TWI804837B - 信號電子偵測之系統及方法 - Google Patents

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TWI804837B TW110111728A TW110111728A TWI804837B TW I804837 B TWI804837 B TW I804837B TW 110111728 A TW110111728 A TW 110111728A TW 110111728 A TW110111728 A TW 110111728A TW I804837 B TWI804837 B TW I804837B
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Abstract

一些所揭示實施例包括一種電子偵測器，其包含：一第一半導體層，其具有一第一部分及一第二部分；一第二半導體層；一第三半導體層；一PIN區，其由該第一半導體層、該第二半導體層及該第三半導體層形成；一電源供應器，其經組態以在該第一半導體層與該第三半導體層之間施加一反向偏壓；及一空乏區，其藉由該反向偏壓形成於該PIN區內，且經組態以基於在該空乏區內捕獲之複數個信號電子之一第一子集而產生一偵測器信號，其中該第一半導體層之該第二部分未空乏，且經組態以提供一能量障壁以阻擋該複數個信號電子之一第二子集，且允許該複數個信號電子之該第一子集穿過而到達該空乏區。

Description

信號電子偵測之系統及方法
本發明提供之實施例揭示一帶電粒子束設備，且更特定言之，揭示用於信號電子偵測之經改良系統及方法。
當製造半導體積體電路(IC)晶片時，由於例如光學效應及偶然粒子所導致的非所需圖案缺陷在製作程序期間不可避免地出現在基板(亦即，晶圓)或光罩上，從而降低了良率。因此，監測非所要圖案缺陷之程度為製造IC晶片之重要程序。更一般而言，基板或另一物件/材料之表面的檢測或量測為在其製造期間及之後的重要程序。
運用帶電粒子束之圖案檢測工具已用以檢測物件，例如以偵測圖案缺陷。此等工具通常使用電子顯微技術，諸如掃描電子顯微鏡(SEM)。在SEM中，運用最終減速步驟定向相對高能量下之電子的初級電子束以便以相對低的著陸能量著陸於樣本上。電子束經聚焦作為樣本上之探測光點。探測光點處之材料結構與來自電子束之著陸電子之間的相互作用使得自表面發射電子，諸如次級電子、背向散射電子或歐傑(Auger)電子。可自樣本之材料結構發射所產生之次級電子。藉由使呈探測光點形式之初級電子束掃描遍及樣本表面，可跨樣本之表面發射次級電子。藉由收 集來自樣本表面之此等發射之次級電子，圖案檢測工具可獲得表示樣本之表面之材料結構的特性之影像。
本發明提供之實施例揭示一帶電粒子束設備，且更特定言之，揭示用於信號電子偵測之經改良系統及方法。
在一些實施例中，提供一種用於偵測自一樣本產生之複數個信號電子的電子偵測器。該偵測器包括：一第一半導體層，其具有一第一部分及一第二部分；一第二半導體層，其相鄰於該第一半導體層；及一第三半導體層，其相鄰於該第二半導體層。該偵測器亦包括一PIN區，其由該第一半導體層、該第二半導體層及該第三半導體層形成。該偵測器亦可包括一電源供應器，其經組態以在該第一半導體層與該第三半導體層之間施加一反向偏壓。該偵測器進一步包括一空乏區，其藉由該反向偏壓形成於該PIN區內，該空乏區包含該第二半導體層之一部分，且該空乏區經組態以基於在該空乏區內捕獲之該複數個信號電子之一第一子集而產生一偵測器信號，其中該第一半導體層之該第二部分未空乏，且經組態以提供一能量障壁以阻擋該複數個信號電子之一第二子集，且允許該複數個信號電子之該第一子集穿過而到達該空乏區。
在一些實施例中，提供一種用於偵測自一樣本產生之複數個信號電子的電子偵測器。該偵測器包括一第一半導體層，其具有一第一部分及一第二部分；一第二半導體層，其相鄰於該第一半導體層。該偵測器亦包括一第三半導體層之多個區段，該等多個區段中之每一者相鄰於該第二半導體層。該偵測器亦包括一PIN區，其由該第一半導體層、該第二半導體層及該第三半導體層形成；及一電源供應器，其經組態以在該第一 半導體層與該第三半導體層之間施加一反向偏壓。該偵測器進一步包括一空乏區，其藉由該反向偏壓形成於該PIN區內，該空乏區包含該第二半導體層之一部分，且該空乏區經組態以基於在該空乏區內捕獲之該複數個信號電子之一第一子集而產生複數個偵測器信號，其中該第一半導體層之該第二部分未空乏，且經組態以提供一能量障壁以阻擋該複數個信號電子之一第二子集，且允許該複數個信號電子之該第一子集穿過而到達該空乏區。
提供一種用於製造具有基於電子之能量將該等電子濾除之一能量障壁的一電子偵測器的方法。該方法包括提供一半導體基板，其具有一第一部分、相鄰於該第一部分之一第二部分，及相鄰於該第二部分之一第三部分。方法亦包含：藉由將該基板之該第一部分與一第一類型之摻雜物摻雜來形成一第一半導體層；藉由將該基板之該第三部分與一第二類型之摻雜物摻雜來形成一第三半導體層；及在該基板之該第二部分中形成一第二半導體層。該第一半導體層中的該第一類型之摻雜物之一摻雜濃度經判定以組態該電子偵測器之該能量障壁，且該第一半導體層之一厚度經判定以進一步組態該電子偵測器之該能量障壁。
在一些實施例中，提供一種用於檢測一樣本之一帶電粒子束設備。該設備包括：一帶電粒子束源，其經組態以沿一主光軸發射一帶電粒子束；一物鏡，其經組態以將該帶電粒子束聚焦於該樣本上；及根據上文所描述之該等實施例之一電子偵測器。該電子偵測器經組態以偵測由該帶電粒子束入射至該樣本上而產生的複數個信號電子。
在一些實施例中，提供一種用於檢測一樣本之一帶電粒子束設備。該設備包括：一帶電粒子束源，其經組態以沿一主光軸發射一帶 電粒子束；一物鏡，其經組態以將該帶電粒子束聚焦於該樣本上；一電子偵測器，其經組態以偵測由該帶電粒子束入射至該樣本上而產生的複數個信號電子；及一被動能量濾光片，其介於該電子偵測器與該樣本之間。
在一些實施例中，提供一種用於偵測自一樣本產生之複數個信號電子的電子偵測器。該偵測器包括：一第一半導體層，其具有一第一部分及一第二部分；一第二半導體層，其相鄰於該第一半導體層；及一第三半導體層，其相鄰於該第二半導體層。該偵測器亦包括一PIN區，其由該第一半導體層、該第二半導體層及該第三半導體層形成。該偵測器進一步包括一空乏區，其藉由被施加至該PIN區之一反向偏壓形成，該空乏區包含該第二半導體層之一部分，且該空乏區經組態以基於在該空乏區內捕獲之該複數個信號電子之一第一子集而產生一偵測器信號，其中該第一半導體層之該第二部分未空乏，且經組態以提供一能量障壁以阻擋該複數個信號電子之一第二子集，且允許該複數個信號電子之該第一子集穿過而到達該空乏區。
在一些實施例中，提供一種用於偵測自一樣本產生之複數個信號電子的電子偵測器。該偵測器包括一第一半導體層，其具有一第一部分及一第二部分；一第二半導體層，其相鄰於該第一半導體層。該偵測器亦包括一第三半導體層之多個區段，該等多個區段中之每一者相鄰於該第二半導體層。該偵測器亦包括一PIN區，其由該第一半導體層、該第二半導體層及該第三半導體層形成。該偵測器進一步包括一空乏區，其藉由被施加至該PIN區之一反向偏壓形成，該空乏區包含該第二半導體層之一部分，且該空乏區經組態以基於在該空乏區內捕獲之該複數個信號電子之一第一子集而產生複數個偵測器信號，其中該第一半導體層之該第二部分 未空乏，且經組態以提供一能量障壁以阻擋該複數個信號電子之一第二子集，且允許該複數個信號電子之該第一子集穿過而到達該空乏區。
本發明之實施例之其他優點將自結合隨附圖式進行之以下描述變得顯而易見，在該等中藉助於說明及實例闡述本發明之某些實施例。
10: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
40:電子束工具
50:控制器
100:帶電粒子束檢測系統
201:主光軸
202:初級射束交越
203:陰極
204:初級電子束
220:陽極
222:槍孔徑
224:庫侖孔徑陣列
226:聚光透鏡
232:物鏡總成
232a:磁極片
232b:控制電極
232c:偏轉器
232d:激磁線圈
234:電動載物台
235:束限制孔徑陣列
236:樣本固持器
244:電子偵測器
250:樣本
300A:帶電粒子束設備
300B:帶電粒子束設備
300C:帶電粒子束設備
301:主光軸
302:電子源
303:初級射束交越
304:初級電子束
304-1:初級電子小射束
306:探測光點
312:束限制孔徑陣列
321:聚光透鏡
322:物鏡總成
322A:內部磁極片
322B:控制電極
322M:磁透鏡
331:透鏡式電子偵測器
331E:網型電極
341:背向散射電子偵測器
350:掃描偏轉單元
371:樣本
375:電源供應器
381:路徑
382:路徑
391:路徑
392:路徑
393:路徑
400:偵測器
401s:第一表面
410:第一金屬層
412:厚度
420:第一半導體層
420a:空乏部分
420b:未空乏部分
422:厚度
430:第二半導體層
432:厚度
437:空乏區
440:第三半導體層
440-1:區段
440-2:區段
440-3:區段
440a:空乏部分
440b:未空乏部分
442:厚度
450:第二金屬層
450-1:區段
450-2:區段
450-3:區段
452:厚度
467:電源供應器
468:偵測單元
468-2:偵測單元
468-3:偵測單元
490:信號電子
495:電子
496:電子
496er-496hr:電子-電洞對
496r:箭頭
497:電子
497e:電子
497em:箭頭
497er-497hr:電子-電洞對
497h:電洞
497hm:箭頭
498:信號電子
498e-498h:電子-電洞對
498em-498hm:電子-電洞對
531:信號電子偵測器
532:外部被動能量濾光片
537:空乏區
595:傳入信號電子
596:傳入信號電子
597:傳入信號電子
600A:帶電粒子束設備
600B:帶電粒子束設備
600F:帶電粒子束設備
631:信號電子偵測器
632:外部被動能量濾光片
632a:濾光區域
632b:濾光區域
632c:濾光區段
632d:濾光區段
632e:濾光區段
641:額外電子偵測器
700:基板
701s:第一表面
702s:第二表面
710:第一金屬層
720:第一半導體層
730:第二半導體層
740:第三半導體層
750:第二金屬層
A1:步驟
A2:步驟
A3:步驟
A4:步驟
A5:步驟
圖1為說明符合本發明之實施例之帶電粒子束檢測系統的示意圖。
圖2為符合本發明之實施例的說明可為圖1之帶電粒子束檢測系統之一部分的電子束工具之例示性組態的示意圖。
圖3A為符合本發明之實施例的展示包含複數個信號電子偵測器之帶電粒子束設備的示意圖。
圖3B及圖3C為包含具有主動能量濾光片的信號電子偵測器之帶電粒子束設備的示意圖。
圖4A為符合本發明之實施例的例示性信號電子偵測器之示意圖。
圖4B及圖4C為符合本發明之實施例的展示圖4A之信號電子偵測器之例示性操作的說明。
圖5A及圖5B為符合本發明之實施例的的具有外部被動能量濾光片之例示性信號電子偵測器的示意圖。
圖6A至圖6F為符合本發明之實施例的包含信號電子偵測器及根據圖5A及圖5B之外部被動能量濾光片的例示性帶電粒子束設備之示意圖。
圖7說明符合本發明之實施例的形成圖4A之信號電子偵測器之例示性方法。
現將詳細參考例示性實施例，其實例說明於附圖中。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。闡述於例示性實施例之以下描述中之實施方案並不表示全部實施方案。實情為，其僅為符合關於所附申請專利範圍中所敍述之所揭示實施例的態樣的設備及方法之實例。舉例而言，儘管一些實施例係在利用電子束之內容背景中予以描述，但本發明不限於此。可相似地施加其他類型之帶電粒子束。此外，可使用其他成像系統，諸如光學成像、光偵測、x射線偵測等。
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。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晶片可與縮略圖一樣小且仍可包括超過20億個電晶體，各電晶體之大小小於人類毛髮之大小的1/1000。
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。甚至一個步驟中之誤差會潛在地引起成品IC中之缺陷，藉此使得成品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。
改良良率之一個組分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。
使用SEM檢測高密度IC晶片之準確度及可靠性可尤其取決於系統之成像解析度。獲得並維持高成像解析度的若干種方法中之一者為最大化信號電子之收集效率，諸如次級電子(SE)及背向散射電子(BSE)。當初級電子撞擊樣本之表面時，其基於著陸能量、樣本材料及光斑大小以及其他者與大塊樣本相互作用，並產生複數個信號電子。自樣本之組成原子之價電子(例如，外部殼電子)的發射產生的SE具有
Figure 110111728-A0305-02-0010-1
50eV發射能量，且源自樣本之表面或近表面區。主要由電子束之電子與組成原子之原子核彈性碰撞而產生的BSE具有較高發射能量，例如處於50eV至樣本上之初級電子之著陸能量(高達1,000至10,000eV或更多)的範圍內，且常常源自樣本之相互作用容積內的更深區域，且因此可提供與樣本之材料組成及分佈相關聯之資訊。在一些實施例中，可能需要具有僅僅收集某一類型之信號電子(諸如BSE)以增強所獲得影像之品質的機構。舉例而言，可能需要背向散射電子之最大值偵測，以自樣本之更深表面下區獲得底層缺陷或結構之高解析度影像。
在習知SEM中，實現某一類型之信號電子的選擇性收集的一種方式可包括將主動能量濾光片置放在介於樣本與電子偵測器之間的信號電子之路徑上，使得可在達至電子偵測器之表面之前濾除非吾人所樂見類型之信號電子。舉例而言，主動能量濾光片可包括一電極(在帶電粒子束為電子束時相對於樣本經負偏壓)，其產生電場以在允許BSE經過時阻擋SE。在一些實施例中，然而，藉由主動能量濾光片產生之電場可干擾 初級電子且增大物鏡之像差，從而導致樣本上的探測光點之大小增大，且因而不利地影響成像解析度。因此，可能需要在不使用主動濾光片的情況下僅僅偵測BSE。本發明之一些實施例係關於帶電粒子束設備及形成樣本之影像的方法。設備可包括具有被動濾光片之電子偵測器，其在無需產生電場的情況下提供BSE之選擇性收集能力。
出於清楚起見，圖式中之組件之相對尺寸可經放大。在以下圖式描述內，相同或類似參考數字係指相同或類似組件或實體，且僅描述關於個別實施例之差異。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，若陳述組件可包括A或B，則除非另外具體陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或A及B。作為第二實例，若陳述組件可包括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。
現參考圖1，其說明符合本發明之實施例的例示性帶電粒子束檢測系統100，諸如電子束檢測(EBI)系統。如圖1中所展示，帶電粒子束檢測系統100包括主腔室10、裝載鎖定腔室20、電子束工具40，及設備前端模組(EFEM)30。電子束工具40位於主腔室10內。雖然描述及圖式係針對電子束，但應瞭解，實施例並非用以將本發明限制為特定帶電粒子。
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接收含有待檢測之晶圓(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)(晶圓及樣本在下文中統稱為「晶圓」)。EFEM 30中之一或多個機器人臂(未展示)將晶圓傳輸至裝載鎖定腔室20。
裝載鎖定腔室20可連接至裝載/鎖定真空泵系統(未展示)，其移除裝載鎖定腔室20中之氣體分子以達至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(未展示)將晶圓自裝載鎖定腔室20傳輸至主腔室10。主腔室10連接至主腔室真空泵系統(未展示)，其移除主腔室10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40進行之檢測。在一些實施例中，電子束工具40可包含單射束檢測工具。
控制器50可電連接至電子束工具40，且亦可電連接至其他組件。控制器50可為經組態以執行帶電粒子束檢測系統100之各種控制的電腦。控制器50亦可包括經組態以執行各種信號及影像處理功能之處理電路系統。雖然控制器50在圖1中展示為在包括主腔室10、裝載鎖定腔室20及EFEM 30之結構外部，但應瞭解，控制器50可為該結構之部分。
雖然本發明提供收容電子束檢測系統之主腔室10的實例，但應注意，本發明之態樣在其最廣泛意義上不限於收容電子束檢測系統之腔室。實際上，應瞭解，前述原理亦可應用於其他腔室。
現參考圖2，其為說明符合本發明之實施例的可為圖1之帶電粒子束檢測系統100之部分的電子束工具40之例示性組態的示意圖。電子束工具40(在本文中亦被稱作設備40)可包含電子發射器，該電子發射器可包含陰極203、陽極220及槍孔徑222。電子束工具40可進一步包括庫侖孔徑陣列224、聚光透鏡226、束限制孔徑陣列235、物鏡總成232及電子偵測器244。電子束工具40可進一步包括藉由電動載物台234支撐之樣本固持器236以固持待檢測之樣本250。應瞭解，視需要可添加或省略其他相關組件。
在一些實施例中，電子發射器可包括陰極203、提取器陽極220，其中初級電子可自陰極發射且經提取或加速以形成初級電子束204，該初級電子束形成初級射束交越202(虛擬或真實)。初級電子束204可視覺化為自初級射束交越202發射。
在一些實施例中，電子發射器、聚光透鏡226、物鏡總成232、束限制孔徑陣列235及電子偵測器244可與設備40之主光軸201對準。在一些實施例中，電子偵測器244可沿次光軸(未展示)遠離主光軸201置放。
在一些實施例中，物鏡總成232可包含經修改擺動物鏡延遲浸沒透鏡(SORIL)，其包括磁極片232a、控制電極232b、偏轉器232c(或大於一個偏轉器)及激磁線圈232d。在一般成像程序中，自陰極203之尖端發出之初級電子束204藉由施加至陽極220之加速電壓加速。初級電子束204之部分穿過槍孔徑222及庫侖孔徑陣列224之孔徑，且藉由聚光透鏡226聚焦以完全或部分穿過束限制孔徑陣列235之孔徑。可聚焦穿過束限制孔徑陣列235之孔徑的電子以藉由改進之SORIL透鏡在樣本250之表面上形成探測光點，且藉由偏轉器232c偏轉以掃描樣本250之表面。自樣本表面發出之次極電子可藉由電子偵測器244收集以形成所關注之掃描區域之影像。
在物鏡總成232中，激磁線圈232d及磁極片232a可產生磁場，該磁場經由磁極片232a之兩端之間的間隙漏出，且分佈於光軸201周圍的區域中。藉由初級電子束204掃描之樣本250之部分可浸沒在磁場中，且可帶電，繼而產生電場。電場可減小衝擊樣本250附近及樣本250之表面上的初級電子束204之能量。與磁極片232a電隔離之控制電極232b 控制樣本250上方及上之電場，以減小物鏡總成232之像差且控制信號電子束之聚焦情況以用於較高偵測效率。偏轉器232c可使初級電子束204偏轉以促進射束掃描晶圓上。舉例而言，在掃描製程中，可控制偏轉器232c以在不同時間點處將初級電子束204偏轉至樣本250之頂部表面之不同位置上，以為樣本250之不同部分的影像重建構提供資料。
在接收初級電子束204之後，可自樣本250之部分發射背向散射電子(BSE)及次級電子(SE)。電子偵測器244可捕獲BSE及SE，且基於自捕獲之信號電子收集的資訊而產生樣本之影像。若電子偵測器244遠離主光軸201定位，則射束分離器(未展示)可將BSE及SE引導至電子偵測器244之感測器表面。經偵測之信號電子束可在電子偵測器244之感測器表面上形成對應次級電子束光點。電子偵測器244可產生表示所接收之信號電子束光點之強度的信號(例如，電壓、電流)，且將信號提供至處理系統，諸如控制器50。次級或背向散射電子束及所得射束光點之強度可根據樣本250之外部或內部結構改變。此外，如上文所論述，可將初級電子束204偏轉至樣本250之頂部表面之不同位置上，以產生不同強度之次級或背向散射信號電子束(及所得射束光點)。因此，藉由將信號電子束光點之強度與初級電子束204之位置映射至樣本250上，處理系統可重建構反射樣本250之內部或外部結構的樣本250之影像。
在一些實施例中，控制器50可包含影像處理系統，該影像處理系統包括影像獲取器(未展示)及儲存器(未展示)。影像獲取器可包含一或多個處理器。舉例而言，影像獲取器可包含電腦、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類似者，或其組合。影像獲取器可經由諸如電導體、光纖電纜、攜帶型儲存媒體、IR、藍 牙、網際網路、無線網路、無線電等等或其組合之媒體通信耦接至設備40之電子偵測器244。在一些實施例中，影像獲取器可自電子偵測器244接收信號，且可建構影像。影像獲取器可因此獲取樣本250之區域的影像。影像獲取器亦可執行各種後處理功能，諸如在所獲取影像上產生輪廓、疊加指示符及類似者。影像獲取器可經組態以執行對所獲取影像之亮度及對比度等的調整。在一些實施例中，儲存器可為諸如以下各者之儲存媒體：硬碟、隨身碟、雲端儲存器、隨機存取記憶體(RAM)、其他類型之電腦可讀記憶體，及其類似者。儲存器可與影像獲取器耦接，且可用於保存作為原始影像之經掃描原始影像資料以及後處理影像。
在一些實施例中，控制器50可包括量測電路系統(例如類比至數位轉換器)以獲得經偵測次級電子的分佈。與入射於樣本(例如，晶圓)表面上之初級電子束204之對應掃描路徑資料組合的在偵測時間窗期間收集之電子分佈資料可用於重建構受檢測之晶圓結構之影像。經重建構影像可用於顯露樣本250之內部或外部結構的各種特徵，且藉此可用於顯露可能存在於樣本250(諸如，晶圓)中之任何缺陷。
在一些實施例中，控制器50可控制電動載物台234以在檢測期間移動樣本250。在一些實施例中，控制器50可使得電動載物台234能夠在一個方向上以恆定速度連續地移動樣本250。在其他實施例中，控制器50可使得電動載物台234能夠取決於掃描程序之步驟而隨時間推移改變樣本250之移動速度。
現參考圖3A，其為符合本發明之實施例的展示包含複數個信號電子偵測器之帶電粒子束設備300A之實施例的示意圖。在一些習知SEM中，設備300A可包含電子源302，其經組態以自陰極(例如，圖2之陰 極203)發射初級電子，且形成沿主光軸301自初級射束交越303(虛擬或真實)發出之初級電子束304。設備300A可進一步包含聚光透鏡321、束限制孔徑陣列312、透鏡式電子偵測器331、背向散射電子偵測器341、掃描偏轉單元350及物鏡總成322。在本發明之上下文中，透鏡式電子偵測器參考位於物鏡總成322內部或上方的帶電粒子偵測器(例如，電子偵測器)，且可經配置圍繞主光軸(例如，主光軸301)旋轉對稱。在一些實施例中，透鏡式電子偵測器亦可被稱為穿透式透鏡偵測器、沈浸式透鏡偵測器，或上部偵測器。應瞭解，視需要可添加或省略或重排序相關組件。
在當前現有SEM中，如圖3A中所展示，初級電子束304可自電子源302發射且藉由陽極(例如，圖2之陽極220)加速至較高能量。槍孔徑(例如，圖2之槍孔徑222)可將初級電子束304之電流限制為所要初始值，且可結合束限制孔徑陣列312操作以獲得最終束電流。初級電子束304可藉由聚光透鏡321及物鏡總成322聚焦以在樣本371之表面上形成小探測光點306。在一些實施例中，可選擇聚光透鏡321之聚焦倍率及束限制孔徑陣列312之孔徑的開口大小，以得到所要探測電流，且使探測光點大小成為所要大小。
為在大範圍探測電流上獲得小光點大小，束限制孔徑陣列312可包含具有各種大小之多個孔徑。束限制孔徑陣列312可經組態以移動，使得基於所要探測電流或探測光點大小，孔徑陣列312之孔徑中之一者可與主光軸301對準。舉例而言，如圖3A中所展示，孔徑陣列312之孔徑中之一者可經組態以藉由阻斷初級電子束304之周邊電子來產生初級電子小射束304-1。在一些實施例中，掃描偏轉單元350可包括一或多個偏轉器，其經組態以偏轉初級電子小射束304-1以掃描樣本371之表面上的所要 區域。
如之前關於圖2所描述，初級電子小射束304-1之電子與樣本371之相互作用可產生SE及BSE。如在所屬領域中通常已知，SE及BSE之發射遵循蘭貝特定律，且具有大能量延展──自樣本371之不同深度出射的電子具有不同發射能量。舉例而言，SE源自樣本371之表面或近表面區，且具有較低發射能量(例如，低於50eV)。SE可適用於提供關於表面或近表面特徵及幾何結構之資訊。在另一方面，BSE可藉由來自樣本371之更深表面下區域的入射電子之彈性散射事件來產生，且可相比SE具有介於自50eV至大致入射電子之著陸能量之範圍的較高發射能量。BSE可提供正檢測之材料之組成資訊。所產生的BSE之數目可取決於諸如樣本中之材料的原子數或初級電子束之著陸能量之因數以及其他者。
除將初級電子束304聚焦於樣本371之表面上之外，物鏡總成322可經進一步組態以將信號電子聚焦於偵測器331之表面上。如之前關於圖2之樣本250所描述，樣本371可浸沒於物鏡總成322之磁場中，且相比具有較高能量之信號電子，磁場可更快地聚焦具有較低能量之信號電子。舉例而言，由於SE之低發射能量，物鏡總成322可能夠強力聚焦SE(諸如，沿電子路徑381及382)，使得大部分SE著陸於透鏡式偵測器331之偵測層上。相比於SE，物鏡總成322可歸因於其高發射能量而僅僅能夠稍微聚焦BSE。因此，儘管具有小發射角度的一些BSE可沿電子路徑391及392行進且藉由透鏡式電子偵測器331偵測，但具有大發射角度的BSE(例如，路徑393上的電子)可能無法藉由透鏡式電子偵測器331偵測。
在一些實施例中，可使用諸如背向散射電子偵測器341之額外電子偵測器來偵測具有大發射角度之彼等BSE(例如，在路徑393上行進 之電子)。在本發明之上下文中，參考主光軸301量測發射極角，該主光軸實質上垂直於樣本371。如圖3A中所展示，路徑382中的次級電子之發射極角小於路徑391、392及393中的背向散射電子之發射極角。背向散射電子偵測器341可置放於物鏡總成322與樣本371之間，且透鏡式電子偵測器331可置放於物鏡總成322與聚光透鏡321之間，從而允許偵測SE以及BSE。
基於發射能量或發射角以及其他者之差異，可使用單獨電子偵測器、分段式電子偵測器、能量濾光片及其類似者分開偵測SE及BSE。舉例而言，如圖3A中所展示，透鏡式電子偵測器331可組態為分段式偵測器(稍後參考圖4C論述)，其包含經配置於二維或三維配置中的多個偵測區段。在一些情況下，透鏡式電子偵測器331之偵測區段可例如徑向配置、沿圓周配置、或圍繞主光軸301方位地配置。
設備300A可包含聚光透鏡321，其經組態以聚焦初級電子束304，使得其一部分304-1可通過束限制孔徑陣列312之軸上孔徑。聚光透鏡321可實質上類似於圖2之聚光透鏡226，且可執行實質上類似功能。聚光透鏡321可包含靜電、磁性或複合電磁透鏡，以及其他者。聚光透鏡321可電耦接或以通信方式耦接控制器，諸如圖2中所說明之控制器50。控制器50可將電激勵信號施加至聚光透鏡321，以基於諸如操作模式、應用、所要分析或正被檢測之樣本材料以及其他者的因數而調整聚光透鏡321之聚焦倍率。
設備300A可進一步包含掃描偏轉單元350，其經組態以在樣本371之表面上動態偏轉初級電子束304或初級電子小射束304-1。初級電子小射束304-1之動態偏轉可使所要區域或所要關注區待例如以逐線掃 描模式掃描以產生用於樣本檢測的SE及BSE。掃描偏轉單元350可包含一或多個偏轉器(未展示)，其經組態以在X軸或Y軸中偏轉初級電子小射束304-1。如本文所使用，X軸及Y軸形成笛卡爾座標，且初級電子束304沿與Z軸對準之主光軸301傳播。X軸指沿紙之寬度延伸的水平軸或橫向軸線，且Y軸指沿紙之平面進出延伸的豎直軸線。
現參考圖3B，其說明包含帶電粒子偵測器及主動能量濾光片之帶電粒子束設備300B的實施例之示意圖。設備300B可包含磁性物鏡總成322。在一些實施例中，物鏡總成322可包含複合電磁透鏡，其包括磁透鏡322M及藉由內部磁極片322A(類似於圖2之磁極片232a)及控制電極322B(類似於圖2之控制電極232b)形成的靜電透鏡，該磁透鏡及該靜電透鏡結合操作以在樣本371處聚焦初級電子束304。
自樣本371選擇性地偵測信號電子(例如，SE及BSE)的方法中之一者係為了基於其發射能量運用主動能量濾光片濾除某一類型之電子。如圖3B中所展示，在一些實施例中，控制電極322B可經置放以在樣本371與透鏡式電子偵測器331之間形成能量濾光片。在一些實施例中，控制電極322B可安置於樣本371與物鏡總成322之磁透鏡322M之間。當參考樣本371藉由電源供應器375將控制電極322B偏壓至電壓時，在控制電極322B與樣本371之間產生電場，從而產生信號電子之靜電位能障壁。靜電位能障壁阻擋掉具有低於障壁之臨限能量位準之發射能量的信號電子。應理解，與僅使用被動元件之「被動濾光片」相反，「主動濾光片」」意謂使用主動組件之電子濾光片，諸如產生「主動」電場之電極。
在一實例中，控制電極322B參考樣本371經負偏壓，使得帶負電信號電子(例如，路徑381上的SE)因為路徑381上的SE不具有足以 通過能量障壁的能量而被反射回樣本371。在另一方面，具有高於障壁之臨限能量位準之能量的信號電子(例如，路徑391上的BSE)可解決藉由控制電極322B形成之能量障壁，且向著透鏡式電子偵測器331傳播。因此，透鏡式電子偵測器331可組態為背向散射電子偵測器。應理解，381及391分別指示自樣本371產生的實例SE及BSE之路徑。
現參考圖3C，其說明包含帶電粒子偵測器及主動能量濾光片之帶電粒子束設備300C的實施例之示意圖。相比圖3B之設備300B，設備300C包含安置於透鏡式電子偵測器331附近的能量濾光片。如圖3C中所展示，主動能量濾光片可包含網型電極331E，其經組態以將具有低發射能量之信號電子(例如，路徑381上的SE)反射回樣本371或物鏡總成322，且允許運用高發射能量之信號電子(例如，路徑391上的BSE)入射於透鏡式電子偵測器331之偵測層。在一些實施例中，網型電極331E可包含由導電材料製成之網狀結構，諸如金屬、合金、半導體、或複合物，以及其他者。網型電極331E可安置於物鏡總成322與透鏡式電子偵測器331之間。在一些實施例中，網型電極331E可經安置相比物鏡總成322更接近透鏡式電子偵測器331。
半導體製造程序中的一些缺陷之偵測及檢測(諸如由光微影、金屬沈積、乾式蝕刻、或濕式蝕刻產生之埋入粒子以及其他者)可得益於樣本表面特徵之檢測以及樣本表面下方的特徵之組成分析。因此，使用者可利用自可選擇性地偵測SE或BSE之電子偵測器獲得的資訊來識別缺陷，分析缺陷之組成並基於所獲得資訊調整程序參數。在帶電粒子束設備(諸如，SEM)中，可藉由使用能量濾光片或額外電子偵測器來改良BSE之收集效率，如參考圖3A至圖3C所論述。舉例而言，如圖3B及圖3C中所 說明，可使用利用電場之主動能量濾光片將SE與BSE分開，且因此改良個別收集效率。
然而，在一些實施例中，主動能量濾光片可對檢測系統之總體效能造成一些缺點。舉例而言，將經負偏壓能量濾光片置放得更接近樣本(如圖3B中所說明)可能增大物鏡總成之像差，並增大探測光點306之大小，由此不利地影響成像解析度。作為替代方案，可將主動能量濾光片置放得更接近透鏡式電子偵測器(例如，網型電極331E置放在偵測器331附近，如圖3C中所說明)，以最小化對物鏡總成之像差的影響。然而，在此等組態中，初級電子束304可受能量濾光片直接影響，由此增大探測光點306之大小。為避免對初級電子束造成電場影響，可使用遮蔽網或箱(未展示)圍封偵測器331及電極331E。但遮蔽箱可能限制偵測器形狀(例如，需要偵測器331之大中心孔)，其可能妨礙偵測具有小發射角度之信號電子。在一些組態中，為降低對初級電子束之影響並改良具有小發射角度之信號電子的偵測率，可使用射束分離器(未展示)將信號電子偏轉離開主光軸301而朝向被置放於次光軸(未展示)上的偵測器。但，甚至在此組態中，SE濾光可能仍需要主動能量濾光片，且因此可能需要實施遮蔽網或箱。此外，射束分離器可將非所要像差添加至入射初級電子束，由此不利地影響成像解析度。
現參考圖4A，其說明符合本發明之實施例的沿信號電子偵測器之厚度方向中之橫斷面截取的信號電子偵測器400之例示性結構的圖式。信號電子偵測器400可為帶電粒子束設備之一部分，諸如圖3A之設備300A。偵測器400可與帶電粒子束設備之主光軸301對準。初級電子束304在+Z方向中行進(自圖4A之頂部至底部)。自樣本(未展示)產生之信號 電子490在-Z方向(自圖4A之底部至頂部)中行進，以自偵測器400之第一表面401s進入偵測器400。
在一些實施例中，信號電子偵測器400可係基於PIN二極體結構，其在p型半導體層與n型半導體層之間包含純質半導體層，因此產生P-I-N結構。圖4A展示五層PIN電子偵測器，其沿偵測器400之厚度方向(-Z方向)包括第一金屬層410、第一半導體層420、第二半導體層430、第三半導體層440及第二金屬層450。五個層(層410至450)分別具有厚度412、422、432、442及452。
位於偵測器400之底部及頂部的第一金屬層410及第二金屬層450可形成經組態以將偏壓電壓施加至偵測器400的電極。舉例而言，第一金屬層410可充當陽極，且第二金屬層450可充當偵測器400之陰極。另外，兩個金屬層可保護內部半導體層。儘管圖4A說明信號電子自陽極側進入的實施例，但應理解，在不同實施例中，信號電子可自陰極側進入。
第一金屬層410可經組態以接收入射於電子偵測器400之表面401s上的信號電子490。第一金屬層410可為薄型(例如，10至200nm之範圍內)，且由輕金屬製成以減少傳入電子之散射及能量損失。舉例而言，第一金屬層410之材料可為鋁或高度導電且易於藉由信號電子穿透的其他金屬。第一金屬層410之厚度412及材料可基於阻擋除入射電子之外的粒子以減少雜訊或基於其發射能量濾除一些信號電子(例如，濾除具有極低發射能量之SE)的考量而判定。
第一半導體層420形成為相鄰於第一金屬層410。在一些實施例中，第一半導體層420可包含p型半導體。舉例而言，第一半導體層 420可摻雜有三價雜質，諸如硼、鋁、鎵等，以便產生自由電洞。第一半導體層420可為重度摻雜區，諸如P+區。第一半導體層420之一部分可形成選擇性地濾除某一類型之傳入信號電子的能量障壁。第一半導體層420之摻雜濃度及厚度422可基於能量濾光片之所要特徵而判定，諸如濾光片之臨限或截止能量位準。下文關於圖4B及圖4C提供能量濾光片之操作的另外細節。第一金屬層410可沈積於第一半導體層420之頂部上。因此，第一半導體層420可藉由第一金屬層410塗佈及保護。
第二半導體層430形成為相鄰於第一半導體層420。在一些實施例中，第二半導體層430可包含純質半導體區。舉例而言，第二半導體層430可為未經摻雜的純質半導體，或在不存在任何有效摻雜物質的情況下稍微經n或p摻雜。第二半導體層430可具有低於電子偵測器400之其他層之摻雜濃度的摻雜濃度。第二半導體層430可具有經設定使得其由於輕微摻雜而具有高電阻的摻雜濃度。在一些實施例中，信號電子偵測器400可在第二半導體層430可為N區的情況下由矽晶圓形成。介於第一半導體層420與第三半導體層440之間的第二半導體層430之厚度432可基於所接收信號電子之預期發射能量位準的範圍而判定。
第三半導體層440形成為相鄰於第二半導體層430。在一些實施例中，第三半導體層440可包含n型半導體區。舉例而言，第三半導體層440可摻雜有五價雜質，諸如磷、銻、砷等以便產生自由電子。類似於第一半導體層420，第三半導體層440可為重度摻雜區，諸如N+區。
第二金屬層450可沈積於上第三半導體層440上。第二金屬層450之材料可為具有高表面導電性之金屬，諸如鋁或銅。不同於第一金屬層410，第二金屬層450可能不需要高度電子可穿透，此係因為在一些 實施例中，信號電子不經由第二金屬層450進入。
圖4B及圖4C為符合本發明之實施例的展示圖4A之信號電子偵測器之例示性操作的說明。
第一金屬層410及第二金屬層450可連接至電源供應器467。由於兩個金屬層410及450直接形成於相鄰半導體層(420及440)上，因此可經由金屬層在三個半導體層(420、430、440)與電源供應器467之間形成電連接。電源供應器467可經組態以將反向偏壓提供至藉由第一半導體層、第二半導體層及第三半導體層形成之PIN區──將電源供應器467之負端子及正端子分別連接至第一金屬層410(陽極)及第二金屬層450(陰極)。第一金屬層410與第二金屬層450之間的所生成電位差可經由PIN區產生內部電場。在一些實施例中，電源供應器467可直接連接至第一半導體層420及第三半導體層440，此係因為彼等半導體層歸因於高摻雜濃度而具有低阻值。
在反向偏壓條件下，在正常操作中，藉由電場移除自由電荷載體(例如自由電子及電洞)，且因此可在偵測器主體之容體內(尤其PIN區內)形成空乏區437。因此，在反向偏壓下，可能實質上不存在偏壓電流流經偵測器(除極小洩漏電流外)。在一些實施例中，空乏區437可幾乎完全存在於第二半導體層430(純質半導體區)內。在一些實施例中，空乏區437可擴展超出第二半導體層430，從而在第一半導體層420內形成空乏部分(420a)，且在第三半導體層440內形成空乏部分(440a)。第一半導體層420之其他部分──未空乏部分(420b)──可保持具有自由電洞。類似地，第三半導體層440之其他部分──未空乏部分(440b)──可保持具有自由電子。
如之前所描述，傳入信號電子可具有不同發射能量。由於一些信號電子或帶電粒子可具有極低發射能量(例如，電子495)，因此其可藉由第一金屬層阻擋或散射。一些信號電子(例如，電子496及497)可具有較高發射能量以超出第一金屬層410。
任何時候當信號電子(諸如，電子496及497)在通過第一金屬層410之後進入偵測器主體時，信號電子可開始與半導體材料互動，且產生電子-電洞對(例如，496er-496hr、497er-497hr、497e-497h)。信號電子在其與偵測器互動以形成電子-電洞對時不斷失去能量。
如圖4B中所展示，一些信號電子(例如，電子496)可在於第一半導體區420之未空乏部分420b中產生電子-電洞對(諸如，電子-電洞對496er-496hr)的同時失去其所有能量，由此無法達至空乏區437。在一些實施例中，所產生電子(例如，電子496er)之部分可本身有助於產生其他電子-電洞對(未展示)。因為空乏區437之外的電場相對較弱，所以空乏區437之外的此等所產生電子-電洞對(例如，藉由電子496er產生之對496er-496hr及其他對)可緩慢漂移。因此，所產生電子與電洞存在很高機率彼此重組或與附近自由相反載體重組(例如，如藉由箭頭496r所示)。歸因於此快速重組，所產生電子-電洞對(例如，對496er-496hr)可能無法有助於產生漂移電流，且因而，可能不存在藉由信號偵測單元468產生之偵測器信號。
僅僅具有足夠高之發射能量的彼等傳入信號電子(例如，電子497)可穿過並超出第一半導體層420之未空乏部分420b。當通過未空乏部分420b時，信號電子497可失去用於產生電子-電洞對(例如，497er-497hr)之部分能量。但信號電子497之初始發射能量(在進入偵測器主體之 前)可足夠高，使得電子可達至空乏區437，其中某些能量剩餘以在空乏區437內產生更多電子-電洞對497e-497h。此外，所產生電子(例如，電子497er)之一些可具有足夠能量以穿過未空乏部分420b並達至空乏區437。此等所產生電子亦可有助於在空乏區437內產生其他電子-電洞對。
空乏區437內產生之電子-電洞對497e-497h可由(藉由如上文所描述之反向偏壓形成的)電場分隔開，而非重組。舉例而言，電子497e可經引導朝向第三半導體層440(N+區)，如藉由箭頭497em所說明，而電洞497h可經引導朝向第一半導體層420(P+區)，如藉由箭頭497hm所說明。因此，彼等電子497e及電洞497h可最終分別在偵測器之頂部及底部處到達電極(例如，陰極──第二金屬層450；陽極──第一金屬層410)，並產生電流。在一些實施例中，信號偵測單元468可量測此電流並產生對應偵測器信號。在一些實施例中，信號偵測單元468可包含連接於電源供應器467與偵測器之間的跨阻抗放大器(TIA)，以處理電流偵測器信號。
如上文所描述，金屬層410及第一半導體層420以組合提供能量障壁，其濾除具有低於能量障壁之發射能量--到達空乏區437所必需的初始能量之量的傳入信號電子。以此方式，具有不同能量之傳入信號電子可分隔開，且在不使用主動能量濾光片的情況下選擇性地進行偵測，如之前關於圖3B及圖3C所描述。
在一些實施例中，能量障壁可隨著未空乏區420b之厚度增大而增大。舉例而言，能量障壁按對數尺度可與未空乏區420b之厚度按對數尺度成比例。換言之，隨著未空乏區420b之厚度增大，能量障壁亦可增大，使得具有較高發射能量之信號電子將被濾除。未空乏區420b之 厚度可基於多個因數而判定，諸如偏壓電壓、用以用於偵測器主體之材料(例如，矽)、半導體層之摻雜分佈或第一半導體層、第二半導體層及第三半導體層(420、430、440)之厚度，外加其他者。舉例而言，在相同偏壓電壓下，在一定程度上使得第一半導體層420更厚的的相同裝置結構及相同摻雜濃度可產生更厚的未空乏區420b。在一些實施例中，可改變第一半導體層420之摻雜濃度以組態未空乏區420b之厚度。
在一些實施例中，在給定能量障壁之預定義所要位準的情況下，可執行基於已知偵測器結構之裝置模擬以判定未空乏區420b之適當厚度。舉例而言，為將BSE與SE分隔開，偵測器可能需要具有能量障壁，其約等於50eV與自電子束設備之行中的加速電壓獲得之信號電子的能量之和。為組態信號電子偵測器以具有此能量障壁，可執行裝置模擬以判定各種製造程序節(諸如，摻雜分佈、半導體層之厚度、偏壓電壓等)，在經適當設定時，該等節可提供對應於能量障壁之所要位準的未空乏區420b之適當厚度。
圖4C展示以與圖4B中所示之信號電子偵測器相同的方式操作的分段式信號電子偵測器，區別在於，第三半導體層及第二金屬層經分段以基於傳入信號電子得以捕獲之相對方位而產生多重偵檢器信號。在一些實施例中，電子偵測器可包含第三半導體層之多個區段(例如，440-1、440-2、440-3)。彼等區段440-1、440-2、440-3之材料或摻雜分佈可實質上與圖4B之第三半導體層440類似。電子偵測器可進一步包含第二金屬層之多個區段(例如，450-1、450-2、450-3)，其中每一者直接形成於相鄰第三半導體層區段(440-1、440-2或440-3)上。當信號電子498到達空乏區437時，產生電子-電洞對(例如，498e-498h)，且彼等電子498e中之大多 數可向著第三半導體層之最近區段440-2移動。因此，對應於電子498之偵測器信號可藉由信號偵測單元468-2收集，其電連接至金屬層區段450-2及半導體層區段440-2。類似地，藉由傳入信號電子497產生之偵測器信號可藉由信號偵測單元468-3收集。
現參考圖5A及圖5B，其為符合本發明之實施例的具有外部被動能量濾光片532之例示性信號電子偵測器531的示意圖。在一些實施例中，信號電子偵測器531可為具有如圖4A至圖4C中所描述之內建式被動能量濾光片的信號電子偵測器。在一些實施例中，信號電子偵測器531可為不具有內建式被動能量濾光片之習知電子偵測器。
如圖5A及圖5B中所示，信號電子偵測器531可包含類似於圖4A至圖4C中所示之信號偵測器的PIN二極體結構。舉例而言，信號電子偵測器531可經反向偏壓以產生空乏區537。用於偵測器531的未空乏區(未展示)可提供內建式能量障壁，以濾除具有低於預定義臨限能量位準之能量的信號電子。
在一些實施例中，可使用外部被動能量濾光片532提供除偵測器531之內建式能量障壁之外的額外能量障壁。外部被動能量濾光片532可為由能夠衰減傳入信號電子之能量的材料製成的極板。舉例而言，外部被動能量濾光片532可包含半導體材料(諸如氮化矽)或導電材料(諸如鋁薄膜)，其提供衰減能力同時亦提供某一位準之導電率以釋放可在能量濾光片532內自信號電子之入射而積聚的任何電荷。外部被動濾光片532可具有與檢測設備之主光軸對準以使得初級射束304穿過的中心開口。可例如藉由調整極板之厚度或材料來判定外部被動能量濾光片532之能量障壁。
在一些實施例中，外部被動能量濾光片532可在用於高濾光模式之第一方位(如圖5A中所展示)與用於低濾光模式之第二方位(如圖5B中所展示)之間可移動。當檢測設備在高濾光模式中操作時，外部被動能量濾光片532可定位在介於樣本(未展示)與信號電子偵測器531之間的第一方位中。在高濾光模式中，可組態外部被動能量濾光片532以提供除偵測器531之內建式能量障壁之外的額外能量障壁。用於傳入信號電子之有效總能量障壁可變為偵測器531之內建式能量障壁與外部被動能量濾光片532之額外能量障壁的總和。舉例而言，圖5A及圖5B展示三個例示性傳入信號電子595、596及597。電子595之發射能量可低於外部被動能量濾光片532之額外能量障壁。電子596之發射能量可高於外部被動能量濾光片532之額外能量障壁但低於有效總能量障壁。電子597之發射能量可高於有效總能量障壁。在外部被動能量濾光片532定位於第一方位中的情況下，信號電子595及596由於其能量低於有效總能量障壁而被濾除，且僅僅信號電子597可到達待偵測之空乏區537。
當檢測設備在低濾光模式中操作時，外部被動能量濾光片532可定位於遠離偵測器531的第二方位中，使得外部被動能量濾光片532將不影響任何傳入信號電子。因此，在低濾光模式中，傳入信號電子僅僅藉由偵測531之內建式能量障壁過濾。舉例而言，如圖5B中所展示，在外部被動能量濾光片532定位於第二方位中的情況下，僅僅可過濾信號電子595，而信號電子596及597可到達待偵測之空乏區537。
現參考圖6A至圖6F，其為符合本發明之實施例的包含信號電子偵測器及根據圖5A及圖5B之外部被動能量濾光片的例示性帶電粒子束設備之示意圖。
圖6A展示符合本發明之一些實施例的類似於圖3A之帶電粒子束設備300A的例示性帶電粒子束設備600A。可移動外部被動能量濾光片632(類似於圖5A及圖5B中所示之可移動外部被動能量濾光片532)可用於帶電粒子束設備600A內。設備600A可包含信號電子偵測器631，其可為具有如圖4A至圖4C中所描述之內建式被動能量濾光片的信號電子偵測器，或不存在內建式被動能量濾光片之習知電子偵測器。
類似於圖5A，當設備600A在高濾光模式中操作時，外部被動能量濾光片632可定位於樣本371與信號電子偵測器631之間的第一方位中。在高濾光模式中，可組態外部被動能量濾光片632以提供除偵測器631之內建式能量障壁之外的額外能量障壁。用於傳入信號電子的有效總能量障壁可變為偵測器631及濾光片632之能量障壁兩者的總和。舉例而言，如圖6A中所展示，在外部被動能量濾光片632定位於第一方位中的情況下，信號電子381(例如，具有低發射能量之電子，諸如SE)可因為其能量低於有效總能量障壁而被濾除，且僅僅信號電子391(包含具有高於有效總能量障壁之發射能量的電子，諸如BSE)可到達待偵測的偵測器631之空乏區。
當設備600A在低濾光模式中操作時，外部被動能量濾光片632可定位於遠離偵測器631的第二方位中，使得有效總能量障壁可降低，由此允許具有較低能量之信號電子(例如，路徑381上的SE)亦藉由偵測器631偵測。
圖6B展示符合本發明之一些實施例的具有可移動被動能量濾光片之帶電粒子束設備的另一實例(600B)。類似於圖6A中之設備600A，設備600B可包含信號電子偵測器631，其可為具有如圖4A至圖4C 中所描述之內建式被動能量濾光片的信號電子偵測器，或不存在內建式被動能量濾光片之電子偵測器。在一些實施例中，可移動外部被動能量濾光片632可包含多個濾光區域(例如，濾光區域632a及632b)。在一些實施例中，如圖6C中所展示，可移動外部被動能量濾光片632可包含具有多個濾光區域之濾光板，其中每一濾光區域具有允許初級射束304穿過的中心孔。每一濾光區域632a或632b可提供不同位準之能量障壁。如之前所描述，外部被動能量濾光片區域632a及632b之能量障壁可藉由調整每一濾光片區域板之厚度或材料判定。
在一些實施例中，設備600B可在各種濾光模式中操作，諸如高/中等/低濾光模式。當設備600B在高濾光模式中操作時，具有較高能量障壁之濾光區域(例如，632a)可定位在電子偵測器631之前，由此提供最大位準之電子濾光。當設備在中等濾光模式中操作時，具有較低能量障壁之濾光區域(例如，632b)可定位在電子偵測器631之前，由此提供中等位準之電子濾光。當設備600B在低濾光模式中操作時，外部被動能量濾光片632可經定位遠離電子偵測器631(在偵測器631之前無濾光區域)，由此提供最小位準之電子濾光。儘管圖6B及圖6C說明具有兩個濾光區域632a及632b之濾光片632，但應理解，可在濾光片632中實施任何數目個濾光區域。
圖6D展示具有多個濾光區段之外部被動能量濾光片632的另一實例。在一些實施例中，外部被動能量濾光片632可包含允許初級射束304穿過之中心孔及定位於中心孔周圍的多個濾光區段(例如，濾光區段632c、632d及632e)。每一濾光區段632c、632d或632e可提供不同位準之能量障壁。此使得電子偵測器(諸如，圖6A及圖6B中之電子偵測器631)能 夠偵測在其發射放射角度(相對於表面法線之發射角度)方面具有不同能量位準之信號電子(例如，SE對BSE)，且有助於一些類型之樣本的缺陷檢測。
如上文關於圖6A及圖6B所描述，外部被動能量濾光片632可與信號電子偵測器631一起使用，其可包含具有如圖4A至圖4C中所描述的內建式被動能量濾光片之電子偵測器，或不具有內建式被動能量濾光片之電子偵測器。
如圖6E中所展示，在一些實施例中，可移動被動能量濾光片632(諸如，圖6B之設備600B中所使用的可移動被動能量濾光片632)亦可在每一濾光區域632a及632b內包含多個濾光區段。此使得信號電子能夠在各種發射角度及發射能量位準方面進行偵測。儘管圖6E說明具有兩個濾光區域632a及632b之濾光片632，但應理解，可在濾光片632中實施任何數目個濾光區域。類似地，儘管圖6E說明濾光區域632a中之三個區段及濾光區域632b中之兩個區段，但應理解，可在每一濾光區域內實施任何數目個區段。
圖6F展示符合本發明之一些實施例的具有可移動被動能量濾光片632之帶電粒子束設備的另一實例(600F)。可移動被動能量濾光片632可具有圖6C至圖6E中所示之組態。如之前關於圖3A所描述，一些BSE(例如，路徑393上的電子)可具有大發射角度，使得物鏡總成322可能無法將BSE 393聚焦於電子偵測器631上。在一些實施例中，設備600F可包括額外電子偵測器641，以偵測具有大發射角度之彼等BSE(例如，在路徑393上行進之電子)。儘管圖6F展示具有可移動被動能量濾光片之設備，但被動能量濾光片632可實施為固定濾光片(類似於圖6A中所示之被動能 量濾光片632)。
現參考圖7，其說明符合本發明之實施例的形成圖4A至圖4C之信號電子偵測器的例示性方法。
在步驟A1中，提供基板700。基板700可為具有第一表面701s及第二表面702s的半導體晶圓之一部分。基板700可由矽、鍺或其他適當半導體材料製成。儘管圖7展示經輕微摻雜之N矽晶圓用作基板700的實例程序，但應理解，可使用不同材料，例如經P摻雜半導體。
在步驟A2中，在具有第一表面701s的基板700之一部分中形成第一半導體層720。在一些實施例中，第一半導體層720可包含p型半導體。舉例而言，為產生第一半導體層720，基板700可摻雜有三價雜質，諸如硼、鋁、鎵等，以便產生自由電洞。可自基板700之第一表面701s植入摻雜雜質，例如硼。在一些實施例中，第一半導體層720可重度摻雜，諸如如圖7中所展示之P+區。
如之前關於圖4A至圖4C所描述，當偵測器處於正常操作中時，第一半導體層720之未空乏區(諸如，圖4B之未空乏區420b)可形成能量障壁，該能量障壁基於其發射能量選擇性地濾除某一類型之傳入信號電子。能量障壁可隨著未空乏區之厚度增大而增大，且因此能量障壁可藉由改變未空乏區之厚度而變化。除其他之外，未空乏區之厚度可取決於第一半導體層720之摻雜濃度或厚度。因此，可在步驟A2之前基於能量濾光片之所要特徵而判定包括第一半導體層720之摻雜濃度及厚度的多個製造節，諸如能量障壁之位準。
在步驟A3中，將第二半導體層730及第三半導體層740形成於基板700之主體內。第三半導體層740形成於具有第二表面702s的基板 700之一部分中。在一些實施例中，第三半導體層740可包含n型半導體區。舉例而言，為產生第三半導體層740，基板700可摻雜有五價雜質，諸如磷、銻、砷等以便產生自由電子。可自基板700之第二表面702s植入摻雜雜質，例如，磷。類似於第一半導體層720，第三半導體層740可為重度摻雜區，諸如如圖7中所展示之N+區。
在形成第一及第三半導體層(720、740)之後，彼等二個層之間的剩餘部分可變為第二半導體層730。由於第二半導體層730保持未摻雜或經稍微n摻雜或p摻雜，而不存在任何有效摻雜物質，因此該層被稱作純質半導體區。連同相鄰P+區(第一半導體層720)及N+區(第三半導體層740)，純質半導體區(第二半導體層730)形成PIN區。
當反向偏壓被施加至偵測器時，可在PIN區內形成空乏區(諸如，圖4B之空乏區437)。在一些實施例中，空乏區可幾乎完全存在於第二半導體層730內。因此，可在步驟A1及A2之前基於傳入信號電子之特徵(例如，傳入電子之發射能量的範圍)而判定第二半導體層730之厚度，其為控制空乏區之厚度的因數中之一者。
在步驟A4中，在基板700之第一表面701s上且相鄰於第一半導體層720形成第一金屬層710。舉例而言，可在摻雜雜質被引入至基板700中之後將第一金屬層710沈積於第一半導體層720(P+區)之頂部上。
第一金屬層710可經組態以接收信號電子(未展示)。因此，第一金屬層710可為薄型，且由輕金屬製成以減少傳入電子之散射及能量損失。舉例而言，第一金屬層710之材料可為鋁或高度導電且易於藉由信號電子穿透的其他金屬。第一金屬層710之厚度及材料可基於阻擋除入射電子之外的粒子以減少雜訊或基於其發射能量濾除一些信號電子(例如， 濾除具有極低發射能量之SE)的考量而判定。
在步驟A5中，在基板700之第二表面702s上且相鄰於第三半導體層740形成第二金屬層750。舉例而言，可在摻雜雜質被引入至基板700中之後將第二金屬層750沈積於第二半導體層740(N+區)之頂部上。第二金屬層750之材料可為具有高表面導電性之金屬，諸如鋁或銅。不同於第一金屬層710，在一些實施例中，第二金屬層750可能不需要高度電子可穿透。
儘管圖7說明描述形成電子偵測器之製造程序的例示性次序之方法，但應理解，一些步驟可重新排序。舉例而言，可在第一半導體層720之前形成第三半導體層740。可在第二金屬層750之前形成第一金屬層710。
在以下編號條項中闡述本發明之態樣：
1.一種用於偵測自一樣本產生之複數個信號電子之電子偵測器，其包含：一第一半導體層，其具有一第一部分及一第二部分；一第二半導體層，其相鄰於該第一半導體層；一第三半導體層，其相鄰於該第二半導體層；一PIN區，其由該第一半導體層、該第二半導體層及該第三半導體層形成；一電源供應器，其經組態以在該第一半導體層與該第三半導體層之間施加一反向偏壓；及一空乏區，其藉由該反向偏壓形成於該PIN區內，該空乏區包含該第二半導體層之一部分，且該空乏區經組態以基於在該空乏區內捕獲之該複 數個信號電子之一第一子集而產生一偵測器信號，其中該第一半導體層之該第二部分未空乏，且經組態以提供一能量障壁以阻擋該複數個信號電子之一第二子集，且允許該複數個信號電子之該第一子集穿過而到達該空乏區。
2.如條項1之偵測器，其中該空乏區進一步包含該第一半導體層之該第一部分。
3.如條項1及2中任一項之偵測器，其中該空乏區進一步包含該第三半導體層之一部分。
4.如條項1至3中任一項之偵測器，其中該第二半導體層之該部分包含該第二半導體層之一整體。
5.如條項1至4中任一項之偵測器，其中該複數個信號電子之該第一子集包含具有足夠高而穿過該能量障壁之能量的電子。
6.如條項1至5中任一項之偵測器，其中該複數個信號電子之該第二子集包含具有不足以穿過該能量障壁之能量的電子。
7.如條項1至6中任一項之偵測器，其中該偵測器信號進一步受到藉由該複數個信號電子與該第一半導體層之該第二部分之間的互動而產生的第一組內部電子影響。
8.如條項7之偵測器，其中該第一組內部電子包含具有足夠高而穿過該能量障壁之能量的電子。
9.如條項7及8中任一項之偵測器，其中該第一半導體層之該第二部分經進一步組態以阻止第二組內部電子到達該空乏區，其中該第二組內部電子藉由該複數個信號電子與該第一半導體層之該第二部分之間的互動產生，且具有不足以穿過該能量障壁之能量。
10.如條項1至9中任一項之偵測器，其中該第一半導體層摻雜有一摻雜物，且該第一半導體層之該能量障壁的一截止能量位準藉由該第一半導體層中之一摻雜濃度、該第一半導體層之一厚度或藉由該電源供應器施加之一反向偏壓電壓來判定。
11.如條項1至10中任一項之偵測器，其中該偵測器信號係基於藉由該複數個信號電子之該第一子集或該第一組內部電子產生於該空乏區內的一電子-電洞對而產生。
12.如條項1至11中任一項之偵測器，其中該第一半導體層摻雜有一p型摻雜物，且該第二半導體層及該第三半導體層摻雜有一n型摻雜物。
13.如條項12之偵測器，其中該第一半導體層附近的一電位低於該第三半導體層附近的一電位。
14.如條項1至11中任一項之偵測器，其中該第一半導體層摻雜有一n型摻雜物，且該第二半導體層及該第三半導體層摻雜有一p型摻雜物。
15.如條項14之偵測器，其中該第一半導體層附近的一電位高於該第三半導體層附近的一電位。
16.如條項1至15中任一項之偵測器，其進一步包含：一第一電極，其相鄰於該第一半導體層且耦接至該電源供應器之一第一端子；及一第二電極，其相鄰於該第三半導體層且耦接至該電源供應器之一第二端子。
17.如條項16之偵測器，其中該第一電極為相鄰於該第一半導體層的一第一金屬層之一部分。
18.如條項16及17中任一項之偵測器，其中該第二電極為相鄰於該 第三半導體層的一第二金屬層之一部分。
19.一種用於偵測自一樣本產生之複數個信號電子之電子偵測器，其包含：一第一半導體層，其具有一第一部分及一第二部分；一第二半導體層，其相鄰於該第一半導體層；一第三半導體層之多個區段，該等多個區段中之每一者相鄰於該第二半導體層，一PIN區，其由該第一半導體層、該第二半導體層及該第三半導體層形成；一電源供應器，其經組態以在該第一半導體層與該第三半導體層之間施加一反向偏壓；及一空乏區，其藉由該反向偏壓形成於該PIN區內，該空乏區包含該第二半導體層之一部分，且該空乏區經組態以基於在該空乏區內捕獲之該複數個信號電子之一第一子集而產生複數個偵測器信號，其中該第一半導體層之該第二部分未空乏，且經組態以提供一能量障壁以阻擋該複數個信號電子之一第二子集，且允許該複數個信號電子之該第一子集穿過而到達該空乏區。
20.如條項19之偵測器，其中該空乏區進一步包含該第一半導體層之該第一部分。
21.如條項19及20中任一項之偵測器，其中該空乏區進一步包含該第三半導體層之一部分。
22.如條項19至21中任一項之偵測器，其中該第二半導體層之該部分包含該第二半導體層之一整體。
23.如條項19至22中任一項之偵測器，其中該複數個信號電子之該第一子集包含具有足夠高而穿過該能量障壁之能量的電子。
24.如條項19至23中任一項之偵測器，其中該複數個信號電子之該第二子集包含具有不足以穿過該能量障壁之能量的電子。
25.如條項19至24中任一項之偵測器，其中該偵測器信號進一步受到藉由該複數個信號電子與該第一半導體層之該第二部分之間的互動而產生的第一組內部電子影響。
26.如條項25之偵測器，其中該第一組內部電子包含具有足夠高而穿過該能量障壁之能量的電子。
27.如條項25及26中任一項之偵測器，其中該第一半導體層之該第二部分經進一步組態以阻止第二組內部電子到達該空乏區，其中該第二組內部電子藉由該複數個信號電子與該第一半導體層之該第二部分之間的互動產生，且具有不足以穿過該能量障壁之能量。
28.如條項19至27中任一項之偵測器，其中該第一半導體層摻雜有一摻雜物，且該第一半導體層之該能量障壁的一截止能量位準藉由該第一半導體層中之一摻雜濃度、該第一半導體層之一厚度或藉由該電源供應器施加之一反向偏壓電壓來判定。
29.如條項19至28中任一項之偵測器，其中該複數個偵測器信號係基於藉由該複數個信號電子之該第一子集或該第一組內部電子產生於該空乏區內的電子-電洞對而產生。
30.如條項29之偵測器，其中該複數個偵測器信號中之一者基於藉由第三半導體層之該等多個區段之一對應區段捕獲的該等電子-電洞對之一子集而產生。
31.如條項30之偵測器，其中該對應區段為距離該等電子-電洞對之該子集所產生之一方位最近的一者。
32.如條項30之偵測器，其中該對應區段藉由該PIN區內的該反向偏壓所產生的一電場來判定。
33.如條項19至32中任一項之偵測器，其中該第一半導體層摻雜有一p型摻雜物，且該第二半導體層及第三半導體層之該等多個區段摻雜有一n型摻雜物。
34.如條項33之偵測器，其中該第一半導體層附近的一電位低於第三半導體層之該等多個區段附近的一電位。
35.如條項19至32中任一項之偵測器，其中該第一半導體層摻雜有一n型摻雜物，且該第二半導體層及第三半導體層之該等多個區段摻雜有一p型摻雜物。
36.如條項35之偵測器，其中該第一半導體層附近的一電位高於第三半導體層之該等多個區段附近的一電位。
37.如條項19至36中任一項之偵測器，其進一步包含：一第一電極，其相鄰於該第一半導體層且耦接至該電源供應器之一第一端子；一第二電極，其相鄰於該第三半導體層之該等多個區段中之一者且耦接至該電源供應器之一第二端子；及一第三電極，其相鄰於該等第三半導體層之該等多個區段中之另一者且耦接至該電源供應器之該第二端子。
38.如條項37之偵測器，其中該第一電極包含相鄰於該第一半導體層的一第一金屬層之一部分。
39.如條項37及38中任一項之偵測器，其中該第二電極及該第三電極為相鄰於該第三半導體層的一第二金屬層之部分。
40.一種用於製造具有基於電子之能量將該等電子濾除之一能量障壁的一電子偵測器的方法，該方法包含：提供一半導體基板，該半導體基板具有：一第一部分；一第二部分，其相鄰於該第一部分；及一第三部分，其相鄰於該第二部分；藉由將該基板之該第一部分與一第一類型之摻雜物摻雜來形成一第一半導體層；藉由將該基板之該第三部分與一第二類型之摻雜物摻雜來形成一第三半導體層；及在該基板之該第二部分中形成一第二半導體層，其中該第一半導體層中的該第一類型之摻雜物之一摻雜濃度經判定以組態該電子偵測器之該能量障壁，且該第一半導體層之一厚度經判定以進一步組態該電子偵測器之該能量障壁。
41.如條項40之方法，其中在該基板之該等第一及第三部分摻雜之後，該第二半導體層形成於該基板之該第二部分中。
42.如條項40及41中任一項之方法，其中該第三半導體層具有高於該第二半導體層中之一摻雜濃度的一摻雜濃度。
43.如條項40至42中任一項之方法，其進一步包含形成相鄰於該第一半導體層之一第一金屬層。
44.如條項43之方法，其中該第一金屬層經組態以接納自一電源供應器之一第一端子的一連接。
45.如條項44之方法，其進一步包含形成相鄰於該第三半導體層之一第二金屬層。
46.如條項45之方法，其中該第二金屬層經組態以接納來自該電源供應器之一第二端子的一連接。
47.如條項43至46中任一項之方法，其中該第一金屬層包含經組態以充當一陽極或一陰極之一第一電極。
48.如條項43至47中任一項之方法，其中該第二金屬層包含經組態以充當一陰極或一陽極之一第二電極。
49.一種用於檢測一樣本之帶電粒子束設備，其包含：一帶電粒子束源，其經組態以沿一主光軸發射一帶電粒子束；一物鏡，其經組態以將該帶電粒子束聚焦於該樣本上；及根據條項1至39中任一項之一電子偵測器，其經組態以偵測由該帶電粒子束入射至該樣本上而產生的複數個信號電子。
50.如條項49之設備，其進一步包含介於該電子偵測器與該樣本之間的一被動能量濾光片。
51.如條項49之設備，其進一步包含在一第一方位與一第二方位之間可移動的一被動能量濾光片，其中：當該設備在一高濾光模式中操作時，該被動能量濾光片定位於介於該樣本與該電子偵測器之間的該第一方位中，且經組態以濾除該複數個信號電子之一第一子集，及當該設備在一低濾光模式中操作時，該被動能量濾光片定位於遠離 該電子偵測器的該第二方位中，且經組態以允許該複數個信號電子之一第二子集穿過該電子偵測器，其中該複數個信號電子之該第二子集包含具有與該複數個信號電子之該第一子集類似的一能量位準的電子。
52.如條項51之設備，其中該被動能量濾光片經組態以提供除該電子偵測器之該能量障壁之外的一第一外部能量障壁，以濾除該複數個信號電子之該子集。
53.如條項52之設備，其中該設備當在一高濾光模式中操作時經組態以濾除具有低於該電子偵測器之該能量障壁與該被動能量濾光片之該第一外部能量障壁之一總和的能量的該複數個信號電子之該子集。
54.如條項49之設備，其進一步包含在一第一方位、一第二方位與一第三方位之間可移動的一被動能量濾光片，該被動能量濾光片包含具有一第一外部能量障壁之一第一濾光區域及具有一第二外部能量障壁之一第二濾光區域。
55.如條項54之設備，其中：當該設備在一第一濾光模式中操作時，該被動能量濾光片定位於該第一方位中，使得該第一濾光區域定位於該樣本與該電子偵測器之間，且經組態以提供除該電子偵測器之該能量障壁之外的該第一外部能量障壁，當該設備在一第二濾光模式中操作時，該被動能量濾光片定位於該第二方位中，使得該第二濾光區域定位於該樣本與該電子偵測器之間，且經組態以提供除該電子偵測器之該能量障壁之外的該第二外部能量障壁，及當該設備在一第三濾光模式中操作時，該被動能量濾光片定位於遠離該電子偵測器之該第三方位中。
56.如條項54及55中任一項之設備，該第一外部能量障壁高於該第二外部能量障壁。
57.如條項50至56中任一項之設備，其中該被動能量濾光片包含能夠衰減該複數個信號電子之一能量的任何材料。
58.如條項50至57中任一項之設備，其中該被動能量濾光片包含半導體材料或導體材料。
59.如條項49之設備，其進一步包含一被動能量濾光片，其包含複數個濾光區段，該複數個濾光區段中之每一者經組態以提供能量障壁之一不同位準。
60.如條項59之設備，其中該被動能量濾光片可移動。
61.一種用於檢測一樣本之帶電粒子束設備，其包含：一帶電粒子束源，其經組態以沿一主光軸發射一帶電粒子束；一物鏡，其經組態以將該帶電粒子束聚焦於該樣本上；一電子偵測器，其經組態以偵測由該帶電粒子束入射至該樣本上而產生的複數個信號電子；及一被動能量濾光片，其介於該電子偵測器與該樣本之間。
62.如條項61之設備，其中該被動能量濾光片在一第一方位與一第二方位之間可移動，其中：當該設備在一高濾光模式中操作時，該被動能量濾光片定位於介於該樣本與該電子偵測器之間的該第一方位中，且經組態以濾除該複數個信號電子之一子集，及當該設備在一低濾光模式中操作時，該被動能量濾光片定位於遠離該電子偵測器之該第二方位中，且經組態以允許該複數個信號電子之該子 集穿過該電子偵測器。
63.如條項61及62中任一項之設備，其中該電子偵測器包含根據條項1至39中任一項之電子偵測器。
64.如條項61至63中任一項之設備，其中該被動能量濾光片經組態以提供一第一外部能量障壁以濾除該複數個信號電子之該子集。
65.如條項64之設備，其中該設備當在一高濾光模式中操作時經組態以濾除具有低於該被動能量濾光片之該第一外部能量障壁之能量的該複數個信號電子之該子集。
66.如條項61至65中任一項之設備，其中該被動能量濾光片包含複數個濾光區段，該複數個濾光區段中之每一者經組態以提供能量障壁之一不同位準。
67.如條項61至66中任一項之設備，其中該被動能量濾光片包含能夠衰減該複數個信號電子之一能量的材料。
68.如條項61至67中任一項之設備，其中該被動能量濾光片包含半導體材料或導體材料。
69.一種用於偵測自一樣本產生之複數個信號電子之電子偵測器，其包含：一第一半導體層，其具有一第一部分及一第二部分；一第二半導體層，其相鄰於該第一半導體層；一第三半導體層，其相鄰於該第二半導體層；一PIN區，其由該第一半導體層、該第二半導體層及該第三半導體層形成；及一空乏區，其藉由被施加至該PIN區之一反向偏壓形成，該空乏區包 含該第二半導體層之一部分，且該空乏區經組態以基於在該空乏區內捕獲之該複數個信號電子之一第一子集而產生一偵測器信號，其中該第一半導體層之該第二部分未空乏，且經組態以提供一能量障壁以阻擋該複數個信號電子之一第二子集，且允許該複數個信號電子之該第一子集穿過而到達該空乏區。
70.如條項69之偵測器，其中該空乏區進一步包含該第一半導體層之該第一部分。
71.如條項69及70中任一項之偵測器，其中該空乏區進一步包含該第三半導體層之一部分。
72.如條項69至71中任一項之偵測器，其中該第二半導體層之該部分包含該第二半導體層之一整體。
73.如條項69至72中任一項之偵測器，其中該複數個信號電子之該第一子集包含具有足夠高而穿過該能量障壁之能量的電子。
74.如條項69至73中任一項之偵測器，其中該複數個信號電子之該第二子集包含具有不足以穿過該能量障壁之能量的電子。
75.如條項69至74中任一項之偵測器，其中該偵測器信號基於藉由該複數個信號電子與該第一半導體層之該第二部分之間的互動而產生的第一組內部電子而產生。
76.如條項75之偵測器，其中該第一組內部電子包含具有足夠高而穿過該能量障壁之能量的電子。
77.如條項75及76中任一項之偵測器，其中該第一半導體層之該第二部分經進一步組態以阻止第二組內部電子到達該空乏區，其中該第二組內部電子藉由該複數個信號電子與該第一半導體層之該第二部分之間的互 動產生，且具有不足以穿過該能量障壁之能量。
78.如條項69至77中任一項之偵測器，其中該第一半導體層摻雜有一摻雜物，且該第一半導體層之該能量障壁的一截止能量位準藉由該第一半導體層中之一摻雜濃度或該第一半導體層之一厚度來判定。
79.如條項69至78中任一項之偵測器，其中該偵測器信號係基於藉由該複數個信號電子之該第一子集產生於該空乏區內的一電子-電洞對而產生。
80.一種用於偵測自一樣本產生之複數個信號電子之電子偵測器，其包含：一第一半導體層，其具有一第一部分及一第二部分；一第二半導體層，其相鄰於該第一半導體層；一第三半導體層之多個區段，該等多個區段中之每一者相鄰於該第二半導體層，一PIN區，其由該第一半導體層、該第二半導體層及該第三半導體層形成；及一空乏區，其藉由被施加至該PIN區之一反向偏壓形成，該空乏區包含該第二半導體層之一部分，且該空乏區經組態以基於在該空乏區內捕獲之該複數個信號電子之一第一子集而產生複數個偵測器信號，其中該第一半導體層之該第二部分未空乏，且經組態以提供一能量障壁以阻擋該複數個信號電子之一第二子集，且允許該複數個信號電子之該第一子集穿過而到達該空乏區。
81.如條項80之偵測器，其中該空乏區進一步包含該第一半導體層之該第一部分。
82.如條項80及81中任一項之偵測器，其中該空乏區進一步包含該第三半導體層之一部分。
83.如條項80至82中任一項之偵測器，其中該第二半導體層之該部分包含該第二半導體層之一整體。
84.如條項80至83中任一項之偵測器，其中該複數個信號電子之該第一子集包含具有足夠高而穿過該能量障壁之能量的電子。
85.如條項80至84中任一項之偵測器，其中該複數個信號電子之該第二子集包含具有不足以穿過該能量障壁之能量的電子。
86.如條項80至85中任一項之偵測器，其中該複數個偵測器信號基於藉由該複數個信號電子與該第一半導體層之該第二部分之間的互動而產生的第一組內部電子而產生。
87.如條項86之偵測器，其中該第一組內部電子包含具有足夠高而穿過該能量障壁之能量的電子。
88.如條項86及87中任一項之偵測器，其中該第一半導體層之該第二部分經進一步組態以阻止第二組內部電子到達該空乏區，其中該第二組內部電子藉由該複數個信號電子與該第一半導體層之該第二部分之間的互動產生，且具有不足以穿過該能量障壁之能量。
89.如條項80至88中任一項之偵測器，其中該第一半導體層摻雜有一摻雜物，且該第一半導體層之該能量障壁的一截止能量位準藉由該第一半導體層中之一摻雜濃度或該第一半導體層之一厚度來判定。
90.如條項80至89中任一項之偵測器，其中該複數個偵測器信號係基於藉由該複數個信號電子之該第一子集產生於該空乏區內的電子-電洞對而產生。
91.如條項90之偵測器，其中該複數個偵測器信號中之一者基於藉由第三半導體層之該等多個區段之一對應區段捕獲的該等電子-電洞對之一子集而產生。
92.如條項91之偵測器，其中該對應區段為距離該等電子-電洞對之該子集所產生之一方位最近的一者。
93.如條項91之偵測器，其中該對應區段藉由該PIN區內的該反向偏壓所產生的一電場來判定。
可提供一種非暫時性電腦可讀媒體，其儲存用於控制器(例如，圖1之控制器50)之處理器實行帶電粒子束偵測、影像處理、調整偏壓電壓、在各種濾光模式之間切換、移動外部被動能量濾光片(諸如，圖6A-6E之濾光片632)或符合本發明之其他功能及方法等等的指令。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、唯讀光碟記憶體(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。
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，且可在不脫離本發明之範疇的情況下作出各種修改及改變。本發明已結合各種實施例進行了描述，藉由考慮本文中所揭示之本發明之規格及實踐，本發明之其他實施例對於熟習此項技術者將為顯而易見的。意欲本說明書及實例僅視為例示性的，其中本發明之真正範 疇及精神藉由以下申請專利範圍指示。
上方描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下如所描述進行修改。
301:主光軸
304:初級電子束
410:第一金屬層
420:第一半導體層
420a:空乏部分
420b:未空乏部分
430:第二半導體層
437:空乏區
440:第三半導體層
440a:空乏部分
440b:未空乏部分
450:第二金屬層
467:電源供應器
468:偵測單元
495:電子
496:電子
496er-496hr:電子-電洞對
496r:箭頭
497:電子
497e:電子
497em:箭頭
497er-497hr:電子-電洞對
497h:電洞
497hm:箭頭

Claims (15)

  1. 一種用於偵測自一樣本產生之複數個信號電子之電子偵測器，其包含： 一第一半導體層，其具有一第一部分及一第二部分； 一第二半導體層，其相鄰於該第一半導體層； 一第三半導體層，其相鄰於該第二半導體層； 一PIN區，其由該第一半導體層、該第二半導體層及該第三半導體層形成； 一電源供應器，其經組態以在該第一半導體層與該第三半導體層之間施加一反向偏壓；及 一空乏區，其藉由該反向偏壓形成於該PIN區內，該空乏區包含該第二半導體層之一部分，且該空乏區經組態以基於在該空乏區內捕獲之複數個信號電子之一第一子集而產生一偵測器信號， 其中該第一半導體層之該第二部分未空乏，且經組態以提供一能量障壁以阻擋該複數個信號電子之一第二子集，且允許該複數個信號電子之該第一子集穿過而到達該空乏區。
  2. 如請求項1之偵測器，其中該空乏區進一步包含該第一半導體層之該第一部分。
  3. 如請求項1之偵測器，其中該空乏區進一步包含該第三半導體層之一部分。
  4. 如請求項1之偵測器，其中該第二半導體層之該部分包含該第二半導體層之一整體。
  5. 如請求項1之偵測器，其中該複數個信號電子之該第一子集包含具有充分高能量以穿過該能量障壁的電子。
  6. 如請求項1之偵測器，其中該複數個信號電子之該第二子集包含具有不足以穿過該能量障壁之能量的電子。
  7. 如請求項1之偵測器，其中該偵測器信號進一步受到藉由該複數個信號電子與該第一半導體層之該第二部分之間的互動而產生的第一組內部電子影響。
  8. 如請求項7之偵測器，其中該第一組內部電子包含具有足夠高而穿過該能量障壁之能量的電子。
  9. 如請求項7之偵測器，其中該第一半導體層之該第二部分經進一步組態以阻止第二組內部電子到達該空乏區，其中該第二組內部電子係藉由該複數個信號電子與該第一半導體層之該第二部分之間的互動而產生，且具有不足以穿過該能量障壁之能量。
  10. 如請求項1之偵測器，其中該第一半導體層摻雜有一摻雜物，且該第一半導體層之該能量障壁的一截止能量位準藉由該第一半導體層中之一摻雜濃度、該第一半導體層之一厚度或由該電源供應器施加之一反向偏壓電壓來判定。
  11. 如請求項1之偵測器，其中該偵測器信號係基於藉由該複數個信號電子之該第一子集或該第一組內部電子產生於該空乏區內的一電子-電洞對而產生。
  12. 如請求項1之偵測器，其中該第一半導體層摻雜有一p型摻雜物，且該第二半導體層及該第三半導體層摻雜有一n型摻雜物。
  13. 如請求項12之偵測器，其中該第一半導體層附近的一電位低於該第三半導體層附近的一電位。
  14. 如請求項1之偵測器，其中該第一半導體層摻雜有一n型摻雜物，且該第二半導體層及該第三半導體層摻雜有一p型摻雜物。
  15. 一種用於製造具有基於電子之能量將該等電子濾除之一能量障壁的一電子偵測器的方法，該方法包含： 提供一半導體基板，該半導體基板具有： 一第一部分； 一第二部分，其相鄰於該第一部分；及 一第三部分，其相鄰於該第二部分； 藉由將該基板之該第一部分與一第一類型之摻雜物摻雜來形成一第一半導體層； 藉由將該基板之該第三部分與一第二類型之摻雜物摻雜來形成一第三半導體層；及 在該基板之該第二部分中形成一第二半導體層， 其中該第一半導體層中的該第一類型之摻雜物之一摻雜濃度經判定以組態該電子偵測器之該能量障壁，且 該第一半導體層之一厚度經判定以進一步組態該電子偵測器之該能量障壁。
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