[发明专利]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

说明书

本发明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。本发明还公开了扫描电子显微镜物镜系统及样品探测方法。

技术领域

本发明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。

背景技术

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 (Secondary Electrons，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。

发明内容

有鉴于此，本发明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。

本发明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。