TW202345188A - 電子顯微鏡、電子顯微鏡的電子源、和操作電子顯微鏡的方法 - Google Patents

Abstract

描述了一種電子顯微鏡（100）。電子顯微鏡包括用於產生電子束的電子源（110）、用於準直電子源下游的電子束的聚光透鏡（130）和用於將電子束聚焦到樣本（16）上的物鏡（140）。電子源包括：具有發射尖端（112）的冷場發射器、提取電極（114），用於從冷場發射器提取電子束（105）以沿光軸線（A）傳播，提取電極具有配置為第一射束限制孔的第一開口（115）、第一清潔配置（121），用於透過加熱發射尖端來清潔發射尖端（112）、和第二清潔配置（122），用於透過加熱提取電極來清潔提取電極（114）。進一步描述操作這種電子顯微鏡的方法。

Description

電子顯微鏡、電子顯微鏡的電子源、和操作電子顯微鏡的方法

本文描述的實施例涉及電子設備，特別是電子顯微鏡，並且更具體地涉及掃描電子顯微鏡（SEM），用於檢查或成像系統應用、測試系統應用、微影系統應用等。本文描述的實施例具體涉及具有冷場發射器的電子顯微鏡，該冷場發射器為高解析度和高產量應用提供高亮度電子束。更具體地，描述了高產量晶圓檢查SEM。本文描述的實施例還涉及電子顯微鏡的電子源，以及操作電子顯微鏡的方法。

電子顯微鏡在複數個工業領域具有許多功能，包括但不限於，半導體基板、晶圓、和其他樣本的檢查或成像、臨界尺寸測量、缺陷檢查、微影的曝光系統、偵測器佈置、和測試系統。對微米和奈米級的樣本的結構化、測試、檢查、和成像有很高的需求。與例如光子束相比，電子顯微鏡提供更高的空間解析度，從而實現高解析度成像和檢查。

電子顯微鏡包括電子源或「電子槍」，其產生撞擊樣本的電子束。已知不同類型的電子源，包括熱場發射器、蕭特基發射器、熱輔助場發射器和冷場發射器。冷場發射器（CFE）包括在操作期間是冷的（=未加熱）的發射尖端，其透過在發射尖端和提取電極之間施加高靜電場來發射電子。雖然熱場發射器通常可以提供高電流電子束，但冷場發射器有提供適合實現高解析度的高亮度電子束探針的潛力

然而，CFE對污染特別敏感，且因此應在抽空槍殼體中在極好的真空條件下操作，特別是在超高真空條件下。然而，抽空槍殼體中仍可能存在不需要的離子、離子化的分子或其他污染粒子。例如，帶電污染顆粒可以朝向發射器加速，使得發射尖端可以機械變形或者可以以其他方式受到負面影響。此外，粒子在發射器表面或電子源的其他表面上的積累可能會引入雜訊和其他射束不穩定性。

具體地，電子槍的區域中的污染顆粒可能導致不穩定或嘈雜的電子束，例如導致變化的射束流或可變的射束輪廓。因此，電子顯微鏡內的真空條件，且特別是容納CFE的槍殼體內的真空條件是關鍵性的。

鑑於以上所述，改善電子顯微鏡中電子束的射束穩定性並減少槍殼體內的污染顆粒的量將是有益的。具體而言，提供一種具有CFE電子槍的緊湊型電子顯微鏡將是有益的，該CFE電子槍發射具有改進的穩定性的高亮度電子束，這可以進一步改善可獲得的解析度和產量。此外，提供一種操作電子顯微鏡的方法例如以提供具有改進的射束穩定性的高亮度電子束將是有益的。

鑑於以上，提供了根據獨立請求項的電子顯微鏡、電子源和操作電子顯微鏡的方法。根據隨附申請專利範圍、說明書、和隨附圖式，進一步的態樣、優點、和特徵是顯而易見的。

根據一個態樣，提供了一種電子顯微鏡。電子顯微鏡包括電子源、聚光透鏡和物鏡。電子源包括具有發射尖端的冷場發射器（CFE）；提取電極，用於從冷場發射器提取電子束以沿光軸線傳播，提取電極具有配置為第一射束限制孔的第一開口；第一清潔配置，用於透過加熱發射尖端來清潔發射尖端；和第二清潔配置，用於透過加熱提取電極來清潔提取電極。聚光透鏡用於準直電子源下游的電子束，且物鏡用於將電子束聚焦到樣本上。

根據一個態樣，提供了一種用於如本文所述的電子顯微鏡的電子源。電子源包括具有發射尖端的冷場發射器（CFE）；提取電極，用於從冷場發射器提取電子束以沿光軸線傳播；第一清潔配置，用於透過加熱發射尖端來清潔發射尖端；和第二清潔配置，用於透過加熱提取電極來清潔提取電極。電子源可用於本文所述的電子顯微鏡中，或者用於使用高亮度電子槍的其他電子設備中。

根據另一態樣，提供了一種操作電子顯微鏡的方法，電子顯微鏡具有電子源，電子源具有冷場發射器。方法包括以下步驟：在第一清潔模式中，透過加熱發射尖端來清潔冷場發射器的發射尖端；在第二清潔模式中，透過加熱提取電極來清潔電子源的提取電極；和在操作模式中，從冷場發射器中提取電子束以沿光軸線傳播，電子束由可設置在提取電極中的第一開口形塑；以聚光透鏡準直電子束；和以物鏡將電子束聚焦到樣本上。

根據另一態樣，提供了一種清潔具有冷場發射器的電子源的方法。方法包括，在第一清潔模式中，透過加熱發射尖端來清潔冷場發射器的發射尖端；和，在第二清潔模式中，透過加熱提取電極來清潔電子源的提取電極。在以第一和第二清潔模式清潔之後，可操作電子源以產生電子束，例如在如本文所述的電子顯微鏡中。

可以提供清潔控制器，用於將電子顯微鏡設置為第一清潔模式，例如，在操作電子顯微鏡的預定間隔之後，和/或用於將電子顯微鏡設置為第二清潔模式，例如，在槍殼體充滿空氣之後，或用於改善射束穩定性。

實施例亦針對用於執行所揭露的方法的設備，並且包括用於實行每個所描述的方法特徵的設備的部分。方法特徵可透過硬體元件、由適當軟體程式化的電腦、透過兩者的任何組合或以任何其他方式來實行。此外，實施例亦針對製造所描述的設備的方法、操作所描述的設備的方法、以及以所描述的電子顯微鏡檢查或成像樣本的方法。其包括用於執行設備的每個功能的方法特徵。

現將詳細參照各種實施例，在圖式中示出了實施例的一或多個範例。在以下描述中，相同的元件符號指代相同的元件。大體上，僅描述關於各個實施例的差異。每個範例都是透過解釋的方式來提供，且不意味著限制。此外，作為一個實施例的一部分示出或描述的特徵可以在其他實施例上或與其他實施例結合使用以產生又一進一步的實施例。意圖是描述包括這樣的修改和變化。

在電子顯微鏡中，電子束被引導到放置在樣本臺上的樣本上。具體地，電子束聚焦到樣本的待檢查的表面上。在電子撞擊樣本時，樣本發射、散射和/或反射信號粒子。信號粒子特別包括二次電子和/或反向散射電子，特別是二次電子（SE）和反向散射電子（BSE）兩者。信號電子由一或多個電子偵測器偵測，並且相應的偵測器信號可由處理器處理或分析以檢查或成像樣本。例如，可基於信號電子產生樣本的至少一部分的圖像，或者可以檢查樣本以決定缺陷、確認沉積結構的品質、和/或進行臨界尺寸（CD）測量。

圖1是根據本文描述的實施例的電子顯微鏡100的示意圖。電子顯微鏡100包括電子源110，電子源110被配置用於產生可用於例如檢查或成像應用的電子束105。電子顯微鏡100進一步包括聚光透鏡130，聚光透鏡130被配置為減少電子束的發散（本文稱為「準直」），特別是用於提供僅略微發散、平行、或會聚的電子束，並且該電子束沿著光軸A朝向物鏡140，以聚焦到樣本16上。具體地，聚光透鏡130和物鏡140的聯合動作可將電子束105聚焦在可放置在樣本台18上的樣本16的表面上。樣本台18可以是可移動的。

根據本文所述的實施例，電子源110包括具有發射尖端112的冷場發射器（CFE）。CFE被配置為透過冷場發射來發射電子束。冷場發射器對冷場發射器所在的槍殼體中的污染特別敏感，使得在槍殼體中提供超高真空是有利的。容納CFE的槍殼體在本文中亦被稱為「第一真空區域10a」，其可佈置在允許差分泵送（differential pumping）的一或多個進一步的真空區域（例如，第二真空區域10b和第三真空區域10c）的上游。

在一些實施例中，冷場發射器（CFE）可具有鎢尖端。在可以與其他實施例結合的一些實施中，發射尖端112由蝕刻至尖銳尖端的晶體組成，特別是具有在10 nm至500 nm的範圍內的最終半徑（尖端半徑）的尖銳尖端，特別是200 nm或更小，更特別是100 nm或更小。晶體通常可以是鎢晶體，特別是沿光軸線A以（3,1,0）-晶體定向（(3,1,0)-crystallographic orientation）定向的鎢晶體，更特別是鎢單晶。如果發射尖端具有小半徑的尖銳尖端，則發生電子發射的晶體區域會減少，從而改善產生的電子束的亮度。

電子源110進一步包括用於提取電子束105以沿著光軸線A傳播的提取電極114。提取電極114具有第一開口115，第一開口115可被配置為射束限制開口。具體地，第一開口115可具有尺寸，該尺寸經配置為通過靠近光軸線A傳播的電子（「軸向電子」）並阻擋遠離光軸線A的電子，使得可形成根據第一開口115的尺寸和形狀的射束輪廓。

在一些實施例中，第一開口115可以是圓形開口，配置為產生電子束105的旋轉對稱射束輪廓。在可以與本文描述的其他實施例結合的一些實施例中，第一開口115可具有100 µm或更小，尤其是50 µm或更小、甚至是20 µm或更小的直徑。具有小尺寸的第一開口115減小了向提取電極114傳播的電子束的尺寸並且因此抑制了由於電子-電子相互作用引起的亮度損失。

在電子顯微鏡的操作期間，提取電極114可被設置在相對於發射尖端112的正電位，例如在發射尖端112和提取電極114之間具有幾千伏（kV）範圍內的電位差，例如5 kV或更高。電位差大到足以在發射尖端112的表面產生電場以引起冷場發射。冷場發射器的提取主要機制是隧穿（tunneling）尖端表面的表面勢壘。這可以透過提取電極的提取場來控制。

在一些實施例中，發射尖端112和提取電極114之間的距離為0.1 mm或更大且3 mm或更小，特別是1 mm或更小。小距離導致發射的電子向聚光透鏡130快速加速，使得可以減少由於電子-電子相互作用引起的亮度損失。

電子顯微鏡100包括數個機構用於改善真空條件和用於減少放置冷場發射器的第一真空區域10a中的污染。極佳的真空條件和減少的槍殼體污染改善了射束穩定性和電子束105的亮度，這在使用CFE的情況下特別有益。高亮度電子束在高通量EBI系統中特別有益。

電子顯微鏡100包括用於透過加熱發射尖端112來清潔CFE的發射尖端112的第一清潔配置121和用於透過加熱提取電極114來清潔提取電極114的第二清潔配置122。

電子顯微鏡100可以切換到第一清潔模式，用於透過加熱發射尖端112，特別是加熱到1500℃或更高的溫度，以第一清潔配置121清潔發射尖端112。電子顯微鏡100可以切換到第二清潔模式，用於透過加熱提取電極114，特別是加熱到500℃或更高的溫度，以第二清潔配置122清潔提取電極114。在一些實施例中，第一清潔配置121可包括第一加熱器，特別是可以與發射尖端112熱接觸的電阻加熱器，用於加熱發射尖端，特別是透過允許電流流過第一加熱器。透過允許電流流過第一加熱器，第一加熱器可以與與其熱接觸的發射尖端112一起被加熱。替代地或附加地，第二清潔配置122可包括第二加熱器，特別是加熱線126（由於熱電子的發射，在本文亦稱為「清潔發射器」），其可緊鄰提取電極114佈置，用於加熱提取電極114，特別是透過允許電流流過第二加熱器。

由於在操作期間電子從冷場發射器中的發射尖端的非常小的表面部分發射，因此發射對發射表面上的甚至單個或幾個污染原子非常敏感。可以吸附在發射表面上的原子可以源自周圍的表面，例如來自提取電極，此處解吸附可以被撞擊在提取電極上的電子束的電子激發，例如在圍繞第一開口115的區域中。因此，不僅發射尖端而且提取電極的高清潔度都是有益的。

第二清潔配置122可以透過加熱第二清潔配置122的鄰近提取電極114定位的加熱線126來操作，使得電子由加熱線熱發射並撞擊在提取電極的表面上，加熱提取電極。加熱線可被加熱到1500℃或更高的溫度，特別是2000℃或更高，這可以透過加熱線提供電子的強烈熱發射。即使在高真空條件下，熱電子也可以解吸附可能存在於提取電極的表面上的分子和原子。換言之，可以透過由加熱的加熱線發射的熱電子所引起的電子激發解吸附（electron stimulated desorption ）來清潔提取電極。熱電子可朝向提取電極加速，例如透過在提取電極和另一電極（例如抑制電極和/或發射尖端）之間施加相應的電位差。進一步，撞擊在提取電極上的熱電子可以加熱提取電極，使得提取電極也透過熱脫氣被清潔。在一些實施例中，第二清潔配置122被設置為透過兩個清潔機制來清潔提取電極：（1）熱除氣和（2）電子激發解吸附。

選擇性地，抑制電極113可以進一步佈置在槍殼體中，例如部分地佈置在發射尖端112和加熱線126之間。在第二清潔模式中（即，在以第二清潔配置122加熱期間），抑制電極113可被設置在預定電位上，該預定電位適合於將由加熱線126發射的電子偏向提取電極114和/或偏離發射尖端112。這可以減少第二清潔配置122的熱電子使發射尖端112變形的風險和/或可幫助將熱電子引導朝向提取電極的待清潔區域，特別是透過電子激發解吸附。

在一些實施例中，提供電壓源129用於將提取電極114、抑制電極113、和/或發射尖端112中的任意一或多者連接到預定電位，例如在清潔期間和/或在操作期間。

在一些實施例中，第二清潔配置122的加熱線126可定位成非常靠近提取電極114，特別是與提取電極114的距離為2 mm或更小，或甚至1 mm或更小。特別地，加熱線126可定位成接近於圍繞第一開口115的提取電極114的區域，該區域在電子顯微鏡的操作期間通常被電子束105的電子擊中。

在一些實施方式中，第二清潔配置122可包括加熱線（heating wire）或加熱絲（heating filament），電流可通過其而傳送以進行加熱。具體地，加熱線126的第一端可以連接到電流源的第一輸出端，且加熱線126的第二端可以連接到設置在不同電位的電流源的第二輸出端。加熱線126或加熱絲可至少部分地圍繞提取電極114的第一開口115（例如以180°或更大的圓周角，或者甚至270°或更大的圓周角），使得第一開口115的邊緣可以透過第二清潔配置122以針對性的方式加熱。例如，加熱線126可以圍繞第一開口115以環形或圓形延伸。

在可與本文所述的其他實施例結合的一些實施例中，第二清潔配置122的第二加熱器，特別是加熱線126，可包括或可由鎢或鉭製成，特別是鉭。如果用作清潔提取電極的第二加熱器，鉭提供了特別令人信服的清潔效果，且鉭特別適合作為超高真空環境中的熱電子發射器。因此，在本揭露的實施例中，但不限於此，鉭加熱器通常用於第二清潔配置122中，其緊鄰提取電極114定位，特別是至少部分地圍繞第一開口115的加熱線的形式。

電子顯微鏡可進一步包括清潔控制器128，其被配置成在第二清潔模式下允許電流流過第二清潔配置的第二加熱器以至少部分地將提取電極加熱到至少500℃的溫度，特別是至少600°C、更特別是在600°C和800°C之間的範圍內的溫度。具體地，圍繞第一開口115的提取電極114的區域可被第二清潔配置加熱。在先前的校準中，可以識別和儲存流過第二加熱器以提供500℃或更高，特別是從600℃到800℃的提取電極的溫度的電流。當切換到第二清潔模式時，清潔控制器128可接著將相應的電流施加到第二清潔配置122。第二加熱器本身，特別是加熱線126，在加熱期間可能具有1500℃或更高，特別是2000℃或更高、甚至2200℃或更高的溫度。

在可以與本文所述的其他實施例結合的一些實施例中，第一清潔配置121包括與發射尖端112熱接觸的加熱絲125。發射尖端112可以結合或附接到加熱絲125。具體地，加熱絲125可以是V形加熱絲，且發射尖端112可以結合到V形加熱絲的扭結處。V形加熱絲的兩端可以連接到電流源的兩個輸出端，該兩個輸出端可設置在不同的電位上，以使得電流流過V形加熱絲。

在一些實施例中，加熱絲125是鎢絲且/或與其結合的CFE的發射尖端112是鎢尖端

當電流流過加熱絲125時，加熱絲125連同與加熱絲125熱接觸的發射尖端112一起升溫。第一清潔配置121可被配置為在第一清潔模式中將發射尖端112加熱到1500℃或更高，具體地2000℃或更高，更具體地2000 K或更高的溫度。

經由加熱絲125加熱發射尖端112可以蒸發吸附的分子，這清潔了發射尖端112並且有助於提供更穩定的電子束發射。此外，發射尖端的加熱亦可形塑發射尖端，使得可以提供和/或保持尖銳尖端。選擇性地，提取電極114可在發射尖端第一清潔模式的加熱期間設置在預定電位上，這可以避免或減少發射尖端在加熱期間的變圓或變平和/或其可促進保持尖銳的發射尖端。

電子顯微鏡可包括清潔控制器128，其被配置為在第一清潔模式下允許電流流過第一清潔配置121的加熱絲125以將發射尖端112加熱到至少1500℃的溫度，特別是至少2000°C。在先前的校準階段，可以識別流過加熱絲125以實現2000℃或更高的發射尖端112的溫度的電流。當切換到第一清潔模式時，清潔控制器128可接著將相應的電流施加到第一清潔配置121。

在一些實施例中，如圖1中示例性所示，可提供一個清潔控制器128以允許在第一清潔模式中電流流過加熱絲125以加熱發射尖端並且允許在第二清潔模式中電流流過加熱線126以加熱提取電極114。在一些實施例中，單獨的清潔控制器可連接到第一和第二清潔配置。在電子顯微鏡的操作期間，發射尖端112可設置在相對於提取電極114的預定電位上，例如透過向V形加熱絲的兩端施加相同的電壓，使得沒有電流流動，且因此不會對尖端進行加熱，從而能夠從發射尖端進行冷場發射。

第一種清潔模式亦可稱為「閃蒸模式（flashing mode）」，因為發射尖端在相比較短的時間內被加熱到高溫，以蒸發吸附的顆粒和污染物並確保更穩定的電子束。清潔控制器128可被配置為在開始電子顯微鏡的操作之前和/或如果電子顯微鏡被操作則在預定的操作時間段之後，例如以規則的間隔（例如每小時一次）將電子顯微鏡100設置為第一清潔模式。透過定期切換到第一清潔模式，可以確保持續清潔和尖銳化發射器尖端。

替代地或附加地，清潔控制器128可被配置為在電子顯微鏡的操作之前在槍殼體已經被通風或充滿空氣之後，和/或在電子顯微鏡的維護或維修期間，和/或如果電子束表現出不想要的不穩定性，將電子顯微鏡設置為第二清潔模式。因此，與兩個第二清潔模式之間的間隔相比，兩個第一清潔模式之間的間隔通常更短。

在可以與本文所述的其他實施例結合的一些實施例中，發射尖端112和提取電極114的第一開口115之間的距離可以是5 mm或更小，特別是3 mm或更小，更特別是1 mm或更小，和/或0.1 mm或更多。因此，由發射尖端112發射的電子被加速得非常快並且在朝向提取電極的短傳播距離上，這減少了電子-電子相互作用並改善了電子束的亮度。

電子顯微鏡100可包括加速段，用於加速電子束，例如，將電子束加速到5 keV或更高的電子能量，其中加速段佈置在聚光透鏡130的上游和/或至少部分地與聚光透鏡130重疊。電子可朝向相對於發射尖端設置在正電位上的提取電極114加速，並且電子可以選擇性地進一步加速朝向可佈置在提取電極114下游的陽極，例如在提取電子和聚光透鏡之間或在聚光透鏡之內（如圖2所示）。在一些實施例中，電子被加速到10 keV或更高、30 keV或更高、或甚至50 keV或更高的電子能量。筒（column）內的高電子能量可以減少電子-電子相互作用的負面影響。

在一些實施例中，電子顯微鏡100可包括減速段，用於使電子束從5 keV或更高的能量減速到較小的著陸能量（landing energy），其中減速段可以是物鏡140的下游或至少部分地與物鏡140重疊。例如，電子可減速至3 keV或更低的著陸能量，尤其是2 keV或更低，或甚至1 keV或更低，例如800 eV或更低。具有降低的著陸能量的電子更適合與樣本結構相互作用，使得降低的著陸能量可以改善可獲得的解析度。例如，靠近樣本台佈置的代理電極（prxoy electrode）可以在撞擊樣本之前制動電子，或者可以將樣本設置在制動電位上

從樣本16釋放的信號粒子可以沿著減速段朝向物鏡加速並且可通過物鏡向電子偵測器（圖式中未示出）傳播。

電子顯微鏡可包括作為第一真空區域10a的槍殼體，該第一真空區域10a可以以一或多個真空泵排空，特別是超高真空。容納電子源110的槍殼體通常位於電子顯微鏡鏡筒（column）的上游

電子顯微鏡可使用幾個所謂的差分泵送區域，該等差分泵送區域被相應的差分泵送孔分開，以改善槍腔室內的真空條件。差分泵送區域可理解為真空區域，其可由一或多個相應的真空泵單獨泵送並且由相應的氣體分隔壁隔開以改善最上游真空區域中的真空條件。氣體分隔壁中可提供差分泵送孔，即用於電子束的小開口，使得電子束可以從上游差分泵部分沿光軸線傳播到下游差分泵部分。如本文所用，「下游」可理解為在電子束沿光軸線A的傳播方向上的下游。

在一些實施例中，提取電極114的第一開口115可被佈置成用作第一差分泵送孔，即用作氣體分隔壁中的孔，其能夠在槍殼體和槍殼體下游的第二真空區域10b之間進行差分泵送。當第一開口115既作為射束限制孔（即，作為射束-光孔）又作為差分泵送孔時，可以提供更緊湊的電子顯微鏡，其促進槍殼體10a中的良好真空條件，並因此達到良好射束穩定性。如圖1示意性繪示，具有第一開口115的提取電極114可以是第一真空區域10a和第二真空區域10b之間的氣體分隔壁的一部分。

如圖1示意性繪示，電子顯微鏡100可包括槍殼體下游的第二真空區域10b，第二真空區域10b容納聚光透鏡130

在一些實施例中，電子顯微鏡可進一步包括聚光透鏡130和物鏡140之間的第二射束限制孔132。聚光透鏡130可被配置用於調節電子束的射束發散且因此調節電子束的傳播通過第二射束限制孔132的部分。因此，聚光透鏡130的激發可用於調節第二射束限制孔132下游的電子束的射束流。

選擇性地，第二射束限制孔132可被佈置成用作第二差分泵送孔。換言之，第二射束限制孔132可佈置在第二真空區域10b和第二真空區域10b下游的第三真空區域10c之間的氣體分隔壁中，例如以便能夠在所述區域之間進行差分泵送。可進一步改善槍殼體中的真空條件並且可進一步減少污染。例如，第二射束限制孔132可具有100 µm或更小，尤其是50 µm或更小、更尤其是20 µm或更小、或甚至10 µm或更小的直徑。

因此，作為上述差分泵送概念的結果，可以進一步改善放置冷場發射器的第一真空區域10a中的真空條件，且在電子顯微鏡的操作期間可在第一真空區域中提供並保持極低的壓力，例如10 ^-11mbar或更低。可以在槍殼體中保持該壓力，即使放置樣本16的真空區域10d中的壓力可能相當高，例如10 ^-6mbar或更高、或10 ^-5mbar或更高和/或10 ^-3mbar或更低，特別是在10 ^-3mbar和10 ^-6mbar之間的壓力。

根據本文描述的一些實施例，第一開口115和第二射束限制孔132兩者都是射束-光孔，即這兩個孔在操作期間影響電子束105的形狀和/或尺寸。此外，第一開口115和第二射束限制孔132兩者都可配置為用作壓力級孔（pressure stage apertures）。換言之，兩個孔不僅被佈置用於改善槍殼體10a中的真空條件，而且還是影響電子束的射束-光系統的一部分。因此，第一開口115和第二射束限制孔132也可稱為「射束-光壓力級孔」或「射束界定壓力級孔」

在可以與本文描述的其他實施例結合的一些實施例中，電子顯微鏡進一步包括第二差分泵送孔和物鏡140之間的至少一個第三差分泵送孔133。具體地，至少一個第三差分泵送孔133可設置在第三真空區域10c和第三真空區域10c下游的第四真空區域10d之間的氣體分隔壁中，從而能夠從槍殼體10a差分泵送過第二和第三真空區域真空區域至可以設置物鏡的第四真空區域10d。可以進一步改善槍殼體內的真空條件。至少一或多個射束光元件可佈置在第三真空區域10c中，例如第二聚光透鏡、像差校正器、用於從電子束中分離信號電子的射束分離器、和/或用於偵測信號電子的電子偵測器中的一或多者。物鏡140可佈置在第四真空區域10d中（或者，替代地，如果沒有提供第四真空區域，則佈置在第三真空區域中）。

可以在第一真空區域10a、第二真空區域10b、第三真空區域10c、和第四真空區域10d（如果存在的話）中的每一者處提供用於附接真空泵的泵送口11。泵送口11可被配置用於將諸如離子吸氣泵的真空泵附接至相應的真空區域。

在可以與本文描述的其他實施例結合的一些實施例中，發射尖端112佈置在第一真空區域10a中並且聚光透鏡130佈置在第二真空區域10b中。可提供離子吸氣泵13和非蒸發性吸氣（NEG）泵14以排空佈置有發射尖端112的第一真空區域10a。例如，離子吸氣泵13和非蒸發性吸氣泵可附接到第一真空區域10a的泵送口11，或者離子吸氣泵可以與非蒸發性吸氣泵分開佈置，例如在第一真空區域10a的單獨泵送口。可進一步改善發射尖端位置處的真空條件。

在一些實施例中，電子顯微鏡是掃描電子顯微鏡（SEM）。電子顯微鏡可包括掃描偏轉器152，例如靠近物鏡140或在物鏡140內定位。具體地，電子顯微鏡可以是電子束檢查系統（EBI系統），特別是用於例如晶圓或其他半導體基板的高產量電子束檢查的SEM。更具體地，電子顯微鏡可以是高產量晶圓偵測（High Throughput Wafer Inspection）SEM。

根據本文所述的實施例，提供了一種具有CFE電子源的高性能電子顯微鏡，其允許以高解析度和高產量以高亮度電子束檢查樣本，特別是晶圓和其他半導體樣本。例如，可以以高解析度快速檢查晶圓和其他樣本。可以提供和保持電子束的高亮度，因為透過提供和操作本文描述的第一和第二清潔配置而改善了真空條件並減少了污染。此外，儘管電子顯微鏡緊湊，但由於電子槍殼體中的極佳真空條件，因此能夠實現高亮度，因為減少了電子-電子相互作用。

根據本文所述的另一個態樣，提供了一種用於高性能電子設備的電子源110，該電子源包括具有發射尖端112的冷場發射器和可以分別透過如本文所述的第一和第二清潔配置來清潔的提取電極114。

圖2是根據本文描述的實施例的具有電子源110的電子顯微鏡200的示意性截面圖，電子源110包括冷場發射器。圖2的電子顯微鏡200可包括圖1的電子顯微鏡100的一些特徵或所有特徵，使得可參考上述說明，其在此不再贅述。

具體地，電子顯微鏡200包括冷場發射器，其具有可透過 - 在第一清潔模式中 - 以第一清潔配置121加熱清潔的發射尖端112和具有可透過 - 在第二清潔模式中 - 以第二清潔配置122加熱清潔的提取電極114。

提取電極114中的第一開口115可作為用於對電子束進行形塑的射束限制孔，並且可以選擇性地附加地充當差分泵送孔，其使得能夠在第一真空區域10a和第二真空區域10b之間進行差分泵送。

根據可以與本文描述的其他實施例結合的一些實施例，聚光透鏡130是聚磁透鏡（magnetic condenser lens）。具體地，聚磁透鏡可包括第一內極片和第一外極片，其中發射尖端112和第一內極片之間的第一軸向距離（D1）大於發射尖端112和第一外極片之間的第二軸向距離（D2）。這種外極片比內極片更向電子源突出的磁透鏡在極片之間具有軸向延伸的間隙，且可因此亦稱為「軸向間隙透鏡」。軸向間隙磁透鏡可產生磁場，磁場可延伸到超出軸向間隙外的區域中，即，軸向地超出外極片並且朝向電子源。換言之，軸向間隙聚光透鏡可以是浸沒式透鏡，並提供向電子源延伸的磁相互作用區域，使得聚光透鏡的準直作用可以作用在靠近電子源110或甚至在電子源110內部的電子束105上。可以提供更緊湊的電子顯微鏡並且可以減少電子-電子相互作用的負面影響。

在一些實施例中，發射尖端112與聚光透鏡的第一內極片之間的第一軸向距離（D1）為20 mm或更小，特別是15 mm或更小。在一些實施例中，發射尖端112和聚光透鏡之間的第二軸向距離（D2）為15 mm或更小，在一些實施例中為8 mm或更小。

用於將電子加速至5 keV或更高的能量，尤其是10 keV或更高的電子顯微鏡的加速段，可能會與聚光透鏡的磁相互作用區域部分重疊，其降低電子顯微鏡內的整體射束傳播距離。

根據一些實施例，物鏡140為具有第二內極片和第二外極片的磁性物鏡，且第二內極片與樣本台18之間的第三軸向距離（D3）大於第二外極片與樣本台18之間的第四軸向距離（D4）。具體而言，磁性物鏡可以是軸向間隙透鏡，其外極片比內極片更朝向樣本台18突出，使得在外極片和內極片的端部之間形成軸向間隙。由磁性物鏡提供的磁相互作用區域可以軸向延伸超過磁性物鏡的極片朝向可放置在樣本台18上的樣本16。這允許物鏡具有短焦距並放置在靠近樣本台18的位置。

在一些實施方式中，物鏡140和樣本台18之間的距離（即，第四軸向距離（D4））可以是20 mm或更小、特別是10 mm或更小、更特別是5 mm或更小。具體地，物鏡140的焦距可以為10 mm或更小，或甚至可以為5 mm或更小。在一些實施例中，樣本台18與物鏡140的第二內極片之間的第三軸向距離（D3）大於第四軸向距離（D4），具體為30 mm或更小，更具體為10 mm或更小。

在一些實施例中，聚光透鏡130和物鏡140可以都是可沿光軸A彼此對稱設置的軸向間隙透鏡。具體而言，聚光透鏡130可具有朝向電子源110開放的軸向間隙，並且物鏡140可具有朝向樣本開放的軸向間隙，這兩個鏡頭都被配置為面對相反方向的浸沒式透鏡。使用對應的透鏡類型作為聚光透鏡和物鏡可以得到緊湊的電子顯微鏡，其適於在樣本上提供小射束探針並因此具有良好的解析度。

第一清潔配置121、第二清潔配置122和差分泵送的細節已參照圖1的電子顯微鏡100而描述了且在此處不再贅述。

圖3示出根據本文描述的實施例的操作電子顯微鏡的方法的流程圖。

電子顯微鏡可具有槍殼體，槍殼體容納具有冷場發射器的電子源並且提供第一真空區域。第二真空區域可沿著光軸線佈置在第一真空區域的下游，並且選擇性地第三或者甚至進一步的真空區域可以沿著光軸線佈置在第二真空區域的下游，其可以被差分泵送。第一真空區域和第二真空區域可由具有第一差分泵送孔設置於其中的第一氣體分隔壁隔開，且第二真空區域和第三真空區域可由具有第二差分泵送孔設置於其中的第二氣體分隔壁隔開。

電子顯微鏡的電子源包括具有發射尖端的冷場發射器和用於從冷場發射器中提取電子束以沿光軸A傳播的提取電極。

在圖3的方塊310和320中，電子顯微鏡準備好在兩個清潔階段中操作，例如在電子顯微鏡最初的第一次操作之前，或者在電子顯微鏡內部充滿空氣之後，例如在維修或維護期間。

在方塊310中，電子顯微鏡設置為第二清潔模式，其中透過加熱提取電極來清潔電子源的提取電極，特別是加熱到500°C或更高的溫度，更特別是加熱到600°C和800°C之間的溫度。具體地，將圍繞電子束在操作期間傳播通過的第一開口的提取電極的區域加熱到600℃和800℃之間的溫度。

在第二清潔模式中，電流可流過第二加熱器，該第二加熱器定位成與提取電極相鄰，用於將提取電極加熱到高於500℃的溫度，特別是加熱到600℃和800℃之間的溫度。第二加熱器可以是加熱線126，其佈置成靠近第一開口並且可以選擇性地至少部分地圍繞提取電極上游的第一開口延伸。在一些實施例中，加熱線126可以是鉭線（tantalum wire）或鉭絲（tantalum filament）。

可以在先前的校準階段中決定在第二清潔模式中施加的電流。

選擇性地，在第二清潔模式中，抑制電極和/或提取電極可以設置在一或多個預定電位上，這可以幫助將加熱線發射的熱電子引導向提取電極和/或遠離發射尖端。

在方塊320中，將電子顯微鏡設置在第一清潔模式中，其中透過加熱發射尖端來清潔冷場發射器的發射尖端，特別是加熱到1500℃或更高的溫度，特別是2000℃或更高的溫度，或甚至是2000 K或更高。

在第一清潔模式中，電流可流過與發射尖端結合的加熱絲，特別是V形加熱絲，用於將發射尖端加熱到2000℃以上的溫度。可蒸發附著到發射尖端的顆粒，且可清潔發射表面。可以在先前的校準階段中決定在第一清潔模式中施加的電流。

選擇性地，在第一清潔模式中，抑制電極和/或提取電極可設置在一或多個預定電位上，特別是相對於發射尖端的高電壓，這可以促進尖銳發射尖端的維護。

在第一和第二清潔模式下清潔之後，電子顯微鏡可設置在方塊330所示的操作模式中。在操作模式中，電子束從冷場發射器中被提取以沿光軸線傳播，且電子束透過傳播穿過可設置在提取電極中的第一開口而被形塑。電子束接著由電子源下游的聚光透鏡準直，即，電子束的發散度減小。特別地，可以透過調節聚光透鏡的激發來調節電子束的發散。準直電子束接著用物鏡聚焦到樣本上。

在操作模式中，電子束的電子可在加速段中加速到5 keV或更高的能量，尤其是10 keV或更高，其中加速段佈置在聚光透鏡上游且/或至少部分與聚光透鏡重疊。例如，加速段的第一部分可在發射尖端和提取電極之間延伸，提取電極被設置在相對於發射尖端的高電壓上。加速段的第二部分可延伸到電子源的下游，例如在提取電極和可以相對於提取電極設置為高電壓的陽極之間。陽極可佈置在聚光透鏡附近或內部。因此，加速段可與由聚光透鏡提供的磁相互作用區域重疊。

在操作模式中，電子束可以以聚光透鏡準直。聚光透鏡可以是具有第一內極片和第一外極片的磁性透鏡，其中發射尖端和第一內極片之間的第一軸向距離可大於發射尖端和第一外極片之間的第二軸向距離。具體地，聚光透鏡可以是軸向間隙透鏡，即，聚光透鏡的第一外極片可以比聚光透鏡的第一內極片更向電子源突出。

在操作模式中，電子束的電子可以在減速段減速到3 keV或更低的著陸能量，尤其是1 keV或以低，其中減速段是在物鏡下游或至少部分地與物鏡重疊。例如，可以在靠近物鏡或設置在物鏡內部的第一電極與靠近樣本或樣本本身設置的代理電極（proxy electrode）之間施加電位差。因此，減速段可以與物鏡提供的磁相互作用區域重疊。

電子束可聚焦到樣本上，並且產生的信號電子可被加速朝向並通過物鏡並且可被一或多個電子偵測器（圖式中未示出）偵測以供檢查樣本，例如，用於產生樣本的圖像。

在可與本文所述的其他實施例結合的一些實施例中，發射尖端佈置在第一真空區域中並且聚光透鏡佈置在第一真空區域下游的第二真空區域中。提取電極中的第一開口可用作第一真空區域和第二真空區域之間的差分泵送孔。方法可包括對第一真空區域和第二真空區域進行差分泵送。

選擇性地，可在第二真空區域的下游提供第三真空區域，且可在其間的氣體分隔壁中設置第二差分泵送孔。方法可進一步包括差分泵送第一、第二、和第三真空區域，以及選擇性地在第三真空區域下游的至少一個進一步的真空區域。

如圖3中的方塊340示意性所示，電子顯微鏡可在方塊330的操作模式中經過預定時間之後，例如操作大約一個小時之後，切換回第一清潔模式。可在第一清潔模式中清潔發射尖端，使得可確保穩定的電子束。在方塊350中，電子顯微鏡可切換回操作。

在一些實施例中，方法包括在操作模式下的預定時間段之後，例如分別在操作大約一小時之後，從操作模式切換到第一清潔模式。具體而言，電子顯微鏡可在例如分別為一小時或更長和三小時或更短的預定操作間隔之後自動切換到第一清潔模式。在預定的操作間隔後切換到第一清潔模式可以使操作模式下的電子束能持續穩定和高亮度。

可以較不頻繁地進行第二清潔模式，例如僅在槍殼體充滿空氣之後和/或在可能長於一個月的預定維修間隔內和/或在電子束表現出不希望的不穩定性或降低的亮度的情況下進行。

具體地，本文描述了以下實施例： 實施例1：一種電子顯微鏡（100），包括：電子源（110），電子源包括：具有發射尖端（112）的冷場發射器；提取電極（114），用於從冷場發射器提取電子束（105）以沿光軸線（A）傳播，提取電極具有配置為第一射束限制孔的第一開口（115）；第一清潔配置（121），用於透過加熱發射尖端來清潔發射尖端（112）；和第二清潔配置（122），用於透過加熱提取電極來清潔提取電極（114）；電子顯微鏡進一步包括：聚光透鏡（130），用於準直電子源的下游的電子束；和物鏡（140），用於將電子束聚焦到樣本上。 在一些實施例中，發射尖端是鎢尖端，特別是具有（3, 1, 0）定向的鎢單晶。 實施例2：如實施例1所述的電子顯微鏡，其中第一清潔配置（121）包括與發射尖端熱接觸的加熱絲（125），發射尖端附著或結合到加熱絲。 第一清潔配置可以是閃蒸清潔裝置（flash cleaning device），其被配置為透過加熱發射尖端來清潔發射尖端，特別是以規律間隔地，例如分別在預定的操作時間之後。發射尖端可被加熱到高於1000°C的溫度，特別是高於2000°C。 在一些實施例中，加熱絲是V形加熱線，發射尖端結合到V形加熱線的扭結部分。 在一些實施例中，加熱絲是金屬絲，特別是鎢絲，並且發射尖端是鎢尖端。 實施例3：如實施例1或2所述的電子顯微鏡，其中第二清潔配置包括第二加熱器，特別是加熱線（126），其定位成與提取電極（114）相鄰。第二加熱器可配置為被加熱到1500℃或更高的溫度，特別是2000℃或更高，具體地透過允許電流流過第二加熱器。 實施例4：如實施例3所述的電子顯微鏡，其中加熱線被佈置以至少部分地環繞提取電極的第一開口（115）。 實施例5：如實施例3或4所述的電子顯微鏡，其中加熱線（126）包括鉭或由鉭製成。 實施例6：如實施例1至5中任一項所述的電子顯微鏡，包括清潔控制器（128），清潔控制器（128）被配置為在第一清潔模式中允許電流流過與發射尖端熱接觸的加熱絲（125）以將發射尖端加熱到高於1500℃的溫度。替代地或附加地，清潔控制器被配置為在第二清潔模式中允許電流流過第二清潔配置的加熱線（126）以供以下至少一者：至少部分地加熱提取電極至高於500℃的溫度，和在提取電極的表面上引起電子激發的解吸附。 具體而言，在第二清潔模式中，將圍繞第一開口的提取電極的區域加熱到高於500℃的溫度，特別是用於引起提取電極的熱脫氣。 實施例7：如實施例1至6中任一項所述的電子顯微鏡，其中發射尖端（112）與提取電極（114）的第一開口（115）沿光軸線之間的距離為5 mm或更小，特別是1 mm或更小。 實施例8：如實施例1至7中任一項所述的電子顯微鏡，其中聚光透鏡（130）為磁性聚光透鏡，其具有第一內極片和第一外極片，其中發射尖端和第一內極片之間的第一軸向距離（D1）大於發射尖端和第一外極片之間的第二軸向距離（D2）。 特別地，磁性聚光透鏡可以是軸向間隙透鏡。 在一些實施例中，發射尖端和第一內極片之間的第一軸向距離（D1）為20 mm或更小，特別是15 mm或更小。在一些實施例中，發射尖端和第一內極片之間的第二軸向距離（D2）為15 mm或更小，或甚至8 mm或更小。 實施例9：如實施例1至8中任一項所述的電子顯微鏡，其中該物鏡（140）為具有第二內極片和第二外極片的磁性物鏡，其中第二內極片和樣本台之間的第三軸向距離大於第二外極片和樣本台之間的第四軸向距離。 特別地，磁性物鏡可以是軸向間隙透鏡。 在一些實施例中，磁性聚光透鏡和磁性物鏡可沿光軸線彼此大致對稱地佈置。 實施例10：如實施例1至9中任一項所述的電子顯微鏡，包括加速段，用於將電子束加速至5 keV或更高的能量，加速段在聚光透鏡的上游或至少部分地與聚光透鏡重疊；和/或減速段，用於將電子束從5 keV或更高的能量減速到3 keV或更低的著陸能量，減速段在物鏡的下游或至少部分地與物鏡重疊。 實施例11：如實施例1至10中任一項所述的電子顯微鏡，其中第一開口（115）被佈置以作為第一差分泵送孔。 實施例12：如實施例1至11中任一項所述的電子顯微鏡，進一步包括位於聚光透鏡（130）和物鏡（140）之間的第二射束限制孔（132），第二射束限制孔（132）被佈置以作為第二差分泵送孔。 實施例13：如實施例12所述的電子顯微鏡，進一步包括第二差分泵送孔與物鏡之間的至少一個第三差分泵送孔（133）。 實施例14：如實施例1至13中任一項所述的電子顯微鏡，其中發射尖端（112）佈置在第一真空區域（10a）內，且聚光透鏡（130）佈置在第二真空區域（10b）內，電子顯微鏡包括用於泵送第一真空區域（10a）的離子吸氣泵（13）和非蒸發性吸氣泵（14） 實施例15：如實施例1至14中任一項所述的電子顯微鏡，進一步包括掃描偏轉器，其中電子顯微鏡被配置為用於高產量晶圓檢查的掃描電子顯微鏡（SEM）。 實施例16：根據本文所述的任一實施例的電子顯微鏡的電子源。 實施例17：一種操作電子顯微鏡的方法，電子顯微鏡具有電子源，電子源具有冷場發射器，方法包括以下步驟：在第一清潔模式中，透過加熱發射尖端來清潔冷場發射器的發射尖端；在第二清潔模式中，透過加熱提取電極來清潔電子源的提取電極；和在操作模式中：從冷場發射器中提取電子束以沿光軸線（A）傳播，電子束由設置在提取電極中的第一開口形塑；以聚光透鏡準直電子束；和以物鏡將電子束聚焦到樣本上。 實施例18：如實施例17所述的方法，其中，在第一清潔模式中，電流流過加熱絲，發射尖端與加熱絲結合，以將發射尖端加熱至1500℃以上的一溫度。 實施例19：如實施例17或18的方法，其中在第二清潔模式中，電流流過第二加熱器，具體地流過加熱線（126），加熱線（126）靠近提取電極定位以將提取電極加熱至高於500℃的溫度。 實施例20：如實施例17至19中任一項所述的方法，其中在第二清潔模式中，電流流過與提取電極相鄰定位的加熱線以引起來自加熱線的電子的熱發射，以透過電子激發解吸附和熱脫氣中的至少一者來清潔提取電極。在一些實施例中，加熱線被加熱到1500℃或更高，特別是2000℃或更高的溫度。 實施例21：如實施例17至20中任一項所述的方法，包括在操作模式下預定時間段後，從操作模式切換到第一清潔模式，特別是在操作預定間隔後，自動切換到第一清潔模式。 實施例22：如實施例17至21中任一項所述的方法，其中發射尖端佈置在第一真空區域中，且聚光透鏡佈置在第一真空區域下游的第二真空區域中，第一開口充當第一真空區域和第二真空區域之間的差分泵送孔，方法包括以下步驟：差分泵送第一真空區域和第二真空區域，以及選擇性地經由佈置在第二真空區域和第三真空區域之間的第二差分泵送孔差分泵送佈置在第二真空區域下游的第三真空區域。 實施例23：如實施例17至22中任一項所述的方法，進一步包括，在操作模式中，以下任意一或多個步驟：（i）在加速段中將電子束的電子加速至5 keV或更高的能量，加速段是在聚光透鏡上游或至少部分地與聚光透鏡重疊；（ii）以具有第一內極片和第一外極片的聚光透鏡準直電子束，其中發射尖端和第一內極片之間的第一軸向距離大於發射尖端和第一外極片之間的第二軸向距離；及/或（iii）在減速段中將電子束的電子減速至3 keV或以下的著陸能量，減速段是在物鏡下游或至少部分地與物鏡重疊。 在一些實施例中，電子束的電子在加速段中被加速至至少10 keV的能量，尤其是至少15 keV，更尤其是至少30 keV。 在一些實施例中，電子束的電子在減速段中被減速至2 keV或更低的著陸能量，尤其是1 keV或更低。

應理解，下文隨附申請專利範圍中的每一項都可以參照回一或多個在前的請求項，並且包括請求項的任意子集的特徵的這樣的實施例被本揭露所涵蓋。儘管前述內容針對實施例，但是在不脫離基本範圍的情況下，可設想其他和進一步的實施例，並且其範圍由以下申請專利範圍界定。

10a:第一真空區域 10b:第二真空區域 10c:第三真空區域 10d:第四真空區域 11:泵送口 13:離子吸氣泵 14:非蒸發性吸氣泵 16:樣本 18:樣本台 100:電子顯微鏡 105:電子束 110:電子源 112:發射尖端 113:抑制電極 114:提取電極 115:第一開口 121:第一清潔配置 122:第二清潔配置 125:加熱絲 126:加熱線 128:清潔控制器 129:電壓源 130:聚光透鏡 132:第二射束限制孔 133:第三差分泵送孔 140:物鏡 152:掃描偏轉器 200:電子顯微鏡 310:方塊 320:方塊 330:方塊 340:方塊

為了可以詳細地理解本文的上述特徵的方式，可以透過參考實施例來進行上文簡要概述的更具體的描述。隨附圖式與本文的實施例有關，並在以下進行描述： 圖1是根據本文描述的實施例的具有電子源的電子顯微鏡的示意性截面圖，電子源包括冷場發射器； 圖2是根據本文描述的實施例的具有電子源的電子顯微鏡的示意性截面圖，電子源包括冷場發射器；和 圖3是根據本文描述的實施例的說明操作電子顯微鏡的方法的流程圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

10a:第一真空區域

10b:第二真空區域

10c:第三真空區域

10d:第四真空區域

11:泵送口

13:離子吸氣泵

14:非蒸發性吸氣泵

16:樣本

18:樣本台

100:電子顯微鏡

105:電子束

110:電子源

112:發射尖端

113:抑制電極

114:提取電極

115:第一開口

121:第一清潔配置

122:第二清潔配置

125:加熱絲

126:加熱線

128:清潔控制器

129:電壓源

130:聚光透鏡

132:第二射束限制孔

133:第三差分泵送孔

140:物鏡

152:掃描偏轉器

Claims (20)

1. 一種電子顯微鏡（100），包括： 一電子源（110），包括： 具有一發射尖端（112）的一冷場發射器； 一提取電極（114），用於從該冷場發射器提取一電子束（105）以沿一光軸線（A）傳播，該提取電極具有配置為一第一射束限制孔的一第一開口（115）； 一第一清潔配置（121），用於透過加熱該發射尖端來清潔該發射尖端（112）；和 一第二清潔配置（122），用於透過加熱該提取電極來清潔該提取電極（114）； 一聚光透鏡（130），用於準直該電子源的下游的該電子束；和 一物鏡（140），用於將該電子束聚焦到一樣本上。
2. 如請求項1所述的電子顯微鏡，其中該第一清潔配置（121）包括與該發射尖端熱接觸的一加熱絲（125），該發射尖端附著或結合到該加熱絲。
3. 如請求項1所述的電子顯微鏡，其中該第二清潔配置（122）包括一加熱線（126），該加熱線（126）定位成與該提取電極相鄰並且被配置為被加熱到1500℃或更高的一溫度。
4. 如請求項3所述的電子顯微鏡，其中該加熱線被佈置以至少部分地環繞該提取電極的該第一開口（115）。
5. 如請求項3所述的電子顯微鏡，其中該加熱線（126）包括鉭或由鉭製成。
6. 如請求項1至5中任一項所述的電子顯微鏡，包括一清潔控制器（128）， 該清潔控制器（128）被配置為在一第一清潔模式中允許一電流流過與該發射尖端熱接觸的一加熱絲（125）以將該發射尖端加熱到高於1500℃的一溫度，或 該清潔控制器（128）被配置為在一第二清潔模式中允許一電流流過該第二清潔配置的一加熱線（126）以供以下至少一者：至少部分地加熱該提取電極至高於500℃的一溫度，和在該提取電極的一表面上引起電子激發的解吸附。
7. 如請求項1至5中任一項所述的電子顯微鏡，其中該發射尖端（112）與該提取電極（114）的該第一開口（115）之間的一距離為5 mm或更小。
8. 如請求項1至5中任一項所述的電子顯微鏡，其中該聚光透鏡（130）為一磁性聚光透鏡，其具有一第一內極片和一第一外極片，且該發射尖端和該第一內極片之間的一第一軸向距離（D1）大於該發射尖端和該第一外極片之間的一第二軸向距離（D2）。
9. 如請求項1至5中任一項所述的電子顯微鏡，其中該物鏡（140）為具有一第二內極片和一第二外極片的一磁性物鏡，且該第二內極片和一樣本台之間的一第三軸向距離大於該第二外極片和該樣本台之間的一第四軸向距離。
10. 如請求項1至5中任一項所述的電子顯微鏡，包括一加速段，用於將該電子束加速至5 keV或更高的一能量，該加速段在該聚光透鏡的上游或至少部分地與該聚光透鏡重疊；和 一減速段，用於將該電子束從5 keV或更高的該能量減速到2 keV或更低的一著陸能量，該減速段在該物鏡的下游或至少部分地與該物鏡重疊。
11. 如請求項1至5中任一項所述的電子顯微鏡，其中該第一射束限制孔被佈置以充當一第一差分泵送孔。
12. 如請求項1至5中任一項所述的電子顯微鏡，進一步包括位於該聚光透鏡（130）和該物鏡（140）之間的一第二射束限制孔（132），該第二射束限制孔（132）被佈置以充當一第二差分泵送孔。
13. 如請求項1至5中任一項所述的電子顯微鏡，其中該發射尖端（112）佈置在一第一真空區域（10a）內，且該聚光透鏡（130）佈置在一第二真空區域（10b）內，該電子顯微鏡包括用於泵送該第一真空區域（10a）的一離子吸氣泵（13）和一非蒸發性吸氣泵（14）
14. 如請求項1至5中任一項所述的電子顯微鏡，進一步包括一掃描偏轉器，其中該電子顯微鏡被配置為用於高產量晶圓偵測的一掃描電子顯微鏡（SEM）。
15. 一種用於一電子顯微鏡的電子源，包括： 具有一發射尖端的一冷場發射器； 一提取電極，用於從該冷場發射器提取一電子束以沿一光軸線傳播； 一第一清潔配置，用於透過加熱該發射尖端來清潔該發射尖端；和 一第二清潔配置，用於透過加熱該提取電極來清潔該提取電極。
16. 一種操作一電子顯微鏡的方法，該電子顯微鏡具有一電子源，該電子源具有一冷場發射器，該方法包括以下步驟： 在一第一清潔模式中，透過加熱該發射尖端來清潔該冷場發射器的一發射尖端； 在一第二清潔模式中，透過加熱該提取電極來清潔該電子源的一提取電極；和 在一操作模式中： 從該冷場發射器中提取一電子束以沿一光軸線傳播，該電子束由設置在該提取電極中的一第一開口形塑； 以一聚光透鏡準直該電子束；和 以一物鏡將該電子束聚焦到一樣本上。
17. 如請求項16所述的方法，其中，在該第一清潔模式中，一電流流過一加熱絲，該發射尖端與該加熱絲結合，以將該發射尖端加熱至1500℃以上的一溫度。
18. 如請求項16或17所述的方法，其中，在該第二清潔模式中，一電流流過與該提取電極相鄰定位的一加熱線以引起來自該加熱線的電子的熱發射，以透過電子激發解吸附和熱脫氣中的至少一者或兩者來清潔該提取電極。
19. 如請求項16或17所述的方法，其中該發射尖端佈置在一第一真空區域中，且該聚光透鏡佈置在該第一真空區域下游的一第二真空區域中，該第一開口充當該第一真空區域和該第二真空區域之間的一差分泵送孔，該方法進一步包括以下步驟： 差分泵送該第一真空區域和該第二真空區域，以及選擇性地經由佈置在該第二真空區域和一第三真空區域之間的一第二差分泵送孔差分泵送佈置在該第二真空區域下游的該第三真空區域。
20. 如請求項16或17所述的方法，進一步包括在該操作模式中之以下步驟： 在一加速段中將該電子束的電子加速至5 keV或更高的一能量，該加速段是在該聚光透鏡上游或至少部分地與該聚光透鏡重疊； 以具有一第一內極片和一第一外極片的該聚光透鏡準直該電子束，其中該發射尖端和該第一內極片之間的一第一軸向距離大於該發射尖端和該第一外極片之間的一第二軸向距離；及 在一減速段中將該電子束的該等電子減速至3 keV或以下的一著陸能量，該減速段是在該物鏡下游或至少部分地與該物鏡重疊。