用于显微镜检查的半导体带电粒子检测器的制作方法

本文中的描述涉及带电粒子检测，更具体涉及可以应用于带电粒子射束检测的系统和方法。

背景技术：

1、检测器可以用于感测物理上可观察到的现象。例如，诸如电子显微镜之类的带电粒子射束工具可以包括检测器，该检测器接收从样品投射的带电粒子，并且输出检测信号。检测信号可以用于重构受检样品结构的图像，并且可以用于例如揭示样品中的缺陷。在制造可能包括大量密集封装的、小型化集成电路(ic)部件的半导体器件时，检测样品中的缺陷日益重要。为此目的，可以提供专用检查工具。

2、在检查领域的一些应用中，例如，在使用扫描电子显微镜(sem)的显微镜检查中，可以跨样品扫描电子射束以从由样品生成的背散射电子或次级电子导出信息。在相关技术中，sem工具中的电子检测系统可以包括检测器，该检测器被配置为检测来自样品的电子。sem工具中的现有检测器只能检测射束的强度。在一些检测方法中，可以使用面积等于、小于或大于射束斑点的面积的大面积半导体检测器或小面积半导体检测器组。可以在检测器内生成由传入电子射束感应的电流，然后，通过检测器后面的放大器来放大该电流。由于放大器的功耗可能相对较大，这比如导致信噪比(snr)例如较差，特别是当射束电流减小到例如皮安范围时，所以检测性能可能受到限制。

3、随着半导体器件继续小型化，检查系统可以使用越来越低的电子射束电流。随着射束电流减小，维持snr甚至变得更加困难。例如，当探测电流减小到200pa或更低时，snr可能急剧下降。较差的snr可能就需要采取措施，诸如图像均化或延长与样品的图像中的每个像素相对应的信号的积分时间，这可能会增加样品表面上的电子剂量，从而导致表面充电伪影或其他有害影响。这种措施还可以降低检查系统的总生产量。

4、在相关技术中，粒子计数可以用于低电流应用。粒子计数可以用于检测器，诸如可以使用闪烁体和光电倍增管(pmt)的埃弗哈特-索恩利(everhart-thornley)检测器(etd)。etd可以在一些应用的探测电流范围内(诸如8pa至100pa)表现出良好snr。然而，闪烁体的光产率可能会随着电子剂量累积而降低，因此具有有限寿命。闪烁体的老化也可能会导致系统级的性能漂移，并且可能有助于生成非均匀图像。因此，etd可能不适合用于检查工具，尤其是当用于其中可能要求每天运行24小时、每周运行7天的半导体制造设施时。

5、需要一种带电粒子检测器，该带电粒子检测器可以实现高snr，并且可以与诸如200pa以下的电流之类的低探测电流一起使用。同时，检测器应当以低性能漂移来获得稳定的量子效率并且延长寿命，例如，甚至当在连续操作中与1na或更大的探测电流一起使用时。

6、采用相关技术方法的检测系统可能面临检测灵敏度和snr的限制，特别是在低电子剂量下。此外，在一些应用中，除了射束强度之外，可能还期望其他信息。一些相关技术的系统可以采用能量滤波器，诸如滤波器电极，以滤除具有一定能级的一些带电粒子。这可能用于由样品导出附加信息。然而，能量滤波器可能向系统增加其他复杂性，并且可能由于能量滤波器引入的损耗而导致snr下降。因此，期望对检测系统和方法进行改进。

技术实现思路

1、本发明的各实施例提供了用于带电粒子检测的系统和方法。

2、根据本发明的一个实施例，提供一种用于带电粒子装置的检测器，包括：

3、感测元件，包括二极管；以及

4、电路，被配置为用于检测由电子撞击感测元件引起的电子事件，

5、其中电路包括电压监测设备和复位设备，

6、其中复位设备被配置为通过将跨二极管的电压设置为预定值而定期复位二极管，

7、并且其中电压监测设备连接到二极管以在复位事件之间监测跨二极管的电压。

8、根据本发明的另一实施例，提供一种方法，包括：

9、通过将感测元件的跨二极管的电压设置为预定值来定期复位二极管；以及

10、在复位事件之间监测跨二极管的电压，其中二极管在开路模式下操作。

11、根据本发明的另一实施例，提供一种用于具有多个束波的带电粒子装置的检测器阵列，包括多个检测器，其中检测器中的每个检测器与不同束波相关联，并且包括：

12、多个感测元件，其中每个感测元件均包括二极管；

13、多个电路；以及

14、求和电路，

15、其中多个电路中的每个电路与感测元件相对应，并且被配置为检测由电子撞击对应的感测元件引起的电子事件并且对其进行计数，

16、其中多个电路中的每个电路包括电压监测设备、复位设备和用于存储计数的设备，

17、并且其中求和电路被配置为对对应的检测器的电路的电子事件计数进行求和。

18、根据本发明的又一实施例，提供一种二极管架构，包括：

19、衬底；

20、感测元件，包括二极管，该二极管形成在衬底中或上；以及

21、电路的至少一部分，形成在衬底中或上，并且被配置为检测由电子撞击感测元件引起的电子事件，

22、其中雪崩区被设置在二极管与电路之间。

23、根据本发明的另一实施例，提供一种二极管架构，包括：

24、衬底；

25、感测元件，包括二极管，该二极管形成在衬底中或上；以及

26、电路的至少一部分，形成在衬底中或上，并且被配置为检测由电子撞击感测元件引起的电子事件，

27、其中二极管和电路布置在衬底的前侧处，

28、其中感测元件包括感测区，该感测区连接到二极管，并且布置在衬底的与前侧相对的背侧处以便接收引起电子事件的电子，

29、并且其中雪崩区被设置在感测区处。

30、应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述仅是示例性和说明性的，而非对如可能所要求保护的所公开的实施例的约束。

技术特征：

1.一种用于带电粒子装置的检测器，包括：

2.根据权利要求1所述的检测器，其中所述复位设备被配置为设置跨所述二极管的电压，使得所述二极管被反向偏置。

3.根据权利要求2所述的检测器，其中所述二极管在复位期间被反向偏置，使得所述二极管在无增益模式下操作。

4.根据权利要求2所述的检测器，其中所述二极管在复位期间被反向偏置，使得所述二极管在线性区中操作。

5.根据权利要求2所述的检测器，其中所述二极管在复位期间被反向偏置，使得所述二极管在盖革模式下操作。

6.根据权利要求1所述的检测器，其中所述复位设备被配置为将跨所述二极管的电压设置为零。

7.根据权利要求1所述的检测器，其中所述复位设备被配置为以至少1mhz，优选地，至少10mhz，更优选地，至少100mhz，最优选地，至少1ghz的频率复位所述二极管。

8.根据权利要求1所述的检测器，其中所述复位设备被配置为在复位周期中复位所述二极管，所述复位周期是复位事件之间的时间周期的至多10％，优选地，复位事件之间的所述时间周期的至多1％，并且更优选地，复位事件之间的所述时间周期的至多0.1％。

9.根据权利要求1所述的检测器，其中所述复位设备包括开关，所述开关当被闭合以复位所述二极管时，将所述二极管连接到预定值的电压。

10.根据权利要求1所述的检测器，其中所述电压监测设备包括鉴别器，以确定跨所述二极管的所述电压的电压改变何时超过预定值。

11.根据权利要求10所述的检测器，其中所述电压监测设备具有阻抗，使得在复位事件之间由所述电压监测设备本身引起的跨所述二极管的电压改变小于所述预定值的50％，优选地，小于所述预定值的20％，更优选地，小于所述预定值的10％。

12.根据权利要求1所述的检测器，其中所述二极管是pin二极管或雪崩二极管。

13.根据权利要求1所述的检测器，其中所述二极管的电容低于预定值。

14.根据权利要求1所述的检测器，包括多个感测元件和对应电路，所述多个感测元件和对应电路被配置为检测由电子撞击所述对应感测元件而引起的电子事件，每个感测元件包括对应的二极管，并且每个电路包括对应电压监测设备和对应复位设备，其中每个复位设备被配置为通过将跨所述对应的二极管的电压设置为预定值来定期复位所述对应的二极管，并且每个电压监测设备连接到所述对应的二极管以在复位事件之间监测跨所述对应的二极管的电压。

15.根据权利要求1所述的检测器，其中所述电路被配置为对由电子撞击所述感测元件引起的电子事件进行计数。

技术总结
可以提供一种用于带电粒子装置的检测器，包括感测元件，该感测元件包括二极管；和电路，该电路被配置为用于检测由电子撞击感测元件引起的电子事件，其中电路包括电压监测设备和复位设备，其中复位设备被配置为通过将跨二极管的电压设置为预定值来定期复位二极管，并且其中电压监测设备连接到二极管以在复位事件之间监测跨二极管的电压。

技术研发人员：S·尼蒂亚诺维,金井建一,P·拉马钱德拉·拉奥
受保护的技术使用者：ASML荷兰有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14