CN111164728B - 带电粒子的多单元检测器 - Google Patents

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Abstract

一种多单元检测器包括第一层(420)，其具有第一导电类型的区域(422)；以及第二层(440)，其包括第二导电类型的多个区域(444)。第二层还可以包括第一导电类型的一个或多个区域(442)。第二导电类型的多个区域优选地可以通过第二层的第一导电类型的一个或多个区域(444)彼此分隔。在第二层中，第二导电类型的多个区域(444)可以与第一导电类型的一个或多个区域(442)间隔开。该检测器还可以包括第一层和第二层之间的本征层(430，432)。

Description

带电粒子的多单元检测器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月29日提交的美国申请62/566,102的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开大体上涉及带电粒子检测，更具体地涉及一种带电粒子的多单元检测器、以及基于该检测器的系统、方法和装置。
背景技术
在各个领域中，检测器用于感测物理上可观察到的现象。例如，电子显微镜是用于观察样品的表面形貌和组成的有用工具。分辨率低至小于一纳米的带电粒子(例如，电子)束显微镜(诸如扫描电子显微镜(SEM))可以用作用于检查特征尺寸例如小于100纳米的集成电路(IC)部件的实用工具。这种带电粒子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。在命中样品后，可能发射次级电子、反向散射电子、俄歇电子(auger electron)、x射线、可见光等。所发射的能量可以形成入射在检测器上的光束。检测信号可以用于重构样品的图像，并且可以用于例如显示样品中的缺陷。
在一些应用中，一个或多个束可以入射在检测器上。例如，对于多束SEM，可以使用多个初级电子束来同时扫描被检查晶片的不同区域。晶片在接收初级电子束之后，可以发射指向检测器的次级电子。次级电子的强度可以基于晶片的内部结构或外部结构的特性而变化。如此，次级电子可以被检测并分析以确定晶片的内部结构或外部结构的各种特征，并且可以将其用于显示晶片中可能存在的任何缺陷。
然而，来自从样品发射的相邻束的电子可以被引导以到达检测器表面的大致相同的位置。结果，由相邻电子束形成的束斑可能变得彼此非常接近，并且在一些情况下可能部分交叠，从而导致串扰。串扰的影响可能会作为噪声而被添加到电子检测器的输出信号中。因此，电子检测器的输出信号可能包括与被检查特定样品结构不相关的噪声分量，并且图像重构的保真度可能会降低。
为了确保准确检查，多束SEM应当能够区分由不同的初级电子束生成的次级电子。在现有系统中，可以提供包括多个离散电子感测元件的检测器。例如，检测器阵列可以设有感测元件，它们在物理上彼此间隔开。多个初级电子束中的每个初级电子束可以在检测器阵列中具有对应的电子感测元件。偏转器阵列还可以用于使由不同的初级电子束生成的次级电子偏转到其对应的电子感测元件。如此，偏转器阵列可以为每个电子感测元件提供不同的偏转方向(或角度)。然而，如果多束SEM需要使用大量的初级电子束，因而需要使用电子感测元件，则通常缺少偏转器阵列可能提供的不同偏转方向。尽管偏转器阵列可以被扩展以提供更多的偏转方向，但是这不仅增加了偏转器阵列的结构复杂性，还增加了检测器阵列与电子感测元件的对齐难度。
发明内容
本公开的实施例涉及一种可以用于多束检查系统的所使用的多单元检测器。在一些实施例中，提供了一种检测器。该检测器可以包括第一层，该第一层包括第一导电类型的第一区域。该检测器还可以包括第二层，该第二层包括第二导电类型的多个第二区域和第一导电类型的一个或多个第三区域。第二导电类型的多个第二区域可以通过第二层的第一导电类型的一个或多个第三区域彼此分隔。第二导电类型的多个第二区域可以与第二层中的第一导电类型的一个或多个第三区域隔开，并且不会与其物理接触。该检测器还可以包括第一层和第二层之间的本征层。
在一些实施例中，提供了一种带电粒子束装置。该带电粒子束装置可以被提供作为带电粒子束系统的一部分。该装置可以包括带电粒子源，该带电粒子源被配置为生成一个或多个带电粒子束，该一个或多个带电粒子束可以被投射在样品的表面上并且可以使该样品生成次级带电粒子。该装置还可以包括检测器，该检测器包括第一层，其包括第一导电类型的第一区域；第二层，其包括第二导电类型的多个第二区域；以及第一层和第二层之间的本征区域。多个第二区域可以彼此分隔。更进一步地，多个第二区域可以被配置为基于接收的带电粒子来输出电信号。该装置还可以包括放大器，该放大器被配置为放大由多个第二区域输出的电信号，并且将放大后的电信号转发到控制器。控制器可以包括数据处理系统。
在一些实施例中，提供了一种方法。该方法可以包括：向检测器的第一层的第一导电类型的第一区域施加第一偏移，并且向检测器的第二层的多个第二区域施加第二偏移。该检测器可以包括第一层和第二层之间的本征区域。检测器中的多个第二区域可以通过一个或多个分隔区域彼此分隔。该方法还可以包括：从第二层接收输出信号，并且基于接收到的输出信号确定带电粒子信号。
所公开的实施例的其他目的和优点将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地从描述中将是显而易见的，或者可以通过实施例的实践而获悉。所公开的实施例的目的和优点可以通过权利要求中所阐述的元件和组合来实现和获得。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性和说明性的，并非约束所要求保护的公开实施例。
附图说明
根据结合附图对示例性实施例的描述，本公开的上述和其他方面变得更加显而易见，其中
图1是图示了与本公开的实施例一致的示例性电子束检查(EBI)系统的示意图。
图2是图示了与本公开的实施例一致的可以是图1的示例性EBI系统的部分的示例性电子束工具的示意图。
图3是图示了与本公开的实施例一致的示例性电子检测器的传感器表面的视图。
图4是图示了与本公开的实施例一致的沿着电子检测器的厚度方向的横截面截取的电子检测器的示例性结构的表示。
图5是图示了与本公开的实施例一致的图4所示的电子检测器的第一金属层的俯视图的图。
图6是图示了与本公开的实施例一致的图4所示的电子检测器的半导体层的平面图的图。
图7是图示了与本公开的实施例一致的图4所示的电子检测器的第二金属层的平面图的图。
图8是图示了与本公开的实施例一致的图4所示的电子检测器的绝缘层的平面图的图。
图9A至图9D是图示了图4的电子检测器的横截面的部分的放大的图。
图10是图示了与本公开的实施例一致的示例性检测器的横截面的部分的放大的图。
图11是图示了与本公开的实施例一致的检测器的示例性结构的横截面的图。
图12是图示了与本公开的实施例一致的图11所示的电子检测器的第一金属层的俯视图的图。
图13是图示了与本公开的实施例一致的图11所示的电子检测器的半导体层的平面图的图。
图14是图示了与本公开的实施例一致的图11所示的电子检测器的另一半导体层的平面图的图。
图15是图示了与本公开的实施例一致的图11所示的电子检测器的第二金属层的平面图的图。
图16是图示了与本公开的实施例一致的图11所示的电子检测器的横截面的部分的放大的图。
图17是与本公开的实施例一致的表示示例性方法的流程图。
具体实施方式
现在，详细参考示例性实施例，其示例在附图中图示。以下描述参考附图，其中除非另外表示，否则不同附图中的相同数字表示相同或相似的元件。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现方式并不表示与所公开的主题一致的所有实现方式。相反，它们仅是与如所附权利要求中所述的与主题有关的各个方面一致的装置、系统和方法的示例。例如，尽管在利用电子束的系统的上下文中对一些实施例进行了描述，但是本公开不限于此。可以同样施加其他类型的带电粒子束。更进一步地，用于检测的装置、系统和方法可以用于其他成像系统，诸如光学成像、光检测、x射线检测、离子检测等。
本申请的各方面涉及一种多单元检测器，其可以用于检查工具，诸如扫描电子显微镜(SEM)。检查工具可以用于集成电路(IC)部件的制造过程。为了实现现代电子设备的增强的计算能力，设备的物理尺寸可能会缩小，而IC芯片上的电路部件(诸如晶体管、电容器、二极管等)的封装密度会大大增加。例如，在智能电话中，IC芯片(其可能是缩略图的尺寸)可能包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的尺寸小于人类头发的1/1000。不出人意料地，半导体IC制造是具有数百个单独步骤的复杂过程。即使一步出错也可能极大地影响最终产品的功能。即使一个“致命缺陷”也可能导致设备故障。制造过程的目标是提高过程的总产量。例如，为了使50步骤过程获得75％的产量，每个单独步骤的产量都必须大于99.4％，如果单独步骤的产量为95％，则总过程产量降至7％。
在维持高生产量(例如，被定义为每小时的晶片处理数)的同时，确保能够以高精度和高分辨率检测缺陷的能力变得越来越重要。缺陷的存在可能会影响高处理产量和高晶片生产量，尤其是当牵涉到操作员干预时。因此，通过检查工具(诸如SEM)对微米级缺陷和纳米级缺陷的检测和标识对于维持高产量和低成本很重要。
在一些检查工具中，可以通过在样品表面上扫描高能电子束来检查样品。由于样品表面处的相互作用，次级电子可能会从样品中生成，然后由检测器检测。为了增加生产量，一些检查工具可以采用同时在样品表面的不同区域上扫描的多个电子束，从而生成指向检测器的多个次级电子束。为了同时捕获这些多个次级电子束以进行分析，可以提供多单元检测器，以便每个次级电子束落在其自己的检测单元中。因此，源自不同电子束的电子可以进入不同的检测单元，使得与每个电子束相对应的信号可以被分别分析。
在一些应用中，可能期望隔离到达检测器的电子，以使来自不同束的电子不会相互干扰。这种干扰可能会导致“串扰”，并且可能会对输出信号产生不良影响，诸如增加的噪声。因此，检测器的输出信号可以包括噪声分量，其与被检查特定样品结构不相关，并且图像重构的保真度可能会降低。
当电子到达检测器的前部表面时，它们可能与检测器中的各个层相互作用。例如，电子可以穿过顶部表面铝层并且可以与半导体区域相互作用。然而，这种相互作用可能无法得到很好的控制。例如，电子可以沿随机方向散射。由于与一个或多个半导体区域的相互作用，电子不一定会直线向下行进通过检测器的介质。当电子到达检测器的相对侧时，来自不同电子束的电子可能最终在同一位置处结束。因此，即使检测器在物理上划分为多个离散检测器单元，来自不同电子束的电子也可能无法适当地隔离到不同的检测器单元中。
在本公开的一些方面，检测器可以包括连续的半导体区域。该区域可以是包括p型半导体层和n型半导体层的二极管。二极管可以被偏移，从而在二极管内形成吸引场。这样的场可以帮助将电子引导到检测器的适当段。因此，可以把来自不同电子束的电子引导到对应检测器单元的输出段，并且可以减少串扰的影响。
如本文中所使用的，除非另有明确说明，否则术语“或”涵盖所有可能的组合，除了不可行之外。例如，如果声明数据库可以包括A或B，则除非另有明确说明或不可行，否则数据库可以包括A或B或A和B。作为第二示例，如果声明数据库可以包括A，B或C，则除非另有说明或不可行，否则数据库可以包括A、或B、或C、、或A和B、或A和C、或B和C、或A和B和C。
图1是图示了与本公开的实施例一致的可以包括检测器的示例性电子束检查(EBI)系统100的示意图。EBI系统100可以用于带电粒子成像。如图1所示。EBI系统100包括主腔室101、加载/锁定腔室102、电子束(e-beam)工具104、以及设备前端模块(EFEM)106。电子束工具104位于主腔室101内。
EFEM 106包括第一加载端口106a和第二加载端口106b。EFEM106可以包括一个或多个附加加载端口。第一加载端口106a和第二加载端口106b可以接收前开式晶片盒(waferfront opening unified pod)(FOUP)，该前开式晶片盒(FOUP)包含晶片(例如，半导体晶片或由一种或多种其他材料制成的晶片)或要被检查的样品(晶片和样品可以统称为作为“晶片”)。EFEM 106中的一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片运送到加载/锁定腔室102。
加载/锁定腔室102连接到加载/锁定真空泵系统(未示出)，该加载/锁定真空泵系统移除加载/锁定腔室102中的气体分子以达到低于大气压的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片从加载/锁定腔室102传送到主腔室101。主腔室101连接到主腔室真空泵系统(未示出)，该主腔室真空泵系统移除主腔室101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104对晶片进行检查。电子束工具104可以是单束系统或多束系统。控制器109电连接至电子束工具104。控制器109可以是被配置为执行EBI系统100的各种控制的计算机。虽然控制器109在图1被示为位于包括主腔室101、加载/锁定腔室102和EEFM 106的结构的外侧，但是应当领会，控制器109可以是该结构的一部分。
图2图示了与本公开的实施例一致的示例性电子束工具104。参考图2，电子束工具104包括电动台260和由该电动台260支撑的晶片保持器262。电子束工具104还包括电子源202、枪孔204、聚光透镜206、源转换单元208、初级投影光学系统220、次级光学系统230、以及电子检测器240。初级投影光学系统220可以包括束分离器222、偏转扫描单元226、以及物镜228。
在公开实施例中，电子源202、枪孔204、聚光透镜206、源转换单元208、光束分离器222、偏转扫描单元226、以及物镜228可以与电子束工具104的初级光轴250对齐。次级光学系统230和电子检测器240可以与电子束工具104的次级光轴252对齐。
当电子束工具104操作时，要被检查的晶片264被安装或放置在晶片保持器262上。电子源202包括阴极、以及提取器或阳极。在阳极/提取器和阴极之间施加电压，使得初级电子从阴极发射并且被提取或加速以形成具有高能量(例如，8keV至20keV)、高角强度(例如，0.1mA/sr至1mA/sr)和交叉(虚拟或真实)210的初级电子束270。初级电子束270可以被视为从交叉210发射。枪孔204可以阻挡初级电子束270的外围电子，以降低库仑效应。
光源转换单元208可以包括图像形成元件阵列(图2中未示出)和束限制孔阵列(图2中未示出)。图像形成元件阵列可以包括微偏转器或微透镜阵列。图像形成元件阵列可以将初级电子束270分成多个初级子束272-1，272-2，...，272-n。仅出于说明性目的，图2示出了三个初级子束。然而，初级子束的数目不限于三个，并且图像形成元件阵列可以被配置为将初级电子束270分离为更多数目的初级子束。另外，图像形成元件阵列可以形成交叉210的多个平行图像(虚拟或真实)。多个初级子束272-1，272-2，...，272-n中的每个初级子束可以视为从交叉210的多个平行图像中的一个平行图像发射。束限制孔阵列可以限制或调整多个初级子束272-1，272-2，...，272-n的尺寸。
聚光透镜206可以聚焦初级电子束210。如此，源转换单元208下游的初级子束272-1，272-2，...，272-n的电流可以通过调整聚光透镜206的聚焦功率或通过改变束限制孔阵列内的对应束限制孔的径向尺寸来变化。物镜228可以将初级子束272-1，272-2，...，272-n聚焦到晶片264上以进行检查，并且可以在晶片264的表面上形成多个探针斑274-1，274-2，…，274-n。
偏转扫描单元226可以使初级子束272-1，272-2，...，272-n偏转以扫描晶片264的表面区域上的探针斑274-1，274-2，...，274-n。响应于初级子束272-1，272-2，...，272-n入射在探针斑274-1，274-2，...，274-n处，可以从晶片发射次级电子。次级电子可以包括具有能量分布的电子，这些电子包括次级电子(能量≤50eV)和反向散射电子(能量介于50eV与初级子束272-1，272-2，...，272-n的着陆能量之间)。
光束分离器222可以是生成静电偶极场和磁偶极场的维恩过滤器型(Wien filtertype)束分离器。在一些实施例中，如果施加了静电偶极场和磁偶极场，则由静电偶极场施加在初级子束272-1，272-2，...，272-n的电子上的力可以在幅度上相等并且在方向上相反于由磁偶极子场施加在电子上的力。因此，初级子束272-1，272-2，...，272-n可以以零偏转角直线穿过束分离器222。然而，由束分离器222生成的初级子束272-1，272-2，...，272-n的总色散可以为非零。例如，对于束分离器222的色散平面224，图2示出了具有标称能量V0和能量扩展ΔV的子束274-2到对应于能量V0的子束部分276、对应于能量V0+ΔV/2的子束部分277和对应于能量V0-ΔV/2的子束部分278的色散。如此，由光束分离器222施加在次级电子上的总力为非零。因此，束分离器222可以将次级电子与初级子束272-1、272-2，...，272-n分离，并且将次级电子引向次级光学系统230。
电子检测器240包括多个检测单元242-1，242-2，...，242-n。次级光学系统230可以将次级电子聚焦成多个次级电子束280-1，280-2，...，280-n，并且，将这些次级电子束投射到检测单元242-1，242-2，...，242-n中的一个或多个检测单元上。检测单元242-1，242-2，...，242-n可以被配置为检测次级电子束280-1，280-2，...，280-n并且生成用于重构晶片264的表面区域的图像的信号。控制器可以耦合到电子检测器240。
图3是图示了根据本公开的一些实施例的电子检测器240的传感器表面300的图。参考图3所示的示例，电子检测器240可以被分成九个检测单元242-1，242-2，...，242-9，其可以被布置为如图3中虚线所概念性地图示的网格。
检测单元242-1，242-2，...，242-9可以对应于传感器表面300上的九个检测子区域。与一些公开实施例一致，传感器表面300无需物理上划分为检测子区域。也就是说，图3中的虚线不能表示传感器表面300上的任何实际结构。相反，如下文更详细地描述的，可以在电子检测器240的底部形成检测单元。进一步地，电子检测器240可以具有能够形成内部电场的结构，该结构可以被配置为将入射在每个检测子区域上的电子引导到对应检测单元。因为检测器可能不需要传感器表面300上的任何特定结构来分开入射电子，所以整个传感器表面300可以用于接收电子。传感器表面300上的死区可以基本上被消除。
如图2所示，一个或多个次级电子束280可以在电子检测器240的传感器表面300上形成多个束斑282-1，282-2，...，282-n。例如，可以形成九个束斑282-1，282-2，...，282-9。每个检测单元242可以能够接收对应束斑282，生成表示所接收的束斑282的强度的信号(例如，电压、电流等)，并且将该信号提供给数据处理系统以生成晶片264的区域的图像。
与关于初级子束272的描述类似，本公开不对次级电子束280的数目进行限制。如此，本公开也不对电子检测器240中的检测单元242的数目以及电子检测器240可检测到的束斑282的数目进行限制。例如，与公开实施例一致，电子检测器240可以包括2×2、4×5或20×20个检测单元242的阵列，其可以沿着传感器表面300布置成矩阵。
而且，尽管图3示出了在平行于传感器表面300的平面中被布置为3×3矩形网格的检测单元242-1，242-2，...，242-9，但是应当领会，检测单元可以以任意方式布置，或者检测单元的形状可以为任意形状。例如，在一些实施例中，检测单元可以具有三角形形状或六边形形状。
在示例性实施例中，每个检测单元242包括一个或多个电子感测元件。感测元件可以包括二极管。例如，每个电子感测元件可以包括PiN或NiP二极管。感测元件还可以是与二极管类似的元件，其可以将入射能量转换成可测量信号。在一些实施例中，每个电子感测元件可以生成电流信号，该电流信号与在电子感测元件的有源区域中接收的电子相当。预处理电路可以放大电流信号，并且将放大后的电流信号转换为电压信号(表示接收的电子的强度)。预处理电路可以包括例如前置放大器电路，诸如电荷转移放大器(CTA)、跨阻放大器(TIA)或与CTA或TIA耦合的阻抗转换电路。处理系统可以例如通过对位于传感器区域内的电子感测元件生成的电流求和来生成电子束斑点的强度信号，将该强度信号与入射在晶片上的初级电子束的扫描路径数据相关，并且基于相关性来构造晶片的图像。
图4是图示了根据本公开的一些实施例的沿着电子检测器240的厚度方向的横截面截取的电子检测器240的示例性结构的图。例如，可以通过沿着平行于检测器侧中的一个的平面(例如，图3中的平面310)切割电子检测器240来形成横截面。参考图4，电子检测器240可以具有层状结构，该层状结构包括沿着电子检测器240的厚度方向的层410，420，430，440，450和460。
具体地，层410可以包括第一金属层412。第一金属层412是用于接收入射在电子检测器240上的电子的层，诸如次级电子束280-1，280-2，...，280-n(图2，统称为次级电子束280)。因此，第一金属层412被配置为电子检测器240的电子入射表面。例如，第一金属层412的材料可以是铝或其他高导电性并且易于被信号电子穿透的金属(例如，原子数小的金属)。而且，层410可以包括形成在第一金属层412周围以保护第一金属层412的绝缘体416，诸如二氧化硅(SiO2)。
在一些实施例中，例如，如图4所示，第一金属层412可以分为中心部分413和边界部分414。中心部分413可以用于接收入射次级电子束，而边界部分414可以用于接收要施加在第一金属层412上的偏移电压。边界部分414可以制成比中心部分413厚，以便于接收偏移电压。例如，中心部分413的厚度可以在10nm至200nm的范围内，而边界部分414的厚度可以在1μm至10μm的范围内。可以基于以下考虑来设置中心部分413的厚度：允许预先确定的数量的电流传导穿过中心部分413，同时基本上允许诸如次级电子之类的入射电子不受阻碍地通过。中心部分413可以被设置为对入射电子保持基本可渗透。可以基于对除了入射电子之外的粒子的阻挡的考虑来设置中心部分413的厚度，以减小噪声。可以基于允许低电阻率传导的考虑来设置边界部分414的厚度。
图5是图示了与本公开的一些实施例一致的第一金属层412的俯视图的图。如图5所示，第一金属层412的中心部分413形成用于接收入射次级电子束的单个检测表面，而第一金属层412的边界部分414在其角落处连接到一个或多个电极。第一金属层412可以形成尺寸为例如6×6mm的大致方形的区域。边界部分414的宽度可以为例如0.1mm。
再次参考图4，层420形成为与层410相邻，并且可以包括p型半导体区域422。例如，p型半导体区域422可以掺杂有三价杂质，诸如硼、铝、镓等，从而产生自由孔。P型半导体区域422可以是重掺杂区域，诸如P+区域。第一金属层412可以沉积在p型半导体区域422的顶部上。因此，p型半导体区域422可以由第一金属层412涂覆。
层430形成为与层420相邻，并且可以是本征半导体区域432。例如，本征半导体区域432可以是稍微n掺杂或p掺杂的，而不存在任何明显的掺杂物种类。本征半导体区域432的掺杂浓度可能低于电子检测器240的其他部分的掺杂浓度。本征半导体区域432的掺杂浓度可以被设置为使得该本征半导体区域432由于被轻掺杂而具有高电阻。电子检测器240可以由例如硅晶片形成，在这种情况下，本征半导体区域432可以是N-区域。层420和440之间的本征半导体区域432的厚度可以为例如175μm。
层440形成为与层430相邻，并且可以包括多个n型半导体区域444和一个或多个p型半导体区域442。层440与层420间隔开。层440中的一个或多个p型半导体区域442可以与层420中的p型半导体区域422类似地掺杂。多个n型半导体区域444可以掺杂有五价杂质，诸如磷、锑、砷等，以便产生自由电子。N型半导体区域444可以是重掺杂区域，诸如N+区域。如图4所示，一个或多个p型半导体区域442与多个n型半导体区域444间隔开，因此一个或多个p型半导体区域442不与多个n型半导体区域444物理接触。在一些实施例中，层440可以包括多个本征区域446，其将多个n型半导体区域444与一个或多个p型半导体区域442分开，以阻碍多个n型半导体区域444和一个或多个p型半导体区域442之间的导电性。多个本征区域446可以与本征半导体区域432类似地掺杂。在一些实施例中，多个本征区域446和本征半导体区域432可以形成单件本征区域，并且可以由同一衬底制造。形成多个本征区域446和432的本征半导体可以是连续的。
图6是图示了层440的平面图的图。参考图6，层440包括多个离散n型半导体区域444，诸如以矩形网格布置的九个n型半导体区域444。如下文所更详细地描述的，九个n型半导体区域444中的每个n型半导体区域可以对应于电子检测器240的检测单元242。而且，多个n型半导体区域444由一个或多个p型半导体区域442彼此分隔。例如，每个n型半导体区域444可以由p型半导体区域442包围。另外，多个n型半导体区域444可以通过本征区域446与一个或多个p型半导体区域442分离。
再次参考图4，层450包括第二金属层452，其可以沉积在多个n型半导体区域444和一个或多个p型半导体区域442上。第二金属层452的材料可以是具有高表面导电性的金属，诸如金或铜。与第一金属层412不同，第二金属层452无需是高度电子可穿透的。因此，第二金属层452的材料的原子序数可以高于第一金属层412的材料的原子序数。第二金属层452可以包括输出线(图4中未示出)，其用于承载来自多个n型半导体区域444中的每个n型半导体区域的电流。如稍后所描述的，输出线可以与用于向n型半导体区域444施加偏移的线相同。
第二金属层452可以包括彼此分开的第二金属区域453和454。第二金属区域453和454可以直接形成在n型半导体区域或p型半导体区域上。因此，可以在下面的n型半导体区域或p型半导体区域和外部电压源之间形成电连接。可以独立地电控制第二金属区域453和454。更进一步地，边缘金属区域456可以直接形成在本征半导体区域432上。本征半导体区域432可以非常轻地掺杂，因此可以具有非常高的电阻率，因此，金属区域456和本征半导体区域432之间的任何电连接可以具有高电阻。在一些实施例中，导线可以附接到金属区域的底侧。
图7是图示了可以沉积在层440上的第二金属层452的平面图的图。参考图7，第二金属层452可以沉积在多个n型半导体区域444的表面上以形成多个第二金属区域453，并且可以沉积在一个或多个p型半导体区域442上以形成一个或多个第二金属区域454。第二金属区域453不与一个或多个第二金属区域454物理接触，以便阻碍多个n型半导体区域444与一个或多个p型半导体区域442之间的导电性。第二金属区域453和第二金属区域454之间的间隙可以保持为空或用本征半导体材料(诸如本征区域446)填充。在电子检测器240的操作期间，一个或多个p型半导体区域442可以连接到一个或多个电极(诸如焊盘510)以接收偏移电压，使得可以将偏移电压施加到一个或多个p型半导体区域442。可以经由第二金属区域454将偏移电压施加到一个或多个p型半导体区域442。
再次参考图4，层460包括绝缘层462，该绝缘层462可以覆盖沉积在多个n型半导体区域444上的第二金属与沉积在一个或多个p型半导体区域442上的第二金属之间的间隙。绝缘层462由与绝缘层416相同的材料制成。绝缘层462可以交叠第二金属区域453和第二金属区域454之间的间隙或者可以填充该间隙。构成绝缘层462的材料可以与绝缘体416的材料类似，例如，SiO2。
图8是图示了可以沉积在第二金属层452上的绝缘层462的平面图的图。参考图8，绝缘层462可以用于覆盖第二金属区域453和第二金属区域454之间的间隙，以防止第二金属区域453和第二金属区域454之间的短路。在示例性实施例中，当用于电子束工具(例如，电子束工具104)时，电子检测器240可以封装到陶瓷板或印刷电路板上。输出线可以从每个第二金属区域453延伸以将输出信号引导到数据处理系统。如图9A中放大并且更详细地示出的，段如图8所示的240b可以对应于部分240a。
再次参考图4，层440中的每个n型区域444和p型层422的至少一部分可以形成PiN二极管。因为p型半导体区域和n型半导体区域可以在物理上彼此分开，所以可以在它们之间形成吸引场。例如，由于浓度梯度，所以电荷载流子可能具有在p型半导体区域和n型半导体区域之间流动的趋势。PiN二极管可以构成电子检测器240的检测单元242的一部分。例如，图4示出了三个检测单元(即，PiN二极管)242-1，242-2和242-3。在检测器240的操作期间，可以在PiN二极管两端施加电压。例如，可以通过第一金属层412的边界部分414向p型半导体层422施加偏移436。可以通过第二金属区域452向层440中的一个或多个p型半导体区域442施加偏移437。此外，可以经由第二金属区域453向层440中的多个n型半导体区域444中的每个n型半导体区域施加偏移438。可以施加偏移，使得PiN二极管在反向偏移模式下操作。偏移436和438可以是固定的，而偏移437是可变的。在一个示例中，如下施加偏移：
偏移436＝0V
偏移437＝变量(如图7所示，由焊盘510供应)
偏移438＝+30V
可变偏移437可以在例如-5V至-100V的范围内是可调整的。如此，检测单元(例如，PiN二极管)242-1，242-2和242-3可以被控制，使得电场在本征半导体区域432中形成。因为施加到p型半导体层422，层440中的p型半导体区域442以及n型区域444的偏移，可以形成导致电子被吸引到n型区域444的电场。当次级电子束280入射在第一金属层412的顶部表面上时，引起落在一个检测单元的区域中的第一金属层412上的次级电子束280可以沿各个方向移动，从而到达对应n型区域444。然后，N型半导体区域444可以将电流信号输出到预处理电路，该电流信号与接收的次级电子束280相当。可以控制偏移437，以使相邻检测单元之间的串扰最小。来自n型半导体区域444的输出信号可以用于反馈控制中以调整偏移437。因此，偏移437可以实时可调。
电子检测器240的部分240a在图9A至图9D中被放大并且更详细地示出。现在参考图9A，其图示了组成检测器240的一部分的部分240a的层结构。图9A示出了一个完整检测单元242-2的横截面视图。电子检测器240的多个检测单元可以被认为是由多个n型半导体区域444中的不连续性划界。例如，如图9A中的虚线所示，检测单元可以被认为是由一个或多个p型半导体区域442来划分。单个检测单元可以被定义为相邻半导体区域442之间的区域。多个n型半导体区域444中的一个区域可以与一个检测单元相关联。
电子检测器240可以包括平面结构，其包括多个层。这些层可以在垂直于电子检测器240的厚度方向的二维平面中延伸。宽度方向可以垂直于厚度方向。例如，p型半导体层422可以由在半导体衬底的顶部表面处的大致平坦的层构成。在掺杂杂质被引入半导体衬底之后，第一金属层412可以沉积在p型半导体层422的顶部上。在单独的处理步骤中，掺杂杂质可以引入在半导体衬底的背部表面上。例如，在形成层420之前或之后，可以形成层440。
电子检测器240可以在其底侧包括层440(图4中图示了层440的示例)。可以通过图案化半导体衬底来形成层440。例如，可以通过尤其是借助于掩模选择性地引入不同种类的掺杂杂质来形成层440。如图9A所示，层440可以包括多个n型半导体区域444和一个或多个p型半导体区域442。多个n型半导体区域444和一个或多个p型半导体区域442可以共面。在一些实施例中，多个n型半导体区域444中的每个区域和一个或多个p型半导体区域442的厚度可以相等。在一些实施例中，各个区域的厚度可以不同。例如，可以控制掺杂工艺，以使n型半导体区域或p型半导体区域的深度可以被调整。多个n型半导体区域444中的每个n型半导体区域的宽度可以大于一个或多个p型半导体区域442的宽度。
多个n型半导体区域444可以彼此分隔。例如，可以沿与电子检测器240的厚度方向垂直的方向在多个n型半导体区域444的每个n型半导体区域之间提供分隔区域445。将多个n型半导体区域彼此分分隔的分隔区域445可以包括一个或多个p型半导体区域442。更进一步地，如图4所示，多个n型半导体区域444中的每个n型半导体区域可以由包括一个或多个p型半导体区域442的区域包围。如图6所示，在平面图中，可以存在包括一个或多个p型半导体区域442的外围连续的外部，其包围所有多个n型半导体区域444。可以交替提供n型半导体区域和p型半导体区域。
现在，参考9B。当操作作为二极管的电子检测器240的多个检测单元242时，可以向电子检测器240的各个部分施加偏移。图9B示出了在施加偏移437的同时从p型半导体区域发出的电场472中的等势电场线。应当理解，包括靠近结构边缘的场的形状在内的所示的场的形状仅是示意性的，并且可能由于例如边缘效应而变形。
随着偏移437的变化，可以操纵电场472。例如，可以调整偏移437，以使电场472更大。图9C示出了增加电场472的效果。在一些实施例中，参数可以被调整，以使形成电场，该电场在电子检测器240的厚度尺寸上基本上填充垂直区域中的本征区域。
在一些实施例中，偏移436和438可以保持恒定，同时偏移437可调整。可以变化偏移437，以最小化诸如电子检测器240的检测器单元242-1和242-2之类的检测器单元之间的串扰。可以变化偏移437，以调整电场472以阻碍进入第一检测器单元的区域的电子(诸如进入检测器单元242-1的区域的次级电子束280-1的电子、或第一检测器单元的区域中的任何电子)传递到第二检测器单元(诸如检测器单元242-2)。可以与晶片偏移分开控制施加到一个或多个p型半导体区域442的电压，以控制分段分离宽度。例如，可以通过变化偏移437来操纵在电子检测器240的二极管中形成的电场的特点。
现在，参考图9D，其图示了来自落在电子检测器240的检测单元上的次级电子束280的入射电子的情况。在操作中，入射在金属层412的顶部表面上的电子可以穿过金属层412并且可以进入p型半导体区域422。在到达p型半导体区域422时，入射电子可以与p型半导体区域422相互作用，与其他电子碰撞或以其他方式与其他电子相互作用等，因此可以散射并且被引导以随机方向行进。然而，当适当偏移施加到例如422，442，444时，由于与p型半导体区域422的相互作用，所以电子可能被吸引向各个检测单元中的多个n型半导体区域444中的每个n型半导体区域。例如，因为p型半导体区域422可以高掺杂有正电荷载流子(空穴)，所以空穴过多。当高能电子撞击p型半导体区域422和本征区域432之间的结附近的区域时，电子可以被吸收到p型半导体区域422的晶格中。这可以产生空位，从而生成其他电荷载流子。在电子检测器240的二极管中生成的电荷载流子可能由于场导电性而分开，其中空穴由于具有向p型半导体区域422移动的趋势，同时电子由于偏移436和438而被吸引向多个n型半导体区域444中的最近一个的n型半导体区域。更进一步地，电场472可以导致接近电子的排斥。例如，如图9D所示，入射电子281可以在进入p型半导体区域422时被引向相邻的检测单元。然而，电场472可以阻碍电子281行进穿过本征区域432，从而越过进入另一检测单元。相反，电子281可以被吸引向与电子281最初落在其中的检测单元相关联的多个n型半导体区域444中的相应一个n型半导体区域。这样，可以减少相邻检测单元之间的串扰。可以控制偏移437，使得电场472产生将电子限制在各个检测单元内的阻挡部，从而可以防止串扰。更进一步地，电子通常具有比空穴更高的迁移率。因此，在上文所讨论的模式下与二极管一起操作的检测器240可能有利于增加电子检测器240的带宽和响应时间。
在一些实施例中，组成电子检测器240的二极管中的入射电子的行为可能受到掺杂浓度、二极管的操作参数等的影响。包括例如电子速度在内的这种行为可以通过诸如漂移速度的等式之类的等式来描述。
可以从多个n型半导体区域444中的每个n型半导体区域收集信号输出。可以提供用于承载来自多个n型半导体区域444中的每个n型半导体区域的电流的信号线。在一些实施例中，用于输出信号的线可以与用于施加偏移438的线相同。入射电子可以导致DC信号波动，其可以用作指示接收的电子束的强度的信号。
从上文描述中可以看出，电子检测器240可以采用不同的机构来形成多个检测单元。首先，例如，电子检测器240的底部(例如，层440)可以分隔成多个n型区域444，用于收集不同的电子。其次，本征半导体区域432中的电场不仅可以将入射电子引导到相应检测单元，而且可以帮助确保属于不同检测单元的电子之间不存在串扰。在一些实施例中，电子检测器240的传感器表面不能被分隔，并且第一金属层412的整个中心部分413可以用于接收入射电子，使得中心部分413上没有死区。因此，可以提供具有高检测效率的电子检测器。
根据一些实施例，入射在电子检测器240的传感器表面的不同区域上的次级电子可以被精确地引导到对应n型区域。如此，电子检测器240可以特别适合用于采用大量初级电子束的多束检查系统中。
虽然电子检测器240被描述为接收次级电子，但是容易领会，多单元检测器还可以用于检测其他类型的带电粒子，诸如带正电的粒子。而且，根据本公开的多单元检测器不限于由p型半导体和n型半导体构造。相反，与公开实施例一致，具有不同电导率的材料可以用于实现上述p型半导体和n型半导体的相同功能。如此，如本文中所使用的“p型”可以被概括为第一导电类型，并且如本文中所使用的“n型”可以被概括为第二导电类型。
现在，参考图10，对备选实施例进行讨论。在一些实施例中，p型半导体和n型半导体的区域可以颠倒。图10图示了与上文关于图4至图9所讨论的电子检测器相似的电子检测器240的一部分。图10的实施例与例如图4的实施例不同之处在于，对p型半导体区域和n型半导体区域进行切换。因此，电子检测器240可以设有n型半导体区域522、一个或多个n型半导体区域542、以及多个p型半导体区域544。如图10所示，层440中的多个p型区域544中的每个p型区域和n型半导体区域522的至少一部分可以形成NiP二极管。NiP二极管中的每个NiP二极管可以组成电子检测器240的检测单元242的一部分。例如，图10示出了检测单元242-2(例如，NiP二极管)的视图。在检测器240的操作期间，可以在NiP二极管两端施加电压。例如，可以通过第一金属层412向n型半导体区域522施加偏移。例如，还可以以与上文关于图4所讨论的向一个或多个p型半导体区域442施加偏移437的方式类似的方式通过第二金属区域452向一个或多个n型半导体区域542施加偏移。此外，还可以向层440中的多个p型半导体区域544的每个p型半导体区域施加另一偏移。例如，当以这种方式操作二极管时，可以提供实现高灵敏度的电子检测器。
现在，参考图11，其图示了另一示例性实施例。在本公开的一些实施例中，诸如图11所示的检测器之类的检测器可以包括检测器的顶层上的检测单元的物理分离。图11图示了沿着电子检测器600的厚度方向上的横截面截取的电子检测器600的示例性结构。与检测器240相似，电子检测器600可以用于装置104，因此可以接收多个次级电子束280-1，280-2和280-3。
电子检测器600可以具有层状结构，其包括沿着电子检测器600的厚度方向的层610，620，630，640和650。具体地，层610可以包括第一金属层612。第一金属层612是用于接收入射在电子检测器600上的电子的层，诸如次级电子束280-1，280-2，...，280-n。可以提供用于接收次级电子束280-1，280-2，...，280-n中的一个次级电子束的多个区域，这些区域中的每个区域设有第一金属层612。例如，电子检测器600可以包括多个检测单元642-1，642-2，…，642-n。在图11中，示出了三个检测单元642-1，642-2和642-3。第一金属层612被配置为电子检测器600的电子入射表面。例如，第一金属层612的材料可以是铝、或高导电性且易于被信号电子穿透的其他金属(例如，小原子序数小的金属)。而且，层610可以包括包围第一金属层612形成的绝缘体616，诸如二氧化硅(SiO2)。
在一些实施例中，例如，如图11所示，第一金属层612可以分为中心部分613和边界部分614。中心部分613可以用于接收入射次级电子束，而边界部分614可以用于接收要施加在第一电子层612上的偏移电压，或者用于承载从电子检测器600输出的信号。可以使边界部分614比中心部分613厚，以便承载电流或电压。例如，中心部分613的厚度可以在10nm至200nm的范围内，而边界部分614可以在1μm至10μm的范围内。可以向第一金属层612施加偏移636。
图12是图示了与本公开的实施例一致的第一金属层612的俯视图的图。如图12所示，第一金属层612的中心部分613形成用于接收入射次级电子束的检测表面，而第一金属层612的边界部分614连接到一个或多个输出线512。第一金属层612可以包括对应于多个p型半导体区域622中的每个p型半导体区域的多个离散金属部分612-1，612-2，...，612-n。金属部分(例如，612-1，612-2和612-3)可以对应于各个检测单元。金属部分612-1，612-2和612-3可以各自具有完全封闭的中心部分613和边界部分614。金属部分612-1，612-2和612-3可以彼此间隔开。电子检测器600的外围上的区域可以经由输出线512连接，而内部上的区域可以经由输出线514连接。偏移636可以通过输出线512或514施加。为了获得减小的面积，输出线514可以比输出线512薄。例如，输出线514的宽度可以为0.05mm，而输出线512的宽度可以为0.1mm。可以在内部为一个检测单元提供两个输出线514，而可以在形成电子检测器600的管芯的外围为一个检测单元提供一个输出线512。由边界部分614界定的每个检测单元可以具有1.9mm×1.9mm的尺寸。如图16所放大并且更详细地示出的，如图12所示的段600b可以对应于部分600a。
再次参考图11，层620形成为与层610相邻，并且可以包括多个p型半导体区域622。多个p型半导体区域622可以例如掺杂有三价杂质，诸如硼、铝、镓等，以产生自由孔。多个p型半导体区域622可以是重掺杂区域，诸如P+区域。多个p型半导体区域622中的每个p型半导体区域可以对应于一个检测单元。
层630形成为与层620相邻，并且可以是本征半导体区域632。本征半导体区域632可以例如是轻n掺杂或p掺杂的，而没有存在任何明显的掺杂物种类。电子检测器600可以由例如硅晶片形成，在这种情况下，本征半导体区域632可以是N-区域。
如图11所示，多个p型半导体区域622可以彼此不物理接触。多个p型半导体区域622可以以均匀间距间隔开。在一些实施例中，层620可以包括多个本征区域646，其用于将多个p型半导体区域622彼此分开。多个本征区域646和本征半导体区632可以形成单件式本征区域，并且可以由同一衬底制造。
层640形成为与层630相邻，并且可以包括n型半导体区域644。n型半导体区域644可以掺杂有五价杂质，诸如磷、锑、砷等，以便产生自由电子。n型半导体区域644可以是重掺杂区域，诸如N+区域。
图13是图示了层620的平面图的图。参考图13，层620包括多个离散p型半导体区域622，诸如以矩形网格布置的九个p型半导体区域622。如下文所更详细描述的，九个p型半导体区域622中的每个p型半导体区域对应于电子检测器600的检测单元642。而且，多个p型半导体区域622彼此间隔开。在一些实施例中，多个p型半导体区域622可以通过本征区域646(图11中示出)彼此分开。更进一步地，可以在本征区域646的顶部上形成包括与绝缘体616的材料相似的材料的绝缘层。
图14是图示了层640的平面图的图。层640包括n型半导体区域644。n型半导体区域644可以组成形成检测器600的衬底的一侧的整个表面。与检测器240的层420相似，可以形成层640。
再次参考图11，层650包括第二金属层652，其可以沉积在n型半导体区域644上。第二金属层652的材料可以是具有高表面导电性的金属，诸如金或铜。与第一金属层612不同，第二金属层652无需是高度电子可穿透的。因此，第二金属层652的材料的原子数可以高于第一金属层612的原子数。第二金属层652可以包括用于向n型半导体区域644施加偏移的输出线(图11中未示出)。例如，可以经由第二金属层652向n型半导体区域644施加偏移637。
图15是图示了可以沉积在层640上的第二金属层652的平面图的图。参考图15，第二金属层652可以沉积在n型半导体区域644的表面上以形成单个连续表面。可以在第二金属层652的角落处设置电极(未示出)。在一些实施例中，第二金属层652可以延伸到组成检测器600的衬底的边缘。第二金属层652可以设置在本征半导体区域上。在一些实施例中，可以仅在n型半导体区域644上设置第二金属层。如上文关于图11所讨论的，在电子检测器600的操作期间，多个p型半导体区域622可以连接到一个或多个电极以接收偏移电压，诸如偏移636。该偏移电压可以经由第一金属层612施加到多个p型半导体区域622。输出线可以从每个检测单元延伸以将输出信号引导到数据处理系统。同时，可以向n型半导体区域644施加偏移637。
层620中的多个p型半导体区域622中的每个p型半导体区域和n型半导体区域644的至少一部分可以形成PiN二极管。PiN二极管可以组成电子检测器600的检测单元642的一部分。例如，图11示出了三个检测单元(即，PiN二极管)642-1，642-2和642-3。在一些实施例中，n型半导体区域644可以被提供为对应于检测单元中的每个检测单元的多个离散段。在电子检测器600的操作期间，可以在PiN二极管两端施加电压。例如，可以通过第一金属层612的边界部分614向多个p型半导体区域622中的每个p型半导体区域施加偏移636。可以通过第二金属层652向层640中的n型半导体区域644施加偏移637。偏移可以固定为某些值，以使n型半导体区域644和第二金属层652之间的电势差在-5至-100的范围内。可以基于应用(例如，带宽需求)来设置偏移。在一些实施例中，更高的电压可以用于实现更高的带宽。在一个示例中，如下施加偏移：
偏移636＝-30V
偏移637＝0V
如此，检测单元642-1，642-2和642-3可以充当PiN二极管。因为以这种极性施加到层620中的多个p型半导体区域622和层640中的n型半导体区域644的偏移，所以二极管可以变得对流过其中的电流的电阻较小。电荷载流子可以连续跨越二极管传导。例如，空穴可以被吸引向n型半导体区域644，而电子被吸引向多个p型区域622中的各个p型区域。当次级电子束280入射在第一金属层612的顶部表面上时，落在第一金属层612的不同区域上的次级电子束280可以与多个p型半导体区域622相互作用。由于与p型半导体区域622的相互作用，可能导致空穴沿向下方向朝向n型半导体区域644行进，同时向上引导信号电子。信号电子可以朝向第一金属层612加速，其中它们可以作为与接收的次级电子束280相当的电流信号输出到预处理电路。
电子检测器600的部分600a在图16中被放大并且更详细地示出。图16图示了组成检测器600的一部分的部分600a的层结构，并且示出了一个完整检测单元642-2的横截面视图。电子检测器600的多个检测单元可以被认为是由多个p型半导体区域622中的不连续性来划分。如图16中的虚线所示，例如，检测单元可以被认为是由多个p型半导体区域622的边缘来划分。单个检测单元可以被定义为多个p型半导体区域622的侧边缘之间的区域。多个p型半导体区域622可以彼此分隔。例如，可以沿与电子检测器600的厚度方向垂直的方向在多个p型半导体区域622的每个p型半导体区域之间设置分隔区域645。将多个p型半导体区域彼此分隔的分隔区域645可以包括本征半导体材料。例如，可以存在一体型本征区域，其包括本征区域632和层620中的多个p型半导体区域622之间的各部分。可以在分隔区域645的顶部上设置诸如SiO2之类的绝缘体。更进一步地，在一些实施例中，单个检测单元可以被定义为分隔区域645中的相邻中点之间的区域。n型半导体区域644的不同部分可以与不同的检测单元相关联。
电子检测器600可以包括平面结构，其包括多个层。这些层可以在垂直于电子检测器600的厚度方向的二维平面中延伸。例如，n型半导体区域644可以由在半导体衬底的一个表面上的大致平坦的层构成。在掺杂杂质被引入半导体衬底之后，第二金属层652可以沉积在n型半导体层644的顶部上。在单独的处理步骤中，掺杂杂质可以被引入在半导体衬底的相对表面上。例如，在形成层640之前或之后，可以形成层620。
在电子检测器600的操作中，当电子入射在第一金属层612的顶部表面上时，本征区域632可以充满来自多个p型半导体区域622的电荷载流子。可以形成电子空穴对，其中空穴被引向n型半导体区域644，而电子沿相反方向(也就是说，向上)引导。因为多个p型半导体区域622的厚度可以非常薄，所以电子然后可以非常快地行进到第一金属层612。在到达第一金属层612时，电子可以经由输出线512或514(图12中示出)输出。因为二极管中的电子可以具有比空穴更高的迁移率，所以以这种方式操作的电子检测器600可以实现高带宽。
在一些实施例中，可以提供一种装置，该装置包括如本文中所公开的检测器。例如，可以提供一种带电粒子束装置，其包括带电粒子源，该带电粒子源被配置为生成要投射在样品表面上的一个或多个带电粒子束。该装置还可以包括检测器，该检测器包括第一层和第二层，该第一层包括第一导电类型的区域，该第二层包括第二导电类型的多个区域。从带电粒子源生成的一个或多个带电粒子束可以撞击样品，然后可以生成引向检测器的带电粒子，诸如二次带电粒子或反向散射带电粒子。可以提供诸如电子检测器240或电子检测器600之类的检测器。可以提供可以连接到检测器的放大器。放大器可以被配置为放大从检测器的第二导电类型的多个区域输出的电信号。放大器可以将放大后的信号转发到数据处理系统。可以提供诸如控制器109之类的控制器，其可以包括数据处理系统。
现在，参考图17，其图示了示例性检测方法的流程图。可以对控制器进行编程以实现包括图17的流程图的一个或多个框的方法。图17的处理可以以预先确定的间隔重复。在步骤S101中，可以开始带电粒子成像。在与以上关于图2所讨论的一致的带电粒子成像过程中，例如，指令可以发送到带电粒子源以发射带电粒子束。在一些实施例中，可以使得从电子源202发出的电子束穿过枪孔204、聚光透镜206、源转换单元208、束分离器222、偏转扫描单元226、以及物镜228，并且该电子束可以聚焦成一个或多个探针斑以撞击样品表面。可以跨越样品表面扫描一个或多个探针斑。从样品表面发出的次级带电粒子可以由诸如电子检测器240或640之类的检测器收集，以用于在样品上形成感兴趣区域的图像。
在步骤S102中，可以向检测器的一个或多个p型半导体区域或n型半导体区域施加偏移。步骤S102可以包括：向检测器的第一层的第一导电类型的第一区域施加偏移，并且向检测器的第二层的第二导电类型的多个第二区域施加偏移，其中检测器包括第一层和第二层之间的本征区域。
在一些实施例中，步骤S102可以包括：向p型半导体区域422施加偏移436，向一个或多个p型半导体区域442施加偏移437，以及向多个n型半导体区域444施加偏移438。在一些实施例中，步骤S102可以包括：向多个p型半导体区域622施加偏移636，并且向n型半导体区域644施加偏移637。步骤S102可以包括：以反向偏移操作二极管。在一些实施例中，步骤S102可以包括：以正向偏移操作二极管。
在步骤S103中，可以从检测器的一个或多个p型半导体区域或n型半导体区域传送输出信号。在一些实施例中，多个n型半导体区域可以输出与接收的电子相当的电信号。在一些实施例中，多个p型半导体区域可以输出与接收的电子相当的电信号。步骤S103可以包括：通过控制器接收检测器的输出信号。例如，控制器109可以从检测器240的多个n型半导体区域444接收电信号，或者可以从检测器600的多个p型半导体区域622接收电信号。
在步骤S104中，可以确定在步骤S103中由控制器接收的输出信号是否合适。步骤S104可以包括：确定带电粒子检测系统中是否存在异常。例如，步骤S104可以包括：将检测器的输出信号与对应于反向偏压二极管或正向偏压二极管的正常操作的值进行比较。
当在步骤S104中做出否定确定时(即，输出信号不合适)，该过程可以进行到步骤S105。在步骤S105处，可以进行调整。调整可以包括：改变要施加到检测器的偏移的值。例如，步骤S105可以包括：调整作为偏移437施加到检测器240的一个或多个p型半导体区域442的可变偏移。在进行调整之后，该过程可以返回到步骤S102，并且施加调整后的偏移。
当在步骤S104中做出肯定确定时(即，输出信号合适)，过程可以进行到步骤S106。在步骤S106处，可以基于在步骤S103中接收的输出信号来确定带电粒子信号。步骤S103可以包括：放大接收的输出信号。此后，过程可以进行到步骤S107。在步骤S107处，过程可以结束。在一些实施例中，另一过程可以在步骤S106之后。例如，可以基于检测器的输出信号来执行图像处理。
在一些实施例中，检测器可以与控制带电粒子束系统的控制器通信。控制器可以指令带电粒子束系统的部件执行各种功能，诸如控制带电粒子源生成带电粒子束并且控制偏转器以扫描带电粒子束。控制器还可以执行各种后处理功能，即，细分图像、处理图像、生成轮廓、在获取的图像上叠加指示符等。在一些实施例中，可以提供模块作为检测器的专用控制器，而另一控制器控制带电粒子束系统的其他部件。
与公开实施例一致的控制器可以包括存储器，该存储装置是存储介质，诸如硬盘、随机存取存储器(RAM)、云存储装置、其他类型的计算机可读存储器等。该存储装置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。可以提供非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质存储用于控制器的处理器的指令，这些指令用于执行带电粒子束检测、图像处理或与本公开一致的其他功能和方法。非暂态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、或任何其他磁数据存储介质、CD-ROM、任何其他光学数据存储介质、具有孔模式的任何物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、或任何其他闪存、NVRAM、高速缓存、寄存器、任何其他存储器芯片或盒带、以及它们的网络版本(诸如云存储装置)。
可以使用以下第一条款集合进一步对实施例进行描述。对该第一条款集合中的各个条款的引用是该对该第一条款集合中的其他条款的引用。
1.一种检测器，包括：
第一层，包括第一导电类型的区域；
第二层，包括第二导电类型的多个区域和第一导电类型的一个或多个区域，其中第二导电类型的多个区域由第二层的第一导电类型的一个或多个区域彼此分隔，并且第二导电类型的多个区域不与第二层中的第一导电类型的一个或多个区域物理接触；以及
本征层，位于第一层和第二层之间。
2.根据条款1所述的检测器，其中第一导电类型是n型，而第二导电类型是p型。
3.根据条款2所述的检测器，其中第二层还包括一个或多个本征区域，用于将多个p型区域中的每个p型区域与第二层的一个或多个n型区域分开。
4.根据条款3所述的检测器，其中多个p型区域中的每个p型区域由第二层中的一个或多个本征区域包围。
5.根据条款3和4中任一项所述的检测器，其中多个p型区域中的每个p型区域由第二层中的一个或多个n型区域包围。
6.根据条款2至5中任一项所述的检测器，其中本征层是n掺杂的，其中本征层提供的掺杂浓度低于第一层和第二层的掺杂浓度。
7.根据条款2至6中任一项所述的检测器，其中
第一层的n型区域涂覆有第一金属；以及
第二层的多个p型区域和一个或多个n型区域涂覆有第二金属。
8.根据条款7所述的检测器，其中第一金属的原子序数小于第二金属的原子序数。
9.根据条款7和8中任一项所述的检测器，其中第一金属是铝。
10.根据条款7至9中任一项所述的检测器，其中第二金属是金。
11.根据条款7至10中任一项所述的检测器，还包括：
绝缘层，沉积在第二金属上并且被配置为重叠第二层的多个p型区域和一个或多个n型区域之间的间隙。
12.根据条款2至11中任一项所述的检测器，还包括：
多个信号输出线，连接到多个p型区域。
13.一种装置，包括：
带电粒子源，被配置为生成要被投射在样本的表面上的多个带电粒子束并且使得样本生成电子信号；
检测器，其包括：
第一层，包括第一导电类型的第一区域，
第二层，包括第二导电类型的多个区域和第一导电类型的一个或多个区域，其中第二导电类型的多个区域由第二层的第一导电类型的一个或多个区域彼此分隔，以及
本征层，位于第一层和第二层之间，
其中第一层中的第一导电类型的区域接收电子信号，并且第二导电类型的多个区域基于接收的电子信号来输出电信号；以及
放大器，被配置为放大由第二导电类型的多个区域输出的电信号并且将放大后的电信号转发到数据处理系统。
14.根据条款13所述的装置，其中第一导电类型是n型，并且第二导电类型是p型。
15.根据条款14所述的装置，其中第二层还包括一个或多个本征区域，用于将多个p型区域中的每个p型区域与第二层的一个或多个n型区域分开。
16.根据条款15所述的装置，其中多个p型区域中的每个p型区域由第二层中的一个或多个本征区域包围。
17.根据条款15和16中任一项所述的装置，其中多个p型区域中的每个p型区域由第二层中的一个或多个n型区域包围。
18.根据条款14至17中任一项所述的装置，其中本征层是n掺杂的，其中本征层提供的掺杂浓度低于第一层和第二层的掺杂浓度。
19.根据条款14至18中任一项所述的装置，其中
第一层的n型区域涂覆有第一金属；以及
第二层的多个p型区域和一个或多个n型区域涂覆有第二金属。
20.根据条款19所述的装置，其中第一金属的原子序数小于第二金属的原子序数。
21.根据条款19和20中任一项所述的装置，其中第一金属是铝。
22.根据条款19至21中任一项所述的装置，其中第二金属是金。
23.根据条款19至22中任一项所述的装置，还包括：
绝缘层，沉积在第二金属上并且被配置为重叠第二层的多个p型区域和一个或多个n型区域之间的间隙。
24.根据条款14至23中任一项所述的装置，还包括：
多个信号输出线，连接到多个p型区域。
25.一种方法，包括：
向检测器的第一层的n型区域和该检测器的第二层的一个或多个n型区域施加正电压，该检测器包括第一层和第二层之间的本征层；
在第一层上接收电子信号；以及
基于接收的电子信号来从多个p型区域输出电信号，
其中多个p型区域由第二层的一个或多个n型区域彼此分隔，并且多个p型区域不与第二层中的一个或多个n型区域物理接触。
26.根据条款25所述的方法，其中第二层还包括一个或多个本征区域，用于将多个p型区域中的每个p型区域与第二层的一个或多个n型区域分开。
27.根据条款26所述的方法，其中多个p型区域中的每个p型区域由第二层中的一个或多个本征区域包围。
28.根据条款25至27中任一项所述的方法，其中多个p型区域中的每个p型区域由第二层中的一个或多个n型区域包围。
29.根据条款25至28中任一项所述的方法，其中本征层是n掺杂的，其中本征层提供的掺杂浓度低于第一层和第二层的掺杂浓度。
30.根据条款25到29中任一项所述的方法，其中
第一层的n型区域涂覆有第一金属；以及
第二层的多个p型区域和一个或多个n型区域涂覆有第二金属。
31.根据条款30所述的方法，其中第一金属的原子序数小于第二金属的原子序数。
32.根据条款30和31中任一项所述的方法，其中第一金属是铝。
33.根据条款30至32中任一项所述的方法，其中第二金属是金。
附加地，可以使用以下第二条款集合对实施例进行描述。对该第二条款集合中的条款的引用是对该第二条款集合中的其他条款的引用。
1.一种衬底，包括：
第一层，包括第一导电类型的第一区域；
第二层，包括第二导电类型的多个第二区域和第一导电类型的一个或多个第三区域，其中多个第二区域由一个或多个第三区域彼此分隔，并且多个第二区域与一个或多个第三区域间隔开；以及
本征层，其位于第一层和第二层之间。
2.根据条款1所述的衬底，其中第一导电类型是p型半导体，并且第二导电类型是n型半导体。
3.根据条款1或2中的一项所述的衬底，其中第二层还包括将第二层的多个第二区域中的每第二区域与一个或多个第三区域分开的本征区域。
4.根据条款1至3中的任一项所述的衬底，其中多个第二区域中的每个第二区域由第二层中的本征区域包围。
5.根据条款1至4中任一项所述的衬底，其中多个第二区域的宽度大于一个或多个第三区域的宽度。
6.根据条款1至5中任一项所述的衬底，其中本征层是n掺杂的，其中本征层的掺杂浓度低于第一区域、多个第二区域和一个或多个第三区域的掺杂浓度。
7.根据条款1至5中任一项所述的衬底，其中本征层是p掺杂的，其中本征层的掺杂浓度低于第一区域、多个第二区域和一个或多个第三区域的掺杂浓度。
8.根据条款1至7中任一项所述的衬底，其中
第一区域涂覆有第一金属；以及
多个第二区域和一个或多个第三区域涂覆有第二金属。
9.根据条款8所述的衬底，其中第一金属的原子序数小于第二金属的原子序数。
10.根据条款8或9所述的衬底，其中第一金属是铝。
11.根据条款8至10中任一项所述的衬底，其中第二金属是金。
12.根据条款8至11中任一项所述的衬底，还包括：
绝缘层，沉积在第二金属上并且覆盖第二层的多个第二区域和一个或多个第三区域之间的间隙。
13.根据条款1至12中任一项所述的衬底，还包括：
多个信号输出线，连接到多个第二区域。
14.一种衬底，包括：
第一层，包括第一导电类型的第一区域；
第二层，包括第二导电类型的多个第二区域，其中多个第二区域由分隔区域彼此分隔；以及
本征层，位于第一层和第二层之间。
15.根据条款14所述的衬底，其中分隔区域包括本征区域，将多个第二区域中的每个第二区域彼此分开。
16.根据条款14或15中的一项所述的衬底，其中第一导电类型是n型半导体，并且第二导电类型是p型半导体。
17.根据条款15或16中的一项所述的衬底，其中多个第二区域中的每个第二区域由第二层中的本征区域包围。
18.根据条款14至17中任一项所述的衬底，其中本征层是n掺杂的，其中本征层的掺杂浓度低于第一区域和多个第二区域的掺杂浓度。
19.根据条款14至18中任一项所述的衬底，其中
第一区域涂覆有第一金属；以及
多个第二区域涂覆有第二金属。
20.根据条款19所述的衬底，其中第二金属包括多个金属部分，对应于多个第二区域中的每个第二区域。
21.根据条款19或20中的一项所述的衬底，还包括：
多个信号输出线，经由第二金属连接到多个第二区域。
22.根据条款19至21中任一项所述的衬底，其中第二金属的原子序数小于第一金属的原子序数。
23.根据条款19至22中任一项所述的衬底，其中第一金属是金。
24.根据条款19至23中任一项所述的衬底，其中第二金属是铝。
25.根据条款14所述的衬底，其中第二层还包括：
第一导电类型的一个或多个第三区域，其中多个第二区域由一个或多个第三区域彼此分隔，并且多个第二区域与一个或多个第三区域间隔开。
26.根据条款14或25中任一项所述的衬底，其中第一导电类型是p型半导体，而第二导电类型是n型半导体。
27.一种装置，包括：
带电粒子源，被配置为生成一个或多个带电粒子束；
检测器，包括：
第一层，包括第一导电类型的第一区域，
第二层，包括多个第二导电类型的第二区域，其中多个第二区域彼此分隔，以及
本征层，位于第一层和第二层之间，
其中多个第二区域被配置为基于接收的带电粒子来输出电信号；以及
放大器，被配置为放大由多个第二区域输出的电信号并且将放大后的电信号转发到控制器。
28.根据条款27所述的装置，其中检测器的第二层还包括：
第一导电类型的一个或多个第三区域，其中多个第二区域由一个或多个第三区域彼此分隔，并且多个第二区域与一个或多个第三区域间隔开。
29.根据条款27和28中的一项所述的装置，其中检测器的第一层中的第一区域被配置为接收入射在检测器的传感器表面上的带电粒子。
30.根据条款27至29中任一项所述的衬底，其中第一导电类型是p型半导体，而第二导电类型是n型半导体。
31.根据条款27所述的装置，其中检测器的第二层中的多个第二区域被配置为接收入射在检测器的传感器表面上的带电粒子。
32.根据条款27或31中的一项所述的装置，其中第一导电类型是n型半导体，并且第二导电类型是p型半导体。
33.一种方法，包括：
向检测器的第一层的第一导电类型的第一区域施加第一偏移并且向检测器的第二层的第二导电类型的多个第二区域施加第二偏移，该检测器包括第一层和第二层之间的本征区域，其中多个第二区域由分隔区域彼此分隔；
从第二层接收输出信号；以及
基于接收的输出信号来确定带电粒子信号。
34.根据条款33所述的方法，还包括：调整第一偏移或第二偏移中的至少一个偏移。
35.根据条款33或34中的一项所述的方法，其中施加第一偏移和所述第二偏移包括正向偏移。
36.根据条款33或34中的一项所述的方法，其中施加第一偏移和第二偏移包括反向施加偏移。
37.根据条款33至36中任一项所述的方法，其中分隔区域包括本征区域，将多个第二区域中的每个第二区域彼此分开。
38.根据条款33至37中任一项所述的方法，其中第一导电类型是n型半导体，而第二导电类型是p型半导体。
39.根据条款33至38中任一项所述的方法，其中本征层是n掺杂的，其中本征层的掺杂浓度低于第一区域和多个第二区域的掺杂浓度。
40.根据条款33所述的方法，其中第二层还包括：
第一导电类型的一个或多个第三区域，其中多个第二区域由一个或多个第三区域彼此分隔，并且多个第二区域与一个或多个第三区域间隔开。
41.根据条款33或40中的一项所述的方法，其中第一导电类型是p型半导体，而第二导电类型是n型半导体。
附图中的框图图示了根据本公开的各种示例性实施例的系统、方法和计算机硬件/软件产品的可能实现方式的体系架构、功能和操作。就这点而言，示意图中的每个框可以表示可以使用诸如电子电路的硬件来实现的某些算术或逻辑运算处理。框还可以表示代码的模块、分段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。应当理解，在一些备选实现方式中，框中指示的功能可以不按图中指出的次序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个框可以基本上同时执行或实现，或者两个框有时可以以相反次序执行。还可以省略一些框。还应当理解，框图的每个框以及这些框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统来实现，或者可以由专用硬件和计算机指令的组合来实现。
应当领会，本公开的实施例不限于上文已经描述并且在附图中图示的确切构造，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以做出各种修改和改变。例如，虽然已经在多光束装置的上下文中讨论了一些实施例，但是多单元检测器可以同样应用于单光束装置，其中可以从命中样品的单个光束生成多个光束。

Claims (14)

1.一种衬底，包括：
第一层，包括第一导电类型的第一区域；
第二层，包括第二导电类型的多个第二区域和所述第一导电类型的一个或多个第三区域，其中所述多个第二区域由所述一个或多个第三区域彼此分隔；
本征层，位于所述第一层和所述第二层之间；以及
多个信号输出线，连接到所述多个第二区域，
其特征在于，所述衬底被配置为使得入射在所述衬底上的带电粒子进入所述第一层。
2.根据权利要求1所述的衬底，其中所述第一导电类型是p型半导体，并且所述第二导电类型是n型半导体，并且其中所述多个第二区域与所述一个或多个第三区域间隔开。
3.根据权利要求1所述的衬底，其中所述第二层还包括：将所述第二层的所述多个第二区域中的每个第二区域与所述一个或多个第三区域分开的本征区域。
4.根据权利要求3所述的衬底，其中所述多个第二区域中的每个第二区域由所述第二层中的所述本征区域包围。
5.根据权利要求1所述的衬底，其中所述多个第二区域的宽度大于所述一个或多个第三区域的宽度。
6.根据权利要求1所述的衬底，其中所述本征层是n掺杂的，其中所述本征层的掺杂浓度低于所述第一区域、所述多个第二区域和所述一个或多个第三区域的掺杂浓度。
7.根据权利要求1所述的衬底，其中所述本征层是p掺杂的，其中所述本征层的掺杂浓度低于所述第一区域、所述多个第二区域和所述一个或多个第三区域的掺杂浓度。
8.根据权利要求1所述的衬底，其中：
所述第一区域涂覆有第一金属；以及
所述多个第二区域和所述一个或多个第三区域涂覆有第二金属。
9.根据权利要求8所述的衬底，其中所述第一金属的原子序数小于所述第二金属的原子序数。
10.根据权利要求8所述的衬底，其中所述第一金属是铝。
11.根据权利要求8所述的衬底，其中所述第二金属是金。
12.根据权利要求8所述的衬底，还包括：
绝缘层，沉积在所述第二金属上，并且覆盖所述第二层的所述多个第二区域和所述一个或多个第三区域之间的间隙。
13.一种装置，包括：
带电粒子源，被配置为生成一个或多个带电粒子束；
检测器，包括根据前述权利要求中的任一项所述的衬底，
其中所述衬底的所述多个第二区域被配置为基于接收到的带电粒子来输出电信号；以及
放大器，被配置为放大由所述多个第二区域输出的所述电信号，并且将所放大后的电信号转发到控制器。
14.一种方法，包括：
向检测器的第一层的第一导电类型的第一区域施加第一偏移，并且向所述检测器的第二层的第二导电类型的多个第二区域施加第二偏移，所述检测器包括所述第一层和所述第二层之间的本征区域，其中所述多个第二区域由分隔区域彼此分隔；
其中入射在所述检测器上的带电粒子进入所述第一层；
从连接到所述第二层的所述多个第二区域的多个信号输出线接收输出信号；以及
基于所接收到的输出信号来确定带电粒子信号。
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