用于信号电子探测的系统和方法与流程

用于信号电子探测的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年3月11日提交的美国申请62/988,282的优先权，该申请整体通过引用并入本文。
技术领域
3.本文提供的实施例公开了一种带电粒子束装置，更具体地，公开了用于增强电子显微镜中的信号电子收集效率的系统和方法。


背景技术：

4.在集成电路(ic)的制造过程中，检测未完成或完成的电路部件以确保其根据设计制造且无缺陷。可采用利用光学显微镜或带电粒子(例如，电子)束显微镜(诸如扫描电子显微镜(sem))的检测系统。随着ic组件的物理尺寸持续缩小，缺陷探测和检测的准确性和成品率变得更加重要。尽管可以使用多个电子探测器来分别最大化次级电子和背散射电子的收集，但是物镜组件的像差和信号电子的不期望的屏蔽会限制整体成像分辨率和探测效率，使得检测工具不足以用于其期望的目的。


技术实现要素：

5.本公开的一个方面涉及一种电子束装置，该电子束装置包括：电子源，该电子源被配置为沿着主光轴产生初级电子束；以及第一电子探测器，该第一电子探测器具有基本上平行于主光轴的第一探测层，并且被配置为探测从样品上的探测斑点产生的多个信号电子的第一部分。该装置还可以包括第二电子探测器，其被配置为探测多个信号电子的第二部分，其中第二电子探测器的第二探测层基本上垂直于主光轴。该装置还可以包括物镜，其被配置为将初级电子束聚焦在样品上，将多个信号电子的第一部分聚焦在第一电子探测器的第一探测层上，以及将多个信号电子的第二部分聚焦在第二电子探测器的第二探测层上。第一电子探测器可以包括设置在样品和第二电子探测器之间的次级电子探测器、背散射电子探测器、静电元件或磁性元件。第一电子探测器可以设置在样品和第二电子探测器之间，并且可以沿着主光轴设置。第一和第二电子探测器可以被配置为探测从样品上的探测斑点产生的多个信号电子。静电元件或磁性元件的内表面可以被配置为便于探测多个信号电子的第一部分。静电元件可以包括束偏转器或束增强器，并且磁性元件可以包括束分离器。束偏转器的内表面可以包括连续探测层或分段探测层，其中束偏转器的分段探测层可以包括沿着主光轴被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置的多个探测器段。束偏转器可以包括多极结构，并且多极结构的极的内表面可以被配置为便于探测多个信号电子的第一部分。束增强器可以包括内表面，内表面被配置为便于探测多个信号电子的第一部分，并且其中束增强器的内表面可以包括连续探测层或分段探测层。束增强器的分段探测层可以包括沿着主光轴被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置的多个探测器段。束分离器可以包括内表面，该内表面被配置为便于探测多个信号电子的第一部分。第一电子探测器可以包括单
体式电子探测器或分段式电子探测器，其中分段式电子探测器包括沿着主光轴被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置的多个探测器段。第一电子探测器可以包括多个静电元件或磁性元件，多个静电元件或磁性元件被配置为便于基于多个信号电子中的信号电子的特性来探测多个信号电子，其中信号电子的特性可以包括发射能量、相对于主光轴的发射极角或发射方位角。多个信号电子的第一部分可以包括背散射电子，并且其中背散射电子的发射极角在15
°
至65
°
的范围内。多个信号电子可以包括次级电子、背散射电子或俄歇电子。
6.本公开的一个方面涉及一种带电粒子束装置，该带电粒子束装置包括：带电粒子源，该带电粒子源被配置为沿着主光轴产生初级带电粒子束；以及第一带电粒子探测器，该第一带电粒子探测器具有基本上平行于主光轴的第一探测层，并且被配置为探测从样品上的探测斑点产生的多个信号带电粒子的第一部分。该装置还可以包括第二带电粒子探测器，其被配置为探测多个信号带电粒子的第二部分，其中第二电子探测器的第二探测层基本上垂直于主光轴。该装置还可以包括物镜，该物镜被配置为将初级带电粒子波束聚焦在样品上，将多个信号带电粒子的第一部分聚焦在第一带电粒子探测器的第一探测层上，以及将多个信号带电粒子的第二部分聚焦在第二带电粒子探测器的第二探测层上。第一带电粒子探测器可以包括设置在样品和第二带电粒子探测器之间的次级电子探测器、背散射电子探测器、静电元件或磁性元件。第一带电粒子探测器可以设置在样品和第二带电粒子探测器之间，并且可以沿着主光轴设置。第一和第二带电粒子探测器可以被配置为探测从样品上的探测斑点产生的多个信号带电粒子。静电元件或磁性元件的内表面可以被配置为便于探测多个信号带电粒子的第一部分。静电元件可以包括束偏转器或束增强器，并且磁性元件可以包括束分离器。束偏转器的内表面可以包括连续探测层或分段探测层，其中束偏转器的分段探测层可以包括沿着主光轴被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置的多个探测器段。束偏转器可以包括多极结构，并且多极结构的极的内表面可以被配置为便于探测多个信号带电粒子的第一部分。束增强器可以包括内表面，内表面被配置为便于探测多个信号带电粒子的第一部分，并且其中束增强器的内表面可以包括连续探测层或分段探测层。束增强器的分段探测层可以包括沿着主光轴被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置的多个探测器段。束分离器可以包括内表面，该内表面被配置为便于探测多个信号带电粒子的第一部分。第一带电粒子探测器可以包括单体式电子探测器或分段式电子探测器，其中分段式电子探测器包括沿着主光轴被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置的多个探测器段。第一电子探测器可以包括多个静电元件或磁性元件，多个静电元件或磁性元件被配置为便于基于多个信号带电粒子中的信号带电粒子的特性来探测多个信号带电粒子，其中信号带电粒子的特性可以包括发射能量、相对于主光轴的发射极角或发射方位角。多个信号带电粒子的第一部分可以包括背散射电子，并且其中背散射电子的发射极角在15
°
至65
°
的范围内。多个信号带电粒子可以包括次级电子、背散射电子或俄歇电子。
7.本公开的另一方面涉及一种包括元件的电子束装置。该元件可以包括第一电子探测器，该第一电子探测器具有第一探测层和导电层，该第一探测层设置在该元件的内表面上并且被配置为探测在初级电子束与样品相互作用之后产生的多个信号电子的第一部分，该导电层沉积在该第一电子探测器的内表面的一部分上、并且被配置为偏转该样品上的初级电子束，其中该第一电子探测器包括二极管、闪烁体、辐射探测器、固态探测器或p-i-n结二极管，并且其中该导电层包括金属膜、半导体膜或电极。该装置还可以包括具有电路系统
的控制器，该控制器被配置为向导电层施加电压信号以偏转初级电子束；以及接收由第一电子探测器响应于探测到的多个信号电子而产生的探测信号，其中探测信号包括电信号、光信号、机械信号或其组合。所施加的电压信号可以包括被配置为沿x轴、y轴或两者扫描初级电子束的扫描偏转电压。该电路系统可以包括读出电路，其被配置为将与探测信号相关联的数据传送到电子束装置的处理器。第一电子探测器可以包括分段式电子探测器的多个段，并且多个段可以沿着初级电子束的主光轴被线性地、圆周地、径向地或方位角地布置。该电路系统还可以被配置为将扫描偏转电压单独地施加到分段式电子探测器的段的导电层上、并接收对应的探测信号。该装置还可以包括第二电子探测器，该第二电子探测器具有第二探测层并被配置为探测多个信号电子的第二部分，其中该探测层基本上垂直于主光轴。该装置还可以包括物镜，其被配置为将初级电子束聚焦在样品上，将多个信号电子的第一部分聚焦在第一电子探测器的第一探测层上，以及将多个信号电子的第二部分聚焦在第二电子探测器的第二探测层上。该元件可以设置在样品和第二电子探测器之间。第一电子探测器和第二电子探测器可以被配置为基于多个信号电子中的信号电子的特性来探测多个信号电子，其中信号电子的特性包括发射能量、相对于主光轴的发射极角或发射方位角。多个信号电子的第一部分可以包括背散射电子，并且其中背散射电子的发射极角在15
°
至65
°
的范围内。多个信号电子可以包括次级电子、背散射电子或俄歇电子。该元件可以包括静电元件或磁性元件。静电元件可以包括束偏转器或束增强器，并且磁性元件可以包括束分离器。束偏转器可以包括内表面，该内表面被配置为便于探测多个信号电子的第一部分，其中束扫描偏转器的内表面包括连续探测层或分段探测层。束偏转器的分段探测层可以包括沿着主光轴被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置的多个探测器段。束偏转器可以包括多极结构，并且多极结构的极的内表面可以被配置为便于探测多个信号电子的第一部分。束增强器可以包括被配置为探测多个信号电子的第一部分的内表面，其中束增强器的内表面包括连续探测层或分段探测层。束增强器的分段探测层可以包括沿着主光轴被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置的多个探测器段。束分离器可以包括内表面，该内表面被配置为便于探测多个信号电子的第一部分。
8.本公开的另一方面涉及一种电子束装置的元件。该元件可以包括第一电子探测器，该第一电子探测器具有基本上平行于主光轴的第一探测层，并被配置为探测在初级电子束与样品相互作用之后产生的多个信号电子的第一部分；以及导电层，其设置在第一电子探测器的第一探测层的一部分上，并且被配置为偏转入射在样品上的初级电子束。第一带电粒子探测器可以包括二极管、闪烁体、辐射探测器、固态探测器或p-i-n结二极管。导电层可以包括金属膜、掺杂半导体膜或电极。元件可与控制器电连通，其中导电层被施加来自控制器的电压信号以实现初级电子束的偏转；以及由第一电子探测器响应于多个信号电子的探测而产生探测信号。探测信号可以包括电信号、光信号、机械信号或其组合。所施加的电压信号可包括被配置为沿x轴、y轴或两者扫描初级电子束的扫描偏转电压。第一电子探测器可以包括分段式电子探测器的多个段，其中多个段可以沿初级电子束的主光轴被线性地、圆周地、径向地或方位角地布置。控制器还可以被配置为将扫描偏转电压单独地施加到分段式电子探测器的段的导电层上。第一电子探测器可以设置在元件的内表面上。该元件可以包括静电元件或磁性元件。静电元件可以包括束偏转器或束增强器，并且磁性元件可以包括束分离器。静电元件可以包括束偏转器，其中束偏转器包括内表面，内表面被配置为
便于探测多个信号电子的第一部分。束偏转器可以包括内表面，该内表面被配置为便于探测多个信号电子的第一部分，其中束扫描偏转器的内表面包括连续探测层或分段探测层。束偏转器的分段探测层可以包括沿着主光轴被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置的多个探测器段。束偏转器可以包括多极结构，并且多极结构的极的内表面可以被配置为便于探测多个信号电子的第一部分。束增强器可以包括被配置为探测多个信号电子的第一部分的内表面，其中束增强器的内表面包括连续探测层或分段探测层。束增强器的分段探测层可以包括沿着主光轴被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置的多个探测器段。束分离器可以包括内表面，内表面被配置便于探测多个信号电子的第一部分。
9.本公开的另一方面涉及一种由电子束装置执行的用于观察样品的方法。该方法可以包括在与初级电子束相互作用之后，从样品上的探测斑点产生多个信号电子；以及使用第一电子探测器探测多个信号电子的第一部分，第一电子探测器包括基本上平行于初级电子束的主光轴的第一探测层。该方法还可以包括使用第二电子探测器探测多个信号电子的第二部分，其中第二电子探测器的第二探测层基本上垂直于主光轴。第一电子探测器可以包括次级电子探测器、背散射电子探测器、静电元件或磁性元件。在该方法中，第一电子探测器可以沿着主光轴设置在样品和第二电子探测器之间。方法可以包括基于多个信号电子中的信号电子的特性来探测多个信号电子，其中信号电子的特性可以包括信号电子的发射能量，相对于主光轴的发射极角或发射方位角。多个信号电子的第一部分可以包括背散射电子，并且其中背散射电子的发射极角在15
°
至65
°
的范围内。静电元件可以包括束偏转器或束增强器，并且磁性元件可以包括束分离器。该方法可进一步包括配置静电元件的内表面以便于探测多个信号电子的第一部分，或配置束扫描偏转器的内表面以探测多个信号电子的第一部分。束扫描偏转器的内表面可以包括连续探测层或分段探测层。束扫描偏转器的分段探测层可以包括沿着主光轴被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置的多个探测器段。该方法可以包括配置束偏转器的极的内表面以便于探测多个信号电子的第一部分。该方法可进一步包括配置束增强器的内表面以探测多个信号电子的第一部分，或配置束分离器的内表面以便于探测多个信号电子的第一部分。
10.本公开的另一方面涉及一种配置电子束装置的元件的方法。方法可以包括将第一电子探测器设置在元件的内表面上，该第一电子探测器具有第一探测层，第一探测层被配置为探测在初级电子束与样品相互作用之后产生的多个信号电子的第一部分；以及在第一电子探测器的内表面的一部分上沉积导电层，导电层被配置为偏转样品上的初级电子束。该方法还可以包括设置包括多个段的分段式电子探测器，并且其中多个段沿初级电子束的主光轴被线性地、圆周地、径向地或方位角地布置。设置第一电子探测器可以包括使用包括微机电系统(mems)制造、半导体制造或机械耦合的技术形成第一电子探测器。沉积导电层可以使用包括粘合、胶合、焊接、物理气相沉积或化学气相沉积的技术进行。导电层可以包括金属膜、半导体膜或电极。方法可进一步包括将元件与控制器电连接，控制器被配置为向导电层施加电压信号以实现初级电子束的偏转；以及接收由电子探测器响应于探测到多个信号电子而产生的探测信号。施加电压信号可以包括施加扫描偏转电压信号，该扫描偏转电压信号被配置为沿x轴、y轴或两者扫描初级电子束。探测多个信号电子的第一部分可以基于多个信号电子的信号电子的特性，信号电子的特性包括发射能量，相对于主光轴的发射极角，或发射方位角。该方法可进一步包括设置第一电子探测器，使得第一电子探测器的
第一探测层基本上平行于主光轴放置。
11.本公开的另一方面涉及一种存储指令集的非暂时性计算机可读介质，该组指令可由电子束装置的一个或多个处理器执行以使电子束装置执行观察样品的方法，该方法可包括在与初级电子束相互作用之后，从样品上的探测斑点产生多个信号电子；以及使用第一电子探测器探测多个信号电子的第一部分，该第一电子探测器包括基本上平行于初级电子束的主光轴的第一探测层。该指令集可以导致电子束装置：使用第二电子探测器进一步执行对多个信号电子的第二部分的探测，其中第二电子探测器的第二探测层基本上垂直于主光轴；以及基于多个信号电子的信号电子的特性来探测多个信号电子，该特性包括信号电子的发射能量、相对于主光轴的发射极角或发射方位角。
12.从以下结合附图的描述中，本公开的实施例的其他优点将变得显而易见，在附图中通过图示和示例的方式阐述了本发明的某些实施例。
附图说明
13.图1是示出与本公开的实施例一致的示例性电子束检测(ebi)系统的示意图。
14.图2是示出与本公开的实施例一致的示例性电子束工具的示意图，该电子束工具可以是图1的示例性电子束检测系统的一部分。
15.图3a是包括带电粒子探测器的带电粒子束装置40的示例性配置300a的示意图。
16.图3b和3c是分别示出包括带电粒子探测器和能量过滤器的带电粒子束装置的示例性配置300b和300c的示意图。
17.图3d是示出包括多个带电粒子探测器的带电粒子束装置40的示例性配置300d的示意图。
18.图4是示出与本公开的实施例一致的包括带电粒子探测器的带电粒子束装置的示例性配置的示意图。
19.图5是示出与本公开的实施例一致的包括静电元件的带电粒子束装置的示例性配置的示意图。
20.图6a和6b是示出与本公开的实施例一致的带电粒子束装置的束增强管的一部分的示例性配置的示意图。
21.图7a是与本发明实施例一致的分段带电粒子探测器的示意图。
22.图7b-7d是示出与本公开的实施例一致的带电粒子探测器的探测层的示例性配置的示意图。
23.图8是与本公开的实施例一致的带电粒子探测装置的示例性配置的示意图。
24.图9是与本公开的实施例一致的带电粒子探测装置的示例性配置的示意图。
25.图10是表示与本公开的实施例一致的使用图4的带电粒子束装置形成样品的图像的示例性方法的过程流程图。
26.图11是表示与本公开的实施例一致的配置电子束装置的静电元件的示例性方法的过程流程图。
具体实施方式
27.现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。以下描述参考附图，其中不
同附图中的相同数字表示相同或类似的元件，除非另有说明。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现不代表所有实现。相反，它们仅仅是与如所附权利要求中所述的与所公开的实施例相关的方面一致的装置和方法的示例。例如，尽管在利用电子束的上下文中描述了一些实施例，但是本公开不限于此。可以类似地应用其它类型的带电粒子束。此外，可以使用其它成像系统，例如光学成像，光探测，x射线探测等。
28.电子器件由在称为衬底的硅片上形成的电路构成。许多电路可以一起形成在同一块硅上，并且被称为集成电路或ic。这些电路的尺寸已经大幅度减小，使得它们中的许多可以安装在衬底上。例如，智能电话中的ic芯片可以小至拇指甲并且还可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的尺寸小于人发尺寸的1/1000。
29.制造这些极小的ic是复杂，耗时且昂贵的工艺，通常涉及成百上千个单独的步骤。甚至在一个步骤中的错误都有可能导致成品ic的缺陷，从而使其无用。因此，制造工艺的一个目标是避免这种缺陷，以使工艺中制造的功能ic的数量最大化，即，提高工艺的总成品率。
30.提高成品率的一个部件是监控芯片制造过程以确保其生产足够数量的功能集成电路。监视该过程的一种方式是在芯片电路结构形成的各个阶段检测芯片电路结构。可以使用扫描电子显微镜(sem)执行检测。sem可用于对这些极小的结构进行成像，实际上，拍摄这些结构的“照片”。该图像可用于确定该结构是否被正确地形成、以及它是否在正确的位置形成。如果该结构是有缺陷的，则可以调整该过程，使得缺陷不太可能再次出现。
31.使用sem检测高密度ic芯片的准确性和可靠性可能取决于系统的成像分辨率等。获得和保持高成像分辨率的几种方式之一是最大化信号电子(诸如次级电子(se)和背散射电子(bse))的收集效率。当初级电子撞击样品的表面时，它基于着陆能量、样品材料和斑点尺寸等与一定体积的样品相互作用，并产生多个信号电子。由电子束和样品之间的非弹性相互作用产生的se具有较低的能量，并源自样品的表面或近表面区域。由电子束的电子与原子的弹性碰撞产生的bse具有较高的能量，并且通常源自相互作用体积内较深的区域，从而提供与材料的组成和分布相关的信息。因此，可能期望对背散射电子进行最大程度的探测，以获得潜在缺陷的高分辨率图像。
32.se和bse收集效率可以使用多于一个探测器来提高，该探测器被有利地放置以收集尽可能多的电子。然而，几个挑战之一可能包括以中等发射角度有效探测bse。这可能是期望的，因为具有在15
°‑
65
°
范围内的发射角的背散射电子占所产生的总bse的大约75％。
33.在常规sem中，提高bse的收集效率的几种方式之一可以包括调整电子探测器的位置以捕获具有宽范围的发射角的bse。虽然可以提高具有小发射角和大发射角的bse的收集效率，但是具有中等发射角的bse的收集效率仍然很低。可选地，可以减小电子探测器的开口尺寸以增加探测中等发射角bse的可能性，然而，这可能增加物镜的像差，并因此负面地影响成像分辨率。因此，可能期望使用提高收集效率同时维持高成像分辨率的技术来探测具有中等发射角的bse。
34.本公开的一些实施例涉及形成样品图像的带电粒子束装置和方法。该装置可以包括电子探测器，该电子探测器具有基本上平行于主光轴的电子探测层，使得可以探测具有中等发射角的基本上所有或大多数bse。在一些实施例中，静电元件(诸如偏转扫描单元的偏转器，束增强器或束分离器等)可以被配置为：通过将带电粒子探测器设置在静电元件的
内表面上并且沉积薄导电层以使样品上的初级入射束偏转来探测bse。带电粒子探测器的探测层可以设置成基本上平行于主光轴，使得可以探测基本上所有具有中等发射角的bse。
35.为了清楚起见，附图中部件的相对尺寸可能被放大。在以下附图的描述中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件或实体，并且仅描述关于各个实施例的差异。如本文所用，除非另外具体说明，否则术语“或”涵盖所有可能的组合，除非不可行。例如，如果指出部件可包括a或b，则除非另外具体说明或不可行，该部件可包括a或b，或a和b。作为第二个示例，如果指出部件可以包括a，b或c，那么，除非具体说明或不可行，部件可以包括a，或b，或c，或a和b，或a和c，或b和c，或a和b和c。
36.现参考图1，其示出与本公开的实施例一致的示例性电子束检测(ebi)系统100。如图1所示，带电粒子束检测系统100包括主腔室10，负载锁定腔室20，电子束工具40和设备前端模块(efem)30。电子束工具40位于主腔室10内。虽然描述和附图涉及电子束，但是应当理解，这些实施例不用于将本公开限制为特定的带电粒子。
37.efem 30包括第一装载口30a和第二装载口30b。efem 30可包括附加的装载口。第一装载口30a和第二装载口30b接收晶片前开式标准晶圆盒(foup)，该晶片前开式标准晶圆盒包含待检测的晶片(例如，半导体晶片或由其它材料制成的晶片)或样品(晶片和样品在下文统称为“晶片”)。efem 30中的一个或多个机械臂(未示出)将晶片传送到负载锁定腔室20。
38.负载锁定腔室20连接到负载/锁定真空泵系统(未示出)，其去除负载锁定腔室20中的气体分子以达到低于大气压力的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)将晶片从负载锁定腔室20传送到主腔室10。主腔室10连接到主腔室真空泵系统(未示出)，其去除主腔室10中的气体分子以达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，通过电子束工具40对晶片进行检测。在一些实施例中，电子束工具40可以包括单束检测工具。
39.控制器50可以电连接到电子束工具40，也可以电连接到其它部件。控制器50可以是被配置为执行带电粒子束检测系统100的各种控制的计算机。控制器50还可以包括被配置为执行各种信号和图像处理功能的处理电路。尽管控制器50在图1中示出为在包括主腔室10，负载锁定腔室20和efem30的结构的外部，但是应当理解，控制器50可以是该结构的一部分。
40.虽然本公开提供了容纳电子束检测系统的主腔室10的示例，但是应当注意，本公开的各方面在其最广泛的意义上不限于容纳电子束检测系统的腔室。相反，应当理解，前述原理也可以应用于其它腔室。
41.现在参考图2，其示出了与本公开的实施例一致的电子束工具40的示例性配置的示意图，该电子束工具40可以是图1的示例性带电粒子束检测系统100的一部分。电子束工具40(本文也称为装置40)可以包括电子发射器，其可以包括阴极203，阳极220和枪孔径222。电子束工具40还可以包括库仑孔径阵列224，会聚透镜226，束限制孔径阵列235，物镜组件232和电子探测器244。电子束工具40还可以包括由电动台234支撑的样品保持器236，以保持待检测的样品250。应当理解，根据需要可以添加或省略其它相关部件。
42.在一些实施例中，电子发射器可以包括阴极203，提取器阳极220，其中初级电子可以从阴极发射并且被提取或加速以形成初级电子束204，该初级电子束204形成初级束交叉
202(虚拟的或真实的)。初级电子束204可以被可视化为从初级束交叉202发射。
43.在一些实施例中，电子发射器，会聚透镜226，物镜组件232，束限制孔径阵列235和电子探测器244可以与装置40的主光轴201对准。在一些实施例中，电子探测器244可以沿次光轴(未示出)偏离主光轴201放置。
44.在一些实施例中，物镜组件232可以包括修改的摆动减速浸入物镜(soril)，其包括极片232a，控制电极232b，偏转器232c(或多于一个偏转器)和激励线圈232d。在一般的成像过程中，从阴极203的尖端发出的初级电子束204被施加到阳极220的加速电压加速。初级电子束204的一部分通过枪孔径222和库仑孔径阵列224的孔径，并由会聚透镜226聚焦，以便全部或部分通过束限制孔阵列235的孔径。通过束限制孔径阵列235的孔径的电子可以由修改的soril透镜聚焦以在样品250的表面上形成探测斑点，并且由偏转器232c偏转以扫描样品250的表面。从样品表面发出的次级电子可以由电子探测器244收集以形成扫描的感兴趣区域的图像。
45.在物镜组件232中，激励线圈232d和极片232a可以产生磁场，该磁场在极片232a的一端开始而在极片232a的另一端终止。由初级电子束204扫描的样品250的一部分可以浸没在磁场中并且可以被充电，这继而产生电场。电场可以减少撞击在样品250的表面附近和表面上的初级电子束204的能量。与极片232a电隔离的控制电极232b控制样品250之上和其上的电场，以减小物镜组件232的像差，并控制信号电子束的聚焦情况，以获得高探测效率。偏转器232c可以偏转初级电子束204，以便于在晶片上进行电子束扫描。例如，在扫描过程中，可以控制偏转器232c以在不同的时间点将初级电子束204偏转到样品250的顶表面的不同位置上，以提供用于针对样品250的不同部分图像重建的数据。
46.当接收到初级电子束204时，可以从样品250的一部分发射背散射电子(bse)和次级电子(se)。束分离器(未示出)可以将包括背散射和次级电子的次级或散射电子束引导到电子探测器244的传感器表面。被探测的次级电子束可以在电子探测器244的传感器表面上形成对应的次级电子束斑点。电子探测器244可以产生表示所接收的次级电子束斑点的强度的信号(例如，电压，电流)，并将该信号提供给诸如控制器50的处理系统。次级或背散射电子束的强度和所得束斑点可根据样品250的外部或内部结构变化。此外，如上所述，初级电子束204可以被偏转到样品250的顶表面的不同位置上，以产生不同强度的次级或散射电子束(以及所得束斑点)。因此，通过将次级电子束斑点的强度与样品250上的初级电子束204的位置进行映射，处理系统可以重建反映样品250的内部或外部结构的样品250的图像。
47.在一些实施例中，控制器50可以包括图像处理系统，该图像处理系统包括图像获取器(未示出)和存储器(未示出)。图像获取器可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器可以包括计算机，服务器，大型主机，终端，个人计算机，任何类型的移动计算设备等，或其组合。图像获取器可通过诸如电导体，光纤电缆，便携式存储介质，ir，蓝牙，因特网，无线网络，无线电等介质或其组合通信地耦合到装置40的电子探测器244。在一些实施例中，图像获取器可以从电子探测器244接收信号并且可以构造图像。因此，图像获取器可以获取样品250的区域的图像。图像获取器还可以执行各种后处理功能，诸如生成轮廓，在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器可以被配置为执行所获取图像的亮度和对比度等的调节。在一些实施例中，存储器可以是诸如硬盘，闪存驱动器，云存储器，随机存取存储器(ram)，其它类型的计算机可读存储器等的存储介质。存储器可以与图像获取器耦合，并且
可以用于将扫描的原始图像数据保存为原始图像和后处理的图像。
48.在一些实施例中，控制器50可以包括测量电路(例如，模数转换器)以获得探测到的次级电子的分布。在探测时间窗期间收集的电子分布数据与入射到样品(例如，晶片)表面上的初级束204的对应扫描路径数据结合，可用于重构受检测的晶片结构的图像。重建的图像可用于揭示样品250的内部或外部结构的各种特征，并且因此可用于揭示可能存在于样品250(诸如晶片)中的任何缺陷。
49.在一些实施例中，控制器50可以控制电动台234以在检测期间移动样品250。在一些实施例中，控制器50可以使电动台234能够以恒定速度在一个方向上连续地移动样品250。在其他实施例中，控制器50可以使电动台234能够根据扫描过程的步骤随时间改变样品250的移动速度。
50.现在参考图3a，其示出了包括带电粒子探测器的带电粒子束装置40的示例性配置300a的示意图。在一些常规sem中，装置40的配置300a可包括电子源301，该电子源301被配置为从阴极发射初级电子，并被提取以形成初级电子束302，该初级电子束302沿着主光轴304从初级束交叉(虚拟的或真实的)303发出。装置40还可以包括会聚透镜305，束限制孔径阵列306，透镜内电子探测器307，扫描偏转单元309和物镜组件310。在本公开的上下文中，透镜内电子探测器是指位于sem的电光柱内部的带电粒子探测器(例如，电子探测器)，并且可以围绕主光轴(例如，主光轴304)旋转对称地布置。在一些实施例中，其也可称为内测光透镜(through-the lens)，浸没透镜探测器，上部探测器或第二电子探测器。应当理解，可以适当地添加或省略或重新排序相部件。
51.在目前现有的sem中，如图3a所示，初级电子束302可以从电子源301发射并由阳极加速到更高的能量。枪孔径可将初级电子束302的电流限制到期望值。初级电子束302可以由会聚透镜305和物镜组件310聚焦，以在样品308的表面上形成小的探测斑点。可以选择会聚透镜305的聚焦能力和束限制孔径阵列306的孔径的开口尺寸，以获得期望的探测电流并使探测斑点尺寸尽可能小。为了在大范围的探测电流上获得小的光斑尺寸，束限制孔径阵列306可以包括具有各种尺寸的多个孔径。例如，束限制孔径阵列306的孔径306-1可被配置为：基于期望的探测电流或探测斑点尺寸，通过阻挡初级电子束302的外围电子而产生初级电子束波302-1。扫描偏转单元309的一个或多个偏转器可以被配置为偏转初级电子束302，以扫描样品308的表面上的期望区域。如图3a所示，初级电子束波302-1与样品308的相互作用可产生se和bse。可以将次级电子识别为具有低发射能量的信号电子，并且可以将背散射电子识别为具有高发射能量的信号电子。由于它们的低发射能量，物镜组件310可以强烈地聚焦se(诸如沿着电子路径311-1或311-2)，以主要落在透镜内探测器307的探测层上。由于它们的高发射能量，物镜组件310可以弱聚焦bse。因此，具有小发射角的bse可以沿电子路径312-1和312-2行进，并且也可以由透镜内电子探测器307探测。在一些情况下，可以使用附加的电子探测器，背散射电子探测器来探测具有大发射角的bse(例如312-3)，或者bse保持未被探测到，导致分辨率的损失或检测样品所需的信息的缺乏。
52.半导体制造工艺中的一些缺陷(诸如光刻，金属沉积，干蚀刻或湿蚀刻期间的掩埋颗粒等)的探测和检测可以受益于样品表面特征的检测、以及样品表面下的特征的组成分析。在这种情况下，用户可以利用从次级电子探测器和背散射电子探测器获得的信息来识别缺陷，分析缺陷的组成，以及基于所获得的信息来调整工艺参数等。
53.如本领域公知的，se和bse的发射遵循lambert定律并且具有大的能量扩散。在初级电子束302与样品308相互作用时，ses和bse被从样品的不同深度产生，并具有不同的发射能量。例如，次级电子源自表面并且可以具有≤50ev的发射能量。se可用于提供关于表面特征或表面几何形状的信息。另一方面，bse可以由初级电子束302的入射电子的弹性散射事件产生，并且与se相比可以具有更高的发射能量，在从50ev到大约入射电子的着陆能量的范围内，并且提供被检测材料的组成信息。所产生的背散射电子的数量可以取决于多种因素，包括但不限于样品中材料的原子序数、初级电子束的着陆能量等。
54.基于发射能量的差异或发射角等，se和bse可以使用单独的电子探测器，分段式电子探测器，能量过滤器等来单独探测。例如，如图3a所示，透镜内电子探测器307可以被配置为分段式探测器(稍后参考图7a讨论)，该分段式探测器包括以二维或三维布置来布置的多个分段。在一些情况下，透镜内电子探测器307的段可以围绕主光轴304被径向地，周向地或方位角地布置。
55.配置300a可包括会聚透镜305，该会聚透镜305被配置为聚焦初级电子束302以使其一部分302-1可穿过束限制孔径阵列306的轴上开口306-1。会聚透镜305可以基本上类似于图2的会聚透镜226，并且可以执行类似的功能。会聚透镜305可以包括静电，磁性或复合电磁透镜等。会聚透镜305可以与控制器电连接或通信连接，诸如图2所示的控制器50。控制器50可以向会聚透镜305施加电激励信号，以基于包括但不限于操作模式、应用、期望的分析、正被检测的样品材料等因素来调节会聚透镜305的聚焦能力。
56.配置300a可进一步包括扫描偏转单元309，该扫描偏转单元309被配置为动态地偏转样品308表面上的初级电子束302或初级电子束波302-1。初级电子束波302-1的动态偏转可导致期望的区域或期望的感兴趣区域被扫描(例如以光栅扫描模式)，以产生用于样品检测的se和bse。扫描偏转单元309可以包括一个或多个偏转器(例如，图3b的偏转器309-1或309-2，稍后讨论)，一个或多个偏转器被配置为在x轴或y轴上偏转初级电子束302。如本文所用，x轴和y轴形成笛卡尔(cartesian)坐标，并且初级电子束302沿着z轴或主光轴304传播。x轴是指沿着纸的宽度延伸的水平轴或横轴，y轴是指在纸的平面中内外延伸的垂直轴。
57.电子是带负电的粒子、并以高能量和高速度穿过电子柱。使电子偏转的一种方式是使它们通过电场，该电场例如由保持在两个不同电势的一对板产生，使电流通过偏转线圈等。改变偏转器两端的电场可以基于以下因素来改变初级电子束302中电子的偏转角，该因素包括但不限于电子能量、所施加的电场、偏转器的尺寸等。在一些情况下，扫描偏转单元309可以包括多于一个偏转器。扫描偏转单元309的一个或多个偏转器可以位于物镜组件310内。
58.配置300a还可以包括物镜组件310，该物镜组件310被配置为将初级电子束302或初级电子束波302-1聚焦在样品308的表面上。物镜组件310还可以被配置为将具有低发射能量的信号电子(例如，次级电子)聚焦在信号电子探测器(例如，图3a的透镜内电子探测器307)的探测层上。物镜组件310可以与图2的物镜组件232基本上相似或执行基本上相似的功能。
59.现在参考图3b，其示出了包括带电粒子探测器和能量过滤器的带电粒子束装置40的示例性配置300b的示意图。如图3b所示，配置300b可以包括磁性物镜组件310和偏转器309-1和309-2。在一些实施例中，物镜组件310可以包括复合电磁透镜，该复合电磁透镜包
括由控制电极313，物镜组件310的内极片(例如，图2的极片232a)和样品308形成的磁性透镜310m和静电透镜。
60.基于se和bse的发射能量分别探测诸如se和bse的信号电子的几种方式之一包括使从样品308上的探测斑点产生的信号电子通过能量过滤器。在一些实施例中，控制电极313可以包括样品308和透镜内电子探测器307之间的能量过滤器。在一些实施例中，控制电极313可以设置在样品308和物镜组件310的磁性透镜310m之间。控制电极313可以相对于样品偏置，以形成针对具有阈值发射能量的信号电子的势垒。例如，控制电极313可以相对于样品308负偏置，使得带负电的信号电子(例如，路径311中的次级电子)偏转回到样品308。因此，只有具有足够高的发射能量(例如，路径312中的背散射电子)以克服由控制电极313形成的能量势垒的信号电子向透镜内电子探测器307传播。在一些实施例中，透镜内电子探测器307可以被配置为次级电子探测器或背散射电子探测器。应当理解，311和312分别表示次级电子和背散射电子的路径。
61.现在参考图3c，其示出了包括带电粒子探测器和能量过滤器的带电粒子束装置40的示例性配置300c的示意图。与图3b的配置300b相比，配置300c包括设置在透镜内电子探测器307附近的能量过滤器。如图3c所示的能量过滤器可以包括例如网状电极314，该网状电极314被配置为将具有低发射能量的信号电子(例如，路径311中的次级电子)偏转回样品308或物镜组件310，并允许具有高发射能量的信号电子(例如，路径312中的背散射电子)入射到透镜内电子探测器307的探测层上。在一些实施例中，网状电极314可以包括由导电材料制成的网状结构，该导电材料包括但不限于金属、合金、半导体、复合材料等。网状电极314可以设置在物镜组件310和透镜内电子探测器307之间。在一些实施例中，网状电极314可以设置成比物镜组件310更靠近透镜内电子探测器307。
62.现在参考图3d，其示出了包括多个带电粒子探测器的带电粒子束装置40的示例性配置300d的示意图。与图3a-3c相比，图3d的配置300d包括背散射电子探测器315，该背散射电子探测器315被配置为探测具有高发射能量和高发射极角的信号电子。在本公开的上下文中，发射极角是相对于基本上垂直于样品308的主光轴(例如，图3a-3d的主光轴304)测量的。例如，与次级电子的发射极角相比，路径311-1和311-2中的次级电子的发射极角较小，而路径312-1，312-2和312-3中的背散射电子的发射极角较大。背散射电子探测器315可以放置在物镜组件310和样品308之间，透镜内电子探测器307可以放置在物镜组件310和会聚透镜(未示出，例如，图3a的会聚透镜305)之间，允许探测次级电子以及背散射电子。
63.在单带电粒子束装置(诸如单束sem)中，可以通过使用能量过滤器，附加的电子探测器，调整现有电子探测器的位置和尺寸等来提高针对bse的收集效率(如参考图3a-3d所述)。然而，bse收集效率的提高可能不足以获得高分辨率图像以允许用户检测微缺陷或纳米缺陷。
64.作为示例，如图3a所示，将电子探测器放置在物镜组件(例如，图3a的物镜组件310)上方可以仅收集bse的具有小发射极角的一部分，其被识别为在路径312-1和312-2中的bse。具有较大发射极角的bse(诸如路径312-3中的bse)可能丢失并保持未探测到，从而导致差的bse收集效率。
65.作为将电子探测器放置在物镜上方的替代，电子探测器也可以放置在物镜下方以捕获具有大发射极角的bse，如图3d所示。虽然在提高bse收集效率方面是有用的，但是这样
的布置可能仍然不适合最大化bse收集效率。se和bse具有lambertian发射分布，使得成品率与cos(θ)成比例，其中θ是相对于样品表面法线的发射极角。由于发射的余弦角分布，与具有中等发射极角的信号电子的数量相比，具有小和大发射极角的信号电子的数量较低。尽管可以通过减小物镜组件下方的电子探测器的开口尺寸来收集具有中等发射角的信号电子，然而，它可能负面影响物镜的像差，从而影响图像的分辨率。
66.在诸如图3b和3c所示的其他配置中，控制电极可以被实现为能量滤波器，以将se与bse分离，并因此提高单独的收集效率。然而，将负偏置的能量滤波器更靠近样品放置(如图3b所示)可能增加物镜组件的像差，从而不利地影响成像分辨率。作为替代，能量过滤器可更靠近透镜内电子探测器(例如，图3c中所示的网状电极314)放置，以使施加到能量过滤器的偏置对物镜组件的像差的影响最小化。然而，在这种配置中，为了避免能量过滤器对初级电子束的影响，通常在能量过滤器的入口(信号电子进入的地方)使用屏蔽网(未示出)。一些信号电子可能被屏蔽网阻挡或散射，并且可能不进入能量过滤器。因此，收集效率降低。因此，在一些配置中，透镜内探测器和能量过滤器偏离主光轴放置，并且束分离器可用于使入射的信号电子朝向能量过滤器偏转。束分离器可能将不期望的像差添加到入射的初级电子束，从而对成像分辨率产生负面影响。
67.现在参考图4，其示出了与本公开的实施例一致的包括带电粒子探测器的图1的带电粒子束装置40的示例性配置400。配置400中的带电粒子束装置40(本文也称为装置40)可以包括透镜内电子探测器407(类似于图3a-3d的透镜内电子探测器307)，其中初级电子束(未示出)沿着主光轴404传播并使用物镜组件410(类似于图3a-3d的物镜组件310)聚焦在样品408上。除了透镜内电子探测器407之外，带电粒子束装置40还可以包括具有电子探测层421的信号电子探测器420，该信号电子探测器420被配置为探测具有高发射能量和中等发射极角的信号电子，诸如在与初级电子束402(未示出)的入射电子相互作用时从样品408上的探测斑点产生的bse(路径412-1和412-2中的bse)。
68.在一些实施例中，信号电子探测器420可以被放置成使得信号电子探测器420的电子探测层421可以相对于样品408的平面基本上垂直。在一些实施例中，信号电子探测器420可以被放置成使得信号电子探测器420的电子探测层421可以基本上平行于主光轴404。在一些实施例中，电子探测层421可包括信号电子探测器420的内表面或可设置在信号电子探测器420的内表面上。如本文所用，内表面是指接近主光轴的表面或直接暴露于入射的初级电子、次级电子或背散射电子的表面。
69.在一些实施例中，信号电子探测器420可以包括被配置为探测从样品408产生的信号电子的一部分的探测装置40的垂直次级电子探测器、垂直背散射电子探测器或垂直静电元件。在一些实施例中，虽然未示出，但是可以基于包括但不限于设计和空间可用性、期望的成像分辨率、期望的bse收集效率等因素来采用多于一个的垂直信号电子探测器420。在这种配置中，可以单独探测具有发射极角的范围的信号电子。
70.在一些实施例中，信号电子探测器420可以被配置为基于信号电子的特性来探测信号电子的一部分。这些特性可以包括但不限于发射能量、发射极角、发射方位角等。例如，垂直信号电子探测器420可以被配置为探测具有高发射能量(》50ev)和相对于主光轴404在15
°
至65
°
范围内的中等发射极角的信号电子。在一些实施例中，基于所使用的信号电子探测器420的数量，它们可以被放置成使得它们被配置为探测具有预先定义的发射极角范围
的信号电子。作为示例，信号电子探测器420-1(未示出)可以被配置为探测具有高发射能量和在15
°
至40
°
范围内的发射极角的信号电子的一部分，并且另一信号电子探测器420-2(未示出)可以被配置为探测具有高发射能量和在40
°
至65
°
范围内的发射极角的信号电子的一部分。可以理解，信号电子探测器420的数量、位置和类型可以根据需要进行适当调整。
71.在一些实施例中，信号电子探测器420可以设置在物镜组件410和透镜内电子探测器407之间。在一些实施例中，信号电子探测器420可以设置在样品408和透镜内电子探测器407之间。在一些实施例中，可以在样品408和透镜内电子探测器407之间设置多于一个的信号电子探测器420。
72.在一些实施例中，信号电子探测器420可以包括单体式电子探测器或分段式电子探测器。在单体式电子探测器中，电子探测层421可以包括带电粒子敏感材料的非分段层。在分段式电子探测器中，电子探测层421可以包括带电粒子敏感材料的不连续层，形成分段式电子探测器的段。分段式电子探测器的段可以以二维(2d)或三维(3d)的布置围绕主光轴404来被布置。分段式电子探测器的段可以围绕主光轴404被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置。带电粒子敏感材料可以对带电粒子(诸如电离辐射、电子、x射线、光子等)敏感。
73.现在参考图5，其示出了与本公开的实施例一致的包括静电元件的图1的带电粒子束装置40的示例性配置500。与配置400相比，配置500中的带电粒子束装置40(本文也称为装置40)可以包括具有电子探测层521的静电或磁性元件520，电子探测层521被配置为探测具有高发射能量和中等发射极角的信号电子，诸如在与初级电子束502(未示出)的入射电子相互作用时从样品508上的探测斑点产生的bse(路径512-1和512-2中的bse)。应当理解，装置40可以适当地包括一个或多个静电或磁性元件520。
74.在一些实施例中，静电或磁性元件520可以包括扫描偏转单元(例如，图3a和3b的扫描偏转单元309)、束增强器或束分离器等。静电或磁性元件520可以沿着主光轴504设置在样品508和透镜内电子探测器507之间。在一些实施例中，静电元件520、物镜组件510和透镜内电子探测器507可以与主光轴504对准并相对于主光轴504旋转对称。
75.在一些实施例中，可以放置静电或磁性元件520，使得静电或磁性元件520的电子探测层521可以相对于样品508的平面基本上垂直。在一些实施例中，静电或磁性元件520可以被放置成使得静电或磁性元件520的电子探测层521可以基本上平行于主光轴504。在一些实施例中，电子探测层521可包括静电或磁性元件520的内表面或可设置在静电或磁性元件520的内表面上，或可设置在静电或磁性元件520的内表面的一部分上。
76.在一些实施例中，静电或磁性元件520可以被配置为基于信号电子的特性来探测信号电子的一部分。这些特性可以包括但不限于发射能量、发射极角、发射方位角等。例如，垂直静电或磁性元件520可以被配置为探测具有高发射能量(》50ev)和相对于主光轴504在15
°
至65
°
范围内的中等发射极角的信号电子。
77.在一些实施例中，一个或多个静电或磁性元件520可以包括扫描偏转单元309的一个或多个偏转器(例如，图3b的偏转器309-1和309-2)，这些偏转器被配置为用于探测具有高发射能量和中等发射极角的bse。在这样的配置中，偏转器可以执行bse的探测和初级电子束(例如，图3a的初级电子束302)的偏转。静电或磁性元件520的电子探测层521可以包括一个或多个偏转器的被配置为带电粒子敏感表面的内表面。配置静电或磁性元件520或静电或磁性元件520的内表面的细节将在后面参考图8和9讨论。
78.在一些实施例中，偏转器或偏转扫描单元的内表面可以在圆周方向上分段，使得偏转器的多极结构的极的内表面被配置为探测bse。在一些实施例中，偏转器的多极结构的每个极被配置为探测bse。
79.在一些实施例中，静电或磁性元件520可以包括束分离器(诸如wien过滤器)。束分离器的内表面可以被配置为探测bse。应当理解，设置在样品508和透镜内电子探测器507之间的任何静电或磁性元件都可以被适当地配置以探测bse。
80.现在参考图6a和6b，其示出了与本公开的实施例一致的束增强器的一部分的示例性配置的示意图。如图6a所示，图1的装置40可以包括束增强器620，其被配置为保持初级电子的能量，该初级电子沿着sem的电光柱向下传播、并且在撞击样品608之前不久减速至期望的能量。在常规sem中，当初级电子被加速到几kev以穿过电光柱时，库仑效应(电子相互作用)可引起电子聚焦在样品表面之上或之下，导致斑点尺寸的增加和成像分辨率的损失。通过将束增强器620偏置到比电光柱(诸如图6a中的磁性物镜610m)高的电势，可以通过例如减小样品608的表面上的斑点尺寸来减小库仑效应。此外，可能优选的是减小入射初级电子的能量以最小化对样品608的物理损坏，同时保持斑点尺寸。
81.在一些实施例中，束增强器620的内表面621可被配置为探测具有高发射能量和中等发射极角的信号电子，诸如在与初级电子束602(未示出)的入射电子相互作用时从样品608上的探测斑点产生的bse(例如，路径612-1和612-2中的bse)。
82.图6a示出了设置在磁性物镜610m内的束增强器620的一部分的内表面621(也称为电子探测层621)上的带电粒子敏感材料的非分段层。在一些实施例中，束增强器620的内表面621可以在长度上延伸以探测具有高发射能量和中等发射角度的基本上所有bse，以最大化bse收集效率，并且由此提高成像分辨率。
83.图6b示出了设置在磁性物镜610m内的束增强器620的一部分的内表面上的带电粒子敏感材料的不连续层。内表面的不连续覆盖可以形成被配置为分别探测路径612-1，612-2和612-3中的bse的多个段621-1，621-2和621-3。束增强器620的分段内表面621可用于探测具有发射极角和发射能量范围的bse。应当理解，尽管图6b示出了段621-1，621-2和621-3沿着主光轴604的线性布置，但是其它适当的布置也是可能的。
84.现在参考图7a，其示出了与本公开的实施例一致的分段式电子探测器720的示意图。分段式电子探测器720可以包括被配置为允许初级电子束(例如，图3a的初级电子束302)通过的开口730，以及多个段720-1-720-5。在一些实施例中，分段式电子探测器720可以是置于样品(例如，图3a的样品308)和透镜内电子探测器(例如，图3a的透镜内电子探测器307)或物镜组件(图3a的物镜组件310)之间的背散射电子探测器(例如，图3d的背散射电子探测器315)，或者可以是透镜内电子探测器，或者可以是垂直电子探测器。在一些实施例中，分段式电子探测器720可以是具有圆形、椭圆形或多边形横截面的圆柱形。尽管图7a示出了圆柱形分段式电子探测器的圆形横截面，但是也可以适当地使用其它横截面和形状。在一些实施例中，分段式电子探测器720的一个或多个段可以沿着主光轴(例如，图3a的主光轴304)以2d布置被径向地，周向地或方位角地布置。
85.在一些实施例中，一个或多个段720-1-720-5可以被配置为基于发射能量、发射极角或发射方位角等来探测电子。
86.现在参考图7b-7d，其示出了与本公开的实施例一致的诸如电子探测器的带电粒
子探测器的带电粒子探测层的示例性配置。图7b示出了例如用在单体式电子探测器中的非分段电子探测层721。电子探测层721可以包括设置在静电或磁性元件(例如，图5的静电或磁性元件520)的内表面上的带电粒子敏感材料层。带电粒子敏感材料可以被配置为探测带电粒子，包括但不限于电离辐射、电子、x射线、光子等。电子探测层721可以围绕主光轴(例如，图3a的主光轴304)被线性地、径向地、周向地或方位角地布置。电子探测层721可以设置成基本上平行于主光轴或基本上垂直于样品表面。
87.图7c和7d示出了例如用在分段式电子探测器中的分段探测层。虽然图7c示出了四个段721-1c、721-2c、721-3c和721-4c，但是应当理解，可以适当地使用任意数量的段。段721-1c
–
721-4c可以围绕主光轴被线性地、径向地、周向地、方位角地等布置。如图7d所示，段721-1d、721-2d和721-3d可以沿着主光轴以3d布置被线性地布置。在一些实施例中，段721-1d、721-2d和721-3d可以被配置为探测具有一定范围内的发射能量和发射极角的bse。在一些实施例中，一个或多个段721-1d、721-2d和721-3d可以基本上平行于主光轴或基本上垂直于样品表面。
88.提高sem中bse收集效率等的几种方式之一包括配置静电或磁性元件(例如，图5的静电元件520)以探测具有高发射能量和中等发射极角的bse，否则这些bse可能保持未被探测到。静电或磁性元件520可以包括扫描偏转单元309的一个或多个偏转器，束增强器620的一个或多个部分，束分离器(未示出)等。应当理解，放置在样品和透镜内电子探测器(例如，图3a的透镜内电子探测器307)之间的任何静电或磁性元件可以被配置为bse探测器。
89.现在参考图8，其示出了与本公开的实施例一致的带电粒子探测装置800的示例性平面图配置。带电粒子探测装置800可以包括基板801，支撑结构802，带电粒子探测器803，导电层804，偏转扫描电极810_y1、810_y2、810_x1和810_x2，读出电路815，扫描信号线816，图像信号线817，通过连接818向读出电路815供电的电源820，以及电源总线840。
90.在一些实施例中，带电粒子探测装置800可以包括被配置为接纳支撑结构802的衬底801。衬底801可以由电绝缘材料制成，包括但不限于陶瓷，电介质，玻璃等。在一些实施例中，基板801可包括被配置为接纳支撑结构802并支撑电路系统的电路板。
91.带电粒子探测装置800可以包括被配置为bse探测器的支撑结构802。在一些实施例中，支撑结构802可以包括但不限于带电粒子束装置的静电元件或磁性元件，例如偏转器、偏转扫描单元、束增强器的一部分，束分离器等。例如，偏转器(例如，图3b的偏转器309-1或309-2)可被配置为偏转样品上的初级入射电子束、或探测具有高发射能量和中等发射极角的信号电子。应当理解，尽管支撑结构802被示为具有圆形横截面，但是支撑结构802可以适当地具有但不限于六边形、矩形、椭圆形等横截面。
92.带电粒子探测装置800还可以包括设置在支撑结构802的内表面上的带电粒子探测器803。在一些实施例中，基于带电粒子探测器803及其功能，在支撑结构802上设置带电粒子探测器803可以包括但不限于的沉积、耦合、制造、附着等。带电粒子探测器803可以圆周地设置在支撑结构802的内表面上，以最大化对初级电子或信号电子的暴露。
93.在一些实施例中，带电粒子探测器803可以包括二极管、闪烁体、辐射探测器、固态探测器、p-i-n结二极管或p-i-n探测器等。带电粒子探测器803可以被配置为探测带电粒子，包括但不限于电离辐射、电子、x射线、光子等。在一些实施例中，带电粒子探测器803可以包括单体式探测器或分段式探测器。尽管图8示出了四段带电粒子探测器803，但是应当
理解，可以适当地使用任何数量的段。
94.带电粒子探测装置800还可以包括导电层804，其被配置为偏转样品上的初级电子束的初级电子。导电层804可以设置在带电粒子探测器803的内表面上。在一些实施例中，导电层804可以设置在带电粒子探测器803的内表面的一部分上。在一些实施例中，导电层804可以通过包括但不限于沉积、耦合、制造、附着等技术设置在带电粒子探测器803的一个或多个段上。导电层804可以包括由包括但不限于电导体、金属、半导体、掺杂半导体、电极等材料制成的层。在一些实施例中，导电层804可包括诸如金、铂、钯、银、铜、铝等金属的薄膜。在一些实施例中，支撑结构802、带电粒子探测器803或导电层804可以相对于主光轴(未示出，例如，图3a的主光轴304)旋转对称。
95.作为示例，带电粒子探测装置800可以包括：支撑结构802，其支撑诸如偏转器309-1或309-2的静电元件；带电粒子探测器803，被配置为探测包括具有高发射能量和中等发射极角的bse的信号电子，且形成在偏转器309-1或309-2的内表面上；或导电层804，设置在带电粒子探测器803的内表面上。当用作偏转器和探测器时，这样的配置还可以增强bse收集效率，从而增强成像对比度和信噪比(snr)。支撑结构802可以被配置为向系统部件提供机械支撑，并且可以不被配置为电连接。
96.带电粒子探测装置800还可以包括控制电路，以控制带电粒子探测装置800作为偏转器和探测器的操作。控制电路可以包括电源总线840，其被配置为分配和管理至诸如隔离电源、发电机、负载、馈线等组件的电力。控制电路还可以包括一个或多个电源820，其被配置为向包括读出电路815、带电粒子探测器803以及其它部件的其它系统部件供电。
97.在一些实施例中，可以将浮动电压施加到偏转扫描电极810_y1、810_y2、810_x1或810_x2。在一些实施例中，至少两个偏转扫描电极的浮动电压的绝对值可以不同。所施加的浮动电压可以是偏转扫描电极的工作电压。偏转扫描电极810y1、810y2、810x1或810x2中的每一者可被配置为将偏转电压施加到导电层804。
98.在一些实施例中，电源820可被配置为向浮动在扫描偏转电压或束增强器电压上的部件或功能块提供电力。例如，在偏转器-探测器组合中，偏转电压可以通过偏转扫描电极和偏转扫描驱动器(未示出)中的一个施加到对应的导电层804，并且在束增强器-探测器组合中，增强器电压可以通过束增强器驱动器(未示出)施加到导电层804。例如，施加到导电层804的增强器电压可以包括静态电压。在一些实施例中，通过偏转扫描电极810_y1、810_y2、810_x1或810_x2和扫描信号线816，扫描偏转电压信号可以被施加到设置在带电粒子探测器803的段的内表面上的导电层804。扫描偏转电压信号可被配置为在x轴或y轴上偏转初级电子束。在一些实施例中，可根据需要施加扫描偏转电压信号以在 x，-x， y或-y方向上偏转初级电子束。
99.带电粒子探测装置800的控制电路还可以包括一个或多个读出电路815，其被配置为接收来自带电粒子探测器803的段的探测信号、并处理与探测信号相关联的数据。相关联的数据可以包括成像数据、工具参数、探测参数等。例如，使用图像信号线817可以将探测信号从带电粒子探测器803的段传输到读出电路815。在一些实施例中，读出电路815还可以被配置为：将与来自带电粒子探测器803的探测信号相关联的信息传送到带电粒子探测装置800的处理器。处理器可以包括计算机、服务器、计算机实现的处理器等。与探测信号相关联的信息可使用光纤信号、数据链路、宽带变压器或无线地等与处理器通信。
100.在一些实施例中，读出电路815可以由对应的电源820通过连接818供电。一个或多个电源820可被配置为从电源总线840接收电力、并向电路部件供电，电路部件包括但不限于读出电路815、带电粒子探测器803等。
101.现在参考图9，其示出了与本发明实施例一致的带电粒子探测装置900的平面图。带电粒子探测装置900可以包括基板901，支撑结构902，带电粒子探测器903，导电层904，偏转扫描电极910y_1、910_y2、910_x1和910_x2，读出电路915，扫描信号线916，图像信号线917和电源总线940。可以理解，可以适当地添加、省略或修改带电粒子探测装置900的其它公知部件。还应当理解，衬底901，支撑结构902，偏转扫描电极910y_1、910_y2、910_x1和910_x2以及电源总线940可以基本上类似于衬底801，支撑结构802，偏转扫描电极810y_1、810_y2、810_x1和810_x2以及电源总线840，并且执行基本上类似的功能。
102.在一些实施例中，带电粒子探测器903可以包括闪烁体。带电粒子探测装置900可以包括光电探测器930，其被配置为探测由闪烁体沿着光学路径935发射的光子。在一些实施例中，带电粒子探测器903可以包括次级电子探测器、背散射电子探测器、everhart-thornley探测器等。
103.带电粒子探测装置900还可以包括导电层904，其被配置为偏转样品上的初级电子束的初级电子。导电层904可以设置在带电粒子探测器903的内表面上。在一些实施例中，导电层904可以设置在带电粒子探测器903的内表面的一部分上。在一些实施例中，导电层904可以通过包括但不限于沉积、耦合、制造、附着等技术设置在带电粒子探测器903的一个或多个段上。导电层904可以包括由包括但不限于电导体、金属、半导体、掺杂半导体，电极等材料制成的层。在一些实施例中，导电层904可以包括诸如金、铂、钯、银、铜、铝等导电材料的金属的薄膜。在一些实施例中，支撑结构902、带电粒子探测器903或导电层904可以相对于主光轴(未示出，例如，图3a的主光轴304)旋转对称。
104.作为示例，带电粒子探测装置900可以包括：支撑结构902，其包括诸如偏转器309-1或309-2的静电元件；带电粒子探测器903，被配置为探测包括具有高发射能量和中等发射极角的bse的信号电子，并且形成在偏转器309-1或309-2的内表面上；以及导电层904，设置在带电粒子探测器903的内表面上。从样品上的探测斑点产生的信号电子可以被导向带电粒子探测器903(例如，闪烁体)。闪烁体上的电偏置可以吸引信号电子(包括se和bse)。闪烁体可被配置为将信号电子转换成光子。所产生的光子可以沿着光路935被导向光电探测器930。当用作偏转器和探测器时，这样的配置还可以增强bse收集效率，从而增强成像对比度和snr。
105.带电粒子探测装置900还可以包括控制电路，以控制带电粒子探测装置900作为偏转器和探测器的操作。控制电路可以包括电力总线940，其被配置为分配和管理至诸如读出电路915的部件的电力。在一些实施例中，电力总线940可以被配置为向浮动在扫描偏转电压或束增强器电压上的部件或功能块提供电力。例如，在偏转器-探测器组合中，通过偏转扫描电极和偏转扫描驱动器(未示出)中的一个，可以将偏转电压施加到对应的导电层904，而在束增强器-探测器组合中，通过束增强器驱动器(未示出)，可以将增强器电压施加到导电层904。例如，施加到导电层904的增强器电压可以包括静态电压。在一些实施例中，通过偏转扫描电极910y_1、910_y2、910_x1和910_x2中的一个以及扫描信号线916，扫描偏转电压信号可以被施加到设置在带电粒子探测器903的段的内表面上的导电层904。扫描偏转电
压信号可被配置为在x轴或y轴上偏转初级电子束。在一些实施例中，可根据需要施加扫描偏转电压信号以在 x，-x， y或-y方向上偏转初级电子束。
106.带电粒子探测装置900的控制电路还可以包括一个或多个读出电路915，其被配置为接收来自带电粒子探测器903的段的探测信号、并处理与探测信号相关联的数据。相关联的数据可以包括成像数据、工具参数、探测参数等。例如，可以使用图像信号线917将探测信号从光电探测器930传输到读出电路915。在一些实施例中，读出电路915还可以被配置为将与来自光电探测器930的探测信号相关联的信息传送到带电粒子探测装置900的处理器。处理器可以包括计算机、服务器、计算机实现的处理器等。与探测信号相关联的信息可使用光纤信号、数据链路、宽带变压器或无线地等与处理器通信。
107.现在参考图10，其示出了与本公开的实施例一致的表示使用图4的带电粒子束装置40形成样品的图像的示例性方法1000的过程流程图。例如，方法1000可由图1所示的ebi系统100的控制器50执行。控制器50可以被编程以执行方法1000的一个或两个步骤。例如，控制器50可以激活带电粒子源、激活光学系统，并执行其它功能。
108.在步骤1010中，带电粒子源可以被激活，以产生带电粒子束(例如，图2的初级电子束204)。电子源可由控制器(例如，图1的控制器50)激活。例如，可以控制电子源以发射初级电子，以沿着主光轴(例如，图2的主光轴201)形成电子束。电子源可以被远程激活，例如通过使用软件、应用或一组用于控制器的处理器的指令，以通过控制电路为电子源供电。
109.可以使用物镜组件(例如，图3a的物镜组件310)将初级电子束聚焦在样品上。在一些实施例中，扫描偏转单元(例如，图3a的扫描偏转单元309)可被配置为动态地偏转样品(例如，图3a的样品308)的表面上的初级电子束。初级电子束的动态偏转可导致期望的区域或期望的感兴趣区域被扫描(例如以光栅扫描模式)，以产生用于样品检测的se和bse。扫描偏转单元可以包括一个或多个偏转器(例如，图3b的偏转器309-1或309-2)，其被配置为在x轴或y轴上偏转初级电子束302。
110.聚焦的初级电子束在与样品相互作用时可以产生信号电子，包括但不限于次级电子、背散射电子或俄歇电子。
111.在步骤1020中，可以使用包括基本上平行于主光轴的电子探测层的信号电子探测器来探测具有高发射能量和中等发射极角的一部分信号电子。信号电子探测器(例如，图4的信号电子探测器420)可以被放置成使得电子探测层(例如，图4的电子探测层421)可以相对于样品的平面基本上垂直。在一些实施例中，信号电子探测器可以被放置成使得电子探测层可以基本上平行于主光轴。电子探测层可包括或设置在信号电子探测器的内表面上。
112.信号电子探测器可以被配置为基于信号电子的特性来探测信号电子的一部分。这些特性可以包括但不限于发射能量、发射极角、发射方位角等。例如，垂直信号电子探测器可以被配置为探测具有高发射能量(》50ev)和相对于主光轴在15
°
至65
°
范围内的中等发射极角的信号电子。在一些实施例中，基于所使用的信号电子探测器的数量，它们可以被放置成使得它们被配置为探测具有预先定义的发射极角范围的信号电子。作为示例，信号电子探测器可以被配置为探测具有高发射能量和发射极角在15
°
至40
°
范围内的信号电子的一部分，并且另一信号电子探测器可以被配置为探测具有高发射能量和发射极角在40
°
至65
°
范围内的信号电子的一部分。应当理解，信号电子探测器的数量、位置和类型可以被适当地调整。还应当理解，本文描述的发射极角范围是示例性的，并且可以使用其它范围。
113.信号电子探测器可以设置在物镜组件和透镜内电子探测器(例如，图4的透镜内电子探测器407)之间。在一些实施例中，信号电子探测器可以设置在样品和透镜内电子探测器之间。在一些实施例中，可以在样品和透镜内电子探测器之间设置多于一个的信号电子探测器。信号电子探测器可以包括单体式电子探测器或分段式电子探测器。在单体式电子探测器中，电子探测层可以包括带电粒子敏感材料的非分段层。在分段式电子探测器中，电子探测层可以包括带电粒子敏感材料的不连续层，从而形成分段式电子探测器的段。分段式电子探测器的段可以以二维(2d)或三维(3d)的布置围绕主光轴来被布置。分段式电子探测器的段可以围绕主光轴被线性地、径向地、圆周地或方位角地布置。带电粒子敏感材料可以对带电粒子(诸如电离辐射、电子、x射线、光子等)敏感。
114.现在参考图11，其示出了表示与本公开的实施例一致的配置带电粒子束装置的静电元件的示例性方法1100的过程流程图。
115.带电粒子源(例如，图2的电子源201)可被激活以产生带电粒子束(例如，图2的初级电子束202)。电子源可由控制器(例如，图1的控制器50)激活。例如，可以控制电子源以发射初级电子，以沿着主光轴(例如，图2的主光轴204)形成电子束。电子源可以被远程激活，例如通过使用软件、应用或一组用于控制器的处理器的指令以通过控制电路为电子源供电。
116.使用物镜组件(例如，图3a的物镜组件310)可以将初级电子束聚焦在样品上。在一些实施例中，扫描偏转单元(例如，图3a的扫描偏转单元309)可被配置为动态地偏转样品(例如，图3a的样品308)的表面上的初级电子束。初级电子束的动态偏转可以使期望的区域或期望的感兴趣区域被反复扫描(例如以光栅扫描模式)，以产生用于样品检测的se和bse。扫描偏转单元可以包括一个或多个偏转器(例如，图3b的偏转器309-1或309-2)，其被配置为在x轴或y轴上偏转初级电子束302。聚焦的初级电子束在与样品相互作用时可以产生信号电子，包括但不限于次级电子，背散射电子或俄歇电子。
117.该装置的静电部件可以被配置为探测具有高发射能量和中等发射极角的信号电子，诸如，在与初级电子束的入射电子相互作用时从样品(例如，图5的样品508)上的探测斑点产生的bse。静电元件(例如，图5的静电元件520)可以包括扫描偏转单元(例如，图3a和3b的扫描偏转单元309)、束增强器或束分离器等。静电元件可以沿着主光轴设置在样品和透镜内电子探测器(例如，图5的透镜内电子探测器507)之间。在一些实施例中，静电元件、物镜组件和透镜内电子探测器可以与主光轴对准并旋转对称。
118.配置静电元件以探测bse可以包括执行步骤1110和1120，如图11所示。在步骤1110中，带电粒子探测器(例如，图9的带电粒子探测器903)可以设置在静电元件的内表面上。带电粒子探测器可以被配置为在初级电子束与样品相互作用时探测产生的多个信号电子的第一部分。带电粒子探测器可以被布置为使得带电粒子探测层(例如，图5的电子探测层521)可以基本上平行于主光轴或相对于样品基本上垂直地放置。
119.带电粒子探测器可以圆周地设置在静电元件的内表面上，以最大化对初级电子或信号电子的暴露。带电粒子探测器可以包括二极管、闪烁体、辐射探测器、固态探测器、p-i-n结二极管或p-i-n探测器等。带电粒子探测器可以被配置为探测带电粒子，包括但不限于电离辐射、电子、x射线、光子等。在一些实施例中，带电粒子探测器可以包括单体式探测器或分段式探测器。
120.在步骤1120中，可以在带电粒子探测器的内表面的一部分上沉积导电层(例如，图9的导电层904)。导电层可以被配置为偏转样品上的初级电子束的初级电子。导电层可以通过包括但不限于沉积、耦合、制造、附着等技术设置在带电粒子探测器的内表面的一部分上。静电元件尤其可以是束增强器、束偏转器、偏转扫描单元、束分离器等。
121.本公开的各个方面在以下编号的条款中阐述：
122.1.一种电子束装置，包括：
123.电子源，所述电子源被配置为沿着主光轴产生初级电子束；以及
124.第一电子探测器，所述第一电子探测器具有基本上平行于所述主光轴的第一探测层，并且被配置为探测由初级电子束在样品上形成的探测斑点产生的多个信号电子的第一部分。
125.2.根据条款1所述的装置，还包括第二电子探测器，所述第二电子探测器被配置为探测所述多个信号电子的第二部分，其中所述第二电子探测器的第二探测层基本上垂直于所述主光轴。
126.3.根据条款2所述的装置，还包括物镜，所述物镜被配置为：
127.将所述初级电子束聚焦到所述样品上；
128.将所述多个信号电子的所述第一部分聚焦到所述第一电子探测器的所述第一探测层上；以及
129.将所述多个信号电子的所述第二部分聚焦到所述第二电子探测器的所述第二探测层上。
130.4.根据条款2和3中任一项所述的装置，其中所述第一电子探测器设置在所述样品和所述第二电子探测器之间，并且沿着所述主光轴设置。
131.5.根据条款2-4中任一项所述的装置，其中所述第一电子探测器和所述第二电子探测器被配置为探测从所述样品上的所述探测斑点产生的所述多个信号电子。
132.6.根据条款2-5中任一项所述的装置，其中所述第一电子探测器包括次级电子探测器、背散射电子探测器、静电元件或磁性元件。
133.7.根据条款6所述的装置，其中所述静电元件包括束偏转器或束增强器，并且其中所述磁性元件包括束偏转器或束分离器。
134.8.根据条款6和7中任一项所述的装置，其中所述静电元件或所述磁性元件包括内表面，所述内表面被配置为便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
135.9.根据条款7-8中任一项所述的装置，其中所述束偏转器包括内表面，所述内表面被配置便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
136.10.根据条款9所述的装置，其中所述束偏转器的所述内表面包括连续探测层或分段探测层。
137.11.根据条款10所述的装置，其中所述束偏转器的所述分段探测层包括沿着所述主光轴被线性地、径向地、周向地或方位角地布置的多个探测器段。
138.12.根据条款7-11中任一项所述的装置，其中所述束偏转器包括多极结构，并且所述多极结构的极的内表面被配置为便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
139.13.根据条款7-12中任一项所述的装置，其中所述束增强器包括内表面，所述内表面被配置为便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
140.14.根据条款13所述的装置，其中所述束增强器的所述内表面包括连续探测层或分段探测层。
141.15.根据条款14所述的装置，其中所述束增强器的所述分段探测层包括沿着所述主光轴被线性地、径向地、周向地、或方位角地布置的多个探测器段。
142.16.根据条款7-15中任一项所述的设备，其中所述束分离器包括内表面，所述内表面被配置为便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
143.17.根据条款1-16中任一项所述的装置，其中所述第一电子探测器包括单体式电子探测器或分段式电子探测器。
144.18.根据条款17所述的装置，其中所述分段式电子探测器包括沿着所述主光轴被线性地、径向地、周向地或方位角地布置的多个探测器段。
145.19.根据条款1-18中任一项所述的装置，其中所述第一电子探测器包括多个静电元件，所述多个静电元件被配置为基于所述多个信号电子中的信号电子的特性来探测所述多个信号电子。
146.20.根据条款19所述的装置，其中所述信号电子的所述特性包括发射能量、所述信号电子相对于所述主光轴的发射极角或发射方位角。
147.21.根据条款20所述的装置，其中所述多个信号电子的所述第一部分包括背散射电子，并且其中所述背散射电子的所述发射极角在15
°
至65
°
的范围内。
148.22.根据条款1-21中任一项所述的装置，其中所述多个信号电子包括次级电子、背散射电子或俄歇电子。
149.23.一种电子束装置，包括：
150.一种元件，包括：
151.第一电子探测器，所述第一电子探测器具有第一探测层，所述第一探测层设置在所述元件的内表面上并且被配置为在初级电子束与样品相互作用之后探测产生的多个信号电子的第一部分；以及
152.导电层，所述导电层沉积在所述第一电子探测器的内表面的一部分上、且被配置为偏转所述样品上的所述初级电子束。
153.24.根据条款23所述的装置，其中所述第一电子探测器包括二极管、闪烁体、辐射探测器、固态探测器或p-i-n结二极管。
154.25.根据条款23和24中任一项所述的装置，其中所述导电层包括金属膜、半导体膜或电极。
155.26.根据条款23-25中任一项所述的装置，还包括具有电路系统的控制器，所述控制器被配置为：
156.向所述导电层施加电压信号以偏转所述初级电子束；以及
157.接收由所述第一电子探测器响应于探测到的所述多个信号电子而产生的探测信号。
158.27.根据条款26所述的装置，其中所述探测信号包括电信号、光信号、机械信号或其组合。
159.28.根据条款26和27中任一项所述的装置，其中施加的所述电压信号包括被配置为沿x轴、y轴或两者扫描所述初级电子束的扫描偏转电压。
160.29.根据条款26-28中任一项所述的装置，其中所述电路系统包括读出电路，所述读出电路被配置为将与所述探测信号相关联的数据传送到所述电子束装置的处理器。
161.30.根据条款23-29中任一项所述的装置，其中所述第一电子探测器包括分段式电子探测器的多个段，并且其中所述多个段沿所述初级电子束的主光轴被线性地、周向地、径向地或方位角地布置。
162.31.根据条款30所述的装置，其中所述电路系统还被配置为将所述扫描偏转电压单独地施加到所述分段式电子探测器的段的所述导电层、并且接收对应的探测信号。
163.32.根据条款23-31中任一项所述的设备，还包括具有第二探测层的第二电子探测器，所述第二探测层被配置为探测所述多个信号电子的第二部分，其中所述第二探测层基本上垂直于所述主光轴。
164.33.根据条款32所述的装置，还包括物镜，所述物镜被配置为：
165.将所述初级电子束聚焦到所述样品上；以及
166.将所述多个信号电子的所述第一部分聚焦到所述第一电子探测器的所述第一探测层上；以及
167.将所述多个信号电子的所述第二部分聚焦到所述第二电子探测器的所述第二探测层上。
168.34.根据条款32和33中任一项所述的装置，其中所述元件设置在所述样品和所述第二电子探测器之间。
169.35.根据条款32-34中任一项所述的装置，其中所述第一电子探测器和所述第二电子探测器被配置为基于所述多个信号电子中的信号电子的特性来探测所述多个信号电子。
170.36.根据条款35所述的装置，其中所述信号电子的所述特性包括发射能量，相对于所述主光轴的发射极角或发射方位角。
171.37.根据条款36所述的装置，其中所述多个信号电子的所述第一部分包括背散射电子，并且其中所述背散射电子的所述发射极角在15
°
至65
°
的范围内。
172.38.根据条款23-37中任一项所述的装置，其中所述元件包括静电元件或磁性元件。
173.39.根据条款38所述的装置，其中所述静电元件包括束偏转器或束增强器，并且其中所述磁性元件包括束偏转器或束分离器。
174.40.根据条款39中的任一项所述的装置，其中所述束偏转器包括内表面，所述内表面被配置为便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
175.41.根据条款40所述的装置，其中所述束偏转器的所述内表面包括连续探测层或分段探测层。
176.42.根据条款41所述的装置，其中所述束偏转器的所述分段探测层包括沿着所述主光轴被线性地、径向地、周向地或方位角地布置的多个探测器段。
177.43.根据条款39-42中任一项所述的装置，其中所述束偏转器包括多极结构，并且所述多极结构的极的内表面被配置为便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
178.44.根据条款39-43中的任一项所述的设备，其中所述束增强器包括内表面，所述内表面被配置为便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
179.45.根据条款44所述的装置，其中所述束增强器的所述内表面包括连续探测层或
分段探测层。
180.46.根据条款45所述的装置，其中所述束增强器的所述分段探测层包括沿着所述主光轴被线性地径向地周向地或方位角地布置的多个探测器段。
181.47.根据条款39-46中任一项所述的设备，其中所述束分离器包括内表面，所述内表面被被配置为便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
182.48.根据条款23-47中任一项所述的设备，其中所述多个信号电子包括次级电子、背散射电子或俄歇电子。
183.49.一种电子束装置的元件，所述元件包括：
184.具有探测层的电子探测器，所述探测层被配置为当安装在所述电子束装置中时基本上平行于主光轴，并且被配置为探测在初级电子束与样品相互作用之后产生的多个信号电子的第一部分；以及
185.导电层，所述导电层设置在所述电子探测器的所述探测层的一部分上、并且被配置为偏转入射在所述样品上的所述初级电子束。
186.50.根据条款49所述的元件，其中所述电子探测器包括二极管、闪烁体、辐射探测器、固态探测器或p-i-n结二极管。
187.51.根据条款49和50中任一项所述的元件，其中所述导电层包括金属膜、掺杂半导体膜或电极。
188.52.根据条款49-51中任一项所述的元件，其与控制器处于电连通，其中：
189.从所述控制器向所述导电层施加电压信号以实现所述初级电子束的偏转；以及
190.带电粒子探测器响应于探测到所述多个信号电子而产生探测信号。
191.53.根据条款52所述的元件，其中所述探测信号包括电信号、光信号、机械信号或其组合。
192.54.根据条款52和53中任一项所述的元件，其中施加的所述电压信号包括被配置为沿x轴、y轴或两者扫描所述初级电子束的扫描偏转电压。
193.55.根据条款49-54中任一项所述的元件，其中所述电子探测器包括分段式电子探测器的多个段，并且其中所述多个段沿所述初级电子束的主光轴被线性地、周向地、径向地或方位角地布置。
194.56.根据条款49-55中任一项所述的元件，其中所述电子探测器设置在所述元件的内表面上。
195.57.根据条款49-56中任一项所述的元件，还包括束偏转器，其中所述束偏转器包括被配置为便于探测所述多个信号电子的所述第一部分的内表面。
196.58.根据条款57所述的元件，其中所述束偏转器的所述内表面包括连续探测层或分段探测层。
197.59.根据条款58所述的元件，其中所述束偏转器的所述分段探测层包括沿着所述主光轴被线性地、径向地、周向地或方位角地布置的多个探测器段。
198.60.根据条款57-59中任一项所述的元件，其中所述束偏转器包括多极结构，并且所述多极结构的极的内表面被配置为便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
199.61.根据条款49-60中任一项所述的元件，还包括束增强器，其中所述束增强器包括配置为便于探测所述多个信号电子的所述第一部分的内表面。
200.62.根据条款61所述的元件，其中所述束增强器的所述内表面包括连续探测层或分段探测层。
201.63.根据条款62所述的元件，其中所述束增强器的所述分段探测层包括沿着所述主光轴被线性地、径向地、周向地或方位角地布置的多个探测器段。
202.64.根据条款49-63中任一项所述的元件，还包括束分离器，其中所述束分离器包括被配置为便于探测所述多个信号电子的所述第一部分的内表面。
203.65.根据条款49-64中任一项所述的元件，其中所述多个信号电子包括次级电子、背散射电子或俄歇电子。
204.66.一种由电子束装置执行的用于观察样品的方法，所述方法包括：
205.在与初级电子束相互作用之后，从样品上的探测斑点产生多个信号电子；以及
206.使用第一电子探测器探测所述多个信号电子的第一部分，所述第一电子探测器包括基本上平行于所述初级电子束的主光轴的第一探测层。
207.67.根据条款66所述的方法，还包括使用第二电子探测器探测所述多个信号电子的第二部分，其中所述第二电子探测器的第二探测层基本上垂直于所述主光轴。
208.68.根据条款66和67中任一项所述的方法，其中所述第一电子探测器包括次级电子探测器、背散射电子探测器、静电元件或磁性元件。
209.69.根据条款67-68中任一项所述的方法，其中所述第一电子探测器设置在所述样品和所述第二电子探测器之间，并且沿着所述主光轴设置。
210.70.根据条款66-69中任一项所述的方法，还包括基于所述多个信号电子中的信号电子的特性来探测所述多个信号电子。
211.71.根据条款70所述的方法，其中所述信号电子的所述特性包括所述信号电子的发射能量，相对于所述主光轴的发射极角或发射方位角。
212.72.根据条款71所述的方法，其中所述多个信号电子的所述第一部分包括背散射电子，并且其中所述背散射电子的所述发射极角在15
°
至65
°
的范围内。
213.73.根据条款68-72中任一项所述的方法，还包括配置所述静电元件的内表面以便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
214.74.根据条款68-73中任一项所述的方法，其中所述静电元件包括束偏转器或束增强器，并且其中所述磁性元件包括束偏转器或束分离器。
215.75.根据条款74所述的方法，还包括配置所述束偏转器的内表面以便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
216.76.根据条款75所述的方法，其中所述束偏转器的所述内表面包括连续探测层或分段探测层。
217.77.根据条款76所述的方法，其中所述束偏转器的所述分段探测层包括沿着所述主光轴被线性地、径向地、周向地或方位角地布置的多个探测器段。
218.78.根据条款74-77中任一项所述的方法，还包括配置所述束偏转器的极的内表面以便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
219.79.根据条款74-78中任一项所述的方法，还包括配置所述束增强器的内表面以便于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
220.80.根据条款74-79中任一项所述的方法，还包括配置所述束分离器的内表面以便
于探测所述多个信号电子的所述第一部分。
221.81.一种配置电子束装置的元件的方法，所述方法包括：
222.在所述元件的内表面上设置具有第一探测层的第一电子探测器，所述第一电子探测器被配置为：探测在初级电子束与样品相互作用之后产生的多个信号电子的第一部分；以及
223.在所述电子探测器的内表面的一部分上沉积导电层，所述导电层被配置为偏转所述样品上的所述初级电子束。
224.82.根据条款81所述的方法，其中所述电子探测器包括二极管、闪烁体、辐射探测器、固态探测器或p-i-n结二极管。
225.83.根据条款81和82中任一项所述的方法，还包括设置包括多个段的分段式电子探测器，并且其中所述多个段沿着所述初级电子束的主光轴被线性地、周向地、径向地或方位角地布置。
226.84.根据条款81-83中任一项所述的方法，其中设置所述第一电子探测器包括使用包括微机电系统(mems)制造、半导体制造或机械耦合的技术形成所述第一电子探测器。
227.85.根据条款81-84中任一项所述的方法，其中使用包括粘合、胶合、焊接、物理气相沉积或化学气相沉积的技术来执行沉积所述导电层。
228.86.根据条款81-85中任一项所述的方法，其中所述导电层包括金属膜、半导体膜或电极。
229.87.根据条款81-86中任一项所述的方法，还包括将所述元件与控制器电连接，所述控制器被配置为：
230.向所述导电层施加电压信号以实现所述初级电子束的偏转；以及
231.响应于由所述第一电子探测器探测到的所述多个信号电子，从所述第一电子探测器接收探测信号。
232.88.根据条款87所述的方法，其中施加所述电压信号包括施加被配置为沿x轴、y轴或两者扫描所述初级电子束的扫描偏转电压信号。
233.89.根据条款81-88中任一项所述的方法，其中探测所述多个信号电子的所述第一部分是基于所述多个信号电子中的信号电子的特性，所述信号电子的所述特性包括发射能量，相对于所述主光轴的发射极角或发射方位角。
234.90.根据条款81-89中任一项所述的方法，还包括设置所述第一电子探测器，使得所述电子的所述第一探测层基本上平行于所述主光轴放置。
235.91.根据条款81-90中任一项所述的方法，其中所述元件包括静电元件或磁性元件。
236.92.根据条款91所述的方法，其中所述静电元件包括束偏转器或束增强器，并且其中所述磁性元件包括束偏转器或束分离器。
237.93.一种存储指令集的非暂时性计算机可读介质，所述指令可由电子束装置的一个或多个处理器执行以使所述电子束装置执行观察样品的方法，所述方法包括：
238.在与初级电子束相互作用之后，从所述样品上的探测斑点产生多个信号电子；以及
239.使用第一电子探测器探测所述多个信号电子的第一部分，所述第一电子探测器包
括基本上平行于所述初级电子束的主光轴的第一探测层。
240.94.根据条款93所述的非暂时性计算机可读介质，其中能够由所述电子束装置的一个或多个处理器执行的所述指令集使所述电子束装置：使用第二电子探测器进一步执行探测所述多个信号电子的第二部分，其中所述第二电子探测器的第二探测层基本上垂直于所述主光轴。
241.95.根据条款93和94中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中能够由所述电子束装置的一个或多个处理器执行的所述指令集使所述电子束装置：基于所述多个信号电子中的信号电子的特性进一步执行探测所述多个信号电子，所述特性包括所述信号电子的发射能量，相对于所述主光轴的发射极角或发射方位角。
242.96.一种带电粒子束装置，包括：
243.带电粒子源，所述带电粒子源被配置为沿着主光轴产生初级带电粒子束；以及
244.第一带电粒子探测器，所述第一带电粒子探测器具有第一探测层，所述第一探测层基本上平行于所述主光轴，并且被配置为探测多个信号带电粒子的第一部分，所述信号带电粒子从由所述初级带电粒子束在样品上形成的探测斑点产生。
245.97.根据条款96所述的装置，还包括被配置为探测所述多个信号带电粒子的第二部分的第二带电粒子探测器，其中所述第二带电粒子探测器的第二探测层基本上垂直于所述主光轴。
246.98.根据条款97所述的装置，还包括物镜，所述物镜被配置为：
247.将初级带电粒子束聚焦到样品上；
248.将所述多个信号带电粒子的所述第一部分聚焦到所述第一带电粒子探测器的所述第一探测层上；以及
249.将所述多个信号带电粒子的所述第二部分聚焦到所述第二带电粒子探测器的所述第二探测层上。
250.99.根据条款97和98中任一项所述的装置，其中所述第一带电粒子探测器设置在所述样品和所述第二带电粒子探测器之间，并且沿着所述主光轴设置。
251.100.根据条款97-99中任一项所述的装置，其中所述第一带电粒子探测器和所述第二带电粒子探测器被配置为：探测从所述样品上的所述探测斑点产生的所述多个信号带电粒子。
252.101.根据条款97-100中任一项所述的装置，其中所述第一带电粒子探测器包括次级电子探测器、背散射电子探测器、静电元件或磁性元件。
253.102.根据条款101所述的装置，其中所述静电元件包括束偏转器或束增强器，并且其中所述磁性元件包括束偏转器或束分离器。
254.103.根据条款101和102中任一项所述的装置，其中所述静电元件或所述磁性元件包括被配置为便于探测所述多个信号带电粒子的所述第一部分的内表面。
255.104.根据条款102-103中任一项所述的设备，其中所述束偏转器包括内表面，所述内表面被配置为便于探测所述多个信号带电粒子的所述第一部分。
256.105.根据条款104所述的设备，其中所述束偏转器的所述内表面包括连续探测层或分段探测层。
257.106.根据条款105所述的设备，其中所述束偏转器的所述分段探测层包括沿着所
述主光轴被线性地、径向地、周向地或方位角地布置的多个探测器段。
258.107.根据条款102-106中任一项所述的装置，其中所述束偏转器包括多极结构，并且所述多极结构的极的内表面被配置为便于探测所述多个信号带电粒子的所述第一部分。
259.108.根据条款102-107中任一项所述的装置，其中所述束增强器包括内表面，所述内表面被配置为便于探测所述多个信号带电粒子的所述第一部分。
260.109.根据条款108所述的装置，其中所述束增强器的所述内表面包括连续探测层或分段探测层。
261.110.根据条款109所述的装置，其中所述束增强器的所述分段探测层包括沿着所述主光轴被线性地、径向地、周向地或方位角地布置的多个探测器段。
262.111.根据条款102-110中的任一项所述的装置，其中所述束分离器包括内表面，所述内表面被配置为便于探测所述多个信号带电粒子的所述第一部分。
263.112.根据条款95-111中任一项所述的装置，其中所述第一电子探测器包括单体式电子探测器或分段式电子探测器。
264.113.根据条款112所述的装置，其中所述分段式电子探测器包括沿着所述主光轴被线性地、径向地、周向地或方位角地布置的多个探测器段。
265.114.根据条款95－113中任一项所述的装置，其中所述第一带电粒子探测器包括多个静电元件，所述多个静电元件被配置为：基于所述多个信号带电粒子中的信号带电粒子的特性，探测所述多个信号带电粒子。
266.115.根据条款114所述的装置，其中所述信号带电粒子的所述特性包括所述信号带电粒子的发射能量，相对于所述主光轴的发射极角或发射方位角。
267.116.根据条款115所述的装置，其中所述多个信号带电粒子的所述第一部分包括背散射电子，并且其中所述背散射电子的所述发射极角在15
°
至65
°
的范围内。
268.117.根据条款95-116中任一项所述的装置，其中所述多个信号带电粒子包括次级电子、背散射电子或俄歇电子。
269.可以提供非瞬态计算机可读介质，其存储用于控制器(例如，图1的控制器50)的处理器的指令，以执行图像检测、图像获取、激活带电粒子源、调整消像散器(stigmator)的电激励、调整电子的着陆能量、调整物镜激励、调整次级电子探测器位置和取向、台运动控制，束分离器激励、向束偏转器施加扫描偏转电压、接收和处理与来自电子探测器的信号信息相关联的数据、配置静电元件、探测信号电子等。非暂时性介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其它磁性数据存储介质，光盘只读存储器(cd-rom)，任何其它光学数据存储介质，具有孔图案的任何物理介质，随机存取存储器(ram)，可编程只读存储器(prom)和可擦除可编程只读存储器(eprom)，快闪-eprom或任何其他快闪存储器，非易失性随机存取存储器(nvram)，高速缓存，寄存器，任何其他存储器芯片或暗盒，以及它们的联网版本。
270.应当理解，本公开的实施例不限于上文已描述且在附图中说明的确切构造，并且可在不脱离本公开的范围的情况下作出各种修改和改变。已经结合各种实施例描述了本公开，考虑到本文公开的本发明的说明书和实践，本发明的其它实施例对本领域技术人员将是显而易见的。说明书和示例旨在被认为仅是示例性的，本发明的真实范围和精神由以下附权利要求指示。
271.以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离以下阐述的权利要求的范围的情况下，可以如所描述的进行修改。