CN110660634A - 用于带电粒子束的多极型偏转器和带电粒子束成像设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种用于带电粒子束的多极型偏转器、和一种带电粒子束成像设备。所述用于带电粒子束的多极型偏转器，包括：至少两对极部，每对极部中每个包括构造为呈圆弧形的主体，且每对极部的所述主体同心布置并且在直径方向上相对，且每个极部还具备从所述主体径向内侧向内突伸的凸出部，所述至少两对极部包围限定轴向敞开的通孔，所述通孔配置成用于通过待由所述偏转器偏转的所述带电粒子束，其中，所述偏转器的所述至少两对极部配置成协同工作以产生偏转所述带电粒子束的偏转场，所述偏转场分布于所述通孔内。

Description

用于带电粒子束的多极型偏转器和带电粒子束成像设备

技术领域

本公开涉及带电粒子束扫描成像技术领域，更具体地涉及配置成产生诸如电场或磁场的偏转场以供实现对带电粒子束的偏转和进而对具备特定能量和质量的带电粒子的筛选和检测的器件，尤其涉及一种用于带电粒子束的多极型偏转器和一种带电粒子束成像设备。

背景技术

近年来，带电粒子束扫描成像设备在半导体产业中得到越来越广泛的应用，例如,关键尺寸扫描电镜(CD-SEM)，常用于芯片制造过程中对等生产对象，如半导体硅片或掩模版上的图形的关键尺寸的测量，以实现对生产工艺的在线监控。电子束缺陷检测设备,用于对半导体硅片的微观图形缺陷进行成像检测，以反馈生产和工艺开发过程中的良平品率。所述带电粒子束的成像检测设备的主要原理是利用带电粒子束(诸如高能电子束等)轰击被测物体(例如待测芯片)的表面，激发出反映轰击区域测样品本身的各种物理、化学信息的带电粒子，诸如二次带电粒子、背散射粒子等，收集处理成像，来获取待测样品的各种信息，如形貌、成分、特征分布等。

在带电粒子检测和成像设备中，偏转器是其中的一种关键器件，主要作用在于对带电粒子束进行偏转扫描。具体地，偏转器例如为电偏转器或磁偏转器，其根据入射到偏转器所产生的偏转场内的带电粒子束中带电粒子的质量、运动方向、电荷等将带电粒子进行偏转。

在相关技术领域中，亟需一种改进的多极型偏转器，便于实现在结构设计的简化(例如尽量少的极部数目和极部所需的馈电端口)与所得偏转场的分布均匀性(特别是在光轴z的旁轴区的均匀性)之间的折衷。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种用于带电粒子束的多极型偏转器和一种带电粒子束成像设备。

为实现上述目的，所述技术方案如下：

根据本公开的第一方面，提供了一种用于带电粒子束的多极型偏转器，包括：至少两对极部，每对极部中每个包括构造为呈圆弧形的主体，且每对极部的所述主体同心布置并且在直径方向上相对，且每个极部还具备从所述主体径向内侧向内突伸的凸出部，所述至少两对极部包围限定轴向敞开的通孔，所述通孔配置成用于通过待由所述偏转器偏转的所述带电粒子束，其中，所述偏转器的所述至少两对极部配置成协同工作以产生偏转所述带电粒子的偏转场，所述偏转场分布于所述通孔内。

根据本公开的实施例，响应于所述偏转器作为静电偏转器的情况，所述至少两对极部由导电材料制成的至少两对电极，且配置为在分别被施加偏置电压的情况下协同工作产生各自电场，且合成的电场充当所述偏转场；或响应于所述偏转器作为磁偏转器的情况，所述至少两对极部由导磁材料制成的至少两对磁极，且还分别包括贴附于其径向侧上的各自的励磁线圈，且配置为在激励电流通过所述励磁线圈中的情况下协同工作以产生充当偏转场的各自磁场，且合成的磁场充当所述偏转场。

根据本公开的实施例，所述至少两对极部中的每个极部的所述主体分别在周向上延伸跨越相同弧度且彼此形状相同，且各自径向内侧处的内径相同，各自径向外侧处的外径也相同；并且所述至少两对极部的所述主体在周向上成角度地彼此间隔开且呈轴对称布置。

根据本公开的实施例，所述至少两对极部的所述主体在周向上以相同的角度彼此间隔布置。

根据本公开的实施例，所述至少两对极部为以90°角交替地间隔设置的两对极部。

根据本公开的实施例，所述凸出部的形状和尺寸设置成使得入射到所述偏转器内的所述带电粒子束的轴外象差最小化。

根据本公开的实施例，所述凸出部在周向上延伸的角度不超过预定角度范围、且从其径向内侧向内突伸不超过预定径向距离。

根据本公开的实施例，所述预定角度范围为5°至40°，所述预定径向距离为介于每个极部的径向内侧处的内径的0.1倍至0.9倍之间的范围。

根据本公开的实施例，所述凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部内凹的弧形凸台。

根据本公开的实施例，所述凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分球体、锥体形状之一。

根据本公开的实施例，所述凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部平坦的圆台、球台、锥台、多级阶梯状台体之一。

根据本公开的实施例，所述预定角度范围是在产生与所述偏转器所产生的偏转场相同的等效偏转场、且具有呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部内凹的弧形凸台形式的等效凸出部的所述弧形凸台所占据的弧度角。

根据本公开的实施例，所述至少两对极部是两对极部。

另外，根据本公开的另一方面，提供了一种带电粒子束成像设备，所述带电粒子束成像设备被构造成向待测样品表面投射入射带电粒子束以激发二次带电粒子并加以收集成像的电子光学设备，包括：带电粒子源，配置成用以发射所述入射带电粒子束；至少一对根据前述的偏转器；以及二次带电粒子检测器，位于光轴外且布置于所述带电粒子源与所述样品之间，且配置成采集由所述入射带电粒子束投射至所述待测样品而产生的二次带电粒子并且成像；其中，所述至少一对偏转器，相对于所述入射带电粒子束的光轴对称布置，且配置成响应于施加在其上的光栅扫描信号来偏转和投射所述入射带电粒子束至所述待测样品的待测表面。

根据本公开的实施例，所述带电粒子束成像设备还包括物镜，所述物镜被布置成与所述光轴同轴地布置于所述至少一对偏转器下游或上游，且配置用于将穿过所述物镜的入射带电粒子束会聚在待测样品表面。

根据本公开的实施例，所述带电粒子束成像设备还包括：

至少一个聚焦透镜，与所述光轴同轴地布置于带电粒子源与所述至少一对偏转器之间，且配置成对所述入射带电粒子束进行预聚焦和准直；和

限制光阑，所述限制光阑布置于所述至少一个聚集透镜与所述至少一对偏转器之间，且配置用以调节所述入射带电粒子束的形状和/或大小。

附图说明

现在参照随附的示意性附图，仅以举例的方式，描述本公开的实施例，其中，在附图中相应的附图标记表示相应的部件。附图的简要描述如下：

图1示出根据本公开实施例的用于带电粒子束的多极型偏转器的结构示意图，示意性示出各极的示意性结构带有从其径向内侧向内突伸的凸出部，以及各极的示意性布置，其中凸出部呈从相应极部的径向内侧向内突伸的顶部内凹的弧形凸台形状；

图2(a)示出基于图1中所示各极的示意性结构和布置的多极型电偏转器的结构示意图；

图2(b)示出如图2(a)所示多极型电偏转器在使用时的电场线分布示意图；

图3示出如图2(a)所示多极型电偏转器在不同的凸台参数条件下(R3/R2＝0.7)，旁轴区域径向偏转场的电场强度分布情况，其中横轴为旁轴区域大小r，纵轴为径向场大小Er；

图4(a)示出基于图1中所示各极的示意性结构和布置的多极型磁偏转器的结构示意图；

图4(b)示出如图4(a)所示多极型磁偏转器在使用时的磁场分布示意图；

图5示出如图4(a)所示多极型磁偏转器在不同的凸台参数条件下(R3/R2＝0.7)，旁轴区域径向偏转磁场的磁场强度分布情况，其中曲线横轴为旁轴区域大小r，纵轴为径向磁场Br；

图6(a)示出根据本公开另外实施例的用于带电粒子的多极型偏转器的结构示意图，示意性示出各极的示意性结构中的凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部平坦的多级阶梯状台体形状；

图6(b)示出根据本公开另外实施例的用于带电粒子的多极型偏转器的结构示意图，示意性示出各极的示意性结构中的凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分锥体形状；

图6(c)示出根据本公开另外实施例的用于带电粒子的多极型偏转器的结构示意图，示意性示出各极的示意性结构中的凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分球体形状；和

图7示出根据本公开实施例的带电粒子束成像设备的结构示意图，其中使用了上述的多极型偏转器。

具体实施方式

下面将对本公开的技术方案通过实施例结合附图的方式进行进一步的详细解释。在说明书中，相同或相似的附图标记和字母指示相同或相似的部件。参照附图对本公开实施例的以下说明旨在对本公开的总体发明构思进行解释，不应当理解为对本公开的一种限制。

附图被用于说明本公开的内容。附图中各部件尺寸和形状不反映用于带电粒子的多极型偏转器和带电粒子束成像设备的部件的真实比例。

在相关技术中，例如在带电粒子束成像设备中，带电粒子束的偏转例如由偏转器所产生的二极偏转场来实现，例如二极的磁场或电场(即，具备相反的N、S级的磁场，或具备相反的正负电极性的电场)；相应地，偏转器例如为磁偏转器和电偏转器，分别由极性反向的电极和磁极/线圈充当相对设置的两种极部而实现，这种实现固定方向偏转的二极场的配置构成偏转器的基本单元。

二极场场配置的偏转器作为基本单元具备如下主要特点：就电极/磁极的结构和馈电而言，存在一个包含与偏转场正交的光轴z的对称面和反对称面；所产生的电场或磁场与光轴z垂直。为了实现二维面上任意角度的扫描偏转，例如，可以通过将至少两个二极场偏转器单元布置成2N极结构，其中N为二极场偏转器的基本单元的个数，相应地该2N极结构的多极型偏转器包括2N个极。作为更具体示例，将两个二极场偏转器基本单元布置成四极结构。该2N极结构的多极型偏转器例如产生N个共面布置的子偏转场，则由这些子偏转场的矢量合成而产生的合成偏转场例如为二极场。

对于其中的具备至少两个(例如多对)二极场偏转器的多极型偏转器而言，首先，每个二极场偏转器中的相对设置的两极通常为呈对置的平行板状的两个极部，由此导致在极部的特别是端部处的子偏转场边缘分布状况例如由于该处极部轮廓急剧变化导致场线的扭曲而显著区别于子偏转场的中心分布状况(例如较为均匀分别且近乎平行的子偏转场场线)，不利于实现子偏转场的整体分布均匀性和从子偏转场内部向子偏转场的边界区域的场分布的平滑过渡。进而，在具备至少两个二极场偏转器的多极型偏转器中，较少的二极场偏转器虽然由于极部数目和极部所需的馈电端口数目均相对较少而使得该多极型偏转器的结构相对简单，但产生的合成偏转场在靠近光轴z的旁轴区域的均匀性较差，会导致较高的偏转像差，影响轴外光斑质量；替代地，较多的二极场偏转器则会由于所需极部和相应馈电端口数目相对较多，不仅导致结构方面的加工和装配精度方面的困难，而且导致需要额外设置的供电电源。

因而，为了确保以尽量简化的偏转器结构，例如尽量少的极部数目和馈电端口数目，来实现在由多极型偏转器的各个极部所限定的位于其内部以供待偏转的带电粒子通过的偏转器分布区域中、特别是靠近贯穿其中的光轴z的旁轴区域中的合成偏转场场线分布的均匀性，以及各子偏转场场线从中心向边缘过渡的平滑性，本公开实施例进一步提出了改进的多极型偏转器。

图1示出根据本公开实施例的用于带电粒子的多极型偏转器的结构示意图，示意性示出各极的示意性结构带有从其径向内侧向内突伸的凸出部，以及各极的示意性布置，其中凸出部呈从相应极部的径向内侧向内突伸的顶部内凹的弧形凸台形状。

根据本公开实施例的总体技术构思，如图1所示，在本公开实施例的一方面中，提出了一种用于带电粒子束的多极型偏转器1，包括：至少两对极部100，每对极部100中每个包括构造为呈圆弧形的主体101，且每对极部100的主体101同心布置并且在直径方向上相对，且每个极部还具备从所述主体101径向内侧向内突伸的凸出部102，所述至少两对极部100包围限定轴向敞开的通孔103，所述通孔103配置成用于通过待由所述偏转器1偏转的所述带电粒子，其中，所述偏转器1的所述至少两对极部100配置成协同工作以产生偏转带电粒子的合成偏转场，所述合成偏转场分布于所述通孔103内。

关于本公开实施例的上述多极型偏转器1，首先阐述本公开实施例所基于的工作原理。

在本公开实施例中，如上所述，一方面，每个呈圆弧形的至少两对极部100的主体101布置成关于光轴z同心布置，且每对在直径方向上相对；换言之，即每个极部100的主体101同心地沿周向布置，且每对极部中的两个极部的主体101彼此在直径方向上面对设置。通过各极部的的主体101沿周向成对的对置布置，实质上，便利了使得每对极部所形成的子偏转场在极部的端部处的边缘场线基本上沿着或接近于周向延伸，从而这些子偏转场的边缘场线的分布实质上最小化地影响从被限定于由所述多极型偏转器1的各个极部100包围限定的轴向敞开的通孔103中沿轴向通过的带电粒子束。如此，通过如上所述各极部100的主体101的沿周向成对的对置布置来最小化了所述多极型偏转器1中单个二极场偏转器的子偏转场的场线在边缘处相较于中心处的扭曲对于通过该多极型偏转器的轴向通孔103的带电粒子束的影响。

在本公开实施例中，另一方面，如上所述，每个极部100还具备从其主体101的径向内侧向内突伸的凸出部102。通过在每个极部的主体101上设置沿径向向内突伸的所述凸出部102，实质上在一定程度上使得每对极部中两个极部100各自的彼此相距较远的中间部分的间距相比于各自的彼此相距较近的相对的端部部分之间的间距而言，差值有所减小；即每个二极场偏转器中的一对极部之间的间距从中间部分向端部部分变化的梯度减低。从而在如上所述改善极部100边缘处场线扭曲对于带电粒子束的影响的情况下，也同时缓解了每对极部100之间的间距在中间部分处显著区别于端部部分处的趋势，从而在一定程度上补偿了由于周向布置极部100导致的每对极部100之间间距的显著变化，有助于改善所述多极型偏转器所产生的合成偏转场在靠近光轴z的旁轴区域的均匀性。

因而可知，本公开的实施例的构思主旨在于，通过在所述多极型偏转器中各极部100的主体101沿周向成对的对置布置，以及每个极部100的主体101上设置的沿径向向内突伸的凸出部102，这两方面设置的协同作用，特别是利用每个极部100的主体101上设置的径向向内突伸的凸出部102来补偿由各极部100的主体101沿周向成对的对置布置所导致的每个二极场偏转器中的一对极部100之间的间距从中间部分向端部部分变化的梯度，来改善所述多极型偏转器所产生的合成偏转场在由各个极部100包围限定的通孔103内(特别是在光轴z的旁轴区域内)的均匀性，并且各极部100特别是其主体101的形状和布置都相对简单，便于确保制造的简易度和装配的精度。

在本公开的进一步的实施例中，作为示例，如图1所示，所述至少两对极部中的每个极部100的所述主体101分别在周向上延伸跨越相同弧度且彼此形状相同，且各自径向内侧处的内径相同，各自径向外侧处的外径也相同；并且所述至少两对极部100的所述主体101在周向上成角度地彼此间隔开且呈轴对称布置。

通过这种设置，使得所述多极型偏转器1中每个二极场偏转器所产生的子偏转场具备相同的量值，从而便利了合成偏转场的计算和控制。

在本公开的进一步的实施例中，作为示例，如图1所示，所述至少两对极部100的所述主体101在周向上以相同的角度彼此间隔布置。

通过这种设置，实质上使得所述多极型偏转器1的每个极部100特别是各自的主体101在周向上等角度间隔开，即以等分圆周的方式布置，从而使得每个二极场偏转器所产生的子偏转场分别遍及各个极部100包围限定的通孔103内部(特别是在光轴z的旁轴区域内)大致均匀分布，进一步便利了实现较好的合成偏转场均匀性。

在本公开的进一步的实施例中，作为示例，如图1所示，所述至少两对极部为以90°角交替地间隔设置的两对极部。换言之，所述多极型偏转器1即包括四个正交布置的极部100，即包括两个彼此正交布置的二极场偏转器。换言之，所述多极型偏转器形成为四极型偏转器。

通过这种设置，使得在降低带电粒子束经过所述多极型偏转器1的通孔103时所引入的轴外像差的同时，以尽量小的极部100数目和极部100所需的馈电端口数目来实现了所述多极型偏转器，从而简化了结构设计，便于确保加工制造的简易度和装配的精度。

根据本公开的实施例，例如，所述凸出部102的形状和尺寸设置成使得最小化入射到所述多极型偏转器1内的所述带电粒子的轴外象差。

具体地，例如，所述凸出部102在周向上延伸的角度不超过预定角度范围、且从其径向内侧向内突伸不超过预定径向距离。

所述凸出部102的形状和尺寸，特别是凸出部102在周向上对应地跨越的弧度角A，是所述多极型偏转器1所产生的合成偏转场在旁轴区域内的均匀性至关重要的。

具体而言，在给定了所述主体101的径向内侧的半径R2，并且所述凸出部102的从所述主体101的径向内侧沿着径向继续向内突伸的最大长度L3相对于所述主体101的径向内侧的半径R2的比例也一定的情况下，若该弧度角越小，则凸出部102的周向范围越小，即凸出部102在周向上越窄，则每个极部100的形状和尺寸越接近于不具备凸出部102的极部的形状和尺寸，相应地如上所述的凸出部对由于周向布置极部100导致的每对极部100之间间距的显著变化的补偿作用越不明显；若该弧度角越大，则凸出部102在每个相应极部100的主体101上占据的周向范围越大，即凸出部102在周向上越宽，则相应地每个极部越近似于与平行板状极部等效，从而使得通过在所述多极型偏转器1中各极部100的主体101沿周向成对的对置布置来降低所述多极型偏转器1中单个二极场偏转器的子偏转场的场线在边缘处相较于中心处的扭曲对于通过该多极型偏转器的轴向通孔103的带电粒子束的影响方面的作用越不明显。

在偏转器中，通常着重关注的是光轴旁轴区域内的偏转场分布。数值模拟表明，对于给定的所述主体101的径向内侧的半径R2，通过对从所述主体101的径向内侧沿着径向继续向内突伸的最大长度L3、凸出部102的弧度A的组合优化，则相应地在旁轴区域更大的范围内得到更接近于二极场的横向场分布。

作为示例，所述弧度角A的预定角度范围为5°至40°，所述预定径向距离为介于每个极部的径向内侧处的内径的0.1倍至0.9倍之间的范围。从而在此尺寸设置下，使得能够得到如图1所示四极场型偏转器的遍及通孔103内的光轴z旁轴区域中的最大化的等效于二极场的合成偏转场分布。

并且，根据本公开的实施例，例如，如图1所示，所述凸出部102呈从相应极部100的主体101的径向内侧向内突伸的顶部内凹的弧形凸台。则所述凸出部102的从所述主体101的径向内侧沿着径向继续向内突伸的最大长度L3为该弧形凸台的内凹顶部处的半径R3。由此，对于给定的所述主体101的径向内侧的半径R2，通过对该弧形凸台的内凹顶部处的半径R3、弧形凸台的弧度A的组合优化，则相应地在旁轴区域更大的范围内得到更接近于二极场的横向场分布。

根据本公开的替代实施例，例如，如图6(a)、图6(b)和图6(c)所示，示出了凸出部102的其它可选形式。例如，图6(a)示出根据本公开另外实施例的用于带电粒子的多极型偏转器的结构示意图，示意性示出各极的示意性结构中的凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部平坦的多级阶梯状台体形状；图6(b)示出根据本公开另外实施例的用于带电粒子的多极型偏转器的结构示意图，示意性示出各极的示意性结构中的凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分锥体形状；图6(c)示出根据本公开另外实施例的用于带电粒子的多极型偏转器的结构示意图，示意性示出各极的示意性结构中的凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分球体形状。

具体地，例如，所述凸出部还可以呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分球体、锥体形状之一；或者，所述凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部平坦的圆台、球台、锥台、多级阶梯状台体之一。

相应地，图6(a)、图6(b)和图6(c)中分别所示的所述凸出部的弧度角A’、A”、A”’的预定角度范围是在产生与每个二极场偏转器所产生的子偏转场相同的等效子偏转场、且具有呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部内凹的弧形凸台形式的等效凸出部的所述弧形凸台所占据的弧度角，即根据子偏转场计算出的等效弧形凸台的等效弧度角。

在本公开实施例的一种示例性实施例中，例如，一种多极型电偏转器充当用于带电粒子束的所述多极型偏转器。

图2(a)示出基于图1中所示各极的示意性结构和布置的多极型电偏转器的结构示意图；图2(b)示出如图2(a)所示多极型电偏转器在使用时的电场线分布示意图。

如图2(a)所示，所述多极型电偏转器1’包括：至少两对电极100’，由导电材料制成，每对电极100’中每个包括构造为呈圆弧形的主体101’，且每对电极100’的主体101’同心布置并且在直径方向上相对，且每个电极还具备从所述主体101’径向内侧向内突伸的凸出部102’，所述至少两对电极100’包围限定轴向敞开的通孔103’，所述通孔103’配置成用于通过待由所述电偏转器1’偏转的所述带电粒子，其中，所述电偏转器1’的所述至少两对电极100’配置成协同工作以产生偏转带电粒子的合成偏转电场，所述合成偏转电场分布于所述通孔103’内。所述多极型电偏转器1’中，每对电极(即每个二极场电偏转器)在其中的两个对置电极分别被施加外置偏置电压时产生子电场，子电场矢量合成为所述多极型电偏转器1’的合成偏转电场。

在本公开实施例中，如上所述，一方面，每个呈圆弧形的至少两对电极100’的主体101’布置成关于光轴z同心布置，且每对在直径方向上相对；换言之，即每个电极100’的主体101’同心地沿周向布置，且每对电极中的两个电极的主体101’彼此在直径方向上面对设置。通过各电极的的主体101’沿周向成对的对置布置，实质上，便利了使得每对电极所形成的子电场在电极的端部处的边缘场线基本上沿着或接近于周向延伸，从而这些子电场的边缘场线的分布实质上最小化地影响从被限定于由所述多极型电偏转器1’的各个电极100’包围限定的轴向敞开的通孔103’中沿轴向通过的带电粒子束。如此，通过如上所述各电极100’的主体101’的沿周向成对的对置布置来最小化了所述多极型电偏转器1’中单个二极场电偏转器的子电场的场线在边缘处相较于中心处的扭曲对于通过该多极型电偏转器的轴向通孔103’的带电粒子束的影响。

在本公开实施例中，另一方面，如上所述，每个电极100’还具备从其主体101’的径向内侧向内突伸的凸出部102’。通过在每个电极的主体101’上设置沿径向向内突伸的所述凸出部102’，实质上在一定程度上使得每对电极中两个电极100’各自的彼此相距较远的中间部分的间距相比于各自的彼此相距较近的相对的端部部分之间的间距而言，差值有所减小；即每个二极场电偏转器中的一对电极之间的间距从中间部分向端部部分变化的梯度减低。从而在如上所述改善电极100’边缘处场线扭曲对于带电粒子束的影响的情况下，也同时缓解了每对电极100’之间的间距在中间部分处显著区别于端部部分处的趋势，从而在一定程度上补偿了由于周向布置电极100’导致的每对电极100’之间间距的显著变化，有助于改善所述多极型电偏转器所产生的合成偏转电场在靠近光轴z的旁轴区域的均匀性。

因而可知，本公开的实施例的构思主旨在于，通过在所述多极型电偏转器中各电极100’的主体101’沿周向成对的对置布置，以及每个电极100’的主体101’上设置的沿径向向内突伸的凸出部102’，这两方面设置的协同作用，特别是利用每个电极100’的主体101’上设置的径向向内突伸的凸出部102’来补偿由各电极100’的主体101’沿周向成对的对置布置所导致的每个二极场电偏转器中的一对电极100’之间的间距从中间部分向端部部分变化的梯度，来改善所述多极型电偏转器所产生的合成偏转电场在由各个电极100’包围限定的通孔103’内(特别是在光轴z的旁轴区域内)的均匀性，并且各电极100’特别是其主体101’的形状和布置都相对简单，便于确保制造的简易度和装配的精度。

在本公开的进一步的实施例中，作为示例，如图2(a)所示，所述至少两对电极中的每个电极100’的所述主体101’分别在周向上延伸跨越相同弧度且彼此形状相同，且各自径向内侧处的内径相同，各自径向外侧处的外径也相同；并且所述至少两对电极100’的所述主体101’在周向上成角度地彼此间隔开且呈轴对称布置。

通过这种设置，使得所述多极型电偏转器1’中每个二极场电偏转器所产生的子电场具备相同的量值，从而便利了合成偏转电场的计算和控制。

在本公开的进一步的实施例中，作为示例，如图2(a)所示，所述至少两对电极100’的所述主体101’在周向上以相同的角度彼此间隔布置。

通过这种设置，实质上使得所述多极型电偏转器1’的每个电极100’特别是各自的主体101’在周向上等角度间隔开，即以等分圆周的方式布置，从而使得每个二极场电偏转器所产生的子电场分别遍及各个电极100’包围限定的通孔103’内部(特别是在光轴z的旁轴区域内)大致均匀分布，进一步便利了实现较好的合成偏转电场均匀性。

在本公开的进一步的实施例中，作为示例，如图2(a)所示，所述至少两对电极为以90°角交替地间隔设置的两对电极。换言之，所述多极型电偏转器1’即包括四个正交布置的电极100’，即包括两个彼此正交布置的二极场电偏转器。换言之，所述多极型电偏转器形成为四极型电偏转器。

通过这种设置，使得在降低带电粒子经过所述多极型电偏转器1’的通孔103’时所引入的轴外像差的同时，以尽量小的电极100’数目和电极100’所需的馈电端口数目来实现了所述多极型电偏转器，从而简化了结构设计，便于确保加工制造的简易度和装配的精度。

根据本公开的实施例，例如，所述凸出部102’的形状和尺寸设置成使得最小化入射到所述多极型电偏转器1’内的所述带电粒子的轴外象差。

具体地，例如，所述凸出部102’在周向上延伸的角度不超过预定角度范围、且从其径向内侧向内突伸不超过预定径向距离。

所述凸出部102’的形状和尺寸，特别是凸出部102’在周向上对应地跨越的弧度角A，是所述多极型电偏转器1’所产生的合成偏转电场在旁轴区域内的均匀性至关重要的。

具体而言，在给定了所述主体101’的径向内侧的半径R2，并且所述凸出部102’的从所述主体101’的径向内侧沿着径向继续向内突伸的最大长度L3相对于所述主体101’的径向内侧的半径R2的比例也一定的情况下，若该弧度角越小，则凸出部102’的周向范围越小，即凸出部102’在周向上越窄，则每个电极100’的形状和尺寸越接近于不具备凸出部102’的电极的形状和尺寸，相应地如上所述的凸出部对由于周向布置电极100’导致的每对电极100’之间间距的显著变化的补偿作用越不明显；若该弧度角越大，则凸出部102’在每个相应电极100’的主体101’上占据的周向范围越大，即凸出部102’在周向上越宽，则相应地每个电极越近似于与平行板状电极等效，从而使得通过在所述多极型电偏转器1’中各电极100’的主体101’沿周向成对的对置布置来降低所述多极型电偏转器1’中单个二极场电偏转器的子电场的场线在边缘处相较于中心处的扭曲对于通过该多极型电偏转器的轴向通孔103’的带电粒子束的影响方面的作用越不明显。

在电偏转器中，通常着重关注的是光轴旁轴区域内的电场分布。数值模拟表明，对于给定的所述主体101’的径向内侧的半径R2，通过对从所述主体101’的径向内侧沿着径向继续向内突伸的最大长度L3、凸出部102’的弧度A的组合优化，则相应地在旁轴区域更大的范围内得到更接近于二极场的横向场分布。

作为示例，所述弧度角A的预定角度范围为5°至40°，所述预定径向距离为介于每个电极的径向内侧处的内径的0.1倍至0.9倍之间的范围。从而在此尺寸设置下，使得能够得到如图2(b)所示四极场型电偏转器的遍及通孔103’内的光轴z旁轴区域中的最大化的等效于二极场的合成偏转电场分布。

并且，根据本公开的实施例，例如，如图2(a)所示，所述凸出部102’呈从相应电极100’的主体101’的径向内侧向内突伸的顶部内凹的弧形凸台。则所述凸出部102’的从所述主体101’的径向内侧沿着径向继续向内突伸的最大长度L3为该弧形凸台的内凹顶部处的半径R3。由此，对于给定的所述主体101’的径向内侧的半径R2，通过对该弧形凸台的内凹顶部处的半径R3、弧形凸台的弧度A的组合优化，则相应地在旁轴区域更大的范围内得到更接近于二极场的横向场分布。

具体地，例如，本公开的一个应用实例如图2(a)所示，图示出一种四电极静电偏转器。在几何结构上对于光轴(z轴)对称，四个包含z轴的面对称；在馈电分布上，具有一个面对称和一个面反对称的特点。四个圆弧电极100’的主体分别呈外径和内径分别为R1和R2(<R1)的圆弧段形电极，且在周向上成等弧度分隔开，极间缝隙角为θ。在此基础上，在每个电极的主体的内径侧，还具备顶部内凹的弧形凸台状结构，弧形凸台内径为R3(<R2)，弧度为A。在各电极100’上分别施以电压Vy，-Vx，-Vy，，即两对电极中每对的两电极上分别施加电压Vy，-Vy、以及Vx和-Vx。由此如图所示的横截面上的旁轴区域中得到沿径向为主的偏转电场，其方向与x轴所成的弧度α由arctg(Vy/Vx)决定，如图2(b)是实际应用时的合成偏转电场的电场线分布图。

从图2(b)可以看出在旁轴区域内的电场线分布基本呈均匀分布，在远离光轴部分的电场线分布与电极形状和电极电压有关。数值模拟表明，对于给定的R2，通过对凸台内径R3、凸台弧度A的组合优化，可以在旁轴区更大的范围内得到更接近于二极场的横向场分布。

图3示出如2(a)所示多极型电偏转器在不同的凸台参数条件下(R3/R2＝0.7)，旁轴区域径向偏转场的电场强度分布情况，其中横轴为旁轴区域大小r，纵轴为径向场大小Er。实验实测数据表明，在R3/R2＝0.7条件下，当凸台角度A＝30°时(参见图3中的图线A30)，在旁轴区域300um范围内，偏转电场的均匀性要好于其他结构参数下的偏转电场。从图5中还可以看出，相对于不具备凸台的电偏转器结构(即相关技术中的静电偏转器，对应于图3中A0的图线)而言，本公开实施例的如图2(a)和图2(b)的静电偏转器的偏转电场的均匀性优于不具备径向内侧凸台的相关技术中的四极静电偏转器结构的偏转电场，特别是图线A20、A30示出了与图线A0相比，具有在纵坐标轴上与相对场强参考量值1(以光轴处的合成场强量值为1，充当参考值，纵坐标值为相对于该参考值1的各点处场强的相对比值)近似相等的值对应的横坐标轴上的相对更大范围。则在同样的偏转像差下，本公开实施例的静电偏转器拥有更大的视场。且本公开实施例可扩展至更一般的应用实例。例如，凸台外径R2在3～100mm范围，凸台内径R3在0.1R2～0.9R2，凸台弧度A＝5°～40°都落入于本公开主张的保护范围。

根据本公开的替代实施例，例如，如图6(a)、图6(b)和图6(c)所示，示出了凸出部102’的其它可选形式。例如，图6(a)示出根据本公开另外实施例的用于带电粒子的多极型电偏转器的结构示意图，示意性示出各电极的示意性结构中的凸出部呈从相应电极的主体的径向内侧向内突伸的顶部平坦的多级阶梯状台体形状；图6(b)示出根据本公开另外实施例的用于带电粒子的多极型电偏转器的结构示意图，示意性示出各电极的示意性结构中的凸出部呈从相应电极的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分锥体形状；图6(c)示出根据本公开另外实施例的用于带电粒子的多极型电偏转器的结构示意图，示意性示出各电极的示意性结构中的凸出部呈从相应电极的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分球体形状。

具体地，例如，所述凸出部还可以呈从相应电极的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分球体、锥体形状之一；或者，所述凸出部呈从相应电极的主体的径向内侧向内突伸的顶部平坦的圆台、球台、锥台、多级阶梯状台体之一。

相应地，图6(a)、图6(b)和图6(c)中分别所示的所述凸出部的弧度角A’、A”、A”’的预定角度范围是在产生与每个二极场电偏转器所产生的子电场相同的等效子电场、且具有呈从相应电极的主体的径向内侧向内突伸的顶部内凹的弧形凸台形式的等效凸出部的所述弧形凸台所占据的弧度角，即根据子电场计算出的等效弧形凸台的等效弧度角。

在本公开实施例的另一种示例性实施例中，例如，一种多极型磁偏转器充当用于带电粒子的所述多极型偏转器。

图4(a)示出基于图1中所示各极的示意性结构和布置的多极型磁偏转器的结构示意图；图4(b)示出如图4(a)所示多极型磁偏转器在使用时的磁场分布示意图。

在本公开实施例的一种示例性实施例中，例如，一种多极型磁偏转器充当用于带电粒子的所述多极型偏转器。

图4(a)示出基于图1中所示各极的示意性结构和布置的多极型磁偏转器的结构示意图；图4(b)示出如4(a)所示多极型磁偏转器在使用时的磁场线分布示意图。

如图4(a)示所示，所述多极型磁偏转器1”包括：至少两对磁极100”，由导磁材料(例如软磁材料)制成，每对磁极100”中每个包括构造为呈圆弧形的主体101”，且每对磁极100”的主体101”同心布置并且在直径方向上相对；以及分别贴附于各个磁极的径向侧(例如径向外侧或内侧)上的各自的励磁线圈104，且每对磁极各自的励磁线圈104上的激励电流的方向相同，如图4(a)中实线和虚线箭头所示；且每个磁极还具备从所述主体101”径向内侧向内突伸的凸出部102”，所述至少两对磁极100”包围限定轴向敞开的通孔103”，所述通孔103”配置成用于通过待由所述磁偏转器1”偏转的所述带电粒子，其中，所述磁偏转器1”的所述至少两对磁极100”配置成协同工作以产生偏转带电粒子的合成偏转磁场，所述合成偏转磁场分布于所述通孔103”内。所述多极型磁偏转器1”中，每对磁极(即每个二极场磁偏转器)在激励电流通过各自的励磁线圈中的情况下产生子磁场，子磁场矢量合成为所述多极型磁偏转器1”的合成偏转磁场。

在本公开实施例中，如上所述，一方面，每个呈圆弧形的至少两对磁极100”的主体101”布置成关于光轴z同心布置，且每对在直径方向上相对；换言之，即每个磁极100”的主体101”同心地沿周向布置，且每对磁极中的两个磁极的主体101”彼此在直径方向上面对设置。通过各磁极的的主体101”沿周向成对的对置布置，实质上，便利了使得每对磁极所形成的子磁场在磁极的端部处的边缘场线基本上沿着或接近于周向延伸，从而这些子磁场的边缘场线的分布实质上最小化地影响从被限定于由所述多极型磁偏转器1”的各个磁极100”包围限定的轴向敞开的通孔103”中沿轴向通过的带电粒子束。如此，通过如上所述各磁极100”的主体101”的沿周向成对的对置布置来最小化了所述多极型磁偏转器1”中单个二极场磁偏转器的子磁场的场线在边缘处相较于中心处的扭曲对于通过该多极型磁偏转器的轴向通孔103”的带电粒子束的影响。

在本公开实施例中，另一方面，如上所述，每个磁极100”还具备从其主体101”的径向内侧向内突伸的凸出部102”。通过在每个磁极的主体101”上设置沿径向向内突伸的所述凸出部102”，实质上在一定程度上使得每对磁极中两个磁极100”各自的彼此相距较远的中间部分的间距相比于各自的彼此相距较近的相对的端部部分之间的间距而言，差值有所减小；即每个二极场磁偏转器中的一对磁极之间的间距从中间部分向端部部分变化的梯度减低。从而在如上所述改善磁极100”边缘处场线扭曲对于带电粒子束的影响的情况下，也同时缓解了每对磁极100”之间的间距在中间部分处显著区别于端部部分处的趋势，从而在一定程度上补偿了由于周向布置磁极100”导致的每对磁极100”之间间距的显著变化，有助于改善所述多极型磁偏转器所产生的合成偏转磁场在靠近光轴z的旁轴区域的均匀性。

因而可知，本公开的实施例的构思主旨在于，通过在所述多极型磁偏转器中各磁极100”的主体101”沿周向成对的对置布置，以及每个磁极100”的主体101”上设置的沿径向向内突伸的凸出部102”，这两方面设置的协同作用，特别是利用每个磁极100”的主体101”上设置的径向向内突伸的凸出部102”来补偿由各磁极100”的主体101”沿周向成对的对置布置所导致的每个二极场磁偏转器中的一对磁极100”之间的间距从中间部分向端部部分变化的梯度，来改善所述多极型磁偏转器所产生的合成偏转磁场在由各个磁极100”包围限定的通孔103”内(特别是在光轴z的旁轴区域内)的均匀性，并且各磁极100”特别是其主体101”的形状和布置都相对简单，便于确保制造的简易度和装配的精度。

在本公开的进一步的实施例中，作为示例，如图4(a)所示，所述至少两对磁极中的每个磁极100”的所述主体101”分别在周向上延伸跨越相同弧度且彼此形状相同，且各自径向内侧处的内径相同，各自径向外侧处的外径也相同；并且所述至少两对磁极100”的所述主体101”在周向上成角度地彼此间隔开且呈轴对称布置。

通过这种设置，使得所述多极型磁偏转器1”中每个二极场磁偏转器所产生的子磁场具备相同的量值，从而便利了合成偏转磁场的计算和控制。

在本公开的进一步的实施例中，作为示例，如图4(a)所示，所述至少两对磁极100”的所述主体101”在周向上以相同的角度彼此间隔布置。

通过这种设置，实质上使得所述多极型磁偏转器1”的每个磁极100”特别是各自的主体101”在周向上等角度间隔开，即以等分圆周的方式布置，从而使得每个二极场磁偏转器所产生的子磁场分别遍及各个磁极100”包围限定的通孔103”内部(特别是在光轴z的旁轴区域内)大致均匀分布，进一步便利了实现较好的合成偏转磁场均匀性。

在本公开的进一步的实施例中，作为示例，如图4(a)所示，所述至少两对磁极为以90°角交替地间隔设置的两对磁极。换言之，所述多极型磁偏转器1”即包括四个正交布置的磁极100”，即包括两个彼此正交布置的二极场磁偏转器。换言之，所述多极型磁偏转器形成为四极型磁偏转器。

通过这种设置，使得在降低带电粒子经过所述多极型磁偏转器1”的通孔103”时所引入的轴外像差的同时，以尽量小的磁极100”数目和磁极100”所需的馈电端口数目来实现了所述多极型磁偏转器，从而简化了结构设计，便于确保加工制造的简易度和装配的精度。

根据本公开的实施例，例如，所述凸出部102”的形状和尺寸设置成使得最小化入射到所述多极型磁偏转器1”内的所述带电粒子束的轴外象差。

具体地，例如，所述凸出部102”在周向上延伸的角度不超过预定角度范围、且从其径向内侧向内突伸不超过预定径向距离。

所述凸出部102”的形状和尺寸，特别是凸出部102”在周向上对应地跨越的弧度角A，是所述多极型磁偏转器1”所产生的合成偏转磁场在旁轴区域内的均匀性至关重要的。

具体而言，在给定了所述主体101”的径向内侧的半径R2，并且所述凸出部102”的从所述主体101”的径向内侧沿着径向继续向内突伸的最大长度L3相对于所述主体101”的径向内侧的半径R2的比例也一定的情况下，若该弧度角越小，则凸出部102”的周向范围越小，即凸出部102”在周向上越窄，则每个磁极100”的形状和尺寸越接近于不具备凸出部102”的磁极的形状和尺寸，相应地如上所述的凸出部对由于周向布置磁极100”导致的每对磁极100”之间间距的显著变化的补偿作用越不明显；若该弧度角越大，则凸出部102”在每个相应磁极100”的主体101”上占据的周向范围越大，即凸出部102”在周向上越宽，则相应地每个磁极越近似于与平行板状磁极等效，从而使得通过在所述多极型磁偏转器1”中各磁极100”的主体101”沿周向成对的对置布置来降低所述多极型磁偏转器1”中单个二极场磁偏转器的子磁场的场线在边缘处相较于中心处的扭曲对于通过该多极型磁偏转器的轴向通孔103”的带电粒子束的影响方面的作用越不明显。

在磁偏转器中，通常着重关注的是光轴旁轴区域内的磁场分布。数值模拟表明，对于给定的所述主体101”的径向内侧的半径R2，通过对从所述主体101”的径向内侧沿着径向继续向内突伸的最大长度L3、凸出部102”的弧度A的组合优化，则相应地在旁轴区域更大的范围内得到更接近于二极场的横向场分布。

作为示例，所述弧度角A的预定角度范围为5°至40°，所述预定径向距离为介于每个磁极的径向内侧处的内径的0.1倍至0.9倍之间的范围。从而在此尺寸设置下，使得能够得到如图4(b)所示四极场型磁偏转器的遍及通孔103”内的光轴z旁轴区域中的最大化的等效于二极场的合成偏转磁场分布,图4(b)例如是在仅激励分别位于左右侧磁极上的一组线圈104的情况下的径向磁场分布实例。

并且，根据本公开的实施例，例如，如图4(a)所示，所述凸出部102”呈从相应磁极100”的主体101”的径向内侧向内突伸的顶部内凹的弧形凸台。则所述凸出部102”的从所述主体101”的径向内侧沿着径向继续向内突伸的最大长度L3为该弧形凸台的内凹顶部处的半径R3。由此，对于给定的所述主体101”的径向内侧的半径R2，通过对该弧形凸台的内凹顶部处的半径R3、弧形凸台的弧度A的组合优化，则相应地在旁轴区域更大的范围内得到更接近于二极场的横向场分布。

具体地，例如，本公开的一个应用实例如图4(a)所示，图示出一种四磁极磁偏转器。磁极内径表面的凸台形状仍可以用参数例如磁极的主体的外径R1、主体的内径R2，凸台的内径R3，凸台的弧度角A描述。在励磁线圈内的一定电流激励下，在横截面旁轴区得到径向分布的偏转磁场。如图4(b)所示，是在只激励一组线圈(606和608)的情况下的径向磁场分布实例。如图4(b)是实际应用时的合成偏转磁场的磁场线分布图。

从图4(b)可以看出在旁轴区域内的磁场线分布基本呈均匀分布，在远离光轴部分的磁场线分布与磁极形状和磁极电压有关。数值模拟表明，对于给定的R2，通过对凸台内径R3、凸台弧度A的组合优化，可以在旁轴区更大的范围内得到更接近于二极场的横向场分布。

图5示出如图4(a)所示多极型磁偏转器在不同的凸台参数条件下(R3/R2＝0.7)，旁轴区域径向偏转磁场的磁场强度分布情况，其中曲线横轴为旁轴区域大小r，纵轴为径向磁场Br。实验实测数据表明，在R3/R2＝0.7条件下，当凸台角度A＝30°时(参见图5中的图线A30)，在旁轴区域300um范围内，偏转磁场的均匀性要好于其他结构参数下的偏转磁场。从图5中还可以看出，相对于不具备凸台的磁偏转器结构(即关技术中的磁偏转器，对应于图5中A0的图线)而言，本公开实施例的如图4(a)和图4(b)的磁偏转器的偏转磁场的均匀性优于不具备径向内侧凸台的相关技术中的四极磁偏转器结构的偏转磁场，特别是图线A20、A30示出了与图线A0相比，具有在纵坐标轴上与相对磁场强度参考量值1(以光轴处的合成磁场强度量值为1，充当参考值，纵坐标值为相对于该参考值1的各点处磁场强度的相对比值)近似相等的值对应的横坐标轴上的相对更大范围。则在同样的偏转像差下，本公开实施例的磁偏转器拥有更大的视场。且本公开实施例可扩展至更一般的应用实例。例如，凸台外径R2在3～100”mm范围，凸台内径R3在0.1R2～0.9R2，凸台弧度A＝5°～40°都落入于本公开主张的保护范围。

根据本公开的替代实施例，例如，如图6(a)、图6(b)和图6(c)所示，示出了凸出部102”的其它可选形式。例如，图6(a)示出根据本公开另外实施例的用于带电粒子的多极型磁偏转器的结构示意图，示意性示出各磁极的示意性结构中的凸出部呈从相应磁极的主体的径向内侧向内突伸的顶部平坦的多级阶梯状台体形状；图6(b)示出根据本公开另外实施例的用于带电粒子的多极型磁偏转器的结构示意图，示意性示出各磁极的示意性结构中的凸出部呈从相应磁极的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分锥体形状；图6(c)示出根据本公开另外实施例的用于带电粒子的多极型磁偏转器的结构示意图，示意性示出各磁极的示意性结构中的凸出部呈从相应磁极的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分球体形状。

具体地，例如，所述凸出部还可以呈从相应磁极的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分球体、锥体形状之一；或者，所述凸出部呈从相应磁极的主体的径向内侧向内突伸的顶部平坦的圆台、球台、锥台、多级阶梯状台体之一。

相应地，图6(a)、图6(b)和图6(c)中分别所示的所述凸出部的弧度角A’、A”、A”’的预定角度范围是在产生与每个二极场磁偏转器所产生的子磁场相同的等效子磁场、且具有呈从相应磁极的主体的径向内侧向内突伸的顶部内凹的弧形凸台形式的等效凸出部的所述弧形凸台所占据的弧度角，即根据子磁场计算出的等效弧形凸台的等效弧度角。

由此，本公开实施例具备如下优越的技术效果：本公开实施例通过在所述多极型偏转器中各极部的主体沿周向成对的对置布置，以及每个极部的主体上设置的沿径向向内突伸的凸出部，这两方面设置的协同作用，来改善所述多极型偏转器所产生的合成偏转场在由各个极部包围限定的通孔内(特别是在光轴z的旁轴区域内)的均匀性，并且各极部特别是其主体的形状和布置都相对简单，便于确保制造的简易度和装配的精度。

图7示出根据本公开实施例的带电粒子束成像设备的结构示意图，其中使用了上述的多极型偏转器。

在本公开实施例的另一方面中，如图7所示，提供一种带电粒子束成像设备2，所述带电粒子束成像设备2被构造成向待测样品表面投射入射带电粒子束以激发二次带电粒子并加以收集成像的电子光学设备，包括：

带电粒子源201，配置成用以发射所述入射带电粒子束；

至少一对根据权利要求1所述的偏转器1；以及

二次带电粒子检测器202，位于光轴z外且布置于所述带电粒子源201与所述样品之间，且配置成采集由所述入射带电粒子束投射至所述待测样品而产生的二次带电粒子并且成像；

其中，所述至少一对偏转器1，相对于所述入射带电粒子束的光轴z对称布置，且配置成响应于施加在其上的光栅扫描信号来偏转和投射所述入射带电粒子束至待测样品(例如半导体器件)的待测表面。

其中，由于所述至少一对偏转器1被包括于所述带电粒子束成像设备2中，如上所述的至少一对偏转器1的其具体结构特征在此不再赘述；且因而所述带电粒子束成像设备2也具备上述偏转器1的技术效果，在此也不再赘述。

在进一步的实施例中，例如，所述的带电粒子束成像设备2还包括物镜203，所述物镜203被布置成与所述光轴z同轴地布置于所述至少一对偏转器1下游(例如如图所示，或者也可替代地位于偏转器1上游)，且配置用于将穿过所述物镜的的所述入射带电粒子束会聚并且最终投射至待测样品表面。

在进一步的实施例中，例如，所述的带电粒子束成像设备2还包括：

至少一个聚焦透镜204，与所述光轴z同轴地布置于带电粒子源201与所述至少一对偏转器1之间，且配置成对即将入射到偏转器中的待偏转的所述入射带电粒子束进行预聚焦和准直；和

限制光阑205，布置于所述至少一个聚集透镜204与所述至少一对偏转器1之间，且配置用以调节所述入射带电粒子束的形状和/或大小。

在进一步的实施例中，例如，所述带电粒子束成像设备2还包括：像差修正装置，所述像差修正装置与所述光轴同轴地布置在所述至少一对偏转器与所述物镜之间，并且配置成用来对经过的所述入射带电粒子束的束斑执行动态校正。

在进一步的实施例中，例如，如图7所示，所述带电粒子束成像设备22还包括一个维恩(wien)偏转器，位于物镜203内，其作用是将穿过其中的二次带电粒子进行偏转到光轴z一侧、朝向二次带电粒子检测器202入射以供进行二次带电粒子检测和成像。

本公开的实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各实施例之间相同相似的部分互相参见即可。另外，根据前述的本公开实施例可以理解，经由任意两种或两种以上的组合的任何技术方案，也落入本公开的保护范围内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (16)

1.一种用于带电粒子束的多极型偏转器，包括：

至少两对极部，每对极部中每个包括构造为呈圆弧形的主体，且每对极部的所述主体同心布置并且在直径方向上相对，且每个极部还具备从所述主体径向内侧向内突伸的凸出部，所述至少两对极部包围限定轴向敞开的通孔，所述通孔配置成用于通过待由所述偏转器偏转的所述带电粒子束，

其中，所述偏转器的所述至少两对极部配置成协同工作以产生偏转所述带电粒子束的偏转场，所述偏转场分布于所述通孔内。

2.根据权利要求1所述的偏转器，其中，响应于所述偏转器作为静电偏转器的情况，所述至少两对极部由导电材料制成的至少两对电极，且配置为在分别被施加偏置电压的情况下协同工作产生各自电场，且合成的电场充当所述偏转场；或

响应于所述偏转器作为磁偏转器的情况，所述至少两对极部由导磁材料制成的至少两对磁极，且还分别包括贴附于其径向侧上的各自的励磁线圈，且配置为在激励电流通过所述励磁线圈中的情况下协同工作以产生充当偏转场的各自磁场，且合成的磁场充当所述偏转场。

3.根据权利要求2所述的偏转器，其中，

所述至少两对极部中的每个极部的所述主体分别在周向上延伸跨越相同弧度且彼此形状相同，且各自径向内侧处的内径相同，各自径向外侧处的外径也相同；并且

所述至少两对极部的所述主体在周向上成角度地彼此间隔开且呈轴对称布置。

4.根据权利要求3所述的偏转器，其中，所述至少两对极部的所述主体在周向上以相同的角度彼此间隔布置。

5.根据权利要求4所述的偏转器，其中，所述至少两对极部为以90°角交替地间隔设置的两对极部。

6.根据权利要求1所述的偏转器，其中，

所述凸出部的形状和尺寸设置成使得入射到所述偏转器内的所述带电粒子束的轴外象差最小化。

7.根据权利要求6所述的偏转器，其中，

所述凸出部在周向上延伸的角度不超过预定角度范围、且从其径向内侧向内突伸不超过预定径向距离。

8.根据权利要求7所述的偏转器，其中，

所述预定角度范围为5°至40°，所述预定径向距离为介于每个极部的径向内侧处的内径的0.1倍至0.9倍之间的范围。

9.根据权利要求7所述的偏转器，其中，

所述凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部内凹的弧形凸台。

10.根据权利要求7所述的偏转器，其中，

所述凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部拱起的部分球体、锥体形状之一。

11.根据权利要求7所述的偏转器，其中，

所述凸出部呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部平坦的圆台、球台、锥台、多级阶梯状台体之一。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的偏转器，其中，所述预定角度范围是在产生与所述偏转器所产生的偏转场相同的等效偏转场、且具有呈从相应极部的主体的径向内侧向内突伸的顶部内凹的弧形凸台形式的等效凸出部的所述弧形凸台所占据的弧度角。

13.根据权利要求1所述的偏转器，其中，

所述至少两对极部是两对极部。

14.一种带电粒子束成像设备，所述带电粒子束成像设备被构造成向待测样品表面投射入射带电粒子束以激发二次带电粒子并加以收集成像的光学设备，包括：

带电粒子源，配置成用以发射所述入射带电粒子束；

至少一对根据权利要求1至14中任一项所述的偏转器；以及

二次带电粒子检测器，位于光轴外且布置于所述带电粒子源与所述样品之间，且配置成采集由所述入射带电粒子束投射至所述待测样品而产生的二次带电粒子并且成像；

其中，所述至少一对偏转器，相对于所述入射带电粒子束的光轴对称布置，且配置成响应于施加在其上的光栅扫描信号来偏转和投射所述入射带电粒子束至所述待测样品的待测表面。

15.根据权利要求14所述的带电粒子束成像设备，还包括物镜，所述物镜被布置成与所述光轴同轴地布置于所述至少一对偏转器下游或上游，且配置用于将穿过所述物镜的入射带电粒子束会聚在待测样品表面。

16.根据权利要求15所述的带电粒子束成像设备，还包括：

至少一个聚焦透镜，与所述光轴同轴地布置于带电粒子源与所述至少一对偏转器之间，且配置成对所述入射带电粒子束进行预聚焦和准直；和

限制光阑，所述限制光阑布置于所述至少一个聚集透镜与所述至少一对偏转器之间，且配置用以调节所述入射带电粒子束的形状和/或大小。

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