用于固态电子检测器的保护的薄护膜材料的制作方法

用于固态电子检测器的保护的薄护膜材料
1.相关申请案的交叉参考
2.本技术案主张2020年4月15日申请的临时专利申请案及转让的第63/010,074号美国申请案的优先权，所述申请案的公开内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本公开涉及电子检测器，且更特定来说，本公开涉及一种用于电子检测器的保护材料。


背景技术：

4.半导体制造业的演进对良率管理及特定来说计量及检验系统提出更大需求。临界尺寸继续缩小，而行业需要缩短实现高良率、高价值生产的时间。最小化从检测到良率问题到解决所述良率问题的总时间决定了半导体制造商的投资回报率。
5.制造半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常包含使用大量制造工艺来处理半导体晶片以形成半导体装置的各种特征及多个层级。例如，光刻是涉及将图案从光罩转印到布置于半导体晶片上的光致抗蚀剂的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光(cmp)、蚀刻、沉积及离子注入。多个半导体装置可在分离成个别半导体装置的单个半导体晶片上以某一布置制造。
6.在半导体制造期间的各种步骤中使用检验过程来检测晶片上的缺陷以促进制造过程中的良率且因此促进较高利润。检验始终是制造半导体装置(例如集成电路(ic))的重要部分。然而，随着半导体装置的尺寸减小，检验对于成功制造可接受的半导体装置变得更加重要，因为较小缺陷可导致装置失效。例如，随着半导体装置的尺寸减小，检测减小尺寸的缺陷已变得必要，因为即使相对较小的缺陷也可在半导体装置中引起不需要的异常。
7.固态电子检测器(还描述为雪崩光检测器或apd)可用于某些检验过程。apd可为允许一次电子束通过样本或目标平面的环形组合件。垂直电压梯度可跨半导体材料施加。带电粒子可引起电流从检测器面(vo)流动到偏压表面(v )，其可为》100v。在其与样本材料的相互作用期间，主光束(其可在从数百到数千ev能量的范围内)可产生背散射电子或“bse”。检测到的bse的数目可与主光束的能量、主光束电流及样本材料的成分有关。当主光束穿透原子到其原子核时，电子通过材料弹性散射或反射。较高原子序数目标产生更多背散射电子流，其中电子以余弦分布出现。
8.一次电子可通过将负偏压施加于目标或样本平面而减速。此偏压可变化以选择电子着陆能量，且可在从正施加电压、0施加电压或负施加电压的范围内。除改变一次电子束的着陆能量之外，样本偏压可用于改变回传bse的能量。当施加于样本时，强偏压可使粒子静电偏移，或在极端条件下可导致样本的分层。一旦偏移，这些粒子就携带样本的电荷以及高热能。当大量粒子(与高能电子相比)撞击apd时，其与检测器面熔合，且粒子的电荷释放为巨大电流尖波。电流尖波可导致局部损坏、产生高泄漏电流或甚至跨检测器的完全短路。
9.因此，需要检测器的保护元件，且更特定来说，需要一种可保护检测器免受动能、
热能及电荷影响的保护元件。


技术实现要素：

10.本公开的实施例提供一种电子束系统。所述系统可包括具有经配置以检测被反射离开样本的背散射电子的检测器面的检测器。所述系统可进一步包括安置于所述检测器面上的环形盖及安置于所述环形盖上以覆盖所述检测器面的保护膜。所述保护膜对于背散射电子可透明且对于指向所述检测器面的粒子提供物理势垒。
11.根据本公开的实施例，所述保护膜可为单原子。
12.根据本公开的实施例，所述保护膜可为石墨烯或石墨烯类似物。
13.根据本公开的实施例，所述保护膜可为电导体，其经配置以从由所述保护膜拦截的指向所述检测器面的粒子汲取电荷。
14.根据本公开的实施例，所述保护膜可为热导体，其经配置以从由所述保护膜拦截的指向所述检测器面的粒子消散热。
15.根据本公开的实施例，所述检测器面可为环形，使得电子束可以通过所述检测器面的中心朝向所述样本。所述保护膜可包含孔隙，使得所述电子束可通过所述孔隙朝向所述样本。
16.根据本公开的实施例，所述系统可进一步包括经配置以引导电子束朝向所述样本的电子束源。
17.本公开的实施例提供一种方法。所述方法可包括使用电子束源产生电子束。所述方法可进一步包括引导所述电子束朝向样本的表面。所述方法可进一步包括基于所述电子束与所述样本之间的相互作用而在所述样本的所述表面处产生背散射电子及粒子，所述背散射电子及粒子从所述样本的所述表面发射出去。所述方法可进一步包括在检测器的检测器面上检测所述背散射电子。所述方法可进一步包括由保护膜防止所述粒子到达所述检测器面，所述保护膜安置于所述检测器面上的环形盖上，对于所述背散射电子透明且对于指向所述检测器面的所述粒子提供物理势垒。
18.根据本公开的实施例，所述保护膜可为电导体，且所述方法可进一步包括从由所述保护膜拦截的指向所述检测器面的所述粒子汲取电荷。
19.根据本公开的实施例，所述保护膜可为热导体，且所述方法可进一步包括从由所述保护膜拦截的指向所述检测器面的所述粒子消散热。
20.根据本公开的实施例，检测器面可为环形，且引导所述电子束朝向样本的表面可包括通过所述检测器面引导所述电子束朝向所述样本的所述表面。所述保护膜可包括孔隙，且引导所述电子束朝向样本的表面可进一步包括通过所述保护膜的所述孔隙引导所述电子束朝向所述样本的所述表面。
附图说明
21.为更充分理解本公开的本质及目的，应参考结合附图的以下详细说明，其中：
22.图1是本公开的实施例的背散射电子检测器的截面图的框图；
23.图2是本公开的另一实施例的背散射电子检测器的截面图的框图；
24.图3是根据本公开的实施例的方法的流程图；及
25.图4是本公开的实施例的电子束系统的框图。
具体实施方式
26.尽管将就某些实施例来说描述所主张的标的物，但其它实施例(包含不提供本文所阐述的所有优点及特征的实施例)也在本公开的范围内。可在不背离本公开的范围的情况下进行各种结构、逻辑、工艺步骤及电子改变。因此，仅通过参考所附权利要求书来界定本公开的范围。
27.如图1中所展示，本公开的实施例可提供背散射电子(“bse”)检测器100。
28.bse检测器100可包括检测器面110。检测器面110可经配置以检测被反射离开样本120(其可为半导体晶片或其它类型的衬底)的背散射电子。例如，当电子束150指向样本120时，背散射电子152可在电子束150穿透原子到其原子核时产生。归因于bse检测器100的正偏压，背散射电子152可被吸引到检测器面110。
29.bse检测器100可进一步包括环形盖130。环形盖130可由非导电弹性材料组成。环形盖130可由橡胶、塑胶、陶瓷、金属或任何其它合适材料组成。环形盖130可安置于检测器面110上。例如，环形盖130可安置于检测器面110的边缘附近。以此方式，环形盖130将不覆盖检测背散射电子152的检测器面110的有源区域。环形盖130可稍微呈椭圆形。对应地，检测器面110可具有接收环形盖130的稍微椭圆形肩部112。环形帽130的形状在大径及小径两者上均稍小于肩部112。可了解，弹性环形盖130可拧到检测器面110的肩部112上以固持在适当位置。
30.bse检测器100可进一步包括保护膜140。保护膜140可安置于环形盖130上。例如，保护膜140可拉伸或以其它方式延伸于环形盖130上。环形盖130可包括从环形盖130径向向外安置的辅助盖。辅助盖也可为环形，且可略为椭圆形。辅助盖的形状在大径及小径两者上均可以稍小于环形盖130。可了解，辅助盖可拧到待固持在适当位置的环形盖130上。当保护膜140被拉伸到环形盖130上时，辅助盖可将保护膜140固持在适当位置。
31.在图2中所展示的例子中，保护膜140定位于支撑架144上。支撑架144可附接或以其它方式固定于环形盖130上。当支撑架144被拉伸或以其它方式延伸于环形盖130上时，支撑架144可有助于维持保护膜140的形状。
32.保护膜140可覆盖原本将由环形盖130暴露的检测器面110之外的一些或全部。例如，保护膜140可定位为靠近检测器面110。检测器面110与样本120之间的距离可为从1mm到50mm，但在一些实施例中，可更小及更大距离是可能的。保护膜140可定位于检测器面110与样本120之间的某一距离处。例如，保护膜140可定位于检测器面110与样本120之间的距离的某一部分处。保护膜140可定位为从检测器面110与样本120之间的距离的99％到1％，包含两者之间的所有值。作为非限制性实例，保护膜140可定位于检测器面110与样本120之间的距离的50％、25％、10％或1％处，但在一些实施例中，更小及更大分数是可能的。
33.当电子束150指向样本120时，可产生从样本120偏离或分层的粒子122。归因于bse检测器100的正偏压，粒子122可被吸引到检测器面110。粒子122在大小上可介于约100μm之间，但其它大小也是可能的。以此方式，保护膜140对于从样本120排出且指向检测器面110的粒子122提供物理势垒。保护膜140可随时间收集所排出的粒子122，且可期望替换保护膜140。可了解，与bse检测器100的其它组件相比，可容易地替换保护膜140及/或环形盖130。
34.保护膜140可对于背散射电子152透明。例如，保护膜140可不对于指向检测器面110的背散射电子152提供物理势垒。以此方式，可保护bse检测器100免受从样本120排出的粒子122影响，但仍可检测由样本120产生的背散射电子152。
35.保护膜140可为单原子。背散射电子152可能够通过保护膜140的单层原子且到达检测器面110。例如，保护膜140可为石墨烯或石墨烯类似物。无机石墨烯类似物(通常称为iag)是一种日益发展的二维纳米片材材料。这些可包含氮化硼、氮化碳硼及过渡金属氧化物。石墨烯的原子结构由布置于二维蜂窝晶格中的单层碳原子组成。相邻碳原子之间的键很强，且当由所排出的粒子122冲击时将不断裂。然而，相邻碳原子之间的间距允许背散射电子152通过。尽管保护膜140可为单原子层厚，但保护膜140还可为多于一个的原子层厚。保护膜140可为显现对于电子的类似通透性的其它材料。因此，可使用单原子层石墨烯或可使用多于一层的单原子石墨烯。还可使用一或多个原子层的石墨烯类似物。可了解，对于最大通透性，具有低原子序数的材料可期望用于保护膜140。
36.保护膜140的表面及/或面向样本120的检测器面110(即，垂直于图1中的电子束150)可为各种形状。例如，保护膜140的表面及/或面向样本120的检测器面110可为圆形、方形、矩形、六边形或其它多边形形状。保护膜140及检测器面110的这些表面可为相同形状或不同形状。
37.保护膜140可为电导体。从样本120排出的粒子122可携带电荷，其可在冲击检测器面110时引起损坏。因此，在粒子122可冲击检测器面110之前，可期望使来自粒子122的电荷接地。作为电导体，保护膜140可拦截所排出的粒子122且使电荷安全地接地以防止对bse检测器100的损坏。应了解，石墨烯是良好导电体，但保护膜140可为表现出类似导电性的其它材料。某些材料可为良好电导体，但归因于其对样本120的效应而不期望用于bse检测器100中。例如，具有低熔点或自然高蒸气压的材料(例如金或铜)可不期望用于bse检测器100中。
38.在例子中，保护膜140及环形盖130可位于vo处，而检测器面110被正偏置且样本120被负偏置。因此，保护膜140、环形盖130、支撑架144及/或辅助盖可接地或未经偏置以从粒子122移除电荷。
39.保护膜140可为热导体。从样本120排出的粒子122可为高热，其可当冲击检测器面110时引起损坏。因此，可期望在粒子122可冲击检测器面110之前从粒子122消散热。作为热导体，保护膜140可拦截所排出的粒子122且安全地消散热以防止对bse检测器100的损坏。可了解，石墨烯是良好热导体，但保护膜140可为表现出类似导热性的其它材料。某些材料可为良好热导体，但归因于其对样本120的效应而不期望用于bse检测器100中。例如，具有低熔点或自然高蒸气压的材料(例如金或铜)可不期望用于bse检测器100中。
40.根据本公开的实施例，检测器面110可为环形。以此方式，电子束150可通过检测器面110的中心朝向样本120。保护膜140可包含对应于检测器面110的中心的孔隙142。可使用激光从保护膜140切割孔隙142。从保护膜140切割孔隙142的其它构件可为可能的。例如，使用氖或氩束的聚焦离子束可用于从保护膜140切割孔隙142。以此方式，电子束150还可通过孔隙142朝向样本120。孔隙142可具有大于电子束150的宽度的直径，使得保护膜140不在电子束150的路径中。
41.就本公开的背散射电子检测器100来说，保护膜140可保护检测器面110不受携带电荷及热能的所排出的粒子122影响。以此方式，可避免对检测器面110的损坏，因为在所排
出的粒子122可冲击检测器面110之前所排出的粒子122可由保护膜140拦截。保护膜140可对于背散射电子152透明，因此样本120处产生的背散射电子152可由检测器面110接收。此可改进背散射电子检测器100的寿命且改进其准确度。
42.如图3中所展示，本公开的实施例可提供一种方法200。方法200可包括以下步骤。
43.在步骤201处，使用电子束源产生电子束。电子束源可包含(例如)阴极源或发射尖端。
44.在步骤202处，引导所述电子束朝向样本的表面。可以斜角或任何其它合适角度引导电子束朝向样本。例如，可以90度角引导电子束朝向样本。
45.在步骤203处，基于所述电子束与所述样本之间的相互作用而在所述样本的所述表面处产生背散射电子及粒子。当电子束穿透样本的原子到其原子核时，背散射电子可被反射离开样本。电子束还可使粒子从样本偏移或分层。背散射电子及粒子可从样本的表面发射出去。背散射电子及粒子可归因于样本的负偏压而从样本发射。
46.在步骤204处，在检测器的检测器面上检测所述背散射电子。检测器可经布置使得引导背散射电子朝向检测器面。例如，当以斜角引导电子束朝向样本时，检测器可以对应角度布置。当以90度角引导电子束朝向样本时，检测器可平行于样本布置。在此构形中，检测器可为环形以允许电子束通过其中心。归因于检测器的正偏压，背散射电子可被吸引到检测器面。基于由检测器面检测的背散射电子，可实现样本的成像。
47.在步骤205处，由保护膜防止所述粒子到达所述检测器面。保护膜安置于检测器面上的环形盖上。保护膜可对于背散射电子透明且对指向检测器面的粒子提供物理势垒。归因于检测器的正偏压，粒子可被吸引到检测器面。为防止由粒子的物理冲击对检测器的损坏，保护膜可对于粒子提供物理势垒。
48.为防止由粒子的电荷引起对检测器的损坏，保护膜可为经配置以将电荷从检测器带走的导电体。因此，方法200可进一步包括从由保护膜拦截的指向检测器面的粒子汲取电荷。
49.为防止由粒子的热能引起的对检测器的损坏，保护膜可为经配置以从检测器消散热的热导体。因此，方法200可进一步包括从由保护膜拦截的指向检测器面的粒子消散热。
50.根据本公开的实施例，检测器可为环形。因此，步骤202可包括引导电子束通过检测器朝向样本的表面。保护膜可包括孔隙。因此，步骤202可进一步包括通过保护膜的孔隙引导电子束朝向样本的表面。
51.就本公开的方法200来说，保护膜可保护检测器面不受携带电荷及热能的放电粒子影响。以此方式，可避免对检测器面的损坏，因为放电粒子可在冲击检测器面之前由保护膜拦截。保护膜可对于背散射电子透明，因此在样本处产生的背散射电子可由检测器面接收。此可改进背散射电子检测器的寿命及改进其准确度。
52.图4是系统300的实施例的框图。系统300包含经配置以产生晶片304(其为样本120的实例)的图像的晶片检验工具(其包含电子柱301)。
53.晶片检验工具包含具有至少能源及检测器的输出采集子系统。输出采集子系统可为基于电子束的输出采集子系统。例如，在一个实施例中，引导到晶片304的能量包含电子，且从晶片304检测的能量包含电子。以此方式，能源可为电子束源。在图4中所展示的一个此实施例中，输出采集子系统包含耦合到计算机子系统302的电子柱301。载台310可固持晶片
304。
54.也如图4中所展示，电子柱301包含经配置以产生由一或多个元件305聚焦到晶片304的电子的电子束源303。电子束源303可包含(例如)阴极源或发射尖端。一或多个元件305可包含(例如)枪透镜、阳极、光束限制孔隙、闸阀、光束电流选择孔隙、物镜及扫描子系统，所有此类元件均可包含所属领域中已知的任何此类合适元件。
55.从晶片304返回的电子(例如二次电子)可由一或多个元件306聚焦到检测器307。一或多个元件306可包含(例如)扫描子系统，其可为包含于元件305中的相同扫描子系统。在一或多个聚焦元件306之前或之后，例如图1中所说明的保护膜140可提供为接近检测器307。检测器307可为或包含检测器面110。保护膜140可对于从晶片304排出的粒子提供物理势垒，但可对于二次电子透明。保护膜140还可为使所排出的粒子接地的电导体及从所排出的粒子消散热的热导体。
56.电子柱301还可包含所属领域中已知的任何其它合适元件。
57.尽管电子柱301在图4中展示为经配置使得以斜入射角将电子引导到晶片304且以另一斜角从晶片304散射，但电子束可以任何合适角度引导到晶片304且从晶片304散射。例如，电子柱301可经配置以使得以90度角将电子引导到晶片304。在此配置中，检测器307可为环形，使得来自电子束源303的电子可通过检测器307且朝向检测器307反射回去。另外，基于电子束的输出采集子系统可经配置以使用多个模式产生晶片304的图像(例如具有不同照明角度、收集角等)。基于电子束的输出采集子系统的多个模式在输出采集子系统的任何图像产生参数中可不同。
58.如上文所描述，计算机子系统302可耦合到检测器307。检测器307可检测从晶片304的表面返回的电子，借此形成晶片304的电子束图像。电子束图像可包含任何合适电子束图像。计算机子系统302可经配置以使用检测器307的输出及/或电子束图像来产生晶片304的图像或执行本文所描述的功能中的任一者。包含图4中所展示的输出采集子系统的系统300可以如本文所描述进一步配置。
59.应注意，本文提供图4以大体上说明可用于本文所描述的实施例中的基于电子束的输出采集子系统的配置。本文所描述的基于电子束的输出采集子系统配置可更改以优化输出采集子系统的性能，如当设计商用输出采集系统时通常执行。另外，可使用现有系统(例如通过将本文所描述的功能性添加到现有系统)来实施本文所描述的系统。对于一些此类系统，本文所描述的方法可提供为系统的任选功能性(例如除系统的其它功能性之外)。替代地，本文所描述的系统可设计为全新系统。
60.尽管输出采集子系统在上文描述为基于电子束的输出采集子系统，但输出采集子系统可为基于离子束的输出采集子系统。除电子束源可替换为所属领域中已知的任何合适离子束源之外，此输出采集子系统可如图4所展示那样配置。另外，输出采集子系统可为任何其它合适基于离子束的输出采集子系统，例如包含于商用聚焦离子束(fib)系统、氦离子显微镜(him)系统及二次离子质谱(sims)系统中的输出采集子系统。
61.计算机子系统302包含处理器308及电子数据存储单元309。处理器308可包含微处理器、微控制器或其它装置。
62.计算机子系统302可以任何合适方式(例如经由一或多个传输媒体，其可包含有线及/或无线传输媒体)耦合到系统300的组件，使得处理器308可接收输出。处理器308可经配
置以使用输出执行若干功能。晶片检验工具可从处理器308接收指令或其它信息。处理器308及/或电子数据存储单元309可任选地与另一晶片检验工具、晶片计量工具或晶片重检工具(未说明)电子通信以接收额外信息或发送指令。
63.处理器308与晶片检验工具(例如检测器307)电子通信。处理器308可经配置以处理使用来自检测器307的测量产生的图像。
64.本文所描述的计算机子系统302、其它系统或其它子系统可为各种系统的部分，包含个人计算机系统、图像计算机、主机计算机系统、工作站、网络设备、因特网设备或其它装置。所述子系统或系统还可包含所属领域中已知的任何合适处理器，例如平行处理器。另外，所述子系统或系统可包含具有高速处理及软件的平台作为独立或网络工具。
65.处理器308及电子数据存储单元309可安置于系统300中或除了系统300或另一装置的部分之外中。在实例中，处理器308及电子数据存储单元309可为独立控制单元的部分或位于集中质量控制单元中。可使用多个处理器308或电子数据存储单元309。
66.处理器308实际上可由硬件、软件及固件的任何组合来实施。另外，其如本文所描述的功能可由单元来执行，或在不同组件之间划分，组件中的每一者可又由硬件、软件及固件的任何组合来实施。处理器308用于实施各种方法及功能的程序码或指令可存储于可读存储媒体中，例如电子数据存储单元309中的存储器或其它存储器。
67.如果系统300包含一个以上计算机子系统302，那么不同子系统可彼此耦合，使得可在子系统之间发送图像、数据、信息、指令等。例如，子系统可由任何合适传输媒体(其可包含所属领域中已知的任何合适有线及/或无线传输媒体)耦合到额外子系统。此类子系统中的两者或更多者还可由共享计算机可读存储媒体(未展示)有效地耦合。
68.处理器308可经配置以使用系统300的输出或其它输出来执行若干功能。例如，处理器308可经配置以将输出发送到电子数据存储单元309或另一存储媒体。处理器308可如本文所描述进一步配置。
69.处理器308或计算机子系统302可为缺陷重检系统、检验系统、计量系统或一些其它类型的系统的部分。因此，本文所公开的实施例描述可以若干方式针对具有或多或少适合于不同应用的不同能力的系统定制的一些配置。
70.处理器308可根据本文所描述的实施例中的任一者配置。处理器308还可经配置以使用系统300的输出或使用来自其它源的图像或数据来执行其它功能或额外步骤。
71.处理器308可以所属领域中已知的任何方式通信地耦合到系统300的各种组件或子系统中的任一者。此外，处理器308可经配置以由可包含有线及/或无线部分的传输媒体从其它系统(例如来自检验系统(例如重检工具)、包含设计数据的远程数据库及其类似者的检验结果)接收及/或获取数据或信息。以此方式，传输媒体可充当处理器308与系统300的其它子系统或系统300外部的系统之间的数据链结。
72.系统300及本文所公开的方法的各种步骤、功能及/或操作由以下中的一或多者实施：电子电路、逻辑门、多路复用器、可编程逻辑装置、asic、模拟或数字控制/开关、微控制器或计算系统。实现例如本文所描述的方法的程序指令可经由载波媒体传输或存储于载波媒体上。载波媒体可包含存储媒体，例如只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘、非易失性存储器、固态存储器、磁带及其类似者。载波媒体可包含传输媒体，例如线、缆线或无线传输链路。例如，本公开中描述的各种步骤可由单个处理器308(或计算机子系统302)或替代
地多个处理器308(或多个计算机子系统302)实施。此外，系统300的不同子系统可包含一或多个计算或逻辑系统。因此，以上描述不应被解释为对本公开的限制而仅是说明。
73.尽管本公开已相对于一或多个特定实施例描述，但将理解本公开的其它实施例可在不背离本公开的范围的情况下进行。因此，本公开被视为仅由所附权利要求书及其合理解释限制。