CN117597761A - 带电粒子检测器 - Google Patents

Abstract

一种用于带电粒子装置的检测器，该带电粒子装置用于评估工具，该检测器用于检测来自样品的信号粒子，检测器包括基板，基板包括：半导体元件，其被配置为检测高于第一能量阈值的信号粒子；以及基于电荷的元件，其被配置为检测低于第二能量阈值的信号粒子。

Description

带电粒子检测器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年7月5日提交的EP申请21183811.5的优先权，该申请通过引用并入本文。

技术领域

本文提供的实施例一般涉及带电粒子装置、检测器和方法。

背景技术

制造半导体集成电路(IC)芯片时，作为例如光学效应和附带粒子的结果，在制造工艺期间在衬底(即，晶片)或掩模上不可避免地出现不期望的图案缺陷，从而降低了成品率。因此，监控不希望的图案缺陷的程度是IC芯片制造中的重要过程。更一般地，基板或其它物体/材料的表面的检查和/或测量是其制造期间和/或之后的重要过程。

具有带电粒子射束的图案检查工具已经用于检查物体，例如用于检测图案缺陷。这些工具通常使用电子显微镜技术，诸如扫描电子显微镜(SEM)。在SEM中，具有相对高能量的电子的初级电子射束以最终减速步骤为目标，以便以相对低的着陆能量着陆在样品上。电子射束作为探测点聚焦在样品上。探测点处的材料结构与来自电子射束的着陆电子之间的相互作用使得电子从表面发射，诸如次级电子、背散射电子或俄歇电子。所产生的次级电子可以从样品的材料结构发射。通过在样品表面上扫描作为探测点的初级电子射束，可以跨样品表面发射次级电子。通过从样品表面收集这些发射的次级电子，图案检查工具可以获得表示样品表面的材料结构的特性的数据。该数据可以被称为图像并且可以被绘制为图像。

虽然以这种方式获得的数据可能是有用的，但是从这种已知的电子显微镜技术获得的关于样品的信息存在限制。通常，需要获得附加的或备选的信息，例如，与样品表面下的结构有关和与重叠目标有关的信息。

发明内容

本公开的目的是提供支持使用带电粒子(例如，使用背散射和/或次级信号粒子)从样品获得信息的实施例。

根据本发明的一个方面，提供了一种带电粒子评估工具，用于通过使用用于向样品投射多射束带电粒子的带电粒子装置检测来自样品的信号粒子来进行评估，该评估工具包括检测器阵列，该检测器阵列包括被配置为检测来自样品的信号粒子的多个检测器，该多个检测器被包括在基板中，个体检测器对应于相应的子射束，该基板的个体检测器包括：半导体元件，其被配置为检测高于第一能量阈值的信号粒子；以及基于电荷的元件，其被配置为检测低于第二能量阈值的信号粒子。

根据本发明的一个方面，提供了一种在用于评估工具的带电粒子装置中使用以检测来自样品的信号粒子的检测器，该检测器包括基板，该基板包括：半导体元件，其被配置为检测高于第一能量阈值的信号粒子；以及基于电荷的元件，其被配置为检测低于第二能量阈值的信号粒子。

根据本发明的一个方面，提供了一种检测器阵列，其包括在上述一个方面中描述的多个检测器，其中检测器被包括在公共基板中，每个检测器对应于相应的子射束。

根据本发明的一个方面，提供了一种在用于评估工具的多射束带电粒子装置中使用的检测器阵列，以检测来自样品的信号粒子，该检测器阵列包括至少一个基板，在该基板中限定了多个孔径，以用于使带电粒子射束的多个子射束朝向样品从其通过，该基板包括：多个半导体元件，其被配置为检测高于第一能量阈值的信号粒子；以及多个基于电荷的元件，其被配置为检测低于第二能量阈值的信号粒子，其中每个半导体元件与基于电荷的元件中的对应一个元件相关联。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于评估工具以检测来自样品的信号粒子的带电粒子装置，该装置包括：物镜，其被配置为将带电粒子射束投射到样品上；以及在以上方面中描述的检测器。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于评估工具以检测来自样品的信号粒子的带电粒子装置，该装置包括：物镜阵列，其被配置为将带电粒子的多个子射束以多射束阵列投射到样品上，并且其中为每个子射束限定孔径；以及检测器系统，包括在上述一方面中描述的至少一个检测器阵列，其中至少一个检测器阵列的孔径与在物镜阵列中限定的孔径对准。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于评估工具以检测来自样品的带电粒子的带电粒子装置，该装置包括：物镜，该物镜被配置为将带电粒子射束投射到样品上，并且其中为该射束限定了孔径；以及检测器，其接近样品并限定与物镜的孔径对准的孔径，检测器包括第一检测器元件和第二检测器元件，第一检测器元件被配置为检测高于第一能量阈值的信号粒子，第二检测器元件被配置为同时检测低于第二能量阈值的信号粒子，其中检测器包括半导体元件。

根据本发明的一个方面，提供了一种将带电粒子射束投射到样品上以便检测从该样品发射的信号粒子的方法，该方法包括：a)沿着初级射束路径将射束投射到样品的表面上；以及b)在半导体元件和基于电荷的元件处同时检测从样品发射的信号粒子。

根据本发明的一个方面，提供了一种将带电粒子射束投射到样品上以便检测从该样品发射的信号粒子的方法，该方法包括：a)沿着主射束路径将射束投射到样品的表面上；以及b)在检测器处检测从样品发射的信号粒子，检测器接近样品并且包括半导体元件，检测包括同时在第一检测器元件处检测高于第一能量阈值的信号粒子和在第二检测器元件处检测低于第二能量阈值的信号粒子。

根据本发明的一个方面，提供了一种将多个带电粒子子射束投射到样品上以便检测从该样品发射的信号粒子的方法，该方法包括：a)沿着初级子射束路径将子射束投射到样品的表面上；以及b)在检测器阵列处检测从样品发射的信号粒子，检测器阵列接近样品并且包括检测器，检测器包括对应于每个子射束的半导体元件，检测器包括第一检测器元件和第二检测器元件，检测包括由每个检测器同时在对应的第一检测器元件处检测高于第一能量阈值的信号粒子和在第二检测器元件处检测低于第二能量阈值的信号粒子。

根据本发明的一个方面，提供了一种将带电粒子射束投射到样品上以便检测从该样品发射的信号粒子的方法，该方法包括：提供根据上述一个方面的装置；使用物镜将带电粒子射束投射到样品上；使用半导体元件和基于电荷的元件同时检测所得到的信号粒子。

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是示出示例性带电粒子射束检查装置的示意图。

图2是示出作为图1的示例性带电粒子射束检查装置的一部分的示例性多射束装置的示意图。

图3是根据一个实施例的示例性多射束装置的示意图。

图4是根据一个实施例的物镜的示意性截面图。

图5是根据一个实施例的示例性带电粒子光学设备的示意图。

图6A和图6B示出了检测器的变体的仰视图。

图7是包括沿射束路径位于不同位置的检测器的物镜的示意性横截面图。

图8是包括宏准直器和宏扫描偏转器的示例性带电粒子光学系统的示意图。

图9是根据一个实施例的示例性单射束装置的示意图。

图10A、图10B和图10C是根据一个实施例的检测器阵列和相关联的单元阵列的示意性表示、单元阵列的单元的示意性表示、以及根据一个实施例的单元阵列的单元。

图11是根据一个实施例的另一示例性放大电路的电路图。

图12是根据一个实施例的另一示例性放大电路的电路图。

图13是根据一个实施例的示出电路布线和屏蔽装置的横截面布线线路的示意性表示。

图14是根据一个实施例的检测器的横截面。

图15是根据一个实施例的检测器的横截面。

图16是根据一个实施例的检测器的横截面。

图17是根据一个实施例的检测器阵列的横截面。

图18是根据图17的变体的检测器阵列的横截面。

附图是示意性的。示意图和视图显示了下述部件。然而，图中所示的部件不是按比例绘制的。为了清楚起见，附图中部件的相对尺寸被放大。在附图的以下描述中，相同或相似的附图标记指代相同或相似的部件或实体，并且仅描述关于各个实施例的差异。

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，其中不同附图中的相同数字表示相同或类似的元件，除非另有说明。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现并不代表与本发明一致的所有实现。相反，它们仅仅是与所附权利要求中所述的与本发明相关的方面一致的装置和方法的示例。

可通过显著增加IC芯片上的电路部件(例如晶体管，电容器，二极管等)的封装密度来实现电子器件的经增强的计算能力(其减小器件的物理尺寸)。这可以通过增加分辨率来实现，从而能够制造更小的结构。例如，智能电话的IC芯片可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的尺寸小于人的毛发的1/1000，IC芯片的尺寸是拇指甲大小并且在2019年或更早可获得。因此，半导体IC制造是具有数百个单独步骤的复杂且耗时的工艺并不令人惊讶。即使在一个步骤中的误差也有可能显著影响最终产品的功能。只有一个“致命缺陷”会导致器件故障。制造工艺的目标是提高工艺的总产率。例如，对于50步工艺(其中步骤可以表示在晶片上形成的层数)，为了获得75％的产率，每个单独的步骤必须具有大于99.4％的产率。如果每个单独的步骤具有95％的产率，则总工艺产率将低至7％。

虽然在IC芯片制造设备中需要高的工艺产量，但是保持高的衬底(即，晶片)产量(定义为每小时处理的衬底数目)也是必要的。缺陷的存在会影响高工艺产量和高衬底产量。如果需要操作员干预来检查缺陷，则尤其如此。因此，通过检查工具(诸如扫描电子显微镜(“SEM”))对微米级和纳米级缺陷的高通量检测和标识对于维持高产率和低成本是必要的。

SEM包括扫描装置和检测器装置。该扫描设备包括照射装置和投影装置，该照射装置包括用于产生初级电子的电子源，该投影装置用于利用初级电子的一个或多个聚焦束来扫描诸如衬底的样品。至少照射装置或照射系统和投影装置或投影系统可以一起称为电子光学系统或装置。初级电子与样品相互作用并产生次级电子。当扫描样品时，检测装置从样品捕获次级电子，使得SEM可以产生样品的扫描区域的图像。对于高通量检查，一些检查装置使用多个聚焦的初级电子射束，即，初级电子的多射束。多射束的分量射束可以被称为子射束或束波或初级射束阵列。多射束可以同时扫描样品的不同部分。因此，多射束检查装置能够以比单射束检查装置高得多的速度检查样品。下面描述已知的多射束检查装置的实现。

现在参考图1，图1是示出示例性带电粒子射束检查装置100的示意图。图1的带电粒子射束检查装置100包括主室10、负载锁定室20、带电粒子射束工具40(也可称为电子射束工具)、设备前端模块(EFEM)30和控制器50。带电粒子射束工具40位于主室10内。

EFEM 30包括第一装载端口30a和第二装载端口30b。EFEM 30可包括附加的(多个)装载端口。例如，第一装载端口30a和第二装载端口30b可以接纳包含衬底(例如，半导体衬底或由其它材料制成的衬底)或待检查的样品(衬底，晶片和样品在下文统称为“样品”)的衬底前开式传送盒(FOUP)。EFEM 30中的一个或多个机械臂(未示出)将样品输送到负载锁定室20。

负载锁定室20用于去除样品周围的气体。这产生了局部气体压力低于周围环境中的压力的真空。负载锁定室20可连接至负载锁定真空泵系统(未显示)，其移除负载锁定室20中的气体粒子。负载锁定真空泵系统的操作使得负载锁定室能够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)将样品从负载锁定室20传送到主室10。主室10连接到主室真空泵系统(未示出)。主室真空泵系统去除主室10中的气体粒子，使得样品周围的压力达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，样品被输送到带电粒子射束工具40，通过该工具可以检查样品。带电粒子射束工具40可以包括多射束带电粒子光学装置。

控制器50与带电粒子射束工具40电连接。控制器50可以是配置为控制带电粒子射束检查装置100的处理器(诸如计算机)。控制器50还可以包括被配置为执行各种信号和图像处理功能的处理电路。尽管控制器50在图1中示出为在包括主室10、负载锁定室20和EFEM30的结构的外部，但是应当理解，控制器50可以是该结构的一部分。控制器50可以位于带电粒子射束检查装置的一个组成元件中，或者它可以分布在至少两个组成元件上。尽管本公开提供了容纳带电粒子射束检查工具的主室10的示例，但是应当注意，本公开的各方面在其最广泛的意义上不限于容纳带电粒子射束检查工具的室。相反，应当理解，上述原理也可以应用于在第二压力下操作的其它工具和装置的其它布置。

现在参考图2，图2是示出示例性带电粒子射束工具40的示意图，该工具包括作为图1的示例性带电粒子射束检查装置100的一部分的多射束检查工具。多射束带电粒子射束工具40(在此也称为装置40)包括带电粒子源201、投影装置230、电动载物台209(或致动台)和样品保持器207。带电粒子源201和投影装置230可以一起被称为照射装置。样品保持器207由电动载物台209支撑，以便保持用于检查的样品208(例如，衬底或掩模)。多射束带电粒子射束工具40还包括检测器阵列240(例如，电子检测装置)。

控制器50可以连接到图1的带电粒子射束检查装置100的各个部分。控制器50可以连接到图2的带电粒子射束工具40的各个部分，诸如带电粒子源201、检测器阵列240、投影装置230和电动台209。控制器50可以执行各种数据、图像和/或信号处理功能。控制器50还可产生各种控制信号以控制带电粒子射束检查装置100(包括带电粒子多射束装置)的操作。控制器50可以控制电动载物台209以在检查样品208期间移动样品208。至少在样品检查期间，控制器50可使电动载物台209沿优选连续的方向，例如以恒定速度移动样品208。控制器50可以控制电动载物台209的移动，使得其根据各种参数改变样品208的移动速度。例如，控制器50可以根据扫描过程的检查步骤的特性来控制载物台速度(包括其方向)。

带电粒子源201可以包括阴极(未示出)和提取器或阳极(未示出)。在操作期间，带电粒子源201被配置为从阴极发射带电粒子(例如，电子)作为初级带电粒子。初级带电粒子被提取器和/或阳极提取或加速以形成初级带电粒子射束202。带电粒子源201可以包括多个源，诸如在EP20184161.6中所描述的，其至少关于多个源以及以及它们如何与多个装置列及其相关联的带电粒子光学器件相关的内容通过引用并入本文。

投影装置230被配置为将初级带电粒子射束202转换成多个子射束211、212、213，并将每个子射束引导到样品208上。尽管为简单起见示出了三个子射束，但是可以有几十、几百或几千个子射束。子射束可以被称为束波。此外，尽管本说明书和附图涉及多射束系统，但是也可以使用单射束系统，其中初级带电粒子射束202不被转换成多个子射束，这将在下面结合图9进一步描述，但是应当注意，子射束可以与单个初级带电粒子射束202互换。

投影装置230可以被配置为将子射束211、212和213聚焦到样品208上以进行检查，并且可以在样品208的表面上形成三个探测点221、222和223。投影装置230可以被配置为偏转初级子射束211、212和213，以在样品208的表面的一部分中跨各个扫描区域扫描探测点221、222和223。响应于初级子射束211、212和213在样品208上的探测点221、222和223上的入射，从样品208产生(即，发射)包括次级信号粒子和背散射信号粒子的信号带电粒子(例如，电子)。从样品发射的信号粒子，例如，次级电子和背散射电子，可以另外称为带电粒子，例如，次级带电粒子和背散射带电粒子。信号射束由从样品发射的信号粒子形成。通常应当理解，从样品208发射的任何信号射束将在具有至少一个与带电粒子射束(即，初级射束)基本上相反的分量的方向上行进，或者将在具有至少一个与初级射束的方向相反的分量的方向上行进。由样品208发射的信号粒子也可以通过物镜的电极，并且也会受到场的影响。

次级信号粒子通常具有带电粒子能量≤50eV。实际的次级信号粒子可以具有小于5eV的能量，但是低于50eV的任何物质通常被视为次级信号粒子。背散射信号粒子通常具有0eV和初级子射束211、212和213的着陆能量之间的能量。由于以小于50eV的能量检测到的信号粒子通常被视为次级信号粒子，所以实际背散射信号粒子的一部分将被计数为次级信号粒子。次级信号粒子可以更具体地被称为次级电子，并且可以与次级电子互换。背散射信号粒子可以更具体地被称为背散射电子，并且可以与背散射电子互换。本领域技术人员将理解，背散射信号粒子可以更一般地描述为次级信号粒子。然而，为了本公开的目的，背散射信号粒子被认为不同于次级信号粒子，例如，具有较高能量。换句话说，次级信号粒子将被理解为当从样品发射时具有动能≤50eV的粒子，而背散射信号粒子将被理解为当从样品发射时具有高于50eV的动能的粒子。实际上，信号粒子可以在被检测之前被加速，因此，与信号粒子相关联的能量范围可以略高。例如，次级信号粒子将被理解为当在检测器处检测时具有动能≤200eV的粒子，而背散射信号粒子将被理解为当在检测器处检测时具有高于200eV的动能的粒子。注意，200eV的值可以根据粒子的加速程度而变化，并且例如可以是大约100eV或300eV。具有这种值的次级信号粒子仍然被认为具有与背散射信号粒子不同的足够能量。

检测器阵列240被配置为检测(即，捕获)从样品208发射的信号粒子。检测器阵列240被配置为产生传输到信号处理系统280的对应信号，例如，以构造样品208的对应扫描区域的图像。检测器阵列240可以并入到投影装置230中。检测器阵列也可称为传感器阵列，并且术语“检测器”和“传感器”和“传感器单元”在整个申请中可互换使用。

信号处理系统280可以包括被配置为处理来自检测器阵列240的信号以便形成图像的电路(未示出)。另外，信号处理系统280可以被称为图像处理系统或数据处理系统。信号处理系统可以被并入到多射束带电粒子射束工具40的部件中，诸如检测器阵列240(如图2所示)。然而，信号处理系统280可并入检查装置100或多射束带电粒子射束工具40的任何部件中，诸如作为投影装置230或控制器50的一部分。信号处理系统280可以位于包括图1所示的主室的结构的外部。信号处理系统280可以包括图像获取器(未示出)和存储设备(未示出)。例如，信号处理系统可以包括处理器、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。图像获取器可以包括控制器的处理功能的至少一部分。因此，图像获取器可以包括至少一个或多个处理器。图像获取器可通信地耦合到允许信号通信的检测器阵列240，例如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、因特网、无线网络、无线电等等，或其组合。图像获取器可以从检测器阵列240接收信号，可以处理被包括在信号中的数据，并且可以从其构造图像。因此，图像获取器可以获取样品208的图像。图像获取器还可以执行各种后处理功能，诸如生成轮廓，在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器可以被配置为执行所获取的图像的亮度和对比度等的调节。存储可以是诸如硬盘、闪存驱动器、云存储、随机存取存储器(RAM)、其它类型的计算机可读存储器等的存储介质。存储可以与图像获取器耦合，并且可以用于将扫描的原始图像数据保存为原始图像和后处理的图像。

信号处理系统280可以包括测量电路(例如，模数转换器)以获得检测到的次级信号粒子的分布。在检测时间窗期间收集的电子分布数据可以与入射到样品表面上的初级子射束211、212和213中的每一个子射束的对应扫描路径数据结合使用，以重建检查中的样品结构的图像。重建的图像可用于揭示样品208的内部或外部结构的各种特征。因此，重建的图像可用于揭示样品中可能存在的任何缺陷。

在US2020118784、US20200203116、US2019/0259570和US2019/0259564中公开了已知的多粒子射束系统，诸如带电粒子射束工具40和带电粒子射束检查装置100，在此将其引入作为参考。

在已知的单射束系统中，理论上可以检测不同的信号(例如，来自次级信号粒子和/或背散射信号粒子)。多射束系统是已知的并且是有益的，因为生产量可以比使用单射束系统时高得多，例如多射束检查系统的生产量可以比单射束检查系统中的生产高100倍。

在已知的多射束系统中，具有相对高能量的带电粒子的初级子射束的阵列以最终减速步骤为目标，以便以相对低的着陆能量着陆在样品上，用于检测如上所述的次级信号粒子。然而，在实践中，通常不可能使用与背散射检测相结合的多射束检查，或者至少通过直接背散射检测，即，目前已知的多射束系统主要依赖于次级信号粒子的检测。然而，在仅可从次级信号粒子获得的信息中存在限制。背散射信号粒子提供关于表面之下的结构的信息，诸如掩埋缺陷。附加地，背散射信号可用于测量重叠目标。

如上所述，背散射信号粒子具有大的能量范围，通常在0eV和着陆能量之间。背散射信号粒子具有大的能量范围(例如高达初级射束的着陆能量)和宽角度的发射的背散射信号粒子。次级信号粒子通常具有更受限制的能量范围，并且趋向于分布在能量值周围。发射的背散射信号粒子的大能量范围和宽角度导致多射束系统中的串扰。当在分配给不同子射束的检测器处检测到由一个初级子射束产生的背散射信号粒子时，发生串扰。串扰通常发生在非常靠近样品208的地方，即，靠近初级射束投射到其上的样品。由于串扰，先前已知的多射束评估工具不能有效地对背散射信号进行成像。因此，不可能通过使用多射束系统来增加背散射检测的生产量。

下面结合图3描述可用于本发明的评估工具40的部件，图3是评估工具40的示意图。图3的带电粒子评估工具40可对应于多射束带电粒子射束工具(在此也称为装置40)。

带电粒子源201将带电粒子(例如，电子)导向形成投影系统230的一部分的会聚透镜阵列231(或者称为会聚透镜阵列)。带电粒子源201理想地是在亮度和总发射电流之间具有良好折衷的高亮度热场发射器。可以有数十、数百或数千个会聚透镜231。会聚透镜231可以包括多电极透镜并且具有基于EP1602121A1的构造，该文献通过引用特别是用于将电子射束分成多个子射束的透镜阵列的公开内容而被并入本文，该阵列为每个子射束提供透镜。会聚透镜231的阵列可以采用至少两个板的形式，作为电极，每个板中的孔彼此对准并对应于子射束的位置。在工作期间，至少两个板保持在不同的电势，以实现所需的透镜效应。

在一种布置中，会聚透镜231的阵列由三个板阵列形成，其中带电粒子在它们进入和离开每个透镜时具有相同的能量，该布置可以被称为单(Einzel)透镜。因此，色散只发生在单透镜本身内(在透镜的入口和出口电极之间)，从而限制了离轴色差。当会聚透镜的厚度很小时，例如，几毫米，这种像差具有很小或可忽略的影响。更一般地，会聚透镜阵列231可以具有两个或更多个板电极，每个板电极具有对准的孔径阵列。每个板电极阵列通过隔离元件与相邻的板电极阵列机械连接和电隔离，该隔离元件诸如可以是包括陶瓷或玻璃的间隔件。会聚透镜阵列可以通过隔离元件如本文别处描述的间隔件与相邻的带电粒子光学元件，优选地静电带电粒子光学元件连接和/或间隔开。

会聚透镜可与包含物镜的模块(诸如本文别处所述的物镜阵列组件)分离。在施加在会聚透镜的底表面上的电势不同于施加在包含物镜的模块的顶表面上的电势的情况下，使用隔离元件(例如，间隔件)将会聚透镜和包含物镜的模块间隔开。在电势相等的情况下，可以使用导电元件来隔开会聚透镜和包含物镜的模块。

阵列中的每个会聚透镜231将带电粒子的初级射束引导到相应的子射束211、212、213中，子射束211、212、213被聚焦在会聚透镜阵列下游的相应中间焦点处。相应子射束沿着相应子射束路径220投射。子射束相对于彼此发散。子射束路径220使会聚透镜231的向下射束发散。在一个实施例中，在中间焦点处提供偏转器235。偏转器235在子射束路径中被定位在或至少围绕对应中间焦点233或聚焦点(即，聚焦的点)的位置。偏转器被定位在或靠近相关联的子射束的中间图像平面处的子射束路径。偏转器235被配置为对相应的子射束211、212、213进行操作。偏转器235被配置为将相应的子射束211、212、213弯曲有效量，以确保主射线(其也可以被称为射束轴)基本上垂直地(即，与样品的标称表面基本上成90°)入射到样品208上。偏转器235也可称为准直器或准直器偏转器。偏转器235实际上准直子射束的路径，使得在偏转器之前，子射束路径相对于彼此是发散的。在偏转器的下游，子射束路径基本上彼此平行，即，基本上准直。合适的准直器是2020年2月7日提交的EP申请20156253.5中公开的偏转器，该申请关于偏转器对多射束阵列的应用在此通过引用并入到本文。代替偏转器235或者除了偏转器235外，准直器可以包括宏准直器270。因此，下面关于图8描述的宏准直器270可以具有图3或图4的特征。这通常不如提供准直器阵列作为偏转器235优选。

在偏转器235下方(即，源201的下游或更远离源201)有控制透镜阵列250。已经穿过偏转器235的子射束211、212、213在进入控制透镜阵列250时基本上平行。控制透镜预聚焦子射束(例如，在子射束到达物镜阵列241之前对子射束施加聚焦动作)。预聚焦可以减少子射束的发散或增加子射束的会聚速率。控制透镜阵列250和物镜阵列241一起工作以提供组合的焦距。没有中间焦点的组合操作可以降低像差的风险。

更详细地，期望使用控制透镜阵列250来确定着陆能量。然而，可以另外使用物镜阵列240来控制着陆能量。在这种情况下，当选择不同的着陆能量时，物镜上的的电势差被改变。希望通过改变物镜上的电势差来部分地改变着陆能量的情况的一个示例是防止子射束的焦点太靠近物镜。在这种情况下，存在物镜阵列241的部件必须太薄而不能制造的风险。关于在该位置的检测器可以说是相同的，例如，在物镜中、在物镜上或以其它方式与物镜相关联。这种情况例如可以在着陆能量降低的情况下发生。这是因为物镜的焦距与所使用的着陆能量大致成比例。通过降低物镜上的电势差，从而降低物镜内的电场，使物镜的焦距再次变大，导致聚焦位置进一步低于物镜。注意，仅使用物镜将限制对放大率的控制。这种布置不能控制缩小率和/或张角。此外，使用物镜控制着陆能量可能意味着物镜将远离其最佳场强工作。也就是说，除非可以例如通过更换物镜来调节物镜的机械参数(诸如其电极之间的间隔)。

控制透镜阵列250包括多个控制透镜。每个控制透镜包括连接到相应电势源的至少两个电极(例如，两个或三个电极)。控制透镜阵列250可以包括连接到相应电势源的两个或更多个(例如，三个)板电极阵列。控制透镜阵列电极可以间隔几毫米(例如，3mm)。控制透镜阵列250与物镜阵列241相关联(例如，两个阵列彼此靠近地定位和/或彼此机械地连接和/或一起控制为一个单元)。每个控制透镜可以与相应的物镜相关联。控制透镜阵列250被定位在物镜阵列241的上游。上游可以被定义为更靠近源201。另外，上游可以被定义为远离样品208。控制透镜阵列250可以在与物镜阵列241相同的模块中，即，形成物镜阵列组件或物镜布置，或者它可以在单独的模块中。在这种情况下，该布置可以被描述为作为板的四个或更多个透镜电极。在板中限定了孔，例如孔阵列，其与对应射束阵列中的多个子射束对准。电极可以分成两个或多个电极，例如提供控制电极组和目标电极组。在一种布置中，目标电极组具有至少三个电极，而控制电极组具有至少两个电极。备选地，如果控制透镜阵列250和物镜阵列240是分离的，则控制透镜阵列241和物镜阵列250之间的间隔(即，控制透镜阵列250的下部电极和物镜241的上部电极之间的间隙)可以从宽范围中选择，例如，从2mm到200mm或更大。小的间隔使得对准更容易，而较大的间隔允许使用较弱的透镜，减少了像差。

控制透镜阵列250的每个板电极优选地通过隔离元件与相邻的板电极阵列机械连接和电隔离，该隔离元件例如可以是包括陶瓷或玻璃的间隔件。物镜阵列的每个板电极优选地通过隔离元件与相邻的板电极阵列机械连接和电隔离，该隔离元件例如可以是包括陶瓷或玻璃的间隔件。另外，隔离元件可以被称为绝缘结构，并且可以被提供以分离所提供的任何相邻电极，诸如在物镜阵列240、会聚透镜阵列(如图3所示)和/或控制透镜阵列250中。如果提供多于两个电极，则可以提供多个隔离元件(即，绝缘结构)。例如，可以有一系列绝缘结构。

控制透镜阵列250包括用于每个子射束211、212、213的控制透镜。控制透镜为相关物镜的功能增加了光学自由度。控制透镜可以包括一个或多个电极或板。每个电极的添加可以提供控制相关物镜的带电粒子光学功能的其他自由度。在一种布置中，控制透镜阵列250的功能是相对于射束的缩小来优化射束张角和/或控制传递到物镜234的射束能量，每个物镜将相应的子射束211、212、213引导到样品208上。物镜可以被定位在带电粒子光学系统的基座处或附近。更具体地，物镜阵列可以被定位在投影系统230的基座处或其附近。控制透镜阵列250是可选的，但优选用于优化物镜阵列上游的子射束。

为了便于说明，这里用椭圆形阵列示意性地描述透镜阵列(如图3所示)。每个椭圆形代表透镜阵列中的一个透镜。按照惯例使用椭圆形来表示透镜，类似于光学透镜中经常采用的双凸面形式。然而，在诸如这里所讨论的带电粒子装置的上下文中，应当理解，透镜阵列通常将以静电方式工作，因此可能不需要采用双凸形状的任何物理元件。透镜阵列备选地包括多个具有孔径的板。

可选地，在控制透镜阵列250和物镜阵列234之间提供扫描偏转器阵列260。扫描偏转器阵列260包括用于每个子射束211、212、213的扫描偏转器。每个扫描偏转器被配置为在一个或两个方向上偏转相应的子射束211、212、213，以便在一个或两个方向上跨样品208扫描子射束。

物镜阵列241可以包括至少两个电极，其中限定了孔径阵列。换句话说，物镜阵列包括至少两个具有多个孔或孔径的电极。物镜阵列241的相邻电极沿子射束路径彼此间隔开。沿射束路径的相邻电极之间的距离小于物镜的尺寸(沿射束路径，即，在物镜阵列的最上游和最下游电极之间)，在射束路径中可以如下所述地定位绝缘结构。图4示出电极242、243，它们是具有相应孔径阵列245、246的示例性物镜阵列241的一部分。电极中每个孔径的位置对应于另一电极中对应孔径的位置。对应孔径在使用中对多射束中的相同射束、子射束或子射束的组进行操作。换句话说，至少两个电极中的对应孔径与子射束路径(即，子射束路径220之一)对准并沿子射束路径布置。因此，每个电极各自被设置有孔径，相应的子射束211、212、213通过该孔径传播。

物镜阵列241的孔径阵列245、246可以包括多个孔径，优选地具有基本上均匀的直径d。然而，如在2020年11月12日提交的EP申请20207178.3中所描述的，可以存在用于优化像差校正的一些变化，该申请至少关于通过改变孔径直径实现的校正的内容通过引用并入本文。至少一个电极中的孔径的直径d可以小于约400μm。优选地，至少一个电极中的孔径的直径d在约30μm至300μm之间。对于给定的孔径间距，较小的孔径直径可以提供检测器阵列240的较大检测器，从而提高捕获背散射信号粒子的机会。因此，可以改善背散射信号粒子的信号。然而，具有太小风险的孔径会导致初级子射束中的像差。电极中的多个孔径可以彼此间隔节距P。节距P被定义为从一个孔径的中间到相邻孔径的中间的距离。至少一个电极中的相邻孔径之间的节距可以小于约600μm。优选地，至少一个电极中的相邻孔径之间的节距在大约50μm和500μm之间。优选地，每个电极上的相邻孔径之间的节距基本上是均匀的。可以在物镜阵列中的至少一个电极、多个电极或所有电极中提供上述直径和/或节距的值。优选地，所提及和描述的尺寸适用于设置在物镜阵列中的所有电极。

物镜阵列241可以包括两个或三个电极，或者可以具有更多的电极(未示出)。与具有更多电极的物镜阵列241相比，仅具有两个电极的物镜阵列241可以具有更少的像差，例如，更低的像差风险和/或影响。三电极物镜可以在电极之间具有更大的电势差，从而能够实现更强的透镜。附加电极(即，多于两个电极)提供了用于控制带电粒子轨迹的附加自由度，例如，聚焦次级信号粒子以及入射射束。与单透镜相比，双电极透镜的优点在于，入射射束的能量不必与出射射束相同。有利地，这种双电极透镜阵列上的电势差使其能够用作加速或减速透镜阵列。物镜阵列241可以被配置为将带电粒子射束缩小大于10倍，理想地在50到100或更大的范围内。物镜阵列240中的每个元件可以是操作多射束中的不同子射束或子射束的组的微透镜。

优选地，设置在物镜阵列241中的每个电极是板。电极可以另外描述为薄板。优选地，每个电极是平面的。换句话说，每个电极将优选地被提供为平面形式的薄的平板。当然，电极不需要是平面的。例如，电极可能由于高静电场产生的力而弯曲。优选提供平面电极，因为这使得电极的制造更容易，因为可以使用已知的制造方法。平面电极也可以是优选的，因为它们可以在不同电极之间提供更精确的孔径对准。

图5是物镜阵列241的多个物镜和控制透镜阵列250的多个控制透镜的放大示意图。如下面进一步详细描述的，透镜阵列可以由具有由电压源施加到电极的选定电势的电极提供，即，阵列的电极连接到相应的电势源。在图5中，示出了控制透镜阵列250、物镜阵列241和检测器阵列240中的每一者中的多个透镜，例如，子射束211、212、213中的任一个子射束穿过透镜，如图所示。尽管图5示出了五个透镜，但是可以提供任何适当的数目；例如，在透镜的平面中，可以有100、1000或10000的数量级的透镜。与上述特征相同的特征用相同的附图标记表示。为简明起见，以上提供的这些特征的描述适用于图5所示的特征。带电粒子光学装置可以包括图5所示的部件中的一个、一些或全部部件。注意，该图是示意性的并且可能不是按比例的。例如，在非限制性列表中：控制器阵列250处的子射束可以比物镜阵列241处的子射束窄；检测器阵列240可以比物镜阵列241的电极彼此更靠近物镜阵列241的电极；并且控制器透镜阵列250之间的每个子射束的焦点可以比所描绘的更靠近物镜阵列241。如图5所示，控制透镜阵列250的电极之间的间隔可以大于物镜阵列241的电极之间的间隔，但这不是必需的。

如图5所示，子射束在进入控制透镜阵列250时可以是平行的，如图3所示。然而，可以在图8所示的配置中使用图5的相同组件，在这种情况下，子射束可以从来自源的进一步向下的射束的射束中分离(或产生)。例如，子射束可以由射束限制孔径阵列限定，该射束限制孔径阵列可以是透镜装置的一部分，例如物镜阵列、控制透镜阵列、或可以与物镜阵列相关联的任何其它透镜元件，例如是物镜阵列组件的一部分。如图8所示，子射束可以通过射束限制孔径阵列与来自源的射束分离，该射束限制孔径阵列可以是控制透镜阵列250的一部分，作为控制透镜阵列250的最上游电极。

电压源V3和V2(其可以由单独的电源提供，或者可以全部由电源290提供)被配置为分别向物镜阵列241的上部电极和下部电极施加电势。上部电极和下部电极可以分别称为上游电极242和下游电极243。电压源V5、V6、V7(其可以由单独的电源提供，或者可以全部由电源290提供)被配置为分别向控制透镜阵列250的第一、第二和第三电极施加电势。另一个电压源V4连接到样品以施加样品电势。另一个电压源V8连接到检测器阵列以施加检测器阵列电势。尽管所示的控制透镜阵列250具有三个电极，但是控制透镜阵列250可以具有两个电极(或多于三个电极)。虽然所示的物镜阵列240具有两个电极，但是物镜阵列240可以被设置有三个电极(或多于三个电极)。例如，可以在图5所示的电极之间的物镜阵列241中提供具有对应电压源V1(未示出)的中间电极。

理想地，控制透镜阵列250的最上部电极的电势V5保持与控制透镜上游的下一个带电粒子光学元件(例如，偏转器235)的电势相同。可以改变施加到控制透镜阵列250的下部电极的电势V7以确定射束能量。可以改变施加到控制透镜阵列250的中间电极的电势V6，以确定控制透镜的透镜强度，从而控制射束的张角和缩小率。应当注意，即使不需要改变着陆能量，或者通过其它方式改变着陆能量，也可以使用控制透镜来控制射束张角。由相应控制透镜阵列250和相应物镜240的动作的组合来确定子射束的焦点位置。

检测器阵列240(也可称为检测器阵列)包括多个检测器。每个检测器与对应的子射束(也可称为射束或初级射束)相关联。换句话说，检测器阵列(即，检测器阵列240)和子射束相对应。每个检测器可以被分配给子射束。检测器阵列可以与物镜阵列相对应。换句话说，检测器阵列可以与对应的物镜阵列相关联。下面描述检测器阵列240。然而，对检测器阵列240的任何引用都可以适当地用单个检测器(即，至少一个检测器)或多个检测器来代替。检测器可以另外称为检测器元件405(例如，诸如捕获电极的传感器元件)。检测器可以是任何适当类型的检测器。

检测器阵列240可定位在沿着初级射束路径的位置处，位于沿着射束路径的上部射束位置与下部射束位置之间的任何位置处。上部射束位置在物镜阵列和诸如控制透镜阵列的任选的任何相关联的透镜阵列(即，物镜阵列组件的上游)之上。下部射束位置是物镜阵列的下游。在一种布置中，检测器阵列可以是在物镜阵列组件的上游的阵列。检测器阵列可以与物镜阵列组件的任何电极相关联。下文中与物镜阵列的电极相关联的检测器的参考可以对应于物镜阵列组件的电极，除了物镜阵列的最下游电极的最下游表面，除非另有明确说明。

在一种布置中，检测器阵列240可以被定位在控制透镜阵列250和样品208之间。检测器阵列240可以被定位在物镜234和样品208之间，如图4和图5所示。尽管这可能是优选的，但是检测器阵列240可以设置在附加的或备选的位置，例如图7所示的位置。可以在各种位置提供多个检测器阵列，例如如图7所示。可以直接从样品208的表面检测包括背散射信号粒子的信号粒子。因此，可以检测背散射信号粒子，而不必将其转换为例如另一种类型的信号粒子，诸如更容易被检测的次级信号粒子。因此，背散射信号粒子可由检测器阵列240检测，而不会遇到(例如，撞击)样品208与检测器阵列241之间的任何其它部件或表面。

检测器阵列被定位在物镜阵列241和样品208之间。检测器阵列240被配置为接近样品。检测器阵列240可以靠近样品以便检测来自样品208的背散射信号粒子。靠近样品的检测器使得在检测由与检测器阵列中的另一检测器相对应的子射束产生的背散射信号粒子时的串扰风险能够减小(如果不被避免的话)。换句话说，检测器阵列240非常靠近样品208。检测器阵列240可以在样品208的一定距离内，如下所述。检测器阵列240可以与样品208相邻。该至少一个检测器可以被定位在该装置中以便面向样品。即，检测器可以向设备提供基座。作为基座一部分的检测器可以面向样品的表面。这在将至少一个检测器定位在其中至少一个检测器相比于次级粒子更可能检测背散射粒子的位置中是有益的。例如，可以在物镜阵列241的输出侧提供至少一个检测器阵列。物镜阵列241的输出侧是从物镜阵列241输出子射束的一侧，即，图3、图4和图5所示配置中的物镜阵列的底部或下游侧。换句话说，可以在物镜阵列241的下游提供检测器阵列240。检测器阵列可以被定位在物镜阵列上或邻近物镜阵列。检测器阵列241可以是物镜阵列241的集成部件。检测器和物镜可以是相同结构的一部分。检测器可以通过隔离元件连接到透镜或直接连接到物镜的电极。因此，至少一个检测器可以是至少包括物镜阵列和检测器阵列的物镜组件的一部分。如果检测器阵列是物镜阵列241的集成部件，则检测器阵列240可以被设置在物镜阵列241的基座处。在一种布置中，检测器阵列240可以集成到物镜阵列241的最下游定位的电极。

理想地，检测器阵列尽可能接近样品。检测器阵列240优选地非常靠近样品208，使得在检测器阵列处存在背散射信号粒子的接近聚焦。如前所述，背散射信号粒子的能量和角度扩展通常大到难以(或在已知的现有技术系统中不可能)保持来自分离的相邻子射束的信号。然而，在第一方面，接近聚焦意味着背散射信号粒子可以在检测器中的相关检测器处被检测而没有串扰(即，来自相邻子射束的干扰)。当然，在样品208和检测器阵列240之间存在最小距离。然而，优选尽可能减小该距离。某些配置甚至比其它配置更有利于减小距离。

优选地，如图3所示，检测器阵列240与样品208之间的距离‘L’小于或等于约50μm，即，检测器阵列240被定位在距样品208约50μm内。尽管通常优选的是距离L较小(例如，在大约10微米到65微米之间)，但是由于这可以提高检测器效率和/或减少串扰，所以该距离可以较大。例如，距离L可以是大约100微米或更小，或大约200微米或更小。距离L被确定为从样品208的面向检测器阵列240的表面到检测器阵列241的面向样品208的表面的距离。提供大约50μm或更小的距离是有益的，因为可以避免或最小化背散射信号粒子之间的串扰。理论上，存在样品208和检测器阵列240可以有多近的下限，同时允许这些部件相对于彼此移动，这可能意味着距离L可能大于约5μm或10μm。例如，可以使用大约50μm或更小的距离L，同时仍然允许如图3中作为工具的一部分示出的装置的相对可靠的控制。大约30μm或更小的距离L对于其他配置可能是优选的，如以下关于图8示出和描述的那些配置。检测器阵列240与样品208之间的距离L的优选范围可以在约5μm至200μm之间，或优选在约5μm至100μm之间，或优选在约5μm至50μm之间，或优选在约10μm至50μm之间，或优选在约30μm至50μm之间。在一种布置中，检测器阵列240可以相对于物镜阵列241是可致动的，即，改变距离L，例如基本上保持样品和检测器阵列之间的距离L。注意，这里描述的距离L用于图3(或图8)所示的多射束系统。在单射束装置中可以使用相同的距离，例如如图9所示，尽管对于单射束装置距离L可以更大。

背散射信号粒子以非常大的能量扩展从样品208发射，并且通常具有遵循余弦分布的角扩展，该余弦分布可以呈现锥体的三维外观。从样品208到检测器阵列240的距离越远，所发射的射束的锥体变得越大。应当理解，背散射信号粒子可以具有所有角度。发射射束的椎体是可分配给与相应射束相关联的检测器的立体角，使得该立体角随着样品和检测器的更加接近而更大。由于非常大的能量扩展，不可能在不引入显著串扰的情况下将来自不同子射束的背散射信号粒子成像到检测器上。解决方案是将检测器放置在非常接近衬底的位置，并选择子射束的节距，使得相邻子射束的背散射信号粒子信号不重叠。

因此，可以根据检测器阵列240和样品208之间的距离来选择如上所述的节距尺寸P(反之亦然)。仅举例来说，对于样品208与检测器阵列240之间的约50微米的距离L，子射束节距p可以等于或大于约300微米。这种组合对于用加速透镜检测高能量信号粒子，例如背散射信号粒子特别有用。仅举例来说，对于样品208与检测器阵列240之间的约10微米的距离L，子射束节距p可等于或大于约60微米。提供更接近的检测器阵列允许使用更小的子射束节距p。这在使用其中子射束节距有利地较小的某些配置中可能是有益的，例如下面关于图8描述的和在图8中示出的配置。在不同的示例布置中，样品208和检测器阵列240之间的距离约为50微米，子射束节距p约为60微米。这种不同的设置旨在用于不同的操作设置并检测不同类型的信号粒子。例如，这种组合对于用减速透镜检测低能量信号粒子，例如，次级信号粒子特别有用。为了同时检测高能量粒子(例如，背散射信号粒子)和低能量粒子(例如，次级信号粒子)，可以在上述值之间选择节距p和距离L，使得高能量粒子和低能量粒子信号足够大。应当注意，对于检测器的功能，没有针对距离L和节距p的关系或限制。然而，由于相邻检测器中的串扰的风险，可能优选的是对于较大的距离L使用较大的节距p。但是，也可以有其它方式来降低串扰的风险，并且可以使用节距p和距离L的任何适当组合。

检测器阵列240(以及可选地物镜阵列241)可以被配置为排斥从样品208发射的次级信号粒子。这是有益的，因为它减少了从样品208发射的，向检测器阵列240返回的次级信号粒子的数目。可以选择检测器阵列240和样品208之间的电势差以将从样品208发射的信号粒子排斥远离检测器阵列240。优选地，检测器阵列电势可以与物镜阵列的下游电极的电势相同。样品电势和检测器阵列电势之间的电势差优选地相对较小，使得初级子射束通过或经过检测器阵列240投射到样品208而不受显著影响。附加地，小的电势差将对背散射信号粒子(其通常具有高达着陆能量的更大能量)的路径具有可忽略的影响，这意味着仍然可以检测背散射信号粒子，同时减少或避免检测次级信号粒子。样品电势和检测器阵列电势之间的电势差优选地大于次级信号粒子阈值。次级信号粒子阈值可以确定仍然可以到达检测器的次级信号粒子的最小初始能量。优选地，次级信号粒子阈值是等于从样品208发出的次级信号粒子的可能能量的电势差。也就是说，样品和检测器阵列电势之间相对较小的电势差足以排斥来自检测器阵列的次级信号粒子。例如，样品电势和检测器阵列电势之间的电势差可以是大约20V、50V、100V、150V、200V、250V或300V。

物镜阵列241可以被配置为使初级带电粒子(即，子射束)沿着子射束路径220朝向样品208加速。加速投射到样品208上的子射束211、212、213是有益的，因为其可用于产生具有高着陆能量的子射束阵列。可以选择物镜阵列的电极的电势以提供通过物镜阵列241的加速度。应当注意，该装置中的加速透镜对于检测背散射信号粒子的范围(例如，不同的能量范围)是特别有用的。备选地，物镜阵列可以被配置为使初级带电粒子沿着子射束路径220朝向样品208减速。注意，该装置中的减速透镜对于检测次级和背散射信号粒子特别有用。下面描述的附图，特别是图3、图5和图8示出了加速模式中的物镜。然而，从上面的描述可以理解，物镜可以用于减速模式，代替下面描述的任何实施例和变化。换句话说，图3、图5和图8可以适于使通过物镜的子射束减速。

在加速物镜阵列241的布置中，低能量粒子(例如，次级信号粒子)通常不能通过加速物镜下部的上游。高能粒子(例如，背散射信号粒子)通过加速物镜的难度也在增加。这是加速和减速物镜的关键点。低能量信号粒子(例如，次级信号粒子)和高能量信号粒子(例如，背散射信号粒子)之间的能量差在物镜的下游(在加速和减速模式中)比在物镜上游的任何点的处都成比例地更大。这对于使用下述检测器来区分不同类型的信号粒子的检测是有益的。

此处定义的电势和电势值是相对于源定义的；因此，在样品表面处的带电粒子的电势可以被称为着陆能量，因为带电粒子的能量与带电粒子的电势相关，并且在样品处的带电粒子的电势是相对于源定义的。然而，由于电势是相对值，因此电势可以相对于其它成分(例如样品)来定义。在这种情况下，施加到不同部件的电势差优选地将如下面关于源所讨论的。在使用期间，即，当装置正在操作时，将电势施加到相关部件，诸如电极和样品。

例如，如上所述被配置为加速带电粒子子射束并排斥次级信号粒子的设备可以具有图5的上下文中所示的具有如下表1中的值的电势。如上所述，图5所示的物镜阵列可以包括附加电极，例如，中间电极。这种中间电极是可选的，并且不需要包括具有表1中列出的其它电势的电极。物镜阵列的中间电极可以具有与物镜阵列的上部电极(即，V3)相同的电势(例如，V1)。

示例性范围显示在如上所述的表1的左手栏中。中间和右手栏示出了示例范围内的针对V1至V8的每一者的更具体的示例值。中间列可以提供比右手列更小的分辨率。如果分辨率较大(如在右手列中)，则每个子射束的电流较大，因此子射束的数目可能较低。使用较大分辨率的优点是扫描“连续区域”所需的时间较短(这可能是实际的限制)。因此，总生产量可能较低，但是扫描射束区域所需的时间较短(因为射束区域较小)。

表1

例如，如上所述被配置为使带电粒子子射束减速并排斥次级信号粒子的设备可以具有图5的上下文中所示具有如下表2中的值的电势。可以交换和调整为加速透镜提供的电势值，以提供减速。仅举例来说，带电粒子可在物镜中从30kV减速到2.5kV。在一个示例中，为了获得1.5kV至5kV范围内的着陆能量，图5中所示的电势，诸如V2、V3、V4、V5、V6和V7，可以如下表2中所示设置。如果包括中间物镜电极，则可选地包括V1。表2中所示的电势和着陆能量仅是示例，并且可以获得其他着陆能量，例如，着陆能量可以低于1.5kV(例如，大约0.3kV或0.5kV)或高于5kV。可以看出，V1、V3和V7处的射束能量是相同的。在实施例中，这些点处的射束能量可以在10keV和50keV之间。如果选择较低的电势，则可以减小电极间距，特别是在物镜中，以限制电场的减小。该表中的电势以keV的射束能量值给出，该值等于相对于射束源201的阴极的电极电势。应当理解，在设计带电粒子光学系统时，关于系统中的哪个点被设置为地电势存在相当大的设计自由度，并且系统的操作由电势差而不是绝对电势来确定。

表2

为了使检测效率最大化，期望使检测器元件405的表面尽可能大，使得基本上物镜阵列240的所有区域(除了孔径之外)被检测器元件405占据。附加地或备选地，每个检测器元件405具有基本上等于阵列节距(即，以上关于物镜组件241的电极描述的孔径阵列节距)的直径。在一个实施例中，检测器元件405的外部形状是圆形，但是这可以被制成正方形或六边形以最大化检测面积。

然而，检测器元件405的较大表面导致较大的寄生电容，因此导致较低的带宽。为此，可能希望限制检测器元件405的外径。特别是在较大的检测器元件405仅给出稍大的检测效率，但给出显著较大的电容的情况下。圆形(环形)检测器元件405可以在收集效率和寄生电容之间提供良好的折衷。检测器元件405的较大外径也可导致较大串扰(对相邻孔的信号的灵敏度)。这也可能是使检测器元件405的外径更小的原因。特别是在较大的检测器元件405仅给出稍大的检测效率，但给出明显较大的串扰的情况下。

在一个实施例中，物镜阵列241是可交换模块，其自身或者与诸如控制透镜阵列和/或检测器阵列的其它元件组合。可更换模块可以是现场可更换的，即，该模块可以由现场工程师更换为新的模块。在一个实施例中，多个可更换模块被包含在该工具内并且可以在不打开该工具的情况下在可操作位置与不可操作位置之间进行交换。

在一些实施例中，提供了减少子射束中的一个或多个像差的一个或多个像差校正器。可以在任何实施例中提供一个或多个像差校正器，例如，作为带电粒子光学装置的一部分、和/或作为光学透镜阵列组件的一部分、和/或作为评估工具的一部分。在一个实施例中，像差校正器的至少一个子集中的每一个像差校正器定位在中间焦点中的相应一个中间焦点中或直接邻近中间焦点(例如，在中间图像平面中或邻近中间图像平面)。子射束在诸如中间平面的焦平面中或其附近具有最小的横截面积。这为像差校正器提供了比其它可用地方(即，中间平面的上游或下游)更多的空间(或比在不具有中间像平面的替代布置中可用的空间)。

在一个实施例中，被定位在中间焦点(或中间图像平面)中或直接与中间焦点(或中间图像平面)相邻的像差校正器包括偏转器，以校正对于不同子射束呈现在不同位置处的源201。校正器可用于校正由源产生的防止每个子射束与对应物镜之间良好对准的宏观像差。

像差校正器可以校正妨碍正确装置列对准的像差。这种像差也可能导致子射束和校正器之间的未对准。为此，可能希望附加地或备选地将像差校正器定位在会聚透镜231处或附近(例如，每个这样的像差校正器与一个或多个会聚透镜231集成在一起或直接邻近一个或多个会聚透镜231)。这是合乎需要的，因为在会聚透镜231处或附近，像差还不会导致对应子射束的偏移，因为会聚透镜与射束孔径垂直接近或重合。然而，将校正器定位在会聚透镜处或附近的挑战在于，相对于更下游的位置(或下游)，每个子射束在该位置处具有相对大的截面积和相对小的节距。会聚透镜和校正器可以是相同结构的一部分。例如，它们可以例如通过电隔离元件彼此连接。像差校正器可以是如EP2702595A1中公开的基于CMOS的单独可编程偏转器或如EP2715768A2中公开的多极偏转器阵列，在这两篇文献中对子射束操纵器的描述在此引入作为参考。

在一些实施例中，像差校正器的至少一个子集中的每一个像差校正器与物镜234中的一个或多个物镜集成或直接邻近。在一个实施例中，这些像差校正器减少以下中的一项或多项：场曲率；聚焦误差；以及散光。物镜和/或控制透镜和校正器可以是相同结构的一部分。例如，它们可以例如通过电隔离元件彼此连接。附加地或备选地，一个或多个扫描偏转器(未示出)可以与一个或多个物镜234集成或直接邻近，用于在样品208上扫描子射束211、212、213。在一个实施例中，可以使用在US2010/0276606中描述的扫描偏转器，该文献通过引用整体并入本文。

在一个实施例中，单个检测器元件405围绕每个射束孔径406。在另一实施例中，在每个射束孔径406周围提供多个检测器元件405。因此，检测器包括多个部分，更具体地，包括多个检测部分。不同的部分可以被称为不同的区。因此，检测器可以被描述为具有多个区或检测区。这种检测器可以称为分区检测器。由围绕一个射束孔径406的检测器元件405捕获的信号粒子可以组合成单个信号或用于产生独立的信号。包括多个部分的检测器可以设置在这里描述的任何检测器阵列中。

分区检测器可以与子射束211、212、213之一相关联。因此，一个检测器的多个部分可以被配置为相对于子射束211、212、213之一检测从样品208发射的信号粒子。包括多个部分的检测器可以与物镜组件的至少一个电极中的一个孔径相关联。更具体地，包括多个部分的检测器405可以围绕单个孔径406布置，如图6A和图6B所示，图6A和图6B提供了这种检测器的示例。

分区检测器的各部分可以以各种不同的方式分离，例如，径向、环形或任何其它适当的方式。优选地，这些部分具有相似的角尺寸和/或相似的面积和/或相似的形状，例如如图6B所示。分离的部分可以被设置为多个段、多个环形部分(例如，多个同心环(annuli)或环(ring)、和/或多个扇形部分(即，径向部分或扇形)。检测器元件405可以径向分开。例如，至少一个检测器405可以被提供为包括2、3、4或更多个部分的环形部分。更具体地，如图6A所示，检测器405可以包括围绕孔径406的内环形部分405A和从内环形部分405A径向向外的外环形部分405B。备选地，检测器元件405可以按角度分开。例如，检测器可以被提供为包括2、3、4或更多个部分(例如8、12等)的扇区部分。如果检测器被提供为两个扇区，则每个扇区部分可以是半圆。如果检测器被提供为四个扇区，则每个扇区部分可以是象限。这在图6B中示出，其中405被分成象限，即，四个扇区部分在图6B中示出，如下所述。备选地，检测器可以提供有至少一个分段部分。电极元件可以径向地和成角度地或以任何其它方便的方式分开。

每个部分可以具有单独的信号读出。将检测器分成若干部分，例如，环形部分或扇形部分是有益的，因为它允许获得与所检测的信号粒子有关的更多信息。因此，为检测器405提供多个部分在获得与检测到的信号粒子有关的附加信息方面是有益的。这可以用于提高所检测的信号粒子的信噪比。然而，在检测器的复杂性方面存在附加的成本。

如图6A所示，检测器包括内部检测部分405A和外部检测部分405B，在该检测器中限定并配置孔径406，以用于通过带电粒子射束。内部检测部分405A围绕检测器的孔径406。外部检测部分405B从内部检测部分405A径向向外。检测器的形状通常可以是圆形。因此，内部检测部分和外部检测部分可以是同心环。在一个示例中，检测器可以被分成两个(或多个)同心环，例如，如图6A所示。

同心地或以其它方式提供多个部分可能是有益的，因为检测器的不同部分可用于检测不同的信号粒子，其可以是较小角度信号粒子和/或较大角度信号粒子、或次级信号粒子和/或背散射信号粒子。不同信号粒子的这种配置可以适合于同心分区的检测器。不同角度的背散射信号粒子可以有益于提供不同的信息。例如，对于从深孔发射的信号粒子，小角度背散射信号粒子可能更多地来自孔底部，并且大角度背散射信号粒子可能更多地来自孔周围的表面和材料。在备选的示例中，小角度背散射信号粒子可能更多地来自更深的掩埋特征，并且大角度背散射信号粒子可能更多地来自掩埋特征上方的样品表面或材料。

图8是具有上述任一个选项或方面中的带电粒子装置的示例性带电粒子光学系统(例如，评估工具)的示意图。带电粒子装置被配置为将带电粒子射束投射到样品上。至少具有上述任一方面或实施例中所述的物镜阵列241的带电粒子光学装置可用于图8所示的带电粒子光学系统中。为简明起见，上文已描述的物镜阵列241的特征在此不再重复。

对于图8的设置有一些特定的考虑。在本实施例中，优选保持小的节距，以便避免不利地影响生产量。然而，当节距太小时，这可能导致串扰。因此，节距尺寸是所选信号粒子(诸如背散射信号粒子)的有效检测和生产量的平衡。因此，在用于检测背散射信号粒子的这种布置中，节距优选地大约为300μm，其比当检测次级信号粒子时对于图8的实施例的节距大4至5倍。当检测器和样品208之间的距离减小时，节距尺寸也可以减小而不会对串扰产生负面影响。因此，提供尽可能接近样品的检测器(即，距离L尽可能小，并且优选地小于或等于约50μm，或小于或等于约40μm，或小于或等于约30μm，或小于或等于约20μm，或等于约10μm)在允许节距尽可能大方面是有益的，这提高了吞吐量。

如图8所示，带电粒子光学系统包括源201。源201提供带电粒子射束(例如，电子)。聚焦在样品208上的多射束由源201提供的射束导出。子射束211、212、213可例如使用限定射束限制孔径阵列的限束器(其可另外称为射束限制孔径阵列)从射束导出。射束在遇到控制透镜阵列250时可分成子射束211、212、213。子射束211、212、213基本上平行于控制透镜阵列250的入口。(在一种布置中，控制透镜阵列250包括限束器。)源201期望是在亮度和总发射电流之间具有良好折衷的高亮度热场发射器。在所示的示例中，准直器设置在物镜阵列组件的上游中。准直器可以包括宏准直器270。宏准直器270在射束被分成多射束之前作用于来自源201的射束。宏准直器270对来自源的射束进行准直，使得射束截面在入射时与限束器基本上一致。宏准直器270将从其中导出子射束的射束的相应部分弯曲有效量，以确保每个子射束的射束轴基本上垂直地(即，与样品208的标称表面基本上成90°)入射到样品208上。宏观准直器270对射束施加宏观准直。因此，宏准直器270可以作用于所有射束，而不是包括准直器元件阵列，每个准直器元件被配置为作用于射束的不同的单独部分。宏准直器270可以包括磁透镜或磁透镜布置，该磁透镜布置包括多个磁透镜子单元(例如，形成多极布置的多个电磁体)。备选地或附加地，宏准直器可以至少部分地以静电方式实现。宏准直器可以包括静电透镜或静电透镜布置，该静电透镜布置包括多个静电透镜子单元。宏准直器270可以使用磁透镜和静电透镜的组合。

在另一布置(未示出)中，宏准直器可以部分地或全部地由设置在上游限制器的下游处的准直器元件阵列代替。每个准直器元件准直相应的子射束。准直器元件阵列可以使用MEMS制造技术形成，以便在空间上紧凑。准直器元件阵列可以是在射束路径中位于源201的下游的第一偏转或聚焦带电粒子光学阵列元件。准直器元件阵列可以是控制透镜阵列250的上游。准直器元件阵列可以在与控制透镜阵列250相同的模块中。

在图8的实施例中，提供宏扫描偏转器265以使得子射束在样品208上被扫描。宏扫描偏转器265偏转射束的相应部分，以使子射束在样品208上被扫描。在一个实施例中，宏扫描偏转器265包括宏观多极偏转器，例如具有八个极或更多。偏转使得从射束导出的子射束在一个方向(例如，平行于单个轴，诸如X轴)或在两个方向(例如，相对于两个非平行轴，诸如X和Y轴)跨样品208被扫描。宏扫描偏转器265宏观地作用于所有的射束，而不是包括偏转器元件阵列，每个偏转器元件被配置为作用于射束的不同的单独部分。在所示的实施例中，宏扫描偏转器265设置在宏准直器270和控制透镜阵列250之间。

在另一布置(未示出)中，宏扫描偏转器265可以部分或全部由扫描偏转器阵列代替。扫描偏转器阵列260包括多个扫描偏转器。可以使用MEMS制造技术形成扫描偏转器阵列260。每个扫描偏转器在样品208上扫描相应的子射束。因此，扫描偏转器阵列260可以包括用于每个子射束的扫描偏转器。每个扫描偏转器可以在一个方向上(例如，平行于单个轴，诸如X轴)或在两个方向上(例如，相对于两个非平行轴，诸如X和Y轴)偏转子射束。偏转使得子射束在一个或两个方向(即，一维或二维)上跨样品208被扫描。扫描偏转器阵列可以在物镜阵列241的上游。扫描偏转器阵列可以在控制透镜阵列250的下游。尽管参考了与扫描偏转器相关联的单个子射束，但是子射束组可以与扫描偏转器相关联。在一个实施例中，在EP2425444中描述的扫描偏转器可以用于实现扫描偏转器阵列，该文献在此通过引用整体并入本文，特别是关于扫描偏转器的内容。扫描偏转器阵列(例如，使用如上所述的MEMS制造技术形成)可以比宏扫描偏转器在空间上更紧凑。扫描偏转器阵列可以在与物镜阵列241相同的模块中。

在其它实施例中，提供了宏扫描偏转器265和扫描偏转器阵列。在这种布置中，可以通过一起控制宏扫描偏转器和扫描偏转器阵列260，优选地同步地控制宏扫描偏转器和扫描偏转器阵列260来实现子射束在样品表面上的扫描。

本发明可以应用于各种不同的工具结构。例如，带电粒子射束工具40可以是单射束工具，或者可以包括多个射单束装置列，或者可以包括多射束(即，子射束)的多个装置列。这些装置列可以包括在以上实施例或方面的任一者中描述的带电粒子光学装置。作为多个装置列(或多列工具)，这些装置可以被布置成数目为两个到一百个或更多的装置列的阵列。带电粒子装置可以采取如关于图3所描述和描绘的实施例的形式，或者如关于图8所描述和描绘的实施例的形式，尽管优选地例如在物镜阵列组件中具有静电扫描偏转器阵列和/或静电准直器阵列。带电粒子光学装置可以是带电粒子光学装置列。带电粒子装置列可以可选地包括源。

如上所述，检测器阵列240可以设置在物镜阵列241和样品208之间，如图4和图5所示。检测器阵240列可以与物镜阵列的至少一个电极相关联，优选地，与下部电极243相关联。优选地，在使用中，即，当样品存在时，检测器阵列240的下游面向样品208。

可以提供附加的或备选的检测器阵列，其可以位于其它位置。这在图7中示出。可以提供如图7所示的一个、一些或全部检测器阵列。如果提供多个检测器阵列，则它们可以被配置为同时检测信号粒子。定位在物镜阵列241和样品208之间的检测器阵列240被示为如关于图6A和6B所述的分区检测器。然而，任何适当类型的检测器可用于该阵列。

带电粒子光学装置可以包括检测器阵列，这里称为反射镜检测器阵列350。反射镜检测器阵列350沿初级射束路径320布置(例如，在沿初级射束路径的公共位置处)。反射镜检测器350的阵列被配置为面向初级射束路径320的上游。换言之，反射镜检测器350的阵列被配置为沿着初级射束路径320面向初级射束的源(以上描述为源201)。反射镜检测器阵列350被配置为背离样品208。反射镜检测器阵列350也可称为向上检测器阵列。优选地，反射镜检测器阵列350与下部电极243相关联，并且优选地与电极的上游表面相关联。这可能是有益的，因为如果反射镜检测器阵列350被提供为相对靠近样品208，例如，正好在下部电极343上方或上面，则信号粒子可能更可能被检测到。当反射镜检测器阵列350定位在物镜阵列241内时(即，在物镜阵列241的电极之间)，其可称为透镜内检测器。在具有多个透镜电极的物镜阵列组件的布置中，其它电极可以以反射镜电极为特征，只要另一电极位于反射镜电极的上游以将信号粒子朝向反射镜电极反射。

带电粒子光学装置可以包括至少一个面向样品(即，在样品208的方向上)的检测器的上游阵列。换句话说，检测器的上游阵列可以沿着初级射束路径320面向朝向样品208的方向。带电粒子光学装置可以包括上部检测器阵列370。检测器370的上部阵列可以与物镜阵列241的上部电极242的下游表面相关联。更一般地，如果在物镜阵列中提供更多的电极，则上部检测器阵列370可以与任何适当电极的下游表面相关联。上部检测器阵列370可以位于上部电极342和下部电极343之间，或者位于物镜阵列的最低电极之上的任何其它电极之间。如上所述，设备检测器阵列370被设置在至少一个电极的上游(相对于初级子射束211和212)，该电极相对于图7是下部电极243。附加地或备选地，带电粒子光学装置可以包括透镜上检测器阵列380。换句话说，上游检测器阵列可以在物镜阵列241上方。的透镜上检测器阵列380可以在形成物镜阵列241的所有电极的上游。检测器380的透镜上阵列可以与电极242间隔开，使得透镜上检测器阵列380是板或基板，其自身的机械支撑与物镜阵列分离。

任何检测器阵列可以与物镜阵列241的至少一个电极(例如，上部电极242或下部电极243)相关联(例如，在物镜阵列241中，在物镜阵列241上，邻近物镜阵列241定位，连接到物镜阵列241或与物镜阵列241集成)。例如，检测器阵列可以在物镜阵列241的至少一个电极中或上面。例如，检测器阵列可以邻近一个电极定位。换句话说，检测器阵列可以被定位在极接近于电极中的一个电极与其紧邻的位置。例如，检测器阵列可以连接(例如，机械连接)到电极之一。换句话说，检测器阵列可以例如通过粘合剂或焊接或一些其它附接方法附接到电极之一。例如，检测器阵列可以与电极之一集成。换句话说，反射器检测器阵列可以被形成为电极中的一个电极的一部分。

可以提供检测器阵列的组合。例如，可以提供下游检测器阵列240和/或反射镜检测器阵列350和/或上部检测器阵列370和/或透镜上检测器阵列380。该装置可以包括附加的检测器阵列，其可以设置有下游检测器阵列240和/或反射镜检测器阵列350和/或上部检测器阵列370和/或透镜上检测器阵列380的任何组合。从上述阵列组合可以清楚地看出，可以有任何适当数目的检测器阵列。例如，可以有两个、或三个、或四个、或五个、或更多的检测器阵列，它们位于任何适当的位置，例如，如以上关于上游检测器阵列和/或下游检测器阵列所描述的。可以同时使用所提供的任何检测器阵列。可以选择任何检测器阵列(例如，反射镜检测器阵列350和/或上部检测器阵列370和/或透镜上检测器阵列380和/或下游检测器阵列360和/或任何附加检测器阵列)相对于样品208的电势的电势，以控制至少该检测器阵列对信号粒子的检测。子射束阵列(或者称为初级射束阵列)可以对应于所提供的任何/所有检测器阵列。因此，子射束阵列可以对应于镜检测器阵列240、和/或下游检测器阵列360、和/或上部检测器阵列370和/或透镜上检测器阵列380。因此，任何/所有检测器阵列可以与子射束对准。

图9是根据一个实施例的示例性单射束带电粒子射束工具40的示意图。如图9所示，在一个实施例中，带电粒子射束工具40包括由电动载物台209支撑的样品保持器207，以保持待检查的样品208。带电粒子射束工具40包括带电粒子源201。带电粒子射束工具40还包括枪孔径122、射束限制孔径125(或限束器)、会聚透镜126、装置列孔径135、物镜组件132和带电粒子检测器144(其也可称为电子检测器)。在一些实施例中，物镜组件132可以是改进的摆动物镜延迟浸没透镜(SORIL)，其包括极片132a、控制电极132b、偏转器132c和激励线圈132d。控制电极132b中形成有用于带电粒子射束通过的孔径。控制电极132b形成面向样品208的表面。尽管图9所示的带电粒子射束工具40是单射束系统，但是在一个实施例中提供了多射束系统。这种多射束系统可以具有与图9所示相同的特征，诸如物镜组件132。这种多射束系统可以具有附加的限束器阵列，例如会聚透镜的下游，用于产生子射束。与限束器阵列(例如限束器阵列的下游)相关联的可以是多个带电粒子阵列元件，诸如偏转器阵列和透镜阵列，用于优化和调节子射束并减小子射束的像差。这种多射束系统可以具有用于检测信号带电粒子的第二装置列。维恩过滤器可以在物镜组件的上游，以将信号粒子导向第二装置列中的检测器。

在成像过程中，从源201发出的带电粒子射束可以通过枪孔径122、射束限制孔径125、会聚透镜126，并且被修改的SORIL透镜聚焦成探测点，然后撞击到样品208的表面上。探测点可以通过SORIL透镜中的偏转器132c或其它偏转器跨样品208的表面被扫描。从样品表面发出的信号粒子可以由带电粒子检测器144收集以在样品208上形成感兴趣区域的图像。

带电粒子射束工具40的聚光器和照射光学器件可以包括电磁四极带电粒子透镜或由电磁四极带电粒子透镜补充。例如，如图9所示，带电粒子射束工具40可以包括第一四极透镜148和第二四极透镜158。在一个实施例中，四极透镜用于控制带电粒子射束。例如，可以控制第一四极透镜148以调节射束流，并且可以控制第二四极透镜158以调节射束斑点尺寸和射束形状。

如上所述，分区检测器可以具有多个检测器部分(例如，传感器元件)作为如上关于图6A和图6B所述的检测器元件405的一部分。每个检测器元件(或传感器单元)的多个检测器部分围绕孔径设置。多个检测器部分可以一起具有圆形周边和/或直径。多个检测器部分可以一起具有在孔径和多个检测器部分的周边之间延伸的区域。多个检测器元件可以布置成矩形阵列或六边形阵列。由围绕一个孔径的检测器部分捕获的信号粒子产生的信号可以组合成单个信号或用于产生独立的信号。检测器元件的表面，可选地它们的检测器部分，可以基本上填充支撑检测器元件的基板的表面。

如图10A所示，检测器阵列或检测器模块的表面在使用中面向(甚至接近)样品的特征是检测器元件阵列(或检测器阵列)。每个检测器元件与孔径相关联。每个检测器元件与检测器模块的基板的指定表面区域相关联。由于基板是分层的，例如具有CMOS结构，所以基板内的每一层相对于相应的检测器元件定位，优选地靠近检测器元件定位。商业上可获得的CMOS结构具有通常范围的层，例如三到十，通常约五。(例如，为了便于描述，可以提供两个功能层。这两层布线层和逻辑层可以表示所需的尽可能多的层，并且每层并不分别限于布线或逻辑。)层数受商业可用性的限制，任何数目的层都是可行的。然而，考虑到实用性，基板具有有限数目的层，为了有效设计，可用空间是有限的。

理想地，可以是布线层和/或逻辑层的基板的电路层具有为每个检测器元件(或检测器)指定的部分。不同层的指定部分可称为单元550。用于完整多射束布置的基板中的部分的布置可称为单元阵列552。单元550可以是与为每个检测器元件指定的表面面积相同的形状，诸如六边形，或者可以是任何合理的可镶嵌的形状，其可以是倾斜的并且在形状和/或面积上都是相似的，例如矩形。通过放置和布线设计，可以更容易地使用矩形或直线形状。这种设计通常由软件来实现，该软件适于定义具有正交方向的矩形类型结构的芯片，而不是诸如六边形结构的需要锐角或钝角的结构。在图10A中，单元550被描绘为六边形，而单元阵列552被描绘为包括各个单元的六边形。然而，理想地，每个单元都相对于检测器元件类似地定位。布线线路554可以连接到每个单元550。布线线路554可以在单元阵列552的其它单元之间布线。注：对布线线路是在阵列的单元之间的提及，其意图是至少布线线路避免了例如通过单元阵列限定的孔径阵列中的射束孔径。在一种电路结构布置中，可以减小至少电路层中的单元尺寸以容纳布线线路，使得布线线路在单元之间布线。附加地或备选地，布线线路穿过单元阵列的单元，优选地朝向单元的周边，例如以减少布线线路与单元中的其它电路的干扰。因此，提及单元之间的布线路径包括：单元电路之间的布线线路、单元内的布线线路，优选地朝向单元的外围并且至少围绕穿过单元的射束孔径以及任何中间变化。在所有这些布置中，例如在CMOS结构中，布线线路可以在与其它电路相同的管芯中，其它电路可以在与布线线路的一部分相同的单元中限定电路，或者在布线线路所围绕的单元中限定电路。因此，单元和布线可以是单片结构的一部分。布线线路554可以信号连接单元。因此，布线线路将单元550信号连接到单元阵列或甚至基板或检测器模块外部的控制器或数据处理器。电路层可以包括用于从单元阵列外部的单元传输传感器信号的数据路径层。

控制器或数据处理器可以在基板或检测器模块内的电路之前，优选地在单元阵列外部，例如作为控制和I/O电路(未示出)。控制和I/O电路可以在与单元阵列相同的管芯中；控制和I/O电路可以与单元阵列单片集成，例如在同一CMOS芯片中。控制和I/O电路实现了来自单元阵列552的所有单元的数据之间的有效连接。例如，考虑各自具有8位数字输出的2791个单元的布置。这种布置将具有到达位于CMOS芯片外部的电子装置的22328个信号(即，8位输出*2791个单元)。这样做的标准方式是使用SERDES电路(串行器/解串行器)。这种电路将通过时分复用将大量的低数据速率信号转换为少量的高数据速率信号。因此，与在检测器模块外部相比，使控制和I/O电路与单元阵列单片地或至少在检测器模块中是有益的。

在实施例中，控制和I/O电路可以以一般的支持功能为特征，例如与CMOS芯片外部的电子器件通信的电路，以便能够加载某些设置，例如用于控制放大和偏置，诸如本文所述的减法。

单元550的电路层连接到相应单元的检测器元件。电路层包括具有放大和/数字化功能的电路，例如，它可以包括放大电路。单元550可以包括跨阻抗放大器(TIA)556和模数转换器(ADC)558，如图10B所示。该图示意性地描述了单元550，其具有连接到跨阻抗放大器556和模数转换器558的相关检测器元件，诸如捕获电极和反馈电阻器562。来自模数转换器558的数字信号线559离开单元550。注意，检测器元件被表示为检测器元件560，并且反馈电阻器被示出为作为盘562与检测器区域相关联，而不是与跨阻放大器556相关联。该示意图将检测器元件和反馈电阻器中的每一者表示为指示它们的相对尺寸的区域，其原因在参考图10C时将变得明显。

跨阻抗放大器可以包括反馈电阻器Rf 562。应当优化反馈电阻器Rf的大小。该反馈电阻器的值越大，输入参考电流噪声越低。因此，跨阻抗放大器的输出处的信噪比更好。然而，电阻Rf越大，带宽越低。有限带宽导致信号的有限上升和下降时间，从而导致附加的图像模糊。优化的Rf导致噪声水平和附加图像模糊之间的良好平衡。

为了实现该设计，与每个检测器元件相关联的电路，即，放大电路应当在相关联的单元550的层内，并且适合于每个相关联的层的部分的可用的有限区域。在子射束节距为70微米的情况下，单元中每层的可用面积通常仅为4000平方微米。根据所感测的次级和/或背散射信号粒子，例如由检测器元件测量的电流，反馈电阻器Rf的最佳值可以高达30至300MOhm。如果在标准CMOS工艺中将这种电阻器实现为多晶硅电阻器，则这种电阻器的尺寸将比单元550的CMOS层中可用的面积大得多。例如，300MOhm的电阻器将消耗大约500000微米^2。这比整个可用区域大大约130倍。

典型地，例如在CMOS结构中，这种大电阻器将在例如多晶硅的单层中制成。通常有单层多晶硅。在一些情况下，可以提供具有能够提供高电阻值的材料的层，尽管对于这种高纵横比(例如，相对于层中电阻结构的宽度的最大长度)，电阻器的可靠性仍然存在。即使单元具有用于这种电阻器的多个层，也必须存在更多的层，这些层例如使用CMOS技术是容易获得的。另外地或备选地，通过不同层的曲折路径将不会减轻高纵横比，并且电阻值变化的风险将仅由不同层之间的互连贡献。这样的互连影响作为拐角的电阻器的电阻值的可变性，如本文稍后所描述的。

注意，假设180nm节点结构和处理来计算这种尺寸。如果备选地使用较小的处理节点，则在减小电阻器结构的尺寸方面不可能获得几千倍的因子。此外，出于处理的原因，使用180的节点结构优于较小的节点。例如，180nm节点中的互连更易于处理。例如在蚀刻射束孔径504中的检测器芯片的后处理使用铝互连。在亚180nm节点处的这种后处理通常使用具有铜互连的工艺。因此在180nm处的加工比在亚180nm处更简单。

此外，如果制造这样的电阻器，无论在哪个节点中，电阻器规格的可靠性以及电阻器可用的空间都可能具有挑战性。

在用于芯片结构(诸如CMOS)的分层结构中，部件和特征被定义为层中的结构。部件的规格取决于层的材料和层的物理性质、层的尺寸、特别是其厚度和在层中形成的结构的尺寸。电阻器可以采用长窄路径、路线或导线的形式。考虑到空间限制，路径可以是非线性的，沿其路径具有拐角。对于这种长部件，层中路径的宽度可以诸如通过制造公差而变化。拐角可以提供比路径的线性部分更大的变化，限制了可以制造电阻器以便具有指定电阻的精度。具有许多角和长的长度，具有这种拓扑结构的电阻器可制造成具有较差的可靠性，使得单元阵列的不同单元中的等效电阻器的电阻可具有大的范围。

这种电阻结构具有大的表面积。附加地或备选地，具有如此大的表面积的电阻器将附加地具有不期望的电容；这种电容被称为寄生电容。寄生电容可能不期望地对噪声和模糊有贡献，从而影响噪声、模糊和带宽优化之间的平衡，这在本文别处描述。

该层的材料性质可以被化学改性；然而，这种修改不可能实现尺寸上的几个数目级的改进以适合单元中的可用空间。这种修改不可能充分地改变反馈电阻器的拓扑结构，从而具有所需的规格，并且可以以所需的可靠精度进行。

这种可靠性和尺寸上的要求将使电阻器能够在带宽、信噪比和稳定性方面实现其期望的性能。不幸的是，不能满足这些要求。

提出了不需要这种大反馈电阻器的备选放大电路。示例包括具有作为反馈元件的伪电阻器的跨阻放大器和直接模数转换器，从而消除了对跨阻放大器的需要。一个直接模数转换器的两个示例是：使用低占空比开关电阻器(图11)，并使用参考电容器(图12)。可选的布置是从单元550中移除模数转换器558，使得电路导线570将单元550中的跨阻放大器556与单元阵列552外部的模数转换器连接，如图10C所示。图10C所示的布置可以应用于放大器电路，例如，图11和图12所示的放大器电路。现在依次提及每个选项。所描述的示例性放大器电路只是可以使用的一些合适类型的放大电路。可存在其它放大器电路，其实现与本文所述的那些类似的益处且其对本文所述的每一单元使用类似的电路结构。

备选的放大电路是例如使用开关电阻器或电容器的直接模数转换器，如图11和图12所示，其直接连接到检测器元件503的输出。适当类型的直接模数转换器是电荷平衡的直流-数字转换器。使用直接模数转换器避免了使用跨阻放大器并具有反馈电阻器Rf或外来替换物。去除跨阻抗放大器去除了放大电路中最消耗功率的部件和输入噪声的主要来源。德尔塔/西格玛调制器提供电荷平衡的直流-数字转换器的最佳实现。在图11和图12中描绘了两种可能的解决方案：使用低占空比开关电阻器作为参考；以及使用开关电容器作为参考。这些电路是示例性的，并且可以存在其它合适的电路。

图11以简化形式示出了具有低占空比开关电阻器的合适的直流-数字转换器。该电路具有积分器A，来自检测器元件503和参考电阻器R_dac的输出被输入到该积分器A。电容器C_int位于积分器A的反馈回路中。从积分器A输出的信号由比较器处理，以用于将模拟信号转换为数字信号的最后步骤。比特流bs使用电荷平衡回路将来自比较器输出的反馈提供给用于参考电流I_dac的控制开关。控制开关的设计有助于确保传感器电流I_in和参考电流I_dac之间的长期稳定平衡。这有助于确保积分器不会对其输出信号进行限幅，并且输出比特流bs是传感器电流I_in的数字化版本。

在使用这种具有低占空比开关电阻器的直流-数字转换器时，例如在将其实现为CMOS电路时，减小了参考电阻器R_dac的尺寸。这通过在时钟周期T_clock的非常小的部分t中将参考电阻器R_dac连接到积分器A的输入来实现。这导致较小的占空比：t/T_clock，例如1：1000。该短的连接时间足以传递参考电流I_dac中的电荷，该参考电流I_dac是平衡来自检测器元件的电流I_in中传递的电荷(即，传感器电流)所需的。以这种方式提供参考电流以平衡传感器电流有助于确保参考噪声较小。然而，使用这样的低占空比能够实现相同的效果，否则该效果将由诸如标准跨阻放大器的反馈电阻器R_f的大电阻器实现。因此，该解决方案应用了比其它情况下所使用的更小尺寸的电阻器，并且使用占空比来提高其有效尺寸，同时使电阻器的实际尺寸和由这种类型的放大电路所需的单元中的电路层的有效面积最小化。

在图12中以简化形式示出了具有参考电容器的合适的直流-数字转换器。该电路具有与图11所示的具有低占空比开关电阻器的电流-数字转换器完全相同的特征，除非另有说明。布置在开关配置中的电容数模转换器567提供参考电流。这种开关电容器数模转换器包含至少一个电容器并且可以包含并联电容器网络。各个电容器根据输入与开关连接或断开。作为基于电容器的电路，电容数模转换器567可以表示为参考电容器C_dac。代替参考电阻器R_dac，使用参考电容器C_dac。因为使用电容器，所以选择适当大小的电容器将产生适当的参考电流I_dac，使得不需要由时钟信号f_s向参考电路供电的脉冲星。在将时钟的使用限制到积分器时，时钟抖动的影响被最小化。参考电流I_dac对传感器电流I_in的影响是量化传感器电流的信号。这实际上是直接数字转换。

如图10C所示，单元550包括连接到检测器元件560的跨阻抗放大器556。与该放大电路相关联的是有效反馈电阻器568。跨阻抗放大器的输出连接到远离单元的模数转换器558(未示出)。电路导线570连接跨阻放大器和模数转换器。电路导线570传输模拟信号。考虑到单元阵列552是密集封装的，模数转换器在单元阵列的外部，例如在与单元阵列552相同的管芯上和/或与单元阵列552单片集成。在一个实施例中，模数转换器558在检测器模块的基板中。备选地，模数转换器远离基板，例如它是基板外部的处理器的一部分。

图10B和图10C中描述的单元之间的部件差异在于：图10C的单元仅包括跨阻抗放大器而不包括模数转换，并且电路导线270传输模拟信号而不是由模数转换器传输的数字信号。通过从单元550去除模数转换器，在单元550的电路层中有更多的可用于反馈电阻器元件的空间。这个相对差异可以通过图10B和图10C中的反馈电阻器区域562的相对大小来记录；(但注意，相对尺寸不一定适用于这两个图的其它特征)。如果放大器电路使用备选的跨阻抗放大器电路，例如如果具有伪电阻器的跨阻抗放大器被用作反馈元件，则在单元550的电路层中还有更多的空间。

尽管在单元的电路层中可以更容易地将跨阻放大器556与伪电阻器反馈元件和模数转换器配合，但是在一种布置中，对于空间限制，模数转换器558在单元阵列552外部是更实际的。尽管在跨阻抗放大器的反馈元件中使用了伪电阻器，但是这在面积上提供了1到2个数量级的增益。决定模数转换器558是否在单元阵列552外部的一个考虑是多射束的子射束节距。例如，对于70微米的子射束节距，对于包括放大电路的电路，通常每层单元只有4000平方微米可用。

在这种空间限制下，跨阻抗放大器位于每个射束的单元中。模数转换器位于子射束阵列之外，即，单元阵列之外。在一个实施例中，模数转换器存在于与单元阵列相同的管芯上，例如与单元阵列单片地存在。这样的模数转换器可以与控制和I/O电路一起定位，该控制和I/O电路可以在检测器模块上或者甚至与单元阵列552是单片的。将模数转换器定位在单元阵列外部可以提供大约两倍的面积增益。

电路导线570将单元550中的跨阻放大器与相关联的模数转换器558连接。电路导线570传输模拟信号。与数字信号不同，传输模拟信号的数据路径易受干扰。信号干扰可以来自与其它电路导线的串扰和来自外部场，诸如由多射束的子射束产生的场和来自附近的带电粒子光学部件(诸如物镜阵列241)的场。

电路导线570通过图10A所示的布线线路554布线。布线线路554在单元之间布线，使得单元及其层的区域用于单元上存在的放大电路。因此，布线线路554仅使用其中存在布线线路的电路层的一部分，即，在相邻单元550之间(例如，至少围绕相邻单元550的射束孔径504、406；通过相邻单元550，诸如朝向单元的外围或在分配给相邻单元550的层中的电路之间，或在所述布置之间的任何布置)。这种布线避免了放大电路和布线554的结构的结构性干扰。电路导线沿单元阵列中的布线线路向外，例如在径向向外的方向上。在更接近单元阵列552的周边的情况下，可以存在比在布线线路554的远离周边的部分中更多的电路导线570。布线线路可具有多个电路导线570，如所描述的，其位于阵列的单元之间。因此，布线线路554的一部分可以具有多于一个的电路导线570。然而，使电路导线彼此靠近存在电路导线之间的串扰和由电路导线570传输的模拟信号的干扰的风险。

通过使电路导线570在布线线路内彼此屏蔽，可以至少降低或甚至防止串扰和信号干扰的风险。图13描绘了布线线路554的示例性布置的横截面。在布线线路554内的是一个或多个电路导线470，示出为在与布线线路554和屏蔽装置相同的方向上延伸。电路导线在同一层中示出。电路导线570上方是上部屏蔽层572；在电路导线570下方是下部屏蔽层574。屏蔽装置的上部和下部屏蔽层将电路导线570与布线线路554上方和下方的布线线路554外部的区域屏蔽开。屏蔽装置在与电路导线570相同的层中具有屏蔽元件。屏蔽元件可以是在包括电路导线570的层的外部缘处的外部元件576。外部元件576将电路导线570与布线线路554外部的场屏蔽开。屏蔽元件可以包括中间屏蔽元件578，其存在于相邻电路导线之间的层中。中间屏蔽元件578因此可以至少抑制(如果不阻止的话)电路导线570之间的串扰。在操作中，公共电势被施加到屏蔽层572、574和屏蔽元件576、578。该电势可以是参考电势，例如地电势。

尽管图13示出了三层布置，但是在布线线路570中可以使用所需的许多层。例如，可以有两层电路导线，需要三个屏蔽层，包括上部屏蔽层572、下部屏蔽层574和中间屏蔽层。如果不防止布线线路570的不同层中的电路导线之间的串扰，则中间屏蔽层可以附加地减小。因此，总共有5层。每个附加的电路导线层需要附加的中间屏蔽层。尽管增加布线线路554中的层数减少了布线所需的层的比例，但是这种设计变化需要附加的层。考虑到有限数目的层，存在这样的最佳数目的层，在该最佳数目的层处，布线线路的宽度被减小，而不超过检测器模块的基板中别处所需的层的数目，层的数目可以被限制为五层。

布线线路的设计的进一步考虑是在检测器模块的示例性设计中可能需要存在的电路导线的数目，例如考虑图13的布置，其中所有电路导线570在层中。

例如，子射束阵列布置成具有三十(30)个环的六边形阵列。因此，检测器模块具有对应设计的单元阵列。细胞数约为3000，例如2791。假设这种单元阵列具有七十(70)微米的节距，最里面的单元是零阶环，环#0，并且具有单个单元；最里面的环，环#1，围绕中心单元；最外面的环，环N，限定单元阵列的周边并由6N个单元组成。对于三十个环的单元阵列，单元的总数等于：

最外面的环具有需要通过该环路由的最高数目的信号。考虑到布线线路在每个单元的单元之间布线，这些信号通过最外面的环在最外面的环的单元之间布线。因为最外面的环由180个单元组成(例如，第三十个环乘以六，即30*6＝6N)，所以通过最外面的环，例如在最外面的环的单元之间传输的信号的数目是：

通过外环在相邻单元之间路由的信号的最大数目是信号的总数(2611)除以最外面的环(180)中单元的数目。这是十五15(四舍五入到最接近的整数)。因此信号被很好地屏蔽，例如以限制串扰和外部场的影响，布线线路具有屏蔽装置。在单层布线电路中，该层可以具有在布线线路边缘处的外部元件576和在相邻电路导线570之间的中间屏蔽元件578。对于十五(15)个电路导线570的布线线路，存在十六个屏蔽元件，包括十四(14)个中间屏蔽元件和两个外部屏蔽元件576。因此，在该示例的外环的相邻单元550之间，具有同一层中的所有电路导线的布线线路将具有交替的屏蔽元件和电路布线的三十一(31)个元件。

对于节距为70微米的射束阵列的单元阵列552，在电路层中有足够的空间或面积可用于这种布线路径554。在使用180nm节点处的过程产生的结构中，金属层的最小半节距通常为约280nm。在本文中，半节距是线，而节距是具有与相邻间隙相关联的间隙的线。相关联的间隙通常与线的宽度相同。用于31个元件的布线线路需要31个节距。然而，对应于外部元件576的元件之一的相关联的间隙不是布线线路554的一部分，而是将布线线路与相邻电路分开。因此，对于三十一个元件，需要六十一(61)个半节距，其对应于17.1微米的电路布线554的宽度。

在不同的布置中，射束阵列可以是具有108个环和大约35000个单元的六边形，并且可以被认为是单片射束阵列。最外环具有大约650个单元。大约34350个信号需要通过最外面的环路由。因此，大约54个信号需要通过最外面的环中的相邻单元来路由。具有54条电路导线570的布线线路554具有55个屏蔽元件。在将该结构应用于280nm的半节距时，应用与前述示例类似的计算，电路导线的宽度将小于61微米。该尺寸将配合在最外面的环的单元550之间。在备选的布置中，射束布置被分成两个或更多个带，其中一个或多个中间带用于引导支撑结构、冷却诸如管道、数据传输线等的特征。这种射束阵列可以称为带状束阵列。因此，布线线路可以通过一个或多个中间带布线。这实现了更大的射束阵列，因此单元阵列仍保持合理大小的布线线路。如果带状射束阵列具有与单片射束阵列相同数目的子射束，则布线线路将具有比单片单元阵列少的电路导线570，即，少于54条。实际上，带状射束阵列可以实现比单片射束阵列更多的子射束，因为射束阵列的尺寸，由于受布线线路中的电路导线的最大数目的限制)会更大。

例如在带宽和噪声优化以及模糊和噪声之间的平衡方面的噪声性能的优化可以通过确保跨阻抗放大器的放大因子是可编程的来实现。在这样的配置中，单元的放大器电路、至少跨阻抗放大器是可编程的。这种可编程放大电路就其灵敏度而言可以包括例如可变放大器和/或可变模数转换器。可变放大器具有取决于由检测器元件503检测的检测到的射束电流的可变放大范围。例如，当检测到的射束电流较低时，或者对于具有低于典型的次级发射系数的样品，可以调整可变放大器以提供比通常使用的更大的放大。当检测器元件503检测到比通常大的射束电流时，或者对于具有比典型次级发射系数大的样品，可以调谐可变放大器以提供更小的放大。

这种功能对于具有反馈元件的跨阻放大器是有益的，该反馈元件具有伪电阻器。伪电阻器在施加不同的施加电压时具有不同的有效电阻；与在所有施加的电势差下具有单个电阻的理想电阻器不同。在提供不同的电阻时，与伪电阻器相关联的跨阻抗放大器作为可变放大而操作。在提供具有可变功能的放大器时，可以实现噪声电平和图像模糊(在上文中称为“附加模糊”)之间的优化平衡。有利地，可编程放大电路可以使跨阻放大器的输出与模数转换器的输入相匹配。这可以作为在跨阻抗放大器的输出和模数转换器的输入之间减去的可编程偏置。可编程偏置可以帮助减少需要从单元的放大电路传输的所需比特数。可编程偏置可以在可编程放大器中实现。这些措施有助于确保跨阻放大器和模数转换器的动态范围，从而优选地确保放大电路最佳地用于不同的使用情况。此类不同用例可能包括：受检样品的材料特性、例如使用不同射束电流的不同评估工具配置。可以通过提供可变放大器和所需的可变偏置或阈值(例如通过可编程偏置的减法)来实现应用的范围，从而实现放大、阈值和带宽的调谐。如本文别处所述，与可变放大和减法相关联的电路可以包括在控制和I/O电路中。

检测不同类型的信号粒子以便获得与样品相关的更多变化的信息是有益的。例如，为了测量重叠目标，可以使用次级信号粒子来获得与顶部光栅(可能存在于抗蚀剂中)相关的数据，并且使用背散射信号粒子来获得与掩埋光栅相关的数据。

在一些系统中，可以提供用于不同模式的检测器，例如，在次级信号粒子检测和背散射信号粒子检测之间切换。为了从次级信号粒子检测切换到背散射信号粒子检测，在样品和检测器之间的静电场被反转和/或着陆能量被改变。在改变着陆能量和/或样品场之后的不同样品充电条件可导致重叠测量误差，因为这些可能改变初级射束位置。切换时存在系统漂移(样品位置和/或射束位置)的风险，导致重叠测量误差。因此，可以对检测模式在背散射检测和次级检测之间切换的系统进行改进。欧洲申请20216927.2公开了这样的系统，并且至少涉及在不同模式之间切换的设备和方法通过引用并入本文。

在备选系统中，检测器设置有双环检测器垫。使用基于双环充电的底部检测器可能在环中导致相当大量的交叉信号，即，在外环中检测次级信号粒子被提议来检测背散射信号粒子，以及在内环中检测背散射信号粒子被提议来检测次级信号粒子。欧洲申请21174518.7公开了这样的系统，并且与双环检测器垫相关的装置和方法通过引用并入本文。

在本发明的实现中，寻求例如通过利用更多(如果不是全部的话)可用的检测效率来改进两种类型的检测器的检测。可以通过使用如上所述的次级信号粒子和背散射信号粒子之间的大能量差来实现次级信号粒子和背散射信号粒子的分离。在本发明中，与各种已知检测器相比，可以同时检测次级信号粒子和背散射信号粒子，从而提高收集效率。

在本发明中，提供了一种检测器，其可以用在用于评估工具的带电粒子装置中，以检测来自样品的信号粒子。例如，带电粒子装置被配置为将带电粒子射束投射到样品上，以便检测从样品发射的信号粒子。图14示出了检测器600的示例性版本。检测器600包括基板，该基板也可称为主体。基板包括半导体元件610(例如，引脚检测器)和基于电荷的元件620，该半导体元件610被配置为检测高于第一能量阈值的信号粒子，该基于电荷的元件620被配置为检测低于第二能量阈值的信号粒子。从样品得到的信号粒子可以包括高于第一能量阈值的信号粒子和/或低于第二能量阈值的信号粒子。因此，检测器600包括两种不同类型的检测器元件，诸如第一元件和第二元件。从图14可以理解，检测器600可以与单射束装置一起使用。因此，例如，检测器可以与上面关于图9描述的单射束装置一起使用。

每个不同类型的检测器元件可以被配置为主要检测某些信号粒子，例如高于或低于某一阈值的那些信号粒子。能量低于第一能量阈值的信号粒子在图14中用虚线箭头示出，能量高于第二能量阈值的信号粒子在图14中用实线箭头示出。第一能量阈值可以对应于背散射阈值能量。因此，半导体元件610(例如，第一元件)可以被配置为主要检测背散射信号粒子。背散射阈值能量可以是检测器被设计用来检测的背散射信号粒子的所选最低能级。例如，背散射阈值能量可以是大约50eV。第二能量阈值可以对应于次级阈值能量。因此，基于电荷的元件620(例如，第二元件)可以被配置为主要检测次级信号粒子。次级阈值能量可以是检测器设计用来检测的次级信号粒子的所选最高能级。例如，次级阈值能量可以是大约50eV。在一种布置中，第一元件被配置为检测背散射信号粒子，而第二元件被配置为检测次级信号粒子。

第一能量阈值和第二能量阈值可以基本上相同。因此，第一能量阈值和第二能量阈值可以是单个预定值。在这种情况下，基于电荷的元件620可用于检测低于预定值的任何信号粒子，而半导体元件610可用于检测高于预定值的任何信号粒子。

如图14所示，检测器600可以具有限定在基板中的孔径601，初级射束320通过该孔径可以着陆在样品208上。这是有益的，因为检测器600的检测元件可以围绕孔径601，这可以增加检测效率。

基于电荷的元件620可以包括金属层621。金属层621可以是平面部分。金属层621可以是薄膜。基于电荷的元件可以具有约100nm或更小，优选约10nm至100nm的厚度。更具体地，金属层621的厚度可以是约100nm或更小，优选地约10nm至100nm。具有小于50eV能量的较低能量信号粒子(其可对应于上述次级信号粒子)可由具有相对较小厚度的基于电荷的元件“捕获”。较高能量的信号粒子具有较高的穿透深度。例如，具有约350eV能量的信号粒子可具有大于10nm至100nm的穿透深度。这意味着较低能量的信号粒子可以被基于电荷的元件620捕获，并且大多数较高能量的信号粒子将穿过基于电荷的元件620。较高能量的信号粒子可以被半导体元件610检测到。因此，这样的厚度有利于允许信号粒子有效地到达半导体元件610。如下所述，通过在样品208和检测器600之间施加偏压以将信号粒子吸引到检测器，可以提高收集效率。

半导体元件610可以是PIN检测器。闪烁器和PIN检测器通常能够检测高于检测阈值(例如通常高于约1kV)的带电粒子，尽管已知PIN检测器的较低值(例如200eV)。对于闪烁器，可以通过选择闪烁器表面上的导电涂层(诸如金属层)的厚度来改变检测阈值。半导体元件包括在p-i-n区域611的任一侧上的上部金属层612和下部金属层613。上部金属层612可以是平面部分。上部金属层612可以是薄膜。下部金属层613可以是平面部分。下部金属层613可以是薄膜。p-i-n区域611也可称为耗尽层或耗尽区。p-i-n区域611可以包括在p-i-n区域边缘的死层。死层是p-i-n区域的入口表面处的非活性区或区域。死层可以包括导电层、表面钝化层和/或抗反射涂层。可以具有没有死层的p-i-n区域，然而，死层在降低噪声方面是有益的。尽管在全文中描述了p-i-n区，但是可以使用其它半导体区代替p-i-n区域。例如，半导体元件可以包括扩散结二极管、表面势垒检测器(例如，肖特基二极管)或离子注入二极管。

优选地，基于电荷的元件620和半导体元件610各自都是与检测器的主表面(即，检测表面)基本上共面的层的至少一部分。检测表面是用于将信号粒子传递到半导体元件610和/或基于电荷的元件620的检测器的表面。应当理解，诸如基于电荷的元件620和半导体元件610的检测器元件层是分层检测器结构的不同部分。

在一个实施例中，检测器元件可以被提供为被包括在检测器600中的堆叠结构的层(即，分层部分)，其在检测器的厚度方向上堆叠。图14示出了基于电荷的元件620和半导体元件610的堆叠层。基于电荷的元件620和半导体元件610的层沿初级射束320的方向堆叠。

优选地，基于电荷的元件比半导体元件更靠近检测器表面。具体地，基于电荷的元件620的金属层621优选地比半导体元件更靠近检测表面，或者金属层621可以形成检测表面。通常，当撞击检测表面时，可以通过基于电荷的元件610在半导体元件610处检测较高能量的信号粒子。

提供堆叠在彼此顶部的检测器元件是有益的，因为检测器元件可以通过使用检测器600可用的全部检测区域来利用全部可用的检测效率。通常，分离次级信号粒子(即，低能量信号粒子)和背散射信号粒子(即，高能量信号粒子)是重要的。这是因为通常在样品处产生的次级信号粒子比背散射信号粒子多，如果信号粒子没有被很好地分离，则背散射信号粒子导致次级信号粒子支配信号。堆叠检测器可以基于能量差和穿透深度差分离信号粒子。具体地，对应于次级信号粒子的低能量信号粒子被基于电荷的元件620捕获。然而，高能量信号粒子将穿透基于电荷的元件620以在半导体元件610的耗尽层中产生电子-空穴对。因此，可以在基于电荷的元件620下面的半导体元件610中检测较高能量的信号粒子。因此，堆叠检测器允许在基于电荷的元件620处单独检测较低能量信号粒子。堆叠检测器允许同时检测半导体元件610处的较高能量信号粒子。这些功能上的改进有利于提高检测效率。

基于电荷的元件620可以形成检测器的检测表面。换句话说，基于电荷的元件620可以是检测器600的最外层，如图14所示。金属层621可以形成检测表面。如图14所示，金属层621可以形成基本上整个检测表面。

如图14所示，基于电荷的元件620可以在基本上整个半导体元件610上形成层(例如，涂层)。这意味着基于电荷的元件610设置在半导体元件620的整个表面上。在这种情况下，基于电荷的元件610可以基本上形成整个检测表面。特别地，基于电荷的元件620的金属表面层621可以形成基本上整个检测表面，如图14所示。

半导体元件610和基于电荷的元件620可以彼此分离。具体地，检测器可以包括在基于电荷的元件620和半导体元件610之间的电绝缘元件630。电绝缘元件630可以作为层提供。电绝缘元件630可以是平面部分。电绝缘元件可以是薄膜。电绝缘元件630可以以任何形式或形状提供。电绝缘元件630被配置为防止电信号从基于电荷的元件620传递到半导体元件610，反之亦然。电绝缘元件630可以在基于电荷的元件620和半导体元件610之间延伸。电绝缘元件630可以具有任何适当的厚度，以便提供有效的电绝缘。优选地，电绝缘元件630不太厚，以避免较高能量的带电粒子不能穿透它并且不能到达有源检测器层611。

电绝缘元件630可以在其它部件之间，例如，在金属层621和下部金属层613之间具有任何适当的厚度(即，在检测器的厚度方向上，例如，在初级射束的方向上)。例如，厚度可以在大约10nm到500nm之间，优选在大约50nm到500nm之间。注意，电绝缘元件630优选地足够厚以防止电压击穿，该电压击穿取决于如图14中的金属层621和下部金属层613之间的电压差。如果在下部金属层613和金属层621上使用相同的电压(这应该是可能的，因为对于仅起作用的PIN检测器，上部金属层612和下部金属层613之间的电压差是重要的)，则可以使用10nm的厚度，否则优选使用100nm或更大的厚度。厚度可取决于材料。电绝缘元件可以是任何适当的材料。例如，电绝缘元件可以是SiO₂。在这种情况下，电绝缘元件的厚度可以优选地在10nm到500nm之间，并且优选地大约为100nm。

检测器可以包括包含检测器电路的电路层640。更具体地，基板可以包括电路层640。电路层640可以包括用于处理来自不同检测器元件的信号的一些(如果不是全部的话)电路。因此，电路层640可以将检测到的信号粒子转换成电信号。电路层640可以包括各种不同的电部件。如下所述，电路层可以连接到基于电荷的元件620和半导体元件610。电路层可以包括用于连接到基于电荷的元件620和半导体元件610中的每一者的电路的平行层。备选地，电路层可以包括具有在横截面上相邻的电路的单个层，用于连接到基于电荷的元件620和半导体元件610中的每一者。

在检测器中提供电路层640是有益的，因为电路可以靠近检测器元件。检测器元件连接到电路以将检测到的信号转换成数字信号。通常，具有用于将检测到的信号转换为尽可能接近相关检测器元件的数字信号的电路有利地改善了数字检测信号。邻近的数字化电路降低了检测信号丢失或至少劣化或中断的风险。

检测器600还可以包括电绝缘通孔622，其被配置为将基于电荷的元件620，特别是金属层621连接到检测器电路。也就是说，电绝缘通孔622用于检测器通过到基于电荷的元件的连接来检测信号粒子。如图14所示，电绝缘通孔622可以延伸穿过半导体元件610的至少一部分。因此，基于电荷的元件620可通过沿电绝缘通孔622的电连接而连接到电路层640。这意味着基于电荷的元件620可用于形成检测表面，或检测表面的至少一部分，同时仍然适当地连接到检测器的电路。

半导体元件610的上部金属层612优选地连接到检测器电路(优选地被包括在电路层640中)。附加地，下部金属层613可以连接到检测器电路。检测器电路可以被配置为跨半导体元件610的上部和下部金属层施加电压偏置641。

如下面进一步详细描述的，电路层640可以包括或连接到如上关于图10、图11、图12和图13所述的电路层和/或布线。例如，检测器电路可以包括连接到基于电荷的元件620的跨阻放大器556和/或模数转换器558。检测器电路可以包括连接到半导体元件620的跨阻抗放大器556和/或模数转换器558。以上结合图10A、图10B、图10C、图11、图12和13描述了这种跨阻抗放大器556和模数转换器558(以及其它相关的电部件)。注意，检测器元件的可用尺寸相对较小。因此，提供诸如跨阻抗放大器的放大器是有益的。然而，诸如跨阻抗放大器的一些放大器通常需要大电阻。因此，可以为电路提供如关于图10A所述的在单元之间布线的布线。这允许信号被放大，使得噪声很小。附加地或备选地，伪电阻器可以与跨阻放大器和/或模数转换器一起使用，如关于图12或13所描述的。

尽管以上描述和示出了半导体元件610和基于电荷的元件620之间的电绝缘元件630，但这不是必需的。例如，半导体元件610和基于电荷的元件620可以彼此直接接触。此外，半导体元件610和基于电荷的元件620可以具有至少一个共同的部件。例如，半导体元件610的下部金属层613可以是基于电荷的元件620的一部分。例如，形成基于电荷的元件620的检测表面的金属层621也可以是半导体元件610的下部金属层613。在这种配置中，优选地在用于基于电荷的元件的检测器的电路和用于半导体元件的检测器的电路之间提供良好的电绝缘。形成基于电荷的元件620的检测表面的金属层621和半导体元件610的下部金属层613的优点在于用于穿透的层厚度较小(因为没有提供单独的金属层621和电绝缘元件630)，所以更多数目的粒子到达p-i-n区域。这为610提供了较低的能量阈值。然而，应注意，该配置可能使准确的电荷测量更困难。

尽管上面描述了第一能量阈值和第二能量阈值基本上相同，但是它们可以具有偏移。换句话说，第一能量阈值可以不同于第二能量阈值。例如，可以注意到，对接近阈值的信号粒子的检测可能导致对各种不同类型的信号粒子的检测，并且可能优选的是更清楚地分离对不同信号粒子的检测。在第一能量阈值和第二能量阈值之间具有偏移可以减少检测到的信号粒子，并且可以具体地减少具有临界能级的信号粒子的量，该临界能级可以减少检测中的噪声。第一能量阈值可以大于第二能量阈值。第一能量阈值可取决于到达p-i-n区域之前的层厚度。然而，它可以用样品和检测器之间的偏置电压稍微调节(下面进一步描述为样品和检测器之间的电势不同)。如果偏置电压例如是+200V而不是+50V，则有效地降低背散射信号粒子可以获得足够的附加动能以通过这些层，从而降低有效的第一能量阈值。与第二能量阈值类似的情况发生。因此，阈值的值可以受到偏置电压的影响，因此第一和第二阈值之间的差可以在大约0V和200V之间。

从以上对次级和背散射信号粒子的描述可以理解，不同类型的信号粒子之间的阈值(例如50V，或100V，或200V)是任意的。在该阈值周围没有黑白划分(即，明显分离)。阈值的精确选择不太可能大大改善或有助于图像对比度或质量。因此，阈值的选择不可能减少具有临界能级的信号粒子的检测。通常，由于基于电荷的检测器621和p-i-n区域611之间的层中的能量损失，期望有效的第一和第二能量阈值可以不同。能量刚好足以离开基于电荷的检测器621(即，高于第一能量阈值)的信号粒子可能在基于电荷的检测器621和p-i-n区域611之间的层中损失太多的能量以到达p-i-n区域611；因此导致具有与第一能量阈值不同的值的第二能量阈值。

如上所述，在基板中限定了用于带电粒子射束通过的孔径601。这是有益的，因为信号射束(例如，初级射束320)可以穿过检测器600，使得信号粒子可以由检测器600在初级射束的整个路径上被捕获。然而，尽管这是有益的，但是也可以使用其它配置。例如，检测器600可以设置在初级射束路径的一侧。这将允许初级射束到达样品208，且检测器600仍可检测从样品208发射的信号粒子。在这种配置中，维恩过滤器可以与检测器结合使用。在另一布置中，检测器可被提供为初级射束的路径的任一侧的至少两个部分。这两个部分可以由间隙分开。这两个部分可以间隔开。该间隙可以采取狭缝或带的形式，初级射束的路径穿过该狭缝或带。如果提供多个初级射束(例如，子射束)，则检测器仍然可以被提供到一侧或两侧，例如，具有用于多个初级多射束的多个子射束的路径的狭缝。在一种布置中，这样的检测器阵列可以在狭缝的一侧上具有多个检测器。这种以检测器或检测器部分之间的缝隙为特征的布置可以容易地制造。然而，提供具有在其中形成的孔径的检测器在允许更大的检测表面方面可能是有益的，这因此可以增加检测效率。如果这种检测器具有孔径而不是狭缝等，则将检测器定位在静电透镜内的透镜电极上可以更容易实现。注意，检测器的孔径和静电场可能引起场的一些扰动，该扰动可能影响初级子射束，并且如果子射束的扰动是对称的，则是优选的，因为它导致由像差引起的变形较少。

如图15和图16所示，上述实施例和变型可以具有基于电荷的元件620和半导体元件610的稍微不同的配置。在这种情况下，基于电荷的元件620可以基本上不形成整个检测表面。在这种情况下，基于电荷的元件620提供检测器表面的至少一部分，半导体元件610提供检测器表面的至少一部分。换句话说，检测器表面包括半导体元件610和基于电荷的元件620。

从图15和图16可以理解，基于电荷的元件620和半导体元件610可以在平面图中彼此相邻地定位。因此，在平面图中，基于电荷的元件620的至少一部分可以基本上邻近半导体元件610定位，例如，在检测表面上。应注意，可在基于电荷的元件620与半导体元件610之间提供小间隙，其可以(例如)包括电绝缘材料。

图15示出了一种备选，其中半导体元件610和基于电荷的元件620被堆叠，如以上关于图14所描述的。具体地，半导体元件610和基于电荷的元件620在横截面中堆叠，如图14所示。然而，在该实施例中，基于电荷的元件620部分地覆盖半导体元件610。在这种情况下，基于电荷的元件620可以被定位在半导体表面610的一部分上，以形成如图15所示的检测表面的一部分。换句话说，基于电荷的元件620可以与半导体元件610部分地重叠。因此，在检测器表面上的半导体元件610上可能仅存在基于电荷的元件的部分重叠。在这种情况下，可以将基于电荷的元件620提供为堆叠在半导体元件610顶部上的附加层，使得整个半导体元件形成在基于电荷的元件620下方。在这种配置中提供基于电荷的元件620，即，部分地覆盖半导体元件610，对于减小电容是有益的，这可能导致更快的检测器。

在另一种情况下，基于电荷的元件620可以邻近半导体元件610形成，以形成如图16所示的检测表面的一部分。在这种情况下，基于电荷的元件620和半导体元件610在跨越检测器宽度的横截面中(即，在与初级射束的方向正交的方向上，其可另外称为径向方向)彼此相邻地形成。具体地，基于电荷的元件的检测表面(由金属层621提供)在横截面上与半导体元件的检测表面(由下部金属层613提供)相邻，即，基于电荷的元件的检测表面(由金属层621提供)在横截面上在半导体元件的检测表面(由下部金属层613提供)径向向外或径向向内。因此，基于电荷的元件不会重叠为堆叠在半导体元件顶部上的层。相反，半导体元件610围绕基于电荷的元件620形成。具体地，在下部金属层613上没有基于电荷的元件的重叠。相反，下部金属层613围绕基于电荷的元件的金属层621。换句话说，下部金属层613在平面中从金属层621径向向外。p-i-n层611可以穿过检测器形成并且可以被定位在基于电荷的元件的金属层621下方。这是有利的，因为相同的制造工艺或工艺步骤可用于半导体元件和基于电荷的元件中的层。如上所述，电绝缘通孔622可以穿过p-i-n层将金属层621连接到检测器电路。可分离半导体元件以提供与基于电荷的元件620相关联的p-i-n层611a的一部分。与基于电荷的元件620相关联的p-i-n层611a的该部分不参与半导体元件610的操作。与基于电荷的元件620相关联的p-i-n层611a的该部分可通过绝缘部分623与p-i-n层的其余部分分离。绝缘部分623可以是电绝缘构件，并且可以类似于上述电绝缘元件630，尽管具有不同的配置。绝缘部分623可以被定位在半导体元件610的径向内侧。绝缘部分623可以被定位在基于电荷的元件620的径向外侧。

在该实施例中，检测器元件以不同的模式操作。具体地，可以使用半导体元件(在图16中显示为外环)，其中较高能量信号粒子(例如背散射信号粒子)的能量在检测器表面正下方的耗尽层中转换成电子-空穴对。较低能量的信号粒子(诸如次级信号粒子)通常不具有足够的动能来穿透检测器的(多个)顶层(由半导体的下部金属层613和死层组成)。因此，较低能量信号粒子通常不会被半导体元件620检测到。从较高能量粒子信号中去除较低能量信号粒子是有益的。这是因为如果不同的信号粒子没有被很好地分离，则通常在样品208处产生较低能量的信号粒子，使得较低能量的粒子支配较高能量的粒子。在这种配置中，期望半导体元件上的次级信号粒子的串扰非常低或为零。由于半导体元件和基于电荷的元件的检测表面的总表面积都减小，所以集电极效率可以略低于堆叠实施例。

基于电荷的元件620包括用作电荷导体的金属层621(在图16中示出为内环)。这将使得能够通过它们的电荷检测次级信号粒子(以及影响该内环的背散射信号粒子)。为了更好的电荷传导，基于电荷的元件上的金属层621的厚度可以不同于半导体元件610上的下部金属层613。

优选地，基于电荷的元件620的金属层621与半导体元件的至少下部金属层613分离。优选地，基于电荷的元件620的金属层621和半导体元件的至少下部金属层613在它们之间具有电隔离。在金属层621和下部金属层613之间存在隔离层。这有利于避免两层之间的直接界面。

应当理解，半导体元件和基于电荷的元件可以用于以多种不同的配置形成检测器表面。因此，上述重叠和/或相邻配置中的检测部分的分离可以类似于以上关于图6A和/或图6B的描述。

例如，基于电荷的元件620和半导体元件610可以各自包括检测表面上的环形物(例如，环)。环形物优选是同心的并且彼此径向分开。这在横截面图15和图16中示出。如果基于电荷的元件和半导体元件各自形成单个环，则将注意到，在平面图中，检测器表面可以呈现为如图6A所示。在这种情况下，基于电荷的元件可以对应于内部检测部分405A，并且半导体元件可以对应于外部检测部分405B。

例如，基于电荷的元件和半导体元件可以各自包括至少一个扇区。例如，检测器表面可以由多个扇区形成，这些扇区可以具有近似相等的面积。这些扇区优选地按角度划分。如果基于电荷的元件和半导体元件各自都形成两个扇区，并且基于电荷的元件和半导体元件是交替的，则应当注意，在平面图中，检测表面可以呈现为如图6B所示。在这种情况下，基于电荷的元件620可以对应于检测部分405C和405E，并且半导体元件610可以对应于检测部分405D和405F。

尽管未示出，但是基于电荷的元件和半导体元件可以包括至少一个扇区和至少一个环形物。例如，基于电荷的元件和半导体元件可以在检测器表面上形成棋盘或镖靶图案。

半导体元件610可以被设置有多个环形物。这些环可以例如用一些形式的电绝缘构件分开，这些电绝缘构件可以是或不是电绝缘元件630和/或绝缘部分623的一部分。每个半导体元件环形物可以由绝缘部分623分开，例如，如上关于图16所示。提供作为多个环形物的半导体元件610在使用内部环形物来检测较小角度的高能信号粒子和使用外部环来检测较大角度的高能信号粒子方面是有益的。因此，如果需要，提供作为至少两个环形物的半导体元件允许将对较高能量信号粒子的检测分离成不同的角度范围。

在任何上述变型中描述的检测器可以与减速和加速物镜一起工作(即，该装置以减速或加速模式工作)。特别地，当检测器被定位为底部检测器(例如，物镜阵列241的下游)时，朝向检测器的信号粒子轨迹由样品和检测器之间的场确定，而不是由物镜的减速或加速场确定。通过相对于样品在检测器或检测器阵列上施加负或正偏压，可以排斥(仅背散射模式)或吸引(组合的次级和背散射模式)低能量信号粒子(例如，次级信号粒子)。应注意，较高的着陆能量通常使用加速透镜与。这意味着在这种情况下，高能量信号粒子(例如，背散射信号粒子)平均具有较高能量。这使得高能量信号粒子更容易通过基于电荷的器件620和电绝缘元件630。因此，高能量信号粒子可以更容易地到达这种分层检测器中的半导体元件610。这种检测器类型对于加速透镜更有吸引力。

上述检测器可以用在单射束装置中，例如，与关于图9描述的装置组合。备选地，检测器可以用在多射束装置中，例如其中初级射束被分成子射束，例如如关于图3和图8所描述的。因此，可以提供适用于多射束带电粒子装置的多个检测器。可以如上述任何变化或实施例所述提供多个检测器。多个检测器可以形成被称为检测器阵列的阵列。在这种情况下，每个检测器可以如上所述配置，并且可以邻近阵列中的其它检测器定位。每个检测器可以具有彼此相同的配置，例如，所有检测器具有如图14所示的检测器元件配置，或者如图15所示的配置，或者如图16所示的配置。

在图17中示出了检测器阵列，在图18中示出了阵列的变型。应当注意，图17和图18所示的检测器阵列对应于以上关于图14所述的检测器。然而，检测器可以具有任何上述变化，包括关于图15或图16描述的那些。

检测器阵列可以以任何适当的配置布置。每个检测器可以对应于相应的子射束320。例如，布置在阵列中的检测器可以在布置上对应于上述多射束阵列的子射束阵列。该布置可以是六边形(例如见图10A)或直线网格。检测器阵列可以具有在基板中形成的多个孔径，其中每个孔径形成为对应于多射束阵列中的每个子射束。因此，多个检测器的孔径可以用于多射束阵列的子射束从其中朝向样品208通过。

如果提供检测器阵列，则多个检测器可以被包括在可称为公共基板的基板中。(因此，对于存在单个检测器的一个实施例，检测器可以被包括在基板中)。基板可以包括多个半导体元件610和多个基于电荷的元件620。每个半导体元件610与基于电荷的元件620中对应的一个元件相关联。可以为阵列中的所有检测器600提供相同的基板。备选地，可以为检测器阵列提供多个基板，每个基板包括多个半导体元件610和多个基于电荷的元件620。半导体元件610的数目可以对应于基于电荷的元件620的数目。

可以有形成公共层的检测器部件或层，即，检测器部件或层在阵列的每个检测器600中形成在相同位置。例如，部件或层中的一者，例如，基于电荷的元件的金属层621，可以在沿初级射束路径的相同位置上为每个检测器形成。在金属层621的情况下，金属层621可以形成为针对形成检测器阵列的每个检测器的检测层。

每个检测器的半导体元件610可以在基板的公共半导体层中。因此，基板可以包括包含多个半导体元件610的半导体检测器层。半导体层可以包括多个检测器600共用的部件。例如，半导体元件的p-i-n区域613可以是跨越多个检测器形成的层，如图17所示。p-i-n区域可以被检测器阵列中的多个或甚至所有检测器所共用。备选地，可以为每个单独的半导体元件提供单独的p-i-n区域，其例如可以在阵列中的不同检测器的半导体元件之间具有电绝缘材料。

附加地或可备选地，每个检测器600的基于电荷的元件620可以在基板的基于电荷的公共层中。因此，基板可以包括带电检测器层，该带电检测器层包括多个基于电荷的元件。

附加地或备选地，每个检测器的基于电荷的元件和半导体元件之间的电绝缘元件630可以在基板的公共电绝缘层中。因此，基板还可以包括在基于电荷的元件和半导体元件之间的电绝缘层。

附加地或备选地，每个检测器的电路层640可以被包括在基板的公共电路层中。因此，基板可以包含电路层，该电路层包含多个单元，该多个单元包含与基于电荷的元件和/或半导体元件相关联的电路，例如如图10A、图10B和图10C中所描述和描绘的。检测器可以包括用于每个单元的一个或多个通孔，将相应的基于电荷的元件620和/或相应的半导体元件610连接到单元的电路。例如，每个基于电荷的元件620可以包括如上所述的电绝缘通孔622，其从基于电荷的元件620中的相应的一个元件连接到电路层640。每个半导体元件610可以附加地或备选地包括连接到检测器电路的通孔，或者半导体元件可以通过上部金属层612直接连接到检测器电路。

电路层640可以包括每个单元中的跨阻抗放大器和/或模数转换器。可选地，电路层可以包括用于对应单元的每个相应的基于充电的元件620和/或相应的半导体元件610的跨阻放大器和/或模数转换器。因此，每个基于电荷的元件和/或半导体元件可以连接到与相应的基于电荷的元件和/或半导体元件相关联的跨阻放大器和/或模数转换器。

检测器阵列可以包括屏蔽元件660，如图18所示。屏蔽元件660可以是额外的金属层。屏蔽元件660可以被定位在基于电荷的元件620和半导体元件620之间，以避免(或至少减少)两个检测元件之间的串扰效应。更具体地，屏蔽元件660可以被定位在基于电荷的元件620的金属层621和半导体元件610的下部金属层613之间。这意味着信号粒子在到达检测器610之前需要穿过较厚的层，因此该屏蔽元件660优选地尽可能薄。附加地，电绝缘元件630可以具有屏蔽元件的任一侧的部分，例如，薄部分630A和630B。薄部630A、630B可以是电绝缘元件630的突起。薄部分630A和630B可以被提供为薄膜、或层、或平面部分。因此，在基于电荷的元件620和屏蔽元件660之间可以存在电绝缘部分630A，并且在半导体元件610和屏蔽元件660之间可以存在电绝缘部分630B。优选地，电绝缘部分630A、630B也尽可能薄。薄部分630A、630B可以各自具有如以上关于电绝缘元件630描述的厚度，例如，每个部分630A、630B的厚度可以在约10nm至500nm之间。厚度可取决于材料，并且可任选地为所述的SiO₂。屏蔽元件660可用于上述任何检测器中，例如，如关于图14、图15和/或图16所述。

检测器阵列还可以包括布线层。布线可以在单元之间布线。因此，布线层可以包括上述布线线路554。布线层可以连接到单元的远离孔径的电路(例如，涉及单个半导体元件和单个基于电荷的元件)，例如通过如上所述的单元阵列限定的孔径。布线层可以包括连接不同单元的布线之间的屏蔽。例如，布线层可以包括如上面关于图13所示和所述的屏蔽装置。单元可以仅经由布线层的布线彼此连接。布线层可以形成在单元之间和单元周围。布线层和电路层可以一起形成单个分层部分。(在分层部分内，布线和电路可以占据CMOS结构允许的那么多的CMOS层)。备选地，布线层和电路层可以各自具有它们自己的相应的分层部分。布线层可以在单元阵列的单元之间形成用于单元的连接。布线层可以外部连接单元，使得检测器的检测信号可以从单元传输到朝向处理器的外部连接，处理器用于处理检测信号。每个单元的电路和布线通常是隔离的；也就是说，单元彼此电绝缘。布线层将相关联的检测器连接到数据路径，用于以降低检测信号中断风险的方式从检测器阵列传输检测信号。用于向外部传输检测信号的导线被隔离以防止串扰。布线层和/或电路层可以例如单独地或一起形成基板中的单片分层部分，该单片分层部分被配置为连接到检测器阵列中的每个检测器。

如上所述，关于单个检测器，基于电荷的元件620可以更靠近检测表面。因此，电荷检测器层可以比对应的半导体元件层更靠近检测器阵列的检测表面。每个基于电荷的元件620可以与对应半导体元件610的至少一部分重叠。在一个实施例中，重叠基本上是完整的，如图17所示。因此，可以基于如图14所示的检测器来提供阵列。在另一个实施例中，可能只有部分重叠。在这种情况下，检测表面可以由电荷检测器层和半导体检测器层提供。因此，可以基于如图15所示的检测器600来提供阵列。在另一个实施例中，可以没有重叠。在这种情况下，检测表面可以由电荷检测器层和半导体检测器层提供。因此，可以基于如图16所示的检测器来提供阵列。

上述任何检测器都可以作为用于评估工具的带电粒子装置的一部分，以检测来自样品的带电粒子。

带电粒子装置可以是单射束装置，例如如关于图9所描述的，尽管其它配置可用于提供单射束装置。带电粒子装置可以包括(例如，物镜组件132的)物镜，其被配置为将带电粒子的初级射束投射到样品208上。物镜可以如上所述配置。优选地，在物镜中限定用于初级射束的孔径，并且在检测器600的基板中限定与物镜中的孔径对准的孔径。尽管如上所述，检测器600可以设置在初级射束的侧面，使得检测器不具有穿过检测器形成的孔径。在这种情况下，检测器600仍然可以与初级射束对准，例如，通过使检测器600在带电粒子装置中定位成紧挨初级射束来，以便检测从样品发射的信号粒子。

在带电粒子装置中使用的检测器可以如上述任何实施例和变型中所述。

在带电粒子装置中使用的检测器可以包括被配置为检测高于第一能量阈值的信号粒子的第一检测器元件和被配置为检测低于第二能量阈值的信号粒子的第二检测器元件。在这种情况下，检测器可以接近样品，并且可以包括半导体元件。因此，可以靠近样品提供两种不同类型的检测器，其中检测器600至少包括半导体元件。检测器靠近样品是有益的，因为在该位置处，较低信号粒子和较高信号粒子之间的能量差将大于更远的上游(朝向源)。在该位置处，能量差的大小可以最大。在布置中，能量比最大。这假设信号粒子基本上不朝向检测器加速。然而，可以施加电势差以加速朝向检测器的信号粒子，这将在下面进一步描述。

如上所述，通常可以预期，由于第一检测器元件和第二检测器元件之间的层中的能量损失，有效的第一和第二能量阈值是不同的。

第一检测器元件可以是上面详细描述的半导体元件。第二检测器元件可以是上面详细描述的基于电荷的元件。

带电粒子装置可以是多射束装置，例如如关于图3和图8所描述的，尽管其他配置可以用于提供多射束装置。带电粒子装置可以包括物镜阵列241，其被配置为以多射束阵列将多个带电粒子的子射束投射到样品208上。物镜阵列241可以如上所述配置。带电粒子装置可以包括如上所述的检测器阵列，或者包括包含如上所述的检测器阵列的检测器系统。优选地，在物镜阵列中为每个子射束限定孔径，并且在检测器阵列的每个检测器中限定孔径。优选地，至少一个检测器阵列的孔径与物镜阵列241中限定的孔径对准。

检测器可以与物镜阵列241相关联。例如，检测器可以在结构上连接到物镜阵列241。因此，检测器可以被定位在、附接或直接连接到物镜。具体地，检测器可以与物镜阵列241的电极板的主表面相关联。因此，检测器可以在结构上连接到物镜阵列241的电极。检测器可邻近物镜阵列241的最下游电极定位或在结构上连接到物镜阵列241的最下游电极。检测器600可以与物镜阵列241的最下游电极的下游表面相邻或在结构上连接。检测器可以邻近物镜阵列241的最上游电极定位，或者在结构上连接到物镜阵列241的最上游电极。如果检测器是检测器阵列的一部分，则检测器阵列和/或检测器系统可与如本文所述的物镜阵列241相关联。

检测器600可以在带电粒子装置中被定位在任何适当位置。检测器可以提供装置的表面。优选地，装置的表面被配置为面向样品。优选地，检测器靠近样品。优选地，检测器邻近样品。优选地，检测器直接邻近样品，并且在检测器和样品之间没有其它部件。提供接近样品的检测器是有益的，因为这同时提高了在检测器元件处的较低和较高能量信号粒子的总检测效率。检测器600可以沿着初级射束320的路径被设置在物镜阵列241的上游。如果检测器600是检测器阵列的一部分，则检测器阵列和/或检测器系统可以如本文所述定位。

该装置可以被配置为在样品208和检测器阵列之间施加电势差，例如施加到检测器阵列的至少一部分，例如施加到至少一个检测器，例如施加到检测器的至少一部分，诸如基于电荷的元件和/或基于半导体的元件。电势差可以被称为偏置电压。例如，电势可以相对较小。例如，样品208和检测器阵列之间的电势差可以是大约50V-300V。检测器阵列可以比样品更正。因此，电势差可用于将信号粒子吸引到检测器阵列。与较低能量信号粒子(例如，具有大约50eV的最大能量的次级信号粒子)和较高能量信号粒子(例如，具有高达keV或更大的着陆能量的最大能量的背散射信号粒子)之间的能量差相比，这种加速电压(例如，大约50V-300V)较小。应当注意，小的电势差将倾向于对较低能量粒子具有更大的影响，诸如对应于次级信号粒子的那些粒子。当然，相同的电势可以施加到单个检测器，例如，当作为单射束装置的一部分提供时。

上述检测器的任何配置可以具有这样的电势差，该电势差被施加以吸引信号粒子，这如上所述是有益的。应注意，使用该电势差对于其中基于电荷的元件部分地覆盖半导体元件(如图15中所示)或提供内环(如图16中所示)的检测器的配置尤其有益。在这种情况下，较低能量的信号粒子(例如，次级信号粒子)可以由于样品和检测器之间产生的场而被向上加速。这可能意味着较低能量的信号粒子主要撞击(或仅撞击)形成为同心检测器的内环的基于电荷的元件621。因此，仅在该内环上使用基于电荷的元件可能是有利的，因为这减少了基于电荷的元件中由较大能量信号粒子(例如，背散射信号粒子)的电荷产生并减少了噪声。

在检测器600的布置中，第一和第二元件中的至少一个元件是基于电荷的检测器或半导体检测器。例如检测器660的基板可以包括在不同层中包含第一和第二元件的层。检测器还包括在基于电荷的元件和半导体元件之间的电绝缘元件。检测器可以包括两个电荷检测器元件，其被配置为检测不同的信号粒子并同时进行检测。备选地或附加地，检测器可以包括基于电荷的元件和半导体元件，并且被配置为使得半导体元件和基于电荷的元件同时进行检测。

在检测器的这种布置中，在基板中限定了用于从其中通过带电粒子射束的孔径。第一能量阈值可以对应于背散射阈值能量。第二能量阈值可以对应于次级阈值能量。第一能量阈值和第二能量阈值基本上相同或具有偏移。至少一个基于电荷的元件包括金属层。电绝缘通孔被配置为将基于电荷的元件连接到检测器电路。基于电荷的元件和半导体元件各自都是与检测器的主表面基本上共面的层的至少一部分。基于电荷的元件和半导体元件各自都是沿着射束路径堆叠结构的层的至少一部分。检测器阵列可以包括多个这样的检测器；检测器被包括在公共基板中。每个检测器可以对应于多射束阵列的相应子射束。在多个检测器中的孔径用于子射束的通过，这样的检测器和检测器阵列可以具有本文描述的检测器和检测器阵列的其它实施例的特征。

在带电粒子装置的实施例中，该带电粒子装置可以用于被配置检测来自样品的多射束带电粒子的评估系统(或评估工具)。该装置包括例如在本文公开的物镜和例如在本文公开的检测器。物镜阵列可以被配置为将多个带电粒子射束投射到样品上。检测器可以接近样品。在检测器中限定了用于朝向样品的射束路径的多个孔径。在一个实施例中，检测器包括第一检测器层和第二检测器层。第一检测器层可以是第一元件。第二检测器层可以是第二元件。第一检测器层可以被配置为检测高于第一能量阈值，例如高于背散射阈值能量的信号粒子。第二检测器层可以被配置为检测低于第二能量阈值(例如低于第二阈值能量)的信号粒子。第一和第二检测器层中的至少一个检测器层是基于电荷的检测器或半导体检测器。第二检测器层和第一检测器层被配置为同时检测。

本发明还可以提供一种使用如上所述的检测器、检测器阵列或带电粒子装置中的任一者来检测信号粒子的方法。

在一个实施例中，提供了一种将带电粒子射束投射到样品208上以便检测从样品208发射的信号粒子的方法。该方法包括沿初级射束路径将射束投射到样品208的表面上。该方法包括在半导体元件和基于电荷的元件处同时检测从样品发射的信号粒子。

在一个实施例中，提供了一种将带电粒子射束投射到样品208上以便检测从样品208发射的信号粒子的方法。该方法包括沿初级射束路径将射束投射到样品的表面上。该方法还包括在检测器处检测从样品发射的信号粒子，该检测器靠近样品并包括半导体元件，该检测包括同时在第一检测器元件处检测高于第一能量阈值的信号粒子和在第二检测器元件处检测低于第二能量阈值的信号粒子。

在一个实施例中，提供了一种将多个带电粒子子射束投射到样品208上以便检测从样品208发射的信号粒子的方法。该方法包括沿初级子射束路径将子射束投射到样品208的表面上。该方法还包括在检测器阵列处检测从样品发射的信号粒子，该检测器阵列接近样品并包括检测器，该检测器包括对应于每个子射束的半导体元件，该检测器包括第一检测器元件和第二检测器元件，该检测包括由每个检测器同时在对应的第一检测器元件处检测高于第一能量阈值的信号粒子和在第二检测器元件处检测低于第二能量阈值的信号粒子。

在一个实施例中，提供了一种将带电粒子射束投射到样品上以便检测从样品发射的信号粒子的方法208。该方法包括提供根据任何上述实施例或变型的装置。该方法还包括使用物镜将带电粒子射束投射到样品上，并使用半导体元件610和基于电荷的元件620同时检测所得到的信号粒子。

在本说明书中，应当理解，带电粒子/信号粒子通常是电子或其它带负电的粒子。然而，与上述相反，带电粒子/信号粒子可以是带正电的粒子，例如离子。因此，可提供初级离子射束。利用初级离子射束，可以从样品发射次级离子，该次级离子可以由基于电荷的元件620检测。然而，这也会同时产生带负电的粒子，例如次级电子。因此，用该基于电荷的元件620所累积的电荷将是带正电和带负电的粒子的混合，这将使带电测量不可靠。然而，在基于电荷的元件620上具有正偏压或负偏压将使得有可能选择电荷极性中的一者。由于材料中离子的范围比电子小得多，背散射离子需要大得多的动能才能到达半导体元件610。因此，不是所有的背散射离子到达该检测器部件。为了改善背散射离子的检测，可以使基于电荷的元件620更薄。在使用离子代替带负电的粒子的情况下，则上述任何偏压将是相反的，例如，应当使用正偏压代替负偏压，反之亦然。

术语“子射束”和“束波”在本文中可互换使用，并且都被理解为包括通过划分或分裂母体辐射束而从母体辐射束导出的任何辐射束。术语“操纵器”用于包括影响子射束或束波的路径的任何元件，诸如透镜或偏转器。对沿射束路径或子射束路径对准的元件的引用应理解为意指各个元件沿射束路径或子射束路径定位。对光学器件的引用应理解为是指电子光学器件。

虽然描述和附图针对电子光学系统，但是应当理解，这些实施例不用于将本公开限于特定的带电粒子。因此，在本文件中对电子的引用可以更一般地被认为是对带电粒子的引用，其中带电粒子不一定是电子。带电粒子光学装置可以是带负电的粒子装置。另外，带电粒子光学装置可以称为电子光学装置。应当理解，电子是特定的带电粒子，并且可以适当地替换本申请通篇提及的带电粒子的所有实例。例如，源可以具体地提供电子。在整个说明书中提及的带电粒子可以具体地是带负电的粒子。

带电粒子光学装置可以更具体地定义为带电粒子光学装置列。换句话说，该装置可以作为装置列提供。因此，该装置列可以包括如上所述的物镜阵列组件。因此，装置列可以包括如上所述的带电粒子光学系统，例如包括物镜阵列和可选的检测器阵列和/或可选的会聚透镜阵列。

上述带电粒子光学装置至少包括物镜阵列240。带电粒子光学装置可以包括检测器阵列241。带电粒子光学装置可以包括控制透镜阵列250。因此，包括物镜阵列和检测器阵列的带电粒子光学装置可以与物镜阵列组件互换，并被称为物镜阵列组件，物镜阵列组件可选地包括控制透镜阵列250。带电粒子光学装置可以包括关于图3和/或图8描述的附加部件。因此，带电粒子光学装置(如果包括这些图中的附加部件的话)可以与带电粒子评估工具40和/或带电粒子光学系统互换，并被称为带电粒子评估工具40和/或带电粒子光学系统。

根据本发明实施例的评估工具可以是对样品进行定性评估(例如，通过/失败)的工具，对样品进行定量测量(例如，特征的尺寸)的工具，或生成样品的地图图像的工具。评估工具的示例是检查工具(例如，用于识别缺陷)，检查工具(例如，用于分类缺陷)和度量工具，或者能够执行与检查工具，检查工具或度量工具(例如，度量检查工具)相关联的评估功能的任何组合的工具。带电粒子射束工具40(可以是带电粒子光学柱)可以是评估工具的部件；例如检查工具或地铁检查工具，或电子射束光刻工具的一部分。在此对工具的任何引用旨在涵盖一种装置，设备或系统，该工具包括多个部件，这些部件可以被配置或可以不被配置，并且甚至可以位于分开的房间中，尤其是例如用于数据处理元件。

对可控制来以某一方式操纵带电粒子射束的部件或元件的部件或系统的引用包括：配置控制器或控制系统或控制单元以控制部件以所述方式操纵带电粒子射束，以及可选地使用其它控制器或装置(例如，电压源和/或电流源)来控制部件以这种方式操纵带电粒子射束。例如，电压源可以电连接到一个或多个部件以向部件施加电势，诸如在包括控制透镜阵列250、物镜阵列241、会聚透镜231、校正器、准直器元件阵列271、检测器阵列240、载物台209(例如，样品207)和扫描偏转器阵列260的非限制列表中；这种电压源可以在控制器或控制系统或控制单元的控制下。电压源可以例如相对于样品207向检测器(或检测器阵列)的至少一部分施加诸如偏置电压的电势差。这种偏置电压可以例如由控制系统(例如控制器50)控制。可以使用一个或多个控制器、控制系统或控制单元来控制可致动部件(诸如载物台)以致动且因此相对于另一部件(诸如射束路径)移动以控制部件的致动。

本文描述的实施例可以采取沿着射束或多射束路径以阵列布置的一系列孔径阵列或带电粒子光学元件的形式。这种带电粒子光学元件可以是静电的。在一个实施例中，所有带电粒子光学元件，例如从射束限制孔径阵列到样品之前的子射束路径中的最后带电粒子光学元件，可以是静电的和/或可以是孔径阵列或板阵列的形式。在一些布置中，一个或多个带电粒子光学元件被制造为微机电系统(MEMS)(即，使用MEMS制造技术)。

至少如图3和图8所示和如上所述的这种结构的系统或装置可以包括诸如上部限束器、准直器元件阵列271、控制透镜阵列250、扫描偏转器阵列260、物镜阵列241、射束成形限制器和/或检测器阵列240的部件；存在的这些元件中的一个或多个元件可以用诸如陶瓷或玻璃间隔件的隔离元件连接到一个或多个相邻元件。

计算机程序可以包括指令以指示控制器50执行以下步骤。控制器50控制带电粒子射束装置向样品208投射带电粒子射束。在一个实施例中，控制器50控制至少一个带电粒子光学元件(例如，多个偏转器或扫描偏转器260、265的阵列)以对带电粒子射束路径中的带电粒子射束进行操作。附加地或备选地，在实施例中，控制器50控制至少一个带电粒子光学元件(例如，检测器阵列240)以响应于带电粒子射束对从样品208发射的带电粒子射束进行操作。

带电粒子射束工具40内的任何元件或元件集合可以是可更换的或现场可更换的。带电粒子射束工具40中的一个或多个带电粒子光学部件，特别是那些对子射束进行操作或产生子射束的部件，诸如孔径阵列和操纵器阵列，可以包括一个或多个MEMS。

虽然已经结合各种实施例描述了本发明，但是通过考虑这里公开的本发明的说明书和实践，本发明的其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。说明书和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真实范围和精神由所附权利要求和条款指示。

提供以下条款：条款1：一种用于带电粒子装置的检测器，所述带电粒子装置用于评估工具，所述检测器检测来自样品的信号粒子，所述检测器包括或被包括在基板中，所述基板包括：半导体元件，被配置为检测高于第一能量阈值的信号粒子；以及基于电荷的元件，被配置为检测低于第二能量阈值的信号粒子，理想地，所述带电粒子装置被配置为将带电粒子射束投射到所述样品，理想地，所述检测器被配置为检测所得到的所述信号粒子，理想地，所得到的所述信号粒子包括高于所述第一能量阈值的所述信号粒子，并且理想地，所得到的所述信号粒子包括低于所述第二能量阈值的所述信号粒子。

条款2：根据条款1所述的检测器，其中在所述基板中限定用于带电粒子射束(或相应的带电粒子子射束)从其中通过的孔径。

条款3：根据条款1或2所述的检测器，还包括在所述基于电荷的元件和所述半导体元件之间的电绝缘元件。

条款4：根据条款1至3中任一项所述的检测器，其中所述第一能量阈值对应于背散射阈值能量。

条款5：根据任一前述条款所述的检测器，其中所述第二能量阈值对应于次级阈值能量。

条款6：根据任一前述条款所述的检测器，其中所述第一能量阈值和所述第二能量阈值基本上相同或具有偏移。

条款7：根据前述条款中任一项所述的检测器，其中所述基于电荷的元件包括金属层。

条款8：根据前述条款中任一项所述的检测器，还包括电绝缘通孔，所述电绝缘通孔被配置为将所述基于电荷的元件连接到检测器电路，优选地，所述基板包括包含所述检测器电路的电路层。

条款9：根据条款8所述的检测器，其中所述电绝缘通孔延伸穿过所述半导体元件的至少一部分。

条款10：根据前述条款中任一项所述的检测器，其中所述半导体元件包括在p-i-n区域的任一侧上的上部金属层和下部金属层。

条款11：根据条款10所述的检测器，其中所述下部金属层也是所述基于电荷的元件的一部分。

条款12：根据条款10或11所述的检测器，其中所述上部金属触点连接到检测器电路，所述检测器电路优选地被包括在所述基板中的电路层中。

条款13：根据前述条款中任一项所述的检测器，其中所述基于电荷的元件和所述半导体元件各自是与所述检测器的主表面基本上共面的层的至少一部分，并且所述层被包括在堆叠结构中，所述堆叠结构被包括在沿所述检测器的厚度方向堆叠的所述检测器中。

条款14：根据前述条款中任一项所述的检测器，其中所述基于电荷的检测器元件在基本上整个所述半导体元件上形成层。

条款15：根据前述条款中任一项所述的检测器，其中所述基于电荷的元件比所述半导体元件更靠近检测器表面(或单独的检测器表面)，优选地，所述基于电荷的元件提供所述检测器表面(或所述单独的检测器表面)的至少一部分。

条款16：根据条款1至12中任一项所述的检测器，其中所述基于电荷的元件和所述半导体元件在横截面中彼此相邻地定位，优选地，所述基于电荷的元件提供所述检测器表面(或所述单独的检测器表面)的至少一部分，并且所述半导体元件提供所述检测器表面(或所述单独的检测器表面)的至少一部分。

条款17：根据条款16所述的检测器，其中所述基于电荷的元件和所述半导体元件各自包括环形物，所述环形物优选是同心的并且彼此径向分开。

条款18：根据条款16或17所述的检测器，其中所述基于电荷的元件和所述半导体元件各自包括优选地按角度划分的扇区。

条款19：根据前述条款中任一项所述的检测器，其中所述基于电荷的元件具有约100nm或更小，优选约10nm至100nm的厚度。

条款20：根据前述条款中任一项所述的检测器，其中所述基于电荷的元件优选地在电路层中连接到跨阻放大器，和/或所述半导体元件优选地在电路层中连接到跨阻放大器，和/或所述检测器还包括被定位在所述基于电荷的元件和所述半导体元件之间的屏蔽层660，优选地在所述基于电荷的元件和所述屏蔽层之间以及在所述半导体元件和所述屏蔽层之间具有电绝缘部分。

条款21：一种用于带电粒子装置的检测器，所述检测器包括基板，所述基板包括：第一元件，被配置为检测高于第一能量阈值的信号粒子；以及第二元件，被配置为检测低于第二能量阈值的信号粒子，其中所述第一元件和所述第二元件中的至少一个元件是基于电荷的检测器或半导体检测器。

条款22：根据条款21所述的检测器，其中所述基板包括在不同层中包括所述第一元件和所述第二元件的层，和/或所述检测器还包括在所述基于电荷的元件和所述半导体元件之间的电绝缘元件。

条款23：根据条款21或22所述的检测器，其中所述检测器包括被配置为检测不同信号粒子并同时进行检测的两个电荷检测器元件。

条款24：根据条款21至23中任一项所述的检测器，其中所述检测器包括基于电荷的元件和半导体元件，并且被配置为使得所述半导体元件和所述基于电荷的元件同时进行检测。

条款25：根据条款21至24所述的检测器，其中在所述基板中限定用于带电粒子射束从其中通过的孔径。

条款26：根据条款21至25中任一项所述的检测器，其中所述第一能量阈值对应于背散射阈值能量。

条款27：根据条款21至26中任一项所述的检测器，其中所述第二能量阈值对应于次级阈值能量。

条款28：根据条款21至27中任一项所述的检测器，其中所述第一能量阈值和所述第二能量阈值基本上相同或具有偏移。

条款29：根据条款21至28中任一项所述的检测器，其中所述基于电荷的元件中的至少一个元件包括金属层。

条款30：根据条款21至29中任一项所述的检测器，还包括被配置为将所述基于电荷的元件连接到检测器电路的电绝缘通孔。

条款31：根据条款21至30中任一项所述的检测器，其中所述基于电荷的元件和所述半导体元件各自都是与所述检测器的主表面基本上共面的层的至少一部分，并且是沿着所述射束路径的堆叠结构。

条款32：根据条款21至31中任一项所述的检测器，其中所述检测器被包括在公共基板中，每个检测器对应于多射束阵列的相应子射束，所述多个检测器的所述孔径用于所述子射束的通过。

条款33：一种包括根据前述条款中任一项所述的多个检测器的检测器阵列，其中所述检测器被包括在公共基板中，每个检测器对应于相应的子射束，优选地：a)每个检测器的所述半导体元件在所述基板的公共半导体层中；b)每个检测器的所述基于电荷的元件在所述基板的基于电荷的公共层中；c)每个检测器的电路层被包括在所述基板的公共电路层中；d)每个检测器的所述基于电荷的元件和所述半导体元件之间的所述电绝缘元件在所述基板的公共电绝缘层中；e)所述检测器被布置在阵列中，所述阵列在布置上对应于所述多射束阵列的子射束阵列，其中所述布置可以是六边形或直线网格；和/或f)所述多个检测器的孔径用于多射束阵列的子射束的通过。

条款34：一种在多射束带电粒子装置中使用的检测器阵列，所述多射束带电粒子装置用于评估工具，所述检测器用于检测来自样品的信号粒子，所述检测器阵列包括至少一个基板，在所述基板中限定多个孔径，所述多个孔径用于使多个子射束朝向样品从其中通过，所述基板包括：多个半导体元件，被配置为检测高于第一能量阈值的信号粒子；以及多个基于电荷的元件，被配置为检测低于第二能量阈值的信号粒子，其中每个半导体元件与所述基于电荷的元件中的相应一个元件相关联。

条款35：根据条款34所述的检测器阵列，其中所述基板包括半导体检测器层，所述半导体检测器层包括所述多个半导体元件。

条款36：根据条款34或35所述的检测器阵列，其中所述基板包括带电检测器层，所述带电检测器层包括所述多个基于电荷的元件。

条款37：根据条款36所述的检测器阵列，其中所述基于电荷的元件包括金属层。

条款38：根据条款36或37所述的检测器阵列，其中所述电荷检测器层比对应的所述半导体元件更靠近所述检测器阵列的检测表面，所述检测表面是所述检测器阵列的用于将所述信号粒子传递到所述半导体元件或所述基于电荷的元件的表面。

条款39：根据条款36至38中任一项所述的检测器阵列，其中所述基于电荷的元件中的每一个元件与对应的所述半导体元件的至少一部分重叠，优选地，所述重叠基本上是完全的。

条款40：根据条款36至38中任一项所述的检测器阵列，其中所述基于电荷的元件和所述半导体元件例如在横截面中彼此相邻地定位。

条款41：根据前述条款中任一项所述的检测器，所述基板还包括在所述基于电荷的元件和所述半导体元件之间的电绝缘元件。

条款42：根据前述条款中任一项所述的检测器阵列，所述基板还包括电路层，所述电路层包括多个单元，所述多个单元包括与所述基于电荷的元件和/或所述半导体元件相关联的电路。

条款43：根据条款42所述的检测器阵列，还包括用于每个单元的一个或多个通孔，所述通孔将相应的所述基于电荷的元件和/或相应的所述半导体元件连接到所述单元的所述电路。

条款44：根据条款43所述的检测器阵列，其中所述电路层包括在每个单元中的跨阻放大器和/或模数转换器，可选地所述跨阻放大器和/或所述模数转换器用于对应的所述单元的相应的所述基于电荷的元件和/或相应的所述半导体元件中的每一者。

条款45：根据条款44所述的检测器阵列，还包括布线层，其中所述布线层包括连接所述单元的远离所述多个孔径的所述电路的布线。

条款46：根据条款45所述的检测器阵列，其中所述布线在单元之间布线。

条款47：根据条款45或46所述的检测器阵列，其中所述布线包括连接不同单元的布线之间的屏蔽。

条款48：一种用于多射束评估系统以检测来自样品的带电粒子的带电粒子装置，所述装置包括：物镜阵列，被配置为将多射束带电粒子投射到样品上；以及检测器，所述检测器邻近所述样品并且其中限定用于朝向所述样品的所述射束的路径的多个孔径，所述检测器包括：用于检测高于第一能量阈值的信号粒子的第一检测器层和用于检测低于第二能量阈值的信号粒子的第二检测器层，其中所述第一检测器层和第二检测器层中的至少一个检测器层是基于电荷的检测器或半导体检测器，和/或所述第二检测器层和所述第一检测器层被配置为同时检测。

条款49：一种用于评估工具以检测来自样品的信号粒子的带电粒子装置，所述装置包括：物镜，被配置为将带电粒子射束投射到样品上；以及根据条款1至32中任一项所述的检测器。

条款50：根据条款49所述的带电粒子装置，其中在所述物镜中限定用于所述射束的孔径，并且在所述检测器的所述基板中限定与所述物镜中的所述孔径对准的孔径。

条款51：一种用于评估工具以检测来自样品的信号粒子的带电粒子装置，所述装置包括：物镜阵列，被配置为将带电粒子的多个子射束以多射束阵列投射到样品上，并且其中为每个子射束限定孔径；以及包括根据条款19至47中任一项所述的至少一个检测器阵列的检测器系统，其中所述至少一个检测器阵列的所述孔径与所述物镜阵列中限定的所述孔径对准。

条款52：根据条款51所述的带电粒子装置，其中所述检测器系统的至少一个检测器在结构上连接到所述物镜。

条款53：根据条款51或52所述的带电粒子装置，其中至少一个检测器与所述物镜的电极板的主表面相关联。

条款54：根据条款49至53中任一项所述的带电粒子装置，其中至少一个检测器提供所述装置的表面，所述表面优选地被配置为面向样品和/或使得所述检测器(或所述至少一个检测器)接近所述样品。

条款55：根据条款49至54中的任一项所述的带电粒子装置，其中在沿着所述物镜的所述多个子射束的路径的上游提供至少一个检测器。

条款56：一种用于评估工具以检测来自样品的带电粒子的带电粒子装置，所述装置包括：物镜，所述物镜被配置为将带电粒子射束投射到样品上，并且其中限定用于所述射束的孔径；以及检测器，所述检测器接近所述样品并限定与所述物镜的所述孔径对准的孔径，所述检测器包括第一检测器元件和第二检测器元件，所述第一检测器元件被配置为检测高于第一能量阈值的信号粒子，所述第二检测器元件被配置为同时检测低于第二能量阈值的信号粒子，其中所述检测器包括半导体元件。

条款57：根据条款56所述的带电粒子装置，其中所述第一检测器元件包括所述半导体元件。

条款58：根据条款56或57中任一项所述的带电粒子装置，其中所述第二检测器元件包括基于电荷的检测器元件。

条款59：根据条款58所述的带电粒子装置，其中所述检测器根据条款1至32中的任一项。

条款60：根据条款49至59中任一项所述的带电粒子装置，所述装置被配置为在所述样品和所述检测器之间施加电势差。

条款61：根据条款60所述的带电粒子装置，其中所述样品与所述检测器之间的所述电势差为约50V至300V。

条款62：根据条款60或61中的任一项所述的带电粒子装置，其中所述检测器比所述样品更正。

条款63：根据条款48至62中任一项所述的带电粒子装置，还包括电压源，所述电压源被配置为电连接至一个或多个部件以向所述部件施加电势，期望地所述带电粒子装置还包括控制器，所述控制器被配置为控制所述电压源。

条款64：根据条款63所述的带电粒子装置，其中所述电压源被配置为将偏置电压施加到所述检测器(或所述检测器阵列)的至少一部分，理想地所述检测器例如在所述检测器(或检测器阵列)和所述样品之间。

条款65：一种包括条款48至64中任一项所述的带电粒子装置的带电粒子评估工具，理想地，所述带电粒子评估工具用于通过使用带电粒子装置检测来自样品的信号粒子来进行评估，所述带电粒子装置用于向样品投射多射束带电粒子。

条款66：根据条款65所述的评估工具，所述评估工具包括被配置为支撑样品的载物台，理想地所述载物台包括被配置为保持样品的样品保持器。

条款67：一种将带电粒子射束投射到样品上以便检测从所述样品发射的信号粒子的方法，所述方法包括：a)沿着初级射束路径将所述射束投射到所述样品的表面上；以及b)在半导体元件和基于电荷的元件处同时检测从所述样品发射的所述信号粒子。

条款68：一种将带电粒子射束投射到样品上以便检测从所述样品发射的信号粒子的方法，所述方法包括：a)沿着初级射束路径将所述射束投射到所述样品的表面上；以及b)在检测器处检测从所述样品发射的所述信号粒子，所述检测器接近所述样品并且包括半导体元件，所述检测包括同时在第一检测器元件处检测高于第一能量阈值的信号粒子和在第二检测器元件处检测低于第二能量阈值的信号粒子。

条款69：一种将带电粒子的多个子射束投射到样品上以便检测从所述样品发射的信号粒子的方法，所述方法包括：a)沿着初级子射束路径将所述子射束投射到所述样品的表面上；以及b)在检测器阵列处检测从所述样品发射的所述信号粒子，所述检测器阵列接近所述样品并且包括检测器，所述检测器包括对应于每个子射束的半导体元件，所述检测器包括第一检测器元件和第二检测器元件，所述检测包括由每个检测器同时在对应的所述第一检测器元件处检测高于第一能量阈值的信号粒子和在所述第二检测器元件处检测低于第二能量阈值的信号粒子。

条款70：一种将带电粒子射束投射到样品上以便检测从所述样品发射的信号粒子的方法，所述方法包括：提供根据条款48至53中任一项所述的装置；使用所述物镜向所述样品投射带电粒子射束；使用所述半导体元件和所述基于电荷的元件同时检测所得到的所述信号粒子。

Claims (15)

1.一种带电粒子评估工具，用于通过使用用于向样品投射多射束带电粒子的带电粒子装置检测来自样品的信号粒子来进行评估，所述评估工具包括检测器阵列，所述检测器阵列包括被配置为检测来自样品的信号粒子的多个检测器，所述多个检测器被包括在基板中，个体检测器对应于相应的子射束，所述基板的所述个体检测器包括：

半导体元件，被配置为检测高于第一能量阈值的信号粒子；以及

基于电荷的元件，被配置为检测低于第二能量阈值的信号粒子。

2.根据权利要求1所述的带电粒子评估工具，其中在所述基板中限定孔，用于所述相应的带电粒子子射束从中通过。

3.根据权利要求1或2所述的带电粒子评估工具，还包括在所述基于电荷的元件和所述半导体元件之间的电绝缘元件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的带电粒子评估工具，其中所述第一能量阈值对应于背散射阈值能量。

5.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子评估工具，其中所述第二能量阈值对应于次级阈值能量。

6.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子评估工具，其中所述第一能量阈值和所述第二能量阈值基本上相同或具有偏移。

7.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子评估工具，其中所述基于电荷的元件包括金属层。

8.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子评估工具，还包括电绝缘通孔，所述电绝缘通孔被配置为将所述基于电荷的元件连接到检测器电路，优选地，所述基板包括电路层，所述电路层包括所述检测器电路。

9.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子评估工具，其中所述半导体元件包括在p-i-n区域的任一侧上的上部金属层和下部金属层。

10.根据权利要求9所述的带电粒子评估工具，其中所述下部金属层也是所述基于电荷的元件的一部分，和/或其中上部金属触点连接到检测器电路，所述检测器电路优选地被包括在所述基板中的电路层中。

11.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子评估工具，其中所述基于电荷的元件和所述半导体元件各自都是与所述检测器的主表面基本上共面的层的至少一部分，并且所述层被包括在堆叠结构中，所述堆叠结构被包括在所述检测器中，在所述检测器的厚度方向上堆叠。

12.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子评估工具，其中所述基于电荷的检测器元件在基本上整个的所述半导体元件上形成层。

13.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子评估工具，其中所述基于电荷的元件比所述半导体元件更靠近个体检测器表面，优选地，所述基于电荷的元件提供所述个体检测器表面的至少一部分。

14.根据权利要求1至10中任一项所述的带电粒子评估工具，其中所述基于电荷的元件和所述半导体元件在横截面中彼此相邻地定位，优选地，所述基于电荷的元件提供所述个体检测器表面的至少一部分，并且所述半导体元件提供所述个体检测器表面的至少一部分。

15.根据权利要求14所述的带电粒子评估工具，其中所述基于电荷的元件和所述半导体元件各自都包括环形物，所述环形物优选地是同心的并且彼此径向地分开，和/或，

其中所述基于电荷的元件和所述半导体元件各自包括优选地按角度划分的扇区。