JP2020534640A - ビーム画像システムのためのスイッチマトリクス設計 - Google Patents

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Abstract

検出器アレイ（６００）を実装するためのシステム及び方法が開示される。いくつかの実施形態によれば、基板（６００）が、第１の素子（６１１）と第２の素子（６１２）とを含む複数のセンシング素子（６１１〜６１３）を備える。検出器が、第１の素子と第２の素子とを接続するように構成されたスイッチング素子（６１９）を備える。スイッチング領域は、センシング素子が所定量のエネルギーを有する電子を受け取ったことに応答して生成された信号に基づいて制御することができる。【選択図】 図３Ａ

Description

（関連出願の相互参照）
[001] 本出願は、２０１７年９月１８日に出願された米国出願６２／５６０，１２２の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
[002] 本開示は、概して検出器アレイの分野に係り、より具体的には荷電粒子検出に適用可能な検出器アレイに関する。
[003] 物理的に観測可能な現象を感知する様々な分野で検出器が使用される。例えば電子顕微鏡は、表面トポグラフィ及びサンプルの組成を観察するのに有用なツールである。顕微鏡検査に使用される荷電粒子ビームツールでは、荷電粒子がサンプルに誘導され、様々な方法でサンプルと相互作用する可能性がある。例えば、サンプルに衝突した後、二次電子、後方散乱電子、オージェ電子、ｘ線、可視光などがサンプルから放出され、検出器で検出される可能性がある。散乱粒子は検出器に入射するビームを形成する可能性がある。
[004] 後方散乱電子及び二次電子を含む電子ビームは、電子検出器の表面上の様々な場所に１つ以上のビームスポットを形成することができる。電子検出器は、検出した電子ビームの強度を表す電気信号（例えば電流、電圧など）を生成することができる。測定回路（例えばアナログ−デジタル変換器）を用いて電気信号を測定して、検出した電子の分布を得ることができる。検出時間ウィンドウ中に収集された電子分布データを、サンプル表面に入射する１つ以上の一次電子ビームの対応するスキャンパスデータと組み合わせて使用して、検査中のサンプル構造の画像を再構成することができる。再構成された画像を使用して、サンプルの内部構造及び／又は外部構造の様々な特徴を明らかにすることができ、また、サンプル内に存在し得る欠陥を明らかにすることができる。
[005] 電子光学サブシステムにおける不完全さによって、サンプルを表す再構成画像の質が低下する可能性がある。例えば、複数の一次電子ビームがサンプルをスキャンし、複数の電子ビームが検査中のサンプルによって放出される場合には、電子光学サブシステム内の収差及び分散の影響に起因して、サンプルから放出された隣接するビームからの電子が、電子検出器の表面の同じ場所に到達する可能性がある。結果として、隣接する電子ビームにより形成されるビームスポット同士が部分的に重なり合い、クロストークがもたらされる可能性がある。クロストークの影響は、ノイズとして電子検出器の出力信号に追加される可能性がある。これによって、電子検出器の出力信号は、検査中の特定のサンプル構造とは相互関係のないノイズ成分を含む可能性があり、画像再構成の忠実性が損なわれる。
[006] したがって、電子センシング素子の再構成を可能にする柔軟性のある検出器アレイが必要である。特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）は、アクティブセンシング素子のグループ化を可能にする柔軟性を提供することができる。ＡＳＩＣは、特定のビームスポット又はビームレットスポットに対応するアクティブセンシング素子のグループ化を可能にする電子検出器アレイに有用な可能性がある。このような電子検出器アレイ内のＡＳＩＣには、グループ化を望む特定のセンシング素子のグループ化を制御するためのスイッチマトリクスが必要である。
[007] しかしながら、従来のスイッチマトリクスは、その複雑さのために製造上及び実用化の限界に直面する可能性がある。電子検出器アレイにおける電子センシング素子の再構成に望ましい高いレベルの柔軟性を得るために、非常に複雑なスイッチマトリクス設計が必要になる。複雑な設計はスケールアップが困難である。
[008] 本開示の実施形態は、荷電粒子検出のためのシステム及び方法を提供する。一実施形態では、検出システムが提供される。検出システムは検出器を備えることができる。
[009] 一部の実施形態では、検出器が、複数のセンシング素子を有する基板を含むことができる。センシング素子は、第１の素子及び第２の素子であってよい。検出器はまた、第１の素子と第２の素子とを接続するように構成されたスイッチング素子を含むことができる。第１の素子は、第１の素子がビームを検出したことに応答して第１の信号を生成するように構成することができ、第２の素子は、第２の素子がビームを検出したことに応答して第２の信号を生成するように構成することができる。スイッチング素子は、第１の信号及び第２の信号に基づいて制御されるように構成することができる。
[010] 一部の実施形態では、検出器が、隣接する第１の素子と第２の素子とを含むセンシング素子のアレイを有するセンサ層を含むことができる。検出器はまた、第１の素子及び第２の素子に電気的に接続されるように構成された１つ以上の回路を含む回路層を含むことができる。検出器はまた、回路層に含まれたスイッチング素子を備えることができる。１つ以上の回路は、第１の素子が所定量のエネルギーを有する荷電粒子を受け取ったときに第１のステータスインジケータを生成し、第２の素子が所定量のエネルギーを有する荷電粒子を受け取ったときに第２のステータスインジケータを生成し、第１のステータスインジケータ及び第２のステータスインジケータに基づいてスイッチング素子を制御するように構成することができる。
[011] 一部の実施形態では、検出器システムが、第１の素子と第２の素子とを含む複数のセンシング素子と、第１の素子と第２の素子とを接続するように構成されたスイッチング素子とを含むことができる。検出器システムはまた、第１の素子がビームを検出したことに応答して第１の信号を生成し、第２の素子がビームを検出したことに応答して第２の信号を生成するように構成された１つ以上の回路を含むことができる。１つ以上の回路に接続されたコントローラを設けることができる。
[012] 一部の実施形態によれば、画素数と検出器製造上の困難性の増大との間のトレードオフの関係を解消する構成を実現することができる。高い画素数、高い柔軟性を、付随する製造上の困難性を伴わずに実現できる検出器を提供することができる。
[013] 開示される実施形態の追加の目的及び利点が、以下の説明において部分的に記載され、その説明から部分的に明らかになるか、又は、実施形態を実施することによって学ばれる可能性がある。開示される実施形態の目的及び利点は、特許請求の範囲に記載される要素及び組み合わせによって実現及び達成することができる。しかしながら、本開示の例示的な実施形態は、必ずしもこのような例示的な目的及び利点を実現する必要があるわけではなく、一部の実施形態は、記載された目的及び利点を実現しない可能性がある。
[014] 前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明はともに例示的であり説明のためのみのものであり、特許請求されるような、開示された実施形態を限定するものではないことを理解されたい。
[015] 本開示の実施形態と一致した、例示的な電子ビーム検査（ＥＢＩ）システムを示す概略図である。 [016] 本開示の実施形態と一致した、図１の例示的な電子ビーム検査システムの一部であり得る例示的な電子ビームツールを示す概略図である。 [017] 本開示の実施形態と一致した、検出器アレイの例示的な表面を示す図である。 [017] 本開示の実施形態と一致した、検出器アレイの例示的な表面を示す図である。 [017] 本開示の実施形態と一致した、検出器アレイの例示的な表面を示す図である。 [017] 本開示の実施形態と一致した、検出器アレイの例示的な表面を示す図である。 [018] 本開示の実施形態と一致した、検出器の断面図を示す図である。 [018] 本開示の実施形態と一致した、検出器の断面図を示す図である。 [018] 本開示の実施形態と一致した、検出器の断面図を示す図である。 [019] 本開示の実施形態と一致した、検出器のセンサ層及び回路層を示す回路図である。 [019] 本開示の実施形態と一致した、検出器のセンサ層及び回路層を示す回路図である。 [020] 本開示の実施形態と一致した、例示的な検出器アレイを示す簡略化された概略的回路図である。 [021] 本開示の実施形態と一致した、センシング素子の位置データを関連付ける１つ以上の回路を示す図である。 [022] 本開示の実施形態と一致した、複数のセンシング素子を備えた検出器アレイを使用する検出システムを示す図である。
[023] ここで、例示的な実施形態を詳細に参照する。これらの実施形態の例が添付の図面に示されている。以下の説明は添付の図面を参照し、異なる図面中の同じ番号は、特に断りの無い限り、同じ又は同様の要素を表す。例示的な実施形態の以下の説明文中に記載される実装形態は、本発明と一致する全ての実装形態を表すものではない。その代わり、それらは、添付の特許請求の範囲に記載されるような主題に関連する態様と一致する装置及び方法の単なる例にすぎない。
[024] 本開示の実施形態は、アレイアーキテクチャを有する検出器を提供する。検出器は、検出器のアレイ表面に含まれるセンシング素子のフィールド再構成を可能にすることができる。検出器は、センシング素子対を接続するように構成された素子などのスイッチング素子を備えることができる。スイッチング素子は、各対の２つのセンシング素子間の電気的接続を制御することができる。スイッチング素子はスイッチを含むことができる。
[025] ２つのセンシング素子を接続するように構成されたスイッチは、センシング素子を含む検出器アレイの感知層に隣接するスイッチマトリクスに形成することができる。スイッチマトリクスは、標準的なデバイスプロセスで製造された電子コンポーネントから構成された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として構成することができる。スイッチは感知層に埋設する必要がない。これによって、検出器アレイの製造を単純化することができる。
[026] スイッチング素子は、任意の電気作動スイッチを備えることができる。例えば、スイッチは、電気回路を接続又は切断できる、リレー、トランジスタ、アナログスイッチ、ソリッドステートリレー。又は半導体デバイスを備えることができる。スイッチは、論理素子により制御されるスイッチを動作させるための素子を有することができる。
[027] センシング素子は、任意の形状を有する任意の数のグループ及び各グループに任意の数のセンシング素子を形成することができる。各スイッチの制御回路は、対応する各スイッチのそばに位置することができる。制御回路は論理素子を備えることができる。センシング素子対間のスイッチは、行制御線及び／又は列制御線によってアドレス可能である。制御回路及びスイッチは、共通の回路ダイに収容することができる。
[028] センシング素子のアレイは、基板にセンサ層として形成することができる。制御回路は、基板に回路層として形成することができる。スイッチング素子は、回路層に形成することができる。代替的に、スイッチング素子は、感知層と回路層との間に挟まれた独立層として形成することができる。
[029] 本開示の態様と一致するある構成では、回路層における相互接続を単純化することができる。センシング素子の各グループの出力信号は、そのグループに接続された複数の出力線を介して転送することができる。出力線は、グループにスイッチにより形成されたセンシング素子間の接続とともに、低い等価出力直列抵抗及び直列インダクタンスを有するネットワークを形成することができる。例えば、一部の実施形態では、制御回路は、従来の方法と比べて等価出力直列抵抗及び直列インダクタンスが低いネットワークを形成することができる。広帯域動作が促進されるように、グループ化されたセンシング素子の出力インピーダンスを低減することができる。
[030] 本開示の実施形態は、電子検出器を備えた電子ビームツールを提供する。電子検出器と結合された回路層を設けることができる。電子検出器は、後方散乱された一次電子及びサンプルから放出された二次電子を受け取るように構成することができる。受け取られた電子は、検出器の表面上に１つ以上のビームスポットを形成する。検出器の表面は、電子の受け取りに応答して電気信号を生成するように構成された複数の電子センシング素子を含むことができる。
[031] 一部の実施形態では、回路層は、複数の電子センシング素子のグループ化を設定するのに使用される前処理回路と信号処理回路とを備えることができる。例えば、前処理回路及び信号処理回路は、生成された電気信号の大きさに関連した示度を生成するように構成することができる。このような回路は、複数のセンシング素子のうちの２つのセンシング素子と関連付けられたゲートなどの論理ブロックを備えることができる。ゲートは、センシング素子から生成された信号に基づいて接続状態を決定するように構成することができる。ゲートは、２つのセンシング素子が２つのセンシング素子を接続するように構成されたスイッチング素子を介して電気的に接続又は切断されるように制御することができる。センシング素子から生成された電気信号は、スイッチング素子を通過するように構成することができる。決定はセンシング素子からの電気信号に基づいて行うことができる。
[032] 後処理回路は、センシング素子の出力に基づいてビーム又はビームレットの像を取得するように構成されたコントローラと相互作用するように構成することができる。コントローラは、ビームの像を再構成することができる。コントローラは、再構成された像に基づいてビーム境界、例えばビームスポットの一次及び二次境界を決定するように構成することができる。
[033] 後処理回路の別の実装形態は、前処理回路からの生成された示度に基づいて、どの電子センシング素子がビームスポットの境界、例えば一次境界内にあるのかを決定するように構成できる１つ以上の回路を備えることができる。決定された一次境界に基づいてビームスポットの強度を表す値を生成する処理を実行することができる。一部の実施形態では、グループ化を用いて、どの電子センシング素子がビームスポットの一次境界の外側にあるのかを決定することができる。一次境界の外側にあると決定されたセンシング素子の出力に基づいて、ノイズ信号を推定することができる。後処理回路は、ビームスポットの強度データを生成するときに、推定されたノイズ信号を補償することができる。
[034] センシング素子のグループ化は、電子ビームの電子の衝突に応答してセンシング素子が生成した電気信号に基づくことができる。グループ化は、隣接するセンシング素子を接続するように構成されたスイッチング素子を通過する電気信号に基づくことができる。グループ化は、後処理回路による決定に基づくこともできる。例えば、一部の実施形態では、一次及び／又は二次ビームスポット境界は、センシング素子の出力信号に基づいて決定することができる。
[035] 画素と関連付けられたローカル制御論理は、対応するセンシング素子の信号レベルの示度を生成することができる。この示度は、２つの隣接するセンシング素子をスイッチング素子によって接続すべきかどうかを決定するのに使用することができる。このようにして、グループを形成することができる。形成されたセンシング素子のグループに基づいて、一次境界を決定することができる。さらに、一部の実施形態では、勾配情報を取得して、二次境界の決定に使用することができる。
[036] 入射電子ビームの電子は、異なる生成プロセスに起因して、異なる特性、例えば異なるエネルギーを有する可能性がある。異なる特性を有する電子の分布又は密度は、異なる場所において変化する可能性がある。したがって、電子ビーム内で、検出された電子ビームスポット内の強度パターンが、一次又は二次境界に対応する可能性がある。一次及び二次ビームスポット境界を使用して、対応する電子センシング素子の出力信号をグループ化することができる。グループは、その幾何学的配置が対応する電子ビームスポットのパターンと一致するように形成することができる。例として、二次ビーム境界内の電子センシング素子により検出された電子ビームスポットの一部分は、ほぼ全体が後方散乱された電子で構成される可能性がある一方、一次ビーム境界と二次ビーム境界との間の電子センシング素子により検出された電子ビームスポットの一部分は、ほぼ全体が二次電子で構成される可能性がある。したがって、形成されたグループは、検出されたビーム全体の強度情報、並びに、電子ビームの後方散乱部分及び二次電子部分に対応する強度情報を生成することができる。したがって、一部の実施形態は、検出された電子ビームスポット、及び調査中のサンプルの特性についての情報を提供することができる。
[037] ここで、例示的な実施形態を詳細に参照する。これらの実施形態は、添付の図面に示されている。以下の実施形態は、電子ビームを利用することとの関連で説明されているが、本開示はそのように限定されない。他のタイプの荷電粒子ビームも同様に適用することができる。さらに、本開示の態様と一致する検出器は、ｘ線、光子、及びその他の形態のエネルギーを感知する環境に適用可能である。
[038] ここで図１を参照する。図１は、本開示の実施形態と一致した、例示的な電子ビーム検査（ＥＢＩ）システム１００を示している。図１に示すように、ＥＢＩシステム１００は、メインチャンバ１０１と、ロード／ロックチャンバ１０２と、電子ビームツール１０４と、機器フロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ）１０６とを含む。電子ビームツール１０４は、メインチャンバ１０１内に位置する。ＥＦＥＭ１０６は、第１のローディングポート１０６ａと第２のローディングポート１０６ｂとを含む。ＥＦＥＭ１０６は、追加のローディングポートを含むことができる。第１のローディングポート１０６ａ及び第２のローディングポート１０６ｂは、検査すべきウェーハ（例えば、半導体ウェーハ、又は他の材料で作られたウェーハ）又はサンプル（ウェーハ及びサンプルは、以下ではまとめて「ウェーハ」と称される）を収容するウェーハ前面開口一体型ポッド（ＦＯＵＰ）を受け取る。
[039] ＥＦＥＭ１０６内の１つ以上のロボットアーム（図示せず）は、ウェーハをロード／ロックチャンバ１０２に運ぶことができる。ロード／ロックチャンバ１０２は、ロード／ロック真空ポンプシステム（図示せず）に接続され、このポンプシステムは、大気圧よりも低い第１の圧力に達するようにロード／ロックチャンバ１０２内のガス分子を除去する。第１の圧力に達した後、１つ以上のロボットアーム（図示せず）は、ウェーハをロード／ロックチャンバ１０２からメインチャンバ１０１に運ぶことができる。メインチャンバ１０１は、メインチャンバ真空ポンプシステム（図示せず）に接続され、このポンプシステムは、第１の圧力よりも低い第２の圧力に達するように、メインチャンバ１０１内のガス分子を除去する。第２の圧力に達した後、ウェーハは電子ビームツール１０４による検査にかけられる。電子ビームツール１０４は、単一ビームシステム又はマルチビームシステムであってよい。電子ビームツール１０４にコントローラ１０９が電子的に接続される。コントローラ１０９は、ＥＢＩシステムの様々な制御を実行するように構成されたコンピュータであってよい。
[040] ここで図２を参照する。図２は、マルチビーム画像（ＭＢＩ）システムで使用するように構成され得る電子ビームツール１０４（本明細書では装置１０４とも称される）を示している。電子ビームツール１０４は、電子源２０２と、銃開口部２０４と、集光レンズ２０６と、電子源２０２から放出される一次電子ビーム２１０と、放射源変換ユニット２１２と、一次電子ビーム２１０の複数のビームレット２１４、２１６、及び２１８と、一次投影光学系２２０と、ウェーハステージ（図２には図示せず）と、複数の二次電子ビーム２３６、２３８、及び２４０と、二次光学系２４２と、電子検出デバイス２４４とを備える。一次投影光学系２２０は、ビームセパレータ２２２と、偏向走査ユニット２２６と、対物レンズ２２８とを備えることができる。電子検出デバイス２４４は、検出サブ領域２４６、２４８、及び２５０を備えることができる。
[041] 電子源２０２、銃開口部２０４、集光レンズ２０６、放射源変換ユニット２１２、ビームセパレータ２２２、偏向走査ユニット２２６、及び対物レンズ２２８は、装置１０４の一次光軸２６０と位置合わせすることができる。二次光学系２４２及び電子検出デバイス２４４は、装置１０４の二次光軸２５２と位置合わせすることができる。
[042] 電子源２０２は、カソードと、抽出器又はアノードとを備えることができ、一次電子は、カソードから放出され、抽出され又は加速されて、（仮想の又は現実の）クロスオーバー２０８を伴う一次電子ビーム２１０を形成することができる。一次電子ビーム２１０は、クロスオーバー２０８から放出されるものとして視覚化することができる。銃開口部２０４は、一次電子ビーム２１０の周辺電子を遮断して、クーロン効果を低減することができる。クーロン効果は、プローブスポット２７０、２７２、及び２７４のサイズの増大を引き起こす可能性がある。
[043] 放射源変換ユニット２１２は、画像形成素子のアレイ（図２には図示せず）とビーム制限開口部のアレイ（図２には図示せず）とを備えることができる。画像形成素子のアレイは、超小型偏向器又は超小型レンズのアレイを備えることができる。画像形成素子のアレイは、一次電子ビーム２１０の複数のビームレット２１４、２１６、及び２１８を伴う、クロスオーバー２０８の（仮想の又は現実の）複数の平行な像を形成することができる。ビーム制限開口部のアレイは、複数のビームレット２１４、２１６、及び２１８を制限することができる。
[044] 集光レンズ２０６は、一次電子ビーム２１０を集束させることができる。放射源変換ユニット２１２の下流側にあるビームレット２１４、２１６、及び２１８の電流は、集光レンズ２０６の集束力を調節することによって、又は、ビーム制限開口部のアレイ内の対応するビーム制限開口部の半径サイズを変更することによって変化させることができる。対物レンズ２２８は、検査用のウェーハ２３０上にビームレット２１４、２１６、及び２１８を集束させることができ、ウェーハ２３０の表面上に複数のプローブスポット２７０、２７２、及び２７４を形成することができる。
[045] ビームセパレータ２２２は、静電双極子場及び磁気双極子場を生成するウィーンフィルタ型のビームセパレータであってよい。一部の実施形態では、それらが適用される場合、ビームレット２１４、２１６、及び２１８の電子に静電双極子場が及ぼす力は、磁気双極子場が電子に及ぼす力と、大きさが等しく、方向が反対になる可能性がある。したがって、ビームレット２１４、２１６、及び２１８は、偏向角ゼロでビームセパレータ２２２をまっすぐに通過することができる。しかしながら、ビームセパレータ２２２により生成されるビームレット２１４、２１６、及び２１８の全分散もゼロでない可能性がある。ビームセパレータ２２２は、ビームレット２１４、２１６、及び２１８から二次電子ビーム２３６、２３８、及び２４０を分離し、二次電子ビーム２３６、２３８、及び２４０を二次光学系２４２に向けることができる。
[046] 偏向走査ユニット２２６は、ビームレット２１４、２１６、及び２１８を偏向させて、ウェーハ２３０の表面エリアにわたってプローブスポット２７０、２７２、及び２７４をスキャンすることができる。プローブスポット２７０、２７２、及び２７４におけるビームレット２１４、２１６、及び２１８の入射に応答して、二次電子ビーム２３６、２３８、及び２４０は、ウェーハ２３０から放出される可能性がある。二次電子ビーム２３６、２３８、及び２４０は、二次電子（５０ｅＶ以下のエネルギー）及び後方散乱電子（５０ｅＶとビームレット２１４、２１６、及び２１８のランディングエネルギーとの間のエネルギー）を含むエネルギーの分布を伴う電子を含む可能性がある。二次光学系２４２は、二次電子ビーム２３６、２３８、及び２４０を、電子検出デバイス２４４の検出サブ領域２４６、２４８、及び２５０に集束させることができる。検出サブ領域２４６、２４８、及び２５０は、対応する二次電子ビーム２３６、２３８、及び２４０を検出し、ウェーハ２３０の表面エリアの画像を再構成するのに使用される対応する信号を生成するように構成することができる。
[047] ここで図３Ａを参照する。図３Ａは、電子検出デバイス２４４の検出面を形成し得るセンサ表面３００の例示的な構造を示している。センサ表面３００は、４つの領域３０２Ａ〜Ｄ（２×２の矩形グリッド）に分割することができ、各領域３０２は、ウェーハ２３０の特定の場所から放出される対応するビームスポット３０４を受け取ることができる。全てのビームスポット３０４Ａ〜Ｄは、理想的な円形の形状を示し、特定位置のオフセットを有しない可能性がある。４つの領域が表示されているが、任意の複数の領域を使用できることが理解される。さらに、センサ表面３００を４つの領域に分割することも任意である。センシング素子３０６を任意に選択することで特定の領域を形成することができる。検出器２４４の検出サブ領域２４６、２４８、及び２５０は、そのような領域で構成することができる。
[048] 各センサ領域は、電子センシング素子３０６のアレイを備えることができる。電子センシング素子は、例えば、ＰＩＮダイオード、アバランシェダイオード、電子増倍管（ＥＭＴ）など、及びこれらの組み合わせを含む可能性がある。さらに、図３Ａは、各領域３０２が、自前のセンシング素子３０６を有する所定の領域として互いから分離されていることを示しているが、これらの所定の領域は、例えば図３Ｃの表面センサ４００のように、存在しない可能性があることが理解される。例えば、各領域が８１個のセンシング素子（９×９グリッドのセンシング素子）を有する４つの所定の領域を有する代わりに、センサ表面は、依然として４つのビームスポットを感知することができる、１８×１８グリッドのセンシング素子を１つ有する可能性がある。
[049] 電子センシング素子３０６は、センサ領域で受け取った電子に見合う電流信号を生成することができる。前処理回路は、生成された電流信号を電圧信号（受け取られた電子ビームスポットの強度を表す）に変換することができる。前処理回路は、例えば、高速トランスインピーダンス増幅器を備える可能性がある。処理システムは、例えば、センサ領域内に位置する電子センシング素子により生成された電流を合計することによって電子ビームスポットの強度信号を生成し、その強度信号をウェーハに入射する一次電子ビームのスキャンパスデータと相関させ、その相関関係に基づいてウェーハの画像を構成することができる。
[050] 電子センシング素子３０６は電子ビームから電子を受け取るものとして説明されるが、他のタイプの検出器の場合に、センサ表面は、他のタイプの照射を受け取ることに応答して信号を生成するように構成することができる。例えば検出器は、特定の電荷を有する荷電粒子に反応することができる。また、検出器は、フラックス、空間分布、スペクトル、又はその他の測定可能な特性に感応することができる。したがって、検出器センシング素子は、ある種の又はあるレベルのエネルギー、例えば所定量のエネルギーを有する電子を受け取ることに応答して信号を生成するように構成することができる。
[051] 一部の実施形態では、処理システムは、電子センシング素子３０６のいくつかにより生成された信号を選択的に合計して、ビームスポットの強度値を生成することができる。この選択は、どの電子センシング素子がビームスポット内に位置しているかの判断に基づくことができる。
[052] 一部の実施形態では、処理システムは、ビームスポットの境界を特定することによって、どの電子センシング素子がビームスポットの外側に位置し、どの電子センシング素子がビームスポット内に位置しているかを特定することができる。例えば、図３Ｂを参照すると、処理システムは、ビームスポット３０４Ａ及び３０４Ｂについて、一次境界３１２Ａ、３１２Ｂ及び二次境界３１４Ａ、３１４Ｂをそれぞれ特定することができる。一次境界３１２は、ビームスポットの強度を決定するために信号出力を含めるべき一セットの電子センシング素子３０６を囲むように構成することができる。
[053] 二次境界３１４は、ビームスポットの中心部分を囲むように構成することができ、ビームスポットの特定の幾何学情報を提供するのに使用することができる。幾何学情報には、例えば、ビームスポットの形状、ビームスポットの１つ以上の特定位置などが含まれる可能性がある。ここで、特定位置とは、中心などのビームスポット内の所定の位置を指す可能性がある。処理システムは、二次境界３１４に基づいて一次境界３１２を決定する可能性もある。
[054] また、特定位置の情報に基づいて、処理システムは、例えば、電子光学コンポーネント又は電子光学システム内の不完全さに起因する、ビームスポット３０４の位置のドリフトを追跡することもできる。不完全さは、製造又は組立プロセス中にもたらされたものである可能性がある。さらに、システムの長期間動作中にもたらされたドリフトが存在する可能性がある。処理システムは、境界の決定と、強度決定の際に含めるべき一セットの電子センシング素子とを更新して、強度決定の精度へのドリフトの影響を緩和することができる。さらに、処理システムは、電子ビームスポットのシフトを追跡することができる。
[055] 一次又は二次境界３１２及び３１４により囲まれる電子センシング素子の各セットを形成するのに使用される電子センシング素子３０６の選択は、全体的な画像信号強度及び信号対雑音比に関係する各ビームスポットの指定された電子収集率、隣接する電子ビームの信号クロストーク、並びに各電子ビームスポットの対応する形状及び特定位置によって決定することができる。電子センシング素子の選択は、例えば、センシング素子に隣接配置された処理回路によって、又は外部コントローラによって制御することができる。各セットの形成は、静的であっても、動的に変化してもよい。ビームスポットの形状及び特定位置の変化情報は、例えば、電子光学系（例えば、一次投影光学系２２０）の動作を監視するのに使用することができる。ビームの位置決め及び形状に関して収集された情報は、例えば、電子光学系を調整する際に使用することができる。したがって、図３Ｂは、ビームスポット３０４Ｂが円形の形状から逸脱した形状を有することを示すが、電子光学系におけるドリフト又は電子光学系におけるコンポーネントの不完全さに起因する、位置、形状、及びグリッド情報などのこのようなタイプの逸脱は補償することができる。
[056] ここで図３Ｄを参照する。図３Ｄは、電子検出デバイス２４４上で使用可能なセンサ表面５００の例示的な構造を示している。センサ表面５００は、それぞれがビームスポットの少なくとも一部を受け取ることができる複数のセンシング素子、例えばセンシング素子５０１、５０２、５０３などを備えたアレイ構造を有する。センシング素子５０１、５０２、５０３は、エネルギーを受け取ることに応答して電気信号を生成するように構成することができる。
[057] センシング素子は、例えばＰＩＮダイオード、アバランシェダイオード、電子増倍管（ＥＭＴ）など、及びこれらの組み合わせを備えることができる。例えば、センシング素子５０１、５０２、５０３は電子センシング素子であってよい。電子センシング素子は、センサアクティブエリアで受け取った電子に見合う電流信号を生成することができる。処理回路は、生成された電流信号を電圧信号（受け取った電子ビームスポットの強度を表す）に変換することができる。処理システムは、例えば、センサ領域内に位置する電子センシング素子により生成された電流を合計することによって電子ビームスポットの強度信号を生成し、その強度信号をウェーハに入射する一次電子ビームのスキャンパスデータと相関させ、その相関関係に基づいてウェーハの画像を構成することができる。
[058] 図３Ｄに示すように、隣接するセンシング素子の間にエリア５２５を設けることができる。エリア５２５は、隣接する画素の辺及びコーナを互いに分離する分離エリアであってよい。
[059] センサ表面５００は矩形のグリッド配置を有するものとして描かれているが、様々な幾何学的配置を使用することができる。センシング素子は、例えば六角格子状に配置することができる。これによって、個々のセンシング素子は、それに応じた異なるサイズ及び形状を有することができる。センシング素子はまた、八角形タイリング、三角形タイリング、菱形タイリングなどで配置することもできる。センシング素子は、均一な形状として、かつ規則的なパッキングで設ける必要はない。例えば、半正六角形を含む五角形タイリングを使用することができる。これらの例は例示的なものであり、様々な修正を適用できることを理解されたい。
[060] ここで図４Ａを参照する。図４Ａは、検出器６００の層構造の簡略された図を示している。検出器６００は、図２に示した検出器２４４として提供することができる。検出器６００は、電子ビームの入射方向に実質的に平行な可能性がある厚さ方向に積層された複数の層を有するように構成することができる。複数の層は、センサ層６１０と回路層６２０とを含むことができる。センサ層６１０には上記のようにセンサ表面５００を設けることができる。感知層６１０にセンシング素子、例えばセンシング素子６１１、６１２、及び６１３を設けることができる。隣接するセンシング素子の間に断面方向に配置されたスイッチング素子６１９を設けることができる。
[061] 例えば、センシング素子６１１、６１２、及び６１３のそれぞれはダイオードとして構成することができる。さらに、スイッチング素子６１９は、ＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタとして構成することができる。センシング素子６１１、６１２、６１３のそれぞれは、回路層６２０に電気的に接続するための出力を備えることができる。出力は、スイッチング素子６１９と一体化することができる、又は別々に設けることができる。出力は、金属層であり得るセンサ層６１０の最下層に組み込むことができる。
[062] 一実施例では、図４Ｂに示すように、センシング素子６１１、６１２、６１３は、ＰＩＮダイオードとして構成することができる。検出器デバイス６００Ａは半導体デバイスを含むことができる。例えば、ＰＩＮダイオードデバイスを構成する半導体デバイスは、複数の層を有する基板として製造することができる。また、センシング素子６１１、６１２、６１３、及び／又はスイッチング素子６１９は、複数の個別の半導体デバイスとして構成することができる。個別の半導体デバイスは、直接的に互いに隣接するように構成することができる。
[063] 検出器デバイス６００Ａは、最上層である金属層６０１を備えることができる。金属層６０１は、電子検出デバイス２４４に入射する電子を受け取る層である。したがって、金属層６０１は検出面として構成される。金属層６０１の材料は、例えばアルミニウムであってよい。金属層６０１にアルミニウムが使用される場合、電子検出デバイス２４４を保護するために表面の外側に酸化層を形成することができる。検出器デバイス６００Ａはまた、センサ層６１０の最下層である金属層６０５を備えることができる。金属層６０５の材料は、例えば銅であってよい。金属層６０５は、センシング素子６１１、６１２、６１３のそれぞれから誘導電流を搬送するための出力線を備えることができる。個々のセンシング素子６１１、６１２、６１３は、分離エリアであり得るエリア６２５によって断面方向に分離することができる。
[064] 例えば、センシング素子６１１を構成し得るＰＩＮダイオードデバイスの動作において、金属層６０１に隣接してＰ＋領域が形成される。Ｐ＋領域はｐ型半導体層であってよい。Ｐ＋領域に隣接して真性領域が形成される。真性領域は真性半導体層であってよい。真性領域に隣接してＮ＋領域が形成される。Ｎ＋領域はｎ型半導体層であってよい。これによって、真性領域は、Ｐ＋領域とＮ＋領域との間に挟まれる。金属層６０１の上面に電子が入射すると、真性領域は、Ｐ＋領域からの電荷キャリアで溢れる。これによって、照射領域の金属層６０１下のエリアは駆動されることになる。
[065] 電子検出デバイス２４４のセンサ層は、センシング素子に含まれる金属層６０１、金属層６０５、各種のＰ＋領域、真性領域、及びＮ＋領域の層として形成することができる。
[066] 回路層６２０は、センサ層６１０に隣接して設けられる。回路層６２０は、線ワイヤと、様々な電子回路コンポーネントとを備える。回路層６２０は、半導体デバイスとして提供することができる。回路層６２０はまた、処理システムを備えることができる。回路層６２０は、センサ層６１０で検出された出力電流を受け取るように構成することができる。
[067] 上記の説明は、金属又は金属層について考察しているが、代替手段、例えば導体材料を使用できることは明らかである。
[068] 一部の実施形態では、スイッチング素子６１９は、別個のダイに形成することができる。図４Ｃに示すように、例えば、スイッチダイ６３０を設ける。スイッチダイ６３０は、複数のスイッチング素子６１９を備える。スイッチダイ６３０は、センサ層６１０と回路層６２０との間に挟まれる。スイッチダイ６３０は、センサ層６１０及び回路層６２０に電気的に接続される。
[069] 図５Ａには回路図が示されている。破線は、センサダイ７０１と回路ダイ７０２との間の境界を表す。例えば、回路ダイ７０２に示すようなレイアウトは、回路層６２０に設けられた回路を表すことができる。例えば、センサダイ７０１に示すようなレイアウトは、複数のセンシング素子を表すことができる。例えば、センサ層６１０は、センサダイに構成することができる。
[070] 図５Ｂには別の回路図が示されている。回路ダイ７０２に示すレイアウトは、後で考察される追加の比較器７７１を含むことができる。
[071] 図６には簡略化された回路図が示されている。図６に示すように、複数の画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を設けることができる。画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、それぞれがセンシング素子と関連付けられ得る感知アレイの画素を表すことができる。
[072] センシング素子から信号強度を検出する例示的なプロセスでは、センサ層のセンシング素子は、入射荷電粒子により誘起された電流を収集するように構成される。他のタイプのエネルギー変換を使用することもできる。電流は、センシング素子から、センシング素子からの出力を解析するように構成された回路層に出力される。回路層は、センシング素子からの出力を解析するための配線レイアウトと複数の電子コンポーネントとを備えることができる。
[073] 信号強度検出のプロセスは、図５Ａを参照して考察される。１つの画素を、センシング素子アレイの１つのセンシング素子と関連付けることができる。これによって、第１の画素がＰＩＮダイオード電流７１１を生成するように構成される。ＰＩＮダイオード信号強度検出プロセスの開始時に、スイッチ７２１及びスイッチ７３１は開に設定されると同時に、スイッチ７４１は閉に設定される。これによって、キャパシタ７３５の電圧をＶｒｅｆ２にリセットすることができる。
[074] 次に、スイッチ７２１及びスイッチ７４１は開に設定されると同時に、スイッチ７３１は閉に設定される。この状態において、キャパシタ７３５は充電を開始し、電圧を生成する。キャパシタ７３５は、所定の期間、例えばｔ＿ｃｈａｒｇｅの間充電を行うように構成することができ、その後スイッチ７３１は開に設定される。
[075] 続いて、比較器７３６は、キャパシタ７３５における電圧を基準値Ｖｒｅｆ１と比較する。基準値Ｖｒｅｆ１は所定の信号レベルとして設定することができる。回路は、基準値に基づいて、センシング素子が入射電子ビームからの電流を収集していることを示す信号を出力するように構成することができる。これによって、基準値は、ＰＩＮダイオードからの信号レベルがビームスポット内に含まれる入射電子ビームからの電流を収集していると考えるのに十分なほど高いことを示す適切な値であってよい。比較器７３６において、キャパシタ７３５からの電圧がＶｒｅｆ１より高い場合、出力信号がブロック７５０に送信される。
[076] Ｖｒｅｆ１は、各センシング素子をビームスポットの外側境界内に含まれるように制御できるように設定することができる。値ｔ＿ｃｈａｒｇｅは、ローカル論理、又は、例えばデータ線７５２を通してブロック７５０と通信する外部回路に基づいて決定することができる。論理ブロック及び回路コンポーネントは、信号強度検出や画素グループ化決定などの機能を局所的に実行できるように設定することができる。但し、各センシング素子の信号強度は収集することができ、決定は外部経路を介して行うことができる。例えば、アナログ信号経路及びＡＤＣは、アナログ信号線及びデータ線を介して外部コントローラと通信することができる。
[077] 本明細書で説明されるように、感知アレイの各画素は、センシング素子への入射電子に基づいて電流を生成し、回路層と通信するセンシング素子と関連付けることができる。画素は、ＰＩＮダイオード電流７１１を生成するように構成された第１の画素を参照して以上で考察したような回路に接続することができる。したがって、第２の画素は、ＰＩＮダイオード電流７１２を生成するように構成することができる、といった具合である。ＰＩＮダイオード電流７１２は、対応する回路素子、例えばスイッチ７２１ｂ、スイッチ７３１ｂ、スイッチ７４１ｂ、キャパシタ７３５ｂ、比較器７３６ｂ、ブロック７５０ｂなどと接続することができる。
[078] 再び図５Ａを参照して、ステータスインジケータの生成及び設定が考察される。回路層は、センシング素子からの出力電流を使用して、ステータスインジケータを生成するように構成される。ステータスインジケータは、画素のグループ化を実行するための機能をトリガするように構成することができる。センシング素子のグループ化を実現する様々な方法を提供することができる。
[079] 第１のグループ化の方法では、センシング素子のグループ化は、ローカル論理回路の信号強度フラグに従って実現することができる。第１の画素及び第２の画素が強い信号強度を有する場合、２つの画素はグループ化することができる。例えば、ＰＩＮダイオード電流７１１及びＰＩＮダイオード電流７１２は、共に高い電流値を有することがある。つまり、キャパシタ７３５における電圧及びキャパシタ７３５ｂにおける電圧は、共にＶｒｅｆ１より高くなることがある。このとき、スイッチ７６７は、２つの画素を併合するように閉に設定される。
[080] 第１の画素及び第２の画素のうちの少なくとも一方が弱い信号を有する、つまり、キャパシタ７３５における、又はキャパシタ７３５ｂにおける電圧のいずれかがＶｒｅｆ１より低い場合、スイッチ７６７は、２つの画素が併合されないように開に設定される。
[081] スイッチ７６７は、２つのセンシング素子間の切替えを実行する素子として構成される。スイッチ７６７は回路ダイ７０２に位置する。スイッチ７６７は、ＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタとして構成することができる。スイッチ７６７はまた、リレー、アナログスイッチ、ソリッドステートリレー、又はその他の半導体デバイスとして構成することができる。
[082] スイッチ７６７は、回路ダイ７０２のローカル論理によってトリガすることができる。比較器７３６からの出力及び比較器７３６ｂからの出力は、スイッチ７６７を駆動するためのブロックに転送することができる。例えば、図５Ａに示すように、ＡＮＤゲート７６０が設けられる。ＡＮＤゲート７６０は回路ダイ７０２に配置される。ＡＮＤゲート７６０は、２つの画素と関連付けられ、２つの画素間の１つのスイッチと関連付けられる。比較器７３６及び７３６ｂからの出力は、直接又は他のブロックを通してＡＮＤゲート７６０に転送することができる。ＡＮＤゲート７６０は、ＡＮＤゲート７６０に入力される信号、例えばステータスインジケータ７５１及びステータスインジケータ７５１ｂに基づいて、スイッチ７６７を切り替えるように構成される。スイッチ７６７が電界効果トランジスタなどのトランジスタである場合、スイッチは、そのゲートへの電圧の印加によって切り替えることができる。トランジスタのゲートは、少なくともゲートのコンタクトが金属層６０５に埋設されるように配置することができる。これによって、例えば、図４Ｂの構成では、電圧は金属層６０５に位置するコンタクトを有するゲートに印加される可能性がある。また、例えば図４Ｃの構成では、金属層は、スイッチダイ６３０の上部及び下部に設けることができる。この構成では、トランジスタスイッチのゲートは、少なくともゲートのコンタクトがスイッチダイ６３０の下部にある金属層に埋設されるように配置することができる。
[083] ＡＮＤゲートが示されているが、センシング素子からの出力信号に基づいて、センシング素子間のスイッチを制御することを実現するために、様々なコンポーネントが使用される可能性があることが理解されるべきである。例えば、図６は、アレイ内の４つの画素の配置を示す簡略化された回路図である。このアレイにおいて、第１の画素Ｐ１は、ＰＩＮダイオード電流７１１を生成し、これに基づいてステータス信号Ｓ１を出力するように構成することができる。ステータス信号Ｓ１は、ステータスインジケータ７５１に対応する可能性がある。第２の画素Ｐ２は、ＰＩＮダイオード電流７１２を生成し、これに基づいてステータス信号Ｓ２を出力するように構成することができる。ステータス信号Ｓ２は、ステータスインジケータ７５１ｂに対応する可能性がある。第１の画素Ｐ１からのステータス信号Ｓ１及び第２の画素Ｐ２からのステータス信号Ｓ２はＡＮＤゲート７６０に入力される。ステータス信号Ｓ１及びステータス信号Ｓ２は、画素Ｐ１及び画素Ｐ２のそれぞれで生成された信号に基づいて生成することができ、例えば、画素の表面に入射した電子によって電流信号が誘起される可能性がある。ステータス信号Ｓ１は、画素Ｐ１における電流が所定の閾値に達したかどうかに基づいて生成される可能性がある。同様に、ステータス信号Ｓ２は、画素Ｐ２における電流が所定の閾値に達したかどうかに基づいて生成される可能性がある。ＡＮＤゲート７６０は、ステータス信号Ｓ１及びステータス信号Ｓ２に基づいた信号をスイッチ７６７に出力する。これによって、スイッチ７６７は、少なくとも２つの画素から生成された入力信号に基づいて制御されるように構成される。このような入力信号は電圧である可能性がある。スイッチ７６７の制御を実現するために様々な他のブロックや電気コンポーネントを使用できることが明らかであろう。
[084] アレイの他の画素のために同様のコンポーネントを設けることができる。例えば、画素Ｐ３と画素Ｐ４との間にスイッチ７６７ｄが設けられる。画素Ｐ３及び画素Ｐ４は、画素Ｐ１及び画素Ｐ２と同様、それぞれステータス信号Ｓ３及びＳ４を出力するように構成することができる。さらに、画素は、複数の他の画素と通信することができる。例えば、画素Ｐ１とＰ２を接続するように構成されたスイッチ７６７に加えて、画素Ｐ１とＰ３との間にスイッチ７６７ｂを設けることができる、といった具合である。ステータス信号Ｓ１は、複数の隣接する画素に送信されるように構成することができる。
[085] 第２のグループ化の方法では、センシング素子のグループ化は、外部論理回路に従って実現することができる。例えば、図５Ａ及び図５Ｂでは、ブロック７５０はデジタル論理ブロックである可能性がある。ブロック７５０は、データ線７５２及びアドレス信号７５３を介して外部コンポーネントと通信することができる。ステータスインジケータ７５１は、データ線７５２を介して外部論理回路によって上書きされ、スイッチ７６７のステータスを制御することができる。このような外部論理回路は、回路ダイ７０２に設けることもできる、又は入出力デバイスによりブロック７５０に取り付けられた別個のシステムとして設けることができる。
[086] 一部の実施形態では、各画素と関連付けられたローカル制御論理は、その対応するセンシング素子の信号レベルの示度を生成する。この示度は、２つの隣接するセンシング素子を、これらを接続するように構成されたスイッチによって接続すべきかどうかを決定するのに使用することができる。このようにして、センシング素子のグループを形成することができる。形成されたグループに基づいて、一次境界を形成することができる。
[087] 信号強度に関する勾配情報を生成するために、図５Ｂに示すように、追加の比較器７７１を設けることができる。比較器７７１からの結果は、論理ブロック７５０及び７５０ｂに供給することができる。比較器７７１を含む構成によって、ビームスポットの強度を表す値を決定された一次境界に基づいて生成する処理を実行することができる。どの電子センシング素子がビームスポットの一次境界の外側にあると決定されたかに基づいて、グループ化を実行することができる。
[088] 電子ビーム撮像において、ビームレット像の取得を実行することができる。画像取得のプロセスは、図５Ａを参照して考察される。初めに、スイッチ７２１及びスイッチ７３１は開に設定されると同時に、スイッチ７４１は閉に設定される。検出器アレイの各行について、スイッチ７２１（又は対応するスイッチ）は、１つずつ閉に設定される。スイッチ７２１及び対応するスイッチを順次閉じることによって、検出器表面の電子スキャンを実行することができる。スキャニングを実行して、各画素のアナログ信号を読み出すことができる。例えば、アナログ出力線７２２は、アナログパスによって読み出される、外部デバイスに出力される、又はアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）に送信されるように構成することができる。
[089] アナログ出力線７２２から出力された信号に基づいて、ビーム又はビームレットの画像再構成を実現することができる。再構成された画像に基づいた画像取得を行うためにコントローラを使用することができる。再構成された画像は、センシング素子のグループの境界を決定するのに使用することができる。例えば、１つのビームレットに対応する１つのグループを画定することができる。これによって、グループ内のセンシング素子の合計信号強度は、１つのビームレットの電流を表す。再構成された画像はまた、電子光学系の性能を評価するのに使用することができる。例えば、一次投影光学系２２０及び／又は二次光学系２４２は、再構成された画像に基づいて調整することができる。再構成された画像は、電子光学サブシステムにおける不完全さ又はドリフトを補償するのに使用することができる。
[090] また、画素グループからの電流信号の低インピーダンス出力経路を得ることができる。例えば、スイッチ７２１などの複数のスイッチを、同じグループ内の複数の画素に対して設けることができる。同じグループの画素は近接している可能性がある。アナログ出力線７２２などの複数のアナログ信号線は、グループ化された出力にルーティングすることができる。また、複数のアナログ信号線は、複数の画素の同じグループにグループ化される場合に接続される可能性がある。
[091] 例えば、スイッチ７６７は、第１のセンシング素子と第２のセンシング素子とをグループ化するように構成することができる。これによって、ＰＩＮダイオード電流７１１及びＰＩＮダイオード電流７１２は、共に回路ダイ７０２を通るように経路指定することができる。ＰＩＮダイオード電流７１１を伝達するための出力信号経路は、スイッチ７２１と７３１のうちどちらが開／閉であるかによって決まる、アナログ出力線７２２及び／又はその他の出力線を含むことができる。出力信号経路は回路ダイ７０２の一部であってよい。グループ化されたセンシング素子のための出力信号経路は、対応するスイッチング素子を介して接続することができる。
[092] ある例について電子ビーム検査システムを参照して考察してきたが、フォトイメージセンサの応用例では、スイッチ７２１の後にバッファを追加して性能を高められることに留意すべきである。
[093] 検出器アレイの例示的な実施形態では、検出器アレイの個々のセンシング素子を有効化又は無効化することができる。電子ビーム撮像の通常動作では、いくつかのセンシング素子を有効化して入射ビーム電流を検出することができる。
[094] 例えば、図５Ａを参照すると、キャパシタ７３５における電圧がＶｒｅｆ１以上のとき、画素を有効化することができる。例えばオーバーライドモードでは、外部論理回路によって画素を有効化することもできる。オーバーライドモードでは、スイッチ７２１は、外部論理からの制御信号に応じて開いたり閉じたりして信号出力ルーティングを決定することができる。オーバーライドモードでは、スイッチ７３１は開に設定することができ、スイッチ７４１は閉に設定することができる。
[095] 画素は、キャパシタ７３５における電圧がＶｒｅｆ１より低いときは無効化することができる。例えばオーバーライドモードでは、外部論理回路によって画素を無効化することもできる。無効化のためのオーバーライドモードでは、スイッチ７２１は開に設定することができる。スイッチ７３１及びスイッチ７４１は閉に設定することができる。
[096] オーバーライドモードにおける動作は、例えば、センシング素子にクロストークが存在すると判断されたときに行うことができる。クロストークは、ビームが収差や分散などによって隣接するビームと部分的に重なる場合に発生する可能性がある。一部の実施形態では、処理システムが、一次又は二次ビームスポット境界に基づいて部分的重複の発生を検出することができる。処理システムは、ビームスポットの強度値を測定する際に、ビームスポットが重なるエリアに位置するいくつかのセンシング素子からの出力を除外することができる。
[097] ここで図７を参照する。図７は、センシング素子の位置データを関連付ける図を示している。検出器アレイは、Ｍ×Ｎ個のチャネルを有するＪ×Ｋ個の画素を形成するように配置された複数のセンシング素子を備えることができる。１つのセンシング素子は画素Ｐ１で表すことができる。画素Ｐ１は、アドレス列ＡＣ＿１を有する。画素Ｐ２は、アドレス列ＡＣ＿２を有する、といった具合である。例えば、Ｊ×Ｋ個の画素を有する例示的なアレイでは、画素ＰＪＫは、アドレス列ＡＣ＿Ｊとアドレス行ＡＲ＿Ｋとを有する。各列はアナログ列を有することができる。例えば、画素Ｐ１は、画素Ｐ１のセンシング素子からの出力電流を搬送するアナログ列ＡｎＣ＿１を有する。
[098] 各センシング素子は、アドレス列信号及びアドレス行信号によって選択することができる。例えば、画素Ｐ１は、ＡＣ＿１及びＡＲ＿１でアドレス指定することができる。
[099] データは、データ行信号によって読み出し、各センシング素子と関連付けられた各ローカル論理回路に書き込むことができる。例えば、データは、データ行ＤＲ＿１を介して画素Ｐ１に対して送受信することができる。デジタル論理ＤＬは、データ読み書きなどを制御することができる。
[0100] 各センシング素子からのアナログ信号は、対応するアナログ列線を通過してマルチプレクサＭｕｘに到達することができる。マルチプレクサＭｕｘは、検出器アレイに位置することができる。マルチプレクサＭｕｘは、検出器アレイの外部にある可能性もある。マルチプレクサＭｕｘは、Ｊ個の入力とＭ×Ｎ個の出力とを有することができる。
[0101] 画素は、そのそれぞれのアドレス線情報によって特定及びグループ化することができる。検出器アレイ内の任意の２つの画素は通信可能である。これによって、任意の位置にある任意の数の画素のグループ化を実現することができる。
[0102] 複数のセンシング素子の位置情報は、様々な方法で使用することができる。例えば、位置情報は、ビーム強度と相関させてビームスポットの境界を決定することができる。また、処理システムは、信号強度の比較器による決定をもたらす電子センシング素子の位置に基づいて、強度勾配間の遷移が起こるセンサ表面上の位置を特定することができる。強度勾配情報は、一次及び二次境界に関わる決定に使用することができる。一部の実施形態では、位置データは、オーバーライドモードでの動作に使用して、２つの画素間のスイッチング素子をローカル論理とは無関係に制御することもできる。
[0103] 処理システム、例えば回路ダイ７０２に埋設された、又は外部接続されたプロセッサは、ビーム境界の一部として特定された位置を決定する処理を実行することができる。処理システムは、電子センシング素子の各行及び列の電圧比較に基づいて、ビーム境界を構成し得る検出器アレイ表面上の一セットの位置を決定する処理を実行するように構成された比較器の構成を備えることができる。
[0104] 一部の実施形態では、処理システムは、境界情報を使用してノイズ信号の影響を補償することによって、画像再構成の忠実性を改善することもできる。処理システムは、ビーム一次境界の外側に位置すると判定された電子センシング素子の出力から受け取った信号を除外することができる。これにより、一次境界の外側の電子センシング素子からのランダムなノイズ信号を除去することによって、画像再構成の忠実性を改善することができる。
[0105] 図７では、複数のセンシング素子を相互接続する線、例えばＡＣ＿１、ＡＲ＿１、ＤＲ＿１、ＡｎＣ＿１などで示される線は、導体材料を基板上に印刷することによりパターン形成されたワイヤ線である可能性がある。ワイヤ線は、様々な方法、例えばＭＯＳＦＥＴを製造するのに使用される通常プロセスによって製造することができる。ワイヤ線は、検出器アレイの回路層の一部である可能性がある。
[0106] ここで図８を参照する。図８は、複数のセンシング素子を備えた検出器アレイを使用する検出システム９００を示している。電子検出デバイス２４４上で使用できる検出器表面５００を有する検出器アレイを設けることができる。検出器アレイは、Ｊ×Ｋ個の画素を備え、マルチプレクサ、例えばマルチプレクサＭｕｘと接続されるＭ×Ｎ個の出力を有することができる。検出器アレイは、本明細書で考察されるようなセンサ層と回路層とを含む基板として構築することができる。
[0107] 検出器アレイは、スイッチマトリクス９０５に接続することができる。スイッチマトリクス９０５は、ローカル画素回路を備え、Ｊ×Ｋ個の入力及びＭ×Ｎ個の出力を有するアナログスイッチマトリクスであってよい。
[0108] スイッチマトリクス９０５は、信号調節回路アレイ９１０に接続することができる。信号調節回路アレイ９１０は、スイッチマトリクス９０５からの出力と一致するようにＭ×Ｎ個の入力と出力とを有することができる。スイッチ制御をスイッチマトリクス９０５で行えるため、スイッチマトリクス９０５からの出力を単純化することができる。信号調節回路アレイ９１０がスイッチマトリクス９０５に続く場合、信号調節回路アレイで行われる信号前処理を単純化することができる。
[0109] 信号調節回路アレイ９１０は、利得及びオフセット制御を行うための並列アナログ信号処理経路アレイ９２０に接続することができる。並列アナログ信号処理経路アレイ９２０は、電子センシング素子の全てのグループからの信号が処理されるようにＭ×Ｎ個の入力と出力とを有することができる。
[0110] 並列アナログ信号処理経路アレイ９２０は、電子センシング素子の全てのグループからの信号がデジタル化されるようにＭ×Ｎ個の入力と出力とを有し得る並列ＡＤＣアレイ９３０に接続することができる。
[0111] 並列ＡＤＣアレイ９３０は、デジタル制御ユニット９４０に接続することができる。デジタル制御ユニット９４０は、並列アナログ信号処理経路アレイ９２０、並列ＡＤＣアレイ９３０、及びスイッチマトリクス９０５と通信し得るコントローラ９４１を備えることができる。デジタル制御ユニット９４０は、トランシーバを介して偏向及び画像制御（ＤＩＣ）ユニットからの通信を送受信することができる。
[0112] コントローラ９４１などの外部コントローラは、撮像制御を実行するように構成することができる。例えば、コントローラ９４１は、検出されたビームレットの画像を生成するように構成することができる。さらに、一次及び二次ビームスポット境界に基づいてグループ化を決定することができる。
[0113] 図８はスイッチマトリクス９０５が信号調節回路アレイ９１０の前にある構成を示しているが、この順序が逆でもよいことは理解されるべきである。
[0114] スイッチマトリクス９０５は、図５Ａの回路ダイ７０２や、図５Ｂの回路ダイ７０２や、同様の構成に示されるような回路レイアウトを備えることができる。スイッチマトリクス９０５は、電子センシング素子間の、閾値電圧、例えばＶｒｅｆ１との信号強度比較を行う。スイッチマトリクス９０５はまた、隣接する電子センシング素子間の信号強度比較を行うことができる。さらに、スイッチマトリクス９０５は、アナログ−デジタル変換のためのアナログ信号選択を行うことができる。そして、アナログ−デジタル変換は、並列ＡＤＣアレイ９３０で実行することができる。
[0115] スイッチマトリクス９０５はまた、ローカルデジタル論理回路からの、電子センシング素子間の閾値電圧との比較や、電子センシング素子対間の比較などの信号強度ステータス読出しを行うことができる。ローカルスイッチステータスは、外部デジタル制御回路によって読出し又は上書きをすることができる。
[0116] 一部の実施形態では、スイッチマトリクス９０５は、検出システム９００のための単純化されたアーキテクチャを可能にすることができる。例えば、電子センシング素子の再構成を、過度に複雑なスイッチマトリクス設計を伴わずに行うことができる。各センシング素子グループの出力信号は、グループに接続された複数の出力線を通過することができる。これらの線は、グループのセンシング素子間の接続と共に、等価出力直列抵抗及び直列インダクタンスを大幅に低減するネットワークを形成することができる。これによって、一部の実施形態では、画素グループの出力インピーダンスを劇的に低減することができる。
[0117] さらに、Ｊ×Ｋ個の画素が初めに検出器においてＭ×Ｎ個のグループにグループ化されるため、出力数を低減することができる。グループ化された複数の画素からの出力は、共通出力を有する可能性がある。例えば、Ｍ×Ｎ個の出力を有する構成を実現することができる。電子検出器アレイと信号調節回路（ＴＩＡ）との間の接続ノードを劇的に減らすことができる。出力の総数を従来の検出器アレイと比べて大幅に減らすことができる。これによって、スケールアップにより適した構造を実現することができる。また、新しいデバイスを開発するのに伴うリスク及びコストを低減し得るより実用的なレイアウトを実現することができる。
[0118] さらに、信号調節回路の数を減らすことでＡＳＩＣの総消費電力を減らすことができる。
[0119] また、画素数と検出器アレイ製造の困難性との間のトレードオフ関係を解消することができる。例えば、画素数の制限は、スイッチマトリクスと共に形成されるコンタクトの数に関連付けることができる。したがって、使用されるコンタクト及び出力線の数を減らすことによって、高い画素数を実現することができる。また、個別の画素不良に対する高い耐性を実現することができる。
[0120] 検出器アレイは、検出器アレイが複数のセンシング素子及びそれらの関連回路の構成を記憶できるように自前のメモリを備えることができる。例えば、ローカルステータスの表示７５１及びセンシング素子のグループ化をメモリに記憶することができる。メモリにスイッチの状態を記憶することができる。
[0121] また、スイッチマトリクス構造を、当業者には理解されるであろう標準的なデバイス処理によって実現することができる。したがって、製造上の困難性の増大及びコストの増大を回避することができる。
[0122] 実施形態については、以下の条項を使用してさらに説明することができる。
１． 検出器であって、
第１の素子と第２の素子とを含む複数のセンシング素子を備えた基板と、
第１の素子と第２の素子とを接続するように構成されたスイッチング素子と、を備え、
第１の素子が、第１の素子がビームを示す第１の荷電粒子を検出したことに応答して第１の信号を生成するように構成され、第２の素子が、第２の素子がビームを示す第２の荷電粒子を検出したことに応答して第２の信号を生成するように構成され、
スイッチング素子が、第１の信号及び第２の信号に基づいて制御されるように構成された、検出器。
２． 基板を含むセンサダイと、
スイッチング素子と、スイッチング素子を制御するように構成された１つ以上の回路とを含む回路ダイと、をさらに備えた、条項１に記載の検出器。
３． スイッチング素子が、第１の素子と第２の素子とを接続するように構成されたスイッチを備える、条項１及び２のいずれか一項に記載の検出器。
４． 基板がダイオードを備える、条項１から３のいずれか一項に記載の検出器。
５． 第１の素子が、第１の素子が第１の所定量のエネルギーを有する第１の荷電粒子を受け取ったことに応答して第１の信号を生成するように構成され、第２の素子が、第２の所定量のエネルギーを有する第２の荷電粒子を受け取ったことに応答して第２の信号を生成するように構成された、条項１から４のいずれか一項に記載の検出器。
６． 第１の素子が、第１の素子が第１の所定量のエネルギーを有する第１の電子を受け取ったことに応答して第１の信号を生成するように構成され、第２の素子が、第２の所定量のエネルギーを有する第２の電子を受け取ったことに応答して第２の信号を生成するように構成された、条項１から４のいずれか一項に記載の検出器。
７． 基板が、厚さ方向に、検出面として構成された最上金属層と、最下金属層とを備え、
最上金属層と最下金属層との間のエリアが、断面が電荷キャリア領域である、条項１から６のいずれか一項に記載の検出器。
８． スイッチング素子が電界効果トランジスタを備え、電界効果トランジスタが、少なくとも金属層に作られたゲートのコンタクトを備える、条項１から７のいずれか一項に記載の検出器。
９． 検出器であって、
隣接する第１の素子と第２の素子とを含むセンシング素子のアレイを備えたセンサ層と、
第１の素子及び第２の素子に電気的に接続された１つ以上の回路を備えた回路層と、
第１の素子と第２の素子とを接続するように構成されスイッチング素子と、を備え、
１つ以上の回路が、
第１の素子が所定量のエネルギーを有する荷電粒子を受け取ったときに第１のステータスインジケータを生成し、
第２の素子が所定量のエネルギーを有する荷電粒子を受け取ったときに第２のステータスインジケータを生成し、
第１のステータスインジケータ及び第２のステータスインジケータに基づいてスイッチング素子を制御するように構成された、検出器。
１０． スイッチング素子がトランジスタを備える、条項９に記載の検出器。
１１． 回路層がスイッチング素子を備える、条項９に記載の検出器。
１２． センサ層及び回路層が、基板の断面においてスイッチング素子を挟む、条項９及び１０のいずれか一項に記載の検出器。
１３． 検出器システムであって
第１の素子と第２の素子とを含む複数のセンシング素子を備えた検出器アレイと、
第１の素子と第２の素子とを接続するように構成されたスイッチング素子と、
第１の素子がビームを示す第１の荷電粒子を検出したことに応答して第１の信号を生成し、第２の素子がビームを示す第２の荷電粒子を検出したことに応答して第２の信号を生成するように構成された１つ以上の回路と、
１つ以上の回路に接続されたコントローラと、を備える検出器システム。
１４． スイッチング素子と１つ以上の回路とを備えた回路層をさらに備える、条項１３に記載のシステム。
１５． コントローラが、第１の素子及び第２の素子のいずれかのアドレスに基づいてスイッチング素子を制御するように構成された、条項１３及び１４のいずれか一項に記載のシステム。
１６． コントローラが、ビームに基づいた画像を取得し、画像に基づいて指令信号を生成するように構成され、
１つ以上の回路が、指令信号に基づいてスイッチング素子を制御するように構成された、条項１３から１５のいずれか一項に記載のシステム。
１７． 検出器アレイが、第２の数のグループにグループ化されるように構成された第１の数の画素を備え、第２の数が第１の数より小さい、条項１３から１６のいずれか一項に記載のシステム。
１８． 信号調節回路アレイと、
並列アナログ信号処理経路アレイと、
並列アナログ−デジタル変換器アレイと、
デジタル制御ユニットと、をさらに備え、
信号調節回路アレイ、並列アナログ信号処理経路アレイ、並列アナログ−デジタル変換器アレイ、及びデジタル制御ユニットが、複数のチャネルを介して検出器アレイに接続され、複数のチャネルの数が第２の数以上である、条項１７に記載のシステム。
１９． コントローラが、１つ以上の回路のローカル論理をオーバーライドするように構成された、条項１３から１８のいずれか一項に記載のシステム。
２０． １つ以上の回路がコントローラを備える、条項１３から１９のいずれか一項に記載のシステム。
２１． コントローラが検出器アレイの外部にある、条項１３から１９のいずれか一項に記載のシステム。
２２． 第１の素子及び第２の素子が共通出力を有する、条項１３から１９のいずれか一項に記載のシステム。
２３． 複数のチャネルの数が第２の数に等しい、条項１８に記載のシステム。
２４． 検出器であって、
第１の素子と第２の素子とを含む複数のセンシング素子を備えた基板と、
第１の素子と第２の素子とを接続するように構成されたスイッチング素子と、を備え、
第１の素子が、第１の素子が入力を検出したことに応答して第１の信号を生成するように構成され、第２の素子が、第２の素子が入力を検出したことに応答して第２の信号を生成するように構成され、
スイッチング素子が、第１の素子と第２の素子とをグループ化するように構成された、検出器。
２５． 第１の素子に接続された第１の出力信号経路と、
第２の素子に接続された第２の出力信号経路と、をさらに備え、
スイッチング素子が、第１の出力信号経路と第２の出力信号経路とを接続するように構成された、条項２４に記載の検出器。
２６． 第１の信号及び第２の信号に基づいてスイッチング素子を制御するように構成された１つ以上の回路をさらに備えた、条項２４及び２５のいずれか一項に記載の検出器。
２７． スイッチング素子を備えた回路ダイをさらに備える、条項２４から２６のいずれか一項に記載の検出器。
２８． スイッチング素子と、第１の出力信号経路と、第２の出力信号経路と、を備えた回路ダイをさらに備えた、条項２５に記載の検出器。
２９． 検出器が、第２の数のグループにグループ化されるように構成された第１の数の画素を備え、第２の数が第１の数より小さい、条項２４から２８のいずれか一項に記載の検出器。
２３． 第１の所定のエネルギー及び第２の所定のエネルギーが同じ所定のエネルギーである、条項５又は６のいずれか一項に記載の検出器。
２４． 第１の所定のエネルギー及び第２の所定のエネルギーが異なる所定のエネルギーである、条項５又は６のいずれか一項に記載の検出器。
２５． 荷電粒子が電子である、条項５に記載の検出器。
２６． １つ以上の回路が複数の回路を備え、１つ以上の回路に接続されているコントローラが、複数の回路のいずれかに接続されているコントローラを含む、条項１３に記載の検出器。
[0123] 図面のブロック図は、本開示の様々な例示的な実施形態に係る、システム、方法、及びコンピュータハードウェア／ソフトウェア製品の可能な実装形態のアーキテクチャ、機能、及び動作を示す。これに関して、フローチャート又はブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、又はコードの一部を表すことができ、それは、指定された論理機能を実現するための１つ以上の実行可能命令を含む。一部の代替的な実装形態では、ブロックで示した機能は図面で説明した順序と異なる順序で行われてもよいことが理解されるべきである。例えば、連続して示す２つのブロックが、実質的に同時に実行されてもよいし、あるいは関連する機能に応じて時には逆の順序で実行されてもよい。ブロック図の各ブロック、及びブロックの組み合わせが、指定された機能もしくは動作を実行する専用のハードウェアベースのシステム、又は専用ハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせによって実現できることもまた理解されるべきである。
[0124] 本発明は、以上で説明し、添付の図面に示した通りの正確な構成に限定されるものではなく、また、本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更を行うことができることが理解されるであろう。例えば、例示的な検出器は、電子ビームシステムに関して説明及び記述がなされているが、本開示の態様と一致した検出器は、光検出器システム、ｘ線検出システム、及びその他の高エネルギー電離粒子の検出システムなどに適用可能である。本開示の態様に係る検出器は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、ＣＭＯＳイメージセンサ、民生カメラ、特殊カメラ、又は工業用カメラなどに適用可能である。
[0125] 本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきであることが意図されている。

Claims (15)

  1. 第１の素子と第２の素子とを含む複数のセンシング素子を備えた基板と、
    前記第１の素子と前記第２の素子とを接続するように構成されたスイッチング素子と、を備え、
    前記第１の素子が、前記第１の素子が第１の入力を検出したことに応答して第１の信号を生成するように構成され、前記第２の素子が、前記第２の素子が第２の入力を検出したことに応答して第２の信号を生成するように構成され、
    前記スイッチング素子が、前記第１の素子と前記第２の素子とをグループ化するように構成された、検出器。
  2. 前記第１の素子に接続された第１の出力信号経路と、
    前記第２の素子に接続された第２の出力信号経路と、をさらに備え、
    前記スイッチング素子が、前記第１の出力信号経路と前記第２の出力信号経路とを接続するように構成された、請求項１に記載の検出器。
  3. 前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて前記スイッチング素子を制御するように構成された回路をさらに備えた、請求項１に記載の検出器。
  4. 前記スイッチング素子を備えた回路ダイをさらに備える、請求項１に記載の検出器。
  5. 前記スイッチング素子と、前記第１の出力信号経路と、前記第２の出力信号経路と、を備えた回路ダイをさらに備えた、請求項２に記載の検出器。
  6. 前記検出器が、第２の数のグループにグループ化されるように構成された第１の数の画素を備え、前記第２の数が前記第１の数より小さい、請求項１に記載の検出器。
  7. 前記第１の入力が、ビームを示す第１の荷電粒子であり、前記第２の入力が、前記ビームを示す第２の荷電粒子である、請求項１に記載の検出器。
  8. 第１の素子と第２の素子とを含む複数のセンシング素子を備えた検出器アレイと、
    前記第１の素子と前記第２の素子とを接続するように構成されたスイッチング素子と、
    前記第１の素子がビームを示す第１の荷電粒子を検出したことに応答して第１の信号を生成し、前記第２の素子が前記ビームを示す第２の荷電粒子を検出したことに応答して第２の信号を生成するように構成された回路と、
    前記回路に接続されたコントローラと、を備える検出器システム。
  9. 前記スイッチング素子と前記回路とを備えた回路層をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
  10. 前記コントローラが、前記第１の素子及び前記第２の素子の何れかのアドレスに基づいて前記スイッチング素子を制御するように構成された、請求項８に記載のシステム。
  11. 前記コントローラが、前記ビームに基づいた画像を取得し、前記画像に基づいて指令信号を生成するように構成され、
    前記回路が、前記指令信号に基づいて前記スイッチング素子を制御するように構成された、請求項８に記載のシステム。
  12. 前記検出器アレイが、第２の数のグループにグループ化されるように構成された第１の数の画素を備え、前記第２の数が前記第１の数より小さい、請求項８に記載のシステム。
  13. 信号調節回路アレイと、
    並列アナログ信号処理経路アレイと、
    並列アナログ−デジタル変換器アレイと、
    デジタル制御ユニットと、をさらに備え、
    前記信号調節回路アレイ、前記並列アナログ信号処理経路アレイ、前記並列アナログ−デジタル変換器アレイ、及び前記デジタル制御ユニットが、複数のチャネルを介して前記検出器アレイに接続され、前記複数のチャネルの数が前記第２の数以上である、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記コントローラが、前記回路の論理をオーバーライドするように構成された、請求項８に記載のシステム。
  15. 前記回路が前記コントローラを備え、前記回路が複数の回路を備え、前記コントローラを備えた前記回路が、前記コントローラを備えた前記複数の回路のいずれかを含み、前記回路に接続されている前記コントローラが、前記回路を備えた前記複数の回路のいずれかに接続されている前記コントローラを備えた前記複数の回路のいずれかを含む、請求項８に記載のシステム。
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