带电粒子探测系统、探测方法及扫描电子显微镜技术方案

本发明专利技术涉及一种带电粒子探测系统、探测方法及扫描电子显微镜；该带电粒子探测系统包括：沿入射电子束方向依次设置的第一探测器组件、第二探测器组件及物镜；其中，第一探测器组件用于接收入射电子束作用于待测样品上产生的第一信号电子；第二探测器组件用于接收入射电子束作用于待测样品上产生的第二信号电子，第二探测器组件设置有第一通孔，第一信号电子穿过第一通孔；物镜为电磁透镜，用于汇聚入射电子束以及第一信号电子、第二信号电子。基于上述方案，本发明专利技术简化了带电粒子探测系统的结构，设备的加工难度较低，降低了带电粒子探测系统的加工成本，降低了带电粒子探测系统在使用过程中的调试难度。用过程中的调试难度。用过程中的调试难度。

【技术实现步骤摘要】
带电粒子探测系统、探测方法及扫描电子显微镜


[0001]本专利技术涉及扫描电子显微镜
，尤其涉及一种带电粒子探测系统、探测方法及扫描电子显微镜。

技术介绍

[0002]半导体行业的发展日新月异，对集成电路器件加工尺寸的控制也要求日趋精细。纳米器件关键尺度（CD）的准确和精确（精度<1 nm）测量技术对半导体行业的发展起着至关重要的作用，也是极具挑战性的工作。市场上已经发展了多种测量技术手段，如散射测量、原子力显微镜、透射电子显微镜和扫描电子显微镜，其中，扫描电子显微镜是半导体工业生产中进行实时监控与线宽量测的最为简便和高效的方法。
[0003]目前已有的应用于量测半导体线宽的扫描电子显微镜的探测系统一般包括两个或多个侧向带高压的闪烁体探测器，该闪烁体探测器需要配合特殊韦恩过滤器、反向电场、物镜使用，过滤或收集相应信号电子。在量测半导体线宽的应用中，由于作为信号电子的二次电子和背散射电子的能量相对固定，现有复杂结构的扫描电子显微镜的量测能力远大于实际量测半导体线宽的需求，过多复杂结构导致加工更复杂，安装调试难度大，设备成本高。因此，需要提供一种适用于量测半导体线宽的带电粒子探测系统、探测方法及扫描电子显微镜。

技术实现思路

[0004]为了解决现有的用于半导体量测的扫描电子显微镜结构过于复杂导致设备成本较高、安装调试难度大、加工复杂的技术问题，本专利技术提供了一种带电粒子探测系统、探测方法及扫描电子显微镜。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种带电粒子探测系统，包括：沿入射电子束方向依次设置的第一探测器组件、第二探测器组件及物镜；其中，所述第一探测器组件用于接收所述入射电子束作用于待测样品上产生的第一信号电子；所述第二探测器组件用于接收所述入射电子束作用于所述待测样品上产生的第二信号电子，所述第二探测器组件设置有第一通孔，所述第一信号电子穿过所述第一通孔；所述物镜为电磁透镜，用于汇聚所述入射电子束以及所述第一信号电子、所述第二信号电子。
[0006]可选地，所述第一探测器组件设有第二通孔，所述第二通孔的孔径小于所述第一通孔的孔径，所述第二通孔、所述第一通孔、所述物镜同轴，且能使所述入射电子束依次通过。
[0007]可选地，所述第一信号电子为二次电子，所述第二信号电子为背散射电子。
[0008]可选地，所述第一探测器组件包括用于检测二次电子的半导体探测器或微通道板探测器，所述第二探测器组件包括用于检测背散射电子的闪烁体探测器。
[0009]可选地，所述物镜下方还设有用于放置所述待测样品的样品台；所述样品台能够施加反向电压，用于使所述入射电子束减速，以及用于加速并汇聚所述二次电子和所述背散射电子。
[0010]可选地，所述第一探测器组件与所述第二探测器组件之间的轴向距离不大于25mm；所述第二探测器组件与所述样品台之间的距离范围为135mm~145mm。
[0011]可选地，所述第一通孔的孔径为3.5mm~4mm；所述第二通孔的孔径为0.2mm~1mm。
[0012]可选地，所述第一通孔的孔径大于所述第一信号电子在所述第一通孔处的传播直径，且小于所述第二信号电子散开角度最小时在所述第一通孔处的传播直径；所述第二通孔的孔径大于所述入射电子束的传播直径，且小于所述第一信号电子散开角度最小时在所述第二通孔处的传播直径。
[0013]第二方面，本专利技术还提供了一种探测方法，所述探测方法适用于如第一方面任一项所述的带电粒子探测系统，所述待测样品为纳米器件样品，放置在样品台上，所述第一信号电子为二次电子，所述第二信号电子为背散射电子，所述第一探测器组件包括用于检测二次电子的半导体探测器或微通道板探测器，所述第二探测器组件包括用于检测背散射电子的闪烁体探测器；所述探测方法包括：在所述样品台上施加反向电压，使所述样品台与所述物镜之间形成反向电场；控制所述入射电子束到达所述物镜经汇聚后作用于所述纳米器件样品产生所述二次电子和所述背散射电子；控制所述物镜和所述反向电压，使所述二次电子、所述背散射电子在所述反向电场的加速汇聚作用下，在所述物镜内不同位置汇聚，随后以不同角度散开穿出所述物镜外，所述背散射电子的散开角度大于所述二次电子的散开角度；所述二次电子在所述物镜外穿过所述闪烁体探测器的第一通孔后被相应的所述半导体探测器或微通道板探测器接收，所述背散射电子在所述物镜外被相应的所述闪烁体探测器接收。
[0014]第三方面，本专利技术还提供了一种扫描电子显微镜，所述扫描电子显微镜至少包括如第一方面任一项所述的带电粒子探测系统，以及电子光学镜筒，所述第一探测器组件、所述第二探测器组件通过相应的安装件固定在所述电子光学镜筒的筒壁上，所述物镜设在所述电子光学镜筒底部；所述物镜下方设置样品台，所述样品台可施加的反向电压为
‑
10kV~ 0；所述样品台上设有多个用于放置不同待测样品的钉台，所述样品台底部设有高精度五轴机构，用于驱动所述样品台在五轴的任意坐标系下在预定距离范围内移动；还包括设在所述电子光学镜筒顶部的肖特基热场发射型电子枪，用于产生所述入射电子束。
[0015]综上，本专利技术提供了一种带电粒子探测系统、探测方法及扫描电子显微镜：相比现有探测系统，本专利技术的带电粒子探测系统通过设置两组探测器接收两种相应的电子就能够实现对于待测样品的探测，不需设置特殊韦恩过滤器等器材，通过专用探测系统提高了信号电子的接收质量和效率，满足探测待测样品的前提下，同时简化了带电粒子探测系统的结构，设备的加工难度较低，降低了带电粒子探测系统的加工成本，由于带电粒子探测系统的结构简单，因此也可以降低带电粒子探测系统在使用过程中的调试难度。特别是在纳米器件关键尺寸量测领域，采用本专利技术的探测方法，使二次电子和背散射电子分别在反向电
场的作用下加速汇聚且以不同的角度射出，分别被相应探测器组件接收到，完成对于关键尺寸的量测，在此过程中不需要过于复杂的调试过程，提高了探测准确度和精度。此外，本专利技术提供的扫描电子显微镜可以通过五轴机构随意移动待测样品的位置，以实现不同样品在不同位置的实时监控，精确量测。
附图说明
[0016]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术实施例提供的一种带电粒子探测系统结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的又一种带电粒子探测系统结构示意图。
[0019]附图标记：11、第一探测器组件；12、第二探测器组件；13、物镜；14、待测样品；15、样品台；16、电子源；17、电子光学镜筒；18、安装件；100、入射电子束；200、第一信号电子；300、第二信号电子；111、第二通孔；121、第一通孔。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.带电粒子探测系统，其特征在于，包括：沿入射电子束方向依次设置的第一探测器组件、第二探测器组件及物镜；其中，所述第一探测器组件用于接收所述入射电子束作用于待测样品上产生的第一信号电子；所述第二探测器组件用于接收所述入射电子束作用于所述待测样品上产生的第二信号电子，所述第二探测器组件设置有第一通孔，所述第一信号电子穿过所述第一通孔；所述物镜为电磁透镜，用于汇聚所述入射电子束以及所述第一信号电子、所述第二信号电子。2.根据权利要求1所述的带电粒子探测系统，其特征在于，所述第一探测器组件设有第二通孔，所述第二通孔的孔径小于所述第一通孔的孔径，所述第二通孔、所述第一通孔、所述物镜同轴，且能使所述入射电子束依次通过。3.根据权利要求2所述的带电粒子探测系统，其特征在于，所述第一信号电子为二次电子，所述第二信号电子为背散射电子。4.根据权利要求3所述的带电粒子探测系统，其特征在于，所述第一探测器组件包括用于检测二次电子的半导体探测器或微通道板探测器，所述第二探测器组件包括用于检测背散射电子的闪烁体探测器。5.根据权利要求3所述的带电粒子探测系统，其特征在于，所述物镜下方还设有用于放置所述待测样品的样品台；所述样品台能够施加反向电压，用于使所述入射电子束减速，以及用于加速并汇聚所述二次电子和所述背散射电子。6.根据权利要求5所述的带电粒子探测系统，其特征在于，所述第一探测器组件与所述第二探测器组件之间的轴向距离不大于25mm；所述第二探测器组件与所述样品台之间的距离范围为135mm~145mm。7.根据权利要求6所述的带电粒子探测系统，其特征在于，所述第一通孔的孔径为3.5mm~4mm；所述第二通孔的孔径为0.2mm~1mm。8.根据权利要求2所述的带电粒子探测系统，其特征在于，所述第一通孔的孔径大于所述第一信号电子在所述第一通孔处的传播直径，且小于所述第二信号电子散开角度最小时在所述第一通孔处的传播直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨思源，李晓昂，李成宇，王志斌，杨润潇，
申请(专利权)人：北京惠然肯来科技中心有限合伙，
类型：发明
国别省市：