检测器设备、电子束装置以及用于对样品进行检查和/或成像的方法与流程

本文所述的实施例涉及用于检测电子束装置中(例如，被配置为对样品进行检查和/或成像的扫描电子显微镜中)的信号电子(诸如次级电子(se)和背散射电子(bse))的检测器设备。本文所述的实施例特别地涉及电子检测器和具有用于检测信号电子(特别是bse)的电子检测器的电子束装置。具体地，描述了用于通过检测bse来检查具有3d结构的样品的电子束装置。实施例进一步涉及用电子束装置来对样品进行检查和/或成像的方法。

背景技术：

1、带电粒子束装置在多个工业领域中具有许多功能，所述工业领域包括但不限于半导体器件的关键尺寸设定、半导体器件的缺陷审查、半导体器件的检查、用于光刻的曝光系统、对各种样品进行成像、检测设备和测试系统。因此，对在微米和纳米级上对样本或样品进行结构化、测试和检查存在高需求。

2、微米和纳米级工艺控制、检查或结构化通常用带电粒子束(特别是电子束)来进行，这些带电粒子束是在带电粒子束设备(诸如电子束装置，特别是电子显微镜)中生成和聚焦的。由于带电粒子束的波长短，例如与光子束相比，带电粒子束提供更优的空间分辨率。

3、近年来，对具有3d结构或大深宽比(诸如大的深度与开口宽度比)的结构的样品进行检查和/或成像变得越来越关注。类似3d finfet和3d nand的设备具有大深宽比的结构，当使用次级电子(se)(即当初级电子束撞击样品表面时在样品表面处生成的低能量信号电子)时，这些结构难以在扫描电子显微镜(sem)中成像。se几乎无法从具有高深宽比的结构和更深的样品层中逃逸并且通常无法以合理的信噪比检测。特别地，对高深宽比沟槽、接触孔和掩埋层或结构的关键尺寸(cd)测量是一项挑战。使用背散射电子(bse)(即从样品背散射的高能量电子)的图像模式通常用于提高成像和/或检查的质量，尤其是在半导体行业中。

4、在现代带电粒子束检查系统中，将有益的是，以高检测效率检测背散射电子。这将允许以高分辨率准确地检查基本上在xy平面中延伸的样品表面以及在z方向上具有深度或掩埋的3d结构两者。在一些系统中，以相对于光轴的不同角度离开样品的背散射电子主要用靠近样品布置(例如，在物镜与样品之间，或在物镜附近)的检测器设备来检测。次级电子(se)可主要用被布置在离样品更远的距离处(例如在“通过透镜检测设置”中位于束源与物镜之间，或相对于系统的光轴横向)的电子检测器来检测。然而，特别是对于可以相对于光轴的大角度从样品释放的携带有价值的样品信息的高能量bse，难以达到高bse检测效率。

5、鉴于上文，将有益的是，提供适用于高效地检测背散射电子的检测设备以及具有这种检测设备的电子束装置。此外，将有益的是，提供用于对形貌样品结构或掩埋样品层进行检查和/或成像的方法，这些方法克服了以上问题中的至少一些问题。

技术实现思路

1、鉴于上文，根据独立权利要求，提供了一种检测器设备、一种电子束装置，以及用电子束来对样品进行检查和/或成像的方法。从从属权利要求、说明书和附图中，其他方面、优点和特征是明显的。

2、根据一个方面，提供了一种用于在电子束装置中检测信号电子的检测器设备。所述检测器设备包括电子检测器，所述电子检测器具有：用于初级电子束通过的中心开口；一个或多个径向内部检测器区段，所述一个或多个径向内部检测器区段至少部分地包围中心开口；以及一个或多个径向外部检测器区段，所述一个或多个径向外部检测器区段至少部分地包围中心开口。所述检测器设备被配置为以第一放大强度放大由入射在一个或多个径向内部检测器区段上的第一组信号电子引起的一个或多个第一检测器信号，与此同时以高于第一放大强度的第二放大强度放大由入射在一个或多个径向外部检测器区段上的第二组信号电子引起的一个或多个第二检测器信号。

3、在一些实施例中，所述检测器设备包括电子检测器和与电子检测器集成或邻近电子检测器布置的放大设备，特别是前置放大器。放大设备的一个或多个第一放大电路可连接到一个或多个径向内部检测器区段，并且放大设备的一个或多个第二放大电路可连接到一个或多个径向外部检测器区段。一个或多个第一放大电路被配置为以第一放大强度放大一个或多个第一检测器信号，并且一个或多个第二放大电路被配置为以高于第一放大强度的第二放大强度放大一个或多个第二检测器信号。

4、根据另一方面，提供了一种电子束装置，特别是扫描电子显微镜，所述电子束装置包括如本文所述的检测器设备。

5、所述电子束装置可包括：电子源，所述电子源用于生成沿光轴传播的初级电子束；样品台，所述样品台用于支撑待检查的样品；物镜，所述物镜用于将初级电子束聚焦到样品上来释放信号电子；以及如本文所述的检测器设备。所述检测器设备被配置为以第一放大强度放大由入射在一个或多个径向内部检测器区段上的第一组信号电子引起的一个或多个第一检测器信号，同时以高于第一放大强度的第二放大强度放大由入射在一个或多个径向外部检测器区段上的第二组信号电子引起的一个或多个第二检测器信号。

6、根据另一方面，提供了一种特别是用如本文所述的电子束装置来对样品进行成像和/或检查的方法。

7、所述方法包括：生成沿光轴传播的初级电子束；将初级电子束聚焦到样品上以引起第一组信号电子和第二组信号电子的发射，与第一组信号电子相比，第二组信号电子在离光轴更远的距离处传播。所述方法进一步包括：以第一放大强度放大由入射在电子检测器的一个或多个径向内部检测器区段上的第一组信号电子引起的一个或多个第一检测器信号；以及以高于第一放大强度的第二放大强度放大由入射在电子检测器的一个或多个径向外部检测器区段上的第二组信号电子引起的一个或多个第二检测器信号。

8、实施例还涉及用于执行所公开的方法的装置并包括用于执行每个所述方法特征的装置零件。方法特征可通过硬件部件、由适当软件编程的计算机、两者的任意组合或任何其他方式来执行。此外，实施例还涉及制造所述装置的方法、使用所述装置来对样品进行检查和/或成像的方法，以及操作所述装置的方法。

技术特征：

1.一种用于检测信号电子的检测器设备，所述检测器设备包括：

2.如权利要求1所述的检测器设备，所述检测器设备包括放大设备，所述放大设备具有连接到所述一个或多个径向内部检测器区段并被配置为以所述第一放大强度放大所述一个或多个第一检测器信号的一个或多个第一放大电路，并且具有连接到所述一个或多个径向外部检测器区段并被配置为以所述第二放大强度放大所述一个或多个第二检测器信号的一个或多个第二放大电路。

3.如权利要求2所述的检测器设备，其中所述一个或多个第一放大电路和所述一个或多个第二放大电路是互阻抗放大电路。

4.如权利要求2所述的检测器设备，其中所述放大设备是连接到所述电子检测器的前置放大器，其中所述前置放大器是以下各项中的至少一项：与所述电子检测器集成、以及邻近所述电子检测器布置。

5.如权利要求1至4中任一项所述的检测器设备，其中所述第一放大强度和所述第二放大强度是不变的。

6.如权利要求1至4中任一项所述的检测器设备，其中所述第二放大强度是所述第一放大强度的2倍或更多倍。

7.如权利要求1至4中任一项所述的检测器设备，其中所述一个或多个径向内部检测器区段覆盖第一表面面积，并且所述一个或多个径向外部检测器区段覆盖第二表面面积，所述第二表面面积与所述第一表面面积之间的比率是从0.7到2。

8.如权利要求1至4中任一项所述的检测器设备，其中所述一个或多个径向内部检测器区段从第一半径延伸到第二半径，并且所述一个或多个径向外部检测器区段从所述第二半径延伸到第三半径，其中所述第二半径在7mm与11mm之间，并且所述第三半径大于12mm。

9.如权利要求1至4中任一项所述的检测器设备，其中所述一个或多个径向内部检测器区段包括呈环形布置包围所述中心开口的两个或更多个内部区段，并且所述一个或多个径向外部检测器区段包括呈环形布置包围所述中心开口的两个或更多个外部区段。

10.如权利要求1至4中任一项所述的检测器设备，其中所述一个或多个径向内部检测器区段包括以环形四象限配置包围所述中心开口的四个内部区段，并且所述一个或多个径向外部检测器区段包括以环形四象限配置包围所述四个内部区段的四个外部区段。

11.如权利要求1至4中任一项所述的检测器设备，其中所述电子检测器是分段半导体检测器，所述分段半导体检测器连接到多通道互阻抗放大器，所述多通道互阻抗放大器与所述分段半导体检测器集成或邻近所述分段半导体检测器布置，所述多通道互阻抗放大器具有被配置为施加所述第一放大强度的第一通道子集和被配置为施加所述第二放大强度的第二通道子集。

12.如权利要求1至4中任一项所述的检测器设备，其中所述一个或多个径向内部检测器区段被配置用于第一最大检测速度，并且所述一个或多个径向外部检测器区段被配置用于第二最大检测速度，所述第一最大检测速度比所述第二最大检测速度更快。

13.如权利要求1至4中任一项所述的检测器设备，其中所述检测器设备可在以下操作模式中的至少两种操作模式下操作：

14.一种电子束装置，所述电子束装置包括：

15.如权利要求14所述的电子束装置，其中所述一个或多个第一检测器信号和所述一个或多个第二检测器信号用所述检测器设备的前置放大器来放大，所述前置放大器连接到所述电子检测器并且是以下各项中的至少一项：(i)与所述电子检测器集成，(ii)直接邻近所述电子检测器布置在所述电子束装置的真空腔室内部，以及(iii)固定地安装在所述电子束装置的真空腔室中。

16.如权利要求15所述的电子束装置，所述电子束装置进一步包括主放大器，所述主放大器用于放大由所述前置放大器提供的经前置放大的检测器信号。

17.一种对样品进行成像和/或检查的方法，所述方法包括：

18.如权利要求17所述的方法，其中所述一个或多个第一检测器信号和所述一个或多个第二检测器信号用前置放大器，特别是用所述前置放大器的至少一个互阻抗放大电路来放大，所述前置放大器是以下各项中的至少一项：与所述电子检测器集成、以及邻近所述电子检测器布置在真空环境中。

19.如权利要求17或18所述的方法，其中所述一个或多个径向内部检测器区段包括呈环形布置包围所述电子检测器中的中心开口的两个或四个内部检测器区段，并且所述一个或多个径向外部检测器区段包括呈环形布置包围所述两个或四个内部检测器区段的两个、四个或八个外部检测器区段，所述方法包括：

20.如权利要求17或18所述的方法，其中所述初级电子束在所述样品上的着陆能量是15kev或更高。

21.如权利要求17或18所述的方法，所述方法进一步包括在第一操作模式与第二操作模式和第三操作模式中的至少一者之间切换，

技术总结
描述了一种用于检测电子束装置(100)中的信号电子的检测器设备(10)。所述检测器设备(10)包括电子检测器(120)，所述电子检测器具有用于初级电子束(105)通过的中心开口(23)并具有至少部分地包围所述中心开口的一个或多个径向内部检测器区段(21)和一个或多个径向外部检测器区段(22)。所述检测器设备被配置为以第一放大强度放大由入射在所述一个或多个径向内部检测器区段(21)上的第一组信号电子引起的一个或多个第一检测器信号，与此同时以高于第一放大强度的第二放大强度放大由入射在所述一个或多个径向外部检测器区段(22)上的第二组信号电子引起的一个或多个第二检测器信号。进一步描述了一种具有本文所述的检测器设备的电子束装置，以及一种用如本文所述的电子束装置来对样品进行成像和/或检查的方法。

技术研发人员：B·夏宾格,D·温克勒,E·内厄姆
受保护的技术使用者：ICT半导体集成电路测试有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/4/14