CN101023342B - 用于检查试样表面的方法、装置以及荧光物质的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检查试样表面的方法。该方法包括以下步骤：朝向试样表面方向产生多束初级射线束；将所述多束初级射线束聚焦在试样表面上的各个位置；收集由初级射线束入射到试样表面而产生的多束带电粒子的次级射线束；将所收集的次级射线束的至少之一转换成光束；以及检测该光束。

Description

用于检查试样表面的方法、装置以及荧光物质的应用
技术领域
本发明涉及一种检查试样表面的方法，包括以下步骤：朝向试样表面方向产生多束初级射线束(原射线束，primary beam)；将多束初级射线束聚焦在试样表面的各个位置；以及收集由初级射线束入射试样表面而产生的多束带电粒子的次级射线束(secondarybeam)。
背景技术
这样的方法从例如专利公开US 6 465 783中可以获知，其披露了用于检查半导体晶片和其他类型的试样如掩模的方法和装置，使用平行的带电粒子束，例如电子束。发射器阵列(包括多个带电粒子束发射器)产生多束沿着大致平行方向传播的初级射线束。初级射线束同时穿过投射镜以将射线束聚焦在试样表面的各个位置，以使每个位位置发射背散射和/或次级电子，即通过次级过程产生的电子。背散射和/或次级电子通过包括多重检测器单元(multipledetector unit)的次级电子阵列来收集和检测。每一个检测器单元收集和检测由各个位置发射的次级电子，以获得半导体晶片或其他类型的样品表面的信息。
在集成电路的生产制造期间，有必要在各个阶段检查基板的缺陷。在半导体制造过程中，为提高产率，检查工具是必不可少的。检查装置(检查设备，inspection machine)的要求由国际公认的文件规定，这些文件指示着未来数年不断增长的灵敏度。
一种众所周知的在实际中并未受到光学显微镜的分辨率限制的检查方法采用扫描电子束来检查半导体工业所生产晶片的检查技术。在传统的电子束检查装置中，在样品上方用单聚焦电子探针进行光栅扫描。对于电子探针的照射，基板(底物)就会从入射点发射出背散射电子和次级电子，该入射点随后用电子检测器进行检测，任何缺陷的存在可以从背散射或次级电子产生的图样加以确定。电子检测器一般包括收集电子的闪烁器、用于引导光子的光导和光子检测器。
这样的单电子束系统的分辨能力超出了光学技术的分辨能力，而每个晶片的长时间扫描会导致非常低的生产量。只有通过增加电流才能获得更高的生产能力，因为在保持相同的电流时更快速的扫描会导致信噪比的禁止性降低。然而，电流的增加会以分辨率为代价，因为电子束中的库仑相互作用(电子之间的相互排斥)增加了探针可能的最小尺寸。因此，在扫描探针中的电流量可能受限，因而电子束系统的扫描速度就会降低到非期望的值。
因此，利用单电子束的技术对于半导体工业的生产水平的检查是不现实的。相反，其可以用于必须以更高分辨率检查的单一缺陷的辅助缺陷检查。
由最低信噪比要求的条件，可以看出，检查技术的生产能力与在保持分辨率的同时的可检测电流成比例。因此，单射线束检查装置的生产能力可以通过使用平行的多电子束来增加，如专利公开US6 465 783中所披露的。举个简单的例子，具有十束射线束的机器就能够使生产能力增加十倍等等。不考虑实践的困难，如果基板(比如说300mm的晶片)所占空间用尽可能多的单个射线束填充，则多束系统的生产能力是最高的。对于实践中的系统，检查范围应该显著地小于300mm。更小的检查范围就有可能在晶片的较小区域例如单个芯片内使用满生产力改进，更大的检查范围会导致不希望的副作用，也就是部分射线束在检测过程效率中就用不上。因此，当在具有相同数量的射线束的两个不同的多射线束系统之间进行选择时，所占空间更小的一个是优选的系统。对于这样的系统，每一射线束具有其自己的电子检测器是至关重要的，其方式是使得各个检测器之间的串扰可以被忽略。限制多重度(multiplicity)的因素之一是电子检测器和用于传输电子信息(包含在次级电子束中)的电子装置的空间尺寸，尤其是在大量初级射线束的情况下。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种根据上文所述的方法，从而减少上述的缺点。具体而言，本发明旨在获得一种检查试样表面的方法，其中多重度的限制被减少。
根据本发明的第一方面，提供了一种检查试样表面的方法，包括以下步骤：朝向试样表面方向产生多束初级射线束；将这些初级射线束聚焦在试样表面上的各个位置；收集由初级射线束入射到试样表面而产生的多束带电粒子的次级射线束；将所收集的次级射线束的至少之一转换成光束；以及检测该光束。
通过将所收集的次级射线束的至少之一转换成光束，以及通过检测该光束，就不必要再在试样表面附近的位置处(该处的次级射线束干涉最小)检测次级射线束。由于光束的特性也可以在另一位置被确定，所以可利用更大的空间来搜索次级射线束中初始存在的信息，以便对于检测系统(包括数据传输装置)获得更多自由度。另一方面，由次级粒子束携带的信息可以更紧密地被检测。因此，多束初级射线束可以相互更接近地被加以排列，由此减少了传统检查方法的多重度限制，并增强了检测设备的生产能力。
应该注意，在本申请的上下文中，试样表面包括样品顶层，其包括直接在样品边界面下的材料。
还应该注意的是，在根据本发明的方法中由转换步骤产生的光束至少最初在非波导体积(non-waveguiding volume)或区域内传播。该非波导体积可以包括一种结构。该非波导体积也可以包括自由空间。
根据本发明的一优选具体实施方式，所述检测步骤包括用光学检测器检测光束，以及转换步骤包括将所收集的次级射线束的至少之一在某一水平面转换成光束，该光束通过自由空间成像，其中所述光束与初级射线束的至少之一在光学检测器所处的平面上相交。这样，初级射线束被转换成光信号，而产生光信号的平面通过自由空间在具有光学检测器的平面上成像，而不会干扰初级射线束。另外，初级射线束可以更近地靠在一起，这样就增加了生产能力，而勿需在可利用的有限空间内必须将检测器相互之间更近地进行定位。
在根据本发明的一优选具体实施方式中，将所收集的次级射线束转换成光束的步骤是借助于荧光物质(荧光材料)来完成的。有利地，所述荧光物质对于单初级射线束之间的最小距离不会增加条件。因此，初级射线束之间的距离可以被最小化。另外，转换步骤可以相对廉价的方式完成。在又一具体实施方式中，所述荧光物质被设置在多束初级射线束发射器和试样表面之间，其中将荧光物质加以布置以允许初级射线束通过。这样，在检查装置内的空间利用被提高。在另一具体实施方式中，布置微通道板(MCP)以允许初级射线束通过，其中将微通道板设置在样品和转换装置之间。这样，就增加了次级射线束中的电流，因此也增加了光束中的信号。在本发明的另一优选具体实施方式中，检测光束的步骤是在在封闭所述多束初级射线束相交的空间的体积外部的检测区内完成的。这样，由以下事实获得了优点：所述光束可以穿过初级射线束而基本不发生干涉，使得光束可以在不受初级射线束几何形状所决定的条件限制的区域被检测。因此，初级射线束可以相互更近地被设置，从而形成更快速的检查方法和装置。
应该注意到，在上述具体实施方式中，减少了从检测装置到用于进一步处理的装置和转换装置之间的数据传输系统的设计问题。由于检查装置所希望的扫描速度，所以可能需要高速数据连接装置，如同轴缆线，这在传统的多射线束装置中可能会限制每个射线束之间的最小距离。通过在封闭由多束初级射线束相交的空间的体积外部的检测区内来检测光束，对于高速数据连接的参数设计也变得宽松，因此使得每个初级射线束之间具有更小的距离。
通过将光束聚焦在检测区域的检测系统上，例如通过透镜系统，就可以更精确地进行所述光束的检测，由此提高了检查方法和装置的性能。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于检查试样表面的装置，包括：至少一个发射器，配置用于朝向试样表面方向发射多束初级射线束；聚焦装置，配置用于将多束初级射线束聚焦在试样表面各个位置；收集装置，用于收集由初级射线束入射到试样表面而产生的多束带电粒子的次级射线束；转换装置，用于将所收集的次级射线束的至少之一转换成光束；以及检测装置，用于检测光束。
根据本发明的第三方面，提供了荧光物质在根据权利要求1的检查试样表面的方法中的应用，用于将所收集的次级粒子射线束转换成光束。
根据本发明的第四方面，提供了一种检测试样表面的方法，包括以下步骤：朝向试样表面方向产生多束初级射线束；将该多束初级射线束聚焦在试样表面上的各个位置；收集由初级射线束入射试样表面而产生的多束带电粒子的次级射线束；以及将所收集的次级射线束的至少之一直接转换成电信号。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于检查试样表面的装置，包括：至少一个发射器，配置用于朝向试样表面方向发射多束初级射线束；聚焦装置，配置用于将该多束初级射线束聚焦在试样表面各个位置；收集装置，用于收集由初级射线束入射试样表面而产生的多束带电粒子的次级射线束；以及转换装置，用于将所收集的次级射线束的至少之一直接转换成电信号。
根据本发明的第六方面，提供了一种检查试样表面的方法，包括以下步骤：
-朝向试样表面方向产生多束初级射线束；
-收集由一束或多束初级射线束入射到试样表面而产生的一束或多束带电粒子的次级射线束；
-将所收集的次级射线束的至少之一转换成光束；
-将该光束导向检测器；以及
-检测该光束。
根据本发明的第七方面，提供了一种用于检查试样表面的装置，包括：
-至少一个或多个发射器，配置用于朝向试样表面方向发射一束或多束初级射线束；
-收集装置，用于收集由一束或多束初级射线束入射到试样表面而产生的一束或多束带电粒子的次级射线束；
-转换装置，用于将所收集的次级射线束的至少之一转换成光束；
-导向装置，用于将所述光束导向检测装置；以及
-检测装置，用于检测所述光束。
根据本发明的第八方面，提供了一种荧光板，用于根据前述权利要求33～54中任一项所述的检查装置。
根据本发明的第九方面，提供了一种荧光板和导向装置，用于根据前述权利要求33～54中任一项所述的检查装置。
根据本发明的第十方面，提供了一种微通道板(MCP)的应用，该微通道板设置在试样表面和用于将初级射线束转换成具有信号的转换射线束的转换装置之间，这样的构造使得初级射线束被允许通过该微通道板，以增加在转换射线束中的信号。
根据本发明的其他有利的具体实施方式描述于所附的权利要求中。
附图说明
现在将参照附图，仅仅通过实施例，描述本发明的具体实施方式，其中
图1示出了根据本发明第一个具体实施方式的装置的示意图；
图2示出了根据本发明第二个具体实施方式的装置的示意图；
图3示出了根据本发明第三个具体实施方式的装置的示意图；
图4示出了根据本发明第四个具体实施方式的装置的示意图；
图5示出了根据本发明第五个具体实施方式的装置的示意图；
图6示出了根据本发明第六个具体实施方式的装置的示意图；
图7示出了根据本发明第七个具体实施方式的装置的示意图；
图8示出了根据本发明第八个具体实施方式的装置的示意图；
图9示出了根据本发明第九个具体实施方式的装置的示意图；
图10示出了根据本发明第十个具体实施方式的装置的示意图；
图11示出了根据本发明第十一个具体实施方式的装置的示意图；
图12示出了根据本发明第十二个具体实施方式的装置的示意图。
相同的标号表示相同的元件。
具体实施方式
附图仅仅是根据本发明的优选具体实施方式的示意图。在图中，用相同的标号表示相等或对应的部分。
图1示出了根据本发明第一具体实施方式的用于检查试样表面的装置1的示意图。检查装置1包括电子发射器2，其在使用中向放置在装置1的工作台(未示出)上的试样4的表面3方向发射多束初级射线束5。另外，检查装置1包括作为电子透镜系统(包括一串透镜6)配备的聚焦装置，用于将所述多束初级射线束5聚焦在试样表面3的各个位置7。在电子发射器2和试样表面3之间的多束初级射线束5的聚焦平面A之一中，设置了包含荧光物质的片状薄板8。该薄板8包括缝隙9，以使初级射线束5可以通过。通过将薄板8定位在聚焦平面A之一中，所述缝隙的尺寸可以保持最小，这样会产生一个最大的表面，以将次级电子束转换成光束，如将在后面进行解释的。在可替换的具体实施方式中，薄板8被设置在聚焦平面A之下。这样，次级射线束的叠加就会进一步减少或避免。在另一具体实施方式中，薄板8被设置在聚焦平面A之上。这样，可获得更多的可利用空间，用于另外的射线束扫描或聚焦装置。
一旦初级射线束5入射到试样表面3的各个位置7上，就形成次级电子和背散射电子，则多束次级射线束10就从试样表面3产生。次级射线束10不在缝隙9中聚焦，不穿过缝隙9，而是撞击薄板8，其收集电子并将次级射线束10转换成光束11，该光束11通过光学透镜系统12聚焦在作为光检测器阵列13配备的检测装置上。在一种具体实施方式中，光束使用光学检测器加以检测。另外，所述转换包括将在某一平面所收集的至少一束次级射线束转换成光束。该光束通过自由空间在所述光学检测器所处的平面上成像。另外，所述光束可以与至少一束初级射线束相交(相干，traverse)。
通过转换在光检测器阵列13处检测的信号，就可以表明位置7处的试样表面3的信息。在制造芯片期间或制造步骤完成之后，检测装置1可以用作一种检查工具。通过调整初级射线束5聚焦的位置7，所述检查装置就可以完全或部分地扫描试样表面3。通过例如移动试样4和/或重新定位初级射线束5就可以完成位置7的调整。
聚焦装置的透镜6可以以微透镜来实现，包括导孔板(conducting aperture plate)。这些可以利用标准的微加工制造技术加以制造。然而，聚焦装置也可以包括由电磁线圈所产生的磁场。
优选地，在试样表面3和薄板8之间产生静电场，以加速次级射线束10中的电子和避免不同次级射线束之间的干涉或串扰。
通过适当选择光学透镜系统12的焦点平面，光束12的初始光束宽度D1不同于设置光检测器13位置的光束尺寸D2。例如，光束12的初始光束宽度D1可以比在设置光检测器13位置的光束尺寸D2小，由此提高了光束检测的质量和/或放宽了对于光检测器13的系统要求。可替换地，初始光束直径可以比设置光检测器位置的射线束直径大。作为可替换方案，光束12可以通过光导如光纤进行导向，由此节省了空间并放宽了对光检测器13的定位要求。当然，也有可能将光学透镜系统与光纤结构组合起来。光检测器13的阵列包括CCD照相机。然而，在一可替换的具体实施方式中，检测装置可以以另一种方式工作，例如在有或没有有源像素传感器的情况下，通过使用CMOS成像芯片来执行。检测装置也可以包括与光电倍增管组合或没有与其组合的光电二极管。
在一优选具体实施方式中，在初级射线束之间提供了最小距离，因为已发现，由于次级射线束10的射线束宽度，次级射线束10的干涉导致信息丢失。换句话说，根据本发明的具体实施方式，次级射线束是彼此独立地进行检测的，即在次级射线束之间没有发生任何实质上的重叠。
除了使用荧光物质外，片状薄板8也可以含有其他磷光材料，或任何具有将入射电子束转换成光束的性质的物质，如闪烁材料，例如晶状闪烁体如YAG、YAP、NaI等，或塑料闪烁体，或荧光涂料或透明基质(如玻璃)上的层。除了使用荧光物质将次级射线束10转换成光束11之外，还有可能利用电致变色薄膜，即暴露于电子束辐射下改变光学性质的薄膜，或驱动LED或激光的检流器。在前者的情况下，通过电致变色薄膜上的电子束强度的差异测定对比度，信号仍然可以通过在薄膜上朝向光检测器13反射的强光源加以检测。在这种模式下，对于每一个入射产生的背散射或次级射线束10的次级电子的较少光子数量的问题就得以解决。电致变色薄膜已知用于整合入射光调制的智能窗中。可以用于LCD类显示器的耐久装置属于其他的可能装置。
除了将薄板8定位在焦点平面A之一外，还有可能将薄板8定位靠近于试样表面，以减少或进一步避免次级射线束10的重叠。应该注意到，具有荧光物质的薄板8集成了收集次级射线束10和将次级射线束10转换成光束11的功能。作为一个实例，薄板8包括支撑荧光涂层的玻璃板。然而，例如通过提供用于改进接收单次级射线束性能的辅助结构，有可能独立地实现上面提及的功能。作为一个实例，这可以通过薄板8上的条带来实现，这种条带对于次级射线束10是不透明的，并向试样表面延伸，以便分离和收集相邻次级射线束10的电子。另外，通过在缝隙9之间设置小电极或者通过在这些缝隙之间特意设置电绝缘部件，可以增大次级射线束10的收集角度，降低串扰。利用这样的配置，给绝缘部件充电，产生的场起到电子通道作用，迫使背散射电子射向最近的荧光位置。
如果该结构是一薄板，用于初级射线束5的缝隙9可以是钻孔或蚀刻的。该薄板优选具有足够厚度，以使其具有足够的机械刚度。虽然这在缝隙9的最小直径而由此构成的“检测器间隔”之上具有反弹，但是已发现，所述薄板的刚性可以通过使用分段板加以改进，这种分段板相对较薄，并可以嵌入用于额外支撑的栅格。作为可替换方式，薄板8可以具有其他结构，例如，其可以被构造成曲面。例如，所述薄板可以是玻璃材料，或具有荧光层的玻璃或荧光物质。
如图1所示，检查装置包括照射缝隙阵列14的单电子发射器，由此发射多束原(初级)电子束。可替换的结构可以通过提供电子发射器的阵列来构成。
在一个具体实施方式中，提供了一种微通道板(MCP)60。微通道板60可以置于样品4和转换装置8如荧光屏之间。以这样的方式构造的微通道板60，使得初级射线束5能通过，以便在转换成光束11之前增加次级射线束10中的电流。微通道板也可以提供到图2～12所示的具体实施方式中。尤其是，微通道薄板可以在图4所示的具体实施方式中提供，在这种情况下，提供的微通道板60用于在转换成电信号之前增加次级射线束10中的电流。
图2示出了根据本发明第二具体实施方式的检查装置的示意图。检测装置1包括发射多束初级电子束5的一列电子发射器2，该多束初级电子束5通过基本均匀的磁场进行聚焦。多束初级射线束5通过含有荧光物质的片状薄板8中的缝隙9传播。次级电子束10被收集并转换成光束11，其沿电子发射器2阵列的方向传播，并相交穿过设置在发射器2之上的光学透明层15。另外，光束11通过光学透镜系统12被聚焦在检测装置如CCD照相机上。检测装置也可以包括其他CCD传感器和/或CMOS有源像素传感器、和/或光电二极管阵列。
图3示出了根据本发明第三具体实施方式的检查装置的示意图。检测装置1包括朝向试样表面3的方向发射多束初级光子束5a的发射器(未示出)。光学透镜系统6a将初级光束5a聚焦在试样表面3的位置7上。与根据本发明前述具体实施方式相反，初级射线束5a相对较宽。一旦初级射线束5a发生入射，由相对较宽的初级射线束5a撞击的表面就发射出含有该表面空间信息的次级光诱导电子束10a，该电子束10a就穿过布置在光学透镜系统6a中心的电子透镜16。此外，如先前的具体实施方式那样收集次级电子束10a，并转换成光束，随后通过光检测器(未示出)进行检测。通过处理和成像所检测光束的空间分布而获得与试样表面3相关的信息，因为所述光束包含相对较宽的位置7的表面结构的空间信息。
图4示出了根据本发明第四具体实施方式的检查装置的示意图。在检查装置1中，多束初级射线束5的发射过程以及透镜系统与参照图1所描述的过程和透镜系统是相同的。然而，除了片状薄板8之外，微电机系统(MEMS)17也能够设置在发射器和试样表面3之间。MEMS 17包括散布有缝隙9的二极管18阵列，以使初级电子束5可以透过。次级电子束10通过二极管18检测。设置二极管18的每一个检测区19优选装备有电极20，以增加静电聚焦的收集角度。这些电极20也起到阻止背散射射线束之间的串扰接近检测区19。另外，还存在用于嵌入电子设备的空间，以实施某些“即时检测器”算法数据处理。例如，对称放置的二极管18的加和减，分别给出代数运算和拓扑信息；这些操作可以在MEMS 17上完成。对于向数据传输至外围仪器，MEMS可以有利地与CCD-栅格类阵列一起执行，以使数百万个数量级的二极管可以被分别读取。
在参照图4所描述的具体实施方式中，检测光束的步骤是在由多束初级射线束相交的体积内的某个位置来完成的，因为MEMS17上的二极管18可能将次级射线束转换成光束，随后检测该光束。在这种过程中，在样品4的表面3附近进行检测，由此提高了检查装置1的计量检测的质量。就本质上而言，该装置的设计可以因省去在封闭由多束初级射线束相交的空间外部的检测仪器而被简化。然而，应该注意到，也有可能将所收集的次级射线束直接转换成电信号而不产生光信号。具体而言，检查试样表面的方法可以包括以下步骤：朝向试样表面方向产生多束初级射线束；将这些多束初级射线束聚焦在试样表面上的各个位置；收集由初级射线束入射试样表面而产生的多束带电粒子的次级射线束；以及将所收集的次级射线束的至少之一直接转换成电信号。
如上所述，使用平行电子束显微镜的高生产能力、高分辨率的半导体检查利用了转换装置8，例如荧光板8，其一方面适于允许一束或多束初级射线束5通过，而另一方面，当从所检查的样品3发射的次级电子束10入射时就产生光子11。从荧光板8发射的光子11用光学系统12进行收集，并用光子检测系统13进行检测。荧光板优选对于每一入射电子能发射出许多光子，而且，优选具有短的荧光衰变时间。优选的材料(包括YAP闪烁体)满足这些标准。然而，已发现这样的材料发射光子到半球体中。另外还发现，用于使所发射的光子在光子检测系统上成像的光学系统12并未有效地收集全部发射立体角，因为包括用于发射所述一束或多束初级射线束的发射器的电子光学系统挡住了大部分的立体角。因此，本发明的进一步目的是增加对于由检测装置13所检测的每个入射电子所产生的光子数。既然如此，已发现，对于检查工具的信噪比性能，有必要收集来自光子检测系统之上的转换装置例如荧光板的每个入射电子所产生的绝大多数光子。然而，由于荧光板较低的通常产量，所以对光子收集系统12的要求会由于光椎之外的可收集光子的损失而变得难以处理。因此，本发明的进一步目的是提高到达所述检测装置的光子比例。该目的尤其通过本发明的第六至第九个方面加以解决。通过提供一种用于将光束导向检测装置的导向装置，提高了到达检测装置的光子比例，因此，提高了信噪比。另外，该目的可以通过如此导向光输出以使光子发射锥体不再被电子光学遮掩或者遮掩降低到更小的程度而加以解决。着手解决该目的的本发明的特定具体实施方式参照图5～12进行说明和描述。
图5示出了根据本发明第五具体实施方式的装置的示意图。图5示出了转换装置8，例如，如上面所描述的含有荧光材料的荧光板类的结构。在图5～12所示出的具体实施方式中，导向装置22通过转换装置8将光输出导向预定的方向。具体而言，导向装置可以被布置以改变光束11传播的预定模式中的方向。在图5至图9所示的具体实施方式中，导向装置22被集成到转换装置中。可替换地，导向装置22可以与转换装置分开地提供，如图10至图12中所描述的具体实施方式所示。
在图5中，荧光物质8提供有孔24，以使一束或多束初级射线束5可以通过。导向装置22包括一个或多个空腔。这些空腔相对很小。这些空腔可以具有形成于荧光物质中的反射壁。每一个空腔提供了一个相对较小的开口26。所述开口被设计尺寸，以使光束从空腔射出通过该开口26。光从所述开口射出。尽管光子仍可以以各种可能的角度从空腔22穿出，但是它们将仅从所述小开口出来。
图6示出了根据本发明第六个具体实施方式的装置的示意图。已发现，提供光束通过其从空腔22出来的开口26可以容许在所述空腔上设置光学微透镜阵列28。因此，导向装置22、28还可以包括设置在荧光物质8上的包含多个微透镜的微透镜阵列28。微透镜阵列28提供有孔30，以使一束或多束初级射线束5可以穿过。微透镜阵列28被布置以使微透镜放大空腔22中的孔26。例如，所述微透镜大致相对于空腔排列。这样，光束11从其发射出的空腔22的开度角(opening angle)32有限。因此，以这种方式，从空腔22发射出的全部光可以直接被导向到光学系统12上，该光学系统12包括例如透镜，其进一步将光束11聚焦到检测装置13上，如参照图1所描述的那样。即使不存在带有小开口的反射空腔，微透镜阵列28也可以用于降低开度角同时保持相同数量的光。
图7示出了根据本发明第七具体实施方式的装置的示意图。作为可替换方案，或者除了微透镜阵列28外，在图7中所描述的另外的第七具体实施方式中，导向装置可以另外包括一个或多个包括包含相对较小开口36的凹面镜34。在一种具体实施方式中，镜34是球面镜。镜34分别被设置在一个或多个空腔22上方。这样，光束11的开度角32由镜34的开口36所确定。配置该镜以使光反射回到镜和荧光物质8之间的体积内。这样，光仅可以通过由球面镜内的开口所确定的指定开度角内离开转换装置8。开口越小，开度角就越小。随着开度角减小，获得光束11方向性的增加。
图8示出了根据本发明第八具体实施方式的装置的示意图。在第八具体实施方式中，用于引导来自荧光物质的光输出的导向装置使用了等离子体耦合闪烁术(plasmon coupled scintillation)。在该具体实施方式中，金属膜38被沉积在一层荧光物质8上。具体而言，金属膜38确定光束11从转换装置8射出的发射角40。光束11射出的角40由由于金属层的厚度而耦合的光子所确定。优选地，该金属膜非常薄，例如在30nm范围内，并被沉积在一薄层荧光物质(例如在200nm范围内)上。已发现，这种构造将使发射光的角密度产生一个非常尖的峰，该光线的发射角度可以通过金属膜的厚度变化而加以控制。这样，可以将极大部分的光从转换装置直接定向到透镜12上，如图1和图6所示。
图9示出了根据本发明第九具体实施方式的装置的示意图。在第九个具体实施方式中，导向装置22、42、44被布置以在圆形发射锥体46内引导光束。在第九个具体实施方式中，导向装置包括锥形空腔42。锥形空腔42优选具有形成于荧光物质8的高反射性壁43。另外，在锥形空腔中，提供了延伸进空腔42的截锥形反射突起(反射突，reflective protrusion)44。突起44可以设置有开口45，以使初级射线束5通过。这样，光线将在圆形发射锥中射出，以使用于发射一束或多束初级射线束的电子发射器2(包括电光系统)不会遮掩光束11传播的光路。
在第十至第十二个具体实施方式中，导向装置48、50、52、54、56被设置在离转换装置8较远的位置。具体而言，导向装置48、50、52、54、56被设置在转换装置8和检测装置13之间的位置。在所示出的具体实施方式中，导向装置包括多个镜子。然而，导向装置可以包括棱镜、透镜和其他用于改变光束11传播的方向的装置。图10示出了根据本发明第十具体实施方式的装置的示意图。在第十个具体实施方式中，导向装置48包括曲面凹面镜，用于将光束11导向检测系统13。在所示的具体实施方式中，凹面镜48被设置在转换装置上方。另外，在凹面镜48中提供了一个或多个开口49，以使一束或多束初级射线束5可以通过。所述镜子被置于相对靠近转换装置8的位置。这样，镜子几乎反射在适当方向上的所有光，以使电子发射器2(包括电光系统)不会遮掩光路。导向装置可以另外包括凸副镜50，其将由凹面镜48反射的光反射至检测装置13。凹面镜48和凸副镜50构成施瓦兹希尔德(Schwarzschild)光学系统。
图11示出了根据本发明第十一个具体实施方式的装置的示意图。在第十一个具体实施方式中，导向装置包括镜52。在所示的具体实施方式中，镜52是平面的。该镜设置有一个或多个开口53，以容许一束或多束初级射线束5穿过。镜52将来自转化装置8的光输出导向检测装置13。
图12示出了根据本发明第十二个具体实施方式的装置的示意图。在第十二个具体实施方式中，导向装置54、56设置在用于发射一束或多束初级射线束5的发射器2的周围。所述镜子54、56优选是柱面镜。这样，尽管发射器2可能部分遮掩射线束，但是锥面的其余绝大部分仍有效地被导向检测装置。
图5至图12所示的具体实施方式中，示出了一束初级射线束5。如图1所示，例如，在图5至图12所示的具体实施方式中，也可以存在多束初级射线束。由图5至图12所示的具体实施方式可以看出，提供的导向装置增加了检查装置的设计灵活性，因为检查装置可以根据具体的导向装置而可以设置在各种位置。例如，在所示的具体实施方式中，如图12，提供设置在发射器2周围的镜54、56，则检测装置就可以设置在发射器2之后。另外，导向装置可以根据检测装置的类型和几何尺寸加以选择。这样，就增加了该装置的设计自由度。
本发明并不限于本文所描述的具体实施方式。应该理解，许多变形都是可能的。在所描述的方法和装置中，初级电子束以这种方式被布置使得多束初级射线束以大致平行的方向传播，从而避免了初级射线束的相互作用，并将每一束初级射线束都聚焦到试样表面的单一位置上。然而，也可以使多束初级射线束发生倾斜，以使两束或多束初级射线束聚焦到单一位置上，例如，以增强所检查样品的特定特性。
其他变形也被认为落入如所附权利要求所述的本发明范围。

Claims (25)

1.检查试样表面的方法，包括以下步骤：
朝向所述试样表面方向产生多束初级射线束；
将所述多束初级射线束聚焦在所述试样表面上的各个位置；
收集由所述初级射线束入射到所述试样表面而产生的多束次级射线束；
将收集的所述次级射线束的至少之一转换成光束；以及检测所述光束，
其中，所述检测步骤包括用光学检测器检测所述光束，并且所述转换步骤包括将在一个平面收集的所述次级射线束的至少之一转换成所述光束，所述光束通过自由空间被成像，其中所述光束在所述光学检测器所处的平面上与所述初级射线束的至少之一相交。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将收集的所述次级射线束转换成所述光束的步骤是借助于荧光物质来实现的。
3.根据权利要求2所述的方法，包括将所述荧光物质设置在所述多束初级射线束的发射器和所述试样表面之间，其中将所述荧光物质加以布置以使所述初级射线束通过。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测所述光束的步骤是在封闭所述多束初级射线束相交的空间的体积外部的检测区内完成的。
5.根据权利要求1所述的方法，包括将所述光束聚焦在所述检测区域中的检测系统上的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述光束的初始光束直径不同于设置所述检测系统的位置处的光束直径。
7.根据前述权利要求1中任一项所述的方法，其中，所述检测所述光束的步骤是在由所述多束初级射线束相交的体积内的位置处完成的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述检测所述光束的步骤是通过微电机系统来完成的。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，将收集的所述次级射线束转换成所述光束的步骤是借助于至少一种电致变色材料，或驱动发光二极管或激光器的一个或多个检流器来完成的。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述检测所述光束的步骤是通过设置为将所述光束导向光学检测器的光波导管来完成的。
11.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述初级射线束是相对于所述次级射线束的宽度更宽的射线束，并且所述次级射线束包括被所述相对较宽的初级射线束轰击的表面的空间信息。
12.用于检查试样表面的装置，包括
至少一个发射器，配置用于朝向所述试样表面方向发射多束初级射线束；
聚焦装置，配置用于将所述多束初级射线束聚焦在所述试样表面的各个位置；
收集装置，用于收集由所述初级射线束入射到所述试样表面而产生的多束带电粒子的次级射线束；
转换装置，用于将所收集的所述次级射线束的至少之一转换成光束；以及
检测装置，用于检测所述光束，
其中，所述检测装置包括用于检测所述光束的光学检测器，并且所述转换装置被设置用来将在一个平面所收集的所述次级射线束的至少之一转换成所述光束，所述光束通过自由空间被成像，其中所述光束与所述初级射线束的至少之一在所述光学检测器所处的平面上相交。
13.根据前述权利要求12所述的装置，其中，所述转换装置包含荧光物质。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述荧光物质设置在屏幕上。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述荧光屏被设置在至少一个发射器和所述试样表面之间，并且如此构造以使所述初级射线束可以通过。
16.根据前述权利要求12中任一项所述的装置，其中，所述收集装置和所述转换装置是集成的。
17.根据前述权利要求12～16中任一项所述的装置，其中，所述检测装置位于在封闭所述多束初级射线束相交的空间的体积的外部。
18.根据前述权利要求12～16中任一项所述的装置，进一步包括用于将所述光束聚焦至所述检测装置的光学聚焦装置。
19.根据前述权利要求12～16中任一项所述的装置，进一步包括用于在由所述多束初级射线束相交的体积内的位置处检测所述光束的微电机系统。
20.根据前述权利要求12～16中任一项所述的装置，其中，在所述初级射线束之间提供了最小距离，使得避免所述次级射线束之间的任何实质性重叠。
21.根据前述权利要求12～16中任一项所述的装置，其中，所述初级射线束是相对于所述次级射线束的宽度更宽的射线束，并且所述次级射线束包括被所述相对较宽的初级射线束轰击的表面的空间信息。
22.荧光物质在根据权利要求1所述的检查试样表面的方法用于将所收集的次级粒子射线束转换成所述光束的应用。
23.根据权利要求22所述的荧光物质的应用，其中，所述荧光物质被配置在片状薄板中。
24.根据前述权利要求22～23中任一项所述的荧光物质的应用，其中，荧光屏被设置在至少一个发射器和所述试样表面之间，如此构造以使所述初级射线束可以通过。
25.根据前述权利要求12～17中任一项所述的装置，进一步包括设置在所述样品和转换装置之间的微通道板，所述微通道板如此被构造，使得所述初级射线束可以通过，从而在转换成光束或电信号之前增加所述次级射线束中的电流。
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