CN116034268A - 针对电子计数检测器件的感测元件级电路系统设计 - Google Patents

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CN116034268A CN202180055221.7A CN202180055221A CN116034268A CN 116034268 A CN116034268 A CN 116034268A CN 202180055221 A CN202180055221 A CN 202180055221A CN 116034268 A CN116034268 A CN 116034268A
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Abstract

带电粒子束检测器可以包括具有以下项的电路：存储单元，其被配置为接收表示感测元件的输出的信号；存储单元复用器，其被配置为将表示感测元件的输出的信号选择性地传输到存储单元；阈值检测器，其被配置为将表示感测元件的输出的信号与阈值进行比较；以及转换器，其被配置为对从存储单元传输的信号执行信号处理。

Description

针对电子计数检测器件的感测元件级电路系统设计
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年7月10日提交的美国申请63/050,628以及于2020年11月12日提交的美国申请63/113,171以及于2021年2月19日提交的美国申请63/151,585的优先权，这些申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本文的描述涉及可以用于带电粒子束系统领域的检测器，并且更具体地涉及可以应用于使用带电粒子计数的带电粒子检测的系统和方法。
背景技术
检测器可以被用于感测物理上可观察的现象。例如，诸如电子显微镜的带电粒子束工具可以包括接收从样本投射的带电粒子并输出检测信号的检测器。检测信号可以被用于重建受检样本结构的图像，并且可以用于例如揭示样本中的缺陷。在可能包括大量密集封装的、小型化的集成电路(IC)组件的半导体器件的制造中，检测样本中的缺陷日益重要。为此目的可以提供检查系统。
随着半导体器件的持续小型化，检查系统可以在带电粒子束工具中使用越来越低的射束电流。特别是当射束电流减小到例如微微安范围时，现有的检测系统可能受到信噪比(SNR)和系统生产量的限制。已提出了电子计数来增强SNR并增加电子束检查系统中的生产量，其中通过对到达检测器的电子的数目进行计数并且然后分析电子到达事件的频率来获取入射电子束的强度。然而，实现电子计数的基本电路系统可能由于电子到达事件的机率性(例如，随机)性质而面临困难，并且可能遇到高的误计数率。因此需要检测系统和方法的改进。
发明内容
本公开的实施例提供了用于基于带电粒子束进行检测的系统和方法。在一些实施例中，可以提供包括检测器的带电粒子束系统。检测器可以包括可用于对带电粒子进行计数的电路。电路可以包括：存储单元，其被配置为接收表示感测元件的输出的信号；存储单元复用器，其被配置为将表示感测元件的输出的信号选择性地传输到存储单元；阈值检测器，其被配置为将表示感测元件的输出的信号与阈值进行比较；以及转换器，其被配置为对从存储单元传输的信号执行信号处理。
应当理解，前面的整体描述和以下的详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对如可以要求保护的所公开的实施例的限制。
附图说明
通过结合附图对示例性实施例的描述，本公开的上述和其他方面将变得更加明显。
图1是根据本公开的实施例的示例性电子束检查(EBI)系统的图解表示。
图2A和图2B是图示了根据本公开的实施例的带电粒子束设备的图，该带电粒子束设备可以是电子束工具的一个示例。
图3A-图3C是根据本公开的实施例的检测器的示例性结构的图解表示。
图4是根据本公开的实施例的用于带电粒子计数的电路的图解表示。
图5A-图5C图示了根据本公开的实施例的用于带电粒子计数的电路的示例性实现方式。
图6是根据本公开的实施例的带电粒子检测方法的流程图。
图7A-图7D是根据本公开的实施例的带电粒子检测方法的流程图。
图8图示了根据本公开的实施例的带电粒子到达事件对检测表面的影响。
图9是根据本公开的实施例的具有经互连的检测单元的检测器的图解表示。
图10图示了根据本公开的实施例的互连布置。
图11图示了根据本公开的实施例的互连布置。
图12A图示了根据本公开的实施例的具有互连的电路。
图12B是根据本公开的实施例的模拟信号路由复用器的图解表示。
图13是图示了根据本公开的实施例的可用于电子计数的方法的流程图。
图14是图示了根据本公开的实施例的可用于电子计数的方法的流程图。
图15是图示了根据本公开的实施例的可用于电子计数的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施例，示例性实施例的示例在附图中图示。以下描述参考附图，除非另有说明，否则其中不同附图中的相同附图标记表示相同或类似的元素。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现方式并不表示根据本发明的所有实现方式。相反，它们仅是根据与可以在所附权利要求中叙述的主题有关的方面的设备、系统和方法的示例。
电子器件由在被称为衬底的硅片上形成的电路构成。许多电路可以一起形成在同一硅片上，并且被称为集成电路或IC。随着技术的进步，这些电路的尺寸已显著减小，使得它们中的许多可以配合在衬底上。例如，智能电话中的IC芯片可以与指甲一样小并且还可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的尺寸小于人毛发宽度的1/1000。
制造这些极小的IC是复杂、耗时且昂贵的工艺，通常涉及数百个单独的步骤。即使在一个步骤中的错误也有可能导致完成的IC中的缺陷，使其无用。因此，制造工艺的一个目标是避免这样的缺陷，以将工艺中制造的功能IC的数目最大化，即，改进工艺的总产率。
根据产率的一个组件是监测芯片制造过程来确保其生产足够数目的功能集成电路。监测过程的一个方式是在芯片电路结构形成的各个阶段处检查芯片电路结构。检查可以使用扫描电子显微镜(SEM)来执行。SEM可以被用于对这些极小的结构进行成像，实际上，拍摄这些结构的“照片”。图像可以被用于确定结构是否被正确地形成以及它是否在正确的位置中形成。如果结构是有缺陷的，则过程可以被调整为使得缺陷不太可能再次出现。为了增加生产量(例如，每小时处理的样本数目)，期望尽可能快地进行检查。
晶片的图像可以通过在晶片之上扫描SEM系统的初级射束(例如，“探针”射束)并在检测器处收集从晶片表面生成的粒子(例如，次级电子)来形成。次级电子可以形成指向检测器的射束(“次级射束”)。在检测器上着陆的次级电子可能导致在检测器中生成电信号(例如，电流、电荷、电压等)。这些信号可以从检测器输出并且可以由图像处理器处理而形成样本的图像。
通常，检测过程涉及测量当电子着陆在检测器上时生成的电信号的幅度。在另一方法中，可以使用电子计数，其中检测器可以在单独电子到达事件发生时对它们进行计数。在任一方法中，次级射束的强度可以基于在检测器中生成的电信号来确定，电信号与次级射束的强度变化成比例地变化。然而，使用电子计数，可以确定从次级电子束到达检测器的电子的离散数目，并且可以以数字形式(例如，1和0而不是模拟信号)输出检测结果。射束的强度可以通过分析电子到达事件的频率来确定。
电子计数可以有助于改进带电粒子束系统的信噪比(SNR)和生产量。特别是在初级射束电流的低电平下，SNR可能是一个问题。因此，电子计数在诸如射束电流通常较低的量测和覆盖检查的应用中可能是有吸引力的方法。电子计数还可用于分离由不同类型的电子(例如，次级电子和反向散射电子)生成的信号。在一些应用中，可能期望生成纯粹基于次级电子的SEM图像、纯粹基于反向散射电子的图像或基于组合的图像。
然而，由于带宽限制和电子到达事件的随机性质，使用常规电路系统来实现电子计数可能是困难的，并且因此基本电路可能遇到高的误计数率。电子可以以随机方向和变化的能级从样本发射。到达检测器的感测元件的电子可能以这样的紧密连续发生，使得两个电子的到达被误认为是一个电子到达事件。例如，电压比较器和逻辑电路的简单组合可能不能以高准确度和低误计数率实现电子计数检测系统的期望目标。附加地，检测器应当具有辨别不同能量的粒子的能力，以例如辨别次级电子和反向散射电子。一些电路设计可能不能以足够的准确度收集关于电子到达事件的信息，并且可能具有差的能量辨别准确度。
本公开的实施例可以提供用于检测的系统和方法，其使得能够在检测器中进行带电粒子计数。在被配置用于带电粒子计数的检测器中，可以提供电路系统的层。例如，可以在构成检测器的半导体芯片的单独读出层中、在单独的半导体芯片中或者与感测元件集成在一起提供电路系统。在由包括感测元件层和信号处理层的层构成的检测器中，电路可以被提供在信号处理层中，信号处理层处理由感测元件生成的信号并将它们变换为数字信号。电路可以被配置为临时存储与入射带电粒子的能量有关的信号。电路可以被配置为允许生成输出信号，输出信号表示在时段中到达感测元件的带电粒子的数目(例如，以确认电子到达事件)、与带电粒子相关联的能量(例如，以区分次级电子或反向散射电子)以及在时段中是否到达多于一定数目的带电粒子(例如，以确定感测元件的溢流状态)。
电路可以用作存储器或管线来存储或处理与带电粒子到达事件有关的信息。电路的“管线”方法可以指代被配置为将顺序过程分解成若干子过程的电路架构。子过程可以类似于组装线而并行执行，其中在各个阶段的工人执行特定任务并将部分完成的产品沿生产线向下传递给下一工人。充当存储器或管线的电路可以增强检测器处理信号的能力。例如，电子到达事件的信号处理可能花费一定时间量。使用例如1nA电流束的电子的到达速率可以对应于在一秒内到达检测器处的大约6.25亿次级电子(意味着电子大约每几纳秒到达一次)。检测器的信号处理速率可以比检测器能够响应于电子到达事件而生成可测量信号的时间速率慢，并且因此可能发生误计数或其它困难。通过提供存储器功能，检测器可以具有附加的容量来记录用于临时表示各个电子到达事件的信号，并且可以处理它们以同时或在不同时间(例如，“异步地”)输出。
此外，单独的快速电路处理速度可能不足以确保精确的电子计数。由于电子到达事件的随机性质，即使电路的处理速率高于感测元件响应于电子到达事件而生成信号的平均速率(“平均速率”)，检测器仍可能在电子计数中遇到问题。例如，如果不提供模拟管线，即使感测元件响应于电子到达事件而生成信号的时间速率高于平均速率，仍可能存在两个电子紧密连续地到达并且检测器不能准确地处理事件的情况。另一方面，如果电路的处理速率低于平均速率，则电路可以恒定地处于溢流状态。本公开的实施例可以通过以下方式来解决该情况：(1)在检测电路中添加模拟管线来减少或最小化由于处理速率引起的错误计数；以及(2)在处理电路中提供转换器，以确保电路的总处理速率高于感测元件响应于电子到达事件而生成信号的平均速率。模拟管线可以减少或最小化由于单个转换器的处理速率低于感测元件响应于电子到达事件而生成信号的时间速率而引起的错误计数。多个转换器可以确保某一探针电流范围内的处理速率相对于感测元件响应于电子到达事件而生成信号的平均速率而有一定程度的改进。
本公开的目的和优点可以通过在本文中讨论的实施例中阐述的元素和组合来实现。然而，本公开的实施例不一定需要实现这样的示例性目的或优点，并且一些实施例可以不实现任何所述目的或优点。
在不限制本公开的范围的情况下，可以在利用电子束(“e-束”)的系统中提供检测系统和检测方法的上下文中描述一些实施例。然而，本公开不限于此。可以类似地应用其它类型的带电粒子束。此外，用于检测的系统和方法可以被用于其它成像系统，诸如光学成像、光子检测、x射线检测、离子检测等。附加地，术语“子束”可以指代从原始射束提取的射束的组成部分或单独射束。术语“射束”可以指代射束或子束。
如本文所使用的，除非另外具体说明，否则术语“或者”涵盖所有可能的组合，除非组合不可行。例如，如果陈述组件包括A或者B，则除非另外明确说明或不可行，否则组件可以包括A或者B；或者A和B。作为第二示例，如果陈述组件包括A、B或者C，则除非另外明确陈述或不可行，否则组件可以包括A；或者B；或者C；或者A和B；或者A和C；或者B和C；或者A和B和C。
现在参考图1，其图示了根据本公开的实施例的可用于晶片检查的示例性电子束检查(EBI)系统10。如图1所示，EBI系统10包括主室11、装载/锁定室20、电子束工具100(例如，扫描电子显微镜(SEM))和设备前端模块(EFEM)30。电子束工具100被装载在主室11内并且可以被用于成像。EFEM 30包括第一装载端口30a和第二装载端口30b。EFEM 30可以包括附加的装载端口。第一装载端口30a和第二装载端口30b接收晶片前开式晶片盒(FOUP)，晶片前开式晶片盒包含晶片(例如，半导体晶片或由其它材料制成的晶片)或待检查的样本(晶片和样本在本文中可统称为“晶片”)。
EFEM 30中的一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片输送到装载/锁定室20。装载/锁定室20被连接到装载/锁定真空泵系统(未示出)，装载/锁定真空泵系统去除装载/锁定室20中的气体分子，以达到低于大气压力的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片从装载/锁定室20输送到主室11。主室11被连接到主室真空泵系统(未示出)，主室真空泵系统去除主室11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100对晶片进行检查。电子束工具100可以是单束系统或多束系统。控制器109被电连接到电子束工具100并且也可以电连接到其它组件。控制器109可以是被配置为执行EBI系统10的各种控制的计算机。尽管控制器109在图1中被示出为在包括主室11、装载/锁定室20和EFEM 30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。
带电粒子束显微镜(诸如由EBI系统10形成或者可以包括在EBI系统10中)可以能够达到例如纳米级的分辨率，并且可以用作检查晶片上的IC组件的实际工具。利用电子束系统，初级电子束的电子可以被聚焦在被检查的晶片上的探针点处。初级电子与晶片的相互作用可能导致形成次级粒子束。次级粒子束可以包括由初级电子与晶片的相互作用产生的反向散射电子、次级电子或俄歇电子等。次级粒子束的特性(例如，强度)可以基于晶片的内部或外部结构或材料的性质而变化，并且因此可以指示晶片是否包括缺陷。
次级粒子束的强度可以使用检测器来确定。次级粒子束可以在检测器的表面上形成束斑。检测器可以生成表示所检测的次级粒子束的强度的电信号(例如，电流、电荷、电压等)。电信号可以利用测量电路来测量，测量电路可以包括另外的组件(例如，模数转换器)来获得所检测的电子的分布。在检测时间窗期间收集的电子分布数据，结合初级电子束入射到晶片表面上的对应扫描路径数据，可以被用于重建所检查的晶片结构或材料的图像。经重建的图像可以被用于揭示晶片的内部或外部结构或材料的各种特征，并且可以被用于揭示晶片中可能存在的缺陷。
图2A图示了根据本公开的实施例的带电粒子束设备，带电粒子束设备可以是电子束工具100的示例。图2A示出了使用由初级电子束形成的多个子束来同时扫描晶片上的多个位置的设备。
如图2A所示，电子束工具100A可以包括电子源202、枪体孔径204、聚束透镜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2A中未示出)、多个次级电子束236、238和240、次级光学系统242和电子检测装置244。电子源202可以生成初级粒子，诸如初级电子束210的电子。控制器、图像处理系统等可以被耦合到电子检测装置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和物镜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、聚束透镜206、源转换单元212、分束器222、偏转扫描单元226和物镜228可以与设备100A的初级光轴260对准。次级光学系统242和电子检测装置244可以与设备100A的次级光轴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加速而形成具有交叉点(虚的或实的)208的初级电子束210。初级电子束210可以被可视化为从交叉点208发射。枪体孔径204可以阻挡初级电子束210的外围电子，以减小探针点270、272和274的尺寸。
源转换单元212可以包括图像形成元件阵列(图2A中未示出)和光束限制孔径阵列(图2A中未示出)。源转换单元212的示例可以在美国专利号9,691,586、美国公开号2017/0025243和国际申请号PCT/EP2017/084429中找到；其全部内容通过引用并入本文。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与初级电子束210的多个子束214、216和218形成交叉点208的多个平行图像(虚图像或实图像)。光束限制孔径阵列可以限制多个子束214、216和218。
聚束透镜206可以聚焦初级电子束210。源转换单元212下游的子束214、216和218的电流可以通过调整聚束透镜206的聚焦功率或者通过改变光束限制孔径阵列内的对应光束限制孔径的径向尺寸来改变。聚束透镜206可以是可调聚束透镜，其可以被配置为使得其第一主平面的位置是可移动的。可调聚束透镜可以被配置为磁性的，这可以导致离轴子束216和218以旋转角度着陆在子束限制孔径上。旋转角度随着可调聚束透镜的聚焦能力和第一主平面的位置而变化。在一些实施例中，可调聚束透镜可以是可调防旋转聚束透镜，其涉及具有可移动第一主平面的防旋转透镜。在美国公开号2017/0025241中进一步描述了可调聚束透镜的示例，其全部内容通过引用并入本文。
物镜228可以将子束214、216和218聚焦到晶片230上用于检查，并且可以在晶片230的表面上形成多个探针点270、272和274。可以形成次级电子子束236、238和240，其从晶片230发射并且朝向分束器222返回行进。
分束器222可以是生成静电偶极场和磁偶极子场的维恩滤波器类型的分束器。在一些实施例中，如果施加静电偶极场，则由静电偶极场施加于子束214、216和218的电子上的力可以在幅度上相等且在方向上与由磁偶极场施加于电子上的力相反。因此，子束214、216和218可以以零偏转角度直接穿过分束器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可以从子束214、216和218分离次级电子束236、238和240，并且将次级电子束236、238和240引导朝向次级光学系统242。
偏转扫描单元226可以偏转子束214、216和218，以在晶片230的表面上的面积之上扫描探针点270、272和274。响应于探针点270、272和274处的子束214、216和218的入射，次级电子束236、238和240可以从晶片230发射。次级电子束236、238和240可以包括具有能量分布的电子，包括次级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的检测子区域246、248和250上。检测子区域246、248和250可以被配置为检测对应的次级电子束236、238和240，并生成用于重建晶片230表面图像的对应信号。检测子区域246、248和250可以包括单独的检测器封装、单独的感测元件或阵列检测器的单独区域。在一些实施例中，每个检测子区域可以包括单个感测元件。
现在将参考图2B来讨论带电粒子束设备的另一示例。电子束工具100B(在本文中也被称为设备100B)可以是电子束工具100的示例并且可以类似于图2A所示的电子束工具100A。然而，与设备100A不同，设备100B可以是一次仅使用一个初级电子束来扫描晶片上的一个位置的单束工具。
如图2B所示，设备100B包括由电动台134支撑的晶片保持器136，用于保持待检查的晶片150。电子束工具100B包括电子发射器，其可以包括阴极103、阳极121和枪体孔径122。电子束工具100B还包括光束限制孔径125、聚束透镜126、列孔径135、物镜组件132和检测器144。在一些实施例中，物镜组件132可以是改进的SORIL透镜，其包括极片132a、控制电极132b、偏转器132c和激励线圈132d。在检测或成像过程中，从阴极103的尖端发出的电子束161可以被阳极121的电压加速，穿过枪体孔径122、光束限制孔径125、聚束透镜126并被改进的SORIL透镜聚焦到探针点170中并撞击到晶片150的表面上。探针点170可以被偏转器(诸如SORIL透镜中的偏转器132c或其它偏转器)扫描过晶片150的表面。检测器144可以收集从晶片表面发出的次级或反向散射粒子，诸如次级电子或所散射的初级电子，以确定射束的强度，使得晶片150上感兴趣面积的图像可以被重建。
还可以提供图像处理系统199，图像处理系统199包括图像获取器120、存储装置130和控制器109。图像获取器120可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器120可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何类型的移动计算设备等或其组合。图像获取器120可以借助诸如电导体、光缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线电或其组合的介质与电子束工具100B的检测器144连接。图像获取器120可以从检测器144接收信号并且可以构造图像。图像获取器120因此可以获取晶片150的图像。图像获取器120还可以执行各种后处理功能，诸如图像平均、生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器120可以被配置为执行所获取图像的亮度和对比度等的调整。存储装置130可以是诸如硬盘、随机存取存储器(RAM)、云存储装置、其它类型的计算机可读存储器等存储介质。存储装置130可以与图像获取器120耦合并且可以被用于将所扫描的原始图像数据保存为原始图像和经后处理的图像。图像获取器120和存储装置130可以被连接到控制器109。在一些实施例中，图像获取器120、存储装置130和控制器109可以被集成在一起作为一个电子控制单元。
在一些实施例中，图像获取器120可以基于从检测器144接收的成像信号来获取样本的一个或多个图像。成像信号可以对应于用于进行带电粒子成像的扫描操作。所获取的图像可以是包括多个成像面积的单个图像，多个成像面积可以包含晶片150的各种特征。单个图像可以被存储在存储装置130中。成像可以基于成像帧来执行。
电子束工具的聚束器和照明光学器件可以包括电磁四极电子透镜或由电磁四极电子透镜补充。例如，如图2B所示，电子束工具100B可以包括第一四极透镜148和第二四极透镜158。在一些实施例中，四极透镜可以被用于控制电子束。例如，第一四极透镜148可以被控制来调整射束流，并且第二四极透镜158可以被控制来调整束斑尺寸和射束形状。
图2B图示了可以使用单个初级射束的带电粒子束设备，单个初级射束被配置为通过与晶片150相互作用而生成次级电子。在如图2B所示的实施例中，检测器144可以沿着光轴105放置。初级电子束可以被配置为沿着光轴105行进。因此，检测器144可以在其中心处包括孔，使得初级电子束可以穿过，以到达晶片150。图2B示出了在其中心处具有开口的检测器144的示例。然而，一些实施例可以使用相对于初级电子束沿其行进的光轴离轴放置的检测器。例如，如以上讨论的图2A所示的实施例中，可以提供分束器222来将次级电子束导向离轴放置的检测器。分束器222可以被配置为将次级电子束以角度α转向如图2A所示的电子检测装置244。
带电粒子束系统中的检测器可以包括一个或多个感测元件。检测器可以包括单个元件检测器或者具有多个感测元件的阵列。感测元件可以被配置用于带电粒子计数。在美国公开号2019/0378682中讨论了可以用于带电粒子计数的检测器的感测元件，其全部内容通过引用并入本文。
感测元件可以包括二极管或类似于二极管的元件，其可以将入射能量转换为可测量信号。例如，检测器中的感测元件可以包括PIN二极管。贯穿本公开，例如在附图中，感测元件可以被表示为二极管，但是感测元件或其他组件可以偏离诸如二极管、电阻器、电容器等电气元件的理想电路行为。
图3A-图3C图示了根据本公开的实施例的检测器的示例性结构。检测器可以是分段检测器。诸如图3A-图3C所示的检测器300A、检测器300B或检测器300C的检测器可以被提供为图2A所示的带电粒子检测装置244或者图2B所示的检测器144。在图3A中，检测器300A包括传感器层301和信号处理层302。传感器层301可以包括由包括感测元件311、312、313和314的多个感测元件构成的传感器管芯。在一些实施例中，可以在感测元件阵列中提供多个感测元件，每个感测元件可以具有均匀的尺寸、形状和布置。
信号处理层302可以包括多个信号处理电路，包括电路321、322、323和324。电路可以包括被配置为通信地耦合感测元件的互连(例如，布线路径)。传感器层301的每个感测元件可以在信号处理层302中具有对应的信号处理电路。感测元件及其对应的电路可以被配置为独立操作。如图3A所示，电路321、322、323和324可以被配置为分别通信地耦合到感测元件311、312、313和314的输出，如传感器层301和信号处理层302之间的四条虚线所示。
在一些实施例中，信号处理层302可以被配置为其上提供有多个电路的单个管芯。传感器层301和信号处理层302可以直接接触。例如，如图3B所示，其示出了检测器300B，信号处理层302直接邻接传感器层301。
在一些实施例中，不同层的组件和功能可以被组合或省略。例如，信号处理层302可以与传感器层301组合。此外，用于带电粒子计数的电路可以被集成在检测器中的各个点上，例如集成在检测器的单独读出层中或单独芯片上。
如图3C所示，可以提供检测器300C。检测器300C可以包括传感器层301。检测器300C可以被配置用于背侧照明，并且传感器层301可以是所提供的唯一层。传感器层301的第一侧可以被配置为接收带电粒子，并且电路系统可以被提供在与第一侧相对的第二侧上。电路系统可以包括针对每个感测元件单独提供的电子计数电路。
现在参考图4，其图示了根据本公开的实施例的可用于带电粒子计数的电路400。电路400可以被提供在检测器的感测元件级，诸如图2A的电子检测装置244或图2B的检测器144。电路400可以是多个电路中的一个，每个电路被提供用于阵列检测器中的对应感测元件。在一些实施例中，检测器可以仅包括一个感测元件，并且可以仅提供一个电路400。在一些实施例中，电路400可以被提供在形成有检测器中的感测元件的层中(例如，与感测元件集成)，或者被提供在另一层中。例如，电路400可以被提供在图3的传感器层301中，或者可以被提供在另一层中。
电路400可以被配置为处理从感测元件311生成的信号。感测元件311可以被配置为生成对带电粒子事件的响应。带电粒子事件可以包括电子到达事件。例如，响应于入射的电子到达感测元件311，感测元件311被配置为由于入射电子的能量而生成电荷或电流。电荷或电流可以在感测元件内生成，并且可以被馈送到与感测元件连接的电路系统。在一些实施例中，电路系统可以与感测元件集成。
如图4所示，电路400包括输入级410、阈值检测器420、存储单元复用器430、存储单元阵列440、转换器450和控制单元490。阵列440可以包括多个存储单元，包括第一存储单元441、第二存储单元442等，直到例如第N存储单元449。存储单元441至449可以包括电荷存储单元。
输入级410可以被配置为具有低输入阻抗，使得在感测元件311中生成电荷之后，从感测元件311快速地提取全部或基本上全部电荷。感测元件311可以被配置为在施加偏压的情况下操作，使得在感测元件311中形成耗尽区，该耗尽区可以充当用于入射带电粒子的俘获区。入射的带电粒子可以与感测元件311的材料相互作用，并且可以借助碰撞电离而生成电荷。输入级410可以被配置为使得：一旦在感测元件311中生成所有电荷并且其被馈送到电路400的其它组件，就将所有电荷从感测元件311拉出。
输入级410可以包括被配置为赋予增益的组件。例如，输入级410可以包括放大器。放大器可以被配置为施加电流增益，使得来自感测元件311的电流信号可以被放大。此外，输入级410可以被配置为具有转换功能。输入级410可以包括被配置为将电信号从一种形式转换到另一种形式的组件。例如，输入级410可以包括被配置为将来自感测元件311的电流信号转换为另一形式(例如，电压)的电信号的组件。
电路400可以包括阈值检测器420。阈值检测器420可以被附接到输入级410。阈值检测器420可以被配置为检测来自感测元件311的入射电流的信号电平或者经转换的信号的信号电平。经转换的信号可以包括具有与来自感测元件311的入射电流成比例的电平的信号。
阈值检测器420可以被配置为确定带电粒子事件发生。来自阈值检测器420的确定可以被用于控制电路400的其它操作。阈值检测器420可以被配置为检测带电粒子事件的开始或停止。带电粒子事件的开始或停止可以触发对来自感测元件311的信息的记录。例如，积分函数函数可以响应于确定带电粒子事件发生而执行。积分可以指代获得电荷或电流随时间的累积值(例如，曲线下的面积)的过程。
阈值检测器420可以被配置为利用一个或多个阈值来操作。例如，阈值检测器420可以被配置为使用可以在阈值检测器420中定义和设置的两个值。两个值可以包括可以彼此相同或不同的a1和a2。a1和a2的值可以被设置为高于检测器的总噪声电平。噪声电平可以是来自感测元件311的本底噪声(noisefloor)、其放大值或其转换值。a1和a2之间的关系可以是例如a1≥a2。阈值可以被设置为避免由于噪声造成的对电子到达事件的开始或停止点的错误检测。
电路400可以包括输入级410之后的存储单元复用器430。在一些实施例中，例如当提供具有非常低的输入阻抗的、用于积分函数的电路时，输入级410可以是可选的。在下文中，短语“输入级410的输出”可以指代输入级410的输出或直接跟随感测元件311的积分电路的输出。例如，输入级410的输出可以表示来自感测元件311的输出信号，无论该信号是否被放大或转换。
复用器430(或“mux”)可以被配置为将输入级410的输出连接到阵列440的存储单元。复用器430可以包括切换元件。复用器430可以包括数据选择器，该数据选择器被配置为在若干输出线之间进行选择并将输入信号转发到选定输出线。复用器430可以被配置为一次仅将一个输出线连接到输入。例如，复用器430可以被配置为一次仅将信号从输入级410的输出路由到存储单元441、442、449中的一个。此外，复用器430可以被配置为使得输入级410的输出在电路400的操作期间的特定时间处，不连接到阵列440的存储单元中的任一者。类似地，复用器430可以被配置为使得输入级410的输出被连接到除阵列440的存储单元以外的其它组件。复用器430可以由控制单元490控制。
阵列440可以包括一个或多个存储单元。各个存储单元的输出可以被连接到转换器450。输入到阵列440的存储单元的信号可以被转换为另一形式(例如，借助积分)。作为示例，输入到阵列440的存储单元的电流或电荷可以累积而形成电压信号。转换器450可以被配置为对阵列440的存储单元进行采样。转换器450可以被配置为处理来自阵列440的存储单元的模拟信号。转换器450可以针对表示模拟信号的数据生成数字信号。
转换器450可以包括例如电压检测器或模数转换器(ADC)。转换器450可以包括具有直接连接到转换器450的多个输入的比较器。在一些实施例中，转换器450可以包括借助复用器连接到多个输入的单个比较器。
电路400可以被配置为对阵列440的存储单元执行询问(例如，询问功能)。询问可以指代从组件获得信息(例如，传输信号)。在一些实施例中，电路400可以被配置为仅检测(例如，询问)未由存储单元复用器430选择的存储单元。例如，在一些实施例中，询问可以与积分分开地在存储单元上执行，以不干扰积分。然而，在一些实施例中，询问可以与积分使用相同存储单元同时发生。
转换器450可以包括一个或多个电压比较器。电压比较器可以被用于将来自阵列440的存储单元的电压与参考电压进行比较。电压比较器的数目和参考电压的数目可以相同或不同。在一些实施例中，可以提供电压缓冲器。例如，电压缓冲器可以被提供在多个电压比较器的前面，以减小电压比较器的输入阻抗对阵列440的存储单元的电压的负载影响。转换器450还可以包括一个或一组ADC，每个ADC具有预定义的位分辨率。
控制单元490可以被配置用于双向数据流。控制单元490可以被配置用于各种功能。例如，控制单元490可以被配置为：(i)控制感测元件的数据(例如，包括定时信息)，(ii)确定来自感测元件的计数结果，以及(iii)确定具有溢流类型数据的感测元件溢流标志。
电路400可以被配置为对入射到检测器上的带电粒子进行计数。如果来自感测元件311的入射电流信号的电平越过阈值，则电路400可以被配置为开始计数操作。例如，如果阈值检测器420确定超过a1，则积分可以被执行。控制单元490可以控制存储单元复用器430来将输入级410的输出连接到第一存储单元441。当来自感测元件311的电流或电荷累积时，第一存储单元441中的电容器可以被充电。同时，转换器450可以检测未由存储单元复用器430选择的一个或多个其它存储单元(例如，第二存储单元442至第N存储单元449)中的电压。
转换器450可以被配置有例如如下所述可用于不同目的的不同参考值。参考值可以被用于确认入射电子的到达。参考值可以被用于标识入射电子的类型(例如，以确定入射电子是次级电子还是反向散射电子)。参考值可以被用于确定在电子到达事件期间，是否有多于一个电子到达。参考值可以被用于确定感测元件或存储单元是否由于电子到达事件而处于溢流状态。参考值也可以被用于确定入射电子的能量范围或入射电子的精确能级。
作为使用参考值的示例，如果仅一个预定参考电压或预定值(例如，在使用ADC的情况下)被设置，则一个参考值可以被用于标识电子到达事件时入射的电子是次级电子还是反向散射电子，该电子到达事件的结果被存储在受询问的存储单元中。或者，参考值可以被用于确认已发生电子到达事件(例如，甚至在已超过阈值a1之后，因此表示电子到达事件的开始，转换器450的参考值可以被用于确认来自感测元件311的信号对应于检测到来自样本的次级电子或反向散射电子，且因此应对电子进行计数)。
当使用多个参考值时，多种场景是可能的。参考值可以根据特定应用或目的来设置。例如，如果两个预定义参考电压或预定义值(例如，在使用ADC的情况下)被设置，则可以设置以下场景。在第一场景下，参考电压或值之一可以被用来确认在电子到达事件期间电子的到达；并且另一参考电压或值可以被用于确定在电子到达事件期间，一个或多于一个电子是否到达感测元件。
在第二场景下，参考电压或值之一可以被用于标识电子到达事件期间入射的电子的类型；并且另一参考电压或值可以被用于确定在电子到达事件期间，一个或多于一个电子是否到达感测元件。
在第三场景中，参考电压或值中的一个可以被用于确定在电子到达事件期间，一个或多于一个电子是否到达感测元件；并且其它参考电压或值可以被用于确定存储单元是否处于溢流状态。溢流状态可以对应于在电子到达事件期间，有多于两个电子到达感测元件的情况。
应当理解，更多的场景可以通过组合不同的任务(诸如以上讨论的任务)来建立。其它预定义电压或值可以基于特定应用的要求来使用。此外，在信息询问之后，存储单元可以被复位并且存储单元中存储的信息可以从存储单元移除(例如，存储单元中的电容器两端的电压可以被复位为预定义值，诸如零)。
可能存在与电子到达事件相关联的时间段。例如如上所述，表达“在电子到达事件期间”可以指代基于阈值检测器420何时确定来自感测元件311的信号越过(例如，超过)a1以及信号何时越过(例如，低于)a2的时段。在一些实施例中，预定时段可以被设置为使得电子到达事件持续从超过a1时直到预定义时段结束的最大持续时间。如果在预定时段之后没有检测到停止点(例如，信号越过相同或另一阈值)，则可强制停止对给定电子到达事件的计数。如果在电子到达事件期间没有检测到所确认的电子，则可以由控制单元490生成并记录检测错误信号。
控制单元490可以被配置用于进一步的任务。例如，当阈值检测器420确定已越过阈值时，可以执行各种功能。当阈值检测器420检测到电子到达事件的开始时，控制单元490可以记录开始点的时间戳。在一些实施例中，只有当检测到开始点时，控制单元490才可以监测是否检测到后续的停止点。例如，阈值检测器420可以不使用第二阈值a2，除非或直到第一阈值a1已被越过。此外，还可以记录用于停止点的时间戳。与开始点相关联的阈值可以高于与停止点相关联的阈值。事件时段可以基于开始点和停止点来确定。
当阈值检测器420确定来自感测元件311的信号超过a1时，可以检测到第一带电粒子事件。第一带电粒子事件的积分可以使用第一存储单元441来执行。在第一带电粒子事件之后，第二带电粒子事件的积分可以使用不同的存储单元(例如，第二存储单元442)来执行。术语“在第一带电粒子事件之后”可以指代来自感测元件311的信号下降到a2以下的情况。在一些实施例中，“在第一带电粒子事件之后”可以指代从阈值检测器420已确定来自感测元件311的信号超过a1时起经过预定时间段的情况。
积分和信息询问可以同时发生。例如，当信息询问逐个单元地执行时，或者与未由存储单元复用器430选择的多个单元并行地执行时，电路400可以在由存储单元复用器430选择的单元处进行积分。积分可以使得来自输入级410的输出的信号传输到阵列440的选定存储单元。积分可以继续进行，直到阈值检测器420确定来自感测元件311的信号下降到阈值a2以下(或者以其他方式确定停止点)。响应于信号电平下降到a2以下，存储单元复用器430可以断开输入级410(或积分电路的输出)与当前选定存储单元之间的连接。此后，电路400可以立即将输入级410的输出连接到另一存储单元。然后被连接的存储单元可以是已被复位的存储单元。积分然后可以使用新选择的存储单元再次进行。在一些实施例中，除非例如阈值检测器420确定再次超过a1，否则在断开与先前存储单元的连接之后不立即开始积分。
当检测器操作时，积分和询问可以进行。存储单元中存储的积分结果可以被询问，并且计数结果可以被发送到控制单元490。这样的操作可以发生在感测元件级处。因此，对于检测器的所有感测元件，可以执行单独的积分和询问过程。数据可以被处理并发送到检测器的上级控制单元。例如，图1或图2B的控制器109可以是上级控制单元，其被配置为基于来自下级控制单元(例如，检测器的感测元件级处的控制单元490)的数据来确定电子计数。
控制单元490可以被配置为确定感测元件或存储单元的溢流状态(例如，设置溢流标志)。关于溢流，可以有几种不同的类型。在美国公开号2019/0378682中讨论了溢流。
例如，溢流可以包括第一类型的溢流。第一类型的溢流可能涉及与超过预定值的一个带电粒子事件有关的信号电平。预定值可以是基于与感测元件相关联的电路的极限而确定的值。例如，预定值可以是电路的处理极限的百分比。第一类型的溢流可以对应于多个带电粒子在一个带电粒子事件期间到达的情况。例如，多个带电粒子可以紧密连续地到达感测元件。电路可能不能在一个带电粒子到达事件期间离散地处理与多个带电粒子相关联的输出。因此，电路可以通过例如设置指示第一类型溢流的溢流标志来记录溢流事件。
当与感测元件连接的电路组件处于溢流状态时，可能遇到第一类型的溢流。在一些实施例中，当连接至感测元件的、用于对特定能量范围内的带电粒子进行计数的电路组件处于溢流状态时，可能遇到第一类型的溢流。例如，当询问结果表明由存储单元记录的电子到达事件涉及超过一定数目的入射电子时，第一类型的溢流标志可以被设置。例如，特定数目可以是一个或两个。特定数目是1还是2可能与特定应用的要求和对应的参考电压(或值)设置场景相关。此外，如果电路的动态范围增加(例如，输入级、存储复用器、存储单元和转换器可以在较高信号摆幅下操作)，则第一类型溢流的发生频率可以减小。附加地，第一类型的溢流可以通过增加存储单元的电容或减小输入级的信号摆幅来减小。在一些实施例中，这可能以能量分辨率损失为代价。
溢流还可以包括第二类型的溢流。第二类型的溢流可能涉及在一个带电粒子事件的信号检测和处理期间，发生另一带电粒子事件的情况。当一个带电粒子到达感测元件、并且后续的带电粒子在感测元件及其相关联电路系统不能对后续的带电粒子到达事件给出适当响应的状态下到达时，可能遇到第二类型的溢流。这可能是由于当后续带电粒子到达时，电路(例如，电路400)对第一带电粒子到达事件的处理正在进行中。
第二类型的溢流可以由标志来指示。当没有可用的存储单元供存储单元复用器430选择时，第二类型的溢流标志可以被设置。在一些实施例中，如果提供足够大数目的存储单元，则可以避免第二类型的溢流。这可以基于在转换器450中使用的参考电压或值的变化以及转换器450中的组件的操作速度。第二类型溢流的速率可以通过进一步增强感测元件311、输入级410、阈值检测器420、存储单元复用器430和转换器450的速度来减小。
使用溢流指示有助于减少或避免带电粒子事件的误计数或错误检测。一些实施例可以被配置为以标记有溢流的事件的一些细节被错过(例如，信息丢失)为代价来降低误计数率。例如，使用第二类型溢流标记事件可能导致丢失一些细节，诸如在带电粒子事件期间在第一带电粒子之后到达的每个带电粒子的特定能量，但是仍然可以提供指示在带电粒子事件期间不止一个带电粒子已到达的有用信息。在不使用溢流标志的情况下，可以忽略后续带电粒子事件的任何信息。
本公开的一些实施例可以在检测电路中使用模拟管线，并且可以在电路的信号处理部分中提供转换器，以确保检测电路的总处理速率高于感测元件响应于带电粒子到达事件而生成信号的平均速率。一些实施例可以减少或避免第二类型的溢流。为了进行进一步的改进，检测器或带电粒子束设备可以被配置为使得减少第一类型溢流的发生。第一类型溢流的发生可以基于感测元件响应于带电粒子到达事件而生成信号的速度、和检测电路的模拟前端的带宽。如果探针电流增加超过某一电平，则检测电路可能遇到指示具有信息丢失的事件发生的第一类型的溢流。这可能是由于检测电路的前端不能区分多个带电粒子到达事件。例如，多个带电粒子可以紧密连续地或基本上同时地到达感测元件。为了减少第一类型的溢流，感测元件的速度和前端的带宽可以增加。备选地或附加地，检测器可以被配置为使得到达检测表面上的带电粒子的强度分布变得更均匀并且均匀地散布在更大的面积之上，从而覆盖更多的感测元件。
在比较实施例中，电子计数电路可以在感测元件或检测器从模拟前端开始之后具有信号路径，该模拟前端可以包括跨阻放大器(TIA)。模拟前端之后接着是阈值检测器、窗口检测器或数据转换器(例如，ADC)。在这样的配置中，如果检测器和TIA的组合具有不足以允许来自检测器的信号的所有频率分量被传输的模拟带宽，则表示入射电子事件的信号的能量可能不能被很好地收集。这可能降低入射电子的能量检测或者辨别的准确性，并且还可能导致SNR劣化。
在本公开的一些实施例中，分段检测器可以与感测元件级信号处理电路系统组合。一些实施例可以实现如下：
1.与例如单个大面积感测元件相比，分段检测器中的每个感测元件具有小的面积并且可以具有相对小的寄生电容。这可以允许与每个感测元件连接的模拟信号路径实现宽带宽。可以使得模拟信号路径的模拟带宽足够高，使得电子到达事件的信号的所有或基本上所有频率分量通过模拟信号路径传输。
2.在模拟信号路径的下游，信号可以被馈送到积分器(例如，积分电路)。来自积分器的结果可以是具有与入射电子的能量成比例的振幅的电压。这样的配置可以改进电子能量辨别的准确性。一些比较设计可以使用基于峰值检测的电路来确定入射电子的能级。比较方法可能具有较差的能量辨别准确度。这可能是由于信号的峰值电平不总是与入射电子的能级成比例。信号波形的形状也可能影响信号的峰值电平。通过使用积分器对信号进行积分，可以减小或消除信号波形变化的影响。
3.检测信号的频率分量损失可以被减小或消除，并且电子计数过程期间的总SNR可以被改进。这样的SNR改进可以有助于改进电子计数准确度和能量辨别准确度。
附加地，在一些实施例中，模拟管线配置可以被提供用于积分电路和转换器(例如，电平检测电路或包括ADC的电路)，并且可以实现宽动态范围的电子束检测。检测信号可以从感测元件连续地泵出到它们相关联的信号处理电路。信号处理电路(例如，可以包括电压检测电路或ADC的转换器450)的每一级可以具有处理速度的上限。如果两个电子到达事件之间的时段小于转换器执行信号处理的时段，则可能导致误计数。利用积分电路中的模拟管线，可以降低误计数率，这是因为两个电子到达事件之间的时间段由于电子的随机行为而变化，。其他级的检测电路或ADC可以在每个感测元件级电路处提供，并且更多级的检测电路或ADC可以并行地操作。
比较电子计数系统通常可以被设计用于具有极低探针电流的应用情况。在这种情况下，在任何两个电子到达事件之间可能存在长的时间段。如果探针电流增加，则两个电子到达事件之间的时间段变得更短。比较设计可能不能识别紧密连续发生的单独的电子到达事件，并且在这样的条件下可能导致高的误计数率。然而，即使当一个感测元件中的两个电子到达事件之间的时间段缩短(例如，接近于零)时，本公开的一些实施例也可以实现精确的带电粒子计数。试图增加转换器(例如，电压检测器或ADC)的速度和信号路径的模拟带宽的方法可能无法以低于可接受水平的误计数率来实现精确的带电粒子计数。在本公开的一些实施例中，高速电平检测电路可以与具有宽模拟带宽的信号路径和高速模拟信号处理管线组合。在一些实施例中，相对于比较实施例，误计数率可以大大降低。
现在将参考图5A，其示出了根据本公开的实施例的可用于电子计数的电路400A的实现方式的示意图示。类似于图4的电路400，电路400A可以包括感测元件311、输入级410、阈值检测器420、存储单元复用器430、第一存储单元441和第二存储单元442、转换器450和控制单元490。作为此类元件的示例，可以提供可具有电流增益β的电流受控电流源(CCCS)411、电流检测器421、开关K11、电容器C11和C12、电压缓冲器451以及电压比较器453、455和457。感测元件311可以以偏置电压Vbias操作。感测元件311可以被配置为向CCCS 411输出电流信号。CCCS 411可以被配置为放大从感测元件311接收的电荷或电流，并输出经放大的信号βiS。CCCS 411可以具有多个输出，例如一个输出至阈值检测器420，并且一个用作输入级410的输出。CCCS 411的每个输出可以输出相同的信号(例如，经放大的信号βiS)。
电路400A可以被配置为使用基于经放大的信号βiS的确定来执行操作。例如，电子计数开始及停止判定可以由电流检测器421作出。电流检测器421可以将βiS与阈值a1和a2进行比较，并且可以在超过阈值时进行确定。例如，电流检测器421可以确定当βiS超过a1时电子到达事件开始，并且当βiS低于a2时电子到达事件结束。电流检测器421可以在βiS超过a1时确定积分开始信号，并且在βiS低于a2时确定积分停止信号。
存储单元复用器430可以由开关K11形成。电路400A可以包括两个存储单元的阵列。复用器430可以被配置为将经放大的信号βiS发送到任一存储单元。存储单元可以由存储电容器以及与存储电容器并联连接的对应复位开关形成。例如，第一存储单元441可以由电容器C11和开关K21形成。第二存储单元442可以由电容器C12和开关K22形成。应当理解，可以添加另外的存储单元，并且开关K11可以在多于两种状态之间切换。此外，还可以提供单个存储单元。在一些实施例中，单个存储单元可以被提供有开关K11，该开关K11可以在将输入级410的输出连接到存储单元的第一状态与将输入级410的输出连接到接地的第二状态之间切换。当积分结果被处理时，开关K11可以处于第二状态。如果第一电子到达事件的信号处理正在进行而第二电子到达事件发生，则电路可以被配置为使得第二电子到达事件不干扰第一电子到达事件的信号处理。在这种情况下，当第二电子到达事件发生时，溢流(例如，第二类型的溢流)可以被记录。
转换器450可以仅具有一个输入通道并且可以包括电压缓冲器451。电压缓冲器451可以被用于减小存储单元上的负载并且可以在一个转换器中同时使用多个电压比较器的情况下增强性能。可以提供开关K31，以允许转换器450访问存储单元阵列的所有存储单元。可以在存储单元阵列和转换器450之间提供可以包括开关K31的复用器。转换器450可以被形成为使用电压缓冲器451和多个电压比较器453、455和457的电压检测器。可以使用具有不同值的多个参考电压。基于输入电压值与参考电压值之间的差，电压比较器453、455和457可以对输入电压作出反应并生成输出信号。来自电压比较器453、455和457的输出信号可以被用作与对应带电粒子到达事件有关的信息。
开关K11和K31可以被配置为使得在积分被执行时仅选择一个存储单元。如图5A所示，开关K11可以被连接到位置1，以使用第一存储单元441来执行积分。在一些实施例中，开关K11和K31可以被配置为在积分被执行时从不选择相同的存储单元。例如，开关K11可以被连接到位置1，而开关K31可以被连接到位置1。当在另一存储单元上执行询问时，积分可以使用存储单元来执行。此外，开关K11和K31也可以切换到断开位置，在该断开位置，阵列440的存储单元都不被选择。
在一些实施例中，开关K11和K31可以被配置为使得可以在某个时间选择相同的存储单元。例如，电路可以被配置为使得开关K11和K31可以在选择相同存储单元的重叠时段中操作。在特定积分结果的处理时段期间，根据重叠时段，参考电压的设置可以被调整，以例如补偿通过选择相同的存储单元而引入的影响。此外，在一些实施例中，电压缓冲器451可以被定位在存储单元和开关K31之间。可以提供多个电压缓冲器。
积分可以通过将存储单元的复位开关的状态从闭合改变为断开来执行。例如，使用第一存储单元441的积分可以在开关K21被通信地断开时开始。每个存储单元的复位开关可以从存储单元被复位的时间直到存储单元用于积分的时间保持闭合。控制单元490可以通过致动开关(例如，开关K21或开关K22)以及致动开关K11以选择存储单元来发起积分。确定开始还是停止积分可以基于阈值检测器420的确定(例如，通过确定积分开始或停止信号)。例如，阈值检测器420可以向控制单元490传输积分开始信号，并且控制单元490可以致动开关，诸如开关K21或开关K22。
询问可以通过将存储单元连接到转换器450来开始。当转换器450被连接到存储单元时，输入到转换器450的信号可以被处理。在转换器450中发生的信号处理可能花费一定的时间量。例如，电压缓冲器451可以向多个电压比较器输出信号。可以基于输入电压与参考电压之间的比较而作出多个确定。基于这样的确定，可以确定对电子进行计数或者确定其它信息。例如，可以确定两个电子在电子到达事件期间到达感测元件311，并且因此计数应增加2。此外，例如，可以确定电子中的一个是次级电子，而一个是反向散射电子。
然而，当这样的处理正在进行时，另外的电子可能到达感测元件311。为了不丢失这样的另外的电子到达事件，当检测到新的电子到达事件时，电路400A可以使用不同的存储单元来执行积分。该积分可以在先前电子到达事件的询问或信号处理仍在进行时执行。例如，阈值检测器420可以检测当超过阈值a1时开始的第一电子到达事件，并且控制单元490可以使用第一存储单元开始积分。当输入到阈值检测器420的信号低于阈值a2时，阈值检测器420还可以检测到第一电子到达事件已结束。接下来，当再次超过阈值a1时，阈值检测器420可以检测第二电子到达事件。然而，此时，对第一电子到达事件的询问或信号处理(其可能基于对第一存储单元中收集的电荷的确定)可能尚未完成。无论如何，电路400A可以适应第二电子到达事件并使用第二存储单元来记录该第二电子到达事件。复用器430可以将输入级410的输出连接到第二存储单元，并且因此第二电子到达事件的信息可以被充分地记录。这样，即使当涉及先前电子到达事件的信号处理仍在进行时，后续电子到达事件的信息也可以被记录。电路400A可以允许从感测元件311基本上连续地捕获信息，而诸如信号处理和电子计数确定的操作可以异步地发生。在一些实施例中，一旦使用一个存储单元的积分完成，复用器430就可以将输入级410的输出连接到可能已被复位的下一个可用存储单元。检测信号可以从感测元件连续地泵出并被路由到信号处理电路系统。
在一些实施例中，确定是否发生新的电子到达事件可以基于与用于检测第一电子到达事件的阈值不同的阈值。阈值可以被设置为基于由于新电子到达事件引起的堆积效应的水平。例如，阈值检测器420可以检测当超过阈值a1时开始的第一电子到达事件。检测到的信号电平(例如，电压、电流等)可能开始下降。但是在另一实施例中，信号电平可能不会下降到用于表示电子到达事件结束的阈值a2以下。然而，信号电平变化可能达到超过阈值a3的电平，停止下降并且可能再次上升。通过阈值a3可以指示第一电子到达事件的结束。在通过阈值a3之后信号电平的上升可以指示第二电子到达事件开始。第二电子到达事件可以在时间上与第一电子到达事件部分地重叠。阈值a3的水平可以基于紧密连续发生的电子到达事件的行为。阈值的关系可以是例如a1≥a3≥a2。确定是否发生新的电子到达事件可以基于信号电平和时间相关行为。
现在参考图5B，其示出了根据本公开的实施例的可用于电子计数的电路400B的实现方式的图示。电路400B可以是图4的电路400的变型并且类似于图5A的电路400A，电路400B可以包括各种通用组件的示例。图5B的电路400B包括与感测元件311连接的宽带运算放大器(OPA)402。与先前示例不同，没有使用输入级。OPA 402可以被用于结合存储电容器C11和C12实现积分函数。OPA 402的输出可以类似于先前示例中所论述的输入级410的输出。来自感测元件311的信号可以被传输到存储单元而不通过输入级。
如图5B所示，电路400B可以包括开关K12和开关K13。复用器430可以包括开关K11、K12和K13。通过添加开关K12和开关K13，可以改进OPA 402和未用于积分的存储单元之间的隔离。此外，可以容易地实现对积分电路中使用的OPA 402的补偿。附加地，添加开关K12和开关K13可以减少积分电路和转换器450之间的干扰。能量测量准确度可以被改进。
电路400B可以被配置为使用基于经放大的信号βis的确定来执行操作。经放大的信号βis可以从OPA 402采样或镜像。电子计数开始和停止判定可以由电流检测器422作出。电流检测器422可以将βis与阈值a1和a2进行比较，并且确定例如当βis超过a1时电子到达事件开始，并且当βis低于a2时电子到达事件结束。
电路400B可以被配置为执行类似于电路400A的操作。例如，电路400B可以被配置为：通过使用存储单元执行积分并且使用转换器450对存储单元执行询问来对带电粒子进行计数。积分可以通过将存储单元的复位开关的状态从闭合改变为断开来完成。在例如通过使用转换器450处理来自存储单元的信息之后，存储单元可以通过致动复位开关来复位。
现在参考图5C，其示出了根据本公开的实施例的可用于电子计数的电路400C的实现方式的图示。电路400C可以是图4的电路400的变型并且类似于图5A的电路400A和图5B的电路400B，电路400C可以包括各种通用组件的示例。图5C的电路400C包括与感测元件311连接的宽带跨阻放大器(TIA)403。输入级410可以由诸如TIA403的放大器形成。TIA 403可以包括OPA。输入级410的输出可以是电压信号。
电路400C可以包括多个放大器。第一放大器可以由TIA 403形成。第二放大器可以由OPA 404形成。OPA 404可以被用于结合存储电容器C11和C12实现积分函数。
电路400C可以包括电阻器R11。输入级410的输出可以是电压信号，并且电阻器R11可以被配置为将输入级410的输出转换为电流信号，该电流信号具有与输入级410的输出成比例的信号电平。OPA 404是被配置为与其输出端子和输入端子之间的外部反馈组件(例如，电阻器和电容器)一起使用的放大器件。OPA 404可以从电阻器R11接收电流信号并且可以被用于使用存储单元(例如，第一存储单元441和第二存储单元442)来执行积分。当来自感测元件311的信号被传输到存储单元时，它们可以被变换和转换成各种形式。
电路400C可以被配置为使用基于来自感测元件311的转换信号的确定来执行操作。例如，输入级410可以将来自感测元件311的电流或电荷信号转换为电压信号、并且可以将电压信号馈送到阈值检测器420。阈值检测器420可以包括电压比较器423。电压比较器423可以将输入到阈值检测器420的电压信号与阈值进行比较。可以使用多个阈值，诸如a1和a2。阈值可以包括参考电压。电子计数开始和停止判定可以由电压比较器423做出。例如，电压比较器423可以确定当超过a1时电子到达事件开始。在一些实施例中，为了说明滞后效应，多个电压比较可以被用来改进性能并降低错误计数的速率。
电路400C可以被配置为执行类似于电路400A或电路400B的操作。例如，电路400C可以被配置为通过使用存储单元执行积分并且使用转换器450对存储单元执行询问来对带电粒子进行计数。积分可以通过将存储单元的复位开关的状态从闭合改变为断开来完成。在例如通过使用转换器450处理来自存储单元的信息之后，存储单元可以通过致动复位开关来复位。
现在参考图6，其是图示了根据本公开的实施例的可用于电子计数的方法600的流程图。方法600可以由带电粒子检查系统的控制器(例如，图1或图2B中的控制器109，或者图4和图5A-图5C的控制单元490或其组合)来执行。控制器可以包括被编程来实现方法600的电路系统(例如，存储器和处理器)。例如，控制器可以是与带电粒子检查系统耦合的内部控制器或外部控制器。可用于带电粒子计数的电路(例如，图4的电路400)可以根据方法600来操作。根据方法600的处理可以逐个感测元件执行。
如图6所示，方法600可以在“开始”步骤处开始。在开始步骤处，可以生成带电粒子束。射束由电子束工具100发射。初级带电粒子束的生成可以导致形成次级射束，该次级射束被引导到带电粒子束设备的检测器。检测可以在带电粒子开始撞击检测器时开始。检测器可以包括感测元件(例如，感测元件311)。
方法600可以包括并行地执行多个过程。每个过程可以是在检测器正在操作时正在进行的后台操作。例如，如图6所示，方法600可以包括步骤601、602、603和604。步骤601可以包括执行感测元件信号电平检测。步骤602可以包括执行积分。步骤603可以包括执行信号处理。步骤S604可以包括执行溢流监测。其它步骤也可以并行执行。
如图7A所示，某些处理可以在步骤601之后进行。从“A”继续，方法600可以包括步骤7101：监测感测元件信号电平。步骤7101可以包括接收来自感测元件311的信号，或者表示其输出的信号(例如，经放大的信号)。信号的幅度可以被测量。在步骤7102中，可以确定是否已越过第一阈值。步骤7102可以包括使用阈值检测器420来确定输入级410的输出是否越过(例如，超过)阈值a1。
如果在步骤7102中确定没有超过第一阈值，则可以确定来自感测元件311的任何信号是噪声。方法可以返回到步骤7101并且继续监测感测元件信号电平。
如果在步骤7102中确定已超过第一阈值，则可以确定电子到达事件已开始。响应于在步骤7102中超过第一阈值，方法可以前进到步骤7103，并且可以生成积分开始信号。可以从阈值检测器420生成和传输积分开始信号。在一些实施例中，控制单元490可以生成积分开始信号。例如，控制单元490可以基于阈值检测器420的输出而生成积分开始信号。附加地，可以执行步骤7104，并且可以生成时间戳。时间戳可以与积分开始信号相关联。
如图7A所示，可以执行感测元件信号电平检测的步骤7105。来自感测元件311的信号的信号电平可以被继续监测。在步骤7106处，可以确定是否已越过第二阈值。步骤7106可以包括使用阈值检测器420来确定输入级410的输出是否越过(例如，降到低于)阈值a2。
如果在步骤7106中确定信号电平没有下降到第二阈值以下，则可以确定电子到达事件仍然在进行中。方法可以返回到步骤7105并且继续监测感测元件信号电平。
如果在步骤7106中确定信号电平已下降到第二阈值以下，则可以确定电子到达事件已结束。响应于在步骤7106中已经过第二阈值，方法可以前进到步骤7107并且可以生成积分停止信号。附加地，可以执行步骤7108并且可以生成时间戳。时间戳可以与积分停止信号相关联。在步骤7108之后，方法可以返回到步骤7101并重复。
如图7B所示，某些处理可以在步骤602之后进行。从“B”继续，方法600可以包括监测积分开始信号的步骤7201。步骤7201可以包括从控制单元490接收信号。步骤7202可以包括使用控制单元490或另一控制器来确定是否已生成或接收到积分开始信号。积分开始信号可以是在图7A的步骤7103中生成的信号。
如图7B所示，如果在步骤7202中确定例如没有接收到积分开始信号，则方法可以返回到步骤7201并继续监测积分开始信号。
如果在步骤7202中确定已接收到积分开始信号，则方法可以前进到步骤7203并且可以执行积分。步骤7203可以包括使用当前选择的存储单元进行信号积分。例如，存储单元复用器430可以选择阵列440的存储单元(参加图4)。在方法600开始时，存储单元可处于复位状态。选定存储单元的对应复位开关可以被闭合。
在步骤7203中，可以执行积分，其中积分可以涉及使用来自感测元件311的信号随时间累积电荷或电流(例如，曲线下的面积)。步骤7203可以包括致动复位开关。例如，当使用第一存储单元441(参加图5A)的积分开始时，开关K21可以被设置为断开状态。在积分期间，感测元件311可以输出电荷或电流，电荷或电流可以被放大并被传输到第一存储单元441，其中电荷或电流在电容器C11中累积。
在步骤7204中，可以确定积分停止信号是否已被接收。如果在步骤7204中确定尚未收到积分停止信号，则方法可以返回到步骤7203，并且积分可以继续。
如果在步骤7204中确定已接收到积分停止信号，则与电子到达事件相对应的信号积分可以不继续。方法可以进行到步骤7205。在步骤7205中，当前选择的存储单元中的信号积分可以被停止。当前存储单元可以是由复用器430选择的存储单元。附加地，可以执行步骤7206。在步骤7206中，积分电路忙碌指示符可以被设置。积分电路忙碌指示符可以与溢流状态有关。
在步骤7207中，结果分析请求指示符可以被设置，并且当前选择的存储单元的地址可以被添加到地址列表。结果分析指示符的设置可以基于指标。例如，当积分使用存储单元来执行时，可以确定当积分完成时，应当对存储单元执行分析。指标可以包括连续的积分开始和停止信号是否被接收。响应于在积分开始信号之后接收到积分停止信号，可以自动地确定设置结果分析请求指示符。在一些实施例中，指标可以包括操作者是否已请求成像结果。在一些实施例中，指标可以包括操作者是否已请求详细的结果，诸如指示电子能量的结果。存储单元的地址可以指代可用于标识存储单元的信息。结果分析可以对应于例如与计数或确定与电子到达事件相关联的能量有关的信号处理。地址列表可以是用于存储如下的列表，该列表包括待分析数据的存储单元的地址。存储单元可以基于它们是否在地址列表上而被询问。
在步骤7208中，可以搜索下一可用存储单元。例如，当阵列440包括多个存储单元，并且当前选择的存储单元刚刚用于积分时，可以确定阵列440的另一存储单元是否可用。步骤7208可以包括递增存储单元选择器。存储单元可以逐一递增。
在步骤7209中，可以确定至少一个存储单元是否可用。如果没有另外的存储单元可用，则方法可以返回到步骤7208并等待下一可用存储单元。如果确定存储单元可用，则方法可进行到步骤7210。在步骤7210处，存储单元复用器可以选择下一可用存储单元。步骤7210可以包括致动开关，以将输入级410的输出连接到存储单元(例如，存储单元441、442、…、449中的下一个)。例如，假设存储单元441(参加图4)刚刚用于积分，则复用器430可以将输入级410的输出连接到存储单元442。附加地，在步骤7211处，积分电路忙碌指示符可以被清除。一旦建立下一可用存储单元与输入级410的输出之间的连接，可以清除积分电路忙碌指示符。因此，积分电路忙碌指示符可以在步骤7206处被设置并且可以保持在设置状态直到步骤7211为止。在步骤7211之后，方法可以返回到步骤7201并重复。
如图7C所示，某些处理可以在步骤603之后进行。从“C”继续，方法600可以包括监测分析请求指示符的步骤7301。步骤7301可以包括从控制单元490接收信号。
如果在步骤7302中确定尚未接收到分析请求指示符，则方法可以返回到步骤7301并继续监测分析请求指示符。
如果在步骤7302中确定分析请求指示符已被接收，则方法可以前进到步骤7303。步骤7303可以包括在地址列表中获取存储单元的地址。
在步骤7304中，可以执行询问，其中询问可以涉及从组件(诸如，存储单元)获得信息(例如，传输信号)。步骤7304可以包括选择存储单元。例如，步骤7304可以包括致动开关，以将待询问的存储单元与转换器450连接(例如，使用图5A中的开关K31)。待被询问的存储单元可以是在步骤7203中进行积分的存储单元(参加图7B)。询问的优先级可以基于从使用感测元件执行积分开始的时间段。例如，待被询问的下一存储单元可以被优先排序为自被积分以来等待时间最长的存储单元。
步骤7304还可以包括执行信号处理。步骤7304可以包括使用转换器450来确定从选定存储单元询问的信号。例如，信号可以从第一存储单元441传输到转换器450，其中进行与参考值(例如，图5A中的vref11、vref12、vref13)的各种比较。转换器450可以将数据输出到控制单元490，数据可以被用于导出与电子到达事件有关的信息(例如，电子到达事件的确认、是否接收到一个或多于一个的电子、或者所接收的电子的特定能级等)。
在步骤7305中，选定存储单元可以被复位为从其中释放电荷。步骤7305可以包括致动选定的存储单元的复位开关。
同样在步骤7305中，选定存储单元的地址可以从地址列表中移除。在步骤7306中，可以确定地址列表中是否还有其它地址。如果在步骤7306中确定在地址列表中存在剩余地址，则方法可以返回到步骤7303并获取列表顶部处的地址。如果在步骤7306中确定在地址列表中没有剩余地址，则方法可以前进到步骤7307并且分析请求指示符可以被清除。在步骤7307之后，方法可以返回到步骤7301并重复。
如图7D所示，某些处理可以在步骤604之后进行。从“D”继续，方法600可以包括监测积分开始信号的步骤7401。步骤7401可以类似于图7B的步骤7201。
如果在步骤7402中确定尚未接收到积分开始信号，则方法可以返回到步骤7401并继续监测积分开始信号。
如果在步骤7402中确定已接收到积分开始信号，则方法可以前进到步骤7403并且可以检查积分电路忙碌指示符。步骤7403可以包括监测诸如在步骤7206中生成的信号(参加图7B)。例如，存储单元复用器430可以选择阵列440的存储单元(参加图4)。
如果在步骤7404中确定忙碌指示符未被设置，则方法可以返回到步骤7401并继续监测即将到来的积分开始信号。
如果在步骤7404中确定忙碌指示符已被设置，则方法可以前进到步骤7405并且可以生成溢流信号。溢流信号可以是与第二类型溢流(诸如本文中所讨论的溢流)相关联的信号。步骤7405可以包括生成与溢流信号相关联的时间戳。在步骤7405之后，方法可以返回到步骤7401并重复。
诸如步骤7304(参加图7C)的信号处理可能需要一定时间量。如果到新电子到达事件的积分应当开始时关于第一存储单元(例如，在步骤7304中询问的存储单元)的信号处理还没有完成，则第二存储单元可以被选择用于积分。例如，如果信号处理在第一存储单元上执行并且在该时间期间感测元件信号电平被测量并再次越过第一阈值，则不同于第一存储单元的存储单元可以被选择用于下一次积分。只要有更多的存储单元可用，就可以进行下一次积分。
方法600可以继续对存储单元执行积分和执行分析(例如，询问和信号处理)的循环。然而，完成积分和信号处理的速度可以不同，并且因此，具有更多可用存储单元以接收来自感测元件311的信号可能是有益的。积分然后可以不间断地进行，同时询问和信号处理可以异步地进行。所提供的存储单元的数目越大，在对来自先前存储单元的信息进行信号处理时可以处理的积分就越多。通过以这种方式使用电路，检测器能够处理更多数目的信号。
例如，使用方法600和电路400，电子计数可以实现SEM图像SNR和总生成量的显著改进。能够进行电子计数的探针电流范围可以以改进的能量测量准确度和降低的误计数率来扩展。
此外，在一些实施例中，可以提供与各个感测元件相关联的电路之间的互连。检测器可以包括检测单元，每个检测单元可以包括感测元件以及与感测元件相关联的电路系统。例如，感测元件311和电路400(参加图4)可以形成检测单元。与每个感测元件相关联的电路系统可以包括模拟信号处理器、数据转换器和本地控制单元。可以在不同检测单元的电路系统之间提供互连。例如，可以在相邻检测单元的模拟信号处理器之间或者在相邻检测单元的本地控制单元之间提供互连。
在一些实施例中，检测器可以包括感测元件的像素化阵列。感测元件阵列可以在二维平面中形成。因此，感测元件可以具有一个或多个相邻(例如，邻近)感测元件。感测元件之间的互连可以改进检测准确度并增强处理。此外，在一些实施例中，感测元件之间的互连可以增强处理并且可以进一步改进误计数率的降低。例如，在由一个入射电子到达事件引起的临时电离区延伸到多于一个感测元件的体积中的情况下，互连可以帮助减少误计数。
现在参考图8，其图示了带电粒子到达事件对检测表面的影响。在图8中，检测器可以包括多个感测元件，包括感测元件36a、感测元件36b、感测元件36c和感测元件36d。带电粒子可以在感测元件36a和感测元件36c之间的边界附近的区域中轰击(例如，撞击)检测器表面。当电子撞击检测器时，它可能在检测器的体积中创建电荷。该体积可以跨越两个或更多个感测元件。例如，电离区37可以发展成可以进入多个感测元件。在多个感测元件中产生的电荷可能导致一电子被多次计数或根本不被计数。
在一些实施例中，互连可以有助于减少到达检测器的检测表面的电子的误计数。一些误计数可以基于在感测元件之间的边界附近发生的电子到达事件。当来自SEM的电子光学柱的电子到达检测器的感测表面时，电子进入检测器的位置可以随机分布。由于在每个电子进入检测器之后的电离过程，可以在检测器内创建临时电离区。临时电离区可以扩展到感测元件的耗尽区之外。例如，临时电离区可以：延伸到相邻感测元件的耗尽区中；延伸到感测元件的与耗尽区不同的另一区域；或者延伸到相邻感测元件的体积中不同于该感测元件的耗尽区的区域中。临时电离区扩展到相邻感测元件的耗尽区中会导致在相邻感测元件中生成信号。在每个电子进入检测器后形成的电离区可以具有与每个入射电子的能量和形成检测器的材料有关的体积。每个电子进入检测器的位置的随机性可以导致由每个入射的电子感应出的临时电离区穿过相邻感测元件的边界。因此，检测器中的多个感测元件可以生成与特定入射电子相对应的输出信号。单独的输出信号可能小于当临时电离区被包含在一个感测元件中时生成的信号，并且输出信号可能没有达到足够高电平来触发电子到达事件的检测。因此，电子到达事件可以不计数。或者，在一些实施例中，多个感测元件中的每一个的输出信号可以足够高来触发检测，并可以针对相同的电子到达事件而寄存且多个检测。因此，可能导致误计数。
为了解决上述问题，一些实施例可以采用以下方案。感测元件可以被配置为具有预定的尺寸和形状。感测元件阵列可以包括以诸如网格的图案布置的感测元件。检测器中每个感测元件的尺寸可以这样选择，使得在任何方向上，感测元件的尺寸不小于入射电子的最大穿透深度。感测元件可以被配置为使得感测元件的维度(例如，长度、宽度、高度)不小于最大穿透深度。最大穿透深度可以基于用于形成检测器的材料。例如，电子可以在一种材料中比在另一种材料中穿透得更远。这样，每个入射电子一次可以撞击不超过四个感测元件。如下所述，这有助于进一步增强信号处理。
现在参考图9，图9是根据本公开的实施例的具有经互连的检测单元的检测器的图示。图9可以表示检测器在检测器厚度方向上的截面图。如图9所示，可以在检测器中提供包括感测元件331的多个感测元件。每个感测元件可以被连接到电路。电路可以包括感测元件级信号处理和控制单元。例如，感测元件331被连接到感测元件级信号处理和控制单元950。感测元件331和感测元件级信号处理和控制单元950可以组成一个检测单元。感测元件级信号处理和控制单元950可以包括模拟信号处理器910、数据转换器930和本地控制单元940。
如图9所示，多个检测单元可以被连接到各种上级组件，诸如数据路由层960。数据路由层960可以包括高速数据路由层。数据路由层960可以被连接到存储器单元970。存储器单元970可以包括具有存储器控制器的高速存储器。存储器单元970可以被连接到处理器980。处理器980可以包括高速处理器。处理器980可以包括控制器109(参加图1或图3)。处理器980可以被连接到接口990。接口990可以包括高速接口。术语“上级”可以指代某些处理功能被委托给某些类型的处理器。上级组件可以被配置为基于从多个下级组件接收的信息来执行处理。上级组件可以被配置为具有使得上级组件能够处理来自与其连接的多个下级组件的输出的处理速度。
如图9所示，在每两个相邻的感测元件级信号处理和控制单元(包括例如单元950)之间，可以分别借助模拟信号路径和数据路径来传送数字形式的模拟信号和数据。可以提供互连920。互连920可以包括模拟信号路径921和数据路径922。
尽管在图9中图示为一维阵列，但是应当理解，感测元件和相关联的电路系统可以以二维布置来提供。感测元件可以被提供有在检测器的厚度方向或一些其它方向上与感测元件相邻的其相关联电路系统。针对每个感测元件的感测元件级电路系统可以被嵌入每个感测元件中。每个感测元件级信号处理和控制单元可以具有多个模拟信号路径和数据路径。多个模拟信号路径或数据路径中的每一个可以被连接到感测元件的相邻感测元件级信号处理和控制单元之一。电子感测元件阵列和感测元件级信号处理和控制单元的阵列可以形成在同一芯片上或多于一个的芯片上。
模拟信号处理器910可以包括上文关于图4所述的输入级410、存储单元复用器430和存储单元阵列440。此外，可以提供其它模拟信号路由复用器。例如，可以提供模拟信号路由复用器460(参加图12A)。在一些实施例中，模拟信号路由复用器460可以被包括在感测元件级信号处理和控制单元950中。模拟信号路由复用器460可以是模拟信号处理器910的一部分。模拟信号路由复用器460可以被布置在存储单元阵列440与转换器450之间。模拟信号路由复用器460可以被配置为实现模拟信号路由复用器与其它(例如，邻近)感测元件级电路的组件(诸如，相邻感测元件级电路中的电压检测器/ADC)之间的双向模拟信号流。相邻感测元件级电路可以是相邻检测单元的电路。模拟信号路由复用器460可以被配置为传输电压、电流或电荷形式的模拟信号，模拟信号可以表示特定电子入射事件的能级。
模拟信号处理路径可以由包括输入级410、存储单元复用器430、阵列440、模拟信号路由复用器460和转换器450的电路400的组件形成。模拟信号路径921可以被连接到模拟信号处理器910(例如，可以被连接到图12A的模拟信号路由复用器460)，并且模拟信号路径921可以被配置为与其它电路(例如，相邻检测单元的感测元件级电路)的模拟信号路由复用器通信。模拟信号路由复用器460可以被连接到转换器450。在一些实施例中，转换器450可以包括ADC。图9的数据转换器930可以包括这样的ADC。数据路径922可以被连接在这样的ADC的下游。例如，如图4所示，转换器450可以连接到控制单元490。图9中的本地控制单元940可以包括控制单元490。如图9所示，数据路径922可以被连接到本地控制单元940并且可以被配置为与其它电路的控制单元通信。
在一些实施例中，可以提供包括模拟信号路由复用器的互连，该模拟信号路由复用器被配置为实现互连与同另一感测元件相关联的感测元件级信号处理和控制单元之间的双向模拟信号流。该互连可以包括数据路径，该数据路径被配置为将数字数据传输到与另一感测元件相关联的控制单元。
如图9所示，每个感测元件级信号处理和控制单元950可以具有到数据路由层960的数据通信链路，该数据通信链路在感测元件级信号处理和控制单元阵列之后。存储器单元970可以被配置为组织和存储来自感测元件级信号处理和控制单元阵列的数据。数据路由层960可以被配置为管理从感测元件级信号处理和控制单元阵列到存储器单元970的数据传送。
处理器980可以在存储器单元970之后并且可以被配置为执行数据处理和检测器的操作控制。对于数据处理，处理器980可以实现包括以下的数据处理任务。
例如，处理器980可以被配置为基于预定义条件(例如：像素速率、像素尺寸和锐度)来执行SEM图像像素数据生成。对于每个SEM图像像素，诸如像素尺寸、像素速率和局部锐度的参数，在某些条件下，在SEM图像的所有帧中可以是相同的。在一些实施例中，参数在SEM图像的帧之间可以不同，但在每个SEM图像内保持相同。在一些实施例中，在一个SEM图像内的像素与像素之间的参数可以不同。
处理器980可以被配置为基于预定义条件，执行SEM图像参数的调谐及增强。处理器980可以被配置为基于入射电子的能级来执行图像亮度和对比度调谐、图像锐度增强、彩色SEM图像生成等。
处理器980可以被配置为基于所获取的SEM图像来执行预检查。预检查可以包括模式识别、边缘提取等。
处理器980可以被配置为在无需任何操纵的情况下，传递电子计数结果的原始数据。
处理器980可以被配置为执行SEM投影跟踪。SEM投影跟踪可以包括生成与在检测器上形成的束斑的投影栅格有关的信息(例如，形状、尺寸、位置、失真、移动和失真预测)。SEM投影跟踪还可以包括生成与每个束斑有关的信息(例如，位置、尺寸、形状和移动历史)以及未来的移动预测。此外，诸如上述的信息可以被用于执行实时的SEM图像补偿。处理器980可以被配置为基于已知SEM设计来确定收集速率与串扰之间的权衡，或者串扰减少与收集速率增强之间的权衡。
接口990可以被配置为从处理器980接收数据并且可以执行其它任务，诸如以下任务。例如，接口990可以执行无损数据压缩。接口990可以被配置为减少检测器与上级系统(例如，用于带电粒子束设备的控制器或通用控制器)之间的数据链路的负载。
接口990可以执行用于纠错的数据编码。接口990可以被配置为减少在从电子检测装置到上层系统的数据传输期间生成的错误。
在一些实施例中，接口990可以在无需任何处理的情况下，将数据直接传递到上级系统。接口990可以包括高速收发器和驱动器，以便于检测器和上级系统之间的通信。
现在参考图10，其图示了根据本公开的实施例的互连布置。可以在每个相邻感测元件之间提供互连。检测器可以包括感测元件的二维阵列。阵列的感测元件可以在水平和竖直方向上具有相邻元件。例如，感测元件311可以在水平方向上与感测元件318和312相邻，并且可以在竖直方向上与感测元件313和316相邻。可以在感测元件311和感测元件312之间提供互连1001。类似地，可以在感测元件311和感测元件313之间提供互连1002，可以在感测元件311和感测元件316之间提供互连1003，并且可以在感测元件311和感测元件318之间提供互连1004。应当理解，图10中的互连可以在与感测元件相关联的电路之间，而不是直接在感测元件本身之间。
现在参考图11，其图示了根据本公开的实施例的互连布置。可以在彼此对角相邻的感测元件之间提供互连。此外，在一些实施例中，可以在彼此对角相邻的感测元件之间提供互连，并且在水平和竖直方向上相邻的感测元件之间提供互连。如图11所示，可以提供互连，使得与感测元件311相关联的电路系统被连接到与所有感测元件312到319相关联的电路。图10和图11所示的互连可以对应于以上参考图9讨论的互连920。例如，图10所示的互连1001可以包括模拟信号路径或数据路径。
在一些实施例中，互连可以包括开关。可以控制经由互连的信号流。互连的控制可以由诸如控制单元490或处理器980的控制单元来管理。
现在参考图12A，其图示了根据本公开的实施例的具有互连的电路800A。类似于图4，电路800A可以包括输入级410、阈值检测器420、存储单元复用器430、第一存储单元441至第N存储单元449、转换器450和控制单元490。此外，电路800A可以包括模拟信号路由复用器460。输入级410可以被配置为从感测元件311接收信号S。模拟信号处理器910可以由包括输入级410、阈值检测器420、复用器430、存储单元441、442、…、449和模拟信号路由复用器460的组件形成。转换器450可以被配置为处理来自阵列440的存储单元的模拟信号或从其它感测元件电路传递到其的模拟信号。转换器450可以针对表示模拟信号的数据生成数字信号。
在一些实施例中，模拟信号路径921可以被连接到模拟信号路由复用器460。在一些实施例中，模拟信号路由复用器460可以被包括在模拟信号处理器910中。模拟信号路由复用器460可以被配置为执行模拟信号路由。在一些实施例中，转换器450可以包括电压检测器或ADC。转换器450可以被配置为以数字格式输出数据。数字数据也可以由控制单元490输出。数据路径922可以被连接到控制单元490。在一些实施例中，数据路径922可以被连接到转换器450。电路800A可以对应于上文参考图9所述的感测元件级信号处理及控制单元950。
如图12A所示，电路800A可以包括双向模拟信号路径和双向数据路径。例如，可以提供模拟信号路径921和数据路径922。这样添加的路径可以在任何两个相邻感测元件级信号处理和控制单元之间实现模拟和数字两种形式的信号和数据交换(参见图9)。模拟信号交换可以被配置为传送来自相邻电子感测元件的信号，相邻电子感测元件对应于与感测元件级信号处理和控制单元之一相关联的单个电子入射事件，使得信号可以以模拟方式相加在一起。使用这样的模拟信号的模拟信号相加或处理可以提高处理分辨率和准确度。通过在相邻感测元件级信号处理和控制单元之间以数字形式交换数据，信号相加可以以数字形式来执行。
模拟信号路径921可以被配置为允许在相邻感测元件级电路的模拟信号路由复用器之间的双向模拟信号流。例如，模拟信号路径921可以被配置为以电压、电流或电荷的形式来传送模拟信号，该模拟信号表示特定带电粒子到达事件的能级。数据路径922可以被配置为允许相邻感测元件级电路的控制单元之间的双向数据流。例如，数据路径922可以被配置为传送带电粒子到达事件的数据(包括能级、检测确认、时间戳等)。控制单元490还可以被配置为允许双向数据流流向上级组件。控制单元490可以被配置为传输数据D。控制单元490可以被配置为控制(i)到感测元件的数据流(包括定时信息)，(ii)来自感测元件的计数结果，以及(iii)具有溢流类型数据的感测元件溢流标志。
在一些实施例中，数字信号处理方法可以提供与电子在检测表面上的着陆位置有关的附加信息(例如，除了与入射电子的能级有关的信息之外)。这可以有助于改进射束投影跟踪准确度，并且还可以给出与SEM系统性能有关的附加信息。在一些实施例中，模拟信号处理方法可以包括对来自相邻感测元件的信号执行相加或处理。模拟方法可以被配置为区分准确度的优先级。模拟方法和数字方法可以单独使用或组合使用。在一些实施例中，当期望入射电子事件的信号相加时，可以选择模拟方法或数字方法，使得误计数率可以降低，并且每个入射电子的能级可以被正确地标识。在一些实施例中，如果使用组合方法，则第一步骤可以是从过程中涉及的所有感测元件级信号处理和控制单元获取数字形式的信号。然后，可以执行模拟信号相加(或处理)。通过使用组合方法，可以获得来自模拟和数字方法两者的益处。检测器可以被配置为在所有感测元件级信号处理和控制单元中提供更深的模拟信号管线。
图12B是根据本公开的实施例的模拟信号路由复用器的图解表示。图12B可以表示以上参考图12A讨论的模拟信号路由复用器460的另一视图。如图12B所示，模拟信号路由复用器460可以包括可用于路由和控制信号的电路系统。模拟信号路由复用器460可以包括各种开关、布线路径和其它电组件等。模拟信号路由复用器460可以包括开关K61、K62、…、K6m；开关K71、K72、…、K7m、K8以及可以控制开关的开关控制信号总线461。模拟信号路径921可以被配置用于双向流，使得信号可以被传输到相邻单元电路或者传输自相邻单元电路传输。
此外，模拟信号路由复用器460可以包括放大器465和缓冲器466。放大器465可以包括求和放大器。缓冲器466可以包括电压缓冲器。开关控制信号总线461可以被连接到控制单元490(参见图12A)，并且控制单元490可以被配置为使用切换控制信号C来控制开关。开关K8可以被配置为将缓冲器466与阵列440的存储单元中的一个连接，使得信号S1从选定存储单元流到缓冲器466。应当理解，模拟信号路由复用器460和转换器450的一些组件可以被组合或重叠。例如，缓冲器466可以包括电压缓冲器451(参见图5A-图5C)。放大器465可以被连接到控制单元490，并且可以向控制单元490发送信号S2。
模拟信号路由复用器460可以被配置为在多个场景中操作。例如，在第一场景中，感测元件级电路被设置为从相邻电路接收模拟信号：开关K61、K62、…、K6m被设置为位置2，并且它们对应的开关K71、K72、…、K7m被设置为对于通过其发送来自相邻电路的模拟信号的那些模拟信号路径断开。K61、K62、…、K6m之中的一些开关可以被设置为位置2，并且如果对应的模拟信号路径未被用于接收信号，则它们在K71、K72、…、K7m之中的对应开关可以被设置为闭合。K8被设置为如下的位置：该位置连接存储单元，该存储单元存储正在处理的事件的信号。
在第二场景中，感测元件级电路被设置为向相邻电路发送模拟信号：开关K61、K62、…、K6m被设置为位置1并且它们对应的开关K71、K72、…、K7m被设置为对于通过其将模拟信号发送到相邻电路的那些模拟信号路径闭合。K61、K62、…、K6m之中的一些开关可以被设置为位置2并且如果对应的模拟信号路径未被用于接收信号，则它们在K71、K72、…、K7m中的对应开关可以被设置为闭合。K8被设置为如下的位置：该位置连接存储单元，该存储单元存储正在处理的事件的信号。
现在参考图13，其是图示了根据本公开的实施例的可用于电子计数的方法8000的流程图。方法8000可以由包括带电粒子检查系统的电路(例如，图12A中的800A)、控制器(诸如图1或图2B中的控制器109或图4、图5A-图5C和图12A的控制单元490)、处理器(诸如处理器980)或其组合的组件来执行。组件可以包括被编程为实现方法8000的电路系统(例如，存储器和处理器)。方法8000可以包括模拟信号处理方法。
如图13所示，方法8000可以在“开始”步骤处开始。在开始步骤处，检测过程可能已进行。例如，方法8000可以在步骤A和图7A的处理已发生之后开始。
方法8000可以包括步骤8101：确定将与不同感测元件相关联的电路连接。可以确定连接不同的检测单元。步骤8101可以包括确定连接的第一方式或者确定连接的第二方式或其它方式。确定连接的第一方式可以包括仅通过比较事件开始时间来确定相邻检测单元中的电子到达事件是否由相同的入射电子引起。例如，如果开始时间相同，则可以确定事件由相同的入射电子引起。确定连接的第二方式可以包括通过比较开始时间和停止时间或者通过使用事件的时间段来确定相邻检测单元中的事件是否由相同的入射电子引起。如果两个事件的开始时间和停止时间相同，则可以确定事件由相同的入射电子引起。如果开始时间相同并且事件具有相同的持续时间，则可以确定事件由相同的入射电子引起。
确定连接的第一方式可以包括确定第一感测元件中的电子到达事件的开始时间与第二感测元件中的电子到达事件的开始时间基本上相同。在一些实施例中，如果时间在彼此的预定量内，则可以认为开始时间基本上相同。预定量可以基于检测器的时钟速度、电子到达事件的平均分离时间或者感测元件的参数，诸如感测元件停滞时间。例如，预定量可以是电子到达事件的平均分离时间的一部分。
在一些实施例中，可以区分准确度的优先级，并且可以使用确定连接的第二方式。例如，第二方式可以实现比第一方式更高的准确度、并且可以涉及更多的计算。在一些实施例中，响应速度可以被优先化，并且可以使用确定连接的第一方式。例如，第一方式可以实现比第二方式更低的功耗和更少的等待时间。在诸如检测系统的检测准确度、处理等待时间和功耗之类的参数之间可能存在权衡关系。通过将系统配置为在不同模式之一下操作，可以在运行中改变这些参数。此外，在一些实施例中，较长的等待时间也可能导致类型2溢流的可能性较高。为了减少由于较长的等待时间引起的类型2溢流，可以使用每个检测单元中更深的模拟管线。
在一些实施例中，步骤8101可以基于来自图7A的处理。例如，步骤8101可以基于来自两个或更多个不同感测元件的开始积分信号或时间戳。可以确定开始积分信号已生成、并且不同感测元件的开始时间戳基本相同，并且来自两个感测元件的信号应当被合并。步骤8101可以包括比较仅来自相邻感测元件的信号。相邻感测元件可以是在检测器上感测元件阵列的水平或竖直方向上彼此相邻的感测元件。在一些实施例中，相邻感测元件可以包括对角相邻的感测元件。步骤8101可以成对地执行(例如，针对两个相邻感测元件执行确定，而针对另两个相邻感测元件执行另一确定)。当使用模拟信号处理方法时，可以成对地执行步骤8101。在一些实施例中，例如，当使用数字信号处理方法时，步骤S8101可以以不同的基础执行。
方法8000可以包括经由互连来形成连接的步骤8103。步骤8103可以包括使用互连920来连接相邻检测单元。步骤8103可以包括致动在互连中的开关。步骤8103可以包括使用模拟信号路径921连接相邻检测单元。
方法8000可以包括从模拟信号处理路径输出信号的步骤8105。步骤8105可以包括从转换器450输出信号。步骤8105可以包括从模拟信号处理器910输出信号。步骤815可以包括从模拟信号路由复用器460输出信号。步骤8105可以包括从一个或多个检测单元输出信号。步骤8105可以包括询问。步骤8105可以包括经由开关(诸如以上参考图5A讨论的开关K31)，选择存储单元。步骤8105可以包括以上关于图7C讨论的步骤7304以及后续步骤。
在一些实施例中，互连可以提供在存储单元阵列440的下游和控制单元490的上游。例如，互连可以以模拟信号路由复用器460的形式提供(参见图12A和图12B)。在步骤8105中，来自存储单元的信号可以被分接并且可以借助互连被传输到另一检测单元，在另一检测单元中可以进行使用另一检测单元的组件的处理。来自存储单元的信号可以是模拟形式。模拟信号路由可包括执行信号相加，并且所涉及的所有检测单元的模拟信号路由复用器中的开关可以被控制为：选择同时存储相同电子到达事件的信号的存储单元。检测器可以被配置为提供所有涉及的检测单元之间的同步。
在一些实施例中，信号路由可以包括执行数字信号处理。在一些实施例中，可以使用数字互连，并且可以消除对单元选择和开关控制的同步的需要。
方法8000可以包括执行信号相加或处理的步骤8107。步骤8107可以包括将不同检测单元的信号相加。来自不同检测单元的信号然后可以被一起处理。在一些实施例中，可以在步骤8107中将来自不同检测单元的相同电子到达事件的信号相加。
方法8000可以包括执行分析的步骤8109。步骤8109中的分析可以对在步骤8107中相加或处理的信号执行。分析可以对所相加的信号执行。来自两个或更多个检测单元的信号可以被相加，并且然后一起处理这些信号。
在感测元件的边界附近发生的带电粒子到达事件可以形成扩展到相邻感测元件的体积中的电离区。在相邻感测元件中生成的信号可以被添加到在带电粒子最初着陆的感测元件中生成的信号。相加的信号可以被处理，并且相加的信号可以更准确地表示所发生的单个带电粒子到达事件。
分析来自两个或更多个检测单元的信号可以涉及使用与用于分析单个检测单元的阈值相同或不同的阈值。例如，可以对参考值(例如，以上参见图5A-图5C讨论的vref11)进行比较。用于分析来自两个或更多个检测单元的信号的参考值可以相同，并且分析结果可以更准确。在一些实施例中，参考值可以被调整，以解决例如当借助互连传输时可能涉及的损耗。调整量可以借助校准来确定。例如，校准可以包括数值仿真或实验。转换器450可以包括多个参考值，并且可以基于信号分析的环境来选择期望的参考值。
现在参考图14，其是图示了根据本公开的实施例的可用于电子计数的方法8200的流程图。类似于方法8000，方法8200可以由包括带电粒子检查系统的电路、控制单元、处理器或其组合的组件来执行。方法8200可以包括数字信号处理方法。
如图14所示，方法8200可以在“开始”步骤处开始。在开始步骤处，检测过程可能已进行。例如，方法8200可以在步骤A和图7A的处理已发生之后开始。
方法8200可以包括步骤8201：确定将与不同感测元件相关联的电路连接。可以确定连接不同的检测单元。步骤8201可以基于来自图7A的处理。类似于以上关于图13讨论的步骤8101，步骤8201可以包括确定连接的第一方式、或确定连接的第二方式、或者其他方式。例如，步骤8201可以基于来自两个或更多个不同感测元件的开始积分信号或时间戳。可以确定开始积分信号已生成并且不同感测元件的开始时间戳基本上相同，并且来自两个感测元件的信号应当被合并。步骤8201可以包括比较仅来自相邻感测元件的信号。相邻感测元件可以是在检测器上感测元件阵列的水平或竖直方向上彼此相邻的感测元件。在一些实施例中，相邻感测元件可以包括对角相邻的感测元件。步骤8201可以成对执行(例如，针对两个相邻感测元件执行确定，且针对另两个相邻感测元件执行另一确定)或者以某一其它基础执行。
方法8200可以包括经由互连形成连接的步骤8203。步骤8203可以包括使用互连920来连接相邻检测单元。步骤8203可以包括致动互连中的开关。步骤8203可以包括使用数据路径922来连接相邻检测单元。
方法8200可以包括输出数字信号的步骤8205。步骤8205可以包括从转换器450输出信号。步骤8205可以包括从数据转换器930输出信号。步骤8205可以包括从一个或多个检测单元输出信号。步骤8205可以包括询问。步骤8205可以包括经由开关(诸如以上参考图5A讨论的开关K31)来选择存储单元。选定存储单元可以由比较器(诸如，电压比较器)询问。来自步骤8205的输出可以是通过数据路径922传输的数字信号。
方法8200可以包括执行处理的步骤8207。步骤8207可以包括对来自两个或更多个检测单元的数字信号进行处理。步骤8207可以包括对来自两个或更多个检测单元的一些数字信号进行相加或滤波。例如，可以确定来自一个检测单元的信号与在另一检测单元中发生的带电粒子到达事件相同的带电粒子到达事件相关联、并且其信号可以被忽略。例如，如果两个检测单元均接收到足够的信号来触发带电粒子事件的检测，则带电粒子事件可以是重复计数的。为了避免这种误计数，步骤8207可以包括滤除计数结果之一。在一些实施例中，表示由多个检测单元接收的部分能量的信号可以被处理以便以改进的准确度来确定入射电子的能量。例如，来自不同检测单元的信号可以被相加，使得入射电子的能级可以被准确地确定。此外，可以从与同一电子到达事件有关的若干信号生成经组合的信号，并且误计数率可以减小。
步骤8207可以包括使用可以是本地或低级控制单元的控制单元940来执行处理。步骤8207的处理可以包括分布式处理。诸如感测元件的地址或带电粒子事件的撞击位置的信息可以在本地确定。然后，进一步的处理可以使用上级控制单元进行。例如，可以在两个检测单元之间本地地确定一个检测单元接收带电粒子到达事件的总能量的某一部分(例如，三分之一)。基于此，撞击位置信息可以被确定。例如，可以估计带电粒子到达距离感测元件边缘三分之一的位置处。这样的确定可以在两个维度上执行。例如，可以对水平方向上的两个相邻感测元件和竖直方向上的两个相邻感测元件执行这样的确定。基于此，可以针对感测元件中的撞击位置来确定二维坐标(例如，x、y位置)。
现在参考图15，其是图示了根据本公开的实施例的可用于电子计数的方法8300的流程图。类似于方法8000或方法8200，方法8300可以由包括带电粒子检查系统的电路、控制单元、处理器或其组合的组件来执行。方法8300可以包括组合信号处理方法(例如，组合模拟信号处理和数字信号处理)。
如图15所示，方法8300可以在“开始”步骤处开始。在开始步骤处，检测过程可能已进行。例如，方法8200可以在步骤A和图7A的处理已发生之后开始。
方法8300可以包括从检测单元组获取数字形式信号的步骤8301。在一些实施例中，组可以包括在对检测器上的特定子区域进行的处理中涉及的所有感测元件级信号处理和控制单元。来自检测单元组的数字形式信号可以被用于执行预处理。在一些实施例中，类似于以上关于图13和图14所讨论的步骤8101和8201，步骤8301可以包括确定将与不同感测元件相关联的电路连接。
方法8300可以包括执行模拟信号处理的步骤8303。步骤8303可以包括执行图13的方法。
方法8300可以包括执行数字信号处理的步骤8305。步骤8305可以包括执行图14的方法。
在执行方法8000、8200或8300之后，可以执行进一步处理，诸如包括SEM图像像素数据生成、SEM图像参数调谐、预检查、投影跟踪等的数据处理。进一步处理可以由例如处理器980执行。此外，模拟信号处理(例如，图15的步骤8303)和数字信号处理(例如，图15的步骤8305)可以被一起执行。
一种方法可以包括确定使用模拟、数字或组合的不同处理模式中的哪一个。确定操作模式可以基于与可用于执行模拟、数字或组合处理模式的处理器不同的处理器来控制。例如，上级处理器可以确定使用哪个操作模式。
此外，在一些实施例中，方法可以包括确定在哪个检测单元中执行处理。确定哪个检测单元用于处理可以基于在相邻感测元件附近发生的带电粒子到达事件。例如，用于处理的检测单元可以基于感测元件接收带电粒子到达事件的大部分能量来确定。在一些实施例中，确定可以基于其它因素，诸如溢流或忙碌信号指示符。如果检测单元忙碌，则可以使用相邻检测单元中的另一个。如果两个感测元件接收带电粒子到达事件的近似相等的能量，并且一个忙碌，则可以确定使用另一个。确定使用哪个检测单元可以考虑处理负载。
本公开的各方面在以下编号的条款中阐述：
1.一种用于带电粒子检测器的电路，包括：
存储单元，其被配置为接收表示感测元件的输出的信号；
存储单元复用器，其被配置为将表示感测元件的输出的信号选择性地传输到存储单元；
阈值检测器，其包括被配置为基于表示感测元件的输出的信号与阈值的比较来确定积分开始信号的电路系统；以及
转换器，其包括被配置为对从存储单元传输的信号执行信号处理的电路系统。
2.根据条款1所述的电路，其中存储单元是被包括在电路中的多个存储单元之一，其中多个存储单元被配置为接收表示感测元件的输出的信号。
3.根据条款1或条款2所述的电路，进一步包括：
控制单元，其包括被配置用于监测结果分析请求指示符的电路系统，
其中控制单元被配置为：
响应于确定结果分析请求指示符被设置，在第一存储单元上执行信号处理，以及
基于信号处理，从转换器接收输出。
4.根据条款1-3中任一项所述的电路，进一步包括：
被配置为将感测元件的输出转换为不同形式的电信号的电路系统。
5.根据条款1-4中任一项所述的电路，其中复用器包括开关。
6.根据条款1-5中任一项所述的电路，进一步包括：
开关，其被配置为将存储单元连接到转换器，其中开关被配置为一次将一个存储单元连接到转换器。
7.根据条款1-6中任一项所述的电路，进一步包括：
输入级，其包括被配置为生成与输入级从感测元件接收的电流或电荷成比例的输出的电路系统。
8.根据条款7所述的电路，其中输入级包括电流受控电流源，其被配置为基于由输入级从感测元件接收的电流或电荷来输出经放大的信号，并且阈值检测器包括电流检测器，该电流检测器被配置为将经放大的信号与电流阈值进行比较。
9.根据条款7所述的电路，其中输入级包括跨阻放大器，跨阻放大器被配置为基于由输入级从感测元件接收的电流或电荷来输出电压信号，并且阈值检测器包括电压比较器，该电压比较器被配置为将电压信号与参考值进行比较。
10.根据条款3所述的电路，其中控制单元被配置为：
接收积分开始信号，
基于表示感测元件的输出的信号与第二阈值的比较来接收积分停止信号，以及
响应于接收到积分停止信号，控制存储单元复用器来改变存储单元与感测元件之间的连接状态。
11.根据条款10所述的电路，其中控制单元被配置为：
响应于接收到积分停止信号，设置积分电路忙碌指示符，并且维持积分电路忙碌指示符，直到存储单元与感测元件之间的连接状态改变。
12.根据条款3所述的电路，其中控制单元被配置为：
响应于确定结果分析请求指示符被设置，从地址列表获取待被询问的存储单元的地址。
13.一种方法，包括：
响应于表示感测元件的输出的信号越过第一阈值，使用与第一带电粒子事件相对应的第一存储单元，对表示感测元件的输出的信号进行积分；以及
响应于表示感测元件的输出的信号在第一带电粒子事件之后越过第一阈值，使用与第二带电粒子事件相对应的第二存储单元，对表示感测元件的输出的信号的积分进行积分。
14.根据条款13所述的方法，进一步包括：
当感测元件的输出越过第一阈值时，生成积分开始信号；
当感测元件的输出越过第二阈值时，生成积分停止信号。
15.根据条款14所述的方法，进一步包括：
生成用于积分开始信号的第一时间戳和用于积分停止信号的第二时间戳。
16.根据条款13-15中任一项所述的方法，进一步包括：
改变存储单元复用器的连接状态，使得第一存储单元和第二存储单元中的一个被馈送来自感测元件的信号。
17.根据条款16所述的方法，其中从感测元件馈送到第一存储单元和第二存储单元之一的信号是经放大的信号。
18.根据条款13-16中任一项所述的方法，进一步包括：
改变开关的连接状态，使得第一存储单元或第二存储单元中的一个被连接到转换器，该转换器被配置为对从第一存储单元或第二存储单元中的一个传输的信号执行信号处理。
19.根据条款13-18中任一项所述的方法，进一步包括：
将从第一存储单元或第二存储单元传输的信号与参考值进行比较。
20.根据条款19所述的方法，其中参考值是多个参考值中的一个，并且比较从第一存储单元或第二存储单元传输的信号包括将从第一存储单元或第二存储单元传输的信号与多个参考值中的每一个进行比较、并将结果输出到控制单元。
21.根据条款13-20中任一项所述的方法，进一步包括：
对在感测元件处接收的带电粒子的数目进行计数。
22.一种存储指令集的非暂时性计算机可读介质，指令集可由带电粒子束设备的控制器的一个或多个处理器执行，以使得带电粒子束设备执行包括以下步骤的方法：
生成带电粒子束；
当表示检测器的感测元件的输出的信号超过第一阈值时，使用与第一带电粒子事件相对应的第一存储单元来对表示感测元件的输出的信号进行积分；以及
当表示感测元件的输出的信号在第一带电粒子事件之后超过第一阈值时，使用与第二带电粒子事件相对应的第二存储单元，对表示感测元件的输出的信号进行积分。
23.根据条款22所述的介质，其中指令集可执行来使得带电粒子束设备：
在感测元件的输出越过第一阈值时，生成积分开始信号；以及
在感测元件的输出越过第二阈值时，生成积分停止信号。
24.一种电子计数检测器，包括：
存储单元；
复用器，其被配置为从电子感测元件向存储单元发送信号；以及
电压检测器，其被配置为检测所述存储单元的电压，以使得能够确定入射电子的能级。
25.根据条款24所述的电子计数检测器，其中电压检测器被配置为确定在电子到达事件期间检测到的电子的数目。
26.根据条款24或条款25所述的电子计数检测器，进一步包括：
输入级，其被配置为放大从电子感测元件接收的信号并输出经放大的信号。
27.根据条款24-26中任一项所述的电子计数检测器，其中
存储单元是电子计数检测器中包括的多个存储单元中的一个，
复用器被配置为将来自电子感测元件的信号或其放大形式发送至多个存储单元中的任一个，并且
复用器和多个存储单元实现对来自电子感测元件的信号的基本上连续捕捉和相关联的电子计数。
28.根据条款24-27中任一项所述的电子计数检测器，还包括：
阈值检测器，其被配置为检测来自电子感测元件的信号何时越过指示电子检测事件开始的第一阈值，以及何时越过指示电子检测事件结束的第二阈值。
29.一种用于带电粒子束设备的检测器，包括：
多个感测元件；
针对每个感测元件的电路，电路包括：
存储单元，其被配置为接收表示感测元件的输出的信号；
复用器，其被配置为将表示感测元件的输出的信号选择性地馈送到存储单元；
阈值检测器，其包括被配置为确定开始与带电粒子到达事件相对应的积分的电路系统；以及
转换器，其包括被配置为确定与带电粒子到达事件有关的信息的电路系统。
30.根据条款29所述的检测器，其中检测器包括分段式检测器阵列。
31.根据条款29或条款30所述的检测器，其中信息包括带电粒子到达事件的能级。
32.根据条款29-31中任一项所述的检测器，其中信息包括溢流指示符。
33.根据条款32所述的检测器，其中溢流指示符指示：在带电粒子到达事件期间，多于预定数目的带电粒子是否到达。
34.根据条款8所述的电路，其中电流阈值包括第一阈值和第二阈值。
35.根据条款29所述的检测器，其中阈值检测器包括被配置为确定停止与带电粒子到达事件相对应的积分的电路系统。
36.根据条款3所述的电路，其中结果分析请求指示符响应于在积分开始信号之后接收到积分停止信号而被设置。
37.根据条款4所述的电路，其中感测元件的输出被转换为不同形式的电信号包括感测元件的输出被转换为电压。
38.根据条款4所述的电路，其中感测元件的输出被转换为不同形式的电信号包括感测元件的输出被转换为经放大的电流。
39.一种电子计数检测器，包括：
输入级，其被配置为放大从电子感测元件接收的电荷信号并输出经放大的电荷信号；
电荷存储单元；
复用器，其被配置为将经放大的电荷信号发送到电荷存储单元；以及
电压检测器，其被配置为检测电荷存储单元的电压，以使得能够确定所检测的电子的数目。
40.根据条款39所述的检测器，其中
电荷存储单元是多个电荷存储单元中的一者，
复用器被配置为向多个电荷存储单元中的任一个发送经放大的电荷信号，并且
复用器和多个电荷存储单元实现对经放大的电荷信号的基本上连续捕获和相关联的电子计数。
41.根据条款39或条款40所述的检测器，进一步包括：
阈值检测器，其被配置为检测：
从电子感测元件接收的电荷信号何时越过指示电子检测事件的开始的第一阈值，以及
从电子感测元件接收的电荷信号何时越过指示电子检测事件的结束的第二阈值。
42.根据条款41所述的检测器，其中复用器被配置为响应于阈值检测器检测到从电子感测元件接收的电荷信号越过第二阈值而改变输入级与多个电荷存储单元之间的连接状态。
43.根据条款41或42所述的检测器，进一步包括：
控制单元，其被配置为监测结果分析请求指示符，并且响应于确定结果分析请求指示符被设置，该电压检测器检测电荷存储单元的电压。
44.根据条款40所述的检测器，其中电压检测器的配置还使得能够确定所检测的电子各自是反向散射电子还是次级电子。
45.根据条款40所述的检测器，其中电压检测器的配置还使得能够确定所检测的电子的能级。
46.根据条款1-12、34或36-38中任一项所述的电路，进一步包括：
互连，其被配置为将模拟信号从存储单元传输到另一检测单元的电路。
47.根据条款46所述的电路，其中另一检测单元的电路包括模拟信号路由复用器。
48.根据条款46所述的电路，其中互连包括被配置为将数字数据传输到另一检测单元的控制单元的数据路径。
49.根据条款24-28中任一项所述的电子计数检测器，还包括：
互连，其被配置为将来自存储单元的模拟信号或包括存储单元的电压的数字信号传输到另一检测单元的电路。
50.根据条款29-33或35中任一项所述的检测器，进一步包括：
互连，其被配置为将来自存储单元的模拟信号或由转换器确定的数据信号传输到另一检测单元的电路。
51.根据条款39-45中任一项所述的检测器，进一步包括：
互连，其被配置为将来自电荷存储单元的模拟信号或包括电荷存储单元的电压的数据信号传输到另一检测单元的电路。
52.根据条款49所述的电子计数检测器，其中另一电子感测元件包括在电子计数检测器的水平方向、竖直方向或对角线方向上的相邻感测元件。
53.根据条款50所述的检测器，其中另一检测单元包括在检测器的水平方向、竖直方向或对角线方向上的相邻检测单元。
54.根据条款51所述的检测器，其中另一检测单元包括在检测器的水平方向、竖直方向或对角线方向上的相邻检测单元。
55.一种用于带电粒子检测器的电路，包括：
存储单元，其被配置为接收表示感测元件的输出的信号；
存储单元复用器，其被配置为将表示感测元件的输出的信号选择性地传输到存储单元；
互连，其被配置为将存储单元的输出传输到另一检测单元的感测元件级信号处理和控制单元。
56.根据条款55所述的电路，进一步包括：
转换器，其包括被配置为对从存储单元传输的信号执行信号处理的电路系统。
57.根据条款56所述的电路，其中互连在被包括在转换器中的电压比较器或ADC的下游。
58.根据条款55-57中任一项所述的电路，其中互连被配置为将模拟信号从存储单元传输到另一检测单元的电路。
59.根据条款55-57中任一项所述的电路，其中互连包括被配置为将数字数据传输到另一检测单元的控制单元的数据路径。
60.根据条款46-48中任一项所述的电路，其中另一检测单元包括水平方向、竖直方向或对角线方向上的相邻检测单元。
61.一种用于带电粒子检测器的电路，包括：
感测元件级信号处理和控制单元，其包括被配置为对从存储单元传输的信号执行信号处理的电路系统，存储单元被配置为响应于带电粒子到达事件接收表示感测元件的输出的信号；以及
互连，其被配置为连接来自另一感测元件的模拟信号路径或数据路径。
62.根据条款61所述的电路，其中互连包括：
模拟信号路径，其被配置为将模拟信号从存储单元传输到另一检测单元的电路；或者
数据路径，其被配置为将数字数据传输到与另一感测元件相关联的控制单元。
63.根据条款61或62所述的电路，进一步包括：
本地控制单元，其被配置为使用来自第一检测单元的存储单元的信号和来自第二检测单元的存储单元的信号来执行处理。
64.根据条款61-63中任一项所述的电路，其中模拟信号路由复用器被连接到转换器，该转换器被配置为接收相加的信号，该相加的信号包括从存储单元传输的信号以及从另一感测元件的存储单元传输的信号。
65.根据条款64所述的电路，其中另一感测元件包括相邻感测元件。
66.一种确定带电粒子的数目的方法，包括：
经由互连，将与第一感测元件相关联的第一电路以及与第二感测元件相关联的第二电路连接，
使用第一电路，基于来自第一电路的第一信号和来自第二电路的第二信号来执行处理，以及
基于处理，确定带电粒子的数目。
67.根据条款66所述的方法，其中处理包括：
确定多个带电粒子中包括的入射带电粒子的能级。
68.根据条款66或条款67所述的方法，其中处理包括：
将第一信号和第二信号相加而形成相加信号，并且
确定相加信号是否越过阈值。
69.根据条款66所述的方法，其中第一信号和第二信号是数字信号，并且处理包括对第一信号或第二信号进行相加或滤波。
70.根据条款66-69中任一项所述的方法，进一步包括：
确定将第一电路和第二电路连接。
71.根据条款70所述的方法，其中确定将第一电路和第二电路连接基于在第一感测元件和第二感测元件中的每一个中发生的带电粒子到达事件的时间戳或能级。
72.根据条款71所述的方法，其中确定将第一电路和第二电路连接包括：
确定第一感测元件中的电子到达事件的开始时间与第二感测元件中的电子到达事件的开始时间基本上相同。
73.根据条款72所述的方法，其中确定将第一电路和第二电路连接包括：
确定第一感测元件中的电子到达事件的停止时间与第二感测元件中的电子到达事件的停止时间基本上相同。
74.根据条款72所述的方法，其中确定将第一电路和第二电路连接包括：
确定第一感测元件中的电子到达事件的时间段与第二感测元件中的电子到达事件的时间段基本上相同。
75.根据条款66-74中任一项所述的方法，进一步包括：
致动开关来连接互连。
76.根据条款66-75中任一项所述的方法，进一步包括：
确定接收带电粒子的感测元件的地址。
77.根据条款66-76中任一项所述的方法，进一步包括：
确定带电粒子的撞击位置。
78.一种存储指令集的计算机可读介质，指令集可以由系统的一个或多个处理器执行来使得系统执行方法，方法包括：
经由互连，将与第一感测元件相关联的第一电路以及与第二感测元件相关联的第二电路连接，
使用第一电路，基于来自第一电路的第一信号和来自第二电路的第二信号来执行处理，以及
基于处理，确定带电粒子的数目。
79.根据条款78所述的介质，其中处理包括：
确定多个带电粒子中包括的入射带电粒子的能级。
80.根据条款78或条款79所述的介质，其中处理包括：
将第一信号和第二信号相加，以形成经相加信号，以及
确定经相加信号是否越过阈值。
81.根据条款80所述的介质，其中第一信号和第二信号是数字信号，并且处理包括对第一信号或第二信号进行相加或滤波。
82.根据条款78-81中任一项所述的介质，其中指令集可由系统的一个或多个处理器执行来使得系统进一步执行：
确定将第一电路和第二电路连接。
83.根据条款82所述的介质，其中确定将第一电路和第二电路连接基于在第一感测元件和第二感测元件的每一个中发生的带电粒子到达事件的时间戳或能级。
84.根据条款78-83中任一项所述的介质，其中指令集可由系统的一个或多个处理器执行来使得系统进一步执行：
致动开关来连接互连。
85.根据条款78-84中任一项所述的介质，其中指令集可由系统的一个或多个处理器执行来使得系统进一步执行：
确定接收带电粒子的感测元件的地址。
86.根据条款78-85中任一项所述的介质，其中指令集可由系统的一个或多个处理器执行来使得系统进一步执行：
确定带电粒子的撞击位置。
可以提供非暂时性计算机可读介质，非暂时性计算机可读介质存储用于控制器(例如，图1中的控制器109)的处理器的指令，用于根据本公开的实施例的图6、图13-图15的示例性流程图来检测带电粒子。例如，非暂时性计算机可读介质中存储的指令可以由控制器的电路执行来部分地或全部地执行方法600。非暂时性介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动装置、磁带或任何其它磁性数据存储介质、光盘只读存储器(CD-ROM)、任何其它光学数据存储介质、具有孔图案的任何物理介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)和可擦除可编程只读存储器(EPROM)、FLASH-EPROM或任何其它闪存、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、高速缓存、寄存器、任何其它存储器芯片或盒以及它们的联网版本。
图中的框图可以图示根据本公开的各种示例性实施例的系统、方法和计算机硬件或软件产品的可能实现方式的架构、功能和操作。在这点上，示意图中的每个框可以表示可以使用诸如电子电路的硬件实现的某些算术或逻辑运算处理。框还可以表示包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令的代码的模块、段或部分。应当理解，在一些备选实现方式中，在框中指示的功能可以不按照图中所示的顺序发生。例如，根据所涉及的功能，可以基本上同时执行或实现连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行两个框。也可以省略一些框。还应当理解，框图的每个框以及框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统来实现，或者由专用硬件和计算机指令的组合来实现。
应理解，本公开的实施例不限于上文已描述且在附图中图示的确切构造，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下作出各种修改和改变。例如，带电粒子检查系统可以仅是根据本公开的实施例的带电粒子束系统的一个示例。

Claims (15)

1.一种用于带电粒子检测器的电路，包括：
存储单元，其被配置为接收表示感测元件的输出的信号；
存储单元复用器，其被配置为将表示所述感测元件的所述输出的所述信号选择性地传输到所述存储单元；
阈值检测器，其包括被配置为基于表示所述感测元件的所述输出的所述信号与阈值的比较来确定积分开始信号的电路系统；以及
转换器，其包括被配置为对从所述存储单元传输的信号执行信号处理的电路系统。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述存储单元是被包括在所述电路中的多个存储单元之一，其中所述多个存储单元被配置为接收表示所述感测元件的输出的信号。
3.根据权利要求1所述的电路，进一步包括：
控制单元，其包括被配置为监测结果分析请求指示符的电路系统，
其中所述控制单元被配置为：
响应于确定所述结果分析请求指示符被设置，在第一存储单元上执行所述信号处理，以及
基于所述信号处理，从所述转换器接收输出。
4.根据权利要求1所述的电路，进一步包括：
被配置为将所述感测元件的所述输出转换为不同形式的电信号的电路系统。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述复用器包括开关。
6.根据权利要求1所述的电路，进一步包括：
开关，其被配置为将所述存储单元连接到所述转换器，其中所述开关被配置为一次将一个存储单元连接到所述转换器。
7.根据权利要求1所述的电路，进一步包括：
输入级，其包括被配置为生成与由所述输入级从所述感测元件接收的电流或电荷成比例的输出的电路系统。
8.根据权利要求7所述的电路，其中所述输入级包括电流受控电流源，所述电流受控电流源被配置为基于由所述输入级从所述感测元件接收的所述电流或电荷来输出经放大的信号，并且所述阈值检测器包括电流检测器，所述电流检测器被配置为将所述经放大的信号与电流阈值进行比较。
9.根据权利要求7所述的电路，其中所述输入级包括跨阻放大器，所述跨阻放大器被配置为基于由所述输入级从所述感测元件接收的所述电流或电荷来输出电压信号，并且所述阈值检测器包括电压比较器，所述电压比较器被配置为将所述电压信号与参考进行比较。
10.根据权利要求3所述的电路，其中所述控制单元被配置为：
接收所述积分开始信号，
基于表示所述感测元件的所述输出的所述信号与第二阈值的比较来接收积分停止信号，以及
响应于接收到所述积分停止信号，控制所述存储单元复用器来改变所述存储单元与所述感测元件之间的连接状态。
11.根据权利要求10所述的电路，其中所述控制单元被配置为：
响应于接收到所述积分停止信号，设置积分电路忙碌指示符，并且维持所述积分电路忙碌指示符，直到所述存储单元与所述感测元件之间的所述连接状态改变。
12.根据权利要求3所述的电路，其中所述控制单元被配置为：
响应于确定所述结果分析请求指示符被设置，从地址列表获取待被询问的存储单元的地址。
13.一种存储指令集的非暂时性计算机可读介质，所述指令集能够由带电粒子束设备的控制器的一个或多个处理器执行来使所述带电粒子束设备执行包括以下步骤的方法：
生成带电粒子束；
当表示检测器的感测元件的输出的信号超过第一阈值时，使用与第一带电粒子事件相对应的第一存储单元，对表示所述感测元件的所述输出的所述信号进行积分；以及
当表示所述感测元件的所述输出的所述信号在所述第一带电粒子事件之后超过所述第一阈值时，使用与第二带电粒子事件相对应的第二存储单元，对表示所述感测元件的所述输出的所述信号进行积分。
14.根据权利要求13所述的介质，其中所述指令集能够被执行以使所述带电粒子束设备：
在所述感测元件的所述输出越过所述第一阈值时，生成积分开始信号；以及
在所述感测元件的所述输出越过第二阈值时，生成积分停止信号。
15.根据权利要求14所述的介质，其中所述指令集能够被执行以使所述带电粒子束设备：
生成用于所述积分开始信号的第一时间戳和用于所述积分停止信号的第二时间戳。
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