KR20220062640A - 전압 콘트라스트 결함 검출을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
하전-입자 빔 장치의 다수 작동 모드들에서 프로브 스폿을 제공하는 시스템들 및 방법들이 개시된다. 상기 방법은 일차 하전-입자 빔을 생성하기 위해 하전-입자 소스를 활성화하는 단계, 및 하전-입자 빔 장치의 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이에서 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 플러딩 모드에서, 집광 렌즈는 어퍼처 플레이트의 어퍼처를 통과하는 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성할 수 있고, 실질적으로 모든 제 2 부분이 샘플의 표면을 플러딩하는 데 사용된다. 검사 모드에서, 집광 렌즈는 어퍼처 플레이트의 어퍼처가 주변 하전-입자들을 차단하도록 일차 하전-입자 빔의 제 1 부분을 포커싱하여, 샘플 표면을 검사하는 데 사용되는 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성할 수 있다.
Description
본 출원은 2019년 10월 18일에 출원된 미국 출원 62/923,286 및 2020년 5월 29일에 출원된 미국 출원 63/032,134의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 명세서에서 제공되는 실시예들은 하전-입자 빔 장치, 특히 하전 입자 빔의 하전 입자들 사이의 쿨롱 상호작용 효과를 감소시킴으로써 향상된 이미징 분해능 및 스루풋을 갖는 전자 현미경을 개시한다.
집적 회로(IC)들의 제조 공정들에서, 미완성 또는 완성된 회로 구성요소들은 이들이 디자인에 따라 제조되고 결함이 없을 것을 보장하기 위해 검사된다. 스캐닝 전자 현미경(SEM)과 같은 하전 입자(예를 들어, 전자) 빔 현미경 또는 광학 현미경을 이용하는 검사 시스템들이 채택될 수 있다. IC 구성요소들의 물리적 크기가 계속해서 축소됨에 따라, 결함 검출의 분해능 및 스루풋이 더 중요해진다. 전압-콘트라스트(voltage-contrast) 결함 검출을 위해, 단일-빔 검사 툴들이 플러딩 모드(flooding mode) 및 검사 모드에서 사용될 수 있다. 스루풋은 플러딩 모드와 검사 모드 사이에서 툴 파라미터들을 변경하지 않고 유지함으로써 증가될 수 있지만, 증가된 쿨롱 상호작용 효과가 분해능에 부정적인 영향을 미쳐 검사 툴을 원하는 목적에 부적당하게 만들 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 하전-입자 빔 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 일차 광축을 따라 일차 하전-입자 빔을 생성하도록 구성되는 하전-입자 소스, 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분이 통과하게 하도록 구성되는 제 1 어퍼처(aperture)를 포함하는 제 1 어퍼처 어레이, 상기 장치의 선택된 작동 모드에 기초하여 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하도록 구성되는 집광 렌즈 -선택된 작동 모드는 제 1 모드 및 제 2 모드를 포함함- , 및 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성되는 제 2 어퍼처를 포함하는 어퍼처 플레이트를 포함할 수 있다. 제 1 작동 모드에서는, 일차 하전-입자 빔의 실질적으로 모든 제 2 부분이 샘플의 표면을 플러딩하는 데 사용되며, 제 2 작동 모드에서는, 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분 중 적어도 일부가 샘플의 표면을 검사하는 데 사용된다.
제 1 어퍼처는 일차 하전-입자 빔의 주변 하전 입자들을 차단하여 일차 하전-입자 빔의 제 1 부분을 형성하도록 구성될 수 있고, 제 1 어퍼처 어레이는 크기가 상이한 적어도 2 개의 어퍼처들을 포함한다. 제 1 어퍼처 어레이는 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 1 평면에 배치될 수 있고 제 1 평면에서 이동가능하다. 제 1 어퍼처 어레이는 일차 광축을 따라 하전-입자 소스와 집광 렌즈 사이에 배치될 수 있다.
제 2 어퍼처는 제 1 작동 모드에서 일차 하전-입자 빔의 제 1 부분의 실질적으로 모든 하전 입자들이 통과하게 하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하고, 제 2 작동 모드에서 일차 하전-입자 빔의 제 1 부분의 주변 하전 입자들을 차단하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성되는 전류-제한 어퍼처(current-limiting aperture)일 수 있다. 어퍼처 플레이트는 일차 광축을 따라 이동가능할 수 있다. 어퍼처 플레이트는 일차 광축을 따라 이동가능한 전류-제한 어퍼처 어레이를 포함할 수 있다. 전류-제한 어퍼처 어레이는 집광 렌즈와 대물 렌즈 사이에서 일차 광축을 따라 이동가능할 수 있다. 전류-제한 어퍼처 어레이는 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 2 평면을 따라 이동가능할 수 있다.
상기 장치는 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 빔 전류를 제한하도록 구성되는 빔-제한 어퍼처 어레이를 더 포함할 수 있다. 빔-제한 어퍼처 어레이는 복수의 빔-제한 어퍼처들을 포함할 수 있고, 복수의 빔-제한 어퍼처들 중 적어도 2 개의 빔-제한 어퍼처들은 크기가 상이하다. 빔-제한 어퍼처 어레이는 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 3 평면에 배치될 수 있고 제 3 평면에서 이동가능하다. 제 1 및 제 2 작동 모드들에서, 제 1 어퍼처 및 복수의 빔-제한 어퍼처들의 빔-제한 어퍼처는 동일할 수 있다.
제 1 작동 모드에서, 집광 렌즈는 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 실질적으로 모든 하전 입자들이 빔-제한 어퍼처 어레이의 어퍼처를 통과하도록 일차 하전-입자 빔의 실질적으로 모든 제 2 부분이 제 3 평면에 가까운 크로스오버(cross-over)를 형성하게 하도록 구성될 수 있다. 제 1 작동 모드에서, 대물 렌즈는 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 디포커싱하고 샘플의 표면 상에 제 1 스폿을 형성하도록 구성되며, 제 1 스폿은 제 1 전류 레벨을 갖는다.
제 2 작동 모드에서, 빔-제한 어퍼처 어레이의 어퍼처는 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 빔 전류를 제한하도록 구성된다. 제 2 작동 모드에서, 대물 렌즈는 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 적어도 일부를 포커싱하여 샘플의 표면 상에 제 2 스폿을 형성하도록 구성되며, 제 2 스폿은 제 2 전류 레벨을 갖는다. 제 1 전류 레벨은 제 2 전류 레벨보다 크거나 같을 수 있다. 제 1 스폿은 제 2 스폿보다 크거나 같을 수 있다.
상기 장치는 제 1 모드에서 샘플의 표면 상에 하전-입자 플러딩을 수행하고; 제 2 모드에서 샘플의 표면의 하전-입자 빔 검사를 수행하도록 구성되는 제어기를 더 포함할 수 있다. 제어기는 선택된 작동 모드에 기초하여 집광 렌즈의 전기적 여기(electrical excitation)를 조정하도록 더 구성될 수 있다. 제 1 작동 모드에서의 대물 렌즈의 전기적 여기는 제 2 작동 모드에서의 대물 렌즈의 전기적 여기와 동일하거나 실질적으로 유사할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 제 1 어퍼처 어레이, 집광 렌즈, 제 2 어퍼처 어레이 및 어퍼처 플레이트를 포함하는 하전-입자 빔 장치에서 샘플의 표면 상에 프로브 스폿을 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 일차 광축을 따라 일차 하전-입자 빔을 생성하기 위해 하전-입자 소스를 활성화하는 단계, 및 하전-입자 빔 장치의 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이에서 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 제 1 작동 모드에서, 집광 렌즈는 적어도 제 1 부분이 어퍼처 플레이트의 어퍼처를 통과하도록 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성될 수 있고, 실질적으로 모든 제 2 부분이 샘플의 표면을 플러딩하는 데 사용될 수 있으며, 제 2 작동 모드에서, 집광 렌즈는 어퍼처 플레이트의 어퍼처가 적어도 제 1 부분의 주변 하전-입자들을 차단하도록 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성될 수 있고, 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분 중 적어도 일부가 샘플의 표면을 검사하는 데 사용된다.
상기 방법은 일차 하전-입자 빔의 주변 하전 입자들을 차단하여 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제 1 어퍼처 어레이는 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 1 평면에 배치될 수 있고 제 1 평면에서 이동가능하다. 제 1 어퍼처 어레이는 하전-입자 소스와 집광 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 형성하는 단계는 제 1 어퍼처 어레이의 어퍼처의 중심이 일차 광축과 정렬되도록 제 1 평면에서 제 1 어퍼처 어레이의 위치를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 어퍼처 플레이트는 일차 광축을 따라 이동가능할 수 있다. 어퍼처 플레이트는 일차 광축을 따라 이동가능한 전류-제한 어퍼처 어레이를 포함할 수 있다. 전류-제한 어퍼처 어레이는 집광 렌즈와 대물 렌즈 사이에서 일차 광축을 따라 이동가능할 수 있다. 전류-제한 어퍼처 어레이는 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 2 평면을 따라 이동가능할 수 있다.
제 1 작동 모드에서, 상기 방법은 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 디포커싱하고 샘플의 표면 상에 제 1 스폿을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 제 1 스폿은 제 1 전류 레벨을 갖는다.
제 2 모드에서, 상기 방법은 제 2 어퍼처 어레이를 사용하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 빔 전류를 제한하는 단계 -제 2 어퍼처 어레이의 어퍼처는 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 적어도 일부를 형성하도록 구성됨- ; 및 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 적어도 일부를 포커싱하고 샘플의 표면 상에 제 2 스폿을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 제 2 스폿은 제 2 전류 레벨을 갖는다. 제 1 전류 레벨은 제 2 전류 레벨보다 크거나 같을 수 있다. 제 1 스폿은 제 2 스폿보다 크거나 같을 수 있다. 제 1 및 제 2 작동 모드들에서, 제 1 어퍼처 및 복수의 빔-제한 어퍼처들의 빔-제한 어퍼처는 동일할 수 있다.
상기 방법은 제어기를 사용하여, 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이에서 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 제어기를 사용하여, 선택된 작동 모드에 기초하여 집광 렌즈의 전기적 여기를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 제 1 작동 모드에서 샘플의 표면 상에 하전-입자 플러딩을 수행하고, 제 2 작동 모드에서 샘플의 표면의 하전-입자 빔 검사를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 하전-입자 빔 장치가 샘플을 검사하는 방법을 수행하게 하도록 하전-입자 빔 장치의 1 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트를 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체에 관한 것이다. 상기 방법은 일차 광축을 따라 일차 하전-입자 빔을 생성하기 위해 하전-입자 소스를 활성화하는 단계, 및 하전-입자 빔 장치의 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이에서 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 제 1 작동 모드에서, 집광 렌즈는 적어도 제 1 부분이 어퍼처 플레이트의 어퍼처를 통과하도록 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성될 수 있고, 실질적으로 모든 제 2 부분이 샘플의 표면을 플러딩하는 데 사용될 수 있으며, 제 2 작동 모드에서, 집광 렌즈는 어퍼처 플레이트의 어퍼처가 적어도 제 1 부분의 주변 하전-입자들을 차단하도록 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성될 수 있고, 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분 중 적어도 일부가 샘플의 표면을 검사하는 데 사용된다.
본 발명의 실시예들의 다른 장점들은 삽화 및 예시의 방식으로 본 발명의 소정 실시예들을 설명하는 첨부된 도면들과 함께 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른, 예시적인 전자 빔 검사(EBI) 시스템을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1의 예시적인 전자 빔 검사 시스템의 일부일 수 있는 예시적인 전자 빔 툴 및 그 빔 경로들을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른, 단일-빔 장치에서의 전자 빔 툴의 예시적인 구성을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 3의 단일-빔 장치의 플러딩 모드 및 검사 모드 각각에서의 전자 빔 툴 및 전자 빔 경로들의 예시적인 구성을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른, 단일-빔 장치의 검사 모드에서의 전자 빔 툴 및 전자 빔 경로들의 예시적인 구성들을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른, 단일-빔 장치에서의 전자 빔 툴의 예시적인 구성을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시예들에 따른, 단일-빔 장치에서의 예시적인 전자 빔 툴을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른, 플러딩 모드 및 검사 모드에서 작동하는 예시적인 전자 빔 툴을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예들에 따른, 플러딩 모드 및 검사 모드에서 작동하는 예시적인 전자 빔 툴을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 실시예들에 따른, 플러딩 모드 및 검사 모드에서 작동하는 예시적인 전자 빔 툴을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른, 플러딩 모드 및 검사 모드에서 작동하는 예시적인 전자 빔 툴을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른, 단일-빔 장치에서 샘플의 표면 상에 프로브 스폿을 형성하는 예시적인 방법을 나타내는 프로세스 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1의 예시적인 전자 빔 검사 시스템의 일부일 수 있는 예시적인 전자 빔 툴 및 그 빔 경로들을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른, 단일-빔 장치에서의 전자 빔 툴의 예시적인 구성을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 3의 단일-빔 장치의 플러딩 모드 및 검사 모드 각각에서의 전자 빔 툴 및 전자 빔 경로들의 예시적인 구성을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른, 단일-빔 장치의 검사 모드에서의 전자 빔 툴 및 전자 빔 경로들의 예시적인 구성들을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른, 단일-빔 장치에서의 전자 빔 툴의 예시적인 구성을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시예들에 따른, 단일-빔 장치에서의 예시적인 전자 빔 툴을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른, 플러딩 모드 및 검사 모드에서 작동하는 예시적인 전자 빔 툴을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예들에 따른, 플러딩 모드 및 검사 모드에서 작동하는 예시적인 전자 빔 툴을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 실시예들에 따른, 플러딩 모드 및 검사 모드에서 작동하는 예시적인 전자 빔 툴을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른, 플러딩 모드 및 검사 모드에서 작동하는 예시적인 전자 빔 툴을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른, 단일-빔 장치에서 샘플의 표면 상에 프로브 스폿을 형성하는 예시적인 방법을 나타내는 프로세스 흐름도이다.
이제 예시적인 실시예들을 상세히 언급할 것이며, 그 예시들은 첨부된 도면들에서 나타낸다. 다음 설명은, 달리 나타내지 않는 한 상이한 도면들에서의 동일한 번호들이 동일하거나 유사한 요소들을 나타내는 첨부된 도면들을 참조한다. 예시적인 실시예들의 다음 기재내용에서 설명되는 구현들은 모든 구현들을 나타내지는 않는다. 대신에, 이들은 첨부된 청구항들에서 언급되는 바와 같은 개시된 실시예들에 관련된 실시형태들과 일치하는 장치들 및 방법들의 예시들에 불과하다. 예를 들어, 일부 실시예들이 전자 빔들을 이용하는 것과 관련하여 설명되지만, 본 발명은 그렇게 제한되지 않는다. 다른 타입들의 하전 입자 빔들이 유사하게 적용될 수 있다. 또한, 광학 이미징, 광 검출, x-선 검출 등과 같은 다른 이미징 시스템들이 사용될 수 있다.
전자 디바이스들은 기판이라고 하는 실리콘의 한 부분(piece)에 형성되는 회로들로 구성된다. 많은 회로들이 실리콘의 동일한 부분에 함께 형성될 수 있으며, 집적 회로 또는 IC라고 한다. 이러한 회로들의 크기는 더 많은 회로들이 기판 상에 피팅(fit)될 수 있도록 극적으로 감소하였다. 예를 들어, 스마트 폰의 IC 칩은 엄지손톱만큼 작을 수 있고, 20 억 개가 넘는 트랜지스터들을 포함할 수 있으며, 각각의 트랜지스터의 크기는 사람 머리카락 크기의 1/1000 미만이다.
이러한 극히 작은 IC를 만드는 것은 복잡하고, 시간-소모적이며, 비용이 많이 드는 공정이고, 흔히 수백 개의 개별 단계들을 수반한다. 심지어 한 단계에서의 오차들도 완성된 IC에서 결함을 유도하여 이를 쓸모없게 만들 잠재력이 있다. 따라서, 제조 공정의 한 가지 목표는 이러한 결함들을 회피하여 공정에서 만들어진 기능 IC들의 수를 최대화하는 것, 즉 공정의 전체 수율을 개선하는 것이다.
수율을 개선하는 한 가지 구성요소는 칩 제조 공정을 모니터링하여 이것이 충분한 수의 기능적 집적 회로들을 생성할 것을 보장하는 것이다. 공정을 모니터링하는 한 가지 방식은 그 형성의 다양한 스테이지들에서 칩 회로 구조체들을 검사하는 것이다. 스캐닝 전자 현미경(SEM)을 사용하여 검사가 수행될 수 있다. SEM은 이러한 극히 작은 구조체들을 이미징하는 데 사용되어, 실제로 구조체들의 "사진"을 찍을 수 있다. 이미지는 구조체가 적절하게 형성되었는지, 및 그것이 적절한 위치에 형성되었는지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 구조체에 결함이 있는 경우, 공정은 결함이 다시 발생할 가능성이 적도록 조정될 수 있다.
3D NAND 플래시 메모리 디바이스들과 같은 수직 고밀도 구조체들에서 파묻힌 결함들을 검출하는 것은 어려울 수 있다. 이러한 디바이스들에서 파묻힌 또는 표면-상 전기적 결함들을 검출하는 여러 방식들 중 하나는 SEM에서 전압 콘트라스트 방법을 사용하는 것이다. 이 방법에서, 샘플의 재료들, 구조들 또는 구역들에서의 전기 전도도 차이들이 그 SEM 이미지들에서의 콘트라스트 차이들을 야기한다. 결함 검출의 맥락에서, 샘플 표면 아래의 전기적 결함이 샘플 표면 상에 대전 변동(charging variation)을 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 전기적 결함은 샘플 표면의 SEM 이미지에서의 콘트라스트에 의해 검출될 수 있다. 전압 콘트라스트를 향상시키기 위해, 샘플의 관심 구역이 작은 빔 전류 및 높은 이미징 분해능을 사용하는 검사에 앞서 큰 빔 전류에 노출될 수 있는 사전-대전(pre-charging) 또는 플러딩이라는 프로세스가 채택될 수 있다. 검사에 대해, 플러딩의 장점들 중 일부는 대전으로 인한 이미지들의 왜곡을 최소화하기 위해 웨이퍼의 대전을 감소시키고, 몇몇 경우에는 웨이퍼의 대전을 증가시켜 무엇보다도 이미지들에서 결함 있는 피처 및 주변의 결함 없는 피처의 차이를 높이는 것이다.
전압 콘트라스트 방법을 사용하여 웨이퍼의 결함들을 검출하기 위해 구비되는 SEM과 같은 일부 검사 시스템들이 결함을 강조하기 위한 플러딩 모드 및 이후 결함을 검출하기 위한 검사 모드와 같은 다수 모드들에서 작동될 수 있다. 일부 검사 시스템들에서, 검사 분해능을 증가시키기 위해, 쿨롱 어퍼처 어레이[예를 들어, 도 2a 및 도 2b의 쿨롱 어퍼처 어레이(224)]가 빔-제한 어퍼처 어레이[예를 들어, 도 2a 및 도 2b의 빔-제한 어퍼처 어레이(235)] 위에 배치되어, 검사 모드에서 쿨롱 상호작용 효과를 감소시킬 수 있다. 또한, 플러딩 전자 빔 또는 검사 빔과 정렬하기 위해 웨이퍼를 이동시키는 것을 제거함으로써 스루풋을 증가시키기 위해, 큰 전류를 갖는 일차 빔은 플러딩 모드(도 2b의 점선)에서 사용될 수 있고, 작은 전류를 갖는 일차 빔은 검사 모드(도 2b의 실선)에서 사용될 수 있다. 스루풋을 더 증가시키기 위해, 동일한 쿨롱 어퍼처 어레이의 사용 중인 어퍼처 및 빔-제한 어퍼처 어레이의 사용 중인 어퍼처가 플러딩 모드 및 검사 모드에서 사용될 수 있다. 플러딩 모드에서는, 최대 전자들로 하여금 어퍼처를 통과하게 하고 샘플을 조사(irradiate)하는 일차 전자 빔의 빔 전류를 최대화하여, 전압 콘트라스트를 향상시키는 것이 바람직할 수 있으며, 그러므로 쿨롱 어퍼처 어레이의 큰 어퍼처가 요구될 수 있다. 하지만, 검사 모드에서는, 작은 빔 전류를 갖는 작은 프로브 스폿이 고 분해능 이미징에 바람직할 수 있다. 쿨롱 어퍼처 어레이의 큰 어퍼처가 검사 모드에서 사용되는 경우, 큰 빔 전류는 증가된 쿨롱 상호작용 효과로 인해 이미징 분해능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. SEM에서의 전압 콘트라스트 결함 검출에 대해, 플러딩 모드와 검사 모드 사이의 스위칭은 예를 들어 쿨롱 어퍼처 어레이의 어퍼처 크기를 선택함으로써 빔 전류를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 원하는 빔 전류를 생성하기 위해 어퍼처를 선택하고 정렬하는 것은 몇 초가 걸릴 수 있으며, 무엇보다도 전체 검사 스루풋을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 전압 콘트라스트 결함 검출에 대해, 높은 검사 스루풋을 유지하기 위해 선택된 작동 모드에 기초하여 빔 전류를 신속하게 조정하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 하전-입자 빔 장치는 일차 전자 빔을 형성하기 위해 일차 광축을 따라 전자들을 방출하도록 구성되는 전자 소스를 포함할 수 있다. 또한, 상기 장치는 쿨롱 어퍼처 어레이와 빔-제한 어퍼처 어레이 사이에 배치되는 전류-제한 어퍼처 플레이트를 포함할 수 있다. 쿨롱 어퍼처 어레이의 어퍼처는 일차 전자 빔의 제 1 부분이 통과하게 하도록 구성되고, 집광 렌즈는 선택된 작동 모드에 기초하여 일차 전자 빔의 제 1 부분을 포커싱하도록 구성되며, 전류-제한 어퍼처 플레이트는 선택된 작동 모드에 기초하여 일차 전자 빔의 제 1 부분의 전부 또는 일부가 통과하게 하도록 구성될 수 있다. 전류-제한 어퍼처 플레이트의 어퍼처를 통과하는 부분은 일차 전자 빔의 제 2 부분이다. 후속하여, 제 2 부분의 전부 또는 일부가 빔-제한 어퍼처 어레이의 어퍼처를 통과할 수 있다. 빔-제한 어퍼처 어레이의 어퍼처를 통과하는 부분은 일차 전자 빔의 제 3 부분이다. 작동 모드에 기초하여, 일차 전자 빔의 제 3 부분은 샘플의 표면을 플러딩하거나 검사하는 데 사용될 수 있다. 전류-제한 어퍼처 플레이트를 사용하여 일차 하전-입자 빔의 제 1 부분의 주변 전자들을 차단하는 것은 사용자로 하여금 검사 모드에서 이미지 분해능을 희생하지 않고 쿨롱 어퍼처 어레이의 어퍼처들의 스위칭을 회피하게 할 수 있으며, 이에 따라 시스템-관련 지연들을 감소시키고 높은 스루풋을 유지할 수 있다.
하전-입자 빔 장치가 플러딩 모드에서 작동하는 경우, 일차 전자 빔의 전자들은 실질적으로 높은 에너지를 가질 수 있다. 그러므로, 플러딩 모드 동안, 이러한 일차 전자들이 샘플에 부딪칠 때, 샘플로부터 높은 에너지를 갖는 신호 전자들이 생성될 수 있다. 이러한 고에너지 신호 전자들이 전자 검출기에 부딪치는 경우, 검출기 표면은 축적된 전자 전하들로 오염되어 검출기의 성능을 저하시킬 수 있다. 또한, 고에너지 신호 전자들에 의해 야기되는 서지 전류 또는 과전류로 인해 검출기에 연결되는 전자 회로(예를 들어, 저-잡음 증폭기)가 손상될 수 있다. 플러딩 모드 동안 전자 검출기를 보호하기 위해, 일부 실시예들에서, 하전-입자 빔 장치는 상기 장치가 플러딩 모드에서 작동할 때 고에너지 신호 전자들이 전자 검출기에 도달하는 것을 방지하도록 구성되는 검출기 보호 메카니즘을 가질 수 있다.
도면들에서, 구성요소들의 상대적인 치수들은 명확함을 위해 과장될 수 있다. 도면들의 다음 설명 내에서, 동일하거나 유사한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 구성요소들 또는 개체들을 지칭하며, 개별적인 실시예들에 대한 차이들만이 설명된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, "또는"이라는 용어는 실행불가능한 경우를 제외하고 모든 가능한 조합들을 포함한다. 예를 들어, 구성요소가 A 또는 B를 포함할 수 있다고 언급되는 경우, 달리 구체적으로 언급되거나 실행불가능하지 않는 한, 구성요소는 A, 또는 B, 또는 A와 B를 포함할 수 있다. 두 번째 예시로서, 구성요소가 A, B 또는 C를 포함할 수 있다고 언급되는 경우, 달리 구체적으로 언급되거나 실행불가능하지 않는 한, 구성요소는 A, 또는 B, 또는 C, 또는 A와 B, 또는 A와 C, 또는 B와 C, 또는 A와 B와 C를 포함할 수 있다.
이제 도 1을 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 빔 검사(EBI) 시스템과 같은 예시적인 하전 입자 빔 검사 시스템(100)을 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 하전 입자 빔 검사 시스템(100)은 주 챔버(10), 로드 락 챔버(load-lock chamber: 20), 전자 빔 툴(40), 및 EFEM(equipment front end module: 30)을 포함한다. 전자 빔 툴(40)은 주 챔버(10) 내에 위치된다. 설명 및 도면들은 전자 빔에 관한 것이지만, 실시예들이 본 발명을 특정 하전 입자들로 제한하는 데 사용되지는 않는다는 것을 이해한다.
EFEM(30)은 제 1 로딩 포트(loading port: 30a) 및 제 2 로딩 포트(30b)를 포함한다. EFEM(30)은 추가적인 로딩 포트(들)를 포함할 수 있다. 제 1 로딩 포트(30a) 및 제 2 로딩 포트(30b)는 검사될 웨이퍼들[예를 들어, 반도체 웨이퍼들 또는 다른 재료(들)로 만들어진 웨이퍼들] 또는 샘플들(이후, 웨이퍼 및 샘플은 집합적으로 "웨이퍼"라고 함)을 포함하는 웨이퍼 FOUP(front opening unified pod)들을 수용한다. EFEM(30) 내의 1 이상의 로봇 아암(robot arm)(도시되지 않음)이 로드 락 챔버(20)로 웨이퍼들을 이송한다.
로드 락 챔버(20)는 대기압 미만의 제 1 압력에 도달하도록 로드 락 챔버(20) 내의 가스 분자들을 제거하는 로드/락 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결된다. 제 1 압력에 도달한 후, 1 이상의 로봇 아암(도시되지 않음)이 로드 락 챔버(20)로부터 주 챔버(10)로 웨이퍼를 이송한다. 주 챔버(10)는 제 1 압력 미만의 제 2 압력에 도달하도록 주 챔버(10) 내의 가스 분자들을 제거하는 주 챔버 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결된다. 제 2 압력에 도달한 후, 웨이퍼는 전자 빔 툴(40)에 의해 검사를 거친다. 일부 실시예들에서, 전자 빔 툴(40)은 단일-빔 검사 툴을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 전자 빔 툴(40)은 멀티-빔 검사 툴을 포함할 수 있다.
제어기(50)가 전자 빔 툴(40)에 전자적으로 연결될 수 있고, 다른 구성요소들에도 전자적으로 연결될 수 있다. 제어기(50)는 하전 입자 빔 검사 시스템(100)의 다양한 제어들을 실행하도록 구성되는 컴퓨터일 수 있다. 또한, 제어기(50)는 다양한 신호 및 이미지 처리 기능들을 실행하도록 구성되는 처리 회로를 포함할 수 있다. 제어기(50)는 도 1에서 주 챔버(10), 로드 락 챔버(20), 및 EFEM(30)을 포함하는 구조의 외부에 있는 것으로 도시되지만, 제어기(50)가 구조의 일부일 수 있다는 것을 이해한다.
본 발명은 전자 빔 검사 시스템을 하우징하는 주 챔버(10)의 예시들을 제공하지만, 본 발명의 실시형태들은 가장 넓은 의미에서 전자 빔 검사 시스템을 하우징하는 챔버에 제한되지 않는다는 것을 유의하여야 한다. 오히려, 앞선 원리들은 다른 챔버들에도 적용될 수 있다는 것을 이해한다.
이제 도 2a를 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 하전 입자 빔 검사 시스템(100)의 일부일 수 있는 전자 빔 툴(40)의 예시적인 구성을 나타내는 개략적인 다이어그램이다. 전자 빔 툴(40)[본 명세서에서 장치(40)라고도 함]은 음극(203), 양극(220), 및 건 어퍼처(gun aperture: 222)를 포함할 수 있는 전자 방출기를 포함할 수 있다. 전자 빔 툴(40)은 쿨롱 어퍼처 어레이(224), 집광 렌즈(226), 빔-제한 어퍼처 어레이(235), 대물 렌즈 조립체(232), 및 전자 검출기(244)를 더 포함할 수 있다. 전자 빔 툴(40)은 검사될 샘플(250)을 유지하기 위해 전동 스테이지(motorized stage: 234)에 의해 지지되는 샘플 홀더(236)를 더 포함할 수 있다. 필요에 따라, 다른 관련 구성요소들이 추가되거나 생략될 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2a는 한 번에 샘플(250)의 한 위치를 스캔하기 위해 단 하나의 일차 전자 빔만을 사용하는 단일-빔 검사 툴로서 전자 빔 툴(40)을 나타내지만, 전자 빔 툴(40)은 샘플(250) 상의 다수 위치들을 동시에 스캔하기 위해 다수 일차 전자 빔릿들을 채택하는 멀티-빔 검사 툴일 수도 있다.
일부 실시예들에서, 전자 방출기는 음극(203), 추출기 양극(220)을 포함할 수 있으며, 일차 전자들이 음극으로부터 방출되고, 추출 또는 가속되어 일차 빔 크로스오버(202)(가상 또는 실제)를 형성하는 일차 전자 빔(204)을 형성할 수 있다. 일차 전자 빔(204)은 일차 빔 크로스오버(202)로부터 방출되는 것으로 시각화될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전자 방출기, 집광 렌즈(226), 대물 렌즈 조립체(232), 빔-제한 어퍼처 어레이(235), 및 전자 검출기(244)는 장치(40)의 일차 광축(201)과 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 검출기(244)는 일차 광축(201)에서 벗어나 이차 광축(도시되지 않음)을 따라 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 대물 렌즈 조립체(232)는 수정된 SORIL(swing objective retarding immersion lens)를 포함할 수 있으며, 이는 자기 렌즈 몸체(232a), 제어 전극(232b), 디플렉터(232c)(또는 하나보다 많은 디플렉터들), 여자 코일(exciting coil: 232d) 및 극편(pole piece: 232e)을 포함한다. 일반적인 이미징 프로세스에서, 음극(203)의 팁(tip)에서 나오는 일차 전자 빔(204)은 양극(220)에 인가되는 가속 전압에 의해 가속된다. 일차 전자 빔(204)의 일부가 건 어퍼처(222) 및 쿨롱 어퍼처 어레이(224)의 어퍼처를 통과하고, 집광 렌즈(226)에 의해 포커싱되어 빔-제한 어퍼처 어레이(235)의 어퍼처를 완전히 또는 부분적으로 통과한다. 빔-제한 어퍼처 어레이(235)의 어퍼처를 통과하는 전자들은 수정된 SORIL 렌즈에 의해 샘플(250)의 표면 상에 프로브 스폿을 형성하도록 포커싱되고 디플렉터(232c)에 의해 샘플(250)의 표면을 스캔하도록 편향될 수 있다. 샘플 표면에서 나오는 이차 전자들이 전자 검출기(244)에 의해 수집되어 스캔된 관심 영역의 이미지를 형성할 수 있다.
대물 렌즈 조립체(232)에서, 여자 코일(232d) 및 극편(232e)은 극편(232e)의 두 단부들 사이의 갭을 통해 누출되고 광축(201) 주위의 영역에 분포되는 자기장을 생성할 수 있다. 일차 전자 빔(204)에 의해 스캔되고 있는 샘플(250)의 일부가 자기장에 잠길 수 있고 전기적으로 대전될 수 있으며, 이는 차례로 전기장을 생성한다. 전기장은 샘플(250)의 표면 및 그 근처에 일차 전자 빔(204)을 충돌시키는 에너지를 감소시킬 수 있다. 극편(232e)으로부터 전기적으로 절연되어 있는 제어 전극(232b)은 샘플(250) 및 그 위의 전기장을 제어하여, 대물 렌즈 조립체(232)의 수차를 감소시키고 높은 검출 효율을 위해 신호 전자 빔들의 포커싱 상황을 제어한다. 디플렉터(232c)는 일차 전자 빔(204)을 편향하여 웨이퍼 상의 빔 스캐닝을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 스캐닝 프로세스에서, 디플렉터(232c)는 샘플(250)의 상이한 부분들에 대한 이미지 재구성을 위한 데이터를 제공하기 위해, 상이한 시점들에 샘플(250)의 최상부 표면의 상이한 위치들 상으로 일차 전자 빔(204)을 편향하도록 제어될 수 있다.
일차 전자 빔(204)을 수용할 때 샘플(250)의 일부로부터 후방산란 전자들(BSEs) 및 이차 전자들(SEs)이 방출될 수 있다. 전자 검출기(244)는 BSEs 및 SEs를 포착하고, 포착된 신호 전자들로부터 수집된 정보에 기초하여 샘플의 1 이상의 이미지를 생성할 수 있다. 전자 검출기(244)가 일차 광축(201)을 벗어나 위치되는 경우, 빔 분리기(도시되지 않음)가 BSEs 및 SEs를 전자 검출기(244)의 센서 표면으로 지향할 수 있다. 검출된 신호 전자 빔들은 전자 검출기(244)의 센서 표면 상에 대응하는 이차 전자 빔 스폿들을 형성할 수 있다. 전자 검출기(244)는 수용된 신호 전자 빔 스폿들의 세기들을 나타내는 신호들(예를 들어, 전압들, 전류들)을 생성하고, 신호들을 제어기(50)와 같은 처리 시스템에 제공할 수 있다. 이차 또는 후방산란 전자 빔들, 및 결과적인 빔 스폿들의 세기는 샘플(250)의 외부 또는 내부 구조체에 따라 변동할 수 있다. 게다가, 앞서 논의된 바와 같이, 일차 전자 빔(204)은 샘플(250)의 최상부 표면의 상이한 위치들 상으로 편향되어 상이한 세기들의 이차 또는 후방산란 신호 전자 빔들(및 결과적인 빔 스폿들)을 생성할 수 있다. 그러므로, 신호 전자 빔 스폿들의 세기들을 샘플(250) 상의 일차 전자 빔(204)의 위치들과 매핑함으로써, 처리 시스템은 샘플(250)의 내부 또는 외부 구조체들을 반영하는 샘플(250)의 이미지를 재구성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기(50)는 이미지 획득기(image acquirer: 도시되지 않음) 및 저장소(도시되지 않음)를 포함하는 이미지 처리 시스템을 포함할 수 있다. 이미지 획득기는 1 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 획득기는 컴퓨터, 서버, 메인프레임 호스트, 단말기, 개인용 컴퓨터, 여하한 종류의 모바일 컴퓨팅 디바이스 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이미지 획득기는 특히 전기 전도체, 광섬유 케이블, 휴대용 저장 매체, IR, 블루투스, 인터넷, 무선 네트워크, 무선 라디오, 또는 이들의 조합과 같은 매체를 통해 장치(40)의 전자 검출기(244)에 통신 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 획득기는 전자 검출기(244)로부터 신호를 수신할 수 있고, 이미지를 구성할 수 있다. 이에 따라, 이미지 획득기는 샘플(250)의 구역들의 이미지들을 획득할 수 있다. 또한, 이미지 획득기는 윤곽들의 생성, 획득된 이미지에 표시자 중첩 등과 같은 다양한 후-처리 기능들을 수행할 수 있다. 이미지 획득기는 획득된 이미지들의 밝기 및 콘트라스트 등의 조정들을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 저장소는 하드 디스크, 플래시 드라이브, 클라우드 저장소, RAM(random access memory), 다른 타입들의 컴퓨터 판독가능한 메모리 등과 같은 저장 매체일 수 있다. 저장소는 이미지 획득기와 커플링될 수 있고, 원본 이미지들로서 스캔된 원시 이미지 데이터, 및 후-처리된 이미지들을 저장하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기(50)는 검출된 이차 전자들의 분포를 얻기 위해 측정 회로들(예를 들어, 아날로그-디지털 변환기들)을 포함할 수 있다. 검출 시간 윈도우 동안 수집되는 전자 분포 데이터는, 샘플(예를 들어, 웨이퍼) 표면 상에 입사하는 일차 빔(204)의 대응하는 스캔 경로 데이터와 조합하여, 검사 중인 웨이퍼 구조체들의 이미지들을 재구성하는 데 사용될 수 있다. 재구성된 이미지들은 샘플(250)의 내부 또는 외부 구조체들의 다양한 피처들을 드러내기 위해 사용될 수 있고, 이에 의해 웨이퍼 내에 존재할 수 있는 여하한의 결함들을 드러내기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기(50)는 집광 렌즈(226)의 여기의 조정 및 작동을 제어할 수 있다. 제어기(50)는 선택되는 작동 모드에 기초하여 집광 렌즈(226)의 전기적 여기를 조정할 수 있다. 도 2b에 나타낸 바와 같이, 예를 들어, 플러딩 모드에서, 집광 렌즈(226)는 입사하는 일차 전자 빔(204)이 강하게 포커싱되어 빔-제한 어퍼처 어레이(235)의 어퍼처(235-2) 또는 그 근처에서 크로스오버를 형성할 수 있도록 전기 신호를 적용함으로써 전기적으로 여기될 수 있다. 하지만, 검사 모드에서는, 입사하는 일차 전자 빔(204)이 약하게 포커싱되어 일차 전자 빔(204)의 작은 부분이 빔-제한 어퍼처 어레이(235)의 어퍼처를 통과하게 하고 대물 렌즈(232)에 의해 샘플(250)에 포커싱될 수 있도록 전기 신호가 집광 렌즈(226)에 적용될 수 있다.
이제 도 3을 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 단일-빔 검사 장치에서의 전자 빔 툴(300)의 예시적인 구성을 나타낸다. 전자 빔 툴(300)은 전자 소스(301), 쿨롱 어퍼처 어레이(308), 집광 렌즈(303), 전류-제한 어퍼처 플레이트(309), 빔-제한 어퍼처 어레이(307), 이차 전자 검출기(305), 스캐닝 편향 유닛(306), 및 대물 렌즈 조립체(304)를 포함할 수 있다. 적절하다면, 관련 구성요소들이 추가되거나 생략되거나 재배열될 수 있음을 이해하여야 한다.
일부 실시예들에서, 전자 소스(301)는 음극으로부터 일차 전자들을 방출하고 추출하여 일차 빔 크로스오버(가상 또는 실제)(302)로부터 나오는 일차 전자 빔(310)을 형성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 전자 빔(310)은 일차 빔 크로스오버(302)로부터 일차 광축(300_1)을 따라 방출되는 것으로 시각화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 빔 툴(300)의 1 이상의 요소는 일차 광축(300_1)과 정렬될 수 있다.
도 3을 참조하면, 쿨롱 어퍼처 어레이(308)는 전자 소스(301)의 하류에 바로 위치될 수 있다. 본 발명의 맥락에서 사용되는 바와 같이, "하류"는 전자 소스(301)에서 시작하는 일차 전자 빔(310)의 경로를 따른 요소의 위치를 지칭하며, "하류에 바로"는 제 1 및 제 2 요소 사이에 다른 요소들이 없도록 일차 전자 빔(310)의 경로를 따른 제 2 요소의 위치를 지칭한다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 쿨롱 어퍼처 어레이(308)는 전자 소스(301)와 쿨롱 어퍼처 어레이(308) 사이에 배치된 다른 전기, 광학, 또는 전기-광학 요소들이 없도록 전자 소스(301)의 하류에 바로 위치될 수 있다. 이러한 구성은 무엇보다도 쿨롱 효과를 효율적으로 감소시키는 데 유용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 어퍼처 플레이트(예를 들어, 건 어퍼처 플레이트)(도시되지 않음)가 전자 소스(301)와 쿨롱 어퍼처 어레이(308) 사이에 배치되어, 쿨롱 상호작용 효과를 감소시키도록 쿨롱 어퍼처 어레이(308)에 입사하기 전에 일차 전자 빔(310)의 주변 전자들을 차단할 수 있다.
일부 실시예들에서, 쿨롱 어퍼처 어레이(308)는 빔-형성 메카니즘을 포함할 수 있다. 쿨롱 어퍼처 어레이(308)는 무엇보다도 프로브 스폿을 형성하는 데 궁극적으로 사용되지 않을 수 있는 일차 전자 빔(310)으로부터의 주변 전자들을 차단하고, 쿨롱 상호작용 효과를 감소시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 쿨롱 어퍼처 어레이(308)가 전자 소스(301)의 하류에 바로 위치되는 경우, 쿨롱 어퍼처 어레이(308)는 초기 스테이지에서 전자들을 차단하도록 전자 소스(301)에 가능한 한 가깝게 위치되어 쿨롱 상호작용 효과를 더 감소시킬 수 있다.
쿨롱 어퍼처 어레이(308)는 복수의 쿨롱 어퍼처들(308-1, 308-2, 및 308-3)을 포함할 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 어퍼처들(308-1, 308-2, 및 308-3)은 크기가 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 쿨롱 어퍼처 어레이(308)의 적어도 2 개의 어퍼처들이 크기가 상이하다. 어퍼처(308-1)와 같은 더 큰 어퍼처가 더 많은 전자들로 하여금 통과하게 할 수 있으므로, 큰 빔 전류를 갖는 전자 빔[예를 들어, 일차 전자 빔(310)]을 형성할 수 있다. 308-2 또는 308-3과 같은 더 작은 어퍼처는 전자 소스(301)로부터 나오는 더 많은 주변 전자들을 차단할 수 있으므로, 더 작은 빔 전류를 갖는 전자 빔을 형성할 수 있다. 도 3의 쿨롱 어퍼처 어레이(308)는 3 개의 어퍼처들을 나타내지만, 쿨롱 어퍼처 어레이(308)는 적절하다면 1 이상의 어퍼처를 포함할 수 있음을 이해하여야 한다.
일부 실시예들에서, 쿨롱 어퍼처 어레이(308)는 전자 소스(301)의 하류에 바로, 또는 하류에 배치될 수 있고, 일차 광축(300_1)에 직교로 배치될 수 있으며, 그 상이한 어퍼처들을 일차 전자 빔(310)과 정렬하도록 이동가능할 수 있다. 쿨롱 어퍼처 어레이(308)는 일차 광축(300_1)에 수직 또는 실질적으로 수직인 평면에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 쿨롱 어퍼처 어레이(308)의 위치는 원하는 어퍼처[예를 들어, 어퍼처(308-1, 308-2, 또는 308-3)]가 일차 광축(300_1)에 수직으로 이와 정렬될 수 있도록 X- 또는 Y-축에서 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 쿨롱 어퍼처 어레이(308)의 위치는 일차 광축(300_1)을 따라 조정되어 전자 소스(301)에 더 가까워지거나 더 멀어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 일차 전자 빔(310)의 전자들 중 적어도 일부가 통과할 수 있는 쿨롱 어퍼처 어레이(308)의 어퍼처는 작동 모드에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 플러딩 모드에서, 더 많은 전자들이 통과하게 함으로써 큰 빔 전류를 갖는 빔을 형성하여, 궁극적으로 더 큰 빔 스폿을 유도하기 위해 어퍼처(308-1)와 같은 더 큰 어퍼처가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 검사 모드에서는, 원하는 검사 분해능 및 빔 전류에 기초하여 집광 렌즈(303)를 조명하는 일차 전자 빔을 형성하기 위해 어퍼처들 중 어느 하나(308-1, 308-2, 또는 308-3)가 사용될 수 있다. 높은 검사 분해능 및 감도를 위해, 제한된 수의 전자들이 어퍼처를 통과하게 될 수 있고 결과적으로 쿨롱 상호작용 효과를 감소시키기 때문에, 308-2 또는 308-3과 같은 더 작은 어퍼처들을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 하지만, 일부 실시예들에서, 플러딩 모드의 어퍼처(308-1)로부터 검사 모드의 어퍼처(308-2 또는 308-3)로의 스위칭은 무엇보다도 소모되는 시간으로 인해 검사 스루풋에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 바람직하지 않을 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 원하는 어퍼처[예를 들어, 어퍼처(308-1, 308-2, 또는 308-3)]의 기하학적 중심이 일차 광축(300_1)과 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어 308-1에서 308-2로 또는 308-1에서 308-3으로 어퍼처를 스위칭하는 것은 사용 중인 어퍼처의 기하학적 중심을 일차 광축(300_1)과 정렬하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 집광 렌즈(303)는 도 2a의 집광 렌즈(226)와 실질적으로 유사할 수 있고 유사한 기능들을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 집광 렌즈(303)는 쿨롱 어퍼처 어레이(308)의 선택된 어퍼처를 통과하게 되는 일차 전자 빔(310)의 부분을 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 집광 렌즈(303)는 선택된 작동 모드에 기초하여 일차 전자 빔(310)의 수용된 부분을 포커싱하도록 구성될 수 있다. 집광 렌즈(303)는 무엇보다도 정전기, 전자기, 또는 복합 전자기 렌즈를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 집광 렌즈(303)는 도 2a에 예시된 제어기(50)와 같은 제어기와 전기적 또는 통신적으로 커플링될 수 있다. 제어기(50)는 선택된 작동 모드에 기초하여 집광 렌즈(303)의 포커싱 파워를 조정하도록 집광 렌즈(303)에 전기적 여기 신호를 적용할 수 있다.
이제 도 4a를 참조하며, 이는 플러딩 모드에서의 전자 빔 툴(300) 및 전자 빔 경로의 예시적인 구성을 나타낸다. 도 4a에 나타낸 플러딩 모드에서, 제어기(50)는 쿨롱 어퍼처 어레이(308)의 선택된 어퍼처를 완전히 또는 부분적으로 통과하는 일차 전자 빔(310)의 전자들이 포커싱되어 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 사용 중인 어퍼처[예를 들어, 어퍼처(307-2)]를 통과할 수 있도록 집광 렌즈(303)에 전기 신호를 적용할 수 있다. 사용 중인 어퍼처는 검사 모드를 위해 원하는 크기를 가질 수 있으며, 어퍼처(307-2)가 플러딩 및 검사 모드들에 사용되어 상이한 작동 모드들 사이에서 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 어퍼처들을 선택하고 정렬하는 데 필요한 시간을 감소시킬 수 있도록 한다. 일부 실시예들에서, 전자들은 크로스오버 평면을 따라 사용 중인 어퍼처에서 크로스오버를 형성할 수 있다. 크로스오버 평면은 빔-제한 어퍼처 어레이(307)가 배치되는 평면과 일치할 수 있다. 일부 실시예들에서, 빔-제한 어퍼처 어레이(307)가 배치되는 평면의 위치는 크로스오버 평면과 일치하도록 일차 광축(300_1)을 따라 조정가능할 수 있다. 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)의 사용 중인 어퍼처(309-1)는 전자들로 하여금 쿨롱 어퍼처 어레이(308) 및 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 사용 중인 어퍼처들을 통과하게 하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(50)가 대물 렌즈(304)에 전기 신호를 적용할 수 있으며, 전기 신호는 검사 모드에서 사용될 수도 있다. 대물 렌즈(304)는 쿨롱 어퍼처 어레이(308) 및 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 사용 중인 어퍼처들을 통과하는 전자들을 샘플(350) 상에 부분적으로 포커싱하고 그 위에 큰 빔 스폿을 형성하며 전자들로 샘플(350)을 플러딩하도록 구성될 수 있다.
도 4b에 나타낸 검사 모드에서, 제어기(50)는 일차 전자 빔(310)의 원하는 부분이 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 사용 중인 어퍼처(307-2)를 통과할 수 있도록 집광 렌즈(303)에 전기 신호를 적용할 수 있다. 그 후, 원하는 부분은 대물 렌즈(304)에 의해 완전히 포커싱되어 샘플(350)의 표면 상에 작은 프로브 스폿을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(50)가 대물 렌즈(304)에 전기 신호를 적용할 수 있으며, 전기 신호는 플러딩 모드에서 사용될 수도 있다. 하지만, 검사 모드에서, 쿨롱 어퍼처 어레이(308)의 사용 중인 어퍼처(308-1)를 통과하는 주변 전자들이 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)의 사용 중인 어퍼처(309-1)에 의해 대부분 차단될 수 있다. 주변 전자들의 차단이 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)와 빔-제한 어퍼처 어레이(307) 사이의 쿨롱 효과를 감소시킬 수 있으므로, 플러딩 모드와 검사 모드 사이에서 쿨롱 어퍼처 어레이(308)의 어퍼처들을 스위칭하지 않고 이미지 분해능을 개선하는 한편, 검사 스루풋을 개선할 수 있다.
전압 콘트라스트 결함들의 검출은, 무엇보다도 플러딩 작동 모드에서 사전-대전 또는 샘플 플러딩에 의해 결함을 강조하고, 이어서 검사 작동 모드에서 고 분해능 이미징에 의해 결함을 검출하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 검사 모드에서의 프로브 스폿의 크기는 더 높은 분해능 및 검사 감도를 제공하기 위해 플러딩 모드에서의 빔 스폿보다 작을 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 프로브 크기는 쿨롱 어퍼처 어레이(308)의 어퍼처 크기를 감소시킴으로써 감소될 수 있지만, 그렇게 하면 검사 스루풋에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 검사 스루풋을 유지하면서 검사 모드에서 프로브 크기를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)는 집광 렌즈(303)와 빔-제한 어퍼처 어레이(307) 사이에 배치될 수 있다. 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)의 위치 및 사용 중인 어퍼처(309-1)의 크기는 검사 모드에서 가능한 한 많이 주변 전자들을 차단하는 한편, 플러딩 모드에서 실질적으로 모든 전자들을 허용하도록 선택되어, 결과적으로 검사 모드에서 쿨롱 효과를 감소시키고 검사 스루풋을 개선할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)는 집광 렌즈(303)의 하류에 바로 또는 하류에 배치될 수 있고, 일차 광축(300_1)에 직교로 배치될 수 있으며, 더 큰 개구부(opening)를 갖는 어퍼처를 사용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)는 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)와 집광 렌즈(303) 사이의 거리가 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)와 빔-제한 어퍼처 어레이(307) 사이의 거리와 실질적으로 동일하도록 일차 광축(300_1)에 직교하는 평면을 따라 배치되고, 더 작은 개구부를 갖는 어퍼처를 사용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)의 위치 및 어퍼처 크기는 검사 모드에서 쿨롱 효과를 감소시키는 효율을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)가 집광 렌즈(303)에 더 가깝게 배치되는 경우, 더 큰 어퍼처 크기가 사용될 수 있다. 이 경우, 어퍼처는 검사 모드에서 더 일찍 일차 전자 빔(310)의 주변 전자들을 차단할 수 있지만, 차단되는 주변 전자들의 수는 더 적을 수 있다. 일부 실시예들에서, 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)의 위치 또는 어퍼처 크기는 검사 모드에서 쿨롱 효과의 감소를 최적화하도록 변화될 수 있는 한편, 전류-제한 어퍼처 플레이트(309) 및 빔-제한 어퍼처 어레이(307)를 통과하는 전자들의 수는 플러딩 모드에서 영향을 받지 않을 수 있다. 따라서, 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)가 도 5에 나타낸 바와 같이 하나보다 많은 어퍼처(예를 들어, 409-1 및 409-2)를 포함할 수 있거나, 도 6에 나타낸 바와 같이 일차 광축(500_1)을 따라 이동가능할 수 있거나, 또는 도 7에 나타낸 바와 같이 하나보다 많은 어퍼처(예를 들어, 509-1 및 509-2)를 포함하고 일차 광축(600_1)을 따라 이동가능할 수 있다.
일부 실시예들에서, 예를 들어 도 5에 나타낸 바와 같이, 전류-제한 어퍼처 플레이트(409)는 2 이상의 어퍼처들(409-1 및 409-2)을 포함할 수 있고, 어퍼처들은 크기, 피치 및 형상이 상이할 수 있다. 전류-제한 어퍼처 플레이트(409)는 전류-제한 어퍼처 플레이트(409)의 선택된 어퍼처의 기하학적 중심이 일차 광축(400_1)과 정렬되도록 일차 광축(400_1)에 직교 또는 실질적으로 직교인 평면을 따라 위치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 예를 들어 도 6에서, 전류-제한 어퍼처 플레이트(509)의 위치는 일차 전자 빔(310)의 크기, 집광 렌즈(303)의 포커싱 파워, 플러딩 모드에서의 원하는 빔 전류 등 -이에 제한되지는 않음- 에 기초하여 일차 광축(500_1)을 따라 조정가능할 수 있다. 예를 들어, 플러딩 모드에서, 전류-제한 어퍼처 플레이트(509)는 일차 광축(500_1)을 따라 집광 렌즈(303)로부터 제 1 거리에 배치되어, 원하는 빔 전류를 갖는 전자 빔이 통과하고 대물 렌즈 조립체(304)에 입사되게 할 수 있으며, 검사 모드에서, 플러딩 모드에서와 동일한 위치에 전류-제한 어퍼처 플레이트(509)를 배치하는 것이 쿨롱 상호작용 효과를 상당히 감소시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 예를 들어 도 7에서, 전류-제한 어퍼처 어레이(509)는 2 이상의 어퍼처들을 포함할 수 있고, 일차 광축(600_1)을 따른 제한 어퍼처 플레이트(509)의 위치는 쿨롱 상호작용 효과를 최소화하거나 감소시키도록 조정되어, 검사 작동 모드에서 이미징 분해능을 향상시킬 수 있다. 전류-제한 어퍼처의 크기를 조정하는 동안 직면할 수 있는 여러 문제들 중 하나는 전류-제한 어퍼처 플레이트[예를 들어, 전류-제한 어퍼처 플레이트(509)]를 이동시키는 것, 전류-제한 어퍼처를 일차 광축(600_1)과 정렬하는 것을 포함 -이에 제한되지는 않음- 하는 작업을 수행하는 데 소모되는 시간일 수 있으며, 이에 따라 검사 스루풋에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 광축(600_1)을 따른 전류-제한 어퍼처 플레이트(509)의 위치 및 전류-제한 어퍼처(509-1)의 크기는 작동 모드에 관계없이 고정될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 빔-제한 어퍼처 어레이(307)는 플러딩 모드에서 집광 렌즈(303)로부터의 전자 빔의 실질적으로 모든 전자들을 허용하고, 검사 모드에서 주변 전자들을 차단하여 샘플(350) 상에 원하는 프로브 전류를 달성하도록 구성될 수 있다. 샘플(350) 상의 프로브 스폿의 크기는 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 선택된 어퍼처의 크기에 의해 결정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 빔-제한 어퍼처 어레이(307)는 빔-제한 어퍼처들(307-1, 307-2, 및 307-3)을 포함할 수 있다. 도 3은 상이한 크기의 적어도 2 개의 빔-제한 어퍼처들(예를 들어, 307-2 및 307-3)을 나타내지만, 모든 빔-제한 어퍼처들이 유사한 크기로 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 빔-제한 어퍼처 어레이(307)는 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)의 하류에 바로 또는 하류에 배치될 수 있고, 일차 광축(300_1)에 직교로 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 빔-제한 어퍼처 어레이(307)는 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)와 이차 전자 검출기(305) 사이에 배치될 수 있다. 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 위치는 X-, Y-, 또는 Z-축을 따라 조정가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 위치는 선택된 빔-제한 어퍼처가 일차 광축(300_1)과 정렬될 수 있도록 X-, 또는 Y-축에서 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 빔-제한 어퍼처(307-2)는 예를 들어 빔-제한 어퍼처(307-2)의 기하학적 중심이 일차 광축(300_1)과 정렬될 수 있도록 정렬될 수 있다. 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 위치는 일차 광축(300_1)에 평행한 Z-축을 따라 조정되어, 빔-제한 어퍼처 어레이(307)와 전류-제한 어퍼처 플레이트(309) 사이의 거리를 조정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 빔-제한 어퍼처 어레이(307)와 전류-제한 어퍼처 플레이트(309) 사이의 거리는 쿨롱 상호작용 효과를 조정하도록 조정될 수 있다.
기존의 전압 콘트라스트 결함 검출 및 검사 툴들에서, 직면한 과제들 중 일부는 무엇보다도 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 허용가능한 크기의 제한 및 빔-제한 어퍼처 어레이(307)에 대한 제한된 이동 범위를 포함한다. 또한, 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 빔-제한 어퍼처들은 집광 렌즈(303)로부터의 전자 빔의 주변 전자들의 원하는 부분을 차단하기 위해 서로 더 멀리 떨어져 위치될 수 있으며, 이에 따라 채택될 수 있는 빔-제한 어퍼처들의 수를 제한할 수 있다. 그러므로, 검사 모드에서 주변 전자들을 차단하고 빔-제한 어퍼처 어레이(307)에 입사하는 전자 빔의 크기를 감소시키는 한편, 플러딩 모드에서 일차 전자 빔(310)의 실질적으로 모든 전자들이 통과하게 하기 위해 집광 렌즈(303)와 빔-제한 어퍼처 어레이(307) 사이에 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)에서와 같은 전류-제한 어퍼처를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 집광 렌즈(303)와 빔-제한 어퍼처 어레이(307) 사이에 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)를 배치하는 것이 감소된 피치로 더 많은 빔-제한 어퍼처들을 제공하도록 더 허용할 수 있다.
전자 빔 툴(300)은 편향 스캐닝 유닛(306)을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 편향 스캐닝 유닛(306)은 일차 투영 광학 시스템(도 3에 도시되지 않음) 내부에 위치될 수 있다. 검사 모드에서, 편향 스캐닝 유닛(306)은 일차 빔(310)을 편향하여 샘플(350)의 표면을 스캔하도록 구성될 수 있다. 대물 렌즈 조립체(304) 및 이차 전자 검출기(305)는 각각 도 2a의 대물 렌즈 조립체(232) 및 전자 검출기(244)와 실질적으로 유사할 수 있으며, 실질적으로 유사한 기능들을 수행할 수 있다.
일부 실시예들에서, 쿨롱 어퍼처 어레이(308)는 검사 모드에서 검사 분해능 및 검사 감도 또는 결함 검출가능성을 향상시키기 위해 큰 어퍼처(308-1)를 사용하는 것에서 더 작은 어퍼처들(308-2 또는 308-3)로 스위칭하도록 조정될 수 있다.
이제 도 8을 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 단일-빔 장치에서의 전자 빔 툴(800)의 예시적인 구성을 나타낸다. 전자 빔 툴(800)은 전자 소스(301), 쿨롱 어퍼처 어레이(308), 집광 렌즈(303), 전류-제한 어퍼처 플레이트(309), 빔-제한 어퍼처 어레이(307), 대물 렌즈 조립체(822), 및 신호 전자 디플렉터(825)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 빔 툴(800)은 렌즈-내 전자 검출기들(803 및 805)과 같은 다수 전자 검출기들을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈-내 전자 검출기(803 및 805)는 각각 전자 빔 툴(800)의 제 1 및 제 2 채널들에 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 채널은 상이한 검사 특성들에 대해 최적화될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제 1 채널은 고속 검출을 위해 최적화될 수 있는 한편, 제 2 채널은 고분해능 검사를 위해 최적화될 수 있다.
도 4a와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 상기 장치가 플러딩 모드에서 작동할 때, 집광 렌즈(303)는 일차 전자 빔(310)의 전자들이 쿨롱 어퍼처 어레이(308)의 선택된 어퍼처(308-1) 및 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 사용 중인 어퍼처[예를 들어, 어퍼처(307-2)]를 통과할 수 있도록 일차 전자 빔(310)을 포커싱할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자들은 크로스오버 평면을 따라 사용 중인 어퍼처(307-2) 근처에 크로스오버를 형성할 수 있다. 크로스오버 평면은 빔-제한 어퍼처 어레이(307)가 배치되는 평면과 일치할 수 있다. 전류-제한 어퍼처 플레이트(309)의 사용 중인 어퍼처(309-1)는 전자들로 하여금 쿨롱 어퍼처 어레이(308) 및 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 사용 중인 어퍼처들을 통과하게 하도록 구성될 수 있다.
전자 빔 툴(800)은 대물 렌즈 조립체(822)[예를 들어, 도 4a의 대물 렌즈(304)]를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 대물 렌즈 조립체(822)는 여자 코일(822M), 자기 렌즈 몸체(822A), 및 내측 극편(822C)을 포함하는 자기 렌즈, 및 [도 2의 극편(232e)과 유사한] 내측 극편(822C)에 의해 형성되는 정전 렌즈를 포함하는 복합 전자기 렌즈 및 [도 2의 제어 전극(232b)과 유사한] 제어 전극(822B)을 포함할 수 있고, 이들은 샘플(850)에 일차 전자 빔(310)을 포커싱하도록 함께 동작한다. 상기 장치가 플러딩 모드에서 작동할 때, 대물 렌즈 조립체(822)는 쿨롱 어퍼처 어레이(308) 및 빔-제한 어퍼처 어레이(307)의 사용 중인 어퍼처들을 통과하는 일차 전자 빔(310)을 샘플(850) 상에 부분적으로 포커싱하고, 샘플(850) 상에 큰 플러딩 빔 스폿(872f)을 형성하여 샘플(850)의 일부를 사전-대전시키도록 구성될 수 있다.
도 2a와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 샘플(850)과 일차 전자 빔(310)의 전자들의 상호작용은 신호 전자들을 생성할 수 있다[예를 들어, 신호 전자들은 경로들(881 및 891)을 따라 이동함]. 일부 실시예들에서, 신호 전자들은 SEs 및 BSEs를 포함할 수 있다. 상기 장치가 플러딩 모드에서 작동하고 있을 때, 일차 전자 빔(310)의 전류는 실질적으로 높은 레벨(예를 들어, > 2000 nA)에 도달할 수 있고, 일차 전자 빔(310)의 전자들은 실질적으로 높은 운동 에너지를 갖도록 가속될 수 있다. 따라서, 플러딩 모드 동안 생성되는 신호 전자들은 실질적으로 높은 레벨(예를 들어, 수율이 1인 경우, 대략 일차 빔 전류의 유사한 레벨까지)에 도달할 수 있으며, 랜딩 에너지에 따라 신호 전자들은 또한 예를 들어 몇 keV에서 전자 소스 방출 에너지까지 실질적으로 높은 운동 에너지를 가질 것이다. 이러한 다량의 고에너지 신호 전자들이 전자 검출기들(803 및 805)에 부딪치는 경우, 검출기 표면은 진공에 존재하는 축적된 탄소질 재료들로 오염될 수 있고 고에너지 및 다량의 신호 전자들에 의해 충격을 받으며, 이는 시간이 지남에 따라 검출기 노화를 야기할 수 있다. 또한, 검출기들(803 및 805)에 연결되는 전자 회로(예를 들어, 저-잡음 증폭기)가 고에너지 신호 전자들에 의해 야기되는 서지 전류 또는 과전류로 인해 손상될 수 있다.
플러딩 모드 동안 이러한 잠재적인 문제를 완화하기 위해, 일부 실시예들에서, 전자 빔 툴(800)는 상기 장치가 플러딩 모드에서 작동할 때 신호 전자들이 전자 검출기에 도달하는 것을 방지하도록 구성되는 검출기 보호 메카니즘을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어 전극(822B)은 샘플(850)과 렌즈-내 전자 검출기들(803 및 805) 사이에 능동 에너지 필터를 형성하도록 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 전극(822B)은 샘플(850)과 대물 렌즈 조립체(822)의 자기 렌즈(822M) 사이에 배치될 수 있다. 제어 전극(822B)이 샘플(850)에 관하여 전원 공급기(870)에 의한 전압으로 바이어스될 때, 제어 전극(822B)과 샘플(850) 사이에 전기장이 생성되어 신호 전자들에 대한 정전기 전위 장벽을 유도한다. 정전기 전위 장벽은 장벽의 임계 에너지 레벨보다 낮은 방출 에너지들을 갖는 신호 전자들을 차단한다. "능동 필터"는 수동 요소들만을 사용하는 "수동 필터"와 대조적으로 "능동" 전기장을 생성하는 전극과 같은 능동 구성요소들을 사용하는 전자 필터를 의미한다는 것을 이해한다.
예를 들어, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제어 전극(822B)은 경로(881) 상의 SEs가 에너지 장벽을 통과하기에 충분한 에너지를 갖지 않기 때문에 음으로 대전된 신호 전자들[예를 들어, 경로(881) 상의 SEs]이 샘플(850)로 다시 반사되도록 샘플(850)에 대해 음으로 바이어스된다. 장벽의 임계 에너지 레벨보다 높은 방출 에너지들을 갖는 신호 전자들[예를 들어, 경로(891)의 BSEs]이 에너지 장벽을 극복하고 렌즈-내 전자 검출기(805)를 향해 전파할 수 있지만, 이 BSEs는 이 BSEs의 수율이 비교적 낮기 때문에 검출기(805) 또는 연계된 전자 회로를 손상시키지 않을 수 있다. 예를 들어, 플러딩 모드에서의 일차 전자 빔(310)의 프로브 전류가 1000 내지 2000 nA 범위 내에 있을 때, 결과적인 신호 전자들은 주로 SEs를 포함할 수 있다. 그러므로, SEs[예를 들어, 경로(881)의 전자들]를 샘플(850)로 다시 반사하는 것이 검출기에 도달하는 총 전자들의 수를 상당히 감소시켜 증폭기 과전류 또는 검출기 오염의 가능성을 감소시킬 수 있다. 또한, 반사된 SEs는 샘플 사전-대전 프로세스를 지원할 수 있다.
이제 도 9a 내지 도 9c를 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 검출기 프로텍터(906)의 또 다른 실시예를 포함하는 예시적인 전자 빔 툴(900)을 나타낸다.
(도 8에 나타낸 것과 같은) 능동 에너지 필터는 일차 전자 빔(310)의 전자들에 영향을 미칠 수 있는 전기장을 생성한다. 일부 실시예들에서, 일차 전자들에 대한 영향을 최소화하면서 검출기들을 보호하는 것이 바람직할 수 있다. 더욱이, 일부 실시예들에서, 더 빠른 모드-스위칭을 가능하게 하기 위해 플러딩 모드와 검사 모드 사이에서 일차 빔 조건(예를 들어, 일차 전자들에 적용되는 전기장 및 자기장의 강도)을 변경하지 않고 유지하는 것이 바람직할 수도 있다. 도 8의 전자 빔 툴(800)과 비교하여, 전자 빔 툴(900)은 렌즈-내 전자 검출기(805) 근처에 배치된 능동 에너지 필터(906)를 포함한다. 능동 에너지 필터(906)는 플러딩 모드에서 신호 전자들(991)을 필터링하도록 구성될 수 있다. 상기 장치가 검사 모드에서 작동할 때, 능동 에너지 필터(906)는 비활성화되어 신호 전자들(991)이 능동 에너지 필터(906)를 통과하고 검출기(805)에 의해 검출될 수 있도록 할 수 있다. 에너지 필터(906)가 일차 광축으로부터 멀리 위치될 수 있음에 따라, 일차 전자 빔들에 대한 영향이 전자 빔 툴(800)에 비해 감소될 수 있다.
능동 에너지 필터(906)는 도 9b에 나타낸 바와 같이 고전압 전극(906hv) 및 접지 전극(906g)을 포함할 수 있다. 전극들(906hv 및 906g)은 메시형 전극들일 수 있다. 플러딩 모드 동안, 고전압 전극(906hv)은 접지 전극(906g)에 대해 음으로 바이어스되어 음으로 대전된 신호 전자들이 샘플(850)을 향해 반사되도록 전기장을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전원 공급기(905v)에 의해 공급되는 바이어스 전압은 변화되어 능동 에너지 필터(906)의 에너지 장벽을 조정할 수 있다. 예를 들어, 바이어스 전압은 BSEs 및 SEs를 포함하는 모든 신호 전자들을 차단하도록 증가되고; 높은 방출 에너지를 갖는 신호 전자들(예를 들어, BSEs)이 검출기(805)를 통과하게 하면서 낮은 방출 에너지를 갖는 신호 전자들(예를 들어, SEs)만을 차단하도록 감소될 수 있다.
일부 실시예들에서, 고전압 전극(906hv) 및 접지 전극(906g)은 무엇보다도 금속, 합금, 반도체 또는 조성물과 같은 전기 전도성 재료로부터 제작되는 메시형 구조체들을 포함할 수 있다. 고전압 전극(906hv) 및 접지 전극(906g)은 대물 렌즈 조립체(822)와 렌즈-내 전자 검출기(805) 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 고전압 전극(906hv) 및 접지 전극(906g)은 대물 렌즈 조립체(822)보다 렌즈-내 전자 검출기(805)에 더 가깝게 배치될 수 있다.
도 9c에 나타낸 바와 같이, 능동 에너지 필터(906)는 메시형 구조체 대신에 튜브-전극(906e)을 포함할 수 있다. 도 9b의 메시형 고전압 전극(906hv)과 유사하게, 튜브-전극(906e)은 접지 전극(906g)에 대해 음으로 바이어스되어 전기장을 생성할 수 있다.
이제 도 10a 및 도 10b를 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 플러딩 모드(도 10a) 및 검사 모드(도 10b)에서 작동하는 예시적인 전자 빔 툴(1000)을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다. 전자 빔 툴(1000)은, 툴이 플러딩 모드에 있을 때 신호 전자들(1091)이 전자 검출기(805)에 도달하는 것이 방지된다는 점에서, 도 9a의 전자 빔 툴(900)과 실질적으로 유사한 방식으로 작동할 수 있다.
일부 실시예들에서, 툴(1000)은 플러딩 모드(도 10a)를 위한 제 1 위치와 검사 모드(도 10b)를 위한 제 2 위치 사이에서 이동가능한 전자 스토퍼(1006)를 포함할 수 있다. 도 10a에 나타낸 바와 같이, 툴(1000)이 플러딩 모드에서 작동할 때, 전자 스토퍼(1006)는 샘플(850)과 전자 검출기(805) 사이의 제 1 위치에 위치되어, 샘플(850)로부터 생성된 신호 전자들(1091)이 전자 스토퍼(1006)에 의해 차단되도록 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 스토퍼(1006)는 들어오는 신호 전자들의 에너지를 감쇠할 수 있는 재료들로 만들어진 플레이트일 수 있다. 예를 들어, 전자 스토퍼(1006)는 (실리콘 질화물과 같은) 반도체 재료 또는 (예를 들어, 알루미늄 필름과 같은) 전기 전도 재료를 포함할 수 있으며, 이는 감쇠 능력을 제공하는 한편, 신호 전자들의 입사로부터 전자 스토퍼(1006) 내에 축적될 수 있는 여하한의 전하를 방전시키기 위해 소정 레벨의 전기 전도도를 제공한다. 일부 실시예들에서, 전자 스토퍼(1006)는 접지에 연결될 수 있다.
도 10b에 나타낸 바와 같이, 툴(1000)이 검사 모드에서 작동할 때, 전자 스토퍼(1006)는 신호 전자들(1093)이 이동하는 경로들로부터 떨어진 제 2 위치에 위치되어, 신호 전자들(1093)이 검출을 위해 전자 검출기(805)의 표면에 도달할 수 있도록 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 툴(1000)은 전체 시스템의 스루풋이 모드 스위칭에 의해 영향을 받지 않도록 전자 스토퍼(1006)를 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 빠르게 이동시킬 수 있는 이동 메카니즘(도시되지 않음)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 압전 모터가 전자 스토퍼(1006)를 이동시키는 데 사용될 수 있다.
이제 도 11a 및 도 11b를 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 플러딩 모드(도 11a) 및 검사 모드(도 11b)에서 작동하는 예시적인 전자 빔 툴(1100)을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다. 도 10a 및 도 10b의 전자 빔 툴(1000)과 비교하여, 전자 빔 툴(1100)은 에너지 필터[예를 들어, 도 10a 및 도 10b의 전자 스토퍼(1006)]를 이동시키기보다는, 작동 모드에 기초하여 (예를 들어, 1191과 1193 사이에서) 신호 전자들의 경로들을 변화시키도록 구성될 수 있다.
플러딩 모드에서, 도 11a에 나타낸 바와 같이, 신호 전자 디플렉터(825)는 전자 스토퍼(1106)에 의해 보호되는 전자 검출기(803)를 향해 신호 전자들(1191)을 편향할 수 있다. 검사 모드에서, 도 11b에 나타낸 바와 같이, 신호 전자 디플렉터(825)는 검출을 위해 전자 검출기(805)를 향해 신호 전자들(1193)을 편향할 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호 전자 디플렉터(825)는 전기장 및 자기장을 생성하도록 구성되는 빈 필터를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전자 스토퍼(1106)를 위한 이동 메카니즘(도시되지 않음)은 너무 느려서 작동 모드에 기초하여 필터를 안팎으로 이동시키는 것이 전체 시스템 스루풋에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 이러한 경우, 전자 스토퍼(1106)를 (사용 중이 아닌) 검출기(803) 앞에 배치하고, 툴이 플러딩 모드에서 검사 모드로 스위칭될 때 검출기(805)를 향해 신호 전자들을 경로 변경(reroute)하는 것이 바람직할 수 있다. (플러딩 모드와 검사 모드 사이에서의) 작동 모드 스위칭이 전자 스토퍼(1106)의 배치보다는 (예를 들어, 1191과 1193 사이에서의) 신호 전자들의 경로 변경에 의존하기 때문에, 툴(1100)은 스테퍼 모터와 같이 비교적 느린 이동 메카니즘을 활용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전자 스토퍼(1106)는 도 9a 내지 도 9c와 관련하여 설명된 능동 에너지 필터(906)와 유사한 능동 필터를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 스토퍼(1106)는 도 10a 및 도 10b에 나타낸 전자 스토퍼(1006)와 유사한 수동 에너지 필터를 포함할 수 있다.
이제 도 12a 내지 도 12c를 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 플러딩 모드(도 12a) 및 검사 모드(도 12b)에서 작동하는 예시적인 전자 빔 툴(1200)을 나타내는 개략적인 다이어그램들이다. 도 11a 및 도 11b에 나타낸 전자 빔 툴(1100)과 유사하게, 전자 빔 툴(1200)은 작동 모드에 기초하여 상이한 타겟들을 향해 신호 전자들을 편향하기 위해 신호 전자 디플렉터(825)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 플러딩 모드에서, 도 12a에 나타낸 바와 같이, 신호 전자 디플렉터(825)는 전자 검출기(805) 옆에 위치된 전자 스토퍼(1206)를 향해 신호 전자들(1291)을 편향할 수 있다. 검사 모드에서, 도 12b에 나타낸 바와 같이, 신호 전자 디플렉터(825)는 검출을 위해 전자 검출기(805)를 향해 신호 전자들(1293)을 편향할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 스토퍼(1206)는 도 10a 및 도 10b에 나타낸 전자 스토퍼(1006)와 유사한 수동 에너지 필터를 포함할 수 있다.
도 12a 내지 도 12c에 나타낸 바와 같이, 일부 실시예들에서, 전자 스토퍼(1206)는 일차 광축(800_1)으로부터 더 멀리 위치될 수 있다. 따라서, 플러딩 모드 동안, 전자 신호 디플렉터(825)는 더 큰 편향 극각(polar angle)[일차 광축(800_1)에 대한 극각]으로 신호 전자들을 편향하도록 구부리기 위해 더 강한 편향 파워를 생성할 필요가 있을 수 있다.
도 12c는 도 12a 및 도 12b에 나타낸 전자 빔 툴(1200)의 검출기들(803, 805) 및 전자 스토퍼(1206)의 3-차원 표현을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 검출기들(803, 805) 및 전자 스토퍼(1206)는 X-축 및 Y-축에 의해 형성되는 XY-평면 상에 배치될 수 있고, 여기서 일차 광축(800_1)은 Z-축과 정렬된다. 일부 실시예들에서, 검출기들(803, 805) 및 전자 스토퍼(1206)는 X-축과 정렬되는 축(800_2)을 따라 위치될 수 있다.
전자 빔 툴(1200)이 검사 모드에서 작동하는 경우, 신호 전자들(1293)은 검출기(805)로 지향될 수 있다. 전자 툴(1200)이 플러딩 모드에서 작동하는 경우, 신호 전자들(1291)은 일차 광축(800_1)으로부터 더 멀리 구부러지고 전자 스토퍼(1206)로 지향될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 일차 광축(800_1)과 검출기(805)의 중심 사이의 거리(1235)는 일차 광축(800_1)과 스토퍼(1206)의 중심 사이의 거리(1236)보다 작을 수 있다.
전형적인 전자 빔 검사 시스템에서, 증가된 편향 극각은 분산형 색수차와 같은 편향 수차를 증가시킬 수 있으며, 이는 일차 빔 분해능을 저하시킬 수 있다. 하지만, 플러딩 모드 동안에는 이미지가 생성되지 않기 때문에, 검사 시스템은 플러딩 모드 동안 고분해능 성능을 제공할 필요가 없을 수 있으며, 그러므로 신호 전자들(1291)은 전체 시스템 성능에 영향을 미치지 않고 더 큰 편향 극각으로 편향될 수 있다. 또 다른 방식은 검출기들에 대한 신호 전자들의 상대 방위각을 변화시키는 것이다. 하지만, 검출기를 회전시키는 것이 빔을 회전시키는 것보다 덜 실현가능하며, 이는 다음 실시예로 이어진다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 빔 툴(1300)의 검출기들(803, 805) 및 전자 스토퍼(1306)의 또 다른 예시적인 구성을 나타낸다. 도 12c의 전자 빔 툴(1200)과 유사하게, 일부 실시예들에서, 검출기들(803, 805) 및 전자 스토퍼(1306)는 XY-평면 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 검출기들(803, 805)은 예를 들어 X-축과 정렬되는 축(800_2)을 따라 위치될 수 있고, 전자 스토퍼(1306)는 예를 들어 Y-축과 정렬되는 축(800_3)을 따라 위치될 수 있다.
전자 빔 툴(1300)이 검사 모드에서 작동하는 경우, 신호 전자들(1393)은 검출기(805)로 지향될 수 있다. 전자 빔 툴(1300)이 플러딩 모드에서 작동하는 경우, 신호 전자들(1391)은 일차 광축(800_1) 주위에서 구부러지고 전자 스토퍼(1306)로 지향될 수 있다. 예를 들어, 플러딩 모드 동안, [예를 들어, 도 12a 및 도 12b의 신호 전자 디플렉터(825)와 같은] 신호 전자 디플렉터는 신호 전자들(1391)을 일차 광축(800_1) 주위에서 전자 스토퍼(1306)를 향해 약 90 도[방위각(1337)으로 나타냄] 회전시키도록 회전 전자기장을 생성할 수 있다.
따라서, [일차 광축(800_1)과 검출기(805)의 중심 사이의] 거리(1335) 및 [일차 광축(800_1)와 스토퍼(1306)의 중심 사이의] 거리(1336)가 동일할 수 있다. 다시 말해서, 편향 극각[일차 광축(800_1)에 대한 극각]은 작동 모드들 사이에서 실질적으로 변하지 않을 수 있는 한편, 플러딩 모드에서의 신호 전자들은 방위각으로 회전됨에 따라 검출기(805)에 도달하는 것이 방지된다. 일부 실시예들에서, 극각은 5 도 내에서 동일하게 유지될 수 있다. 이러한 구성들에서, 신호 전자 디플렉터의 구부리는 힘은 플러딩 모드 동안 증가될 필요가 없으며, 이는 빈 필터에서의 전기 아크 방전 및 열 생성의 감소된 위험으로 인해 소정 실시예들에 바람직할 수 있다.
이제 도 14를 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 단일-빔 장치에서 샘플의 표면 상에 프로브 스폿을 형성하는 예시적인 방법(1400)을 나타내는 프로세스 흐름도를 나타낸다. 방법(1400)은, 예를 들어 도 1에 나타낸 바와 같이 하전 입자 빔 검사 시스템(100)의 제어기(50)에 의해 수행될 수 있다. 제어기(50)는 방법(1400)의 1 이상의 블록을 수행하도록 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 제어기(50)는 선택된 작동 모드에 기초하여 일차 하전 입자 빔의 포커스를 조정하도록 집광 렌즈에 전기 신호를 적용하고, 다른 기능들을 수행할 수 있다.
단계 1410에서, 하전 입자 소스[예를 들어, 도 3의 전자 소스(301)]가 활성화되어 하전 입자 빔[예를 들어, 도 3의 일차 전자 빔(310)]을 생성할 수 있다. 전자 소스는 제어기[예를 들어, 도 1의 제어기(50)]에 의해 활성화될 수 있다. 예를 들어, 전자 소스는 일차 광축[예를 들어, 도 3의 일차 광축(300_1)]을 따르는 전자 빔을 형성하기 위해 일차 전자들을 방출하도록 제어될 수 있다. 전자 소스는, 예를 들어 제어 회로를 통해 전자 소스에 전력을 공급하기 위해 제어기의 프로세서에 대한 소프트웨어, 어플리케이션, 또는 명령어들의 세트를 사용함으로써 원격으로 활성화될 수 있다.
EBI 시스템은 다수 작동 모드들을 지원하는 메카니즘을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전자 빔 툴[예를 들어, 도 3의 전자 빔 툴(300)]은 하전 입자들(예를 들어, 전자들)로 샘플의 표면을 플러딩함으로써 전압 콘트라스트 결함을 강조하기 위한 플러딩 모드, 및 고분해능 이미징 방법들을 사용하여 플러딩 모드 동안 강조된 여하한의 결함들을 분석하기 위한 검사 모드에서 작동하도록 구성될 수 있다. 전자 빔 툴은 작동 모드들 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전압 콘트라스트 결함 검출 및 분석의 완전한 스캔은 사전설정된 지속 시간 동안 샘플의 표면을 플러딩한 후, 플러딩에 의해 식별된 여하한의 결함들의 고분해능 검사를 포함할 수 있다.
단계 1420에서, 플러딩 모드 또는 검사 모드와 같은 전자 빔 툴의 작동 모드가 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 사용자는 적용, 요건 및 원하는 분석을 포함 -이에 제한되지는 않음- 하는 인자들에 기초하여 작동 모드를 선택할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 빔 툴은 사용자 상호작용 없이, 예를 들어 작동 모드의 선택을 수행하거나, 선택된 작동 모드에서 검사 툴을 작동시키거나, 또는 작동 모드의 스위칭을 포함한 일련의 단계들을 수행하지 않고 실행되도록 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 제어기[예를 들어, 도 2의 제어기(50)]는 플러딩 모드를 활성화함으로써 전압 콘트라스트 결함 검출을 개시하고, 집광 렌즈[예를 들어, 도 3의 집광 렌즈(303)]의 전기적 여기를 조정하여 포커싱 파워를 조정하며, 플러딩을 완료한 후에 검사 모드로 스위칭하는 등을 수행하도록 프로그램될 수 있다.
단계 1430에서, 전자 빔 툴은 플러딩 모드에서 작동하도록 구성될 수 있으며, 여기서 제어기는 어퍼처 어레이[예를 들어, 도 3의 쿨롱 어퍼처 어레이(308)]의 선택된 어퍼처를 통과하는 일차 전자 빔의 실질적으로 모든 전자들이 크로스오버 평면에서 크로스오버를 형성하도록 포커싱될 수 있도록 집광 렌즈에 전기 신호를 적용할 수 있다. 크로스오버 평면은 빔-제한 어퍼처 어레이[예를 들어, 도 3의 빔-제한 어퍼처 어레이(307)]가 배치되는 평면과 일치할 수 있다. 빔-제한 어퍼처 어레이는 집광 렌즈로부터의 전자 빔의 실질적으로 모든 전자들이 통과하게 하고, 일차 전자 빔을 대물 렌즈[예를 들어, 도 3의 대물 렌즈 조립체(304)]로 향하게 하도록 구성될 수 있다. 대물 렌즈는 일차 전자 빔을 디포커싱하여 샘플[예를 들어, 도 3의 샘플(350)]의 표면 상에 프로브 스폿을 형성하도록 구성될 수 있다.
전자 빔 툴은 작동 모드에 기초하여 일차 전자 빔의 전자들의 통과를 허용하도록 구성되는 전류-제한 어퍼처 어레이[예를 들어, 도 5의 전류-제한 어퍼처 플레이트(409)]를 포함할 수 있다. 예를 들어, 플러딩 모드에서, 전류-제한 어퍼처 플레이트는 일차 전자 빔의 실질적으로 모든 전자들이 통과하게 할 수 있다. Z-축을 따른 전류-제한 어퍼처 플레이트의 위치가 조정되어, 큰 빔 전류를 갖는 빔의 형성을 허용하기 위해 최대 전자들이 통과할 수 있도록 할 수 있다. 전류-제한 어퍼처 플레이트는 집광 렌즈의 하류에, 및 일차 광축을 따라 집광 렌즈로부터 최적의 거리에 배치될 수 있다.
대물 렌즈를 빠져 나와 샘플의 표면에 입사하는 전자 빔은 큰 빔 전류를 갖는 디포커싱된 빔을 포함할 수 있다. 디포커싱된 전자 빔에 의해 형성된 프로브 스폿은 전자들과 같은 하전 입자들로 샘플의 표면을 플러딩하도록 구성되는 디포커싱된 큰 프로브 스폿을 포함할 수 있다. 샘플은 사전설정된 지속 시간 동안 플러딩될 수 있으며, 또는 샘플, 적용, 결함 특성들 등을 포함 -이에 제한되지는 않음- 하는 인자들에 기초하여 시간이 조정될 수 있다. 샘플 표면 상의 피처들의 전도도 변동성이 빔-샘플 상호작용에 의해 방출된 이차 전자들로부터 생성되는 이미지들의 콘트라스트 변동성을 야기한다.
더욱이, 전자 빔 툴이 플러딩 모드에서 작동할 때, 전자 검출기를 보호하기 위해, 검출기 프로텍터가 복수의 신호 전자들이 전자 검출기에 도달하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 능동 에너지 필터[예를 들어, 도 8의 제어 전극(822B) 및 샘플(850)에 의해 형성되는 에너지 필터; 도 9a의 능동 에너지 필터(906)]를 포함하는 검출기 프로텍터가 플러딩 모드 동안 샘플로부터 생성된 고에너지 신호 전자들을 필터링하도록 구성될 수 있다. 장치가 검사 모드에서 작동할 때, 능동 에너지 필터는 비활성화되어 신호 전자들이 능동 에너지 필터를 통과하고 전자 검출기에 의해 검출될 수 있도록 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 스토퍼[예를 들어, 도 10a의 전자 스토퍼(1006), 도 11a의 1106 및 도 12a의 1206]를 포함하는 검출기 프로텍터가 플러딩 모드 동안 고에너지 신호 전자들을 차단하도록 구성될 수 있다.
단계 1440에서, 검사 작동 모드에서, 일차 빔 크로스오버(가상 또는 실제)[예를 들어, 도 4b의 일차 빔 크로스오버(302)]로부터 나오는 일차 전자 빔이 쿨롱 어퍼처 어레이의 쿨롱 어퍼처[예를 들어, 도 4b의 어퍼처(308-1)]를 통과할 수 있다. 더 작은 어퍼처[예를 들어, 도 4b의 어퍼처(308-2 또는 308-3)]를 사용하는 것이 쿨롱 상호작용 효과를 감소시킴으로써 검사 분해능 및 감도를 향상시킬 수 있지만, 큰 어퍼처[예를 들어, 어퍼처(308-1)]에서 더 작은 어퍼처들[예를 들어, 더 작은 어퍼처들(308-2 또는 308-3)]로 스위칭하도록 쿨롱 어퍼처 어레이를 조정하는 것이 검사 스루풋에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 플러딩 및 검사 작동 모드들 동안 쿨롱 어퍼처 어레이의 어퍼처 크기를 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시예들에서, 쿨롱 어퍼처 어레이는 검사 분해능 및 검사 감도 또는 결함 검출가능성을 향상시키기 위해 큰 어퍼처를 사용하는 것에서 더 작은 어퍼처들로 스위칭하도록 조정될 수 있다.
제어기는 집광 렌즈의 전기적 여기를 조정하여 집광 렌즈의 포커싱 파워를 조정할 수 있다. 일차 전자 빔의 프로빙 빔릿이 대물 렌즈를 사용하여 포커싱되어 샘플의 표면 상에 포커싱된 프로브 스폿을 형성할 수 있도록 전기 신호가 집광 렌즈에 적용될 수 있다. 집광 렌즈에 적용된 전기 신호는 일차 전자 빔의 주변 전자들의 일부가 샘플을 향해 전파하는 것이 차단될 수 있도록 일차 전자 빔이 어퍼처 플레이트에 입사하게 할 수 있다. 검사 작동 모드에서, 어퍼처 플레이트는 일차 전자 빔의 주변 전자들을 트리밍하고 쿨롱 상호작용 효과를 감소시키도록 구성되는 전류-제한 어퍼처 플레이트로서 기능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전류-제한 어퍼처 플레이트는 어퍼처들의 어레이를 포함할 수 있다.
검사 작동 모드에서, 전류-제한 어퍼처 플레이트의 위치는 플러딩 모드에서의 위치와 비교하여 조정되지 않을 수 있다. 이는 주변 전자들을 차단함으로써 쿨롱 상호작용 효과를 감소시키면서 일차 광축 및 시스템의 다른 구성요소들과 전류-제한 어퍼처의 기하학적 중심을 정렬하도록 전류-제한 어퍼처 플레이트를 정렬하는 전류-제한 어퍼처 플레이트의 이동을 가능하게 하도록 기계적 구성요소들을 시작한 결과로서 야기되는 검사 지연을 최소화하는 데 도움이 될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전류-제한 어퍼처 플레이트의 위치는 일차 전자 빔 크기, 집광 렌즈의 포커싱 파워, 원하는 프로빙 빔 전류 등을 포함 -이에 제한되지는 않음- 하는 인자들에 기초하여 일차 광축을 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 전류-제한 어퍼처 플레이트와 빔-제한 어퍼처 어레이 사이의 거리는 전류-제한 어퍼처 플레이트의 위치를 조정함으로써 증가되어 쿨롱 상호작용 효과를 최소화할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전류-제한 어퍼처 플레이트의 어퍼처의 크기는 예를 들어 선택된 전류-제한 어퍼처의 크기를 감소시키거나 전류-제한 어퍼처 플레이트의 복수의 어레이들 중 더 작은 전류-제한 어퍼처를 선택함으로써, 쿨롱 상호작용 효과를 최소화하도록 조정될 수 있다. 더 작은 전류-제한 어퍼처가 더 적은 전자들로 하여금 통과하게 하며, 이에 따라 쿨롱 상호작용 효과를 최소화할 수 있다.
전류-제한 어퍼처 플레이트의 전류-제한 어퍼처를 통과하는 전자들의 부분이 전류-제한 어퍼처 플레이트의 하류에 바로 또는 하류에 위치되는 빔-제한 어퍼처 어레이의 하나의 빔-제한 어퍼처를 통과할 수 있다. 상기 부분은 샘플의 표면 상에 상기 부분을 포커싱하도록 구성되는 대물 렌즈를 향하게 되고 이에 입사하여 프로브 스폿을 형성할 수 있다. 대물 렌즈의 전기적 여기는 플러딩 모드 및 검사 모드에서 동일할 수 있다. 전기적 여기는 예를 들어 그 부분의 전자들의 에너지, 경로, 방향 등에 영향을 미치는 전기장 또는 자기장을 조정하기 위한 전기 신호(예를 들어, 전압, 전류 등)를 포함할 수 있다.
더욱이, 전자 빔 툴이 검사 모드에서 작동할 때, 검출기 프로텍터가 복수의 신호 전자들로 하여금 전자 검출기에 도달하게 하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 능동 에너지 필터[예를 들어, 도 8의 제어 전극(822B) 및 샘플(850)에 의해 형성되는 에너지 필터; 도 9a의 능동 에너지 필터(906)]를 포함하는 검출기 프로텍터가 비활성화되어 신호 전자들이 능동 에너지 필터를 통과하고 전자 검출기에 의해 검출될 수 있도록 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 스토퍼[예를 들어, 도 10a의 전자 스토퍼(1006), 도 11a의 1106 및 도 12a의 1206]를 포함하는 검출기 프로텍터가 신호 전자가 이동하는 경로로부터 멀리 이동하도록 구성되어 신호 전자들이 전자 검출기에 의해 검출될 수 있도록 할 수 있다.
본 실시예들은 다음 항목들을 사용하여 더 설명될 수 있다:
1. 하전-입자 빔 장치로서,
일차 광축을 따라 일차 하전-입자 빔을 생성하도록 구성되는 하전-입자 소스;
일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분이 통과하게 하도록 구성되는 제 1 어퍼처를 포함하는 제 1 어퍼처 어레이;
상기 장치의 선택된 작동 모드에 기초하여 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하도록 구성되는 집광 렌즈 -선택된 작동 모드는 제 1 모드 및 제 2 모드를 포함함- ; 및
일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성되는 제 2 어퍼처를 포함하는 어퍼처 플레이트를 포함하며,
제 1 작동 모드에서는, 일차 하전-입자 빔의 실질적으로 모든 제 2 부분이 샘플의 표면을 플러딩하는 데 사용되고,
제 2 작동 모드에서는, 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분 중 적어도 일부가 샘플의 표면을 검사하는 데 사용되는 하전-입자 빔 장치.
2. 1 항에 있어서, 제 1 어퍼처는 일차 하전-입자 빔의 주변 하전 입자들을 차단하여 일차 하전-입자 빔의 제 1 부분을 형성하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
3. 1 항 또는 2 항에 있어서, 제 1 어퍼처 어레이는 크기가 상이한 적어도 2 개의 어퍼처들을 포함하는 하전-입자 빔 장치.
4. 1 항 내지 3 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 어퍼처 어레이는 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 1 평면에 배치되고 제 1 평면에서 이동가능한 하전-입자 빔 장치.
5. 1 항 내지 4 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 어퍼처 어레이는 일차 광축을 따라 하전-입자 소스와 집광 렌즈 사이에 배치되는 하전-입자 빔 장치.
6. 1 항 내지 5 항 중 어느 하나에 있어서, 제 2 어퍼처는:
제 1 작동 모드에서, 일차 하전-입자 빔의 제 1 부분의 실질적으로 모든 하전 입자들이 통과하게 하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하고;
제 2 작동 모드에서, 일차 하전-입자 빔의 제 1 부분의 주변 하전 입자들을 차단하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성되는 전류-제한 어퍼처인 하전-입자 빔 장치.
7. 1 항 내지 6 항 중 어느 하나에 있어서, 어퍼처 플레이트는 일차 광축을 따라 이동가능한 하전-입자 빔 장치.
8. 7 항에 있어서, 어퍼처 플레이트는 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 2 평면을 따라 이동가능한 전류-제한 어퍼처 어레이를 포함하는 하전-입자 빔 장치.
9. 1 항 내지 6 항 중 어느 하나에 있어서, 어퍼처 플레이트는 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 2 평면을 따라 이동가능한 전류-제한 어퍼처 어레이를 포함하는 하전-입자 빔 장치.
10. 1 항 내지 9 항 중 어느 하나에 있어서, 제 2 모드에서 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 빔 전류를 제한하도록 구성되는 빔-제한 어퍼처 어레이를 더 포함하는 하전-입자 빔 장치.
11. 10 항에 있어서, 빔-제한 어퍼처 어레이는 복수의 빔-제한 어퍼처들을 포함하고, 복수의 빔-제한 어퍼처들 중 적어도 2 개의 빔-제한 어퍼처들은 크기가 상이한 하전-입자 빔 장치.
12. 10 항 또는 11 항에 있어서, 빔-제한 어퍼처 어레이는 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 3 평면에 배치되고 제 3 평면에서 이동가능한 하전-입자 빔 장치.
13. 11 항 또는 12 항에 있어서, 제 1 및 제 2 작동 모드들에서, 제 1 어퍼처 및 복수의 빔-제한 어퍼처들의 빔-제한 어퍼처는 동일한 하전-입자 빔 장치.
14. 12 항 또는 13 항에 있어서, 제 1 작동 모드에서, 집광 렌즈는 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 실질적으로 모든 하전 입자들이 빔-제한 어퍼처 어레이의 어퍼처를 통과하도록 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분이 제 3 평면에 가까운 크로스오버를 형성하게 하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
15. 14 항에 있어서, 제 2 작동 모드에서, 빔-제한 어퍼처 어레이의 어퍼처는 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 빔 전류를 제한하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
16. 8 항 내지 15 항 중 어느 하나에 있어서, 대물 렌즈를 더 포함하며, 제 1 작동 모드에서, 대물 렌즈는 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 디포커싱하고 샘플의 표면 상에 제 1 스폿을 형성하도록 구성되며, 제 1 스폿은 제 1 전류 레벨을 갖는 하전-입자 빔 장치.
17. 16 항에 있어서, 제 2 작동 모드에서, 대물 렌즈는 빔-제한 어퍼처 어레이의 어퍼처를 통과하는 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 적어도 일부를 포커싱하여 샘플의 표면 상에 제 2 스폿을 형성하도록 구성되며, 제 2 스폿은 제 2 전류 레벨을 갖는 하전-입자 빔 장치.
18. 17 항에 있어서, 제 1 작동 모드에서의 대물 렌즈의 전기적 여기는 제 2 작동 모드에서의 대물 렌즈의 전기적 여기와 동일하거나 실질적으로 유사한 하전-입자 빔 장치.
19. 17 항 또는 18 항에 있어서, 제 1 전류 레벨은 제 2 전류 레벨보다 크거나 같은 하전-입자 빔 장치.
20. 17 항 내지 19 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 스폿은 제 2 스폿보다 크거나 같은 하전-입자 빔 장치.
21. 1 항 내지 20 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 모드에서 샘플의 표면 상에 하전-입자 플러딩을 수행하고; 제 2 모드에서 샘플의 표면의 하전-입자 빔 검사를 수행하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는 하전-입자 빔 장치.
22. 21 항에 있어서, 제어기는 선택된 작동 모드에 기초하여 집광 렌즈의 전기적 여기를 조정하도록 더 구성되는 하전-입자 빔 장치.
23. 1 항 내지 22 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 장치가 제 2 작동 모드에 있을 때, 샘플 상의 일차 하전-입자 빔의 입사로부터 생성된 복수의 신호 전자들을 검출하도록 구성되는 전자 검출기; 및
상기 장치가 제 1 작동 모드에 있을 때, 복수의 신호 전자들이 전자 검출기에 도달하는 것을 방지하도록 구성되는 검출기 프로텍터를 더 포함하는 하전-입자 빔 장치.
24. 23 항에 있어서, 복수의 신호 전자들은 후방산란 전자들(BSEs) 또는 이차 전자들(SEs)을 포함하는 하전-입자 빔 장치.
25. 23 항 또는 24 항에 있어서, 제어기는 선택된 작동 모드에 기초하여 검출기 프로텍터를 제어하도록 더 구성되는 하전-입자 빔 장치.
26. 23 항 내지 25 항 중 어느 하나에 있어서, 검출기 프로텍터는 복수의 신호 전자들의 전체 또는 서브세트를 반사하는 전기장을 생성하도록 구성되는 능동 에너지 필터를 포함하는 하전-입자 빔 장치.
27. 26 항에 있어서, 능동 에너지 필터는 샘플과 대물 렌즈 사이에 위치되는 전극을 포함하고, 전극은 샘플에 대해 음으로 바이어스되어 전기장을 생성하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
28. 27 항에 있어서, 전극은 대물 렌즈의 일부인 하전-입자 빔 장치.
29. 26 항에 있어서, 능동 에너지 필터는 전자 검출기와 대물 렌즈 사이에 위치되는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하고, 제 1 전극은 제 2 전극에 대해 음으로 바이어스되어 전기장을 생성하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
30. 29 항에 있어서, 제 1 전극은 메시-전극을 포함하는 하전-입자 빔 장치.
31. 29 항에 있어서, 제 1 전극은 튜브-전극을 포함하는 하전-입자 빔 장치.
32. 29 항 내지 31 항 중 어느 하나에 있어서, 제 2 전극은 메시-전극을 포함하는 하전-입자 빔 장치.
33. 29 항 내지 32 항 중 어느 하나에 있어서, 제 2 전극은 접지에 연결되는 하전-입자 빔 장치.
34. 23 항 내지 25 항 중 어느 하나에 있어서, 검출기 프로텍터는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동가능한 전자 스토퍼를 포함하며:
상기 장치가 제 1 작동 모드에 있을 때, 전자 스토퍼는 샘플과 전자 검출기 사이의 제 1 위치에 위치되고 복수의 신호 전자들을 차단하도록 구성되며,
상기 장치가 제 2 작동 모드에 있을 때, 전자 스토퍼는 전자 검출기로부터 떨어진 제 2 위치에 위치되고 복수의 신호 전자들로 하여금 전자 검출기를 통과하게 하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
35. 34 항에 있어서, 전자 스토퍼는 금속 플레이트를 포함하는 하전-입자 빔 장치.
36. 34 항 또는 35 항에 있어서, 전자 스토퍼는 접지에 연결되는 하전-입자 빔 장치.
37. 34 항 내지 36 항 중 어느 하나에 있어서, 검출기 프로텍터는 복수의 신호 전자들의 방향을 변화시키도록 구성되는 디플렉터를 더 포함하며:
상기 장치가 제 1 작동 모드에 있을 때, 디플렉터는 전자 스토퍼를 향해 복수의 신호 전자들을 편향하도록 구성되고,
상기 장치가 제 2 작동 모드에 있을 때, 디플렉터는 전자 검출기를 향해 복수의 신호 전자들을 편향하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
38. 37 항에 있어서, 디플렉터는 전기장 발생기 및 자기장 발생기를 포함하는 하전-입자 빔 장치.
39. 37 항 또는 38 항에 있어서, 디플렉터는 빈 필터인 하전-입자 빔 장치.
40. 23 항 내지 25 항 중 어느 하나에 있어서, 검출기 프로텍터는:
전자 검출기 근처에 위치되는 전자 스토퍼; 및
복수의 신호 전자들의 방향을 변화시키도록 구성되는 디플렉터를 포함하며,
상기 장치가 제 1 작동 모드에 있을 때, 디플렉터는 일차 광축에 대해 제 1 편향 극각 및 제 1 편향 방위각으로 전자 스토퍼를 향해 복수의 신호 전자들을 편향하도록 구성되고,
상기 장치가 제 2 작동 모드에 있을 때, 디플렉터는 일차 광축에 대해 제 2 편향 극각 및 제 2 편향 방위각으로 전자 검출기를 향해 복수의 신호 전자들을 편향하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
41. 40 항에 있어서, 전자 스토퍼는 전자 검출기보다 일차 광축으로부터 더 멀리 위치되는 하전-입자 빔 장치.
42. 40 항 또는 41 항에 있어서, 제 1 편향 극각은 제 2 편향 극각보다 큰 하전-입자 빔 장치.
43. 40 항 내지 42 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 편향 방위각 및 제 2 편향 방위각은 동일하거나 실질적으로 유사한 하전-입자 빔 장치.
44. 40 항에 있어서, 전자 검출기 및 전자 스토퍼는 일차 광축 주위에 위치되는 하전-입자 빔 장치.
45. 40 항 및 44 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 편향 극각 및 제 2 편향 극각은 동일하거나 실질적으로 유사한 하전-입자 빔 장치.
46. 40 항, 44 항 및 45 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 편향 방위각 및 제 2 편향 방위각은 상이한 하전-입자 빔 장치.
47. 40 항, 44 항 내지 46 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 편향 방위각과 제 2 편향 방위각 사이의 차이는 대략 90 도인 하전-입자 빔 장치.
48. 40 항 내지 47 항 중 어느 하나에 있어서, 전자 스토퍼는 금속 플레이트를 포함하는 하전-입자 빔 장치.
49. 40 항 내지 48 항 중 어느 하나에 있어서, 전자 스토퍼는 접지에 연결되는 하전-입자 빔 장치.
50. 40 항 내지 49 항 중 어느 하나에 있어서, 디플렉터는 전기장 발생기 및 자기장 발생기를 포함하는 하전-입자 빔 장치.
51. 40 항 내지 50 항 중 어느 하나에 있어서, 디플렉터는 빈 필터인 하전-입자 빔 장치.
52. 제 1 어퍼처 어레이, 집광 렌즈, 제 2 어퍼처 어레이 및 어퍼처 플레이트를 포함하는 하전-입자 빔 장치에서 샘플의 표면 상에 프로브 스폿을 형성하는 방법으로서,
일차 광축을 따라 일차 하전-입자 빔을 생성하기 위해 하전-입자 소스를 활성화하는 단계; 및
하전-입자 빔 장치의 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이에서 선택하는 단계를 포함하며,
제 1 작동 모드에서, 집광 렌즈는 적어도 제 1 부분이 어퍼처 플레이트의 어퍼처를 통과하도록 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성되고, 일차 하전-입자 빔의 실질적으로 모든 제 2 부분이 샘플의 표면을 플러딩하는 데 사용되며,
제 2 작동 모드에서, 집광 렌즈는 어퍼처 플레이트의 어퍼처가 적어도 제 1 부분의 주변 하전-입자들을 차단하도록 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성되고, 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분 중 적어도 일부가 샘플의 표면을 검사하는 데 사용되는 방법.
53. 52 항에 있어서, 일차 하전-입자 빔의 주변 하전 입자들을 차단하여 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
54. 52 항 또는 53 항에 있어서, 제 1 어퍼처 어레이는 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 1 평면에 배치되고 제 1 평면에서 이동가능한 방법.
55. 52 항 내지 54 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 어퍼처 어레이는 하전-입자 소스와 집광 렌즈 사이에 배치되는 방법.
56. 54 항 또는 55 항에 있어서, 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 형성하는 단계는 제 1 어퍼처 어레이의 어퍼처의 중심이 일차 광축과 정렬되도록 제 1 평면에서 제 1 어퍼처 어레이의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
57. 52 항 내지 56 항 중 어느 하나에 있어서, 어퍼처 플레이트는 일차 광축을 따라 이동가능한 방법.
58. 57 항에 있어서, 어퍼처 플레이트는 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 2 평면을 따라 이동가능한 전류-제한 어퍼처 어레이를 포함하는 방법.
59. 58 항에 있어서, 전류-제한 어퍼처 어레이는 일차 광축을 따라 이동가능한 방법.
60. 52 항 내지 59 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 작동 모드에서, 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 디포커싱하고 샘플의 표면 상에 제 1 스폿을 형성하는 단계를 더 포함하며, 제 1 스폿은 제 1 전류 레벨을 갖는 방법.
61. 57 항 내지 60 항 중 어느 하나에 있어서, 제 2 모드에서:
빔-제한 어퍼처 어레이를 사용하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 빔 전류를 제한하는 단계 -빔-제한 어퍼처 어레이의 어퍼처는 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 적어도 일부를 형성하도록 구성됨- ; 및
일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 적어도 일부를 포커싱하고 샘플의 표면 상에 제 2 스폿을 형성하는 단계를 더 포함하며, 제 2 스폿은 제 2 전류 레벨을 갖는 방법.
62. 61 항에 있어서, 제 1 및 제 2 작동 모드들에서, 제 1 어퍼처 및 빔-제한 어퍼처 어레이의 어퍼처는 동일한 방법.
63. 61 항 또는 62 항에 있어서, 제 1 전류 레벨은 제 2 전류 레벨보다 큰 방법.
64. 61 항 또는 63 항에 있어서, 제 1 스폿은 제 2 스폿보다 크거나 같은 방법.
65. 52 항 내지 64 항 중 어느 하나에 있어서, 제어기를 사용하여, 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이에서 스위칭하는 단계를 더 포함하는 방법.
66. 65 항에 있어서, 제어기를 사용하여, 선택된 작동 모드에 기초하여 집광 렌즈의 전기적 여기를 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
67. 52 항 내지 66 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 작동 모드에서 샘플의 표면 상에 하전-입자 플러딩을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
68. 52 항 내지 67 항 중 어느 하나에 있어서, 제 2 작동 모드에서 샘플의 표면의 하전-입자 빔 검사를 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
69. 하전-입자 빔 장치가 샘플을 검사하는 방법을 수행하게 하도록 하전-입자 빔 장치의 1 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트를 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체로서,
상기 방법은:
일차 광축을 따라 일차 하전-입자 빔을 생성하기 위해 하전-입자 소스를 활성화하는 단계; 및
하전-입자 빔 장치의 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이에서 선택하는 단계를 포함하며,
제 1 작동 모드에서, 집광 렌즈는 적어도 제 1 부분이 어퍼처 플레이트의 어퍼처를 통과하도록 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성되고, 일차 하전-입자 빔의 실질적으로 모든 제 2 부분이 샘플의 표면을 플러딩하는 데 사용되며,
제 2 작동 모드에서, 집광 렌즈는 어퍼처 플레이트의 어퍼처가 적어도 제 1 부분의 주변 하전-입자들을 차단하도록 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하여 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성되고, 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분 중 적어도 일부가 샘플의 표면을 검사하는 데 사용되는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
70. 하전-입자 빔 장치로서,
일차 광축을 따라 일차 하전-입자 빔을 생성하도록 구성되는 하전-입자 소스;
상기 장치의 작동 모드들에 기초하여 샘플 상의 일차 하전-입자 빔의 포커스 레벨을 변화시키도록 구성되는 집광 렌즈 -작동 모드들은 검사 모드 및 플러딩 모드를 포함함- ;
샘플 상의 일차 하전-입자 빔의 입사로부터 생성된 복수의 신호 전자들을 검출하도록 구성되는 전자 검출기; 및
검출기 프로텍터를 포함하며, 상기 검출기 프로텍터는:
상기 장치가 플러딩 모드에서 작동할 때, 복수의 신호 전자들이 전자 검출기에 도달하는 것을 방지하고,
상기 장치가 검사 모드에서 작동할 때, 복수의 신호 전자들로 하여금 전자 검출기에 도달하게 하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
71. 70 항에 있어서, 복수의 신호 전자들은 후방산란 전자들(BSEs) 또는 이차 전자들(SEs)을 포함하는 하전-입자 빔 장치.
72. 70 항 또는 71 항에 있어서, 검출기 프로텍터는 복수의 신호 전자들의 전체 또는 서브세트를 반사하는 전기장을 생성하도록 구성되는 능동 에너지 필터를 포함하는 하전-입자 빔 장치.
73. 72 항에 있어서, 능동 에너지 필터는 샘플과 대물 렌즈 사이에 위치되는 전극을 포함하고, 전극은 샘플에 대해 음으로 바이어스되어 전기장을 생성하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
74. 73 항에 있어서, 전극은 대물 렌즈의 일부인 하전-입자 빔 장치.
75. 72 항에 있어서, 능동 에너지 필터는 전자 검출기와 대물 렌즈 사이에 위치되는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하고, 제 1 전극은 제 2 전극에 대해 음으로 바이어스되어 전기장을 생성하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
76. 75 항에 있어서, 제 1 전극은 메시-전극을 포함하는 하전-입자 빔 장치.
77. 75 항에 있어서, 제 1 전극은 튜브-전극을 포함하는 하전-입자 빔 장치.
78. 75 항 내지 77 항 중 어느 하나에 있어서, 제 2 전극은 메시-전극을 포함하는 하전-입자 빔 장치.
79. 75 항 내지 78 항 중 어느 하나에 있어서, 제 2 전극은 접지에 연결되는 하전-입자 빔 장치.
80. 70 항 또는 71 항에 있어서, 검출기 프로텍터는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동가능한 전자 스토퍼를 포함하며:
상기 장치가 플러딩 모드에서 작동할 때, 전자 스토퍼는 샘플과 전자 검출기 사이의 제 1 위치에 위치되고 복수의 신호 전자들을 차단하도록 구성되며,
상기 장치가 검사 모드에서 작동할 때, 전자 스토퍼는 전자 검출기로부터 떨어진 제 2 위치에 위치되고 복수의 신호 전자들로 하여금 전자 검출기를 통과하게 하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
81. 80 항에 있어서, 전자 스토퍼는 금속 플레이트를 포함하는 하전-입자 빔 장치.
82. 80 항 또는 81 항에 있어서, 전자 스토퍼는 접지에 연결되는 하전-입자 빔 장치.
83. 80 항 내지 82 항 중 어느 하나에 있어서, 검출기 프로텍터는 복수의 신호 전자들의 방향을 변화시키도록 구성되는 디플렉터를 더 포함하며:
상기 장치가 플러딩 모드에서 작동할 때, 디플렉터는 전자 스토퍼를 향해 복수의 신호 전자들을 편향하도록 구성되고,
상기 장치가 검사 모드에서 작동할 때, 디플렉터는 전자 검출기를 향해 복수의 신호 전자들을 편향하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
84. 83 항에 있어서, 디플렉터는 전기장 발생기 및 자기장 발생기를 포함하는 하전-입자 빔 장치.
85. 83 항 또는 84 항에 있어서, 디플렉터는 빈 필터인 하전-입자 빔 장치.
86. 70 항 또는 71 항에 있어서, 검출기 프로텍터는:
전자 검출기 근처에 위치되는 전자 스토퍼; 및
복수의 신호 전자들의 방향을 변화시키도록 구성되는 디플렉터를 포함하며,
상기 장치가 플러딩 모드에서 작동할 때, 디플렉터는 일차 광축에 대해 제 1 편향 극각 및 제 1 편향 방위각으로 전자 스토퍼를 향해 복수의 신호 전자들을 편향하도록 구성되고,
상기 장치가 검사 모드에서 작동할 때, 디플렉터는 일차 광축에 대해 제 2 편향 극각 및 제 2 편향 방위각으로 전자 검출기를 향해 복수의 신호 전자들을 편향하도록 구성되는 하전-입자 빔 장치.
87. 86 항에 있어서, 전자 스토퍼는 전자 검출기보다 일차 광축으로부터 더 멀리 위치되는 하전-입자 빔 장치.
88. 86 항 또는 87 항에 있어서, 제 1 편향 극각은 제 2 편향 극각보다 큰 하전-입자 빔 장치.
89. 86 항 내지 88 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 편향 방위각 및 제 2 편향 방위각은 동일하거나 실질적으로 유사한 하전-입자 빔 장치.
90. 86 항에 있어서, 전자 검출기 및 전자 스토퍼는 일차 광축 주위에 위치되는 하전-입자 빔 장치.
91. 86 항 및 90 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 편향 극각 및 제 2 편향 극각은 동일하거나 실질적으로 유사한 하전-입자 빔 장치.
92. 86 항, 90 항 및 91 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 편향 방위각 및 제 2 편향 방위각은 상이한 하전-입자 빔 장치.
93. 86 항, 90 항 내지 92 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 편향 방위각과 제 2 편향 방위각 사이의 차이는 대략 90 도인 하전-입자 빔 장치.
94. 86 항 내지 93 항 중 어느 하나에 있어서, 전자 스토퍼는 금속 플레이트를 포함하는 하전-입자 빔 장치.
95. 86 항 내지 94 항 중 어느 하나에 있어서, 전자 스토퍼는 접지에 연결되는 하전-입자 빔 장치.
96. 86 항 내지 95 항 중 어느 하나에 있어서, 디플렉터는 전기장 발생기 및 자기장 발생기를 포함하는 하전-입자 빔 장치.
97. 86 항 내지 96 항 중 어느 하나에 있어서, 디플렉터는 빈 필터인 하전-입자 빔 장치.
제어기[예를 들어, 도 1의 제어기(50)]의 프로세서가 이미지 검사, 이미지 획득, 작동 모드들의 선택, 하전-입자 소스 활성화, 집광 렌즈의 전기적 여기 조정, 샘플의 위치를 조정하기 위한 샘플 스테이지의 이동 등을 수행하기 위한 명령어들을 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체가 제공될 수 있다. 비-일시적 매체의 보편적인 형태들은, 예를 들어 플로피 디스크, 플렉시블 디스크(flexible disk), 하드 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive), 자기 테이프, 또는 여하한의 다른 자기 데이터 저장 매체, CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory), 여하한의 다른 광학 데이터 저장 매체, 홀들의 패턴들을 갖는 여하한의 물리적 매체, RAM(Random Access Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 및 EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory), FLASH-EPROM 또는 여하한의 다른 플래시 메모리, NVRAM(Non-Volatile Random Access Memory), 캐시, 레지스터, 여하한의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 및 이의 네트워크 버전(networked version)들을 포함한다.
본 발명의 실시예들은 앞서 설명되고 첨부된 도면들에 예시된 정확한 구성에 제한되지 않으며, 그 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들 및 변경들이 행해질 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명은 다양한 실시예들과 관련하여 설명되었으며, 본 발명의 다른 실시예들이 본 명세서에 개시된 발명의 실행 및 사양을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 사양 및 예시들은 단지 예시적인 것으로 간주되며, 본 발명의 진정한 범위 및 기술사상은 다음 청구항들에 의해 표시되는 것으로 의도된다.
앞선 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 바와 같이 변형예가 행해질 수 있다는 것을 분명히 알 것이다.
Claims (15)
- 하전-입자 빔 장치로서,
일차 광축을 따라 일차 하전-입자 빔을 생성하도록 구성되는 하전-입자 소스;
상기 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분이 통과하게 하도록 구성되는 제 1 어퍼처(aperture)를 포함하는 제 1 어퍼처 어레이;
상기 장치의 선택된 작동 모드에 기초하여 상기 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하도록 구성되는 집광 렌즈 -상기 선택된 작동 모드는 제 1 모드 및 제 2 모드를 포함함- ; 및
상기 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성되는 제 2 어퍼처를 포함하는 어퍼처 플레이트
를 포함하며,
제 1 작동 모드에서는, 상기 일차 하전-입자 빔의 실질적으로 모든 제 2 부분이 샘플의 표면을 플러딩(flood)하는 데 사용되고,
제 2 작동 모드에서는, 상기 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분 중 적어도 일부가 상기 샘플의 표면을 검사하는 데 사용되는, 하전-입자 빔 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 어퍼처는 상기 일차 하전-입자 빔의 주변 하전 입자들을 차단하여 상기 일차 하전-입자 빔의 제 1 부분을 형성하도록 구성되는, 하전-입자 빔 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 어퍼처 어레이는 크기가 상이한 적어도 2 개의 어퍼처들을 포함하는, 하전-입자 빔 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 어퍼처 어레이는 상기 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 1 평면에 배치되고 제 1 평면에서 이동가능한, 하전-입자 빔 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 어퍼처 어레이는 상기 일차 광축을 따라 상기 하전-입자 소스와 상기 집광 렌즈 사이에 배치되는, 하전-입자 빔 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 어퍼처는:
상기 제 1 작동 모드에서, 상기 일차 하전-입자 빔의 제 1 부분의 실질적으로 모든 하전 입자들이 통과하게 하여 상기 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하고;
상기 제 2 작동 모드에서, 상기 일차 하전-입자 빔의 제 1 부분의 주변 하전 입자들을 차단하여 상기 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성되는 전류-제한 어퍼처(current-limiting aperture)인, 하전-입자 빔 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 어퍼처 플레이트는 상기 일차 광축을 따라 이동가능한, 하전-입자 빔 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 어퍼처 플레이트는 상기 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 2 평면을 따라 이동가능한 전류-제한 어퍼처 어레이를 포함하는, 하전-입자 빔 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 어퍼처 플레이트는 상기 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 2 평면을 따라 이동가능한 전류-제한 어퍼처 어레이를 포함하는, 하전-입자 빔 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 모드에서 상기 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 빔 전류를 제한하도록 구성되는 빔-제한 어퍼처 어레이를 더 포함하는, 하전-입자 빔 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 빔-제한 어퍼처 어레이는 복수의 빔-제한 어퍼처들을 포함하고, 상기 복수의 빔-제한 어퍼처들 중 적어도 2 개의 빔-제한 어퍼처들은 크기가 상이한, 하전-입자 빔 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 빔-제한 어퍼처 어레이는 상기 일차 광축에 실질적으로 수직인 제 3 평면에 배치되고 제 3 평면에서 이동가능한, 하전-입자 빔 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 작동 모드들에서, 상기 제 1 어퍼처 및 상기 복수의 빔-제한 어퍼처들의 빔-제한 어퍼처는 동일한, 하전-입자 빔 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 작동 모드에서, 상기 집광 렌즈는 상기 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분의 실질적으로 모든 하전 입자들이 상기 빔-제한 어퍼처 어레이의 어퍼처를 통과하도록 상기 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분이 상기 제 3 평면에 가까운 크로스오버(crossover)를 형성하게 하도록 구성되는, 하전-입자 빔 장치. - 하전-입자 빔 장치가 샘플을 검사하는 방법을 수행하게 하도록 하전-입자 빔 장치의 1 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트를 저장하는 비-일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독가능한 매체로서,
상기 방법은:
일차 광축을 따라 일차 하전-입자 빔을 생성하기 위해 하전-입자 소스를 활성화하는 단계; 및
상기 하전-입자 빔 장치의 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이에서 선택하는 단계
를 포함하며,
상기 제 1 작동 모드에서, 집광 렌즈는 적어도 제 1 부분이 어퍼처 플레이트의 어퍼처를 통과하도록 상기 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하여 상기 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성되고, 상기 일차 하전-입자 빔의 실질적으로 모든 제 2 부분이 샘플의 표면을 플러딩하는 데 사용되며,
상기 제 2 작동 모드에서, 상기 집광 렌즈는 상기 어퍼처 플레이트의 어퍼처가 상기 적어도 제 1 부분의 주변 하전-입자들을 차단하도록 상기 일차 하전-입자 빔의 적어도 제 1 부분을 포커싱하여 상기 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분을 형성하도록 구성되고, 상기 일차 하전-입자 빔의 제 2 부분 중 적어도 일부가 상기 샘플의 표면을 검사하는 데 사용되는, 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
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