用于电子柱的检测器及用于电子柱的电子检测方法

摘要

在传统的微通道板(MCP)、二次电子(SE)检测器或半导体检测器中，通过其自身结构来放大电子的数量。对于这样的放大，从外部施加了微小的电压差，或者由于其自身结构和材料而产生微小的电压差。通过外部放大电路来放大经过上述处理的电子的电流。在本发明中，通过环绕的导电线来检测由微柱所产生的电子束的碰撞而得到的电子。类似于传统的检测方法，在外部使用放大电路来放大所检测的电子。

说明书

技术领域

本发明大体上涉及用在电子柱(electron column)系统中的检测器，更具体地，涉及简单地检测由电子柱所产生的电子束与样本相碰撞而得到的电子和二次电子(secondary electron)的检测器，以及使用该电子柱来简单地执行检测的方法。

背景技术

传统上，使电子显微镜或电子束发生器所产生的电子轰击样本，由此引起电子的反射或发射出二次电子。可以由传统的微通道板检测器(micro-channel plate detector，MCP)、次级电子(SE)检测器或半导体检测器来检测所有的电子。当电子进入这些检测器(系统)时，通过它们自身的结构来放大电子的数量。对于这样的放大，向检测器施加某一电压，或者由于它们的结构和材料而产生电势差。通过外部放大电路，放大由在上述检测器中经过处理的电子所产生的电流。

参照图1，将从电子束发生器100所发射的电子束B投射到样本上。传统检测器10检测或者来自电子束B与样本相碰撞的、或者作为从样本发射的二次电子的电子9。电子9从样本发射或反弹出来——如箭头和点所示，而且然后被检测器10检测到。

但是，传统检测器10使用执行放大的方法、利用由电子束与样本相碰撞或二次电子而得到的电子来收集数据。由传统电子束发生器所产生的、由电子束B与样本相碰撞而得到的电子的数目或二次电子的数目是较小的。在使用之前必须放大这些检测到的电子的电流。在诸如具有高能量的电子显微镜的电子束产生器或具有低能量的传统电子束发生器中，取决于应用条件，电流的典型值范围从皮安(Pico ampere)到超过数百皮安。因此，这种检测器(检测系统)设置为即时地放大所采集的电子数目。例如，已经使用了微通道板(MCP)或采用P-N节的后向散射电子检测器(back-scattering electron detector，BSED)。

电子束发射源(诸如微柱(micro-column))的最近发展，得到了在低能量下具有更高电流的电子柱。到达样本并与之相互作用的电子的数目在数百皮安到纳安(Nanoampere)的范围之间。与传统的电子柱相比，更容易检测这些电流。

发明内容

技术问题

鉴于现有技术中的上述问题而作出本发明。本发明的目的在于，提供结构简单、使用方便的有成本效益的检测器。

本发明的另一目的在于，提供通过使用电子柱而简单地检测电子的方法。

技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的用于电子柱的检测器由网状的导电材料制成。通过设置一个或更多个接线结构、或通过导电板而形成该结构，从而可以把电子柱置于样本上方使用。

为了实现上述目的，根据本发明的检测电子的方法能够使用上述检测器来执行检测，或者使用样本的导电部分来检查样本电流。

根据本发明的检测由柱中的电子束所产生的电子的方法，其特征在于，检测器直接检测所述电子，并且向外部提供电流，作为关于所检测电子的数据。

与传统的电子束发生器相比，由微柱从源发射到样本的电子数目相对要高，因此从样本反射回来或由二次电子发射所产生的电子的数目也相地要高。可以测量到大约0.5nA到几个纳安之间的电流。因此，使用具有简单结构的可靠的检测器，而不是具有更复杂结构的传统检测器。可以把根据本发明的检测器的结构构图成导电布线。该导电布线的特征在于，即使在不妨碍来自微柱的电子束的路径的路径上使用该导电线，而且将其连接到外部放大器或控制装置，它仍然起到传统检测器的作用。

此外，根据本发明的检测方法使用根据本发明的检测器来进行检测，或使用样本电流法。在根据本发明的检测方法中，该检测器位于样本周围，并由该检测器来检测来自样本的电子，或者作为样本电流法而在样本上进行布线，不使用单独的检测器而使用导线直接从样本检测电子。

有益效果

因为在检测器中并不需要用于放大所检测的电子数目的结构或处理，所以根据本发明的检测器具有简单的结构，而且，与传统检测器相比，制造成本低廉。此外，根据本发明的检测方法使用根据本发明的检测器或使用样本电流法很容易地检测电子。

附图说明

图1为示出传统微柱中的电子检测的示意剖面图；

图2为示出作为本发明实施例的检测器的使用的示意剖面图；

图3为示出使用根据本发明的检测器进行检测的示意立体图；

图4为示出本发明的检测器在样本上方定位的示意立体图；

图5为概念性地示出使用可用在根据本发明的检测方法中的样本电流法的概念进行导线设置的图；

图6为示出使用图5中的样本电流法所得到的检测图像的图；以及

图7为示出使用图5中的样本电流法的检测结果的电流强度数据的图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明根据本发明的检测器。

图2为示出作为本发明的实施例的检测器的使用的示意剖面图。从电子发射源1发射出的电子被转换成具有由源透镜3所给定的形状的电子束B，然后被偏转器偏转，最后被会聚透镜6会聚在样本上。检测器20检测由电子束与样本相碰撞而得到的电子和来自样本的二次电子。当电子从样本移动时(如箭头所示)，对电子9(如点所示)撞击检测器所产生的电流进行分析。由此得到关于样本的数据。

图3为示出使用根据本发明的检测器进行检测的示意立体图，其示出了电子束B通过图2剖面图中的检测器20的内部空间到达样本。图3中，通过将四个导电线交叉而构建检测器20，而通过各导电线之间的空间照射电子束B。

图4为示出本发明的检测器在样本上方定位的示意立体图。该图示出了由导线形成的网状的检测器。每个网格空间的尺寸都大于电子束B的宽度。在这种情况下，四条导线彼此交叉，并且电子束通过网格空间而射到样本上。检测器20经由检测器导线21连接到外部控制器。

根据本发明的检测器通过导电线连接到诸如检测器放大器的控制器。它收集从样本的电子束反射而得到的电子或来自样本的二次电子，并将信号传送到放大电路或控制器。

最简单的检测器结构是定位为靠近待扫描区域、且当扫描区域移动时也移动的单导电线。

检测效率随着导线数目的增加而提高。例如，当导线网格位于扫描区域上方时，电子检测比只有单条导线时更有效。在这种情况下，与单条导线相比，来自样本撞击导线网格的电子数目增加很多。只需要确保导线网格不妨碍电子束通过的路径。即，如果从电子束检测到的电子数目较大且与样本无关，并且因此不会妨碍对来自样本的电子进行检测，就可以使用网格图案的导线。但是，如果电子束的扫描范围比检测器的感测区域更宽，则检测器与电子束干涉的可能性会因为检测器可能与电子束的扫描范围相重叠而增加。这可以通过利用试样进行图像测试来进行检查。图3中，已经通过本发明的检测器预先得到了该试样的图像。然后，将原始图像与检测器测试的图像进行比较。此外，试样的测量电流分析可以执行类似于图像测试的检查。可以使用分析检测器所得到的电流、并将其与试样的电流数据进行比较的方法。如果检测器妨碍了样本的图像，则移动样本或检测器，而且，可以检查图像或电流数据。

可以由上述导线来形成根据本发明的检测器，或者，根据本发明的检测器可以具有网格形状的结构。也可以使导线形成具有环状或多边形的平面结构。如果需要，可以使导线形成三维形状(例如，棱锥形或圆锥形结构)。也可以使用导电板而不是导线，并将其设置为使得导电板不会干涉电子束向样本期望区域的投射，由此将其用作检测器。

通过连线到外部、放大电流并通过检查放大值及其变化来分析关于图像或其他样本的信息，来执行根据本发明的在电子柱中检测电子的方法。

与具有特殊形状结构的传统检测器(对该检测器施加电压，而且，该检测器使电子增加(增加电子数目)，并从所检测到的电子来获取信息)相比，根据本发明的检测器只需要布线，并分析通过该布线探测到的电子(电流值及其变化)，由此分析数据。

根据本发明的在电子柱系统中检测电子的另一方法是，通过传统的样本电流法而不使用单独的检测器，利用样本的布线来执行检测。样本电流法是在样本上设置布线，利用额外的放大器来放大通过该布线所检测到的电子数目，并分析与所检测到的电子相关的信息。这种概念属于在样本的一部分上设置布线然后执行检测而不是在整个样本上设置布线的方法。

图5为示出使用样本电流法执行检测的方法的概念和设置的图。

如图5所示，例如，在布线的设置已知的情况下，半导体的内部布线、TFT-LCD中的薄膜晶体管(TFT)的相邻数据线或选通线、或者具有相互交叉的线路的显示器——本发明利用任何布线作为检测器的导线。

图5中，很近地通过检验样本的布线50被用作检测器(部分)。布线50连接到可以分析电流(诸如检测电流的强度)的安培表A，由此分析和使用这些数据。当电子束扫描预定扫描区域51时，产生相关的图像，如图6所示。此外，当电子束如扫描线52那样执行行扫描时，电流强度如图7所示。

当样本是接地导体时，能够较好地检测电子，而不会有由于电子束而引起的电子放电。如果从外部向样本施加负电压，则能够更好地执行检测。如果样本不是导体，仍然可以进行检测，但是会出现充电效应。由此，为了最小化充电效应，最好是在不将样本的同一部分多次暴露的情况下执行扫描。

作为图5中的检测结果，利用样本电流法给出检测图像，如图6所示，并得到电流强度数据，如图7所示。图6的图像已经经过编辑然后显示，以方便查看。图7的电流数据是实际的数据。检查区域主要包括下行部分的峰值部分64，而且，检测器处的电流值呈现出下峰值部分62。

图6中，条块61指示图5中所示检测器的导电部分，而条块63指示作为检测对象的条。图6中，虽然可以认为条块61和63的亮度相似，但是，在实际图像中能更加清晰地观察到检测器的区域，并且待检测样本的区域的图像看得不如检测器的区域清晰。这可由图7的电流数据得知。条块61对应于检测器，呈现出下峰值部分62的电流数据，而对应于样本的条块63呈现出上峰值部分64。因为照射到样本区域上的电子数目低于直接照射到检测器本身的电子数目，所以图像亮度较低，而电流数据值也较低。图7中，因为电子具有负电荷，所以下部的电流值比上部的电流值更高，这表示在下部检测到更多电子。

因此，通过样本的导电部分检测到来自发射到检测区域周围的导体上并被该导体反射的电子束的电子或者检测到二次电子。可以使用样本电流法而不使用单独的检测器，从样本获得图像或电流数据。当向图5的例子中的样本部分施加负电压时，由检测器检测到更多的发射电子，这样可以提供更加清晰的图像或更高的电流，进一步改进了分析。如果向样本部分施加负电压，则来自电子柱的电子从样本部分朝着检测器部分反射，而且可以更容易地被检测器部分检测到。

如果图5中的样本分不是导体，而且当电子束执行扫描时横切该样本，则从电子束发射的电子在彼此间隔开的端部充电，使得对在间隔开的端部充电的电子进行分析作为电流数据，并由此来检验样本部分。

如果图5中的样本是导体，则把检验(样本)区域和检测区域相互交换，然后可以执行检测。检测的结果与上述的情况一致。

尽管描述的是单型电子柱，但是，多型电子柱也可以使用根据本发明的检测器和检测方法。

在多型电子柱中，可以以n×m矩阵的形式来设置并使用多个电子柱单元(每个都是单型电子柱)，或者可以晶片的形式来使用。虽然对于单电子柱，可以在全部电子柱中以1∶1的对应关系分别具有检测器，但是如果根据本发明的一个检测器用于多个电子柱，则可以顺序地使用单柱并执行检测。当以特定时间间隔操作单柱时，只能顺序地检测数据。如果一个检测器用于多个电子柱，则可以在样本上方宽范围地设置该检测器。如果该检测器使用导线类型设置，则在样本上方宽范围地设置该导线。具体地，当使用导线在样本内执行检测时，可以通过各个单元单柱的顺序操作来执行检测，而不是执行特定检测。

产业实用性

根据本发明的检测器和检测方法可以应用在使用电子柱的所有领域中。根据本发明的检测器和检测方法可以应用在使用电子柱的所有应用，诸如电子显微镜、使用电子束的检查装置以及使用电子束的刻印装置。