具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡

专利摘要:
本發明涉及一種具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡，本發明具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡將從光源生成的原電子(Primary Electron)射入樣品，並檢測所述原電子入射後從樣品放射出的放射電子，其特徵在於包括：維恩過濾器部，配置在所述光源和樣品之間，產生磁場和電場，以將所述放射電子分離成二次電子(Secondary Electron)和反射電子(Back Scattered Electron)；及檢測部，用於檢測從所述維恩過濾器分離的二次電子和反射電子。由此，本發明提供一種利用維恩過濾器分離二次電子和反射電子並加以檢測的具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡。
公开号:TW201314733A
申请号:TW100135375
申请日:2011-09-29
公开日:2013-04-01
发明作者:Souk Kim；Jae-Hyung Ahn；Jae-Ho Kim
申请人:Snu Precision Co Ltd；
IPC主号:H01J37-00

专利说明:
具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡
本發明涉及一種具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡，更為詳細地，本發明涉及一種利用維恩過濾器，將從樣品放射的電子分離成二次電子和反射電子並加以檢測的具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡。
最近不僅是資訊儀器的極小化趨勢，尖端材料領域也是由於極微細技術的產業化，切實要求對於微細構造物或者材料表面形貌的資訊。特別是，從1990年代後半期開始，全世界對於納米的研究活躍起來，隨之展開了查明納米物質結構和特性的各項研究，而電子顯微鏡擔當著重要的作用。
近年來，一種掃描電子顯微鏡得到了廣泛的應用，該顯微鏡用1～100nm左右的微細電子線，在二維方向上掃描置於真空中的樣品的表面，並檢測在樣品表面上發生的二次電子的信號，並在陰極線管和螢幕上顯示或記錄經過放大的圖像，以分析樣品形態的微細構造等。
圖1是表示一種習知掃描電子顯微鏡的圖。如圖1所示，習知掃描電子顯微鏡(10)包括：在真空槍室內掃描原電子(pe)的光源(11)；針對從樣品放射出的二次電子(se)的物鏡；和檢測從樣品(S)的表面放射出的二次電子(se)的檢電器(12)。
然而，由於原電子(pe)和樣品(S)的入射深度的相互作用，放射出多種形態的電子，而透過檢測從樣品放射的多種形態的電子，應該能夠檢測到樣品的多種特性，但是利用習知掃描電子顯微鏡(10)時只將二次電子(se)用作檢測對象，其他從樣品放射出的電子則無法檢測。
本發明是鑒於上述問題提出的，其目的在於提供一種具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡，該裝置利用維恩過濾器分離二次電子和反射電子並加以檢測。
為實現如上所述目的，本發明提供一種具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡。本發明具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡，將從光源生成的原電子(Primary Electron)入射到樣品，並檢測所述原電子入射後從樣品放射出的放射電子，其特徵在於，包括：維恩過濾器部，其配置在所述光源和樣品之間，並產生磁場和電場，以將所述放射電子分離成二次電子(Secondary Electron)和反射電子(Back Scattered Electron)；以及檢測部，分別檢測由所述維恩過濾器分離的二次電子和反射電子。
而且，所述檢測部可以包括：第一檢測部，其配置在所述維恩過濾器部的上側，用於檢測所述二次電子；以及第二檢測部，其配置在所述第一檢測部和所述光源之間，用於檢測所述反射電子。而且，所述第一檢測部的所述二次電子入射側端部的一面或者所述第二檢測部的所述反射電子入射側端部的一面可形成斜面。
而且，所述第一檢測部的二次電子入射側端部和地面所形成的角度可大於所述第二檢測部的反射電子入射側端部和地面所形成的角度。而且，所述檢測部為了將所述二次電子導引至所述第一檢測部側，或者將所述反射電子導引至所述第二檢測部側，可進一步包括從所述第一檢測部或者所述第二檢測部的端部隔離一定間距而配置的電子導引部件。
而且，所述檢測部為了防止所述反射電子被所述電子導引部件導向所述第一檢測部側，可進一步包括配置在所述反射電子的移動路徑上的導引防止部件。而且，可進一步包括鏡筒，用於收容所述光源、所述維恩過濾器部和所述檢測部，並且從所述光源掃描的原電子被射出的端部側隔離在真空狀態下。
根據本發明，提供一種具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡，其利用維恩過濾器部容易分離從樣品放射出的二次電子和反射電子並分別進行檢測。而且，無需配備額外的結構，使用維恩過濾器也能夠容易分離二次電子及反射電子。而且，能夠同時檢測二次電子和反射電子，以同時了解樣品的表面特性及內部特性。而且，將用於檢測二次電子及反射電子的檢測部配置在鏡筒內，從而能夠實現整體結構的緊湊化。而且，傾斜設置檢測部中電子入射端面，使電子垂直入射，從而能夠提高電子的入射率及樣品特性的測量精密度。
下面進行說明之前需要說明的是，在下述多個實施例中，對於具有相同結構的結構要素，利用相同的符號在第一實施例中代表性地加以說明，並在其餘實施例中只說明不同於第一實施例的結構。下面，參照附圖詳細說明本發明的第一實施例所涉及的具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡。
圖2是本發明的第一實施例所涉及的具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡的剖面示意圖。如圖2所示，本發明的具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡(100)包括鏡筒(110)、光源(120)、匯聚透鏡(130)、光圈(140)、檢測部(150)、維恩過濾器部(160)、物鏡(170)和樣品支架(180)。
所述鏡筒(110)是用於將後述的光源(120)、匯聚透鏡(130)、光圈(140)、檢測部(150)、維恩過濾器部(160)和物鏡(170)收容在其內部的外裝材，其中原電子(Primary Electron: pe)射出側的端部即用於配置樣品(S)的樣品支架(180)側的端部維持真空狀態。
所述光源(120)是用於將加熱鏡筒(110)內的陰極而發生的原電子(pe)掃向下方的安裝有樣品(S)的樣品支架(180)側的部件。所述匯聚透鏡(130)是用於將從所述光源(120)射出的原電子(pe)匯聚成一點的部件。所述光圈(140)是用於將透過匯聚透鏡(130)而匯聚的原電子(pe)做成具有一定波長的形態的部件。
所述檢測部(150)是用於檢測原電子(pe)入射後從樣品(S)射出的包括二次電子(Secondary Electron: se)及反射電子(Back Scattered Electron:bse)的放射電子(ee)的部件，該部件包括第一檢測部(151)和第二檢測部(152)。
所述第一檢測部(151)用於只檢測從樣品(S)放射出的放射電子(ee)中的二次電子(se)，其配置在光源(120)和後述的維恩過濾器(160)之間。由於二次電子(se)在從樣品(S)向上移動的途中向側方偏置並射入第一檢測部(151)，因此為了使二次電子能夠垂直入射，將第一檢測部(151)的端面做成斜面。
第二檢測部(152)用於只檢測從樣品(S)放射出的放射電子(ee)中的反射電子(be)，其配置在光源(120)和第一檢測部(151)之間，即配置在第一檢測部(151)的上側。另外，第二檢測部(152)的端面也與上述第一檢測部(151)相同地做成斜面，且由於反射電子(be)的偏置程度比二次電子(se)小，因此第二檢測部的端面傾斜角優選比第一檢測部(151)端面的傾斜角小。
也就是說，第一檢測部(151)中二次電子(se)的入射面和地面所形成的角度(θ1)優選比第二檢測部(152)中反射電子(be)的入射面和地面所形成的角度(θ2)大。
所述維恩過濾器部(160)配置在第一檢測部(151)和樣品支架(180)之間，即配置在第一檢測部(151)的下側，是將從樣品(S)放射出的放射電子(ee)的移動路徑向檢測部(150)側偏置的部件。與此同時，維恩過濾器部(160)起到利用包括在從樣品(S)放射出的放射電子(ee)裏的二次電子(se)和反射電子(be)的移動速度之差，用物理方式分離二次電子(se)和反射電子(be)的作用。即維恩過濾器部(160)在與從樣品(S)放射出的放射電子(ee)的移動方向垂直的面上產生相互垂直的電場和磁場，以使二次電子(se)及反射電子(be)的移動軌跡偏置。
所述物鏡(170)是用於將從光源(120)發生並向下方移動的原電子(pe)的焦點聚焦於樣品(S)的表面上的部件。所述樣品支架(80)配置在鏡筒的下方，是用於支撐樣品(S)的部件。另外，樣品支架(180)可沿著三軸方向移動，且可被控制為透過旋轉及傾斜等易於觀察樣品(S)。下面，詳細說明上述具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡(100)的一實施例的工作。
圖3表示在圖2所示之具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡中，通過維恩過濾器部的原電子的動作。圖4表示在圖2所示之具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡中，從樣品放射出的放射電子的移動軌跡。圖5表示在圖2所示之具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡中，通過維恩過濾器部的放射電子的動作。
首先，如圖2所示，從鏡筒(110)內的光源(120)產生的原電子(pe)被施加高電壓而加速，從而被掃向下方的樣品(S)安裝的樣品支架(180)側。但在此時利用鏡筒(110)內的規定的反射器(reflector，未圖式)控制原電子(pe)的掃描方向。
從光源(120)掃描的原電子(pe)通過匯聚透鏡(130)、光圈(140)之後，到達維恩過濾器部(160)。此時，在與地面平行的維恩過濾器部(160)的規定的面上，沿著相互垂直的方向產生磁場和電場。
如說明透過由維恩過濾器部(160)產生的電場而施加到原電子上的力量。如圖3(a)所示，向下方移動的原電子(pe)通過維恩過濾器部(160)時，透過由維恩過濾器部(160)產生的電場(20)而受到+x軸方向的力量。
與此同時，如說明透過由維恩過濾器部(160)產生的磁場(30)而施加於原電子上的力量的圖3的(b)所示，原電子(pe)和由維恩過濾器部(160)產生的磁場(30)作用，並根據弗萊明的左手定律受到-x軸方向的力量。
此時，控制維恩過濾器部(160)，以使原電子(pe)由電場(20)受到的力量和由磁場(30)受到的力量的絕對值相同。因此，由維恩過濾器部(160)的磁場(30)施加到原電子(pe)的力量，被由於維恩過濾器部(160)的電場而施加到原電子(pe)的電場(20)的力量抵消，並在x-y平面上不偏向一側地向下方(-z方向)垂直移動。
通過維恩過濾器部(160)的原電子(pe)透過上述過程，向垂直下方(-z軸方向)移動，最終射入樣品(S)。此時，射入樣品(S)的原電子(pe)根據樣品(S)表面上的深度分別顯示不同的機制(mechanism)，並根據樣品(S)的深度放射出不同形態的電子。
例如，原電子(pe)射入樣品(S)的表面，並與表面作用而放射出二次電子(se)，而且原電子(pe)從樣品(S)的表面較深地入射時，放射出反射電子(be)。此外，原電子(pe)入射之後，從樣品(S)放射出x-ray等。
然而，在本實施例中假設在原電子(pe)入射之後從樣品(S)放射出的放射電子(ee)僅包括與樣品(S)表面作用而放射出的二次電子(se)和從樣品(S)的表面較深地入射而放射出的反射電子(be)並進行說明。
如圖4所示，若被劃分為二次電子(se)和反射電子(be)的放射電子(ee)從樣品(S)向上側(+Z軸方向)垂直放射，則這些放射電子(ee)在通過維恩過濾器部(160)之前，沿著與原電子(pe)的掃描路徑相同的路徑移動。
若從樣品(S)放射出的放射電子(ee)到達維恩過濾器部(160)，則與在原電子(pe)掃向下方時從維恩過濾器部(160)發生的相同方向的電場(20)及磁場(30)施加到放射電子(ee)上。
下面，詳細說明透過由維恩過濾器部(160)產生的電場(20)及磁場(30)而施加於放射電子(ee)的力量。首先，如說明透過由維恩過濾器部(160)產生的電場而施加於放射電子(ee)的力量的圖5的(a)所示，從樣品(S)向上方(+z軸方向)垂直移動的放射電子(ee)，由電場(20)受到+x軸方向的力量。
而且，如說明透過由維恩過濾器部(160)產生的磁場(30)而施加到放射電子(ee)的力量的圖5的(b)所示，與磁場(30)作用而產生的力量，向與上述施加到原電子(pe)的力量相反的方向，即向+x軸方向形成。即因為放射電子被施加與由電場(20)施加於放射電子(ee)的力量相同方向的力量，放射電子(ee)的移動軌跡偏向於設置有檢測部(150)的位置。也就是說，放射電子(ee)沿著與原電子(pe)相反的方向移動，故同時受到與磁場(30)作用而發生的力量及由電場(20)所施加的力量而偏向一側。
此時，包含在放射電子(ee)的反射電子(be)的速度大於二次電子(se)的速度，但由於受到同一力量，速度相對較慢的二次電子(se)的移動軌跡以比反射電子(be)的移動軌跡更大的角度彎曲，速度相對較快的反射電子(be)的移動軌跡以較小的角度彎曲。由於電子間的速度差，經過維恩過濾器部(160)的放射電子(ee)被分離成以比較急劇的角度偏置的二次電子(se)和以緩慢的角度偏置的反射電子(be)。
從樣品(S)放出的放射電子(ee)分離且比較急劇地偏置的二次電子(se)射入配置在維恩過濾器部(160)的正上側的第一檢測部(151)，而用較快的速度移動且比較緩慢的角度偏置而被分離的反射電子(be)則射入配置在第一檢測部(151)上側的第二檢測部(152)。
另一方面，第一檢測部(151)及第二檢測部(152)的前端部中供電子入射的面形成斜面，從而使二次電子(se)及反射電子(be)垂直射入第一檢測部(151)及第二檢測部(152)的端面，以提高入射率。而且，第一檢測部(151)中供二次電子(se)入射的面和第二檢測部(152)中供反射電子(bse)入射的面形成各不相同的角度，從而能夠使各電子垂直入射，以提高電子入射率。下面，詳細說明本發明的第二實施例所涉及的具備檢測功能的掃描電子顯微鏡。
圖6是本發明的第二實施例所涉及具備檢測功能的掃描電子顯微鏡的剖面示意圖。如圖6所示，本發明的第二實施例所涉及的具備檢測功能的掃描電子顯微鏡(200)包括鏡筒(110)、光源(120)、匯聚透鏡(130)、光圈(140)、檢測部(250)、維恩過濾器部(160)、物鏡(170)和樣品支架(180)。本實施例的鏡筒(110)、光源(120)、匯聚透鏡(130)、光圈(140)、檢測部(250)、維恩過濾器部(160)、物鏡(170)和樣品支架(180)與上述第一實施例的結構相同，故省去重複說明。
所述檢測部(250)包括第一檢測部(251)、第二檢測部(252)、電子導引部件(251a、252a)和導引防止部件(253)。所述第一檢測部(251)是選擇性地只檢測二次電子(se)的部件。另一方面，所述第一檢測部(251)的端部上配置有用於形成場的電子誘導部件(251a)，以誘導透過維恩過濾器部(160)的二次電子向第一檢測部(251)側移動。
所述第二檢測部(252)是選擇性地只檢測反射電子(bse)的部件。所述第二檢測部(252)的端部上配置有用於形成場的電子誘導部件(252a)，以誘導通過維恩過濾器部(160)的反射電子(bse)向第二檢測部(252)側移動。
所述導引防止部件(253)是用於防止通過維恩過濾器部(160)的反射電子(bse)被第一檢測部(251)的電子導引部件(251a)而向第一檢測部(251)側移動的部件，其在反射電子(bse)的路徑上形成有貫通部，並維持接地狀態，以防止反射電子(bse)被引向第一檢測部(251)側。
本發明並不限於上述實施例及變形例，而在申請專利範圍所記載的範圍內，可實現為多種形態的實施例。在不脫離本發明之申請專利範圍所要求保護的本發明宗旨的範圍內，在本發明所述領域中具有通常知識者無論是誰都能變形的範圍，毋庸置疑也屬於本發明的範圍之內。
100．．．掃描電子顯微鏡
110．．．鏡筒
120．．．光源
130．．．匯聚透鏡
140．．．光圈
150．．．檢測部
151．．．第一檢測部
152．．．第二檢測部
160．．．維恩過濾器部
170．．．物鏡
180．．．樣品支架
圖1是表示習知的一種掃描電子顯微鏡的圖。
圖2是本發明的第一實施例所涉及具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡的剖面示意圖。
圖3表示在圖2所示之具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡中通過維恩過濾器部的原電子的動作。
圖4表示在圖2所示之具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡中從樣品放射的放射電子的移動軌跡。
圖5表示在圖2所示之具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡中通過維恩過濾器部的放射電子的動作。
圖6是本發明的第二實施例涉及具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡的剖面示意圖。
100．．．掃描電子顯微鏡
110．．．鏡筒
120．．．光源
130．．．匯聚透鏡
140．．．光圈
150．．．檢測部
151．．．第一檢測部
152．．．第二檢測部
160．．．維恩過濾器部
170．．．物鏡
180．．．樣品支架
S．．．樣品
pe．．．原電子

权利要求:
Claims (7)
[1] 一種具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡，將從光源生成的原電子(Primary Electron)射入樣品，並檢測在所述原電子入射後從樣品放射出的放射電子，其特徵在於，包括：維恩過濾器部，配置在所述光源和樣品之間，產生磁場和電場，以將所述放射電子分離成二次電子(Secondary Electron)和反射電子(Back Scattered Electron)；及檢測部，用於分別檢測從所述維恩過濾器分離的二次電子和反射電子。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡，其特徵在於，所述檢測部包括：第一檢測部，配置在所述維恩過濾器部的上側，用於檢測所述二次電子；及第二檢測部，配置在所述第一檢測部和所述光源之間，用於檢測所述反射電子。
[3] 如申請專利範圍第2項所述之具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡，其特徵在於，所述第一檢測部中所述二次電子入射側的端部面或者所述第二檢測部中所述反射電子入射側的端部面形成斜面。
[4] 如申請專利範圍第3項所述之具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡，其特徵在於，所述第一檢測部中二次電子入射側端部和地面所形成的角度比所述第二檢測部中反射電子入射側端部和地面所形成的角度大。
[5] 如申請專利範圍第2項所述之具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡，其特徵在於，所述檢測部為了將所述二次電子導引至所述第一檢測部側，或者將所述反射電子導引至所述第二檢測部側，進一步包括從所述第一檢測部或者所述第二檢測部的端部隔離一定間距而配置的電子導引部件。
[6] 如申請專利範圍第5項所述之具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡，其特徵在於，所述檢測部為了防止所述反射電子被所述電子導引部件導向所述第一檢測部側，進一步包括配置在所述反射電子的移動路徑上的導引防止部件。
[7] 如申請專利範圍第1項至第6項的其中之一所述之具備反射電子檢測功能的掃描電子顯微鏡，其特徵在於，進一步包括：鏡筒，用於收容所述光源、所述維恩過濾器部和所述檢測部，且從所述光源掃描的原電子射出的端部側被隔離在真空狀態下。

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法律状态:
2018-03-01| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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KR20110097827||2011-09-27||

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