KR102343215B1

KR102343215B1 - 검사 사이트 준비

Info

Publication number: KR102343215B1
Application number: KR1020177003307A
Authority: KR
Inventors: 리차드 시몬스; 더글라스 마스나게티; 마크 맥코드; 프레드 스탄케; 스코트 영; 크리스토퍼 시어스
Original assignee: 케이엘에이 코포레이션
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2021-12-23
Also published as: TWI669742B; DE112015002966T5; CN106537550A; JP2017535021A; IL249968A0; SG11201700143VA; CN106537550B; US9165742B1; KR20170066311A; TW201618151A; WO2016057970A1; IL249968B; JP6653314B2

Abstract

본 개시의 실시형태들은, 이미지 취득 또는 검사 직전에 샘플 상에 전자들을 직접 플러딩하기 위한 전자 소스 디바이스를 갖는 전자빔 이미징/검사 장치에 디렉팅된다. 장치는 제1 모드로 샘플을 충전하도록 구성된 제1 장치를 포함하며, 상기 제1 장치는 하전 입자들의 플러드 빔을 상기 샘플의 제1 영역에 제공하도록 구성된 전자 소스를 포함한다. 장치는 또한 전자들의 1차 빔을 생성하고 제2 모드에서 제1 영역 내의 샘플의 제2 영역과 1차 빔 사이의 상호작용을 특징짓도록 구성되는 제2 디바이스를 포함한다. 장치는 1초 내에 제1 모드로부터 제2 모드로 스위칭하도록 구성된다.

Description

검사 사이트 준비{INSPECTION SITE PREPARATION}

본 출원은 공동 양도되고 계류중인 미국 가특허 출원번호 62/062,642(2014년 10월 10일 출원, 발명의 명칭 "Inspection Site Preparation")에 개시되어 있으며, 그 전체 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

[교차 참조]

미국 특허 8,748,845; 8,541,060; 8,329,138; 8,110,814; 7,928,384; 8,013,311; 7,335,879; 6,633,174; 6,569,654; 및 6,433,561은 본 개시에 모두 관련된다. 이 특허들 모두는 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함되어 있다.

본 개시의 양태는 일반적으로 이미징(imaging) 및 검사 시스템들에 관한 것이고, 특히 샘플에 대한 전하 제어 및 이미징 및 검사 시스템들에서의 이미지 품질의 최적화를 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다.

전자빔 이미징은 이미지 콘트라스트를 적절하게 표시하기 위해 샘플 영역 상의 균일한 전하 분포를 필요로 한다. 샘플 영역을 에너지 전자(energetic electron)들로 플러딩(flooding)함으로써 이미징 시스템으로 샘플을 전송할 때 전달되는(carried over) 초기 전하들을 중화시키기 위해 플러드 건(flood gun)이 사용된다. 이러한 플러딩은 또한 검사 빔으로부터 이미징 중에 샘플 상에 만들어지는 전하들을 동등하게 한다(equalize). 예컨대 SEM(scanning electron microscope)를 가진 반도체 웨이퍼 이미징과 같은 일부 애플리케이션들에서, 플러드 건은 스와스 이미지(swath image)들의 취득 중에만 사용된다. 프레임 이미징은 플러딩 및 검사 모두를 실행하기 위해 전자총(electron gun)을 사용한다.

플러드 건은 전자빔 이미징 시스템에 사용되는 전자총과 매우 유사하다. 작은 영역(예컨대, 수 평방 미크론 이하)에 집중되는 포커싱된 빔을 방출하는 대신, 플러드 건은 예컨대 약 1 평방 센티미터의 더 큰 영역에 걸쳐 전자의 와이드 빔(wide beam)을 분사하는(spray) 것이 주요 차이점이다. 플러드 건으로부터의 전자들은 샘플 표면에 수직으로 접근하여 샘플 영역을 플러딩한다. 통상의 플러드 건 하드웨어는, 메탈 팁(metal tip)을 가열하여 추출기 전극(extractor electrode)을 향하여 전자들의 방출을 초래하는 고전류 필라멘트를 포함한다. 추출기는 웨이퍼를 향하여 방출되는 전자들의 수를 제어하고 빔을 턴 온하거나 턴 오프[블랭크(blank)]하기 위해 사용될 수 있다. 웨이퍼 표면에 가깝게 배치된 웨넬트 전극(Wehnelt electrode)은 웨이퍼 상에 있는 전자들의 수를 제어하기 위해 전계를 생성한다. 검사 중에, 웨이퍼는 파워 서플라이에 의해 제어되는 전위에서 부동한다(float).

통상적으로 플러딩 및 스와딩(swathing)은 순차적으로 이루어지지만 동시에 이루어질 수 있다. 플러딩 및 스와딩은 일반적으로 샘플의 상이한 영역들 상에서 작용한다(operate). 스와딩에서, 샘플은 수직 방향(예컨대, Y 방향)으로 병진 운동하면서(translate), 샘플은 한 방향(예컨대, X방향)으로 1차 빔을 래스터화함으로써(rastering) 이미징된다. 예시로서, 웨이퍼 검사 중에, 샘플의 영역이 검사되기 전에 플러딩되도록 스테이지는 샘플을 이동시킨다. 플러딩은 통상적으로 스와스의 전체 기간 동안 온 또는 오프이다. 플러딩은 스와스보다 현저히 큰 영역을 커버하기 때문에, 플러딩은 예컨대 적어도 모든 다른 스와스를 턴 오프할 수 있다. 플러드 건의 수명을 연장하기 위해, 플러드 건 빔은 예컨대 필요치 않을 때 추출기에 적합한 전압을 인가함으로써 블랭크될(blanked) 수 있다.

본 발명의 양태가 이 콘텍스트(context) 내에서 발생한다(arise).

본 개시의 양태에 따르면, 전자빔 이미징/검사 장치는 이미지 취득 또는 검사 직전에 샘플 상에 전자들을 직접 플러딩하기 위한 전자 소스 디바이스를 갖는다. 장치는 제1 모드에서 전하에 의해 샘플의 일부를 플러딩하도록 구성되는 제1 디바이스를 포함한다. 제1 디바이스는 대전 입자들의 플러드 빔을 샘플의 제1 영역으로 제공하도록 구성된 전자 소스를 포함한다. 장치는 또한 전자들의 1차 빔을 생성하고 제2 모드에서 제1 영역 내의 샘플의 제2 영역과 1차 빔 사이의 상호작용을 특징짓도록 구성되는 제2 디바이스를 포함한다. 장치는 1초 내에 제1 모드로부터 제2 모드로 스위칭하도록 구성된다.

일부 구현들에서, 제1 디바이스는 플러그 건이다.

일부 구현들에서, 제2 디바이스는 SEM(scanning electron microscope), CD-SEM(critical dimension scanning electron microscope), e-빔 검사, e-빔 검수, 또는 e-빔 리소그래피 시스템이다.

일부 구현에서, 제1 디바이스를 위한 전자 소스는 개시 방사선 소스(initiating radiation source), 마이크로-채널 플레이트(micro-channel plate), 및 추출기를 포함하고, 개시 방사선 소스는 마이크로-채널 플레이트에 의해 대전 입자들의 생성을 개시하도록 구성되고, 추출기는 대전 입자들을 추출하고 플러드 빔을 형성하도록 구성된다.

일부 구현에서, 제1 디바이스는 제1 디바이스를 턴 오프하도록 구성되는 블랭킹 전극(blanking electrode)를 더 포함한다.

일부 구현에서, 플러드 빔의 적어도 일부는 1차 빔과 동축 상에 있다.

일부 구현에서, 제1 디바이스는 1차 빔과 동축으로 플러드 빔을 제공하도록 구성된다.

본 개시의 다른 양태는, 전자 소스를 포함하는 제1 디바이스에 의해 대전 입자들의 플러드 빔으로 제1 모드로서 샘플의 제1 영역을 충전하는 단계; 제2 디바이스에 의해 전자들의 1차 빔으로 제2 모드로서 제1 영역 내에 샘플의 제2 영역을 이미징하는 단계; 및 1초, 더 바람직하게는 0.1초, 더욱 바람직하게는 0.01초, 더더욱 바람직하게는 1 밀리초 내에 제1 모드로부터 제2 모드로 스위칭하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 빠른 시간 상수 방전 메카니즘(fast time constant discharge mechanism)들로 인한 전하 소멸을 최소화하기 위해 플러드와 이미지 사이에서 빠르게 스위칭하는 것이 바람직하다.

본 개시의 다른 양태는 개시 방사선 소스; 마이크로-채널 플레이트; 및 추출기를 포함하는 장치를 제공하고, 개시 방사선 소스는 마이크로-채널 플레이트에 의해 대전 입자들의 생성을 개시하도록 구성되고, 추출기는 대전 입자들을 추출하고 대전 입자들의 빔을 형성하도록 구성된다.

후술하는 상세한 설명을 읽고 첨부 도면을 참조하면 본 개시의 양태들의 목적 및 장점은 명확하게 될 것이다.
도 1는 본 개시의 양태에 따른 전자빔 이미징 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 2는 본 개시의 양태에 따른 전자빔 이미징 장치의 플러드 건 부분의 개략적인 다이어그램이다.
도 3은 본 개시의 양태에 따른 전자빔 이미징 장치의 플러드 건 부분의 개략적인 다이어그램이다.
도 4은 본 개시의 양태에 따른 전자빔 이미징 장치의 플러드 건 부분의 개략적인 다이어그램이다.
도 5는 본 개시의 양태에 따른 전자빔 이미징 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 6는 본 개시의 양태에 따른 전자빔 이미징 장치의 플러드 건 부분의 개략적인 다이어그램이다.
도 7은 본 개시의 양태에 따른 전자빔 이미징 장치의 플러드 건 부분의 개략적인 다이어그램이다.
도 8은 본 개시의 양태에 따른 전자빔 이미징 장치의 플러드 건 부분의 개략적인 다이어그램이다.
도 9는 본 개시의 양태에 따른 플러딩을 종료시키기 위해 트리거 회로를 갖는 제2 검출기와 에너지 필터를 사용하여 플러드 건의 폐루프 동작의 실시예를 나타낸 개략적인 다이어그램이다.
도 10a는 본 개시의 양태에 따른 플러딩 중에 전압 변화의 레이트(rate)를 측정하기 위해 게이트 적분기(gated integrator)를 갖는 제2 검출기와 에너지 필터를 사용하여 플러드 건의 폐루프 동작의 실시예를 나타낸 개략적인 다이어그램이다.
도 10b는 도 10a에 도시된 장치와 결합하여 사용될 수 있는 게이트 적분기의 실시예를 나타낸 개략적인 다이어그램이다.

이하의 상세한 설명은 예시를 목적으로 다수의 특유 세부사항들을 포함하지만, 이하의 세부사항들에 다수의 변형들과 개조들이 본 개시의 범위 내에 있다는 것을 통상의 기술자들이 인식할 것이다. 따라서, 이하에 개시되는 본 발명의 예시적 실시형태들은 청구된 발명에 대한 일반성의 손실없이 그리고 제한을 부과하지 않고 개시된다.

[도입]

종래의 주사 전자 현미경 검사(scanning electron microscopy)에서, 전자들의 빔이 샘플(예컨대, 반도체 웨이퍼) 위에 주사된다. 멀티플 래스터화 주사들은 통상적으로 샘플의 작은 영역 위에서 수행된다. 전자들의 빔은, 샘플과 상호작용하여 2차 전자들의 방출을 초래하거나 후방 산란 전자들로서 샘플을 바운스 오프한다(bounce off). 이어서, 2차 전자들 및/또는 후방 산란 전자들은 컴퓨터 시스템과 연결된 검출기에 의해 검출된다. 컴퓨터 시스템은 컴퓨터 시스템 상에 저장 및/또는 디스플레이되는 이미지를 생성한다.

통상적으로 만족스러운 이미지를 제공하기 위해 소정량의 전하가 필요하다. 이 전하의 양은 샘플의 피처들에 콘트라스트를 가져오는 것을 돕는다. 실질적으로 절연 물질(예컨대, 반도체 또는 반도체 산화물 또는 질화물)로 만들어지는 샘플 상에서, 작은 영역 위에 하나 이상의 주사들을 수행하는 것은, 샘플이 샘플의 나머지에 비해 이미지 영역에서의 초과(excess) 양 전하 또는 초과 음 전하를 축적하게 한다. 초과 양 전하는 2차 전자들에 대하여 현저한 전위 장벽을 형성할 수 있고 이에 따라 더 적은 수의 2차 전자들이 검출기에 도달하게 된다. 따라서, 이미지 영역은 더 어둡게 보일 수 있다. 한편, 초과 음 전하는 이미지를 포화시키는 2차 전자들의 수집을 증가시킬 수 있다.

따라서, 이전 뷰잉(viewing) 또는 프로세싱 동작으로부터 남는 초과 전하는 왜곡을 초래할 수 있다. SEM 디바이스들에서 사용되는 한가지 솔루션(solution)은 이미징 컬럼(column)에 가까운 진공 챔버에 플러드 건을 제공하고 검사와는 별도로 플러드 건으로부터의 대전 입자들로 샘플을 플러딩하는 것이다. 따라서, 플러딩은 샘플에 걸쳐 나타나는 전하를 균등화하고 이에 따라 전압 콘트라스트 이미지들을 향상시킨다.

특히, 플러드 건은 하나 이상의 텅스텐 필라멘트를 전자 소스로서 사용하는 열이온 전자총이 될 수 있다. 열이온 전자총에서, 전자들은 가열된 필라멘트로부터 방출되고, 애노드(anode)를 향하여 가속된다. 열이온 전자총은 최대 100 μΑ까지의 전체 전자 전류를 전달할 수 있다. 방출을 얻는 다른 방식은 방출을 제한하는 "워크 펑션(work function)(에너지 장벽)"을 감소시키는 것이다. 낮은 워크 펑션들을 갖는 물질들은 저온에서 방출한다[예컨대, 란타넘헥사보라이드(LaB6)]. 불행히도, 원하지 않는 챔버 내의 장소에 성막되는 절연체인 보론 트리옥사이드(Boron trioxide)를 생성하기 때문에, LaB6 이미터(emitter)들은 소정의 애플리케이션들에서 사용될 수 없다.

현재 사용되는 다른 일반적인 타입의 전자 소스는 전계 방출 소스들이다. 이 타입의 소스는 열이온 방출 소스보다 훨씬 낮은 온도에서 방출을 생성하기 위해 하나 이상의 이미터들에서 강한 전기장에 의존한다. 일반적인 전계 방출 소스들은 추출기 근처에 위치한 하나 이상의 도전성 샤프 포인트(electrically conducting sharp point)들을 갖는다. 샤프 포인트(들)과 추출기 사이의 전압은 포인트의 작은 반경으로 인해 포인트 근처에서 큰 전계를 생성한다. 큰 전계의 결과로서, 전자들은 도전대(conduction band)로부터 진공으로 기계적으로 터널링하여 전자 방출을 생성할 수 있다.

통상적인 SEM 동작에서, 대전 콘택트 층이 이미징 빔에 대한 샘플의 노출의 결과로서 형성될 때, 스테이지는 SEM 아래로부터 샘플을 이동시키고 플러드 건 아래의 분리된 위치로 가져간다. 플러드 건은 샘플을 몇 분 동안, 예컨대 최대 20분 동안 조사한다(irradiate). 웨이퍼를 플러딩한 후, 스테이지는 SEM으로 이동하여 이미징을 시작한다.

이 플러딩 절차의 단점은 플러딩에 수반되는 오랜 시간, SEM으로 그리고 SEM으로부터 샘플을 이동시키는 것, 및 긴 이미지 취득 시간이다. 특히, 전체 샘플을 포함하는 스테이지는 플러드 건의 영역으로 이동되어야 한다. 플러딩을 달성하기 위해, SEM에 의한 검사는, 플러드 건의 영역으로 샘플의 이동을 허용하도록 중단되어야 한다. 이것은, 샘플의 이동 및 플러딩이 완료되는 데 20분 이상 걸릴 수 있기 때문에, 검사에 필요한 전체 시간을 크게 증가시킨다. 이것은 검사 프로세스를 위한 처리량의 마찬가지의 현저한 감소를 만든다. 통상적으로 샘플의 전체 검사는 샘플에 걸쳐 수백개의 스캔 라인들을 필요로 할 것이고, 적은 수의 스캔 라인들만이 완료된 후에 전하의 소멸이 필요할 수 있다. 따라서 샘플이 검사되는데 필요한 전체 시간은 전하 소멸[또는 예비 대전(pre-charging)] 및 검사를 위한 개별 인터벌(interval)들의 합이다. 또한, 이미징이 긴 시간동안 수행되면, 런(run)의 엔드(end)에서 취득되는 이미지들은 시작에서의 이미지들보다 분명히 더 나쁠 수 있다.

결과적으로, 검사 빔으로부터 샘플을 제거할 필요가 없거나 또는 검사 빔 동작이 중단되는 것을 필요로 하지 않으면서 샘플상의 고전류 밀도 전자 도스(high current density electron dose)로 전하 제어를 가능하게 하는 방법 또는 장치가 필요하다. 본 개시의 양태들은 이미징 장치에서 검사/이미징 빔의 제1 축을 따라 전자들을 직접 플러딩하기 위한 전자 소스 디바이스(예컨대, 플러드 건)를 구비한 전자 빔 이미징 장치(예컨대, SEM)를 포함한다. 본 개시의 양태들은 샘플이 이미지 취득 직전에 제자리에(in situ) 대전될(charged) 수 있게 한다.

장치

본 개시의 실시형태들은 샘플을 향하여 대전 입자들을 디렉팅하고 샘플로부터 방출된 입자들을 검출하는 임의의 적합한 측정/검사 디바이스 내에서 구현될 수 있다. 도 1은 본 개시의 일 양태에 따른 장치의 개략적인 다이어그램을 나타낸다. 한정이 아닌 예시의 방법으로, 장치(100)는 단일 빔 또는 멀티 빔 결함 검수 SEM(scanning electron microscope), 단일 빔 또는 멀티 빔 결합 검사 SEM, 단일 빔 또는 멀티 빔 CD-SEM(critical dimension scanning electron microscope)이 될 수 있다. 다른 실시예들에서, 장치(100)는 단일 빔 또는 멀티 빔 E-빔 리소그래피 시스템이 될 수 있다.

장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 이미징/검사 디바이스 및 이미징/검사 디바이스와 통합되는 플러드 건을 포함한다. 이미징/검사 디바이스는 제1 컬럼(primary column)(102)을 포함한다. 컬럼(102)은, 제1(이미징/검사) 빔(106)을 위한 전자들의 소스인 전자총(104)을 포함할 수 있다. 집광 렌즈(condensing lens)들(108)은 더 타이트한 단면과 더 높은 밀도로 빔(106)을 집광한다(condense). 원하는 영역에 걸쳐 빔을 주사하기 위해, 주사 코일들 또는 주사 플레이트들(110)을 사용하여 제어 가능하게 편향된다(deflected). 대물 렌즈들(112)은, 샘플을 유지, 병진 운동 및/또는 회전시키도록 구성될 수 있는 스테이지(115)에 장착될 수 있는 샘플(114) 상에 빔을 포커싱한다.

한정이 아닌 예시의 방법으로, 샘플(114)은 웨이퍼, 레티클(reticle), 또는 박막 헤드 기판이 될 수 있다. 또한, 검출기(116)는 추가 프로세싱 및 분석을 위해 샘플로부터 방출된 2차 전자들(및/또는 후방 산란 전자들)을 검출 및 수집하도록 배열된다. 선택적으로, 플러딩 중에 검출기(116)를 보호하기 위해, 에너지 필터(미도시)가 포함될 수 있다. 일 실시형태에서, 에너지 필터는 검출기의 앞의 네거티브 바이어스된(negatively-biased) 정전 격자를 사용하여 적용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 에너지 필터는 검출기의 앞의 오메가 필터(omega filter)를 사용하여 적용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 에너지 필터는 검출기의 앞의 정전 또는 자기 편향기(electrostatic or magnetic deflector)를 사용하여 적용될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 전압은, 빔(106) 내의 전자들의 랜딩 에너지(landing energy)를 제어하기 위해 샘플(114)에 인가될 수 있다. 또한, 플러드 건(200)은 컬럼(102)에 통합되고, 도 1에 도시된 바와 같이, 1차 빔(106)과 동축으로 플러드 빔을 제공하도록 구성된다.

제1 전자총(104), 집광 렌즈들(108), 주사 코일들(110), 대물 렌즈들(112), 스테이지(115), 검출기(116) 및 플러드 건(200)은 제어기(120)에 동작 가능하게 연결될 수 있고, 제어기(120)는 하드웨어 또는 소프트웨어 명령어들에 응답하여 이들 엘리먼트들에 전압들 및/또는 전류들을 제공하도록 구성되는 파워 서플라이들을 포함할 수 있다. 제어기(120)는 컴퓨터 메모리 또는 다른 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있는 코드 명령어들(122)의 실행시에 특수 목적 컴퓨터로서 동작하도록 구성되는 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 포함할 수 있다.

본 개시의 양태에 따르면, 장치(100)는 독창적 방법에 따른 샘플 검사 중에 전하 제어를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 방법에 따르면, 샘플의 제1 구역(region) 내의 샘플(114)의 제1 영역은 제1 컬럼(102)으로부터의 전자들의 1차 빔(106)으로 이미징될 수 있다. 이어서, 샘플의 제1 영역은 플러드 건(200)으로부터의 하전 입자들의 빔으로 충전될 수 있다. 이어서, 제1 영역 내의 샘플의 제2 영역은 제1 컬럼(102)으로부터의 전자들의 1차 빔으로 이미징될 수 있다. 장치(100)의 구성은 제1 영역의 이미징을 종료하는 것과 제2 영역의 이미징을 시작하는 것 사이의 시간이 1초 미만이 되게 할 수 있다.

방법

본 개시의 양태는 플러딩 및 스와딩이 동시에 그러나 샘플의 상이한 영역들 상에서 발생하는 구현을 포함한다. 스와딩에서, 샘플은 수직 방향(예컨대, Y 방향)으로 병진 운동하고(translate) 스와스 이미지가 샘플의 폭에 걸쳐 취득되면서, 샘플은 한 방향(예컨대, X방향)으로 1차 빔(106)을 래스터화함으로써(rastering) 이미징된다. 실시예에 의해, 웨이퍼 검사 중에, 스테이지(115)는 샘플(114)을 이동시킬 수 있고, 플러드 건(200)은, 1차 빔으로 검사되기 전에 스와딩되는 샘플의 영역이 플러드되도록, 플러드 빔을 제공한다. 플러드 건의 수명을 연장하기 위해, 플러드 건 빔은 예컨대 필요치 않을 때 추출기에 적합한 전압을 인가함으로써 블랭크될(blanked) 수 있다.

대체 구현들

본 개시의 양태들은 도 1의 장치(100)를 포함하는 구현들에 한정되지 않는다. 이러한 장치를 위한 몇가지 대체 구성들이 가능하다. 도 2는 도 1의 장치에 통합될 수 있는 플러드 건의 개략적인 다이어그램이다. 특히, 플러드 건(200)은 플러드 전자들(212)을 생성하기 위한 전자 소스(210)를 포함한다. 한정이 아닌 예시로서, 전자 소스(210)는 열이온 소스[예컨대, 텅스텐, 바륨 산화물, 란타넘헥사보라이드 또는 임의의 다른 디스펜서 캐소드(dispenser cathode)들], 전계 방출 소스[예컨대, Schottky 이미터들, 종래의 콜드 캐소드(cold-cathode) 또는 카본 나노튜브 어레이(carbon nanotube array)], 또는 광자 방출 소스(photon-emission source)[예컨대, 마이크로 채널 플레이트 및 누드 다이노드 체인(nude dynode chain)]가 될 수 있다. 다른 실시예에서, 전자들의 1차 빔은 빔(106)을 디포커싱(defocusing)한 후에 전자 소스(210)로서 사용될 수 있다. 전자 소스(210)는 예컨대 고속 전압 공급부들의 사용에 의해 신속하게 스위치 온 또는 스위치 오프하도록 구성될 수 있다. 전계 방출 타입 소스들의 경우에, 소스(210)를 스위칭 온 및 스위칭 오프하는 다른 방법들은, 방출에 근접시키기 위해 소스(예컨대, CNT 어레이)를 바이어싱하고 이어서 예컨대 레이저, LED, UV, DUV, VUV, 또는 다른 광원으로부터의 광자들에 의한 광 자극 전자 방출(photo stimulating electron emission)을 포함한다. 또한, 전압 공급부들(290a)에 연결된 렌즈(220)는 플러드 전자들(212)을 포커싱하고, 1차 빔(106)의 하류 광학부(down-stream optic)들을 위해 스팟 사이즈를 설정한다. 플러드 건(200)은 또한, 필요할 때 플러드 건(200)을 디스에이블하기 위한 전압 공급부(290b)에 연결된 블랭킹 메쉬(blanking mesh)(230)를 포함한다. 예컨대, 전자 소스(210)에 관한 소정의 전압 값(예컨대, -10 볼트)이 블랭킹 메쉬(230)에 인가되고 이에 따라 플러드 빔이 샘플에 도달하는 것을 방해할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 1차 빔(106)이 패스할 수 있는 좁은 빔 규정 구멍(BDA: beam defining aperture)(예컨대, 10 내지 30 마이크론 직경)를 갖는 메탈 튜브(270)에 의해 플러드 고전압으로부터 1차 빔이 차폐될 수 있다. 플러드 고전압으로부터 1차 빔(106)을 보호하기 위해 전압 공급부(290c)에 연결된 차폐 메쉬(280)도 플러드 건 내에 포함될 수 있다.

본 개시의 상기 실시형태들에 따른 장치는 플러드 영역 내의 임의의 위치로부터 이미지를 취득하기 바로 전에 샘플 상에 넓은 영역의 고밀도 전자 플러드를 제공할 수 있다. 특히, 1차 빔(106) 및 플러드 빔(212)이 샘플 위로 이동하도록 스테이지(미도시) 상에 샘플(114)이 배치된다. 다른 실시형태들에서, 스테이지가 샘플을 스테이지 아래로 이동시키는 동안 두 개의 빔들은 고정된 채로 있다. 장치는 플러드 모드에서 동작을 시작할 수 있다. 이 모드에서, 플러드 건(200)의 전자 소스(210)는 하전 입자들(즉, 플러드 전자들)의 플러드 빔을 생성한다. 플러드 빔은 스테이지가 안정되는 동안 플러드 영역의 표면을 소정의 전위로 충전한다. 하전 입자들의 플러드 빔의 랜딩 에너지는 임의의 값으로 설정될 수 있다는 것이 주목된다. 일부 구현에서, 랜딩 에너지는 충전 취소를 위해 낮게 설정될 수 있다.

전압은, 플러드 건(200)으로부터의 전자들의 랜딩 에너지를 제어하기 위해 샘플(114)에 인가될 수 있다. 플러드 전자들의 랜딩 에너지는 임의의 적합한 범위에 걸쳐 변할 수 있다. 예컨대, 일부 구현들에서, 랜딩 에너지는 1차 빔(106)의 에너지와 동일하게 되도록 설정될 수 있다. 대안으로서, 플러드 빔의 랜딩 에너지는 1차 빔과 실질적으로 상이하게 될 수 있다. 예컨대, 일부 구현들에서, 랜딩 에너지는 VC(voltage contrast) 맵핑을 위해 샘플 상의 소정의 피처(feature)들 예컨대 매립된(buried) 피처들을 충전하기 위해 매우 높게 설정될 수 있다. 이것은 플러드 건(200)에 의한 충전 후에 샘플 (114)의 전계 콘트라스트를 맵핑함으로써 매립된 피처들을 용이하게 이미징할 수 있게 한다. 일 실시형태에서, 플러드 건(200)은 약 1 μs 내지 약 1 ms동안 전자 소스를 펄싱(pulsing)함으로써 샘플 상의 1 mm2 내지 100 mm2의 플러드 영역으로 수 μΑ 내지 수 mA의 전체 전자 전류를 전달할 수 있다. 플러드 시간의 기간은 성막되는 원하는 표면 전하 밀도 및 얼마나 빨리 플러드 빔이 스위칭 온 및 스위칭 오프될 수 있는지에 의해 결정된다. 성막되는 전하의 양은 플러딩 중에 현상되는(developed) 표면 전위에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 샘플의 일부의 표면 전하 값을 취득하기 위한 임의의 적합한 메카니즘이 사용될 수 있다. 한정이 아닌 예시로서, 정전 전압계 또는 캘빈 프로브(Kelvin probe)가 사용될 수 있다.

플러딩 후에, 장치는 이미징 모드로 스위칭되고, 플러드 영역 내의 임의의 장소에서 즉시 이미지 취득을 시작한다. 본 개시의 양태들에 따르면, 이미지 취득의 종료로부터 플러드 모드를 시작 및 완료하고 후속 이미지 모드의 시작으로 스위치 백하기 위해 1초 미만이 소요될 수 있다. 바람직하게는 0.1초 미만, 더 바람직하게는 0.01초 미만, 심지어 더더욱 바람직하게는 1 밀리초 미만으로 이것이 이루어질 수 있다. 이 스위치 시간은, 바람직하게는 약 1 μs 내지 1 ms가 소요되는 플러드 시간에 부분적으로 의존하고, 플러드로부터 이미징 모드로의 스위치에 후속하는 이미징 시스템의 설정 시간에 부분적으로 의존한다. 동작의 일부 모드들에서, 플러딩은 이미지 취득 동작들 사이에 스테이지(115)에 의해 샘플(114)의 이동과 관련하여 발생할 수 있다. 스테이지 이동은 200 밀리초 미만이 소요될 수 있고, 플러드 건(200)은 예컨대 이동의 마지막 수 밀리초 동안에 작동될(activated) 수 있다.

이미지 취득은 플러딩보다 긴 예컨대 약 0.2초 내지 약 1초가 소요될 수 있다. 이미징 모드에서의 동작 중에, 이미징/검사 디바이스로부터의 1차 빔은 플러드 영역 내의 이미징 영역에 부딪혀서(strike), 2차 전자들의 방출 또는 이미지 영역으로부터의 후방 산란 전자들의 릴리즈(release)를 초래한다. 이어서, 2차 전자들(및/또는 후방 산란 전자들)은 추가적인 프로세스 및 분석을 위해 검출기(116)에 의해 검출된다. 1차 빔은 이미지 취득을 위한 플러드 영역 내의 다른 이미지 영역으로 이동할 수 있다. 플러드 영역에서의 이미지 취득이 이루어지면, 스테이지는 관심있는 다음 위치로 이동한다. 이어서, 장치가 플러드 모드로 스위칭되고, 프로세스가 다시 시작될 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 개시의 양태에 따른 전자 소스로서 마이크로 채널 플레이트를 사용하는 플러드 건의 개략적인 다이어그램들이다. 간략함을 위해, 동일한 참조 번호들은 도 2에서의 콤포넌트들과 동일한 도 3 및 도 4에서의 콤포넌트들을 식별하는데 사용된다. 유사하거나 동일한 엘리먼트들의 설명은 반복되지 않는다.

플러드 건(300)의 전자 소스는 개시 방사선 소스(312), MCP(micro-channel plate)(314), 및 추출기 격자(미도시)를 포함한다. 개시 방사선 소스는 예컨대 광전자 방출에 의해 전자들의 방출을 개시하는 MCP(314)에 방사선을 공급함으로써 MCP 플레이트에 의해 하전 입자들의 생성을 개시하도록 구성된다. 개시 방사선 소스(312)는 MCP의 포토 캐소드(photo cathode)를 위한 적절한 파장의 광원이 될 수 있다. 한정이 아닌 예시로서, 개시 방사선 소스(312)는 자외선 LED(light emitting diode) 또는 레이저를 포함한다. 이어서, 방사선과 MCP 사이의 상호 작용으로부터의 2차 전자들은 추출기 격자에 의해 추출된다. 추출기 격자에 의해 추출되는 하전 입자들을 포커싱하고 이에 따라 하전 입자들의 플러드 빔을 형성하기 위해 콘덴서 전극(미도시)이 포함될 수 있다. MCP(314)가 턴 온 및 턴 오프되어 개시 방사선 소스를 빠르게 온과 오프로 스위칭할 수 있다. 대안으로서, 개시 방사선 소스(312)가 턴 온되는 동안 고속 전압 공급부(315a-c)에 의해 이것이 달성될 수 있다. 플러드 전류는 MCP 이득으로 조정 가능하다는 것이 주목된다. 일부 실시형태들에서, 추가 이득을 위한 MCP의 스택(stack)이 존재한다. 도 4는 1차 빔을 위한 BDA(beam-defining aperture)의 위치를 제외하고 도 3과 마찬가지이다. 도 3에서, BDA는 MCP(314)와 샘플 사이에 제공된다. 도 4에서, MCP(314)는 BDA와 샘플 사이에 제공된다. 도 4에서, 플러드 전자들을 가속하기 위해 플러드 건에 인가되는 고전압은 플러드 건이 동작하지 않을 때 중단(shut down)될 수 있다. 이렇게 하는 것은 1차 빔을 차폐하기 위해 차폐 메쉬에 대한 필요를 회피한다.

본 개시의 양태들은 도 1에서와 마찬가지로 1차 빔 소스와 플러드 빔 소스가 동축인 구현들에 한정되지 않는다. 다수의 다른 가능한 구성들은 본 개시의 양태들의 범위 내에 있다. 예컨대, 도 5는 본 개시의 양태에 따른 장치의 개략적인 다이어그램이다. 도 5의 장치는 플러드 건의 위치를 제외하고 도 1의 장치와 마찬가지이다. 도 1의 플러드 건(200)은 1차 빔(106)의 축을 따라 제공되고 플러드 건(600)은 1차 빔의 축을 벗어나서 제공된다. 플러드 건(600)은 도 6에 도시된 바와 같은 종래의 플러드 건(600a), 도 7에 도시된 바와 같은 MCP 소스를 구비한 플러드 건(600b), 또는 도 8에 도시된 바와 같은 나노튜브 어레이 이미터들을 구비한 플러드 건(600c)이 될 수 있다. 도 1의 장치(100)에서와 같이, 제1 전자총(104), 집광 렌즈들(108), 주사 코일(110), 대물 렌즈(112), 스테이지(115), 검출기(116), 플러드 건(600), 및 편향기(650)는 제어기 (120)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 제어기는 컴퓨터 메모리 또는 다른 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있는 코드 명령어들(122)의 실행시에 특수 목적 컴퓨터로서 동작하도록 구성되는 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 포함할 수 있다.

본 개시의 양태들은 플러드 건 소스가 1차 빔과 동축이 아니지만 플러드 빔 및 1차 빔이 적어도 부분적으로 동축인 구현들을 포함한다. 예컨대, 도 6은, 축외(off-axis)의 종래의 플러드 건(600a)으로부터의 빔이 샘플 근방의 1차 빔과 동축이 되도록 편향될 수 있는 구현을 도시한다. 이러한 구현은 도 5의 장치(500)에 포함될 수 있다. 이 구현에서, 1차 빔은 그라운딩 구조체(grounding structure)들(680) 및 그라운드 메쉬(ground mesh)(681)를 포함하는 그라운딩 디바이스(grounding device)에 의해 플러드 고전압으로부터 차폐된다. 또한, 편향기 (650)는 플러드 빔(612)을 1차 빔(106)의 축을 향해 조종하기(steer) 위해 장치 (500)에 포함된다. 일 실시형태에서, 편향기(650)는 종래의 정전 편향기들이 될 수 있다. 다른 실시형태에서, 편향기(650)는 빈(Wien) 필터가 될 수 있다. 특히, 빈 필터는, 1차 빔 상에 마주보게 지향되는 힘들을 가하기 위해, E×B 필드(field)(예컨대, 전계와 자계가 서로 그리고 1차 빔의 경로에 수직임)를 제공한다. 자기력의 크기(magnitude)는 자계의 강도 및 1차 빔 내의 입자들의 속도에 의존하지만, 전기력의 크기는 전계의 강도에만 의존한다. 빈 필터는 보통 제1 이미지 빔(106)이 직선으로 통과할 수 있도록 보정되며(calibrated) 반대 방향으로 이동하는 2차 전자들은 빈 필터에 의해 검출기(116)로 편향될 것이다. 축 상의 플러드 빔(612)을 빠르게 스위칭하기 위해, 빈 필터의 전계는 필드 플레이트들에 인가되는 전압의 극성을 스위칭함으로써 반전될 수 있다. 이것은 플러드 빔(612)이 광 축 상으로 조종되도록 할 것이다. 플러드 빔(612)과 샘플 사이의 상호 작용으로부터 얻어지는 2차 전자들은 검출기를 향하여 편향되지 않을 것이다.

도 7은 도 5의 장치(500) 내에 포함될 수 있는 대체 플러드 건(600b)을 도시한다. 플러드 건(600b)의 전자 소스는 개시 방사선 소스(602), MCP(micro-channel plate)(604), 및 추출기 격자(미도시)를 포함한다. 개시 방사선 소스는 MCP 플레이트에 의해 하전 입자들의 생성을 개시하도록 구성된다. 개시 방사선 소스(602)는 MCP의 포토 캐소드(photo cathode)를 위한 적절한 파장의 광원이 될 수 있다. 한정이 아닌 예시로서, 개시 방사선 소스(602)는 자외선 LED(light emitting diode) 또는 레이저를 포함한다. 이어서, 방사선과 MCP 사이의 상호 작용으로부터의 2차 전자들은 추출기 격자에 의해 추출된다. 추출기 격자에 의해 추출되는 하전 입자들을 포커싱하고 이에 따라 하전 입자들의 플러드 빔을 형성하기 위해 축 상의(on-axis) 메쉬 렌즈(606)가 포함될 수 있다. MCP(604)는 예컨대 고속 전압 공급부에 의해 빠르게 턴 온 및 턴 오프되도록 구성된다. 블랭킹 전극/메쉬(608)는 플러드 건을 디스에이블하기 위해 MCP604)와 렌즈(606) 사이에 제공될 수 있다.

도 8은 도 5의 장치(500) 내에 포함될 수 있는 다른 대체 플러드 건(600c)을 도시한다. 플러드 건(600c)의 전자 소스는 나노튜브 어레이 이미터(605)를 포함하고, 추출기 격자(608)는 이미터(605)와 축 상의 메쉬 렌즈(606) 사이에 제공될 수 있다. 나노튜브 어레이 이미터는 나노튜브들의 어레이에 전압이 인가될 때 전계 방출에 의해 전자들을 생성한다. 나노튜브들의 작은 직경[예컨대, 수 나노미터 이하의 차수(order)]으로 인해, 전압이 인가될 때, 높은 전계가 나노튜브들의 팁(tip)들에 존재한다. 전계 방출에 의해 나노튜브들로부터 방출된 전자들은 추출기 격자에 의해 추출된다. 메쉬 렌즈(606)에 인가되는 전압은 추출기 격자(608)에 의해 추출되는 하전 입자들을 포커싱하고 이에 따라 플러드 빔을 형성하도록 구성될 수 있다. 플러드 건(600c)으로부터의 전류를 디스에이블하기 위해 추출기 격자(608)는 블랭킹 전극/메쉬(608)로서 동작할 수 있다. 또한, 플러드 전자들을 가속하기 위해 플러드 건(600c)에 인가되는 고전압은 플러드 건이 동작하지 않을 때 중단(shut down)될 수 있다. 이렇게 하는 것은 1차 빔을 차폐할 필요를 회피한다. 추출기 격자(608)와 이미터(605) 사이에 전압을 제공하는 파워 서플라이는, 예컨대 1 Hz, 바람직하게는 10 Hz, 더 바람직하게는 100 Hz, 그리고 더욱 더 바람직하게는 1000 Hz 를 초과하여 고속으로 턴 온 및 턴 오프되도록 구성되는 고속 스위칭 전압 공급부들이 될 수 있다.

본 개시의 양태에 따르면, 플러드 건을 구비한 전자 빔 이미징 시스템은 플러딩을 종료하기 위해 인 시투 폐루프 플러드 모드(in-situ closed-loop flood mode)로 동작할 수 있다. 특히, 도 9에 관하여 도시된 바와 같이, 시스템은 플러드 건(900), 플러드 건 제어기(905), 플러드 검출기 에너지 필터(910), 플러드 검출기(915), 및 플러드 검출기(915)와 플러드 건 제어기(905)에 접속된 트리거 회로(920)를 구비할 수 있다.

플러드 건(900)은 여기에 개시된 플러드 건 또는 종래의 플러드 건 중 임의의 타입이 될 수 있다. 샘플(114) 근방의 1차 빔 경로의 일부 위에서의 하전 입자 빔 이미징 시스템(예컨대, 주사 전자 현미경)을 위해 플러드 빔(901)의 일부가 1차 빔(106)과 동축이 되도록 플러드 건(900)이 구성될 수 있다. 편향기(미도시), 예컨대 빈 필터 또는 정전 편향기 플레이트는, 샘플(114) 근방의 1차 빔(106)과의 동축 정렬(coaxial alignment)로 플러드 빔(901)을 조종할 수 있다. 플러드 검출기는, 플러드 빔9901)으로 인한 샘플(114)로부터의 후방 산란 전자들 및 2차 전자들(903)을 검출하도록 구성된다. 이미징 시스템은 이미징 중에 샘플로부터 방출되는 2차 전자들을 검출하기 위해 개별 검출기(미도시)를 포함할 수 있다.

플러드 검출기 에너지 필터(910)는 샘플(114)과 플러드 검출기(915) 사이에 배치되는 간단한 격자가 될 수 있다. 격자 전압(grid voltage)에 의존하는 일부 에너지보다 적은 전체 에너지를 갖는 전자들을 밀어내는(repel) 격자에 파워 서플라이(912)로부터의 전압이 인가된다. 격자는, 이미징 동작 중에 방해받지 않는 에너지 필터(910)를 통과하는 장애 없는 경로(clear path)를 1차 빔(106)에게 허용하는 작은 구멍(aperture)를 가질 수 있다.

예시된 시스템은 다음과 같이 동작할 수 있다. 1차 빔(106)은 플러딩 전에 스위칭된다. 플러드 검출기 에너지 필터(910)는 샘플 웨이퍼 바이어스(WB: wafer bias)(존재한다면)에 인가되는 바이어스 전압에 추가되는 원하는 표면 전하 전압에 대응하는 전압으로 설정된다. 예컨대, 원하는 표면 전하 전압이 +20V이면, WB+20V의 전압이 에너지 필터(910)에 인가될 것이다. 제어기(905)는 인 시투 플러드 펄스(in-situ flood pulse)를 시작하기 위해 플러드 건(900)을 트리거할 수 있다. 플러드 펄스가 시작됨에 따라, 플러드 빔(901)은 샘플을 충전하고, 충전의 결과로서 샘플 전압의 변경이 시작된다. 샘플 전압은 상승 또는 하강할 수 있지만, 예시만을 위해 샘플 전압이 상승하는 경우를 고려한다. 샘플 전압이 상승함에 따라, 2차 전자들 및 후방 산란 전자들은 점차 낮아지는 전체 에너지를 갖는 샘플(114)을 떠난다(leave).

표면 전하 전압이 원하는 값(예컨대, 본 실시예에서의 +20V)에 도달할 때, 플러드 검출기(915)에서의 2차 전자 신호는 에너지 필터(910)에 의해 컷오프(cutoff)되기 시작한다. 에너지 필터(910)는 충분히 정확하다면 특별히 정확할 필요는 없다. 트리거 회로(920)는 플러드 검출기로부터의 신호에서의 드롭(drop)을 검출하고, 플러드 펄스로 끝나기 위해 플러드 건 제어기(905)를 트리거한다.

플러드 빔 전류가 충분히 크면, 플러딩 중에 샘플로부터의 2차 전자 및 후방 산란 전자 수율은 100 마이크로암페어(μΑ)보다 크게 될 수 있다. 플러드 검출기가 2차 전자들 및 후방 산란 전자들의 일부만을 수집하더라도, 이것은 플러드 검출기 신호가 약간의 이득으로 충분한 SNR(signal to noise ratio)을 갖게 하는데 충분해야 한다.

인 시투 폐루프 모드에서의 동작은 매우 빠른 플러딩을 가능하게 한다. 플러딩이 예컨대 1 μs 보다 상당이 짧게 충분히 빠르게 이루어질 수 있으면, 1차 빔이 이미지의 다음 라인 주사를 시작하기 전에, x 방향으로 1차 빔에 의한 이미징 주사의 라인의 마지막(end)에서의 샘플의 이미징된 부분에 걸쳐 1차 빔(또는, 빔이 턴 오프되는 경우의 전압/전류를 조종하는 빔)이 플라이 백(fly back)됨에 따라, 샘플을 플러딩하는 것을 시작 및 종료하는 것이 가능하게 될 수 있다.

본 개시의 양태에 따르면, 플러드 건을 구비한 전자 빔 이미징 시스템은, 플러딩 동안 에너지 필터(910)에 인가되는 전압을 측정하기 위해, 대안의 인 시투 폐루프에서 동작할 수 있다. 샘플이 플러딩됨에 따라 에너지 필터 전압의 값을 다시 판독함으로써, 하나(one)가 표면 전압의 변화의 레이트(rate) 및 표면 전위 값을 추적(track)할 수 있다. 이것은, 큰 영역 결함들 예컨대 과잉 누설을 갖는 콘택트 어레이(contact array)를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 도 10a는 도 9의 장치와 유사한 장치를 도시한다. 그러나, 플러드 검출기(915)와 플러드 건 제어기(905)에 접속된 트리거 회로 대신, 플러드 검출기와 에너지 필터 파워 서플라이(912) 사이에 게이트 적분기(930)가 연결된다. 게이트 적분기(930)는, 시간의 명시된 기간에 걸쳐 규정된 대기 시간(트리거 지연) 이후에 다중 적분 결과들(샘플)에 대해 평균화한 후에, 플러드 검출기로부터의 신호 입력(예컨대, 전류)를 적분한다.

동작시에, 에너지 필터(910)는 샘플의 표면 전위에 관하여 소정 전압, 예컨대 -5V로 바이어스된다. 이것은 에너지 필터가 초기 에너지의 5 eV 미만을 갖는 모든 2차 전자(SE: secondary electron)들을 컷오프 또는 거부(reject)하게 한다. 본 실시예에서, 5 eV 에너지 초과의 전자들만이 검출기(915)에 대하여 이것을 만들것이다. 따라서, 게이트 적분기(930)로의 검출기 전류는 5 eV 이상의 전자들에 대응하는 값이다. 게이트 적분기는 검출기 전류의 예상 값으로 설정되는 DC 전류를 감산하는 합산 접합부(summing junction)를 포함한다. 합산 접합부의 출력은 적분기에 공급된다. 검출기 전류가 기준 전류와 동일할 때, 전압은 적분되지 않는다. 검출기 전류가 기준 전류와 상이할 때, 전압은 가산 또는 감산된다. 적분기의 출력은 에너지 필터 전압에 가산된다. 예컨대, 플러드 빔(901)이 샘플을 양으로 충전하면, 검출기 전류는 기준 전류와의 미스매치를 초래하는 감소를 시작할 것이고, 적분기(930)는 샘플(114)의 표면 전위를 따르기 위해 파워 서플라이(912)로부터 에너지 필터 전압을 조정(adjust)하는 디지털 출력을 생성할 것이다. 이 신호는 표면 전위를 추적하기 위해 시스템 제어기(미도시)에 의해 판독될 수 있다.

한정이 아닌 예시로서, 도 10b는 도 10a에 장치에서 사용될 수 있는 게이트 적분기(930')의 가능한 구성을 도시한다. 적분기(932')는, 제1, 제2, 제3, 및 제4 종속 증폭기(cascaded amplifier)들(932A, 932B, 932C, 932D) 및 커패시터 뱅크(capacitor bank)(934)를 포함한다. 검출기(915)로부터의 전류 신호는 제1 증폭기(932A)의 입력에 연결될 수 있다. 제1 증폭기(932A)의 출력과 제2 증폭기(932B)의 입력 사이에 연결된 제1 D/A(digital to analog) 변환기(935)는 예상 평균 검출기 전류를 무효화하도록(null) 설정된다. 제2 증폭기(932B)의 출력과 제3 증폭기의 입력 사이의 게이트 스위치(936)는 플러드 빔(901)이 블랭크될 때, 예컨대 샘플(114)의 플라이 백 중에 적분기를 게이트 제어하기(gate) 위해 사용될 수 있다. 커패시터 뱅크(934)는 제3 증폭기(932C)의 입력과 출력 사이에 병렬로 연결되는 다수의 상이한 스위치드 커패시터(switched capacitor)들을 포함한다. 커패시터 뱅크(934) 내의 각 커패시터는 대응 스위치를 갖는다. 스위치들을 선택적으로 개방 또는 폐쇄함으로써, 상이한 주사 레이트(rate) 동안 일정한 적분 시간을 설정하기 위해 커패시터들의 특정 조합이 사용될 수 있다. 스위치들을 선택적으로 개방 및 폐쇄하는 것은 적분기를 재설정하기 위해서도 사용될 수 있다.

커패시터 뱅크(934)와 제4 증폭기(932D)에 대한 입력 사이의 컷아웃 스위치(cutout switch)(936')는 적분기를 컷 아웃하기 위해 사용될 수 있다. 제2 D/A 변환기(937)는 에너지 필터(910)의 컷오프 전압에 대한 입력을 설정하기 위해 제4 증폭기(932D)의 입력에 연결된다. 제4 증폭기(932D)의 출력은 에너지 필터(910)에 제공되는 전압을 조정하는 에너지 필터 파워 서플라이(912)에 디지털 신호를 제공하는 A/D(analog to digital) 변환기(938)에 연결된다.

웨이퍼 상에 영역 결함이 존재하는지 여부를 결정하기 위해 에너지 필터 전압의 변화의 레이트가 모니터링되고 저장된 기준에 비교될 수 있다. 대안으로서, 플러드 빔은 샘플의 영역을 포화 상태로 충전할 수 있고, 대응하는 에너지 필터 전압은 웨이퍼 상에 영역 결함이 존재하는지 여부를 결정하기 위해 기준에 비교될 수 있다.

본 개시의 양태들은 샘플의 하전 입자 빔 검사와 함께 샘플 상의 인 시투 전하 제어를 용이하게 한다. 높은 전류 밀도의 전자 도스(dose)를 샘플에 공급함으로써, 샘플을 검사 빔으로부터 제거하거나 검사 빔 동작이 시간의 긴 기간동안 중단될 것을 요구하지 않고 제어될 수 있다. 이러한 장점들은 생산 환경에서 반도체 웨이퍼와 같은 샘플들의 더 많은 처리량을 가능하게 한다.

이상이 본 발명의 바람직한 실시형태의 완전한 설명이지만, 다양한 대안들, 수정들 및 균등 물들을 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명을 참조하여 결정되지 않으며, 그 대신 균등물들의 전체 범위와 함께 첨부된 청구범위를 참조하여 결정되어야 한다. 선호 여부에 관계없이 임의의 피처(feature)는 원하든 원하지 않든 임의의 다른 피처와 결합될 수 있다. 후속하는 청구항들에서, 다르게 명시된 경우를 제외하고 부정관사 "A"또는 "An"은 관사를 따르는 하나 이상의 아이템의 양을 의미한다. MPF 한정(means-plus-function limitation)이 "~을 위한 수단" 구(phrase)를 사용하여 소정의 청구범위에서 명백하게 기술되지 않으면, 청구범위는 MPF 한정(means-plus-function limitation)을 포함하는 것으로 해석되지 않는다.

Claims

장치에 있어서,
제1 모드에서 샘플을 충전하도록 구성되는 제1 디바이스 - 상기 제1 디바이스는 상기 샘플의 제1 영역에 하전 입자들의 플러드 빔(flood beam)을 제공하도록 구성되는 전자 소스를 포함함 -;
제2 모드에서 전자들의 1차 빔(primary beam)을 생성하고 상기 제1 영역 내의 상기 샘플의 제2 영역과 상기 1차 빔 사이의 상호작용을 특징짓도록 구성되는 제2 디바이스 - 상기 장치는, 1초 미만에 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 스위칭하도록 구성됨 -;
상기 샘플로부터의 2차 전자들 및 후방 산란 전자들, 중 적어도 하나를 검출하도록 구성되는 검출기;
선택된 전체 에너지보다 작은 상기 샘플로부터의 2차 전자들 및 후방 산란 전자들, 중 적어도 하나가 상기 검출기에 도달하는 것을 컷 오프하도록 구성되는 에너지 필터; 및
상기 검출기에 연결된 트리거 회로 및 상기 제1 디바이스를 제어하는 제어기 - 상기 트리거 회로는 상기 검출기로부터의 신호의 드롭(drop)을 검출하고 상기 플러드 빔을 턴 오프하기 위해 상기 제어기를 트리거하도록 구성됨 -
를 포함하는, 장치.
장치에 있어서,
제1 모드에서 샘플을 충전하도록 구성되는 제1 디바이스 - 상기 제1 디바이스는 상기 샘플의 제1 영역에 하전 입자들의 플러드 빔(flood beam)을 제공하도록 구성되는 전자 소스를 포함함 -;
제2 모드에서 전자들의 1차 빔(primary beam)을 생성하고 상기 제1 영역 내의 상기 샘플의 제2 영역과 상기 1차 빔 사이의 상호작용을 특징짓도록 구성되는 제2 디바이스 - 상기 장치는, 1초 미만에 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 스위칭하도록 구성됨 -;
상기 샘플로부터의 2차 전자들 및 후방 산란 전자들, 중 적어도 하나를 검출하도록 구성되는 검출기;
선택된 전체 에너지보다 작은 상기 샘플로부터의 2차 전자들 및 후방 산란 전자들, 중 적어도 하나가 상기 검출기에 도달하는 것을 컷 오프하도록 구성되는 에너지 필터; 및
상기 검출기에 연결된 게이트 적분기(gated integrator) 및 상기 에너지 필터에 전압을 공급하는 전압 공급부 - 상기 적분기는, 상기 검출기로부터의 신호가 기준 신호와 상이할 때 상기 검출기로부터의 신호를 적분하고, 상기 샘플의 표면 전압이 변경됨에 따라 상기 에너지 필터에 대한 전압이 조정되게 하는 제어 신호를 상기 전압 공급부에 제공하도록 구성됨 -
를 포함하는, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 장치는, 0.1초 미만에 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 스위칭하도록 구성되는, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 장치는, 0.01초 미만에 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 스위칭하도록 구성되는, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 장치는, 1 밀리초(millisecond) 미만에 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 스위칭하도록 구성되는, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 장치는, 1 마이크로초(microsecond) 미만에 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 스위칭하도록 구성되는, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 장치는, 상기 1차 빔에 의해 상기 샘플의 일부의 주사(scan) 라인의 끝(end)에서 상기 1차 빔이 플라이 백(fly back)함에 따라, 상기 샘플을 상기 플러드 빔으로 플러딩하도록 구성되는, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 디바이스는 플러드 건(flood gun)인 것인, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 디바이스는 SEM(scanning electron microscope), CD-SEM(critical dimension scanning electron microscope) 또는 e-빔 검사 시스템, e-빔 검수 시스템 또는 e-빔 리소그래피 시스템인 것인, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전자 소스는 열이온 소스(thermionic source), 전계 방출 소스 또는 광자 방출 소스인 것인, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전자 소스는 개시 방사선 소스(initiating radiation source), 마이크로 채널 플레이트(micro-channel plate), 및 추출기를 포함하고,
상기 개시 방사선 소스는 상기 마이크로 채널 플레이트에 의해 하전 입자들의 생성을 개시하도록 구성되고, 상기 추출기는 상기 하전 입자들을 추출하여 상기 플러드 빔을 형성하도록 구성되는 것인, 장치.
제11항에 있어서,
상기 개시 방사선 소스는 LED(light emitting diode) 또는 레이저를 포함하는 것인, 장치.
제11항에 있어서,
상기 제2 디바이스를 위한 빔 규정 구멍(beam defining aperture)이 상기 마이크로 채널 플레이트와 상기 샘플 사이에 있는 것인, 장치.
제11항에 있어서,
상기 마이크로 채널 플레이트는 상기 제2 디바이스를 위한 빔 규정 구멍과 상기 샘플 사이에 제공되는 것인, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전자 소스는 개시 방사선 소스, 나노튜브 어레이 이미터(nanotube array emitter) 및 추출기를 포함하고,
상기 개시 방사선 소스는 상기 나노튜브 어레이 이미터에 의해 하전 입자들의 생성을 개시하도록 구성되고, 상기 추출기는 상기 하전 입자들을 추출하여 상기 플러드 빔을 형성하도록 구성되는 것인, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 디바이스는, 상기 제1 디바이스를 턴 오프하도록 구성되는 블랭킹 전극(blanking electrode)을 더 포함하는 것인, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플러드 빔의 적어도 일부는 상기 1차 빔과 동축인 것인, 장치.
제17항에 있어서,
상기 플러드 빔을 상기 1차 빔과 동축이 되도록 편향시키기 위한 편향기를 더 포함하는, 장치.
제18항에 있어서,
상기 편향기는 빈 필터(Wien filter)의 전계를 스위칭함으로써 상기 플러드 빔을 상기 1차 빔과 동축이 되게 편향시키도록 구성되는 상기 빈 필터인 것인, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 디바이스는 상기 1차 빔과 동축으로 상기 플러드 빔을 제공하도록 구성되는 것인, 장치.
장치에 있어서,
대전 입자들의 플러드 빔을 샘플의 제1 영역에 제공하도록 구성되는 플러드 건;
상기 샘플로부터의 2차 전자들 및 후방 산란 전자들, 중 적어도 하나를 검출하도록 구성되는 검출기;
선택된 전체 에너지보다 작은 상기 샘플로부터의 2차 전자들 및 후방 산란 전자들, 중 적어도 하나가 상기 검출기에 도달하는 것을 컷 오프하도록 구성되는 에너지 필터; 및
상기 검출기에 연결된 트리거 회로 및 상기 플러드 건을 제어하는 제어기 - 상기 트리거 회로는 상기 검출기로부터의 신호의 드롭(drop)을 검출하고 상기 제어기를 트리거하여 상기 플러드 빔을 턴 오프하도록 구성됨 -
를 포함하는, 장치.
장치에 있어서,
대전 입자들의 플러드 빔을 샘플의 제1 영역에 제공하도록 구성되는 플러드 건;
상기 샘플로부터의 2차 전자들 및 후방 산란 전자들, 중 적어도 하나를 검출하도록 구성되는 검출기;
선택된 전체 에너지보다 작은 상기 샘플로부터의 2차 전자들 및 후방 산란 전자들, 중 적어도 하나가 상기 검출기에 도달하는 것을 컷 오프하도록 구성되는 에너지 필터; 및
상기 검출기에 연결된 게이트 적분기(gated integrator) 및 상기 에너지 필터에 전압을 공급하는 전압 공급부 - 상기 적분기는, 상기 검출기로부터의 신호가 기준 신호와 상이할 때 상기 검출기로부터의 신호를 적분하고, 상기 샘플의 표면 전압이 변경됨에 따라 상기 에너지 필터에 대한 전압이 조정되게 하는 제어 신호를 상기 전압 공급부에 제공하도록 구성됨 -
를 포함하는, 장치.
제21항 또는 제22항에 있어서,
상기 에너지 필터는 상기 검출기 및 상기 샘플 사이에 위치되는 격자(grid)인, 장치.
방법에 있어서,
플러드 건으로, 대전 입자들의 플러드 빔을 샘플의 제1 영역에 제공하는 단계;
검출기로, 상기 샘플로부터의 2차 전자들 및 후방 산란 전자들, 중 적어도 하나를 검출하는 단계;
에너지 필터로, 선택된 전체 에너지보다 작은 상기 샘플로부터의 2차 전자들 및 후방 산란 전자들, 중 적어도 하나가 상기 검출기에 도달하는 것을 컷 오프하는 단계; 및
상기 검출기로부터의 신호의 드롭(drop)을 검출하고 제어기를 트리거하여 상기 플러드 빔을 턴 오프하는 트리거 회로로, 상기 플러드 빔을 턴 오프하는 단계
를 포함하는, 방법.
방법에 있어서,
플러드 건으로, 대전 입자들의 플러드 빔을 샘플의 제1 영역에 제공하는 단계;
검출기로, 상기 샘플로부터의 2차 전자들 및 후방 산란 전자들, 중 적어도 하나를 검출하는 단계;
에너지 필터로, 선택된 전체 에너지보다 작은 상기 샘플로부터의 2차 전자들 및 후방 산란 전자들, 중 적어도 하나가 상기 검출기에 도달하는 것을 컷 오프하는 단계; 및
상기 검출기로부터의 신호가 기준 신호와 상이할 때 상기 검출기로부터의 신호를 적분하고, 상기 샘플의 표면 전압이 변경됨에 따라 상기 에너지 필터에 대한 전압이 조정되게 하는 제어 신호를 전압 공급부에 제공하는 단계 - 상기 전압 공급부는 상기 검출기에 연결된 게이트 적분기(gated integrator)로 상기 에너지 필터에 전압을 공급함-
를 포함하는, 방법.
제25항에 있어서,
상기 에너지 필터의 변화의 레이트(rate)를 모니터링하는 단계; 및
상기 샘플 상에 영역 결함이 존재하는지 여부를 결정하기 위해 상기 변화의 레이트를 저장된 기준에 비교하는 단계
를 더 포함하는, 방법.
제25항에 있어서,
상기 플러드 빔은 상기 샘플의 제1 영역을 포화 상태로 충전하고, 대응하는 에너지 필터 전압은 상기 샘플 상에 영역 결함이 존재하는지 여부를 결정하기 위해 기준에 비교되는 것인. 방법.
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