KR20180108720A - 복수의 하전 입자 빔들의 장치 - Google Patents

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KR20180108720A
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Abstract

크기, 방위 및 입사 각도에 있어서 가변적인 총 FOV를 갖는 새로운 멀티-빔 장치가 제안된다. 새로운 장치는 더 많은 유연성을 제공하여, 샘플 관찰의 속도를 높이고 더 많은 종류의 샘플들이 관찰가능하게 한다. 특히, 반도체 제조 산업에서 웨이퍼들/마스크들 상의 결함들을 검사 및/또는 검토하는 수율 관리 툴로서, 새로운 장치는 높은 스루풋을 달성하고 더 많은 종류의 결함들을 검출할 가능성을 더 많이 제공한다.

Description

복수의 하전 입자 빔들의 장치
본 출원은 2016년 1월 27일에 출원되어 Ren 외에게 권리가 있는 "Apparatus of Plural Charged-Particle Beams"라는 명칭의 미국 가출원 제 62/287,626호의 우선권의 이익을 주장하며, 이 전문은 본 명세서에서 인용참조된다.
관련 출원들의 상호 참조
본 출원은 2016년 3월 9일에 출원되어 Ren 외에게 권리가 있는 "Apparatus of Plural Charged-Particle Beams"라는 명칭의 미국 출원 제 15/065,342호와 관련되며, 이 전문은 본 명세서에서 인용참조된다.
본 출원은 2016년 3월 23일에 출원되어 Ren 외에게 권리가 있는 "Apparatus of Plural Charged-Particle Beams"라는 명칭의 미국 출원 제 15/078,369호와 관련되며, 이 전문은 본 명세서에서 인용참조된다.
본 출원은 2016년 5월 10일에 출원되어 Liu 외에게 권리가 있는 "Apparatus of Plural Charged-Particle Beams"라는 명칭의 미국 출원 제 15/150,858호와 관련되며, 이 전문은 본 명세서에서 인용참조된다.
본 출원은 2016년 7월 19일에 출원되어 Li 외에게 권리가 있는 "Apparatus of Plural Charged-Particle Beams"라는 명칭의 미국 출원 제 15/213,781호와 관련되며, 이 전문은 본 명세서에서 인용참조된다.
본 출원은 2016년 7월 21일에 출원되어 Ren 외에게 권리가 있는 "Apparatus of Plural Charged-Particle Beams"라는 명칭의 미국 출원 제 15/216,258호와 관련되며, 이 전문은 본 명세서에서 인용참조된다.
본 출원은 2016년 11월 30일에 출원되어 Ren 외에게 권리가 있는 "Apparatus of Plural Charged-Particle Beams"라는 명칭의 미국 출원 제 15/365,145호와 관련되며, 이 전문은 본 명세서에서 인용참조된다.
본 발명은 복수의 하전 입자 빔들을 갖는 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 복수의 하전 입자 빔들을 이용하여 샘플 표면 상의 관찰 영역 내에서의 복수의 스캔 구역들의 이미지들을 동시에 획득하는 장치에 관한 것이다. 그러므로, 장치는 반도체 제조 산업에서 높은 분해능 및 높은 스루풋으로 웨이퍼/마스크 상의 결함을 검사 및/또는 검토하는 데 사용될 수 있다.
다음 설명 및 예시들은 이 배경기술 부분(Background section)에서 그들의 언급에 의해 선행 기술로 인정되지 않는다.
반도체 IC 칩을 제조함에 있어서, 제작 공정들 동안 웨이퍼/마스크의 표면 상에는 필연적으로 패턴 결함 및/또는 원하지 않은 입자(잔류물)가 나타나며, 이는 수율을 크게 감소시킨다. 따라서, 수율 관리 툴들이 사용되어 결함 및 입자를 검사 및/또는 검토한다. IC 칩의 성능에 관해 점점 더 진보된 요건들을 충족시키기 위해, 점점 더 작은 임계 피처 치수들을 갖는 패턴들이 채택되었다. 결과적으로, 광학 빔을 이용한 종래의 수율 관리 툴들은 회절 효과로 인해 점점 무능해지고, 전자 빔을 이용한 수율 관리 툴들이 점점 더 이용되고 있다. 광자 빔에 비해, 전자 빔이 더 짧은 파장을 갖고, 이에 따라 가능하게는 더 우수한 공간 분해능을 제공한다. 현재, 전자 빔들을 이용한 수율 관리 툴들은 단일 전자 빔을 이용한 주사 전자 현미경(SEM)의 원리를 채택하며, 잘 알려진 바와 같이 그들의 스루풋은 대량 생산에 대해 적합하지 않다. 빔 전류를 증가시키는 것이 스루풋을 개선할 수 있지만, 우수한 공간 분해능은 빔 전류에 따라 증가하는 쿨롱 효과(Coulomb Effect)에 의해 근본적으로 악화될 것이다.
스루풋에 관한 제한을 완화하기 위해, 큰 전류를 갖는 단일 전자 빔을 사용하는 대신에, 유망한 해결책은 각각 작은 전류를 갖는 복수의 전자 빔들을 사용하는 것이다. 복수의 전자 빔들은 샘플의 하나의 검사 또는 관찰중인 표면 상에 복수의 프로브 스폿(probe spot)들을 형성하거나, 간단히 프로브 스폿 어레이라고 불린다. 복수의 프로브 스폿들은 샘플 표면 상의 큰 관찰 영역 내에서의 복수의 작은 스캔 구역들을 각각 동시에 스캔할 수 있다. 각각의 프로브 스폿의 전자들은 전자가 도달하는 샘플 표면으로부터 이차 전자들을 발생시킨다. 이차 전자들은 느린 이차 전자들(에너지 ≤ 50eV) 및 후방산란된 전자들[에너지는 전자의 랜딩 에너지(landing energies)에 가까움]을 포함한다. 복수의 작은 스캔 구역들로부터의 이차 전자들은 각각 동시에 복수의 전자 검출기들에 의해 수집될 수 있다. 그 결과, 작은 스캔 구역들 모두를 포함한 큰 관찰 영역의 이미지가 단일 빔으로 큰 관찰 영역을 스캐닝하는 것보다 훨씬 빨리 얻어질 수 있다.
복수의 전자 빔들은 복수의 전자 소스들 각각으로부터, 또는 단일 전자 소스로부터 공급될 수 있다. 전자의 경우, 복수의 전자 빔들은 일반적으로 복수의 작은 스캔 구역들 상에 포커스되고, 각각 복수의 칼럼(column)들에 의해 그 구역을 스캐닝하며, 각각의 스캔 구역으로부터의 이차 전자들은 대응하는 칼럼 내부의 하나의 전자 검출기에 의해 검출된다. 그러므로, 장치는 일반적으로 멀티-칼럼 장치(multi-column apparatus)라고 불린다. 샘플 표면 상에서, 빔 간격 또는 피치는 수 내지 수십 밀리미터 정도이다.
후자의 경우, 소스-전환 유닛이 가상으로 단일 전자 소스를 복수의 서브-소스들로 변화시킨다. 소스-전환 유닛은 복수의 빔-제한 개구부(beam-limit opening)들을 갖는 하나의 빔릿(beamlet)-제한(또는 빔릿-형성) 수단, 및 복수의 전자 광학기 요소들을 갖는 하나의 이미지-형성 수단을 포함한다. 복수의 빔-제한 개구부들은 단일 전자 소스에 의해 생성된 일차 전자 빔을 복수의 서브-빔들 또는 빔릿들로 각각 분할하고, 복수의 전자 광학기 요소들은 복수의 빔릿들에 영향을 미쳐 단일 전자 소스의 복수의 제 1 평행한 (가상 또는 실제) 이미지들 각각을 형성한다. 각각의 제 1 이미지는 하나의 빔릿의 크로스오버(crossover)이고, 대응하는 빔릿을 방출하는 하나의 서브-소스로서 취해질 수 있다. 더 많은 빔릿을 이용가능하게 하기 위해, 빔릿 간격은 마이크로미터 수준이다. 당연히, 하나의 일차 투영 이미징 시스템 및 하나의 단일 칼럼 내의 하나의 편향 스캐닝 유닛이 각각 복수의 작은 스캔 구역들 상으로 복수의 제 1 평행한 이미지들을 투영하고 그 구역들을 스캐닝하는 데 사용된다. 이로부터의 복수의 이차 전자 빔들은 하나의 빔 분리기에 의해 하나의 이차 투영 이미징 시스템으로 지향된 후, 이차 투영 이미징 시스템에 의해 포커스되어 각각 단일 칼럼 내부의 하나의 전자 검출 디바이스의 복수의 검출 요소들에 의해 검출된다. 복수의 검출 요소들은 나란히 배치된 복수의 전자 검출기들 또는 하나의 전자 검출기의 복수의 픽셀들일 수 있다. 그러므로, 장치는 일반적으로 멀티-빔 장치라고 불린다.
빔릿-제한 수단은 일반적으로 관통홀(through-hole)들을 갖는 전기-전도 플레이트이며, 그 안의 복수의 관통홀들이 각각 복수의 빔-제한 개구부들의 기능을 한다. 이미지-형성 수단에 대해서는, 각각의 전자 광학기 요소가 하나의 실제 이미지를 형성하도록 하나의 빔릿을 포커스하거나(예컨대, US 7,244,949 및 상호 참조에서의 4번째 관련 출원), 또는 하나의 가상 이미지를 형성하도록 하나의 빔릿을 편향시킨다(예컨대, US 6,943,349 및 상호 참조에서의 다른 관련 출원들). 도 1a 및 도 1b는 5번째 관련 출원에서의 2 개의 예시들을 나타낸다. 명확함을 위해, 3 개의 빔릿만을 나타내며, 편향 스캐닝 유닛, 빔 분리기, 이차 투영 이미징 시스템 및 전자 검출 디바이스는 나타내지 않는다.
도 1a에서, 전자 소스(101)에 의해 발생된 일차-전자 빔(102)은 집광 렌즈(110)에 의해 포커스되어 소스-전환 유닛(120) 상에 입사된다. 소스-전환 유닛(120)은 3 개의 사전-굽힘 마이크로-편향기들(123_1, 123_2, 및 123_3)을 갖는 하나의 사전-빔릿-굽힘 수단(pre-beamlet-bending means: 123), 3 개의 빔-제한 개구부들(121_1, 121_2, 및 121_3)을 갖는 하나의 빔릿-제한 수단(121), 및 3 개의 전자 광학기 요소들(122_1, 122_2, 및 122_3)을 갖는 하나의 이미지-형성 수단(122)을 포함한다. 3 개의 사전-굽힘 마이크로-편향기들(123_1 내지 123_3)은 각각 3 개의 빔릿들(102_1 내지 102_3)을 편향시키고 3 개의 빔-제한 개구부들(121_1 내지 121_3) 상에 수직으로 입사하게 하며, 이들 각각은 대응하는 빔릿의 전류를 제한하도록 빔-제한 어퍼처로서 기능한다. 3 개의 전자 광학기 요소들(122_1 내지 122_3)은 일차 광학 축선(100_1)을 향해 3 개의 빔릿들(102_1 내지 102_3)을 편향시키고, 전자 소스(101)의 3 개의 제 1 가상 이미지들을 형성하며, 즉 각각의 빔릿이 가상 크로스오버를 갖는다. 대물 렌즈는 일차 투영 이미징 시스템을 구성하고, 이는 샘플(8)의 표면(7) 상에 3 개의 편향된 빔릿들(102_1 내지 102_3)을 포커스하며, 즉 그 위에 3 개의 제 1 가상 이미지들 투영한다. 그러므로, 3 개의 빔릿들(102_1 내지 102_3)은 표면(7) 상에 3 개의 프로브 스폿들(102_1s, 102_2s, 및 102_3s)을 형성한다. 프로브 스폿들(102_1s 내지 102_3s)의 전류들은 집광 렌즈(110)의 포커싱 파워(focusing power)를 조정함으로써 변동될 수 있다. 도 1b에서, 이동가능한 집광 렌즈(210)는 소스-전환 유닛(220)의 빔릿-제한 수단(121) 상에 수직으로 입사되도록 일차-전자 빔(102)을 포커스하며, 이에 따라 도 1a의 사전-빔릿-굽힘 수단(123)은 필요하지 않다. 따라서, 프로브 스폿들(102_1s 내지 102_3s)의 전류들은 이동가능한 집광 렌즈(210)의 포커싱 파워 및 위치를 조정함으로써 변동될 수 있다. 도 1a 및 도 1b에서, 샘플 표면(7) 상의 빔릿들(102_1 내지 102_3)의 랜딩 에너지들은 샘플 표면(7) 및 전자 소스(101)의 전위 중 어느 하나 또는 둘 모두를 조정함으로써 변동될 수 있다.
멀티-빔 장치에서, 각각의 빔릿이 샘플 표면 상의 하나의 서브-FOV(시계)를 스캔하고, 총 FOV는 복수의 빔릿들의 서브-FOV들의 합이다. 각각의 서브-FOV는 샘플 표면 상의 빔릿 피치(도 1a에서 Ps)보다 작거나 같다. 스루풋을 더 개선하기 위해, 각각의 서브-FOV는 이미징 분해능에 관하여 더 우수하게 선택가능하고, 복수의 빔릿들의 피치들은 이에 따라 서브-FOV들을 스티치업(stitch up)된 채로 유지하도록 변동된다. 높은 이미지 분해능을 이용하는 한가지 경우, 작은 픽셀 크기가 사용될 것이고, 큰 픽셀 수를 회피하기 위해 작은 서브-FOV가 요구된다. 낮은 이미지 분해능을 이용하는 또 다른 경우, 큰 픽셀 크기가 사용될 것이고, 높은 스루풋을 위해 큰 서브-FOV가 요구된다. 도 2a가 후자의 경우의 일 예시를 나타낸다. 점선으로 나타낸 바와 같이, 도 1a의 프로브 스폿들(102_1s 내지 102_3s)이 각각 오른쪽 및 왼쪽으로 의도적으로 이동될 수 있는 경우, 즉 피치(Ps)가 P1에서 P2로 변화될 수 있는 경우, 총 FOV가 3xP1에서 3xP2로 증가될 것이고, 이에 따라 스루풋이 증가된다. 따라서, 빔릿 피치(Ps)를 선택가능하게 만드는 것이 하나의 바람직한 기능일 것이다.
연속 스캐닝 모드(샘플이 일차 전자 빔의 스캐닝 방향에 수직인 방향으로 계속 이동함)는 종래의 단일-빔 장치에서 높은 스루풋을 얻기 위한 종래의 방법이다. 이 방법을 멀티-빔 장치에서 이용하는 경우, 스테이지 이동 방향과 프로브 스폿 어레이 또는 총 FOV의 방위를 매칭시키는 것이 더 낫다. 잘 알려진 바와 같이, 일차 투영 이미징 시스템 내에 하나의 자기 렌즈가 존재하는 경우, 그 자기장은 복수의 빔릿들 및 결과로서 총 FOV를 회전시킬 것이다. (복수의 빔릿들의 전류들 및 랜딩 에너지들과 같은) 관찰 조건에 대해 변동되는 자기장으로 인해, 총 FOV의 회전 각도는 이에 따라 변동할 것이다. 도 2b는 도 1a의 대물 렌즈(131)가 자기 또는 전자기 복합 렌즈인 경우의 일 예시를 나타낸다. 예를 들어, 빔릿들(102_1 내지 102_3)의 랜딩 에너지들이 1 keV에서 2 keV로 변화되는 경우, 프로브 스폿들(102_2s 및 102_3s)은 점선으로 나타낸 바와 같이 광학 축선(100_1)을 중심으로 β 각도만큼 회전할 것이며, 즉 총 FOV의 방위가 β 각도만큼 회전할 것이다. 총 FOV의 방위 변동은 연속 스캐닝 모드의 성능에 영향을 준다. 프로브 스폿 어레이의 방위를 동일하게 유지하거나 선택가능하게 만드는 것이 스루풋을 개선하도록 유연성을 더 제공할 수 있고, 따라서 이는 또 다른 바람직한 기능이다.
몇몇 샘플에 대해, 그 위의 패턴들과 프로브 스폿 어레이의 방위들 간의 특정한 매칭이 필요할 수 있다. 프로브 스폿 어레이의 방위를 선택가능하게 만드는 것은 제한된 로딩 정확성으로 인한 미스매칭을 보상할 수 있고, 그러므로 시간 소모적인 재-로딩을 회피함으로써 스루풋을 증가시킬 수 있다. 또한, 샘플의 몇몇 패턴들을 효과적으로 관찰하기 위해, 복수의 빔릿들은 특정한 입사 각도들로 샘플 표면에 도달해야 할 수 있다. 입사 각도들을 선택가능하게 만드는 것이 더 많은 샘플들 또는 패턴들을 관찰가능하게 할 수 있고, 이는 하나의 더 바람직한 기능일 것이다.
본 발명은 멀티-빔 장치에서, 특히 상호 참조에서 제안되고 반도체 제조 산업에서 수율 관리 툴들로서 사용되는 것들에 대해 앞선 기능들을 실현하는 방법들을 제공할 것이다.
본 발명의 목적은 높은 분해능 및 높은 스루풋으로, 및 유연하게 변하는 관찰 조건들에서 샘플을 관찰하는 새로운 멀티-빔 장치를 제공하는 것이다. 상호 참조에서의 종래의 멀티-빔 장치들에 기초하여, 본 발명은 가변적인 총 FOV를 갖는 새로운 멀티-빔 장치를 구성하는 수 개의 방법들을 제안한다. 새로운 장치에서, 총 FOV는 크기, 방위 및 입사 각도에 있어서 가변적일 수 있다. 따라서, 새로운 장치는 더 많은 유연성을 제공하여, 샘플 관찰의 속도를 높이고 더 많은 종류의 샘플들이 관찰가능하게 한다. 특히, 웨이퍼들/마스크들 상의 결함들을 검사 및/또는 검토하기 위해 반도체 제조 산업에서 수율 관리 툴로서 사용되는 경우, 새로운 장치는 높은 스루풋을 달성하고 더 많은 종류의 결함들을 검출할 가능성을 더 많이 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명은 이에 따라 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 제공하고, 이는 전자 소스, 전자 소스 아래의 집광 렌즈, 집광 렌즈 아래의 소스-전환 유닛, 소스-전환 유닛 아래의 대물 렌즈, 소스-전환 유닛 아래의 편향 스캐닝 유닛, 대물 렌즈 아래의 샘플 스테이지, 소스-전환 유닛 아래의 빔 분리기, 이차 투영 이미징 시스템, 및 복수의 검출 요소들을 갖는 전자 검출 디바이스를 포함한다. 전자 소스, 집광 렌즈, 및 대물 렌즈는 장치의 일차 광학 축선과 정렬되고, 샘플 스테이지는 표면이 대물 렌즈와 마주하도록 샘플을 지지한다. 소스-전환 유닛은 복수의 빔-제한 개구부들을 갖는 빔릿-제한 수단, 및 일차 광학 축선을 따라 이동가능하고 복수의 전자 광학기 요소들을 갖는 이미지-형성 수단을 포함한다. 전자 소스는 일차 광학 축선을 따라 일차-전자 빔을 생성하고, 집광 렌즈는 일차-전자 빔을 포커스한다. 일차-전자 빔의 복수의 빔릿들이 각각 복수의 빔-제한 개구부들을 통과하고, 일차 광학 축선을 향해 복수의 전자 광학기 요소들에 의해 편향되어, 각각 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 형성한다. 복수의 빔릿들은 대물 렌즈에 의해 표면 상에 포커스되고, 이에 따라 각각 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하며, 편향 스캐닝 유닛은 복수의 빔릿들을 편향시켜 표면 상의 관찰 영역 내의 복수의 스캔 구역들에 걸쳐 각각 복수의 프로브 스폿들을 스캔한다. 복수의 이차 전자 빔들이 복수의 스캔 구역들로부터 각각 복수의 프로브 스폿들에 의해 생성되고, 빔 분리기에 의해 이차 투영 이미징 시스템으로 지향되며, 이차 투영 이미징 시스템은 복수의 이차 전자 빔들을 포커스하고, 이들이 각각 복수의 검출 요소들에 의해 검출되도록 유지하며, 이에 따라 각각의 검출 요소는 하나의 대응하는 스캔 구역의 이미지 신호를 제공한다.
복수의 전자 광학기 요소들로 인한 복수의 빔릿들의 편향 각도들은 각각 복수의 프로브 스폿들의 오프-액시스 수차(off-axis aberration)들을 감소시키도록 설정된다. 복수의 프로브 스폿들의 피치들은 일차 광학 축선을 따라 이미지-형성 수단을 이동시킴으로써 함께 변동된다. 대물 렌즈는 자기 렌즈 및 정전 렌즈를 포함한다. 복수의 프로브 스폿들의 방위는 자기 렌즈 및 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변동시킴으로써 선택가능하다.
편향 각도들은 복수의 빔릿들이 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 표면에 도달하도록 보장할 수 있다. 편향 각도들은 복수의 빔릿들이 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 보장할 수 있다. 편향 스캐닝 유닛은 대물 렌즈의 전면 초점면 위에 있다. 편향 스캐닝 유닛은 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 복수의 빔릿들을 기울인다. 상기 장치는 소스-전환 유닛과 대물 렌즈의 전면 초점면 사이에 빔릿-기울임 편향기(beamlet-tilting deflector)를 더 포함할 수 있다. 빔릿-기울임 편향기는 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 복수의 빔릿들을 기울인다.
또한, 본 발명은 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 제공하고, 이는 전자 소스, 전자 소스 아래의 집광 렌즈, 집광 렌즈 아래의 소스-전환 유닛, 소스-전환 유닛 아래의 대물 렌즈, 소스-전환 유닛 아래의 편향 스캐닝 유닛, 대물 렌즈 아래의 샘플 스테이지, 소스-전환 유닛 아래의 빔 분리기, 이차 투영 이미징 시스템, 및 복수의 검출 요소들을 갖는 전자 검출 디바이스를 포함한다. 전자 소스, 집광 렌즈, 및 대물 렌즈는 장치의 일차 광학 축선과 정렬되고, 샘플 스테이지는 표면이 대물 렌즈와 마주하도록 샘플을 지지한다. 소스-전환 유닛은 복수의 빔-제한 개구부들을 갖는 빔릿-제한 수단, 복수의 제 1 전자 광학기 요소들을 갖는 제 1 이미지-형성 수단, 및 복수의 제 2 전자 광학기 요소들을 갖는 제 2 이미지-형성 수단을 포함하며, 제 2 이미지-형성 수단은 제 1 이미지-형성 수단 아래에 있고 반경 방향으로 이동가능하며, 제 1 이미지-형성 수단 및 제 2 이미지-형성 수단 중 하나는 능동 이미지-형성 수단으로서 사용된다. 전자 소스는 일차 광학 축선을 따라 일차-전자 빔을 생성하고, 집광 렌즈는 일차-전자 빔을 포커스한다. 일차-전자 빔의 복수의 빔릿들이 각각 복수의 빔-제한 개구부들을 통과하고, 일차 광학 축선을 향해 능동 이미지-형성 수단에 의해 편향되어, 각각 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 형성한다. 복수의 빔릿들은 대물 렌즈에 의해 표면 상에 포커스되고, 이에 따라 각각 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하며, 편향 스캐닝 유닛은 복수의 빔릿들을 편향시켜 표면 상의 관찰 영역 내의 복수의 스캔 구역들에 걸쳐 각각 복수의 프로브 스폿들을 스캔한다. 복수의 이차 전자 빔들이 복수의 스캔 구역들로부터 각각 복수의 프로브 스폿들에 의해 생성되고, 빔 분리기에 의해 이차 투영 이미징 시스템으로 지향되며, 이차 투영 이미징 시스템은 복수의 이차 전자 빔들을 포커스하고, 이들이 각각 복수의 검출 요소들에 의해 검출되도록 유지하며, 이에 따라 각각의 검출 요소는 하나의 대응하는 스캔 구역의 이미지 신호를 제공한다.
능동 이미지-형성 수단으로 인한 복수의 빔릿들의 편향 각도들은 각각 복수의 프로브 스폿들의 오프-액시스 수차들을 감소시키도록 설정된다. 복수의 프로브 스폿들의 피치들은 제 1 이미지-형성 수단과 제 2 이미지-형성 수단 사이에서 능동 이미지-형성 수단을 변화시킴으로써 함께 변동되고, 제 1 이미지-형성 수단이 선택되는 경우, 제 2 이미지-형성 수단은 복수의 빔릿들을 차단하지 않도록 밖으로 이동된다. 대물 렌즈는 자기 렌즈 및 정전 렌즈를 포함한다. 복수의 프로브 스폿들의 방위는 자기 렌즈 및 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변동시킴으로써 선택가능하다.
편향 각도들은 복수의 빔릿들이 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 표면에 도달하도록 보장할 수 있다. 편향 각도들은 복수의 빔릿들이 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 보장할 수 있다. 편향 스캐닝 유닛은 대물 렌즈의 전면 초점면 위에 있다. 편향 스캐닝 유닛은 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 복수의 빔릿들을 기울인다. 상기 장치는 소스-전환 유닛과 대물 렌즈의 전면 초점면 사이에 빔릿-기울임 편향기를 더 포함할 수 있다. 빔릿-기울임 편향기는 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 복수의 빔릿들을 기울인다.
또한, 본 발명은 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 제공하고, 이는 전자 소스, 전자 소스 아래의 집광 렌즈, 집광 렌즈 아래의 소스-전환 유닛, 소스-전환 유닛 아래의 대물 렌즈, 소스-전환 유닛 아래의 편향 스캐닝 유닛, 대물 렌즈 아래의 샘플 스테이지, 소스-전환 유닛 아래의 빔 분리기, 이차 투영 이미징 시스템, 및 복수의 검출 요소들을 갖는 전자 검출 디바이스를 포함한다. 전자 소스, 집광 렌즈, 및 대물 렌즈는 장치의 일차 광학 축선과 정렬되고, 대물 렌즈의 제 1 주 평면이 일차 광학 축선을 따라 이동가능하며, 샘플 스테이지는 표면이 대물 렌즈와 마주하도록 샘플을 지지한다. 소스-전환 유닛은 복수의 빔-제한 개구부들을 갖는 빔릿-제한 수단, 및 복수의 전자 광학기 요소들을 갖는 이미지-형성 수단을 포함한다. 전자 소스는 일차 광학 축선을 따라 일차-전자 빔을 생성하고, 집광 렌즈는 일차-전자 빔을 포커스한다. 일차-전자 빔의 복수의 빔릿들이 각각 복수의 빔-제한 개구부들을 통과하고, 일차 광학 축선을 향해 복수의 전자 광학기 요소들에 의해 편향되어, 각각 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 형성한다. 복수의 빔릿들은 대물 렌즈에 의해 표면 상에 포커스되고, 이에 따라 각각 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하며, 편향 스캐닝 유닛은 복수의 빔릿들을 편향시켜 표면 상의 관찰 영역 내의 복수의 스캔 구역들에 걸쳐 각각 복수의 프로브 스폿들을 스캔한다. 복수의 이차 전자 빔들이 복수의 스캔 구역들로부터 각각 복수의 프로브 스폿들에 의해 생성되고, 빔 분리기에 의해 이차 투영 이미징 시스템으로 지향되며, 이차 투영 이미징 시스템은 복수의 이차 전자 빔들을 포커스하고, 이들이 각각 복수의 검출 요소들에 의해 검출되도록 유지하며, 이에 따라 각각의 검출 요소는 하나의 대응하는 스캔 구역의 이미지 신호를 제공한다.
복수의 전자 광학기 요소들로 인한 복수의 빔릿들의 편향 각도들은 각각 복수의 프로브 스폿들의 오프-액시스 수차들을 감소시키도록 설정된다. 복수의 프로브 스폿들의 피치들은 일차 광학 축선을 따라 제 1 주 평면을 이동시킴으로써 함께 변동된다.
편향 각도들은 복수의 빔릿들이 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 표면에 도달하도록 보장할 수 있다. 편향 각도들은 복수의 빔릿들이 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 보장할 수 있다. 편향 스캐닝 유닛은 대물 렌즈의 전면 초점면 위에 있다. 편향 스캐닝 유닛은 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 복수의 빔릿들을 기울인다. 상기 장치는 소스-전환 유닛과 대물 렌즈의 전면 초점면 사이에 빔릿-기울임 편향기를 더 포함할 수 있다. 빔릿-기울임 편향기는 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 복수의 빔릿들을 기울인다. 대물 렌즈는 하부 자기 렌즈 및 정전 렌즈를 포함한다. 정전 렌즈는 필드-제어 전극 및 필드-이동 전극을 포함하고, 정전기장을 생성한다. 필드-제어 전극의 전위가 절연 파괴없이 샘플에 대한 표면 상의 정전기장을 제어하도록 설정된다. 필드-이동 전극의 전위가 제 1 주 평면을 이동시키기 위해 정전기장을 이동시키도록 설정된다. 복수의 프로브 스폿들의 방위는 필드-제어 전극 및 필드-이동 전극의 전위들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 변동시킴으로써 선택가능하다. 상기 장치는 하부 자기 렌즈 위에 상부 자기 렌즈를 더 포함할 수 있다. 제 1 주 평면은 하부 자기 렌즈 및 상부 자기 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변동시킴으로써 이동된다. 복수의 프로브 스폿들의 방위는 상부 및 하부 자기 렌즈들의 자기장들의 극성들을 동일하게 또는 반대로 설정함으로써 선택가능하다.
또한, 본 발명은 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 제공하고, 이는 전자 소스, 전자 소스 아래의 집광 렌즈, 집광 렌즈 아래의 소스-전환 유닛, 소스-전환 유닛 아래의 전달 렌즈(transfer lens), 전달 렌즈 아래의 필드 렌즈, 필드 렌즈 아래의 대물 렌즈, 소스-전환 유닛 아래의 편향 스캐닝 유닛, 대물 렌즈 아래의 샘플 스테이지, 소스-전환 유닛 아래의 빔 분리기, 이차 투영 이미징 시스템, 및 복수의 검출 요소들을 갖는 전자 검출 디바이스를 포함한다. 전자 소스, 집광 렌즈, 전달 렌즈, 필드 렌즈 및 대물 렌즈는 장치의 일차 광학 축선과 정렬되고, 샘플 스테이지는 표면이 대물 렌즈와 마주하도록 샘플을 지지한다. 소스-전환 유닛은 복수의 빔-제한 개구부들을 갖는 빔릿-제한 수단, 및 복수의 전자 광학기 요소들을 갖는 이미지-형성 수단을 포함한다. 전자 소스는 일차 광학 축선을 따라 일차-전자 빔을 생성하고, 집광 렌즈는 일차-전자 빔을 포커스한다. 일차-전자 빔의 복수의 빔릿들이 각각 복수의 빔-제한 개구부들을 통과하고, 일차 광학 축선을 향해 복수의 전자 광학기 요소들에 의해 편향되어, 각각 전자 소스의 복수의 제 1 가상 이미지들을 형성한다. 전달 렌즈는 복수의 제 1 가상 이미지들을 중간 이미지 평면 상에 이미징하고, 이에 따라 그 위에 각각 복수의 제 2 실제 이미지들을 형성하며, 필드 렌즈는 중간 이미지 평면 상에 배치되고, 복수의 빔릿들을 구부리며, 대물 렌즈는 복수의 제 2 실제 이미지들을 표면 상에 이미징하고, 이에 따라 그 위에 각각 복수의 프로브 스폿들을 형성하며, 편향 스캐닝 유닛은 복수의 빔릿들을 편향시켜 표면 상의 관찰 영역 내의 복수의 스캔 구역들에 걸쳐 각각 복수의 프로브 스폿들을 스캔한다. 복수의 이차 전자 빔들이 복수의 스캔 구역들로부터 각각 복수의 프로브 스폿들에 의해 생성되고, 빔 분리기에 의해 이차 투영 이미징 시스템으로 지향되며, 이차 투영 이미징 시스템은 복수의 이차 전자 빔들을 포커스하고, 이들이 각각 복수의 검출 요소들에 의해 검출되도록 유지하며, 이에 따라 각각의 검출 요소는 하나의 대응하는 스캔 구역의 이미지 신호를 제공한다.
필드 렌즈로 인한 복수의 빔릿들의 굽힘 각도들은 복수의 프로브 스폿들의 오프-액시스 수차들을 감소시키도록 설정된다. 복수의 전자 광학기 요소들로 인한 복수의 빔릿들의 편향 각도들은 각각 복수의 프로브 스폿들의 피치들을 변화시키도록 조정된다. 대물 렌즈는 제 1 자기 렌즈 및 제 1 정전 렌즈를 포함한다. 복수의 프로브 스폿들의 방위는 제 1 자기 렌즈 및 제 1 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변동시킴으로써 선택가능하다. 전달 렌즈는 제 2 자기 렌즈 및 제 2 정전 렌즈를 포함한다. 복수의 프로브 스폿들의 방위는 제 2 자기 렌즈 및 제 2 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변동시킴으로써 선택가능하다. 필드 렌즈는 제 3 자기 렌즈 및 제 3 정전 렌즈를 포함한다. 복수의 프로브 스폿들의 방위는 제 3 자기 렌즈 및 제 3 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변동시킴으로써 선택가능하다. 복수의 전자 광학기 요소들로 인한 복수의 빔릿들의 굽힘 각도들 및 편향 각도들은 복수의 빔릿들이 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 표면에 도달하도록 보장할 수 있다. 복수의 전자 광학기 요소들로 인한 복수의 빔릿들의 굽힘 각도들 및 편향 각도들은 복수의 빔릿들이 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 보장할 수 있다. 편향 스캐닝 유닛은 대물 렌즈의 전면 초점면 위에 있다. 편향 스캐닝 유닛은 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 복수의 빔릿들을 기울인다. 상기 장치는 소스-전환 유닛과 대물 렌즈의 전면 초점면 사이에 빔릿-기울임 편향기를 더 포함할 수 있다. 빔릿-기울임 편향기는 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 복수의 빔릿들을 기울인다.
또한, 본 발명은 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 구성하는 방법을 제공하고, 이는 그 일차 광학 축선을 따라 이동가능한 소스-전환 유닛의 이미지-형성 수단을 구성하는 단계; 이미지-형성 수단을 이용하여 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 각각 형성하는 단계; 대물 렌즈를 이용하여 표면 상에 복수의 가상 이미지들을 이미징하고 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계; 및 복수의 프로브 스폿들의 피치들을 변동시키도록 이미지-형성 수단을 이동시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 구성하는 방법을 제공하고, 이는 제 1 이미지-형성 수단 및 제 2 이미지-형성 수단을 갖는 소스-전환 유닛을 구성하는 단계 -제 2 이미지-형성 수단은 제 1 이미지-형성 수단보다 전자 소스로부터 더 멀리 떨어져 있고, 장치의 반경 방향으로 이동가능함- ; 능동 이미지-형성 수단으로서 제 1 이미지-형성 수단 및 제 2 이미지-형성 수단 중 하나를 이용하는 단계 -제 1 이미지-형성 수단이 이용되는 경우, 제 2 이미지-형성 수단은 멀리 이동됨- ; 능동 이미지-형성 수단을 이용하여 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 각각 형성하는 단계; 대물 렌즈를 이용하여 표면 상에 복수의 가상 이미지들을 이미징하고 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계; 및 복수의 프로브 스폿들의 피치들을 변동시키도록 제 1 이미지-형성 수단과 제 2 이미지-형성 수단 사이에서 능동 이미지-형성 수단을 변화시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 구성하는 방법을 제공하고, 이는 장치의 일차 광학 축선을 따라 이동가능한 제 1 주 평면을 갖는 대물 렌즈를 구성하는 단계; 소스-전환 유닛의 이미지-형성 수단을 이용하여 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 각각 형성하는 단계; 대물 렌즈를 이용하여 표면 상에 복수의 가상 이미지들을 이미징하고 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계; 및 복수의 프로브 스폿들의 피치들을 변동시키도록 제 1 주 평면을 이동시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 구성하는 방법을 제공하고, 이는 장치 내에 하부 자기 렌즈 및 정전 렌즈를 갖는 대물 렌즈를 구성하는 단계; 소스-전환 유닛의 이미지-형성 수단을 이용하여 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 각각 형성하는 단계; 대물 렌즈를 이용하여 표면 상에 복수의 가상 이미지들을 이미징하고 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계; 및 복수의 프로브 스폿들의 방위를 선택하도록 자기 렌즈 및 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변화시키는 단계를 포함한다.
상기 방법은 하부 자기 렌즈보다 표면으로부터 더 멀리 떨어진 상부 자기 렌즈를 갖는 대물 렌즈를 구성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 방위를 선택하기 위해 상부 및 하부 자기 렌즈들의 자기장들의 극성들을 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 구성하는 방법을 제공하고, 이는 전자 소스로부터의 복수의 빔릿들을 편향시키도록 소스-전환 유닛의 이미지-형성 수단을 이용하여 그 복수의 제 1 가상 이미지들을 각각 형성하는 단계; 대물 렌즈를 이용하여 표면 상에 복수의 가상 이미지들을 이미징하고 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계; 및 복수의 빔릿들이 동일한거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면 상에 도달하도록 이미지-형성 수단으로 인한 복수의 빔릿들의 편향 각도들을 설정하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 랜딩 각도들을 동등하게 변동시키도록 편향 각도들을 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 랜딩 각도들을 동등하게 변동시키기 위해 편향 스캐닝 유닛을 이용하여 복수의 빔릿들을 기울이는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 랜딩 각도들을 동등하게 변동시키기 위해 빔릿-기울임 편향기를 이용하여 복수의 빔릿들을 기울이는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 구성하는 방법을 제공하고, 이는 전자 소스로부터의 복수의 빔릿들을 편향시키도록 소스-전환 유닛의 이미지-형성 수단을 이용하여 그 복수의 제 1 가상 이미지들을 각각 형성하는 단계; 전달 렌즈를 이용하여 복수의 제 1 가상 이미지들을 중간 이미지 평면 상에 이미징하고, 각각 복수의 제 2 실제 이미지들을 형성하는 단계; 중간 이미지 평면 상에 필드 렌즈를 배치하여 복수의 빔릿들을 구부리는 단계; 및 대물 렌즈를 이용하여 복수의 제 2 실제 이미지들을 표면 상에 이미징하고, 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 이미지-형성 수단으로 인한 복수의 빔릿들의 편향 각도들을 변화시켜, 복수의 프로브 스폿들의 피치들을 변동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 복수의 빔릿들이 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 표면에 도달하도록 이미지-형성 수단으로 인한 복수의 빔릿들의 편향 각도들 및 필드 렌즈로 인한 복수의 빔릿들의 굽힘 각도들을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 랜딩 각도들을 동등하게 변화시키도록 편향 각도들을 변동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 랜딩 각도들을 동등하게 변화시키기 위해 편향 스캐닝 유닛을 이용하여 복수의 빔릿들을 기울이는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 랜딩 각도들을 동등하게 변화시키기 위해 빔릿-기울임 편향기를 이용하여 복수의 빔릿들을 기울이는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 제 1 자기 렌즈 및 제 1 정전 렌즈를 갖는 대물 렌즈를 구성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 복수의 프로브 스폿들의 방위를 선택하기 위해 제 1 자기 렌즈 및 제 1 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 제 2 자기 렌즈 및 제 2 정전 렌즈를 갖는 전달 렌즈를 구성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 복수의 프로브 스폿들의 방위를 선택하기 위해 제 2 자기 렌즈 및 제 2 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 제 3 자기 렌즈 및 제 3 정전 렌즈를 갖는 필드 렌즈를 구성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 복수의 프로브 스폿들의 방위를 선택하기 위해 제 3 자기 렌즈 및 제 3 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 일차 하전 입자 빔을 제공하는 소스, 일차 하전 입자 빔을 복수의 하전 입자 빔릿들로 분할하고 이를 이용하여 각각 소스의 복수의 이미지들을 형성하는 소스-전환 유닛, 및 샘플 표면 상에 복수의 이미지들을 투영하는 소스-전환 유닛 아래의 대물 렌즈를 포함하는 장치를 제공한다. 샘플 표면 상의 복수의 하전 입자 빔릿들의 피치들은 대물 렌즈에 들어가기에 앞서 복수의 하전 입자 빔릿들의 편향 각도들을 변화시킴으로써 조정가능하다.
또한, 본 발명은 일차 하전 입자 빔을 제공하는 소스, 일차 하전 입자 빔의 복수의 빔릿들을 이용하여 소스의 복수의 이미지들을 형성하는 수단, 샘플 표면 상에 복수의 이미지들을 투영하여 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 대물 렌즈, 및 샘플 표면 상의 복수의 프로브 스폿들의 피치들을 조정하는 수단을 포함하는 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 샘플 표면을 관찰하는 방법을 제공하고, 이는 복수의 하전 입자 빔들에 각각 복수의 크로스오버들을 제공하는 단계, 샘플 표면 상에 복수의 크로스오버들을 투영하여 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계, 샘플 표면 상의 복수의 프로브 스폿들을 스캐닝하는 단계, 및 복수의 스폿들의 피치들이 조정될 수 있도록 복수의 하전 입자 빔들의 편향 각도들을 변화시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 장점들은 예시 및 실례의 방식으로 본 발명의 소정 실시예들을 설명하는 첨부된 도면들과 함께 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 동일한 참조 번호들이 동일한 구조적 요소들을 나타내는 첨부된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명에 의해 쉽게 이해될 것이다:
도 1a 및 도 1b는 상호 참조의 다섯번째 출원에 개시된 종래의 멀티-빔 장치의 2 개의 구성들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 1c는 종래의 전자기 복합 대물 렌즈의 일 구성을 개략적으로 예시하는 도면;
도 2a 및 도 2b는 크기 및 방위가 변동하는 총 FOV를 개략적으로 예시하는 도면;
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 새로운 멀티-빔 장치의 일 구성을 개략적으로 예시하는 도면;
도 3b 및 도 3c는 도 3a의 실시예에 따른 총 FOV의 크기를 변동시키는 개략적인 예시들;
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 새로운 멀티-빔 장치의 또 다른 구성을 개략적으로 예시하는 도면;
도 4b 및 도 4c는 도 4a의 실시예에 따른 총 FOV의 크기를 변동시키는 개략적인 예시들;
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 새로운 멀티-빔 장치의 또 다른 구성을 개략적으로 예시하는 도면;
도 5b 및 도 5c는 도 5a의 실시예에 따른 총 FOV의 크기를 변동시키는 개략적인 예시들;
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 새로운 멀티-빔 장치의 또 다른 구성을 개략적으로 예시하는 도면;
도 6b 및 도 6c는 도 6a의 실시예에 따른 총 FOV의 크기를 변동시키는 개략적인 예시들;
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 또 다른 3 개의 실시예들에 따른 도 6a의 이동가능한 대물 렌즈의 3 개의 구성들을 예시하는 도면;
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 또 다른 2 개의 실시예들에 따른 새로운 멀티-빔 장치의 또 다른 2 개의 구성들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 1b의 종래의 멀티-빔 장치에서 복수의 빔릿들을 기울이는 개략적인 예시;
도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 5a의 새로운 멀티-빔 장치에서 복수의 빔릿들을 기울이는 개략적인 예시; 및
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 새로운 멀티-빔 장치의 또 다른 구성을 개략적으로 예시하는 도면이다.
이제 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들이 본 발명의 일부 예시적인 실시예들이 도시되는 첨부된 도면들을 참조하여 더 충분히 설명될 것이다. 본 발명의 보호 범위를 제한하지 않으면서, 실시예들의 모든 설명과 도면은 예시적으로 전자 빔에 대해 언급될 것이다. 하지만, 실시예들은 본 발명을 특정한 하전 입자들로 제한하도록 사용되지 않는다.
도면들에서, 각각의 구성요소의 상대적인 치수 및 모든 구성요소 사이에서의 상대적인 치수는 명확함을 위해 과장될 수 있다. 도면들의 다음 설명 내에서, 동일하거나 유사한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 구성요소들 또는 개체들을 지칭하며, 개별적인 실시예들에 대한 차이들만이 설명된다.
따라서, 본 발명의 예시적인 실시예들은 다양한 변형예들 및 대안적인 형태들이 가능한 한편, 그 실시예들은 도면들에서 예시의 방식으로 도시되고 본 명세서에서 상세하게 설명될 것이다. 하지만, 본 발명의 예시적인 실시예들을 개시된 특정 형태로 제한하려는 의도는 없으며, 그 반대로 본 발명의 예시적인 실시예들은 본 발명의 범위 내에 속하는 모든 변형예, 균등물, 및 대안예들을 포괄하기 위한 것임을 이해하여야 한다.
본 발명에서, "축방향(axial)"은 "전자 광학기 요소(예컨대, 둥근 렌즈 또는 다중극 렌즈), 또는 이미징 시스템 또는 장치의 광학 축선 방향"을 의미하고, "반경방향(radial)"은 "광학 축선에 수직인 방향"을 의미하며, "온-액시스(on-axial)"는 "광학 축선 상에 있거나 이와 정렬됨"을 의미하고, "오프-액시스(off-axis)"는 "광학 축선 상에 있지 않거나 이와 정렬되지 않음"을 의미한다.
본 발명에서, "이미징 시스템이 광학 축선과 정렬됨"은 "모든 전자 광학기 요소들(예컨대, 둥근 렌즈 또는 다중극 렌즈)이 광학 축선과 정렬됨"을 의미한다.
본 발명에서, X, Y 및 Z 축은 데카르트 좌표를 형성한다. 일차 투영 이미징 시스템의 광학 축선은 Z-축 상에 있으며, 일차 전자 빔은 Z-축을 따라 진행한다.
본 발명에서, "일차 전자"는 "전자 소스로부터 방출되고 샘플의 검사 또는 관찰중인 표면 상에 입사하는 전자"를 의미하고, "이차 전자"는 "일차 전자에 의해 표면으로부터 생성된 전자"를 의미한다.
본 발명에서, "피치"는 평면 상에서의 2 개의 인접한 빔릿들 또는 빔들 간의 간격을 의미한다.
본 발명에서, "편향기의 유효 편향 평면"은 "편향기의 총 편향 기능이 균등하게 발생할 수 있는 평면"을 의미한다.
상호 참조에서 제안된 종래의 몇몇 멀티-빔 장치들에 기초하여, 본 발명은 가변적인 총 FOV를 갖는 새로운 멀티-빔 장치를 구성하는 수 개의 방법들을 제안한다. 새로운 장치에서, 총 FOV는 크기, 방위 및 조명 각도에 있어서 가변적일 수 있다. 방법들을 명확히 표현하기 위해, 도 1b의 멀티-빔 장치가 일 예시로서 취해진다. 설명의 단순화를 위해, 새로운 장치에서는 3 개의 빔릿들만을 도시하지만, 빔릿들의 수는 여하한의 수일 수 있다. 또한, 3 개의 빔릿들 중 하나는 온-액시스이지만, 이들은 모두 오프-액시스일 수 있다. 또한, 편향 스캐닝 유닛 및 빔 분리기와 같은 방법들에 관련되지 않은 요소들은 실시예들의 설명 및 예시에서 나타내지 않거나 심지어 언급되지 않는다.
종래의 멀티-빔 장치들 각각에서, 복수의 빔릿들은 이미지-형성 수단에 의해 광학 축선을 향해 편향된다. 복수의 빔릿들의 편향 각도들은 대물 렌즈로 인한 복수의 프로브 스폿들의 오프-액시스 수차들을 최소화하도록 설정된다. 따라서, 복수의 편향된 빔릿들은 통상적으로 대물 렌즈의 전면 초점을 통과하거나 이에 접근하며, 즉 대물 렌즈의 전면 초점면에 또는 가까이에 온-액시스 크로스오버를 형성한다. 그러므로, 복수의 프로브 스폿들의 피치들은 대물 렌즈의 제 1(또는 대상물) 초점 거리 및 복수의 빔릿들의 편향 각도들에 의존한다. 따라서, 피치들은 대물 렌즈의 제 1 초점 거리 및/또는 편향 각도들을 변화시킴으로써 변동될 수 있다. 예를 들어, 도 1a 또는 도 1b에서, 2 개의 오프-액시스 빔릿들(102_2 및 102_3)의 편향 각도들(α2 및 α3)은 대물 렌즈(131)로 인한 프로브 스폿들(102_2s 및 102_3s)의 오프-액시스 수차들을 최소화하도록 설정된다. 따라서, 빔릿들(102_2 및 102_3)은 통상적으로 대물 렌즈(131)의 전면 초점을 통과하거나 이에 접근하며, 즉 대물 렌즈(131)의 전면 초점면에 또는 가까이에, 그리고 광학 축선 상에 크로스오버(CV)를 형성한다. 프로브 스폿들(102_1s 및 102_2s) 간의 피치(Ps)는 편향 각도(α2)및 대물 렌즈(131)의 제 1 초점 거리(f)에 의해 결정되고, 간단히
Figure pct00001
로 표현될 수 있다. 유사하게, 프로브 스폿들(102_1s 및 102_3s) 간의 피치(Ps)는 간단히
Figure pct00002
로 표현될 수 있다.
도 3a, 도 4a 및 도 5a는 편향 각도들을 변동시킴으로써 피치들을 변화시키는 새로운 장치의 3 개의 실시예들(300A, 400A 및 500A)을 나타내고, 도 6a는 제 1 초점 거리를 변동시킴으로써 피치들을 변화시키는 일 실시예(600A)를 나타낸다. 실시예(300A)에서, 소스-전환 유닛(320)은 3 개의 빔-제한 개구부(121_1, 121_2 및 121_3)를 갖는 하나의 빔릿-제한 수단(121), 및 3 개의 전자 광학기 요소(322_1, 322_2 및 322_3)를 갖는 하나의 이동가능한 이미지-형성 수단(322)을 포함한다. 이동가능한 이미지-형성 수단(322)의 유효 편향 평면(322_0)은 변동 범위(322_0r) 내에서 광학 축선(300_1)을 따라 이동될 수 있다. 복수의 프로브 스폿들의 피치들은 유효 편향 평면(322_0)이 대물렌즈(131)에 근접하여 이동됨에 따라 커질 것이며, 그 역도 가능하다.
도 3b는 유효 편향 평면(322_0)이 위치(D1)에 있는 경우의 3 개의 빔릿들(102_1, 102_2 및 102_3)의 경로들을 나타낸다. 이동가능한 집광 렌즈(210)는 소스-전환 유닛(320)에 수직으로 입사하도록 일차 전자 빔(102)을 시준(collimate)한다. 빔-제한 개구부들(121_1 내지 121_3)은 일차 전자 빔(102)을 하나의 온-액시스 빔릿(102_1) 및 2 개의 오프-액시스 빔릿(102_2 및 102_3)으로 분할한다. 2 개의 오프-액시스 전자 광학기 요소(322_2 및 322_3)는 빔릿들(102_2 및 102_3)을 각각 광학 축선(300_1)을 향해 편향시킨다. 3 개의 빔릿들(102_1 내지 102_3)은 대물 렌즈(131)에 의해 샘플 표면(7) 상에 포커스되고, 이에 따라 각각 3 개의 프로브 스폿들(102_1s, 102_2s 및 102_3s)을 형성한다. 빔릿들(102_2 및 102_3)의 편향 각도들(α2 및 α3)은 프로브 스폿들(102_2s 및 102_3s)의 오프-액시스 수차들을 최소화하도록 설정된다. 따라서, 빔릿들(102_2 및 102_3)은 대물 렌즈(131)의 전면 초점을 통과하거나 이에 접근하며, 그 전면 초점면에 또는 가까이에, 그리고 광학 축선(300_1) 상에 크로스오버를 형성한다. 프로브 스폿들(102_1s 내지 102_3s)에 의해 형성된 2 개의 피치들(Ps)은 각각 α2·f 및 α3·f와 거의 같다. f는 대물 렌즈(131)의 제 1 초점 거리이다. 도 3c의 유효 편향 평면(322_0)은 위치(D1)보다 대물렌즈(131)에 더 가까운 위치(D2)에 있다. 따라서, 편향 각도들(α2 및 α3)은 증가되고, 2 개의 피치들은 더 커진다. 프로브 스폿들(102_2s 및 102_3s)은 도 3b의 이전 위치들(점선)로부터 밖으로 이동한다.
도 4a의 실시예(400A)에서, 소스-전환 유닛(420)은 도 1b와 비교하여 이미지-형성 수단(124)을 하나 더 포함한다. 3 개의 전자 광학기 요소들(124_1, 124_2 및 124_3)을 갖는 이미지-형성 수단(124)은 이미지-형성 수단(122) 아래에 있고, 반경 방향으로 이동될 수 있다. 따라서, 소스-전환 유닛(420)은 2가지 모드로 동작한다. 도 4b에 나타낸 바와 같은 제 1 모드에서, 이미지-형성 수단(122)은 단일 전자 소스(101)의 3 개의 제 1 가상 이미지들을 형성하는 데 사용되고, 이미지-형성 수단(124)은 빔릿들(102_1 내지 102_3)의 경로 밖으로 이동된다. 도 4c에 나타낸 바와 같은 제 2 모드에서, 이미지-형성 수단(122)은 스위칭 오프되고, 이미지-형성 수단(124)은 단일 전자 소스(101)의 3 개의 제 1 가상 이미지들을 형성하도록 다시 이동된다. 빔릿들(102_2 및 102_3)의 편향 각도들(α2 및 α3)은 제 2 모드보다 제 1 모드에서 더 작고, 이에 따라 2 개의 피치들은 제 2 모드에서 더 크다. 도 4c에서, 프로브 스폿들(102_2s 및 102_3s)은 도 4b의 이전 위치들(점선)로부터 밖으로 이동한다.
도 5a의 실시예(500A)는 도 1b와 비교하여 소스-전환 유닛(220)과 대물 렌즈(131) 사이에 하나의 전달 렌즈(533) 및 하나의 필드 렌즈(534)를 사용한다. 따라서, 전달 렌즈(533), 필드 렌즈(534) 및 대물 렌즈(131)는 일차 투영 이미징 시스템을 구성한다. 도 5b는 3 개의 빔릿(102_1 내지 102_3)의 경로들을 나타낸다. 이동가능한 집광 렌즈(210)는 소스-전환 유닛(220)에 수직으로 입사하도록 일차 전자 빔(102)을 시준한다. 빔-제한 개구부들(121_1 내지 121_3)은 일차 전자 빔(102)을 하나의 온-액시스 빔릿(102_1) 및 2 개의 오프-액시스 빔릿(102_2 및 102_3)으로 분할한다. 2 개의 오프-액시스 전자 광학기 요소(122_2 및 122_3)는 빔릿들(102_2 및 102_3)을 각각 광학 축선(500_1)을 향해 편향시킨다. 결과적으로, 단일 전자 소스(101)의 3 개의 제 1 가상 이미지들이 형성된다. 그 후, 전달 렌즈(533)는 3 개의 빔릿들(102_1 내지 102_3)을 중간 이미지 평면(PP1) 상에 포커스하며, 즉 그 위에 3 개의 제 1 가상 이미지들을 투영한다. 따라서, 단일 전자 소스(101)의 3 개의 제 2 실제 이미지들(102_1m, 102_2m 및 102_3m)이 형성된다. 필드 렌즈(534)는 중간 이미지 평면(PP1)에 위치되고, 오프-액시스 빔릿들(102_2 및 102_3)을 그 포커스 상황들에 영향을 주지 않고 광학 축선(500_1)을 향해 구부린다. 그 후, 대물 렌즈(131)는 3 개의 빔릿들(102_1 내지 102_3)을 샘플 표면(7) 상에 포커스하며, 즉 그 위에 3 개의 제 2 실제 이미지들(102_1m 내지 102_3m)을 투영한다. 결과적으로, 샘플 표면(7) 상에서 3 개의 빔릿들(102_1 내지 102_3)은 각각 3 개의 프로브 스폿들(102_1s, 102_2s 및 102_3s)을 형성한다.
도 5b에서, 필드 렌즈(534)로 인한 빔릿들(102_2 및 102_3)의 굽힘 각도들(γ2 및 γ3)은 프로브 스폿들(102_2s 및 102_3s)의 오프-액시스 수차들을 최소화하도록 설정되고, 빔릿들(102_2 및 102_3)은 이에 따라 대물 렌즈(131)의 전면 초점을 통과하거나 이에 접근하며, 즉 그 전면 초점면에 또는 가까이에, 그리고 광학 축선(500_1) 상에 크로스오버(CV)를 형성한다. 프로브 스폿들(102_1s 및 102_2s) 간의 피치(Ps)는 굽힘 각도(γ2)및 대물 렌즈(131)의 제 1 초점 거리(f)에 의해 결정되고, 간단히
Figure pct00003
로 표현될 수 있다. 유사하게, 프로브 스폿들(102_1s 및 102_3s) 간의 피치(Ps)는 간단히
Figure pct00004
로 표현될 수 있다. 굽힘 각도들(γ2 및 γ3)은 제 2 실제 이미지들(102_2m 및 102_3m)의 반경방향 시프트들에 따라 변화하고, 반경방향 시프트들은 전자 광학기 요소들(122_2 및 122_3)로 인한 빔릿들(102_2 및 102_3)의 편향 각도들(α2 및 α3)에 따라 변화한다. 그러므로, 2 개의 피치들은 편향 각도들(α2 및 α3)을 조정함으로써 변동될 수 있다. 도 5c에서, 편향 각도들(α2 및 α3)은 도 5b에서보다 더 크다. 결과적으로, 2 개의 오프-액시스 프로브 스폿들(102_2s 및 102_3s)은 도 5b의 이전 위치들(점선으로 나타냄)로부터 현재 위치들로 멀리 이동되고, 피치들은 더 커진다.
도 6a의 실시예(600A)에서, 대물 렌즈(631)의 제 1 주 평면(631_2)은 변동 범위(631_2r) 내에서 광학 축선(600_1)을 따라 시프트될 수 있다. 축방향 시프트는 대물 렌즈(631)의 위치를 기계적으로 이동시킴으로써, 또는 대물 렌즈 필드의 형상 및/또는 위치를 전기적으로 변화시킴으로써 행해질 수 있다. 제 1 주 평면이 샘플 표면(7)에 더 가까움에 따라, 제 1 초점 거리(f)는 작아질 것이고, 제 1 초점면은 표면(7)을 향해 이동할 것이다. 또한, 제 1 초점면이 아래로 이동함에 따라 복수의 빔릿들의 편향 각도들은 감소한다. 따라서, 복수의 프로브 스폿들의 피치들이 감소할 것이다.
도 6b 및 도 6c는 제 1 주 평면(631_2)이 각각 위치(D3) 및 위치(D4)에 있는 경우의 3 개의 빔릿들의 경로들을 나타낸다. 위치(D3)는 위치(D4)보다 샘플 표면(7)에 더 가깝다. 따라서, 도 6b의 제 1 초점 거리(f) 및 빔릿들(102_2 및 102_3)의 편향 각도들(α2 및 α3)은 도 6c에서보다 더 작다. 도 6c에서, 프로브 스폿들(102_2s 및 102_3s)은 도 6b의 이전 위치들(점선)로부터 밖으로 이동되고, 2 개의 피치들은 도 6b에서보다 더 커진다.
하나의 종래 멀티-빔 장치에서의 대물 렌즈는 도 1c에 나타낸 일 실시예(131-1)로서 전자기 복합 렌즈이다. 대물 렌즈는 하나의 자기 렌즈 및 하나의 정전 렌즈를 포함하고, 낮은 기하학적 수차들 및 샘플에 대한 낮은 방사선 손상으로 인해 지연 모드(retarding mode)로 동작한다(전자의 랜딩 에너지가 대물 렌즈를 통과하는 전자의 에너지보다 낮음). 자기 렌즈는 코일(131_c1) 및 자극편(pole-piece: 131_mp1 및 131_mp2)을 갖는 요크(131_y1)에 의해 구성되고, 정전 렌즈는 자극편(131_mp1), 필드-제어 전극(131_e1) 및 샘플(8)에 의해 형성된다. 내측 자극편(131_mp1)의 전위는 샘플(8)보다 높다. 필드-제어 전극(131_e1)의 전위는 샘플 표면 상의 전기장을 제어하도록 설정된다. 전기장은 절연 파괴없는 샘플을 보장하거나, 복수의 프로브 스폿들의 기하학적 수차들을 감소시키거나, 이차 전자들의 일부분을 다시 반사시킴으로써 샘플 표면(7) 상의 차지-업(charge-up)을 제어하거나, 또는 이차 전자 빔들의 수집을 향상시킬 수 있다. 도 1c에서, 자기장의 형상은 가변적이지 않고, 정전기장의 형상은 제한된 범위 내에서만 변화될 수 있다. 따라서, 종래의 대물 렌즈는 거의 전기적으로(코일의 여기 전류 및/또는 전극들의 전위들을 변화시켜) 이동가능하지 않다.
이동가능한 대물 렌즈(631)를 구성하는 다음 3 개의 해결책들은 도 1c의 종래 대물 렌즈(131-1)에 관하여 제안되며, 각각 도 7a, 도 7b 및 도 7c에 도시된다. 도 7a에서, 실시예(631-1)는 도 1c와 비교하여 내측 자극편(131_mp1)과 필드-제어 전극(131_e1) 사이에 전극(631-1_e2)을 하나 더 포함한다. 따라서, 정전 렌즈는 내측 자극편(131_mp1), 전극(631-1_e2), 필드-제어 전극(131_e1) 및 샘플(8)에 의해 형성된다. 정전 렌즈의 정전기장 형상은 전극(131_e1)의 전위 및 전극(631-1_e2)의 전위를 조정함으로써 변동될 수 있다. 전극(631-1_e2)의 전위가 내측 자극편(131_mp1)의 전위에 접근하도록 조정됨에 따라, 정전기장은 샘플을 향해 스퀴징(squeeze)되고, 이는 샘플(8)을 향해 대물 렌즈(631-1)를 이동시키는 것과 같다. 따라서, 전극(631-1_e2)은 필드-이동 전극이라고 칭해질 수 있다.
도 7b에서, 실시예(631-2)는 도 1c와 비교하여 요크(131_y1)의 보어(bore) 내부 및 필드-제어 전극(131_e1) 위에 전극(631-2_e2) 및 전극(631-2_e3)을 2 개 더 포함한다. 따라서, 정전 렌즈는 전극(631-2_e3), 전극(631-2_e2), 필드-제어 전극(131_e1) 및 샘플(8)에 의해 형성된다. 전극(631-2_e3)의 전위는 샘플보다 높고, 내측 자극편(131_mp1)과 동일할 수 있다. 정전 렌즈의 정전기장 형상은 전극(131_e1)의 전위 및 전극(631-2_e2)의 전위를 조정함으로써 변동될 수 있다. 도 7a와 유사하게, 전극(631-2_e2)의 전위가 전극(631-2_e3)의 전위에 접근하도록 조정됨에 따라, 정전기장은 샘플을 향해 스퀴징되고, 이는 샘플(8)을 향해 대물 렌즈(631-2)를 이동시키는 것과 같다. 따라서, 전극(631-2_e2)은 필드-이동 전극이라고 칭해질 수 있다. 도 7a의 실시예(631-1)와 비교하여, 자기 렌즈는 샘플(8)에 더 근접하여 배치될 수 있고, 이로 인해 더 낮은 수차들을 생성하도록 샘플에 더 깊은 자기 침지(deeper magnetic immersion)를 제공할 수 있다.
도 7c에서, 실시예(631-3)는 도 1c와 비교하여 요크(131_y1)의 보어 내부 및 내측 자극편(131_mp1) 위에 코일(631-3_c2) 및 요크(631-3_y2)를 하나씩 더 포함한다. 따라서, 하나의 하부 자기 렌즈, 하나의 상부 자기 렌즈 및 하나의 정전 렌즈가 형성된다. 하부 자기 렌즈는 요크(131_y1)의 내측 및 외측 자극편들(131_mp1 및 131_mp2) 사이의 하부 자기-회로 갭(G1)을 통해 코일(131_c1)에 의해 하나의 하부 자기장을 생성하는 한편, 상부 자기 렌즈는 요크(631-3_y2)의 내측 자극편(131_mp1)과 상부 자극편(631-3_mp3) 사이의 자기-회로 갭(G2)을 통해 코일(631-3_c2)에 의해 하나의 상부 자기장을 형성한다. 정전 렌즈는 내측 자극편(131_mp1), 필드-제어 전극(131_e1) 및 샘플(8)에 의해 형성된다. 대물 렌즈(631-3)의 총 자기장의 분포 형상은 상부 및 하부 자기장들의 조합에 따라 변화하므로, 코일들(131_c1 및 631-3_c2)의 전류 비 또는 상부 및 하부 자기 렌즈들의 여기 비(excitation ratio)를 조정함으로써 변동될 수 있다. 전류 비가 더 높게 조정됨에 따라, 대물 렌즈(631-3)의 총 자기장은 샘플을 향해 스퀴징되고, 이는 샘플(8)을 향해 대물 렌즈(631-3)를 이동시키는 것과 같다. 2 개의 극단적인 예시들은, 대물 렌즈(631-3)의 총 자기장이 코일(131_c1)이 턴오프되고 코일(631-3_c2)이 턴온될 때 가장 높게, 및 코일(131_c1)이 턴온되고 코일(631-3_c2)이 턴오프될 때 가장 낮게 위치되는 것이다. 도 7a 및 도 7b의 해결책들 각각이 도 7c의 해결책과 조합되어, 이동가능한 대물 렌즈(631)의 더 많은 실시예들을 구성한다.
프로브 스폿 어레이를 의도적으로 회전시키는 다음의 몇몇 방법들이 제안될 것이며, 이는 관찰 조건들의 변화들에 대해 총 FOV의 방위 변동을 제거하고, 및/또는 프로브 스폿 어레이 및 샘플 패턴들의 방위들을 정확히 매칭하는 데 사용될 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 하나의 종래 멀티-빔 장치의 대물 렌즈는 통상적으로 도 1c에 나타낸 실시예(131-1)와 같은 전자기 복합 렌즈이다. 그러므로, 자기 렌즈 및 정전 렌즈의 포커싱 파워들을 적절히 조합하는 것이 소정 크기로 광학 축선을 중심으로 프로브 스폿 어레이를 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 도 1a의 대물 렌즈(131)가 도 1c의 실시예(131-1)와 유사한 경우, 필드-제어 전극(131_e1)은 표면(7) 상의 전기장을 제어할 뿐 아니라, 소정 크기로 프로브 스폿들(102_2s 및 102_3s)의 회전을 제어하는 데 사용될 수 있다. 표본 안전을 위해 허용 값보다 약하게 표면(7) 상의 전기장을 유지하기 위해, 필드-제어 전극(131_e1)의 전위는 샘플(8)에 대해 -3 kV 내지 5 kV와 같은 특정한 일 범위 내에서 변동될 수 있다. 정전 렌즈의 포커싱 파워는 필드-제어 전극(131_e1)의 전위에 따라 변화하고, 따라서 자기 렌즈의 포커싱 파워는 복수의 빔릿들을 샘플 표면(7) 상에 포커스된 채로 유지하도록 변화되어야 한다. 자기 렌즈의 포커싱 파워 변동은 프로브 스폿들(102_2s 및 102_3s)의 회전 각도들을 변화시킨다. 따라서, 프로브 스폿들(102_2s 및 102_3s)의 회전 각도들은 특정한 범위 내에서 필드-제어 전극(131_e1)의 전위를 변동시킴으로써 조정될 수 있다.
도 3a, 도 4a 및 도 5a의 새로운 장치의 앞선 실시예들(300A, 400A 및 500A) 각각에 대해, 대물 렌즈(131)가 실시예(131-1)와 유사한 구성을 갖는 경우, 프로브 스폿 어레이의 방위는 이 방법에 의해 조정될 수 있다. 도 6a의 새로운 장치의 실시예(600A)에 대해, 이동가능한 대물 렌즈(631)가 도 7a 내지 도 7c의 실시예들(631-1, 631-2 및 631-3) 중 하나와 유사한 구성을 갖는 경우, 필드-제어 전극(131_e1) 및/또는 대응하는 필드-이동 전극은 프로브 스폿 어레이의 회전을 제어하는 데 사용될 수 있다. 또한, 실시예(631-3)에 대해, 방위는 상부 자기 렌즈 및 하부 자기 렌즈의 자기장들의 극성들을 변동시킴으로써 변화될 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 자기 렌즈에 대해, 회전 각도는 자기장의 극성에 관련되지만, 포커싱 파워는 그렇지 않다. 상부 자기 렌즈 및 하부 자기 렌즈의 자기장들의 극성들이 동일한 경우, 상부 자기 렌즈 및 하부 자기 렌즈는 동일한 방향으로 프로브 스폿 어레이를 회전시킨다. 극성들이 서로 반대인 경우, 상부 자기 렌즈 및 하부 자기 렌즈는 반대 방향들로 프로브 스폿 어레이를 회전시킨다. 따라서, 실시예(631-3)는 필요한 포커싱 파워 및 제 1 주 평면의 대응하는 위치에 대해 프로브 스폿 어레이의 2 개의 상이한 방위들을 생성할 수 있다.
도 5a의 실시예(500A)에 대해, 전달 렌즈(533) 및 필드 렌즈(534)는 프로브 스폿 어레이의 회전을 제어하도록 더 많은 가능성들을 제공한다. 하나의 실시예(510A)가 도 8a에 도시되고, 여기서 전자기 복합 전달 렌즈(533-1)는 하나의 정전 전달 렌즈(533_11) 및 하나의 자기 전달 렌즈(533_12)를 포함한다. 자기 전달 렌즈(533_12)의 자기장은 프로브 스폿 어레이의 회전을 변화시키도록 조정될 수 있고, 정전 전달 렌즈(533_11)의 정전기장은 이에 따라 중간 이미지 평면(PP1) 상에 3 개의 제 2 실제 이미지들(102_1m, 102_2m 및 102_3m)을 유지하도록 변동될 수 있다. 또 다른 실시예(520A)가 도 8b에 도시되고, 여기서 전자기 복합 필드 렌즈(534-1)는 하나의 정전 필드 렌즈(534_11) 및 하나의 자기 필드 렌즈(534_12)를 포함한다. 자기 필드 렌즈(534_12)의 자기장은 프로브 스폿 어레이의 회전을 변화시키도록 조정될 수 있고, 정전 필드 렌즈(534_11)의 정전기장은 이에 따라 복수의 빔릿들의 필요한 굽힘 각도들을 생성하도록 변동될 수 있다.
앞선 실시예들 각각에서, 복수의 빔릿들은 샘플 표면 상에 수직 또는 실질적으로 수직 입사하며, 즉 복수의 빔릿들의 입사 각도들 또는 랜딩 각도들(샘플 표면의 법선과 형성되는 각도들)이 거의 0이다. 샘플의 몇몇 패턴들을 효과적으로 관찰하기 위해, 입사 각도들은 0보다 약간 더 큰 것이 더 우수하다. 이 경우, 복수의 빔릿들이 비슷하게 수행할 것을 보장하기 위해, 복수의 빔릿들은 동일한 입사 각도들을 가질 필요가 있다. 이를 위해, 복수의 빔릿들의 크로스오버(CV)는 광학 축선으로부터 멀리 시프트되어야 한다. 크로스오버(CV)의 시프트는 이미지-형성 수단 또는 하나의 추가적인 빔릿-기울임 편향기에 의해 행해질 수 있다.
도 9a는 종래의 멀티-빔 장치(200A)의 이미지-형성 수단(122)에 의해 복수의 빔릿들(102_1 내지 102_3)을 기울이는 방식을 나타낸다. 도 1b와 비교하여, 빔릿들(102_1 내지 102_3) 각각의 편향 각도들[α1(도 1b에서 0임), α2 및 α3]은 빔릿들(102_1 내지 102_3)의 크로스오버(CV)가 대물 렌즈(131)의 제 1 초점면에 또는 가까이에, 그리고 광학 축선(100_1)으로부터 멀리 시프트되도록 동일하거나 실질적으로 동일한 양만큼 추가된다. 따라서, 빔릿들(102_1 내지 102_3)은 동일하거나 거의 동일한 랜딩 각도들로 표면(7)에 비스듬하게 도달한다. 실시예들(300A, 400A, 500A 및 600A) 각각에서의 복수의 빔릿들(102_1 내지 102_3)은 동일한 방식으로 대응하는 이미지-형성 수단에 의해 기울어질 수 있다. 실시예들(300A, 400A 및 600A)에 대해, 복수의 빔릿들(102_1 내지 102_3)의 경로들은 도 9a의 경로들과 유사할 것이다. 실시예(500A)에 대해, 경로들은 도 9b에 나타낸 바와 같이 상이할 것이다. 도 5b와 비교하여, 빔릿들(102_1 내지 102_3)의 편향 각도들[α1(도 5b에서 0임), α2 및 α3]은 중간 이미지 평면(PP1)에서 동일하거나 실질적으로 동일한 거리들만큼 3 개의 제 2 실제 이미지들(102_1m, 102_2m 및 102_3m)을 시프트한다. 따라서, 필드(534)에 의해 구부러진 후 빔릿들(102_1 내지 102_3)의 크로스오버(CV)는 여전히 제 1 초점면에 또는 가까이에 있지만, 광학 축선(500_1)으로부터 멀리 시프트된다.
도 10은 새로운 장치의 일 실시예(700A)에서 하나의 빔릿-기울임 편향기(135)에 의해 복수의 빔릿들(102_1 내지 102_3)을 기울이는 방식을 나타낸다. 도 1b와 비교하여, 빔릿-기울임 편향기(135)는 대물 렌즈(131)의 제 1 초점면에 또는 가까이에, 그리고 광학 축선(700_1)으로부터 멀리 크로스오버(CV)를 시프트하도록 함께 빔릿들(102_1 내지 102_3)을 편향시킨다. 이와 유사하게, 하나의 빔릿-기울임 편향기는 복수의 빔들을 함께 기울이기 위해 실시예들(300A, 400A, 500A 및 600A)에 추가될 수도 있다. 빔릿-기울임 편향기는 소스-전환 유닛과 대물 렌즈의 전면 초점면 사이에 배치될 수 있고, 소스-전환 유닛에 근접한 것이 바람직하다. 또한, 앞선 실시예들 중 하나에서 편향 스캐닝 유닛이 대물 렌즈의 전면 초점면 위에 있는 경우, 이는 복수의 빔릿들의 크로스오버를 시프트할 수 있고, 이에 따라 추가적인 빔릿-기울임 편향기는 필요하지 않다.
새로운 장치의 앞선 실시예들 각각은 단지 크기, 방위 및 입사 각도에 있어서 총 FOV를 변동시키는 방법들 중 하나 또는 2 개를 사용하지만, 상기 방법들은 많은 방식들로 조합될 수 있다. 예를 들어, 새로운 장치는 하나의 이동가능한 이미지-형성 수단 및 하나의 이동가능한 대물 렌즈를 함께 사용하거나, 하나의 이동가능한 대물 렌즈, 하나의 전달 렌즈 및 하나의 필드 렌즈를 함께 사용할 수 있다. 상기 방법들은 일 예시로서 도 1b의 실시예(200A)를 취함으로써 나타내고 설명되지만, 상기 방법들은 새로운 멀티-빔 장치의 더 많은 실시예들을 구성하기 위해 종래 장치들의 다른 실시예들[예컨대, 도 1a의 실시예(100A)]에 적용될 수 있다.
요약하면, 상호 참조에서 제안된 종래의 멀티-빔 장치들에 기초하여, 본 발명은 총 FOV가 크기, 방위 및 입사 각도에 있어서 가변적인 새로운 멀티-빔 장치를 구성하는 수 개의 방법들을 제안한다. 따라서, 새로운 장치는 더 많은 유연성을 제공하여, 샘플 관찰의 속도를 높이고 더 많은 종류의 샘플들이 관찰가능하게 한다. 특히, 새로운 장치는 높은 스루풋을 달성하고 더 많은 종류의 결함들을 검출할 가능성을 더 많이 제공하기 위해 수율 관리 툴로서 사용될 수 있다. 총 FOV의 크기를 변동시키기 위해 샘플 표면 상의 복수의 빔릿들의 피치들을 변화시키는 3 가지 방법들이 제안되며, 즉 소스-전환 유닛에서 이동가능한 이미지-형성 수단을 이용하는 것, 이동가능한 대물 렌즈를 이용하는 것, 및 소스-전환 유닛과 대물 렌즈 사이에서 전달 렌즈 및 필드 렌즈를 이용하는 것이 제안된다. 총 FOV의 방위를 변동시키기 위해 프로브 스폿 어레이를 의도적으로 회전시키는 3 가지 방법들이 채택되며, 즉 전자기 복합 대물 렌즈를 이용하고 그 전기장을 변동시키는 것, 2 개의 자기 렌즈를 갖는 하나의 대물 렌즈를 이용하고 극성이 반대인 그 자기장들을 설정하는 것, 및 전달 렌즈 및 필드 렌즈 중 어느 하나 또는 둘 모두에서 하나의 자기 렌즈를 이용하는 것이다. 샘플 표면 상의 복수의 빔릿들의 랜딩 각도들을 동등하게 변동시키기 위해 광학 축선으로부터 멀리 복수의 빔릿들의 크로스오버를 시프트하는 3 가지 방법들이 제안된다. 시프트는 이미지-형성 수단, 또는 추가적인 빔릿-기울임 편향기, 또는 편향 스캐닝 유닛에 의해 행해질 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 이후 청구되는 바와 같은 본 발명의 기술사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (79)

  1. 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치(multi-beam apparatus)에 있어서,
    전자 소스;
    상기 전자 소스 아래의 집광 렌즈;
    상기 집광 렌즈 아래의 소스-전환 유닛;
    상기 소스-전환 유닛 아래의 대물 렌즈;
    상기 소스-전환 유닛 아래의 편향 스캐닝 유닛(deflection scanning unit);
    상기 대물 렌즈 아래의 샘플 스테이지;
    상기 소스-전환 유닛 아래의 빔 분리기;
    이차 투영 이미징 시스템; 및
    복수의 검출 요소들을 갖는 전자 검출 디바이스
    를 포함하고,
    상기 전자 소스, 상기 집광 렌즈, 및 상기 대물 렌즈는 상기 장치의 일차 광학 축선과 정렬되고, 상기 샘플 스테이지는 상기 표면이 상기 대물 렌즈와 마주하도록 상기 샘플을 지지하며,
    상기 소스-전환 유닛은 복수의 빔-제한 개구부(beam-limit opening)들을 갖는 빔릿-제한 수단(beamlet-limit means), 및 상기 일차 광학 축선을 따라 이동가능하고 복수의 전자 광학기 요소들을 갖는 이미지-형성 수단을 포함하며,
    상기 전자 소스는 상기 일차 광학 축선을 따라 일차-전자 빔을 생성하고, 상기 집광 렌즈는 상기 일차-전자 빔을 포커스하며,
    상기 일차-전자 빔의 복수의 빔릿들은 각각 상기 복수의 빔-제한 개구부들을 통과하고, 상기 일차 광학 축선을 향해 상기 복수의 전자 광학기 요소들에 의해 편향되어, 각각 상기 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 형성하며,
    상기 복수의 빔릿들은 상기 대물 렌즈에 의해 상기 표면 상에 포커스되어, 각각 그 위에 복수의 프로브 스폿(probe spot)들을 형성하며, 상기 편향 스캐닝 유닛은 상기 표면 상의 관찰 영역 내의 복수의 스캔 구역들에 걸쳐 상기 복수의 프로브 스폿들을 각각 스캐닝하도록 상기 복수의 빔릿들을 편향시키며,
    복수의 이차 전자 빔들이 상기 복수의 스캔 구역들로부터 각각 상기 복수의 프로브 스폿들에 의해 생성되고, 상기 빔 분리기에 의해 상기 이차 투영 이미징 시스템으로 지향되며, 상기 이차 투영 이미징 시스템은 상기 복수의 이차 전자 빔들을 포커스하고 각각 상기 복수의 검출 요소들에 의해 검출되도록 유지하여, 각각의 검출 요소가 하나의 대응하는 스캔 구역의 이미지 신호를 제공하는 멀티-빔 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전자 광학기 요소들로 인한 상기 복수의 빔릿들의 편향 각도들은 각각 상기 복수의 프로브 스폿들의 오프-액시스 수차(off-axis aberration)들을 감소시키도록 설정되는 멀티-빔 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 피치(pitch)들은 상기 일차 광학 축선을 따라 상기 이미지-형성 수단을 이동시킴으로써 함께 변동되는 멀티-빔 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 대물 렌즈는 자기 렌즈 및 정전 렌즈를 포함하는 멀티-빔 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 방위는 상기 자기 렌즈 및 상기 정전 렌즈의 포커싱 파워(focusing power)들의 비를 변동시킴으로써 선택가능한 멀티-빔 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 편향 각도들은 상기 복수의 빔릿들이 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 상기 표면에 도달하도록 보장하는 멀티-빔 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 편향 각도들은 상기 복수의 빔릿들이 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도(landing angle)들로 상기 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 보장하는 멀티-빔 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 편향 스캐닝 유닛은 상기 대물 렌즈의 전면 초점면(front focal plane) 위에 있는 멀티-빔 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 편향 스캐닝 유닛은 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 상기 복수의 빔릿들을 기울이는 멀티-빔 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 소스-전환 유닛과 상기 대물 렌즈의 전면 초점면 사이에 빔릿-기울임 편향기(beamlet-tilting deflector)를 더 포함하는 멀티-빔 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 빔릿-기울임 편향기는 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 상기 복수의 빔릿들을 기울이는 멀티-빔 장치.
  12. 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치에 있어서,
    전자 소스;
    상기 전자 소스 아래의 집광 렌즈;
    상기 집광 렌즈 아래의 소스-전환 유닛;
    상기 소스-전환 유닛 아래의 대물 렌즈;
    상기 소스-전환 유닛 아래의 편향 스캐닝 유닛;
    상기 대물 렌즈 아래의 샘플 스테이지;
    상기 소스-전환 유닛 아래의 빔 분리기;
    이차 투영 이미징 시스템; 및
    복수의 검출 요소들을 갖는 전자 검출 디바이스
    를 포함하고,
    상기 전자 소스, 상기 집광 렌즈, 및 상기 대물 렌즈는 상기 장치의 일차 광학 축선과 정렬되고, 상기 샘플 스테이지는 상기 표면이 상기 대물 렌즈와 마주하도록 상기 샘플을 지지하며,
    상기 소스-전환 유닛은 복수의 빔-제한 개구부들을 갖는 빔릿-제한 수단, 복수의 제 1 전자 광학기 요소들을 갖는 제 1 이미지-형성 수단, 및 복수의 제 2 전자 광학기 요소들을 갖는 제 2 이미지-형성 수단을 포함하고, 상기 제 2 이미지-형성 수단은 상기 제 1 이미지-형성 수단 아래에 있고 반경 방향(radial direction)으로 이동가능하며, 상기 제 1 이미지-형성 수단 및 상기 제 2 이미지-형성 수단 중 하나는 능동 이미지-형성 수단(active image-forming means)으로서 사용되고,
    상기 전자 소스는 상기 일차 광학 축선을 따라 일차-전자 빔을 생성하고, 상기 집광 렌즈는 상기 일차-전자 빔을 포커스하며,
    상기 일차-전자 빔의 복수의 빔릿들은 각각 상기 복수의 빔-제한 개구부들을 통과하고, 상기 일차 광학 축선을 향해 상기 능동 이미지-형성 수단에 의해 편향되어, 각각 상기 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 형성하며,
    상기 복수의 빔릿들은 상기 대물 렌즈에 의해 상기 표면 상에 포커스되어, 각각 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하고, 상기 편향 스캐닝 유닛은 상기 표면 상의 관찰 영역 내의 복수의 스캔 구역들에 걸쳐 각각 상기 복수의 프로브 스폿들을 스캐닝하도록 상기 복수의 빔릿들을 편향시키며,
    복수의 이차 전자 빔들이 상기 복수의 스캔 구역들로부터 각각 상기 복수의 프로브 스폿들에 의해 생성되고, 상기 빔 분리기에 의해 상기 이차 투영 이미징 시스템으로 지향되며, 상기 이차 투영 이미징 시스템은 상기 복수의 이차 전자 빔들을 포커스하고 각각 상기 복수의 검출 요소들에 의해 검출되도록 유지하여, 각각의 검출 요소가 하나의 대응하는 스캔 구역의 이미지 신호를 제공하는 멀티-빔 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 능동 이미지-형성 수단으로 인한 상기 복수의 빔릿들의 편향 각도들은 각각 상기 복수의 프로브 스폿들의 오프-액시스 수차들을 감소시키도록 설정되는 멀티-빔 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 피치들은 상기 제 1 이미지-형성 수단과 상기 제 2 이미지-형성 수단 사이에서 상기 능동 이미지-형성 수단을 변화시킴으로써 함께 변동되고, 상기 제 1 이미지-형성 수단이 선택되는 경우, 상기 제 2 이미지-형성 수단은 상기 복수의 빔릿들을 차단하지 않도록 밖으로 이동되는 멀티-빔 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 대물 렌즈는 자기 렌즈 및 정전 렌즈를 포함하는 멀티-빔 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 방위는 상기 자기 렌즈 및 상기 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변동시킴으로써 선택가능한 멀티-빔 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 편향 각도들은 상기 복수의 빔릿들이 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 상기 표면에 도달하도록 보장하는 멀티-빔 장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 편향 각도들은 상기 복수의 빔릿들이 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 보장하는 멀티-빔 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 편향 스캐닝 유닛은 상기 대물 렌즈의 전면 초점면 위에 있는 멀티-빔 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 편향 스캐닝 유닛은 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 상기 복수의 빔릿들을 기울이는 멀티-빔 장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 소스-전환 유닛과 상기 대물 렌즈의 전면 초점면 사이에 빔릿-기울임 편향기를 더 포함하는 멀티-빔 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 빔릿-기울임 편향기는 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 상기 복수의 빔릿들을 기울이는 멀티-빔 장치.
  23. 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치에 있어서,
    전자 소스;
    상기 전자 소스 아래의 집광 렌즈;
    상기 집광 렌즈 아래의 소스-전환 유닛;
    상기 소스-전환 유닛 아래의 대물 렌즈;
    상기 소스-전환 유닛 아래의 편향 스캐닝 유닛;
    상기 대물 렌즈 아래의 샘플 스테이지;
    상기 소스-전환 유닛 아래의 빔 분리기;
    이차 투영 이미징 시스템; 및
    복수의 검출 요소들을 갖는 전자 검출 디바이스
    를 포함하고,
    상기 전자 소스, 상기 집광 렌즈, 및 상기 대물 렌즈는 상기 장치의 일차 광학 축선과 정렬되고, 상기 대물 렌즈의 제 1 주 평면은 상기 일차 광학 축선을 따라 이동가능하며, 상기 샘플 스테이지는 상기 표면이 상기 대물 렌즈와 마주하도록 상기 샘플을 지지하고,
    상기 소스-전환 유닛은 복수의 빔-제한 개구부들을 갖는 빔릿-제한 수단, 및 복수의 전자 광학기 요소들을 갖는 이미지-형성 수단을 포함하며,
    상기 전자 소스는 상기 일차 광학 축선을 따라 일차-전자 빔을 생성하고, 상기 집광 렌즈는 상기 일차-전자 빔을 포커스하며,
    상기 일차-전자 빔의 복수의 빔릿들은 각각 상기 복수의 빔-제한 개구부들을 통과하고, 상기 일차 광학 축선을 향해 상기 복수의 전자 광학기 요소들에 의해 편향되어, 각각 상기 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 형성하며,
    상기 복수의 빔릿들은 상기 대물 렌즈에 의해 상기 표면 상에 포커스되어, 각각 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하고, 상기 편향 스캐닝 유닛은 상기 표면 상의 관찰 영역 내의 복수의 스캔 구역들에 걸쳐 각각 상기 복수의 프로브 스폿들을 스캐닝하도록 상기 복수의 빔릿들을 편향시키며,
    복수의 이차 전자 빔들이 상기 복수의 스캔 구역들로부터 각각 상기 복수의 프로브 스폿들에 의해 생성되고, 상기 빔 분리기에 의해 상기 이차 투영 이미징 시스템으로 지향되며, 상기 이차 투영 이미징 시스템은 상기 복수의 이차 전자 빔들을 포커스하고 각각 상기 복수의 검출 요소들에 의해 검출되도록 유지하여, 각각의 검출 요소가 하나의 대응하는 스캔 구역의 이미지 신호를 제공하는 멀티-빔 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 복수의 전자 광학기 요소들로 인한 상기 복수의 빔릿들의 편향 각도들은 각각 상기 복수의 프로브 스폿들의 오프-액시스 수차들을 감소시키도록 설정되는 멀티-빔 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 피치들은 상기 일차 광학 축선을 따라 상기 제 1 주 평면을 이동시킴으로써 함께 변동되는 멀티-빔 장치.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 편향 각도들은 상기 복수의 빔릿들이 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 상기 표면에 도달하도록 보장하는 멀티-빔 장치.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 편향 각도들은 상기 복수의 빔릿들이 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 보장하는 멀티-빔 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 편향 스캐닝 유닛은 상기 대물 렌즈의 전면 초점면 위에 있는 멀티-빔 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 편향 스캐닝 유닛은 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 상기 복수의 빔릿들을 기울이는 멀티-빔 장치.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 소스-전환 유닛과 상기 대물 렌즈의 전면 초점면 사이에 빔릿-기울임 편향기를 더 포함하는 멀티-빔 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 빔릿-기울임 편향기는 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 상기 복수의 빔릿들을 기울이는 멀티-빔 장치.
  32. 제 24 항에 있어서,
    상기 대물 렌즈는 하부 자기 렌즈 및 정전 렌즈를 포함하는 멀티-빔 장치.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 필드-제어 전극 및 필드-이동 전극을 포함하고, 정전기장을 생성하는 멀티-빔 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 필드-제어 전극의 전위는 절연 파괴(electrical breakdown) 없이 상기 샘플에 대한 상기 표면 상의 정전기장을 제어하도록 설정되는 멀티-빔 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 필드-이동 전극의 전위는 상기 제 1 주 평면을 이동시키기 위해 상기 정전기장을 이동시키도록 설정되는 멀티-빔 장치.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 방위는 상기 필드-제어 전극 및 상기 필드-이동 전극의 전위들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 변동시킴으로써 선택가능한 멀티-빔 장치.
  37. 제 32 항에 있어서,
    상기 하부 자기 렌즈 위에 상부 자기 렌즈를 더 포함하는 멀티-빔 장치.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 주 평면은 상기 하부 자기 렌즈 및 상기 상부 자기 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변동시킴으로써 이동되는 멀티-빔 장치.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 방위는 상기 상부 자기 렌즈 및 상기 하부 자기 렌즈의 자기장들의 극성들을 동일하게 또는 반대로 설정함으로써 선택가능한 멀티-빔 장치.
  40. 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치에 있어서,
    전자 소스;
    상기 전자 소스 아래의 집광 렌즈;
    상기 집광 렌즈 아래의 소스-전환 유닛;
    상기 소스-전환 유닛 아래의 전달 렌즈(transfer lens);
    상기 전달 렌즈 아래의 필드 렌즈(field lens);
    상기 필드 렌즈 아래의 대물 렌즈;
    상기 소스-전환 유닛 아래의 편향 스캐닝 유닛;
    상기 대물 렌즈 아래의 샘플 스테이지;
    상기 소스-전환 유닛 아래의 빔 분리기;
    이차 투영 이미징 시스템; 및
    복수의 검출 요소들을 갖는 전자 검출 디바이스
    를 포함하고,
    상기 전자 소스, 상기 집광 렌즈, 상기 전달 렌즈, 상기 필드 렌즈 및 상기 대물 렌즈는 상기 장치의 일차 광학 축선과 정렬되고, 상기 샘플 스테이지는 상기 표면이 상기 대물 렌즈와 마주하도록 상기 샘플을 지지하며,
    상기 소스-전환 유닛은 복수의 빔-제한 개구부들을 갖는 빔릿-제한 수단, 및 복수의 전자 광학기 요소들을 갖는 이미지-형성 수단을 포함하며,
    상기 전자 소스는 상기 일차 광학 축선을 따라 일차-전자 빔을 생성하고, 상기 집광 렌즈는 상기 일차-전자 빔을 포커스하며,
    상기 일차-전자 빔의 복수의 빔릿들은 각각 상기 복수의 빔-제한 개구부들을 통과하고, 상기 일차 광학 축선을 향해 상기 복수의 전자 광학기 요소들에 의해 편향되어, 각각 상기 전자 소스의 복수의 제 1 가상 이미지들을 형성하며,
    상기 전달 렌즈는 상기 복수의 제 1 가상 이미지들을 중간 이미지 평면 상에 이미징하여, 그 위에 각각 복수의 제 2 실제 이미지들을 형성하고, 상기 필드 렌즈는 상기 중간 이미지 평면 상에 배치되고 상기 복수의 빔릿들을 구부리며, 상기 대물 렌즈는 상기 복수의 제 2 실제 이미지들을 상기 표면 상에 이미징하여, 그 위에 각각 복수의 프로브 스폿들을 형성하고, 상기 편향 스캐닝 유닛은 상기 표면 상의 관찰 영역 내의 복수의 스캔 구역들에 걸쳐 각각 상기 복수의 프로브 스폿들을 스캐닝하도록 상기 복수의 빔릿들을 편향시키며,
    복수의 이차 전자 빔들이 상기 복수의 스캔 구역들로부터 각각 상기 복수의 프로브 스폿들에 의해 생성되고, 상기 빔 분리기에 의해 상기 이차 투영 이미징 시스템으로 지향되며, 상기 이차 투영 이미징 시스템은 상기 복수의 이차 전자 빔들을 포커스하고 각각 상기 복수의 검출 요소들에 의해 검출되도록 유지하여, 각각의 검출 요소가 하나의 대응하는 스캔 구역의 이미지 신호를 제공하는 멀티-빔 장치.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 필드 렌즈로 인한 상기 복수의 빔릿들의 굽힘 각도(bending angle)들은 상기 복수의 프로브 스폿들의 오프-액시스 수차들을 감소시키도록 설정되는 멀티-빔 장치.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 복수의 전자 광학기 요소들로 인한 상기 복수의 빔릿들의 편향 각도들은 각각 상기 복수의 프로브 스폿들의 피치들을 변화시키도록 조정되는 멀티-빔 장치.
  43. 제 41 항에 있어서,
    상기 대물 렌즈는 제 1 자기 렌즈 및 제 1 정전 렌즈를 포함하는 멀티-빔 장치.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 방위는 상기 제 1 자기 렌즈 및 상기 제 1 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변동시킴으로써 선택가능한 멀티-빔 장치.
  45. 제 41 항에 있어서,
    상기 전달 렌즈는 제 2 자기 렌즈 및 제 2 정전 렌즈를 포함하는 멀티-빔 장치.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 방위는 상기 제 2 자기 렌즈 및 상기 제 2 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변동시킴으로써 선택가능한 멀티-빔 장치.
  47. 제 41 항에 있어서,
    상기 필드 렌즈는 제 3 자기 렌즈 및 제 3 정전 렌즈를 포함하는 멀티-빔 장치.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 방위는 상기 제 3 자기 렌즈 및 상기 제 3 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변동시킴으로써 선택가능한 멀티-빔 장치.
  49. 제 41 항에 있어서,
    상기 복수의 전자 광학기 요소들로 인한 상기 복수의 빔릿들의 굽힘 각도들 및 편향 각도들은 상기 복수의 빔릿들이 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 상기 표면에 도달하도록 보장하는 멀티-빔 장치.
  50. 제 41 항에 있어서,
    상기 복수의 전자 광학기 요소들로 인한 상기 복수의 빔릿들의 굽힘 각도들 및 편향 각도들은 상기 복수의 빔릿들이 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 보장하는 멀티-빔 장치.
  51. 제 49 항에 있어서,
    상기 편향 스캐닝 유닛은 상기 대물 렌즈의 전면 초점면 위에 있는 멀티-빔 장치.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 편향 스캐닝 유닛은 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 상기 복수의 빔릿들을 기울이는 멀티-빔 장치.
  53. 제 49 항에 있어서,
    상기 소스-전환 유닛과 상기 대물 렌즈의 전면 초점면 사이에 빔릿-기울임 편향기를 더 포함하는 멀티-빔 장치.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 빔릿-기울임 편향기는 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면 상에 비스듬하게 도달하도록 상기 복수의 빔릿들을 기울이는 멀티-빔 장치.
  55. 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 구성하는 방법에 있어서,
    그 일차 광학 축선을 따라 이동가능한 소스-전환 유닛의 이미지-형성 수단을 구성하는 단계;
    상기 이미지-형성 수단을 이용하여, 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 각각 형성하는 단계;
    대물 렌즈를 이용하여, 상기 복수의 가상 이미지들을 상기 표면 상에 이미징하고, 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 프로브 스폿들의 피치들을 변동시키도록 상기 이미지-형성 수단을 이동시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  56. 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 구성하는 방법에 있어서,
    제 1 이미지-형성 수단 및 제 2 이미지-형성 수단을 갖는 소스-전환 유닛을 구성하는 단계 -상기 제 2 이미지-형성 수단은 상기 제 1 이미지-형성 수단보다 전자 소스로부터 더 멀리 떨어져 있고, 상기 장치의 반경 방향으로 이동가능함- ;
    능동 이미지-형성 수단으로서 상기 제 1 이미지-형성 수단 및 상기 제 2 이미지-형성 수단 중 하나를 이용하는 단계 -상기 제 1 이미지-형성 수단이 이용되는 경우, 상기 제 2 이미지-형성 수단은 멀리 이동됨- ;
    상기 능동 이미지-형성 수단을 이용하여, 상기 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 각각 형성하는 단계;
    대물 렌즈를 이용하여, 상기 복수의 가상 이미지들을 상기 표면 상에 이미징하고, 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 프로브 스폿들의 피치들을 변동시키도록 상기 제 1 이미지-형성 수단과 상기 제 2 이미지-형성 수단 사이에서 상기 능동 이미지-형성 수단을 변화시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  57. 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 구성하는 방법에 있어서,
    상기 장치의 일차 광학 축선을 따라 이동가능한 제 1 주 평면을 갖는 대물 렌즈를 구성하는 단계;
    소스-전환 유닛의 이미지-형성 수단을 이용하여, 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 각각 형성하는 단계;
    상기 대물 렌즈를 이용하여, 상기 복수의 가상 이미지들을 상기 표면 상에 이미징하고, 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 프로브 스폿들의 피치들을 변동시키도록 상기 제 1 주 평면을 이동시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  58. 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 구성하는 방법에 있어서,
    상기 장치 내에 하부 자기 렌즈 및 정전 렌즈를 갖는 대물 렌즈를 구성하는 단계;
    소스-전환 유닛의 이미지-형성 수단을 이용하여, 전자 소스의 복수의 가상 이미지들을 각각 형성하는 단계;
    상기 대물 렌즈를 이용하여, 상기 복수의 가상 이미지들을 상기 표면 상에 이미징하고, 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 프로브 스폿들의 방위를 선택하도록 상기 자기 렌즈 및 상기 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변화시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 하부 자기 렌즈보다 상기 표면으로부터 더 멀리 떨어진 상부 자기 렌즈를 갖는 상기 대물 렌즈를 구성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 방위를 선택하기 위해 상기 상부 자기 렌즈 및 상기 하부 자기 렌즈의 자기장들의 극성들을 변화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  61. 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 구성하는 방법에 있어서,
    전자 소스로부터의 복수의 빔릿들을 편향시키도록 소스-전환 유닛의 이미지-형성 수단을 이용하여, 그 복수의 제 1 가상 이미지들을 각각 형성하는 단계;
    대물 렌즈를 이용하여, 상기 복수의 가상 이미지들을 상기 표면 상에 이미징하고, 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 빔릿들이 동일한거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면 상에 도달하도록 상기 이미지-형성 수단으로 인한 상기 복수의 빔릿들의 편향 각도들을 설정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  62. 제 61 항에 있어서,
    상기 랜딩 각도들을 동등하게 변동시키도록 상기 편향 각도들을 변화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  63. 제 61 항에 있어서,
    상기 랜딩 각도들을 동등하게 변동시키기 위해, 편향 스캐닝 유닛을 이용하여 상기 복수의 빔릿들을 기울이는 단계를 더 포함하는 방법.
  64. 제 61 항에 있어서,
    상기 랜딩 각도들을 동등하게 변동시키기 위해, 빔릿-기울임 편향기를 이용하여 상기 복수의 빔릿들을 기울이는 단계를 더 포함하는 방법.
  65. 샘플의 표면을 관찰하기 위한 멀티-빔 장치를 구성하는 방법에 있어서,
    전자 소스로부터의 복수의 빔릿들을 편향시키도록 소스-전환 유닛의 이미지-형성 수단을 이용하여, 그 복수의 제 1 가상 이미지들을 각각 형성하는 단계;
    전달 렌즈를 이용하여, 상기 복수의 제 1 가상 이미지들을 중간 이미지 평면 상에 이미징하고, 각각 복수의 제 2 실제 이미지들을 형성하는 단계;
    상기 중간 이미지 평면 상에 필드 렌즈를 배치하여, 상기 복수의 빔릿들을 구부리는 단계; 및
    대물 렌즈를 이용하여, 상기 복수의 제 2 실제 이미지들을 상기 표면 상에 이미징하고, 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  66. 제 65 항에 있어서,
    상기 이미지-형성 수단으로 인한 상기 복수의 빔릿들의 편향 각도들을 변화시켜, 상기 복수의 프로브 스폿들의 피치들을 변동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  67. 제 65 항에 있어서,
    상기 복수의 빔릿들이 동일하거나 실질적으로 동일한 랜딩 각도들로 상기 표면에 도달하도록 상기 이미지-형성 수단으로 인한 상기 복수의 빔릿들의 편향 각도들 및 상기 필드 렌즈로 인한 상기 복수의 빔릿들의 굽힘 각도들을 설정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  68. 제 67 항에 있어서,
    상기 랜딩 각도들을 동등하게 변화시키도록 상기 편향 각도들을 변동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  69. 제 67 항에 있어서,
    상기 랜딩 각도들을 동등하게 변화시키기 위해, 편향 스캐닝 유닛을 이용하여 상기 복수의 빔릿들을 기울이는 단계를 더 포함하는 방법.
  70. 제 67 항에 있어서,
    상기 랜딩 각도들을 동등하게 변화시키기 위해, 빔릿-기울임 편향기를 이용하여 상기 복수의 빔릿들을 기울이는 단계를 더 포함하는 방법.
  71. 제 65 항에 있어서,
    제 1 자기 렌즈 및 제 1 정전 렌즈를 갖는 상기 대물 렌즈를 구성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  72. 제 71 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 방위를 선택하기 위해, 상기 제 1 자기 렌즈 및 상기 제 1 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  73. 제 65 항에 있어서,
    제 2 자기 렌즈 및 제 2 정전 렌즈를 갖는 상기 전달 렌즈를 구성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  74. 제 73 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 방위를 선택하기 위해, 상기 제 2 자기 렌즈 및 상기 제 2 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  75. 제 65 항에 있어서,
    제 3 자기 렌즈 및 제 3 정전 렌즈를 갖는 상기 필드 렌즈를 구성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  76. 제 75 항에 있어서,
    상기 복수의 프로브 스폿들의 방위를 선택하기 위해, 상기 제 3 자기 렌즈 및 상기 제 3 정전 렌즈의 포커싱 파워들의 비를 변화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  77. 일차 하전 입자 빔(primary charged particle beam)을 제공하는 소스;
    상기 일차 하전 입자 빔을 복수의 하전 입자 빔릿들로 분할하고, 이를 이용하여 각각 상기 소스의 복수의 이미지들을 형성하는 소스-전환 유닛; 및
    샘플 표면 상에 상기 복수의 이미지들을 투영하는 상기 소스-전환 유닛 아래의 대물 렌즈를 포함하는 장치에 있어서,
    상기 샘플 표면 상의 상기 복수의 하전 입자 빔릿들의 피치들은 상기 대물 렌즈에 들어가기에 앞서 상기 복수의 하전 입자 빔릿들의 편향 각도들을 변화시킴으로써 조정가능한 장치.
  78. 일차 하전 입자 빔을 제공하는 소스;
    상기 일차 하전 입자 빔의 복수의 빔릿들을 이용하여 상기 소스의 복수의 이미지들을 형성하는 수단;
    샘플 표면 상에 상기 복수의 이미지들을 투영하여 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 대물 렌즈; 및
    상기 샘플 표면 상의 상기 복수의 프로브 스폿들의 피치들을 조정하는 수단을 포함하는 장치.
  79. 샘플 표면을 관찰하는 방법에 있어서,
    복수의 하전 입자 빔들에 각각 복수의 크로스오버(crossover)들을 제공하는 단계;
    상기 복수의 크로스오버들을 상기 샘플 표면 상에 투영하여, 그 위에 복수의 프로브 스폿들을 형성하는 단계;
    상기 샘플 표면 상의 상기 복수의 프로브 스폿들을 스캐닝하는 단계; 및
    상기 복수의 스폿들의 피치들이 조정될 수 있도록 상기 복수의 하전 입자 빔들의 편향 각도들을 변화시키는 단계
    를 포함하는 방법.
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