專利名稱：一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)測(cè)量裝置及其方法。
技術(shù)背景
對(duì)于需要聚焦成像的電子束系統(tǒng)，比如CRT、電子顯微鏡、電子束光刻機(jī)等，電子束束斑的尺寸和形貌對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能起到至關(guān)重要的作用。隨著技術(shù)的進(jìn)步，束斑尺寸不斷縮小，尺寸達(dá)到微米甚至亞微米級(jí)。傳統(tǒng)的測(cè)量方式面臨越來(lái)越多的限制，工程人員不得不結(jié)合數(shù)值計(jì)算方式輔助分析計(jì)算束斑的尺寸形貌等特性。但是，數(shù)值計(jì)算方法不能完整反映束斑的特性，直接測(cè)量的方式中具有最直接的意義。
傳統(tǒng)測(cè)量微米級(jí)束斑的方式有三種
第一種是探針?lè)?，使用?dǎo)電的靜電探針攔截測(cè)量，要求使用極細(xì)的靜電探針，由高精度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)掃過(guò)束斑面，利用靜電探針在不同位置收集的電子數(shù)量分析束斑的尺寸形貌等特性。探針?lè)▽?duì)測(cè)量?jī)x器要求較高，為了提高精度，必須使用極細(xì)的靜電探針，高精度的步進(jìn)電機(jī)，提高了測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)施成本，而且測(cè)量速度較慢，另外不可忽視的因素是電子打在探針上的會(huì)產(chǎn)生濺射，濺射對(duì)測(cè)試精度有很大的影響。
第二種是刀口法，使用輔助偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子束微量偏轉(zhuǎn)，掃過(guò)一個(gè)刃口很薄的導(dǎo)電金屬刀口，未被刃口阻擋的電子進(jìn)入刀口后方的法拉第筒，利用不同偏轉(zhuǎn)位置法拉第筒收集的電子數(shù)量分析束斑的尺寸形貌特性。刀口法在實(shí)施難度上較探針?lè)ㄒ?，但電子在刃口的濺射同樣對(duì)測(cè)試精度有很大影響。
第三種是熒光法，利用電子束入射熒光屏發(fā)光的原理，通過(guò)測(cè)量熒光屏光斑的尺寸形貌反推電子束束斑的特性。熒光法是間接測(cè)量方式，受限于熒光屏數(shù)十微米的暈光效應(yīng)，測(cè)量精度受到很大影響，在微米級(jí)束斑測(cè)量中實(shí)施效果很不理想，結(jié)果往往僅具有半定量的意義。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量裝置，解決以上技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量方法，解決以上技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題可以采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量裝置，包括一用于將電子束進(jìn)行聚焦的電子束聚焦系統(tǒng)，其特征在于，所述電子束聚焦系統(tǒng)的前方設(shè)有一采用半導(dǎo)體材料制成的半導(dǎo)體面板；
還包括一光學(xué)測(cè)量裝置，所述光學(xué)測(cè)量裝置接收所述電子束轟擊到所述半導(dǎo)體面板形成的出射光束；
所述光學(xué)測(cè)量裝置連接一微型處理器系統(tǒng)。
本發(fā)明使用時(shí)，調(diào)整電子束聚焦系統(tǒng)以便將電子束的束斑打在半導(dǎo)體面板表面。 電子束射入半導(dǎo)體面板后會(huì)產(chǎn)生自發(fā)輻射，發(fā)出光子。這種輻射的各點(diǎn)出射光強(qiáng)與入射的電子束的電流密度一一對(duì)應(yīng)。因此半導(dǎo)體面板表面自發(fā)輻射光斑直接反映了電子束束斑的特性。光斑被光學(xué)測(cè)量裝置接收，并傳送給微型處理器系統(tǒng)，微型處理器系統(tǒng)進(jìn)行處理后， 通過(guò)光斑形貌分析電子束束斑的尺寸形貌等特性。本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量微米級(jí)束斑的方式相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，光學(xué)測(cè)量裝置的實(shí)現(xiàn)方便、操作簡(jiǎn)單。且具有測(cè)量速度快、濺射因素影響小、測(cè)量數(shù)據(jù)直觀特點(diǎn)。
所述光學(xué)測(cè)量裝置包括一 CXD圖像傳感器、一 CXD驅(qū)動(dòng)板，所述CXD圖像傳感器接收出射光束的光強(qiáng)信息，所述CCD驅(qū)動(dòng)板記錄CCD圖像傳感器上的光強(qiáng)信息，并傳送給微型處理器系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)。CCD圖像傳感器體積小、質(zhì)量輕、功耗小、性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)，作為光學(xué)測(cè)量器件的相應(yīng)速度快、圖像畸變小、無(wú)殘像等顯著特點(diǎn)。
所述光學(xué)測(cè)量裝置還包括一顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在所述電子束轟擊到所述半導(dǎo)體面板形成的出射光束所在的光路上，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的后方設(shè)有所述CCD圖像傳感器。出射光束經(jīng)顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)放大成像于CCD圖像傳感器上，以便增強(qiáng)光束的光強(qiáng)信息。顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)具有放大不失真，放大率可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。以便根據(jù)測(cè)量精度和光學(xué)測(cè)量器件的規(guī)格對(duì)放大率進(jìn)行調(diào)整。
所述半導(dǎo)體面板傾斜設(shè)置在所述電子束束斑的前方。
所述半導(dǎo)體面板的傾斜度為20° 70°。以便更好的將出射的光束射入顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)。
還包括一計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)內(nèi)嵌有所述微型處理器系統(tǒng)。以便經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的處理，可以直觀的顯示束斑的尺寸形貌等特性，便于使用者查看。
一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于，電子束束斑轟擊半導(dǎo)體面板，半導(dǎo)體面板自發(fā)輻射，發(fā)出光束，利用光學(xué)測(cè)量方式測(cè)量光束的光強(qiáng)信息，進(jìn)而得到電子束束斑。
包括如下步驟
1)調(diào)整電子束聚焦系統(tǒng)，將電子束束斑轟擊半導(dǎo)體面板表面，所述電子束束斑入射至所述半導(dǎo)體面板后，產(chǎn)生自發(fā)輻射，發(fā)出光束；
2)所述光束經(jīng)顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行放大成像于CXD面上；
3) CXD驅(qū)動(dòng)板記錄所述CXD上的光強(qiáng)信息，并存入計(jì)算機(jī)；
4)所述計(jì)算機(jī)分析光強(qiáng)信息后，根據(jù)光束光斑形貌分析電子束束斑尺寸形貌特性。
本發(fā)明將電子束束斑轟擊半導(dǎo)體面板后，會(huì)產(chǎn)生自發(fā)輻射，這種輻射的各點(diǎn)出射光強(qiáng)與入射電子束的電流密度一一對(duì)應(yīng)。因此半導(dǎo)體面板表面的自發(fā)輻射光斑直接反映了電子束束斑的特性。這種光學(xué)測(cè)量方法相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量微米級(jí)束斑的方法相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 成本低廉，光學(xué)測(cè)量裝置的實(shí)現(xiàn)方便、操作簡(jiǎn)單。且具有測(cè)量速度快、濺射因素影響小、測(cè)量數(shù)據(jù)直觀特點(diǎn)。
所述半導(dǎo)體面板傾斜設(shè)置在所述電子束束斑的前方，所述半導(dǎo)體面板的左側(cè)設(shè)有所述電子束聚焦系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體面板的上方設(shè)有所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的上方設(shè)有所述CCD。
所述半導(dǎo)體面板的傾斜度為20° 70°。以便更好的將出射的光束射入顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)。
步驟1)中，為了避免半所述導(dǎo)體面板過(guò)熱，所述電子束以短脈沖的方式轟擊半導(dǎo)體面板。
在步驟1)之前，根據(jù)所述電子束束斑尺寸，需要調(diào)整所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的放大率。
所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整放大率時(shí)，根據(jù)CXD的物理像素尺寸和測(cè)量精度進(jìn)行匹配調(diào)整。
所述CXD的物理像素尺寸優(yōu)選設(shè)置為4um 5um ；
為了測(cè)量精度達(dá)到Ium以內(nèi)，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的放大率至少為1 5。
有益效果由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)方便、操作簡(jiǎn)單，具有測(cè)量速度快、濺射因素影響小、測(cè)量數(shù)據(jù)直觀特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖2為本發(fā)明構(gòu)建的光學(xué)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
參照?qǐng)D2，一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量裝置，包括一用于將電子束1進(jìn)行聚焦的電子束聚焦系統(tǒng)2，電子束聚焦系統(tǒng)2的前方設(shè)有一采用半導(dǎo)體材料制成的半導(dǎo)體面板3。還包括一光學(xué)測(cè)量裝置6，光學(xué)測(cè)量裝置6接收電子束1轟擊到半導(dǎo)體面板3形成的出射光束4。光學(xué)測(cè)量裝置6連接一微型處理器系統(tǒng)。
光學(xué)測(cè)量裝置6包括一 CXD圖像傳感器、一 CXD驅(qū)動(dòng)板。CXD圖像傳感器接收出射光束4的光強(qiáng)信息。CXD驅(qū)動(dòng)板記錄CXD圖像傳感器上的光強(qiáng)信息，并傳送給微型處理器系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)。光學(xué)測(cè)量裝置6還包括一顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)5，設(shè)置在電子束1轟擊到半導(dǎo)體面板3形成的出射光束4所在的光路上，顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)5的后方設(shè)有CCD圖像傳感器。出射光束4經(jīng)顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)5放大成像于CCD圖像傳感器上，以便增強(qiáng)光束的光強(qiáng)信息。
半導(dǎo)體面板3傾斜設(shè)置在電子束束斑的前方，傾斜度為20° 70°。以便更好的將出射光束4射入顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)5。
還包括一計(jì)算機(jī)7，計(jì)算機(jī)7內(nèi)嵌有微型處理器系統(tǒng)。以便經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)7的處理， 可以直觀的顯示束斑的尺寸形貌等特性，便于使用者查看。
參照?qǐng)D1，一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量方法，包括如下步驟
1)根據(jù)CXD的物理像素尺寸和測(cè)量精度，對(duì)顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)5的放大率進(jìn)行匹配調(diào)整。
2)調(diào)整電子束聚焦系統(tǒng)2，將電子束1聚焦后以短脈沖的方式轟擊于半導(dǎo)體面板 3表面后產(chǎn)生自發(fā)輻射，生成出射光束4。
3)出射光束4經(jīng)顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)5進(jìn)行放大成像于CXD面上。
4) CXD驅(qū)動(dòng)板記錄CXD上的光強(qiáng)信息，并存入計(jì)算機(jī)7。
5)計(jì)算機(jī)7分析光強(qiáng)信息后，根據(jù)光束光斑形貌分析電子束束斑尺寸形貌特性。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量裝置，包括一用于將電子束進(jìn)行聚焦的電子束聚焦系統(tǒng)，其特征在于，所述電子束聚焦系統(tǒng)的前方設(shè)有一采用半導(dǎo)體材料制成的半導(dǎo)體面板；還包括一光學(xué)測(cè)量裝置，所述光學(xué)測(cè)量裝置接收所述電子束轟擊到所述半導(dǎo)體面板形成的出射光束；所述光學(xué)測(cè)量裝置連接一微型處理器系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量裝置，其特征在于 所述光學(xué)測(cè)量裝置包括一 CCD圖像傳感器、一 CCD驅(qū)動(dòng)板，所述CCD圖像傳感器接收出射光束的光強(qiáng)信息，所述CCD驅(qū)動(dòng)板記錄CCD圖像傳感器上的光強(qiáng)信息，并傳送給微型處理器系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量裝置，其特征在于 所述光學(xué)測(cè)量裝置還包括一顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在所述電子束轟擊到所述半導(dǎo)體面板形成的出射光束所在的光路上，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的后方設(shè)有所述 CXD圖像傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體面板傾斜設(shè)置在所述電子束束斑的前方。
5.一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于，電子束束斑轟擊半導(dǎo)體面板，半導(dǎo)體面板自發(fā)輻射，發(fā)出光束，利用光學(xué)測(cè)量方式測(cè)量光束的光強(qiáng)信息，進(jìn)而得到電子束束斑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于 包括如下步驟1)調(diào)整電子束聚焦系統(tǒng)，將電子束束斑轟擊半導(dǎo)體面板表面，所述電子束束斑入射至所述半導(dǎo)體面板后，產(chǎn)生自發(fā)輻射，發(fā)出光束；2)所述光束經(jīng)顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行放大成像于CCD面上；3)CCD驅(qū)動(dòng)板記錄所述CCD上的光強(qiáng)信息，并存入計(jì)算機(jī)；4)所述計(jì)算機(jī)分析光強(qiáng)信息后，根據(jù)光束光斑形貌分析電子束束斑尺寸形貌特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于所述半導(dǎo)體面板傾斜設(shè)置在所述電子束束斑的前方，所述半導(dǎo)體面板的左側(cè)設(shè)有所述電子束聚焦系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體面板的上方設(shè)有所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的上方設(shè)有所述(XD。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于步驟1)中，為了避免半所述導(dǎo)體面板過(guò)熱，所述電子束以短脈沖的方式轟擊半導(dǎo)體面板。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于在步驟1)之前，根據(jù)所述電子束束斑尺寸，需要調(diào)整所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的放大率；所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整放大率時(shí)，根據(jù)CXD的物理像素尺寸和測(cè)量精度進(jìn)行匹配調(diào)離iF. ο
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于 所述CXD的物理像素尺寸設(shè)置為4um 5um ；為了測(cè)量精度達(dá)到Ium以內(nèi)，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的放大率至少為1 5。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)測(cè)量裝置及其方法。一種微米級(jí)電子束焦斑尺寸的光學(xué)測(cè)量方法，電子束束斑轟擊半導(dǎo)體面板，半導(dǎo)體面板自發(fā)輻射，發(fā)出光束，利用光學(xué)測(cè)量方式測(cè)量光束的光強(qiáng)信息，進(jìn)而得到電子束束斑。有益效果由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)方便、操作簡(jiǎn)單，具有測(cè)量速度快、濺射因素影響小、測(cè)量數(shù)據(jù)直觀特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102538670SQ20111033835
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者嚴(yán)瑗, 夏忠平, 張學(xué)淵, 趙健, 鐘偉杰 申請(qǐng)人:上海顯恒光電科技股份有限公司