KR20220153624A - 신호 전자 검출을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20220153624A
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웨이밍 렌
중-웨이 첸
용신 왕
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

몇몇 개시된 실시형태는 전자 검출기를 포함하되, 전자 검출기는: 제1 부분 및 제2 부분을 구비하는 제1 반도체 층; 제2 반도체 층; 제3 반도체 층; 제1, 제2, 및 제3 반도체 층에 의해 형성되는 PIN 영역; 제1 반도체 층과 제3 반도체 층 사이에서 역 바이어스를 인가하도록 구성되는 전력 공급부; 및 역 바이어스에 의해 PIN 영역 내에서 형성되며 공핍 영역 내에서 포획되는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트에 기초하여 검출기 신호를 생성하도록 구성되는 공핍 영역을 포함하고, 제1 반도체 층의 제2 부분은 공핍되지 않고 복수의 신호 전자의 제2 서브세트를 차단하고 복수의 신호 전자의 제1 서브세트가 통과하여 공핍 영역에 도달하는 것을 허용하기 위한 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.

Description

신호 전자 검출을 위한 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2020년 4월 10일자로 출원된, 그리고 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합되는 미국 출원 제63/008,639호의 우선권을 주장한다.
기술 분야
본원에서 제공되는 실시형태는 하전 입자 빔 장치, 및 더 구체적으로는 신호 전자 검출을 위한 개선된 시스템 및 방법을 개시한다.
반도체 집적 회로(integrated circuit; IC) 칩을 제조할 때, 예를 들면, 광학적 효과 및 부수적인 입자의 결과로서, 제조 프로세스 동안 기판(즉, 웨이퍼) 또는 마스크 상에서 소망되지 않는 패턴 결함이 필연적으로 발생하고, 그에 의해, 수율을 감소시킨다. 따라서, 소망되지 않는 패턴 결함의 범위를 모니터링하는 것은 IC 칩 제조에서 중요한 프로세스이다. 더 일반적으로, 기판, 또는 다른 오브젝트/재료의 표면의 검사 또는 측정은 그것의 제조 동안 및 이후에 중요한 프로세스이다.
하전 입자 빔을 갖는 패턴 검사 도구는, 오브젝트를 검사하기 위해, 예를 들면, 패턴 결함을 검출하기 위해 사용되었다. 이들 도구는 통상적으로 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)과 같은 전자 현미경 검사 기술을 사용한다. SEM에서, 상대적으로 높은 에너지의 전자의 일차 전자 빔(primary electron beam)은, 상대적으로 낮은 랜딩 에너지에서 샘플에 랜딩하기 위해, 최종 감속 단계를 가지고 겨냥된다. 전자의 빔은 샘플 상의 프로빙 스팟으로서 포커싱된다. 프로빙 스팟의 재료 구조물과 전자 빔으로부터의 랜딩 전자 사이의 상호 작용은, 이차(secondary) 전자, 후방 산란 전자, 또는 오제(Auger) 전자와 같은 전자로 하여금 표면으로부터 방출되게 한다. 생성된 이차 전자는 샘플의 재료 구조물로부터 방출될 수도 있다. 일차 전자 빔을 샘플 표면 위에서 프로빙 스팟으로서 스캐닝하는 것에 의해, 샘플의 표면 전역에서 이차 전자가 방출될 수 있다. 샘플 표면으로부터의 이들 방출된 이차 전자를 수집하는 것에 의해, 패턴 검사 도구는 샘플의 표면의 재료 구조물의 특성을 나타내는 이미지를 획득할 수도 있다.
본원에서 제공되는 실시형태는 하전 입자 빔 장치, 및 더 구체적으로는 신호 전자 검출을 위한 개선된 시스템 및 방법을 개시한다.
몇몇 실시형태에서, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기가 제공된다. 검출기는 제1 부분 및 제2 부분을 구비하는 제1 반도체 층, 제1 반도체 층에 인접한 제2 반도체 층, 및 제2 반도체 층에 인접한 제3 반도체 층을 포함한다. 검출기는 제1, 제2 및 제3 반도체 층에 의해 형성되는 PIN 영역을 또한 포함한다. 검출기는 제1 반도체 층과 제3 반도체 층 사이에서 역 바이어스(reverse bias)를 인가하도록 구성되는 전력 공급부를 또한 포함할 수도 있다. 검출기는 역 바이어스에 의해 PIN 영역 내에서 형성되는 공핍 영역을 더 포함하되, 공핍 영역은 제2 반도체 층의 일부를 포함하고, 공핍 영역은 공핍 영역 내에서 포획되는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트에 기초하여 검출기 신호를 생성하도록 구성되고, 여기서 제1 반도체 층의 제2 부분은 공핍되지 않고 복수의 신호 전자의 제2 서브세트를 차단하고 복수의 신호 전자의 제1 서브세트가 통과하여 공핍 영역에 도달하는 것을 허용하기 위한 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.
몇몇 실시형태에서, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기가 제공된다. 검출기는 제1 부분 및 제2 부분을 구비하는 제1 반도체 층, 제1 반도체 층에 인접한 제2 반도체 층을 포함한다. 검출기는 제3 반도체 층의 다수의 세그먼트를 또한 포함하는데, 다수의 세그먼트 각각은 제2 반도체 층에 인접한다. 검출기는 제1, 제2, 및 제3 반도체 층에 의해 형성되는 PIN 영역 및 제1 반도체 층과 제3 반도체 층 사이에서 역 바이어스를 인가하도록 구성되는 전력 공급부를 또한 포함한다. 검출기는 역 바이어스에 의해 PIN 영역 내에서 형성되는 공핍 영역을 더 포함하되, 공핍 영역은 제2 반도체 층의 일부를 포함하고, 공핍 영역은 공핍 영역 내에서 포획되는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트에 기초하여 복수의 검출기 신호를 생성하도록 구성되고, 여기서 제1 반도체 층의 제2 부분은 공핍되지 않고 복수의 신호 전자의 제2 서브세트를 차단하고 복수의 신호 전자의 제1 서브세트가 통과하여 공핍 영역에 도달하는 것을 허용하기 위한 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.
전자의 에너지에 기초하여 전자를 필터링하는 에너지 배리어를 갖는 전자 검출기를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 제1 부분, 제1 부분에 인접한 제2 부분, 및 제2 부분에 인접한 제3 부분을 구비하는 반도체 기판을 제공하는 것을 포함한다. 방법은 기판의 제1 부분을 제1 타입의 도펀트로 도핑하는 것에 의해 제1 반도체 층을 형성하는 것, 제2 타입의 도펀트로 기판의 제3 부분을 도핑하는 것에 의해 제3 반도체 층을 형성하는 것, 및 기판의 제2 부분에서 제2 반도체 층을 형성하는 것을 또한 포함한다. 제1 반도체 층에서의 제1 타입의 도펀트의 도핑 농도는 전자 검출기의 에너지 배리어를 구성하도록 결정되고, 제1 반도체 층의 두께는 전자 검출기의 에너지 배리어를 추가로 구성하도록 결정된다.
몇몇 실시형태에서, 샘플을 검사하기 위한 하전 입자 빔 장치가 제공된다. 장치는 일차 광학 축을 따라 하전 입자 빔을 방출하도록 구성되는 전하 입자 빔 소스, 샘플 상으로 하전 입자 빔을 포커싱하도록 구성되는 대물 렌즈, 및 상기에서 설명되는 실시형태에 따른 전자 검출기를 포함한다. 전자 검출기는 샘플 상으로의 하전 입자 빔의 입사로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하도록 구성된다.
몇몇 실시형태에서, 샘플을 검사하기 위한 하전 입자 빔 장치가 제공된다. 장치는 일차 광학 축을 따라 하전 입자 빔을 방출하도록 구성되는 전하 입자 빔 소스, 샘플 상으로 하전 입자 빔을 포커싱하도록 구성되는 대물 렌즈, 샘플 상으로의 하전 입자 빔의 입사로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하도록 구성되는 전자 검출기, 및 전자 검출기와 샘플 사이의 수동 에너지 필터를 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기가 제공된다. 검출기는 제1 부분 및 제2 부분을 구비하는 제1 반도체 층, 제1 반도체 층에 인접한 제2 반도체 층, 및 제2 반도체 층에 인접한 제3 반도체 층을 포함한다. 검출기는 제1, 제2 및 제3 반도체 층에 의해 형성되는 PIN 영역을 또한 포함한다. 검출기는 PIN 영역에 인가되는 역 바이어스에 의해 형성되는 공핍 영역을 더 포함하되, 공핍 영역은 제2 반도체 층의 일부를 포함하고, 공핍 영역은 공핍 영역 내에서 포획되는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트에 기초하여 검출기 신호를 생성하도록 구성되고, 여기서 제1 반도체 층의 제2 부분은 공핍되지 않고 복수의 신호 전자의 제2 서브세트를 차단하고 복수의 신호 전자의 제1 서브세트가 통과하여 공핍 영역에 도달하는 것을 허용하기 위한 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.
몇몇 실시형태에서, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기가 제공된다. 검출기는 제1 부분 및 제2 부분을 구비하는 제1 반도체 층, 제1 반도체 층에 인접한 제2 반도체 층을 포함한다. 검출기는 제3 반도체 층의 다수의 세그먼트를 또한 포함하는데, 다수의 세그먼트 각각은 제2 반도체 층에 인접한다. 검출기는 제1, 제2 및 제3 반도체 층에 의해 형성되는 PIN 영역을 또한 포함한다. 검출기는 PIN 영역에 인가되는 역 바이어스에 의해 형성되는 공핍 영역을 더 포함하되, 공핍 영역은 제2 반도체 층의 일부를 포함하고, 공핍 영역은 공핍 영역 내에서 포획되는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트에 기초하여 복수의 검출기 신호를 생성하도록 구성되고, 여기서 제1 반도체 층의 제2 부분은 공핍되지 않고 복수의 신호 전자의 제2 서브세트를 차단하고 복수의 신호 전자의 제1 서브세트가 통과하여 공핍 영역에 도달하는 것을 허용하기 위한 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.
본 개시의 실시형태의 다른 이점은 첨부하는 도면과 연계하여 취해지는 다음의 설명으로부터 명백해질 것인데, 다음의 설명에서는, 본 개시의 소정의 실시형태가, 예시 및 예로서, 기술된다.
도 1은, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 하전 입자 빔 검사 시스템을 예시하는 개략도이다.
도 2는, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 도 1의 하전 입자 빔 검사 시스템의 일부일 수 있는 전자 빔 도구의 예시적인 구성을 예시하는 개략도이다.
도 3a는, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 복수의 신호 전자 검출기를 포함하는 하전 입자 빔 장치를 도시하는 개략도이다.
도 3b 및 도 3c는 능동 에너지 필터를 갖는 신호 전자 검출기를 포함하는 하전 입자 빔 장치의 개략도이다.
도 4a는, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 예시적인 신호 전자 검출기의 개략도이다.
도 4b 및 도 4c는, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 도 4a의 신호 전자 검출기의 예시적인 동작을 나타내는 예시이다.
도 5a 및 도 5b는, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 외부 수동 에너지 필터를 갖는 예시적인 신호 전자 검출기의 개략도이다.
도 6a 내지 도 6f는, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 도 5a 및 도 5b에 따른 신호 전자 검출기 및 외부 수동 에너지 필터를 포함하는 예시적인 하전 입자 빔 장치의 개략도이다.
도 7은, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 도 4a의 신호 전자 검출기를 형성하는 예시적인 방법을 예시한다.
이제, 예시적인 실시형태에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것인데, 그 예는 첨부하는 도면에서 예시된다. 다음의 설명은 첨부의 도면을 참조하는데, 첨부의 도면에서, 달리 표현되지 않는 한, 상이한 도면에서의 동일한 번호는 동일한 또는 유사한 엘리먼트를 나타낸다. 예시적인 실시형태의 다음의 설명에서 기술되는 구현예는 모든 구현예를 나타내는 것은 아니다. 대신, 그들은 첨부된 청구범위에서 기재되는 바와 같은 개시된 실시형태에 관련되는 양태와 부합하는 장치 및 방법의 예에 불과하다. 예를 들면, 비록 몇몇 실시형태가 전자 빔을 활용하는 맥락에서 설명되지만, 본 개시는 그렇게 제한되지는 않는다. 다른 타입의 하전 입자 빔이 유사하게 적용될 수도 있다. 더구나, 광학 이미징, 광 검출(photo detection), x 선 검출, 등등과 같은 다른 이미징 시스템이 사용될 수도 있다.
전자 디바이스는 기판으로 지칭되는 실리콘의 단편(piece) 상에서 형성되는 회로로 구성된다. 많은 회로가 동일한 단편의 실리콘 상에서 함께 형성될 수도 있으며 집적 회로 또는 IC로 칭해진다. 이들 회로의 사이즈는, 더욱 많은 그들이 기판 상에서 적합될 수 있도록, 크게 감소되었다. 예를 들면, 스마트폰의 IC 칩은 섬네일만큼 작을 수 있지만, 여전히 20억 개 이상의 트랜지스터를 포함할 수도 있는데, 각각의 트랜지스터의 사이즈는 인간 머리카락 사이즈의 1/1000 미만이다.
이들 극도로 작은 IC를 만드는 것은 복잡하고, 시간 소모적이며, 값비싼 프로세스인데, 종종 수백 개의 개개의 단계를 수반한다. 심지어 하나의 단계에서의 에러도 완성된 IC에서의 결함으로 귀결될 잠재성을 가지며, 그에 의해 완성된 IC를 쓸모없게 만든다. 따라서, 제조 프로세스의 한 가지 목표는 그러한 결함을 방지하여 프로세스에서 제조되는 기능 IC의 수를 최대화하는 것, 즉 프로세스의 전체 수율을 향상시키는 것이다.
수율을 향상시키는 하나의 컴포넌트는, 칩 제조 프로세스가 충분한 수의 기능적 집적 회로를 생산하고 있다는 보장하기 위해, 칩 제조 프로세스를 모니터링하는 것이다. 프로세스를 모니터링하는 한 가지 방식은 칩 회로 구조물의 형성의 다양한 스테이지에서 그들을 검사하는 것이다. 검사는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)을 사용하여 실행될 수 있다. 이들 극도로 작은 구조물을 이미지화하여, 사실상, 구조물의 "사진"을 찍기 위해, SEM이 사용될 수 있다. 이미지는, 구조물이 제대로 형성되었는지 및 또한 그것이 적절한 위치에서 형성되었는지를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 구조물이 결함이 있는 경우, 그러면, 프로세스는 결함이 재발할 가능성이 더 적도록 조정될 수 있다.
SEM을 사용한 고밀도 IC 칩의 검사의 정확성 및 신뢰성은, 다른 것들 중에서도, 시스템의 이미징 해상도에 의존할 수도 있다. 높은 이미징 해상도를 획득하고 유지하기 위한 여러 가지 방식 중 하나는 이차 전자(secondary electron; SE) 및 후방 산란 전자(backscattered electron; BSE)와 같은 신호 전자의 수집 효율성을 최대화하는 것이다. 일차 전자가 샘플의 표면을 때릴 때, 그것은, 다른 것들 중에서도, 랜딩 에너지, 샘플 재료, 및 스팟 사이즈에 기초하여 샘플의 볼륨과 상호 작용하여, 복수의 신호 전자를 생성한다. 샘플의 구성 원자의 원자가 전자(valence electron)(예를 들면, 바깥쪽 외곽 전자)의 방출로부터 생성되는 SE는 ≤ 50 eV의 방출 에너지를 가지며 샘플의 표면 또는 표면 근처 영역으로부터 발생된다. 구성 원자의 핵과의 전자 빔의 전자의 탄성 충돌로부터 주로 유래하는 BSE는, 예를 들면, 샘플에 대한 일차 전자의 랜딩 에너지(1,000 내지 10,000 eV 이상만큼 높음)에 대해 50 eV의 범위 내의 더 높은 방출 에너지를 가지며, 종종, 샘플의 상호 작용 볼륨 내의 더 깊은 영역으로부터 발생되고, 따라서, 샘플의 재료 조성 및 분포와 관련되는 정보를 제공할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 획득된 이미지의 품질을 향상시키기 위해, BSE와 같은 소정의 타입의 신호 전자만을 수집하는 메커니즘을 갖는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들면, 후방 산란 전자의 최대 검출은 샘플의 더 깊은 표면 아래 영역으로부터 기저의 결함 또는 구조물의 고해상도 이미지를 획득하는 데 바람직할 수도 있다.
종래의 SEM에서, 소정의 타입의 신호 전자의 선택적 수집을 가능하게 하기 위한 한 가지 방식은 샘플과 전자 검출기 사이의 신호 전자의 경로 상에 능동 에너지 필터를 배치하는 것을 포함할 수도 있고, 그 결과, 원치 않는 타입의 신호 전자는 전자 검출기의 표면에 도달하기 이전에 필터링될 수 있다. 예를 들면, 능동 에너지 필터는, BSE가 통과하는 것을 허용하는 동안 SE를 차단하기 위한 전기장을 생성하는 전극(하전 입자 빔이 전자 빔인 경우 샘플과 관련하여 음으로 바이어스됨)을 포함할 수도 있다. 그러나, 몇몇 실시형태에서, 능동 에너지 필터에 의해 생성되는 전기장은 일차 전자를 교란하고 대물 렌즈의 수차를 증가시킬 수도 있고, 그 결과, 샘플 상의 프로브 스팟의 사이즈의 증가를 야기할 수도 있고, 결과적으로 이미징 해상도에 부정적인 영향을 끼칠 수도 있다. 따라서, 능동 필터를 사용하지 않고 BSE만을 검출하는 것이 바람직할 수도 있다. 본 개시의 몇몇 실시형태는 샘플의 이미지를 형성하는 하전 입자 빔 장치 및 방법에 관한 것이다. 장치는, 전기장을 생성할 필요 없이 BSE의 선택적 수집 능력을 제공하는 수동 필터를 갖는 전자 검출기를 포함할 수도 있다.
도면에서 컴포넌트의 상대적인 치수는 명확성을 위해 과장될 수도 있다. 도면의 다음의 설명 내에서, 동일한 또는 유사한 참조 번호는, 동일한 또는 유사한 컴포넌트 또는 엔티티를 가리키며, 개개의 실시형태와 관련한 차이점만이 설명된다. 본원에 사용될 때, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 용어 "또는"은, 실현 불가능한 경우를 제외한, 모든 가능한 조합을 포괄한다. 예를 들면, 한 컴포넌트가 A 또는 B를 포함할 수도 있다는 것이 언급되는 경우, 그러면, 달리 구체적으로 언급되지 않거나 또는 실현 불가능하지 않는 한, 그 컴포넌트는 A, 또는 B, 또는 A 및 B를 포함할 수도 있다. 제2 예로서, 한 컴포넌트가 A, B, 또는 C를 포함할 수도 있다는 것이 언급되는 경우, 그러면, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 또는 실현 불가능하지 않는 한, 그 컴포넌트는 A, 또는 B, 또는 C, 또는 A 및 B, 또는 A 및 C, 또는 B 및 C, 또는 A 및 B 및 C를 포함할 수도 있다.
이제, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 전자 빔 검사(electron beam inspection; EBI) 시스템과 같은 예시적인 하전 입자 빔 검사 시스템(100)을 예시하는 도 1에 대한 참조가 이루어진다. 도 1에서 도시되는 바와 같이, 하전 입자 빔 검사 시스템(100)은 메인 챔버(10), 로드-락 챔버(load-lock chamber; 20), 전자 빔 도구(40), 및 기기 프론트 엔드 모듈(equipment front end module; EFEM)(30)을 포함한다. 전자 빔 도구(40)은 메인 챔버(10) 내에 위치된다. 설명 및 도면이 전자 빔에 관한 것이지만, 실시형태는 본 개시를 특정한 하전 입자로 제한하기 위해 사용되지는 않는다는 것이 인식된다.
EFEM(30)은 제1 로딩 포트(30a) 및 제2 로딩 포트(30b)를 포함한다. EFEM(30)은 추가적인 로딩 포트(들)를 포함할 수도 있다. 제1 로딩 포트(30a) 및 제2 로딩 포트(30b)는, 웨이퍼(예를 들면, 반도체 웨이퍼 또는 다른 재료(들)로 만들어지는 웨이퍼) 또는 검사될 샘플(웨이퍼 및 샘플은 이하 집합적으로 "웨이퍼"로 지칭됨)을 포함하는 웨이퍼 전방 개방 통합 포드(wafer front opening unified pod; FOUP)를 수용한다. EFEM(30)에서의 하나 이상의 로봇 암(도시되지 않음)은 웨이퍼를 로드-락 챔버(20)로 운반한다.
로드-락 챔버(20)는, 대기압 아래의 제1 압력에 도달하도록 로드-락 챔버(20) 내의 기체 분자를 제거하는 로드-락 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결된다. 제1 압력에 도달한 이후, 하나 이상의 로봇 암(도시되지 않음)은 웨이퍼를 로드-락 챔버(20)로부터 메인 챔버(10)로 운반한다. 메인 챔버(10)는, 제1 압력 아래의 제2 압력에 도달하도록 메인 챔버(10) 내의 가스 분자를 제거하는 메인 챔버 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결된다. 제2 압력에 도달한 이후, 웨이퍼는 전자 빔 도구(40)에 의한 검사를 받게 된다. 몇몇 실시형태에서, 전자 빔 도구(40)는 단일 빔 검사 도구를 포함할 수도 있다.
컨트롤러(50)는 전자 빔 도구(40)에 전자적으로 연결될 수도 있고, 다른 컴포넌트에도 역시 전자적으로 연결될 수도 있다. 컨트롤러(50)는 하전 입자 빔 검사 시스템(100)의 다양한 제어를 실행하도록 구성되는 컴퓨터일 수도 있다. 컨트롤러(50)는 다양한 신호 및 이미지 프로세싱 기능을 실행하도록 구성되는 프로세싱 회로부를 또한 포함할 수도 있다. 컨트롤러(50)가 메인 챔버(10), 로드-락 챔버(20), 및 EFEM(30)을 포함하는 구조물의 외부에 있는 것으로 도 1에서 도시되어 있지만, 컨트롤러(50)는 구조물의 일부일 수 있다는 것이 인식된다.
본 개시는 전자 빔 검사 시스템을 수용하는 메인 챔버(10)의 예를 제공하지만, 본 개시의 양태는, 그들의 가장 넓은 의미에서, 전자 빔 검사 시스템을 수용하는 챔버로 제한되지는 않는다는 것을 유의해야 한다. 오히려, 전술한 원리가 다른 챔버에도 역시 적용될 수도 있다는 것이 인식된다.
이제, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 도 1의 하전 입자 빔 검사 시스템(100)의 일부일 수 있는 전자 빔 도구(40)의 예시적인 구성을 예시하는 개략도인 도 2에 대한 참조가 이루어진다. 전자 빔 도구(40)(본원에서 장치(40)로서 또한 지칭됨)는, 캐소드(203), 애노드(220), 및 건 어퍼쳐(gun aperture; 222)를 포함할 수도 있는 전자 방출기를 포함할 수도 있다. 전자 빔 도구(40)는 쿨롱 어퍼쳐 어레이(Coulomb aperture array; 224), 집광 렌즈(condenser lens; 226), 빔 제한 어퍼쳐 어레이(beam-limiting aperture array; 235), 대물 렌즈 어셈블리(232), 및 전자 검출기(244)를 더 포함할 수도 있다. 전자 빔 도구(40)는 검사될 샘플(250)을 유지하기 위해 전동식 스테이지(motorized stage; 234)에 의해 지지되는 샘플 홀더(236)를 더 포함할 수도 있다. 필요에 따라, 다른 관련된 컴포넌트가 추가되거나 또는 생략될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다.
몇몇 실시형태에서, 전자 방출기는 캐소드(203), 추출기 애노드(220)를 포함할 수도 있는데, 여기서 일차 전자는 캐소드로부터 방출될 수 있고 추출되거나 또는 가속되어 일차 빔 크로스오버(primary beam crossover; 202)(가상 또는 실제)를 형성하는 일차 전자 빔(204)을 형성할 수도 있다. 일차 전자 빔(204)은 일차 빔 크로스오버(202)로부터 방출되는 것으로 시각화될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 전자 방출기, 집광 렌즈(226), 대물 렌즈 어셈블리(232), 빔 제한 어퍼쳐 어레이(235), 및 전자 검출기(244)는 장치(40)의 일차 광학 축(201)과 정렬될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 전자 검출기(244)는, 이차 광학 축(도시되지 않음)을 따라, 일차 광학 축(201)에서 떨어져 배치될 수도 있다.
대물 렌즈 어셈블리(232)는, 몇몇 실시형태에서, 극편(pole piece; 232a), 제어 전극(232b), 편향기(232c)(또는 하나보다 더 많은 편향기), 및 여기 코일(232d)을 포함하는 수정된 스윙 대물 지연 침지 렌즈(swing objective retarding immersion lens; SORIL)를 포함할 수도 있다. 일반적인 이미징 프로세스에서, 캐소드(203)의 팁으로부터 방출되는 일차 전자 빔(204)은 애노드(220)에 인가되는 가속 전압에 의해 가속된다. 일차 전자 빔(204)의 일부는 건 어퍼쳐(222), 및 쿨롱 어퍼쳐 어레이(224)의 어퍼쳐를 통과하고, 빔 제한 어퍼쳐 어레이(235)의 어퍼쳐를 완전히 또는 부분적으로 통과하도록 집광 렌즈(226)에 의해 포커싱된다. 빔 제한 어퍼쳐 어레이(235)의 어퍼쳐를 통과하는 전자는 수정된 SORIL 렌즈에 의해 샘플(250)의 표면 상에 프로브 스팟을 형성하도록 포커싱될 수도 있고 편향기(232c)에 의해 샘플(250)의 표면을 스캐닝하도록 편향될 수도 있다. 샘플 표면으로부터 방출되는 이차 전자는 전자 검출기(244)에 의해 수집되어 스캔된 관심 영역의 이미지를 형성할 수도 있다.
대물 렌즈 어셈블리(232)에서, 여기 코일(232d) 및 극편(232a)은, 극편(232a)의 두 단부 사이의 갭을 통해 누출되어 광학 축(201) 주변 영역에서 분포되는 자기장을 생성할 수도 있다. 일차 전자 빔(204)에 의해 스캐닝되고 있는 샘플(250)의 일부는 자기장에 침지될 수 있고 전기적으로 충전될 수 있는데, 이것은, 결국에는, 전기장을 생성한다. 전기장은 샘플(250)의 표면 근처에서 그리고 표면 상에서 일차 전자 빔(204)을 충돌시키는 에너지를 감소시킬 수도 있다. 극편(232a)으로부터 전기적으로 절연되는 제어 전극(232b)은, 대물 렌즈 어셈블리(232)의 수차를 감소시키도록 그리고 높은 검출 효율성을 위해 신호 전자 빔의 포커싱 상황을 제어하도록 샘플(250) 위의 그리고 상의 전기장을 제어한다. 편향기(232c)는 웨이퍼 상의 빔 스캐닝을 용이하게 하기 위해 일차 전자 빔(204)을 편향시킬 수도 있다. 예를 들면, 스캐닝 프로세스에서, 편향기(232c)는, 샘플(250)의 상이한 부분에 대한 이미지 재구성을 위한 데이터를 제공하기 위해, 상이한 시점에서 샘플(250)의 상단 표면의 상이한 위치 상으로 일차 전자 빔(204)을 편향시키도록 제어될 수 있다.
후방 산란 전자(BSE) 및 이차 전자(SE)는 일차 전자 빔(204)의 수신시 샘플(250)의 일부로부터 방출될 수 있다. 전자 검출기(244)는 BSE 및 SE를 포획할 수도 있고 포획된 신호 전자로부터 수집되는 정보에 기초하여 샘플의 이미지를 생성할 수도 있다. 전자 검출기(244)가 일차 광학 축(201)에서 벗어나 배치되는 경우, 빔 분리기(도시되지 않음)는 BSE 및 SE를 전자 검출기(244)의 센서 표면으로 지향시킬 수 있다. 검출된 신호 전자 빔은 전자 검출기(244)의 센서 표면 상에서 대응하는 이차 전자 빔 스팟을 형성할 수 있다. 전자 검출기(244)는, 수신된 신호 전자 빔 스팟의 강도를 나타내는 신호(예를 들면, 전압, 전류)를 생성할 수 있고, 신호를 컨트롤러(50)와 같은 프로세싱 시스템에 제공할 수 있다. 이차 또는 후방 산란 전자 빔의 강도, 및 결과적으로 나타나는 빔 스팟은 샘플(250)의 외부 또는 내부 구조물에 따라 변할 수 있다. 또한, 상기에서 논의되는 바와 같이, 일차 전자 빔(204)은 상이한 강도의 이차 또는 후방 산란 신호 전자 빔(및 결과적으로 나타나는 빔 스팟)을 생성하기 위해 샘플(250)의 상단 표면의 상이한 위치 상으로 편향될 수 있다. 따라서, 신호 전자 빔 스팟의 강도를 샘플(250) 상의 일차 전자 빔(204)의 위치와 매핑하는 것에 의해, 프로세싱 시스템은 샘플(250)의 내부 또는 외부 구조물을 반영하는 샘플(250)의 이미지를 재구성할 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 컨트롤러(50)는 이미지 획득기(도시되지 않음) 및 스토리지(도시되지 않음)를 포함하는 이미지 프로세싱 시스템을 포함할 수도 있다. 이미지 획득기는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 이미지 획득기는 컴퓨터, 서버, 메인프레임 호스트, 단말, 퍼스널 컴퓨터, 임의의 종류의 모바일 컴퓨팅 디바이스, 및 등등, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 이미지 획득기는, 다른 것들 중에서도, 전기적 도체, 광섬유 케이블, 휴대용 저장 매체, IR, 블루투스(Bluetooth), 인터넷, 무선 네트워크, 무선 라디오, 또는 이들의 조합과 같은 매체를 통해 장치(40)의 전자 검출기(244)에 통신 가능하게 커플링될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 이미지 획득기는 전자 검출기(244)로부터 신호를 수신할 수도 있고 이미지를 구성할 수도 있다. 따라서, 이미지 획득기는 샘플(250)의 영역의 이미지를 획득할 수도 있다. 이미지 획득기는 다양한 사후 프로세싱(post-processing) 기능, 예컨대 윤곽을 생성하는 것, 획득된 이미지 상에서 표시자(indicator)를 중첩시키는 것, 및 등등을 또한 수행할 수도 있다. 이미지 획득기는 획득된 이미지의 밝기 및 대비, 등등의 조정을 수행하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 스토리지는 하드 디스크, 플래시 드라이브, 클라우드 스토리지, 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM), 다른 타입의 컴퓨터 판독 가능 메모리, 및 등등과 같은 저장 매체일 수도 있다. 스토리지는 이미지 획득기와 커플링될 수도 있고 스캐닝된 원시 이미지 데이터를 원본 이미지, 및 사후 프로세싱된 이미지로서 저장하기 위해 사용될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 컨트롤러(50)는 검출된 이차 전자의 분포를 획득하기 위해 측정 회로부(예를 들면, 아날로그 대 디지털 컨버터)를 포함할 수도 있다. 검출 시간 윈도우 동안 수집되는 전자 분포 데이터는, 샘플(예를 들면, 웨이퍼) 표면에 입사하는 일차 빔(204)의 대응하는 스캔 경로 데이터와 조합하여, 검사 하에 있는 웨이퍼 구조물의 이미지를 재구성하기 위해 사용될 수 있다. 재구성된 이미지는 샘플(250)의 내부 또는 외부 구조물의 다양한 피쳐를 드러내기 위해 사용될 수 있으며, 그에 의해, 샘플(250)(예컨대 웨이퍼)에서 존재할 수도 있는 임의의 결함을 드러내기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 컨트롤러(50)는 검사 동안 샘플(250)을 이동시키도록 전동식 스테이지(234)를 제어할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 컨트롤러(50)는 전동식 스테이지(234)가 샘플(250)을 한 방향에서 일정한 속도로 연속적으로 이동시키는 것을 가능하게 할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 컨트롤러(50)는 전동식 스테이지(234)가 스캐닝 프로세스의 단계에 따라 시간이 지남에 따라 샘플(250)의 이동의 속도를 변경하는 것을 가능하게 할 수도 있다.
이제, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 복수의 신호 전자 검출기를 포함하는 하전 입자 빔 장치(300A)의 실시형태를 도시하는 개략도인 도 3a에 대한 참조가 이루어진다. 몇몇 종래의 SEM에서, 장치(300A)는 캐소드(예를 들면, 도 2의 캐소드(203))로부터 일차 전자를 방출하도록 그리고 주 광학 축(301)을 따라 일차 빔 크로스오버(303)(가상 또는 실제)로부터 방출되는 일차 전자 빔(304)을 형성하도록 구성되는 전자 소스(302)를 포함할 수도 있다. 장치(300A)는 집광 렌즈(321), 빔 제한 어퍼쳐 어레이(312), 렌즈 내 전자 검출기(in-lens electron detector; 331), 후방 산란 전자 검출기(341), 스캐닝 편향 유닛(350), 및 대물 렌즈 어셈블리(322)를 더 포함할 수도 있다. 본 개시의 맥락에서, 렌즈 내 전자 검출기는 대물 렌즈 어셈블리(322) 내부에 또는 위에 위치되는 하전 입자 검출기(예를 들면, 전자 검출기)를 지칭하며, 일차 광학 축(예를 들면, 일차 광학 축(301)) 주위에서 회전 대칭적으로 배열될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 렌즈 내 전자 검출기는 렌즈 관통 검출기(through-the lens detector), 침지 렌즈 검출기(immersion lens detector), 또는 상부 검출기로서 또한 지칭될 수도 있다. 적절한 컴포넌트가, 적절히, 추가될 수도 있거나 또는 생략될 수도 있거나 또는 재정렬될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다.
현재 존재하는 SEM에서, 도 3a에서 도시되는 바와 같이, 일차 전자 빔(304)은 전자 소스(302)로부터 방출될 수도 있고 애노드(예를 들면, 도 2의 애노드(220))에 의해 더 높은 에너지로 가속될 수도 있다. 건 어퍼쳐(예를 들면, 도 2의 건 어퍼쳐(222))는 일차 전자 빔(304)의 전류를 소망되는 초기 값으로 제한할 수도 있고, 최종 빔 전류를 획득하기 위해 빔 제한 어퍼쳐 어레이(312)와 연계하여 작동할 수도 있다. 일차 전자 빔(304)은 샘플(371)의 표면 상에 작은 프로브 스팟(306)을 형성하도록 집광 렌즈(321) 및 대물 렌즈 어셈블리(322)에 의해 포커싱될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 집광 렌즈(321)의 집속력 및 빔 제한 어퍼쳐 어레이(312)의 어퍼쳐의 개구 사이즈는 소망되는 프로브 전류를 얻도록 그리고 프로브 스팟 사이즈를 소망되는 만큼 작게 만들도록 선택될 수도 있다.
큰 범위의 프로브 전류에 걸쳐 작은 스팟 사이즈를 획득하기 위해, 빔 제한 어퍼쳐 어레이(312)는 다양한 사이즈를 갖는 다수의 어퍼쳐를 포함할 수도 있다. 빔 제한 어퍼쳐 어레이(312)는, 소망되는 프로브 전류 또는 프로브 스팟 사이즈에 기초하여, 어퍼쳐 어레이(312)의 어퍼쳐 중 하나가 일차 광학 축(301)과 정렬될 수 있게끔 이동하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 도 3a에서 도시되는 바와 같이, 어퍼쳐 어레이(312)의 어퍼쳐 중 하나는 일차 전자 빔(304)의 주변 전자를 차단하는 것에 의해 일차 전자 빔릿(primary electron beamlet; 304-1)을 생성하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 스캐닝 편향 유닛(350)은 샘플(371)의 표면 상의 소망되는 영역을 스캐닝하기 위해 일차 전자 빔릿(304-1)을 편향시키도록 구성되는 하나 이상의 편향기를 포함할 수도 있다.
도 2와 관련하여 앞서 설명되는 바와 같이, 샘플(371)과의 일차 전자 빔릿(304-1)의 전자의 상호 작용은 SE 및 BSE를 생성할 수도 있다. 기술 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 바와 같이, SE 및 BSE의 방출은 Lambert(램버트)의 법칙을 준수하고 큰 에너지 확산을 갖는다 - 샘플(371)의 상이한 깊이로부터 발생되는 전자는 상이한 방출 에너지를 갖는다. 예를 들면, SE는 샘플(371)의 표면 또는 표면 근처 영역으로부터 발생되고 더 낮은 방출 에너지(예를 들면, 50 eV 미만)를 갖는다. SE는 표면 또는 표면 근처 피쳐 및 지오메트리에 대한 정보를 제공함에 있어서 유용할 수도 있다. 다른 한편으로, BSE는 샘플(371)의 더 깊은 표면 아래 영역으로부터 입사 전자의 탄성 산란 이벤트에 의해 생성될 수도 있고, 50 eV로부터 대략적으로 입사 전자의 랜딩 에너지까지의 범위에서, SE와 비교하여 더 높은 방출 에너지를 가질 수도 있다. BSE는 검사되고 있는 재료의 조성 정보를 제공할 수도 있다. 생성되는 BSE의 수는, 다른 것들 중에서도, 샘플 내의 재료의 원자 번호 또는 일차 전자 빔의 랜딩 에너지와 같은 인자(factor)에 의존할 수도 있다.
샘플(371)의 표면 상에 일차 전자 빔(304)을 포커싱하는 것에 더하여, 대물 렌즈 어셈블리(322)는 검출기(331)의 표면 상에 신호 전자를 포커싱하도록 추가로 구성될 수도 있다. 도 2의 샘플(250)과 관련하여 앞서 설명되는 바와 같이, 샘플(371)은 대물 렌즈 어셈블리(322)의 자기장에 침지될 수도 있고, 자기장은 더 낮은 에너지를 갖는 신호 전자를 더 높은 에너지를 갖는 신호 전자보다 더 빠르게 포커싱할 수도 있다. 예를 들면, SE의 낮은 방출 에너지 때문에, 대물 렌즈 어셈블리(322)는, SE의 많은 부분이 렌즈 내 검출기(331)의 검출 층에 랜딩하도록 SE를 (예컨대 전자 경로(381 및 382)를 따라) 강하게 포커싱할 수도 있다. SE와는 대조적으로, 대물 렌즈 어셈블리(322)는 BSE의 높은 방출 에너지에 기인하여 그들을 단지 약하게만 포커싱할 수도 있다. 따라서, 작은 방출 각도를 갖는 몇몇 BSE가 전자 경로(391 및 392)를 따라 이동하여 렌즈 내 전자 검출기(331)에 의해 검출될 수도 있지만, 큰 방출 각도를 갖는 BSE, 예를 들면, 경로(393) 상의 전자는, 렌즈 내 전자 검출기(331)에 의해 검출될 수 없을 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 후방 산란 전자 검출기(341)와 같은 추가적인 전자 검출기는 큰 방출 각도를 갖는 그들 BSE(예를 들면, 경로(393) 상에서 이동하는 전자)를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 본 개시의 맥락에서, 방출 극각(emission polar angle)은, 샘플(371)에 실질적으로 수직인 주 광학 축(301)을 기준으로 측정된다. 도 3a에서 도시되는 바와 같이, 경로(382)에서의 이차 전자의 방출 극각은 경로(391, 392, 및 393)에서의 후방 산란 전자의 방출 극각보다 더 작다. 후방 산란 전자 검출기(341)는 대물 렌즈 어셈블리(322)와 샘플(371) 사이에서 배치될 수도 있고, 렌즈 내 전자 검출기(331)는 대물 렌즈 어셈블리(322)와 집광 렌즈(321) 사이에서 배치될 수도 있어서, SE뿐만 아니라 BSE의 검출을 허용할 수도 있다.
다른 것들 중에서도, 방출 에너지, 또는 방출 각도에서의 차이에 기초하여, SE 및 BSE는 별개의 전자 검출기, 세그먼트화된 전자 검출기, 에너지 필터, 및 등등을 사용하여 별개로 검출될 수도 있다. 예를 들면, 도 3a에서 도시되는 바와 같이, 렌즈 내 전자 검출기(331)는 이차원 또는 삼차원 배열로 배열되는 다수의 검출 세그먼트를 포함하는 세그먼트형 검출기(segmented detector)(도 4c를 참조하여 나중에 논의됨)로서 구성될 수도 있다. 몇몇 경우에, 렌즈 내 전자 검출기(331)의 검출 세그먼트는, 예를 들면, 일차 광학 축(301) 주위에서 반경 방향으로(radially), 원주 방향으로(circumferentially), 또는 방위각 방향(azimuthally)으로 배열될 수도 있다.
장치(300A)는 일차 전자 빔(304)의 일부(304-1)가 빔 제한 어퍼쳐 어레이(312)의 축상 어퍼쳐(on-axis aperture)를 통과할 수도 있게끔 일차 전자 빔(304)을 포커싱하도록 구성되는 집광 렌즈(321)를 포함할 수도 있다. 집광 렌즈(321)는 도 2의 집광 렌즈(226)와 실질적으로 유사할 수도 있고 유사한 기능을 수행할 수도 있다. 집광 렌즈(321)는, 다른 것들 중에서도, 정전기, 자기 또는 복합 전자기 렌즈를 포함할 수도 있다. 집광 렌즈(321)는, 도 2에서 예시되는 컨트롤러(50)와 같은 컨트롤러와 전기적으로 또는 통신 가능하게 커플링될 수도 있다. 컨트롤러(50)는, 다른 것들 중에서도, 동작 모드, 애플리케이션, 소망되는 분석, 또는 검사되고 있는 샘플 재료와 같은 인자에 기초하여 집광 렌즈(321)의 집속력을 조정하기 위해 집광 렌즈(321)에 전기적 여기 신호를 인가할 수도 있다.
장치(300A)는 샘플(371)의 표면 상의 일차 전자 빔(304) 또는 일차 전자 빔릿(304-1)을 동적으로 편향시키도록 구성되는 스캐닝 편향 유닛(350)을 더 포함할 수도 있다. 일차 전자 빔릿(304-1)의 동적 편향은 소망되는 영역 또는 소망되는 관심 영역이, 예를 들면, 래스터 스캔 패턴으로, 스캐닝되어, 샘플 검사를 위한 SE 및 BSE를 생성하는 것을 가능하게 할 수도 있다. 스캐닝 편향 유닛(350)은 X 축 또는 Y 축에서 일차 전자 빔릿(304-1)을 편향시키도록 구성되는 하나 이상의 편향기(도시되지 않음)를 포함할 수도 있다. 본원에서 사용될 때, X 축 및 Y 축은 데카르트 좌표(Cartesian coordinate)를 형성하고, 일차 전자 빔(304)은 Z 축과 정렬되는 일차 광학 축(301)을 따라 전파된다. X 축은 지면(paper)의 폭을 따라 연장되는 수평 축 또는 횡방향 축을 가리키고, Y 축은 지면의 안팎으로 연장되는 수직 축을 가리킨다.
이제, 하전 입자 검출기 및 능동 에너지 필터를 포함하는 하전 입자 빔 장치(300B)의 실시형태의 개략도를 예시하는 도 3b에 대한 참조가 이루어진다. 장치(300B)는 자기 대물 렌즈 어셈블리(322)를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 대물 렌즈 어셈블리(322)는, 샘플(371)에서 빔(304)을 포커싱하기 위해 연계하여 작동하는, 자기 렌즈(322M) 및 내부 극편(322A)(도 2의 극편(232a)과 유사함), 및 제어 전극(322B)(도 2의 제어 전자(232b)와 유사함)에 의해 형성되는 정전 렌즈를 포함하는 복합 전자기 렌즈를 포함할 수도 있다.
샘플(371)로부터 신호 전자, 예를 들면, SE 대 BSE를 선택적으로 검출하기 위한 방식 중 하나는, 능동 에너지 필터를 사용하여 그들의 방출 에너지에 기초하여 소정의 타입의 전자를 필터링하는 것이다. 도 3b에서 도시되는 바와 같이, 몇몇 실시형태에서, 제어 전극(322B)은 샘플(371)과 렌즈 내 전자 검출기(331) 사이에서 에너지 필터를 형성하도록 배치될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 제어 전극(322B)은 샘플(371)과 대물 렌즈 어셈블리(322)의 자기 렌즈(322M) 사이에서 배치될 수도 있다. 제어 전극(322B)이 샘플(371)을 기준으로 전력 공급부(375)에 의해 어떤 전압으로 바이어스되는 경우, 제어 전극(322B)과 샘플(371) 사이에서 전기장이 생성되고, 그 결과, 신호 전자에 대한 정전 전위 배리어를 초래한다. 정전 전위 배리어는 배리어의 임계 에너지 레벨보다 더 낮은 방출 에너지를 갖는 신호 전자를 차단한다. "능동 필터"는 - 수동 엘리먼트만을 사용하는 "수동 필터"와는 대조적으로 - "능동" 전기장을 생성하는 전극과 같은 능동 컴포넌트를 사용하는 전자 필터를 의미한다는 것이 인식된다.
한 예에서, 제어 전극(322B)은, 경로(381) 상의 SE가 에너지 배리어를 통과할 만큼 충분한 에너지를 가지지 않기 때문에 음으로 하전된 신호 전자(예를 들면, 경로(381) 상의 SE)가 샘플(371) 쪽으로 다시 반사되도록, 샘플(371)을 기준으로 음으로 바이어싱된다. 다른 한편으로, 배리어의 임계 에너지 레벨보다 더 높은 방출 에너지를 갖는 신호 전자(예를 들면, 경로(391) 상의 BSE)는 제어 전극(322B)에 의해 형성되는 에너지 배리어를 극복하여 렌즈 내 전자 검출기(331)를 향해 전파될 수 있다. 따라서, 렌즈 내 전자 검출기(331)는 후방 산란 전자 검출기로서 구성될 수도 있다. 381 및 391은, 각각, 샘플(371)로부터 생성되는 예시적인 SE 및 BSE의 경로를 나타낸다는 것이 인식된다.
이제, 하전 입자 검출기 및 능동 에너지 필터를 포함하는 하전 입자 빔 장치(300C)의 실시형태의 개략도를 예시하는 도 3c에 대한 참조가 이루어진다. 도 3b의 장치(300B)와 비교하여, 장치(300C)는 렌즈 내 전자 검출기(331) 근처에 배치되는 에너지 필터를 포함한다. 능동 에너지 필터는, 도 3c에서 도시되는 바와 같이, 낮은 방출 에너지를 갖는 신호 전자(예를 들면, 경로(381) 상의 SE)를 샘플(371) 또는 대물 렌즈 어셈블리(322) 쪽으로 반사하도록, 그리고 높은 방출 에너지를 갖는 전자 신호(예를 들면, 경로(391) 상의 BSE)가 렌즈 내 전자 검출기(331)의 검출 층에 입사되는 것을 허용하도록 구성되는 메쉬 타입 전극(331E)을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 메쉬 타입 전극(331E)은, 다른 것들 중에서도, 금속, 합금, 반도체, 또는 복합재와 같은 전기 전도성 재료로 제조되는 메쉬형 구조물을 포함할 수도 있다. 메쉬 타입 전극(331E)은 대물 렌즈 어셈블리(322)와 렌즈 내 전자 검출기(331) 사이에서 배치될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 메쉬 타입 전극(331E)은 대물 렌즈 어셈블리(322)보다 렌즈 내 전자 검출기(331)에 더 가깝게 배치될 수도 있다.
다른 것들 중에서도, 포토리소그래피, 금속 퇴적, 건식 에칭, 또는 습식 에칭으로부터 유래하는 매립된 입자와 같은, 반도체 제조 프로세스에서의 몇몇 결함의 검출 및 검사는, 샘플 표면 피쳐의 검사뿐만 아니라 샘플 표면 아래의 피쳐의 조성 분석으로부터 이점을 얻을 수도 있다. 따라서, 결함(들)을 식별하고, 결함(들)의 조성을 분석하고, 그리고 획득된 정보에 기초하여 프로세스 파라미터를 조정하기 위해, 유저는 SE 또는 BSE를 선택적으로 검출할 수 있는 전자 검출기로부터 획득되는 정보를 활용할 수도 있다. 하전 입자 빔 장치(예컨대, SEM)에서, BSE에 대한 수집 효율성은, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 논의되는 바와 같이, 에너지 필터 또는 추가적인 전자 검출기를 사용하는 것에 의해 향상될 수도 있다. 예를 들면, 도 3b 및 도 3c에서 예시되는 바와 같이, 전기장을 활용하는 능동 에너지 필터는 BSE로부터 SE를 분리하기 위해 사용될 수도 있고, 따라서, 개개의 수집 효율성을 향상시킬 수도 있다.
그러나, 몇몇 실시형태에서, 능동 에너지 필터는 검사 시스템의 전체 성능에 몇몇 단점을 제기할 수도 있다. 예를 들면, (도 3b에서 예시되는 바와 같이) 음으로 바이어싱된 에너지 필터를 샘플에 더 가깝게 배치하는 것은 대물 렌즈 어셈블리의 수차를 증가시키고 프로브 스팟(306)의 사이즈를 증가시킬 수도 있고, 그에 의해, 이미징 해상도에 부정적인 영향을 끼칠 수도 있다. 대안으로서, 능동 에너지 필터는, 대물 렌즈 어셈블리의 수차에 대한 영향을 최소화하기 위해, 렌즈 내 전자 검출기에 더 가깝게 배치될 수도 있다(예를 들면, 도 3c에서 예시되는 바와 같이, 메쉬 타입 전극(331E)이 검출기(331) 근처에 배치될 수도 있음). 그러나, 그러한 구성에서, 일차 전자 빔(304)은 에너지 필터에 의해 직접적으로 영향을 받을 수도 있고, 그에 의해, 프로브 스팟(306)의 사이즈를 확대할 수도 있다. 일차 전자 빔에 대한 전기장 영향을 방지하기 위해, 차폐 메쉬 또는 상자(도시되지 않음)가 사용되어 검출기(331) 및 전극(331E)을 둘러쌀 수도 있다. 그러나, 차폐 상자는 검출기 형상을 제한할 수도 있는데(예를 들면, 검출기(331)의 큰 중앙 구멍을 필요로 함), 이것은 작은 방출 각도를 갖는 신호 전자의 검출을 방해할 수도 있다. 몇몇 구성에서, 일차 전자 빔에 대한 영향을 감소시키기 위해 그리고 작은 방출 각도를 갖는 신호 전자의 검출율을 향상시키기 위해, 빔 분리기(도시되지 않음)가 사용되어 신호 전자를 이차 광학 축(도시되지 않음) 상에 배치되는 검출기를 향해 일차 광학 축(301)으로부터 멀어지게 편향시킬 수도 있다. 그러나, 심지어 이러한 구성에서도, SE 필터링을 위해 능동 에너지 필터가 여전히 필요로 될 수도 있고, 따라서, 차폐 메쉬 또는 상자는 구현될 필요가 있을 수도 있다. 더구나, 빔 분리기는 입사 일차 전자 빔에 바람직하지 않은 수차를 추가할 수도 있고, 그에 의해, 이미징 해상도에 부정적인 영향을 끼칠 수도 있다.
이제, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 신호 전자 검출기의 두께 방향의 단면을 따라 취해지는 신호 전자 검출기(400)의 예시적인 구조물의 다이어그램을 예시하는 도 4a에 대한 참조가 이루어진다. 신호 전자 검출기(400)는 도 3a의 장치(300A)와 같은 하전 입자 빔 장치의 일부일 수도 있다. 검출기(400)는 하전 입자 빔 장치의 일차 광학 축(301)과 정렬될 수도 있다. 일차 전자 빔(304)은 +Z 방향에서(도 4a의 위에서부터 아래로) 이동한다. 샘플(도시되지 않음)로부터 생성되는 신호 전자(490)는 -Z 방향에서(도 4a의 아래에서부터 위로) 이동하여 검출기(400)의 제1 표면(401s)으로부터 검출기(400)로 진입한다.
몇몇 실시형태에서, 신호 전자 검출기(400)는 p 타입 반도체 층과 n 타입 반도체 층 사이에서 진성 반도체 층(intrinsic semiconductor layer)을 포함하는, 그러므로 P-I-N 구조물을 생성하는 PIN 다이오드 구조물에 기초할 수도 있다. 도 4a는 검출기(400)의 두께 방향(-Z 방향)을 따라 제1 금속 층(410), 제1 반도체 층(420), 제2 반도체 층(430), 제3 반도체 층(440), 및 제2 금속 층(450)을 포함하는 5 층 PIN 전자 검출기를 도시한다. 5 층(층(410-450))은, 각각, 412, 422, 432, 442, 및 452의 두께를 갖는다.
검출기(400)의 저부(bottom) 및 상단(top)의 제1 금속 층(410) 및 제2 금속 층(450)은 검출기(400)에 바이어스 전압을 인가하도록 구성되는 전극을 형성할 수도 있다. 예를 들면, 제1 금속 층(410)은 애노드로서 기능할 수도 있고, 제2 금속 층(450)은 검출기(400)의 캐소드로서 기능할 수도 있다. 또한, 두 개의 금속 층은 내부 반도체 층을 보호할 수도 있다. 신호 전자가 애노드 측으로부터 진입되는 실시형태를 도 4a가 예시하지만, 상이한 실시형태에서, 신호 전자가 캐소드 측으로부터 진입될 수도 있다는 것이 인식된다.
제1 금속 층(410)은 전자 검출기(400)의 표면(401s)에 입사되는 신호 전자(490)를 수신하도록 구성될 수도 있다. 제1 금속 층(410)은 (예를 들면, 10 내지 200 nm의 범위 내의) 박형일 수도 있고, 유입 전자의 산란 및 에너지 손실을 감소시키기 위해 가벼운 금속으로 제조될 수도 있다. 예를 들면, 제1 금속 층(410)의 재료는 알루미늄 또는 고도로 전도성이며 신호 전자에 의해 쉽게 투과 가능한 다른 금속일 수도 있다. 제1 금속 층(410)의 두께(412) 및 재료는, 노이즈를 감소시키기 위해 입사 전자 이외의 입자를 차단하는 또는 몇몇 신호 전자를 그들의 방출 에너지에 기초하여 필터링하는(예를 들면, 매우 낮은 방출 에너지를 갖는 SE를 필터링하는) 고려에 기초하여 결정될 수도 있다.
제1 반도체 층(420)은 제1 금속 층(410)에 인접하게 형성된다. 몇몇 실시형태에서, 제1 반도체 층(420)은 p 타입 반도체를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제1 반도체 층(420)은, 자유 정공을 생성하도록 붕소, 알루미늄, 갈륨, 등등과 같은 3가(trivalent) 불순물로 도핑될 수도 있다. 제1 반도체 층(420)은 P+ 영역과 같은 고농도 도핑 영역일 수도 있다. 제1 반도체 층(420)의 일부는, 소정의 타입의 유입 신호 전자를 선택적으로 필터링하는 에너지 배리어를 형성할 수도 있다. 제1 반도체 층(420)의 도핑 농도 및 두께(422)는 필터의 임계 또는 컷오프 에너지 레벨과 같은, 에너지 필터의 소망되는 특성에 기초하여 결정될 수도 있다. 에너지 필터의 동작에 대한 추가적인 세부 사항은 도 4b 및 도 4c와 관련하여 하기에서 제공된다. 제1 금속 층(410)은 제1 반도체 층(420)의 상단 상에 퇴적될 수도 있다. 따라서, 제1 반도체 층(420)은 제1 금속 층(410)에 의해 코팅 및 보호될 수도 있다.
제2 반도체 층(430)은 제1 반도체 층(420)에 인접하게 형성된다. 몇몇 실시형태에서, 제2 반도체 층(430)은 진성 반도체 영역을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제2 반도체 층(430)은 도핑되지 않은 순수 반도체, 또는 임의의 유의미한 도펀트 종이 존재하지 않는 상태에서 약하게 n 도핑 또는 p 도핑될 수도 있다. 제2 반도체 층(430)은 전자 검출기(400)의 다른 층의 도핑 농도보다 더 낮은 도핑 농도를 가질 수도 있다. 제2 반도체 층(430)은, 약하게 도핑되는 것의 결과로서 높은 저항을 가지도록 설정되는 도핑 농도를 가질 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 신호 전자 검출기(400)는 실리콘 웨이퍼로부터 형성될 수도 있는데, 그 경우, 제2 반도체 층(430)은 N- 영역일 수도 있다. 제1 반도체 층(420)과 제3 반도체 층(440) 사이의 제2 반도체 층(430)의 두께(432)는 수신된 신호 전자의 예상된 방출 에너지 레벨의 범위에 기초하여 결정될 수도 있다.
제3 반도체 층(440)은 제2 반도체 층(430)에 인접하게 형성된다. 몇몇 실시형태에서, 제3 반도체 층(440)은 n 타입 반도체 영역을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제3 반도체 층(440)은, 자유 전자를 생성하도록 인, 안티몬, 비소, 등등과 같은 5가(pentavalent) 불순물로 도핑될 수도 있다. 제1 반도체 층(420)과 유사하게, 제3 반도체 층(440)은 N+ 영역과 같은 강하게 도핑된 영역일 수도 있다.
제3 반도체 층(440) 상에 제2 금속 층(450)이 퇴적될 수도 있다. 제2 금속 층(450)의 재료는, 알루미늄 또는 구리와 같은 높은 표면 전도성을 갖는 금속일 수도 있다. 제1 금속 층(410)과는 달리, 제2 금속 층(450)은, 몇몇 실시형태에서, 신호 전자가 제2 금속 층(450)을 통해 진입하지 않기 때문에, 고도로 전자 투과 가능할 필요는 없을 수도 있다.
도 4b 및 도 4c는, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 도 4a의 신호 전자 검출기의 예시적인 동작을 나타내는 예시이다.
제1 금속 층(410) 및 제2 금속 층(450)은 전력 공급부(467)에 연결될 수도 있다. 인접한 반도체 층(420 및 440) 바로 상에 두 개의 금속 층(410 및 450)이 형성될 때, 금속 층을 통해 3 개의 반도체 층(420, 430, 440)과 전력 공급부(467) 사이에서 전기적 연결이 형성될 수도 있다. 전력 공급부(467)는 제1, 제2 및 제3 반도체 층 - 전력 공급부(467)의 음극 단자 및 양극 단자를 제1 금속 층(410)(애노드) 및 제2 금속 층(450)(캐소드)에 각각 연결함 - 에 의해 형성되는 PIN 영역에 역 바이어스를 제공하도록 구성될 수도 있다. 제1 금속 층(410)과 제2 금속 층(450) 사이에서 결과적으로 나타나는 전위차는 PIN 영역을 통해 내부 전기장을 생성할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 전력 공급부(467)는 제1 반도체 층(420) 및 제3 반도체 층(440)에 직접적으로 연결될 수도 있는데, 그들 반도체 층이 높은 도핑 농도에 기인하여 낮은 저항을 가지기 때문이다.
정상 동작의 역 바이어스 조건 하에서, 자유 전하 캐리어(예를 들면, 자유 전자 및 정공)는 전기장에 의해 제거되고, 따라서, 공핍 영역(437)이 검출기 본체의 볼륨 내에서, 구체적으로 PIN 영역 내에서, 형성될 수도 있다. 결과적으로, 역 바이어스 하에서는, (매우 작은 누설 전류 제외하면) 검출기를 통해 흐르는 바이어스 전류가 실질적으로 없을 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 공핍 영역(437)은 제2 반도체 층(430)(진성 반도체 영역) 내에서 거의 완전하게 존재할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 공핍 영역(437)은 제1 반도체 층(420) 내에서 공핍 부분(420a)을 그리고 제3 반도체 층(440) 내에서 공핍 부분(440a)을 형성하는 제2 반도체 층(430)을 넘어 확장될 수도 있다. 제1 반도체 층(420)의 다른 부분(공핍되지 않은 부분(420b))은 자유 정공을 가진 상태로 유지될 수도 있다. 유사하게, 제3 반도체 층(440)의 다른 부분 - 공핍되지 않은 부분(440b) - 은 자유 전자를 가진 상태로 유지될 수도 있다.
앞서 설명되는 바와 같이, 유입 신호 전자는 상이한 방출 에너지를 가질 수도 있다. 몇몇 신호 전자 또는 하전 입자가 매우 낮은 방출 에너지(예를 들면, 전자(495))를 가질 수도 있기 때문에, 그들은 제1 금속 층에 의해 차단되거나 또는 산란될 수도 있다. 몇몇 신호 전자(예를 들면, 전자(496 및 497))는 제1 금속 층(410)을 넘어서 도달하기 위해 더 높은 방출 에너지를 가질 수도 있다.
신호 전자(예컨대, 전자(496 및 497))가 제1 금속 층(410)을 통과한 이후 검출기 본체에 진입할 때마다, 신호 전자는 반도체 재료와의 상호 작용 및 전자-정공 쌍(예를 들면, 496er-496hr, 497er-497hr, 497e-497h)의 생성을 시작할 수도 있다. 신호 전자는, 그들이 검출기와 상호 작용하여 전자-정공 쌍을 형성할 때 에너지를 계속 상실한다.
도 4b에서 도시되는 바와 같이, 몇몇 신호 전자(예를 들면, 전자(496))는 제1 반도체 영역(420)의 공핍되지 않은 부분(420b)에서 전자-정공 쌍(예컨대, 전자-정공 쌍(496er-496hr))을 생성하는 동안 그들의 모든 에너지를 상실할 수도 있고, 그에 의해, 공핍 영역(437)에 도달할 수 없을 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 생성된 전자(예를 들면, 전자(496er))의 일부는 그들 자체가 다른 전자-정공 쌍(도시되지 않음)을 생성하는 데 기여할 수도 있다. 공핍 영역(437) 외부의 이들 생성된 전자-정공 쌍(예를 들면, 쌍(496er-496hr) 및 전자(496er)에 의해 생성되는 다른 쌍)은, 공핍 영역(437) 외부의 전기장이 상대적으로 약하기 때문에, 느리게 드리프트될 수도 있다. 따라서, 생성된 전자 및 정공이 서로 또는 (예를 들면, 화살표(496r)에 의해 도시되는 바와 같이) 임의의 다른 근처의 자유 반대 캐리어와 재결합될 높은 가능성이 있다. 이러한 빠른 재결합에 기인하여, 생성된 전자-정공 쌍(예를 들면, 쌍(496er-496hr))은 드리프트 전류의 생성에 기여할 수 없을 수도 있고, 결과적으로, 신호 검출 유닛(468)에 의해 검출기 신호가 생성되지 않을 수도 있다.
충분히 높은 방출 에너지를 갖는 유입 신호 전자(예를 들면, 전자(497))만이 제1 반도체 층(420)의 공핍되지 않은 부분(420b)을 통과하고 그것을 넘어 도달할 수도 있다. 공핍되지 않은 부분(420b)을 통과할 때, 신호 전자(497)는 전자-정공 쌍(예를 들면, 497er-497hr)을 생성하기 위한 에너지의 일부를 상실할 수도 있다. 그러나, 신호 전자(497)의 (검출기 본체에 진입하기 이전의) 초기 방출 에너지는, 전자가 공핍 영역(437) 내에서 더 많은 전자-정공 쌍(497e-497h)을 생성하기 위해 남겨지는 소정의 에너지와 함께 공핍 영역(437)에 도달할 수도 있도록 충분히 높을 수도 있다. 더구나, 생성된 전자(예를 들면, 전자(497er)) 중 일부는 공핍되지 않은 부분(420b)을 통과하여 공핍 영역(437)에 도달할 만큼 충분한 에너지를 가질 수도 있다. 이들 생성된 전자는 공핍 영역(437) 내에서 다른 전자-정공 쌍을 생성하는 데 또한 기여할 수도 있다.
공핍 영역(437) 내에서 생성되는 전자-정공 쌍(497e-497h)은, 재결합되기보다는, (상기에서 설명되는 바와 같이 역 바이어스에 의해 형성되는) 전기장에 의해 분리될 수도 있다. 예를 들면, 전자(497e)는 화살표(497em)에 의해 예시되는 바와 같이 제3 반도체 층(440)(N+ 영역)을 향해 지향될 수도 있고, 한편, 정공(497h)은, 화살표(497hm)에 의해 예시되는 바와 같이, 제1 반도체 층(420)(P+ 영역)을 향해 지향될 수도 있다. 따라서, 그들 전자(497e) 및 정공(497h)은, 결국에는, 검출기의 상단 및 저부에 있는 전극(예를 들면, 캐소드 - 제2 금속 층(450); 애노드 - 제1 금속 층(410))에 각각 도달하여 전류를 생성할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 신호 검출 유닛(468)은 이 전류를 측정하여 대응하는 검출기 신호를 생성할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 신호 검출 유닛(468)은 전류 검출기 신호를 프로세싱하기 위해 전력 공급부(467)와 검출기 사이에서 연결되는 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier; TIA)를 포함할 수도 있다.
상기에서 설명되는 바와 같이, 금속 층(410)과 제1 반도체 층(420)은, 조합하여, 에너지 배리어 - 공핍 영역(437)에 도달하는 데 필요한 초기 에너지의 양 - 보다 더 낮은 방출 에너지를 갖는 유입 신호 전자를 필터링하는 에너지 배리어를 제공한다. 이러한 방식으로, 도 3b 및 도 3c와 관련하여 앞서 설명되는 바와 같이, 능동 에너지 필터를 사용하지 않고도, 상이한 에너지를 갖는 유입 신호 전자가 분리되고 선택적으로 검출될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 공핍되지 않은 영역(420b)의 두께가 증가함에 따라 에너지 배리어는 증가될 수도 있다. 예를 들면, 대수 스케일(logarithmic scale)의 에너지 배리어는 대수 스케일의 공핍되지 않은 영역(420b)의 두께에 비례할 수도 있다. 다시 말하면, 공핍되지 않은 영역(420b)의 두께가 증가함에 따라, 더 높은 방출 에너지를 갖는 신호 전자가 필터링되도록 에너지 배리어도 또한 증가될 수도 있다. 공핍되지 않은 영역(420b)의 두께는, 다른 것들 중에서도, 바이어스 전압, 검출기 본체에 대해 사용되는 재료(예를 들면, 실리콘), 반도체 층의 도핑 프로파일, 또는 제1, 제2 및 제3 반도체 층(420, 430, 440)의 두께와 같은 다수의 인자에 기초하여 결정될 수도 있다. 예를 들면, 동일한 바이어스 전압, 동일한 디바이스 구조물, 및 동일한 도핑 농도 하에서, 소정의 정도까지, 제1 반도체 층(420)을 더 두껍게 만드는 것은 더 두꺼운 공핍되지 않은 영역(420b)을 초래할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 제1 반도체 층(420)의 도핑 농도는 공핍되지 않은 영역(420b)의 두께를 구성하기 위해 변경될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 에너지 배리어의 사전 정의된 소망되는 레벨을 고려하여 공핍되지 않은 영역(420b)의 적절한 두께를 결정하기 위해, 공지된 검출기 구조물에 기초한 디바이스 시뮬레이션이 수행될 수도 있다. 예를 들면, SE로부터 BSE를 분리하기 위해, 검출기는 50 eV와 전자 빔 장치의 열(column)의 가속 전압으로부터 신호 전자가 획득한 에너지의 합과 대략적으로 동일한 에너지 배리어를 가지도록 소망될 수도 있다. 그러한 에너지 배리어를 가지도록 신호 전자 검출기를 구성하기 위해, 디바이스 시뮬레이션이 수행되어, 적절하게 설정되는 경우, 소망되는 레벨의 에너지 배리어에 대응하는 공핍되지 않은 영역(420b)의 적절한 두께를 제공할 수 있는 다양한 제조 프로세스 노브(manufacturing process knob)(예컨대, 도핑 프로파일, 반도체 층의 두께, 바이어스 전압, 등등)를 결정할 수 있다.
유입 신호 전자가 포획되는 상대적 포지션에 기초하여 다수의 검출기 신호를 생성하도록 제3 반도체 층 및 제2 금속 층이 세그먼트화되는 것을 제외하면, 도 4c는 도 4b에서 도시되는 신호 전자 검출기와 동일한 방식으로 동작하는 세그먼트화된 신호 전자 검출기를 도시한다. 몇몇 실시형태에서, 전자 검출기는 제3 반도체 층(예를 들면, 440-1, 440-2, 440-3)의 다수의 세그먼트를 포함할 수도 있다. 그들 세그먼트(440-1, 440-2, 440-3)의 재료 또는 도핑 프로파일은 도 4b의 제3 반도체 층(440)과 실질적으로 유사할 수도 있다. 전자 검출기는 제2 금속 층의 다수의 세그먼트(예를 들면, 450-1, 450-2, 450-3)를 더 포함할 수도 있는데, 이들 각각은 인접한 제3 반도체 층 세그먼트(440-1, 440-2, 또는 440-3) 상에 직접적으로 형성된다. 신호 전자(498)가 공핍 영역(437)에 도달하는 경우, 전자-정공 쌍(예를 들면, 498e-498h)이 생성되고, 그들 전자(498e)의 대부분은 제3 반도체 층의 가장 가까운 세그먼트(440-2)를 향해 이동할 수도 있다. 따라서, 전자(498)에 대응하는 검출기 신호는, 금속 층 세그먼트(450-2) 및 반도체 층 세그먼트(440-2)에 전기적으로 연결되는 신호 검출 유닛(468-2)에 의해 수집될 수도 있다. 유사하게, 유입 신호 전자(497)에 의해 생성되는 검출기 신호는 신호 검출 유닛(468-3)에 의해 수집될 수도 있다.
이제, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 외부 수동 에너지 필터(532)를 갖는 예시적인 신호 전자 검출기(531)의 개략도인 도 5a 및 도 5b에 대한 참조가 이루어진다. 몇몇 실시형태에서, 신호 전자 검출기(531)는 도 4a 내지 도 4c에서 설명되는 바와 같은 내장된 수동 에너지 필터를 구비하는 신호 전자 검출기일 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 신호 전자 검출기(531)는 내장된 수동 에너지 필터가 없는 종래의 전자 검출기일 수도 있다.
도 5a 및 도 5b에서 도시되는 바와 같이, 신호 전자 검출기(531)는 도 4a 내지 도 4c에서 도시되는 신호 검출기와 유사한 PIN 다이오드 구조물을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 신호 전자 검출기(531)는 공핍 영역(537)을 생성하기 위해 역 바이어스될 수도 있다. 검출기(531)에 대한 공핍되지 않은 영역(도시되지 않음)은 사전 정의된 임계 에너지 레벨보다 더 낮은 에너지를 갖는 신호 전자를 필터링하기 위해 내장된 에너지 배리어를 제공할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 외부 수동 에너지 필터(532)는 검출기(531)의 내장된 에너지 배리어에 추가하여 추가적인 에너지 배리어를 제공하기 위해 사용될 수도 있다. 외부 수동 에너지 필터(532)는 유입 신호 전자의 에너지를 감쇠시킬 수 있는 재료로 만들어지는 플레이트일 수도 있다. 예를 들면, 외부 수동 에너지 필터(532)는 반도체 재료(예컨대, 실리콘 질화물) 또는 전기 전도 재료(예컨대, 알루미늄 필름)를 포함할 수도 있는데, 이들은 감쇠 능력을 제공하고, 동시에, 신호 전자의 입사로부터 에너지 필터(532) 내에 축적될 수도 있는 임의의 전하를 방전시키기 위해 소정의 레벨의 전기 전도도를 또한 제공한다. 외부 수동 필터(532)는 일차 빔(304)이 통과하는 것을 가능하게 하기 위해 검사 장치의 일차 광학 축과 정렬되는 중심 개구를 가질 수도 있다. 외부 수동 에너지 필터(532)의 에너지 배리어는, 예를 들면, 플레이트의 두께 또는 재료를 조정하는 것에 의해 결정될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 외부 수동 에너지 필터(532)는 (도 5a에서 도시되는 바와 같은) 하이 필터링 모드(high filtering mode)를 위한 제1 포지션과 (도 5b에서 도시되는 바와 같은) 로우 필터링 모드(low filtering mode)를 위한 제2 포지션 사이에서 이동 가능할 수도 있다. 검사 장치가 하이 필터링 모드에서 동작하는 경우, 외부 수동 에너지 필터(532)는 샘플(도시되지 않음)과 신호 전자 검출기(531) 사이의 제1 포지션에서 배치될 수도 있다. 하이 필터링 모드에서, 외부 수동 에너지 필터(532)는 검출기(531)의 내장된 에너지 배리어 외에 추가적인 에너지 배리어를 제공하도록 구성될 수도 있다. 유입 신호 전자에 대한 유효 총 에너지 배리어는 검출기(531)의 내장된 에너지 배리어와 외부 수동 에너지 필터(532)의 추가적인 에너지 배리어의 합이 될 수도 있다. 예를 들면, 도 5a 및 도 5b는 세 개의 예시적인 유입 신호 전자(595, 596, 및 597)를 도시한다. 전자(595)의 방출 에너지는 외부 수동 에너지 필터(532)의 추가적인 에너지 배리어보다 더 낮을 수도 있다. 전자(596)의 방출 에너지는 외부 수동 에너지 필터(532)의 추가적인 에너지 배리어보다 더 높지만 그러나 유효 총 에너지 배리어보다 더 낮을 수도 있다. 전자(597)의 방출 에너지는 유효 총 에너지 배리어보다 더 높을 수도 있다. 제1 포지션에서 배치되는 외부 수동 에너지 필터(532)로 인해, 신호 전자(595 및 596)는, 그들의 에너지가 유효 총 에너지 배리어보다 더 낮기 때문에, 필터링되고, 신호 전자(597)만이 공핍 영역(537)에 도달하여 검출될 수도 있다.
검사 장치가 로우 필터링 모드에서 동작하는 경우, 외부 수동 에너지 필터(532)가 어떠한 유입 신호 전자에도 영향을 끼치지 않도록, 외부 수동 에너지 필터(532)는 검출기(531)로부터 떨어진 제2 포지션에서 배치될 수도 있다. 따라서, 로우 필터링 모드에서, 유입 신호 전자는 검출(531)의 내장된 에너지 배리어에 의해서만 필터링된다. 예를 들면, 도 5b에서 도시되는 바와 같이, 제2 포지션에서 배치되는 외부 수동 에너지 필터(532)로 인해, 신호 전자(595)만이 필터링될 수도 있고, 한편, 신호 전자(596 및 597)는 공핍 영역(537)에 도달하여 검출될 수도 있다.
이제, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 도 5a 및 도 5b에 따른 신호 전자 검출기 및 외부 수동 에너지 필터를 포함하는 예시적인 하전 입자 빔 장치의 개략도인 도 6a 내지 도 6f에 대한 참조가 이루어진다.
도 6a는, 본 개시의 몇몇 실시형태와 부합하는, 도 3a의 하전 입자 빔 장치(300A)와 유사한 예시적인 하전 입자 빔 장치(600A)를 도시한다. 이동 가능한 외부 수동 에너지 필터(632)(도 5a 및 도 5b에서 도시되는 이동 가능한 외부 수동 에너지 필터(532)와 유사함)가 하전 입자 빔 장치(600A) 내에서 사용될 수도 있다. 장치(600A)는 신호 전자 검출기(631)를 포함할 수도 있는데, 이것은 도 4a 내지 도 4c에서 설명되는 바와 같은 내장된 수동 에너지 필터를 갖는 신호 전자 검출기, 또는 내장된 수동 에너지 필터가 없는 종래의 전자 검출기일 수도 있다.
도 5a와 유사하게, 장치(600A)가 하이 필터링 모드에서 동작하는 경우, 외부 수동 에너지 필터(632)는 샘플(371)과 신호 전자 검출기(631) 사이의 제1 포지션에서 배치될 수도 있다. 하이 필터링 모드에서, 외부 수동 에너지 필터(632)는 검출기(631)의 내장된 에너지 배리어 외에 추가적인 에너지 배리어를 제공하도록 구성될 수도 있다. 유입 신호 전자에 대한 유효 총 에너지 배리어는 검출기(631) 및 필터(632)의 에너지 배리어 둘 모두의 합이 될 수도 있다. 예를 들면, 도 6a에서 도시되는 바와 같이, 제1 포지션에서 배치되는 외부 수동 에너지 필터(632)로 인해, 신호 전자(381)(예를 들면, SE와 같은, 낮은 방출 에너지를 갖는 전자)는, 그들의 에너지가 유효 총 에너지 배리어보다 더 낮기 때문에, 필터링될 수도 있고, 신호 전자(391)(BSE와 같은 유효 총 에너지 배리어보다 더 높은 방출 에너지를 갖는 전자를 포함함)만이 검출기(631)의 공핍 영역에 도달하여 검출될 수도 있다.
장치(600A)가 로우 필터링 모드에서 동작하는 경우, 유효 총 에너지 배리어가 감소될 수도 있도록 외부 수동 에너지 필터(632)는 검출기(631)로부터 떨어진 제2 포지션에서 배치될 수도 있고, 그에 의해, 더 낮은 에너지를 갖는 신호 전자(예를 들면, 경로(381) 상의 SE)가 검출기(631)에 의해 또한 검출되는 것을 허용할 수도 있다.
도 6b는, 본 개시의 몇몇 실시형태와 부합하는, 이동 가능한 수동 에너지 필터를 갖는 하전 입자 빔 장치의 다른 예(600B)를 도시한다. 도 6a의 장치(600A)와 유사하게, 장치(600B)는 신호 전자 검출기(631)를 포함할 수도 있는데, 이것은 도 4a 내지 도 4c에서 설명되는 바와 같은 내장된 수동 에너지 필터를 구비하는 신호 전자 검출기, 또는 내장된 수동 에너지 필터가 없는 전자 검출기일 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 이동 가능한 외부 수동 에너지 필터(632)는 다수의 필터링 구역(예를 들면, 필터링 구역(632a 및 632b))을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 도 6c에서 도시되는 바와 같이, 이동 가능한 외부 수동 에너지 필터(632)는 다수의 필터링 구역을 갖는 필터링 플레이트를 포함할 수도 있는데, 각각의 필터링 구역은 일차 빔(304)이 통과하는 것을 허용하는 중앙 구멍을 갖는다. 각각의 필터링 구역(632a 또는 632b)은 상이한 레벨의 에너지 배리어를 제공할 수도 있다. 앞서 설명되는 바와 같이, 외부 수동 에너지 필터 구역(632a 및 632b)의 에너지 배리어는 각각의 필터 구역 플레이트의 두께 또는 재료를 조정하는 것에 의해 결정될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 장치(600B)는 다양한 필터링 모드, 예컨대 하이/미디엄/로우 필터링 모드에서 동작할 수도 있다. 장치(600B)가 하이 필터링 모드에서 동작하는 경우, 더 높은 에너지 배리어를 갖는 필터링 구역(예를 들면, 632a)이 전자 검출기(631)의 전방에 배치될 수도 있고, 그에 의해, 최대 레벨의 전자 필터링을 제공할 수도 있다. 장치가 미디엄 필터링 모드에서 동작하는 경우, 더 낮은 에너지 배리어를 갖는 필터링 구역(예를 들면, 632b)이 전자 검출기(631)의 전방에 배치될 수도 있고, 그에 의해, 중간 레벨의 전자 필터링을 제공할 수도 있다. 장치(600B)가 로우 필터링 모드에서 동작하는 경우, 외부 수동 에너지 필터(632)는 전자 검출기(631)로부터 떨어져 배치될 수도 있고(검출기(631)의 전방에 필터링 구역이 없음), 그에 의해, 최소 레벨의 전자 필터링을 제공할 수도 있다. 도 6b 및 도 6c가 두 개의 필터링 구역(632a 및 632b)을 구비하는 필터(632)를 예시하지만, 임의의 수의 필터링 구역이 필터(632)에서 구현될 수 있다는 것이 인식된다.
도 6d는 다수의 필터링 세그먼트를 구비하는 외부 수동 에너지 필터(632)의 다른 예를 도시한다. 몇몇 실시형태에서, 외부 수동 에너지 필터(632)는 일차 빔(304)이 통과하는 것을 허용하는 중앙 구멍 및 중앙 구멍 주위에 배치되는 다수의 필터링 세그먼트(예를 들면, 필터링 세그먼트(632c, 632d, 및 632e))를 포함할 수도 있다. 각각의 필터링 세그먼트(632c, 632d, 또는 632e)는 상이한 레벨의 에너지 배리어를 제공할 수도 있다. 이것은 전자 검출기(예컨대, 도 6a 및 도 6b의 전자 검출기(631))가 상이한 에너지 레벨의 신호 전자(예를 들면, SE 대 BSE)를 그들의 방출 방사 각도(표면 법선과 관련하는 방출 각도)의 관점에서 검출하는 것을 가능하게 하고 어떤 타입의 샘플의 결함 검사에 대해 유용하다.
도 6a 및 도 6b와 관련하여 상기에서 설명되는 바와 같이, 외부 수동 에너지 필터(632)는 도 4a 내지 도 4c에서 설명되는 바와 같은 내장된 수동 에너지 필터를 갖는 전자 검출기, 또는 내장된 수동 에너지 필터가 없는 전자 검출기를 포함할 수도 있는 신호 전자 검출기(631)와 함께 사용될 수도 있다.
도 6e에서 도시되는 바와 같이, 몇몇 실시형태에서, 이동 가능한 수동 에너지 필터(632)(예컨대, 도 6b의 장치(600B)에서 사용되는 이동 가능한 수동 에너지 필터(632))는 각각의 필터링 구역(632a 및 632b) 내에서 다수의 필터링 세그먼트를 또한 포함할 수도 있다. 이것은 신호 전자가 다양한 방출 각도 및 방출 에너지 레벨의 관점에서 검출되는 것을 가능하게 한다. 도 6e가 두 개의 필터링 구역(632a 및 632b)을 구비하는 필터(632)를 예시하지만, 임의의 수의 필터링 구역이 필터(632)에서 구현될 수 있다는 것이 인식된다. 유사하게, 도 6e가 필터링 구역(632a)에서 세 개의 세그먼트를 그리고 필터링 구역(632b)에서 두 개의 세그먼트를 예시하지만, 임의의 수의 세그먼트가 각각의 필터링 구역 내에서 구현될 수 있다는 것이 인식된다.
도 6f는, 본 개시의 몇몇 실시형태와 부합하는, 이동 가능한 수동 에너지 필터(632)를 갖는 하전 입자 빔 장치의 다른 예(600F)를 도시한다. 이동 가능한 수동 에너지 필터(632)는 도 6c 내지 도 6e에서 도시되는 구성을 가질 수도 있다. 도 3a와 관련하여 앞서 설명되는 바와 같이, 몇몇 BSE(예를 들면, 경로(393) 상의 전자)는 큰 방출 각도를 가질 수도 있고, 그 결과, 대물 렌즈 어셈블리(322)는 BSE(393)를 전자 검출기(631) 상으로 포커싱할 수 없을 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 장치(600F)는 큰 방출 각도를 갖는 BSE(예를 들면, 경로(393) 상에서 이동하는 전자)를 검출하기 위한 추가적인 전자 검출기(641)를 포함할 수도 있다. 도 6f가 이동 가능한 수동 에너지 필터를 갖는 장치를 도시하지만, 수동 에너지 필터(632)는 고정된 필터(도 6a에서 도시되는 수동 에너지 필터(632)와 유사함)로서 구현될 수 있다.
이제, 본 개시의 실시형태와 부합하는, 도 4a 내지 도 4c의 신호 전자 검출기를 형성하는 예시적인 방법을 예시하는 도 7에 대한 참조가 이루어진다.
단계(A1)에서, 기판(700)이 제공된다. 기판(700)은 제1 표면(701s) 및 제2 표면(702s)을 구비하는 반도체 웨이퍼의 일부일 수도 있다. 기판(700)은 실리콘, 게르마늄, 또는 다른 적절한 반도체 재료로 제조될 수도 있다. 기판(700)으로서 약하게 도핑된 N- 실리콘 웨이퍼가 사용되는 예시적인 프로세스를 도 7이 도시하지만, 상이한 재료, 예를 들면, P- 도핑된 반도체가 사용될 수도 있다는 것이 인식된다.
단계(A2)에서, 제1 표면(701s)을 구비하는 기판(700)의 부분에서 제1 반도체 층(720)이 형성된다. 몇몇 실시형태에서, 제1 반도체 층(720)은 p 타입 반도체를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제1 반도체 층(720)을 생성하기 위해, 기판(700)은 자유 정공을 생성하도록 붕소, 알루미늄, 갈륨, 등등과 같은 3가 불순물로 도핑될 수도 있다. 도핑 불순물, 예를 들면, 붕소는 기판(700)의 제1 표면(701s)으로부터 주입될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 도 7에서 도시되는 바와 같은 P+ 영역과 같은 제1 반도체 층(720)이 고농도로 도핑될 수도 있다.
도 4a 내지 도 4c와 관련하여 앞서 설명되는 바와 같이, 검출기가 정상 동작에 있을 때, 제1 반도체 층(720)의 공핍되지 않은 영역(예컨대 도 4b의 공핍되지 않은 영역(420b))은, 소정의 타입의 유입 신호 전자를 그들의 방출 에너지에 기초하여 선택적으로 필터링하는 에너지 배리어를 형성할 수도 있다. 에너지 배리어는 공핍되지 않은 영역의 두께가 증가함에 따라 증가될 수도 있고, 따라서, 에너지 배리어는 공핍되지 않은 영역의 두께를 변경하는 것에 의해 변경될 수 있다. 다른 것들 중에서도, 공핍되지 않은 영역의 두께는 제1 반도체 층(720)의 도핑 농도 또는 두께에 의존할 수도 있다. 따라서, 제1 반도체 층(720)의 도핑 농도 및 두께를 비롯한 다수의 제조 노브는, 에너지 배리어의 레벨과 같은, 에너지 필터의 소망되는 특성에 기초하여 단계(A2) 이전에 결정될 수도 있다.
단계(A3)에서, 제2 반도체 층(730) 및 제3 반도체 층(740)이 기판(700)의 본체 내에서 형성된다. 제3 반도체 층(740)은 제2 표면(702s)을 구비하는 기판(700)의 부분에서 형성된다. 몇몇 실시형태에서, 제3 반도체 층(740)은 n 타입 반도체 영역을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제3 반도체 층(740)을 생성하기 위해, 기판(700)은, 자유 전자를 생성하도록 인, 안티몬, 비소, 등등과 같은 5가 불순물로 도핑될 수도 있다. 도핑 불순물, 예를 들면, 인은 기판(700)의 제2 표면(702s)으로부터 주입될 수도 있다. 제1 반도체 층(720)과 유사하게, 제3 반도체 층(740)은 도 7에서 도시되는 N+ 영역과 같은 고농도 도핑 영역일 수도 있다.
제1 및 제3 반도체 층(720 및 740)이 형성된 이후, 그들 두 층 사이의 나머지 부분은 제2 반도체 층(730)이 될 수도 있다. 임의의 유의미한 도펀트 종이 존재하지 않는 상태에서 제2 반도체 층(730)이 도핑되지 않은 또는 약하게 n 도핑된 또는 p 도핑된 상태로 유지되기 때문에, 그 층은 진성 반도체 영역으로서 지칭된다. 이웃하는 P+ 영역(제1 반도체 층(720)) 및 N+ 영역(제3 반도체 층(740))과 함께, 진성 반도체 영역(제2 반도체 층(730))은 PIN 영역을 형성한다.
역 바이어스가 검출기에 인가되는 경우, 공핍 영역(예컨대 도 4b의 공핍 영역(437))이 PIN 영역 내에서 형성될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 공핍 영역은 제2 반도체 층(730) 내에서 거의 완전하게 존재할 수도 있다. 따라서, 공핍 영역의 두께를 제어하는 인자 중 하나인 제2 반도체 층(730)의 두께는, A1 및 A2 단계 이전에, 유입 신호 전자의 특성, 예를 들면, 유입 전자의 방출 에너지의 범위에 기초하여 결정될 수도 있다.
단계(A4)에서, 제1 금속 층(710)이 기판(700)의 제1 표면(701s) 상에서 그리고 제1 반도체 층(720)에 인접하게 형성된다. 예를 들면, 도핑 불순물이 기판(700)에 도입된 이후, 제1 반도체 층(720)(P+ 영역)의 상단 상에 제1 금속 층(710)이 퇴적될 수도 있다.
제1 금속 층(710)은 신호 전자(도시되지 않음)를 수신하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 제1 금속 층(710)은 유입 전자의 산란 및 에너지 손실을 감소시키기 위해 얇을 수도 있고 가벼운 금속으로 제조될 수도 있다. 예를 들면, 제1 금속 층(710)의 재료는 알루미늄 또는 고도로 전도성이며 신호 전자에 의해 쉽게 투과 가능한 다른 금속일 수도 있다. 제1 금속 층(710)의 두께 및 재료는, 노이즈를 감소시키기 위해 입사 전자 이외의 입자를 차단하는 또는 몇몇 신호 전자를 그들의 방출 에너지에 기초하여 필터링하는(예를 들면, 매우 낮은 방출 에너지를 갖는 SE를 필터링하는) 고려에 기초하여 결정될 수도 있다.
단계(A5)에서, 기판(700)의 제2 표면(702s) 상에 그리고 제3 반도체 층(740)에 인접하게 제2 금속 층(750)이 형성된다. 예를 들면, 제2 금속 층(750)은 도핑 불순물이 기판(700)에 도입된 이후 제2 반도체 층(740)(N+ 영역)의 상단 상에 퇴적될 수도 있다. 제2 금속 층(750)의 재료는, 알루미늄 또는 구리와 같은 높은 표면 전도성을 갖는 금속일 수도 있다. 제1 금속 층(710)과는 달리, 몇몇 실시형태에서, 제2 금속 층(750)은 고도로 전자 투과 가능할 필요는 없을 수도 있다.
도 7이 전자 검출기를 형성하는 제조 프로세스의 예시적인 순서를 설명하는 방법을 예시하지만, 몇몇 단계는 재순서화될 수 있다는 것이 인식된다. 예를 들면, 제3 반도체 층(740)은 제1 반도체 층(720)보다 먼저 형성될 수도 있다. 제1 금속 층(710)은 제2 금속 층(750)보다 먼저 형성될 수도 있다.
본 개시의 양태는 다음의 번호가 매겨진 조항에서 설명된다:
1. 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기로서,
제1 부분 및 제2 부분을 구비하는 제1 반도체 층;
제1 반도체 층에 인접한 제2 반도체 층;
제2 반도체 층에 인접한 제3 반도체 층;
제1, 제2, 및 제3 반도체 층에 의해 형성되는 PIN 영역;
제1 반도체 층과 제3 반도체 층 사이에서 역 바이어스를 인가하도록 구성되는 전력 공급부; 및
역 바이어스에 의해 PIN 영역 내에서 형성되는 공핍 영역 - 공핍 영역은 제2 반도체 층의 일부를 포함하고, 공핍 영역은 공핍 영역 내에서 포획되는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트에 기초하여 검출기 신호를 생성하도록 구성됨 - 을 포함하되,
제1 반도체 층의 제2 부분은 공핍되지 않고 복수의 신호 전자의 제2 서브세트를 차단하고 복수의 신호 전자의 제1 서브세트가 통과하여 공핍 영역에 도달하는 것을 허용하기 위한 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.
2. 조항 1의 검출기로서, 공핍 영역은 제1 반도체 층의 제1 부분을 더 포함한다.
3. 조항 1 및 조항 2 중 임의의 하나의 검출기로서, 공핍 영역은 제3 반도체 층의 일부를 더 포함한다.
4. 조항 1-3 중 임의의 하나의 검출기로서, 제2 반도체 층의 일부는 제2 반도체 층의 전체를 포함한다.
5. 조항 1-4 중 임의의 하나의 검출기로서, 복수의 신호 전자의 제1 서브세트는 에너지 배리어를 통과할 만큼 충분히 높은 에너지를 갖는 전자를 포함한다.
6. 조항 1-5 중 임의의 하나의 검출기로서, 복수의 신호 전자의 제2 서브세트는 에너지 배리어를 통과하기에 불충분한 에너지를 갖는 전자를 포함한다.
7. 조항 1-6 중 임의의 하나의 검출기로서, 검출기 신호는, 복수의 신호 전자와 제1 반도체 층의 제2 부분 사이의 상호 작용에 의해 생성되는 내부 전자의 제1 세트에 의해 추가로 영향을 받는다.
8. 조항 7의 검출기로서, 내부 전자의 제1 세트는 에너지 배리어를 통과할 만큼 충분히 높은 에너지를 갖는 전자를 포함한다.
9. 조항 7 및 조항 8 중 임의의 하나의 검출기로서, 제1 반도체 층의 제2 부분은 내부 전자의 제2 세트가 공핍 영역에 도달하는 것을 방지하도록 추가로 구성되되, 내부 전자의 제2 세트는 복수의 신호 전자와 제1 반도체 층의 제2 부분 사이의 상호 작용에 의해 생성되고 에너지 배리어를 통과하기에는 불충분한 에너지를 갖는다.
10. 조항 1-9 중 임의의 하나의 검출기로서, 제1 반도체 층은 도펀트로 도핑되고, 제1 반도체 층의 에너지 배리어의 컷오프 에너지 레벨은 제1 반도체 층의 도핑 농도, 제1 반도체 층의 두께, 또는 전력 공급부에 의해 인가되는 역 바이어스 전압에 의해 결정된다.
11. 조항 1-10 중 임의의 하나의 검출기로서, 검출기 신호는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트 또는 내부 전자의 제1 세트에 의해 공핍 영역 내에서 생성되는 전자-정공 쌍에 기초하여 생성된다.
12. 조항 1-11 중 임의의 하나의 검출기로서, 제1 반도체 층은 p 타입 도펀트로 도핑되고, 제2 및 제3 반도체 층은 n 타입 도펀트로 도핑된다.
13. 조항 12의 검출기로서, 제1 반도체 층 근처의 전위는 제3 반도체 층 근처의 전위보다 더 낮다.
14. 조항 1-11 중 임의의 하나의 검출기로서, 제1 반도체 층은 n 타입 도펀트로 도핑되고, 제2 및 제3 반도체 층은 p 타입 도펀트로 도핑된다.
15. 조항 14의 검출기로서, 제1 반도체 층 근처의 전위는 제3 반도체 층 근처의 전위보다 더 높다.
16. 조항 1-15 중 임의의 하나의 검출기로서, 다음의 것을 더 포함한다:
제1 반도체 층에 인접하며 전력 공급부부의 제1 단자에 커플링되는 제1 전극; 및
제3 반도체 층에 인접하며 전력 공급부의 제2 단자에 커플링되는 제2 전극.
17. 조항 16의 검출기로서, 제1 전극은 제1 반도체 층에 인접한 제1 금속 층의 부분이다.
18. 조항 16 및 조항 17 중 임의의 하나의 검출기로서, 제2 전극은 제3 반도체 층에 인접한 제2 금속 층의 부분이다.
19. 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기로서,
제1 부분 및 제2 부분을 구비하는 제1 반도체 층;
제1 반도체 층에 인접한 제2 반도체 층;
제3 반도체 층의 다수의 세그먼트 - 다수의 세그먼트 각각은 제2 반도체 층에 인접함 - ,
제1, 제2, 및 제3 반도체 층에 의해 형성되는 PIN 영역;
제1 반도체 층과 제3 반도체 층 사이에서 역 바이어스를 인가하도록 구성되는 전력 공급부; 및
역 바이어스에 의해 PIN 영역 내에서 형성되는 공핍 영역 - 공핍 영역은 제2 반도체 층의 일부를 포함하고, 공핍 영역은 공핍 영역 내에서 포획되는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트에 기초하여 복수의 검출기 신호를 생성하도록 구성됨 - 을 포함하되,
제1 반도체 층의 제2 부분은 공핍되지 않고 복수의 신호 전자의 제2 서브세트를 차단하고 복수의 신호 전자의 제1 서브세트가 통과하여 공핍 영역에 도달하는 것을 허용하기 위한 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.
20. 조항 19의 검출기로서, 공핍 영역은 제1 반도체 층의 제1 부분을 더 포함한다.
21. 조항 19 및 조항 20 중 임의의 하나의 검출기로서, 공핍 영역은 제3 반도체 층의 일부를 더 포함한다.
22. 조항 19-21 중 임의의 하나의 검출기로서, 제2 반도체 층의 일부는 제2 반도체 층의 전체를 포함한다.
23. 조항 19-22 중 임의의 하나의 검출기로서, 복수의 신호 전자의 제1 서브세트는 에너지 배리어를 통과할 만큼 충분히 높은 에너지를 갖는 전자를 포함한다.
24. 조항 19-23 중 임의의 하나의 검출기로서, 복수의 신호 전자의 제2 서브세트는 에너지 배리어를 통과하기에 불충분한 에너지를 갖는 전자를 포함한다.
25. 조항 19-24 중 임의의 하나의 검출기로서, 복수의 검출기 신호는, 복수의 신호 전자와 제1 반도체 층의 제2 부분 사이의 상호 작용에 의해 생성되는 내부 전자의 제1 세트에 의해 추가로 영향을 받는다.
26. 조항 25의 검출기로서, 내부 전자의 제1 세트는 에너지 배리어를 통과할 만큼 충분히 높은 에너지를 갖는 전자를 포함한다.
27. 조항 25 및 조항 26 중 임의의 하나의 검출기로서, 제1 반도체 층의 제2 부분은 내부 전자의 제2 세트가 공핍 영역에 도달하는 것을 방지하도록 추가로 구성되되, 내부 전자의 제2 세트는 복수의 신호 전자와 제1 반도체 층의 제2 부분 사이의 상호 작용에 의해 생성되고 에너지 배리어를 통과하기에는 불충분한 에너지를 갖는다.
28. 조항 19-27 중 임의의 하나의 검출기로서, 제1 반도체 층은 도펀트로 도핑되고, 제1 반도체 층의 에너지 배리어의 컷오프 에너지 레벨은 제1 반도체 층의 도핑 농도, 제1 반도체 층의 두께, 또는 전력 공급부에 의해 인가되는 역 바이어스 전압에 의해 결정된다.
29. 조항 19-28 중 임의의 하나의 검출기로서, 복수의 검출기 신호는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트 또는 내부 전자의 제1 세트에 의해 공핍 영역 내에서 생성되는 전자-정공 쌍에 기초하여 생성된다.
30. 조항 29의 검출기로서, 복수의 검출기 신호 중 하나는 제3 반도체 층의 다수의 세그먼트의 대응하는 세그먼트에 의해 포획되는 전자-정공 쌍의 서브세트에 기초하여 생성된다.
31. 조항 30의 검출기로서, 대응하는 세그먼트는 전자-정공 쌍의 서브세트가 생성되는 포지션으로부터 가장 가까운 세그먼트이다.
32. 조항 30의 검출기로서, 대응하는 세그먼트는 PIN 영역 내에서 역 바이어스에 의해 생성되는 전기장에 의해 결정된다.
33. 조항 19-32 중 임의의 하나의 검출기로서, 제1 반도체 층은 p 타입 도펀트로 도핑되고, 제2 반도체 층 및 제3 반도체 층의 다수의 세그먼트는 n 타입 도펀트로 도핑된다.
34. 조항 33의 검출기로서, 제1 반도체 층 근처의 전위는 제3 반도체 층의 다수의 세그먼트 근처의 전위보다 더 낮다.
35. 조항 19-32 중 임의의 하나의 검출기로서, 제1 반도체 층은 n 타입 도펀트로 도핑되고, 제2 반도체 층 및 제3 반도체 층의 다수의 세그먼트는 p 타입 도펀트로 도핑된다.
36. 조항 35의 검출기로서, 제1 반도체 층 근처의 전위는 제3 반도체 층의 다수의 세그먼트 근처의 전위보다 더 높다.
37. 조항 19-36 중 임의의 하나의 검출기로서, 다음의 것을 더 포함한다:
제1 반도체 층에 인접하며 전력 공급부부의 제1 단자에 커플링되는 제1 전극;
제3 반도체 층의 다수의 세그먼트 중 하나에 인접하며 전력 공급부의 제2 단자에 커플링되는 제2 전극; 및
제3 반도체 층의 다수의 세그먼트 중 다른 하나에 인접하며 전력 공급부의 제2 단자에 커플링되는 제3 전극.
38. 조항 37의 검출기로서, 제1 전극은 제1 반도체 층에 인접한 제1 금속 층의 부분이다.
39. 조항 37 및 조항 38 중 임의의 하나의 검출기로서, 제2 전극 및 제3 전극은 제3 반도체 층에 인접한 제2 금속 층의 부분이다.
40. 전자의 에너지에 기초하여 전자를 필터링하는 에너지 배리어를 갖는 전자 검출기를 제조하기 위한 방법으로서,
다음의 것을 구비하는 반도체 기판을 제공하는 것:
제1 부분;
제1 부분에 인접한 제2 부분; 및
제2 부분에 인접한 제3 부분;
제1 타입의 도펀트로 기판의 제1 부분을 도핑하는 것에 의해 제1 반도체 층을 형성하는 것;
제2 타입의 도펀트로 기판의 제3 부분을 도핑하는 것에 의해 제3 반도체 층을 형성하는 것; 및
기판의 제2 부분에 제2 반도체 층을 형성하는 것을 포함하되,
제1 반도체 층에서의 제1 타입의 도펀트의 도핑 농도는 전자 검출기의 에너지 배리어를 구성하도록 결정되고, 그리고
제1 반도체 층의 두께는 전자 검출기의 에너지 배리어를 추가로 구성하도록 결정된다.
41. 조항 40의 방법으로서, 제2 반도체 층은 기판의 제1 및 제3 부분이 도핑된 이후 기판의 제2 부분에서 형성된다.
42. 조항 40 및 조항 41 중 임의의 하나의 방법으로서, 제3 반도체 층은 제2 반도체 층에서의 도핑 농도보다 더 높은 도핑 농도를 갖는다.
43. 조항 40-42 중 임의의 하나의 방법으로서, 제1 반도체 층에 인접한 제1 금속 층을 형성하는 것을 더 포함한다.
44. 조항 43의 방법으로서, 제1 금속 층은 전력 공급부의 제1 단자로부터의 연결을 수용하도록 구성된다.
45. 조항 44의 방법으로서, 제3 반도체 층에 인접한 제2 금속 층을 형성하는 것을 더 포함한다.
46. 조항 45의 방법으로서, 제2 금속 층은 전력 공급부의 제2 단자로부터의 연결을 수용하도록 구성된다.
47. 조항 43-46 중 임의의 하나의 방법으로서, 제1 금속 층은 애노드 또는 캐소드로서 기능하도록 구성되는 제1 전극을 포함한다.
48. 조항 43-47 중 임의의 하나의 방법으로서, 제2 금속 층은 캐소드 또는 애노드로서 기능하도록 구성되는 제2 전극을 포함한다.
49. 샘플을 검사하기 위한 하전 입자 빔 장치로서, 다음의 것을 포함한다:
일차 광학 축을 따라 하전 입자 빔을 방출하도록 구성되는 전하 입자 빔 소스;
하전 입자 빔을 샘플 상으로 포커싱하도록 구성되는 대물 렌즈; 및
샘플 상으로의 하전 입자 빔의 입사로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하도록 구성되는, 조항 1-39 중 임의의 하나에 따른 전자 검출기.
50. 조항 49의 장치로서, 전자 검출기와 샘플 사이에서 수동 에너지 필터를 더 포함한다.
51. 조항 49의 장치로서, 제1 포지션과 제2 포지션 사이에서 이동 가능한 수동 에너지 필터를 더 포함하되, 여기서:
장치가 하이 필터링 모드에서 동작하는 경우, 수동 에너지 필터는 샘플과 전자 검출기 사이의 제1 포지션에서 배치되고 복수의 신호 전자의 제1 서브세트를 필터링하도록 구성되고, 그리고
장치가 로우 필터링 모드에서 동작하는 경우, 수동 에너지 필터는 전자 검출기로부터 떨어진 제2 포지션에서 배치되고 복수의 신호 전자의 제2 서브세트가 전자 검출기를 통과하는 것을 허용하도록 구성되되, 여기서 복수의 신호 전자의 제2 서브세트는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트와 유사한 에너지 레벨을 갖는 전자를 포함한다.
52. 조항 51의 장치로서, 수동 에너지 필터는 복수의 신호 전자의 서브세트를 필터링하기 위해 전자 검출기의 에너지 배리어 외에 제1 외부 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.
53. 조항 52의 장치로서, 장치는, 하이 필터링 모드에서 동작하는 경우, 전자 검출기의 에너지 배리어와 수동 에너지 필터의 제1 외부 에너지 배리어의 합보다 더 낮은 에너지를 갖는 복수의 신호 전자의 서브세트를 필터링하도록 구성된다.
54. 조항 49의 장치로서, 제1 포지션, 제2 포지션, 및 제3 포지션 사이에서 이동 가능한 수동 에너지 필터를 더 포함하되, 수동 에너지 필터는 제1 외부 에너지 배리어를 갖는 제1 필터링 구역 및 제2 외부 에너지 배리어를 갖는 제2 필터링 구역을 포함한다.
55. 조항 54의 장치로서, 여기서:
장치가 제1 필터링 모드에서 동작하는 경우, 수동 에너지 필터는, 제1 필터링 구역이 샘플과 전자 검출기 사이에서 배치되고, 전자 검출기의 에너지 배리어 외에 제1 외부 에너지 배리어를 제공하게끔 구성되도록 제1 포지션에서 배치되고,
장치가 제2 필터링 모드에서 동작하는 경우, 수동 에너지 필터는, 제2 필터링 구역이 샘플과 전자 검출기 사이에서 배치되고, 전자 검출기의 에너지 배리어 외에 제2 외부 에너지 배리어를 제공하게끔 구성되도록 제2 포지션에서 배치되고, 그리고
장치가 제3 필터링 모드에서 동작하는 경우, 수동 에너지 필터는 전자 검출기로부터 떨어진 제3 포지션에서 배치된다.
56. 조항 54 및 조항 55 중 임의의 하나의 장치로서, 제1 외부 에너지 배리어는 제2 외부 에너지 배리어보다 더 높다.
57. 조항 50 및 조항 56 중 임의의 하나의 장치로서, 수동 에너지 필터는 복수의 신호 전자의 에너지를 감쇠시킬 수 있는 임의의 재료를 포함한다.
58. 조항 50 및 조항 57 중 임의의 하나의 장치로서, 수동 에너지 필터는 반도체 재료 또는 전도체 재료를 포함한다.
59. 조항 49의 장치로서, 복수의 필터링 세그먼트를 포함하는 수동 에너지 필터를 더 포함하되, 복수의 필터링 세그먼트 각각은 상이한 레벨의 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.
60. 조항 59의 장치로서, 수동 에너지 필터는 이동 가능하다.
61. 샘플을 검사하기 위한 하전 입자 빔 장치로서, 다음의 것을 포함한다:
일차 광학 축을 따라 하전 입자 빔을 방출하도록 구성되는 전하 입자 빔 소스;
하전 입자 빔을 샘플 상으로 포커싱하도록 구성되는 대물 렌즈;
샘플 상으로의 하전 입자 빔의 입사로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하도록 구성되는 전자 검출기; 및
전자 검출기와 샘플 사이의 수동 에너지 필터.
62. 조항61의 장치로서, 수동 에너지 필터는 제1 포지션과 제2 포지션 사이에서 이동 가능하되, 여기서:
장치가 하이 필터링 모드에서 동작하는 경우, 수동 에너지 필터는 샘플과 전자 검출기 사이의 제1 포지션에서 배치되고 복수의 신호 전자의 서브세트를 필터링하도록 구성되고, 그리고
장치가 로우 필터링 모드에서 동작하는 경우, 수동 에너지 필터는 전자 검출기로부터 떨어진 제2 포지션에서 배치되고 복수의 신호 전자의 서브세트가 전자 검출기를 통과하는 것을 허용하도록 구성된다.
63. 조항 61 및 조항 62 중 임의의 하나의 장치로서, 전자 검출기는 조항 1-39 중 임의의 하나에 따른 전자 검출기를 포함한다.
64. 조항 61 및 조항 63 중 임의의 하나의 장치로서, 수동 에너지 필터는 복수의 신호 전자의 서브세트를 필터링하기 위해 제1 외부 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.
65. 조항 64의 장치로서, 장치는, 하이 필터링 모드에서 동작하는 경우, 수동 에너지 필터의 제1 외부 에너지 배리어보다 더 낮은 에너지를 갖는 복수의 신호 전자의 서브세트를 필터링하도록 구성된다.
66. 조항 61 및 조항 65 중 임의의 하나의 장치로서, 수동 에너지 필터는 복수의 필터링 세그먼트를 포함하되, 복수의 필터링 세그먼트 각각은 상이한 레벨의 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.
67. 조항 61 및 조항 66 중 임의의 하나의 장치로서, 수동 에너지 필터는 복수의 신호 전자의 에너지를 감쇠시킬 수 있는 재료를 포함한다.
68. 조항 61 및 조항 67 중 임의의 하나의 장치로서, 수동 에너지 필터는 반도체 재료 또는 전도체 재료를 포함한다.
69. 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기로서,
제1 부분 및 제2 부분을 구비하는 제1 반도체 층;
제1 반도체 층에 인접한 제2 반도체 층;
제2 반도체 층에 인접한 제3 반도체 층;
제1, 제2 및 제3 반도체 층에 의해 형성되는 PIN 영역; 및
PIN 영역에 인가되는 역 바이어스에 의해 형성되는 공핍 영역 - 공핍 영역은 제2 반도체 층의 일부를 포함하고, 공핍 영역은 공핍 영역 내에서 포획되는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트에 기초하여 검출기 신호를 생성하도록 구성됨 - 을 포함하되,
제1 반도체 층의 제2 부분은 공핍되지 않고 복수의 신호 전자의 제2 서브세트를 차단하고 복수의 신호 전자의 제1 서브세트가 통과하여 공핍 영역에 도달하는 것을 허용하기 위한 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.
70. 조항 69의 검출기로서, 공핍 영역은 제1 반도체 층의 제1 부분을 더 포함한다.
71. 조항 69 및 조항 70 중 임의의 하나의 검출기로서, 공핍 영역은 제3 반도체 층의 일부를 더 포함한다.
72. 조항 69-71 중 임의의 하나의 검출기로서, 제2 반도체 층의 일부는 제2 반도체 층의 전체를 포함한다.
73. 조항 69-72 중 임의의 하나의 검출기로서, 복수의 신호 전자의 제1 서브세트는 에너지 배리어를 통과할 만큼 충분히 높은 에너지를 갖는 전자를 포함한다.
74. 조항 69-73 중 임의의 하나의 검출기로서, 복수의 신호 전자의 제2 서브세트는 에너지 배리어를 통과하기에 불충분한 에너지를 갖는 전자를 포함한다.
75. 조항 69-74 중 임의의 하나의 검출기로서, 검출기 신호는, 복수의 신호 전자와 제1 반도체 층의 제2 부분 사이의 상호 작용에 의해 생성되는 내부 전자의 제1 세트에 기초하여 생성된다.
76. 조항 75의 검출기로서, 내부 전자의 제1 세트는 에너지 배리어를 통과할 만큼 충분히 높은 에너지를 갖는 전자를 포함한다.
77. 조항 75 및 조항 76 중 임의의 하나의 검출기로서, 제1 반도체 층의 제2 부분은 내부 전자의 제2 세트가 공핍 영역에 도달하는 것을 방지하도록 추가로 구성되되, 내부 전자의 제2 세트는 복수의 신호 전자와 제1 반도체 층의 제2 부분 사이의 상호 작용에 의해 생성되고 에너지 배리어를 통과하기에는 불충분한 에너지를 갖는다.
78. 조항 69-77 중 임의의 하나의 검출기로서, 제1 반도체 층은 도펀트로 도핑되고, 제1 반도체 층의 에너지 배리어의 컷오프 에너지 레벨은 제1 반도체 층의 도핑 농도 또는 제1 반도체 층의 두께에 의해 결정된다.
79. 조항 69-78 중 임의의 하나의 검출기로서, 검출기 신호는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트에 의해 공핍 영역 내에서 생성되는 전자-정공 쌍에 기초하여 생성된다.
80. 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기로서,
제1 부분 및 제2 부분을 구비하는 제1 반도체 층;
제1 반도체 층에 인접한 제2 반도체 층;
제3 반도체 층의 다수의 세그먼트 - 다수의 세그먼트 각각은 제2 반도체 층에 인접함 - ,
제1, 제2 및 제3 반도체 층에 의해 형성되는 PIN 영역; 및
PIN 영역에 인가되는 역 바이어스에 의해 형성되는 공핍 영역 - 공핍 영역은 제2 반도체 층의 일부를 포함하고, 공핍 영역은 공핍 영역 내에서 포획되는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트에 기초하여 복수의 검출기 신호를 생성하도록 구성됨 - 을 포함하되,
제1 반도체 층의 제2 부분은 공핍되지 않고 복수의 신호 전자의 제2 서브세트를 차단하고 복수의 신호 전자의 제1 서브세트가 통과하여 공핍 영역에 도달하는 것을 허용하기 위한 에너지 배리어를 제공하도록 구성된다.
81. 조항 80의 검출기로서, 공핍 영역은 제1 반도체 층의 제1 부분을 더 포함한다.
82. 조항 80 및 조항 81 중 임의의 하나의 검출기로서, 공핍 영역은 제3 반도체 층의 일부를 더 포함한다.
83. 조항 80-82 중 임의의 하나의 검출기로서, 제2 반도체 층의 일부는 제2 반도체 층의 전체를 포함한다.
84. 조항 80-83 중 임의의 하나의 검출기로서, 복수의 신호 전자의 제1 서브세트는 에너지 배리어를 통과할 만큼 충분히 높은 에너지를 갖는 전자를 포함한다.
85. 조항 80-84 중 임의의 하나의 검출기로서, 복수의 신호 전자의 제2 서브세트는 에너지 배리어를 통과하기에 불충분한 에너지를 갖는 전자를 포함한다.
86. 조항 80-85 중 임의의 하나의 검출기로서, 복수의 검출기 신호는, 복수의 신호 전자와 제1 반도체 층의 제2 부분 사이의 상호 작용에 의해 생성되는 내부 전자의 제1 세트에 기초하여 생성된다.
87. 조항 86의 검출기로서, 내부 전자의 제1 세트는 에너지 배리어를 통과할 만큼 충분히 높은 에너지를 갖는 전자를 포함한다.
88. 조항 86 및 조항 87 중 임의의 하나의 검출기로서, 제1 반도체 층의 제2 부분은 내부 전자의 제2 세트가 공핍 영역에 도달하는 것을 방지하도록 추가로 구성되되, 내부 전자의 제2 세트는 복수의 신호 전자와 제1 반도체 층의 제2 부분 사이의 상호 작용에 의해 생성되고 에너지 배리어를 통과하기에는 불충분한 에너지를 갖는다.
89. 조항 80-88 중 임의의 하나의 검출기로서, 제1 반도체 층은 도펀트로 도핑되고, 제1 반도체 층의 에너지 배리어의 컷오프 에너지 레벨은 제1 반도체 층의 도핑 농도 또는 제1 반도체 층의 두께에 의해 결정된다.
90. 조항 80-89 중 임의의 하나의 검출기로서, 복수의 검출기 신호는 복수의 신호 전자의 제1 서브세트에 의해 공핍 영역 내에서 생성되는 전자-정공 쌍에 기초하여 생성된다.
91. 조항 90의 검출기로서, 복수의 검출기 신호 중 하나는 제3 반도체 층의 다수의 세그먼트의 대응하는 세그먼트에 의해 포획되는 전자-정공 쌍의 서브세트에 기초하여 생성된다.
92. 조항 91의 검출기로서, 대응하는 세그먼트는 전자-정공 쌍의 서브세트가 생성되는 포지션으로부터 가장 가까운 세그먼트이다.
93. 조항 91의 검출기로서, 대응하는 세그먼트는 PIN 영역 내에서 역 바이어스에 의해 생성되는 전기장에 의해 결정된다.
컨트롤러(예를 들면, 도 1의 컨트롤러(50))의 프로세서가 하전 입자 빔 검출, 이미지 프로세싱, 바이어스 전압의 조정, 다양한 필터링 모드 사이의 스위칭, 외부 수동 에너지 필터(예컨대, 도 6a 내지 도 6e의 필터(632))의 이동 또는 본 개시와 일치하는 다른 기능 및 방법, 등등을 실행하기 위한 명령어를 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공될 수도 있다. 비일시적 매체의 일반적인 형태는, 예를 들면, 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 자기 테이프, 또는 임의의 다른 자기 데이터 저장 매체, 컴팩트 디스크 리드 온리 메모리(Compact Disc Read Only Memory; CD-ROM), 임의의 다른 광학 데이터 저장 매체, 구멍의 패턴을 갖는 임의의 물리적 매체, 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory; RAM), 프로그래머블 리드 온리 메모리(Programmable Read Only Memory; PROM), 및 소거 가능 프로그래머블 리드 온리 메모리(Erasable Programmable Read Only Memory; EPROM), FLASH-EPROM 또는 임의의 다른 플래시 메모리, 불휘발성 랜덤 액세스 메모리(Non-Volatile Random Access Memory; NVRAM), 캐시, 레지스터, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 및 이들의 네트워크화된 버전을 포함한다.
본 개시의 실시형태는 상기에서 설명되고 첨부하는 도면에서 예시되는 정확한 구성으로 제한되지는 않으며, 그 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 본 개시가 다양한 실시형태와 관련하여 설명되었지만, 본원에서 개시되는 본 발명의 명세서 및 실시의 고려로부터 기술 분야의 숙련된 자에게 본 발명의 다른 실시형태가 명백할 것이다. 본 명세서 및 예는 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다는 것이 의도되는데, 본 발명의 진정한 범위 및 취지는 다음의 청구범위에 의해 나타내어진다.
상기의 설명은 제한이 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 따라서, 하기에서 설명되는 청구범위의 범위로부터 벗어나지 않으면서 설명되는 바와 같이 수정이 이루어질 수도 있다는 것이 기술 분야에서 숙련된 자에게는 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기로서,
    제1 부분 및 제2 부분을 구비하는 제1 반도체 층;
    상기 제1 반도체 층에 인접한 제2 반도체 층;
    상기 제2 반도체 층에 인접한 제3 반도체 층;
    상기 제1, 제2, 및 제3 반도체 층에 의해 형성되는 PIN 영역;
    상기 제1 반도체 층과 상기 제3 반도체 층 사이에서 역 바이어스를 인가하도록 구성되는 전력 공급부; 및
    상기 역 바이어스에 의해 상기 PIN 영역 내에서 형성되는 공핍 영역 - 상기 공핍 영역은 상기 제2 반도체 층의 일부를 포함하고, 상기 공핍 영역은 상기 공핍 영역 내에서 포획되는 상기 복수의 신호 전자의 제1 서브세트에 기초하여 검출기 신호를 생성하도록 구성됨 - 을 포함하되,
    상기 제1 반도체 층의 상기 제2 부분은 공핍되지 않고 상기 복수의 신호 전자의 제2 서브세트를 차단하고 상기 복수의 신호 전자의 상기 제1 서브세트가 통과하여 상기 공핍 영역에 도달하는 것을 허용하기 위한 에너지 배리어를 제공하도록 구성되는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공핍 영역은 상기 제1 반도체 층의 상기 제1 부분을 더 포함하는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공핍 영역은 상기 제3 반도체 층의 일부를 더 포함하는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반도체 층의 상기 일부는 상기 제2 반도체 층의 전체를 포함하는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 신호 전자의 상기 제1 서브세트는 상기 에너지 배리어를 통과할 만큼 충분히 높은 에너지를 갖는 전자를 포함하는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 신호 전자의 상기 제2 서브세트는 상기 에너지 배리어를 통과하기에 불충분한 에너지를 갖는 전자를 포함하는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검출기 신호는, 상기 복수의 신호 전자와 상기 제1 반도체 층의 상기 제2 부분 사이의 상호 작용에 의해 생성되는 내부 전자의 제1 세트에 의해 추가로 영향을 받는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 내부 전자의 제1 세트는 상기 에너지 배리어를 통과할 만큼 충분히 높은 에너지를 갖는 전자를 포함하는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 반도체 층의 상기 제2 부분은 내부 전자의 제2 세트가 상기 공핍 영역에 도달하는 것을 방지하도록 추가로 구성되되, 상기 내부 전자의 제2 세트는 상기 복수의 신호 전자와 상기 제1 반도체 층의 상기 제2 부분 사이의 상호 작용에 의해 생성되고 상기 에너지 배리어를 통과하기에는 불충분한 에너지를 갖는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체 층은 도펀트로 도핑되고, 상기 제1 반도체 층의 상기 에너지 배리어의 컷오프 에너지 레벨은 상기 제1 반도체 층의 도핑 농도, 상기 제1 반도체 층의 두께, 또는 상기 전력 공급부에 의해 인가되는 역 바이어스 전압에 의해 결정되는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 검출기 신호는 상기 복수의 신호 전자의 상기 제1 서브세트 또는 상기 내부 전자의 제1 세트에 의해 상기 공핍 영역 내에서 생성되는 전자-정공 쌍에 기초하여 생성되는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체 층은 p 타입 도펀트로 도핑되고, 상기 제2 및 제3 반도체 층은 n 타입 도펀트로 도핑되는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 반도체 층 근처의 전위는 상기 제3 반도체 층 근처의 전위보다 더 낮은, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체 층은 n 타입 도펀트로 도핑되고, 상기 제2 및 제3 반도체 층은 p 타입 도펀트로 도핑되는, 샘플로부터 생성되는 복수의 신호 전자를 검출하기 위한 전자 검출기.
  15. 전자의 에너지에 기초하여 전자를 필터링하는 에너지 배리어를 갖는 전자 검출기를 제조하기 위한 방법으로서,
    반도체 기판을 제공하는 단계 - 상기 반도체 기판은:
    제1 부분;
    상기 제1 부분에 인접한 제2 부분; 및
    상기 제2 부분에 인접한 제3 부분을 구비함 - ;
    제1 타입의 도펀트로 상기 기판의 상기 제1 부분을 도핑하는 것에 의해 제1 반도체 층을 형성하는 단계;
    제2 타입의 도펀트로 상기 기판의 상기 제3 부분을 도핑하는 것에 의해 제3 반도체 층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 상기 제2 부분에 제2 반도체 층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 반도체 층에서의 상기 제1 타입의 도펀트의 도핑 농도는 상기 전자 검출기의 상기 에너지 배리어를 구성하도록 결정되고, 그리고
    상기 제1 반도체 층의 두께는 상기 전자 검출기의 상기 에너지 배리어를 추가로 구성하도록 결정되는, 전자의 에너지에 기초하여 전자를 필터링하는 에너지 배리어를 갖는 전자 검출기를 제조하기 위한 방법.
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