CN111989761A - 用于大型活动区域的高速检测器的像素形状和分区形状选择 - Google Patents

用于大型活动区域的高速检测器的像素形状和分区形状选择 Download PDF

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Abstract

公开了检测器和检测系统。根据某些实施例，一种检测器包括衬底，该衬底包括多个感测元件，该多个感测元件包括第一感测元件(402)和第二感测元件(403)，其中至少第一感测元件形成为三角形形状。检测器可以包括切换区域(4009A)，该切换区域配置为连接第一感测元件和第二感测元件。还可以提供多个分区，该多个分区包括将第一多个感测元件连接到第一输出的第一分区和将第二多个感测元件连接到第二输出的第二分区。该多个分区可以以六边形形状来设置。

Description

用于大型活动区域的高速检测器的像素形状和分区形状选择
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年4月20日提交的美国申请62/660,765的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本文中的描述涉及检测器，并且更具体地涉及可以应用于带电粒子检测的切换检测器阵列。
背景技术
检测器可以被用于感测物理上可观察到的现象。例如，电子显微镜可以包括检测器，该检测器收集从样品投射的带电粒子，并且输出检测信号。检测信号可以被用于重构受检样品结构的图像，并且可以被用于例如揭示样品中的缺陷。
在一些应用中，区域检测器可以包括电子感测元件的像素化阵列，电子感测元件可以检测投射在其上的一个或多个电子束。检测器可以包括活动区域，在该活动区域中响应于被带电粒子撞击而生成电流。在电子感测元件的像素化阵列中，可以提供有具有分离的活动区域的离散检测元件的网格。活动区域可以被隔离区域围绕，以将一个像素与相邻像素分离。
诸如在美国申请号62/555,032中讨论的检测器可以在感测元件之间设置有切换区域。在这种检测器中，可以减少死区并且可以增强检测性能。例如，相邻感测元件的侧面之间的隔离区域可以被消除，从而当多个感测元件被电子束斑覆盖时可以被合并。
然而，在一些检测器中，切换区域的数目可能取决于感测元件的形状。例如，方形感测元件可以被配置为在其四条边的每条边上与相邻感测元件连接。因此，四个切换区域可以围绕每个感测元件。
发明内容
本公开的实施例提供了用于提供检测器的系统和方法。在一些实施例中，提供了带电粒子束系统。带电粒子束系统可以包括检测器，该检测器被配置为检测在带电粒子束系统中所生成的带电粒子。
在一些实施例中，提供了一种检测器，该检测器包括衬底，该衬底包括多个感测元件，该多个感测元件包括第一感测元件和第二感测元件。检测器可以包括切换区域，该切换区域被配置为连接第一感测元件和第二感测元件。第一感测元件可以被配置为响应于第一感测元件检测到波束而生成第一信号，并且第二感测元件可以被配置为响应于第二感测元件检测到波束而生成第二信号。至少第一感测元件可以被形成为三角形形状。三角形形状可以是等边三角形。
根据一些实施例，可以实现一种布置，该布置减少相邻感测元件之间的开关数目、以及控制开关所需要的控制逻辑的数目。另外，感测元件的形状可以使得感测元件的分区能够形成为对应形状。具有特定形状的分区布置可以减少待被设置在电路管芯中的分区的总数。例如，提供三角形的感测元件和六边形的分区，可以提高检测系统的性能而不会引起检测系统的灵活性的损失。
所公开的实施例的其他目的和优点将在下面的描述中部分地阐述，并且根据该描述部分地将变得清楚，或者可以通过实施例的实践而获知。所公开的实施例的目的和优点可以通过本公开中阐述的要素和组合来实现和获取。然而，这种示例性目的和优点的实现不一定需要本公开的示例性实施例，并且一些实施例可以不实现陈述的目的和优点中的任何一个。
应当理解，前面的总体描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，并且不限制所要求保护的公开实施例。
附图说明
根据结合以下附图对示例性实施例的描述，本公开的以上和其他方面将变得更加清楚。
图1是示出与本公开的实施例一致的示例性电子束检查(EBI)系统的示意图。
图2是示出与本公开的实施例一致的示例性电子束工具的示意图，该电子束工具可以是图1的示例性电子束检查系统的一分区。
图3是与本公开的实施例一致的检测器的示例性结构的示意图。
图4是图3的分区的放大图。
图5是示出与本公开的实施例一致的检测器的横截面的图。
图6是与本公开的实施例一致的多个感测元件的放大图。
图7是与本公开的实施例一致的检测器的后表面的视图。
图8是与本公开的实施例一致的检测器的后表面的另一视图。
图9是与本公开的实施例一致的检测器的示例性结构的示意图。
图10A是示出与本公开的实施例一致的沿部分A截取的图9的检测器的横截面的图。
图10B是示出与本公开的实施例一致的沿部分B截取的图9的检测器的横截面的图。
图11是与本公开的实施例一致的多个感测元件的放大图。
图12是与本公开的实施例一致的多个感测元件的放大图。
图13是示出与本公开的实施例一致的感测元件的横截面的图。
图14是与本公开的实施例一致的检测器的示例性结构的示意图。
图15是表示与本公开的实施例一致的检测器的结构的图。
图16是与本公开的实施例一致的检测器的示例性结构的示意图。
图17是与本公开的实施例一致的检测器的示例性结构的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。以下描述参考附图，其中除非另外表示，否则不同附图中的相同数字表示相同或相似的元素。在以下对示例性实施例的描述中阐述的实现并不表示与本发明一致的所有实现。相反，它们仅是与如所附权利要求中所述的与主题相关的方面一致的装置、系统和方法的示例。例如，尽管以在利用电子束的系统中提供检测器的上下文中来描述一些实施例，但是本公开不限于此。可以类似地应用其他类型的带电粒子束。此外，检测器可以被用于其他成像系统中，诸如光学成像、光子检测、x射线检测等。
本公开的实施例可以提供一种检测器。检测器可以具有阵列架构。该检测器可以被用于检测系统中，该检测系统可以用于例如带电粒子系统以进行带电粒子成像。带电粒子系统可以是用于对样品进行成像和检查的扫描电子显微镜(SEM)工具。例如，带电粒子系统可以用于缺陷检测。
在一些实施例中，在检测器阵列中，为感测元件(像素)选择等边三角形形状。在检测器阵列具有相同像素数量的条件下，使用三角形形状而不是矩形形状可以将相邻像素之间的开关数目减少25％。例如，三角形具有3个边而不是4个边，因此，可以提供三个开关来连接像素而不是4个开关。减少开关数目还可以将连接到开关的控制逻辑的数目减少例如25％。没有其他的多边形形状具有更少数目的直边。
在一些实施例中，三角形像素可以被配置为具有与对应矩形像素相同的面积。相应地，三角形像素的边可以比矩形像素的边长52％。这可能导致针对形成在两个相邻像素之间的切换区域的沟道宽度更宽。例如，现场可编程检测器可以设置有被形成为相邻像素之间的MOSFET的切换区域。提供更宽的沟道可以减小MOSFET的导通电阻。此外，在检测系统中可以实现更高的带宽。
此外，三角形像素可以形成具有更接近电子束斑的形状的组。例如，电子束斑可以以圆形或椭圆形形状投射在检测器的表面上。三角形像素组可以更好地符合电子束斑的形状，并且可以以更高的信噪比收集电子束电流。
在一些实施例中，选择六边形形状作为检测器阵列的活动区域。
在一些实施例中，检测器设置有被划分成多个分区的多个感测元件。第一分区可以包含第一多个感测元件，第二分区可以包含第二多个感测元件，以此类推。第一多个感测元件和第二多个感测元件可以是互斥的。可以为这些分区选择六边形形状。这些分区可以是统一的。在分区形状具有相同的对角线尺寸的条件下，六边形分区的面积可以比矩形分区的面积大30％。因此，如果检测器阵列的活动区域保持相同，则可以实现例如30％的分区数目的减少。因此，可以通过使用六边形分区来减少分区的数目和信号路径的数目。
六边形形状可以使像素组的面积最大化，而在该组内的形状之间没有任何间隙。
与不统一的分区和不统一的信号路径相比，可以在集成电路中更容易地实现统一的分区和对应统一的信号路径。此外，某些设计可能对信号路径具有性能一致性要求。
通过在检测器阵列中组合形状为等边三角形并且具有六边形分区的像素，可以实现电子束检测性能的改善。可以类似地应用其他形状的分区。此外，可以简化电路管芯。还可以简化用于相邻像素之间的开关元件的控制逻辑。更进一步，可以在模数转换器(ADC)阵列之后提供简化的数字多路复用器。另外，在电路管芯中可能需要较少的信号路径，这可以减少设计和实现的困难。因此，可以使设计的按比例放大变得容易。
现在参考图1，图1示出了示例性电子束检查(EBI)系统100，该系统100可以包括与本公开的实施例一致的检测器。EBI系统100可以被用于成像。如图1所示，EBI系统100包括主腔室101、加载/锁定腔室102、电子束工具104、和设备前端模块(EFEM)106。电子束工具104位于主腔室101内。EFEM 106包括第一加载端口106a和第二加载端口106b。EFEM 106可以包括附加加载端口。第一加载端口106a和第二加载端口106b接纳晶片前开口统一吊舱(FOUP)，该FOUP容纳晶片(例如，半导体晶片或由其他材料制成的晶片)或待被检查的样品(晶片和样品在本文中可以被统称为“晶片”)。
EFEM 106中的一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片运送到加载/锁定腔室102。加载/锁定腔室102连接到加载/锁定真空泵系统(未示出)，该系统去除加载/锁定腔室102中的气体分子以达到低于大气压的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片从加载/锁定腔室102运送到主腔室101。主腔室101连接到主腔室真空泵系统(未示出)，该系统去除主腔室101中的气体分子以达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，通过电子束工具104对晶片进行检查。电子束工具104可以是单束系统或多束系统。控制器109电连接到电子束工具104。控制器109可以是被配置为执行EBI系统100的各种控制的计算机。尽管在图1中将控制器109示为在包括主腔室101、加载/锁定腔室102和EFEM 106的结构的外部，但是应当理解，控制器109可以是该结构的一部分。
现在参考图2，图2示出了电子束工具104(在本文中也被称为装置104)，该电子束工具104包括电子源202、枪体孔径204、聚光透镜206、从电子源202发射的初级电子束210、源转换单元212、初级电子束210的多个子束214、216和218、初级投影光学系统220、晶片台(图2中未示出)、多个次级电子束236、238和240、次级光学系统242，以及电子检测装置244。初级投影光学系统220可以包括分束器222、偏转扫描单元226，以及物镜228。电子检测装置244可以包括检测子区246、248和250。
电子源202、枪体孔径204、聚光透镜206、源转换单元212、分束器222、偏转扫描单元226，以及物镜228，可以与装置104的主光轴260对准。次级光学系统242和电子检测装置244可以与装置104的辅光轴252对准。
电子源202可以包括阴极、提取器或阳极，其中初级电子可以从阴极发射并且被提取或被加速以形成具有交叠(虚拟或真实)208的初级电子束210。初级电子束210可以被视化为从交叠208发射。枪体孔径204可以阻挡初级电子束210的外围电子，以减小探针斑点270、272和274的大小。
源转换单元212可以包括图像形成元件阵列(图2中未示出)和波束限制孔径阵列(图2中未示出)。图像形成元件阵列可以包括微偏转器或微透镜阵列。图像形成元件阵列可以形成交叠208的、具有初级电子束210的多个子束214、216和218的多个平行图像(虚拟或真实)。波束限制孔径阵列可以限制多个子束214、216和218。
聚光透镜206可以聚焦初级电子束210。可以通过调节聚光透镜206的聚焦能力、或通过改变波束限制孔径阵列中的对应波束限制孔径的径向尺寸，来改变在源转换单元212下游的子束214、216和218的电流。物镜228可以将子束214、216和218聚焦到晶片230上以进行检查，并且可以在晶片230的表面上形成多个探针斑点270、272和274。聚光透镜206可以是可移动的聚光透镜，其可以被配置为使得其第一主平面的位置是可移动的。可移动聚光透镜可以被配置为磁性的，这可以导致离轴子束216和218以旋转角度落在子束限制孔径上。旋转角度随聚焦能力以及可移动聚光透镜的第一主平面的位置而变化。在一些实施例中，可移动聚光透镜可以是可移动的防旋转聚光透镜，其包括具有可移动的第一主平面的防旋转透镜。可移动聚光透镜在国际申请号PCT/EP2017/084429中进行进一步描述，该申请的全部内容通过引用并入本文。
分束器222可以是生成静电偶极场和磁偶极场的维恩滤波器类型的分束器。在一些实施例中，如果施加了静电偶极场和磁偶极场，则由静电偶极场施加在子束214、216和218的电子上的力的大小可以相等，并且方向与磁偶极场施加在电子上的力相反。子束214、216和218因此可以以零偏转角笔直地穿过分束器222。然而，由分束器222生成的子束214、216和218的总色散也可以是非零的。分束器222可以将次级电子束236、238和240与子束214、216和218分开，并且将次级电子束236、238和240引向次级光学系统242。
偏转扫描单元226可以偏转子束214、216和218以扫描晶片230的表面区域上的探针斑点270、272和274。响应于子束214、216和218在探针斑点270、272和274处的入射，可以从晶片230发射次级电子束236、238和240。次级电子束236、238和240可以包括具有能量分布的电子，包括二次电子和反向散射电子。次级光学系统242可以将次级电子束236、238和240聚焦到电子检测装置244的检测子区246、248和250上。检测子区246、248和250可以被配置为检测对应的次级电子束236、238和240，并且生成用于重构晶片230的表面区域图像的对应信号。
现在参考图3，图3示出了可以形成电子检测装置244的表面的传感器表面300的示例性结构。传感器表面300具有阵列结构，该阵列结构包括多个感测元件，包括感测元件301、302、303等，每个感测元件能够接收至少一部分束斑。感测元件301、302、303可以被配置为响应于接收能量而生成电信号。尽管在图3中示出了一个阵列，但是应当理解，检测器可以包括多个阵列，诸如每个次级电子束一个阵列。
感测元件可以包括例如PIN二极管、雪崩二极管、电子倍增管(EMT)等，以及它们的组合。例如，感测元件301、302、303可以是电子感测元件。电子感测元件可以生成与在传感器活动区域中接收的电子相当的电流信号。处理电路可以将所生成的电流信号转换成电压信号(表示所接收的电子束斑的强度)。处理系统可以例如通过对由位于传感器区域内的电子感测元件生成的电流求和来生成电子束斑的强度信号，将该强度信号与入射在晶片上的初级电子束的扫描路径数据相关联，并且基于相关性构造晶片的图像。
尽管以上将电子感测元件描述为从电子束接收电子，但是在其他类型的检测器的情况下，传感器可以被配置为响应于接收到其他类型的辐射而生成信号。例如，检测器可以对具有特定电荷的带电粒子起反应。而且，检测器可以对通量、空间分布、光谱或其他可测量特性敏感。因此，检测器的感测元件可以被配置为响应于接收到某种类型或水平的能量(例如，具有预定量的能量的电子或离子)而生成信号。
检测器可以设置有一个或多个衬底，诸如管芯。例如，可以有传感器管芯和电路管芯。管芯可以在检测器的厚度方向上堆叠。例如，检测器可以形成为基本平面的构件，该构件具有在二维平面上阵列化的感测元件。传感器管芯可以包括感测元件(包括感测元件301、302、303)，并且电路管芯可以包括信号处理电路系统。传感器管芯和电路管芯可以在堆叠方向上彼此堆叠，该堆叠方向与感测元件阵列的平面正交。
图4示出了图3所示区的放大分区。图5示出了沿图3和图4所示的部分A的在检测器阵列的厚度方向上的横截面所截取的传感器元件的示例性结构。
如图5所示，感测元件301、302、303可以被配置为PIN二极管器件3000。PIN二极管器件3000可以包括金属层3010作为顶层。金属层3010是用于接收入射在电子检测装置244上的电子的层。因此，金属层3010被配置为检测表面。金属层3010的材料例如可以是铝。当铝被用于金属层3010时，可以在表面的外部上形成氧化层以保护电子检测装置244。PIN二极管器件3000还可以包括金属层3050作为底层。金属层3050的材料例如可以是铜。金属层3050可以包括输出线以用于运送来自每个感测元件301、302、303的感应电流。
PIN二极管器件3000可以包括半导体器件。例如，构成PIN二极管器件的半导体器件可以被制造为具有多个层的衬底。因此，感测元件301、302、303在横截面视图上可以是连续的。切换区域3009可以与感测元件是一体的。另外，感测元件301、302、303和/或切换区域3009可以被配置为多个分立的半导体器件。分立半导体器件可以被配置为彼此直接相邻。因此，即使当感测元件被配置为分立的，可以消除固定的隔离区域并且可以减少死区。
在PIN二极管器件3000的操作中，P+区3020与金属层3010相邻形成。P+区3020可以是p型半导体层。本征区3030与P+区3020相邻形成。本征区3030可以是本征半导体层，并且因此可以是电荷载流子区。N+区3040与本征区3030相邻形成。N+区3040可以是n型半导体层。电子检测装置244的传感器层可以被形成为金属层3010、P+区3020、本征区3030、N+区3040和金属层3050的层。
PIN二极管器件3000包括形成在两个相邻感测元件之间的切换区域3009。如图5所示，在感测元件301和302之间形成切换区域3009，并且在感测元件302和303之间形成另一切换区域3009。可以在切换区域3009中形成开关。作为示例，增强模式MOSFET 3001可以形成在PIN二极管器件3000的传感器层中的切换区域3009处。MOSFET 3001可以包括P+区3002、栅极3004和栅极氧化物3003。MOSFET 3001被配置为“常开”型开关。在导通模式下，被施加到栅极3004的电压增加了器件的导电性。因此，在未激活MOSFET 3001的情况下，感测元件302和303之间的开关为断开，并且因此感测元件302和303未通过MOSFET 3001连接。通过激活MOSFET 3001，感测元件之间的开关被接通并且感测元件301和302通过MOSFET 3001连接。例如，PIN二极管器件3000可以配置有在导通状态3098和截止状态3099下可操作的MOSFET。MOSFET 3001可以通过栅极3004来控制。
制造诸如MOSFET 3001等MOSFET的工艺可以包括，例如，除了其他技术，蚀刻和材料沉积。
在操作中，当电子入射在金属层3010的顶表面上时，本征区3030充满了来自P+区3020的电荷载流子。如图5所示，当两个相邻感测元件(例如，301和302)连接时，被照射的区中的金属层3010下方的所有区域将被激活，包括切换区域3009中的区域。因此，可以将两个相邻感测元件分组在一起(合并)以响应于入射电子来收集电流，同时可以消除相邻感测元件之间的死区。在横截面上，不需要提供隔离区域来分离例如301和302等相邻感测元件。因此，感测元件301和302可以被制成为连续的。
如图4的平面图所示，感测元件301和302之间的切换区域3009A是用于感测的活动区域。同时，活动感测元件302与非活动感测元件303之间的切换区域3009B不是用于感测的活动区域。切换区域3009可以基本上跨越相应感测元件的整个长度。例如，感测元件可以具有在第一方向X和第二方向Y上延伸的矩形形状。矩形感测元件可以具有在第一方向上延伸的第一边和在第二方向上延伸的第二边。切换区域3009可以在第一整个边长上延伸。另一切换区域3009可以在第二整个边长上延伸。另外，相比于第一边或第二边，切换区域可以延伸更短的长度。切换区域可以与感测元件直接相邻，从而可以使活动区域连续。
图6示出了其中切换区域基本上跨越相应感测元件的整个长度的示例。感测元件601具有在第一方向(X轴方向)和第二方向(Y轴方向)上延伸的正方形形状。区610基本上跨越在第一方向上的整个边长，而区620基本上跨越在第二方向上的整个边长。
应当理解，可以采用不同布置的p型和n型半导体的各种配置来实现PIN二极管。
如图4所示，可以提供十字形区域325。区域325可以是用于将角落的像素与沿对角线方向彼此交叉的像素隔离的隔离区域。可以使用各种形状代替十字形形状。例如，区域325可以被提供为正方形、多边形、圆形等。区域325也可以包括对角线分区，以便以尽可能小的面积来分离对角像素。
图7示出了从与入射侧相反的背面来看的检测器的表面的分区。为了清楚起见，省略了一些组件，诸如晶体管的栅极和其他元件。该表面可以由金属层3050构成。如上所述，区域325可以是十字形区域。区域325可以由作为电绝缘体的材料形成。因此，可以防止相邻感测元件之间的短路。
图8示出了其中区域325被提供为正方形区域的视图。例如当切换区域基本上跨越相应感测元件的边的整个长度时，区域325可以以正方形的形式提供。
在以上讨论的示例中，感测元件被提供为正方形或矩形像素。然而，在本公开的一些实施例中，感测元件可以设置成三角形形状。
图9示出了可以形成电子检测装置244的表面的传感器表面400的示例性结构。传感器表面400具有阵列结构，该阵列结构包括多个感测元件，包括感测元件401、402、403等，每个感测元件能够接收至少一部分束斑。
感测元件可以包括例如PIN二极管、雪崩二极管、电子倍增管(EMT)等，以及它们的组合。例如，感测元件401、402、403可以是电子感测元件。
如图10A所示，感测元件401、402、403可以被配置为PIN二极管器件4000。PIN二极管器件4000可以包括金属层4010作为顶层。金属层4010可以是用于接收入射在电子检测装置244上的电子的层，并且因此，金属层4010可以被配置为检测表面。金属层4010的材料例如可以是铝。PIN二极管器件4000还可以包括金属层4050作为底层。金属层4050的材料例如可以是铜。金属层4050可以包括输出线以用于运送来自每个感测元件401、402、403的感应电流。
PIN二极管器件4000可以包括半导体器件。例如，构成PIN二极管器件的半导体器件可以被制造为具有多个层的衬底。因此，感测元件401、402、403在横截面上可以是连续的。切换区域4009可以与感测元件是一体的。另外，感测元件401、402、403和/或切换区域4009可以被配置为多个分立的半导体器件。分立半导体器件可以被配置为彼此直接相邻。因此，即使当感测元件被配置为分立的时，也可以消除固定的隔离区域并且可以减少死区。
如上所述，PIN二极管器件4000可以类似于PIN二极管器件3000运行。因此，可以提供P+区4020、本征区4030和N+区4040。另外，PIN二极管器件4000包括形成在两个相邻感测元件之间的切换区域4009。
图10A示出了沿图9所示的部分A的在检测器阵列的厚度方向上的横截面所截取的传感器元件的示例性结构，图10B示出了沿图9所示的部分B的在检测器阵列的厚度方向上的横截面所截取的传感器元件的示例性结构。如图10A所示，由于感测元件的三角形形状，切换区域4009比图10B中的区域更靠近在一起。
如图10A所示，感测元件401和402之间形成切换区域4009，并且感测元件402和403之间形成另一切换区域4009。可以在切换区域4009中形成开关。作为示例，增强模式MOSFET4001可以形成在PIN二极管器件4000的传感器层中的切换区域4009处。MOSFET4001可以通过栅极4105来控制。
切换区域4009可以形成在水平方向上的相邻感测元件之间。例如，切换区域4009在X方向上位于感测元件401与感测元件402之间，X方向垂直于Z方向(衬底的厚度方向)。
图11示出了多个三角形感测元件的放大图。如图11所示，当两个相邻感测元件(例如，402和403)连接时，被照射的区中的金属层4010下方的所有区域将被激活，包括切换区域4009A中的区域。因此，可以将两个相邻感测元件分组在一起(合并)以响应于入射的带电粒子来收集电流，同时可以消除相邻感测元件之间的死区。在横截面上，不需要提供隔离区域来分离例如402和403等相邻感测元件的边。
感测元件402和403之间的切换区域4009A是用于感测的活动区域。同时，活动感测元件403与非活动感测元件405之间的切换区域4009B不是用于感测的活动区域。切换区域4009可以基本上跨越相应感测元件的整个边长。
与具有相同面积的正方形感测元件相比，三角形感测元件可以在几何上被构造成使得三角形的边比正方形的边长多达52％。例如，正方形感测元件的面积可以由A＝s2给出，其中s是边长。等边三角形的面积可以由
Figure BDA0002731586590000131
给出，其中b是边长。因此，当面积设置为相等时，比率b:s为1.52。当相邻感测元件之间的直边的长度可以变长时，诸如切换区域4009等切换区域的长度可以变长。因此，可以增大例如形成开关的MOSFET 4101的沟道宽度，并且可以减小MOSFET的导通电阻。
在一些实施例中，切换区域4009可以基本上延伸感测元件的整个边长。此外，切换区域4009可以延伸小于感测元件的整个边长。例如，可以提供作为隔离区域的区域425。区域425可以由作为电绝缘体的材料形成。因此，可以防止相邻感测元件之间的短路。可以提供区域425以确保相邻切换区域4009的栅极不接触。因此，可以使用各种形状的区域425。
例如，如图11所示，区域425可以形成为六边形。在一些实施例中，区域425可以形成为星形。例如，区域425可以包括预定厚度的多条线，类似于星号，如图12所示。预定厚度可以基于诸如期望的EM屏蔽水平、电介质击穿等参数。在一些实施例中，切换区域4009可以形成为具有朝向顶点的锥形边缘，从而可以使区域425最小化。
在一些实施例中，可以在感测元件的活动区域中设置切换区域。在其他实施例中，切换区域也可以形成在感测元件的活动区域之外。
例如，在一些实施例中，检测器的传感器层可以包含阱、沟槽或其他结构，其中在这些结构中形成切换区域。图13是具有用于形成开关和其他有源和/或无源元件的内置p阱和n阱的感测元件800的横截面。这种元件可以连接到感测元件800或其他组件。感测元件800可以形成部分的传感器层805，该传感器层805可以是检测器阵列的传感器层，而电路层和其他层未在图13中示出。
感测元件800可以包括具有表面层801、P+区810、p-外延区820、n-区830等的二极管器件。表面层801可以形成接收入射电子的检测器的检测表面。表面层801可以是例如由铝形成的金属层。在与表面层801相反的一侧，可以提供电极850作为电荷收集器。电极850可以被配置为输出电流信号，该电流信号表示在感测元件800的活动区域中接收到的电子数量。
开关元件819可以由金属氧化物半导体器件形成。例如，可以在传感器层805的背面形成多个CMOS器件。作为CMOS器件的示例，可以提供深p阱841、n阱842和p阱843。制造CMOS器件的工艺可以包括，除了其他技术，例如蚀刻和图案化等技术。
尽管仅示出了一个感测元件800，但是应当理解，传感器层805可以由多个感测元件组成。感测元件在横截面上可以是连续的。
现在参考具有与本公开的各方面一致的分区布置的图14和图15。可以提供多个分区，诸如分区410、420和430。分区可以被配置为电连接多个感测元件中的一个或多个感测元件。分区可以被配置为输出共用输出。第一分区可以将多个感测元件中的第一多个感测元件中的一个或多个感测元件连接到输出。第二分区可以将第二多个感测元件中的一个或多个感测元件连接到输出。例如，如图15所示，分区410可以电连接到感测元件401、402和403，并且连接到第一输出928。分区420可以电连接到其他感测元件，并且可以连接到第二输出929。分区可以经由多个布线路径419连接到感测元件。分区可以被配置为将电信号输出到信号处理电路系统。例如，分区410可以将电信号输出到信号处理电路系统930。
信号处理电路系统930可以包括一个或多个信号处理电路系统，一个或多个信号处理电路系统用于处理所连接的感测元件的输出。例如，信号处理电路系统930可以包括前置放大器，诸如跨阻放大器(TIA)或电荷转移放大器(CTA)；后置放大器932，诸如可变增益放大器(VGA)；以及数据转换器933，诸如模数转换器(ADC)。可以省略上述组件中的一个或多个。另外，还可以提供其他电路系统以用于其他功能。例如，可以提供开关致动电路系统，该开关致动电路系统可以控制用于将感测元件彼此连接或连接到其他开关的开关元件。此外，在一些实施例中，可以提供模拟输出线，除了或代替被发送到ADC，该模拟输出线可以被模拟路径读取。
可以提供诸如数字开关940等接口。数字开关940可以连接第一输出928和第二输出929。数字开关940可以包括多路复用器。例如，多路复用器可以被配置为接收第一数目的输入并且生成第二数目的输出。第一数目和第二数目可以对应于检测器的参数，诸如感测元件分区的总数，并且对应于装置104的参数，诸如从电子源202生成的波束(或子束)的数目。数字开关940可以经由数据线和地址信号与外部组件通信。数字开关940还可以控制数据读/写。数字开关940也可以被配置为控制开关元件的操控。数字开关940可以被配置为经由多个输出路径951、952、953等生成输出信号。诸如继电器等其他组件可以连接到数字开关940的输出通道。因此，多个分区可以充当用于检测器信号的单独的数据通道。
应当理解，在图15的表示中的各个阶段可以插入各种组件。此外，由包括感测元件401、402和403在内的多个感测元件组成的传感器层可以包括切换区域，诸如开关元件411、412和413。开关元件411、412和413设置在相邻感测元件之间，并且被配置为连接相邻发送元件。开关元件411、412和413可以对应于例如如上所述的开关元件819或MOSFET 4101。
可以提供电路管芯，该电路管芯包括信号处理电路系统930和其他信号处理电路系统。检测器可以包括传感器层、分区层和读出层。这种层可以被提供为多个分立层。然而，应当理解，这些层不必被提供为单独的衬底。例如，分区的布线路径可以设置在包括多个感测元件的传感器管芯中，或者可以设置在传感器管芯外部。可以在传感器层或其他层上对布线路径进行图案化。另外，分区层可以与读出层相结合。因此，在一些实施例中，电路管芯可以包括分区层、信号处理电路系统和读出功能。各个层的结构和功能可以进行组合或划分。
此外，可以在与各分区相关联的感测元件和信号处理电路之间提供一个或多个开关。开关可以与各分区的布线路径一致或另外地设置。例如，如图15所示，开关4019与每个布线路径419串联设置。开关4019可以布置在多个感测元件与分区410、420和430之间。例如，当提供这种开关时，除了其他技术效果，还可以断开不活动的感测元件以减少噪声拾取。
虽然图14示出了分区410、420和430，但是可以提供多个分区，以完全覆盖检测器中的所有感测元件。也就是说，分区的布置可以任意地重复。也可以使用各种形状和尺寸的分区。此外，可以改变与一个分区相关联或包含在一个分区中的感测元件的数目。因此，尽管图14示出了6个感测元件与一个分区相关联，但是本公开的实施例不限于此。例如，各分区可以与6、24、68等数目的感测元件相关联，并且可以包含6、24、68等数目的感测元件。图16示出了一个示例，其中分区440包含24个感测元件。
各分区可以是统一的，使得各分区彼此具有相同的形状和相同的尺寸。每个分区可以具有对应的信号处理电路系统和信号路径。一个分区的感测元件可以与对应分区的信号处理电路系统和信号路径相关联。
用于确定各分区的大小的准则可以基于由EBI工具104生成的子束的间距。例如，在一些应用中，可以使用多束装置来生成多个子束。子束的间距可以由EBI工具104的结构来确定，该结构包括例如图2所示的源转换单元212。子束的间距可以基于各种参数来设置。在一些实施例中，可以使用具有高子束密度的带电粒子束系统。
因此，多个波束或子束可以入射在检测器表面上。子束可以被配置为待被投影到样品上，并且随后以诸如网格图案等阵列图案在检测器上被接收。网格图案可以是任意形状。例如，网格图案可以是正方形、矩形、平铺等。例如，在正方形网格图案中，子束可以被间隔开以便在第一(水平)方向上和在第二(垂直)方向上具有一定的中心到中心距离。
如上所述，检测器可以具有多个分区。用于确定分区尺寸的准则可以是，该分区的对角线尺寸小于相邻束斑之间最小间距的长度。例如，可以将形成分区的正六边形的角到角的距离(D)设置为小于正方形网格图案的中心到中心距离。因此，在由于例如不同的对准、波束偏移等而导致的任何各种不同的成像条件下，最多仅一个波束中心可以落入一个分区中。以这种方式，可以有足够的信号处理电路系统和信号路径以适应投射在检测器表面区域上的波束的信号处理和读出。
使用以上准则，不管束斑尺寸如何，一个束斑中心可以被容纳在一个分区中。此外，在一些实施例中，即使分区布置未与波束网格对准(例如，当网格图案相对于分区布置旋转时)，也可以避免两个束斑的中心在一个分区中。因此，与一个分区相关联的感测元件可以使它们的输出信号路由通过相应分区，该相应分区可以具有它们自己的信号处理电路系统和布线路径。然后，针对束斑被分组在一起的感测元件可以使该束斑的信号路由通过分区之一的一个信号处理电路系统，该信号处理电路系统与该组中的感测元件相关联。因此，可以使束斑的信号路径的长度最小化。此外，可以改善带宽。
根据一些示例性实施例，使用三角形感测元件可以允许实现以下示例性技术效果。例如，可以减少用于对像素进行分组的开关的数目以及相关联的控制逻辑的数量。像素的分组可以包括连接被相同带电粒子束光斑覆盖的相邻像素。诸如设置在相邻感测元件之间的切换区域中的开关元件等开关，可以由设置在相关联的控制电路系统中的一个或多个电路来控制。
此外，可以实现更高的检测速度，从而产生检测系统的更高吞吐量。另外，可以实现更有效的带电粒子束检测。例如，与矩形相比，六边形分区和三角形感测元件可以更接近于带电粒子束斑的形状，该形状可以是圆形或椭圆形。
通过使用六边形分区，可以减少电路管芯中的分区的数目和信号路径的数目。例如，图17示出了比较示例，其中当矩形分区20和六角形分区10的对角线尺寸相同时，设置有矩形分区20的检测器的面积可以小于六角形分区10的面积。以这种方式，在一些实施例中，对于检测器阵列的相同数量的活动区域，可以通过提供六边形分区来减少分区的数目以及信号路径的数目。此外，用于路由来自感测元件的输出的复用系统可以得以简化。
应当注意，在某些情况下，来自两个或多个不同束斑的激活的感测元件可以被包含在一个分区内。然而，例如，在合并感测元件的情况下，可以合并被相同束斑覆盖的感测元件，从而将它们的输出一起处理。例如，包含束斑中心的分区可以是用于处理与一个束斑相关联的激活的感测元件的所有信号的分区。因此，束斑周围的感测元件可以使用另一分区的布线路径，而不是最初包含该分区的布线路径。因此，与针对在感测元件正下方堆叠的分区的感测元件所使用的布线路径相比，实际上束斑周围的感测元件可以使用的布线路径稍长。以这种方式，检测器阵列可以保持灵活性。因此，在给定时间，与一个分区相关联并且由此被该分区处理的感测元件的数目可以小于、等于或大于可以被包含在该分区的预定义大小内的感测元件的数目。
检测系统因此可以防止灵活性的损失，同时例如提供设计简单性、制造成本、检测速度和信噪比等方面的增强。
可以使用以下条款进一步描述实施例：
1.一种检测器，包括：
衬底，包括多个感测元件，该多个感测元件包括第一感测元件和第二感测元件；以及
切换区域，被配置为连接第一感测元件和第二感测元件，其中至少第一感测元件被形成为三角形形状。
2.根据条款1的检测器，其中第一感测元件被配置为响应于第一感测元件检测到波束而生成第一信号，并且第二感测元件被配置为响应于第二感测元件检测到波束而生成第二信号。
3.根据条款1和2之一的检测器，其中三角形形状是等边三角形，并且波束是带电粒子束。
4.根据条款1至3中任一项的检测器，其中多个感测元件中的每个感测元件被形成三角形形状。
5.根据条款1至4中任一项的检测器，其中切换区域在水平方向上设置在第一感测元件与第二感测元件之间，该水平方向垂直于衬底的厚度方向。
6.根据条款1至5中任一项的检测器，还包括：
传感器管芯，包括衬底；以及
电路管芯，包括一个或多个电路。
7.根据条款6的检测器，其中一个或多个电路被配置为控制切换区域。
8.根据条款6和7中任一项的检测器，其中一个或多个电路包括多个电路系统，该多个电路系统被配置为处理多个感测元件的输出。
9.根据条款1至8中任一项的检测器，其中第一感测元件和第二感测元件在横截面上是连续的。
10.根据条款1至9中任一项的检测器，其中切换区域与第一感测元件和第二感测元件是一体的。
11.根据条款1至10中任一项的检测器，其中衬底包括：
在厚度方向上的顶部金属层和底部金属层，顶部金属层被配置为检测表面，
其中在横截面上，顶层与底层之间的整个区域是电荷载流子区。
12.一种检测器，包括：
衬底，包括具有三角形形状的多个感测元件；以及
多个分区，包括将多个感测元件中的第一组连接到第一输出的第一分区和将多个感测元件中的第二组连接到第二输出的第二分区。
13.根据条款12的检测器，
其中多个分区具有六边形形状。
14.根据条款12和13之一的检测器，还包括：
多个电路系统，被配置为处理多个感测元件的输出，其中多个电路系统中的第一电路系统连接到第一分区，并且多个电路系统中的第二电路系统连接到第二分区。
15.根据条款14的检测器，还包括：
开关，设置在多个感测元件中的每个感测元件与多个电路系统之间的布线路径上。
16.根据条款12至15中任一项的检测器，还包括：
传感器管芯，包括衬底；以及
电路管芯，包括一个或多个电路，该一个或多个电路被配置为处理多个感测元件的输出。
17.根据条款16的检测器，其中传感器管芯和电路管芯堆叠在一起，使得多个感测元件中的第一组与第一分区相邻，并且多个感测元件中的第二组与第二分区相邻。
18.根据条款12至17中任一项的检测器，还包括：
至少一个切换区域，被配置为连接多个感测元件中的两个或多个感测元件。
19.根据条款18的检测器，其中至少一个切换区域包括设置在多个感测元件中的每个感测元件之间的切换区域。
20.根据条款19的检测器，其中在衬底的横截面视图中，至少一个切换区域与多个感测元件中的两个或多个感测元件是一体的。
21.根据条款12至20中任一项的检测器，其中多个感测元件在横截面上是连续的。
22.一种检测系统，包括：
检测器阵列，包括具有三角形形状的多个感测元件；
多个分区，包括将多个感测元件中的第一组连接到第一输出的第一分区，以及将多个感测元件中的第二组连接到第二输出的第二分区；以及
接口。
23.根据条款22的检测系统，其中接口包括数字开关。
24.根据条款22和23之一的检测系统，其中多个分区包括布线路径和信号处理电路系统中的一个。
25.根据条款22至24中任一项的检测系统，还包括：
多个电路系统，被配置为处理多个感测元件的输出，其中多个电路系统中的第一电路系统连接到第一分区，并且多个电路系统中的第二电路系统连接到第二分区。
26.根据条款25的检测系统，还包括：
开关，设置在多个感测元件中的每个感测元件与多个电路系统之间的布线路径上。
27.根据条款22至26中任一项的检测系统，还包括：
传感器管芯，包括多个感测元件；以及
电路管芯，包括一个或多个电路，该一个或多个电路被配置为处理多个感测元件的输出。
28.根据条款27的检测系统，其中传感器管芯和电路管芯堆叠在一起，使得多个感测元件中的第一组与第一分区相邻，并且多个感测元件中的第二组与第二分区相邻。
29.根据条款22至28中任一项的检测系统，还包括：
至少一个切换区域，被配置为连接多个感测元件中的两个或多个感测元件。
30.根据条款29的检测系统，其中至少一个切换区域包括在水平方向上设置在多个感测元件中的每个感测元件之间的开关，水平方向垂直于检测器阵列的厚度方向。
应当理解，本发明不限于上面已经描述并且在附图中示出的确切构造，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种修改和改变。例如，尽管一些示例性实施例讨论了六边形形状的分区，但是可以以诸如三角形、菱形和其他多边形等形状来实现其他布置。各分区可以具有在几何形状上类似于与该分区相关联的感测元件的形状的形状。感测元件本身可以形成为除正方形、矩形或三角形以外的形状。

Claims (15)

1.一种检测器，包括：
衬底，包括多个感测元件，所述多个感测元件包括第一感测元件和第二感测元件；以及
切换区域，被配置为连接所述第一感测元件和所述第二感测元件，其中至少所述第一感测元件被形成为三角形形状。
2.根据权利要求1所述的检测器，其中所述第一感测元件被配置为响应于所述第一感测元件检测到波束生成第一信号，并且所述第二感测元件被配置为响应于所述第二感测元件检测到所述波束生成第二信号。
3.根据权利要求2所述的检测器，其中所述三角形形状是等边三角形，并且所述波束是带电粒子束。
4.根据权利要求1所述的检测器，其中所述多个感测元件中的每个感测元件被形成为三角形形状。
5.根据权利要求1所述的检测器，其中所述切换区域在水平方向上设置在所述第一感测元件与所述第二感测元件之间，所述水平方向垂直于所述衬底的厚度方向。
6.根据权利要求1所述的检测器，还包括：
传感器管芯，包括所述衬底；以及
电路管芯，包括一个或多个电路。
7.根据权利要求6所述的检测器，其中所述一个或多个电路被配置为控制所述切换区域。
8.根据权利要求6所述的检测器，其中所述一个或多个电路包括多个电路系统，所述多个电路系统被配置为处理所述多个感测元件的输出。
9.根据权利要求1所述的检测器，其中所述第一感测元件和所述第二感测元件在横截面上是连续的。
10.根据权利要求1所述的检测器，其中所述切换区域与所述第一感测元件和所述第二感测元件是一体的。
11.根据权利要求1所述的检测器，其中所述衬底包括：
在厚度方向上的顶部金属层和底部金属层，所述顶部金属层被配置为检测表面，
其中在横截面上，在顶层与底层之间的整个区域是电荷载流子区。
12.一种检测系统，包括：
检测器阵列，包括具有三角形形状的多个感测元件；
多个分区，包括第一分区和第二分区，所述第一分区将所述多个感测元件中的第一组连接到第一输出，所述第二分区将所述多个感测元件中的第二组连接到第二输出；以及
接口。
13.根据权利要求12所述的检测系统，其中所述接口包括数字开关。
14.根据权利要求12所述的检测系统，其中所述多个分区包括布线路径和信号处理电路系统中的一个。
15.根据权利要求12所述的检测系统，还包括：
多个电路系统，被配置为处理所述多个感测元件的输出，其中所述多个电路系统中的第一电路系统连接到所述第一分区，并且所述多个电路系统中的第二电路系统连接到所述第二分区。
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