CN110133032B - 二次电子探测器、带电粒子光学成像设备及探测方法 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种二次电子探测器、包含该二次电子探测器的带电粒子光学成像设备及探测方法。二次电子探测器，自二次电子探测器所形成的探测区对称中心径向向外形成至少三个相互隔离的圆环探测区，以通过所述圆环探测区接收自样品表面出射的二次电子。通过本申请所揭示的二次电子探测器及带电粒子光学成像设备，提高了对样品基于对二次电子探测所形成的检测图像表征样品本征形貌的准确度，克服了样品表面颗粒、凸起和边缘等特征处所导致的图形失真的缺陷，并具有不同方位角的二次电子的探测效果。

Description

二次电子探测器、带电粒子光学成像设备及探测方法

技术领域

本发明涉及扫描电镜技术领域，尤其涉及一种用于探测二次电子的二次电子探测器、基于该二次电子探测器的一种带电粒子光学成像设备，以及一种使用二次电子探测器对带电粒子探测的探测方法。

背景技术

扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)，或简称“扫描电镜”是利用二次电子信号成像以观察样品的表面形貌的带电粒子光学设备。扫描电镜是介于透射电镜(TEM)与光学显微镜之间用于微观形貌观察的带电粒子光学设备。

如图1所示，扫描电镜的电子源101(配合参图4所示)发射的高能电子束106垂直向下射出并贯穿二次电子探测器108a中心所设置的中心孔401以轰击样品105的表面。样品105表面所激发的二次电子束107的出射方向和数量分布遵从以下物理规律：轴向出射角度(即出射方向和高能电子束106入射方向之间的夹角，也即球坐标系中的天顶角)越大的二次电子束通常会到达离二次电子探测器108a中心越远的位置(径向向外的方向)。二次电子束201的出射角θ₁大于二次电子束202的出射角为θ₂，经过汇聚透镜103的汇聚作用后二次电子束201到达比二次电子束202到达离二次电子探测器108a的中心更远的位置。

参图2所示，二次电子302、303、305、306的出射方向和数量同时也会受到样品105表面具体形貌的影响。样品105的表面304形状往往会具备凸起301、凹陷或者颗粒(未示出)等非平面的表面形貌，从凸起301的内部发出的二次电子中，大出射角的二次电子由于出射路径较短，对最终拥有大出射角的二次电子的数量贡献较多。从样品105的表面304所形成的凸起301内部激发的大角度二次电子302和二次电子303可以从凸起301的侧面发射出来，而从样品105的平面304内部激发的大角度二次电子305和二次电子306则由于出射路径过长而衰减，无法发射出样品x的表面304，从而极大地影响了对样品105的表面的扫描观测。样品表面的颗粒、凸起和边缘等特征处由于其出射二次电子的数量相对于平面较多，在图像上通常会形成局部高亮度、高对比度的特征；同时也会由于出射的二次电子和入射的电子束106电子数量的不平衡，形成局部电势突变的电荷效应，造成不能真实反映样品表面本征形貌的局部图像或亮度失真。这些因素都可能造成被二次电子探测器108a所捕获后所形成的图像形成局部高亮度、高对比度或者图像失真等缺陷，影响对样本本征形貌的观测效果。由于凸起、凹陷、边缘等非平面的表面形貌会产生较多呈大出射角的二次电子束，因此，如果能有效区分不同出射角度的二次电子束，就能够通过现有技术中成熟的信号放大和模数转换等技术手段，调整大出射角度的二次电子束对成像信号的贡献，以抑制样品105的表面所形成的颗粒、凸起和边缘等特征处由于二次电子发射过多所导致的图像失真、高亮度、高对比度等图像缺陷，从而提高对样品真实形貌的观测效果，尤其是提高对样品表面微观形貌的观测效果。

同时，参图3所示，现有技术中的二次电子探测器108a通常形成一个连续布置并呈圆环形的探测区402，探测区402通过引线403连接信号放大电路、模数转化电路。由于受到探测区402构型的限制，会导致该二次电子探测器108a无法区分二次电子的出射角度的大小，从而无法避免样品表面的颗粒、凸起和边缘等特征处的图像失真、高亮度、高对比度等图像缺陷，导致扫描电镜检测样品所获得的图像的观测效果不够理想。

有鉴于此，有必要对现有技术中的扫描电镜中用于接收二次电子的二次电子探测器予以改进，以解决上述诸多技术问题。

发明内容

本发明的目的之一在于揭示一种二次电子探测器，用以克服因样品表面颗粒、凸起和边缘等特征处所导致的图形失真的缺陷，并实现对不同出射角度二次电子实施有效地探测，提高对样品的检测效果；同时，本发明还揭示了一种带电粒子光学成像设备，并揭示一种使用二次电子探测器对带电粒子探测的探测方法。

为实现上述第一个发明目的，本发明首先提供了一种二次电子探测器，

自二次电子探测器所形成的探测区对称中心径向向外形成至少三个相互隔离的圆环探测区，以通过所述圆环探测区接收自样品表面出射的二次电子。

作为本发明的进一步改进，所述圆环探测区对不同出射角度的二次电子分别探测。

作为本发明的进一步改进，自所述探测区对称中心径向向外形成至少三个相互隔离且宽度相等的圆环探测区。

作为本发明的进一步改进，至少三个相互隔离的圆环探测区按方位角被径向划分为至少两个隔离并呈扇形的第一子探测区。

作为本发明的进一步改进，所述圆环探测区被划分为至少两个环形等分并隔离的第一子探测区。

作为本发明的进一步改进，所述探测区对称中心外设若干相互隔离的圆环探测区，并从对称中心形成至少一个圆环探测区，将余下的圆环探测区沿径向向外形成按方位角被径向划分为至少两个隔离并呈扇形的第二子探测区，所述圆环探测区与第二子探测区之间均呈隔离状态。

作为本发明的进一步改进，多个相互隔离的圆环探测区的宽度自探测区对称中心径向向外逐渐递减。

作为本发明的进一步改进，多个圆环探测区的面积相等。

为实现上述第二个发明目的，本发明还揭示了一种带电粒子光学成像设备，包括：用于产生带电粒子束的发射源，第一汇聚透镜，如上述任一项发明所述的二次电子探测器，偏转器及第二汇聚透镜；

其中，

样品受入射的带电粒子束轰击所产生的二次电子在第二汇聚透镜所产生的磁场的引导下，到达二次电子探测器的表面，以被二次电子探测器所捕获。

同时，本发明还揭示了一种带电粒子光学成像设备，包括：用于产生带电粒子束的发射源，第一汇聚透镜，如任一项发明所述的二次电子探测器，偏转器、二次电子角度偏转器及第二汇聚透镜；

其中，

所述发射源与二次电子探测器形成旁轴设置；

样品受入射的带电粒子束轰击所产生的二次电子在第二汇聚透镜所产生的磁场的引导和二次电子角度偏转器的作用下，到达二次电子探测器的表面，以被二次电子探测器所捕获。

本申请还揭示了一种使用二次电子探测器对带电粒子探测的探测方法，所述探测方法基于如上述任一项发明所述的二次电子探测器实现，所述探测方法包括：

二次电子探测器所形成的圆环探测区或者第一子探测区或者第二子探测区基于接收二次电子形成独立的若干子电流信号；

对若干子电流信号分别赋予权重系数；

根据基于二次电子所形成的图像对权重系数予以调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

首先，通过在二次电子探测器表面形成至少两个相互隔离的圆环探测区，使得每一个圆环探测区能够形成对不同出射角度的二次电子分别探测的效果，进而通过调整大出射角度二次电子在总电流信号中的权重，具备了克服因样品表面颗粒、凸起和边缘等特征处所导致的图形失真的缺陷的能力，从而提高所获得图像的清晰度；

其次，通过在二次电子探测器表面形成多个相互隔离的圆环探测区按方位角被径向划分为至少两个隔离并呈扇形的第一子探测区，还实现了对待检测对象表面所出射的具有不同方位角的二次电子进行分别探测的能力；

同时，在本发明中通过多个相互隔离的圆环探测区的宽度自二次电子探测器所形成的探测区对称中心径向向外逐渐递减的技术方案，使得每个圆环探测区的探测面积相等，从而对大出射角二次电子的探测区域按出射角度进行了更加细致的划分，提高了在总电流信号中对大角度电子信号进行分区调节的精度，从而具备了进一步提高对样品检测所获得图像的清晰度的能力；

最后，本发明所揭示的使用二次电子探测器对带电粒子探测的探测方法中，可根据通过基于二次电子探测器所形成的图像中的失真程度，对每个子探测区权重系数予以调整，以增加或者减少一个或者多个子探测区所形成的子电流信号在总电流信号中的占比，从而消除圆环探测区或者第一子探测区或者第二子探测区于图像中所形成的缺陷，并能够对样品表面所出射的不同轴向出射角度或者不同方位角的二次电子实现分区探测。

附图说明

图1为样品受到入射的主电子束轰击后所形成的不同出射角度的二次电子被二次电子探测器所捕获的示意图；

图2为样品表面形成凸起的局部与呈平面的局部分别受到入射的主电子束轰击后所形成的不同出射角度的二次电子的示意图；

图3为现有技术中的二次电子探测器的示意图；

图4为本发明一种带电粒子光学成像设备的结构示意图；

图5为本发明一种二次电子探测器在实施例一中的示意图；

图6为本发明一种二次电子探测器在实施例二中的示意图；

图7为本发明一种二次电子探测器在实施例三中的示意图；

图8为本发明一种二次电子探测器在实施例四中的示意图；

图9为本发明一种二次电子探测器在实施例五中的示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

在详细阐述本发明各个实施例之前，对各个实施例所提及术语予以界定及解释。在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

术语“内部”是指从样品105的表面304向样品105的内部方向所形成的区域。术语“样品”是指待检测对象，其包括但不限于半导体器件、晶圆、COMS、CCD、功能性材料、活体检材、昆虫等待检测对象。术语“径向向外”是指沿二次电子探测器所形成的探测区对称中心半径增加的方向。术语“径向向内”与“径向向外”是互为相反的方向。术语“探测区对称中心”是指二次电子探测器用于接收二次电子有效探测区域的轴对称中心。在本申请各个实施例中，二次电子探测器可为圆形，也可以正方形或者其他规则的多边形，当二次电子探测器为圆形时，“探测区对称中心”与“中心孔401”作为等同方案予以理解。

尤其需要说明的是，在本申请各个实施例中，术语“径向”或者术语“径向方向”是指沿二次电子探测器的中心孔401所形成的圆心或者探测区对称中心的半径或者轴对称方向所形成的方向。术语“环形等分”是指沿呈隔离状态的圆环探测区的弧长方向均匀地切分。

接下来，申请人通过以下若干实施例对本申请的具体实现过程予以范例性说明。

实施例一：

结合图5并参考图4所示，本实施例揭示了一种二次电子探测器。该二次电子探测器用于接收因入射带电粒子束轰击样品105的表面所产生的二次电子(SecondaryElectrons,SE)，而不需要接收背散射电子(Back Scattered Electron,BSE)，并通过与该二次电子探测器连接的信号放大电路、模数转化电路，在显示装置上呈现出样品105表面所具有的微观形貌。

基于该二次电子探测器所装配形成的扫描电子显微镜(SEM)对物理样品表面，微米级、纳米级的半导体器件、光集成器件、微波器件、量子器件等微电子器件或者细胞组织等被观测的样品的表面形貌可以进行有效观测并形成清晰的电镜图像；或者，基于该二次电子探测器所装备的聚焦离子束显微镜(FIB)可以实现IC线路修补和布局验证、透射电子显微镜(TEM)试片制作、组件故障观察与分析、生产线流程异常分析、IC流程监控等。

在本申请各实施例中，“二次电子束”由“二次电子”组成，彼此在技术含义上作等同理解。二次电子束中的二次电子是在入射的带电粒子束106(例如高能电子束或者高能离子束)作用下被轰击出来并离开样品105表面的样品原子的核外电子。二次电子一般都是在样品105的表层5～10nm深度范围内发射出来的。由于二次电子对样品105的表面形貌十分敏感，因此能非常有效地显示样品105的表面形貌。因此，对二次电子执行有效捕获对最终通过二次电子还原样品105的表面形貌具有关键性意义。

本实施例以高能电子束为范例，对该二次电子探测器予以示范性阐述。

参图5所示，二次电子探测器108呈圆形，且其中心形成供入射带电粒子束106贯穿的中心孔401，并且自该中心孔401径向向外形成至少三个相互隔离的圆环探测区，以通过所述圆环探测区接收自样品105表面出射的二次电子。尤其的，在本实施例中，自中心孔401径向向外形成至少三个相互隔离且宽度相等的圆环探测区，并具体为自中心孔401径向向外形成五个相互隔离且宽度相等的圆环探测区，即圆环探测区501、圆环探测区502、圆环探测区503、圆环探测区504和圆环探测区505。当然，本申请中并不限于将该二次电子探测器108划分为五个圆环探测区。五个圆环探测区沿径向延伸方向的宽度相等。

具体的，该二次电子探测器108可以选自PN或PIN节型半导体探测器，也可以选自MCP(Micro-Channel Plate)探测器、ET(Everhart-Thornley)光电倍增型探测器。

结合图4所示，在本实施例中，上述圆环探测区501、圆环探测区502、圆环探测区503、圆环探测区504和圆环探测区505彼此之间相互隔离，并能够独立接收自样品105的表层所产生的二次电子，并形成独立的子电流信号。二次电子穿过位于样品105上方的汇聚透镜103后，被二次电子探测器108所接收。上述五个圆环探测区各自独立形成一个信号通道，并分别吸收二次电子并转化为独立的子电流信号。子电流信号经过放大、模数转换处理后，最终转换为电压值并与颜色灰度值对应进而形成与样品105表面形貌对应的电镜图像。

该二次电子探测器108在接收二次电子时所形成的总电流信号I＝i₅₀₁+i₅₀₂+i₅₀₃+i₅₀₄+i₅₀₅，并可进一步的在上述公式中为各个圆环探测区因接收二次电子所形成的不同子电流信号增加权重系数，以调整不同出射角度的二次电子在总电流信号I中的贡献值，即总电流信号I＝k₁i₅₀₁+k₂i₅₀₂+k₃i₅₀₃+k₄i₅₀₄+k₅i₅₀₅，其中，k₁、k₂、k₃、k₄、k₅分别对应圆环探测区501、圆环探测区502、圆环探测区503、圆环探测区504和圆环探测区505在总电流信号I中的所分别赋予的权重系数。当需要调整不同轴向出射角度的二次电子对总电流信号I的占比时，可通过调整k₁、k₂、k₃、k₄、k₅予以实现。

当样品105的表面因凸起、颗粒、边缘等非平面的局部器件形貌导致局部或者某个区域内的电镜图像出现失真、高对比度亮点时，可通过调整上述权重系数k₁、k₂、k₃、k₄、k₅，并按照半径从大到小的顺序，依次减少其中一个或者多个圆环检测区对总电流信号I的贡献值，直至最终获得电镜图像清晰且无亮点、无失真(即“图像缺陷”)为止。

需要说明的是，对权重系数k₁、k₂、k₃、k₄、k₅予以调整的依据是：根据最终基于总电流信号I所形成的检测图像中的图像缺陷的具体情况与圆环探测区501、圆环探测区502、圆环探测区503、圆环探测区504和圆环探测区505的对应情况，对权重系数k₁、k₂、k₃、k₄、k₅予以调整。

在本实施例中，由于形成了多个同心圆布置的多个圆环探测区，从而使得该二次电子探测器108能够分区地捕获自样品105的表层所激发的相对于入射带电粒子束106所在轴向形成不同出射角度的二次电子，并通过调节不同圆环探测区对总二次电子信号电流的贡献，解决了因样品表面颗粒、凸起和边缘等特征处所导致的图形失真的缺陷，并提高了电镜图像的清晰度。

实施例二：

配合参照图6所示出的本发明一种二次电子探测器的另一种变形实施例。本实施例与实施例一的主要区别在于，在本实施例所揭示的二次电子探测器中圆环探测区按方位角被径向划分为至少两个隔离并呈扇形的第一子探测区，并进一步具体为，圆环探测区被划分为至少两个环形等分并隔离的第一子探测区。

该二次电子探测器按方位角隔离划分成了数块第一子探测区，即第一子探测区601、第一子探测区602、第一子探测区603和第一子探测区604。本领域技术人员可合理预测到，也可将将该二次电子探测器按照方位角划分为两个、三个、五个或者数量更多的第一子探测区。多个第一子探测区既可以如图6所示形成环形等分并隔离的多个第一子探测区，也可以划分形成多个不等分隔离或者间隔等分隔离的多个第一子探测区。

本实施例中的术语“不等分”或者“间隔等分”是沿圆周方向而言。如图6所示，每一个第一子探测区由圆形或直线隔离线划分出来的区域均为一路独立的信号通道。例如，在图6中，第一子探测区601被进一步隔离形成相互隔离的扇环探测区651、扇环探测区641、扇环探测区631、扇环探测区621及扇环探测区611。扇环探测区651、扇环探测区641、扇环探测区631、扇环探测区621及扇环探测区611均形成独立的信号通道，并共同表征第一子探测区601在接收二次电子所形成的子电流信号。

在本实施例中，各个第一子探测区在接收到二次电子后形成独立的子电流信号，并预先赋予为1的权重系数，以共同组成类似于实施例一中的总电流信号I。尤其的是，在本实施例中，上述扇环探测区651、扇环探测区641、扇环探测区631、扇环探测区621及扇环探测区611在接收到二次电子时，能够基于二次电子探测器108半径的大小将第一子探测区601所形成的子电流信号进一步划分为五个子子电流信号。五个子子电流信号共同组成第一子探测区601所形成的子电流信号；同时可对上述五个子子电流信号也可执行赋予权重系数的操作，并且能够根据该二次电子探测器108对样品105所出射的二次电子通过信号放大和模数转换处理所形成的电镜图像中所存在的成像缺陷的具体情况，对子子电流信号预先赋予的权重系数进行调整，并且也可对第一子探测区601所形成的子电流信号(即扇环探测区651、扇环探测区641、扇环探测区631、扇环探测区621及扇环探测区611所分别形成的子子电流信号所叠加形成的子电流信号)预先赋予的权重系数进行调整。第一子探测区601所形成子电流信号、第一子探测区602所形成子电流信号、第一子探测区603所形成子电流信号与第一子探测区604所形成子电流信号共同组成该二次电子探测器108的总电流信号I。

通过本实施所揭示的二次电子探测器108可通过四个第一子探测区以及在每个第一子探测区中所形成的多个扇环探测区，独立地接收二次电子，并通过信号放大和模数转换，从而不仅可以实现如实施例一所揭示的二次电子探测器实现分区探测不同轴向出射角度的二次电子的技术效果，也可以同时实现分区探测不同方位角范围的二次电子。而不同方位角范围的二次电子所形成的电流信号在独立成像后，可以形成从不同方位角侧视的图像观察视觉效果，在实际运用中进一步提高了对样品105表面形貌的观察识别能力。

本实施例所揭示的二次电子探测器与实施例一中相同的技术方案，参实施例一所示，在此不再赘述。

实施例三：

配合参照图7所示出的本发明一种二次电子探测器的另一种变形实施例。本实施例与实施例一和/或实施例二所示出的二次电子探测器的主要区别在于，在本实施例中，中心孔401外设若干相互隔离的圆环探测区，并在圆环探测区的径向向外形成按方位角被径向划分为至少两个隔离并呈扇形的第二子探测区。圆环探测区沿径向向外形成按方位角被径向划分形成的第二子探测区的数量可为两个、三个、五个或者其他任意数量。

尤其需要说明的是，图7仅仅是本实施例所揭示的一种二次探测器的一种范例性方案。作为其他合理的变形，还可将该二次电子探测器中所划分的一个或者多个圆环探测区按方位角径向划分为至少两个不等分隔离或者等分隔离的多个第一子探测区；进一步的，也可在相邻两个圆环探测区中按方位角径向划分成数量不等的多个扇环探测区；又进一步的，还可在相互间隔两个圆环探测区中按方位角径向划分成数量不等或者数量相等的多个扇环探测区，此时相互间隔两个圆环探测区之间可形成一个或者多个圆环探测区。具体的，中心孔401外设一个圆环探测区701，并在该圆环探测区701的径向向外的方向上形成按方位角被径向划分为四个隔离并呈扇形的第二子探测区711、第二子探测区712、第二子探测区713及第二子探测区714。第二子探测区711、第二子探测区712、第二子探测区713及第二子探测区714在接收到二次电子后形成独立的子电流信号。圆环探测区701与第二子探测区711～714之间均呈隔离状态，并同样因接收到二次电子形成独立的子电流信号，并与第二子探测区711～714所形成子电流信号共同组成总电流信号I，并可采用实施例一和/或实施例二中技术方案，对子电流信号预先赋予不同的权重系数，并根据获得的电镜图像中所存在的图像缺陷对预先赋予的权重系数予以独立调节，以消除电镜图像中的各种图像缺陷。

同时，每个第二子探测区中均以实施例一相同或相似的发明思想，以等间距或者不等间距的形式进一步将该第二子探测区(例如第二子探测区711)进一步划分为相互隔离的扇环探测区721、扇环探测区731、扇环探测区741及扇环探测区751。扇环探测区721、扇环探测区731、扇环探测区741及扇环探测区751均形成独立的信号通道，并共同表征第二子探测区711在接收二次电子所形成的电流信号。优选地，多个相互隔离的圆环探测区的宽度相等，因此，沿径向延伸方向所布置的四个相互隔离的扇环探测区721、扇环探测区731、扇环探测区741及扇环探测区751的宽度相等。

本实施例所揭示的二次电子探测器与实施例一和/或实施例二中相同的技术方案，参实施例一和/或实施例二所示，在此不再赘述。

实施例四：

配合参照图8所示出的本发明一种二次电子探测器的另一种变形实施例。本实施例与实施例一至实施例三所示出的二次电子探测器，尤其是与实施例一所揭示的二次电子探测器相比，本实施例所揭示的二次电子探测器的主要区别在于，在本实施例所示出的二次电子探测器中的五个相互隔离的圆环探测区的宽度自中心孔401径向向外逐渐递减，从而形成圆环探测区805、圆环探测区804、圆环探测区803、圆环探测区802及圆环探测区801。当然，本实施例仅仅范例性的示出五个宽度不等的圆环探测区，例如也可以自中心孔401径向向外形成四个或者其他任意数量的圆环探测区。

进一步优选的，在本实施例中，多个圆环探测区的面积相等，即圆环探测区805、圆环探测区804、圆环探测区803、圆环探测区802及圆环探测区801均相等，从而对大出射角二次电子的探测区域按出射角度进行了更加细致的划分，提高了在总电流信号中对大角度电子信号进行分区调节的精度，以更进一步提高通过该二次电子探测器调整不同出射角的二次电子在总电流信号I中的权重的能力，并能够有效地防止对位于外侧的圆环探测区形成的子电流信号的过度矫正。

本实施例所揭示的二次电子探测器与实施例一至实施例三中相同的技术方案，参实施例一至实施例三所示，在此不再赘述。

实施例五：

本实施例还揭示了一种带电粒子光学成像设备，其包含实施例一至实施例四所示出的二次电子探测器，且本实施例与实施例一至实施例四所示出的二次电子探测器相比，其主要区别在于，在本实施例中，该二次电子探测器省略配置中心孔401。

配合参照图9和图4所示，在本实施例中，用于产生带电粒子束的发射源101与二次电子探测器108b形成旁轴(off-axis)设置，并在图9所示出的一种带电粒子光学成像设备中的二次电子探测器108b的下方配置二次电子角度偏转器(Wien filter)901，以通过该二次电子角度偏转器(Wien filter)，在不改变入射电子束106的轨迹的情况下可以向轴外偏转反射回来二次电子的轨迹，从而将样品105出射的二次电子束107引导到二次电子探测器108b的表面，以被二次电子探测器108b所捕获。

本实施例所揭示的二次电子探测器与实施例一至实施例四中相同的技术方案，参实施例一至实施例四所示，在此不再赘述。

实施例六：

配合参图4所示，本实施例揭示了一种带电粒子光学成像设备，该带电粒子光学成像设备基于检测入射带电粒子轰击样品105表面所形成的二次电子，以通过二次电子所形成的电流信号还原样品105的表面形貌。

在本实施例中，该带电粒子光学成像设备，由用于产生带电粒子束的发射源101，第一汇聚透镜102，如实施例一至实施例五中任一个实施例所述的二次电子探测器108，偏转器104及第二汇聚透镜103组成。样品105受入射的带电粒子束轰击所产生的二次电子在第二汇聚透镜103所产生的磁场的引导下，将样品105出射的二次电子束107汇聚到二次电子探测器108的表面，以被二次电子探测器108所捕获。本实施例所揭示的一种带电粒子光学成像设备仅需要一个二次电子探测器108即可实现对样品105的表面形貌进行观测。该带电粒子光学设备为扫描电子显微镜(SEM)或者聚焦离子束显微镜(FIB)。

本实施例中所揭示的二次电子探测器108可参上述实施例一至实施例五所示出的任意一个实施例所示，在此不再赘述。

实施例七：

本实施例揭示了一种依赖实施例一至实施例六所揭示的二次电子探测器或者一种带电粒子光学成像设备对样品表面的微观形态进行探测检测，并具体揭示了一种使用二次电子探测器对带电粒子探测的探测方法。

该探测方法使用高能入射带电粒子束轰击样品表面，将样品105浅表层所出射的二次电子通过二次电子探测器108予以捕获，并最终通过信号放大和模数转换等技术手段在显示装置上展现样品表面的微观形态。带电粒子光学成像设备可为扫描电子显微镜(SEM)，也可为聚焦离子束显微镜(FIB)。

扫描电子显微镜(SEM)或聚焦离子束显微镜(FIB)中对样品表面进行成像时，当需要调整不同轴向出射角度或者不同方位角的二次电子对总图像信号的贡献时，可通过调整不同半径的圆环信号在总电流信号I中的权重来实现(参实施例一所示)。同理，当需要调整不同方位角的二次电子对总图形信号的贡献时，可通过调整调整第一子探测区或者第二子探测区在总电流信号I中的权重来实现。

在本实施例中，该使用二次电子探测器108对带电粒子探测的探测方法，探测方法基于实施例一至实施例五中任意一种二次电子探测器108实现。

该探测方法具体为：

首先，通过二次电子探测器108所形成的圆环探测区(即上文所示出的圆环探测区501、圆环探测区502、圆环探测区503、圆环探测区504和圆环探测区505)或者第一子探测区(即上文所示出的第一子探测区601、第一子探测区602、第一子探测区603和第一子探测区604)或者第二子探测区(即上文所示出的第二子探测区711、第二子探测区712、第二子探测区713及第二子探测区714)基于接收二次电子形成独立的若干子电流信号。

然后，对若干子电流信号分别赋予权重系数。此时基于预先赋予权重系数的若干子电流信号对样品105通过信号放大和模数转换等技术手段获得样品105表面微观形态的电镜图像。

最后，根据基于二次电子所形成的图像对权重系数予以调整。结合实施例一所示，当需要减少或避免样品表面的颗粒、突起和边缘等特征处的局部图像失真时，可按半径从大到小的顺序，依次减去或削弱二次电子探测器中所划分形成的圆环探测区对总电流信号I的贡献，直至图像效果清晰、无明显亮点。

本实施例所揭示的使用二次电子探测器108对带电粒子探测的探测方法所依赖的二次电子探测器108或者带电粒子光学成像设备，参上述实施例所示，在此不再赘述。实施例二至实施例四所揭示的二次电子探测器也可采用类似技术方案对不同出射角度和/或不同方位角的二次电子所形成的子电流信号或者子子电流信号所预先赋值的权重系数予以独立调节，从而最终使得电镜图像中的所有区域清晰可见，以符合不同样品的检测要求。在申请各个实施例中，如无特殊说明所谓，则术语“隔离”是各个区域(例如第一子探测区601、扇环探测区731、圆环探测区802、扇环探测区651等)因接收二次电子所形成的电流信号互不干涉，并作为最终形成的总电流信号I的一部分，并可通过类似于实施例一中的技术方案，对上述相互“隔离”的各个区域因捕获二次电子所形成的电流信号的权重系数予以调整。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (13)

1.一种二次电子探测器，仅用于探测二次电子，其特征在于，

自二次电子探测器所形成的探测区对称中心径向向外形成至少三个相互隔离的圆环探测区，以通过所述圆环探测区接收自样品表面出射的二次电子，相互隔离的圆环探测区各自独立形成一个信号通道，并对所述圆环探测区接收二次电子所形成的子电流信号分别赋予权重系数，根据基于二次电子所形成的图像对权重系数予以调整。

2.根据权利要求1所述的二次电子探测器，其特征在于，所述圆环探测区对不同出射角度的二次电子分别探测。

3.根据权利要求1所述的二次电子探测器，其特征在于，自所述探测区对称中心径向向外形成至少三个相互隔离且宽度相等的圆环探测区。

4.根据权利要求1所述的二次电子探测器，其特征在于，至少三个相互隔离的圆环探测区按方位角被径向划分为至少两个隔离并呈扇形的第一子探测区。

5.根据权利要求4所述的二次电子探测器，其特征在于，所述至少三个相互隔离的圆环探测区按方位角被径向环形等分为至少两个相互隔离并呈扇形的第一子探测区。

6.根据权利要求1所述的二次电子探测器，其特征在于，所述探测区对称中心外设若干相互隔离的圆环探测区，并从对称中心形成至少一个圆环探测区，将余下的圆环探测区沿径向向外形成按方位角被径向划分为至少两个隔离并呈扇形的第二子探测区，所述圆环探测区与第二子探测区之间均呈隔离状态。

7.根据权利要求1、2、4或者5所述的二次电子探测器，其特征在于，多个相互隔离的圆环探测区的宽度自探测区对称中心径向向外逐渐递减。

8.根据权利要求7所述的二次电子探测器，其特征在于，多个圆环探测区的面积相等。

9.一种带电粒子光学成像设备，其特征在于，包括：用于产生带电粒子束的发射源，第一汇聚透镜，如权利要求1至8中任一项所述的二次电子探测器，偏转器及第二汇聚透镜；

其中，

样品受入射的带电粒子束轰击所产生的二次电子在第二汇聚透镜所产生的磁场的引导下，到达二次电子探测器的表面，以被二次电子探测器所捕获。

10.一种带电粒子光学成像设备，其特征在于，包括：用于产生带电粒子束的发射源，第一汇聚透镜，如权利要求1至8中任一项所述的二次电子探测器，偏转器、二次电子角度偏转器及第二汇聚透镜；

其中，

所述发射源与二次电子探测器形成旁轴设置；

样品受入射的带电粒子束轰击所产生的二次电子在第二汇聚透镜所产生的磁场的和二次电子角度偏转器的引导下，到达二次电子探测器的表面，以被二次电子探测器所捕获。

11.一种使用二次电子探测器对带电粒子探测的探测方法，其特征在于，所述探测方法基于如权利要求1至8中任一项所述的二次电子探测器实现，所述探测方法包括：

二次电子探测器所形成的圆环探测区基于接收二次电子形成独立的若干子电流信号；

对若干子电流信号分别赋予权重系数；

根据基于二次电子所形成的图像对权重系数予以调整。

12.一种使用二次电子探测器对带电粒子探测的探测方法，其特征在于，所述探测方法基于如权利要求4或者5所述的二次电子探测器实现，所述探测方法包括：

二次电子探测器所形成的第一子探测区基于接收二次电子形成独立的若干子电流信号；

对若干子电流信号分别赋予权重系数；

根据基于二次电子所形成的图像对权重系数予以调整。

13.一种使用二次电子探测器对带电粒子探测的探测方法，其特征在于，所述探测方法基于如权利要求6所述的二次电子探测器实现，所述探测方法包括：

二次电子探测器所形成的圆环探测区与第二子探测区基于接收二次电子形成独立的若干子电流信号；

对若干子电流信号分别赋予权重系数；

根据基于二次电子所形成的图像对权重系数予以调整。

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