CN104903710A - 检测样品表面的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测样品的装置和方法。装置包括用于产生初级带电粒子束(33)的发生器，以及具有光轴(38)的带电粒子光学系统。光学系统包括用于将全部初级束(33)聚焦成中间平面内的光斑的第一阵列的第一透镜系统(37，310)，以及用于将全部初级束(33)聚焦成样品表面(315)上的光斑的第二阵列的第二透镜系统(313，314)。装置包括位于中间平面内或者其附近的位置敏感背散射带电粒子探测器(311)。第二透镜系统包括对全部带电粒子束是公共的电磁的或者静电的透镜。优选地，第二透镜系统包括用于围绕光轴(38)旋转初级束(33)的阵列的磁透镜，用于在一个角度相对于第一阵列定位带电粒子光斑的第二阵列。

Description

检测样品表面的装置和方法

背景技术

本发明涉及一种用于检测样品表面的装置和方法。特别地，本发明涉及一种使用多个带电的粒子束检测样品表面的装置，例如多波束扫描电子显微镜。本发明可用于任何类型的带电粒子，如电子、正电子、离子和其它粒子。

本发明涉及一种用于探测背散射带电粒子，如电子的装置。这些背散射的带电粒子具有与初级带电粒子几乎相同的能量。通常假设这些带电粒子再次出来之前，在样品内损失多达几百电子伏的能量。这些背散射的带电粒子的角分布明显大于初级带电粒子束的角分布。那些靠近相应的初级带电粒子束的轴运动的背散射带电粒子将通过带电粒子光学系统，沿着非常类似初级带电粒子的路径行进回来，并且它们将被聚焦在与初级带电粒子束大致相同的平面。

这样的装置例如公开在美国专利7,732,762中。该美国专利公开了一种电子显微镜，包括电子发射器，用于发射朝向样本表面的多个初级电子束。该装置包括用于将电子束聚焦到位于电子发射器和样本表面之间的中间平面上的分离的光斑(spot)的第一阵列的第一透镜系统。该装置进一步包括第二透镜系统，用于将初级电子束从中间平面导向至样本表面，并且用于将所有的初级电子束聚焦到样本表面上个别的点的第二阵列。特别地，该第二透镜系统包括级联透镜，更特别地包括微透镜阵列，所述微透镜阵列包括用于每个单独的电子束的单独的微透镜。

在中间平面，设置有包括荧光材料的薄的片状板。该薄板包括孔，从而初级电子束被允许通过。该板收集背散射电子，并且将收集的电子转换为光子。光子至少部分地通过光学透镜系统被导向至光探测器阵列。

该系统的一个缺点是，由于针对每个电子束使用一个物镜微透镜，样本表面上单独的点之间的距离相对比较大。因此已知的系统很少适合用于探测小的样品。

本发明的目的是提供一种用于探测样品表面的多带电粒子束装置，其为探测背散射电子提供新的探测布置。

发明内容

根据第一方面，本发明提供了一种用于检测样品表面的装置，其中该装置包括用于产生初级带电粒子束的阵列的多束带电粒子发生器，和具有光轴的带电粒子光学系统，包括：

第一透镜系统，用于将初级带电粒子束聚焦成中间平面上分离的点的第一阵列，以及

第二透镜系统，用于将初级带电粒子束从中间平面导向至样品的表面，并且其包括电磁的或者静电的物镜，其至少对于初级带电粒子束来说是公共的，用于将全部初级带电粒子束聚焦成样品表面上单独的点的第二阵列，

其中该装置包括位于中间平面中或者其附近的对位置敏感的背散射带电粒子探测器，其中所述探测器包括一个或者多个通孔，用于使所述初级带电粒子束通过，并且其中所述第二透镜系统布置成将背散射带电粒子从样品表面上单独的点的第二阵列投射至探测器上背散射带电粒子点的阵列。

采用至少对初级带电粒子束来说是公共的单个物镜，由于采用共同的透镜用于将所有的初级带电粒子束聚焦成样品表面上个体的点组成的第二阵列，样品表面上个体的点可布置成互相非常接近。这使得本发明的多束装置更适合用于探测较小的样品，例如，具有1mm²甚至更小的表面积的样品。

值得注意的是，在该申请的说明书中，样品的表面包围样品的顶层，其中顶层包括正好位于样品的边界平面之下的材料。

还应该注意的是，在该申请的上下文中，用于使初级带电粒子束通过的一个或者多个通孔，可包括一个或者多个位于探测器中的孔，并且还可以包括临近探测器的开口。

优选地，初级束在其上为最小的中间平面与背散射带电粒子所聚焦的平面接近，探测器优选布置在该平面。

在一个实施例中，一个或多个通孔包括孔的阵列，其中孔的阵列中每个孔布置成用于使所述初级带电粒子束阵列中的一个从其通过。在一个实施例中，孔的阵列中的孔的直径基本上小于孔之间的间距。由于探测器布置为至少基本上位于初级带电粒子束所聚焦的中间平面内或者其附近，初级带电粒子束充分地穿过探测器内的小孔，从而探测器内有足够的表面面积以允许有效探测。

然而，根据本发明，在样品表面上彼此更加接近地布置各个点，使得分离和区分来自样品表面不同的点的背散射带电粒子变得更加困难。例如，如US7,732,762中公开的装置所示出的，背散射电子在荧光材料板上聚焦的初级束的位置或者其周围成像。在该装置中，一部分背散射电子通过荧光材料板上的孔，并且没有被探测到。在现有技术的装置中，只有不聚焦在与初级束相同的点并且在荧光材料板上形成模糊的斑点的背散射电子才能被探测。

一方面，该进一步的问题可通过一个实施例解决，其中第二透镜系统布置成从中间平面到样品表面，以0.01至0.2的范围的放大倍数成像分离的点的第一阵列。这样，探测器上相邻的点之间的距离就比样品表面上相邻点放大至100倍。

另一方面，该进一步的问题可通过本发明的一个实施例解决，其中第二透镜系统包括一个或者多个磁透镜，其布置成从所述中间平面朝向样品的方向，在其通路上围绕光轴旋转初级带电粒子束的阵列，从而在围绕光轴大于0度并且优选小于180度的角度相对于第一阵列定位第二阵列。在一个实施例中，一个或者多个磁透镜布置成以围绕光轴大于0度并且优选小于360度的角度相对于第一阵列旋转背散射的带电粒子点阵列。值得注意的是，也可能结合后两个实施例。

通过使用磁透镜，第二阵列的位置以0到180度之间的一个角度，相对于第一阵列旋转。背散射带电粒子，其优选也穿过相同的磁透镜，同样以基本上相同的0到180度之间的一个角度相对于第二阵列旋转。值得注意的是，背散射带电粒子的旋转是与初级带电粒子束的旋转相同的旋转方向。在中间平面处的位置敏感探测器上的背散射带电粒子的点阵列因此相对于第一阵列以大于0度并且小于360度的一个角度，围绕光轴旋转。该旋转提供了背散射带电粒子的点阵列之间相对于初级束的分离的点的第一阵列在中间平面或者其附近的空间分离，这允许布置背散射带电粒子的点的阵列至这样的位置，它们至少可基本上从第一阵列的位置偏离。因此通过仔细地选择旋转，背散射带电粒子在中间平面内或者其附近的探测，至少基本上不影响初级带电粒子束的通过。在根据本发明的装置中，同样，至少基本上聚焦在中间平面内的背散射带电粒子可以被探测。

与US7,732,762中的装置相反，本发明的装置中的第二透镜系统和/或探测器的位置可被这样布置，从而至少基本上减少背散射带电粒子的点的模糊，或者将背散射带电粒子聚焦在小的点上，这样增强本发明中检测布置的分辨率。

在一个实施例中，第二透镜系统布置成将背散射带电粒子从样品表面上单独的点，通过背散射带电粒子的共同的交叉点，投射到位置敏感的背散射带电粒子探测器上基本上单独的点上。在一个实施例中，孔布置在包括背散射带电粒子的共同交叉点的平面中或者附近。位于样品和探测器之间的这样的背散射束限制孔限制背散射带电粒子的接受角度，可用于影响背散射粒子在探测器上的图像的对比度。孔还可用于控制和限制背散射粒子在探测器上的光斑的大小。在一个实施例中，所述孔包括开口部分以允许特定角度方向的背散射带电粒子通过，同时还阻隔其它角度方向的粒子。

在一个实施例中，一个或者多个磁透镜布置成用于围绕光轴，以基本上180度的角度相对于第一阵列旋转背散射带电粒子的光斑阵列。在一个实施例中，探测器包括一个用于使所述初级带电粒子束通过的通孔。优选地，这样的通孔布置成靠近探测器或者探测器的敏感表面。

在一个实施例中，位置敏感背散射带电粒子探测器针对每个背散射带电粒子束包括多于一个的像素。当使用具有比背散射光斑多得多的像素的位置敏感背散射带电粒子探测器时，通过读取探测器的像素获得背散射信号。不需要预先确定探测器平面内背散射光斑将要结束的位置。

在一个实施例中，位置敏感背散射带电粒子探测器是直接从背散射带电粒子获得信号的CCD相机、CMOS相机、雪崩光电二极管阵列、光电倍增管或者PN结半导体探测器。

在一个实施例中，位置敏感的背散射带电粒子探测器包括至少基本上布置在中间平面内或者其附近的荧光屏，以及用于将来自荧光屏的光子传送至CCD相机、CMOS相机、雪崩光电二极管阵列或者光电倍增管的光学布置。

在一个实施例中，CCD相机、CMOS相机、雪崩光电二极管阵列或者光电倍增管定位成探测器像素的阵列与单独的背散射束的图像阵列一致。

在一个实施例中，样品表面上分离的光斑的第二阵列中的点之间的间距在0.3至30微米之间。

在一个实施例中，第二透镜系统包括用于扫描样品上方的初级带电粒子的磁的和/或静电的带电粒子偏转器。在一个实施例中，磁的和/或静电的带电粒子偏转器布置成和/或可控地用于获得扫描过程中背散射带电粒子光斑阵列在检测器上基本上固定的位置。磁偏转器在带电粒子从样品移动至探测器的过程中使带电粒子在途中以相对的方向朝向样品偏转。后者引起在扫描初级束的过程中背散射电子的光斑在探测器上的移动。相反，静电偏转器将带电粒子束偏转至一个独立于粒子方向的方向。因此，采用静电偏转器似乎可以保证探测器上光斑没有移动。但是，通过磁透镜实现的图像的旋转可能仍然导致移动。同时使用磁的和静电的偏转器的双系统给出足够的可调节参数，在操作过程中可选择设置，从而保证在扫描过程中探测器上稳定的光斑位置。

在一个实施例中，第二透镜系统布置成通过公共的交叉点投射初级带电粒子束，并且其中该装置还包括位置敏感的次级电子探测器，定位在至少基本上位于包括所述公共的交叉点的平面内或者其附近。如荷兰专利申请2009053中仔细讨论的那样，该实施例提供一种探测系统，其中次级电子也可以被探测。该实施例利用次级电子和初级带电电子之间的能量差，例如在SEM中，初级电子的能量通常为1keV至30keV，而次级电子的能量通常为0eV至50eV。该能量差的结果就是第二透镜系统为初级带电粒子实施与次级电子不同的操作。一方面，第二透镜系统布置成将全部的初级带电粒子束聚焦成样品表面上单独的光斑的阵列。另一方面，相同的透镜系统用于将次级电子束导向共同的交叉点的平面。由于次级电子具有比初级带电粒子小得多的能量，透镜系统布置成将次级电子扩展到基本上包围共同的交叉点的区域内。因此，在包括所述共同的交叉点的平面内或者其附近，大多数次级电子束与初级带电粒子束是空间分离的，后者全部聚焦在共同的交叉点中。值得注意的是，背散射带电粒子同样至少基本上聚焦在共同的交叉点，并且因此与次级电子束空间分离。

通过将位置敏感次级电子探测器定位在至少基本上位于包括所述公共交叉点的平面内或者其附近，优选临近共同交叉点和/或包围共同交叉点，大部分的次级电子束可被探测，而不受初级带电粒子束或者背散射带电粒子的干扰。

因此，在根据本发明的装置中，并且特别是根据该实施例，采用布置在装置的带电光柱内的探测器，背散射带电粒子可被探测。另外，背散射带电粒子和次级电子都可分别地并且几乎同时地被探测。

根据第二方面，本发明提供了一种用于检测样品的表面的方法，包括如下步骤：

采用多束带电粒子发生器产生初级带电粒子束阵列；

采用第一透镜系统，将所述初级带电粒子束聚焦成中间平面内分离的光斑的第一阵列；

采用第二透镜系统，从所述中间平面将所述初级带电粒子束导向样品表面，并且采用至少对初级带电粒子束来说是公共的电磁的或者静电的物镜，将全部初级带电粒子束都聚焦成样品表面上单独的光斑的第二阵列；

采用所述第二透镜系统，从样品表面的单独的光斑的第二阵列将背散射带电粒子投射到中间平面上背散射带电粒子光斑的阵列；并且

采用位置敏感的背散射带电粒子探测器探测所述背散射带电粒子，所述探测器定位在中间平面内或者其附近，其中所述探测器包括一个或者多个用于使所述初级带电粒子束从其中通过的通孔。

在一个实施例中，第二透镜系统包括一个或者多个磁透镜，其被布置成使初级带电粒子束的阵列在其从所述中间平面到样品的途中，围绕光轴旋转，并且以大于0度，优选小于180度的一个角度，围绕光轴相对于第一阵列定位所述第二阵列。在一个实施例中，所述一个或者多个磁透镜布置成以一个大于0度并且优选小于360度的角度，围绕光轴相对于第一阵列旋转背散射带电粒子光斑的阵列。

在一个实施例中，所述一个或者多个磁透镜布置成以一个大约180度的角度，围绕光轴相对于第一阵列旋转背散射带电粒子光斑的阵列。在一个实施例中，探测器包括一个用于使所述初级带电粒子从其中通过的通孔。

在一个实施例中，所述第二透镜系统包括磁的和/或静电的带电粒子偏转器，以扫描样品上方的初级带电粒子。在一个实施例中，磁的和/或静电的带电粒子偏转器布置成和/或可控地在扫描过程中获得探测器上基本上固定的背散射带电粒子光斑的定位。

在一个实施例中，样品表面在第一方向以恒定的速度移动，同时初级带电粒子束重复地在第二方向被扫描，该第二方向基本上垂直于第一方向。这提供了采用扫描带电粒子束显微镜来研究样品的新方法：离线显微镜，其中完整的样品表面，例如超过一平方毫米的样品表面被扫描并且以纳米分辨率被成像，并且随后完整样品表面对于专家，例如生物学家，来说是可用于在计算机上而不是在显微镜后研究和/或检测图像。

根据第三方面，本发明提供了一种检测样品表面的装置，其中所述装置包括用于产生初级带电粒子束阵列的多束带电粒子发生器，以及具有光轴的带电粒子光学系统，该光学系统包括：

用于将初级带电粒子束聚焦成中间平面内分离的光斑的第一阵列的第一透镜系统；以及

用于将初级带电粒子束从中间平面导向样品表面，并且用于将全部初级带电粒子束聚焦成样品表面上单独的光斑的第二阵列的第二透镜系统，

其中所述装置包括位置敏感背散射带电粒子探测器，其至少基本上定位在中间平面内，或者其附近，并且其中所述第二透镜系统包括至少对初级带电粒子束来说是公共的电磁透镜，并且其被布置成围绕光轴旋转初级带电粒子束阵列，从而围绕光轴以大于0度并且小于180度的一个角度相对于第一阵列定位第二阵列。

在一个实施例中，第二透镜系统包括单个的物镜。在一个实施例中，该单个的物镜是电磁透镜，其被布置成围绕光轴旋转初级带电粒子束的阵列。在另外一个实施例中，该单个的物镜是位于电磁透镜和样品之间的另外的透镜。在该替换实施例中，单个的物镜包括电磁透镜或者静电透镜。

只要可能，说明书中记载和示出的各个方面以及特征可被分别地应用。这些分别的方面，特别是附加的从属权利要求中描述的方面和特征，可作为分案专利申请的主题。

附图说明

本发明将在附图中示出的优选实施例的基础上得到进一步的说明，附图中：

图1出了根据本发明的多束扫描电子显微镜(MBSEM)的示例；

图2示出了根据本发明的MBSEM的第二示例的部分光束路径；

图3示出了根据本发明的MBSEM的第三示例的部分光束路径；

图4示出了根据本发明的MBSEM的一个示例的在其中间平面处的光束路径的示意截面图；

图5示出了根据本发明的MBSEM的另外一个示例在其中间平面处的光束路径的示意截面图；

图6示出了根据本发明的多束扫描电子显微镜(MBSEM)的另一个示例。

具体实施方式

图1示出了本发明的多束扫描电子显微镜(MBSEM)的一个示例。

MBSEM 1包括用于产生初级带电粒子束3的阵列，在该示例中为初级电子束3的阵列，的多束带电粒子发生器2。多束电子发生器2包括至少一个用于产生发散的电子束5的电子源4。发散的电子束5通过孔径透镜阵列6被分成聚焦的初级电子束3的阵列。初级电子束3随后被导向样品15，以箭头P示出。

源4的多个图像被定位在加速器透镜7的对象基准面上。加速器透镜7将初级电子束3引导朝向光轴8，并且产生全部初级电子束3的第一公共交叉点9。

第一公共交叉点9由磁聚光透镜10成像在作为限流孔的可变孔16上。在可变孔16处，产生全部初级电子束3的第二公共交叉点。

MBSEM包括透镜系统13、14，用于将初级带电粒子束引导为从可变孔16处的公共交叉点朝着样品表面15，并且用于将全部初级带电粒子束3聚焦成样品表面15上的单独的点的阵列。透镜系统包括中间磁透镜13，用于将可变孔16成像到物镜14的慧形自由(coma free)平面，该物镜14在样品表面15上产生聚焦的初级电子束的阵列。

另外，MBSEM还提供有扫描线圈18，用于扫描样品表面15上的聚焦初级电子束的阵列。

在图1中示出的MBSEM中，至少有两个替换的位置，适于探测背散射带电粒子：

可以发现，第一个位置在中间磁透镜13和物镜14之间。在该情况下，中间的磁透镜13至少成为第一透镜系统的一部分，其将初级电子束3聚焦成中间平面中分离的点的第一阵列，在该中间平面布置有位置敏感背散射带电粒子探测器11，如图1所示。物镜14至少为第二透镜系统的一部分，其用于将初级电子束3从探测器11平面引导朝向样品15的表面，并且用于将全部初级带电粒子束3聚焦成单独的点的第二阵列。物镜14包括对初级电子束3来说是公共的电磁透镜，并且布置为围绕光轴8旋转初级电子束3的阵列，从而围绕光轴8，以大于0度并且小于180度的角度，相对于探测器11平面上的第一阵列在目标15上定位第二阵列，下文中将在讨论附图4和5时进行更详细的说明。

可以发现第二个位置位于孔径透镜阵列6和磁聚焦透镜10之间。在这种情况下，孔径透镜阵列6至少是第一透镜系统的一部分，其将初级电子束3聚焦成中间平面上分离的点的第一阵列，在该中间平面布置有位置敏感背散射带电粒子探测器12，如图1所示。磁聚焦透镜10至少是第二透镜系统的一部分，其用于将初级电子束3从探测器12平面引导朝向样品15的表面，并且用于将全部的初级带电粒子束3聚焦成单独的点的第二阵列。第二透镜系统包括对初级电子束3来说是公共的电磁透镜。磁聚焦透镜10，中间磁透镜13和物镜14中的一个或多个包括电磁透镜，其被布置为围绕光轴8旋转初级电子束3的阵列，从而围绕光轴8，以一个大于0度并且小于180度的角相对于探测器12平面上的第一阵列在目标15上定位第二阵列，这些将在下文中讨论附图4和5时进行更加详细的说明。

值得注意的是，为了探测背散射电子，探测器被布置在第一探测器11的位置，或者第二探测器12的位置。背散射电子探测器11、12布置成获取样品表面15上的每个单个的初级电子束光斑的各自背散射电子图像。这意味着，当样品表面15在该MBSEM 1中被扫描时，在一个单独的扫描周期内可同时获取多个图像。

图2示出了图1中相同的结构的示意性的并且简化的视图，特别是图2中示出的示例仅包括在可变孔216位置处的一个共同的交叉点，而不是图1中两个共同的交叉点。当仅采用一个共同的交叉点时，图1中示出的磁聚焦透镜10可被省略。

同样，在图2中示出的结构中，存在两个适于探测背散射带电粒子的位置：

可以发现第一个位置位于中间磁透镜213和物镜214之间。在这种情况下，中间磁透镜213至少是第一透镜系统的一部分，其用于将初级电子束23聚焦成中间平面内分离的点的第一阵列，这里设置有位置敏感背散射电子探测器211，如图2所示。物镜214至少是第二透镜系统的一部分，用于将初级电子束23从探测器211平面引导朝向样品215的表面，并且用于将全部初级带电粒子束23聚焦成单独的点的第二阵列。物镜214包括电磁透镜，其对于初级电子束23来说是公共的，并且布置成围绕光轴28旋转初级电子束23的阵列，从而围绕光轴28，以大于0度并且小于180度的角，相对于探测器211平面上的第一阵列在目标215上定位第二阵列，在下文中将在讨论附图4、5时进行详细说明。

值得注意的是，在物镜214中，可变孔217被设置为样品215和探测器211之间的背散射束限流孔。背散射束限流孔217限制背散射电子的接受角，并且用于影响背散射粒子在探测器211上的图像的对比度。孔217还可用于控制和限制背散射粒子在探测器211上的光斑的大小。

可替代地，位置敏感电子探测器212布置在中间磁透镜213上面的第二位置。在探测器212上面，布置有第一透镜系统(未示出)，其例如是与图1中示出的多电子束发生器2相同，其将初级电子束23聚焦成中间平面内的分离的点的第一阵列，这里布置有位置敏感背散射带电粒子探测器212，如图2所示。中间磁透镜213至少是第二透镜系统的一部分，用于将初级电子束23从探测器212平面引导朝向样品215的表面，并且用于将全部初级带电粒子束23聚焦成单独的点的第二阵列。第二透镜系统包括对于初级电子束23来说是公共的电磁透镜。中间磁透镜213以及物镜214中的一个或者多个包括电磁透镜，其被布置成围绕光轴28旋转初级电子束23的阵列，从而围绕光轴28，以大于0度并且小于180度的一个角度，相对于探测器212平面上的第一阵列在目标215上定位第二阵列，在下文中将在讨论附图4、5时进行详细说明。

图3示出了用于探测背散射电子的MBSEM内的光学结构的另一个示例。在该结构中，位置敏感背散射电子探测器311布置在准直透镜310和聚焦透镜313之间。加速器透镜37和准直透镜310至少是第一透镜系统的一部分，其将初级电子束33聚焦成设置有位置敏感背散射电子探测器311的中间平面内的分离的点的第一阵列，如图3所示。聚焦透镜313和物镜314至少为第二透镜系统的一部分，其将初级电子束33从探测器311平面导向至样品315的表面，并且用于将全部的初级带电粒子束33聚焦成单独的点的第二阵列。聚焦透镜313和物镜314中的一个或者多个包括对于初级电子束33来说是公共的电磁透镜，并且布置成围绕光轴38旋转初级电子束33的阵列，从而围绕光轴38，以大于0度并且小于180度的一个角度，相对于探测器311平面内的第一阵列在目标315上定位第二阵列，下文中将在讨论附图4、5时详细描述。在物镜314中，可变孔317设置为样品315和探测器311之间的背散射束限流孔。

当采用聚焦透镜313作为电磁透镜，用于围绕光轴38旋转初级电子束33的阵列，则物镜314还可以是静电透镜。值得注意的是，静电透镜不提供电子束围绕光轴38的旋转。

电子束3、13、33围绕光轴8、28、38旋转的效果演示在图4和5中。

图4示出了位置敏感背散射电子探测器411的示例的表面的示意图，其表面正对着样品。探测器411提供有用于让初级带电粒子束42在其从带电离子源2朝向样品表面15的途中，从其中通过的孔42的阵列。由于探测器411布置成至少基本上位于带电粒子束43聚焦的中间平面或者其附近，探测器411布置在初级带电电子束43最小的平面。因此探测器411上的孔42足够小从而有足够的表面积用于探测背散射带电粒子。孔42定位在带电粒子束43聚焦成分离的点的第一阵列的位置。

在探测器411和样品之间设置有电磁透镜，其对全部带电粒子束来说是公共的，并且布置成用于围绕光轴48旋转初级束的阵列，样品表面上单独的点的第二阵列的位置，以0度到180度之间的一个角度，相对于孔42旋转。背散射带电粒子，其同样穿过相同的电磁透镜，同样相对于第二阵列，以0度和180度之间的基本上相同的角度旋转。背散射带电粒子在位于中间平面上的位置敏感探测器411上的光斑44的阵列因此围绕光轴48，以大于0度并且小于360度的角度α，相对于初级带电粒子束43旋转。该旋转提供了背散射带电粒子的光斑44阵列相对于孔42的空间分离，从而允许布置背散射带电粒子的光斑44的阵列在这样的位置：它们至少基本上从初级束43偏离。当背散射带电粒子44撞击到探测器的表面，它们转换为可读出的信号，该数据传送至计算机用于存储和/或进一步的评价。

如图4中的示例所示，初级束43最小并且它们穿过孔42的平面靠近或者布置在背散射带电粒子同样聚焦成小的光斑44的平面。

位置敏感探测器411的表面被很多的像素覆盖，并且只要一个或者多个光斑44没有覆盖在一个或者多个孔42上，背散射带电粒子在探测器411上的光斑44就可被探测。当采用像素大大多于背散射光斑44的具有大量像素的位置敏感探测器411时，不需要预先确定背散射光斑44在探测器411上将要正好在哪里结束。

图5示出了位置敏感背散射电子探测器511的另一个示例的表面的示意图，其表面正对样品。该探测器511没有提供孔的阵列。替代地，探测器511布置成与光轴58靠近并且基本上覆盖带电粒子光学系统的光束通路的一半。另外一半没有探测器511的阻隔，用于让初级带电粒子束53在其从带电离子源2朝向样品表面15的途中通过。

另外，电磁透镜布置在探测器511和样品之间，其透镜对全部带电粒子束来说是公共的，并且其布置成围绕光轴58旋转初级束53的阵列。在该示例中，样品表面上单独的点的第二阵列以大约90度的角度围绕光轴58相对于初级束53旋转。背散射带电粒子，其同样穿过相同的电磁透镜，同样在相同的方向，以基本上相同的大约90度的角度，相对于第二阵列旋转。背散射带电粒子在中间平面上的位置敏感探测器511上的光斑54的阵列因此围绕光轴58，以大约180度的角度相对于初级带电粒子束53旋转。由于该旋转，背散射带电粒子的光斑54的阵列朝向探测器511的位置处的光束通路一侧移动。当背散射带电粒子54碰撞到探测器511的表面时，它们转换成可读出的信号，并且该数据被传送到计算机用于存储和/或进一步的评价。

在一个实施例中，位置敏感背散射带电粒子探测器411、511是CCD相机、CMOS相机、雪崩光电二极管阵列、光电倍增管或者PN结半导体探测器，其从背散射带电粒子直接得到信号。在另外一个实施例中，探测器411、511包括位于中间平面的荧光屏，以及用于从荧光屏传送光子至光子探测器的光学布置，例如CCD相机，如荷兰专利申请2009053中详细记载的那样，这里作为参考全文引用。

图6示出了与图1中示出的并且如上文所述的基本上相同的MBSEM，其中背散射电子探测器12位于孔径透镜阵列6和磁聚焦透镜10之间的位置。图6中示出的MBSEM进一步提供有位置敏感次级电子探测器17，位于至少基本上在包括共同交叉点的平面内或者其附近，在这种情况下直接地位于可变孔16下面。该次级电子探测器17布置成获取样品表面15上的每个单个的初级电子束光斑的单独的次级电子图像，并且背散射电子探测器12布置成获取样品表面15上的每个单个的初级电子束光斑的单独的背散射电子图像。这意味着，当在该MBSEM 1中扫描样品表面15的时候，可在单个的扫描周期内同时获得背散射电子和次级电子的多个图像。

综上所述，本发明涉及用于检测样品的装置和方法。装置包括用于产生初级带电粒子束的发生器，以及具有光轴的带电粒子光学系统。光学系统包括用于将全部的初级束聚焦成中间平面上的光斑的第一阵列的第一透镜系统，以及用于将全部的初级束聚焦成样品表面上的光斑的第二阵列的第二透镜系统。装置包括位置敏感背散射带电粒子探测器，其位于中间平面内或其附近。第二透镜系统包括对全部的带电粒子束来说是公共的电磁的或者静电的透镜。优选地，第二透镜系统包括用于围绕光轴旋转初级束的阵列的磁透镜，从而在一个角度相对于第一阵列定位第二阵列。

应当理解，上文的描述意欲示出优选的实施例的操作，并且不意味着限制本发明的范围。根据上面的记载，很多的变化对本领域技术人员来说是显而易见的，并且这些变化都包含在本发明的宗旨和范围内。

Claims (27)

1.一种用于探测样品表面的装置，其中该装置包括用于产生初级带电粒子束的多束带电粒子发生器，以及具有光轴的带电粒子光学系统，其包括：

第一透镜系统，用于将初级带电粒子束聚焦成中间平面中分离的光斑的第一阵列，以及

第二透镜系统，用于将初级带电粒子束从中间平面导向至样品的表面，并且其包括电磁的或者静电的物镜，其至少对于初级带电粒子束来说是公共的，用于将全部初级带电粒子束聚焦成样品表面上单独的光斑的第二阵列，

其中所述装置包括位于中间平面上或者其附近的位置敏感背散射带电粒子探测器，其中所述探测器包括一个或者多个通孔，用于使所述初级带电粒子束通过，并且其中所述第二透镜系统布置成将背散射带电粒子从样品表面上单独的光斑的第二阵列投射成所述探测器上的背散射带电粒子光斑的阵列。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或者多个通孔包括孔的阵列，该孔的阵列中的每个孔设置成使所述初级带电粒子束的阵列中的一个从其中穿过。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述孔的阵列中的孔的直径基本上小于所述孔之间的间距。

4.根据权利要求1、2或者3所述的装置，其中所述第二透镜系统包括一个或者多个磁透镜，其布置成在所述初级带电粒子束的阵列从所述中间平面至样品移动的途中，围绕光轴旋转所述初级带电粒子束的阵列，从而围绕光轴，以大于0度并且优选小于180度的一个角度，相对于所述第一阵列定位所述第二阵列。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述一个或者多个磁透镜布置成围绕光轴，以大于0度并且优选小于360度的一个角度，相对于所述第一阵列旋转所述背散射带电粒子光斑的阵列。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述一个或者多个磁透镜布置成围绕光轴，以基本上180度的角度，相对于所述第一阵列旋转所述背散射带电粒子光斑的阵列。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述探测器包括用于使所述初级带电粒子束从其中通过的一个通孔。

8.根据上述任一权利要求所述的装置，其中所述第二透镜系统布置成将所述背散射带电粒子从所述样品表面的单独的光斑，通过所述背散射带电粒子的共同的交叉点，投射为所述位置敏感背散射带电粒子探测器上的基本上单独的光斑。

9.根据权利要求8所述的装置，其中孔布置在包括所述背散射带电粒子的共同的交叉点的平面内或者其附近。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述孔包括允许特定角度方向的背散射带电粒子通过，同时阻止其它角度方向的开口区域。

11.根据上述任一权利要求所述的装置，其中所述位置敏感背散射带电粒子探测器针对每一个背散射带电粒子束，包含多于一个的像素。

12.根据上述任一权利要求所述的装置，其中所述位置敏感背散射带电粒子探测器是直接从背散射带电粒子获得信号的CCD相机、CMOS相机、雪崩光电二极管阵列、光电倍增管或者PN结半导体探测器。

13.根据权利要求1-10中任一权利要求所述的装置，其中所述位置敏感背散射带电粒子探测器包括布置为至少基本上位于中间平面或者其附近的荧光屏，以及用于将来自所述荧光屏的光子传送至CCD相机、CMOS相机、雪崩光电二极管阵列或者光电倍增管的光学布置。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述CCD相机、CMOS相机、雪崩光电二极管阵列或者光电倍增管这样定位，使得探测器像素的阵列与所述单独的背散射束的图像的阵列一致。

15.如上述任一权利要求所述的装置，其中所述第二透镜系统布置成将来自所述中间平面的分离的光斑的第一阵列以从0.01至0.2的放大倍率成像在所述样品的表面。

16.如上述任一权利要求所述的装置，其中所述样品表面的分离的光斑的第二阵列中光斑之间的间距为0.3至30微米。

17.如上述任一权利要求所述的装置，其中所述第二透镜系统布置成通过公共的交叉点投射所述初级带电粒子束，并且其中所述装置包括位置敏感次级电子探测器，其至少基本上定位于包括所述公共交叉点的平面内或者其附近。

18.如上述任一权利要求所述的装置，其中所述第二透镜系统包括磁的和/或者静电的带电粒子偏转器，用于在所述样品上扫描所述初级带电粒子。

19.根据权利要求18所述装置，其中所述磁的和/或静电的带电粒子偏转器布置成和/或可控地用于在扫描过程中获得所述背散射带电粒子光斑的阵列在探测器上基本上固定的定位。

20.一种用于检测样品的表面的方法，包括如下步骤：

采用多束带电粒子发生器产生初级带电粒子束阵列；

采用第一透镜系统，将所述初级带电粒子束聚焦成中间平面内分离的光斑的第一阵列；

采用第二透镜系统，从所述中间平面将所述初级带电粒子束朝着样品表面导向，并且采用至少对初级带电粒子束来说是公共的电磁的或者静电的物镜，将全部初级带电粒子束都聚焦成样品表面上单独的光斑的第二阵列；

采用所述第二透镜系统，从样品表面的单独的光斑的第二阵列将背散射带电粒子投射成中间平面上背散射带电粒子光斑的阵列；并且

采用所述位置敏感背散射带电粒子探测器探测所述背散射带电粒子，所述探测器定位在中间平面内或者其附近，其中所述探测器包括一个或者多个用于使所述初级带电粒子束从其中通过的通孔。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第二透镜系统包括一个或者多个磁透镜，其布置成在初级带电粒子束从所述中间平面朝向样品运动的途中围绕光轴旋转所述初级带电粒子束的阵列，并且围绕光轴，以大于0度并且优选小于180度的一个角度，相对于所述第一阵列定位所述第二阵列。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述一个或者多个磁透镜布置成围绕光轴，以大于0度并且优选小于360度的一个角度，相对于第一阵列旋转所述背散射带电粒子光斑的阵列。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述一个或者多个磁透镜布置成围绕光轴，以基本上为180度的一个角度，相对于第一阵列旋转所述背散射带电粒子光斑的阵列。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述探测器包括一个通孔，用于使所述初级带电粒子束从其中通过。

25.根据权利要求20至24中任一权利要求所述的方法，其中所述第二透镜系统包括磁的和/或静电的带电粒子偏转器，用于在所述样品上扫描所述初级带电粒子。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述磁的和/或静电的带电粒子偏转器布置成和/或可控地在扫描过程中获得所述背散射带电粒子光斑的阵列在所述探测器上的基本上固定的定位。

27.根据权利要求25或者26所述的方法，其中所述样品表面以恒定的速度在第一方向移动，同时所述初级带电粒子束重复地在第二方向扫描，该第二方向至少基本上与所述第一方向垂直。