[发明专利]一种扫描粒子束显微镜系统及聚焦控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及扫描粒子束显微镜技术，尤其涉及一种扫描粒子束显微镜系统及聚焦控制方法。

背景技术

扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)、及聚焦离子束装置(Focused Ion Beam Apparatus，FIB)等扫描粒子束显微镜，在现代化生产和科学研究中使用越来越广泛。

扫描粒子束显微镜景深在nm～um量级，尤其在高分辨率条件下，景深较小；利用的扫描粒子束显微镜观察的样品时，若样品表面高度的变化超过扫描粒子束显微镜的景深，便不能清晰成像。通常通过调节扫描粒子束显微镜的电磁透镜聚焦，来保证扫描粒子束显微镜的工作距离不变。

但是，由于调节电磁透镜时存在磁滞效应，因此，受磁滞反馈时间的影响，在通过改变电磁透镜电流值调节电磁透镜聚焦时，带电粒子束不能立刻做出相应的改变。另外，由于样品高度变化量不确定，造成显微镜到样品表面的距离也不确定；因此，需要反复调节电磁透镜的电流值，以在聚焦电流附近寻找合适的电流值来确定聚焦电流，使带电粒子束重新聚焦到样品表面。不仅调节过程消耗的时间久，而且带电粒子束对样品长时间地照射，容易损伤样品；尤其对于非导电样品容易产生电荷积累效应，从而影响图像质量。

另外，在使用扫描粒子束显微镜对样品进行观察时，期望在整个观察范围内得到的所有图像的亮度、对比度保持一致；因此，必须保证在整个探测过程中带电粒子束工作条件保持不变，即保证带电粒子束的聚焦条件、带电粒子束能量不发生改变。而调整电磁透镜聚焦，通常会改变带电粒子束的聚焦条件，影响图像质量的一致性。并且，在电磁透镜调整到不同的电流值时，磁场的变化会影响初始电子束和样品上激发的返回信号电子的旋转，造成观察图像的旋转，增加图像分析的复杂度。

在样品探测过程中，调节样品台使其与电磁透镜之间始终保持一样的距离(即通常所说的带电粒子束显微镜的工作距离或样品高度)可以使图像保持一致性；但是，传统带电粒子束显微镜只能通过图像聚焦的清晰程度来判断工作距离是否发送变化，不仅需要花费很长的时间，而且判断的标准无法统一、判断标准复杂度大。

发明内容

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种扫描粒子束显微镜系统，包括：扫描粒子束显微镜及控制所述扫描粒子束显微镜工作距离的聚焦控制系统；其中，

所述聚焦控制系统包括：

两个照明成像装置，对称位于所述扫描粒子束显微镜的真空腔室上方、以及扫描粒子束显微镜的带电粒子光学镜筒侧面，用于产生照明光束、以及传输从样品表面反射的携带聚焦图像的光束；所述样品位于所述真空腔室内；

两个反射装置，对称位于所述真空腔室内部，用于将对应的照明成像装置产生的照明光束反射到所述样品表面、以及将所述样品表面反射的携带聚焦图像的光束反射到所述探测装置；

两个探测装置，对称位于所述两个照明成像装置的上方，用于接收从所述样品表面反射的携带聚焦图像的光束，并探测所述光束携带的聚焦图像；

聚焦控制装置，用于对所述聚焦图像进行处理，获得所述样品的距离属性，并根据所述距离属性调节所述样品的位置参数，用以控制所述扫描粒子束显微镜的工作距离。

上述方案中，所述扫描粒子束显微镜包括：用于产生带电粒子束的带电粒子源、用于聚焦、偏转所述带电粒子束的带电粒子光学镜筒、及与所述带电粒子光学镜筒连接的真空腔室。

上述方案中，所述照明成像装置包括：

光源，用于产生照明光束；

光栅，用于形成至少一种形状的光栅图案；

棱镜，用于引导所述照明光束将所述光栅图案投射至成像透镜；

所述成像透镜，用于引导所述照明光束经反射装置反射后，将所述光栅图案聚焦至所述样品表面。

上述方案中，所述成像透镜，还用于引导所述携带聚焦图像的光束投射至所述探测装置。

上述方案中，所述真空腔室顶部设置有与所述两个照明成像装置分别对应的两个真空窗，所述真空窗用于使所述照明光束进入所述真空腔室、以及使所述携带聚焦图像的光束透过所述真空腔室。

上述方案中，所述成像透镜至少包括一个远心透镜系统，用于引导所述照明光束将所述光栅图案缩倍聚焦至所述样品表面、以及引导所述携带聚焦图像的光束放大聚焦至所述探测装置。

上述方案中，所述聚焦控制装置包括：

处理器，用于对不同距离的样品聚焦图像进行处理，获得所述样品的距离变化量；所述距离为样品至所述扫描粒子束显微镜之间的距离；