KR102479089B1 - 미러 기반 광 이미징 대전 입자 현미경에서의 se 검출 향상을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

미러 기반 광 이미징 대전 입자 현미경에서의 se 검출 향상을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

장치는, 대전 입자 빔(CPB) 집속 조립체로부터 CPB 축을 따라 대전 입자 빔(CPB)을 수용하도록 위치된 샘플 위치에 인접하게 위치된 반사기로서, 상기 반사기는 CPB-샘플 상호 작용 또는 광자-샘플 상호 작용에 기초하여 샘플 위치에서 샘플로부터 방출되는 광을 수용하고, 그 광을 광검출기로 지향시키도록 위치되는, 반사기; 및 CPB-샘플 상호 작용에 기초하여 샘플로부터 방출되는 2차 대전 입자들을 반사기 및 CPB 축으로부터 멀어지게 지향시키기 위해, 반사기에 인접하게 위치된 조향 전극을 포함한다. 방법 및 시스템들이 또한 개시된다.

Description

미러 기반 광 이미징 대전 입자 현미경에서의 SE 검출 향상을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ENHANCING SE DETECTION IN MIRROR-BASED LIGHT IMAGING CHARGED PARTICLE MICROSCOPES}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 12월 27일자로 출원된 미국 가출원 제62/610,822호의 이익을 주장한다. 본 출원은 또한, 2017년 12월 27일자로 출원되고, 발명의 명칭이 "SEM-CL 및 FIB-IOE가 결합된 현미경 작업"인 미국 가출원 제62/610,886호에 관한 것이고, 제62/610,886호의 이익을 주장하는 발명의 명칭이 "SEM-CL 및 FIB-IOE가 결합된 현미경 작업"인 미국 정식 출원에 관한 것이다. 상기 출원들은 모두 본원에서 참조로서 인용된다.
기술분야
본 분야는 대전 입자 현미경 작업(charged particle microscopy)이다.
대전 입자 빔 장치, 이를테면 주사 전자 현미경들 및 집속 이온 빔 장치는, 반도체 프로세싱, 리소그래피, 이미징, 테스트, 및 분석을 포함하는 다양한 애플리케이션들, 특히 우수한 공간 해상도 또는 초점 심도가 요구되거나 또는 바람직한 다양한 애플리케이션들에 대해 사용될 수 있다. 그러나, 대전 입자 빔 상호 작용들의 다수의 특성들 또는 미약한 특성들을 검출하는 것은 검출 능력들 및 장치 성능에서 트레이드오프들을 요구할 수 있는 방해들을 제공할 수 있다. 여전히, 이러한 상호 작용들을 검출하기 위해 사용되는 개선된 장치 및 기법들이 필요하다.
장치는 주사 전자 현미경들, 집속 이온 빔 시스템들, 광학 반사기들 및 광학 반사기들 근처의 조향 전극들을 갖는 이중 빔 시스템들을 포함한다. 일부 예들에 따르면, 장치는, 대전 입자 빔(CPB) 집속 조립체로부터 CPB 축을 따라 대전 입자 빔(CPB)을 수용하도록 위치된 샘플 위치에 인접하게 위치된 반사기로서, 상기 반사기는 CPB-샘플 상호 작용 또는 광자-샘플 상호 작용에 기초하여 샘플 위치에서 샘플로부터 방출되는 광을 수용하고, 그 광을 광검출기로 지향시키도록 위치되는, 반사기, 및 CPB-샘플 상호 작용에 기초하여 샘플로부터 방출되는 2차 대전 입자들을 반사기 및 CPB 축으로부터 멀어지게 지향시키기 위해, 반사기에 인접하게 위치된 조향 전극을 포함한다. 일부 실시예들에서, 반사기들은 곡선형일 수 있고, 광학 축을 따라 광을 시준시키거나 또는 집속시키도록 위치될 수 있다. 일부 곡선형 반사기 실시예들에서, 곡선형 반사기들은 포물선형일 수 있으며, 다른 곡선형 반사기 실시예들에서, 곡선형 반사기들은 타원형일 수 있다. 대표적인 예들은 또한, 반사기에 커플링되고, CPB 축 또는 샘플 위치에 대하여 반사기를 이동시키도록 위치된 이동 스테이지를 포함한다. 일부 예들에서, 반사기의 길이는, 샘플로부터 방출되는 광에 대한 부가적인 수집 각도를 제공하고, 조향 전극에 의한 반사기로부터 멀어지는 2차 대전 입자들의 지향에 적어도 부분적으로 기초한 연장 길이를 갖는 연장부를 포함한다. 일부 실시예들은, 조향 전극에 커플링되고, 조향 전극과 반사기 또는 CPB 축 사이의 각도와 거리 중 하나 이상을 변화시키도록 위치된 이동 스테이지를 더 포함한다. 일부 조향 전극 예들은 안테나 전극 및/또는 정전 플레이트를 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 2차 대전 입자 검출기는, 샘플로부터 방출되고 조향 전극에 의해 지향되는 2차 대전 입자들을 수용하도록 위치된다. 부가적인 실시예들은 CPB 축을 따라 샘플 위치의 초점으로 CPB를 지향시키도록 위치된 CPB 집속 조립체를 포함한다. 특정한 예들에서, 대전 입자 빔은 전자 빔이고, 2차 대전 입자들은 2차 전자들을 포함하며, 광은 음극선 발광(cathodoluminescence)에 의해 생성된다. 일부 예들에서, 반사기의 길이는, 샘플로부터 방출되는 광에 대한 부가적인 수집 각도를 제공하고, 반사기 바이어스에 의한 2차 대전 입자의 지향에 적어도 부분적으로 기초한 연장 길이를 갖는 연장부를 포함한다. 일부 예들에서, 반사기 및 조향 전극은, 광검출기로 광을 지향시키는 것과 2차 대전 입자 검출기로 2차 대전 입자들을 지향시키는 것을 동시에 행하도록 위치된다. 부가적인 예들에서, 반사기는 반사기 및 CPB 축으로부터 2차 대전 입자들을 멀어지게 지향시키는 바이어스를 제공하기 위해 전압을 수용하도록 위치된다. 일부 예들에서, 반사기는 반사기의 상이한 부분들에서 상이한 전압들을 수용하도록 위치된다. 선택된 예들에서, 상이한 부분들은 제1 부분 및 제2 부분을 포함하며, 제1 부분은 제2 부분보다 더 큰 바이어스를 수용하고, 여기서, 제1 부분은 샘플 위치에 인접한 강한 만곡 섹션을 따르고, 제2 전압은 샘플 위치에 인접한 미약한 만곡 섹션을 따른다. 일부 예들에서, 반사기의 길이는, 샘플로부터 방출되는 광에 대한 부가적인 수집 각도를 제공하고, 반사기 바이어스에 의한 2차 대전 입자의 지향에 적어도 부분적으로 기초한 연장 길이를 갖는 연장부를 포함한다. 일부 예들은 광자-샘플 상호 작용을 생성하기 위해 광 빔을 방출하도록 구성된 광 소스를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 샘플로부터 방출되는 광은 라만 방출에 대응한다.
일부 예들에 따르면, 방법들은, 대전 입자 빔(CPB) 집속 조립체로부터 CPB 축을 따라 대전 입자 빔(CPB)을 수용하도록 위치된 CPB 샘플 위치에 인접하게 반사기를 위치시키는 단계로서, 상기 반사기는 CPB-샘플 상호 작용 또는 광자-샘플 상호 작용에 기초하여 샘플 위치에서 샘플로부터 방출되는 광을 수용하고, 그 광을 광검출기로 지향시키도록 위치되는, 단계, 및 CPB-샘플 상호 작용에 기초하여 샘플로부터 방출되는 2차 대전 입자들을 반사기 및 CPB 축으로부터 멀어지게 지향시키기 위해, 반사기에 인접하게 조향 전극을 위치시키는 단계를 포함한다. 일부 예들에서, 반사기의 길이는, 샘플로부터 방출되는 광에 대한 부가적인 수집 각도를 제공하고, 조향 전극에 의한 반사기로부터 멀어지는 2차 대전 입자들의 지향에 적어도 부분적으로 기초한 연장 길이를 갖는 연장부를 포함한다. 추가적인 예들에서, 반사기는 광학 축을 따라 광을 시준시키거나 또는 집속시키도록 위치된 포물선형 또는 타원형 반사기이다. 부가적인 예들에서, 방법은, 샘플로 CPB를 지향시키는 단계, 광검출기를 이용하여 광을 검출하는 단계, 및 대전 입자 검출기를 이용하여 2차 대전 입자들을 검출하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, CPB는 전자 빔이고, 2차 대전 입자들은 2차 전자들이며, 광은 음극선 발광을 포함한다.
개시되는 기술의 추가적인 양태에 따르면, 시스템은 적어도 하나의 프로세서 및 저장된 명령들을 포함하는 하나 이상의 컴퓨터-판독가능 저장 매체들을 포함하며, 그 명령들은, 적어도 하나의 프로세서에 의한 실행에 응답하여, 시스템으로 하여금, 반사기 및 대전 입자 빔(CPB) 축으로부터 멀어지게 2차 대전 입자들을 지향시키기 위해 반사기에 인접하게 위치된 조향 전극의 전압을 제어하게 하고, 여기서, 2차 대전 입자들은 CPB 축을 따라 전파하는 CPB와 샘플 사이의 상호 작용에 기초하여 샘플 위치에서 샘플로부터 방출되고, 여기서, 반사기는 샘플 위치에 인접하게 위치되고, 샘플 위치는 CPB 집속 조립체로부터 CPB 축을 따라 CPB를 수용하도록 위치되며, 그에 따라, 반사기는 CPB-샘플 상호 작용 또는 광자-샘플 상호 작용에 기초하여 샘플로부터 방출되는 광을 수용하고, 그 광을 광검출기로 지향시키도록 위치된다.
개시되는 기술의 부가적인 양태들에 따르면, 개시되는 실시예들 중 임의의 실시예는, 발명의 명칭이 "SEM-CL 및 FIB-IOE가 결합된 현미경 작업"인 특허 출원들에서 설명되는 것과 같은 SEM/FIB가 결합된 시스템에서 사용될 수 있으며, 그 특허 출원들은 본 출원의 일부인 것으로 간주되고, 그 전체가 본원에 참조로 인용된다.
개시되는 기술의 전술한 그리고 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조한 이하의 구체적인 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
도 1은 예시적인 대전 입자 장치의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 2 내지 도 4는 대전 입자 어레인지먼트의 개략적인 측면도들을 도시한다.
도 5는 다른 예시적인 대전 입자 장치의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 6은 다른 예시적인 대전 입자 장치의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 7은 예시적인 방법들의 흐름도이다.
본 출원 및 청구 범위에서 사용되는 바와 같이, "한", "하나의" 및 "그"라는 단수 형태들은 문맥상 다르게 지시하지 않는 한 복수 형태들을 포함한다. 또한, "포함한다(include)"라는 용어는 "이루어지다(comprise)"를 의미한다. 또한, "커플링된(coupled)"이라는 용어는 커플링된 아이템들 사이의 중간 요소들의 존재를 배제하지 않는다.
본원에서 설명되는 시스템들, 장치 및 방법들은 어떠한 방식으로도 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다. 대신에, 본 개시 내용은, 단독적인 또는 서로의 다양한 조합 및 하위 조합의, 다양한 개시된 실시예의 모든 신규한 그리고 자명하지 않은 특징들 및 양태들에 관한 것이다. 개시된 시스템들, 방법들 및 장치는 임의의 특정 양태 또는 특징 또는 이들의 조합들에 제한되지 않으며 또한, 개시된 시스템들, 방법들 및 장치는 임의의 하나 이상의 특정 이점들이 존재하거나 문제들이 해결될 것을 요구하지 않는다. 임의의 동작 이론들은 설명을 용이하게 하기 위한 것이지만, 개시된 시스템들, 방법들 및 장치는 그러한 동작 이론들에 제한되지 않는다.
개시된 방법들 중 일부 방법들의 동작들이 제시의 편의를 위해 특정한 순차적인 순서로 설명되었지만, 아래에서 제시되는 특정 언어에 의해 특정한 순서가 요구되지 않는 한, 이러한 방식의 설명은 재배열을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 순차적으로 설명되는 동작들은 경우에 따라 재배열되거나 또는 동시에 수행될 수도 있다. 또한, 간략화를 위해, 첨부된 도면들은 개시된 시스템들, 방법들 및 장치가 다른 시스템들, 방법들 및 장치와 함께 사용될 수 있는 다양한 방식들을 나타내지 않을 수도 있다. 부가적으로, 본 설명에서는 개시된 방법들을 설명하기 위해 "생산(produce)" 및 "제공(provide)"과 같은 용어들을 사용하는 경우가 있다. 이러한 용어들은 수행되는 실제 동작들의 상위 수준 추상화이다. 이러한 용어들에 대응하는 실제 동작들은 특정한 구현예에 따라 다양할 것이고, 당업자는 이를 쉽게 인식할 수 있을 것이다.
일부 예들에서, 값들, 절차들 또는 장치는 "최저", "최상", "최소" 등으로 언급된다. 그러한 설명들은 다수의 사용되는 기능적 대안들 중에서 선택이 행해질 수 있고, 그러한 선택들이 다른 선택들보다 더 좋거나, 더 작거나, 또는 그 외 더 바람직할 필요는 없다는 것을 나타내는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다.
여기서, 대전 입자 빔들은 일반적으로, 양 또는 음으로 하전된 입자들, 이를테면 전자들, 양성자들 및 이온들을 포함하는 빔들을 지칭한다. 대전 입자 빔 이온들은 갈륨, 산소, 세슘, 희귀 가스들의 양 또는 음으로 하전된 이온들을 포함할 수 있을 뿐만 아니라 다른 이온 종이 사용될 수 있다. 대전 입자 질량 및 대전 입자 속도는 대전 입자 빔들과 샘플들 사이의 상호 작용에 기초하여 형성되는 이미지들의 공간 해상도와 연관될 수 있다. 본원의 예시적인 장치는 1 ㎛, 100 nm, 50 nm, 10 nm, 5 nm, 1 nm, 0.1 nm 또는 0.01 nm 이하의 측방향 해상도들을 획득할 수 있다. 대표적인 전자 또는 이온 에너지들은 10 eV 이상, 100 eV 이상, 500 eV 이상, 1 keV 이상, 8 keV 이상, 10 keV 이상, 30 keV 이상, 100 keV 이상 등을 포함 할 수 있으나, 다른 에너지들도 가능하다.
샘플들과 대전 입자 빔(또는 광 빔들) 사이의 상호 작용들은 전형적으로, 상호 작용 볼륨에 의해 정의되며, 샘플의 표면, 샘플의 하위-표면, 또는 샘플 근처의 입자들 또는 축출된 재료로부터 방출된 입자들을 포함하는, 샘플로부터의 다양한 입자 방출들을 생성한다. 입자 방출들은 후방-산란 입자들, 이를테면 후방-산란 전자들, 양성자들 또는 이온들을 포함할 수 있으며, 이들은 전형적으로, 예컨대 탄성 또는 비탄성 충돌들에 기초하여, 입사 대전 입자 빔의 입자들의 에너지의 상당한 부분을 보유한다. 광 빔 상호 작용들(예를 들어, 라만 이미징(Raman imaging))의 경우, 방출 입자는 광자들이다.
샘플로부터의 입자 방출들은 또한, 입사 대전 입자 빔에 의해 여기된 샘플 원자들로부터의 방출들에 대응하는 2차 전자들 및 2차 이온들을 포함할 수 있다. 2차 전자 에너지들 및 2차 이온 에너지들은 입사 대전 입자 빔의 에너지 뿐만 아니라 샘플의 특정 재료들 및 대응하는 이온화 에너지들에 기초하여 상당히 변화될 수 있다. 일부 예들에서, 대표적인 2차 입자 에너지들은 수 eV 내지 수백 eV를 포함할 수 있으나, 수십 eV가 더 전형적이며, 더 높은 에너지 입자들은 부가적인 더 낮은 에너지 2차 입자들로 감쇠될 수 있다.
샘플로부터의 입자 방출들은 또한, 전형적으로 적외선 내지 X-선의 범위의 다양한 에너지들에서 광자들(예를 들어, "광" 또는 "광 입자들")을 포함할 수 있다. 일부 방출 광 입자들은, 상이한 깊이들에서 샘플로부터 축출된 2차 전자들 또는 2차 이온들을 포함하는 여기된 이온들 또는 전자들이 탈-여기됨에 따라, 대전 입자 빔과 샘플 사이의 상호 작용에 의해 생성되는 음극선 발광(CL) 또는 이온-기반 발광(iL)에 대응한다. 다른 예들은 광자-샘플 상호 작용으로부터의 광자 방출을 포함하며, 방출 입자들은 라만 방출과 같은 방출 광자들에 대응할 수 있다.
전형적으로, 빔들은 빔 전파 축들에 관하여 설명되며, 일반적으로 샘플들에 대한 수직 입사로 나타낸다. 그레이징 입사 내지 수직 입사의 범위에서 다양한 입사각들이 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 전형적으로, 빔 축은 하나 이상의 직선 세그먼트들을 포함하며, 그 직선 세그먼트들을 따라 광 또는 대전 입자 빔이 전파하거나, 또는 그 직선 세그먼트들을 따라 하나 이상의 광학 엘리먼트들이 위치된다. 이러한 축들은 반사 표면들 또는 대전 입자 지향 컴포넌트들에 의해 휘어지거나, 폴딩되거나, 또는 변화될 수 있고, 그에 따라, 축들은 단일 직선 세그먼트들일 필요가 없다. 하나 이상의 렌즈들, 반사기들, 편향기들 등을 포함할 수 있는 장치가 설명되며, 그 장치는 대전 입자 궤적들을 변경하거나 또는 집속시키도록 정전기적으로 또는 정자기적으로 구성될 수 있다. 대전 입자 빔들 또는 광 빔들을 수용하는 샘플들은 반도체 타겟들, 금속 타겟들, 또는 다른 타겟들을 포함할 수 있다. 검출된 2차 전자들, 2차 이온들 및 광 입자들은 샘플 형상들, 층들, 깊이들 및 프로파일들을 포함하는 샘플들의 이미지들을 형성하기 위해, 그리고 이를테면 검출된 신호들의 스펙트럼 분석을 통해 상이한 엘리먼트들 및 구조들의 존재(또는 부재)를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 2차 전자 검출 대전 입자 시스템들을 향상시키기 위해 사용될 수 있는 장치(100)의 예를 도시한다. 일부 예들에서, 장치(100)는 전자 빔 현미경, 집속 이온 빔 현미경, 전자 빔 및 집속 이온 빔을 갖는 이중-빔 현미경, (예를 들어, SEM 라만 이미징을 위한) 광 빔들을 방출하는 광 소스들을 포함하는 전자 현미경, 또는 다른 현미경 장치이다. 본원의 예들 중 임의의 예는 발명의 명칭이 "SEM-CL 및 FIB-IOE가 결합된 현미경 작업"인 특허 출원들에서 설명되는 것과 같은 FIB/SEM가 결합된 장치에서 사용될 수 있으며. 그 특허 출원들은 본원에 참조로 포함된다. 대표적인 실시예들은, 이를테면 주사 전자 현미경(SEM) 또는 주사 투과 전자 현미경(STEM)을 이용한 샘플 표면들에 걸친 대전 입자 빔들의 주사를 제공할 수 있다. 장치(100)는 일반적으로, 전자 현미경, 집속 이온 빔 시스템 등에서 분석될 샘플과 같은 대전 입자 타겟(102)을 지지하도록 위치된다. 대전 입자 빔(104), 이를테면 전자들 또는 이온들의 빔이 대전 입자 빔 축(108)을 따라 그리고 타겟(102)을 향하여, 렌즈 어레인지먼트(106)(전형적으로, 컬럼 배열로 하나 이상의 전기 또는 자기 렌즈 엘리먼트들을 포함함)에 의해 집속된다. 전형적인 예들에서, 렌즈 어레인지먼트(106)는 또한, 타겟(102)에 대해 하나 이상의 방향들로 대전 입자 빔(104)의 주사를 제공할 수 있다. 타겟(102)은 전형적으로, 샘플 이동 스테이지(110)에 의해 지지되며, 그 샘플 이동 스테이지(110)는 다양한 방향들로 병진 및/또는 회전될 수 있고, 그에 따라, 타겟(102)은, 이를테면 집속된 대전 입자 빔(104)에 대하여 적합한 평면 또는 위치에 위치될 수 있다. 특정한 예들에서, 샘플 이동 스테이지(110)는 샘플이 전자 빔 및 상이한 각도의 집속 이온 빔의 편심 초점 위치로 이동할 수 있게 한다. 이어서, 샘플 이동 스테이지(110)는 추가로, 샘플이 전자 빔 또는 집속 이온 빔의 시야에 있게 될 수 있도록, 편심 초점에서 샘플이 회전할 수 있게 한다. 상이한 예들에서, 타겟(102)은 접지 또는 바이어싱될 수 있으며, 가변 바이어스, 이를테면 디바이스 테스트 신호로 바이어싱되는 것이 포함된다.
장치(100)의 대표적인 실시예들은 반사기(112)(단면으로 도시됨)를 더 포함하며, 그 반사기(112)는 전형적으로, 타겟(102)에 인접하게 위치된 곡면 미러, 이를테면 포물선 또는 타원 형상을 갖는 곡면 미러의 형태이다. 대전 입자 빔(104)의 대전 입자들은 타겟(102)에서 다양한 입자 방출들을 생성하기 위해 타겟(104)과 상호 작용하며, 그 다양한 입자 방출들은, 방출된 입자들이 다양한 더 낮은 에너지 상태들로 완화되어 부가적인 입자들을 방출함에 따라 대전 입자 빔(104)의 초점 위치 근처에서 발생하는 방출들을 포함한다. 일부 입자 방출들은 다양한 파장들의 광 방출을 포함할 수 있으며, 반사기(112)는 방출 광의 일부를 광 입자들(114a-114f)로서 수용하기 위해, 그리고 대전 입자 빔 축(108)과 상이한 방향을 따라(예를 들어, 대전 입자 빔 축(108)에 수직으로) 광을 지향시키기 위해 위치된다. 전형적인 예들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 방출 광 입자들(114a-114f)의 다양한 각도들은 시준 빔으로서 서로 평행하게 지향되지만, 시준 이외에 하나 이상의 방향들의 광의 지향 또는 광의 상이한 각도 범위들이 또한 가능하다. 대칭 또는 비대칭, 원형 또는 타원형 포물면, 수차 보정 등을 포함하는, 반사기(112)의 다양한 기하학적 특성들은 광 방향을 변화시키도록 조정될 수 있다. 일부 예들은 반사된 광이 시준되는 것이 아니라 하나 이상의 포인트들 또는 라인들에 집속되도록 타원형 형상들을 포함할 수 있다. 일부 타원형 형상들에서, 반사 표면들 또는 길이들은 타원형 공동-정점들 너머로 연장될 수 있다. 반사기 형상들은 또한, 대전 입자 빔 및 샘플의 상호 작용(또는 예상되는 상호 작용)의 형상 또는 정도에 기초하여 변화될 수 있다.
반사기(112)의 대표적인 예들은 대전 입자 빔(104)이 대전 입자 빔 축(108)을 따라 반사기(112)를 통해 타겟(102)으로 통과할 수 있게 하도록 위치된 애퍼처(116)를 포함한다. 광학 검출 어레인지먼트(118), 이를테면 분광계 또는 다른 광학 조립체가 광 입자들(114a-114f)를 수신 및 검출하도록 위치될 수 있다. 일부 예들에서, 광학 검출 어레인지먼트(118)는 수신된 광 입자들(114a-114f)을 광학 검출기(122)로 지향시키는 광학 집속 엘리먼트(120)(예를 들어, 하나 이상의 굴절 및/또는 반사 컴포넌트들)를 포함 할 수 있다. 단색 또는 다색 광을 검출하기 위해, 자유-공간 및/또는 섬유-커플링형을 포함하는 다양한 광학 어레인지먼트들이 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 광학 검출기들은 포토다이오드, APD, PMT, CCD 및/또는 CMOS 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 대표적인 실시예들에서, 방출 광 입자들(114a-114f)은 대전 입자 빔(104)과 타겟(102) 사이의 상호 작용에 기초하여 방출된 음극선 발광에 대응한다. 추가적인 예들에서, 광 빔은 광학 축, 예를 들어, 대전 입자 빔 축(108) 또는 별개의 광학 컬럼으로 제공된 다른 축을 따라 타겟으로 지향될 수 있으며, 방출 광 입자들(114a-114f)은 샘플과 광 빔 사이의 상호 작용에 의해 형성된다. 따라서, 선택된 예들에서, 타겟(102)의 이미징 또는 프로빙은 전자 또는 다른 CPB로 수행될 수 있으며(연관된 광자들은 반사기(112)에 의해 수집됨), 타겟(102)의 이미징 또는 프로빙은 또한, 광 소스로 수행될 수 있다(연관된 광자들은 또한, 반사기(112)에 의해 수집됨). 적합한 광 소스들은 백열 전구들, 발광 다이오드들, 레이저 다이오드들, 섬유 레이저들 뿐만 아니라 다른 소스들로 광 빔들을 생성할 수 있다. 예시의 간략화를 위해, (CPB 컬럼에 대응하는) 하나의 컬럼만이 도 1에 도시되어 있지만, (예를 들어, 본원에 참조로 포함된 발명의 명칭이 "결합형 SEM-CL FIB-IOE 현미경 작업"인 특허 출원들에서 나타낸 바와 같이 서로 각도들을 이루어) 다수의 상이한 컬럼들이 타겟(102)에 상이한 빔들을 방출하고 지향시키도록 배열될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
대표적인 예들에서, 장치(100)는 또한 조향 전극(124)을 포함하며, 그 조향 전극(124)은 반사기(112)에 인접하고, 타겟(102) 근처에 전기장을 생성하도록 바이어싱된다. 조향 전극에 대한 예시적인 바이어스 전압들은 ±0.5 V 미만, ±0.5 V 이상, ±2 V 이상, ±5 V 이상, ±10 V 이상, ±20 V 이상, ±50 V 이상 등을 포함할 수 있다. 타겟(102)과 대전 입자 빔(104)이 상호 작용함에 따라, X-선, 후방-산란 전자들 및 2차 전자들, 이를테면 2차 전자들(126a, 126b)을 포함하는 다양한 입자들이 상이한 에너지들 및 궤적들로 생성된다. 조향 전극(124)에 의해 생성되는 전기장은 반사기(112)의 반사 표면과 접촉할 가능성을 감소시키기 위해, 2차 전자(126a, 126b)의 경로들을 변화시킨다. 일부 예들에서, 입자 검출기(128)는 조향 전극(124)에 의해 조향되는 2차 전자들(126a, 126b)를 수용하도록 위치된다. 특정한 예들에서, 입자 검출기(128)의 위치는, 조향 전극이 없는 경우, 입자 검출기(128)에 의해 2차 전자가 거의 또는 전혀 검출되지 않을 수 있는 위치이다. 대표적인 입자 검출기들(128)은 2차 전자들(126a, 126b)을 끌어당기도록 바이어싱되는 패러데이 케이지(130)를 전형적으로 포함하는 에버하트-쏜리(Everhart-Thornley) 검출기들을 포함할 수 있다. 입자 검출기(128)는 도시된 바와 같이 반사기(112) 위에 위치될 수 있지만, 아래 또는 측면을 포함하는 다른 위치들이 가능하다. 일부 예들에서, 반사기(112)는 2차 전자들, 이를테면 2차 전자들(126a, 126b)을 반사기(112)로부터 멀어지게 지향시키는 전기장을 제공하기 위해 전압으로 바이어싱될 수 있다. 예시적인 바이어스 전압들은 ±0.5 V 미만, ±0.5 V 이상, ±2 V 이상, ±5 V 이상, ±10 V 이상, ±20 V 이상, ±50 V 이상 등을 포함할 수 있다. 2차 전자들은 조향 전극(124)에 의해 추가로 지향 또는 추출될 수 있고, 입자 검출기(128)에 의해 수용 및 검출될 수 있다. 특정한 예들에서, 반사기(112)는 반사기(112)의 상이한 부분에서 상이하게 바이어싱될 수 있다. 예를 들어, 푸시 전극 구성에서, 반사기(112)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 방출 포인트의 우측에 있는 부분(113b)보다 더 높게 바이어싱될 수 있는, 타겟(102)의 방출 포인트 좌측에 있는 부분(113a)을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 조향 전극(124)은 하나 이상의 자기 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
조향 전극(124)의 대표적인 예들은 광 입자들(114a-114f) 중 하나 이상의 전파와 유사한 방향을 따라 길이 방향으로 연장되도록 제조될 수 있는 안테나 부분(132)을 포함할 수 있으며, 그에 따라, 안테나 부분(132)은 타겟(102) 근처에 위치될 수 있다. 전압 바이어스에 의해 안테나 부분(132)으로부터 연장되는 대응 전기장은 2차 전자들(126a, 126b)이 입자 검출기(128)에 의해 수용되기 전에 안테나 부분(132)을 선회하게 할 수 있다. 일부 예들에서, 조향 전극(124)을 병진 및/또는 회전시키기 위해 이동 스테이지(134)가 조향 전극(124)에 커플링될 수 있으며, 그에 따라, 조향 전극(124)은 반사기(112), 타겟(102), 및 입자 검출기(128)에 대하여 적합한 위치에 삽입 또는 위치될 수 있다. 안테나 부분(132)은 선형, 곡선형, 세그먼트형(예를 들어, 교번하는 절연성 및 전도성 부분들을 가짐), 휘어진 형상, 또는 조합을 포함하는 다양한 형상들을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 안테나 부분(132)의 길이 방향 형상은 반사기(112)의 광학 축과 정렬될 수 있으며, 다른 예들에서, 길이 방향 형상은 반사기(112)의 광학 축에 대해 일정 각도로 위치될 수 있다. 이동 스테이지(134)는 대전 입자 빔(104)의 방출 동안 조향 전극(124)을 고정 위치로 유지하도록 구성되지만, 일부 예들에서, 이동 스테이지(134)는 방출 동안 조향 전극(124)을 이동시키거나, 진동시키거나, 또는 주사할 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 조향 전극(124)에 인가되는 전압은, 이를테면 진동 또는 다른 시간-종속 신호에 따라, 방출 동안 시간에 대하여 변화될 수 있다.
조향 전극(124)에 의해 반사기로부터 멀어지게 지향되는 2차 전자들(126a-126b)로 인해, 반사기(112)는 성능을 개선하도록 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 대전 입자 빔 전류를 증가시키거나 또는 체류 시간을 증가시키는 것과 같은, 불량한 2차 전자 수집 효율들을 보상하기 위한 통상적인 접근법들이 본원의 설명되는 접근법들에 의해 완화될 수 있다. 예를 들어, 전류를 증가시키지 않으면서 개선된 수집 효율이 달성될 수 있으므로, 해상도의 트레이드오프가 방지될 수 있고, (특히 이온들에 의해) 이미징될 타겟을 손상시킬 수 있거나 또는 신호 충실도의 감소를 야기할 수 있는 증가된 체류 시간들이 방지될 수 있다.
일부 예들에서, 반사기(112)는, 광 입자(114f) 및 광 입자들(114e, 114f) 사이의 각도 범위(136)를 포함하는 광 입자들의 부가적인 각도들을 반사하기 위해 사용될 수 있는 연장 길이(130)를 포함한다. 연장 길이(130)에 대한 대표적인 길이들은, 2% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 20% 이상, 50% 이상, 100% 이상 등의 증가들, 이를테면 5 mm, 30 mm, 60 mm 등의 증가들을 포함할 수 있다. 연장 길이(130)는 2차 전자들(126a, 126b)이 조향 전극(124)에 의해 연장 길이(130)로부터 멀어지게 지향될 수 있는 정도에 관련하여 선택될 수 있다. 추가적인 예들에서, 연장 길이(130)는 반사기(112)의 바이어싱에 기초하여 더 연장될 수 있다. 일부 예들에서, 조향 전극(124)에 의해 반사기(112)로부터 멀어지게 2차 전자들(126a, 126b)을 지향시키는 것이 수집을 위한 부가적인 마진을 제공할 수 있기 때문에, 반사기(112)는 타겟(102)에 더 가까이 위치된다. 반사기(112)가 더 가까이 위치되는 것은 반사기(112)에 의한 방해 없이 렌즈 어레인지먼트(106)가 대전 입자 빔 축(108)을 따라 타겟(102)에 더 가까이 이동될 수 있게 하고, 그에 의해, 더 미세한 공간 해상도와 같은 성능 개선들 및 더 짧은 작동 거리를 가능하게 한다. 렌즈 어레인지먼트에 대한 대표적인 병진 거리들은 전형적으로, mm 또는 cm 단위(예를 들어, 1 mm, 4 mm, 10 mm 등)이며, 렌즈 어레인지먼트(106)의 출력부와 타겟(102) 사이의 공칭 거리의 0.1% 이상, 0.5% 이상, 2% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 50% 이상 감소에 대응할 수 있다.
대표적인 예들에서, 반사기(112)는 반사기(112)를 타겟(102), 대전 입자 빔 축(108), 및 샘플에 의해 방출되는 대응 광과 정밀하게 정렬하기 위해 이동 스테이지(138)에 커플링될 수 있다. 이동 스테이지(138)는 또한, 예를 들어 하나 이상의 다른 대전 입자 빔들에 의한 프로세싱을 위해 타겟(102)이 이동됨에 따라 반사기(112)를 이동시키기 위해, 또는 타겟(102)의 영역으로부터 반사기(112)를 완전히 제거하기 위해 사용될 수 있다. 도시된 바와 같은 이동 스테이지(138)가 반사기(112)의 정점 단부 근처에 커플링되어 있지만, 이동 스테이지(138)는 또한, 다른 위치들, 이를테면 반대편 단부 또는 하나 이상의 다른 측면들에서 반사기에 커플링될 수 있다.
장치(100)는 또한, 다양한 컴포넌트들로부터 신호들을 수신하고, 그리고/또는 다양한 컴포넌트들을 제어하기 위해 사용될 수 있는 제어기 환경(140)에 커플링될 수 있다. 제어기 환경(140)은 적어도 프로세서(142) 및 메모리(144)를 포함하는 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스들을 포함할 수 있다. 컴퓨팅 디바이스들은 데스크톱 또는 랩톱 컴퓨터들, 모바일 디바이스들, 태블릿들, 로직 제어기들 등을 포함할 수 있다. 프로세서(142)는 제어 및/또는 데이터 프로세싱과 같은, 제어기 환경(140)과 연관된 I/O 기능들 또는 다양한 데이터 프로세싱을 수행할 수 있는 하나 이상의 CPU들, GPU들, ASIC들, PLC들, FPGA들, PLD들, CPLD들 등을 포함할 수 있다. 메모리(144)는 고정식 또는 탈착식으로 휘발성 또는 비-휘발성(예를 들어, RAM, ROM, 플래시, 하드 드라이브, 광학 디스크 등)일 수 있으며, 프로세서(142)에 커플링된다. 메모리(144)는 하나 이상의 컴퓨터-판독가능 매체들에 대한 저장 용량을 제공할 수 있다. 하나 이상의 시스템 버스들은 다양한 환경 컴포넌트들 사이에 통신 경로를 제공할 수 있다.통신 네트워크를 통해 링크된 원격 프로세싱 디바이스들에 의해 애플리케이션들 및 태스크들이 수행되도록, 제어기 환경(140)은 또한 분산 형태로 위치될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈들 및 로직은 로컬 및 원격 메모리 저장 디바이스들 둘 모두에 위치될 수 있다. 일부 예들에서, 제어기 환경(140) 내의 컴포넌트들은 다른 컴포넌트들이 링크될 필요가 없다.
제어기 환경(140)은 렌즈 어레인지먼트(106) 및 대전 입자 빔 소스(146)에 커플링될 수 있으며, 이를테면 렌즈 전극 및/또는 방출 소스 전압들의 변화를 통해, 대전 입자 빔(104)의 상이한 특성들을 변화시키기 위한 제어 로직(148)을 포함할 수 있다. 제어기 환경(140)은 또한, 타겟(102), 조향 전극(124) 및 반사기(112)의 각각의 병진들 및/또는 회전들을 변화시키기 위해 이동 스테이지 제어부들(150, 152, 154)을 이용하여 이동 스테이지들(110, 134, 138)에 커플링될 수 있다. 제어기 환경(140)은 추가로, 광 입자들(114a-114f)과 연관된 광학 검출 신호를 수신하기 위해 광 검출 I/O(156)를 이용하여 광학 검출기(122)에 커플링될 수 있다. 제어기 환경(140)은 또한, 조향 전극(124)에 의해 지향되는 2차 전자들(126a, 126b)과 연관된 입자 검출 신호를 수신하기 위해 입자 검출기 I/O(158)를 이용하여 입자 검출기(128)에 커플링될 수 있다. 대표적인 실시예들에서, 입자 검출기(128) 및 광학 검출기(122)로부터의 검출 신호들은 대전 입자 빔(104)과 타겟(102) 사이의 상호 작용에 기초하여 동시에 수신될 수 있다. 추가적인 예들에서, 디스플레이(160)는 검출된 신호들, 샘플 이미지들, 전극 전압들, 스테이지 파라미터들 등을 나타내도록 위치될 수 있다.
반사기, 검출기 및 조향 전극 컴포넌트들을 정렬하기 위한 알고리즘들은 디지털 컴퓨터에 의해 수행되는 소프트웨어 또는 펌웨어 명령들로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 개시된 기법들 중 임의의 기법은 대전 입자 빔 현미경 시스템의 일부인 컴퓨터 또는 다른 컴퓨팅 하드웨어에 의해 수행 될 수 있다. 대전 입자 빔 현미경 시스템은 검출기들(118, 128)에 연결될 수 있거나, 또는 그렇지 않으면, 검출기들(118, 128)과 통신할 수 있으며, 광학 및 대전 입자 검출 신호들을 수신하고, 이미징 또는 재료 분석 연산들(예를 들어, 본원에서 개시 또는 포함된 기법들 중 임의의 기법)을 수행하도록 프로그래밍 또는 구성될 수 있다. 컴퓨터는 하나 이상의 프로세서들(프로세싱 디바이스들) 및 유형의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들(예를 들어, 하나 이상의 광학 매체 디스크들, 휘발성 메모리 디바이스들(이를테면, DRAM 또는 SRAM), 또는 비휘발성 메모리 또는 저장 디바이스들(이를테면, 하드 드라이브들, NVRAM 및 솔리드 스테이트 드라이브들(예를 들어, 플래시 드라이브들))을 포함하는 컴퓨터 시스템일 수 있다. 하나 이상의 프로세서들은 유형의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들 중 하나 이상 상에 저장된 컴퓨터-실행가능 명령들을 실행할 수 있고, 그에 의해 개시되는 기법들 중 임의의 기법을 수행할 수 있다. 예를 들어, 개시된 실시예들 중 임의의 실시예를 수행하기 위한 소프트웨어는 컴퓨터-실행가능 명령들로서 하나 이상의 휘발성 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들 상에 저장될 수 있으며, 그 컴퓨터-실행가능 명령들은 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 경우, 하나 이상의 프로세서들로 하여금 개시되는 기법들 중 임의의 기법을 수행하게 한다. 연산들의 결과들은 하나 이상의 유형의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체들에(예를 들어, 적합한 데이터 구조 또는 룩업 테이블로) 저장될 수 있고 그리고/또는 또한, 예를 들어 그래픽 사용자 인터페이스로 디스플레이(160) 상에 디스플레이함으로써 사용자에게 출력될 수 있다.
예 1: 조향 전극이 없는 미약하게 만곡된 타원형 반사기
도 2는 입자 모델 트레이스를 갖는 대전 입자 빔 어레인지먼트(200)의 예를 도시한다. 대전 입자 빔 어레인지먼트(200)는 축(206)을 따라 샘플 타겟(208)에 대전 입자 빔(204)을 집속시키도록 위치된 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(202)를 포함한다. 타원형 반사기(210)는, 타원형 반사기(210)의 배향 및 타원형 형상과 연관된 방향으로, 집속된 대전 입자 빔(204)과 샘플 타겟(208) 사이의 상호 작용과 연관된 방출된 광 입자들을 지향시키기 위해, 샘플 타겟(208)과 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(202)의 출력 사이에 위치된다. 타원형 반사기(210)는 대전 입자 빔(204)의 방출 동안 저 전압(-1.5 V)으로 음으로 바이어싱되도록 전압 소스에 커플링되며, 그에 따라, 선택된 궤적들로 샘플 타겟(208)에 의해 방출된 2차 전자들(212)은 인접한 에버하트-쏜리 전자 검출기(214)의 양으로 바이어싱된 전기장에 의해 캡처되도록, 타원형 반사기(210)로부터 멀어지게 지향된다. 타원형 반사기(210)는 대체로 미약한 곡률을 갖고, 이를테면 약 10 mm의 초점 길이를 정의하여, 2차 전자들이 내측 오목 표면과 접촉하기 전에 전파되게 하기 위한 부가적인 볼륨을 발생시킨다. 수집 효율은 전형적으로, 입자 검출기에 의해 검출되는 미리 결정된 유용한 에너지 범위 내의 방출된 총 2차 전자의 퍼센티지에 대응한다. 전자 검출기(214)에 의해 대략 15%의 2차 전자 수집 효율들이 획득되고, 타원형 반사기(210)에 의해 약 70%의 광자 수집 효율이 달성될 수 있다. 그러나, 미약한 곡률에 의해 제공되는 부가적인 볼륨은, 타원형 반사기(210)의 외측 볼록 표면으로부터의 방해에 기초하여, 샘플 타겟(208)과 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(202)의 출력 단부 사이의 최소 작동 거리를 제공한다.
예 2: 조향 전극이 없는 강하게 만곡된 타원형 반사기
도 3은 입자 모델 트레이스를 갖는 대전 입자 빔 어레인지먼트(300)의 예를 도시한다. 대전 입자 빔 어레인지먼트(300)는 축(306)을 따라 샘플 타겟(308)에 대전 입자 빔(304)을 집속시키도록 위치된 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(302)를 포함한다. 타원형 반사기(310)는, 타원형 반사기(310)의 배향 및 타원형 형상과 연관된 방향으로, 집속된 대전 입자 빔(304)과 샘플 타겟(308) 사이의 상호 작용과 연관된 방출된 광 입자들을 지향시키기 위해, 샘플 타겟(308)과 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(302)의 출력 사이에 위치된다. 타원형 반사기(310)는 대전 입자 빔(304)의 방출 동안 저 전압(-1.5 V)으로 음으로 바이어싱되도록 전압 소스에 커플링되며, 그에 따라, 선택된 궤적들로 샘플 타겟(308)에 의해 방출된 2차 전자들(312)은 인접한 에버하트-쏜리 전자 검출기(314)의 양으로 바이어싱된 전기장에 의해 캡처되도록, 타원형 반사기(310)로부터 멀어지게 지향된다. 타원형 반사기(310)는 타원형 반사기(210)의 길이와 유사한 길이를 갖지만, 타원형 반사기(210)의 초점 길이의 2배인 초점 길이를 갖는다. 타원형 반사기(310)는 또한, 타원형 반사기(210)와 비교하여 대체로 더 강한 곡률을 가지며, 그에 따라, 2차 전자들이 내측 오목 표면과 접촉하기 전에 전파되게 하기 위한 감소된 볼륨을 발생시킨다. 결과적으로, 전자 검출기(314)에 의해 단지 대략 5.5%의 비교적 불량한 2차 전자 수집 효율이 획득되며, 타원형 반사기(310)에 의해 약 70%의 적합한 광자 수집 효율이 달성될 수 있다. 그러나, 타원형 반사기(310)의 더 강한 곡률은 또한, 타원형 반사기(310)의 외측 볼록 표면에 의한 방해 전에, 샘플 타겟(308)과 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(302)의 출력 사이의 더 짧은 거리를 가능하게 한다.
예 3: 조향 전극이 있는 연장 포물선 반사기
도 4는 입자 모델 트레이스를 갖는 대전 입자 빔 어레인지먼트(400)의 예를 도시한다. 대전 입자 빔 어레인지먼트(400)는 축(406)을 따라 샘플 타겟(408)에 대전 입자 빔(404)을 집속시키도록 위치된 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(402)를 포함한다. 타원형 반사기(410)는, 타원형 반사기(410)의 배향 및 포물선 형상과 연관된 방향으로, 집속된 대전 입자 빔(404)과 샘플 타겟(408) 사이의 상호 작용과 연관된 방출된 광 입자들을 지향시키기 위해, 샘플 타겟(408)과 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(402)의 출력 사이에 위치된다. 이 예에서, 타원형 반사기(410)는 바이어싱되지 않고, 접지 전압에 커플링될 수 있다. 와이어-형상 조향 전극(412)이 대전 입자 빔(404)의 방출 동안 선택된 전압(여기서, 9.5 V)으로 음으로 바이어싱되도록 전압 소스에 커플링되며, 샘플 타겟(408)과 타원형 반사기(410)의 오목 내측 표면 사이에서 샘플 타겟(408) 근처에 팁(414)이 위치되도록 삽입된다. 대전 입자 빔(404)의 방출 동안, 타원형 반사기(410) 쪽으로 선택된 궤적들로 샘플 타겟(408)에 의해 방출된 2차 전자들(416)은 인접한 에버하트-쏜리 전자 검출기(418)의 양으로 바이어싱된 전기장에 의해 캡처되도록 조향 전극(412)에 의해 재지향된다. 조향 전극(412)에 의해 제공되는 재지향에 기초하여, 타원형 반사기(410)는 연장 길이를 갖는다. 타원형 반사기(410)는 또한, 타원형 반사기(210)와 비교하여 강한 곡률을 가질 수 있고, 그에 따라, 2차 전자들이 내측 오목 표면과 접촉하기 전에 전파되게 하기 위한 감소된 볼륨을 발생시킨다. 조향 전극(412)에 의한 2차 전자들(416)의 재지향은, 전자 검출기(418)에 의한 대략 18.5%의 2차 전자 수집 효율들, 및 타원형 반사기(410)에 의한 약 73%의 광자 수집 효율이 달성될 수 있게 한다. 또한, 타원형 반사기(410)의 더 강한 곡률은, 타원형 반사기(410)의 외측 볼록 표면에 의한 방해 전에, 샘플 타겟(408)과 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(402)의 출력 사이의 더 짧은 거리를 가능하게 한다.
예 4: 정전 재지향기
도 5는 축(506)을 따라 샘플 타겟(508)에 대전 입자 빔(504)을 집속시키도록 위치된 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(502)를 포함하는 대전 입자 빔 어레인지먼트(500)의 예를 도시한다. 포물선 반사기(510)는, 포물선 반사기(510)의 배향 및 포물선 형상과 연관된 방향으로, 집속된 대전 입자 빔(504)과 샘플 타겟(508) 사이의 상호 작용과 연관된 방출된 광 입자들을 지향시키기 위해, 샘플 타겟(508)과 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(502)의 출력 사이에 위치된다. 대전 입자 빔 어레인지먼트(500)는 또한, 대전 입자 빔(504)과 샘플 타겟(508) 사이의 상호 작용에 의해 방출되는 2차 전자들(514)의 전파 경로들을 변화시키도록 위치된 2차 전자 재지향기(512)를 포함한다. 대표적인 예들에서, 2차 전자 재지향기(512)는 방출된 2차 전자들(514)을 재지향시키기 위해, 포물선 반사기(510)와 샘플 타겟(508) 사이의 볼륨까지 전기장 변화를 확장하는 정전 플레이트이다. 평면형, 곡선형, 세그먼트형 등을 포함하는 다양한 정전 플레이트 구성들이 사용될 수 있다. 2차 전자 재지향기(512)는, 샘플 타겟(508), 포물선 반사기(510), 및 2차 전자 검출기(518), 이를테면 에버하트-쏜리 검출기에 대하여 2차 전자 재지향기(512)를 선택적으로 정렬시키기 위해 병진 및/또는 회전을 제공할 수 있는 이동 스테이지(516)에 커플링될 수 있다. 전형적인 예들에서, 2차 전자 재지향기(512)는 포물선 반사기(510) 및 2차 전자 검출기(518)에 대해 고정된 위치에 위치되지만, 일부 예들에서 그리고/또는 바이어스 전압 변화 시에 이동 스테이지(516)에 의한 주사 이동이 수행될 수 있다. 추가적인 예들에서, 2차 전자 재지향기(512)는 정자기 재지향기를 포함할 수 있다.
예 5: 타원형 반사기
도 6은 축(606)을 따라 샘플 타겟(608)에 대전 입자 빔(604)을 집속시키도록 위치된 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(602)를 포함하는 대전 입자 빔 어레인지먼트(600)의 예를 도시한다. 타원형 반사기(610)는, 타원형 반사기(610)의 배향 및 타원형 형상과 연관된 방향으로, 그리고 타원형 반사기(610)의 타원률에 기초한 초점으로, 집속된 대전 입자 빔(404)과 샘플 타겟(408) 사이의 상호 작용과 연관된 방출된 광 입자들(611)을 지향시키기 위해, 샘플 타겟(608)과 대전 입자 빔 렌즈 어레인지먼트(602)의 출력 사이에 위치된다. 와이어-형상 조향 전극(612)이 전압 소스에 커플링되어, 타원형 반사기(610) 쪽으로 선택된 궤적들로 샘플 타겟(608)에 의해 방출된 2차 전자들(614) 또는 다른 대전 입자들이 입자 검출기(616)에 의해 캡처되도록 조향 전극(612)에 의해 재지향되게 한다. 조향 전극(612)에 의해 제공되는 재지향에 기초하여, 타원형 반사기(610)는 연장 길이를 가질 수 있다. 타원형 반사기(610)에 의해 반사되는 방출 광 입자들(611)을 수용하기 위해, 초점에 또는 초점 근처에, 광학 검출기(618) 또는 다른 광학 엘리먼트들(예컨대, 렌즈, 반사기 등)이 위치될 수 있다. 일부 예들에서, 광확 검출기(618)는 방출 광 입자들(611)을 수용하기 위해 초점에 위치된 단부면 또는 다른 연관된 커플링 광학기를 갖는 광 섬유를 포함한다. 광 입자들(611)을 광 섬유에 커플링시키는 대표적인 예들은 광 입자들과 연관된 각도 정보를 보유하지 않는다.
선택된 예들의 비교
다음의 표는 관련 광자 수집 효율들(CE), 2차 수집 효율들, 및 전자 재지향 전압들을 포함하여, 다양한 타원형 및 포물선 반사기 구성들에 대한 성능 결과들을 나타낸다. 다음의 예들이 포괄적인 것이 아니며, 다양한 전위들, 효율들, 및 다른 특징들이 장치 간에 변화될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 일부 예들에서, 타원형 또는 포물선 반사기들로 광 입자들을 검출하는 것이 또한 가능하지 않은 종래의 이중 FIB-SEM 장치로부터 획득되는 2차 전자 수집 효율에 비하여, 2차 전자 수집 효율의 개선이 달성된다.
[표 1]
Figure 112018130313969-pat00001
방법 예들
도 7은 대전 입자 빔과 샘플 사이의 상호 작용 동안 샘플로부터 방출되는 입자들을 검출하기 위해 사용될 수 있는 방법(700)의 예를 도시한다. 702에서, 반사기, 이를테면 포물선 또는 타원형 반사기가 샘플에 인접하게 위치되며, 그 샘플은 대전 입자 빔 집속 조립체, 이를테면 전자 빔 컬럼 또는 집속 이온 빔 컬럼의 대전 입자 빔 축을 따라 대전 입자 빔을 수용하도록 위치된다. 반사기는 대전 입자 빔과 샘플 사이의 상호 작용에 기초하여 샘플로부터 방출되는 광을 수용하고, 그 광을 광검출기로 지향시키도록 위치된다. 704에서, 대전 입자 빔과 샘플 사이의 상호 작용에 기초하여 샘플로부터 방출된 2차 대전 입자들을 반사기 및 대전 입자 빔 축으로부터 멀어지게 지향시키기 위해, 조향 전극이 반사기에 인접하게 위치된다. 706에서, 대전 입자 빔은 주사 전자 현미경 컬럼, 집속 이온 빔 컬럼 또는 다른 대전 입자 소스에 의해 생성되고, 샘플로 지향된다. 샘플과 대전 입자 빔 사이의 상호 작용에 의해 방출된 광은 반사기에 의해 수집된다. 708에서, 수집된 광은 광검출기로 지향된다. 샘플 사이의 상호 작용에 의해 방출된 2차 대전 입자들은 조향 전극에 의해 재지향되고, 대전 입자 검출기에 의해 수용된다. 710에서, 수용된 2차 대전 입자들(전형적으로 2차 전자들)은 대전 입자 검출기에 의해 검출된다. 일부 예들에서, 반사기의 길이는, 조향 전극에 의한 반사기로부터 멀어지는 2차 대전 입자들의 지향에 적어도 부분적으로 기초한 연장 길이를 갖고, 샘플로부터 방출되는 광에 대한 부가적인 수집 각도를 제공하는 연장부를 포함한다.
예시되는 실시예들을 참조하여 개시되는 기술의 원리들을 설명 및 예시하였지만, 그러한 원리들을 벗어나지 않으면서 예시된 실시예들이 배열 및 세부사항에서 변형될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 소프트웨어로 도시된 예시된 실시예들의 엘리먼트들은 하드웨어로 구현될 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다. 또한, 임의의 예로부터의 기술들은 다른 예들 중 임의의 하나 이상에서 설명되는 기술들과 조합될 수 있다. 예시된 예들를 참조하여 설명되는 것과 같은 절차들 및 기능들이 단일 하드웨어 또는 소프트웨어 모듈로 구현 될 수 있거나 또는 별개의 모듈들이 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 위의 특정한 배열들은 편리한 예시를 위해 제공되며, 다른 배열들이 사용될 수 있다.
개시되는 기술의 원리들이 적용될 수 있는 다수의 가능한 실시예들을 고려하면, 예시된 실시예들은 단지 대표적인 예들일 뿐이며, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다는 것이 인식되어야 한다. 이러한 섹션들에서 구체적으로 언급되는 대안들은 단지 예시적일 뿐이며, 본원에서 설명되는 실시예들에 대한 모든 가능한 대안들을 나타내는 것은 아니다. 예를 들어, 본원에서 설명되는 시스템들의 다양한 컴포넌트들은 기능 및 사용 시 조합될 수 있다. 따라서, 우리는 첨부된 청구범위의 사상 범위 내에 있는 모든 것을 청구한다.

Claims (24)

  1. 장치로서,
    대전 입자 빔(CPB; charged particle beam)을 CPB 축을 따라 지향시키도록 위치된 CPB 집속 조립체;
    상기 CPB 집속 조립체로부터 상기 CPB 축을 따라 반사기의 애퍼처(aperture)를 통과하는 대전 입자 빔(CPB)을 수용하도록 위치된 샘플 위치에 인접하게 위치된 반사기로서, 상기 반사기는 CPB-샘플 상호 작용에 기초하여 상기 샘플 위치에서 샘플로부터 방출되는 광을 수용하고, 상기 광을 광검출기로 지향시키도록 위치되는, 반사기;
    상기 CPB-샘플 상호 작용에 기초하여 상기 샘플로부터 방출되는 2차 대전 입자들을 상기 반사기 및 CPB 축으로부터 멀어지게 지향시키기 위해, 상기 반사기에 인접하게 위치된 조향 전극; 및
    상기 조향 전극을 이동, 진동 또는 스캔하도록 상기 조향 전극에 결합된 이동 스테이지를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사기는 광학 축을 따라 상기 광을 시준시키거나 또는 집속시키도록 위치된 곡선형 반사기인, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 곡선형 반사기는 포물선형 반사기 또는 타원형 반사기인, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사기에 커플링되고, 상기 CPB 축 또는 샘플 위치에 대하여 상기 반사기를 이동시키도록 위치된 이동 스테이지를 더 포함하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사기는, 상기 애퍼처를 중심으로 방향에 따라 서로 다른 상기 광을 대한 수집 각도를 제공하며, 일 영역에서 다른 영역보다 더 큰 수집 각도를 제공하도록 연장된 길이를 갖는 연장부를 포함하는, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조향 전극에 커플링되고, 상기 조향 전극과 상기 반사기 또는 CPB 축 사이의 각도와 거리 중 하나 이상을 변화시키도록 위치된 이동 스테이지를 더 포함하는, 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조향 전극은 안테나 전극을 포함하는, 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 조향 전극은 정전 플레이트를 포함하는, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 샘플로부터 방출되고, 상기 조향 전극에 의해 지향되는 2차 대전 입자들을 수용하도록 위치된 2차 대전 입자 검출기를 더 포함하는, 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 CPB 축을 따라 상기 샘플 위치의 초점으로 상기 CPB를 지향시키도록 위치된 CPB 집속 조립체를 더 포함하는, 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 CPB는 전자 빔을 포함하고, 상기 2차 대전 입자들은 2차 전자들을 포함하며, 상기 광은 음극선 발광에 의해 생성되는, 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반사기는, 상기 애퍼처를 중심으로 방향에 따라 서로 다른 상기 광을 대한 수집 각도를 제공하며, 일 영역에서 다른 영역보다 더 큰 수집 각도를 제공하도록 연장된 길이를 갖는 연장부를 포함하는, 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 반사기 및 상기 조향 전극은 상기 광검출기로 상기 광을 지향시키는 것과 상기 2차 대전 입자 검출기로 상기 2차 대전 입자들을 지향시키는 것을 동시에 행하도록 위치되는, 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 반사기는 상기 반사기 및 CPB 축으로부터 멀어지게 상기 2차 대전 입자들을 지향시키는 바이어스를 제공하기 위해 전압을 수용하도록 위치되는, 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 반사기는 상기 반사기의 상이한 부분들에서 상이한 전압들을 수용하도록 위치되는, 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 상이한 부분들은 제1 부분 및 제2 부분을 포함하며, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분보다 더 큰 바이어스를 수용하고, 상기 제1 부분은 상기 샘플 위치에 인접한 강한 만곡 섹션을 따르고, 제2 전압은 상기 샘플 위치에 인접한 더 미약한 만곡 섹션을 따르는, 장치.
  17. 장치로서,
    대전 입자 빔을 CPB 축을 따라 지향시키도록 위치된 대전 입자 빔(CPB) 집속 조립체;
    광 빔을 방출하는 광 소스;
    상기 CPB 집속 조립체로부터 상기 CPB 축을 따라 반사기의 애퍼처(aperture)를 통과하는 대전 입자 빔(CPB)을 수용하도록 위치된 샘플 위치에 인접하게 위치된 반사기;
    CPB-샘플 상호 작용에 기초하여 샘플로부터 방출되는 2차 대전 입자들을 상기 반사기 및 CPB 축으로부터 멀어지게 지향시키기 위해, 상기 반사기에 인접하게 위치된 조향 전극; 및
    상기 조향 전극을 이동, 진동 또는 스캔하도록 상기 조향 전극에 결합된 이동 스테이지을 포함하며,
    상기 반사기는 상기 광 빔에 의한 광자-샘플 상호 작용에 기초하여 상기 샘플 위치에서 상기 샘플로부터 방출되는 광을 수용하고, 상기 광을 광검출기로 지향시키도록 위치되는, 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 광자-샘플 상호 작용에 기초하여 상기 샘플로부터 방출되는 광은 라만 방출(Raman emission)에 대응하는, 장치.
  19. 방법으로서,
    대전 입자 빔(CPB) 집속 조립체를 제공하는 단계;
    상기 CPB 집속 조립체로부터 CPB 축을 따라 반사기의 애퍼처를 통과하는 대전 입자 빔(CPB)을 수용하도록 위치된 CPB 샘플 위치에 인접하게 상기 반사기를 위치시키는 단계로서, 상기 반사기는 CPB-샘플 상호 작용에 기초하여 상기 샘플 위치에서 샘플로부터 방출되는 광을 수용하고, 상기 광을 광검출기로 지향시키도록 위치되는, 단계;
    상기 CPB-샘플 상호 작용에 기초하여 상기 샘플로부터 방출되는 2차 대전 입자들을 상기 반사기 및 CPB 축으로부터 멀어지게 지향시키기 위해, 상기 반사기에 인접하게 조향 전극을 위치시키는 단계; 및
    상기 조향 전극을 이동, 진동 또는 스캔하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 반사기는, 상기 애퍼처를 중심으로 방향에 따라 서로 다른 수집 각도를 제공하며, 일 영역에서 다른 영역보다 더 큰 수집 각도를 제공하도록 연장된 길이를 갖는 연장부를 포함하는, 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 반사기는 광학 축을 따라 상기 광을 시준시키거나 또는 집속시키도록 위치된 포물선형 반사기인, 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 샘플로 상기 CPB를 지향시키는 단계;
    상기 광검출기를 이용하여 상기 광을 검출하는 단계; 및
    대전 입자 검출기를 이용하여 상기 2차 대전 입자들을 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 CPB는 전자 빔이고, 상기 2차 대전 입자들은 2차 전자들이며, 상기 광은 음극선 발광에 의해 생성되는, 방법.
  24. 시스템으로서,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    저장된 명령들을 포함하는 하나 이상의 컴퓨터-판독가능 저장 매체들을 포함하며,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의한 실행에 응답하여, 상기 시스템으로 하여금, 반사기 및 대전 입자 빔(CPB) 축으로부터 멀어지게 2차 대전 입자들을 지향시키기 위해 상기 반사기에 인접하게 위치된 조향 전극의 전압을 제어하게 하고, 상기 2차 대전 입자들은 CPB 축을 따라 전파하는 CPB와 샘플 사이의 상호 작용에 기초하여 샘플 위치에서 샘플로부터 방출되고, 상기 반사기는 상기 샘플 위치에 인접하게 위치되고, 상기 샘플 위치는 CPB 집속 조립체로부터 CPB 축을 따라 상기 CPB를 수용하도록 위치되며, 그에 따라, 상기 반사기는 CPB-샘플 상호 작용에 기초하여 상기 샘플로부터 방출되는 광을 수용하고, 상기 광을 광검출기로 지향시키도록 위치되며, 이동 스테이지가 상기 조향 전극을 이동, 진동 또는 스캔하도록 상기 조향 전극에 결합되는, 시스템.
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