TW202232550A - 單體式偵測器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種單體式偵測器，其可用於一帶電粒子射束設備中。該偵測器可包括：形成於一半導體基板之一第一側上之複數個感測元件，該等感測元件中之每一者經組態以接收自一樣本發射之帶電粒子且產生與一所接收帶電粒子之一第一特性成比例的載流子；以及形成於該半導體基板之一第二側上之複數個信號處理組件，該複數個信號處理組件為一系統之部分，該系統經組態以判定表示該所接收帶電粒子之一第二特性的一值。該基板之一厚度可在約10 µm至30 µm之一範圍內。該基板可包括經組態以使形成於該第一側上之該複數個感測元件與形成於該第二側上之該複數個信號處理組件絕緣的一區。

Description

單體式偵測器

本文中之描述係關於偵測器，且更特定言之，係關於可適用於帶電粒子偵測之偵測器。

偵測器可用於實體地感測可觀測到之現象。舉例而言，諸如電子顯微鏡之帶電粒子射束工具可包含接收自樣本投影之帶電粒子並輸出偵測信號之偵測器。偵測信號可用以重建構受檢測樣本結構之影像，且可用以例如揭露樣本中之缺陷。樣本中之缺陷之偵測在可包括較大數目個經密集封裝之小型化積體電路(IC)組件的半導體裝置之製造中愈來愈重要。出於此目的，可提供檢測系統作為專用工具。

隨著半導體裝置不斷小型化，檢測系統可能會在帶電粒子射束工具中使用愈來愈低的射束電流。同時，偵測器可能需要用於偵測可能導降於具有未知大小及未知位置之偵測器上的多個射束之靈活性。偵測器陣列可在感測元件之陣列中像素化，該等感測元件可適應於射束之不同形狀及大小。現有偵測系統可受到信雜比(SNR)及系統產出量限制，尤其在射束電流減小至例如微微安培範圍時。一些應用可要求高速、高產出率、高頻寬及其類似者。但隨著偵測器陣列變得較複雜(例如，具有較多感測元件之較大陣列)，與信號處理及信號讀出相關聯之佈線可能變得較長，此可導致頻寬減小，在未良好地規劃及設計互連件的情況下尤其如此。此可阻止偵測系統達成所要頻寬。另外，類比信號路徑內之長互連可將較高雜訊及干擾引入至信號路徑。結果，可使偵測系統之信雜比劣化。因此需要偵測系統及方法之改良。

本發明之實施例提供用於基於帶電粒子射束進行偵測之系統及方法。在一些實施例中，可提供一種帶電粒子射束系統，其包括一偵測器。一種單體式偵測器可用於一帶電粒子射束設備中。該偵測器可包括：形成於一半導體基板之一第一側上之複數個感測元件，該等感測元件中之每一者經組態以接收自一樣本發射之帶電粒子且產生與一所接收帶電粒子之一第一特性成比例的載流子；以及形成於該半導體基板之一第二側上之複數個信號處理組件，該複數個信號處理組件為一系統之部分，該系統經組態以判定表示該所接收帶電粒子之一第二特性的一值。該基板之一厚度可在約10 µm至30 µm之一範圍內。該基板可包括經組態以使形成於該第一側上之該複數個感測元件與形成於該第二側上之該複數個信號處理組件絕緣的一區。

應理解，前文一般描述及以下詳細描述兩者皆僅為例示性及解釋性的，且並不限定如可主張之所揭示實施例。

現將詳細參考例示性實施例，在圖式中說明該等例示性實施例之實例。以下描述參考附圖，其中除非另外表示，否則不同圖式中之相同編號表示相同或相似元件。在以下例示性實施例描述中闡述的實施並不表示符合本發明之所有實施。實情為，其僅為符合關於可在所附申請專利範圍中敍述之主題之態樣的設備、系統及方法之實例。

電子裝置由形成於稱為基板之矽塊上之電路構成。許多電路可一起形成於同一矽塊上且被稱為積體電路或IC。隨著技術進步，此等電路之大小已顯著地減小，使得電路中之許多電路可安裝於基板上。舉例而言，智慧型手機中之IC晶片可與拇指甲一樣小且仍可包括超過20億個電晶體，每一電晶體之大小不到人類毛髮之寬度的1/1,000。

製造此等極小IC為經常涉及數百個個別步驟之複雜、耗時且昂貴之程序。即使一個步驟中之誤差亦有可能產生產品IC之缺陷，從而使得成品IC無用。因此，製造程序之一個目標為避免此類缺陷以使在程序中製造之功能性IC的數目最大化，亦即改良程序之總體良率。

提高良率之一個方面為監視晶片製造程序，以確保其正生產足夠數目個功能性積體電路。監視該程序之一種方式為在該電路結構形成之不同階段處檢測晶片電路結構。可使用掃描電子顯微鏡(SEM)來進行檢測。SEM可用於實際上將此等極小結構成像，從而獲取結構之「圖像」。影像可用於判定結構是否正常形成，且亦結構是否形成於適當位置中。若結構為有缺陷的，則程序可經調整，使得缺陷不大可能再現。為了增強產出量(例如，每小時處理之樣本之數目)，需要儘可能快速地進行檢測。

晶圓之影像可藉由使SEM系統之初級射束(例如「探測」射束)遍及晶圓上進行掃描且在偵測器處收集自晶圓表面產生的粒子(例如次級電子)而形成。次級電子可形成經導向偵測器之射束(「次級射束」)。導降於偵測器上之次級電子可使得在偵測器中產生電信號(例如電流、電荷或電壓)。此等信號可自偵測器輸出，且可藉由影像處理器處理以形成樣本之影像。

偵測器可包括多個感測元件之像素化陣列。像素化陣列可為有用的，此係因為其可允許調適形成於偵測器上之射束點的大小及形狀。當使用多個初級射束時，在多個次級射束入射於偵測器上的情況下，像素化陣列可有助於分隔偵測器中與不同射束點相關聯的不同區。多個射束可導降於具有未知大小及未知位置之偵測器上，因此形成可覆蓋陣列之不同像素(例如，個別感測元件)的不同射束點。

偵測器可包括經組態以處理在個別感測元件中產生之信號的電路系統，諸如讀出積體電路(ROIC)。感測元件可包括一或多個二極體，其可將入射能量轉換成可量測信號。偵測器之電路系統可包括經組態以將信號投送至經組態以執行特定功能之各種位置或電氣組件的佈線路徑。電子射束點可覆蓋偵測器上之多個感測元件，且在該等感測元件中產生之信號可一起投送。包括於偵測器中之電路系統可包括佈線路徑，該佈線路徑將來自分組在一起(例如，藉助於由同一電子射束點覆蓋)之個別感測元件的輸出投送至共同輸出端。該電路系統亦可包括電氣組件，諸如經組態以連接分組在一起之感測元件的開關。

通常，藉由將兩個分開之晶片接合在一起而產生偵測器，一個晶片包括感測元件且一個晶片包括電路系統。每一晶片可為薄的，且安全處置可為困難的。在分開之晶片之間進行連接可能會引入併發情況，諸如需要準確地對準且可靠地接合晶片之間的所有連接件。此外，可能會在晶片之間的各種接面處引發損失。損失可導致信雜比(SNR)減小。

為了儘可能快速地進行檢測，偵測器可為帶電粒子射束系統中之重要組件。舉例而言，形成受檢測樣本之圖像的速度可與自偵測器讀出輸出之速度(「讀出速度」)相關。因此，將需要提供致能高速讀出之偵測器。

然而，帶電粒子射束系統設計之競爭目標可包括組件封裝。封裝可指將組件封裝至所要外觀尺寸中的能力。通常，在帶電粒子射束系統中，空間係珍貴的。因此，將需要提供小的偵測器。偵測器可形成為半導體裝置，且使大小最小化之重要維度可為厚度。因此，將需要提供厚度最小化之偵測器。

在本發明之一些實施例中，偵測器可提供為單體式裝置。偵測器可包括感測元件及用於執行帶電粒子偵測之電路系統(例如，讀出電路系統)兩者。感測元件可形成於偵測器之基板中。半導體製造技術可用以在偵測器之與感測元件相對的側上形成電路系統，包括佈線路徑及電晶體。

在一些實施例中，能夠高速讀出之偵測器可提供於薄半導體封裝中。可消除組裝分開之裝置(例如，感測器晶粒及電路晶粒)之需要。此外，組件之間的互連件可減至最少。可減少或消除與組件之間的連接相關聯的損耗。又，可使得偵測器之薄化更容易。載流子可更易於附著至偵測器之頂側。

本公開之目標及優點可由如本文所論述之實施例中闡述之元件及組合實現。然而，未必需要本發明之實施例達成此類例示性目標或優點，且一些實施例可能不會達成所陳述目標或優點中之任一者。

在不限制本公開之範疇的情況下，可在利用電子射束(「e-beam」)之系統中提供偵測系統及偵測方法之上下文中描述一些實施例。然而，本發明不限於此。可相似地施加其他類型之帶電粒子射束。此外，用於偵測之系統及方法可用於其他成像系統中，諸如光學成像、光子偵測、x射線偵測、離子偵測等。

如本文中所使用，除非另外特定陳述，否則術語「或」涵蓋所有可能組合，除非不可行。舉例而言，若陳述組件包括A或B，則除非另外特別陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或A及B。作為第二實例，若陳述組件包括A、B或C，則隨後除非另外特定陳述或不可行，否則組件可包括A、或B、或C、或A及B、或A及C、或B及C、或A及B及C。諸如「至少一個」的表達不必修飾以下清單的全部，且不必修飾清單中的每一成員，使得「A、B及C中之至少一者」應理解為包括僅一個A、僅一個B、僅一個C，或A、B及C的任何組合。片語「A及B中之一者」或「A及B中之任一者」應最廣意義上解譯以包括一個A或一個B。

現參考圖1，其說明符合本發明之實施例的可用於晶圓檢測之例示性電子射束檢測(EBI)系統10。如圖1中所展示，EBI系統10包括主腔室11、裝載/鎖定腔室20、電子射束工具100 (例如掃描電子顯微鏡(SEM))及裝備前端模組(EFEM) 30。電子射束工具100位於主腔室11內且可用於成像。EFEM 30包含第一裝載埠30a及第二裝載埠30b。EFEM 30可包括額外裝載埠。第一裝載埠30a及第二裝載埠30b收納含有待檢測之晶圓(例如，半導體晶圓或由其他材料製成之晶圓)或樣本的晶圓前開式單元匣(FOUP) (晶圓及樣本在本文中可被集體地稱作「晶圓」)。

EFEM 30中之一或多個機器人臂(未展示)可將晶圓運送至裝載/鎖定腔室20。裝載/鎖定腔室20連接至裝載/鎖定真空泵系統(未展示)，其移除裝載/鎖定腔室20中之氣體分子以達到低於大氣壓之第一壓力。在達到第一壓力之後，一或多個機器人臂(未展示)可將晶圓自裝載/鎖定腔室20運輸至主腔室11。主腔室11連接至主腔室真空泵系統(未展示)，該主腔室真空泵系統移除主腔室11中之氣體分子以達到低於第一壓力之第二壓力。在達到第二壓力之後，晶圓經受電子射束工具100進行之檢測。電子射束工具100可為單射束系統或多射束系統。控制器109以電子方式連接至電子射束工具100，且亦可以電子方式連接至其他組件。控制器109可為經組態以執行對EBI系統10之各種控制的電腦。儘管控制器109在圖1中展示為在包括主腔室11、裝載/鎖定腔室20及EFEM 30之結構之外，但應瞭解，控制器109可為該結構之部分。

諸如由EBI系統10形成或可包括於EBI系統10中的帶電粒子射束顯微鏡可能能夠解析至例如奈米尺度，且可充當用於檢測晶圓上之IC組件的實用工具。運用電子射束系統，初級電子射束之電子可聚焦於受檢測樣品(例如，晶圓)之探測光點處。初級電子與晶圓之相互作用可引起形成次級粒子射束。次級粒子射束可包含由初級電子與晶圓之相互作用引起的後向散射電子、次級電子或歐傑電子(Auger electron)等。次級粒子射束之特性(例如強度)可基於晶圓之內部或外部結構或材料之屬性而變化，且因此可指示晶圓是否包括缺陷。

次級粒子射束之強度可使用偵測器來判定。次級粒子射束可在偵測器之表面上形成射束點。偵測器可產生表示所偵測次級粒子射束之強度的電信號(例如電流、電荷、電壓等)。電信號可運用量測電路系統量測，該等量測電路系統可包括其他組件(例如，類比至數位轉換器)以獲得所偵測電子之分佈。在偵測時間窗期間收集到之電子分佈資料結合入射於晶圓表面上之初級電子射束的對應掃描路徑資料可用以重建構受檢測之晶圓結構或材料的影像。經重建構影像可用以揭露晶圓之內部或外部結構的各種特徵，且可用以揭露可能存在於晶圓中之缺陷。

圖2A說明符合本發明之實施例的可為電子射束工具100之實例的帶電粒子射束設備。圖2A展示使用由初級電子射束形成之複數個細射束以同時掃描晶圓上之多個位置的設備。

如圖2A中所展示，電子射束工具100A可包含電子源202、槍孔徑204、聚光透鏡206、自電子源202發射之初級電子射束210、源轉換單元212、初級電子射束210之複數個細射束214、216及218、初級投影光學系統220、晶圓載物台(圖2A中未繪示)、多個次級電子射束236、238及240、次級光學系統242及電子偵測裝置244。電子源202可產生初級粒子，諸如初級電子射束210之電子。控制器、影像處理系統及其類似者可耦接至電子偵測裝置244。初級投影光學系統220可包含射束分離器222、偏轉掃描單元226及物鏡228。電子偵測裝置244可包含偵測子區246、248及250。

電子源202、槍孔徑204、聚光透鏡206、源轉換單元212、射束分離器222、偏轉掃描單元226及物鏡228可與設備100A之主光軸260對準。次級光學系統242及電子偵測裝置244可與設備100A之副光軸252對準。

電子源202可包含陰極、提取器或陽極，其中初級電子可自陰極發射且經提取或加速以形成具有交越點(虛擬或真實) 208之初級電子射束210。初級電子射束210可被視覺化為自交越點208發射。槍孔徑204可阻擋初級電子射束210之周邊電子以減小探測光點270、272及274之大小。

源轉換單元212可包含影像形成元件之陣列(圖2A中未示出)及射束限制孔徑之陣列(圖2A中未示出)。可在皆以全文引用的方式併入本文中的美國專利第9,691,586號、美國公開案第2017/0025243號及國際申請案第PCT/EP2017/084429號中發現源轉換單元212之實例。影像形成元件之陣列可包含微偏轉器或微透鏡之陣列。影像形成元件陣列可與初級電子射束210之複數個細射束214、216及218一起形成交越點208之複數個平行影像(虛擬或真實)。射束限制孔徑陣列可限制複數個細射束214、216及218。

聚光透鏡206可聚焦初級電子射束210。在源轉換單元212下游的細射束214、216及218之電流可藉由調整聚光透鏡206之聚焦倍率或藉由改變束限制孔隙之陣列內的對應束限制孔徑之徑向大小而變化。聚光透鏡206可為可經組態以使得其第一主平面之位置可移動的可調整聚光透鏡。可調整聚光透鏡可經組態為磁性的，此可導致離軸細射束216及218以旋轉角導降於細射束限制孔徑上。旋轉角隨著可調整聚光透鏡之聚焦倍率及第一主面之位置而改變。在一些實施例中，可調整聚光透鏡可為可調整反旋轉聚光透鏡，其涉及具有可移動第一主平面之反旋轉透鏡。全文係以引用方式併入之美國公開案第2017/0025241號中進一步描述了可調整聚光透鏡之實例。

物鏡228可將細射束214、216及218聚焦至晶圓230上以供檢測且可在晶圓230之表面上形成複數個探測光點270、272及274。可形成次級電子細射束236、238及240，其自晶圓230發射且朝向射束分離器222返回行進。

射束分離器222可係產生靜電偶極子場及磁偶極子場之韋恩濾波器類型(Wien filter type)的射束分離器。在一些實施例中，若應用該等射束分離器，則由靜電偶極子場對細射束214、216及218之電子施加的力可與由磁偶極子場對電子施加之力量值相等且方向相反。細射束214、216及218可因此以零偏轉角直接穿過射束分離器222。然而，由射束分離器222產生之細射束214、216及218之總色散亦可係非零的。射束分離器222可將次級電子射束236、238及240與細射束214、216及218分離，且導引次級電子射束236、238及240朝向次級光學系統242。

偏轉掃描單元226可使細射束214、216及218偏轉以使探測光點270、272及274遍及晶圓230之表面上的區域進行掃描。回應於細射束214、216及218入射於探測光點270、272及274處，可自晶圓230發射次級電子射束236、238及240。次級電子射束236、238及240可包含具有能量分佈之電子，包括次級電子及反向散射電子。次級光學系統242可將次級電子射束236、238及240聚焦至電子偵測裝置244之偵測子區246、248及250上。偵測子區246、248及250可經組態以偵測對應的次級電子射束236、238及240且產生用以重建構晶圓230之表面之影像的對應信號。偵測子區246、248及250可包括分開之偵測器封裝、分開之感測元件或陣列偵測器之分開之區。在一些實施例中，每一偵測子區可包括單一感測元件。

現在將參考圖2B論述帶電粒子射束設備之另一實例。電子射束工具100B (在本文中亦被稱作設備100B)可為電子射束工具100之實例，且可類似於圖2A中所展示之電子射束工具100A。然而，不同於設備100A，設備100B可為一次僅使用一個初級電子射束來掃描晶圓上之一個位置的單射束工具。

如圖2B所展示，設備100B包括晶圓固持器136，該晶圓固持器由機動載物台134支撐以固持待檢測之晶圓150。電子射束工具100B包括電子發射器，該電子發射器可包含陰極103、陽極121及槍孔徑122。電子射束工具100B進一步包括射束限制孔徑125、聚光透鏡126、圓柱孔徑135、物鏡總成132及偵測器144。在一些實施例中，物鏡總成132可為經修改之SORIL透鏡，其包括極片132a、控制電極132b、偏轉器132c及激勵線圈132d。在偵測或成像程序中，自陰極103之尖端發出之電子射束161可由陽極121電壓加速，穿過槍孔徑122、射束限制孔徑125、聚光透鏡126，且由經修改之SORIL透鏡聚焦成探測光點170且照射至晶圓150之表面上。可由偏轉器(諸如偏轉器132c或SORIL透鏡中之其他偏轉器)使探測光點170遍及晶圓150之表面進行掃描。次級或經散射粒子(諸如自晶圓表面發出之次級電子或經散射初級電子)可由偵測器144收集以判定射束之強度，且因此可重建構晶圓150上之所關注區域的影像。

亦可提供包括影像獲取器120、儲存器130及控制器109之影像處理系統199。影像獲取器120可包含一或多個處理器。舉例而言，影像獲取器120可包含電腦、伺服器、大型電腦主機、終端機、個人電腦、任何種類之行動計算裝置及其類似者，或其組合。影像獲取器120可經由諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網路、無線電或其組合之媒體與電子射束工具100B之偵測器144連接。影像獲取器120可自偵測器144接收信號，且可建構一影像。影像獲取器120可因此獲取晶圓150之影像。影像獲取器120亦可執行各種後處理功能，諸如影像平均、產生輪廓、疊加指示符於所獲取影像上，及其類似者。影像獲取器120可經組態以執行對所獲取影像之亮度及對比度等的調整。儲存器130可為儲存媒體，諸如硬碟、隨機存取記憶體(RAM)、雲端儲存器、其他類型之電腦可讀記憶體及其類似者。儲存器130可與影像獲取器120耦接，且可用於保存作為原始影像之經掃描原始影像資料，及後處理影像。影像獲取器120及儲存器130可連接至控制器109。在一些實施例中，影像獲取器120、儲存器130及控制器109可一起整合為一個電子控制單元。

在一些實施例中，影像獲取器120可基於自偵測器144接收到之成像信號而獲取樣本之一或多個影像。成像信號可對應於用於進行帶電粒子成像之掃描操作。所獲取影像可為單一影像，其包含可含有晶圓150之各種特徵的複數個成像區域。該單一影像可經儲存於儲存器130中。可基於成像圖框執行成像。

電子射束工具之聚光器及照明光學件可包含電磁四極電子透鏡或由電磁四極電子透鏡補充。舉例而言，如圖2B中所展示，電子射束工具100B可包含第一四極透鏡148及第二四極透鏡158。在一些實施例中，四極透鏡可用於控制電子射束。舉例而言，可控制第一四極透鏡148以調整射束電流且可控制第二四極透鏡158以調整射束點大小及射束形狀。

圖2B說明可使用經組態以藉由與晶圓150相互作用而產生次級電子之單一初級射束的帶電粒子射束設備。偵測器144可沿著光軸105置放，如在圖2B中所展示之實施例中。初級電子射束可經組態以沿著光軸105行進。因此，偵測器144可在其中心處包括孔，從而使得初級電子射束可穿過偵測器到達晶圓150。圖2B展示中心處具有開口的偵測器144之實例。然而，一些實施例可使用相對於初級電子射束行進所沿著的光軸離軸置放之偵測器。舉例而言，如在以上所論述之圖2A中所展示的實施例中，射束分離器222可被提供為將次級電子射束導向離軸置放之偵測器。射束分離器222可經組態以將次級電子射束朝向電子偵測裝置244轉向角度α，如圖2A中所展示。

帶電粒子射束系統中之偵測器可包括一或多個感測元件。偵測器可包含單元件偵測器或具有多個感測元件之陣列。感測元件可經組態以用於帶電粒子計數。全文係以引用方式併入之美國公開案第2019/0378682號中論述了可適用於帶電粒子計數之偵測器之感測元件。在一些實施例中，感測元件可經組態以用於信號位準強度偵測。

感測元件可包括二極體或相似於二極體之元件，其可將入射能量轉換成可量測信號。舉例而言，偵測器中之感測元件可包括PIN二極體。貫穿本發明，感測元件可例如在圖中被表示為二極體，但感測元件或其他組件可能偏離諸如二極體、電阻器、電容器等之電氣元件的理想電路行為。

圖3A及圖3B說明符合本發明之實施例的偵測器之例示性結構。該偵測器可包括感測元件之一陣列。圖4展示符合本發明之實施例的偵測器之另一例示性結構。諸如如圖3A至圖3B及圖4中所展示之偵測器300A、偵測器300B或偵測器400的偵測器可被提供為如圖2A中所展示之帶電粒子偵測裝置244或如圖2B中所展示之偵測器144。在圖3A中，偵測器300A包括感測器層310及信號處理層320。感測器層310可包括由多個感測元件組成之感測器晶粒，該等感測元件包括感測元件311、312、313及314。在一些實施例中，多個感測元件可以感測元件陣列提供，該等感測元件具有均一大小、形狀及配置。偵測表面301可包括於經組態以接收帶電粒子之偵測器中。

信號處理層320可包括讀出積體電路(ROIC)。信號處理層320可包括多個信號處理電路，包括電路321、322、323及324。該等電路可包括經組態而以通信方式耦合感測元件之互連件或佈線路徑。感測器層310之每一感測元件可在信號處理層320中具有對應的信號處理電路。感測元件與其對應電路可經組態以獨立地操作。如圖3A中所展示，電路321、322、323及324可經組態以分別以通信方式耦合至感測元件311、312、313及314之輸出，如由感測器層310與信號處理層320之間的四條虛線所展示。

信號處理層320可包括經組態以執行帶電粒子偵測之電路組件。舉例而言，信號處理層320可包括放大器、邏輯組件、開關等。

在一些實施例中，信號處理層320可經組態為上面提供有多個電路之單一晶粒。感測器層310與信號處理層320可直接接觸。舉例而言，如展示偵測器300B之圖3B中所示，信號處理層320可直接鄰接感測器層310。

在一些實施例中，可組合或省略不同層之組件及功能性。舉例而言，信號處理層320可與感測器層310組合。此外，用於帶電粒子偵測之電路可整合於偵測器中之各種點處，例如整合於偵測器之分開之讀出層中或分開之晶片上。在一些實施例中，用於帶電粒子偵測之電路可提供於與上面提供有感測元件之晶片相同的晶片中。信號處理層320可與感測器層310製成單體式的。

在一些實施例中，可提供單體式偵測器。該偵測器可包括整合在一起之多個區。該偵測器可包括感測元件及經組態以執行信號處理之電路系統(例如，ROIC)。該偵測器可包括單體式層。

如圖4中所展示，可提供偵測器400。偵測器400可包括單體式層410。偵測器400可經組態以接收帶電粒子且投送輸出信號。偵測器400可包括感測元件之像素化陣列及整合式讀出電路系統。

偵測器400可經組態用於背側照明。偵測器400可包括經組態以接收帶電粒子之偵測表面301。如圖5A中所示，單體式層410可包括第一區420及第二區430。單體式層410可為提供於偵測器晶片中之唯一層。單體式層410之第一側可經組態以接收帶電粒子，且電路系統可提供於與第一側相對的第二側上。該電路系統可包括用於帶電粒子偵測之電路，諸如針對每一感測元件分開地提供之電子計數電路。該電路系統可經組態以輸出偵測信號。

單體式層410之第一區420可包括對帶電粒子敏感之區。第一區420可包括經組態以回應於在感測元件處接收到帶電粒子而產生載流子之體積。第一區420可包括二極體。二極體可經組態使得回應於接收帶電粒子而產生眾多載流子，諸如電子及電洞對。二極體可包括PIN二極體。

第一區420可包括感測元件311、312、313、314及315。感測元件311、312、313、314及315中之每一者可表示為具有電子-電洞對產生之內部機制之PIN二極體之區段的像素。儘管圖4將感測元件311、312、313、314及315展示為分開之本體，但此等劃分可僅為示意性的。感測元件311、312、313、314及315可彼此連續。在一些實施例中，可藉由內部電場達成感測元件之間的分離。

感測元件311、312、313、314及315中之每一者可經組態以產生對帶電粒子事件之回應。舉例而言，感測元件311可經組態以吸收藉由顆粒(例如，傳入次級電子)沈積於其上之能量，且產生藉由電場掃掠至感測元件311之電極的載流子(例如，電子-電洞對)。載流子可產生於感測元件內，且可饋送至連接至感測元件之電路系統，包括讀出電路系統。在一些實施例中，電路系統可整合於偵測器之單體式層內。

圖5A為偵測器400之單體式層410之圖解表示。圖5A可表示偵測器400之部分橫截面，其展示單體式層410之內部。單體式層410可經組態以具有在厚度方向上堆疊之複數個區，該厚度方向大體上平行於帶電粒子射束之入射方向。舉例而言，電子射束可在偵測表面301處入射於偵測器400上。單體式層410之複數個區可包括第一區420及第二區430。第一區420可組態為感測器層。第二區430可組態為電路層或信號處理層。感測元件(例如，感測元件311、312及315)可提供於第一區420中。

儘管圖5A當在橫截面中檢視時將感測元件511、512及513描繪為離散單元，但實際上可並不存在此類劃分。舉例而言，偵測器之感測元件可由構成PIN二極體裝置之半導體裝置形成，該PIN二極體裝置可製造為具有包括p+區、本徵區及n+區之複數個區之基板。感測元件311、312及315在橫截面圖中可為連續的。亦可提供可與感測元件整合在一起之其他組件。

如圖5A中所示，第二區430鄰近於第一區420而提供。第二區430可包括可經組態以類似於上文考圖3A或圖3B所論述之信號處理層320而起作用的電路。第二區430可包含線路導線、互連件、開關及各種電子電路組件。在一些實施例中，第二區430可包含處理系統。第二區430可經組態以接收在第一區420中偵測到的輸出電荷或電流。第二區430可經組態以使用放大器、比較器及類比至數位轉換器等來執行處理。

在一些實施例中，絕緣件可提供於第一區420與第二區430之間。舉例而言，可提供絕緣體440。絕緣體440可經組態以使對帶電粒子敏感之體積(例如二極體之電子敏感體積)與可包括於第二區430中之電路系統絕緣。絕緣體440可經組態以使第一區420與第二區430隔離。應理解，收集電極(例如，圖5B之電極325)並不與第一區420絕緣。舉例而言，電荷或電流可經組態以自包括於感測元件312中之敏感區流動至電極325。自電極325，信號可投送至可與第一區420隔離之電路系統或其他組件，諸如電晶體329。

在一些實施例中，第二區430可包括開關。在橫截面圖中，可在水平方向上在鄰近感測元件之間提供開關。在一些實施例中，諸如電極、佈線路徑及電晶體的經組態以執行各種功能之其他組件可提供於第二區430中。開關及其他組件可形成於感測元件之作用區域外部(例如，二極體之電子敏感體積外部)。

單體式層410可包括半導體基板，該半導體基板具有第一側及與該第一側相對的第二側。舉例而言，如圖5A中所示，單體式層410可具有包括偵測表面301之第一側及在單體式層410之相對側上的第二側302。可存在形成於基板之第一側中之多個感測元件，該等感測元件中之每一者經組態以接收自樣本發射之帶電粒子。第一區420可包括形成於基板之第一側上的多個感測元件，諸如感測元件311、312、315。第二區430可形成於第二側302上。諸如電晶體之信號處理組件可形成於第二側302上。

單體式層410可由單片平坦材料形成。該平坦材料可為半導體基板。單體式層410可由晶圓形成。在一些實施例中，晶圓可為磊晶(「epitaxial、epi」)晶圓。在一些實施例中，晶圓可為絕緣層上矽(「SOI」)晶圓。在一些實施例中，晶圓可為碳化矽(「SiC」)晶圓。單體式層410之第一側及第二側可包含晶圓之頂部及底部。晶圓之厚度可基於晶圓之標稱大小而變化。舉例而言，較寬晶圓可具有較大厚度。在一些實施例中，單體式層410之厚度可在約5 µm至50 µm之範圍內。在一些實施例中，單體式層410之厚度可在約10 µm至30 µm之範圍內。在一些實施例中，單體式層之厚度可小於或等於30 µm。單體式層410之厚度可組態為任何合適的尺寸。

圖5B為具有設置於第二區430中之組件的偵測器400之單體式層410之圖解表示。設置於第二區430中之組件可包括電極、佈線路徑及電晶體。如圖5B中所示，第二區430包括電極325及電晶體329。電極325可組態為收集電極。可在電極325處收集第一區420中所產生之載流子。電極325可組態為陰極。偵測表面301可形成為電極(例如，薄導電層)，且可組態為陽極。共同陽極可形成於多個感測元件上。偵測表面301可包括共同陽極。可針對每一感測元件提供個別陰極。

電晶體329可組態為開關。電晶體329可經組態以連接鄰近感測元件。感測元件可根據分組而連接，該分組可與覆蓋多個感測元件之單個電子射束點對應。可出於其他目的提供電晶體329。此外，可在第二區430中提供多個電晶體。圖5B之視圖可僅為特定點處之橫截面，且偵測器400可具有在不同橫截面處形成於第二區430中之不同結構。

第二區430可包括可用於執行來自感測元件之輸出之信號處理的組件。舉例而言，第二區430可包括經組態以將感測元件之輸出轉換成不同形式之電信號的電路系統。第二區430可包括經組態以將自電極325收集之電流轉換成電壓的跨阻抗放大器(TIA)。

第二區430可包括鑑別器。該鑑別器可經組態以基於輸入至該鑑別器上之信號進行判定，且可輸出不同信號。舉例而言，鑑別器可經組態以使用基於電子到達事件之已知特性的資訊來補償信號效應。該鑑別器可經組態以接收類比信號且輸出數位信號。該鑑別器可包括電壓比較器。當輸入電壓超過臨限值時，鑑別器可輸出二進位信號。舉例而言，鑑別器可經組態以比較輸入電壓信號與固定臨限值(V _TH)，且當信號超過V _TH時，鑑別器可輸出二進位「1」信號。在一些實施例中，鑑別器可使用可調整臨限值。可存在使用之多個臨限值。該鑑別器可經組態以指示一個電子之偵測。鑑別器可經組態以產生用於對電子進行計數之計數信號。

可包括於第二區430中之組件的其他實例可見於例如WO 2019/0378682或美國申請案第17/044,840號中，該等案以全文引用之方式併入本文中。

形成於偵測器之單體式層中的感測元件可經組態以基於所接收帶電粒子而產生信號，諸如放大之電荷或電流。感測元件可為可形成於偵測器之第一側上的多個感測元件中之一者。感測元件可經組態以與所接收帶電粒子之第一特性(諸如能量位準)成比例地產生載流子。該等載流子可形成自感測元件輸出之信號。諸如衝擊離子化之放大機制可能導致產生眾多載流子。經放大電荷或電流可藉由將載流子掃掠至偵測器之電極而形成。電極可與感測元件相關聯。舉例而言，在圖5B中，可將在感測元件312中產生之載流子掃掠至電極325，且可自電極325輸出經放大電荷或電流。每一感測元件可具有其自身的電極，該電極可形成於偵測器之第二側上。

形成於偵測器之單體式層中之信號處理組件可經組態以處理經放大電荷或電流。信號處理組件可形成於該單體式層之第二側上。舉例而言，在圖5B中，信號處理組件可形成於第二區430中。信號處理組件可為經組態以將感測元件之輸出變換成不同形式之電信號的系統之部分。該系統可經組態以判定表示所接收帶電粒子之第二特性(諸如由一或多個感測元件接收到之帶電粒子之數目)的值。該值可為例如電壓。該值可基於自感測元件輸出之信號而判定。該系統可經組態以將多個感測元件中之一或多個感測元件之經放大電荷或電流轉換成表示所接收帶電粒子之第二特性(諸如，由一或多個感測元件接收到之帶電粒子之數目)的值。該一或多個感測元件可分組在一起。所接收帶電粒子之第二特性可包括形成於偵測器上的次級電子射束點之強度。

組件可藉由各種程序形成於第二區430中。在一些實施例中，組件可藉由植入形成於第二區430中。組件可藉由CMOS程序形成。在一些實施例中，組件可藉由沈積材料以累積單體式層410而形成。舉例而言，單體式層410可形成為磊晶基板、SOI基板或SiC基板。

在一些實施例中，除了開關以外或替代開關，第二區430中之組件亦可包括類比及數位信號處理組件，諸如放大器、讀出鏈、數位化裝置及資料輸出端。電容性跨阻抗放大器(CTIA)可為放大器之一個實例。類比至數位轉換器(ADC)可為數位化裝置之一個實例。在圖5B中，CTIA可經組態以將自電極325收集之電荷或電流轉換成電壓。ADC可經組態以接收來自電極325之輸入信號，且輸出表示由偵測器接收到之帶電粒子之特性的信號。來自電極325之輸入信號可為自CTIA傳輸之信號。

在一些實施例中，磊晶基板可用以形成單體式層410，且可執行背側處理以將諸如CTIA、讀出鏈、ADC及資料輸出端之組件併入於第二區430中。

在一些實施例中，SOI或SiC可用於形成單體式層410。

現參考圖6，其為可形成單體式層410之至少一部分的感測元件311之圖解表示。感測元件311可組態為二極體。感測元件311可使用半導體處理(諸如CMOS程序)而形成。感測元件311之各種區可藉由將區嵌入至基板中而形成。感測元件311可包括半導體區，該等半導體區包括表面層601、淺p+區610及p磊晶區域620。表面層601可組態為接點。表面層601可包括或功能上類似於偵測表面301 (見圖3至圖5)。感測元件311可包括低劑量n型植入區630。此外，亦可提供可與感測元件311整合之電極625及電晶體629。電晶體629可包括深p井641、n井642及p井643。可形成PMOS 644及NMOS 645。感測元件311可經組態以使得空乏區形成於其中，其中空乏區之邊界為區610、電極625及深p井641。

在圖6中，感測元件311之第一側可由表面層601形成。亦可形成第二側602。第二側602可與第一側相對。信號處理組件可形成於第二側602上。單體式偵測器的包括感測元件311之第一區可包括表面層601、區610、p磊晶區620及低劑量n型植入區630。單體式偵測器之第二區可包括電晶體629及電極625。絕緣體可包括深p井641。

在帶電粒子射束設備之操作中，可將初級電子射束投射至樣本上，且可將包括次級電子或反向散射電子之次級粒子自樣本針對至感測元件311。感測元件311可經組態以使得傳入電子在p磊晶區620中產生包括電子-電洞對的載流子。可歸因於由傳入電子之到達(諸如衝擊離子化)觸發之機制而產生眾多電子-電洞對。電子電洞對之電子或電洞可流動至電極625，且可回應於到達感測元件311之傳入電子而形成電流脈衝。形成於其上之信號處理組件

電晶體629可組態為切換元件。電晶體629可包括MOSFET。電晶體629可用於連接感測元件。電晶體629可劃定感測元件之間的邊界。舉例而言，電晶體629之間的區可對應於感測元件311，而其他電晶體之間的區可對應於其他感測元件，包括感測元件312、313及315。感測元件311、312、313、314、315中之每一者可包含用於進行至其他組件之電連接的輸出端。輸出端可與電晶體629整合，或可分開地提供。輸出端可在未由圖6展示之其他橫截面位置處整合於區630中。

圖7為符合本發明之實施例的可形成單體式層之一部分的感測元件311之圖解表示。感測元件311可包括表面區701、淺區710、n-區720以及介電區730。可形成包括接點S、接點D及接點G之接點。感測元件311可包括井，該井包括p區741、p+區742及n+區743。箭頭799可指示可沿著感測元件311之厚度方向的電流之流動。如圖7中所展示之感測元件311可使用SiC形成。

現參考圖8，其為說明符合本發明之實施例的可適用於帶電粒子偵測之方法800的流程圖。方法800可由帶電粒子檢測系統之控制器(例如，圖1或圖2B中之控制器109)執行。在一些實施例中，控制器可包括於單體式層410之第二區420中。控制器可包括經程式化以實施方法800之電路系統(例如，記憶體及處理器)。該控制器可為內部控制器或與帶電粒子檢測系統耦接之外部控制器。

如圖8中所示，方法800可在「開始」步驟處開始。在開始步驟處，可產生帶電粒子射束。帶電粒子射束可由電子射束工具100產生。初級帶電粒子射束之產生可使得形成次級射束，該等次級射束經引導至帶電粒子射束設備之偵測器。當帶電粒子開始照射於偵測器上時可開始偵測。偵測器可包括感測元件(例如，感測元件311)。

方法800可包括接收衝擊感測元件之次級帶電粒子的步驟S110。

方法800可包括在感測元件之敏感體積中產生載流子之步驟S120。該等載流子可為電荷載流子(例如，電子或電洞)，其可回應於撞擊於偵測器之感測元件上的次級帶電粒子而由離子化程序產生。

方法800可包括在電極處執行載流子收集之步驟S130。電極可為感測元件之陰極。步驟S120中所產生之載流子可掃掠至電極中，且可作為例如電流輸出至另一電路組件。

方法800可包括執行信號處理之步驟S140。步驟S140可包括執行對包括於偵測器中之感測元件之輸出的信號處理。步驟S140可包括開始感測元件輸出讀出。步驟S140可包括將電流輸出至另一電路組件。步驟S140可包括經由可包括於單體式層410之第二區430中的佈線路徑傳輸電流。亦可執行其他信號處理。

方法800可包括致動開關或其他電路系統之步驟S150。開關或其他電路系統可為包括於單體式層410之第二區430中的組件。開關可經致動(例如)以連接分組之感測元件。開關可經致動以操縱信號讀出路徑。其他組件之致動可包括例如放大類比信號、比較信號與參考值或將類比信號轉換為數位信號。

方法800可包括輸出偵測信號之步驟S160。步驟S160可包括輸出表示偵測器上之電子射束點之強度的信號。步驟S160可包括自形成偵測器之晶片傳輸信號。

方法800可包括判定是否繼續偵測之步驟S170。步驟S170可包括判定是否已完成樣本上之所關注區之掃描。若在步驟S170中判定繼續偵測，則方法可返回至步驟S110，且帶電粒子可繼續衝擊感測元件。若在步驟S170中判定不繼續偵測，則方法可結束。

可提供符合本發明之實施例的非暫時性電腦可讀媒體，其儲存用於使控制器(例如，圖1中之控制器109)之處理器根據圖8之例示性流程圖偵測帶電粒子射束的指令。舉例而言，儲存於非暫時性電腦可讀媒體中之指令可藉由用於部分或全部執行方法800的控制器之電路系統來執行。非暫時性媒體之常見形式包括例如軟碟、可撓性磁碟、硬碟、固態磁碟機、磁帶或任何其他磁性資料儲存媒體、緊密光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、任何其他光學資料儲存媒體、具有孔圖案之任何實體媒體、隨機存取記憶體(RAM)、可程式化唯讀記憶體(PROM)及可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、FLASH-EPROM或任何其他快閃記憶體、非揮發性隨機存取記憶體(NVRAM)、快取記憶體、暫存器、任何其他記憶體晶片或卡匣，及其網路化版本。

諸圖中之方塊圖可說明根據本發明之各種例示性實施例之系統、方法及電腦硬體或軟體產品之可能實施的架構、功能性及操作。就此而言，示意圖中之各區塊可表示可使用硬體(諸如電子電路)實施的某一算術或邏輯運算處理。區塊亦可表示包含用於實施指定邏輯功能之一或多個可執行指令的程式碼之模組、分段或部分。應理解，在一些替代實施中，區塊中所指示之功能可不按圖中所提及之次序出現。舉例而言，視所涉及之功能性而定，連續展示的兩個區塊可大體上同時執行或實施，或兩個區塊有時可以相反次序執行。亦可省略一些區塊。亦應理解，方塊圖之每一區塊及該等區塊之組合可由執行指定功能或動作的基於專用硬體之系統，或由專用硬體及電腦指令之組合來實施。

應瞭解，本發明之實施例不限於已在上文所描述及在隨附圖式中所說明之確切構造，且可在不背離本發明之範疇的情況下作出各種修改及改變。

可使用以下條項進一步描述實施例： 1.     一種帶電粒子偵測器，其包含： 一單體式層，其包括： 一第一區，其包括複數個感測元件；以及 一第二區，其包括經組態以處理來自該複數個感測元件之信號的電路系統。 2.     如條項1之偵測器，其中該第一區與該第二區在該偵測器之一厚度方向上堆疊。 3.     如條項1或條項2之偵測器，其中該第二區包括： 一電極，其經組態以收集該第一區中所產生之載流子。 4.     如條項1至3中任一項之偵測器，其進一步包含： 一開關，其經組態以連接鄰近感測元件。 5.     如條項1至4中任一項之偵測器，其中該第二區包括： 經組態以將一感測元件之一輸出轉換成一不同形式之一電信號的電路系統。 6.     如條項1至5中任一項之偵測器，其中該偵測器形成為包括該複數個感測元件之一像素化陣列。 7.     如條項1至6中任一項之偵測器，其中該複數個感測元件包括一二極體，該二極體經組態以回應於衝擊該偵測器之一入射電子而產生電子-電洞對。 8.     如條項7之偵測器，其中該第二區包括經組態以與該二極體中產生之傳入電流或電荷信號成比例地產生一輸出信號的電路系統。 9.     一種偵測帶電粒子之方法，其包含： 接收衝擊一感測元件之一帶電粒子； 在該感測元件之一敏感體積中產生載流子； 在包括於一偵測器之一單體式層中的一電極處收集該等載流子，該偵測器包括該感測元件；以及 使用自該電極輸出之一信號執行信號處理。 10.   如條項9之方法，其中該信號處理包括執行自該單體式層之信號讀出。 11.   如條項9或條項10之方法，其進一步包含： 致動包括於該單體式層中之一組件。 12.   如條項11之方法，其中該組件包括經組態以連接鄰近感測元件之一開關。 13.   如條項12之方法，其進一步包含： 連接鄰近感測元件，以使得來自複數個感測元件之載流子一起輸出。 14.   如條項9至14中任一項之方法，其進一步包含： 輸出表示該偵測器上之一電子射束點之一強度的一偵測信號。 15.   一種非暫時性電腦可讀媒體，其儲存可由一帶電粒子射束設備之控制器之一或多個處理器執行以使得該帶電粒子射束設備執行一方法的一指令集，該方法包含： 產生一帶電粒子射束； 接收衝擊一感測元件之一次級帶電粒子； 在該感測元件之一敏感體積中產生載流子； 在包括於一偵測器之一單體式層中的一電極處收集該等載流子，該偵測器包括該感測元件；以及 使用自該電極輸出之一信號執行信號處理。 16.   如條項15之媒體，其中該指令集可執行以使得該帶電粒子射束設備： 執行自該單體式層之信號讀出。 17.   如條項15或條項16之媒體，其中該指令集可執行以使得該帶電粒子射束設備： 致動包括於該單體式層中之一組件。 18.   如條項17之媒體，其中該組件包括經組態以連接鄰近感測元件之一開關。 19.   如條項18之媒體，其中該指令集可執行以使得該帶電粒子射束設備： 連接鄰近感測元件，以使得來自複數個感測元件之載流子一起輸出。 20.   如條項15至19中任一項之媒體，其中該指令集可執行以使得該帶電粒子射束設備： 輸出表示該偵測器上之一電子射束點之一強度的一偵測信號。 21.   一種用於一帶電粒子射束設備之單體式偵測器，該偵測器包含： 複數個感測元件，其形成於一半導體基板之一第一側上，該等感測元件中之每一者經組態以接收自一樣本發射之帶電粒子且產生與一所接收帶電粒子之一第一特性成比例的載流子，該基板具有在約10 µm至30 µm之一範圍內的一厚度；以及 複數個信號處理組件，其形成於該半導體基板之一第二側上，該第二側與該第一側相對，該複數個信號處理組件為經組態以判定表示該所接收帶電粒子之一第二特性之一值的一系統之部分。 22.   如條項21之偵測器，其中該偵測器經組態以使得該等載流子形成自該等感測元件中之每一者輸出之一信號。 23.   如條項22之偵測器，其中該信號包括一經放大電荷或電流。 24.   如條項22或條項23之偵測器，其中該系統經組態以將該信號轉換成表示該所接收帶電粒子之該第二特性的該值。 25.   如條項24之偵測器，其中該值包括一電壓。 26.   如條項21至25中任一項之偵測器，其中該複數個信號處理組件包含： 一開關，其經組態以連接鄰近感測元件。 27.   如條項21至26中任一項之偵測器，其中該複數個信號處理組件包含： 經組態以將一感測元件之一輸出轉換成一不同形式之一電信號的電路系統。 28.   如條項21至27中任一項之偵測器，其中該偵測器形成為包括該複數個感測元件之一像素化陣列。 29.   如條項21至28中任一項之偵測器，其中該複數個感測元件包括一二極體，該二極體經組態以回應於衝擊該偵測器之一入射電子而產生電子-電洞對。 30.   如條項29之偵測器，其中該複數個信號處理組件包括經組態以與該二極體中產生之傳入電流或電荷信號成比例地產生一輸出信號的電路系統。 31.   如條項21至30中任一項之偵測器，其中該複數個信號處理組件包括一跨阻抗放大器。 32.   如條項21至31中任一項之偵測器，其中該帶電粒子射束設備包括一掃描電子顯微鏡。 33.   如條項21至32中任一項之偵測器，其中該半導體基板包括一磊晶基板。 34.   如條項21至32中任一項之偵測器，其中該半導體基板包括一絕緣體上矽基板。 35.   如條項21至32中任一項之偵測器，其中該半導體基板包括一碳化矽基板。 36.   如條項21至35中任一項之偵測器，其進一步包含一電極，該電極經組態以收集用於該等感測元件中之每一者之該等載流子。 37.   一種用於一帶電粒子射束設備之單體式偵測器，該偵測器包含： 複數個感測元件，其形成於一半導體基板之一第一側上，該等感測元件中之每一者經組態以接收自一樣本發射之帶電粒子且產生與一所接收帶電粒子之一第一特性成比例的載流子；以及 複數個信號處理組件，其形成於該半導體基板之一第二側上，該第二側與該第一側相對，該複數個信號處理組件為經組態以判定表示該所接收帶電粒子之一第二特性之一值的一系統之部分， 其中該基板包括經組態以使形成於該第一側上之該複數個感測元件與形成於該第二側上之該複數個信號處理組件絕緣的一區。 38.   如條項37之偵測器，其中該偵測器經組態以使得該等載流子形成自該等感測元件中之每一者輸出之一信號。 39.   如條項38之偵測器，其中該信號包括一經放大電荷或電流。 40.   如條項38或條項39之偵測器，其中該系統經組態以將該信號轉換成表示該所接收帶電粒子之該第二特性的該值。 41.   如條項40之偵測器，其中該值包括一電壓。 42.   如條項37至41中任一項之偵測器，其中該複數個信號處理組件包含： 一開關，其經組態以連接鄰近感測元件。 43.   如條項37至42中任一項之偵測器，其中該複數個信號處理組件包含： 經組態以將一感測元件之一輸出轉換成一不同形式之一電信號的電路系統。 44.   如條項37至43中任一項之偵測器，其中該偵測器形成為包括該複數個感測元件之一像素化陣列。 45.   如條項37至44中任一項之偵測器，其中該複數個感測元件包括一二極體，該二極體經組態以回應於衝擊該偵測器之一入射電子而產生電子-電洞對。 46.   如條項45之偵測器，其中該複數個信號處理組件包括經組態以與該二極體中產生之傳入電流或電荷信號成比例地產生一輸出信號的電路系統。 47.   如條項37至46中任一項之偵測器，其中該複數個信號處理組件包括一跨阻抗放大器。 48.   如條項37至47中任一項之偵測器，其中該帶電粒子射束設備包括一掃描電子顯微鏡。 49.   如條項37至48中任一項之偵測器，其中該半導體基板包括一磊晶基板。 50.   如條項37至48中任一項之偵測器，其中該半導體基板包括一絕緣體上矽基板。 51.   如條項37至48中任一項之偵測器，其中該半導體基板包括一碳化矽基板。 52.   一種偵測帶電粒子之方法，其包含： 接收衝擊一感測元件之一帶電粒子； 在該感測元件之一敏感體積中產生載流子； 在包括於一偵測器之一單體式層中的一電極處收集該等載流子，該偵測器包括該感測元件；以及 使用自該電極輸出之一信號執行信號處理。 53.   如條項52之方法，其中該信號處理包括執行自該單體式層之信號讀出。 54.   如條項52或條項53之方法，其進一步包含： 致動包括於該單體式層中之一組件。 55.   如條項54之方法，其中該組件包括經組態以連接鄰近感測元件之一開關。 56.   如條項55之方法，其進一步包含： 連接鄰近感測元件，以使得來自複數個感測元件之載流子一起輸出。 57.   如條項52至56中任一項之方法，其進一步包含： 輸出表示該偵測器上之一電子射束點之一強度的一偵測信號。 58.   一種非暫時性電腦可讀媒體，其儲存可由一帶電粒子射束設備之控制器之一或多個處理器執行以使得該帶電粒子射束設備執行一方法的一指令集，該方法包含： 產生一帶電粒子射束； 接收衝擊一感測元件之一次級帶電粒子； 在該感測元件之一敏感體積中產生載流子； 在包括於一偵測器之一單體式層中的一電極處收集該等載流子，該偵測器包括該感測元件；以及 使用自該電極輸出之一信號執行信號處理。 59.   如條項58之媒體，其中該指令集可執行以使得該帶電粒子射束設備： 執行自該單體式層之信號讀出。 60.   如條項58或條項59之媒體，其中該指令集可執行以使得該帶電粒子射束設備： 致動包括於該單體式層中之一組件。 61.   如條項60之媒體，其中該組件包括經組態以連接鄰近感測元件之一開關。 62.   如條項61之媒體，其中該指令集可執行以使得該帶電粒子射束設備： 連接鄰近感測元件，以使得來自複數個感測元件之載流子一起輸出。 63.   如條項58至62中任一項之媒體，其中該指令集可執行以使得該帶電粒子射束設備： 輸出表示該偵測器上之一電子射束點之一強度的一偵測信號。

10:電子射束檢測(EBI)系統 11:主腔室 20:裝載/鎖定腔室 30:裝備前端模組 30a:第一裝載埠 30b:第二裝載埠 100:電子射束工具 100A:電子射束工具 100B:電子射束工具 103:陰極 105:光軸 109:控制器 120:影像獲取器 121:陽極 122:槍孔徑 125:射束限制孔徑 126:聚光透鏡 130:儲存器 132:物鏡總成 132a:極片 132b:控制電極 132c:偏轉器 132d:激勵線圈 134:機動載物台 135:圓柱孔徑 136:晶圓固持器 144:偵測器 148:第一四極透鏡 150:晶圓 158:第二四極透鏡 161:電子射束 170:探測光點 199:影像處理系統 202:電子源 204:槍孔徑 206:聚光透鏡 208:交越點 210:初級電子射束 212:源轉換單元 214:細射束 216:細射束 218:細射束 220:初級投影光學系統 222:射束分離器 226:偏轉掃描單元 228:物鏡 230:晶圓 236:次級電子細射束 238:次級電子細射束 240:次級電子細射束 242:次級光學系統 244:電子偵測裝置 246:偵測子區 248:偵測子區 250:偵測子區 252:副光軸 260:主光軸 270:探測光點 272:探測光點 274:探測光點 300A:偵測器 300B:偵測器 301:偵測表面 310:感測器層 311:感測元件 312:感測元件 313:感測元件 314:感測元件 315:感測元件 320:信號處理層 321:電路 322:電路 323:電路 324:電路 325:電極 329:電晶體 400:偵測器 410:單體式層 420:第一區 430:第二區 440:絕緣體 601:表面層 602:第二側 610:區 620:p磊晶區 625:電極 629:電晶體 630:低劑量n型植入區 641:深p井 642:n井 643:p井 644:PMOS 645:NMOS 701:表面區 710:淺區 720:n-區 730:介電區 741:p區 742:p+區 743:n+區 799:箭頭 800:方法 D:接點 G:接點 S:接點 S110:步驟 S120:步驟 S130:步驟 S140:步驟 S150:步驟 S160:步驟 S170:步驟

本發明之上述及其他態樣自結合附圖進行的例示性實施例之描述將變得更顯而易見。

圖1為符合本發明之實施例的例示性電子射束檢測(EBI)系統之圖解表示。

圖2A及圖2B為說明符合本發明之實施例的可為電子射束工具之實例的帶電粒子射束設備之圖。

圖3A及圖3B為符合本發明之實施例的偵測器之例示性結構之圖解表示。

圖4為符合本發明之實施例的偵測器之圖解表示。

圖5A及圖5B為符合本發明之實施例的偵測器之單體式層之圖解表示。

圖6為符合本發明之實施例的可形成單體式層之至少一部分的感測元件之圖解表示。

圖7為符合本發明之實施例的可形成單體式層之一部分的感測元件之圖解表示。

圖8為符合本發明之實施例的帶電粒子偵測方法之流程圖。

311:感測元件

601:表面層

602:第二側

610:區

620:p磊晶區

625:電極

629:電晶體

630:低劑量n型植入區

641:深p井

642:n井

643:p井

644:PMOS

645:NMOS

Claims (15)

1. 一種用於一帶電粒子射束設備之單體式偵測器，該偵測器包含： 複數個感測元件，其形成於一半導體基板之一第一側上，該等感測元件中之每一者經組態以接收自一樣本發射之帶電粒子且產生與一所接收帶電粒子之一第一特性成比例的載流子，該基板具有在約10 µm至30 µm之一範圍內的一厚度；以及 複數個信號處理組件，其形成於該半導體基板之一第二側上，該第二側與該第一側相對，該複數個信號處理組件為經組態以判定表示該所接收帶電粒子之一第二特性之一值的一系統之部分。
2. 如請求項1之偵測器，其中該偵測器經組態以使得該等載流子形成自該等感測元件中之每一者輸出之一信號。
3. 如請求項2之偵測器，其中該信號包括一經放大電荷或電流。
4. 如請求項2之偵測器，其中該系統經組態以將該信號轉換成表示該所接收帶電粒子之該第二特性的該值。
5. 如請求項4之偵測器，其中該值包括一電壓。
6. 如請求項1之偵測器，其中該複數個信號處理組件包含： 一開關，其經組態以連接鄰近感測元件。
7. 如請求項1之偵測器，其中該複數個信號處理組件包含： 經組態以將一感測元件之一輸出轉換成一不同形式之一電信號的電路系統。
8. 如請求項1之偵測器，其中該偵測器形成為包括該複數個感測元件之一像素化陣列。
9. 如請求項1之偵測器，其中該複數個感測元件包括一二極體，該二極體經組態以回應於衝擊該偵測器之一入射電子而產生電子-電洞對。
10. 如請求項9之偵測器，其中該複數個信號處理組件包括經組態以與該二極體中產生之傳入電流或電荷信號成比例地產生一輸出信號的電路系統。
11. 如請求項1之偵測器，其中該複數個信號處理組件包括一跨阻抗放大器。
12. 如請求項1之偵測器，其中該帶電粒子射束設備包括一掃描電子顯微鏡。
13. 如請求項1之偵測器，其中該半導體基板包括一磊晶基板。
14. 如請求項1之偵測器，其中該半導體基板包括一絕緣體上矽基板。
15. 如請求項1之偵測器，其中該半導體基板包括一碳化矽基板。

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