TWI441230B

TWI441230B - 微粒偵測系統與電子晶圓檢查裝置

Info

Publication number: TWI441230B
Application number: TW100145455A
Authority: TW
Inventors: yi-xiang Wang; Joe Wang; Weiming Ren
Original assignee: Hermes Microvision Inc
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2014-06-11
Also published as: TW201225146A; US9076629B2; US20130327953A1; US8552377B2; US20120145898A1

Description

微粒偵測系統與電子晶圓檢查裝置

本發明相關於一種微粒偵測系統，特別是有關一種用於一電子束系統(E-beam system)的電子偵測裝置。

微粒偵測系統被使用或硬用於許多設備，例如電子束系統、掃瞄式電子顯微鏡(SEM)、聚焦離子束顯微鏡(FIB)、質譜儀(mass spectrograph)、或其他必需使用或不使用電荷、光子偵測微粒的設備。

電子束晶圓檢查裝置(Electron beam wafer inspection tool(EBWIT))需要大範圍的電子束流(beam current)以符合高傳輸模式(high throughput(HT)mode)與高解析模式(high resolution(HR)mode)，在電子束晶圓檢查裝置中，高傳輸模式是藉由生產力(productivity)驅動，相反的，高解析模式則是藉由現在持續縮減的設計規則(design rule)所驅動。電子束晶圓檢查裝置(EBWIT)通常使用數十毫微安培(nano Ampere；nA)至數百毫微安培的電子束流於高傳輸模式(HT)，而使用數個微微安培(pico Ampere；pA)至數十微微安培的電子束流於高解析模式。如此一來，使用於電子束晶圓檢查裝置的電子偵測裝置需要有能力處理數十微微安培(pA)至數百毫微安培(nA)的訊號電子束流(signal beam current)(SE+BSE)。此一需求對目前的任何電子偵測系統來說都是很大的挑戰。

現今，並沒有任何電子束晶圓檢查裝置可以同時在高傳輸模式(HT)與高解析模式(HR)下操作，基本上，由於大多數的電子束晶圓檢查裝置為半導體光二極體偵測器(semiconductor photodiode detector；SPD)，所以高傳輸模式(HT)較被廣泛使用。對高解析模式(HR)而言，由樣品接收到的偵測電流對於半導體光二極體偵測器(SPD)而言實在太小，以致於輸出訊號電流，大約輸出訊號電流的2000增益，仍然離電子束晶圓檢查裝置可以處理的偵測電流還有很遠的距離。

目前，由於半導體光二極體偵測器(SPD)自然擁有的低雜訊特性與處理大電子束流的能力，例如數個毫安培(mini Ampere；mA)，半導體光二極體偵測器(SPD)被廣泛地使用於電子束晶圓檢查裝置。然而，由半導體光二極體偵測器(SPD)所獲得的增益對微微安培(pA)的偵測電流是非常小(~2000 @ 10KV)且不容易去增加。

在使用螢光倍增管(phosphor multiplier tube；Phosphor-PMT)系統與微通道面板(microchannel plate；MCP)偵測器的時候，是需要高增益，例如10⁴-10⁷。然而，大多數的倍增管(PMT)與微通道面板(MCP)最大只能輸出數個微安培(uA)的訊號電流，其無法滿足在低雜訊程度需要大電子束流的要求，因為在倍增管(PMT)中的二次發射極(dynode)限制了輸出電流，並且因為當倍增管(PMT)中的二次發射極在低電壓下操作時，增益的變動太大。再者，雖然螢光倍增管系統可以達到高增益，但是高帶寬閃爍器(high bandwidth scintillator)通常會造成高程度的白雜訊。然而，如果使用影像平均技術(image-average technique)去刪除白雜訊，將會嚴重地傷害輸出。

根據上述討論，沒有偵測系統可以輸出在微微安培(pA)至毫安培(mA)範圍類的訊號。因此，規劃出一以低雜訊而可以具有大範圍的增益底與輸出訊號的電流微粒偵測系統，以同時滿足高傳輸模式(HT)與高解析模式(HR)的需求。

其次，為了處理這樣的狀況，Wang等人於2010年3月2日提出的美國專利申請號為12/715,766的專利中，建議使用一種雙態偵測系統(Bi-Type detection system)。

本發明之一目的為提供一種可以偵測帶電或不帶電微粒的微粒偵測系統。

本發明之另一目的提供一種電子偵測系統，其中，電子偵測系統與微粒偵測系統的增益可以毫安培(mA)的輸出訊號電流而增加至高於10¹⁰。

在本發明之一實施例，微粒偵測系統包含一帶電微粒倍增裝置，用以接收被偵測到的原始微粒(original particles)與產生複數個倍增的帶電微粒(multiplied charged particles)；一帶電微粒偵測裝置，用以接收複數個倍增的帶電微粒與產生對應原始微粒的輸出訊號；以及一透鏡，設置於帶電微粒倍增裝置與帶電微粒偵測裝置之間，用以將複數個倍增的帶電微粒聚集進入帶電微粒偵測裝置，其中，一電場應用於帶電微粒倍增裝置與帶電微粒偵測裝置之間，用以加速複數個倍增的帶電微粒到達帶電微粒偵測裝置，而獲得一第二階的增益(second level gain)。

透鏡可以為一靜電透鏡(electrostatic lens)。微粒偵測系統的增益可以藉由由靜電透鏡而來的一電場而被調整，其中，此電場的範圍為5KV至15KV。此微粒偵測系統更包含一金屬網(metal mesh)設置於帶電微粒倍增裝置，以及一能量過濾器(energy filter)設置於帶電微粒倍增裝置與金屬網之間。此微粒偵測系統更包含一用以將原始微粒由金屬網驅趕到能量過濾器的裝置，其中，此裝置為為一導流管結構(draft tube structure)。

帶電微粒偵測裝置可以為一半導體光二極體。如果原始微粒為原始帶電微粒，帶電微粒倍增裝置帶電微粒倍增裝置為一微通道面板(microchannel plate；MCP)。如果原始微粒為電子，帶電微粒倍增裝置帶電微粒倍增裝置為一電子倍增器(electron multiplier)。

在其他實施中，本發明提供一種電子束晶圓檢查裝置，其包含一電子槍，用以發射一主電子束；一主電子束透鏡，用以聚集主電子束；一物鏡，用以接收由主電子束透鏡而來的主電子束，以及將主電子束聚焦於一樣品的一表面上；一接受由樣品的表面發射出來的微粒的微粒偵測系統；以及一可由輸出訊號產生影像的裝置。此微粒偵測系統包含一帶電微粒倍增裝置，用以接收被偵測到的原始微粒與產生複數個倍增的帶電微粒，以獲得第一階的增益(first level gain)；一帶電微粒偵測裝置，用以接收複數個倍增的帶電微粒與產生對應原始微粒的輸出訊號；以及一透鏡，設置於帶電微粒倍增裝置與帶電微粒偵測裝置之間，用以將複數個倍增的帶電微粒聚集進入帶電微粒偵測裝置，其中，一電場應用於帶電微粒倍增裝置與帶電微粒偵測裝置之間，用以加速複數個倍增的帶電微粒到達帶電微粒偵測裝置，而獲得一第二階的增益(second level gain)。

10‧‧‧電子

100‧‧‧微粒偵測系統

110‧‧‧帶電微粒倍增裝置

112‧‧‧金屬網

120‧‧‧漂移管型外殼

130‧‧‧帶電微粒偵測裝置

132‧‧‧訊號輸出介面

200‧‧‧微通道面板

210‧‧‧微通道

212、214‧‧‧電子

300‧‧‧透鏡

310‧‧‧靜電透鏡

320‧‧‧磁透鏡

322‧‧‧激發線圈

324‧‧‧軛(yoke)

400‧‧‧電子偵測系統

500‧‧‧微粒偵測裝置

810‧‧‧能量過濾器

820‧‧‧驅動帶電微粒的裝置

900‧‧‧電子偵測系統

1000‧‧‧電子束晶圓檢查裝置

1002‧‧‧電子束

1010‧‧‧電子槍

1012‧‧‧場發射陰極

1014‧‧‧陽極

1016‧‧‧端電極

1017‧‧‧槍孔

1100‧‧‧管柱

1102‧‧‧聚集器

1120‧‧‧電磁透鏡

1122‧‧‧Wien過濾器

1124‧‧‧激發線圈

1126‧‧‧軛(yoke)

1128‧‧‧電極

1130‧‧‧平台

1140‧‧‧樣品

第一圖係為本發明之一實施例之微粒偵測系統的示意圖。

第二圖係為一微通道面板(MCP)的內部結構的示意圖。

第三圖係為一展示一電子如何在數個微通道(microchannel)中的其中一進行放大(或倍增)的示意圖。

第四圖係為本發明之一實施例之電子偵測系統的示意圖。

第五圖係為本發明之另一實施例之微粒偵測系統的示意圖。

第六圖係為本發明之一實施例之微粒偵測系統中的靜電透鏡(electrostatic lens)在其中聚集倍增的帶電微粒的示意圖。

第七圖係為本發明之一實施例之微粒偵測系統中的磁透鏡(magnetic lens)在其中聚集倍增的帶電微粒的示意圖。

第八圖係為本發明之一實施例之微粒偵測系統所應用的能量過濾器(energy filter)與驅動裝置的示意圖。

第九圖係為本發明之一實施例之電子偵測系統的示意圖。

第十圖係為本發明之一實施例之使用於電子束晶圓檢查裝置的電子偵測系統的示意圖。

本發明提供一微粒偵測系統。為了能完全地理解本發明，下列說明將詳細描述各組件。本發明不受限於本領域技術人士所熟知的微粒偵測系統。此外，一般熟知的組件在本文不再詳細描述以避免任何額外增加的限制。本發明的較佳實施例將在本文詳細說明與描述。除了本文詳細描述的實施例之外，本發明也可以應用於其他實施例。因此，本發明的保護範圍並不以此為限，而是依據下列的申請專利範圍而決定。

本發明應用一電場於一微粒偵測系統中用以接收被偵測到的原始微粒(original particles)的帶電微粒倍增裝置，以及用以接收複數個倍增的帶電微粒(multiplied charged particles)的帶電微粒偵測裝置，其中，帶電微粒倍增裝置產生數個倍增的帶電微粒以獲得一第一階的增益(first level gain)，而帶電微粒偵測裝置產生一對應原始微粒的輸出訊號。一透鏡，設置於帶電微粒倍增裝置與帶電微粒偵測裝置之間，用以聚集這些複數個倍增的帶電微粒進入帶電微粒偵測裝置。藉由調整應用於帶電微粒倍增裝置與帶電微粒偵測裝置之間的電場，此帶電微粒偵測裝置提供第二增益(second gain)給藉由帶電微粒倍增裝置而增益的帶電微粒。

被偵測到的訊號微粒在帶電微粒倍增裝置中被轉換成帶電微粒，而增益可以藉由調整應用在帶電微粒倍增裝置上的電力而進行調整。如果訊號微粒或原始微粒為帶電粒子，在某些例子中帶電微粒為電子，帶電微粒倍增裝置可以為一微通道面板(MCP)。帶電微粒倍增裝置可以為一用以做為帶電微粒偵測的微通道面板(無陽極)、用以做為電子偵測的電子倍增器(無陽極)、螢光粉(phosphor)加上光陰極(photo cathode)加上電子倍增器組合，用以做為光子偵測的微通道面板(無陽極)，或其他類似裝置，但是並不以此為限。

在大多數的例子裡，帶電微粒偵測裝置可以為半導體光二極體(SPD)，例如PiN、NiP、或其他類似裝置，但是不以此為限。半導體光二極體(SPD)的帶寬可以藉由使用透鏡而被增強，因為倍增的帶電微粒藉由透鏡而被輕微地聚焦或聚集，而可以使用較小的半導體光二極體(SPD)中區域接收倍增的帶電微粒。帶電微粒偵測裝置的功能是獲得帶電微粒的第二增益(second gain)，以及產生一低雜訊程度的大輸出訊號電流(大於0.1毫安培(mA))。第二增益(second gain)可以藉由改變在帶電微粒倍增裝置與帶電微粒偵測裝置之間的高電壓加速場(high voltage acceleration field)而進行調整。

一金屬網(metal mesh)放置於帶電微粒倍增裝置前面，例如電子倍增器，用以防止應用於帶電微粒倍增裝置上的電場的漏失(leaking)，以及如果在用於偵測帶電微粒的時候，用以吸引倍增的帶電微粒至偵測器。

一能量過濾器(energy filter)可以裝配在帶電微粒倍增裝置前面，用以過濾一些沒有足夠能量的訊號電子。一驅動裝置，例如可以為側壁電位(sidewall potential)結構或導流管(draft tube)結構，將會迫使訊號電子由金屬網進入能量過濾器或微通道面板(MCP)，而不會對側壁造衝擊。

請參照第一圖，其中一微粒偵測系統100包含一帶電微粒倍增裝置110，用以接收被偵測到的原始微粒(original particles)，然後產生複數個帶電微粒(charged particles)，以及一帶電微粒偵測裝置130，用以接收複數個倍增的帶電微粒與經由一訊號輸出介面132產生一對應原始微粒的輸出訊號。一在一漂移管型外殼(drift tube type housing)120中具有電位的電場，可以應用在帶電微粒倍增裝置110與帶電微粒偵測裝置130之間以加速複數個倍增的帶電微粒到達帶電微粒偵測裝置130。本發明的帶電微粒可以包含光子(photons)與帶電微粒，其中帶電微粒可以為離子(ions)、電子(electrons)、或其他帶正電或負電的微粒。

如果原始微粒不帶電，被偵測到的原始微粒藉由帶電微粒倍增裝置110被轉換成帶電微粒，例如電子。在一實施例中，用以偵測原始微粒的帶電微粒倍增裝置110可以包含一微通道面板(MCP)(本身不具陽極)，其中，此微通道面板(MCP)為一可以偵測電子、離子、紫外光、X射線或伽傌射線(gamma rays)以及放大偵測到的訊號的二維偵測器(two-dimensional sensor)。微通道面板(MCP)的詳細說明起參考Goldstein等人所撰寫，由Plenum於1992年出板的「Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis」一書第二版的第四章，以及可以參考第二圖與第三圖，其中，一微通道面板(MCP)200的示意圖展示於第二圖中，以及一展示一電子如何在數個微通道(microchannel)中的其中一進行放大(或倍增)的示意圖展示於第三圖中。複數個微通道排列於一面板(plate)中如第二圖所示，其中，舉例來說，每一微通道210都貫穿此面板。

在第三圖中，一電子10注入一通道210如同注入電子212，接著，其經由通道210而被放大(或倍增)。當一電壓應用於微通道面板(MCP)的輸入側與輸出側之間，一電位梯度(potential gradient)沿著通道210而被建立。當電子10由輸入側進入通道210與撞擊內壁的時候，倍增二次電子(Multiple secondary electrons)會被發射。這些二次電子藉由此電位梯度而被加速，而畫出由其內速度(inner velocities)決定的拋物線軌道。這些二次電子接著撞擊通道210內相對的內壁，導致再次發射二次電子。當電子重複地撞擊通道210的內壁，電子會以上述方式朝輸出端前進。所以大量的以指數方式增加的電子，如電子214，藉由介於帶電微粒倍增裝置110與帶電微粒偵測裝置130之間的電場或電位，由輸出側射向帶電微粒偵測裝置130。

在一實施例中，用以偵測電子的帶電微粒倍增裝置110可以包含一電子倍增器(本身不具陽極)，其中，此電子倍增器使用一可以倍增入射電荷的真空管結構(vacuum-tube structure)。在一稱為二次發射(secondary emission)中，當撞擊在二次發射物質(secondary emissive material)上的時候，一單一電子大約可以引發1到3的電子的發射。如果一電位應用於此金屬板與另一個金屬板之間，被發射的電子會加速到下一個金屬板並且引發更多電子的二次發射。這樣的步驟可以許多次，導致大量的電子藉由介於帶電微粒倍增裝置110與帶電微粒偵測裝置130之間的電場或電位，而加速射向帶電微粒偵測裝置130。

在一實施例中，用以偵測光子的帶電微粒倍增裝置110可以包含螢光粉(phosphor)、一光陰極(photocathode)、以及一微通道面板或電子倍增器，其中，光陰極用以轉換光子為帶電微粒，大多數使轉換為電子。當光子撞擊在光陰極的表面上，即在光偵測裝置中帶負電的電極上，複數個電子會被發射，接著，藉由介於帶電微粒倍增裝置110與帶電微粒偵測裝置130之間的電場或電位，而加速射向帶電微粒偵測裝置130。然後，這樣由光陰極發出而可以放大電流的電子發射朝向用以倍增入射電荷的電子倍增器發射。

帶電微粒倍增裝置110的一個重要功能是獲得第一階的增益(first level gain)，帶電微粒偵測裝置130的一個重要功能是獲得一第二階的增益(second level gain)。進一步來說，帶電微粒偵測裝置130的此功能可以產生低程度雜訊的大輸出訊號電流(大於0.1毫安培(mA))。在一實施例中，帶電微粒偵測裝置130可以為半導體光二極體偵測器(semiconductor photodiode detector；SPD)，例如PiN光二極體。

在帶電微粒倍增裝置110與帶電微粒偵測裝置130之間的漂移管型外殼120，用以限制由帶電微粒倍增裝置110產生的帶電微粒。介於帶電微粒倍增裝置110與帶電微粒偵測裝置130之間的電場或電位可以為高電壓，例如±1KV到±20KV或是高於/低於此範圍，以加速帶電微粒。因為半導體光二極體偵測器的增益大小決定於帶電微粒的著陸能量(landing energy)，調整應用的電場或電位可以大幅地增加帶電微粒倍增裝置130的增益，這是先前技術所無法達成的。進一步來說，在螢光倍增管(Phosphor-PMT)中的白雜訊問題在這樣的設計中不會出現。

在訊號輸出介面132中的輸出訊號發送給一放大器，此放大器可以將電流訊號轉換成電壓訊號。微粒偵測系統100得到的最大增益在10¹⁰以上，且具有最大的輸出訊號電流超過毫安培(mA)的程度，在某一實施例中應用10KV的電場或電位。這樣明顯的表現對任何習知的微粒偵測系統來說都是不可能的。

一金屬網(metal mesh)112，其為一選擇性的組件，可以設置在漂移管型外殼120中與帶電微粒倍增裝置110的一入射表面的前面，用以防止應用在帶電微粒偵測裝置130上的電場或電位的漏失。

此帶電微粒偵測系統的一個重要應用為偵測電子。如第四圖所示，一電子偵測系統400包含一金屬網112、一微通道面板(MCP)200、一漂移管型外殼120、一帶電微粒偵測裝置130，例如PiN光二極體偵測器，以及一訊號輸出介面132。在一實施例中，微通道面板(MCP)200會吸引原始微粒，例如大約10毫微安培(nA)的電子，並且將這些電子放大至第一階的增益，例如1000倍的增益。並且，這些被放大的電子在漂移管型外殼120中會被以10KV的電場或電位進行加速。帶電微粒偵測裝置130，其在某一實施例中使用半導體光二極體偵測器(SPD)或PiN光二極體偵測器，將得到大約2000倍的增益與大約20毫安培(mA)的輸出訊號。相較於具有10微安培(uA)至20微安培(uA)的最大輸出訊號電流(大約2K的增益)的多重微通道面板總成(multi-stage MCP assembly)，本發明可以提供10毫安培(mA)至20毫安培(mA)的最大輸出訊號電流(大約2百萬的增益)。後者(本發明)比前者(先前技術)大了一千倍。理論上，微通道面板(MCP)具有2百萬的增益的能力，但是陽極的輸出電流被限制在20微安培(uA)。因此，多重微通道面板總成的真正值對10毫微安培(nA)只可以得到1K至2K的增益。

參考第五圖，其提供一微粒偵測裝置500，其中，在一較佳的實施例中，一透鏡300裝配於微粒偵測裝置500，用以聚集由帶電微粒倍增裝置110而來的帶電微粒進入帶電微粒偵測裝置130。雖然在第五圖中，透鏡300是在漂移管型外殼120之外，但是透鏡300是可以裝配於漂移管型外殼120中或是漂移管型外殼120之外。金屬網112裝配於微粒偵測裝置500，而用以接收原始微粒，以及做為帶電微粒倍增裝置110前面的一個入射表面。訊號輸出介面132接觸帶電微粒偵測裝置110，以及輸出訊號至一影像處理單元(未示於第五圖中)。

被偵測到的原始微粒來到金屬網112並到達帶電微粒倍增裝置110。接著，如果原始微粒為電中性(electric neutral)，原始微粒會被帶電微粒偵測裝置130轉換成帶電微粒並進行倍增。接下來，帶電微粒會被一介於帶電微粒偵測裝置130與帶電微粒倍增裝置110的電場加速，並且也會被透鏡300聚集到帶電微粒倍增裝置110。帶電微粒會被帶電微粒偵測裝置130偵測到並轉換成訊號，而此訊號會經由訊號輸出介面132而被輸出。

在一較佳的實施例中，帶電微粒倍增裝置110可以為微通道面板(MCP)，而帶電微粒偵測裝置130可以為半導體光二極體偵測器(SPD)。

在第五圖中的透鏡300可以為靜電透鏡(electrostatic lens)或磁透鏡(magnetic lens)。請參照第六圖，一靜電透鏡310裝設於漂移管型外殼120內側，用以聚集由帶電微粒倍增裝置110而來的帶電微粒到帶電微粒偵測裝置110。一展示帶電微粒如何被靜電透鏡310聚集的模擬展示於第六圖中。因此，只有帶電微粒偵測裝置130的一部份會接收到帶電微粒，所以半導體光二極體偵測器(SPD)可以使用較小的區域去接收訊號帶電微粒，以加強帶寬。

在第七圖中的磁透鏡320裝設於漂移管型外殼120外側，用以聚集帶電微粒。磁透鏡320包含一提供磁場的激發線圈(excitation coil)322，以及一軛(yoke)324，用以將產生的磁場引導到第七圖中的軛(yoke)324的開口。這提供了在漂移管型外殼120中聚集帶電微粒的另一實施例。選擇使用靜電透鏡或磁透鏡是根據設計者的需求而決定。

如果帶電微粒，例如電子，需要被微粒偵測系統100偵測到，可以提供一能量過濾器去過濾掉具有某些能量的電子。如第八a圖與第八b圖所示，提供一能量過濾器810於帶電微粒倍增裝置110與金屬網112。在第八a圖中，如果電子具有的能量低於一預定值，所有的電子都會被能量過濾器810阻擋。在第八b圖中，如果能量過濾器810的電位設定在-11002V，而電子具有11000eV的能量，有一些電子可以通過能量過濾器810到達帶電微粒偵測裝置110。

在第八a圖與第八b圖，一裝置820也被提供於第八a圖與第八b圖中，而用以驅動帶電微粒，例如電子，由金屬網112到能量過濾器810。因為在一般的電子束晶圓檢查裝置(EBWIT)或掃瞄式電子顯微鏡(SEM)，金屬網112與漂移管型外殼120設定為0電位，到達金屬網112的電子將不會到達能量過濾器帶負電位的能障(energy barrier)。因此，用以驅動電子的裝置820被用以迫使電子到達能量過濾器810，而非漂移管型外殼120。如果原始帶電微粒是帶正電的，驅動裝置820裝設於能量過濾器810與帶電微粒倍增裝置110之間，既使能量過濾器810是負電位而帶電微粒倍增裝置110是0電位。驅動裝置820，其會提供帶電微粒到漂移管型外殼120一個小的電位障礙(potential barrier)，以致於迫使大多數的帶電微粒會移向能量過濾器810。在一實施例中，驅動裝置820可以為一漂移管結構(drift tube structure)。

在第八a圖與第八b圖中，兩個模擬電子，做為被偵測的帶電微粒，在通過金屬網112後，會被驅動裝置820驅動並且被能量過濾器810過濾到帶電微粒倍增裝置110的模擬展示於其中。要注意的是，在在第八a圖與第八b圖中，沒有設置透鏡去聚集被帶電微粒倍增裝置110所倍增的電子。

參照第九圖，其提供一電子偵測系統900，在其中一漂移管型外殼120包含一金屬網112、一能量過濾器810、一帶電微粒倍增裝置110、以及一帶電微粒偵測裝置130依序排列。一驅動裝置820設置於介於金屬網112與能量過濾器810之間的漂移管型外殼120的側壁，而迫使電子由金屬網112移向能量過濾器810(如第九圖的箭頭所示)。通過能量過濾器810的電子會到達帶電微粒倍增裝置110並且被帶電微粒倍增裝置110進行倍增。然後，這些倍增的電子(multiplied electrons)藉由介於帶電微粒倍增裝置110與帶電微粒偵測裝置130的電場而被加速，並且被靜電透鏡310聚集到帶電微粒偵測裝置130。然後，在這些電子進入帶電微粒倍增裝置110之前，帶電微粒偵測裝置130接收這些電子並將其轉換成對應於原始電子的訊號。然後，這些訊號通過訊號輸出介面輸出到一影像處理單元。

在第十圖中，其提供一電子束晶圓檢查裝置(EBWIT)1000，電子束晶圓檢查裝置(EBWIT)1000包含一電子槍(E-gun)1010、一管柱(column)1100、以及一平台(stage)1130。電子槍(E-gun)1010包含一場發射陰極(field emission cathode)1012，用以提供電子束(E-beam)1002；一陽極1014，用以應用電場到場發射陰極1012；一端電極(terminal electrode)1016，用以提供0電位給電子束1002；以及一槍孔(gun aperture)1017，用以切斷具有較大極角(polar angles)的電子束1002。管柱(column)1100包含一聚集器(condenser)1102，用以輕微地聚集(或聚焦)電子束；以及一電磁透鏡(electromagnetic lens)1120，用以將電子束聚焦於一樣品1140上。電磁透鏡1120包含一激發線圈(excitation coil)1124，用以提供磁場；以及一軛(yoke)1126，用以覆蓋激發線圈1124，將磁場引導出軛(yoke)1126，軛(yoke)1126也稱做磁極片(pole-piece)。在軛(yoke)1126內至有少一對電極1128，用以提供電場給電子束做為一減速力(retarding force)。接著，電子束1002撞擊樣品1140，並且複數個訊號電子，也稱做二次電子，藉由Wien過濾器(Wien filter)1122發射與反射到偵測器900。

本發明的設計不但可偵測電子或帶電微粒，並且可以偵測光子或甚至其他電中性的微粒。帶電微粒倍增裝置提供一第一階的增益(first gain level)與一在如果原始微粒為電中性時，將原始微粒轉換成帶電微粒的功能。一應用於帶電微粒倍增裝置與帶電微粒偵測裝置之間的電場或電位，可以增加帶電微粒偵測裝置的增益，並且在此設計中可以得到一第二階的增益(second gain level)。進一步來說，藉由使用此電場或電位，微粒偵測系統可以增加到相當於或大於多重微通道面板總成(multi-stage MCP assembly)的增益，具有大於多重微通道面板總成千倍的輸出訊號電流。藉由在微粒偵測系統中使用透鏡，可以使用半導體光二極體偵測器(SPD)中的較小區域去接收倍增的帶電微粒，並且半導體光二極體偵測器的帶寬可以被進一步增強。

雖然本發明是根據上述實施例進行詳細描述，但是本發明所屬領域中具有通常知識者可以知道這些實施例可以有許多變化，而這些變化都未超出本發明之精神與範疇。因此，在不背離本發明之申請專利範圍的精神與範疇的狀況下，本發明所屬領域中具有通常知識者是可以對本發明進行改變。