CN118414683A - 电子显微镜、用于电子显微镜的电子源、和操作电子显微镜的方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种电子显微镜(100)。电子显微镜包括用于产生电子束的电子源(110)、用于准直电子源下游的电子束的聚光透镜(130)和用于将电子束聚焦到样本(16)上的物镜(140)。电子源包括：冷场发射器，具有发射尖端(112)；提取电极(114)，用于从冷场发射器提取电子束(105)以沿光轴线(A)传播，提取电极具有被配置为第一射束限制孔的第一开口(115)、用于通过加热发射尖端(112)来清洁发射尖端的第一清洁布置(121)、以及用于通过加热提取电极(114)来清洁提取电极的第二清洁布置(122)。进一步描述了操作这种电子显微镜的方法。

Description

电子显微镜、用于电子显微镜的电子源、和操作电子显微镜的 方法

技术领域

本文描述的实施例涉及电子装置，特别是电子显微镜，并且更具体地涉及扫描电子显微镜(SEM)，用于检查或成像系统应用、测试系统应用、光刻系统应用等。本文描述的实施例具体涉及具有冷场发射器的电子显微镜，所述冷场发射器为高分辨率和高产量应用提供高亮度电子束。更具体地，描述了高产量晶片检查SEM。本文描述的实施例还涉及电子显微镜的电子源，以及操作电子显微镜的方法。

背景技术

电子显微镜在多个工业领域具有许多功能，包括但不限于，半导体基板、晶片和其他样本的检查或成像、临界尺寸测量、缺陷审查、用于光刻的曝光系统、检测器布置、以及测试系统。对微米和纳米级的样本的结构化、测试、检查、和成像有很高的需求。与例如光子束相比，电子显微镜提供更高的空间分辨率，从而实现高分辨率成像和检查。

电子显微镜包括电子源或“电子枪”，其产生撞击样本的电子束。已知不同类型的电子源，包括热场发射器、肖特基发射器、热辅助场发射器和冷场发射器。冷场发射器(CFE)包括在操作期间是冷的(＝未加热)的发射尖端，其通过在发射尖端与提取电极之间施加高静电场来发射电子。虽然热场发射器通常可以提供高电流电子束，但冷场发射器有提供适合实现高分辨率的高亮度电子束探针的潜力。

然而，CFE对污染特别敏感，且因此应在抽空枪壳体中在极好的真空条件下操作，特别是在超高真空条件下。然而，抽空枪壳体中仍可能存在不需要的离子、离子化的分子或其他污染粒子。例如，带电污染颗粒可以朝向发射器加速，使得发射尖端可以机械变形或者可以以其他方式受到负面影响。此外，粒子在发射器表面或电子源的其他表面上的积累可能会引入噪声和其他射束不稳定性。

具体地，电子枪的区域中的污染颗粒可能导致不稳定或嘈杂的电子束，例如导致变化的射束流或可变的射束轮廓。因此，电子显微镜内的真空条件，且特别是容纳CFE的枪壳体内的真空条件是关键性的。

鉴于以上所述，改善电子显微镜中电子束的射束稳定性并减少枪壳体内的污染颗粒的量将是有益的。具体而言，提供一种具有CFE电子枪的紧凑型电子显微镜将是有益的，所述CFE电子枪发射具有改进的稳定性的高亮度电子束，这可以进一步改善可获得的分辨率和产量。此外，提供一种操作电子显微镜的方法诸如以提供具有改进的射束稳定性的高亮度电子束将是有益的。

发明内容

鉴于以上，提供了根据独立权利要求的电子显微镜、电子源和操作电子显微镜的方法。根据所附权利要求书、说明书、和附图，进一步的方面、优点、和特征是显而易见的。

根据一个方面，提供了一种电子显微镜。电子显微镜包括电子源、聚光透镜和物镜。电子源包括具有发射尖端的冷场发射器(CFE)；提取电极，用于从冷场发射器提取电子束以沿光轴线传播，提取电极具有呗配置为第一射束限制孔的第一开口；第一清洁布置，用于通过加热发射尖端来清洁发射尖端；以及第二清洁布置，用于通过加热提取电极来清洁提取电极。聚光透镜用于准直电子源下游的电子束，且物镜用于将电子束聚焦到样本上。

根据一个方面，提供了一种用于如本文所述的电子显微镜的电子源。电子源包括具有发射尖端的冷场发射器(CFE)；提取电极，用于从冷场发射器提取电子束以沿光轴线传播；第一清洁布置，用于通过加热发射尖端来清洁发射尖端；以及第二清洁布置，用于通过加热提取电极来清洁提取电极。电子源可用于本文所述的电子显微镜中，或者用于使用高亮度电子枪的其他电子设备中。

根据另一方面，提供了一种操作电子显微镜的方法，电子显微镜具有电子源，电子源具有冷场发射器。方法包括：在第一清洁模式中，通过加热冷场发射器的发射尖端来清洁发射尖端；在第二清洁模式中，通过加热电子源的提取电极来清洁提取电极；以及在操作模式中，从冷场发射器中提取电子束以沿光轴线传播，电子束由可设置在提取电极中的第一开口整形；用聚光透镜准直电子束；以及用物镜将电子束聚焦到样本上。

根据另一方面，提供了一种清洁具有冷场发射器的电子源的方法。方法包括：在第一清洁模式中，通过加热冷场发射器的发射尖端来清洁发射尖端；以及在第二清洁模式中，通过加热电子源的提取电极来清洁提取电极。在以第一清洁模式和第二清洁模式中的清洁之后，可操作电子源以产生电子束，例如在如本文所述的电子显微镜中。

可以提供清洁控制器，用于将电子显微镜设置为第一清洁模式，例如，在操作电子显微镜的预定间隔之后，和/或用于将电子显微镜设置为第二清洁模式，例如，在枪壳体充满空气之后，或用于改善射束稳定性。

实施例也针对用于执行所公开的方法的装置，并且包括用于执行每个所描述的方法特征的装置部件。方法特征可通过硬件组件、由适当软件程序化的计算机、通过两者的任何组合或以任何其他方式来执行。此外，实施例也针对制造所描述的装置的方法、操作所描述的装置的方法、以及用所描述的电子显微镜检查或成像样本的方法。其包括用于执行装置的每个功能的方法特征。

附图说明

为了可以详细地理解本文的上述特征的方式，可以通过参考实施例来进行上文简要概述的更具体的描述。附图与本文的实施例有关，并在以下进行描述：

图1是根据本文描述的实施例的具有电子源的电子显微镜的示意性截面图，电子源包括冷场发射器；

图2是根据本文描述的实施例的具有电子源的电子显微镜的示意性截面图，电子源包括冷场发射器；以及

图3是根据本文描述的实施例的说明操作电子显微镜的方法的流程图。

具体实施方式

现将详细参照各种实施例，在附图中示出了实施例的一个或多个示例。在以下描述中，相同的附图标记指代相同的组件。总体上，仅描述关于各个实施例的差异。每个示例都是通过解释的方式来提供，且不意味着限制。此外，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以在其他实施例上或与其他实施例结合使用以产生又进一步的实施例。意图是描述包括这样的修改和变化。

在电子显微镜中，电子束被引导到放置在样品台上的样本上。具体地，电子束聚焦到样本的待检查的表面上。在电子撞击样本时，样本发射、散射和/或反射信号粒子。信号粒子具体地涵盖二次电子和/或反向散射电子，特别是二次电子(SE)和反向散射电子(BSE)两者。信号电子由一个或多个电子检测器检测，并且相应的检测器信号可由处理器处理或分析以检查或成像样本。例如，可基于信号电子产生样本的至少一部分的图像，或者可以检查样本以确定缺陷、检查沉积结构的质量、和/或进行临界尺寸(CD)测量。

图1是根据本文描述的实施例的电子显微镜100的示意图。电子显微镜100包括电子源110，电子源110被配置用于产生可用于例如检查或成像应用的电子束105。电子显微镜100进一步包括聚光透镜130，聚光透镜130被配置为减少电子束的发散(本文中称为“准直”)，特别是用于提供仅略微发散、平行、或会聚的电子束，并且所述电子束沿着光轴A朝向物镜140，以聚焦到样本16上。具体地，聚光透镜130和物镜140的组合动作可将电子束105聚焦在可放置在样品台18上的样本16的表面上。样品台18可以是可移动的。

根据本文所述的实施例，电子源110包括具有发射尖端112的冷场发射器(CFE)。CFE被配置为通过冷场发射来发射电子束。冷场发射器对冷场发射器所在的枪壳体中的污染特别敏感，使得在枪壳体中提供超高真空是有利的。容纳CFE的枪壳体在本文中也被称为“第一真空区域10a”，其可布置在允许差分泵送(differential pumping)的一个或多个进一步的真空区域(例如，第二真空区域10b和第三真空区域10c)的上游。

在一些实施例中，冷场发射器(CFE)可具有钨尖端。在可以与其他实施例结合的一些实施中，发射尖端112由蚀刻至尖锐尖端的晶体组成，特别是具有在10nm至500nm的范围内的最终半径(尖端半径)的尖锐尖端，特别是200nm或更小，更特别地是100nm或更小。晶体通常可以是钨晶体，特别是沿光轴线A以(3,1,0)-晶体取向定向的钨晶体，更特别地是钨单晶。如果发射尖端具有小半径的尖锐尖端，则发生电子发射的晶体区域减少，从而改善产生的电子束的亮度。

电子源110进一步包括用于提取电子束105以沿着光轴线A传播的提取电极114。提取电极114具有第一开口115，第一开口115可被配置为射束限制开口。具体地，第一开口115可具有尺寸，所述尺寸被配置为通过靠近光轴线A传播的电子(“轴向电子”)并阻挡远离光轴线A的电子，使得可形成根据第一开口115的尺寸和形状的射束轮廓。

在一些实施例中，第一开口115可以是圆形开口，被配置为产生电子束105的旋转对称射束轮廓。在可以与本文描述的其他实施例结合的一些实施例中，第一开口115可具有100μm或更小，特别是50μm或更小、或者甚至是20μm或更小的直径。具有小尺寸的第一开口115减小了向提取电极114传播的电子束的尺寸并且因此抑制了由于电子-电子相互作用引起的亮度损失。

在电子显微镜的操作期间，提取电极114可被设置在相对于发射尖端112的正电位，例如在发射尖端112与提取电极114之间具有若干千伏(kV)范围内的电位差，诸如5kV或更高。电位差大到足以在发射尖端112的表面产生电场以引起冷场发射。冷场发射器的提取主要机制是隧穿(tunneling)尖端表面的表面势垒。这可以通过提取电极的提取场来控制。

在一些实施例中，发射尖端112与提取电极114之间的距离为0.1mm或更大且3mm或更小，特别是1mm或更小。小距离导致发射的电子向聚光透镜130快速加速，使得可以减少由于电子-电子相互作用引起的亮度损失。

电子显微镜100包括数个机构用于改善真空条件和用于减少放置冷场发射器的第一真空区域10a中的污染。极佳的真空条件和减少的枪壳体污染改善了射束稳定性和电子束105的亮度，这在使用CFE的情况下特别有益。高亮度电子束在高产量EBI系统中特别有益。

电子显微镜100包括用于通过加热CFE的发射尖端112来清洁发射尖端112的第一清洁布置121和用于通过加热提取电极114来清洁提取电极114的第二清洁布置122。

电子显微镜100可以切换到第一清洁模式，用于通过加热发射尖端112，特别是加热到1500℃或更高的温度，以第一清洁布置121清洁发射尖端112。电子显微镜100可以切换到第二清洁模式，用于通过加热提取电极114，特别是加热到500℃或更高的温度，以第二清洁布置122清洁提取电极114。在一些实施例中，第一清洁布置121可包括第一加热器，特别是可以与发射尖端112热接触的电阻加热器，用于加热发射尖端，特别是通过允许电流流过第一加热器。通过允许电流流过第一加热器，第一加热器可以和与其热接触的发射尖端112一起被加热。替代地或附加地，第二清洁布置122可包括第二加热器，特别是加热线126(由于热电子的发射，在本文中也称为“清洁发射器”)，其可紧邻提取电极114布置，用于加热提取电极114，特别是通过允许电流流过第二加热器。

由于在操作期间电子从冷场发射器中的发射尖端的非常小的表面部分发射，因此发射对发射表面上的甚至单个或几个污染原子非常敏感。可以吸附在发射表面上的原子可以源自周围的表面，诸如来自提取电极，此处解吸附可以被撞击在提取电极上的电子束的电子激发，例如在围绕第一开口115的区域中。因此，不仅发射尖端而且提取电极的高清洁度都是有益的。

第二清洁布置122可以通过加热第二清洁布置122的邻近提取电极114定位的加热线126来操作，使得电子由加热线热发射并撞击在提取电极的表面上，加热提取电极。加热线可被加热到1500℃或更高的温度，特别是2000℃或更高，这可以通过加热线提供电子的强烈热发射。即使在高真空条件下，热电子也可以解吸附可能存在于提取电极的表面上的分子和原子。换言之，可以通过由加热的加热线发射的热电子所引起的电子激发解吸附(electron stimulated desorption)来清洁提取电极。热电子可朝向提取电极加速，例如通过在提取电极与另一电极(例如抑制电极和/或发射尖端)之间施加相应的电位差。进一步地，撞击在提取电极上的热电子可以加热提取电极，使得提取电极也通过热脱气被清洁。在一些实施例中，第二清洁布置122被设置为通过两个清洁机制来清洁提取电极：(1)热除气和(2)电子激发解吸附。

可选地，抑制电极113可以进一步布置在枪壳体中，例如部分地布置在发射尖端112与加热线126之间。在第二清洁模式中(即，在以第二清洁布置122加热期间)，抑制电极113可被设置在预定电位上，所述预定电位适合于将由加热线126发射的电子朝向提取电极114和/或远离发射尖端112偏转。这可以减少第二清洁布置122的热电子使发射尖端112变形的风险和/或可帮助将热电子引导朝向提取电极的待清洁区域，特别是通过电子激发解吸附。

在一些实施例中，提供电压源129以用于将提取电极114、抑制电极113、和/或发射尖端112中的任意一者或多者连接到预定电位，例如在清洁期间和/或在操作期间。

在一些实施例中，第二清洁布置122的加热线126可定位成非常靠近提取电极114，特别是与提取电极114的距离为2mm或更小，或甚至1mm或更小。特别地，加热线126可定位成接近于围绕第一开口115的提取电极114的区域，所述区域在电子显微镜的操作期间通常被电子束105的电子击中。

在一些实施方式中，第二清洁布置122可包括加热线(heating wire)或加热丝(heating filament)，电流可通过其而传送以进行加热。具体地，加热线126的第一端可以连接到电流源的第一输出端，且加热线126的第二端可以连接到设置在不同电位的电流源的第二输出端。加热线126或加热丝可至少部分地围绕提取电极114的第一开口115(例如以180°或更大的圆周角，或者甚至270°或更大的圆周角)，使得第一开口115的边缘可以通过第二清洁布置122以针对性的方式加热。例如，加热线126可以围绕第一开口115以环形或圆形形状延伸。

在可与本文所述的其他实施例结合的一些实施例中，第二清洁布置122的第二加热器，特别是加热线126，可包括钨或钽或可由钨或钽制成，特别是钽。如果用作清洁提取电极的第二加热器，钽提供了特别令人信服的清洁效果，且钽特别适合作为超高真空环境中的热电子发射器。因此，在本公开的实施例中，但不限于此，钽加热器通常用于第二清洁布置122中，其紧邻提取电极114定位，特别是至少部分地围绕第一开口115的加热线的形式。

电子显微镜可进一步包括清洁控制器128，其被配置成在第二清洁模式下允许电流流过第二清洁布置的第二加热器以至少部分地将提取电极加热到至少500℃的温度，特别地是至少600℃、更特别地是在600℃和800℃之间的范围内的温度。具体地，围绕第一开口115的提取电极114的区域可被第二清洁布置加热。在先前的校准中，可以标识和存储流过第二加热器以提供500℃或更高，特别是从600℃到800℃的提取电极的温度的电流。当切换到第二清洁模式时，清洁控制器128可接着将相应的电流施加到第二清洁布置122。第二加热器本身，特别是加热线126，在加热期间可能具有1500℃或更高，特别是2000℃或更高、或者甚至2200℃或更高的温度。

在可以与本文所述的其他实施例结合的一些实施例中，第一清洁布置121包括与发射尖端112热接触的加热丝125。发射尖端112可以结合或附接到加热丝125。具体地，加热丝125可以是V形加热丝，且发射尖端112可以结合到V形加热丝的扭结处。V形加热丝的两端可以连接到电流源的两个输出端，所述两个输出端可设置在不同的电位上，以使得电流流过V形加热丝。

在一些实施例中，加热丝125是钨丝和/或与其接合的CFE的发射尖端112是钨尖端。

当电流流过加热丝125时，加热丝125连同与加热丝125热接触的发射尖端112一起升温。第一清洁布置121可被配置为在第一清洁模式中将发射尖端112加热到1500℃或更高，具体地2000℃或更高，更具体地2000K或更高的温度。

经由加热丝125加热发射尖端112可以蒸发吸附的分子，这清洁了发射尖端112并且有助于提供更稳定的电子束发射。此外，发射尖端的加热也可整形发射尖端，使得可以提供和/或保持尖锐尖端。可选地，提取电极114可在发射尖端第一清洁模式的加热期间设置在预定电位上，这可以避免或减少发射尖端在加热期间的变圆或变平和/或其可促进保持尖锐的发射尖端。

电子显微镜可包括清洁控制器128，其被配置为在第一清洁模式下允许电流流过第一清洁布置121的加热丝125以将发射尖端112加热到至少1500℃的温度，特别是至少2000℃。在先前的校准阶段，可以标识流过加热丝125以实现2000℃或更高的发射尖端112的温度的电流。当切换到第一清洁模式时，清洁控制器128可接着将相应的电流施加到第一清洁布置121。

在一些实施例中，如图1中示例性所示，可提供一个清洁控制器128以允许在第一清洁模式中电流流过加热丝125以加热发射尖端并且允许在第二清洁模式中电流流过加热线126以加热提取电极114。在一些实施例中，单独的清洁控制器可连接到第一清洁布置和第二清洁布置。在电子显微镜的操作期间，发射尖端112可设置在相对于提取电极114的预定电位上，例如通过向V形加热丝的两端施加相同的电压，使得没有电流流动，且因此不会对尖端进行加热，从而能够从发射尖端进行冷场发射。

第一种清洁模式也可称为“闪蒸模式”(flashing mode)，因为发射尖端在相比较短的时间内被加热到高温，以蒸发吸附的颗粒和污染物并确保更稳定的电子束。清洁控制器128可被配置为在开始电子显微镜的操作之前和/或如果电子显微镜被操作则在预定的操作时间段之后，例如以规则的间隔(诸如每小时一次)将电子显微镜100设置为第一清洁模式。通过定期切换到第一清洁模式，可以确保持续清洁和尖锐化发射器尖端。

替代地或附加地，清洁控制器128可被配置为在电子显微镜的操作之前在枪壳体已经被通风或充满空气之后，和/或在电子显微镜的维护或维修期间，和/或如果电子束表现出不想要的不稳定性，将电子显微镜设置为第二清洁模式。因此，与两个第二清洁模式之间的间隔相比，两个第一清洁模式之间的间隔通常更短。

在可以与本文所述的其他实施例结合的一些实施例中，发射尖端112与提取电极114的第一开口115之间的距离可以是5mm或更小，特别地是3mm或更小，更特别地是1mm或更小，和/或0.1mm或更大。因此，由发射尖端112发射的电子被加速得非常快并且在朝向提取电极的短传播距离上，这减少了电子-电子相互作用并改善了电子束的亮度。

电子显微镜100可包括加速段，用于加速电子束，例如，将电子束加速到5keV或更高的电子能量，其中加速段布置在聚光透镜130的上游和/或至少部分地与聚光透镜130重叠。电子可朝向相对于发射尖端设置在正电位上的提取电极114加速，并且电子可以可选地进一步加速朝向可布置在提取电极114下游的阳极，例如在提取电子和聚光透镜之间或在聚光透镜内(如图2所示)。在一些实施例中，电子被加速到10keV或更高、30keV或更高、或甚至50keV或更高的电子能量。筒(column)内的高电子能量可以减少电子-电子相互作用的负面影响。

在一些实施例中，电子显微镜100可包括减速段，用于使电子束从5keV或更高的能量减速到较小的着陆能量(landing energy)，其中减速段可以在物镜140的下游或至少部分地与物镜140重叠。例如，电子可减速至3keV或更低的着陆能量，特别地是2keV或更低，或甚至1keV或更低，诸如800eV或更低。具有降低的着陆能量的电子更适合与样本结构相互作用，使得降低的着陆能量可以改善可获得的分辨率。例如，靠近样品台布置的代理电极(prxoy electrode)可以在撞击样本之前制动电子，或者可以将样本设置在制动电位上

从样本16释放的信号粒子可以沿着减速段朝向物镜加速并且可通过物镜向电子检测器(图中未示出)传播。

电子显微镜可包括作为第一真空区域10a的枪壳体，所述第一真空区域10a可以用一个或多个真空泵排空，特别是排空到超高真空。容纳电子源110的枪壳体通常位于电子显微镜镜筒(column)的上游。

电子显微镜可使用几个所谓的差分泵送区域，所述差分泵送区域被相应的差分泵送孔分开，以改善枪腔室内的真空条件。差分泵送区域可理解为真空区域，其可由一个或多个相应的真空泵单独泵送并且由相应的气体分隔壁隔开以改善最上游真空区域中的真空条件。气体分隔壁中可提供差分泵送孔，即用于电子束的小开口，使得电子束可以从上游差分泵部分沿光轴线传播到下游差分泵部分。如本文中所用，“下游”可理解为在电子束沿光轴线A的传播方向上的下游。

在一些实施例中，提取电极114的第一开口115可被布置成用作第一差分泵送孔，即用作气体分隔壁中的孔，其能够在枪壳体与枪壳体下游的第二真空区域10b之间进行差分泵送。当第一开口115既作为射束限制孔(即，作为射束-光孔)又作为差分泵送孔时，可以提供更紧凑的电子显微镜，其促进枪壳体10a中的良好真空条件，并因此达到良好射束稳定性。如图1示意性描绘，具有第一开口115的提取电极114可以是第一真空区域10a与第二真空区域10b之间的气体分隔壁的一部分。

如图1示意性描绘，电子显微镜100可包括枪壳体下游的第二真空区域10b，第二真空区域10b容纳聚光透镜130。

在一些实施例中，电子显微镜可进一步包括聚光透镜130与物镜140之间的第二射束限制孔132。聚光透镜130可被配置用于调节电子束的射束发散且因此调节电子束的传播通过第二射束限制孔132的部分。因此，聚光透镜130的激发可用于调节第二射束限制孔132下游的电子束的射束流。

可选地，第二射束限制孔132可被布置成用作第二差分泵送孔。换言之，第二射束限制孔132可布置在第二真空区域10b与第二真空区域10b下游的第三真空区域10c之间的气体分隔壁中，诸如以便能够在所述区域之间进行差分泵送。可进一步改善枪壳体中的真空条件并且可进一步减少污染。例如，第二射束限制孔132可具有100μm或更小，特别地是50μm或更小、更特别地是20μm或更小、或甚至10μm或更小的直径。

因此，作为上述差分泵送概念的结果，可以进一步改善放置冷场发射器的第一真空区域10a中的真空条件，且在电子显微镜的操作期间可在第一真空区域中提供并保持极低的压力，例如10^-11mbar或更低。可以在枪壳体中保持所述压力，即使放置样本16的真空区域10d中的压力可能相当高，诸如10^-6mbar或更高、或10^-5mbar或更高和/或10^-3mbar或更低，特别是在10^-3mbar与10^-6mbar之间的压力。

根据本文描述的一些实施例，第一开口115和第二射束限制孔132两者都是射束-光孔，即这两个孔在操作期间影响电子束105的形状和/或尺寸。此外，第一开口115和第二射束限制孔132两者都可配置为用作压力级孔(pressure stage apertures)。换言之，两个孔不仅被布置用于改善枪壳体10a中的真空条件，而且还是影响电子束的射束-光系统的一部分。因此，第一开口115和第二射束限制孔132也可称为“射束-光压力级孔”或“射束界定压力级孔”。

在可以与本文描述的其他实施例结合的一些实施例中，电子显微镜进一步包括第二差分泵送孔与物镜140之间的至少一个第三差分泵送孔133。具体地，至少一个第三差分泵送孔133可设置在第三真空区域10c与第三真空区域10c下游的第四真空区域10d之间的气体分隔壁中，从而能够从枪壳体10a差分泵送经过第二真空区域和第三真空区域至可以设置物镜的第四真空区域10d。可以进一步改善枪壳体内的真空条件。至少一个或多个射束光组件可布置在第三真空区域10c中，例如第二聚光透镜、像差校正器、用于从电子束中分离信号电子的射束分离器、和/或用于检测信号电子的电子检测器中的一者或多者。物镜140可布置在第四真空区域10d中(或者，替代地，如果没有提供第四真空区域，则布置在第三真空区域中)。

可以在第一真空区域10a、第二真空区域10b、第三真空区域10c、和第四真空区域10d(如果存在的话)中的每一者处提供用于附接真空泵的泵送口11。泵送口11可被配置用于将诸如离子吸气泵之类的真空泵附接至相应的真空区域。

在可以与本文描述的其他实施例结合的一些实施例中，发射尖端112布置在第一真空区域10a中并且聚光透镜130布置在第二真空区域10b中。可提供离子吸气泵13和非蒸发性吸气(NEG)泵14以排空布置有发射尖端112的第一真空区域10a。例如，离子吸气泵13和非蒸发性吸气泵可附接到第一真空区域10a的泵送口11，或者离子吸气泵可以与非蒸发性吸气泵分开布置，例如在第一真空区域10a的单独泵送口。可进一步改善发射尖端位置处的真空条件。

在一些实施例中，电子显微镜是扫描电子显微镜(SEM)。电子显微镜可包括扫描偏转器152，例如靠近物镜140或在物镜140内定位。具体地，电子显微镜可以是电子束检查系统(EBI系统)，特别是用于例如晶片或其他半导体基板的高产量电子束检查的SEM。更具体地，电子显微镜可以是高产量晶片检测(High Throughput Wafer Inspection)SEM。

根据本文所述的实施例，提供了一种具有CFE电子源的高性能电子显微镜，其允许以高分辨率和高产量以高亮度电子束检查样本，特别是晶片和其他半导体样本。例如，可以以高分辨率快速检查晶片和其他样本。可以提供和保持电子束的高亮度，因为通过提供和操作本文描述的第一清洁布置和第二清洁布置而改善了真空条件并减少了污染。此外，尽管电子显微镜紧凑，但由于电子枪壳体中的极佳真空条件，因此能够实现高亮度，因为减少了电子-电子相互作用。

根据本文所述的另一个方面，提供了一种用于高性能电子设备的电子源110，所述电子源包括具有发射尖端112的冷场发射器和可以分别通过如本文所述的第一清洁布置和第二清洁布置来清洁的提取电极114。

图2是根据本文描述的实施例的具有电子源110的电子显微镜200的示意性截面图，电子源110包括冷场发射器。图2的电子显微镜200可包括图1的电子显微镜100的一些特征或所有特征，使得可参考上述说明，其在此不再赘述。

具体地，电子显微镜200包括冷场发射器，其具有可通过——在第一清洁模式中——以第一清洁布置121加热清洁的发射尖端112和具有可通过——在第二清洁模式中——以第二清洁布置122加热清洁的提取电极114。

提取电极114中的第一开口115可作为用于对电子束进行整形的射束限制孔，并且可以可选地附加地充当差分泵送孔，其使得能够在第一真空区域10a与第二真空区域10b之间进行差分泵送。

根据可以与本文描述的其他实施例结合的一些实施例，聚光透镜130是聚磁透镜(magnetic condenser lens)。具体地，聚磁透镜可包括第一内极片和第一外极片，其中发射尖端112与第一内极片之间的第一轴向距离(D1)大于发射尖端112与第一外极片之间的第二轴向距离(D2)。这种外极片比内极片更向电子源突出的磁透镜在极片之间具有轴向延伸的间隙，且可因此也称为“轴向间隙透镜”。轴向间隙磁透镜可产生磁场，磁场可延伸到超出轴向间隙外的区域中，即，轴向地超出外极片并且朝向电子源。换言之，轴向间隙聚光透镜可以是浸没式透镜，并提供向电子源延伸的磁相互作用区域，使得聚光透镜的准直作用可以作用在靠近电子源110或甚至在电子源110内部的电子束105上。可以提供更紧凑的电子显微镜并且可以减少电子-电子相互作用的负面影响。

在一些实施例中，发射尖端112与聚光透镜的第一内极片之间的第一轴向距离(D1)为20mm或更小，特别是15mm或更小。在一些实施例中，发射尖端112与聚光透镜之间的第二轴向距离(D2)为15mm或更小，在一些实施例中为8mm或更小。

用于将电子加速至5keV或更高的能量，特别地是10keV或更高的电子显微镜的加速段，可能会与聚光透镜的磁相互作用区域部分重叠，其降低电子显微镜内的整体射束传播距离。

根据一些实施例，物镜140为具有第二内极片和第二外极片的磁性物镜，且第二内极片与样品台18之间的第三轴向距离(D3)大于第二外极片与样品台18之间的第四轴向距离(D4)。具体而言，磁性物镜可以是轴向间隙透镜，其外极片比内极片更朝向样品台18突出，使得在外极片和内极片的端部之间形成轴向间隙。由磁性物镜提供的磁相互作用区域可以轴向延伸超过磁性物镜的极片朝向可放置在样品台18上的样本16。这允许物镜具有短焦距并放置在靠近样品台18的位置。

在一些实施方式中，物镜140与样品台18之间的距离(即，第四轴向距离(D4))可以是20mm或更小、特别地是10mm或更小、更特别地是5mm或更小。具体地，物镜140的焦距可以为10mm或更小，或甚至可以为5mm或更小。在一些实施例中，样品台18与物镜140的第二内极片之间的第三轴向距离(D3)大于第四轴向距离(D4)，特别地是30mm或更小，更特别地是10mm或更小。

在一些实施例中，聚光透镜130和物镜140可以都是可沿光轴A彼此对称设置的轴向间隙透镜。具体而言，聚光透镜130可具有朝向电子源110开放的轴向间隙，并且物镜140可具有朝向样本开放的轴向间隙，这两个透镜都被配置为面对相反方向的浸没式透镜。使用对应的透镜类型作为聚光透镜和物镜可以得到紧凑的电子显微镜，其适于在样本上提供小射束探针并因此具有良好的分辨率。

第一清洁布置121、第二清洁布置122和差分泵送的细节已参照图1的电子显微镜100而描述了且在此处不再赘述。

图3示出根据本文描述的实施例的操作电子显微镜的方法的流程图。

电子显微镜可具有枪壳体，枪壳体容纳具有冷场发射器的电子源并且提供第一真空区域。第二真空区域可沿着光轴线布置在第一真空区域的下游，并且可选地第三或者甚至进一步的真空区域可以沿着光轴线布置在第二真空区域的下游，其可以被差分泵送。第一真空区域和第二真空区域可由具有设置于其中的第一差分泵送孔的第一气体分隔壁隔开，且第二真空区域和第三真空区域可由具有设置于其中的第二差分泵送孔的第二气体分隔壁隔开。

电子显微镜的电子源包括具有发射尖端的冷场发射器和用于从冷场发射器中提取电子束以沿光轴A传播的提取电极。

在图3的框310和320中，电子显微镜准备好在两个清洁阶段中操作，例如在电子显微镜最初的第一次操作之前，或者在电子显微镜内部充满空气之后，例如在维修或维护期间。

在框310中，电子显微镜设置为第二清洁模式，其中通过加热电子源的提取电极来清洁提取电极，特别地加热到500℃或更高的温度，更特别地加热到600℃与800℃之间的温度。具体地，将围绕电子束在操作期间传播通过的第一开口的提取电极的区域加热到600℃与800℃之间的温度。

在第二清洁模式中，电流可流过第二加热器，所述第二加热器定位成与提取电极相邻，用于将提取电极加热到高于500℃的温度，特别是加热到600℃与800℃之间的温度。第二加热器可以是加热线126，其布置成靠近第一开口并且可以可选地至少部分地围绕提取电极上游的第一开口延伸。在一些实施例中，加热线126可以是钽线(tantalum wire)或钽丝(tantalum filament)。

可以在先前的校准阶段中确定在第二清洁模式中施加的电流。

可选地，在第二清洁模式中，抑制电极和/或提取电极可以设置在一个或多个预定电位上，这可以帮助将加热线发射的热电子引导向提取电极和/或远离发射尖端。

在框320中，将电子显微镜设置在第一清洁模式中，其中通过加热冷场发射器的发射尖端来清洁发射尖端，特别是加热到1500℃或更高的温度，特别是2000℃或更高的温度，或甚至是2000K或更高的温度。

在第一清洁模式中，电流可流过与发射尖端结合的加热丝，特别是V形加热丝，用于将发射尖端加热到2000℃以上的温度。可蒸发附着到发射尖端的颗粒，且可清洁发射表面。可以在先前的校准阶段中确定在第一清洁模式中施加的电流。

可选地，在第一清洁模式中，抑制电极和/或提取电极可设置在一个或多个预定电位上，特别是相对于发射尖端的高电压，这可以促进尖锐发射尖端的维护。

在第一清洁模式和第二清洁模式下清洁之后，电子显微镜可设置在框330所示的操作模式中。在操作模式中，电子束从冷场发射器中被提取以沿光轴线传播，且电子束通过传播穿过可设置在提取电极中的第一开口而被整形。电子束接着由电子源下游的聚光透镜准直，即，电子束的发散度减小。特别地，可以通过调节聚光透镜的激发来调节电子束的发散。准直电子束接着用物镜聚焦到样本上。

在操作模式中，电子束的电子可在加速段中加速到5keV或更高的能量，特别地是10keV或更高，其中加速段布置在聚光透镜上游和/或至少部分与聚光透镜重叠。例如，加速段的第一部分可在发射尖端与提取电极之间延伸，提取电极被设置在相对于发射尖端的高电压上。加速段的第二部分可延伸到电子源的下游，例如在提取电极与可以相对于提取电极设置为高电压的阳极之间。阳极可布置在聚光透镜附近或内部。因此，加速段可与由聚光透镜提供的磁相互作用区域重叠。

在操作模式中，电子束可以用聚光透镜准直。聚光透镜可以是具有第一内极片和第一外极片的磁性透镜，其中发射尖端于第一内极片之间的第一轴向距离可大于发射尖端于第一外极片之间的第二轴向距离。具体地，聚光透镜可以是轴向间隙透镜，即，聚光透镜的第一外极片可以比聚光透镜的第一内极片更向电子源突出。

在操作模式中，电子束的电子可以在减速段减速到3keV或更低的着陆能量，特别地是1keV或以低，其中减速段在物镜下游或至少部分地与物镜重叠。例如，可以在靠近物镜或设置在物镜内部的第一电极与靠近样本或样本本身设置的代理电极之间施加电位差。因此，减速段可以与物镜提供的磁相互作用区域重叠。

电子束可聚焦到样本上，并且产生的信号电子可被加速朝向并通过物镜并且可被一个或多个电子检测器(图中未示出)检测以供检查样本，例如，用于产生样本的图像。

在可与本文所述的其他实施例结合的一些实施例中，发射尖端布置在第一真空区域中并且聚光透镜布置在第一真空区域下游的第二真空区域中。提取电极中的第一开口可用作第一真空区域和第二真空区域之间的差分泵送孔。方法可包括对第一真空区域和第二真空区域进行差分泵送。

可选地，可在第二真空区域的下游提供第三真空区域，且可在其间的气体分隔壁中设置第二差分泵送孔。方法可进一步包括差分泵送第一真空区域、第二真空区域、和第三真空区域，以及可选地在第三真空区域下游的至少一个进一步的真空区域。

如图3中的框340示意性所示，电子显微镜可在框330的操作模式中经过预定时间之后，例如操作大约一个小时之后，切换回第一清洁模式。可在第一清洁模式中清洁发射尖端，使得可确保稳定的电子束。在框350中，电子显微镜可切换回操作。

在一些实施例中，方法包括在操作模式下的预定时间段之后，例如分别在操作大约一小时之后，从操作模式切换到第一清洁模式。具体而言，电子显微镜可在例如分别为一小时或更长和三小时或更短的预定操作间隔之后自动切换到第一清洁模式。在预定的操作间隔后切换到第一清洁模式可以使操作模式下的电子束能持续稳定和高亮度。

可以较不频繁地进行第二清洁模式，例如仅在枪壳体充满空气之后和/或在可能长于一个月的预定维修间隔内和/或在电子束表现出不希望的不稳定性或降低的亮度的情况下进行。

具体地，本文描述了以下实施例：

实施例1：一种电子显微镜(100)，包括：电子源(110)，电子源包括：具有发射尖端(112)的冷场发射器；提取电极(114)，用于从冷场发射器提取电子束(105)以沿光轴线(A)传播，提取电极具有配置为第一射束限制孔的第一开口(115)；第一清洁布置(121)，用于通过加热发射尖端来清洁发射尖端(112)；以及第二清洁布置(122)，用于通过加热提取电极来清洁提取电极(114)；电子显微镜进一步包括：聚光透镜(130)，用于准直电子源的下游的电子束；以及物镜(140)，用于将电子束聚焦到样本上。

在一些实施例中，发射尖端是钨尖端，特别是具有(3,1,0)定向的钨单晶。

实施例2：如实施例1所述的电子显微镜，其中第一清洁布置(121)包括与发射尖端热接触的加热丝(125)，发射尖端附着或接合到加热丝。

第一清洁布置可以是闪蒸清洁设备，其被配置为通过加热发射尖端来清洁发射尖端，特别是以规律间隔，例如分别在预定的操作时间之后。发射尖端可被加热到高于1000℃的温度，特别是高于2000℃的温度。

在一些实施例中，加热丝是V形加热线，发射尖端接合到V形加热线的扭结部分。

在一些实施例中，加热丝是金属丝，特别是钨丝，并且发射尖端是钨尖端。

实施例3：如实施例1或2所述的电子显微镜，其中第二清洁布置包括第二加热器，特别是加热线(126)，其定位成与提取电极(114)相邻。第二加热器可被配置为被加热到1500℃或更高的温度，特别是2000℃或更高的温度，具体地通过允许电流流过第二加热器。

实施例4：如实施例3所述的电子显微镜，其中加热线被布置为至少部分地环绕提取电极的第一开口(115)。

实施例5：如实施例3或4所述的电子显微镜，其中加热线(126)包括钽或由钽制成。

实施例6：如实施例1至5中任一项所述的电子显微镜，包括清洁控制器(128)，清洁控制器(128)被配置为在第一清洁模式中允许电流流过与发射尖端热接触的加热丝(125)以将发射尖端加热到高于1500℃的温度。替代地或附加地，清洁控制器被配置为在第二清洁模式中允许电流流过第二清洁布置的加热线(126)以用于以下各项中的至少一者：至少部分地加热提取电极至高于500℃的温度，以及在提取电极的表面上引起电子激发的解吸附。

具体而言，在第二清洁模式中，将围绕第一开口的提取电极的区域加热到高于500℃的温度，特别是用于引起提取电极的热脱气。

实施例7：如实施例1至6中任一项所述的电子显微镜，其中发射尖端(112)与提取电极(114)的第一开口(115)之间沿光轴线的距离为5mm或更小，特别是1mm或更小。

实施例8：如实施例1至7中任一项所述的电子显微镜，其中聚光透镜(130)为具有第一内极片和第一外极片的磁性聚光透镜，其中发射尖端与第一内极片之间的第一轴向距离(D1)大于发射尖端与第一外极片之间的第二轴向距离(D2)。

特别地，磁性聚光透镜可以是轴向间隙透镜。

在一些实施例中，发射尖端与第一内极片之间的第一轴向距离(D1)为20mm或更小，特别地是15mm或更小。在一些实施例中，发射尖端与第一内极片之间的第二轴向距离(D2)为15mm或更小，或甚至8mm或更小。

实施例9：如实施例1至8中任一项所述的电子显微镜，其中所述物镜(140)为具有第二内极片和第二外极片的磁性物镜，其中第二内极片与样品台之间的第三轴向距离大于第二外极片与样品台之间的第四轴向距离。

特别地，磁性物镜可以是轴向间隙透镜。

在一些实施例中，磁性聚光透镜和磁性物镜可沿光轴线彼此大致对称地布置。

实施例10：如实施例1至9中任一项所述的电子显微镜，包括加速段，用于将电子束加速至5keV或更高的能量，加速段在聚光透镜的上游或至少部分地与聚光透镜重叠；和/或减速段，用于将电子束从5keV或更高的能量减速到3keV或更低的着陆能量，减速段在物镜的下游或至少部分地与物镜重叠。

实施例11：如实施例1至10中任一项所述的电子显微镜，其中第一开口(115)被布置为充当第一差分泵送孔。

实施例12：如实施例1至11中任一项所述的电子显微镜，进一步包括位于聚光透镜(130)与物镜(140)之间的第二射束限制孔(132)，第二射束限制孔(132)被布置为充当第二差分泵送孔。

实施例13：如实施例12所述的电子显微镜，进一步包括第二差分泵送孔与物镜之间的至少一个第三差分泵送孔(133)。

实施例14：如实施例1至13中任一项所述的电子显微镜，其中发射尖端(112)被布置在第一真空区域(10a)中，且聚光透镜(130)被布置在第二真空区域(10b)中，电子显微镜包括用于泵送第一真空区域(10a)的离子吸气泵(13)和非蒸发性吸气泵(14)。

实施例15：如实施例1至14中任一项所述的电子显微镜，进一步包括扫描偏转器，其中电子显微镜被配置为用于高产量晶片检查的扫描电子显微镜(SEM)。

实施例16：根据本文所述的任一实施例的电子显微镜的电子源。

实施例17：一种操作电子显微镜的方法，电子显微镜具有电子源，电子源具有冷场发射器，方法包括：在第一清洁模式中，通过加热冷场发射器的发射尖端来清洁发射尖端；在第二清洁模式中，通过加热电子源的提取电极来清洁提取电极；以及在操作模式中：从冷场发射器中提取电子束以沿光轴线(A)传播，电子束由设置在提取电极中的第一开口整形；用聚光透镜准直电子束；以及用物镜将电子束聚焦到样本上。

实施例18：如实施例17所述的方法，其中，在第一清洁模式中，电流流过加热丝，发射尖端与加热丝接合，以将发射尖端加热至1500℃以上的温度。

实施例19：如实施例17或18的方法，其中在第二清洁模式中，电流流过第二加热器，具体地流过加热线(126)，加热线(126)靠近提取电极定位以将提取电极加热至高于500℃的温度。

实施例20：如实施例17至19中任一项所述的方法，其中在第二清洁模式中，电流流过与提取电极相邻定位的加热线以引起来自加热线的电子的热发射，以通过电子激发解吸附和热脱气中的至少一者来清洁提取电极。在一些实施例中，加热线被加热到1500℃或更高，特别是2000℃或更高的温度。

实施例21：如实施例17至20中任一项所述的方法，包括在操作模式下预定时间段后，从操作模式切换到第一清洁模式，特别是在操作预定间隔后，自动切换到第一清洁模式。

实施例22：如实施例17至21中任一项所述的方法，其中发射尖端布置在第一真空区域中，且聚光透镜布置在第一真空区域下游的第二真空区域中，第一开口充当第一真空区域与第二真空区域之间的差分泵送孔，方法包括：差分泵送第一真空区域和第二真空区域，以及可选地经由布置在第二真空区域与第三真空区域之间的第二差分泵送孔差分泵送第三真空区域，该第三真空区域布置在第二真空区域下游。

实施例23：如实施例17至22中任一项所述的方法，进一步包括，在操作模式中，进行以下各项中的任意一项或多项：(i)在加速段中将电子束的电子加速至5keV或更高的能量，加速段在聚光透镜上游或至少部分地与聚光透镜重叠；(ii)用具有第一内极片和第一外极片的聚光透镜准直电子束，其中发射尖端与第一内极片之间的第一轴向距离大于发射尖端与第一外极片之间的第二轴向距离；和/或(iii)在减速段中将电子束的电子减速至3keV或以下的着陆能量，减速段在物镜下游或至少部分地与物镜重叠。

在一些实施例中，电子束的电子在加速段中被加速至至少10keV的能量，特别地是至少15keV，更特别地是至少30keV。

在一些实施例中，电子束的电子在减速段中被减速至2keV或更低的着陆能量，特别是1keV或更低。

应理解，下文所附的权利要求中的每一项都可以参照回一个或多个在前的权利要求，并且包括权利要求的任意子集的特征的这样的实施例被本公开所涵盖。尽管前述内容针对实施例，但是在不脱离基本范围的情况下，可设想其他和进一步的实施例，并且其范围由所附权利要求书界定。

Claims (21)

1.一种电子显微镜(100)，包括：

电子源(110)，包括：

具有发射尖端(112)的冷场发射器；

提取电极(114)，用于从所述冷场发射器提取电子束(105)以沿光轴线(A)传播，所述提取电极具有被配置为第一射束限制孔的第一开口(115)；

第一清洁布置(121)，用于通过加热所述发射尖端(112)来清洁所述发射尖端；以及

第二清洁布置(122)，用于通过加热所述提取电极(114)来清洁所述提取电极；

聚光透镜(130)，用于准直所述电子源的下游的所述电子束；以及

物镜(140)，用于将所述电子束聚焦到样本上。

2.如权利要求1所述的电子显微镜，其中所述第一清洁布置(121)包括与所述发射尖端热接触的加热丝(125)，所述发射尖端附着或结合到所述加热丝。

3.如权利要求1或2所述的电子显微镜，其中所述第二清洁布置(122)包括加热线(126)，所述加热线(126)定位成与所述提取电极相邻并且被配置为被加热到1500℃或更高的温度。

4.如权利要求3所述的电子显微镜，其中所述加热线被布置为至少部分地环绕所述提取电极的所述第一开口(115)。

5.如权利要求3或4所述的电子显微镜，其中所述加热线(126)包括钽或由钽制成。

6.如权利要求1至5中任一项所述的电子显微镜，包括清洁控制器(128)，

所述清洁控制器(128)被配置为在第一清洁模式中允许电流流过与所述发射尖端热接触的加热丝(125)以将所述发射尖端加热到高于1500℃的温度，和/或

所述清洁控制器(128)被配置为在第二清洁模式中允许电流流过所述第二清洁布置的加热线(126)，以用于以下各项中的至少一者：至少部分地加热所述提取电极至高于500℃的温度，以及在所述提取电极的表面上引起电子激发的解吸附。

7.如权利要求1至6中任一项所述的电子显微镜，其中所述发射尖端(112)与所述提取电极(114)的所述第一开口(115)之间的距离为5mm或更小，特别地是1mm或更小。

8.如权利要求1至7中任一项所述的电子显微镜，其中所述聚光透镜(130)为具有第一内极片和第一外极片的磁性聚光透镜，且所述发射尖端与所述第一内极片之间的第一轴向距离(D1)大于所述发射尖端与所述第一外极片之间的第二轴向距离(D2)。

9.如权利要求1至8中任一项所述的电子显微镜，其中所述物镜(140)为具有第二内极片和第二外极片的磁性物镜，且所述第二内极片与样品台之间的第三轴向距离大于所述第二外极片与所述样品台之间的第四轴向距离。

10.如权利要求1至9中任一项所述的电子显微镜，包括加速段，用于将所述电子束加速至5keV或更高的能量，所述加速段在所述聚光透镜的上游或至少部分地与所述聚光透镜重叠；以及

减速段，用于将所述电子束从5keV或更高的所述能量减速到2keV或更低的着陆能量，所述减速段在所述物镜的下游或至少部分地与所述物镜重叠。

11.如权利要求1至10中任一项所述的电子显微镜，其中所述第一射束限制孔被布置为充当第一差分泵送孔。

12.如权利要求1至11中任一项所述的电子显微镜，进一步包括位于所述聚光透镜(130)与所述物镜(140)之间的第二射束限制孔(132)，所述第二射束限制孔(132)被布置为充当第二差分泵送孔。

13.如权利要求1至12中任一项所述的电子显微镜，其中所述发射尖端(112)被布置在第一真空区域(10a)中，且所述聚光透镜(130)被布置在第二真空区域(10b)中，所述电子显微镜包括用于泵送所述第一真空区域(10a)的离子吸气泵(13)和非蒸发性吸气泵(14)。

14.如权利要求1至13中任一项所述的电子显微镜，进一步包括扫描偏转器，其中所述电子显微镜被配置为用于高产量晶片检测的扫描电子显微镜(SEM)。

15.一种用于电子显微镜的电子源，包括：

冷场发射器，具有发射尖端；

提取电极，用于从所述冷场发射器提取电子束以沿光轴线传播；

第一清洁布置，用于通过加热所述发射尖端来清洁所述发射尖端；以及

第二清洁布置，用于通过加热所述提取电极来清洁所述提取电极。

16.一种操作电子显微镜的方法，所述电子显微镜具有电子源，所述电子源具有冷场发射器，所述方法包括：

在第一清洁模式中，通过加热所述冷场发射器的发射尖端来清洁所述发射尖端；

在第二清洁模式中，通过加热所述所述电子源的提取电极来清洁所述提取电极；以及

在操作模式中：

从所述冷场发射器中提取电子束以沿光轴线传播，所述电子束由设置在所述提取电极中的第一开口整形；

用聚光透镜准直所述电子束；以及

用物镜将所述电子束聚焦到样本上。

17.如权利要求16所述的方法，其中，在所述第一清洁模式中，电流流过加热丝，所述发射尖端与所述加热丝接合，以将所述发射尖端加热至1500℃以上的温度。

18.如权利要求16或17所述的方法，其中，在所述第二清洁模式中，电流流过与所述提取电极相邻定位的加热线以引起来自所述加热线的电子的热发射，以通过电子激发解吸附和热脱气中的至少一者或两者来清洁所述提取电极。

19.如权利要求16至18中的任一项所述的方法，包括在所述操作模式中的预定时间段之后，从所述操作模式切换至所述第一清洁模式，特别是以预定操作间隔自动切换至所述第一清洁模式。

20.如权利要求16至19中的任一项所述的方法，其中所述发射尖端布置在第一真空区域中，且所述聚光透镜布置在所述第一真空区域下游的第二真空区域中，所述第一开口充当所述第一真空区域与所述第二真空区域之间的差分泵送孔，所述方法包括：

差分泵送所述第一真空区域和所述第二真空区域，以及可选地经由布置在所述第二真空区域与第三真空区域之间的第二差分泵送孔差分泵送所述第三真空区域，所述第三真空区域布置在所述第二真空区域下游。

21.如权利要求16至20中的任一项所述的方法，进一步包括在所述操作模式中：

在加速段中将所述电子束的电子加速至5keV或更高的能量，所述加速段在所述聚光透镜的上游或至少部分地与所述聚光透镜重叠；

用具有第一内极片和第一外极片的所述聚光透镜准直所述电子束，其中所述发射尖端与所述第一内极片之间的第一轴向距离大于所述发射尖端与所述第一外极片之间的第二轴向距离；以及

在减速段中将所述电子束的所述电子减速至3keV或以下的着陆能量，所述减速段在所述物镜下游或至少部分地与所述物镜重叠。