KR102480545B1 - 텔레센트릭 조명을 갖는 다중 빔 전자 특성화 도구 - Google Patents

텔레센트릭 조명을 갖는 다중 빔 전자 특성화 도구 Download PDF

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Abstract

다중 빔 전자 소스가 개시된다. 다중 빔 소스는 전자 소스, 그리드 렌즈 조립체, 및 다중 렌즈 어레이 조립체를 포함한다. 다중 렌즈 어레이 조립체는 기판에 걸쳐 배치된 렌즈의 세트를 포함한다. 그리드 렌즈 조립체는 전자 빔 소스로부터의 1차 전자 빔이 다중 렌즈 어레이 조립체 상에 텔레센트릭하게 안착하게 하도록 구성된다. 다중 렌즈 어레이 조립체는 전자 빔 소스로부터의 전자 빔을 복수의 1차 전자 빔으로 분할하도록 구성된다. 그리드 렌즈 조립체는 제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소를 포함하고, 제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소는 선택된 거리의 간극만큼 분리된다. 그리드 렌즈 조립체는 애퍼처의 세트를 포함하는 그리드 요소를 더 포함하고, 그리드 요소는 제1 렌즈 요소와 제2 렌즈 요소 사이의 간극 내에 배치된다.

Description

텔레센트릭 조명을 갖는 다중 빔 전자 특성화 도구
본 발명은 일반적으로 전자 빔 샘플 특성화에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 텔레센트릭 조명을 갖는 다중 빔 전자 특성화 도구(multi-beam electron characterization tool)에 관한 것이다.
로직 및 메모리 디바이스와 같은 반도체 디바이스의 제조는 통상적으로 다수의 반도체 제조 프로세스를 사용하여 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 프로세싱하여 다양한 피처(feature) 및 다수의 레벨의 반도체 디바이스를 형성하는 것을 포함한다. 반도체 디바이스 크기가 점점 작아짐에 따라, 개선된 검사 및 검토 디바이스 및 절차를 개발하는 것이 중요해진다. 그러한 검사 기술 중 하나는 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy; SEM)과 같은 전자 빔 기반 검사 시스템을 포함한다. 그리드 및 포일 렌즈(foil lenses)는 프로브 형성 SEM 시스템에서 구면 수차를 줄이기 위해 사용되었다. 이러한 그리드는 큰 면적의 빔을 얻고 빔을 작은 지점(point)에 포커싱하는데 사용된다. 그리드와 포일은 일반적으로 고휘도 음극과 고품질 자기 렌즈에 자리를 내주었다. 더욱이, 그리드와 포일은 종종 포일 내의 산란이나 그리드를 통과할 때 빔의 일부를 렌즈화(lensing)/차단하여 빔 품질을 저하시킨다. 이전 접근법에서 관찰된 결함을 치유하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이 이로울 것이다.
본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라서 다중 빔 전자 소스가 개시된다. 일 실시예에서, 다중 빔 전자 소스는 전자 소스를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 다중 빔 전자 소스는 그리드 렌즈 조립체를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 다중 빔 전자 소스는 다중 렌즈 어레이 조립체를 포함하고, 여기서 다중 렌즈 어레이 조립체는 기판에 걸쳐 배치된 복수의 렌즈를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 그리드 렌즈 조립체는 전자 빔 소스로부터의 전자 빔이 다중 렌즈 어레이 조립체 상에 텔레센트릭하게(telecentrically) 안착(land)하게 하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 다중 렌즈 어레이 조립체는 전자 빔 소스로부터의 전자 빔을 복수의 1차 전자 빔(primary electron beams)으로 분할하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 그리드 렌즈 조립체는, 제1 렌즈 요소(lens element) 및 제2 렌즈 요소 - 제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소는 선택된 거리의 간극(gap)만큼 분리됨 - ; 및 복수의 애퍼처(apertures)를 포함하는 그리드 요소를 포함하고, 그리드 요소는 제1 렌즈 요소와 제2 렌즈 요소 사이의 간극 내에 배치된다.
본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라서 다중 빔 주사 전자 현미경 장치가 개시된다. 하나의 실시예에서, 이 장치는 샘플을 고정하도록 구성된 샘플 스테이지를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 장치는 복수의 1차 전자 빔을 형성하도록 구성된 다중 빔 전자 소스 조립체를 포함하고, 다중 빔 전자 소스 조립체는 전자 소스, 그리드 렌즈 조립체 및 다중 렌즈 어레이 조립체를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 다중 렌즈 어레이 조립체는 기판에 걸쳐 배치된 복수의 렌즈를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 그리드 렌즈 조립체는 전자 빔 소스로부터의 전자 빔이 다중 렌즈 어레이 조립체 상에 텔레센트릭하게 안착하게 하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 다중 렌즈 어레이 조립체는 전자 빔 소스로부터의 전자 빔을 복수의 1차 전자 빔으로 분할하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 그리드 렌즈 조립체는, 제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소 - 제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소는 선택된 거리의 간극만큼 분리됨 - ; 및 복수의 애퍼처를 포함하는 그리드 요소를 포함하고, 그리드 요소는 제1 렌즈 요소와 제2 렌즈 요소 사이의 간극 내에 배치된다. 또 다른 실시예에서, 이 장치는 복수의 전자 빔의 적어도 일부를 샘플의 일부 상으로 지향시키도록 구성된 전자 광학 요소(electron-optical elements)의 세트를 포함하는 전자 광학 컬럼 조립체(electron-optical column assembly)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 이 장치는 하나 이상의 1차 전자 빔에 응답하여 샘플의 표면에서 발산(emanate)되는 전자를 검출하도록 구성된 검출기 조립체를 포함한다.
본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라서 주사 전자 현미경의 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 방법은 1차 전자 빔을 생성하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 방법은 1차 전자 빔을 제1 렌즈 요소를 통해 투과시키는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 방법은 1차 전자 빔이 다중 렌즈 어레이 상에 텔레센트릭하게 안착하도록 1차 전자 빔을 곡선형 그리드(curved grid) 및 제2 렌즈 요소를 통해 투과시키는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 방법은 다중 렌즈 어레이로부터 발산되는 복수의 1차 빔렛을 샘플 상으로 지향시키는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 방법은 복수의 1차 빔렛에 응답하여 샘플로부터의 복수의 신호 빔렛을 검출하는 단계를 포함한다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 단지 예시적이고 설명적인 것이며, 청구된 본 발명을 반드시 제한하는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 도시하고, 일반적인 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 개시의 많은 장점은 첨부 도면을 참조함으로써 당업자가 더 잘 이해할 수 있다.
도 1은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 다중 빔 소스 내에서 텔레센트릭 조명을 갖는 다중 빔 주사 전자 현미경 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 다중 빔 소스의 단순화된 개략도이다.
도 3a는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 다중 빔 소스의 렌즈 요소의 길이(x-z 평면)를 따른 시뮬레이션된 전자 분포의 개념도이다.
도 3b는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 다중 빔 소스의 렌즈 요소의 영역(x-y 평면)에 걸친 시뮬레이션된 전자 분포의 개념도이다.
도 4는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 다중 빔 주사 전자 현미경의 방법을 도시하는 프로세스 흐름도이다.
이제, 첨부 도면에 예시되는, 개시되는 특허 대상에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이다. 일반적으로, 도 1a 내지 도 4를 참조하면, 텔레센트릭 조명을 갖는 다중 빔 주사 전자 현미경을 위한 시스템 및 방법이 본 개시에 따라 설명된다.
도 1 및 2는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 다중 빔 SEM 시스템(100)의 단순화된 개략도를 도시한다. 일 실시예에서, 시스템(100)은 다중 빔 전자 빔 소스 조립체(101), 전자 광학 조립체(104), 샘플 스테이지(106), 검출기 조립체(108) 및/또는 제어기(110)를 포함한다.
일 실시예에서, 다중 빔 전자 소스 조립체(101)는 전자 소스(102), 그리드 렌즈 조립체(103), 및 초기 조명 빔(120)을 다수의 전자 빔(105)으로 분할하도록 구성된 다중 렌즈 어레이 조립체(109)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 그리드 렌즈 조립체(103)는 전자 빔 소스(102)로부터의 전자 빔(120)이 다중 렌즈 어레이 조립체(109) 상에 텔레센트릭하게 안착하게 하도록 구성된다. 이와 관련하여, 전자 빔(120)(또는 빔(120)을 구성하는 빔렛)은 법선 입사에서 다중 렌즈 어레이 조립체(109)에 충돌할 수 있다.
일 실시예에서, 다중 렌즈 어레이 조립체(109)는 렌즈(111)의 어레이를 포함한다. 예를 들어, 렌즈(111)는 기판(113)을 가로질러 분포되고 기판(113)을 관통하도록 형성될 수 있다. 다중 렌즈 어레이 조립체(109)의 각 렌즈(111)는 마이크로 렌즈로서 작용하고 대응하는 빔렛(105)을 샘플(107) 상의 작은 지점(spot)에 포커싱한다는 점에 유의한다. 기판(113)을 가로지르는 렌즈(111)의 분리는 선택된 피치(pitch)만큼 빔을 분리하도록 작용한다.
다중 렌즈 어레이 조립체(109)의 렌즈(111)의 조명은 다중 렌즈 어레이 조립체(109)에서 각 렌즈(111)의 고해상도를 보존하기 위해 중요하다. 점점 더 많은 빔이 시스템(100)에 추가됨에 따라 조명 영역이 상당히 커져서 최외부 렌즈(111)가 충분한 각도 균일성으로 조명될 수 없어서, 최외부 빔에서 균일성이 부족하다는 점에 또한 유의한다. 텔레센트릭 입력 조명의 사용은 각도 불균일성으로 인한 효과를 완화하는 데 도움이 되며, 이에 따라 다중 렌즈 어레이 조립체(109)에 걸쳐 다수의 빔(105)의 균일성을 개선한다. 법선 입사 조명을 제공하는 것 외에도, 그리드 요소(121)는 쿨롬 또는 전자-전자 상호 작용을 통해 빔의 열화에 기여하는 원하지 않는 전자를 마스킹할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 일 실시예에서, 그리드 렌즈 조립체(103)는 선택된 거리의 간극에 의해 분리된 제1 렌즈 요소(122)와 제2 렌즈 요소(123)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 그리드 요소(121)는 제1 렌즈 요소(122)와 제2 렌즈 요소(123) 사이의 간극 내에 위치한다. 그리드 요소(121)는 기판/플레이트에 형성된 애퍼처 세트를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 그리드 요소(121)는 곡선 형상을 취한다. 예를 들어, 그리드 요소(121)는 트렁케이트된 베셀 함수(truncated Bessel function)의 형상을 갖는 곡선형 기판/플레이트를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 곡선형 그리드 요소(121)의 정점은 그리드 요소의 편평한 최외부 부분에 대해 상대적인 높이(h)를 가질 수 있다. 그리드 요소(121)의 곡면은 (다중 렌즈 어레이 조립체(109) 상에 입사하는) 텔레센트릭 빔(120)을 생성하면서, 또한, 빔(120)의 공간 전하 블러링에 기여하는 과잉 전자를 제한하는 역할을 할 수 있다는 점에 유의한다.
또 다른 실시예에서, 제1 렌즈 요소(122)는 제1 전압으로 유지되는 제1 전자 광학 렌즈(예를 들어, 정전기 렌즈 또는 전자기 렌즈)이고, 제2 렌즈 요소(123)는 제1 전압과는 상이한 제2 전압으로 유지되는, 제2 전자 광학 렌즈(예를 들어, 정전기 렌즈 또는 전자기 렌즈)이다. 예를 들어, 제1 렌즈 요소(122)는 제1 전압으로 유지되는 제1 실린더일 수 있고, 제2 렌즈 요소(123)는 제1 전압과 다른 제2 전압으로 유지되는 제2 실린더일 수 있다. 제1 렌즈 요소(122) 및 제2 렌즈 요소(123)는 대구경 실린더(예를 들어, 전자 광학 실린더형 렌즈(electron-optical cylindrical lens))일 수 있다. 제1 및 제2 전압은 시스템(100)의 동작 조건에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈 요소(122)는 선택된 전압(예를 들어, 30 kV)으로 설정된 전자 광학 렌즈 세트를 포함할 수 있는 반면에, 제2 렌즈 요소(123)는 그리드 요소(121)로부터 발산되는 빔/빔렛을 다중 렌즈 어레이 조립체(109)에 포커싱하기 위해 선택된 전압(예를 들어, 포커싱 전압(Vf))으로 설정된 제2 전자 광학 요소 세트를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 그리드 렌즈 조립체(103)는 하나 이상의 추가 전자 광학 요소를 포함한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 그리드 렌즈 조립체(103)는 제2 렌즈 요소(123)로부터의 빔/빔렛의 전자를, 다중 렌즈 어레이 조립체(109)로부터 샘플(107)까지 가속시키도록 구성된 가속 요소(202)(예를 들어, 전자 광학 렌즈)를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
도 3a 내지 3b는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 그리드 렌즈 조립체(103)와 관련된 3차원 전자 분포의 개념도를 예시한다. 도 3a는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 그리드 렌즈 조립체(103)의 렌즈 요소(122, 123)의 길이(x-z 평면)를 따른 시뮬레이션된 전자 분포의 개념도이다. 도 3b는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 그리드 렌즈 조립체(103)의 렌즈 요소(122, 123)의 영역(x-y 평면)에 걸친 시뮬레이션된 전자 분포의 개념도이다.
다시 도 1을 참조하면, 전자 소스(102)는 당업계에 공지된 임의의 전자 소스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 빔 소스(102)는 전자 방출기를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전자 소스(102)는 전자 총(예를 들어, 전계 방출 총(음극))을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.
또 다른 실시예에서, 검출기 조립체(108)는 하나 이상의 1차 전자 빔/빔렛(105)에 응답하여 샘플의 표면으로부터 발산되는 전자를 검출하도록 구성된다. 시스템(100)의 검출기 조립체(108)는 샘플(107)의 표면으로부터 다수의 전자 신호를 검출하기에 적합한 당업계에 알려진 임의의 검출기 조립체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 검출기 조립체(108)는 전자 검출기 어레이를 포함한다. 이와 관련하여, 검출기 조립체(108)는 전자 검출부의 어레이를 포함할 수 있다. 또한, 검출기 조립체(108)의 검출기 어레이의 각각의 전자 검출부는 입사 전자 빔(105) 중 하나와 관련된 샘플(107)로부터의 전자 신호를 검출하도록 위치할 수 있다. 이와 관련하여, 검출기 조립체(108)의 각 채널은 다수의 전자 빔(105) 중의 특정 전자 빔에 대응한다. 검출기 조립체(108)는 다수의 이미지(또는 "서브-이미지(sub-images)")를 획득할 수 있다. 이와 관련하여, 각각의 전자 빔(105)은 대응하는 전자 신호(예를 들어, 2차 전자 신호(secondary electron signal) 또는 후방산란 전자 신호(backscattered electron signal))가 신호 빔의 세트(117)를 형성하게 한다. 그 후, 신호 빔(117)은 검출기 조립체(108)에서 대응하는 이미지 또는 서브 이미지의 세트를 형성한다. 그 후, 검출기 조립체(108)에 의해 획득된 이미지는 분석, 저장 및/또는 사용자에 대한 디스플레이를 위해 제어기(110)로 전송된다.
검출기 조립체(108)는 2차 전자 검출기 및/또는 후방산란 전자 검출기와 같은(이에 한정되지는 않음) 당업계에 공지된 임의의 전자 검출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출기 조립체(108)는 다이오드 어레이 또는 애벌란시 광 다이오드(avalanche photo diode; APD)와 같은(이에 한정되지는 않음) 마이크로 채널 플레이트(micro-channel plate; MCP), PIN 또는 p-n 접합 검출기 어레이를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 검출기 조립체(108)는 고속 신틸레이터/PMT 검출기(scintillator/PMT detector)를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제어기(110)는 검출기 조립체(108)에 통신 가능하게 결합된다. 제어기(110)는, 제어기(110)가 검출기 조립체에 의해 획득된 출력을 수신할 수 있도록, 임의의 적절한 방식으로(예를 들어, 도 1에 도시된 라인으로 표시된 하나 이상의 전송 매체에 의해) 검출기 조립체(108)의 출력에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(110)는 하나 이상의 프로세서(116)와 메모리 매체(118)(또는 메모리)를 포함한다. 하나 이상의 프로세서(116)는 하나 이상의 프로세서가 본 개시를 통해 설명된 다양한 단계 중 하나 이상을 수행하게 하기 위해 메모리 매체(118)에 유지되는 프로그램 명령어 세트를 실행하도록 구성된다.
시스템(100)의 샘플 스테이지(106)는 샘플(107)을 고정하기에 적합한 당업계에 알려진 임의의 샘플 스테이지를 포함할 수 있다. 샘플(107)은 기판과 같이, 전자 빔 현미경으로 검사/검토하기에 적합한 임의의 샘플을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 기판은 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또 다른 실시예에서, 샘플 스테이지(106)는 작동 가능한(actuatable) 스테이지이다. 예를 들어, 샘플 스테이지(106)는 하나 이상의 선형 방향(예를 들어, x 방향, y 방향 및/또는 z 방향)을 따라 샘플(107)을 선택적으로 병진(translate)시키기에 적합한 하나 이상의 병진 스테이지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또 다른 예로서, 샘플 스테이지(106)는 회전 방향을 따라 샘플(107)을 선택적으로 회전시키기에 적합한 하나 이상의 회전 스테이지를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또 다른 예로서, 샘플 스테이지(106)는 샘플을 선형 방향을 따라 선택적으로 병진시키고 그리고/또는 샘플(107)을 회전 방향을 따라 회전시키기에 적합한 회전 스테이지 및 병진 스테이지를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에서 시스템(100)은 당업계에 공지된 임의의 주사 모드(scanning mode)로 동작할 수 있다는 것을 유의해야 한다.
전자 광학 조립체(104)는 다수의 전자 빔으로 샘플을 조명하고 다수의 전자 빔과 관련된 다수의 이미지를 획득하기에 적합한 당업계에 공지된 임의의 전자 광학 조립체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전자 광학 조립체(104)는 다수의 전자 빔(105)을 샘플(107)의 표면 상으로 지향시키기 위한 전자 광학-광학 요소의 세트를 포함한다. 전자 광학 요소의 세트는 전자 광학 컬럼(electron-optical column)을 형성할 수 있다. 이 컬럼의 전자 광학 요소들의 세트는 전자 빔(105)의 적어도 일부를 샘플(107)의 다수의 부분 상에 지향시킬 수 있다. 전자 광학 요소들의 세트는 1차 빔(105)을 샘플(107)의 다양한 영역 상으로 포커싱 및/또는 지향시키기 위해 적합한 것으로 당업계에 알려진 임의의 전자 광학 요소를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전자 광학 요소들의 세트는 하나 이상의 전자 광학 렌즈를 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 전자 광학 렌즈는 다중 렌즈 어레이 조립체(109)로부터 전자를 수집하기 위한 하나 이상의 집광 렌즈(107)(예를 들어, 자기 집광 렌즈)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또 다른 예로서, 전자 광학 렌즈는 1차 전자 빔(105)을 샘플(107)의 다양한 영역 상으로 포커싱하기 위한 하나 이상의 대물 렌즈(114)(예를 들어, 자기 대물 렌즈)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 실시예에서, 전자 광학 조립체(104)는 다수의 1차 전자 빔(105)에 응답하여 샘플(107)로부터 발산되는 전자(예를 들어, 2차 전자 및/또는 후방산란 전자)를 수집하고, 그 전자들을 검출기 조립체(108)에 지향시키고 그리고/또는 포커싱하기 위한 전자 광학 요소 세트를 포함한다. 예를 들어, 전자 광학 조립체(104)는 검출기 조립체(108)에서 샘플(107)의 다양한 부분들의 다수의 이미지를 형성하기 위해 다수의 전자 신호 빔(117)을 포커싱하기 위한 하나 이상의 투영 렌즈(115)를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
시스템(100)의 전자 광학 조립체(104)는 단지 예시 목적으로 제공되는 도 1에 도시된 전자 광학 요소로 한정되지 않는다는 점에 유의한다. 시스템(100)은 다수의 빔(104)을 샘플(107) 상으로 지향/포커싱하고, 이에 응답하여 대응하는 신호 빔(117)을 수집하고 검출기 조립체(108) 상으로 이미징하는 데 필요한 임의의 수 및 유형의 전자 광학 요소를 포함할 수 있다는 점에 또하 유의한다.
예를 들어, 전자 광학 조립체(104)는 하나 이상의 전자 빔 주사 요소(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전자 빔 주사 요소는 샘플(107)의 표면에 대해 빔(105)의 위치를 제어하기에 적합한 하나 이상의 전자기 주사 코일 또는 정전기 편향기를 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 또한, 하나 이상의 주사 요소는 선택된 패턴으로 샘플(107)을 가로 질러 전자 빔(105)을 주사하는데 사용될 수 있다.
또 다른 예로서, 전자 광학 조립체(104)는 샘플(107)의 표면으로부터 발산되는 다수의 전자 신호를 다수의 1차 전자 빔(105)으로부터 분리하기 위해 빔 분리기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
더욱이, 전자 광학 조립체(104)는 전자 광학 컬럼의 어레이를 포함할 수 있고, 이에 의해 각각의 전자 광학 컬럼은 1차 전자 빔(105) 및 대응하는 신호 빔(117) 중 하나에 대응한다. 단순함을 위해 단일 전자 빔 컬럼이 도 1에 도시되어 있지만, 본 개시의 범위가 단일 전자 컬럼으로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 다중 컬럼 SEM 아키텍처는 2017년 6월 2일에 출원된 미국 특허 출원 제15/612,862호; 2017년 6월 7일에 출원된 미국 특허 출원 제15/616,749호; 2018년 5월 2일에 출원된 미국 특허 출원 제15/969,555호; 및 2016년 9월 21일에 출원된 미국 특허 출원 제15/272,194호에 개시된다(이들 각각은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함됨).
제어기(110)의 하나 이상의 프로세서(116)는 당업계에서 공지된 임의의 프로세싱 요소를 포함할 수 있다. 이 점에서, 하나 이상의 프로세서(116)는 알고리즘 및/또는 명령어를 실행하도록 구성된 임의의 마이크로프로세서 유형 디바이스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(116)는, 본 개시 전체에 걸쳐 설명된 바와 같이, 시스템(100)을 동작하도록 구성된 프로그램을 실행시키도록 구성된, 데스크톱 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 컴퓨터, 또는 임의의 다른 컴퓨터 시스템(예컨대, 네트워킹된 컴퓨터)으로 구성될 수 있다. 본 개시 전반에 걸쳐 설명되는 단계들은 단일 컴퓨터 시스템에 의해, 또는 대안적으로 다수의 컴퓨터 시스템에 의해 수행될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 일반적으로, 용어 "프로세서"는 비일시적 메모리 메체(118)로부터의 프로그램 명령어를 실행시키는, 하나 이상의 프로세싱 요소를 갖는 임의의 디바이스를 포괄하도록 광범위하게 정의될 수 있다.
메모리 매체(118)는, 연관된 하나 이상의 프로세서(116)에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어를 저장하기 위해 적절한, 당업계에서 공지된 임의의 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 메모리 매체(118)는 비일시적 메모리 매체를 포함할 수 있다. 메모리 매체(118)는 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 메모리 디바이스(예컨대, 디스크), 자기 테이프, 솔리드 스테이트 드라이브 등을 포함할 수 있지만 이것들에만 한정되지는 않는다. 본 명세서에서 메모리 매체(118)는 검출기 조립체(108)로부터의 하나 이상의 결과 및/또는 본 명세서에서 설명된 다양한 단계 중 하나 이상의 출력을 저장하도록 구성될 수 있다는 것이 주목된다. 또한, 메모리 매체(118)는 하나 이상의 프로세서(116)와 함께 공통 제어기 하우징에 수용될 수 있다는 점에 주목한다. 대안적 실시예에서, 메모리 매체(118)는 하나 이상의 프로세서(116)의 물리적 위치와 관련하여 원격으로 위치할 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 프로세서(126)는 네트워크(예컨대, 인터넷, 인트라넷 등)를 통해 액세스 가능한 원격 메모리(예컨대, 서버)를 액세스할 수 있다.
도 1 및 2에 도시된 시스템(100)의 실시예는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 또한, 구성될 수 있다. 게다가, 시스템(100)은 본 개시에서 설명된 방법 실시예(들) 중 임의의 방법 실시예의 임의의 다른 단계(들)를 수행하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 텔레센트릭 조명을 갖는 다중 빔 SEM의 방법(400)에서 수행되는 단계를 예시하는 흐름도이다. 방법(400)의 단계들은 시스템(100)에 의해 전부 또는 부분적으로 구현될 수 있다는 점에 주목한다. 하지만, 방법(400)은, 추가적인 또는 대안적인 시스템-레벨 실시예가 방법(400)의 단계들의 전부 또는 일부를 수행할 수 있다는 점에서 시스템(100)에 한정되지 않는다는 것이 또한 인정된다. 단계(402)에서, 1차 전자 빔이 생성된다. 단계(404)에서, 1차 전자 빔은 제1 렌즈 요소를 통해 투과된다. 그런 다음, 단계(406)에서, 1차 전자 빔은 곡선형 그리드 및 제2 렌즈 요소를 통해 투과되어, 1차 전자 빔이 다중 렌즈 어레이 상에 텔레센트릭하게 안착한다. 단계(408)에서, 다중 렌즈 어레이로부터의 1차 빔렛의 세트가 샘플 상으로 지향된다. 단계(410)에서, 샘플로부터의 신호 빔렛의 세트가 복수의 1차 빔렛에 응답하여 검출된다.
여기에서 설명하는 모든 방법들은 방법 실시예의 하나 이상의 단계들의 결과를 메모리 매체(118)에 저장하는 단계를 포함할 수 있다. 이 결과들은 여기에서 설명하는 임의의 결과를 포함할 수 있고 당업계에 공지된 임의의 방식으로 저장될 수 있다. 결과가 저장된 후, 결과는 메모리 매체에서 액세스되고 여기에 설명된 방법 또는 시스템 실시예 중 임의의 것에 의해 사용되고, 사용자에게 디스플레이되도록 포맷되며, 또 다른 소프트웨어 모듈, 방법 또는 시스템 등에 의해 사용될 수 있다. 또한, 이 결과들은 "영구적으로", "반영구적으로", 일시적으로, 또는 일정 시구간 동안 저장될 수 있다.
당업자라면 기술의 상태가 시스템 양상의 하드웨어 구현과 소프트웨어 구현 간에 차이가 거의 없는 지점까지 진전되었다는 것을 이해할 것이다; 즉, 하드웨어 또는 소프트웨어의 사용은 일반적으로(그러나 어떤 상황에서는 하드웨어와 소프트웨어 간의 선택이 중요할 수 있다는 점에서 항상 그런 것은 아님) 비용 대 효율 교환조건(tradeoff)을 나타내는 설계 선택 사항이다. 당업자라면 여기에서 설명한 프로세스 및/또는 시스템 및/또는 다른 기술들을 실행시킬 수 있는 각종 매개물(예를 들면, 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어)이 있고, 선호되는 매개물은 프로세스 및/또는 시스템 및/또는 다른 기술들이 전개되는 상황에 따라 변한다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 만일 구현자가 속도 및 정확성이 중요하다고 결정하면, 구현자는 주로 하드웨어 및/또는 펌웨어 매개물을 채택할 수 있고; 대안적으로 만일 유연성이 중요하면 구현자는 주로 소프트웨어 구현을 채택할 수 있으며; 또는, 또 다른 대안으로서, 구현자는 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 임의의 조합을 채택할 수 있다. 그러므로, 여기에서 설명되는 프로세스 및/또는 디바이스 및/또는 다른 기술들을 실행시키는 몇 가지 가능한 매개물이 있고, 활용되는 임의의 매개물은 매개물이 전개되는 상황 및 구현자의 특정 관심 사항(예를 들면, 속도, 유연성 또는 예측 가능성)에 의존하는 선택 사항이며, 이들은 변할 수 있다는 점에서 그 어느 것도 다른 것보다 본질적으로 우수하다고 할 수 없다. 당업자라면 구현 예의 광학적 양상이 전형적으로 광학적으로 지향되는 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 사용한다는 것을 이해할 것이다.
당업자라면 디바이스 및/또는 프로세스를 여기에서 개시하는 형식으로 설명하고 그 다음에 공학적 실행을 사용하여 그러한 설명된 디바이스 및/또는 프로세스를 데이터 프로세싱 시스템에 통합하는 것이 당업계에서 일반적인 것임을 이해할 것이다. 즉, 여기에서 설명된 디바이스 및/또는 프로세스의 적어도 일부는 적당한 양의 실험을 통해 데이터 프로세싱 시스템에 통합될 수 있다. 당업자라면 전형적인 데이터 프로세싱 시스템이 일반적으로 시스템 유닛 하우징, 비디오 디스플레이 디바이스, 휘발성 및 비휘발성 메모리와 같은 메모리, 마이크로프로세서 및 디지털 신호 프로세서와 같은 프로세서, 운영체제, 드라이버, 그래픽 사용자 인터페이스 및 응용 프로그램과 같은 연산 주체, 터치 패드 또는 스크린과 같은 하나 이상의 상호작용 디바이스, 및/또는 피드백 루프 및 제어 모터(예를 들면, 위치 및/또는 속도 감지를 위한 피드백; 컴포넌트 및/또는 양을 이동 및/또는 조정하기 위한 제어 모터)를 포함한 제어 시스템 중의 하나 이상을 포함한다는 것을 이해할 것이다. 전형적인 데이터 프로세싱 시스템은 전형적으로 데이터 연산/통신 및/또는 네트워크 연산/통신 시스템에서 발견되는 것과 같은 임의의 적절한 상업적으로 입수 가능한 컴포넌트를 활용하여 구현될 수 있다.
본 개시 및 그 많은 부수적인 장점들은 전술한 설명에 의해 이해될 것으로 믿어지고, 개시되는 특허 대상으로부터 벗어나지 않고 또는 그 중요한 장점들을 모두 희생하지 않고 컴포넌트의 형태, 구성 및 배열에 있어서 각종 변화가 이루어질 수 있다는 점은 명백할 것이다. 여기에서 설명된 형태는 단지 예를 든 것이고, 첨부되는 청구항들은 그러한 변화들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (21)

  1. 다중 빔 주사 전자 현미경 장치(multi-beam scanning electron microscopy apparatus)에 있어서,
    샘플을 고정(secure)하도록 구성된 샘플 스테이지;
    복수의 1차 전자 빔(primary electron beam)들을 형성하도록 구성된 다중 빔 전자 소스 조립체로서, 상기 다중 빔 전자 소스 조립체는 전자 소스, 그리드 렌즈 조립체, 및 다중 렌즈 어레이 조립체를 포함하고, 상기 다중 렌즈 어레이 조립체는 기판에 걸쳐 배치된 복수의 렌즈들을 포함하고, 상기 그리드 렌즈 조립체는,
    제1 렌즈 요소(lens element) 및 제2 렌즈 요소 - 상기 제1 렌즈 요소 및 상기 제2 렌즈 요소는 선택된 거리의 간극(gap)만큼 분리됨 - ; 및
    복수의 애퍼처(aperture)들을 포함하는 곡선형 그리드 요소(curved grid element) - 상기 곡선형 그리드 요소는 상기 제1 렌즈 요소와 상기 제2 렌즈 요소 사이의 상기 간극 내에 배치됨 - 를 포함하고,
    상기 제1 렌즈 요소, 상기 제2 렌즈 요소, 및 상기 곡선형 그리드 요소는, 상기 전자 소스로부터의 전자 빔이 상기 다중 렌즈 어레이 조립체의 복수의 렌즈들에 걸쳐 균일한 각도 조명으로 텔레센트릭하게(telecentrically) 상기 다중 렌즈 어레이 조립체 상에 안착(land)하게 하고, 상기 곡선형 그리드 요소는 또한, 쿨롬 상호 작용 또는 전자-전자 상호 작용 중 적어도 하나를 통해 빔 열화(beam degradation)에 기여할 수 있는 상기 전자 소스로부터의 전자들을 마스킹하며,
    상기 다중 렌즈 어레이 조립체의 복수의 렌즈들은, 상기 그리드 렌즈 조립체로부터의 균일한 각도 조명에 기초하여 균일한 분포로 복수의 1차 전자 빔들을 생성하는 것인, 상기 다중 빔 전자 소스 조립체;
    상기 복수의 1차 전자 빔들 중 적어도 일부를 상기 샘플의 일부 상으로 지향시키도록 구성된 전자 광학 요소들의 세트를 포함하는 전자 광학 컬럼 조립체(electron-optical column assembly); 및
    상기 복수의 1차 전자 빔들 중 하나 이상의 1차 전자 빔에 응답하여 상기 샘플의 표면으로부터 발산(emanate)하는 전자들을 검출하도록 구성된 검출기 조립체
    를 포함하는, 다중 빔 주사 전자 현미경 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소는 제1 전압에서 유지되고, 상기 제2 렌즈 요소는 상기 제1 전압과는 상이한 제2 전압에서 유지되는 것인, 다중 빔 주사 전자 현미경 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소 또는 상기 제2 렌즈 요소 중 적어도 하나는, 정전기 렌즈 또는 전자기 렌즈 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 다중 빔 주사 전자 현미경 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소는 실린더를 포함하고, 상기 제2 렌즈 요소는 실린더를 포함하는 것인, 다중 빔 주사 전자 현미경 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 곡선형 그리드 요소는 애퍼처들의 어레이를 포함하는 곡선형 그리드를 포함하는 것인, 다중 빔 주사 전자 현미경 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 곡선형 그리드는 트렁케이트된 베셀 함수(truncated Bessel function)에 대응하는 형상을 갖는 것인, 다중 빔 주사 전자 현미경 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소 또는 상기 제2 렌즈 요소 중 적어도 하나는 대구경 실린더형 전자 광학 렌즈(large bore cylindrical electron-optical lens)를 포함하는 것인, 다중 빔 주사 전자 현미경 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 다중 빔 전자 소스 조립체는, 상기 다중 렌즈 어레이 조립체로부터 상기 균일한 분포의 복수의 1차 전자 빔들 중 하나 이상의 1차 전자 빔을 수신하고 가속시키도록 구성된 가속 전자 광학 요소를 더 포함하는 것인, 다중 빔 주사 전자 현미경 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 다중 렌즈 어레이 조립체의 복수의 렌즈들은 하나 이상의 방향으로의 선택된 피치(pitch)만큼 분리되는 것인, 다중 빔 주사 전자 현미경 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전자 광학 컬럼 조립체는, 전자 광학 컬럼들의 어레이를 포함하는 것인, 다중 빔 주사 전자 현미경 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 검출기 조립체는, 2차 전자 검출기(secondary electron detector) 또는 후방산란 전자 검출기(backscattered electron detector) 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 다중 빔 주사 전자 현미경 장치.
  12. 다중 빔 전자 소스에 있어서,
    전자 소스;
    다중 렌즈 어레이 조립체 - 상기 다중 렌즈 어레이 조립체는 기판에 걸쳐 배치된 복수의 렌즈들을 포함함 - ; 및
    곡선형 그리드 렌즈 조립체
    를 포함하고, 상기 곡선형 그리드 렌즈 조립체는,
    제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소 - 상기 제1 렌즈 요소 및 상기 제2 렌즈 요소는 선택된 거리의 간극만큼 분리됨 - ; 및
    복수의 애퍼처들을 포함하는 그리드 요소 - 상기 그리드 요소는 상기 제1 렌즈 요소와 상기 제2 렌즈 요소 사이의 상기 간극 내에 배치됨 - 를 포함하고,
    상기 제1 렌즈 요소, 상기 제2 렌즈 요소, 및 상기 그리드 요소는, 상기 전자 소스로부터의 전자 빔이 상기 다중 렌즈 어레이 조립체의 복수의 렌즈들에 걸쳐 균일한 각도 조명으로 텔레센트릭하게 상기 다중 렌즈 어레이 조립체 상에 안착하게 하고, 상기 그리드 요소는 또한, 쿨롬 상호 작용 또는 전자-전자 상호 작용 중 적어도 하나를 통해 빔 열화에 기여할 수 있는 상기 전자 소스로부터의 전자들을 마스킹하며,
    상기 다중 렌즈 어레이 조립체의 복수의 렌즈들은, 상기 그리드 렌즈 조립체로부터의 균일한 각도 조명에 기초하여 균일한 분포로 복수의 1차 전자 빔들을 생성하는 것인, 다중 빔 전자 소스.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소는 제1 전압에서 유지되고, 상기 제2 렌즈 요소는 상기 제1 전압과는 상이한 제2 전압에서 유지되는 것인, 다중 빔 전자 소스.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소 또는 상기 제2 렌즈 요소 중 적어도 하나는, 정전기 렌즈 또는 전자기 렌즈 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 다중 빔 전자 소스.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소는 실린더를 포함하고, 상기 제2 렌즈 요소는 실린더를 포함하는 것인, 다중 빔 전자 소스.
  16. 제12항에 있어서, 상기 그리드 요소는 애퍼처들의 어레이를 포함하는 곡선형 그리드를 포함하는 것인, 다중 빔 전자 소스.
  17. 제16항에 있어서, 상기 곡선형 그리드는 트렁케이트된 베셀 함수에 대응하는 형상을 갖는 것인, 다중 빔 전자 소스.
  18. 제12항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소 또는 상기 제2 렌즈 요소 중 적어도 하나는 대구경 실린더형 전자 광학 렌즈를 포함하는 것인, 다중 빔 전자 소스.
  19. 제12항에 있어서, 상기 다중 렌즈 어레이 조립체로부터 상기 균일한 분포의 복수의 1차 전자 빔들 중 하나 이상의 1차 전자 빔을 수신하고 가속시키도록 구성된 가속 전자 광학 요소를 더 포함하는, 다중 빔 전자 소스.
  20. 제12항에 있어서, 상기 다중 렌즈 어레이 조립체의 복수의 렌즈들은 하나 이상의 방향으로의 선택된 피치만큼 분리되는 것인, 다중 빔 전자 소스.
  21. 방법에 있어서,
    1차 전자 빔을 생성하는 단계;
    상기 1차 전자 빔을 제1 렌즈 요소를 통해 투과시키는 단계;
    상기 1차 전자 빔을 곡선형 그리드 요소 및 제2 렌즈 요소를 통해 투과시키는 단계 - 상기 제1 렌즈 요소, 상기 제2 렌즈 요소, 및 상기 곡선형 그리드 요소는, 상기 전자 소스로부터의 전자 빔이 다중 렌즈 어레이 조립체의 복수의 렌즈들에 걸쳐 균일한 각도 조명으로 텔레센트릭하게 상기 다중 렌즈 어레이 조립체 상에 안착하게 하고, 상기 곡선형 그리드 요소는 또한, 상기 1차 전자 빔이 상기 다중 렌즈 어레이 조립체 상에 텔레센트릭하게 안착하도록, 쿨롬 상호 작용 또는 전자-전자 상호 작용 중 적어도 하나를 통해 빔 열화에 기여할 수 있는 상기 전자 소스로부터의 전자들을 마스킹함 - ;
    상기 다중 렌즈 어레이 조립체로 그리드 렌즈 조립체로부터의 상기 균일한 각도 조명에 기초하여 균일한 분포로 복수의 1차 전자 빔들을 생성하는 단계;
    상기 다중 렌즈 어레이 조립체로부터 발산하는 상기 복수의 1차 전자 빔들을 샘플 상으로 지향시키는 단계; 및
    상기 복수의 1차 전자 빔들에 응답하여 상기 샘플로부터 복수의 신호 빔 렛(signal beam let)들을 검출하는 단계
    를 포함하는, 방법.
KR1020217014594A 2018-10-17 2019-10-08 텔레센트릭 조명을 갖는 다중 빔 전자 특성화 도구 KR102480545B1 (ko)

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