[发明专利]用于显微镜检查的半导体带电粒子检测器

说明书

可以提供一种用于带电粒子装置的检测器，包括感测元件，该感测元件包括二极管；和电路，该电路被配置为用于检测由电子撞击感测元件引起的电子事件，其中电路包括电压监测设备和复位设备，其中复位设备被配置为通过将跨二极管的电压设置为预定值来定期复位二极管，并且其中电压监测设备连接到二极管以在复位事件之间监测跨二极管的电压。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年11月23日提交的美国申请63/117,411的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本文中的描述涉及带电粒子检测，更具体涉及可以应用于带电粒子射束检测的系统和方法。

背景技术

检测器可以用于感测物理上可观察到的现象。例如，诸如电子显微镜之类的带电粒子射束工具可以包括检测器，该检测器接收从样品投射的带电粒子，并且输出检测信号。检测信号可以用于重构受检样品结构的图像，并且可以用于例如揭示样品中的缺陷。在制造可能包括大量密集封装的、小型化集成电路(IC)部件的半导体器件时，检测样品中的缺陷日益重要。为此目的，可以提供专用检查工具。

在检查领域的一些应用中，例如，在使用扫描电子显微镜(SEM)的显微镜检查中，可以跨样品扫描电子射束以从由样品生成的背散射电子或次级电子导出信息。在相关技术中，SEM工具中的电子检测系统可以包括检测器，该检测器被配置为检测来自样品的电子。SEM工具中的现有检测器只能检测射束的强度。在一些检测方法中，可以使用面积等于、小于或大于射束斑点的面积的大面积半导体检测器或小面积半导体检测器组。可以在检测器内生成由传入电子射束感应的电流，然后，通过检测器后面的放大器来放大该电流。由于放大器的功耗可能相对较大，这比如导致信噪比(SNR)例如较差，特别是当射束电流减小到例如皮安范围时，所以检测性能可能受到限制。

随着半导体器件继续小型化，检查系统可以使用越来越低的电子射束电流。随着射束电流减小，维持SNR甚至变得更加困难。例如，当探测电流减小到200pA或更低时，SNR可能急剧下降。较差的SNR可能就需要采取措施，诸如图像均化或延长与样品的图像中的每个像素相对应的信号的积分时间，这可能会增加样品表面上的电子剂量，从而导致表面充电伪影或其他有害影响。这种措施还可以降低检查系统的总生产量。

在相关技术中，粒子计数可以用于低电流应用。粒子计数可以用于检测器，诸如可以使用闪烁体和光电倍增管(PMT)的埃弗哈特-索恩利(Everhart-Thornley)检测器(ETD)。ETD可以在一些应用的探测电流范围内(诸如8pA至100pA)表现出良好SNR。然而，闪烁体的光产率可能会随着电子剂量累积而降低，因此具有有限寿命。闪烁体的老化也可能会导致系统级的性能漂移，并且可能有助于生成非均匀图像。因此，ETD可能不适合用于检查工具，尤其是当用于其中可能要求每天运行24小时、每周运行7天的半导体制造设施时。

需要一种带电粒子检测器，该带电粒子检测器可以实现高SNR，并且可以与诸如200pA以下的电流之类的低探测电流一起使用。同时，检测器应当以低性能漂移来获得稳定的量子效率并且延长寿命，例如，甚至当在连续操作中与1nA或更大的探测电流一起使用时。

采用相关技术方法的检测系统可能面临检测灵敏度和SNR的限制，特别是在低电子剂量下。此外，在一些应用中，除了射束强度之外，可能还期望其他信息。一些相关技术的系统可以采用能量滤波器，诸如滤波器电极，以滤除具有一定能级的一些带电粒子。这可能用于由样品导出附加信息。然而，能量滤波器可能向系统增加其他复杂性，并且可能由于能量滤波器引入的损耗而导致SNR下降。因此，期望对检测系统和方法进行改进。

发明内容

本发明的各实施例提供了用于带电粒子检测的系统和方法。

根据本发明的一个实施例，提供一种用于带电粒子装置的检测器，包括：

感测元件，包括二极管；以及