增管进行检测，并通过光电转换获取图像信号；
S3、若光学显微镜和电子显微镜同时使用对图像产生干扰时，在电子显微镜使用时关闭光学显微镜的照明；
S4、若检测到电子显微镜和光学显微镜成像位置偏差，调节光学显微镜的安装位置，即进行水平平移以及倾角调节，使得光学成像在相同的目标图案中心，此时实现光学和电镜模式下同位成像。。
本发明的有益效果是：
配置折射面，将光学显微镜物方光路导入电子光学光路，实现共轴，或平行，折射面和信号电子的探测结合，实现直接探测和间接探测；
直接探测：样品表面激发出的回返的信号电子，发散的信号电子轰击在环形反射板上并产生二次电子，二次电子被光学显微镜旁二次电子探测器检测，进而检测成像位置，方便调节光学显微镜的位置，实现并行同位成像；
间接探测：样品表面激发出的回返的信号电子，发散的信号电子轰击在环形反射板上并产生二次电子，二次电子轰击在环形探测器的镜面，直接检测成像位置，方便调节光学显微镜的位置，实现并行同位成像。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有的电子束成像设备结构示意图；
图2是使用环形反射板的电子束成像设备结构示意图；
图3是使用环形探测器的电子束成像设备结构示意图；
图中标记为：101-电子源，1001-主电子束，1002-信号电子，1003-光路，102-聚光镜，103-限制膜孔，104-探测器，105-偏转器，106-物镜，108-样品，109-工作台，110-光学显微镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
一种实现共轴的电子束成像设备，包括：
电子源，用于发射主电子束；
聚光镜，用于调节束张角，即将电子源发射的电子束进行会聚；
限制膜孔，用于限制杂散电子和束流；
物镜，用于将入射的主电子束聚焦到样品表面；
探测器，用于收集电子经由光电转换形成图像；
工作台，用于承载样品并将待测区域移动定位至光轴下方，工作台具有X和Y方向的位移功能，所述工作台以待测位置为中心沿成像方位进行光栅扫描运动；
光学显微镜，用于对待测区域成像定位并关联电子光学光轴所对应的位置，光学显微镜设有对中调整机构，对中调整机构对镜筒进行平移和倾角调整。
电子束成像设备具体操作步骤如下：
S1、首先使用光学显微镜时，在光学显微镜成像模式下移动工作台，将成像位置定位到目标图像，此时记录工作台的坐标位置(X1，Y1)；
S2、开启电子显微镜模式，移动工作台，使得电子显微镜成像相同目标图案，此时记录工作台的坐标位置(X2，Y2)；
S3、计算光学显微镜和电子显微镜光轴的偏移，即两次成像的坐标偏移量(dX＝X1-X2,dy＝Y1-Y2)，将偏移量存入***；
S4、使用电子束成像设备时，***从OM模式进入SEM模式，设备根据偏移量使得工件台自动增加此位移量。
实施例2：
如图2所示，与实施例1不同之处在于，还包括偏转器、环形反射板和二次电子探测器。偏转器用于聚焦主电子束在样品表面的光栅扫描。环形反射板用于对所述光学显微镜的光路进行折射，以及承接信号电子轰击且产生二次电子。同时环形反射板的中心孔供主电子束穿过环形反射板的膜孔。二次电子探测器设在光学显微镜的同侧，可采用Everhart-Thornley(E-T)探测器。
电子束成像设备具体操作步骤如下：
S1、首先使用电子显微镜，并配有偏转器，移动工件台，将待测图案定位到电子显微镜下成像，此时记录工作台的坐标位置；
S2、使用环形反射板，将环形反射板与电子光学光轴形成夹角如45°，并将光学显微镜光路进行折射，主电子束聚焦到物体表面并激发出成像信号电子，成像信号电子轰击到环形反射板并产生二次电子，二次电子被探测器旁的二次电子探测器检测，通过检测判断成像位置是否偏差；
S3、若光学显微镜和电子显微镜同时使用对图像产生干扰时，在电子显微镜使用时关闭光学显微镜的照明；
S4、若检测到电子显微镜和光学显微镜成像位置偏差，调节光学显微镜的安装位置，即进行水平平移以及倾角调节，使得光学成像在相同的目标图案中心，此时实现光学和电镜模式下同位成像。
实施例3：
如图3所示，与实施例1和实施例2不同之处在于，还包括偏转器，偏转器用于聚焦主电子束在样品表面的光栅扫描。探测器采用环形探测器，所述环形探测器的表面配置镜面且所述镜面与电子光学光轴形成夹角，夹角可为45°角。所述探测器使用硅探测器。
电子束成像设备具体操作步骤如下：
S1、首先使用电子显微镜，并配有偏转器，移动工件台，将待测图案定位到电子显微镜下成像，此时记录工作台的坐标位置；
S2、探测器为硅探测器，主电子束聚焦到物体表面并激发出成像信号电子，成像信号电子轰击到探测器的镜面并检测，通过检测判断成像位置是否偏差；
S3、若光学显微镜和电子显微镜同时使用对图像产生干扰时，在电子显微镜使用时关闭光学显微镜的照明；
S4、若检测到电子显微镜和光学显微镜成像位置偏差，调节光学显微镜的安装位置，即进行水平平移以及倾角调节，使得光学成像在相同的目标图案中心，此时实现光学和电镜模式下同位成像。
实施例4：
与实施例3不同之处在于，探测器使用Robinson探测器。
电子束成像设备具体操作步骤如下：
S1、首先使用电子显微镜，并配有偏转器，移动工件台，将待测图案定位到电子显微镜下成像，此时记录工作台的坐标位置；
S2、探测器为Robinson探测器，主电子束聚焦到物体表面并激发出成像信号电子，成像信号电子轰击到探测器的镜面时，通过探测面后接光导管以及连接的光电倍增管进行检测，并通过光电转换获取图像信号；
S3、若光学显微镜和电子显微镜同时使用对图像产生干扰时，在电子显微镜使用时关闭光学显微镜的照明；
S4、若检测到电子显微镜和光学显微镜成像位置偏差，调节光学显微镜的安装位置，即进行水平平移以及倾角调节，使得光学成像在相同的目标图案中心，此时实现光学和电镜模式下同位成像。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现共轴的电子束成像设备，其特征在于，包括：
电子源，用于发射主电子束；
聚光镜，用于调节束张角，即将所述电子源发射的电子束进行会聚；
限制膜孔，用于限制杂散电子和束流；
物镜，用于将入射的主电子束聚焦到样品表面；
探测器，用于收集电子经由光电转换形成图像；
工作台，用于承载样品并将待测区域移动定位至光轴下方；
光学显微镜，用于对待测区域成像定位并关联电子光学光轴所对应的位置。
2.根据权利要求1所述的一种实现共轴的电子束成像设备，其特征在于，所述工作台具有X和Y方向的位移功能，所述工作台以待测位置为中心沿成像方位进行光栅扫描运动。
3.根据权利要求1所述的一种实现共轴的电子束成像设备，其特征在于，所述光学显微镜设有对中调整机构，所述对中调整机构对镜筒进行平移和倾角调整。
4.根据权利要求1所述的一种实现共轴的电子束成像设备，其特征在于，所述探测器采用环形探测器，所述环形探测器的表面配置镜面且所述镜面与电子光学光轴形成夹角。
5.根据权利要求2所述的一种实现共轴的电子束成像设备，其特征在于，所述探测器使用硅探测器，所述硅探测器的探测面与光轴成夹角构成OM光路的反射面，信号直接由放大输出。
6.根据权利要求2所述的一种实现共轴的电子束成像设备，其特征在于，所述探测器使用Robinson探测器，所述探测器的探测面与光轴成夹角作为光反射面且收到信号电子轰击，所述探测面后接光导管与光电倍增管相接并通过光电转换获取图像信号，所述探测器设在光学显微镜的对侧。
7.根据权利要求1所述的一种实现共轴的电子束成像设备，其特征在于，还包括环形反射板，用于对所述光学显微镜的光路进行折射，以及承接信号电子轰击且产生二次电子，所述环形反射板的中心孔供主电子束穿过所述环形反射板的膜孔。
8.根据权利要求6所述的一种实现共轴的电子束成像设备，其特征在于，所述光学显微镜的同侧设有二次电子探测器，所述二次电子探测器可采用Everhart-Thornley(E-T)探测器。
9.根据权利要求1所述的一种实现共轴的电子束成像设备，其特征在于，还包括偏转器，用于聚焦主电子束在样品表面的光栅扫描。
10.一种如权利要求1所述的实现共轴的电子束成像设备的实现方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、使用电子显微镜，并配有偏转器，移动工件台，将待测图案定位到电子显微镜下成像，此时记录工作台的坐标位置(X1，Y1)；
S2、切换至光学显微镜，若使用环形反射板，将环形反射板与电子光学光轴形成夹角如45°，并将光学显微镜光路进行折射，主电子束聚焦到物体表面并激发出成像信号电子，成像信号电子轰击到环形反射板并产生二次电子，二次电子被探测器旁的二次电子探测器检测，通过检测判断成像位置是否偏差；若是环形探测器为硅探测器，主电子束聚焦到物体表面并激发出成像信号电子，成像信号电子轰击到探测器的镜面并检测，通过检测判断成像位置是否偏差；若是环形探测器为Robinson探测器，主电子束聚焦到物体表面并激发出成像信号电子，成像信号电子轰击到探测器的镜面时，通过探测面后接光导管以及连接的光电倍增管进行检测，并通过光电转换获取图像信号；
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S4、若检测到电子显微镜和光学显微镜成像位置偏差，调节光学显微镜的安装位置，即进行水平平移以及倾角调节，使得光学成像在相同的目标图案中心，此时实现光学和电镜模式下同位成像。
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