低能扫描电子显微镜系统、扫描电子显微镜系统及样品探测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低能扫描电子显微镜系统，包括：电子源，用于产生电子束；电子加速结构，用于增加所述电子束的运动速度；复合物镜，用于对经所述电子加速结构加速的电子束进行汇聚；偏转装置，用于改变所述电子束的运动方向；探测装置，包括用于接收电子束作用于样品上产生的二次电子和背散射电子的第一子探测装置、用于接收所述背散射电子的第二子探测装置、以及用于改变所述二次电子和所述背散射电子的运动方向的控制装置；电透镜，包括第二子探测装置、样品台和控制电极，用于减小所述电子束的运动速度，并改变所述二次电子和所述背散射电子的运动方向。本发明专利技术还公开了扫描电子显微镜物镜系统及样品探测方法。

【技术实现步骤摘要】
低能扫描电子显微镜系统、扫描电子显微镜系统及样品探测方法
本专利技术涉及扫描电子显微镜技术，尤其涉及一种低能扫描电子显微镜系统、扫描电子显微镜系统及样品探测方法。
技术介绍
扫描电子显微镜广泛应用于观察样品在微米或纳米尺寸范围的特征；在观察生物样品或半导体样品等非金属样品时，低落点能量(能量小于3keV)扫描电子显微镜由于能够减少对样品的损伤和电荷效应而广泛应用。一方面，低落点能量条件下，探测的样品多为非导电材料，为了防止荷电效应或损伤样品，入射的扫描电子束束流通常很小，只有几百pA甚至几pA，因此从样品激发的信号电子很少；为了保证成像质量，探测器需要尽可能多的收集信号电子，并且信号电子收集效率影响成像速度，即信号电子收集效率影响扫描电子显微镜通量；因此，提高信号电子的收集效率是至关重要的。另一方面，入射电子束在样品上激发产生的信号电子中，能量小于50eV的为二次电子(SecondaryElectrons，SE)，能量接近入射电子的为背散射电子(Back-scatterElectrons，BSE)。二次电子能够表征样品的形貌特征，背散射电子由于与被观察材料的原子序数有关更多的表征样品的材料信息，相对于样品面小角度发射的背散射电子受到了样品表面起伏的影响，也会反映出样品表面形貌的信息。因此，不同类别的信号电子、不同角度出射的背散射电子反映不同的样品信息。尤其对于生物样品，由于被重金属染色，使得纯的背散射电子图像更有助于表征样品的结构。因此，通过分别探测二次电子和背散射电子，能够形成更好衬度的图像，有助于区别样品结构。目前，在低落点能量条件下，尚不存在同时满足分辨率高、信号电子收集效率达到100％或接近100％、能够灵活探测不同发射角度的背散射电子、并能够灵活的控制接收的信号电子的类别等要求的扫描电子显微镜。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种低能扫描电子显微镜系统、扫描电子显微镜系统及样品探测方法，在保持低能扫描电子显微镜系统高分辨率的同时，提高信号电子的收集效率，灵活的控制接收的信号电子的类别。本专利技术实施例提供一种低能扫描电子显微镜系统，包括：第一电子源、电子加速结构、第一偏转装置、第一探测装置，以及由磁透镜和电透镜构成的复合物镜；其中，所述第一电子源，用于产生电子束；所述电子加速结构，用于增加所述电子束的运动速度；所述复合物镜，用于对经所述电子加速结构加速的电子束进行汇聚；所述第一偏转装置，位于所述磁透镜的内壁与所述电子束的光轴之间，用于改变经所述电子加速结构加速的电子束的运动方向；所述第一探测装置，包括用于接收电子束作用于样品上产生的二次电子和背散射电子的第一子探测装置、用于接收所述背散射电子的第二子探测装置、以及用于改变所述二次电子和所述背散射电子的运动方向的控制装置；所述电透镜，包括第二子探测装置、样品台和控制电极，用于减小所述电子束的运动速度，并改变所述二次电子和所述背散射电子的运动方向。上述方案中，所述电子加速结构为一阳极。上述方案中，所述电子加速结构包括阳极和高压管，所述高压管，分别与所述阳极、所述第二子探测装置连接。上述方案中，还包括：电子束调节装置，用于改变经所述加速结构后的电子束的特征。上述方案中，所述电子束调节装置包括：汇聚装置和/或光阑；其中所述汇聚装置，用于对经所述电子加速结构加速后的电子束进行汇聚。所述光阑，用于对电子束进行过滤，所述光阑的中心位于所述光轴。上述方案中，所述第一子探测装置，位于所述阳极与所述磁透镜之间，靠近所述磁透镜方向；所述第二子探测装置，位于所述磁透镜的下方，靠近所述磁透镜的极靴。上述方案中，所述第一子探测装置，位于所述阳极与所述磁透镜之间，靠近所述磁透镜方向；所述第二子探测装置，位于所述磁透镜的下方，与所述高压管的下端面相连。上述方案中，所述控制装置包括：多极电偏转器和多极磁偏转器。上述方案中，所述磁透镜为电流线圈激励的浸没式磁透镜，所述磁透镜的极靴开口方向朝向所述样品。上述方案中，所述第一子探测装置的中心孔直径不大于1毫米。上述方案中，所述第二子探测装置的中心孔直径小于所述控制电极的中心孔直径。上述方案中，所述第一电子源的电压值V1＜-5kV，所述阳极的电压值为零。上述方案中，所述第二子探测装置处于地电位，所述样品台的电压值为V2，V1＜V2＜-5kV，所述控制电极的电压值V3支持调节，V3≤0kV。上述方案中，所述第一电子源的电压值V1＜0kV，所述阳极的电压值与所述高压管的电压值均为V4，V4＞+5kV。上述方案中，所述第二子探测装置电压值为V4，所述样品台的电压值为V2，V1＜V2≤0kV，所述控制电极的电压值V3支持调节，V3≤V4。上述方案中，在所述控制电极的电压值V3，大于构成所述电透镜的第二子探测装置的电压值、并且小于构成所述电透镜的样品台的电压值V2时，所述第一子探测装置，具体用于接收二次电子以及出射方向相对于样品表面的角度大于第一阈值的背散射电子；所述第二子探测装置，具体用于接收出射方向相对于样品表面的角度小于第一阈值的背散射电子。上述方案中，所述控制电透镜中控制电极的电压值V3比所述样品台的电压值V2至少小于50V时，所述第一子探测装置，具体用于仅接收出射方向相对于样品表面的角度大于第一阈值的背散射电子；所述第二子探测装置，具体用于仅接收出射方向相对于样品表面的角度小于第一阈值的背散射电子。上述方案中，还包括：信号处理装置，与所述第一子探测装置和/或第二子探测装置连接，用于对所述第一子探测装置基于接收的二次电子和/或背散射电子产生的第一信号进行处理；和/或用于对所述第二子探测装置基于接收的背散射电子产生的第二信号进行处理。上述方案中，所述信号处理装置包括：信号放大子装置，用于对所述第一信号，和/或所述第二信号进行放大；信号处理子装置，用于对经放大后的第一信号和/或第二信号进行处理。上述方案中，所述信号处理装置还包括：信号合成子装置，用于对经所述信号处理子装置处理后的第一信号和经所述信号处理子装置处理后的第二信号进行合成处理，形成复合图像。本专利技术实施例还提供一种样品探测方法，包括：第一电子源产生的电子束经电子加速结构后，增加运动速度；经所述电子加速结构加速的电子束，经复合物镜汇聚、电透镜减速、及第一偏转装置改变运动方向后作用于样品上，产生二次电子和背散射电子；所述复合物镜包括电透镜和磁透镜；所述二次电子和所述背散射电子在所述电透镜及控制装置的作用下，改变运动方向，以被第一探测装置接收。上述方案中，所述二次电子和所述背散射电子在所述电透镜及控制装置的作用下，改变运动方向，以被第一探测装置接收，包括：控制所述控制电透镜中控制电极的电压值V3，大于构成所述电透镜的第二子探测装置的电压值、并且小于构成所述电透镜的样品台的电压值V2；在所述控制装置产生的电场及磁场作用下，二次电子以及出射方向相对于样品表面的角度大于第一阈值的背散射电子，被第一探测装置中的第一子探测装置接收；出射方向相对于样品表面的角度小于第一阈值的背散射电子，被第一探测装置中的第二子探测装置接收。上述方案中，所述控制电透镜中控制电极的电压值V3比所述样品台的电压值V2至少小于50V时，在所述控制装置产生的电场及磁场作用下，出射方向相对于样品表面的角度大于第一阈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低能扫描电子显微镜系统，其特征在于，包括：第一电子源、电子加速结构、第一偏转装置、第一探测装置，以及由磁透镜和电透镜构成的复合物镜；其中，所述第一电子源，用于产生电子束；所述电子加速结构，用于增加所述电子束的运动速度；所述复合物镜，用于对经所述电子加速结构加速的电子束进行汇聚；所述第一偏转装置，位于所述磁透镜的内壁与所述电子束的光轴之间，用于改变经所述电子加速结构加速的电子束的运动方向；所述第一探测装置，包括用于接收电子束作用于样品上产生的二次电子和背散射电子的第一子探测装置、用于接收所述背散射电子的第二子探测装置、以及用于改变所述二次电子和所述背散射电子的运动方向的控制装置；所述电透镜，包括第二子探测装置、样品台和控制电极，用于减小所述电子束的运动速度，并改变所述二次电子和所述背散射电子的运动方向。

【技术特征摘要】
2017.11.21 CN 20171116853981.一种低能扫描电子显微镜系统，其特征在于，包括：第一电子源、电子加速结构、第一偏转装置、第一探测装置，以及由磁透镜和电透镜构成的复合物镜；其中，所述第一电子源，用于产生电子束；所述电子加速结构，用于增加所述电子束的运动速度；所述复合物镜，用于对经所述电子加速结构加速的电子束进行汇聚；所述第一偏转装置，位于所述磁透镜的内壁与所述电子束的光轴之间，用于改变经所述电子加速结构加速的电子束的运动方向；所述第一探测装置，包括用于接收电子束作用于样品上产生的二次电子和背散射电子的第一子探测装置、用于接收所述背散射电子的第二子探测装置、以及用于改变所述二次电子和所述背散射电子的运动方向的控制装置；所述电透镜，包括第二子探测装置、样品台和控制电极，用于减小所述电子束的运动速度，并改变所述二次电子和所述背散射电子的运动方向。2.如权利要求1所述的低能扫描电子显微镜系统，其特征在于，所述第二子探测装置处于地电位，所述样品台的电压值为V2，V1＜V2＜-5kV，所述控制电极的电压值V3支持调节，V3≤0kV。3.如权利要求1所述的低能扫描电子显微镜系统，其特征在于，所述第二子探测装置电压值为V4，所述样品台的电压值为V2，V1＜V2≤0kV，所述控制电极的电压值V3支持调节，V3≤V4。4.一种样品探测方法，其特征在于，所述方法包括：第一电子源产生的电子束经电子加速结构后，增加运动速度；经所述电子加速结构加速的电子束，经复合物镜汇聚、电透镜减速、及第一偏转装置改变运动方向后作用于样品上，产生二次电子和背散射电子；所述复合物镜包括电透镜和磁透镜；所述二次电子和所述背散射电子在所述电透镜及控制装置的作用下，改变运动方向，以被第一探测装置接收。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述二次电子和所述背散射电子在所述电透镜及控制装置的作用下，改变运动方向，以被第一探测装置接收，包括：控制所述控制电透镜中控制电极的电压值V3，大于构成所述电透镜的第二子探测装置的电压值、并且小于构成所述电透镜的样品台的电压值V2；在所述控制装置产生的电场及磁场作用下，二次电子以及出射方向相对于样品表面的角度大于第一阈值的背散射电子，被第一探...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅，何伟，
申请(专利权)人：聚束科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11