KR20200039000A

KR20200039000A - 빔 이미지 시스템용 스위치 매트릭스 디자인

Info

Publication number: KR20200039000A
Application number: KR1020207007929A
Authority: KR
Inventors: 용신 왕; 중화 동; 루이-링 라이
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2017-09-18
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-04-14
Also published as: TW202229841A; KR20220058664A; CN111095472B; IL273308A; JP2022060253A; TWI744552B; US20230005707A1; CN116417313A; US11862427B2; US11476085B2; JP7018125B2; TW201920934A; EP3685423A1; JP2023171863A; US20200227229A1; JP2020534640A; CN111095472A; WO2019053174A1

Abstract

검출기 어레이(600)를 구현하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 특정 실시예에 따르면, 기판(600)은 제1 요소(611) 및 제2 요소(612)를 포함하는 복수의 감지 요소(611 내지 613)를 포함하고 있다. 검출기는 제1 요소와 제2 요소를 연결하도록 구성된 스위칭 요소(619)를 포함하고 있다. 스위칭 영역은 설정된 양의 에너지를 갖는 전자를 받아들이는 감지 요소에 응답하여 생성된 신호에 기초하여 제어될 수 있다.

Description

빔 이미지 시스템용 스위치 매트릭스 디자인

본 출원은 2017년 9월 18일에 출원된 미국출원 제62/560,122호의 우선권을 주장하며, 이 출원의 내용은 전체적으로 본 명세서에서 인용 참조된다.

본 발명은 일반적으로 검출기 어레이 분야에 관한 것으로서, 특히 하전 입자 검출에 적용 가능한 검출기 어레이에 관한 것이다.

검출기는 물리적으로 관찰 가능한 현상을 감지하기 위해 다양한 분야에서 사용된다. 예를 들어, 전자 현미경은 샘플의 표면 토포그래피(topography) 및 조성을 관찰하는데 유용한 툴(tool)이다. 현미경에 사용되는 하전 입자 빔 툴에서, 하전 입자는 샘플로 향하고 다양한 방식으로 샘플과 상호 작용할 수 있다. 예를 들어, 샘플에 부딪친 후, 이차 전자, 후방 산란 전자, 오제 전자(auger electrons), X-레이, 가시광 등이 샘플로부터 방출되고 검출기에 의하여 검출될 수 있다. 산란된 입자는 검출기에 입사하는 빔을 형성할 수 있다.

후방 산란 전자 및 이차 전자를 포함하는 전자 빔은 전자 검출기의 표면 상의 다양한 위치에서 하나 이상의 빔 스폿을 형성할 수 있다. 전자 검출기는 검출된 전자 빔의 세기를 나타내는 전기적 신호(예를 들어, 전류, 전압 등)를 생성할 수 있다. 전기적 신호는 측정 회로 (예를 들어, 아날로그-디지털 컨버터)로 측정되어 검출된 전자의 분포를 얻을 수 있다. 검출 시간대(time window) 동안에 수집된 전자 분포 데이터는 샘플 표면에 입사하는 하나 이상의 일차 전자 빔의 대응하는 스캔 경로 데이터와 함께 검사 중인 샘플 구조체의 이미지를 재구성하는데 사용될 수 있다. 재구성된 이미지는 샘플의 내부 및/또는 외부 구조체의 다양한 피처를 나타내기 위해 사용될 수 있으며, 샘플 내에 존재할 수 있는 임의의 결함을 나타내기 위해 사용될 수 있다.

전자 광학 서브-시스템 내의 결함은 샘플을 나타내는 재구성된 이미지의 품질을 저하시킬 수 있다. 예를 들어, 다수의 일차 전자 빔이 샘플을 스캐닝하는 경우 그리고 검사 중인 샘플에 의해 다수의 전자 빔이 방출되는 경우, 전자 광학 서브-시스템 내에서의 수차 및 분산의 영향으로 인하여 샘플에서 방출된 인접 빔들로부터의 전자들은 전자 검출기 표면의 동일한 위치에 도달할 수 있다. 결과적으로, 인접한 전자 빔들에 의해 형성된 빔 스폿들이 부분적으로 중첩되어 크로스토크를 야기할 수 있다. 크로스토크의 영향은 전자 검출기의 출력 신호에 노이즈(noise)로서 추가될 수 있다. 따라서, 전자 검출기의 출력 신호는 검사 중인 특정 샘플 구조와 상관되지 않는 노이즈 성분을 포함할 수 있으며, 이미지 재구성의 충실도는 악화된다.

따라서, 전자 감지 요소 재구성을 허용하기 위해 유연성을 갖는 검출기 어레이에 대한 요구가 있다. 특정 용도 집적 회로(ASIC)는 활성 감지 요소의 그룹화를 허용하는 유연성을 제공할 수 있다. ASIC은 특정 빔 또는 빔릿 스폿에 대응하는 활성 감지 요소의 그룹화를 허용하기 위해 전자 검출기 어레이에 유용할 수 있다. 전자 검출기 어레이에서 이러한 ASIC은 그룹화되고자 하는 특정 감지 요소의 그룹화를 제어하기 위한 스위칭 매트릭스를 필요로 할 것이다.

그러나, 종래의 스위치 매트릭스는 그의 복잡성으로 인해 제조 및 실제 적용에서 제한에 직면할 수 있다. 전자 검출기 어레이에서 전자 감지 요소 재구성에 바람직한 높은 수준의 유연성을 얻기 위해서는 매우 복잡한 스위치 매트릭스 디자인이 요구될 것이다. 복잡한 디자인은 규모 확장되기 어렵다.

본 발명의 실시예는 하전 입자 검출을 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 검출 시스템이 제공된다. 검출 시스템은 검출기를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 검출기는 복수의 감지 요소를 갖는 기판을 포함할 수 있다. 감지 요소 중에 제1 요소 및 제2 요소가 있을 수 있다. 검출기는 또한 제1 요소와 제2 요소를 연결하도록 구성된 스위칭 요소를 포함할 수 있다. 제1 요소는 빔을 검출하는 제1 요소에 응답하여 제1 신호를 생성하도록 구성될 수 있으며, 제2 요소는 빔을 검출하는 제2 요소에 응답하여 제2 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 스위칭 요소는 제1 신호와 제2 신호에 기초하여 제어되도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 검출기는 제1 요소 및 제2 요소를 포함하는 감지 요소의 어레이를 갖는 센서 층을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 요소와 제2 요소는 인접한다. 검출기는 또한 제1 요소와 제2 요소에 전기적으로 연결되도록 구성된 하나 이상의 회로를 갖는 회로 층을 포함할 수 있다. 검출기는 또한 회로 층에 포함된 스위칭 요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 회로는 제1 요소가 설정된 양의 에너지를 갖는 하전 입자를 받아들일 때 제1 상태 지표를 생성하도록, 제2 요소가 설정된 양의 에너지를 갖는 하전 입자를 받아들일 때 제2 상태 지표를 생성하도록, 그리고 제1 상태 지표와 제2 상태 지표에 기초하여 스위칭 요소를 제어하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 검출기 시스템은 제1 요소 및 제2 요소를 포함하는 복수의 감지 요소를 갖는 검출기 어레이, 및 제1 요소와 제2 요소를 연결하도록 구성된 스위칭 요소를 포함할 수 있다. 검출기 시스템은 또한 빔을 검출하는 제1 요소에 응답하여 제1 신호를 생성하도록 그리고 빔을 검출하는 제2 요소에 응답하여 제2 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 회로를 포함할 수 있다. 하나 이상의 회로에 연결된 컨트롤러가 제공될 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 픽셀 카운트(pixel count)와 증가된 검출기 제조 어려움 간의 균형(trade-off) 관계를 제거하는 배열체가 달성될 수 있다. 검출기는 대응하는 제조 어려움 없이 높은 픽셀 카운트와 높은 유연성을 달성할 수 있도록 검출기가 제공될 수 있다.

개시된 실시예의 부가적인 목적 및 장점은 다음의 설명에서 부분적으로 개진될 것이며, 부분적으로는 설명으로부터 명백해질 것이거나, 실시예를 실시함으로써 학습될 수 있다. 개시된 실시예의 목적 및 이점은 청구범위에 기재된 요소 및 조합에 의해 실현되고 달성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 예시적인 실시예는 이러한 예시적인 목적 및 이점을 달성하기 위해 반드시 요구되는 것은 아니며, 일부 실시예는 명시된 목적 및 이점 중 어느 것도 달성하지 못할 수 있다.

앞선 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단지 예시적이고 설명적인 것이며 청구된 바와 같이 개시된 실시예를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예와 일치하는 예시적인 전자 빔 검사(EBI) 시스템을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예와 일치하는, 도 1의 예시적인 전자 빔 검사 시스템의 일부일 수 있는 예시적인 전자 빔 툴을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예와 일치하는 검출기 어레이의 예시적인 표면을 도시하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예와 일치하는 검출기의 횡단면도를 도시하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예와 일치하는 검출기의 센서 층과 회로 층을 도시하는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 실시예와 일치하는 예시적인 검출기 어레이를 도시하는 간략화된 회로 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예와 일치하는 감지 요소의 위치 데이터와 관련된 하나 이상의 회로를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예와 일치하는, 복수의 감지 요소를 포함하는 검출기 어레이를 이용한 검출 시스템을 도시하는 도면이다.

이제 예시적인 실시예에 대하여 상세히 언급될 것이며, 이 실시예의 예는 첨부된 도면에 도시되어 있다. 다음의 설명은, 달리 표현되지 않는 한 상이한 도면들에서의 동일한 번호들이 동일하거나 유사한 요소들을 나타내는 첨부된 도면을 참조한다. 예시적인 실시예의 다음 설명에서 제시된 구현은 본 발명과 일치하는 모든 구현을 나타내지는 않는다. 그 대신, 이들은 단지 첨부된 청구범위에 열거된 바와 같은 본 발명에 관련된 양태와 일치하는 장치 및 방법의 예이다.

본 발명의 실시예는 어레이 구조(architecture)를 갖는 검출기를 제공한다. 검출기는 검출기의 어레이 표면 상에 포함된 감지 요소의 필드 재구성을 가능하게 할 수 있다. 검출기는 스위칭 요소, 예를 들어 감지 요소의 쌍들을 연결하도록 구성된 요소를 포함할 수 있다. 스위칭 요소는 스위치를 포함할 수 있다.

2개의 감지 요소를 연결하도록 구성된 스위치가 검출기 어레이의 감지 층에 인접한 스위치 매트릭스 내에 형성될 수 있으며, 여기서 감지 층은 감지 요소를 포함하고 있다. 스위치 매트릭스는 표준 디바이스 공정으로 제조된 전기적 구성 요소로 구성된 특정 용도 집적 회로(ASIC)로서 구성될 수 있다. 스위치는 감지 층 내에 내장될 필요가 없다. 따라서 검출기 어레이의 제조가 단순해질 수 있다.

스위칭 요소는 전기적으로 작동되는 스위치 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치는 릴레이, 트랜지스터, 아날로그 스위치, 솔리드-스테이트 릴레이(solid-state relay), 또는 전기 회로를 연결 또는 분리할 수 있는 반도체 디바이스를 포함할 수 있다. 스위치는 논리 요소에 의해 제어되는 스위치를 작동시키기 위한 요소를 가질 수 있다.

감지 요소는 임의적인 형상을 갖는 임의적인 수의 그룹 및 각 그룹 내에서 임의적인 수의 감지 요소를 형성할 수 있다. 각 스위치에 대한 제어 회로는 각 대응하는 스위치 옆에 위치될 수 있다. 제어 회로는 논리 요소를 포함할 수 있다. 감지 요소 쌍들 사이의 스위치는 행(row) 제어 및/또는 라인 제어 와이어에 의하여 어드레스(addressed)될 수 있다. 제어 회로와 스위치는 공통 회로 다이 내에 포함될 수 있다.

감지 요소의 어레이는 기판 내의 센서 층으로서 형성될 수 있다. 제어 회로는 기판 내의 회로 층으로서 형성될 수 있다. 스위칭 요소는 회로 층 내에 형성될 수 있다. 대안적으로, 스위칭 요소는 감지 층과 회로 층 사이에 개재된 별도의 층으로서 형성될 수 있다.

본 발명의 양태와 일치하는 배열체에서, 회로 층 내에서의 상호 접속이 단순화될 수 있다. 감지 요소의 각 그룹의 출력 신호는 그룹에 연결된 다수의 출력 와이어를 통해 라우팅(routed)될 수 있다. 그룹 내의 스위치에 의해 형성된 감지 요소들 사이의 연결과 함께 출력 와이어는 낮은 등가 출력 직렬 저항 및 직렬 인덕턴스를 갖는 네트워크를 형성할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제어 회로는 일반적인 방법과 비교하여 감소된 등가 출력 직렬 저항 및 직렬 인덕턴스를 갖는 네트워크를 형성할 수 있다. 광대역 작동이 용이하도록, 그룹화된 감지 요소의 출력 임피던스는 감소될 수 있다.

본 발명의 실시예는 전자 검출기를 갖는 전자 빔 툴을 제공한다. 전자 검출기와 연결된 회로 층이 제공될 수 있다. 전자 검출기는 샘플에서 방출된 후방 산란된 일차 전자 및 이차 전자를 받아들이도록 구성될 수 있다. 받아들여진 전자는 검출기의 표면 상에 하나 이상의 빔 스폿을 형성한다. 검출기의 표면은 전자를 받아들이는 것에 응답하여 전기 신호를 생성하도록 구성된 복수의 전자 감지 요소를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 회로 층은 복수의 전자 감지 요소의 그룹화를 구성하기 위해 사용되는 전처리 회로 및 신호 처리 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전처리 회로 및 신호 처리 회로는 생성된 전기 신호의 크기와 관련된 표시(indication)를 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 회로는 복수의 감지 요소 중 2개의 감지 요소와 관련된 게이트와 같은 논리 블록(logic blocks)을 포함할 수 있다. 게이트는 감지 요소로부터 생성된 신호에 기초하여 연결 상태를 결정하도록 구성될 수 있다. 게이트는 2개의 감지 요소가 2개의 감지 요소를 연결시키도록 구성된 스위칭 요소를 통해 전기적으로 연결되거나 분리되도록 제어될 수 있다. 감지 요소로부터 생성된 전기 신호는 스위칭 요소를 통과하도록 구성될 수 있다. 감지 요소로부터의 전기 신호를 기반으로 결정이 이루어질 수 있다.

후처리 회로는 감지 요소의 출력을 기반으로 빔 또는 빔릿의 이미지를 획득하도록 구성된 컨트롤러와 상호 작용하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 빔의 이미지를 재구성할 수 있다. 컨트롤러는 재구성된 이미지를 기반으로 빔 경계부, 예를 들어 빔 스폿의 일차 및 이차 경계부를 결정하도록 구성될 수 있다.

후처리 회로의 추가 구현은, 전처리 회로로부터의 생성된 표시에 기초하여, 전자 감지 요소들 중 어느 것이 빔 스폿의 경계부, 예를 들어 일차 경계부 내에 놓여있는지를 결정하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 회로를 포함할 수 있다. 결정된 일차 경계부에 기초하여 빔 스폿의 세기를 나타내는 값을 생성하기 위해 처리가 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 감지 요소들 중 어느 것이 빔 스폿의 일차 경계부 밖에 있는지를 결정하기 위해 그룹화(grouping)가 사용될 수 있다. 노이즈 신호는 일차 경계부 밖에 있는 것으로 결정된 감지 요소의 출력을 기반으로 추정될 수 있다. 후처리 회로는 빔 스폿의 세기 데이터를 생성할 때 추정 노이즈 신호를 보상할 수 있다.

감지 요소의 그룹화는 전자 빔의 전자에 의해 타격되는 것에 응답하여 감지 요소에 의해 생성된 전기 신호에 기초할 수 있다. 그룹화는 이웃하는 감지 요소들을 연결하도록 구성된 스위칭 요소를 통과하는 전기 신호에 기초할 수 있다. 그룹화는 또한 후처리 회로에 의한 결정에 기초할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 일차 및/또는 이차 빔 스폿 경계부는 감지 요소의 출력 신호를 기반으로 결정될 수 있다.

픽셀과 연관된 국부 제어 로직은 대응하는 감지 요소의 신호 레벨의 표시를 생성할 수 있다. 이 표시는 2개의 인접한 감지 요소가 스위칭 요소에 의해 연결되어야 하는지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 그룹이 형성될 수 있다. 형성된 감지 요소의 그룹에 기초하여, 일차 경계부가 결정될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 구배(gradient) 정보가 획득되고 이차 경계부를 결정하기 위해 사용될 수 있다.

입사 전자 빔의 전자들은 상이한 생성 공정으로 인하여 상이한 특성, 예를 들어 상이한 에너지를 가질 수 있다. 상이한 특성을 갖는 전자의 분포 또는 농도는 상이한 위치에서 달라질 수 있다. 따라서, 전자 빔 내에서, 검출된 전자 빔 스폿 내에서의 세기 패턴은 일차 또는 이차 경계부에 대응할 수 있다. 일차 및 이차 빔 스폿 경계부는 대응하는 전자 감지 요소의 출력 신호를 그룹화하기 위해 사용될 수 있다. 그룹들은 그들의 기하학적 배열체가 대응하는 전자 빔 스폿의 패턴과 일치하도록 형성될 수 있다. 예로서, 이차 빔 경계부 내에서 전자 감지 요소에 의해 검출된 전자 빔 스폿의 일부분은 거의 전체적으로 후방 산란된 전자로 구성될 수 있는 반면, 일차 빔 경계부와 이차 빔 경계부 사이의 전자 감지 요소에 의해 검출된 전자 빔 스폿의 일부분은 거의 전체적으로 이차 전자로 구성될 수 있다. 따라서, 형성된 그룹은 전체의 검출된 빔의 세기 정보 및 또한 전자 빔의 후방 산란된 그리고 이차 전자 부분에 대응하는 세기 정보를 산출할 수 있다. 따라서, 일부 실시예는 검출된 전자 빔 스폿 및 조사 중인 샘플의 특성에 관한 정보를 제공할 수 있다.

이제, 첨부된 도면에 도시된 예시적인 실시예에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이다. 이하의 실시예가 전자 빔을 이용하는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 이렇게 제한되지 않는다. 다른 유형의 하전 입자 빔이 유사하게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 양태와 일치하는 검출기는 X-레이, 광자 및 다른 형태의 에너지를 감지하기 위한 환경에 적용 가능하다.

이제 도 1에 대한 참조가 이루어지며, 도 1은 본 발명의 실시예와 일치하는 예시적인 전자 빔 검사(EBI) 시스템(100)을 도시하고 있다. 도 1에서 보여지는 바와 같이, EBI 시스템(100)은 주 챔버(101), 로드/록 챔버(102), 전자 빔 툴(104) 및 장비 프런트 엔드 모듈(equipment front end module; EFEM)(106)을 포함하고 있다. 전자 빔 툴(104)은 주 챔버(101) 내에 위치되어 있다. EFEM(106)은 제1 로딩 포트(loading port)(106a) 및 제2 로딩 포트(106b)를 포함하고 있다. EFEM(106)은 부가적인 로딩 포트(들)를 포함할 수 있다. 제1 로딩 포트(106a) 및 제2 로딩 포트(106b)는 검사될 웨이퍼 (예를 들어, 반도체 웨이퍼 또는 다른 물질(들)로 만들어진 웨이퍼) 또는 샘플 (이후, 웨이퍼 및 샘플은 집합적으로 "웨이퍼"로 지칭된다)을 담고 있는 웨이퍼 전방 개방 통합 포드(FOUP)를 수용할 수 있다.

EFEM(106) 내의 하나 이상의 로봇 아암(도시되지 않음)이 웨이퍼를 로드/록 챔버(load/lock chamber; 102)로 이송시킬 수 있다. 로드/록 챔버(102)는 대기압 미만의 제1 압력에 도달하도록 로드/록 챔버(102) 내의 가스 분자들을 제거하는 로드/록 진공 펌프 시스템(보여지지 않음)에 연결되어 있다. 제1 압력에 도달한 후, 하나 이상의 로봇 아암(도시되지 않음)이 웨이퍼를 로드/록 챔버(102)로부터 주 챔버(101)로 이송시킬 수 있다. 주 챔버(101)는 제1 압력 미만의 제2 압력에 도달하도록 주 챔버(101) 내의 가스 분자를 제거하는 주 챔버 진공 펌프 시스템(보여지지 않음)에 연결되어 있다. 제2 압력에 도달한 후, 웨이퍼는 전자 빔 툴(104)에 의해 검사를 거친다. 전자 빔 툴(104)은 단일 빔 시스템 또는 다중 빔 시스템일 수 있다. 컨트롤러(109)는 전자 빔 툴(104)에 전자적으로 연결되어 있다. 컨트롤러(109)는 EBI 시스템의 다양한 제어를 실행하도록 구성된 컴퓨터일 수 있다.

이제 도 2에 대한 참조가 이루어지며, 도 2는 멀티-빔 이미지(MBI) 시스템에서 사용하기 위하여 구성될 수 있는 전자 빔 툴(104) (또한 본 명세서에서 장치(104)로 지칭된다)을 도시하고 있다. 전자 빔 툴(104)은 전자 소스(202), 건 개구(gun aperture; 204), 집광 렌즈(206), 전자 소스(202)에서 방출된 일차 전자 빔(210), 소스 변환 유닛(212), 일차 전자 빔(210)의 복수의 빔릿(214, 216, 및 218), 일차 투영 광학 시스템(220), 웨이퍼 스테이지 (도 2에서는 보여지지 지지 않음), 다수의 이차 전자 빔(236, 238 및 240), 이차 광학 시스템(242) 및 전자 검출 디바이스(244)를 포함하고 있다. 일차 투영 광학 시스템(220)은 빔 분리기(222), 편향 스캐닝 유닛(226) 및 대물렌즈(228)를 포함할 수 있다. 전자 검출 디바이스(244)는 검출 서브-영역(246, 248 및 250)을 포함할 수 있다.

전자 소스(202), 건 개구(204), 집광 렌즈(206), 소스 변환 유닛(212), 빔 분리기(222), 편향 스캐닝 유닛(226) 및 대물렌즈(228)는 장치(104)의 일차 광학 축(260)과 정렬될 수 있다. 이차 광학 시스템(242)과 전자 검출 디바이스(244)는 장치(104)의 이차 광학 축(252)과 정렬될 수 있다.

전자 소스(202)는 캐소드, 추출기(extractor) 또는 애노드를 포함할 수 있으며, 여기서 일차 전자는 캐소드로부터 방출되고 추출 또는 가속되어 크로스오버 (가상 또는 실제)(208)를 갖는 일차 전자 빔(210)을 형성할 수 있다. 일차 전자 빔(210)은 크로스오버(208)로부터 방출되는 것으로 시각화될 수 있다. 건 개구(204)는 일차 전자 빔(210)의 최외각 전자를 차단하여 쿨롱 효과(Coulomb effect)를 감소시킬 수 있다. 쿨롱 효과는 프로브 스폿(270, 272 및 274)의 크기 증가를 야기할 수 있다.

소스 변환 유닛(212)은 이미지 형성 요소의 어레이 (도 2에서는 보여지지 않음) 및 빔-제한 개구의 어레이 (도 2에는 보여지지 않음)를 포함할 수 있다. 이미지 형성 요소의 어레이는 마이크로-편향기 또는 마이크로-렌즈의 어레이를 포함할 수 있다. 이미지 형성 요소의 어레이는 일차 전자 빔(210)의 복수의 빔릿(214, 216 및 218)으로 크로스오버(208)의 복수의 평행한 이미지 (가상 또는 실제)를 형성할 수 있다. 빔-제한 개구의 어레이는 복수의 빔릿(214, 216 및 218)을 제한할 수 있다.

집광 렌즈(206)는 일차 전자 빔(210)을 집속할 수 있다. 소스 변환 유닛(212)의 하류의 빔릿(214, 216, 218)의 전류는 집광 렌즈(206)의 초점력(focusing power)을 조정함으로써 또는 빔-제한 개구의 어레이 내의 대응하는 빔-제한 개구의 반경 방향 크기를 변화시킴으로써 달라질 수 있다. 대물렌즈(228)는 검사를 위하여 빔릿(214, 216 및 218)을 웨이퍼(230) 상으로 집속할 수 있으며 복수의 프로브 스폿(270, 272 및 274)을 웨이퍼(230)의 표면 상에 형성할 수 있다.

빔 분리기(222)는 정전기 이중극 필드와 자기 이중극 필드를 생성하는 빈 필터(Wien filter) 유형의 빔 분리기일 수 있다. 일부 실시예에서, 이들이 인가되면, 빔릿(214, 216 및 218)의 전자 상에 정전기 이중극 필드에 의해 가해지는 힘은 자기 이중극 필드에 의해 전자에 가해지는 힘과는 크기는 동일하고 방향은 반대일 수 있다. 빔릿(214, 216 및 218)은 따라서 0(zero)의 편향각으로 빔 분리기(222)를 일직선으로 통과할 수 있다. 그러나 빔 분리기(222)에 의해 생성된 빔릿(214, 216 및 218)의 총 분산은 또한 0이 아닐 수 있다. 빔 분리기(222)는 이차 전자 빔(236, 238 및 240)을 빔릿(214, 216 및 218)으로부터 분리할 수 있으며 이차 전자 전자 빔(236, 238 및 240)을 이차 광학 시스템(242) 쪽으로 향하게 할 수 있다.

편향 스캐닝 유닛(226)은 빔릿(214, 216 및 218)을 편향시켜 웨이퍼(230)의 표면 구역에 걸쳐 프로브 스폿(270, 272 및 274)을 스캐닝할 수 있다. 프로브 스폿(270, 272 및 274)에서의 빔릿(214, 216 및 218)의 입사에 응답하여, 이차 전자 빔(236, 238 및 240)은 웨이퍼(230)로부터 방출될 수 있다. 이차 전자 빔(236, 238 및 240)은 이차 전자 (에너지<50 eV) 및 후방 산란 전자 (50 eV와 빔릿(214, 216 및 218)의 랜딩 에너지(landing energies) 사이의 에너지)를 포함하는, 에너지의 분포를 갖는 전자를 포함할 수 있다. 이차 광학 시스템(242)은 이차 전자 빔(236, 238 및 240)을 전자 검출 디바이스(244)의 검출 서브-영역(246, 248 및 250) 상으로 집속시킬 수 있다. 검출 서브-영역(246, 248 및 250)은 대응하는 이차 전자 빔(236, 238 및 240)을 검출하고 웨이퍼(230)의 표면 구역의 이미지를 재구성하는데 사용되는 대응 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.

이제 도 3a에 대한 참조가 이루어지며, 도 3a는 전자 검출 디바이스(244)의 검출 표면을 형성할 수 있는 센서 표면(300)의 예시적인 구조를 도시하고 있다. 센서 표면(300)은 4개의 영역(302A 내지 302D)(2×2 직사각형 격자)으로 나누어질 수 있으며, 각 영역(302)은 웨이퍼(230)로부터 특정 위치에서 방출된 대응하는 빔 스폿(304)을 수용할 수 있다. 모든 빔 스폿(304A 내지 304D)은 이상적인 둥근 형상 나타낼 수 있으며 위치 오프셋(loci offset)을 갖고 있지 않다. 4개의 영역이 나타나 있는 반면에, 임의의 복수의 영역이 사용될 수 있다는 것이 인식된다. 또한, 센서 표면(300)의 4개의 영역으로의 분할은 임의적이다. 감지 영역(306)의 임의적의 선택이 특정 영역을 형성하도록 취해질 수 있다. 검출기(244) 내의 검출 서브-영역(246, 248, 250)은 이러한 영역에 의하여 구성될 수 있다.

각 센서 영역은 전자 감지 요소(306)의 어레이를 포함할 수 있다. 전자 감지 요소는, 예를 들어 PIN 다이오드, 애벌란시 다이오드(avalanche diode), 전자 멀티플라이어 튜브(electron multiplier tube; EMT) 등 및 그의 조합을 포함할 수 있다. 더욱이, 도 3a는 영역(302)들이 자신들의 감지 요소(306)를 갖는 미리 한정된 영역들로서 서로 분리되어 있는 것으로 보여주고 있지만, 이 사전 한정된 영역들은 예를 들어 도 3c의 표면 센서(400)와 같이 존재하지 않을 수 있다는 점이 인식된다. 예를 들어, 81개의 감지 요소 (감지 요소의 9Х9 격자)를 각각 갖는 4개의 사전 한정된 영역을 갖는 대신에, 센서 표면은 감지 요소의 하나의 18×18 격자를 가질 수 있으며, 그럼에도 불구하고 4개의 빔 스폿을 감지할 수 있다.

전자 감지 요소(306)는 센서 영역에서 받아들여진 전자에 비례하는 전류 신호를 생성할 수 있다. 전처리 회로는 생성된 전류 신호를 (받아들여진 전자 빔 스폿의 세기를 나타내는) 전압 신호로 변환할 수 있다. 전처리 회로는, 예를 들어 고속 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier)를 포함할 수 있다. 처리 시스템은, 예를 들어 센서 영역 내에 위치된 전자 감지 요소들에 의해 생성된 전류를 합산함으로써 전자 빔 스폿의 세기 신호를 생성할 수 있으며, 세기 신호를 웨이퍼 상에 입사하는 일차 전자 빔의 스캔 경로 데이터와 관련시킬 수 있고, 또한 연관성에 기초하여 웨이퍼의 이미지를 구성할 수 있다.

전자 감지 요소(306)가 전자 빔으로부터 전자를 받아들이는 것으로 설명되고 있지만, 다른 유형의 검출기의 경우, 센서 표면은 다른 유형의 조사(irradiation)를 받아들이는 것에 응답하여 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 검출기는 특정 전하를 갖는 하전 입자에 반응할 수 있다. 또한, 검출기는 플럭스(flux), 공간 분포, 스펙트럼 또는 다른 측정 가능한 특성에 민감할 수 있다. 따라서, 검출기 감지 요소는 특정 유형 또는 레벨의 에너지, 예를 들어 설정된 양의 에너지를 갖는 전자를 받아들이는 것에 응답하여 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 처리 시스템은 일부 전자 감지 요소(306)에 의해 생성된 신호들을 선택적으로 합하여 빔 스폿의 세기 값을 생성할 수 있다. 선택은 전자 감지 요소들 중 어느 것이 빔 스폿 내에 위치되어 있는지의 결정에 기초할 수 있다.

일부 실시예에서, 처리 시스템은 빔 스폿의 경계부를 식별함으로써, 전자 감지 요소들 중 어느 것이 빔 스폿 밖에 위치하고, 전자 감지 요소들 중 어느 것이 빔 스폿 내에 위치되는지를 식별할 수 있다. 예를 들어, 도 3b를 참고하면, 처리 시스템은 빔 스폿(304A 및 304B)에 대한 일차 경계부(312A, 312B)와 이차 경계부(314A, 314B)를 각각 식별할 수 있다. 일차 경계부(312)는 빔 스폿의 세기를 결정하기 위해 신호 출력부가 포함되는 전자 감지 요소(306)의 세트를 둘러싸도록 구성될 수 있다.

이차 경계부(314)는 빔 스폿의 중심 부분을 둘러싸도록 구성될 수 있으며, 또한 빔 스폿의 어떤 기하학적 정보를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 기하학적 정보는, 예를 들어 빔 스폿의 형상, 빔 스폿의 하나 이상의 위치(loci) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 위치는 중심과 같은, 빔 스폿 내의 설정된 위치를 지칭할 수 있다. 처리 시스템은 또한 이차 경계부(314)에 기초하여 일차 경계부(312)를 결정할 수 있다.

더욱이, 위치 정보에 기초하여, 처리 시스템은 또한, 예를 들어 전자 광학 구성 요소 또는 전자 광학 시스템 내의 결함으로 인한 빔 스폿(304)의 위치의 드리프트를 추적할 수 있다. 결함은 제조 또는 조립 공정 중에 도입되는 결함일 수 있다. 더욱이, 시스템의 장시간 작동 중에 도입되는 드리프트가 있을 수 있다. 처리 시스템은 경계부 결정, 및 세기 결정에 포함될 전자 감지 요소 세트를 업데이트하여 세기 결정의 정확도에 미치는 드리프트의 영향을 완화시킬 수 있다. 또한, 처리 시스템은 전자 빔 스폿의 이동(shift)을 추적할 수 있다.

일차 또는 이차 경계부(312 및 314)로 둘러싸인 전자 감지 요소의 각 세트를 형성하기 위해 사용되는 전자 감지 요소(306)의 선택은 각 빔 스폿의 지정된 전자 수집 비율에 의하여 결정될 수 있으며, 이는 전체 이미지 신호 강도와 신호 대 노이즈 비, 인접하는 전자 빔들의 신호 크로스토크, 및 각 전자 빔 스폿의 대응하는 형상 및 위치와 관련이 있다. 전자 감지 요소의 선택은, 예를 들어 감지 요소에 인접하게 위치된 처리 회로에 의하여 또는 외부 컨트롤러에 의하여 제어될 수 있다. 각 세트의 형성은 정적일 수 있거나 동적으로 변할 수 있다. 빔 스폿의 형상 및 위치 변동 정보는, 예를 들어 전자 광학 시스템 (예를 들어, 일차 투영 광학 시스템(220))의 성능을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 빔의 위치 결정 및 형상에 관해 수집된 정보는, 예를 들어 전자 광학 시스템에 대한 조정을 이루는데 사용될 수 있다. 따라서, 도 3b가 원형 형상에서 벗어난 형상을 갖는 빔 스폿(304B)을 보여주고 있는 반면에, 전자 광학 시스템의 드리프트 또는 전자 광학 시스템 내의 구성 요소의 결함으로 인한 위치, 형상 및 격자 정보와 같은 이러한 유형의 편차는 보상될 수 있다.

이제 도 3d에 대한 참조가 이루어지며, 도 3d는 전자 검출 디바이스(244) 상에서 사용될 수 있는 센서 표면(500)의 예시적인 구조를 도시하고 있다. 센서 표면(500)은 각각이 빔 스폿의 적어도 일부를 받아들일 수 있는 감지 요소(501, 502, 503)들 등을 포함하는 복수의 감지 요소를 포함하는 어레이 구조를 갖고 있다. 감지 요소(501, 502, 503)는 에너지를 받아들이는 것에 응답하여 전기 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.

감지 요소는, 예를 들어 PIN 다이오드, 애벌란시 다이오드, 전자 멀티플라이어 튜브(EMT) 등 및 그의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 감지 요소(501, 502, 503)는 전자 빔 감지 요소일 수 있다. 전자 감지 요소는 센서 활성 구역에서 받아들여진 전자에 비례하는 전류 신호를 생성할 수 있다. 처리 회로는 생성된 전류 신호를 (받아들여진 전자 빔 스폿의 세기를 나타내는) 전압 신호로 변환할 수 있다. 처리 시스템은, 예를 들어 센서 영역 내에 위치된 전자 감지 요소에 의해 생성된 전류를 합산함으로써 전자 빔 스폿의 세기 신호를 생성할 수 있으며, 세기 신호를 웨이퍼에 입사하는 일차 전자 빔의 스캔 경로 데이터와 관련시킬 수 있고, 또한 상관관계에 기초하여 웨이퍼의 이미지를 구성할 수 있다.

도 3d에서 보여지는 바와 같이, 구역(525)은 인접하는 감지 요소들 사이에 제공될 수 있다. 구역(525)은 이웃하는 픽셀들을 측부들과 코너들을 서로 격리하기 위한 격리 구역일 수 있다.

센서 표면(500)은 직사각형 격자 배열체를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다양한 기하학적 배열체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 감지 요소는 육각형 격자 형태로 배열될 수 있다. 따라서, 개별 감지 요소는 상응하는 상이한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 감지 요소들은 또한 팔각형 타일링(tiling), 삼각형 타일링, 마름모꼴 타일링 등으로 배열될 수 있다. 감지 요소는 균일한 형상으로서 그리고 규칙적인 패킹을 갖고 제공될 필요가 없다. 예를 들어, 반정(semiregular) 육각형을 갖는 오각형 타일링이 사용될 수 있다. 이 예들은 예시적인 것이며 또한 다양한 변형이 적용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.

이제 도 4a에 대한 참조가 이루어지며, 도 4a는 검출기(600)의 층 구조체의 간략화된 도면을 도시하고 있다. 검출기(600)는 도 2에서 보여지는 바와 같이 검출기(244)로서 제공될 수 있다. 검출기(600)는 전자 빔의 입사 방향과 실질적으로 평행할 수 있는 두께 방향으로 적층된 복수의 층을 갖도록 구성될 수 있다. 복수의 층은 센서 층(610) 및 회로 층(620)을 포함할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 센서 층(610)은 센서 표면(500)을 구비할 수 있다. 감지 요소, 예를 들어 감지 요소(611, 612 및 613)는 감지 층(610) 내에 제공될 수 있다. 스위칭 요소(619)는 횡단면 방향으로 인접한 감지 요소들 사이에 제공될 수 있다.

예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이, 감지 요소(611, 612 및 613)들 각각은 다이오드로 구성될 수 있다. 또한, 스위칭 요소(619)는 MOSFET와 같은 트랜지스터로 구성될 수 있다. 감지 요소들(611, 612, 613) 각각은 회로 층(620)으로의 전기적 연결을 이루기 위한 출력부를 포함할 수 있다. 출력부는 스위칭 요소(619)와 일체화되거나 별도로 제공될 수 있다. 출력부는 금속층일 수 있는 센서 층(610)의 최하부 층에 일체화될 수 있다.

일 예에서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 감지 요소(611, 612, 613)는 PIN 다이오드로서 구성될 수 있다. 검출기 디바이스(600A)는 반도체 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, PIN 다이오드 디바이스를 구성하는 반도체 디바이스는 복수의 층을 갖는 기판으로서 제조될 수 있다. 부가적으로, 감지 요소(611, 612, 613) 및/또는 스위칭 요소(619)는 복수의 별개의 반도체 디바이스로서 구성될 수 있다. 별개의 반도체 디바이스들은 서로 직접 인접되게 구성될 수 있다.

검출기 디바이스(600A)는 최상부 층으로서 금속층(601)을 포함할 수 있다. 금속층(601)은 전자 검출 디바이스(244)에 입사하는 전자를 수용하기 위한 층이다. 따라서, 금속층(601)은 검출 표면으로서 구성된다. 금속층(601)의 물질은, 예를 들어 알루미늄일 수 있다. 금속층(601)에 알루미늄이 사용되는 경우, 전자 검출 디바이스(244)를 보호하기 위하여 산화층이 표면의 외부에 형성될 수 있다. 검출기 디바이스(600A)는 또한 센서 층(610)의 최하부 층으로서 금속층(605)을 포함할 수 있다. 금속층(605)의 물질은, 예를 들어 구리일 수 있다. 금속층(605)은 감지 요소(611, 612, 613) 각각으로부터의 유도된 전류를 운반하기 위한 출력 라인을 포함할 수 있다. 개별 감지 요소(611, 612, 613)는 횡단면 방향으로 구역(625)에 의해 분리될 수 있으며, 여기서 구역(625)은 격리 구역일 수 있다.

감지 요소(611)를 구성할 수 있는 PIN 다이오드 디바이스의 동작에서, 예를 들어, P+ 영역은 금속층(601)에 인접하게 형성된다. P+ 영역은 p형 반도체 층일 수 있다. 진성 영역은 P+ 영역에 인접하게 형성된다. 진성 영역은 진성 반도체 층일 수 있다. N+ 영역이 진성 영역에 인접하게 형성된다. N+ 영역은 n 형 반도체 층일 수 있다. 따라서, 진성 영역은 P+ 영역과 N+ 영역 사이에 끼워져 있다. 전자가 금속층(601)의 최상부 표면에 입사될 때, 진성 영역은 P+ 영역으로부터의 전하 캐리어로 플러딩된다. 따라서, 조사되는 영역에서의 금속층(601) 아래의 영역이 활성화될 것이다.

전자 검출 디바이스(244)의 센서 층은 금속층(601), 금속층(605), 및 감지 요소에 포함된 다양한 P+ 영역, 진성 영역 및 N+ 영역의 층으로서 형성될 수 있다.

회로 층(620)은 센서 층(610)에 인접하게 제공된다. 회로 층(620)은 라인 와이어 및 다양한 전자 회로(electronic circuit)를 포함하고 있다. 회로 층(620)은 반도체 디바이스로서 제공될 수 있다. 회로 층(620)은 또한 처리 시스템을 포함할 수 있다. 회로 층(620)은 센서 층(610)에서 검출된 출력 전류를 받아들이도록 구성될 수 있다.

위의 설명은 금속 또는 금속층을 설명하고 있지만, 대안, 예를 들어 전도성 물질이 사용될 수 있다는 것이 명백하다.

일부 실시예에서, 스위칭 요소(619)는 별도의 다이 내에 형성될 수 있다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 스위치 다이(630)가 제공된다. 스위치 다이(630)는 복수의 스위칭 요소(619)를 포함하고 있다. 스위치 다이(630)는 센서 층(610)과 회로 층(620) 사이에 개재되어 있다. 스위치 다이(630)는 센서 층(610)과 회로 층(620)에 전기적으로 연결되어 있다.

회로도가 도 5a에 보여지고 있다. 파선은 센서 다이(701)와 회로 다이(702) 사이의 분할을 나타낸다. 회로 다이(702)에서 보여지는 것과 같은 레이아웃은, 예를 들어 회로 층(620) 내에 제공된 회로를 나타낼 수 있다. 센서 다이(701)에서 보여지는 것과 같은 레이아웃은, 예를 들어 복수의 감지 요소를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 센서 층(610)은 센서 다이 내에 구성될 수 있다.

추가 회로도가 도 5b에서 보여지고 있다. 이후에 논의될 바와 같이, 회로 다이(702)에서 보여지는 레이아웃은 부가적인 비교기(711)를 포함할 수 있다.

간략화된 회로도가 도 6에 보여지고 있다. 도 6에서 보여지는 바와 같이, 다수의 픽셀(P1, P2, P3, P4)이 제공될 수 있다. 픽셀(P1, P2, P3, P4)은 감지 어레이의 픽셀들을 나타낼 수 있으며, 픽셀들 각각은 감지 요소와 관련될 수 있다.

감지 요소로부터 신호 세기를 검출하는 예시적인 공정에서, 센서 층 내의 감지 요소는 입사 하전 입자에 의해 유도된 전류를 수집하도록 구성되어 있다. 다른 유형의 에너지 변환이 사용될 수 있다. 전류는 감지 요소로부터, 감지 요소로부터의 출력을 분석하도록 구성된 회로 층으로 출력된다. 회로 층은 와이어링 레이아웃(wiring layout) 및 복수의 전자 구성 요소(electronic components)를 포함하여 감지 요소로부터의 출력을 분석할 수 있다.

신호 세기 검출의 공정이 도 5a를 참고하여 논의될 것이다. 하나의 픽셀은 감지 요소 어레이의 하나의 감지 요소와 연관될 수 있다. 따라서, 제1 픽셀은 PIN 다이오드 전류(711)를 생성하도록 구성되어 있다. PIN 다이오드 신호 세기 검출을 위한 공정의 시작에서, 스위치(721) 및 스위치(731)는 개방되도록 설정되고, 스위치(741)는 폐쇄되도록 설정된다. 따라서, 커패시터(735)의 전압은 Vref2로 리셋될 수 있다.

다음으로, 스위치(721) 및 스위치(741)는 개방되도록 설정되는 반면에, 스위치(731)는 폐쇄되도록 설정된다. 이 상태에서, 커패시터(735)는 충전을 시작하고 전압을 생성한다. 커패시터(735)는 설정된 시간, 예를 들어 t_충전 동안 충전하도록 구성될 수 있으며, 스위치(731)는 충전 후 개방되도록 설정된다.

그 후, 비교기(736)는 커패시터(735)에서의 전압을 기준 값(Vref1)과 비교한다. 기준 값(Vref1)은 설정된 신호 레벨로서 설정될 수 있다. 기준 값에 기초하여, 회로는 감지 요소가 입사 전자 빔으로부터 전류를 수집하고 있음을 나타내는 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 따라서, 기준 값은 PIN 다이오드로부터의 신호 레벨이 빔 스폿 내에 포함된 입사 전자 빔으로부터 전류를 수집하는 것으로 간주되기에 충분히 높다는 것을 나타내는 적절한 값일 수 있다. 비교기(736)에서, 커패시터(735)로부터의 전압이 Vref 보다 높으면, 출력 신호는 블록(750)으로 전송된다.

Vref1은 각 감지 요소가 제어되어 빔 스폿의 외부 경계부 내에 포함될 수 있도록 설정될 수 있다. 값(t_충전)은, 예를 들어 블록(750)과 통신하는 데이터 라인(752)을 통한 로컬 로직(local logic) 또는 외부 회로에 기초하여 결정될 수 있다. 로직 블록 및 회로 구성 요소는 신호 세기 검출 및 픽셀 그룹화 결정과 같은 기능이 국부적으로 발생할 수 있도록 설정될 수 있다. 그러나 각 감지 요소의 신호 세기가 수집될 수 있고 외부 경로를 통해 결정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 아날로그 신호 경로 및 ADC는 아날로그 신호 라인 및 데이터 라인을 통해 외부 컨트롤러와 통신할 수 있다.

본 명세서에 설명된 바와 같이, 감지 어레이 내의 각 픽셀은 감지 요소 상의 입사 전자에 기초하여 전류를 생성하고 회로 층과 통신하는 감지 요소와 연관될 수 있다. 픽셀은 PIN 다이오드 전류(711)를 생성하도록 구성된 제1 픽셀을 참조하여 위에서 논의된 것과 같은 회로에 연결될 수 있다. 따라서, 제2 픽셀은 PIN 다이오드 전류(712) 등을 생성하도록 구성될 수 있다. PIN 다이오드 전류(712)는 대응하는 회로 요소, 예를 들어 스위치(721b), 스위치(731b), 스위치(741b), 커패시터(735b), 비교기(736b), 블록(750b) 등에 연결될 수 있다.

상태 지표(status indicator)의 생성 및 설정이 다시 도 5a를 참조하여 논의될 것이다. 감지 요소로부터의 출력 전류를 사용하여, 회로 층은 상태 지표를 생성하도록 구성되어 있다. 상태 지표는 픽셀 그룹화를 구현하기 위한 기능을 트리거(trigger)하도록 구성될 수 있다. 감지 요소 그룹화를 달성하기 위한 다양한 방법이 제공될 수 있다.

그룹화를 위한 제1 방법에서, 감지 요소 그룹화는 로컬 논리 회로의 신호 강도 플래그(signal strength flag)에 따라 달성될 수 있다. 제1 픽셀과 제2 픽셀이 강한 신호 강도를 갖는 경우, 2개의 픽셀은 그룹화될 수 있다. 예를 들어, PIN 다이오드 전류(711)와 PIN 다이오드 전류(712)는 모두 높은 전류 값을 가질 수 있다. 즉, 커패시터(735)에서의 전압 및 커패시터(735b)에서의 전압은 모두 Vref1보다 높을 수 있다. 그후 스위치(767)는 2개의 픽셀을 합치기 위하여 폐쇄되도록 설정된다.

제1 픽셀과 제2 픽셀 중 적어도 하나가 약한 신호를 갖는 경우, 즉 커패시터(735) 또는 커패시터(735b)의 어느 전압이 Vref1보다 작으면, 스위치(767)는 2개의 픽셀이 합쳐지지 않게 개방되도록 설정된다.

스위치(767)는 2개의 감지 요소 사이의 스위치를 구현하기 위한 요소로서 구성되어 있다. 스위치(767)는 MOSFET와 같은 트랜지스터로서 구성될 수 있다. 스위치(767)는 또한 릴레이, 아날로그 스위치, 솔리드-스테이트 릴레이, 또는 다른 반도체 디바이스로서 구성될 수 있다.

스위치(767)는 회로 다이(702)의 로컬 로직에 의해 트리거될 수 있다. 비교기(736)로부터의 출력 및 비교기(736b)로부터의 출력은 스위치(767)를 활성화시키기 위하여 블록으로 라우팅(routed)될 수 있다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이, AND 게이트(760)가 제공된다. AND 게이트(760)는 회로 다이(702)에 배치되어 있다. AND 게이트(760)는 2개의 픽셀과 관련되며, 2개의 픽셀 사이의 하나의 스위치와 관련된다. 비교기(736 및 736b)로부터의 출력은 직접적으로 또는 다른 블록을 통해 AND 게이트(760)로 라우팅될 수 있다. AND 게이트(760), 예를 들어 상태 지표(751) 및 상태 지표(751b)에 입력된 신호에 기초하여, AND 게이트(760)는 스위치(767)를 토글링하도록 구성되어 있다. 스위치(767)가 전계 효과 트랜지스터와 같은 트랜지스터일 때, 스위치는 그의 게이트로의 전압의 인가에 의하여 토글(toggled)될 수 있다. 트랜지스터의 게이트는 적어도 게이트의 콘택트가 금속층(605)에 내장되도록 배열될 수 있다. 따라서, 도 4b의 구성에서, 예를 들어, 금속층(605) 내에 위치된 콘택트를 갖는 게이트에 전압이 인가될 수 있다. 부가적으로, 도 4c의 구성에서, 예를 들어 금속층이 스위치 다이(630)의 최상부 및 최하부에 제공될 수 있다. 이 구성에서, 트랜지스터 스위치의 게이트는 적어도 게이트의 콘택트가 스위치 다이(630)의 최하부 상의 금속층에 내장되도록 배열될 수 있다.

AND 게이트가 도시되어 있는 반면에, 감지 요소로부터의 출력 신호에 기초하여 감지 요소들 사이의 스위치를 제어하는 것을 달성하기 위해 다양한 구성 요소가 사용될 수 있다는 점이 인식되어야 한다. 예를 들어, 도 6은 어레이 내에서의 4개의 픽셀의 배열체를 도시하는 간략화된 회로도이다. 어레이에서, 제1 픽셀(P1)은 PIN 다이오드 전류(711)를 생성하고 그에 기초하여 상태 신호(S1)를 출력하도록 구성될 수 있다. 상태 신호(S1)는 상태 지표(751)에 대응할 수 있다. 제2 픽셀(P2)은 PIN 다이오드 전류(712)를 생성하고 이에 기초하여 상태 신호(S2)를 출력하도록 구성될 수 있다. 상태 신호(S2)는 상태 지표(751b)에 대응할 수 있다. 제1 픽셀(P1)로부터의 상태 신호(S1) 및 제2 픽셀(P2)로부터의 상태 신호(S2)는 AND 게이트(760)에 입력된다. 상태 신호(S1) 및 상태 신호(S2)는 픽셀(P1) 및 픽셀(P2) 각각에서 생성된 신호에 기초하여 생성될 수 있으며, 예를 들어, 전류 신호는 픽셀의 표면에 입사되는 전자에 의해 유도될 수 있다. 픽셀(P1)에서의 전류가 설정된 임계 값에 도달하는지 여부에 기초하여 상태 신호(S1)가 생성될 수 있다. 마찬가지로, 상태 신호(S2)는 픽셀(P2)에서의 전류가 설정된 임계 값에 도달하는지 여부에 기초하여 생성될 수 있다. AND 게이트(760)는 상태 신호(S1) 및 상태 신호(S2)에 기초하여 신호를 스위치(767)에 출력한다. 따라서, 스위치(767)는 적어도 2개의 픽셀로부터 생성된 입력 신호에 기초하여 제어되도록 구성되어 있다. 이러한 입력 신호는 전압일 수 있다. 스위치(767)의 제어를 달성하기 위해 다양한 다른 블록 또는 전기 구성 요소가 사용될 수 있다는 점이 명백할 것이다.

어레이의 다른 픽셀들에 대해 유사한 구성 요소들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 스위치(767d)는 픽셀(P3)과 픽셀(P4) 사이에 제공되어 있다. 픽셀(P1 및 P2)과 유사하게, 픽셀(P3) 및 픽셀 (P4)은 상태 신호(S3 및 S4)를 각각 출력하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 픽셀은 다수의 다른 픽셀과 연통 상태에 있을 수 있다. 예를 들어, 픽셀(P1 및 P2)들을 연결하도록 구성된 스위치(767)에 더하여, 스위치(767b)는 픽셀들(P1 및 P3) 사이 등에 제공될 수 있다. 상태 신호(S1)는 다수의 이웃하는 픽셀로 전송되도록 구성될 수 있다.

그룹화를 위한 제2 방법에서, 감지 요소 그룹화(grouping)는 외부 논리 회로에 따라 달성될 수 있다. 예를 들어, 도 5a 및 도 5b에서, 블록(750)은 디지털 논리 블록일 수 있다. 블록(750)은 데이터 라인(752) 및 어드레스 신호(753)를 통해 외부 구성 요소와 통신할 수 있다. 상태 지표(751)는 스위치(767)의 상태를 제어하기 위해 데이터 라인(752)을 통해 외부 논리 회로에 의해 겹쳐 써질(overwritten) 수 있다. 이러한 외부 논리 회로는 또한 회로 다이(702) 내에 제공될 수 있거나, 입력/출력 디바이스에 의해 블록(750)에 부착된 별도의 시스템으로서 제공될 수 있다.

일부 실시예에서, 각 픽셀과 관련된 국부 제어 로직은 그의 대응하는 감지 요소의 신호 레벨의 표시(indication)를 생성한다. 이 표시는 2개의 인접한 감지 요소가 그들을 연결하도록 구성된 스위치에 의하여 연결되어야 하는지 여부를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이렇게 하여, 감지 요소의 그룹이 형성될 수 있다. 형성된 그룹에 기초하여, 일차 경계부가 형성될 수 있다.

신호 세기에 관한 구배 정보를 생성하기 위해, 도 5b에서 보여지는 바와 같이, 부가적인 비교기(771)가 제공될 수 있다. 비교기(771)로부터의 결과가 로직 블록(750 및 750b)으로 공급될 수 있다. 비교기(771)를 포함하는 배열체로 처리가 수행되어 일차 경계부에 기초하여 빔 스폿의 세기를 나타내는 값을 생성할 수 있다. 어느 전자 감지 요소가 빔 스폿의 일차 경계부 외부에 놓여 있는 것으로 결정된 것에 기초하여 그룹화가 수행될 수 있다.

전자 빔 이미징에서, 빔릿 이미지 획득이 수행될 수 있다. 이미지 획득 공정이 도 5a를 참고하여 논의될 것이다. 초기에, 스위치(721) 및 스위치(731)는 개방되도록 설정되는 반면에, 스위치(741)는 폐쇄되도록 설정된다. 검출기 어레이의 각 행에 대해, 스위치(721) (또는 대응하는 스위치)는 하나씩 폐쇄되도록 설정된다. 스위치(721) 및 대응하는 스위치들을 순차적으로 폐쇄함으로써, 검출기 표면의 전자 스캐닝(electronic scanning)이 수행될 수 있다. 각 픽셀의 아날로그 신호를 판독하기 위해 스캐닝이 구현될 수 있다. 예를 들어, 아날로그 출력 라인(722)은 아날로그 경로에 의해 판독되거나, 외부 디바이스로 출력되거나, 또는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)로 전송되도록 구성될 수 있다.

아날로그 출력 라인(722)으로부터 출력된 신호에 기초하여, 빔 또는 빔릿의 이미지 재구성이 달성될 수 있다. 재구성된 이미지에 기초하여 이미지 획득을 수행하기 위해 컨트롤러가 사용될 수 있다. 재구성된 이미지는 감지 요소 그룹의 경계부를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 그룹은 하나의 빔릿에 대응하도록 한정될 수 있다. 따라서 그룹 내 감지 요소들의 합산된 신호 세기는 하나의 빔릿의 전류를 나타낸다. 재구성된 이미지는 또한 전자 광학 시스템의 성능을 평가하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일차 투영 광학 시스템(220) 및/또는 이차 광학 시스템(242)은 재구성된 이미지에 기초하여 조정될 수 있다. 재구성된 이미지는 전자 광학 서브-시스템 내의 결함 또는 드리프트를 보상하기 위해 사용될 수 있다.

또한, 픽셀 그룹으로부터의 전류 신호의 낮은 임피던스 출력 경로가 달성될 수 있다. 예를 들어, 스위치(721)와 같은 복수의 스위치가 동일한 그룹 내의 복수의 픽셀에 제공될 수 있다. 동일 그룹의 픽셀들이 아주 근접할 수 있다. 아날로그 출력 라인(722)과 같은 복수의 아날로그 신호 라인은 그룹화된 출력부로 라우팅될 수 있다. 부가적으로, 복수의 아날로그 신호 라인은 그들이 복수의 픽셀의 동일한 그룹에 대해 그룹화될 때 연결될 수 있다.

예를 들어, 스위치(767)는 제1 감지 요소와 제2 감지 요소를 함께 그룹화하도록 구성될 수 있다. 따라서, PIN 다이오드 전류(711)와 PIN 다이오드 전류(712)는 회로 다이(702)를 통해 함께 라우팅될 수 있다. 스위치(721 및 731)들 중 어느 것이 개폐되는지에 따라 PIN 다이오드 전류(711)를 전달하기 위한 출력 신호 경로는 아날로그 출력 라인(722) 및/또는 다른 출력 라인을 포함할 수 있다. 출력 신호 경로는 회로 다이(702)의 일부일 수 있다. 그룹화된 감지 요소들에 대한 출력 신호 경로들은 그들의 대응하는 스위칭 요소를 통해 연결될 수 있다.

예가 전자 빔 검사 시스템을 참조하여 논의되었지만, 광 이미지 센서 적용에 대하여 성능을 향상시키기 위하여 버퍼가 스위치(721) 뒤에 추가될 수 있다는 점이 주목되어야 한다.

검출기 어레이의 예시적인 실시예에서, 검출기 어레이 내의 개별 감지 요소는 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)될 수 있다. 전자 빔 이미징을 위한 정상 작동에서, 특정 감지 요소는 인에블되어 입사 빔 전류를 검출할 수 있다.

예를 들어, 도 5a를 참조하면, 커패시터(735)에서의 전압이 Vref1보다 크거나 Vref1과 같을 때, 픽셀은 인에이블(enabled)될 수 있다. 픽셀은 또한, 예를 들어 오버라이드 모드에서 외부 논리 회로에 의해 인에이블될 수 있다. 오버라이드 모드에서, 스위치(721)는 외부 로직으로부터의 제어 신호에 따라 개방 또는 폐쇄되어 신호 출력 라우팅을 결정할 수 있다. 오버라이드 모드에서, 스위치(731)는 개방되도록 설정될 수 있으며, 스위치(741)는 폐쇄되도록 설정될 수 있다.

커패시터(735)에서의 전압이 Vref1보다 낮으면 픽셀은 디스에이블(disabled)될 수 있다. 픽셀은 또한, 예를 들어 오버라이드 모드에서 외부 논리 회로에 의해 디스에이블될 수 있다. 디스에일블링을 위한 오버라이드 모드에서, 스위치(721)는 개방되도록 설정될 수 있다. 스위치(731)와 스위치(741)는 폐쇄되도록 설정될 수 있다.

오버라이드 모드에서의 작동은, 예를 들어 크로스토크가 감지 요소에 존재한다는 것으로 결정될 때 수행될 수 있다. 크로스토크는 수차, 분산 등으로 인하여 빔이 인접한 빔과 부분적으로 중첩될 때 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 처리 시스템은 일차 또는 이차 빔 스폿 경계부에 기초하여 부분 중첩의 발생을 검출할 수 있다. 처리 시스템은 빔 스폿의 세기 값을 결정할 때 빔 스폿이 겹쳐지는 구역에 위치된 일부 감지 요소로부터의 출력을 제외할 수 있다.

이제 도 7에 대한 참조가 이루어지며, 도 7은 감지 요소의 위치 데이터에 관한 도면을 도시하고 있다. 검출기 어레이는 M×N 개의 채널을 갖는 JХK 개의 픽셀을 형성하도록 배열된 복수의 감지 요소를 포함할 수 있다. 단일 감지 요소는 픽셀 P1로 표현될 수 있다. 픽셀 P1은 어드레스 열 AC_1을 갖고 있다. 픽셀 P2는 어드레스 열 AC_2 등을 갖고 있다. 예를 들어, J×K 개의 픽셀을 갖는 예시적인 어레이에서, 픽셀 P_JK는 어드레스 열 AC_J과 어드레스 행 AR_K를 갖고 있다. 각 열은 아날로그 열을 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 P1은 아날로그 열 AnC_1을 가지며, 이는 픽셀 P1의 감지 요소로부터의 출력 전류를 전달한다.

각 감지 요소는 어드레스 열 및 어드레스 행 신호에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 P1은 AC_1과 AR_1에 의해 어드레스될 수 있다.

데이터 행 신호에 의하여 데이터는 각 감지 요소와 관련된 각 로컬 논리 회로로 독출(read)되고 서입(written)될 수 있다. 예를 들어, 데이터는 데이터 행(DR_1)을 통해 픽셀(P1)로 송신되고 이 픽셀로부터 수신될 수 있다. 디지털 로직(DL)은 데이터 판독/서입 등을 제어할 수 있다

각 감지 요소로부터의 아날로그 신호는 대응하는 아날로그 열 라인을 통해 이동하여 멀티플렉서(Mux)에 도달할 수 있다. 멀티플렉서(Mux)는 검출기 어레이 내에 위치될 수 있다. 멀티플렉서(Mux)는 또한 검출기 어레이의 외부에 위치될 수 있다. 멀티플렉서(Mux)는 J개의 입력부 및 M×N개의 출력부를 가질 수 있다.

픽셀들은 그들의 각각의 어드레스 라인 정보에 의하여 식별될 수 있고 그룹화될 수 있다. 검출기 어레이 내의 임의의 2개의 픽셀은 연통 상태에 있을 수 있다. 따라서, 임의의 임의적인 위치에서 임의의 임의적인 수의 픽셀들 간의 그룹화가 달성될 수 있다.

복수의 감지 요소의 위치 정보는 다양한 방식으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 위치 정보는 빔 세기와 서로 관계가 있어 빔 스폿의 경계부를 결정할 수 있다. 부가적으로, 신호 세기 비교기 결정을 발생시키는 전자 감지 요소의 위치에 기초하여, 처리 시스템은 세기 구배들 사이의 천이가 발생하는 센서 표면 상의 위치를 식별할 수 있다. 세기 구배 정보는 일차 및 이차 경계부가 관련된 결정에 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 위치 데이터는 또한 로컬 로직과 관계없이 2개의 픽셀 사이의 스위칭 요소를 제어하기 위해 오버라이드 모드에서 작동하는데 사용될 수 있다.

처리 시스템, 예를 들어, 회로 다이(702)에 내장되거나 외부적으로 연결된 프로세서는 빔 경계부의 일부로서 식별된 위치를 결정하기 위한 처리를 수행할 수 있다. 처리 시스템은 빔 경계부를 구성할 수 있는 검출기 어레이 표면 상의 한 세트의 위치를 결정하기 위해 전자 감지 요소의 각 행 및 열에 대한 전압 비교에 기초하여 처리를 수행하도록 구성된 비교기의 배열체를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 처리 시스템은 또한 경계부 정보를 이용하여 노이즈 신호의 효과를 보상함으로써 이미지 재구성의 충실도를 향상시킬 수 있다. 처리 시스템은 빔 일차 경계부 외부에 위치되는 것으로 결정된 전자 감지 요소의 출력부로부터 수신된 신호를 제외할 수 있다. 이는 일차 경계부 외부의 전자 감지 요소로부터의 랜덤 노이즈 신호를 제거함으로써 이미지 재구성의 충실도를 향상시킬 수 있다.

도 7에서, 복수의 감지 요소를 상호 연결하는 라인, 예를 들어 AC_1, AR_1, DR_1, AnC_1 등으로 도시된 라인은 전도성 물질을 기판 상에 인쇄함으로써 패터닝된 와이어 라인일 수 있다. 와이어 라인은 MOSFET 제조에 사용되는 일반적인 공정과 같은 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 와이어 라인은 검출기 어레이의 회로 층의 일부일 수 있다.

이제 도 8에 대한 참조가 이루어지며, 도 8은 복수의 감지 요소를 포함하는 검출기 어레이를 이용하는 검출 시스템(900)을 도시하고 있다. 전자 검출 디바이스(244) 상에서 사용될 수 있는 검출기 센서 표면(500)을 갖는 검출기 어레이가 제공될 수 있다. 검출기 어레이는 J×K 개의 픽셀을 포함할 수 있으며, 멀티플렉서, 예를 들어 멀티플렉서(Mux)와 연결될 M×N 개의 출력부를 가질 수 있다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 검출기 어레이는 센서 층 및 회로 층을 포함하는 기판으로서 구성될 수 있다.

검출기 어레이는 스위치 매트릭스(905)에 연결될 수 있다. 스위치 매트릭스(905)는 로컬 픽셀 회로를 포함하고 J×K 개의 입력부 및 M×N 개의 출력부를 갖는 아날로그 스위치 매트릭스일 수 있다.

스위치 매트릭스(905)는 신호 조정 회로 어레이(910)에 연결될 수 있다. 신호 조정 회로 어레이(910)는 스위치 매트릭스(905)로부터의 출력을 일치시키기 위해 M×N 개의 입력부 및 출력부를 가질 수 있다. 스위칭 제어는 스위치 매트릭스(905)에서 구현될 수 있기 때문에, 스위치 매트릭스(905)로부터의 출력이 단순화될 수 있다. 신호 조정 회로 어레이(910)가 스위치 매트릭스(905) 뒤를 잇는 경우, 신호 조정 회로 어레이에서 발생하는 신호 사전 조정(signal preconditioning)이 단순화될 수 있다.

신호 조정 회로 어레이(910)는 이득 및 오프셋 제어를 제공하기 위하여 병렬 아날로그 신호 처리 경로 어레이(920)에 연결될 수 있다. 병렬 아날로그 신호 처리 경로 어레이(920)는 모든 그룹의 전자 감지 요소로부터의 신호가 처리되도록 M×N 개의 입력부 및 출력부를 가질 수 있다.

병렬 아날로그 신호 처리 경로 어레이(920)는 병렬 ADC 어레이(930)에 연결될 수 있으며, 병렬 ADC 어레이는 모든 그룹의 전자 감지 요소로부터의 신호가 디지털화되도록 M×N개의 입력부 및 출력부를 가질 수 있다.

병렬 ADC 어레이(930)는 디지털 제어 유닛(940)에 연결될 수 있다. 디지털 제어 유닛(940)은 병렬 아날로그 신호 처리 경로 어레이(920), 병렬 ADC 어레이(930) 및 스위치 매트릭스(905)와 통신할 수 있는 컨트롤러(941)를 포함할 수 있다. 디지털 제어 유닛(940)은 트랜시버(transceiver)를 통해 편향 및 이미지 제어(DIC) 유닛으로부터 통신을 송수신할 수 있다.

컨트롤러(941)와 같은 외부 컨트롤러는 이미징 제어를 실행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(941)는 검출된 빔릿의 이미지를 생성하도록 구성될 수 있다. 또한, 일차 및 이차 빔 스폿 경계부에 기초하여 그룹화가 결정될 수 있다.

도 8은 스위치 매트릭스(905)가 신호 조정 회로 어레이(910)에 앞서는 배열체를 도시하고 있지만, 이 시퀀스는 반대로 될 수 있다는 점이 인식되어야 한다.

스위치 매트릭스(905)는 도 5a의 회로 다이(702)에서, 또는 도 5b의 회로 다이(702)에서 보여지는 바와 같은 회로 레이아웃, 또는 유사한 배열체를 포함할 수 있다. 스위치 매트릭스(905)는 전자 감지 요소와 임계 전압, 예를 들어 Vref1 간의 신호 강도 비교를 제공한다. 스위치 매트릭스(905)는 또한 인접한 전자 감지 요소들 사이의 신호 강도 비교를 제공할 수 있다. 또한, 스위치 매트릭스(905)는 아날로그-디지털 변환을 위하여 아날로그 신호 선택을 제공할 수 있다. 아날로그-디지털 변환은 그후 병렬 ADC 어레이(930)에서 구현될 수 있다.

스위치 매트릭스(905)는 또한 로컬 디지털 로직 회로로부터, 전자 감지 요소와 임계 전압 사이의 비교, 및 전자 감지 요소 쌍들 사이의 비교와 같은 신호 강도 상태 판독을 제공할 수 있다. 외부 디지털 제어 회로를 통해 로컬 스위치 상태가 판독되거나 겹쳐 써질(overwritten) 수 있다.

일부 실시예에서, 스위칭 매트릭스(905)는 검출 시스템(900)을 위한 단순화된 구조를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 전자 감지 요소의 재구성은 과도하게 복잡한 스위치 매트릭스 디자인 없이 구현될 수 있다. 각 감지 요소 그룹의 출력 신호는 그룹에 연결된 다수의 출력 와이어를 통과할 수 있다. 그룹 내의 감지 요소들 간의 연결과 함께 이 와이어는 등가 출력 직렬 저항과 직렬 인덕턴스를 크게 줄이는 네트워크를 형성할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 한 그룹의 픽셀의 출력 임피던스는 극적으로 감소될 수 있다.

또한, J×K 개의 픽셀은 초기에 검출기 내에서 M×N 개의 그룹으로 그룹화되기 때문에, 출력부의 수가 감소될 수 있다. 그룹화된 복수의 픽셀로부터의 출력부는 공통 출력부를 가질 수 있다. 예를 들어, M×N 개의 출력부를 갖는 배열체가 달성될 수 있다. 전자 검출기 어레이와 신호 조정 회로(TIA) 사이의 연결 노드는 크게 감소될 수 있다. 출력부의 총 개수는 종래의 검출기 어레이에 비해 크게 감소될 수 있다. 따라서, 규모-확장되는 것에 보다 적합한 구성이 달성될 수 있다. 부가적으로, 더욱 실용적인 레이아웃이 구현될 수 있으며, 이는 새로운 디바이스를 개발하는데 수반되는 위험과 비용을 줄일 수 있다.

또한, 신호 조정 회로의 감소된 수는 ASIC의 감소된 총 전력 소비를 야기할 수 있다.

또한, 픽셀 카운트(count)와 검출기 어레이 제조의 어려움 간의 균형(trade-off) 관계가 제거될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 카운트 제한은 스위치 매트릭스로 형성된 콘택트의 수와 관련될 수 있다. 따라서, 사용된 콘택트와 출력 라인의 수를 줄임으로써, 더 높은 픽셀 카운트가 달성될 수 있다. 또한, 개별 픽셀 고장에 대한 더 높은 공차가 달성될 수 있다.

검출기 어레이는 검출기 어레이가 복수의 감지 요소 및 그의 관련 회로의 배열체를 저장할 수 있도록 자체 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 로컬 지표(751)의 상태 및 감지 요소의 그룹화가 메모리에 저장될 수 있다. 스위치의 상태는 메모리에 저장될 수 있다.

또한, 스위치 매트릭스 구성은 관련 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 이해될 바와 같이 표준 디바이스 처리로 구현될 수 있다. 따라서, 제조 어려움의 증가 및 증가된 증가를 피할 수 있다.

실시예는 하기의 항목을 이용하여 더 설명될 수 있다:

1. 검출기는,

제1 요소와 제2 요소를 포함하는 복수의 감지 요소를 포함하는 기판; 및

제1 요소와 제2 요소를 연결하도록 구성된 스위칭 요소를 포함하며,

제1 요소는 빔을 나타내는 제1 하전 입자를 감지하는 제1 요소에 응답하여 제1 신호를 생성하도록 구성되어 있고, 제2 요소는 빔을 나타내는 제2 하전 입자를 검출하는 제2 요소에 응답하여 제2 신호를 생성하도록 구성되어 있으며,

스위칭 요소는 제1 신호와 제2 신호에 기초하여 제어되도록 구성되어 있다.

2. 항목 1의 검출기는

기판을 포함하는 센서 다이; 및

스위칭 요소 및 스위칭 요소를 제어하도록 구성된 하나 이상의 회로를 포함하는 회로 다이를 더 포함하고 있다.

3. 항목 1 또는 2 중 어느 한 항목의 검출기에서, 스위칭 요소는 제1 요소와 제2 요소를 연결하도록 구성된 스위치를 포함하고 있다.

4. 항목 1 내지 3 중 어느 한 항목의 검출기에서, 기판은 다이오드를 포함하고 있다.

5. 항목 1 내지 4 중 어느 한 항목의 검출기에서, 제1 요소는 제1 설정량의 에너지를 갖는 제1 하전 입자를 받아들이는 제1 요소에 응답하여 제1 신호를 생성하도록 구성되어 있으며, 제2 요소는 제2 설정량의 에너지를 갖는 제2 하전 입자를 받아들이는 것에 응답하여 제2 신호를 생성하도록 구성되어 있다.

6. 항목 1 내지 4 중 어느 한 항목의 검출기에서, 제1 요소는 제1 설정량의 에너지를 갖는 제1 전자를 받아들이는 제1 요소에 응답하여 제1 신호를 생성하도록 구성되어 있으며, 제2 요소는 제2 설정량의 에너지를 갖는 제2 전자를 받아들이는 것에 응답하여 제2 신호를 생성하도록 구성되어 있다.

7. 항목 1 내지 6 중 어느 한 항목의 검출기에서, 기판은 두께 방향으로, 검출 표면으로서 구성된 최상부 금속층, 및 최하부 금속층을 포함하고 있으며, 횡단면에서, 최상부 금속층과 최하부 금속층 간의 전체 구역은 전하 캐리어 영역이다.

8. 항목 1 내지 7 중 어느 한 항목의 검출기에서, 스위칭 요소는 전계 효과 트랜지스터를 포함하며, 전계 효과 트랜지스터는 적어도 금속층에 구성된 게이트의 콘택트를 포함하고 있다.

9. 검출기는,

제1 요소 및 제2 요소를 포함하는 감지 요소의 어레이를 포함하는 센서 층 -제1 요소와 제2 요소는 인접함-;

제1 요소와 제2 요소에 전기적으로 연결된 하나 이상의 회로를 포함하는 회로 층; 및

하나 이상의 회로는,

제1 요소가 설정된 양의 에너지를 갖는 하전 입자를 받아들일 때 제1 상태 지표를 생성하도록;

제2 요소가 설정된 양의 에너지를 갖는 하전 입자를 받아들일 때 제2 상태 지표를 생성하도록; 그리고,

제1 상태 지표 및 제2 상태 지표를 기초로 스위칭 요소를 제어하도록 구성되어 있다.

10. 항목 9의 검출기에서, 스위칭 요소는 트랜지스터를 포함하고 있다.

11. 항목 9의 검출기에서, 회로 층은 스위칭 요소를 포함하고 있다.

12. 항목 9 및 10 중 어느 한 항목의 검출기에서, 기판의 횡단면에서, 센서 층과 회로 층은 스위칭 요소를 사이에 두고 있다.

13. 검출기 시스템은,

제1 요소와 제2 요소를 포함하는 복수의 감지 요소를 포함하는 검출기 어레이;

제1 요소와 제2 요소를 연결하도록 구성된 스위칭 요소;

빔을 나타내는 제1 하전 입자를 검출하는 제1 요소에 응답하여 제1 신호를 생성하도록, 그리고 빔을 나타내는 제2 하전 입자를 검출하는 제2 요소에 응답하여 제2 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 회로; 및

하나 이상의 회로에 연결된 컨트롤러를 포함하고 있다.

14. 항목 13의 시스템은 스위칭 요소와 하나 이상의 회로를 포함하는 회로 층을 더 포함하고 있다.

15. 항목 13 및 14 중 어느 한 항목의 시스템에서, 컨트롤러는 제1 요소와 제2 요소 중 임의의 요소의 어드레스(address)에 기초하여 스위칭 요소를 제어하도록 구성되어 있다.

16. 항목 13 내지 15 중 어느 한 항목의 시스템에서,

컨트롤러는 빔에 기초하여 이미지를 획득하도록 그리고 이미지에 기초하여 명령 신호를 생성하도록 구성되며; 그리고

하나 이상의 회로는 명령 신호에 기초하여 스위칭 요소를 제어하도록 구성되어 있다.

17. 항목 13 내지 16 중 어느 한 항목의 시스템에서, 검출기 어레이는 제2 개수의 그룹으로 그룹화되도록 구성된 제1 개수의 픽셀을 포함하고 있으며, 제2 수는 제1 수보다 작다.

18. 항목 17의 시스템은,

신호 조정 회로 어레이;

병렬 아날로그 신호 처리 경로 어레이;

병렬 아날로그-디지털 컨버터 어레이; 및

디지털 제어 유닛을 더 포함하고 있으며,

신호 조정 회로 어레이, 병렬 아날로그 신호 처리 경로 어레이, 병렬 아날로그-디지털 컨버터 어레이 및 디지털 제어 유닛은 복수의 채널을 통하여 검출기 어레이에 연결되어 있으며, 복수의 채널의 수는 제2 수보다 크거나 제2 수와 동일하다.

19. 항목 13 내지 18 중 어느 한 항목의 시스템에서, 컨트롤러는 하나 이상의 회로의 로컬 로직(local logic)을 오버라이드(override)하도록 구성되어 있다.

20. 항목 13 내지 19 중 어느 한 항목의 시스템에서, 하나 이상의 회로는 컨트롤러를 포함하고 있다.

21. 항목 13 내지 19 중 어느 한 항목의 시스템에서, 컨트롤러는 검출기 어레이의 외부에 있다.

22. 항목 13 내지 19 중 어느 한 항목의 시스템에서, 제1 요소와 제2 요소는 공통 출력부를 갖고 있다.

23. 항목 18의 시스템에서, 복수의 채널의 수는 제2 수와 동일하다.

24. 검출기는,

제1 요소는 입력을 검출하는 제1 요소에 응답하여 제1 신호를 생성하도록 구성되어 있고, 제2 요소는 입력을 검출하는 제2 요소에 응답하여 제2 신호를 생성하도록 구성되어 있으며,

스위칭 요소는 제1 요소와 제2 요소를 함께 그룹화하도록 구성되어 있다.

25. 항목 24의 검출기는,

제1 요소에 연결된 제1 출력 신호 경로; 및

제2 요소에 연결된 제2 출력 신호 경로를 더 포함하고 있으며,

스위칭 요소는 제1 출력 신호 경로와 제2 출력 신호 경로를 연결하도록 구성되어 있다.

26. 항목 24 및 25 중 어느 한 항목의 검출기는 제1 신호와 제2 신호에 기초하여 스위칭 요소를 제어하도록 구성된 하나 이상의 회로를 더 포함하고 있다.

27. 항목 24 내지 26 중 어느 한 항목의 검출기는 스위칭 요소를 포함하는 회로 다이를 더 포함하고 있다.

28. 항목 25의 검출기는 스위칭 요소, 제1 출력 신호 경로 및 제2 출력 신호 경로를 포함하는 회로 다이를 더 포함하고 있다.

29. 항목 24 내지 28중 어느 한 항목의 검출기에서, 검출기는 제2 개수의 그룹으로 그룹화되도록 구성된 제1 개수의 픽셀을 포함하며, 제2 수는 제1 수보다 작다.

23. 항목 5 또는 6 중 어느 한 항목의 검출기에서, 제1 설정 에너지와 제2 설정 에너지는 동일한 설정 에너지이다.

24. 항목 5 또는 6 중 어느 한 항목의 검출기에서, 제1 설정 에너지와 제2 설정 에너지는 상이한 설정 에너지이다.

25. 항목 5의 검출기에서, 하전 입자는 전자이다.

26. 항목 13의 검출기에서, 하나 이상의 회로는 복수의 회로를 포함하고 있으며, 하나 이상의 회로에 연결된 컨트롤러는 복수의 회로 중 임의의 회로에 연결된 컨트롤러를 포함하고 있다.

도면 내의 블록도는 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따른 시스템, 방법 및 컴퓨터 하드웨어/소프트웨어 제품의 가능한 구현의 구조, 기능 및 작동을 도시하고 있다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 블록도의 각 블록은 특정된 논리적 기능을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령어를 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부분을 나타낼 수 있다. 일부 대안적인 구현에서, 블록에 표시된 기능은 도면에 표시된 순서를 벗어나서 발생할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 예를 들어, 연속으로 보여지는 2개의 블록이 실질적으로 동시에 실행 또는 구현될 수 있거나, 또는 관련된 기능에 따라 2개의 블록은 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 블록도의 각 블록 및 블록들의 조합은 특정 기능 또는 동작을 수행하는 특수 목적 하드웨어-기반 시스템에 의하여, 또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령어의 조합에 의하여 구현될 수 있다는 점 또한 이해되어야 한다.

본 발명은 위에서 설명되고 첨부 도면에 도시된 정확한 구성에 제한되지 않는다는 점 그리고 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 점이 인식될 것이다. 예를 들어, 예시적인 검출기가 전자 빔 시스템에 관하여 제시되고 설명되었지만, 본 발명의 양태와 일치하는 검출기는 고 에너지 이온화 입자 등에 대한 광 검출기 시스템, X-선 검출기 시스템 및 기타 검출 시스템에 적용될 수 있다. 본 발명의 양태에 따른 검출기는 주사 전자 현미경(SEM), CMOS 이미지 센서, 소비자 카메라, 특수 카메라, 또는 산업용 카메라 등에 적용될 수 있다.

본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정되어야 한다는 점이 의도되었다.

Claims

검출기에 있어서,
제1 요소와 제2 요소를 포함하는 복수의 감지 요소를 포함하는 기판; 및
상기 제1 요소와 상기 제2 요소를 연결하도록 구성된 스위칭 요소를 포함하며,
상기 제1 요소는 제1 입력을 검출하는 상기 제1 요소에 응답하여 제1 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 제2 요소는 제2 입력을 검출하는 상기 제2 요소에 응답하여 제2 신호를 생성하도록 구성되며,
상기 스위칭 요소는 제1 요소와 제2 요소를 함께 그룹화하도록 구성된 검출기.
제1항에 있어서,
상기 제1 요소에 연결된 제1 출력 신호 경로; 및
상기 제2 요소에 연결된 제2 출력 신호 경로를 더 포함하며,
상기 스위칭 요소는 상기 제1 출력 신호 경로와 상기 제2 출력 신호 경로를 연결하도록 구성된 검출기.
제1항에 있어서, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 기초하여 상기 스위칭 요소를 제어하도록 구성된 회로를 더 포함하는 검출기.
제1항에 있어서, 상기 스위칭 요소를 포함하는 회로 다이를 더 포함하는 검출기.
제2항에 있어서, 상기 스위칭 요소, 상기 제1 출력 신호 경로 및 상기 제2 출력 신호 경로를 포함하는 회로 다이를 더 포함하는 검출기.
제1항에 있어서, 상기 검출기는 제2 개수의 그룹으로 그룹화되도록 구성된 제1 개수의 픽셀을 포함하며, 제2 수는 제1 수보다 작은 검출기.
제1항에 있어서, 상기 제1 입력은 빔을 나타내는 제1 하전 입자이며, 상기 제2 입력은 빔을 나타내는 제2 하전 입자인 검출기.
검출기 시스템에 있어서,
제1 요소와 제2 요소를 포함하는 복수의 감지 요소를 포함하는 검출기 어레이;
상기 제1 요소와 상기 제2 요소를 연결하도록 구성된 스위칭 요소;
빔을 나타내는 제1 하전 입자를 검출하는 제1 요소에 응답하여 제1 신호를 생성하도록, 그리고 빔을 나타내는 제2 하전 입자를 검출하는 제2 요소에 응답하여 제2 신호를 생성하도록 구성된 회로; 및
상기 회로에 연결된 컨트롤러를 포함하는 검출기 시스템.
제8항에 있어서, 상기 스위칭 요소와 상기 회로를 포함하는 회로 층을 더 포함하는 시스템.
제8항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 제1 요소와 상기 제2 요소 중 임의의 요소의 어드레스(address)에 기초하여 상기 스위칭 요소를 제어하도록 구성된 시스템.
제8항에 있어서, 상기 컨트롤러는 빔에 기초하여 이미지를 획득하도록 그리고 상기 이미지에 기초하여 명령 신호를 생성하도록 구성되며; 그리고
상기 회로는 상기 명령 신호에 기초하여 상기 스위칭 요소를 제어하도록 구성된 시스템.
제8항에 있어서, 상기 검출기 어레이는 제2 개수의 그룹으로 그룹화되도록 구성된 제1 개수의 픽셀을 포함하며, 제2 수는 제1 수보다 작은 시스템.
제12항에 있어서,
신호 조정 회로 어레이;
병렬 아날로그 신호 처리 경로 어레이;
병렬 아날로그-디지털 컨버터 어레이; 및
디지털 제어 유닛을 더 포함하며,
상기 신호 조정 회로 어레이, 상기 병렬 아날로그 신호 처리 경로 어레이, 상기 병렬 아날로그-디지털 컨버터 어레이 및 상기 디지털 제어 유닛은 복수의 채널을 통하여 상기 검출기 어레이에 연결되고, 상기 복수의 채널의 수는 상기 제2 수보다 크거나 제2 수와 동일한 시스템.
제8항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 회로의 로컬 로직(local logic)을 오버라이드(override)하도록 구성된 시스템.
제8항에 있어서, 상기 회로는 상기 컨트롤러를 포함하며, 상기 회로는 복수의 회로를 포함하고, 상기 컨트롤러를 포함하는 상기 회로는 상기 컨트롤러를 포함하는 복수의 회로 중 임의의 회로이며, 상기 회로에 연결된 상기 컨트롤러는 상기 회로를 포함하는 복수의 회로 중 임의의 회로에 연결된 상기 컨트롤러를 포함하는 복수의 회로 중 임의의 회로를 포함하는 시스템.