KR101556236B1 - 분산 보상을 갖는 전자 빔 디바이스, 및 이의 동작 방법 - Google Patents

분산 보상을 갖는 전자 빔 디바이스, 및 이의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

전자 빔 디바이스(100)는: 1차 전자 빔(101)을 방출하기 위한 빔 에미터(102); 표본(130) 상에 1차 전자 빔(101)을 포커싱하기 위한 대물 전자 렌즈(125) ― 상기 대물 렌즈는 광학 축(126)을 정의함 ―; 1차 전자 빔(101)으로부터 신호 전자 빔(135)을 분리하기 위한 제 1 분산을 갖는 빔 분리기(115); 및 분산 보상 소자(104)를 포함한다. 분산 보상 소자(104)는 제 2 분산을 포함하고, 분산 보상 소자는 분산 보상 소자(104)의 하류에 있는 1차 빔(101)의 경사 각에 관계없이 제 2 분산을 조정하여, 제 2 분산이 실질적으로 제 1 분산을 보상하도록 적응된다. 분산 보상 소자(104)는 빔 분리기(115)의 상류에, 1차 전자 빔(101)을 따라, 배열된다.

Description

분산 보상을 갖는 전자 빔 디바이스, 및 이의 동작 방법{electron beam device with dispersion compensation, and method of operating same}
본 발명의 양상은 예를 들어, 표본을 이미징하거나 또는 조작하기 위한 전자 빔 디바이스 및 이를 동작하는 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명의 양상은 빔 에미터, 대물 전자 렌즈 및 1차 전자 빔으로부터 신호 전자 빔을 분리하기 위한 빔 분리기를 포함하는 전자 빔 디바이스에 관한 것이다.
충전된 입자 빔 장치는 제조시 반도체 디바이스들의 검사(inspection), 리소그래피(lithography) 용 노출 시스템, 검출 디바이스 및 테스트 시스템들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 산업 분야에서 복수의 다양한 기능을 가진다. 따라서, 마이크로미터 및 나노미터 스케일 내에서 표본을 구성하고 검사하는 것에 대한 요구가 높다.
특히, 반도체 기술에 있어 나노미터 스케일 내에서 표본들을 구성하고 조사하는 데 있어 많은 요구가 발생하였다. 마이크로미터 및 나노미터 스케일 프로세서 제어, 검사 또는 구성은 종종 전자 빔을 이용해 행해진다. 조사(probing) 또는 구성은 종종 전자 빔 디바이스들에서 발생되고 포커싱되는 전자 빔들을 이용해 수행된다. 전자 빔 디바이스들의 예는 전자 현미경, 구체적으로는 SEM(scanning electron microscope) 또는 전자 빔 패턴 발생기이다. 전자 빔들은 비교가능한 입자 에너지에서의 이들의 짧은 파장 때문에, 광자 빔들과 비교하여 우수한 공간 해상도를 제공한다.
반도체 제조에 관하여, 스루풋(throughput)은 그 자체로 구조를 스캐닝하기 위한 도구(tool)들에서 중요한 제한들일 수 있다. 1nm의 SEM 해상도를 가정하면, 10mm2 다이(die)는 1014개의 픽셀들을 포함한다. 따라서, 전체 레이아웃을 커버하기 위해, 빠른 검사 아키텍쳐가 요구된다. 요구되는 신호 대 잡음 비(SNR)에서의 높은 스루풋을 달성하기 위해, 높은 전자 빔 강도를 갖는 전자 빔 디바이스를 구비하는 것이 요구된다.
그러나 높은 전자 빔 강도에서 전자 빔의 전자들 간의 상호작용은 빔에 증가하는 효과를 갖는다. 전자-전자 상호작용들로 인해, 빔의 에너지 및 공간 해상도가 감소된다. 따라서, 1차 전자 빔의 확장(broadening)과 같은, 빔의 전자-전자 상호작용들을 완화하기 위한 측정들이 고안되었다. 그러나 전자-전자 상호작용들의 효과를 더욱 더 감소시키기 위한 요구가 존재한다.
위에서 언급한 것처럼, 본 발명은 개선된 충전된 입자 빔 디바이스를 제공하고자 하며, 개선된 충전된 입자 빔 디바이스의 동작방법 및 충전된 입자 디바이스의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 독립 청구항 1항에 따라 충전된 입자 디바이스에 의해 해결되며, 독립 청구항 15항에 따른 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 추가적인 장점들, 특정들, 양상들 및 상세한 설명들은 종속 청구항들, 상세한 설명 및 도면들로부터 명백해진다.
일 실시예에 따라, 전자 빔 디바이스는 초기 전자 빔을 방출하기 위한 빔 에미터, 표본(specimen) 상으로 초기 전자 빔을 포커싱하기 위한 대물 전자 렌즈, 대물 렌즈는 대물 렌즈 광축을 정의하고, 초기 전자 빔과 신호 전자 빔을 분리하기 위한 제 1 분산을 가지는 빔 분리기; 및 제 2 분산을 가지는 분산 보상 소자를 포함한다. 빔 분리기는 편향기일 수 있고, 특별히 자기 편향기일 수 있다. 분산 보상 소자는 분산 보상 소자의 하류에서 초기 빔의 경사각에 관계없이 제 2 분산을 조정하도록 적응되어, 제 2 분산은 실질적으로 제 1 분산을 보상하도록 한다. 분산 보상 소자는 빔 분리기의 상류에, 초기 전자 빔을 따라 배열된다.
다른 실시예에서, 전자 빔 디바이스의 동작 방법은: 초기 전자 빔을 발생하는 단계; 표본 상으로 초기 전자 빔을 대물 전자 렌즈에 의해 포커싱하는 단계; 표본과 초기 빔의 상호작용에 의해 신호 전자 빔을 발생하는 단계; 빔 분리기에 의해, 제 1 분산에 따라 초기 전자 빔 및 신호 전자 빔 상에서 작용하여 초기 전자 빔으로부터 신호 전자 빔을 분리하는 단계; 및 분산 보상 소자가 제 1 분산을 실질적으로 보상하기 위해 제 2 분산에 따라 초기 빔 상에서 작용하도록, 분산 보상 소자의 하류에서 초기 빔의 경사각과 관계없이 분산 보상 소자의 제 2 분산을 조정하는 단계를 포함한다.
실시예들은 또한 설명된 장치들이 동작하는 방법들을 제공한다. 방법들은 장치의 모든 기능을 수행하기 위한 방법 단계들을 포함한다. 또한, 실시예들은 여기서 설명된 방법 단계들을 수행하기 위해 적응된 제어기를 포함하는 빔 장치를 제공한다.
본 발명의 위에서 표시된 그리고 다른 더욱 상세한 양상들의 일부는 다음의 상세한 설명에서 설명되고, 특별히 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 전자 빔 장치의 도식적인 측면도를 도시한다.
도 2a 및 2b는 추가적인 실시예에 따른 전자 빔 장치의 도식적인 측면도를 도시한다.
도 3a 내지 3h는 추가적인 실시예들에 따른 전자 빔 장치들의 개별적인 분산 보상 엘리먼트들의 도식적인 측면도를 도시한다.
도 4는 대물 렌즈 바디 및 그 안에 포함된 빔 분리 소자의 도식적인 측면도를 도시한다.
도 5는 비교를 통한 예에 따라 전자 빔 장치의 도식적인 측면도를 도시한다.
이하 본 발명의 다른 양상들이 더 상세히 정의되어 있다. 본 발명의 범위를 제한하지 않고, 전자 빔 장치는 SEM(scanning electron microscope) 등과 같은, 검사 또는 리소그래피에 적응될 수 있다.
실시예들의 이점이 더 잘 이해될 수 있도록, 먼저 예시적인 예는 도 5를 참고하여 설명될 것이다. 도 5는 공개된 특허 출원 US 2006/0151711에 설명된 시스템과 유사한 광학 시스템(500)을 도시한다. 광학 시스템(500)에서, (도시되지 않은) 에미터로부터의 1차-전자 빔(501)은 자기 빔 편향 코일(505)을 관통함에 따라 구부러지고(방향이 변경되고), 또다른 자기 빔 편향 코일(515)을 관통함에 따라 다시 방향이 변경된다. 1차/전자 빔(501)은 광축(526)을 정의하는 대물 렌즈(525)(예를 들어, 정전 및/또는 자기 포커싱 렌즈)에 의해 샘플(530) 상으로 포커싱된다. 샘플(530)과 1차 빔(501)의 상호작용으로부터 생긴, 신호 전자 빔(535)은 반대 방향을 따라 이동(travel)한다. 신호 전자 빔(535)은 또다른 자기-빔 분리기 편향 코일(515)을 관통함에 따라 구부러지고 이에 의해 1차 빔(501)으로부터 분리된다. 이후, 신호 빔(535)은 (도시되지 않은) 검출기로 유도(guide)된다.
도 5의 시스템에서, 코일(505)에 기인한 1차 빔(501)의 편향은 코일(515)에 기인한 편향과 크기가 동일하며 부호는 반대이다. 이 배열의 목적은 수직으로 정렬된 컬럼(column)을 허용하는 것이며, 그러므로 편향 코일(515)이 빔을 편향한다는 사실에도 불구하고, 편향 코일(505)의 상류 및 편향기(515)의 하류 영역에 수직으로 정렬된 광학 소자들을 허용한다. 이중 편향은 도 5에 도시된 바와 같이 빔(501)을 변위시키는(displace) 효과를 가진다. 따라서, 대물렌즈(525)에 들어가는 경우, 빔(501)은 실제 소스(real source)(502)에 대하여 변위되어 있는 가상 소스(502')로부터 나오는 것처럼 보인다. 대물렌즈(525)는 가상 소스(502')가 대물 렌즈(525)에 의해 정의된 광축(526) 상에 있도록 배열된다.
그러나, 도 5의 배열에 의해 이미지는 분산 때문에 흐려진다: 도 5에서, 빔(501)의 주 에너지 빔 부분으로 나타난 1차 빔(501) 외에, 평균 에너지보다 낮은 에너지를 가지는 빔 부분(501a), 높은 에너지를 가지는 빔 부분(501b)이 도시되어 있다. 또한 빔 부분(501a 및 501b)에 대하여, 코일(505)에 기인한 편향은 코일(515)에 기인한 편향과 크기는 동일하고 부호가 반대이다. 그러나 저-에너지 빔 부분(501a)은 더 큰 정도로 양 코일(505, 515)에 의해 편향되어, 그러므로 최종적으로 주-에너지 빔 부분(501)보다 더 변위된다. 그러므로, 저-에너지 빔 부분(501a)의 가상 소스(502a')는 주 빔 부분의 가상 소스(502')에 대하여 변위되어 있다. 마찬가지로, 고-에너지 빔 부분(501b)은 양 코일(505, 515)에 의해 적게 편향되어 그러므로 주-에너지 빔 부분(501)보다 적게 변위된다. 그러므로, 고-에너지 빔 부분(501b)의 가상 소스(502b')는 주 빔 부분의 가상 소스(502')에 대하여 변위된다. 그 결과, 빔 부분(501a 및 501b)을 포함하는 빔은 점과 같은 가상 소스 대신에 너비 d의 선과 같은 가상 소스로부터 나오는 것으로 보이고, 표본상에 타격하는 빔은 편향 방향(즉, 도 5의 도면에서 광축(526)에 직교하는 방향)으로 대응하여 확장된다. 이 확장은 편향 방향에서 이용가능한 해상도를 제한한다. 따라서, 색 수차, 즉 빔 에너지에 관하여, 1차 빔이 표본을 타격하는 위치의 변화이다. 여기서, 전자 빔 장치의 1차 색수차는 빔 에너지에 관하여, 주 빔 에너지에서, 1차 빔이 표본을 타격하는 위치의 1차 도함수로 정의된다.
도 5의 장치를 요약해서 말하면, 표본을 타격하는 빔의 위치는 에너지(모멘텀)에 좌우되며, 빔이 광축에 수직인 편향 방향에서 확장되도록 한다.
이하, 도 5의 전술한 예시적 예에 관하여 언급된 단점을 감소시키는 본 발명의 실시예들을 설명한다. 도면에 관한 다음의 설명 내에서, 동일한 마지막 2 개의 숫자를 가지는 참조 번호는 동일하거나 또는 유사한 구성을 말한다. 일반적으로, 개별 실시예들에 관한 차이점만이 설명되어 있어, 달리 언급되지 않는 한, 임의 하나의 실시예에 관한 설명은 다른 실시예에 또한 적용될 수 있다. 특히 바람직하거나 또는 유리한 것으로 나타난 임의 특징들은 선택적이다. 또한, 바람직하거나 또는 유리한 것으로 나타난 이와 같은 특징은 바람직하거나 또는 유리한 것으로 나타난 임의 다른 특징 또는 특성들과 결합될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전자 빔 디바이스를 도시한다. 전자 빔 디바이스(100)는 1차 전자 빔(101)을 방출하기 위한 빔 에미터(102), 및 표본(130) 상으로 1차 전자 빔(101)을 포커싱하기 위한 대물 전자 렌즈(125)를 포함하고, 대물 렌즈는 광축(126)을 정의한다. 여기에 언급된 바와 같이, 표본은 반도체 웨이퍼, 반도체 워크피스, 및 광학 블랭크와 메모리 디스크 등과 같은 다른 워크피스를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 물질이 증착되어 있거나 또는 구조되는 임의 워크피스에 적용될 수 있다. 표본은 구성되거나 또는 레이어들이 증착되는 평평한 표면, 대향하는 표면, 가장자리 및 전형적으로 경사면(bevel)을 포함한다. 대물 렌즈(125)는 최종 포커싱 렌즈이다. 이하, 렌즈(즉, 포커싱 필드 자체 및 표본 상에서 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 필드를 발생하는 소자)와 렌즈 바디(즉, 이들 소자 및 전자 빔에 대한 렌즈 보어(bore)를 가지는 바디 안의 가능한 또다른 관련된 소자들을 포함하는 바디)를 명백히 구별하지 않는다. 이하에서 사용된 바와 같이, "렌즈"란 용어는 렌즈 바디를 또한 언급할 수 있다. 렌즈는 공통 렌즈 하우징에 제공된 결합된 정전-자기 렌즈와 같은 다중-소자 렌즈일 수 있다. 도 1에서, 결합된 정전-자기 렌즈의 자기부가 도시되어 있다. 대안으로는, 렌즈는 예를 들어, 정전 렌즈일 수 있다. 도시된 실시예와 관계없이 일반적 양상으로서, 대물 렌즈는 100mm 미만 또는 50mm 미만, 및/또는 표본(표본 면)으로부터, 전체 1차 빔 길이의 1/4 미만의 거리에 배열될 수 있다.
전자 빔 디바이스(100)는 빔 분리기(115)를 또한 포함한다. 빔 분리기(115)는 자기 빔 분리기이고, 특히 순 자기(purely magnetic) 빔 분리기일 수 있다. 빔 분리기(115)는 대물 렌즈(125)의 바디에 침지(immerse)될 수 있다, 예를 들어, 바디 내에 또는 하류에, 구체적으로는 도 4를 참고하면, 대물 렌즈(125)의 보어 내에 또는 하류에 적어도 부분적으로, 본질적으로 ("본질적으로"란 광학 축을 따라 빔 분리기의 길이의 절반 이상을 의미한다) 위치될 수 있다. 또한, 정전 렌즈의 경우에 특히, 빔 분리기(115)는 대물 렌즈(125)의 상류에 위치될 수 있다. 빔 분리기(115)는 전자 빔 경로(101)를 따라, 빔 분리기(115)와 대물 렌즈(125) 사이에 본질적으로 어떠한 다른 전자-광학 소자 없이, 대물 렌즈(125)의 바로 상류에 위치할 수 있다. 대안으로는, 자기 및/또는 정전 스캐너와 같은, 예를 들어 빔 스캐너는 빔 분리기(115)와 대물 렌즈(125) 사이에, 빔 경로를 따라 배열되어 있다.
자기 빔 분리기(115)는 제 1 분산을 가진다. 여기서, 분산(또는 분산 관계)을 가지는 소자란 분산(분산 관계)에 따른 전자 빔 상에서 작용하기 위해, 전자 에너지 또는 모멘텀에 좌우되는 편향각에 의해 빔의 전자들을 편향시키기 위해 적응되어 있는 소자를 의미한다. 제 1 분산은 이방성이고 제 1 편향 방향(도 1의 도면의 평면 내에 그리고 광축(126)에 직교하는 방향)을 정의한다.
제 1 분산 때문에, 자기 빔 분리기(115)는 (다른 모멘텀 또는 방향에 따라) 1차 전자 빔(101)으로부터 신호 전자 빔(135)을 분리할 수 있다. 여기서 신호 전자들은 1차 빔 전자들로부터 본질적으로 반대 방향으로 이동하는 전자들로 정의되고, 신호 전자들은 특히, 2차 전자, 오제 전자(auger electron), 및/또는 후방 산란된 전자를 포함할 수 있다.
더 상세히, 여기서, 빔 분리기(115)는 1차 전자 빔(101)을 편향시키기 위한 편향 코일을 가진다. 편향 코일은 1차 전자 빔(101)으로부터 신호 전자 빔(135)을 분리하기 위한 횡방향(transverse) 자기장을 발생한다. 횡방향 자기장은 도 1의 도면의 평면에 직교한다. 빔(101 및 135)의 전자들이 자기장을 가로지르는 경우, 전자들은 전자 속도에 좌우하는 힘을 받는다(로렌츠 힘의 법칙). 1차 전자(빔(101)) 및 신호 전자들(빔(135))이 반대 방향으로 본질적으로 이동하기 때문에, 2개의 빔들에 작용하는 힘은 횡방향 자기장을 통해 이동하는 경우 방향이 반대일 것이다. 따라서, 1차 빔(101) 및 2차 빔(135)은, 반대 부호의 각만큼 모두 편향된다.
특히, 자기 빔 분리기는 순 자기 빔 분리기일 수 있고, 즉 그것은 유일한 편향 소자로서 자기 소자(예를 들어, 자기 코일 또는 쌍극자 소자)를 포함하고, 예컨대 어떠한 다른 정전, 편향 컴포넌트는 포함하지 않는다. 따라서, 전자 빔 디바이스(100)는 (예를 들어, 빈 필터(Wien filter)에 대한 경우) 어떠한 정전 편향 필드가 빔 분리기(115)의 위치에서 초기 빔(101) 상에서 작용하지 않도록 구성된다.
빔 분리기(115)로서 순 자기 편향기를 사용하는 것은 대물 렌즈(125) 내의 영역이 집약적 서비스(intensive servicing)를 요구하는 부분이 없이 유지될 수 있다는 이점을 가진다. 예를 들어, 정전 편향기는 오염되기 쉽고 그러므로 잦은 서비스를 요구한다. 빔 분리기(115)의 상류에, 이하 설명된 분산 보상 소자(104)를 가짐으로써, 빔 분리기는 서비스가능한 부분을 요구하지 않는 간단한 구성을 가질 수 있다. 이는 빔 분리기(115)가 대물 렌즈의 바디에 침지되도록 하고, 이는 서비스를 위한 접근이 어렵다.
또다른 일반적 양상으로서, 빔 분리기(115)는 초기 빔(101)의 빔 에너지에 평활하게 종속적인(smoothly depend) 편향각을 유도하는 편향기이다. 그러므로, 편향기는 역치 에너지를 초과하는 전자들만이 관통하도록 하는 에너지 필터와 다르다. 또다른 일반적 양상으로서, 빔 분리기(115)는 대물 렌즈에 의해 정의된 광축을 본질적으로 따르는 방향으로 1차 전자들을 편향한다.
전자 빔 디바이스(100)는 분산 보상 소자(104)를 더 포함한다. 분산 보상 소자(104)는 초기 전자 빔(101)을 따라, 빔 분리기(115)의 상류에 배열되어 있다. 도시된 실시예에 관계없이 본 발명의 양상으로서, 2차 전자는 분산 보상 소자(104)에 도달하지 않는다, 다시 말하면 분산 보상 소자(104)는 전자 빔 디바이스(100)의 신호 전자 빔(135) 경로 밖에 배열되어, 초기 빔에만 영향을 미치고 신호 전자 빔(135)에는 직접적으로 영향을 미치지 않는다. 분산 보상 소자(104)의 몇 가지의 가능한 실현은 도 2 및 도 3a-3h를 참고로 하여 이하 더 상세히 설명되어 있다. 도 1의 분산 보상 소자(104)는 이들 도면 중 임의 하나의 도면에 따라, 예를 들어 이하 더 설명된 도 3a에 따라 실현될 수 있다.
도 1을 계속하여 설명하면, 분산 보상 소자(104)는 제 2 분산을 가지며, 즉 분산 보상 소자는 제 2 분산에 따라 초기 빔 상에서 작용하기 위해 적응되어 있다. 제 2 분산은 빔 분리기(115)에 의해 정의된, 제 1 분산 방향에 (평행하지 않는 경우를 포함하는) 평행한 제 2 분산 방향을 정의하는 이방성이다. 여기서, "제 1", "제 2"란 말은 빔 경로를 따른 어떠한 순서도 의미하지 않는다.
또한, 분산 보상 소자(104)는 제 2 분산을 조정하는 것을 포함한다. 더 구체적으로는, 제 2 분산은 제 2 분산이 제 1 분산을 실질적으로 보상하도록 조절될 수 있다. 제 1 분산의 이러한 보상은 다음과 같이 이해될 수 있다: 분산 보상 소자(104)의 제 2 분산을 조정함으로써, 빔 에너지에 관하여, 초기 빔(101) 전자들이 (1차 색 수차로서 정의된) 표본(130)을 타격하는 빔 위치의 1차 도함수를 조절하는 것이 가능하다. 제 1 분산은 이 1차 도함수가 0으로 되는 경우 보상된다(또는, 실제로, 0에 가까운 경우, 즉 빔 확장이 제 2 분산이 조절되지 않는 경우와 비교하여, 적어도 상당히 감소된다). 따라서, 분산 보상 소자(104)는 빔 위치의 전술한 1차 도함수가 0으로 또는 0에 가깝게 되도록 제 2 분산을 허용한다. 결과적으로, 평균 빔 너비는 상당히 감소될 수 있다.
제 2 분산의 조정이 0 또는 실질적으로 감소된 색 수차를 제공하기 위해 제 1 분산을 보상하는 것을 허용하는 한편, 표본을 타격하는 전자 빔의 약간의 미리-결정된 에너지-의존도가 실제로 요구되는 응용들이 있을 수 있다. 이 경우에 분산 보상 소자는 이 미리 결정된 에너지-의존도가 달성되도록 또한 제어될 수 있다.
제 2 분산의 조절은 수동 조절에 의해 또는 (예를 들어 도 2b에 도시된 바와 같이) 분산 보상 제어기에 의해 자동으로 수행될 수 있다. 조절은 또한 예를 들어, 장치의 셋업 동안 행해질 수 있고, 조절된 분산은 분산 보상 소자(104)의 제어로 하드와이어(hard-wired) 되어있다.
또한, 분산 보상 소자(104)는 분산 보상 소자(104)의 하류의 1차 빔(101)의 경사각과 관계없이 제 2 분산을 조정하기 위해 적응되어 있다. 다시 말하면, 분산 보상 소자(104)는 분산 보상 소자(104)의 하류의 1차 빔(101) 경로의 경사각에 실질적으로 영향을 미치지 않고 제 2 분산을 조정하기 위해 적응된다. 경사각은 광축(126)과 관련하여 정의된다.
분산 보상 소자(104)는 에미터로부터 표본(130)으로 1차 빔(101)의 전체 경로와 관계없이 제 2 분산 관계를 조절하기 위해 적응될 수 있다; 즉, 분산 보상 소자는 전체 1차 빔(101) 경로에 크게 영향을 미치지 않고 분산 방식으로 작용한다(이는 도 1, 2, 3a 및 3b의 경우이다).
이 명세서 내에서, 장치는 예를 들어, 프로그래밍되고, 하드-와이어되거나, 또는 임의 다른 방식으로 본 발명에 설명된 기능을 달성하기 위해 적응되어 있는 제어기에 의해 이 기능들에 적응될 수 있다. 제어기는 전자제품, 특히 디지털 제어기로서 제공될 수 있지만, 또한 원하는 기능을 달성하기 위해, 전자 회로로서 또는 기계적 결합 소자에 의해 제공될 수 있다.
명백히 말하면, 경로-독립적 조절은 주 빔 에너지에서 또는 근처에서 특정 에너지를 가진 1차 빔 전자들에 대해서만 가능하다: 제 2 분산 때문에, 분산 보상 소자의 하류의 1차 빔 경로의 경사각은 빔 에너지에 좌우할 것이다. 그러므로, "경사각에 실질적으로 영향을 미치지 않고"란 말은 빔(101)의 주 빔 에너지에서 또는 근처에서 에너지가 존재함을 의미하며, 이 에너지에서 경사각은 (예를 들어, 선형 순서로) 작은 양으로 제 2 분산을 조정하는 경우 현저하게 영향을 받지 않는다.
따라서, 도 1의 전자 빔 디바이스(100)에서, 에미터(102)로부터의 1차-전자 빔(101)은 분산 보상 소자(104)를 관통하고 제 2 분산을 겪는다. 동시에, 1차 빔(101)은 (도 1에 도시된 바와 같이) 편향될 수 있다. 1차 빔(101)은 광축(126)에 대하여 경사각으로 분산 보상 소자(104)를 떠나고, 경사각에서 빔 분리기(115)에서 수용된다. 빔 분리기(115)의 바로 상류에 있는 1차 전자 빔(101)의 경사각은 일반적으로 0이 아니나 10° 미만이다.
1차-전자 빔(101)은 그리고나서 자기 빔 분리기(115)를 관통하고, 그 안에서 편향되어, 1차 빔(101)은 빔 분리기(115)의 하류에서 광학 축과 본질적으로 평행하거나 또는 충돌할 수 있다. 동시에, 1차 빔(101)은 제 1 분산을 겪는다. 1차-전자 빔(101)은 그리고나서 반도체 웨이퍼와 같은, 샘플(130)을 스트라이크(strike)하기 위한 대물 렌즈(125)에 의해 포커싱된다. 제 1 분산은 제 2 분산에 의해 보상되었기 때문에, 빔(101)은 고 해상도를 갖는 샘플(130)을 타격한다.
샘플(130)과의 1차 빔(101)의 상호작용으로부터 비롯되는 2차-전자 빔(135)은 다시 대물 렌즈(125)를 반대방향으로 관통하며, 자기 빔 분리기(115)를 관통하는 것으로 편향되며, 그에 의해 1차 빔(101)으로부터 분리된다(위에서 설명된 것처럼). 2차-전자 빔(135)은, 1차 빔(101)으로부터 분리된 이후에, 그리고나서 전자 검출기로 (도 1에서 도시되지 않은 소자에 의해) 유도된다.
도 1의 디바이스는 고-강도 빔을 허용하는 추가적인 이점을 가지며, 그 결과 양호한 신호 대 잡음 비에서 높은 스루풋에서 빠른 검사를 인에이블하며: 즉, 빔 분리기(115)가 대물 렌즈(125)의 바디에서 침지되기 때문에, 1차 빔(101) 및 2차 빔(135)에 대한 공통 경로는 매우 짧다. 그에 의해, 빔 간의 전자-전자 상호작용들(즉, 1차 빔(101)의 전자들 및 2차 빔(135)의 전자들 간의 상호작용들)이 감소된다.
이러한 빔 간의 상호작용들의 효과는 이전에 그렇게 크게 고려되지 않았다. 그러나, 본 발명은 : 즉, 도 1에서 도시된 장치와 같은 장치에서 그리고 큰 빔 강도들 및 에너지들에서, 1차 빔(101)의 블러링(blurring)에의 기여가 발견되었다. 이 추가적인 기여는 빔-간 상호작용들이 헤드-온 전자-전자 충돌들을 수반한다는 사실에 의해 설명될 수 있다. 이러한 충돌들은 원하지 않은 빔 확장(widening)을 유발하고 달성할 수 있는 해상도에 해롭다. 헤드-온 충돌들은 높은 빔 에너지들 및 강도들에서 특별히 해로운 것으로 예상된다.
블러링에 대한 이 추가적인 기여는 공통 빔 경로가 더 짧게 형성되는 경우 감소되었다. 즉, 이러한 헤드-온(head-on) 충돌들이 발생하는 경로를 짧게 함으로써(즉, 1차 빔(101) 및 신호 전자 빔(135) 간의 공통 빔 경로), 빔 강도가 용인(tolerated)된 헤드-온 충돌들의 주어진 레벨에서 증가될 수 있다. 짧은 공통 빔 경로는 대물 렌즈(125)의 바디에서 침지되거나, 또는 대물 렌즈의 바로 상류 또는 하류에서 배열되는, 빔 분리기(115)에 의해 달성될 수 있다. 그에 의해, 표본 평면(131)(전자 빔이 표본(130)을 타격하는 평면)으로부터 빔 분리기(115)의 거리가 100mm 미만일 수 있고, 몇몇 실시예들에서 심지어 70mm 또는 50mm 미만이어서, 1차 및 신호 전자의 공통 경로가 100mm, 70mm 또는 50mm 미만이도록 한다. 또한, 1차 및 신호 전자들의 공통 경로는 전체 빔 길이, 즉 전자 소스로부터 표본으로의 1차 빔 길이의 25% 보다 짧게 이루어질 수 있다. 획득할 수 있는 고-강도 빔은 따라서 고 스루풋 및 양호한 신호 대 잡음 비에서 빠른 검사를 인에이블한다.
요약부에서, 도 1의 장치는 초기 및 2차 빔의 최소화된 충돌 길이를 허용하여, 높은 공간 해상도에서 고-강도 동작을 인에이블한다.
도 1의 장치는 예컨대, 대물 렌즈의 상류에 그리고 특별히 분산 보상 소자의 상류에 응축 렌즈와 같은 추가적인 소자들을 가질 수 있다.
도 2 및 3a 내지 d를 참조하면, 추가적인 실시예들이 이제 설명될 것이다. 도 1의 더 일반적인 설명이 또한 이 추가적인 실시예들에 적용된다.
도 2의 전자 빔 장치(예컨대, SEM)(200)에서, 분산 보상 소자(204)는 자기 코일(자기 편향기)(205) 및 전기(정전) 편향기(206)를 포함하고, 두 편향기(205, 206)는 동일한 편향 평면(여기서, 편향 평면 즉, 빔이 편향되는 평면은 도 2a의 도면 평면임) 내에서 빔(201)을 편향시키도록 적응된다. 또한, 편향기들(205, 206)은 아래서 더욱 상세히 설명될 제어 장치(270)에 연결된다. 도 2에서, 분산 보상 소자(204)의 전체 편향(D)은 빔 분리기(215)의 편향과 동일한 크기이고 반대 부호를 갖도록 선택된다. 이는 편향기(205)의 상류 및 편향기(215)의 하류 영역에서 수직 컬럼을 허용하고, 따라서 수직으로 정렬된 광학 소자를 허용한다.
도 1의 설명에 추가하여, 도 2a는 전자 빔 장치(200)의 몇몇 추가적인 소자들을 포함한다(이 소자들은 또한 도 1의 실시예에서 제공되도록 요구되지 않을 수 있음): 즉, 도 2a의 장치(200)는 1차 및 신호 빔을 위한 개구(opening)들을 가지는 플레이트(210), 및 수집 배열(신호 빔(235)의 빔 경로를 따라 배열된 소자)을 포함한다. 또한, 장치(200)는 표본(230)이 전자 빔(201)과 상호작용하는 표본 평면(231)을 정의하는 표본 리시버(232)를 포함한다.
도 2a의 전자 빔 장치(200)에서, 1차-전자 빔(201)은 도 1과 관련하여 설명되는 것처럼 이동하고, 추가적으로 플레이트(210)에 있는 개구를 관통한다.
빔 분리기(215)에 의해 1차 빔(201)으로부터 분리되고 나서, 결과로 생긴 신호 전자 빔(235)은 플레이트(210)에 있는 추가적인 개구를 관통하고, 그리고나서 미국 특허 제7,335,894호(도 5 및 9번째 열의 57째줄부터 10번째 열의 56번째 줄 참조)에서 설명된 것처럼 전자 검출기(265)로 유도된다. 신호 전자 빔(235)은 대안적으로 임의의 다른 방식으로 검출기로 유도될 수 있다.
전자 빔 디바이스(200)는 표본(230)을 수용하기 위한 표본 리시버(232)를 추가적으로 포함한다. 표본 리시버(232)는 전자 빔 디바이스(200)의 동작 동안 전자 빔(201)과 상호작용하는 표본 평면(231)을 정의한다.
도 2a의 전자 빔 디바이스(200)는 도 2a에서 도시되지 않은 추가적인 소자들을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 전자 빔 디바이스(200)는 1차 전자 빔(201)을 위한 에너지 필터, 전자 빔(201)을 가속시키기 위한 빔 부스트 전극, 및/또는 표본을 통해 빔(201)을 스캐닝하기 위한 스캔 시스템을 포함할 수 있다. 스캔 시스템은 예컨대 정전 편향 플레이트들 또는 자기 편향 코일들 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예컨대, 스캔 시스템은 4 내지 16개의 정전 편향 플레이트들을 포함할 수 있고, 예컨대 8개의 편향 플레이트들을 포함할 수 있다. 또한, 스캔 시스템은 적어도 2개의 편향 코일들(적어도 하나의 코일은 각각 표본 플레이트에서 스캐닝 방향에 대한 것임)을 포함할 수 있다. 편향 시스템은 일반적으로 빔 분리기(215)의 하류에, 즉 대물 렌즈(225)의 내부에 또는 하류에 위치한다.
도 2b는 도 2a(몇몇 선택사항 소자들이 생략됨)의 장치를 도시하고, 추가적으로 제어기(270)를 구비한다. 제어기는 분산 보상 소자(204)의 하류에서 1차 빔(201)의 경사각과 관계없이 제 2 분산을 조정하여, 분산 보상 소자(204)가 실질적으로 제 1 분산을 보상하기 위해 제 2 분산에 따른 1차 빔에 작용하도록 적응된다.
이 목적을 위해, 제어기(270)는 분산 보상 소자(204)에 연결된 분산 보상 제어기(271), 빔 분리 소자(215)에 연결된 빔 분리 제어기(272), 전자 검출기(265)에 연결된 광학 빔 분석기(273) 및 제어기들(271, 272, 273)에 연결된 메인 제어기 유닛(274)을 포함한다.
도시된 실시예와 무관한 일반적인 양상으로서, 분산 보상 제어기(271)는 분산 보상 소자(204)에 연결되고, 분산 보상 소자(204)의 하류에서 1차 빔(201)의 경사각과 관계없이 제 2 분산을 조정하도록 프로그래밍, 하드-와이어링 또는 임의의 다른 방식으로 적응된다. 그래서, 도 2b에서 도시된 예에서, 분산 보상 제어기(271)는 편향기들(205, 206)의 편향(d1, d2)을 조절하여, 그들의 편향 D=d1+d2가 미리 결정된 편향에서 일정하도록 적응된다.
동작의 일 모드에 따라, 제어기(270)는 빔 분리 소자(215)의 미리 결정된 빔 분리 편향에 따른 동작에 다음과 같이 적응된다: 메인 제어기 유닛(274)은 빔 분리 제어기(272)로 미리 결정된 빔 분리 편향을 피드(feed)하고, 빔 분리 제어기(272)는 빔들(201, 235)이 미리 결정된 빔 분리 편향에 의해 편향되도록 유발하기 위해 빔 분리 소자(215)를 제어하여, 그에 의해 빔(201)의 제 1 분산을 유발한다. 메인 제어기 유닛(274)은 그리고나서 제 1 분산을 보상하는 적절한 제 2 분산을 결정하고, 분산 보상 제어기(271)로 제 2 분산을 전송한다. 분산 보상 제어기는 그리고나서 분산 보상 엘리먼트(204)가 제 2 분산을 달성하도록 유발한다.
메인 제어기 유닛(274)은 다양한 방법에 의해 적절한 제 2 분산을 결정할 수 있다. 예컨대, 피드백 제어 루프에 따라, 빔 분석기(273)는 전자 검출기(265)로부터 이미지 정보를 수신하고 그로부터 이미지 품질 신호(예컨대, 스팟(spot) 사이즈 표시 신호)를 생성한다. 메인 제어기 유닛(274)은 그리고나서 다양한 제 2 분산들을 위한 빔 분석기(273)로부터 이미지 품질 신호를 수신하고, 이미지 품질 신호에 따라 적절한 제 2 분산을 선택한다. 대안적으로, 메인 제어기 유닛(274)은 도 1에서 도시된 모델과 같은 빔의 모델에 기반하여 적절한 제 2 분산을 계산할 수 있다. 표본을 타격하는 전자 빔(201)의 1 차 색 수차(chromatic aberration)가 0이 되도록 기준이 있어야 한다. 또한, 메인 제어기 유닛(274)은 다양한 파라미터들에 대한 적절한 값들의 저장된 테이블로부터 적절한 제 2 분산을 택할 수 있다.
도 2b의 제어기(270)는 도 2a 및 2b의 실시예에 대해 구성된다. 그러나 몇몇 변형들을 포함함으로써 제어기(270)는 여기서 도시되거나 청구항으로 주장된 임의의 다른 실시예들, 예컨대 도 3a 내지 3h의 실시예들에 대해 구성될 수 있다.
또한, 도 1, 도 2a 또는 도 2b의 실시예들의 분산 보상 소자는 분산을 조정하기 위해 적합하여, 전체 분산(1차 색 수차)이 0이 되도록하며, 장치는 이러한 방식으로 동작하도록 반드시 요구되지는 않는다. 대신에, 분산 보상 소자의 몇몇 대략적인 제어를 구현하는 것으로도 충분하며, 그에 따라 전체 분산이 충분히 요구되는 해상도에 대해 0에 근접하도록 한다. 대안적으로, 특정 전체 분산을 갖는 빔은 몇몇 애플리케이션들에 대해 요구될 수 있다. 이 경우에, 분산 보상 소자(104)의 분산은 요구되는 전체 분산(이는 0 또는 0이 아닐 수 있음)을 제공하도록 조절될 수 있다.
도 3a 내지 3h에서, 분산 보상 소자(104)의 가능한 실현들이 설명된다. 이러한 소자들 중 임의의 것은 도 1 또는 도 2의 분산 보상 소자(104/204)를 대체하여 사용될 수 있다.
일반적으로, 분산 보상 소자(104)는 2개의 편향기들, 예컨대 전기 및 자기 편향기를 구비할 수 있고, 그들의 개별적인 편향들(각각 d1 및 d2로 표기된, 주된 빔 에너지에서 또는 그 근처에서 빔(101)의 전체 편향에 대한 개별적인 기여들)이 제어되어 전체 편향 D=d1+d2가 일정하게 유지되도록 한다. 따라서, 편향기들 중 하나의 기여, d1이 가변할 수 있다. 다른 편향기는 그리고나서 나머지 편향 d2=D-d1을 제공하도록 제어된다. 편향들 d1 및 d2는 동일한 부호 또는 반대 부호를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 분산은 d1의 값을 변경함으로써 가변할 수 있고, 전체 편향 D는 일정하게 유지된다. 전체 편향 D는 0일 수 있거나 유한한 값을 가질 수 있다.
또한, 분산 보상 소자(104)의 2개의 편향기들은 상이한 방식으로 그들의 편향에 의존하는 개별적인 분산들을 가지도록 선택될 수 있다. 예컨대, 편향기들 중 하나는 전기 편향기일 수 있고 다른 하나는 자기 편향기일 수 있다. 이 경우에서, 그들의 분산들의 합은 전체 편향 D로의 개별적인 기여들 d1 및 d2에 의존하며, 전체 편향 D는 일정하게 유지된다. 유사하게, 분산 보상 소자(104)는 또한 셋 이상의 편향기들을 포함할 수 있다.
따라서, 분산 보상 소자(104)는, 분산 보상 소자(104)의 하류에서 빔 경사의 변경에 대해 걱정할 필요 없이, 제 2 분산을 조정하여 제 2 분산이 실질적으로 제 1 분산을 보상하도록 한다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 분산은 또한 분산 보상 소자(104)의 하류에서 1차 빔(101)의 전체 빔 경로에 관계없이(예컨대, 또한 그것의 이동에 관계없이) 조절가능하다.
도 3a의 분산 보상 소자(104)는 도 2의 분산 보상 소자와 대응하며, 도 2의 대응하는 설명이 또한 도 3a에 적용된다. 도 3a에서, 분산 보상 소자(104)는 자기 편향기(105) 및 정전 편향기(106)를 포함한다. 편향기들(105, 106)은 밤 분리 소자(115)의 편향과 반대인 영이 아닌 전체 편향(D)을 부여하도록 제어된다.
도 3b의 분산 보상 소자(104)는 도 3a의 그것과 유사한 소자들을 포함하며, 도 3a의 설명이 특별히 언급되지 않는다면 도 3b에 적용된다. 그러나 도 3a와 다른, 편향기들(105, 106)이 0의 전체 편향(D)을 부여하도록 제어된다. 따라서, 분산 보상 소자(104)는 위엔(Wien) 필터이다. 위엔 필터의 분산은 동시에 개별적인 편향들(d1, d2)을 튜닝(tune)하여 항상 D=d1+d2=0이 되도록 조절될 수 있다.
도 3b에서 빔 분리기(115)의 상류에서 빔(101)은 따라서 광학 축에 대하여 기울어진다. 따라서, 빔 소스(102) 및 빔 분리기(135) 상류에 있는 임의의 다른 전자-광학 소자들은 경사진 빔(101)에 대해 적응된다.
도 3c는 도 3a의 그것과 유사하나 분산 보상 소자(104)가 광학 축에 대해 기울어진, 분산 보상 소자(104) 및 빔 분리기(115)의 배열을 도시한다. 더욱 상세하게는, 분산 보상 소자(104)는 기울어져 그것의 축(104a)이 인입하는 빔(101)에 대해 영이 아닌 각도를 갖도록 한다. 이 각은 편향 각, 즉 인입하는 빔 및 분산 보상 소자(104)로부터 나가는 빔 사이의 각보다 작다. 특히, 이 각도는 편향 각의 절반일 수 있다. 축(104a)은 예컨대 메인 자기장에 수직으로 또한 분산 보상 소자의 메인 전기장에도 수직으로 정의될 수 있다.
도 3d는 도 3b의 그것과 유사하나 분산 보상 소자(위엔 필터)(104)가 광학 축에 대해 기울어진, 분산 보상 소자(104) 및 빔 분리기(115)의 배열을 도시한다. 더욱 상세하게, 분산 보상 소자(104)는 기울어져 이것의 축(104a)이 인입하는 빔(101)에 평행하도록 한다. 대조적으로, 빔 분리기(115)(도 1 참조)는 광학 축에 평행하다.
도 3e의 분산 보상 소자(104)에서, 자기 편향기(105) 및 정전 편향기(106)는 1차 빔(101)에 따라 서로 공간적으로 분리된다. 편향기들(105, 106)은 빔 분리 소자(115)의 편향과 크기는 같으나 반대인 전체 편향 D=d1+d2를 제공하도록 제어된다(도 3a와 유사하게).
편향기들(105, 106)의 공간적인 분리로 인해, 도 5와 관련하여 설명된 것처럼 유사한 효과로 인해 빔은 이동(displace)된다. 그 결과로, 이러한 이동은 분산 정정 소자(104)의 제 2 분산(빔 에너지에 대한 표본을 타격하는 빔(101) 위치의 종속성)에 대한 추가적인 기여로서 볼 수 있다. 이 추가적인 기여는 편향들(d1, d2)이 조절되어 전체 분산이 0이 되는 경우에 고려될 수 있다. 편향기들(105, 106)은 오직 작은 거리에 의해 이동하는 경우, 제 2 분산에 대한 추가적인 기여가 또한 무시될 수 있다.
도 3e에서, 정전 편향기(106)가 자기 편향기(105)의 상류에, 1차 빔(101) 경로를 따라 배열된다. 대안적인 변형에서, 정전 편향기(106)가 자기 편향기(105)의 하류에 배열될 수 있다. 또한, 도 3e에서, 편향기들(105, 106)이 동일한 방향으로 편향들을 제공하도록 제어된다. 대안적으로, 편향기들(105, 106)은 반대 방향으로 편향들을 제공하여 편향기들(105, 106)이 부분적으로 또는 전체로 서로를 상쇄(cancel)하도록 제어될 수 있다.
도 3f의 분산 보상 소자(104)에서, 분산 보상 소자(104)는 자기 편향기(105) 및 빔-틸터(107)를 포함한다. 대안적으로, 자기 편향기(105)는 또한 정전 편향기 또는 다른 타입의 편향기에 의해 대체될 수 있다.
빔-틸터(107)는 자기 편향기(105)에 의해 관측되는 것처럼 인입하는 전자 빔(101)을 기울게 하고, 또는 다른 말로 자기 편향기(105)에 의해 관측되는 것처럼 빔 소스(102)의 가상 이미지의 경사각을 기울게 하는 효과를 갖는다.
빔 틸터(107)는 이론상 중심에 관하여 빔 소스를 회전시키기 위한 기계적 빔 틸터로서 구현될 수 있고, 중심은 바람직하게 편향기(105)의 중심에 위치된다. 기계적 빔-틸터(107)의 경우에, 빔-틸터는 분산을 갖지 않으며, 따라서 분산 보상 소자(104)의 전체 분산은 자기 편향기(105)의 분산과 동일하다.
대안적으로, 빔 틸터(107)는 예컨대 도 3a 또는 3c에서 도시된 것과 같은 편향기(106), 또는 일련의 편향기들(정전, 자기, 몇몇 다른 편향기, 또는 이들의 조합)에 의해 구현될 수 있다. 이 경우에, 빔 소스(102)의 물리적 위치는 변동없이 유지할 수 있고, 오직 가상 소스 위치만 변경된다. 빔 틸터(107)의 편향기는 바람직하게는 편향기(105)와 상이한 타입이며, 그렇지 않으면 빔 틸터(107) 및 편향기(105)의 최종(net) 분산이 대부분 소거되어 분산이 쉽게 조정될 수 없기 때문이다.
또한, 빔-틸터(107)는 기계적 빔-틸터 및 하나 이상의 편향기(들)(전기 또는 자기 또는 이들의 조합)의 조합을 포함할 수 있다. 그리고나서, 빔 틸터(107)의 각 및 편향기(105)로 인한 편향은 함께 조절되어 편향기(105)의 하류에서 1차 빔(101)의 경사각이 변하지 않도록 한다. 그에 의해, 제 2 분산이 조절된다. 특히, 제 2 분산은 조절되어 제 2 분산이 실질적으로 제 1 분산을 보상하도록 한다.
도 3g는 도 3a의 그것과 유사하나 분산 보상 소자(104)의 바로 상류에 있는 빔(101)이 광학 축에 대해 경사진, 배열을 도시한다. 경사는 도 3f에서와 같이 조절가능할 수 있으나, 분산이 조절가능한한 조절가능할 필요는 없다. 다음으로, 조절가능하지 않은 경사를 가지나 조절가능한 분산을 갖는 장치가 설명된다.
도 3g에서, 분산 보상 소자(104) 상류에 있는 빔 및 빔 분리기(115) 하류에 있는 빔은 서로 평행하지 않다. 다시 말하면, 도 3g의 분산 보상 소자(104) 및 빔 분리기(115)의 편향 각들은 상이한 절대 값들을 갖는다.
빔 장치는 특정 레이트(rate)된 빔 에너지에 대해 적응될 수 있다. 이러한 경우, 분산 보상 소자(104)의 바로 상류에서 빔(101)의 경사각은, 정전 편향기(106)의 0의 전기장에 대해 그리고 레이트된 빔 에너지에서 빔(101)의 전체 1차 색 수차가 0이 되도록 선택될 수 있다. 이 경사는 빔(101)의 빔 경로의 수치 시뮬레이션에 의해 발견될 수 있다. 대안적으로, 색 수차가 사라질 때까지, 경사는 조절가능한 경사를 갖는 장치(도 3f의 장치와 같은)를 튜닝함으로써 발견될 수 있다.
이 경사를 이용하여, 전체 편향 D=d1+d2가 일정하게 유지하는 편향기들(105, 106)의 동시적인 조절에 의해, 분산 보상 소자(104)의 분산이 도 3a에서와 같이 조절될 수 있다. 여기서, 레이트된 에너지 근처의 에너지에 대해, 오직 작은 전기장이 필요하다. 따라서, 전극들이 빔(101)으로부터 상대적으로 떨어져 배열될 수 있고, 여기서 이들은 오염에 덜 취약하다.
도 3h는 도 3의 장치의 추가적인 변형을 도시하고, 도 3g의 위의 설명이 또한 도 3h에 적용된다. 그러나 도 3g에서 분산 보상 소자(104)의 전기 및 자기 편향기들(105, 106)이 서로 중첩하는 것으로(또한 도 3g에서 도시되는 것처럼) 도시되더라도, 도 3h에서 그들은 전자 빔(101)(도 3b에서 도시된 것처럼)의 빔 경로를 따라 상이한 위치들에 위치한다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 대물 렌즈(125) 및 대물 렌즈(125) 내부의 빔 분리 소자(115)의 배열이 설명된다. 일반적으로, 대물 렌즈는 표본(130) 상의 1차 빔(101)을 포커싱하기 위한 빔 포커싱 렌즈이고, 더욱 상세하게는 최종 포커싱 렌즈이다. 대물 렌즈(125)는 또한 전자 빔(101)의 크로스오버를 축소하도록 적응될 수 있다.
도 4에서 도시된 대물 렌즈(125)(더욱 상세히는 렌즈 바디)는 자기 렌즈 소자(125c)를 갖는 복합체(compound) 렌즈이다. 또한, 상위(상류) 전극(125a) 및 하위(하류) 전극(125b)은 대물 렌즈 바디의 부분으로서 제공된다. 상위 전극(125a)은 전극(125b)보다 높은 포텐셜(potential)에 있다. 상위 전극(125a)은 상류에서 하류의 방향으로 개구를 구비한 전극 플레이트(125a1), 제 1 원통형 부분(125a2), 테이퍼된 부분(125a3), 및 제 2 원통형 부분(125a4)을 포함한다. 상위 전극(125a)은 광학 축(126)을 중심으로(concentrically) 배열된다. 제 1 원통형 부분(125a2)의 내부 직경은 제 2 원통형 부분(125a4)의 내부 직경보다 크며, 테이퍼된 부분(125a3)은 2개의 부분들(125a2, 125a4)을 연결한다.
전극들(125a, 125b)은 하위의 전극이 감속되어, 그에 의해 빔을 포커싱하는 방식으로 바이어스될 수 있다. 자기 렌즈 소자(125c)는 렌즈의 포커싱 효과의 조절을 제공한다. 순 정전 렌즈에서, 자기 렌즈 소자(125c)는 제 3 정전 전극에 의해 대체될 수 있다.
빔 분리 소자(115)는 렌즈(125) 내부에 적어도 부분적으로 위치하고, 즉, 렌즈(125)의 일 부분(자기 렌즈 소자(125c)) 및 빔 분리 소자(115)의 일 부분 모두를 포함하는 광학 축(126)에 수직인 횡단면(cross-section) 평면이 존재한다. 대안적으로 언급하면, 빔 분리 소자(115)는 선형 튜브를 둘러싸는 자기 렌즈 내에 위치한다. 또한, 빔 분리 소자(115)는 렌즈(125)의 렌즈 바디의 출구(대부분 하류 부분)로 향하기 보다는 입구(대부분 상류 부분)로 더욱 많이 배치된다. 일반적으로 그리고 도 4의 실시예에 한정되지 않게, 빔 분리 소자(115)는 렌즈 및/또는 상위 전극(125a)의 보어 내에 적어도 부분적으로 위치한다. 도 4에서 도시된 전극에 대해, 빔 분리 소자(115)는 상위 전극(125a)의 제 1 원통형 부분(125a2) 내에 적어도 부분적으로 위치할 수 있다.
대물 렌즈(125)는 복합체 전기-자기 렌즈로서 도시되나, 정전 렌즈와 같은 상이한 타입의 렌즈일 수도 있다. 임의의 케이스에서, 렌즈는 1차 빔을 포커싱하기 위한 하나 이상의 포커싱 전극(들)을 포함할 수 있다. 포커싱 전극은 동시에 미리 결정된 에너지에 대해 빔의 감속을 제공할 수 있다. 포커싱 전극은 초점을 조절하고 세밀한-튜닝을 위해 조절 전극 및/또는 다른 조절 배열(도 4에서 도시된 자기 배열(125c)과 같은)에 의해 추가적으로 보충될 수 있다. 추가적인 전극이 표본 포텐셜을 갖도록 제어될 수 있다. 빔 분리기는 임의의 경우들에서 도 4에서 도시된 것처럼 렌즈 바디로, 또는 대물 렌즈의 바로 상류에서 침지될 수 있고, 즉 다른 빔-광학 소자가 그 사이에 없도록 할 수 있다. 또한, 빔 스캐너는 빔 분리기의 하류에서 빔 분리기 및 대물 렌즈 사이에서 제공될 수 있다. 특히, 빔 스캐너는 오직 그들 사이의 소자로서 제공될 수 있다. 빔 스캐너는 자기 또는 정전 스캐너일 수 있다. 또한, 스캐너는 동시에 정전 스캐너의 경우에서와 같이 추가적인 기능성을 가질 수 있고, 이들의 정전 8중 극자는 수차 조정 필드를 제공한다. 또한, 빔 분리기는 일반적으로 배열되어 그것의 자기 편향 필드가 대물 렌즈의 정전 포커싱 필드와 실질적으로 중첩하지 않도록 한다.
대물 렌즈(125)는 제 1 디멘존에서 포커싱하기 위한 섹터(4중 극자 유닛, 및 원통형 렌즈 또는 사이드 플레이트들) 및 제 2 방향에서 포커싱하기 위한 섹터를 포함하는 더블-포커싱 섹터 유닛일 수 있다. 대물 렌즈(125)는 대안적으로 정전-렌즈(Einzel-lens) 또는 임의의 다른 타입의 렌즈일 수 있다.
일반적인 양상에 따라, 빔 분리기(115)는 대물 렌즈(125)의 보어에 위치되나, 대물 렌즈(125)의 상당한 포커싱 전기장의 영역 밖에 위치된다. 그에 의해, 빔 분리기(115)의 자기 편향 필드 및 렌즈(125)의 전기 포커싱 필드의 상당한 중첩(superposition)이 회피된다.
또한, 스캐닝 유닛(미도시)이 제공될 수 있다. 스캐닝 유닛은 렌즈(125) 내에(예컨대, 빔 분리기(115)의 하류에) 또는 렌즈(125)의 하류에 위치될 수 있으며, 즉 렌즈 및 표본 사이에 위치될 수 있다.
위의 실시예들은 다수의 추가적인 방식들로 변경될 수 있다. 예컨대, 신호 전자 빔을 빔 검출기로 유도하기 위한 구조가 임의대로 변경될 수 있다. 일반적으로, 구조는 신호 전자 빔에 대한 포커싱 및 필터링 옵틱스들을 포함하고, 이는 1차 전자 빔에 아무런 영향을 주지 않는다.
또한, 전자 빔 디바이스는 복수의 컬럼(column)들을 포함하고, 각각의 컬럼은 도 1에서 일부 또는 모든 소자들과 같이 여기서 설명된 개별적인 빔 소스 및 다른 소자들을 포함한다. 또한, 전자 빔 장치는 전자 대물 렌즈의 하류에 있는 스캐닝 배열과 같이 전자-광학 소자들을 더 포함할 수 있다.
다음에서, 본 발명의 몇몇 추가적인 일반적인 양상들이 설명된다. 이러한 양상들은 임의의 다른 양상 또는 여기서 설명된 실시예와 결합될 수 있다.
일 양상에 따라, 빔 분리기는 1차 전자 빔을 편향시키기 위한 편향기이다. 특히, 빔 분리기는 순 자기 편향기이며, 즉, 빔 분리기는 다른 예컨대, 정전, 편향 컴포넌트를 포함하지 않고, 특히 유일한 편향 소자로서 자기 쌍극자를 포함한다. 따라서, 어떠한 전기 편향기도 포함되지 않는다(예컨대, 위엔(Wien) 필터 소자와 다르게).
추가적인 양상에 따라, 빔 분리기는 광학 축에 대하여 경사진 빔으로서 1차 빔을 수용하고, 1차 빔을 편향시켜 1차 빔이 광학 축과 본질적으로 평행하게 빔 분리기를 나가도록 적응된다.
추가적인 양상에 따라, 전자 빔 디바이스는 표본을 수용하기 위한 표본 리시버를 포함하며, 이 표본 리시버는 표본이 전자 빔 디바이스의 동작 동안 전자 빔과 상호작용하는 표본 평면을 정의한다. 추가적으로, 표본 평면으로부터 빔 분리기의 거리는 100mm 미만이며, 70mm 미만이고, 또는 심지어 50mm미만이고, 그리고/또는 1차 빔의 전체 빔 길이의 1/4 미만이다. 이 방식으로, 1차 및 2차 전자들의 공통 경로가 이 거리보다 짧게 인에이블된다. 추가적인 양상에 따라, 빔 분리기의 바로 상류에 있는 1차 전자 빔의 경사각은 10°미만이다. 추가적인 양상에 따라, 빔 분리기는 렌즈의 상류 절반 부분에서 적어도 부분적으로 위치한다. 추가적인 양상에 따라, 표본 평면으로부터의 광학 렌즈의 거리는 70mm미만이고, 또는 심지어 50mm 미만, 그리고/또는 1차 빔의 전체 빔 길이의 1/4 미만이다.
추가적인 양상에 따라, 분산 보상 소자는 전자 빔을 20°미만, 12°미만, 또는 심지어 10°미만으로 경사시키도록 적응된다. 또한, 추가적인 양상에 따라, 빔 분리기는 전자 빔을 20°미만, 12°미만, 또는 심지어 10°미만으로 경사시키도록 적응된다.
추가적인 양상에 따라, 렌즈는 더 큰 내부 직경의 원통형 상류 부분 및 더 작은 내부 직경의 원통형 하류 부분을 포함하는 전극을 포함하며, 빔 분리기는 상류 부분 내에 적어도 부분적으로 위치한다.
추가적인 양상에 따라, 빔 분리 소자 및/또는 분산 보상 소자는 1차 빔의 크로스-오버-프리(cross-over-free) 빔 경로 포지션에서 즉, 장치의 동작 동안 빔의 크로스-오버가 존재하지 않는 포지션에서 제공된다.
추가적인 양상에 따라, 분산 보상 소자 및 빔 분리기는 동일한 평면 내에서 전자 빔을 편향시키도록 적응된다.
추가적인 양상에 따라, 분산 보상 소자는 1차 빔의 경로에 관계없이 제 2 분산 연관을 조절하기 위해 적응되며, 특히 에미터로부터 표본으로의 전체 경로에 관계없이 그것을 조절하기 위해 적응된다. 그리고나서, 분산 보상 소자는 주된 속도의 전자들에 대해, 전체 1차 빔 경로에 영향을 주지 않고 실질적으로 분산 방식으로 작용한다. 추가적인 양상에 따라, 분산 보상 소자는 제 1 편향기 및 제 2 편향기를 포함하고, 제 1 편향기 및 제 2 편향기는 상호간에 상이한 분산 특성들을 갖는다. 이는, 예컨대 전기 편향기 및 자기 편향기에 대한 경우이다. 더욱 상세하게는, 전자 빔의 메인 에너지에 대해, 제 1 편향기의 분산이 제 2 편향기의 분산과 상이한, 적어도 하나의 편향 각 크기가 존재하면, 두 편향기들의 분산 특성들이 서로 상이하다. 추가적인 양상에 따라, 편향기들은 상호간에 반대 방향들로 전자 빔을 편향시키도록 적응되어, 편향은 서로 소거하나 분산들은 서로를 소거하지 못하도록 한다.
추가적인 양상에 따라, 전자 빔 디바이스는 제 1 및 제 2 편향기들이 실질적으로 반대 편향 각들을 갖도록 제어하도록 적응된다. 따라서, 분산 보상 소자 제어기는 제 1 편향기에 제 1 편향 파워를, 제 2 편향기에 제 2 편향 파워를 공급하여, 제 1 및 제 2 편향기들의 편향 각들이 실질적으로 서로 반대가 되도록 적응된다. "실질적으로 반대"는 1차 빔의 메인 에너지 빔 부분에 대한 반대를 의미한다.
추가적인 양상에 따라, 분산 보상 소자 제어기는 제 1 및 제 2 편향기들이 미리-결정된 편향 각으로 합산되는 편향 각들을 가지도록 제어하기 위해 적응되며, 미리-결정된 편향 각은 빔 분리기의 편향 각과는 크기는 같으나 반대이다.
추가적인 양상에 따라, 분산 보상 소자는 전자 빔 디바이스의 제 2 전자 경로 밖에 즉, 1차-전자-빔-전용 영역에서 배열된다.
추가적인 양상에 따라, 광학 축과 직교하는 제 1 편향 방향을 정의하는 제 1 분산은 이방성(anisotropic)이고, 또한 제 1 편향 방향으로 평행한 제 2 편향 방향을 정의하는 제 2 분산은 이방성이다(여기서, "평행"은 또한 역평행을 포함함).
추가적인 양상에 따라, 전자 빔 디바이스는 분산 보상 소자의 하류에서 1차 빔의 경사각과 관계없이 제 2 분산을 조정하도록 적응되는 분산 보상 제어기를 포함하여, 분산 보상 소자는 제 1 분산을 실질적으로 보상하는 것과 같이 제 2 분산에 따라 1차 빔에 작용하도록 한다. 추가적인 양상에 따라, 자기 빔 분리기는 대물 렌즈의 실질적인 전기장의 영역 밖에서 동작하도록 적응된다.
앞선 설명이 본 발명의 실시예들을 제공하였더라도, 본 발명의 추가적인 실시예들이 그들의 기본적인 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있으며, 다음의 청구범위에 의해 그들의 범위가 결정된다.

Claims (15)

  1. 전자 빔 디바이스(100, 200)로서,
    1차 전자 빔(101, 201)을 방출하기 위한 빔 에미터(102, 202);
    표본(130, 230) 상으로 상기 1차 전자 빔(101, 201)을 포커싱하기 위한 대물 전자 렌즈(125, 225) ― 상기 대물 렌즈는 광축(126, 226)을 정의함 ―;
    유일한 편향 소자로서 자기 소자를 가지는 자기 빔 분리기(115, 215) ― 상기 자기 빔 분리기는 제 1 분산을 가지고, 상기 1차 전자 빔(101, 201)으로부터 신호 전자 빔(135, 235)을 분리함 ―; 및
    제 2 분산을 가지며, 상기 1차 전자 빔(101, 201)을 따라 상기 자기 빔 분리기(115, 215)의 상류에 배열되는 분산 보상 소자(104, 204) ― 상기 분산 보상 소자(104, 204)는 상기 제 1 분산을 보상하기 위해 1차 전자 빔(101, 201)의 경사각에 관계없이 상기 제 2 분산을 조정하며, 상기 분산 보상 소자(104, 204)는 제 1 편향기 및 제 2 편향기를 포함하며, 상기 제 1 편향기는 자기 편향기이고, 상기 제 2 편향기는 정전 편향기이며, 상기 제 1 및 제 2 편향기들의 분산들이 서로를 소거하지 못하도록 상기 제 1 및 제 2 편향기들은 상호간에 반대 방향들로 전자 빔을 편향시키도록 구성됨 ― 를 포함하는,
    전자 빔 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 분리기(115)는 광축(126)에 대하여 기울어진 빔으로서 상기 1차 빔(101)을 수용하고, 상기 빔 분리기(115)의 하류의 1차 빔이 상기 광축에 본질적으로 평행하도록 상기 1차 빔을 편향시키도록 구성되는,
    전자 빔 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    표본(130)을 수용하기 위한 표본 리시버(132)를 더 포함하고, 상기 표본 리시버(132)는 상기 전자 빔 디바이스(100)가 작동하는 동안 상기 표본(130)이 전자 빔(101)과 상호작용하는 표본 면(131)을 정의하고, 상기 표본 면(131)으로부터 빔 분리기(115)의 거리는 1차 빔 길이의 1/4 미만인,
    전자 빔 디바이스.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분산 보상 소자(104)는 상기 1차 빔의 경로에 관계없이 제 2 분산 관계를 조정하도록 구성되는,
    전자 빔 디바이스.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 편향기(105) 및 상기 제 2 편향기(106)는 서로 다른 분산 특성들을 가지는,
    전자 빔 디바이스.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    실질적으로 반대 편향 각들을 가지도록 상기 제 1 및 제 2 편향기들(105, 106)을 제어하기 위해 구성되는,
    전자 빔 디바이스.
  8. 제 5 항에 있어서,
    미리-결정된 편향각으로 합산되는 편향각들을 가지도록 상기 제 1 및 제 2 편향기들(105, 106)을 제어하기 위해 구성되고, 상기 미리-결정된 편향각은 상기 빔 분리기(115)의 편향각과 크기가 동일하지만 반대인,
    전자 빔 디바이스.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 분리기(115)는 렌즈 바디의 상류 절반부에 적어도 부분적으로 위치한 대물 렌즈(125, 225)의 바디에 침지(immerse)되어 있는,
    전자 빔 디바이스.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분산 보상 소자는 상기 전자 빔 디바이스의 2차 전자 경로 밖에 배열되는,
    전자 빔 디바이스.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광축에 직교하는 제 1 편향 방향을 정의하는 상기 제 1 분산은 이방성이고, 상기 제 1 편향 방향에 평행한 제 2 편향 방향을 정의하는 상기 제 2 분산은 이방성인,
    전자 빔 디바이스.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분산 보상 소자(104)가 상기 제 1 분산을 실질적으로 보상하기 위해 상기 제 2 분산에 따라 상기 1차 빔 상에서 작용하도록, 상기 분산 보상 소자(104)의 하류에서 상기 1차 빔(101)의 경사각과 실질적으로 관계없이 상기 제 2 분산을 조정하도록 구성된 분산 보상 제어기(271)를 포함하는,
    전자 빔 디바이스.
  13. 전자 빔 디바이스 작동 방법으로서,
    1차 전자 빔(101)을 발생시키는 단계;
    표본(130) 상으로 상기 1차 전자 빔(101)을 대물 전자 렌즈(125)에 의해 포커싱하는 단계;
    상기 표본(130)과 상기 1차 빔(101)의 상호작용에 의해 신호 전자 빔(135)을 발생시키는 단계;
    상기 1차 전자 빔(101)으로부터 상기 신호 전자 빔(135)를 분리하는 제 1 분산에 따라 상기 1차 전자 빔 및 상기 신호 전자 빔 상에서, 자기 빔 분리기(115)를 통해 작용시키는 단계 ― 상기 자기 빔 분리기는 유일 편향 소자로서 자기 소자에 의해 상기 1차 전자 빔(101, 201)을 편향시킴 ― ; 및
    분산 보상 소자(104)가 미리 결정된 총 분산에 도달하도록 제 2 분산에 따라 상기 1차 빔 상에서 작용하도록, 상기 분산 보상 소자(104)의 하류에서 1차 빔(101)의 경사각과 관계없이 분산 보상 소자(104)의 제 2 분산을 조정하는 단계 ― 상기 분산 보상 소자는 자기 편향기 및 정전 편향기를 포함하며, 상기 자기 및 정전 평향기들의 분산들이 서로를 소거하지 못하도록 상기 자기 및 정전 편향기들은 상호간에 반대 방향들로 전자 빔을 편향시키도록 구성됨 ― 를 포함하는,
    전자 빔 디바이스 작동 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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