[发明专利]具有集成能量过滤器的带电粒子源

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生带电粒子束的带电粒子源，包括： ·发射带电粒子的带电粒子发射表面； ·用于形成带电粒子发射表面的图像的透镜，所述透镜显示有光 轴； ·用于限制束的限束光阑，其使用方式使得至少形成两个束，穿 过透镜中间的中央束和偏心地穿过透镜的偏心束； ·用于将一个束偏转向轴的偏转器； ·能量选择光阑，显示有用于通过部分偏心束的能量选择孔以及 用于通过中央束的中央孔，所述能量选择光阑位于粒子发射表面和偏 转器之间；以及 ·将偏心束对准能量选择孔的第二偏转器。 本发明还涉及配备这种带电粒子源的粒子光学设备。

背景技术

从美国专利US 7,034,315中可了解到这种带电粒子源。例 如，其中所述的带电粒子束可用作电子显微镜如扫描电子显微镜 (SEM)或透射电子显微镜(TEM)中的电子源，或用作聚焦离子束(FIB) 设备中的离子源。

在使用带电粒子源的设备中，束由粒子光学元件如透镜和 偏转器操纵。操纵该束以例如在样本上形成焦点并在样本上对其进行 扫描。

样本上的这种焦点的大小至少部分由所谓的色差决定。粒 子光学仪器中的色差是由具有轻微不同的能量的束中的粒子导致的 那些像差。对于电子显微镜中使用的电子源，电子的能量分散通常约 在0.3至1eV之间，而对于FIB中使用的离子源，能量分散通常介 于1至10eV之间。特别在使用低束能量时，相对能量分散ΔE/E大 ，从而导致色差。

值得注意的是，色差可通过减小束直径来减小，但这会导 致更低的束电流并且可增大所谓的衍射对点大小的影响。

还值得注意的是，已知在带电粒子设备中样本不是使用聚 焦束而是使用平行束照射。在这种情况中，色差也非常重要。

US 7034315中描述的带电粒子源通过提供能量分散减少 的源为色差问题提供了一种解决方案。这通过过滤显示有相对较小能 量分散的带电粒子的部分并阻止其余粒子来实现。由于透镜的能量色 散作用，偏心束将在能量选择光阑上成像为能量色散线。其上对偏心 束成像的光阑中的能量选择孔的宽度确定了穿过所述孔的能量选择 束的能量分散。

已知的过滤器使用透镜的离轴部分作为能量色散元件并 且在能量选择光阑上形成粒子发射表面的图像。透镜的能量色散作用 以光阑中的狭缝的形式在小孔上形成色散线，让部分能量色散图像通 过并阻挡其余的。

这种能量过滤器的一个问题是至少两个束离开枪模块( gun module)：中央束和能量过滤束。通常这些中的一个集中在轴周 围，而另一个偏离轴。这个偏离束可造成不需要的反射、污染等。

另一个问题是能量过滤束的带电粒子与中央束中的粒子 交互作用。在此交互作用期间，能量过滤束的能量分散可能由于 Boersch效应和轨迹位移而增加。

发明内容

本发明旨在提供仅有一个束离开源模块的带电粒子源。

为此，根据本发明的粒子源的特征在于，当使用第二偏转 器聚焦偏心束和并将其对准到能量选择孔上时，第二偏转器同时偏转 中央束，偏转程度使能量选择光阑阻挡中央束。

在偏心束对准能量选择孔上并穿过能量选择光阑时，通过 稍微偏转中央束使中央束被能量选择光阑阻挡。中央束的偏转优选由 第二偏转器通过将偏心束对准能量选择孔所需的相同偏转动作来完 成。 这样，中央束不会离开带电粒子源。因此，中央束的粒子无法造 成不需要的反射、污染等。而且，由于两个束不混合，消除了能量选 择束和中央束的粒子之间的带电粒子交互作用，如Boersch效应和轨 迹位移。

注意，优选是使得一次只有一个束离开带电粒子束的方式 形成和使用带电粒子源。

还要注意，限束光阑可置于透镜和发射表面之间，由此形 成偏心束。然而，限束光阑可置于发射表面和第二偏转器之间的任何 位置：即使在束置于透镜和第二偏转器之间时，偏心束由界定所述偏 心束的孔从照射透镜的束中切除(excised)，造成与进入透镜前界 定偏心束时相似的作用。

还要注意，偏心束和中央束的偏转可以是相同的，即在偏 心束偏转时，中央束以相同角度偏转，但也可能通过形成第二偏转器 以使得中央束和偏心束的偏转场在大小、范围或方向上不同，而导致 两个束的偏转不同。