KR102194561B1 - 하전 입자 빔 디바이스, 하전 입자 빔 영향 디바이스, 및 하전 입자 빔 디바이스를 동작시키는 방법 - Google Patents

하전 입자 빔 디바이스, 하전 입자 빔 영향 디바이스, 및 하전 입자 빔 디바이스를 동작시키는 방법 Download PDF

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Abstract

광축(A)을 따라 전파하는 하전 입자 빔(105)을 발생시키도록 구성된 빔 소스(110); 및 하전 입자 빔(105)으로부터 제1 개수의 빔렛(135)을 생성하도록 구성된 제1 개수의 애퍼쳐(125)를 구비하는 애퍼쳐 디바이스(120)를 포함하는 하전 입자 빔 디바이스(100)가 설명되며, 여기서 제1 개수는 5 이상이고, 애퍼쳐들(125)은 광축(A) 주위의 링 라인(126) 상에서, 링 라인(126)의 접선(136) 상으로의 애퍼쳐들(125)의 수직선들(128)이 균일하게 이격되도록 배열된다. 하전 입자 빔 디바이스(100)는 빔렛들에 개별적으로 영향을 주도록 구성되는 정전 다중극 디바이스를 더 포함한다. 또한, 하전 입자 빔 영향 디바이스, 및 하전 입자 빔 디바이스를 동작시키는 방법이 설명된다.

Description

하전 입자 빔 디바이스, 하전 입자 빔 영향 디바이스, 및 하전 입자 빔 디바이스를 동작시키는 방법{CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE, CHARGED PARTICLE BEAM INFLUENCING DEVICE, AND METHOD OF OPERATING A CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE}
본 명세서에 설명된 실시예들은 하전 입자 빔 디바이스들에 관한 것이고, 구체적으로는 웨이퍼들 또는 다른 기판들과 같은 표본들(specimens)을 검사하도록, 예를 들어 패턴 결함들을 검출하도록 구성된 주사 전자 현미경들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 명세서에 설명된 실시예들은 특히 검사 시스템 응용들, 테스팅 시스템 응용들, 결함 검토(defect review) 또는 임계 치수화(critical dimensioning) 응용들, 표면 이미징 응용들, 또는 그와 유사한 것을 위해, 복수의 하전 입자 빔, 예를 들어 전자 빔들을 이용하도록 구성된 하전 입자 빔 디바이스들에 관한 것이다. 실시예들은 또한 하전 입자 빔 영향 디바이스들(charged particle beam influencing devices), 및 하전 입자 빔 디바이스들을 동작시키는 방법들에 관한 것이다.
현대 반도체 기술은 나노미터, 또는 심지어는 나노미터 미만 규모(sub-nanometer scale)로 표본들을 구조화(structuring)하고 프로빙(probing)하는 것에 대한 높은 요구를 만들어냈다. 마이크로미터 및 나노미터 규모의 프로세스 제어, 검사 또는 구조화는, 전자 현미경과 같은 하전 입자 빔 디바이스들에서 발생, 성형, 편향 및 포커싱되는 하전 입자 빔들, 예를 들어 전자 빔들을 이용하여 종종 행해진다. 검사 목적을 위해, 하전 입자 빔들의 파장은 광 빔들의 파장보다 짧으므로, 하전 입자 빔들은 예를 들어 광자 빔(photon beams)과 비교하여 우수한 공간 분해능(superior spatial resolution)을 제공한다.
주사 전자 현미경들(scanning electron microscopes)(SEM)과 같은 하전 입자 빔들을 사용하는 검사 디바이스들은 복수의 산업 분야에서 전자 회로들의 검사, 리소그래피를 위한 노광 시스템, 검출 디바이스, 결함 검사 툴들, 및 집적 회로를 위한 테스팅 시스템을 포함하지만 그에 한정되지는 않는 많은 기능을 갖는다. 그러한 하전 입자 빔 시스템들에서, 높은 전류 밀도를 갖는 미세 프로브들이 이용될 수 있다. 예를 들어, SEM의 경우에서, 1차 전자(primary electron)(PE) 빔은 표본을 이미징하고 분석하는 데에 이용될 수 있는 2차 전자들(secondary electrons)(SE) 및/또는 후방산란된 전자들(backscattered electrons)(BSE)과 같은 신호 입자들을 발생시킨다.
전자 빔 기반 시스템의 한가지 단점은 포커싱된 스폿 내의 제한된 프로브 전류이다. 분해능이 증가함에 따라(스폿 크기가 감소함에 따라), 수차들을 제어하기 위한 애퍼쳐 각도의 감소로 인해, 프로브 전류가 더 감소된다. 더 높은 휘도의 소스들은 전자-전자 상호작용들로 인해, 프로브 전류의 제한된 향상들만을 제공할 수 있다. 전자 빔 시스템들 내에서 e-e 상호작용을 감소시키기 위해, 예를 들어 감소된 컬럼 길이 및/또는 더 높은 컬럼 에너지를, 샘플의 바로 앞에서의 최종 랜딩 에너지까지의 전자 빔의 늦은 감속(late deceleration)과 조합한 것과 같은 다수의 접근들이 이루어졌다. 그러나, 높은 분해능에서의 전자 빔 수율을 향상시키는 것은 점점 더 어려워지고 있다.
그러한 문제를 해결하기 위한 하나의 접근법은 단일 컬럼 내에서 복수의 빔[본 명세서에서 빔렛들(beamlets)이라고도 지칭됨]을 사용하는 것이다. 그러나, 특히 샘플 구조물들이 나노스케일 분해능에서 높은 수율을 갖고서 신속하게 주사되고 검사되어야 할 때, 멀티빔 시스템의 개별 빔렛들의 지향, 주사, 편향, 성형, 정정, 및/또는 포커싱은 까다롭다.
따라서, 샘플 구조물들을 검사하기 위해 이용될 높은 수율 및 양호한 필드 품질들을 제공하는 멀티빔 시스템들로서 구성된 하전 입자 빔 디바이스들을 제공하는 것이 이로울 것이다. 구체적으로, 디바이스가 고속 웨이퍼 검사에 적용될 수 있도록 데이터 수집 속도를 증가시킬 수 있는 하전 입자 빔 디바이스를 제공하는 것이 이로울 것이다.
상술한 내용을 고려하여, 독립 청구항들에 따르면, 하전 입자 빔 디바이스, 하전 입자 빔 영향 디바이스들은 물론, 하전 입자 빔 디바이스를 동작시키는 방법들이 제공된다. 실시예들의 다른 양태들, 이점들, 및 특징들은 종속 청구항들, 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 명백하다.
본 명세서에 설명된 일 양태에 따르면, 하전 입자 빔 디바이스가 제공된다. 하전 입자 빔 디바이스는 광축을 따라 전파하는 하전 입자 빔을 발생시키도록 구성된 빔 소스; 하전 입자 빔으로부터 제1 개수의 빔렛을 생성하도록 구성된 제1 개수의 애퍼쳐를 구비하는 애퍼쳐 디바이스 - 제1 개수는 5 이상이고, 애퍼쳐들은 광축 주위의 링 라인(ring line) 상에서, 링 라인의 접선(tangent) 상으로의 애퍼쳐들의 수직선들(perpendiculars)이 균일하게 이격되도록 배열됨 - ; 및 빔렛들에 개별적으로 영향을 주도록(individually influence) 구성되는 정전 다중극 디바이스(electrostatic multipole device)를 포함한다.
본 명세서에 설명된 다른 양태에 따르면, 표본을 이미징하기 위한 주사 전자 현미경(SEM)이 제공된다. 주사 전자 현미경은 광축을 따라 전파하는 1차 전자들의 빔을 발생시키도록 구성된 빔 소스; 하전 입자 빔으로부터 제1 개수의 빔렛을 생성하도록 구성된 제1 개수의 애퍼쳐를 구비하는 애퍼쳐 디바이스; 빔렛들에 개별적으로 영향을 주도록 구성된 정전 다중극 디바이스; 및 균일하게 이격된 주사 라인들을 따라 제1 주사 방향으로 표본에 걸쳐 빔렛들을 주사하도록 구성된 주사 디바이스를 포함한다. 애퍼쳐 디바이스의 애퍼쳐들은 광축 주위의 링 라인 상에 배열된다.
본 명세서에 설명된 추가 양태에 따르면, 하전 입자 빔 영향 디바이스가 제공된다. 하전 입자 빔 영향 디바이스는 광축을 따라 전파하는 하전 입자 빔으로부터 제1 개수의 빔렛을 생성하도록 구성된 제1 개수의 애퍼쳐를 구비하는 애퍼쳐 디바이스 - 제1 개수는 5 이상이고, 애퍼쳐들은 광축 주위의 링 라인 상에서, 링 라인의 접선 상으로의 애퍼쳐들의 수직선들이 균일하게 이격되도록 배열됨 - ; 및 애퍼쳐 디바이스와 일체화되고, 빔렛들에 개별적으로 영향을 주도록 구성된 정전 다중극 디바이스를 포함한다.
본 명세서에 설명된 추가 양태에 따르면, 하전 입자 빔 디바이스를 동작시키는 방법이 제공된다. 방법은 광축을 따라 전파하는 하전 입자 빔을 발생시키는 단계; 제1 개수의 빔렛을 생성하도록, 광축 주위의 링 라인 상에 배열된 제1 개수의 애퍼쳐를 통해 하전 입자 빔을 지향시키는 단계 - 제1 개수는 5 이상임 - ; 빔렛들에 개별적으로 영향을 주는 단계; 및 균일하게 이격된 주사 라인들을 따라 제1 주사 방향으로 표본에 대해 빔렛들을 이동시키는 단계를 포함한다.
실시예들은 또한 개시된 방법들을 수행하기 위한 장치들에 관한 것이고, 개별 방법 액션들을 수행하기 위한 장치 부분들을 포함한다. 방법들은 하드웨어 컴포넌트들에 의해, 적절한 소프트웨어에 의해 프로그래밍된 컴퓨터에 의해, 그 둘의 임의의 조합에 의해, 또는 임의의 다른 방식으로 수행될 수 있다. 추가로, 실시예들은 또한 설명된 장치들을 동작시키는 방법들에 관한 것이다.
본 명세서에 설명된 실시예들과 조합될 수 있는 다른 이점들, 특징들, 양태들 및 상세들은 종속 청구항들, 상세한 설명 및 도면들로부터 명백하다.
위에서 언급된 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 실시예들의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있다. 첨부 도면들은 하나 이상의 실시예에 관한 것이고, 이하에 설명된다:
도 1은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스의 애퍼쳐 디바이스의 개략적 하부도이다.
도 3은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 영향 디바이스의 개략적인 하부도이다.
도 5는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스의 개략도이다.
도 6은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스의 개략도이다.
도 7은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 하전 입자 빔 디바이스를 동작시키는 방법을 설명하는 흐름도이다.
이제, 다양한 실시예들에 대해 상세하게 참조가 이루어질 것이며, 다양한 실시예들의 하나 이상의 예가 도면들에 도시되어 있다. 도면들에 대한 이하의 설명에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 컴포넌트들을 지칭한다. 일반적으로, 개별 실시예들에 대한 차이들만이 설명된다. 각각의 예는 설명으로서 제공되며, 한정을 의도한 것이 아니다. 또한, 일 실시예의 일부로서 도시되거나 설명되는 특징들이 다른 실시예들에서 사용되거나 다른 실시예들과 함께 사용되어, 또 다른 실시예를 산출할 수 있다. 본 설명은 그러한 수정들 및 변형들을 포함한다고 의도된다.
반도체 기술은 집적 회로들의 생성 동안 이용되는 다양한 프로세스들의 정확한 제어에 의존한다. 예를 들어, 웨이퍼들 및 마스크들과 같은 기판들은 문제들 또는 결함들을 국소화하기 위해 반복적으로 검사되어야 한다. 마스크가 미리 결정된 패턴을 정확하게 정의할 것을 보장하기 위해, 마스크 또는 레티클은 기판 처리 동안의 실제 사용 전에 검사되어야 한다. 마스크 패턴 내의 임의의 결함이 마이크로리소그래피에서의 사용 동안 기판에 전사될 것이다. 기판들, 웨이퍼들, 또는 마스크들과 같은 표본을 결함들에 관하여 검사하는 것은, 전형적으로 비교가능하게 짧은 시간 동안 넓은 표면적을 조사하는 것을 포함한다. 검사 프로세스에 의한 생산 수율의 감소를 피하기 위해, 검사는 가능한 한 빨라야 한다.
패턴 결함들과 같은 결함들을 검출하도록 표본을 검사하기 위해, 주사 전자 현미경들(SEM)이 이용될 수 있다. 표본의 표면은 표본의 표면 상에 포커싱될 수 있는 하전 입자 빔, 예를 들어 전자 빔을 이용하여 주사된다. 하전 입자 빔이 표본에 충돌할 때, 2차 하전 입자들(예를 들어, 2차 전자들)이 생성되고 검출된다. 표본의 위치에서의 패턴 결함은 2차 하전 입자들의 세기 신호를, 예를 들어 표본의 동일 위치에 대응하는 기준 신호와 비교함으로써 검출될 수 있다. 단 하나의 하전 입자 빔이 주사를 위해 이용될 때, 주사는 상당한 양의 시간을 소비할 수 있고, 제한된 수율만이 획득가능할 수 있다.
수율은 멀티빔 시스템으로서 구성된 하전 입자 빔 디바이스를 제공함으로써 증가될 수 있다. 멀티빔 시스템에서, 하전 입자들의 복수의 빔렛이 생성되고, 그러한 빔렛들은 컬럼 내에서 서로의 바로 옆에서 전파되어, 표본 상의 둘 이상의 스폿이 동시에 검사될 수 있게 된다. 그러나, 하나의 컬럼 내에서 가까운 상대적 거리에서 전파하는 복수의 빔렛을 제어, 성형 및 정정하는 것은 까다롭다. 본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 높은 수율 및 높은 검사 정확도를 동시에 제공하는 하전 입자 빔 디바이스(100)가 제공된다.
도 1은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 멀티빔 시스템으로서 구성된 하전 입자 빔 디바이스(100)의 개략적인 단면도이다.
하전 입자 빔 디바이스(100)는 광축(A)을 따라 전파하는 하전 입자 빔(105)을 발생시키도록 구성된 빔 소스(110)를 포함한다. 빔 소스(110)는 전자 빔을 발생시키도록 구성된 전자 소스일 수 있다. 하전 입자 빔(105)은 컬럼의 중심에 위치될 수 있는 광축을 따라, 컬럼을 통해 빔 소스(110)로부터 표본(10)을 향해 전파될 수 있다. 하나 이상의 편향기, 빔 정정기, 렌즈 디바이스, 애퍼쳐, 빔 벤더(beam benders) 및/또는 빔 분리기와 같은 복수의 빔 영향 소자(도 1에 도시되지 않음)는 빔 소스와 표본 사이의 빔 경로를 따라 배열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 빔 소스(110)는 예를 들어 수율을 증가시키기 위해, 콜드 필드 방출기(cold field emitter)(CFE), 쇼트키 방출기, TFE, 또는 다른 고전류 e-빔 소스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 고전류는 100 mrad 이상에서 10㎂인 것으로, 예를 들어 최대 5mA까지, 예를 들어 100 mrad에서 30㎂ 내지 100 mrad에서 1mA인 것으로 고려된다. 전형적인 구현들에 따르면, 전류는 예를 들어 +-10%의 편차를 갖고서, 본질적으로 균일하게 분산된다. 본 명세서에 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 소스는 2nm 내지 40nm의 직경을 가질 수 있고/거나 5 mrad 이상, 예를 들어 50 mrad 내지 200 mrad의 전형적인 방출 반각(emission half angle)을 가질 수 있다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 결합될 수 있는 실시예들에 따르면, 큰 빔 전류를 제공할 수 있는 TFE 또는 다른 고도 감소된 휘도의 소스(high reduced-brightness source), 예를 들어 e-빔 소스는, 최대 10㎂ - 100㎂, 예를 들어 30㎂를 제공하도록 방출 각도가 증가될 때, 휘도가 최대값의 20%를 초과하여 하강되지 않는 소스이다. 쇼트키 또는 TFE 방출기들은 현재 5·107 Am-2(SR)-1V-1의 측정된 감소 휘도(measured reduced-brightness)로 이용가능하고, CFE 방출기들은 최대 5·109 Am-2(SR)-1V-1의 측정된 감소된 휘도를 갖는다. 시스템은 또한 대략 1·1011 Am-2(SR)-1V-1의 감소 휘도를 가질 수 있는 HfC와 같은 카바이드 방출기와 함께 작동할 수 있다. 예를 들어, 적어도 5·107 Am-2(SR)-1V-1를 갖는 빔이 유익하다.
하전 입자 빔 디바이스(100)는 하전 입자 빔(105)으로부터 제1 개수의 빔렛(135)을 생성하도록 구성된 제1 개수의 애퍼쳐(125)를 구비하는 애퍼쳐 디바이스(120)를 더 포함하고, 여기서 제1 개수는 5 이상이다. 즉, 애퍼쳐 디바이스(120)는 5개 이상의 빔렛을 생성하도록 구성된 5개 이상의 애퍼쳐를 포함한다. 다른 실시예들에서, 애퍼쳐 디바이스(120)는 8개 이상의 빔렛을 생성하도록 구성된 8개 이상의 애퍼쳐를 가질 수 있다. 애퍼쳐 디바이스(120)의 애퍼쳐들 각각은 하전 입자 빔으로부터 하전 입자들의 하나의 빔렛을 생성하도록 구성될 수 있다.
애퍼쳐 디바이스(120)는 기판, 예를 들어 평판(flat plate)을 포함할 수 있고, 여기서 애퍼쳐들(125)은 기판 내의 개구들 또는 홀들로서 형성된다. 하전 입자 빔(105)이 내부에 형성된 애퍼쳐들(125)을 갖는 기판 상에 충돌할 때, 하전 입자들은 기판 내의 애퍼쳐들(125)을 통해 전파하여 빔렛들(135)을 형성할 수 있고, 하전 입자 빔(105)의 나머지 부분은 기판에 의해 차단될 수 있다. 애퍼쳐 디바이스(120) 상의 전하들의 축적을 감소시키거나 회피하기 위해, 애퍼쳐 디바이스(120)의 적어도 하나의 표면, 예를 들어 빔 소스(110) 쪽을 향하는 애퍼쳐 디바이스(120)의 표면은 전도체 또는 반도체 표면일 수 있다.
도 2는 애퍼쳐 디바이스(120)를 하부도로, 즉 표본(10)의 관점으로부터 더 상세하게 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 애퍼쳐 디바이스의 5개 이상의 애퍼쳐는 광축(A) 주위의 링 라인(126) 상에 배열된다. 링 라인(126)은 반드시는 아니지만, 전형적으로는 원형 라인이다. 따라서, 애퍼쳐 디바이스(120)를 통해 하전 입자 빔(105)을 지향시킴으로써 발생되는 5개 이상의 빔렛은 광축(A)으로부터 본질적으로 동일한 거리를 가질 수 있다. 빔렛들이 광축(A)으로부터 동일한 거리를 갖도록 빔렛들을 발생시키는 것은, 빔렛들에 영향을 주는 것이 개별 빔렛들의 유사한 수차들을 야기하게 하고, 따라서 빔렛들이 더 쉽게 정정될 수 있다는 이점을 가질 수 있다. 또한, 빔렛들(135)은 빔렛들 각각을 대응하는 방식으로 포커싱하는 하나의 단일 대물 렌즈로 표본(10) 상에 포커싱될 수 있다.
도 1의 단면도에서, 5개 이상의 빔렛 중 단 2개의 빔렛만이 도시된다. 예를 들어, 도 1의 단면도는 도 2에서 점선으로 나타내어진 단면 평면 C를 따라 취해질 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 2개의 애퍼쳐는 도 2의 애퍼쳐 디바이스(120)의 제1 애퍼쳐(121) 및 제2 애퍼쳐(122)에 대응할 수 있으며, 제1 애퍼쳐(121) 및 제2 애퍼쳐(122)는 링 라인(126)의 대향 측들에 위치된다. 애퍼쳐 디바이스(120)에 의해 생성되는 나머지 3개 이상의 빔렛은 도 1에 도시되지 않는다.
애퍼쳐들(125)은 광축(A) 주위의 링 라인(126) 상에서, 링 라인(126)의 접선(136) 상으로의 애퍼쳐들(125)의 수직선들(128)이 균일하게 이격되도록 배열된다. "애퍼쳐의 수직선(perpendicular of an aperture)"은 애퍼쳐의 중심과 접선(136) 사이의 연결 라인으로서 이해될 수 있으며, 여기서 연결 라인은 접선(136)에 수직하다. 수직선들(128)은 서로에 평행하고, 각각의 수직선은 공통 접선에 수직하다. 2개의 인접한 수직선(128) 사이의 거리들(D1)은 각각 본질적으로 동일하다.
따라서, 빔렛들(135)은 제1 개수의 균일하게 이격된 주사 라인들을 따라 제1 주사 방향(X)[도 1의 수직선들(128)의 방향에 대응함]으로 표본에 걸쳐 주사될 수 있다.
수직선들(128)의 방향이 제1 주사 방향(X)에 반드시 대응하지는 않는다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 빔렛들(135)은 애퍼쳐 디바이스(120)와 표본(10) 사이에 배열될 수 있는 자기 렌즈 요소에 의해 광축 주위에서 일제히(in unison) 회전될 수 있다. 광축(A) 주위의 공통 회전은 빔렛들 사이의 상대적인 거리를 유지하고, 그에 의해 빔렛들은 회전 후의 (회전된) 투영(projection)에서 여전히 균일하게 이격된다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 빔렛들이 광축(A) 주위의 링 라인 상에 위치되는 멀티빔 시스템이 제공된다. 광축(A)은 컬럼의 중심에 대응할 수 있다. 링 라인 상에 배열되는 빔렛들의 제1 개수는 5 이상이지만, 빔렛들이 제1 주사 방향(X)에서 본질적으로 등거리의 주사 라인들을 따라 주사될 수 있도록, 빔렛들은 투영에서 균일하게 이격된다.
5개 이상의 빔렛은 5개 이상의 애퍼쳐가 링 라인(126) 상에서 광축에 대해 균일하게 이격된 각도 위치들에 배열되지 않을 때에만 투영에서 균일하게 이격될 수 있음에 유의해야 한다. 도 2에 도시된 예에서, 일부 인접 애퍼쳐들은 애퍼쳐 디바이스의 중심에 대해 90°의 각도를 둘러싸는 반면, 다른 인접 애퍼쳐들은 45° 각도를 둘러싼다. 그러나, 투영에서, 발생된 빔렛들 간의 거리들(D1)은 본질적으로 동일하다. 마찬가지로, 제1 개수가 8(예를 들어 8개의 빔렛을 생성하기 위한 8개의 애퍼쳐)인 도 4에 도시된 예에서, 애퍼쳐들은 투영에서 균일하게 이격된 주사 라인들을 따른 빔렛들의 주사가 가능하도록, 불균일하게 이격된 각도 위치들에 배열된다.
빔렛들이 균일하게 이격되지 않은 주사 라인들을 따라 주사될 때, 소정 지점에서, 몇몇 가까운 빔렛들에 의해 주사되는 영역들이 중첩될 수 있는 한편, 다른 스트라이프들은 주사되지 않은 채로 남아있을 수 있으므로, 수율에 손실이 있다. 주사되지 않은 영역들을 주사하기 위한 시간 동안, 일부 빔렛들은 유휴 상태일 수 있으므로, 이는 수율의 손실로 이어진다.
한편, 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라, 빔렛들은 균일하게 이격된 주사 라인들을 따라, 즉 등거리 주사 라인들을 따라 주사될 수 있다. 예를 들어, 우선 제1 주사 방향(X)에서 균일하게 이격된 주사 라인들을 따라 빔렛들을 주사하고, 그에 후속하여, 표본의 미리 결정된 영역이 완전하게 주사될 때까지 빔렛들을 횡단 제2 주사 방향으로 이동시킴으로써, 증가된 수율이 달성될 수 있다. 빔라인들 중 일부의 유휴 시간들은 감소될 수 있거나, 완전하게 회피될 수 있다. 그 후에, 표본은 이동되거나 시프트될 수 있고, 그 때 표본의 추가 영역이 래스터 주사될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 하전 입자 빔 디바이스는 제1 주사 방향(X)으로 균일하게 이격된 주사 라인들을 따라 표본(10)에 걸쳐서 빔렛들(135)을 주사하도록 구성된 주사 디바이스를 포함할 수 있다. 임의로(optionally), 주사 디바이스는 빔렛들(135)을 제1 주사 방향(X)에 수직할 수 있는 제2 횡단 주사 방향으로 편향시키도록 구성될 수 있다.
하전 입자 빔 디바이스(100)는 빔렛들(135)에 개별적으로 영향을 주도록 구성되는 정전 다중극 디바이스(150)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 정전 다중극 디바이스(150)는 애퍼쳐 디바이스(120)로부터 다운스트림에 배열되고, 빔렛들(135)에 개별적으로 영향을 주도록 구성된 복수의 정전 다중극(151)을 포함하며, 즉 각각의 빔렛은 연관된 정전 다중극에 의해 영향을 받을 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "빔렛에 영향을 주는 것(influencing a beamlet)"은 빔렛을 편향키시는 것, 성형하는 것, 정정하는 것, 포커싱하는 것, 및/또는 시준하는 것 중 적어도 하나 이상으로서 이해될 수 있다. 예를 들어, 정전 다중극 디바이스(150)는 복수의 정전 편향기 유닛을 포함할 수 있고, 각각의 편향기 유닛은 빔렛들(135) 중 하나를 편향시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 정전 다중극 디바이스는 복수의 정전 4중극 또는 8중극을 포함할 수 있고, 각각의 정전 4중극 또는 8중극은 빔렛들(135) 중 하나의 수차를 정정하도록 구성될 수 있다.
정전 다중극 디바이스는 빔렛들 각각에 개별적으로 영향을 주도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 정전 다중극 디바이스는 제1 개수의 정전 다중극을 가질 수 있고, 각각의 정전 다중극은 제1 개수의 빔렛 중 하나에 연관되고, 그에 의해 상기 빔렛은 연관된 정전 다중극을 통해 개별적으로 영향을 받을 수 있다. 구체적으로, 빔렛들 각각은 정전 다중극 디바이스의 연관된 정전 다중극에 의해 다른 빔렛들에 본질적으로 독립하여 영향을 받을 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 빔렛이 다른 빔렛들에 독립하여 영향을 받을 수 있도록, 정전 다중극 디바이스(150)는 제1 개수의 빔렛에 대응하는 제1 개수의 정전 다중극(151)을 가질 수 있으며, 여기서 제1 개수는 5 이상이다.
정전 다중극 디바이스(150)는 애퍼쳐 디바이스(120)로부터 다운스트림에 배열된다. 예를 들어, 정전 다중극 디바이스(150)는 애퍼쳐 디바이스로부터 다운스트림에 곧바로, 즉 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이 애퍼쳐 디바이스와 정전 다중극 디바이스 사이에 다른 빔 영향 유닛을 갖지 않고서 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 정전 다중극 디바이스(150)는 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이 애퍼쳐 디바이스(120)와 통합될 수 있다.
정전 다중극 디바이스(150)를 애퍼쳐 디바이스(120)로부터 다운스트림에 제공하는 것은 유익한데, 왜냐하면 빔렛들이 애퍼쳐 디바이스에 의한 생성 후에 편향, 포커싱, 및/또는 정정될 수 있고, 그에 의해 빔렛들은 표본 상의 미리 결정된 스폿을 향해 정확하게 전파하게 되기 때문이다. 빔렛들의 생성 후에 빔렛들에 개별적으로 영향을 주는 것은, 인접 빔렛들 사이의 각도 거리들이 동일하지 않은 경우들에서 특히 유익하다. 이것은, 단일 정전 필드를 갖는 빔렛들 전부에 집합적으로 영향을 주는 것이 빔렛들에 개별적으로 영향을 주는 것에 비교하여 감소된 편향 정확도 및/또는 정정 정확도를 제공할 수 있기 때문이다. 따라서, 수율은 빔렛들에 개별적으로 영향을 주는 것에 의해 더 증가될 수 있다. 추가로, 빔렛들에 개별적으로 영향을 주도록 구성된 정전 다중극 디바이스(150)는 증가된 조절 및 유연성 옵션들을 제공하며, 그에 의해 빔 경로들 및 빔 형상들이 더 쉽고 정확하게 정정 및 조절될 수 있다.
일부 실시예들에서, 정전 다중극 디바이스(150)의 정전 다중극(151)은 정전 2중극, 4중극, 6중극, 또는 8중극으로서 구성될 수 있다. 정전 다중극 디바이스(150)는 각각의 빔렛(135)에 대해 하나의 연관된 정전 2중극, 4중극, 6중극, 또는 8중극을 포함할 수 있다.
정전 2중극은 하전 입자들의 빔렛에 영향을 주기 위한 2개의 전극을 포함하고, 여기서 2개의 전극은 빔렛의 대향 측들에 배열될 수 있다. 정전 2중극은 빔 전파 방향에 수직한 한 방향으로 빔렛을 편향시키기 위해 이용될 수 있다.
정전 4중극은 하전 입자들의 빔렛에 영향을 주기 위한 4개의 전극을 포함하고, 여기서 4개의 전극은 빔렛 주위에서 동일한 각도 위치들에 배열될 수 있다. 정전 4중극은 빔렛을 빔 전파 방향에 수직한 2개의 방향으로 편향시키기 위해, 및/또는 빔 수차들의 정정을 위해 이용될 수 있다.
정전 8중극은 하전 입자들의 빔렛에 영향을 주기 위한 8개의 전극을 포함하고, 여기서 8개의 전극은 빔렛 주위에서 동일한 각도 위치들에 배열될 수 있다. 정전 8중극은 빔렛을 다양한 방향들로 편향시키기 위해, 및/또는 빔 수차들의 정정을 위해 이용될 수 있다. 정전 4중극에 비교하여 더 높은 차수의 수차가 정정될 수 있다.
정전 다중극들은 예를 들어 정전 다중극의 전극들에 대응 전기 전위들을 인가함으로써, 빔 포커싱 및/또는 디포커싱을 위해 이용가능할 수 있음에 유의해야 한다.
일부 실시예들에서, 정전 다중극 디바이스(150)의 정전 다중극들(151)은 연관된 애퍼쳐로부터 다운스트림에서, 연관된 애퍼쳐의 중심에 대해 균일하게 이격된 각도 위치들에 배열된 2개, 4개, 6개, 8개, 또는 그보다 많은 전극을 각각 포함한다. 정전 다중극들(151)은 각각 하나의 연관된 빔렛을 개별적으로 편향시키는 것, 정정하는 것, 성형하는 것, 및/또는 포커싱하는 것 중 적어도 하나를 위해 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 인접한 수직선(128) 사이의 거리(D1)는 링 라인(126)의 최대 직경을 애퍼쳐들의 개수에서 1을 뺀 수로 나눈 것에 본질적으로 대응할 수 있다. 예를 들어, 제1 개수가 5일 때, 2개의 인접한 수직선(128) 사이의 거리 D1은 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 링 라인(126)의 직경의 1/4에 대응할 수 있다. 링 라인(126) 상에서의 애퍼쳐들의 그러한 배열은 유익한데, 왜냐하면 표본이 시프트되어야 하기 전에, 표본 상의 큰 면적, 예를 들어 넓은 스트라이프가 주사될 수 있기 때문이다.
일부 실시예들에서, 균일하게 이격된 주사 라인들을 따라 제1 주사 방향(X)으로 표본에 걸쳐 빔렛들을 주사하도록 구성된 주사 디바이스가 제공될 수 있다. 전형적으로, 제1 주사 방향(X)은 수직선들의 방향을 따라 설정된다. 예를 들어, 주사 디바이스는 교번적으로(alternately), 균일하게 이격된 주사 라인들을 따라 제1 주사 방향(X)으로 주사하고 제2 횡단 주사 방향으로 빔렛들을 이동시킴으로써, 표본에 걸쳐 빔렛들을 래스터-주사하도록 구성될 수 있다. 제2 횡단 주사 방향은 제1 주사 방향에 수직할 수 있다. 이러한 시퀀스는 링 라인(126)의 직경에 대응하거나 그러한 직경보다 큰 폭을 갖는 표본의 스트라이프가 완전하게 주사될 때까지 반복될 수 있다. 그 때, 표본은 예를 들어 이전에 주사된 스트라이프의 폭에 대응하는 거리만큼 다른 위치로 시프트될 수 있다.
본 명세서에 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 일부 실시예들에서, 정전 다중극 디바이스(150)는, 각각의 빔렛이 다른 소스로부터 오는 것으로 보이도록 빔렛들(135)을 편향시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 정전 다중극 디바이스(150)는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 빔렛들 각각에 대해 개별 편향기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 개별 편향기들은 정전 2중극, 4중극, 6중극, 또는 8중극과 같은 정전 다중극들을 포함할 수 있다. 복수의 정전 4중극 또는 8중극을 갖는 정전 다중극 디바이스(150)를 제공하는 것은 유익할 수 있는데, 왜냐하면 정전 4중극들 또는 8중극들이 포커싱, 편향, 및 정정을 위해 이용될 수 있기 때문이다.
도 3은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스(200)의 개략적인 단면도이다. 도 3의 하전 입자 빔 디바이스(200)는 도 1의 하전 입자 빔 디바이스(100)의 피쳐들 대부분을 포함할 수 있고, 그에 의해 위의 설명들이 참조될 수 있으며, 여기에서 반복하여 설명되지 않는다.
하전 입자 빔 디바이스(200)는 빔 소스(110)로부터 컬럼을 통해, 검사될 표본(10)을 향해 전파하는 하전 입자 빔(105)을 발생시키기 위한 빔 소스(110)를 포함한다. 하전 입자 빔 디바이스(200)는 하전 입자 빔 영향 디바이스(210)를 더 포함한다.
도 4는 하전 입자 빔 영향 디바이스(210)를 하부도로, 즉 표본(10)의 관점으로부터 더 상세하게 보여준다. 하전 입자 빔 영향 디바이스(210)는 일체로 형성될 수 있는 애퍼쳐 디바이스(220) 및 정전 다중극 디바이스(250)를 포함한다. 즉, 애퍼쳐 디바이스(220) 및 정전 다중극 디바이스(250)는 단일 컴포넌트로서 일체로 형성될 수 있고, 즉 서로에 연결되거나 고정될 수 있고, 또는 단일 다층 기판으로부터 형성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 함께 결합될 수 있는 일부 실시예들에서, 애퍼쳐 디바이스(220)는 정전 다중극 디바이스(250)의 정전 다중극들(151)이 그 위에 형성되는 절연체 층을 포함하는 기판(221)을 포함한다.
제1 개수의 애퍼쳐(125)가 애퍼쳐 디바이스(220)의 기판(221) 내에 형성되고, 여기서 제1 개수는 5 이상이다. 도 4의 실시예에서, 제1 개수는 8이다. 애퍼쳐들(125)은 하전 입자 빔(105)으로부터 제1 개수의 빔렛(135)을 생성하도록 구성된다. 따라서, 도 4의 애퍼쳐 디바이스(220)는 8개의 빔렛을 생성하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 제1 개수는 8 초과, 예를 들어 10 이상일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 애퍼쳐들(125)은 광축(A) 주위의 링 라인(126) 상에서, 링 라인(126)의 접선(136) 상으로의 애퍼쳐들(125)의 수직선들(128)은 균일하게 이격되도록 배열된다. 따라서, 투영에서의 인접 빔렛들 사이의 거리(D2)는 각각 유사하거나 동일하다. 거리(D2)는 링 라인(126)의 직경을 7(8 빼기 1)로 나눈 것에 대략적으로 대응할 수 있다.
따라서, 균일하게 이격되거나 등거리에 있는 주사 라인들을 따라 제1 주사 방향(X)으로 표본(10)에 걸쳐 빔렛들(135)을 주사하는 것이 가능하다. 위의 설명들이 참조되며, 여기에 반복하여 설명되지 않는다.
정전 다중극 디바이스(250)의 정전 다중극들(151)은 다운스트림을 향하는, 즉 표본(10) 쪽을 향하는 기판(221)의 표면 상에 배열될 수 있다. 따라서, 애퍼쳐들 중 하나를 통해 전파됨으로써 생성된 빔렛은 생성 직후에, 기판(221) 상에 형성될 수 있는 연관된 정전 다중극에 의해 영향을 받을 수 있는데, 예를 들어 편향, 정정, 및/또는 포커싱될 수 있다.
도 4에 상세하게 도시된 바와 같이, 정전 다중극 디바이스(250)는 제1 개수의 애퍼쳐(125)에 대응하는 제1 개수의 정전 다중극(151), 즉 4중극 또는 8중극과 같은 8개의 정전 다중극을 포함할 수 있다. 도 4의 예시적인 실시예에서, 정전 다중극들(151)은 4중극들로서 구성된다.
정전 다중극(151)은 애퍼쳐를 통해 전파하고 난 후의 하나의 빔렛에 영향을 주도록, 애퍼쳐들 중 하나의 주위에서 기판(221)의 주 표면 상에 형성될 수 있는 4개 이상의 전극을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 4개 이상의 전극 각각은 애퍼쳐의 중심으로부터 동일한 거리에 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 4개 이상의 전극 각각은 애퍼쳐의 빔 제한 에지로부터 반경방향 거리에 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 전극(152)은 제1 애퍼쳐(121)의 빔 제한 에지(153)로부터 반경방향 거리에 배열된다. 즉, 전극(152) 자신이 빔렛을 위한 빔 제한 에지를 형성하는 것이 아니라, 전극(152)은 제1 애퍼쳐(121)의 빔 제한 에지(153)에 대해 반경방향으로 외측에 배열된다. 결과적으로, 빔렛은 정전 다중극의 전기장의 에지 영역을 통해 전파되지 않고, 여기서 전기장은 애퍼쳐의 중심 영역에서의 전기장으로부터 벗어날 수 있다. 애퍼쳐의 빔 제한 에지(153)는 애퍼쳐를 통해 전파하는 빔렛의 반경방향 연장을 제한한다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 결합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 하전 입자 빔 영향 디바이스(210)는 빔렛들을 형성하기 위한 애퍼쳐들(125)을 제공하는 것, 및 애퍼쳐들로부터 다운스트림에 정전 다중극 디바이스의 전극들을 보유하는 것 둘 다를 위해 구성되는 기판(221)을 포함한다.
정전 다중극들(151)의 전극들은 애퍼쳐들 중 하나에 대해 동일하게 이격된 각도 위치들에서 기판(221)의 표면 상에 배열될 수 있다. 기판(221)은 평판 기판, 예를 들어 다층 웨이퍼와 같은 웨이퍼일 수 있다. 예를 들어, 기판(221)은 전극들이 그 위에 형성되는 적어도 하나의 절연체 층을 갖는 다층 웨이퍼일 수 있다.
본 명세서에 개시된 다른 실시예들과 결합될 수 있는 일부 실시예들에서, 애퍼쳐들은 둥근 또는 원형의 단면 형상을 가질 수 있다. 따라서, 하전 입자들의 둥근 또는 원형 빔렛들은 광각의 하전 입자 빔을 애퍼쳐들을 통해 지향시킴으로써 발생될 수 있다. 애퍼쳐들은 1mm 이하, 특히 500㎛ 이하, 더 구체적으로는 200㎛ 이하, 또는 심지어는 100㎛ 이하의 직경을 가질 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 영향 디바이스(210)의 제조는, 정전 다중극들(151)의 전극들의 일부 또는 전부가 실리콘 또는 도핑된 실리콘을 포함할 때 단순화될 수 있다. 평평한 기판의 최상부에 배열된 실리콘 전극들은 SOI 기판(Silicon-on-Insulator)으로부터 소형화된 형태로 특히 쉽게 형성될 수 있다. 결정질 실리콘 또는 도핑된 실리콘의 전도율은 그로부터 정전 다중극의 전극들을 형성하기에 충분할 수 있다. 다른 구현예들에서, 정전 다중극들(151)의 전극들은 금속을 포함할 수 있다. 추가로, 다른 재료 시스템들이 SOI 웨이퍼와 유사한 반도체 층 및 절연체 층을 구비하는 다층 웨이퍼 구조물을 제공하는 데에 적절할 수 있다.
정전 다중극들(151)의 전극들은 각자의 전위에 연결가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전압 공급부는 전극들 각각을 각자의 전압과 연결하도록 제공될 수 있다. 일부 경우들에서, 각각의 전극은 그 전극을 전압 공급부와 연결하기 위한 각자의 연결 라인에 결합될 수 있다. 연결 라인들은 기판의 절연체 층 내에 적어도 부분적으로 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 연결 라인들은 기판(221)의 표면 상에 적어도 부분적으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 전극들을 각자의 전위와 연결하기 위한 연결 라인들은 전극들과 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판은 전극들이 그 최상부에 형성되는 절연체 층(222)을 포함할 수 있고, 기판은 절연체 층(222)에서 전극들이 형성되는 측의 반대 측 상에 반도체 또는 전도체 재료를 포함하는 추가 층(223)을 포함할 수 있다(도 6 참조). 추가 층(223)은 하전 입자 빔 영향 디바이스(210)의 업스트림 측을 향할 수 있다. 추가 층(223)은 금속 또는 반도체, 특히 실리콘으로 이루어질 수 있다. 일부 구현예들에서, 전극들 및 추가 층(223) 둘 다는 실리콘으로 이루어질 수 있는 반면, 절연체 층(222)은 SiO2 또는 사파이어와 같은 다른 절연체를 포함할 수 있다. 기판의 표면 상에서의 전하들의 축적은 감소되거나 회피될 수 있다. 예를 들어, 추가 층(223)은 접지 전위와 같은 전위에 연결될 수 있다.
전극들은 다층 기판 상에 마스크를 적용하고, 초기의 균일한 최상부 층의 일부분들을 제거하여, 최상부 층의 남아있는 부분들이 전극들을 형성하게 함으로써 기판(221) 상에 형성될 수 있다.
전극들은 실리콘을 포함하거나 실리콘으로 구성될 수 있다. 전극들을 제조하기 위해, SOI 웨이퍼의 최상부 층일 수 있는 초기의 균일한 실리콘 층은 부분적으로 제거, 예를 들어 에칭될 수 있고, 그에 의해 실리콘 층의 남아있는 부분들은 전극들을 형성하게 된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전극들은 본질적으로 사다리꼴 형상을 가질 수 있고, 애퍼쳐들 주위의 균일하게 이격된 각도 위치들에 배열될 수 있다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 함께 결합될 수 있는 일부 실시예들에서, 전극들은 각각 애퍼쳐들 중 하나의 주위에서 30° 미만의 각도 범위, 특히 15° 미만의 각도 범위에 걸쳐서 연장될 수 있다.
도 5는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스(100)의 개략적인 단면도이다. 하전 입자 빔 디바이스(100)는 도 1에 도시된 실시예와 유사한 빔 소스(110), 애퍼쳐 디바이스(120), 및 정전 다중극 디바이스(150)를 포함할 수 있고, 따라서 위의 설명들이 참조될 수 있으며 여기에서 반복하여 설명되지 않는다.
하전 입자 빔(105)은 빔 소스(110)에 의해 발생되고, 애퍼쳐 디바이스(120)를 통해 지향된다. 애퍼쳐 디바이스(120)는 하전 입자 빔으로부터 제1 개수의 빔렛(135)을 형성하도록 구성된다. 제1 개수는 5 이상이지만, 도 5의 단면도에는 2개의 빔렛(135)만이 도시된다. 빔렛들(135)은 정전 다중극 디바이스(150)를 통해 전파된다. 빔렛들(135) 각각은 빔렛에 개별적으로 영향을 주도록 구성된 정전 다중극 디바이스(150)의 연관된 정전 다중극(151)을 통해 전파될 수 있다.
예를 들어, 빔렛들(135)은 각각의 빔렛이 다른 소스로부터 오는 것으로 보이도록, 정전 다중극 디바이스에 의해 편향될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 빔렛의 빔 수차들은 적절한 정전 다중극 필드를 적용함으로써 정정될 수 있다.
임의로(optionally), 빔렛들은 빔렛들(135)로부터 표본의 위치에서 발생된 2차 전자들 및/또는 후방산란된 전자들을 분리하도록 구성된 빔 분리기 디바이스(195)를 통해 전파될 수 있다.
주사 디바이스(140)는 빔렛들(135)을 제1 주사 방향(X), 및/또는 제1 주사 방향(X)에 수직할 수 있는 제2 횡단 주사 방향으로 표본(10)에 걸쳐 주사하도록 제공될 수 있다. 제1 주사 방향(X)은 도 5의 단면 평면에 수직할 수 있다. 5개 이상의 빔렛은 제1 주사 방향(X)으로 연장되는 등거리 주사 라인들을 따라 주사될 수 있다.
하전 입자 빔 디바이스(100)는 표본(10) 상에 빔렛들(135)을 포커싱하도록 구성되는 대물 렌즈(190)를 더 포함할 수 있다. 대물 렌즈(190)는 자기 렌즈 부분 및 정전 렌즈 부분을 포함하는 결합된 자기 정전 대물 렌즈(magnetic-electrostatic objective lens)일 수 있다.
복합 자기 정전 렌즈의 정전 부분은 정전 지연 렌즈(electrostatic retarding lens)일 수 있다. 그러한 복합 자기 정전 렌즈를 이용하면, SEM의 경우에서 수백 전자 볼트와 같은 낮은 랜딩 에너지들에서 우수한 분해능을 산출해낸다. 그러한 낮은 랜딩 에너지들은 특히 현대 반도체 산업에서 복사 민감 표본들(radiation sensitive specimens)의 충전 및/또는 손상을 회피하는 데에 유익하다. 그러나, 일부 경우들에서, 자기 렌즈만이 이용될 수 있거나 정전 렌즈만이 이용될 수 있다.
대물 렌즈(190)는 빔렛들을 포커싱할 수 있는 것뿐만 아니라, 광축 주위에서 빔렛들을 또한 회전시킬 수 있다. 이러한 효과는 2차원 도면에 도시하기가 어렵고 통상의 기술자는 이러한 효과를 잘 알고 있으므로 도시되지 않는다. 정전 다중극 디바이스와 대물 렌즈의 결합된 효과들로 인해, 빔렛들 중 하나에 각각 대응하는 복수의 스폿이 표본 상에 생성된다.
빔렛들이 표본(10)의 표면에 충돌할 때, 빔렛들은 표본의 원자들의 핵 및 전자들과의 일련의 복잡한 상호작용을 겪을 수 있다. 상호작용들은 상이한 에너지의 전자들, X 레이들, 열, 및 광과 같은 다양한 2차 생성물들을 생성한다. 이러한 2차 생성물들 중 다수는 샘플의 이미지들을 생성하고 추가 데이터를 수집하기 위해 이용된다. 표본의 조사 또는 이미지 형성에 대해 주된 중요도를 갖는 2차 생성물은 비교적 낮은 에너지(1 내지 50eV)로 다양한 각도들에서 표본으로부터 탈출하는 2차 전자들이다. 신호 전자들은 대물 렌즈를 통해 표본으로부터 추출되고, 1차 빔렛들로부터 분리되고, 검출기 디바이스에 도달한다.
따라서, 제1 개수의 빔렛(135)은 제1 개수의 스폿에서 표본(10)과 상호작용하고, 그에 의해 2차 또는 후방산란된 전자들의 복수의 빔렛이 표본(10)으로부터 방출되게 된다.
표본(10)은 적어도 하나의 방향으로, 예를 들어 제1 주사 방향(X)에 수직한 방향으로 표본을 이동시키도록 구성된 이동가능한 스테이지(11) 상에 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이동가능한 스테이지(11)는 표본을 둘 이상의 방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 개수의 빔렛(135)으로부터 2차 또는 후방산란된 전자들의 복수의 빔렛을 분리하기 위해, 빔 분리기 디바이스(195)가 제공될 수 있다. 2차 또는 후방산란된 전자들의 빔렛들은 검출기 디바이스(180)를 향해 지향될 수 있다.
일부 실시예들에서, 표본(10)으로부터 방출된 2차 하전 입자들 및/또는 후방산란된 하전 입자들을 검출하도록 구성된 검출기 디바이스(180)가 제공될 수 있다. 검출기 디바이스(180)는 각각 빔렛들(135) 중 하나에 의해 발생되는 2차 또는 후방산란된 전자들을 검출하도록 구성된 다수의 세그먼트로 세분될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 검출기 디바이스(180)는 제1 빔렛에 의해 발생된 2차 하전 입자들을 검출하도록 구성된 제1 검출기 세그먼트(181), 및 제2 빔렛에 의해 발생된 2차 하전 입자들을 검출하도록 구성된 제2 검출기 세그먼트(182)를 포함한다. 추가 검출기 세그먼트들이 제공될 수 있다. 각각의 빔렛이 연관된 검출기 세그먼트를 갖도록, 검출기 세그먼트들의 개수는 제1 개수에 대응할 수 있다.
도 6은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스(200)의 개략적인 단면도이다. 하전 입자 빔 디바이스(200)는 도 5에 도시된 하전 입자 빔 디바이스(100)에 본질적으로 대응하고, 따라서 위의 설명들이 참조될 수 있으며 여기에서 반복하여 설명되지 않는다. 그러나, 서로로부터 공간적으로 분리된 애퍼쳐 디바이스 및 정전 다중극 디바이스를 대신하여, 도 4에 도시된 바와 같은 하전 입자 빔 영향 디바이스(210)가 제공될 수 있다.
하전 입자 빔 영향 디바이스(210)는 하전 입자 빔(105)으로부터 제1 개수의 빔렛(135)을 생성하도록 구성된 제1 개수의 애퍼쳐를 구비하는 애퍼쳐 디바이스(220), 및 애퍼쳐 디바이스(220)와 일체로 형성된 정전 다중극 디바이스(250)를 포함한다. 정전 다중극 디바이스(250)는 빔렛들(135)에 개별적으로 영향을 주도록 구성된 복수의 정전 다중극(151)을 포함한다.
애퍼쳐들(125)은 광축(A) 주위의 링 라인 상에서, 링 라인의 접선 상으로의 애퍼쳐들의 수직선들이 균일하게 이격되도록 배열된다. 따라서, 빔렛들은 제1 주사 방향(X)에서 등거리 주사 라인들을 따라 주사될 수 있다.
하전 입자 빔 영향 디바이스(210)는 기판을 포함할 수 있고, 기판은 정전 다중극들(151)의 전극들이 그 위에 형성되는 절연체 층(222), 및 전도체 또는 반도체 층일 수 있는 추가 층(223)을 갖는다. 애퍼쳐들(125)은 예를 들어 에칭 프로세스에서 기판 내에 형성될 수 있다.
도 7은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 하전 입자 빔 디바이스를 동작시키는 방법을 설명하는 흐름도이다.
박스(710)에서, 광축(A)을 따라 전파하는 하전 입자 빔, 특히 전자 빔이 생성된다.
박스(720)에서, 광축 주위의 링 라인 상에 배열된 제1 개수의 애퍼쳐를 통해 하전 입자 빔을 지향시킴으로써 제1 개수의 빔렛이 생성되고, 여기서 제1 개수는 5 이상이다.
박스(730)에서, 빔렛들은 개별적으로 영향을 받는데, 예를 들면 개별적으로 편향, 정정, 포커싱 및/또는 성형된다. 예를 들어, 각각의 빔렛은 정전 다중극 디바이스의 연관된 정전 다중극에 의해 영향을 받을 수 있다.
빔렛들은 정전 다중극 디바이스에 의해 편향될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 빔렛들의 빔 수차들은 정전 다중극 디바이스에 의해 정정될 수 있다.
박스(740)에서, 빔렛들은 균일하게 이격된 주사 라인들을 따라 제1 주사 방향(X)으로 표본에 대해 이동된다.
표본은 등거리의 주사 라인들을 따라 제1 주사 방향으로, 그리고 횡단 제2 주사 방향으로 표본에 걸쳐 빔렛들을 이동시킴으로써 래스터-주사될 수 있다. 횡단 제2 주사 방향은 제1 주사 방향에 수직할 수 있다. 제1 주사 방향(X) 및 횡단 제2 주사 방향으로의 래스터 주사는 표본의 미리 결정된 영역이 주사될 때까지 반복될 수 있다. 다음으로, 표본은 예를 들어 이동가능한 스테이지에 의해 이동될 수 있다.
박스(750)에서, 방법은 표본에 의해 방출된 2차 및/또는 후방산란된 하전 입자들을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있고, 여기서 특히 빔렛들 각각에 의해 발생된 2차 및/또는 후방산란된 하전 입자들은 세그먼트화된 검출기 디바이스의 세그먼트에 의해 개별적으로 검출된다.
상술한 것은 구체적인 실시예들에 관한 것이지만, 다른 실시예들 및 추가의 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 만들어질 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.
10 : 표본
105 : 하전 입자
110 : 빔 소스
120 : 애퍼쳐 디바이스
121, 122, 125 : 애퍼쳐
126 : 링 라인
135 : 빔렛

Claims (15)

  1. 하전 입자 빔 디바이스(100)로서,
    광축(A)을 따라 전파하는 하전 입자 빔(105)을 발생시키도록 구성된 빔 소스(110);
    상기 하전 입자 빔(105)으로부터 제1 개수의 빔렛(beamlets)(135)을 생성하도록 구성된 제1 개수의 애퍼쳐(125)를 구비하는 애퍼쳐 디바이스(120, 220) - 상기 제1 개수는 5 이상이고, 상기 애퍼쳐들(125)은 상기 광축(A) 주위의 링 라인(ring line)(126) 상에서, 상기 링 라인(126)의 접선(tangent)(136) 상으로의 상기 애퍼쳐들(125)의 수직선들(128)이 균일하게 이격되도록 배열되고, 상기 애퍼처들(125)은 상기 링 라인(126) 상에 불균일하게 이격된 각도 위치들에 배열됨 - ; 및
    상기 제1 개수의 빔렛(135)에 개별적으로 영향을 주도록(individually influence) 구성되는 복수의 정전 다중극(151)을 포함하는 정전 다중극 디바이스(electrostatic multipole device)(150, 250)
    를 포함하고,
    상기 애퍼쳐 디바이스는 기판을 포함하고, 상기 기판 상에는 상기 정전 다중극 디바이스의 상기 복수의 정전 다중극이 형성되고,
    상기 복수의 정전 다중극 각각은 상기 애퍼쳐 디바이스의 연관된 애퍼쳐로부터 다운스트림에 배열되는 4개, 6개, 8개, 또는 그보다 많은 전극을 포함하는, 하전 입자 빔 디바이스.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 4개, 6개, 8개, 또는 그보다 많은 전극 각각은 상기 연관된 애퍼쳐의 중심에 대해 균일하게 이격된 각도 위치들(angular positions)에 배열되는, 하전 입자 빔 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 2개의 인접한 수직선(128) 사이의 거리(D1, D2)는 상기 링 라인(126)의 직경을 상기 제1 개수에서 1을 뺀 수로 나눈 것에 본질적으로 대응하는, 하전 입자 빔 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    균일하게 이격된 주사 라인들을 따라 제1 주사 방향(X)으로 표본(10)에 걸쳐 상기 빔렛들을 주사하도록 구성된 주사 디바이스(140)
    를 더 포함하는 하전 입자 빔 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 주사 디바이스(140)는 교번적으로(alternately), 상기 균일하게 이격된 주사 라인들을 따라 상기 제1 주사 방향(X)으로 주사하고 제2 횡단 주사 방향으로 상기 빔렛들(135)을 이동시킴으로써, 상기 표본(10)에 걸쳐 상기 빔렛들(135)을 래스터-주사하도록 구성되는, 하전 입자 빔 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 정전 다중극 디바이스(150, 250)는 상기 빔렛들 각각에 대한 개별 편향기를 포함하는, 하전 입자 빔 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    표본(10) 상에 상기 빔렛들(135)을 포커싱하도록 구성되는 대물 렌즈(190); 및
    상기 표본(10)으로부터 방출된 2차 하전 입자들 및 후방산란된 하전 입자들 중 적어도 하나를 검출하도록 구성된 검출기 디바이스(180)
    를 더 포함하는 하전 입자 빔 디바이스.
  11. 하전 입자 빔 영향 디바이스(charged particle beam influencing device)(210)로서,
    광축(A)을 따라 전파하는 하전 입자 빔으로부터 제1 개수의 빔렛(135)을 생성하도록 구성된 제1 개수의 애퍼쳐(125)를 구비하는 애퍼쳐 디바이스(220) - 상기 제1 개수는 5 이상이고, 상기 애퍼쳐들(125)은 상기 광축(A) 주위의 링 라인(126) 상에서, 상기 링 라인(126)의 접선(136) 상으로의 상기 애퍼쳐들(125)의 수직선들(128)이 균일하게 이격되도록 배열되고, 상기 애퍼처들(125)은 상기 링 라인(126) 상에 불균일하게 이격된 각도 위치들에 배열됨 - ; 및
    상기 애퍼쳐 디바이스(220)와 일체화되고, 상기 제1 개수의 빔렛(135)에 개별적으로 영향을 주도록 구성된 복수의 정전 다중극(151)을 포함하는 정전 다중극 디바이스(250)를 포함하고,
    상기 애퍼쳐 디바이스는 기판을 포함하고, 상기 기판 상에는 상기 정전 다중극 디바이스의 상기 복수의 정전 다중극이 형성되고,
    상기 복수의 정전 다중극 각각은 상기 애퍼쳐 디바이스의 연관된 애퍼쳐로부터 다운스트림에 배열되는 4개, 6개, 8개, 또는 그보다 많은 전극을 포함하는, 하전 입자 빔 영향 디바이스.
  12. 하전 입자 빔 디바이스를 동작시키는 방법으로서,
    광축(A)을 따라 전파하는 하전 입자 빔(105)을 발생시키는 단계;
    제1 개수의 빔렛(135)을 생성하도록 상기 광축 주위의 링 라인(126) 상에 배열된 애퍼쳐 디바이스의 제1 개수의 애퍼쳐(125)를 통해 상기 하전 입자 빔을 지향시키는 단계 - 상기 제1 개수는 5 이상이고, 상기 애퍼처들(125)은 상기 링 라인(126) 상에 불균일하게 이격된 각도 위치들에 배열됨 - ;
    정전 다중극 디바이스의 복수의 정전 다중극으로 상기 빔렛들에 개별적으로 영향을 주는 단계 - 상기 애퍼쳐 디바이스는 기판을 포함하고, 상기 기판 상에는 상기 복수의 정전 다중극이 형성되고, 상기 복수의 정전 다중극 각각은 상기 애퍼쳐 디바이스의 연관된 애퍼쳐로부터 다운스트림에 배열되는 4개, 6개, 8개, 또는 그보다 많은 전극을 포함함 - ; 및
    균일하게 이격된 주사 라인들을 따라 제1 주사 방향(X)으로 표본(10)에 대해 상기 빔렛들(135)을 이동시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 표본(10)에 의해 방출된 2차 하전 입자들 및 후방산란된 하전 입자들 중 적어도 하나를 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 빔렛들(135)에 의해 발생된 2차 하전 입자들 및 후방산란된 하전 입자들 중 적어도 하나는 검출기 디바이스(180)의 각각의 검출기 세그먼트들에 의해 검출되는, 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔렛들에 개별적으로 영향을 주는 단계는 상기 빔렛들을 개별적으로 편향시키는 것, 포커싱하는 것, 및 정정하는 것 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
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