KR102109963B1 - 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용한 시료의 검사를 위한 하전 입자 빔 디바이스 및 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용하여 시료를 이미징하거나 조명하는 방법 - Google Patents

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Abstract

1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용한 시료의 검사를 위한 하전 입자 빔 디바이스가 설명된다. 이 하전 입자 빔 디바이스는 1차 하전 입자 빔을 생성하기 위한 하전 입자 빔 소스; 상기 시료 상에 제1 해상도를 갖는 제1 빔렛 및 상기 시료 상에 제2 해상도를 갖는 제2 빔렛을 적어도 갖는 하전 입자 빔렛들의 어레이를 생성하기 위한 적어도 2개의 개구를 갖는 다중 애퍼처 평판; 회전 대칭 하전 입자 렌즈들의 구면 수차들 및 색수차들 중 적어도 하나를 정정하기 위한 수차 정정 요소; 및 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이의 각각의 1차 하전 입자 빔렛을 상기 시료 상의 별개의 위치 상에 포커싱하기 위한 대물 렌즈 어셈블리를 포함한다.

Description

1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용한 시료의 검사를 위한 하전 입자 빔 디바이스 및 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용하여 시료를 이미징하거나 조명하는 방법{CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE FOR INSPECTION OF A SPECIMEN WITH AN ARRAY OF PRIMARY CHARGED PARTICLE BEAMLETS AND METHOD OF IMAGING OR ILLUMINATING A SPECIMEN WITH AN ARRAY OF PRIMARY CHARGED PARTICLE BEAMLETS}
실시예들은 하전 입자 빔 디바이스, 예를 들어, 검사 시스템 애플리케이션들, 테스트 시스템 애플리케이션들, 결함 검토 또는 임계 치수(critical dimensioning) 애플리케이션들 또는 그와 유사한 것에 관한 것이다. 실시예들은 또한 하전 입자 빔 디바이스의 동작 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 실시예들은 범용(예컨대 생물학적 구조의 이미징) 및/또는 높은 수율 EBI(전자 빔 검사)를 위한 다중 빔 시스템들인 하전 입자 빔 디바이스들에 관한 것이다. 구체적으로, 실시예들은 스캐닝 하전 입자 빔 디바이스 및 스캐닝 하전 입자 빔 디바이스를 이용한 전자 빔 검사의 방법에 관한 것이다.
현대의 반도체 기술은 집적 회로의 생산 동안에 사용되는 다양한 프로세스의 정확한 제어에 크게 의존한다. 따라서, 가능한 한 일찍 문제들을 찾아내기 위해 웨이퍼들은 반복적으로 검사된다. 더욱이, 마스크가 각각의 패턴을 정확하게 정의하는 것을 확실히 하기 위해 웨이퍼 처리 동안 실제 사용 전에 마스크 또는 레티클도 검사된다. 결함들에 대한 웨이퍼들 또는 마스크들의 검사는 전체 웨이퍼 또는 마스크 영역의 검사를 포함한다. 특히, 제조 프로세스 동안 웨이퍼들의 검사는 검사 프로세스에 의해 제조 수율이 제한되지 않는 짧은 시간 내에 전체 웨이퍼 영역의 검사를 포함한다.
스캐닝 전자 현미경(SEM)들이 웨이퍼들을 검사하는 데 사용되었다. 웨이퍼의 표면은, 예를 들어, 단일의 미세하게 포커싱된 전자 빔을 이용하여 스캐닝된다. 전자 빔이 웨이퍼에 부딪칠 때, 2차 전자들 및/또는 후방산란된 전자들, 즉 신호 전자들이 생성되고 측정된다. 웨이퍼 상의 위치에서의 패턴 결함은 2차 전자들의 강도 신호를, 예를 들어, 패턴 상의 동일 위치에 대응하는 참조 신호와 비교함으로써 검출된다. 그러나, 더 높은 해상도에 대한 요구가 증가하고 있기 때문에, 웨이퍼의 전체 표면을 스캐닝하는 데 오랜 시간이 걸린다. 따라서, 웨이퍼 검사를 위해 종래의(단일-빔) 스캐닝 전자 현미경(SEM)을 이용하는 것은 어려운데, 그 이유는 그 접근법은 각각의 수율을 제공하지 않기 때문이다.
반도체 기술에서의 웨이퍼 및 마스크 결함 검사는 풀 웨이퍼/마스크 애플리케이션 또는 핫 스폿 검사 둘 다를 커버하는, 고해상도 및 고속 검사 툴들을 필요로 한다. 감소하는 결함 크기들을 다룰 수 없는, 광 광학 툴들의 제한된 해상도로 인해 전자 빔 검사의 중요성이 증가하고 있다. 특히, 20 nm 노드 및 그 이상으로부터, 전자 빔 기반 이미징 툴들의 고해상도 잠재력은 관심 있는 모든 결함을 검출하기 위해 수요가 있다.
현재의 다중 입자 빔 시스템들은 애퍼처(aperture) 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 애퍼처 렌즈의 초점 거리는 애퍼처 전후의 (평균 축을 따른) 전기 필드 성분의 차이에 반비례한다. 애퍼처 렌즈 어레이를 따라 필드 분포를 성형함으로써, 개별 애퍼처들의 초점 거리는 빔렛들의 필드 곡률이 제어(또는 정정)될 수 있는 방식으로 달라질 수 있다. 그러한 구성에서는, 다른 축외 수차들(off-axial aberrations)(필드 비점수차, 축외 코마, 및 왜곡)이 남는다. 이러한 남은 수차들을 완화하기 위해, 중간 빔렛 초점들은 종종 소스의 강하게 확대된 이미지들이다. 소스의 이미지들은 다운스트림 대물 렌즈를 이용하여 강하게 축소된다(demagnified). 축소와 남은 축외 수차들 사이의 이러한 절충은 그러한 디바이스들의 성능을 제한한다. 종종 채용되는 다른 방법은 축외 수차들이 감소될 수 있도록, 소스로부터의 총 방출 각도(즉, 총 빔렛의 수)를 제한하는 것이다.
상기 내용을 고려하여, 본 기술분야에서의 문제들 중 적어도 일부를 극복하는 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용하여 시료를 이미징하는 방법 및 하전 입자 빔 디바이스가 제공된다.
상기 내용에 비추어, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용한 시료의 검사를 위한 하전 입자 빔 디바이스 및 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용하여 시료를 이미징하거나 조명하는 방법이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용한 시료의 검사를 위한 하전 입자 빔 디바이스가 제공된다. 이 하전 입자 빔 디바이스는 1차 하전 입자 빔을 생성하기 위한 하전 입자 빔 소스; 상기 시료 상에 제1 해상도를 갖는 제1 빔렛 및 상기 시료 상에 제2 해상도를 갖는 제2 빔렛을 적어도 갖는 하전 입자 빔렛들의 어레이를 생성하기 위한 적어도 2개의 개구를 갖는 다중 애퍼처 평판; 회전 대칭 하전 입자 렌즈들의 구면 수차들 및 색수차들 중 적어도 하나를 정정하기 위한 수차 정정 요소; 및 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이의 각각의 1차 하전 입자 빔렛을 상기 시료 상의 별개의 위치 상에 포커싱하기 위한 대물 렌즈 어셈블리를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용한 시료의 검사를 위한 하전 입자 빔 디바이스가 제공된다. 이 하전 입자 빔 디바이스는 1차 하전 입자 빔을 생성하기 위한 하전 입자 빔 소스; 상기 시료 상에 제1 해상도를 갖는 제1 빔렛 및 상기 시료 상에 제2 해상도를 갖는 제2 빔렛을 적어도 갖는 하전 입자 빔렛들의 어레이를 생성하기 위한 적어도 2개의 개구를 갖는 다중 애퍼처 평판; 6개 이상의 극(pole)을 갖는 적어도 2개의 다중극 요소를 포함하는, 상기 시료 상의 상기 제2 해상도에 비교하여 상기 시료 상의 상기 제1 해상도의 차이를 정정하기 위해 상기 하전 입자 빔 소스와 상기 다중 애퍼처 평판 사이에 제공된 수차 정정 요소; 및 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이의 각각의 1차 하전 입자 빔렛을 상기 시료 상의 별개의 위치 상에 포커싱하기 위한 대물 렌즈 어셈블리를 포함한다.
다른 실시예들에 따르면, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용하여 시료를 이미징하거나 조명하는 방법이 제공된다. 이 방법은 1차 하전 입자 빔을 이용하여 다중 애퍼처 평판을 조명함으로써 적어도 제1 빔렛 및 제2 빔렛을 갖는 하전 입자 빔렛들의 어레이를 생성하는 단계; 대물 렌즈 어셈블리를 이용하여 상기 시료 상에 상기 하전 입자 빔렛들의 어레이를 포커싱하는 단계; 및 수차 정정 요소를 이용하여 상기 제1 빔렛과 상기 제2 빔렛 사이의 수차 차이들을 정정하는 단계를 포함한다.
위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 더 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있다. 첨부 도면들은 실시예들에 관한 것이고 다음에서 설명된다:
도 1은 시료 검사를 위한 다중 빔 디바이스의 개략도를 도시한다;
도 2는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 그리고 대물 렌즈 어레이를 갖는 시료 검사를 위한 다중 빔 디바이스의 개략도를 도시한다;
도 3은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 그리고 렌즈 어레이 및 공통 대물 렌즈를 갖는 시료 검사를 위한 다중 빔 디바이스의 개략도를 도시한다;
도 4는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 그리고 렌즈 어레이, 편향기 어레이, 및 공통 대물 렌즈를 갖는 시료 검사를 위한 다중 빔 디바이스의 개략도를 도시한다;
도 5a는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 수차 정정 요소에서의 빔의 개략적인 광선 경로의 부분들을 도시한다;
도 5b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 수차 정정 요소에서의 빔의 개략도를 도시한다;
도 6는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 다중 빔 디바이스 컬럼들의 컬럼 어레이의 개략도를 도시한다;
도 7은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스를 이용하여 시료를 검사하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
이제 다양한 실시예들이 상세히 참조될 것이며, 실시예들의 하나 이상의 예가 도면들에 예시되어 있다. 도면들에 대한 이하의 설명 내에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 컴포넌트들을 지칭한다. 개별 실시예들에 대한 차이점들이 설명된다. 각각의 예는 설명을 위해 제공된 것이며, 제한으로 의도된 것이 아니다. 또한, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징들이 다른 실시예들에서 이용되거나 다른 실시예들과 함께 이용되어, 또 다른 실시예를 산출할 수 있다. 이 설명은 수정들 및 변형들을 포함하도록 의도된다.
본 출원의 보호 범위를 제한하지 않고, 이하에서 하전 입자 빔 디바이스 또는 그 컴포넌트들은 예시적으로 2차 또는 후방산란된 입자들, 예컨대 전자들의 검출을 포함하는 하전 입자 빔 디바이스라고 지칭될 것이다. 실시예들은 시료 이미지를 획득하기 위하여 전자들 또는 이온들, 광자들, X 레이들 또는 다른 신호들의 형태의 2차 및/또는 후방산란된 하전 입자들과 같은 미립자들(corpuscles)을 검출하는 장치들 및 컴포넌트들에 대해 여전히 적용될 수 있다. 일반적으로, 미립자들을 언급할 때, 미립자들은 미립자들이 입자들일 뿐만 아니라 광자들인 광 신호들로서 이해되어야 하며, 여기에서 미립자들은 이온들, 원자들, 전자들 또는 다른 입자들이다. 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 1차 하전 입자 빔 및 1차 하전 입자 빔렛들에 관한 논의들 및 설명들이 예시적으로 스캐닝 전자 현미경에서의 전자들과 관련하여 설명된다. 다른 유형의 하전 입자들, 예를 들어, 양이온들이 1차 하전 입자 빔 또는 1차 하전 입자 빔렛들로서 이용될 수 있다.
다른 실시예들과 조합될 수 있는 본 명세서에서의 실시예들에 따르면, 신호(하전 입자) 빔, 또는 신호(하전 입자) 빔렛은 2차 입자들, 즉 2차 및/또는 후방산란된 입자들의 빔이라고 지칭된다. 전형적으로, 신호 빔 또는 2차 빔은 1차 빔 또는 1차 빔렛의 시료에의 충돌 또는 시료로부터의 1차 빔의 후방산란에 의해 생성된다. 1차 하전 입자 빔 또는 1차 하전 입자 빔렛은 입자 빔 소스에 의해 생성되고, 검사되거나 이미징될 시료 상에 유도되고 편향된다.
본 명세서에서 언급되는 "시료" 또는 "샘플"은 반도체 웨이퍼, 반도체 워크피스, 포토리소그래피 마스크 및 메모리 디스크 및 그와 유사한 것과 같은 다른 워크피스를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 실시예들은 그 위에 재료가 퇴적되는 또는 구조화되는 임의의 워크피스에 적용될 수 있다. 시료는 구조화될 또는 그 위에 층들이 퇴적되는 표면, 에지, 및 전형적으로 베벨을 포함한다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 장치 및 방법들은 임계 치수 애플리케이션들 및 결함 검토 애플리케이션들을 위해, 전자 빔 검사를 위해 구성되거나 적용된다.
하전 입자 빔 디바이스(100)가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 하전 입자 빔 디바이스(100)는 1차 하전 입자 빔(14)을 방출하는 입자 빔 방사체(111)를 포함하는 하전 입자 빔 소스(110)를 포함한다. 본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 하전 입자 빔 소스(110)는 1차 하전 입자 빔렛들(15)의 어레이를 생성하도록 적응된다. 하전 입자 빔 소스(110)는 하전 입자 빔 방사체(111), 및 적어도 2개의 애퍼처를 갖는 다중 애퍼처 평판(113)을 포함할 수 있다. 1차 하전 입자 빔(14)은 가속 전극(199)에 공급된 가속 전압에 의해 가속될 수 있다. 하전 입자 빔 디바이스는 전극들(112-1 및 112-2)을 포함할 수 있다.
하전 입자 빔 디바이스의 전극(112)은 다중 애퍼처 렌즈 평판의 표면 상에 전기 필드를 생성하도록 적응 및 구동될 수 있다. 다중 애퍼처 평판(113)의 표면은 전극(112-2)과 대향하는 다중 애퍼처 평판의 표면일 수 있다.
빔 방사체, 다중 애퍼처 평판 및 전극들(112)을 포함하는 하전 입자 빔 소스(110)는 하전 입자 빔 디바이스의 상부 부분으로서 나타내어질 수 있다. 하전 입자 빔 디바이스(100)는 렌즈(120), 대물 렌즈(130), 및 그 위에 시료(140)가 놓일 수 있는 시료 스테이지(141)를 예시적으로 더 포함한다. 렌즈(120), 대물 렌즈(130), 및 시료 스테이지(141)는 하전 입자 빔 디바이스의 하부 부분의 일부인 것으로 설명될 수 있다. 하전 입자 디바이스의 방사체 첨단의 축소는 대물 렌즈 어레이의 초점 거리 및 소스 위치에 의해 주어진다.
전극(112-2)과 다중 애퍼처 평판(113) 사이의 전압 차이에 의해 z-성분을 갖는 전기 필드가 생성된다. 전기 필드는 하전 입자 빔 디바이스의 z-방향으로, 즉, 광학 축(4)을 따라 연장되는 z-성분을 가질 수 있다. 전극들(112)에 의해 제공되는 z-방향의 전기 필드의 성분은 다중 애퍼처 렌즈 평판의 표면의 평면에 걸쳐 달라질 수 있다.
예를 들어, 다중 애퍼처 평판의 표면 상의 전기 필드의 회전 대칭, z-성분이 전극들에 의한 필드 곡률(또는 이미지 필드 곡률) 정정을 위해 이용될 수 있다. 또한, 예를 들어, 전기 필드의 z-성분의 비-회전 대칭 구성이 이미지 필드 경사를 정정하기 위해 전극들(112) 중 적어도 하나의 전극의 분할된 배열에 의해 실현될 수 있다.
하전 입자 빔 디바이스에서 다중 애퍼처 평판의 표면 상의 제1 전극의 변화하는 필드는 하전 입자 빔 디바이스의 필드 곡률, 특히 하전 입자 빔 디바이스의 이미징 렌즈들에 의해 도입된 필드 곡률을 정정하기 위해 사용될 수 있다. 필드 곡률을 보상하거나 정정하기 위해 둘 이상의 전극이 사용될 수 있다.
분할된 전극은 비-회전 대칭 광학 요소들로부터 또는 경사진 시료로부터 유래할 수 있는 이미지 필드 경사를 정정하는 데 사용될 수 있는 다중 애퍼처의 표면 상에 비-회전 대칭 필드 구성을 생성하는 데 사용될 수 있다.
하전 입자 빔 디바이스는 전극들(112-1 및 112-2)(2개의 전극이 예시적으로 도시됨)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 전극은 애퍼처 렌즈들을 생성하기 위한 전기 필드를 제공하는 데 사용될 수 있고 제2 전극은 필드 곡률 정정 전극으로서 사용될 수 있다. 또한, 하전 입자 빔 디바이스(100)는 스캐닝 편향기(150)를 포함할 수 있다. 스캐닝 편향기(150)는 렌즈(120)와 시료 스테이지(141) 사이에 제공될 수 있다. 특히, 스캐닝 편향기는 정전기 렌즈의 전극의 위치에서 그리고/또는 대물 렌즈(130)의 극 피스 어셈블리(pole piece assembly)에 의해 둘러싸일 수 있다.
다중 애퍼처 평판 상의 필드는 빔렛들의 이미지 필드 곡률 또는 이미지 필드 경사가 제어(또는 정정)될 수 있도록 달라질 수 있다. 그러나, 다른 축외 수차들(예를 들어, 필드 비점수차, 축외 코마, 및 왜곡)이 남는다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용한 시료의 검사가 제공된다. 1차 하전 입자 빔으로부터 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 생성하기 위해 다중 애퍼처 평판이 제공된다. 다중 애퍼처 평판은 2개 이상의 개구를 가질 수 있다. 다중 애퍼처 평판은 1차 하전 입자 빔의 큰 번들(bundle)을 개별 빔렛들, 즉 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이로 분할할 수 있다. 특히, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이의 상이한 빔렛들 사이의 수차들의 차이들을 정정하기 위해 수차 정정 요소가 제공된다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 수차 정정 요소는 Cs, 즉 구면 수차들, 또는 Cc와 Cs, 즉 색수차들과 구면 수차들 둘 다 중 어느 하나를 정정할 수 있다.
도 2는 예를 들어, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용한 시료의 검사를 위한 하전 입자 빔 디바이스(200)를 도시한다. 하전 입자 빔 소스(110)는 1차 하전 입자 빔(14)을 방출하는 입자 빔 방사체(111)를 포함한다.
컨덴서 렌즈 어셈블리(220)와 같은 시준기 디바이스가 하전 입자 빔 디바이스, 예를 들어 다중 입자 빔 시스템에 제공될 수 있다. 하전 입자 빔 디바이스는 입자 빔 검사 또는 입자 빔 리소그래피 애플리케이션들에 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 컨덴서 렌즈 어셈블리는 하전 입자 빔 소스(110)에 의해 방출된 1차 하전 입자 빔에 작용하는 하나 이상의 원형 렌즈, 예를 들어, 정전기 렌즈, 정자기 렌즈, 또는 조합된 자기 정전기 렌즈를 포함할 수 있다. 컨덴서 렌즈 어셈블리(220)와 같은 시준기 디바이스는 수 mrad 미만의 빔 발산을 갖는 평행한(또는 거의 평행한) 입자 빔을 생성하는 데 사용되는, 하나 이상의 정전기 또는 정자기 렌즈를 포함할 수 있다.
그러한 시준기 디바이스의 구면 수차 및 색수차, Cs 및 Cc로 인해, 공칭 에너지를 갖는 근축 궤적들(paraxial trajectories)이 시스템의 축에 평행할지라도, 공칭 에너지와 약간 상이한 입자들의 궤적들과 큰 각도 궤적들은 시스템의 축에 평행하지 않다. 이것은 Scherzer 정리에 따라 종래의 원형 렌즈 시스템에서는 피할 수 없는 2차, 3차, 및 더 고차의 경로 편차들에 의해 야기된다.
원형 렌즈 시스템의 2차 및 3차 경로 편차들, 즉 2차 및 3차 수차들은 특히 개별 빔렛의 중심 궤적의 반각 Ω뿐만 아니라 하나의 빔렛 내의 축외 궤적들의 각도 ω에 따라 증가하는 색수차 및 구면 수차를 갖는다. 이러한 수차들은 반각 Ω 및 각도 ω에 따라 선형적으로 또는 2차적으로 증가할 수 있다. 또한, 색수차들은 소스의 에너지 폭과 관련된 색도 파라미터 k에 따라 증가할 수 있다. 결과적인 수차들은 방사상 색채 왜곡 및 색수차, 방사상 기하학적 왜곡, 방사상 필드 비점수차, 필드 곡률, 방사상 축외 코마, 및 구면 수차에 대응한다. 위에서 언급된 수차들 모두(색수차 및 구면 수차는 제외)는 빔렛 각도 Ω에 의존하고 따라서 빔렛과 빔렛 간의 불균일성으로 이어지므로 시료 상에서 불균일한 해상도를 야기한다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 수차 정정 요소(210)가 제공된다. 수차 정정 요소는 시준기 렌즈, 및 추가로 대물 렌즈의 구면 수차 및/또는 색수차 계수들, Cs 및 Cc를 정정하는 데 사용된다. 1차 하전 입자 빔의 상기 언급된 2차 및 3차 수차들은 1차 하전 입자 빔렛들 사이의 필드 곡률 수차의 원인으로 고려될 수 있다. 따라서, 빔렛 어레이의 필드 곡률은 1차 하전 입자 빔, 즉 빔렛들의 어셈블리의 대응하는 색수차 및 구면 수차를 제어함으로써 정정될 수 있다. 예를 들어, 수차 정정 요소는 전자기 사중극 필드(quadrupole field)들을 생성할 수 있다. 도 2는 제1 자기 사중극(212), 제1 전자기 사중극(214), 제2 전자기 사중극(216), 및 제2 자기 사중극(218)을 도시한다. 결과적인 정정들은 Y-Z-평면 내의 빔 경로들(14') 및 X-Z-평면 내의 빔 경로들(14")에 의해 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 상이한 에너지들을 갖는 빔 궤적들(상이한 라인들 참조)은 광학 축에 평행하게 또는 본질적으로 평행하게 수차 정정 요소(210)에서 빠져나감으로써, 색수차를 정정한다. 추가로, 구면 수차들을 정정하기 위해 중첩된 팔중극 필드들이 사용될 수 있다. 예를 들어 도 2에는 대응하는 팔중극들이 도시되어 있다. 제1 팔중극(215)이 제1 전자기 사중극(214)과 중첩될 수 있다. 제3 팔중극(219)이 제1 전자기 사중극(216)과 중첩될 수 있다. 제1 팔중극과 제3 팔중극 사이에, 예를 들어, 2개의 팔중극의 중간에 제2 팔중극(217)이 제공될 수 있다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 수차 정정 요소(210)가 대칭인 경우, 즉 사중극들 및 팔중극들이 광학 축에 직교하는 대칭 평면에 대해 대칭인 경우에 유익하다.
또 다른 실시예들에 따르면, 위에 설명된 수차 정정 요소(210)는 4개 이상의 팔중극을 가짐으로써 수정될 수 있다. 예를 들어, 4개의 팔중극이 참조 번호들(212, 214, 216 및 218)로 나타내어진 사중극들 중 각각의 것들과 중첩될 수 있다.
또 다른 실시예들에 따르면, 수차 정정 요소(210)의 추가 수정들은 사중극들(212 및 218)을 포함할 수 있으며, 정전기 또는 조합된 자기 정전기일 수 있다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 수차 정정 요소(210)는 Cc, Cs, 또는 Cc와 Cs 둘 다를 정정하거나 보상할 수 있다.
또 다른 실시예들에 따르면, 소스의 에너지 폭이 충분히 작을 경우, 색채 효과들이 무시될 수 있는 한, 더 간단한 Cs 정정기(예를 들어, 육중극 필드들 및 트랜스퍼 더블릿(transfer doublet))가 사용될 수 있다. 따라서, 수차 정정 요소(210)는 대안적으로 제1 전기 또는 자기 육중극 및 제2 전기 또는 자기 육중극을 포함할 수 있다. 필드 배열들을 통해 대칭 광선 경로를 제공하기 위해 적어도 하나의 렌즈로 이루어진 트랜스퍼 렌즈 시스템이 제공될 수 있다. 대칭 배열은 2차 기하학적 수차들, 예를 들어 삼중 비점수차(threefold astigmatism)의 도입을 방지하면서 구면 수차를 정정할 수 있게 한다. 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 수차 정정 요소를 이용함으로써, 개별 빔렛들의 평행도는 수차 정정 요소의 결점들뿐만 아니라 4차 또는 더 고차의 경로 편차들로 인해 제한될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 수차 정정 요소는 비-회전 대칭 다중극 정정기일 수 있다. 예를 들어, Cs 및 Cc의 동시 정정을 위한 사중극-팔중극 정정기 또는 Cs 정정을 위한 이중 육중극 정정기가 제공될 수 있다. 실시예들은 6개 이상의 극을 갖는 적어도 2개의 다중극 요소, 예를 들어, 육중극 요소, 팔중극 요소, 또는 훨씬 더 고차의 다중극 요소일 수 있다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 또 다른 실시예들에 따르면, 수차 정정 요소는 항상 고정된 여기(excitation)에서 그리고/또는 다양한 동작 모드들에 대해 동작하도록 구성된다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 또 다른 실시예들에 따르면, 수차 정정 요소는 회전 대칭 하전 입자 렌즈들의 구면 수차들 및 색수차들 중 적어도 하나를 정정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수차 정정 요소는 시료 상의 제1 해상도와 시료 상의 제2 해상도 사이의 차이를 정정하도록 구성되며, 각각 6개 이상의 극으로 이루어진 적어도 2개의 다중극 요소를 포함한다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 또 다른 예들 또는 수정들에 따르면, 수차 정정 요소는 포일 렌즈, 1차 전자들이 변화하는 두께의 막을 침입하는 막 정정기, 공간 전하 렌즈, 고주파 렌즈, 및 거울 정정기를 포함한다.
높은 수율 입자 빔 검사 디바이스들에 대한 요구가 증가하고 있기 때문에, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 갖는 하전 입자 빔 디바이스들, 즉 다중 빔 시스템들이 제안되었다. 동일한 컬럼 또는 디바이스 내의 시료를 가로질러 적어도 2개의 빔이 스캐닝된다. 하전 입자 빔 디바이스는 도 1과 관련하여 설명된 스캐닝 편향기(150)를 포함할 수 있다. 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이는 비교적 큰 시준된 입자 빔을 생성함으로써 제공되는데, 이 입자 빔은 그 후 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 다중 애퍼처 어레이(113)에 의해 다수의 평행 빔렛들로 분할된다. 1차 하전 입자 빔렛들(15)은 대물 렌즈 어셈블리(230)에 의해 시료(140) 상에 포커싱된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 대물 렌즈 어셈블리는 대물 렌즈 어레이일 수 있다. 대물 렌즈 어레이는 시료 상에, 예를 들어, 시료 상의 별개의 위치 상에 빔렛들을 포커싱하는 데 사용되는 다수의 개별 렌즈들을 포함할 수 있다. 시료는 시료 스테이지(141) 상에 지지될 수 있다.
방사상 기하학 및 색채 왜곡(외측 빔렛들이 중앙 빔렛들에 평행하지 않음), 방사상 필드 비점수차(외측 빔렛들이 비점수차성), 필드 곡률(외측 빔렛들이 내측 빔렛들과 비교하여 다소 수렴 또는 발산함), 및 방사상 축외 코마(외측 빔렛들이 코마 수차를 나타냄)는 빔렛의 축외 거리에 의존하여 시료 상에 변화하는 해상도를 야기할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명된 실시예들은 빔렛들의 변화하는 해상도를 정정하기 위한 수차 정정 요소(210)를 제공한다. 빔렛들은 대물 렌즈 어셈블리에 들어가기 전에 소멸하는 Cc 및 Cs를 가질 수 있다. 그러한 디바이스를 사용하면 서로에 대해 그리고 그 자체 내에서 (3차까지) 평행한 빔렛들을 생성하는 것이 가능하다. 따라서, 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 다중 빔 시스템은 시료 상의 해상도 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 갖는 하전 입자 빔 디바이스(200)의 다른 실시예를 도시한다. 하전 입자 빔 소스(110)에 의해 1차 하전 입자 빔이 생성된다. 수차 정정 요소(210)가 제공되고, 도 2와 관련하여 설명된 바와 같이 양태들, 세부사항들, 및 선택적인 수정들이 사용될 수 있다. 예를 들어 평행할 수 있는, 비교적 넓은 1차 하전 입자 빔이 다중 애퍼처 평판(113)을 조명한다. 1차 하전 입자 빔렛들(15)의 어레이가 생성된다. 렌즈 어레이(320)가 개별 크로스오버들(315)을 생성한다. 예를 들어, 중간 크로스오버들을 생성하는 렌즈 어레이는, 예를 들어, Einzel 렌즈들 또는 애퍼처 렌즈들을 포함할 수 있다. 공통 대물 렌즈(130)가 시료(140) 상의 상이한 또는 별개의 위치들 상에 빔렛들을 포커싱한다.
도 3에는, 대물 렌즈(130)가 개략적으로 도시되어 있다. 대물 렌즈(130)는 도 1에 더 상세히 도시된 바와 같이 본 명세서에 설명된 실시예들에 대해 제공될 수 있다. 대물 렌즈는 코일 및 상부 및 하부 극 피스들을 포함할 수 있으며, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이에 대한 자기 렌즈 컴포넌트가 제공된다. 또한, 상부 전극 및 하부 전극이 대물 렌즈(130)의 정전기 렌즈 컴포넌트를 제공할 수 있다. 하전 입자 디바이스의 방사체 첨단의 축소는 대물 렌즈 어레이의 초점 거리 및 소스 위치에 의해 주어진다.
또 다른 실시예들을 생성하는 일부 선택적인 수정들에 따르면, 어쩌면 존재하는 5차 구면 수차 계수 C5가 컨덴서 렌즈 어레이와 수차 정정 요소 사이의 적절한 거리에 의해 조정될 수 있다.
특히, 대물 렌즈는 조합된 자기 정전기 렌즈일 수 있다. 정전기 렌즈 컴포넌트는, 일부 실시예들에 따라, 감속 렌즈를 제공할 수 있고, 시료 상의 빔렛들의 랜딩 에너지(landing energy)는 컬럼 내의 빔렛들의 에너지와 비교하여 감소될 수 있다. 예를 들어, 랜딩 에너지는 약 100eV 내지(8keV), 더 전형적으로 2 keV 이하, 예를 들어 1 keV 이하, 예컨대 500 eV 또는 심지어 100 eV일 수 있다. 컬럼 내의 빔렛들의 빔 에너지는 5 keV 이상, 예컨대 20 keV 이상, 또는 심지어 50 keV 이상일 수 있다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 대물 렌즈(130)는 필드 복합 렌즈(field compound lens)일 수 있다. 예를 들어, 대물 렌즈는 자기 렌즈 컴포넌트와 정전기 렌즈 컴포넌트의 조합일 수 있다. 따라서, 대물 렌즈는 복합 자기-정전기 렌즈일 수 있다. 전형적으로, 복합 자기-정전기 렌즈의 정전기 부분은 정전기 지연 필드 렌즈이다. 복합 자기-정전기 렌즈를 사용하면 스캐닝 전자 현미경(SEM)의 경우 수백 전자 볼트와 같은, 낮은 랜딩 에너지에서 우수한 해상도가 얻어진다. 낮은 랜딩 에너지들은 복사 민감성 시료들의 충전 및/또는 손상을 피하기 위해 특히 현대 반도체 업계에서 유익하다.
또한, 하전 입자 빔 디바이스(200)는 스캐닝 편향기(150)를 포함할 수 있다. 스캐닝 편향기(150)는 렌즈와 시료 스테이지(141) 사이에 제공될 수 있다. 특히, 스캐닝 편향기는 정전기 렌즈 컴포넌트의 전극의 위치에서 그리고/또는 대물 렌즈(130)의 극 피스 어셈블리에 의해 둘러싸일 수 있다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 정정 요소, 즉 2개 이상의 다중극 요소를 갖는 Cc-Cs 정정기를 렌즈로서 동작시키는 것도 가능하다. 수차 정정 요소는 예를 들어 평행 빔렛들을 생성하기 위해 제1 빔렛과 제2 빔렛 사이의 발산을 감소시키기 위해 1차 하전 입자 빔을 포커싱할 수 있다. 따라서, 다중 애퍼처 평판 상에 충돌하기 전에 1차 하전 입자 빔을 시준하는 컨덴서 렌즈 또는 컨덴서 렌즈 어셈블리가 일부 구성들에 대해 선택적일 수 있다.
또한, 공통 대물 렌즈(예를 들어, 도 3 및 도 4 참조)를 이용하는 실시예들에 있어서, 수차 정정 요소, 즉 Cc-Cs 정정기는 렌즈 어레이 및 선택적으로 존재하는 컨덴서 렌즈 어셈블리의 수차들을 완전히 정정하지 않도록 작동될 수 있다. 렌즈 어레이(320)와 조합된 수차 정정 요소(210)는 공통 대물 렌즈로서 반대 축외 수차들(필드 곡률, 필드 비점수차, 방사상 색채 왜곡 등)을 갖는 중간 빔렛 크로스오버들의 어레이를 제공할 수 있다. 공통 대물 렌즈 및 컨덴서 렌즈 어셈블리를 갖는 실시예들에 있어서, 수차 정정 요소는 컨덴서 렌즈의 수차들을 완전히 정정하지 않도록 작동될 수 있다. 그 동작은 공통 대물 렌즈로서 반대 축외 수차들(필드 곡률, 필드 비점수차, 방사상 색채 왜곡 등)을 갖는 중간 빔렛 크로스오버들의 어레이를 생성하는 것일 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에 따르면, 시준기 내의 Cc-Cs 정정기는 공통 대물 렌즈의 고유한 축외 수차들을 상쇄하는 정의된 필드 곡률, 필드 비점수차, 및 방사상 색채 왜곡을 생성하는 데 사용될 수 있다.
도 3에서, 빔렛들은 공통 크로스오버를 거치지 않고 대물 렌즈를 통과한다. 시준기 내의 Cc-Cs 정정기는 대물 렌즈의 축외 코마가 정정되는 방식으로 조정될 수 있다. 공통 크로스오버를 피하기 때문에, 시료 상의 해상도의 저하로 이어질 수 있는, 쿨롱 또는 전자-전자 상호작용들이 감소될 수 있다.
또한, 하전 입자 빔 디바이스(200)는 스캐닝 편향기(150)를 포함할 수 있다. 스캐닝 편향기(150)는 대물 렌즈 내에 또는 렌즈와 시료 스테이지(141) 사이에 제공될 수 있다. 특히, 스캐닝 편향기는 정전기 렌즈 컴포넌트의 전극의 위치에서 그리고/또는 대물 렌즈의 극 피스 어셈블리에 의해 둘러싸일 수 있다.
도 4는 하전 입자 빔 디바이스(200)의 다른 실시예를 도시한다. 편향기(454), 및 선택적으로 중간 크로스오버 평면에 근접한 추가 렌즈(452)를 갖는 추가적인 편향 요소(450)가 빔렛들의 축외 코마를 조정하는 데 사용될 수 있다. 빔렛들은 "코마 없는(coma-free)" 경로 상에서 편향될 수 있다. 대안적으로, 대물 렌즈의 코마 없는 포인트를 통해 빔렛들을 유도하는 편향 요소(450)는 추가 렌즈(452)를 포함할 수 있는 반면, 편향기들(454)을 갖는 편향기 어레이는 선택적일 수 있다. 따라서, 편향 요소(450)는 추가 렌즈(452), 편향기(454)를 갖는 편향기 어레이, 또는 둘 다를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 편향기 어레이는 추가 렌즈 내부에 또는 그 근처에 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 편향기 어레이가 추가 렌즈 "내에 또는 그 근처에" 또는 "내부"에 배열된다는 것은 편향기 어레이가 추가 렌즈의 초점 거리 내에 배치된다는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 추가 렌즈는 3개의 전극을 포함할 수 있고 편향기 어레이는 3개의 전극 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 편향기 어레이는 대략 추가 렌즈의 3개의 전극 중 중간 전극의 높이에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 추가 렌즈는 예를 들어 1차 하전 입자 빔렛들을 대물 렌즈의 코마 없는 포인트로 지향시키기 위해, 1차 하전 입자 빔렛들을 지향시키는 주요 효과를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 편향기 어레이는 일부 실시예들에서 개별 1차 하전 입자 빔렛들의 미세 조정, 특히 대물 렌즈의 코마 없는 포인트 내로 또는 코마 없는 포인트를 통해 유도될 1차 하전 입자 빔렛들의 미세 조정을 위해 사용될 수 있다.
본 개시내용의 전체에 걸쳐 사용되는, "코마 없는 평면(coma-free plane)" 또는 "코마 없는 포인트(coma-free point)"라는 용어는 1차 하전 입자 빔렛들이 코마 없는 포인트 또는 코마 없는 평면을 통과할 때 1차 하전 입자 빔렛들에 코마가 최소한 도입되거나 심지어 전혀 도입되지 않는 대물 렌즈의(또는 대물 렌즈에 의해 제공된) 평면 또는 포인트를 지칭한다. 대물 렌즈의 코마 없는 포인트 또는 코마 없는 평면은 Fraunhofer 조건(코마가 0인 조건)이 만족되는 대물 렌즈의 포인트 또는 평면이다. 대물 렌즈의 코마 없는 포인트 또는 코마 없는 평면은 하전 입자 빔 디바이스의 광학 시스템의 z-축 상에 위치하며, z-축은 대물 렌즈의 광학 축(4)(도 1 참조)을 따라 연장된다. 코마 없는 포인트 또는 코마 없는 평면은 대물 렌즈 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 코마 없는 포인트 또는 코마 없는 평면은 대물 렌즈에 의해 둘러싸일 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 본 명세서에 설명된 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용하여 시료를 검사하기 위한 방법 및 하전 입자 빔 디바이스는 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이의 상이한 빔렛들 사이의 해상도의 차이를 보상하기 위한 축외 수차들을 정정할 수 있게 한다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 예를 들어 컨덴서 정정기 시스템의 4차 또는 더 고차의 수차들로부터만 또는 주로 그로부터 축외 수차들이 발생하게 되는, 시스템을 허용한다.
도 2, 도 3, 도 4 및 도 6에 예시적으로 도시된 바와 같이, 하전 입자 빔 디바이스(200)의 실시예들은 또 다른 실시예들을 산출하기 위한 추가 선택적인 수정을 포함할 수 있다. 하전 입자 빔 소스(110)의 하전 입자 빔 방사체(111)는 콜드 필드 방사체(cold field emitter)(CFE), 쇼트키 방사체(Schottky emitter), TFE 또는 다른 높은 전류 높은 휘도 하전 입자 빔 소스(예컨대 전자 빔 소스)일 수 있다. 높은 전류는 100 mrad에서 5 μA 또는 그 이상, 예를 들어 최대 5 mA인 것으로, 예를 들어 100 mrad에서 30 μA 내지 100 mrad에서 1 mA, 예컨대 100 mrad에서 약 300 μA인 것으로 고려된다. 일부 구현들에 따르면, 전류는 특히 선형 또는 직사각형 어레이의 경우, 본질적으로 균일하게, 예를 들어 +- 10%의 편차로 분포된다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 또 다른 실시예들에 따르면, 큰 빔 전류를 제공할 수 있는 TFE 또는 다른 높은 휘도 감소 소스, 예를 들어 전자 빔 소스는 방출 각도가 10 μA 내지 100μA, 예를 들어 30 μA의 최대치를 제공하도록 증가될 때 휘도가 최대 값의 20%보다 많이 떨어지지 않는 소스이다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 대물 렌즈 어레이는 개별 정전기 렌즈들(특히, 지연 필드 렌즈들)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 특히 공통 여기 코일을 갖는 개별 자기 렌즈 피스들을 포함하는 본 명세서에 설명된 실시예들에서 대물 렌즈 어레이가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스에 사용되는 대물 렌즈 어레이는 개별 정전기 렌즈들과 개별 자기 렌즈들의 조합을 포함할 수 있다. 대안적으로, 공통 대물 렌즈가 도 3 및 도 4와 관련하여 설명된 바와 같이 사용될 수 있다.
도 2, 도 3, 도 4 및 도 6에 관하여 설명된 실시예들에서, 1차 하전 입자 빔(14)은 하전 입자 빔 방사체(111), 즉 방사체 첨단을 떠난 후에 다중 애퍼처 평판(113)을 통과할 수 있다. 1차 하전 입자 빔(14)은 다수의 애퍼처 개구를 갖는 다중 애퍼처 평판(113)을 통과한다. 애퍼처 개구들은 라인, 직사각형, 정사각형, 링, 또는 임의의 적절한 1차원 또는 2차원 어레이와 같은 다중 애퍼처 평판(113) 상의 임의의 어레이 구성에 위치될 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 본 명세서에서 설명된 하전 입자 빔 디바이스는 필드 곡률 또는 수차들로 인한 단점들을 갖지 않고 임의의 구성으로 다중 애퍼처 평판의 애퍼처 개구들을 배열할 수 있게 한다. 예를 들어, 공지된 시스템들은 포물선처럼 작용하는 렌즈를 통과하는 모든 빔에 대해 동일한 조건들을 제공하기 위해 링 유사 형상으로 상이한 빔렛들을 배열한다. 링 유사 형상으로 빔렛들을 배열할 때, 각각의 렌즈의 수차 영향은 최소화될 수 있다. 그러나 링 형상의 배열은 높은 수율에 대한 한계를 제공한다. 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스에 있어서, 빔렛 어레이의 배열은 임의의 배열로, 예를 들어, 고속 검사에 적합한 배열, 검사될 시료 구조물에 적응된 배열, 다수의 빔을 허용하는 배열, 빔 강도에 적응된 배열 및 그와 유사한 것으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 빔렛 어레이는 라인, 직사각형, 육각형, 또는 정사각형으로 배열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이는 1차원(라인) 어레이들 또는 2차원 어레이들(예를 들어, 4x4, 3x3, 5x5) 또는 비대칭 어레이들, 예를 들어 2x5로 배열될 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 어레이들의 예들로 제한되지 않으며, 1차 하전 입자 빔렛들의 임의의 적절한 어레이 구성을 포함할 수 있다.
1차 하전 입자 빔(14)을 이용하여 다중 애퍼처 평판(113)을 조명함으로써, 수 개의 1차 하전 입자 빔렛(15)이 생성된다. 1차 하전 입자 빔렛들(15)의 초점 평면에, 렌즈(120)가 배열될 수 있다.
도면들에서, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이의 1차 하전 입자 빔렛들 중 일부는 렌즈 뒤에 도시되어 있는 반면, 다른 1차 하전 입자 빔렛들은 더 나은 개관을 위해 도면들에서 생략된다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 수차 정정 요소는 정전기 정정기일 수 있으며, 즉 수차 정정 요소에 정전기 다중극들이 포함된다. 정전기 정정기는, 예를 들어, 순전히 정전기일 수 있으며, 즉 자기 다중극들을 포함하지 않을 수 있다. 이는 아래 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이 다수의 컬럼을 배열하기 위해 유익할 수 있다. 예를 들어, 수차 정정 요소는 색수차 정정을 위한 정전기 렌즈 필드들 및 정전기 사중극 필드들을 포함할 수 있다. 추가로, 구면 수차 정정을 위해 정전기 팔중극 필드들이 중첩될 수 있다. 정전기 렌즈 필드들은 사중극 필드들과 중첩될 수 있다. 결과적인 정정들은 도 5a에서 Y-Z-평면 내의 빔 경로들(14') 및 X-Z-평면 내의 빔 경로들(14")에 의해 도시되어 있다. 정전기 정정기는 2개 이상의 컬럼의 어레이를 가질 때 감소된 공간을 허용하기 위해 유익할 수 있으며, 각각의 컬럼은 다중 빔 하전 입자 디바이스를 제공할 수 있다. 추가 이점들은 히스테리시스가 방지되고 필드 정밀도가 기계가공 공차들에 의해 주로 제한된다는 점일 수 있다. 이는 예를 들어 J Electron Microsc (Tokyo) (2001) 50(5): 383-390에
Figure 112018066301672-pat00001
에 의한 "하전 입자 렌즈들의 색수차 및 구면 수차의 정전기 정정(Electrostatic correction of the chromatic and of the spherical aberration of charged-particle lenses)"에 설명되어 있다.
조합된 자기 정전기 수차 정정 요소는 디커플링 포커싱 속성들 및 Cc 정정, 적당한 더 고차의 수차들, 정렬 오차들에 대한 적당한 감도, 및 낮은 kHz 범위에 대한 자기 회로들에서의 노이즈의 감쇠로부터 이익을 얻을 수 있다.
정전기 수차 정정 요소(210)의 예시적인 실시예가 도 5b에 도시되어 있다. 정정기는 예를 들어 유익하게 대칭으로 배열되는, 복수의 정전기 다중극 및 렌즈를 포함한다. 즉, 광학 축에 직교하는, 수차 정정 요소의 대칭 평면이 존재한다. 예를 들어, 요소들(512)은 정전기 사중극일 수 있고, 요소들(514)은 정전기 사중극들과 중첩된 정전기 렌즈들의 조합일 수 있다. 요소들(512 및 514)은 Cc를 정정할 수 있다. 요소들(513 및 515)은 Cs의 정정을 위한 정전기 팔중극들일 수 있다. 수차 정정 요소(210)는 Cc, Cs, 또는 Cc와 Cs 둘 다를 정정하기 위한 요소들을 포함할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스는 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 제공할 수 있게 한다. 일부 실시예들에 따르면, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이는 전형적으로 컬럼 당 3개 이상의 1차 하전 입자 빔렛, 더 전형적으로는 10개 이상의 1차 하전 입자 빔렛을 포함할 수 있다. 본 명세서에 설명된 일부 실시예들에 따르면, 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스를 이용하여 샘플을 검사하기 위한 방법 및 하전 입자 빔 디바이스는 샘플 표면에서 서로에 대해 작은 거리를 갖는 하전 입자 빔 디바이스의 하나의 컬럼 내에 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 제공할 수 있다. 예를 들어, 하나의 컬럼 내에서 2개의 1차 하전 입자 빔렛 사이의 거리는 전형적으로 150 μm 미만, 더 전형적으로는 100 μm 미만, 또는 심지어 50 μm 미만일 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 6에 예시적으로 도시된 바와 같이, 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스는 다중 컬럼 현미경(MCM)에 배열될 수 있다. 시료를 검사하기 위한 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 각각 갖는 다수의 컬럼은 처리 속도 및 수율을 증가시킨다.
도 6은 다중 컬럼 현미경 구성(600)을 도시한다. 다중 컬럼 현미경 구성(600)는 예시적으로 3개의 하전 입자 빔 디바이스(200)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 하전 입자 빔 디바이스의 수는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 다중 컬럼 현미경 구성에서 도시된 예에서 벗어날 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 다중 컬럼 현미경 구성은 2개 이상의 하전 입자 빔 디바이스, 예컨대 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 심지어 6개 이상의 하전 입자 빔 디바이스를 가질 수 있다. 하전 입자 빔 디바이스들은 1차원 또는 2차원 어레이로 배열될 수 있다. 다중 컬럼 현미경 구성의 하전 입자 빔 디바이스들 각각은 본 명세서에 설명된 실시예들 중 임의의 것에 설명된 바와 같은 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 갖는 하전 입자 빔 디바이스일 수 있다.
도 6의 예시적인 도면에서, 다중 컬럼 현미경은 도 2에 도시되고 설명된 하전 입자 빔 디바이스를 포함한다. 다중 컬럼 현미경 구성(600)은 그 위에 검사될 시료(140)가 놓이는 시료 스테이지(141)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 다중 컬럼 현미경 구성(600)의 하전 입자 빔 디바이스들은 하나의 시료를 검사할 수 있다. 대안적으로, 둘 이상의 시료(140)가 시료 스테이지(141) 상에 놓일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 하전 입자 빔 디바이스(200)는, 예를 들어, 하나 이상의 컨덴서 렌즈를 갖는 컨덴서 렌즈 어셈블리, 수차 정정 요소(210), 다중 애퍼처 평판(113), 및 렌즈 어레이, 예를 들어, 대물 렌즈 어셈블리(230)를 포함한다. 본 명세서에 설명된 일부 실시예들에 따르면, 다중 컬럼 현미경 구성(600)의 하전 입자 빔 디바이스들(200)는 공통 대물 렌즈 어셈블리를 가질 수 있다.
추가로 본 명세서에 설명된 실시예들의 하전 입자 빔 디바이스들 및/또는 다중 컬럼 현미경 구성들(600)에 대해 신호 입자들, 예컨대 2차 전자들(SE) 또는 후방산란된 전자들을 추출하기 위한 제어 전극, 예를 들어 프록시-전극이 제공될 수 있다. 제어 전극은 둘 이상의 컬럼에 대한 공통 전극일 수 있거나 하나의 컬럼에 대한 제어 전극일 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용의 실시예들에 대해 설명된 대물 렌즈들에 있어서, 하전 입자 빔 이미징 시스템의 전체 성능을 저하시키지 않으면서 매우 낮은 랜딩 에너지, 예를 들어 100 eV 및 낮은 추출 필드가 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 다중 컬럼 현미경 구성의 하전 입자 빔 디바이스들(200)은 전형적으로 약 10 mm 내지 약 60 mm, 더 전형적으로는 약 10 mm 내지 약 50 mm의 서로에 대한 거리를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중 컬럼 현미경 구성의 단일 하전 입자 빔 디바이스들 사이의 거리는 하전 입자 빔 디바이스들의 대응하는 광학 축들 사이의 거리로서 측정될 수 있다.
도 6에 예시적으로 도시된 바와 같은 다중 컬럼 현미경 구성에서 다수의 하전 입자 빔 디바이스를 사용함으로써, 충분한 수의 1차 하전 입자 빔렛이 충분한 해상도로 그리고 신호 빔렛들 사이의 충분히 작은 크로스토크로 제공될 수 있다.
도 7은 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용하여 시료를 이미징하는 방법(700)의 흐름도를 도시한다. 블록 701에서는, 1차 하전 입자 빔을 이용하여 다중 애퍼처 평판을 조명함으로써 하전 입자 빔렛들의 어레이가 생성된다. 하전 입자 빔렛들의 영역은 적어도 제1 빔렛 및 제2 빔렛을 가질 수 있다. 1차 하전 입자 빔은 빔 방사체를 포함하는 하전 입자 빔 소스를 이용하여 생성될 수 있다. 예를 들어 위에서 언급된 바와 같이, 빔 방사체는 예를 들어, CFE, 쇼트키 방사체, TFE 또는 다른 높은 전류-높은 휘도 하전 입자 빔 소스(예컨대 전자 빔 소스)일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 빔 방사체는 하나의 1차 하전 입자 빔을 방출할 수 있으며, 이 1차 하전 입자 빔은 복수의 1차 하전 입자 빔렛이 생성되도록 처리될 수 있다(예를 들어, 다중 애퍼처 평판에 의해 분할됨으로써). 예를 들어, 다중 애퍼처 평판의 애퍼처 개구들은 1차원 빔렛 어레이, 또는 예를 들어 육각형, 직사각형 또는 정사각형(quadratic) 빔렛 어레이와 같은 2차원 빔렛 어레이로 배열될 수 있다.
블록 702에 의해 지시된 바와 같이, 하전 입자 빔렛들의 어레이는 예를 들어 대물 렌즈 어셈블리를 이용하여 시료 상에 포커싱된다. 대물 렌즈 어셈블리는 대물 렌즈 어레이 또는 공통 대물 렌즈 어셈블리일 수 있다. 예를 들어, 대물 렌즈 어레이는 2개 이상의 정전기 렌즈 및/또는 2개 이상의 자기 렌즈를 포함할 수 있다. 공통 대물 렌즈 어셈블리는 자기 렌즈 컴포넌트 및 정전기 렌즈 컴포넌트, 특히 감속 모드에서 동작하는 정전기 렌즈 컴포넌트를 포함할 수 있다.
블록 703에 의해 지시된 바와 같이, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이 내의 수차 차이들, 예를 들어 제1 빔렛과 제2 빔렛 사이의 수차들 및/또는 해상도의 차이들이 수차 정정 요소를 이용하여 정정될 수 있다. 수차 정정 요소는 Cs, 즉 구면 수차들, 또는 Cc와 Cs, 즉 색수차들과 구면 수차들 둘 다 중 어느 하나를 정정할 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 수차 정정 요소는 비-회전 대칭 다중극 정정기일 수 있다. 예를 들어, Cs 및 Cc의 동시 정정을 위한 사중극-팔중극 정정기 또는 Cs 정정을 위한 이중 육중극 정정기가 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 수차 정정 요소는 1차 하전 입자 빔에 작용할 수 있거나 1차 하전 입자 빔렛들에 작용할 수 있다. 또한, 추가적으로 또는 대안적으로, 공통 대물 렌즈 어셈블리에 있어서, 수차 정정 요소는 대물 렌즈 어셈블리의 축외 수차들을 정정할 수 있다. 대물 렌즈 어레이에 있어서, 빔렛들은 광학 축을 따라 대물 렌즈 어레이의 렌즈들에 들어갈 수 있다. 따라서, 컨덴서 렌즈 어셈블리(및 선택적으로 추가 렌즈들)의 정정이 수차 정정 요소에 의해 제공될 수 있다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 또 다른 실시예들에 따르면, 수차 정정 요소는 시준기 렌즈로서 작용할 수 있으며, 컨덴서 렌즈 어셈블리가 생략될 수 있다.
본 명세서에 설명된 일부 실시예들에 따르면, 하전 입자 빔 디바이스는 컨덴서 렌즈들,(스캐닝) 편향기들, 빔 굴곡기(beam bender)들, 정정기들, 또는 그와 유사한 것과 같은 추가 빔 광학 요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중 애퍼처 평판의 앞에(즉, 전파하는 1차 하전 입자 빔의 방향에서 볼 때 1차 하전 입자 빔의 상류에) 컨덴서 렌즈가 배치될 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 디바이스는 빔 블랭커(beam blanker), 예컨대 각각의 빔렛에 대한 개별 빔 블랭커 또는 공통 빔 블랭커를 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 또 다른 실시예들에 따르면, 컨덴서 렌즈 어셈블리는 하나 이상의 컨덴서 렌즈를 포함할 수 있다. 컨덴서 렌즈들 각각은 정전기, 자기 또는 조합된 자기 정전기일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 다중 애퍼처 평판, 즉 애퍼처 개구들의 어레이는 예를 들어 애퍼처 개구들의 직경들을 변경하기 위해 상이한 다중 애퍼처 평판으로 대체될 수 있다. 이는 상이한 빔렛 전류들 사이의 스위칭을 가능하게 한다. 특히 다중 애퍼처 평판들을 교환하기 위해, 컨덴서 렌즈 어셈블리는 초점 거리를 조정하기 위한 2개 이상의 컨덴서 렌즈를 포함할 수 있다. 초점 거리를 조정하면 소스의 총 배율을 조정하는 데 유리할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 본 명세서에 설명된 바와 같은 하전 입자 빔 디바이스는 입자 빔 검사 또는 입자 빔 리소그래피 애플리케이션들에 사용될 수 있다. 또한, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용하여 시료를 이미징하는 방법들은, 예를 들어 입자 빔렛 리소그래피 애플리케이션들을 위해, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용하여 시료를 조명하는 방법에 유사하게 적용될 수 있다.
상기 내용에 비추어 다양한 실시예들이 제공된다. 예를 들어, 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용한 시료의 검사를 위한 하전 입자 빔 디바이스가 제공된다. 이 하전 입자 빔 디바이스는 1차 하전 입자 빔을 생성하기 위한 하전 입자 빔 소스; 상기 시료 상에 제1 해상도를 갖는 제1 빔렛 및 상기 시료 상에 제2 해상도를 갖는 제2 빔렛을 적어도 갖는 하전 입자 빔렛들의 어레이를 생성하기 위한 적어도 2개의 개구를 갖는 다중 애퍼처 평판; 회전 대칭 하전 입자 렌즈들의 구면 수차들 및 색수차들 중 적어도 하나를 정정하기 위한 수차 정정 요소; 및 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이의 각각의 1차 하전 입자 빔렛을 상기 시료 상의 별개의 위치 상에 포커싱하기 위한 대물 렌즈 어셈블리를 포함한다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 수정들에 따르면, 수차 정정 요소는 다중 애퍼처 평판과 대물 렌즈 어셈블리 사이에 제공될 수 있으며, 수차 정정 요소는 적어도 제1 빔렛과 제2 빔렛에 동시에 작용한다. 또한, 추가적으로 또는 대안적으로, 하전 입자 빔 디바이스는 하전 입자 빔 소스와 다중 애퍼처 평판 사이에 제공된 컨덴서 렌즈 어셈블리를 추가로 포함할 수 있다. 대물 렌즈 어셈블리는 또 다른 추가적인 또는 대안적인 수정들에 따라, 하전 입자 빔렛들의 어레이의 각각의 빔렛을 개별적으로 포커싱하는 대물 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 그리고/또는 대물 렌즈 어셈블리는 하전 입자 빔렛의 어레이에 작용하는 자기 렌즈 컴포넌트를 포함할 수 있다. 다중 애퍼처 평판과 대물 렌즈 어셈블리 사이에 렌즈 어레이가 제공될 수 있다. 렌즈 또는 편향기 어레이 중 적어도 하나가 제공되고, 이 렌즈 및 편향기 어레이는 하전 입자 빔렛들의 어레이를 대물 렌즈 어셈블리의 코마 없는 포인트를 통해 유도한다.
전술한 것은 실시예들에 관한 것이지만, 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 다른 실시예들 및 추가 실시예들이 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.
4: 광학 축
14: 1차 하전 입자 빔
15: 1차 하전 입자 빔렛들
100: 하전 입자 빔 디바이스
110: 입자 빔 소스
111: 입자 빔 방사체
112: 전극들
112-1: 전극
112-2: 전극
112-2: 전극
113: 다중 애퍼처 평판
120: 렌즈
130: 대물 렌즈
14': 빔 경로들
14": 빔 경로들
140: 시료
141: 시료 스테이지
150: 스캐닝 편향기
199: 가속 전극
200: 하전 입자 빔 디바이스
210: 수차 정정 요소
212: 사중극
214: 전자기 사중극
215: 팔중극
216: 전자기 사중극
217: 팔중극
218: 사중극
219: 팔중극
220: 컨덴서 렌즈 어셈블리
230: 대물 렌즈 어셈블리
315: 개별 크로스오버들
320: 렌즈 어레이
450: 편향 요소
452: 렌즈
454: 편향기
512: 요소들
513: 요소들
514: 요소들
515: 요소들
600: 다중 컬럼 현미경 구성

Claims (15)

1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용한 시료의 검사를 위한 하전 입자 빔 디바이스로서,
1차 하전 입자 빔을 생성하기 위한 하전 입자 빔 소스;
상기 시료 상에 제1 해상도를 갖는 제1 빔렛 및 상기 시료 상에 제2 해상도를 갖는 제2 빔렛을 적어도 갖는 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 생성하기 위한 적어도 2개의 개구를 갖는 다중 애퍼처 평판;
회전 대칭 하전 입자 렌즈들의 구면 수차들 및 색수차들 중 적어도 하나를 정정하기 위해, 그리고 상기 시료 상의 상기 제1 해상도와 상기 시료 상의 상기 제2 해상도 사이의 차이를 정정하기 위해, 상기 하전 입자 빔 소스와 상기 다중 애퍼처 평판 사이에 제공되는 수차 정정 요소 - 상기 수차 정정 요소는 2개의 전기 또는 자기 사중극 요소 및 적어도 2개의 다중극 요소를 포함하고, 상기 적어도 2개의 다중극 요소는 2개의 조합된 전기-자기 사중극 요소를 포함함 - ; 및
상기 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이의 각각의 1차 하전 입자 빔렛을 상기 시료 상의 별개의 위치 상에 포커싱하기 위한 대물 렌즈 어셈블리를 포함하는, 하전 입자 빔 디바이스.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 수차 정정 요소는 적어도 3개의 전기 또는 자기 팔중극 요소를 추가로 포함하는, 하전 입자 빔 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 다중극 요소는 적어도 2개의 육중극 필드를 생성하는, 하전 입자 빔 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 다중극 요소는 2개의 정전기 사중극 요소이고 상기 수차 정정 요소는 2개의 정전기 렌즈를 추가로 포함하는, 하전 입자 빔 디바이스.
제6항에 있어서, 상기 수차 정정 요소는 적어도 3개의 전기 팔중극 요소를 추가로 포함하는, 하전 입자 빔 디바이스.
삭제
제1항에 있어서, 상기 수차 정정 요소는 상기 제1 빔렛과 상기 제2 빔렛 사이의 발산을 감소시키기 위해 상기 1차 하전 입자 빔을 포커싱하는, 하전 입자 빔 디바이스.
삭제
1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 이용하여 시료를 이미징하거나 조명하는 방법으로서,
1차 하전 입자 빔을 이용하여 다중 애퍼처 평판을 조명함으로써 적어도 제1 빔렛 및 제2 빔렛을 갖는 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 생성하는 단계;
대물 렌즈 어셈블리를 이용하여 상기 시료 상에 상기 1차 하전 입자 빔렛들의 어레이를 포커싱하는 단계; 및
제1항에 따른 수차 정정 요소를 이용하여 상기 제1 빔렛과 상기 제2 빔렛 사이의 수차 차이들을 정정하는 단계를 포함하는, 방법.
제11항에 있어서, 상기 수차 차이들을 정정하는 단계는 상기 1차 하전 입자 빔에 작용하는 상기 수차 정정 요소에 의해 제공되는, 방법.
제11항에 있어서, 상기 수차 차이들을 정정하는 단계는 상기 대물 렌즈 어셈블리의 축외 수차들을 정정하는 단계를 포함하는, 방법.
제11항에 있어서, 상기 수차 정정 요소는 상기 1차 하전 입자 빔을 시준하는, 방법.
제11항에 있어서,
컨덴서 렌즈 어셈블리를 이용하여 상기 1차 하전 입자 빔을 시준하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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