TWI408720B - 帶電粒子偵測裝置、偵測方法以及掃描式電子顯微鏡 - Google Patents

Description

帶電粒子偵測裝置、偵測方法以及掃描式電子顯微鏡

本申請案於此參考美國專利申請號11/668846以及12/371182的揭露內容。

本發明有關於一種偵測裝置(detection devices)以及偵測方法，特別是有關於一種帶電粒子偵測裝置(charged particles detection devices)、偵測方法以及掃描式電子顯微鏡。

帶電粒子偵測裝置對於帶電粒子(離子及電子束)儀器，例如掃描式電子顯微鏡，是不可欠缺的一部分。在掃描式電子顯微鏡中(scanning electron microscope,S.E.M)，電子束由電子源射出並在試片表面聚焦成一微探針，並藉由偏折單元進行逐行掃描(in a raster fashion)，而在試片表面釋放的信號電子，包括二次電子(secondary electrons)以及背向散射電子(back scattered electrons)，由帶電粒子偵測裝置所收集，而其信號強度將轉換成對應位於試片表面電子探針位置之灰階影像像素。電子探針的掃描將形成一灰階對應以產生試片表面之影像。由於信號電子以二次電子為主，因此入射電子束的能量小於3 keV或更低的低電壓掃描式電子顯微鏡被認為在評估試片表面圖貌(topographic)上特別有效。二次電子源於淺層的試片表面，其產出率及軌跡受到表面圖貌的影 響，因此帶有表面圖貌的資訊。

一般最常用在掃描式電子顯微鏡中的偵測裝置為組合式閃爍光電倍增管(scintillator-photomultiplier tube)(例如Everhart-Thornley偵測裝置)，半導體式(semiconductor type)以及微通道板式(microchannel plate type，MCP)。閃爍光電倍增管(scintillator-photomultiplier tube)偵測裝置因具有高增益以及低雜訊之特點，故經常被使用在低電流電子束之高解析度掃描式電子顯微鏡中。再者，閃爍光電倍增管偵測裝置通常包括一前面塗佈光-閃光產生物質(light-generating scintillator)之光導棒(light guide rod)並與一光電倍增管結合成一單位部件。一般的配置是將一或多個上述單位部件置於最終聚焦物鏡(final focusing objective lens)之下環繞於入射電子束之衝擊點之周遭，藉由前方覆蓋帶有正偏壓之柵極吸引由試片射出之二次電子，如此形成一側向偵測方式。圖1是傳統掃描式電子顯微鏡之基本結構之示意圖。一側向偵測裝置108置入於物鏡103與試片104之間。近來，對於高解析度之低電壓掃描式電子顯微鏡需求的增加了，廣泛地使用浸潤型物鏡掃描式電子顯微鏡(S.E.M.with an immersion type of objective lens)的原因是它具有較小之電子光學像差且能夠提供較細微之電子探針。在一浸潤型物鏡掃描式電子顯微鏡中，試片將浸潤於物鏡的強大聚焦磁場之中，此外一靜電引力場(electrostatic extraction field)通常亦會疊加其上。雖然磁場的主要功能是聚焦入射電子束，但也會侷限二次電子的軌跡使其接近於中央光軸，並將那 些由靜電場從試片104拉出的電子，送入物鏡103的中央孔洞。在此情況下，側向偵測裝置108將接收不到任何二次電子，而必須使用透鏡內偵測裝置(in-lens detectors)。側向偵測裝置的優點是能夠偵測樣品的三維圖貌資訊而透鏡內偵測裝置的優點在於高偵測效率。而為了偵測更多樣品圖貌的資訊，本發明提出了一種透鏡內多通道偵測系統，在此系統中多接收通道將環繞對稱分布於入射電子束周圍，形成一在軸偵測系統(on-axis detection system)。

多通道偵測系統能在不傾斜試片的情況下強化試片表面圖貌的特徵。在此偵測系統中之偵測裝置被區隔為兩等份或四等份而每部分輸出之信號均對應分別處理及顯示。此概念常被應用在離透鏡偵測系統(off-lens detection system)上。如圖1所示，分塊的透鏡前羅賓森偵測裝置(Robinson detector)120，置於物鏡103之底面並面向試片104以接收主要是背向散射電子的訊號。羅賓森偵測裝置120的每一區塊均具有獨立接收通道以生成影像。來自羅賓森偵測裝置120各通道的信號將進行包括加成或減除之處理以提供試片104之包括圖貌及材料資訊等大量的訊息。

相較於離軸偵測裝置，在軸透鏡內偵測裝置(on-axis in-lens detector)有利於系統之解析度。離軸透鏡內偵測裝置需要一維恩濾波器(Wien filter電磁場偏向器)使二次電子彎離軸線並引導至偵測裝置。將二次電子彎離軸線會引發入射電子束的二級像差且降低系統之解析度。

環狀且對稱之多接收通道的安排可描述樣品表面的三維圖貌影像。如圖2所示，受到來自物鏡203之磁場聚焦的影響，二次電子205B自表面形貌208的側表面204L射出，通過光軸後撞擊到偵測裝置的半部206B，而另一道二次電子205A自側表面204R射出，通過光軸後撞擊到偵測裝置之另外半部206A。當這分從兩半的產生的兩信號相加處理時，如同在不分塊之偵測裝置一樣時，表面形貌208之兩邊緣在圖像中均表現為亮點(如線型圖2A所示)，雖有較多的二次電子205A或205B沿側牆區域射出，但仍難以分辨表面形貌208為突部或凹部。然而，若是來自各半的信號分別顯示時，由陰影的效果(shadow effect)，將導至表面形貌208有一邊較亮而另一邊較暗，如線型圖2B所示來自偵測裝置半部206A之訊號，而線型圖2C所示為來自偵測裝置另一半部206B之訊號。三維效果於是生成並使表面形貌208為一凸部。對如圖1所示之包夾於入射電子束兩側的雙通道偵測裝置來說，陰影的效果只能形成一個方向的明暗對比像，不能從雙通道偵測裝置得到形成代表樣品表面特徵意義的三維立體影像。

一種從未曾被製造或報導過的偵測裝置可克服這個問題，其配置組態係使用一透鏡內在軸環繞對稱分布(annular in-lens on-axis symmetrically distributed)之多接收通道偵測系統，例如透鏡內在軸多區塊接收通道之閃爍光電倍增管式、半導體式或微米板式(micro-plate type)等偵測裝置。

目前不論在軸之單偵測裝置或圍繞中央光軸配置之多重偵測裝置，常與一反射板107相連動，反射板107遭受 來自試片之二次電子與背向散射電子撞擊時也會產生自體之二次電子並被偵測裝置收集。這些結構配置如圖1所示，藉由以離軸方式配置之多重透鏡內偵測裝置106A與106B與反射板107配合，雙通道偵測裝置包夾光軸兩側，單一閃爍光電倍增管偵測裝置置於光軸上。對多重偵測裝置的配置來說這樣的組態算是複雜，且因每一偵測裝置間的空間間隔的關係，信號收集效率也只算是一般而已；對單一在軸偵測裝置而言，由於光導管非旋轉對稱的本質，很難收集到均一的信號。

因此，帶電粒子偵測裝置有創新設計的需要，使得高效率節省空間之區塊式多接收通道透鏡內在軸環繞偵測之組態或其等效裝置能夠配合閃爍光電倍增管、半導體或微米板等型式之偵測裝置實現。

本發明旨在提供一透鏡內在軸環繞對稱分佈之多接收通道偵測系統之設計。此偵測裝置可為閃爍光電倍增管，半導體式或微米板式，包含一個或多個成旋轉對稱組態配置的光導模組，來表示一使用區塊在軸偵測器之透鏡內在軸環繞對稱分佈之多接收通道偵測系統。

在依照本發明之帶電粒子偵測裝置之一示範實施例，四個光導模組以旋轉對稱之配置形成一單一組件，於中央光軸處形成一方形開口以讓入射之帶電粒子束通過。此組件面對試片的平面塗佈或耦合閃爍材料(Scintillator material)。除與光電倍增管模組之耦合面沒有塗鋁外，每 一光導模組皆塗佈鋁以利內部光反射及隔離鄰近兩光導模組之光線，讓自每一稜鏡收得之信號得以被單獨傳遞、放大及處理。

另一依照本發明之帶電粒子偵測裝置之實施例為一被加工的單一光導材料。從一側開始加工出一圓錐形狀而圓錐之尖端止於另一側，錐尖有一開口以便入射帶電粒子束通過。錐尖那一面塗佈或與閃爍材料耦合。光導塊之外部區域被加工出四個光導通道並與光電倍增管模組耦合。除了入光及出光面外，所有之光導部份均塗佈鋁以利內部光反射。

因此，本發明提供了一種偵測二次電子、背向散射電子或離子之帶電粒子偵測裝置。在此帶電粒子偵測裝置中，帶電粒子偵測組件包括多個偵測區塊，每一偵測區塊皆耦一合前置放大器用以放大偵測區塊之輸出信號。此外，每一偵測區塊含有一具有一帶電粒子接收處與一偵測信號產生處之帶電粒子偵測模組，當帶電粒子接收處被帶電粒子束轟擊時，此偵測信號產生處將會產生輸出信號；且多個帶電粒子偵測模組耦合成一環狀對稱配置，在中央對稱軸上有一開口。

本發明之一個或多個實施例的細節陳述於下述討論與配合圖式，本發明之其他特徵、目的、技術內可各實施例配合申請專利範圍而得知

在此闡明偵測裝置以及更為具體之帶電粒子偵測裝置。所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

依照本發明第一個實施例之帶電粒子偵測組件將參考圖3A至圖3J做詳細闡述。圖3A圖至圖3C分別為光導偵測組件300之斜上視圖、斜底視圖以及上視圖。如圖3A及3D所示，四個單獨的三角形稜鏡301以一偏心組態配置形成一在中央有一中央開口303之光導組件300，如圖3C所示。在組合之前，三角形稜鏡301之一側面304塗佈一閃爍材料(例如磷光材料P47)以形成一偵測表面。接著，除了一側面304之外所有三角形稜鏡301的側邊皆塗佈鋁或其他反射性材料以利內部反射以及隔離相鄰模組間之光線。接著四個稜鏡301配置成使得四側面304共平面而形成一平偵測面305如圖3B所示。此平偵測面305即為偵測組件之信號接收處，塗佈閃爍材料的區域即為偵測組件之信號產生處。如圖3C所示，三角形稜鏡301相對於中央開口303作少許的側邊偏移。自頂部觀察，光導偵測組件300為90度旋轉對稱但對於中央開口303之中央軸並非鏡像對稱。這樣的簡單的組態可以利用市面上可取得之稜鏡不需任何修改即可建構。例如，一般的直角稜鏡就可以用。當安裝至一帶電粒子儀器中，中央開口303將對準儀器之中央光軸以讓入射帶電粒子束通過。於本發明之一實施例中，三角形稜鏡301之側面304與側面306之間之夾角θ可介於 0至90度之間如圖3D所示。這裡要注意的是實施例以三角形稜鏡301作為光導之用，但並非限定使用三角形稜鏡作為光導。在考量光收集效率時，不同形狀及曲線之側面306皆可被應用。例如，側面306可被分為數個不同斜率之平面區塊。圖3E為一實施例之斜上視圖，顯示具有兩不同斜率之分段平面307及308之光導組件。此側面306可為下列的曲線形狀，例如圓形、拋物線形、球面或其他曲面或平面。圖3G為一實施例之傾斜上視圖，側面306為一圓形曲面。(其側視圖如圖3H所示)。如圖3I所示，光導區塊(三角形稜鏡301)之一側面302耦合至光電倍增管模組309以讓經光導管傳來之區塊光信號可個別進行轉換、放大及處理，此光電倍增管即為信號之預放大模組。採用此一具有4個相同且獨立之區塊之在軸環繞偵測裝置組態是容易了解的。因為在此實施例中，光電倍增管模組309與光導區塊的一面直接接觸可使整體結構及光強度之損失降至最小。然而，在本發明包含之範圍內，光電倍增管模組309與光導管區塊之側面302之間，亦能以一段實心或中空的光導延伸管或是光纖光導管截面來結合。圖3J所示的一實施例，其中相鄰之側面310與斜面311形成一稜鏡光導區塊。此外，除與附加模組連接之側面312外，光導區塊之所有側面都將塗佈鋁或其他反射性材料以利內部光反射。

依照本發明另一實施例之帶電粒子偵測裝置，將參照圖4A至4J做詳細描述。圖4A至4C分別為三角形稜鏡光導區塊401之斜視、上視、側視圖。在側面403與側面404交接處存在有二個對稱之45度倒角面402，此二倒角面在前方平面405處形成一90度角β。側面404係預先塗佈一 閃爍材料(例如之磷光劑閃爍材料P47)以形成偵測面。接著除了側面406以外，三角形稜鏡光導區塊401之所有側面都會塗佈鋁或其他反射性材料以利內部光反射及隔離鄰近模組間之光線。複數個三角形稜鏡光導區塊401利用倒角面402結合在一起成為一單一偵測裝置光導組件400，其斜上視圖、斜底視圖及上視圖分別如圖4D至4F所示。這些區塊之側面404共平面對齊以形成一平坦的偵測面407，此偵測面407即為偵測組件之信號接收處，塗佈閃爍材料的區域即為偵測組件之信號產生處。如圖4E所示。各區塊的前方平面405形成一方形中央孔洞408，如上視圖4F所示。由整個組件上方觀看，此組件不僅呈90度旋轉對稱也同時鏡像對稱於通過中央孔洞408之中心之兩正交軸410、411。此組態描述了完全對稱的信號收集。當安裝於帶電粒子儀器時，中央孔洞408將會對準儀器之中央光軸以便入射帶電粒子束通過。依照本發明，任一光導區塊之側面403與側面404之間之夾角α可為0至90度，如圖4C所示。每光導區塊之側面406均與一光電倍增管模組420耦合，讓來自各個光導分塊之光信號得以分別進行轉換，放大及處理，此光電倍增管即為信號之預放大模組，如圖4G所示。因為各側面在相鄰之三角形稜鏡光導區塊401組裝在一起之前，便已塗佈光反射材料，因此光線在個別區塊中傳遞時將不會跨越至其他區塊。如此四個相同且獨立之偵測區塊組態構成一具在軸環繞偵測裝置。在此實施例中，直光導區塊409功用在於縮小體積及減少光強度之損失。然而，配合實際需求，不同之長度、形狀之實心或中空光導管或光纖導管皆可取代之置於光電倍增管模組420之前。以上述之實施例之情況，運用三角形稜鏡之前斜面製作三角形 稜鏡光導區塊401僅為實施例之一，並不限定於此。考量光之收集效率，側面403可為不同之形狀及曲線。例如可為包括多個不同斜率之直面組成之區塊或為下列的曲線組合，例如圓形、拋物線形、球面或任何曲面或表面。圖4J為其中之一實施例，此實施例之三角形稜鏡光導區塊401之側面403為圓形曲面，其斜視圖如圖4H所示，側視圖如4I所示。

根據以上所揭露之內容，四個獨立之光導區塊可組裝在一起以構成在軸區塊環繞的組態。此組態使信號分跨兩正交之軸對稱(影像之X軸與Y軸)。然而，為了簡化製程，也可使用單一塊材料製作近似於此在軸區塊環繞的組態之光導組件。依照本發明實施例之此類型之帶電粒子偵測裝置將參考圖5A至5H詳細說明。如圖5A所示，先備置一矩形塊狀光導材料501並再製作一中央孔洞503於矩形塊狀光導材料501之中央。如圖5B所示，自中央孔洞503之一邊到相對另一邊挖出一錐狀外型502。將矩形塊上不必要的部分材料去除以形成四個分別具有側面505的延伸光導路徑，如圖5D所示。圖5C至5E分別為最後成形之光導模組500之上視圖、斜上視圖及斜底視圖。包括中央孔洞503的底面504塗佈閃爍材料作為帶電粒子之偵測表面，底面504即為偵測組件之信號接收處，塗佈閃爍材料的區域即為偵測組件之信號產生處。除了側面505外的其餘側面都塗佈鋁或其他反射性材料以利內部光反射。當安裝至帶電粒子儀器內時，中央孔洞503將對準儀器之中央光軸讓入射帶電粒子束通過。每一側面505均分別結合一光電倍增管模組507讓自對應之側面505輸出之光信號得以分別被轉 換，放大及處理，此光電倍增管即為信號之預放大模組，如圖5F所示。由於本實施例只包含單一材料，光線可能由底面504往任一側面505輸出。然而，藉由選擇合適之光反射面506之形狀，能使每一側面505輸出之光線大多數來自側面505正前方之偵測象限。依照本發明，此光反射面506可為不同曲面。例如此反射面可由多個不同斜率之直面區塊組成，或有弧線的外觀，例如圓形，拋物線型或其他形狀。圖5G為一實施例，圖5H為光反射面506為圓形曲線時之剖面示意圖。此外。雖然本發明之實施例採用四個分別的光導輸出路徑，但在某些應用情況下，在軸區塊環繞組態不適用四個輸出路徑時，光導之輸出路徑數可以為四個之外。

上述之所有實施例之光導區塊底部，係塗佈閃爍材料來作帶電粒子偵測面，以達最佳光轉換效率。然而，有些閃爍材料很難直接塗佈在光導材料表面上，而只能實現在像是單晶之預塗佈材料上。因此，替代方法為，使用單獨一塊的閃爍材料(例如一正鋁酸釔(YAP)或釔鋁柘榴石(YAG)材料之單晶片，或塗佈成一塊(例如，一塗佈磷閃爍材料之玻璃或石英片)，接著再利用環氧樹脂固定或是機械工具將其附著於光導組件之底部。在此之實施例中，光導區塊底面與閃爍材料接合之部分將不會塗佈鋁或其他光反射材料，以利光線傳遞。圖6為此實施例之示意圖，如前所描述之閃爍圓盤(scintillator disc)600，與一稜鏡光導組件400(如圖4E所示)形成之光導偵測組件為例。與偵測面407連接之閃爍圓盤600可為一片閃爍材料單晶或是在面601塗佈閃爍材料之光導管，偵測面407即為偵測組 件之信號接收處，閃爍圓盤600即為偵測組件之信號產生處。當安裝至帶電粒子儀器內時，閃爍圓盤600之中央開口602需稜鏡光導組件400之中央孔洞口408以便入射之帶電粒子束通過。

上述依照本發明所揭露之帶電粒子偵測裝置之實施例結合為一帶電粒子束儀器之結構如圖7所示。依照本發明，圖示之掃描式電子顯微鏡700包括一電子源701，一聚集透鏡702，一磁場物鏡705，一偏折單元706，一試片707與一在軸區塊環繞偵測裝置703，此在軸區塊偵測裝置703之中央孔洞704與掃描式電子顯微鏡700之光軸711對準。在此實施例中，此偵測裝置僅以如圖4G之偵測裝置作為說明，且為清楚說明，僅示出兩個偵測象限，如圖式中之703A及703B。其他實施例皆比照此方式描述。入射電子束710自電子源射出，穿過在軸區塊環繞偵測裝置703之中央孔洞704，撞擊試片表面並產生二次電子及背向散射電子。兩個二次電子之軌跡如圖式中之709A與709B所示。此兩道二次電子自表面形貌708之兩側向不同方向射出，709A向左邊而709B向右邊，在二次電子抵達偵測裝置上之相對象限前，受到浸潤磁場與減速電場之結合作用，電子被拉引進磁場物鏡705之中洞並在中央光軸711處交錯，使發自二次電子之軌跡709A之電子抵達至偵測象限703B而發自二次電子之軌跡709B之電子抵達至偵測象限703A。獨立輸出自偵測裝置上之相對象限收集之訊號，以相對象限之邊緣陰影效應，呈現表面形貌708之影像。圖7中掃描式電子顯微鏡之具體圖示決不表示本發明於SEM之應用限定於上述組態。本發明之實施例可以相似的方式應用於各式不 同組態之帶電粒子儀器上。

圖8為本發明之一實施例：一透鏡內在軸偵測系統之結構示意圖。一例示之掃描式電子顯微鏡800包括一電子發射源801用以產生入射電子束811，一聚集透鏡模組802用以聚集入射電子束811，一偏折電子束模組(未圖示)用以讓電子探針掃描試片817的表面以及一帶電粒子偵測裝置808。此例示之帶電粒子偵測裝置808進一步圖示於圖9。如圖8與圖9所示，例示之帶電粒子偵測裝置808，包括一中央孔洞904，其對準掃描式電子顯微鏡800之光軸(可視為入射電子束811)。例示之帶電粒子偵測裝置808用以接收自試片817被電子束轟擊後所釋放之電子。為了讓入射電子束811通過，中央孔洞904配置與掃描式電子顯微鏡800之光軸對準。

如圖9所示，此帶電粒子偵測裝置808包括一帶電粒子偵測組件，此組件包括多個偵測區塊903A。每一偵測區塊903A與一獨立前置放大器901耦合，獨立前置放大器901用以放大來自所對應之偵測區塊903A之輸出信號。圖10為一偵測模組900依照本發明之方式所實施之半導體式偵測裝置之剖面結構示意圖。如圖所示，此半導體式偵測裝置包括一第一導電層911，一P型半導體層912，一本質半導體層913，一N型半導體層914以及一第二導電層915。在一實施例中，第一導電層911為鋁所構成。此p型半導體層912為一p型重摻雜矽層。本質半導體層913為矽所構成。N型半導體層914為n型輕摻雜矽層。第二導電層915為金所構成。因此，此半導體結構可作為一具有p-i-n接面之半導體二極體偵測裝置。第一導電層911與第二導 電層915則是作為電極。在此實施例，第一導電層911與一外部導電元件916耦合以輸出偵測信號。第二導電層915接地。電子束入射至第一導電層911。此半導體式偵測模組900的運作原理是當一具有能量之電子撞擊一半導體，將傾向以產生電子電洞對的方式消耗其能量。而電子電洞對之產生數量將視初始電子能量而定，因此能量較高之電子將傾向產生較多的偵測信號。電洞將傾向遷移至偵測模組900之一電極，而電子將遷移至另一電極，如此便形成一電流，其電流大小將視電通量與電子能量而定。

圖11為依照本發明一實施例以多通道板式偵測裝置實施之偵測模組900之剖面結構示意圖。如圖所示，一例示之多通道板式偵測裝置包括一平板921，其包含大量自一端延伸至另一段之管子922。此平板有一”電子進入”之面9211與一"電子輸出”之面9212。此外，平板之每一面有一電極分別與多通道板(Multi-channel plate，MCP)輸入端與多通道板(MCP)輸出端耦合，其中”電子進入”面9211之電極接地或帶有些微負電位，而”電子輸出”面9212則基本上為正電位。在管子922之內塗佈一些具有高二次電子產出率之材料，像是那些被具有能量之粒子轟擊時會釋放二次電子的材料。在實務操作上，來自掃描式電子顯微鏡試片之二次/背向散射電子撞擊管子922之內部(或是前側電極，那也會產生二次電子)，會自塗佈材料釋出多重電子。這些產生之電子會因兩側電極之電位差而在沿著管子922內部加速，在某處會因撞擊管璧而產生更多電子，如此不斷重複此過程。此雪崩現象使每一初始之訊號電子產生出可量測的電流，其可視為一信號。因此，如此之多通道 板式偵測裝置適合用在本發明之偵測裝置。

103，203‧‧‧物鏡

104，707，817‧‧‧試片

106A，106B‧‧‧多重透鏡內偵測裝置

107‧‧‧反射板

108‧‧‧側向偵測裝置

120‧‧‧羅賓森偵測裝置

204L，204R‧‧‧側表面

205A，205B‧‧‧二次電子

206A，206B‧‧‧偵測裝置的半部

208，708‧‧‧表面形貌

300‧‧‧光導偵測組件

301‧‧‧三角形稜鏡

303，602‧‧‧中央開口

302，304，306，310，312，403，404，406，505‧‧‧側面

305‧‧‧平偵測面

307，308‧‧‧分段平面

309，420，507‧‧‧光電倍增管模組

311‧‧‧斜面

400‧‧‧稜鏡光導組件

401‧‧‧三角形稜鏡光導區塊

402‧‧‧倒角面

405‧‧‧前方平面

407‧‧‧偵測面

408，503，704，904‧‧‧中央孔洞

409‧‧‧直光導區塊

410，411‧‧‧正交軸

500‧‧‧光導模組

501‧‧‧矩形塊狀光導材料

502‧‧‧錐狀外型

504‧‧‧底面

506‧‧‧光反射面

600‧‧‧閃爍圓盤

601‧‧‧面

700，800‧‧‧掃描式電子顯微鏡

701‧‧‧電子源

702‧‧‧聚集透鏡

703‧‧‧在軸區塊環繞偵測裝置

703A，703B‧‧‧偵測象限

705‧‧‧磁場物鏡

706‧‧‧偏折單元

709A，709B‧‧‧二次電子之軌跡

710‧‧‧電子束

711‧‧‧光軸

801‧‧‧電子發射源

802‧‧‧聚集透鏡模組

808‧‧‧帶電粒子偵測裝置

811‧‧‧入射電子束

900‧‧‧偵測模組

901‧‧‧獨立前置放大器

903A‧‧‧偵測區塊

911‧‧‧第一導電層

912‧‧‧P型半導體層

913‧‧‧本質半導體層

914‧‧‧N型半導體層

915‧‧‧第二導電層

916‧‧‧外部導電元件

921‧‧‧平板

922‧‧‧管子

9211‧‧‧電子進入之面

9212‧‧‧電子輸出之面

圖1為一掃描式電子顯微鏡之電子偵測系統的先前技術結構示意圖。

圖2為一磁場浸潤型物鏡及在軸偵測裝置之習知掃描式電子顯微鏡結構示意圖，並圖示說明區塊式透鏡內在軸環繞偵測裝置用以提高表面圖貌特徵的效益。

圖3A至3J為本發明實施例之偵測裝置組件之示意圖。

圖4A至4J為依照本發明實施例之偵測裝置組件之示意圖。

圖5A至5H為依照本發明實施例之偵測裝置組件之示意圖。

圖6為依照本發明實施例之偵測裝置組件之示意圖。

圖7為依照本發明安裝閃爍型偵測裝置組件於掃描式電子顯微鏡中作為一區塊式透鏡內在軸環繞偵測裝置之結構示意圖。

圖8為依照本發明安裝微/多重接收通道板或半導體式偵測裝置組件於掃描式電子顯微鏡中作為一區塊式透鏡內在軸環繞對稱分佈之多接收通道偵測系統之結構示意圖。

圖9為顯示一六接收通道系統。區塊式透鏡內在軸環繞偵測系統可以有兩個或多個接收通道。

圖10為一半導體式之結構式意圖。

圖11為一微/多重接收通道板型偵測裝置之結構示意圖。

400．．．稜鏡光導組件

404．．．側面

600．．．閃爍圓盤

601．．．面

602．．．中央開口

Claims (20)

1. 一種帶電粒子偵測裝置，用以偵測二次電子、背向散射電子或離子，該帶電粒子偵測裝置包括：一帶電粒子偵測組件：包括多個偵測區塊，每一該偵測區塊與一前置放大器耦合以放大該偵測區塊的輸出信號，其中，每一該偵測區塊包括一帶電粒子偵測模組，其具有一帶電粒子接收處以及一偵測信號產生處相互連接，在該帶電粒子接收處被一帶電粒子束轟擊時，該偵測信號產生處產生該輸出信號；且該多個帶電粒子偵測模組耦合成一環狀對稱配置，在中央對稱軸上有一開口。
2. 如請求項1所述之帶電粒子偵測裝置，其中每一該帶電粒子偵測模組共面排列對準形成一平面。
3. 如請求項2所述之帶電粒子偵測裝置，其中該平面為一該帶電粒子偵測裝置之帶電粒子接收處平面。
4. 如請求項1所述之帶電粒子偵測裝置，其中該帶電粒子偵測組件包括至少兩個偵測區塊。
5. 如請求項1所述之帶電粒子偵測裝置，其中該帶電粒子偵測模組包括一半導體式帶電粒子偵測裝置。
6. 如請求項1所述之帶電粒子偵測裝置，其中該帶電粒子偵測模組包括一微/多通道板式帶電粒子偵測裝置。
7. 一種掃描式電子顯微鏡，包括：一電子發射器，用以產生一入射電子束；一聚集透鏡模組，用以聚集該入射電子束；一探針成形物鏡模組，用以聚焦該入射電子束成為一電子探針；一試片；一偏折電子束模組，用以使該電子束掃描該試片表 面；及一帶電粒子偵測裝置，其中該帶電粒子偵測裝置包括一帶電粒子偵測組件，該帶電粒子偵測組件包括一多個偵測區塊，每一該偵測區塊與一用以放大該偵測區塊輸出信號之前置放大器耦合，其中，每一偵測區塊包括一帶電粒子偵測模組，該帶電粒子偵測組件具有相互耦合之一帶電粒子接收處以及一偵測信號產生處，在該帶電粒子接收處被一帶電粒子束轟擊時，該偵測信號產生處產生該輸出信號，其中，該帶電粒子偵測裝置置於在該帶電粒子接收處所接收被該電子探針轟擊試片所釋放之表面電子的位置上，該帶電粒子偵測裝置的開口與該掃描式電子顯微鏡之中央光軸對準的配置用以讓該入射電子束通過。
8. 如請求項7所述之掃描式電子顯微鏡，其中該多個帶電粒子偵測模組耦合成一環狀對稱配置，在中央對稱軸上有一開口且每一該帶電粒子偵測模組共面排列對準形成一等效平面，該等效平面為該帶電粒子偵測裝置之帶電粒子接收處平面。
9. 如請求項7所述之掃描式電子顯微鏡，其中該帶電粒子偵測組件包括至少兩個偵測區塊。
10. 如請求項7所述之掃描式電子顯微鏡，其中該帶電粒子偵測模組包括一半導體式帶電粒子偵測裝置。
11. 如請求項7所述之掃描式電子顯微鏡，其中該帶電粒子偵測模組包括一微/多通道板式帶電粒子偵測裝置。
12. 如請求項7所述之掃描式電子顯微鏡，其中該帶電粒子偵測裝置置於該探針成形物鏡模組中。
13. 如請求項7所述之掃描式電子顯微鏡，其中該帶電粒子偵測裝置置於遠離該試片之該探針成形物鏡模組之後。
14. 一種帶電粒子之偵測方法，包括：提供一入射電子束；聚集該入射電子束；利用一探針成形物鏡聚焦該聚集電子束成為一電子探針；提供一偏折電子束單元；提供一試片；該電子束偏折單元致使該形成的電子探針以逐行掃描方式掃描該試片表面；提供一帶電粒子偵測裝置，其中該帶電粒子偵測裝置，包括一帶電粒子偵測組件，該帶電粒子偵測組件包括多個偵測區塊，每一該偵測區塊與一前置放大器耦合以放大該偵測區塊的輸出信號，其中，每一該偵測區塊包括一帶電粒子偵測模組，其具有相互耦合之一帶電粒子接收處以及一偵測信號產生處，在該帶電粒子接收處被一帶電粒子束轟擊時，該偵測信號產生處產生該輸出信號，且該多個帶電粒子偵測模組耦合成一環狀對稱配置，在中央對稱軸上有一開口；以及該帶電粒子偵測裝置致使在帶電粒子接收處所接收被該電子探針轟擊試片所釋放之表面電子。
15. 如請求項14所述之帶電粒子之偵測方法，其中每一該帶電粒子偵測模組共面排列對準形成一平面，該平面為該帶電粒子偵測裝置之該帶電粒子接收處平面。
16. 如請求項14所述之帶電粒子之偵測方法，其中該帶電粒子偵測裝置包括至少兩個偵測區塊。
17. 如請求項14所述之帶電粒子之偵測方法，其中該帶電粒子偵測裝置置於該探針成形物鏡模組中。
18. 如請求項14所述之帶電粒子之偵測方法，其中該帶電粒子偵測裝置置於遠離該試片之該探針成形物鏡模組之後。
19. 如請求項14所述之帶電粒子之偵測方法，其中該帶電粒子偵測模組包括一半導體式帶電粒子偵測裝置。
20. 如請求項14所述之帶電粒子之偵測方法，其中該帶電粒子偵測模組包括一微/多通道板式帶電粒子偵測裝置。