CN117096004A - 一种低能高速扫描电子束成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低能高速扫描电子束成像系统，属于扫描电子束成像设备领域。所述系统通过合理设计静电正压电极筒与浸没式电磁复合物镜对电子束的作用方式，解决低能成像分辨率低的问题；在物镜极靴下方与样品台之间设计静电扫描电极，以及在镜筒内部合理的设计电子束偏转装置，实现高速扫描偏转；同时在电子束成像系统中设计电子束对中调节系统，在实现低能电子束高分辨成像、高速扫描、大视场成像的前提下，同时可以使扫描电子束成像系统的轴外像差以及偏转像差得到优化，从而得到最佳分辨率。

Description

一种低能高速扫描电子束成像系统

技术领域

本发明涉及一种低能高速扫描电子束成像系统，属于扫描电子束成像设备领域。

背景技术

扫描电子束成像设备常用于表征尺度在微米级或纳米级样品的微观特征。因其具有分辨率高、放大倍数可调范围广等优点，作为微观分析检测设备，已被广泛应用于材料科学、半导体制造等领域。随着材料科学以及半导体工艺的不断进步，所生产制造的器件尺寸越来越微小，对生产工艺的监测以及对器件的缺陷检测相应的增加一定难度，因此对检测设备的分辨率、扫描视场范围、扫描速度的提高在应用领域显得尤为重要。与此同时，针对一些不导电的生物样品以及导电性不佳的半导体样品，为避免高能电子束对样品造成损伤，同时避免样品表面积累荷电导致成像不清晰，影响检测结果的准确性，需要电子束具有较低能量。因此，目前对于检测导电性不良或者不导电的样品，扫描电子束成像设备的主要要求包括：既能够高分辨率成像，实现快速扫描减少荷电聚集的同时还能保持较低能量。

现有技术中，针对一些不导电或导电性不良的样品，需要电子入射到样品的能量较低，比如，小于1keV，甚至低到100eV～200eV。对于电子从枪尖到样品台都以低速运动的电子光学系统设计，透镜的像差系数较大，再加上电子间相互作用力的相互拒斥的影响，难于实现较高的电子束成像分辨率。为了解决低入射速度电压下电子显微镜成像分辨率低的问题，通常采用对电子束先加速，然后在物镜后、样品台前对高速电子减速的设计进行成像。其中一种设计方案是使得电子枪阴极工作于较高的负高压下Vcathode，比如-15kV，电子镜筒接地电位的电子枪和电子镜筒的电位差，使得电子束在电子镜筒中以较高的速度运动，然后样品台接一个略低于电子枪的电位Vsample，比如-14kV，这样电子束的入射能量就是Vsample-Vcathode＝1keV，这种样品台加较高负压的减速模式下，对经过加速的高能电子束进行减速着陆。显然样品台加高负压减速的设计存在样品台负偏压过高的问题。另外一种设计方案是在电子光学系统中引入静电正压电极筒，如图1所示，即在镜筒内部，电子束运动的全程路径上，或者靠近物镜的后半程中引入静电正压电极筒，如图2所示。引入静电正压电极筒的优点在于，在低入射电压下能够获得较小的束斑直径以及较高的信噪比，相应带来的缺点是所有电子束路径上的静电光学器件必须悬浮于高压上，实现起来具有一定工程难度。图1所示的设计方案中，电子束成像系统可以由两级透镜构成，在电子束路径上有静电正压电极筒设计，为尽量降低电路悬浮于高压上的工程难度，将扫描磁线圈放置于物镜的上下极靴之间，这个偏转磁线圈和静电正电压加速管之间的高压隔离问题，要特别处理。由磁扫描线圈实现扫描，由于磁线圈自身具有电感，很难实现高速扫描。

图2所示的设计方案中，同样是解决低能电子束成像分辨率低的问题，与上述图1所示的技术相类似，区别在于该设计方案采用三级透镜及半程静电正压的设计。此设计将半程静电正压装置放置于靠近物镜的电子束运动路径后半程，在物镜透镜上方设置扫描偏转线圈。此技术方案存在的问题是，由于扫描偏转装置距离样品台较远，可实现的扫描偏转场有限，无法进行大视场成像，同时无法实现高速扫描。并且三级透镜的设计，其中在聚焦过程中有两处形成交叉斑，在较大电流情况下，分辨率改善会受到交叉斑处电子相互作用的影响。

发明内容

为了解决低能电子束成像分辨率低，进一步实现高速扫描提高成像分辨率，本发明提供了一种低能高速扫描电子束成像系统，所述系统包括两级或者三级透镜，并在末级透镜下方设置静电扫描电极，配合电子束偏转装置实现高速扫描偏转；

所述系统还包括电子源、静电正压电极筒、消像散装置、可移动孔径光阑或者多孔光阑、探测器、电子束偏转装置和样品台；

所述电子源用于在加热到一定温度和外加一定的电场场强后产生电子束；所述静电正压电极筒用于对电子束进行加速；所述消像散装置用于对电子束产生的像散像差进行校正；所述可移动孔径光阑或者多孔光阑通过选择不同尺寸孔径对电子束束流大小进一步调节；所述探测器用于收集电子束作用于样品表面所激发的电子信号，位于可移动孔径光阑下方及末级透镜上方；所述电子束偏转装置作用于电子束使电子束沿样品表面进行光栅状扫描，所述静电扫描电极与静电正压电极筒以及样品台共同构成电透镜，实现对于电子束的减速；所述样品台用于承载提供成像目标的样品。

可选的，所述静电正压电极筒为全程静电正压电极筒或半程静电正压电极筒；所述电子束偏转装置包括扫描偏转线圈和/或静电偏转电极；

当所述系统采用全程静电正压电极筒对电子束进行全路径加速时，所述电子束偏转装置采用扫描偏转线圈实现电子束的扫描偏转；并将所述扫描偏转线圈设置于所述末级透镜与所述全程静电正压电极筒之间；

当所述系统采用半程静电正压电极筒对电子束进行加速时，所述半程静电正压电极筒设置在靠近末级透镜的后半程中对电子束进行加速，所述电子束偏转装置可以采用静电偏转电极和扫描偏转线圈共同实现电子束的扫描偏转，或者只采用静电偏转电极实现电子束的扫描偏转；并将所述静电偏转电极设置于末级透镜上方与电子束轴平行，将所述扫描偏转线圈设置于所述末级透镜与所述半程静电正压电极筒之间。

可选的，所述系统包括两级透镜时，第一级透镜采用电流线圈激励的磁透镜，内部由导线绕制成激励线圈，外部由磁性材料制成壳体包裹，用于对被静电正压电极筒加速的电子束进行汇聚，从而改变电子束的发射束张角，进一步控制电子束到达样品表面的束流密度；第二级透镜即末级透镜为电流激励的浸没式磁透镜或非浸没式磁透镜；

当浸没式磁透镜极靴开口处朝向样品表面，仅用于对非磁性样品进行成像；

当非浸没式磁透镜极靴开口处朝向电子束轴方向，用于对磁性及非磁性样品成像。

可选的，所述消像散装置为八级结构的磁极，外加所需不同方向的四级场，用于对电子束产生的像散像差进行校正，使最终由末级透镜聚焦于样品台表面的电子束具有理想的束斑大小。

可选的，所述系统还包括电子束对中系统，即在末级透镜与静电正压电极筒之间设置多级线圈，其中部分线圈设置于第一级透镜极靴的上方，位于第一级透镜与静电正压电极筒之间，作为电子束对中线圈，实现电子束和透镜的合轴；其余线圈设置于末级透镜与静电正压电极筒之间，作为扫描偏转线圈或电子束对中线圈。

可选的，所述系统还包括电子束加速结构，用于和所述静电正压电极筒共同对电子束进行加速。

可选的，所述系统包括三级透镜时，所述第一级透镜用于对所述电子束束流大小进行调节及预聚焦，所述第二级透镜与末级透镜对电子束整体作用，使穿过可移动光阑的电子束束张角可调；所述末级透镜还用于将入射电子束聚焦于样品表面。

可选的，所述扫描偏转线圈设置于末级透镜与所述半程静电正压电极筒之间，或末级透镜极靴内；

当所述扫描偏转线圈设置于末级透镜与所述半程静电正压电极筒之间时为透镜前扫描偏转；当所述扫描偏转线圈设置于末级透镜极靴内时为透镜内扫描偏转。

可选的，所述半程静电正压电极筒末端与静电扫描电极以及样品台形成一个静电减速透镜，用于减速经加速结构以及半程静电正压电极筒加速后的电子束，使电子束速度降低，达到低能量着陆。

可选的，所述静电扫描电极的参考电位是低电压或者接地，从而通过施加扫描电压实现低压下高速偏转扫描。

本发明有益效果是：

本发明提供一种低能高速扫描电子束成像系统，在解决低能电子束成像分辨率低，进一步实现高速扫描提高成像分辨率的问题。本发明在进行低能电子束成像时能够进行高速扫描，从而改善低能电子束成像分辨率低以及荷电对不导电样品成像质量的影响。通过合理设计静电正压电极筒与浸没式电磁复合物镜对电子束的作用方式，解决低能成像分辨率低的问题；在物镜极靴下方与样品台之间设计静电扫描电极，以及在镜筒内部合理的设计电子束偏转装置，实现高速扫描偏转；同时在电子束成像系统中设计电子束对中调节系统，在实现低能电子束高分辨成像、高速扫描、大视场成像的前提下，同时可以使扫描电子束成像系统的轴外像差以及偏转像差得到优化，从而得到最佳分辨率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有全程静电正压电极筒的电子束成像结构示意图。

图2为现有在靠近物镜的后半程中引入静电正压电极筒的半程静电正压电极筒的电子束成像结构示意图。

图3是本发明一个实施例提供的低能高速扫描电子束成像系统电子束全路径采用静电正压电极筒进行电子束加速，且为浸没式电磁复合物镜设计，可用于检测非磁性样品的电子束成像结构示意图；

图4是本发明一个实施例提供的低能高速扫描电子束成像系统电子束全路径采用静电正压电极筒进行电子束加速，且为非浸没式复合物镜设计，用于检测磁性及非磁性样品的电子束成像结构示意图；

图5是本发明一个实施例提供的包含有电子束对中系统的低能高速扫描电子束成像系统结构示意图；

图6是本发明一个实施例提供的包含有三级透镜且为半程静电正压电极筒设计的低能高速扫描电子束成像系统结构示意图；

图7是本发明一个实施例提供的包含半程静电正压电极筒设计且电极筒上方施加快速静电偏转的低能扫描电子束快速成像系统的结构示意图；

图8是本发明一个实施例提供的包含半程静电正压电极筒设计且物镜与样品台之间设计静电扫描电极的低能扫描电子束快速成像结构示意图；

图中：1电子源；2电子束加速结构；3静电正压电极筒；4第一级透镜；5消像散装置；6可移动孔径光阑或者多孔光阑；7探测器；8扫描偏转线圈；9末级透镜(即物镜)；10静电扫描电极；11样品台；12第二级透镜；13电子束；14静电偏转电极。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一：

本实施例提供一种低能高速扫描电子束成像系统及对应的电子束高速扫描方法，电子束全路径采用静电正压电极筒进行电子束加速，末级透镜下方设置静电扫描电极实现高速扫描。参见图3，该系统包括：

电子源1，电子束加速结构2，静电正压电极筒3；第一级透镜4，消像散装置5，可移动孔径光阑或者多孔光阑6，探测器7，扫描偏转线圈8，末级透镜(物镜)9，静电扫描电极10，样品台11。

电子源1用于在加热到一定温度和外加一定的电场场强后产生电子束13，经加速结构2以及静电正压电极筒3对所述电子束加速，加速结构2是可选的，也可以直接采用静电正压电极筒3对所述电子束加速。在电子束全程运动路径中，电子束在静电正压电极筒中保持高速。

第一级透镜4用于对被静电正压电极筒3加速的电子束13进行汇聚，从而改变电子束13的发射束张角，进一步控制电子束13到达样品表面的束流密度。第一级透镜4为电流线圈激励的磁透镜，内部由导线绕制成激励线圈，外部由磁性材料制成壳体包裹；磁透镜的开口处即为磁透镜的极靴，朝向电子束光轴方向，对电子束13进行汇聚，并且电子束13经过汇聚后不形成交叉斑。

可移动光阑6，也可以为多孔光阑，通过选择不同尺寸孔径对电子束束流大小进一步调节。

消像散装置5，为八级结构的磁极，外加所需不同方向的四级场，用于对电子束产生的像散像差进行校正，使最终由末级透镜(物镜)9聚焦于样品台表面的电子束具有理想的束斑大小。同时消像散装置5也可以改变电子束的运动方向或对电子束进行平移，施加所匹配的磁场后，使电子束通过后续透镜9的中心轴，实现电子束和透镜的合轴。

扫描偏转线圈8，位于物镜9内壁与所述静电正压电极筒3之间，作用于电子束使电子束沿样品表面进行光栅状扫描；此扫描偏转线圈结构为末级透镜9的透镜前扫描偏转，如图3和图4中扫描偏转线圈8设置有上下两组线圈，这种上下位置的双扫描电子结构，其扫描角度及扫描电压经设计优化后，可以使扫描偏转像差得到优化。

本发明实施例中，末级透镜(物镜)9为电流激励的浸没式磁透镜，也可以为非浸没式磁透镜。浸没式磁透镜极靴开口处朝向样品表面，磁透镜的聚焦场处于样品表面，所以成像像差较小，但是仅可以观察非磁性样品；非浸没式磁透镜极靴开口处朝向电子束轴方向，此时磁透镜的聚焦场距离样品表面较远，成像像差相较于浸没式磁透镜较大，但是可以观察磁性及非磁性样品。

如图4所示。所述电透镜15由静电正压电极筒与静电扫描电极10以及平面样品台11构成，磁透镜9与电透镜15整体构成一个电磁复合物镜。电透镜15由静电正压电极筒末端与静电扫描电极10以及平面样品台11构成，物镜与电透镜15整体构成一个电磁复合物镜。在本实施例中，电透镜15为一个减速透镜，用于减速经电子束加速结构2以及静电正压电极筒3加速后的电子束，使电子束速度降低，达到低能量着陆。

所述静电扫描电极10，可以控制电子束的快速扫描偏转，当对静电扫描电极施加一个扫描电压时，参考电位是低电压或者可以接地，从而实现低压下高速偏转扫描。静电扫描电极产生的扫描电场与扫描偏转线圈8以及静电减速透镜场相互耦合，使得电子束成像系统在进行大视场扫描时能够降低轴外像差和偏转像差对成像质量的影响，其扫描角度及扫描电压经设计优化后，可以使扫描偏转像差得到优化，不仅能够实现100MHz或以上的扫描采集速率，最高可达1GHz的扫描采集速率，电子束高速扫描的实现能够降低荷电对不导电样品成像分辨率的影响。也可以通过调节静电扫描电极的电压值V4，从而能够影响初始电子束作用于样品表面的聚焦情况以及电子束扫描偏转场的范围。所述探测器装置7，用于收集电子束13作用于样品表面所激发的电子信号，位于可移动孔径光阑下方及物镜上方。所述探测器是带有中心通孔的探测器，中心通孔和电子光学系统合轴，利于一次电子束通过。所述探测器可以是闪烁体与光电倍增管型探测器。

上述实施案例，电子源的电压值V1＜0kv；电子束加速结构2的电压值V2与静电正压电极筒3的电压值V3相等，V2＝V3>+8kv；电子束13从电子束加速结构2到末级透镜(物镜)9极靴末端，所经过的路径电压值为V3；样品台电压值V5，V5≤0，当样品放置于样品台11上后，样品与样品台具有相同或相近的电压值；静电扫描电极10的参考电位是低压或者接地，低压下的静电扫描电极作用于电子束，从而实现对电子束的高速扫描偏转。同时V4<V3，对一次电子束起到减速的作用，对电子束作用于样品上产生的电子信号起到反向加速的作用。

图3和图4所示的结构中，静电正压电极筒为全程静电正压电极筒，为避免打火，只能采用设置扫描偏转线圈8的方式，同时在物镜下方与样品台之间设置静电扫描电极10。

实施例二

本实施例提供一种低能高速扫描电子束成像系统，如图5所示，该系统与上述实施例一所提供的电子束成像系统相似，不同之处在于，本实施例提供的系统还设计有电子束对中系统，同时在物镜与静电正压电极筒之间设置多级扫描偏转线圈，通过改变线圈参数也可以作为电子束对中线圈，实现电子束和透镜的合轴。通过改变物镜方扫描偏转线圈的激励参数，可以实现物镜电子光学系统轴的移动，实现大视场扫描的同时也可以降低轴外像差和偏转像差，镜筒内部的扫描偏转场与物镜下方的静电扫描场耦合实现高速扫描。

如图5所示。第一级透镜的极靴上方，位于第一级透镜4与静电正压电极筒3之间设置有电子束对中线圈8-1；物镜端使用了四组扫描偏转线圈以及一个静电扫描电极10从而来实现一个大的扫描场。设计电子束对中系统的目的是为了电子束更好的通过后续透镜的中心轴，实现电子束和透镜的良好合轴，提高电子束的可调节范围，同时可以提高电子束成像系统的成像质量。

需要说明的是，第一透镜4的汇聚磁场与电子束对中系统的对中磁场互不干扰。本实施案例采用八级消像散装置，消像散装置5放置于第一级透镜4与可移动孔径光阑6之间，用于对电子束产生的像散像差进行校正。由第一透镜4实现电子束束流大小的调节；电子束对中线圈8-1以及消像散装置5分别对进入第一级透镜前以及进入后的加速电子束进行束对中调节以及对电子束产生的像差进行校正，实现电子束与第一级透镜、光阑、探测器中心孔径的良好合轴。

本实施例中，采用浸没式电磁复合透镜，末级透镜(物镜)9为电流激励的浸没式磁透镜，极靴开口方向朝向样品。由所述静电正压电极筒3的底部、静电扫描电极10以及平面样品台11形成减速静电透镜场，用于对高能电子束减速，使得电子束以低能量着陆样品表面。

所述减速静电透镜与末级透镜9整体构成浸没式电磁复合物镜。末级透镜(物镜)9与静电正压电极筒3之间设计有扫描偏转线圈，也可以作为为电子束对中线圈。扫描偏转线圈或者束对中线圈产生的偏转场能够改变电子束的运动方向或者对电子束进行平移，使电子束通过末级透镜9的中心轴，实现电子束和透镜的合轴。如图5所示，本案例中其中一种实施方法，将物镜9内的一对扫描偏转线圈作为透镜前的双偏转系统，即扫描偏转线圈8-2的a与b用于分区扫描，实现分区中一个子区域的扫描，其余两个扫描偏转线圈c与d以及与静电扫描电极10整体对电子束作用，可以对静电扫描电极10施加扫描电压，参考电位为低电位或者接地，实现大视场的偏转扫描。扫描偏转线圈c对电子束13进行预偏转，当电子束13进入物镜磁场区域时，电子束的偏转程度较小，但是相比于末级透镜的光学系统光轴具有较大的偏移，扫描偏转线圈d可以将电子束13从透镜的轴上移开，电子束进一步偏离透镜的光学系统轴，底部的静电偏转电极施加扫描电压后与镜筒中四个扫描偏转线圈耦合，可以实现对浸没式电磁复合透镜场中心轴的控制，从而形成一个摇摆式浸没减速透镜系统。由于能够控制浸没式电磁复合透镜场的中心轴线，使得电子束成像系统在进行大视场扫描时能够降低轴外像差和偏转像差对成像质量的影响，在实现高速扫、大视场扫描的同时具有高的成像分辨率。

实施例三

本实施例提供一种低能高速扫描电子束成像系统及电子束高速扫描的方法，请参考图6，该系统设计的后半程电子束加速以及全静电扫描偏转，能够实现电子束的高速扫描、大视场成像、轴外像差小的成像特点。

该系统包括：电子源1及电场加速结构2、三级透镜、可移动孔径光阑或者多孔光阑6、静电偏转电极14、探测器、半程静电正压电极筒3、透镜前扫描偏转线圈以及透镜内扫描偏转线圈8、静电扫描电极10、样品台11。

与上述实施案例不同之处在于，本实施案例以三级透镜为例，在靠近物镜的后半程中对电子束进行加速，设计半程静电正压电极筒3，并在半程静电正压电极筒3上方设置静电偏转电极14。物镜方设置多组扫描偏转线圈，包括透镜前扫描偏转以及透镜内扫描偏转，物镜下方设计有静电扫描电极10。之所以将所述静电偏转电极14设置于半程静电正压电极筒3上方，目的是避开静电正压电极筒，因为静电扫描电极和静电正压电极筒之间施加高压时会产生打火现象，工程实现很困难。

同样的，电子源1在加热到一定温度和外加一定的电场场强后产生电子束，经加速结构2对所述电子束加速，第一级透镜4对所述电子束束流大小进行调节及预聚焦；可移动光阑6，也可以为多孔光阑，通过选择不同尺寸孔径对电子束束流大小进一步调节。第一级透镜4与可移动光阑6整体作用于电子束，可以使电子束流大小在应用范围内实现连续可调。第二级透镜12与末级透镜9对电子束整体作用，使穿过可移动光阑的电子束束张角可以调整；末级透镜用于将入射电子束聚焦于样品表面。电子束在经过汇聚后不形成交叉斑的工作模式下，可避免交叉斑处较大的电子库仑相互作用对最终束斑的影响。

静电偏转电极14与电子束轴平行，用于改变加速电子束运动方向，相比于磁偏转具有更快的偏转速度。

静电扫描电极10位于物镜下方与样品台之间，可以控制电子束进行高速扫描偏转。

半程静电正压电极筒3对电子束在后半程运动路径中再次加速。

半程静电正压电极筒3末端与静电扫描电极10以及样品台形成一个静电减速透镜，用于减速经加速结构2以及半程静电正压电极筒3加速后的电子束，使电子束速度降低，达到低能量着陆。

扫描偏转线圈8，位于末级透镜(物镜)9与所述半程静电正压电极筒3之间，称之为透镜前扫描偏转；也可以在末级透镜9的极靴内，即物镜的上下极靴之间设计扫描偏转线圈，称为透镜内扫描偏转。作用于电子束使电子束沿样品表面进行光栅状扫描；透镜前扫描偏转，这种上下位置的双扫描电子结构，其扫描角度及扫描电压经设计优化后，可以使扫描偏转像差得到优化。透镜内扫描偏转由于扫描偏转场距离被测样品更近，可以使电子束13实现更大视场的扫描，相比于透镜前的双偏转系统，透镜内偏转可以降低偏转像差，也具有更快的扫描偏转速度。在本实施案例中针对不同的应用场景，透镜前扫描偏转是可选的。

当使得物镜内扫描偏转线圈不对电子束作用时，物镜9上方的静电偏转电极14和物镜9下方的静电扫描电极10可以实现电子光学成像系统的纯静电高速扫描偏转。

参考图7，当物镜上方的静电偏转电极14与物镜内扫描偏转线圈8包括透镜前扫描偏转以及透镜内扫描偏转系统整体对电子束进行扫描偏转控制时，相比于磁偏转线圈与磁扫描偏转线圈的组合具有更快的扫描速度。

参考图8，当物镜内磁扫描偏转线圈8包括透镜前扫描偏转以及透镜内扫描偏转系统与静电扫描电极10整体对电子束进行扫描偏转控制时，相比于物镜上方施加静电偏转电极14与物镜内扫描偏转线圈8的组合，实现高速扫描的同时具有更大的扫描视场。

实施例四

本实施例提供一种低能高速扫描电子束成像系统，请参考图6，该系统与上述实施例三中公开的系统相似，不同之处在于当所述静电偏转电极14与静电扫描电极10共同对电子束进行高速偏转时，可以实现对电磁复合物镜电子光学系统轴的控制，即当静电偏转电极14施加偏转电压使电子束偏离电子光学系统轴时，由静电扫描电极10施加偏向电子光学轴的偏转电压，使电子束平行与电子光学系统轴；由透镜内扫描偏转线圈8作用于电子束使电子束沿样品表面进行光栅状扫描。由于静电偏转电极14与静电扫描电极10可以实现对电子光学系统轴的控制，从而使得电子束光学系统具有高速扫描、大的扫描视场、轴外像差以及偏转像差小的成像优点。

本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。

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 (10)

1.一种低能高速扫描电子束成像系统，其特征在于，所述系统包括两级或者三级透镜，并在末级透镜下方设置静电扫描电极，配合电子束偏转装置实现高速扫描偏转；

所述系统还包括电子源、静电正压电极筒、消像散装置、可移动孔径光阑或者多孔光阑、探测器、电子束偏转装置和样品台；

所述电子源用于在加热到一定温度和外加一定的电场场强后产生电子束；所述静电正压电极筒用于对电子束进行加速；所述消像散装置用于对电子束产生的像散像差进行校正；所述可移动孔径光阑或者多孔光阑通过选择不同尺寸孔径对电子束束流大小进一步调节；所述探测器用于收集电子束作用于样品表面所激发的电子信号，位于可移动孔径光阑下方及末级透镜上方；所述电子束偏转装置作用于电子束使电子束沿样品表面进行光栅状扫描，所述静电扫描电极与静电正压电极筒以及样品台共同构成电透镜，实现对于电子束的减速；所述样品台用于承载提供成像目标的样品。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述静电正压电极筒为全程静电正压电极筒或半程静电正压电极筒；所述电子束偏转装置包括扫描偏转线圈和/或静电偏转电极；

当所述系统采用全程静电正压电极筒对电子束进行全路径加速时，所述电子束偏转装置采用扫描偏转线圈实现电子束的扫描偏转；并将所述扫描偏转线圈设置于所述末级透镜与所述全程静电正压电极筒之间；

当所述系统采用半程静电正压电极筒对电子束进行加速时，所述半程静电正压电极筒设置在靠近末级透镜的后半程中对电子束进行加速，所述电子束偏转装置采用静电偏转电极和扫描偏转线圈共同实现电子束的扫描偏转，或者只采用静电偏转电极实现电子束的扫描偏转；并将所述静电偏转电极设置于末级透镜上方与电子束轴平行，将所述扫描偏转线圈设置于所述末级透镜与所述半程静电正压电极筒之间。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括两级透镜时，第一级透镜采用电流线圈激励的磁透镜，内部由导线绕制成激励线圈，外部由磁性材料制成壳体包裹，用于对被静电正压电极筒加速的电子束进行汇聚，从而改变电子束的发射束张角，进一步控制电子束到达样品表面的束流密度；第二级透镜即末级透镜为电流激励的浸没式磁透镜或非浸没式磁透镜；

当浸没式磁透镜极靴开口处朝向样品表面，仅用于对非磁性样品进行成像；

当非浸没式磁透镜极靴开口处朝向电子束轴方向，用于对磁性及非磁性样品成像。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述消像散装置为八级结构的磁极，外加所需不同方向的四级场，用于对电子束产生的像散像差进行校正，使最终由末级透镜聚焦于样品台表面的电子束具有理想的束斑大小。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电子束对中系统，即在末级透镜与静电正压电极筒之间设置多级线圈，其中部分线圈设置于第一级透镜极靴的上方，位于第一级透镜与静电正压电极筒之间，作为电子束对中线圈，实现电子束和透镜的合轴；其余线圈设置于末级透镜与静电正压电极筒之间，作为扫描偏转线圈或电子束对中线圈。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电子束加速结构，用于和所述静电正压电极筒共同对电子束进行加速。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括三级透镜时，所述第一级透镜用于对所述电子束束流大小进行调节及预聚焦，所述第二级透镜与末级透镜对电子束整体作用，使穿过可移动光阑的电子束束张角可调；所述末级透镜还用于将入射电子束聚焦于样品表面。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述扫描偏转线圈设置于末级透镜与所述半程静电正压电极筒之间，或末级透镜极靴内；

当所述扫描偏转线圈设置于末级透镜与所述半程静电正压电极筒之间时为透镜前扫描偏转；当所述扫描偏转线圈设置于末级透镜极靴内时为透镜内扫描偏转。

9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述半程静电正压电极筒末端与静电扫描电极以及样品台形成一个静电减速透镜，用于减速经加速结构以及半程静电正压电极筒加速后的电子束，使电子束速度降低，达到低能量着陆。

10.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述静电扫描电极的参考电位是低电压或者接地，从而通过施加扫描电压实现低压下高速偏转扫描。