TWI810601B - 偵測器基板、檢測設備及樣品評估方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種用於一帶電粒子多光束評估工具中以偵測來自一樣品之帶電粒子之一偵測器基板(或偵測器陣列)。該偵測器基板界定一多光束之各別帶電粒子束之光束路徑之一孔徑陣列。該偵測器基板包含：一感測器單元陣列。該感測器單元陣列中之一感測器單元與該孔徑陣列中之一對應孔徑鄰近。該感測器單元經組態以捕獲來自該樣品之帶電粒子。該偵測器陣列包含與該感測器單元陣列中之每一感測器單元相關聯且接近於該孔徑陣列中之該對應孔徑的一放大電路。該放大電路包含一轉阻放大器及/或一類比轉數位轉換器。
Description
本文中所提供之實施例大體上係關於一種偵測器基板，且更具體地係關於一種物鏡總成、一種使用多於一個帶電粒子束的帶電粒子束評估工具設備及一種評估樣品之方法。
在製造半導體積體電路(IC)晶片時，非所需圖案可在製造程序期間出現在基板(例如晶圓)或遮罩上，藉此降低良率。可由於例如光學效應及偶然粒子或諸如化學機械拋光之蝕刻、沈積的其他處理步驟而出現缺陷。因此，監測非所需圖案缺陷之程度為製造IC晶片之重要程序。更一般而言，基板或另一物件/材料之表面的檢測及/或量測為在其製造期間及/或之後的重要程序。
運用帶電粒子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技術，諸如掃描電子顯微鏡(SEM)。在SEM中，運用最終減速步驟定向在相對較高能量下之電子的初級電子束以便以相對較低的著陸能量著陸於樣品上。電子束經聚焦作為樣品或目標上之探測光點。探測光點處之材料結構與來自電子束之著陸電子之間的相互作用使得自表面發射電子，諸如次級電子、反向散射電子或俄
歇(Auger)電子。可自樣品之材料結構發射所產生的次級電子。
藉由在樣品表面上方掃描呈探測光點形式之初級電子束，可跨樣品之表面發射次級電子。藉由自樣品表面收集此等經發射次級電子，圖案檢測工具可獲得表示樣品之表面之材料結構的特性之影像。在此檢測中，收集到的次級電子由工具內之偵測器偵測。偵測器回應於偶然粒子而產生信號。在檢測樣品之區域時，信號包含經處理以產生對應於樣品之所檢測區域的檢測影像之資料。影像可包含像素。每一像素可對應於所檢測區域之一部分。通常，電子束檢測工具具有單個光束且可稱為單光束SEM。已嘗試引入工具中之多電子束檢測(或『多光束工具』)，其可稱為多光束SEM(MBSEM)。
通常需要改良偵測器性能及架構以使得能夠改良帶電粒子檢測設備之產出量及其他特性。
本文中所提供之實施例揭示一種用於帶電粒子束檢測設備中之偵測器基板。
根據本發明之第一態樣，提供一種用於帶電粒子多光束評估工具中以偵測來自樣品之帶電粒子的偵測器基板(或偵測器陣列)，該偵測器基板界定多光束之各別帶電粒子束之光束路徑的孔徑陣列，偵測器基板包含：感測器單元陣列，該感測器單元陣列中之感測器單元與孔徑陣列中之對應孔徑鄰近，且感測器單元經組態以捕獲來自樣品的帶電粒子，其中偵測器陣列(或偵測器基板)包含與感測器單元陣列中之每一感測器單元相關聯且接近於孔徑陣列中之對應孔徑的放大電路，該放大電路包含轉阻放大器及/或類比轉數位轉換器。
根據本發明之第二態樣，提供一種用於帶電粒子多光束評估工具中以偵測來自樣品之帶電粒子的偵測器基板，該偵測器基板界定多光束之各別帶電粒子束之光束路徑的孔徑陣列，偵測器基板包含：感測器單元陣列中之感測器單元，該感測器單元經組態以捕獲來自樣品的帶電粒子；晶胞陣列，該晶胞陣列中之晶胞與多光束的路徑之孔徑陣列中之孔徑相關聯且與感測器單元陣列中之感測器單元相關聯；及配線路線，其經組態以傳輸，例如收發來自相關聯晶胞至晶胞陣列之至少一個周界之間的相關聯感測器單元之信號，配線路線經組態以佈線於晶胞陣列中之其他晶胞之間。
根據本發明之第三態樣，提供一種用於帶電粒子多光束評估工具中以偵測來自樣品之帶電粒子的偵測器基板，該偵測器基板界定多波束之各別光束路徑之孔徑陣列，偵測器基板包含：感測器單元陣列中之感測器單元，該感測器單元經組態以捕獲來自樣品之帶電粒子；晶胞陣列，該晶胞陣列中的晶胞各自與孔徑陣列中之孔徑相關聯，及放大電路系統，其與晶胞陣列中之每一晶胞相關聯，放大電路系統包含可變放大器及類比轉數位轉換器。
根據本發明之第四態樣，提供一種用於多光束評估工具之物鏡總成，該物鏡總成包含：物鏡，其經組態以將複數個帶電粒子束投影至樣品上，其中在物鏡中界定朝向樣品之各別帶電粒子束之路徑的光束孔徑之陣列；及本發明之第一態樣至第三態樣中的任一者之偵測器基板。
根據本發明之第五態樣，提供一種使用本發明之第一態樣至第三態樣的偵測器基板或本發明之第四態樣的物鏡總成，使用帶電粒子之多光束來評估樣品之方法。
根據本發明之第六態樣，提供一種評估樣品之方法，其包含：朝向樣品投影帶電粒子之多光束；回應於帶電粒子的多光束而捕獲自樣品發射之帶電粒子；回應於捕獲帶電粒子而傳輸類比信號；使用放大器來放大類比信號；使用類比轉數位轉換器將類比信號轉換成數位信號；及控制放大器及類比轉數位轉換器之動態範圍。
本發明之其他優點將根據結合隨附圖式所進行之以下描述而變得顯而易見，在該等隨附圖式中藉助於說明及實例闡述本發明之某些實施例。
10:主腔室
20:裝載鎖定腔室
30:設備前端模組
30a:第一裝載埠
30b:第二裝載埠
40:電子束工具
40a:電子束工具
40b:電子束工具
40c:電子束工具
41:電子束工具
50:控制器/總控制系統
91:信號偵測器陣列
92:偵測器元件
93:開口
95:偏轉器陣列
96:磁偏轉器
97:靜電偏轉器
100:帶電粒子束檢測設備
110:光束孔徑
111:光束孔徑主體
201:電子源
202:初級電子束
203:初級光束交越
204:初級電子光軸
207:樣品固持器
208:樣品
209:機動載物台
210:聚光透鏡
211:初級子光束
212:初級子光束
213:初級子光束
220:源轉換單元
221:探測光點
222:探測光點
223:探測光點
230:主投影設備
231:物鏡
232:偏轉掃描單元
233:光束分離器
234:物鏡
235:偏轉器/準直儀
240:電子偵測器件/物鏡陣列/偵測器模組
241:偵測元件/偵測區域
242:偵測元件/偵測區域
243:偵測元件/偵測區域
250:輔助投影設備/控制透鏡陣列
251:次級電子光軸/控制透鏡
260:掃描偏轉器陣列
261:次級電子束/掃描偏轉器
262:次級電子束
263:次級電子束
265:巨型掃描偏轉器
270:巨型準直儀
271:槍孔徑板
300:設備/狹縫偏轉器
301:電子源
301S:源極交越
302:初級電子束
304:初級電子光軸
308:樣品
310:聚光透鏡
311:經偏轉子光束
312:經偏轉子光束
313:經偏轉子光束
320:源轉換單元
321:光束限制孔徑陣列/細光束限制孔徑陣列
322:影像形成元件陣列
322_1:微偏轉器
322_2:微偏轉器
322_3:微偏轉器
323:預彎曲微偏轉器陣列
323_1:預彎曲微偏轉器
323_2:預彎曲微偏轉器
323_3:預彎曲微偏轉器
324:像差補償器陣列
331:物鏡
372:預子光束形成孔徑陣列
391:探測光點
392:探測光點
393:探測光點
401:物鏡
402:偵測器模組
404:基板
405:捕獲電極
406:光束孔徑
407:邏輯層
408:配線層
409:矽穿孔
501:物鏡陣列
502:基板
503:感測器單元
504:光束孔徑
550:晶胞
552:晶胞陣列
554:配線佈線
556:跨阻放大器
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
564:無效區
565:轉阻放大器
566:外區
567:電容式數位轉類比轉換器
568:有效回饋電阻器
570:電路線
572:上部屏蔽層
574:下部屏蔽層
576:外元件
578:中間屏蔽元件
1211:子光束
1212:子光束
1213:子光束
1231:聚光透鏡
1233:中間焦點
1234:物鏡
1240:電子偵測器件
A:衰減器/積分器
bs:位元流
CF:電容器
Cint:電容器
Idac:參考電流
Iin:感測器電流
R:偽電阻器
Rf:回饋電阻器
Rdac:參考電阻器
Vout:輸出電壓
本發明之上述及其他態樣將根據結合隨附圖式所進行之例示性實施例之描述而變得更顯而易見。
圖1為說明例示性帶電粒子束檢測設備之示意圖。
圖2為說明作為圖1之例示性帶電粒子束檢測設備的部分之例示性多光束設備的示意圖。
圖3為說明圖1之例示性帶電粒子束檢測設備之源轉換單元的例示性組態之例示性多光束設備的示意圖。
圖4為根據實施例之檢測設備之物鏡的示意性橫截面圖。
圖5為圖4之物鏡的底視圖。
圖6為圖4之物鏡之修改的底視圖。
圖7為併入於圖4之物鏡中之偵測器的放大示意性橫截面圖。
圖8為理論轉阻放大器之示意圖。
圖9為指示熱雜訊之效應的轉阻放大器之示意圖。
圖10為說明可為圖1之例示性帶電粒子束檢測設備之部分的另一例示性多光束設備之示意圖。
圖11為說明根據實施例之另一例示性多光束設備之示意圖。
圖12為根據實施例之例示性多光束設備之示意圖。
圖13為根據實施例之檢測設備之物鏡的示意性橫截面圖。
圖14為併入於圖13之物鏡中之偵測器單元的底視圖。
圖15A、B至C為根據實施例之偵測器陣列(例如在偵測器基板中)及相關聯晶胞陣列的示意性表示、晶胞陣列中之晶胞的示意性表示及根據實施例之晶胞陣列中之晶胞。
圖16為根據實施例之感測器單元的示意性表示。
圖17為根據實施例之例示性放大電路的電路圖。
圖18為根據實施例之另一例示性放大電路的電路圖。
圖19為根據實施例之另一例示性放大電路的電路圖。
圖20為根據實施例之展示電路線之橫截面配線路線及屏蔽配置之示意性表示。
圖21為根據實施例之另一例示性多光束設備之部分的示意性表示。
現將詳細參考例示性實施例，其實例說明於隨附圖式中。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編號表示相同或類似元件。在例示性實施例之以下描述中所闡述之實施不表示符合本發明的所有實施。實情為，該等實施僅為符合與所附申請專利範圍
中所列舉的本發明相關之態樣的設備及方法之實例。
電子器件之提高的計算能力(其減小器件之實體大小)可藉由明顯增加電路組件(諸如電晶體、電容器、二極體等)在IC晶片上之封裝密度來實現。此已藉由提高之解析度來實現，從而使得能夠製作更小的結構。舉例而言，智慧型電話之IC晶片(其為拇指甲(thumbnail)之大小且可在2019年或更早獲得)可包括超過20億個電晶體，每一電晶體之大小小於人類頭髮之1/1000。因此，毫無意外半導體IC製造係具有數百個個別步驟之複雜且耗時的程序。甚至一個步驟中之誤差亦有可能顯著地影響最終產品之功能。僅一個「致命缺陷」可造成器件故障。製造程序之目標為提高程序之總良率。舉例而言，為獲得50步驟程序(其中步驟可指示形成於晶圓上之層的數目)之75%良率，每一個別步驟之良率必須高於99.4%。若一個別步驟之良率為95%，則總程序良率將低至7%。
儘管高程序良率在IC晶片製造設施中係合乎需要的，但維持高基板(亦即，晶圓)產出量(經定義為每小時處理之基板的數目)亦為必不可少的。高程序良率及高基板產出量可受缺陷存在之影響。若需要操作員干預來查核缺陷，則此尤其影響良率及產出量。因此，藉由檢測工具(諸如掃描電子顯微鏡(『SEM』))進行之微米及奈米級缺陷之高產出量偵測及標識對於維持高良率及低成本係至關重要的。
SEM包含掃描器件及偵測器設備。掃描器件包含：照明設備，其包含用於產生初級電子之電子源；及投影設備，其用於運用一或多個聚焦的初級電子束來掃描樣品，諸如基板。至少照明設備或照明系統及投影設備或投影系統可共同地稱為電子光學系統或設備。初級電子與樣品相互作用並產生次級電子。偵測設備在掃描樣品時捕獲來自樣品之次級電
子，使得SEM可產生樣品之掃描區域的影像。對於高產出量檢測，一些檢測設備使用初級電子之多個聚焦光束，亦即，多光束。多光束之組成光束可稱為子光束或細光束。多光束可同時掃描樣品之不同部分。因此，多光束檢測設備可以比單光束檢查設備高得多的速度檢測樣品。
在多光束檢測設備中，初級電子束中之一些的路徑位移遠離掃描器件之中心軸，亦即，初級電子光軸的中點。為確保所有電子束以大致相同之入射角到達樣品表面，需要操控具有距中心軸更大徑向距離之子光束路徑移動穿過比具有更接近中心軸之路徑之光束路徑更大的角度。此更強操控可導致像差，該等像差產生樣品基板之模糊且離焦影像。特定而言，對於不在中心軸上之子光束路徑，子光束之像差可隨著距中心軸之徑向位移而增大。當偵測到此類像差時，其可保持與次級電子相關聯。因此，此類像差降低在檢測期間產生的影像之品質。
下文描述已知多光束檢測設備之實施。
圖式為示意性。為了清楚起見，因此放大了圖式中之組件的相對尺寸。在以下圖式描述內，相同或相似參考編號係指相同或相似組件或實體，且僅描述相對於個別實施例之差異。雖然描述及圖式係針對電子光學設備，但應瞭解，實施例不用於將本發明限制為特定帶電粒子。因此，更一般而言，貫穿本發明文獻對電子之參考可被視為對帶電粒子之參考，其中帶電粒子不一定為電子。
現參考圖1，其為說明例示性帶電粒子束檢測設備100之示意圖。圖1之帶電粒子束檢測設備100包括主腔室10、裝載鎖定腔室20、電子束工具40、設備前端模組(EFEM)30及控制器50。電子束工具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。第一裝載埠30a及第二裝載埠30b可例如收納含有待檢測之基板(例如，半導體基板或由其他材料製成之基板)或樣品(基板、晶圓及樣品在下文中統稱為「樣品」)的基板前開式單元匣(FOUP)。EFEM 30中之一或多個機器人臂(未展示)將樣品輸送至裝載鎖定腔室20。
裝載鎖定腔室20用於移除樣品周圍之氣體。此產生局部氣體壓力低於周圍環境中之壓力的真空。可將裝載鎖定腔室20連接至裝載鎖定真空泵系統(未展示)，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之第一壓力。在達到第一壓力之後，一或多個機器人臂(未展示)將樣品自裝載鎖定腔室20輸送至主腔室10。將主腔室10連接至主腔室真空泵系統(未展示)。主腔室真空泵系統移除主腔室10中之氣體粒子，使得樣品周圍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，將樣品輸送至可檢測樣品之電子束工具。電子束工具40可包含多光束電子光學設備。
控制器50電子地連接至電子束工具40。控制器50可為經組態以控制帶電粒子束檢測設備100之處理器(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之處理電路系統。此電路系統可包含控制電路系統。雖然控制器50在圖1中經展示為在包括主腔室10、裝載鎖定腔室20及EFEM 30之結構外部，但應瞭解，控制器50可為該結構之部分。控制器50可位於帶電粒子束檢測設備之組成元件中之一者中或其可分佈於組成元件中之至少兩者上方。雖然本發明提供容置電子束檢測工具之主腔室10的實例，但應注意，本發明之態樣在其最廣泛意義上而言不
限於收容電子束檢測工具之腔室。相反，應理解，亦可將前述原理應用於在第二壓力下操作之設備的其他工具及其他配置。
現參考圖2，其為說明例示性電子束工具40之示意圖，該例示性電子束工具包括作為圖1之例示性帶電粒子束檢測設備100的部分之多光束檢測工具。多光束電子束工具40(在本文中亦稱為設備40)包含電子源201、槍孔徑板271、聚光透鏡210、源轉換單元220、主投影設備230、機動載物台209及樣品固持器207。電子源201、槍孔徑板271、聚光透鏡210、源轉換單元220為多光束電子束工具40所包含的照明設備之組件。樣品固持器207由機動載物台209支撐，以便固持用於檢測之樣品208(例如，基板或遮罩)。多光束電子束工具40可進一步包含輔助投影設備250及相關聯的電子偵測器件240。主投影設備230可包含物鏡231，例如在整個光束上操作的一體式透鏡。物鏡可為多光束之路徑中或電子光學系統中之最後一個電子光學元件；因此物鏡可稱為一種類型的最後一個電子光學元件。電子偵測器件240可包含複數個偵測元件241、242及243。光束分離器233及偏轉掃描單元232可定位於主投影設備230內部。
可將用於產生初級光束之組件與設備40之初級電子光軸對準。此等組件可包括：電子源201、槍孔徑板271、聚光透鏡210、源轉換單元220、光束分離器233、偏轉掃描單元232及主投影設備230。可將輔助投影設備250及其相關聯的電子偵測器件240與設備40之次級電子光軸251對準。
作為照明設備之電子束工具40之部分的電子光軸包含初級電子光軸204。次級電子光軸251為電子束工具40之部分(亦即，偵測設備)之電子光軸。初級電子光軸204在本文中亦可稱為初級光軸(為有助於方便
參考)或帶電粒子光軸。次級電子光軸251在本文中亦可稱為次級光軸或次級帶電粒子光軸。
電子源201可包含陰極(未展示)及提取器或陽極(未展示)。在操作期間，電子源201經組態以自陰極發射電子作為初級電子。藉由提取器及/或陽極提取或加速初級電子以形成初級電子束202，該初級電子束形成初級光束交越(虛擬或真實)203。初級電子束202可經視覺化為自初級光束交越203發射。
在此配置中，初級電子束在其到達樣品時且較佳地在其到達投影設備之前為多光束。此多光束可以多種不同方式由初級電子束產生。舉例而言，多光束可由位於交越之前的多光束陣列、位於源轉換單元220中之多光束陣列或位於此等位置之間的任何點處之多光束陣列產生。多光束陣列可包含跨光束路徑配置呈陣列形式之複數個電子束操控元件。每一操控元件可影響初級電子束以產生子光束。因此，多光束陣列與入射初級光束路徑相互作用以產生多光束陣列之多光束路徑下行光束。
槍孔徑板271在操作中經組態以阻擋初級電子束202之周邊電子以減小庫侖(Coulomb)效應。庫侖效應可放大初級子光束211、212、213之探測光點221、222及223中之每一者的大小，且因此使檢測解析度劣化。槍孔徑板271亦可稱為庫侖孔徑陣列。
聚光透鏡210經組態以聚焦初級電子束202。聚光透鏡210可經設計為聚焦初級電子束202以變成平行光束且正入射至源轉換單元220上。聚光透鏡210可為可移動聚光透鏡，其可經組態以使得其第一主平面之位置為可移動的。可移動聚光透鏡可經組態為磁性的。聚光透鏡210可為抗旋轉聚光透鏡及/或其可為可移動的。
源轉換單元220可包含影像形成元件陣列、像差補償器陣列、光束限制孔徑陣列及預彎曲微偏轉器陣列。預彎曲微偏轉器陣列可使初級電子束202之複數個初級子光束211、212、213偏轉以垂直進入光束限制孔徑陣列、影像形成元件陣列及像差補償器陣列中。在此配置中，影像形成元件陣列可用作多光束陣列以在多光束路徑中產生複數個子光束，亦即，初級子光束211、212、213。影像形成陣列可包含複數個電子束操控器，諸如微偏轉器或微透鏡(或兩者之組合)，以影響初級電子束202之複數個初級子光束211、212、213且形成初級光束交越203之複數個平行影像(虛擬或真實)，針對初級子光束211、212及213中之每一者提供一個平行影像。像差補償器陣列可包含像場彎曲補償器陣列(未展示)及散光補償器陣列(未展示)。像場彎曲補償器陣列可包含複數個微透鏡以補償初級子光束211、212及213之像場彎曲像差。散光補償器陣列可包含複數個微散光像差補償器以補償初級子光束211、212及213之散光像差。光束限制孔徑陣列可經組態以限制個別初級子光束211、212及213之直徑。圖2展示三個初級子光束211、212及213作為實例，且應理解，源轉換單元220可經組態以形成任何數目個初級子光束。可將控制器50連接至圖1之帶電粒子束檢測設備100的各種部分，諸如源轉換單元220、電子偵測器件240、主投影設備230或機動載物台209。如下文進一步詳細地解釋，控制器50可執行各種影像及信號處理功能。控制器50亦可產生各種控制信號以控管帶電粒子束檢測設備(包括帶電粒子多光束設備)之操作。
聚光透鏡210可進一步經組態以藉由改變聚光透鏡210之聚焦倍率來調整源轉換單元220之初級子光束211、212、213下行光束之電流。替代地或另外，可藉由更改光束限制孔徑陣列內之對應於個別初級子
光束之光束限制孔徑的徑向大小來改變初級子光束211、212、213之電流。可藉由更改光束限制孔徑之徑向大小及聚光透鏡210之聚焦倍率兩者來改變電流。若聚光透鏡為可移動的且磁性的，則離軸子光束212及213可引起以旋轉角照明源轉換單元220。旋轉角隨著可移動聚光透鏡之聚焦倍率或第一主平面之位置而改變。作為抗旋轉聚光透鏡的聚光透鏡210可經組態以在改變聚光透鏡210之聚焦倍率時使旋轉角保持不變。此聚光透鏡210(其亦為可移動的)可在聚光透鏡210之聚焦倍率及其第一主平面之位置改變時使得旋轉角不改變。
物鏡231可經組態以將子光束211、212及213聚焦至用於檢測之樣品208上且可在樣品208之表面上形成三個探測光點221、222及223。
光束分離器233可為例如韋恩(Wien)濾波器，其包含產生靜電偶極子場及磁偶極子場(圖2中未展示)之靜電偏轉器。在操作中，光束分離器233可經組態以由靜電偶極子場對初級子光束211、212及213之個別電子施加靜電力。靜電力與由光束分離器233之磁偶極子場對個別電子施加之磁力的量值相等但方向相反。因此，初級子光束211、212及213可以至少大致為零的偏轉角至少大體上筆直地通過光束分離器233。
在操作中，偏轉掃描單元232經組態以使初級子光束211、212及213偏轉以跨樣品208之表面之區段中的個別掃描區域來掃描探測光點221、222及223。回應於初級子光束211、212及213或探測光點221、222及223入射於樣品208上，由樣品208產生電子，該等電子包括次級電子及反向散射電子；此類電子可稱為信號粒子或信號電子。次級電子在三個次級電子束261、262及263中傳播。次級電子束261、262及263通常具
有次級電子(具有
50eV之電子能量)且亦可具有至少一些反向散射電子(具有在50eV與初級子光束211、212及213之著陸能量之間的電子能量)。光束分離器233經配置以使次級電子束261、262及263之路徑朝向輔助投影設備250偏轉。輔助投影設備250隨後將次級電子束261、262及263之路徑聚焦至電子偵測器件240之複數個偵測區241、242及243上。偵測區可為經配置以偵測對應次級電子束261、262及263之各別偵測元件241、242及243。偵測區產生對應信號，將該等對應信號發送至控制器50或信號處理系統(未展示)例如以建構樣品208之對應掃描區域的影像。
偵測元件241、242及243可偵測對應次級電子束261、262及263。在次級電子束入射於偵測元件241、242及243上時，該等元件可產生對應強度信號輸出(未展示)。輸出可係針對影像處理系統(例如，控制器50)。每一偵測元件241、242及243可包含一或多個像素。偵測元件之強度信號輸出可為由偵測元件內之所有像素產生的信號之總和。
控制器50可包含影像處理系統，該影像處理系統包括影像獲取器(未展示)及儲存器件(未展示)。舉例而言，控制器可包含處理器、電腦、伺服器、大型電腦主機、終端機、個人電腦、任何種類之行動計算器件及類似者，或其組合。影像獲取器可包含控制器之至少一部分處理功能。因此，影像獲取器可包含至少一或多個處理器。影像獲取器可通信耦合至准許信號通信之設備40的電子偵測器件240，諸如電導體、光纖纜線、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網路、無線電以及其他或其組合。影像獲取器可自電子偵測器件240接收信號，可處理信號中所包含之資料且可根據該資料建構影像。影像獲取器可因此獲取樣品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
像上疊加指示符及類似者。影像獲取器可經組態以執行對所獲取影像之亮度及對比度等的調整。儲存器可為諸如以下各者之儲存媒體：硬碟、快閃驅動機、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類似者。儲存器可與影像獲取器耦接，且可用於保存經掃描原始影像資料作為原始影像及後處理影像。
影像獲取器可基於自電子偵測器件240接收到之成像信號來獲取樣品之一或多個影像。成像信號可對應於用於進行帶電粒子成像之掃描操作。所獲取影像可為包含複數個成像區域之單個影像。可將單個影像儲存於儲存器中。單個影像可為可劃分成複數個區之原始影像。區中之每一者可包含含有樣品208之特徵的一個成像區域。所獲取影像可包含在一定時間段內經多次取樣之樣品208之單個成像區域的多個影像。可將多個影像儲存於儲存器中。控制器50可經組態以運用樣品208之相同位置之多個影像來執行影像處理步驟。
控制器50可包括控制電路系統及/或量測電路系統(例如類比/數位轉換器)以獲得偵測到之次級電子的分佈。在偵測時間窗期間收集到的電子分佈資料可與入射於樣品表面上之初級子光束211、212及213中之每一者的對應掃描路徑資料組合使用來重建構受檢測之樣品結構的影像。重建構影像可用於顯露樣品208之內部或外部結構的各種特徵。經重建構影像可由此用於顯露可存在於樣品中之任何缺陷。
控制器50可控制機動載物台209以在樣品208之檢測期間移動樣品208。控制器50可使得機動載物台209能夠至少在樣品檢測期間例如以恆定速度在某一方向上(較佳地連續地)移動樣品208。控制器50可控制機動載物台209之移動，使得其視各種參數而定來改變樣品208之移動
速度。舉例而言，控制器可視掃描程序之檢測步驟的特性而定來控制載物台速度(包括其方向)。
儘管圖2展示設備40使用三個初級電子子光束，但應瞭解，設備40可使用兩個或更多數目的初級電子子光束。本發明並不限制用於設備40中之初級電子束之數目。
現參考圖3，其為說明圖1之例示性帶電粒子束檢測設備之源轉換單元的例示性組態之例示性多光束設備之示意圖。設備300可包含電子源301、預子光束形成孔徑陣列372、聚光透鏡310(類似於圖2之聚光透鏡210)、源轉換單元320、物鏡331(類似於圖2之物鏡231)及樣品308(類似於圖2之樣品208)。電子源301、預子光束形成孔徑陣列372、聚光透鏡310可為設備300所包含之照明設備的組件。源轉換單元320、物鏡331可為設備300所包含之投影設備的組件。源轉換單元320可類似於圖2之源轉換單元220，其中圖2之影像形成元件陣列為影像形成元件陣列322，圖2之像差補償器陣列為像差補償器陣列324，圖2之光束限制孔徑陣列為光束限制孔徑陣列321，且圖2之預彎曲微偏轉器陣列為預彎曲微偏轉器陣列323。電子源301、預子光束形成孔徑陣列372、聚光透鏡310、源轉換單元320及物鏡331與設備之初級電子光軸304對準。電子源301產生大體上沿初級電子光軸304且具有源極交越(虛擬或真實)301S之初級電子束302。預子光束形成孔徑陣列372切割初級電子束302之周邊電子以減少隨之發生的庫侖效應。庫侖效應為因不同子光束路徑中之電子之間的相互作用所產生之子光束的像差源。初級電子束302可藉由預子光束形成機制之預子光束形成孔徑陣列372而經修剪成指定數目的子光束，諸如三個子光束311、312及313。儘管先前及以下描述中提及三個子光束及其路徑，但
應理解，描述意欲應用具有任何數目的子光束之設備、工具或系統。
源轉換單元320可包括子光束限制孔徑陣列321，其中光束限制孔徑經組態以限制初級電子束302之子光束311、312及313。源轉換單元320亦可包括具有影像形成微偏轉器322_1、322_2及322_3之影像形成元件陣列322。存在與每一子光束之路徑相關聯的各別微偏轉器。微偏轉器322_1、322_2及322_3經組態以使子光束311、312及313之路徑朝向電子光軸304偏轉。經偏轉子光束311、312及313形成源極交越301S之虛擬影像。虛擬影像藉由物鏡331投影至樣品308上且在該樣品308上形成探測光點，該等探測光點為三個探測光點391、392及393。每一探測光點對應於子光束路徑在樣品表面上之入射位置。源轉換單元320可進一步包含經組態以補償子光束中之每一者的像差之像差補償器陣列324。每一子光束中之像差通常存在於將形成樣品表面之探測光點391、392及393上。像差補償器陣列324可包括具有微透鏡之像場彎曲補償器陣列(未展示)。像場彎曲補償器及微透鏡經組態以補償子光束之在探測光點391、392及393中明顯的像場彎曲像差。像差補償器陣列324可包括具有微散光像差補償器之散光補償器陣列(未展示)。微散光像差補償器經控制以在子光束上操作來補償另外存在於探測光點391、392及393中之散光像差。
源轉換單元320可進一步包含具有預彎曲微偏轉器323_1、323_2及323_3之預彎曲微偏轉器陣列323來分別使子光束311、312及313彎曲。預彎曲微偏轉器323_1、323_2及323_3可使子光束之路徑彎曲至細光束限制孔徑陣列321中。入射於細光束限制孔徑陣列321之子光束路徑可與細光束限制孔徑陣列321之定向平面正交。聚光透鏡310可將子光束之路徑引導至細光束限制孔徑陣列321上。聚光透鏡310可聚焦三個子光
束311、312及313以將其變成沿初級電子光軸304之平行光束，使得其垂直地入射至可對應於細光束限制孔徑陣列321之源轉換單元320上。
影像形成元件陣列322、像差補償器陣列324及預彎曲微偏轉器陣列323可包含多層之子光束操控器件，該等子光束操控器件中之一些可呈陣列形式，例如：微偏轉器、微透鏡或微散光像差補償器。
在源轉換單元320中，藉由影像形成元件陣列322之微偏轉器322_1、322_2及322_3使初級電子束302之子光束311、312及313分別朝向初級電子光軸304偏轉。應理解，子光束311路徑在到達微偏轉器322_1之前可能已經對應於電子光軸304，因此可以不藉由微偏轉器322_1使子光束311路徑偏轉。
物鏡331將子光束聚焦至樣品308之表面上，亦即，物鏡331將三個虛擬影像投影至樣品表面上。由樣品表面上之三個子光束311至313形成之三個影像在該樣品表面上形成三個探測光點391、392及393。藉由物鏡311調整子光束311至313之偏轉角以減小三個探測光點391至393之離軸像差。三個經偏轉子光束因此穿過或接近物鏡331之前部焦點。如所描繪，物鏡331為聚焦所有子光束之磁透鏡。在本發明之實施例中，物鏡理想地為可能需要藉由源轉換單元320(具體而言，例如以微偏轉器為特徵的影像形成元件陣列322)朝向物鏡331中之靜電透鏡陣列引導多光束路徑之靜電透鏡陣列。(舉例而言，每一光束可經引導朝向陣列中之其自身對應的微透鏡)。
圖2及圖3中之上述組件中之至少一些可個別地或彼此組合地稱為操控器陣列、多操控器陣列、多操控器或操控器，此係因為其操控一或多個帶電粒子束或子光束。
現有多電子束缺陷檢測系統在10至6000平方毫米/小時之產出量下具有約2至10nm之解析度。如上文所論述，此類系統在次級柱中具有偵測器。現有多電子束檢測工具之架構具有遠離自樣品發射之電子(諸如反向散射及次級電子)源之偵測器，該偵測器對於多種光束系統而言並非為可調式的。亦難以將次級柱整合至具有陣列物鏡(諸如靜電透鏡)之工具中(此為解決庫侖相互作用所必需的)。
在實施例中，先前實施例中所提及的物鏡為陣列物鏡。通常，此透鏡配置為靜電的。陣列中之每一元件為操作多光束中之不同光束或光束組之微透鏡。靜電陣列物鏡具有至少兩個板，該兩個板各自具有複數個孔或孔徑。每一孔在板中之位置對應於對應孔在另一板中之位置。對應孔在使用時操作於多光束中之相同光束或光束組上。用於陣列中之每一元件的透鏡類型之適合實例為單透鏡(Einzel lens)。物鏡之底部電極為整合至多光束操控器陣列中之CMOS晶片偵測器。將偵測器陣列(例如在偵測器基板中)整合至物鏡中移除對輔助投影設備250之需求。CMOS晶片較佳地經定向以面向樣品(此係由於電子光學系統之晶圓與底部之間的較小距離(例如，100μm))。在實施例中，提供用以捕獲次級電子信號之捕獲電極。捕獲電極可形成於例如CMOS器件之金屬層中。捕獲電極可形成物鏡之底部層。捕獲電極可形成CMOS晶片中之底表面。CMOS晶片可為CMOS晶片偵測器。CMOS晶片可經整合至面向物鏡總成之表面的樣品中。捕獲電極為用於偵測次級電子之感測器單元的實例。捕獲電極可形成於其他層中。可藉由矽穿孔將CMOS之功率及控制信號連接至CMOS。為了穩健性，較佳地，底部電極由兩個元件組成：CMOS晶片及具有孔之被動Si板。板遮蔽CMOS以免受高電子場之影響。
與底部或面向物鏡之表面之樣品相關聯的感測器單元為有益的，此係因為可在電子遭遇電子光學系統之電子光學元件且變得受該電子光學元件操控之前偵測次級電子及/或反向散射電子。有利地，可減少用於偵測發出電子之此樣品所耗費的時間，較佳地使該時間減至最少。
為最大化偵測效率，需要使電極表面儘可能大，使得陣列物鏡之基本上所有的區域(除孔徑之外)經電極佔據。每一電極可具有大致等於陣列間距之直徑。電極表面可形成於陣列物鏡之面向樣品之表面上。電極表面可基本上填充陣列物鏡之面向樣品之表面。在實施例中，電極之外部形狀為圓形，但可將此形狀製成正方形以最大化偵測區域。亦可最小化基板穿孔之直徑。電子束之典型大小為大約5至15微米。
在實施例中，單個捕獲電極包圍每一孔徑。複數個捕獲電極可與光束孔徑中之各別者鄰近且經組態以捕獲自樣品發射之帶電粒子。單個捕獲電極可具有圓形周界及/或外徑。捕獲電極可具有在孔徑與捕獲電極之周界之間延伸的區域。如圖5及圖6中所描繪，捕獲電極405可配置成矩形陣列或六邊形陣列。
在另一實施例中，捕獲電極可為複數個電極元件。複數個電極元件設置於每一孔徑周圍。複數個電極元件可共同具有圓形周界及/或直徑。複數個電極元件可共同具有在孔徑與複數個電極元件之周界之間延伸的區域。複數個電極元件405可配置成矩形陣列或六邊形陣列。電極元件為感測器元件之實例。由一個孔徑周圍之電極元件捕獲到的電子可經組合成單個信號或用於產生獨立信號。電極元件可經徑向劃分。電極元件可形成複數個同心環形物或環。電極元件可經成角度地劃分。電極元件可形成複數個分段類件或片段。片段可具有類似角大小及/或類似區域。電
極元件可經徑向劃分及成角度地劃分或以任何其他適宜方式劃分。
然而，更大電極表面導致更大寄生電容，因此導致較低頻寬。因此，可能需要限制電極之外徑。尤其在較大電極僅產生略微較大之偵測效率，但明顯更大的電容之情況下。環形(環狀)電極可提供收集效率與寄生電容之間的良好折衷。
電極之更大外徑亦可導致較大串音(對相鄰孔照信號的靈敏度)。此亦可為使電極外徑較小之原因。尤其在較大電極僅產生略微較大偵測效率，但明顯更大的串音之情況下。
放大由電極收集到之反向散射及/或次級電子電流。放大器之目的為使得能夠充分靈敏量測由感測器單元接收或收集到之待量測的電流及因此反向散射及/或次級電子的數目。此可藉由電阻器上方的電流量測或電位差來進行量測。若干類型之放大器設計可用於放大由電極(例如轉阻放大器(TIA))收集到之反向散射及/或次級電子電流。在此轉阻放大器中，TIA之電壓輸出等於TIA電阻(RTIA)乘以經量測電流。
RTIA愈大，則放大愈高。然而，頻寬係藉由RC時間判定，其等於RTIA乘以TIA之入口側上的電容之和。
有限RC時間具有與較大電子光點大小類似之效應，因此其在偏轉方向上有效地產生模糊比重。在考慮到偵測器之模糊比重預算及偏轉速度之情況下，判定所允許RC時間。在考慮到此RC時間及入口電容之情況下，判定RTIA。
基於反向散射及/或次級電子電流及RTIA，判定信號電壓。
應將偵測器之雜訊比重與反向散射及/或次級電子電流之散粒雜訊進行比較。在僅考慮到初級電子束之散粒雜訊之情況下，因散粒雜
訊所致之電流雜訊/sqrt(Hz)明顯大於如下方所展現之通常為約1nV/sqrt(Hz)之現有技術的CMOS放大器之電壓雜訊。下方所闡述之粗略計算展現所提出電極根據雜訊觀點為可行的。
N PE_def =5000 (1)
I beam =1nA (2)
d def =4nm (3)
N pix_defect =4 (4)
blur rc =0.5nm (5)
上述計算可如下解釋。假設偵測缺陷所需之初級電子的數目為5000(等式1)，光束電流為1nA(等式2)，缺陷之直徑為4nm(等式3)及每一缺陷之像素數目為4(等式4)。吾人假設因放大器之有限RC時間所致的0.5nm之模糊為可接受的(等式5)。偵測器之電容可根據配置之幾何形狀計算，例如，如等式6中所指示，其中3為下伏於捕獲電極之絕緣體的介電常數，100μm為捕獲電極之直徑且1μm為捕獲電極下方之絕緣體的厚度。內部散粒雜訊如等式7中一般進行計算。對一個缺陷進行成像之時間如等式8中一般進行計算，其中Qe為電子電荷。在等式9中計算偵測缺
陷之掃描長度，且在等式10中計算掃描速度。在等式11中計算待達成之RC時間，且因此在等式12中計算偵測器之電阻且在等式13中計算所得電壓雜訊。等式14將先前等式組合成單個等式以展示相依性。CMOS放大器中可達成的典型電壓雜訊位準為大約1nV/sqrt(Hz)--其為CMOS放大器的典型雜訊位準。因此，看似合理的係，藉由基本散粒雜訊而非藉由CMOS放大器所添加之電壓雜訊來控制雜訊。由於此情況，因此看似合理的係，所提出電極根據雜訊觀點為可行的。亦即，典型CMOS放大器雜訊對具有相對於散粒雜訊較小的雜訊位準為足夠良好的。(即使該典型CMOS放大器雜訊相對於散粒雜訊較大，配置仍可工作，但可降低在頻寬或產出量方面之有效性(亦即，速度))。
圖8為理論轉阻放大器(TIA)之示意圖，其中電壓輸出Vout僅為經量測電流Iin與回饋電阻Rf之乘積。然而，真實TIA具有雜訊，特定而言，輸入isn中之散粒雜訊及回饋電阻器in中之熱雜訊，如圖9中所描繪。在大多數情況下，熱雜訊佔優勢。輸出vn處之電壓雜訊係藉由以下給出：
其中kb為波次曼常數(Boltzmann constant)。因此，TIA之入口處之電流雜訊為：
然而，散粒雜訊係藉由以下給出：
因此，若回饋電阻增大，則熱雜訊相對於輸入電流(亦即，反向散射及/或次級電子電流)之散粒雜訊而變得較低。
可展示出，藉由假設偵測每一缺陷所需之電子的數目增加至10,000；設定模糊預算為2nm；且電極直徑經減小至50μm，考慮到散粒雜訊之效應，本發明保持實用。在彼情況下，電極之電容變為約0.011pF，需要約3.6×107Ω之電阻，從而產生高於散粒雜訊約20%之熱雜訊位準。因此，所提出偵測器之各種不同配置係可行的。電極之電容亦可藉由改變鄰近介電層之厚度來進行控制，該厚度可在約1至約5μm的範圍內。
圖4中展示以示意性橫截面形式說明多光束物鏡401之例示性實施例。在物鏡401之輸出側(面向樣品208之側)上設置了偵測器模組402。圖5為偵測器模組402之底視圖，該偵測器模組包含其上設置複數個捕獲電極405之基板404，該複數個捕獲電極各自包圍光束孔徑406。光束孔徑406足夠大，但不會阻擋初級電子束中之任一者。可將捕獲電極405視為接收反向散射或輔助電極且產生偵測信號(在此情況下為電流)之感測器單元的實例。光束孔徑406可藉由蝕刻穿過基板404來形成。在圖5中所展示之配置中，光束孔徑406以矩形陣列形式展示。光束孔徑406亦可以不同方式配置，例如以如圖6中所描繪之六邊形封閉封裝陣列形式配置。
圖7以橫截面形式以較大比例描繪偵測器模組402的一部分。捕獲電極405形成偵測器模組402之最底部(亦即，最接近樣品的)表面。在捕獲電極405與矽基板404之主體之間設置邏輯層407。邏輯層407可包括放大器(例如轉阻放大器)、類比轉數位轉換器及讀出邏輯。在實施例中，每一捕獲電極405存在一個放大器及一個類比轉數位轉換器。可使用CMOS程序製造邏輯層407及捕獲電極405，其中捕獲電極405形成最終金屬化層。
配線層408可設置於基板404的背側上(亦即，設置於捕獲
電極的相對側，例如偵測器側上)或設置於捕獲電極周圍或基板內之偵測器側上，例如設置於兩個基板之間的層中。對位於背側或偵測器側上的配線層之參考可包括於多個層內，例如在一或多個層下方。配線層可由矽穿孔409連接至邏輯層407。矽穿孔409的數目無需與光束孔徑406的數目相同。特定而言，若電極信號在邏輯層407中經數字化，則可僅需要少數矽穿孔來提供資料匯流排。配線層408可包括控制線、資料線及功率線。應注意，不管光束孔徑406，存在用於所有必要連接之空間。亦可使用雙極或其他製造技術來製造偵測模組402。印刷電路板及/或其他半導體晶片可經設置於偵測器模組402之背側上。儘管對捕獲電極405進行了參考，但電子偵測器件240可包含感測器單元，例如捕獲電極402。
配線層408及/或邏輯層407可包含形成於基板中之控制電路系統。控制電路系統可包含以下中之一或多者：例如轉阻放大器之放大器；類比轉數位轉換器；資料多工器；及讀出閘極。控制電路系統針對例如捕獲電極之每一感測器單元包含一個放大器。配線層及/或邏輯層可進一步包含設置於基板相對於例如捕獲電極之感測器單元的另一側上之導電跡線，例如在配線層中。在實施例中，例如在配線層中之導電跡線可另外或替代地位於基板內。基板可進一步包含穿過基板之通孔。基板可由矽形成。例如捕獲電極之感測器單元藉由CMOS程序形成。
圖4描繪三電極物鏡，但應瞭解，亦可使用任何其他形式之物鏡，例如兩個電極透鏡。
現參考圖10，其為說明另一例示性電子束工具40a之示意圖，該另一例示性電子束工具40a可代替圖2之工具40成為圖1之例示性帶電粒子束檢測設備100之部分。藉由相同參考標識設備40a中具有與圖2之
設備40的對應部分類似的功能之部分。在一些情況下，下文包括此類部分之精簡或簡化描述。
多光束電子束工具40a(在本文中亦稱為設備40a)包含電子源201、投影設備230、機動載物台209及樣品固持器207。電子源201及投影設備230可共同地稱為照明設備。樣品固持器207由機動載物台209支撐，以便固持用於檢測之樣品208(例如，基板或遮罩)。多光束電子束工具40a進一步包含電子偵測器件1240。(應注意，此電子偵測器件1240可在結構上不同於參考圖2及圖3所提及的實施例之次級電子光學柱中之電子偵測器件240，但其具有相同功能：偵測來自樣品之電子)。
電子源201可包含陰極(未展示)及提取器或陽極(未展示)。在操作期間，電子源201經組態以自陰極發射電子作為初級電子。藉由提取器及/或陽極提取或加速初級電子以形成初級電子束202。
投影設備230經組態以將初級電子束202轉換成複數個子光束211、212及213且將每一子光束引導至樣品208上。儘管為簡單起見說明三個子光束，但可能存在數十、數百或數千個子光束。子光束可稱為細光束。
可將圖1之控制器50連接至電子束工具40a之各種部分，諸如電子源201、電子偵測器件1240、投影設備230及機動載物台209。控制器50可執行各種影像及信號處理功能。控制器50亦可產生各種控制信號以控管帶電粒子束檢測設備(包括帶電粒子多光束設備)之操作。
投影設備230可經組態以將子光束211、212及213聚焦至用於檢測之樣品208上且可在樣品208之表面上形成三個探測光點221、222及223。投影設備230可經組態以使初級子光束211、212及213偏轉以跨樣
品208之表面之區段中的個別掃描區域來掃描探測光點221、222及223。回應於初級子光束211、212及213入射於樣品208上之探測光點221、222及223上，由樣品208產生電子，該等電子包括次級電子及反向散射電子。次級電子通常具有
50eV之電子能量且反向散射電子通常具有50eV與初級子光束211、212及213之著陸能量之間的電子能量。
電子偵測器件1240經組態以偵測次級電子及/或反向散射電子且產生對應信號，將該等對應信號發送至控制器或信號處理系統(未展示)例如以建構樣品208之對應掃描區域的影像。電子偵測器件1240可包含與如上文參考圖4至圖7所描述之物鏡401整合之偵測器模組402。
圖11為說明另一例示性電子束工具40b之示意圖，該另一例示性電子束工具40b可代替圖2之工具40成為圖1之例示性帶電粒子束檢測設備100之部分。藉由相同參考標識設備40a中具有與圖2之設備40的對應部分類似的功能之部分。在一些情況下，下文包括此類部分之精簡或簡化描述。
電子源201朝向形成投影系統230之聚光透鏡陣列1231引導電子。電子源理想地為具有亮度與總發射電流之間的良好折衷的高亮度熱場發射器。可能存在數十、數百或數千個聚光透鏡1231。聚光透鏡1231可包含多電極透鏡且具有基於EP1602121A1之建構，其文獻特此以引用之方式併入，特定而言係關於用以將電子束分裂成複數個子光束之透鏡陣列的揭示內容，其中陣列針對每一子光束提供透鏡。聚光透鏡之陣列可呈至少兩個板(充當電極)的形式，其中每一板中之孔徑彼此對準且對應於子光束之位置。在不同電位下之操作期間維持板中之至少兩者以達成所需透鏡效應。
在配置中，聚光透鏡陣列由三個板陣列形成，在該三個板陣列中，帶電粒子在其進入及離開每一透鏡時具有相同能量，該聚焦透鏡陣列的配置可稱為單透鏡。在進入單透鏡時與離開單透鏡時的光束能量相同。因此，色散僅出現在單透鏡自身內(透鏡之進入電極與離開電極之間)，由此限制離軸色像差。當聚光透鏡之厚度較低，例如數毫米時，此類像差具有較小或可忽略的影響。
聚光透鏡陣列可包含複數個光束孔徑110。光束孔徑110可例如藉由大致平坦的光束孔徑主體111中之開口來形成。光束孔徑110將來自源201之帶電粒子束分割成對應複數個子光束。陣列中之每一聚光透鏡將電子引導至各別子光束1211、1212、1213中，該各別子光束聚焦於各別中間焦點1233處。在中間焦點1233處的為偏轉器235。偏轉器235經組態以使各別子光束1211、1212、1213彎曲達足以確保主要射線(其亦可稱為光束軸)基本上垂直入射於樣品208上(亦即，以大致90°入射於樣品之標稱表面)之量。偏轉器235亦可稱為準直儀。中間焦點1233之下行光束(亦即，更接近樣品)為複數個物鏡1234，該複數個物鏡1234中之每一者將各別子光束1211、1212、1213引導至樣品208上。物鏡1234可經組態以將電子束縮小了大於10，理想地在50至100或更大的範圍內的因數。
電子偵測器件1240經設置於物鏡1234與樣品208之間以偵測自樣品208發射之信號粒子，例如次級電子及/或反向散射電子。電子偵測器件1240可包含與如上文參考圖4至圖7所描述之物鏡401整合的偵測器模組402。電子偵測器件1240可包含感測器單元，例如捕獲電極405。
圖11之系統可經組態以控制樣品上之電子的著陸能量。著陸能量可經選擇以視經評估樣品之性質而定來增加次級電子之發射及偵
測。經設置以控制物鏡1234之控制器可經組態以將著陸能量控制為預定範圍內之任何期望值或複數個預定值中之期望值。在實施例中，著陸能量可經控制為1000eV至5000eV範圍內之期望值。可用於控制著陸能量之電極結構及電位之細節揭示於歐洲專利申請案號20158804.3中，其文獻以引用之方式併入本文中。
在一些實施例中，帶電粒子評估工具進一步包含減少子光束中之一或多個像差的一或多個像差校正器。在實施例中，至少像差校正器之子集中之每一者經定位於中間焦點中的各別一者中或直接鄰近於中間焦點中的各別一者(例如，在中間影像平面中或鄰近於中間影像平面)。子光束在諸如中間平面之焦平面中或附近具有最小截面積。與其他地方(亦即，中間平面之上行光束(更接近源)或下行光束(更接近樣品))中可用之空間相比(或與將在不具有中間影像平面之替代配置中可用的空間相比)，此針對像差校正器提供更多的空間。
在實施例中，定位於中間焦點(或中間影像平面)中或直接鄰近於中間焦點(或中間影像平面)定位之像差校正器包含偏轉器以校正出現在不同光束的不同位置處之源201。校正器可用於校正由源引起之宏觀像差，該等宏觀像差阻止每一子光束與對應物鏡之間的良好對準。
像差校正器可校正阻止正確柱對準之像差。此類像差亦可致使子光束與校正器之間的未對準。因此，另外或替代地，可能需要將像差校正器定位於聚光透鏡1231處或附近(例如，其中每一此像差校正器與聚光透鏡1231中之一或多者整合或直接鄰近於聚光透鏡1231中之一或多者)。此為合乎需要的，此係因為在聚光透鏡1231處或附近，像差將由於聚光透鏡1231豎直地接近光束孔徑或與光束孔徑一致而尚未導致對應子
光束之移位。然而，將校正器定位於聚光透鏡1231處或附近之挑戰為子光束相對於更遠的下行光束之位置而在此位置處各自具有相對較大的截面區域及相對較小的間距。
在一些實施例中，至少像差校正器之子集中之每一者與物鏡1234中之一或多者整合或直接鄰近於物鏡1234中之一或多者。在實施例中，此等像差校正器減少以下中之一或多者：像場彎曲；聚焦誤差；及散光。另外或替代地，一或多個掃描偏轉器(未展示)可與物鏡1234中之一或多者整合或直接鄰近於物鏡1234中之一或多者，以便掃描樣品208上方之子光束1211、1212、1213。在實施例中，可使用描述於US 2010/0276606中之掃描偏轉器，其文獻特此以全文引用之方式併入。
像差校正器可為如EP2702595A1中所揭示之基於CMOS之個別可程式化偏轉器或如EP2715768A2中所揭示之多極偏轉器陣列，兩個文獻中的細光束操控器之描述特此以引用之方式併入。
在實施例中，先前實施例中所提及的物鏡為陣列物鏡。陣列中之每一元件為操作多光束中之不同光束或光束組之微透鏡。靜電陣列物鏡具有至少兩個板，該兩個板各自具有複數個孔或孔徑。每一孔在板中之位置對應於對應孔在另一板中之位置。對應孔在使用時操作於多光束中之相同光束或光束組上。用於陣列中之每一元件的透鏡類型之適合實例為雙電極減速透鏡。
電子偵測器件1240經設置於物鏡1234與樣品208之間以偵測自樣品208發射之信號粒子，例如次級電子及/或反向散射電子。電子偵測器件可包含與如上文參考圖4至圖7所描述之物鏡401整合之偵測器模組402。電子偵測器件240可包含感測器單元，例如捕獲電極405。
在本發明之實施例中，中間焦點1233處之校正器235係藉由狹縫偏轉器300實施。狹縫偏轉器300為操控器之實例且亦可稱為狹縫校正器。
在圖12中示意性地說明另一例示性電子束工具40c，該另一例示性電子束工具40c可代替圖2之工具40成為圖1之例示性帶電粒子束檢測設備100之部分。藉由相同參考標識設備40a中具有與圖2之設備40的對應部分類似的功能之部分。在一些情況下，下文包括此類部分之精簡或簡化描述。
在圖12之實施例中，電子光學系統包含源201。源201提供帶電粒子(例如電子)束。聚焦於樣品208上之多光束源自源201所提供之光束。子光束可源自光束，例如使用界定光束限制孔徑之陣列之光束限制器。源201理想地為具有亮度與總發射電流之間的良好折衷的高亮度熱場發射器。在所展示實例中，準直儀經提供於物鏡陣列總成之上行光束。準直儀可包含巨型準直儀270。巨型準直儀270在已將光束拆分成多光束之前作用於來自源201之光束。巨型準直儀270使光束之各別部分彎曲一定量，以有效確保源自光束之子光束中之每一者的束軸基本上垂直(亦即，與樣品208之標稱表面大致成90°)入射於樣品208上。巨型準直儀270將宏觀準直應用於光束。巨型準直儀270可因此作用於所有光束，而非包含各自經組態以作用於光束之不同個別部分的準直儀元件之陣列。巨型準直儀270可包含磁透鏡或磁透鏡配置，其包含複數個磁透鏡子單元(例如形成多極配置之複數個電磁體)。替代地或另外，巨型準直儀可至少部分地以靜電方式實施。巨型準直儀可包含靜電透鏡或靜電透鏡配置，其包含複數個靜電透鏡子單元。巨型準直儀270可使用磁透鏡與靜電透鏡之組合。
在另一配置(未展示)中，巨型準直儀可部分或全部由準直儀元件陣列替換，其提供遠光束限制器之下行光束。每一準直儀元件準直各別子光束。準直儀元件陣列可使用MEMS製造技術形成以便在空間上為緊湊的。準直儀元件陣列可為源201之光束路徑下行光束中之第一偏轉或聚焦電子光學陣列元件。準直儀元件陣列可為控制透鏡陣列250之上行光束。準直儀元件陣列可位於與控制透鏡陣列250相同之模組中。
控制透鏡陣列250可包含連接至各別電位源之三個平板電極陣列。控制透鏡陣列250之功能為相對於光束之縮小率最佳化光束開度及/或控制遞送至物鏡234之光束能量，該等物鏡中之每一者將各別子光束211、212、213引導至樣品208上。注意：在實施例中，圖11中所展示之配置可以物鏡陣列之控制透鏡陣列上行光束為特徵。相對於控制透鏡陣列之設計及功能，2020年9月17日申請之歐洲專利申請案第20196716.3號特此以引用之方式併入。
在圖12之實施例中，提供巨型掃描偏轉器265以使子光束在樣品208上方進行掃描。巨型掃描偏轉器265使光束之各別部分偏轉以使子光束在樣品208上方進行掃描。在實施例中，巨型掃描偏轉器265包含宏觀多極偏轉器，例如具有八極或更多極。偏轉係為了致使源自光束之子光束在一個方向(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軸及Y軸)在整個樣品208中進行掃描。巨型掃描偏轉器265宏觀上作用於所有光束，而非包含各自經組態以作用於光束之不同個別部分之偏轉器元件的陣列。在所展示實施例中，巨型掃描偏轉器265設置於巨型準直儀270與控制透鏡陣列250之間。
在另一配置(未展示)中，巨型掃描偏轉器可部分或全部由
掃描偏轉器陣列替換。掃描偏轉器陣列260包含複數個掃描偏轉器。掃描偏轉器陣列260可使用MEMS製造技術形成。每一掃描偏轉器在樣品208上方掃描各別子光束。掃描偏轉器陣列260可因此針對每一子光束包含掃描偏轉器。每一掃描偏轉器可使子光束在一個方向(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軸及Y軸)上偏轉。偏轉係為了致使子光束在一或兩個方向上(亦即，一維地或二維地)在整個樣品208中進行掃描。掃描偏轉器陣列可為物鏡陣列241之上行光束。掃描偏轉器陣列可為控制透鏡陣列250之下行光束。儘管對與掃描偏轉器相關聯之單個子光束進行了參考，但子光束之組可與掃描偏轉器相關聯。在實施例中，具體地關於掃描偏轉器之文獻特此以全文引用之方式併入的EP2425444中所描述之掃描偏轉器可用於實施掃描偏轉器陣列。掃描偏轉器陣列(例如使用如上文所提及之MEMS製造技術形成)可比巨型掃描偏轉器在空間上更為緊湊。掃描偏轉器陣列可位於與物鏡陣列241相同之模組中。
在其他實施例中，提供巨型掃描偏轉器265及掃描偏轉器陣列兩者。在此配置中，樣品表面上方之子光束的掃描可藉由較佳地同步地一起控制巨型掃描偏轉器及掃描偏轉器陣列260來達成。
物鏡陣列總成可進一步包含準直儀陣列及/或掃描偏轉器陣列。
本文中所描述之物鏡陣列總成中之任一者可進一步包含偵測器陣列240。偵測器陣列240偵測自樣品208發射之帶電粒子。偵測到的帶電粒子可包括由SEM偵測到的任何帶電粒子，包括自樣品208發射之信號粒子，例如次級電子及/或反向散射電子。
圖13及圖14描繪電子偵測器件240的另一實例，該電子偵測器件240可在本發明之實施例中使用，例如其可併入於上文參考例如圖2、圖10、圖11及圖12所描述的電子束工具40、40a、40b、40c中。圖13為整合於物鏡陣列501中或與物鏡陣列501相關聯之電子偵測器件240的示意性側視圖，且圖14為電子偵測器件240之仰視圖。
如圖13中所展示，此實例中之電子偵測器件240包含基板502，該基板502具備包圍各別光束孔徑504之複數個感測器單元503。將基板502安裝至減速陣列物鏡501之上部電極(更遠離樣品208)。感測器單元503面朝樣品208。感測器單元可在感測表面位於面向上部電極之表面的上行光束與下行光束之間的情況下定位。感測器單元503可整合至最遠離樣品208之物鏡501的電極中或與該電極相關聯。此與圖7之整合至陣列物鏡之下部電極中或與該下部電極相關聯的電子偵測器件240形成對比。亦即，在兩個實施例中，感測器單元可整合至物鏡501中(圖7之感測器單元503可經安裝至最遠離源或最接近樣品之陣列物鏡的電極，但並非必須與該電極整合。)圖13描繪雙電極物鏡，但應瞭解，亦可使用任何其他形式之物鏡，例如三電極透鏡。
將此實例中之電子偵測器件240遠離最遠離源之物鏡501的電極(換言之，遠離物鏡501之上行光束電極)置放。在此位置中，物鏡501中之電極更接近電子偵測器件240之樣品或下行光束。因此，藉由物鏡501之下行光束定位之電極陣列將由樣品208發射之次級電子加速至例如數千伏(可能約28.5kV)。在操作期間支撐感測器單元503之基板可保持在與上部電極相同的電位下(亦即，電位差，亦即，相對於諸如源或樣品之參考電位)。因此，感測器單元503可包含例如PIN偵測器及/或閃爍器。閃
爍器及PIN偵測器通常能夠偵測高於偵測臨限值之帶電粒子，例如通常高於大約1kV，但已知PIN偵測器的較低值，例如200eV。針對閃爍器，偵測臨限值可藉由選擇閃爍器表面上之導電塗層(諸如金屬層)的厚度而改變，例如面向下行光束，諸如朝向樣品。此閃爍器或PIN偵測器對具有低於偵測臨限值之能量的帶電粒子不靈敏。在發射諸如次級電子之次級帶電粒子時，通常具有約50V的接近零的能量。使用物鏡內之閃爍器或PIN偵測器而非物鏡之下行光束因此確保來自樣品的此類低能量帶電粒子因為下行光束定位電極使帶電粒子加速而具有足以供閃爍器或PIN偵測器進行偵測之能量。使用PIN偵測器或閃爍器具有不存在明顯的額外雜訊源之優點，此係由於PIN偵測器及閃爍器具有對信號之較大初始放大。此配置之另一優勢為更易於存取電子偵測器件240，例如以用於進行功率及信號連接或用於在使用時維修。具有捕獲電極之感測器單元可替代地用於此位置處，但此可能引起更為不良之效能。
PIN偵測器包含反相偏置的PIN二極體且具有包夾於p摻雜區與n摻雜區之間的內部(極輕度摻雜)半導體區。入射於內部半導體區上之次級電子產生電子-電洞對且允許電流流動，從而產生偵測信號。
閃爍器包含當電子入射於其上時發光之材料。偵測信號係藉由運用相機或其他成像器件對閃爍器進行成像而產生的。
為了正確地對感測器單元503上之輔助電極進行成像，需要在最後一個電極與樣品208之間提供相對較大的電位差。舉例而言，物鏡之上部電極可在約30kV下，下部電極在約3.5kV下且樣品208在約2.5kV下。下部電極與樣品208之間的較大電位差可增加物鏡在初級光束上之像差，但可選擇適合的平衡點。
實施例之精確尺寸可在逐個狀況的基礎上進行判定。光束孔徑504之直徑可在約5至20μm的範圍內，例如約10μm。電極中之狹縫之寬度可在50至200μm的範圍內，例如約100μm。光束孔徑與電極狹縫之間距可在100至200μm的範圍內，例如約150μm。上部電極與下部電極之間的間隙可在約1與1.5mm的範圍內，例如約1.2mm。下部電極之深度可在約0.3至0.6mm的範圍內，例如約0.48mm。下部電極與樣品208之間的工作距離可在約0.2至0.5mm的範圍內，例如約0.37mm。理想地，下部電極與樣品208之間的電場強度不超過約2.7kV/mm，以避免或減少對樣品208之損害。上部電極與下部電極之間的間隙中之場可為更大的，例如超過20kV/mm。
與感測器單元相關聯之光束孔徑504具有比電極陣列更小之直徑，以增大可用以捕獲源自樣品之電極的感測器單元之表面。然而，光束孔徑直徑之尺寸經選擇為使得其准許子光束通過；亦即，光束孔徑不為光束限制的。光束孔徑經設計以准許子光束通過而不塑形其橫截面。相同註釋應用於與圖4至圖7中所描繪之實施例的感測器單元402相關聯之光束孔徑406。
在實施例中，單個感測器單元(例如，PIN偵測器)包圍每一孔徑。複數個感測器單元可與光束孔徑中之各別者鄰近且經組態以捕獲自樣品發射之帶電粒子。單個感測器單元可具有圓形周界及/或外徑。感測器單元可具有在孔徑與感測器單元之周界之間延伸的區域。感測器單元503可配置成矩形陣列或六邊形陣列。
在另一實施例中，感測器單元可具有複數個感測器元件(例如較小PIN偵測器)。每一感測器單元之複數個感測器元件設置於孔徑周
圍。複數個感測器元件可共同具有圓形周界及/或直徑。複數個感測器元件可共同具有在孔徑與複數個感測器元件之周界之間延伸的區域。複數個感測器元件可配置成矩形陣列或六邊形陣列。由一個孔徑周圍之感測器元件捕獲到的電子產生之信號可經組合成單個信號或用於產生獨立信號。感測器元件可經徑向劃分。感測器元件可形成複數個同心環形物或環。感測器元件可經成角度地劃分。感測器元件可形成複數個分段類件或片段。片段可具有類似角大小及/或類似區域。感測器元件可經徑向劃分及成角度地劃分或以任何其他適宜方式劃分。感測器單元(視情況其感測器元件)之表面可基本上填充支撐感測器單元之基板的表面。
如圖15A中所展示，偵測器陣列(例如在偵測器基板中)或偵測器模組402之面向、甚至在使用時接近樣品之表面以感測器單元的陣列為特徵。每一感測器單元與孔徑相關聯。通常，孔徑之間距介於10與500微米之間，更佳地介於50至300微米之間，例如70微米。每一感測器單元與偵測器模組402之基板之經分配表面區域相關聯。由於基板經分層為例如具有CMOS結構時，因此基板內的每一層相對於各別感測器單元定位，較佳地接近地定位。可商購CMOS結構具有層之常見範圍，例如三至十個，通常為約五個。(相對於圖7提供之細節係例示性的且為易於描述，提供了兩個功能層。配線層及邏輯層之此兩個層可表示與所需的同樣多之層，且每一層並不限於分別為配線或邏輯。)層之數目受到商業可獲得性限制，且任何數目的層皆為可行的。然而，鑒於實用性，基板具有有限數目個層，為了達成高效設計，可用空間受到限制。
理想地，基板之電路層具有針對每一感測器單元分配之一部分，該電路層可為配線層及/或邏輯層。不同層之經分配部分可稱為晶
胞550。用於全多光束配置之基板中之部分的配置可稱為晶胞陣列552。晶胞550可為與針對每一感測器單元分配的表面區域相同的形狀，諸如六邊形或可鑲嵌細工之任何適當的形狀，且可在形狀及/或面積方面全部為類似的，諸如如將相對於圖16描述的矩形形狀。藉由置放及佈線設計，可更容易地使用矩形或直線形狀。與諸如在六邊形架構中需要銳角或鈍角之架構相比，此設計通常由適合界定具有帶正交方向之矩形類型架構的晶片之軟體來實施。在圖15A中，晶胞550經描繪為六邊形，且晶胞陣列552經描繪為包含個別晶胞之六邊形。然而，理想地，各自相對於感測器單元以類似方式定位。配線路線554可連接至每一晶胞550。配線路線554可佈線於晶胞陣列552之其他晶胞之間。注意：參考陣列之晶胞之間的配線路線，希望至少配線路線避開例如經由晶胞陣列界定之孔徑陣列的光束孔徑。在配置電路架構中，至少電路層中之晶胞大小可經減小為容納配線路線，使得配線路線佈線於晶胞之間。另外或替代地，配線路線較佳地朝向晶胞之周界穿過晶胞陣列中之晶胞，例如以減少配線路線與晶胞中之其他電路系統的干擾。因此，對晶胞之間的配線路線之參考包含：晶胞之電路系統之間的配線路線；晶胞內之配線路線，較佳地朝向晶胞之外周且至少圍繞穿過晶胞之光束孔徑；及任何中間變化。在所有此等配置中，例如在CMOS架構中，配線路線可與其他電路系統位於相同的晶粒中，其他電路系統可界定與配線路線之一部分相同的晶胞中的電路系統或配線路線圍繞其佈線之晶胞中的電路系統。因此，晶胞及配線路線可為例如具有偵測器陣列之感測器單元402的單體結構的部分。配線路線554可信號連接晶胞。因此，配線路線將晶胞550信號連接至在晶胞陣列或甚至基板或偵測器模組402外部之控制器或資料處理器。電路層可包含用於自晶胞陣列之
外的晶胞傳輸感測器信號之資料路徑層。
控制器或資料處理器可在基板或偵測器模組402內之電路系統前面，較佳地在晶胞陣列外部，例如作為控制及I/O電路系統(未展示)。控制及I/O電路系統可與晶胞陣列位於相同晶粒中；控制及I/O電路系統可例如在相同CMOS晶片中與晶胞陣列單體整合。控制及I/O電路系統能夠實現來自晶胞陣列552中之所有晶胞的資料之間的高效連接。考慮例如各自具有8位元數位輸出之2791個晶胞之配置。此配置將具有至定位於CMOS晶片外部之電子元件的22328個信號(亦即，8位元輸出*2791個晶胞)。進行此之標準方式為使用SERDES電路系統(串列器/解串列器)。此電路系統藉助於時分多工將大量低資料速率信號轉變成少量高資料速率信號。因此，與在偵測器模組402的外部相比，與晶胞陣列單體地具有控制及I/O電路系統或至少在偵測器模組中具有控制及I/O電路系統為有益的。
在實施例中，控制及I/O電路系統可以諸如用以與在CMOS晶片外部之電子元件通信的電路系統之一般支援功能為特徵，以使得能夠加載特定設定，例如以用於控制放大及偏移，諸如如本文中所描述之減去。
晶胞550之電路層連接至各別晶胞之感測器單元503。電路層包含具有放大及數位化功能之電路系統，例如其可包含放大電路。晶胞550可包含如圖15B中所描繪之轉阻放大器(TIA)556及類比轉數位轉換器(ADC)558。此圖示意性地描繪晶胞550，其中諸如捕獲電極之相關聯感測器單元503及回饋電阻器562連接至轉阻放大器556及類比轉數位轉換器558。來自類比轉數位轉換器558之數位信號線559離開晶胞550。應注
意，感測器單元經表示為偵測器元件560，且回饋電阻器經展示為以圓盤562形式與偵測器區域相關聯，而非與轉阻放大器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區域以指示其相對大小，其原因將在參看圖15C時變得顯而易見。
圖16展示晶胞550及相關聯感測器單元503之示意性表示。感測器單元503由偵測器元件560表示。在偵測器元件中界定的係光束孔徑504、406。在光束孔徑504與偵測器元件560之間的係無效區。無效區延伸穿過偵測器模組402之基板，晶胞之無效區564不含例如CMOS架構之電路系統。此無效區過於接近多光束之子光束路徑。存在於無效區中之電路系統很可能例如由於曝露於由各別子光束產生之場而發生故障。另外或替代地，電路系統之操作可干擾電子束。通常，沿著穿過基板502之光束孔徑504的表面之無效區564中之所有金屬層應處於接近基板電位之電位下。因此，穿過基板之光束孔徑504之表面應不含存在於電路層中的隔離器。因此，若在無效區564中存在電路系統，則理想地避開電路系統。
描繪了相對於孔徑在偵測器元件之外的晶胞之外區566。外區之周界可界定等效於如圖15A及圖15B中所描繪之六邊形形狀的區域。六邊形區域可對應於偵測器模組402的面向基板之表面的最接近部分。然而，考慮到光束孔徑的間距為70微米之實例，矩形的一側之尺寸可經設定成對應於光束間距，而正交側的尺寸則將經設定為60微米。以此方式，每一晶胞之外區的周界可經鑲嵌細工且填充晶胞陣列。此外區566可對應於偵測器模組402之面向樣品之表面，例如其構成基板。偵測器模組之面向樣品之表面的此部分未被偵測器元件覆蓋；然而在實施例中，儘管外區經展示為正方形或矩形，但外區之部分可對應於鄰接晶胞550的外區
且與該鄰接晶胞550之外區重疊。
在配置中，光束孔徑可處於10至500微米，較佳地50至300微米，例如60至70微米之間距處。晶胞之尺寸且因此外區之外尺寸可對應於間距尺寸。針對約70微米之例示性光束間距，偵測器元件之尺寸可為例如30至70微米的直徑，例如50微米。無效區之尺寸，例如外徑(亦即，環或環形物之外徑)可為10至20微米，例如15微米。光束孔徑504之偵測器元件之平面中的尺寸可為5至15微米，例如5微米。因此，無效區之例如在其內徑與外徑之間的寬度可為一至五(1至5)微米。
如參考圖8及圖9所描述且如圖8及圖9中所展示，轉阻放大器可包含回饋電阻器Rf 562。回饋電阻器Rf之量值應經最佳化。此回饋電阻器之值愈大，輸入參考電流雜訊愈小。因此，轉阻放大器之輸出端處之信號雜訊比愈佳。然而，電阻Rf愈大，頻寬愈低。有限頻寬導致信號之有限上升及下降時間，從而導致額外影像模糊。經最佳化Rf產生雜訊位準與額外影像模糊之間的良好平衡。
為實施設計，電路系統(亦即，與每一感測器單元相關聯之放大電路系統)應位於相關聯晶胞550之層內，且適合每一相關聯層的部分之可用的有限區域。就70微米之光束間距而言，晶胞中每層之可用區域通常為僅4000平方微米。取決於感測到的信號粒子，例如次級電子及/或反向散射電子，例如作為要由感測器單元量測之電流，回饋電阻器Rf的最佳值可高達30至300MOhm。若此電阻器將在標準CMOS程序中經實施為多晶矽電阻器，則此電阻器之大小將遠大於在晶胞550之CMOS層中可用的區域。舉例而言，300MOhm之電阻器將消耗約500000平方微米。此約為整個可用區域之130倍以上。
通常，例如在CMOS架構中，此較大電阻器將在例如多晶矽之單層中製造。通常存在多晶矽之單層。在一些情況下，可提供具有能夠提供高電阻器值之材料的層，儘管具有如此高的深寬比(例如極端長度相對於層中電阻結構之寬度)，但電阻器之可靠性保持不變。即使晶胞將具有用於此電阻器之多個層，亦將必須存在可容易地用於使用CMOS技術之實例之更多的層。另外或替代地，穿過不同層之曲折路徑不會減輕高深寬比，且電阻值變化之風險只會由不同層之間的互連造成。此類互連影響作為拐角之電阻器之電阻值的可變性，如本文中稍後描述的。
應注意，在假設180nm節點架構及處理之情況下計算此類尺寸。若替代地，使用較小處理節點，則不太可能的係，可獲得在減小電阻器結構之尺寸方面的一千倍之增益。另外，出於處理原因，使用180節點架構相對於較小節點為較佳的。舉例而言，180nm節點中之互連更易於處理。偵測器晶片例如在蝕刻光束孔徑504時之後處理使用鋁互連。在次180nm節點處之此後處理通常使用具有銅互連之程序。在180nm下之處理因此比在次180nm下之處理更簡單。
另外，若製造此電阻器，則在無論哪個節點中，電阻器規格之可靠性以及可用於電阻器的空間可具有挑戰性。
在晶片架構之分層結構，諸如CMOS中，組件及特徵經界定為層中之結構。組件之規格取決於層之材料及層之實體屬性、層的尺寸，具體地為其厚度及形成於層中之結構之尺寸。電阻器可採取較長的窄路徑、路線或線之形式。鑒於空間約束，路徑可為非線性的，沿著其路徑具有拐角。針對此較長組件，層中之路徑的寬度可諸如經由製造容限而改變。拐角可提供比路徑之線性區段更大的變化，從而限制精確性，可以該
精確性製造電阻器以具有規定電阻。在具有許多拐角及較長長度之情況下，可以較差可靠性製造具有此拓樸之電阻器，使得晶胞陣列中的不同晶胞之等效電阻器的電阻可具有較大範圍。
此電阻結構具有較大表面區域。另外或替代地，具有此較大表面區域之電阻器將另外具有不合需要的電容；此電容稱為寄生電容。寄生電容可不合需要地造成雜訊及模糊，從而影響雜訊、模糊及本文中之其他地方所描述之頻寬最佳化之間的平衡。
層之材料屬性可經化學改性；然而，此類改性不大可能在大小方面達成數個數量級之改進以適合晶胞中之可用空間。此類改性不大可能充分地改變回饋電阻器之構形，以使得具有所需規格且可以所要可信賴的精確性進行製造。
在可靠性及大小方面之此類要求將使得電阻器能夠在頻寬、信號雜訊比及穩定性方面達成其所需性能。不利地是，無法滿足此等要求。
提出不需要此較大回饋電阻器之替代放大電路系統。實例包括具有作為回饋元件(參見圖17)之偽電阻器之轉阻放大器，及直接類比轉數位轉換器，從而避免對轉阻放大器之需求。直接類比轉數位轉換器之兩個實例為：使用低工作週期切換電阻器，圖18；及使用參考電容器，圖19。視情況選用的配置將自晶胞550移除類比轉數位轉換器558，使得電路線570將晶胞550中之轉阻放大器556與在晶胞陣列552外部的類比轉數位轉換器連接，圖15C。可將圖15C中所描繪之配置應用於如圖8及圖9中所描繪之放大器電路或應用於圖17、圖18及圖19中所展示之放大器電路。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，該等放大器電路達成與本文中所描述之彼等益處類似的益處且針對如本文中所描述之每一晶胞使用類似電路架構。
圖17中所描繪之放大電路為具有作為回饋元件之連接至感測器單元503的輸出端之偽電阻器R之轉阻放大器565。偽電阻器為由電晶體之配置而非由真實電阻器形成的電阻器。偽電阻器可例如在回應於不同的施加電位差而具有不同的有效電阻時以非線性方式回應。可在放大電路中有利地應用此特徵以幫助提供可變放大功能。然而，存在可藉由限制施加電位之振幅進行限制之信號失真的風險。
為了限制此偽電阻器之非線性的負面效應，在回饋元件之回饋環路中使用了衰減器A。衰減器用以調節電壓波動或振幅之擺動。衰減器具有電阻器。單獨地，衰減器中之此等電阻器小於回饋電阻器Rf，但存在更多此等電阻器。
因此，使用轉阻放大器的回饋環路中之偽電阻器減小了放大器電路之有效大小。因為其更小且為電晶體之配置，所以降低了不同晶胞之放大器電路系統中的偽電阻器之間的變化之風險。不同偽電阻器之間的結構、性能及規格為比如圖8及圖9中所描繪之配置中的回饋電阻器Rf更恆定的且可信賴的。
回饋元件可另外包括：與偽電阻器R及衰減器A並聯之電容器CF；及電容器及偽電阻器之並聯的回饋環路之間的增益放大器。此等不同元件之間的包括回饋元件之有效電阻之關係例如就放大的輸出電壓Vout及來自感測器單元之輸入電流Iin而言為：
圖17中之轉阻放大器的所描繪設計之頻寬fc大約為：
有利地，使用此偽電阻器另外保護歸因於ESD(靜電放電)而導致之損傷。關於使用轉阻放大器中之偽電阻器之其他細節為以下中的揭示內容：IEEE固態電路期刊，第53卷，第7期，第1913至1923頁，2018年7月中之D.Djekic、G.Fantner、K.Lips、M.Ortmanns及J.Anders「A 0.1% THD,1-MΩ to 1-GΩ Tunable,Temperature-Compensated Transimpedance Amplifier Using a Multi-Element Pseudo-Resistor」，其特此以引用之方式併入。
以此轉阻放大器為特徵之放大器電路系統可與標準類比轉數位轉換器一起使用，如以下發明中所描述，所有發明之全部內容特此以引用之方式併入：
●SAR ADC(例如「A Compact 10-b SAR ADC With Unit-Length Capacitors and a Passive FIR,JSSC 2019」)
●單斜率ADC(例如「J.Wei、X.Li、L.Sun及D.Li「A 63.2μW 11-Bit Column Parallel Single-Slope ADC with Power Supply Noise Suppression for CMOS Image Sensors」2020年IEEE國際電路及系統研討會(ISCAS)，塞維利亞，2020年，第1至4頁」)
替代放大電路為直接連接至感測器單元503之輸出端的例如使用開關電阻器或電容器之直接類比轉數位轉換器，如圖18及圖19中所描繪。合適類型的直接類比轉數位轉換器為電荷平衡直流轉數位轉換器。使用直接類比轉數位轉換器避免使用轉阻放大器及具有回饋電阻器Rf或外來的替代物。移除轉阻放大器移除了放大電路中最耗電的組件及輸入
雜訊的主要來源。增量三角積分調變器提供對電荷平衡直流轉數位轉換器的最佳實現。在圖18及圖19中描繪兩種可能的解決方案：將低工作週期切換電阻器用作參考；及將開關電容器用作參考。此等電路為例示性的且可存在其他合適的電路。
圖18以簡化形式描繪具有低工作週期切換電阻器之合適的直流轉數位轉換器。電路具有積分器A，來自感測器單元503及參考電阻器Rdac之輸出輸入至該積分器A。電容器Cint位於積分器A之回饋環路中。自積分器A輸出之信號由比較器處理，以用於進行將類比信號轉換為數位信號之最終步驟。位元流bs使用電荷平衡環路將來自比較器之輸出端之回饋提供給參考電流Idac之控制開關。控制開關之設計有助於確保感測器電流Iin與參考電流Idac之間的長期穩定的平衡。此幫助確保積分器將不會削減其輸出信號，且輸出位元流bs為感測器電流Iin之數位化版本。
在使用具有低工作週期切換電阻器之此直流轉數位轉換器時，參考電阻器Rdac之大小減小，例如在將其實現為CMOS電路時。此係藉由在時脈週期Tclock的極小部分t內將參考電阻器Rdac連接至積分器A之輸入端來達成。此導致較小工作週期：t/Tclock，例如1：1000。此短連接時間足以遞送平衡來自在感測器單元之電流Iin(亦即，感測器電流)中遞送的電荷所需之參考電流Idac中之電荷。以此方式提供參考電流以平衡感測器電流有助於確保參考雜訊較小。然而，使用如此低的工作週期實現將以其他方式藉由諸如標準轉阻放大器之回饋電阻器Rf之較大電阻器來達成的相同效應。因此，此解決方案應用了比將以其他方式使用之大小更小的電阻器，且使用工作週期來提高其有效大小同時最小化電阻器之實際大小及有效性具有此類型的放大電路所需之晶胞中之電路層。
在圖19中以簡化形式描繪具有參考電容器之合適的直流轉數位轉換器。除非另外規定，否則電路具有與電流轉數位轉換器完全相同之特徵，該電流轉數位轉換器具有如圖18中所描繪之低工作週期切換電阻器。配置成切換配置之電容式數位轉類比轉換器567供應參考電流。此開關電容器數位轉類比轉換器含有至少一個電容器且可含有並聯電容器網路。個別電容器基於輸入而與開關連接或斷開。作為基於電容器之電路，電容式數位轉類比轉換器567可經表示為參考電容器Cdac，代替參考電阻器Rdac，使用參考電容器Cdac。因為使用電容器，所以選擇適當地設定大小之電容器將產生合適的參考電流Idac，使得不需要由時脈信號fs向參考電路供電之脈衝星。在限制將時脈用於積分器時，最小化時脈抖動之效應。參考電流Idac對感測器電流Iin產生之影響將量化感測器電流之信號。此實際上為直接數位轉換。
如圖15C中所描繪，晶胞550包含連接至偵測器元件560之轉阻放大器556。與此放大電路系統相關聯的為有效回饋電阻器568。轉阻放大器之輸出端連接至遠離晶胞之類比轉數位轉換器558(未展示)。電路線570連接轉阻放大器及類比轉數位轉換器。電路線570傳輸類比信號。考慮到晶胞陣列552密集地封裝，類比轉數位轉換器在晶胞陣列外部，例如與晶胞陣列552相同的晶粒及/或與晶胞陣列552單體整合之晶胞陣列。在實施例中，類比轉數位轉換器558位於偵測器模組402之基板中。替代地，類比轉數位轉換器遠離基板，例如其為在基板外部之處理器的部分。
圖15B及圖15C中所描繪之晶胞之間的組件之差異在於圖15C之晶胞僅包括轉阻放大器，而不包括類比轉數位轉換，且電路線270
傳輸類比信號，而非由類比轉數位轉換器傳輸之數位信號。藉由自晶胞550移除類比轉數位轉換器，在回饋電阻器元件之晶胞550之電路層中存在更多可用空間。此相對差異可由圖15B及圖15C中之回饋電阻器區域562之相對大小注意到；(但注意，相對尺寸未必適用於該兩個圖之其他特徵)。若針對相對於圖8及圖9所描繪及描述之轉阻放大器電路，放大器電路系統使用替代轉阻放大器電路，例如，如圖17中所描繪，若將具有偽電阻器之轉阻放大器用作回饋元件，則在晶胞550的電路層中仍存在更多空間。
儘管可能更易於在晶胞之電路層中裝配具有偽電阻器回饋元件及類比轉數位轉換器之轉阻放大器556，但在配置中，對用於使類比轉數位轉換器558在晶胞陣列552外部之空間約束更為實用。儘管使用在區域中提供一至兩個數量級的增益之轉阻放大器之回饋元件中的偽電阻器，亦是此情況。決定類比轉數位轉換器558是否在晶胞陣列552外部之一個考慮因素為多光束之光束間距。舉例而言，在70微米之光束間距的情況下，針對包括放大電路系統之電路系統，晶胞之每層通常只有4000平方微米可用。
根據此空間約束，轉阻放大器位於每一光束之晶胞中。類比轉數位轉換器位於光束之陣列外部，亦即，位於晶胞陣列外部。在實施例中，在與晶胞陣列相同之晶粒上存在類比轉數位轉換器，例如與晶胞陣列單體地。此類比轉數位轉換器可與控制及I/O電路系統一起定位，該控制及I/O電路系統可位於偵測器模組402上或甚至與晶胞陣列552一體成型。將類比轉數位轉換器定位於晶胞陣列外部可提供約兩倍之區域增益。
電路線570連接晶胞550中之轉阻放大器與相關聯類比轉數
位轉換器558。電路線570傳輸類比信號。不同於數位信號，傳輸類比信號之資料路徑對干擾靈敏。信號干擾可來自與其他電路線之串音且來自諸如由多光束之子光束及來自諸如物鏡陣列241之附近電子光學組件的場產生之外部場。
電路線570經由如圖15A中所描繪之配線路線554佈線。配線路線554佈線於晶胞之間，使得晶胞及其層之區域用於存在於晶胞上之放大電路系統。配線路線554因此僅使用存在配線路線之電路層的一部分，亦即，在鄰接晶胞550之間(例如至少圍繞鄰接晶胞550之光束孔徑504、406；穿過鄰接晶胞550，諸如朝向晶胞之外周或在經分配給鄰接晶胞550的層中之電路系統之間，或所陳述配置之間的任何配置)。此佈線避免放大電路系統及配線路線554之架構的架構干擾。電路線沿著晶胞陣列中之配線路線在向外的方向上佈線，例如在徑向向外的方向上佈線。在至晶胞陣列552之周界的較大接近度之情況下，可存在比遠離周界之配線路線554的一部分中之電路線更多的電路線570。配線路線可具有複數個電路線570，如所描述，該複數個電路線570位於陣列之晶胞之間。因此，配線路線554的一部分可具有多於一個電路線570。然而，使電路線接近於彼此定位存在電路線之間的串音及由電路線570傳輸的類比信號之干擾的風險。
可至少藉由在配線路線內使電路線570彼此屏蔽來降低或甚至避免串音及信號干擾之風險。圖20描繪配線路線554之例示性配置之橫截面。在配線路線554內的係一或多個電路線470，其經展示為在與配線路線554及屏蔽配置相同的方向上延伸。電路線展示於同一層中。在電路線570上方的係上部屏蔽層572；在電路線570下方的係下部屏蔽層
574。屏蔽配置之上部屏蔽層及下部屏蔽層屏蔽電路線570免受在位於配線路線554上方及下方之配線路線554外部的場之影響。屏蔽配置在與電路線570相同的層中具有屏蔽元件。屏蔽元件可為位於包含電路線570之層的外邊緣處之外元件576。外元件576屏蔽電路線570免受在配線路線554外部之場的影響。屏蔽元件可包括存在於鄰接電路線之間的層中之中間屏蔽元件578。中間屏蔽元件578可因此至少在不避免電路線570之間的串音之情況下抑制。在操作中，將共同電位施加至屏蔽層572、574及屏蔽元件576、578。電位可為參考電位，例如接地電位。
儘管圖20描繪三層配置，但可能需要與可在配線路線570中使用之層一樣多的層。舉例而言，可存在電路線之兩個層，從而需要包括上部屏蔽層572、下部屏蔽層574及中間屏蔽層之三個屏蔽層。中間屏蔽層可在不避免配線路線570之不同層中之電路線之間的串音之情況下另外減少。因此，總共存在五個層。電路線之每一額外層需要額外的中間屏蔽層。儘管增加配線路線554中之層的數目會降低線佈線需要之層的比例，但此設計變化需要額外層。鑒於層數有限，存在最佳層數，在該最佳層數下，配線路線之寬度減小而不會超過偵測器模組之基板中的其他地方所需之層數，其可限制於五個層。
配線路線之設計之另一考慮因素為在偵測器模組的例示性設計中可能需要存在的電路線之數目，例如考慮圖20之使所有電路線570位於一層中之配置。
舉例而言，光束之陣列配置為具有三十(30)個環之六邊形陣列。偵測器模組因此具有對應設計之晶胞陣列。晶胞之數目為約3000個，例如2791個。假設此晶胞陣列具有七十(70)微米之間距，最內部的晶
胞為零階環(環#0)且具有單個晶胞；最內部的環(環#1)圍繞中心晶胞；且最外部的環(環N)界定晶胞陣列的周界且由6N個晶胞組成。針對三十個環之晶胞陣列，晶胞之總數目相等：
最外部的環具有需要經由環佈線之最高數目的信號。考慮到配線路線佈線於每一晶胞之晶胞之間，此等信號經由最外部的環之晶胞之間的最外部的環佈線。因為最外部的環由180個晶胞(例如第三十環乘以六，亦即30*6=6N組成)，所以經由最外部的環例如在最外部的環之晶胞之間輸送之信號的數目為：
待經由鄰近晶胞之間的外環佈線之信號之最大數目為信號之總數目(2611)除以最外部環中之晶胞的數目(180)。此為十五個，15(捨入至最接近的整數)。因此，信號經充分屏蔽，例如以限制串音及外部場之影響，配線路線具有屏蔽配置。在線電路之單層中，層可具有位於配線路線之邊緣處的外元件576及位於鄰近電路線570之間的中間屏蔽元件578。在十五(15)個電路線570之配線路線的情況下，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屏蔽元件576。因此，在實例之外環的鄰近晶胞550之間，在相同層中具有所有電路線之配線路線將具有候補屏蔽元件及電路線之三十一(31)個元件。
針對具有70微米之間距的光束陣列之晶胞陣列552，對於此配線路線554存在可用於電路層中之足夠的空間或區域。在使用180nm節點下之程序產生之結構中，金屬層之最小半間距通常為約280nm。在此內容背景中，半間距為線，且間距為與鄰接間隙具有相關聯間隙的線。
相關聯間隙通常係相同寬度之線。三十一個元件之配線路線需要三十一個間距。然而，元件中對應於外元件576之一者的相關聯間隙不係配線路線554之部分，但將配線路線與鄰接電路系統分離。因此，針對三十一個元件，需要六十一(61)個半間距，其對應於17.1微米之電路配線554的寬度。
在不同配置中，光束陣列可為具有108個環及約35000個晶胞之六邊形，且可視為單體光束陣列。最外部環具有約650個晶胞。需要經由最外部環佈線約34350個信號。因此，約54個信號需要經由最外部環中之鄰接晶胞佈線。具有54個電路線570之配線路線554具有55個屏蔽元件。應用與針對先前實例的情形類似的計算，在將此架構應用於280nm之半間距時，電路線之寬度將低於61微米。在最外部環之晶胞550之間將適合此大小。在替代配置中，光束配置經按比例分配成兩個或更多個帶，其中一或多個中間帶用於佈線支撐結構、諸如導管之冷卻特徵、資料傳輸線及類似物。此光束陣列可稱為剝離光束陣列。配線路線可因此經由一或多個中間帶佈線。此實現較大光束陣列，因此晶胞陣列仍維持適當地設定大小之配線路線。若剝離光束陣列將具有與單體光束陣列相同數目之光束，則配線路線將具有比單體晶胞陣列更少的電路線570，亦即少於54個。實際上，因為如受可位於配線路線中之電路線之最大數目限制的光束陣列之大小將較大，所以剝離光束陣列可達成比單體光束陣列更大數目之子光束。
舉例而言，在頻寬及雜訊最佳化以及模糊與雜訊之間的平衡方面最佳化雜訊性能可藉由確保轉阻放大因數為可程式化的來實現。在此配置中，晶胞之放大器電路，至少轉阻放大器為可程式化的。此可程式
化放大電路可例如就其靈敏度而言包含可變放大器及/或可變類比轉數位轉換器。可變放大器視由感測器單元503偵測之偵測到的光束電流而定具有可變放大範圍。舉例而言，當偵測到的光束電流較低時，或對於具有低於典型二次發射係數之樣品，可調整可變放大器以提供比正常使用時更大的放大。當比正常光束電流更大的光束電流由感測器單元503偵測到時，或對於具有大於典型二次發射係數之樣品，可調諧可變放大器以提供較小放大。
此功能性對回饋元件具有偽電阻器之轉阻放大器為有益的。不同於在所有施加電位差下皆具有單個電阻之理想電阻器，偽電阻器在施加不同施加電壓時具有不同的有效電阻。在提供不同電阻時，與偽電阻器相關聯之轉阻放大器作為可變放大操作。在提供具有可變功能性之放大器時，可實現雜訊位準與影像模糊(本文中在上文稱為『額外模糊』)之間的最佳化平衡。有利地，可程式化放大電路可將轉阻放大器之輸出與類比轉數位轉換器之輸入相匹配。此可作為在轉阻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晶胞之放大電路傳輸之所需的位元數。可程式化偏移可實施於可程式化放大器中。此等量測幫助確保轉阻放大器之動態範圍，且類比轉數位轉換器及因此較佳地放大電路最佳地用於不同用例。此類不同用例可包括：受檢測之樣品的材料屬性、例如使用不同光束電流之不同評估工具組態。應用範圍可藉由提供可變放大器及可變偏移或臨限值(例如減去可程式化偏移)來實現，合乎需要地啟用對放大、臨限值及頻寬之調諧。如本文中之其他地方所提及的，與可變放大及減去相關聯之電路系統可包含於控制及I/O電路系統中。
本說明書係關於以捕獲電極為特徵的感測器單元，且看起來本發明主要係關於以捕獲電極為特徵的感測器整體。如本文中所描述，捕獲電極為電流偵測器。由電流偵測器產生之信號為類比的且容易產生來自外部場及串音之干擾。
可使用之另一種類型之感測器單元為PIN二極體或另一種類型之半導電偵測器，其量測捕獲到的電子
之能量。由PIN二極體產生之信號可具有比電流偵測器之初始放大更高的初始放大；然而所產生信號與針對捕獲電極的情形類似。此感測器單元可具有例如如參考圖15A至圖20所描述之相關聯電路系統。由PIN二極體產生之信號容易產生來自外部影響之雜訊及干擾，亦即，串音。串音之影響隨著PIN二極體與其相關聯電路系統之間的距離增加而變大。與PIN二極體相關聯之此電路系統可以諸如轉阻放大器或類似者之放大器為特徵，如相對於以諸如捕獲電極或類似者之電流偵測器為特徵的感測器單元所描述的。舉例而言，需要使與感測器單元相關聯之此電路系統與晶胞陣列中之各別晶胞相關聯，如本文中所描述，例如，整合於與PIN二極體相同的基板內，例如整合於單體電路架構中。電路系統可接近於PIN二極體，從而由於在偵測器陣列內之其相關聯晶胞中之偵測器與同遠離偵測器陣列定位的偵測器相關聯之電路系統之間的路徑長度而降低干擾亦及可能的信號注意之風險。
本說明書所關於之偵測器模組402可位於接近於樣品或樣品支撐件上之樣品的位置之電子光學柱中。在實施例中，感測器模組位於物鏡總成內之更遠的上行光束處或與物鏡相關聯。此類配置位於多光束之子光束的路徑中。偵測器模組以子光束之路徑的孔徑陣列為特徵。在配置中，偵測器模組可定位物鏡之上行光束，及甚至與諸如控制透鏡之物鏡相
關聯的透鏡的電極之上行光束，及諸如控制透鏡之物鏡之上行光束。
根據實施例之電子束工具41具有與上文所描述之具有相同附圖標號之彼等特徵相同的特徵。出於簡潔起見，並未詳細地描述此類特徵。舉例而言，此電子束工具41具有源201；聚光透鏡231，其產生子光束且將發散的子光束聚焦至共同平面中之中間焦點；巨型準直儀270，其較佳地位於中間焦點之共同平面處；物鏡陣列241；及樣品208。此等特徵可各自如相對於本文中(例如上文)所描述之其他電子束工具所描述。
如圖21中所展示，在實施例中，包含複數個物鏡之物鏡陣列241位於偵測器陣列240與樣品208之間。偏轉器陣列95位於偵測器陣列240與物鏡陣列241之間。在實施例中，偏轉器陣列95包含韋恩濾波器，使得偏轉器陣列可稱為光束分離器。偏轉器陣列95經組態以提供磁場以將投影至樣品208的帶電粒子與信號粒子(例如來自樣品208之次級電子)分離開。韋恩濾波器可呈陣列形式，使得韋恩濾波器在多光束陣列中之細光束的一或多個線上單獨操作。亦即，在實施例中，韋恩濾波器可為具有圍繞多波束陣列之所有細光束之路徑的孔徑之巨型韋恩濾波器。在另一配置中，韋恩濾波器可為韋恩濾波器陣列。此韋恩濾波器陣列具有兩個或更多個孔徑，每一孔徑包圍多光束陣列之細光束之路徑的一或多個線。在配置中，韋恩濾波器可具有包圍多光束陣列中之光束的每一線之孔徑。有利地，具有使得例如在正交方向上韋恩濾波器陣列之在整個陣列中之多光束路徑的間距能夠小於例如在每孔徑具有光束之路徑之一個線的韋恩濾波器陣列之設計中韋恩濾波器陣列之孔徑的間距之孔徑之細光束的路徑之多於一個線。
在實施例中，偵測器陣列240經組態以藉由參考帶電粒子
之能量(亦即，取決於帶隙)來偵測帶電粒子。此偵測器可稱作間接電流偵測器或間接偵測器。此偵測器可為基於半導體之偵測器，諸如PIN偵測器。諸如次級電子及/或反向散射電子之自樣品208發射之信號粒子自電極之間的場獲得能量。一旦次級電子到達待偵測之偵測器陣列240，次級電子便具有充足的能量。替代地
，偵測器陣列可包含如本文中所描述之電流偵測器，例如如相對於圖4至圖9、圖13及圖14所描述及在圖4至圖9、圖13及圖14中所展示。
偵測器陣列可為具有圖15A至圖20中所展示及參考圖15A至圖20所描述之結構、配置、電性及電子電路系統之偵測器模組402。偵測器模組之基板可與參考圖4至圖14所描述及圖4至圖14中所展示之偵測器模組之基板的不同之處在於孔徑之尺寸經設定為包圍多光束陣列中之子光束的路徑之線。此類孔徑可延長路徑之線；此孔徑可為細長的。此孔徑可與方向對準。偵測器部分定位於對應孔徑之一側。舉例而言，此並非包圍與每一光束相關聯之孔徑。由子光束撞擊樣品產生之信號粒子的路徑在初級子光束路徑上方且由偏轉器陣列朝向對應偵測器元件轉向至偵測器模組中之對應孔徑的一側。
在具有元件專門用於偵測作為電信號之信號粒子的偵測器陣列時，代替諸如閃爍器之光子偵測器元件，需要諸如光纖之光導。參見例如在US2019/0259564中之用以將來自閃爍器陣列之光偵測器信號導引至遠離朝向樣品的多光束之路徑之光電偵測器的光纖之揭示內容。此類光纖佔據體積，增加複雜性且限制在多光束陣列中可行的光束間距範圍之下限。具有產生電偵測信號之偵測器元件在實現多光束陣列內之較小光束間距方面可為合乎需要的。對於定位成穿過韋恩濾波器陣列之不同孔徑之多
光束陣列的不同路徑線中之鄰近光束路徑而言，情況可能更是如此。此類鄰近光束被限制在跨細長孔徑之方向上，例如與細長孔徑之方向正交的方向上具有小於陣列之間距之間距。
圖21為電子束工具40之部分的近距視圖。在實施例中，偵測器陣列240包含信號偵測器陣列91。信號偵測器陣列91包含可為電流偵測器或間接偵測器之複數個偵測器元件92。每一偵測器元件92位於信號偵測器陣列91之平面中。至少一個偵測器元件92配置於朝向樣品208投影之初級帶電粒子子光束(較佳地分別為兩個鄰近初級子光束)之兩個鄰近孔徑之間。
在實施例中，偵測器元件92基本上在水平方向上延伸。替代地，信號偵測器陣列91可包含偵測器板，經投影帶電粒子束之開口93經界定於偵測器板中。在另一實施例中，可提供中間配置，在中間配置中，可提供偵測器部分，該等偵測器部分提供用於多於一個子光束之偵測器元件，視情況其中可界定孔徑。
利用圖21中之虛線指示的經投影帶電粒子子光束穿過信號偵測器陣列91之平面經由偵測器元件92之間的開口93朝向偏轉器陣列95投影。
在實施例中，例如韋恩濾波器之偏轉器陣列95包含磁偏轉器96及靜電偏轉器97。在磁偏轉器96及靜電偏轉器97中之每一者中的係複數個孔徑。每一孔徑包圍多光束陣列中之細光束路徑的至少線之路徑。靜電偏轉器97經組態以針對朝向樣品208傳輸的經投影帶電粒子子光束抵消磁偏轉器96之偏轉。因此，經投影帶電粒子子光束可在水平面中移位至較小範圍。偏轉器陣列95之子光束下行光束基本上平行於偏轉器陣列95
之光束上行光束。
在實施例中，物鏡陣列241包含用於導引在樣品208中朝向偏轉器陣列95產生之次級電子之複數個板。此係由於靜電偏轉器97不抵消磁偏轉器96對相對於經投影帶電粒子子光束在相反方向上行進之信號粒子(例如次級電子)之偏轉。實際上，靜電偏轉器97及磁偏轉器96對次級電子之偏轉相加。因此，次級電子經偏轉以相對於光軸以一定角度行進，以便將次級電子傳輸至偵測器陣列240之偵測器元件92上。靜電及磁偏轉器陣列因此充當韋恩濾波器，使得帶電粒子之光束路徑在一個方向(通常為主方向)上基本上不受干擾，而在遠離樣品之另一方向上偏離電子光學軸。經偏轉信號粒子可由偵測器陣列(亦即，偵測器元件)偵測。
在實施例中，偵測器模組402之包含信號偵測器陣列91的基板具有諸如電路層及配線層之層。替代地，偵測器模組402包含基板及另一基板，該基板包含信號偵測器陣列91，該另一基板包含接合在一起的層。包含層之基板中之層包括電路層及配線層及例如供初級子光束通過的孔徑。因此，一個基板中之偵測器晶胞與其他基板中之相關聯電路系統及配線連接。基板(具有或不具有信號偵測器陣列91之特徵)中之層可具有如參考圖15A至圖20所描述及圖15A至圖20中所描繪之結構、架構及功能。此類功能可包括提供例如：放大偵測信號(例如使用轉阻放大器)，將偵測信號自類比信號轉換為數位信號，及將來自偵測器陣列中之各別晶胞的信號傳輸至偵測器陣列外部，同時最小化(若不能防止)與來自其他偵測器之偵測信號的串音。
在另一配置中，在物鏡陣列241與偵測器陣列240之間不具有偏轉器陣列95之情況下，偵測器陣列位於沿著物鏡陣列之初級光束路徑
之上行光束處。在此配置中，間接偵測器元件可包圍對應於多光束陣列之各別子光束的偵測器模組402中之孔徑。偵測器陣列及其偵測器元件之架構可採取參考圖4至圖7、圖13及圖14所描述及圖4至圖7、圖13及圖14中所描繪之實施例的形式。
在另一實施例中，偵測器模組可定位於次級投影設備250之末端處，例如相對於圖2所描繪及描述之第二電子光學柱。因而，偵測器模組402位於信號粒子(例如次級電子及/或反向散射電子)之路徑的末端，偵測器模組以平面感測器單元為特徵。感測器單元不以光束孔徑為特徵，從而准許感測器單元之更多表面捕獲電子。
本文所描述之本發明可應用於各種不同工具架構。舉例而言，電子束工具40可為單光束工具，或可包含複數個單光束柱或可包含複數個多光束柱。柱可包含以上實施例或態樣中之任一者中所描述之帶電粒子光學器件。作為複數個柱(或多行工具)，器件可配置成陣列，該陣列之數目可為二至一百個柱或更多個柱。帶電粒子器件可採取如相對於圖11所描述及圖11中所描繪或如相對於圖12所描述及圖12中所描繪之實施例的形式，儘管較佳地具有靜電掃描偏轉器陣列及靜電準直儀陣列。帶電粒子光學器件可為帶電粒子光學柱。帶電粒子柱可視情況包含源。
根據本發明之實施例的評估工具可為進行樣品之定性評估(例如通過/失敗)之工具、進行樣品之定量量測(例如特徵之大小)或產生樣品之映射影像的工具。評估工具之實例為檢測工具(例如用於標識缺陷)、檢閱工具(例如用於分類缺陷)及度量衡工具，或能夠執行與檢測工具、檢閱工具或度量衡工具(例如度量衡檢測工具)相關聯之評估功能性之任何組合的工具。電子束設備40可為評估系統之組件；諸如檢測工具或度量衡檢
測工具，或電子束微影工具之部分。本文中對工具之任何參考皆意欲涵蓋器件、設備或系統，該工具包含可共置或可不共置且甚至可位於單獨場所中尤其例如用於資料處理元件的各種組件。
以下為本發明之經提供為條項的例示性實施例：
條項1.一種用於帶電粒子多光束評估工具中以偵測來自樣品之帶電粒子的偵測器基板(或偵測器陣列)，該偵測器基板界定多光束之各別帶電粒子束之光束路徑的孔徑陣列，偵測器基板包含：感測器單元陣列，感測器單元陣列中之感測器單元與孔徑陣列中之對應孔徑鄰近，且感測器單元經組態以捕獲來自樣品的帶電粒子，其中偵測器陣列(或偵測器基板)包含與感測器單元陣列中之每一感測器單元相關聯且接近於孔徑陣列中之對應孔徑的放大電路，該放大電路包含轉阻放大器及/或類比轉數位轉換器。
條項2.如條項1之偵測器基板，其包含晶胞之晶胞陣列，其中晶胞陣列包含與感測器單元陣列相關聯的電路系統，晶胞對應於偵測器基板中所界定之孔徑陣列中之孔徑。
條項3.如條項2之偵測器基板，其中與每一感測器單元相關聯之放大電路包含晶胞陣列中之相關聯晶胞。
條項4.如條項2或3之偵測器基板，其進一步包含至少一個電路線，其中每一電路線與晶胞陣列中之相關聯晶胞相關聯，電路線連接至相關聯晶胞的電路系統以便信號連接晶胞以用於在晶胞且較佳地在遠離偵測器基板之控制器外部進行信號通信。
條項5.如條項4之偵測器基板，其中該至少一個電路線在基板之資料路徑層中佈線。
條項6.如條項5之偵測器基板，其中資料路徑層包含電路佈線，該電路佈線包含至少一個電路線，配線路線較佳地在朝向晶胞陣列的周界之方向上佈線於晶胞陣列中之其他晶胞之間及/或在徑向方向配置。
條項7.如條項6之偵測器基板，其中基板包含經組態以屏蔽配線路線之屏蔽元件。
條項8.如條項7之偵測器基板，其中屏蔽元件包含：接地層，其位於在資料路徑層上方及/或下方之基板內；及/或屏蔽元件，其位於在配線路線之任一側及/或配線路線中之電路線之間的資料路徑層中。
條項9.如條項4至8中任一項之偵測器基板，其中電路線或每一電路線在晶胞陣列中之相關聯晶胞中的轉阻放大器與較佳地位於基板中之遠離晶胞陣列的類比轉數位轉換器之間收發資料。
條項10.如條項2至9中任一項之偵測器基板，其中基板包含CMOS電路系統，該CMOS電路系統包含放大器電路系統及晶胞陣列，CMOS電路系統較佳地包含多個層。
條項11.如條項2至8中任一項之偵測器基板，其中轉阻放大器位於相關聯晶胞中，且類比轉數位轉換器為遠端的，較佳地遠離晶胞陣列。
條項12.如條項2至11中任一項之偵測器基板，其中晶胞陣列為六邊形陣列或矩形陣列。
條項13.如任一前述條項之偵測器基板，其中轉阻放大器包含偽電阻器，其中偽電阻器較佳地包含複數個電晶體。
條項14.如條項13之偵測器基板，其中轉阻放大器進一步包含衰減器。
條項15.如任一前述條項之偵測器基板，其中放大電路包含作為直接數位轉換器之直接電連接至對應感測器單元的類比轉數位轉換器。
條項16.如條項15之偵測器基板，其中放大電路包含比較器、積分器及參考件。
條項17.如條項16之偵測器基板，其中參考包含低工作週期切換電阻器或開關電容器。
條項18.一種用於帶電粒子多光束評估工具中以偵測來自樣品之帶電粒子的偵測器基板，該偵測器基板界定多光束之各別帶電粒子束之光束路徑的孔徑陣列，偵測器基板包含：感測器單元陣列中之感測器單元，該感測器單元經組態以捕獲來自樣品的帶電粒子；晶胞陣列，該晶胞陣列中之晶胞與多光束的路徑之孔徑陣列中之孔徑相關聯且與感測器單元陣列中之感測器單元相關聯；及配線路線，其經組態以傳輸來自相關聯晶胞至晶胞陣列之至少一個周界之間的相關聯感測器單元的信號，配線路線經組態以佈線於晶胞陣列中之其他晶胞之間。
條項19.如條項18之偵測器基板，其中配線路線包含相關聯晶胞與晶胞陣列之周界之間的至少一個電路線。
條項20.如條項19之偵測器基板，其中配線路線包含更接近周界之更多個電路線。
條項21.如條項19或20之偵測器基板，其中配線路線在徑向方向上延伸。
條項22.如條項19至21中任一項之偵測器基板，其中基板包含經組態以屏蔽配線路線之屏蔽配置。
條項23.如條項22之偵測器基板，其中屏蔽配置包含：接地層，其位於在配線路線上方及/或下方之基板內；及/或屏蔽元件，其位於在配線路線之任一側及/或配線路線中之電路線之間的資料路徑層中。
條項24.如條項19至23中任一項之偵測器基板，其中每一電路線在相關聯晶胞中之轉阻放大器與較佳地位於基板中之遠離晶胞陣列的相關聯類比轉數位轉換器之間傳輸資料。
條項25.如條項18至24中任一項之偵測器基板，其中基板包含CMOS電路系統，該CMOS電路系統包含放大器電路系統及晶胞陣列，CMOS電路系統較佳地包含多個層。
條項26.一種用於帶電粒子多光束評估工具中以偵測來自樣品之帶電粒子的偵測器基板，該偵測器基板界定多光束之各別光束路徑之孔徑陣列，偵測器基板包含：感測器單元陣列中之感測器單元，該感測器單元經組態以捕獲來自樣品之帶電粒子；晶胞陣列，該晶胞陣列中的晶胞各自與孔徑陣列中之孔徑相關聯，及放大電路系統，其與晶胞陣列中之每一晶胞相關聯，放大電路系統包含可變放大器及類比轉數位轉換器。
條項27.如條項26之偵測器基板，其中可變放大器經組態以取決於由感測器單元陣列偵測之偵測到的光束電流而具有可變放大範圍。
條項28.如條項27之偵測器基板，其中可變放大器包含偽電阻器，該偽電阻器經組態以在不同施加電壓設定下提供不同電阻。
條項29.如條項26至28中任一項之偵測器基板，其中可變放大器經組態以減去用於輸入至ADC中之偏移。
條項30.如條項26至29中任一項之偵測器基板，其中可變
放大器為可程式化的。
條項31.如條項26至30中任一項之偵測器基板，其中與每一晶胞相關聯之可變放大器經包含於對應晶胞中。
條項32.如條項26至31中任一項之偵測器基板，其中與每一晶胞相關聯之類比轉數位轉換器經包含於對應晶胞中。
條項33.一種用於帶電粒子多光束評估工具中以偵測自樣品返回之帶電粒子的偵測器基板，該偵測器基板包含感測器單元陣列，感測器單元陣列中之感測器單元經組態以回應於多光束之子光束而捕獲自樣品返回之帶電粒子，其中偵測器陣列(或偵測器基板)包含電路系統，該電路系統包含與感測器單元陣列中的每一感測器單元相關聯之轉阻放大器及/或類比轉數位轉換器。
條項34.一種界定帶電粒子評估工具中之帶電粒子多光束之光束路徑的孔徑陣列之偵測器基板，該偵測器基板包含：感測器單元陣列，感測器單元陣列中之感測器單元與孔徑陣列中之對應孔徑鄰近，感測器單元經組態以捕獲自樣品發出之帶電粒子；及晶胞陣列，晶胞陣列中之晶胞對應於感測器單元陣列中之相關聯感測器單元；資料路徑，其經組態以將資料收發(例如傳輸)至感測器單元陣列中的對應感測器單元及自感測器單元陣列中的對應感測器單元收發(例如傳輸)資料，資料路徑經組態以經由晶胞陣列中之其他晶胞佈線。
條項35.一種用於帶電粒子多光束評估工具中以偵測來自樣品之帶電粒子的偵測器基板，該偵測器基板界定多光束之各別帶電粒子束之光束路徑的孔徑陣列，偵測器基板包含：感測器單元陣列中之感測器單元，該感測器單元經組態以捕獲來自樣品的帶電粒子；晶胞陣列，該晶胞
陣列中之晶胞與多光束的路徑之孔徑陣列中之孔徑相關聯且與感測器單元陣列中之感測器單元相關聯；及配線路線，其經組態以傳輸來自相關聯晶胞至晶胞陣列之至少一個周界之間的相關聯感測器單元之信號，配線路線經組態以佈線於晶胞陣列中之孔徑及/或孔徑陣列中的孔徑之間。
條項36：如任一前述技術方案之偵測器基板，其中每一感測器單元包含以下中之至少一者：捕獲電極、閃爍器及PIN二極體。
條項37.一種用於多光束評估工具之物鏡總成，該物鏡總成包含：物鏡，其經組態以將複數個帶電粒子束投影至樣品上，其中在物鏡中界定朝向樣品之各別帶電粒子束的路徑之光束孔徑之陣列；及如任一前述條項之偵測器基板。
條項38.一種帶電粒子評估工具包含：如條項37之物鏡。
條項39.一種帶電粒子評估工具包含：如任一技術方案1至34之偵測器基板，及物鏡陣列，其中偵測器基板為物鏡陣列之上行光束。
條項40：如技術方案39之粒子評估工具進一步包含偵測器基板與物鏡陣列之間的偏轉器，較佳地其中孔徑為細長的以便跨過偵測器陣列延伸，每一孔徑包圍多光束中之子光束路徑的至少一個線，且較佳地與多光束中之各別子光束相關聯之偵測器元件經定位成鄰接對應細長孔徑的一側。
條項41.一種使用如條項1至36中任一項之偵測器基板、如條項37之物鏡總成或如條項38至40中任一項之帶電粒子評估工具，使用帶電粒子之多光束來評估樣品之方法。
條項42.一種評估樣品之方法，其包含：-朝向樣品投影帶電粒子之多光束；-回應於帶電粒子的多光束而捕獲自樣品發射之帶電粒
子；-回應於捕獲帶電粒子而傳輸類比信號；-使用放大器來放大類比信號；-使用類比轉數位轉換器將類比信號轉換成數位信號；及-控制放大器及類比轉數位轉換器之動態範圍。
條項43.如條項42之方法，其中控制放大器及類比轉數位轉換器之動態範圍包含控制放大器之放大。
條項44.如條項43之方法，其中控制放大器之放大取決於多個參數。
條項45.如條項44之方法，其中該多個參數包含以下中之至少一者：光束電流之大小，及樣品之第二發射係數。
條項46.如條項42至45中任一項之方法，其中對動態範圍之控制包含減去放大器之間的輸出與類比轉數位轉換器之輸入之間的偏移。
條項47.如條項42至46中任一項之方法，其中對動態範圍之控制由可程式化放大器及/或可程式化偏移控制。
以上描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡述之申請專利範圍之範疇的情況下如所描述一般進行修改。
550:晶胞
556:跨阻放大器
560:偵測器元件
568:有效回饋電阻器
570:電路線
Claims (15)
- 一種用於一帶電粒子多光束評估工具中以偵測來自一樣品之帶電粒子之偵測器基板，該偵測器基板界定一多光束之各別帶電粒子束之光束路徑的一孔徑陣列，該偵測器基板包含：一感測器單元陣列，該感測器單元陣列中之一感測器單元與該孔徑陣列中之一對應孔徑鄰近，且該感測器單元經組態以捕獲來自該樣品的該等帶電粒子；其中該偵測器基板包含與該感測器單元陣列中之每一感測器單元相關聯且接近於該孔徑陣列中之該對應孔徑的一處理電路，該處理電路包含一轉阻放大器及/或一類比轉數位轉換器。
- 如請求項1之偵測器基板，其包含晶胞之一晶胞陣列，其中該晶胞陣列包含與該感測器單元陣列相關聯的電路系統，該等晶胞對應於該偵測器基板中所界定之該孔徑陣列中之該等孔徑。
- 如請求項2之偵測器基板，其中與每一感測器單元相關聯之該處理電路包含該晶胞陣列中之一相關聯晶胞。
- 如請求項2或3之偵測器基板，其進一步包含至少一個電路線，其中每一電路線與該晶胞陣列中之一相關聯晶胞相關聯，該電路線連接至該相關聯晶胞的該電路系統以便信號連接該晶胞以用於在該晶胞且較佳地在遠離該偵測器基板之一控制器外部進行信號通信。
- 如請求項4之偵測器基板，其中該至少一個電路線在該基板之一資料路徑層中佈線。
- 如請求項5之偵測器基板，其中該資料路徑層包含一電路佈線，該電路佈線包含該至少一個電路線，配線路線較佳地在朝向該晶胞陣列的周界之一方向上佈線於該晶胞陣列中之其他晶胞之間及/或在一徑向方向配置。
- 如請求項6之偵測器基板，其中該基板包含經組態以屏蔽該配線路線之屏蔽元件。
- 如請求項7之偵測器基板，其中該等屏蔽元件包含：一接地層，其位於在該資料路徑層上方及/或下方之該基板內；及/或一屏蔽元件，其位於在該配線路線之任一側及/或該配線路線中之電路線之間的該資料路徑層中。
- 如請求項4之偵測器基板，其中該電路線或每一電路線在該晶胞陣列中之該相關聯晶胞中的該轉阻放大器與較佳地位於該基板中之遠離該晶胞陣列的該類比轉數位轉換器之間收發資料。
- 如請求項2或3之偵測器基板，其中該基板包含CMOS電路系統，該CMOS電路系統包含放大器電路系統及該晶胞陣列，該CMOS電路系統較 佳地包含多個層。
- 如請求項2或3之偵測器基板，其中該轉阻放大器位於該相關聯晶胞中，且該類比轉數位轉換器為遠端的，較佳地遠離該晶胞陣列。
- 如請求項2或3之偵測器基板，其中該晶胞陣列為一六邊形或矩形陣列。
- 如請求項1至3中任一項之偵測器基板，其中該轉阻放大器包含一偽電阻器，其中該偽電阻器較佳地包含複數個電晶體，且較佳地該轉阻放大器進一步包含一衰減器。
- 如請求項1至3中任一項之偵測器基板，其中該處理電路包含作為一直接數位轉換器之直接電連接至對應感測器單元的該類比轉數位轉換器。
- 如請求項14之偵測器基板，其中該處理電路包含一比較器、一積分器及參考件，且較佳地該參考件包含一低工作週期切換電阻器或一開關電容器。
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