TWI712069B - 帶電粒子束佈置、掃描電子顯微鏡裝置及其操作方法 - Google Patents

帶電粒子束佈置、掃描電子顯微鏡裝置及其操作方法 Download PDF

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Abstract

描述了一種帶電粒子束佈置。該帶電粒子束佈置包括：帶電粒子源，該帶電粒子源包括冷場發射器；限束孔，該限束孔在該帶電粒子源與磁性聚光透鏡之間；該磁性聚光透鏡，該磁性聚光透鏡包括第一內極件和第一外極件，其中該帶電粒子源與該第一內極件之間的第一軸向距離等於或小於約20mm；加速部段，該加速部段用於使帶電粒子束加速到10keV或更多的能量；磁性物鏡，該磁性物鏡包括第二內極件和第二外極件，該第二內極件與樣本的表面之間的第三軸向距離等於或小於約20mm；以及減速部段。

Description

帶電粒子束佈置、掃描電子顯微鏡裝置及其操作方法
本申請案的實施例涉及適於例如檢查掃描電子顯微鏡、測試系統應用、光刻系統應用、積體電路測試、缺陷複查、關鍵尺寸設定應用等的帶電粒子束佈置。本申請案的實施例還涉及操作帶電粒子束佈置的方法。另外，本申請案的實施例涉及使用帶電粒子束佈置的檢查掃描電子裝置。
帶電粒子束佈置廣泛用於複數個行業領域，包括但不限於在製造期間檢查半導體裝置和電子電路、用於光刻的曝光系統、檢測裝置、缺陷檢查工具、以及用於積體電路的測試系統。半導體技術對奈米級或甚至亞奈米級的樣本結構化和探測產生了很高需求。製程控制、檢查和/或結構化通常是基於使用提供帶電粒子束(例如，電子束)的帶電粒子佈置，這些帶電粒子束在帶電粒子束佈置(諸如電子顯微鏡或電子束圖案發生器)中產生和聚焦。
與例如光子束佈置相比，使用帶電粒子束的高效能檢查裝置(諸如掃描電子顯微鏡(SEM))提供優異的空間解析度，因為它們的探測波長短於光束的波長。例如，在SEM的情況下，初級電子(PE)束產生粒子，像次級電子(SE)和/或後向散射電子(BSE)，它們可以用於使樣本進行成像並對樣本進行分析。特別地，掃描電子顯微鏡SEM可以用於晶圓上的製程缺陷的高輸送量、高解析度成像。
現有技術SEM柱可以提供高解析度的樣本結構。晶圓檢查SEM可以用於樣本(諸如晶圓)上的製程缺陷的高輸送量，高解析度成像。許多儀器使用靜電或複合電磁透鏡將初級束聚焦到樣本上。需要在低著陸能量下以奈米和亞奈米範圍的空間解析度操作的檢查裝置。
隨著晶圓上的特徵變得越來越小，解析度和輸送量的要求也越來越高。對於基於電子光學器件系統的高解析度成像裝置，例如，高解析度與高探針電流、以及大像場與小圖元尺寸分別是矛盾的考慮因素。掃描電子顯微鏡SEM的可滿足這些矛盾的要求的電子光學系統是有益的。
鑒於上述，提供如請求項1所述的帶電粒子束佈置。此外，提供了如請求項12所述的操作帶電粒子束佈置的方法。此外，提供了如請求項18所述的具有帶電粒子束佈置的檢查掃描電子裝置。
根據一個實施例，提供一種帶電粒子束佈置。該帶電粒子束佈置包括：帶電粒子源，該帶電粒子源包括具有鎢尖端的冷場發射器；引出電極組件，該引出電極組件用於從該帶電粒子源引出帶電粒子束；限束孔，該限束孔在該帶電粒子源與磁性聚光透鏡之間；該磁性聚光透鏡，該磁性聚光透鏡適用於準直該帶電粒子束，並且包括第一內極件和第一外極件，其中該帶電粒子源與該第一內極件之間的第一軸向距離等於或小於約20 mm，並且其中該第一軸向距離大於該帶電粒子源與該第一外極件之間的第二軸向距離；加速部段，該加速部段用於使該帶電粒子束加速到10 keV或更多的能量，該磁性聚光透鏡的場至少部分地與該加速部段重疊；磁性物鏡，該磁性物鏡包括第二內極件和第二外極件，該第二內極件與樣本的表面之間的第三軸向距離等於或小於約20 mm，並且其中該第三軸向距離大於該第二外極件與該樣本的該表面之間的第四軸向距離，該磁性聚光透鏡與該磁性物鏡的組合作用使該帶電粒子束聚焦在該樣本的該表面上；以及減速部段，該減速部段用於使該帶電粒子束從10 keV或更多的能量減速到2 keV或更低的著陸能量，該磁性物鏡的場至少部分地與該減速部段重疊。
根據另一個實施例，提供一種操作帶電粒子束佈置的方法。該方法包括：用具有鎢尖端的冷場發射器產生形成帶電粒子束的帶電粒子；在加速部段中，使該帶電粒子加速；由磁性聚光透鏡準直該帶電粒子束；將該帶電粒子束聚焦到樣本的表面上，亦即該磁性聚光透鏡與具有內極件和外極件的磁性物鏡的組合作用，其中該磁性物鏡的該內極件與該樣本的該表面之間的軸向距離的量小於約20 mm，並且其中該軸向距離大於該外極件與該樣本的該表面之間的另一個軸向距離；以及減速部段，使該帶電粒子減速到在該樣本的該表面處的著陸能量。
根據又一個實施例，提供一種檢查掃描電子裝置。該檢查掃描電子裝置包括根據本揭示的實施例的帶電粒子束佈置。
另外的特徵及細節從附屬請求項、描述及附圖中顯而易見。
現將詳細地參考本發明的各種實施例，這些實施例的一或多個實例在附圖中示出。在以下對附圖的描述中，相同的附圖標記表示相同的部件。一般，僅描述相對於獨立實施例的差異。每個實例以解釋本發明的方式提供，並且不意味著對本發明的限制。另外，作為一個實施例的一部分示出或描述的特徵可以在其它實施例上使用或與其它實施例結合使用，以產生又一個實施例。本說明書旨在包括這些修改和變化。
在下文中，將描述根據一些實施例的帶電粒子束佈置或其部件。本文所述的實施例涉及帶電粒子束佈置，帶電粒子束佈置包括帶電粒子源，帶電粒子源適於產生帶電粒子。另外，並且提供引出電極，引出電極適於從帶電粒子源引出帶電粒子並形成帶電粒子束。帶電粒子束由聚光透鏡準直，然後準直的帶電粒子束通過物鏡聚焦到樣本(例如，晶圓)的表面上。物鏡包括內極件和外極件，其中內極件被設計成使得在內極件與樣本的表面之間具有最大距離。已經發現，在內極件的這種佈置下，可以有益地提供對束電流和解析度的矛盾的要求。另外，例如，物鏡可以使內極件設計成使得內極件的內徑等於或大於內極件與樣本的表面之間的距離。已經發現，在內極件的這種佈置下，可以有益地提供對掃描視場和解析度的矛盾的要求。
除了本文所述的實施例之外，還涉及操作帶電粒子束佈置的方法。該方法包括在帶電粒子源中產生帶電粒子。在帶電粒子束佈置的加速部段中，形成帶電粒子束並使帶電粒子加速。然後，通過具有內極件和外極件的物鏡將帶電粒子束聚焦到樣本的表面上。
該方法包括將物鏡佈置成使得物鏡的內極件的內徑例如為25 mm或更低，諸如20 mm或更低，特別是10 mm或更低。另外，它可以等於或大於物鏡的內極件與樣本的表面之間的距離。在沿著束傳播路徑和帶電粒子束的軸線位於下游的減速部段中，帶電粒子在樣本的表面處被減速到預限定的著陸能量。
另外，本文所述的實施例涉及包括帶電粒子束佈置的掃描電子裝置，該掃描電子裝置適於執行晶圓複查、關鍵尺寸設定或樣本檢查過程。
如本文所述，與帶電粒子束的產生有關的一些論述和描述關於在電子顯微鏡中的電子示例性地進行描述。然而，其它類型的帶電粒子，例如正離子，可以由各種不同儀器中的佈置提供。根據可與其它實施例組合的本文所述的實施例，帶電粒子束被稱為電子束。
本文提到的“樣本”包括但不限於半導體晶圓、半導體工件、以及其它工件，諸如存儲盤等。一般，當提到“樣本的表面”時，應當理解，該表面是晶圓表面，其中發生與聚焦的帶電粒子束的相互作用。因此，樣本包括待構造的表面或在其上沉積層的表面。本文提到的“樣本架”包括但不限於機械固定或可移動的佈置，諸如樣本台。
根據可與本文所述的其它實施例組合的一些實施例，該等設備和方法可以被配置為用於或可應用於電子束檢查、用於關鍵尺寸設定製程和缺陷複查監測。一般，當提到“束電流”時，應當理解，帶電粒子束攜帶預定電荷。帶電粒子束裝置可以特別地用於高速掃描和檢測，例如用於電子束檢查系統(EBI)。
圖1示意性地圖示了根據一個實施例的帶電粒子束佈置100的原理設置。提供帶電粒子源101以產生帶電粒子。帶電粒子的束路徑200由帶電粒子束的光軸106限定。帶電粒子束由聚光透鏡104準直，聚光透鏡104位於帶電粒子源101附近。沿著光軸106在下游佈置了在301處的物鏡。物鏡301位於樣本300附近。樣本300由樣本架303保持。樣本302的面對物鏡301的表面相對於物鏡301位於預定距離處。根據本文所述的實施例，物鏡301包括內極件403和外極件404，其中內極件403的內徑等於或大於內極件403與樣本300的表面302之間的距離。
根據一些實施例，磁性物鏡以及任選地還有磁性聚光透鏡是軸向間隙透鏡。磁性物鏡的內極件與樣本的表面之間的軸向距離大於磁性物鏡的外極件與樣本之間的軸向距離。例如，內極件和外極件之間的間隙可以沿著物鏡的光軸延伸。例如，根據本揭示的一些實施例，磁性物鏡的內極件與樣本的表面之間的軸向距離的量小於約20 mm。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，帶電粒子源101可以包括冷場發射器。根據冷場發射器的又一個修改形式，冷場發射器可以包括鎢單晶102，鎢單晶可以具有尖端105，諸如尖銳尖端，尖端被配置為用於通過隧穿進行場發射。冷場發射源的優點是可以獲得具有高密度的帶電粒子束。這種源的虛擬源大小很小。為了能夠受益於高束密度，後續光學系統經過精心地設計。
圖2示出了由圖1中所示的帶電粒子束佈置100提供的電子能量分佈203。附圖標記200表示帶電粒子從帶電粒子源101到樣本300的表面302的束路徑。根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，帶電粒子束佈置100包括至少一個加速部段201，加速部段適於將帶電粒子加速到預定能量，並且包括至少一個減速部段202，減速部段適於使帶電粒子減速到預定著陸能量。若考慮電子，則加速部段201可以使帶電粒子加速到至少10 keV、特別是至少15 keV的能量，並且特別是至少30 keV的能量。
根據本揭示的實施例，可以提供引出電極307。引出電極可以具有正電壓以將引出場施加給發射機構。冷場發射器的引出主要機制是通過尖端表面的表面勢壘的隧穿效應。這可以通過引出電極307的引出場來控制。另外，根據一些實施例，引出電極加速電子。引出電極可以提供加速部段201的一部分。加速電極308可以被提供為加速部段的一部分。根據可與本文所述的其它實施例組合的一些實施例，加速部段可以從發射器延伸到加速電極308。加速場強度可以為約3 kV/mm或略高。加速可以例如高達30 kV。電子可以以高能量從加速電極308行進到電極309。電極可以被提供為減速部段202的一部分。根據可與本文所述的其它實施例組合的一些實施例，減速部段可以從電極309延伸到樣本或逼近電極。減速場強度可以為約3 kV/mm或略高。電子可以因電極309與另一個電極(諸如逼近電極)之間或電極309與樣本之間的電位差而減速。例如，可以在物鏡與樣本之間提供逼近電極。減速部段和加速部段可以與物鏡和聚光透鏡的相應場重疊。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，聚光透鏡104可以被佈置成使得聚光透鏡104的場至少部分地與帶電粒子束路徑200內的加速部段201重疊。根據一些實施例中，電極，例如引出電極，可以提供在帶電粒子源101與聚光透鏡之間，以提供加速部段。
減速部段202可以使帶電粒子從高能量減速到著陸能量，著陸能量為約3 keV或更低的量，特別是約1 keV或更低的量。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，物鏡301可以被佈置成使得物鏡301的場至少部分地與帶電粒子束路徑200內的減速部段202重疊。根據一些實施例，可以在物鏡與樣本支撐件之間提供另一個電極以提供減速部段。另一個電極可以用作物鏡的靜電透鏡部分。
在加速部段201與減速部段202之間，帶電粒子的沿著帶電粒子的束路徑200的能量可以是近似恆定的，亦即帶電粒子的能量，在這種情況下是電子，可以處於約10 keV或更高、諸如30 keV或更高的水準。在本揭示的上下文中，預定著陸能量是適於在著陸在晶圓表面302上之前帶電粒子與晶圓結構的相互作用的能量，晶圓結構亦即在表面302上或在樣本300的表面區域上的結構。
如本文所述，與帶電粒子束的產生有關的一些論述和描述關於電子示例性地進行描述。在此上下文中，圖2呈現出電子能量分佈203。在加速部段201中，帶電粒子的能量從低水準增加到高水準，其中在減速部段202處，帶電粒子的能量從高水準減少到帶電粒子(例如，電子)在樣本300的表面302上的著陸能量。帶電粒子的加速和減速沿著束傳播路徑200發生，束傳播路徑200與光軸106(亦即，帶電粒子束的軸線)大致上重合。
如圖2所示，帶電粒子束佈置100包括至少一個聚光透鏡104和至少一個物鏡301。兩個透鏡的組合作用提供通過準直源自帶電粒子源101的帶電粒子實現的電子束的形成和電子束向樣本300的表面302上的特定位置的聚焦兩者。在表面302上的特定位置處的電子束的位點可以具有預定大小。此外，可以提供在樣本300的表面302的位置處的電子束的預定探針電流。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，將電子束聚焦到樣本300的表面302上的特定位置可以包括提供聚光透鏡104的場和物鏡的場的組合作用。特別地，聚光透鏡104和物鏡301可以相對於彼此佈置，使得帶電粒子束通過聚光透鏡104的場和物鏡301的場的組合作用聚焦到樣本的表面上。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，聚光透鏡104可以被提供為磁性聚光透鏡。根據可與本文所述的其它實施例組合的又一個實施例，物鏡301可以被提供為磁性物鏡。減速可以用作另一靜電透鏡部件以具有組合的磁性靜電物鏡。
根據又一個替代方案，聚光透鏡104和物鏡301可以相對於彼此和帶電粒子束的軸線106大致上對稱地佈置。聚光透鏡104和物鏡301的這種對稱佈置具有的優點是可以簡化帶電粒子束佈置100的設置。
例如，本文所述的實施例提供帶電粒子束佈置。該佈置包括：帶電粒子源101，帶電粒子源包括具有鎢尖端的冷場發射器；以及引出電極組件或引出電極307，引出電極組件或引出電極被配置為從帶電粒子源引出帶電粒子束。磁性聚光透鏡104適於準直帶電粒子束。聚光透鏡包括第一內極件401和第一外極件402，其中帶電粒子源與第一內極件之間的第一軸向距離601等於或小於約20 mm，並且其中第一軸向距離大於帶電粒子束源與第一外極件之間的第二軸向距離603。磁性物鏡301包括第二內極件403和第二外極件404。第二內極件與樣本的表面之間的第三軸向距離602等於或小於約20 mm，並且其中第三軸向距離大於第二外極件與樣本的表面之間的第四軸向距離605。磁性聚光透鏡和磁性物鏡的組合作用將帶電粒子束聚焦到樣本的表面上。
第一軸向距離601和第三軸向距離603可以基本上相同。另外，第二軸向距離603和第四軸向距離605可以基本上相同。根據可與本文所述的其它實施例組合的又一些實施例，聚光透鏡包括內極件和外極件，其中內極件被設計成使得內極件的內徑等於或大於內極件與發射器的尖端之間的距離。
此外，本文所述的實施例涉及操作帶電粒子束佈置100的方法。該方法通過帶電粒子源101產生帶電粒子。在加速部段201中，形成帶電粒子束，並且使帶電粒子加速到約10 keV或更高的預定帶電粒子能量。帶電粒子束由聚光透鏡104準直。根據一個實施例，聚光透鏡104包括內極件401和外極件402。帶電粒子束沿著束傳播路徑200傳播，束傳播路徑可以與帶電粒子束的光軸106重合。在物鏡301的位置處，帶電粒子束通過物鏡301聚焦到樣本300的表面302上。
物鏡301被設計成包括具有內徑600的內極件403、以及外極件404，其中內極件403的內徑600等於或大於內極件403與樣本300的表面302之間的距離602。在減速部段202中，使帶電粒子在樣本300的表面302處減速到預定著陸能量，著陸能量達到約2 keV或更低的量，並且特別是達到約1 keV或更低的量。
圖3圖示了根據另一個實施例的檢查掃描電子裝置。檢查掃描電子裝置包括帶電粒子束佈置100，帶電粒子束佈置具有至少一個聚光透鏡104和至少一個物鏡301。帶電粒子束佈置100包括帶電粒子源101，帶電粒子源適於產生帶電粒子，例如電子。電子的源可以是冷場發射型的，冷場發射型提供來自位於帶電粒子源101中的發射表面的電子場發射。冷場發射型電子源具有的優點是它可以在接近或低於室溫的條件下操作。在本文中，主要發射機制是通過由施加的引出場控制的穿透表面勢壘的隧穿效應。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，帶電粒子源101可以被提供為單晶102。根據單晶的又一個修改形式，單晶102的材料可以是鎢。此外，形成為鎢單晶102的帶電粒子源101可以設有尖銳尖端105，尖銳尖端適於發射帶電粒子。例如，可以將鎢單晶102蝕刻成尖銳尖端105的形式。例如，單晶可以具有(3,1,0)取向。
如圖3所示，在聚光透鏡104與物鏡301之間提供引出電極307。引出電極307適於從帶電粒子源101引出帶電粒子和形成帶電粒子束。若認為電子表示帶電粒子，則在引出電極307處施加相對於源101的正電壓，亦即，引出電極相對於帶電粒子源101中的單晶102的尖端105具有正電位。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，引出電極可以包括限束孔，限束孔適於使帶電粒子(例如，電子)從中通過。
根據可與本文所述的其它實施例組合的另外實施例，並且如圖3中示例性地圖示，可以在聚光透鏡104與物鏡301之間提供限束孔107。例如，限束孔107可以被定位成使得限束孔107的中心與帶電粒子束的光軸106大致上重合。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，被設計為用於將帶電粒子束聚焦到樣本300的表面302上的物鏡301包括內極件403和外極件404。物鏡301的內極件403的直徑在圖3中用附圖標記600表示。
根據透鏡佈置的一個實施例，物鏡301的設計可以是使得物鏡301的內極件403的直徑600與其距樣本300的表面302的、亦即距晶圓平面的距離602的比率大於或等於1。換言之，物鏡301的內極件403的內徑600可以等於或大於內極件403與樣本300的表面302之間的距離602。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，透鏡佈置具有聚光透鏡104的設計，這樣可以使得聚光透鏡104的內極件401的直徑604與其距帶電粒子源101的尖端105的距離601的比率大於或等於1。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，物鏡301的內極件403與樣本300的表面302之間的軸向距離602可以達到小於約25 mm的量，並且特別是可以達到小於約10 mm的量。物鏡301相對於樣本300的表面302的這種佈置的優點是可以改善物鏡301的聚焦性質。換言之，軸向距離602，亦即物鏡301的內極件403相對於樣本300的表面302(亦即，晶圓平面)的晶圓側距離，可以確定物鏡301的聚焦性質的品質。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，聚光透鏡104可以包括內極件401和外極件402。根據帶電粒子源的又一個修改形式，帶電粒子源101、或相應地帶電粒子源101的單晶102的尖端105與聚光透鏡104的內極件401之間的軸向距離601可以達到小於約20 mm的量，並且特別是可以達到小於約10 mm的量。聚光透鏡104相對於帶電粒子源101的發射器尖端105的這種佈置的優點是可以改善聚光透鏡104的準直性質。換言之，軸向距離601，亦即聚光透鏡104的內極件401相對於帶電粒子源101的尖端105的源側距離可以確定聚光透鏡104的準直性質的品質。
如圖3所示，在檢查掃描電子裝置中，帶電粒子束佈置100設有掃描偏轉器單元500。掃描偏轉器單元500適於使沿著光軸106傳播的帶電粒子束跨樣本300的表面302掃描。例如，可以提供掃描偏轉器單元500作為掃描線圈或一對偏轉器板。因此，可以使帶電粒子束跨表面302掃描，例如，在樣本表面302的矩形區域上以光柵的方式進行掃描。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，掃描偏轉器單元可以定位在引出電極307與物鏡301之間。根據掃描偏轉器單元的另一個修改形式，掃描偏轉器單元500可以定位在物鏡301的場附近。根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，由掃描偏轉器單元500提供的可實現的掃描場的大小由物鏡301的內極件403的直徑600與其距晶圓平面302的距離602的比率確定。根據掃描偏轉器單元的另一個修改形式，圖3中所示的直徑600與距離602的比率是至少一，特別是至少二。
根據可與本文所述的其它實施例組合的實施例，該等設備和方法可以被配置為用於或可應用於電子束檢查系統、用於關鍵尺寸設定應用、以及缺陷複查應用。特別地，根據本文所述的實施例的帶電粒子束佈置可以用作帶電粒子束檢查裝置，帶電粒子束檢查裝置可以例如被設計為用於缺陷複查應用、用於測試積體電路、用於關鍵尺寸分析、用於高速掃描等。特別地，若電子用作帶電粒子，則帶電粒子束檢查裝置可以被設計為電子束檢查(EBI)裝置。
儘管前述內容針對的是本發明的實施例，但是在不脫離本發明的基本範圍的情況下，可以設想本發明的其它和進一步實施例，並且本發明的範圍由所附申請專利範圍確定。
100‧‧‧帶電粒子束佈置 101‧‧‧帶電粒子源 102‧‧‧鎢單晶 104‧‧‧聚光透鏡 105‧‧‧尖端 106‧‧‧光軸 107‧‧‧限束孔 200‧‧‧附圖標記 201‧‧‧加速部段 202‧‧‧減速部段 203‧‧‧電子能量分佈 300‧‧‧樣本 301‧‧‧物鏡 302‧‧‧表面 303‧‧‧樣本架 307‧‧‧引出電極 308‧‧‧加速電極 309‧‧‧電極 401‧‧‧第一內極件 402‧‧‧第一外極件 403‧‧‧內極件 404‧‧‧外極件 500‧‧‧掃描偏轉器單元 600‧‧‧直徑 601‧‧‧第一軸向距離 602‧‧‧第三軸向距離 603‧‧‧第一軸向距離 605‧‧‧第四軸向距離
因此，為了能夠詳細地理解本發明的上述特徵的方式，可以通過參考實施例獲得上文簡要概述的本發明的更具體的描述。附圖涉及本發明的實施例，並且如下描述：
圖1示意性地圖示了根據一個實施例的帶電粒子束佈置的原理設置；
圖2示出了由圖1中所示的帶電粒子束佈置提供的電子能量分佈；以及
圖3圖示了根據一個實施例的檢查掃描電子裝置。
設想的是，一個實施例的要素可以有利地用於其它實施例，而不進行進一步敘述。
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100:帶電粒子束佈置
101:帶電粒子源
102:鎢單晶
104:聚光透鏡
105:尖端
106:光軸
107:限束孔
300:樣本
301:物鏡
302:表面
303:樣本架
307:引出電極
401:第一內極件
402:第一外極件
403:內極件
404:外極件
500:掃描偏轉器單元
600:直徑
601:第一軸向距離
602:第三軸向距離

Claims (20)

  1. 一種帶電粒子束佈置，包括：一帶電粒子源，該帶電粒子源包括具有一鎢尖端的一冷場發射器；一引出電極組件，該引出電極組件用於從該帶電粒子源引出一帶電粒子束；一限束孔，該限束孔在該帶電粒子源與一磁性聚光透鏡之間；該磁性聚光透鏡，該磁性聚光透鏡適用於準直該帶電粒子束，並且包括一第一內極件和一第一外極件，其中該帶電粒子源與該第一內極件之間的一第一軸向距離等於或小於約20mm，並且其中該第一軸向距離大於該帶電粒子源與該第一外極件之間的一第二軸向距離；一加速部段，該加速部段用於使該帶電粒子束加速到10keV或更多的一能量，該磁性聚光透鏡的一場至少部分地與該加速部段重疊；一磁性物鏡，該磁性物鏡包括一第二內極件和一第二外極件，該第二內極件與一樣本的一表面之間的一第三軸向距離等於或小於約20mm，並且其中該第三軸向距離大於該第二外極件與該樣本的該表面之間的一第四軸向距離，該磁性聚光透鏡與該磁性物鏡的一 組合作用使該帶電粒子束聚焦在該樣本的該表面上；以及一減速部段，該減速部段用於使該帶電粒子束從10keV或更多的該能量減速到2keV或更低的一著陸能量，該磁性物鏡的一場至少部分地與該減速部段重疊。
  2. 如請求項1所述的帶電粒子束佈置，其中該第一內極件具有一第一內徑，該第一內徑等於或大於該第一軸向距離。
  3. 如請求項1所述的帶電粒子束佈置，其中該第二內極件具有一第二內徑，該第二內徑等於或大於該第三軸向距離。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的帶電粒子束佈置，其中該限束孔包括在該引出電極組件中。
  5. 如請求項1至3中任一項所述的帶電粒子束佈置，其中該磁性物鏡是一軸向間隙透鏡。
  6. 如請求項1至3中任一項所述的帶電粒子束佈置，其中該帶電粒子源與該磁性聚光透鏡的該第一內極件之間的該第一軸向距離等於或小於約10mm。
  7. 如請求項1至3中任一項所述的帶電粒子束佈置，其中該磁性聚光透鏡和該磁性物鏡沿著該帶電粒子束的一軸線相對於彼此大致上對稱地佈置。
  8. 如請求項1至3中任一項所述的帶電粒子束佈置，其中該磁性物鏡的該第二內極件與該樣本的該表面之間的該第三軸向距離小於約10mm。
  9. 如請求項1至3中任一項所述的帶電粒子束佈置，其中該限束孔被配置為用於使該帶電粒子束軸向地通過該限束孔和減小該帶電粒子束的一束電流。
  10. 如請求項1至3中任一項所述的帶電粒子束佈置，其中該鎢尖端是具有(3,1,0)取向的一鎢單晶。
  11. 如請求項1至3中任一項所述的帶電粒子束佈置，進一步包括：一掃描偏轉器單元，該掃描偏轉器單元適於使該帶電粒子束跨該樣本的該表面掃描，該掃描偏轉器單元定位在該引出電極與該磁性物鏡之間，並且特別是定位在該磁性物鏡的一場附近。
  12. 一種操作一帶電粒子束佈置的方法，該方法包括：用具有一鎢尖端的一冷場發射器產生形成一帶電粒子束的帶電粒子；在一加速部段中，使該等帶電粒子加速；由一磁性聚光透鏡準直該帶電粒子束；將該帶電粒子束聚焦到一樣本的一表面上，亦即該 磁性聚光透鏡與具有一內極件和一外極件的一磁性物鏡的一組合作用，其中該磁性物鏡的該內極件與一樣本的該表面之間的一軸向距離的量小於約20mm，並且其中該軸向距離大於該外極件與該樣本的該表面之間的一另一個軸向距離；以及一減速部段，使該等帶電粒子在該樣本的該表面處減速到一著陸能量。
  13. 如請求項12所述的方法，其中該磁性物鏡是一軸向間隙透鏡。
  14. 如請求項12所述的方法，其中該磁性聚光透鏡的一場至少部分地與該加速部段重疊。
  15. 如請求項12至14中任一項所述的方法，其中該磁性物鏡的一場至少部分地與該減速部段重疊。
  16. 如請求項12至14中任一項所述的方法，其中在該加速部段中，使該等帶電粒子加速到至少10keV、特別是至少15keV的一能量、並特別是至少30keV的一能量。
  17. 如請求項12至14中任一項所述的方法，其中在該減速部段中，使該等帶電粒子減速到約3keV或更低並且特別是約1keV或更低的一著陸能量。
  18. 一種掃描電子裝置，包括：一帶電粒子束佈置，該帶電粒子束佈置包含：一帶電粒子源，該帶電粒子源包括具有一單晶端的一冷場發射器；一引出電極組件，該引出電極組件用於從該帶電粒子源引出一帶電粒子束；一限束孔，該限束孔在該帶電粒子源與一磁性聚光透鏡之間；該磁性聚光透鏡，該磁性聚光透鏡適用於準直該帶電粒子束，並且包括一第一內極件和一第一外極件，其中該帶電粒子源與該第一內極件之間的一第一軸向距離等於或小於約20mm，並且其中該第一軸向距離大於該帶電粒子源與該第一外極件之間的一第二軸向距離；一加速部段，該加速部段用於使該帶電粒子束加速到10keV或更多的一能量，該磁性聚光透鏡的一場至少部分地與該加速部段重疊；一磁性物鏡，該磁性物鏡包括一第二內極件和一第二外極件，該第二內極件與一樣本的一表面之間的一第三軸向距離等於或小於約20mm，並且其中該第三軸向距離大於該第二外極件與該樣本的該表面之間的一第四軸向距離，該磁性聚光透鏡與該磁性物鏡 的一組合作用使該帶電粒子束聚焦在該樣本的該表面上；以及一減速部段，該減速部段用於使該帶電粒子束從10keV或更多的該能量減速到2keV或更低的一著陸能量，該磁性物鏡的一場至少部分地與該減速部段重疊。
  19. 如請求項18所述的掃描電子裝置，其中該第一內極件具有一第一內徑，該第一內徑等於或大於該第一軸向距離。
  20. 如請求項18所述的掃描電子裝置，其中該磁性物鏡是一軸向間隙透鏡。
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