KR100768366B1 - 고전류 밀도 입자 빔 시스템 - Google Patents

고전류 밀도 입자 빔 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하전된 입자 빔(335)의 하전된 입자들의 편향 및 에너지 선택을 위한 하전된 입자 유니트에 관한 것이다. 이로써, 하전된 입자 빔을 편향시키고 포커싱하는 이중-포커싱 섹터 유니트 및 전위를 형성하는 에너지 필터(460)가 제공되어, 하전된 입자 빔의 하전된 입자들은 하전된 입자들의 에너지에 따라 전위-새들에서 다시방향설정된다.

Description

고전류 밀도 입자 빔 시스템{HIGH CURRENT DENSITY PARTICLE BEAM SYSTEM}
도 1은 기술 상태에 따른 개략적 검출 방식을 나타내는 도면;
도 2a는 웨인 필터 타입 분리 유니트를 이용하는 본 발명에 따른 시스템의 개략도;
도 2b 및 도 2c는 웨인 필터 타입 분리 유니트로 구현될 수 있는 개략적인 다른 빔 경로를 나타내는 도면;
도 3a 내지 3d는 마그네틱 다이폴 빔 분리 유니트를 이용하는 본 발명에 따른 실시예의 개략도;
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 하전된 입자 유니트들의 개략적 측면도;
도 4c는 본 발명에 따른 또다른 실시예의 개략적 측면도;
도 5는 반구형 섹터를 포함하는 또다른 실시예의 개략적 측면도;
도 6은 전위와 관련한 새들(saddle) 전위 필터의 개략적 측면도;
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 실시예의 제 2 차 빔 광학기의 예시적 빔 경로들을 나타내는 도면;
도 9는 본 발명에 따른 하전된 입자 빔 장치의 개략적 측면도;
도 10은 본 발명에 따른 하전된 입자 다중-빔 장치의 개략적 측면도;
도 11은 본 발명에 따른 다중-빔 장치에 이용될 수 있는 대물 렌즈의 개략적 측면도;
도 12a 내지 12c은 본 발명에 따라 다중-빔 장치 및 대응하는 빔 패턴에 이용될 수 있는 대물 렌즈의 개략적 상부도;
도 13은 본 발명에 따른 다중-빔 장치에 사용될 수 있는 대물 렌즈의 개략적 측면도;
도 14는 본 발명에 따른 하전된 입자 다중-빔 장치의 개략적 측면도; 및
도 15는 본 발명에 따른 다중-빔 장치에 이용될 수 있는 대물 렌즈의 개략적 치수도.
*도면의 주요부분에 대한 간단한 설명*
470;425, 450;914 : 이중-포커싱 섹터 유니트
460;560;916 : 에너지 필터
본 발명은 검사 시스템 어플리케이션, 테스팅 시스템 어플리케이션, 리소그래피 시스템 어플리캐이션 등을 위한 하전된 입자 빔 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 하전된 입자 빔 장치의 동작 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 예를 들어, 전자빔 검사(EBI)를 위해 고속의 에너지 필터를 갖는 하전된 입자 경로를 갖춘 어플리케이션에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 하전된 입자 유니트, 하전된 입자 검출 장치, 하전된 입자 빔 장치, 하전된 입자 다중-빔 장치 및 이들 장치를 동작시키는 방법에 관한 것이다.
하전된 입자 빔 장치는 제조 동안 반도체 장치, 리소그래피를 위한 노광 시스템, 검출 장치 및 테스트 시스템의 검사(그러나 이러한 것들로 제한되지는 않음)를 포함해서, 다수의 산업 분야에서 많은 기능을 갖는다. 따라서, 마이크로미터 및 나노미터 스케일내에서 표본들을 구조화시키고 검사하는 것이 상당히 요구된다.
마이크로미터 및 나노미터 스케일 프로세스 제어, 검사 또는 구조화는 전자 현미경 또는 전자빔 패턴 발생기와 같은 하전된 입자 빔 장치에서 발생되고 포커싱되는 전자빔과 같은 하전된 입자 빔들로 수행된다. 하전된 입자 빔들은 이들의 짧은 파장으로 인해, 예를 들어 광자 빔과 비교할 때 우수한 공간 분해능(spatial resolution)을 제공한다.
분해능 이외에, 처리량이 이러한 장치들에서 문제시되고 있다. 큰 기판 영역이 패터닝 또는 검사되어야 하기 때문에, 예를 들어 10㎠/min 이상의 처리량이 요구된다. 하전된 입자 빔 장치에서, 처리량은 이미지 컨트라스트(contrast)에 따라 크게 좌우된다. 따라서, 컨트라스트를 강화시킬 필요가 있다.
일반적으로, 하기의 설명을 위해서 제 2차 전자들, 후방산란된 전자들 및 오거(Augar) 전자들 사이를 구별할 필요는 없다. 따라서, 명료성을 위해, 이들 세가지 형태는 "제 2 차 전자들"로 간주한다.
고분해능 전자 광학 시스템은 대물 렌즈와 웨이퍼 사이에 짧은 작업 간격을 요구한다. 따라서 제 2 차 전자 수집은 대물 렌즈 위의 컬럼 내부에서 수행된다. 종래 기술의 전자-빔 이미징 시스템에서 공통적으로 발견되는 구성이 도 1에 개략 적으로 도시된다. 이미터(105), 대물 렌즈(110) 및 환형의 제 2 차 전자 검출기(115)를 포함하는 컬럼(100)이 표본(125)으로부터 작업 간격(120)을 두고 이격된다. 이미터(105)로부터의 제 1 차 전자 빔(130)은 환형 검출기(115)내의 개구부(135)를 통해 표본(125)을 향한다. 제 2 차 전자(140)는 제 1 차 빔(130)을 둘러싸는 넓은 원뿔로 표본(125)으로부터 방출된다. 제 2 차 전자의 일부는 검출기(115)에 의해 수집되어, 제 2 차 전자(SE) 신호(145)를 발생시킨다.
이러한 방법의 제한점은 제 2차 전자들의 일부(fraction)가 이미터(105)를 향해 개구부(130)를 통해 역으로 이동하여 검출기(115)의 활성 검출 영역이 손실된다는 것이다. 이는 이미징 조건이 깊은 구조물의 하부(예를 들어, 제조중인 반도체 웨이퍼의 콘택홀)로부터 제 2 차 전자를 추출하기 위해 컬럼과 표본 사이에 전계 사용이 요구되는 경우 특히 그러하다.
이러한 구성의 또다른 제한점은 제 1차 전자 빔의 이미징 조건이 제 2 차 전자 빔에 영향을 미치거나 제 2 차 전자 빔이 제 1 차 전자빔의 이미징 조건에 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 이를 테면, (예를 들어, 감쇠용 격자가 사용되더라도) 제 2 차 빔을 에너지 여과시키는 것이 필요한 경우, 제 1 차 빔 광학기(optics) 상에 유해한 영향이 미칠 수 있다.
예를 들어, 샘플들의 신속한 그리고 고품질의 이미징을 위해서는 짧은 작업 간격 및 콤팩트한 디자인을 가지는 개선된 입자-빔 컬럼이 요구된다. 따라서, 컨트라스트 강화를 제공하는 하전된 입자 빔 장치 및 분석 시스템을 제공하는 것이 요구된다.
본 발명의 목적은 샘플들을 신속하고 고품질로 이미징하고, 컨트라스트를 강화시킬 수 있는 하전된 입자 빔 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 하전된 입자 시스템을 개선시킨다. 본 발명의 양상들에 따르면, 독립항 제 1 항에 따른 하전된 입자 유니트, 청구항 제 11 항에 따른 하전된 입자 검출 장치, 청구항 제 16 항에 따른 하전된 입자 빔 장치, 청구항 제 17 항에 따른 하전된 입자 다중-빔 장치, 및 독립항 제 24 항에 따른 제 2 차 하전된 입자를 검출하는 방법이 제공된다.
또한 본 발명의 장점, 특징, 양상 및 상세한 설명은 첨부된 청구항들, 상세한 설명, 도면을 참조로 명확해질 것이다.
일면에 따라, 하전된 입자 빔의 하전된 입자들을 편향시키고 에너지를 선택하는 하전된 입자 유니트가 제공된다. 상기 유니트는 에너지-필터속으로 하전된 입자 빔을 편향시키고 포커싱하는 이중-포커싱 섹터를 포함한다. 에너지-필터는 전위-언덕(전위-새들(potential-saddle))을 형성하며, 하전된 입자 빔의 하전된 입자들은 하전된 입자들의 에너지에 따라 전위-언덕(전위-새들)에서 방향이 재설정된다(redirected).
이중 포커싱 섹터 유니트의 포커싱 특성(behavior)과 관련하여, 하전된 입자들의 발산(divergence)이 감소된다. 따라서, 하전된 입자들은 검출기와 같은 또다른 유니트로 빠르고 효율적으로 유도될 수 있다. 따라서 달성되는 높은 투과성(transparency)은 이미징, 검사, 테스트 프로세스 등을 가속시키는데 바람직하게 사용될 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 이중-포커싱 섹터 유니트는 제 1 치수의 포커싱을 위한 섹터 및 제 2 치수로의 포커싱을 위한 사중극자 유니트 또는 실린더 렌즈 형태로, 또는 반구형 섹터를 포함하는 이중 포커싱 섹터 유니트의 형태로; 또는 추가의 렌즈 유니트와 조합된 상기 언급된 섹터중 하나의 형태로 제공된다.
본 발명의 또다른 면에 따라, 에너지-필터는 하전된 입자 빔을 통과시키기 위한 하나의 어퍼쳐(aperture)를 포함하는 바이어스된 전극을 포함한다. 전형적으로, 상기 어퍼쳐는 바이어스된 실린더 형태로 제공될 수 있다.
하나의 어퍼쳐를 통과하는 다수의 하전된 입자를 가짐으로써 그리드-라인 등이 방지된다. 따라서, 시스템의 투과성이 증가된다.
본 발명의 또다른 양상에 따르면, 편향 및 필터링 유니트는 제 2 차 하전된 입자들에 대한 검출 장치를 제공하기 위해 사용된다.
또다른 양상에 따르면, 표본으로부터 방출된 제 2 차 하전된 입자들은 가속 유니트에 의해 이중-포커싱 섹터 유니트를 향해 가속된다. 따라서, 이미징, 검사 및/또는 테스팅을 가속시키도록 수집 효율성, 및 투과성이 추가로 증가될 수 있다. 이러한 가속 유니트는 컬럼의 전극 또는 전형적으로 대물 렌즈의 일부, 컬럼 하우징과 같은 하전된 입자 빔의 바이어스된 성분일 수 있다. 따라서, 또다른 옵션에 따라, 근접(proximity) 전극이 표본에 인접하게 제공될 수 있다. 이러한 전극은 방출된 제 2 차 입자들의 가속 유니턴(uniton)의 영향력을 감소 또는 제어할 수 있다.
상기 언급된 가속 유니트는 웨이퍼 전위와 관련하여 바이어스된다. 즉, 웨이퍼가 접지 전위에 있는 경우 전위가 바이어스되고, 웨이퍼가 상이한 전위로 바이어스되는 경우 접지되거나, 또는 원하는 전위차를 얻기 위해 양쪽 부품들이 바이어스될 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 편향 및 에너지-선택 유니트 및/또는 검출 장치가 하전된 입자 빔 장치 또는 다중-하전된 입자 빔 장치에 대해 이용된다.
또다른 양상에 따르면, 하전된 입자 검출 장치가 제공된다. 포커싱 부재에 의해 표본 상에서 포커싱되는 제 1 차 하전된 입자빔이 충돌함에 따라 표본으로부터 방출되는 하전된 입자들을 검출하는 장치는, 표본으로부터 방출된 제 2 차 하전된 입자 빔의 발산을 감소시키기 위해 포커싱 부재의 포커싱 영역 외측에 위치된 포커싱 유니트; 검출기로부터 떨어져 있고 제 2 차 하전된 입자 빔의 일부의 방향을 재설정하기 위한 필터 - 상기 제 2 차 하전된 입자들의 일부는 선택가능한 에너지 임계치 값 이하의 에너지를 갖는 하전된 입자들을 포함함 - ; 및 제 2 차 하전된 입자 빔의 입사에 대응하는 검출 신호를 발생시키기 위한 검출기를 포함하며, 상기 필터는 하전된 입자 빔 상에서 작용하는 단일 전위 새들(potential saddle)을 형성하기에 적합하다.
따라서, 검출 효율성이 증가될 수 있다. 이로 인해 고속의 하전된 입자 장치가 제공될 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 상기 장치가 제공되며, 포커싱 유니트는 필터내의 제 2 차 하전된 입자들의 빔을 포커싱하도록 구성된다. 따라서, 빔 발산의 필터 의존성이 감소되고 필터의 투과성이 보다 증가될 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 제 1 차 하전된 입자 빔으로부터 제 2 차 하전된 입자 빔의 분리 각도를 증가시키기 위한 편향 각도 증가 유니트를 더 포함하는 장치가 제공된다. 편향 각도 증가 유니트는 섹터의 형태로 제공되며, 상기 섹터는 편향 평면에서 제 2 차 하전된 입자 빔을 포커싱한다. 선택적으로, 편향 각도 증가 유니트는 반구형 섹터 형태로 제공되며, 상기 섹터는 서로 직교하는 적어도 2개의 평면에서 제 2 차 하전된 입자 빔을 포커싱한다. 또한, 섹터는 포커싱 유니트의 (제 1) 일부로서 이용될 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 상기 개시된 검출 장치중 하나를 포함하는 하전된 입자 빔 장치, 하전된 입자 다중-빔 장치가 제공된다. 또한, 제 2 차 하전된 입자 빔들을 검출하는 방법이 제공된다.
또한 본 발명은 상기 개시된 방법 단계들의 각각을 수행하기 위한 장치 부품들을 포함하는, 상기 개시된 방법들을 수행하는 장치에 관한 것이다. 이들 방법 단계들은 하드웨어 부품들, 적절한 소프트웨어에 의해 프로그램된 컴퓨터, 임의의 2개의 조합물에 의해, 또는 임의의 다른 방식으로 수행될 수 있다.
상기 개시된 소정의 본 발명 및 다른 상세한 설명들은 도면을 참조로 하기 보다 상세히 설명된다.
본 출원의 보호 범주를 제한하지 않도록, 하기의 하전된 입자 빔 장치 또는 이들의 부품들은 전자 빔 장치들 또는 이들의 부품들로 간주된다. 따라서, 전자 빔은 검사 또는 리소그래피에 특히 이용될 수 있다. 본 발명은 표본 이미지를 얻기 위해 하전된 입자들의 다른 소스들 및/또는 다른 제 2 차 및/또는 후방산란된 하전된입자들을 이용하는 장치들 및 부품들에 적용될 수 있다.
본 발명은 통상적으로 높은 프로브 전류 뿐만 아니라 높은 검출 효율성, 및 그로 인한 높은 검출 속도를 갖는 입자 빔 검사 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전자 빔 시스템에 관한 것이다.
하기 도면에 대한 설명에서, 동일한 부호들은 동일한 부품들로 간주된다. 일반적으로, 각각의 실시예들과 관련하여 상이한 부분만을 설명한다.
일반적으로, 추가의 에너지-선택 단계를 위해 하전된 입자 빔 포커싱을 참조할 때, 하전된 입자들의 빔은, 필터링 단계가 증가된 투과성을 가지고 수행될 수 있도록 발산이 감소된다. 이는, 빔의 하전된 입자들이 하전된 입자들의 발산 또는 하전된 입자들의 차단(blocking)으로 인한 하전된 입자들의 손실을 감소시키기 위해 에너지-선택 유니트를 향해 포커싱되거나 또는 적어도 조준된다는 것을 의미한다.
수집 효율성을 증가 및/또는 에너지 필터의 사용 또는 SE 광학기의 개선을 위해, 제 1 차 전자 빔 및 제 2 차 전자 빔은 분리되어야 한다. 일단 분리되면, 제 2 차 전자 빔에 대한 포커싱 및 필터링이 제 1 차 전자 빔에 영향 받지 않고 구상될 수 있다.
제 1 차 및 제 2 차 전자 빔들을 분리시키는 2가지 기본 방법이 있으며, 이들 방법은 자계를 횡단하여 이동하는 전자상의 힘이 전자의 속도에 따라 좌우된다는 사실을 이용한 것이다. 이는 로렌쯔 힘의 법칙에 의해 개시된 기본 원리이다.
제 1 차 전자 및 제 2 차 전자는 본질적으로 상반되는 방향으로 이동하기 때문에, 두개의 번들(bundles)에 작용하는 힘은 횡방향 자계를 통해 이동하는 경우 방향이 상반된다.
이용가능한 빔 분리기로는 웨인(Wien) 필터가 있다. 본 발명의 실시예에 따른 웨인 필터 장치가 도 2a에 개략적으로 도시된다. 이미터(205)는 웨인-타입 운동량-분산(momentum-dispersive) 필터(215)를 통과하는 제 1 차-전자 빔(210)을 방출하며 대물 렌즈(220)에 의해 샘플(225) 상에서 포커싱된다. 제 2 차-전자 빔(230)은 제 1 차-전자 빔(210)의 방향과 반대 방향으로 대물 렌즈(200) 및 웨인-타입 필터(215)를 통과한다. 웨인 필터는 제 1 차-전자 빔(210)이 웨인 필터(215)에 의해 영향을 받지 않고 통과되도록 구성되며 제 2 차-전자 빔(230)은 제 1차-전자 빔(210)에 대해 기울어진 컬럼을 나가도록 웨인 필터(215)를 통과함에 따라 구부러진다. 일단 제 1 차-전자 빔으로부터 분리되면, 제 2 차 전자는 포커싱되고, 제 1 차-전자 빔에 임의의 영향을 받지 않고, 하전된 입자의 편향 및 에너지-선택을 위한 하전된 입자 유니트, 제 2 차-전자 광학기 및 필터(235)에 의해 필터링된다. 전자 검출기(240)는 제 2 차 전자들을 검출하며 제 2 차-전자 신호(245)를 형성한다. 제 1 차 빔 및 제 2 차 빔이 실제로 표본 평면 위에서 동일한 물리적 공간을 점유하지만, 이들은 편의상 도 2a에 개별 화살표들로 도시했다.
웨인 필터는 교차된 전계 및 자계를 이용하며 이들의 크기는 제 1 차 빔상에 제로의 알짜힘(net force)이 있고 제 2 차 빔상에 편향(횡방향) 힘이 존재하도록 조절된다.
웨인 필터(215) 사용의 개략도가 도 2b 및 도 2c에 도시된다. 웨인 필터내의 전계 및 자계는 도 2b에서, 제 1 차 하전된 입자 빔이 영향을 받지 않도록 조절된다. 이와 반대로, 도 2c에서 전계 및 자계는 제 2 차 하전된 입자 빔이 영향을 받지 않도록 조절된다. 그럼에도 불구하고, 이들 실시예는 제 1 차 및 제 2 차 빔의 분리를 이용한다. 따라서, 제 1 차 하전된 입자 빔에 영향을 받지 않고 제 2 차 하전된 입자 빔에 포커싱 또는 필터링이 적용될 수 있다. 또다른 옵션(미도시)에 따라, 이들 빔들은 소정의 정도로 편향될 수 있어, 빔 분리가 달성된다.
제 1 차 및 제 2 차 빔들을 분리하는 또다른 방법은 전계없이 마그네틱 편향을 이용하는 것이다. 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 마그네틱-빔 분리기 광학기의 장치를 개략적으로 나타낸다. 이미터(305)는 제 1 차-전자 빔(310)이 각을 이루면서 제 2 마그네틱 편향기(320)로 진입하도록 제 1 마그네틱 편향기(315)에 의해 1차로 편향되는 제 1 차-전자 빔(310)을 형성한다. 제 1 차 빔 상에서 마그네틱 빔 분리기의 작용을 작게 유지하기 위해, 제 1 마그네틱 편향기(315)에서 작은 편향 각도는 10도 이하로 유지되어야 한다. 제 1 차- 전자 빔은 제 2 마그네틱 편향기(320)를 통과하며 표본(330)을 향한다. 빔(335)의 제 2차 전자는 제 1 차 빔(310)과 제 2 차 빔(335) 분리의 전체 각도(α)가 제 1 마그네틱 편향기(315)에서의 제 1 차 빔의 폄향 각도의 거의 2배가 되도록(α=15-20도) 제 2 마그네틱 편향기(320)에 의해 편향된다. 이러한 분리는 빔 벤더(bender), 섹터(340)가 제 1 차 빔(310)으로부터 기계적으로 절연되도록 허용하고 제 2 차 빔(335)를 편향시키기에 충분히 강하게 구성되게 허용하여, 제 2 차 전자들은 제 1 차 빔에 대해 30°내지 100°사이의 큰 각도로 이동하지 않는다.
일반적으로, 본 명세서에서 개시되는 실시예와 조합될 수 있는 섹터들은 정전기적, 자기적 또는 정전기적-자기적인 조합일 수 있다. 정전기 섹터를 위해 요구되는 공간은 마그네틱 부품(part)을 포함하는 섹터에 대한 공간 보다 작기 때문에, 통상적으로 정전기 섹터가 사용된다.
이미 적어도 하나의 치수에서 발산의 감소(포커싱)를 수행하는 섹터(340)는 제 2 차 빔을 부가적으로 포커싱 및 필터링하는 제 2 차-전자 광학기 및 필터(345) 세트이다. 이러한 구성은 이동된(shifted) 컬럼을 야기시킨다는 것을 주목해야 한다; 즉, 제 1 차 빔 광학기의 상부 부분(예를 들어, 이미터(305) 및 마그네틱 편향기(315)의 부분 1)은 하부 부분(예를 들어, 마그네틱 편향기(320)의 부분 2 및 대물 렌즈(325))으로부터 측방으로 이동된다. 따라서, 이미터(305)는 표본(330)의 시선 관점(line-of-sight view)을 갖지 않는다. 제 2 차-전자 광학기 및 필터(345)를 통과한 후, 제 2 차-전자 빔(335)은 제 2 차-전자 신호(355)를 형성하도록 전자 검출기(350)에 의해 검출된다.
큰 각도의 빔 분리를 달성하기 위해, 빔 분리기 뒤에 빔 벤더 또는 섹터가 사용될 수 있다. 제 1 차 빔은 완벽하게 차단되어 섹터 필드에 의해 영향을 받지 않는다. 섹터(340)는 정전기적, 마그네틱 또는 이들 모두일 수 있다. 정전기적 빔 벤더는 공간이 고려되는 경우 사용된다.
도 3a는 제 1 차 및 제 2 차 하전된 입자 빔에 영향을 미치는 마그네틱 편향기로 구현된 특정 실시예에 관한 것이다. 도 3b 내지 3c는 일반적으로 구현될 수 있는 개략적인 어플리케이션을 나타낸다. 이들 빔 경로들은 다른 실시예의 상세한 설명과 조합될 수 있다.
여기에는 마그네틱 편향기(320)가 도시된다. 도 3b에서, 제 1 차 하전된 입자 빔은 정해진 입사 각도하에서 마그네틱 편향기로 진입하며, 표본을 향해 편향된다. 표본으로부터 방출된 제 2 차 전자들의 빔은 다시 광학적 컬럼을 향해 마그네틱 편향기로 진입하고 제 1 차 하전된 입자 빔 및 제 2 차 하전된 입자 빔이 분리되도록 편향된다. 마그네틱 편향기(320)는 제 1 차 및 제 2 차 하전된 입자 빔 사이에서 분리 유니트로서 작용한다.
도 3b에 도시된 일반적 용도가 도 3c 및 3d에 도시된 상이한 실시예에 적용될 수 있다. 도 3c에서, 전자를 방출하는 총(305)은 표본상에 충돌하는 전자 방향에 대하여 편향된다. 방출된 전자 및 표본 상에 충돌하는 전자가 제 1 차 전자 빔 방향과 평행한 것이 요구된다면, 마그네틱 편향기(320)에 의해 유도되는 빔-편향(beam-tilt)을 보상하기 위해 추가의 마그네틱 편향기(315)가 사용될 수 있다. 다시, 이들 개략적인 빔 경로는 하전된 입자 광학기의 추가적 상세한 설명을 나타내는 임의의 다른 실시예와 조합될 수 있다.
또다른 실시예는 도 4a 및 도 4b를 참조고 개시된다. 도 4a는 섹터(425)를 나타낸다. 섹터(425)는 전자 빔을 굽히는 네거티브로 하전된 U자형-밴드(435) 및 포지티브로 하전된 U자형-밴드(440)를 포함한다. 선택적으로, 한쌍의 섹터 측면 플레이트가 제공될 수 있다. 따라서, 전자 빔은 하나의 치수로 포커싱되고, 부가적으로, 고속의 검출에 영향을 줄 수 있는 비행 효과(effect)를 방지하기 위해 높 은 에너지로 유지된다. 이로써, 섹터(425) 및 사중극자는 이중-포커싱 섹터 유니트를 형성한다. 또한, 이중 포커싱을 얻기 위해 사중극자 대신 실린더형 렌즈가 사용될 수 있다. 제 2 치수의 포커싱은 사중극자 부재(445)에서 이루어진다.
전자 빔은 실린더 형태로 제공된 필터(460)로 진입한다. 실린더내에서, 전위-새들은 실린더의 바이어싱으로 인해 인가된다. 충분히 큰 에너지를 갖는 전자들은 전위-새들(전위 언덕)을 통과할 수 있다. 다른 전자들이 후방으로 재방향 설정된다. 또한, 모든 전자들은 동일한 전위-새들에 의해 영향을 받을 수 있다. 모든 전자들이 동일한 새들 전위에 의해 영향을 받도록 하기 위해, 실린더의 개구부는 예정된 충분히 큰 크기를 요구한다. 이로써, 필터의 투과성이 증가된다. 그리드 상의 전자 충돌로 인한 손실이 없고 불충분하게 포커싱된 빔으로 인한 임의의 손실이 거의 없다.
도 4b의 또다른 실시예에서, 반구형 섹터(470)가 사용된다. 반구형 형상과 관련하여, 섹터로 진입하는 전자 빔은 양쪽 치수로 포커싱된다. 따라서, 이중-포커싱 섹터 유니트(470)에 대해 추가의 포커싱 유니트가 요구되지 않는다. 전자들은 높은 투과성을 가진 필터(460)에서 에너지가 선택될 수 있다.
또다른 실시예에 따라(미도시), 이중 포커싱 섹터 유니트(도 4a에서 425, 445 또는 도 4b에서 470)의 포커싱은 추가의 포커싱 유니트로 보조될 수 있다. 따라서, 이중 포커싱 섹터 유니트는 예를 들어, 아인젤-렌즈(Einzel-lens)와 같은 추가의 렌즈를 포함할 수 있다. 이러한 부가적인 렌즈는 필터의 위치에 대응하는 위치에 섹터의 포커스를 이동시키기 위해 적용될 수 있다.
또다른 면은 일 실시예에 따른 검출 광학기가 도시되는 도 4c를 참조로 개시된다. 도 4c는 편향 각도 증가 유니트로서 작용하는 섹터(425)를 포함한다. 약 3°내지 15°의 각도 만큼 광학축으로부터 미리 분리된 제 2 차 전자들의 빔은 검출기(465)를 향해 추가로 편향된다.
일반적으로, 정전기 빔 벤더는 실린더형이거나 반구형일 수 있다. 실린더형은 빔이 구부러짐에 따라, 제 2 차 전자들이 제 1 평면에 포커싱되고 제 2 평면에는 포커싱되지 않게 된다. 반구형 빔 벤더는 양쪽 평면에서 제 2 차 빔을 포커싱한다. 실린더 섹터는 횡방향 평면에서의 포커싱을 달성하기 위해, 바이어스된 측면 플레이트를 사용할 수 있고, 반구형 섹터 보다는 유사한 포커싱 성질을 산출한다.
도 4c는 이러한 실린더형 섹터의 개략도이다. 측면 플레이트(미도시)가 - 본 도면의 투시도를 참조로 - 섹터 전극들(435, 440) 사이의 갭 정면 및 뒤에 위치될 수 있다.
제 2 차 전자 빔(405)은 대물 렌즈(415)의 개구부(410) 및 플레이트(420)의 개구부를 통과하여 섹터(425)에 진입한다. 섹터(425)는 네거티브로 하전된 U자형-밴드(435) 및 포지티브로 하전된 U자형-밴드(440)를 가져 제 2 차 전자 빔(405)을 굽힌다. 또한, 한쌍의 섹터 측면 플레이트가 제공된다. 제 2 차 전자 빔은 SE 정렬 사중극자 부재(445)를 통과함에 따라 정렬되고 SE 포커싱 렌즈(450)를 통과함에 따라 포커싱된다. 제 2 차 전자 빔(405)은 접지된 플레이트(455) 및 SE 필터(460)의 개구부를 통해 전자 검출기(465)로 인가된다.
측면 플레이트가 없는 실린더형 섹터의 단점은 한 평면에서(페이지 상에서 위 아래) SE 빔이 포커싱되고 다른 평면에서는(페이지의 안팎) SE 빔이 포커싱되지 않는다는 것이다. 이러한 포커싱 결함은 상기 평면에 포커싱 작용(action)을 가하기 위해 실린더형 섹터의 측면들상에 전극들을 위치시킴으로써 보상될 수 있다. 섹터에 의한 균일한 포커싱 작용을 대한 2가지 원인(motivation)이 있다. 첫째 원인은 고속 검출기상에 작은 스폿을 제공하기 위한 것이고 둘째 원인은 필터가 제 2 차 빔의 에너지 및 방향에 모두 민감하기 때문에 양호한 에너지 필터링을 가능케 하기 위한 것이다.
따라서, 필터는 제 2 차 전자들의 포커스에 대략 위치될 수 있다.
일반적으로, 본 출원에 개시된 상기 실시예들에 제공되는 필터(에너지-선택 필터)는 통상적으로 다음과 같이 형성된다. 고전류 밀도 장치에 대해서는 높은 투과성, 및 따라서 제 2 차 입자들에 대한 높은 수집 효율성을 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 전자 손실이 감소된다. 단일 개구부를 갖는 필터를 제공함으로써, 필터를 통과하는 전자 빔의 거의 모든 전자들을 포함시킬 가능성이 증가된다. 그렇지 않으면, 상이한 개구부들을 브리징하는(bridging) 하드웨어 부품들 사이에서 손실이 야기될 수 있다.
도면에 도시된 실린더형(또는 개구-형) 필터들은 필터의 빔 경로에 따라 변하는 전위 새들을 형성한다. 따라서, 둥근 풋프린트를 갖는 실린더에 대해, 관련사항(dependency)은 단지 반지름, 즉, 축으로부터의 간격이다. 다른 이유로도 사용될 수 있는 풋프린트로서 제 2 차 방정식(quadratic) 풋프린트, 5 각형 풋프린트 또는 다른 형상을 가지는 실린더에 대해, 전위 형상은 축 및 에지머스(azimuth) 좌표로부터의 간격에 따라 변한다.
그럼에도 불구하고, 상기 개시된 시스템은 새들의 전위-형상을 가지며 소정의 쓰레숄드 이하의 특정 에너지를 가지는 빔의 일부를 반사시킨다.
실린더가 길수록, 쓰레숄드 전위는 필터에 인가되는 전위와 근접해진다. 짧은 필터에 대해, 전위-새들은 인가된 바이어스로부터 상당히 변할 수 있다. 그러나, 공간 조건은 이를 충족시킬 수 있다. 또한, 긴 필터에 대해 필터내 평균 입자 속도가 감소된다. 따라서, 고속의 조건과 관련하여 길이가 제한될 수 있다.
예로서, 필터의 길이는 200㎛ 내지 20㎜ 범위내에 있을 수 있다. 빔이 관통하는 어퍼쳐는 200㎛ 내지 20㎜ 범위내에 있을 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반구형 섹터를 갖는 마그네틱 타입의 빔 분리기를 갖는 광학 시스템의 개략적 절단도를 나타낸다. 반구형 섹터가 양쪽 평면에서 제 2 차 전자 빔의 포커싱을 제공하기 때문에, 측면 플레이트들은 본 실시예에서 요구되지 않는다.
도 5를 참조로, 제 1 차 마그네틱 빔 분리기 편향 코일(505)을 통과함에 따라 이미터(502)로부터의 제 1 차 전자 빔(500)은 구부러진다(방향이 변한다). 제 2 차 마그네틱 빔 분리기 편향 코일을 통과함에 따라 제 1 차 전자 빔(500)은 플레이트(510)내의 개구부를 통과하고 다시 구부러진다(방향이 변한다). 제 1 차 빔(500)이 반도체 웨이퍼(530)와 같은 샘플을 가격하도록 대물렌즈(525)의 개구부(520)를 지속적으로 통과한다. 형성되는 제 2 차 전자 빔(535)은 제 2 마그네틱 빔 분리기 편향 코일(515)을 통과함에 따라 대물렌즈(525)의 개구부(520)를 통과하고 구부러진다(방향이 변한다.) 플레이트(510)의 개구부를 통과한 후, 제 2 차 전자 빔(535)이 반구형 섹터(540)로 진입한다.
하기에서, 섹터는 전자 검출기(565)의 활성 영역상의 작은(예를 들어, 4mm 직경) 스폿에 제 2 차 전자 빔을 포커싱하고 제 2 차 전자 빔의 에너지 필터링을 가능케하기 위한 포커싱 및 필터링 부재의 세트이다. 포커싱은 자기 렌즈 또는 정전기 렌즈로 수행될 수 있다. 정전기 렌즈는 보다 콤팩트한 크기 및 복잡성 감소를 제공한다. 필터링은 하나의 전극은 제 2 차 빔의 에너지를 변화시키기 때문에 하나 이상의 정전기 전극을 요구한다.
도 5의 실시예에서, 포커스 렌즈는 포커싱 전극을 둘러싸는 렌즈(550)를 형성하는 2개의 플레이트(SE 정렬 사중극자(545) 및 플레이트(555)를 갖는 간단한 정전기 렌즈이다. 제 2 차 전자 필터(560)는 샘플 웨이퍼로서 대략 동일한 전위로 바이어스되는 긴 실린더이다.
렌즈(550)는 이머젼 렌즈 또는 아인젤 렌즈일 수 있다. 웨이퍼가 바이어스되는 경우, 플레이트(545,555)는 접지될 수 있다.
상기 개시된 실시예에서, 사중극자(545) 및 플레이트(555)는 렌즈(550)에 통합된다. 일반적으로, 본 출원에 도시된 모든 실시예와 관련하여, 사중극자 및/또는 플레이트는 독립적인 렌즈를 제공할 수 있다. 따라서, 적절한 렌즈 전극의 수가 제공되며 부가적으로 사중극자(545)와 플레이트(555)의 전극이 제공된다. 또한, 플레이트(555) 대신에 사중극자가 제공될 수 있다. 이러한 제 2 사중극자는 제 2 차 전자 빔의 부가적 정렬을 허용한다.
일반적으로, 제 2 차 전자 빔을 포커싱하는 렌즈가 개별 유니트(웨인 필터 및/또는 마그네틱 편향기)와 검출기 사이에 위치된다. 일반적으로는, 편향 각도 증가 유니트(개별 유니트) 및 필터 사이에 위치된다. 포커싱 렌즈는 정전기식(상기 언급된 아인젤 렌즈 참조), 자기식 또는 정전기식-자기식이 조합된 것일 수 있다. 통상적으로, 공간적인 이유로 정전기 렌즈는 제 2 차 전자들을 포커싱하는데 사용될 수 있다. 또한, 제 2 차 전자 빔에 대한 포커싱 유니트로서 아인젤 렌즈 또는 이머전 렌즈를 제공할 수 있다.
검출기 상의 작은 스폿에 제 2 차 전극 빔(535)을 포커싱함으로써 고속 이미징이 가능하다. 예를 들어, 상기 검출기 형태는 p-i-n 다이오드이다. 이러한 검출기는 양자 효율성이 매우 높고(거의 동일하고) 이들이 작은 경우 응답 시간이 우수하기 때문에 고전류 전자빔 시스템에 대해 바람직하다. 응답 시간은 장치의 캐패시턴스에 비례하며 커패시턴스는 면적에 비례한다. 따라서, 면적은 최소화되어야 한다. 그러나, 제 2 차 전자 빔의 포커싱은 바람직하다. 통상적으로, 4-5㎜ 직경의 검출기 활성 면적이 600MPPS 부근의 이미징 비율에 대해 적합하다.
핀-다이오드를 포함하여 개시된 이러한 실시예도 불구하고, 다른 검출기가 사용될 수 있다. 본 명세서에서 개시되는 모든 실시예에 대해, 고속(fast) 및 섬광(scintillation) 검출기가 사용되거나 또는 핀-다이오드가 사용될 수 있다. 통상적으로 상기 개시된 도면에서의 섹터를 예를 들어, 편향 각도 증가 유니트 뒤에 검출기가 배열된다. 섬광 검출기의 경우, 제 2 차 전자 빔은 검출기상에 포커싱되 지 않는다. 따라서, 검출기 수명이 증가되고 오염이 감소된다.
정상 이미징 모드(비전압 콘트라스트)에 비해, 포커싱 부재의 목적은 검출기 상에 작은 스폿을 형성하기 위한 것이다. 이 모드에서의 필터 및 포커스 전극은 SE 빔 포커싱을 위해 사용될 수 있다.
전압 콘트라스트 모드에서, 필터 전극(560)은 웨이퍼(530)의 평면에서 초기 에너지 레벨 세트(사용자가 선택가능) 이하인 거절되는 제 2차 전자들의 고역 통과 필터(high-pass filter)로서 작용한다. 제 2 차 전자들은 섹터(540)를 나와 크로스오버(crossover)가 필터 전극 필드 내부에 형성되도록 감속 정전기 렌즈(SE 포커스 렌즈)를 통해 포커싱된다. 필터 전극(560)은 새들 전위(Uf)를 형성하는 전위(UF)로 바이어스된다. 이들 전위는 일반적으로 웨이퍼에 대한 상대 전위들이다. 따라서, Uf 이상의 전위를 갖는 표본으로부터 방출된 전자들은 필터를 통과할 수 있는 반면, Uf 이하(또는 동일한) 전위를 갖는 전자들은 필터를 통과할 수 없어 거절된다.
전압 콘트라스트 이미징에 대한 전형적인 어플리케이션은 웨이퍼 상의 장치의 콘택홀을 채우지않거나 채운다. 검사될 장치의 층은 벌크 실리콘 또는 콘택 아래의 큰 커패시턴스 금속층중 하나에 경로를 갖는 절연된 도전성 콘택을 갖는 유전체 물질의 필드로 구성된다. 전자-빔 검사에 성공적인 것으로 도시되는 전압 콘트라스트 기술중 하나는 5-50V 범위의 값으로 전자 빔으로 유전체 물질을 포지티브로 충전하는 것이다. 하전된 유전체로부터 방출되는 제 2 차 전자들은 검출기 신호를 벗어나 공헌할 수 있도록 표면 전하 전위 보다 큰 초기 에너지를 가져야 한다. 양호한 콘택으로부터 방출되는 제 2 차 전자들은 접지된 기판으로부터 방출되며 약 2eV 피크를 가지는 접지된 금속 물질과 관련된 전형적인 제 2 차 에너지 분포를 갖는다. 5eV(예를 들어) 보다 큰 초기 에너지를 갖는 모든 전자들이 검출되도록 제 2 차 신호를 여과시킨다면, 하전된 유전체를 나타내는 이미지의 영역들은 어둡게 나타나고 양호한 콘택은 밝게 나타난다.
도 6은 도 5의 장치의 에너지 필터 기능을 나타내는 제 2 차 전자 광학기 및 필터 전극 구성의 개략도이다.
표본에 의해 방출된 제 2 차 전자의 추출은 근접 전극(532)에 의해 제어된다. 이후 예를 들어, 바어어스된 극 부품과 같은 대물 렌즈의 바어어스된 부분 또는 컬럼 하우징의 바이어스된 부분과 같은 가속 유니트 또는 추가의 가속 전극(미도시)이 개선된 고속 검출을 위해 전자를 가속시킨다. 이러한 가속은 본 출원에 도시된 모든 실시예들에 포함될 수 있으며 제 2 차 입자가 예정된 가속 필드에서 가속되는 경우 수집 효율이 증가될 수 있는 장점을 갖는다. 근접 전극의 필드는 이미징 조건을 제어하기 위한 특정 어플리케이션에 따라 조절될 수 있다. 이후, 전형적으로, 하전된 입자들은 가속 유니트에 의해 예를 들어 5-12eV로 가속된다.
상기 언급된 가속 유니트들은 웨이퍼 전위를 기준으로 바이어스된다. 즉, 웨이퍼가 접지 전위에 있는 경우 전위로 바이어스되고, 웨이퍼가 상이한 전위로 바이어스되는 경우 접지되거나, 또는 이들 부분들이 원하는 전위차를 얻도록 바이어스될 수 있다.
제 2 차 전자들이 섹터(540)에서 배출된다. 이들은 본래 전자 에너지상에 알짜 효과(net effect)가 없는 아인젤 렌즈(550)(접지된 플레이트(545, 555) 및 포커싱 전극)에 의해 포커싱된다 ; SE 번들(bundle)은 진입되는 동일한 에너지를 갖는 아인젤 렌즈에서 배출된다. 다음 번들은 웨이퍼와 대략 동일한 전위로 바이어스되는 필터 전극(560)을 통과한다. 필터 전극 바이어스는 도시된 바와 같이 전극의 중심부에 새들 필드를 설정하도록 선택된다, 즉, 섹터(540)를 나온 후에 제 2 차 전자 운동 에너지는 아인젤 렌즈를 통해 실질적으로 일정하게 유지되며, 에너지 필터(560)의 중심부에서 최소치로 감소되며 검출기(565)의 정면을 향해 다시 상승된다. 새들 필드 세기는 필터 세기를 결정한다. 새들 전위가 웨이퍼 보다 네거티브인 경우, 전자들은 정전기 미러 조건에서 방향을 바꾼다(turn around). 전압 컨트라스트 어플리케이션은 웨이퍼 표면의 포지티브로 하전된 영역으로부터 제 2 차 전자들을 거절하는 레벨로 이러한 새들 필드 세기를 설정하는 것이 요구된다.
부가적으로, 비-전압-콘트라스트 어플리케이션에 대해 필터 전극은 검출기 상의 스폿 크기를 제어하기 위한 부가적인 포커싱 전극으로 사용될 수 있다. 상기 설명된 것처럼, 핀-다이오드에 대해 작은 스폿은 검출 속도를 증가시키기 위해 전형적인 것인 반면, 큰 스폿은 수명을 증가시키고 오염물을 감소시키기 위한 섬광 검출기에 대해 전형적이다.
본 명세서에 도시된 모든 실시예에 대해, 일반적으로 개별 유니트 및 검출기 사이에 필터를 위치시키는 것이 가능하다. 따라서, 추가적인 편향 각도(분리 각도) 증가 유니트가 제공되는 경우, 필터는 편향 각도 증가 유니트와 검출기 사이에 위치될 수 있다.
개선된 필터링을 제공하기 위해, 필터는 하나의 제 2 차 전자 포커싱 유니트와 검출기 사이에 위치될 수 있다.
전압 컨트라스트 효과는 MEBS 전자-광학 모델링 소프트웨어의 광선-트레이스 출력을 사용하여 도 7 및 도 8에 도시된다.
도 7은 비-전압-콘트라스트 경우에 대해 도 5 및 도 6의 제 2 차 전자 광학 부재를 지나는 광선 트레이스를 나타낸다. 본 실시예에서, SE 광학기 모듈에 라우칭되는 모든 전자들은 7mm 이하 직경의 스폿내의 검출기(565)에 도달한다.
도 8은 전압 컨트라스트 경우에 대한 도 5 및 도 6의 제 2 차 전자 광학 부재를 거치는 광선 트레이스를 나타낸다. 이경우 필터 전극(560)은 웨이퍼 전위 이하의 6V 새들 전위를 제공하도록 바이어스된다. 대략 6eV 부근의 초기 에너지를 갖는 제 2 차 전자들은 필터에 의해 거절되며 검출기에 도달하지 않는다. ~6eV 이상의 초기 에너지를 갖는 제 2 차 전자들이 검출기에 도달한다. 6V의 새들 전위는 웨이퍼 전위 아래로 약 20V의 필터 전극 튜브의 바이어스에 대응한다.
도 9는 도 5-8을 참조로 상기 개시된 바와 같이 전자-광학 서브시스템을 사용하는, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 검사 시스템(900)의 개략도이다. 전자 빔 컬럼(902)은 e-빔 소스(904), 자기 빔 분리기(906) 및 x-y 스테이지(915) 상에 보유되는 웨이퍼(912)에 제 1 차 빔(910)을 인가하기 위한 대물렌즈(908)를 포함한다. 웨이퍼(912)로부터의 제 2 차 전자들은 빔 분리기(906), 섹터(914), 및 포커싱 및 필터링 부재(916)를 거쳐 검출기(918)를 통과한다. 검출기(918)로부터의 신호는 이미징 일렉트로닉스(920)에 공급된다.
웨이퍼(912)와 스테이지(915)는 절연 프레임(924) 상에 지지되는 진공 챔버(922)에 포함된다. 진공 펌프(926)는 작동하는 동안 챔버(922)와 컬럼(902)내의 적절한 진공을 유지한다. 웨이퍼(912)는 웨이퍼 처리 서브시스템(928)에 의해 챔버(922)내에 배치되고 챔버(922)로부터 제거된다.
웨이퍼 검사 시스템(900)은 예를 들어 제어 프로세서, 이미지 프로세서 및 이미지 메모리를 가지는 컴퓨터 시스템(930)에 의해 제어된다. 컴퓨터 시스템(930)은 키보드 및 포인팅 장치와 같은 입출력 장치(934) 또는 사람과의 상호작용을 적절히 허용하는 다른 장치, 및 디스플레이(936)를 갖는 웨크스테이션(932)과 통신한다. 제어 프로세서(930)는 제 1 차 전자 빔(910)을 조절하는 PE-빔 제어기(940), 검출기(918) 상에 적절한 제 2 차 전자 빔을 제공하기 위해 컬럼(902)의 포커싱 및 필터링을 제어하는 SE 광학 제어기(942), 웨이퍼(912) 상의 제 1 차 빔(910)의 인가를 제어하는 PE 정렬 및 편향 제어기(944), 진공 펌프(926)를 제어하는 진공 펌프 제어기(946), 웨이퍼 전압 제어기(948), 스테이지 제어기(950), 및 핸들러 제어기(952)와 같은 제어 회로들과 버스(938)를 통해 통신된다. 또한 제어 프로세서는 저장, 프로세싱 및 이미지 분석을 위해 이미징 일렉트로닉스(920)로부터 버스(938)를 통해 이미징 데이터를 수신한다.
단일-컬럼 시스템을 이용하여 가능한 것보다 큰 처리량을 제공하기 위해, 멀티-컬럼 시스템이 구상된다. 도 10은 웨이퍼(912)의 다중 영역들을 동시적으로 검사할 수 있도록 e-빔 컬럼(1010, 1015, 1020)의 로우를 갖는 멀티-컬럼 e-빔 웨이퍼 검사 시스템(1000)을 개략적으로 나타낸다.
도 10에서, 3개의 서브루틴을 포함하는 멀티-컬럼 장치가 도시된다. 당업자는 임의의 다른 개수의 서브루틴이 사용될 수 있다는 것을 알것이다. 예를 들어, 5, 10 또는 15개의 전자 빔들이 로우에 배열될 수 있다.
또한, 서로 인접하게 몇 개의 로우들이 위치될 수 있다. 따라서, 표본 상에 충돌하는 전자 빔의 어레이가 구현된다. 이격되고 하전된 입자 빔들에 대한 충분한 공간을 제공하기 위해, 예를 들어, 2개의 로우가 서로 인접하게 배열될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 공간 제한이 존재하지 않는 경우, 3, 5 또는 임의의 적절한 개수의 로우가 적용될 수 있다.
라인, 어레이 또는 다른 패턴에서 몇개의 서브-컬럼을 배열하기 위해, 단일-빔 컬럼의 경우 단일 전자 빔상에서 개별적으로 작용하는 소정의 부품들이 조합될 수 있다. 따라서, 하나의 이미터 어레이가 모든 전자 빔들을 방출하거나 또는 하나의 대물렌즈가 다중-빔 장치의 모든 빔들을 포커싱한다. 실시예를 하기에 설명한다.
대물렌즈와 관련하여, 본 출원과 동일한 양수인에게 양도된, 유럽 출원 Nr. 02 02 8345호에 개시된 다중-빔 렌즈 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 하나의 여기 코일을 공유하는 컴파운드 정전기-자기 렌즈가 사용된다. 예는 도 11에 도시된다.
하기의 부품들은 도 11에서 볼수 있다. 광학 시스템(10)은 자기 렌즈 부품을 포함한다. 이러한 자기 렌즈 부품은 여기 코일(15)를 포함한다. 이러한 코일 의 직경은 약 100mm 내지 1000mm이다. 바람직하게는 100 내지 400mm 사이이다. 따라서, 코일 직경은 광학 시스템에 의해 포커싱되는 전자빔(12)의 수에 따라 좌우된다.
또한, 상부 자극 피스(16) 및 하부 자극 피스(17)가 제공된다. 이들 자극 피스들은 바람직하게 퍼멀로이 또는 μ-금속과 같은 마그네틱 전도성 물질로 구성된다. 자기 렌즈 부품 이외에, 정전기 렌즈 부품이 있다. 렌즈 시스템은 전자 빔(12) 각각에 대한 다수의 서브-렌즈로서 개시될 수 있다. 도 11의 실시예에서, 정전기 렌즈 부품의 정전기 이머젼 서브-렌즈 각각은 상부 전극(18) 및 하부 전극(19)을 포함한다. 이들 전극들은 비-자기 전도성 물질로 구성된다. 정전기 부품 및 자기 부품에 제공된 개구부들은 일반적으로 각각의 전자 빔(12)이 상이한 개구부를 사용하여 광학 시스템을 이동하는 방식으로 오버랩된다.
광학 시스템(10)의 포커싱을 제어하기 위해, 상부 전극(18)에 대한 제어기(7), 하부 전극(19)에 대한 제어기(8) 및 여기 코일에 대한 제어기(9)가 제공된다.
도 11의 광학 시스템(10)의 기능을 하기에 설명한다. 광학 축(11)을 갖는 몇개의 전자 빔들(12)은 예를 들어 표본(13)상에 포커싱된다. 마그네틱 포커싱 필드는 여기 코일(15)에 의해 자극 피스로 유도된다. 제어기(9)는 여기 코일(15)을 구동시킨다. 여기 코일 부근에, 냉각 유니트(미도시)가 배치될 수 있다. 자극 피스는 전자 빔들에 대한 개구부(14)로 마그네틱 포커싱 필드를 유도한다. 이들 개구부는 상부 자극 피스(16) 및 하부 자극 피스(17)에 제공된다. 개구부(14)내의 포커싱 필드로 인해, 전자 빔이 포커싱된다. 정전기 렌즈에 의한 전자빔(12)의 추가적인 포커싱을 위해, 제 1 전극(18) 및 제 2 전극(19)이 제공된다. 각각 제어기(7, 8)에 의해 전극(18, 19)에 상이한 전위가 인가된다.
대안으로서, 제어기(7, 8)는 서브-렌즈에 대해 공통 상부 또는 하부 전극에 접속되거나 또는 독립적으로 적어도 다수의 전극 또는 전극 세트를 제어할 수 있다.
도 1에서 알수 있는 바와 같이, 광학 시스템(10)은 표본(13) 상에 전자 빔(12)을 포커싱한다. 광학 시스템(10)이 대물렌즈로서 사용되는 경우, 하전된 입자들이 표본 상에 충돌하기 이전에 감속되도록, 각각 전극(18, 19) 상에 전위를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 전자 및 다른 네거티브로 하전된 입자들에 대해, 상부 전극(18)은 하부 전극(19) 보다도 더 포지티브 전위를 가져야 한다.
도 11에 도시된 개구부들은 상이한 패턴으로 배열될 수 있다. 일례들이 도 12a 내지 12c에 도시된다. 상부 자극 피스의 영역(16a)은 예시적으로 원형으로 도시된다. 하부 자극 피스는 상부 자극 피스 아래에 위치된다. 자극 피스는 여기 코일(15a)에 의해 둘러싸인다. 여기 코일은 자계를 형성한다. 자극 피스는 개구부(14)로 자계를 유도한다. 또한, 전극(18a)이 도시되어 있다. 전극에 제공된 광학 시스템을 관통하는 개구부들은 자극 피스의 개구부들과 중첩된다.
개구부들(14)중 하나를 통과하는 전자빔은 제공되는 정전기 및 마그네틱 렌즈 필드에 의해 포커싱된다. 이로써, 렌즈의 마그네틱 및 정전기 부품은 포커싱 필드가 대칭되도록 바람직하게 정렬된다.
도 12a에서, 개구부(14)들이 하나의 로우 내에 제공된다. 따라서, 각각의 개구부(14)의 적어도 2개 방향에(도 12a에서 상부 및 하부 측면) 추가로 이웃하는 개구부들은 없다. 따라서, 자계는 개구부로 직접 유도된다. 이들 2개 측면을 기준으로 다른 부품들 또는 개구부들의 간섭은 없다.
도 12b는 또다른 실시예를 나타낸다. 여기서, 개구부의 2개 로우가 제공된다. 일반적으로, 개구부들의 몇개 로우는 m×n 매트릭스 형태이다. 상부 로우는 하부 로우의 존재에 의해 또는 하부 로우는 상부 로우에 의해 영향을 받지 않는다. 따라서, 추가의 개구부들(32)를 부가시키는 것이 바람직할 수 있다. 이들 추가의 개구부들(32)은 전자 빔들의 침입(frespassing) 및 포커싱을 위해 사용되지 않는다. 그러나, 개구부(14)로 유도되는 자계의 균일성은 증가될 수 있으며, 이는 각각의 개구부(14)가 유사하게 인접한 영향을 미치는 영역을 갖기 때문이다. 추가의 개구부들(32)("더미" 개구부들)은 도 12a 내지 12c에 도시된 모든 실시예에 사용될 수 있다. 더미 개구부들의 다른 기하학 구조 및 크기가 보호 범위내에서 사용될 수 있다.
도 12c는 광학 시스템의 또다른 실시예를 나타낸다. 도 12c의 개구부들(14)은 다이아몬드형 패턴을 형성하는 4중 기하학구조로 제공된다. 더 고도의 대칭이 구현될 수 있다.
하나 이상의 제 1 차 전자 빔을 포커싱하기 위한 장치의 또다른 예가 도 13에 도시된다. 광학 시스템(180)은 여기 코일(15) 및 상부 및 하부 자극 피스(52, 54)를 각각 포함한다. 또한, 각각의 전자 빔(12)에 대한 이미징 특성을 개별적으로 조절하기 위해 제공되는 수단이 있다. 이들 수단은 작은 마그네틱 코일(102)이다. 정전기 렌즈 부품은 상부 전극(18) 및 하부 전극(72)을 포함한다. 또한 편향 유니트가 인-렌즈 편향기(152)로 인해 제공된다. 따라서, 전자빔(12b)은 표본(13) 위에서 스캔될 수 있다. 제 2 차 입자는 제 1 차 전자 빔에 대해 사용되는 동일한 개구부(14)를 통해 광학 시스템을 관통한다.
광학 시스템(180)의 실시예는 축- 및 방사상- 갭 마그네틱 렌즈 부품의 사용을 위해 제조된다. 정전기 렌즈 부품은 상부 전극(18) 및 하부 평면형 전극(72)에 의해 제공된다. 렌즈 부품 편차의 미세한 조절은 작은 마그네틱 코일(102)에 의해 달성될 수 있다. 광학 시스템 위의 광학축(11)을 따르는 전자 빔(12b)은 인-렌즈 편향 전극(152)의 그룹에 의해 편향된다.
다중 빔을 정렬하는 또다른 실시예가 도 14에 도시된다. 여기서, 부가적으로 각각의 빔에 다수의 어퍼쳐들(apertures)이 제공된다. 따라서, 상이한 어퍼쳐들이 편향기를 사용하여 선택될 수 있다. 본 출원과 동일한 양수인에게 양도된 유럽 출원 Nr. 03 00 6716호에 개시된 것처럼 다수의 어퍼쳐의 어퍼쳐 개구부들의 선택과 관련한 상세한 설명을 이용할 수 있다.
장치(130)는 하우징(131) 및 표본 챔버(135)를 갖는다. 하우징 및 표본 챔버는 진공 포트를 통해 배기될 수 있다. 표본 챔버내에서, 표본(13)은 표본 스테이지(136)상에 위치되고, 그 표본 스테이지(136)는 2개 방향으로 독립적으로 표본을 이동시킬 수 있다. 표본 제어를 위해, 이동 제어 유니트(136')는 표본 스테이지(136)에 접속된다. 4개의 전자 빔들(12) 각각은 자체 광학 축(11)을 갖는다. 빔은 이미터 어레이(132)에 의해 방출된다. 이미터 어레이는 제어 유니트(132')에 의해 제어된다, 즉, 빔 전류, 애노드 전위 및 전자빔과 각각의 전자 빔에 대한 표본(13) 상의 스캐닝의 가능한 동기화가 제어된다. 각각의 전자 빔에 대한 아인젤-렌즈 모듈을 포함하는 멀티-렌즈 시스템(133)은 4개의 하전된 입자 빔들에 대한 콘덴서 렌즈로서 사용된다. 렌즈 시스템(133)은 제어 유니트(133')에 의해 제어된다.
일반적으로, 도 14의 실시예를 참조하지 않고, 단일-빔 또는 멀티-빔 컬럼은 각각의 제 1 차 전자 빔에 대한 적어도 2개의 포커싱 부재를 갖는다. 렌즈들(또는 적어도 하나)의 장점은 전자 빔이 렌즈들 사이에서 보다 높은 전위(빔 부스터 전위)에 있도록 하기 위한 이머젼 렌즈들이라는 것이다. 또한, 하나의 선택안에 따라, 조합된 총-컨덴서 렌즈가 방출된 빔을 형상화시키는데 바람직하다.
표본(13)상의 전자 빔 포커싱을 위해, 모든 전자 빔에 대한 자기식 정전기 컴파운드 렌즈(134)가 사용된다. 따라서, 마그네틱 서브-렌즈는 공통된 여기 코일을 공유하며 각각의 전자 빔에 대해 정전기 서브-렌즈는 컴파운드 렌즈에 통합된다. 자기식 정전기 컴파운드 렌즈의 성분들은 제어 유니트(134')에 의해 제어된다.
도 14내에서, 정전기 렌즈(133) 및 자기식 정전기 컴파운드 렌즈(134)가 바람직하게 사용된다. 대신, 2개의 정전기 렌즈가 콘덴서 렌즈 및 대물렌즈로서 사용될 수 있다. 선택적으로, 2개의 자기식 정전기 컴파운드 렌즈는 콘덴서 렌즈 및 대물 렌즈로서 사용될 수 있다. 그러나, 콘덴서 렌즈가 요구되지 않을 수 있고 단지 하나의 멀티-빔 렌즈가 사용될 수도 있다. 이로써, 정전기 렌즈 또는 마그네틱 정전기 컴파운드 렌즈가 사용될 수 있다.
또한, 근접 전극(82) 및 각각의 제어 유니트(82')가 제공되어, 4개의 전자 빔들 각각에 대응하는 여기 필드가 구현될 수 있다. 또한, 각각의 전자 빔(12)에 대해 빔 부스트(boost) 전위를 제공하는 전극이 제공된다.
상기 개시된 성분 부품들 이외에, 각각의 전자 빔에 편향-스위치 시스템이 제공된다.
도 3a 내지 3d에 도시된 마그네틱 편향 시스템에 반하여, 4개의 편항기의 조합이 이미터 서브-유니트의 광학축과 공통되는 대물 렌즈 서브-유니트의 광학축에 대해 허용된다. 제 1 편향 스테이지(14)는 어퍼쳐 유니트(41) 내에서 사용되는 어퍼쳐의 종류에 따라, 좌측 또는 우측으로 전자 빔(12)을 편향시킨다. 각각의 전자 빔에 대해, 어퍼쳐 유니트(41)는 높은 전류 측정 모드에 대해 큰 어퍼쳐를 높은 분해능 측정 모드에 대해서는 작은 어퍼쳐를 포함한다.
제 2 차 전자는 각각의 전자 빔이 제공되는 섹터(425)에 의해 제 1 차 전자 빔으로부터 분리된다. 도 14의 개략도의 빔 분리는 도면의 평면으로 도시된다. 이는 보다 쉬운 도안을 위한 것이다. 일반적으로, 빔 분리 및 검출 유니트의 배열은 도면의 평면에 직교하는 치수로 구현될 수 있다.
제 2 차 전자들의 검출을 위해, 포커싱 및 필터링 광학기(916)가 제공된다. 모든 검출 유니트는 제어기(16'/44')에 의해 제어되는 반면, 각각의 편향 스테이지(14)는 제어 유니트(14')에 의해 제어된다.
멀티-빔 대물 렌즈의 또다른 실시예는 유럽 출원 Nr. 02 02 8346호에서 유래된 도 15를 참조하여 개시된다. 여기서, 공통 여기 코일을 공유하는 멀티-보어 렌 즈가 하기에 따라 보정된다.
도 15에 도시된 실시예에서, 5개의 개별 렌즈 모듈(100)이 제공된다. 각각은 2개의 평탄한 측면들을 갖는 실린더 형태로 마그네틱으로 전도성인 재료의 회로(23)를 포함한다. 마그네틱 재료 회로의 중심부에 개구부(22)가 제공된다. 개구부(22)를 통해 광학 축(24)을 따라 이동하는 전자 빔은 마그네틱 렌즈 필드에 의해 포커싱된다. 마그네틱 렌즈 필드는 전류(106a, 106b)에 의해 유도된다.
각각의 렌즈 모듈은 광학 축(24)에 대해 대칭인 2개의 평면을 갖는다. 혼선에 의해 부분적으로 왜곡될 수 있는 모듈의 대칭성을 유지하기 위해, 각각의 모듈 사이에는 갭이 있을 수 있다. 선택적으로, 이러한 갭은 비-마그네틱 재료로 채워진다.
도 15에서, 렌즈 모듈(100)은 개구부(22)에 제공되는 마그네틱 플럭스를 형상화시키도록 제조된다. 따라서, 부가의 홀(82)이 제공됨으로써, 개구부(22)에 제공되는 자계가 변형된다. 부가적 홀(82)의 사용으로 인해, 전자 빔의 포커싱 필드가 주문화될 수 있다.
모든 실시예에 대해 상기 도시된 상이한 멀티-렌즈 형태와 관련하여, 자기식 또는 조합된 정전기-자기식 렌즈가 사용될 수 있다. 조합된 렌즈 및 정전기 렌즈에 대해( 마그네틱 렌즈 부품들의 부재시) 이머젼 타입의 렌즈가 사용될 수 있다. 이로써, 표본 상에 전자의 충돌 에너지가 제어될 수 있다.
본 발명에 따라 샘플들의 신속한 그리고 고품질의 이미징을 위해서는 짧은 작업 간격 및 콤팩트한 디자인을 가지는 개선된 입자-빔 컬럼이 달성된다.

Claims (27)

  1. 하전된 입자 빔의 하전된 입자들의 편향 및 에너지-선택을 위한 하전된 입자 유니트로서,
    상기 하전된 입자 빔을 편향시키고 포커싱하는 이중-포커싱 섹터 유니트(470;425, 450;914); 및
    전위-새들(potential-saddle)을 형성하는 에너지-필터(460;560;916)를 포함하며,
    상기 하전된 입자 빔의 하전된 입자들은 상기 하전된 입자들의 에너지에 따라 전위-새들에서 방향이 재설정되는, 하전된 입자 유니트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이중-포커싱 섹터 유니트는 제 1 치수에서의 포커싱을 위한 섹터(435) 및 제 2 치수에서의 포커싱을 위한 사중극자 유니트(445), 실린더 렌즈 또는 측면 플레이트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 유니트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이중-포커싱 섹터 유니트는 반구형 섹터(470)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 유니트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이중-포커싱 섹터 유니트는 상기 에너지-필터(460; 560; 916)내에서 상기 하전된 입자 빔을 포커싱하는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 유니트.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이중-포커싱 섹터 유니트는 상기 하전된 입자 빔의 포커싱을 위해 추가의 렌즈 유니트(450; 550)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 유니트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 추가의 렌즈 유니트는 아인젤-렌즈(Einzel-lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 유니트.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지-필터는 상기 하전된 입자 빔을 통과하도록 하나의 어퍼쳐를 포함하는 바이어스된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 유니트.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지-필터(460; 560; 916)는 바이어스된 실린더 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 유니트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 바이어스된 실린더는 적어도 100㎛의 길이 및 100㎛ 내지 20mm 사이의 어퍼쳐 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 유니트.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 필터는 상기 하전된 입자 빔의 포커스 위치에서 전파 방향을 따라 위치되는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 유니트.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 따른 하전된 입자 유니트를 포함하는 제 2 차 하전된 입자 검출 장치로서,
    하전된 입자 빔은 제 1 차 하전된 입자 빔의 충돌시에 표본(225; 530)으로부터 방출되는 제 2 차 하전된 입자들의 빔이며, 상기 제 2 차 하전된 입자 검출 장치는,
    에너지 필터를 통과하는 하전된 입자들의 입사에 대응하는 검출 신호를 발생시키는 검출기(465; 565; 918)를 더 포함하는, 제 2 차 하전된 입자 검출 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 차 하전된 입자 빔을 가속시키는 가속 유니트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제 2 차 하전된 입자 검출 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 차 하전된 입자 빔으로부터 상기 제 2 차 하전된 입자 빔을 분리시키는 분리 유니트(215; 320; 906)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제 2 차 하전된 입자 검출 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 분리 유니트는 마그네틱 다이폴 부재 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 제 2 차 하전된 입자 검출 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 분리 유니트는 웨인 필터(Wien filter) 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 제 2 차 하전된 입자 검출 장치.
  16. 하전된 입자 빔 장치로서,
    제 1 차 하전된 입자 빔을 제공하는 하전된 입자 빔 소스(205; 305; 904);
    상기 제 1 하전된 입자 빔을 표본 상에 포커싱하기 위한 제 1 포커싱 부재(220;325;415;525;134); 및
    상기 제 11항에 따른 하전된 입자 검출 장치를 포함하는, 하전된 입자 빔 장치.
  17. 제 16 항에 따른 적어도 2개의 상기 하전된 입자 빔 장치를 포함하는 하전된 입자 멀티-빔 장치.
  18. 제 16 항에 따른 적어도 5개의 상기 하전된 입자 빔 장치를 포함하는 하전된 입자 멀티-빔 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    몇개의 하전된 입자 빔 장치들은 하전된 입자 빔들의 로우(row)가 제공되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 멀티-빔 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    몇개의 하전된 입자 빔 장치들은 하전된 입자 빔 어레이가 제공되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 멀티-빔 장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    몇개의 하전된 입자 빔들이 몇개의 하전된 입자 빔 소스들에 의해 제공되며,
    상기 몇개의 하전된 입자 빔 소스들은 하나의 이미터 어레이에 통합되는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 멀티-빔 장치.
  22. 제 17 항에 있어서,
    몇개의 제 1 차 하전된 입자 빔들은 몇개의 제 1 포커싱 부재들에 의해 포커싱되며,
    상기 몇개의 제 1 포커싱 부재들은 하나의 멀티-빔 대물 렌즈(134)에 통합되는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 멀티-빔 장치.
  23. 제 17 항에 있어서,
    몇개의 제 1 차 하전된 입자 빔들 각각에 대해, 적어도 2개의 어퍼쳐 개구부를 갖는 멀티-어퍼쳐 유니트가 제공되며; 몇개의 제 1 차 하전된 입자빔들 각각에 대해, 적어도 2개의 어퍼쳐 개구부들 중 하나의 어퍼쳐 개구부가 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 하전된 입자 멀티-빔 장치.
  24. 하전된 입자들을 편향 및 필터링하는 방법으로서,
    상기 하전된 입자들의 발산이 감소되도록 이중-포커싱 섹터 유니트(470;425,450;914)로 상기 하전된 입자들을 편향시키는 단계 - 상기 하전된 입자들은 빔을 형성함 - ;
    상기 빔의 하전된 입자들의 일부를 에너지-필터(460;560;916)로 필터링하는 단계를 포함하며,
    상기 빔이 전위 새들과 반응하도록 상기 전위 새들이 제공되고, 에너지 쓰레숄드 값(energy threshold value) 이하의 상기 하전된 입자들의 일부는 거절되는, 하전된 입자들을 편향 및 필터링하는 방법.
  25. 제 2 차 하전된 입자들의 빔을 검출하는 방법으로서,
    제 1 차 하전된 입자들의 빔으로부터 제 2 차 하전된 입자들의 빔을 분리하는 단계;
    제 24 항의 방법에 따라 제 2 차 하전된 입자의 빔을 편향 및 필터링하는 단계; 및
    에너지 쓰레숄드 값 위의 상기 제 2 차 하전된 입자들의 일부를 검출하는 단계를 포함하는, 제 2 차 하전된 입자들의 빔을 검출하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 2 차 하전된 입자들을 가속 유니트로 가속시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제 2 차 하전된 입자들의 빔을 검출하는 방법.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    필터의 바이어스 튜브에 포커스가 제공되도록 발산의 감소가 수행되는 것을 특징으로 하는 제 2 차 하전된 입자들의 빔을 검출하는 방법.
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