TW202307905A - 帶電粒子裝置、偵測器、及方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於一評估工具之一帶電粒子裝置中以偵測來自一樣本之信號粒子的偵測器，該偵測器包含一基板，該基板包含：一半導體元件，其經組態以偵測高於一第一能量臨限值之信號粒子；及一基於電荷的元件，其經組態以偵測低於一第二能量臨限值之信號粒子。

Description

帶電粒子裝置、偵測器、及方法

本文中所提供之實施例大體而言係關於帶電粒子裝置、偵測器及方法。

在製造半導體積體電路(IC)晶片時，在製作程序期間，由於例如光學效應及入射粒子，在基板(亦即晶圓)或遮罩上不可避免地出現非所要圖案缺陷，從而降低良率。因此，監測非所要圖案缺陷的程度為IC晶片製造中之重要程序。更一般而言，基板或其他物件/材料之表面的檢測及/或量測係其製造期間及/或之後的重要程序。

具有帶電粒子射束之圖案檢測工具已用於檢測物件，例如偵測圖案缺陷。此等工具通常使用電子顯微鏡技術，諸如掃描電子顯微鏡(SEM)。在SEM中，處於相對高能量的初級電子射束以最終減速步驟為目標，以便以相對低著陸能量著陸在樣本上。電子射束經聚焦為樣本上之探測點。探測點處之材料結構與來自電子射束之著陸電子之間的交互作用導致電子自表面發射，諸如次級電子、反向散射電子或歐傑電子。所產生次級電子可自樣本之材料結構發射。藉由在樣本表面上方掃描作為探測點的初級電子射束進行掃描，可橫跨樣本之表面發射次級電子。藉由自樣本表面收集此等發射次級電子，圖案檢測工具可獲得表示樣本之表面之材料結構之特性的資料。資料可被稱為影像並且可呈現成影像。

儘管以此方式獲得的資料可為有用的，但自此類已知電子顯微鏡技術獲得的關於樣本之資訊存在侷限性。通常，需要獲得額外或替代資訊，例如，與樣本之表面下方的結構相關且與疊對目標相關的資訊。

本揭示內容之目的係提供支援使用帶電粒子(例如，使用反向散射及/或次級信號粒子)自樣本獲得資訊的實施例。

根據本發明之一態樣，提供一種帶電粒子評估工具，其用於藉由使用用於朝向樣本投射帶電粒子之多射束的帶電粒子裝置偵測來自樣本之信號粒子來進行評估，該評估工具包含偵測器陣列，該偵測器陣列包含經組態以偵測來自樣本之信號粒子的複數個偵測器，該複數個偵測器包含在基板中，個別偵測器對應於各別子射束，基板之個別偵測器包含：半導體元件，其經組態以偵測高於第一能量臨限值之信號粒子；及基於電荷的元件，其經組態以偵測低於第二能量臨限值之信號粒子。

根據本發明之一態樣，提供一種用於評估工具之帶電粒子裝置中以偵測來自樣本之信號粒子的偵測器，該偵測器包含基板，該基板包含：半導體元件，其經組態以偵測高於第一能量臨限值之信號粒子；及基於電荷的元件，其經組態以偵測低於第二能量臨限值之信號粒子。

根據本發明之一態樣，提供偵測器陣列，該偵測器陣列包含在上述態樣中所描述之複數個偵測器，其中該等偵測器包含在共同基板中，每一偵測器對應於各別子射束。

根據本發明之一態樣，提供一種用於評估工具之多射束帶電粒子裝置中以偵測來自樣本之信號粒子的偵測器陣列，該偵測器陣列包含至少一個基板，其中界定複數個孔徑，用於使朝向樣本的帶電粒子射束之複數個子射束從中通過，該基板包含：複數個半導體元件，其經組態以偵測高於第一能量臨限值之信號粒子；及複數個基於電荷的元件，其經組態以偵測低於第二能量臨限值之信號粒子，其中每一半導體元件與基於電荷的元件中之對應者相關聯。

根據本發明之一態樣，提供一種用於評估工具以偵測來自樣本之信號粒子的帶電粒子裝置，該裝置包含：物鏡，其經組態以將帶電粒子射束投射至樣本上；及在上述態樣中所描述之偵測器。

根據本發明之一態樣，提供用於評估工具以偵測來自樣本之信號粒子的帶電粒子裝置，該裝置包含：物鏡陣列，其經組態以將帶電粒子之複數個子射束投射至多射束陣列中之樣本上，且其中為每一子射束界定孔徑；及偵測器系統，其包含至少一個上述態樣中所描述之偵測器陣列，其中至少一個偵測器陣列之孔徑與界定在物鏡陣列中之孔徑對準。

根據本發明之一態樣，提供用於評估工具以偵測來自樣本之帶電粒子的帶電粒子裝置，該裝置包含：物鏡，其經組態以將帶電粒子射束投射至樣本上，且其中為射束界定孔徑；及偵測器，其接近樣本並界定與物鏡之孔徑對準的孔徑，該偵測器同時包含經組態以偵測高於第一能量臨限值之信號粒子的第一偵測器元件及經組態以偵測低於第二能量臨限值之信號粒子的第二偵測器元件，其中偵測器包含半導體元件。

根據本發明之一態樣，提供將帶電粒子射束投射至樣本上以便偵測自樣本發射之信號粒子的方法，該方法包含：a)將射束沿著初級射束路徑投射至樣本之表面上；及b)在半導體元件處且在基於電荷的元件處同時偵測自樣本發射的信號粒子。

根據本發明之一態樣，提供將帶電粒子射束投射至樣本上以便偵測自樣本發射之信號粒子的方法，該方法包含：a)將射束沿著初級射束路徑投射至樣本之表面上；及b)在偵測器處偵測自樣本發射之信號粒子，該偵測器接近樣本且包含半導體元件，該偵測包含同時偵測在第一偵測器元件處高於第一能量臨限值之信號粒子及第二偵測器元件處低於第二能量臨限值之信號粒子。

根據本發明之一態樣，提供一種將帶電粒子之複數個子射束投射至樣本上以便偵測自樣本發射之信號粒子的方法，該方法包括：a)將子射束沿著初級子射束路徑投射至樣本之表面上；及b)在偵測器陣列處偵測自樣本發射之信號粒子，偵測器陣列接近樣本且包含偵測器，該偵測器包含對應於每一子射束的半導體元件，偵測器包含第一偵測器元件及第二偵測器元件，偵測包含藉由每一偵測器同時偵測對應第一偵測器元件處高於第一能量臨限值之信號粒子及第二偵測器元件處低於第二能量臨限值之信號粒子。

根據本發明之一態樣，提供一種將帶電粒子射束投射至樣本上以便偵測自樣本發射之信號粒子的方法，該方法包含：提供根據上述態樣之裝置；使用物鏡將帶電粒子射束投射至樣本；使用半導體元件及基於電荷的元件同時偵測所得信號粒子。

現在將詳細地參考例示性實施例，該等實施例之實例在隨附圖式中說明。以下描述參考隨附圖式，其中除非另外表示，否則不同圖式中之相同數字表示相同或相似的元件。在例示性實施例的以下描述中闡述的實施方案並不表示與本發明一致的所有實施方案。替代地，其僅為與如所附申請專利範圍中之與本發明相關的態樣一致的設備及方法的實例。

電子裝置之計算能力的增強，減少了裝置的物理大小，此可藉由顯著地增加IC晶片上之諸如電晶體、電容器、二極體等電路組件之封裝密度來實現。此係藉由提高的解析度實現的，從而使得能夠製造較小的結構。舉例而言，拇指甲大小且在2019年或更早可獲得的智慧型手機之IC晶片可包括超過20億個電晶體，每一電晶體之大小不到人類頭髮的1/1000。因此，半導體IC製造係複雜且耗時的程序(具有數百個單獨的步驟)就不足為奇。甚至在一個步驟中之誤差有可能劇烈地影響最終產品的功能。僅一個「致命缺陷」即可導致裝置故障。製造程序之目標係改良程序之整體良率。舉例而言，欲獲得50步程序之75%的良率(其中步驟可指示在晶圓上形成的層的數目)，每一個別步驟必須具有大於99.4%的良率。若每一個別步驟具有95%的良率，則整個程序良率將低至7%。

雖然IC晶片製造設施中期望高程序良率，但維持高基板(亦即，晶圓)產出量(定義為每小時處理的基板的數目)亦為很重要。缺陷的存在可影響高程序良率及高基板產出量。若需要操作員介入來再檢測缺陷，則上述情形尤其為真。因此，藉由檢測工具(諸如掃描電子顯微鏡(「SEM」))對微米及奈米級缺陷的高產出量偵測及識別對於維持高良率及低成本係很重要的。

SEM包含掃描裝置及偵測器設備。掃描裝置包含照明設備，該照明設備包含用於產生初級電子之電子源，及用於用初級電子之一或多個聚焦射束掃描諸如基板之樣本的投射設備。至少照明設備或照明系統及投射設備或投射系統可一起被稱為電子光學系統或設備。初級電子與樣本交互作用並產生次級電子。當掃描樣本時，偵測設備自樣本捕獲次級電子，以使得SEM可創建樣本之掃描區之影像。對於高產出量檢測，檢測設備中之一些使用初級電子之多個聚焦初級射束，亦即多射束。多射束之組件射束可被稱為子射束或小射束或初級射束陣列。多射束可同時掃描樣本之不同部分。多射束檢測設備因此可以比單射束檢測設備高得多的速度檢測樣本。下文描述已知多射束檢測設備之實施方案。

現在參考 圖 1，其為說明例示性帶電粒子射束檢測設備100的示意圖。 圖 1之帶電粒子射束檢測設備100包括主腔室10、裝載鎖定腔室20、帶電粒子射束工具40 (其可另外被稱為電子射束工具)、設備前端模組(EFEM) 30及控制器50。帶電粒子射束工具40位於主腔室10內。

EFEM 30包括第一裝載埠30a及第二裝載埠30b。EFEM 30可包括額外裝載埠。舉例而言，第一裝載埠30a及第二裝載埠30b可接收欲被檢測的含有基板(例如，半導體基板或由其他材料製成的基板)或樣本(基板、晶圓及樣本在下文中統稱為「樣本」)的基板前開式晶圓傳送盒(front opening unified pod，FOUP)。EFEM 30中之一或多個機器人臂(未示出)將樣本輸送至裝載鎖定腔室20。

裝載鎖定腔室20用於移除樣本周圍的氣體。此會產生真空，該真空係低於周圍環境壓力之局部氣壓。裝載鎖定腔室20可連接至裝載鎖定真空泵系統(未示出)，該裝載鎖定真空泵系統移除裝載鎖定腔室20中之氣體粒子。裝載鎖定真空泵系統之操作使得裝載鎖定腔室能夠達到低於大氣壓力之第一壓力。在達到第一壓力之後，一或多個機器人臂(未示出)將樣本自裝載鎖定腔室20輸送至主腔室10。主腔室10連接至主腔室真空泵系統(未示出)。主腔室真空泵系統移除主腔室10中之氣體粒子，以使得樣本周圍中之壓力達到低於第一壓力之第二壓力。在達到第二壓力之後，樣本輸送至帶電粒子射束工具40，藉由該電子射束工具可對樣本進行檢測。帶電粒子射束工具40可包含多射束帶電粒子光學設備。

控制器50電子連接至帶電粒子射束工具40。控制器50可為經組態以控制帶電粒子射束檢測設備100的處理器(諸如電腦)。控制器50亦可包括經組態以執行各種信號及影像處理功能的處理電路系統。雖然控制器50在 圖 1中經示出為在包括主腔室10、裝載鎖定腔室20及EFEM 30的結構外部，但應瞭解控制器50可為該結構之一部分。控制器50可位於帶電粒子射束檢測設備之組件元件中之一者中，或其可分佈在組件元件中之至少兩者上方。雖然本揭示內容提供容納帶電粒子射束檢測工具之主腔室10之實例，但應注意，本揭示內容之各態樣在其最廣泛的意義上並不限於容納帶電粒子射束檢測工具之腔室。相反，應瞭解，前述原理亦可應用於在第二壓力下操作的其他工具及其他設備配置。

現在參考 圖 2，其為說明例示性帶電粒子射束工具40的示意圖，該例示性電子射束工具包括作為 圖 1之例示性帶電粒子射束檢測設備100之一部分的多射束檢測工具。多射束帶電粒子射束工具40 (在本文中亦被稱為設備40)包含帶電粒子源201、投射設備230、機動載物台209 (或致動載物台)及樣本架207。帶電粒子源201及投射設備230可一起被稱為照明設備。樣本架207由機動載物台209支撐，以便固持樣本208 (例如，基板或遮罩)以進行檢測。多射束帶電粒子射束工具40進一步包含偵測器陣列240 (例如電子偵測裝置)。

控制器50可連接至 圖 1之帶電粒子射束檢測設備100的各種部分。控制器50可連接至 圖 2之帶電粒子射束工具40的各種部分，諸如帶電粒子源201、偵測器陣列240、投射設備230及機動載物台209。控制器50可執行各種資料、影像及/或信號處理功能。控制器50亦可產生各種控制信號來主控帶電粒子射束檢測設備100之操作，包括帶電粒子多射束設備。控制器50可控制機動載物台209以在樣本208之檢測期間移動樣本208。控制器50可使得機動載物台209能夠至少在樣本檢測期間沿一方向較佳地連續地(例如以恆定速度)移動樣本208。控制器50可控制機動載物台209之移動，以使得其取決於各種參數改變樣本208之移動的速度。舉例而言，控制器50可取決於掃描程序之檢測步驟之特性來控制載物台速度(包括其方向)。

帶電粒子源201可包含陰極(未示出)及擷取器或陽極(未示出)。在操作期間，帶電粒子源201經組態以自陰極發射帶電粒子(例如電子)作為初級帶電粒子。初級帶電粒子由擷取器及/或陽極提取或加速以形成初級帶電粒子射束202。帶電粒子源201可包含多個源，諸如在EP20184161.6 (其特此以引用的方式併入本文中，至少關於多個源以及其如何與多個行以及其相關聯的帶電粒子光學器件相關)中所描述。

投射設備230經組態以將初級帶電粒子射束202轉換成複數個子射束211、212、213並且將每一子射束引導至樣本208上。儘管為了簡單起見說明了三個子射束，但可存在數十、數百或數千個子射束。子射束可被稱為小射束。此外，儘管本說明書及諸圖係關於多射束系統，但替代地可使用單射束系統，其中初級帶電粒子射束202不被轉換成多個子射束。此在下文關於 圖 9進一步描述，但將注意，子射束可與單個初級帶電粒子射束202互換。

投射設備230可經組態以將子射束211、212及213聚焦至樣本208上以進行檢測並且可在樣本208之表面上形成三個探測點221、222及223。投射設備230可經組態以偏轉初級子射束211、212及213以橫跨樣本208之表面之區段中之個別掃描區掃描探測點221、222及223。回應於初級子射束211、212及213入射於樣本208上之探測點221、222及223上，自樣本208產生(亦即，發射)信號帶電粒子(例如電子)，該等信號帶電粒子包括次級信號粒子及反向散射信號粒子。自樣本發射的信號粒子，例如次級電子及反向散射電子，可另外被稱為帶電粒子，例如次級帶電粒子及反向散射帶電粒子。信號射束由自樣本發射的信號粒子形成。通常將理解，自樣本208發射的任何信號射束將在具有與帶電粒子射束(亦即，初級射束)大體上相反的至少一個分量的方向上行進，或將具有至少一個與初級射束的方向相反的方向分量。由樣本208發射的信號粒子亦可穿過物鏡的電極並且亦會受到場的影響。

次級信號粒子通常具有≤ 50 eV的帶電粒子能量。實際的次級信號粒子可具有小於5 eV的能量，但低於50 eV的任何粒子通常被視為次級信號粒子。反向散射信號粒子的能量通常在0 eV與初級子射束211、212及213的著陸能量之間。由於偵測到的能量小於50 eV的信號粒子一般被視為次級信號粒子，因此將一部分實際後向散射信號粒子計數為次級信號粒子。次級信號粒子可更具體地被稱為次級電子並且可與次級電子互換。反向散射次級信號粒子可更具體地被稱為反向散射電子並且可與反向散射電子互換。熟習此項技術者將理解，反向散射信號粒子可更一般地被描述為次級信號粒子。然而，出於本揭示內容之目的，反向散射信號粒子被認為不同於次級信號粒子，例如具有更高的能量。換言之，次級信號粒子將被理解為當自樣本發射時具有≤50eV的動能的粒子，且反向散射信號粒子將被理解為當自樣本發射時具有高於50 eV的動能的粒子。實際上，信號粒子可在被偵測到之前被加速，且因此與信號粒子相關聯的能量範圍可略高。舉例而言，次級信號粒子將被理解為當在偵測器處偵測時具有≤200 eV的動能的粒子，且反向散射信號粒子將被理解為當在偵測器處偵測時具有高於200 eV的動能的粒子。注意，200eV值可取決於粒子的加速程度而變化，且舉例而言可為大約100 eV或300 eV。具有此類值的次級信號粒子仍然被認為具有與反向散射信號粒子不同的足夠能量。

偵測器陣列240經組態以偵測(亦即捕獲)自樣本208發射的信號粒子。偵測器陣列240經組態以產生對應信號，該等信號被發送到信號處理系統280，例如以構建樣本208的對應掃描區之影像。偵測器陣列240可併入至投射設備230中。偵測器陣列可另外被稱為感測器陣列，且術語「偵測器」及「感測器」及「感測器單元」在整個申請案中可互換使用。

信號處理系統280可包含經組態以處理來自偵測器陣列240的信號以便形成影像的電路(未示出)。信號處理系統280可另外被稱為影像處理系統或資料處理系統。信號處理系統可併入到多射束帶電粒子射束工具40之組件中，諸如偵測器陣列240 (如在 圖 2中所示)。然而，信號處理系統280可併入至檢測設備100或多射束帶電粒子射束工具40之任何組件中，諸如作為投射設備230或控制器50之一部分。信號處理系統280可位於包括 圖 1中所示之主腔室之結構的外部。信號處理系統280可包括影像獲取器(未示出)及儲存裝置(未示出)。舉例而言，信號處理系統可包含處理器、電腦、伺服器、大型主機、終端機、個人電腦、任何種類的行動計算裝置及其類似物，或其組合。影像獲取器可包含控制器之處理功能之至少一部分。因此，影像獲取器可包含至少一或多個處理器。影像獲取器可以通信方式耦合至准許信號通信之偵測器陣列240，諸如導電體、光纖纜線、可攜式儲存媒體、IR、藍芽、網際網路、無線網路、無線電及其他，或其組合。影像獲取器可自偵測器陣列240接收信號，可處理信號中所包含的資料並且可由此構建影像。影像獲取器因此可獲取樣本208之影像。影像獲取器亦可執行各種後處理功能，諸如產生輪廓，在所獲取影像上疊加指示符，及其類似物。影像獲取器可經組態以對所獲取影像執行亮度及對比度等的調整。儲存器可為諸如硬碟、隨身碟、雲端儲存器、隨機存取記憶體(RAM)、其他類型之電腦可讀記憶體及其類似物的儲存媒體。儲存器可與影像獲取器耦合，並且可用於將經掃描原始影像資料保存為原始影像及經後處理影像。

信號處理系統280可包括量測電路系統(例如，類比轉數位轉換器)以獲得所偵測到次級信號粒子的分佈。在偵測時間窗口期間收集之電子分佈資料可與入射在樣本表面上之初級子射束211、212及213中之每一者之對應掃描路徑資料組合使用，以重建經檢測之樣本結構之影像。所重建影像可用於揭示樣本208之內部或外部結構的各種特徵。從而，所重建影像可用於揭示樣本中可存在的任何缺陷。

特此以引用方式併入本文中的US2020118784、US20200203116、US 2019/0259570及US2019/0259564中揭示了已知的多射束系統，諸如上文所描述帶電粒子射束工具40及帶電粒子射束檢測設備100。

在已知的單波束系統中，理論上可偵測到不同的信號(例如來自次級信號粒子及/或反向散射信號粒子)。多射束系統係已知的並且係有益的，因為產出量可比使用單射束系統時高得多，例如多射束檢測系統之產出量可能比單射束檢測系統中之產出量高100倍。

在已知多射束系統中，處於相對高能量的帶電粒子之初級子射束陣列以最終減速步驟為目標，以便以相對低的著陸能量著陸在樣本上，用於如上文所提及偵測次級信號粒子。然而，實際上，通常不可能將多射束檢測與反向散射偵測組合使用，或至少藉由直接反向散射偵測，亦即目前已知多射束系統主要依賴於次級信號粒子的偵測。然而，只能自次級信號粒子獲得的資訊存在侷限性。反向散射信號粒子提供關於表面下面結構的資訊，諸如埋設缺陷。另外，反向散射信號可用於量測疊對目標。

如上文所描述，反向散射信號粒子具有大範圍的能量，通常在0 eV與著陸能量之間。反向散射信號粒子具有較大能量範圍(例如高達初級射束之著陸能量)及發射反向散射信號粒子之寬角度。次級信號粒子通常具有更受限制的能量範圍，並且往往圍繞能量值分佈。發射的反向散射信號粒子的大能量範圍及寬角度導致多射束系統中之串擾。當在指派至不同子射束之偵測器處偵測由一個初級子射束產生的反向散射信號粒子時，即會發生串擾。串擾通常發生在極其靠近於樣本208，亦即接近初級射束投射至其上之樣本。由於串擾，先前已知多射束評估工具無法有效地將反向散射信號成像。因此，不可能藉由使用多射束系統來增加反向散射偵測之產出量。

下文結合 圖 3描述可用於本發明之評估工具40之組件，圖3係評估工具40的示意圖。 圖 3之帶電粒子評估工具40可對應於多射束帶電粒子射束工具(在本文中亦被稱為設備40)。

帶電粒子源201將帶電粒子(例如電子)引導朝向形成投射系統230之一部分的聚光透鏡231陣列(另外被稱為聚光透鏡陣列)。期望地，帶電粒子源201係在亮度與總發射電流之間具有良好折衷的高亮度熱場發射器。可存在數十個、數百個或數千個聚光透鏡231。聚光透鏡231可包含多電極透鏡並且具有基於EP1602121A1的構造，特定而言該文件特此以引用的方式併入至將電子射束分裂成複數個子射束的透鏡陣列的揭示內容，其中陣列為每一子射束提供透鏡。聚光透鏡231陣列可採取至少兩個板的形式，充當電極，其中每一板中之孔徑彼此對準並且對應於子射束之位置。板中之至少兩者在操作期間維持處於不同的電位以實現所要的透鏡效應。

在一配置中，聚光透鏡231陣列由三個板陣列形成，其中帶電粒子在其進入及離開每一透鏡時具有相同能量，該配置可被稱為單透鏡(Einzel lens)。因此，色散僅發生在單透鏡本身內(在透鏡之入口電極與出口電極之間)，藉此限制了離軸色差。當聚光透鏡之厚度較小時，例如數mm，此類像差具有較小或可忽略不計的效應。更一般而言，聚光透鏡陣列231可具有兩個或多於兩個板電極，每一板電極具有對準的孔徑陣列。每一板電極陣列藉由隔離元件(諸如可包含陶瓷或玻璃的間隔物)機械連接至毗鄰的板電極陣列並與其電隔離。聚光透鏡陣列可藉由隔離元件(諸如本文中別處所描述之間隔物)與毗鄰的帶電粒子光學元件(較佳地靜電帶電粒子光學元件)連接及/或間隔開。

聚光透鏡可與含有物鏡的模組(諸如本文中別處所論述的物鏡陣列總成)分離。在施加於聚光透鏡之底面上之電位與施加於含有物鏡之模組之頂面上之電位不同的狀況下，使用隔離元件(例如間隔物)將聚光透鏡與含有物鏡之模組間隔開。在電位相等的狀況下，然後可使用導電元件將聚光透鏡與含有物鏡的模組間隔開。

陣列中之每一聚光透鏡231將帶電粒子之初級射束引導至各別子射束211、212、213中，子射束聚焦在聚光透鏡陣列下游的各別中間焦點處。各別子射束沿著各別子射束路徑220投射。子射束相對於彼此發散。子射束路徑220在聚光透鏡231下游發散。在一實施例中，偏轉器235設置在中間焦點處。偏轉器235定位於子射束路徑中在對應中間焦點233或聚焦點(亦即，聚焦之點)之位置處或至少在該位置周圍。偏轉器定位於相關聯子射束之中間影像平面處的子射束路徑中或靠近於其。偏轉器235經組態以對各別子射束211、212、213進行操作。偏轉器235經組態以使各別子射束211、212、213彎曲一定量，該量有效地確保主光線(其亦可被稱為射束軸線)大體上法向地(亦即，以與樣本之標稱表面成大體上90°)入射於樣本208上。偏轉器235亦可被稱為準直器或準直器偏轉器。偏轉器235實際上使子射束之路徑準直，以使得在偏轉器之前，子射束路徑相對於彼此發散。在偏轉器之下游，子射束路徑相對於彼此大體上平行，亦即大體上準直。合適的準直器係在2020年2月7日提交的EP申請案20156253.5中所揭示的偏轉器，該EP申請案特此關於將偏轉器應用於多射束陣列的以引用的方式併入本文中。準直器可包含大型準直器270，代替偏轉器235，或除了偏轉器235之外。因此，下文關於 圖 8 所描述之大型準直器270可設置有 圖 3或 圖 4之特徵。與將準直器陣列作為偏轉器235提供相比，上述情形通常次較佳。

在偏轉器235下面(亦即源201下游或遠離源)，存在控制透鏡陣列250。已通過偏轉器235之子射束211、212、213在進入控制透鏡陣列250時大體上平行。控制透鏡預聚焦子射束(例如，在子射束到達物鏡陣列241之前對子射束施加聚焦動作)。預聚焦可減少子射束之發散度或增加子射束之收斂速率。控制透鏡陣列250及物鏡陣列241一起操作以提供組合焦距。無中間焦點之組合操作可減少像差的風險。

更詳細而言，期望使用控制透鏡陣列250來判定著陸能量。然而，可另外使用物鏡陣列240來控制著陸能量。在此類狀況下，物鏡上方之電位差在選擇不同的著陸能量時改變。期望藉由改變物鏡上方的電位差來部分地改變著陸能量的情況的一個實例將防止子射束之焦點過於靠近於物鏡。在此情況下，存在物鏡陣列241之組件不得不過薄而無法製造的風險。對於在此位置處(例如在物鏡中、物鏡上或與物鏡相關聯)的偵測器亦可認為如此。例如，在著陸能量降低的狀況下會發生此情況。此係因為物鏡之焦距大致與所使用之著陸能量成比例。藉由降低物鏡上方之電位差，且從而降低物鏡內部之電場，使物鏡之焦距再次變大，從而使焦點位置位於物鏡下面較遠。應注意，僅使用物鏡會限制放大倍率的控制。此配置不能控制縮小率及/或張角。此外，使用物鏡控制著陸能量可能意指物鏡將在遠離其最佳場強操作。亦即，除非物鏡之機械參數(諸如其電極之間的間距)可例如藉由交換物鏡來調整。

控制透鏡陣列250包含複數個控制透鏡。每一控制透鏡包含連接至各別電位源之至少兩個電極(例如，兩個或三個電極)。控制透鏡陣列250可包含連接至各別電位源之兩個或多於兩個(例如三個)板電極陣列。控制透鏡陣列電極可間隔開數毫米(例如3 mm)。控制透鏡陣列250與物鏡陣列241相關聯(例如，兩個陣列彼此靠近定位及/或彼此機械連接及/或作為一單元一起控制)。每一控制透鏡可與各別物鏡相關聯。控制透鏡陣列250定位於物鏡陣列241之上游。上游可定義為較靠近於源201。上游可另外定義為離樣本208更遠。控制透鏡陣列250可與物鏡陣列241在相同的模組中，亦即形成物鏡陣列總成或物鏡配置，或其可在單獨模組中。在此狀況下，配置可描述為四個或多於四個作為板的透鏡電極。在板中界定孔徑，例如作為孔徑陣列，其與對應射束陣列中之多個子射束對準。電極可被分組成兩個或多於兩個電極，例如提供控制電極群組及目標電極群組。在一配置中，目標電極群組具有至少三個電極並且控制電極群組具有至少兩個電極。替代地，若控制透鏡陣列250及物鏡陣列240係單獨的，則控制透鏡陣列241與物鏡陣列250之間的間距(亦即控制透鏡陣列250之下部電極與物鏡241之上部電極之間的間隙)可選自例如自2 mm至200 mm或更大的廣泛範圍。較小的間距使對準更容易，而較大的間距允許使用較弱的透鏡，從而減少像差。

控制透鏡陣列250之每一板電極藉由隔離元件(諸如可包含陶瓷或玻璃的間隔物)與毗鄰的板電極陣列機械連接並電分離。物鏡陣列之每一板電極較佳地藉由隔離元件(諸如可包含陶瓷或玻璃的間隔物)機械地連接至毗鄰板電極陣列並與毗鄰的板電極陣列電分離。隔離元件可另外被稱為絕緣結構，且可被提供以分離所提供的任何毗鄰電極，諸如在物鏡陣列240、聚光透鏡陣列(如 圖 3中所描繪)及/或控制透鏡陣列250中。若設置多於兩個電極，則可設置多個隔離元件(亦即絕緣結構)。舉例而言，可存在一系列絕緣結構。

控制透鏡陣列250包含用於每一子射束211、212、213的控制透鏡。控制透鏡為相關聯物鏡的功能添加光學自由度。控制透鏡可包含一或多個電極或板。每一電極的添加可提供對相關聯物鏡之帶電粒子光學功能的控制的進一步自由度。在配置中，控制透鏡陣列250之功能係相對於射束縮小率最佳化射束張角及/或控制遞送至物鏡234之射束能量，物鏡中之每一者將各別子射束211、212、213引導至樣本208上。物鏡可定位於帶電粒子光學系統之基部處或附近。更具體而言，物鏡陣列可定位於投射系統230之基部處或附近。控制透鏡陣列250係可選的，但較佳用於最佳化物鏡陣列上游之子射束。

為了便於說明，透鏡陣列在本文中由橢圓形陣列示意性地描繪(如在 圖 3中所示)。每一橢圓形表示透鏡陣列中之透鏡中之一者。橢圓形通常用於表示透鏡，類似於光學透鏡中經常採用的雙凸面形式。然而，在諸如本文中所論述之帶電粒子配置的上下文中，將理解透鏡陣列通常將以靜電方式操作，且因此可不需要採用雙凸面形狀之任何物理元件。透鏡陣列可替代地包含多個具有孔徑之板。

視情況，掃描偏轉器陣列260設置在控制透鏡陣列250與物鏡234陣列之間。掃描偏轉器陣列260包含用於每一子射束211、212、213之掃描偏轉器。每一掃描偏轉器經組態以在一個或兩個方向上偏轉各別子射束211、212、213，以便在一個或兩個方向上橫跨樣本208掃描子射束。

物鏡陣列241可包含至少兩個電極，其中界定孔徑陣列。換言之，物鏡陣列包含至少兩個具有複數個孔或孔徑的電極。物鏡陣列241之毗鄰電極沿著子射束路徑彼此間隔開。沿著射束路徑的毗鄰電極之間的距離，其中絕緣結構可如下文所描述定位，小於物鏡之大小(沿著射束路徑，亦即在物鏡陣列的最上游及最下游電極之間)。 圖 4示出電極242、243，其為具有各別孔徑陣列245、246之例示性物鏡陣列241之一部分。電極中之每一孔徑之位置對應於另一電極中對應孔徑之位置。對應孔徑在使用中對多射束中之同一射束、子射束或子射束群組進行操作。換言之，至少兩個電極中之對應孔徑與子射束路徑(亦即，子射束路徑220中之一者)對準並沿著其配置。因此，電極各自設有孔徑，各別子射束211、212、213藉由該等孔徑傳播。

物鏡陣列241之孔徑陣列245、246可由複數個孔徑組成，較佳地具有大體上均勻的直徑d。然而，如在2020年11月12日提交的EP申請案20207178.3中所描述，最佳化像差校正可存在某一變化形式，該EP申請案以引用的方式併入本文中，至少關於藉由變化孔徑直徑實現的校正。至少一個電極中之孔徑的直徑d可小於大約400 μm。較佳地，至少一個電極中之孔徑的直徑d在大約30至300 μm之間。對於給定的孔徑間距，較小的孔徑直徑可提供偵測器陣列240中之較大偵測器，從而改良捕獲反向散射信號粒子的機會。因此，後向散射信號粒子的信號可改良。然而，具有過小的孔徑冒在初級子射束中引起像差的風險。電極中之複數個孔徑可彼此間隔開間距P。間距P定義為自一個孔徑之中間至毗鄰孔徑之中間的距離。至少一個電極中之毗鄰孔徑之間的間距可小於大約600 μm。較佳地，至少一個電極中毗鄰孔徑之間的間距在大約50 μm與500 μm之間。較佳地，每一電極上之毗鄰孔徑之間的間距係大體上均勻的。可在物鏡陣列中之至少一個電極、多個電極或所有電極中設置上文所描述之直徑及/或間距的值。較佳地，所提及以及所描述之尺寸適用於在物鏡陣列中設置之所有電極。

物鏡陣列241可包含兩個或三個電極或可具有更多的電極(未示出)。與具有更多電極的物鏡陣列241相比，僅具有兩個電極的物鏡陣列241可具有更少的像差，例如更低的像差風險及/或影響。三電極物鏡可在電極之間具有更大的電位差，且因此實現更強透鏡。額外電極(亦即多於兩個電極)為控制帶電粒子軌跡提供額外的自由度，例如聚焦次級信號粒子以及入射射束。兩個電極透鏡優於單透鏡的益處為入射射束的能量不一定與出射射束相同。有利地，此兩電極透鏡陣列上之電位差使得其能夠用作加速或減速透鏡陣列。物鏡陣列241可經組態以將帶電粒子射束縮小到小於1/10，期望地在1/100至1/50的範圍內或更小。物鏡陣列240中之每一元件可為操作多射束中之不同子射束或子射束群組的微透鏡。

較佳地，設置在物鏡陣列241中之電極中之每一者係板。電極可另外被描述為扁平薄片。較佳地，電極中之每一者係平面的。換言之，電極中之每一者將較佳地設置為平面形式的較薄扁平板。當然，電極不需要係平面的。舉例而言，電極可歸因於由於高靜電場所致的力而彎曲。較佳設置平面電極，此係因為此使得電極的製造更容易，因為可使用已知的製作方法。平面電極亦可係較佳的，此係因為其可在不同電極之間提供更準確的孔徑對準。

圖 5為物鏡陣列241之多個物鏡及控制透鏡陣列250之多個控制透鏡的放大示意圖。如下文進一步詳細所描述，透鏡陣列可由具有藉由電壓源施加至電極之選定電位的電極提供，亦即陣列的電極連接至各別電位源。在 圖 5中，描繪控制透鏡陣列250、物鏡陣列241及偵測器陣列240中之每一者的多個透鏡，例如，其中子射束211、212、213中之任一者如所示穿過透鏡。儘管 圖 5描繪五個透鏡，但可提供任何適當數目；例如，在透鏡之平面中，可存在100、1000或大約10,000個透鏡。與上文所描述之相同的特徵被賦予相同的參考編號。為簡潔起見，上文所提供的彼等特徵的描述適用於 圖 5中所示的特徵。帶電粒子光學裝置可包含 圖 5中所示之組件中之一者、一些或全部。應注意，此圖為示意圖，且可能未按比例繪製。例如，在非限制性清單中：子射束在控制器陣列250處可能比在物鏡陣列241處更窄；偵測器陣列240可比物鏡陣列241之電極彼此更靠近於物鏡陣列241之電極；並且控制器透鏡陣列250之間的每一子射束之焦點可比所描繪的更靠近於物鏡陣列241。如在 圖 5中所示，控制透鏡陣列250之電極之間的間隔可大於物鏡陣列241之電極之間的間隔，但此並非必須的。

如在 圖 5中所示，子射束在進入控制透鏡陣列250時可為平行的，如在 圖 3中所示。然而， 圖 5之相同組件可用在如 圖 8中所示的組態中，在該狀況下，子射束可與來自更遠下游之源之射束分離(或生成)。舉例而言，子射束可由射束限制孔徑陣列定義，該孔徑陣列可為透鏡配置(諸如物鏡陣列、控制透鏡陣列或可與物鏡陣列(例如其係物鏡陣列總成之一部分)相關聯的任何其他透鏡元件)之一部分。如在 圖 8中所描繪，子射束可藉由射束限制孔徑陣列與來自源之射束分離，該射束限制孔徑陣列可為控制透鏡陣列250之一部分，作為控制透鏡陣列250之最上游電極。

電壓源V3及V2 (其可由單獨的電源提供，或可全部由電源290供應)經組態以分別向物鏡陣列241之上部電極及下部電極施加電位。上部電極及下部電極可分別被稱為上游電極242及下游電極243。電壓源V5、V6、V7 (其可由個別的電源提供，或可全部由電源290供應)經組態以分別向物鏡陣列250之第一、第二及第三電極施加電位。又一電壓源V4連接至樣本以施加樣本電位。又一電壓源V8連接至偵測器陣列以施加偵測器陣列電位。儘管控制透鏡陣列250被示出為具有三個電極，但控制透鏡陣列250可設置有兩個電極(或多於三個電極)。儘管物鏡陣列240被示為具有兩個電極，但物鏡陣列240可設置有三個電極(或多於三個電極)。舉例而言，中間電極可設置在物鏡陣列241中在 圖 5中所示之電極之間，並具有對應電壓源V1 (未示出)。

期望地，控制透鏡陣列250之最上面電極之電位V5維持與控制透鏡(例如偏轉器235)上游之下一個帶電粒子光學元件之電位相同。可使施加至控制透鏡陣列250之下部電極之電位V7變化以判定射束能量。可使施加至控制透鏡陣列250之中間電極之電位V6變化以判定控制透鏡之透鏡強度，且因此控制射束之張角及縮小率。應注意，即使著陸能量不需要改變，或藉由其他方式改變，亦可使用控制透鏡來控制射束張角。子射束之焦點之位置由各別控制透鏡陣列250及各別物鏡240的作用的組合來判定。

偵測器陣列240 (其可另外被稱為偵測器陣列)包含複數個偵測器。每一偵測器與對應子射束(其可另外被稱為射束或初級射束)相關聯。換言之，偵測器陣列(亦即偵測器陣列240)及子射束對應。每一偵測器可經指派至子射束。偵測器陣列可與物鏡陣列相對應。換言之，偵測器陣列可與對應物鏡陣列相關聯。下文描述偵測器陣列240。然而，對偵測器陣列240的任何提及可酌情用單個偵測器(亦即至少一個偵測器)或多個偵測器代替。偵測器可另外被稱為偵測器元件405 (例如，諸如捕獲電極之感測器元件)。偵測器可為任何適當類型的偵測器。

偵測器陣列240可定位於沿著初級射束路徑之位置處，位於沿著射束路徑之上游位置與下游位置之間的任一位置處。上游位置在物鏡陣列上面且視情況任何相關聯的透鏡陣列，諸如控制透鏡陣列(亦即物鏡陣列總成之上游)。下游位置係物鏡陣列之下游。在一配置中，偵測器陣列可為在物鏡陣列總成之上游的陣列。偵測器陣列可與物鏡陣列總成之任一電極相關聯。下文中對物鏡陣列之電極相關聯的偵測器的提及可對應於物鏡陣列總成之電極，除了物鏡陣列之最下游電極之最下游表面之外，除非另有明確說明。

在一配置中，偵測器陣列240可定位於控制透鏡陣列250與樣本208之間。偵測器陣列240可定位於物鏡234與樣本208之間，如在 圖 4及 圖 5中所示。儘管上述情形可為較佳的，但偵測器陣列240可設置在額外或替代的位置中，諸如 圖 7中所描繪的彼等位置。可在各種位置中設置多個偵測器陣列，例如如在 圖 7中。可直接自樣本208之表面偵測信號粒子，包括反向散射信號粒子。因此，可偵測反向散射信號粒子，而不必例如將其轉換成另一類型的信號粒子，諸如可更容易偵測的次級信號粒子。因此，可由偵測器陣列240偵測反向散射信號粒子，而不會遇到例如命中樣本208與偵測器陣列241之間的任何其他組件或表面。

偵測器陣列定位於物鏡陣列241與樣本208之間。偵測器陣列240經組態以接近樣本。偵測器陣列240可接近樣本以便偵測來自樣本208之反向散射信號粒子。接近樣本之偵測器使得在偵測由對應於偵測器陣列中之另一偵測器的子射束產生的反向散射信號粒子時串擾的風險能夠即使不能避免亦被降低。換言之，偵測器陣列240極其靠近於樣本208。如下文所描述，偵測器陣列240可在樣本208之特定距離內。偵測器陣列240可與樣本208毗鄰。至少一個偵測器可定位於裝置中以便面向樣本。亦即，偵測器可為裝置提供基部。作為基部之一部分的偵測器可面向樣本之表面。此可有利於將至少一個偵測器定位於至少一個偵測器比次級粒子更可能偵測反向散射粒子的位置中。舉例而言，至少一個偵測器陣列可設置在物鏡陣列241之輸出側上。物鏡陣列241之輸出側為在其上自物鏡陣列241輸出子射束之一側，亦即在 圖 3、 圖 4及 圖 5中所示之組態中之物鏡陣列之底部或下游側。換言之，偵測器陣列240可設置在物鏡陣列241之下游。偵測器陣列可定位於物鏡陣列上或與物鏡陣列毗鄰。偵測器陣列241可為物鏡陣列241之整體組件。偵測器及物鏡可為相同結構之一部分。偵測器可藉由隔離元件連接至透鏡或直接連接至物鏡之電極。因此，至少一個偵測器可為至少包含物鏡陣列及偵測器陣列的物鏡總成之一部分。若偵測器陣列為物鏡陣列241之整體組件，則偵測器陣列240可設置在物鏡陣列241之基部處。在一配置中，偵測器陣列240可與物鏡陣列241之最下游定位電極成整體。

理想地，偵測器陣列儘可能靠近於樣本。偵測器陣列240較佳地極其靠近於樣本208，使得在偵測器陣列處存在反向散射信號粒子的接近聚焦。如先前所描述，反向散射信號粒子的能量及角度分散通常如此大，以使得很難(或在已知的先前技術系統中不可能)保持來自鄰近子射束的信號分離。然而，在第一態樣中，接近聚焦意指可在偵測器中之一相關者處偵測反向散射信號粒子而無串擾(亦即來自鄰近子射束的干擾)。當然，樣本208與偵測器陣列240之間存在最小距離。然而，較佳儘可能地減少此距離。某些組態可受益於比其他組態減少更多距離。

較佳地，如在 圖 3中所示，偵測器陣列240與樣本208之間的距離「L」小於或等於大約50 μm，亦即偵測器陣列240定位於距樣本208大約50 μm的範圍內。儘管通常較佳地距離L較小(例如在約10至65微米之間)，因為此可改進偵測器效率及/或減少串擾，但距離可更大。舉例而言，距離L可為大約100微米或更小，或大約200微米或更小。距離L被判定為距樣本208面向偵測器陣列240之表面及偵測器陣列241面向樣本208之表面的距離。提供大約50 µm或更小的距離係有益的，此係因為可避免或最小化反向散射信號粒子之間的串擾。理論上，樣本208與偵測器陣列240在允許此等組件相對於彼此移動的同時可靠近的程度可存在下限，且此可意指距離L可大於大約5 μm或10 μm。舉例而言，可使用大約50 μm或更小的距離L，同時仍允許對如示出為 圖 3中之工具之一部分的裝置進行相對可靠的控制。大約30 μm或更小的距離L對於其他組態可為較佳的，諸如下文關於 圖 8所示及所描述之彼等。偵測器陣列240與樣本208之間的距離L的較佳範圍可在大約5 μm至200 μm之間，或較佳地在大約5 μm至100 μm之間，或較佳地在大約5 μm至50 μm之間，或較佳地在大約10 μm至50 μm，或較佳地在大約30 μm至50 μm之間。在配置中，偵測器陣列240可相對於物鏡陣列241可致動，亦即，使距離L變化，例如以大體上維持樣本與偵測器陣列L之間的距離。應注意，本文中所描述的距離L用於如 圖 3(或 圖 8)中所示的多射束系統。相同的距離可用在單射束裝置中，例如如在 圖 9中所示，儘管對於單射束裝置，距離L可更大。

反向散射信號粒子自樣本208發射，具有極其大的能量分散，並且通常具有遵循餘弦分佈的角分散，餘弦分佈可呈現三維錐體外觀。自樣本208至偵測器陣列240的距離越遠，發射射束的錐體變得越大。應理解，反向散射信號粒子可具有所有角度。發射射束的錐體為可指派至與各別射束相關聯的偵測器的立體角，以使得此立體角隨著樣本及偵測器的更接近而越大。由於極其大的能量擴散，因此可能無法在不引入顯著串擾的情況下將來自不同子射束的反向散射信號粒子成像至偵測器上。解決方案係將偵測器置放在緊接近基板，並選擇子射束之間距，使得相鄰子射束之反向散射信號粒子信號不疊對。

因此，可取決於偵測器陣列240與樣本208之間的距離來選擇如上文所論述的間距大小P (或反之亦然)。僅舉例而言，對於樣本208與偵測器陣列240之間的距離L為大約50微米，子射束間距p可等於或大於大約300微米。此類組合對於用加速透鏡偵測高能信號粒子(例如反向散射信號粒子)可能特別有用。僅舉例而言，對於樣本208與偵測器陣列240之間的距離L為大約10微米，子射束間距p可等於或大於大約60微米。提供更靠近偵測器陣列允許使用更小的子射束間距p。此在使用其中子射束間距有利地較小的某些組態中可能係有益的，諸如下文關於 圖 8描述並在 圖 8中示出的組態。在不同的實例配置中，樣本208與偵測器陣列240之間的距離為大約50微米並且子射束間距p為大約60微米。此類不同的設置旨在用於不同的操作設定並偵測不同類型的信號粒子。舉例而言，此類組合對於用減速透鏡偵測低能信號粒子(例如次級信號粒子)可特別有用。為了同時偵測高能粒子(例如反向散射信號粒子)及低能粒子(例如次級信號粒子)，可在上文所描述值之間選擇間距p及距離L，以使得高能粒子及低能粒子信號係足夠大。應注意，對於偵測器的功能，距離L與間距p無關係或限制。然而，由於鄰近偵測器中存在串擾的風險，對於較大的距離L，使用較大間距p可為較佳的。儘管亦可存在其他方式來降低串擾的風險以及可使用間距p與距離L的任何適當組合。

偵測器陣列240 (以及視情況物鏡陣列241)可經組態以排斥自樣本208發射的次級信號粒子。此係有益的，因為其減少自樣本208發射並返回行進朝向偵測器陣列240的次級信號粒子的數目。可選擇偵測器陣列240與樣本208之間的電位差以排斥自遠離偵測器陣列240之樣本208發射的信號粒子。較佳地，偵測器陣列電位可與物鏡陣列之下游電極之電位相同。樣本電位與偵測器陣列電位之間的電位差較佳地相對較小，以使得初級子射束投射穿過或經過偵測器陣列240至樣本208而不會受到顯著影響。另外，小的電位差對反向散射信號粒子(其通常具有更大的能量直至著陸能量)之路徑的影響將可忽略不計，此意指仍然可偵測到反向散射信號粒子，同時減少或避免偵測次級信號粒子。樣本電位與偵測器陣列電位之間的電位差較佳地大於次級信號粒子臨限值。次級信號粒子臨限值可判定仍能到達偵測器的次級信號粒子的最小初始能量。較佳地，次級信號粒子臨限值是等效於自樣本208發出的次級信號粒子的可能能量的電位差。亦即，樣本與偵測器陣列電位之間的相對較小的電位差足以自偵測器陣列排斥次級信號粒子。舉例而言，樣本電位與偵測器陣列電位之間的電位差可為大約20 V、50 V、100 V、150 V、200 V、250 V或300 V。

物鏡陣列241可經組態以沿著子射束路徑220朝向樣本208加速初級帶電粒子(亦即子射束)。加速投射至樣本208上之子射束211、212、213係有益的，此係因為其可用於產生具有高著陸能量的子射束陣列。可選擇物鏡陣列之電極之電位以提供藉由物鏡陣列241的加速度。應注意，配置中之加速透鏡對於偵測反向散射信號粒子的範圍(例如不同的能量範圍)可為特別有用。替代地，物鏡陣列可經組態以沿著子射束路徑220朝向樣本208減速初級帶電粒子。應注意，該配置中之減速透鏡對於偵測次級散射信號粒子及反向散射信號粒子兩者可為特別有用。下文所描述之圖，且特別地 圖 3、 圖 5及 圖 8，示出處於加速模式的物鏡。然而，如自以上描述將理解，物鏡可用於減速模式，而非用於下文所描述之任何實施例及變化形式。換言之， 圖 3、 圖 5及 圖 8可適於使穿過物鏡之子射束減速。

在加速物鏡陣列241的配置中，低能粒子(例如次級信號粒子)通常不能通過加速物鏡之下部部分之下游。高能粒子(例如反向散射信號粒子)通過加速物鏡亦越來越困難。此是加速及減速物鏡兩者的關鍵點。低能信號粒子(例如次級信號粒子)與高能信號粒子(例如反向散射信號粒子)之間的能量差在物鏡之下游(在加速及減速模式兩者中)成比例地大於物鏡之上游任一點。此有利於使用下文所描述之偵測器進行偵測，以區分不同類型的信號粒子。

本文中定義的電位及電位值係相對於源定義；因此，樣本表面處的帶電粒子之電位可被稱為著陸能量，因為帶電粒子之能量與帶電粒子之電位相關，並且樣本處的帶電粒子之電位係相對於源定義。然而，由於電位係相對值，因此電位可相對於其他組件(諸如樣本)來定義。在此情況下，施加至不同組件之電位差將較佳地如下文關於源所論述。在使用期間，亦即在裝置操作時，將電位施加至相關組件，諸如電極及樣本。

舉例而言，如上文所描述之經組態以加速帶電粒子子射束並排斥次級信號粒子的裝置可具有如 圖 5的上下文中所示的電位，其中值在下表1中。如上文所提及，如在 圖 5中所示的物鏡陣列可包含額外電極，例如中間電極。此類中間電極係可選的，且不需要與具有表1中列出的其他電位的電極一起包括在內。物鏡陣列之中間電極可具有與物鏡陣列之上部電極(亦即V3)相同的電位(例如V1)。

例示性範圍示出在如上文所描述之表1的左行中。中間行及右行示出在實例範圍內V1至V8中之每一者的更具體實例值。中間行可提供比右行更小的解析度。若解析度較大(如在右行中)，則每子射束的電流較大，且因此子射束的數目可較低。使用較大解析度的優點係掃描「連續區」所需的時間較短(此可為實際限制)。因此整體產出量可更低，但掃描射束區所需的時間更短(因為射束區更小)。

表1
著陸能量	＞10-100 keV	30 keV	30 keV
V1 (或省略)	1-10 keV	5 keV	5 keV
V2	＞10-100 keV	29.95 keV	29.95 keV
V3	1-10 keV	5 keV	5 keV
V4	＞10-100 keV	30 keV	30 keV
V5	＞10-100 keV	30 keV	30 keV
V6	1-30 keV	4.4 keV	10 keV
V7	1-10 keV	5 keV	5 keV
V8	＞10-100 keV	29.95 keV	29.95 keV

舉例而言，如上文所描述之經組態以減速帶電粒子子射束並排斥次級信號粒子的裝置可具有如 圖 5的上下文中所示的電位，其中值在下表2中。為加速透鏡提供的電位值可交換且經調整以提供減速。僅舉例而言，帶電粒子可在物鏡中自30 kV減速至2.5 kV。在實例中，為了獲得1.5 kV至5 kV範圍內的著陸能量，可如下表2所指示設定 圖 5中所示的電位，諸如V2、V3、V4、V5、V6及V7。若包括中間物鏡電極，則視情況包括V1。表2中所示的電位孔著陸能量僅為實例，並且可獲得其他著陸能量，例如，著陸能量可低於1.5 kV (例如大約0.3 kV或0.5 kV)或高於5 kV。可看出，V1、V3及V7處的射束能量係相同的。在實施例中，此等點處之射束能量可在10 keV與50 keV之間。若選擇較低的電位，則可減少電極間距，特別在物鏡中，以限制電場的減少。此表中之電位被給出為以keV為單位的射束能量值，其等於相對於射束源201之陰極的電極電位。應理解，在設計帶電粒子光學系統時，關於系統中之哪個點設定為接地電位以及系統之操作由電位差而非絕對電位判定，存在相當大的設計自由度。

表2
著陸能量	1.5 keV	2.5 keV	3.5 keV	5 keV
V1 (或省略)	29 keV	30 keV	31 keV	30 keV
V2	1.55 keV	2.55 keV	3.55 keV	5.05 keV
V3	29 keV	30 keV	31 keV	30 keV
V4	1.5 keV	2.5 keV	3.5 keV	5 keV
V5	30 keV	30 keV	30 keV	30 keV
V6	19.3 keV	20.1 keV	20.9 keV	30 keV
V7	29 keV	30 keV	31 keV	30 keV
V8	1.55 keV	2.55 keV	3.55 keV	5.05 keV

為了使偵測效率最大化，期望使偵測器元件405的表面儘可能大，以使得物鏡陣列240的大體上所有區(除了孔徑)被偵測器元件405佔據。另外或替代地，每一偵測器元件405具有大體上等於陣列間距的直徑(亦即，上文關於物鏡總成241之電極所描述之孔徑陣列間距)。在一實施例中，偵測器元件405之外形係圓形，但此可製成正方形或六角形以使偵測區最大化。

然而，偵測器元件405之更大表面導致更大的寄生電容，因此導致更低的帶寬。處於此原因，可期望限制偵測器元件405之外徑。尤其在較大偵測器元件405僅給出稍微較大的偵測效率但顯著較大的電容的狀況下。圓形(環形)偵測器元件405可在收集效率與寄生電容之間提供良好的折衷。偵測器元件405的更大外徑亦可能導致更大的串擾(對鄰近孔之信號的敏感性)。此亦可為使偵測器元件405之外徑更小的原因。尤其在較大偵測器元件405僅給出稍微較大的偵測效率但顯著較大的串擾的狀況下。

在一實施例中，物鏡陣列241係可互換模組，可單獨使用或與諸如控制透鏡陣列及/或偵測器陣列的其他元件組合。可互換模組可為現場可替換的，亦即該模組可由現場工程師交換為新模組。在一實施例中，多個可互換模組包含在工具內並且可在可操作位置與不可操作位置之間交換而無需打開工具。

在一些實施例中，提供一或多個像差校正器，其減少子射束中之一或多個像差。可在任何實施例中提供一或多個像差校正器，例如作為帶電粒子光學裝置之一部分，及/或作為光學透鏡陣列總成之一部分，及/或作為評估工具之一部分。在一實施例中，至少一子組像差校正器中之每一者定位於中間焦點中之各別者中或直接毗鄰於中間焦點中之各別者(例如，在中間影像平面中或毗鄰於中間影像平面)。子射束在諸如中間平面之焦平面中或在該焦平面附近具有最小剖面面積。與在別處(亦即，中間平面之上游或下游)可用相比(或與將在不具有中間影像平面之替代配置中可用相比)，上述情形為像差校正器提供更多空間。

在一實施例中，定位於中間焦點(或中間影像平面)中或直接毗鄰於中間焦點(或中間影像平面或聚焦點)之像差校正器包含偏轉器，以校正對於不同子射束似乎處於不同位置處之源201。可使用校正器來校正由源導致的巨觀像差，該等巨觀像差會妨礙每一子射束與對應物鏡之間的良好對準。

像差校正器可校正妨礙恰當柱對準之像差。此類像差亦可導致子射束與校正器之間的對準偏差(misalignment)。出於此原因，可期望另外或替代地將像差校正器定位於聚光透鏡231處或其附近(例如，其中每一此類像差校正器與聚光透鏡231中之一或多者整合，或直接毗鄰於該等聚光透鏡中之一或多者)。上述情形係期望的，此係因為在聚光透鏡231處或其附近，像差將不會導致對應子射束之移位，此係因為聚光透鏡豎直地靠近射束孔徑或與射束孔徑重合。然而，將校正器定位於聚光透鏡處或其附近的挑戰在於，相對於更遠下游(或下游)之位置，子射束在此位置處各自具有相對較大的剖面面積及相對較小的間距。聚光透鏡及校正器可為相同結構之一部分。舉例而言，其可彼此連接，例如藉由電隔離元件。像差校正器可為如EP2702595A1中所揭示之基於CMOS的個別可程式化偏轉器或如EP2715768A2中所揭示之多極偏轉器陣列，其中兩個文件中對子射束操縱器的描述特此以引用的方式併入本文中。

在一些實施例中，至少一子組像差校正器中之每一者與物鏡234中之一或多者整合，或直接毗鄰於該等物鏡中之一或多者。在一實施例中，此等像差校正器減少以下各項中之一或多者：場曲率；對焦誤差；及像散。物鏡及/或控制透鏡及校正器可為相同結構之一部分。舉例而言，其可彼此連接，例如藉由電隔離元件。另外或替代地，一或多個掃描偏轉器(未示出)可與物鏡234中之一或多者整合或直接毗鄰於該等物鏡中之一或多者，以在樣本208上方掃描子射束211、212、213。在一實施例中，可使用US 2010/0276606中所描述之掃描偏轉器，該文件以全文引用的方式併入本文中。

在一實施例中，單個偵測器元件405環繞每一射束孔徑406。在另一實施例中，在每一射束孔徑406周圍提供複數個偵測器元件405。因此，偵測器包含多個部分，且更具體地，多個偵測部分。不同的部分可被稱為不同的分區。因此，偵測器可被描述為具有多個分區或偵測分區。此類偵測器可被稱為分區偵測器。由環繞一個光束孔徑406之偵測器元件405所捕獲的信號粒子可組合成單個信號或用於產生獨立信號。包含多個部分之偵測器可設置在本文中所描述之任何偵測器陣列中。

分區偵測器可與子射束211、212、213中之一者相關聯。因此，一個偵測器的多個部分可經組態以偵測自樣本208發射的與子射束211、212、213中之一者相關的信號粒子。包含多個部分之偵測器可與物鏡總成之電極中之至少一者中之孔徑中之一者相關聯。更具體地，包含多個部分之偵測器405可圍繞單個孔徑406配置，如在 圖 6A及 圖 6B中所示，其提供此類偵測器之實例。

分區偵測器之各部分可以各種不同方式分離，例如徑向、環形或任一其他恰當的方式。較佳地，該等部分具有相似的角大小及/或相似的面積及/或相似的形狀，例如如在 圖 6B中所示。分離的部分可設置為複數個區段、複數個環形部分(例如複數個同心的環孔或環)及/或複數個扇區部分(亦即徑向部分或扇區)。偵測器元件405可徑向分開。舉例而言，至少一個偵測器405可設置為包含2、3、4或更多個部分之環形部分。更具體地，如在 圖 6A中所示，偵測器405可包含環繞孔徑406之內環形部分405A及自內環形部分405A徑向向外的外環形部分405B。替代地，偵測器元件405可成角度地分開。舉例而言，偵測器可提供為包含2、3、4或更多個部分，例如8、12等的扇區部分。若偵測器設置為兩個扇區，則每一扇區部分可為半圓形。若偵測器設置為四個扇區，則每一扇區部分可為一象限。此在 圖 6B中示出，其中405被分開為象限，亦即 圖 6B中示出四個扇區部分，如下文所描述。替代地，偵測器可設置有至少一個區段部分。電極元件可不僅徑向地而且角度地或以任何其他方便的方式分離。

每一部分可具有單獨的信號讀出。將偵測器分成多個部分(例如環形部分或扇區部分)係有益的，此係因為其允許獲得與偵測到的信號粒子有關的更多資訊。因此，為偵測器405提供多個部分可有利於獲得與偵測到的信號粒子有關的額外資訊。此可用來改良所偵測到的信號粒子的信雜比。然而，就偵測器之複雜性而言，存在額外成本。

如在 圖 6A中所示，偵測器包含內部偵測部分405A及外部偵測部分405B，孔徑406經界定在該偵測器中且經組態用於帶電粒子射束的通過。內部偵測部分405A環繞偵測器之孔徑406。外部偵測部分405B自內部偵測部分405A的徑向向外。偵測器的形狀通常可為圓形的。因此，內部偵測部分及外部偵測部分可為同心環。在一實例中，偵測器可被分開成兩個(或多於兩個)同心環，例如，如在 圖 6A中所描繪。

同心地或以其他方式提供多個部分可係有益的，此係因為偵測器之不同部分可用於偵測不同的信號粒子，該等信號粒子可為較小角度的信號粒子及/或較大角度的信號粒子，或次級信號粒子及/或反向散射信號粒子。不同信號粒子之此類組態可適合同心分區偵測器。不同角度的反向散射信號粒子可有利於提供不同的資訊。例如，對於自深孔發射的信號粒子，小角度反向散射信號粒子可能更多來自孔底部，且大角度反向散射信號粒子可能更多來自孔周圍的表面及材料。在替代實例中，小角度反向散射信號粒子可能更多來自更深的埋設特徵，而大角度反向散射信號粒子可能更多來自埋設特徵上面的樣本表面或材料。

圖 8為例示性帶電粒子光學系統的示意圖，例如評估工具，其具有如任何上文所描述之選項或態樣中之帶電粒子裝置。帶電粒子裝置經組態以將帶電粒子射束投射至樣本上。至少具有如上述任一態樣或實施例中所描述的物鏡陣列241的帶電粒子光學裝置可用於如 圖 8中所示的帶電粒子光學系統中。為簡潔起見，上文已描述之物鏡陣列241之特徵在此不再重複。

存在一些特定於 圖 8的設置的考慮事項。在本實施例中，較佳地保持間距較小以便避免對產出量產生負面影響。然而，當間距過小時，此可導致串擾。因此，間距大小係選擇的信號粒子(諸如反向散射信號粒子)的有效偵測與產出量的平衡。因此，在此類用於偵測反向散射信號粒子的配置中，間距較佳地為大約300 μm，該間距為在偵測次級信號粒子時對於 圖 8之實施例原本的間距大4至5倍。當偵測器與樣本208之間的距離減少時，間距大小亦可減少而不會對串擾產生負面影響。因此，將偵測器設置成儘可能靠近樣本(亦即，其中距離L儘可能小，且較佳地小於或等於大約50 μm，或小於或等於大約40 μm，或小於或等於大約30 µm，或小於或等於大約20 µm，或等於大約10 µm)有利於允許間距儘可能大，此改良產出量。

如在 圖 8中所示，帶電粒子光學系統包含源201。源201提供帶電粒子(例如，電子)射束。聚焦在樣本208上之多射束係自由源201提供之射束導出。子射束211、212、213可例如使用界定射束限制孔徑陣列之射束限制器(其可另外被稱為射束限制孔徑陣列)自射束導出。射束可在遇到控制透鏡陣列250時分成子射束211、212、213。子射束211、212、213在進入控制透鏡陣列250時大體上平行。(在一配置中，控制透鏡陣列250包含射束限制器。)期望地，源201係在亮度與總發射電流之間具有良好折衷的高亮度熱場發射器。在所示之實例中，準直器設置在物鏡陣列總成之上游。準直器可包含大型準直器270。在射束被分裂成多射束之前，大型準直器270作用於來自源201之射束。大型準直器270準直來自源之射束，使得射束剖面在與射束限制器的入射時大體上一致。大型準直器270使導出子射束之射束的各別部分彎曲一定量，該量有效地確保子射束中之每一者的射束軸大體上法向地(亦即與樣本208之標稱表面成大體上90°)入射於樣本208上。大型準直器270將大型準直應用於射束。大型準直器270因此可作用於所有射束，而非包含準直器元件陣列，每一準直器元件經組態以作用於射束之不同個別部分。大型準直器270可包含磁性透鏡或磁性透鏡配置，該磁性透鏡配置包含複數個磁性透鏡子單元(例如，形成多極配置之複數個電磁體)。替代或另外地，大型準直器可至少部分地以靜電方式實施。微準直器可包含靜電透鏡或包含複數個靜電透鏡子單元的靜電透鏡配置。大型準直器270可使用磁性及靜電透鏡的組合。

在另一配置(未示出)中，大型準直器可部分地或全部地被設置在上游限制器之下游的準直器元件陣列代替。每一準直器元件準直各別子射束。準直器元件陣列可使用MEMS製造技術形成以便在空間上緊湊。準直器元件陣列可為源201之下游之射束路徑中之第一偏轉或聚焦帶電粒子光學陣列元件。準直器元件陣列可位於控制透鏡陣列250之上游。準直器元件陣列可與控制透鏡陣列250位於同一模組中。

在 圖 8之實施例中，提供大型掃描偏轉器265以致使在樣本208上方掃描子射束。大型掃描偏轉器265偏轉射束之各別部分以致使在樣本208上方掃描子射束。在一實施例中，大型掃描偏轉器265包含大型多極偏轉器，例如具有八個或更多極。偏轉諸如致使在一個方向(例如平行於單個軸，諸如X軸)上或在兩個方向(例如相對於兩個不平行的軸，諸如X及Y軸)上橫跨樣本208掃描自射束導出之子射束。大型掃描偏轉器265大體地作用於所有射束，而非包含偏轉器元件陣列，每一偏轉器元件經組態以作用於射束之不同的個別部分。在所示實施例中，大型掃描偏轉器265設置在大型準直器270與控制透鏡陣列250之間。

在另一配置(未示出)中，大型掃描偏轉器265可部分或全部由掃描偏轉器陣列代替。掃描偏轉器陣列260包含複數個掃描偏轉器。可使用MEMS製造技術來形成掃描偏轉器陣列260。每一掃描偏轉器掃描樣本208上方之各別子射束。掃描偏轉器陣列260因此可包含用於每一子射束之掃描偏轉器。每一掃描偏轉器可使子射束在一個方向(例如平行於單個軸線，諸如X軸)上或在兩個方向(例如相對於兩個非平行軸線，諸如X軸及Y軸)上偏轉。偏轉諸如致使在一個或兩個方向(亦即，一維或二維)上橫跨樣本208掃描子射束。掃描偏轉器陣列可位於物鏡陣列241之上游。掃描偏轉器陣列可位於控制透鏡陣列250之下游。儘管參考與掃描偏轉器相關聯的單個子射束，但子射束群組可與掃描偏轉器相關聯。在一實施例中，可使用EP2425444 (該文件特此以全文引用的方式併入本文中，具體地與掃描偏轉器相關)中所描述之掃描偏轉器來實施掃描偏轉器陣列。與大型掃描偏轉器相比，掃描偏轉器陣列(例如，使用如上文所提及之MEMS製造技術來形成)可在空間上更緊湊。掃描偏轉器陣列可與物鏡陣列241位於同一模組中。

在其他實施例中，提供大型掃描偏轉器265及掃描偏轉器陣列兩者。在此類配置中，可藉由一起(較佳地同步地)控制大型掃描偏轉器及掃描偏轉器陣列260，來實現在樣本表面上方掃描子射束。

本發明可應用於各種不同的工具架構。舉例而言，帶電粒子射束工具40可為單射束工具，或可包含複數個單射束柱或可包含複數個多射束(亦即，子射束)柱。柱可包含在任何上述實施例或態樣中所描述之帶電粒子光學裝置。作為複數個柱(或多柱工具)，裝置可配置成陣列，其數目可為二到一百柱或更多柱。帶電粒子裝置可採取如關於 圖 3所描述及所描繪或如關於 圖 8中描述及在 圖 8中所描繪的實施例的形式，儘管較佳地具有例如在物鏡陣列總成中的靜電掃描偏轉器陣列及/或靜電準直器陣列。帶電粒子光學裝置可為帶電粒子光學柱。帶電粒子柱可視情況包含源。

如上文所描述，偵測器陣列240可設置在物鏡陣列241與樣本208之間，如在 圖 4及 圖 5中所示。偵測器陣列240可與物鏡陣列之至少一個電極(較佳地，下部電極243)相關聯。較佳地，偵測器240之下游陣列在使用中，亦即當存在樣本時面向樣本208。

可提供額外或替代的偵測器陣列，該等偵測器陣列可定位於其他位置中。上述情形在 圖 7中描繪。可提供如 圖 7中所示的一個、一些或所有偵測器陣列。若提供多個偵測器陣列，則其可經組態以同時偵測信號粒子。位於物鏡陣列241與樣本208之間的偵測器陣列240被示為如關於 圖 6A及 圖 6B所描述之分區偵測器。然而，任何適當類型的偵測器可用於此陣列。

帶電粒子光學裝置可包含偵測器陣列，本文中被稱為鏡面偵測器350陣列。鏡面偵測器350陣列沿著初級射束路徑320配置(例如，在沿著初級射束路徑之共同位置處)。鏡面偵測器350陣列經組態以面向初級射束路徑320之上游。換言之，鏡面偵測器350陣列經組態以沿著初級射束路徑320面向初級射束之源(上文描述為源201)。鏡面偵測器350陣列經組態以背對樣本208。鏡面偵測器350陣列可另外被稱為上部偵測器陣列。較佳地，鏡面偵測器350陣列與下部電極243相關聯，且較佳地與電極之上游表面相關聯。此可為有益的，因為若鏡面偵測器350陣列經設置成相對地靠近於樣本208，例如正好在下部電極343上面或上，則更可能偵測到信號粒子。當鏡面偵測器350陣列定位於物鏡陣列241內(亦即，物鏡陣列241之電極之間)時，其可被稱為透鏡內偵測器。在具有多個透鏡電極之物鏡陣列總成之配置中，其他電極可以鏡面電極為特徵，只要另一電極位於鏡面電極之上游以將信號粒子鏡像至鏡面電極。

帶電粒子光學裝置可包含至少一個上游偵測器陣列，其面向樣本，亦即在樣本208之方向上。換言之，上游偵測器陣列可在沿著初級射束路徑320的方向面向樣本208。帶電粒子光學裝置可包含上部偵測器370陣列。上部偵測器370陣列可與物鏡陣列241之上部電極242之下游表面相關聯。更一般地，若在物鏡陣列中設置更多電極，則上部偵測器370陣列可與任何適當電極之下游表面相關聯。上部偵測器370陣列可定位於上部電極342與下部電極343之間，或位於物鏡陣列之最低電極上面的任何其他電極之間。如上文所描述，上部偵測器370陣列設置在至少一個電極之上游(相對於初級子射束211及212)，該至少一個電極相對於 圖 7係下部電極243。另外或替代地，帶電粒子光學裝置可包含透鏡上面的偵測器380陣列。換言之，上游偵測器陣列可位於物鏡陣列241上面。透鏡上面的偵測器380陣列可在形成物鏡陣列241的所有電極的上游。透鏡上面的偵測器380陣列可與電極242間隔開，以使得透鏡上面的偵測器陣列380是具有與物鏡陣列分離的自身機械支撐的板或基板。

任何偵測器陣列可與物鏡陣列241之至少一個電極(例如，上部電極242或下部電極243)相關聯(例如，位於其中、位於其上、經定位與其毗鄰、與其連接或與其成整體)。舉例而言，偵測器陣列可在物鏡陣列241之至少一個電極之中或其上。舉例而言，偵測器陣列可定位成與電極中之一者毗鄰。換言之，偵測器陣列可定位成緊接近且靠近電極中之一者。舉例而言，偵測器陣列可連接(例如機械連接)至電極中之一者。換言之，偵測器陣列可附接至電極中之一者，例如藉由黏合劑或焊接或一些其他附接方法。舉例而言，偵測器陣列可與電極中之一者成整體。換言之，鏡面偵測器陣列可形成為電極中之一者之一部分。

可設置偵測器陣列的組合。舉例而言，可設置下游偵測器240陣列及/或鏡面偵測器350陣列及/或上部偵測器370陣列及/或透鏡上面的偵測器380陣列。該裝置可包含額外偵測器陣列，其可設置有下游偵測器240陣列及/或鏡面偵測器350陣列及/或上部偵測器370陣列及/或透鏡上面的偵測器380陣列的任一組合。如自上文所描述陣列的組合將清楚，可存在任何適當數目的偵測器陣列。舉例而言，可存在兩個、或三個、或四個、或五個或更多個偵測器陣列，其定位於任何適當的位置處，例如，如上文關於上游偵測器陣列及/或下游偵測器陣列所描述。可同時使用設置任何偵測器陣列。可選擇任何偵測器陣列(例如，鏡面偵測器350陣列及/或上部偵測器370陣列及/或透鏡上面偵測器380陣列及/或下游偵測器360陣列及/或任何額外偵測器陣列)相對於樣本208之電位的電位來控制至少彼偵測器陣列對信號粒子的偵測。子射束陣列(以其他方式被稱為初級射束陣列)可與所設置任何/所有偵測器陣列相對應。因此，子射束陣列可與鏡面偵測器陣列240，及/或下游偵測器360陣列，及/或上部偵測器370陣列及/或透鏡上面偵測器380陣列相對應。因此，任何/所有偵測器陣列可與子射束對準。

圖 9為根據實施例的例示性單射束帶電粒子射束工具40的示意圖。如在 圖 9中所示，在一實施例中，帶電粒子射束工具40包含樣本架207，該樣本架由機動載物台209支撐以固持待檢測的樣本208。帶電粒子射束工具40包含帶電粒子源201。帶電粒子射束工具40進一步包含槍孔徑122、射束限制孔徑125 (或射束限制器)、聚光透鏡126、柱孔徑135、物鏡總成132及帶電粒子偵測器144 (其可另外被稱為電子偵測器)。在一些實施例中，物鏡總成132可為經改良擺動物鏡延遲浸沒透鏡(SORIL)，其包括極片132a、控制電極132b、偏轉器132c及勵磁線圈132d。控制電極132b具有形成在其中的孔徑以供帶電粒子射束通過。控制電極132b形成面向樣本208之表面。儘管 圖 9中所示的帶電粒子射束工具40係單束系統，但在一實施例中設置多射束系統。此類多射束系統可具有與 圖 9中所示相同的特徵，諸如物鏡總成132。此類多射束系統可另外具有射束限制器陣列，其例如在聚光透鏡之下游，用於生成子射束。與諸如在射束限制器陣列之下游的射束限制器陣列相關聯的可為多個帶電粒子陣列元件，諸如偏轉器陣列及透鏡陣列，用於最佳化及調整子射束並減少子射束的像差。此類多射束系統可具有用於偵測信號帶電粒子的次級柱。韋恩濾光器可在物鏡總成之上游，以將信號粒子引向次級柱中之偵測器。

在成像過程中，自源201發出的帶電粒子射束可通過槍孔徑122、射束限制孔徑125、聚光透鏡126，並藉由經改良SORIL透鏡聚焦至探測中且然後入射至樣本208之表面上。探針點可藉由偏轉器132c或SORIL透鏡中之其他偏轉器橫跨樣本208之表面掃描。自樣本表面發出的信號粒子可由帶電粒子偵測器144收集，以在樣本208上形成所關注區之影像。

帶電粒子射束工具40之聚光器及照明光學器件可包含電磁四極帶電粒子透鏡或由其補充。舉例而言，如在 圖 9中所示，帶電粒子射束工具40可包含第一四極透鏡148及第二四極透鏡158。在一實施例中，四極透鏡用於控制帶電粒子射束。舉例而言，可控制第一四極透鏡148來調整射束電流，並且可控制第二四極透鏡158來調整射束斑點大小及射束形狀。

如上文所描述，分區偵測器可具有作為偵測器元件405之一部分的複數個偵測器部分(例如，感測器元件)，如上文關於 圖 6A及 圖 6B所描述。每一偵測器元件(或感測器單元)的複數個偵測器部分設置在孔徑周圍。複數個偵測器部分可一起具有圓形周邊及/或直徑。複數個偵測器部分可一起具有在孔徑與複數個偵測器部分之周邊之間延伸的區。複數個偵測器元件可配置成矩形陣列或六角形陣列。由環繞一個孔徑之偵測器部分所捕獲的信號粒子產生的信號可組合成單個信號或用於產生獨立信號。偵測器元件之表面(視情況其偵測器部分)可大體上填充支撐偵測器元件之基板之表面。

如在 圖 10A中所示，偵測器陣列或偵測器模組之表面面向甚至在使用中接近於樣本，該表面以偵測器元件陣列(或偵測器陣列)為特徵。每一偵測器元件與孔徑相關聯。每一偵測器元件與偵測器模組之基板之指派表面積相關聯。由於基板係分層的，例如具有CMOS結構，基板內之每一層相對於各別偵測器元件定位，較佳地接近。市售的CMOS結構具有通常的層數範圍，例如三至十層，通常約為五層。(例如，為了便於描述，可提供兩個功能層。佈線層及邏輯層這兩層可根據需要表示許多層，且每一層分別不限於佈線或邏輯。)層數受商業可用性限制，且任何層數係可行的。然而，考慮到實用性，基板具有有限的層數，為了高效設計，可用空間係有限的。

理想地，可為佈線層及/或邏輯層的基板之電路層具有指派用於每一偵測器元件(或偵測器)的部分。不同層之指派部分可被稱為胞元550。用於全多射束配置之基板中之部分的配置可被稱為胞元陣列552。胞元550可具有與指派用於每一偵測器元件之表面積相同的形狀，諸如六角形，或可鑲嵌並且可在形狀及/或面積上皆相似的任何合理形狀，諸如矩形形狀。藉由置放及路由設計可更容易地使用矩形或直線形狀。此類設計通常由軟體實施，該軟體適合於定義具有正交方向的矩形架構的晶片，而非需要銳角或鈍角的架構，諸如呈六角形架構。在 圖 10A中，胞元550被描繪為六角形並且胞元陣列552被描繪為包含個別胞元之六角形。然而，理想地，每一胞元相對於偵測器元件類似地定位。佈線路由554可連接至每一胞元550。佈線路由554可在胞元陣列552之其他胞元之間路由。注意：參考在陣列之胞元之間的佈線路由，旨在至少佈線路由避開孔徑陣列之射束孔徑，例如藉由胞元陣列界定。在配置電路架構中，至少電路層中之胞元大小可被減少以容納佈線路由，以使得佈線路由在胞元之間路由。另外或替代地，佈線路由穿過胞元陣列中之胞元，較佳地朝向胞元之周邊，例如以減少佈線路由與胞元中之其他電路系統的干擾。因此，對胞元之間的佈線路由的引用包含：胞元電路系統之間的佈線路由、胞元內之佈線路由，較佳地朝向胞元之周邊並且至少圍繞穿過胞元之射束孔徑以及任何中間變化形式。在所有此等配置中，例如在CMOS架構中，佈線路由可與其他電路系統在同一晶粒中，該其他電路系統可將同一胞元中之電路系統界定為佈線路由之一部分，或圍繞其路由佈線路由的胞元中之電路系統。因此，胞元及佈線路由可為單體式結構之部分。佈線路由554可以信號方式連接胞元。因此，佈線路由將胞元550以信號方式連接至胞元陣列或甚至基板或偵測器模組外部之控制器或資料處理器。電路層可包含用於將感測器信號自胞元傳輸至胞元陣列之外的資料路徑層。

控制器或資料處理器可在基板或偵測器模組內之電路系統之前，較佳地在胞元陣列外部，例如作為控制及I/O電路系統(未示出)。控制及I/O電路系統可與胞元陣列在同一晶粒中；控制及I/O電路系統可與胞元陣列單體整合，例如在同一CMOS晶片中。控制及I/O電路系統實現來自胞元陣列552之所有胞元的資料之間的高效連接。舉例而言，考慮2791個胞元的配置，每一胞元具有8位元數位輸出。此類配置將具有22328個信號(亦即8位元輸出*2791個胞元)至位於CMOS晶片外部的電子器件。執行此操作的標準方式係使用SERDES電路系統(串聯器/解串器)。此類電路系統將藉助於分時多工將大量的低資料速率信號轉換成少量的高資料速率信號。因此，與在偵測器模組外部相比，與胞元陣列或至少在偵測器模組中單體具有控制及I/O電路系統係有益的。

在實施例中，控制及I/O電路系統可以一般支持功能為特徵，諸如用以與CMOS晶片外部的電子器件通信以實現載入某些設定的電路系統，例如用於控制放大及偏移，諸如本文中所描述之減法。

胞元550之電路層連接至各別胞元之偵測器元件。電路層包含具有放大及/數字功能的電路系統，例如其可包含放大電路。如在 圖 10B中所描繪，胞元550可包含跨阻抗放大器(TIA) 556及類比轉數位轉換器(ADC) 558。此圖示意性地描繪胞元550，其具有相關聯的偵測器元件(諸如捕獲電極)及連接至跨阻抗放大器556及類比轉數位轉換器558的回饋電阻器562。來自類比轉數位轉換器558之數位信號線559離開胞元550。應注意，偵測器元件被表示為偵測器元件560，且回饋電阻器被示為與偵測器區相關聯的碟片562，而非與跨阻抗放大器556相關聯。此示意性表示將偵測器元件及回饋電阻器中之每一者表示為一區以指示其相對大小，其原因在參考圖 10C時將變得顯而易見。

跨阻抗放大器可包含回饋電阻器Rf 562。應最佳化回饋電阻器Rf之量值。此回饋電阻之值越大，輸入參考電流雜訊越低。因此，跨阻抗放大器之輸出端處之信雜比更佳。然而，電阻Rf越大，帶寬越低。有限的帶寬導致信號的有限上升及下降時間，從而導致額外影像模糊。最佳化Rf在雜訊位準與額外影像模糊之間取得良好平衡。

為了實施該設計，電路系統(亦即與每一偵測器元件相關聯的放大電路系統)應在相關聯胞元550之層內且配合在每一相關聯層之部分之可用有限面積中。在子射束間距為70微米的狀況下，胞元中每層的可用面積通常僅為4000平方微米。取決於感測到的次級及/或反向散射信號粒子，例如作為欲由偵測器元件量測之電流，回饋電阻器Rf之最佳值可高達30至300 MOhm。若此類電阻器在標準CMOS過程中實施為多晶矽電阻器，則此類電阻器之大小將遠大於胞元550之CMOS層中可用的面積。舉例而言，300 MOhm之電阻器將消耗大約500000微米^2。此約為整個可用面積的130倍。

通常，例如在CMOS架構中，此類大電阻器將被製成例如多晶矽單層。通常存在多晶矽單層。在一些情況下，可提供具有能夠提供高電阻值之材料的層，儘管具有此類高的縱橫比(例如，相對於層中之電阻結構之寬度的極端長度)，電阻器的可靠性仍然存在。即使胞元具有用於此類電阻器的多個層，亦將必須存在更多層，這些層係例如使用CMOS技術容易獲得的。另外或替代地，藉由不同層的彎曲路徑不會減輕高縱橫比，且電阻值變化形式的風險只會由不同層之間的互連造成。如本文中稍後所描述，此類互連影響電阻器之電阻值作為拐角的可變性。

應注意，此類尺寸係在假設180 nm節點架構及處理的情況下計算的。若替代地使用更小的處理節點，則不可能在減少電阻器結構的尺寸方面獲得千倍的效果。此外，出於處理原因，使用180節點架構較佳於較小節點。例如，180 nm節點中之互連更易於處理。例如在蝕刻射束孔徑504中偵測器晶片的後處理使用鋁互連。亞180 nm節點處的此類後處理通常使用具有銅互連過程。因此，180 nm的處理比亞180 nm的處理更簡單。

此外，若製作此類電阻器，無論在哪個節點，電阻器規格的可靠性以及電阻器可用的空間都可具有挑戰性。

在用於晶片架構的分層結構中，諸如CMOS，組件及特徵被界定為層中之結構。組件之規格取決於層之材料及層的物理性質、層的尺寸，具體地其厚度及在層中形成之結構的尺寸。電阻器可採用長而窄的路徑、路由或導線的形式。鑒於空間限制，路徑可為非線性的，沿著其路徑具有拐角。對於此類長的組件，層中之路徑之寬度可諸如藉由製造公差而變化。拐角可比路徑之線性段提供更大的變化，從而限制可製作電阻器的精度，以便具有規定電阻。在拐角多且長度長的情況下，具有此類拓樸結構的電阻器可製成得較差可靠性，以使得胞元陣列中不同胞元的等效電阻器的電阻可具有較大範圍。

此類電阻結構具有大的表面積。另外或替代地，具有此類大表面積的電阻器將另外具有不期望的電容；此類電容被稱為寄生電容。寄生電容可非所要地促進雜訊及模糊，影響本文中別處所描述的雜訊、模糊及帶寬最佳化之間的平衡

該層的材料性質可進行化學改性；然而，此類改性不太可能在大小上實現幾個數量級的改良，以配合至胞元中之可用空間中。此類改性不太可能充分改變回饋電阻器的拓樸結構，以使得具有所需的規格並且可以所要的可靠精度進行。

此類對可靠性及大小的要求將使得電阻器能夠在帶寬、信雜比及穩定性方面實現其所要效能。不幸地，此等要求無法滿足。

提出不需要如此大的回饋電阻器的替代放大電路系統。實例包含具有作為回饋元件的偽電阻器的跨阻抗放大器及直接類比轉數位轉換器，從而避免對跨阻抗放大器的需求。直接類比轉數位轉換器的兩個實例為：使用低占空比開關電阻器( 圖 11)，以及使用參考電容器( 圖 12)。可選配置係自胞元550移除類比轉數位轉換器558，以使得電路線570將胞元550中之跨阻抗放大器556與胞元陣列552 ( 圖 10C)外部的類比轉數位轉換器連接。 圖 10C中所描繪之配置可應用於放大器電路，例如如在 圖 11 及圖 12中所描繪。現在依次提及每一選項。所描述之實例放大器電路僅為可使用之一些合適類型的放大電路系統。可存在其他放大器電路，其實現與本文中所描述之彼等相似的益處且如本文中所描述之對每一胞元使用相似的電路架構。

替代放大電路係直接類比轉數位轉換器，例如使用開關電阻器或電容器，如在 圖 11 及圖 12中所描繪，其直接連接至偵測器元件503之輸出。合適類型的直接類比轉數位轉換器係電荷平衡直流轉數位轉換器。使用直接類比轉數位轉換器可避免使用跨阻抗放大器及具有回饋電阻器Rf或外來替代方案。移除跨阻抗放大器移除放大電路中最耗電的組件及輸入雜訊的主要來源。差量/標準差調變器提供電荷平衡直流轉數位轉換器的最佳實現。 圖 11 及圖 12中描繪兩種可能的解決方案：使用低占空比開關電阻器作為參考；並使用開關電容器作為參考。此等電路係例示性的，且可存在其他合適的電路。

圖 11以簡化形式描繪具有低占空比開關電阻器的合適的直流轉數位轉換器。該電路具有積分器A，來自偵測器元件503及參考電阻器R _dac之輸出輸入至該積分器。電容器C _int在積分器A之回饋環路中。自積分器A輸出之信號由比較器處理以用於將類比信號轉換為數位信號的最後步驟。位元串流bs使用電荷平衡環路自比較器之輸出至參考電流I _dac的控制開關提供回饋。控制開關的設計有助於確保感測器電流I _in與參考電流I _dac之間的長期穩定平衡。此有助於確保積分器將不會對其輸出信號進行削波，且輸出位元串流bs係感測器電流I _in的數位化版本

在 使用此類具有低占空比開關電阻器之直流轉數位轉換器時，參考電阻器R _dac的大小減少，例如在將其實現為CMOS電路時。此係藉由在時脈週期T _clock的極其小部分t內將參考電阻器R _dac連接至積分器A之輸入來實現。此產生較小占空比t/T _clock，例如1:1000。此短連接時間足以在所需要參考電流I _dac中遞送電荷，以平衡在來自偵測器元件之電流I _in(亦即感測器電流)中遞送之電荷。以此方式提供參考電流來平衡感測器電流有助於確保參考雜訊較小。然而，使用此類低占空比實現原本藉由標準跨阻抗放大器之大電阻器(諸如回饋電阻器R _f)實現的相同效應。因此，此解決方案應用比原本使用更小大小的電阻器，並使用占空比來提高其有效大小，同時最小化電阻器的實際大小及此類型放大電路所需的胞元中電路層的有效面積。

在 圖 12中以簡化形式描繪具有參考電容器的合適直流轉數位轉換器。除非另有規定，否則該電路具有如與 圖 11中所描繪之具有低占空比開關電阻器的電流轉數位轉換器完全相同的特徵。以開關組態配置的電容性數位轉類比轉換器567供應參考電流。此類開關電容器數位轉類比轉換器含有至少一個電容器並且可含有並聯電容器網路。個別電容器基於輸入與開關連接或斷開連接。作為基於電容器的電路，電容性數位轉類比轉換器567可表示為參考電容器C _dac。代替參考電阻器R _dac，使用參考電容器C _dac。因為使用電容器，選擇適當大小的電容器將產生合適的參考電流I _dac，以使得不需要由時脈信號f _s供電至參考電路的脈衝器。在限制將時脈用於積分器時，時脈抖動之效應最小化。參考電流I _dac對感測器電流I _in的影響係量化感測器電流的信號。此實際上係直接數位轉換。

如在圖 10C中所描繪，胞元550包含連接至偵測器元件560之跨阻抗放大器556。與此放大電路系統相關聯的係有效的回饋電阻器568。跨阻抗放大器之輸出連接至遠離胞元的類比轉數位轉換器558 (未示出)。電路線570連接跨阻抗放大器及類比轉數位轉換器。電路線570傳輸類比信號。考慮到胞元陣列552係密集包裝，類比轉數位轉換器在胞元陣列外部，例如與胞元陣列552相同的晶粒及/或與胞元陣列552單體整合。在一實施例中，類比轉數位轉換器558位於偵測器模組之基板中。替代地，類比轉數位轉換器遠離基板，例如其為基板外部的處理器之一部分。

圖 10B 及圖 10C中所描繪之胞元之間的組件差異在於 圖 10C之胞元僅包括跨阻抗放大器而不包括類比轉數位轉換器，並且電路線270傳輸類比信號而非由類比轉數位轉換器傳輸的數位信號。藉由自胞元550移除類比轉數位轉換器，在胞元550之電路層中存在更多空間可用於回饋電阻器元件。此相對差異可藉由 圖 10B及 圖 10C中之回饋電阻器區域562的相對大小來說明；(但應注意，相對尺寸不一定適用於此兩個圖之其他特徵)。若放大器電路系統使用替代跨阻抗放大器電路，例如若使用具有偽電阻器的跨阻抗放大器作為回饋元件，則胞元550之電路層中還存在更多空間。

儘管將跨阻抗放大器556與偽電阻器回饋元件及類比轉數位轉換器配合在胞元之電路層中可更容易，但在配置中，對於類比轉數位轉換器558的空間限制而言，更實際的係在單元陣列552外部。上述情形儘管在跨阻抗放大器之回饋元件中使用了偽電阻器，但在面積上提供一至兩個數量級的增益。決定類比轉數位轉換器558是否在胞元陣列552外部的一種考慮係多射束之子射束間距。舉例而言，對於70微米的子射束間距，通常每層胞元只有4000平方微米可用於包括放大電路系統之電路系統。

在此類空間限制下，跨阻抗放大器位於每一射束之胞元中。類比轉數位轉換器位於子射束陣列外部，亦即在胞元陣列外部。在一實施例中，類比轉數位轉換器存在於與胞元陣列相同的晶粒上，例如與胞元陣列單體地存在。此類類比轉數位轉換器可與可位於偵測器模組上之控制及I/O電路系統一起定位，或甚至與胞元陣列552整體定位。將類比轉數位轉換器定位於胞元陣列外部可提供約兩倍的面積增益。

電路線570將胞元550中之跨阻抗放大器與相關聯類比轉數位轉換器558連接。電路線570傳輸類比信號。與數位信號不同，傳輸類比信號的資料路徑容易受到干擾。信號干擾可來自與其他電路線的串擾且來自諸如由多射束之子射束產生的外部場且來自諸如物鏡陣列241之附近帶電粒子光學組件的場。

如在圖 10A中所描繪，電路線570藉由佈線路由554路由。佈線路由554在胞元之間路由，以使得胞元的區及其層被用於存在於胞元上之放大電路系統。因此，佈線路由554僅使用其中存在佈線路由之電路層之部分，亦即在鄰接胞元550之間(例如，至少在毗鄰胞元550之射束孔徑504、406周圍；穿過毗鄰胞元550諸如朝向胞元之周邊或指派給毗鄰胞元550之層中之電路系統之間，或所述配置之間的任何配置)。此路由避免放大電路系統之架構干擾及佈線路徑554的架構。電路線沿著胞元陣列中之佈線路由在向外的方向上路由，例如在徑向向外的方向上。在更接近胞元陣列552之周邊的情況下，與在佈線路由554之遠離周邊的部分中相比，可存在更多電路線570。佈線路由可具有複數個電路線570，如所描述，其位於陣列之胞元之間。因此，佈線路由554之一部分可具有多於一個電路線570。然而，使電路線彼此靠近定位有電路線之間的串擾及由電路線570傳輸的類比信號的干擾的風險。

藉由使電路線570在佈線路由內彼此屏蔽，可至少降低或甚至防止串擾及信號干擾的風險。 圖 13描繪佈線路由554之例示性配置的剖面。在佈線路由554內係一或多個電路線470，其被示為沿與佈線路由554及屏蔽配置相同的方向延伸。電路線示出在同一層中。在電路線570上面係上部屏蔽層572；在電路線570下面係下部屏蔽層574。屏蔽配置之上部屏蔽層及下部屏蔽層屏蔽電路線570使其免受佈線路由554上面及下面的佈線路由554外部的場的影響。屏蔽配置在與電路線570相同的層中具有屏蔽元件。屏蔽元件可為在包含電路線570之層之外邊緣處的外部元件576。外部元件576將電路線570與佈線路由554外部的場屏蔽。屏蔽元件可包括存在於鄰接電路線之間的層中的中間屏蔽元件578。中間屏蔽元件578因此可至少抑制(若不防止)電路線570之間的串擾。在操作中，共同電位被施加至屏蔽層572、574及屏蔽元件576、578。該電位可為參考電位，例如接地電位。

儘管 圖 13描繪三層配置，但在佈線路由570中可根據需要使用儘可能多的層。舉例而言，可存在兩層電路線，需要三個屏蔽層，其包括上部屏蔽層572、下部屏蔽層574及中間屏蔽層。若不能防止佈線路由570之不同層中之電路線之間的串擾，則中間屏蔽層可另外減少。因此，總共存在五層。每額外電路線層需要額外中間屏蔽層。儘管增加佈線路由554中之層數目減少佈線路由所需之層的比例，但此設計變化形式需要額外層。鑒於有限層數目，存在最佳層數目，在層處佈線路由之寬度減少，而不超過偵測器模組之基板中其他地方所需的層數目，此可限制為五個層。

佈線路由設計的進一步考慮事項係可需要存在於偵測器模組之例示性設計中之電路線的數目，例如考慮 圖 13之配置，其中所有電路線570在一層中。

舉例而言，子射束陣列配置成具有三十(30)個環的六角形陣列。因此偵測器模組具有對應設計之胞元陣列。胞元數目為約3000，例如2791。假設此類胞元陣列具有七十(70)微米的間距，最裏面的胞元係零階環(環#0)，且具有單個胞元；最裏面的環(環#1)位於中心胞元周圍；且最外面的環(環N)界定胞元陣列之周長且由6N個胞元組成。對於三十個環之胞元陣列，胞元的總數目等於：

最外面的環具有最多數目個需要藉由環路由的信號。考慮到佈線路由係在每一胞元中之胞元之間路由，此等信號係藉由最外環之胞元之間的最外環路由。因為最外環由180個胞元組成(例如第三十環乘以6，亦即30*6=6N)，所以藉由最外環(例如最外環之胞元之間)傳輸的信號數目為：

藉由毗鄰胞元之間的外環路由的最大信號數目係信號總數(2611)除以最外環中之胞元數目(180)。此為十五15 (四捨五入至最接近的整數)。為了使信號得到很好的屏蔽，例如為了限制串擾及外部場的影響，佈線路由具有屏蔽配置。在單層線電路中，該層可在佈線路由之邊緣處具有外部元件576，並且在毗鄰電路線570之間具有中間屏蔽元件578。在十五(15)個電路線570的佈線路由的情況下，存在十六個屏蔽元件，包括十四(14)個中間屏蔽元件及兩個外部屏蔽元件576。因此，在實例之外環之毗鄰胞元550之間，在同一層中具有所有電路線的佈線路由將具有交替的屏蔽元件及電路線的三十一(31)個元件。

對於間距為70微米的射束陣列的胞元陣列552，在電路層中存在足夠的空間或面積用於此類佈線路由554。在使用180 nm節點處過程創建的結構中，金屬層之最小半間距通常為約280 nm。在此上下文中，半間距係一線，且間距係具有相關間隙及鄰接間隙的線。相關聯間隙通常與線的寬度相同。三十一個元件的佈線路由需要三十一個間距。然而，對應於外部元件576的元件中之一者的相關聯間隙並非佈線路由554之一部分，而是將佈線路由與鄰接電路系統分離。因此，對於三十一個元件，需要六十一(61)個半間距，此對應於17.1微米之電路佈線554之寬度。

在不同配置中，射束陣列可為具有108個環及約35000個胞元的六角形，並且可被認為係單體射束陣列。最外環有約650個胞元。約34350個信號需要藉由最外環進行路由。因此，約54個信號需要藉由最外環中之鄰接胞元進行路由。具有54個電路線570之佈線路由554具有55個屏蔽元件。應用與先前實例類似的計算，將此架構應用於280 nm之半間距，電路線之寬度將低於61微米。此大小將配合最外環之胞元550之間。在替代配置中，射束配置被分配成兩個或多於兩個帶，其中一或多個中間帶用於路由支撐結構、冷卻特徵(諸如導管)、資料傳輸線及其類似物。此類射束陣列可被稱為帶狀射束陣列。佈線路由因此可藉由一或多個中間帶來路由。此使得更大的射束陣列，因此胞元陣列仍然維持合理大小的佈線路由。若帶狀射束陣列具有與單體射束陣列相同數目的子射束，則佈線路由將具有比單體胞元陣列更少的電路線570，亦即少於54個。實際上，與單體射束陣列相比，帶狀射束陣列可實現更多數目的子射束，因為射束陣列的大小(受佈線路由中可能存在的最大電路線數目的限制)將更大。

藉由確保跨阻抗放大器之放大係數係可程式化的，可實現雜訊效能的最佳化，例如在帶寬及雜訊最佳化以及模糊與雜訊之間的平衡方面。在此類配置中，胞元之放大器電路，至少跨阻抗放大器，係可程式化的。例如，此類可程式化放大電路可包含可變放大器及/或可變類比轉數位轉換器，就其靈敏度而言。可變放大器具有取決於由偵測器元件503偵測到的偵測射束電流的可變放大範圍。舉例而言，當偵測到的射束電流較低時，或對於具有低於典型次級發射係數的樣本，可調整可變放大器以提供比通常使用的更大的放大率。當偵測器元件503偵測到比正常更大的射束電流時，或對於具有大於典型次級發射係數的樣本，可調諧可變放大器以提供更小的放大。

此功能性對於帶有具有偽電阻器之回饋元件的跨阻抗放大器係有益的。偽電阻器在施加不同的施加電壓時具有不同的有效電阻；與理想電阻器不同，理想電阻器在所有施加的電位差下具有單一電阻。在提供不同電阻時，與偽電阻器相關聯的跨阻抗放大器作為可變放大來操作。在提供具有可變功能性的放大器時，可實現雜訊位準與影像模糊(在本文中上文稱為「額外模糊」)之間的最佳化平衡。有益地，可程式化放大電路可使跨阻抗放大器之輸出與類比轉數位轉換器之輸入相匹配。此可為在跨阻抗放大器之輸出與類比轉數位轉換器之輸入之間減去的可程式化偏移。可程式化偏移可幫助減少需要自胞元之放大電路傳輸的所需位元數目。可程式化偏移可在可程式化放大器中實施。此等措施有助於確保跨阻抗放大器及類比轉數位轉換器的動態範圍，且因此較佳地係放大電路，最佳地用於不同的使用案例。此類不同的使用案例可包括：經檢測樣本的材料性質，例如使用不同的射束電流的不同的評估工具組態。應用範圍可藉由提供可變放大器來實現，且期望的可變偏移或臨限值(例如，減去可程式化偏移)實現調諧放大、臨限值及帶寬。如本文中別處所提及，與可變放大及減法相關聯的電路系統可包含在控制及I/O電路系統中。

偵測不同類型的信號粒子以便獲得更多與樣本相關的資訊係有益的。舉例而言，為了量測疊對目標，可使用次級信號粒子來獲得與頂部光柵(可存在於抗蝕劑中)相關的資料，並使用反向散射信號粒子來獲得與埋設光柵相關的資料。

在一些系統中，可提供偵測器以用於不同的模式，例如在次級信號粒子偵測與反向散射信號粒子偵測之間切換。為了自次級信號粒子偵測切換至反向散射信號粒子偵測，樣本與偵測器之間的靜電場被反轉及/或著陸能量被改變。改變著陸能量及/或樣本場之後的不同樣本充電條件可導致疊對量測誤差，此係因為此等可改變初級射束位置。切換時存在系統漂移(樣本位置及/或射束位置)的風險，從而導致疊對量測錯誤。因此，可對偵測模式在反向散射偵測與次級偵測之間切換的系統進行改良。歐洲申請案20216927.2揭示此類系統，且至少與在不同模式之間切換有關的裝置及方法特此以引用的方式併入本文中。

在替代系統中，偵測器設置有雙環偵測器墊。使用雙環基於電荷的底部偵測器可導致環中相當數量的交叉信號，亦即在建議偵測反向散射信號粒子的外環中偵測次級信號粒子，在建議偵測次級信號粒子的內環中偵測反向散射信號粒子。歐洲申請案21174518.7揭示此類系統，且與雙環偵測器墊相關的裝置及方法特此以引用的方式併入本文中。

在本發明之實施方案中，尋求改良兩種類型之偵測器的偵測，例如藉由利用更多(若非完整)可用偵測效率。如上文所描述，利用次級信號粒子與反向散射信號粒子之間的較大能量差，可實現次級信號粒子與反向散射信號粒子的分離。在本發明中，可同時偵測次級信號粒子與反向散射信號粒子兩者，與各種已知偵測器相比，提高收集效率。

在本發明中，提供偵測器，該偵測器可用於帶電粒子裝置中，用於評估工具以偵測來自樣本之信號粒子。舉例而言，帶電粒子裝置經組態以將帶電粒子射束投射至樣本上，以便偵測自樣本發射之信號粒子。偵測器600之例示性版本在 圖 14中示出。偵測器600包含基板，其可另外被稱為主體。基板包含經組態以偵測高於第一能量臨限值之信號粒子的半導體元件610 (例如接腳偵測器)及經組態以偵測低於第二能量臨限值之信號粒子的基於電荷的元件620。來自樣本之所得信號粒子可包含高於第一能量臨限值之信號粒子及/或低於第二能量臨限值之信號粒子。因此，偵測器600包含兩種不同類型的偵測器元件，諸如第一元件及第二元件。如自 圖 14將理解，偵測器600可與單射束裝置一起使用。因此，例如，偵測器可與上文關於 圖 9所描述之單射束裝置一起使用。

每一不同類型的偵測器元件可主要經組態以偵測某些信號粒子，例如高於或低於某個臨限值的此等信號粒子。具有低於第一能量臨限值之能量的信號粒子在 圖 14中用虛線箭頭示出，並且具有高於第二能量臨限值的能量的信號粒子在 圖 14中用實線箭頭示出。第一能量臨限值可對應於反向散射臨限值能量。因此，半導體元件610 (例如第一元件)可經組態以主要偵測反向散射的信號粒子。反向散射臨限值能量可為偵測器經設計來偵測的反向散射信號粒子之選定最低能階。舉例而言，反向散射臨限值能量可為大約50 eV。第二能量臨限值可對應於第二臨限值能量。因此，基於電荷的元件620 (例如，第二元件)可經組態以主要偵測次級信號粒子。次級臨限值能量可為偵測器經設計來偵測的次級信號粒子的選定最高能階。舉例而言，次級臨限值能量可為大約50 eV。在一配置中，第一元件經組態以偵測反向散射信號粒子，且第二元件經組態以偵測次級信號粒子。

第一能量臨限值及第二能量臨限值可大體上相同。因此，第一能量臨限值及第二能量臨限值可為單個預定值。在此狀況下，基於電荷的元件620可用於偵測低於預定值的任何信號粒子，而半導體元件610可用於偵測高於預定值的任何信號粒子。

如在 圖 14中所示，偵測器600可具有界定在基板中之孔徑601，且初級射束320可通過該孔徑以著落在樣本208上。此係有益的，此係因為偵測器600之檢測元件可環繞孔徑601，此可提高偵測效率。

基於電荷的元件620可包含金屬層621。金屬層621可為平面部分。金屬層621可為薄膜。基於電荷的元件可具有大約100 nm或更小的厚度，較佳大約10 nm至100 nm。更具體地，金屬層621的厚度可為大約100 nm或更小，較佳地大約10 nm至100 nm。具有小於50 eV的能量的較低能量的信號粒子(其可對應於上文所描述之次級信號粒子)可被具有相對較小厚度的基於電荷的元件「捕獲」。更高能量的信號粒子具有更高的穿透深度。舉例而言，具有大約350 eV能量的信號粒子可具有大於10 nm至100 nm的穿透深度。此意指較低能量的信號粒子可被基於電荷的元件620捕獲，且絕大多數較高能量的信號粒子將通過基於電荷的元件620。較高能量的信號粒子可被半導體元件610偵測到。因此，此類厚度有利於允許信號粒子有效地到達半導體元件610。如下文所描述，可藉由在樣本208與偵測器600之間施加偏壓以將信號粒子吸引至偵測器來改良收集效率。

半導體元件610可為PIN偵測器。閃爍體及PIN偵測器通常能夠偵測高於偵測臨限值的帶電粒子，例如通常高於大約1 kV，儘管已知用於PIN偵測器之較低值，例如200 eV。對於閃爍體，偵測臨限值可藉由選擇閃爍體表面上之導電塗層(諸如金屬層)的厚度來變化。該半導體元件包含位於p-i-n區域611兩側上之上部金屬層612及下部金屬層613。上部金屬層612可為平面部分。上部金屬層612可為薄膜。下部金屬層613可為平面部分。下部金屬層613可為薄膜。p-i-n區域611可另外被稱為空乏層或分區。p-i-n區域611可包含在p-i-n區域邊緣處之無感層。無感層為p-i-n區之入射表面處的非活動分區或區域。無感層可包含導電層、表面鈍化層及/或抗反射塗層。可能具有無無感層之p-i-n區域，然而，無感層有利於降低雜訊。儘管貫穿全文描述p-i-n區域，但可使用其他半導體區域來代替p-i-n區域。舉例而言，半導體元件可包含擴散接面二極體、表面障壁偵測器(例如肖特基二極體)或離子植入二極體。

較佳地，基於電荷的元件620及半導體元件610各自為與偵測器之主表面(亦即偵測表面)大體上共面的層之至少一部分。偵測表面係用於將信號粒子傳遞至半導體元件610及/或基於電荷元件620的偵測器之表面。應理解，偵測器元件(諸如基於電荷的元件620及半導體元件610)的層係分層偵測器結構的不同部分。

在一實施例中，偵測器元件可被設置為包含在偵測器600中沿偵測器之厚度方向堆疊之堆疊結構的層，亦即分層部分。基於電荷的元件620及半導體元件610的堆疊層在 圖 14中示出。基於電荷的元件620及半導體元件610的層在初級射束320的方向上堆疊。

較佳地，基於電荷的元件比半導體元件更靠近於偵測器表面。具體地，基於電荷的元件620的金屬層621較佳地比半導體元件更靠近於偵測表面，或金屬層621可形成偵測表面。通常，當命中偵測表面時，較高能量的信號粒子可藉由基於電荷的元件620在半導體元件610處偵測。

提供彼此上下堆疊之偵測器元件係有益的，因為偵測器元件可藉由使用偵測器600可用的全部偵測區域來利用完整的可用偵測效率。通常，重要的是分離次級信號粒子(亦即低能信號粒子)及反向散射信號粒子(亦即高能信號粒子)。此係因為通常在樣本處產生的次級信號粒子多於反向散射信號粒子，若信號粒子沒有很好地分離，則反向散射信號粒子致使次級信號粒子支配信號。堆疊式偵測器可基於能量差及穿透深度的差來分離信號粒子。具體地，對應於次級信號粒子的低能信號粒子被基於電荷的元件620捕獲。然而，高能信號粒子將穿透基於電荷的元件620以在半導體元件610的空乏層中產生電子-電洞對。因此，可在基於電荷的元件620下面的半導體元件610中偵測更高能量的信號粒子。因此，堆疊偵測器允許在基於電荷的元件620處單獨偵測較低能量的信號粒子。堆疊偵測器准許同時偵測半導體元件610處的較高能量的信號粒子。此等功能的改良有益於改良偵測效率。

基於電荷的元件620可形成偵測器之偵測表面。換言之，基於電荷的元件620可為偵測器600之最外層，如在 圖 14中所示。金屬層621可形成偵測表面。如在 圖 14中所示，金屬層621可大體上形成整個偵測表面。

如在 圖 14中所示，基於電荷的元件620可在大體上整個半導體元件610上方形成層(例如塗層)。此意指基於電荷的元件610設置在半導體元件620之整個表面上方。在此狀況下，基於電荷的元件610可大體上形成整個偵測表面。特定而言，基於電荷的元件620之金屬表面層621可大體上形成整個偵測表面，如在 圖 14中所示。

半導體元件610及基於電荷的元件620可彼此分離。具體地，偵測器可包含在基於電荷的元件620與半導體元件610之間的電絕緣元件630。電絕緣元件630可設置為層。電絕緣元件630可為平面部分。電絕緣元件可為薄膜。可以任何形式或形狀設置電絕緣元件630。電絕緣元件630經組態以防止電信號自基於電荷的元件620傳遞至半導體元件610，且反之亦然。電絕緣元件630可在基於電荷的元件620與半導體元件610之間延伸。電絕緣元件630可具有任何適當的厚度以便提供有效的電絕緣。較佳地，電絕緣元件630不太厚以避免高能帶電粒子不能穿透其並且不能到達作用中偵測器層611。

電絕緣元件630在其他組件之間，例如在金屬層621與下部金屬層613之間，可具有任何適當的厚度(亦即在偵測器之厚度方向上，例如在初級射束的方向上)。舉例而言，厚度可在大約10至500 nm之間，且較佳地在大約50至500 nm之間。應注意，電絕緣元件630較佳地足夠厚以防止電壓擊穿，該電壓擊穿取決於金屬層621與下部金屬層613之間的電壓差，如在 圖 14中所示。若在下部金屬層613及金屬層621上使用相同的電壓(此應為可能的，因為對於PIN偵測器功能而言，僅上部金屬層612與下部金屬層613之間的電壓差較重要)，則可使用10nm的厚度，否則較佳地使用100 nm或更大的厚度。厚度可取決於材料。電絕緣元件可為任何適當的材料。舉例而言，電絕緣元件可為SiO ₂。在此狀況下，電絕緣元件的厚度可較佳地在10 nm至500 nm之間，且較佳地為大約100 nm。

偵測器可包含包含偵測器電路系統的電路系統層640。更具體地，基板可包含電路系統層640。電路系統層640可包含一些(若非全部)用於處理來自不同偵測器元件之信號的電路系統。因此，電路系統層640可將偵測到的信號粒子轉換為電信號。電路系統層640可包含各種不同的電子組件。電路系統層可連接至基於電荷的元件620及半導體元件610，如下文所描述。電路系統層可包含用於連接至基於電荷的元件620及半導體元件610中之每一者的平行電路系統層。替代地，電路系統層可包含具有在剖面中毗鄰的電路系統的單層，用於連接至基於電荷的元件620及半導體元件610中之每一者。

在偵測器中提供電路系統層640係有益的，此係因為電路系統可靠近於偵測器元件。偵測器元件連接至電路系統以將偵測到的信號轉換為數位信號。通常，具有用於將偵測到的信號轉換成數位信號的電路系統儘可能靠近於相關偵測器元件有益地改良數位偵測信號。接近的數位化電路系統降低偵測信號丟失或至少惡化或中斷的風險。

偵測器600可進一步包含電絕緣通孔622，其經組態以將基於電荷的元件620及特定而言金屬層621連接至偵測器電路系統。亦即，電絕緣通孔622用於偵測器藉由連接至基於電荷的元件來偵測信號粒子。如在 圖 14中所示，電絕緣通孔622可延伸穿過半導體元件610之至少一部分。因此，基於電荷的元件620可藉由沿著電絕緣通孔622的電連接來連接至電路系統層640。此意指基於電荷的元件620可用於形成偵測表面或偵測表面之至少一部分，同時仍適當地連接至偵測器之電路系統。

半導體元件610之上部金屬層612較佳地連接至偵測器電路系統(較佳地包含在電路系統層640中)。另外，下部金屬層613可連接至偵測器電路系統。偵測器電路系統可經組態以橫跨半導體元件610之上部金屬層及下部金屬層施加偏壓641。

如下文進一步詳細描述，電路系統層640可包含或連接至如上文關於 圖 10 、圖 11 、圖 12及 圖 13所描述之電路層及/或佈線。舉例而言，偵測器電路系統可包含連接至基於電荷的元件620的跨阻抗放大器556及/或類比轉數位轉換器558。偵測器電路系統可包含連接至半導體元件620的跨阻抗放大器556及/或類比轉數位轉換器558。上面關於 圖 10A、 圖 10B、 圖 10C、 圖 11、 圖 12及 圖 13描述此類跨阻抗放大器556及類比轉數位轉換器558 (以及其他相關的電氣組件)。應注意，可用於偵測器元件的大小相對較小。因此，提供諸如跨阻抗放大器的放大器係有益的。然而，一些放大器，諸如跨阻抗放大器，通常需要較大的電阻。因此，可為電路系統提供如關於 圖 10A所描述之在胞元之間路由的佈線。此允許信號被放大，以使得雜訊很小。另外或替代地，偽電阻器可與跨阻抗放大器及/或如關於 圖 12 或圖 13所描述之類比轉數位轉換器一起使用。

儘管以上描述並示出半導體元件610與基於電荷的元件620之間的電絕緣元件630，但此並非必需的。舉例而言，半導體元件610及基於電荷的元件620可彼此直接接觸。此外，半導體元件610及基於電荷的元件620可具有至少一個共同的組件。舉例而言，半導體元件610之下部金屬層613可為基於電荷的元件620之一部分。舉例而言，形成基於電荷的元件620之偵測表面的金屬層621亦可為半導體元件610之下部金屬層613。在此類配置中，較佳地在用於基於電荷的元件之偵測器的電路系統與用於半導體元件之偵測器的電路系統之間設置良好的電絕緣。形成基於電荷的元件620之偵測表面的金屬層621及半導體元件610之下部金屬層613的優點係用於穿透的層厚度更小(因為不提供單獨的金屬層621及電絕緣元件630)，因此更多數目的粒子到達p-i-n區域。此為610提供較低的能量臨限值。然而，應注意，此組態可使準確的電荷量測更加困難。

儘管上文描述第一能量臨限值及第二能量臨限值大體上相同，但其可具有偏移量。換言之，第一能量臨限值可不同於第二能量臨限值。舉例而言，可注意到，在臨限值附近偵測到信號粒子可導致偵測各種不同類型的信號粒子，並且更清楚地分離不同信號粒子的偵測可為較佳的。在第一能量臨限值與第二能量臨限值之間具有偏移可減少所偵測到的信號粒子，並且可具體地減少具有邊界能階的信號粒子的量，此可減少偵測中的雜訊。第一能量臨限值可大於第二能量臨限值。第一能量臨限值可取決於在到達p-i-n區域之前的層厚度。然而，其可藉由樣本與偵測器之間的偏壓電壓(下文進一步描述為樣本與偵測器之間的電位差)進行一些調諧。舉例而言，若偏壓電壓為+200 V而非+50 V，則有效降低反向散射信號粒子可獲得足夠的額外動能以通過此等層，從而降低有效的第一能量臨限值。第二能量臨限值亦會發生類似的情況。因此，臨限值的值可受到偏壓電壓的影響，且因此第一臨限值與第二臨限值之間的差可在大約0與200 V之間。

自上文對次級及反向散射信號粒子的描述將理解，不同類型的信號粒子之間的臨限值(例如50 V，或100 V，或200 V)係任意的。在此臨限值周圍無黑白分界(亦即明顯分離)。臨限值的精確選擇不太可能改良或有助於影像對比度或品質。因此，臨限值的選擇不太可能減少對具有邊界能階的信號粒子的偵測。一般而言，預期有效的第一及第二能量臨限值可不同，因為基於電荷的偵測器621與p-i-n區域611之間的層中的能量損失。具有剛好足以離開基於電荷的偵測器621的能量(亦即高於第一能量臨限值)的信號粒子可在基於電荷的偵測器621與p-i-n區域611之間的層中損失太多能量而無法到達p-i-n區域611；因此導致具有與第一能量臨限值不同的值的第二能量臨限值。

如上文所描述，孔徑601被界定在基板中以供帶電粒子射束從中通過。此係有益的，此係因為信號射束(例如，初級射束320)可通過偵測器600，使得偵測器600可在初級射束周圍一直捕獲信號粒子。然而，儘管此係有益的，但亦可使用其他組態。舉例而言，偵測器600可設置至初級射束路徑之一側。此將允許初級射束到達樣本208，並且偵測器600仍然可偵測自樣本208發射的信號粒子。在此組態中，可將韋恩濾光器與偵測器組合使用。在另一配置中，可將偵測器設置為初級射束路徑兩側的至少兩個部分。兩個部分可被間隙分離。兩個部分可間隔開。間隙可採取初級射束的路徑從中通過的狹縫或帶的形式。若設置多個初級射束(例如子射束)，則偵測器仍可設置至一側或兩側，例如，具有用於初級多射束中之多個子射束的路徑的狹縫。在一配置中，此類偵測器陣列可在狹縫之一側上具有多個偵測器。此類以偵測器或偵測器部分之間的狹縫為特徵的配置可容易地製造。然而，提供其中形成有孔隙的偵測器可有利於允許更大的偵測表面，此因此可提高偵測效率。若此類偵測器具有孔隙而非狹縫或其類似物，則將偵測器定位於靜電透鏡內之透鏡電極上可更容易實現。應注意，偵測器之孔徑及靜電場可導致可影響初級子射束的場的一些擾動，且其在子射束的擾動係對稱的情況下係較佳的，此係因為其導致像差引起的較小變形。

如在 圖 15及 圖 16中所示，上述實施例及變化形式可設置有基於電荷的元件620及半導體元件610的稍微不同的組態。在此狀況下，基於電荷的元件620可大體上不形成整個偵測表面。在此狀況下，基於電荷元件620提供偵測器表面之至少一部分並且半導體元件610提供偵測器表面之至少一部分。換言之，偵測器表面包含半導體元件610及基於電荷的元件620兩者。

如自 圖 15及 圖 16兩者將理解，基於電荷的元件620及半導體元件610可在平面圖中定位為彼此毗鄰。因此，在平面圖中，基於電荷的元件620的至少一部分可大體上定位靠近於半導體元件610，例如在偵測表面上。應注意，可在基於電荷的元件620與半導體元件610之間設置小的間隙，其可例如包含電絕緣材料。

圖 15示出其中半導體元件610與基於電荷的元件620堆疊的替代方案，如上文關於 圖 14所描述。具體地，半導體元件610及基於電荷的元件620在剖面中堆疊，如在 圖 14中。然而，在此實施例中，基於電荷的元件620部分地覆蓋半導體元件610。在此情況下，基於電荷的元件620可定位於半導體表面610之一部分上，以形成偵測表面之一部分，如在 圖 15中所示。換言之，基於電荷的元件620可與半導體元件610部分地重疊。因此，在偵測器之表面上的半導體元件610上方可能僅存在基於電荷的元件的部分重疊。在此狀況下，可將基於電荷的元件620提供為堆疊在半導體元件610之頂部上的額外層，使得整個半導體元件形成在基於電荷的元件620下面。在此組態中提供基於電荷的元件620，亦即部分地覆蓋半導體元件610，可有利於減少可導致更快偵測器的電容。

在另一情況下，基於電荷的元件620可形成為與半導體元件610毗鄰，以形成偵測表面之一部分，如在 圖 16中所示。在此狀況下，基於電荷的元件620及半導體元件610形成為在橫跨偵測器寬度的剖面中彼此毗鄰(亦即，在與初級射束的方向正交的方向上，此可以另外被稱為徑向方向)。特定而言，基於電荷的元件的偵測表面(由金屬層621提供)在剖面上與半導體元件之偵測表面(由下部金屬層613提供)毗鄰，亦即基於電荷的元件之偵測表面(由金屬層621提供)在剖面上在半導體元件(由下部金屬層613提供)的偵測表面徑向向外或徑向向內。因此，基於電荷的元件不重疊為堆疊在半導體元件之頂部上之層。相反，半導體元件610形成在基於電荷的元件620周圍。具體地，在下部金屬層613上方不存在基於電荷的元件的重疊。相反，下部金屬層613環繞基於電荷的元件之金屬層621。換言之，下部金屬層613在平面內自金屬層621徑向向外。p-i-n層611可藉由偵測器形成並且可定位於基於電荷的元件之金屬層621下面。此係有益的，因為相同的製作過程或處理步驟可用於半導體元件及基於電荷的元件兩者中之層。如上文所描述，電絕緣通孔622可藉由p-i-n層將金屬層621連接至偵測器電路系統。可分離半導體元件以提供與基於電荷的元件620相關聯的p-i-n層611a之部分。與基於電荷的元件620相關聯的p-i-n層611a之部分不參與半導體元件610之操作。與基於電荷的元件620相關聯的p-i-n層611a之部分可藉由絕緣部分623與p-i-n層之其餘部分分離。絕緣部分623可為電絕緣構件並且可類似於上文所描述之電絕緣元件630，儘管具有不同的組態。絕緣部分623可定位於半導體元件610的徑向內側。絕緣部分623可定位成自基於電荷的元件620的徑向向外。

在此實施例中，偵測器元件以不同模式操作。具體而言，可使用半導體元件(在 圖 16中示出為外環)，其中較高能量的信號粒子(諸如反向散射信號粒子)的能量在正好位於偵測器之表面下面的空乏層中轉換為電子-電洞對。較低能量的信號粒子(諸如次級信號粒子)通常不會具有足夠的動能來穿透偵測器的頂層(由下部金屬層613及半導體的無感層組成)。因此，較低能量的信號粒子一般不會被半導體元件620偵測到。自較高能量的粒子信號移除較低能量的信號粒子係有益的。此係因為若不同的信號粒子未很好地分離，則通常在樣本208處產生更低能量的信號粒子，導致低能量的粒子支配高能量的粒子。在此組態中，預期半導體元件上之次級信號粒子的串擾極其低或為零。由於半導體元件之偵測表面與基於電荷的元件兩者的總表面積減少，因此收集器效率可略低於堆疊實施例。

基於電荷的元件620包含作為電荷導體操作的金屬層621 (在 圖 16中示出為內環)。此將能夠藉由其電荷偵測次級信號粒子(以及影響此內環之反向散射信號粒子)。基於電荷的元件上之金屬層621的厚度可不同於半導體元件610上之下部金屬層613的厚度，以實現較佳的電荷傳導。

較佳地，基於電荷的元件620之金屬層621及半導體元件之至少下部金屬層613係分離的。較佳地，基於電荷的元件620之金屬層621及半導體元件之至少下部金屬層613在其之間具有電隔離。金屬層621與下部金屬層613之間存在隔離層。此可有利於避免兩層之間的直接介面。

應理解，半導體元件及基於電荷的元件可用於以多種不同組態形成偵測器表面。因此，上文所描述重疊及/或毗鄰組態中之偵測部分的分離可類似於以上關於 圖 6A及/或 圖 6B的描述。

舉例而言，基於電荷的元件620及半導體元件610可各自包含偵測表面上之環孔(例如環)。環孔較佳地係同心的並且彼此徑向分開。此在 圖 15及 圖 16以剖面示出。若基於電荷的元件及半導體元件各自形成單個環孔，將注意，在平面圖中，偵測器表面可如在 圖 6A中所示出現。在此情況下，基於電荷的元件可對應於內部偵測部分405A，且半導體元件可對應於外部偵測部分405B。

舉例而言，基於電荷元件及半導體元件可各自包含至少一個扇區。舉例而言，偵測器表面可由多個扇區形成，該等扇區可具有大約相等的面積。扇區較佳地成角度地分開。若基於電荷的元件及半導體元件各自形成兩個扇區並且基於電荷的元件及半導體元件係交替的，應注意，在平面圖中，偵測表面可如在圖6B中所示出現。在此情況下，基於電荷的元件620可對應於偵測部分405C及405E，並且半導體元件610可對應於偵測部分405D及405F。

儘管未示出，基於電荷的元件及半導體元件可包含至少一個扇區及至少一個環孔。舉例而言，基於電荷的元件及半導體元件可在偵測器表面上形成棋盤或鏢靶圖案。

半導體元件610可設置有多個環孔。環孔可例如用某一形式的電絕緣構件分離，該電絕緣構件可為或可並非電絕緣元件630及/或絕緣部分623之一部分。每一半導體元件環孔可由絕緣部分623分離，例如如上文關於 圖 16所示。將半導體元件610提供為多個環孔可有利於使用內環來偵測較小角度的高能信號粒子及使用外環來偵測較大角度的高能信號粒子。因此，若期望，將半導體元件提供為至少兩個環孔允許將更高能量的信號粒子的偵測分離成不同的角度範圍。

如任何上述變化形式中所描述之偵測器可皆與減速及加速物鏡一起工作(亦即，與在減速或加速模式下工作的裝置一起工作)。特定而言，當偵測器定位為底部偵測器(例如在物鏡陣列241之下游)時，朝向偵測器的信號粒子軌跡由樣本與偵測器之間的場而非由減速或加速物鏡的場判定。藉由相對於樣本在偵測器或偵測器陣列上施加負偏壓或正偏壓，低能信號粒子(例如次級信號粒子)可被排斥(僅反向散射模式)或被吸引(組合次級及反向散射模式)。應注意，較高的著陸能量通常與加速透鏡一起使用。此意指在此狀況下，高能信號粒子(例如反向散射信號粒子)平均具有更高的能量。此使得高能信號粒子更容易通過基於電荷的裝置620及電絕緣元件630。因此，高能信號粒子可更容易地到達此分層偵測器中之半導體元件610。此偵測器類型對於加速透鏡更具吸引力。

上文所描述之偵測器可用在單射束裝置中，例如與關於 圖 9所描述之裝置組合使用。替代地，偵測器可用在多射束裝置中，例如，其中初級射束被分離成子射束，例如關於 圖 3及 圖 8所描述。因此，可提供可適合用於多射束帶電粒子裝置的多個偵測器。可如任何上述變化形式或實施例中所描述提供多個偵測器。多個偵測器可形成可被稱為偵測器陣列的陣列。在此狀況下，每一偵測器可如上文所描述組態並且可與陣列中之其他偵測器毗鄰定位。每一偵測器可具有彼此相同的組態，例如其中所有偵測器具有如在 圖 14中所示之偵測器元件組態，或如在 圖 15中所示的組態，或如在 圖 16中所示的組態。

偵測器陣列示出在 圖 17中並且陣列的變化形式示出在 圖 18中。應注意， 圖 17及 圖 18中所示的偵測器陣列對應於上文關於 圖 14所描述之偵測器。然而，偵測器可具有任何上文所描述變化形式，包括關於 圖 15或 圖 16所描述之彼等變化形式。

偵測器陣列可以任何適當的組態配置。每一偵測器可對應於各別子射束320。舉例而言，配置成陣列之偵測器可在配置上對應於上文所描述之多射束陣列之子射束陣列。該配置可為六角形(參見例如 圖 10A)或直線網格。偵測器陣列可具有形成在基板中之複數個孔徑，其中每一孔徑形成為對應於多射束陣列中之每一子射束。因此，複數個偵測器之孔徑可用於使多射束陣列之子射束穿過其中朝向樣本208。

若提供偵測器陣列，則多個偵測器可包含在可被稱為共同基板的基板中。(因此對於存在單個偵測器的實施例，偵測器可包含在基板中)。基板可包含複數個半導體元件610及複數個基於電荷的元件620。每一半導體元件610與基於電荷的元件620中之對應者相關聯。可為陣列中之所有偵測器600提供相同的基板。替代地，可為偵測器陣列提供多個基板，其中每一基板包含複數個半導體元件610及複數個基於電荷的元件620。半導體元件610的數目可對應於基於電荷的元件620的數目。

可存在形成共同層的偵測器的組件或層，亦即，其形成在陣列之每一偵測器600中之相同位置中。舉例而言，可為每一偵測器在沿著初級射束路徑的相同位置中形成組件或層中之一者，例如基於電荷的元件之金屬層621。在金屬層621的狀況下，金屬層621可形成為用於形成偵測器陣列的每一偵測器的偵測層。

每一偵測器之半導體元件610可在基板之共同半導體層中。因此，基板可包含半導體偵測器層，該半導體偵測器層包含複數個半導體元件610。半導體層可包含多個個偵測器600共有的組件。例如，半導體元件之p-i-n區域613可為橫跨多個偵測器形成的層，如在 圖 17中所示。p-i-n區域可為偵測器陣列中之多個或甚至所有偵測器共有。替代地，可為每一單獨的半導體元件提供單獨的p-i-n區域，例如可在陣列中不同偵測器之半導體元件之間具有電絕緣材料。

另外或替代地，每一偵測器600的基於電荷的元件620可在基板之共同的基於電荷的層中。因此，基板可包含帶電偵測器層，該帶電偵測器層包含複數個基於電荷的元件。

另外或替代地，每一偵測器的基於電荷的元件與半導體元件之間的電絕緣元件630可在基板之共同電絕緣層中。因此，基板可進一步包含在基於電荷的元件與半導體元件之間的電絕緣層。

另外或替代地，每一偵測器之電路系統層640可包含在基板之共同電路系統層中。因此，基板可包含電路系統層，該電路系統層包含複數個胞元，該等胞元包含與基於電荷的元件及/或半導體元件相關聯的電路系統，例如在 圖 10A 、圖 10B 及圖 10C中所描述及所描繪的。偵測器可包含用於每一胞元的一或多個通孔，將各別基於電荷的元件620及/或各別半導體元件610連接至胞元之電路系統。舉例而言，每一基於電荷的元件620可包含如上文所描述之電絕緣通孔622，其自基於電荷的元件620中之各別一者連接至電路系統層640。每一半導體元件610可另外或替代地包含連接至偵測器電路系統的通孔，或半導體元件可由上部金屬層612直接連接至偵測器電路系統。

電路系統層640可包含每一胞元中之跨阻抗放大器及/或類比轉數位轉換器。視情況，電路系統層可包含用於對應胞元的各別基於電荷的元件620及/或各別半導體元件610中之每一者的跨阻抗放大器及/或類比轉數位轉換器。因此，基於電荷的元件及/或半導體元件中之每一者可連接至與各別基於電荷的元件及/或半導體元件相關聯的跨阻抗放大器及/或類比轉數位轉換器。

偵測器陣列可包含屏蔽元件660，如在 圖 18中所示。屏蔽元件660可為額外金屬層。屏蔽元件660可定位於基於電荷的元件620與半導體元件620之間以避免(或至少減少)兩個偵測元件之間的串擾效應。更具體地，屏蔽元件660可定位於基於電荷的元件620之金屬層621與半導體元件610之下部金屬層613之間。此將意指信號粒子在到達偵測器610之前需要行進穿過較厚層，因此此屏蔽元件660較佳地儘可能薄。另外，電絕緣元件630可在屏蔽元件之兩側具有部分，例如薄部分630A及630B。薄部分630A、630B可為電絕緣元件630的突出。薄部分630A及630B可設置為薄膜、或層或平面部分。因此，在基於電荷的元件620與屏蔽元件660之間可存在電絕緣部分630A，且在半導體元件610與屏蔽元件660之間可存在電絕緣部分630B。較佳地，電絕緣部分630A、630B亦儘可能較薄。薄部分630A、630B可各自具有如上文關於電絕緣元件630所描述的厚度，例如，每一部分630A、630B之厚度可在大約10至500 nm之間。厚度可取決於材料並且可視情況如所描述為SiO ₂。屏蔽元件660可用於上文所描述之任何偵測器中，例如如關於 圖 14、 圖 15及/或 圖 16所描述。

偵測器陣列可進一步包含佈線層。佈線可在胞元之間路由。因此，佈線層可包括上文所描述佈線路由554。佈線層可連接至遠離孔徑之胞元之電路系統(例如，與單個半導體元件及單個基於電荷的元件有關)，例如藉由如上文所描述之胞元陣列界定。佈線層可包含連接不同胞元的佈線之間的屏蔽。舉例而言，佈線層可包含如在 圖 13中所示及上文關於 圖 13所描述之屏蔽配置。胞元可僅經由佈線層之佈線彼此連接。佈線層可形成在胞元之間及其周圍。佈線層及電路層可一起形成單層部分。(在分層部分內，佈線及電路系統可佔用與CMOS架構准許的一樣多的CMOS層)，替代地佈線層及電路系統層可各自具有其特有各別分層部分。佈線層可形成胞元陣列之胞元之間的胞元的連接。佈線層可外部連接胞元，以使得偵測器之偵測信號可自胞元傳輸至外部連接，朝向用於處理偵測信號的處理器。每一胞元之電路及佈線一般係隔離的；亦即，胞元彼此電絕緣。佈線層將相關聯的偵測器連接至用於以降低偵測信號中斷風險的方式自偵測器陣列傳輸偵測信號的資料路徑。外部傳輸偵測信號的導線被隔離以防止串擾。佈線層及/或電路系統層可例如單獨或一起形成基板中之單體分層部分，該單體分層部分經組態以連接至偵測器陣列中之每一偵測器。

如上文關於單個偵測器所描述，基於電荷的元件620可更靠近於偵測表面。因此，電荷偵測器層可比對應的半導體元件層更靠近於偵測器陣列之偵測表面。每一基於電荷的元件620可與對應的半導體元件610之至少一部分重疊。在一實施例中，重疊係大體上完全的，如在 圖 17中所示。因此，可基於如 圖 14中所示的偵測器來提供陣列。在另一實施例中，可僅存在部分重疊。在此狀況下，偵測表面可由電荷偵測器層及半導體偵測器層提供。因此，可基於如 圖 15中所示的偵測器600來提供陣列。在另一實施例中，可不存在任何重疊。在此狀況下，偵測表面可由電荷偵測器層及半導體偵測器層提供。因此，陣列可基於如 圖 16中所示之偵測器來提供。

上文所描述之任何偵測器可作為帶電粒子裝置之一部分提供，用於評估工具以偵測來自樣本之帶電粒子。

帶電粒子裝置可為單束裝置，例如關於 圖 9所描述的，儘管其他組態可用於提供單射束裝置。帶電粒子裝置可包含(例如物鏡總成132之)物鏡，該物鏡經組態以將帶電粒子之初級射束投射至樣本208上。可如上文所描述組態物鏡。較佳地，在物鏡中界定用於初級射束的孔徑，並且在偵測器600之基板中界定與物鏡中之孔徑對準的孔徑。儘管如上文所描述，偵測器600可設置至初級射束之一側，使得偵測器不具有穿過偵測器形成的孔徑。在此狀況下，偵測器600仍可與初級射束對準，例如藉由定位於帶電粒子裝置中緊接近於初級射束以便偵測自樣本發射之信號粒子。

帶電粒子裝置中使用之偵測器可如上述實施例及變化形式中之任一者中所描述。

帶電粒子裝置中使用之偵測器可包含經組態以偵測高於第一能量臨限值之信號粒子的第一偵測器元件及經組態以偵測低於第二能量臨限值之信號粒子的第二偵測器元件。在此情況下，偵測器可接近樣本，且可包含半導體元件。因此，兩種不同類型的偵測器可設置成靠近於樣本，其中偵測器600至少包含半導體元件。偵測器接近樣本係有益的，此係因為在此位置處，較低信號粒子與較高信號粒子之間的能量差將大於更遠的上游(朝向源)。在此位置處，能量差之量值可處於其最大值。在配置中，能量的比例處於其最大值。此假設信號粒子大體上未朝向偵測器加速。然而，可存在施加以將信號粒子加速朝向偵測器的電位差，此將在下文進一步描述。

如上文所描述，通常可預期有效的第一及第二能量臨限值係不同的，因為第一偵測器元件與第二偵測器元件之間的層中的能量損失。

第一偵測器元件可為上文詳細所描述之半導體元件。第二偵測器元件可為上文詳細描述之基於電荷的元件。

帶電粒子裝置可為多射束裝置，例如如關於 圖 3及 圖 8所描述，儘管其他組態可用於提供多射束裝置。帶電粒子裝置可包含物鏡陣列241，其經組態以將帶電粒子之複數個子射束以多射束陣列的形式投射至樣本208上。可如上文所描述組態物鏡陣列241。帶電粒子裝置可包含如上文所描述之偵測器陣列，或包含如上文所描述之偵測器陣列的偵測器系統。較佳地，在物鏡陣列中為每一子射束界定孔徑，且在偵測器陣列之每一偵測器中界定孔徑。較佳地，至少一個偵測器陣列之孔徑與物鏡陣列241中界定之孔徑對準。

偵測器可與物鏡陣列241相關聯。例如，偵測器可在結構上連接至物鏡陣列241。因此，偵測器可定位於物鏡上、附接或直接連接至該物鏡。具體地，偵測器可與物鏡陣列241之電極板之主表面相關聯。因此，偵測器可在結構上連接至物鏡陣列241之電極。偵測器可定位成與物鏡陣列241之最下游電極毗鄰，或在結構上連接至該最下游電極。偵測器600可定位成與物鏡陣列241之最下游電極之下游表面毗鄰或在結構上連接至該下游表面。偵測器可定位成物鏡陣列241之最上游電極毗鄰或在結構上連接至該最上游電極。若偵測器為偵測器陣列之一部分，則偵測器陣列及/或偵測器系統可與如本文中所描述之物鏡陣列241相關聯。

偵測器600可定位於帶電粒子裝置中之任何適當位置中。偵測器可提供裝置之表面。較佳地，該裝置之表面經組態以面向樣本。較佳地，偵測器接近樣本。較佳地，偵測器與樣本毗鄰。較佳地，偵測器與樣本直接毗鄰並且在偵測器與樣本之間不存在任何其他組件。提供接近樣本的偵測器係有益的，此係因為此改良偵測器元件處同時對較低及較高能量的信號粒子的總體偵測效率。偵測器600可沿著初級射束320之路徑設置在物鏡陣列241之上游。若偵測器600係偵測器陣列之一部分，則偵測器陣列及/或偵測器系統可如本文中所描述定位。

該裝置可經組態以施加樣本208與偵測器陣列之間的電位差，例如施加至偵測器陣列之至少一部分，例如施加至至少一偵測器，例如施加至諸如基於電荷的元件及/或基於半導體的元件之偵測器之至少一部分。電位差可被稱為偏壓電壓。舉例而言，電位可相對較小。舉例而言，樣本208與偵測器陣列之間的電位差可為大約50 V-300 V。偵測器陣列可比樣本更正。因此，電位差可用於將信號粒子吸引至偵測器陣列。與較低能量的信號粒子(例如，最大能量大約為50 eV的次級信號粒子)及較高能量的信號粒子(例如，具有達到keV或更高的著陸能量的最大能量)之間的能量差相比，此類加速電壓(例如，大約50 V至300V)較小。應注意，小的電位差將往往對較低能量的粒子產生更大的影響，諸如對應於次級信號粒子的彼等粒子。當然，相同的電位可施加至單個偵測器，例如當作為單射束裝置之一部分提供時。

上文所描述之偵測器的任何組態可具有施加以吸引信號粒子的電位差，此可為有益的，如上文所描述。應注意，使用此電位差對於偵測器之組態特別有利，其中基於電荷的元件部分地覆蓋半導體元件，如在 圖 15中所示，或提供如在 圖 16中提供內環。在此狀況下，由於樣本與偵測器之間所得場，較低能量的信號粒子(例如次級信號粒子)可向上加速。此可意指較低能量的信號粒子主要命中(或僅命中)形成為同心偵測器之內環的基於電荷的元件621。因此，僅在此內環上使用基於電荷的元件可為有利的，此係因為此減少由基於電荷的元件中之較大能量的信號粒子(例如反向散射信號粒子)產生的電荷並降低了雜訊。

在偵測器600之配置中，第一及第二元件中之至少一個者為基於電荷的偵測器或半導體偵測器。例如偵測器660之基板可包含層，該等層包含不同層中之第一及第二元件。偵測器進一步包含在基於電荷的元件與半導體元件之間的電絕緣元件。偵測器可包含兩個電荷偵測器元件，其經組態以偵測不同的信號粒子並同時偵測。替代地或另外地，偵測器可包含基於電荷的元件及半導體元件並且經組態以使得半導體元件及基於電荷的元件同時偵測。

在此類偵測器配置中，在基板中界定孔徑，用於帶電粒子射束從中通過。第一能量臨限值可對應於反向散射臨限值能量。第二能量臨限值可對應於第二臨限值能量。第一能量臨限值及第二能量臨限值大體上相同或具有偏移。至少一個基於電荷的元件包含金屬層。電絕緣通孔經組態以將基於電荷的元件連接至偵測器電路系統。基於電荷的元件及半導體元件各自為與偵測器之主表面大體上共面的層之至少一部分。基於電荷的元件及半導體元件各自為沿著射束路徑堆疊結構之層之至少一部分。偵測器陣列可包含複數個此類偵測器；偵測器包含在共同基板中。每一偵測器可對應於多射束陣列之各別子射束。複數個偵測器中之孔徑用於子射束的通過。此類偵測器及偵測器陣列可具有本文中所描述之偵測器及偵測器陣列的其他實施例的特徵。

在帶電粒子裝置之實施例中，該帶電粒子裝置可用於多射束評估系統(或評估工具)，該多射束評估系統經組態以偵測來自樣本之帶電粒子。該裝置包含例如本文中所揭示之物鏡及例如本文中所揭示的偵測器。物鏡陣列可經組態以將複數個帶電粒子射束投射至樣本上。偵測器可接近樣本。在偵測器中界定複數個孔徑，用於射束朝向樣本的路徑。在一實施例中，偵測器包含第一偵測器層及第二偵測器層。第一偵測器層可為第一元件。第二偵測器層可為第二元件。第一偵測器層可經組態以偵測高於第一能量臨限值(例如高於反向散射臨限值能量)之信號粒子。第二偵測器層可經組態以偵測低於第二能量臨限值(例如低於次級臨限值能量)的信號粒子。第一及第二偵測器層中之至少一者係基於電荷的偵測器或半導體偵測器。第二偵測器層及第一偵測器層經組態以同時偵測。

本發明可亦提供一種使用如上文所描述之任何偵測器、偵測器陣列或帶電粒子裝置來偵測信號粒子的方法。

在一實施例中，提供一種將帶電粒子射束投射至樣本208上以便偵測自樣本208發射之信號粒子的方法。該方法包含將射束沿著初級射束路徑投射至樣本208之表面上。該方法包含在半導體元件及基於電荷的元件處同時偵測自樣本發射之信號粒子。

在一實施例中，提供一種將帶電粒子射束投射至樣本208上以便偵測自樣本208發射之信號粒子的方法。該方法包含將射束沿著初級射束路徑投射至樣本之表面上。該方法進一步包含在偵測器處偵測自樣本發射之信號粒子，該偵測器接近樣本並包含半導體元件，該偵測包含同時偵測在第一偵測器元件處高於第一能量臨限值之信號粒子及第二偵測器元件處低於第二能量臨限值之信號粒子。

在一實施例中，提供一種將帶電粒子之複數個子射束投射至樣本208上以便偵測自樣本208發射之信號粒子的方法。該方法包含將子射束沿著初級子射束路徑投射至樣本208之表面上。該方法進一步包含在偵測器陣列處偵測自樣本發射之信號粒子，偵測器陣列接近樣本且包含偵測器，該偵測器包含對應於每一子射束的半導體元件，偵測器包含第一偵測器元件及第二偵測器元件，偵測包含藉由信號粒子之每一偵測器同時偵測對應第一偵測器元件處高於第一能量臨限值之信號粒子及第二偵測器元件處低於第二能量臨限值之信號粒子。

在一實施例中，提供一種將帶電粒子射束投射至樣本上以便偵測自樣本208發射之信號粒子的方法。該方法包含提供根據任何上文所描述之實施例或變化形式的裝置。該方法進一步包含使用物鏡將帶電粒子射束投射至樣本；及使用半導體元件610及基於電荷的元件620同時偵測所得信號粒子。

在本說明書中，將理解帶電粒子/信號粒子通常旨在為電子或其他帶負電粒子。然而，與上述相反，帶電粒子/信號粒子可為帶正電粒子，例如離子。因此，可提供初級離子射束。使用初級離子射束，可自樣本發射次級離子，該次級離子可由基於電荷的元件620偵測。然而，此亦將同時產生帶負電粒子，例如次級電子。因此，使用此基於電荷的元件620所累積的電荷將為帶正電及帶負電粒子產品的混合，此將使帶電量測不可靠。然而，在基於電荷的元件620上面具有正偏壓或負偏壓將使選擇電荷極性之一成為可能。由於材料中離子的範圍比電子小得多，因此反向散射離子需要大得多的動能才能到達半導體元件610。因此，並非所有反向散射離子將使其到達該偵測器組件。為改良反向散射離子的偵測，可將基於電荷的元件620做得更薄。在使用離子而不是帶負電粒子的情況下，那麼上文提及的任何偏壓框為相反的，例如應該使用正偏壓而非負偏壓，且反之亦然。

術語「子射束」及「小射束」在本文中可互換使用且皆理解為涵蓋藉由分開或分裂父層輻射射束而自父層輻射射束導出的任何輻射射束。術語「操縱器」用於涵蓋影響子射束或小射束路徑的任何元件，諸如透鏡或偏轉器。對沿著射束路徑或子射束路徑對準的元件的引用被理解為意指各別元件沿著射束路徑或子射束路徑定位。對光學器件的引用被理解為意指電子光學器件。

雖然描述及圖式針對電子光學系統，但應瞭解，實施例不用於將本揭示內容限制於特定的帶電粒子。因此，貫穿本文件的對電子的引用可更一般而言被認為係對帶電粒子的引用，其中帶電粒子不一定係電子。帶電粒子光學裝置可為帶負電粒子裝置。帶電粒子光學裝置可另外被稱為電子光學裝置。應理解，電子為特定的帶電粒子，並且可適當地替代整個申請案中引用的帶電粒子的所有實例。舉例而言，源可專門提供電子。在整個說明書中引用的帶電粒子可具體地為帶負電粒子。

帶電粒子光學裝置可更具體地定義為帶電粒子光學柱。換言之，該裝置可設置為一柱。該柱因此可包含如上文所描述之物鏡陣列總成。該柱因此可包含如上文所描述之帶電粒子光學系統，例如包含物鏡陣列及視情況偵測器陣列及/或視情況聚光透鏡陣列。

上文所描述之帶電粒子光學裝置至少包含物鏡陣列240。帶電粒子光學裝置可包含偵測器陣列241。帶電粒子光學裝置可包含控制透鏡陣列250。包含物鏡陣列及偵測器陣列的帶電粒子光學裝置因此可與物鏡陣列總成互換並被稱為物鏡陣列總成，該物鏡陣列總成可視情況包含控制透鏡陣列250。帶電粒子光學裝置可包含關於 圖 3及/或 圖 8中之任一者所描述之額外組件。因此，若在此等圖中包含額外組件，則帶電粒子光學裝置可與帶電粒子評估工具40及/或帶電粒子光學系統互換並被稱為帶電粒子評估工具及/或帶電粒子光學系統。

根據本發明之實施例的評估工具可為對樣本進行定性評估(例如通過/失敗)的工具、對樣本進行定量量測(例如特徵之大小)的工具或產生樣本之映圖之影像的工具。評估工具之實例係檢測工具(例如，用於識別缺陷)、審查工具(例如，用於分類缺陷)及計量工具，或能夠執行與檢測工具、審查工具或計量工具(例如，計量-檢測工具)相關聯的評估功能性之任一組合的工具。帶電粒子射束工具40 (其可為帶電粒子光學柱)可為評估工具之組件；諸如檢測工具或計量-檢測工具，或電子射束微影工具之一部分。本文中對工具的任何引用旨在涵蓋裝置、設備或系統，該工具包含各種組件，該等組件可搭配或可不搭配，且其甚至可位於單獨的空間中，尤其係例如用於資料處理元件。

對可控制以某一方式操縱帶電粒子射束的組件或組件或元件之系統的引用包括組態控制器或控制系統或控制單元以控制組件以所描述之方式操縱帶電粒子射束，以及視情況使用其他控制器或裝置(例如電壓供應及/或電流供應)來控制組件以此方式操縱帶電粒子射束。例如，電壓供應可電連接至一或多個組件以向組件施加電位，諸如在非限制性清單中包括控制透鏡陣列250、物鏡陣列241、聚光透鏡231、校正器、準直器元件陣列271、偵測器陣列240、載物台209 (因此例如樣本207)及掃描偏轉器陣列260；此類電壓供應可在控制器或控制系統或控制單元的控制下。電壓供應可例如相對於樣本207向偵測器(或偵測器陣列)之至少一部分施加諸如偏壓電壓的電位差。此類偏壓電壓可例如由例如控制器50之控制系統來控制。諸如載物台之可致動組件可為可控的，以使用一或多個控制器、控制系統或控制單元來致動並因此相對於諸如射束路徑的另一組件移動以控制組件的致動。

在本文中所描述之實施例可採取沿著射束或多射束路徑配置成陣列的一系列孔徑陣列或帶電粒子光學元件的形式。此類帶電粒子光學元件可為靜電的。在一實施例中，所有帶電粒子光學元件(例如自射束限制孔徑陣列至樣本之前的子射束路徑中之最後一帶電粒子光學元件)可為靜電的及/或可為呈孔徑陣列或板陣列形式。在一些配置中，帶電粒子光學元件中之一或多者被製造為微機電系統(MEMS) (亦即，使用MEMS製造技術)。

至少在 圖 3及 圖 8中所描述且如上文所描述之此類架構的系統或裝置可包含諸如上游限制器、準直器元件陣列271、控制透鏡陣列250、掃描偏轉器陣列260、物鏡陣列241、射束整形限制器及/或偵測器陣列240等組件；存在的此等元件中之一或多者可藉由諸如陶瓷或玻璃隔板的隔離元件連接至一或多個毗鄰元件。

電腦程式可包含用以指示控制器50執行以下步驟的指令。控制器50控制帶電粒子射束設備向樣本208投射帶電粒子射束。在一實施例中，控制器50控制至少一個帶電粒子光學元件(例如，多個偏轉器或掃描偏轉器260、265的陣列)以對帶電粒子射束路徑中之帶電粒子射束進行操作。另外或替代地，在一實施例中，控制器50控制至少一個帶電粒子光學元件(例如，偵測器陣列240)以回應於帶電粒子射束對自樣本208發射的帶電粒子射束進行操作。

任何元件或元件集合在帶電粒子射束工具40內可為可更換的或現場可更換的。帶電粒子射束工具40中之一或多個帶電粒子光學組件，尤其對子射束進行操作或產生子射束的彼等組件，諸如孔徑陣列及操縱器陣列，可包含一或多個MEMS。

雖然已結合各種實施例描述本發明，但彼等熟習此項技術者在考慮本說明書及實踐本文所揭示本發明後可明瞭本發明之其他實施例。意欲將本說明書及實例僅視為例示性的，其中本發明之真正範疇及精神係由以下申請專利範圍及條項指示。

提供了以下條項：條項1：一種用於一評估工具之一帶電粒子裝置以偵測來自一樣本之信號粒子的偵測器，該偵測器包含一基板或包含在一基板中，該基板包含：一半導體元件，其經組態以偵測高於一第一能量臨限值之信號粒子；及一基於電荷的元件，其經組態以偵測低於一第二能量臨限值之信號粒子，期望地該帶電粒子裝置經組態以將一帶電粒子射束投射至該樣本，期望地該偵測器經組態以偵測該等所得信號粒子，期望地該等所得信號粒子包含超過該第一能量臨限值之該等信號粒子且期望地該等所得信號粒子包含低於該第二能量臨限值之該等信號粒子。

條項2：如條項1之偵測器，其中在該基板中界定一孔隙，用於一帶電粒子射束(或該等各別帶電粒子子射束)從中通過。

條項3：如條項1或2之偵測器，其進一步包含在該基於電荷的元件與該半導體元件之間的一電絕緣元件。

條項4：如條項1至3中任一項之偵測器，其中該第一能量臨限值對應於一反向散射臨限值能量。

條項5：如任一前述條項之偵測器，其中該第二能量臨限值對應於一次級臨限值能量。

條項6：如任一前述條項之偵測器，其中該第一能量臨限值及該第二能量臨限值大體上相同或具有一偏移。

條項7：如前述條項中任一項之偵測器，其中該基於電荷的元件包含一金屬層。

條項8：如前述條項中任一項之偵測器，其進一步包含一電絕緣通孔，其經組態以將該基於電荷的元件連接至偵測器電路系統，較佳地，該基板包含一電路系統層，該電路系統層包含該偵測器電路系統。

條項9：如條項8之偵測器，其中該電絕緣通孔延伸穿過該半導體元件之至少一部分。

條項10：如前述條項中任一項之偵測器，其中該半導體元件包含在一p-i-n區域之兩側上之一上部金屬層及一下部金屬層。

條項11：如條項10之偵測器，其中該下部金屬層亦為該基於電荷的元件之一部分。

條項12：如條項10或11之偵測器，其中該上部金屬觸點連接至偵測器電路系統，該偵測器電路系統較佳地包含在該基板中之一電路系統層中。

條項13：如前述條項中任一項之偵測器，其中該基於電荷的元件及該半導體元件各自為與該偵測器之主表面大體上共面之層的至少一部分，且該等層包含在一堆疊結構中，該堆疊結構包含在沿該偵測器之一厚度方向堆疊的該偵測器中。

條項14：如前述條項中任一項之偵測器，其中該基於電荷的偵測器元件在大體上該整個半導體元件上方形成一層。

條項15：如前述條項中任一項之偵測器，其中該基於電荷的元件比該半導體元件更靠近於一偵測器表面(或一個別偵測器表面)，較佳地，該基於電荷的元件提供該偵測器表面(或該個別偵測器表面)之至少一部分。

條項16：如條項1至12中任一項之偵測器，其中該基於電荷的元件及該半導體元件在剖面中彼此毗鄰定位，較佳地，該基於電荷的元件提供該偵測器表面之至少一部分(或該個別偵測器表面)並且該半導體元件提供該偵測器表面(或該個別偵測器表面)之至少一部分。

條項17：如條項16之偵測器，其中該基於電荷的元件及該半導體元件各自包含較佳同心且彼此徑向分開的一環孔。

條項18：如條項16或17之偵測器，其中該基於電荷的元件及該半導體元件各自包含較佳地成角度地分開的扇區。

條項19：如任一前述條項之偵測器，其中該基於電荷的元件具有大約100 nm或更小的一厚度，較佳大約10 nm至100 nm。

條項20：如任一前述條項之偵測器，其中基於電荷的元件連接至較佳地在一電路系統層中之一跨阻抗放大器及/或該半導體元件連接至較佳地在一電路系統層中之一跨阻抗放大器及/或進一步包含定位於該基於電荷的元件與該半導體元件之間的一屏蔽層660，較佳地其中電絕緣部分在該基於電荷的元件與該屏蔽層之間以及在該半導體元件與該屏蔽層之間。

條項21：一種用於一帶電粒子裝置的偵測器，該偵測器包含一基板，該基板包含：一第一元件，其經組態以偵測高於一第一能量臨限值之信號粒子；及一第二元件，其經組態以偵測低於一第二能量臨限值之信號粒子，其中該等第一及第二元件中之至少一者為一基於電荷的偵測器或一半導體偵測器。

條項22：如條項21之偵測器，其中該基板包含在不同層中包含該等第一及第二元件之層及/或該偵測器進一步包含在該基於電荷的元件與該半導體元件之間的一電絕緣元件。

條項23：如條項21或22之偵測器，其中該偵測器包含兩個電荷偵測器元件，該兩個電荷偵測器元件經組態以偵測不同的信號粒子並同時地偵測。

條項24：如條項21至23中任一項之偵測器，其中該偵測器包含一基於電荷的元件及一半導體元件並且經組態使得該半導體元件及該基於電荷的元件同時偵測。

條項25：如條項21至24之偵測器，其中在該基板中界定一孔隙以供一帶電粒子射束從中通過。

條項26：如條項21至25中任一項之偵測器，其中該第一能量臨限值對應於一反向散射臨限值能量。

條項27：如條項21至26中任一項之偵測器，其中該第二能量臨限值對應於一第二臨限值能量。

條項28：如條項21至27中任一項之偵測器，其中該第一能量臨限值及該第二能量臨限值大體上相同或具有一偏移。

條項29：如條項21至28中任一項之偵測器，其中該基於電荷的元件中之至少一者包含一金屬層。

條項30：如條項21至29中任一項之偵測器，其進一步包含一電絕緣通孔，其經組態以將該基於電荷的元件連接至偵測器電路系統。

條項31：如條項21至30中任一項之偵測器，其中該基於電荷的元件及該半導體元件各自為與該偵測器之該主表面大體上共面並且沿著該射束路徑之堆疊結構的層之至少一部分。

條項32：如條項21至31中任一項之偵測器，其中該偵測器包含在一共同基板中，每一偵測器對應於一多射束陣列之一各別子射束，該複數個偵測器之該等孔隙用於該等子射束通過。

條項33：一種偵測器陣列，其包含複數個根據任一條項之偵測器，其中該等偵測器包含在一共同基板中，每一偵測器對應於一各別子射束，較佳地：a)每一偵測器之該半導體元件在該基板之一共同半導體層中；b)每一偵測器之該基於電荷的元件位於該基板之一共同基於電荷的層中；c)每一偵測器之該電路系統層包含在該基板之一共同電路系統層中；d)每一偵測器之該基於電荷的元件與該半導體元件之間的該電絕緣元件在該基板之一共同電絕緣層中；e)該偵測器配置成一陣列，其在配置中對應於該多射束陣列之該子射束陣列，其中該配置可為一六角形或直線網格；及/或f)該複數個偵測器之孔徑用於一多射束陣列之子射束通過。

條項34：一種用於一評估工具之一多射束帶電粒子裝置中以偵測來自一樣本之信號粒子的偵測器陣列，該偵測器陣列包含至少一個基板，其中界定複數個孔徑，用於使朝向一樣本的帶電粒子射束之該複數個子射束從中通過，該基板包含：複數個半導體元件，其經組態以偵測高於一第一能量臨限值之信號粒子；及複數個基於電荷的元件，其經組態以偵測低於一第二能量臨限值之信號粒子，其中每一半導體元件與該等基於電荷的元件中之對應者相關聯。

條項35：如條項34之偵測器陣列，其中該基板包含一半導體偵測器層，該半導體偵測器層包含該複數個半導體元件。

條項36：如條項34或35之偵測器陣列，其中該基板包含一帶電偵測器層，該帶電偵測器層包含該複數個基於電荷的元件。

條項37：如條項36之偵測器陣列，其中該基於電荷的元件包含一金屬層。

條項38：如條項36或37之偵測器陣列，其中該電荷偵測器層比該對應半導體元件更靠近於該偵測器陣列之一偵測表面，該偵測表面係該偵測器陣列之用於使該等信號粒子通過至該半導體元件或該基於電荷的元件之該表面。

條項39：如條項36至38中任一項之偵測器陣列，其中該等基於電荷的元件中之一者與該對應半導體元件之至少一部分重疊，較佳地，該重疊係大體上完全的。

條項40：如條項36至38中任一項之偵測器陣列，其中基於電荷的元件及該半導體元件定位為彼此毗鄰，例如在剖面中。

條項41：如前述條項中任一項之偵測器，該基板進一步包含在該等基於電荷的元件與該等半導體元件之間的一電絕緣元件。

條項42：如前述條項中任一項之偵測器陣列，該基板進一步包含一電路系統層，該電路系統層包含複數個胞元，該複數個胞元包含與該基於電荷的元件及/或該等半導體元件相關聯的電路系統。

條項43：如條項42之偵測器陣列，其進一步包含用於每一胞元的一或多個通孔，將該各別基於電荷的元件及/或該各別半導體元件連接至該胞元之該電路系統。

條項44：如條項43之偵測器陣列，其中該電路系統層包含在每一胞元中之一跨阻抗放大器及/或一類比轉數位轉換器，視情況用於該對應胞元之該各別基於電荷的元件及/或該各別半導體元件中之每一者。

條項45：如條項44之偵測器陣列，其進一步包含一佈線層，其中該佈線層包含連接遠離該複數個孔徑之該胞元之該電路系統的佈線

條項46：如條項45之偵測器陣列，其中該佈線在胞元之間路由。

條項47：如條項45或46之偵測器陣列，其中該佈線包含在連接不同胞元的佈線之間的屏蔽。

條項48：一種用於一多射束評估系統以偵測來自一樣本之帶電粒子的帶電粒子裝置，該裝置包含：一物鏡陣列，其經組態以將複數個帶電粒子射束投射至一樣本上；及一偵測器，其接近該樣本，且其中界定複數個孔徑，用於該等射束朝向該樣本的路徑，該偵測器包含：用於偵測高於一第一能量臨限值之信號粒子的一第一偵測器層及用於偵測低於一第二能量臨限值之信號粒子的一第二偵測器層，其中該等第一及第二偵測器層中之至少一者係一基於電荷的偵測器或一半導體偵測器及/或該第二偵測器層及該第一偵測器層經組態以同時偵測。

條項49：一種用於一評估工具以偵測來自一樣本之信號粒子的帶電粒子裝置，該裝置包含：一物鏡，其經組態以將帶一電粒子射束投射至一樣本上；及如條項1至32中任一項之一偵測器。

條項50：如條項49之帶電粒子裝置，其中在該物鏡中界定用於該射束的一孔徑，且在該偵測器之該基板中界定與該物鏡中之該等孔徑對準的一孔徑。

條項51：一種用於一評估工具以偵測來自一樣本之信號粒子的帶電粒子裝置，該裝置包含：一物鏡陣列，其經組態以將帶電粒子之複數個子射束投射至一多射束陣列中之一樣本上，且其中為每一子射束界定孔徑；及一偵測器系統，其包含至少一個如條項19至47中任一項之偵測器陣列，其中該至少一個偵測器陣列之該等孔徑與界定在該物鏡陣列中之該等孔徑對準。

條項52：如條項51之帶電粒子裝置，其中該偵測器系統之至少一個偵測器在結構上連接至該物鏡。

條項53：如條項51或52之帶電粒子裝置，其中至少一個偵測器與該物鏡之一電極板之一主表面相關聯。

條項54：如條項49至53中任一項之帶電粒子裝置，其中至少一個偵測器提供該裝置之一表面，較佳地經組態以面向一樣本及/或使得該偵測器(或該至少一個偵測器)接近該樣本。

條項55：如條項49至54中任一項之帶電粒子裝置，其中沿著該物鏡之該複數個子射束之該路徑在上游提供至少一個偵測器。

條項56：一種用於一評估工具以偵測來自一樣本之帶電粒子的帶電粒子裝置，該裝置包含：一物鏡，其經組態以將一帶電粒子射束投射至一樣本上，且其中為該射束界定一孔徑；及一偵測器，其接近該樣本並界定與該物鏡之該孔徑對準的一孔徑，該偵測器同時包含經組態以偵測高於一第一能量臨限值之信號粒子的一第一偵測器元件及經組態以偵測低於一第二能量臨限值之信號粒子的一第二偵測器元件，其中該偵測器包含一半導體元件。

條項57：如條項56之帶電粒子裝置，其中該第一偵測器元件包含該半導體元件。

條項58：如條項56或57中任一項之帶電粒子裝置，其中該第二偵測器元件包含一基於電荷的偵測器元件。

條項59：如條項58之帶電粒子裝置，其中該偵測器係如條項1至32中任一項。

條項60：如條項49至59中任一項之帶電粒子裝置，該裝置經組態以在該樣本與該偵測器之間施加一電位差。

條項61：如條項60之帶電粒子裝置，其中該樣本與該偵測器之間的該電位差為大約50 V至300 V。

條項62：如條項60或61中任一項之帶電粒子裝置，其中該偵測器比該樣本更正。

條項63：如條項48至62中任一項之帶電粒子裝置，其進一步包含一電壓供應，其經組態以電連接至一或多個組件以向該等組件施加電位，期望地進一步包含經組態以控制該電壓供應之一控制器。

條項64：如條項63之帶電粒子裝置，其中該電壓供應經組態以將一偏壓電壓施加至該偵測器(或該偵測器陣列)之至少一部分，期望地該偵測器例如在該偵測器(或偵測器陣列)與該樣本之間。

條項65：一種帶電粒子評估工具，其包含如條項48至64中任一項之帶電粒子裝置，期望地該帶電粒子評估工具用於藉由使用一帶電粒子裝置偵測來自一樣本之信號粒子來進行評估，該帶電粒子裝置用於將帶電粒子之一多射束投射朝向一樣本。

條項66：如條項65之評估工具包含經組態以支撐一樣本的一載物台，期望地該載物台包含經組態以固持一樣本之一樣本架。

條項67：一種將一帶電粒子射束投射至一樣本上以便偵測自該樣本發射之信號粒子的方法，該方法包含：a)將該射束沿著一初級射束路徑投射至該樣本之一表面上；及b)在一半導體元件處且在一基於電荷的元件處同時偵測自該樣本發射的該等信號粒子。

條項68：一種將一帶電粒子射束投射至一樣本上以便偵測自該樣本發射之信號粒子的方法，該方法包含：a)將該射束沿著一初級射束路徑投射至該樣本之一表面上；及b)在一偵測器處偵測自該樣本發射之該等信號粒子，該偵測器接近該樣本且包含一半導體元件，該偵測包含同時偵測在一第一偵測器元件處高於一第一能量臨限值之信號粒子及一第二偵測器元件處低於一第二能量臨限值之信號粒子。

條項69：一種將帶電粒子之複數個子射束投射至一樣本上以便偵測自該樣本發射之信號粒子的方法，該方法包括：a)將該等子射束沿著初級子射束路徑投射至該樣本之一表面上；及b)在一偵測器陣列處偵測自該樣本發射之該等信號粒子，該偵測器陣列接近該樣本且包含一偵測器，該偵測器包含對應於每一子射束的一半導體元件，該偵測器包含一第一偵測器元件及一第二偵測器元件，該偵測包含藉由每一偵測器同時偵測該對應第一偵測器元件處高於一第一能量臨限值之信號粒子及該第二偵測器元件處低於一第二能量臨限值之信號粒子。

條項70：一種將一帶電粒子射束投射至一樣本上以便偵測自該樣本發射之信號粒子的方法，該方法包含：提供如條項48至53中任一項之一裝置；使用該物鏡將一帶電粒子射束投射至該樣本；使用該半導體元件及該基於電荷的元件同時偵測該等所得信號粒子。

10:主腔室 20:裝載鎖定腔室 30:設備前端模組(EFEM) 30a:第一裝載埠 30b:第二裝載埠 40:帶電粒子射束工具 50:控制器 100:帶電粒子射束檢測設備 122:槍孔徑 125:射束限制孔徑 126:聚光透鏡 132a:極片 132b:控制電極 132c:偏轉器 132d:勵磁線圈 135:柱孔徑 144:帶電粒子偵測器 148:第一四極透鏡 158:第二四極透鏡 201:帶電粒子源 202:初級帶電粒子射束 207:樣本架 208:樣本 209:機動載物台 211:子射束 212:子射束 213:子射束 220:子射束路徑 221:探測點 222:探測點 223:探測點 230:投射設備 231:聚光透鏡 233:中間焦點 234:物鏡 235:偏轉器 240:偵測器陣列 241:物鏡陣列 242:電極 243:電極 245:孔徑陣列 246:孔徑陣列 250:控制透鏡陣列 260:掃描偏轉器陣列 265:大型掃描偏轉器 270:大型準直器 280:信號處理系統 290:電源 320:初級射束路徑 350:鏡面偵測器 370:上部偵測器 380:透鏡上面的偵測器 405:偵測器元件 405A:內部偵測部分 405B:外部偵測部分 405C:偵測部分 405D:偵測部分 405E:偵測部分 405F:偵測部分 406:射束孔徑 503:偵測器元件 550:胞元 552:胞元陣列 554:佈線路由 556:跨阻抗放大器 558:類比轉數位轉換器 559:數位信號線 560:偵測器元件 562:回饋電阻器區域 567:電容性數位轉類比轉換器 568:回饋電阻器 570:電路線 572:上部屏蔽層 574:下部屏蔽層 576:外部元件 578:中間屏蔽元件 600:偵測器 601:孔徑 610:半導體元件 611:p-i-n區域 611a:p-i-n層 612:上部金屬層 613:下部金屬層 620:基於電荷的元件 621:金屬層 622:電絕緣通孔 623:絕緣部分 630:電絕緣元件 630A:薄部分 630B:薄部分 640:電路系統層 641:偏壓 660:屏蔽元件 A:積分器 bs:位元串流 C _int:電容器 d:直徑 I _in:感測器電流 I _dac:參考電流 P:間距大小 R _dac:參考電阻器 vdd:參考電阻器 v2:電壓源 v3:電壓源 v4:電壓源 v5:電壓源 v6:電壓源 v7:電壓源 v8:電壓源

自結合附圖進行的對例示性實施例的描述，本揭示內容之上述及其他態樣將變得較顯而易見。

圖 1為說明例示性帶電粒子射束檢測設備的示意圖。

圖 2為說明作為 圖 1之例示性帶電粒子射束檢測設備之一部分的例示性多射束設備的示意圖。

圖 3為根據實施例之例示性多射束設備的示意圖。

圖 4為根據實施例之物鏡的示意性剖面圖。

圖 5為根據實施例之例示性帶電粒子光學裝置的示意圖。

圖 6A 及圖 6B示出偵測器之變化形式的仰視圖。

圖 7係物鏡的示意性剖面圖，該物鏡包含位於沿著射束路徑的各種位置中之偵測器。

圖 8為包含大型準直器及大型掃描偏轉器的例示性帶電粒子光學系統的示意圖。

圖 9為根據實施例之例示性單射束設備的示意圖。

圖 10A、 圖 10B 及圖 10C為根據實施例的偵測器陣列及相關聯胞元陣列的示意性表示、胞元陣列之胞元的示意性表示以及根據實施例的胞元陣列之胞元。

圖 11為根據實施例之另一例示性放大電路的電路圖。

圖 12為根據實施例之另一例示性放大電路的電路圖。

圖 13為示出根據實施例之電路線及屏蔽配置的剖面佈線路由的示意性表示。

圖 14為根據實施例之偵測器的剖面圖。

圖 15為根據實施例之偵測器的剖面圖。

圖 16為根據實施例之偵測器的剖面圖。

圖 17為根據實施例之偵測器陣列的剖面圖。

圖 18為根據 圖 17之變化形式的偵測器陣列的剖面圖。

諸圖為示意性的。示意圖及視圖示出下文所描述之組件。然而，圖中所描繪之組件並非按比例繪製。為了清楚起見放大圖式中之組件的相對尺寸。在以下圖式描述中，相同或相似的參考編號係指相同或相似的組件或實體，且僅描述相對於個別實施例的不同之處。

208:樣本

320:初級射束路徑

600:偵測器

601:孔徑

610:半導體元件

611:p-i-n區域

612:上部金屬層

613:下部金屬層

620:基於電荷的元件

621:金屬層

622:電絕緣通孔

630:電絕緣元件

640:電路系統層

Claims (15)

1. 一種帶電粒子評估工具，其用於藉由使用用於朝向一樣本投射帶電粒子之一多射束的一帶電粒子裝置偵測來自一樣本之信號粒子來進行評估，該評估工具包含一偵測器陣列，該偵測器陣列包含經組態以偵測來自一樣本之信號粒子的複數個偵測器，該複數個偵測器包含在一基板中，個別偵測器對應於一各別子射束，該基板之該等個別偵測器包含： 一半導體元件，其經組態以偵測高於一第一能量臨限值之信號粒子；及 一基於電荷的元件，其經組態以偵測低於一第二能量臨限值之信號粒子。
2. 如請求項1之帶電粒子評估工具，其中在該基板中界定一孔徑，用於該等各別帶電粒子子射束從中通過。
3. 如請求項1或2之帶電粒子評估工具，其進一步包含在該基於電荷的元件與該半導體元件之間的一電絕緣元件。
4. 如請求項1或2之帶電粒子評估工具，其中該第一能量臨限值對應於一反向散射臨限值能量。
5. 如請求項1或2之帶電粒子評估工具，其中該第二能量臨限值對應於一次級臨限值能量。
6. 如請求項1或2之帶電粒子評估工具，其中該第一能量臨限值及該第二能量臨限值大體上相同或具有一偏移。
7. 如請求項1或2之帶電粒子評估工具，其中該基於電荷的元件包含一金屬層。
8. 如請求項1或2之帶電粒子評估工具，其進一步包含一電絕緣通孔，其經組態以將該基於電荷的元件連接至偵測器電路系統，較佳地，該基板包含一電路系統層，該電路系統層包含該偵測器電路系統。
9. 如請求項1或2之帶電粒子評估工具，其中該半導體元件包含在一p-i-n區域之兩側上之一上部金屬層及一下部金屬層。
10. 如請求項9之帶電粒子評估工具，其中該下部金屬層亦為該基於電荷的元件之一部分，及/或其中該上部金屬觸點連接至偵測器電路系統，該偵測器電路系統較佳地包含在該基板中之一電路系統層中。
11. 如請求項1或2之帶電粒子評估工具，其中該基於電荷的元件及該半導體元件各自為與該偵測器之主表面大體上共面之層的至少一部分，且該等層包含在一堆疊結構中，該堆疊結構包含在沿該偵測器之一厚度方向堆疊的該偵測器中。
12. 如請求項1或2之帶電粒子評估工具，其中該基於電荷的偵測器元件在大體上該整個半導體元件上方形成一層。
13. 如請求項1或2之帶電粒子評估工具，其中該基於電荷的元件比該半導體元件更靠近於一個別偵測器表面，較佳地該基於電荷的元件提供該個別偵測器表面之至少一部分。
14. 如請求項1或2之帶電粒子評估工具，其中該基於電荷的元件及該半導體元件在剖面中彼此毗鄰定位，較佳地該基於電荷的元件提供該個別偵測器表面之至少一部分，且該半導體元件提供該個別偵測器表面之至少一部分。
15. 如請求項14之帶電粒子評估工具，其中該基於電荷的元件及該半導體元件各自包含較佳同心且彼此徑向分開的一環孔及/或其中該基於電荷的元件及該半導體元件各自包含較佳地成角度地分開的扇區。

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