KR100813210B1 - Swinging objective retarding immersion lens electron optics focusing, deflection and signal collection system and method - Google Patents

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Abstract

높은 빔 전류, 비교적 높은 공간 해상도, 비교적 큰 스캔 필드, 및 높은 신호 수집 효율성을 낮은 전압 전자 빔에 제공하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템 및 방법이 제공된다. 상기 대물 렌즈는 상기 표본의 근처에 자계를 생성하여 상기 입자빔의 입자들을 상기 표본에 포커싱하며, 상기 입자빔이 이동하는 중심 구멍(central bore)을 갖는 자기 렌즈; 상기 입자빔이 상기 표본과 충돌할 때 상기 입자빔의 에너지를 감소시키도록 상기 표본과 그 근처의 상기 입자빔에 지연 필드(retarding field)를 제공하는 전위를 갖는 전극; 상기 표본의 스캐닝을 허용하도록 상기 입자빔을 편향시키기 위해, 빔축을 따라 위치하는 복수의 편향 유닛을 구비하며, 상기 복수의 편향 유닛 중 적어도 하나는 상기 입자빔의 상기 지연필드 내에 위치하고, 상기 편향 유닛 중 나머지는 상기 자기 렌즈의 중심 구멍 내에 위치하는, 편향 시스템; 및 이차 전자(SE) 및 역확산 전자(BSE)를 포획하기 위해 작은 구경을 갖는 환상의 검출기 유닛을 포함한다.A vibration delay immersion objective lens system and method are provided that provide high beam current, relatively high spatial resolution, relatively large scan field, and high signal collection efficiency to a low voltage electron beam. The objective lens comprises a magnetic lens having a central bore for generating a magnetic field in the vicinity of the specimen to focus the particles of the particle beam to the specimen, and to move the particle beam; An electrode having a potential that provides a retarding field to the specimen and the particle beam in the vicinity thereof to reduce energy of the particle beam when the particle beam collides with the specimen; A plurality of deflection units positioned along a beam axis to deflect the particle beam to allow scanning of the specimen, wherein at least one of the plurality of deflection units is located within the delay field of the particle beam, and the deflection unit A deflection system, the remaining one of which is located in a central hole of the magnetic lens; And an annular detector unit having a small aperture to capture secondary electrons SE and despread electrons BSE.

일차 입자빔, 역확산 전자, 이차 전자, 자기 렌즈, 전극, 편향 시스템Primary particle beam, despread electron, secondary electron, magnetic lens, electrode, deflection system

Description

진동 지연 침지 대물 렌즈의 전자 광 포커싱, 검출 및 신호 수집 시스템 및 방법 {SWINGING OBJECTIVE RETARDING IMMERSION LENS ELECTRON OPTICS FOCUSING, DEFLECTION AND SIGNAL COLLECTION SYSTEM AND METHOD}ELECTRONIC OPTICAL FOCUSING, DETECTION AND SIGNAL COLLECTION SYSTEM AND METHOD OF ELECTRONIC OPTICAL FOCUSING, DETECTION AND SIGNAL COLLECTION OF VIBRATION DELAY

본 발명은 일반적으로 스캐닝 전자 현미경에 관한 것이며, 특히 고전류 저전압 제1 전자 빔, 고해상 스캐닝, 대규모 스캔 필드, 및 높은 신호 포획 효율성을 제공할 수 있는 진동 지연 침지 대물 렌즈의 전자 광 포커싱, 검출 및 신호 수집 시스템 및 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to scanning electron microscopy, in particular electron optical focusing, detection and signaling of high current low voltage first electron beams, high resolution scanning, large scan fields, and vibration delay immersion objective lenses that can provide high signal capture efficiency. To a collection system and method.

스캐닝 전자 현미경은 대상체의 미세한 구조를 자세히 검사하는데 필요한 많은 응용분야에서 사용된다. 이러한 응용분야 중 일부로서는 대용량 집적(VLSI) 회로, 또는 웨이퍼, 또는 다른 품목 등의 표본의 결함 관찰 및 검사나, 이러한 표본에서의 특징들의 임계 치수 및 상기 표본들의 설계 및 프로세스 검증을 들 수 있다. 스캐닝 전자 현미경은 미크론 이하의 치수, 즉 현재 약 0.2㎛(1㎛=10-6미터) 이하의 특징들을 관찰하는데는 광학 현미경보다 우수한 것으로 고려되고 있는데, 그 이유는 단파장으로 인해 스캐닝 전자 현미경은 작은 스폿 사이즈를 생성할 수 있기 때문이다. 스캐닝 전자 현미경은 통상적으로 검사 중인 표본에 전자 빔을 포커싱하 기 위한 대물 렌즈 시스템을 사용한다. Scanning electron microscopy is used in many applications where it is necessary to examine the fine structure of an object in detail. Some of these applications include defect observation and inspection of specimens, such as large-capacity integrated (VLSI) circuits, wafers, or other items, or critical dimensions of features in these specimens and design and process verification of the specimens. Scanning electron microscopy is considered to be superior to optical microscopy for observing sub-micron dimensions, currently less than about 0.2 μm (1 μm = 10 −6 meters), because of its short wavelength, This is because spot size can be generated. Scanning electron microscopy typically uses an objective lens system to focus the electron beam on the specimen under inspection.

스캐닝 전자 현미경은 통상적으로 일차 전자빔 소스, 가속 애노드, 빔을 표본에 포커싱하기 위한 대물 렌즈, 상기 표본에 대해 일차 빔의 위치를 정하고 이동시킬 수 있는 복수의 편향 유닛, 상기 표본으로부터 이차 전자들(SE) 및 역확산 전자들(back-scattered electrons)(BSE)을 포획하여 표본의 이미지를 생성하는 검출 시스템을 포함한다. 일부의 경우, 상기 대물 렌즈 시스템에 포커싱된 빔을 제공하는데 콘덴서 렌즈 시스템을 사용하기도 한다. 당기술분야의 당업자에게 알려진 바와 같이, 전자 빔 소스는 일차 빔을 위한 전자를 공급한다. 콘덴서 렌즈 시스템을 사용하는 경우, 대물 렌즈용 일차 전자 빔 소스의 이미지를 형성하고, 상기 대물 렌즈는 콘덴서 렌즈 이미지를 표본에 포커싱한다. 편향 시스템은 상기 표본의 일부에 대해 스캐닝 모션으로 상기 포커싱된 빔을 이동시키고 이차 전자들 및 역확산 전자들이 표본 재료로부터 이탈한다. 이들 전자들은 검출되고 증폭되어, 그 결과적인 신호들은 상기 스캐닝 전자 빔과 동시에 동작하는 촬상 시스템의 빔을 변조하는데 사용된다. 그 결과 표본으로 방출되거나 확산되는 전자들에 의거하여 상기 스캐닝된 영역의 이미지가 생긴다.Scanning electron microscopy typically includes a primary electron beam source, an acceleration anode, an objective lens for focusing the beam onto a specimen, a plurality of deflection units capable of positioning and moving the primary beam relative to the specimen, and secondary electrons (SE) from the specimen. ) And a detection system that captures back-scattered electrons (BSE) to produce an image of the specimen. In some cases, a condenser lens system may be used to provide a focused beam to the objective lens system. As known to those skilled in the art, an electron beam source supplies electrons for the primary beam. When using a condenser lens system, an image of the primary electron beam source for the objective lens is formed, which focuses the condenser lens image on the specimen. A deflection system moves the focused beam in scanning motion for a portion of the specimen and secondary electrons and despread electrons deviate from the specimen material. These electrons are detected and amplified so that the resulting signals are used to modulate a beam of an imaging system that operates simultaneously with the scanning electron beam. The result is an image of the scanned area based on electrons emitted or diffused into the sample.

종래의 스캐닝 전자 현미경에는 몇 가지 단점이 있다. 첫째, 종래 대물 렌즈용 고해상도를 획득하기 위해서는 비교적 높은 빔 에너지, 예를 들어 15KeV 이상의 에너지를 일차 전자 빔 소스가 필요로 한다. 그렇지만, 그러한 높은 에너지의 전자 빔을 표본에 직접 적용하면 표본에 손상을 입힐 수 있으며, 이는 결과적으로 집적회로의 엔지니어링, 제조 및 생산에 있어서 신뢰성 문제를 야기한다. 낮은 에너지 의 일차 전자 빔을 사용하는 것은 신뢰성 문제를 해결할 수는 있지만 대물 렌즈의 색 수차로 인한 그리고 빔 내의 전자-전자 상호작용에 의한 공간 해상도를 제한한다. 대물 렌즈의 색 수차는 서로 다른 속도의 전자들은 동일한 렌즈에 대해 서로 다른 초점들을 생기게 한다. 이러한 효과는 표본 상에서 이미지 평면에 디스크 혼선을 가져오고 시스템의 해상도를 제한한다. 전자-전자 상호작용(공간-전하 효과) 및 색 수차는 더 높은 에너지의 전자 빔을 사용함으로써 감소될 수 있다. 둘째, 낮은 에너지의 일차 전자 빔 소스로는 제2 전자들 및 역확산 전자들의 높은 포획 효율성을 달성하기가 곤란하다. 멀티-채널 플레이트를 사용하는 경우에는 플레이트의 홀(채널)에 모이는 오염물질로 인해 심각한 신뢰성 문제를 일으킨다.There are several disadvantages with conventional scanning electron microscopes. First, in order to obtain a high resolution for a conventional objective lens, a primary electron beam source is required with a relatively high beam energy, for example, 15KeV or more. However, applying such a high energy electron beam directly to the specimen can damage the specimen, which in turn causes reliability problems in the engineering, manufacturing and production of integrated circuits. Using a low energy primary electron beam can solve the reliability problem but limits the spatial resolution due to chromatic aberration of the objective lens and due to electron-electron interaction in the beam. Chromatic aberration of an objective lens causes electrons of different speeds to produce different focal points for the same lens. This effect introduces disk crosstalk into the image plane on the sample and limits the resolution of the system. Electron-electron interaction (space-charge effect) and chromatic aberration can be reduced by using electron beam of higher energy. Second, it is difficult to achieve high capture efficiency of second and despread electrons with a low energy primary electron beam source. When using multi-channel plates, contaminants that collect in the holes (channels) of the plate create serious reliability problems.

전술한 바와 같이, 현재의 낮은 전압 스캐닝 전자 현미경의 공간 해상도는 전자-전자 상호작용, 또는 대물 렌즈의 색 수차에 의해 그리고 보어쉬 효과(Boersch effect)에 의해 본질적으로 제한을 받는다. 공간 해상도를 향상시키는 한 가지 방법은 지연 필드를 겪는 높은 에너지의 일차 빔을 사용하여 전자-전자 작용효과를 감소시키는 것이다. 공간 해상도를 향상시키는 다른 방법은 스노켈(snorkel)(중심 홀) 자기 렌즈를 사용하여 색 수차 및 공간 수차로 인한 해상도의 손실을 감소시키는 것이다.As mentioned above, the spatial resolution of current low voltage scanning electron microscopes is inherently limited by electron-electron interaction, or chromatic aberration of the objective lens, and by the Boersch effect. One way to improve spatial resolution is to reduce the electron-electron effect by using a high energy primary beam that undergoes a delay field. Another way to improve spatial resolution is to use snorkel (center hole) magnetic lenses to reduce the resolution loss due to chromatic and spatial aberrations.

스노켈 자기 렌즈, 지연 정전기 플레이트 및 프리렌즈 이중 편향 유닛을 구비하는 종래의 지연 필드 스캐닝 전자 현미경은 임계 치수 측정장치, VLSI(대규모 집적) 웨이퍼 제조의 결함 관찰 및 결함 검사 시스템에 현재 사용되고 있다. Conventional delay field scanning electron microscopes with snorkel magnetic lenses, delay electrostatic plates and free lens dual deflection units are currently used in critical dimensional measuring devices, defect observation and defect inspection systems in VLSI (large scale integrated) wafer fabrication.

첫째, 일차 빔이 편향 시스템에 의해 이동될 수 있는 표본의 평면에서 편향 필드가 재충전가능 영역인, 이러한 유닛들로는 큰 편향 필드를 생성하는 것이 곤란하다. 결과적으로, 표본의 비교적 작은 일부만이 그 표본을 재위치시키지 않고 한 번에 검사될 수 있다. 둘째, 내재하는 작은 편향 필드로 인해, 표본을 검사, 관찰, 측정하는데 필요한 시간이 상당히 길다. 이로 인해 엔지니어링, 테스팅, 문제해결, 및 생산 비용이 증가할 뿐만 아니라 집적회로 턴어라운드 타임(integrated circuit turnaround time)조차도 증가하게 된다.First, it is difficult to create a large deflection field with such units, where the deflection field is a rechargeable region in the plane of the specimen where the primary beam can be moved by the deflection system. As a result, only a relatively small portion of the sample can be examined at one time without repositioning the sample. Second, due to the inherent small deflection field, the time required to inspect, observe, and measure the sample is quite long. This not only increases engineering, testing, troubleshooting, and production costs, but also increases integrated circuit turnaround time.

그러므로, 높은 일차 빔 전류, 표본에 대한 낮은 에너지 전자 빔, 비교적 높은 해상도, 비교적 큰 스캐닝 필드, 및 높은 신호 포획 효율성을 제공하는 전자 스캐닝 현미경용 대물 렌즈 및 그 방법이 요망된다.Therefore, there is a need for an objective lens and method for an electron scanning microscope that provides high primary beam current, low energy electron beam on a specimen, relatively high resolution, relatively large scanning field, and high signal capture efficiency.

종래의 대물 렌즈와 관련해서 전술한 바와 같은 단점들을 극복하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 전자 광학 포커싱, 편향 및 신호 포획 시스템을 갖는 스캐닝 전자 현미경에 대해 본 명세서에 서술한다. 구체적으로, 본 발명의 대물 렌즈 시스템은 표본에서 높은 에너지 일차 전자 빔을 낮은 에너지 전자 빔으로 변환시켜 상기 표본에 대한 손상을 최소화한다. 또한, 미크론 이하의 특징에 대한 확신한 시험을 위해 비교적 높은 해상도를 갖는다. 게다가, 본 발명에 따른 스캐닝 전자 현미경은 표본을 완전히 검사하는데 걸리는 시간을 감소시키는 비교적 큰 편향 필드를 제공하며 상기 표본으로부터의 이차 전자들(SE) 및 역확산 전자들(BSE)을 더욱 효과적으로 포획하는 검출 유닛을 포함한다.Disclosed herein is a scanning electron microscope with a vibration delay immersion objective lens electro-optical focusing, deflection and signal capture system that overcomes the disadvantages described above with respect to conventional objective lenses. Specifically, the objective lens system of the present invention converts a high energy primary electron beam into a low energy electron beam in the specimen to minimize damage to the specimen. It also has a relatively high resolution for confident testing of sub-micron features. In addition, the scanning electron microscope according to the present invention provides a relatively large deflection field that reduces the time it takes to fully inspect the specimen and more effectively captures secondary electrons (SE) and despread electrons (BSE) from the specimen. And a detection unit.

본 발명의 한 관점은 표본을 검사를 위한 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템 (SORIL)을 포함하며, 상기 시스템은 상기 표본의 근처에 자계를 생성하여 상기 입자빔의 입자들을 상기 표본에 포커싱하며, 상기 입자빔이 이동하는 중심 구멍(central bore)을 갖는 자기 렌즈; 상기 입자빔이 상기 표본과 충돌할 때 상기 입자빔의 에너지를 감소시키도록 상기 표본과 그 근처의 상기 입자빔에 지연 필드(retarding field)를 제공하는 전위를 갖는 전극; 상기 표본의 스캐닝을 허용하도록 상기 입자빔을 편향시키기 위해, 빔축을 따라 위치하는 복수의 편향 유닛을 구비하며, 상기 복수의 편향 유닛 중 적어도 하나는 상기 입자빔의 상기 지연필드 내에 위치하고, 상기 편향 유닛 중 나머지는 상기 자기 렌즈의 중심 구멍 내에 위치하는, 편향 시스템; 및 SE 및 BSE를 포획하기 위해 작은 구경을 갖는 환상의 검출기 유닛을 포함한다.One aspect of the invention includes a vibration delay immersion objective lens system (SORIL) for inspecting a specimen, said system generating a magnetic field near said specimen to focus particles of said particle beam onto said specimen, said particles A magnetic lens having a central bore through which the beam moves; An electrode having a potential that provides a retarding field to the specimen and the particle beam in the vicinity thereof to reduce energy of the particle beam when the particle beam collides with the specimen; A plurality of deflection units positioned along a beam axis to deflect the particle beam to allow scanning of the specimen, wherein at least one of the plurality of deflection units is located within the delay field of the particle beam, and the deflection unit A deflection system, the remaining one of which is located in a central hole of the magnetic lens; And an annular detector unit having a small aperture to capture SE and BSE.

본 발명의 다른 관점은 표본에 대해 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법을 포함하며, 상기 방법은, 상기 표본에 입자빔의 입자들이 포커싱하도록 상기 표본의 근처에 자계를 생성하는 단계; 상기 입자빔이 상기 표본에 충돌하기 전에 상기 입자빔의 에너지가 감소되도록 지연 전계를 제공하는 단계; 상기 포커싱된 입자빔을 스캐닝될 영역에 대해 위치를 정하는 단계를 포함하며, 상기 영역은 상기 표본의 편향 필드 내에 있으며, 상기 편향 필드가 상기 표본에 대해 증가하도록 상기 지연 전계 내에 상기 입자빔을 편향시킴으로써 상기 최종적인 위치를 정하는 단계가 발생한다.Another aspect of the invention includes a method of increasing the scan field of an objective lens system with respect to a specimen, the method comprising: generating a magnetic field in the vicinity of the specimen to focus particles of a particle beam onto the specimen; Providing a delay electric field such that the energy of the particle beam is reduced before the particle beam impinges on the specimen; Positioning the focused particle beam relative to an area to be scanned, wherein the area is within the deflection field of the specimen, by deflecting the particle beam within the delay field such that the deflection field increases with respect to the specimen. The final positioning takes place.

상기 시스템의 이점은 상기 렌즈 시스템을 구비하는 낮은 에너지(250eV 내지 1500eV) 전자 현미경이, 작은 스폿 사이즈(0.05㎛ 내지 0.1㎛의 직경) 및 이차 전 자 SE 및 역확산 전자 BSE에 대한 약 85% 내지 95%의 범위를 갖는 수집 효율성을 유지하면서, 큰 필드(500㎛ 내지 1000㎛)를 스캐닝하여 표본의 특징에 대한 해상력을 향상시킬 수 있다는 점이다.The advantage of the system is that a low energy (250 eV to 1500 eV) electron microscope with the lens system has a small spot size (diameter of 0.05 μm to 0.1 μm) and about 85% to secondary electron SE and despread electron BSE. It is possible to improve the resolution of the characteristics of the specimen by scanning large fields (500 μm to 1000 μm) while maintaining a collection efficiency in the range of 95%.

상기 시스템의 이점은 표본의 위치에서 높은 전류의 일차 빔을 낮은 에너지의 일차 빔과 함께 제공된다는 점이다. 이에 의해 그 스캐닝 동안 표본으로부터 방출되는 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.The advantage of the system is that a high current primary beam is provided with a low energy primary beam at the location of the specimen. This can improve the quality of the signal emitted from the sample during its scanning.

본 발명의 상기 및 다른 특징, 관점 및 이점은 이하의 설명, 청구범위 및 첨부된 도면과 관련해서 분명하게 될 것이다.These and other features, aspects, and advantages of the present invention will become apparent in conjunction with the following description, claims, and accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 스캐닝 전자 현미경의 실시예 대한 단면도.1 is a cross-sectional view of an embodiment of a scanning electron microscope according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 스캐닝 전자 현미경의 대물 렌즈 시스템의 실시예 대한 단면도.2 is a cross-sectional view of an embodiment of an objective lens system of a scanning electron microscope according to the present invention.

도 3은 대물 렌즈 시스템의 편향 유닛의 사시도.3 is a perspective view of a deflection unit of the objective lens system.

도 4는 표본 상의 대표적인 편향 필드 및 스캔 필드 영역 도시도.4 shows a representative deflection field and scan field area on a sample.

도 5는 렌즈 시스템의 동작에서 사용되는 다양한 제어 전압에 대한 개략도.5 is a schematic diagram of various control voltages used in the operation of the lens system.

도 6a는 스캔 필드 내의 빔 스폿의 편향에 대한 x-치수 도시도.6A is an x-dimension diagram of the deflection of beam spots in a scan field.

도 6b는 스캔 필드 내의 빔 스폿의 편향에 대한 y-치수 도시도.FIG. 6B is a y-dimension diagram of deflection of beam spots in the scan field. FIG.

도 7은 표본의 중심으로부터 방출되어 검출기에 의해 수집되는 이차 전자들 SE 및 역확산 전자들 BSE의 궤적 도시도.7 is a trajectory diagram of secondary electrons SE and despread electrons BSE emitted from the center of a sample and collected by a detector.

도 1은 본 발명에 따른 스캐닝 전자 현미경(100)의 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 스캐닝 전자 현미경(100)은 버추얼 소스 포인트(virtual source point)(104)(즉, 입자들에 대한 유효 소스 포인트)를 갖는 입자 빔 소스(102), 애노드(106), 자기 렌즈(magnetic lens)를 갖는 대물 렌즈 시스템(11) 및 복수의 편향 유닛(120a - 120e)을 포함한다. 참조 목적 상, 빔축(109)은 상기 입자빔 소스(102)과 표본(122)을 연결하는 선으로 정의되며 Z축으로 표시되어 있고, X축 및 Y축은 Z축을 가로지르는 평면으로 정의된다. 1 illustrates an embodiment of a scanning electron microscope 100 in accordance with the present invention. In this embodiment, the scanning electron microscope 100 has a particle beam source 102, an anode 106, a magnetic lens having a virtual source point 104 (ie, an effective source point for particles). an objective lens system 11 having a magnetic lens and a plurality of deflection units 120a-120e. For reference purposes, the beam axis 109 is defined as a line connecting the particle beam source 102 and the specimen 122 and is indicated by the Z axis, and the X axis and the Y axis are defined as planes crossing the Z axis.

자기 렌즈는 자기 재료(110)와 여기 코일(exciting coil)(115)를 포함하여, 상기 자기 재료를 통해 그리고 폴 페이스(pole face)(116 및 114) 사이에서 자계선들을 갖는 자기 회로에 기자력(magnetomotive force)을 제공한다. 상기 자기 렌즈의 중심 구멍은 Z축을 중심으로 축대칭인 원형의 양동이 모양으로 되어 있다. 일차 입자빔이 렌즈 시스템으로 들어가는 장소에서, 재료(117)는 빔 한정 구경(25)을 형성한다. 이 구경이 상기 대물 렌즈 시스템에 들어갈 수 있는 빔의 사이즈를 결정하며, 일실시예에서는 빔 직경이 약 20㎛ 내지 200㎛의 범위로 한정된다. 상기 일차 입자빔이 상기 자기 렌즈를 나오는 포인트에서의 렌즈 구경은 폴 페이스(116)에 의해 둘러싸여 있다.The magnetic lens includes a magnetic material 110 and an excitation coil 115, through which magnetic force is applied to the magnetic circuit having magnetic fields through and between the pole faces 116 and 114. magnetomotive force). The center hole of the magnetic lens has a circular bucket shape which is axisymmetric about the Z axis. At the place where the primary particle beam enters the lens system, the material 117 forms a beam defining aperture 25. This aperture determines the size of the beam that can enter the objective lens system, and in one embodiment the beam diameter is limited to a range of about 20 μm to 200 μm. The lens aperture at the point where the primary particle beam exits the magnetic lens is surrounded by pole face 116.

상기 빔 한정 구경 바로 아래에는, 후술되는 스캐닝 동작 동안 상기 표본으로부터 방출되는 이차 전자들 SE 및 역확산 전자들 BSE를 수집하는 환상의 검출기 유닛(annular detection units)(124)이 있다. 검출기 유닛(124)은 상기 빔 한정 구경보다 큰 구경을 가지며 그래서 상기 일차 입자빔으로부터 방출되는 입자들은 상 기 빔 한정 구경을 통과할 때 상기 검출기에 의해 영향받지 않는다.Just below the beam confinement aperture are annular detection units 124 that collect secondary electrons SE and despread electrons BSE emitted from the specimen during the scanning operation described below. Detector unit 124 has an aperture larger than the beam confinement aperture so that particles emitted from the primary particle beam are not affected by the detector when passing through the beam confinement aperture.

검출 유닛(120a - 120d)은 중심 구멍에 있다. 이들 유닛들은 Z축을 중심으로 축대칭인 디스크형 링으로 되어 있다. 중심 구멍의 외측에 위치하는 검출 유닛(123d)은 Z축과는 동축이며 상기 중심 구멍 내의 편향 유닛들과 구성이 유사하다.The detection units 120a-120d are in the center hole. These units are disc-shaped rings that are axisymmetric about the Z axis. The detection unit 123d located outside the center hole is coaxial with the Z axis and similar in configuration to the deflection units in the center hole.

대물 렌즈(112)는 시험할 표본(122) 위에 스캐닝되는 작은 스폿에 입자빔을 포커싱한다. 통상적으로, 표본은 약 0.05㎛ 내지 0.20㎛이거나 이보다 큰 크기를 갖는 반도체 웨이퍼이다. The objective lens 112 focuses the particle beam at small spots that are scanned over the specimen 122 to be tested. Typically, the sample is a semiconductor wafer having a size of about 0.05 μm to 0.20 μm or larger.

도 2는 상기 대물 렌즈(112)의 단면도이다. 자기 재료(110)와 여기 코일(115)은 소위 측 폴 렌즈(side-pole lens)라 하는 자기 렌즈 타입을 형성한다. 측-폴 자기 렌즈는 다른 타입의 대물 렌즈에서 통상적으로 생기는 색 수차 및 구면 수차를 감소시키는데 탁월한 성능을 발휘하며 렌즈 구경 아래 그리고 표본(122)을 통하는 그 필드를 확장시키는데 우수하기 때문에 적절하다. 상기 측 폴 자기 렌즈에서, 재료(110)는 링형 폴 페이스(114)와 원형의 폴 페이스(116)를 형성하는 모양으로 되어 있으며, 상기 폴 페이스(114 및 116) 사이를 자계선(128)이 연결하여 자기 회로를 완성한다. 이로 인해 자계(128)가 생기며, 이 자계(128)는 도 2에 도시된 바와 같이 그 경로에서 편향 유닛(120e)과 표본(122)을 통해 폴 페이스(114)에 이르도록 설계되어 있다. 따라서, 표본(122)이 상기 렌즈의 자계에 침지된다고 말한다. 재료(110)는 상기 여기 코일(115)에 의해 생기는 자계에 낮은 자기저항 경로를 제공하기 위해 양호하게, 철, 철합금 또는 다른 높은 투과성 재료이다. 자기 렌즈(110)의 목적은 표본 위의 렌즈 동작을 집중시키기 위해 Z축에 수직인 큰 구성요소 를 갖는 자계를 생성하고, 상기 표본에서 Z축에 실질적으로 평행한 자계를 갖는 것이다.2 is a cross-sectional view of the objective lens 112. The magnetic material 110 and the excitation coil 115 form a type of magnetic lens called a side-pole lens. Side-pole magnetic lenses are suitable because of their excellent performance in reducing the chromatic and spherical aberrations typically found in other types of objective lenses, and because they excel in extending the field below the lens aperture and through the specimen 122. In the side pole magnetic lens, the material 110 is shaped to form a ring-shaped pole face 114 and a circular pole face 116, with a magnetic field line 128 between the pole faces 114 and 116. To complete the magnetic circuit. This results in a magnetic field 128 that is designed to reach the pole face 114 through the deflection unit 120e and the specimen 122 in its path, as shown in FIG. 2. Thus, the specimen 122 is said to be immersed in the magnetic field of the lens. Material 110 is preferably iron, iron alloy or other highly permeable material to provide a low magnetoresistive path to the magnetic field produced by the excitation coil 115. The purpose of the magnetic lens 110 is to create a magnetic field with a large component perpendicular to the Z axis to focus the lens motion on the specimen, and to have a magnetic field substantially parallel to the Z axis in the specimen.

도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 재료(110)는 Z축을 중심으로 축대칭이고 자기 렌즈 내의 편향 유닛(120a-120d)을 위치시키는 장소를 제공하는 양동이 모양의 중심 구멍을 형성하는 모양으로 되어 있다. 각각의 편향 유닛은 서로 다른 직경을 가지며 상기 양동이 모양의 공간 내에 Z축을 따라 특정한 위치에 맞추어져 있다. 상기 자기 렌즈 내의 편향 유닛에 있어서, 편향 유닛(120a)의 직경이 가장 크고 편향 유닛(120d)의 직경이 가장 작다. 편향 유닛(120e)은 상기 원형의 폴 피스(116) 아래에 위치하여 상기 자기 렌즈로부터 나오는 자계의 영향 내에 있게 된다. 편향 유닛(120a - 120d)은 후술되는 바와 같이 서로 작동하여, 표본(122)이 스캐닝될 수 있도록 입자빔을 편향시킨다. 일부의 실시예에서는, 실제로 양동이 모양의 구조(118)가 편향 유닛(120a - 120d)을 유지하고, 이 구조가 렌즈 시스템의 양동이 모양의 공간에 투입되어 조립을 간편하게 한다.As described above with reference to FIG. 2, the material 110 is shaped to form a bucket-shaped center hole that is axisymmetric about the Z axis and provides a place to position the deflection units 120a-120d in the magnetic lens. have. Each deflection unit has a different diameter and is fitted at a specific position along the Z axis within the bucket-shaped space. In the deflection unit in the magnetic lens, the diameter of the deflection unit 120a is largest and the diameter of the deflection unit 120d is smallest. The deflection unit 120e is located below the circular pole piece 116 to be within the influence of the magnetic field coming from the magnetic lens. The deflection units 120a-120d operate with each other as described below to deflect the particle beam so that the specimen 122 can be scanned. In some embodiments, the bucket-shaped structure 118 actually holds the deflection units 120a-120d, which are fed into the bucket-shaped space of the lens system to facilitate assembly.

편향 유닛(120e) 아래에는 표본(122)이 있는데, 이 표본은 상기 편향 유닛(120e)의 아래에 그리고 렌즈의 포커싱 거리 내에 있도록 주의 깊게 위치가 정해진다. 자기 렌즈는 여기 코일(115)에 전류를 가변시킴으로써 표본 상에 작은 스폿을 생성하도록 포커싱된다. 전류를 증가시켜 구경 내에 보다 강렬한 자계를 생기게 하고, 이에 따라 폴 피스(116)에 보다 가까운 위치의 스폿에 빔을 집중시킨다. 전류를 감소시키면 폴 피스(116)로부터 먼 거리의 스폿에 빔이 집중하게 된다. 자기 렌즈의 자계 내에 표본(122)이 침지될 뿐만 아니라 전위로 충전되기 때문에, 상기 입 자빔은 상기 표본에 충돌하기 전에 그 에너지를 감소시키게 된다. 상기 충전된 표본으로부터 생기는 자계를 지연 필드(retarding field)라 칭하며 이에 대해서는 후술한다.Below the deflection unit 120e is a specimen 122, which is carefully positioned to be below the deflection unit 120e and within the focusing distance of the lens. The magnetic lens is focused to create a small spot on the specimen by varying the current in the excitation coil 115. The current increases to create a more intense magnetic field in the aperture, thus concentrating the beam at a spot closer to the pole piece 116. Reducing the current concentrates the beam at a spot far from the pole piece 116. Since the specimen 122 is not only immersed in the magnetic field of the magnetic lens but also charged to the potential, the particle beam reduces its energy before impinging on the specimen. The magnetic field resulting from the filled specimen is called a retarding field and will be described later.

편향 유닛(120a - 120d)은 입자빔을 편향시켜 표본이 포커싱된 빔에 의해 스캐닝될 수 있도록 설계되어 있다. 도 3을 참조하면, 각각의 편향 유닛(120)은 원형의 개구 및 이 원형의 개구 주위의 복수의 전도 세그먼트(126a-126l)를 구비하는 편평한 원형의 실린더와 같은 모양으로 되어 있다. 각각의 세그먼트를 분리하면 디스크형 절연 재료로 형성된 방사형의 절연 장벽(127)이 된다. 일실시예에서, 전도 세그먼트는 구리나 베릴륨 구리와 같은 전도 금속으로 제조되며, 기판은 거의 95% 내지 98% 알루미늄과 같은 세라믹 재료이다. 양호한 실시예에서, 편향 유닛 링은12개의 개별적인 전도 세그먼트를 포함한다. 다양한 세그먼트는 서로 그룹화되어 있고 이 그룹은 다양한 전압 드라이버에 고정되어 있다. 본 실시예에서는, 4개의 그룹이 존재하며 각각의 그룹은 3개의 세그먼트를 포함한다. 상기 그룹들 중 2개는 편향을 X 방향으로 제어하며 상기 그룹들 중 나머지 2개는 편향으로 Y 방향으로 제어한다. 이들 세그먼트의 전압을 제어함으로써, 입자빔의 정확한 편향을 허용하는 정밀한 방식으로, 상기 입자빔은 일부의 세그먼트로부터는 멀어지게 그리고 다른 세그먼트에 대해서는 그쪽으로 편향된다. 3개씩의 세그먼트로 구성되는 4개의 그룹은 2개씩의 세그먼트로 구성되는 4개의 그룹(8개의 세그먼트) 및 5개씩의 세그먼트로 구성되는 4개 그룹(20개의 세그먼트)와 같은 다른 배치보다 양호하다. 상기 첫번째 대안인 2개씩의 세그먼트로 구성되는 4개 그룹에 있어서는 8개의 드라이버가 필요하여 유닛들이 고속의 동작을 제어하는데 곤란하다는 단점을 가진다. 상기 두번째 대안인 5개씩의 세그먼트로 구성되는 4개 그룹에 있어서는 2개의 많은 개별적인 세그먼트가 존재하고, 각각의 세그먼트는 그 결과적인 크기가 작기 때문에, 유닛을 구성하기가 곤란하다는 단점을 갖는다.The deflection units 120a-120d are designed to deflect the particle beam so that the specimen can be scanned by the focused beam. Referring to FIG. 3, each deflection unit 120 is shaped like a flat circular cylinder having a circular opening and a plurality of conductive segments 126a-126l around the circular opening. Separation of each segment results in a radial insulating barrier 127 formed of a disc shaped insulating material. In one embodiment, the conductive segment is made of a conductive metal such as copper or beryllium copper, and the substrate is a ceramic material, such as almost 95% to 98% aluminum. In a preferred embodiment, the deflection unit ring comprises 12 individual conducting segments. The various segments are grouped together and this group is fixed to the various voltage drivers. In this embodiment, four groups exist and each group includes three segments. Two of the groups control deflection in the X direction and the other two of the groups control deflection in the Y direction. By controlling the voltage of these segments, the particle beam is deflected away from some segments and towards the other segments in a precise manner that allows for accurate deflection of the particle beam. Four groups consisting of three segments are better than other arrangements, such as four groups consisting of two segments (eight segments) and four groups consisting of five segments (20 segments). In the four groups of two segments, which is the first alternative, eight drivers are required, which makes it difficult for units to control high-speed operation. In the four groups consisting of five segments of the second alternative, there are two many individual segments, and each segment has a disadvantage in that it is difficult to construct a unit because of its small size.

본 발명에 따르면, 편향 유닛(102a, 120d, 및 120e)의 제1 세트 또는 "진동 그룹(swinging group)"은 렌즈의 편향 필드 내에서 표본 위의 정밀한 포인트에 포커싱된 빔을 정확하게 그리고 상대적으로 느리게 위치를 정하는 것에 전용으로 사용된다. 도 4를 참조하면, 편향 유닛의 진동 그룹은 빔 스폿을 검출할 수 있으며 본 발명의 일 실시예에서는 편향 필드 거리 D가 약 600㎛이다. 편향 유닛(120b 및 120c)의 제2 세트는 영역(132), 즉 S x S를 커버하는 빔을 보다 빠르게 이동시키는 것에 전용으로 사용되며, 상기 S는 약 50㎛이며, 상기 영역은 상기 제1 세트의 편향 유닛에 의해 결정되는 위치의 중심이다. 스캐닝의 수행에 있어서는, 하나의 시간 주기(수십 나노초 정도) 동안 한 포인트에 대해 집중하고 있다가, 포인트들의 열에 따른 다음 포인트로 이동한 다음, 그 다음 열에 대해서도 스캔 동작을 반복하여 상기 영역을 커버하는 전체 포인트 그리드를 스캐닝한다. 본 발명의 일실시예에서, 상기 스캐닝에 대한 포인트 또는 픽셀 사이즈는 약 0.1㎛(100 nm)이며, 이는 50㎛ 스캔 라인마다 약 500개의 픽셀이 있고 전체 편향 필드 D의 X 또는 Y 방향으로 6000개의 픽셀이 있음을 의미한다. 빔 스폿이 10 ns 동안 표본 위의 한 위치에 있다면, 50㎛ 선의 단일 스캔은 약 5㎛를 필요로 하고 전체 S x S에 대한 스캔은 적어도 2.5 ms가 걸린다. 실제로, 연속하는 스캔사이마다 빔을 투사하는데 추가의 시간(약 1㎲/스캔 라인)이 필요하게 되어, S x S 필드를 스캔하는데 걸리는 총 시간은 약 3ms(2.5 ms + 500 x 1㎲)가 된다.According to the present invention, a first set or " swinging group " of deflection units 102a, 120d, and 120e accurately and relatively slowly slows the beam focused at a precise point on the specimen within the deflection field of the lens. Used exclusively for positioning. 4, the vibration group of the deflection unit can detect the beam spot and in one embodiment of the invention the deflection field distance D is about 600 μm. The second set of deflection units 120b and 120c is used exclusively for moving the area 132, i.e., the beam covering S x S, faster, wherein S is about 50 mu m and the area is the first. The center of position determined by the deflection unit of the set. In performing scanning, it concentrates on one point for one period of time (a few tens of nanoseconds), moves to the next point along the row of points, and then repeats the scan operation for the next row to cover the area. Scan the entire point grid. In one embodiment of the invention, the point or pixel size for the scanning is about 0.1 μm (100 nm), which is about 500 pixels per 50 μm scan line and 6000 in the X or Y direction of the total deflection field D. Means there are pixels. If the beam spot is in one position on the specimen for 10 ns, a single scan of the 50 μm line would require about 5 μm and a scan over the entire S x S would take at least 2.5 ms. In practice, additional time (about 1 ms / scan line) is required to project the beam between successive scans, so the total time to scan the S x S field is about 3 ms (2.5 ms + 500 x 1 ms). do.

편향 유닛(120e)은 표본과 이 표본에 의해 생기는 지연 필드에 가장 가까이에 있기 때문에 표본 위의 편향 필드의 도 4의 크기 D를 향상시키는데 특히 중요하다. 그래서, 편향 유닛(120e)은 입자빔의 위치에 가장 큰 영향을 미치는데, 왜냐하면 편향 유닛(102a - 102d)보다 훨씬 낮은 에너지로 빔을 편향시키고 상기 편향 유닛이 상기 표본 위의 빔의 랜딩 포인트에 가장 가까이 있기 때문이다.The deflection unit 120e is particularly important for improving the size D of FIG. 4 of the deflection field on the specimen because it is closest to the specimen and the delay field produced by the specimen. Thus, the deflection unit 120e has the greatest influence on the position of the particle beam because it deflects the beam with much lower energy than the deflection units 102a-102d and the deflection unit is at the landing point of the beam above the specimen. Because it is closest.

도 5는 본 발명에 따른 대물 렌즈 시스템을 갖는 전자 현미경의 개략도이다. 상기 현미경의 마주하는 단부에는 투광면(130)이 있고, 이 투광면은 입자 소스 및 표본 평면(122)으로부터 나오는 전자들의 버추얼 소스 포인트를 나타낸다. 이들 두 단부 사이에는 투광면에서 시작하는 순서로 가속 애노드(106), 빔 블랭킹 플레이트(108), 검출기(124), 편향 유닛(120a, 120b, 120c, 120d), 자계 폴(116) 및 편향 유닛(120e)가 있다.5 is a schematic diagram of an electron microscope having an objective lens system according to the present invention. At the opposite end of the microscope there is a transmissive surface 130, which represents the virtual source point of electrons from the particle source and the specimen plane 122. Between these two ends are accelerated anode 106, beam blanking plate 108, detector 124, deflection unit 120a, 120b, 120c, 120d, magnetic field pole 116 and deflection unit in order starting from the light transmitting surface. There is 120e.

일실시예에서 투광면은 약 -12V의 전위로 양호하게 충전된다. 투광면 가까이에는 접지 전위로 충전되는 애노드 전극면(106)이 있다. 상기 투광면과 상기 애노드 평면 사이의 전압차는 소스로부터 방출되는 전자들에 가속 전위를 제공한다. 일단 가속되면 전자들은 약 12K 전자볼트(12KeV)의 에너지를 얻게 되고 그 결과 전자 파장은 약 0.01 나노미터(1 nm = 10-9 미터)가 된다. 도 5의 필드 Ea는 가속 전계를 나타낸다. In one embodiment, the light transmissive surface is well charged to a potential of about -12V. Near the light transmitting surface is the anode electrode surface 106 that is charged to ground potential. The voltage difference between the light emitting surface and the anode plane provides an acceleration potential to the electrons emitted from the source. Once accelerated, the electrons get about 12K electron volts (12KeV) of energy, resulting in an electron wavelength of about 0.01 nanometers (1 nm = 10 -9 meters). Field Ea in FIG. 5 represents an accelerating electric field.

표본 평면 위치에서의 표본은 약 -11KV로 충전되어 지연 필드 Er을 생성하며, 이 지연 필드는 상기 가속 필드 Ea에 대한 반대 방향의 필드로서 입자빔이 표본에 충돌하기 전에 입자빔의 에너지를 감소시킨다. The specimen at the specimen plane position is charged to about −11 KV to produce a delay field Er, which is a field in the opposite direction to the acceleration field Ea, which reduces the energy of the particle beam before the particle beam impinges on the specimen. .

상기 가속 애노드(106)와 검출기(124) 사이에는 일차 입자빔을 온 오프로 스위치하는데 사용되는 빔 블랭킹 플레이트(108)가 있다. 이 블랭킹 플레이트(108) 가까이에는 상기 일차 입자빔이 표본에 충돌할 때 생기는 이차 전자들 및 역확산 전자들을 수집하는 환상의 검출기가 있다. 상기 환상의 검출기는 상기 수집된 전자들로부터 전자적 신호를 유도하고 이 신호를 증폭시키며 이 증폭된 신호를 오퍼레이터가 궁극적으로 관찰하는 촬상 장치로 보낸다.Between the acceleration anode 106 and the detector 124 is a beam blanking plate 108 used to switch the primary particle beam on and off. Near this blanking plate 108 is an annular detector that collects secondary and dediffusion electrons that occur when the primary particle beam strikes a specimen. The annular detector derives an electronic signal from the collected electrons, amplifies the signal and sends the amplified signal to an imaging device that the operator ultimately observes.

검출기와 표본 평면 사이에는 검출 유닛(120a - 120d)이 있다. 본 발명의 실시예에서, 4개의 편향 유닛(120a - 120d) 각각의 평균 전위는 접지되어 있고, 이로 인해 일차 입자빔이 검출 유닛들을 통과할 때 초기의 빔 에너지를 유지하게 한다. 상기 빔을 검출하기 위해, 링 세그먼트가 전술한 바와 같이 그룹화되며 각각의 그룹은 드라이버에 의해 구동된다. 양호한 실시예에서는, 4개의 구동기(136, 138, 140, 142)가 있으며, 상기 4개 그룹에 각각 하나씩 있다. 2개의 드라이버는 X 방향의 편향을 제어하며 2개의 드라이버는 Y 방향의 편향을 제어한다. 본 발명의 일실시예에서, 드라이버들은 X 그룹들을 서로 다르게 구동하고, Y 그룹들을 서로 다르게 구동한다. 이들 그룹들의 전위를 상기 평균 접지 전위의 위아래로 가변시킴으로써, 유닛의 평균 전위를 접지 전위로 유지하면서 빔을 특정한 방향으로 정밀한 양으로 편향시킨다. 편향 유닛에서의 필드 패턴은 복잡하므로 일차 입자빔을 검출할 때 상기 입자빔으로 수차가 도입되는 것을 최소화하도록 계산된다.There is a detection unit 120a-120d between the detector and the sample plane. In an embodiment of the invention, the average potential of each of the four deflection units 120a-120d is grounded, thereby maintaining the initial beam energy as the primary particle beam passes through the detection units. To detect the beams, ring segments are grouped as described above and each group is driven by a driver. In the preferred embodiment, there are four drivers 136, 138, 140, 142, one in each of the four groups. Two drivers control deflection in the X direction and two drivers control deflection in the Y direction. In one embodiment of the invention, the drivers drive X groups differently, and Y groups differently. By varying the potentials of these groups above and below the average ground potential, the beam is deflected in a precise amount in a specific direction while maintaining the average potential of the unit at ground potential. The field pattern in the deflection unit is complex and is calculated to minimize the introduction of aberrations into the particle beam when detecting the primary particle beam.

상기 표본에 가장 가까이에 있고 지연 필드 Er 내에 있는 편향 유닛(120e)은 상기 Er을 실질적으로 변경시키지 않는 전위로 충전된다. 본 발명의 일실시예에서, 상기 편향 유닛(120e)은 상기 표본 평면에 대해 네거티브이고 상기 표본 평면에 대해 약 -200 V 내지 -3000 V의 범위에 있는 평균 전위로 충전된다.The deflection unit 120e closest to the specimen and in the delay field Er is charged to a potential that does not substantially change the Er. In one embodiment of the invention, the deflection unit 120e is charged to an average potential that is negative for the sample plane and in the range of about -200 V to -3000 V for the sample plane.

전극들이 표본에 다다를 때 그 에너지는 약 250 eV 내지 1500 eV의 범위에 있으며, 1 KeV가 전형적인 값이다. 이 범위 내의 에너지는 표본에 대한 손상은 회피하지만 표본에서 약 0.03 내지 0.07 nm의 범위에 있는 파장을 증가시킨다.When the electrodes reach the specimen, their energy is in the range of about 250 eV to 1500 eV, with 1 KeV typical. Energy within this range avoids damage to the sample but increases the wavelength in the range of about 0.03 to 0.07 nm in the sample.

상기 지연 필드 내에 검출 유닛(120e)을 설치하면 일차 입자빔 에너지가 약 1 KeV로 감소되었기 때문에 상기 편향 유닛(120e)은 상기 입자빔의 궤적에 따라 큰 영향을 받는다. 게다가 상기 표본에 가까이 있기 때문에, 영역을 급속하게 스캐닝하기 전에, 상기 표본의 선택된 영영 위에 빔을 정확하게 위치시킬 수 있다. 최종의 스폿 사이즈는, 지연 필드 및 모든 다른 수차(색 비점수차 및 코마(coma))로 인한 빔의 확장을 고려하여, 약 10 nm이며, 이는 약 20nm 내지 200nm의 범위에서 특징적인 사이즈를 관찰하기에 충분하다.When the detection unit 120e is installed in the delay field, the primary particle beam energy is reduced to about 1 KeV, so the deflection unit 120e is greatly affected by the trajectory of the particle beam. In addition, because of being close to the specimen, the beam can be accurately positioned over the selected zone of the specimen before rapidly scanning the area. The final spot size is about 10 nm, taking into account the extension of the beam due to the delay field and all other aberrations (color astigmatism and coma), which is to observe the characteristic size in the range of about 20 nm to 200 nm. Is enough.

도 5는 또한 자기 렌즈로부터의 자계가 표본 평면으로부터 일어나는 지연 필드에 제공되는 것을 도시한다. 상기 표본 상에 빔을 포커싱하는데 필요한 자계의 세기를 결정할 때는 일차 입자빔의 감소된 에너지를 고려할 필요가 있다.5 also shows that the magnetic field from the magnetic lens is provided to the delay field occurring from the sample plane. When determining the strength of the magnetic field required to focus the beam on the specimen it is necessary to take into account the reduced energy of the primary particle beam.

도 6a는 편향 유닛들(120a, 120d 및 120e)에 의한 편향 필드 내에서 빔의 편향에 대한 x 치수를 나타내며, 도 6b는 이들 동일한 편향 유닛들에 의한 편향 필드 내에서 빔의 편향에 대한 y 치수를 나타낸다. 그러므로, 이 도면들은 편향 유닛들(120a, 120d 및 120e)에 의해 편향될 때 제1 전자빔의 궤적 성분 Xm(z) 및 Ym(z)을 도시한다. FIG. 6A shows the x dimension for deflection of the beam within the deflection field by deflection units 120a, 120d and 120e, and FIG. 6B shows the y dimension for deflection of the beam within the deflection field by these same deflection units. Indicates. Therefore, these figures show the trajectory components Xm (z) and Ym (z) of the first electron beam when deflected by the deflection units 120a, 120d and 120e.

큰 편향 필드을 달성하는 개시 포인트로서, 각각의 편향 유닛에 대한 전압 세기 Ed 및 편향 거리 r(z)는 1차의 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템 범주를 만족하며,As a starting point to achieve a large deflection field, the voltage intensity Ed and the deflection distance r (z) for each deflection unit satisfy the primary vibration delay immersion objective lens system category,

Figure 112004042974138-pct00001
Figure 112004042974138-pct00001

여기서 E(d)는 편향 유닛 내의 전계 세기로서 소정의 편향을 생성하도록 광축(Z축)에 수직이며, r(z)은 축을 따르는 거리의 함수로서 Z 축으로부터의 방사 편향 거리이며, B(z)는 렌즈의 광축을 따르는 자속 밀도이며, φ(z)는 광축 상의 전위이며, φ'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, φ"(z)는 z에 대한 2차 미분이며, B'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, k는 필요한 유닛 변환을 수행하기 위한 상수이다.Where E (d) is perpendicular to the optical axis (Z axis) to produce a predetermined deflection as the electric field strength in the deflection unit, r (z) is the radial deflection distance from the Z axis as a function of distance along the axis, and B (z ) Is the magnetic flux density along the optical axis of the lens, φ (z) is the potential on the optical axis, φ '(z) is the first derivative of z, φ "(z) is the second derivative of z, and B '(z) is the first derivative of z and k is a constant to perform the necessary unit conversion.

식 1에 지정된 범주로부터는 편향 필드 세기가 1차항들만을 포함하고 있으므로, 소정의 편향에 필요한 필드 세기를 결정하기 위한 개시 포인트로서의 역할을 한다. 그렇지만, 식 1이 만족할지라도 편향 유닛에 의해 야기되는 일차 입자빔에 대해 3차 및 4차 수차가 될 수도 있다. 이러한 더 높은 수차를 제거하기 위해서는 최적화가 필요하다. 일반적으로, 이 최적화는 디지털 컴퓨터에서 수행되는 수치적 방법에 의해 수행되며, Z축으로부터의 최대 편향의 빔을 원형 모양으로 유지하게 한다. 제1 최적화로서 식 1을 만족하는 편향 유닛(120a, 120d, 120e) 각각은 스캐 닝될 영역 S x S에 대한 편향 필드 D x D 내에 입자빔의 위치를 정하기 위한 편향을 생성하도록 서로 동작한다(도 4). 각각의 유닛이 기여하는 편향의 양은 유닛마다 다르며 각각의 유닛은 개별적으로 최적화된다. 제1 최적화로서 식 1을 만족하는 편향 유닛(120b 및 120c) 각각은 영역 S x S에 대해 입자빔을 스캐닝하는데 필요한 편향을 생성하도록 서로 동작한다(도 4). 편향 유닛(120a 및 120c)은 영역 S x S에 대한 빔의 급속한 편향을 허용하도록 설계되어 있으며 반면에 편향 유닛(120a, 120d 및 120e)은 D x D 내에서 빔의 위치를 유지한다. 편향 유닛의 위치를 정하는 것(또는 느리게 이동시키는 것)과 상기 위치를 정하는 유닛과는 달리 급속하게 스캐닝하는 편향 유닛들과의 조합은 편향 필드의 내부영역(subarea)의 급속한 스캐닝을 성능을 유지하면서 편향 필드(D x D)를 생성한다.Since the deflection field strength contains only the first term from the category specified in Equation 1, it serves as a starting point for determining the field strength required for a given deflection. However, even if Equation 1 is satisfied, there may be third and fourth order aberrations for the primary particle beam caused by the deflection unit. Optimization is needed to remove these higher aberrations. In general, this optimization is performed by a numerical method performed in a digital computer, which keeps the beam of maximum deflection from the Z axis in a circular shape. Each of the deflection units 120a, 120d, 120e that satisfy Equation 1 as the first optimization operates with each other to produce a deflection for positioning the particle beam in the deflection field D x D relative to the area S x S to be scanned (FIG. 4). The amount of deflection contributed by each unit varies from unit to unit and each unit is individually optimized. Each of the deflection units 120b and 120c which satisfies Equation 1 as the first optimization works with each other to produce the deflection necessary to scan the particle beam for the area S x S (FIG. 4). The deflection units 120a and 120c are designed to allow rapid deflection of the beam with respect to the area S x S, while the deflection units 120a, 120d and 120e maintain the position of the beam within D x D. The positioning of the deflection unit (or slow movement) and the combination of the rapidly scanning deflection units, unlike the positioning unit, maintain the performance of rapid scanning of the suvarea of the deflection field. Generate a deflection field (D x D).

도 7은 표본에 충돌하는 일차 입자빔에 의해 생성되는 이차 전자들 SE의 궤적을 도시한다. 지연 전계 Er로 인해, 이차 전자들은 약 11 KeV의 에너지로 가속된다. 이들 대부분의 전자들은 PIN 다이오드이거나 다른 전자 포획 장치인 환상의 검출기에 의해 수집된다. 상기 환상의 검출기의 구경 크기는 중요하다. 구경의 크기가 너무 작으면 쉽게 오염되고 일차 입자빔에 악영향을 미친다. 구경의 크기가 너무 크면 이차 전자들 및 역확산 전자들의 수집 효율을 떨어뜨린다. 일실시예에서, 검출기 구경은 직경이 0.3 mm 내지 2.0 mm로 제한된다. 일시예에서, 전체 스캔에 대한 이차 전자 SE 포획 효율은 약 85% 내지 95%의 범위 내에 있다.7 shows the trajectory of secondary electrons SE generated by a primary particle beam impinging on a specimen. Due to the delayed field Er, secondary electrons are accelerated to an energy of about 11 KeV. Most of these electrons are collected by annular detectors, which are PIN diodes or other electron trapping devices. The aperture size of the annular detector is important. Too small a diameter can easily contaminate and adversely affect the primary particle beam. Too large a size reduces the collection efficiency of secondary electrons and despread electrons. In one embodiment, the detector aperture is limited to 0.3 mm to 2.0 mm in diameter. In one embodiment, the secondary electron SE capture efficiency for the entire scan is in the range of about 85% to 95%.

본 발명을 특정한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 이것들의 대안 및 변형은 당업자에게는 의심할 바 없이 분명하다는 것을 이해하라. 그러므로, 이후의 청 구범위는 본 발명의 정신 및 범주에 일치하는 그러한 모든 대안 및 변형을 망라하는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described with reference to specific embodiments, it is understood that alternatives and modifications thereof are undoubtedly clear to those skilled in the art. Therefore, the following claims should be construed to cover all such alternatives and modifications consistent with the spirit and scope of the present invention.

Claims (47)

일차 입자빔을 포커싱하고, 상기 포커싱된 입자빔을 검사할 표본으로 이동시키며, 상기 표본과 충돌하는 상기 일차 입자빔에 의해 생성되는 역확산 전자들(back-scattered electrons)과 이차 전자를 수집하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템에 있어서,A vibration that focuses the primary particle beam, moves the focused particle beam to a specimen to be inspected, and collects back-scattered electrons and secondary electrons generated by the primary particle beam that collide with the specimen In the delay immersion objective lens system, 상기 표본의 근처에 자계를 생성하여 상기 입자빔의 입자들을 상기 표본에 포커싱하며, 상기 입자빔이 이동하는 중심 구멍(central bore)을 갖는 자기 렌즈;A magnetic lens generating a magnetic field near the specimen to focus the particles of the particle beam onto the specimen and having a central bore through which the particle beam moves; 상기 입자빔이 상기 표본과 충돌할 때 상기 입자빔의 에너지를 감소시키도록 상기 표본과 그 근처의 상기 입자빔에 지연 필드(retarding field)를 제공하는 전위를 갖는 전극; 및An electrode having a potential that provides a retarding field to the specimen and the particle beam in the vicinity thereof to reduce energy of the particle beam when the particle beam collides with the specimen; And 빔축을 따라 위치하며 상기 표본의 스캐닝을 허용하도록 상기 입자빔을 편향시키기 위한 복수의 편향 유닛을 구비하며, 상기 복수의 편향 유닛 중 하나 이상은 상기 입자빔의 상기 지연필드 내에 위치하고, 상기 편향 유닛 중 나머지는 상기 자기 렌즈의 중심 구멍 내에 위치하는, 편향 시스템A plurality of deflection units positioned along a beam axis and deflecting said particle beam to permit scanning of said specimen, wherein at least one of said plurality of deflection units is located within said retardation field of said particle beam, of said deflection units A deflection system, the remainder being located in the center hole of the magnetic lens 을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.Vibration delay immersion objective lens system comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 일차 입자빔은 전자빔이며,The primary particle beam is an electron beam, 상기 표본과 충돌하는 일차 입자빔에 의해 생성되는 역확산 전자들과 이차 전자들을 수집하는 검출 유닛을 더 포함하며,A detection unit for collecting despread electrons and secondary electrons generated by the primary particle beam colliding with the sample, 상기 검출 유닛은 상기 빔축을 따라 상기 일차 입자빔과 반대 방향으로 이동하는 상기 역확산 전자들과 이차 전자들을 포획하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And the detection unit is disposed at a position for trapping the despread electrons and the secondary electrons moving in the direction opposite to the primary particle beam along the beam axis. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 일차 입자빔은 전자빔인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And wherein said primary particle beam is an electron beam. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자기 렌즈는 사이드 폴 자기 렌즈(side-pole magnetic lens)인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And the magnetic lens is a side-pole magnetic lens. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자기 렌즈의 상기 중심 구멍은 상기 빔축을 중심으로 축대칭인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And the center hole of the magnetic lens is axisymmetric about the beam axis. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 편향 유닛 중 제1 세트는 스캐닝될 영역 위의 개시 위치에 상기 입자빔의 위치가 정해지도록 상기 입자빔을 편향시키며,A first set of the plurality of deflection units deflects the particle beam such that the particle beam is positioned at a starting position above the region to be scanned, 상기 복수의 편향 유닛 중 제2 세트는 상기 영역의 이미지가 구성될 수 있도록 상기 영역 위에 스캐닝 모션으로 상기 입자빔을 이동시키는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And a second set of said plurality of deflection units moves said particle beam in a scanning motion over said region so that an image of said region can be constructed. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 복수의 편향 유닛 중 상기 제1 세트는 상기 입자빔의 스캐닝 속도에 비해 느린 속도로 상기 입자빔을 개시 위치로 편향시키는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And said first set of said plurality of deflection units deflects said particle beam to a starting position at a rate slower than the scanning speed of said particle beam. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 복수의 편향 유닛 중 상기 제1 세트는 상기 지연 필드 내에 위치가 정해진 편향 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And said first set of said plurality of deflection units comprises a deflection unit positioned within said delay field. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자기 렌즈의 중심 구멍 내에 위치하는 상기 복수의 편향 유닛은 상기 입자빔의 소스보다 높은 평균 전위로 유지되어, 상기 입자빔이 상기 중심 구멍을 이동하는 동안 상기 입자빔의 에너지가 유지되는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.  The plurality of deflection units located in the center hole of the magnetic lens are maintained at a higher average potential than the source of the particle beam, so that the energy of the particle beam is maintained while the particle beam moves through the center hole. Vibration immersion objective lens system. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 입자빔 소스는 네거티브 전위로 유지되며,The particle beam source is maintained at a negative potential, 상기 자기 렌즈의 중심 구멍 내에 위치하는 상기 복수의 편향 유닛은 평균 접지 전위로 유지되는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And the plurality of deflection units located in the center hole of the magnetic lens are maintained at an average ground potential. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 입자빔 소스의 네거티브 전위는 -12kV인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.The negative potential of the particle beam source is -12 kV. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 입자빔 소스의 네거티브 전위는 -2kV 내지 -35kV의 범위 내에서 가변되는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.The negative potential of the particle beam source is variable in the range of -2kV to -35kV, the vibration delay immersion objective lens system. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 표본은 상기 입자빔의 소스 전위에 대해 포지티브 전위이며,The sample is a positive potential with respect to the source potential of the particle beam, 상기 지연 필드 내에 위치하는 상기 편향 유닛은 상기 표본의 전위에 대해 네거티브인 평균 전위로 유지되는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And wherein the deflection unit located within the delay field is maintained at an average potential that is negative with respect to the potential of the specimen. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 표본의 상기 포지티브 전위는 250V 내지 1500V의 범위인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And wherein said positive potential of said sample is in the range of 250V to 1500V. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 편향 유닛의 상기 네거티브 평균 전위는 -200V 내지 -3000V의 범위인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And said negative average potential of said deflection unit is in the range of -200V to -3000V. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 편향 유닛은 상기 일차 입자빔이 통과하는 구경(aperture)을 가지며,The deflection unit has an aperture through which the primary particle beam passes, 상기 편향 유닛은 상기 구경의 양단의 전압 세기(Ed) 및 1차의 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템 범주를 만족하는 편향 거리(r(z))를 가지며,The deflection unit has a deflection distance r (z) that satisfies the voltage intensity Ed at both ends of the aperture and the primary vibration delay immersion objective lens system category,
Figure 112007071712942-pct00002
Figure 112007071712942-pct00002
 여기서 E(d)는 편향 유닛 내의 전계 세기로서, 편향을 생성하도록 광축(Z축)에 수직이며, r(z)은 축을 따르는 거리의 함수로서 Z 축으로부터의 방사 편향 거리이며, B(z)는 렌즈의 광축을 따르는 자속 밀도이며, φ(z)는 광축 상의 전위이며, φ'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, φ"(z)는 z에 대한 2차 미분이며, B'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, k는 필요한 유닛 변환을 수행하기 위한 상수임을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.Where E (d) is the field strength in the deflection unit, perpendicular to the optical axis (Z axis) to produce deflection, r (z) is the radial deflection distance from the Z axis as a function of distance along the axis, and B (z) Is the magnetic flux density along the optical axis of the lens, φ (z) is the potential on the optical axis, φ '(z) is the first derivative of z, φ "(z) is the second derivative of z, and B' (z) is the first derivative with respect to z and k is a constant for performing the necessary unit conversion. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 편향 유닛은 3차 및 4차 수차를 실질적으로 감소시키도록 최적화되어 있는 전압 세기 및 편향 거리를 갖는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And the deflection unit has a voltage intensity and a deflection distance that are optimized to substantially reduce third and fourth order aberrations. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자기 렌즈의 중심 구멍은 양동이 모양이며,The central hole of the magnetic lens is a bucket shape, 상기 양동이 모양의 상부 근처에 있는 상기 자기 렌즈의 중심부에 위치하는 상기 편향 유닛은 제1 직경을 가지며, 상기 양동이 모양의 하부 근처에 있는 상기 자기 렌즈의 중심부에 위치하는 상기 편향 유닛은 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.The deflection unit located at the center of the magnetic lens near the top of the bucket shape has a first diameter, and the deflection unit located at the center of the magnetic lens near the bottom of the bucket shape has the first diameter. An oscillating delayed immersion objective lens system having a smaller second diameter. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자기 렌즈의 중심 구멍은 상기 일차 입자빔이 상기 중심 구멍으로 들어가는 포인트에서의 빔 한정 구경(beam-defining aperture) 및 상기 입자빔이 상기 자기 렌즈의 중심 구멍에서 나오는 포인트에서의 렌즈 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.The center hole of the magnetic lens has a beam-defining aperture at the point where the primary particle beam enters the center hole and a lens aperture at the point where the particle beam exits the center hole of the magnetic lens. A vibration delay immersion objective lens system characterized by the above-mentioned. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자기 렌즈의 상기 중심 구멍은 상기 일차 입자빔이 상기 중심 구멍에 들어가는 포인트에서의 빔 한정 구경을 가지며,The center hole of the magnetic lens has a beam defining aperture at a point at which the primary particle beam enters the center hole, 상기 일차 입자빔이 상기 중심 구멍으로 들어가는 포인트 아래에 위치하는 환상의 검출 유닛(annular detection unit)을 더 포함하며,An annular detection unit located below the point at which the primary particle beam enters the central hole, 상기 환상의 검출 유닛은 상기 빔 한정 구경보다 큰 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And said annular detection unit has a larger aperture than said beam confinement aperture. 제20항에 있어서,The method of claim 20, 상기 환상의 검출 유닛은 직경이 0.3 mm 내지 2 mm의 범위인 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And said annular detection unit has an aperture in the range of 0.3 mm to 2 mm in diameter. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 편향 유닛들은 정전(electrostatic) 편향 유닛들인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And the deflection units are electrostatic deflection units. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 편향 유닛 각각은Each of the deflection units 서로 절연되어 있는 복수의 전도 세그먼트; 및A plurality of conductive segments insulated from each other; And 상기 전도 세그먼트들을 지지하며, 상기 전도 세그먼트들에 의해 둘러싸이고 상기 일차 입자빔이 통과하는 구멍을 갖는 기판A substrate supporting the conductive segments and having a hole surrounded by the conductive segments and through which the primary particle beam passes 을 구비하며,Equipped with 2개 이상의 전도 세그먼트에 전압을 인가하여 상기 편향 유닛들을 통해 이동하는 상기 입자빔을 편향시키는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And apply a voltage to at least two conducting segments to deflect the particle beam moving through the deflection units. 제23항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 편향 유닛 각각은 3개씩 4개 그룹으로 배열된 12개의 전도 세그먼트를 구비하며, Each of the deflection units has twelve conductive segments arranged in four groups of three, 상기 4개 그룹의 세그먼트 각각에 개별적인 전압을 인가하여 상기 일차 입자빔을 편향시키는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.Oscillating the primary particle beam by applying a separate voltage to each of the four groups of segments. 제24항에 있어서,The method of claim 24, 상기 4개 그룹 중 2개 그룹은 상기 일차 입자빔을 X 방향으로 편향시키고 다른 2개 그룹은 상기 일차 입자빔을 Y 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.Two of the four groups deflect the primary particle beam in the X direction and the other two groups move the primary particle beam in the Y direction. 제25항에 있어서,The method of claim 25, 상기 X 방향 및 상기 Y 방향의 그룹들은 상이하게 구동되는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.And the groups in the X and Y directions are driven differently. 표본에 대해 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법에 있어서, A method of increasing the scan field of an objective lens system with respect to a sample, 상기 표본에 입자빔의 입자들이 포커싱하도록 상기 표본의 근처에 자계를 생성하는 단계;Generating a magnetic field in the vicinity of the sample such that particles of a particle beam are focused on the sample; 상기 입자빔이 상기 표본에 충돌하기 전에 상기 입자빔의 에너지가 감소되도록 지연 필드를 제공하는 단계;Providing a delay field such that the energy of the particle beam is reduced before the particle beam impinges on the specimen; 상기 표본의 근처에 자계를 생성하는 단계에 의해 포커싱된 입자빔을 스캐닝될 영역에 대해 위치를 정하는 단계Positioning the focused particle beam relative to the area to be scanned by generating a magnetic field near the specimen. 를 포함하며,Including; 상기 스캐닝될 영역은 상기 표본의 편향 필드 내에 있으며, The area to be scanned is within the deflection field of the specimen, 상기 위치를 정하는 단계는, 상기 편향 필드가 상기 표본에 대해 증가하도록 상기 지연 필드 내에 상기 입자빔을 편향시키는 마지막 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 The positioning may include a final step of deflecting the particle beam within the delay field such that the deflection field increases with respect to the specimen. 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.How to increase the scan field of an objective lens system. 제27항에 있어서,The method of claim 27, 편향 유닛은 상기 입자빔이 통과하는 구경을 가지며, The deflection unit has an aperture through which the particle beam passes, 상기 편향 유닛은 상기 구경의 양단의 전압 세기(Ed) 및 1차의 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템 범주를 만족하는 편향 거리(r(z))를 가지며,The deflection unit has a deflection distance r (z) that satisfies the voltage intensity Ed at both ends of the aperture and the primary vibration delay immersion objective lens system category,
Figure 112007071712942-pct00003
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 여기서 E(d)는 편향 유닛 내의 전계 세기로서, 편향을 생성하도록 광축(Z축)에 수직이며, r(z)은 축을 따르는 거리의 함수로서 Z 축으로부터의 방사 편향 거리이며, B(z)는 렌즈의 광축을 따르는 자속 밀도이며, φ(z)는 광축 상의 전위이며, φ'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, φ"(z)는 z에 대한 2차 미분이며, B'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, k는 필요한 유닛 변환을 수행하기 위한 상수임을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.Where E (d) is the field strength in the deflection unit, perpendicular to the optical axis (Z axis) to produce deflection, r (z) is the radial deflection distance from the Z axis as a function of distance along the axis, and B (z) Is the magnetic flux density along the optical axis of the lens, φ (z) is the potential on the optical axis, φ '(z) is the first derivative of z, φ "(z) is the second derivative of z, and B' (z) is the first derivative with respect to z and k is a constant for performing the necessary unit conversion. 제28항에 있어서,The method of claim 28, 상기 편향 유닛은 3차 및 4차 수차를 실질적으로 감소시키도록 최적화되어 있는 전압 세기 및 편향 거리를 갖는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.Wherein the deflection unit has a voltage intensity and a deflection distance that are optimized to substantially reduce third and fourth order aberrations. 제27항에 있어서,The method of claim 27, 상기 입자빔은 전자빔인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.And said particle beam is an electron beam. 제27항에 있어서,The method of claim 27, 상기 자계를 생성하는 단계는 자기 렌즈로부터 자계를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.Generating the magnetic field comprises generating a magnetic field from a magnetic lens. 제31항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 자기 렌즈는 사이드 폴 자기 렌즈 타입인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.And said magnetic lens is a side pole magnetic lens type. 제32항에 있어서,33. The method of claim 32, 상기 사이드 폴 자기 렌즈는 그 안에 형성된 중심 구멍을 가지며, 상기 중심 구멍은 상기 입자빔의 축을 중심으로 축대칭인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.Said side pole magnetic lens having a center hole formed therein, said center hole being axisymmetric about an axis of said particle beam. 표본 관찰용 스캐닝 현미경에 있어서,In the scanning microscope for specimen observation, 일차 입자빔 소스;Primary particle beam source; 상기 일차 입자빔에 에너지를 전하는 가속 전극(애노드); 및An acceleration electrode (anode) for transmitting energy to the primary particle beam; And 상기 일차 입자빔 소스를 표본에 포커싱하는 대물 렌즈 시스템Objective lens system for focusing the primary particle beam source on a specimen 을 포함하며,Including; 상기 대물 렌즈 시스템은,The objective lens system, 상기 표본의 근처에 자계를 생성하여 상기 입자빔의 입자들을 상기 표본에 포커싱하며, 상기 입자빔이 이동하는 중심 구멍을 갖는 자기 렌즈;A magnetic lens generating a magnetic field near the specimen to focus particles of the particle beam onto the specimen, the magnetic lens having a center hole through which the particle beam moves; 상기 입자빔이 상기 표본에 충돌할 때 상기 입자빔의 에너지가 감소하도록 상기 표본 근처의 상기 입자빔에 지연 필드를 제공하는 전위를 갖는 전극; 및An electrode having a potential that provides a retardation field to the particle beam near the specimen so that the energy of the particle beam decreases when the particle beam impinges on the specimen; And 빔축을 따라 위치하며 상기 표본의 스캐닝을 허용하도록 상기 입자빔을 편향시키기 위한 복수의 편향 유닛을 구비하며, 상기 복수의 편향 유닛 중 하나 이상은 상기 입자빔의 상기 지연필드 내에 위치하고, 상기 편향 유닛 중 나머지는 상기 자기 렌즈의 상기 중심 구멍 내에 위치하는, 편향 시스템A plurality of deflection units positioned along a beam axis and deflecting said particle beam to permit scanning of said specimen, wherein at least one of said plurality of deflection units is located within said retardation field of said particle beam, of said deflection units A deflection system located in the center hole of the magnetic lens 을 포함하는Containing 표본 관찰용 스캐닝 현미경.Scanning microscope for specimen observation. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 입자빔 소스로부터 상기 일차 입자빔을 수신하고 상기 자기 렌즈에 의해 포커싱된 일차 입자빔을 상기 대물 렌즈 시스템에 제공하도록 구성된 콘덴서 렌즈 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.And a condenser lens system configured to receive the primary particle beam from the particle beam source and to provide the objective lens system with a primary particle beam focused by the magnetic lens. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 입자빔 소스는 전자빔 소스인 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.The particle beam source is a scanning microscope for specimen observation, characterized in that the electron beam source. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 자기 렌즈는 사이드 폴 자기 렌즈인 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.And said magnetic lens is a side pole magnetic lens. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 자기 렌즈는 그 안에 중심 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.And said magnetic lens has a central hole therein. 제38항에 있어서, The method of claim 38, 상기 자기 렌즈의 상기 중심 구멍은 상기 빔축을 중심으로 축 대칭인 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.And the center hole of the magnetic lens is axial symmetric about the beam axis. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 편향 유닛은 상기 일차 입자빔이 통과하는 구경을 가지며,The deflection unit has an aperture through which the primary particle beam passes, 상기 편향 유닛은 상기 구경의 양단의 전압 세기(Ed) 및 1차의 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템 범주를 만족하는 편향 거리(r(z))를 가지며,The deflection unit has a deflection distance r (z) that satisfies the voltage intensity Ed at both ends of the aperture and the primary vibration delay immersion objective lens system category,
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 여기서 E(d)는 편향 유닛 내의 전계 세기로서, 편향을 생성하도록 광축(Z축)에 수직이며, r(z)은 축을 따르는 거리의 함수로서 Z 축으로부터의 방사 편향 거리이며, B(z)는 렌즈의 광축을 따르는 자속 밀도이며, φ(z)는 광축 상의 전위이며, φ'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, φ"(z)는 z에 대한 2차 미분이며, B'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, k는 필요한 유닛 변환을 수행하기 위한 상수임을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.Where E (d) is the field strength in the deflection unit, perpendicular to the optical axis (Z axis) to produce deflection, r (z) is the radial deflection distance from the Z axis as a function of distance along the axis, and B (z) Is the magnetic flux density along the optical axis of the lens, φ (z) is the potential on the optical axis, φ '(z) is the first derivative of z, φ "(z) is the second derivative of z, and B' (z) is a first order derivative for z and k is a constant for performing the necessary unit conversion. 제40항에 있어서,The method of claim 40, 상기 편향 유닛은 3차 및 4차 수차를 실질적으로 감소시키도록 최적화되어 있는 전압 세기 및 편향 거리를 갖는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.And the deflection unit has a voltage intensity and a deflection distance that are optimized to substantially reduce third and fourth order aberrations. 제34항에 있어서, The method of claim 34, wherein 상기 편향 유닛들은 정전 편향 유닛들인 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.And the deflection units are electrostatic deflection units. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 빔 소스는 제1 전위로 충전되고, 상기 가속 애노드는 제2 전위로 충전되며, 상기 지연 필드 전극은 제3 전위로 충전되며, 상기 자기 렌즈의 중심 구멍 내의 편향 유닛들은 제4 전위로 충전되며, 상기 자기 렌즈의 중심 구멍 외측의 편향 유닛들은 제5 전위로 충전되며, 상기 표본은 제6 전위로 충전되며,The beam source is charged to a first potential, the acceleration anode is charged to a second potential, the delay field electrode is charged to a third potential, and the deflection units in the center hole of the magnetic lens are charged to a fourth potential The deflection units outside the center hole of the magnetic lens are charged to a fifth potential, and the specimen is charged to a sixth potential, 상기 제1 전위 내지 제6 전위 사이의 관계는 상대적이고, 어느 전위라도 접지 전위가 될 수 있는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.The relationship between the first potential and the sixth potential is relative, and any potential may be a ground potential, the scanning microscope for specimen observation. 제27항에 있어서,The method of claim 27, 상기 포커싱된 입자빔을 스캐닝될 영역에 대해 위치를 정하는 단계는 제1 세트의 편향 유닛에 의해 수행되며, 상기 제1 세트의 편향 유닛은 상기 지연 필드 내에 위치하는 편향 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.Positioning the focused particle beam relative to the area to be scanned is performed by a first set of deflection units, the first set of deflection units having a deflection unit located within the delay field. Scanning microscope for specimen observation. 제27항에 있어서,The method of claim 27, 상기 스캐닝될 영역에 대해 상기 입자빔의 위치가 정해져 유지되는 동안 상기 스캐닝될 영역을 스캐닝하는 단계를 더 포함하며, 상기 입자빔의 상기 스캐닝 이동은 상기 입자빔의 위치를 정하는 이동보다 빠른 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.Scanning the area to be scanned while the particle beam is positioned and held relative to the area to be scanned, wherein the scanning movement of the particle beam is faster than the movement of positioning the particle beam Scanning microscope for specimen observation. 제44항에 있어서,The method of claim 44, 상기 포커싱된 입자빔을 스캐닝될 영역에 대해 위치를 정하는 단계는 상기 제1 세트의 편향 유닛에 의해 수행되며, 상기 제1 세트의 편향 유닛은 상기 지연 필드 내에 위치하는 편향 유닛을 구비하며,Positioning the focused particle beam relative to the area to be scanned is performed by the first set of deflection units, the first set of deflection units having a deflection unit located within the delay field, 상기 스캐닝될 영역을 스캐닝하는 단계는 상기 편향 유닛들 중 상기 제1 세트의 편향 유닛과는 별개인 제2 세트의 편향 유닛에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.And scanning the area to be scanned is performed by a second set of deflection units separate from the first set of deflection units of the deflection units. 제44항에 있어서,The method of claim 44, 상기 영역의 스캐닝 동안 상기 표본으로부터 방출되는 이차 전자들 및 역확산 전자들을 수집하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.And collecting secondary and dediffusion electrons emitted from the sample during scanning of the region.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012057166A1 (en) * 2010-10-27 2012-05-03 株式会社Ｐａｒａｍ Electron lens and the electron beam device
KR101524381B1 (en) * 2013-12-30 2015-05-29 현대제철 주식회사 Heat insulating board for ladle cassette
TWI576888B (en) * 2014-11-28 2017-04-01 財團法人工業技術研究院 Detecting instrument and detecting method thereof
US10395886B2 (en) * 2015-07-22 2019-08-27 Asml Netherlands B.V. Apparatus of plural charged-particle beams
CN106783466B (en) * 2016-12-27 2019-04-02 四川智研科技有限公司 A kind of accelerated electron beam stream optical texture
CN106920723A (en) * 2017-03-06 2017-07-04 聚束科技（北京）有限公司 A kind of scanning focused system and electron beam control method
US10777382B2 (en) * 2017-11-21 2020-09-15 Focus-Ebeam Technology (Beijing) Co., Ltd. Low voltage scanning electron microscope and method for specimen observation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1064464A (en) 1996-07-25 1998-03-06 Act Advanced Circuit Testing G Fuer Testsystementwicklung Mbh Detection element objective lens device
JP2001513258A (en) * 1997-12-23 2001-08-28 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ SEM equipped with electrostatic objective lens and electric scanning device
JP2001283759A (en) * 2000-01-25 2001-10-12 Hitachi Ltd Scanning electron microscope

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57202630A (en) * 1981-06-08 1982-12-11 Rikagaku Kenkyusho Electrostatic deflector
US4945246A (en) * 1989-03-24 1990-07-31 International Business Machines Corporation Tri-deflection electron beam system
JP3564958B2 (en) * 1997-08-07 2004-09-15 株式会社日立製作所 Inspection method and inspection apparatus using electron beam
EP1120809B1 (en) * 2000-01-27 2012-02-22 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Objective lens for a charged particle beam device
JP2001273861A (en) * 2000-03-28 2001-10-05 Toshiba Corp Charged beam apparatus and pattern incline observation method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1064464A (en) 1996-07-25 1998-03-06 Act Advanced Circuit Testing G Fuer Testsystementwicklung Mbh Detection element objective lens device
JP2001513258A (en) * 1997-12-23 2001-08-28 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ SEM equipped with electrostatic objective lens and electric scanning device
JP2001283759A (en) * 2000-01-25 2001-10-12 Hitachi Ltd Scanning electron microscope

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