JP2024522044A - 二次電子および後方散乱電子を検出するためのスルーホールを備えた分割型マルチチャンネル裏面照射型ソリッドステート検出器 - Google Patents

Abstract

裏面照射型セグメント検出器である。検出器は二次電子と後方散乱電子を収集し、区別することができる。検出器には一次電子ビーム通過用の貫通孔がある。試料に当たった後、反射された二次電子と後方散乱電子は、デバイスの厚さを通して空乏化されたＰ＋／Ｐ－／Ｎ＋またはＮ＋／Ｎ－／Ｐ＋の組成を持つ垂直構造を介して収集される。デバイスの活性領域は、デバイスの前面に配置されたフィールド分離絶縁体を用いてセグメント化される。

Description

「関連出願との相互参照」
本出願は、Ｊｏｈｎ Ｇｅｒｌｉｎｇらによる２０２１年６月９日出願の米国仮出願第６３／２０８，５０８号の利益を主張するものであり、その全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
「技術分野」

本開示は一般にウエハ検査システムの分野に関する。より詳細には、本開示は小型電子ビームカラム検出器に関する。

一般に、半導体製造業界では、シリコンのような基板上に層状にパターニングされた半導体材料を用いて集積回路を製造する非常に複雑な技術が用いられている。回路集積の大規模化と半導体デバイスの小型化により、製造されたデバイスは欠陥に対してますます敏感になっている。つまり、デバイスの欠陥の原因となる欠陥はますます小さくなっている。デバイスは、エンドユーザーや顧客に出荷される前に、一般的に欠陥がない必要がある。

そのため、より小さな欠陥を検出できることがますます重要になってきている。検査システム（または検査員）によって発見された欠陥の種類、欠陥の数、およびシグネチャは、半導体製造において、研究開発段階で確立された製造プロセスが立ち上がることに寄与する。また、立ち上がり段階で確認されたプロセスウィンドウが大量生産（ＨＶＭ）に移行できること、およびＨＶＭにおける日々のオペレーションが安定し、管理されていることを保証するための貴重な情報を提供する。

欠陥を検出する方法のひとつに、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いる方法がある。ＳＥＭは、検出器を内蔵した複数の電子ビームカラムを含むことができる。半導体デバイスが微細化するにつれて、検出可能な欠陥サイズは小さくなっており、光の波長が制限要因となるため、従来の光学的方法では検出が極めて困難となる。このような欠陥を検出する方法のひとつに、電子ビームの波長を光の波長よりもはるかに小さくできる電子ビームを用いる方法がある。しかし、スループットという点では遅々として進まず、ウエハのシングル・カラム電子ビーム検査には数日から数週間を要することもある。この問題を解決するために、小型化されたマルチコラムまたはマルチビームＳＥＭは、ウエハの超並列検査を可能にする。現在、最先端の技術では、高さ１インチの小型電子ビームカラムを実現することができる。しかし、カラム自体が非常に小さいため、標準的な検出器を設置するスペースがあまりない。

米国特許第８，６９８，０９４Ｂ１号公報 米国特許第８，４５５，８３８Ｂ２号公報 米国特許出願公開第２０１３／００８８２４５号公報 米国特許第８，９９７，２５８Ｂ２号公報

通常、二次電子（ＳＥ）と後方散乱電子（ＢＳＥ）を検出するために別々の検出器が使用される。しかし、小型電子ビームカラムのスペースが限られていることから、新しい改良型検出器が必要とされている。

以下では、本開示の特定の実施形態の基本的な理解を提供するために、本開示の簡略化された要約を示す。この要約は、本開示の広範な概要ではなく、本開示の重要な／重要な要素を特定するものでも、本開示の範囲を画定するものでもない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明の前段階として、簡略化された形態で本明細書に開示されるいくつかの概念を提示することである。

本開示の一態様は、ソリッドステート（固体）デバイスに向けられている。ソリッドステートデバイスは垂直構造を含む。垂直構造は、デバイスの厚さを通して完全に空乏化するためのＮ＋／Ｐ－／Ｐ＋またはＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造を含む。Ｎ＋／Ｐ－／Ｐ＋またはＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造は、デバイスの表側に形成されたＮ＋またはＰ＋接合、中間部のＰ－またはＮ－真性層、およびデバイスの裏側に形成されたＰ＋またはＮ＋層を含む。デバイスはまた、二次電子（ＳＥ）および後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集するための活性領域を含む。二次電子と後方散乱電子の検出を分離するため、活性領域は複数のチャンネルに分割されている。一次ビームがデバイスを通過できるように、デバイスの中心には貫通孔（スルーホール）が設けられている。一次ビームはデバイス前面の貫通孔に入射する。

本開示の別の側面は、システムに向けられている。このシステムは、電子源と、セラミック基板と、セラミック基板に結合されたデバイスとを含む。デバイスは垂直構造を含む。垂直構造は、デバイスの厚さを通して完全に空乏化するためのＮ＋／Ｐ－／Ｐ＋またはＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造を含む。Ｎ＋／Ｐ－／Ｐ＋またはＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造は、デバイスの表側に形成されたＮ＋またはＰ＋接合、中間部のＰ－またはＮ－真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）層、およびデバイスの裏側に形成されたＰ＋またはＮ＋層を含む。デバイスはまた、二次電子（ＳＥ）および後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集するための活性領域を含む。二次電子と後方散乱電子の検出を分離するため、活性領域は複数のチャンネルに分割されている。一次ビームがデバイスを通過できるように、デバイスの中心には貫通孔が設けられている。一次ビームはデバイス前面の貫通孔に入射する。

本開示のさらに別の態様は、ウエハ上の欠陥を決定するための方法に向けられている。この方法は、ウエハに一次電子ビームを照射することを含む。次に、本方法は、ソリッドステートデバイス上の二次電子（ＳＥ）および後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集する。デバイスは垂直構造を含む。垂直構造は、デバイスの厚さを通して完全に空乏化するためのＮ＋／Ｐ－／Ｐ＋またはＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造を含む。Ｎ＋／Ｐ－／Ｐ＋またはＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造は、デバイスの表側に形成されたＮ＋またはＰ＋接合、中間部のＰ－またはＮ－真性層、およびデバイスの裏側に形成されたＰ＋またはＮ＋層を含む。デバイスはまた、二次電子（ＳＥ）および後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集するための活性領域を含む。二次電子と後方散乱電子の検出を分離するため、活性領域は複数のチャンネルに分割されている。一次ビームがデバイスを通過できるように、デバイスの中心には貫通孔が設けられている。一次ビームはデバイス前面の貫通孔に入射する。

一部の実施形態では、セグメンテーション（セグメント化したこと）はデバイスの表側に現れ、ＳＥおよびＢＳＥはデバイスの裏側で収集される。一部の実施形態では、デバイスの表側には、ＳＥおよびＢＳＥの収集に利用可能な領域を最大化するための金属コンタクトも含まれる。いくつかの実施形態では、Ｐ＋層は、ボロンまたは別のアクセプタドーパントを含む。いくつかの実施形態では、Ｐ＋層は、追加の導電性コーティングを含む。デバイスは、デバイス上のＳＥ信号およびＢＳＥ信号を制御するためのポストレンズ素子をさらに含む。いくつかの実施形態では、セグメント化されたチャネルは、等しい面積の４つの象限に囲まれた円形の中心チャネルからなり、４つの象限の各々は、円形の中心チャネルと同じ面積を有する。

本開示のこれらおよび他の側面については、図を参照して以下にさらに説明する。

図１は、本開示の実施形態による検出器デバイスの断面を示す図である。 図２は、本開示の実施形態に従った、デバイスの活性領域のレイアウト例を示す図である。 図３Ａは、本開示の実施形態に従った、セグメント化された検出器を使用するＢＳＥ収集の例示的なスポット図である。 図３Ｂは、本開示の実施形態による、セグメント化された検出器を使用したＳＥ収集の例示的なスポット図である。 図４Ａは、本開示の実施形態による例示的なデバイスアセンブリを示す。 図４Ｂは、本開示の実施形態による例示的なデバイスアセンブリを示す。 図４Ｃは、本開示の実施形態による例示的なデバイスアセンブリを示す。 図５Ａは、本開示の実施形態に従った、小型カラムを有する例示的な検出システムの例を示す。 図５Ｂは、本開示の実施形態に従った、小型カラムを有する例示的な検出システムの例を示す。 図５Ｃは、本開示の実施形態に従った、小型カラムを有する例示的な検出システムの例を示す。 本開示の実施形態に従った、信号混合／差分を使用する欠陥キャプチャの例を示す。 本開示の実施形態に従った、信号混合／差分を使用する欠陥キャプチャの例を示す。 本開示の実施形態に従った、信号混合／差分を使用する欠陥キャプチャの例を示す。 本開示の実施形態に従った、信号混合／差分を使用する欠陥キャプチャの例を示す。 本開示の実施形態に従った、異なったタイプの電子がどのように試料から反射されるかを示す図である。

以下の説明では、本開示の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細を示す。本開示は、これらの具体的な詳細の一部または全部がなくても実施することができる。他の例では、本開示を不必要に不明瞭にしないために、よく知られたプロセス操作は詳細に記載されていない。本開示を特定の実施形態と併せて説明するが、本開示を実施形態に限定することを意図するものではないことが理解されよう。

ウエハの欠陥は、複数の分散型小型カラムを有するＳＥＭ、複数の原子間力顕微鏡（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）プローブ、複数のプローブを有する近接場マイクロ波ツール、イオンビームプローブ、または複数の近接型光学プローブの形態の高分解能分散型プローブ検査ツールを使用して検出することができる。適切な小型化電子ビームカラム技術は、米国特許第８，６９８，０９４Ｂ１号および米国特許第８，４５５，８３８Ｂ２号にさらに記載されており、これらの特許は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。有効な高分解能近接場マイクロ波プローブ技術は、米国特許出願公開第２０１３／００８８２４５号に記載されており、この出願は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。高分解能ＡＦＭプローブの構成例は、米国特許第８，９９７，２５８Ｂ２号に記載されており、この特許は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。小型電子ビームカラムでは、従来の電子ビーム検出器では動作するのに十分なスペースがない。したがって、小型電子ビームカラムでは、改良された検出器を使用しなければならない。

従来の電子ビーム検出器では、アノードおよびカソードの接点（コンタクト）がデバイスの活性領域側または照射側に配置されている。しかし、これにはいくつかの欠点がある。例えば、アノードおよびカソードのコンタクトがデバイスの活性領域側または照射側に配置されている場合、電荷キャリアは横方向に流れるため、コンタクトやアイソレーション（分離）領域がデバイスの活性領域を占めることによる収集効率の低下が生じる。

また、従来の分割型検出器では、アクティブエリア（活性領域）側または照射側で分割（セグメント化）を行っていた。しかし、これではセグメント間に絶縁体が加わるため、検出器の収集効率が低下してしまう。

また、従来の電子ビーム検出デバイスでは、特別に設計された金属シールドを使用して、活性領域の露出した絶縁体を覆い隠すか、単に絶縁体を露出させたままにしていました。しかし、活性領域側や照射側に露出した絶縁体が帯電し、デバイスに損傷を与えたり、デバイスを通過する電子ビームに影響を与えたりする可能性があった。そのため、従来の検出器デバイスでは、帯電の懸念を軽減するためにシールドを追加する必要があった。シールドの詳細については、米国特許９，４１８，８１９をご参照されたい。

さらに、従来の検出器デバイスでは、二次電子（ＳＥ）と後方散乱電子（ＢＳＥ）の検出機能を、ＳＥ検出用の検出器とＢＳＥ検出用の検出器といったように、物理的に異なる別々の検出器に分割するのが一般的であった。これは、電子ビームカラムが小型化するにつれて、スペースが制限され、電子フィルタリング光学系を追加することが困難になるため、問題となる可能性がある。

従来の検出器デバイスの問題点（そのいくつかは上記で提示された）を考慮すると、小型のフォーム（形態）ファクタでＳＥおよびＢＳＥ信号の同時収集および区別を可能にする改良された検出器デバイスの必要性が存在する。本開示に記載の技術および機構は、単一の検出器においてＳＥ信号およびＢＳＥ信号の同時収集および弁別を提供する。さらに、本明細書に記載の技術および機構は、例示的なパッケージングアプローチ、および例示的なシステム実装を提供し、その詳細は以下の図を参照して後述する。

図１は、本開示の実施形態による検出器デバイスの断面を示す図である。いくつかの実施形態において、デバイス１００は、二次および後方散乱電子信号１２２を同時に検出するためのスルーホール１３０を有する、セグメント化されたマルチチャネル、裏面照射型、ソリッドステートデバイスである。

いくつかの実施形態では、デバイス１００は、デバイスの厚さを通して完全空乏化するためのＮ＋／Ｐ－／Ｐ＋構造を含む垂直構造１１２を含む。一部の実施形態では、デバイス１００は裏面照射用に設計されており、これは、一次電子ビーム１０８が電子源から放出され、スルーホール１３０を通過して試料（例えば、ウエハ）に当たることを意味する。一次電子ビーム１０８が試料に当たった後、ＳＥおよびＢＳＥ１２２はデバイス１００に向かって反射し、デバイス１００の裏面に当たり、最初にＰ＋層１０６に当たる。

他の実施形態では、デバイス１００は、異なる電気的性能を有するフロントサイド照明用のＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造を含む垂直構造１１２を含む。主な違いは、カソード領域がセグメントを分離するパターン化された絶縁体特徴を有するため、収集効率が低下する可能性があることである。一般に、Ｎチャネル・デバイスは電子が多数キャリアであるためキャリア移動度が高く、Ｐチャネル・デバイスは正孔が多数キャリアであるためキャリア移動度が低い。Ｎチャネル・デバイスとＰチャネル・デバイスの間には、キャリア移動度による応答時間、バイアス電圧、空乏幅、放射硬度などのトレードオフがあるが、デバイス１００ではどちらのタイプでも機能する。

いくつかの実施形態では、Ｐ＋層１０６は、デバイス１００の裏面、すなわち照明される側の金属コンタクト１１０とも接触している。いくつかの実施形態において、Ｐ＋層１０６は、ホウ素または別のアクセプタドーパントを含み、傾斜した（徐々に変化する）ドーピングレベルを有し得、表面は、底部に向かってよりはるかに重くドープされる。いくつかの実施形態では、Ｐ＋層１０６は、例えば原子層堆積などの蒸着によって形成され、連続的な熱アニールによって、感応面上にネイティブ（もともとの）な酸化物を残すことなく浅いインプラントを形成することができる。

一部の実施形態では、Ｐ＋層１０６は、層１０６を保護しつつも電子を通すために、導電性コーティング、例えば、酸化物１～４ｎｍ（酸化アルミニウムなど）または他の薄膜も含む。一部の実施形態では、この導電性コーティングは、小型電子ビームカラムのための最適化である。なぜなら、小型電子ビームカラム内の電子は低エネルギーであり、これはＳＥおよびＢＳＥも低エネルギーであることを意味するからである。検出器がＳＥおよびＢＳＥ信号をピックアップするためには、電子がＰ＋層１０６を通って空乏領域、すなわち真性Ｐ－層１１４に侵入し、そこで電子－正孔対が収集されて信号として読み取られる必要がある。十分なエネルギーの電子がダイオードに衝突すると、電子正孔対が形成される。空乏領域で吸収が起こると、これらの電子正孔は空乏領域の内蔵（ビルトイン）電界によって接合から掃き出される。正孔はアノードへ、電子はカソードへと移動し、電流信号が生成される。低エネルギーのＳＥやＢＳＥの中には、Ｐ＋層１０６を透過せず、トラップされるものもある。電離放射線によるトラップされた電荷は、正孔または電子である。これらは、金属接点１１０への輸送のための導電性経路、例えば導電性経路やコーティングを提供することによって除去することができる。しかしながら、Ｐ＋層１０６の表面が絶縁体である場合、トラップされた電子は絶縁体を充電し始め、デバイスを損傷したり、適切な電子収集に影響を及ぼしたりする可能性がある。いくつかの実施形態では、導電性コーティングは、ホウ素の薄い層、例えば２ｎｍとすることができ、これはデバイスを不動態化し、また導電性表面を提供することができる。

いくつかの実施形態では、酸化物パッシベーションの場合、Ｐ＋層１０６に対する金属接触スキームは、薄い格子状層として形成されるか、または導電性表面の場合、デバイスの周辺部に金属接触１１０として既に存在する。

一部の実施形態では、デバイス１００のデバイス活性領域は、ＳＥ信号とＢＳＥ信号を区別するために異なるチャネルに分割されることがある。いくつかの実施形態では、各チャンネルは、等しい静電容量に対して等しい面積を有するように構成される。そのような実施形態では、等しいキャパシタンスを確保することにより、チャネル読み出し１１６および１１８を介した電子読み出しを最適化するために、すべてのチャネルが他のチャネルと等しいか、または非常に類似した応答を有することが可能になる。いくつかの実施形態では、これは、信号読み出しが、ノイズを最小化するために検出器デバイスに直接隣接して配置された増幅器回路を介して実行されるためである。

いくつかの実施形態では、エネルギーフィルタ（例えば、格子状電極）を検出デバイスの前に配置することができる。このような実施形態では、エネルギーフィルタも、ＢＳＥ信号からＳＥを分離するのを補助することができる。

様々な実施形態によれば、Ｐ＋層１０６の隣には、完全空乏化のためにデバイスのバルクを形成する、軽くドープされたＰ－真性層１１４がある。上述したように、デバイス１００は、入射する高エネルギー電子がＰ＋層１０６を貫通すると、Ｐ－真性層１１４の格子原子をさらに１つイオン化し、それによって複数の電子－正孔対が生成され、デバイス利得につながるように構成される。その後、電子－正孔対が収集され、それによって信号が検出される。いくつかの実施形態では、Ｐ－真性層１１４の厚さは、平坦性とハンドリング要件を維持しながら、キャリア通過時間またはデバイス応答（信号の立ち上がり時間と帯域幅）を最適化するために薄くされる。

一部の実施形態では、デバイス１００は、空乏層すなわちＰ真性層１１４がデバイスの裏面まで延びる完全空乏モードをサポートし、そのモードで動作させることができる。いくつかの実施形態では、この状態を達成するために必要なバイアス電圧（Ｖｂｉａｓ）１２０は、デバイスの他のどこにも絶縁破壊を引き起こしてはならない。

様々な実施形態によれば、デバイス１００はまた、デバイス１００の表側に形成されたＮ＋接合１２６および１２８ならびに金属接点１０６および１０８を含む。いくつかの実施形態では、前面側にＮ＋接合１２６および１２８ならびに金属接点１０６および１０８を形成することにより、収集効率が向上するため、裏面、すなわち照明される側のＳＥおよびＢＳＥ収集に利用可能な面積を最大化することができる。

いくつかの実施形態では、Ｎ＋接合１２６と１２８は、セグメント間のデッドエリアである絶縁体１０２によって分離されている。いくつかの実施形態では、絶縁体１０４がＮ＋接合１２８とスルーホール１３０を分離している。いくつかの実施形態では、絶縁体１０４はスルーホールの不感帯を表す。いくつかの実施形態では、デッドゾーンは効率のために最小化されるべきである。一部の実施形態では、絶縁体１０２および１０４はフィールド酸化物である。

いくつかの実施形態では、一次ビーム１０８はスルーホール１３０を通るので、スルーホール１３０の側壁１２４は、側壁１２４が一次電子ビーム１０８に影響を与えるのを防ぐために、コーティングされ、接地される必要がある。いくつかの実施形態では、側壁１２４は、側壁に挿入された金属を含む。いくつかの実施形態では、サイドウォールの金属は、白金のような酸化しない金属である。これは、金属が絶縁表面層を形成せず、一次ビーム１０８がスルーホール１０８を通過する際に帯電して一次ビーム１０８に影響を及ぼさないようにするためである。

いくつかの実施形態では、Ｎ＋接合部１２６および１２８は、デバイス１００の活性領域を区分するために絶縁体１０２によって分離される。上述したように、ＳＥ信号とＢＳＥ信号とを区別するために、活性領域がセグメント化される。いくつかの実施形態では、裏面照明を最大にするために、セグメンテーションは表側に形成される。これは、フィールド分離絶縁体１０２および１０４が、表側照明デバイスとは対照的に、反射されたＳＥおよびＢＳＥに曝されないため、チャージアップしてデバイスに損傷を与えたり、電子ビームに大きな影響を与えたりしないからである。セグメント化検出器に関する詳細は後述する。

図２は、本開示の実施形態に従った、デバイスアクティブエリア（活性領域）のレイアウト例を示す図である。より具体的には、図２は、デバイス１００の前面のトップダウン図を示している。いくつかの実施形態では、アクティブエリア２００は、フィールド分離絶縁体（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ）２１６によってセグメント化された複数のチャネルを含む。いくつかの実施形態では、絶縁体２１６はデバイス内の不感帯を表す。いくつかの実施形態では、アクティブエリア２００の中央には、一次ビームが通過するためのスルーホール２１４がある。いくつかの実施形態では、スルーホール２１４はスルーホールデッドゾーン２１２であり、スルーホール２１４の側壁を囲むシールドを有しても有さなくてもよい。いくつかの実施形態では、スルーホール２１４およびスルーホールデッドゾーン２１２は、チャネル０と表示されたセンター（中央）チャネル２１０の中央に位置する。いくつかの実施形態では、センターチャネル２１０を取り囲むのは、それぞれチャネル１、２、３、４と表示された外側チャネル２０２、２０４、２０６、および２０８である。前述のように、いくつかの実施形態では、各チャンネルは、電界分離のための不感帯（デッドゾーン）絶縁体によって分離されている。

上述したように、アクティブエリア２００のセグメンテーションは、デバイスの表側（一次ビームに面する側）で行われる。これにより、裏面（サンプルおよび入射ＳＥまたはＢＳＥに面する照明領域）におけるＳＥおよびＢＳＥの収集効率が向上する。図３Ａ～３Ｂは、セグメント化された検出器がＳＥ信号とＢＳＥ信号をどのように区別するかを示しています。

図３Ａは、本開示の実施形態による、セグメント化された検出器を使用したＢＳＥ収集の例示的なスポットダイアグラム３００を示す。図３Ａに示すように、ＢＳＥ信号３０４は、スポットダイアグラム３００にわたって均等に広がっている。したがって、ＢＳＥ信号は、５つのチャネルすべてにわたってかなり均等に広がっている。

図３Ｂは、本開示の実施形態による、セグメント化された検出器を使用するＳＥ収集の例示的なスポットダイアグラムを示す。図３Ｂに示すように、ＳＥ収集３０８は、チャネル０であるスポットダイアグラム３００の中央チャネルで主に発生する。この違いは、電子ビーム・カラム・システムのオペレータが、試料またはウエハの最適な撮像に最適なセグメント（またはチャネル）を選択することを可能にするため、重要である。

いくつかの実施形態では、セグメンテーションとマルチチャンネルの詳細は、互いに排他的である－つまり、複数のセグメントを組み合わせて独立した検出チャンネルを形成することができる。例えば、チャンネルは、最適な撮像画質のために適切な比率で組み合わせ、混合することができる。さらに、チャネルは、ＳＥ、例えば、Ｃｈ０（物理的検査）、またはＢＳＥ、例えば、Ｃｈ１、２、３、および４のための生信号とすることができる。いくつかの実施形態では、チャネルは、例えば、（Ｃｈ１＋Ｃｈ２）－（Ｃｈ３＋Ｃｈ４）のように、トポグラフィ撮像のために混合することができる。いくつかの実施形態では、各チャンネルセグメントは、角度情報を達成するためにさらにセグメント化され得る。

図４Ａ～４Ｃは、本開示の実施形態によるデバイスアセンブリ４００、４５０、および４７０の例を示す。図４Ａは、基板４１４に取り付けられた裏面照射型検出器４０２を示すデバイスアセンブリ４００を含む。いくつかの実施形態では、基板４１４はセラミック基板である。セラミック基板のいくつかの例には、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、および石英が含まれる。セラミック基板は、一般に、導体がシルクスクリーン印刷されるか、または他の手段によって堆積およびパターン化される厚膜用途に使用される。様々な実施形態によれば、用途に必要な機械的、熱的、または電気的特性に応じて、異なる基板材料が使用される。いくつかの実施形態では、一般にセラミック粒子（窒化アルミニウム、アルミナ、または窒化ケイ素粉末）をポリマーバインダと混合して低い焼結温度、例えば１０００℃未満にした低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）は、受動部品、例えば抵抗器、コンデンサ、インダクタ、および導電性トレースを集積する際の多層アプローチを可能にする。一部の実施形態では、高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）を、焼結温度がより高い、例えば約１６００℃であることを除いて、ＬＴＣＣと同様の方法で使用することができます。図４Ａに示すように、検出器４０２の裏面（底面）にはセグメンテーションがない。さらに、カソード接点４２２および４２４は表側にもあり、金属であるアノード接点４２０は裏側に位置している。いくつかの実施形態では、ワイヤボンド４０８が検出器４０２の表側の各接点に結合されている。

いくつかの実施形態では、デバイス４０２は、低ノイズのために、基板穴４２６を有するセラミック基板４１４上に実装され、検出器４０２に隣接し、金属層４１０を介して接続された読み出し電子回路４３４を有するベアダイであってもよい。これにより、寄生容量および電子クロストーク（ＥＭＩ）を最小限に抑えることができる。一部の実施形態では、デバイス４０２のキャパシタンスと抵抗（直列および並列）は、前置増幅器電子機器の帯域幅と入力キャパシタンス要件に適合するように設計することができる。一部の実施形態では、セラミック基板４１４は、電子帯電を緩和するために誘電体の露出領域を覆う金属層４３２を含む。

図４Ｂに示すように、いくつかの実施形態では、組立４５０は検出器４０２を含み、この検出器は、組立を容易にするために、基板４１４に実装する前にサブキャリア（セラミック、ＬＴＣＣまたは同様のもの）基板４３８に実装することができる。一部の実施形態では、これには、最終基板４１４に実装する前の接点のワイヤボンド、ボールはんだボンド、またはアンダーフィルが含まれる。一部の実施形態では、キャリア４３８（セラミック、ＬＴＣＣまたは同様のもの）は、誘電体の電子ビーム帯電を緩和するために、ボア（ｂｏｒｅ）、下面などの選択された領域にメタライゼーション４３２を施すこともできる。いくつかの実施形態では、サブキャリア基板４３８は、組立および集積を分割するために使用され得る。

図４Ｃは、読み出し電子回路４３４が、サブキャリア基板４３８の代わりに基板４１４上に配置されていることを除いて、アセンブリ４５０と同様のアセンブリ４７０を示す。いくつかの実施形態では、読み出し電子回路４３４がサブキャリア４３８の代わりに基板４１４上にあるのは、サブキャリア４３８のサイズ制約のためである可能性がある。

いくつかの実施形態では、デバイス４０２は、ワイヤボンド４０８のループ高さを最小化するか、またはカソードに接触する代替方法、例えば、機械的クリップ、ばね負荷クランプ、ねじ止めクランプ、または平面もしくはほぼ平面の表面を必要とする他の方法を可能にするために、凹部を有するセラミック基板上に組み立てることができる。

一部の実施形態では、パッケージは、検出器の性能またはデバイス全体の性能を向上させるアクティブまたはパッシブの他のデバイス、例えば、差動ポンプ開口部、追加増幅器、電子エネルギーフィルタリング用電極、またはノイズ抑制デバイスを取り付けるために使用することができる。

一部の実施形態では、ＬＴＣＣやＡｌＮなどの多層パッケージングにより、ヒーター、抵抗器、コンデンサなどの埋め込み相互接続やデバイスの配線が可能になり、検出器の機能を強化したり、検出器の設計を簡素化したり、５０Ωなどの制御インピーダンスや整合経路長などのデバイス性能を向上させたりすることができます。

様々な実施形態によれば、精密な位置合わせを容易にするために、貫通穴４３２、またはデバイス上のパターン化されたフィデューシャルを光学的登録に使用することができる。いくつかの実施形態では、貫通穴４３２は、一次ビーム４３４が通過し、ＳＥおよびＢＳＥ４２８を反射して戻るように、デバイス４０２の中心に配置されるか、または中心に近接して配置される。いくつかの実施形態では、貫通孔４３２は中心からずれて配置されてもよい。幾つかの実施形態では、例えば、マルチビーム用途のために、複数の貫通孔４３２を設けてもよい。

いくつかの実施形態では、スルーホール４３２は、直線状、テーパ状、または段差状など、様々な形状またはエッチングプロファイルのいずれか１つを有することができる。いくつかの実施形態では、スルーホール４３２は、帯電を緩和するための金属または不純物ドーピングなどの導電性コーティングを側壁に有することができる。いくつかの実施形態では、スルーホール４３２は、保護コーティングの代わりにシールドを挿入してもよい。

図５Ａは、本開示の実施形態に従った、小型電子ビームカラムを有する例示的な検出システム５００を示す。図５Ｂは、本開示の実施形態に従った、代替の小型電子ビームカラムを備えた検出システム５０２の例を示す。図５Ｃは、電子ビームカラムのさらに別の例である検出システム５４０を示す。

幾つかの実施形態では、検出器５１４は、電子ビームカラム内の軸上の一次ビーム５３２の経路に配置される。いくつかの実施形態では、一次ビーム５３２は電子源５０４から放出される。いくつかの実施形態では、ソース５０４は電子エミッタである。いくつかの実施形態では、陽極５０６は、電子源５０４から電子を取り出すために、高電圧が印加され、それによって電界が形成される。いくつかの実施形態では、陽極５０６の下は、ビーム５３２を制限開口５１０に集束させる静電集束レンズ５０８である。いくつかの実施形態において、制限開口５１０は、ソースにおける受容角度を規定する。いくつかの実施形態では、制限絞り５１０は、ビーム５３２を数十ミクロンのオーダーまでフィルタリングする。

一部の実施形態では、一次ビーム５３２は次に検出器５１４のスルーホールを通過する。いくつかの実施形態では、一次ビーム５３２は、その後、試料５３０、例えばウエハに向かう途中でスキャンコイルまたは偏向器５１６を通過する。このような実施形態では、これらのスキャンコイルまたは偏向器５１６は、試料５３２上で一次ビーム５３２をラスタースキャンする。いくつかの実施形態では、対物レンズ５１８が一次ビーム５３２を試料５３０上に集光する。いくつかの実施形態では、一次ビーム５３２が試料５３０上でラスタースキャンされた後、電子は二次／後方散乱電子５３４として反射され、拡散しながら一次ビーム経路に沿って検出器５１４に向かって戻る。

いくつかの実施形態では、ＳＥおよびＢＳＥ５３４は、異なる位置で検出器５１４に衝突し、一次ビーム５３２が試料をラスタースキャンした場所に応じて、様々な強度の信号が捕捉される。いくつかの実施形態では、検出器５１４からの試料５３０の作動距離、およびランディングエネルギーまたは焦点などの他の作動条件に応じて、検出器５１４上のＳＥおよびＢＳＥ信号の構成を調整することができる。いくつかの実施形態では、検出器信号の読み出しは、ノイズを最小限に抑えるために、検出器に直接隣接する増幅回路を介して行われる。

図５Ｂに示すように、いくつかの実施形態では、検出システム５０２は、検出器５１４上のＳＥおよびＢＳＥ信号を制御するために、ポストレンズ素子５２０を含む。いくつかの実施形態では、検出システムの底部までの試料の距離（「作動距離」）およびポストレンズ素子５２０上の電圧を調整することによって、システムは、ＳＥ信号およびＢＳＥ信号の比率を制御し、検出器および収集効率に焦点を合わせることができる。これにより、オペレータは、撮像されるサンプルに特有の画質を最適化するために、主にＳＥである画像、主にＢＳＥである画像、または両方の組み合わせである画像を得ることができる。いくつかの実施形態では、作動距離は、試料５３０から対物レンズ５１８までの距離として定義される。他の実施形態では、作動距離は、試料５３０からポストレンズ素子５２０までの距離として定義される。いくつかの実施形態では、ＳＥ信号およびＢＳＥ信号は、やはり作動距離のみを変更することによって調整することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、作動距離の変更と連動して、ポストレンズ素子５２０は、ＳＥおよびＢＳＥ比の操作を容易にする。

図５Ｃは、電子ビームカラムのさらに別の例である検出システム５４０を示す。いくつかの実施形態では、検出システム５４０は、検出器が２つの別個の検出器５１４Ａ及び５１４Ｂに分割されていることを除いて、システム５００と全て同じ要素を有する。さらに、検出器５１４Ａ及び５１４Ｂは、対物レンズ５１８の後に配置される。いくつかの実施形態では、検出器５１４ＡはＢＳＥを検出し、検出器５１４ＢはＳＥを検出する。いくつかの実施形態では、検出器５１４Ｂは、強い電界を使用して、低エネルギーのＳＥを側方に引き離す。幾つかの実施形態では、検出器を対物レンズの後に配置することは、作動距離が短くなること、及び汚染（例えば、脱ガス、昇華、蒸発）に対する検出器の感受性が高くなることを含む幾つかの欠点を有する。

図６Ａおよび図６Ｂは、本開示の実施形態に従った、信号混合／差分を使用する欠陥キャプチャの例を示す。図６Ａは、ＢＳＥ信号のみの欠陥キャプチャ６２２と並置されたＳＥ＋ＢＳＥ信号のミックスの欠陥キャプチャ６０２を表示する。図６Ａに見られるように、ＳＥ＋ＢＳＥ欠陥キャプチャ６０２は、欠陥６０４、６０６、および６０８を表示する。しかし、ＢＳＥのみの欠陥キャプチャ６２２は、同じ３つの欠陥に加えて、追加の欠陥６１０、６１２、６１４、および６１６を示している。したがって、図６Ａの特定の例では、ＢＳＥのみの画像の方が欠陥を発見するのに適している。いくつかの実施形態では、ＢＳＥのみの画像は、ラインオープン（図６Ｃ、６５４のラインオープン）およびラインブリッジ（図６Ｄ、６５８のラインブリッジ）の両方に対してより良好である。

図６Ｂは、ＳＥのみの信号の欠陥キャプチャ６３２を、ＢＳＥ信号のみの欠陥キャプチャ６４２と並べて表示している。図６Ｂに見られるように、ＳＥのみの欠陥キャプチャ６３２には欠陥６３６が表示されている。しかし、ＢＳＥのみの欠陥キャプチャ６４２は、欠陥を示さない。したがって、図６Ｂの特定の例では、ＳＥのみの画像の方が欠陥を発見するのに適している。いくつかの実施形態では、ＳＥのみの画像の方がコンタクトオープン（ｃｏｎｔａｃｔ ｏｐｅｎ）に適している。

図７は、異なる種類の電子が試料からどのように反射されるかを示す図である。図７は、一次電子ビーム７０２が試料７００に当たっている様子を示している。試料に当たった後、いくつかの異なるタイプの照明光が反射し、異なる情報を提供します。例えば、オージェ電子７２４は表面の原子組成情報を提供します。特性（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）Ｘ線７２２は厚さの原子組成を与え、カソードルミネッセンス７２０は電子状態の情報を与える。試料の反対側まで透過した電子の一部は、透過７１２するか、多方向７１４（非干渉性（ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ）弾性散乱）、７１８（非弾性散乱）、７１０（弾性散乱）に散乱する。

本開示の目的上、上述のシステムは、二次電子（ＳＥ）と後方散乱電子（ＢＳＥ）に焦点を当てている。ＢＳＥは、電子ビームと試料との弾性衝突後に反射される。ＳＥは試料の原子から発生する。電子ビームと試料の非弾性衝突の結果です。ＢＳＥは試料の深い領域から、ＳＥは表面領域から発生する。

ＢＳＥ画像とＳＥ画像は、異なる種類の情報を伝える。ＢＳＥ画像は、画像化される物質の原子番号の違いに高い感度を示し、原子番号が高いほど、その物質は画像内で明るく見える。ＳＥ画像は、トポロジーなど、より詳細な表面情報を提供する。ラインオープン、ブリッジ、ピンホール、ピンドットなどの欠陥のイメージングにおけるＢＳＥとＳＥの有効性は、ランディングエネルギー、材料、入射角度、試料のパターン／トポロジーに依存する。

いくつかの実施形態では、ソリッドステート検出器は多くの異なる材料とフォーマットから作ることができる。以下の例はすべてシリコンＰＩＮ検出器に取って代わる可能性がある。セグメント化されたマイクロチャンネルプレートは、より高い利得信号を与えることができ、また、より低エネルギーの電子をピックアップすることができる。光電子増倍管／シンチレーターとセグメント化されたフォトディテクタは、より高い利得を得ることができる。シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）は、エネルギー弁別が可能です。電荷結合素子（ＣＣＤ）は空間分解能を向上させることができる。ＧａＮ、ダイヤモンドなど、他のソリッドステート材料タイプもある。－－例えばＧａＮ、ダイヤモンドなど）、より高温で動作することができ、シリコンよりも頑丈である。

ここに示す本開示の特定の実施形態は、一般に、半導体検査およびプロセス制御の分野に対処するものであり、上に要約したハードウェア、アルゴリズム／ソフトウェアの実装およびアーキテクチャ、ならびに使用例に限定されるものではない。

前述の開示は、理解を明瞭にする目的である程度詳細に記載されているが、添付の特許請求の範囲の範囲内で特定の変更および修正が実施され得ることは明らかであろう。本開示のプロセス、システム、およびデバイスを実施する多くの代替的な方法が存在することに留意すべきである。従って、本実施形態は、例示的なものであって制限的なものではないと考えられ、本開示は、本明細書で与えられる詳細に限定されるものではない。

Claims (20)

1. ソリッドステートデバイスであって、
   前記デバイスの厚さを通して空乏化する垂直構造であって、Ｎ＋／Ｐ－／Ｐ＋またはＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造を含み、前記Ｎ＋／Ｐ－／Ｐ＋またはＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造は、前記デバイスの表側に形成されたＮ＋またはＰ＋接合と、前記デバイスの中間部に形成されたＰ－またはＮ－真性層と、前記デバイスの裏側に形成されたＰ＋またはＮ＋層を含む垂直構造と、
   二次電子（ＳＥという）および後方散乱電子（ＢＳＥという）を収集するための活性領域であって、二次電子および後方散乱電子の検出を分離するために複数のチャネルにセグメント化された活性領域と、
   一次ビームを通過させるためにデバイスの中央に配置された貫通孔であって、前記一次ビームは前記デバイスの前面側で貫通孔に入射する、貫通孔と、
   を含む、
   ソリッドステートデバイス。
2. 前記セグメント化がデバイスの表側に現れ、前記ＳＥおよび前記ＢＳＥが前記デバイスの裏側に収集される、請求項１に記載のソリッドステートデバイス。
3. 請求項１記載のソリッドステートデバイスであって、
   前記デバイスの前面は、前記ＳＥおよび前記ＢＳＥの収集のために利用可能な領域を最大化するために、金属接点を含む、
   ソリッドステートデバイス。
4. 前記Ｐ＋層は、ボロンまたは他のアクセプタドーパントを含む、請求項１に記載のソリッドステートデバイス。
5. 前記Ｐ＋層が追加の導電性コーティングを含む、請求項１に記載のソリッドステートデバイス。
6. 前記デバイス上のＳＥ信号およびＢＳＥ信号を制御するためのポストレンズ素子をさらに含む、請求項１に記載のソリッドステートデバイス。
7. 前記セグメント化されたチャネルは、等しい面積の４つの象限で囲まれた円形の中心チャネルを含み、前記４つの象限の各々は、前記円形の中心チャネルと同じ面積を有する、請求項１に記載のソリッドステートデバイス。
8. 電子源と、
   セラミック基板と、
   前記セラミック基板に結合されたデバイスと、
   を含み、
   前記デバイスは、
   Ｎ＋／Ｐ－／Ｐ＋またはＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造を含み、前記デバイスの厚さを通して空乏化する垂直構造であって、前記Ｎ＋／Ｐ－／Ｐ＋またはＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造は、前記デバイスの表側に形成されたＮ＋またはＰ＋接合と、中間部のＰ－またはＮ－真性層と、デバイスの裏側に形成されたＰ＋またはＮ＋層とを含む垂直構造と、
   二次電子（ＳＥという）および後方散乱電子（ＢＳＥという）を収集するための活性領域であって、前記ＳＥ子および前記ＢＳＥの検出を分離するために複数のチャネルにセグメント化された活性領域と、
   一次ビームを通過させるためにデバイスの中央に配置された貫通孔であって、前記一次ビームはデバイスの前面側で貫通孔に入射する、貫通孔と、
   を含む、
   システム。
9. 前記セグメント化がデバイスの表側に現れ、前記ＳＥおよび前記ＢＳＥがデバイスの裏側に収集される、請求項８に記載のシステム。
10. 前記デバイスの前面側は、前記ＳＥおよび前記ＢＳＥの収集に利用可能な領域を最大化するために、金属接点を含む、請求項８記載のシステム。
11. 前記Ｐ＋層がホウ素または他のアクセプタドーパントを含む、請求項８に記載のシステム。
12. 前記Ｐ＋層が追加の導電性コーティングを含む、請求項８に記載のシステム。
13. 前記デバイスは、前記デバイス上のＳＥ信号及びＢＳＥ信号を制御するためのポストレンズ素子をさらに備える、請求項８記載のシステム。
14. 前記セグメント化されたチャネルが、等しい面積の４つの象限で囲まれた円形の中心チャネルを含み、前記４つの象限の各々が円形の中心チャネルと同じ面積を有する、請求項８に記載のシステム。
15. ウエハ上の欠陥を判定する方法であって、
    ウエハに一次電子ビームを照射するステップと、
    ソリッドステートデバイス上で二次電子および後方散乱電子を収集するステップと、
    を含み、
    前記デバイスは、
    Ｎ＋／Ｐ－／Ｐ＋またはＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造を含み、前記デバイスの厚さを通して空乏化する垂直構造であって、前記Ｎ＋／Ｐ－／Ｐ＋またはＰ＋／Ｎ－／Ｎ＋構造は、前記デバイスの表側に形成されたＮ＋またはＰ＋接合と、中間部のＰ－またはＮ－真性層と、前記デバイスの裏側に形成されたＰ＋またはＮ＋層を含む垂直構造と、
    二次電子（ＳＥという）および後方散乱電子（ＢＳＥという）を収集するための活性領域であって、前記ＳＥおよび前記ＢＳＥの検出を分離するために複数のチャネルにセグメント化された活性領域と、
    一次ビームを通過させるためにデバイスの中央に配置された貫通孔であって、前記一次ビームは前記デバイスの前面側で貫通孔に入射する、貫通孔と、
    を含む、
    方法。
16. 前記セグメント化が前記デバイスの表側に現れ、前記ＳＥおよび前記ＢＳＥがデバイスの裏側に収集される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記デバイスの前面は、前記ＳＥおよび前記ＢＳＥの収集に利用可能な領域を最大化するために金属接点を含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記Ｐ＋層がホウ素または他のアクセプタドーパントを含む、請求項１５に記載の方法。
19. 前記Ｐ＋層が追加の導電性コーティングを含む、請求項１５に記載の方法。
20. 前記デバイスは、前記デバイス上のＳＥ信号およびＢＳＥ信号を制御するためのポストレンズ素子をさらに備える請求項１５に記載の方法。
    
    

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