TW202312213A - 操縱偵測器中之載體傳輸行為 - Google Patents

Abstract

一種帶電粒子偵測器可包括形成於一基板中之複數個感測元件，其中該複數個感測元件中之一感測元件係由該基板之一第一側上之一第一區及該基板之一第二側上之一第二區形成，該第二側與該第一側相對。該偵測器亦可包括形成於該基板之該第二側上之複數個第三區，該等第三區包括一或多個電路組件。該偵測器亦可包括形成於該基板之該第二側上之一第四區陣列，該第四區陣列係在鄰近第三區之間。

Description

操縱偵測器中之載體傳輸行為

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，且可用以例如顯露樣本中之缺陷。偵測樣本中之缺陷在可包括較大數目個經密集封裝之小型化積體電路(IC)組件的半導體器件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。

隨著半導體器件之持續小型化，對包括偵測器之檢測系統的效能需求可持續增加。同時，偵測器可需要用於偵測可以未知大小且在未知位置處著陸於偵測器上的一或多個射束的靈活性。偵測器陣列可在感測元件之陣列中經像素化，該等感測元件可適應於不同形狀及大小之射束。可基於在每一像素中流動之電荷載體產生偵測信號且可經由每一像素中之讀出路徑路由出該等偵測信號。現有偵測系統可遇到關於電荷載體在偵測器內部移動的問題。電荷載體之移動可基於漂移行為或擴散行為。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束系統，其包括一偵測器。一種帶電粒子偵測器可包括形成於一基板中之複數個感測元件，其中該複數個感測元件中之一感測元件係由該基板之一第一側上之一第一區及該基板之一第二側上之一第二區形成，該第二側與該第一側相對。該偵測器亦可包括形成於該基板之該第二側上之複數個第三區，該等第三區包括一或多個電路組件。該偵測器亦可包括形成於該基板之該第二側上之一第四區陣列，該第四區陣列係在鄰近第三區之間。

在一些實施例中，一種帶電粒子偵測器可包括形成於一基板中之複數個感測元件，其中該複數個感測元件中之一感測元件係由該基板之一第一側上之一第一區及該基板之一第二側上之一第二區形成，該第二側與該第一側相對。該偵測器亦可包括形成於該基板之該第二側上之複數個第三區，該等第三區包括一或多個電路組件。該偵測器亦可包括形成於該基板之該第二側上之複數個第四區，該複數個第四區之一第一部分連接至一第一電位且該複數個第四區之一第二部分連接至不同於該第一電位之一第二電位。

在一些實施例中，一種用於偵測帶電粒子之方法可包括：照明包括一偵測器之一部分的一基板以使得在該基板中產生載體；在該基板處接收自一樣本發射之一帶電粒子，其中該帶電粒子與該基板相互作用以觸發在該基板中眾多載體之產生；及經由該基板上之一拾取點偵測載體。

在一些實施例中，可提供一種非暫時性電腦可讀媒體，其儲存一組指令，該等指令可由一帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行以使得該帶電粒子束裝置執行一方法，該方法包含：照明包括一偵測器之一部分的一基板以使得在該基板中產生載體；在該基板處接收自一樣本發射之一帶電粒子，其中該帶電粒子與該基板相互作用以觸發在該基板中眾多載體之產生；及經由該基板上之一拾取點偵測載體。

在一些實施例中，一種帶電粒子偵測器可包括形成於一基板中之複數個感測元件，其中該複數個感測元件中之一感測元件係由該基板之一第一側上之一第一區及該基板之一第二側上之一第二區形成，該第二側與該第一側相對。該偵測器亦可包括形成於該基板之該第二側上之複數個第三區，該等第三區包括一或多個電路組件。該偵測器亦可包括形成於該基板之該第二側上之一第四區，該第四區經組態以收集該感測元件中產生之載體。該第二區包括該感測元件之一周邊與該第四區之間的一差分梯度區。

應理解，前文一般描述及以下詳細描述兩者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。

現在將詳細參考例示性實施例，在圖式中繪示該等例示性實施例之實例。以下描述參考隨附圖式，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類似元件。例示性實施例之以下描述中所闡述之實施並不表示符合本發明之所有實施。取而代之，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裝置、系統及方法之實例。

電子器件係由形成於被稱為基板之矽塊上的電路構成。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，使得電路中之更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為常常涉及數百個個別步驟之複雜、耗時且昂貴之程序。甚至一個步驟中之錯誤亦有可能導致成品IC中之缺陷，該等缺陷使得成品IC為無用的。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。

改良良率之一個組分為監測晶片製造程序，以確保其正生產足夠數目個功能積體電路。監測該程序之一種方式為在晶片電路結構形成之各個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可用以實際上將此等極小結構成像，從而獲取該等結構之「圖像」。影像可用以判定結構是否適當形成，且亦判定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」)。著陸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、電壓等)。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。多個射束可以未知大小且在未知位置處著陸於偵測器上，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，該一或多個二極體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路由至各種位置之佈線路徑或經組態以執行特定功能之電組件。電子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被路由。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，藉助於由同一電子束點覆蓋)之個別感測元件的輸出路由至共同輸出。該電路系統亦可包括電組件，諸如經組態以連接分組在一起之感測元件的開關。

偵測器亦可包括用於收集每一感測元件之輸出的組件。可在用於每一感測元件之拾取點處收集輸出。舉例而言，電極可提供於每一感測元件中以收集待與各別像素相關聯之輸出。輸出可呈回應於發生於感測元件處之帶電粒子到達事件而產生的電荷載體之形式。舉例而言，電子偵測器中之感測元件可形成為半導體二極體，其在次級電子到達感測元件時產生眾多載體(例如，電子-電洞對)。該等載體可經由構成該感測元件之材料傳輸。電洞可朝向一個電極(例如陽極)行進，且電子可朝向另一電極(例如陰極)行進。

感測元件之輸出可由在感測元件之拾取點處收集之載體形成。為了輔助自感測元件之內部提取載體，可施加電場(例如，驅動場)使得載體被吸引至各別電極。然而，感測元件之配置可阻礙載體之高效提取。

在一些配置中，傳入之次級帶電粒子(例如，次級電子)可自底側接近偵測器，而拾取點位於偵測器之頂側處。可在偵測器之底側上之共同陽極與偵測器之頂側上充當拾取點的個別陰極之間施加實質上垂直驅動場。垂直方向可指偵測器之厚度方向。載體，諸如回應於次級電子到達事件而產生於感測元件中之電子，可受該場影響且朝向拾取點遷移(例如，「漂移」行為)。可收集到達拾取點之電子，且朝向位於偵測器附近的高速資料獲取電子件路由信號。但一些電子可位於拾取點之間的區中(例如，在水平方向上)。在此區域中之電子可變得停滯，此係因為可能不存在朝向拾取點驅動此等電子之水平場。此類電子可藉由擴散遷移且可最終到達拾取點，但速度很慢。慢速電子收集及偵測行為可負面影響偵測器效能。

本發明之一些實施例可解決上述問題且可增強偵測器中之載體傳輸行為。可增強偵測器速度及頻寬。

在一些實施例中，拾取點之幾何形狀可經組態以便增強載體傳輸。可增加為拾取點提供的偵測器中之區域。可為一個感測元件提供多個拾取點。且拾取點可相對於比較實例擴大。拾取點可經加寬，使得鄰近拾取點之間載體可停滯的區減小。在感測元件中產生之更多載體可受垂直驅動場影響，且可縮短載體至拾取點所採用的路徑。

在一些實施例中，可施加水平驅動場。驅動電極可鄰近於拾取點配置。可在驅動電極與拾取點之間產生水平驅動場，且可位於鄰近拾取點之間的區中的載體可離開此類區且朝向拾取點移動。水平驅動場可連同垂直驅動場一起施加。因此，載體可經歷在兩個方向上之漂移行為，而非僅依賴於在水平方向上之擴散。在一些實施例中，一些拾取點可具有施加至其之不同電位以便在拾取點之間提供水平場。另外，鄰近拾取點之間的距離可減小。

在一些實施例中，第二輻射源(例如，除了入射於偵測器上之次級帶電粒子以外)亦可用以照明偵測器。第二源可在偵測器中產生自由載體之供應。偵測器可藉由自由載體飽和以使得當次級電子到達事件發生時，可在拾取點處偵測到立即或較快速回應。舉例而言，可回應於次級電子到達事件而將載體之脈衝遞送至拾取點。在一些實施例中，可在拾取點處偵測電位之改變。第二源可為電子束、雷射、LED或任何輻射源。第二源可用以運用載體預負載感測元件。

在一些實施例中，可在感測元件中提供差分梯度。差分梯度可經組態以產生被動場以影響載體。差分梯度可在拾取點之間的水平方向上。感測元件可自半導體基板建構。可使用諸如步進植入區之植入物之梯度。差分梯度可使得拾取點之間的區中的載體朝向最接近的拾取點移動。

本發明之目標及優點可藉由如本文中所論述之實施例中所闡述的要素及組合來實現。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。

在不限制本發明之範疇的情況下，一些實施例可在利用電子束(「electron beam/e-beam」)之系統中提供偵測系統及偵測方法之內容背景下進行描述。然而，本發明不限於此。可類似地應用其他類型之帶電粒子束。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，則除非另外特定陳述或不可行，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A中之僅一者、B中之僅一者、C中之僅一者，或A、B及C之任何組合。片語「A及B中之一者」或「A及B中之任一者」應在最廣意義上解譯為包括A中之僅一者或B中之僅一者。

現在參考 圖 1，其繪示符合本發明之實施例的可用於晶圓檢測之例示性電子束檢測(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、電子束工具100 (例如掃描電子顯微鏡(SEM))及設備前端模組(EFEM) 30。電子束工具100位於主腔室11內且可用於成像。EFEM 30包括第一裝載埠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(圖中未繪示)可將晶圓傳輸至裝載/鎖定腔室20。裝載/鎖定腔室20連接至裝載/鎖定真空泵系統(圖中未繪示)，該裝載/鎖定真空泵系統移除裝載/鎖定腔室20中之氣體分子以達到低於大氣壓力之第一壓力。在達到第一壓力之後，一或多個機器人臂(圖中未繪示)可將晶圓自裝載/鎖定腔室20傳輸至主腔室11。主腔室11連接至主腔室真空泵系統(圖中未繪示)，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，晶圓經受電子束工具100之檢測。電子束工具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EBI系統10之各種控制之電腦。雖然控制器109在 圖 1中被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。運用電子束系統，初級電子束之電子可聚焦於受檢測樣本(例如，晶圓)上之探測光點處。初級電子與晶圓之相互作用可引起形成次級粒子束。次級粒子束可包含由初級電子與晶圓之相互作用產生的反向散射電子、次級電子或歐傑(Auger)電子等。次級粒子束之特性(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。

次級粒子束之強度可使用偵測器來判定。次級粒子束可在偵測器之表面上形成射束點。偵測器可產生表示偵測到之次級粒子束之強度的電信號(例如電流、電荷、電壓等)。可運用量測電路系統量測電信號，該等量測電路系統可包括另外組件(例如，類比至數位轉換器)以獲得偵測到之電子之分佈。在偵測時間窗期間收集之電子分佈資料結合入射於晶圓表面上之初級電子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顯露晶圓之內部或外部結構的各種特徵，且可用以顯露可能存在於晶圓中之缺陷。

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

如 圖 2A中所展示，電子束工具100A可包含電子源202、槍孔徑204、聚光透鏡206、自電子源202發射之初級電子束210、源轉換單元212、初級電子束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)、多個次級電子束236、238及240、次級光學系統242及電子偵測器件244。電子源202可產生初級粒子，諸如初級電子束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器件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。電子偵測器件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可與裝置100A之主光軸260對準。次級光學系統242及電子偵測器件244可與裝置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(虛擬或真實) 208之初級電子束210。初級電子束210可被視覺化為自交越208發射。槍孔徑204可阻擋初級電子束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陣列( 圖 2A中未繪示)及射束限制孔徑陣列( 圖 2A中未繪示)。可在全文皆以引用方式併入之美國專利第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。影像形成元件陣列可包含微偏轉器或微透鏡陣列。影像形成元件陣列可與初級電子束210之複數個細射束214、216及218一起形成交越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可聚焦初級電子束210。可藉由調整聚光透鏡206之聚焦倍率或藉由改變射束限制孔徑陣列內之對應的射束限制孔徑之徑向大小來使源轉換單元212下游的細射束214、216及218之電流變化。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，其可導致離軸細射束216及218以旋轉角著陸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平面之位置而改變。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可為產生靜電偶極子場及磁偶極子場之韋恩濾光器類型(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之總分散亦可為非零的。射束分離器222可將次級電子束236、238及240與細射束214、216及218分離，且朝向次級光學系統242引導次級電子束236、238及240。

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之表面上之區域進行掃描。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發射次級電子束236、238及240。次級電子束236、238及240可包含具有能量之分佈之電子，包括次級電子及反向散射電子。次級光學系統242可將次級電子束236、238及240聚焦至電子偵測器件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次級電子束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可包括單獨偵測器封裝、單獨感測元件或陣列偵測器之單獨區。在一些實施例中，每一偵測子區可包括單個感測元件。

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

如 圖 2B所展示，裝置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。電子束工具100B包括電子束源，其可包含陰極103、陽極121及槍孔徑122。電子束工具100B進一步包括射束限制孔徑125、聚光透鏡126、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橫越晶圓150之表面進行掃描。次級或散射粒子(諸如自晶圓表面發出之次級電子或散射初級電子)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。

亦可提供影像處理系統199，該影像處理系統包括影像獲取器120、儲存器130及控制器109。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器件及其類似者，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，且可用於保存經掃描原始影像資料作為原始影像，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接收之成像信號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。所獲取影像可為單個影像，其包含可含有晶圓150之各種特徵的複數個成像區域。該單個影像可經儲存於儲存器130中。可基於成像圖框執行成像。

電子束工具之聚光器及照明光學器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繪示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束裝置。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，使得初級電子束可穿過以到達晶圓150。 圖 2B展示其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束朝向電子偵測器件244轉向角度α，如 圖 2A中所展示。

帶電粒子束系統中之偵測器可包括一或多個感測元件。該偵測器可包含單元件偵測器或具有多個感測元件之陣列。感測元件可經組態而以各種方式偵測帶電粒子。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號中論述了偵測器之可適用於帶電粒子計數之感測元件。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類似於二極體之元件，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，感測元件可例如在某些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、電容器等之電元件的理想電路行為。

圖 3繪示符合本發明之實施例的偵測器300之例示性結構。偵測器300可包括感測元件陣列。偵測器300可包括2維(2D)像素化陣列。諸如 圖 3中所展示之偵測器300的偵測器可提供為如 圖 2A中所展示之帶電粒子偵測器件244或如 圖 2B中所展示之偵測器144。在 圖 3中，偵測器300包括感測器層310。在一些實施例中，可提供單獨的信號處理層，或信號處理層可整合於感測器層310中(例如，在整體層中)。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、314及315。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。偵測器300可形成為具有第一表面301及第二表面302之半導體基板。第一表面301可充當經組態以接收帶電粒子之偵測表面301。第二表面302可在第一表面301之相對側上。可存在形成於第一表面301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。電路系統或其他電組件，諸如電極或佈線路徑，可形成於第二表面302上。此外，諸如電晶體之信號處理組件可形成於第二表面302上。

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粒子(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之電極的載體(例如，電子-電洞對)。該等載體可在感測元件內產生且可經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整體層內。在一些實施例中，電路系統可提供於包括信號處理層之單獨晶粒中。

信號處理層可包括讀出積體電路(ROIC)。信號處理層可包括多個信號處理電路。信號處理電路可包括經組態而以通信方式耦接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中具有對應的信號處理電路。感測元件及其對應電路可經組態以獨立地操作。感測元件可經由形成於偵測器300之第二表面302上之電極將信號路由至信號處理層。

信號處理層可包括經組態以執行帶電粒子偵測之電路組件。舉例而言，信號處理層可包括放大器、邏輯組件、開關及經組態以執行信號處理之任何組件。

現在參考 圖 4，其為符合本發明之實施例的偵測器之側視圖之圖解表示。 圖 4可表示偵測器300之部分截面，其展示感測元件及其他組件之內部區。

如 圖 4中所展示，偵測器300可包括感測元件層，該等感測元件包括感測元件313、314及315。儘管在 圖 4中用虛線展示了不同感測元件之間的分割區，但此分割區可並不實體地存在於偵測器300中。在一些實施例中，可在鄰近感測元件之間提供絕緣。然而，在一些實施例中，偵測器300可以半導體基板之連續區形成。感測元件313、314及315可彼此鄰接。

偵測器300可經組態以接收帶電粒子且路由輸出信號。偵測器300可包括感測元件之像素化陣列及積體電路系統。可在偵測器300之第二表面302中提供組件。

舉例而言，提供於第二表面302中之組件可包括電極、佈線路徑及電晶體。如 圖 4中所展示，偵測器300包括電極325及電晶體329。電極325可經組態為收集電極。電極325可經組態以回應於在偵測器300處發生帶電粒子到達事件而輸出信號。電極325亦可被稱作拾取點或基板分接頭。可在電極325處收集產生於特定感測元件之區中之載體。可將載體讀出至諸如信號處理組件之其他組件。載體可構成輸出信號，諸如射束電流，其可用於帶電粒子之偵測中。電極325可經組態為陰極。偵測表面301可形成為電極(例如，薄導電層)，且可經組態為陽極。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。可向每一感測元件提供個別陰極。

電晶體329可經組態為開關。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束點對應。可出於其他目的提供電晶體329。此外，可在第二表面302中提供多個電晶體。 圖 4之視圖可僅為特定點處之橫截面，且偵測器300可具有在不同橫截面處形成於第二表面302中之不同結構。

現在參考 圖 5，其為符合本發明之實施例的偵測器之個別感測元件之圖解表示。 圖 5可表示偵測器300之部分截面，其展示感測元件314之內部。感測元件314可由半導體基板形成。感測元件314可經組態為具有在厚度方向上配置之複數個區，該厚度方向實質上平行於帶電粒子束之入射方向。舉例而言，電子束可在偵測表面301處入射於偵測器300上。感測元件314之複數個區可包括對帶電粒子敏感之區。回應於帶電粒子到達感測元件314，可在感測元件314之內部區中產生眾多載體，且可在另一區處收集該等載體。舉例而言，可在電極325處收集載體且可將載體輸出至可執行信號處理之其他組件。

感測元件314可經組態為二極體。感測元件314可使用諸如CMOS程序之半導體處理而形成。感測元件314之各種區可藉由將區嵌入至基板中而形成。嵌入之區可包括摻雜劑。感測元件314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620。表面層601可經組態為接點。表面層601可包括或功能上類似於偵測表面301 (參見 圖 3 至圖 4)。感測元件314可包括低劑量n型植入區630。此外，亦可提供可與感測元件314整合之電極325及電晶體329。電晶體329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314可經組態以使得在其中形成空乏區。

圖 6為符合本發明之實施例的藉由空乏區操作之偵測器之個別感測元件的圖解表示。當將偏壓施加至感測元件時，可形成空乏區。如 圖 6中所展示，空乏區可形成於感測元件314中，其中空乏區之邊界由虛線510指示。空乏區之邊界可包括區610、電極625及深p井641。當橫越表面層601及電極325施加驅動電壓V _d時，可形成空乏區。

如 圖 5中所展示，感測元件314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。信號處理或其他組件可形成於第二側602上。偵測器之包括感測元件314的第一層可包括表面層601、區610、p磊晶區620及低劑量n型植入區630。整體偵測器之第二層可包括電晶體329及電極325。第一層可對應於感測器層，且第二層可對應於信號處理層。絕緣體可包括深p井641。

在帶電粒子束裝置之操作中，可將初級電子束投影至樣本上，且可將包括次級電子或反向散射電子之次級粒子自樣本引導至感測元件314。感測元件314可經組態以使得傳入電子在p磊晶區620中產生包括電子-電洞對之載體。歸因於由傳入電子到達觸發之機制，諸如衝擊離子化，可產生眾多電子-電洞對。電子電洞對之電子或電洞可流動至電極325，且可回應於傳入電子到達感測元件314而形成電流脈衝。信號處理組件可處理電流脈衝。

電晶體329可經組態為切換元件。電晶體329可包括MOSFET。電晶體329可用以連接感測元件。電晶體329可劃定感測元件之間的邊界。舉例而言， 圖 5中所展示之電晶體329之間的區可對應於感測元件314，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與其他組件進行電連接的輸出端。輸出端可與電晶體329整合，或可分開提供。輸出端可在 圖 5中未示出之其他橫截面位置處整合於區630中。

儘管 圖 3 至圖 4在自側面檢視時將感測元件311、312、313、314及315描繪為離散單元，但實際上可不存在此類劃分。舉例而言，偵測器之感測元件可由構成PIN二極體器件之半導體器件形成，該PIN二極體器件被製造為具有包括p+區、本質區及n+區之複數個區之基板。感測元件311、312、313、314及315可在橫向方向(例如，垂直於厚度方向之方向)上鄰接。亦可提供可與感測元件成一體之其他組件。

形成於偵測器中之感測元件可經組態以基於所接收之帶電粒子而產生信號，諸如經放大電荷或電流。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產生與所接收之帶電粒子之第一屬性(諸如能量位準)成比例的載體。該等載體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導致產生眾多載體。經放大電荷或電流可藉由載體被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 5中，可將在感測元件314中產生之載體掃掠至電極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有電極，該電極可形成於偵測器之第二側上。

然而，在用於將載體移動至各別電極之傳輸機制中可能會遇到問題。傳入電子可自第一側接近偵測器，而拾取點(例如電極)定位於偵測器之第二相對側處。在一些實施例中，可主動地誘發載體朝向拾取點移動。舉例而言，漂移行為可用以使用垂直驅動場將載體推向偵測器之第二側。可藉由在位於偵測器之第一側處之陽極與在偵測器之第二側處形成拾取點之陰極之間施加電壓來產生驅動場。可收集到達拾取點之載體，且可朝向偵測器之高速資料獲取電子件路由感測元件輸出信號。

在一些實施例中，偵測器可經組態以具有至少預定頻寬。舉例而言，在一些實施例中，用於電子偵測之目標頻寬可為MHz數量級。目標頻寬範圍可為約15至18 MHz。在一些實施例中，目標頻寬可為約140 MHz。然而，偵測器中之載體傳輸行為可阻礙偵測器達成某一頻寬。舉例而言，在一些配置中，拾取點之間的區域可為與速度相關的有問題區域，因為載體(例如電子)可能會卡在此區域中，此係因為不存在朝向拾取點驅動此等電子的水平場。此可造成慢速電子偵測行為(相對於快速漂移行為之慢速擴散行為)。

現在參考 圖 7A及 圖 7B，其繪示符合本發明之實施例的具有拾取點之偵測器。 圖 7A為偵測器700之平面圖。偵測器700可類似於偵測器300。 圖 7B為偵測器700之側視圖。偵測器700可具有第一表面701及第二表面702。第一表面701可充當經組態以接收帶電粒子之偵測表面，類似於上文參考 圖 3所論述之偵測器300之第一表面301。電路系統、信號處理組件或其他電組件可形成於第二表面702上，該第二表面類似於偵測器300之第二表面302。如 圖 7A及 圖 7B中所展示，偵測器700可包括複數個拾取點710。拾取點710可形成於第二表面702中。

在操作中，可將驅動電壓V _d施加至偵測器700。第一表面701可包括可充當陽極之導電層。形成於第二表面702中之拾取點710可充當陰極。可在第一表面701與拾取點710中之一或多者之間施加驅動電壓V _d。可形成驅動場，其影響在偵測器700中產生之載體朝向拾取點710移動。舉例而言，可在實質上垂直方向上使用驅動電壓V _d形成電場。垂直方向可在偵測器700之厚度方向上。垂直方向可平行於偵測器700經組態以偵測的次級帶電粒子之入射方向。舉例而言，如 圖 7B中所展示，偵測器700可經組態以在第一表面701上接收帶電粒子715。帶電粒子715可包括自樣本發射之傳入次級電子。

當諸如次級電子之次級帶電粒子在正面處(例如，在第一表面701處)進入偵測器700時，該等次級帶電粒子可在偵測器700中產生許多載體(例如，電子/電洞對)且該等載體可在某些方向上經掃掠。舉例而言，電子/電洞對當中之電子可經由自正面延行至背面(例如，歸因於驅動電壓V _d)之電場而掃掠至偵測器700之背面。電場可使電子朝向拾取點710垂直地移動。此傳輸行為可被稱作漂移行為。然而，在無側向場之情況下，電子可在某些點處堆積且可僅經由擴散緩慢遷移至拾取點710。如 圖 7B中所展示，可存在載體可停滯之區720。在垂直方向上由驅動電壓V _d誘發之漂移行為可能無法有效地將區720中之載體朝向拾取點710移動。

在本發明之一些實施例中，偵測器之諸如幾何形狀之屬性可經組態以使得操縱載體傳輸行為。拾取點之屬性可經組態以使得載體更有效地朝向拾取點遷移。拾取點可經加寬使得偵測器背面上之較大比例之區域由拾取點覆蓋。在一些實施例中，可藉由減小載體到達偵測器之背面分接頭點之電阻來減少電子堆積。偵測器可經組態以填充偵測器背面基板分接頭(拾取點)之背面上的開放區域。在一些實施例中，可改良偵測器之速度。

圖 7C展示符合本發明之實施例的偵測器700之另一視圖。在 圖 7C之視圖中，個別感測元件可用虛線指示。舉例而言，偵測器700可包括感測元件713、714及715，該等感測元件可類似於上文參考 圖 3所論述之感測元件313、314及315。如 圖 7C中所展示，偵測器700之感測元件中之每一者可包括各別拾取點710。在每一感測元件內產生之載體可傾向於朝向包括於感測元件中之各別拾取點710遷移。

在本發明之一些實施例中，偵測器之參數可經組態以便增強載體傳輸。舉例而言，拾取點之幾何形狀可經組態以便增強載體傳輸。可增加為拾取點提供的偵測器中之區域。可為一個感測元件提供多個拾取點。舉例而言，可為偵測器中之每一感測元件提供拾取點陣列。此外，拾取點相對於比較實例可擴大。拾取點可經加寬，使得鄰近拾取點之間載體可停滯的區減小。偵測器之參數可經組態以使得感測元件中之拾取點的佔用比率大於或等於預定值。

在一些實施例中，可提供帶電粒子偵測器。帶電粒子偵測器可包括電子偵測器器件。帶電粒子偵測器可包括二維(2D)像素化偵測器陣列。帶電粒子偵測器可形成於半導體基板中。帶電粒子偵測器可形成於晶圓上。

帶電粒子偵測器可包括感測元件。可提供複數個感測元件。該複數個感測元件可以2D陣列配置。該等感測元件可經組態以回應於帶電粒子到達事件而產生載體。該等感測元件可形成為PIN二極體。感測元件中之載體可經掃掠至拾取點。

參考 圖 5，符合本發明之實施例的偵測器之感測元件可包括感測元件314。偵測器可包括複數個感測元件，類似於上文參考 圖 3所論述之包括感測元件311、312、313、314及315的偵測器300。感測元件314可由第一區形成。第一區可包括具有第一導電性之半導體材料。第一區可包括p型半導體。舉例而言，如 圖 5中所展示，可存在感測元件314之包括區610的第一區。區610可為淺p+區。第一區亦可包括表面層601或p磊晶區620。第一區可在形成偵測器的基板之第一側上形成。如 圖 5中所展示，表面層601可形成帶電粒子偵測表面，傳入帶電粒子入射於該帶電粒子偵測表面上。次級電子可自表面層601進入感測元件314。

與第一側相對，基板可包括第二側。舉例而言，如 圖 5中所展示，感測元件314可包括第二側602。感測元件314可由形成於基板之第二側上之第二區形成。第二區可包括具有第二導電性之半導體材料。第二區可包括n型半導體。舉例而言，如 圖 5中所展示，可存在感測元件314之包括區630的第二區。區630可為低劑量n型植入區。第二區可鄰近於第一區。舉例而言，第一區可形成於基板之可與表面層601重合的第一側中，且第二區可形成於第二側602上。

此外，感測元件314可由第二側上之第三區形成。一或多個電路組件可形成於第二側上之第三區中。舉例而言，如 圖 5中所展示，電晶體329可形成於第二側602上。電晶體329可包括於第三區中。多個組件可形成於第二側602上。舉例而言，如 圖 5中所展示，兩個電晶體329形成於第二側602上，一個在左側且一個在右側。一或多個組件可形成於一或多個第三區中。第三區可包括第一類型之半導體材料(例如，p型半導體)。舉例而言，如 圖 5中所展示，第三區可包括深p井641。諸如PMOS 644及NMOS 645之組件可形成於第三區中。

此外，第四區亦可形成於第二側上。第四區可形成於鄰近第三區之間。第四區可包括電極、拾取點或基板分接頭。舉例而言，如 圖 5中所展示，第四區可包括電極325。第四區可包括第二類型之半導體材料(例如，n型半導體)。在一些實施例中，第四區之參數可經組態以便增強在偵測器中之載體傳輸。該參數可包括第四區之幾何形狀。在一些實施例中，可提供第四區之陣列。可在偵測器中提供第四區之多個陣列。可在每一感測元件中提供第四區之陣列。在一些實施例中，第四區可包括在第三區之間的區域中形成之連續區，而非陣列。該等連續區相對於比較實例可具有擴展之區域。在一些實施例中，連續區可與陣列組合。

現在參考 圖 8A及 圖 8B，其繪示符合本發明之實施例的第四區之實例。第四區可包括拾取點。 圖 8A為偵測器800之平面圖。偵測器800可類似於偵測器300或偵測器700。 圖 8B為偵測器800之側視圖。偵測器800可具有第一表面801及第二表面802。第一表面801可充當經組態以接收帶電粒子之偵測表面，類似於上文參考 圖 3所論述之偵測器300之第一表面301。電路系統、信號處理組件或其他電組件可形成於第二表面802上，該第二表面類似於偵測器300之第二表面302。如 圖 8A及 圖 8B中所展示，偵測器800可包括複數個拾取點810。拾取點810可形成於第二表面802中。拾取點810可相對大於上文參考 圖 7A及 圖 7B所論述之拾取點710。

如 圖 8B中所展示，在操作中，可將驅動電壓V _d施加至偵測器800。第一表面801可包括可充當陽極之導電層。第一表面801可包括上文參考 圖 5所論述之表面層601或包括於該表面層中。形成於第二表面802中之拾取點810可充當陰極。可在第一表面801與拾取點810中之一或多者之間施加驅動電壓V _d。可形成驅動場，其影響在偵測器800中產生之載體朝向拾取點810移動。偵測器800可經組態以在第一表面801上接收帶電粒子815。

在偵測器800之正面處(例如在第一表面801處)進入該偵測器800的次級帶電粒子可在偵測器800中產生許多載體(例如電子/電洞對)，且該等載體可在某些方向上經掃掠。載體(例如電子/電洞對當中之電子)可經由自正面延行至背面(例如，歸因於驅動電壓V _d)之驅動場(例如電場)而掃掠至偵測器800之背面。驅動場可使電子朝向拾取點810垂直地移動。可使得電子朝向第四區移動。第四區可包括拾取點810。如 圖 8B中所展示，第二表面802之實質上所有區域可由拾取點810佔據。使電子垂直地移動之驅動場可允許較大比例之電子藉由漂移行為迅速移動至拾取點810且經收集用於信號讀出。在一些實施例中，藉由帶電粒子到達事件而在偵測器800中產生的實質上所有載體可經由漂移行為由拾取點810收集。載體可停滯之區820可實質上減少。

現在參考 圖 8C，其展示符合本發明之實施例的偵測器800之另一視圖。在 圖 8C之視圖中，個別感測元件可用虛線指示。虛線可劃定感測元件之邊界。虛線可與感測元件之第三區重疊( 圖 8C中未示出)。如 圖 8C中所展示，偵測器800可包括感測元件813、814及815，該等感測元件可類似於上文參考圖3所論述之感測元件313、314及315。如 圖 8C中所展示，偵測器800之感測元件中之每一者可包括各別拾取點810。感測元件可經組態以使得可達成拾取點810對感測元件之總面積的佔用比率。在一些實施例中，拾取點對總感測元件面積之佔用比率可大於或等於50%。在一些實施例中，佔用比率可大於或等於75%。在一些實施例中，佔用比率可大於或等於90%。

在比較實例(諸如 圖 7C之比較實例)中，拾取點710對總感測元件面積之佔用率可相對較低。每一感測元件之大部分區域可未由諸如電極及電晶體之電組件填入。在本發明之一些實施例中，此未填入區域可用擴展區域拾取點填充。舉例而言，如 圖 8C中所展示，可加寬拾取點810。拾取點810可經組態為低歐姆路徑。拾取點810可為在感測元件內產生之載體提供高速路徑以被掃掠至收集電極。到達拾取點810之載體可形成每一感測元件之輸出信號。

現在參考 圖 9A 至圖 9C，其繪示符合本發明之實施例的第四區之變化之實例。 圖 9A展示包括感測元件911、912、913及914之偵測器的區段。每一感測元件可包括拾取點910。拾取點910可包括於偵測器之第四區中。感測元件之邊界可用虛線指示。虛線可與感測元件之第三區重疊。舉例而言，如 圖 9B中所展示，可在鄰近拾取點之間提供區920。拾取點910可提供於鄰近區920之間。區920可包括電路系統、電組件、信號處理組件、開關及其類似者。區920可包括電晶體。區920可與上文參考 圖 5所論述的可包括電晶體329之第三區對應。

偵測器之屬性，諸如幾何形狀，可經組態以使得在維持用於功能組件(諸如用以連接鄰近感測元件之開關)之區域的同時改良載體傳輸行為。感測元件可包括第四區之多個區域。感測元件可包括第四區之陣列。如 圖 9A中所展示，拾取點910可包括擴展區930。擴展區930可藉由橋接部分935連接至拾取點910之主體。拾取點910可與橋接部分935及擴展區930連續。擴展區930可經提供以增大感測元件之佔用比率。可使用各種不規則形狀。擴展區930可經形成以便避免區920。在一些實施例中，可提供多個擴展區930。舉例而言，拾取點910可包括四個擴展區930。

此外，可使用拾取點910之各種形狀。拾取點910可大體上具有正方形形狀。拾取點910可偏離正方形形狀。拾取點910可包括成角度拐角。拾取點910可提供為多邊形。拾取點910可提供為八邊形。

如 圖 9B中所展示，擴展區930可藉由佈線936連接至拾取點910之主體。佈線936可具有相對於橋接部分935之減小之佔據面積。使用佈線936可允許增加區920之面積。根據所要應用，區920之大小可經調適以允許置放所要組件。

另外，佈線936可具有低於橋接部分935之電容。在一些實施例中，帶電粒子可以隨機圖案入射於偵測器上。拾取點可經組態以便以短路徑且以低電容連接作用區域。拾取點之電容可與拾取點之面積成比例。拾取點之面積愈大，電容愈高。較高電容可增大與感測元件相關聯之時間常數。較高電容可對速度有負面影響。舉例而言，具有較高電容之感測元件可具有較慢讀出速度。在一些實施例中，鑒於由於擴大之拾取點引起的潛在增加電容，拾取點之幾何形狀可經組態以便最佳化偵測器效能。

在一些實施例中，可使用拾取點之陣列。多個拾取點之陣列可形成於偵測器之基板之第二側上，且可配置於可包括諸如電晶體之電子組件的鄰近第三區之間。如 圖 9C中所展示，感測元件911可包括多個拾取點之陣列951。陣列951可形成於鄰近區920之間。

偵測器可包括具有相同或不同的拾取點配置之感測元件。舉例而言，如 圖 9C中所展示，感測元件912可包括與佈線962連接的拾取點陣列。感測元件913可包括與陣列951之拾取點不同數目個拾取點的陣列971。陣列之拾取點可以覆蓋感測元件之不同區之方式配置。舉例而言，陣列可經組態以覆蓋感測元件之中心及拐角。又，除了陣列以外，其他變化亦可包括鄰接形狀，諸如感測元件914中之形狀981。

感測元件中之拾取點可以平衡電容與幾何形狀之修改之方式組態以改良載體傳輸行為。拾取點之屬性可經組態以使得載體更有效地朝向拾取點遷移。拾取點可經加寬使得偵測器背面上之較大比例之區域由拾取點覆蓋。可藉由放大一或多個拾取點或藉由提供多個拾取點(例如一陣列)來提供較大比例之區域。可在偵測器中提供拾取點之多個陣列。可使得載體能夠藉由漂移行為(例如使用驅動場)而非藉由擴散行進至拾取點。

在一些實施例中，可在不同於帶電粒子於偵測器上之入射方向的方向上施加驅動場。帶電粒子可在偵測器之厚度方向上入射於偵測器上。在比較實例中，可在厚度方向上施加驅動場以將偵測器中產生之載體推動至拾取點。在本發明之一些實施例中，替代在厚度方向上施加之驅動場或除了在厚度方向上施加之驅動場以外，亦可施加在不同方向上施加之驅動場。在此方向上施加之驅動場可使得位於載體可能另外停滯的區中的載體藉由漂移行為朝向拾取點移動。

驅動電極可鄰近於拾取點配置。驅動電極可在垂直於偵測器之厚度方向的方向上緊挨著拾取點配置。垂直於偵測器之厚度方向的方向可為偵測器之水平方向。該方向亦可被稱作偵測器之側向方向或橫向方向。在一些實施例中，可在驅動電極與拾取點之間產生實質上水平驅動場，且可位於鄰近拾取點之間的區中的載體可離開此類區且朝向拾取點移動。水平驅動場可連同垂直驅動場一起施加。載體可經歷在兩個方向上之漂移行為，而非僅依賴於擴散以待在水平方向上移動。

形成於偵測器之第二側中的區可包括驅動電極及拾取點。拾取點及驅動電極可在結構上類似。一些拾取點可藉助於具有施加至其之不同電位而充當驅動電極。在一些實施例中，一些拾取點可具有施加至其之不同電位以便在拾取點之間提供水平場。另外，鄰近拾取點之間的距離相對於比較實施例可減小。偵測器之某一區域的拾取點之數目可增加以便縮短拾取點之間的節距。

如上文參考 圖 7B所論述，可存在偵測器中產生之載體可停滯的區720。水平驅動場可用以移動此類區中之載體。載體可朝向拾取點移動。在一些實施例中，交替的拾取點可連接至交流電壓，使得任何兩個鄰近拾取點在該兩個拾取點之間產生側向電場。歸因於所產生電場，載體可藉由漂移行為而推向拾取點。

在一些實施例中，可提供帶電粒子偵測器。帶電粒子偵測器可包括電子偵測器件。帶電粒子偵測器可包括二維(2D)像素化偵測器陣列，該2D陣列在第一方向及第二方向(例如，x方向及y方向)上延伸。帶電粒子偵測器可形成於半導體基板中。帶電粒子偵測器可形成於晶圓上。帶電粒子偵測器可經組態以在第一方向或第二方向上產生驅動場。帶電粒子偵測器亦可經組態以在第三方向上產生驅動場。第三方向可與偵測器之厚度方向重合。第三方向可為例如在包括x方向及y方向之三軸座標系統中的z方向。

帶電粒子偵測器可包括感測元件。可提供複數個感測元件。該複數個感測元件可以2D陣列配置。該等感測元件可經組態以回應於帶電粒子到達事件而產生載體。該等感測元件可形成為PIN二極體。

如上文參考 圖 5所論述，感測元件314可由基板之第一側(例如 圖 5之視圖中之上側)上之第一區形成。第一區可包括具有第一導電性之半導體材料。第一區可包括p型半導體，諸如區610、表面層601或p磊晶區620。帶電粒子可自表面層601進入感測元件314。

此外，基板可包括與第一側相對之第二側。舉例而言，如 圖 5中所展示，感測元件314可包括第二側602。感測元件314可由形成於基板之第二側上之第二區形成。第二區可包括具有第二導電性之半導體材料。第二區可包括n型半導體，諸如可為低劑量n型植入區之區630。

此外，感測元件314可由第二側上之第三區形成。諸如電晶體329之一或多個電路組件可形成於第二側上之第三區中。第三區可包括第一類型之半導體材料(例如，p型半導體)。舉例而言，如 圖 5中所展示，第三區可包括深p井641。

此外，多個第四區亦可形成於第二側上。第四區可形成於鄰近第三區之間。第四區可包括電極、拾取點或基板分接頭。舉例而言，如 圖 5中所展示，可存在包括電極325的一個第四區。

在一些實施例中，第四區之第一部分可連接至第一電位且第四區之第二部分可連接至第二電位。第一電位與第二電位可能彼此不同。

現在參考 圖 10A及 圖 10B，其繪示符合本發明之實施例的第四區之實例。第四區可包括拾取點。第四區可包括驅動電極。拾取點之功能性可藉由施加至該拾取點之電位予以判定。 圖 10A為偵測器1000之平面圖。偵測器1000可類似於偵測器300、偵測器700或偵測器800。 圖 10B為偵測器1000之側視圖。偵測器1000可具有第一表面1001及第二表面1002。第一表面1001可充當經組態以接收帶電粒子之偵測表面，類似於上文參考圖3所論述之偵測器300之第一表面301。電路系統、信號處理組件或其他電組件可形成於第二表面1002上，該第二表面類似於偵測器300之第二表面302。

如 圖 10A及 圖 10B中所展示，偵測器1000可包括複數個第四區1010。第四區1010可形成於第二表面1002中。第四區1010可包括拾取點1011及驅動電極1012。拾取點1011及驅動電極1012之配置可以棋盤圖案交替。可使用各種其他圖案。

如 圖 10B中所展示，在操作中，可將驅動電壓V _dz施加至偵測器1000。第一表面1001可包括可充當陽極之導電層。第一表面1001可包括上文參考 圖 5所論述之表面層601或包括於該表面層中。第四區1010中之一或多者可充當陰極。舉例而言，拾取點1011可充當陰極。可在第一表面1001與第四區1010中之一或多者之間施加驅動電壓V _dz。可將驅動電壓V _dz施加至拾取點1011。驅動電壓V _dz可使得在偵測器1000中產生自第一表面1001延行至第二表面1002 (例如在z方向上)的實質上垂直驅動場。此外，可在不同於實質上垂直驅動場之方向(例如不同於z方向)的方向上產生另一驅動場。舉例而言，可在驅動電極1012與拾取點1011之間施加側向驅動電壓V _dx及V _dy。可第一電壓將施加至拾取點1011且可將第二電壓施加至驅動電極1012。第一電壓與第二電壓可能彼此不同。歸因於所施加電壓之差，可在拾取點1011與驅動電極1012之間產生電場。可在實質上水平方向(例如，x方向或y方向)上產生驅動場。驅動場可影響偵測器1000中所產生之載體以使該等載體朝向拾取點1011移動。偵測器1000可經組態以在第一表面1001上接收帶電粒子1015，回應於接收到帶電粒子1015而產生載體，且經由拾取點1011輸出信號。可在第一表面1001、驅動電極1012及拾取點1011之間適當地設定電位。

驅動場可經組態以將載體導引至特定位置。驅動場可經組態以朝向拾取點導引載體。可適當地設定偵測器中之不同點之間的電壓。電壓及極性可經調整以便收集特定類型之載體。舉例而言，可設定電壓以將電子吸引至拾取點且將電洞吸引至驅動電極及其他區(例如，偵測器之可充當共同陽極之表面層)。在一些實施例中，可施加驅動場以便自驅動電極排斥載體。舉例而言，驅動場可具有使得載體不能夠克服排斥力且無載體到達驅動電極之量值。在一些實施例中，驅動電極仍可能夠接收一些載體。偵測器可經組態以使得經由拾取點及驅動電極兩者收集載體。偵測器可包括經組態以並行地處理來自拾取點及驅動電極之輸出的信號處理組件。舉例而言，可提供並行處理路徑。可處理經由驅動電極收集之電子且將該等電子添加至表示經由拾取點收集之電子之信號。

此外，在一些實施例中，某些載體可經導引至拾取點，而某些載體可經導引至驅動電極或其他位置。舉例而言，回應於PIN二極體中之次級電子到達事件，可產生眾多電子-電洞對。電子可朝向拾取點導引且電洞可朝向其他位置導引。舉例而言，電洞可朝向驅動電極或表面層601導引。可取決於待接收之載體之類型來操縱施加至電極之電位。

在一些實施例中，偵測器可經組態以使得偵測器之每一感測元件包括拾取點或驅動電極。拾取點及驅動電極兩者可經組態以接收載體。拾取點及驅動電極兩者可接收電子，且可基於自拾取點及驅動電極兩者收集之電子來判定輸出信號。

現在參考 圖 10C，其繪示符合本發明之實施例的偵測器1000之另一視圖。在 圖 10C之視圖中，個別感測元件可用虛線指示。偵測器1000可包括感測元件1021、1022及1023。

在一些實施例中，可修改感測元件之配置。偵測器可經組態以使得每一感測元件包括一拾取點。此外，驅動電極可配置於每一感測元件之拐角處。舉例而言，如 圖 10D中所展示，感測元件1021、1022及1023可具有位於其中心處之一個拾取點1011，且可在其拐角處由驅動電極1012包圍。偵測器可經組態以使得每一感測元件中之載體朝向各別拾取點1011導引。

感測元件之劃分可為任意的。指示感測元件之間的邊界的虛線可能不對應於任何實體劃分。偵測器可為可組態的使得可提供像素化感測元件之各種配置或圖案。在一些實施例中，感測元件之間的邊界可對應於可配置電組件之位置。舉例而言，經組態以連接鄰近感測元件之開關可提供於感測元件之間的邊界處。開關可包括電晶體。

在一些實施例中，可操縱拾取點或驅動電極之間的尺寸。拾取點之間的距離可減小，使得載體需要行進以到達拾取點的長度減小。對於擴散行為，載體行進時間可與距離平方成比例。因此，減小拾取點之間的距離(例如L)可引起與距離之平方(例如L ²)成比例的載體擴散所需之時間減少。隨著拾取點之間的節距減小，可增加用於某一偵測器區域之拾取點的數目。

現在參考 圖 10E，其繪示符合本發明之實施例的偵測器1000之另一變化。偵測器1000可經組態以使得每一拾取點1011由驅動電極1012包圍。偵測器1000可經組態以具有驅動電極之條紋之圖案。每一拾取點1011可由驅動電極1012圍封，且可產生朝向拾取點1011導引某一區域中之實質上所有載體之驅動場。

現在參考 圖 11A 至圖 11D，其繪示符合本發明之實施例的偵測器中之第四區之圖案的另外變化。可操縱拾取點及驅動電極之配置。可操縱拾取點及驅動電極之間距。

如 圖 11A中所展示，感測元件1021可包括拾取點1011。拾取點1011可由驅動電極1012包圍。 圖 11A可表示類似於 圖 10E之圖案的圖案。 圖 11A中所展示之圖案可遍及偵測器之第二表面有規律地重複。舉例而言，鄰近感測元件1022可具有類似圖案(部分展示於 圖 11A中)。可將鄰近拾取點之間的距離設定為L ₁。L ₁可等於感測元件1021之尺寸s。拾取點之間距可與偵測器中之感測元件之長度相同。拾取點之間距可包括拾取點之節距。在一些實施例中，圖案可為不規則的。舉例而言，驅動電極1012可配置於不同於鄰近拾取點1011之間的中點的位置處。鄰近拾取點之間的距離可為非均一的(例如，拾取點之第一群組之間的距離可經設定為L ₁，而拾取點之第二群組之間的距離可經設定為不同於L ₁)。

在一些實施例中，可減小拾取點之間距。可使拾取點更靠近在一起。可減小載體到達偵測器之感測元件中之拾取點所採用的路徑。偵測器中之拾取點之數目可總體增加。可類似地修改驅動電極。

如 圖 11B中所展示，感測元件1021可具有比 圖 11A之拾取點及驅動電極數目更大的拾取點1011及驅動電極1012。可將鄰近拾取點之間的距離設定為L ₂。L ₂可小於L ₁。在一些實施例中，L ₂可小於或等於L ₁的一半。感測元件可包括多個拾取點。如 圖 11B中所展示，感測元件1021可包括四個拾取點1011。較大數目個拾取點可縮短需要感測元件內產生之載體到達拾取點所採用的路徑。在 圖 11A及 圖 11B兩者中，感測元件1021之尺寸s可相等。因此，對於相同感測元件區域，可調整拾取點或驅動電極之數目，且可調整拾取點或驅動電極之間距。對於感測元件之預定區域，可調整拾取點或驅動電極之數目。感測元件可經組態以具有複數個拾取點。感測元件可經組態以具有配置於其周邊周圍之複數個驅動電極。在一些實施例中，驅動電極可提供於感測元件之內部區域內。

圖 11C展示可用於拾取點及驅動電極之圖案之另一變化。驅動電極1012可提供於鄰近拾取點1011之間。如 圖 11C中所展示，拾取點及驅動電極無需必需均勻地提供。可在某些區域中提供驅動電極之位置以便避免由其他組件佔據之區。舉例而言，儘管 圖 11C展示鄰近拾取點1011之間的驅動電極1012，但驅動電極1012之位置可經側向移位以容納可提供於拾取點1011之間的電子件。

圖 11D展示可用於拾取點及驅動電極之圖案之另一變化。驅動電極1012可形成於感測元件之拐角處。驅動電極1012可在偵測器之對角線方向上處於鄰近感測元件之間。

在一些實施例中，拾取點及驅動電極可以不同結構形成。拾取點及驅動電極可以相同材料但以諸如大小或形狀之其他不同參數形成。此外，偵測器中的驅動電極之數目與拾取點之數目可能不同。

現在參考 圖 12A及 圖 12B，其繪示符合本發明之實施例的可用於拾取點及驅動電極之圖案的另外變化。可不均勻地提供拾取點及驅動電極。如 圖 12A中所展示，驅動電極1012之大小可大於拾取點1011之大小。拾取點之大小可經最小化以便減小電容，然而，驅動電極之大小可增加以便提高驅動電極將載體遠離驅動電極及朝向拾取點導引的能力。在一些實施例中，驅動電極可經組態為不接收所關注之載體(例如，電子)，且驅動電極之大小及對應電容可被取消優先級。在一些實施例中，可增加驅動電極之電容而不對偵測器效能(例如，速度)有負面影響。在一些實施例中，驅動電極可經組態以接收非關注載體(例如電洞)。

此外，在一些實施例中，驅動電極自身之參數可經修改。驅動電極可經組態以具有不規則形狀。驅動電極可經組態為具有填滿未由其他組件佔據之區的形狀。舉例而言，如 圖 12B中所展示，驅動電極1012可具備十字形狀。在鄰近驅動電極1012之間，感測元件1021可包括電子組件，諸如電晶體。驅動電極1012可經設定大小以便填滿感測元件1021之未另外使用的周邊區。同時，拾取點1011之大小可經最小化以便減小電容。在一些實施例中，除了增加大小或修改驅動電極之形狀以外或替代增加大小或修改驅動電極之形狀，可將較高電位施加至驅動電極以在水平方向產生較強驅動場。

如 圖 12C中所展示，第四區可配置於第三區之間。第四區可包括第一部分及第二部分，該第一部分可包括拾取點，該第二部分可包括驅動電極。第三區可包括電路組件，諸如電晶體。偵測器可經組態以使得感測元件之周邊區域實質上填充有第三區或第四區。在一些實施例中，每一感測元件可具有位於其中心處之拾取點。舉例而言，如 圖 12C中所展示，拾取點1011可位於感測元件1021之中心處。驅動電極1012中之每一者可在可包括諸如電晶體之電組件的鄰近區920之間。

在一些實施例中，輻射源可用以使偵測器偏壓。除了初級源以外，亦可提供經組態以使次級帶電粒子待發射至偵測器上之源。可提供經組態以產生初級帶電粒子束之第一源。且可提供經組態以使偵測器偏壓之第二源。第二源可在偵測器中產生自由載體之供應。偵測器可藉由自由載體飽和，使得當次級帶電粒子到達事件發生時，可在偵測器之拾取點處與不使用偏壓之狀況相比更快地偵測到回應。輸出之偵測可涉及執行考量由第二源產生之額外自由載體的信號處理。

偵測器之基板可由源輻照。基板可對由源提供之輻射敏感，使得可在基板中回應於由源輻照而產生自由載體。源可包括雷射、LED、帶電粒子束或任何其他輻射源。在一些實施例中，PIN二極體可由雷射、LED或電子束輻照以產生電子-電洞對之恆定供應。電子可藉由電場(例如，驅動場)掃掠至PIN二極體之拾取點。自由電子-電洞對之供應可增加PIN二極體中之水平導電性且可增加偵測器速度。自入射次級電子到達PIN二極體(其中次級電子可在PIN二極體之空乏區中產生眾多載體(例如電子))至在拾取點處收集載體(例如電子)的時間跨度可減小。

在一些實施例中，可回應於次級電子到達事件而將載體之脈衝遞送至拾取點。可偵測載體收集之速率的改變。在一些實施例中，可在拾取點處偵測電位之改變。

外部源可經組態以照明偵測器以便增加偵測器之作用區域的導電性。導電性可與自由電荷濃度成比例。銅材料可具有比玻璃材料高的電子濃度，且銅材料可比玻璃材料更具導電性。類似地，偏壓偵測器可具有比未偏壓偵測器大的導電性。類似於填充有流體之容器，容器之溢流將在容器被填充時而非在容器為空時更快地發生。在本發明之一些實施例中，偵測器可經偏壓以使得增加量之自由載體存在於偵測器之感測元件中，且偵測器藉由在拾取點處輸出信號對帶電粒子到達事件的回應更快。

現在參考 圖 13，其為符合本發明之實施例的載體吸引至拾取點之圖解表示。如上文參考 圖 7A及 圖 7B所論述，載體可藉由實質上垂直場朝向拾取點710驅動。可存在區720，其中載體可停滯，且載體可主要藉由擴散行為移動。如 圖 13中所展示，曲線圖1300可表示載體相對於在偵測器700中之位置之靜態電位。曲線圖1300之橫座標可對應於偵測器700中之側向位置。曲線圖1300之縱座標可表示靜態電位(例如至拾取點之吸引力位準)。可存在載體被高度吸引至拾取點710之區1310。同時，可存在區1320，其中靜態電位相對較低，且載體可不被強吸引至拾取點710。

在一些實施例中，照明可由外部源提供以在偵測器中產生載體之供應。 圖 14A 至圖 14C繪示符合本發明之實施例的由外部源提供之照明之實例。

如 圖 14A中所展示，可提供第一外部源1410。第一外部源1410可經組態以產生入射於偵測器700上之輻射。第一外部源1410可經組態以輻照偵測器700之第一表面701。當由第一外部源1410輻照時，帶電粒子715可經由第一表面701在偵測器700上被接收。

在一些實施例中，可將照明提供於偵測器之第一側或第二側上。如 圖 14B中所展示，可提供第二外部源1420。第二外部源可經組態以產生入射於偵測器700上之輻射。第二外部源1420可經組態以輻照偵測器700之第二表面702。當由第一外部源1410輻照時，帶電粒子715可經由第一表面701在偵測器700上被接收。

在一些實施例中，如 圖 14C中所展示，可提供第一外部源1410及第二外部源1420兩者。第一外部源1410可經組態以輻照偵測器700之第一表面701，且第二外部源1420可經組態以輻照偵測器700之第二表面702。當由第一外部源1410及第二外部源1420兩者輻照時，帶電粒子715可經由第一表面701在偵測器700上被接收。

第一外部源1410或第二外部源可包括雷射、LED、帶電粒子束源或任何其他輻射源。在一些實施例中，經組態以輻照偵測器700之第二表面702的源可經組態以發射不損壞可提供於第二表面702上之電子件的類型之輻射。在一些實施例中，可提供遮罩以屏蔽第二表面702之敏感區域。在一些實施例中，第二外部源1420可經組態以選擇性地發射輻射。

第二外部源1420可經組態以將輻射注入至偵測器700之第二表面702上的某些區域。第二外部源1420可經組態以在增加之載體濃度之效應可最明顯的偵測器700之區中產生自由載體。第二外部源1420可經組態以照明感測元件中之拾取點與感測元件之邊緣之間的區域。該區域可包括在拾取點與電晶體或配置於鄰近感測元件之間的其他電子件之間的區。第二外部源1420可經組態以照明區720。在一些實施例中，第二外部源1420可包括光導且可經組態以照明區720正上方之第二表面702之一部分。

第一外部源1410可經組態以產生穿透偵測器700之第一表面701之輻射。在一些實施例中，第一外部源1410可包括帶電粒子泛射式電子槍。偵測器700之第一表面701可被分散之帶電粒子淹沒在寬廣的區上。帶電粒子可在不損壞偵測器700之電子組件的情況下在偵測器700中產生載體。

經由拾取點710偵測載體可包括執行信號分析。偵測器700之外部照明可造成偵測器700中產生之自由載體之數目增加。感測元件之輸出信號可由在用於特定感測元件之拾取點710處收集之載體形成。為獲得僅表示帶電粒子到達事件之信號，可自總信號減去對應於自由載體之信號之一部分。舉例而言，外部源可經組態以在感測元件中產生第一數目個載體。載體之第一數目可自實驗或模擬判定。載體之第一數目可基於由外部源提供之能量之量及偵測器700之屬性而判定。回應於感測元件處之帶電粒子到達事件，可在感測元件中產生第二數目個載體。同時，可在感測元件之拾取點處收集第三數目個載體。載體之第二數目可藉由自載體之第三數目減去載體之第一數目來獲得。第二數目個載體可表示帶電粒子到達事件。載體之第三數目可包括在拾取點處收集之載體之總數目。載體之第三數目可包括載體之第一數目及載體之第二數目。

在本發明之一些實施例中，可提供一種偵測帶電粒子之方法。該方法可使用帶電粒子束系統來執行。

現在參考 圖 15，其為繪示符合本發明之實施例的可適用於帶電粒子偵測之方法1500的流程圖。方法1500可藉由帶電粒子束系統之控制器(例如， 圖 1或 圖 2B中之控制器109)執行。在一些實施例中，控制器可包括於偵測器144或電子偵測器件244中。控制器可包括經程式化以實施方法1500之電路系統(例如，記憶體及處理器)。控制器可為與帶電粒子束系統耦接之內部控制器或外部控制器。

如 圖 15中所展示，方法1500可在步驟S100處開始。步驟S100可包括照明基板。可連續地執行照明持續一段時間。可在進行SEM成像之時段期間連續地執行照明。可在執行樣本之掃描時連續地執行照明。可在樣本之掃描期間連續地執行照明。基板可包括偵測器之一部分。照明基板可使得在基板中產生載體。基板可包括偵測器之PIN二極體。照明可使得在PIN二極體之空乏區中產生電子-電洞對之流動。載體流可與投影於基板上之照明相關。載體流可能與照明有關係，諸如成比例。舉例而言，所產生之載體之量可與照明之強度成比例。當將照明投影至基板上時，可產生恆定的載體流。照明可由外部源產生，該外部源可包括雷射、LED、電子束源或其他輻射源。

方法1500可包括產生初級帶電粒子束之步驟S110。初級帶電粒子束可由電子束工具100產生。產生初級帶電粒子束可包括產生複數個細射束。初級帶電粒子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束系統之偵測器。可使初級帶電粒子束遍及樣本之表面進行掃描。

方法1500可包括在基板處接收自樣本發射之帶電粒子的步驟S120。可將帶電粒子自樣本引導至基板，該樣本已由帶電粒子束系統之初級帶電粒子束掃描。帶電粒子可包括次級電子。帶電粒子可入射於基板之第一側上。帶電粒子可與可形成基板之PIN二極體之空乏區相互作用，且可觸發在PIN二極體中眾多載體之產生。帶電粒子可產生眾多電子-電洞對。載體之數量可與基板上之傳入帶電粒子之屬性及基板之屬性相關。舉例而言，在一些實施例中，PIN二極體可經組態以使得具有能量(BE − LE) keV之傳入電子之動能可藉由以每對約3.61 eV之速率產生眾多電子-電洞對而完全消耗。因此，對於10,000 eV能量之傳入電子，可產生大致2,700個電子-電洞對。與可僅產生單個電子-電洞對之光子到達事件形成對比，電子到達事件可產生顯著更多的電子-電洞對。

方法1500可包括經由基板上之拾取點偵測載體的步驟S130。拾取點可提供於基板之第二側上。第二側可與第一側相對。基板之照明可造成基板之區中之載體濃度增加。基板之區中的載體之濃度相對於未照明狀態可增加。該區可包括某一類型之半導體材料。

基板可包括由具有第一導電性之半導體材料形成的第一區，及由具有第二導電性之半導體材料形成的第二區。第一區可提供於基板之第一側上。第二區可提供於基板之第二側上。第一區可包括p型半導體。第二區可包括n型半導體。舉例而言，如 圖 5中所展示，可存在包括表面層601、區610或p磊晶區620之第一區。亦可存在包括630之第二區。區630可為低劑量n型植入區。

包括帶電粒子偵測器之一部分的基板可包括感測元件314。基板可經由表面層601或第二側602被照明。感測元件314之照明可造成區630中之載體之濃度增加。區630中增加之載體濃度可促進載體朝向電極329之傳導。

在一些實施例中，可在感測元件中提供差分梯度。差分梯度可經組態以產生場以影響載體。差分梯度可經組態以促進載體朝向拾取點之傳導。差分梯度可產生被動場。差分梯度可在特定方向上形成。差分梯度可在拾取點之間在水平方向上具有梯度。感測元件可自半導體基板建構。可使用諸如步進植入區之植入物之梯度。差分梯度可使得拾取點之間的區中的載體朝向最接近的拾取點移動。

現在參考 圖 16A及 圖 16B，其繪示符合本發明之實施例的差分梯度。如 圖 16A中所展示，可提供感測元件314，其類似於 圖 5之感測元件，其例外之處在於區630可包括梯度區660。梯度區660可包括差分梯度。梯度區660可包括具有不同導電性之複數個區。

在 圖 5中，感測元件314可包括可為均一結構之區630。區630可為低劑量n型植入區。然而，在 圖 16A中，感測元件314可包括具有不同導電性之區的區630。區630可包括梯度區660。梯度區660可以具有不同劑量之n型植入物的區形成。舉例而言，可提供第一梯度區661、第二梯度區662及第三梯度區663。區661、662、663可具有不同的摻雜密度。第一梯度區661可具有比第二梯度區662更高的摻雜密度，第二梯度區可具有比第三梯度區663更高的摻雜密度。舉例而言，第一梯度區661可為n++區，第二梯度區662可為n+區且第三梯度區663可為n區。該等不同區之不同摻雜密度可使得載體在預定方向上移動。梯度區660之梯度可在預定方向上形成。預定方向可為偵測器之水平方向。

可使用各種製造程序用梯度區形成偵測器。不同半導體區可使用不同遮罩或藉由植入不同密度之摻雜劑而形成。

在一些實施例中，梯度區可提供於偵測器中之特定位置處。舉例而言，如上文參考 圖 7B所論述，可存在載體可傾向於停滯的區720。梯度區可形成於此類區域中。

如 圖 16A中所展示，梯度區660可經形成以在偵測器之厚度方向上與電晶體329重疊。梯度區660可形成於電晶體329與區620之間。梯度區660可選擇性地形成於需要操縱載體傳輸行為之區域中。當施加垂直驅動場時，載體傳輸在除了區720之外的區中可為足夠的。在一些實施例中，垂直驅動場可與形成於對應於區720之區域中的梯度區660一起使用。

在一些實施例中，可能需要進一步操縱載體傳輸行為。梯度區可形成於延伸超出區720之區域中。在一些實施例中，梯度區可填充偵測器之基板的第二區之整個區域。

偵測器之基板可包括由具有第一導電性之半導體材料形成的第一區，及由具有第二導電性之半導體材料形成的第二區。第一區可提供於基板之第一側上。第二區可提供於基板之第二側上。第一區可包括p型半導體。第二區可包括n型半導體。舉例而言，如 圖 5中所展示，可存在包括表面層601、區610或p磊晶區620之第一區。亦可存在包括630之第二區。區630可為低劑量n型植入區。

如 圖 16B中所展示，梯度區660可經形成以填充實質上所有區630。類似於 圖 16A，梯度區660可包括第一梯度區661、第二梯度區662及第三梯度區663。另外，梯度區660可包括第四梯度區664及第五梯度區665。梯度區660可經組態以形成摻雜劑密度自第一梯度區661至第五梯度區665之平滑過渡。

可提供一種非暫時性電腦可讀媒體，其儲存指令，該等指令用於控制器(例如， 圖 1中之控制器109)之處理器根據符合本發明之實施例的 圖 15之例示性流程圖來偵測帶電粒子。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1500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、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。

諸圖中之方塊圖可繪示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，示意圖中之每一區塊可表示可使用諸如電子電路之硬體實施的某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模組、區段或程式碼部分。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實質上同時執行或實施，或兩個區塊有時可以相反次序執行。一些區塊亦可省略。亦應理解，方塊圖之每一區塊及該等區塊之組合可藉由執行指定功能或動作的基於專用硬體之系統，或藉由專用硬體及電腦指令之組合來實施。

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： 形成於一基板中之複數個感測元件，其中該複數個感測元件中之一感測元件係由該基板之一第一側上之一第一區及該基板之一第二側上之一第二區形成，該第二側與該第一側相對； 形成於該基板之該第二側上之複數個第三區，該等第三區包括一或多個電路組件；及 形成於該基板之該第二側上之一第四區陣列，該第四區陣列係在鄰近第三區之間。 2. 如條項1之帶電粒子偵測器，其中 該第一區包括具有一第一導電性之半導體材料， 該第二區包括具有一第二導電性之半導體材料， 該第三區包括具有該第一導電性之半導體材料，且 該第四區陣列包括具有該第二導電性之半導體材料。 3. 如條項1或條項2之帶電粒子偵測器，其中 該第一區包括p型半導體， 該第二區包括n型半導體， 該第三區包括p型半導體，且 該第四區包括n型半導體。 4. 如條項1至3中任一項之帶電粒子偵測器，其中該第二區鄰近於該第一區。 5. 如條項1至4中任一項之帶電粒子偵測器，其中該感測元件包括一PIN二極體。 6. 如條項1至5中任一項之帶電粒子偵測器，其中該第四區陣列係由一佈線路徑連接。 7. 如條項1至5中任一項之帶電粒子偵測器，其中該第四區陣列係由一橋接部分連接。 8. 如條項1至7中任一項之帶電粒子偵測器，其中該第四區陣列包括經組態以收集該感測元件中產生之載體的電極。 9. 如條項1至8中任一項之帶電粒子偵測器，其中該一或多個電路組件包括電晶體。 10. 一種帶電粒子偵測器，其包含： 形成於一基板中之複數個感測元件，其中該複數個感測元件中之一感測元件係由該基板之一第一側上之一第一區及該基板之一第二側上之一第二區形成，該第二側與該第一側相對； 形成於該基板之該第二側上之複數個第三區，該等第三區包括一或多個電路組件；及 形成於該基板之該第二側上之一第四區，該第四區係在鄰近第三區之間，該第四區之一參數經組態以便增強該偵測器中之載體傳輸。 11. 如條項10之帶電粒子偵測器，其中該第四區之該參數包括該第四區之幾何形狀。 12. 如條項10或條項11之帶電粒子偵測器，其中該感測元件中之該第四區的一佔用比率大於或等於一預定比例。 13. 如條項12之帶電粒子偵測器，其中該預定比例為50%。 14. 如條項10至13中任一項之帶電粒子偵測器，其中該第四區包括一鄰接形狀。 15. 一種帶電粒子偵測器，其包含： 形成於一基板中之複數個感測元件，其中該複數個感測元件中之一感測元件係由該基板之一第一側上之一第一區及該基板之一第二側上之一第二區形成，該第二側與該第一側相對； 形成於該基板之該第二側上之複數個第三區，該等第三區包括一或多個電路組件；及 形成於該基板之該第二側上之複數個第四區，該複數個第四區之一第一部分連接至一第一電位且該複數個第四區之一第二部分連接至不同於該第一電位之一第二電位。 16. 如條項15之帶電粒子偵測器，其中一第三電位經施加至該第一區。 17. 如條項15或條項16之帶電粒子偵測器，其中一場係在該帶電粒子偵測器之實質上一側向方向上在該複數個第四區之該第一部分與該複數個第四區之該第二部分之間形成，該側向方向垂直於該帶電粒子偵測器之一厚度方向及帶電粒子在該帶電粒子偵測器上之一入射方向。 18. 如條項15至17中任一項之帶電粒子偵測器，其中該複數個第四區之該第一部分中之每一者的一結構與該複數個第四區之該第二部分中之每一者的結構相同。 19. 如條項15至17中任一項之帶電粒子偵測器，其中該複數個第四區之該第一部分中之每一者的一結構不同於該複數個第四區之該第二部分中之每一者的結構。 20. 如條項19之帶電粒子偵測器，其中該複數個第四區之該第二部分的一大小大於該複數個第四區之該第一部分的一大小。 21. 如條項15至20中任一項之帶電粒子偵測器，其中該複數個第四區之該第二部分的一數目大於該複數個第四區之該第一部分的數目。 22. 如條項15至21中任一項之帶電粒子偵測器，其中該複數個感測元件中之每一者包括該複數個第四區之該第一部分中的一者。 23. 如條項15至21中任一項之帶電粒子偵測器，其中該複數個第四區以一棋盤圖案提供。 24. 如條項23之帶電粒子偵測器，其中該複數個第四區之該第一部分及該複數個第四區之該第二部分經交替地提供。 25. 如條項15至21中任一項之帶電粒子偵測器，其中該複數個第四區以一圖案提供，使得第四區之該第一部分中之每一者由第四區之該第二部分包圍。 26. 如條項15至25中任一項之帶電粒子偵測器，其中該複數個第四區之該第一部分包括經組態以收集該感測元件中產生的一第一類型之載體之電極，且該複數個第四區之該第二部分包括經組態以排斥該第一類型之載體之驅動電極。 27. 如條項15至25中任一項之帶電粒子偵測器，其中該複數個第四區之該第一部分及該複數個區之該第二部分包括經組態以收集該感測元件中產生的一第一類型之載體之電極。 28. 如條項27之帶電粒子偵測器，其進一步包含一電路，該電路經組態以基於由該複數個第四區之該第一部分及該複數個區之該第二部分兩者收集的該第一類型之載體而執行信號處理以產生一輸出。 29. 如條項15至28中任一項之帶電粒子偵測器，其中該複數個第四區之該第一部分中的每一者位於一感測元件之中心處，且該複數個第四區之該第二部分中的每一者介於鄰近第三區之間。 30. 一種用於偵測帶電粒子之方法，其包含： 照明包括一偵測器之一部分的一基板以使得在該基板中產生一載體串流； 在該基板處接收自一樣本發射之一帶電粒子，其中該帶電粒子與該基板相互作用以觸發在該基板中眾多載體之產生；及 經由該基板上之一拾取點偵測載體。 31. 如條項30之方法，其中該基板包括一PIN二極體，且照明該基板使得在該PIN二極體之一空乏區中產生電子電洞對之一恆定串流。 32. 如條項30或條項31之方法，其中在一時段期間連續照明該基板。 33. 如條項30至32中任一項之方法，其中在經組態以自該樣本接收入射帶電粒子之一第一側上照明該基板。 34. 如條項30至32中任一項之方法，其中在一第二側上照明該基板，該第二側與經組態以自該樣本接收入射帶電粒子之一第一側相對。 35. 如條項30至32中任一項之方法，其中在一第一側及一第二側上照明該基板，該第一側經組態以自該樣本接收入射帶電粒子且該第二側與該第一側相對。 36. 如條項30至35中任一項之方法，其中該基板係由包含一雷射、一LED或一電子束源之一外部源照明。 37. 如條項30至36中任一項之方法，其中在該拾取點與一電晶體之間的一區中照明該基板，該電晶體配置於該偵測器之鄰近感測元件之間。 38. 如條項30至37中任一項之方法，其進一步包含： 產生一初級帶電粒子束；及 使該初級帶電粒子束遍及該樣本進行掃描。 39. 如條項30至38中任一項之方法，其進一步包含： 判定由於照明該基板而在該基板中產生的載體之一第一數目；及 判定由於該帶電粒子與該基板相互作用而在該基板中產生的載體之一第二數目。 40. 如條項39之方法，其中載體之該第二數目係藉由自載體之一第三數目減去載體之該第一數目予以判定，載體之該第三數目包括在該拾取點處收集的載體之一總數目。 41. 一種非暫時性電腦可讀媒體，其儲存一組指令，該等指令可由一帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行以使該帶電粒子束裝置執行一方法，該方法包含： 照明包括一偵測器之一部分的一基板以使得在該基板中產生一載體串流，其中該基板經組態以接收自一樣本發射之一帶電粒子，其中該帶電粒子與該基板相互作用以觸發在該基板中眾多載體之產生；及 經由該基板上之一拾取點偵測載體。 42. 如條項41之媒體，其中該組指令可執行以使該帶電粒子束裝置進行以下操作： 在一時段期間連續地照明該基板。 43. 如條項41或條項42之媒體，其中該組指令可執行以使該帶電粒子束裝置進行以下操作： 在經組態以自該樣本接收入射帶電粒子之一第一側上照明該基板。 44. 如條項41或條項42之媒體，其中該組指令可執行以使該帶電粒子束裝置進行以下操作： 在一第二側上照明該基板，該第二側與經組態以自該樣本接收入射帶電粒子之一第一側相對。 45. 如條項41或條項42之媒體，其中該組指令可執行以使該帶電粒子束裝置進行以下操作： 在一第一側及一第二側上照明該基板，該第一側經組態以自該樣本接收入射帶電粒子且該第二側與該第一側相對。 46. 如條項41至45中任一項之媒體，其中該組指令可執行以使該帶電粒子束裝置進行以下操作： 在該拾取點與一電晶體之間的一區中照明該基板，該電晶體配置於該偵測器之鄰近感測元件之間。 47. 如條項41至46中任一項之媒體，其中該組指令可執行以使該帶電粒子束裝置進行以下操作： 產生一初級帶電粒子束；及 使該初級帶電粒子束遍及該樣本進行掃描。 48. 如條項41至47中任一項之媒體，其中該組指令可執行以使該帶電粒子束裝置進行以下操作： 判定由於照明該基板而在該基板中產生的載體之一第一數目；及 判定由於該帶電粒子與該基板相互作用而在該基板中產生的載體之一第二數目。 49. 如條項48之媒體，其中載體之該第二數目係藉由自載體之一第三數目減去載體之該第一數目予以判定，載體之該第三數目包括在該拾取點處收集的載體之一總數目。 50. 一種帶電粒子偵測器，其包含： 形成於一基板中之複數個感測元件，其中該複數個感測元件中之一感測元件係由該基板之一第一側上之一第一區及該基板之一第二側上之一第二區形成，該第二側與該第一側相對； 形成於該基板之該第二側上之複數個第三區，該等第三區包括一或多個電路組件；及 形成於該基板之該第二側上之一第四區，該第四區經組態以收集該感測元件中產生之載體，其中 該第二區包括該感測元件之一周邊與該第四區之間的一差分梯度區。 51. 如條項50之帶電粒子偵測器，其中該差分梯度係在垂直於該基板之一厚度方向的一方向上形成。 52. 如條項50或條項51之帶電粒子偵測器，其中自該感測元件之該周邊至該第四區之該差分梯度係連續的。 53. 如條項50至52中任一項之帶電粒子偵測器，其中 該第一區包括具有一第一導電性之半導體材料， 該第二區包括具有一第二導電性之半導體材料， 該複數個第三區包括具有該第一導電性之半導體材料，且 該第四區包括具有該第二導電性之半導體材料。 54. 如條項50至53中任一項之帶電粒子偵測器，其中 該第一區包括p型半導體， 該第二區包括n型半導體， 該複數個第三區包括p型半導體，且 該第四區包括n型半導體。 55. 如條項50至54中任一項之帶電粒子偵測器，其中該差分梯度包括具有朝向該第四區逐漸減小之摻雜密度的複數個區。 56. 如條項50至55中任一項之帶電粒子偵測器，其中該差分梯度包括具有不同密度之n型半導體的區。 57. 如條項50至56中任一項之帶電粒子偵測器，其中該複數個第三區包括電晶體，且該差分梯度與該等電晶體重疊。 58. 如條項50至57中任一項之帶電粒子偵測器，其中該差分梯度實質上填充該第二區。 59. 如條項1至5中任一項之帶電粒子偵測器，其中該第四區陣列係由一橋接部分連接。 60. 如條項30至35中任一項之方法，其中該基板係由一外部輻射源照明。 61. 如條項32之方法，其中該時段係該樣本之一掃描。

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繪示之確切構造，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。

10:例示性電子束檢測(EBI)系統 11:主腔室 20:裝載/鎖定腔室 30:設備前端模組(EFEM) 30a:第一裝載埠 30b:第二裝載埠 100:電子束工具 100A:電子束工具/裝置 103:陰極 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: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 210:初級電子束 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:次級電子束/次級電子細射束 238:次級電子束/次級電子細射束 240:次級電子束/次級電子細射束 242:次級光學系統 244:電子偵測器件/帶電粒子偵測器件 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 300:偵測器 301:第一表面/偵測表面 302:第二表面 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 325:電極 329:電晶體 510:虛線 601:表面層 602:第二側 610:淺p+區 620:p磊晶區 630:低劑量n型植入區 641:深p井 642:n井 643:p井 644:PMOS 645:NMOS 660:梯度區 661:第一梯度區 662:第二梯度區 663:第三梯度區 664:第四梯度區 665:第五梯度區 700:偵測器 701:第一表面 702:第二表面 710:拾取點 713:感測元件 714:感測元件 715:帶電粒子/感測元件 720:區 800:偵測器 801:第一表面 802:第二表面 810:拾取點 813:感測元件 814:感測元件 815:感測元件 820:區 910:拾取點 911:感測元件 912:感測元件 913:感測元件 914:感測元件 920:區 930:擴展區 935:橋接部分 936:佈線 951:陣列 962:佈線 971:陣列 981:形狀 1000:偵測器 1001:第一表面 1002:第二表面 1010:第四區 1011:拾取點 1012:驅動電極 1015:帶電粒子 1021:感測元件 1022:感測元件 1023:感測元件 1300:曲線圖 1310:區 1320:區 1410:第一外部源 1420:第二外部源 1500:方法 L ₁:鄰近拾取點之間的距離 L ₂:鄰近拾取點之間的距離 S100:步驟 S110:步驟 S120:步驟 S130:步驟 s:尺寸 V _d:驅動電壓 V _dx:側向驅動電壓 V _dy:側向驅動電壓 V _dz:驅動電壓 α:角度

本發明之上述及其他態樣自與隨附圖式結合獲取之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束檢測(EBI)系統之圖解表示。

圖 2A及 圖 2B為繪示符合本發明之實施例的可為電子束工具之實例的帶電粒子束裝置之圖解。

圖 3為符合本發明之實施例的偵測器之例示性結構的圖解表示。

圖 4為符合本發明之實施例的偵測器之圖解表示。

圖 5為符合本發明之實施例的偵測器之個別感測元件之圖解表示。

圖 6為符合本發明之實施例的藉由空乏區操作之偵測器之個別感測元件的圖解表示。

圖 7A 至圖 7C繪示符合本發明之實施例的具有拾取點之偵測器。

圖 8A 至圖 8C繪示符合本發明之實施例的偵測器之第四區之實例。

圖 9A 至圖 9C繪示符合本發明之實施例的偵測器之第四區之實例。

圖 10A 至圖 10E繪示符合本發明之實施例的偵測器之第四區之實例。

圖 11A 至圖 11D繪示符合本發明之實施例的偵測器之第四區之圖案的實例。

圖 12A 至圖 12C繪示符合本發明之實施例的可用於拾取點及驅動電極之圖案之實例。

圖 13為符合本發明之實施例的載體吸引至拾取點之圖解表示。

圖 14A 至圖 14C繪示符合本發明之實施例的由外部源提供之照明之實例。

圖 15為繪示符合本發明之實施例的可適用於帶電粒子偵測之方法的流程圖。

圖 16A及 圖 16B繪示符合本發明之實施例的差分梯度。

1000:偵測器

1002:第二表面

1010:第四區

1011:拾取點

1012:驅動電極

V_dx:側向驅動電壓

V_dy:側向驅動電壓

Claims (15)

1. 一種帶電粒子偵測器，其包含： 形成於一基板中之複數個感測元件，其中該複數個感測元件中之一感測元件係由該基板之一第一側上之一第一區及該基板之一第二側上之一第二區形成，該第二側與該第一側相對； 形成於該基板之該第二側上之複數個第三區，該等第三區包括一或多個電路組件；及 形成於該基板之該第二側上之一第四區陣列，該第四區陣列係在鄰近第三區之間。
2. 如請求項1之帶電粒子偵測器，其中 該第一區包括具有一第一導電性之半導體材料， 該第二區包括具有一第二導電性之半導體材料， 該第三區包括具有該第一導電性之半導體材料，且 該第四區陣列包括具有該第二導電性之半導體材料。
3. 如請求項1之帶電粒子偵測器，其中 該第一區包括p型半導體， 該第二區包括n型半導體， 該第三區包括p型半導體，且 該第四區包括n型半導體。
4. 如請求項1之帶電粒子偵測器，其中該第二區鄰近於該第一區。
5. 如請求項1之帶電粒子偵測器，其中該感測元件包括一PIN二極體。
6. 如請求項1之帶電粒子偵測器，其中該第四區陣列係由一佈線路徑連接。
7. 如請求項1之帶電粒子偵測器，其中該第四區陣列係由一橋接部分連接。
8. 如請求項1之帶電粒子偵測器，其中該第四區陣列包括經組態以收集該感測元件中產生之載體的電極。
9. 如請求項1之帶電粒子偵測器，其中該一或多個電路組件包括電晶體。
10. 一種非暫時性電腦可讀媒體，其儲存一組指令，該等指令可由一帶電粒子束裝置之一或多個處理器執行以使該帶電粒子束裝置執行一方法，該方法包含： 照明包括一偵測器之一部分的一基板以使得在該基板中產生一載體串流，其中該基板經組態以接收自一樣本發射之一帶電粒子，其中該帶電粒子與該基板相互作用以觸發在該基板中眾多載體之產生；及 經由該基板上之一拾取點偵測載體。
11. 如請求項10之媒體，其中該組指令可執行以使該帶電粒子束裝置進行以下操作： 在一時段期間連續地照明該基板。
12. 如請求項10之媒體，其中該組指令可執行以使該帶電粒子束裝置進行以下操作： 在經組態以自該樣本接收入射帶電粒子之一第一側上照明該基板。
13. 如請求項10之媒體，其中該組指令可執行以使該帶電粒子束裝置進行以下操作： 在一第二側上照明該基板，該第二側與經組態以自該樣本接收入射帶電粒子之一第一側相對。
14. 如請求項10之媒體，其中該組指令可執行以使該帶電粒子束裝置進行以下操作： 在一第一側及一第二側上照明該基板，該第一側經組態以自該樣本接收入射帶電粒子且該第二側與該第一側相對。
15. 如請求項10之媒體，其中該組指令可執行以使該帶電粒子束裝置進行以下操作： 在該拾取點與一電晶體之間的一區中照明該基板，該電晶體配置於該偵測器之鄰近感測元件之間。

Images