用于显微术的半导体带电粒子检测器的制作方法

用于显微术的半导体带电粒子检测器
[0001]
相关申请的交叉引用
[0002]
本申请要求于2018年6月8日提交的美国申请62/682,730、于2018年12月31日提交的美国申请62/787,066以及于2019年5月24日提交的美国申请62/852,816的优先权，这些申请通过引用全部并入本文。
技术领域
[0003]
本文的描述涉及带电粒子检测，更具体地涉及可以应用于带电粒子束检测的系统和方法。


背景技术：

[0004]
检测器可以用于感测物理上可观察到的现象。例如，诸如电子显微镜等带电粒子束工具可以包括检测器，其接收从样本投射的带电粒子并输出检测信号。检测信号可以用于重构受检样本结构的图像，并且可以用于例如揭示样本中的缺陷。在可能包括大量密集包装的小型集成电路(ic)部件的半导体设备的制造中，样本中的缺陷的检测变得越来越重要。为此目的可以提供专用的检查工具。
[0005]
在检查领域的一些应用中，例如使用扫描电子显微镜(sem)的显微术，可以电子束可扫描遍及样本，以通过从样本生成的经反向的散射电子或次级电子导出信息。在相关技术中，sem工具中的电子检测系统可以包括检测器，该检测器被配置为检测来自样本的电子。sem工具中现有的检测器可能仅检测到射束的强度。常规检测系统中的灵敏度可能会受到较差的信噪比(snr)的限制，尤其是在射束电流减小到例如微微安培范围时。在一些检测方法中，可以使用大面积半导体检测器或面积等于、小于或大于束斑的面积的一组小面积半导体检测器。由传入电子束感应的电流可以在检测器内生成，然后由检测器后面的放大器放大。
[0006]
随着半导体设备的持续小型化，检查系统可以使用越来越低的电子束电流。随着射束电流减小，维持snr变得更加困难。例如，当探针电流减小到200pa或更低时，snr可能会急剧下降。较差的snr可能需要采取措施，诸如图像平均或延长与样本图像中的每个像素相对应的信号的积分时间，这可能会增加样本表面上的电子剂量，从而导致表面电荷伪影或其他有害影响。这种措施也可能会降低检查系统的整体吞吐量。
[0007]
在相关技术中，粒子计数在低电流应用中可能是有用的。粒子计数可以用于诸如everhart-thornley检测器(etd)等检测器中，该检测器可以使用闪烁器和光电倍增管(pmt)。在一些应用(诸如8pa至100pa)的探针电流范围内，etd可能会显示出良好的snr。然而，闪烁器的光产额可能会随着电子剂量的累积而降低，因此使用寿命有限。闪烁器的老化还可能会导致系统级别的性能漂移，并且可能有助于生成不均匀的图像。因此，etd可能不适合在检查工具中使用，尤其是在半导体制造设施中使用时，可能需要每天24小时，每周7天运行。
[0008]
需要一种带电粒子检测器，其可以实现较高的snr，并且可以与低探针电流(诸如
低于200pa的探针电流)一起使用。同时，例如即使在连续操作中使用1na或更大的探针电流时，检测器也应该保证稳定的量子效率和较长的使用寿命且低性能漂移。
[0009]
采用相关技术方法的检测系统可能会面临检测灵敏度和snr的限制，尤其是在低电子剂量下。此外，在一些应用中，可能需要除了射束强度之外的附加信息。一些相关技术系统可以采用能量过滤器，诸如过滤电极，以滤出具有一定能级的一些带电粒子。这可能有助于从样本导出附加信息。然而，能量过滤器可能会向系统添加附加的复杂性，并且可能由于能量过滤器引入的丢失而导致snr劣化。因此需待检测系统和方法的改进。


技术实现要素：

[0010]
本公开的实施例提供了用于带电粒子检测的系统和方法。在一些实施例中，可以提供一种用于带电粒子束装置的检测器，该检测器包括：包括感测元件阵列的半导体衬底；以及被配置为对入射到检测器上的带电粒子的数目进行计数的电路。检测器的电路可以被配置为处理来自多个感测元件的输出，并且响应于阵列中的感测元件上的带电粒子到达事件来增加计数器。该电路可以包括多个电路系统，每个电路系统对应于感测元件。该电路可以被配置为确定在每个感测元件处发生的相应带电粒子到达事件的时间戳。
[0011]
检测器可以被配置为以各种计数模式进行操作。例如，检测器可以被配置为在重置之前仅对感测元件中的最多一个带电粒子到达事件进行计数，而不鉴别一个带电粒子到达事件的能量。感测元件的重置可以指重置感测元件本身或与之相关联的电路。检测器还可以被配置为：在不鉴别带电粒子到达事件的能量的情况下，对带电粒子到达事件的数目进行计数、并且当在感测元件中遇到溢出时设置溢出标记。检测器还可以被配置为：在重置之前，针对第一能量范围，仅对感测元件中的最多一个带电粒子到达事件进行计数。检测器还可以被配置为：针对第一能量范围的带电粒子到达事件的数目进行计数、并且当在感测元件中遇到溢出时设置溢出标记。
[0012]
检测器可以被配置为以各种重置模式重置阵列中的感测元件。例如，检测器可以被配置为同时重置感测元件阵列中的所有感测元件。检测器还可以被配置为同时重置感测元件阵列的区域的所有感测元件。检测器还可以被配置为单独地重置感测元件阵列中的每个感测元件。检测器还可以被配置为同时重置感测元件阵列中的一些感测元件，并且单独地重置感测元件阵列中的一些感测元件。
[0013]
本公开的一些实施例可以提供一种方法，包括处理来自检测器的感测元件阵列中的多个感测元件的输出，对入射到检测器上的带电粒子的数目进行计数，其中该计数包括在响应于阵列中的感测元件上的带电粒子到达事件增加计数器，并确定带电粒子到达事件的时间戳。
[0014]
本公开的一些实施例可以提供一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于实施诸如上述方法等方法的指令。
[0015]
要理解的是，前述的一般描述和以下的详细描述仅是示例性和解释性的，并且不是对所公开的实施例的限制，如可以要求保护的。
附图说明
[0016]
通过结合附图对示例性实施例的描述，本公开的上述和其他方面将变得更加明
显，其中：
[0017]
图1是图示了与本公开的实施例一致的示例性电子束检查(ebi)系统的示意图。
[0018]
图2a、图2b和图2c是图示了与本公开的实施例一致的可以是图1的示例性电子束检查系统的一部分的示例性电子束工具的示意图。
[0019]
图3a是与本公开的实施例一致的检测器的示例性结构的表示。
[0020]
图3b和图3c是图示了与本公开的实施例一致的检测器的截面图的图。
[0021]
图3d和图3e是图示了与本公开的实施例一致的各个检测器元件的截面图的图。
[0022]
图3f是图示了与本公开的实施例一致的检测器的图。
[0023]
图3g是与本公开的实施例一致的检测器的示例性结构的表示。
[0024]
图4a是图2b的一部分的视图，示出了次级电子从样本向检测器投射。
[0025]
图4b图示了与本公开的实施例一致的在检测器表面上的次级电子着陆点分布的示例。
[0026]
图5是电子到达事件及其与电流信号的关系的示意性表示。
[0027]
图6是使用模拟信号的检测系统架构的表示。
[0028]
图7是电子到达事件及其与电流信号的关系的示意性表示。
[0029]
图8图示了与本公开的实施例一致的相对于检测器表面上的次级电子着陆点分布确定大小的检测器元件的示例。
[0030]
图9a和9b图示了与本公开的实施例一致的包括检测器元件阵列的检测器的示例。
[0031]
图10图示了与本公开的实施例一致的检测器和高密度电子到达速率的区域。
[0032]
图11a和11b示出了与本公开的实施例一致的电子到达事件及其与检测器输出信号的关系的示意性表示。
[0033]
图12是示出了与本公开的实施例一致的要计数的事件数目与检测器中遗漏的事件数目之间的关系的表格。
[0034]
图13a图示了与本公开的实施例一致的可以表示在特定计数缓冲器处的电子计数的置信级的曲线图。
[0035]
图13b图示了与本公开的实施例一致的可以表示由于特定计数缓冲器处的计数最大值而导致的检测损失率的曲线图。
[0036]
图14a示出了与本公开的实施例一致的电子到达事件及其与输出信号的关系的示意性表示。
[0037]
图14b示出了与本公开的实施例一致的电子到达事件和溢出截止的示意性表示。
[0038]
图15图示了与本公开的实施例一致的相对于平均传入电子到达速率绘制的估计的误计数率。
[0039]
图16a和16b图示了与本公开的实施例一致的检测系统中的信号流。
[0040]
图17示出了与本公开的实施例一致的死区时间误计数的示例性表示。
[0041]
图18示出了与本公开的实施例一致的检测系统，该检测系统被配置为利用包括事件标记的输出来检测带电粒子到达事件。
[0042]
图19a和19b图示了与本公开的实施例一致的检测系统的示例性架构的示意性表示。
[0043]
图20a、图20b和图20c是图示了与本公开的实施例一致的来自感测元件的输出信
号的示例性表示的曲线图。
[0044]
图21a、图21b和图21c是图示了与本公开的实施例一致的关于阈值的来自感测元件的输出信号的示例性表示的曲线图。
[0045]
图22是图示了与本公开的实施例一致的能谱的曲线图。
[0046]
图23是图示了与本公开的实施例一致的多个像素和对应的感测元件检测信号输出的图。
[0047]
图24是表示与本公开的实施例一致的示例性方法的流程图。
[0048]
图25是表示与本公开的实施例一致的示例性方法的流程图。
[0049]
图26是表示与本公开的实施例一致的示例性方法的流程图。
[0050]
图27是表示与本公开的实施例一致的示例性方法的流程图。
[0051]
图28a是图示了与本公开的实施例一致的以光栅图案扫描的带电粒子束的图。
[0052]
图28b、28c、28d和28e是图示了与本公开的实施例一致的在特定扫描时间点的感测元件阵列的图。
[0053]
图29a和图29b图示了与本公开的实施例一致的操作检测器的第一模式。
[0054]
图30a和图30b图示了与本公开的实施例一致的操作检测器的第二模式。
[0055]
图31a和图31b图示了与本公开的实施例一致的操作检测器的第三模式。
[0056]
图32a和图32b图示了与本公开的实施例一致的操作检测器的第四模式。
[0057]
图33a和图33b图示了与本公开的实施例一致的根据第一重置模式的检测信号。
[0058]
图34a和图34b图示了与本公开的实施例一致的根据另一重置模式的检测信号。
[0059]
图35a和图35b图示了与本公开的实施例一致的根据另一重置模式的检测信号。
[0060]
图36图示了与本公开的实施例一致的带电粒子到达事件在检测表面上的影响。
具体实施方式
[0061]
现在将详细参照示例性实施例，其示例在附图中图示。以下描述参照附图，其中除非另外表示，否则不同附图中的相同数字表示相同或类似的元件。在示例性实施例的以下描述中阐述的实施方式不表示与本发明一致的所有实施方式。相反，它们仅是与可以在所附权利要求中叙述的与主题相关的各个方面一致的装置、系统和方法的示例。
[0062]
本申请的各个方面涉及用于带电粒子束检测的系统和方法。系统和方法可以采用对带电粒子(诸如电子)进行计数，并且在检查工具(诸如扫描电子显微镜(sem))中可能有用。检查工具可以用于集成电路(ic)部件的制造过程中。为了实现现代电子设备的增强的计算能力，设备的物理大小可能会缩小，而ic芯片上的电路部件(诸如晶体管、电容器、二极管等)的包装密度会大大增加。例如，在智能手机中，ic芯片(可能是缩略图的大小)可能包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的大小小于人发的千分之一。毫不奇怪，半导体ic制造是一个复杂的过程，需要数百个单独的步骤。即使一个步骤中的误差也有可能极大地影响最终产品的运作。即使是一个“致命缺陷”也可能会导致设备故障。制造过程的目标是提高过程的总产额。例如，要使50个步骤的过程获得75％的产额，每个单独步骤的产额都必须大于99.4％，并且如果单个步骤的产额为95％，则过程总产额下降到7％。
[0063]
在维持高吞吐量(例如定义为每小时的晶片过程数目)的同时，确保以高准确度和高分辨率检测缺陷的能力变得越来越重要。缺陷的存在可能会影响高过程产额和高晶片吞
吐量，尤其是在涉及操作员干预时。因此，通过检查工具(诸如sem)检测和标识微米和纳米大小的缺陷对于维持高产额和低成本很重要。
[0064]
在一些检查工具中，可以通过在样本表面上方扫描高能电子束来检查样本。由于样本表面处的相互作用，可能会通过样本生成次级电子或经反向的散射电子，然后可以由检测器进行检测。
[0065]
如上面所提到的，相关技术的检测器可能具有限制，例如较差的信噪比(snr)或较差的耐久性。本公开的各个方面可以通过为检测器提供检测器元件阵列来解决一些这种限制，每个检测器元件包括感测元件，并且每个感测元件的面积使得在感测元件的每个采样周期接收不超过一定数目的带电粒子。检测器可以包括耦合至每个感测元件的电路系统，其可以实现带电粒子计数。相对于例如模拟信号检测，带电粒子计数可以允许将更简单且更小的部件封装在芯片上，从而允许对具有良好snr的带电粒子进行鲁棒且可靠的检测。尽管本公开在电子的上下文中讨论了一些示例性实施例，但是要理解的是，本公开可以适用于其他类型的带电粒子，诸如离子。
[0066]
为了帮助确保准确的电子计数，后续电子到达事件之间的时间间隔可能是重要的参数。如果电子到达事件之间的距离太近，检测器可能会不堪重负，并且单个电子到达事件的鉴别可能会受到阻碍。类似地，信号脉冲宽度可以是限制电子计数的另一重要参数，其可以与响应于检测器处的电子到达事件而生成的信号的脉冲宽度相关。如果检测器生成的信号太弱或太宽(与尖锐的光点相反)，则来自后续电子到达事件的信号可能会合并为一个信号。附加地，检测器的采样速率应该足够高，以便可以捕获各个电子到达事件。即，检测器应该足够快，以使电子到达事件能够被检测到。电子计数的另一考虑因素可能是实现准确度，而误计数的级别可能不超过一定程度。误计数可能基于检测器元件的死区时间。因此，许多标准在配置用于电子计数的检测器中可能是相关的。
[0067]
作为感测元件的一个示例，可以提供pin二极管。pin二极管可能非常适合用于电子计数。pin二极管可能具有较高的自然内部增益，因此，即使在单个电子到达事件的情况下，也可能会生成很强的可测量的信号，该信号可容易地与背景噪声的相对较低的最低级别区分开。可以减少或消除在芯片上提供放大器或复杂系统(诸如雪崩二极管)以增强信号的需求。相反，通过pin二极管本身或利用增益相对较低的放大器生成的信号可能非常适合用于电子计数，因为它是响应于电子到达事件而快速生成的，并且与背景噪声脱颖而出。
[0068]
然而，包括具有一个输出的pin二极管的单个检测器元件可能无法处置所有范围的射束电流的计数。例如，针对1na电子束，已知在典型的10ns采样周期内，大约64个电子可以入射到检测器上。在一些sem系统中，检测器可能以100mhz的采样速率运行，因此对应于10ns的采样周期。在10ns的一个采样周期中，可能会发生64个电子到达事件，因此，无法轻易地鉴别由各个电子到达事件生成的信号。即使在高速检测器中(诸如以800mhz的采样速率运行的一个检测器)，每个采样周期可能会有约8个入射电子，这可能会使检测器过载。
[0069]
在本公开的一些实施例中，阵列中的感测元件的大小可以被确定为使得每个采样周期在各个感测元件的面积中接收不超过一定数目的带电粒子。该一定数目可以是一个。感测元件的大小可以小于入射到检测器上的带电粒子的几何散布。因此，各个感测元件可以被配置为接收比入射到检测器上的带电粒子的总数少的带电粒子。根据各种标准，可以设置检测器的各个方面，以便能够进行带电粒子计数，诸如感测元件的大小、采样速率和其
他特性。
[0070]
在不限制本公开的范围的情况下，可以在利用电子束的系统中提供检测器和检测方法的上下文中描述一些实施例。然而，本公开不限于此。类似地，可以应用其他类型的带电粒子束。此外，用于检测的系统和方法可以在其他成像系统中使用，诸如光学成像、光子检测、x射线检测、离子检测等。
[0071]
如本文所使用的，除非另有特别规定，否则术语“或”涵盖所有可能的组合，除了不可行以外。例如，如果规定部件包括a或b，那么除非另有特别规定或不可行，否则该部件可以包括a或b或a和b。作为第二示例，如果规定部件包括a、b或c，那么除非另有特别规定或不可行，否则该部件可以包括a或b或c或a和b或a和c或b和c或a和b和c。
[0072]
如在本公开中贯穿使用的，表述“第一数目的感测元件”应该表示在感测元件的超集中的一组第一数目的感测元件。例如，可以提供多个感测元件。第一数目的感测元件可以指的是多个感测元件中的子集。第一数目可以是从一个到多个中的感测元件的总数。类似地，表述“第二数目的感测元件”应该表示在感测元件超集中的一组第二数目的感测元件。第二数目的感测元件可以指多个感测元件中的又一感测元件子集，例如第一数目的感测元件内的子集。
[0073]
附加地，术语“检测器元件”可以包括或覆盖“感测元件”、“传感器元件”、“检测单元”或“检测器区段”等。感测元件可以是被配置为具有耗尽区域的二极管，并且在本文讨论的一些实施例中，术语“感测元件”可以排除以盖革模式操作的雪崩二极管。检测器元件可以包括二极管、互连和电路，例如其可以包括前端电子件。此外，术语“帧”可以包括或覆盖“采样周期”、“sem图像像素周期”或“像素周期”等。sem图像帧可以指的是可以在逐帧基础上刷新的像素帧，而数据帧可能是指检测系统在指定时间段内获取的一组数据。
[0074]
本公开的实施例可以提供一种检测方法。该检测方法包括带电粒子计数。例如，在一些实施例中，可以提供用于电子显微术的带电粒子检测方法。该方法可以应用于sem检测系统。带电粒子检测方法可以基于电子计数。通过对在预定义周期内接收到的电子的数目进行计数，可以确定传入电子束的强度。术语“传入电子”可以包括或覆盖入射电子，诸如撞击检测器的表面的电子。根据一些实施例，可以减少来自带电粒子检测过程的噪声。然而，仅提高snr可能无法满足各种sem应用不断增长的需求。
[0075]
在一些实施例中，可以提供半导体电子检测器以不仅检测传入电子束的强度，而且标识具有不同能量的电子的比例。例如，除了强度信息之外，还可以获取传入电子束的能谱。
[0076]
一些实施例可以提供伴随检测方法的显示方法。例如，在一些实施例中，可以提供附加维度的信息，诸如能谱信息。在一些应用中，可以应用一种方法来生成彩色sem图像。
[0077]
电子计数可以涉及确定在检测器处发生的各个电子到达事件。例如，电子在到达检测器时可以被一对一检测。在一些实施例中，入射到检测器上的电子可以生成电信号，该电信号被路由到信号处理电路系统，然后被读出到诸如数字控制器等接口。检测器可以被配置为解析由入射电子生成的信号并以离散计数来区分各个电子。
[0078]
在一些实施例中，电子计数可以应用于射束电流非常小的情况。例如，可以将电子束设置为以低剂量照射样本。低电流可以用于防止电子计数检测器因大电流而过饱和。例如，大电流可能具有在检测结果中引入非线性的效果。同时，针对可以在工业设置中使用的
检测器，该检测器还应该能够处置大射束电流的情况。
[0079]
一些实施例可以解决上述问题。例如，一些实施例可以提供可以用于检测电子束的多个相对较小的感测元件。可以在相邻的感测元件之间提供隔离，使得可以减小一个传入电子从一个感测元件到达其相邻的感测元件的概率。通过这种方式，可以减少相邻感测元件之间的串扰。
[0080]
在一些实施例中，可以基于第一参数来设置数据帧速率。数据帧速率可以是感测元件从电子束收集传入电子以用于成像的数据帧的速率。可以设置数据帧速率，使得预定义比例(例如a％)的感测元件接收至少一个传入电子。数据帧速率还可以由数据帧的周期(例如持续时间)表述。另外，可以基于第二参数来设置数据帧速率。例如，在接收至少一个传入电子的感测元件中，仅第二预定义比例(例如b％)的感测元件可以接收多于一个电子。通过这种方式，可以维持预定义的检测线性，同时，可以处置具有大射束电流的电子束。数据帧速率对于特定的sem设置可以是恒定值，或者可以是变化的值，其被设置为适应即使在相同的sem设置下也待检测的电子束的信号强度。结果，在相同的sem设置下，时域中的相邻数据帧周期可以相同或可以不同。
[0081]
除了自适应帧之外，每个帧可以包括关于该帧何时开始和何时停止的信息。当生成sem图像中的像素时，可以使用关于帧开始时间和停止时间的信息(例如帧开始时间点和帧停止时间点)。例如，可以使用在特定时间段期间获取的帧来生成sem图像中的每个像素。sem图像像素获取的周期(或速率)可以基于根据特定要求的预定义参数集。在每个sem图像像素获取的周期期间，可以获取一个或多个帧。在相邻的sem图像像素周期中获取的帧的数目可以相同或不同。
[0082]
除了帧速率调整之外，用于带电粒子检测的系统和方法可以采用对sem系统的结构或设置的调整。例如，为了确保在每个帧的周期期间一组感测元件中预定义的a％感测元件仅接收一个电子，可以对sem系统进行调整，使得每个电子束斑内的电子密度更均匀地分布。一个这种调整可以是使多射束检查(mbi)系统中的次级sem柱中的投射系统散焦。投射系统可以被配置为将射束散焦到一定程度。此外，可以改变sem系统的放大率以扩大电子束或(多个)子束的束斑大小。可以扩大每个束波斑的大小。可以考虑束波斑之间的串扰来配置放大率设置。
[0083]
在一些实施例中，可以在每个帧处执行统计分析。例如，在每个帧之后，针对每个电子束，除了在帧期间接收的电子的总数之外，还可以获取针对在帧内的每个能级的多个电子绘制的接收电子能量的统计结果。整体数值输出可以用于在诸如常规sem中的灰度图像等sem图像中生成一个像素。电子的总数可以对应于像素的灰度。此外，还可以生成彩色sem图像的一个像素。在彩色sem图像中，可以通过以前述方式生成的对应帧的统计结果来确定诸如每个像素的红绿蓝(rgb)值等颜色信息。通过这种方式，可以将附加的自由度添加到sem成像。因此，例如可以通过阐明所调查的样本的其他方面(诸如材料属性、微观结构和层之间的对准)来增强样本的分析。
[0084]
在一些实施例中，检测方法可以应用于灰度sem成像。该方法可以包括确定一系列阈值。代替或除了生成针对帧内的每个能级的多个电子绘制的接收电子能量的统计结果之外，还可以生成关于阈值的信息。例如，可以以电子能量从低到高增加的方式设置三个阈值。处于最低电子能量的第一阈值可以用于标识感测元件是否已经接收到电子或者其输出
是否是由干扰或暗电流引起的等。具有中间电子能量的第二阈值可以用于标识由感测元件接收的电子是来自样本的次级电子还是来自样本的散射电子。具有最高电子能量的第三阈值可以用于标识感测元件在特定帧期间是否已经接收到多于一个电子。可以确定在特定帧期间接收到的次级电子的数目、接收到的散射电子的数目以及接收到的电子的总数。通过针对sem图像逐个像素地累积上述信息，可以获取以下中的一个或多个：基于所有接收到的电子的sem图像、次级电子sem图像和散射电子sem图像。这种图像可以在不借助能量过滤器的情况下以提高的信噪比来获取。
[0085]
在一些实施例中，可以通过使用数字电路系统而不是需要大量模拟电路的实施方式来形成检测器。因此，可以改进检测器的实施方式的各个方面，诸如设计和制造。
[0086]
现在参照图1，图1图示了与本公开的实施例一致的可以包括检测器的示例性电子束检查(ebi)系统10。ebi系统10可以用于成像。如图1所示，ebi系统10包括主腔室11、装载/锁定腔20、电子束工具100和设备前端模块(efem)30。电子束工具100位于主腔室11内。efem 30包括第一装载端口30a和第二装载端口30b。efem 30可以包括(多个)附加装载端口。第一装载端口30a和第二装载端口30b容置包含待检查的晶片(例如半导体晶片或由(多种)其他材料制成的一个或多个晶片)或样本(晶片和样本在本文中可以统称为“晶片”)的晶片前开式传送盒(foup)。
[0087]
efem 30中的一个或多个机械臂(未示出)将晶片输送给装载/锁定腔20。装载/锁定腔20连接至装载/锁定真空泵系统(未示出)，其移除装载/锁定腔20中的气体分子以达到低于大气压的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片从装载/锁定腔20输送给主腔室11。主腔室11连接至主腔室真空泵系统(未示出)，其移除主腔室11中的气体分子以达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，通过电子束工具100对晶片进行检查。电子束工具100可以是单射束系统或多射束系统。控制器109电连接至电子束工具100，并且也可以电连接至其他部件。控制器109可以是被配置为执行ebi系统10的各种控制的计算机。尽管在图1中将控制器109示出为在包括主腔室11、装载/锁定腔20和efem 30的结构的外部，但是要了解的是，控制器109可以是该结构的一部分。
[0088]
图2a图示了带电粒子束装置，其中检查系统可以包括多射束检查工具，其使用多个初级电子子束来同时扫描样本上的多个位置。
[0089]
如图2a所示，电子束工具100a(在本文中也称为装置100a)可以包括电子源202、枪孔径204、聚光器透镜206、从电子源202发射的初级电子束210、源转换单元212、初级电子束210的多个束波214、216和218、初级投射光学系统220、晶片台(图2a中未示出)、多个次级电子束236、238和240、次级光学系统242和电子检测设备244。电子源202可以生成初级粒子，诸如初级电子束210的电子。控制器、图像处理系统等可以耦合至电子检测设备244。初级投射光学系统220可以包括射束分离器222、偏转扫描单元226和物镜228。电子检测设备244可以包括检测子区域246、248和250。
[0090]
电子源202、枪孔径204、聚光器透镜206、源转换单元212、射束分离器222、偏转扫描单元226和物镜228可以与装置100a的主光轴260对准。次级光学系统242和电子检测设备244可以与装置100a的副光轴252对准。
[0091]
电子源202可以包括阴极、提取器或阳极，其中可以从阴极发射初级电子并且对其进行提取或加速以形成具有交叉(crossover)(虚拟或真实的)208的初级电子束210。初级
电子束210可以被视为从交叉208发射。枪孔径204可以阻挡初级电子束210的外围电子以减少探针点270、272和274的大小。
[0092]
源转换单元212可以包括图像形成元件阵列(图2a中未示出)和射束限制孔径阵列(图2a中未示出)。源转换单元212的示例可以在美国专利号9,691,586；美国公开号2017/0025243；以及国际申请号pct/ep2017/084429中找到，它们都通过引用全部并入本文。图像形成元件阵列可以包括微偏转器或微透镜的阵列。图像形成元件阵列可以与初级电子束210的多个束波214、216和218形成交叉208的多个平行图像(虚拟或真实的)。射束限制孔径阵列可以限制多个束波214、216和218。
[0093]
聚光器透镜206可以聚焦初级电子束210。可以通过调整聚光器透镜206的聚焦能力或者通过改变射束限制孔径阵列内的对应射束限制孔径的径向大小来使源转换单元212下游的束波214、216和218的电流发生变化。聚光器透镜206可以是可移动的聚光器透镜，其可以被配置为使得其第一主平面的位置是可移动的。可移动聚光器透镜可以被配置为磁性的，这可以导致离轴子束216和218以旋转角度着陆在束波限制孔径上。旋转角度随可移动聚光器透镜的聚焦能力和第一主平面的位置而变化。在一些实施例中，可移动的聚光器透镜可以是可移动的反旋转聚光器透镜，其涉及具有可移动的第一主平面的反旋转透镜。在美国公开号2017/0025241中还描述了可移动聚光器透镜，其通过引用全部并入本文。
[0094]
物镜228可以将束波214、216和218聚焦在晶片230上以进行检查，并且可以在晶片230的表面上形成多个探针点270、272和274。
[0095]
射束分离器222可以是维恩过滤器类型的射束分离器，其生成静电偶极子场和磁偶极子场。在一些实施例中，如果应用它们，则静电偶极子场施加在束波214、216和218的电子上的力与磁偶极子场施加在电子上的力可能在幅度上相等并且在方向上相反。因此，束波214、216和218可以以零偏转角度直接穿过射束分离器222。然而，由射束分离器222生成的束波214、216和218的总色散也可以是非零的。射束分离器222可以将次级电子束236、238和240与束波214、216和218分离，并且将次级电子束236、238和240引向次级光学系统242。
[0096]
偏转扫描单元226可以使束波214、216和218偏转，以使得探针点270、272和274在晶片230的表面面积上进行扫描。响应于束波214、216和218在探针点270、272和274处的入射，可以从晶片230发射次级电子束236、238和240。次级电子束236、238和240可以包括具有能量分布的电子，包括次级电子和经反向的散射电子。次级光学系统242可以将次级电子束236、238和240聚焦在电子检测设备244的检测子区域246、248和250上。检测子区域246、248和250可以被配置为检测对应的次级电子束236、238和240，并且生成用于重构晶片230的表面面积的图像的对应信号。
[0097]
尽管图2a示出了作为使用多个束波(beamlet)的多射束工具的电子束工具100的示例，但是本公开的实施例不限于此。例如，电子束工具100也可以是单射束工具，其仅使用一个初级电子束来一次扫描晶片上的一个位置。
[0098]
如图2b所示，电子束工具100b(在本文中也称为装置100b)可以是在ebi系统10中使用的单射束检查工具。装置100b包括通过机动台134支撑以保持要检查的晶片150的晶片支架136。电子束工具100b包括电子发射器，该电子发射器可以包括阴极103、阳极121和枪孔径122。电子束工具100b还包括射束限制孔径125、聚光器透镜126、圆柱孔径135、物镜组件132和检测器144。在一些实施例中，物镜组件132可以是修改后的soril透镜，其包括极片
132a、控制电极132b、偏转器132c和激励线圈132d。在成像过程中，从阴极103的尖端发出的电子束161可以被阳极121电压加速，穿过枪孔径122、射束限制孔径125、聚光器透镜126，并通过修改后的soril透镜聚焦到探针点170中并冲击到晶片150的表面上。探针点170可以通过偏转器(诸如soril透镜中的偏转器132c或其他偏转器)在晶片150的表面上进行扫描。检测器144可以收集从晶片表面发出的次级或经散射初级粒子，诸如次级电子或经散射初级电子，以确定射束的强度，使得可以重构晶片150上的感兴趣面积的图像。
[0099]
还可以提供一种图像处理系统199，其包括图像获取器120、存储装置130和控制器109。图像获取器120可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器120可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何种类的移动计算设备等或其组合。图像获取器120可以通过诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、ir、蓝牙、互联网、无线网络、无线电台或其组合等介质与电子束工具100b的检测器144连接。图像获取器120可以从检测器144接收信号并且可以构造图像。图像获取器120因此可以获取晶片150的图像。图像获取器120还可以执行各种后处理功能，诸如生成轮廓，在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器120可以被配置为执行所获取的图像的亮度和对比度等的调整。存储装置130可以是诸如硬盘、随机存取存储器(ram)、云存储装置、其他类型的计算机可读存储器等存储介质。存储装置130可以与图像获取器120耦合，并且可以用于保存作为原始图像的扫描的原始图像数据、以及后处理图像。图像获取器120和存储装置130可以连接至控制器109。在一些实施例中，图像获取器120、存储装置130和控制器109可以一起集成为一个电子控制单元。
[0100]
在一些实施例中，图像获取器120可以基于从检测器144接收的成像信号获取样本的一个或多个图像。成像信号可以对应于用于进行带电粒子成像的扫描操作。所获取的图像可以是包括多个成像面积的单个图像，该多个成像面积可以包含晶片150的各种特征。该单个图像可以存储在存储装置130中。可以基于成像帧来执行成像。
[0101]
电子束工具的聚光器和照明光学器件可以包括电磁四极电子透镜或由该电磁四极电子透镜补充。例如，如图2b所示，电子束工具100b可以包括第一四极透镜148和第二四极透镜158。在一些实施例中，四极透镜用于控制电子束。例如，可以控制第一四极透镜148以调整射束电流，并且可以控制第二四极透镜158以调整束斑大小和射束形状。
[0102]
图2b图示了一种带电粒子束装置，其中检查系统可以使用单个初级射束，该单个初级射束可以被配置为通过与晶片150相互作用而生成次级电子。检测器144可以沿着光轴105放置，如在图2b所示的实施例中一样。初级电子束可以被配置为沿着光轴105行进。因此，检测器144可以在其中心处包括孔，使得初级电子束可以穿过以到达晶片150。图3g示出了在其中心处具有开口145的检测器144的示例。然而，一些实施例可以使用相对于光轴偏轴放置的检测器，初级电子束沿该光轴行进。例如，如在图2a所示的实施例中一样，可以提供射束分离器222以将次级电子束引向偏轴放置的检测器。射束分离器222可以被配置为将次级电子束转移角度α。
[0103]
现在将参照图2c讨论带电粒子束装置的另一示例。电子束工具100c(在本文中也称为装置100c)可以是电子束工具100的示例，并且可以类似于图2a所示的电子束工具100a。
[0104]
如图2c所示，射束分离器222可以是维恩过滤器类型的射束分离器，其生成静电偶极子场和磁偶极子场。在一些实施例中，如果应用该射束分离器，则静电偶极子场施加在束
波214、216和218的电子上的力与磁偶极子场施加在电子上的力可能在幅度上相等并且在方向上相反。因此，束波214、216和218可以以零偏转角度直接穿过射束分离器222。然而，由射束分离器222生成的束波214、216和218的总色散也可以是非零的。针对射束分离器222的色散平面224，图2c示出了具有标称能量v0和能量散布δv的束波214分散成：与能量v0相对应的束波部分262、与能量v0+δv/2相对应的束波部分264和与能量v0-δv/2相对应的束波部分266中。射束分离器222施加在次级电子束236、238和240的电子上的总力可以是非零的。射束分离器222可以将次级电子束236、238和240与束波214、216和218分离，并且将次级电子束236、238和240引向次级光学系统242。
[0105]
半导体电子检测器(有时称为“pin检测器”)可以用于ebi系统10中的装置100中。ebi系统10可以是包括图像处理器的高速晶片成像sem。由ebi系统10生成的电子束可以照射样本的表面或可以穿透样本。ebi系统10可以用于对样本表面或该表面下的结构成像，诸如用于分析层对准。在一些实施例中，例如通过将sem图像与设备布局图案或在被检查的晶片上的其他位置处的相同图案的sem图像进行比较，ebi系统10可以检测和报告与制造半导体晶片相关的工艺缺陷。pin检测器可以包括可以以负偏压操作的硅pin二极管。pin检测器可以被配置为使得传入电子生成相对较大且不同的检测信号。在一些实施例中，可以配置pin检测器，使得传入电子可以生成多个电子-空穴对，而光子可以仅生成一个电子-空穴对。与用于光子检测的光电二极管相比，用于电子计数的pin检测器可能具有许多差异，如以下将讨论的。
[0106]
现在参照图3a，其图示了检测器300的示例性结构的示意性表示。检测器300可以被提供为参照图2a、图2b和图2c的检测器144或电子检测设备244。尽管在图3a中示出了一个阵列，但是要了解的是，检测器300可以包括多个阵列，诸如用于每个次级电子束的一个阵列。
[0107]
检测器300可以包括感测元件阵列，包括感测元件311、312和313。感测元件可以被布置为平面的二维阵列，该阵列的平面基本上垂直于传入带电粒子的入射方向。在一些实施例中，检测器300可以被布置为相对于入射方向倾斜。
[0108]
检测器300可以包括衬底310。衬底310可以是可以包括感测元件的半导体衬底。感测元件可以是二极管。感测元件也可以是类似于二极管的元件，其可以将入射能量转换为可测量的信号。感测元件可以包括例如pin二极管、雪崩二极管、电子倍增管(emt)等或其组合。可以在相邻的感测元件之间提供区域325。区域325可以是隔离区域，以将邻近的感测元件的侧面或拐角彼此隔离。区域325可以包括绝缘材料，该绝缘材料是与检测器300的检测表面的其他区域的材料不同的材料。区域325可以被提供为在图3a的平面图中看到的十字形面积。区域325可以被提供为正方形。在一些实施例中，可以不在感测元件的相邻侧面之间提供区域325。例如，在一些实施例中，在检测器的检测表面上可以不提供隔离区域。
[0109]
感测元件可以生成与在感测元件的有效面积中接收的带电粒子相应的电信号。例如，感测元件可以生成与接收到的电子的能量相应的电流信号。预处理电路可以将所生成的电流信号转换为电压，该电压可以表示电子束斑或其一部分的强度。预处理电路系统可以包括例如前置放大器电路系统。前置放大器电路系统可以包括例如电荷转移放大器(cta)、跨阻放大器(tia)或与cta或tia耦合的阻抗转换电路。在一些实施例中，可以提供信号处理电路系统，其按时间以任意单位提供输出信号。可以提供一个或多个衬底，诸如裸
片，其可以形成用于处理感测元件的输出的电路层。裸片可以在检测器的厚度方向上堆叠在一起。还可以为其他功能提供其他电路系统。例如，可以提供开关致动电路系统，其可以控制用于将感测元件彼此连接的开关元件。
[0110]
现在参照图3b，其示出了衬底310的截面结构的示意性图示，该衬底310可以是pin检测器中所包括的结构的示例。衬底310可包括一层或多层。例如，衬底310可以被配置为具有在厚度方向上堆叠的多个层，该厚度方向基本上平行于电子束的入射方向。在一些实施例中，衬底310可以具有在垂直于电子束的入射方向的方向上堆叠的多个层。衬底310可以设置有用于接收入射的带电粒子的传感器表面301。可以在衬底310的感测层中提供感测元件(例如感测元件311、312和313)。可以在相邻的感测元件之间提供区域325。例如，衬底310可以包括由绝缘材料制成或填充有绝缘材料的沟槽或其他结构。在一些实施例中，区域325可以完全或部分地延伸通过衬底310。
[0111]
如图3c所示，在一些实施例中，可以不在感测元件之间提供区域325。例如，在截面图中，在相邻的感测元件的侧面之间可以不设置绝缘材料。多个感测元件在截面图中可以是连续的。相邻感测元件之间的隔离仍然可以通过其他手段来实现，诸如通过控制电场。例如，可以在每个感测元件之间控制电场。
[0112]
尽管附图可以将感测元件311、312和313示出为离散单元，但是这种划分实际上可能不存在。例如，检测器的感测元件可以由构成pin二极管设备的半导体设备形成。pin二极管设备可以被制造为具有包括p型区域、本征区域和n型区域的多个层的衬底。这种层中的一个或多个在截面图中可以是连续的。然而，在一些实施例中，感测元件可以在它们之间设置有物理间隔。例如，除了传感器层之外，还可以提供其他层，诸如电路层和读出层。
[0113]
作为又一层的一个示例，检测器300可以设置有与传感器层相邻的一个或多个电路层。一个或多个电路层可以包括线路导线、互连件和各种电子电路部件。一个或多个电路层可以包括处理系统。一个或多个电路层可以包括信号处理电路系统。一个或多个电路层可以被配置为接收从传感器层中的感测元件检测到的输出电流。例如，一个或多个电路层和传感器层可以设置在相同或分离的裸片中。
[0114]
图3d和3e示出了各个感测元件的示意性图示，其可以是感测元件311、312和313之一的示例。例如，在图3d中，示出了感测元件311a。感测元件311a可以包括p型层321、本征层322和n型层323的半导体结构。感测元件311a可以包括两个端子，诸如阳极和阴极。感测元件311a可以被反向偏置，并且耗尽区域330可以形成并且可以跨越p型层321的长度的一部分、本征层322的基本上整个长度以及n型层323的长度的一部分。在耗尽区域330中，可以移除电荷载流子，并且可以根据它们的电荷，将在耗尽区域330中生成的新的电荷载流子清除掉。例如，当传入的带电粒子到达传感器表面301时，可以创建电子-空穴对，并且空穴351可以被吸引向p型层321，而电子352可以被吸引向n型层323。在一些实施例中，可以在传感器表面301上提供保护层。
[0115]
如图3e所示，除了改变定向之外，感测元件311b可以以与感测元件311a类似的方式操作。例如，p型层321可以包括传感器表面301。p型层321可以暴露于入射的带电粒子。因此，入射的带电粒子可以与p型层321和耗尽区域330相互作用，并且可以生成电子-空穴对。在一些实施例中，可以在p型层321的顶部上提供金属层。
[0116]
在操作中，检测元件的耗尽区域可以用作捕获区域。传入的带电粒子可以在耗尽
区域中与半导体材料相互作用并生成新的电荷。例如，检测元件可以被配置为：使得具有一定量或更大能量的带电粒子可以导致半导体材料的晶格的电子被逐出，从而创建电子-空穴对。由于例如耗尽区域中的电场，可以使所得的电子和空穴沿着相反的方向行进。朝向感测元件的端子行进的载流子的生成可以对应于检测元件中的电流流动。
[0117]
在比较示例中，光电二极管可以被配置为响应于接收光子而生成电荷。光子可能具有与其波长或频率相对应的能量。通常，可见光谱中的光子可以具有大约1ev的能量。然而，在半导体光电二极管中，典型地可能需要大约3.6ev来生成一个电子-空穴对。因此，光电二极管在检测电流生成时可能会遇到诸如以下的困难。
[0118]
通常，光子的能级可以类似于在半导体光电二极管中生成电子-空穴对所需的能级。因此，为了稳定且可靠地生成电流，可能需要将高能量的光子入射到半导体光电二极管上。当光子的频率等于或高于一定级别时，它的能量可能足以生成一个电子-空穴对。
[0119]
此外，电子-空穴对响应于光子到达事件而生成的电流可能相对较低。响应于光子到达事件而生成的电流可能不足以克服背景噪声。一些二极管(诸如偏置到雪崩或盖革计数模式的光电二极管)可能会采用放大，以生成更高水平的电流，使得可以生成有用的检测信号。在一些实施例中，光电二极管可以被偏置到雪崩操作模式。在一些实施例中，可以通过附接至光电二极管的增益块来提供放大。雪崩效应可能是由于偏压引起的内部强电场而生成的。雪崩效应可能会由于撞击离子化而用于实现放大。
[0120]
除了其他因素外，检测器中的背景噪声可能是由二极管中的暗电流引起的。例如，充当二极管的半导体设备的晶体结构中的瑕疵可能会引起电流波动。检测器中的暗电流可能是由于形成检测器的材料缺陷所致，甚至在没有入射辐射的情况下也可能产生。“暗”电流可能是指电流波动与任何传入的带电粒子无关。
[0121]
二极管可以被配置为：当具有不小于一定能级的粒子(例如光子)进入二极管时，生成电子-空穴对。例如，当具有不小于一定能级的光子进入光电二极管时，光电二极管可能仅生成电子-空穴对。这可能是由于例如形成光电二极管的材料的带隙。能量等于特定级别的光子可能只能生成一个电子-空穴对，并且即使光子具有超过特定级别的更多能量，它仍然可以仅生成一个电子-空穴对。可能不会生成附加的电子空穴对。同时，电子检测器可以被配置为使得：每当电子进入可以包括二极管的检测器感测元件的耗尽区域时，只要电子具有不小于特定量(例如大约3.6ev)的能量，就可以开始生成电子-空穴对。如果电子具有比特定量更多的能量，则在传入电子的到达事件期间，可能会生成更多的电子-空穴对。
[0122]
在被配置用于光子检测的二极管中，由于例如半导体结构的晶格中的瑕疵，二极管中的缺陷可能会导致在二极管中随机生成电子-空穴对。暗电流可能会通过诸如雪崩放大等放大效应而放大。由暗电流产生的信号可以继续输入到计数电路，其中可以将其记录为到达事件。这种事件可以被称为“暗计数”。此外，放大器本身可能会产生噪声。因此，各种噪声源(诸如暗电流、热能、外来辐射等)都可能会导致检测器输出中的意外电流波动。
[0123]
与光子相反，电子可以具有明显更多的能量，该能量可以用于在二极管中生成信号。与在感测元件中生成电子-空穴对所需的阈值能级相比，检测器的感测元件上的入射电子可以具有大得多的能量。因此，入射电子可以在感测元件中生成许多电子-空穴对。
[0124]
现在参照图3f，其示出了在检测器300上接收的带电粒束波斑500的示例性视图。束斑500可以具有无轨迹偏移的圆形，如所图示的。在一些实施例中，束斑可以具有不同于
圆形的形状。例如，在单射束系统中，束斑可能具有由于像差而偏离圆形的形状。此外，在一些实施例中，多个束斑可以入射到检测器上，诸如在多射束系统中。束斑可以在例如位置、形状和栅格步长(例如当形成多个束斑时，束斑之间的间距)方面偏离圆形。例如，偏差可能是由于像差、色散、电子光学系统中的漂移或部件的瑕疵引起的。
[0125]
在一些实施例中，检测系统可以包括控制器，该控制器可以被配置为确定带电粒子入射到检测器上。控制器可以被配置为确定帧内入射到检测器的感测元件上的带电粒子的数目。例如，控制器可以执行带电粒子计数，诸如电子计数。带电粒子计数可以逐帧进行。检测器可以被配置为使得各个感测元件(诸如图3a的感测元件311、312和313)按时间输出检测信号。检测信号可以被传输给控制器。该检测信号可以是例如以与在相应感测元件处接收的电子的能量相应的安培、伏特或任意单位的信号。控制器可以基于检测信号确定离散数目的带电粒子到达感测元件。带电粒子的数目可以被辨别为整数。
[0126]
控制器可以被配置为基于第一分组标准来确定在检测器中提供的多个感测元件中的第一组感测元件。第一分组标准可以包括例如至少一个带电粒子入射到检测器的第一数目的感测元件中的每个感测元件上的条件。第一数目可以是感测元件的原始数目或比例。控制器可以被配置为在一个帧的周期内按时间对第一组进行确定。可以在多个帧上重复地进行确定，使得控制器具有用于执行处理的帧速率，诸如在每个帧内进行带电粒子计数确定。控制器还可以确定边界线。例如，如图3f所示，可以确定边界线350。可以提供边界线350以包围接收至少一个带电粒子的感测元件。边界线350内所包含的感测元件可以至少部分地被相同的带电粒子点覆盖。
[0127]
束斑500可以具有明确定义的中心或轨迹。在束斑500的中心附近，强度可以比在外周附近的强度高。强度的差异可以归因于各种因素，包括电子源202的尖端大小、电子光学系统的像差、电子色散和装置100a的其他参数等。而且，在一些实施例中，强度的变化可能是由以下项目引起：经散射电子的样本形貌、材料(例如在经反向的散射电子的情况下)、样本表面上的电荷条件、着陆能量等引起的。因此，高强度的面积可能不一定位于束斑500的中心。
[0128]
在束斑500的强度更高的面积中，可能有多于一个电子入射到检测器的感测元件上。因此，控制器可以被配置为基于第二分组标准来确定第二组感测元件。第二分组标准可以包括多于一个带电粒子入射到第二数目的感测元件中的每个感测元件上的条件。可以在包含第一数目的感测元件的第一组中，确定包含第二数目的感测元件的第二组。即，第二组可以是第一组的子集。第二组的确定可以与第一组的确定并发地进行。因此，第一组和第二组的确定可以针对同一帧。控制器还可以确定第二边界线360，该第二边界线360包围接收多于一个带电粒子的感测元件。
[0129]
控制器可以被配置为确定或调整执行处理的帧速率(或周期)。该处理例如可以对应于用于基于来自检测器的输出来生成sem图像的图像处理。如上面所讨论的，该处理还可以包括确定第一组感测元件和第二组感测元件。可以如下基于第一参数来确定第一帧的周期。该周期可以被设置为使得第一预定数目的感测元件在第一帧中接收至少一个入射的带电粒子。第一预定数目可以是检测器的所有感测元件中的感测元件的比例，例如a％。第一预定数目也可以是检测器的特定区域中的那些感测元件中的感测元件的一定比例，而不一定是所有感测元件中的感测元件的一定比例。例如，第一预定数目可以是检测器的第一象
限中的感测元件的比例。第一预定数目也可以是原始数目，诸如x个感测元件。
[0130]
另外，可以基于第二参数来设置周期。第二参数可以是第二预定数目的感测元件分别在第一帧中接收多于一个入射的带电粒子。例如，第二参数可以是在接收至少一个入射带电粒子的感测元件中，仅第二比例(例如b％)的感测元件接收多于一个带电粒子。第二预定数目也可以是原始数目，诸如y个感测元件。可以调整参数，使得在满足第二参数之前满足第一参数。
[0131]
第一参数和第二参数可以定义用于确定第一帧的周期的边界条件。可以使用第一参数或第二参数。第一参数和第二参数可以一起使用。除了确定第一帧的周期之外，还可以确定多个帧的帧速率。帧速率可以是可以基于例如特定sem设置而设置的恒定值。因此，帧速率可以是第一帧的周期的倒数。帧速率也可以是自适应的，即，具有变化的值。可以设置自适应帧速率，以适应所检测的带电粒子束的信号强度。
[0132]
在一些实施例中，电子束工具100可以被配置为使得电子束斑内的电子密度更均匀地分布。例如，控制器109可以控制电子光学器件，使得电子束或束波散焦。电子光学器件可以调整电子束(或束波)，使其焦点与检测器144或电子检测设备244的表面不重合。此外，次级sem柱中的投射系统可以被配置为使次级射束(或束波)散焦到一定程度。附加地，可以改变次级sem柱中的投射系统的放大率以扩大电子束或(多个)束波的束斑大小。可以扩大每个束波斑的大小。可以考虑束波斑之间的串扰来配置放大率设置。
[0133]
图3g示出了可以包括pin检测器的检测器144的表面的示例。检测器144可以包括传感器表面301，该传感器表面301被布置为接收从样本生成的带电粒子。在本公开的一些实施例中，pin检测器可以被用作ebi系统10的迟滞物镜sem柱中的透镜内检测器。pin检测器可以被放置在用于生成电子束的阴极与物镜之间。从阴极发射的电子束可以被电势化为-be kev(通常约为-10kv)。电子束的电子可以立即被加速并行进通过该柱。该柱可能处于接地电势。因此，电子可以在穿过检测器144的开口145时以be kev的动能行进。穿过物镜的极片(诸如图2b的物镜组件132的极片132a)的电子可以急剧减速到着陆能量le kev，因为晶片表面电势可以设置为-(be-le)kev。
[0134]
通过初级电子束的电子的冲击从晶片表面发射的次级电子可以被加速场加速(例如晶片附近的迟滞电场可以充当次级电子的加速场)并朝向pin检测器表面反向行进。例如，如图4a所示，由于与探针点170处的晶片150的相互作用，可以生成朝着检测器144反向行进的次级电子。从晶片表面发射的沿着光轴105行进的次级电子可以以位置分布到达检测器144的表面。次级电子的着陆位置可以在半径例如为几毫米的大体圆形区域内。次级电子的着陆位置的几何散布可以归因于电子具有不同轨线，这些轨线可以取决于例如电子的初始动能和发射角度。
[0135]
图4b图示了检测器表面上的次级电子着陆点分布的示例。电子300a可以在检测器144的表面上的不同点处着陆，而通常大多数电子可以聚集在检测器144的中心部分周围。着陆点分布可以根据次级发射位置和sem偏转场(例如扫描场)而偏移。因此，在一些应用中，如果需要sem图像的特定视场(fov)，则透镜内pin检测器的所需大小可能会很大。通常，例如检测器的直径可以是10mm或更大。在一些实施例中，检测器的直径可以为约4至10mm。
[0136]
入射到pin检测器的检测表面上的电子可以转换为电荷。可以在pin检测器的端子处收集电荷，并将其用作检测信号，该信号可以与传入电子速率成比例。在理想的pin检测
器中，通过以每对大约3.61ev的速率创建许多电子-空穴对，可以完全消耗具有能量(be-le)kev的传入电子的动能。因此，针对能量为10,000ev的传入电子，可以创建大约2,700个电子-空穴对。与可能仅生成单个电子-空穴对的光子到达事件相反，电子到达事件可以生成明显更多的电子-空穴对。
[0137]
感测元件可以被配置为响应于电子到达事件而生成许多电子-空穴对。在一些实施例中，响应于感测元件中的电子到达事件而生成的电流可以用作检测电流信号。感测元件响应于电子到达事件的输出可以原样使用或者可以进行相对较小的放大。提供放大的需求可以减少或省略。省略或提供减少的放大可能有益于降低噪声。此外，放大器可以不加选择地将放大应用于二极管中生成的所有信号。因此，甚至所谓的“暗计数”也可能被放大，并且可能会导致错误的检测信号。
[0138]
在根据本公开的一些实施例中，与感测元件被配置为检测的带电粒子相比，暗电流可能仅生成较小的输出。例如，暗电流可能是由二极管的半导体结构的晶格中的位错引起的，其可能允许电子移位。因此，在一些情况下，暗电流可能会导致在感测元件中仅生成单个电子空穴对。然而，如上面所讨论的，在被配置为响应于等带电粒子(诸如次级电子)的到达而生成许多电子-空穴对的感测元件中，可以生成大约3,000个电子-空穴对。因此，信号与暗电流噪声之比可能约为3,000∶1。
[0139]
半导体二极管(诸如具有pin结构的二极管)可以以各种模式操作。例如，在第一模式下，二极管可以以正常的反向偏压来操作。在这种模式下，具有足够高能量的每个传入光子可能仅生成一个电子-空穴对。当外部辐射(例如传入光子)消失时，二极管中的电流流动可能会立即停止。
[0140]
在操作二极管的第二模式下，可以以比第一模式下更高的反向偏压来操作二极管。第二模式可以引入撞击离子化。这也可以称为雪崩光电二极管模式。在这种模式下，具有足够高能量的每个传入光子可以生成一个电子-空穴对。然后，由于内部撞击离子化，该一个对可以乘以雪崩增益，使得最终可以生成几个电子-空穴对。因此，每个传入光子可能会导致生成几个电子-空穴对。当外部辐射消失时，二极管中的电流流动可能会立即停止。第二模式可以包括线性区域和非线性区域。
[0141]
在操作二极管的第三模式下，可以以比第二模式下甚至更高的反向偏压来操作二极管。第三模式可以引入更强的撞击离子化。第三模式可以实现光子计数。第三模式可以包括盖革计数模式。在第三模式下，具有足够高能量的每个传入光子可以生成一个电子-空穴对。然后，由于内部撞击离子化，该一个对可以乘以雪崩增益，使得最终可以生成几个电子-空穴对。因此，每个传入光子可能会导致生成几个电子-空穴对。由于来自高反向偏压的强大内部电场，乘法过程可能会继续。乘法可能是自持的。当外部辐射消失时，二极管中的电流流动可能不一定停止。可以通过将二极管与电源断开来停止二极管中的电流。断开后，那么二极管中的电流可能会减弱。以第三模式操作的二极管的电流输出可能会表现出包括长尾的行为。例如，输出可能会在初始峰值后逐渐降低。在第三模式下，二极管可以设置有猝灭电路(quenching circuit)。猝灭电路可以包括无源或有源猝灭电路。致动猝灭电路可以允许在每个光子到达事件之后二极管被关闭。猝灭可以用于重置二极管。
[0142]
二极管可以被配置为以增益级别操作。例如，二极管可以被配置为以低于100的增益操作。这可以指的是通过施加电压由二极管的操作所赋予的增益。相对于其最初强度，该
增益可以将信号放大至多例如100倍。要了解的是，也可以使用其他特定级别的增益。
[0143]
使用增益效应(诸如通过偏置到雪崩模式或盖革计数模式的二极管)可能涉及时间相关现象。例如，偏置到雪崩模式的二极管可以通过雪崩倍增来赋予增益。可能会存在与增益效应相关联的有限时间。二极管的速度可能与增益效应发生所花费的时间相关。偏置到雪崩模式但不偏置到盖革计数模式的二极管的速度可能至少等于正常偏置条件下的二极管的速度。偏置到雪崩模式的二极管的速度也可能高于正常偏置条件下的二极管的速度。在一些情况下，在带电粒子在二极管处的到达事件后可能存在恢复时间。在盖革计数模式下操作的二极管可能具有关联的恢复时间。恢复时间可能会限制二极管连续检测离散信号的能力。在带电粒子到达事件之后，可能需要对以盖革计数模式操作的二极管进行猝灭，以准确检测下一事件。
[0144]
例如，如果可检测的事件连续发生，则在应用增益效应以放大第一事件之后的后续事件的信号时可能会遇到问题，因为初始雪崩及其相关效应仍在继续。与以雪崩模式操作的传统二极管相反，根据本公开的一些实施例的检测器可以解决与恢复时间相关的问题。
[0145]
例如，如下面应该更详细地讨论的，可以将pin检测器配置为以高增益生成电子-空穴对，而无需反向偏置到例如雪崩模式或盖革计数模式。pin检测器中提供的增益可能与传入的带电粒子(诸如电子)的动能相关。检测器可以包括具有pin结构的感测元件和电路。可以省略提供猝灭电路的需求。例如，检测器可以被配置为生成对应于持续约3至5ns或更短的脉冲的电子-空穴对。
[0146]
在示例性pin检测器中，在pin检测器的本征区域中的耗尽区域中，可能激发空穴，并且空穴可能因pin检测器中的反向偏压而创建的场朝着阳极漂移。然后，可以将空穴收集在阳极处。在耗尽区域中生成的电子可以在与空穴相反的方向上漂移。因此，电子可以收集在阴极处，阴极可以接地。在耗尽区域中创建的空穴和电子可以与pin检测器内的相反电荷重组。耗尽区域外的重组率可能很高。耗尽区域可以包含p+区域的一部分，该p+区域由于反向偏压可以用作阳极。在p+区域的一侧(入射电子在该侧进入检测器)上的空穴或电子的重组可能会导致能量损失，而不会影响阳极端子处的检测器电流。因此，可能需要将位于入射电子进入检测器的一侧的电极配置为较薄的，例如以减少能量损失。例如，在pin检测器中，可能需要将p+层厚度配置为尽可能薄。
[0147]
施加到pin检测器的反向偏压可能涉及电压施加。二极管可以被配置为以一定量或更小的反向电压操作。在一些实施例中，一定量可以是100伏特。二极管可以在线性区域内操作。
[0148]
在一些实施例中，次级电子和经反向的散射电子都可以到达检测器。例如，在比较示例中，pin检测器上大约20％至30％的传入电子可以是经反向的散射电子，其能量近似等于初级射束中的电子能量(例如be)。经反向的散射电子可以与电子源生成的初级射束中所包括的电子相同，只是从样本反向反射离开而不会损失大量能量。
[0149]
此外，尚未被反向散射的一些电子可以通过使pin检测器中的晶格原子(例如在硅衬底中为si原子)发射其特征性x射线光子而失去其动能。也可以生成其他激发，诸如声子等。因此，由具有固定动能的单个传入电子创建的电荷数目可以变化。即，电子增益(例如每个传入电子在二极管的端子处收集的电荷的数目)可以在传入电子之间变化。然而，在典型
的pin检测器中，即使电子增益发生变化，如上面所讨论的，它也不应超过理想pin检测器的电子增益。通常，实际电子增益的分布在增益0处具有明显的峰值，表示由于si晶体的电子散射而导致的检测丢失。
[0150]
在pin检测器的端子处收集的电荷可以形成电流信号。当电子束在晶片表面上扫描时，电流信号可以遵循传入电子速率的调制。
[0151]
图5示出了电子到达事件及其与电流信号的关系的示意性表示。在图5的三个曲线图的每个曲线图中，t轴表示时间。在图5的顶部曲线图中，单个电子501可以在特定时间点入射到pin检测器的表面上。如图5的中间曲线图所示，可以响应于电子到达事件而在pin检测器中生成多个理论信号脉冲502。y轴可以以任意单位表示信号强度。信号脉冲可能随时间上升和下降，并且脉冲宽度可能可以例如基于pin检测器和连接至pin检测器的电路的特性来确定。如上面所讨论的，信号脉冲可以具有可以根据响应于电子到达事件而生成多少电子-空穴对而改变的振幅。信号脉冲502可以表示例如理想信号脉冲，其对应于响应于电子到达事件以每对3.61ev的速率生成电子-空穴对。由于电子可能会连续到达检测器表面，因此信号脉冲可能会彼此重叠。要理解的是，所图示的信号脉冲仅是示意性的。
[0152]
在一个采样周期τ
s
中，可能有多个电子连续入射到检测器上，因此，当读取电流信号时，各个电子的信号脉冲可能会基本上重叠。在读取信号时的输出信号可以与响应于多个电子到达事件而生成的电流相对应。如图5的底部曲线图所示，在时间t
2
的单个输出信号可以对应于该时刻的电子到达速率。当电子束在晶片表面上扫描时，信号输出将在不同的时间点(例如时间t
1
、t
2
、t
3
等)读取，每次接收不同的电子速率。因此，可以生成可以用于重构图像的按时间的信号。
[0153]
在一些实施例中，原始检测器电流信号可以被馈送到前置放大器。前置放大器可以包括电流缓冲器和跨阻放大器(tia)。然后，信号还可以由主放大器放大。完全放大的信号是可以在每个像素周期被采样、并可以由模数转换器(adc)转换的信号。像素周期可以与数据与sem图像的一个像素相关联的时间段相对应。可以将数字信号(通常是8位信号)发送给图像处理器。当初级电子束完成对标本区域的光栅扫描的一个循环时，图像处理器可以生成帧图像(例如像素数据的2d阵列)。图像处理器可以具有聚合(或累积)功能，该聚合(或累积)功能可以使用在相同扫描面积上获得的多个帧图像以提高所获取图像的snr。在一些应用中，可能需要一定级别的snr以执行缺陷检测或临界尺寸(cd)测量。
[0154]
现在参照图6，图6示出了检测系统架构的表示，其可以被配置用于处置来自检测器的模拟信号。可以提供检测系统400，其包括检测器144、信号调节电路410、模拟信号处理路径420、adc 430和数字接口440。信号调节电路410可以包括被配置为处理检测器144的检测元件(诸如pin二极管)的输出的电路系统。信号调节电路410可以包括电流缓冲器和跨阻放大器。模拟信号处理路径420可以包括主放大器。adc 430可以将模拟信号转换为8位数字信号。数字接口440可以经由收发器与ebi系统10的部件(通信，例如偏转和图像控制(dic)单元)，该收发器可以包括发送器tx和接收器rx。数字接口440还可以包括数字开关、数字控制单元或被配置为执行图像处理的控制器等。例如，可以在架构中提供其他电路系统，诸如被配置为提供增益和偏移控制的信号处理路径。
[0155]
在高电子束电流(诸如4na的次级电子束入射到检测器上的情况)下，已知到达检测器的平均电子数目可以是一定数目，例如每10ns的像素采样周期约有250个电子。即，在
10ns的一个像素周期(对应于100mhz采样速率)中，平均可能会有大约250个电子到达检测器。如上所述，检测器可以响应于在检测表面上接收到电子而生成电流。电流脉冲的宽度可能与检测器的速度、信号路径或检测器和信号调节电路的组合相关。检测器的速度也可以部分地由传入电子的能量确定。由单个电子到达事件感应的各个电流脉冲可能紧密重叠，因此，在检测器的端子处可能会生成相对平滑的电流信号。电流信号的调制可以遵循传入电子速率。通过这种方式，可以生成输出信号并将其馈送到诸如检测系统400等检测系统中，并且可以用于图像重构。
[0156]
然而，当电子束电流减小到较低值时，可以生成紧密重叠的电子脉冲的平滑电流信号是不太可能的。例如，在40pa下，每10ns采样周期平均可能会有约2.5个电子到达。当由单个电子到达事件在pin检测器处生成的电流脉冲具有例如3至5ns的脉冲宽度时，电子脉冲可能基本上不重叠。相反，后续的电子脉冲之间可能存在间隔，使得在后续的电子到达之前，激发几乎消退。因此，在采样时测量的在pin检测器中生成的电信号可能无法准确反映整个采样周期期间接收到的电子数目。电子束的散粒噪声可能会导致来自检测器的信号电流波动。由于次级电子和经反向的散射电子生成过程的性质的统计差异，因此可能生成一致的信号是不太可能的。此外，相对于来自pin检测器的信号电流成比例地降低，可能存在固定的电噪声基底，这可能会导致snr在例如200pa周围急剧下降。因此，在较低的电子束电流值下，snr可能会劣化。由于信号脉冲的随机到达时间，来自检测器的信号波动也可能表示snr降低。另外，可能确定检测系统的总带宽的检测器速度、信号路径或检测器与信号调节电路的组合也可能会影响snr。
[0157]
图7示出了当电子束电流相对较低时电子到达事件及其与电流信号的关系的示意性表示。例如，如上面所讨论的，在40pa的射束电流下，在采样周期期间，在pin检测器处只可以接收两个或三个电子。采样周期τ
s
可以是10ns。由单个电子到达事件生成的信号脉冲可以具有约5ns的脉冲宽度。因此，在时间t
1
或时间t
2
读取的信号可能无法解释在相应采样周期期间到达的所有电子。此外，测量信号的值可能接近噪声阈值th
n
。
[0158]
为了解决电流信号中的波动，检测系统可以被配置为延长积分周期以消除波动。备选地，可以减小检测系统的带宽。在例如10ns的一个成像像素周期内，电流信号可能仅在某些时间点出现。信号的总周期可以小于整个像素周期。因此，可以延长积分周期以覆盖信号。然而，延长积分时间可能涉及其他缺点。例如，来自检测器感测元件和关联电路的噪声可能存在于整个像素周期内。像素周期内的积分可能会导致噪声能量也被捕获，从而可能导致整体snr降低。在电子到达事件信号之间的子周期期间存在的噪声可以与在电子到达事件信号脉冲期间存在的噪声一起包括在像素周期中。对粒子进行计数的方法可以例如仅在确定发生电子到达事件时通过测量信号来解决该问题。
[0159]
在要求在较低电子束电流下具有准确度的应用中，诸如临界尺寸sem(cd-sem)，其他类型的检测器(诸如everhart-thornley检测器(etd))可能是有用的。etd可以将闪烁器和光电倍增管(pmt)组合在一起，并且可以有效地检测发生的各个电子到达事件，而不会发生实质性的重叠。在大约8至100pa的探针电流范围内，etd可能具有良好的snr。然而，随着电子剂量的累积，闪烁器的光产额可能会随着时间而降低，因此使用寿命有限。因此，如果将etd与使用较高探针电流或连续操作的仪器一起使用，尤其是在诸如半导体制造设施(例如晶圆厂)中等以高吞吐量连续操作的检查工具中使用，则其服务寿命可能较短。此外，由
于能量转换步骤和与检测信号路径相关联的信号丢失，与闪烁器耦合的etd可能会表现出较差的性能。
[0160]
与etd相反，pin检测器针对辐射损害可以表现出出色的鲁棒性。此外，在一些实施例中，诸如pin检测器等半导体检测器可以在高性能信号路径下实现更高的snr。
[0161]
在比较实施例中，pin检测器在低电子束电流下可以具有降低的snr。在低于例如100pa的探针电流时snr降低的主要原因可能是在进入adc之前放大器的前端的电噪声。例如，可能存在由各种电部件生成的大电容、热噪声或暗电流。附加地，一些背景噪声源可能与检测器的检测表面面积成比例。此外，基于电容的噪声可能随频率的立方而增加，因此，由于snr降低，在设计高带宽检测器时可能会有很多限制。例如，可以通过提供一种利用带电粒子计数的检测系统来解决这种限制，该检测系统具有包括诸如pin二极管等感测元件的检测器。
[0162]
本公开的一些实施例可以提供一种检测器，该检测器包括感测元件，该感测元件的大小使得该感测元件的面积被配置为每个采样周期接收不超过预定数目的带电粒子，诸如电子。感测元件的面积可以基于入射到检测器上的带电粒子的几何散布。可以考虑检测器的入射最高密度的带电粒子的区域来确定感测元件的面积。
[0163]
本公开的一些实施例可以提供一种检测器，该检测器包括大小小于次级电子散布的大小的感测元件。现在参照图8，其图示了感测元件的示例，该感测元件的大小相对于检测器表面上的次级电子着陆点分布而确定。
[0164]
如图8所示，可以基于例如电子的初始动能和发射角度来确定次级电子的自然几何散布。尽管可以将初级电子束聚焦到样本表面上相对较小的束斑大小，但是从样本发射的次级电子可能会在检测器上产生大于样本束斑的束斑。检测器上束斑的大小可以取决于从样本表面发射的电子的能量和角度。检测器上束斑的大小可能比样本束斑大几倍。可以提供将次级电子束投射到检测器上的次级光学系统。次级光学系统的设计或操作条件(例如包括放大参数)可能会影响检测器上的束斑的大小。针对给定的成像条件集合，可以确定入射到检测器上的次级电子的几何散布。例如，尺寸x
1
和y
1
可以表示检测器表面上的次级电子的预期几何散布的界限。尺寸x
1
和y
1
可以基于预定比例的电子将着陆在一区域中的统计置信度。例如，x
1
和y
1
可以表示99.5％的置信区间。在一些实施例中，可以使用95％的置信区间。在一些实施例中，可以使用99％的置信区间。
[0165]
感测元件701的大小可以确定为小于次级电子的几何散布。感测元件701可以具有边长为d
x
和d
y
的矩形形状。d
x
可以被设置为小于x
1
，并且d
y
可以被设置为小于y
1
。感测元件701的大小可以被确定，使得在感测元件701的区域中接收到数目小于入射到检测器表面上的电子总量的电子。
[0166]
在一些实施例中，检测器表面上的束斑可以大于样本表面上的束斑。因此，检测器的检测表面的整体大小可以被配置为足够大，以容纳较宽的束斑。检测器表面上的束斑的直径可以为大约几毫米。然而，增加检测器的大小可能会导致噪声效应。例如，检测器的电容可以与检测器表面的面积成比例。一些噪声源(诸如由于部件耦合至检测器(例如放大器)而引起的噪声源)可能与电容相关。
[0167]
在一些实施例中，检测器之后可以是具有非常低的输入阻抗的信号调节电路。响应于电子到达事件而生成的大多数电荷可以以低损失提取。然而，在其他实施例中，可能会
引入可能与电容相关的一些损失。例如，检测器可以表现出与二极管类似的行为，并且可以具有用于生成特定电压的对应电容。来自检测器的电压可以被馈送到检测系统中的另一部件，诸如放大器。检测器可能需要生成一个电压，该电压大于部件所看到的背景噪声级别。作为示例，由于热噪声，部件可能具有一定量的背景噪声级别。为了克服部件所看到的热噪声，从而将有意义的信号输入到部件中，应输入大于一定量的电压。因此，如果感测元件的电容随着感测元件的面积而增加，则实现大于一定量的电压所需的电流也增加。因此，随着电容的增加，检测器可能需要生成更多的电流以递送合适的电压。
[0168]
在一些实施例中，可以通过将感测元件配置为小于入射到整个检测器表面上的次级电子的几何散布来减小感测元件的面积。在感测元件被束斑完全覆盖的情况下，检测器感测元件的信号和电容可以与感测元件的面积成比例。在一些情况下，感测元件可能仅被束斑部分地覆盖。当感测元件未被束斑完全覆盖时，可以通过减小感测元件面积来减轻由于电容引起的snr降低。
[0169]
此外，暗电流也可能与该面积相关。感测元件的面积越大，暗电流噪声越大。例如，利用较大面积的感测元件，在半导体二极管设备的晶体结构中可以存在大量瑕疵是更加可能的，因此，暗计数发生的机会可能更大。感测元件(该感测元件被配置为响应于诸如次级电子等带电粒子的到达而生成许多电子-空穴对并且具有相对较小的面积)对于减小暗电流事件的影响可能是有利的，因为由暗电流生成的相对较小的噪声信号可能会因响应于带电粒子到达事件而生成的信号削弱。在一些实施例中，在感测元件未被束斑完全覆盖的情况下，可以通过减小感测元件的大小来提高snr，使得以大于信号强度的减小的速率来减小噪声影响。
[0170]
可以增强面积减小的感测元件的灵敏度。例如，被配置为检测单个电子到达事件的感测元件可以具有以下优点。考虑到具有不同面积的两个感测元件，每个感测元件被配置为每个采样周期接收不超过一个电子，具有较小面积的感测元件可以具有较低的电容，并且暗电流噪声的影响较小。因此，生成用于馈入检测系统中的另一部件的信号并克服例如该部件的热噪声所需的电流量可以更少。此外，在一些情况下，检测器表面上的次级电子束的束斑可能仅部分地覆盖感测元件。一些检测器面积可能没有有效地接收入射电子。然而，响应于通过撞击离子化接收入射电子，感测元件在检测表面下方的所有材料可能有助于生成电流信号。响应于电子到达事件而生成的电子-空穴对的数目可以是类似的，而不管感测元件是否被束斑完全覆盖。考虑到两个不同大小的感测元件，具有较小面积的感测元件可能更有可能生成克服噪声的信号，因为响应于各个电子到达事件，它可能需要较少的电子来生成特定的电压。
[0171]
在一些实施例中，可以改变面积比，该面积比可以是各个感测元件的面积与检测器的整个表面的面积之比。面积比可以与snr具有对应关系。例如，在一些实施例中，将感测元件的大小减小为检测器的面积的1/1,000可以对应于snr的1,000倍的增大。
[0172]
在一些实施例中，检测器可以包括感测元件阵列。该阵列可以包括多个感测元件，每个感测元件例如具有d
x
和d
y
或更小的尺寸。感测元件可以被布置为平面二维阵列，该阵列的平面基本上垂直于传入带电粒子的入射方向。在一些实施例中，检测器可以被布置为相对于入射方向倾斜。
[0173]
图9a示出了包括感测元件阵列的检测器800的示例。检测器800的感测元件801的
大小可以被确定，使得在感测元件801中接收小于入射到检测器800的表面上的电子的总量的某个数目的电子。阵列中的感测元件的大小可以是均匀的。检测器的总大小可以基于次级电子的几何散布，使得可以由检测器捕获所有或基本上所有的电子。因此，检测器800可以具有与预定的fov相对应的总面积。例如，检测器800可以包括直径为4至10mm的圆板。
[0174]
检测器800的检测区域可以被划分为较小面积的pin二极管元件的阵列。每个pin二极管元件可以对应于离散检测单元。pin二极管可以以各种形式像素化到单独的检测单元中。例如，半导体检测单元可以借助于由于内部结构生成的内部场而划分。此外，在一些实施例中，相邻的感测元件之间可能存在物理间隔。即，在一些实施例中，检测器阵列可以设置有物理上彼此间隔开的感测元件。在相邻的感测元件之间可以提供一些隔离区域。
[0175]
在其他实施例中，当通过内部场形成分离的检测单元时，可以在检测器的底部形成具有不同导电性的多个掺杂半导体结构(诸如p+型和n+型半导体区域)。同时，检测器的顶表面可以设置有检测表面和由单层掺杂半导体形成的阴极。跨越具有不同导电性的多个半导体结构的本征半导体区域可以是基本上连续的。因此，在一些实施例中，可以减小相邻的感测元件之间的死区面积。这种检测器可以具有能够形成内部电场的结构，该内部电场可以被配置为将由于入射到每个检测子区域上的电子而生成的载流子引导到对应的检测单元。
[0176]
与可能不容易被像素化的etd相反，可以采用多种形式来配置具有分段的感测元件阵列的pin二极管。而且，与etd相比，pin二极管可能还具有其他优点，包括电容小和背景噪声低。
[0177]
图9b示出了包括感测元件阵列的检测器850的另一示例。检测器850可以包括板851，其中在其上形成多个感测元件861。板851可以包括开口895，以允许初级电子束穿过板851。
[0178]
当使检测器的各个感测元件小于入射到检测器上的次级电子的几何散布时，电子计数可以变得更易于管理。例如，每个感测元件可以具有其自己的计数单元，该计数单元包括被配置为测量来自感测元件的输出信号的电路系统。当使感测元件更小时，每个感测元件上的电子速率变得更小，因此可以使在每个感测元件处进行电子计数成为可能。将参照以下示例性验证研究来讨论电子计数。
[0179]
如上面参照图4b所讨论的，入射到检测器上的电子可以散布在一区域上。当使用单个感测元件来测量整个检测器表面的输出电流时，在短时间帧中入射的大量电子可能会淹没该单个感测元件。例如，针对射束电流为1na的电子束，在一秒内可能有一定数目的(例如64亿个)次级电子入射到检测器上。这对应于以100mhz像素速率运行的检测系统每10ns采样周期内有64个电子。针对具有单个感测元件的检测器来说，可能难以处置这种高电子速率，因此，在维持合理的电路复杂性、误计数率和功耗的同时，对各个电子进行计数可能是不切实际的。然而，当检测器被细分时，各个感测元件可以被制成具有一大小，使得在采样周期中入射的电子的数目足够低以使得能够进行电子计数。此外，被划分为多个感测元件的检测器可以具有许多优点，诸如上面关于降低噪声、减小电容和提高snr所讨论的那些优点。
[0180]
图4b所示的电子的分布可以表示10,000个电子的模拟着陆位置。假设开口145可以形成在检测器144的中心，则着陆在检测器上的电子的最密集的分布可以在紧接开口145
周围的环孔形区域中。例如，图10示出了开口145周围的环状空间720。可以模拟，例如在内径0.5mm且外径1.0mm的环状空间720中，总共10,000个模拟电子中的第一数目可以着陆在该区域中。第一数目可能是1,669个。环状空间720的总面积可以确定为0.589mm
2
。因此，在环状空间720的区域中入射到检测器上的电子的平均数目可以是每单位面积2,834个。此外，在环状空间720中接收的电子的比例可以是总数的16.69％。
[0181]
在一些实施例中，各个感测元件可以具有50μm
×
50μm的正方形形状。例如，图10示出了在环状空间720的区域内部具有正方形形状的感测元件731。这种感测元件具有0.0025mm
2
的面积。将环状空间720中的每单位面积的电子数目乘以该面积得出：每个正方形形状的感测元件有7.084个电子。
[0182]
尽管模拟的10,000个电子小于典型的1na射束中的电子数目(例如每秒64亿个)，但是这些结果可以扩展到这种级别的射束电流。即，来自1na电子束的次级电子的分布可以基本上与上面讨论的类似，但是绝对数更高。因此，在射束为1na的情况下，如上面所讨论的，入射到图10中的检测器144上的每秒64亿总电子中的16.69％可以着陆在环状空间720中。因此，每秒约有18亿个电子可以着陆在环状空间720的区域中。
[0183]
如果感测元件的大小如上面所讨论的，例如像感测元件731那样，则大约一秒内有450万个电子可以着陆在感测元件的50μm
×
50μm正方形面积中。这比使用单个电子感测元件的检测器小三个数目级，该检测器可能每秒使所有64亿个电子到达一个电子感测元件。通过将检测器划分为分段阵列，可以显着降低相应感测元件处的电子到达速率。这可能有助于实现电子计数。例如，当450万个电子在一秒内入射到一个感测元件中时，后续的电子到达事件的平均间隔时间(稍后应该详细讨论)可能约为200ns。通过比较，100mhz检测器的采样周期为10ns。平均间隔时间为200ns，两个电子不可能在一个10ns的采样周期内到达。因此，检测器可以具有一面积，该面积被配置为使得在采样周期期间在感测元件中接收不超过预定数目的电子。预定数目可以是一个。
[0184]
此外，尽管上述示例是参照在其中心处具有开口145的检测器144进行讨论的，但是可以类似地应用检测器的其他结构。例如，在离轴检测器的情况下，中心区域中的所有电子都可能入射到检测器表面上。在这种情况下，在检测器板的中心可能没有设置孔。因此，电子到达速率的最高密度的区域可以为中心。然而，即使在中心处，电子到达速率也可能不会明显大于中心附近的环状空间。例如，在模拟10,000个电子时，放置在检测器中心的正方形面积为50μm
×
50μm的感测元件可以接收第二数目的电子。第二数目可能是大约8.9个电子。因此，扩展到1na射束的情况，大约570万个电子可以在一秒内着陆在感测元件的50μm
×
50μm正方形区域中。即使以这种电子到达事件的速率，平均间隔时间也可能约为175ns，这仍大大高于10ns的采样周期。
[0185]
图11a示出了电子到达事件及其与检测器元件的输出的关系的示意性表示。检测器可以被设置有检测器元件阵列。检测器元件阵列可以包括感测元件阵列，每个感测元件具有一大小，该大小被配置为使得在对应于相应检测器元件的采样周期τ
s
期间在感测元件中接收不超过一个电子。如上述示例中一样，两个相邻电子到达事件之间的间隔时间可以是例如200ns。检测器可以具有仅作为示例的20mhz的采样速率，其对应于50ns的采样周期。因此，如图11a的下部曲线图所示，因为电子到达事件之间的间隔时间大于采样周期，所以每个采样周期接收不超过一个电子。
[0186]
在图11a中，曲线图(a)可以表示时间轴。可以指示在时间点t1，第一电子到达检测器，并且在时间点t2，第二电子到达检测器。曲线图(b)可以表示与检测器的感测元件相关联的电路的事件信号。事件信号的脉冲高度可以对应于入射电子的能量。可以将事件信号的脉冲高度与阈值进行比较，如曲线图(b)中的虚线所示。如曲线图(c)所示，当脉冲高度超过阈值时，可能会注册检测脉冲。可能在下一采样周期中输出计数，如曲线图(d)所示。
[0187]
图11b示出了根据曲线图(a)中的时间轴的电子到达事件的示意性表示的另一示例。如图11b的曲线图(b)所示，对应于不同电子到达事件的事件信号的脉冲高度可以不同。可以基于第一阈值或第二阈值来注册检测脉冲。例如，如图11b的曲线图(d)所示，当事件信号的脉冲高度超过第一阈值时，可以注册检测脉冲。如图11b的曲线图(c)所示，当事件信号的脉冲高度超过第二阈值时，可以注册检测脉冲。可以基于所注册的检测脉冲来输出计数，诸如在图11b的曲线图(e)或(f)中。
[0188]
电子到达检测器可能是随机过程。因此，尽管可以确定一些确定性属性来描述电子到达事件，但是检测器上的电子到达事件可能固有地涉及一些随机性。例如，尽管可以将相邻电子到达事件之间的平均间隔时间确定为某个值，但是一些电子到达事件可以具有小于或大于平均间隔时间的间隔时间。因此，感测元件可以具有一面积，该面积被配置为以至少置信级在每个采样周期内接收不超过预定数目的电子。置信级可以基于统计参数。例如，置信级可以对应于在每个采样周期内在感测元件中接收不超过预定数目的带电粒子的统计概率。在一些实施例中，置信级可以是例如90％。感测元件可以具有一面积，该面积被配置为以至少90％的置信级在每个采样周期内接收不超过预定数目(例如1或2个)的电子。在一些实施例中，可能会发生至少90％的电子到达事件，使得每个采样周期在感测元件的面积中接收不超过预定数目的电子。
[0189]
描述电子到达事件的分布的统计参数可以包括电子到达事件之间的间隔时间的均值或中值、电子到达事件之间的间隔时间的标准偏差、方差、概率密度、累积分布函数、偏度、熵等。在一些实施例中，电子到达事件可以通过泊松分布来建模。在一些实施例中，可以使用其他类型的分布来对电子到达事件建模。
[0190]
在一些实施例中，平均间隔时间可以与进入检测器元件l的平均电流i
d，l
相关联，其中i
d，l
是入射到检测器元件l上的平均传入电子电流。尽管此处假设入射到检测器上的总电流及其空间分布在整个sem图像帧中是恒定的，但是要了解的是，入射到检测器上的总电流可以根据sem图像帧中的像素位置进行调制。当给出采样周期τ
s
时，下面可以描述进入检测器元件l的平均电子数目h，其中e是电子单位电荷：
[0191]
h＝i
d，l
τ
s
/e
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0192]
假设每个电子到达都是随机事件并且与其他事件不相关，则可以应用泊松分布。根据泊松分布，在采样周期期间没有电子到达的概率可以由下式给出：
[0193]
p(0)＝e-h
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0194]
一个电子在采样周期期间到达的概率可以由下式给出，其中λ是采样周期内事件的平均数目：
[0195]
p(1)＝he-h
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0196]
在采样周期期间两个电子到达的概率可以由下式给出：
[0197][0198]
在采样周期期间三个电子到达的概率可以由下式给出：
[0199][0200]
在采样周期期间k个电子到达的概率可以由下式给出：
[0201][0202]
对电子到达事件的所有可能独立情况的概率进行求和得出1，如下：
[0203]
p(0)+p(1)+p(2)+p(3)+
…
＝1
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0204]
乘积kp(k)之和应该等于h，如下：
[0205]
1p(1)+2p(2)+3p(3)+
…
＝h
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0206]
在电路中实施的计数器可以具有其自己的最大计数，该计数器表示在其计数缓冲器中发生的电子到达事件的数目。如果计数缓冲器仅由一个位构成，则事件的最大计数为1。当在同一采样周期内第一事件之后发生一个或多个附加事件时，计数缓冲器值可能保持为1，而附加事件可能被误计数了。如果计数缓冲器由两位构成，则事件的最大计数可能为2或3，取决于其实施方式。图12总结了要计数的事件数目与遗漏的事件数目之间的关系，取决于计数器的配置和采样期间的事件数目。
[0207]
基于上文，不超过预定数目的电子(例如1或2个)在采样周期内到达的置信级可以表述为以下：
[0208][0209]
以及
[0210][0211]“不超过预定数目的电子(例如1或2个)在采样周期中到达的置信级”此处被表述为所计数的平均电子数目与在采样周期内入射到感测元件上的整个电子的平均数目之比，例如捕获率。本文讨论的示例在特定的计数器功能性、限制或可以在采样周期中计数的最大事件数目(例如1或2个)方面可以不同。
[0212]
图13a图示了可以表示特定计数缓冲器处的电子计数的置信级的曲线图。图13a中的x轴可以表示每个采样周期到达感测元件的电子的平均数目。图13a中的y轴可以表示检测到的电子计数的置信级。图13a中的实线可以表示最大计数为1的置信级。图13a中的虚线可以表示最大计数为2的置信级。
[0213]
由于计数缓冲器限制而导致的事件计数损失率l
h
(n)可以如下表述，其中n是计数缓冲器的最大计数：
[0214]
针对h＜＜1
[0215][0216]
以及
[0217]
针对h＜＜1
[0218][0219]
图13b图示了可以表示由于特定计数缓冲器处的最大计数而导致的检测损失率的
曲线图。图13b中的x轴可以表示每个采样周期到达感测元件的电子的平均数目。图13b中的y轴可以表示检测损失率。类似于图13a，图13b中的实线可以表示最大计数为1的置信级。图13b中的虚线可以表示最大计数为2的置信级。
[0220]
现在参照图14a，其示出了与本公开的实施例一致的电子到达事件及其与输出信号的关系的示意性表示。在图14a的三个曲线图的每个曲线图中，t轴表示时间。在图14a的顶部曲线图中，单个电子可以在特定时间点入射到检测器的表面上。例如，电子可以分别在时间t
1
、时间t
2
、时间t
3
和时间t
4
到达。在时间t
1
、时间t
2
、时间t
3
和时间t
4
的电子到达事件可能在检测器中的一个检测器元件处发生。检测器元件可以包括感测元件。电子到达事件可能具有统计差异，因此，电子可能会以不均匀的间隔时间到达感测元件的表面。如图14a的中间曲线图所示，可以响应于电子到达事件而在检测器元件中生成信号脉冲1011。如上面所讨论的，在检测器元件中可以使用pin二极管，并且信号脉冲可以类似于波形。波形的振幅可以与响应于电子到达事件而生成的电子-空穴对的数目相关。图14a的中间曲线图和下部曲线图的y轴可以以任意单位表示信号强度。
[0221]
后续电子到达事件之间的时间可以由t
i-t
i-1
给出，其中i是表示各个电子的到达顺序的索引。在一些情况下，后续电子到达事件之间的时间可能足够大，以至于信号不会彼此干扰。例如，由(t
i-t
i-1
)
1
给出的在t
1
和t
2
的电子到达事件之间的时间可能足够长，以至于在下一电子到达事件发生之前，感测元件中生成的电信号会上升和下降。在一些情况下，后续电子到达事件之间的时间可能很短，使得信号可能会合并。例如，由(t
i-t
i-1
)
2
给出的在t
3
和t
4
的电子到达事件之间的时间可能很短，使得检测器中生成的电信号可能会彼此重叠。合并的信号可以由图14a的中间曲线图中的阴影线区域例示。
[0222]
图14a的底部曲线图可以证明与计数缓冲操作相关的过程。当传入模拟信号的上升沿越过阈值th
e
时，可以记录与电子到达事件相对应的计数。当输入的对应通道从低于阈值th
e
的值转变为高于阈值th
e
的值时，功能块可以在输出通道中生成脉冲(例如检测脉冲)(例如值为1)。当输入的对应通道没有从低于阈值th
e
转变为高于阈值th
e
时，该块可以将值保持为0。可以在给定的时间段内对检测脉冲进行计数，然后可以将计数放入下一采样周期的计数缓冲器，如图14a的底部曲线图所例示的。检测器的采样周期可以由τ
s
给出。在一些实施例中，检测器可以使用400mhz的采样速率，对应于2.5ns的采样周期。如上面所提到的，在使用pin二极管的检测器中，响应于电子到达事件而生成的信号(例如事件脉冲)的脉冲宽度可以为约3至5ns。在这种实施例中，在等于事件信号脉冲宽度的时间段内可能不会生成两个检测脉冲，该事件信号脉冲宽度可能甚至大于采样周期τ
s
。任何采样周期的事件计数可以是0或1。因此，即使在采样周期内可能有两个或多个电子到达感测元件，用1位配置计数缓冲器也可能有效。
[0223]
当t
i-t
i-1
足够长时，事件信号波形可以对应于单个电子到达事件而上升和下降。鉴别器块可以被配置为在电子到达事件发生时检测事件信号脉冲的前沿。鉴别器块可以被配置为基于可以包括参考电平的参考值进行确定。例如，可以提供将传入事件信号与参考电平进行比较、并在传入信号越过参考电平时使检测信号转变为1的电路系统。检测信号可能会在短时间段后返回0、或保持该值并在采样周期结束时返回0。该电路系统例如可以包括逻辑运算符。在图14a的示例中，可以设置阈值th
e
，其对应于次级电子的预期能级。例如，当动能约为9kev的一个电子穿透到pin二极管的检测单元中时，该事件可能在耗尽区域中
激发约2,000个电子-空穴对。这些对的电子可以收集在二极管的阴极处。在阴极处收集的电子可以形成小的电流脉冲信号，该小的电流脉冲信号被馈送到包括前端电子件的电路中，其中电流脉冲信号可以被转换为电压脉冲、并被放大到适当的电压电平以用于鉴别器输入。这种处理可以形成事件信号脉冲。可以考虑预期事件信号脉冲来设置阈值th
e
。例如，阈值th
e
可以是事件信号脉冲的预期峰值的预定百分比，该事件信号脉冲是由到达感测元件的给定能级的次级电子发起的。在一些实施例中，阈值th
e
可以是由例如9kev次级电子发起的事件信号脉冲的预期峰值的60％。
[0224]
然而，当t
i-t
i-1
较短时，事件信号脉冲波形可能表示来自多个电子到达事件所生成的电子-空穴对的电子，即使由于前端电子件的带宽和特性，来自最初电流脉冲形状的波形可能会显着加宽和整形。例如，在图14a中的时间t
4
，可能发生电子到达事件，并且在来自t
3
处的先前电子到达事件的事件信号下降之前，发起另一事件信号脉冲。因此，在时间t
4
之后，信号读数可以相对于先前的读数上升，并且此后可以继续上升，然后消退到阈值th
e
以下。因此，基于信号读数与阈值th
e
的比较的鉴别操作可能无法准确地解释两个单独的电子到达事件，并且可能会发生信号重叠误计数。
[0225]
在一些实施例中，为了解决这种误计数，可能会发生与另一阈值的比较。例如，可能会发生与不同阈值的进一步比较。可以将另一阈值设置为不同于阈值th
e
，并且在一些实施例中，可以表示溢出状态。当检测到溢出状态时，可以确定在短间隔内有多于一个电子入射到感测元件上。
[0226]
在一些实施例中，溢出状态可以对应于感测元件已经达到信号输出生成的限制的状况。当两个电子到达事件连续发生时，可能会发生溢出。在一些实施例中，当合并的事件脉冲建立到高于特定检测器元件的模拟信号动态范围的级别时，可能会发生溢出。输出信号可以由溢出阈值th
o
限制。在一些实施例中，溢出阈值th
o
可以是理论限制。在一些实施例中，溢出阈值th
o
可以被设置为感测元件的输出限制的预定百分比。在一些实施例中，阈值th
o
可以是预期限制的90％。在一些实施例中，感测元件可能能够在短间隔内生成对应于多于一个电子到达事件(例如两个、三个、四个电子到达事件等)的输出信号。可以将溢出阈值th
o
设置为由给定能级的次级电子发起的预期事件信号脉冲的倍数。在一些实施例中，对超过th
e
的信号的检测可以对应于单个电子到达事件，而对超过th
e
的信号的检测可以对应于两个(或多个)电子到达事件。
[0227]
在一些实施例中，检测器元件可以不配备以处置事件脉冲重叠情况，并且这种发生可能会导致事件脉冲重叠误计数。例如，检测器元件可以被配置为最多生成振幅可以小于两个单独发生的电子到达事件的事件信号的振幅之和的事件信号。连续接收多于一个电子的检测器元件可能会经历溢出截止。
[0228]
图14b示出了与本公开的实施例一致的电子到达事件和溢出截止的示意性表示。如图14b的上部曲线图所示，两个电子到达事件可以快速地连续发生。可以提供具有检测器元件的检测器，每个检测器元件包括感测元件和电路。与感测元件相关联的电路系统可以包括前端电子件，诸如前置放大器。当在感测元件及其关联电路系统已经完全恢复的状态下在感测元件处发生电子到达事件时，理论信号脉冲1021和1022可以分别表示事件信号。例如，检测器元件可以响应于电子到达事件而生成信号脉冲1021，然后在信号脉冲1021消散之后，检测器元件可以生成信号脉冲1022。在感测元件或其电路系统不具有恢复时间的
情况下，信号脉冲1021和1022可以紧密重叠并且可以看起来叠加在彼此顶部上。如图14b的中间曲线图所示，在感测元件中生成的输出信号可以类似于具有平坦顶部的信号脉冲1031。当响应于两个或多个电子到达事件而在检测器元件中生成的能量达到限制时，可以生成信号脉冲1031。信号脉冲1031可以表示来自电子-空穴对的电子，该电子-空穴对是由到达感测元件上的入射电子生成的。
[0229]
在图14b中，时间t
1
可以对应于第一电子到达事件的开始，时间t
2
可以对应于在检测器元件已经完成响应于第一电子到达事件而生成信号之前发生的第二电子到达事件的开始。信号可能从时间t
1
开始上升，并可能被鼓动在时间t
2
继续上升。然而，在时间t
2
，可能已经达到感测元件的输出限制，并且检测器元件的输出可能不会进一步上升，而是可能保持恒定。如图14b的底部曲线图所示，当在时间t
2
或此后读取另一信号时，该信号不超过可以等于阈值th
o
的截止阈值。因此，仅基于信号读数与阈值th
e
的比较的鉴别操作可能无法准确地解释两个单独的电子到达事件，并且可能会发生信号重叠误计数。
[0230]
检测器元件可以被配置为在周期内以至少置信级接收不超过预定数目的带电粒子。置信级可以表述为事件捕获率。事件的捕获可以指电子到达事件由检测器记录的事实。在一些实施例中，置信级可以取决于误计数率。误计数率可以定义为1减去捕获率。如上面所讨论的，误计数率可以包括事件信号重叠误计数。检测器阵列的检测器元件可以被配置为具有满足与第一误计数阈值相关的条件的误计数率。检测器元件可以包括感测元件和前端电路。当误计数率小于或等于第一误计数阈值时，可以满足条件。第一误计数阈值可以是与误计数的可接受级别相对应的值。例如，在一些实施例中，检测器元件可以被配置为使得在特定时间段内在感测元件的区域中接收不超过预定数目的电子，从而导致不超过预定的误计数率，预定的误计数率对应于总电子到达事件的10％或更少。在这种示例中，不超过总电子到达事件的10％(计数为单个电子到达事件)实际上可以是在感测元件的面积中接收到两个或多个电子的情况。
[0231]
尽管快速地连续发生的电子到达事件可能会引起误计数，诸如由于事件信号重叠误计数，但是误计数的级别可能低于统计上可接受的量。例如，电子到达事件通常可以遵循泊松分布，并且误计数率可以利用泊松分布项来表述，例如p(k)。
[0232]
在一些实施例中，可以假设两个连续的电子在例如t
i-1
和t
i
等连续到达时间点到达检测器的感测元件。可以定义死区时间τ
d
，以便在满足以下表达式时不对到达t
i
的电子进行计数(例如电子误计数)：
[0233]
t
i-t
i-1
≤τ
d
ꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0234]
如应该在本文中更详细地讨论的，死区时间可以主要由检测器元件的特性确定。检测器元件可以包括前端电路。死区时间可能受事件检测器的设计或特性、或其他特性(诸如为确定已发生到达事件而设置的阈值级别)影响。除了等式(13)的表达式外，死区时间还可以使得当满足以下表达式时，对到达t
i
的电子进行计数：
[0235]
t
i-t
i-1
＞τ
d
ꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0236]
在电路的一些实施方式中，事件的检测可能不是那么明确。电路噪声或其他随机因素可以辅助或抑制检测。例如比等式(13)中表述的条件稍早到达的电子可能被检测到(例如可以对到达事件进行计数)。类似地，比等式(14)表述的条件稍晚到达的电子可能被遗漏。在一些实施例中，当t
i-t
i-1
＝τ
d
时，检测概率可以解释为50％。
[0237]
在一些实施例中，在时间t
i
到达的电子待被计数的条件可以是在紧接的先前时间段[(t
i-τ
d
)，t
i
]期间没有电子到达检测器感测元件。
[0238]
此外，可以如下确定λ，其中i
d，l
是入射到感测元件l上的平均传入电子电流，并且e是电子单位电荷：
[0239]
λ＝i
d，l
τ
d
/e
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0240]
泊松分布可以是时间段的函数，并且不取决于时间段在时间轴上的位置。泊松分布可以用于表述时间段τ
d
内的电子到达事件。在时间段[(t
i-τ
d
)，t
i
]期间没有电子到达的概率可以如下给出：
[0241]
p(0)＝e-λ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0242]
电子被计数的概率可以是p(0)，其可以对应于置信级。误计数率(其示例可以包括事件信号重叠或死区时间引起的误计数率)p
miscount
可以给出为：
[0243]
p
miscount
＝1-p(0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0244]
＝1-e
～λ
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0245]
针对非常少量的λ，以下条件可能成立：
[0246][0247]
图15图示了可以表示作为λ的函数的误计数率p
miscount
的曲线图，p
miscount
最初可能随着λ的增加而线性增加。随着接近饱和限制，例如接近λ＝1的值，p
miscount
可能开始以较低的速率增加。图15的x轴可以表示在等于死区时间的时间段τ
d
内到达感测元件的电子的平均数目λ。图15的y轴可以表示误计数率。
[0248]
在图15中可以看出，为了在给定的死区时间和检测器表面上的给定的电子到达位置分布将误计数率保持在例如10％以内，感测元件可以被配置为具有一面积，该面积使得任何感测元件的传入电流被限制为特定的λ值。例如，在等于死区时间的时间段内，感测元件上的传入电子的平均数目可以设置为保持在0.1个电子/τ
d
以下。
[0249]
在本公开的一些实施例中，检测器可以设置有感测元件阵列，每个感测元件具有预定面积。例如，在一个实施例中，各个感测元件的大小可以是100μm
×
100μm。然而，也可以使用其他大小的感测元件。感测元件可以被分段。通过提供多个感测元件的阵列，与整个检测面积由单个元件(如上面所讨论的)或者有限数目的检测区段(例如8个区段)组成的比较pin检测器情况相比，入射到每个感测元件上的电子的速率可以显着降低。例如，即使当电流为1na的电子束以例如每秒约64亿个电子的速率到达检测器时，入射到阵列的100μm
×
100μm的感测元件上的电子数目也可能为大约每秒2000万个，即使在高密度电子到达区域中。相比之下，所有64亿个电子在单元件检测器的情况下在一秒内入射到一个感测元件上。附带地，入射到具有100μm
×
100μm的感测元件(例如50μm
×
50μm的感测元件)的面积的1/4的感测元件上的电子数目可以为其1/4，例如每秒约500万个，这可能对应于每5ns约0.025个电子。
[0250]
用于确定各个感测元件的面积的标准可以有很多。例如，第一面积确定标准可以基于避免误计数。在一些实施例中，误计数可以与给定大小的感测元件上的电子到达事件的平均间隔时间(t
i-t
i-1
)相关。感测元件的大小(例如被配置为接收电子的表面的面积)可以影响在给定的采样周期中在感测元件上接收的电子的数目。可以基于可以包括感测元件的检测器元件的参数来确定与感测元件相关联的采样周期(例如使用400mhz的采样速率来
提供检测器)。可以确定感测元件的大小，使得在采样周期内在感测元件中接收预定数目的电子可能不大于某种统计可能性。采样周期可以与可以关联于感测元件的死区时间相关。例如，可以将采样周期设置为小于死区时间。死区时间可以与感测元件大小无关。
[0251]
在一些情况下，平均电子间隔时间可能很短，从而导致误计数的概率很高。平均电子间隔时间越大，误计数的概率可能越低。可以设置感测元件的面积，使得平均电子间隔时间不大于特定值。可以将平均电子间隔时间设置为大于诸如检测器元件采样周期的倍数等值，例如τ
s
。因此，可以将检测器的采样周期设置为平均电子间隔时间的因子(例如介于0和1之间的数字)。在一些实施例中，平均电子间隔时间可以被设置为大于采样周期τ
s
的两倍。换言之，可以将采样周期τ
s
设置为小于平均电子间隔时间(t
i-t
i-1
)的一半。如上面所讨论的，可以通过调整电子束电流或通过改变感测元件的面积或位置来控制平均电子间隔时间(t
i-t
i-1
)。此外，采样周期τ
s
可以由检测器的采样频率(例如采样速率)来定义。针对给定的检测器的电子束电流、采样速率和最大电子到达速率(在最高电子到达密度的区域)，可以确定单位面积的平均电子间隔时间(t
i-t
i-1
)。
[0252]
在一些实施例中，检测系统可以包括感测元件和可以用于对带电粒子到达事件进行计数的电路。图16a图示了检测系统1300中的信号流。检测系统1300可以包括检测器元件1330、第一电路1340和第二电路1350。检测器元件1330可以包括跨阻放大器(tia)。在一些实施例中，检测器元件1330可以由感测元件和前端电路组成。前端电路可以称为信号调节电路，并且可以包括tia。第一电路1340可以包括事件检测器。第一电路1340可以被配置为实施事件检测的功能。第一电路1340可以包括鉴别器，诸如脉冲高度分析器。第二电路1350可以包括计数缓冲器。第二电路1350可以被配置为实施计数缓冲的功能。第二电路1350可以包括定标器。
[0253]
检测系统1300可以被配置为执行检测操作，该操作可以包括响应于电子1301到达检测器元件1330而由检测器元件生成脉冲信号。该脉冲信号可以包括事件信号1305，该事件信号1305可以被输出给第一电路1340。检测操作可以允许检测系统1300确定已经发生了电子到达事件。该检测操作可以从检测器元件1330响应于电子1301到达检测器元件1330而生成事件信号1305开始。从检测器元件1330输出的事件信号1305可以被馈送到第一电路1340中并且被分析以确定在检测器元件1330处接收到电子。确定可以包括将事件信号1305的脉冲高度与预定值进行比较。如果事件脉冲信号的高度超过预定值，则可以检测到电子事件。响应于检测到电子事件，可以增加计数器。第一电路1340可以包括单位计数器。第一电路1340可以包括事件标记检测器。当检测到电子到达事件时，第一电路1340可以设置标记。第一电路1340可以输出检测脉冲1309。检测脉冲1309可以被馈送给定标器1350。
[0254]
来自第一电路1340的输出可以包括单位信息。例如，响应于确定电子发生事件已经发生，例如通过脉冲高度分析器确定输入事件信号超过预定值，第一电路1340可以输出信号1。在一些实施例中，第一电路1340可以配置为以多个位输出数据。例如，第一电路1340可以包括2位或3位计数器。
[0255]
在一些实施例中，可以提供检测系统1300a，如图16b所示。检测系统1300a可以包括类似于图16a的检测系统1300的第一电路1340和第二电路1350。检测系统1300a还可以包括感测元件1332和第三电路1334。第三电路1334可以包括前端电子件，诸如前置放大器。第三电路1334可以包括跨阻放大器。从感测元件1332输出的信号1302可以由第三电路1334处
理。信号1302可以包括电流脉冲信号。电流脉冲信号可以被转换为电压脉冲信号并且被放大以形成事件信号1305。事件信号1305可以从第三电路1334输出。
[0256]
在一些实施例中，死区时间可以与事件信号1305相关。事件信号1305可以具有在其上脉冲高度上升和下降的宽度。形成感测元件的二极管的特性可以影响事件信号1305的形状和宽度。死区时间可以与事件信号1305以及涉及检测系统1300或1300a的其他处理相关。死区时间可以指的是后续的电子到达事件的检测可能被阻碍的时间。在一些情况下，电子1301到达感测元件1332处可以触发生成信号1302。由于电子1301的到达，事件信号1305可以从第三电路1334输出。事件信号1305可以由第一电路1340处理。例如，当在感测元件1332处生成第二信号(在信号1302之后的信号)时，可能存在无法可靠地生成两个单独的事件信号并且可能发生死区时间效应的情况。由于死区时间效应，可能无法可靠地对连续发生的电子到达事件进行计数。这种效应可以指事件检测器死区时间。例如，第一电路1340中所包括的事件检测器可以被配置为当事件信号1305的脉冲高度上升到阈值以上时确定已经发生了电子到达事件。在确定事件信号1305的脉冲高度下降到阈值以下之后，可能会发生另一电子到达事件的检测。然而，当后续的电子到达事件防止事件信号1305的脉冲高度下降时，可能会发生误计数。事件检测器死区时间可以与事件信号1305的宽度和用于确定电子到达事件的阈值相关。例如，事件检测器死区时间可以与事件信号1305在等于阈值的脉冲高度的左侧和右侧之间的距离相关。检测系统的其他因素和特性也可能影响死区时间。例如，从感测元件到电路的互连的杂散电容可能会导致死区时间。
[0257]
死区时间可以与特定的感测元件相关联。例如，可能存在与感测元件1332相关联的死区时间。该死区时间可能与感测元件1332或其关联电路系统的特性相关。死区时间可以与包括事件检测器的第一电路1340相关。
[0258]
检测系统1300或1300a中所包括的电路系统可以被配置为进行各种确定。第一电路1340可以被配置为确定在其中输入的信号的特性。类似地，第二电路1350和第三电路1334可以被配置为确定输入信号的特性。第三电路1334可以被配置为确定信号1302的第一特性，第一特性可以是电流脉冲。第一特性可以是电流脉冲的幅度。其他确定可以基于所确定的第一特性。例如，基于其电流脉冲的幅度，可以确定入射到感测元件上的电子是第一类型的电子还是第二类型的电子。这种确定可以涉及与阈值能级的比较，如应该在本文中更详细地讨论的。将理解的是，这种确定也可以基于事件信号1305。
[0259]
在sem系统中，样本的生成图像可以包括多个像素。每个像素可以显示可以对应于从检测器导出的信息的信息，诸如灰度。该信息可以包括在采样周期中接收到的电子数目的计数。电子数目的计数可以从多个感测元件求和。在一些实施例中，像素可以使用来自感测元件的多个采样周期的数据。可以定义像素周期，该像素周期使用在各个感测元件的多个采样周期内从检测器导出的信息。像素周期可以由操作员确定。例如，像素周期可以是可以从可用值列表中选择的用户定义值。在一些实施例中，用户可以从诸如1、2、4、8等可用整数列表中挑选d数目个采样周期。像素周期可以设置为d倍采样周期。针对每个像素，可以基于d个采样周期的连续采样数据来确定值(例如灰度)。可以通过例如求和或平均d个采样周期的数据来确定灰度。在一些实施例中，可以基于检查系统仪器的参数来预定像素周期。例如，可以为特定机器预设像素周期。
[0260]
sem系统可以以诸如光栅图案等图案在样本上扫描初级电子束。图像中要生成的
像素可能与扫描样本表面的位置相关联。像素可以与特定的扫描时间相关。来自检测器的数据可以与扫描时间相关。定标器可以用于使从检测器接收的数据与特定扫描时间相关。定标器可以被配置为基于延迟时间使检测器数据与扫描时间(以及因此，像素)相关。例如，定标器可以记录接收到与电子到达事件相关联的数据的时间，并且基于来自触发的延迟来应用校正。触发可以对应于冲击在样本上的初级电子束的电子。该延迟可以考虑电子(例如次级电子)从样本到检测器的行进时间、或者在感测元件中生成和输出信号脉冲的时间。在一些实施例中，检测器可以包括感测元件阵列。定标器可以包括多个通道，从而可以将来自每个感测元件的数据分配给其自己的通道。
[0261]
可以将图16a或16b中的第一电路1340的输出馈送到第二电路1350中。第二电路1350可以包括定标器。定标器可以是多通道定标器。第二电路1350可以被配置为确定要与图像的像素相关的电子到达事件的计数。第二电路1350可以考虑时间通道宽度，其可以基于像素周期和通道数目。通道的数目可以基于扫描的每行的像素数目。基本时间通道宽度可以设置为小于死区时间。
[0262]
记录离散事件(诸如电子到达事件)的检测系统可能会经历死区时间。死区时间可以指事件之后检测系统无法记录另一事件的时间。针对可以被配置为检测电子到达事件的检测器中的检测器元件，直接在电子到达事件之后，可能存在后续的电子到达事件可能没有被准确地捕获和记录的时间段。
[0263]
死区时间可以包括可瘫痪或不可瘫痪的死区时间。不可瘫痪的死区时间可以指死区时间中发生的事件未被记录的情况。例如，可以简单地忽略该事件。可瘫痪的死区时间可以指以下情况：死区时间中发生的事件未被记录，另外，后续事件导致死区时间段重新开始。可瘫痪的死区时间也可以称为被延长的死区时间。
[0264]
在一些实施例中，感测元件可以被配置为响应于到达感测元件的入射电子(例如次级电子)而生成电子-空穴对。由于入射电子的能量在感测元件中被消耗，电子到达事件可以在感测元件中触发电子-空穴对的级联生成。级联的时间行为可能类似于脉冲。在由于一个电子到达事件而生成电子-空穴对的级联期间，后续的电子到达事件可能会导致级联继续，从而延长了感测元件返回正常状态所花费的时间。检测器阵列中的感测元件可能会受到可瘫痪的死区时间的影响。例如，偏置到盖革计数模式的二极管在能准确检测后续的电子到达事件之前，可能需要恢复时间或者可能需要猝灭。本公开的一些实施例可以避免与感测元件相关联的可瘫痪的死区时间。例如，检测器可以被配置为使得与感测元件相关联的死区时间不包括可瘫痪的死区时间。可以提供具有较高内部增益的感测元件，使得不必将感测元件偏置到感测元件可能受到可瘫痪的死区时间影响的区域。感测元件可以在线性区域中以反向偏压来操作。传入电子的动能可以提供高增益，同时维持检测器元件的速度。检测器元件的速度可能至少与在正常偏置条件下操作的检测器元件的速度一样高。在一些实施例中，由于雪崩效应，检测器元件的速度可以高于在正常偏置条件下操作的检测器元件的速度。可以避免检测器元件的长尾行为。
[0265]
死区时间的考虑可以用于确定检测器是否可以检测到后续的带电粒子到达事件。例如，当电子到达事件快速地连续发生时，尽管在采样周期期间可能已经有两个或多个电子到达，但是在采样周期中可能仅记录一个电子到达事件。因此，电子到达事件可能被误计数。如果采样周期设置为短于死区时间，则误计数可能基于死区时间到达事件。当误计数的
级别低于特定级别时，在检测器中发生误计数可能是可以接受的。在一些实施例中，该特定级别可以是10％。在一些实施例中，该特定级别可以是5％。在一些实施例中，该特定级别可以是2.5％。
[0266]
在一些实施例中，死区时间可以对应于由电子到达事件发起的事件信号的脉冲宽度。在一些实施例中，死区时间可以与响应于电子到达事件而生成的事件信号的总脉冲宽度不同。例如，可以从记录电子到达事件的时间开始测量死区时间，直到事件信号的输出电平消退到检测阈值以下为止。可以将检测阈值设置为高于背景噪声量的某个级别。当事件信号的电平已经超过检测阈值时，可以记录电子到达事件。
[0267]
图17示出了死区时间误计数的示例性表示。图17中的曲线图(a)可以按时间示出检测器元件1330的示例性输出(如关于图16a所讨论的)。事件信号脉冲可能相对分散。图17的曲线图(a)所示的信号可以被馈送到脉冲高度分析器中。可以将事件信号脉冲与检测阈值1410进行比较。低于检测阈值1410的信号可以被滤出为噪声。图17中的曲线图(b)示出了与图17的曲线图(a)的输入信号相对应的来自脉冲高度分析器的信号输出。在图17的曲线图(a)和(b)中，不存在误计数。
[0268]
如图17的曲线图(c)所示，当事件信号脉冲紧密重叠时，可能会发生误计数。例如，当将电子到达事件配置为在信号电平超过固定阈值(诸如阈值1410)时进行检测时，信号可以被计数为一个脉冲，因为在再次上升到阈值之前它不会减小到阈值以下。图17的曲线图(c)示出了两种类型的死区时间误计数发生。如图17的曲线图(d)所示，多个到达事件可以被计数为单个事件。
[0269]
如上面所讨论的，误计数可以包括死区时间误计数。在一些实施例中，死区时间误计数可以被认为如下。在第一死区时间误计数分析中，可以假设第i个电子在时间t
i
到达感测元件。第i个电子是否可计数可能取决于是否有任何其他电子在先前的死区时间段内到达。例如，电子可能已经在从(t
i-τ
d
)到t
i
的周期内到达，其中τ
d
是事件检测器死区时间。该周期可以表述为[(t
i-τ
d
)，t
i
]。
[0270]
在第一死区时间误计数分析中，泊松分布可以用于对检测器上的电子到达事件建模。在时间段δt期间发生k个事件的概率p可以如下给出，其中λ是每个时间段δt的平均事件数目：
[0271][0272]
针对[(t
i-τ
d
)，t
i
]的相关时间段，δt可以等于τ
d
。将k的值代入等式(20)可以得出以下结果：
[0273]
p(0)＝e-λ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0274]
p(1)＝λe-λ
ꢀꢀꢀꢀ
(22)
[0275][0276]
p(0)可以表示在周期[(t
i-τ
d
)，t
i
]期间无电子到达的概率，因此，第i个电子应该是可计数的，因为其到达事件将不受死区时间的影响。p(1)可以表示一个电子在周期[(t
i-τ
d
)，t
i
]期间到达的概率，在这种情况下，第i个电子可能无法计数。p(2)可以表示两个电子在周期[(t
i-τ
d
)，t
i
]期间到达的概率，在这种情况下，第i个电子可能无法计数。在第一死区
时间误计数分析中，可以假设仅在周期[(t
i-τ
d
)，t
i
]中(即，紧接在第i个电子到达事件之前)没有其他电子到达时，第i个电子才可能是可计数的。在第一死区时间误计数分析中，感测元件的采样周期可以小于事件检测器死区时间τ
d
。就泊松假设而言，p
(k)
p(k)可能与电子的到达时间无关，只要λ在时间上保持恒定即可。
[0277]
在给定的死区时间内电子被计数的概率可以由p(0)表述。由于误计数的概率与成功计数的概率之和应为1，因此电子的误计数概率应为1-p(0)。根据第一死区时间误计数分析，由于死区时间，可以如下给出p
miscount
：
[0278]
针对λ＜＜1
[0279][0280]
如从上面的等式(24)可以看到的，由于根据第一死区时间误计数分析的死区时间引起的误计数的概率p
miscount
针对λ的小值可以近似等于λ。如上面所提到的，λ可以是时间间隔中电子到达事件的平均数目。相关时间间隔可以是事件检测器死区时间τ
d
。
[0281]
因此，由于根据第一死区时间误计数分析的死区时间引起的误计数的概率p
miscount
也可以被给出为：
[0282]
p
miscount
＝i
d，l
τ
d
/e
ꢀꢀꢀ
(25)
[0283]
作为说明，考虑以下场景。初级电子束可能会照射样本。可以生成被引向检测器的次级电子束。入射到检测器上的射束电流可能是i
det
。为了简单起见，可以假设i
det
均匀分布在检测器的感测面积s
det
上。s
det
可以包括直径为4mm的圆形面积，因此s
det
＝4πmm
2
。假设检测器包括分段感测元件阵列，每个感测元件的大小为100μm
×
100μm，则感测元件面积可以被给出为s
seg
＝0.01mm
2
。
[0284]
在s
det
＝4πmm
2
，s
seg
＝0.01mm
2
，i
det
＝1na和τ
d
＝5ns的示例性值的情况下，由于根据第一死区时间误计数分析的死区时间引起的误计数p
miscount
可以给出为：
[0285][0286]
因此，可以实现2.5％或更小的误计数率。即使在入射到检测器上的射束电流电平相对较高(诸如上述示例中的1na)时，误计数率也可能被限制在2.5％的相对较低级别。应该注意的是，等式(26)可以基于入射到检测器上的射束的射束密度均匀分布的假设。然而，这种误计数率在各种应用中可能都是可以接受的。此外，在一些实施例中，当误计数率小于10％时，可以使用电子计数的统计校正。因此，即使在存在误计数时，也可以通过统计校正来校正它们。与入射到检测器上的射束电流电平1na相比，一些应用(诸如高吞吐量cd(临界尺寸)测量)可以使用250pa或更小的初级射束电流，从而在晶片表面上的印刷图案的边缘线处留下高达4倍的自发峰值次级产额容限。在一些应用中，系统的标准射束电流可以设置为大约10pa。因此，在一些应用中误计数率可能还会降低。同时，检测器可以被配置为处置较高次级电子局部产额的情况，其可能增加到达检测器的电子电流，诸如在金属图案边缘
处(例如边缘增强信号)。
[0287]
在一些实施例中，射束电流可能不均匀地分布，而不是均匀分布在检测器上的所有感测元件上。即使当射束电流不均匀地分布时，也可以考虑在预期电子到达更高的区域中最大射束电流的情况。例如，电子到达事件的较高密度的区域可以在检测器的中心周围。检测器可以被配置为使得在较高电子到达区域的感测元件中的误计数率不超过预定级别。
[0288]
在一些实施例中，在所有入射电子以6mm的直径到达检测器的情况下，各个感测元件的大小可以被设置为均匀的正方形形状，其中s
det
/3,125大约等于0.009mm
2
，这可以对应于约100
×
100μm的感测元件。因此，即使当射束电流很高时，100
×
100μm的感测元件大小也可能适合于获得可接受的误计数率。将显而易见的是，在实现可接受的误计数率的同时，可以使用其他大小的感测元件。此外，可以调整其他参数(诸如采样周期)以实现可接受的误计数率。
[0289]
因为当采样周期小于感测元件死区时间时误计数率可能较低，所以可能需要将采样周期设置为小于死区时间。在一些实施例中，感测元件的采样周期可以被设置为小于5ns。当采样时间小于死区时间时，可以将计数器配置为一次仅计数一个电子到达事件。
[0290]
检测器可以被配置，使得在采样周期内以不超过预定的误计数率在感测元件上接收不超过预定数目的带电粒子。采样周期可以小于或等于感测元件死区时间。感测元件可以是构成检测器的感测元件阵列中的一个。预定数目可以是一个。在一些实施例中，预定数目可以是例如两个、三个或多个。可以基于预定的误计数率来设置检测系统的各种参数。例如，假设检测系统与具有最大射束电流的初级带电粒子束一起使用，则可以基于预定的误计数率来确定感测元件大小和感测元件数目的参数。初级带电粒子束的射束电流可以与入射到检测器上的次级带电粒子束的射束电流相关。例如，产额因子(yield factor)可以指示次级射束的带电粒子的收集率，并且可以用于确定来自初级射束的次级射束的射束电流。产额因子可能受检查样本的材料、包括检测系统的带电粒子束系统的设置以及带电粒子束系统的结构的影响。此外，假设检测器的感测元件阵列包括固定大小的感测元件，则可以设置检测系统的操作条件，包括采样速率和射束电流。在一些实施例中，即使当射束电流增加到某些应用可能需要的电平时，检测器的误计数率也可以保持在预定级别。作为示例，当需要高分辨率sem时，可以减小射束电流。当需要吞吐量时，射束电流可以增加。电子束晶片检查系统可能会使用相对较高的射束电流。在一些实施例中，例如将检测器细分为感测元件阵列(其中感测元件小于整个检测器)可以降低误计数率。感测元件越小，误计数率可能变得越小。
[0291]
死区时间可能是检测器的感测元件和其他部件的特性，这些特性可能由其构造确定。例如，如本文在一些实施例中所讨论的，用作感测元件的半导体二极管可能由于与电子-空穴对生成机制相关的现象而影响死区时间。当设计和制造电路和感测元件阵列时，死区时间可能是固定的。一旦构造检测系统，死区时间可能是不可调整的参数。相反，死区时间对于给定的感测元件阵列和伴随的电路系统来说可以是恒定的。
[0292]
感测元件可以连接至电路。该电路可以包括第一电路、第二电路或第三电路，例如上面参照图16a和16b所讨论的。该电路可以被配置为确定采样周期内入射到感测元件上的带电粒子的数目。该电路可以包括事件脉冲检测器。事件脉冲检测器可以包括鉴别器、比较器或脉冲高度分析器等。该电路可以包括消除器。消除器可以被配置为滤出噪声信号。该电
路可以被配置为将输入信号与阈值进行比较，并且当输入信号超过阈值时产生输出。输出可以包括指示在采样周期中已经在感测元件处接收到带电粒子的位。在一些实施例中，输出可以包括多位信号。采样周期可以包括多通道定标器的时间通道宽度。在一些实施例中，输出可以包括事件标记和溢出标记。
[0293]
图18示出了与本公开的实施例一致的检测系统1501，该检测系统1501被配置为利用包括事件标记的输出来检测带电粒子到达事件。检测系统1501可以包括检测器元件1530、第一电路1540、第二电路1550和第三电路1560。检测器元件1530可以包括二极管和前置放大器。检测系统1501可以被配置为执行检测操作，该操作可以包括检测器元件响应于电子到达检测器元件1530而生成脉冲信号1511。如上面所讨论的，脉冲信号1511可以包括事件信号，该事件信号类似于图16a或16b所示的事件信号1305。在一些实施例中，脉冲信号1511可以包括重叠或叠加的脉冲，诸如图17的曲线图(c)所示的那些。脉冲信号1511可以输入到第一电路1540。第一电路1540可以包括脉冲高度分析器。第一电路1540可以生成可以被传输给第二电路1550的事件标记1541。第二电路1550可以包括增加计数器。第二电路1550可以包括事件标记检测器。同时，第一电路1540可以生成可以被传输给第三电路1560的溢出标记1542。可以响应于超过阈值的脉冲信号的能量来生成溢出标记。第三电路1560可以包括溢出标记检测器。例如，将电路配置为事件标记检测器在系统简化方面可能是有利的。
[0294]
在一些实施例中，检测系统可以包括多个定时标度。检测器元件采样周期可以设置为小于事件检测器死区时间。检测器元件采样周期可以对应于多通道定标器的时间通道宽度。电子到达事件可以由包括事件检测器(诸如鉴别器、比较器、脉冲高度分析器等)的电路来检测。电子到达事件的检测可以与通道边界定时异步发生。可以将电路配置为在电子到达事件检测之后在事件时间位于时间窗口内的指定时间通道中增加值。总系统定时可以被配置为比各个检测器元件的定时(例如检测器元件采样周期)更快。例如，时间通道可以被配置为一位计数器(例如使用事件标记)，而另一电路可以被配置为以比从检测系统的部件中推出事件标记的速率更快的速率实现在时间通道周期期间设置的事件标记的数目。当时间通道宽度大于死区时间时，电路可以被配置为比对应于检测器元件的各个事件部件检测器运行得更快。在一些实施例中，电路可以被配置为当时间通道宽度＞＞死区时间时比各个事件标记检测器运行得更快。
[0295]
在一些实施例中，可以提供具有检测器元件的一位计数器，其中检测器元件采样周期可以被设置为小于事件检测器死区时间。当将检测器元件采样周期设置为小于事件检测器死区时间时，可能会实现不会由于事件检测器死区时间而发生误计数的情况。在一个采样周期中，可能不存在输入到事件检测器的多个事件信号。电子到达事件可能会连续发生，并且在一些情况下可能会导致合并事件信号，但是与检测器元件相对应的事件检测器在一个采样周期内可能计数不超过一个带电粒子到达事件。该配置可以增强系统简化性并允许高带宽。可以使用容易获得的技术来制造检测器，并且可以实现以400mhz或更高的频率运行。检测器元件可能不需要被配置为一次检测多于一个电子到达事件。例如，当多个电子在小于事件检测器死区时间的时间段内到达感测元件时，可能会发生误检测。然而，这种误检测可能极为罕见。事件检测器死区时间内发生多个电子到达事件的统计概率可以低于预定级别。例如，检测器可以被配置为具有一大小，使得可以存在至少预定置信级，即在事
件检测器死区时间内将不会发生两个或多个电子的到达。
[0296]
可以基于每个感测元件来提供连接至感测元件的电路系统。例如，在包括感测元件阵列的检测器中，该阵列中的每个感测元件可以连接至电路。该电路可以被配置为对采样周期内入射到感测元件上的带电粒子的数目进行计数。在一些实施例中，该数目可以是一个或零个。检测系统可以包括全局电路，该全局电路可以被配置为对阵列中的多个感测元件的计数求和。可以通过将在多个感测元件上接收的带电粒子的数目相加来确定阵列中接收的带电粒子的总数。
[0297]
现在参照图19a，其图示了检测系统901的示例性架构的示意性表示。该检测系统可以设置有包括感测元件阵列的检测器900。如在截面中看到的，检测器900可以具有类似于背面照明式cmos图像传感器的结构。电子可以入射到检测器900的曝光的前(入射)表面侧。在前侧处，可能存在可以用作感测元件阵列中所包括的二极管的阳极的p+层。阳极可以被具有零源阻抗的电压源负偏置。例如，当具有约9kev动能的电子穿透到检测器900的感测元件中时，该事件可能会在感测元件的耗尽区域中激发约2,000个电子-空穴对。那些对的电子可以被收集在感测元件的阴极处并且可以有助于检测信号。例如，可以生成幅度基本上与入射电子的动能成比例的电流脉冲。
[0298]
来自尖锐电流脉冲形式的感测元件的原始检测信号可以被馈送到电子电路中。例如，可以提供前端电子件910。前端电子件910可以包括单独的电路911、912、913、914等，例如至多第n个电路919。前端电子件910的每个单独的电路可以对应于检测器900的阵列中的一个感测元件。前端电子件910的每个单独的电路可以包括电流缓冲器和放大器，诸如跨阻放大器、电荷放大器或电荷转移放大器。
[0299]
在一些实施例中，部件可以与检测器900集成。检测器900可以被提供为包括感测元件阵列的半导体衬底。感测元件阵列可以包括二极管。可以在包括pin二极管的半导体衬底的背面建立低增益放大器。放大器可以被配置为以线性模式操作，并且可以避开放大器可以表现出恢复时间的区域。半导体衬底可以包括多个分段式二极管。可以配置多个放大器，使得多个放大器中的相应放大器附接至每个二极管。
[0300]
在一些实施例中，感测元件阵列可以被构造为具有低增益雪崩二极管(lgad)区段。lgad可以提供相对较小的电流增益，例如约10倍至约20倍，在保持线性模式的同时操作非常快，这与常规的雪崩二极管不同，常规的雪崩二极管可能会在触发事件后进入雪崩电流，并需要一种机制来重置电流准备为下一触发事件进行检测。供应lgad的额外电流增益可能有助于精确的检测定时或简化前端电子件910。lgad可能不需要偏置电流。此外，lgad可能有助于减少检测系统的功耗。
[0301]
在放大之后，可以将从前端电子件910的各个电路中的每个电路输出的信号馈入事件检测器930。事件检测器930可以包括单独的电路931、932、933、934等，例如至多第n个电路939。事件检测器930的每个单独电路可以对应于检测器900的阵列中的一个感测元件。事件检测器930的每个单独电路可以包括鉴别器、鉴别器块、脉冲高度分析器等。
[0302]
图19a的检测系统与图6的检测系统(例如cmos传感器)的不同之处可以在于可以提供事件检测器930代替adc块等。事件检测器930可以用于对电子进行计数。
[0303]
返回图19a，事件检测器930可以包括鉴别器块。鉴别器块可以包括可以使用诸如电子电路等硬件来实施的逻辑运算处理。鉴别器块可以将传入信号(例如事件信号)与参考
电平进行比较，并在传入信号的上升沿越过参考电平时输出诸如检测脉冲或事件检测标记等信号。例如，如上面关于图14a所讨论的，可以将测量的电流信号与阈值th
e
进行比较。可以将th
e
设置为充分高于背景噪声级别。在一些实施例中，鉴别器块可以由控制器来实施。事件检测器930还可以包括其他类型的电路系统，诸如被配置为将传入电压、电流或其他类型的信号与参考电平进行比较的比较器。
[0304]
图19a的检测系统还可以包括像素计数缓冲器950。像素计数缓冲器950可以包括单独的电路951、952、953、954等，例如至多第n个电路959。像素计数缓冲器950的每个单独电路可以对应于检测器900的阵列中的一个感测元件。来自事件检测器930的每个电路的输出可以被馈送到像素计数缓冲器950的相应电路中。
[0305]
图19a的检测系统还可以包括计数求和单元960。来自像素计数缓冲器950的每个电路的输出可以被馈送到计数求和单元960中。来自检测器900中的每个感测元件的接收电子的计数可以被组合，以例如获得要在图像处理中使用的图像的灰度。接收电子的组合计数可以包括跨多个感测元件、多个采样时间段或多个帧对计数进行求和。来自感测元件的数据可以基于带电粒子到达事件的属性来组合。例如，可以基于带电粒子到达事件的时间戳、感测元件位置、带电粒子束装置的初级射束的扫描动作或带电粒子束装置的属性来组合来自感测元件的数据。组合的数据可以用于重构样本的图像。例如，像素计数和970可以被馈送到图像处理系统199中。计数求和单元960可以包括逻辑运算处理，其可以使用诸如电子电路等硬件或者例如由控制器来实施。
[0306]
可以提供各种信号线等，以连接图19a的检测系统中的各种元件。例如，可能有一个像素时钟920连接至事件检测器930的每个单独电路。此外，检测控件925可以连接至事件检测器930的每个单独电路。类似地，可能有另一像素时钟940连接至像素计数缓冲器950的每个单独电路。此外，检测控件945可以连接至像素计数缓冲器950的每个单独电路。而且，延迟的像素时钟965可以连接至计数求和单元960。像素时钟920、940和965可以以相同或不同的速度运行。
[0307]
图19a的检测系统可以使用相对简化的电子部件，并且可以在实现良好封装灵活性的同时实现高速。例如，部件可以集成在半导体芯片上。前端电子件910、事件检测器930、像素计数缓冲器950或计数求和单元960可以设置在诸如单个单片半导体芯片等半导体封装中。例如，可以将前端电子件910、事件检测器930、像素计数缓冲器950和计数求和单元960设置为可以连接至检测器800和图像处理系统199的半导体芯片中的层。在图19a中的图像处理系统199和计数求和单元960之间示出的虚线可以表示片上结构和片外结构之间的划分。在一些实施例中，前端电子件910、事件检测器930、像素计数缓冲器950和计数求和单元960可以被提供为单独的模块。
[0308]
与检测模拟信号相比，对电子进行计数可以具有许多优点。例如，如本文的实施例中所讨论的，包括检测器和检测系统的半导体芯片可以实现更高的速度并且可以避免处理瓶颈。如上面所讨论的，相邻电子到达事件中的信号脉冲的重叠可能会阻碍检测准确度。因此，检测器具有高速可能很重要。在一些设备中，前端电子件可能会限制带宽。然而，如关于本文的实施例所讨论的，当将前端电子件或其他部件集成在半导体芯片中时，可以实现高速。在一些实施例中，被配置为诸如通过以事件标记的形式提供输出来对多个带电粒子进行计数的部件可以相对简单并且可以允许系统简化和高速。与其对模拟信号进行采样来表
示射束强度，不如检测各个事件并对在时间段内发生的各个事件的数目进行计数，这可能是有利的。
[0309]
在一些类型的应用中，诸如cd sem、高分辨率高吞吐量检查或所制造的半导体设备的量测，电子计数可能特别有效。在本文讨论的一些实施例中，检测系统可以使得能够对例如100pa以上的电子束进行电子计数。
[0310]
在比较示例中，可以在高能粒子物理分析仪器中提供一些检测器。例如，粒子加速器可以以高速和高能量推动带电粒子。带电粒子可能会与材料或其他粒子碰撞，并且碰撞产物可能会被检测器检测到。检测器可以被配置为接收粒子。然而，在高能物理仪器中，检测器可以被配置为使得粒子穿过检测器。例如，热量计可以测量粒子穿过热量计时损失的能量。
[0311]
与例如热量计相反，被配置为对带电粒子的数目进行计数的感测元件可以接收带电粒子，并且响应于带电粒子到达感测元件，在感测元件中生成电子-空穴对，直到消耗完带电粒子的能量为止。此外，连接至感测元件的电路可以被配置为鉴别入射带电粒子的能级，如应该在本文中讨论的。更进一步地，连接至感测元件的电路可以被配置为对在阵列中的多个感测元件处发生的带电粒子到达事件的计数进行求和。检测器可以从感测元件导出信息，包括接收带电粒子的定时及其能级。
[0312]
在扫描电子显微镜(sem)中，次级电子(se)和经反向的散射电子(bse)可能会从标本发射。对于sem系统来说，区分se和bse并同时生成两个单独的图像(se图像和bse图像)可能很有用。这两个图像可能在二维空间中示出了标本的不同属性，这是因为响应于电子冲击标本的标本处的se和bse生成过程的两种不同机制。
[0313]
在一些实施例中，可以设置多个阈值以同时获取se和bse图像。进入事件检测器的事件信号脉冲可能与引起感兴趣的事件信号脉冲的传入电子的能量成正比。bse的平均能量高于se的平均能量。在se和bse之间可存在明显的的能量分布间隔。在这种情况下，例如可以将第一阈值设置为等于由se引起的事件信号脉冲的平均高度的60％的值。可以在se事件信号脉冲高度平均值和bse事件信号脉冲高度平均值之间设置第二阈值。对应于两个阈值，可以定义两个检测标记，例如flaglow和flaghigh。当确定事件信号在其上升沿越过对应的阈值时，可以设置每个标记。因此，可以通过由bse引起的事件信号脉冲来设置flaglow和flaghigh两个标记，并且可以在flaghigh可以保持重置状态的同时，仅通过se引起的事件信号脉冲来设置flaglow。通过简单的逻辑，事件检测器可以确定检测到哪种类型的电子。该逻辑可以例如在事件检测器930或计数缓冲器950中实施。在一些实施例中，计数缓冲器可以是有利的位置，例如其中计数缓冲器功能对定时的要求较小，并且可以在流水线架构中的多个时钟循环上执行求和。在用于求和的一系列时钟循环之前添加执行逻辑的一个循环可能不会损害检测器系统的整体性能。在诸如检测器系统901等检测器系统的这种功能性设置下，可以在se计数和bse计数之间独立地进行求和，并且求和单元960可以在每个延迟的像素时钟循环输出两个和。为了精确地鉴别se和bse，可以添加附加阈值。
[0314]
现在参照图19b，其图示了与本公开的实施例一致的检测系统的另一示例性架构的示意性表示。图19b的检测系统902可以类似于图19a的检测系统901，除了检测系统902提供了能量存储设备1310以及其他差异，该能量存储设备1310连接至包括感测元件阵列的检测器900。能量存储设备1310可以包括单独的能量存储单元1311、1312、1313、1314等，例如
至多第n个能量存储单元1319。每个单独的能量存储单元可以对应于检测器900的阵列中的一个感测元件。能量存储单元1311至1319可以被配置为：响应于来自检测器900的感测元件阵列中的相应感测元件的输出信号被馈送给能量存储单元1311至1319，而累积能量。每个能量存储单元可以包括例如微电容器。
[0315]
来自感测元件的原始检测信号可以被馈送到能量存储单元中。可以存储累积在能量存储单元中的能量，直到能量存储单元被重置为止。例如，当能量存储设备1310包括电容器时，可以在电容器放电时重置能级。当能量被馈送到能量存储设备1310中时，可以读取所存储的能级。能级可以维持一段时间直到重置。
[0316]
在一些实施例中，可以通过主动重置或被动重置来重置与感测元件输出相关联的能量。主动重置可以包括肯定地使元件降低其能级。例如，主动重置可以包括使电容器放电。被动重置可以包括被动地允许降低能级。例如，在一些设备中，能级可能会随时间衰减。在感测元件本身中，响应于电子到达事件而生成的能量可以随着时间的流逝而消散。在一些实施例中，如上面所讨论的，由pin检测器处单个电子到达事件生成的电流脉冲可以具有例如3至5ns的脉冲宽度，因此，感测元件可以在大约3至5ns之后被被动地重置。
[0317]
在一些实施例中，可以省略能量存储设备1310。例如，感测元件本身可以用作能量收集单元，并且可以随着响应于电子到达事件而生成的电子-空穴对的电涌逐渐消散而固有地周期性地重置。
[0318]
检测系统902还可以包括检测电路阵列1320。检测电路阵列1320可以包括单独的电路1321、1322、1323、1324等，例如至多第n个电路1329。检测电路阵列1320的每个单独电路可以对应于检测器阵列900的一个感测元件。检测电路阵列1320的每个单独电路可以包括事件脉冲检测器。事件脉冲检测器可以被配置为检测带电粒子在感测元件上的到达事件。例如，事件脉冲检测器可以被配置为通过检测感测元件中的能量的量来检测带电粒子到达事件，并且可以被配置为增加计数器，从而指示带电粒子已被计数。在一些实施例中，可以使用其他方式来检测来自感测元件的输出信号。例如，可以通过在预定时间采样来读取来自感测元件的输出。检测电路阵列1320可以包括时钟。在一些实施例中，可以提供全局时钟。使用全局时钟，可以使感测元件及其关联电路系统的操作同步。在一些实施例中，各个感测元件及其关联电路系统可以具有其自己的时钟。
[0319]
事件脉冲检测器的电路可以包括比较器。另外，可以提供各种其他电路部件，诸如电压参考。在一些实施例中，在能量存储单元中捕获的能量可能超过溢出限制，并且可能阻碍带电粒子的计数。例如，当在感测元件中接收到多于一个带电粒子并且接收到的能量可能不指示接收到的带电粒子的总数时，可能会发生误计数。即使在接收到后续的带电粒子之后，累积在能量存储单元中的能量也可以保持相同。因此，提供用于按时间处理感测元件的数据的电路系统可能是有益的。检测电路阵列1320可以包括用于存储可以与时间戳相关联的感测元件数据的存储装置。
[0320]
检测系统902还可以包括计数求和单元960。来自检测电路阵列1320的每个电路的输出可以被馈送到计数求和单元960中。从检测器900中的每个感测元件接收的带电粒子的计数可以求和，以获得要在图像处理中使用的图像的灰度。例如，像素计数和970可以被馈送到图像处理系统199中。计数求和单元960可以包括逻辑运算处理，其可以使用诸如电子电路等硬件或者例如由控制器来实施。
[0321]
可以提供各种信号线等，以连接检测系统902中的各种元件。例如，检测系统902可以包括其他部件，诸如放大器、信号处理电路系统等。要理解的是，诸如图19a所示的各种连接和其他元件可以被添加到检测系统902。
[0322]
在一些实施例中，可以将检测器的采样周期τ
s
设置为小于死区时间τ
d
，其中在任何采样周期中的电子计数必须为0或1，因为任何连续的两个检测脉冲将被一个采样周期或更多来隔开。因此，计数缓冲器可以配置有一位，例如作为标记。在一些实施例中，当应用于sem时，检测器的最快像素速率可以被配置为1/τ
s
hz。虽然采样周期是固定的，但可以通过对每个连续的计数结果进行分组和求和并表示一个像素(具有该组的所有计数的总和)，从而在图像处理器中构造具有较低像素速率(例如1/(nτ
s
))(其中n＝2、3、...)的sem图像。如果将1/τ
s
设置为例如400mhz，则可以支持具有可变但离散像素速率400/nmhz(n＝1、2、3、...)的sem图像。
[0323]
在一些实施例中，采样周期τ
s
可以被设置为大于死区时间τ
d
，其中事件检测器可以在单个采样周期内生成多个检测脉冲。因此，可以以多个位来配置计数缓冲器。计数缓冲器可以以多个位配置，从而可以避免附加的误计数，并且可以将整体误计数率维持在可接受的级别。如上面所提及的，在图像处理器末端处以较低的像素速率形成sem图像，同时使检测器端在固定采样周期τ
s
运行可能是有利的。例如，由于现代的铸造芯片可以实现400mhz的时钟操作，所以τ
s
＞τ
d
的情况可能很罕见。
[0324]
现在参照图20a，其示出了耦合至电路的感测元件的输出信号的示例性表示，其中感测元件可以基于每个感测元件被连接至电路。如本文所使用的，术语“输出信号”、“感测元件输出”或“感测元件的输出”等可以指代感测元件或其关联电路的输出。输出信号可以由感测元件生成，并且其输出可以耦合至对应的电路。然后，诸如中央电子控制单元等控制器可以从电路而不是直接从感测元件接收输出。控制器可以接收来自多个电路的输出。在一些实施例中，感测元件不仅可以包括pin二极管，而且可以包括可以形成感测元件内电路的一些其他部件。然后，感测元件的输出可以直接连接至控制器。控制器可以被配置为通过耦合至每个感测元件的相应电路来接收感测元件的输出。
[0325]
感测元件可以基于时间输出信号。该电路可以包括可以处理来自感测元件的信号以得出检测信号的功能块。图20a是可以表示相对于横轴上的时间绘制的纵轴上的任意单位的检测信号(强度)的曲线图。检测器可以被配置为具有使得可以区分在每个感测元件处的单独的带电粒子到达事件的速度。例如，如图20a所示，信号的突然增加可以对应于带电粒子到达事件。带电粒子到达事件可能具有对应的能级，诸如e1、e2、e3、e4等。
[0326]
图20a示出了以恒定数据帧速率的多个帧f1、f2和f3。帧f1、f2和f3可以是数据帧。数据帧可以指的是由检测系统在指定的时间段内获取的一组数据。帧可以包括感测元件的一个或多个采样周期。帧速率可以是在每个帧内执行诸如进行带电粒子计数确定，确定第一组，确定第二组，处理用于图像处理的数据等处理的控制器的帧速率。帧速率可以例如与系统时钟速率相关。如上面所讨论的，可以根据第一参数和第二参数来设置帧速率。第一参数或第二参数可以基于预定标准，并且可以包括或覆盖第一预定帧标准或第二预定帧标准，这将在下面讨论的。
[0327]
图20b示出了感测元件的示例性输出信号的图形显示的另一表示。与图20a不同，感测元件的输出信号可以表示为对于整个帧恒定。因此，在一些实施例中，针对一个帧，感
测元件可以被认为具有一个值。当在一个帧期间发生多个带电粒子到达事件时，信号强度可能会比仅发生一个带电粒子到达事件时的信号强度更高。
[0328]
帧速率可以是可变的。帧的周期可能会随着时间而变化。例如，图20c示出了可以表示感测元件和电路的输出信号的另一曲线图。在图20c中，存在多个帧f1、f2、f3、f4等。与彼此相比，这些帧可以具有不同的周期。可以设置帧的周期以适应所检测的带电粒子束的信号强度。在一些实施例中，自适应可以发生在后续帧中。例如，可以确定第一帧，然后可以基于来自第一帧的信息来调整第二帧。在一些实施例中，自适应可以发生在同一帧内。例如，可以确定第一帧并且可以并发地调整第一帧。在一些实施例中，可以使用对帧的实时调整，这可以帮助减小检测输出信号中的错误率。
[0329]
周期可以设置为使得在一个周期内对一个带电粒子进行计数。最初可以基于用于收集带电粒子的时间段来设置周期。周期也可以以其他方式初始化。此后，下一帧的周期可以相同或不同。在一些实施例中，可以使用迭代方法。例如，在图20c中，可以基于用于收集带电粒子的时间段来将第一帧f1设置为特定的周期。下一帧f2可以使用相同的周期。如果在帧f2中没有检测到带电粒子，则可以在下一帧中将帧周期增加到更长的周期。在帧f3中，检测到带电粒子。此后，在帧f4中，使用相同的周期，并且可以检测到两个带电粒子。因为检测到多于一个带电粒子，所以在下一帧中，帧周期可能会减少到较短的周期。在帧f5中，没有检测到带电粒子，因此，在帧f6中，使用了更长的周期。
[0330]
现在参照图21a，其示出了相对于第一阈值t1可以耦合至电路的感测元件的输出信号的表示。可以设置第一阈值t1以滤出噪声。例如，第一阈值t1可以被设置为大于0，且小于或等于与带电粒子到达事件的预定能量相对应的值的值。第一阈值t1可以用于确定输出信号是检测信号，而不是诸如干扰、暗电流等引起的噪声。
[0331]
现在参照图21b，该图示出了相对于第一阈值t1和第二阈值t2可以耦合至电路的感测元件的输出信号的表示。第一阈值t1可以与上面类似地设置，以便滤出噪声。可以设置第二阈值t2以区分具有不同能量特性的不同类型的带电粒子。例如，可以设置第二阈值t2以便区分次级电子和散射电子。可以预先确定第二阈值t2的值。当图21b的曲线图的纵轴以电子伏特为单位时，第二阈值t2可以被设置为例如由sem系统赋予的加速能量的值(例如e_acc)加上50ev。因此，可以将具有小于或等于第二阈值t2的能量的电子确定为次级电子，并且可以将具有高于第二阈值t2的能量的电子确定为散射电子并据此进行计数。
[0332]
现在参照图21c，示出了相对于第一阈值t1、第二阈值t2和第三阈值t3可以耦合至电路的感测元件的输出信号的表示。在图21c的表示中，输出检测信号可以每帧取一个值。第一阈值t1可以与上面类似地设置，以便滤出噪声。可以设置第二阈值t2以区分不同类型的带电粒子。可以设置第三阈值t3，以便确定感测元件是否接收多于一个带电粒子。第三阈值t3的值可以是第二阈值t2的值的两倍。
[0333]
现在参照图22，其示出了帧的统计结果的示例性表示。在一些实施例中，检测系统的控制器可以被配置为在每个帧处执行统计分析。例如，检测器的感测元件可以被输出给控制器。感测元件可以连接至电路。控制器可以配置为接收来自每个感测元件的输出，并逐帧组织每个感测元件的输出。在一个帧之后，控制器可以收集来自与束斑相关联的多个感测元件的输出。例如，如上面参照图3f所讨论的，控制器可以收集来自被包含在边界线350内的第一组的感测元件的输出。控制器可以基于在该帧的每个感测元件的输出的信息来执
行统计分析。作为示例，图22针对一个帧示出了在纵轴上的带电粒子计数和在横轴上的能级。能级可以对应于在一个帧中由第一组感测元件接收的带电粒子的所有不同能级。例如，能级可以对应于上面关于图20a讨论的能级e1、e2、e3、e4。尽管图22图示了四个这种能级，但是要了解的是，可以提供和分析不同数目的单独能级。带电粒子的计数可以对应于在一个帧中由第一组感测元件检测到的所有带电粒子。
[0334]
可以确定其他类型的统计量。例如，可以确定以下内容：在特定能级的带电粒子的数目占所接收的所有带电粒子的比例；在一个感测元件中接收到的带电粒子的数目占第一组中接收到的总带电粒子的比例等。
[0335]
尽管图22将示例性统计结果示出为直方图，但是可以使用各种形式的表示。例如，统计分析可以提供散点图。
[0336]
在一些实施例中，控制器可以被配置为在逐个像素的基础上执行统计分析。控制器可以配置为接收来自每个感测元件的输出，并组织与sem图像中的像素相对应的每个感测元件的输出。例如，当带电粒子束遍布样本扫描时，可以生成对应于不同像素的感测元件输出。可以使用在扫描操作期间在其分派的时间段期间获取的帧来生成sem图像中的每个像素。例如，在与像素相关联的周期期间，可以获取一帧或多帧数据。因此，与像素相对应的信息可以被包括在一个或多个帧中。如本文所使用的，术语“像素”可以指成像的样本表面上的单位区域。因此，sem图像可以包括像素图，每个像素对应于样本表面上的位置。成像分辨率越大(或者例如样本表面上的视场越大)，像素数目越多。
[0337]
图23示出了线上的多个像素的表示。可以根据扫描图案来组织像素，诸如样本表面上感兴趣面积的光栅扫描。每个像素可以在特定时间与感测元件输出的数据相关联。每个像素可以与一个或多个感测元件的数据相关联。如上面所讨论的，一个像素可以包括与感测元件输出相关的一帧或多帧数据的数据。
[0338]
针对要在sem图像中使用的多个像素，可以基于与像素相关联的信息在逐个像素的基础上执行统计分析。例如，控制器可以被配置为：通过耦合至每个感测元件的相应电路来接收感测元件的输出。针对一个像素，控制器可以从与束斑相关联并且在与像素相关联的时间段内的感测元件收集输出。例如，像素的时间戳可以对应于带电粒子束成像工具的初级电子束扫描样本表面上的一位置的时间。例如，如上面参照图3f所讨论的，控制器可以收集来自被包含在边界线内的第一组的感测元件的输出。控制器可以基于与像素相关联的一个或多个帧中每个感测元件的输出的信息来执行统计分析。作为示例，图23在左侧示出了与一个像素x1相关联的感测元件输出。感测元件输出可以基于统计分析用诸如相对于能级绘制的带电粒子计数等信息表示。相对于能级绘制的带电粒子计数的信息可以基于多个帧的信息。例如，在图23中，存在与像素x1相关联的两个信息帧。在扫描的不同时间点，可以提供与另一像素相关联的感测元件输出。例如，图23在右侧示出了与另一像素x2相关联的感测元件输出。针对像素x2，可能只有与该像素相关联的一帧信息。
[0339]
在包括相对于能级绘制的带电粒子计数的信息表示中，可以基于扫描中采集的所有多个像素的数据来确定标度。横轴的能级可以包括扫描中收集的带电粒子的所有能级。图像中的每个像素的标度可以保持恒定。例如，可以确定标度，从而可以避免灰度失真。此外，在带电粒子检查工具的相同设置下，可以将所获取的所有图像设置为具有相同标度。因此，可以避免图像之间的灰度失真。
[0340]
根据本公开的一些实施例，可以生成指示入射的带电粒子的能谱的信息。该信息可以用于生成带电粒子束成像中的图像的像素，诸如sem图像。
[0341]
例如，整体数值输出可以用于在sem图像中生成一个像素，诸如灰度图像(可以在常规sem中使用的类型)。即，入射带电粒子的总计数可以对应于像素的灰度。带电粒子的总计数可以对应于强度。另外，可以添加颜色信息。例如，彩色光是人眼可见的电磁谱的一部分，它对应于大约390至700nm的波长或大约1.63至3.26ev的光子能量。以可见颜色(诸如红色、橙色、黄色、绿色、蓝色和紫色)对应于某些能级的类似方式，可以将颜色值指派给sem图像中的像素。例如，可以基于逐个像素地分析的感测元件输出的统计分析来确定sem图像中的每个像素的rgb值。rgb值可以基于在特定能级下接收到的带电粒子的数目。
[0342]
在一些实施例中，可以通过在能量间隔的离散频带处的入射带电粒子的计数来表示从样本接收的辐射的光谱。能级的间隔可以例如预先确定或基于统计分析来确定。在一些实施例中，间隔可以基于包括例如阈值t1、t2和t3的阈值。
[0343]
在一些实施例中，感测元件输出的统计分析可以包括通过诸如f(x)等函数提供辐射光谱的近似值，其中x是能级。颜色规范可以直接从函数变换为颜色信息，诸如色域的rbg值。
[0344]
尽管上面已经讨论了rgb颜色模型，但是在一些实施例中，可以使用颜色的其他表示，诸如hsl(色相、饱和度、亮度)或hsv(色相、饱和度、值)。
[0345]
在一些实施例中，可以获得信息采集和显示中的附加自由度。可以将颜色添加到sem图像以表示附加属性，诸如材料属性或微观结构等。
[0346]
与以上描述一致的控制器的示例包括图1的控制器109。控制器109可以是图像处理系统199的一部分，该图像处理系统199还包括图像获取器120和存储装置130(参见图2b)。在一些实施例中，控制器109可以是可以执行图像获取功能的独立控制单元。
[0347]
现在参照图24，其图示了示例性周期确定方法的流程图。可以对控制器(例如图1的控制器109)进行编程以实施图24的流程图的一个或多个框。在步骤s101中，可以开始带电粒子成像。在步骤s102中，将处理周期设置为初始值。处理可以包括以下中的一项或多项：进行带电粒子计数确定，确定第一组感测元件，确定第二组感测元件以及执行图像处理等。
[0348]
在步骤s103中，控制器可以接收与感测元件输出相关的数据帧。该帧可以包括来自检测器的可在每个感测元件的基础上连接至电路的多个感测元件的输出。因此，控制器可以在一个帧中接收多个检测信号，每个信号与各个感测元件的输出相对应。
[0349]
在步骤s104中，可以确定该帧内入射到检测器上的带电粒子的数目。步骤s104可以包括确定该帧内入射到检测器的多个感测元件的每个感测元件上的带电粒子的数目。带电粒子的数目可以是总数目。
[0350]
在步骤s105中，可以确定接收至少一个带电粒子的感测元件的数目是否大于或等于第一数目。第一数目可以基于第一预定帧标准。例如，第一数目可以是与基于诸如图1的装置100等带电粒子束工具的参数的电子束斑的标准大小相对应的感测元件的数目。图24的步骤s105的确定也可以是比例的形式。例如，步骤s105可以包括确定至少a％的感测元件是否接收到至少一个带电粒子。
[0351]
当在步骤s105中做出否定确定时，过程可以进行到步骤s107。在步骤s107中，可以
调整周期。例如，可以使周期更长，使得更多的感测元件可以在一个帧中接收至少一个带电粒子。该周期可以增加预定量。此后，该过程可以返回到步骤s103。
[0352]
另一方面，当在步骤s105中做出肯定确定时，过程可以进行到步骤s106。在步骤s106中，该过程可以结束。在一些实施例中，另一过程可能会跟进。
[0353]
一种方法可以包括具有或没有各种修改的图24的流程图的元素。例如，与步骤s104并发地，可以确定边界线，可以提供该边界线以对接收至少一个带电粒子的感测元件进行包围和分组。接收至少一个带电粒子的感测元件可以与相同的带电粒子束斑相关联。例如，与相同束斑相关联的感测元件可以彼此相邻。
[0354]
在一些实施例中，步骤s105中进行的确定可以每帧发生一次。在一些实施例中，该确定可以针对多个帧发生一次。例如，代替在每个帧之后确定是否调整帧的周期，可以在预定数目的帧之后进行步骤s105的确定。因此，针对预定数目的帧，帧可以具有相同的周期，此后可以做出调整周期的确定。
[0355]
现在参照图25，其图示了示例性周期确定方法的流程图。控制器(例如图1的控制器109)可以被编程为实施图25的流程图的一个或多个框。图25的过程可以在步骤s201中开始。该过程可以直接遵循图24的步骤s106。
[0356]
在步骤s202中，控制器可以接收感测元件输出的帧。该帧可以包括来自检测器的多个感测元件的输出。因此，控制器可以在一个帧中接收多个检测信号，每个信号与各个感测元件的输出相对应。
[0357]
在步骤s203中，可以确定该帧内入射到检测器上的带电粒子的数目。步骤s203可以包括确定该帧内入射到检测器的多个感测元件的每个感测元件上的带电粒子的数目。
[0358]
在步骤s204中，可以确定接收多于一个带电粒子的感测元件的数目是否小于或等于第二数目。该数目可以是比例的形式。例如，步骤s204可以包括确定不超过b％的感测元件是否接收多于一个带电粒子。第二数目可以基于第二预定帧标准。例如，第二数目可以基于对测量线性的预定要求。在一些实施例中，第二数目可以基于与入射带电粒子计数相对应的输出图像信号的线性。例如，当入射的带电粒子束太强以致使带电粒子计数能力不堪重负时，感测元件输出可能表现出非线性行为。当一个帧内有多于一个带电粒子入射到感测元件上时，感测元件可能会表现出非线性输出行为。预定标准可以基于测量线性的期望级别，使得接收多于一个带电粒子的感测元件的数目受到限制。
[0359]
当在步骤s204中做出否定确定时，过程可以进行到步骤s206。在步骤s206中，可以调整周期。例如，可以使周期更短，使得更少的感测元件将在一个帧中接收多于一个带电粒子。该周期可以减少预定量。此后，该过程可以返回到步骤s202。
[0360]
另一方面，当在步骤s204中做出肯定确定时，过程可以进行到步骤s205。在步骤s205中，该过程可以结束。在一些实施例中，其他处理可能会跟进。
[0361]
一种方法可以包括具有或没有各种修改的图25的流程图的元素。例如，与步骤s203并发地，可以确定边界线，可以提供该边界线以对接收多于一个带电粒子的感测元件进行包围和分组。接收多于一个带电粒子的感测元件可以与带电粒束波斑的高强度区域相关联。
[0362]
要了解的是，图24和图25的过程都可以并入到一个控制例程中。例如，可以修改图24的过程的流程图，使得图25的框s204和s206可以与框s105和s107并行地操作。
[0363]
此外，控制例程可以包括附加处理，诸如基于与第一预定标准或第二预定标准相关的确定，确定调整带电粒子束装置的设置或结构。现在参照图26，其图示了示例性确定方法的流程图。图26的过程可以在步骤s301中开始。
[0364]
在步骤s302中，控制器(例如图1的控制器109)可以接收与感测元件输出相关的数据帧。该帧可以包括来自检测器的可在每个感测元件的基础上连接至电路的多个感测元件的输出。因此，控制器可以在一个帧中接收多个检测信号，每个信号对应于各个感测元件的输出。
[0365]
在步骤s303中，可以确定该帧内入射到检测器上的带电粒子的数目。步骤s303可以包括确定该帧内入射到检测器的多个感测元件的每个感测元件上的带电粒子的数目。
[0366]
在步骤s304中，控制器可以确定是否已经满足第一标准。例如，可以确定接收多于一个带电粒子的感测元件的数目是否小于或等于第一数目。步骤s304可以包括确定是否不超过b％的感测元件接收多于一个带电粒子。
[0367]
当在步骤s304中做出肯定确定时，过程可以进行到步骤s305。在步骤s305中，控制器可以确定是否满足第二标准。例如，可以确定接收至少一个带电粒子的感测元件的数目是否大于或等于第二数目。步骤s305可以包括确定是否至少a％的感测元件接收到至少一个带电粒子。
[0368]
当在步骤s304中做出否定确定时，过程可以进行到步骤s307。步骤s304中的否定确定可能意味着应该调整第一标准和第二标准。例如，步骤s304中的否定确定可能意味着数目b％可能设置得太低或数目a％可能设置得太高。这也可能意味着束斑内的带电粒子分布还不够均匀。在步骤s307中，可以进行调整。可以进行调整，以使束斑内的带电粒子分布变得更均匀。该调整可以包括使带电粒子束装置中的投射系统散焦。例如，投射系统可以被配置为将射束散焦到一定程度。此外，可以改变带电粒子束装置的放大率以扩大束斑。也可以进行进一步的调整。例如，可以使帧周期更短。此后，该过程可以返回到步骤s302。
[0369]
在步骤s305中，当做出否定确定时，过程可以进行到步骤s308。在步骤s308中，可以调整数目a％和b％。也可以进行进一步的调整。例如，可以使帧周期更长。此后，该过程可以返回到步骤s302。
[0370]
当在步骤s305中做出肯定确定时，过程可以进行到步骤s306。在步骤s306中，该过程可以结束。
[0371]
帧自适应可以在当前帧周期结束之后发生。例如，可以响应于确定传感器输出不符合当前帧的标准的情况在后续帧中进行调整。例如，如上面讨论的示例中一样，可以缩短或加长后续帧。然而，在一些实施例中，帧自适应可以实时发生。可以确定当前帧周期。可以确定缩短当前帧或延长该帧。例如，当传感器输出由于当前帧的周期而无法符合标准时，可以做出确定。
[0372]
现在参照图27，其图示了示例性周期确定方法的流程图。可以对控制器(例如图1的控制器109)进行编程以实施图27的流程图的一个或多个框。在步骤s401中，过程可以开始。步骤s401可以在诸如图24、图25或图26等处理之后。从步骤s401开始，带电粒子成像可以开始或者可以一直在进行。帧的周期可以被设置为诸如来自先前帧处理或者已经被初始化为预定的初始值的值。
[0373]
图24或图25的处理可能会导致可以被应用于当前数据帧之后的下一数据帧的调
整。在这种处理中，即使有调整，当前帧也可能在控制器接收到数据之后结束。然而，在图27的处理中，在接收到数据之后，当前帧可以不必结束。例如，如果未符合标准，则可以对当前帧进行调整，然后可以将反映该调整的更新数据传输给控制器。当传输给控制器的数据符合标准时，那么当前帧可能会结束。
[0374]
继续图27的过程，在步骤s402中，控制器可以确定当前帧的属性。当前帧的属性可以包括帧周期。步骤s402可以包括从存储装置中读取值。步骤s402还可以包括确定与当前帧相关的属性，诸如在当前帧期间操作的sem系统的成像条件。
[0375]
在步骤s403中，控制器可以接收与感测元件输出相关的数据帧。该帧可以包括来自检测器的可在每个感测元件的基础上连接至电路的多个感测元件的输出。因此，控制器可以在一个帧中接收多个检测信号，每个信号对应于各个感测元件的输出。
[0376]
在步骤s404中，可以确定该帧内入射到检测器上的带电粒子的数目。步骤s404可以包括确定该帧内入射到检测器的多个感测元件的每个感测元件上的带电粒子的数目。
[0377]
在步骤s405中，可以基于接收到的输出信号、当前帧的属性或先前确定的其他属性来确定是否可以符合标准。该标准可以包括第一预定帧标准或第二预定帧标准，如上面关于图24和图25所讨论的。例如，步骤s405可以包括确定是否至少a％的感测元件接收到至少一个带电粒子或者是否不超过b％的感测元件接收到多于一个带电粒子。在图27的步骤s405中，可以基于当前帧属性确定来自阵列中的感测元件的输出将不满足该标准。例如，可以确定当前帧具有如此短的周期，使得在当前帧内将不存在多个感测元件接收大于第一数目的至少一个带电粒子。可以基于针对特定电平的射束电流确定的电子到达事件的平均数目来确定当前帧周期太短。可以确定在使用例如4na电子束的当前成像条件下，超过第一数目的感测元件接收多于一个电子不太可能，因为电子到达事件将太稀疏。步骤s405可以包括基于置信级的确定。在一些实施例中，步骤s405中的确定可以基于在步骤s402、s403或s404中收集的信息。步骤s405可以包括基于第一预定帧标准(例如至少a％的感测元件接收至少一个带电粒子)和第二预定帧标准(例如不超过b％的感测元件接收多于一个带电粒子)的确定。可以并行地或以单独的工艺流程进行确定。例如，可以在一个步骤中一起确定是否可以符合第一和第二预定帧标准，或者可以单独地确定是否可以符合第一预定帧标准，且然后确定是否可以符合第二预定帧标准，反之亦然。
[0378]
当在步骤s405中做出否定确定时，过程可以进行到步骤s406。在步骤s406中，可以调整当前帧的周期，或者可以对该帧进行其他调整。例如，可以使周期更长，使得更多的感测元件可以在一个帧中接收至少一个带电粒子。，所做出的调整量可以与例如由步骤s405中作出的确定而预料的不足量成比例。在调整当前帧之后，过程可以返回到步骤s403。
[0379]
当在步骤s405中做出肯定确定时，过程可以进行到步骤s410而无需调整周期，并且该过程可以结束。在一些实施例中，其他处理可能会跟进。例如，该过程可以相对于当前帧结束并且可以针对新帧重复。
[0380]
一种方法可以包括具有或没有各种修改的图27的流程图的元素，例如上面关于图24、图25和图26讨论的那些。此外，尽管上面的示例讨论了当前帧周期的缩短，也可能是当前帧周期的加长。在一些实施例中，也可能存在确定接收多于一个带电粒子的感测元件的数目是否小于或等于第二数目的步骤，类似于上面关于图25所讨论的步骤s204或上面关于图26所讨论的步骤s305。在一些实施例中，步骤s403至s406可以迭代地发生。
[0381]
在一些检测器中，检测过程可以包括具有固定序列的两个步骤。这两个步骤可以用于确定着陆在检测器上的次级电子束的强度。这种步骤可以与周期确定过程一起使用或代替周期确定过程，诸如上面讨论的过程。例如，可能存在标识束斑在检测器表面上的边界的第一步骤。并且可能存在第二步骤，其基于与束斑相对应的分组的感测元件来确定电子束的强度。指示样本表面的信息可以从所确定的射束强度中导出。
[0382]
如果电子束以固定的投射图案入射到检测器上，则上面提及的固定序列的两个步骤在确定射束强度时可能有用。然而，如果电子束在检测器上的投射图案存在变化或波动，则可能会引起复杂化。例如，当电子束的电子分布在检测器的感测元件阵列上的多个不相邻的感测元件上时，确定电子束的强度可能会变得困难。例如，当射束电流较低时，并且相对较少数目的电子入射到大面积的感测元件阵列上时，可能会出现这种情况。在电子到达速率较低的情况下，感测元件上的各个电子到达事件可能较稀疏，并且可能散布在较宽的面积上。如上面所讨论的，由于电子具有不同的轨线，该轨线可能取决于例如电子的初始动能和发射角度，因此次级电子束中的电子的着陆位置的几何散布可能较大。
[0383]
现在参照图28a，其图示了带电粒子束装置可以以光栅图案在样本表面上扫描带电粒子的初级射束的情况。射束可以在样本表面上连续扫描。射束扫描路径可以对应于可以用于构成扫描图像的像素x
i
，其中i是索引。如图28b所示，在检测器的感测元件阵列2100中，在t
1
的扫描时间t，可能存在接收入射的带电粒子的感测元件2101。检测器可以被配置用于带电粒子计数，因此，在特定时刻的带电粒子到达速率可能相对较低。当初级带电粒子束在样本表面上扫描时，可能会生成入射到检测器上的次级或经散射的带电粒子。带电粒子在次级带电粒子束中的着陆位置的分布可以相对较宽。因此，在时间t
1
，感测元件2101可以接收入射的带电粒子。然而，在下一检测帧中，例如在图28c所示的时间t
2
，带电粒子可能会入射到感测元件阵列2100的不同区域上。如图28c所示，在t
2
的扫描时间t处，可能存在分别在采样周期内接收入射带电粒子的感测元件2102和感测元件2103。接下来，如图28d所示，在t
3
的扫描时间t处，可能存在在下一帧内接收入射的带电粒子的感测元件2104。进一步地，如图28e所示，在t
4
的扫描时间t处，可能存在分别在又一帧内接收入射的带电粒子的感测元件2105和感测元件2106。尽管感测元件2101、2102、2103、2104、2105和2106不一定彼此相邻，但是它们可能都与同一次级带电粒子束相关联，因此，可能需要将一些分组在一起才能确定入射到检测器上的次级射束的强度。
[0384]
在一些检测系统中，当带电粒子到达事件遍及包括多个感测元件的较宽区域发生时，可能难以将感测元件与一个带电粒子束斑相关联。此外，在一些检测系统中，可能存在同时扫描样本上的多个位置的初级带电粒子束的多个子束，因此，可能会有次级带电粒子的多个子束入射到检测器上。因此，在将次级带电粒子到达事件与不同的射束区分开来时，可能会出现进一步的复杂性，这可能需要单独对感测元件进行分组。附加地，由于对感测元件进行分组的要求，检测器的灵活性可能受到限制。如果带电粒子的次级射束的投射图案在检测器表面上不恒定，例如当防偏转单元无法正常运作时，这可能会导致投射图案在检测器表面上快速移动，则可能会很难追踪射束。包括诸如感测元件的分组等处理的需求可能会阻碍对投射图案的移动的追踪能力并且可能会引入检测误差。
[0385]
本公开的一些实施例可以提供一种检测过程，其中感测元件在带电粒子计数之前无需分组。相反，可以在已经对带电粒子进行计数并且已经存储了表示特定时刻的检测器
状况的数据之后执行分组。在一些实施例中，时间戳可以与感测元件数据相关联。可以将与特定时间戳相对应的感测元件数据与扫描时间相关联，以将感测元件数据与样本表面上的扫描位置相关联。例如，包括特定时间戳的感测元件数据可以与样本表面的sem图像的像素相关联。
[0386]
包括多个感测元件的检测器可以以各种计数模式操作。电路可以连接至感测元件，并且电路可以被配置为执行信号和数据处理。该电路可以内置在感测元件中。计数方法可以基于从连接至感测元件的电路输出的信号。可以提供多个电路，其中多个电路中的每个电路连接至阵列中的感测元件中的一个相应感测元件。
[0387]
作为计数模式的示例，可能存在第一模式，其中感测元件可以在重置之前仅计数最多一个入射带电粒子，而不鉴别入射带电粒子的能量。重置可以涉及重置感测元件或其关联电路。如本文所使用的，短语“重置感测元件”可以指代感测元件或其关联电路的重置。在第二模式下，感测元件可以在重置之前对入射带电粒子的数目进行计数，而不鉴别入射带电粒子的能量，直到计数器充满为止。这些数目可以包括预定义数目。预定义数目可以是一个。计数器充满后，感测元件可能会停止对带电粒子计数。如果在计数器充满之后但在下一重置之前又一带电粒子到达，则可以设置溢出标记。在第三模式下，感测元件可以根据预定义的能级来对带电粒子计数。能量范围可以包括例如零至第一预定义能级，第一预定义能级至另一预定义能级(等等)并且在最高预定义能级之上。在重置感测元件之前，每个范围内仅可计数至多一个带电粒子。在第四模式下，感测元件可以根据预定义的能级来对带电粒子进行计数，并且可以在该能量范围内接收到超过预定数目的带电粒子时，可针对该能量范围设置溢出标记。在一些实施例中，对应能量范围的预定数目可以是零个或一个。还将如下描述上述模式和其他模式。
[0388]
参照图29a和图29b，其示出了与本公开的实施例一致的用于操作检测器或检测系统的第一计数模式。感测元件可以检测入射的带电粒子的能量。连接至感测元件的电路可以处理感测元件的输出。如图29a所示，感测元件和电路可以基于时间输出检测信号。图29a是相对于横轴上的时间绘制的在纵轴上以任意单位的检测信号强度的曲线图。感测元件处的带电粒子到达事件可能发生在时间点t
1
、t
2
和t
3
。检测器可以具有被配置为检测带电粒子到达事件的感测元件和电路。例如，感测元件可以被配置为响应于入射的带电粒子到达感测元件而生成信号脉冲，这可能是由于在感测元件中生成了电子-空穴对，并且可以被馈送给电路。在确定带电粒子已经到达感测元件时，电路可以记录带电粒子到达事件。图29b示出了在每个时间点t
1
、t
2
和t
3
，可以记录带电粒子(诸如电子)到达事件。在时间点t
1
、t
2
和t
3
的每个事件(例如图29b所示的事件)可以对应于“计数”。带电粒子的计数可以包括在感测元件处已经发生带电粒子到达事件的指示。该计数可以指示一数目的带电粒子已经到达感测元件，该数目是总数目。与带电粒子到达事件相关联的数据可以包括记录带电粒子到达事件的时间。该时间可以是系统时间。在一些实施例中，时间可以基于检测系统的全局时钟循环。在一些实施例中，时间可以基于在每个单独的感测元件处运行的本地时间。时间可能与电子束工具的初级电子束的扫描时间相关。与带电粒子到达事件相关联的数据还可包括标识符，该标识符指示感测元件阵列中的哪个感测元件接收到带电粒子。因此，还可以记录检测器表面上的位置。
[0389]
在第一计数模式下，在一些实施例中，检测器可以被配置为在重置之前仅计数感
测元件中的至多一个带电粒子到达事件。检测器可以被配置为：在不鉴别一个带电粒子到达事件的能量的情况下，对一个带电粒子到达事件进行计数。例如，检测器可以响应于检测到感测元件中的能量的量来对带电粒子到达事件进行计数。感测元件的重置可以发生在检测帧结束时。重置还可以包括重置连接至感测元件的电路。
[0390]
在第一计数模式下，在一些实施例中，如果带电粒子到达事件快速地连续发生，则可能会发生误计数。例如，带电粒子可以在前一粒子之后不久、在感测元件或其关联电路重置之前不久、到达感测元件，因此可以不对后续的带电粒子进行计数。即，当两个粒子实际上已经到达感测元件时，可以将所计数的带电粒子的数目确定为一个。可以通过使用例如第二计数模式来解决这种误计数。应该注意的是，在一些实施例中，感测元件阵列可以被设计和确定大小为使得用于预期应用的相邻带电粒子的后续到达时间(例如可用的射束电流范围)足够长，使得这种误计数的概率可能很低。
[0391]
图30a和图30b图示了与本公开的实施例一致的操作检测器或检测系统的第二计数模式。如图30a所示，感测元件和电路可以基于时间输出检测信号，并且感测元件处的带电粒子到达事件可以在时间点t
1
、t
2
、t
3
和t
4
发生。在时间t
2
处，带电粒子可以在感测元件或其关联电路重置之前到达。然而，检测器可以设置溢出标记，而不是忽略后续的带电粒子到达事件。溢出标记可以指示又一带电粒子已经到达感测元件。由于后续的带电粒子到达事件，在感测元件和电路处生成的信号的增加可以触发溢出标记。
[0392]
溢出可以包括第一类型的溢出。当一个带电粒子到达感测元件、并且后续的带电粒子到达感测元件和电路无法对后续的带电粒子到达事件给出适当响应的状态时，可能会遇到第一类型的溢出。这可能是由于当后续的带电粒子到达时，电路正在进行对第一带电粒子到达事件的处理。该电路可能无法处理后续的带电粒子到达事件的输出，直到对第一带电粒子到达事件的处理完成为止，并且可能仅通过例如设置溢出标记来将后续的带电粒子到达事件记录为溢出事件。第一带电粒子和后续的带电粒子可以在相同或不同的能级范围内。处理带电粒子到达事件的输出可以包括确定带电粒子的能级。因此，当后续的带电粒子到达事件被确定为溢出事件时，可以忽略后续的带电粒子的能级。例如，如果在第一带电粒子到达事件的处理开始之前发生了后续的带电粒子到达事件，则可能不会设置溢出标记，并且在非常短的时间段内仍会相继到达的两个传入的带电粒子可能仍然被标识并计数。例如，可以生成如下的事件信号，该事件信号的振幅与单个次级带电粒子到达事件加上单个反向散射带电粒子到达事件的振幅相对应，因此，可以确定次级粒子和反向散射粒子已经到达。
[0393]
溢出还可以包括第二类型的溢出。当连接至感测元件的电路的计数器处于溢出状态时，诸如在第二计数模式下，可能会遇到第二类型的溢出。在一些实施例中，当连接至用于对特定能量范围内的带电粒子进行计数的感测元件的电路的计数器处于溢出状态(诸如如下面应该要讨论的第四计数模式)时，可能会遇到第二类型的溢出。溢出标记可以基于例如第二计数模式或第四计数模式下的第二类型的溢出。检测器可以被配置为基于第二类型的溢出来重置感测元件及其关联电路。
[0394]
在第二计数模式下，在一些实施例中，检测器可以被配置为对入射到检测器中的感测元件阵列中的感测元件上的带电粒子的数目进行计数。检测器可以被配置为将带电粒子的数目计数为离散的带电粒子到达事件。检测器可以被配置为：在不鉴别带电粒子到达
事件的能级的情况下，对带电粒子的数目进行计数。例如，检测器可以响应于检测到由感测元件接收到的一定量能量来对带电粒子到达事件进行计数。检测器可以响应于感测元件接收的能量相对于检测带电粒子到达事件时的能量的增加来检测溢出状态。感测元件的重置可以发生在检测帧结束时。检测器可以设置溢出标记，该溢出标记可以指示在与已经检测到带电粒子到达事件的检测帧相同的检测帧期间另一带电粒子已经到达。
[0395]
在第一计数模式和第二计数模式下，可以不考虑入射带电粒子的能量而对带电粒子进行计数。因此，不管带电粒子是经反向的散射电子还是次级电子，带电粒子到达事件都可以简单地记录为到达事件。
[0396]
图31a和图31b图示了与本公开的实施例一致的操作检测器或检测系统的第三计数模式。如图31a所示，感测元件和电路可以基于时间输出检测信号，并且感测元件处的带电粒子到达事件可以在时间点t
1
、t
2
、t
3
和t
4
发生。带电粒子可以具有不同的能级。可以设置单独的能级阈值。可以设置单独的能级阈值的阈值以将噪声与检测信号区分开。例如，检测器可以被配置为不对能量大于零但小于第一能量阈值e1的带电粒子进行计数。该检测器可以被配置为对能量大于或等于第一能量阈值e1并且小于第二能量阈值e2的带电粒子进行计数。检测器还可以被配置为对能量大于或等于第二能量阈值e2且小于第三能量阈值e3的带电粒子进行计数。检测器还可以被配置为对能量大于或等于第三能量阈值e3的带电粒子进行计数。将理解，可以修改能量范围的界限，例如可以将范围定义为大于第一能量阈值e1并且小于或等于第二能量阈值e2。即，在一些实施例中，可以将范围设置为e1＜x≤e2。在一些实施例中，可以将范围设置为e1＜x＜e2。在一些实施例中，可以将范围设置为e1≤x≤e2等。
[0397]
在第三计数模式下，在一些实施例中，检测器可以被配置为：在重置之前针对特定能量范围，仅计数感测元件中的至多一个带电粒子到达事件。检测器可以：响应于检测到感测元件中与能量范围相对应的能级，而计数在该能量范围内的带电粒子到达事件进行计数。检测器可以：响应于检测到与能量范围相对应的感测元件的输出信号，而计数在该能量范围内的带电粒子到达事件进行计数。感测元件的重置可以发生在检测帧结束时。
[0398]
在一些实施例中，检测器可以被配置为仅对某个或多个能量范围内的带电粒子到达事件进行计数。例如，连接至感测元件的电路可以被配置为仅计数与e1＜x≤e2的能量范围相对应的带电粒子到达事件，而忽视与其他能量范围相对应的事件。
[0399]
图31b示出了在每个时间点t
1
、t
2
、t
3
和t
4
，可以记录电子到达事件。与电子到达事件相关联的数据可以包括能级和记录电子到达事件的时间。可以针对不同的能级进行多次记录。例如，检测器可以在第一时间对第一带电粒子到达事件进行计数，其中第一带电粒子具有第一能量，并且也在第一时间处或附近对第二带电粒子到达事件进行计数，与第一带电粒子相比，第二带电粒子具有处于不同能量范围内的第二能量。
[0400]
图32a和图32b图示了与本公开的实施例一致的操作检测器或检测系统的第四计数模式。如图32a所示，感测元件和电路可以基于时间输出检测信号，并且感测元件处的带电粒子到达事件可以在时间点t
1
、t
2
、t
3
、t
4
、t
5
和t
6
发生。带电粒子可以具有不同的能级。
[0401]
图32b示出了在每个时间点t
1
、t
3
和t
4
，可以记录电子到达事件。与电子到达事件相关联的数据可以包括能级和记录电子到达事件的时间。可以针对不同的能级进行多次记录。例如，检测器可以在第一时间对第一带电粒子到达事件进行计数，其中第一带电粒子具
有第一能量，并且也在第一时间处或附近对第二带电粒子到达事件进行计数，与第一带电粒子相比，第二带电粒子具有处于不同能量范围内的第二能量。
[0402]
在时间t
2
，与先前的带电粒子处于相同能量范围内的带电粒子可以在感测元件或其关联电路重置之前到达。感测元件可以响应于在时间t
2
发生的带电粒子到达事件来设置溢出标记。溢出标记可以指示又一带电粒子已经到达感测元件。溢出标记可以特定针对于一能量范围。当在感测元件或其关联电路重置之前已经检测到相同能量范围内的先前带电粒子时，当检测到带电粒子时，可以触发溢出标记。
[0403]
类似地，在时间t
6
，与已经在检测帧中的感测元件处接收到的带电粒子处于相同能量范围内的带电粒子可以在感测元件或其关联电路重置之前到达。然而，在时间t
5
，与先前的带电粒子处于不同能量范围内的带电粒子可以在感测元件或其关联电路重置之前到达。在这种情况下，检测器可能仍会记录带电粒子已到达，而不会触发溢出标记。如图32b所示，在时间t
6
发生的带电粒子到达事件可能会触发溢出标记。前述内容可以包括检测器被配置为对第一能量范围内的带电粒子到达事件的数目进行计数并且在感测元件中遇到溢出时设置溢出标记的示例。在前述示例中，带电粒子的数目可以是一个。然而，在一些实施例中，该数目可以为零个或可以大于一个。此外，检测器可以被配置为对不同能量范围内的相同或不同数目的带电粒子进行计数。
[0404]
使用不同的能级阈值可能有助于区分不同类型的带电粒子。例如，在一些实施例中，将经反向的散射电子和次级电子彼此区分开可能是有用的。
[0405]
入射带电粒子能量的比较可以基于参考值。可以提供包括例如比较器的电路系统。比较器可以将来自感测元件的输出信号与电路中提供的参考进行比较。作为一个示例，在感测元件连接至将输出电流信号转换为与入射带电粒子的能量相应的电压的元件的情况下，比较器可以将检测到的电压与参考电压进行比较。比较器可以确定电压信号高于还是低于参考电压，而无需存储检测到的电压值。
[0406]
在一些实施例中，与带电粒子到达事件相关联的数据可以包括对应于入射带电粒子的所记录的能级。例如，感测元件可以连接至模数转换器，该模数转换器可以将感测元件的输出信号转换为可以存储的值。可以直接测量和记录入射带电粒子的能量。
[0407]
在第四计数模式下，在一些实施例中，检测器可以被配置为对入射到检测器中的感测元件阵列中的感测元件上的带电粒子的数目进行计数。检测器可以被配置为将带电粒子的数目计数为离散的带电粒子到达事件。检测器可以被配置为在重置之前对特定能量范围内的带电粒子的数目进行计数。检测器可以响应于检测到感测元件接收到的与能量范围相对应的能级而对在该能量范围内的带电粒子到达事件进行计数。检测器可以响应于检测到与能量范围相对应的来自感测元件的输出信号而对在该能量范围内的带电粒子到达事件进行计数。检测器可以响应于感测元件接收的能量相对于检测特定能量范围内的带电粒子到达事件时的能量的增加来检测溢出状态。感测元件的重置可以发生在检测帧结束时。感测元件的重置可以与其关联电路的重置一起发生。检测器可以设置溢出标记，该溢出标记可以指示在与已经检测到特定能量范围的带电粒子到达事件的检测帧相同的检测帧期间另一带电粒子已经到达。
[0408]
检测器可以包括感测元件阵列和电路，并且可以以与上面讨论的模式一致的各种方式来操作。该电路可以包括多个电路，每个电路可以连接至阵列中的相应感测元件。阵列
中的所有感测元件可以以相同模式操作。在一些实施例中，阵列中的感测元件可以同时以不同模式操作。与带电粒子到达事件相关联的数据可以包括使用哪种操作模式的指示符。
[0409]
在一些实施例中，当每个入射带电粒子由感测元件计数时，可以记录时间戳。如果仅计数最多一个带电粒子而不鉴别粒子的能量，则时间戳可以指示第一带电粒子在下一重置之前到达的时间。如果在每个预定能量范围内仅计数最多一个带电粒子，则时间戳可以指示其关联的能量范围内的第一带电粒子在下一重置之前到达的时间。溢出标记也可以设置有其对应的时间戳。
[0410]
感测元件的重置可以以多种方式执行。例如，在第一重置模式下，可以以固定或变化的周期同时重置阵列中的所有感测元件。在第二重置模式下，可以基于预定区域在不同的时间点重置感测元件。在第三重置模式下，可以在不同时间点以固定或变化的周期单独地重置感测元件。在第四重置模式下，可以组合以上模式中的一种或多种。将如下更详细地讨论这些模式。
[0411]
第一重置模式可以基于共同重置。感测元件阵列中的一些或全部感测元件可以一次重置。例如，感测元件阵列中的所有感测元件可以被同时重置。重置速率可以由周期确定。该周期可以是预定的。在一些实施例中，该周期可以是固定周期。在一些实施例中，周期可以变化。例如，如上面参照图20c所讨论的，帧的长度可以彼此不同。可以设置帧的周期以适应所检测的带电粒子束的信号强度。在一些实施例中，周期可以包括固定周期和变化周期的混合。
[0412]
在第一重置模式下，在一些实施例中，可以在每次重置之前存储来自每个感测元件的数据。数据可以在重置之前立即存储。因此，可以间隔地获取感测元件阵列的表面的快照。间隔可以是固定的或变化的。通过这种方式，检测器可以按时间以检测帧速率输出数据。检测帧速率可以基于特定sem成像帧速率可能需要的条件。
[0413]
在第一重置模式下，在一些实施例中，重置可以基于预定条件发生。预定条件可以包括标准，诸如感测元件阵列中的至少a％的感测元件接收至少一个带电粒子的条件。预定条件的另一示例可以包括感测元件阵列中的至少a％的感测元件遇到溢出的条件。每次发生重置时，都可以记录时间戳。时间戳可以用于标记对应的检测帧。
[0414]
图33a和图33b图示了与本公开的实施例一致的根据第一重置模式的检测信号。与图29a所示的示例性实施例类似，在图33a中，感测元件处的带电粒子到达事件可以在时间点t
1
、t
2
和t
3
发生。感测元件可以在这些时间点检测带电粒子到达事件。同时，图33a还以恒定帧速率示出了多个帧f1、f2、f3和f4。该帧可以对应于感测元件的重置。在一些实施例中，重置可以由控制器发起。在每个帧结束时，可以重置感测元件及其关联电路。因此，重置可以在时间点t
f1
、t
f2
、t
f3
和t
f4
发生。感测元件数据的存储可以在时间点t
f1
、t
f2
、t
f3
和t
f4
或之前发生。尽管图33a可以仅示出一个感测件的输出，但是要理解的是，针对阵列中的所有感测元件，可以同时发生根据第一重置模式的重置。
[0415]
现在参照第二重置模式，该第二重置模式可以基于阵列中的一部分感测元件的共同重置。阵列的不同区域中的感测元件可以在不同的时间点重置。因此，并非阵列上的所有感测元件都可以同时被重置。可以预先确定区域。例如，可以基于检测器的象限来确定区域。在一些实施例中，例如在使用多射束装置的情况下，区域可以对应于检测器的次级带电粒子束预计着陆的部分。在一些实施例中，这些区域可以对应于检测子区域，诸如检测器
244的246、248和250(参见图2a)。在一些实施例中，可以实时确定区域。区域也可能在检测器的操作期间发生变化。
[0416]
在第二重置模式下，可以一次重置感测元件阵列的一个区域中的感测元件。重置速率可以由周期确定。该周期可以是固定周期，或者该周期可以变化，例如如上面所讨论的。在不同区域之间，可以在不同的时间点进行重置。
[0417]
在第二重置模式下，在一些实施例中，可以在每次重置之前存储来自区域中的每个感测元件的数据。该数据可以与相同区域中的其他感测元件相关联。数据可以在重置之前立即存储。因此，可以间隔地获取感测元件阵列的特定区域的表面的快照。间隔可以是固定的或变化的。通过这种方式，检测器可以基于不同区域按时间以检测帧速率输出数据。检测帧速率可以基于特定sem成像帧速率可能需要的条件。
[0418]
在第二重置模式下，在一些实施例中，重置可以基于预定条件发生。预定条件可以包括标准，诸如感测元件阵列的区域中的至少a％的感测元件接收至少一个带电粒子的条件。预定条件的另一示例可以包括感测元件阵列的区域中的至少a％的感测元件遇到溢出的条件。每次发生重置时，都可以记录时间戳。时间戳可以用于标记来自特定区域的对应检测帧。在一些实施例中，检测器表面上的区域的数目可以与待检测的射束的数目相关。在一些实施例中，区域的数目可以与待检测的射束的数目无关。区域的大小和形状可以相同或彼此不同。
[0419]
尽管图33a和图33b可以图示根据第一重置模式的感测元件的检测信号，但是要了解，可以根据第二重置模式以类似的方式重置与一个区域相关联的多个感测元件。因此，尽管在图33a和图33b中可以仅示出一个感测元件的输出，但是可以以类似的方式表示其他感测元件输出。
[0420]
现在参照第三重置模式，该第三重置模式可以基于阵列中的感测元件的单独重置。可以在不同的时间点重置阵列中的每个感测元件。可以以固定的或变化的周期重置感测元件，例如如上面所讨论的。
[0421]
在第三重置模式下，在一些实施例中，可以在每次重置之前存储来自每个感测元件的数据。数据可以在重置之前立即存储。因此，可以间隔地获取感测元件阵列的特定感测元件的表面的快照。间隔可以是固定的或变化的。
[0422]
在第三重置模式下的感测元件的重置可以基于预定条件。预定条件可以包括例如特定感测元件接收至少一个带电粒子。预定条件的另一示例可以包括特定感测元件遇到溢出的条件。每次发生重置时，都可以记录时间戳。
[0423]
图34a和图34b图示了响应于带电粒子到达事件而重置感测元件及其关联电路的示例。重置可以在带电粒子到达事件之后的预定时间发生。在一些实施例中，可以在带电粒子到达事件发生或被检测到之后直接发起重置。感测元件上的带电粒子到达事件可以发起反馈环路，其中可以增加计数器并开始重置操作与例如图33a和图33b相比，根据图34a和图34b的感测元件及其关联电路的重置可以不考虑预定帧进行。
[0424]
图35a和图35b图示了可以通过被动方法进行重置的示例。如图35b所示，检测信号可能会响应于带电粒子到达事件而自然衰减，而不进行主动重置操作。信号的逐渐衰减可能包括长尾行为。
[0425]
在一些实施例中，感测元件或其关联电路的重置可以是被动的或主动的。计数检
测器或感测元件本身的重置可以包括猝灭。在一些实施例中，可以提供猝灭电路。猝灭电路可以控制相应感测元件的猝灭。检测器中的重置可以包括重置连接至阵列中的每个感测元件的另一电路，例如计数电路。计数电路可以包括模拟部分，诸如前端电子件。电路的模拟部分的重置可以是被动或主动的。计数电路还可以包括数字部分，诸如脉冲高度分析器和定标器。在一些实施例中，电路的数字部分的重置可以是主动的。电路或感测元件的主动重置对于实现高速可能是有利的。
[0426]
在一些实施例中，可以启用电子计数，其中不必将感测元件的二极管偏置到雪崩模式甚或所谓的“盖革计数”模式以实现增益。由于传入电子的动能可以实现增益。由于电子的动能而提供增益可以帮助维持检测器的高速。另外，在一些实施例中，二极管可以被偏置到雪崩模式，其中二极管可以具有高速。在雪崩模式下，可以减少或避免信号中的长尾。由于雪崩效应，在正常偏置条件下，速度甚至可能高于二极管。结果，具有感测元件的检测器可能足够快，以使得在来自感测元件的信号中不会有长尾。在一些实施例中，可以为感测元件以及相关的信号调节和处理电路提供重置机制，以在每个电子到达事件之后使检测器返回到初始状态。
[0427]
现在参照第四重置模式，该第四重置模式可以使用上面讨论的重置模式的组合。例如，第四重置模式可以包括根据第二重置模式和第三重置模式的组合来重置感测元件。
[0428]
在一些实施例中，感测元件的重置可以在阵列中的所有感测元件之间均匀地发生。单个感测元件的重置间隔可能因帧而异。当阵列中的所有感测元件被均匀地重置时，所有感测元件可以使用相同的重置间隔。然而，在一些实施例中，重置间隔在感测元件之间可能不同。
[0429]
第一至第四重置模式可以与上面讨论的操作检测器的第一至第四模式中的任何一种一起使用。可以采用多种组合。
[0430]
可以配置检测器，使得随着时间的流逝，继续产生与在感测元件处计数的带电粒子的数目相关的数据。在一些实施例中，可以在带电粒子到达事件时从具有时间戳的感测元件产生数据。此外，在一些实施例中，可以在感测元件重置时以一时间戳从感测元件产生数据。这些事件的时间戳可能彼此不同。基于从感测元件导出的信息，包括关于每个感测元件的位置的信息，可以生成由阵列中的感测元件接收的传入带电粒子的运动图片。可以将关于带电粒子到达事件的原始数据转换为具有指定帧速率和像素分辨率的期望格式。可以导出关于在检测器上接收的带电粒子束的强度的信息。
[0431]
现在参照图36，其图示了带电粒子到达事件在检测表面上的影响。在图36中，检测器可以包括多个感测元件，包括感测元件36a、感测元件36b、感测元件36c和感测元件36d。带电粒子可以在感测元件36a与感测元件36c之间的边界附近的区域中碰撞(例如撞击)检测器表面。当电子撞击检测器时，它可能在检测器的体积中创建电荷。该体积可以跨越两个或多个感测元件。例如，可以产生可以进入多个感测元件的离子化区域37。在多个感测元件中发展的电荷可能会导致电子被多次计数或根本不被计数。
[0432]
在一些实施例中，还可以减少到达检测器的检测表面的电子的误计数。一些误计数可能基于发生在感测元件之间的边界附近的电子到达事件。当来自sem的电子光学柱的电子到达检测器的感测表面时，电子进入检测设备的位置可以是随机分布的。由于每个电子进入检测器之后的离子化过程，可能会在检测器内创建临时离子化区域。临时离子化区
域可以在感测元件的耗尽区域的外部扩展。每个离子化区域可以具有与每个传入电子的能量和形成检测器的材料相关的体积。每个电子进入检测设备的位置的随机性可能会导致每个传入电子所感应的临时离子化区域穿过相邻感测元件的边界。因此，检测器中的多个感测元件可以具有对应于特定传入电子的输出信号。在基于每个感测元件的电子计数设备中，这可能会导致误计数。
[0433]
为了解决以上问题，一些实施例可以采用以下内容。感测元件可以被配置为具有预定的大小和形状。感测元件阵列可以包括以诸如栅格等图案布置的感测元件。可以以这种方式挑选检测器中的每个感测元件的大小：在任何方向上，感测元件的大小均不小于传入电子的最大穿透深度。感测元件可以被配置为使得感测元件的尺寸(例如长度、宽度、高度)不小于最大穿透深度。最大穿透深度可以基于用于形成检测器的材料。例如，电子在一种材料中的穿透可能比另一材料更深。通过这种方式，每个传入电子一次只可以撞击四个感测元件。这可以帮助进一步简化用于误计数校正的信号后处理。
[0434]
此外，在每个感测元件中，如果由于传入电子引起的信号的强度高于预定义参考值，例如阈值th
a
，则可以为事件留下时间戳。阈值th
a
可以对应于是平均事件脉冲信号的预定比例的值，或者是诸如响应于电子到达事件的能量的度量等某种其他参数。例如，阈值th
a
可以被设置为等于事件信号脉冲的平均振幅的20％的值，该事件信号脉冲的平均振幅对应于一个入传入的次级电子撞击一个感测元件的情况。一个传入的次级电子撞击一个感测元件的情况可以对应于在单个感测元件的体积内形成的临时离子化区域。阈值th
a
可以基于可以具有相对一致的能级的次级电子的参数。此外，在固定的sem成像设置下，次级电子的能量变化可能小于例如经反向的散射电子的能量变化。
[0435]
具有超过阈值th
a
的信号强度的事件可以表示感测元件已经至少部分地被传入电子碰撞。然后，可以分析来自任何两个相邻感测元件的信息。如果任何两个相邻的感测元件都以相同的时间戳遇到电子撞击事件，则可以以模拟方式将来自两个感测元件的信号相加，并且可以将结果发送给两个感测元件之一。可以清除(例如删除)存储在两个感测元件中的另一个中的信号。
[0436]
例如，来自已被碰撞(例如撞击)的每个感测元件的由传入电子引起的信号可以以电容器上的电压的形式呈现。在每个感测元件中，用于生成和存储信号的电容器可以具有相同的电容。然后，在模拟信号处理(例如模拟信号相加)期间，可以将来自两个相邻感测元件之一中的电容器的电荷转移到两个相邻感测元件中的另一个中的电容器。通过这种方式，可以进行信号相加，然后可以删除两个相邻的感测元件中的第一个中的信号。
[0437]
在一些配置中，在每个感测元件中，仅一个电容器和一个存储器用于时间戳记录。每当有两个相邻的感测元件在一个时间点同时受到传入电子的撞击时，信号处理程序就可以开始。该过程可以与系统时钟异步。
[0438]
在其他配置中，在每个感测元件中，有多于一个电容器用于信号生成和存储。另外，每个电容器可以具有其对应的时间戳存储器。这些电容器及其对应的时间戳存储器可以以如下的方式使用：它们中的每一个仅用于生成和存储电子撞击感测元件的单个事件的信号。例如，在每个事件期间，在足够短的时间段内可能有一个或多于一个电子撞击感测元件，以使得感测元件中的电路会将该周期视为一个时间点。换言之，从电路的角度来看，这些电子同时碰撞感测元件。然后，如果在感测元件中使用预定义数目m或百分比b％的电容
器并且存在涉及至少两个相邻的感测元件的至少一个事件量，则可以开始用于计数校正的信号处理程序。可以停止该特定感测元件中的程序，直到处理涉及至少两个感测元件的所有电子撞击事件为止。在信号处理程序期间，该程序中涉及的感测元件仍可以对传入电子的新事件进行计数，直到使用了该感测元件中的所有电容器和时间戳存储器为止。然后，如果有新的入射电子碰撞相同的感测元件，则可能会记录溢出。可以在上面提及的信号处理程序完成、并且存储在感测元件中或与之相关联的数据被发出之后进行该感测元件的重置。
[0439]
在诸如与上文一致的信号处理程序中，每次发生边界撞击事件时，组合信号可以存储在被相同的一个或多个传入电子碰撞的两个相邻感测元件中的一个元件中，其中来自该元件的信号电平较高。此外，两个感测元件中的另一个中的信号可以被删除。然后，该电容器及其对应的时间戳存储器将立即可用于该感测元件的下一电子撞击事件。
[0440]
可以提供一种检测器，其中减少了由于一个传入电子撞击多于一个感测元件而引起的误计数率。这种事件可以被称为边界撞击事件。当离子化区域37在多于一个感测元件中产生时，例如如图36所示，可能发生边界撞击事件。
[0441]
在一些实施例中，每种类型的电子(例如次级电子、经反向的散射电子等)具有特征能量范围，并且在撞击检测器时创建特征电荷量。当多个相邻的感测元件同时检测到电荷时，可以将电荷与这些特征能量进行比较，以确定它们是对应于多个电子撞击还是在多个感测元件中生成电荷的单个撞击。可以提供一种用于减少电子计数检测器中的误计数的方法。该方法可以包括：基本上同时检测两个或多个相邻感测元件中的电荷；将在相邻感测元件中的每个感测元件中检测到的电荷与一个或多个参考值进行比较；以及基于该比较，确定电荷是由一个电子撞击感测元件之一还是多个电子撞击两个或多个感测元件引起的。
[0442]
带电粒子束装置可以被配置为使用带电粒子束对样本成像。检测器可以被配置为确定到达检测器的带电粒子的计数。带电粒子的计数可以基于由阵列中的各个感测元件接收的带电粒子的各个计数。基于该计数，可以重构样本的图像。产生诸如sem图像等图像可以包括对多个感测元件的计数求和，并使该计数与对应于被扫描的样本表面上的位置的特定时间相关。经求和的计数可以用于确定像素图像的灰度。在一些实施例中，可以使用信息显示中的其他自由度。例如，计数中所包括的信息可以包括时间戳、位置(例如感测元件在感测元件阵列上的位置)以及所计数的带电粒子的数目。感测元件的计数可以通过与扫描时间相关而与样本表面位置相关联。各个感测元件的计数可以基于例如它们的时间戳被分组在一起。时间戳在值上相同或彼此接近的感测元件数据可以分组在一起。分组后的感测元件数据可以与入射到检测器上的带电粒子束相关联。所计数的带电粒子的数目可以取为来自多个感测元件的总和，该多个感测元件基于其时间戳在时间窗口内接收到带电粒子。
[0443]
在一些实施例中，感测元件可以被分组而不需要预处理。相反，感测元件可以以后处理方法被分组。基于其时间戳确定在某个时间接收带电粒子的感测元件可以被分组在一起并且可以与束斑相关联。因此，可能不需要确定射束边界，诸如边界线350和360(参见图3f)。可以基于其时间戳、位置、初级射束的扫描动作或sem系统的属性来对彼此不一定相邻的感测元件进行分组，或者进一步对来自这些感测元件的信息进行分组。因此，例如参照图28a至图28e，检测器可以确定在特定扫描时间接收到带电粒子的所有感测元件(例如，在t＝t
2
时，感测元件2102和2103)可以与入射到检测器上的特定点的相同的带电粒子束相关
联。
[0444]
根据一些实施例，可以实现实时高线性(高保真度)或高动态范围带电粒子束检测。带电粒子束检测系统可能能够追踪入射到检测器上的次级带电粒子束的投射图案的缓慢和快速移动。在一些应用中，可以使sem系统更鲁棒且更能容错。结果，可以减少系统停机时间。
[0445]
在一些实施例中，可以省略投射系统中的防偏转系统，这可以帮助简化系统。这还可以提高可靠性并减少系统停机时间。
[0446]
可以根据特定的应用要求基于相同的所获取的原始数据集合来获取各种结果。结果可以用于后处理，而不是预处理。在一些实施例中，预处理可以包括感测元件分组。还可以定制数据以优化特定目的。例如，在优化检测参数(诸如串扰)和次级带电粒子收集效率之间，可能存在权衡关系。然而，当使用后处理来调整数据时，可以在不损失信息的情况下调整权衡。这可以为应用层提供更大的灵活性，并且可以降低仅为了获得具有不同检测参数设置的数据而必须重做特定操作的风险。
[0447]
在一些实施例中，检测系统可以包括模拟、混合信号和数字电路。在比较实施例中，模拟电路部分的百分比可能相对较高，这可能使设备实施更加困难，并且可能使检测器设计与最先进的半导体工艺节点的兼容性降低。本公开的一些实施例可以提供使用相对较高比例的混合信号和数字电路或者仅由混合信号和数字电路组成的检测系统，这可以减少与asic(专用集成电路)中的模拟电路设计和制造相关联的困难。一些实施例可以帮助实现与高级半导体节点的高度兼容性。这可以帮助减少整体功耗。
[0448]
还可以使用以下条款来描述实施例：
[0449]
1.一种方法，包括：
[0450]
确定多个帧中的第一帧内入射到检测器上的带电粒子的数目；以及
[0451]
基于第一标准确定第一帧的周期，该第一标准包括带电粒子入射到检测器的第一数目的感测元件中的每个感测元件上的条件。
[0452]
2.条款1的方法，还包括：
[0453]
基于第一标准和第二标准来确定第一帧的周期，该第二标准包括多于一个带电粒子入射到第一数目的感测元件中的不超过第二数目的感测元件上的条件。
[0454]
3.条款1或2的方法，还包括：
[0455]
基于第一标准确定多个帧的帧速率。
[0456]
4.条款2的方法，还包括：
[0457]
基于第一标准和第二标准确定多个帧的帧速率。
[0458]
5.条款1至4中任一项的方法，还包括：
[0459]
确定第一帧内在多个能级下的入射带电粒子量的统计量。
[0460]
6.条款5的方法，其中统计量包括在相应能级中的每个能级下的第一数目的感测元件中的入射带电粒子的总量，入射带电粒子与入射到第一数目的感测元件中的每个感测元件上的带电粒子相对应。
[0461]
7.条款1至6中任一项的方法，还包括：
[0462]
确定以大于或等于第一阈值并且小于第二阈值的能级入射到检测器的感测元件上的带电粒子的第三数目。
[0463]
8.条款7的方法，还包括：
[0464]
确定以大于或等于第二阈值并且小于第三阈值的能级入射到检测器的感测元件上的带电粒子的第四数目。
[0465]
9.条款8的方法，还包括：
[0466]
确定以大于或等于第三阈值的能级入射到检测器的感测元件上的带电粒子的第五数目。
[0467]
10.条款1至9中任一项的方法，还包括：
[0468]
基于至少一个帧生成灰度图像的像素。
[0469]
11.条款1至10中任一项的方法，还包括：
[0470]
基于至少一个帧生成彩色图像的像素。
[0471]
12.条款1至11中任一项的方法，还包括：
[0472]
生成带电粒子束；以及
[0473]
使带电粒子束遍及样本进行扫描，
[0474]
其中检测器被配置为接收从样本投射的带电粒子。
[0475]
13.一种包括指令集的非暂时性计算机可读介质，该指令集由控制器的一个或多个处理器可执行以使控制器执行方法，包括：
[0476]
确定多个帧中的第一帧内入射到检测器上的带电粒子的数目；以及
[0477]
基于第一标准确定第一帧的周期，该第一标准包括带电粒子入射到检测器的第一数目的感测元件中的每个感测元件上的条件。
[0478]
14.条款13的非暂时性计算机可读介质，其中由控制器的至少一个处理器可执行的指令集使控制器还执行：
[0479]
基于第一标准和第二标准来确定第一帧的周期，该第二标准包括多于一个带电粒子入射到第一数目的感测元件中的不超过第二数目的感测元件上的条件。
[0480]
15.条款13或14的非暂时性计算机可读介质，其中由控制器的至少一个处理器可执行的指令集使控制器还执行基于第一标准，确定多个帧的帧速率。
[0481]
16.条款14的非暂时性计算机可读介质，其中由控制器的至少一个处理器可执行的指令集使控制器还执行基于第一标准和第二标准，确定多个帧的帧速率。
[0482]
17.条款13至16中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中由控制器的至少一个处理器可执行的指令集使控制器还执行确定第一帧内在多个能级下的入射带电粒子量的统计量。
[0483]
18.条款17的非暂时性计算机可读介质，其中统计量包括处于相应能级中的每个能级下的第一数目的感测元件中的入射带电粒子的总量，该入射带电粒子与入射到第一数目的感测元件中的每个感测元件上的带电粒子相对应。
[0484]
19.条款13至18中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中由控制器的至少一个处理器可执行的指令集使控制器还执行确定以大于或等于第一阈值并且小于第二阈值的能级入射到检测器的感测元件上的带电粒子的第三数目。
[0485]
20.条款19的非暂时性计算机可读介质，其中由控制器的至少一个处理器可执行的指令集使控制器还执行确定以大于或等于第二阈值并且小于第三阈值的能级入射到检测器的感测元件上的带电粒子的第四数目。
[0486]
21.条款20的非暂时性计算机可读介质，其中由控制器的至少一个处理器可执行的指令集使控制器还执行确定以大于或等于第三阈值的能级入射到检测器的感测元件上的带电粒子的第五数目。
[0487]
22.条款13至21中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中由控制器的至少一个处理器可执行的指令集使控制器还执行基于至少一个帧来生成灰度图像的像素。
[0488]
23.条款13至22中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中由控制器的至少一个处理器可执行的指令集使控制器还执行基于至少一个帧来生成彩色图像的像素。
[0489]
24.条款13至23中任一项的非暂时性计算机可读介质，其中由控制器的至少一个处理器可执行的指令集使控制器还执行：
[0490]
使带电粒子源生成带电粒子束；以及
[0491]
使偏转器实现带电粒子束遍及样本进行扫描，
[0492]
其中检测器被配置为接收从样本投射的带电粒子。
[0493]
25.一种带电粒子束装置，包括检测器和具有至少一个处理器以及包括指令的非暂时性计算机可读介质的控制器，指令在由处理器执行时使该装置：
[0494]
确定多个帧中的第一帧内入射到检测器上的带电粒子的数目；以及
[0495]
基于第一标准确定第一帧的周期，该第一标准包括带电粒子入射到检测器的第一数目的感测元件中的每个感测元件上的条件。
[0496]
26.条款25的装置，其中指令还使该装置：
[0497]
基于第一标准和第二标准来确定第一帧的周期，该第二标准包括多于一个带电粒子入射到第一数目的感测元件中的不超过第二数目的感测元件上的条件。
[0498]
27.条款25或26的装置，其中指令还使该装置：
[0499]
基于第一标准，确定多个帧的帧速率。
[0500]
28.条款26的装置，其中指令还使该装置：
[0501]
基于第一标准和第二标准，确定多个帧的帧速率。
[0502]
29.条款25至28中任一项的装置，其中指令还使该装置：
[0503]
确定第一帧内在多个能级下的入射带电粒子量的统计量。
[0504]
30.条款29的装置，其中统计量包括处于在相应能级中的每个能级下的第一数目的感测元件中的入射带电粒子的总量，该入射带电粒子与入射到第一数目的感测元件中的每个感测元件上的带电粒子相对应。
[0505]
31.条款25至30中任一项的装置，其中指令还使该装置：
[0506]
确定以大于或等于第一阈值并且小于第二阈值的能级入射到检测器的感测元件上的带电粒子的第三数目。
[0507]
32.条款31的装置，其中指令还使该装置：
[0508]
确定以大于或等于第二阈值并且小于第三阈值的能级入射到检测器的感测元件上的带电粒子的第四数目。
[0509]
33.条款32的装置，其中指令还使该装置：
[0510]
确定以大于或等于第三阈值的能级入射到检测器的感测元件上的带电粒子的第五数目。
[0511]
34.条款25至33中任一项的装置，其中指令还使该装置：
[0512]
基于至少一个帧生成灰度图像的像素。
[0513]
35.条款25至34中任一项的装置，其中指令还使该装置：
[0514]
基于至少一个帧生成彩色图像的像素。
[0515]
36.条款25至35中任一项的装置，其中指令还使该装置：
[0516]
生成带电粒子束；以及
[0517]
使带电粒子束遍及样本进行扫描，
[0518]
其中检测器被配置为接收从样本投射的带电粒子。
[0519]
37.一种用于带电粒子束装置的检测器，该检测器包括：
[0520]
检测器元件阵列，
[0521]
其中阵列中的检测器元件的面积被配置为以至少置信级在每个采样周期接收不超过预定数目的带电粒子。
[0522]
38.条款37的检测器，其中采样周期小于检测器元件的死区时间。
[0523]
39.条款37的检测器，其中置信级对应于在每个采样周期在检测器元件中接收到不超过预定数目的带电粒子的统计概率或误计数率，其中检测器元件被配置为：以满足与第一误计数阈值相关的条件的误计数率每个采样周期接收不超过预定数目的带电粒子。
[0524]
40.条款39的检测器，其中当误计数率小于或等于第一误计数阈值时，满足该条件。
[0525]
41.条款37至40中任一项的检测器，其中检测器元件的面积被配置为使得采样周期是平均带电粒子间隔时间的因子。
[0526]
42.条款41的检测器，其中采样周期是平均带电粒子间隔时间的0.1倍。
[0527]
43.条款41或条款42的检测器，其中平均带电粒子间隔时间基于入射到检测器上的带电粒子束的射束电流、以及检测器元件相对于入射到检测器上的带电粒子的几何散布的位置。
[0528]
44.条款41的检测器，其中
[0529]
采样周期是平均带电粒子间隔时间的0.01倍。
[0530]
45.条款41的检测器，其中
[0531]
采样周期是平均带电粒子间隔时间的0.05倍。
[0532]
46.条款37至45中任一项的检测器，其中
[0533]
预定数目的带电粒子为一或两个，以及
[0534]
检测器被配置为检测溢出状态。
[0535]
47.条款37至46中任一项的检测器，其中多个检测器元件包括分段式二极管。
[0536]
48.条款37至47中任一项的检测器，还包括
[0537]
多个电路系统，该多个电路系统中的电路被配置为处理来自检测器元件的输出，以对入射到检测器元件上的带电粒子的数目进行计数。
[0538]
49.条款48的检测器，其中多个电路系统分别包括信号调节电路、事件检测器和像素计数缓冲器。
[0539]
50.条款48或条款49的检测器，其中多个电路系统分别包括鉴别器，该鉴别器被配置为将传入信号与参考值进行比较，并且在传入信号的上升沿超过参考值时设置标记。
[0540]
51.条款37至50中任一项的检测器，还包括：
[0541]
被配置为确定入射到检测器上的计数的带电粒子之和的图像处理器。
[0542]
52.条款37至51中任一项的检测器，其中入射到检测器上的带电粒子是由初级粒子与标本相互作用而产生的次级粒子，该初级粒子是从带电粒子束装置的源生成的并聚焦在标本上。
[0543]
53.一种方法，包括：
[0544]
对入射到检测器的检测器元件阵列中的检测器元件上的带电粒子的数目进行计数，
[0545]
其中阵列中的检测器元件的面积被配置为每个采样周期接收不超过预定数目的带电粒子。
[0546]
54.条款53的方法，其中采样周期小于检测器元件的死区时间。
[0547]
55.条款53或条款54的方法，其中该面积被配置为使得采样周期是平均带电粒子间隔时间的因子，该因子是0.1或更小。
[0548]
56.条款55的方法，其中平均带电粒子间隔时间基于入射到检测器上的带电粒子束的射束电流、以及检测器元件相对于入射到检测器上的带电粒子的几何散布的位置。
[0549]
57.条款53至56中任一项的方法，还包括：
[0550]
调整采样周期以满足预定标准。
[0551]
58.条款57的方法，其中预定标准是采样周期小于响应于电子到达事件而生成的信号的脉冲宽度。
[0552]
59.条款53至58中任一项的方法，还包括：
[0553]
对入射到检测器元件阵列中的相应检测器元件上的计数的带电粒子多个数目求和；以及
[0554]
确定sem图像的灰度。
[0555]
60.一种用于带电粒子束装置的检测器，该检测器包括：
[0556]
包括感测元件阵列的半导体衬底；以及
[0557]
被配置为对入射到检测器上的带电粒子的数目进行计数的电路。
[0558]
61.条款60的检测器，其中该电路被配置为处理来自多个感测元件的输出，并且响应于阵列中的感测元件上的带电粒子到达事件来增加计数器。
[0559]
62.条款61的检测器，其中该电路被配置为确定带电粒子到达事件的时间戳。
[0560]
63.条款62的检测器，其中时间戳基于检测器的全局系统时间，该全局系统时间是阵列中的每个感测元件共有的。
[0561]
64.条款62的检测器，其中时间戳基于感测元件的本地时间，该本地时间独立于阵列中的其他感测元件。
[0562]
65.条款62至64中任一项的检测器，其中时间戳与由带电粒子束装置的初级带电粒子束扫描的样本的表面上的位置相关联。
[0563]
66.条款65的检测器，其中时间戳与sem图像的像素相关联。
[0564]
67.条款60至66中任一项的检测器，其中该电路被配置为基于阵列中的多个感测元件的计数的时间戳，对计数求和。
[0565]
68.条款60至67中任一项的检测器，其中检测器被配置为在重置之前仅对感测元件中的最多一个带电粒子到达事件进行计数，而不鉴别一个带电粒子到达事件的能量。
[0566]
69.条款60至67中任一项的检测器，其中检测器被配置为：在不鉴别带电粒子到达事件的能量的情况下，对带电粒子到达事件的数目进行计数并且当在感测元件中遇到溢出时设置溢出标记。
[0567]
70.条款69的检测器，其中带电粒子到达事件的数目包括一个。
[0568]
71.条款60至67中任一项的检测器，其中检测器被配置为在重置之前仅对第一能量范围内的感测元件中的最多一个带电粒子到达事件进行计数。
[0569]
72.条款60至67中任一项的检测器，其中检测器被配置为对第一能量范围内的带电粒子到达事件的数目进行计数、并且当在感测元件中遇到溢出时设置溢出标记。
[0570]
73.条款72的检测器，其中带电粒子到达事件的数目包括零个或一个。
[0571]
74.条款61或62中任一项的检测器，其中该电路包括鉴别器，该鉴别器被配置为将来自感测元件的输出信号与参考值进行比较，并且当输出信号大于参考值时增加计数器。
[0572]
75.条款61或62中任一项的检测器，其中该电路包括鉴别器，该鉴别器被配置为将来自感测元件的输出信号与包括下限值和上限值的参考范围进行比较，以及其中计数器响应于基于输出信号相对于参考范围的确定来增加。
[0573]
76.条款75的检测器，其中该电路被配置为在输出信号低于参考范围中所包括的参考值时增加计数器。
[0574]
77.条款75的检测器，其中该电路被配置为在输出信号大于参考范围中所包括的参考值时增加计数器。
[0575]
78.条款75的检测器，其中该电路被配置为在输出信号高于下限值并且低于上限值时增加计数器。
[0576]
79.条款61或62中任一项的检测器，其中该电路包括脉冲检测器，该脉冲检测器被配置为通过检测由感测元件接收到的能量的量来检测带电粒子在感测元件上的到达事件。
[0577]
80.条款61或62中任一项的检测器，其中该电路包括比较器，该比较器被配置为将由感测元件接收到的能量的量与参考进行比较，并且在基于参考做出确定之后增加计数器。
[0578]
81.条款61或62中任一项的检测器，其中该电路包括比较器，该比较器被配置为将由感测元件接收到的能量的量与参考值进行比较，并且当能量的量大于参考值时增加计数器。
[0579]
82.条款61或62的检测器，其中该电路包括比较器，该比较器被配置为：将由感测元件接收到的能量的量与包括下限和上限的参考范围进行比较，以及其中计数器响应于基于能量的量关于参考范围的确定来增加。
[0580]
83.条款82的检测器，其中该电路被配置为在能量的量低于参考范围中所包括的参考值时增加计数器。
[0581]
84.条款82的检测器，其中该电路被配置为在能量的量大于参考范围中所包括的参考值时增加计数器。
[0582]
85.条款82的检测器，其中该电路被配置为在能量的量高于下限并且低于上限时增加计数器。
[0583]
86.条款60至85中任一项的检测器，其中检测器被配置为同时重置感测元件阵列中的所有感测元件。
[0584]
87.条款60至85中任一项的检测器，其中检测器被配置为同时重置感测元件阵列的区域的所有感测元件。
[0585]
88.条款60至85中任一项的检测器，其中检测器被配置为单独地重置感测元件阵列中的每个感测元件。
[0586]
89.条款60至85中任一项的检测器，其中检测器被配置为同时重置感测元件阵列中的一些感测元件并且单独地重置感测元件阵列中的一些感测元件。
[0587]
90.条款86至89中任一项的检测器，其中来自每个感测元件的数据在重置之前被存储。
[0588]
91.条款86至90中任一项的检测器，其中检测器被配置为以固定周期重置感测元件。
[0589]
92.条款86至90中任一项的检测器，其中检测器被配置为以变化的周期重置感测元件。
[0590]
93.条款60至85中任一项的检测器，其中检测器被配置为基于预定条件来重置感测元件阵列中的所有感测元件，其中来自每个感测元件的数据在重置之前被存储。
[0591]
94.条款93的检测器，其中预定条件包括感测元件阵列中的至少第一比例的感测元件接收至少一个带电粒子的条件。
[0592]
95.条款93或条款94的检测器，其中预定条件包括感测元件阵列中的至少第一比例的感测元件遇到溢出的条件。
[0593]
96.条款60至85中任一项的检测器，其中检测器被配置为：基于预定条件来重置感测元件阵列的区域的所有感测元件，其中来自该区域中的每个感测元件的数据在重置之前被存储。
[0594]
97.条款96的检测器，其中预定条件包括感测元件阵列的区域中的至少第一比例的感测元件接收至少一个带电粒子的条件。
[0595]
98.条款96或条款97的检测器，其中预定条件包括感测元件阵列的区域中的至少第一比例的感测元件遇到溢出的条件。
[0596]
99.条款60至85中任一项的检测器，其中检测器被配置为基于预定条件来单独地重置感测元件阵列中的每个感测元件，其中来自每个感测元件的数据在重置之前被存储。
[0597]
100.条款99的检测器，其中预定条件包括感测元件阵列中的第一感测元件接收至少一个带电粒子的条件。
[0598]
101.条款99或条款100的检测器，其中预定条件包括感测元件阵列中的第一感测元件遇到溢出的条件。
[0599]
102.条款60至101中任一项的检测器，其中该数目是总数目。
[0600]
103.条款60至102中任一项的检测器，其中半导体衬底包括pin二极管。
[0601]
104.条款60至103中任一项的检测器，其中感测元件阵列包括分段式二极管，其中分段式二极管包括pin或nip二极管。
[0602]
105.一种方法，包括：
[0603]
处理来自检测器的感测元件阵列中的多个感测元件的输出；
[0604]
对入射到检测器上的带电粒子的数目进行计数，其中该计数包括响应于阵列中的感测元件上的带电粒子到达事件而增加计数器；以及
[0605]
确定带电粒子到达事件的时间戳。
[0606]
106.条款105的方法，其中时间戳基于检测器的全局系统时间，该全局系统时间是阵列中的每个感测元件共有的。
[0607]
107.条款106的方法，其中时间戳基于感测元件的本地时间，该本地时间独立于阵列中的其他感测元件。
[0608]
108.条款105至107中任一项的方法，其中时间戳与由带电粒子束装置的初级带电粒子束扫描的样本的表面上的位置相关联。
[0609]
109.条款108的方法，其中时间戳与sem图像的像素相关联。
[0610]
110.条款105至109中任一项的方法，还包括基于阵列中的多个感测元件的计数的时间戳，组合该计数。
[0611]
111.条款105至110中任一项的方法，其中计数包括在重置之前仅对感测元件中的最多一个带电粒子到达事件进行计数，而不鉴别一个带电粒子到达事件的能量。
[0612]
112.条款105至110中任一项的方法，其中计数包括在不鉴别带电粒子到达事件的能量的情况下对带电粒子到达事件的数目进行计数并且当在感测元件中遇到溢出时设置溢出标记。
[0613]
113.条款112的方法，其中带电粒子到达事件的数目包括一个。
[0614]
114.条款105至110中任一项的方法，其中计数包括在重置之前对第一能量范围内的感测元件中的最多仅一个带电粒子到达事件进行计数。
[0615]
115.条款105至111中任一项的方法，其中计数包括对第一能量范围内的带电粒子到达事件的数目进行计数、并且当在感测元件中遇到溢出时设置溢出标记。
[0616]
116.条款115的方法，其中带电粒子到达事件的数目包括零个或一个。
[0617]
117.条款105至116中任一项的方法，还包括将来自感测元件的输出信号与参考值进行比较，并且当输出信号大于参考值时增加计数器。
[0618]
118.条款105至116中任一项的方法，还包括：
[0619]
将来自感测元件的输出信号与包括下限值和上限值的参考范围进行比较，以及
[0620]
响应于基于输出信号相对于参考范围的确定来增加计数器。
[0621]
119.条款118的方法，还包括在输出信号低于参考范围中所包括的参考值时增加计数器。
[0622]
120.条款118的方法，还包括在输出信号大于参考范围中所包括的参考值时增加计数器。
[0623]
121.条款118的方法，还包括在输出信号高于下限值并且低于上限值时增加计数器。
[0624]
122.条款105至117中任一项的方法，还包括通过检测由感测元件接收到的能量的量来检测带电粒子在感测元件上的到达事件。
[0625]
123.条款105至117中任一项的方法，还包括将由感测元件接收到的能量的量与参考进行比较，并且在基于参考做出确定之后增加计数器。
[0626]
124.条款105至117中任一项的方法，还包括将由感测元件接收到的能量的量与参考进行比较，并且在能量的量大于参考值时增加计数器。
[0627]
125.条款105至117中任一项的方法，还包括将由感测元件接收到的能量的量与包
括下限和上限的参考范围进行比较，并且响应于基于能量的量关于参考范围的确定来增加计数器。
[0628]
126.条款125的方法，还包括在能量的量低于参考范围中所包括的参考值时增加计数器。
[0629]
127.条款125的方法，还包括在能量的量大于参考范围中所包括的参考值时增加计数器。
[0630]
128.条款125的方法，还包括在能量的量高于下限并且低于上限时增加计数器。
[0631]
129.条款105至128中任一项的方法，还包括同时重置感测元件阵列中的所有感测元件。
[0632]
130.条款105至128中任一项的方法，还包括同时重置感测元件阵列的区域的所有感测元件。
[0633]
131.条款105至128中任一项的方法，还包括单独地重置感测元件阵列中的每个感测元件。
[0634]
132.条款105至128中任一项的方法，还包括同时重置感测元件阵列中的一些感测元件、并且单独地重置感测元件阵列中的一些感测元件。
[0635]
133.条款129至132中任一项的方法，还包括在重置之前存储来自每个感测元件的数据。
[0636]
134.条款129至133中任一项的方法，还包括以固定周期重置感测元件。
[0637]
135.条款129至133中任一项的方法，还包括以变化的周期重置感测元件。
[0638]
136.条款105至123中任一项的方法，还包括基于预定条件来重置感测元件阵列中的所有感测元件，以及在重置之前存储来自每个感测元件的数据。
[0639]
137.条款136的方法，其中预定条件包括感测元件阵列中的至少第一比例的感测元件接收至少一个带电粒子的条件。
[0640]
138.条款136或条款137的方法，其中预定条件包括感测元件阵列中的至少第一比例的感测元件遇到溢出的条件。
[0641]
139.条款105至123中任一项的方法，还包括：
[0642]
基于预定条件重置感测元件阵列的区域的所有感测元件，以及
[0643]
在重置之前存储来自区域中的每个感测元件的数据。
[0644]
140.条款139的方法，其中预定条件包括感测元件阵列的区域中的至少第一比例的感测元件接收至少一个带电粒子的条件。
[0645]
141.条款139或条款140的方法，其中预定条件包括感测元件阵列的区域中的至少第一比例的感测元件遇到溢出的条件。
[0646]
142.条款105至123中任一项的方法，还包括：
[0647]
基于预定条件单独地重置感测元件阵列中的每个感测元件，以及
[0648]
在重置之前存储来自每个感测元件的数据。
[0649]
143.条款142的方法，其中预定条件包括感测元件阵列中的第一感测元件接收至少一个带电粒子的条件。
[0650]
144.条款142或条款143的方法，其中预定条件包括感测元件阵列中的第一感测元件遇到溢出的条件。
[0651]
145.条款105至144中任一项的方法，其中该数目是总数目。
[0652]
146.一种带电粒子束装置，包括检测器和具有至少一个处理器以及包括指令的非暂时性计算机可读介质的控制器，该指令在由处理器执行时使该装置：
[0653]
处理来自检测器的感测元件阵列中的多个感测元件的输出；
[0654]
对入射到检测器上的带电粒子的数目进行计数，其中该计数包括响应于阵列中的感测元件上的带电粒子到达事件而增加计数器；以及
[0655]
确定带电粒子到达事件的时间戳。
[0656]
147.一种用于带电粒子束装置的检测器，该检测器包括：
[0657]
感测元件阵列，
[0658]
其中检测器被配置为使得以不超过预定的误计数率的情况下在采样周期内在阵列中的感测元件上接收不超过预定数目的带电粒子。
[0659]
148.条款147的检测器，其中预定数目是一个。
[0660]
149.条款147的检测器，其中预定数目大于一个。
[0661]
150.条款147的检测器，其中预定数目是一个或两个。
[0662]
151.条款147至150中任一项的检测器，其中采样周期小于与感测元件相关联的死区时间。
[0663]
152.条款147至151中任一项的检测器，其中该阵列包括多个经均匀大小设定的感测元件。
[0664]
153.条款147至151中任一项的检测器，其中预定误计数率是10％。
[0665]
154.条款147至153中任一项的检测器，其中采样周期是连接至感测元件的多通道定标器的时间通道宽度。
[0666]
155.条款151的检测器，其中检测器被配置为使得死区不包括与感测元件相关联的可瘫痪的死区时间。
[0667]
156.一种用于带电粒子束装置的检测器，该检测器包括：
[0668]
包括感测元件阵列的半导体衬底；以及
[0669]
被配置为对入射到检测器上的带电粒子的数目进行计数的电路。
[0670]
157.条款156的检测器，其中该电路被配置为确定在采样时间内在阵列中的感测元件上接收到的带电粒子的数目。
[0671]
158.条款156或条款157的检测器，其中半导体衬底包括多个分段式二极管。
[0672]
159.条款156的检测器，其中半导体衬底包括连接至多个分段式二极管中的每个分段式二极管的放大器。
[0673]
160.条款156至159中任一项的检测器，其中该电路包括多个电路，每个电路连接至阵列中的相应感测元件。
[0674]
161.条款160的检测器，其中每个电路包括放大器、事件脉冲检测器和计数器。
[0675]
162.条款160的检测器，其中每个电路包括单位计数器。
[0676]
163.条款156至162中任一项的检测器，其中该电路包括求和单元，其被配置为确定在每个采样周期内入射到检测器上的带电粒子的总数。
[0677]
164.条款156至163中任一项的检测器，其中该电路包括事件标记检测器和溢出标记检测器。
[0678]
165.条款156至164中任一项的检测器，其中该电路包括前端模拟电路。
[0679]
166.条款165的检测器，其中前端模拟电路包括电流缓冲器和放大器，该放大器包括跨阻放大器、电荷放大器或电荷转移放大器之一。
[0680]
167.一种用于带电粒子装置的检测器，包括：
[0681]
多个传感器元件，每个传感器元件具有对应电路，该对应电路被配置为基于由对应传感器元件响应于电子撞击该对应传感器元件生成的电流脉冲来检测电子事件，每个传感器元件包括被配置为以线性模式操作的二极管；以及
[0682]
第二电路，被配置为确定在预定时间段期间由多个传感器元件检测到的电子事件的数目。
[0683]
168.条款167的检测器，其中二极管是pin二极管或以线性模式操作的雪崩二极管。
[0684]
169.条款168的检测器，其中以线性模式操作的雪崩二极管是低增益雪崩二极管。
[0685]
170.条款167的检测器，其中被配置为以线性模式操作的二极管包括被配置为避免以盖革模式或光子计数模式操作的二极管。
[0686]
171.条款167的检测器，其中被配置为以线性模式操作的二极管包括被配置为生成幅度分布基本上与在撞击电子进入二极管时撞击电子的动能成比例的电流脉冲的二极管。
[0687]
172.条款171的检测器，其中所述对应电路包括用于确定电流脉冲的第一特性、并且基于第一特性来确定传入电子的第二特性的电路系统。
[0688]
173.条款172的检测器，其中第一特性是电流脉冲的幅度，并且第二特性是电子是次级电子、经反向的散射电子或来自噪声源的电子中的任何一个的确定。
[0689]
174.条款173的检测器，其中电子来自噪声源的确定基于电流脉冲的幅度低于第一阈值，其中电子是次级电子的确定基于电流脉冲的幅度高于第一阈值并且低于第二阈值，以及其中电子是经反向的散射电子的确定基于电流脉冲的幅度高于第二阈值。
[0690]
175.条款172的检测器，其中第二特性是与电子相对应的电子事件是由多个电子在预定时间段期间撞击所述对应传感器元件而引起的多个电子事件之一的确定。
[0691]
176.条款175的检测器，其中由所述对应传感器元件生成的电流脉冲响应于多个电子撞击所述对应传感器元件。
[0692]
177.一种减少电子计数检测器中的误计数的方法，该方法包括：
[0693]
基本上同时检测两个或多个相邻感测元件中的电荷；
[0694]
将在相邻的感测元件的每一个中检测到的电荷与一个或多个参考值进行比较；以及
[0695]
基于该比较，确定电荷是由一个电子撞击一个感测元件还是多个电子撞击两个或多个感测元件引起的。
[0696]
178.条款177的方法，其中感测元件阵列中所包括的感测元件具有一大小，使得传入电子同时撞击不超过四个感测元件。
[0697]
179.条款178的方法，其中该大小被配置为使得感测元件的尺寸不小于传入电子在感测元件的材料中的穿透深度。
[0698]
在一些实施例中，检测器可以与控制带电粒子束系统的控制器通信。控制器可以
指示带电粒子束系统的部件执行各种功能，诸如控制带电粒子源以生成带电粒子束并控制偏转器，以使得带电粒子束进行扫描。控制器还可以执行各种其他功能，诸如调整检测器的采样速率，重置感测元件或执行图像处理。控制器可以包括存储装置，该存储装置是诸如硬盘、随机存取存储器(ram)、其他类型的计算机可读存储器等存储介质。该存储装置可以用于将扫描的原始图像数据保存为最初图像以及后处理图像。可以提供非暂时性计算机可读介质，其存储用于控制器109的处理器的指令，以执行带电粒子束检测、采样周期确定、图像处理或与本公开一致的其他功能和方法。非暂时性介质的常见形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、固态驱动程序、磁带或任何其他磁性数据存储介质、cd-rom、任何其他光学数据存储介质、具有孔图案的任何物理介质、rom、prom和eprom、闪存eprom或任何其他闪存、nvram、缓存、寄存器、任何其他存储器芯片或磁带盒及其网络版本。
[0699]
附图中的框图可以图示根据本公开的各种示例性实施例的系统、方法和计算机硬件/软件产品的可能实施方式的架构、功能性和操作。在这方面，示意图中的每个框可以表示可以使用诸如电子电路等硬件来实施的某些算术或逻辑操作处理。框也可以表示代码的模块、区段或部分，其包括用于实施指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。应该理解的是，在一些替代实施方式中，在框中指示的功能可以不按照附图中提到的顺序发生。例如，连续示出的两个框可以基本上并发地执行或实施，或者有时可以按照相反顺序执行这两个框，取决于所涉及的功能性。也可以省略一些框。还应该理解，框图的每个框以及框的组合可以通过专用的基于硬件的系统(其执行指定功能或动作)或者专用硬件和计算机指令的组合实施。
[0700]
要了解的是，本发明并不限于上面已经描述并且在附图中图示的精确构造，并且可以在不脱离其范围的情况下进行各种修改和改变。例如，尽管已经参照某些示例性实施例讨论了pin二极管，但是可以类似地应用其他类型的二极管，诸如nip二极管。此外，可以响应于接收到入射能量而生成可测量信号的其他类型的设备可以应用于检测器中。
[0701]
要理解的是，在单独的附图中示出的元件可以被组合。例如，图19a的检测系统901可以附加地包括能量存储单元，类似于图19b的检测系统902。并且检测系统902可以包括被示出为检测系统901的一部分的元件。
[0702]
此外，尽管已经参照一些实施例讨论了扫描电子显微术，但是其他类型的系统也可以适用。例如，检测器可以用于透射电子显微术(tem)、扫描透射电子显微术(stem)或结构照明显微术(sim)系统中。