KR20040101340A

KR20040101340A - 진동 지연 침지 대물 렌즈의 전자 광 포커싱, 검출 및신호 수집 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20040101340A
Application number: KR10-2004-7014962A
Authority: KR
Inventors: 첸종-웨이
Original assignee: 헤르메스-마이크로비전 (타이완) 인코포레이티드
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2004-12-02
Also published as: AU2002330873A8; KR100813210B1; AU2002330873A1; JP2005521215A; CN1996547A; CN100565774C

Abstract

높은 빔 전류, 비교적 높은 공간 해상도, 비교적 큰 스캔 필드, 및 높은 신호 수집 효율성을 낮은 전압 전자 빔에 제공하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템 및 방법이 제공된다. 상기 대물 렌즈는 상기 표본의 근처에 자계를 생성하여 상기 입자빔의 입자들을 상기 표본에 포커싱하며, 상기 입자빔이 이동하는 중심 구멍(central bore)을 갖는 자기 렌즈; 상기 입자빔이 상기 표본과 충돌할 때 상기 입자빔의 에너지를 감소시키도록 상기 표본과 그 근처의 상기 입자빔에 지연 필드(retarding field)를 제공하는 전위를 갖는 전극; 상기 표본의 스캐닝을 허용하도록 상기 입자빔을 편향시키기 위해, 빔축을 따라 위치하는 복수의 편향 유닛을 구비하며, 상기 복수의 편향 유닛 중 적어도 하나는 상기 입자빔의 상기 지연필드 내에 위치하고, 상기 편향 유닛 중 나머지는 상기 자기 렌즈의 중심 구멍 내에 위치하는, 편향 시스템; 및 이차 전자(SE) 및 역확산 전자(BSE)를 포획하기 위해 작은 구경을 갖는 환상의 검출기 유닛을 포함한다.

Description

진동 지연 침지 대물 렌즈의 전자 광 포커싱, 검출 및 신호 수집 시스템 및 방법 {SWINGING OBJECTIVE RETARDING IMMERSION LENS ELECTRON OPTICS FOCUSING, DEFLECTION AND SIGNAL COLLECTION SYSTEM AND METHOD}

스캐닝 전자 현미경은 대상체의 미세한 구조를 자세히 검사하는데 필요한 많은 응용분야에서 사용된다. 이러한 응용분야 중 일부로서는 대용량 집적(VLSI) 회로, 또는 웨이퍼, 또는 다른 품목 등의 표본의 결함 관찰 및 검사나, 이러한 표본에서의 특징들의 임계 치수 및 상기 표본들의 설계 및 프로세스 검증을 들 수 있다. 스캐닝 전자 현미경은 미크론 이하의 치수, 즉 현재 약 0.2㎛(1㎛=10^-6미터) 이하의 특징들을 관찰하는데는 광학 현미경보다 우수한 것으로 고려되고 있는데, 그 이유는 단파장으로 인해 스캐닝 전자 현미경은 작은 스폿 사이즈를 생성할 수 있기 때문이다. 스캐닝 전자 현미경은 통상적으로 검사 중인 표본에 전자 빔을 포커싱하기 위한 대물 렌즈 시스템을 사용한다.

스캐닝 전자 현미경은 통상적으로 일차 전자빔 소스, 가속 애노드, 빔을 표본에 포커싱하기 위한 대물 렌즈, 상기 표본에 대해 일차 빔의 위치를 정하고 이동시킬 수 있는 복수의 편향 유닛, 상기 표본으로부터 이차 전자들(SE) 및 역확산 전자들(back-scattered electrons)(BSE)을 포획하여 표본의 이미지를 생성하는 검출 시스템을 포함한다. 일부의 경우, 상기 대물 렌즈 시스템에 포커싱된 빔을 제공하는데 콘덴서 렌즈 시스템을 사용하기도 한다. 당기술분야의 당업자에게 알려진 바와 같이, 전자 빔 소스는 일차 빔을 위한 전자를 공급한다. 콘덴서 렌즈 시스템을 사용하는 경우, 대물 렌즈용 일차 전자 빔 소스의 이미지를 형성하고, 상기 대물 렌즈는 콘덴서 렌즈 이미지를 표본에 포커싱한다. 편향 시스템은 상기 표본의 일부에 대해 스캐닝 모션으로 상기 포커싱된 빔을 이동시키고 이차 전자들 및 역확산 전자들이 표본 재료로부터 이탈한다. 이들 전자들은 검출되고 증폭되어, 그 결과적인 신호들은 상기 스캐닝 전자 빔과 동시에 동작하는 촬상 시스템의 빔을 변조하는데 사용된다. 그 결과 표본으로 방출되거나 확산되는 전자들에 의거하여 상기 스캐닝된 영역의 이미지가 생긴다.

종래의 스캐닝 전자 현미경에는 몇 가지 단점이 있다. 첫째, 종래 대물 렌즈용 고해상도를 획득하기 위해서는 비교적 높은 빔 에너지, 예를 들어 15KeV 이상의 에너지를 일차 전자 빔 소스가 필요로 한다. 그렇지만, 그러한 높은 에너지의 전자 빔을 표본에 직접 적용하면 표본에 손상을 입힐 수 있으며, 이는 결과적으로 집적회로의 엔지니어링, 제조 및 생산에 있어서 신뢰성 문제를 야기한다. 낮은 에너지의 일차 전자 빔을 사용하는 것은 신뢰성 문제를 해결할 수는 있지만 대물 렌즈의 색 수차로 인한 그리고 빔 내의 전자-전자 상호작용에 의한 공간 해상도를 제한한다. 대물 렌즈의 색 수차는 서로 다른 속도의 전자들은 동일한 렌즈에 대해 서로 다른 초점들을 생기게 한다. 이러한 효과는 표본 상에서 이미지 평면에 디스크 혼선을 가져오고 시스템의 해상도를 제한한다. 전자-전자 상호작용(공간-전하 효과) 및 색 수차는 더 높은 에너지의 전자 빔을 사용함으로써 감소될 수 있다. 둘째, 낮은 에너지의 일차 전자 빔 소스로는 제2 전자들 및 역확산 전자들의 높은 포획 효율성을 달성하기가 곤란하다. 멀티-채널 플레이트를 사용하는 경우에는 플레이트의 홀(채널)에 모이는 오염물질로 인해 심각한 신뢰성 문제를 일으킨다.

전술한 바와 같이, 현재의 낮은 전압 스캐닝 전자 현미경의 공간 해상도는 전자-전자 상호작용, 또는 대물 렌즈의 색 수차에 의해 그리고 보어쉬 효과(Boersch effect)에 의해 본질적으로 제한을 받는다. 공간 해상도를 향상시키는 한 가지 방법은 지연 필드를 겪는 높은 에너지의 일차 빔을 사용하여 전자-전자 작용효과를 감소시키는 것이다. 공간 해상도를 향상시키는 다른 방법은 스노켈(snorkel)(중심 홀) 자기 렌즈를 사용하여 색 수차 및 공간 수차로 인한 해상도의 손실을 감소시키는 것이다.

스노켈 자기 렌즈, 지연 정전기 플레이트 및 프리렌즈 이중 편향 유닛을 구비하는 종래의 지연 필드 스캐닝 전자 현미경은 임계 치수 측정장치, VLSI(대규모 집적) 웨이퍼 제조의 결함 관찰 및 결함 검사 시스템에 현재 사용되고 있다.

첫째, 일차 빔이 편향 시스템에 의해 이동될 수 있는 표본의 평면에서 편향필드가 재충전가능 영역인, 이러한 유닛들로는 큰 편향 필드를 생성하는 것이 곤란하다. 결과적으로, 표본의 비교적 작은 일부만이 그 표본을 재위치시키지 않고 한 번에 검사될 수 있다. 둘째, 내재하는 작은 편향 필드로 인해, 표본을 검사, 관찰, 측정하는데 필요한 시간이 상당히 길다. 이로 인해 엔지니어링, 테스팅, 문제해결, 및 생산 비용이 증가할 뿐만 아니라 집적회로 턴어라운드 타임(integrated circuit turnaround time)조차도 증가하게 된다.

그러므로, 높은 일차 빔 전류, 표본에 대한 낮은 에너지 전자 빔, 비교적 높은 해상도, 비교적 큰 스캐닝 필드, 및 높은 신호 포획 효율성을 제공하는 전자 스캐닝 현미경용 대물 렌즈 및 그 방법이 요망된다.

본 발명은 일반적으로 스캐닝 전자 현미경에 관한 것이며, 특히 고전류 저전압 제1 전자 빔, 고해상 스캐닝, 대규모 스캔 필드, 및 높은 신호 포획 효율성을 제공할 수 있는 진동 지연 침지 대물 렌즈의 전자 광 포커싱, 검출 및 신호 수집 시스템 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스캐닝 전자 현미경의 실시예 대한 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 스캐닝 전자 현미경의 대물 렌즈 시스템의 실시예 대한 단면도.

도 3은 대물 렌즈 시스템의 편향 유닛의 사시도.

도 4는 표본 상의 대표적인 편향 필드 및 스캔 필드 영역 도시도.

도 5는 렌즈 시스템의 동작에서 사용되는 다양한 제어 전압에 대한 개략도.

도 6a는 스캔 필드 내의 빔 스폿의 편향에 대한 x-치수 도시도.

도 6b는 스캔 필드 내의 빔 스폿의 편향에 대한 y-치수 도시도.

도 7은 표본의 중심으로부터 방출되어 검출기에 의해 수집되는 이차 전자들 SE 및 역확산 전자들 BSE의 궤적 도시도.

종래의 대물 렌즈와 관련해서 전술한 바와 같은 단점들을 극복하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 전자 광학 포커싱, 편향 및 신호 포획 시스템을 갖는 스캐닝 전자 현미경에 대해 본 명세서에 서술한다. 구체적으로, 본 발명의 대물 렌즈 시스템은 표본에서 높은 에너지 일차 전자 빔을 낮은 에너지 전자 빔으로 변환시켜 상기 표본에 대한 손상을 최소화한다. 또한, 미크론 이하의 특징에 대한 확신한 시험을 위해 비교적 높은 해상도를 갖는다. 게다가, 본 발명에 따른 스캐닝 전자 현미경은 표본을 완전히 검사하는데 걸리는 시간을 감소시키는 비교적 큰 편향 필드를 제공하며 상기 표본으로부터의 이차 전자들(SE) 및 역확산 전자들(BSE)을 더욱 효과적으로 포획하는 검출 유닛을 포함한다.

본 발명의 한 관점은 표본을 검사를 위한 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템(SORIL)을 포함하며, 상기 시스템은 상기 표본의 근처에 자계를 생성하여 상기 입자빔의 입자들을 상기 표본에 포커싱하며, 상기 입자빔이 이동하는 중심 구멍(central bore)을 갖는 자기 렌즈; 상기 입자빔이 상기 표본과 충돌할 때 상기 입자빔의 에너지를 감소시키도록 상기 표본과 그 근처의 상기 입자빔에 지연 필드(retarding field)를 제공하는 전위를 갖는 전극; 상기 표본의 스캐닝을 허용하도록 상기 입자빔을 편향시키기 위해, 빔축을 따라 위치하는 복수의 편향 유닛을 구비하며, 상기 복수의 편향 유닛 중 적어도 하나는 상기 입자빔의 상기 지연필드 내에 위치하고, 상기 편향 유닛 중 나머지는 상기 자기 렌즈의 중심 구멍 내에 위치하는, 편향 시스템; 및 SE 및 BSE를 포획하기 위해 작은 구경을 갖는 환상의 검출기 유닛을 포함한다.

본 발명의 다른 관점은 표본에 대해 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법을 포함하며, 상기 방법은, 상기 표본에 입자빔의 입자들이 포커싱하도록 상기 표본의 근처에 자계를 생성하는 단계; 상기 입자빔이 상기 표본에 충돌하기 전에 상기 입자빔의 에너지가 감소되도록 지연 전계를 제공하는 단계; 상기 포커싱된 입자빔을 스캐닝될 영역에 대해 위치를 정하는 단계를 포함하며, 상기 영역은 상기 표본의 편향 필드 내에 있으며, 상기 편향 필드가 상기 표본에 대해 증가하도록 상기 지연 전계 내에 상기 입자빔을 편향시킴으로써 상기 최종적인 위치를 정하는 단계가 발생한다.

상기 시스템의 이점은 상기 렌즈 시스템을 구비하는 낮은 에너지(250eV 내지 1500eV) 전자 현미경이, 작은 스폿 사이즈(0.05㎛ 내지 0.1㎛의 직경) 및 이차 전자 SE 및 역확산 전자 BSE에 대한 약 85% 내지 95%의 범위를 갖는 수집 효율성을 유지하면서, 큰 필드(500㎛ 내지 1000㎛)를 스캐닝하여 표본의 특징에 대한 해상력을 향상시킬 수 있다는 점이다.

상기 시스템의 이점은 표본의 위치에서 높은 전류의 일차 빔을 낮은 에너지의 일차 빔과 함께 제공된다는 점이다. 이에 의해 그 스캐닝 동안 표본으로부터 방출되는 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 특징, 관점 및 이점은 이하의 설명, 청구범위 및 첨부된 도면과 관련해서 분명하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스캐닝 전자 현미경(100)의 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 스캐닝 전자 현미경(100)은 버추얼 소스 포인트(virtual source point)(104)(즉, 입자들에 대한 유효 소스 포인트)를 갖는 입자 빔 소스(102), 애노드(106), 자기 렌즈(magnetic lens)를 갖는 대물 렌즈 시스템(11) 및 복수의 편향 유닛(120a - 120e)을 포함한다. 참조 목적 상, 빔축(109)은 상기 입자빔 소스(102)과 표본(122)을 연결하는 선으로 정의되며 Z축으로 표시되어 있고, X축 및 Y축은 Z축을 가로지르는 평면으로 정의된다.

자기 렌즈는 자기 재료(110)와 여기 코일(exciting coil)(115)를 포함하여, 상기 자기 재료를 통해 그리고 폴 페이스(pole face)(116 및 114) 사이에서 자계선들을 갖는 자기 회로에 기자력(magnetomotive force)을 제공한다. 상기 자기 렌즈의 중심 구멍은 Z축을 중심으로 축대칭인 원형의 양동이 모양으로 되어 있다. 일차 입자빔이 렌즈 시스템으로 들어가는 장소에서, 재료(117)는 빔 한정 구경(25)을 형성한다. 이 구경이 상기 대물 렌즈 시스템에 들어갈 수 있는 빔의 사이즈를 결정하며, 일실시예에서는 빔 직경이 약 20㎛ 내지 200㎛의 범위로 한정된다. 상기 일차 입자빔이 상기 자기 렌즈를 나오는 포인트에서의 렌즈 구경은 폴 페이스(116)에 의해 둘러싸여 있다.

상기 빔 한정 구경 바로 아래에는, 후술되는 스캐닝 동작 동안 상기 표본으로부터 방출되는 이차 전자들 SE 및 역확산 전자들 BSE를 수집하는 환상의 검출기 유닛(annular detection units)(124)이 있다. 검출기 유닛(124)은 상기 빔 한정 구경보다 큰 구경을 가지며 그래서 상기 일차 입자빔으로부터 방출되는 입자들은 상기 빔 한정 구경을 통과할 때 상기 검출기에 의해 영향받지 않는다.

검출 유닛(120a - 120d)은 중심 구멍에 있다. 이들 유닛들은 Z축을 중심으로 축대칭인 디스크형 링으로 되어 있다. 중심 구멍의 외측에 위치하는 검출 유닛(123d)은 Z축과는 동축이며 상기 중심 구멍 내의 편향 유닛들과 구성이 유사하다.

대물 렌즈(112)는 시험할 표본(122) 위에 스캐닝되는 작은 스폿에 입자빔을 포커싱한다. 통상적으로, 표본은 약 0.05㎛ 내지 0.20㎛이거나 이보다 큰 크기를 갖는 반도체 웨이퍼이다.

도 2는 상기 대물 렌즈(112)의 단면도이다. 자기 재료(110)와 여기 코일(115)은 소위 측 폴 렌즈(side-pole lens)라 하는 자기 렌즈 타입을 형성한다. 측-폴 자기 렌즈는 다른 타입의 대물 렌즈에서 통상적으로 생기는 색 수차 및 구면 수차를 감소시키는데 탁월한 성능을 발휘하며 렌즈 구경 아래 그리고 표본(122)을 통하는 그 필드를 확장시키는데 우수하기 때문에 적절하다. 상기 측 폴 자기 렌즈에서, 재료(110)는 링형 폴 페이스(114)와 원형의 폴 페이스(116)를 형성하는 모양으로 되어 있으며, 상기 폴 페이스(114 및 116) 사이를 자계선(128)이 연결하여 자기 회로를 완성한다. 이로 인해 자계(128)가 생기며, 이 자계(128)는 도 2에 도시된 바와 같이 그 경로에서 편향 유닛(120e)과 표본(122)을 통해 폴 페이스(114)에 이르도록 설계되어 있다. 따라서, 표본(122)이 상기 렌즈의 자계에 침지된다고 말한다. 재료(110)는 상기 여기 코일(115)에 의해 생기는 자계에 낮은 자기저항 경로를 제공하기 위해 양호하게, 철, 철합금 또는 다른 높은 투과성 재료이다. 자기 렌즈(110)의 목적은 표본 위의 렌즈 동작을 집중시키기 위해 Z축에 수직인 큰 구성요소를 갖는 자계를 생성하고, 상기 표본에서 Z축에 실질적으로 평행한 자계를 갖는 것이다.

도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 재료(110)는 Z축을 중심으로 축대칭이고 자기 렌즈 내의 편향 유닛(120a-120d)을 위치시키는 장소를 제공하는 양동이 모양의 중심 구멍을 형성하는 모양으로 되어 있다. 각각의 편향 유닛은 서로 다른 직경을 가지며 상기 양동이 모양의 공간 내에 Z축을 따라 특정한 위치에 맞추어져 있다. 상기 자기 렌즈 내의 편향 유닛에 있어서, 편향 유닛(120a)의 직경이 가장 크고 편향 유닛(120d)의 직경이 가장 작다. 편향 유닛(120e)은 상기 원형의 폴 피스(116) 아래에 위치하여 상기 자기 렌즈로부터 나오는 자계의 영향 내에 있게 된다. 편향 유닛(120a - 120d)은 후술되는 바와 같이 서로 작동하여, 표본(122)이 스캐닝될 수 있도록 입자빔을 편향시킨다. 일부의 실시예에서는, 실제로 양동이 모양의 구조(118)가 편향 유닛(120a - 120d)을 유지하고, 이 구조가 렌즈 시스템의 양동이 모양의 공간에 투입되어 조립을 간편하게 한다.

편향 유닛(120e) 아래에는 표본(122)이 있는데, 이 표본은 상기 편향 유닛(120e)의 아래에 그리고 렌즈의 포커싱 거리 내에 있도록 주의 깊게 위치가 정해진다. 자기 렌즈는 여기 코일(115)에 전류를 가변시킴으로써 표본 상에 작은 스폿을 생성하도록 포커싱된다. 전류를 증가시켜 구경 내에 보다 강렬한 자계를 생기게 하고, 이에 따라 폴 피스(116)에 보다 가까운 위치의 스폿에 빔을 집중시킨다. 전류를 감소시키면 폴 피스(116)로부터 먼 거리의 스폿에 빔이 집중하게 된다. 자기 렌즈의 자계 내에 표본(122)이 침지될 뿐만 아니라 전위로 충전되기 때문에, 상기 입자빔은 상기 표본에 충돌하기 전에 그 에너지를 감소시키게 된다. 상기 충전된 표본으로부터 생기는 자계를 지연 필드(retarding field)라 칭하며 이에 대해서는 후술한다.

편향 유닛(120a - 120d)은 입자빔을 편향시켜 표본이 포커싱된 빔에 의해 스캐닝될 수 있도록 설계되어 있다. 도 3을 참조하면, 각각의 편향 유닛(120)은 원형의 개구 및 이 원형의 개구 주위의 복수의 전도 세그먼트(126a-126l)를 구비하는 편평한 원형의 실린더와 같은 모양으로 되어 있다. 각각의 세그먼트를 분리하면 디스크형 절연 재료로 형성된 방사형의 절연 장벽(127)이 된다. 일실시예에서, 전도 세그먼트는 구리나 베릴륨 구리와 같은 전도 금속으로 제조되며, 기판은 거의 95% 내지 98% 알루미늄과 같은 세라믹 재료이다. 양호한 실시예에서, 편향 유닛 링은12개의 개별적인 전도 세그먼트를 포함한다. 다양한 세그먼트는 서로 그룹화되어 있고 이 그룹은 다양한 전압 드라이버에 고정되어 있다. 본 실시예에서는, 4개의 그룹이 존재하며 각각의 그룹은 3개의 세그먼트를 포함한다. 상기 그룹들 중 2개는 편향을 X 방향으로 제어하며 상기 그룹들 중 나머지 2개는 편향으로 Y 방향으로 제어한다. 이들 세그먼트의 전압을 제어함으로써, 입자빔의 정확한 편향을 허용하는 정밀한 방식으로, 상기 입자빔은 일부의 세그먼트로부터는 멀어지게 그리고 다른 세그먼트에 대해서는 그쪽으로 편향된다. 3개씩의 세그먼트로 구성되는 4개의 그룹은 2개씩의 세그먼트로 구성되는 4개의 그룹(8개의 세그먼트) 및 5개씩의 세그먼트로 구성되는 4개 그룹(20개의 세그먼트)와 같은 다른 배치보다 양호하다. 상기 첫번째 대안인 2개씩의 세그먼트로 구성되는 4개 그룹에 있어서는 8개의 드라이버가필요하여 유닛들이 고속의 동작을 제어하는데 곤란하다는 단점을 가진다. 상기 두번째 대안인 5개씩의 세그먼트로 구성되는 4개 그룹에 있어서는 2개의 많은 개별적인 세그먼트가 존재하고, 각각의 세그먼트는 그 결과적인 크기가 작기 때문에, 유닛을 구성하기가 곤란하다는 단점을 갖는다.

본 발명에 따르면, 편향 유닛(102a, 120d, 및 120e)의 제1 세트 또는 "진동 그룹(swinging group)"은 렌즈의 편향 필드 내에서 표본 위의 정밀한 포인트에 포커싱된 빔을 정확하게 그리고 상대적으로 느리게 위치를 정하는 것에 전용으로 사용된다. 도 4를 참조하면, 편향 유닛의 진동 그룹은 빔 스폿을 검출할 수 있으며 본 발명의 일 실시예에서는 편향 필드 거리 D가 약 600㎛이다. 편향 유닛(120b 및 120c)의 제2 세트는 영역(132), 즉 S x S를 커버하는 빔을 보다 빠르게 이동시키는 것에 전용으로 사용되며, 상기 S는 약 50㎛이며, 상기 영역은 상기 제1 세트의 편향 유닛에 의해 결정되는 위치의 중심이다. 스캐닝의 수행에 있어서는, 하나의 시간 주기(수십 나노초 정도) 동안 한 포인트에 대해 집중하고 있다가, 포인트들의 열에 따른 다음 포인트로 이동한 다음, 그 다음 열에 대해서도 스캔 동작을 반복하여 상기 영역을 커버하는 전체 포인트 그리드를 스캐닝한다. 본 발명의 일실시예에서, 상기 스캐닝에 대한 포인트 또는 픽셀 사이즈는 약 0.1㎛(100 nm)이며, 이는 50㎛ 스캔 라인마다 약 500개의 픽셀이 있고 전체 편향 필드 D의 X 또는 Y 방향으로 6000개의 픽셀이 있음을 의미한다. 빔 스폿이 10 ns 동안 표본 위의 한 위치에 있다면, 50㎛ 선의 단일 스캔은 약 5㎛를 필요로 하고 전체 S x S에 대한 스캔은 적어도 2.5 ms가 걸린다. 실제로, 연속하는 스캔사이마다 빔을 투사하는데 추가의시간(약 1㎲/스캔 라인)이 필요하게 되어, S x S 필드를 스캔하는데 걸리는 총 시간은 약 3ms(2.5 ms + 500 x 1㎲)가 된다.

편향 유닛(120e)은 표본과 이 표본에 의해 생기는 지연 필드에 가장 가까이에 있기 때문에 표본 위의 편향 필드의 도 4의 크기 D를 향상시키는데 특히 중요하다. 그래서, 편향 유닛(120e)은 입자빔의 위치에 가장 큰 영향을 미치는데, 왜냐하면 편향 유닛(102a - 102d)보다 훨씬 낮은 에너지로 빔을 편향시키고 상기 편향 유닛이 상기 표본 위의 빔의 랜딩 포인트에 가장 가까이 있기 때문이다.

도 5는 본 발명에 따른 대물 렌즈 시스템을 갖는 전자 현미경의 개략도이다. 상기 현미경의 마주하는 단부에는 투광면(130)이 있고, 이 투광면은 입자 소스 및 표본 평면(122)으로부터 나오는 전자들의 버추얼 소스 포인트를 나타낸다. 이들 두 단부 사이에는 투광면에서 시작하는 순서로 가속 애노드(106), 빔 블랭킹 플레이트(108), 검출기(124), 편향 유닛(120a, 120b, 120c, 120d), 자계 폴(116) 및 편향 유닛(120e)가 있다.

일실시예에서 투광면은 약 -12V의 전위로 양호하게 충전된다. 투광면 가까이에는 접지 전위로 충전되는 애노드 전극면(106)이 있다. 상기 투광면과 상기 애노드 평면 사이의 전압차는 소스로부터 방출되는 전자들에 가속 전위를 제공한다. 일단 가속되면 전자들은 약 12K 전자볼트(12KeV)의 에너지를 얻게 되고 그 결과 전자 파장은 약 0.01 나노미터(1 nm = 10^-9미터)가 된다. 도 5의 필드 Ea는 가속 전계를 나타낸다.

표본 평면 위치에서의 표본은 약 -11KV로 충전되어 지연 필드 Er을 생성하며, 이 지연 필드는 상기 가속 필드 Ea에 대한 반대 방향의 필드로서 입자빔이 표본에 충돌하기 전에 입자빔의 에너지를 감소시킨다.

상기 가속 애노드(106)와 검출기(124) 사이에는 일차 입자빔을 온 오프로 스위치하는데 사용되는 빔 블랭킹 플레이트(108)가 있다. 이 블랭킹 플레이트(108) 가까이에는 상기 일차 입자빔이 표본에 충돌할 때 생기는 이차 전자들 및 역확산 전자들을 수집하는 환상의 검출기가 있다. 상기 환상의 검출기는 상기 수집된 전자들로부터 전자적 신호를 유도하고 이 신호를 증폭시키며 이 증폭된 신호를 오퍼레이터가 궁극적으로 관찰하는 촬상 장치로 보낸다.

검출기와 표본 평면 사이에는 검출 유닛(120a - 120d)이 있다. 본 발명의 실시예에서, 4개의 편향 유닛(120a - 120d) 각각의 평균 전위는 접지되어 있고, 이로 인해 일차 입자빔이 검출 유닛들을 통과할 때 초기의 빔 에너지를 유지하게 한다. 상기 빔을 검출하기 위해, 링 세그먼트가 전술한 바와 같이 그룹화되며 각각의 그룹은 드라이버에 의해 구동된다. 양호한 실시예에서는, 4개의 구동기(136, 138, 140, 142)가 있으며, 상기 4개 그룹에 각각 하나씩 있다. 2개의 드라이버는 X 방향의 편향을 제어하며 2개의 드라이버는 Y 방향의 편향을 제어한다. 본 발명의 일실시예에서, 드라이버들은 X 그룹들을 서로 다르게 구동하고, Y 그룹들을 서로 다르게 구동한다. 이들 그룹들의 전위를 상기 평균 접지 전위의 위아래로 가변시킴으로써, 유닛의 평균 전위를 접지 전위로 유지하면서 빔을 특정한 방향으로 정밀한 양으로 편향시킨다. 편향 유닛에서의 필드 패턴은 복잡하므로 일차 입자빔을 검출할때 상기 입자빔으로 수차가 도입되는 것을 최소화하도록 계산된다.

상기 표본에 가장 가까이에 있고 지연 필드 Er 내에 있는 편향 유닛(120e)은 상기 Er을 실질적으로 변경시키지 않는 전위로 충전된다. 본 발명의 일실시예에서, 상기 편향 유닛(120e)은 상기 표본 평면에 대해 네거티브이고 상기 표본 평면에 대해 약 -200 V 내지 -3000 V의 범위에 있는 평균 전위로 충전된다.

전극들이 표본에 다다를 때 그 에너지는 약 250 eV 내지 1500 eV의 범위에 있으며, 1 KeV가 전형적인 값이다. 이 범위 내의 에너지는 표본에 대한 손상은 회피하지만 표본에서 약 0.03 내지 0.07 nm의 범위에 있는 파장을 증가시킨다.

상기 지연 필드 내에 검출 유닛(120e)을 설치하면 일차 입자빔 에너지가 약 1 KeV로 감소되었기 때문에 상기 편향 유닛(120e)은 상기 입자빔의 궤적에 따라 큰 영향을 받는다. 게다가 상기 표본에 가까이 있기 때문에, 영역을 급속하게 스캐닝하기 전에, 상기 표본의 선택된 영영 위에 빔을 정확하게 위치시킬 수 있다. 최종의 스폿 사이즈는, 지연 필드 및 모든 다른 수차(색 비점수차 및 코마(coma))로 인한 빔의 확장을 고려하여, 약 10 nm이며, 이는 약 20nm 내지 200nm의 범위에서 특징적인 사이즈를 관찰하기에 충분하다.

도 5는 또한 자기 렌즈로부터의 자계가 표본 평면으로부터 일어나는 지연 필드에 제공되는 것을 도시한다. 상기 표본 상에 빔을 포커싱하는데 필요한 자계의 세기를 결정할 때는 일차 입자빔의 감소된 에너지를 고려할 필요가 있다.

도 6a는 편향 유닛들(120a, 120d 및 120e)에 의한 편향 필드 내에서 빔의 편향에 대한 x 치수를 나타내며, 도 6b는 이들 동일한 편향 유닛들에 의한 편향 필드내에서 빔의 편향에 대한 y 치수를 나타낸다. 그러므로, 이 도면들은 편향 유닛들(120a, 120d 및 120e)에 의해 편향될 때 제1 전자빔의 궤적 성분 Xm(z) 및 Ym(z)을 도시한다.

큰 편향 필드을 달성하는 개시 포인트로서, 각각의 편향 유닛에 대한 전압 세기 Ed 및 편향 거리 r(z)는 1차의 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템 범주를 만족하며,

여기서 E(d)는 편향 유닛 내의 전계 세기로서 소정의 편향을 생성하도록 광축(Z축)에 수직이며, r(z)은 축을 따르는 거리의 함수로서 Z 축으로부터의 방사 편향 거리이며, B(z)는 렌즈의 광축을 따르는 자속 밀도이며, φ(z)는 광축 상의 전위이며, φ'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, φ"(z)는 z에 대한 2차 미분이며, B'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, k는 필요한 유닛 변환을 수행하기 위한 상수이다.

식 1에 지정된 범주로부터는 편향 필드 세기가 1차항들만을 포함하고 있으므로, 소정의 편향에 필요한 필드 세기를 결정하기 위한 개시 포인트로서의 역할을 한다. 그렇지만, 식 1이 만족할지라도 편향 유닛에 의해 야기되는 일차 입자빔에 대해 3차 및 4차 수차가 될 수도 있다. 이러한 더 높은 수차를 제거하기 위해서는 최적화가 필요하다. 일반적으로, 이 최적화는 디지털 컴퓨터에서 수행되는 수치적 방법에 의해 수행되며, Z축으로부터의 최대 편향의 빔을 원형 모양으로 유지하게 한다. 제1 최적화로서 식 1을 만족하는 편향 유닛(120a, 120d, 120e) 각각은 스캐닝될 영역 S x S에 대한 편향 필드 D x D 내에 입자빔의 위치를 정하기 위한 편향을 생성하도록 서로 동작한다(도 4). 각각의 유닛이 기여하는 편향의 양은 유닛마다 다르며 각각의 유닛은 개별적으로 최적화된다. 제1 최적화로서 식 1을 만족하는 편향 유닛(120b 및 120c) 각각은 영역 S x S에 대해 입자빔을 스캐닝하는데 필요한 편향을 생성하도록 서로 동작한다(도 4). 편향 유닛(120a 및 120c)은 영역 S x S에 대한 빔의 급속한 편향을 허용하도록 설계되어 있으며 반면에 편향 유닛(120a, 120d 및 120e)은 D x D 내에서 빔의 위치를 유지한다. 편향 유닛의 위치를 정하는 것(또는 느리게 이동시키는 것)과 상기 위치를 정하는 유닛과는 달리 급속하게 스캐닝하는 편향 유닛들과의 조합은 편향 필드의 내부영역(subarea)의 급속한 스캐닝을 성능을 유지하면서 편향 필드(D x D)를 생성한다.

도 7은 표본에 충돌하는 일차 입자빔에 의해 생성되는 이차 전자들 SE의 궤적을 도시한다. 지연 전계 Er로 인해, 이차 전자들은 약 11 KeV의 에너지로 가속된다. 이들 대부분의 전자들은 PIN 다이오드이거나 다른 전자 포획 장치인 환상의 검출기에 의해 수집된다. 상기 환상의 검출기의 구경 크기는 중요하다. 구경의 크기가 너무 작으면 쉽게 오염되고 일차 입자빔에 악영향을 미친다. 구경의 크기가 너무 크면 이차 전자들 및 역확산 전자들의 수집 효율을 떨어뜨린다. 일실시예에서, 검출기 구경은 직경이 0.3 mm 내지 2.0 mm로 제한된다. 일시예에서, 전체 스캔에 대한 이차 전자 SE 포획 효율은 약 85% 내지 95%의 범위 내에 있다.

본 발명을 특정한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 이것들의 대안 및 변형은 당업자에게는 의심할 바 없이 분명하다는 것을 이해하라. 그러므로, 이후의 청구범위는 본 발명의 정신 및 범주에 일치하는 그러한 모든 대안 및 변형을 망라하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

일차 입자빔을 포커싱하고, 상기 포커싱된 입자빔을 검사할 표본으로 이동시키며, 상기 표본과 충돌하는 상기 일차 입자빔에 의해 생성되는 역확산 전자들(back-scattered electrons)과 이차 전자를 수집하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템에 있어서,

상기 표본의 근처에 자계를 생성하여 상기 입자빔의 입자들을 상기 표본에 포커싱하며, 상기 입자빔이 이동하는 중심 구멍(central bore)을 갖는 자기 렌즈;

상기 입자빔이 상기 표본과 충돌할 때 상기 입자빔의 에너지를 감소시키도록 상기 표본과 그 근처의 상기 입자빔에 지연 필드(retarding field)를 제공하는 전위를 갖는 전극; 및

상기 표본의 스캐닝을 허용하도록 상기 입자빔을 편향시키기 위해, 빔축을 따라 위치하는 복수의 편향 유닛을 구비하며, 상기 복수의 편향 유닛 중 적어도 하나는 상기 입자빔의 상기 지연필드 내에 위치하고, 상기 편향 유닛 중 나머지는 상기 자기 렌즈의 중심 구멍 내에 위치하는, 편향 시스템

을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 일차 입자빔은 전자빔이며,

상기 표본과 충돌하는 일차 입자빔에 의해 생성되는 역확산 전자들과 이차전자들을 수집하는 검출 유닛을 더 포함하며,

상기 검출 유닛은 상기 빔축을 따라 상기 일차 입자빔과 반대 방향으로 이동하는 상기 역확산 전자들과 이차 전자들을 포획하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 일차 입자빔은 전자빔인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 자기 렌즈는 사이드 폴 자기 렌즈(side-pole magnetic lens)인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 자기 렌즈의 상기 중심 구멍은 상기 빔축을 중심으로 축대칭인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 복수의 편향 유닛 중 제1 그룹은 스캐닝될 영역 위의 개시 위치에 상기 입자빔의 위치가 정해지도록 상기 입자빔을 편향시키며,

상기 복수의 편향 유닛 중 제2 그룹은 상기 영역의 이미지가 구성될 수 있도록 상기 영역 위에 스캐닝 모션으로 상기 입자빔을 이동시키는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제6항에 있어서,

상기 복수의 편향 유닛 중 상기 제1 그룹은 상기 입자빔의 스캐닝 속도에 비해 느린 속도로 상기 입자빔을 개시 위치로 편향시키는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제6항에 있어서,

상기 복수의 편향 유닛 중 상기 제1 그룹은 상기 지연 필드 내에 위치가 정해진 편향 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 자기 렌즈의 중심 구멍 내에 위치하는 상기 복수의 편향 유닛은 상기 입자빔의 소스보다 높은 평균 전위로 유지되어, 상기 입자빔이 상기 중심 구멍을 이동하는 동안 상기 입자빔의 에너지가 유지되는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제9항에 있어서,

상기 입자빔 소스는 네거티브 전위로 유지되며,

상기 자기 렌즈의 중심 구멍 내에 위치하는 상기 복수의 편향 유닛은 평균 접지 전위로 유지되는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제10항에 있어서,

상기 입자빔 소스의 네거티브 전위는 약 -12kV인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제10항에 있어서,

상기 입자빔 소스의 네거티브 전위는 약 -2kV 내지 -35kV의 범위 내에서 가변되는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 표본은 상기 입자빔의 소스 전위에 대해 포지티브 전위이며,

상기 지연 필드 내에 위치하는 상기 편향 유닛은 상기 표본의 전위에 대해 네거티브인 평균 전위로 유지되는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제13항에 있어서,

상기 표본의 상기 포지티브 전위는 약 250V 내지 1500V의 범위인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제13항에 있어서,

상기 편향 유닛의 상기 네거티브 평균 전위는 약 -200V 내지 -3000V의 범위인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 편향 유닛은 상기 일차 입자빔이 통과하는 구경을 가지며,

상기 편향 유닛은 상기 구경 양단의 전압 세기(Ed) 및 1차의 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템 범주를 만족하는 편향 거리(r(z))를 가지며,

여기서 E(d)는 편향 유닛 내의 전계 세기로서 소정의 편향을 생성하도록 광축(Z축)에 수직이며, r(z)은 축을 따르는 거리의 함수로서 Z 축으로부터의 방사 편향 거리이며, B(z)는 렌즈의 광축을 따르는 자속 밀도이며, φ(z)는 광축 상의 전위이며, φ'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, φ"(z)는 z에 대한 2차 미분이며, B'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, k는 필요한 유닛 변환을 수행하기 위한 상수임을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제16항에 있어서,

상기 편향 유닛은 3차 및 4차 수차를 실질적으로 감소시키도록 최적화되어 있는 전압 세기 및 편향 거리를 갖는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 자기 렌즈의 중심 구멍은 양동이 모양이며,

상기 양동이 모양의 상부 근처에 있는 상기 중심 자기 렌즈 내에 위치하는 상기 편향 유닛은 큰 직경을 가지며, 상기 양동이 모양의 하부 근처에 있는 상기 중심 자기 렌즈 내에 위치하는 상기 편향 유닛은 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 자기 렌즈의 중심 구멍은 상기 일차 입자빔이 상기 중심 구멍으로 들어하는 포인트에서의 빔 한정 구경(beam-defining aperture) 및 상기 입자빔이 상기 자기 렌즈의 중심 구멍에서 나오는 포인트에서의 렌즈 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 자기 렌즈의 상기 중심 구멍은 상기 일차 입자빔이 상기 중심 구멍에 들어가는 포인트에서의 빔 한정 구경을 가지며,

상기 일차 입자빔이 상기 중심 구멍으로 들어가는 포인트 아래에 위치하는 환상의 검출 유닛(annular detection unit)을 더 포함하며,

상기 환상의 검출 유닛은 상기 빔 한정 구경보다 큰 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제20항에 있어서,

상기 검출기들은 직경이 약 0.3 mm 내지 2 mm의 범위인 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 검출 유닛들은 검출 유닛들인 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 검출 유닛 각각은

서로 절연되어 있는 복수의 전도 세그먼트; 및

상기 전도 세그먼트들을 지지하며, 상기 전도 세그먼트들에 의해 둘러싸이고 상기 일차 입자빔이 통과하는 구멍을 갖는 기판

을 구비하며,

적어도 2개의 전도 세그먼트에 전압을 인가하여 상기 편향 유닛들을 통해 이동하는 상기 입자빔을 편향시키는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제23항에 있어서,

상기 검출 유닛 각각은 3개씩 4개 그룹으로 배열된 12개의 전도 세그먼트를 구비하며,

상기 4개 그룹의 세그먼트 각각에 개별적인 전압을 인가하여 상기 일차 입자빔을 편향시키는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 4개 그룹 중 2개 그룹은 상기 일차 입자빔을 X 방향으로 편향시키고 다른 2개 그룹은 상기 일차 입자빔을 Y 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

상기 X 방향 및 Y 방향 그룹들은 상이하게 구동되는 것을 특징으로 하는 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템.
표본에 대해 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법에 있어서,

상기 표본에 입자빔의 입자들이 포커싱하도록 상기 표본의 근처에 자계를 생성하는 단계;

상기 입자빔이 상기 표본에 충돌하기 전에 상기 입자빔의 에너지가 감소되도록 지연 전계를 제공하는 단계;

상기 포커싱된 입자빔을 스캐닝될 영역에 대해 위치를 정하는 단계

를 포함하며,

상기 영역은 상기 표본의 편향 필드 내에 있으며, 상기 편향 필드가 상기 표본에 대해 증가하도록 상기 지연 전계 내에 상기 입자빔을 편향시킴으로써 상기 최종적인 위치를 정하는 단계가 발생하는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.
제27항에 있어서,

편향 유닛은 상기 입자빔이 통과하는 구경을 가지며,

상기 편향 유닛은 상기 구경 양단의 전압 세기(Ed) 및 1차의 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템 범주를 만족하는 편향 거리(r(z))를 가지며,

여기서 E(d)는 편향 유닛 내의 전계 세기로서 소정의 편향을 생성하도록 광축(Z축)에 수직이며, r(z)은 축을 따르는 거리의 함수로서 Z 축으로부터의 방사 편향 거리이며, B(z)는 렌즈의 광축을 따르는 자속 밀도이며, φ(z)는 광축 상의 전위이며, φ'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, φ"(z)는 z에 대한 2차 미분이며, B'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, k는 필요한 유닛 변환을 수행하기 위한 상수임을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.
제28항에 있어서,

상기 편향 유닛은 3차 및 4차 수차를 실질적으로 감소시키도록 최적화되어 있는 전압 세기 및 편향 거리를 갖는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.
제27항에 있어서,

상기 입자빔은 전자빔인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.
제27항에 있어서,

상기 자계를 생성하는 단계는 자기 렌즈로부터 자계를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.
제31항에 있어서,

상기 자기 렌즈는 사이드 폴 자기 렌즈 타입인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.
제32항에 있어서,

상기 사이드 폴 자기 렌즈는 그 안에 형성된 중심 구멍을 가지며, 상기 중심 구멍은 상기 빔축을 중심으로 축대칭인 것을 특징으로 하는 대물 렌즈 시스템의 스캔 필드를 증가시키는 방법.
표본 관찰용 스캐닝 현미경에 있어서,

일차 입자빔 소스;

상기 일차 입자빔에 에너지를 전하는 가속 전극(애노드); 및

상기 일차 입자빔 소스를 표본에 포커싱하는 대물 렌즈 시스템

을 포함하며,

상기 대물 렌즈 시스템은

상기 입자빔이 상기 표본에 충돌할 때 상기 입자빔의 에너지가 감소하도록 상기 표본 근처의 상기 입자빔에 지연 필드를 제공하는 전위를 갖는 전극; 및

상기 표본의 스캐닝을 허용하도록 상기 입자빔을 편향시키기 위해, 빔축을 따라 위치하는 복수의 편향 유닛을 구비하며, 상기 복수의 편향 유닛 중 적어도 하나는 상기 입자빔의 상기 지연필드 내에 위치하고, 상기 편향 유닛 중 나머지는 상기 자기 렌즈의 중심 구멍 내에 위치하는, 편향 시스템

을 포함하는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.
제34항에 있어서,

상기 입자빔 소스로부터 상기 일차 입자빔을 수신하고 상기 포커싱된 일차 입자빔을 상기 대물 렌즈 시스템에 제공하도록 구성된 콘덴서 렌즈 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.
제34항에 있어서,

상기 입자빔 소스는 전자빔 소스인 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.
제34항에 있어서,

상기 자기 렌즈는 사이드 폴 자기 렌즈인 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.
제34항에 있어서,

상기 자기 렌즈는 그 안에 중심 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.
제38항에 있어서,

상기 자기 렌즈의 상기 중심 구멍은 상기 빔축을 중심으로 축 대칭인 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.
제34항에 있어서,

상기 편향 유닛은 상기 일차 입자빔이 통과하는 구경을 가지며,

상기 편향 유닛은 상기 구경 양단의 전압 세기(Ed) 및 1차의 진동 지연 침지 대물 렌즈 시스템 범주를 만족하는 편향 거리(r(z))를 가지며,

여기서 E(d)는 편향 유닛 내의 전계 세기로서 소정의 편향을 생성하도록 광축(Z축)에 수직이며, r(z)은 축을 따르는 거리의 함수로서 Z 축으로부터의 방사 편향 거리이며, B(z)는 렌즈의 광축을 따르는 자속 밀도이며, φ(z)는 광축 상의 전위이며, φ'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, φ"(z)는 z에 대한 2차 미분이며, B'(z)는 z에 대한 1차 미분이며, k는 필요한 유닛 변환을 수행하기 위한 상수임을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.
제40항에 있어서,

상기 편향 유닛은 3차 및 4차 수차를 실질적으로 감소시키도록 최적화되어 있는 전압 세기 및 편향 거리를 갖는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.
제34항에 있어서,

상기 편향 유닛들은 정전기 편향 유닛들인 것을 특징으로 하는 표본 관찰용스캐닝 현미경.
제34항에 있어서,

상기 빔 소스는 제1 전위로 충전되고, 상기 가속 애노드는 제2 전위로 충전되며, 상기 지연 필드 전극은 제3 전위로 충전되며, 상기 구멍 내의 편향 유닛들은 제4 전위로 충전되며, 상기 구멍 외측의 편향 유닛들은 제5 전위로 충전되며, 상기 표본은 제6 전위로 충전되며,

상기 제1 전위 내지 제6 전위 사이의 관계는 상대적이고, 어느 전위라도 접지 전위가 될 수 있는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.
제27항에 있어서,

상기 포커싱된 입자빔을 스캐닝될 영역에 대해 위치를 정하는 단계는 상기 편향 유닛들 중 제1 세트에 의해 수행되며, 상기 제1 세트는 상기 지연 필드 내에 위치하는 편향 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.
제27항에 있어서,

상기 스캐닝될 영역에 대해 상기 빔의 위치가 정해져 유지되는 동안 상기 영역을 스캐닝하는 단계를 더 포함하며, 상기 빔의 상기 스캐닝 이동은 상기 빔의 위치를 정하는 이동보다 빠른 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.
제44항에 있어서,

상기 포커싱된 입자빔을 스캐닝될 영역에 대해 위치를 정하는 단계는 상기 편향 유닛들 중 제1 세트에 의해 수행되며, 상기 제1 세트는 상기 지연 필드 내에 위치하는 편향 유닛을 구비하며,

상기 영역을 스캐닝하는 단계는 상기 편향 유닛들 중 상기 제1 세트와는 별개인 제2 세트에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.
제44항에 있어서,

상기 영역의 스캐닝 동안 상기 표본으로부터 방출되는 이차 전자들 및 역확산 전자들을 수집하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표본 관찰용 스캐닝 현미경.