KR20210008044A - 현미경을 위한 반도체 하전 입자 검출기 - Google Patents
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Abstract
검출기에는 감지 요소 어레이가 제공될 수 있다. 검출기는 어레이를 포함하는 반도체 기판, 및 검출기에 입사되는 하전 입자의 개수를 카운트하도록 구성된 회로를 포함할 수 있다. 검출기의 회로는 복수의 감지 요소로부터의 출력을 처리하고 어레이의 감지 요소 상의 하전 입자 도착 이벤트에 응답하여 카운터를 증분시키도록 구성될 수 있다. 다양한 카운팅 모드가 사용될 수 있다. 카운팅은 에너지 범위를 기초로 할 수 있다. 특정 에너지 범위에서 하전 입자의 개수가 카운트될 수 있고, 감지 요소에서 오버플로우(overflow)에 직면할 때 오버플로우 플래그(flag)가 설정될 수 있다. 회로는 각각의 감지 요소에서 발생하는 각각의 하전 입자 도착 이벤트의 타임 스탬프를 결정하도록 구성될 수 있다. 감지 요소의 크기는 하전 입자 카운팅을 가능하게 하는 기준에 기초하여 결정될 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 6월 8일에 출원된 미국 출원 62/682,730, 2018년 12월 31일에 출원된 미국 출원 62/787,066, 및 2019년 5월 24일에 출원된 미국 출원 62/852,816의 우선권을 주장하며, 이들은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 명세서의 설명은 하전 입자 검출에 관한 것으로서, 특히 하전 입자 빔 검출에 적용될 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
검출기는 물리적으로 관찰 가능한 현상을 감지하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 전자 현미경과 같은 하전 입자 빔 도구는 샘플로부터 투사된 하전 입자를 수용하여 검출 신호를 출력하는 검출기를 포함할 수 있다. 검출 신호는 검사 중인 샘플 구조의 이미지를 재구성하는데 사용될 수 있으며, 예를 들어 샘플의 결함을 드러내는데 사용될 수 있다. 고밀도로 포장된 소형 집적 회로(IC) 구성 요소를 많이 포함할 수 있는 반도체 장치의 제조에서 샘플의 결함 검출이 점점 더 중요해지고 있다. 이를 위해 전용 검사 도구가 제공될 수 있다.
예를 들어 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하는 현미경과 같은 검사 분야의 일부 적용에서, 전자 빔은 샘플에 걸쳐 스캔되어, 샘플로부터 생성된 후방 산란 또는 이차 전자로부터 정보를 유도할 수 있다. 관련 기술에서, SEM 도구의 전자 검출 시스템은 샘플로부터 오는 전자를 검출하도록 구성된 검출기를 포함할 수 있다. SEM 도구의 기존 검출기는 빔의 강도만을 검출할 수 있다. 종래의 검출 시스템에서의 감도는 특히 빔 전류가 예를 들어 피코-암페어 범위로 감소할 때 불량한 신호 대 잡음비(SNR)에 의해 제한될 수 있다. 일부 검출 방법에서, 대 면적 반도체 검출기 또는 빔 스폿의 면적과 동일하거나, 이보다 작거나, 또는 이보다 큰 면적을 갖는 소 면적 반도체 검출기 그룹이 사용될 수 있다. 들어오는 전자 빔에 의해 유도된 전류가 검출기 내에서 생성되고, 그 다음 검출기를 따라 증폭기에 의해 증폭될 수 있다.
반도체 장치의 지속적인 소형화로 인해, 검사 시스템은 더 낮은 전자 빔 전류를 사용할 수 있다. 빔 전류가 감소하면, SNR을 유지하기가 더욱 어려워진다. 예를 들어, 프로브 전류가 200 pA 이하로 감소하면, SNR이 크게 떨어질 수 있다. 불량한 SNR은 이미지 평균화 또는 샘플 이미지의 각 픽셀에 해당하는 신호의 통합 시간을 연장시키는 등의 조치를 취해야 할 수 있으며, 이는 샘플 표면의 전자 선량을 증가시켜, 표면 전하 아티팩트(artifacts) 또는 다른 해로운 효과를 초래할 수 있다. 이러한 조치는 또한 검사 시스템의 전체 처리량을 감소시킬 수 있다.
관련 기술에서, 입자 카운팅은 저 전류 적용 분야에서 유용할 수 있다. 입자 카운팅은 신틸레이터(scintillator) 및 광전자 증배관(PMT)을 사용할 수 있는 에버하트-톤리 검출기(Everhart-Thornley detector)(ETD)와 같은 검출기에서 사용될 수 있다. ETD는 8 pA 내지 100 pA와 같은 일부 적용 분야의 프로브 전류 범위에서 우수한 SNR을 나타낼 수 있다. 그러나, 신틸레이터의 광 수율은 축적된 전자 선량에 따라 저하될 수 있으므로, 이에 따라 수명이 제한된다. 신틸레이터의 노화는 또한 시스템 수준에서 성능 드리프트(performance drift)를 유발할 수 있고, 불균일한 이미지를 생성하는데 기여할 수 있다. 따라서, ETD는, 특히 하루 24 시간, 주 7 일 가동될 필요가 있을 수 있는 반도체 제조 시설에서 사용될 때, 검사 도구에 사용하기에 적합하지 않을 수 있다.
높은 SNR을 달성할 수 있고 200 pA 미만의 것과 같은 낮은 프로브 전류로 사용될 수 있는 하전 입자 검출기가 필요하다. 한편, 검출기는 연속 작동에서 1 nA 이상의 프로브 전류로 사용되는 경우에도, 낮은 성능 드리프트로 안정적인 양자 효율 및 긴 수명을 확보해야 한다.
관련 기술 방법을 사용하는 검출 시스템은 특히 낮은 전자 용량에서 검출 감도 및 SNR의 한계에 직면할 수 있다. 또한, 일부 적용 분야에서는, 빔 강도 외에 추가 정보가 요구될 수 있다. 일부 관련 기술 시스템은 필터 전극과 같은 에너지 필터를 사용하여, 특정 수준의 에너지를 가진 일부 하전 입자를 필터링할 수 있다. 이는 샘플로부터 추가 정보를 유도하는데 유용할 수 있다. 그러나, 에너지 필터는 시스템에 추가적인 복잡성을 추가할 수 있으며, 에너지 필터에 의해 도입된 손실로 인해 SNR이 저하되게 할 수 있다. 따라서 검출 시스템 및 방법의 개선이 필요하다.
본 개시 내용의 실시예는 하전 입자 검출을 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 일부 실시예에서, 감지 요소 어레이를 포함하는 반도체 기판, 및 검출기에 입사하는 하전 입자의 개수를 카운트하도록 구성된 회로를 포함하는 하전 입자 빔 장치를 위한 검출기가 제공될 수 있다. 검출기의 회로는 복수의 감지 요소로부터의 출력을 처리하고 어레이의 감지 요소 상의 하전 입자 도착 이벤트에 응답하여 카운터를 증분시키도록 구성될 수 있다. 회로는 복수의 회로망을 포함할 수 있으며, 각 회로망은 감지 요소에 대응한다. 회로는 각각의 감지 요소에서 발생하는 각각의 하전 입자 도착 이벤트의 타임 스탬프를 결정하도록 구성될 수 있다.
검출기는 다양한 카운팅 모드로 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 검출기는 하나의 하전 입자 도착 이벤트의 에너지를 구별하지 않고 재설정하기 전에 감지 요소에서 오직 하나의 하전 입자 도착 이벤트까지만 카운트하도록 구성될 수 있다. 감지 요소의 재설정은 감지 요소 자체 또는 이와 관련된 회로를 재설정하는 것을 의미할 수 있다. 검출기는 또한 하전 입자 도착 이벤트의 에너지를 구별하지 않고 하전 입자 도착 이벤트의 개수를 카운트하고 감지 요소에서 오버플로우(overflow)에 직면할 때 오버플로우 플래그(overflow flag)를 설정하도록 구성될 수 있다. 검출기는 또한 재설정하기 전에 제 1 에너지 범위에 대한 감지 요소에서 오직 하나의 하전 입자 도착 이벤트까지만 카운트하도록 구성될 수 있다. 검출기는 또한 제 1 에너지 범위에 대한 하전 입자 도착 이벤트의 개수를 카운트하고 감지 요소에서 오버플로우에 직면할 때 오버플로우 플래그를 설정하도록 구성될 수 있다.
검출기는 다양한 재설정 모드에서 어레이의 감지 요소를 재설정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 검출기는 감지 요소 어레이의 모든 감지 요소를 동시에 재설정하도록 구성될 수 있다. 검출기는 또한 감지 요소 어레이의 구역의 모든 감지 요소를 동시에 재설정하도록 구성될 수 있다. 검출기는 또한 감지 요소 어레이의 각 감지 요소를 개별적으로 재설정하도록 구성될 수 있다. 검출기는 또한 감지 요소 어레이의 일부 감지 요소를 동시에 재설정하고 감지 요소 어레이의 일부 감지 요소를 개별적으로 재설정하도록 구성될 수 있다.
본 개시 내용의 일부 실시예는 검출기의 감지 요소 어레이의 복수의 감지 요소로부터의 출력을 처리하는 단계, 검출기에 입사하는 하전 입자의 개수를 카운트하는 단계 - 카운트하는 단계는 어레이의 감지 요소 상의 하전 입자 도착 이벤트에 응답하여 카운터를 증분시키는 단계를 포함함 - , 및 하전 입자 도착 이벤트의 타임 스탬프를 결정하는 단계를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
본 개시 내용의 일부 실시예는 상기 방법과 같은 방법을 구현하기 위한 명령어를 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 제공할 수 있다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명적인 것 일뿐이고, 청구될 수 있는 개시된 실시예를 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
본 개시의 상기 및 다른 양태는 첨부된 도면과 관련하여 취해진 예시적인 실시예의 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 전자 빔 검사(EBI) 시스템을 예시하는 개략도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 도 1의 예시적인 전자 빔 검사 시스템의 일부일 수 있는 본 개시 내용의 실시예와 일치하는 예시적인 전자 빔 도구를 예시하는 개략도이다.
도 3a는 본 개시 내용의 실시예에 따른 검출기의 예시적인 구조의 표현이다.
도 3b 및 도 3c는 본 개시 내용의 실시예에 따른 검출기의 단면도를 예시하는 다이어그램이다.
도 3d 및 도 3e는 본 개시의 실시예에 따른 개별 검출기 요소의 단면도를 예시하는 다이어그램이다.
도 3f는 본 개시 내용의 실시예에 따른 검출기를 예시하는 다이어그램이다.
도 3g는 본 개시 내용의 실시예에 따른 검출기의 예시적인 구조의 표현이다.
도 4a는 샘플로부터 검출기를 향해 투사되는 이차 전자를 보여주는 도 2b의 일부의 도면이다.
도 4b는 본 개시 내용의 실시예에 따른 검출기 표면 상의 이차 전자 랜딩 포인트 분포의 예를 예시한다.
도 5는 전자 도착 이벤트와 전류 신호와의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 아날로그 신호를 사용하는 검출 시스템 아키텍처를 나타낸 것이다.
도 7은 전자 도착 이벤트와 전류 신호와의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기 표면 상의 이차 전자 랜딩 포인트 분포에 대해 크기가 결정된 검출기 요소의 예를 예시한다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기 요소 어레이를 포함하는 검출기의 예들을 예시한다.
도 10은 본 개시 내용의 실시예에 따른, 고밀도 전자 도착 속도의 구역 및 검출기를 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 전자 도착 이벤트 및 검출기 출력 신호에 대한 이들의 관계의 개략적 표현을 도시한다.
도 12는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 카운트될 이벤트의 개수와 검출기에서 놓친 이벤트의 개수 사이의 관계를 나타내는 표이다.
도 13a는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 특정 카운트 버퍼에서 전자 카운트의 신뢰 수준을 나타낼 수 있는 그래프를 예시한다.
도 13b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 특정 카운트 버퍼에서 최대 카운트로 인한 검출 손실률을 나타낼 수 있는 그래프를 예시한다.
도 14a는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 전자 도착 이벤트 및 출력 신호에 대한 이들의 관계의 개략적 표현을 도시한다.
도 14b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 전자 도착 이벤트 및 오버플로우 컷오프의 개략도를 도시한다.
도 15는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 평균 들어오는 전자 도착 속도에 대해 플롯팅된 추정된 미스카운트 비율을 예시한다.
도 16a 및 도 16b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출 시스템에서의 신호 흐름을 예시한다.
도 17은 본 개시 내용의 실시예에 따른 데드 타임 미스카운트의 예시적인 표현을 도시한다.
도 18은 본 개시 내용의 실시예에 따른, 이벤트 플래그를 포함하는 출력으로 하전 입자 도착 이벤트를 검출하도록 구성된 검출 시스템을 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출 시스템의 예시적인 아키텍처의 개략도를 도시한다.
도 20a, 도 20b, 및 도 20c는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 감지 요소들로부터의 출력 신호들의 예시적인 표현들을 예시하는 그래프들이다.
도 21a, 도 21b, 및 도 21c는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 임계값에 대한 감지 요소로부터의 출력 신호의 예시적인 표현을 나타내는 그래프이다.
도 22는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 에너지 스펙트럼을 예시하는 그래프이다.
도 23은 본 개시 내용의 실시예에 따른, 복수의 픽셀들 및 대응하는 감지 요소 검출 신호 출력을 예시하는 다이어그램이다.
도 24는 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 25는 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 26은 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 27은 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 28a는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 래스터 패턴의 하전 입자 빔 스캐닝을 예시하는 다이어그램이다.
도 28b, 도 28c, 도 28d 및 도 28e는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 특정 스캐닝 시점에서의 감지 요소 어레이를 예시하는 다이어그램들이다.
도 29a 및 도 29b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기를 작동시키는 제 1 모드를 도시한다.
도 30a 및 도 30b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기를 작동시키는 제 2 모드를 예시한다.
도 31a 및 도 31b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기를 작동시키는 제 3 모드를 예시한다.
도 32a 및 도 32b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기를 작동시키는 제 4 모드를 예시한다.
도 33a 및 도 33b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 제 1 재설정 모드에 따른 검출 신호들을 예시한다.
도 34a 및 도 34b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 다른 재설정 모드에 따른 검출 신호들을 예시한다.
도 35a 및 도 35b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 다른 재설정 모드에 따른 검출 신호들을 예시한다.
도 36은 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출 표면에 대한 하전 입자 도착 이벤트의 효과를 예시한다.
도 1은 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 전자 빔 검사(EBI) 시스템을 예시하는 개략도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 도 1의 예시적인 전자 빔 검사 시스템의 일부일 수 있는 본 개시 내용의 실시예와 일치하는 예시적인 전자 빔 도구를 예시하는 개략도이다.
도 3a는 본 개시 내용의 실시예에 따른 검출기의 예시적인 구조의 표현이다.
도 3b 및 도 3c는 본 개시 내용의 실시예에 따른 검출기의 단면도를 예시하는 다이어그램이다.
도 3d 및 도 3e는 본 개시의 실시예에 따른 개별 검출기 요소의 단면도를 예시하는 다이어그램이다.
도 3f는 본 개시 내용의 실시예에 따른 검출기를 예시하는 다이어그램이다.
도 3g는 본 개시 내용의 실시예에 따른 검출기의 예시적인 구조의 표현이다.
도 4a는 샘플로부터 검출기를 향해 투사되는 이차 전자를 보여주는 도 2b의 일부의 도면이다.
도 4b는 본 개시 내용의 실시예에 따른 검출기 표면 상의 이차 전자 랜딩 포인트 분포의 예를 예시한다.
도 5는 전자 도착 이벤트와 전류 신호와의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 아날로그 신호를 사용하는 검출 시스템 아키텍처를 나타낸 것이다.
도 7은 전자 도착 이벤트와 전류 신호와의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기 표면 상의 이차 전자 랜딩 포인트 분포에 대해 크기가 결정된 검출기 요소의 예를 예시한다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기 요소 어레이를 포함하는 검출기의 예들을 예시한다.
도 10은 본 개시 내용의 실시예에 따른, 고밀도 전자 도착 속도의 구역 및 검출기를 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 전자 도착 이벤트 및 검출기 출력 신호에 대한 이들의 관계의 개략적 표현을 도시한다.
도 12는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 카운트될 이벤트의 개수와 검출기에서 놓친 이벤트의 개수 사이의 관계를 나타내는 표이다.
도 13a는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 특정 카운트 버퍼에서 전자 카운트의 신뢰 수준을 나타낼 수 있는 그래프를 예시한다.
도 13b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 특정 카운트 버퍼에서 최대 카운트로 인한 검출 손실률을 나타낼 수 있는 그래프를 예시한다.
도 14a는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 전자 도착 이벤트 및 출력 신호에 대한 이들의 관계의 개략적 표현을 도시한다.
도 14b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 전자 도착 이벤트 및 오버플로우 컷오프의 개략도를 도시한다.
도 15는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 평균 들어오는 전자 도착 속도에 대해 플롯팅된 추정된 미스카운트 비율을 예시한다.
도 16a 및 도 16b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출 시스템에서의 신호 흐름을 예시한다.
도 17은 본 개시 내용의 실시예에 따른 데드 타임 미스카운트의 예시적인 표현을 도시한다.
도 18은 본 개시 내용의 실시예에 따른, 이벤트 플래그를 포함하는 출력으로 하전 입자 도착 이벤트를 검출하도록 구성된 검출 시스템을 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출 시스템의 예시적인 아키텍처의 개략도를 도시한다.
도 20a, 도 20b, 및 도 20c는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 감지 요소들로부터의 출력 신호들의 예시적인 표현들을 예시하는 그래프들이다.
도 21a, 도 21b, 및 도 21c는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 임계값에 대한 감지 요소로부터의 출력 신호의 예시적인 표현을 나타내는 그래프이다.
도 22는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 에너지 스펙트럼을 예시하는 그래프이다.
도 23은 본 개시 내용의 실시예에 따른, 복수의 픽셀들 및 대응하는 감지 요소 검출 신호 출력을 예시하는 다이어그램이다.
도 24는 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 25는 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 26은 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 27은 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 28a는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 래스터 패턴의 하전 입자 빔 스캐닝을 예시하는 다이어그램이다.
도 28b, 도 28c, 도 28d 및 도 28e는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 특정 스캐닝 시점에서의 감지 요소 어레이를 예시하는 다이어그램들이다.
도 29a 및 도 29b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기를 작동시키는 제 1 모드를 도시한다.
도 30a 및 도 30b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기를 작동시키는 제 2 모드를 예시한다.
도 31a 및 도 31b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기를 작동시키는 제 3 모드를 예시한다.
도 32a 및 도 32b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기를 작동시키는 제 4 모드를 예시한다.
도 33a 및 도 33b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 제 1 재설정 모드에 따른 검출 신호들을 예시한다.
도 34a 및 도 34b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 다른 재설정 모드에 따른 검출 신호들을 예시한다.
도 35a 및 도 35b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 다른 재설정 모드에 따른 검출 신호들을 예시한다.
도 36은 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출 표면에 대한 하전 입자 도착 이벤트의 효과를 예시한다.
이제 예시적인 실시예에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이며, 그 예는 도면에 도시되어 있다. 이하의 설명은 별도의 표현이 없는 한 서로 다른 도면에서 동일한 번호가 동일하거나 또는 유사한 요소를 나타내는 첨부 도면들을 참조하도록 한다. 이하의 예시적인 실시예의 설명에서 설명된 구현은 본 발명과 일치하는 모든 구현을 나타내는 것은 아니다. 대신에, 이들은 첨부된 청구 범위에서 인용될 수 있는 주제와 관련된 양태들과 일치하는 장치, 시스템 및 방법의 예일 뿐이다.
본 출원의 양태는 하전 입자 빔 검출을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 시스템 및 방법은 전자와 같은 하전 입자의 카운팅을 사용할 수 있으며, 주사 전자 현미경(SEM)과 같은 검사 도구에 유용할 수 있다. 검사 도구는 집적 회로(IC) 구성 요소의 제조 공정에 사용될 수 있다. 현대의 전자 장치의 향상된 컴퓨팅 성능을 실현하기 위해, 트랜지스터, 커패시터, 다이오드 등과 같은 회로 구성 요소의 패킹 밀도가 IC 칩에서 크게 증가하지만, 장치의 물리적 크기는 줄어들 수 있다. 예를 들어, 스마트 폰에서, IC 칩(엄지손톱의 크기일 수 있음)은 20 억 개 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 각 트랜지스터의 크기는 사람 머리카락의 1/1,000 미만이다. 당연히, 반도체 IC 제조는 수백 개의 개별 단계가 있는 복잡한 프로세스이다. 한 단계의 오류도 최종 제품의 기능에 큰 영향을 줄 수 있는 잠재력을 갖는다. 하나의 "킬러 결함"도 장치 오류를 일으킬 수 있다. 제조 공정의 목표는 공정의 전체 수율을 개선하는 것이다. 예를 들어, 50 단계 공정에서 75 % 수율을 얻으려면, 각 개별 단계의 수율이 99.4 % 초과이어야 하며, 개별 단계 수율이 95 %이면, 전체 공정 수율이 7 %로 떨어진다.
높은 처리량(예를 들어 시간당 웨이퍼 프로세스의 개수로 정의됨)을 유지하면서 높은 정확도와 높은 해상도로 결함을 검출하는 기능을 보장하는 것이 점점 더 중요해지고 있다. 높은 공정 수율과 높은 웨이퍼 처리량은, 특히 운용자 개입이 포함될 때, 결함의 존재에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서 검사 도구(예를 들어 SEM)에 의한 마이크로 및 나노 크기의 결함을 검출하고 식별하는 것은 높은 수율과 낮은 비용을 유지하는데 중요하다.
일부 검사 도구에서는 샘플 표면에 고 에너지 전자 빔을 스캔하여 샘플을 검사할 수 있다. 샘플 표면에서의 상호 작용으로 인해, 이차 또는 후방 산란 전자가 샘플로부터 생성되어, 그 후 검출기에 의해 검출될 수 있다.
관련 기술의 검출기는 위에서 언급한 바와 같이 예를 들어 불량한 신호 대 잡음비(SNR) 또는 불량한 내구성과 같은 한계를 가질 수 있다. 본 개시 내용의 양태는 검출기 요소 어레이를 검출기에 제공하고, 각각의 검출기 요소는 감지 요소를 포함하고, 각각의 감지 요소는 특정 개수 이하의 하전 입자가 감지 요소의 샘플링 주기마다 수용되도록 영역을 갖는 것을 제공함으로써 일부 이러한 제한을 해결할 수 있다. 검출기는 하전 입자 카운팅을 가능하게 할 수 있는 각 감지 요소에 결합된 회로망을 포함할 수 있다. 전하 입자 카운팅을 사용하면 예를 들어 아날로그 신호 검출에 비해 더 간단하고 작은 구성 요소를 칩에 패키징할 수 있으므로, 이에 따라 SNR이 우수한 하전 입자를 견고하고 안정적으로 검출할 수 있다. 본 개시 내용이 전자의 맥락에서 일부 예시적인 실시예를 논의하지만, 본 개시 내용은 이온과 같은 다른 유형의 하전 입자에 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
정확한 전자 카운팅을 보장하기 위해, 후속 전자 도착 이벤트들 간의 시간 분리가 중요한 파라미터가 될 수 있다. 전자 도착 이벤트가 서로 너무 가까우면, 검출기가 압도될 수 있으며, 단일 전자 도착 이벤트의 판별이 방해받을 수 있다. 유사하게, 신호 펄스 폭은 전자 카운팅을 제한하는 또 다른 중요한 파라미터일 수 있으며, 이는 검출기에서 전자 도착 이벤트에 응답하여 생성된 신호의 펄스 폭과 관련될 수 있다. 검출기가 (예리한 신호와는 반대로) 너무 약한 또는 넓은 신호를 생성하면, 후속 전자 도착 이벤트의 신호가 하나로 병합될 수 있다. 추가적으로, 검출기의 샘플링 속도는 개별 전자 도착 이벤트를 캡처할 수 있을 만큼 충분히 높아야 한다. 즉, 검출기는 전자 도착 이벤트가 검출되지 않도록 충분히 빨라야 한다. 전자 카운팅에 대한 또 다른 고려 사항은 일정 수준 이하일 수 있는 미스카운트 수준으로 정확도를 달성하는 것이다. 미스카운트는 검출기 요소의 데드 타임을 기초로 할 수 있다. 따라서 전자 카운팅을 위한 검출기를 구성하는데 많은 기준이 관련될 수 있다.
감지 요소의 일 예로서, PIN 다이오드가 제공될 수 있다. PIN 다이오드는 전자 카운팅에 사용하기에 적합할 수 있다. PIN 다이오드는 높은 고유 내부 이득을 가질 수 있으므로, 따라서, 단일 전자 도착 이벤트의 경우에도, 상대적으로 낮은 바닥 수준의 배경 노이즈와 쉽게 구별될 수 있는 강력하고 측정 가능한 신호가 생성될 수 있다. 신호를 증폭하기 위해 칩에 증폭기 또는 복잡한 시스템, 예를 들어 애벌란시 다이오드를 제공해야 하는 필요성을 줄이거나 또는 제거할 수 있다. 대신에, PIN 다이오드 자체 또는 상대적으로 낮은 이득의 증폭기에서 생성된 신호는 전자 도착 이벤트에 대한 응답으로 빠르게 생성되고 배경 노이즈에 대해 눈에 띄기 때문에, 전자 카운팅에 적합할 수 있다.
그러나 하나의 출력이 있는 PIN 다이오드를 포함하는 단일 검출기 요소는 모든 범위의 빔 전류에 대한 카운팅을 처리하지 못할 수 있다. 예를 들어, 1 nA 전자 빔의 경우, 약 64 개의 전자가 전형적인 10 ns 샘플링 주기에서 검출기에 입사할 수 있다는 것이 알려져 있다. 일부 SEM 시스템에서, 검출기는 100 MHz의 샘플링 속도로 실행될 수 있으므로, 이에 따라 10 ns 샘플링 주기에 해당한다. 10 ns의 한 샘플링 주기에서, 64 개의 전자 도착 이벤트가 발생할 수 있으므로, 개별 전자 도착 이벤트에서 생성된 신호를 쉽게 판별할 수 없다. 800 MHz의 샘플링 속도로 실행되는 것과 같은 고속 검출기에서도, 샘플링 주기 당 약 8 개의 입사 전자가 있을 수 있으며, 이는 검출기에 과부하를 줄 수 있다.
본 개시 내용의 일부 실시예에서, 어레이의 감지 요소는 샘플링 주기 당 개별 감지 요소의 영역에 특정 개수 이하의 하전 입자가 수용되도록 크기가 설정될 수 있다. 특정 개수는 1일 수 있다. 감지 요소의 크기는 검출기에 입사하는 하전 입자의 기하학적 확산보다 작을 수 있다. 따라서, 개별 감지 요소는 검출기에 입사하는 하전 입자의 총 개수보다 적은 하전 입자를 수용하도록 구성될 수 있다. 다양한 기준에 따르면, 검출기의 양태는 감지 요소의 크기, 샘플링 속도 및 다른 특성과 같은 하전 입자 카운팅을 가능하게 하도록 설정될 수 있다.
본 개시의 범위를 제한하지 않고, 일부 실시예는 전자 빔을 이용하는 시스템에서 검출기 및 검출 방법을 제공하는 맥락에서 설명될 수 있다. 그러나, 본 개시는 그렇게 제한되지 않는다. 다른 유형의 하전 입자 빔도 유사하게 적용될 수 있다. 또한, 검출을 위한 시스템 및 방법은 광학 이미징, 광자 검출, X 선 검출, 이온 검출 등과 같은 다른 이미징 시스템에서 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 용어 "또는"은 실행 불가능한 경우를 제외하고 모든 가능한 조합을 포함한다. 예를 들어, 구성 요소가 A 또는 B를 포함한다고 언급되어 있는 경우, 달리 구체적으로 언급되거나 실행 불가능하지 않는 한, 구성 요소는 A, 또는 B, 또는 A 및 B를 포함할 수 있다. 제 2 예로서, 구성 요소가 A, B 또는 C를 포함한다고 언급된 경우, 달리 구체적으로 언급되거나 실행 불가능하지 않는 한, 구성 요소는 A, 또는 B, 또는 C, 또는 A 및 B, 또는 A 및 C, 또는 B 및 C, 또는 A 및 B 및 C를 포함할 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 바와 같이, "제 1 개수의 감지 요소"라는 표현은 감지 요소의 수퍼 세트 중 제 1 수량의 감지 요소 그룹을 의미한다. 예를 들어, 복수의 감지 요소가 제공될 수 있다. 제 1 개수의 감지 요소는 복수의 감지 요소 중 감지 요소의 서브 세트를 지칭할 수 있다. 제 1 개수는 복수의 감지 요소 내의 1 개 내지 총 개수의 감지 요소일 수 있다. 유사하게, "제 2 개수의 감지 요소"라는 표현은 감지 요소의 수퍼 세트 중 제 2 수량의 감지 요소 그룹을 의미한다. 제 2 개수의 감지 요소는 복수의 감지 요소 중 감지 요소의 추가 서브 세트, 예를 들어 제 1 개수의 감지 요소 내의 서브 세트를 지칭할 수 있다.
추가적으로, 용어 "검출기 요소"는 "감지 요소", "센서 요소", "검출 셀" 또는 "검출기 세그먼트" 등을 포함하거나 또는 커버할 수 있다. 감지 요소는 공핍 구역을 갖도록 구성된 다이오드일 수 있으며, 여기서 논의되는 일부 실시예에서 "감지 요소"라는 용어는 가이거 모드로 작동하는 애벌란시 다이오드를 제외할 수 있다. 검출기 요소는 예를 들어 프런트 엔드 전자 장치를 포함할 수 있는 다이오드, 인터커넥트, 및 회로를 포함할 수 있다. 또한, "프레임"이라는 용어는 "샘플링 주기", "SEM 이미지 픽셀 주기" 또는 "픽셀 주기" 등을 포함하거나 또는 커버할 수 있다. SEM 이미지 프레임은 프레임 단위로 리프레시될 수 있는 픽셀의 프레임을 지칭할 수 있고, 데이터 프레임은 지정된 기간 내에 검출 시스템에 의해 획득된 데이터 그룹을 지칭할 수 있다.
본 개시의 실시예는 검출 방법을 제공할 수 있다. 검출 방법은 하전 입자 카운팅 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전자 현미경을 위해 하전 입자 검출 방법이 제공될 수 있다. 이 방법은 SEM 검출 시스템에 적용될 수 있다. 하전 입자 검출 방법은 전자 카운팅을 기초로 할 수 있다. 미리 정의된 기간 동안 수용된 전자의 개수를 카운팅함으로써, 들어오는 전자 빔의 강도를 결정할 수 있다. 용어 "들어오는 전자"는 검출기의 표면에 충돌하는 전자와 같은 입사 전자를 포함하거나 또는 커버할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 하전 입자 검출 프로세스로부터의 노이즈가 감소될 수 있다. 그러나, SNR을 개선하는 것만으로는 다양한 SEM 적용 분야의 계속 증가하는 요구를 충족할 수 없다.
일부 실시예에서, 반도체 전자 검출기가 제공되어, 들어오는 전자 빔의 강도를 검출할 뿐만 아니라 상이한 에너지를 갖는 전자의 비율도 식별할 수 있다. 예를 들어, 들어오는 전자 빔의 에너지 스펙트럼은 강도 정보와 함께 획득될 수 있다.
일부 실시예는 검출 방법을 수반하는 디스플레이 방법을 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 에너지 스펙트럼 정보와 같은 추가적인 차원의 정보가 제공될 수 있다. 일부 적용 분야에서는, 컬러 SEM 이미지를 생성하는 방법이 적용될 수 있다.
전자 카운팅은 검출기에서 발생하는 개별 전자 도착 이벤트를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자가 검출기에 도착하면 하나씩 검출될 수 있다. 일부 실시예에서, 검출기에 입사하는 전자는 신호 처리 회로망으로 라우팅된 후 디지털 제어기와 같은 인터페이스로 판독되는 전기 신호를 생성할 수 있다. 검출기는 입사 전자에 의해 생성된 신호를 분석하고 개별적인 카운트로 개별 전자를 구별하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 전자 카운팅은 빔 전류가 매우 작은 상황에 적용될 수 있다. 예를 들어, 낮은 선량으로 샘플을 조사하도록 전자 빔을 설정할 수 있다. 큰 전류에 의한 전자 카운팅 검출기의 과포화를 방지하기 위해 낮은 전류를 사용할 수 있다. 예를 들어, 큰 전류는 감지 결과에 비-선형성을 도입하는 효과를 가질 수 있다. 한편, 산업 환경에서 사용할 수 있는 검출기의 경우, 검출기는 큰 빔 전류의 상황도 처리할 수 있어야 한다.
일부 실시예는 위의 문제를 해결할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예는 전자 빔을 검출하는데 사용될 수 있는 비교적 작은 복수의 감지 요소를 제공할 수 있다. 인접한 감지 요소 사이에 절연이 제공되어, 하나의 들어오는 전자가 하나의 감지 요소로부터 그 인접한 감지 요소로 이동할 확률이 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 인접한 감지 요소 사이의 누화를 줄일 수 있다.
일부 실시예에서, 데이터 프레임 레이트는 제 1 파라미터에 기초하여 설정될 수 있다. 데이터 프레임 레이트는 감지 요소가 이미징에 사용되는 전자 빔으로부터 들어오는 전자를 수집하는 데이터 프레임의 레이트일 수 있다. 데이터 프레임 레이트는 감지 요소의 미리 정의된 비율(예를 들어, A %)이 적어도 하나의 들어오는 전자를 수용하도록 설정될 수 있다. 데이터 프레임 레이트는 또한 데이터 프레임의 주기(예를 들어, 지속 시간)로 표현될 수 있다. 또한, 데이터 프레임 레이트는 제 2 파라미터를 기초로 설정될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 들어오는 전자를 수용하는 감지 요소 중, 감지 요소 중 미리 정의된 제 2 비율(예를 들어 B %)만이 하나 초과의 전자를 수용할 수 있다. 이러한 방식으로, 미리 정의된 검출 선형성이 유지되는 동시에, 빔 전류가 큰 전자 빔을 처리할 수 있다. 데이터 프레임 레이트는 특정 SEM 설정에 대해 일정한 값이거나 또는 동일한 SEM 설정 하에서도 검출되는 전자 빔의 신호 강도를 조정하기 위해 설정된 가변 값일 수 있다. 결과적으로, 동일한 SEM 설정 하에서, 시간 도메인의 인접한 데이터 프레임 주기는 동일하거나 또는 다를 수 있다.
적응형 프레임 외에도, 각 프레임에는 프레임이 시작되는 시기 및 중지되는 시기에 대한 정보가 포함될 수 있다. 프레임 시작 및 중지 시간에 대한 정보(예를 들어 프레임 시작 시점 및 프레임 중지 시점)는 SEM 이미지의 픽셀이 생성될 때 사용될 수 있다. 예를 들어, SEM 이미지의 각 픽셀은 특정 기간 동안 획득된 프레임을 사용하여 생성될 수 있다. SEM 이미지 픽셀 획득의 기간(또는 속도)은 특정 요구 사항에 따라 미리 정의된 파라미터 세트를 기초로 할 수 있다. 각 SEM 이미지 픽셀 획득 기간 동안, 하나 이상의 프레임이 획득될 수 있다. 인접한 SEM 이미지 픽셀 주기에서 획득되는 프레임의 개수는 동일하거나 또는 다를 수 있다.
프레임 레이트 조정 외에도, 하전 입자 검출을 위한 시스템 및 방법은 SEM 시스템의 구조 또는 설정에 대한 조정을 사용할 수 있다. 예를 들어, 각 프레임의 주기 동안 하나의 전자만을 수용하는 감지 요소 그룹 중 사전 정의된 감지 요소의 A %를 보장하기 위해, 각 전자 빔 스폿 내의 전자 밀도가 더 균일하게 분포되도록 SEM 시스템을 조정할 수 있다. 이러한 조정 중 하나는 다중 빔 검사(MBI) 시스템의 보조 SEM 컬럼에서 투사 시스템을 디포커싱하는 것일 수 있다. 투사 시스템은 빔을 어느 정도 디포커싱하도록 구성될 수 있다. 또한, SEM 시스템의 배율은 전자 빔 또는 빔렛(들)의 스폿 크기를 확대하기 위해 변경될 수 있다. 각 빔렛 스폿의 크기는 확대될 수 있다. 빔렛 스폿 간의 누화를 고려하여 배율 설정을 구성할 수 있다.
일부 실시예에서, 통계 분석이 각 프레임에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 각 프레임 후에, 각 전자 빔에 대해, 프레임 동안 수용된 전체 전자 개수에 추가하여 프레임 내의 각 에너지 레벨에서 전자의 개수에 대해 플로팅된 수용 전자 에너지의 통계 결과를 획득할 수 있다. 전체 수치 출력은 기존 SEM에서와 같이 그레이 스케일 이미지와 같은 SEM 이미지에서 하나의 픽셀을 생성하는데 사용될 수 있다. 전체 전자 개수는 픽셀의 그레이 레벨에 해당할 수 있다. 또한, 컬러 SEM 이미지의 하나의 픽셀도 생성될 수 있다. 컬러 SEM 이미지에서, 각 픽셀의 RGB(red green blue) 값과 같은 컬러 정보는 전술한 방식으로 생성된 해당 프레임의 통계 결과에 의해 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, SEM 이미징에 추가적인 자유도가 추가될 수 있다. 따라서, 샘플 분석은 예를 들어 재료 특성, 미세 구조, 및 층 간의 정렬과 같은 조사 중인 샘플의 추가 양태를 설명함으로써 향상될 수 있다.
일부 실시예에서, 검출 방법은 그레이 스케일 SEM 이미징에 적용될 수 있다. 방법은 일련의 임계값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 프레임 내의 각 에너지 레벨에서 전자의 개수에 대해 플로팅된 수용된 전자 에너지의 통계적 결과를 생성하는 것 대신에 또는 추가로, 임계값에 대한 정보가 생성될 수 있다. 예를 들어, 전자 에너지가 낮음에서 높음으로 증가하는 방식으로 3 개의 임계값이 설정될 수 있다. 가장 낮은 전자 에너지에서의 제 1 임계값은 감지 요소가 전자를 수용했는지 또는 그 출력이 간섭 또는 암전류 등에 의해 발생하는지 여부를 식별하는데 사용될 수 있다. 중간 전자 에너지를 갖는 제 2 임계값은 감지 요소에 의해 수용된 전자가 샘플로부터의 이차 전자인지 또는 샘플로부터의 산란 전자인지 여부를 식별하는데 사용될 수 있다. 전자 에너지가 가장 높은 제 3 임계값은 감지 요소가 특정 프레임 동안 하나 초과의 전자를 수용했는지 여부를 식별하는데 사용될 수 있다. 수용된 이차 전자의 개수, 수용된 산란 전자의 개수, 및 특정 프레임 동안 수용된 전체 전자의 개수를 결정할 수 있다. SEM 이미지에 대해 위의 정보를 픽셀 단위로 누적하면, 다음 중 하나 이상을 얻을 수 있다: 모든 수용된 전자를 기초로 한 SEM 이미지, 이차 전자 SEM 이미지, 및 산란된 전자 SEM 이미지. 이러한 이미지는 향상된 신호 대 잡음비로 에너지 필터의 도움 없이 획득될 수 있다.
일부 실시예에서, 검출기는 다량의 아날로그 회로를 필요로 하는 구현보다는 디지털 회로망을 사용하여 형성될 수 있다. 따라서, 설계 및 제조와 같은 검출기 구현의 다양한 양태가 개선될 수 있다.
이제, 본 개시 내용의 실시예들에 따라, 검출기를 포함할 수 있는 예시적인 전자 빔 검사(EBI) 시스템(10)을 예시하는 도 1을 참조하도록 한다. EBI 시스템(10)은 이미징에 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, EBI 시스템(10)은 메인 챔버(11), 로드/록 챔버(20), 전자 빔 도구(100), 및 장비 프런트 엔드 모듈(EFEM)(30)을 포함한다. 전자 빔 도구(100)는 메인 챔버(11) 내에 위치한다. EFEM(30)은 제 1 로딩 포트(30a) 및 제 2 로딩 포트(30b)를 포함한다. EFEM(30)에는 추가 로딩 포트(들)가 포함될 수 있다. 제 1 로딩 포트(30a) 및 제 2 로딩 포트(30b)는 웨이퍼(예를 들어 반도체 웨이퍼 또는 다른 재료(들)로 제조된 웨이퍼) 또는 검사될 샘플을 포함하는 웨이퍼 전면 개방 통합 포드(FOUPs)를 수용한다(웨이퍼 및 샘플은 본 명세서에서 집합적으로 "웨이퍼"로 지칭될 수 있음).
EFEM(30)의 하나 이상의 로봇 아암(도시되지 않음)은 웨이퍼를 로드/록 챔버(20)로 운반할 수 있다. 로드/록 챔버(20)는 로드/록 챔버(20) 내의 가스 분자를 제거하여 대기압 아래의 제 1 압력에 도달하는 로드/록 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결된다. 제 1 압력에 도달한 후, 하나 이상의 로봇 아암(도시되지 않음)이 로드/록 챔버(20)에서 메인 챔버(11)로 웨이퍼를 운반할 수 있다. 메인 챔버(11)는 메인 챔버(11) 내의 가스 분자를 제거하여 제 1 압력 아래의 제 2 압력에 도달하는 메인 챔버 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결된다. 제 2 압력에 도달한 후, 웨이퍼는 전자 빔 도구(100)에 의해 검사된다. 전자 빔 도구(100)는 단일 빔 시스템 또는 다중 빔 시스템일 수 있다. 제어기(109)는 전자 빔 도구(100)에 전자적으로 연결되고, 다른 구성 요소에도 전자적으로 연결될 수 있다. 제어기(109)는 EBI 시스템(10)의 다양한 제어를 실행하도록 구성된 컴퓨터일 수 있다. 제어기(109)가 메인 챔버(11), 로드/록 챔버(20), 및 EFEM(30)을 포함하는 구조 외부에 있는 것으로 도 1에 도시되어 있지만, 제어기(109)가 구조의 일부일 수 있다는 것이 이해된다.
도 2a는 검사 시스템이 다중 일차 전자 빔렛을 사용하여 샘플의 복수의 위치를 동시에 스캔하는 다중 빔 검사 도구를 포함할 수 있는 하전 입자 빔 장치를 예시한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 전자 빔 도구(100A)(본 명세서에서 장치(100A)라고도 함)는 전자 소스(202), 건 개구(204), 집광 렌즈(206), 전자 소스(202)로부터 방출된 일차 전자 빔(210), 소스 변환 유닛(212), 일차 전자 빔(210)의 복수의 빔렛(214, 216 및 218), 일차 투사 광학 시스템(220), 웨이퍼 스테이지(도 2a에 도시되지 않음), 다중 이차 전자 빔(236, 238, 240), 이차 광학 시스템(242), 및 전자 검출 장치(244)를 포함할 수 있다. 전자 소스(202)는 일차 전자 빔(210)의 전자와 같은 일차 입자를 생성할 수 있다. 제어기, 이미지 처리 시스템 등이 전자 검출 장치(244)에 결합될 수 있다. 일차 투사 광학 시스템(220)은 빔 분리기(222), 편향 스캐닝 유닛(226), 및 대물 렌즈(228)를 포함할 수 있다. 전자 검출 장치(244)는 검출 서브 구역(246, 248, 250)을 포함할 수 있다.
전자 소스(202), 건 개구(204), 집광 렌즈(206), 소스 변환 유닛(212), 빔 분리기(222), 편향 스캐닝 유닛(226) 및 대물 렌즈(228)는 장치(100A)의 일차 광축(260)과 정렬될 수 있다. 이차 광학 시스템(242) 및 전자 검출 장치(244)는 장치(100A)의 이차 광축(252)과 정렬될 수 있다.
전자 소스(202)는 캐소드, 추출기 또는 애노드를 포함할 수 있으며, 여기서 일차 전자는 캐소드로부터 방출되고 추출되거나 가속되어 크로스오버(가상 또는 실제)(208)를 갖는 일차 전자 빔(210)을 형성할 수 있다. 일차 전자 빔(210)은 크로스오버(208)로부터 방출되는 것으로 시각화될 수 있다. 건 개구(204)는 프로브 스폿(270, 272 및 274)의 크기를 감소시키기 위해 일차 전자 빔(210)의 주변 전자를 차단할 수 있다.
소스 변환 유닛(212)은 이미지 형성 요소의 어레이(도 2a에 도시되지 않음) 및 빔 제한 개구의 어레이(도 2a에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 소스 변환 유닛(212)의 예는 미국 특허 번호 9,691,586; 미국 공개 번호 2017/0025243; 및 국제 출원 번호 PCT/EP2017/084429에서 찾을 수 있고, 이들 모두는 그 전체가 참조로 포함된다. 이미지 형성 요소의 어레이는 마이크로 편향기 또는 마이크로 렌즈의 어레이를 포함할 수 있다. 이미지 형성 요소의 어레이는 일차 전자 빔(210)의 복수의 빔렛(214, 216 및 218)과 크로스오버(208)의 복수의 병렬 이미지(가상 또는 실제)를 형성할 수 있다. 빔 제한 개구의 어레이는 복수의 빔렛(214, 216 및 218)을 제한할 수 있다.
집광 렌즈(206)는 일차 전자 빔(210)을 포커싱시킬 수 있다. 소스 변환 유닛(212) 하류의 빔렛(214, 216, 218)의 전류는 집광 렌즈(206)의 포커싱 파워를 조정하거나 또는 빔 제한 개구의 어레이 내에서 대응하는 빔 제한 개구의 반경 방향 크기를 변경함으로써 변경될 수 있다. 집광 렌즈(206)는 그 제 1 주 평면의 위치가 이동 가능하도록 구성될 수 있는 이동 가능한 집광 렌즈일 수 있다. 이동 가능한 집광 렌즈는 자기적으로 구성될 수 있으며, 이는 축외 빔렛(216 및 218)이 회전 각도로 빔렛-제한 개구에 랜딩하게 할 수 있다. 회전 각도는 포커싱 파워 및 이동식 집광 렌즈의 제 1 주면의 위치에 따라 변경된다. 일부 실시예에서, 이동 가능한 집광 렌즈는 이동 가능한 제 1 주 평면을 갖는 회전 방지 렌즈를 포함하는 이동 가능한 회전 방지 집광 렌즈일 수 있다. 이동식 집광 렌즈는 미국 공개 번호 2017/0025241에 추가로 설명되어 있으며, 이는 그 전체가 참조로 포함된다.
대물 렌즈(228)는 빔렛(214, 216, 218)을 검사를 위해 웨이퍼(230)에 포커싱할 수 있고, 웨이퍼(230)의 표면에 복수의 프로브 스폿(270, 272, 274)을 형성할 수 있다.
빔 분리기(222)는 정전기 이중극장(electrostatic dipole field)과 자기 이중극장을 생성하는 빈 필터 타입의 빔 분리기일 수 있다. 일부 실시예에서, 이들이 적용되는 경우, 빔렛(214, 216, 218)의 전자에 정전기 이중극장에 의해 가해지는 힘은 자기 이중극장에 의해 전자에 가해지는 힘과 크기가 같고 방향이 반대일 수 있다. 따라서 빔렛(214, 216, 218)은 편향각이 0인 빔 분리기(222)를 통해 직선으로 통과할 수 있다. 그러나, 빔 분리기(222)에 의해 생성된 빔렛(214, 216, 218)의 총 분산은 또한 0이 아닐 수도 있다. 빔 분리기(222)는 빔렛(214, 216, 218)으로부터 이차 전자 빔(236, 238, 240)을 분리하고, 이차 전자 빔(236, 238, 240)을 이차 광학 시스템(242)으로 지향하게 할 수 있다.
편향 스캐닝 유닛(226)은 빔렛(214, 216, 218)을 편향시켜 웨이퍼(230)의 표면 영역에 걸쳐 프로브 스폿(270, 272, 274)을 스캔할 수 있다. 프로브 스폿(270, 272 및 274)에서 빔렛(214, 216 및 218)의 입사에 응답하여, 이차 전자 빔(236, 238 및 240)이 웨이퍼(230)로부터 방출될 수 있다. 이차 전자 빔(236, 238, 240)은 이차 전자 및 후방 산란 전자를 포함하는 에너지 분포를 갖는 전자를 포함할 수 있다. 이차 광학 시스템(242)은 이차 전자 빔(236, 238, 240)을 전자 검출 장치(244)의 검출 서브 구역(246, 248, 250)에 포커싱할 수 있다. 검출 서브 구역(246, 248, 250)은 대응하는 이차 전자 빔(236, 238, 240)을 검출하고 웨이퍼(230)의 표면적의 이미지를 재구성하는데 사용되는 대응 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
도 2a는 복수의 빔렛을 사용하는 다중 빔 도구로서 전자 빔 도구(100)의 예를 도시하지만, 본 개시의 실시예는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 전자 빔 도구(100)는 또한 웨이퍼 상의 한 위치를 한 번에 스캔하기 위해 단지 하나의 일차 전자 빔을 사용하는 단일 빔 도구일 수도 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 전자 빔 도구(100B)(본 명세서에서 장치(100B)라고도 함)는 EBI 시스템(10)에서 사용되는 단일 빔 검사 도구일 수 있다. 장치(100B)는 검사될 웨이퍼(150)를 유지하기 위해 전동 스테이지(134)에 의해 지지되는 웨이퍼 홀더(136)를 포함한다. 전자 빔 도구(100B)는 캐소드(103), 애노드(121) 및 건 개구(122)를 포함할 수 있는 전자 방출기를 포함한다. 전자 빔 도구(100B)는 빔 제한 개구(125), 집광 렌즈(126), 칼럼 개구(135), 대물 렌즈 조립체(132), 및 검출기(144)를 더 포함한다. 대물 렌즈 조립체(132)는 일부 실시예에서 폴 피스(132a), 제어 전극(132b), 편향기(132c), 및 여기 코일(132d)을 포함하는 변형된 SORIL 렌즈일 수 있다. 이미징 프로세스에서, 캐소드(103)의 팁에서 방출되는 전자 빔(161)은 애노드(121) 전압에 의해 가속될 수 있고, 건 개구(122), 빔 제한 개구(125), 집광 렌즈(126)를 통과하여, 수정된 SORIL 렌즈에 의해 프로브 스폿(170)에 포커싱되고 웨이퍼(150)의 표면에 충돌할 수 있다. 프로브 스폿(170)은 편향기(132c) 또는 SORIL 렌즈의 다른 편향기와 같은 편향기에 의해 웨이퍼(150)의 표면을 가로질러 스캔될 수 있다. 이차 전자 또는 웨이퍼 표면으로부터 방출된 산란 일차 전자와 같은 이차 또는 산란 일차 입자는 빔의 강도를 결정하고 웨이퍼(150) 상의 관심 영역의 이미지가 재구성될 수 있도록 검출기(144)에 의해 수집될 수 있다.
이미지 획득기(120), 저장소(130), 및 제어기(109)를 포함하는 이미지 처리 시스템(199)이 또한 제공될 수 있다. 이미지 획득기(120)는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 획득기(120)는 컴퓨터, 서버, 메인 프레임 호스트, 단말기, 개인용 컴퓨터, 임의의 종류의 모바일 컴퓨팅 장치 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이미지 획득기(120)는 전기 전도체, 광섬유 케이블, 휴대용 저장 매체, IR, 블루투스, 인터넷, 무선 네트워크, 무선 라디오 또는 이들의 조합과 같은 매체를 통해 전자 빔 도구(100B)의 검출기(144)와 연결할 수 있다. 이미지 획득기(120)는 검출기(144)로부터 신호를 수신하고 이미지를 구성할 수 있다. 따라서 이미지 획득기(120)는 웨이퍼(150)의 이미지를 획득할 수 있다. 이미지 획득기(120)는 또한 윤곽을 생성하거나, 획득된 이미지에 인디케이터를 겹치는 것 등과 같은 다양한 후 처리 기능을 수행할 수 있다. 이미지 획득기(120)는 획득된 이미지의 밝기 및 대비 등을 조정하도록 구성될 수 있다. 저장소(130)는 하드 디스크, RAM(random access memory), 클라우드 저장소, 다른 유형의 컴퓨터 판독 가능 메모리 등과 같은 저장 매체일 수 있다. 저장소(130)는 이미지 획득기(120)와 결합될 수 있고, 스캔된 원 이미지 데이터를 원본 이미지 및 후 처리된 이미지로 저장하는데 사용될 수 있다. 이미지 획득기(120) 및 저장소(130)는 제어기(109)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 획득기(120), 저장소(130) 및 제어기(109)는 하나의 전자 제어 유닛으로서 함께 통합될 수 있다.
일부 실시예에서, 이미지 획득기(120)는 검출기(144)로부터 수신된 이미징 신호에 기초하여 샘플의 하나 이상의 이미지를 획득할 수 있다. 이미징 신호는 하전 입자 이미징을 수행하기 위한 스캐닝 작업에 해당할 수 있다. 획득된 이미지는 웨이퍼(150)의 다양한 특징을 포함할 수 있는 복수의 이미징 영역을 포함하는 단일 이미지일 수 있다. 단일 이미지는 저장소(130)에 저장될 수 있다. 이미징은 이미징 프레임을 기초로 수행될 수 있다.
전자 빔 도구의 집광기 및 조명 광학 장치는 전자기 사중극 전자 렌즈를 포함하거나 또는 이에 의해 보완될 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 전자 빔 도구(100B)는 제 1 사중극 렌즈(148) 및 제 2 사중극 렌즈(158)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 사중극 렌즈는 전자 빔을 제어하기 위해 사용된다. 예를 들어, 제 1 사중극 렌즈(148)는 빔 전류를 조정하기 위해 제어될 수 있고, 제 2 사중극 렌즈(158)는 빔 스폿 크기 및 빔 모양을 조정하기 위해 제어될 수 있다.
도 2b는 검사 시스템이 웨이퍼(150)와 상호 작용함으로써 이차 전자를 생성하도록 구성될 수 있는 단일 일차 빔을 사용할 수 있는 하전 입자 빔 장치를 예시한다. 검출기(144)는 도 2b에 도시된 실시예에서와 같이 광축(105)을 따라 배치될 수 있다. 일차 전자 빔은 광축(105)을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 따라서, 검출기(144)는 일차 전자 빔이 웨이퍼(150)에 도착하기 위해 통과할 수 있도록 그 중심에 홀을 포함할 수 있다. 도 3g는 중심에 개방부(145)를 갖는 검출기(144)의 예를 도시한다. 그러나, 일부 실시예는 일차 전자 빔이 이동하는 광축에 대해 축을 벗어나 배치된 검출기를 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 실시예에서와 같이, 빔 분리기(222)는 이차 전자 빔을 축에서 벗어나 배치된 검출기를 향해 지향시키도록 제공될 수 있다. 빔 분리기(222)는 각도(α)만큼 이차 전자 빔을 전환시키도록 구성될 수 있다.
하전 입자 빔 장치의 또 다른 예가 이제 도 2c를 참조하여 논의될 것이다. 전자 빔 도구(100C)(본 명세서에서 장치(100C)라고도 함)는 전자 빔 도구(100)의 예일 수 있고, 도 2a에 도시된 전자 빔 도구(100A)와 유사할 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 빔 분리기(222)는 정전기 이중극장 및 자기 이중극장을 생성하는 빈 필터 유형의 빔 분리기일 수 있다. 일부 실시예에서, 이들이 적용되는 경우, 빔렛(214, 216, 218)의 전자에 정전기 이중극장에 의해 가해지는 힘은 자기 이중극장에 의해 전자에 가해지는 힘과 크기가 같고 방향이 반대일 수 있다. 따라서 빔렛(214, 216, 218)은 편향각이 0인 빔 분리기(222)를 통해 직선으로 통과할 수 있다. 그러나, 빔 분리기(222)에 의해 생성된 빔렛(214, 216, 218)의 총 분산은 또한 0이 아닐 수 있다. 빔 분리기(222)의 분산 평면(224)에 대해, 도 2c는 공칭 에너지(V0) 및 에너지 확산(ΔV)을 갖는 빔렛(214)이 에너지(V0)에 대응하는 빔렛 부분(262), 에너지(V0 + ΔV/2)에 대응하는 빔렛 부분(264) 및 에너지(V0 - ΔV/2)에 대응하는 빔렛 부분(266)으로 분산되는 것을 도시한다. 이차 전자 빔(236, 238, 240)의 전자에 빔 분리기(222)에 의해 가해지는 총 힘은 0이 아닐 수 있다. 빔 분리기(222)는 빔렛(214, 216, 218)으로부터 이차 전자 빔(236, 238, 240)을 분리하고, 이차 전자 빔(236, 238, 240)을 이차 광학 시스템(242)을 향해 지향시킬 수 있다.
반도체 전자 검출기(때때로 "PIN 검출기"라고 함)는 EBI 시스템(10)의 장치(100)에서 사용될 수 있다. EBI 시스템(10)은 이미지 프로세서를 포함하는 고속 웨이퍼 이미징 SEM일 수 있다. EBI 시스템(10)에 의해 생성된 전자 빔은 샘플의 표면을 조사하거나 또는 샘플을 투과할 수 있다. EBI 시스템(10)은 예를 들어 층 정렬을 분석하기 위해 샘플 표면 또는 표면 아래의 구조를 이미징하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, EBI 시스템(10)은 예를 들어, SEM 이미지를 장치 레이아웃 패턴과 비교하거나, 또는 검사 중인 웨이퍼 상의 다른 위치에서 동일한 패턴의 SEM 이미지를 비교함으로써, 반도체 웨이퍼 제조와 관련된 프로세스 결함을 검출하고 보고할 수 있다. PIN 검출기는 네거티브 바이어스로 작동할 수 있는 실리콘 PIN 다이오드를 포함할 수 있다. PIN 검출기는 들어오는 전자가 비교적 크고 뚜렷한 검출 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, PIN 검출기는 들어오는 전자가 많은 전자-정공 쌍을 생성할 수 있는 반면 광자가 단지 하나의 전자-정공 쌍을 생성할 수 있도록 구성될 수 있다. 전자 카운팅에 사용되는 PIN 검출기는 광자 검출에 사용되는 포토 다이오드와 비교할 때 다음에서 논의되는 바와 같이 많은 차이가 있을 수 있다.
이제, 검출기(300)의 예시적인 구조의 개략적 표현을 예시하는 도 3a를 참조하도록 한다. 검출기(300)는 도 2a, 도 2b 및 도 2c를 참조하여 검출기(144) 또는 전자 검출 장치(244)로서 제공될 수 있다. 하나의 어레이가 도 3a에 도시되어 있지만, 검출기(300)는 각각의 이차 전자 빔에 대한 하나의 어레이와 같은 다중 어레이를 포함할 수 있다는 것이 이해된다.
검출기(300)는 감지 요소(311, 312 및 313)를 포함하는 감지 요소 어레이를 포함할 수 있다. 감지 요소는 평면, 이차원 어레이로 배열될 수 있으며, 어레이의 평면은 들어오는 하전 입자의 입사 방향에 실질적으로 수직이다. 일부 실시예에서, 검출기(300)는 입사 방향에 대해 경사지도록 배열될 수 있다.
검출기(300)는 기판(310)을 포함할 수 있다. 기판(310)은 감지 요소를 포함할 수 있는 반도체 기판일 수 있다. 감지 요소는 다이오드일 수 있다. 감지 요소는 또한 입사 에너지를 측정 가능한 신호로 변환할 수 있는 다이오드와 유사한 요소일 수 있다. 감지 요소는 예를 들어 PIN 다이오드, 애벌란시 다이오드, 전자 증배관(EMT) 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 인접한 감지 요소 사이에 영역(325)이 제공될 수 있다. 영역(325)은 인접한 감지 요소의 측면 또는 코너를 서로 격리시키기 위한 격리 영역일 수 있다. 영역(325)은 검출기(300)의 검출 표면의 다른 영역과 다른 재료인 절연 재료를 포함할 수 있다. 영역(325)은 도 3a의 평면도에서 볼 수 있는 바와 같이 십자형 영역으로 제공될 수 있다. 영역(325)은 사각형으로 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 영역(325)은 감지 요소의 인접한 측면 사이에 제공되지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 검출기의 검출 표면 상에 제공된 격리 영역이 없을 수 있다.
감지 요소는 감지 요소의 활성 영역에 수용된 하전 입자에 상응하는 전기 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 감지 요소는 수용된 전자의 에너지에 상응하는 전류 신호를 생성할 수 있다. 전처리 회로는 생성된 전류 신호를, 전자 빔 스폿 또는 그 일부의 강도를 나타낼 수 있는 전압으로 변환할 수 있다. 전처리 회로망은 예를 들어 전치 증폭기 회로망을 포함할 수 있다. 전치 증폭기 회로망은 예를 들어 전하 전송 증폭기(CTA), 트랜스 임피던스 증폭기(TIA), 또는 CTA 또는 TIA와 결합된 임피던스 변환 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시간 기초로 임의의 단위로 출력 신호를 제공하는 신호 처리 회로망이 제공될 수 있다. 감지 요소의 출력을 처리하기 위한 회로 층을 형성할 수 있는 다이와 같은 하나 또는 복수의 기판이 제공될 수 있다. 다이는 검출기의 두께 방향으로 함께 적층될 수 있다. 다른 기능을 위해 다른 회로망이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 감지 요소를 서로 연결하기 위한 스위칭 요소를 제어할 수 있는 스위치 작동 회로망이 제공될 수 있다.
이제, PIN 검출기에 포함된 구조의 예일 수 있는 기판(310)의 단면 구조의 개략도를 도시하는 도 3b를 참조하도록 한다. 기판(310)은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(310)은 두께 방향으로 적층된 복수의 층을 갖도록 구성될 수 있으며, 두께 방향은 전자 빔의 입사 방향과 실질적으로 평행하다. 일부 실시예에서, 기판(310)은 전자 빔의 입사 방향에 수직한 방향으로 적층된 복수의 층을 가질 수 있다. 기판(310)에는 입사 하전 입자를 수용하기 위한 센서 표면(301)이 제공될 수 있다. 감지 요소(예를 들어, 감지 요소(311, 312, 313))는 기판(310)의 감지 층에 제공될 수 있다. 영역(325)은 인접한 감지 요소 사이에 제공될 수 있다. 예를 들어, 기판(310)은 트렌치, 또는 절연 재료로 제조되거나 또는 채워진 다른 구조를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 영역(325)은 기판(310)을 통해 완전히 또는 부분적으로 연장될 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서 영역(325)은 감지 요소 사이에 제공되지 않을 수 있다. 예를 들어, 횡단면에서 인접한 감지 요소의 측면 사이에 절연 재료가 제공되지 않을 수 있다. 복수의 감지 요소는 단면도에서 인접할 수 있다. 인접한 감지 요소 사이의 격리는 예를 들어 전기장 제어와 같은 다른 수단에 의해 여전히 달성될 수 있다. 예를 들어, 전기장은 각 감지 요소 사이에서 제어될 수 있다.
도면은 감지 요소(311, 312, 313)를 개별 유닛으로 도시할 수 있지만, 그러한 구분은 실제로 존재하지 않을 수 있다. 예를 들어, 검출기의 감지 요소는 PIN 다이오드 요소를 구성하는 반도체 요소로 구성될 수 있다. PIN 다이오드 요소는 p 형 구역, 진성 구역 및 n 형 구역을 포함하는 복수의 층을 갖는 기판으로 제조될 수 있다. 하나 이상의 이러한 층은 횡단면에서 연속적일 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 감지 요소는 그들 사이에 물리적으로 분리되어 제공될 수 있다. 예를 들어 회로 층 및 판독 층과 같은 센서 층에 추가하여, 추가 층이 또한 제공될 수도 있다.
추가 층의 일 예로서, 검출기(300)에는 센서 층에 인접한 하나 이상의 회로 층이 제공될 수 있다. 하나 이상의 회로 층은 라인 와이어, 인터커넥트 및 다양한 전자 회로 구성 요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 회로 층은 처리 시스템을 포함할 수 있다. 하나 이상의 회로 층은 신호 처리 회로망을 포함할 수 있다. 하나 이상의 회로 층은 센서 층의 감지 요소로부터 검출된 출력 전류를 수용하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 회로 층 및 센서 층은 예를 들어 동일하거나 또는 별개의 다이에 제공될 수 있다.
도 3d 및 도 3e는 감지 요소(311, 312, 313) 중 하나의 예일 수 있는 개별 감지 요소의 개략도를 도시한다. 예를 들어, 도 3d에는, 감지 요소(311A)가 도시되어 있다. 감지 요소(311A)는 p 형 층(321), 진성 층(322) 및 n 형 층(323)의 반도체 구조를 포함할 수 있다. 감지 요소(311A)는 애노드 및 캐소드와 같은 2 개의 단자를 포함할 수 있다. 감지 요소(311A)는 역 바이어스될 수 있고, 공핍 구역(330)은 p 형 층(321)의 길이의 일부, 실질적으로 진성 층(322)의 전체 길이, 및 n 형 층(323)의 길이의 일부를 형성하여 이에 걸쳐있을 수 있다. 공핍 구역(330)에서, 전하 캐리어가 제거될 수 있고, 공핍 구역(330)에서 생성된 새로운 전하 캐리어는 그들의 전하에 따라 스윕될 수 있다. 예를 들어, 들어오는 하전 입자가 센서 표면(301)에 도착할 때, 전자-정공 쌍이 생성될 수 있고, 정공(351)은 p 형 층(321)쪽으로 끌릴 수 있고, 전자(352)는 n 형 층(323)쪽으로 끌릴 수 있다. 일부 실시예에서, 보호 층이 센서 표면(301) 상에 제공될 수 있다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 감지 요소(311B)는 배향이 변경되는 것을 제외하고 감지 요소(311A)와 유사한 방식으로 작동할 수 있다. 예를 들어, p 형 층(321)은 센서 표면(301)을 포함할 수 있다. P 형 층(321)은 입사된 하전 입자에 노출될 수 있다. 따라서, 입사된 하전 입자는 p 형 층(321) 및 공핍 구역(330)과 상호 작용하여, 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 층이 p 형 층(321)의 상단에 제공될 수 있다.
작동 시, 검출 요소의 공핍 구역은 캡처 구역으로서 기능할 수 있다. 들어오는 하전 입자는 공핍 구역에서 반도체 재료와 상호 작용하여 새로운 전하를 생성할 수 있다. 예를 들어, 검출 요소는 일정량 이상의 에너지를 갖는 하전 입자가 반도체 재료의 격자의 전자를 이탈시켜, 전자-정공 쌍을 생성하게 하도록 구성될 수 있다. 결과적인 전자 및 정공은 예를 들어 공핍 구역의 전기장으로 인해 반대 방향으로 이동하게 될 수 있다. 감지 요소의 단자를 향해 이동하는 캐리어의 생성은 감지 요소의 전류 흐름에 대응할 수 있다.
비교 예에서, 포토 다이오드는 광자를 수용함에 따라 전하를 생성하도록 구성될 수 있다. 광자는 파장 또는 주파수에 해당하는 에너지를 가질 수 있다. 일반적으로 가시 광선 스펙트럼의 광자는 약 1 eV 정도의 에너지를 가질 수 있다. 그러나, 반도체 포토 다이오드에서는, 하나의 전자-정공 쌍을 생성하는데 약 3.6 eV가 필요한 것이 일반적이다. 따라서, 포토 다이오드는 다음과 같은 전류 생성을 검출하는데 어려움을 겪을 수 있다.
일반적으로, 광자의 에너지 레벨은 반도체 포토 다이오드에서 전자-정공 쌍을 생성하는데 필요한 수준과 유사할 수 있다. 따라서, 안정적이고 신뢰 가능하게 전류를 생성하기 위해서는, 반도체 포토 다이오드에 고 에너지의 광자가 입사되어야 할 필요가 있을 수 있다. 광자는 주파수가 특정 수준 이상일 때 하나의 전자-정공 쌍을 생성하기에 충분한 에너지를 가질 수 있다.
또한, 광자 도착 이벤트에 대한 반응으로 전자-정공 쌍에 의해 생성되는 전류는 상대적으로 낮을 수 있다. 광자 도착 이벤트에 대한 응답으로 생성된 전류는 배경 노이즈를 극복하기에 충분하지 않을 수 있다. 애벌란시 또는 가이거 카운팅 모드로 바이어스된 포토 다이오드와 같은 일부 다이오드는 증폭을 사용하여 더 큰 수준의 전류를 생성하여 유용한 검출 신호를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 포토 다이오드는 애벌란시 동작 모드로 바이어스될 수 있다. 일부 실시예에서, 증폭은 포토 다이오드에 부착된 이득 블록에 의해 제공될 수 있다. 바이어스 전압으로 인한 강한 내부 전기장으로 인해 애벌란시 효과가 발생할 수 있다. 애벌란시 효과는 충격 이온화로 인해 증폭을 달성하는데 사용될 수 있다.
검출기의 배경 노이즈는 무엇보다도 다이오드의 암전류에 의해 발생할 수 있다. 예를 들어, 다이오드로서 역할을 하는 반도체 요소의 결정 구조에 결함이 있으면 전류 변동이 발생할 수 있다. 검출기의 암전류는 검출기를 형성하는 재료의 결함으로 인한 것일 수 있으며, 입사 조사가 없는 경우에도 발생할 수 있다. "암" 전류는 전류 변동이 들어오는 하전 입자와 관련이 없다는 사실을 의미할 수 있다.
다이오드는 일정 수준 이상의 에너지를 가진 입자(예를 들어, 광자)가 다이오드에 들어갈 때 전자-정공 쌍을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 포토 다이오드는 일정 수준 이상의 에너지를 가진 광자가 포토 다이오드에 들어갈 때에만 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다. 이것은 예를 들어 포토 다이오드를 형성하는 재료의 밴드 갭 때문일 수 있다. 특정 수준의 에너지를 가진 광자는 하나의 전자-정공 쌍만을 생성할 수 있으며, 광자가 특정 수준을 초과하는 더 많은 에너지를 가지고 있어도, 여전히 하나의 전자-정공 쌍만을 생성할 수 있다. 추가 전자-정공 쌍이 생성되지 않을 수 있다. 한편, 전자 검출기는 다이오드를 포함할 수 있는 검출기 감지 요소의 공핍 구역에 전자가 들어갈 때마다, 전자가 일정량 이상, 예를 들어 약 3.6 eV 이상의 에너지를 갖는 한, 전자-정공 쌍이 생성되기 시작할 수 있도록 구성될 수 있다. 전자가 일정량보다 더 많은 에너지를 가지고 있으면, 들어오는 전자의 도착 이벤트 동안 더 많은 전자-정공 쌍이 생성될 수 있다.
광자 검출을 위해 구성된 다이오드에서, 다이오드의 결함은 예를 들어 반도체 구조의 결정 격자의 불완정성으로 인해 다이오드에서 전자-정공 쌍의 무작위 생성을 유발할 수 있다. 암전류는 애벌란시 증폭과 같은 증폭 효과에 의해 증폭될 수 있다. 암전류로 인한 신호는 카운팅 회로에 입력될 수 있고, 여기서 이는 도착 이벤트로 기록될 수 있다. 이러한 이벤트를 "암 카운트(dark count)"라고 지칭할 수 있다. 또한, 증폭기 자체가 노이즈에 기여할 수 있다. 따라서, 암전류, 열 에너지, 외부 방사 등과 같은 다양한 노이즈 소스는 검출기의 출력에서 의도하지 않은 전류 변동을 일으킬 수 있다.
광자와 달리, 전자는 다이오드에서 신호를 생성하는데 유용할 수 있는 훨씬 더 많은 에너지를 가질 수 있다. 검출기의 감지 요소에 대한 입사 전자는 감지 요소에서 전자-정공 쌍을 생성하는데 필요한 임계 수준의 에너지보다 훨씬 더 많은 에너지를 가질 수 있다. 따라서, 입사 전자는 감지 요소에서 많은 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다.
이제, 검출기(300) 상에 수용된 하전 입자 빔 스폿(500)의 예시적인 도면을 나타내는 도 3f를 참조하도록 한다. 빔 스폿(500)은 도시된 바와 같이 로커스 오프셋(loci offset)이 없는 둥근 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 스폿은 원형이 아닌 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 단일 빔 시스템에서, 빔 스폿은 수차로 인해 원형 모양에서 벗어나는 모양을 가질 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 다중 빔 시스템에서와 같이 다중 빔 스폿이 검출기에 입사할 수 있다. 빔 스폿은 예를 들어 위치, 모양 및 그리드 간격(예를 들어 다중 빔 스폿이 형성될 때 빔 스폿 간의 피치) 측면에서 원형 모양에서 벗어날 수 있다. 이와 같이 벗어나는 이유는 예를 들어 수차, 분산, 전자 광학 시스템의 드리프트, 또는 구성 요소의 불완전성으로 인한 것일 수 있다.
일부 실시예에서, 검출 시스템은 하전 입자가 검출기에 입사하는 것을 결정하도록 구성될 수 있는 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 프레임 내의 검출기의 감지 요소에 입사하는 하전 입자의 개수를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 전자 카운팅과 같은 하전 입자 카운팅을 수행할 수 있다. 하전 입자 카운팅은 프레임 단위로 수행될 수 있다. 검출기는 개별 감지 요소(예를 들어, 도 3a의 감지 요소(311, 312, 313))가 시간 기반으로 검출 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 검출 신호는 제어기로 전송될 수 있다. 검출 신호는 예를 들어 암페어, 볼트 또는 각 감지 요소에서 수용된 전자 에너지에 상응하는 임의의 단위의 신호일 수 있다. 제어기는 검출 신호에 기초하여 이산적인 개수의 하전 입자가 감지 요소에 도착하는 것을 결정할 수 있다. 하전 입자의 개수는 정수로 식별될 수 있다.
제어기는 제 1 그룹화 기준에 기초하여 검출기에 제공된 복수의 감지 요소 중 제 1 감지 요소 그룹을 결정하도록 구성될 수 있다. 제 1 그룹화 기준은 예를 들어, 적어도 하나의 하전 입자가 검출기의 제 1 개수의 감지 요소 각각에 입사하는 조건을 포함할 수 있다. 제 1 개수는 감지 요소의 원 개수 또는 비율로 표시될 수 있다. 제어기는 한 프레임의 주기 내에서 시간 기반으로 제 1 그룹을 결정하도록 구성될 수 있다. 제어기가 각 프레임 내에서 하전 입자 카운팅 결정을 내리는 것과 같은 처리를 수행하기 위한 프레임 레이트를 갖도록, 결정은 복수의 프레임에 걸쳐 반복적으로 이루어질 수 있다. 제어기는 또한 경계선을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 3f에 도시된 바와 같이, 경계선(350)이 결정될 수 있다. 경계선(350)은 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 감지 요소를 포함하도록 제공될 수 있다. 경계선(350) 내에 포함된 감지 요소는 동일한 하전 입자 스폿에 의해 적어도 부분적으로 커버될 수 있다.
빔 스폿(500)은 잘 정의된 중심 또는 로커스를 가질 수 있다. 빔 스폿(500)의 중심 근처에서, 강도는 외주 근처보다 더 높을 수 있다. 강도의 차이는 전자 소스(202)의 팁 크기, 전자 광학 시스템의 수차, 전자 분산 및 장치(100A)의 다른 파라미터 등을 포함하는 다양한 요인에 기인할 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 강도의 변화는 산란된 전자의 샘플 지형, 재료(예를 들어 후방 산란된 전자의 경우), 샘플 표면의 하전 조건, 랜딩 에너지 등에 의해 발생될 수 있다. 따라서, 고강도 영역은 반드시 빔 스폿(500)의 중심에 있지 않을 수 있다.
강도가 더 높은 빔 스폿(500)의 영역에서는, 검출기의 감지 요소에 하나 초과의 전자가 입사할 수 있다. 따라서, 제어기는 제 2 그룹화 기준에 기초하여 제 2 감지 요소 그룹을 결정하도록 구성될 수 있다. 제 2 그룹화 기준은 하나 초과의 하전 입자가 제 2 개수의 감지 요소 각각에 입사하는 조건을 포함할 수 있다. 제 2 개수의 감지 요소를 포함하는 제 2 그룹은 제 1 개수의 감지 요소를 포함하는 제 1 그룹 중에서 결정될 수 있다. 즉, 제 2 그룹은 제 1 그룹의 서브 세트일 수 있다. 제 2 그룹의 결정은 제 1 그룹의 결정과 동시에 이루어질 수 있다. 따라서, 제 1 그룹 및 제 2 그룹의 결정은 동일한 프레임에 대한 것일 수 있다. 제어기는 또한 하나 초과의 하전 입자를 수용하는 감지 요소를 둘러싸는 제 2 경계선(360)을 결정할 수 있다.
제어기는 처리를 수행하는 프레임 레이트(또는 주기)를 결정하거나 또는 조정하도록 구성될 수 있다. 처리는 예를 들어 검출기로부터의 출력에 기초하여 SEM 이미지를 생성하기 위한 이미지 처리에 대응할 수 있다. 처리는 또한 전술한 바와 같이 제 1 그룹의 감지 요소 및 제 2 그룹의 감지 요소를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 제 1 프레임의 주기는 다음과 같이 제 1 파라미터에 기초하여 결정될 수 있다. 주기는 제 1 미리 결정된 개수의 감지 요소가 제 1 프레임에서 적어도 하나의 입사 하전 입자를 수용하도록 설정될 수 있다. 제 1 미리 결정된 개수는 검출기의 모든 감지 요소 중 감지 요소의 비율, 예를 들어 A %일 수 있다. 제 1 미리 결정된 개수는 또한 검출기의 특정 구역에 있는 것들 중 - 반드시 모든 감지 요소 중에서는 아님 - 특정 비율의 감지 요소일 수도 있다. 예를 들어, 미리 결정된 제 1 개수는 검출기의 제 1 사분면에 있는 감지 요소의 비율일 수 있다. 제 1 미리 결정된 개수는 또한 X 개의 감지 요소와 같은 원 개수일 수 있다.
또한, 주기는 제 2 파라미터를 기초로 설정될 수 있다. 제 2 파라미터는 제 2 미리 결정된 개수의 감지 요소가 각각 제 1 프레임에서 하나 초과의 입사 하전 입자를 수용한다는 것일 수 있다. 예를 들어, 제 2 파라미터는 적어도 하나의 입사 하전 입자를 수용하는 감지 요소 중에서, 감지 요소의 제 2 비율, 예를 들어 B %만이 하나 초과의 하전 입자를 수용한다는 것일 수 있다. 제 2 미리 결정된 개수는 또한 Y 개의 감지 요소와 같은 원 개수일 수 있다. 제 2 파라미터가 충족되기 전에 제 1 파라미터가 충족되도록 파라미터를 조정할 수 있다.
제 1 파라미터 및 제 2 파라미터는 제 1 프레임의 주기를 결정하기 위한 경계 조건을 정의할 수 있다. 제 1 파라미터 또는 제 2 파라미터가 사용될 수 있다. 제 1 파라미터 및 제 2 파라미터는 함께 사용될 수 있다. 제 1 프레임의 주기를 결정하는 것 외에도, 복수의 프레임에 대한 프레임 레이트가 결정될 수 있다. 프레임 레이트는 예를 들어 특정 SEM 설정에 따라 설정될 수 있는 상수 값일 수 있다. 따라서, 프레임 레이트는 제 1 프레임에 대한 주기의 역일 수 있다. 프레임 레이트는 또한 적응형일 수 있는데, 즉 가변 값을 가질 수 있다. 적응형 프레임 레이트는 검출되는 하전 입자 빔의 신호 강도를 적응시키도록 설정될 수 있다.
일부 실시예에서, 전자 빔 도구(100)는 전자 빔 스폿 내의 전자 밀도가 더 균일하게 분포되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(109)는 전자 빔 또는 빔렛이 디포커싱되도록 전자 광학 장치를 제어할 수 있다. 전자 광학 장치는 그 초점이 검출기(144) 또는 전자 검출 장치(244)의 표면과 일치하지 않도록 전자 빔(또는 빔렛)을 조정할 수 있다. 또한, 이차 SEM 컬럼의 투사 시스템은 이차 빔(또는 빔렛)을 어느 정도 디포커싱하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 이차 SEM 컬럼에서 투사 시스템의 배율은 전자 빔 또는 빔렛(들)의 스폿 크기를 확대하기 위해 변경될 수 있다. 각 빔렛 스폿의 크기는 확대될 수 있다. 빔렛 스폿들 간의 누화를 고려하여 배율 설정이 구성될 수 있다.
도 3g는 PIN 검출기를 포함할 수 있는 검출기(144)의 표면의 예를 도시한다. 검출기(144)는 샘플로부터 생성된 하전 입자를 수용하도록 배열된 센서 표면(301)을 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에서, PIN 검출기는 EBI 시스템(10)의 지연 대물 렌즈 SEM 컬럼에서 인-렌즈 검출기로서 사용될 수 있다. PIN 검출기는 전자 빔을 생성하기 위한 캐소드과 대물 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 캐소드로부터 방출된 전자 빔은 -BE keV(일반적으로 약 -10 kV)에서 전위화될 수 있다. 전자 빔의 전자는 즉시 가속되어 컬럼을 통해 이동할 수 있다. 컬럼은 접지 전위에 있을 수 있다. 따라서, 전자는 검출기(144)의 개방부(145)를 통과하는 동안 BE keV의 운동 에너지로 이동할 수 있다. 도 2b의 대물 렌즈 조립체(132)의 폴 피스(132a)와 같은 대물 렌즈의 폴 피스를 통과하는 전자는 웨이퍼 표면 전위가 -(BE-LE) keV로 설정될 수 있으므로 랜딩 에너지 LE keV까지 급격히 감속될 수 있다.
일차 전자 빔의 전자의 충돌에 의해 웨이퍼 표면으로부터 방출되는 이차 전자는 가속장에 의해 가속될 수 있고(예를 들어, 웨이퍼 근처의 지연 전기장은 이차 전자에 대한 가속장으로 작용할 수 있음), PIN 검출기 표면을 향해 뒤로 이동한다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 프로브 스폿(170)에서 웨이퍼(150)와의 상호 작용으로 인해, 검출기(144)를 향해 다시 이동하는 이차 전자가 생성될 수 있다. 광축(105)을 따라 이동하는 웨이퍼 표면으로부터 방출된 이차 전자는 위치 분포와 함께 검출기(144)의 표면에 도착할 수 있다. 이차 전자의 랜딩 위치는 일반적으로 반경이 예를 들어 수 밀리미터인 원형 구역 내에 있을 수 있다. 이차 전자의 랜딩 위치의 기하학적 확산은 예를 들어 전자의 초기 운동 에너지 및 방출 각도에 의존할 수 있는 다른 궤적을 갖는 전자 때문일 수 있다.
도 4b는 검출기 표면 상의 이차 전자 랜딩 포인트 분포의 예를 예시한다. 전자(300a)는 검출기(144)의 표면 상의 상이한 지점에 랜딩할 수 있는 반면, 일반적으로 대부분은 검출기(144)의 중앙 부분 주위에 클러스터링될 수 있다. 랜딩 지점 분포는 이차 방출 위치 및 SEM 편향 필드(예를 들어 스캔 필드)에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 일부 적용 분야에서는, SEM 이미지의 특정 FOV(시야)가 필요한 경우, 인-렌즈 PIN 검출기의 필요한 크기가 상당히 클 수 있다. 일반적으로, 검출기는 예를 들어 직경이 10 mm 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 검출기는 직경이 약 4 내지 10 mm일 수 있다.
PIN 검출기의 검출 표면에 입사하는 전자는 전하로 변환될 수 있다. 전하는 PIN 검출기의 단자에서 수집되어, 들어오는 전자율에 비례할 수 있는 검출 신호로 사용될 수 있다. 이상적인 PIN 검출기에서, 에너지(BE-LE) keV를 갖는 들어오는 전자의 운동 에너지는 쌍 당 약 3.61 eV의 속도로 많은 전자-정공 쌍을 생성함으로써 완전히 소비될 수 있다. 따라서 10,000 eV 에너지의 들어오는 전자에 대해, 약 2,700 개의 전자-정공 쌍이 생성될 수 있다. 단일 전자-정공 쌍을 생성할 수 있는 광자 도착 이벤트와 달리, 전자 도착 이벤트는 훨씬 더 많은 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다.
감지 요소는 전자 도착 이벤트에 응답하여 많은 전자-정공 쌍을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 감지 요소에서 전자 도착 이벤트에 응답하여 생성된 전류는 감지 전류 신호로서 사용될 수 있다. 전자 도착 이벤트에 대한 감지 요소의 출력은 그대로 사용되거나 또는 상대적으로 작은 증폭을 겪을 수 있다. 증폭을 제공할 필요성은 감소되거나 또는 생략될 수 있다. 감소된 증폭을 생략하거나 또는 제공하면 노이즈 감소에 도움이 될 수 있다. 또한, 증폭기는 다이오드에서 생성되는 모든 신호에 대해 무차별적으로 증폭을 적용할 수 있다. 따라서, 소위 "암 카운트"조차도 증폭되어, 잘못된 검출 신호에 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 일부 실시예에서, 암전류는 감지 요소가 검출하도록 구성된 하전 입자에 비해 작은 출력만을 생성할 수 있다. 예를 들어, 다이오드의 반도체 구조의 결정 격자의 이탈에 의해 암전류가 발생하여 전자가 이탈되게 할 수 있다. 어떤 경우에는, 이에 따라, 암전류로 인해 감지 요소에서 단일 전자-정공 쌍만이 생성될 수 있다. 그러나, 위에서 논의된 바와 같이, 이차 전자와 같은 하전 입자의 도착에 반응하여 많은 전자-정공 쌍을 생성하도록 구성된 감지 요소에서, 약 3,000 개의 전자-정공 쌍이 생성될 수 있다. 따라서, 약 3,000:1의 신호 대 암전류 노이즈 비율이 있을 수 있다.
PIN 구조를 갖는 다이오드와 같은 반도체 다이오드는 다양한 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제 1 모드에서, 다이오드는 정상적인 역 바이어스로 동작할 수 있다. 이 모드에서, 충분히 높은 에너지를 가진 각각의 들어오는 광자는 하나의 전자-정공 쌍만을 생성할 수 있다. 외부 방사선(예를 들어 들어오는 광자)이 사라지면, 다이오드의 전류 흐름이 즉시 중지될 수 있다.
다이오드를 작동하는 제 2 모드에서, 다이오드는 제 1 모드에서보다 더 높은 역 바이어스로 동작될 수 있다. 제 2 모드는 충격 이온화를 도입할 수 있다. 이를 애벌란시 포토 다이오드 모드라고도 지칭할 수 있다. 이 모드에서는, 충분한 높은 에너지를 가진 각각의 들어오는 광자가 하나의 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다. 그런 다음, 내부 충격 이온화로 인해, 이 한 쌍에 애벌란시 이득이 곱해져서, 결국 수 개의 전자-정공 쌍이 생성될 수 있다. 따라서, 각 들어오는 광자는 수 개의 전자-정공 쌍이 생성될 수 있게 할 수 있다. 외부 방사선이 사라지면, 다이오드의 전류 흐름이 즉시 중지될 수 있다. 제 2 모드는 선형 구역 및 비선형 구역을 포함할 수 있다.
다이오드를 작동하는 제 3 모드에서, 다이오드는 제 2 모드에서보다 더 높은 역 바이어스로 작동될 수 있다. 제 3 모드는 더 강한 충격 이온화를 도입할 수 있다. 제 3 모드는 광자 카운팅을 활성화할 수 있다. 제 3 모드는 가이거 카운팅 모드를 포함할 수 있다. 제 3 모드에서는, 충분한 높은 에너지를 가진 각각의 들어오는 광자가 하나의 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다. 그런 다음, 내부 충격 이온화로 인해, 이 한 쌍에 애벌란시 이득이 곱해져서, 결국 수 개의 전자-정공 쌍이 생성될 수 있다. 따라서 각 들어오는 광자는 수 개의 전자-정공 쌍이 생성될 수 있게 할 수 있다. 높은 역 바이어스 전압으로 인한 강한 내부 전기장으로 인해, 곱셈 과정이 계속될 수 있다. 곱셈은 자립적일 수 있다. 외부 방사선이 사라지면, 다이오드의 전류 흐름이 반드시 중지되는 것은 아닐 수 있다. 다이오드의 전류는 전원 공급 장치에서 다이오드를 분리하여 중지될 수 있다. 분리 후, 다이오드의 전류가 그 다음 가라앉을 수 있다. 제 3 모드에서 작동하는 다이오드의 전류 출력은 롱테일을 포함하는 거동을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 출력은 초기 피크 이후 점차 감소할 수 있다. 제 3 모드에서, 다이오드는 ?칭 회로(quenching circuit)가 제공될 수 있다. ?칭 회로는 수동 또는 능동 ?칭 회로를 포함할 수 있다. ?칭 회로를 작동하면 각 광자 도착 이벤트 후에 다이오드가 차단될 수 있다. ?칭을 사용하여 다이오드를 재설정할 수 있다.
다이오드는 이득 레벨로 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 다이오드는 100 미만의 이득으로 작동하도록 구성될 수 있다. 이것은 전압을 인가하여 다이오드의 동작에 의해 부여되는 이득을 의미할 수 있다. 이득은 예를 들어 그 원래 강도에 비해 최대 100 배까지 신호를 증폭할 수 있다. 다른 특정 레벨의 이득도 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
애벌란시 모드 또는 가이거 카운팅 모드로 바이어스된 다이오드에 의한 것과 같은 이득 효과의 사용은 시간에 따른 현상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 애벌란시 모드로 바이어스된 다이오드는 애벌란시 곱셈을 통해 이득을 부여할 수 있다. 이득 효과와 관련된 한정된 시간이 있을 수 있다. 다이오드는 이득 효과가 발생하는데 걸리는 시간과 관련된 속도를 가질 수 있다. 가이거 카운팅 모드가 아닌 애벌란시 모드로 바이어스된 다이오드는 정상적인 바이어스 조건 하에서 다이오드의 속도와 적어도 같은 속도를 가질 수 있다. 애벌란시 모드로 바이어스된 다이오드는 정상적인 바이어스 조건 하에서 다이오드보다 빠른 속도를 가질 수도 있다. 어떤 상황에서는, 하전 입자가 다이오드에 도착한 이벤트 후에 회복 시간이 있을 수 있다. 가이거 카운팅 모드에서 작동하는 다이오드는 관련된 회복 시간을 가질 수 있다. 회복 시간은 연속적으로 이산 신호를 검출할 수 있는 다이오드의 능력을 제한할 수 있다. 가이거 카운팅 모드에서 작동하는 다이오드는 다음 이벤트를 정확하게 검출하기 위해 하전 입자 도착 이벤트 후에 ?칭될 필요가 있을 수 있다.
예를 들어 검출 가능한 이벤트가 연속적으로 발생하는 경우, 초기 애벌란시 및 그 관련된 효과가 여전히 진행 중이므로 제 1 이벤트 이후 후속 이벤트의 신호를 증폭하기 위해 이득 효과를 적용하는데 문제가 발생할 수 있다. 애벌란시 모드에서 작동하는 전통적인 다이오드와 달리, 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 검출기는 회복 시간과 관련된 문제를 해결할 수 있다. 예를 들어, 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, PIN 검출기는 예를 들어 애벌란시 모드 또는 가이거 카운팅 모드에 대한 역 바이어싱을 요구하지 않고, 높은 이득으로 전자-정공 쌍을 생성하도록 구성될 수 있다. PIN 검출기에서 제공되는 이득은 전자와 같은 들어오는 하전 입자의 운동 에너지와 관련이 있을 수 있다. 검출기는 PIN 구조를 갖는 감지 요소 및 회로를 포함할 수 있다. ?칭 회로를 제공할 필요성이 생략될 수 있다. 검출기는 예를 들어 약 3 내지 5 ns 이하 지속되는 펄스에 대응하는 전자-정공 쌍을 생성하도록 구성될 수 있다.
예시적인 PIN 검출기에서, 정공은 PIN 검출기의 진성 영역의 공핍 구역에서 여기될 수 있고, PIN 검출기에서 역 바이어스에 의해 생성된 필드에 의해 애노드를 향해 드리프트될 수 있다. 그 다음, 정공은 애노드에서 수집될 수 있다. 공핍 구역에서 생성된 전자는 정공과 반대 방향으로 드리프트할 수 있다. 따라서, 전자는 접지될 수 있는 캐소드에서 수집될 수 있다. 공핍 구역에서 생성된 정공 및 전자는 PIN 검출기 내에서 반대 전하와 재조합될 수 있다. 재조합율은 공핍 구역 밖에서 높을 수 있다. 공핍 구역은 역 바이어스로 인해 애노드로서 작용할 수 있는 P+ 구역의 일부를 포함할 수 있다. 입사 전자가 검출기에 들어가는 P+ 구역의 측에서 정공 또는 전자의 재조합은 에너지 손실에 기여할 수 있으며, 애노드 단자에서 검출기 전류에 기여하지 않을 것이다. 따라서, 예를 들어 에너지 손실을 줄이기 위해, 입사 전자가 검출기에 들어가는 측의 전극을 얇게 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, PIN 검출기에서, P+ 층 두께를 가능한 한 얇게 구성하는 것이 바람직할 수 있다.
PIN 검출기에 적용되는 역 바이어스는 전압 인가를 포함할 수 있다. 다이오드는 일정량 이하의 역 전압으로 작동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 특정 양은 100 볼트일 수 있다. 다이오드는 선형 구역 내에서 작동할 수 있다.
일부 실시예에서, 이차 전자 및 후방 산란 전자 모두가 검출기에 도착할 수 있다. 예를 들어, 비교 예에서, PIN 검출기에서 들어오는 전자의 약 20 내지 30 %는 일차 빔(예를 들어 BE)의 전자 에너지와 거의 동일한 에너지를 갖는 후방 산란 전자일 수 있다. 후방 산란 전자는 전자 소스에 의해 생성된 일차 빔에 포함된 동일한 전자일 수 있으며, 상당한 양의 에너지를 잃지 않고 샘플에서 다시 반사되었을 뿐이다.
또한, 후방 산란되지 않은 일부 전자는 PIN 검출기(예를 들어 실리콘 기판, Si 원자)의 격자 원자가 그 특징적인 X 선 광자를 방출하게 하여 그의 운동 에너지를 잃을 수 있다. 포논 등과 같은 다른 여기도 또한 생성될 수 있다. 따라서, 고정된 운동 에너지를 갖는 단일의 들어오는 전자에 의해 생성되는 전하의 개수는 달라질 수 있다. 즉, 전자 이득(예를 들어, 들어오는 전자 당 다이오드의 단자에서 수집된 전하의 개수)은 들어오는 전자마다 다를 수 있다. 그러나, 일반적인 PIN 검출기에서는, 전자 이득이 변하더라도, 위에서 설명한 바와 같이, 이상적인 PIN 검출기에 대한 전자 이득을 초과해서는 안 된다. 일반적으로 실제 전자 이득의 분포는 이득 0에서 뚜렷한 피크를 가지며, 이는 Si 결정에 의한 전자 산란으로 인한 검출 손실을 나타낸다.
PIN 검출기의 단자에서 수집된 전하가 전류 신호를 형성할 수 있다. 전류 신호는 전자 빔이 웨이퍼 표면에 걸쳐 스캔할 때 들어오는 전자율의 변조를 따를 수 있다.
도 5는 전자 도착 이벤트 및 그 전류 신호와의 관계를 개략적으로 도시한다. 도 5의 3 개의 그래프 각각에서, t 축은 시간을 나타낸다. 도 5의 상단 그래프에서, 단일 전자(501)는 특정 시점에서 PIN 검출기의 표면에 입사할 수 있다. 도 5의 중간 그래프에 도시된 바와 같이, 복수의 이론적 신호 펄스(502)가 전자 도착 이벤트에 응답하여 PIN 검출기에서 생성될 수 있다. Y 축은 신호 강도를 임의의 단위로 나타낼 수 있다. 신호 펄스는 시간에 따라 상승 및 하강할 수 있으며, 예를 들어 PIN 검출기 및 PIN 검출기에 연결된 회로의 특성에 따라 결정될 수 있는 펄스 폭을 가질 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 신호 펄스는 전자 도착 이벤트에 응답하여 얼마나 많은 전자-정공 쌍이 생성될 수 있는지에 따라 변할 수 있는 진폭을 가질 수 있다. 신호 펄스(502)는 예를 들어 쌍 당 3.61 eV의 속도로 전자 도착 이벤트에 응답하여 전자-정공 쌍의 생성에 대응하는 이상적인 신호 펄스를 나타낼 수 있다. 전자가 연속적으로 검출기 표면에 도착할 수 있기 때문에, 신호 펄스가 서로 중첩될 수 있다. 예시된 신호 펄스는 단지 개략적이라는 것을 이해할 것이다.
하나의 샘플링 주기(τs)에서, 검출기에 연속적으로 입사하는 다중 전자가 있을 수 있으므로, 이에 따라, 전류 신호를 판독할 때, 개별 전자의 신호 펄스가 실질적으로 중첩될 수 있다. 신호를 판독할 때의 출력 신호는 다중 전자 도착 이벤트에 응답하여 생성된 전류에 해당할 수 있다. 도 5의 하단 그래프에 나타난 바와 같이, 시간(T2)에서의 단일 출력 신호는 그 순간의 전자 도착 속도에 대응할 수 있다. 신호 출력은 예를 들어 시간(T1, T2, T3) 등과 같은 다른 시점에서 판독되며, 전자 빔이 웨이퍼 표면에 걸쳐 스캔할 때, 각 시기에 다른 속도의 전자를 수용한다. 따라서, 이미지를 재구성하는데 사용될 수 있는 시간별 신호가 생성될 수 있다.
일부 실시예에서, 원 검출기 전류 신호는 전치 증폭기에 공급될 수 있다. 전치 증폭기는 전류 버퍼 및 트랜스 임피던스 증폭기(TIA)를 포함할 수 있다. 그 후, 신호는 메인 증폭기에 의해 더 증폭될 수 있다. 완전히 증폭된 신호는, 샘플링될 수 있고 각 픽셀 주기에서 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 의해 변환될 수 있는 신호이다. 픽셀 주기는 데이터가 SEM 이미지의 한 픽셀과 관련되는 시간 기간에 해당할 수 있다. 디지털 신호(일반적으로 8 비트 신호)는 이미지 프로세서로 전송될 수 있다. 이미지 프로세서는 일차 전자 빔이 표본의 한 구역에 걸쳐 한 사이클의 래스터 스캔을 완료함에 따라 프레임 이미지(예를 들어, 픽셀 데이터의 2D 어레이)를 생성할 수 있다. 이미지 프로세서는 획득된 이미지의 SNR을 개선하기 위해 동일한 스캔된 영역에 대해 촬영된 다중 프레임 이미지를 사용할 수 있는 집계(또는 누적) 기능을 가질 수 있다. 일부 적용 분야에서는, 결함 검출 또는 임계 치수(CD) 측정을 수행하기 위해 특정 수준의 SNR이 요구될 수 있다.
이제 검출기로부터 아날로그 신호를 처리하도록 구성될 수 있는 검출 시스템 아키텍처의 표현을 보여주는 도 6을 참조하도록 한다. 검출기(144), 신호 조절 회로(410), 아날로그 신호 처리 경로(420), ADC(430) 및 디지털 인터페이스(440)를 포함하는 검출 시스템(400)이 제공될 수 있다. 신호 조절 회로(410)는 PIN 다이오드와 같은 검출기(144)의 검출 요소의 출력을 처리하도록 구성된 회로망을 포함할 수 있다. 신호 조절 회로(410)는 전류 버퍼 및 트랜스 임피던스 증폭기를 포함할 수 있다. 아날로그 신호 처리 경로(420)는 메인 증폭기를 포함할 수 있다. ADC(430)는 아날로그 신호를 8 비트 디지털 신호로 변환할 수 있다. 디지털 인터페이스(440)는 송신기(TX) 및 수신기(RX)를 포함할 수 있는 트랜시버를 통해 EBI 시스템(10)의 구성 요소, 예를 들어 편향 및 이미지 제어(DIC) 유닛과 통신할 수 있다. 디지털 인터페이스(440)는 또한 무엇보다도 이미지 처리를 수행하도록 구성된 디지털 스위치, 디지털 제어 유닛, 또는 제어기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이득 및 오프셋 제어를 제공하도록 구성된 신호 처리 경로와 같은 추가 회로망이 아키텍처에 제공될 수 있다.
4 nA의 이차 전자 빔이 검출기에 입사하는 경우와 같이 높은 전자 빔 전류에서, 검출기에 도착하는 평균 전자 개수는 특정 개수, 예를 들어 픽셀에 대해 10 ns 샘플링 주기 당 약 250 개의 전자일 수 있다는 것이 알려져 있다. 즉, 10 ns(100 MHz 샘플링 속도에 대응함)의 한 픽셀 주기에서, 평균 약 250 개의 전자가 검출기에 도착할 수 있다. 검출기는 전술한 바와 같이 검출 표면 상의 수용 전자에 응답하여 전류를 생성할 수 있다. 전류 펄스의 폭은 검출기의 속도, 신호 경로, 또는 검출기 및 신호 조절 회로의 조합과 관련될 수 있다. 검출기의 속도는 들어오는 전자의 에너지에 의해 부분적으로 결정될 수도 있다. 단일 전자 도착 이벤트에 의해 유도된 개별 전류 펄스는 밀접하게 중첩될 수 있으며, 따라서 검출기의 단자에서 비교적 매끄러운 전류 신호가 생성될 수 있다. 전류 신호의 변조는 들어오는 전자율을 따를 수 있다. 이러한 방식으로, 출력 신호가 생성되어, 검출 시스템(400)과 같은 검출 시스템에 공급될 수 있고, 이미지 재구성에 사용될 수 있다.
그러나, 전자 빔 전류가 더 낮은 값으로 감소되면, 밀접하게 중첩된 전자 펄스의 매끄러운 전류 신호가 생성될 수 있는 가능성이 적다. 예를 들어, 40 pA에서, 10 ns 샘플링 주기 당 평균 약 2.5 개의 전자가 도착할 수 있다. PIN 검출기에서 단일 전자 도착 이벤트에 의해 생성된 전류 펄스가 예를 들어 3 내지 5 ns의 펄스 폭을 가지면, 전자 펄스가 실질적으로 중첩되지 않을 수 있다. 대신, 후속 전자가 도착하기 전에 여기가 거의 후퇴하도록 후속 전자 펄스 사이에 분리가 있을 수 있다. 따라서, 샘플링 시 측정된 PIN 검출기에서 생성된 전기 신호는 전체 샘플링 주기 동안 수용된 전자 개수를 정확하게 반영하지 못할 수 있다. 전자 빔의 샷 노이즈는 검출기에서 나오는 신호 전류의 변동에 기여할 수 있다. 이차 전자 및 후방 산란 전자 생성 프로세스의 특성에 대한 통계적 차이로 인해, 일관된 신호가 생성될 수 있는 가능성이 적다. 또한, PIN 검출기의 신호 전류가 비례적으로 감소하는 것과 관련하여 고정된 전기 노이즈 플로어가 있을 수 있으며, 이는 예를 들어 200 pA 주변의 SNR에서 급격한 감소를 유발할 수 있다. 따라서, SNR은 낮은 전자 빔 전류 값에서 열화될 수 있다. SNR의 감소는 신호 펄스의 무작위 도착 시간으로 인한 검출기로부터의 신호 변동으로도 또한 표현될 수 있다. 또한, 검출 시스템의 전체 대역폭을 결정할 수 있는 검출기의 속도, 신호 경로, 또는 검출기와 신호 조절 회로의 조합도 또한 SNR에 영향을 줄 수 있다.
도 7은 전자 빔 전류가 상대적으로 낮을 때 전자 도착 이벤트와 전류 신호와의 관계를 개략적으로 도시한다. 예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이, 40 pA의 빔 전류에서, 샘플링 주기 동안 PIN 검출기에서 2 개 또는 3 개의 전자만이 수용될 수 있다. 샘플링 주기(τs)는 10 ns일 수 있다. 단일 전자 도착 이벤트에 의해 생성된 신호 펄스는 약 5 ns의 펄스 폭을 가질 수 있다. 따라서, 시간(T1) 또는 시간(T2)에서 판독된 신호는 각각의 샘플링 주기 동안 도착한 모든 전자를 고려하지 않을 수 있다. 더욱이, 측정된 신호는 노이즈 임계값(ThN)에 가까운 값일 수 있다.
전류 신호의 변동을 해결하기 위해, 변동을 완화하도록 통합 주기를 연장하도록 검출 시스템을 구성할 수 있다. 대안적으로, 검출 시스템의 대역폭이 감소될 수 있다. 예를 들어 10 ns의 하나의 이미징 픽셀 주기 내에서, 전류 신호는 특정 시점에서만 나타날 수 있다. 신호의 전체 주기는 전체 픽셀 주기보다 짧을 수 있다. 따라서, 신호를 커버하기 위해 통합 주기를 연장할 수 있다. 그러나, 통합 주기를 연장하면 다른 단점이 있을 수 있다. 예를 들어, 검출기 감지 요소 및 관련 회로로부터의 노이즈는 전체 픽셀 주기 내에 존재할 수 있다. 픽셀 주기 내의 통합은 노이즈 에너지도 캡처되게 할 수 있고, 이는 전체 SNR 감소를 초래할 수 있다. 전자 도착 이벤트 신호 사이의 서브 기간 동안 존재하는 노이즈는 전자 도착 이벤트 신호 펄스 동안 존재하는 노이즈와 함께 픽셀 주기에 포함될 수 있다. 입자를 카운트하는 방법은 예를 들어, 전자 도착 이벤트가 발생하고 있다고 결정되는 경우에만 예를 들어 신호를 측정함으로써 이를 해결할 수 있다.
임계 치수 SEM(CD-SEM)과 같이 낮은 전자 빔 전류에서 정확도를 요구하는 적용 분야에서는, 에버하트-톤리 검출기(ETD)와 같은 다른 유형의 검출기가 유용할 수 있다. ETD는 신틸레이터와 광전자 증배관(PMT)을 결합할 수 있으며, 실질적인 중첩 없이 발생하는 개별 전자 도착 이벤트를 검출하는데 효과적일 수 있다. ETD는 약 8 내지 100 pA의 프로브 전류 범위에서 양호한 SNR을 가질 수 있다. 그러나, 신틸레이터의 광 수율은 축적된 전자 선량에 따라 시간이 지남에 따라 저하될 수 있으므로, 수명이 제한된다. 따라서, ETD는 더 높은 프로브 전류를 사용하거나 또는 지속적으로 작동하는 기기, 특히 반도체 제조 시설(예를 들어 팹(fab))에서와 같이 높은 처리량으로 지속적으로 작동하는 검사 도구에서 함께 사용되면 수명이 짧을 수 있다. 또한, 신틸레이터와 결합된 ETD는 에너지 변환 단계 및 검출 신호 경로와 관련된 신호 손실로 인해 열악한 성능을 나타낼 수 있다.
ETD와 달리, PIN 검출기는 방사선 손상에 대해 탁월한 견고성을 나타낼 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, PIN 검출기와 같은 반도체 검출기는 고성능 신호 경로로 더 높은 SNR을 달성할 수 있다.
비교 실시예에서, PIN 검출기는 낮은 전자 빔 전류에서 감소된 SNR을 가질 수 있다. 예를 들어 100 pA 미만의 프로브 전류에서 SNR 감소의 주요 원인은 ADC에 들어가기 전에 증폭기의 프런트 엔드에서 발생하는 전기적 노이즈일 수 있다. 예를 들어, 다양한 전기 구성 요소에 의해 생성되는 큰 커패시턴스, 열 노이즈 또는 암전류가 있을 수 있다. 또한, 배경 노이즈의 일부 소스는 검출기의 검출 표면적에 비례할 수 있다. 또한, 캐패시턴스 기반 노이즈는 주파수의 큐브에 따라 증가할 수 있으며, 따라서 SNR 감소로 인해 고 대역폭 검출기 설계에 많은 제한이 있을 수 있다. 이러한 제한은 예를 들어 PIN 다이오드와 같은 감지 요소를 포함하는 검출기와 함께 하전 입자 카운팅을 사용하는 검출 시스템을 제공함으로써 해결될 수 있다.
본 개시 내용의 일부 실시예는 감지 요소의 영역이 샘플 주기 당 전자와 같은 미리 결정된 개수 이하의 하전 입자를 수용하도록 구성되는 크기를 갖는 감지 요소를 포함하는 검출기를 제공할 수 있다. 감지 요소의 영역은 검출기에 입사하는 하전 입자의 기하학적 확산에 기초할 수 있다. 감지 요소의 영역은 하전 입자의 가장 높은 밀도가 입사하는 검출기의 구역을 고려하여 결정될 수 있다.
본 개시 내용의 일부 실시예는 이차 전자의 확산보다 작은 크기를 갖는 감지 요소를 포함하는 검출기를 제공할 수 있다. 이제 검출기 표면에서 이차 전자 랜딩 포인트 분포에 대해 크기가 지정된 감지 요소의 예를 나타내는 도 8을 참조하도록 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이차 전자의 자연적인 기하학적 확산은 예를 들어 전자의 초기 운동 에너지 및 방출 각도에 기초하여 결정될 수 있다. 일차 전자 빔은 샘플 표면의 상대적으로 작은 스폿 크기에 포커싱될 수 있지만, 샘플에서 방출되는 이차 전자는 샘플 스폿보다 더 큰 검출기에서의 빔 스폿을 생성할 수 있다. 검출기의 빔 스폿 크기는 샘플 표면에서 방출되는 전자의 에너지 및 각도에 따라 달라질 수 있다. 검출기의 빔 스폿 크기는 샘플 스폿보다 몇 배 더 클 수 있다. 이차 전자 빔을 검출기에 투사하는 이차 광학 시스템이 제공될 수 있다. 예를 들어 배율 파라미터를 포함하는 이차 광학 시스템의 설계 또는 작동 조건은 검출기의 빔 스폿의 크기에 영향을 줄 수 있다. 주어진 이미징 조건 세트에 대해, 검출기에 입사하는 이차 전자의 기하학적 확산이 결정될 수 있다. 예를 들어, 치수(X1 및 Y1)는 검출기 표면에서 예상되는 이차 전자의 기하학적 확산의 경계를 나타낼 수 있다. 치수(X1 및 Y1)는 미리 결정된 비율의 전자가 특정 영역에 랜딩할 것이라는 통계적 신뢰를 기초로 할 수 있다. 예를 들어, X1 및 Y1은 99.5 % 신뢰 구간을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 95 % 신뢰 구간이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 90 % 신뢰 구간이 사용될 수 있다.
감지 요소(701)는 이차 전자의 기하학적 확산보다 더 작은 크기를 가질 수 있다. 감지 요소(701)는 길이(Dx 및 Dy)의 변을 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있다. Dx는 X1보다 작게 설정되고, Dy는 Y1보다 작게 설정될 수 있다. 감지 요소(701)는 감지 요소(701)의 영역에서 검출기 표면에 입사하는 총 전자 양보다 적은 개수의 전자가 수용되도록 크기가 설정될 수 있다.
일부 실시예에서, 검출기 표면의 빔 스폿은 샘플 표면의 빔 스폿보다 클 수 있다. 따라서, 검출기의 검출 표면의 전체 크기는 넓은 빔 스폿을 수용할 수 있을 만큼 충분히 크게 구성될 수 있다. 검출기 표면의 빔 스폿은 직경이 수 밀리미터 정도일 수 있다. 그러나, 검출기의 크기를 늘리면 노이즈 효과에 기여할 수 있다. 예를 들어, 검출기의 커패시턴스는 검출기 표면의 면적에 비례할 수 있다. 검출기(예를 들어 증폭기)에 결합된 구성 요소로 인한 것과 같은 일부 노이즈 소스는 커패시턴스와 관련될 수 있다.
일부 실시예에서, 검출기는 매우 낮은 입력 임피던스를 갖는 신호 조절 회로가 뒤따를 수 있다. 전자 도착 이벤트에 따라 생성된 전하의 대부분은 낮은 손실로 추출될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 커패시턴스와 관련될 수 있는 일부 손실이 도입될 수 있다. 예를 들어, 검출기는 다이오드와 유사한 거동을 나타낼 수 있으며, 특정 전압을 생성하기 위한 해당 커패시턴스를 가질 수 있다. 검출기로부터의 전압은 증폭기와 같은 검출 시스템의 다른 구성 요소로 공급될 수 있다. 검출기는 구성 요소에 의해 보여지는 배경 노이즈 레벨보다 큰 전압을 생성해야 할 수 있다. 예를 들어, 구성 요소는 열 노이즈로 인해 일정량의 배경 노이즈 레벨을 가질 수 있다. 구성 요소에 의해 보여지는 열 노이즈를 극복하고 이에 따라 의미있는 신호를 구성 요소에 입력하기 위해서는, 일정량 이상의 전압을 입력해야 한다. 따라서, 감지 요소의 커패시턴스가 감지 요소의 영역과 함께 증가하면, 일정량 이상의 전압을 얻기 위해 필요한 전류도 증가한다. 따라서, 검출기는 적절한 전압을 전달하기 위해 커패시턴스가 증가함에 따라 더 많은 전류를 생성해야 할 수 있다.
일부 실시예에서, 감지 요소의 영역은 전체 검출기 표면에 입사하는 이차 전자의 기하학적 확산보다 더 작게 감지 요소를 구성함으로써 감소될 수 있다. 검출기 감지 요소의 신호 및 커패시턴스는 감지 요소가 빔 스폿에 의해 완전히 커버되는 경우 감지 요소의 영역에 비례할 수 있다. 어떤 경우에는, 감지 요소가 빔 스폿에 의해 부분적으로만 커버될 수 있다. 커패시턴스로 인한 SNR 감소는 감지 요소가 빔 스폿으로 완전히 커버되지 않을 때 감지 요소 영역을 감소시킴으로써 완화될 수 있다.
또한, 암전류는 영역과 관련이 있을 수도 있다. 감지 요소의 영역이 클수록, 암전류 노이즈가 커진다. 예를 들어, 영역이 큰 감지 요소의 경우, 반도체 다이오드 요소의 결정 구조에 더 많은 결함이 존재할 가능성이 높아, 이에 따라 암 카운트가 발생할 가능성이 더 커진다. 이차 전자와 같은 하전 입자의 도착에 반응하여 많은 전자-정공 쌍을 생성하도록 구성되고 상대적으로 작은 영역을 갖는 감지 요소는, 암전류에 의해 생성된 상대적으로 작은 노이즈 신호는 하전 입자 도착 이벤트에 응답하여 생성된 신호에 의해 왜소화될 수 있기 때문에 암전류 이벤트의 영향을 감소시키는데 유리할 수 있다. 일부 실시예에서, 신호 강도의 감소보다 더 큰 비율로 노이즈 효과가 감소되도록 감지 요소가 빔 스폿으로 완전히 커버되지 않는 경우 감지 요소의 크기를 감소시킴으로써 SNR을 개선할 수 있다.
감소된 영역 감지 요소의 감도가 향상될 수 있다. 예를 들어, 단일 전자 도착 이벤트를 검출하도록 구성된 감지 요소는 다음과 같은 이점을 가질 수 있다. 서로 다른 영역을 갖는 2 개의 감지 요소가 각각 샘플 주기 당 1 개 이하의 전자를 수용하도록 구성된 경우를 고려할 때, 영역이 작은 감지 요소는 커패시턴스가 낮고 암전류 노이즈의 영향이 적을 수 있다. 따라서, 검출 시스템의 다른 구성 요소에 공급하기 위한 신호를 생성하고 예를 들어 구성 요소의 열 노이즈를 극복하는데 필요한 전류의 양은 더 적을 수 있다. 더욱이, 일부 경우에, 검출기 표면 상의 이차 전자 빔의 빔 스폿은 감지 요소를 부분적으로만 커버할 수 있다. 검출기 영역 중 일부는 입사 전자를 능동적으로 수용하지 못할 수 있다. 그러나, 검출 표면 아래의 감지 요소의 모든 재료는 충격 이온화에 의해 입사된 전자를 수용함에 따라 전류 신호를 생성하는데 기여할 수 있다. 전자 도착 이벤트에 대응하여 생성되는 전자-정공 쌍의 개수는 감지 요소가 빔 스폿으로 완전히 커버되어 있는지 여부에 관계없이 유사할 수 있다. 2 개의 서로 다른 크기의 감지 요소를 고려할 때, 더 작은 영역의 감지 요소는 개별 전자 도착 이벤트에 응답하여 특정 전압을 생성하는데 더 적은 전자가 필요할 수 있기 때문에 노이즈를 극복하는 신호를 생성할 가능성이 더 높을 수 있다.
일부 실시예에서, 검출기의 전체 표면의 면적에 대한 개별 감지 요소의 면적의 비율일 수 있는 면적비가 변경될 수 있다. 면적비는 SNR에 상응하는 관계를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 감지 요소의 크기를 검출기의 면적의 1/1,000으로 감소시키는 것은 SNR의 1,000 배 증가에 대응할 수 있다.
일부 실시예에서, 검출기는 감지 요소 어레이를 포함할 수 있다. 어레이는 예를 들어 각각 Dx 및 Dy 또는 그 이하의 치수를 갖는 복수의 감지 요소를 포함할 수 있다. 감지 요소는 평면, 이차원 어레이로 배열될 수 있으며, 어레이의 평면은 들어오는 하전 입자의 입사 방향에 실질적으로 수직이다. 일부 실시예에서, 검출기는 입사 방향에 대해 경사지도록 배열될 수 있다.
도 9a는 감지 요소 어레이를 포함하는 검출기(800)의 예를 도시한다. 검출기(800)의 감지 요소(801)는 검출기(800)의 표면에 입사하는 전자의 총량보다 적은 개수의 전자가 감지 요소(801)에 수용되도록 크기가 정해질 수 있다. 어레이에서 감지 요소의 크기는 균일할 수 있다. 검출기의 전체 크기는 모든 또는 실질적으로 모든 전자가 검출기에 의해 캡처될 수 있도록 이차 전자의 기하학적 확산에 기초할 수 있다. 따라서, 검출기(800)는 미리 결정된 FOV에 대응하는 전체 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 검출기(800)는 직경 4 내지 10 mm의 원형 플레이트를 포함할 수 있다.
검출기(800)의 검출 영역은 더 작은 영역의 PIN 다이오드 요소의 어레이로 분할될 수 있다. 각각의 PIN 다이오드 요소는 개별 검출 셀에 대응할 수 있다. PIN 다이오드는 다양한 형태의 개별 검출 셀로 픽셀화될 수 있다. 예를 들어, 반도체 검출 셀은 내부 구조로 인해 생성되는 내부 필드에 의해 분할될 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 인접한 감지 요소 사이에 물리적 분리가 있을 수 있다. 즉, 일부 실시예에서, 검출기 어레이에는 서로 물리적으로 이격된 감지 요소가 제공될 수 있다. 인접한 감지 요소 사이에 일부 격리 영역이 제공될 수 있다.
다른 실시예에서, 별도의 검출 셀이 내부 필드에 의해 형성되는 경우, 상이한 전도도를 갖는 복수의 도핑된 반도체 구조(예를 들어 P+ 유형 및 N+ 유형 반도체 구역)가 검출기의 바닥에 형성될 수 있다. 한편, 검출기의 상단에는 단일 도핑된 반도체 층으로 형성된 검출 표면 및 캐소드가 제공될 수 있다. 상이한 전도도의 복수의 반도체 구조에 걸쳐있는 진성 반도체 구역은 실질적으로 연속적일 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 인접한 감지 요소 사이의 데드 영역이 감소될 수 있다. 이러한 검출기는 내부 전기장을 형성할 수 있는 구조를 가질 수 있으며, 이는 각 검출 서브 영역에 입사된 전자로 인해 생성된 캐리어를 해당 검출 셀로 안내하도록 구성될 수 있다.
쉽게 픽셀화되지 않을 수 있는 ETD와 달리, 다양한 형태를 사용하여 세그먼트화된 감지 요소 어레이로 PIN 다이오드를 구성할 수 있다. 또한, PIN 다이오드는 ETD에 비해 작은 커패시턴스 및 낮은 배경 노이즈를 포함하는 다른 장점을 가질 수 있다.
도 9b는 감지 요소 어레이를 포함하는 검출기(850)의 다른 예를 도시한다. 검출기(850)는 플레이트(851)를 포함할 수 있고, 여기서 복수의 감지 요소(861)가 그 위에 형성된다. 플레이트(851)는 일차 전자 빔이 플레이트(851)를 통과할 수 있게 하는 개방부(895)를 포함할 수 있다.
검출기의 개별 감지 요소가 검출기에 입사하는 이차 전자의 기하학적 확산보다 작게 만들어지면, 전자 카운팅이 더 관리하기 쉬워질 수 있다. 예를 들어, 각각의 감지 요소는 감지 요소로부터의 출력 신호를 측정하도록 구성된 회로망을 포함하는 자체 카운팅 유닛을 가질 수 있다. 감지 요소를 작게 만들면, 각 감지 요소 상의 전자율이 작아지므로, 이에 따라 각 감지 요소에서 전자 카운팅이 가능하게 될 수 있다. 전자 카운팅은 다음의 예시적인 검증 연구를 참조하여 논의될 것이다.
도 4b를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 검출기에 입사하는 전자는 영역에 걸쳐 확산될 수 있다. 하나의 단일 감지 요소가 전체 검출기 표면에 대한 출력 전류를 측정하는데 사용되는 경우, 짧은 시간 프레임에 입사되는 많은 개수의 전자에 의해 압도될 수 있다. 예를 들어, 1 nA 빔 전류의 전자 빔의 경우, 특정 개수, 예를 들어 1 초에 검출기에 64 억 개의 이차 전자가 입사할 수 있다. 이는 100 MHz 픽셀 속도로 실행되는 검출 시스템의 10 ns 샘플링 주기 당 64 개의 전자에 해당한다. 단일 감지 요소가 있는 검출기는 이러한 높은 비율의 전자를 처리하는 것이 어려울 수 있으므로, 따라서, 합리적인 회로 복잡성, 미스카운트 비율 및 전력 소비를 유지하면서, 개별 선택을 카운트하는 것이 실용적이지 않을 수 있다. 그러나, 검출기가 세분화될 때, 개별 감지 요소는 샘플링 주기에 입사되는 전자의 개수가 전자 카운팅을 진행할 수 있을 만큼 충분히 낮도록 크기를 갖도록 만들어질 수 있다. 더욱이, 복수의 감지 요소로 분할된 검출기는 노이즈 감소, 커패시턴스, 및 SNR 증가와 관련하여 위에서 논의된 것과 같은 많은 이점을 가질 수 있다.
도 4b에 표시된 전자의 분포는 10,000 개의 전자의 시뮬레이션된 랜딩 위치를 나타낼 수 있다. 개방부(145)가 검출기(144)의 중심에 형성될 수 있다고 가정하면, 검출기에 랜딩하는 전자의 밀도가 가장 높은 분포는 개방부(145)를 바로 둘러싸는 환형 고리 형상의 구역에 있을 수 있다. 예를 들어, 도 10은 개방부(145) 주위의 고리(720)를 도시한다. 예를 들어, 내경 0.5 mm 및 외경 1.0 mm의 고리(720)에서 총 10,000 개의 시뮬레이션된 전자 중 제 1 개수가 이 구역에 랜딩할 수 있다고 시뮬레이션될 수 있다. 제 1 개수는 1,669일 수 있다. 고리(720)의 총 면적은 0.589 mm2로 결정될 수 있다. 따라서, 고리(720) 구역에서 검출기에 입사되는 평균 전자 개수는 단위 면적 당 2,834개일 수 있다. 더욱이, 고리(720)에 수용된 전자의 비율은 전체의 16.69 %일 수 있다.
일부 실시예에서, 개별 감지 요소는 50 μm x 50 μm 정사각형 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 10은 고리(720)의 구역 내부에 정사각형 형상을 갖는 감지 요소(731)를 도시한다. 이러한 감지 요소의 면적은 0.0025 mm2이다. 고리(720)의 단위 면적당 전자의 개수에 이 면적을 곱하면: 정사각형 모양의 감지 요소 당 7.084 개의 전자가 생성된다.
시뮬레이션된 10,000 개의 전자가 일반적인 1 nA 빔(예를 들어 초당 64 억 개)의 전자 개수보다 작지만, 이러한 결과는 이러한 수준의 빔 전류로 확장될 수 있다. 즉, 1 nA 전자 빔으로부터의 이차 전자의 분포는 위에서 논의된 것과 실질적으로 유사할 수 있지만, 절대 수는 더 높다. 따라서, 1 nA 빔의 경우, 도 10의 검출기(144)에 입사하는 초당 총 64 억 개의 전자 중 16.69 %가 위에서 논의된 바와 같이 고리(720)에 랜딩할 수 있다. 따라서, 초당 약 18 억 개의 전자가 고리(720) 구역에 랜딩할 수 있다.
감지 요소가 예를 들어 감지 요소(731)와 같이 위에서 논의된 크기인 경우, 약 450 만 개의 전자가 감지 요소의 50 μm x 50 μm 정사각형 영역에 1 초 안에 랜딩할 수 있다. 이것은 단일 전자 감지 요소를 사용하는 검출기보다 3 자릿수 더 적으며, 이는 하나의 전자 감지 요소에 도착하는 초당 64 억 개의 전자를 모두 가질 수 있다. 검출기를 세그먼트화된 어레이로 분할하면, 각 감지 요소의 전자 도착 속도를 크게 감소시킬 수 있다. 이것은 전자 카운팅을 가능하게 하는데 기여할 수 있다. 예를 들어, 후속 전자 도착 이벤트의 평균 분리 시간(나중에 자세히 설명됨)은 450 만 개의 전자가 1 초에 하나의 감지 요소에 입사할 때 약 200 ns일 수 있다. 이에 비해, 100 MHz 검출기의 샘플링 주기는 10 ns이다. 평균 분리 시간이 200 ns이면, 하나의 10 ns 샘플링 주기에 2 개의 전자가 도착할 가능성이 낮다. 따라서, 검출기는 샘플링 주기 동안 감지 요소에 미리 결정된 개수 이하의 전자가 수용되도록 구성된 영역을 가질 수 있다. 미리 결정된 개수는 하나일 수 있다.
더욱이, 위의 예가 중앙에 개방부(145)를 갖는 검출기(144)를 참조하여 논의되었지만, 검출기의 다른 구조가 유사하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 축외 검출기의 경우, 중앙 구역의 모든 전자가 검출기 표면에 입사할 수 있다. 이 경우, 검출기 플레이트의 중앙에 제공된 구멍이 없을 수 있다. 따라서, 전자 도착 속도의 가장 높은 밀도의 구역이 중심이 될 수 있다. 그러나, 중심에서도, 전자 도착 속도는 중심 주위의 고리보다 상당히 더 크지 않을 수 있다. 예를 들어, 10,000 개의 전자 시뮬레이션에서, 검출기의 중심에 배치된 50 μm x 50 μm 제곱 면적의 감지 요소는 제 2 개수의 전자를 수용할 수 있다. 제 2 개수는 약 8.9 개의 전자일 수 있다. 따라서, 1 nA 빔의 경우까지 확장하면, 약 570 만 개의 전자가 1 초에 감지 요소의 50 μm x 50 μm 제곱 면적에 랜딩될 수 있다. 이러한 전자 도착 이벤트의 속도에서도, 평균 분리 시간은 약 175 ns일 수 있으며, 이는 여전히 10 ns의 샘플링 주기보다 훨씬 더 높다.
도 11a는 전자 도착 이벤트 및 검출기 요소의 출력에 대한 관계의 개략도를 보여준다. 검출기에는 검출기 요소 어레이가 제공될 수 있다. 검출기 요소 어레이는 감지 요소 어레이를 포함할 수 있으며, 각각의 감지 요소는 각각의 검출기 요소에 대응하는 샘플링 주기(τs) 동안 감지 요소에서 하나 이하의 전자가 수용되도록 구성된 크기를 갖는다. 위의 예에서와 같이, 2 개의 인접한 전자 도착 이벤트 사이의 분리 시간은 예를 들어 200 ns일 수 있다. 검출기는 예를 들어 50 ns의 샘플링 주기에 해당하는 20 MHz의 샘플링 속도를 가질 수 있다. 따라서, 도 11a의 하단 그래프에 나타난 바와 같이, 전자 도착 이벤트 사이의 분리 시간이 샘플링 주기보다 길기 때문에, 샘플링 주기 당 하나 이하의 전자가 수용된다.
도 11a에서, 그래프(A)는 타임 라인을 나타낼 수 있다. 시점(T1)에, 제 1 전자가 검출기에 도착하고 시점(T2)에 제 2 전자가 검출기에 도착하는 것을 나타낼 수 있다. 그래프(B)는 검출기의 감지 요소와 관련된 회로의 이벤트 신호를 나타낼 수 있다. 이벤트 신호의 펄스 높이는 입사 전자의 에너지에 해당할 수 있다. 이벤트 신호의 펄스 높이는 그래프(B)에서 점선으로 표시된 것과 같이 임계값과 비교될 수 있다. 펄스 높이가 임계값을 초과하면, 그래프(C)에 도시된 바와 같이, 감지 펄스가 등록될 수 있다. 그래프(D)에 도시된 바와 같이, 다음 샘플링 주기에서 카운트가 출력될 수 있다.
도 11b는 그래프(A)의 타임 라인에 따른 전자 도착 이벤트의 개략적 표현의 또 다른 예를 보여준다. 도 11b의 그래프(B)에 도시된 바와 같이, 서로 다른 전자 도착 이벤트에 대응하는 이벤트 신호의 펄스 높이는 다를 수 있다. 검출 펄스는 제 1 임계값 또는 제 2 임계값에 기초하여 등록될 수 있다. 예를 들어, 도 11b의 그래프(D)에 도시된 바와 같이, 이벤트 신호의 펄스 높이가 제 1 임계값을 초과하면 검출 펄스가 등록될 수 있다. 도 11b의 그래프(C)에 도시된 바와 같이, 이벤트 신호의 펄스 높이가 제 2 임계값을 초과할 때 검출 펄스가 등록될 수 있다. 카운트는 도 11b의 그래프(E) 또는 (F)에서와 같이, 등록된 검출 펄스에 기초하여 출력될 수 있다.
검출기에 전자가 도착하는 것은 확률적 프로세스일 수 있다. 따라서, 일부 결정론적 특성이 전자 도착 이벤트를 설명하기 위해 결정될 수 있지만, 검출기에 대한 전자 도착 이벤트는 본질적으로 일부 임의성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인접한 전자 도착 이벤트 사이의 평균 분리 시간이 특정 값으로 결정될 수 있지만, 일부 전자 도착 이벤트는 평균 분리 시간보다 더 작거나 또는 더 큰 분리 시간을 가질 수 있다. 따라서, 감지 요소는 적어도 신뢰 수준으로 샘플링 주기 당 미리 결정된 개수 이하의 전자를 수용하도록 구성된 영역을 가질 수 있다. 신뢰 수준은 통계 파라미터를 기초로 할 수 있다. 예를 들어, 신뢰 수준은 샘플링 주기 당 감지 요소에서 미리 결정된 개수 이하의 하전 입자가 수용될 수 있는 통계적 확률에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 신뢰 수준은 예를 들어 90 %일 수 있다. 감지 요소는 적어도 90 %의 신뢰 수준으로 샘플링 주기 당 미리 결정된 개수 이하의 전자(예를 들어, 1 또는 2)를 수용하도록 구성된 영역을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 90 %의 전자 도착 이벤트가 발생하여, 샘플링 주기 당 감지 요소의 영역에서 미리 결정된 개수 이하의 전자가 수용될 수 있다.
전자 도착 이벤트의 분포를 설명하는 통계 파라미터에는 전자 도착 이벤트 간의 평균 또는 중앙 분리 시간, 전자 도착 이벤트 간의 분리 시간의 표준 편차, 분산, 확률 밀도, 누적 분포 함수, 왜곡도, 엔트로피 등이 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 도착 이벤트는 포아송 분포(Poisson distribution)에 의해 모델링될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 도착 이벤트를 모델링하기 위해 다른 유형의 분포가 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 평균 분리 시간은 Id,l에서 검출기 요소(l)로 들어오는 평균 전류와 관련될 수 있으며, 여기서 Id,l은 검출기 요소(l)에 입사하는 평균 들어오는 전자 전류이다. 여기서 검출기에 입사하는 총 전류와 그 공간적 분포는 SEM 이미지 프레임에 걸쳐 일정하다고 가정하지만, 검출기에 입사하는 총 전류는 SEM 이미지 프레임의 픽셀 위치에 따라 변조될 수 있다는 것을 알 수 있다. 샘플링 주기(τs)가 주어질 때, 검출기 요소(l)로 들어오는 평균 전자 개수(h)는 아래에서 설명될 수 있고, 여기서 e는 전자 단위 전하이다:
각 전자 도착이 무작위 이벤트이고 다른 전자와 상관 관계가 없다고 가정하면, 포아송 분포가 적용될 수 있다. 포아송 분포에 따르면, 샘플링 주기 동안 전자가 도착하지 않을 확률은 다음과 같이 주어질 수 있다:
샘플링 주기 동안 하나의 전자가 도착할 확률은 다음과 같이 주어질 수 있고, 여기서 λ는 샘플링 주기의 평균 이벤트 개수이다:
샘플링 주기 동안 2 개의 전자가 도착할 확률은 다음과 같이 주어질 수 있다:
샘플링 주기 동안 3 개의 전자가 도착할 확률은 다음과 같이 주어질 수 있다:
샘플링 주기 동안 k 개의 전자가 도착할 확률은 다음과 같이 주어질 수 있다:
전자 도착 이벤트의 가능한 모든 독립적인 경우에 대한 확률을 합하면, 다음과 같이 1이 생성된다:
결과 kP(k)의 합계는 다음과 같이 h이어야 한다:
전기 회로에서 구현된 카운터는 카운터가 그 카운트 버퍼에서 발생하는 전자 도착 이벤트의 개수를 나타내는 그 최대 카운트를 가질 수 있다. 카운트 버퍼가 1 비트로만 구성되는 경우, 이벤트의 최대 카운트는 1이다. 동일한 샘플 주기 내에서 제 1 이벤트 이후에 추가 이벤트(또는 이벤트들)가 발생하면, 카운트 버퍼 값은 1로 유지되고 추가 이벤트들은 미스카운트될 수 있다. 카운트 버퍼가 2 비트로 구성되는 경우, 최대 이벤트 카운트는 그 구현에 따라 2 또는 3일 수 있다. 도 12는 카운터의 구성 및 샘플 주기에서의 이벤트 개수에 따라, 카운트될 이벤트 개수와 놓친 이벤트 개수 간의 관계를 요약한 것이다.
이를 기초로 하여, 샘플링 주기에 미리 결정된 개수 이하의 전자(예를 들어, 1 개 또는 2 개)가 도착하는 신뢰 수준은 다음과 같이 표현될 수 있다:
및
"샘플링 주기에 미리 결정된 개수 이하의 전자(예를 들어 1 또는 2)가 도착하는 신뢰 수준"은 여기서 샘플 주기에서 감지 요소에 입사하는 전체 전자의 평균 개수에 대한 카운트된 평균 전자 개수의 비, 예를 들어 캡처 비율로 표현된다. 여기에 설명된 예는 특정 카운터 기능성, 제한, 또는 샘플 주기에서 카운트될 수 있는 최대 이벤트 개수(예를 들어 1 또는 2)에서 다를 수 있다.
도 13a는 특정 카운트 버퍼에서 전자 카운트의 신뢰 수준을 나타낼 수 있는 그래프를 예시한다. 도 13a의 x 축은 샘플링 주기 당 감지 요소에 도착하는 평균 전자 개수를 나타낼 수 있다. 도 13a의 y 축은 검출된 전자 카운트의 신뢰 수준을 나타낼 수 있다. 도 13a의 실선은 최대 카운트가 1인 신뢰 수준을 나타낼 수 있다. 도 13a의 점선은 최대 카운트가 2인 신뢰 수준을 나타낼 수 있다.
카운트 버퍼 제한, Lh(n)로 인한 이벤트 카운팅 손실률 - 여기서 n은 카운트 버퍼의 최대 카운트임 - 은 다음과 같이 표현될 수 있다:
및
도 13b는 특정 카운트 버퍼에서 최대 카운트로 인한 검출 손실률을 나타낼 수 있는 그래프를 예시한다. 도 13b의 x 축은 샘플링 주기 당 감지 요소에 도착하는 평균 전자 개수를 나타낼 수 있다. 도 13b의 y 축은 검출 손실률을 나타낼 수 있다. 도 13a와 유사하게, 도 13b의 실선은 최대 카운트가 1인 신뢰 수준을 나타낼 수 있다. 도 13b의 점선은 최대 카운트가 2인 신뢰 수준을 나타낼 수 있다.
이제 본 개시의 실시예에 따른, 전자 도착 이벤트 및 출력 신호에 대한 관계를 개략적으로 나타내는 도 14a를 참조하도록 한다. 도 14a의 3 개의 그래프 각각에서, t 축은 시간을 나타낸다. 도 14a의 상단 그래프에서, 단일 전자는 특정 시점에서 검출기 표면에 입사할 수 있다. 예를 들어, 전자는 시간(T1), 시간(T2), 시간(T3) 및 시간(T4)에 각각 도착할 수 있다. 시간(T1), 시간(T2), 시간(T3) 및 시간(T4)에서 전자 도착 이벤트가 검출기의 하나의 검출기 요소에서 발생할 수 있다. 검출기 요소는 감지 요소를 포함할 수 있다. 전자 도착 이벤트에는 통계적인 변화가 있을 수 있으며, 따라서, 전자가 불균일한 분리 시간으로 감지 요소의 표면에 도착할 수 있다. 도 14a의 중간 그래프에 도시된 바와 같이, 신호 펄스(1011)는 전자 도착 이벤트에 응답하여 검출기 요소에서 생성될 수 있다. 위에서 논의한 바와 같이, PIN 다이오드는 검출기 요소에 사용될 수 있으며, 신호 펄스는 파형과 유사할 수 있다. 파형의 진폭은 전자 도착 이벤트에 응답하여 생성되는 전자-정공 쌍의 개수와 관련될 수 있다. 도 14a의 중간 및 하부 그래프의 Y 축은 임의의 단위로 신호 강도를 나타낼 수 있다.
후속 전자 도착 이벤트 사이의 시간은 Ti-Ti-1에 의해 주어질 수 있으며, 여기서 i는 개별 전자의 도착 순서를 나타내는 인덱스이다. 일부 상황에서, 후속 전자 도착 이벤트 사이의 시간은 신호가 서로 간섭하지 않을 만큼 충분히 클 수 있다. 예를 들어, (Ti-Ti-1)1로 주어진 T1과 T2에서 전자 도착 이벤트 사이의 시간은 다음 전자 도착 이벤트가 발생하기 전에 감지 요소에서 생성된 전기 신호가 상승 및 하강할 만큼 충분히 길 수 있다. 일부 상황에서는, 후속 전자 도착 이벤트 사이의 시간이 짧아서, 신호가 병합될 수 있다. 예를 들어, (Ti-Ti-1)2로 주어진 T3와 T4에서 전자 도착 이벤트 사이의 시간이 짧아서, 검출기에서 생성된 전기 신호가 서로 중첩될 수 있다. 병합된 신호는 도 14a의 중간 그래프에서 빗금친 영역으로 예시될 수 있다.
도 14a의 하단 그래프는 카운트 버퍼링 동작과 관련된 프로세스를 보여줄 수 있다. 전자 도착 이벤트에 해당하는 카운트는 들어오는 아날로그 신호의 상승 에지가 임계값(The)과 교차될 때 기록될 수 있다. 기능 블록은 입력의 해당 채널이 임계값(The) 아래의 값으로부터 임계값(The) 위의 값으로 전환될 때 출력 채널(예를 들어 1의 값)에서 임펄스(예를 들어 검출 펄스)를 생성할 수 있다. 블록은 입력의 해당 채널이 임계값(The) 아래로부터 임계값(The) 위로 전환되지 않을 때 값을 0으로 유지할 수 있다. 도 14a의 하단 그래프에 예시된 바와 같이, 검출 펄스는 주어진 기간 동안 카운트될 수 있고, 그 다음 카운트는 다음 샘플링 주기 동안 카운트 버퍼에 놓일 수 있다. 검출기의 샘플링 주기는 τs로 주어질 수 있다. 일부 실시예에서, 검출기는 2.5 ns의 샘플링 주기에 해당하는 400 MHz의 샘플링 속도를 사용할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, PIN 다이오드를 사용하는 검출기에서, 전자 도착 이벤트, 예를 들어 이벤트 펄스에 응답하여 생성되는 신호의 펄스 폭은 약 3 내지 5 ns일 수 있다. 이러한 실시예에서, 2 개의 검출 펄스는 샘플링 주기(τs)보다 더 클 수 있는 이벤트 신호 펄스 폭과 동일한 시간 기간 내에 생성되지 않을 수 있다. 임의의 샘플링 주기에 대한 이벤트 카운트는 0 또는 1일 수 있다. 따라서 샘플링 주기 내에 감지 요소에 도착하는 전자가 2 개 이상 있어도, 1 비트로 카운트 버퍼를 구성하는 것이 효과적일 수 있다.
Ti-Ti-1이 충분히 길면, 단일 전자 도착 이벤트에 따라 이벤트 신호 파형이 상승 및 하강할 수 있다. 판별기 블록은 전자 도착 이벤트가 발생할 때 이벤트 신호 펄스의 선행 에지를 검출하도록 구성될 수 있다. 판별기 블록은 기준 레벨을 포함할 수 있는 기준 값에 기초하여 결정을 내리도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 들어오는 이벤트 신호를 기준 레벨과 비교하고 들어오는 신호가 기준 레벨을 통과할 때 검출 신호가 1로 전환되게 하는 회로망이 제공될 수 있다. 검출 신호는 짧은 시간 기간 후에 0으로 복귀되거나 또는 값을 유지하고, 샘플링 주기가 끝나면 0으로 복귀될 수 있다. 회로망은 예를 들어 논리 연산자를 포함할 수 있다. 도 14a의 예에서, 이차 전자의 예상 에너지 레벨에 대응하는 임계값(The)가 설정될 수 있다. 예를 들어, 약 9 keV의 운동 에너지를 가진 하나의 전자가 PIN 다이오드의 검출 셀에 침투하면, 이 이벤트는 공핍 존에서 약 2,000 개의 전자-정공 쌍을 여기시킬 수 있다. 이들 쌍의 전자는 다이오드의 캐소드에서 수집될 수 있다. 캐소드에서 수집된 전자는 프런트 엔드 전자 장치를 포함하는 회로에 공급되는 작은 전류 펄스 신호를 형성할 수 있으며, 여기서 전류 펄스 신호는 전압 펄스로 변환되어 판별기 입력을 위해 적절한 전압 레벨로 증폭될 수 있다. 이러한 처리는 이벤트 신호 펄스를 형성할 수 있다. 임계값(The)은 예상되는 이벤트 신호 펄스를 고려하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 임계값(The)은 감지 요소에 도착하는 주어진 에너지 레벨의 이차 전자에 의해 시작된 이벤트 신호 펄스의 예상 피크 값의 미리 결정된 백분율일 수 있다. 일부 실시예에서, 임계값(The)은 예를 들어 9 keV 이차 전자에 의해 개시되는 이벤트 신호 펄스의 예상 피크 값의 60 %일 수 있다.
그러나, Ti-Ti-1이 짧으면, 이벤트 신호 펄스 파형은 프런트 엔드 전자 대역폭 및 특성으로 인해 원래 전류 펄스 형태에서 파형이 크게 확장되어 재형성될 수 있지만, 다중 전자 도착 이벤트에서 생성된 전자-정공 쌍으로부터의 전자를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 14a의 시간(T4)에서, 전자 도착 이벤트가 발생하고, T3에서의 이전 전자 도착 이벤트로부터의 이벤트 신호가 하강하기 전에 다른 이벤트 신호 펄스를 시작할 수 있다. 따라서, 시간(T4) 이후에, 신호 판독 값은 이전 판독 값에 비해 상승할 수 있으며, 그 후 임계값(The) 아래로 후퇴하기 전에 계속해서 상승할 수 있다. 따라서, 임계값(The)에 대한 신호 판독의 비교에 기초한 판별 작업은 2 개의 개별 전자 도착 이벤트를 정확하게 설명하지 못할 수 있으며, 신호 중첩 미스카운팅이 발생할 수 있다.
일부 실시예에서, 그러한 미스카운팅을 해결하기 위해, 다른 임계값에 대한 비교가 발생할 수 있다. 예를 들어, 다른 임계값에 대한 추가 비교가 발생할 수 있다. 다른 임계값은 임계값(The)과 상이하도록 설정될 수 있으며, 일부 실시예에서는, 오버플로우 상태를 나타낼 수 있다. 오버플로우 상태가 검출되면, 짧은 간격으로 감지 요소에 하나 초과의 전자가 입사한 것으로 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 오버플로우 상태는 감지 요소가 신호 출력 생성의 한계에 도착한 상태에 대응할 수 있다. 2 개의 전자 도착 이벤트가 연속적으로 발생하면 오버플로우가 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 병합된 이벤트 펄스가 특정 검출기 요소의 아날로그 신호 동적 범위보다 더 높은 레벨로 구축될 때 오버플로우가 발생할 수 있다. 출력 신호는 오버플로우 임계값(Tho)으로 제한될 수 있다. 일부 실시예에서, 오버플로우 임계값(Tho)은 이론적 한계일 수 있다. 일부 실시예에서, 오버플로우 임계값(Tho)은 감지 요소의 출력 한계의 미리 결정된 백분율로 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 임계값(Tho)은 예상 한계의 90 %일 수 있다. 일부 실시예에서, 감지 요소는 짧은 간격에서 하나 초과의 전자 도착 이벤트에 대응하는 출력 신호를 생성할 수 있다(예를 들어, 2, 3, 4 개의 전자 도착 이벤트 등). 오버플로우 임계값(Tho)은 주어진 에너지 레벨의 이차 전자에 의해 시작된 예상 이벤트 신호 펄스의 배수로 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, The를 초과하는 신호의 검출은 단일 전자 도착 이벤트에 대응할 수 있는 반면, Tho를 초과하는 신호의 검출은 2(또는 그 초과) 전자 도착 이벤트에 대응할 수 있다.
일부 실시예에서, 검출기 요소는 이벤트 펄스 중첩 상황을 처리하기 위해 장착되지 않을 수 있으며, 그러한 발생은 이벤트 펄스 중첩 미스카운트로 이어질 수 있다. 예를 들어, 검출기 요소는 2 개의 개별적으로 발생하는 전자 도착 이벤트의 이벤트 신호의 진폭의 합보다 작을 수 있는 진폭의 이벤트 신호를 기껏해야 생성하도록 구성될 수 있다. 하나 초과의 전자를 연속적으로 수용하는 검출기 요소는 오버플로우 컷오프를 경험할 수 있다.
도 14b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 전자 도착 이벤트 및 오버플로우 컷오프의 개략적 표현을 도시한다. 도 14b의 상부 그래프에 도시된 바와 같이, 2 개의 전자 도착 이벤트가 빠르게 연속적으로 발생할 수 있다. 검출기 요소를 갖는 검출기가 제공될 수 있으며, 검출기 요소 각각은 감지 요소 및 회로를 포함한다. 감지 요소와 관련된 회로망은 전치 증폭기와 같은 프런트 엔드 전자 장치를 포함할 수 있다. 이론적 신호 펄스(1021 및 1022)는 각각 감지 요소 및 관련 회로망이 완전히 회복된 상태에서 감지 요소에서 전자 도착 이벤트가 발생할 때 이벤트 신호를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 검출기 요소는 전자 도착 이벤트에 응답하여 신호 펄스(1021)를 생성할 수 있고, 그 후 신호 펄스(1021)가 소산된 후, 검출기 요소는 신호 펄스(1022)를 생성할 수 있다. 감지 요소 또는 그 회로망이 회복할 시간이 없는 상황에서, 신호 펄스(1021 및 1022)는 밀접하게 중첩될 수 있고, 서로에 대해 겹쳐져 보일 수 있다. 도 14b의 중간 그래프에 도시된 바와 같이, 감지 요소에서 생성된 출력 신호는 편평한 상단을 갖는 신호 펄스(1031)와 유사할 수 있다. 신호 펄스(1031)는 2 개 이상의 전자 도착 이벤트에 응답하여 검출기 요소에서 생성된 에너지가 한계에 도착할 때 생성될 수 있다. 신호 펄스(1031)는 감지 요소에 도착하는 입사 전자로부터 생성된 전자-정공 쌍으로부터의 전자를 나타낼 수 있다.
도 14b에서, 시간(T1)은 제 1 전자 도착 이벤트의 시작에 대응할 수 있으며, 시간(T2)은 검출기 요소가 제 1 전자 도착 이벤트에 응답하여 신호 생성을 완료하기 전에 발생하는 제 2 전자 도착 이벤트의 시작에 대응할 수 있다. 신호는 시간(T1)에서 시작하여 상승할 수 있으며, T2에서 계속 상승하도록 촉구될 수 있다. 그러나, 시간(T2)에서, 감지 요소의 출력 한계에 도착했을 수 있으며, 검출기 요소의 출력은 더 이상 상승하지 않고 그 대신에 일정하게 유지될 수 있다. 도 14b의 하단 그래프에 도시된 바와 같이, 시간(T2) 또는 그 이후에 또 다른 신호가 판독될 때, 이 신호는 임계값(Tho)과 동일할 수 있는 컷오프 임계값을 초과하지 않는다. 신호 판독을 임계값(The)에만 비교한 것에 기초한 판별 작업은 따라서 2 개의 개별 전자 도착 이벤트를 정확하게 설명하지 못할 수 있으며, 신호 중첩 미스카운팅이 발생할 수 있다.
검출기 요소는 적어도 신뢰 수준을 가지고 기간 내에 미리 결정된 개수 이하의 하전 입자를 수용하도록 구성될 수 있다. 신뢰 수준은 이벤트 캡처 비율로 표현될 수 있다. 이벤트 캡처는 전자 도착 이벤트가 검출기에 의해 기록된다는 사실을 의미할 수 있다. 일부 실시예에서, 신뢰 수준은 미스카운트 비율에 의존할 수 있다. 미스카운트 비율은 1에서 캡처 비율을 뺀 것으로 정의될 수 있다. 미스카운트 비율은 위에서 논의된 바와 같이 이벤트 신호 중첩 미스카운팅을 포함할 수 있다. 검출기 어레이의 검출기 요소는 제 1 미스카운트 임계값과 관련된 조건을 충족하는 미스카운트 비율을 갖도록 구성될 수 있다. 검출기 요소는 감지 요소 및 전단 전기 회로를 포함할 수 있다. 미스카운트 비율이 제 1 미스카운트 임계값 이하일 때 조건이 충족될 수 있다. 제 1 미스카운트 임계값은 미스카운트의 허용 가능한 레벨에 대응하는 값일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 검출기 요소는 특정 시간 주기에서 감지 요소의 영역에 미리 결정된 개수 이하의 전자가 수용되도록 구성될 수 있어, 미리 결정된 미스 카운트 비율 이하를 발생시키고, 미리 결정된 미스 카운트 비율은 총 전자 도착 이벤트의 10 % 이하에 해당한다. 이러한 예에서, 단일 전자 도착 이벤트로 카운트된 총 전자 도착 이벤트의 10 % 이하는 실제로 감지 요소의 영역에서 2 개 이상의 전자가 수용되는 경우일 수 있다.
전자 도착 이벤트가 빠르게 연속적으로 발생하면 예를 들어 이벤트 신호 중첩 미스카운트에 의해 미스카운트가 발생할 수 있지만, 미스카운트 수준은 통계적으로 허용되는 양보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 전자 도착 이벤트는 일반적으로 포아송 분포를 따를 수 있으며, 미스카운트 비율은 예를 들어 P(k)와 같은 포아송 분포 항으로 표현될 수 있다.
일부 실시예에서, 2 개의 연속적인 전자가 연속적인 도착 시점, 예를 들어 Ti-1 및 Ti에서 검출기의 감지 요소에 도착한다고 가정할 수 있다. 데드 타임(τD)은 다음식이 충족될 때 Ti에 도착하는 전자가 카운트되지 않도록 정의될 수 있다(예를 들어, 전자가 미스카운트됨).
본 명세서에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 데드 타임은 주로 검출기 요소의 특성에 의해 결정될 수 있다. 검출기 요소는 프런트 엔드 회로를 포함할 수 있다. 데드 타임은 이벤트 검출기의 설계 또는 특성 또는 도착 이벤트가 발생했다는 것을 결정하기 위해 설정된 임계값 수준과 같은 다른 특성에 의해 영향을 받을 수 있다. 식(13)의 표현에 추가하여, 데드 타임은 다음식이 충족될 때 Ti에 도착하는 전자가 카운트되는 것과 같은 것일 수 있다.
회로의 일부 구현에서는, 이벤트 검출이 그렇게 명시적이지 않을 수 있다. 검출은 회로 노이즈 또는 다른 무작위 팩터에 의해 지원되거나 또는 억제될 수 있다. 예를 들어 방정식(13)에 표현된 조건보다 약간 일찍 도착하는 전자는 검출될 일부 확률이 있다(예를 들어, 도착 이벤트가 카운트될 수 있음). 유사하게, 방정식(14)에 표현된 조건보다 약간 늦게 도착하는 전자는 놓칠 일부 확률이 있다. 일부 실시예에서, 검출 확률은 Ti - Ti-1= τD 일 때 50 %로 해석될 수 있다.
일부 실시예에서, 카운트될 시간(Ti)에 도착하는 전자에 대한 조건은 바로 이전 시간 기간[(Ti-τD), Ti] 동안 검출기 감지 요소에 도착하는 전자가 없다는 것일 수 있다.
또한, λ는 다음과 같이 결정될 수 있고, 여기서 Id,l은 감지 요소(l)에 입사하는 평균 들어오는 전자 전류이고, e는 전자 단위 전하이다:
포아송 분포는 시간 기간의 함수일 수 있으며, 시간 기간이 시간 축에 있는 위치에 의존하지 않는다. 포아송 분포는 τD 시간 기간 동안 전자 도착 이벤트를 표현하는데 사용할 수 있다. [(Ti-τD), Ti] 시간 기간 동안 전자가 도착하지 않을 확률은 다음과 같이 주어질 수 있다:
전자가 카운트될 확률은 P(0)일 수 있으며, 이는 신뢰 수준에 해당할 수 있다. 예를 들어 이벤트 신호 중첩 또는 데드 타임 유발 미스카운트 비율을 포함할 수 있는 미스카운트 비율, PMiscount는 다음과 같이 주어질 수 있다:
매우 적은 수의 λ에 대해, 다음이 유지될 수 있다:
도 15는 λ의 함수로서 미스카운트 비율(PMiscount)을 나타낼 수 있는 그래프를 예시한다. PMiscount는 초기에 λ가 증가함에 따라 선형적으로 증가할 수 있다. 예를 들어 λ = 1 값 근처에서 포화 한계에 접근하면, PMiscount는 더 낮은 비율로 증가하기 시작할 수 있다. 도 15의 x 축은 데드 타임(τD)와 동일한 시간 기간에 감지 요소에 도착하는 λ 평균 전자 개수를 나타낼 수 있다. 도 15의 y 축은 미스카운트 비율을 나타낼 수 있다.
도 15에서 볼 수 있는 바와 같이, 예를 들어 주어진 데드 타임 및 검출기 표면의 주어진 전자 도착 위치 분포에 대해 10 %의 미스카운트 비율 내에서 유지하기 위해, 감지 요소는 임의의 감지 요소로 들어오는 전류가 λ의 특정 값으로 제한되는 영역을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 데드 타임과 동일한 시간 기간 동안 감지 요소에서 들어오는 전자의 평균 개수는 0.1 전자/τD 미만으로 유지되도록 설정될 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에서, 검출기에는 각각 미리 결정된 영역을 갖는 감지 요소 어레이가 제공될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 개별 감지 요소의 크기는 100 μm × 100 μm일 수 있다. 그러나, 다른 크기의 감지 요소도 사용될 수 있다. 감지 요소는 세그먼트화될 수 있다. 다중 감지 요소 어레이를 제공함으로써, 각 감지 요소에 입사하는 전자의 속도는 위에서 설명한 바와 같이 전체 검출 영역이 단일 요소 또는 제한된 개수의 검출 세그먼트, 예를 들어 8 개의 세그먼트로 구성되는 비교 PIN 검출기 경우에 비해 상당히 감소될 수 있다. 예를 들어, 전류가 1 nA인 전자 빔이 예를 들어 초당 ~ 64 억 개의 전자의 속도로 검출기에 도착하는 경우에도, 어레이의 100 μm × 100 μm 감지 요소에 입사하는 전자의 개수는 고밀도 전자 도착 구역에서도 초당 약 2,000 만 개일 수 있다. 이에 비해, 단일 요소 검출기의 경우 64 억 개의 전자가 모두 1 초에 하나의 감지 요소에 입사할 것이다. 또한, 100 μm × 100 μm 감지 요소(예를 들어 50 μm × 50 μm 감지 요소) 면적의 ¼을 갖는 감지 요소에 입사하는 전자의 개수는 예를 들어, 초당 약 5 백만 개로서 4 배 적을 수 있으며, 이는 5 ns 당 약 0.025 개의 전자에 해당할 수 있다.
개별 감지 요소의 영역을 결정하기 위한 많은 기준이 있을 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역 결정 기준은 미스카운트 방지에 기초할 수 있다. 일부 실시예에서, 미스카운트는 주어진 크기의 감지 요소에 대한 전자 도착 이벤트의 평균 분리 시간(Ti-Ti-1)과 관련될 수 있다. 감지 요소의 크기(예를 들어, 전자를 수용하도록 구성된 표면의 면적)는 주어진 샘플링 주기에서 감지 요소에 수용되는 전자의 개수에 영향을 줄 수 있다. 감지 요소와 관련된 샘플링 주기는 감지 요소를 포함할 수 있는 검출기 요소의 파라미터에 기초하여 결정될 수 있다(예를 들어, 400 MHz의 샘플링 속도를 사용하여 검출기를 제공함). 감지 요소의 크기는 샘플링 주기에 감지 요소에 미리 결정된 개수의 전자가 수용될 수 있는 특정 통계적 우도 이하가 될 수 있도록 결정될 수 있다. 샘플링 주기는 감지 요소와 관련될 수 있는 데드 타임과 관련될 수 있다. 예를 들어, 샘플링 주기는 데드 타임보다 짧게 설정될 수 있다. 데드 타임은 감지 요소 크기와 무관할 수 있다.
일부 경우에, 평균 전자 분리 시간이 짧아서 미스카운트될 확률이 높을 수 있다. 평균 전자 분리 시간이 길수록, 미스카운트될 확률이 낮아질 수 있다. 감지 요소의 면적은 평균 전자 분리 시간이 특정 값 이하가 되도록 설정될 수 있다. 평균 전자 분리 시간은 검출기 요소 샘플링 주기의 배수, 예를 들어 τs와 같은 값보다 크게 설정될 수 있다. 따라서, 검출기의 샘플링 주기는 평균 전자 분리 시간의 팩터(예를 들어 0 내지 1 사이의 수)로 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 평균 전자 분리 시간은 샘플링 주기(τs)의 2 배보다 크게 설정될 수 있다. 즉, 샘플링 주기(τs)는 평균 전자 분리 시간(Ti-Ti-1)의 절반 미만으로 설정될 수 있다. 위에서 논의한 바와 같이, 평균 전자 분리 시간(Ti-Ti-1)은 전자 빔 전류를 조정하거나 또는 감지 요소의 면적 또는 위치를 변경함으로써 제어될 수 있다. 또한, 샘플링 주기(τs)는 검출기의 샘플링 주파수(예를 들어 샘플링 속도)에 의해 정의될 수 있다. 검출기의 주어진 전자 빔 전류, 샘플링 속도, 및 최대 전자 도착 속도(가장 높은 전자 도착 밀도 구역에서)에 대해, 평균 전자 분리 시간(Ti-Ti-1)은 단위 면적에 대해 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 검출 시스템은 하전 입자 도착 이벤트를 카운트하는데 사용될 수 있는 감지 요소 및 회로를 포함할 수 있다. 도 16a는 검출 시스템(1300)에서의 신호 흐름을 예시한다. 검출 시스템(1300)은 검출기 요소(1330), 제 1 회로(1340), 및 제 2 회로(1350)를 포함할 수 있다. 검출기 요소(1330)는 트랜스 임피던스 증폭기(TIA)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 검출기 요소(1330)는 감지 요소 및 프런트 엔드 회로로 구성될 수 있다. 프런트 엔드 회로는 신호 조절 회로라고 지칭될 수 있으며, TIA를 포함할 수 있다. 제 1 회로(1340)는 이벤트 검출기를 포함할 수 있다. 제 1 회로(1340)는 이벤트 검출 기능을 구현하도록 구성될 수 있다. 제 1 회로(1340)는 펄스 높이 분석기와 같은 판별기를 포함할 수 있다. 제 2 회로(1350)는 카운트 버퍼를 포함할 수 있다. 제 2 회로(1350)는 카운트 버퍼링의 기능을 구현하도록 구성될 수 있다. 제 2 회로(1350)는 스케일러를 포함할 수 있다.
검출 시스템(1300)은 검출기 요소(1330)에 도착하는 전자(1301)에 응답하여 검출기 요소에 의해 펄스 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있는 검출 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 펄스 신호는 제 1 회로(1340)로 출력될 수 있는 이벤트 신호(1305)를 포함할 수 있다. 검출 동작은 검출 시스템(1300)이 전자 도착 이벤트가 발생했다는 것을 결정하게 할 수 있다. 검출 동작은 검출기 요소(1330)에 도착하는 전자(1301)에 응답하여 이벤트 신호(1305)를 생성하는 검출기 요소(1330)로부터 시작할 수 있다. 검출기 요소(1330)로부터 출력된 이벤트 신호(1305)는 제 1 회로(1340)에 공급되고, 전자가 검출기 요소(1330)에서 수용되었다는 것을 결정하기 위해 분석될 수 있다. 결정은 이벤트 신호(1305)의 펄스 높이를 미리 결정된 값과 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 이벤트 펄스 신호의 높이가 미리 결정된 값을 초과하면, 전자 이벤트가 검출될 수 있다. 전자 이벤트가 검출되는 것에 응답하여, 카운터가 증분될 수 있다. 제 1 회로(1340)는 단일 비트 카운터를 포함할 수 있다. 제 1 회로(1340)는 이벤트 플래그 검출기를 포함할 수 있다. 제 1 회로(1340)는 전자 도착 이벤트가 검출되면 플래그를 설정할 수 있다. 제 1 회로(1340)는 검출 펄스(1309)를 출력할 수 있다. 검출 펄스(1309)는 스케일러(1350)에 공급될 수 있다.
제 1 회로(1340)로부터의 출력은 단일 비트의 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펄스 높이 분석기가 입력 이벤트 신호가 미리 결정된 값을 초과한다고 결정함으로써, 전자 도착 이벤트가 발생했다고 결정하는 것에 응답하여, 제 1 회로(1340)는 1의 신호를 출력할 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 회로(1340)는 데이터를 다중 비트로 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 회로(1340)는 2 비트 또는 3 비트 카운터를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 16b에 도시된 바와 같이, 검출 시스템(1300A)이 제공될 수 있다. 검출 시스템(1300A)은 도 16a의 검출 시스템(1300)과 유사한 제 1 회로(1340) 및 제 2 회로(1350)를 포함할 수 있다. 검출 시스템(1300A)은 감지 요소(1332) 및 제 3 회로(1334)를 더 포함할 수 있다. 제 3 회로(1334)는 전치 증폭기와 같은 프런트 엔드 전자 장치를 포함할 수 있다. 제 3 회로(1334)는 트랜스 임피던스 증폭기를 포함할 수 있다. 감지 요소(1332)로부터 출력된 신호(1302)는 제 3 회로(1334)에 의해 처리될 수 있다. 신호(1302)는 전류 펄스 신호를 포함할 수 있다. 전류 펄스 신호는 전압 펄스 신호로 변환되고 증폭되어, 이벤트 신호(1305)를 형성할 수 있다. 이벤트 신호(1305)는 제 3 회로(1334)로부터 출력될 수 있다.
일부 실시예에서, 데드 타임은 이벤트 신호(1305)와 관련될 수 있다. 이벤트 신호(1305)는 펄스 높이가 상승 및 하강하는 폭을 가질 수 있다. 감지 요소를 형성하는 다이오드의 특성은 이벤트 신호(1305)의 모양 및 폭에 영향을 줄 수 있다. 데드 타임은 이벤트 신호(1305) 및 검출 시스템(1300 또는 1300A)을 포함하는 다른 처리와 관련될 수 있다. 데드 타임은 후속 전자 도착 이벤트의 검출이 지연될 수 있는 시간을 의미할 수 있다. 일부 상황에서, 감지 요소(1332)에 전자(1301)가 도착하면 신호(1302)가 생성되도록 트리거될 수 있다. 전자(1301)의 도착으로 인해, 이벤트 신호(1305)가 제 3 회로(1334)로부터 출력될 수 있다. 이벤트 신호(1305)는 제 1 회로(1340)에 의해 처리될 수 있다. 예를 들어, 감지 요소(1332)에서 신호(1302)에 이은 신호와 같은 제 2 신호가 생성되는 경우, 2 개의 개별 이벤트 신호가 안정적으로 생성되지 않고 데드 타임 효과가 발생할 수 있는 상황이 있을 수 있다. 데드 타임 효과로 인해, 연속적으로 발생하는 전자 도착 이벤트는 안정적으로 카운트되지 않을 수 있다. 이러한 효과는 이벤트 검출기 데드 타임을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 제 1 회로(1340)에 포함된 이벤트 검출기는 이벤트 신호(1305)의 펄스 높이가 임계값 이상으로 상승할 때 전자 도착 이벤트가 발생했다는 것을 결정하도록 구성될 수 있다. 다른 전자 도착 이벤트의 검출은 이벤트 신호(1305)의 펄스 높이가 임계값보다 낮게 떨어지는 것으로 결정된 후에 발생할 수 있다. 그러나, 후속 전자 도착 이벤트가 이벤트 신호(1305)의 펄스 높이가 떨어지는 것을 방지하는 경우, 미스카운트가 발생할 수 있다. 이벤트 검출기 데드 타임은 이벤트 신호(1305)의 폭 및 전자 도착 이벤트를 결정하는데 사용되는 임계값과 관련될 수 있다. 예를 들어, 이벤트 검출기 데드 타임은 임계값과 동일한 펄스 높이에서 이벤트 신호(1305)의 좌측 및 우측 사이의 거리와 관련될 수 있다. 검출 시스템의 다른 팩터 및 특성도 데드 타임에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 감지 요소로부터 회로로의 인터커넥트의 표류 커패시턴스는 데드 타임에 기여할 수 있다.
데드 타임은 특정 감지 요소와 관련될 수 있다. 예를 들어, 감지 요소(1322)와 관련된 데드 타임이 있을 수 있다. 데드 타임은 감지 요소(1332) 또는 그 관련 회로망의 특성과 관련될 수 있다. 데드 타임은 이벤트 검출기를 포함할 수 있는 제 1 회로(1340)와 관련될 수 있다.
검출 시스템(1300 또는 1300A)에 포함된 회로망은 다양한 결정을 내리도록 구성될 수 있다. 제 1 회로(1340)는 내부에 입력되는 신호의 특성을 결정하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 제 2 회로(1350) 및 제 3 회로(1334)는 입력 신호의 특성을 결정하도록 구성될 수 있다. 제 3 회로(1334)는 전류 펄스일 수 있는 신호(1302)의 제 1 특성을 결정하도록 구성될 수 있다. 제 1 특성은 전류 펄스의 크기일 수 있다. 다른 결정은 결정된 제 1 특성에 기초할 수 있다. 예를 들어, 감지 요소에 입사하는 전자가 그 전류 펄스의 크기에 기초하여 제 1 유형의 전자 또는 제 2 유형의 전자인 것으로 결정될 수 있다. 이러한 결정은 본 명세서에서 더 상세히 논의되는 바와 같이 임계 에너지 레벨에 대한 비교를 포함할 수 있다. 그러한 결정은 또한 이벤트 신호(1305)에 기초할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
SEM 시스템에서, 생성된 샘플 이미지는 복수의 픽셀을 포함할 수 있다. 각 픽셀은 검출기로부터 도출된 정보에 대응할 수 있는 그레이 레벨과 같은 정보를 디스플레이할 수 있다. 정보는 샘플링 주기에 수용된 전자의 개수의 카운트를 포함할 수 있다. 전자의 개수의 카운트는 복수의 감지 요소로부터 합산될 수 있다. 일부 실시예에서, 픽셀은 감지 요소의 다중 샘플링 주기로부터의 데이터를 사용할 수 있다. 개별 감지 요소의 복수의 샘플링 주기에 걸쳐 검출기로부터 유도된 정보를 사용하는 픽셀 주기가 정의될 수 있다. 픽셀 주기는 운영자에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 주기는 사용 가능한 값 목록으로부터 선택될 수 있는 사용자 정의 값일 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자는 1, 2, 4, 8 등과 같은 이용 가능한 정수 값의 목록에서 D 개의 샘플링 주기를 선택할 수 있다. 픽셀 주기는 D 배 샘플링 주기로 설정될 수 있다. 각 픽셀에 대해, D 샘플링 주기의 연속적으로 샘플링된 데이터에 기초하여 값(예를 들어, 그레이 레벨)이 결정될 수 있다. 그레이 레벨은 예를 들어 D 샘플링 주기의 데이터를 합하거나 또는 평균함으로써 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 픽셀 주기는 검사 시스템 기기의 파라미터에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 주기는 특정 기계에 대해 미리 설정될 수 있다.
SEM 시스템은 래스터 패턴과 같은 패턴으로 샘플을 가로질러 일차 전자 빔을 스캔할 수 있다. 이미지에서 생성되는 픽셀은 스캔된 샘플 표면의 위치와 관련될 수 있다. 픽셀은 특정 스캔 시간과 관련될 수 있다. 검출기로부터의 데이터는 스캔 시간과 상관될 수 있다. 스케일러는 검출기로부터 수신된 데이터를 특정 스캔 시간과 상관시키는데 사용될 수 있다. 스케일러는 지연 시간에 기초하여 검출기 데이터를 스캔 시간( 및 이에 따라, 픽셀)과 상관시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 스케일러는 전자 도착 이벤트와 관련된 데이터가 수신된 시간을 기록하고, 트리거로부터의 지연을 기초로 보정을 적용할 수 있다. 트리거는 샘플에 충돌하는 일차 전자 빔의 전자에 해당할 수 있다. 지연은 샘플로부터 검출기로의 전자(예를 들어 이차 전자)의 이동 시간, 또는 감지 요소의 신호 펄스가 생성 및 출력되는 시간을 고려할 수 있다. 일부 실시예에서, 검출기는 감지 요소 어레이를 포함할 수 있다. 스케일러는 각각의 감지 요소로부터의 데이터가 자신의 채널에 할당될 수 있도록 복수의 채널을 포함할 수 있다.
제 1 회로(1340)의 출력은, 도 16a 또는 도 16b에서와 같이, 제 2 회로(1350)에 공급될 수 있다. 제 2 회로(1350)는 스케일러를 포함할 수 있다. 스케일러는 다중 채널 스케일러일 수 있다. 제 2 회로(1350)는 이미지의 픽셀과 상관될 전자 도착 이벤트의 카운트를 결정하도록 구성될 수 있다. 제 2 회로(1350)는 픽셀 주기 및 채널 개수에 기초할 수 있는 시간-채널 폭을 고려할 수 있다. 채널 개수는 스캔 라인 당 픽셀 개수를 기초로 할 수 있다. 베이스 시간 채널 폭은 데드 타임보다 작게 설정될 수 있다.
전자 도착 이벤트와 같은 개별 이벤트를 기록하는 검출 시스템은 데드 타임을 경험할 수 있다. 데드 타임은 검출 시스템이 다른 이벤트를 기록할 수 없는 이벤트 이후의 시간을 의미할 수 있다. 전자 도착 이벤트를 검출하도록 구성될 수 있는 검출기의 검출기 요소의 경우, 전자 도착 이벤트 직후에 후속 전자 도착 이벤트가 캡처되고 정확하게 기록되지 않을 수 있는 시간 기간이 있을 수 있다.
데드 타임에는 마비 가능한 또는 비-마비 가능한 데드 타임이 포함될 수 있다. 비-마비 가능한 데드 타임은 데드 타임에 발생한 이벤트가 기록되지 않는 상황을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이벤트는 단순히 무시될 수 있다. 마비 가능한 데드 타임은 데드 타임에 발생한 이벤트가 기록되지 않고 추가적으로 이후의 이벤트로 인해 데드 타임 기간이 다시 시작되는 상황을 의미할 수 있다. 마비 가능한 데드 타임은 연장 데드 타임이라고도 한다.
일부 실시예에서, 감지 요소는 감지 요소에 도착하는 입사 전자(예를 들어, 이차 전자)에 응답하여 전자-정공 쌍을 생성하도록 구성될 수 있다. 전자 도착 이벤트는 감지 요소에서 소비되는 입사 전자의 에너지로 인해 감지 요소에서 전자-정공 쌍 생성의 캐스케이드를 트리거할 수 있다. 캐스케이드의 시간 기반 거동은 펄스와 유사할 수 있다. 하나의 전자 도착 이벤트로 인한 전자-정공 쌍 생성의 캐스케이드 동안, 후속 전자 도착 이벤트로 인해 캐스케이드가 계속될 수 있으므로, 이에 따라 감지 요소가 정상 상태로 복귀되는데 걸리는 시간이 연장된다. 검출기 어레이의 감지 요소는 마비 가능한 데드 타임에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 가이거 카운팅 모드로 바이어스된 다이오드는 통과하는데 회복 시간이 필요하거나 또는 후속 전자 도착 이벤트를 정확하게 검출할 수 있기 전에 ?칭이 필요할 수 있다. 본 개시의 일부 실시예는 감지 요소와 관련된 마비 가능한 데드 타임을 회피할 수 있다. 예를 들어, 감지 요소와 관련된 데드 타임이 마비 가능한 데드 타임을 포함하지 않도록 검출기가 구성될 수 있다. 감지 요소가 마비 가능한 데드 타임에 의해 영향을 받을 수 있는 구역으로 감지 요소를 바이어스할 필요가 없도록 높은 내부 이득을 갖는 감지 요소가 제공될 수 있다. 감지 요소는 선형 영역에서 역 바이어스로 작동될 수 있다. 들어오는 전자의 운동 에너지는 검출기 요소의 속도를 유지하면서 높은 이득을 제공할 수 있다. 검출기 요소는 정상적인 바이어스 조건 하에서 작동하는 검출기 요소의 속도보다 적어도 높은 속도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 검출기 요소의 속도는 애벌란시 효과로 인해 정상적인 바이어스 조건 하에서 작동되는 검출기 요소의 속도보다 높을 수 있다. 검출기 요소의 롱테일 거동이 회피될 수 있다.
데드 타임을 고려하여 후속 하전 입자 도착 이벤트가 검출기에 의해 검출될 수 있는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 전자 도착 이벤트가 빠르게 연속적으로 발생하는 경우, 샘플링 주기 동안 2 개 이상의 전자가 도착했더라도 하나의 전자 도착 이벤트만이 샘플링 주기에 기록될 수 있다. 따라서, 전자 도착 이벤트가 미스카운트될 수 있다. 샘플링 주기가 데드 타임보다 짧게 설정된 경우 미스카운팅은 데드 타임 도착 이벤트를 기초로 할 수 있다. 미스카운트의 수준이 일정 수준 이하인 경우, 검출기에서 미스카운트의 발생이 허용될 수 있다. 일부 실시예에서, 특정 수준은 10 %일 수 있다. 일부 실시예에서, 특정 수준은 5 %일 수 있다. 일부 실시예에서, 특정 수준은 2.5 %일 수 있다.
일부 실시예에서, 데드 타임은 전자 도착 이벤트에 의해 시작된 이벤트 신호의 펄스 폭에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 데드 타임은 전자 도착 이벤트에 응답하여 생성된 이벤트 신호의 총 펄스 폭과 다를 수 있다. 예를 들어, 전자 도착 이벤트가 기록된 시간부터 이벤트 신호의 출력 레벨이 검출 임계값보다 낮게 후퇴될 때까지 데드 타임이 측정될 수 있다. 검출 임계값은 배경 노이즈 양보다 약간 높은 수준으로 설정될 수 있다. 전자 도착 이벤트는 이벤트 신호의 레벨이 검출 임계값을 초과할 때 기록될 수 있다.
도 17은 데드 타임 미스카운팅의 예시적인 표현을 보여준다. 도 17의 그래프(A)는 시간별 기초로 (도 16a와 관련하여 논의된 바와 같이) 검출기 요소(1330)의 예시적인 출력을 보여줄 수 있다. 이벤트 신호 펄스는 상대적으로 분산될 수 있다. 도 17의 그래프(A)에 표시된 신호는 펄스 높이 분석기로 공급될 수 있다. 이벤트 신호 펄스는 검출 임계값(1410)과 비교될 수 있다. 검출 임계값(1410) 미만의 신호는 노이즈로서 필터링될 수 있다. 도 17의 그래프(B)는 도 17의 그래프(A)의 입력 신호에 대응하는 펄스 높이 분석기로부터의 출력 신호를 나타낸다. 도 17의 그래프(A) 및 (B)에는 미스카운트가 없다.
도 17의 그래프(C)에 도시된 바와 같이, 이벤트 신호 펄스가 밀접하게 중첩되면 미스카운팅이 발생할 수 있다. 예를 들어, 임계값(1410)과 같이 고정된 임계값을 초과하는 신호 레벨에서 전자 도착 이벤트가 검출되도록 구성된 경우, 신호가 그 위로 다시 상승하기 전에 임계값보다 낮게 감소하지 않기 때문에 신호가 하나의 펄스로 카운트될 수 있다. 도 17의 그래프(C)는 데드 타임 미스카운팅 발생의 두 가지 유형을 보여준다. 도 17의 그래프(D)에 도시된 바와 같이, 다중 도착 이벤트는 단일 이벤트로 카운트될 수 있다.
위에서 논의한 바와 같이, 미스카운팅에는 데드 타임 미스카운팅이 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 데드 타임 미스카운팅은 다음과 같이 고려될 수 있다. 제 1 데드 타임 미스카운팅 분석에서는, i 번째 전자가 시간(ti)에 감지 요소에 도착한다고 가정할 수 있다. i 번째 전자가 카운트될 수 있는지 여부는 임의의 다른 전자가 이전 데드 타임 기간에 도착했는지 여부에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 전자는 (ti-τD) 내지 ti의 기간에 도착했을 수 있고, 여기서 τD는 이벤트 검출기 데드 타임이다. 이 기간은 [(ti-τD), ti]로 표현될 수 있다.
제 1 데드 타임 미스카운팅 분석에서, 포아송 분포는 검출기에서 전자 도착 이벤트를 모델링하는데 사용될 수 있다. 기간(Δt) 동안 발생하는 k 이벤트의 확률(P) - 여기서 λ는 시간 기간(Δt) 당 평균 이벤트 개수임 - 은 다음과 같이 주어질 수 있다:
[(ti-τD), ti]의 관련 시간 기간 동안, Δt는 τD와 같을 수 있다. k 값을 방정식(20)에 대입하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다:
P(0)은 [(ti-τD), ti] 기간 동안 전자가 도착하지 않을 확률을 나타낼 수 있으며, 따라서, 그 도착 이벤트가 데드 타임의 영향을 받지 않기 때문에 i 번째 전자를 카운트할 수 있어야 한다. P(1)은 [(ti-τD), ti] 기간 동안 하나의 전자가 도착할 확률을 나타낼 수 있으며, 이 경우 i 번째 전자는 카운트될 수 없다. P(2)는 [(ti-τD), ti] 기간 동안 2 개의 전자가 도착할 확률을 나타낼 수 있으며, 이 경우 i 번째 전자는 카운트될 수 없다. 제 1 데드 타임 미스카운팅 분석에서, i 번째 전자는 다른 전자가 [(ti-τD), ti] 기간, 즉 i 번째 전자 도착 이벤트 직전에 도착하지 않은 경우에만 카운트될 수 있다고 가정할 수 있다. 제 1 데드 타임 미스카운팅 분석에서, 감지 요소의 샘플링 주기는 이벤트 검출기 데드 타임(τD)보다 짧을 수 있다. λ가 시간이 지남에 따라 일정하게 유지되는 한 P(k)는 포아송 가정에 대한 전자의 도착 시간과 독립적일 수 있다.
주어진 데드 타임 동안 전자가 카운트될 확률은 P(0)에 의해 표현될 수 있다. 미스카운트의 확률과 성공적 카운팅의 확률의 합은 1이 되어야 하므로, 전자의 미스카운트 확률은 1-P(0)이어야 한다. 제 1 데드 타임 미스카운팅 분석에 따른 데드 타임으로 인해, Pmiscount는 다음과 같이 주어질 수 있다:
위의 식(24)에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 데드 타임 미스카운팅 분석에 따른 데드 타임으로 인한 미스카운트의 확률, Pmiscount은 λ의 작은 값에 대해 λ와 같은 것으로 근사될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, λ는 시간 간격에서 전자 도착 이벤트의 평균 개수일 수 있다. 관련 시간 간격은 이벤트 검출기 데드 타임(τD)일 수 있다.
따라서, 제 1 데드 타임 미스카운팅 분석에 따른 데드 타임으로 인한 미스카운트의 확률, Pmiscount는 다음과 같이 주어질 수 있다:
예를 들어, 다음 시나리오가 고려된다. 일차 전자 빔은 샘플을 조사할 수 있다. 검출기로 지향되는 이차 전자 빔이 생성될 수 있다. 검출기에 입사하는 빔 전류는 IDet일 수 있다. 단순화를 위해, IDet은 검출기의 감지 영역(SDet)에 균등하게 분포되어 있다고 가정할 수 있다. SDet은 직경 4 mm의 원형 영역을 포함할 수 있으므로, 따라서, SDet = 4π mm2이다. 검출기가 각각 100 μm x 100 μm 크기를 갖는 세그먼트화된 감지 요소 어레이를 포함한다고 가정하면, 감지 요소 영역은 SSeg = 0.01 mm2로 주어질 수 있다.
SDet = 4π mm2, SSeg = 0.01 mm2, IDet = 1 nA, 및 τD = 5 ns의 예시적인 값으로, 제 1 데드 타임 미스카운팅 분석에 따른 데드 타임으로 인한 미스카운트, Pmiscount는 다음과 같이 주어질 수 있다:
따라서, 2.5 % 이하의 미스카운트 비율을 달성할 수 있다. 위의 예에서와 같이 1 nA와 같이, 검출기에 입사되는 상대적으로 높은 레벨의 빔 전류에서도, 미스카운트 비율은 상대적으로 낮은 레벨인 2.5 %로 제한될 수 있다. 식(26)은 검출기에 입사하는 빔의 빔 밀도가 균일하게 분포되어 있다는 가정에 기초할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 미스카운트 비율은 다양한 적용 분야에서 허용될 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 전자 카운트의 통계적 보정은 미스카운트 비율이 10 % 미만일 때 사용될 수 있다. 따라서, 미스카운트가 존재하는 경우에도, 이들은 통계적 보정으로 보정될 수 있다. 검출기에 입사되는 1 nA의 빔 전류 수준과 비교하여, 고 처리량 CD(임계 치수) 측정과 같은 일부 적용 분야는 250 pA 이하의 일차 빔 전류를 사용하여, 웨이퍼 표면에 인쇄된 패턴의 에지 라인에서 최대 4 배까지 자발적인 피크 이차 수율에 마진을 남긴다. 일부 적용 분야에서, 시스템의 표준 빔 전류는 10 pA 정도로 설정될 수 있다. 따라서, 일부 적용 분야에서는 미스카운트 비율이 더욱 감소될 수 있다. 한편, 검출기는 금속 패턴 에지와 같이 검출기에 도착하는 전자 전류를 밀어낼 수 있는 높은 이차 전자 로컬 수율의 상황을 처리하도록 구성될 수 있다(예를 들어 에지 향상 신호).
일부 실시예에서, 검출기 상의 모든 감지 요소에 균일하게 분포되기 보다는, 빔 전류가 불균일하게 분포될 수 있다. 빔 전류가 불균일하게 분포되어 있어도, 예상되는 전자 도착이 더 높은 구역에서 최대 빔 전류의 경우를 설명할 수 있다. 예를 들어, 더 높은 밀도의 전자 도착 이벤트의 구역이 검출기의 중심 주변에 있을 수 있다. 검출기는 더 높은 전자 도착 구역에서 미스카운트 비율이 감지 요소에서 미리 결정된 레벨을 초과하지 않도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 모든 입사 전자는 6 mm 직경의 검출기에 도착할 때, 개별 감지 요소의 크기는 SDet/3,125가 대략 0.009 mm2와 같은 균일한 정사각형 모양으로 설정될 수 있으며, 이는 대략 100 × 100 μm 감지 요소에 해당할 수 있다. 따라서, 빔 전류가 높은 경우에도, 허용 가능한 미스카운트 비율을 얻기 위해서는 100 × 100 μm의 감지 요소 크기가 적절할 수 있다. 명백한 바와 같이, 다른 크기의 감지 요소가 허용되는 미스카운트 비율을 달성하는 동안 사용될 수 있다. 더욱이, 샘플링 주기와 같은 다른 파라미터는 허용 가능한 미스카운트 비율을 달성하기 위해 조정될 수 있다.
샘플링 주기가 감지 요소 데드 타임보다 작으면 미스카운트 비율이 낮아질 수 있으므로, 샘플링 주기를 데드 타임보다 짧게 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시예에서, 감지 요소의 샘플링 주기는 5 ns 미만으로 설정될 수 있다. 샘플링 시간이 데드 타임보다 작을 때, 카운터는 한 번에 하나의 전자 도착 이벤트만을 카운트하도록 구성될 수 있다.
검출기는 미리 결정된 미스카운트 비율 이하로 샘플링 주기에서 감지 요소에 미리 결정된 개수 이하의 하전 입자가 수용되도록 구성될 수 있다. 샘플링 주기는 감지 요소 데드 타임 이하일 수 있다. 감지 요소는 검출기를 구성하는 감지 요소 어레이 중 하나일 수 있다. 미리 결정된 개수는 하나일 수 있다. 일부 실시예에서, 미리 결정된 개수는 예를 들어 2 개, 3 개 또는 그 이상일 수 있다. 미리 결정된 미스카운트 비율에 따라 검출 시스템의 다양한 파라미터가 설정될 수 있다. 예를 들어, 최대 빔 전류를 갖는 일차 하전 입자 빔으로 검출 시스템을 사용한다고 가정하면, 미리 결정된 미스카운트 비율을 기초로 감지 요소 크기 및 감지 요소 개수의 파라미터가 결정될 수 있다. 일차 하전 입자 빔의 빔 전류는 검출기에 입사하는 이차 하전 입자 빔의 빔 전류와 관련될 수 있다. 예를 들어, 수율 팩터(yield factor)는 이차 빔의 하전 입자의 수집 속도를 나타낼 수 있으며 일차 빔으로부터 이차 빔의 빔 전류를 결정하는데 사용될 수 있다. 수율 팩터는 검사 중인 샘플의 재료, 검출 시스템을 포함하는 하전 입자 빔 시스템의 설정, 및 하전 입자 빔 시스템의 구조에 의해 영향을 받을 수 있다. 또한, 검출기의 감지 요소 어레이가 고정된 크기의 감지 요소를 포함한다고 가정하면, 샘플링 속도 및 빔 전류를 포함하여, 검출 시스템의 작동 조건이 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 전류가 특정 적용 분야에 필요할 수 있는 수준으로 증가되더라도 검출기의 미스카운트 비율은 미리 결정된 수준으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 고해상도 SEM이 필요한 경우, 빔 전류를 감소시킬 수 있다. 처리량이 필요한 경우, 빔 전류가 증가될 수 있다. e-빔 웨이퍼 검사 시스템은 상대적으로 높은 빔 전류를 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 검출기를 감지 요소 어레이로 세분화하는 것은 - 감지 요소가 전체 검출기보다 작음 - 미스카운트 비율을 낮출 수 있다. 감지 요소가 작을수록, 미스카운트 비율이 작아질 수 있다.
데드 타임은 검출기의 감지 요소 및 구성에 따라 결정될 수 있는 다른 구성 요소의 특성일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 감지 요소로 사용되는 반도체 다이오드는 전자-정공 쌍 생성 메커니즘과 관련된 현상으로 인해 데드 타임에 영향을 줄 수 있다. 회로 및 감지 요소 어레이를 설계 및 제작할 때 데드 타임이 고정될 수 있다. 검출 시스템이 구축되면 데드 타임은 조정 불가능한 파라미터일 수 있다. 오히려, 데드 타임은 주어진 감지 요소 어레이 및 수반되는 회로망에 대해 일정할 수 있다.
감지 요소는 회로에 연결될 수 있다. 회로는 예를 들어 도 16a 및 도 16b를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이 제 1 회로, 제 2 회로 또는 제 3 회로를 포함할 수 있다. 회로는 샘플링 주기에서 감지 요소에 입사하는 하전 입자의 개수를 결정하도록 구성될 수 있다. 회로는 이벤트 펄스 검출기를 포함할 수 있다. 이벤트 펄스 검출기는 판별기, 비교기, 또는 펄스 높이 분석기 등을 포함할 수 있다. 회로에는 제거기가 포함될 수 있다. 제거기는 노이즈 신호를 필터링하도록 구성될 수 있다. 회로는 입력 신호를 임계값과 비교하고 입력 신호가 임계값을 초과할 때 출력을 생성하도록 구성될 수 있다. 출력에는 샘플링 주기에 감지 요소에서 하전 입자가 수용되었다는 것을 나타내는 비트가 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 출력은 다중 비트 신호를 포함할 수 있다. 샘플링 주기는 다중 채널 스케일러의 시간 채널 폭을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 출력은 이벤트 플래그 및 오버플로우 플래그를 포함할 수 있다.
도 18은 본 개시 내용의 실시예에 따른, 이벤트 플래그를 포함하는 출력으로 하전 입자 도착 이벤트를 검출하도록 구성된 검출 시스템(1501)을 도시한다. 검출 시스템(1501)은 검출기 요소(1530), 제 1 회로(1540), 제 2 회로(1550) 및 제 3 회로(1560)를 포함할 수 있다. 검출기 요소(1530)는 다이오드 및 전치 증폭기를 포함할 수 있다. 검출 시스템(1501)은 검출기 요소(1530)에 도착하는 전자에 응답하여 검출기 요소에 의해 펄스 신호(1511)를 생성하는 단계를 포함할 수 있는 검출 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 펄스 신호(1511)는 위에서 논의된 바와 같이, 도 16a 또는 도 16b에 도시된 이벤트 신호(1305)와 유사한 이벤트 신호를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 펄스 신호(1511)는 도 17의 그래프(C)에 도시된 것들과 같은 중첩된 또는 겹쳐진 펄스를 포함할 수 있다. 펄스 신호(1511)는 제 1 회로(1540)에 입력될 수 있다. 제 1 회로(1540)는 펄스 높이 분석기를 포함할 수 있다. 제 1 회로(1540)는 제 2 회로(1550)로 전송될 수 있는 이벤트 플래그(1541)를 생성할 수 있다. 제 2 회로(1550)는 카운터를 증분시킬 수 있다. 제 2 회로(1550)는 이벤트 플래그 검출기를 포함할 수 있다. 한편, 제 1 회로(1540)는 제 3 회로(1560)로 전송될 수 있는 오버플로우 플래그(1542)를 생성할 수 있다. 임계값을 초과하는 펄스 신호의 에너지에 응답하여 오버플로우 플래그가 생성될 수 있다. 제 3 회로(1560)는 오버플로우 플래그 검출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 회로를 이벤트 플래그 검출기로 구성하는 것은 시스템 단순화 측면에서 유리할 수 있다.
일부 실시예에서, 검출 시스템은 다중 타이밍 스케일을 포함할 수 있다. 검출기 요소 샘플링 주기는 이벤트 검출기 데드 타임보다 짧게 설정될 수 있다. 검출기 요소 샘플링 주기는 다중 채널 스케일러의 시간 채널 폭에 대응할 수 있다. 전자 도착 이벤트는 판별기, 비교기, 펄스 높이 분석기 등과 같은 이벤트 검출기를 포함하는 회로에 의해 검출될 수 있다. 전자 도착 이벤트의 검출은 채널 경계 타이밍에 대해 비동기적으로 발생할 수 있다. 회로는 전자 도착 이벤트 검출 후에 이벤트 시간이 시간 창 내에 있는 지정된 시간 채널에서 값을 증분시키도록 구성될 수 있다. 전체 시스템 타이밍은 개별 검출기 요소(예를 들어 검출기 요소 샘플링 주기)에 대한 타이밍보다 더 빠르게 구성될 수 있다. 예를 들어, 시간 채널은 1 비트 카운터(예를 들어 이벤트 플래그를 사용함)로 구성될 수 있고, 한편 다른 회로는 이벤트 플래그가 검출 시스템의 구성 요소로부터 푸시되는 속도보다 빠른 속도로 시간 채널 기간 동안 설정된 이벤트 플래그의 개수를 실현하도록 구성될 수 있다. 회로는 시간 채널 폭이 데드 타임보다 클 때 검출기 요소에 대응하는 개별 이벤트 플래그 검출기보다 빠르게 실행되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 회로는 시간 채널 폭 >> 데드 타임일 때 개별 이벤트 플래그 검출기보다 빠르게 실행되도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 검출기 요소를 갖는 1 비트 카운터가 제공될 수 있으며, 여기서 검출기 요소 샘플링 주기는 이벤트 검출기 데드 타임보다 작도록 설정될 수 있다. 검출기 요소 샘플링 주기를 이벤트 검출기 데드 타임보다 작게 설정하면, 이벤트 검출기 데드 타임으로 인해 미스카운트가 발생하지 않는 상황이 달성될 수 있다. 하나의 샘플 주기에는, 이벤트 검출기에 입력되는 다중 이벤트 신호가 없을 수 있다. 전자 도착 이벤트는 연속적으로 발생할 수 있으며, 일부 경우에 병합된 이벤트 신호를 유발할 수 있지만, 검출기 요소에 해당하는 이벤트 검출기는 샘플링 주기에 하나 이하의 하전 입자 도착 이벤트를 카운트할 수 있다. 이러한 구성은 시스템 단순화를 향상시키고, 높은 대역폭을 허용할 수 있다. 검출기는 쉽게 사용할 수 있는 기술을 사용하여 제조될 수 있으며, 400 MHz 이상에서 실행하는 것을 달성할 수 있다. 검출기 요소는 한 번에 하나 초과의 전자 도착 이벤트를 검출하도록 구성될 필요가 없을 수 있다. 예를 들어 이벤트 검출기 데드 타임보다 짧은 시간 주기 내에 다중 전자가 감지 요소에 도착하면 오검출이 발생할 수 있다. 그러나, 이러한 오검출은 극히 드물 수 있다. 이벤트 검출기 데드 타임 내에서 다중 전자 도착 이벤트의 통계적 확률은 미리 결정된 수준보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 검출기는 이벤트 검출기 데드 타임 내에 2 개 이상의 전자가 도착하지 않을 것이라는 적어도 미리 결정된 신뢰 수준이 있을 수 있는 크기를 갖도록 구성될 수 있다.
감지 요소에 연결된 회로망은 감지 요소별로 제공될 수 있다. 예를 들어, 감지 요소 어레이를 포함하는 검출기에서, 어레이의 각 감지 요소는 회로에 연결될 수 있다. 회로는 샘플링 주기에서 감지 요소에 입사하는 하전 입자의 개수를 카운트하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 개수는 1 또는 0일 수 있다. 검출 시스템은 어레이 내의 다중 감지 요소의 카운트를 합산하도록 구성될 수 있는 글로벌 회로를 포함할 수 있다. 어레이에 수용된 하전 입자의 총 개수는 다중 감지 요소에 수용된 하전 입자의 개수를 더함으로써 결정될 수 있다.
이제 검출 시스템(901)의 예시적인 아키텍처의 개략적 표현을 도시하는 도 19a를 참조하도록 한다. 검출 시스템에는 감지 요소 어레이를 포함하는 검출기(900)가 제공될 수 있다. 단면에서 볼 수 있는 바와 같이, 검출기(900)는 후면 조명 CMOS 이미지 센서와 유사한 구조를 가질 수 있다. 전자는 검출기(900)의 노출된 전방 (입사) 표면에 입사될 수 있다. 전면에는, 감지 요소 어레이에 포함된 다이오드의 애노드로서 역할을 할 수 있는 P+ 층이 있을 수 있다. 애노드는 소싱 임피던스가 0인 전압 소스에 의해 음으로 바이어스될 수 있다. 예를 들어, 약 9 keV의 운동 에너지를 갖는 전자가 검출기(900)의 감지 요소로 침투할 때, 이벤트는 감지 요소의 공핍 존에서 약 2,000 개의 전자-정공 쌍을 여기시킬 수 있다. 이러한 쌍의 전자는 감지 요소의 캐소드에서 수집될 수 있으며 검출 신호에 기여할 수 있다. 예를 들어, 전류 펄스는 입사 전자의 운동 에너지에 실질적으로 비례하는 크기로 생성될 수 있다.
예리한 전류 펄스 형태의 감지 요소로부터의 원 검출 신호가 전자 회로에 공급될 수 있다. 예를 들어, 프런트 엔드 전자 장치(910)가 제공될 수 있다. 프런트 엔드 전자 장치(910)는 개별 회로(911, 912, 913, 914, 등), 예를 들어 n 번째 회로(919)까지 포함할 수 있다. 프런트 엔드 전자 장치(910)의 개별 회로 각각은 검출기(900) 어레이의 하나의 감지 요소에 대응할 수 있다. 프런트 엔드 전자 장치(910)의 각각의 개별 회로는 전류 버퍼 및 트랜스 임피던스 증폭기, 전하 증폭기 또는 전하 전송 증폭기와 같은 증폭기를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 구성 요소는 검출기(900)와 통합될 수 있다. 검출기(900)는 감지 요소 어레이를 포함하는 반도체 기판으로서 제공될 수 있다. 감지 요소 어레이는 다이오드를 포함할 수 있다. 저 이득 증폭기는 PIN 다이오드를 포함하는 반도체 기판의 후면에 구축될 수 있다. 증폭기는 선형 모드에서 작동하도록 구성될 수 있으며, 증폭기가 회복 시간을 나타낼 수 있는 구역을 회피할 수 있다. 반도체 기판은 복수의 세그먼트화된 다이오드를 포함할 수 있다. 복수의 증폭기의 각각의 증폭기가 각각의 다이오드에 부착되도록 복수의 증폭기가 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 감지 요소 어레이는 저 이득 애벌란시 다이오드(LGAD) 세그먼트로 구성될 수 있다. 트리거링 이벤트 후 애벌란시 전류 흐름으로 들어갈 수 있고 검출을 위해 다음 트리거링 이벤트를 준비하기 위해 전류 흐름을 재설정하는 메커니즘이 필요한 종래의 애벌란시 다이오드와는 달리, LGAD는 비교적 작은 전류 이득, 예를 들어 약 10 배 내지 약 20 배를 제공할 수 있으며, 선형 모드를 유지하면서 매우 빠르게 작동한다. LGAD의 추가 전류 이득을 공급하는 것은 정확한 검출 타이밍 또는 프런트 엔드 전자 장치(910)를 단순화하는데 도움이 될 수 있다. LGAD에는 바이어스 전류가 필요하지 않을 수 있다. 또한, LGAD는 검출 시스템의 전력 소비를 감소시키는데 도움이 될 수 있다.
증폭 후, 프런트 엔드 전자 장치(910)의 개별 회로 각각으로부터 출력된 신호는 이벤트 검출기(930)로 공급될 수 있다. 이벤트 검출기(930)는 예를 들어 n 번째 회로(939)까지 개별 회로(931, 932, 933, 934 등)를 포함할 수 있다. 이벤트 검출기(930)의 개별 회로들 각각은 검출기 어레이(900)의 하나의 감지 요소에 대응할 수 있다. 이벤트 검출기(930)의 각각의 개별 회로는 판별기, 판별기 블록, 펄스 높이 분석기 등을 포함할 수 있다.
도 19a의 검출 시스템은 무엇보다도 이벤트 검출기(930)가 ADC 블록 대신에 제공될 수 있다는 점에서 도 6(및 예를 들어, CMOS 센서)의 것과 다를 수 있다. 이벤트 검출기(930)는 전자를 카운트하는데 유용할 수 있다.
도 19a로 돌아가면, 이벤트 검출기(930)는 판별기 블록을 포함할 수 있다. 판별기 블록은 전자 회로와 같은 하드웨어를 사용하여 구현될 수 있는 논리 연산 처리를 포함할 수 있다. 판별기 블록은 들어오는 신호, 예를 들어 이벤트 신호를 기준 레벨에 대해 비교하여, 들어오는 신호의 상승 에지가 기준 레벨을 교차할 때 검출 펄스 또는 이벤트 검출 플래그와 같은 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 14a와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 측정된 전류 신호는 임계값(The)과 비교될 수 있다. The는 배경 노이즈 수준보다 충분히 높게 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 판별기 블록은 제어기에 의해 구현될 수 있다. 이벤트 검출기(930)는 또한 들어오는 전압, 전류 또는 다른 유형의 신호를 기준 레벨과 비교하도록 구성된 비교기와 같은 다른 유형의 회로망을 포함할 수 있다.
도 19a의 검출 시스템은 또한 픽셀 카운트 버퍼(950)를 포함할 수 있다. 픽셀 카운트 버퍼(950)는 개별 회로(951, 952, 953, 954 등), 예를 들어 n 번째 회로(959)까지 포함할 수 있다. 픽셀 카운트 버퍼(950)의 개별 회로 각각은 검출기(900)의 어레이의 하나의 감지 요소에 대응할 수 있다. 이벤트 검출기(930)의 각 회로로부터의 출력은 픽셀 카운트 버퍼(950)의 각 회로로 공급될 수 있다.
도 19a의 검출 시스템은 또한 카운트 합산 유닛(960)을 포함할 수 있다. 픽셀 카운트 버퍼(950)의 각 회로로부터의 출력은 카운트 합산 유닛(960)으로 공급될 수 있다. 검출기(900)의 각각의 감지 요소로부터 수용된 전자의 카운트는 예를 들어 이미지 처리에 사용될 이미지의 그레이 레벨을 획득하기 위해 결합될 수 있다. 수용된 전자의 카운트를 결합하는 것은 다중 감지 요소, 다중 샘플링 주기 또는 다중 프레임에 걸쳐 카운트를 합산하는 단계를 포함할 수 있다. 감지 요소로부터의 데이터는 하전 입자 도착 이벤트의 특성을 기초로 결합될 수 있다. 예를 들어, 감지 요소로부터의 데이터는 하전 입자 도착 이벤트의 타임 스탬프, 감지 요소 위치, 하전 입자 빔 장치의 일차 빔의 스캔 동작, 또는 하전 입자 빔 장치의 특성을 기초로 결합될 수 있다. 결합된 데이터는 샘플의 이미지를 재구성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 카운트 합(970)은 이미지 처리 시스템(199)에 공급될 수 있다. 카운트 합산 유닛(960)은 전자 회로와 같은 하드웨어를 사용하거나, 또는 예를 들어 제어기에 의해 구현될 수 있는 논리 연산 처리를 포함할 수 있다.
도 19a의 검출 시스템에서 다양한 요소를 연결하는 다양한 신호 라인 등이 제공될 수 있다. 예를 들어, 이벤트 검출기(930)의 개별 회로 각각에 연결된 픽셀 클록(920)이 있을 수 있다. 또한, 검출 제어 장치(925)는 이벤트 검출기(930)의 개별 회로 각각에 연결될 수 있다. 유사하게, 픽셀 카운트 버퍼(950)의 개별 회로들 각각에 연결된 또 다른 픽셀 클록(940)이 있을 수 있다. 더욱이, 검출 제어 장치(945)는 픽셀 카운트 버퍼(950)의 개별 회로 각각에 연결될 수 있다. 또한, 지연된 픽셀 클록(965)은 카운트 합산 유닛(960)에 연결될 수 있다. 픽셀 클록(920, 940 및 965)은 동일한 또는 다른 속도로 실행될 수 있다.
도 19a의 검출 시스템은 비교적 단순화된 전자 구성 요소를 사용할 수 있고, 우수한 패키징 유연성을 가능하게 하면서 고속을 달성할 수 있다. 예를 들어, 구성 요소는 반도체 칩에 통합될 수 있다. 프런트 엔드 전자 장치(910), 이벤트 검출기(930), 픽셀 카운트 버퍼(950) 또는 카운트 합산 유닛(960)은 단일 모놀리식 반도체 칩과 같은 반도체 패키지에 제공될 수 있다. 예를 들어, 프런트 엔드 전자 장치(910), 이벤트 검출기(930), 픽셀 카운트 버퍼(950), 및 카운트 합산 유닛(960)은 검출기(800) 및 이미지 처리 시스템(199)에 연결될 수 있는 반도체 칩의 층으로서 제공될 수 있다. 도 19a에서 이미지 처리 시스템(199)과 카운트 합산 유닛(960) 사이에 도시된 점선은 온 칩 구조와 오프 칩 구조 사이의 분할을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 프런트 엔드 전자 장치(910), 이벤트 검출기(930), 픽셀 카운트 버퍼(950) 및 카운트 합산 유닛(960)은 개별 모듈로서 제공될 수 있다.
전자를 카운트하는 것은 아날로그 신호를 감지하는 것과 비교할 때 많은 이점을 가질 수 있다. 예를 들어 본 명세서의 실시예에서 논의된 바와 같이 검출기 및 검출 시스템을 포함하는 반도체 칩은 더 높은 속도를 달성할 수 있고, 처리 병목 현상을 회피할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 인접한 전자 도착 이벤트에서 신호 펄스의 중첩은 검출 정확도를 방해할 수 있다. 따라서, 검출기가 빠른 속도를 갖는 것이 중요할 수 있다. 일부 장치에서는, 프런트 엔드 전자 장치가 대역폭에 제한을 부과할 수 있다. 그러나, 본 명세서의 실시예들과 관련하여 논의되는 바와 같이, 프런트 엔드 전자 장치 또는 다른 구성 요소가 반도체 칩에 통합될 때, 고속이 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어 이벤트 플래그의 형태로 출력을 제공함으로써 다수의 하전 입자를 카운트하도록 구성된 구성 요소는 상대적으로 간단할 수 있으며, 시스템 단순화 및 고속을 허용할 수 있다. 빔 강도를 나타내기 위해 아날로그 신호를 샘플링하는 것보다는, 개별 이벤트를 검출하고 일정 기간 동안 발생하는 개별 이벤트의 개수를 카운트하는 것이 유리할 수 있다.
전자를 카운트하는 것은 CD SEM, 고해상도 고 처리량 검사, 또는 제조된 반도체 장치의 계측과 같은 일부 유형의 적용 분야에서 특히 효과적일 수 있다. 본 명세서에서 논의된 일부 실시예에서, 검출 시스템은 예를 들어 100 pA 이상의 전자 빔에 대한 전자 카운팅을 가능하게 할 수 있다.
비교 예에서 일부 검출기는 고 에너지 입자 물리학 분석 기기에 제공될 수 있다. 예를 들어, 입자 가속기는 높은 속도 및 에너지로 하전 입자를 추진할 수 있다. 하전 입자는 재료 또는 다른 입자와 충돌할 수 있으며, 충돌 생성물은 검출기에 의해 검출될 수 있다. 검출기는 입자를 수용하도록 구성될 수 있다. 그러나, 고 에너지 물리학 기기에서, 검출기는 입자가 검출기를 통과하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 열량계는 입자가 열량계를 통과할 때 손실되는 에너지를 측정할 수 있다.
예를 들어 열량계와 달리, 다수의 하전 입자를 카운트하도록 구성된 감지 요소는 하전 입자를 수용할 수 있고, 감지 요소에 도착하는 하전 입자에 응답하여, 하전 입자의 에너지가 소모될 때까지 감지 요소에서 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다. 더욱이, 감지 요소에 연결된 회로는 여기에서 논의되는 바와 같이 입사 하전 입자의 에너지 레벨을 구별하도록 구성될 수 있다. 또한, 감지 요소에 연결된 회로는 어레이의 다중 감지 요소에서 발생하는 하전 입자 도착 이벤트의 카운트를 합산하도록 구성될 수 있다. 검출기는 하전 입자가 수용된 타이밍과 그 에너지 레벨을 포함하는 감지 요소로부터의 정보를 유도할 수 있다.
주사 전자 현미경(SEM)에서, 이차 전자(SE) 및 후방 산란 전자(BSE)는 표본으로부터 방출될 수 있다. SEM 시스템이 SE와 BSE를 구별하고 2 개의 개별 이미지인 SE 이미지 및 BSE 이미지를 동시에 생성하는 것이 유용할 수 있다. 2 개의 이미지는 표본에 대한 전자 충돌에 대한 반응으로 표본에서 SE 및 BSE 생성 과정의 2 개의 다른 메커니즘으로 인해 이차원 공간에서 표본의 다른 특성을 나타낼 수 있다.
일부 실시예에서, SE 및 BSE 이미지를 동시에 획득하도록 다중 임계값이 설정될 수 있다. 이벤트 검출기로 들어오는 이벤트 신호 펄스는 관심 이벤트 신호 펄스를 유발한 들어오는 전자의 에너지에 상당히 비례할 수 있다. BSE의 평균 에너지는 SE의 에너지보다 높다. SE와 BSE 사이에 에너지 분배가 명확하게 구분될 수 있다. 이러한 경우, 예를 들어, 제 1 임계값은 SE에 의해 야기되는 이벤트 신호 펄스의 평균 높이의 60 %에 해당하는 값으로 설정될 수 있다. SE 이벤트 신호 펄스 높이 평균과 BSE 이벤트 신호 펄스 높이 평균 사이에 제 2 임계값이 설정될 수 있다. 2 개의 임계값에 대응하여, 2 개의 검출 플래그, 예를 들어 flagLow 및 flagHigh가 정의될 수 있다. 각 플래그는 이벤트 신호가 그 상승 에지에서 대응하는 임계값을 교차한다고 결정될 때 설정될 수 있다. 따라서, 두 개의 플래그, flagLow 및 flagHigh는 모두 BSE에 의해 발생하는 이벤트 신호 펄스에 의해 설정될 수 있으며, flagLow만이 flagHigh가 재설정 상태로 유지되는 동안 SE에 의해 발생하는 이벤트 신호 펄스에 의해 설정될 수 있다. 간단한 논리에 의해, 이벤트 검출기는 어떤 유형의 전자가 검출되었는지를 결정할 수 있다. 논리는 예를 들어 이벤트 검출기(930) 또는 카운트 버퍼(950)에서 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 카운트 버퍼는 유리한 위치일 수 있는데, 예를 들어 여기서 카운트 버퍼 기능이 타이밍에 덜 임계적이고 파이프라인 아키텍처에서 다수의 클록 사이클에 걸쳐 합산이 실행될 수 있다. 합산을 위해 일련의 클록 사이클 이전에 논리를 실행하기 위해 하나의 사이클을 추가하면 검출기 시스템의 전체 성능에 해를 끼치지 않을 수 있다. 검출기 시스템(901)과 같은 검출기 시스템의 이러한 기능 설정 하에서, 합산은 SE 카운트와 BSE 카운트 사이에서 독립적으로 수행될 수 있고, 합산 유닛(960)은 각각의 지연된 픽셀 클록 사이클에서 2 개의 합을 출력할 수 있다. SE 및 BSE 판별의 정밀도를 위해, 추가 임계값이 추가될 수 있다.
이제, 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출 시스템의 다른 예시적인 아키텍처의 개략도를 예시하는 도 19b를 참조하도록 한다. 도 19b의 검출 시스템(902)은 검출 시스템(902)이 다른 차이점들 중에서 감지 요소 어레이를 포함하는 검출기(900)에 연결된 에너지 저장 장치(1310)를 제공한다는 점을 제외하고는, 도 19a의 검출 시스템(901)과 유사할 수 있다. 에너지 저장 장치(1310)는 개별 에너지 저장 유닛(1311, 1312, 1313, 1314 등), 예를 들어 n 번째 에너지 저장 유닛(1319)까지 포함할 수 있다. 각각의 개별 에너지 저장 유닛은 검출기(900) 어레이의 하나의 감지 요소에 대응할 수 있다. 에너지 저장 유닛(1311 내지 1319)은 검출기(900)의 감지 요소 어레이의 각각의 감지 요소로부터의 출력 신호가 공급되는 것에 응답하여 에너지를 축적하도록 구성될 수 있다. 각각의 에너지 저장 유닛은 예를 들어 마이크로 커패시터를 포함할 수 있다.
감지 요소로부터의 원 검출 신호는 에너지 저장 유닛으로 공급될 수 있다. 에너지 저장 유닛에 축적된 에너지는 에너지 저장 유닛이 재설정될 때까지 저장될 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 장치(1310)가 커패시터를 포함하는 경우, 커패시터가 방전되면 에너지 레벨이 재설정될 수 있다. 에너지가 에너지 저장 장치(1310)로 공급되는 동안, 저장된 에너지 레벨이 판독될 수 있다. 에너지 레벨은 재설정될 때까지 기간 동안 유지될 수 있다.
일부 실시예에서, 감지 요소 출력과 관련된 에너지는 능동 재설정 또는 수동 재설정에 의해 재설정될 수 있다. 능동 재설정에는 요소가 그 에너지 레벨을 낮추도록 긍정적으로 유발하는 것이 포함될 수 있다. 예를 들어, 능동 재설정은 커패시터를 방전시키는 것을 포함할 수 있다. 수동 재설정은 에너지 레벨이 감소되도록 수동적으로 허용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 장치에서는, 에너지 레벨이 시간이 지남에 따라 감소할 수 있다. 감지 요소 자체에서, 전자 도착 이벤트에 반응하여 생성된 에너지는 시간이 지남에 따라 소산될 수 있다. 일부 실시예에서는, 위에서 논의된 바와 같이, PIN 검출기에서 단일 전자 도착 이벤트에 의해 생성된 전류 펄스는 예를 들어 3 내지 5 ns의 펄스 폭을 가질 수 있으며, 따라서, 감지 요소는 약 3 내지 5 ns 후에 수동적으로 재설정될 수 있다.
일부 실시예에서, 에너지 저장 장치(1310)는 생략될 수 있다. 예를 들어, 감지 요소 자체는 에너지 수집 유닛으로서 기능할 수 있으며, 전자 도착 이벤트에 응답하여 생성된 전자-정공 쌍의 서지가 점차 소산됨에 따라 본질적으로 주기적으로 재설정될 수 있다.
검출 시스템(902)은 또한 검출 회로 어레이(1320)를 포함할 수 있다. 검출 회로 어레이(1320)는 예를 들어 n 번째 회로(1329)까지 개별 회로(1321, 1322, 1323, 1324) 등을 포함할 수 있다. 검출 회로 어레이(1320)의 개별 회로들 각각은 검출기 어레이(900)의 하나의 감지 요소에 대응할 수 있다. 검출 회로 어레이(1320)의 각각의 개별 회로는 이벤트 펄스 검출기를 포함할 수 있다. 이벤트 펄스 검출기는 감지 요소 상의 하전 입자의 도착 이벤트를 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이벤트 펄스 검출기는 감지 요소에서 에너지의 양을 검출함으로써 하전 입자 도착 이벤트를 검출하도록 구성될 수 있고, 카운터를 증분시켜 이에 따라 하전 입자가 카운트되었다는 것을 표시하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 감지 요소로부터의 출력 신호를 검출하는 다른 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 감지 요소로부터의 출력은 미리 결정된 시간에 샘플링됨으로써 판독될 수 있다. 검출 회로 어레이(1320)는 클록을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 글로벌 클록이 제공될 수 있다. 글로벌 클록을 사용하여, 감지 요소 및 그 관련 회로망의 동작을 동기화할 수 있다. 일부 실시예에서, 개별 감지 요소 및 그 관련 회로망은 그 자체의 클록을 가질 수 있다.
이벤트 펄스 검출기의 회로는 비교기를 포함할 수 있다. 또한, 전압 레퍼런스와 같은 다양한 다른 회로 구성 요소가 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 에너지 저장 유닛에 캡처된 에너지는 오버플로우 한계를 초과할 수 있고, 하전 입자의 카운팅이 방해될 수 있다. 예를 들어, 하나 초과의 하전 입자가 감지 요소에 수용되고 수용된 에너지가 수용된 하전 입자의 총 개수를 나타낼 수 없을 때 미스카운트가 발생할 수 있다. 에너지 저장 유닛에 축적된 에너지는 후속 하전 입자가 수용된 후에도 동일하게 유지될 수 있다. 따라서, 감지 요소의 데이터를 시간별 기초로 처리하기 위한 회로망을 제공하는 것이 유리할 수 있다. 검출 회로 어레이(1320)는 타임 스탬프와 관련될 수 있는 감지 요소 데이터를 저장하기 위한 저장소를 포함할 수 있다.
검출 시스템(902)은 또한 카운트 합산 유닛(960)을 포함할 수 있다. 검출 회로 어레이(1320)의 각 회로로부터의 출력은 카운트 합산 유닛(960)으로 공급될 수 있다. 검출기(900)의 각각의 감지 요소로부터 수용된 하전 입자의 카운트는 합산되어 이미지 처리에 사용될 이미지의 그레이 레벨을 얻을 수 있다. 예를 들어, 픽셀 카운트 합(970)은 이미지 처리 시스템(199)에 공급될 수 있다. 카운트 합산 유닛(960)은 전자 회로와 같은 하드웨어를 사용하거나, 또는 예를 들어 제어기에 의해 구현될 수 있는 논리 연산 처리를 포함할 수 있다.
검출 시스템(902)의 다양한 요소를 연결하는 다양한 신호 라인 등이 제공될 수 있다. 검출 시스템(902)은 예를 들어 증폭기, 신호 처리 회로망 등과 같은 추가 구성 요소를 포함할 수 있다. 도 19a에 도시된 것과 같은 다양한 연결 및 다른 요소가 검출 시스템(902)에 추가될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 실시예에서, 검출기에 대한 샘플링 주기(τs)는 데드 타임 τD보다 작게 설정될 수 있으며, 여기서 임의의 연속적인 2 개의 검출 펄스는 하나 이상의 샘플링 주기로 분리되기 때문에 임의의 샘플링 주기의 전자 카운트는 0 또는 1이어야 한다. 따라서, 카운트 버퍼는 예를 들어 플래그로서 1 비트로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, SEM에 적용될 때, 검출기의 가장 빠른 픽셀 속도는 1/τs Hz로 구성될 수 있다. 샘플링 주기가 고정되어 있는 동안, 픽셀 속도가 느린, 예를 들어 1/(Nτs)(여기서 N = 2, 3,…)인 SEM 이미지는 각각의 연속된 카운트 결과를 그룹화하고 합산하며 그룹의 모든 카운트의 합으로 하나의 픽셀을 표현함으로써 이미지 프로세서에서 구성될 수 있다. 예를 들어 1/τs를 400 MHz로 설정하면, 가변적이지만 개별 픽셀 속도가 400/N MHz(N = 1, 2, 3,…)인 SEM 이미지가 지원될 수 있다.
일부 실시예에서, 샘플링 주기(τs)는 데드 타임(τD)보다 크게 설정될 수 있으며, 여기서 이벤트 검출기는 단일 샘플 주기 내에서 다중 검출 펄스를 생성할 수 있다. 따라서, 카운트 버퍼는 다중 비트로 구성될 수 있다. 카운트 버퍼는 추가 미스카운트를 회피하고 전체 미스카운트 비율이 허용 가능한 레벨로 유지될 수 있도록 다중 비트로 구성될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이 검출기 끝을 고정된 샘플링 주기(τs)에서 실행하게 유지하면서 이미지 프로세서 끝에서 더 느린 픽셀 속도로 SEM 이미지를 형성하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 오늘날의 파운드리 칩은 400 MHz 클록 작동을 가능하게 할 수 있기 때문에, τs>τD의 경우는 드물 수 있다.
이제 회로에 결합된 감지 요소의 출력 신호의 예시적인 표현을 보여주는 도 20a를 참조하며, 여기서 감지 요소는 감지 요소별로 회로에 연결될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "출력 신호", "감지 요소 출력" 또는 "감지 요소의 출력" 등은 감지 요소 또는 그 관련 회로의 출력을 지칭할 수 있다. 출력 신호는 감지 요소에 의해 생성될 수 있으며, 그 출력은 해당 회로에 결합될 수 있다. 그러면, 중앙 전자 제어 유닛과 같은 제어기가 감지 요소로부터 직접 출력이 아닌 회로로부터의 출력을 수신할 수 있다. 제어기는 다중 회로로부터 출력을 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 감지 요소는 PIN 다이오드뿐만 아니라, 감지 요소 회로를 형성할 수 있는 일부 다른 구성 요소도 포함할 수 있다. 그러면, 감지 요소의 출력이 제어기에 직접 연결될 수 있다. 제어기는 각각의 감지 요소에 결합된 각각의 회로를 통해 감지 요소의 출력을 수신하도록 구성될 수 있다.
감지 요소는 시간을 기준으로 신호를 출력할 수 있다. 회로는 검출 신호를 생성하기 위해 감지 요소로부터의 신호를 처리할 수 있는 기능 블록을 포함할 수 있다. 도 20a는 횡축의 시간에 대해 플로팅된 종축의 임의의 단위의 검출 신호(강도)를 나타낼 수 있는 그래프이다. 검출기는 각 감지 요소에서 개별 하전 입자 도착 이벤트가 구별될 수 있도록 속도를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 20a에 도시된 바와 같이, 신호의 급격한 증가는 하전 입자 도착 이벤트에 대응할 수 있다. 하전 입자 도착 이벤트는 E1, E2, E3, E4 등과 같은 해당 에너지 레벨을 가질 수 있다.
도 20a는 일정한 데이터 프레임 레이트에서 복수의 프레임(F1, F2 및 F3)을 도시한다. 프레임(F1, F2 및 F3)은 데이터 프레임일 수 있다. 데이터 프레임은 특정 기간 내에 검출 시스템에 의해 획득된 데이터 그룹을 의미할 수 있다. 프레임은 감지 요소의 하나 이상의 샘플링 주기를 포함할 수 있다. 프레임 레이트는 각 프레임 내에서 하전 입자 카운팅 결정, 제 1 그룹 결정, 제 2 그룹 결정, 이미지 처리를 위한 데이터 처리 등과 같은 처리를 수행하는 제어기의 레이트일 수 있다. 프레임 레이트는 예를 들어 시스템 클록 속도와 관련될 수 있다. 프레임 레이트는 전술한 바와 같이 제 1 파라미터 및 제 2 파라미터에 따라 설정될 수 있다. 제 1 파라미터 또는 제 2 파라미터는 미리 결정된 기준에 기초할 수 있고, 아래에서 논의되는 바와 같이, 미리 결정된 제 1 프레임 기준 또는 제 2 미리 결정된 프레임 기준을 포함하거나 또는 커버할 수 있다.
도 20b는 감지 요소의 예시적인 출력 신호의 그래픽 디스플레이의 다른 표현을 도시한다. 도 20a와 달리, 감지 요소의 출력 신호는 전체 프레임에 대해 일정한 것으로 표현될 수 있다. 따라서, 하나의 프레임에 대해, 감지 요소는 일부 실시예에서 하나의 값을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 한 프레임 동안 다중 하전 입자 도착 이벤트가 발생하면, 신호 강도가 하전 입자 도착 이벤트가 하나만이 발생할 때보다 더 높을 수 있다.
프레임 레이트는 가변적일 수 있다. 프레임의 주기는 시간에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 도 20c는 감지 요소 및 회로의 출력 신호를 나타낼 수 있는 또 다른 그래프를 보여준다. 도 20c에는, F1, F2, F3, F4 등의 프레임이 복수개 존재한다. 프레임은 서로 다른 기간을 가질 수 있다. 프레임의 주기는 검출되는 하전 입자 빔의 신호 강도에 적응하도록 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 적응은 후속 프레임에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 제 1 프레임이 결정된 후, 제 1 프레임으로부터의 정보에 기초하여 제 2 프레임이 조정될 수 있다. 일부 실시예에서, 적응은 동일한 프레임 내에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 제 1 프레임이 결정될 수 있고, 제 1 프레임이 동시에 조정될 수 있다. 일부 실시예에서, 프레임의 실시간 조정이 사용될 수 있으며, 이는 검출 출력 신호의 오류율을 줄이는데 도움이 될 수 있다.
한 주기에 하나의 하전 입자를 카운트하도록 주기가 설정될 수 있다. 초기에 하전 입자를 수집하는 시간 기간을 기초로 하여 주기가 설정될 수 있다. 주기는 다른 방법으로 초기화될 수도 있다. 이후, 다음 프레임의 주기는 동일하거나 또는 다를 수 있다. 일부 실시예에서, 반복적인 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 20c에서, 제 1 프레임(F1)은 하전 입자를 수집하는 시간 기간에 기초하여 일정 주기로 설정될 수 있다. 다음 프레임(F2)에 대해서도 동일한 주기를 사용할 수 있다. 프레임(F2)에서 하전 입자가 검출되지 않으면, 프레임 주기가 다음 프레임에서 더 긴 주기로 증분될 수 있다. 프레임(F3)에서, 하전 입자가 검출된다. 그 후, 프레임(F4)에서, 동일한 주기가 사용되며, 2 개의 하전 입자가 검출될 수 있다. 하나 초과의 하전 입자가 검출되기 때문에, 프레임 주기는 다음 프레임에서 더 짧은 주기로 감소될 수 있다. 프레임(F5)에서는, 하전 입자가 검출되지 않으므로, 따라서, 프레임(F6)에서는, 더 긴 주기가 사용된다.
이제 제 1 임계값(T1)에 대해 회로에 결합될 수 있는 감지 요소의 출력 신호를 나타내는 도 21a를 참조하도록 한다. 제 1 임계값(T1)은 노이즈를 필터링하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 임계값(T1)은 0보다 크고 하전 입자 도착 이벤트의 미리 결정된 에너지량에 대응하는 값 이하인 값으로 설정될 수 있다. 제 1 임계값(T1)은 출력 신호가 간섭, 암전류 등에 의해 유발되는 것과 같은 노이즈가 아니라 검출 신호인 것을 결정하는데 사용될 수 있다.
이제, 제 1 임계값(T1) 및 제 2 임계값(T2)에 대해 회로에 결합될 수 있는 감지 요소의 출력 신호를 나타내는 도 21b를 참조하도록 한다. 제 1 임계값(T1)은 노이즈를 필터링하기 위해 위와 유사하게 설정될 수 있다. 제 2 임계값(T2)은 서로 다른 에너지 특성을 갖는 서로 다른 유형의 하전 입자를 구별하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 제 2 임계값(T2)은 산란 전자와 이차 전자를 구별하도록 설정될 수 있다. 제 2 임계값(T2)의 값은 미리 결정될 수 있다. 도 21b의 그래프의 종축이 전자 볼트에 관한 것인 경우, 제 2 임계값(T2)은 예를 들어 SEM 시스템(예를 들어, E_acc)에 의해 부여된 가속 에너지의 값에 50 eV를 더한 값으로 설정될 수 있다. 따라서, 제 2 임계값(T2) 이하의 에너지를 갖는 전자는 이차 전자로 결정될 수 있고, 제 2 임계값(T2) 초과의 에너지를 갖는 전자는 산란된 전자로 결정되고 그에 따라 카운트될 수 있다.
이제 제 1 임계값(T1), 제 2 임계값(T2) 및 제 3 임계값(T3)에 대해 회로에 결합될 수 있는 감지 요소의 출력 신호를 나타내는 도 21c를 참조하도록 한다. 도 21c의 표현에서, 출력 검출 신호는 프레임 당 하나의 값을 취할 수 있다. 제 1 임계값(T1)은 노이즈를 필터링하기 위해 위와 유사하게 설정될 수 있다. 제 2 임계값(T2)은 서로 다른 유형의 하전 입자를 구별하기 위해 설정될 수 있다. 제 3 임계값(T3)은 감지 요소가 하나 초과의 하전 입자를 수용하는지 여부를 판단하기 위해 설정될 수 있다. 제 3 임계값(T3)의 값은 제 2 임계값(T2)의 두 배일 수 있다.
이제 프레임의 통계적 결과의 예시적인 표현을 보여주는 도 22를 참조하도록 한다. 일부 실시예에서, 검출 시스템의 제어기는 각 프레임에서 통계 분석을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 검출기의 감지 요소는 제어기로 출력될 수 있다. 감지 요소는 회로에 연결될 수 있다. 제어기는 각 감지 요소로부터 출력을 수신하고 각 감지 요소의 출력을 프레임 단위로 구성하도록 구성될 수 있다. 한 프레임 후에, 제어기는 빔 스폿과 관련된 다중 감지 요소로부터 출력을 수집할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 도 3f를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 경계선(350) 내에 포함될 수 있는 제 1 그룹의 감지 요소로부터 출력을 수집할 수 있다. 제어기는 해당 프레임에서 각 감지 요소의 출력의 정보를 기초로 통계 분석을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 22는 한 프레임에 대해 종축의 하전 입자 카운트 및 횡축의 에너지 레벨을 도시한다. 에너지 레벨은 하나의 프레임에서 감지 요소의 제 1 그룹에 의해 수용된 하전 입자의 모든 상이한 에너지 레벨에 대응할 수 있다. 예를 들어, 에너지 레벨은 도 20a와 관련하여 위에서 논의된 에너지 레벨(E1, E2, E3, E4)에 대응할 수 있다. 도 22는 4 개의 이러한 에너지 레벨을 예시하지만, 상이한 개수의 개별 에너지 레벨이 제공되고 분석될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하전 입자의 카운트는 하나의 프레임에서 감지 요소의 제 1 그룹에 의해 검출된 모든 하전 입자에 대응할 수 있다.
다른 유형의 통계가 결정될 수 있다. 예를 들어 다음을 결정할 수 있다: 수용된 모든 하전 입자의 비율로서 특정 에너지 레벨에서 하전 입자의 개수; 제 1 그룹에 수용된 총 하전 입자의 비율로서 하나의 감지 요소에 수용된 하전 입자의 개수; 등.
도 22는 예시적인 통계 결과를 히스토그램으로 나타내지만, 다양한 형태의 표현이 사용될 수 있다. 예를 들어, 통계 분석은 산점도를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기는 픽셀 단위로 통계 분석을 수행하도록 구성될 수 있다. 제어기는 각 감지 요소의 출력을 수신하고 SEM 이미지의 픽셀에 대응하는 각 감지 요소의 출력을 조직하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하전 입자 빔이 샘플을 가로질러 스캔할 때, 서로 다른 픽셀에 해당하는 감지 요소 출력이 생성될 수 있다. SEM 이미지의 각 픽셀은 스캐닝 동작 동안 그 할당된 시간 기간 동안 획득된 프레임을 사용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 픽셀과 관련된 기간 동안, 하나 이상의 데이터 프레임이 획득될 수 있다. 따라서, 픽셀에 대응하는 정보는 하나 이상의 프레임에 포함될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "픽셀"은 이미징되는 샘플 표면 상의 단위 구역을 지칭할 수 있다. 따라서, SEM 이미지는 픽셀의 맵을 포함할 수 있으며, 각 픽셀은 샘플 표면 상의 위치에 해당한다. 이미징 해상도가 높을수록(또는, 예를 들어, 샘플 표면 상의 시야가 커질수록), 픽셀 개수가 더 커진다.
도 23은 라인 상의 복수의 픽셀의 표현을 도시한다. 픽셀은 샘플 표면에서 관심 영역의 래스터 스캔과 같은 스캐닝 패턴에 따라 조직될 수 있다. 각 픽셀은 특정 시간에 출력되는 감지 요소의 데이터와 관련될 수 있다. 각 픽셀은 하나 이상의 감지 요소의 데이터와 관련될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 하나의 픽셀은 감지 요소 출력과 관련된 하나 이상의 데이터 프레임의 데이터를 포함할 수 있다.
SEM 이미지에 사용되는 복수의 픽셀에 대해, 픽셀 단위로 픽셀과 관련된 정보를 기초로 하여 통계 분석을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 각각의 감지 요소에 결합된 각각의 회로를 통해 감지 요소의 출력을 수신하도록 구성될 수 있다. 하나의 픽셀에 대해, 제어기는 픽셀과 관련된 시간 기간 내에 빔 스폿과 관련된 감지 요소로부터의 출력을 수집할 수 있다. 예를 들어, 픽셀의 타임 스탬프는 하전 입자 빔 이미징 도구의 일차 전자 빔이 샘플 표면 상의 위치를 가로질러 스캔하는 시간에 대응할 수 있다. 제어기는 예를 들어 도 3f를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이 경계선 내에 포함될 수 있는 제 1 그룹의 감지 요소로부터의 출력을 수집할 수 있다. 제어기는 픽셀과 관련된 하나 이상의 프레임에서 각 감지 요소의 출력의 정보를 기초로 하여 통계 분석을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 23은 왼쪽에 하나의 픽셀(X1)과 관련된 감지 요소 출력을 보여준다. 감지 요소 출력은 통계 분석을 기초로 하여 에너지 레벨에 대해 플로팅된 하전 입자 카운트와 같은 정보로 표현될 수 있다. 에너지 레벨에 대해 플로팅된 하전 입자 카운트의 정보는 복수의 프레임에 대한 정보를 기초로 할 수 있다. 예를 들어, 도 23에는, 픽셀(X1)과 관련된 정보의 2 개의 프레임이 있다. 스캔의 다른 시점에서, 다른 픽셀과 관련된 감지 요소 출력이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 23은 오른쪽에 다른 픽셀(X2)과 관련된 감지 요소 출력을 도시한다. 픽셀(X2)의 경우, 픽셀과 관련된 정보의 프레임이 하나만이 있을 수 있다.
에너지 레벨에 대해 플로팅된 하전 입자 카운트를 포함하는 정보의 표현에서, 스케일은 스캔에서 수집된 모든 복수의 픽셀의 데이터를 기초로 결정될 수 있다. 횡축의 에너지 레벨은 스캔에서 수집된 하전 입자의 모든 에너지 레벨을 포함할 수 있다. 이미지의 각 픽셀의 스케일은 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 그레이 레벨 왜곡이 방지될 수 있도록 스케일이 결정될 수 있다. 또한, 하전 입자 검사 도구의 동일한 설정 하에서, 획득된 모든 이미지가 동일한 스케일을 갖도록 설정될 수 있다. 따라서, 이미지 간의 그레이 레벨 왜곡이 회피될 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 입사 하전 입자의 에너지 스펙트럼을 나타내는 정보가 생성될 수 있다. 이 정보는 SEM 이미지와 같은 하전 입자 빔 이미징에서 이미지의 픽셀을 생성하는데 사용될 수 있다.
예를 들어, 전체적인 수치 출력은 (기존 SEM에서 사용될 수 있는 유형의) 그레이 스케일 이미지와 같은 SEM 이미지에서 하나의 픽셀을 생성하는데 사용될 수 있다. 즉, 입사된 하전 입자의 총 카운트는 픽셀의 그레이 레벨에 해당할 수 있다. 하전 입자의 총 카운트는 강도에 해당할 수 있다. 추가적으로, 컬러 정보가 추가될 수 있다. 예를 들어, 유색 광은 사람의 눈으로 볼 수 있고 약 390 내지 700 nm의 파장 또는 약 1.63 내지 3.26 eV의 광자 에너지에 해당하는 전자기 스펙트럼의 일부이다. 빨간색, 주황색, 노란색, 녹색, 파란색 및 보라색과 같은 가시적 컬러가 특정 에너지 레벨에 해당하는 것과 유사한 방식으로, 컬러 값이 SEM 이미지의 픽셀에 할당될 수 있다. 예를 들어, SEM 이미지에서 각 픽셀의 RGB 값은 픽셀 단위로 분석된 감지 요소 출력의 통계 분석을 기초로 결정될 수 있다. RGB 값은 특정 에너지 레벨에서 수용된 하전 입자의 개수를 기초로 할 수 있다.
일부 실시예에서, 샘플로부터 수용된 방사선의 스펙트럼은 에너지 간격의 이산 밴드에서 입사 하전 입자의 카운트에 의해 표현될 수 있다. 에너지 레벨의 간격은 예를 들어 미리 또는 통계 분석을 기초로 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 간격은 예를 들어 임계값(T1, T2 및 T3)을 포함하는 임계값에 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 감지 요소 출력의 통계 분석은 F(x)와 같은 함수에 의해 방사선 스펙트럼의 근사치를 제공하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 x는 에너지 레벨이다. 컬러 사양은 함수로부터 컬러 영역의 RBG 값과 같은 컬러 정보로 직접 변환될 수 있다.
RGB 컬러 모델이 위에서 논의되었지만, 일부 실시예에서, HSL(색조, 채도, 밝기) 또는 HSV(색조, 채도, 값)와 같은 다른 컬러 표현이 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 정보 수집 및 디스플레잉에서 추가적인 자유도가 획득될 수 있다. SEM 이미지에 컬러를 추가하여, 특히 재료 특성 또는 미세 구조와 같은 추가 특성을 나타낼 수 있다.
상기 설명과 일치하는 제어기의 예는 도 1의 제어기(109)를 포함한다. 제어기(109)는 이미지 획득기(120) 및 저장소(130)(도 2b 참조)를 또한 포함하는 이미지 처리 시스템(199)의 일부일 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(109)는 이미지 획득의 기능을 수행할 수 있는 독립형 제어 유닛일 수 있다.
이제 예시적인 주기 결정 방법의 흐름도를 도시하는 도 24를 참조하도록 한다. 제어기(예를 들어, 도 1의 제어기(109))는 도 24의 흐름도의 하나 이상의 블록을 구현하도록 프로그래밍될 수 있다. 단계(S101)에서, 하전 입자 이미징이 시작될 수 있다. 단계(S102)에서, 처리 주기는 초기 값으로 설정된다. 처리는 하전 입자 카운팅 결정을 내리는 단계, 감지 요소의 제 1 그룹을 결정하는 단계, 감지 요소의 제 2 그룹을 결정하는 단계, 및 이미지 처리를 수행하는 단계 등 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
단계(S103)에서, 제어기는 감지 요소 출력과 관련된 데이터 프레임을 수신할 수 있다. 프레임은 감지 요소별로 회로에 연결될 수 있는 검출기의 복수의 감지 요소로부터의 출력을 포함할 수 있다. 따라서, 제어기는 하나의 프레임에서 개별 감지 요소의 출력에 각각 대응하는 복수의 검출 신호를 수신할 수 있다.
단계(S104)에서, 프레임 내에서 검출기에 입사되는 하전 입자의 개수를 결정할 수 있다. 단계(S104)는 프레임 내의 검출기의 복수의 감지 요소 중 각각의 감지 요소에 입사하는 하전 입자의 개수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 하전 입자의 개수는 정수일 수 있다.
단계(S105)에서, 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 감지 요소의 개수가 제 1 개수 이상인지 여부를 결정할 수 있다. 제 1 개수는 제 1 미리 결정된 프레임 기준에 기초할 수 있다. 예를 들어, 제 1 개수는 도 1의 장치(100)와 같은 하전 입자 빔 도구의 파라미터에 기초한 전자 빔 스폿의 표준 크기에 대응하는 감지 요소의 개수일 수 있다. 도 24의 단계(S105)의 결정은 또한 비율의 형태일 수 있다. 예를 들어, 단계(S105)는 감지 요소의 적어도 A %가 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(S105)에서 부정적 결정이 내려지면, 처리는 단계(S107)로 진행할 수 있다. 단계(S107)에서, 주기는 조정될 수 있다. 예를 들어, 더 많은 감지 요소가 하나의 프레임에서 적어도 하나의 하전 입자를 수용할 수 있도록 주기가 더 길게 될 수 있다. 주기는 미리 결정된 양만큼 증분될 수 있다. 그 후, 처리는 단계(S103)로 복귀될 수 있다.
한편, 단계(S105)에서 긍정적 결정이 내려지면, 처리는 단계(S106)로 진행할 수 있다. 단계(S106)에서, 처리가 종료될 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 처리가 뒤따를 수 있다.
방법은 다양한 수정이 있는 또는 없는 도 24의 흐름도의 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단계(S104)와 동시에, 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 감지 요소를 포괄하고 그룹화하도록 제공될 수 있는 경계선이 결정될 수 있다. 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 감지 요소는 동일한 하전 입자 빔 스폿과 관련될 수 있다. 예를 들어, 동일한 빔 스폿과 관련된 감지 요소는 서로 인접할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(S105)에서 이루어진 결정은 프레임 당 한 번 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 결정은 복수의 프레임에 대해 한 번 이루어질 수 있다. 예를 들어, 매 프레임마다 프레임의 주기를 조정할지 여부를 결정하기보다는, 미리 결정된 프레임 개수 이후에 단계(S105)의 결정이 이루어질 수 있다. 따라서, 프레임은 미리 결정된 개수의 프레임에 대해 동일한 주기를 가질 수 있으며, 그 후에 주기를 조정하기 위한 결정이 이루어질 수 있다.
이제 예시적인 주기 결정 방법의 흐름도를 도시하는 도 25를 참조하도록 한다. 제어기(예를 들어, 도 1의 제어기(109))는 도 25의 흐름도의 하나 이상의 블록을 구현하도록 프로그래밍될 수 있다. 도 25의 처리는 단계(S201)에서 시작할 수 있다. 처리는 도 24의 단계(S106)로부터 바로 이어질 수 있다.
단계(S202)에서, 제어기는 감지 요소 출력의 프레임을 수신할 수 있다. 프레임은 검출기의 복수의 감지 요소로부터의 출력을 포함할 수 있다. 따라서, 제어기는 하나의 프레임에서 개별 감지 요소의 출력에 각각 대응하는 복수의 검출 신호를 수신할 수 있다.
단계(S203)에서, 프레임 내에서 검출기에 입사되는 하전 입자의 개수를 결정할 수 있다. 단계(S203)는 프레임 내의 검출기의 복수의 감지 요소 중 각각의 감지 요소에 입사하는 하전 입자의 개수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(S204)에서, 하나 초과의 하전 입자를 수용하는 감지 요소의 개수가 제 2 개수 이하인지 여부를 결정할 수 있다. 개수는 비율의 형식일 수 있다. 예를 들어, 단계(S204)는 감지 요소의 B % 이하가 하나 초과의 하전 입자를 수용하는지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 제 2 개수는 제 2 미리 결정된 프레임 기준에 기초할 수 있다. 예를 들어, 제 2 개수는 측정 선형성에 대한 미리 결정된 요건에 기초할 수 있다. 일부 실시예에서, 제 2 개수는 입사 하전 입자 카운트에 대응하는 출력 이미지 신호의 선형성에 기초할 수 있다. 예를 들어, 감지 요소 출력은 들어오는 하전 입자 빔이 하전 입자 카운팅 능력을 압도할 정도로 강할 때 비선형 거동을 나타낼 수 있다. 감지 요소는 하나 초과의 하전 입자가 하나의 프레임 내의 감지 요소에 입사할 때 비선형 출력 거동을 나타낼 수 있다. 미리 결정된 기준은 하나 초과의 하전 입자를 수용하는 감지 요소의 개수가 제한되도록 원하는 수준의 측정 선형성에 기초할 수 있다.
단계(S204)에서 부정적 결정이 내려지면, 처리는 단계(S206)로 진행할 수 있다. 단계(S206)에서, 주기가 조정될 수 있다. 예를 들어, 더 적은 감지 요소가 하나의 프레임에 하나 초과의 하전 입자를 수용하도록 주기를 더 짧게 할 수 있다. 주기는 미리 결정된 양만큼 감소될 수 있다. 그 후, 처리는 단계(S202)로 복귀될 수 있다.
한편, 단계(S204)에서 긍정적 결정이 내려지면, 처리는 단계(S205)로 진행할 수 있다. 단계(S205)에서, 처리가 종료될 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 처리가 뒤따를 수 있다.
방법은 다양한 수정이 있는 또는 없는 도 25의 흐름도의 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단계(S203)와 동시에, 하나 초과의 하전 입자를 수용하는 감지 요소를 포함하고 그룹화하도록 제공될 수 있는 경계선이 결정될 수 있다. 하나 초과의 하전 입자를 수용하는 감지 요소는 하전 입자 빔 스폿의 고강도 구역과 관련될 수 있다.
도 24 및 도 25의 처리 모두가 하나의 제어 루틴에 통합될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 도 24의 처리의 흐름은 도 25의 블록(S204 및 S206)이 블록(S105 및 S107)과 병렬로 동작할 수 있도록 수정될 수 있다.
더욱이, 제어 루틴은 제 1 또는 제 2 미리 결정된 기준과 관련된 결정에 기초하여 하전 입자 빔 장치의 설정 또는 구조를 조정하는 결정과 같은 추가 처리를 포함할 수 있다. 이제 예시적인 결정 방법의 흐름도를 도시하는 도 26을 참조하도록 한다. 도 26의 처리는 단계(S301)에서 시작할 수 있다.
단계(S302)에서, 제어기(예를 들어, 도 1의 제어기(109))는 감지 요소 출력과 관련된 데이터 프레임을 수신할 수 있다. 프레임은 감지 요소별로 회로에 연결될 수 있는 검출기의 복수의 감지 요소로부터의 출력을 포함할 수 있다. 따라서, 제어기는 하나의 프레임에서 개별 감지 요소의 출력에 각각 대응하는 복수의 검출 신호를 수신할 수 있다.
단계(S303)에서, 프레임 내에서 검출기에 입사되는 하전 입자의 개수를 결정할 수 있다. 단계(S303)는 프레임 내의 검출기의 복수의 감지 요소 중 각 감지 요소에 입사하는 하전 입자의 개수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(S304)에서, 제어기는 제 1 기준이 충족되었는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 하나 초과의 하전 입자를 수용하는 감지 요소의 개수가 제 1 개수 이하인지 여부가 결정될 수 있다. 단계(S304)는 감지 요소의 B % 이하가 하나 초과의 하전 입자를 수용하는지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(S304)에서 긍정적 결정이 내려지면, 처리는 단계(S305)로 진행할 수 있다. 단계(S305)에서, 제어기는 제 2 기준을 충족하는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 감지 요소의 개수가 제 2 개수 이상인지 여부가 결정될 수 있다. 단계(S305)는 감지 요소의 적어도 A %가 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(S304)에서 부정적 결정이 내려지면, 처리는 단계(S307)로 진행할 수 있다. 단계(S304)에서의 부정적 결정은 제 1 및 제 2 기준이 조정되어야 한다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 단계(S304)에서의 부정적 결정은 개수 B %가 너무 낮게 설정되거나 또는 개수 A %가 너무 높게 설정되었다는 것을 의미할 수 있다. 또한, 빔 스폿 내의 하전 입자 분포가 충분하지 않다는 것을 의미할 수도 있다. 단계(S307)에서, 조정이 이루어질 수 있다. 빔 스폿 내의 하전 입자 분포가 더 균일해질 수 있도록 조정이 이루어질 수 있다. 조정은 하전 입자 빔 장치에서 투사 시스템을 디포커싱하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 투사 시스템은 빔을 어느 정도 디포커싱하도록 구성될 수 있다. 또한, 하전 입자 빔 장치의 배율을 변경하여 빔 스폿을 확대할 수 있다. 추가 조정도 또한 가능하다. 예를 들어, 프레임 주기가 더 짧게 될 수 있다. 그 후, 처리는 단계(S302)로 복귀될 수 있다.
단계(S305)에서, 부정적 결정이 내려지면, 처리는 단계(S308)로 진행할 수 있다. 단계(S308)에서, 개수 A % 및 B %가 조정될 수 있다. 추가 조정도 또한 수행될 수 있다. 예를 들어, 프레임 주기는 더 길게 될 수 있다. 그 후, 처리는 단계(S302)로 복귀될 수 있다.
단계(S305)에서 긍정적 결정이 내려지면, 처리는 단계(S306)로 진행할 수 있다. 단계(S306)에서, 처리가 종료될 수 있다.
프레임 적응은 현재 프레임 주기가 끝난 후에 발생할 수 있다. 예를 들어, 센서 출력이 현재 프레임에 대한 기준을 충족하지 않는 것으로 결정되는 상황에 대응하여 후속 프레임에서 조정이 이루어질 수 있다. 후속 프레임은, 예를 들어 위에서 논의된 예들에서와 같이, 단축되거나 또는 연장될 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 프레임 적응은 실시간으로 발생할 수 있다. 현재 프레임 주기에 대한 결정이 이루어질 수 있다. 현재 프레임을 짧게 절단하거나 또는 프레임을 연장시키도록 결정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 현재 프레임의 주기로 인해 센서 출력이 기준을 충족할 수 없는 경우 결정이 이루어질 수 있다.
이제 예시적인 주기 결정 방법의 흐름도를 도시하는 도 27을 참조하도록 한다. 제어기(예를 들어, 도 1의 제어기(109))는 도 27의 흐름도의 하나 이상의 블록을 구현하도록 프로그래밍될 수 있다. 단계(S401)에서, 처리가 시작될 수 있다. 단계(S401)는 도 24, 도 25, 또는 도 26과 같은 처리를 뒤따를 수 있다. 단계(S401)로부터, 하전 입자 이미징이 시작되거나 또는 진행 중일 수 있다. 프레임의 주기는 예를 들어 이전 프레임 처리로부터의 값 또는 미리 결정된 초기 값으로 초기화된 값으로 설정될 수 있다.
도 24 또는 도 25의 처리는 현재 데이터 프레임 이후의 다음 데이터 프레임에 적용될 수 있는 조정을 발생시킬 수 있다. 이러한 처리에서는, 조정이 있더라도, 제어기가 데이터를 수신한 후 현재 프레임이 종료될 수 있다. 그러나, 도 27의 처리에서는, 데이터 수신 후, 현재 프레임이 반드시 종료되는 것은 아니다. 예를 들어, 기준이 충족되지 않은 경우, 현재 프레임에 대한 조정이 수행되고, 그 후 조정을 반영하는 업데이트된 데이터가 제어기로 전송될 수 있다. 제어기로 전송된 데이터가 기준을 충족하면, 현재 프레임이 종료될 수 있다.
계속해서 도 27의 처리에서, 단계(S402)에서, 제어기는 현재 프레임의 특성을 결정할 수 있다. 현재 프레임의 특성에는 프레임 주기가 포함될 수 있다. 단계(S402)는 저장소로부터 값을 판독하는 단계를 포함할 수 있다. 단계(S402)는 또한 현재 프레임 동안 작동하는 SEM 시스템의 이미징 조건과 같은 현재 프레임과 관련된 특성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(S403)에서, 제어기는 감지 요소 출력과 관련된 데이터 프레임을 수신할 수 있다. 프레임은 감지 요소별로 회로에 연결될 수 있는 검출기의 복수의 감지 요소로부터의 출력을 포함할 수 있다. 따라서, 제어기는 하나의 프레임에서 개별 감지 요소의 출력에 각각 대응하는 복수의 검출 신호를 수신할 수 있다.
단계(S404)에서, 프레임 내에서 검출기에 입사되는 하전 입자의 개수를 결정할 수 있다. 단계(S404)는 프레임 내의 검출기의 복수의 감지 요소 중 각각의 감지 요소에 입사하는 하전 입자의 개수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(S405)에서, 수신된 출력 신호, 현재 프레임의 특성, 또는 이전에 결정된 다른 특성에 기초하여 기준이 충족될 수 있는지 여부가 결정될 수 있다. 기준은 도 24 및 도 25와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 미리 결정된 제 1 프레임 기준 또는 미리 결정된 제 2 프레임 기준을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단계(S405)는 감지 요소의 적어도 A %가 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는지 여부, 또는 감지 요소의 B % 이하가 하나 초과의 하전 입자를 수용하는지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 도 27의 단계(S405)에서, 현재 프레임 특성에 기초하여, 어레이의 감지 요소로부터의 출력이 기준을 충족하지 않을 것이라고 결정될 수 있다. 예를 들어, 현재 프레임이 현재 프레임 내에서 제 1 개수보다 큰 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 감지 요소의 개수가 없을 정도로 짧은 주기를 갖는 것으로 결정될 수 있다. 특정 레벨의 빔 전류에 대해 결정된 평균 전자 도착 이벤트 개수에 기초하여 현재 프레임 주기가 너무 짧다고 결정될 수 있다. 예를 들어, 4 nA 전자 빔을 사용하는 현재 이미징 조건 하에서, 전자 도착 이벤트가 너무 희박하기 때문에 제 1 개수 초과의 감지 요소가 하나 초과의 전자를 수용하는 것이 불가능할 것이라고 결정될 수 있다. 단계(S405)는 신뢰 수준에 기초한 결정을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(S405)에서의 결정은 단계(S402, S403 또는 S404)에서 수집된 정보에 기초할 수 있다. 단계(S405)는 제 1 미리 결정된 프레임 기준(예를 들어, 감지 요소의 적어도 A %가 적어도 하나의 하전 입자를 수용함) 및 제 2 미리 결정된 프레임 기준(예를 들어 감지 요소의 B % 이하가 하나 초과의 하전 입자를 수용함) 모두에 기초한 결정을 포함할 수 있다. 결정은 병렬로 또는 별도의 처리 흐름으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 제 1 및 제 2 프레임 기준이 충족될 수 있는지 여부가 한 단계에서 함께 결정될 수 있거나, 또는 제 1 미리 결정된 프레임 기준이 충족될 수 있는지 여부 및 그 후 제 2 미리 결정된 프레임 기준이 충족될 수 있는지 여부가 개별적으로 결정될 수 있거나, 그 반대로 마찬가지이다.
단계(S405)에서 부정적 결정이 내려지면, 처리는 단계(S406)로 진행할 수 있다. 단계(S406)에서, 현재 프레임의 주기가 조정될 수 있거나, 또는 프레임에 대한 다른 조정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 더 많은 감지 요소가 하나의 프레임에서 적어도 하나의 하전 입자를 수용할 수 있도록 주기가 더 길게 될 수 있다. 이루어진 조정의 양은 예를 들어 단계(S405)에서 이루어진 결정의 결과로서 예상될 수 있는 부족량에 비례할 수 있다. 현재 프레임을 조정한 후, 처리는 단계(S403)로 복귀될 수 있다.
단계(S405)에서 긍정적 결정이 내려지면, 처리는 주기를 조정하지 않고 단계(S410)로 진행할 수 있고, 처리는 종료될 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 처리가 뒤따를 수 있다. 예를 들어, 처리는 현재 프레임에 대해 종료되고, 새 프레임에 대해 반복될 수 있다.
방법은 예를 들어, 도 24, 도 25, 및 도 26과 관련하여 위에서 논의된 것들과 같은 다양한 수정이 있는 또는 없는 도 27의 흐름도의 요소를 포함할 수 있다. 또한, 위의 예에서는 현재 프레임 주기의 단축에 대해 논의했지만, 현재 프레임 주기의 연장이 또한 있을 수도 있다. 일부 실시예에서, 도 25와 관련하여 위에서 논의된 단계(S204) 또는 도 26과 관련하여 위에서 논의된 단계(S305)와 유사하게, 하나 초과의 하전 입자를 수용하는 감지 요소의 개수가 제 2 개수 이하인지 여부를 결정하는 단계가 있을 수도 있다. 일부 실시예에서, 단계(S403 내지 S406)는 반복적으로 발생할 수 있다.
일부 검출기에서, 검출 처리는 고정된 순서로 2 개의 단계를 포함할 수 있다. 2 개의 단계는 검출기에 랜딩하는 이차 전자 빔의 강도를 결정하는데 사용될 수 있다. 그러한 단계는 위에서 논의된 것들과 같은 주기 결정 처리와 함께 또는 그 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 검출기 표면에서 빔 스폿의 경계를 식별하는 제 1 단계가 있을 수 있다. 그리고, 빔 스폿에 대응하는 그룹화된 감지 요소에 기초하여 전자 빔의 강도를 결정하는 제 2 단계가 있을 수 있다. 샘플 표면을 나타내는 정보는 결정된 빔 강도로부터 도출될 수 있다.
전자 빔이 고정된 투사 패턴으로 검출기에 입사하는 경우, 위에서 언급한 고정된 순서의 2 개의 단계가 빔 강도를 결정하는데 유용할 수 있다. 그러나 검출기에서 전자 빔의 투사 패턴에 변화 또는 변동이 있는 경우, 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 전자 빔의 전자가 검출기의 감지 요소 어레이 상의 복수의 인접하지 않은 감지 요소에 걸쳐 분포될 때 전자 빔의 강도를 결정하는 것이 어려워질 수 있다. 예를 들어, 빔 전류가 낮고 상대적으로 적은 개수의 전자가 넓은 영역에 걸쳐 감지 요소 어레이에 입사할 때 이러한 상황이 발생할 수 있다. 전자 도착 속도가 낮은 상황에서는, 감지 요소에 대한 개별 전자 도착 이벤트가 드물고, 넓은 영역에 확산될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 이차 전자 빔에서 전자의 랜딩 위치의 기하학적 확산은 예를 들어 전자의 초기 운동 에너지 및 방출 각도에 의존할 수 있는 상이한 궤적을 갖는 전자로 인해 클 수 있다.
이제 하전 입자 빔 장치가 샘플 표면 위에 하전 입자의 일차 빔을 래스터 패턴으로 스캔할 수 있는 상황을 나타내는 도 28a를 참조하도록 한다. 빔은 샘플 표면을 지속적으로 스캔할 수 있다. 빔 스캔 경로는 스캔 이미지를 구성하는데 사용될 수 있는 픽셀(Xi)에 대응할 수 있으며, 여기서 i는 인덱스이다. 도 28b에 도시된 바와 같이, 검출기의 감지 요소 어레이(2100)에서, T1의 스캐닝 시간(T1)에, 입사 하전 입자를 수용하는 감지 요소(2101)가 있을 수 있다. 검출기는 하전 입자 카운팅을 위해 구성될 수 있으며, 따라서 특정 순간에 하전 입자 도착 속도가 상대적으로 낮을 수 있다. 일차 하전 입자 빔이 샘플 표면을 가로질러 스캔할 때, 검출기에 입사하는 이차 또는 산란 하전 입자가 생성될 수 있다. 이차 하전 입자 빔에서 하전 입자의 랜딩 위치의 분포는 비교적 넓을 수 있다. 따라서, 시간(T1)에서, 감지 요소(2101)는 입사된 하전 입자를 수용할 수 있다. 그러나, 다음 검출 프레임에서, 예를 들어도 28c에 도시된 시간(T2)에서, 하전 입자는 감지 요소 어레이(2100)의 상이한 구역에 입사할 수 있다. 도 28c에 도시된 바와 같이, T2의 스캐닝 시간(T)에서, 샘플링 주기 내에 입사 하전 입자를 각각 수용하는 감지 요소(2102) 및 감지 요소(2103)가 있을 수 있다. 다음으로, 도 28d에 도시된 바와 같이, T3의 스캐닝 시간(T)에, 다음 프레임 내에서 입사 하전 입자를 수용하는 감지 요소(2104)가 있을 수 있다. 또한, 도 28e에 도시된 바와 같이, T4의 스캐닝 시간(T)에서, 각각 추가 프레임 내에서 입사 하전 입자를 수용하는 감지 요소(2105) 및 감지 요소(2106)가 있을 수 있다. 감지 요소(2101, 2102, 2103, 2104, 2105 및 2106)가 반드시 서로 인접할 필요는 없지만, 이들은 모두 동일한 이차 하전 입자 빔과 관련될 수 있으므로, 따라서, 일부는 검출기에 입사하는 이차 빔의 강도를 결정하기 위해 함께 그룹화될 필요가 있을 수 있다.
일부 검출 시스템에서, 하전 입자 도착 이벤트가 다중 감지 요소를 포함하는 넓은 구역에 걸쳐 발생할 때 감지 요소를 하나의 하전 입자 빔 스폿과 관련시키는 것이 어려울 수 있다. 또한, 일부 검출 시스템에서는, 샘플의 복수의 위치를 동시에 스캔하는 일차 하전 입자 빔의 빔렛이 복수개 있을 수 있으므로, 따라서, 검출기에 입사하는 이차 하전 입자의 빔이 복수개 있을 수 있다. 따라서, 다른 빔으로부터 이차 하전 입자 도착 이벤트를 구별하는데 더 많은 복잡성이 발생할 수 있으며, 이는 감지 요소를 별도로 그룹화해야 필요가 있을 수 있다. 추가적으로, 감지 요소 그룹화 요구 사항으로 인해 검출기의 유연성이 제한될 수 있다. 하전 입자의 이차 빔의 투사 패턴이 검출기 표면에서 일정하지 않은 경우, 예를 들어 편향 방지 유닛이 제대로 작동하지 않아, 검출기 표면에서 투사 패턴이 빠르게 움직일 수 있는 경우, 빔을 추적하기 어려울 수 있다. 감지 요소의 그룹화와 같은 처리를 포함해야 하는 필요성은 투사 패턴의 움직임을 따라 잡는 능력을 방해할 수 있으며 검출 오류를 유발할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예는 하전 입자 카운팅 전에 감지 요소가 그룹화될 필요가 없는 검출 프로세스를 제공할 수 있다. 오히려, 하전 입자가 카운트되고 특정 순간의 검출기의 상태를 나타내는 데이터가 저장된 후에 그룹화가 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 타임 스탬프는 요소 데이터를 감지하는 것과 관련될 수 있다. 특정 타임 스탬프에 대응하는 감지 요소 데이터는 감지 요소 데이터를 샘플 표면 상에 스캔된 위치와 관련시키기 위해 스캐닝 시간과 상관될 수 있다. 예를 들어, 특정 타임 스탬프를 포함하는 감지 요소 데이터는 샘플 표면의 SEM 이미지의 픽셀과 관련될 수 있다.
복수의 감지 요소를 포함하는 검출기는 다양한 카운팅 모드로 동작할 수 있다. 회로는 감지 요소에 연결될 수 있고, 회로는 신호 및 데이터 처리를 수행하도록 구성될 수 있다. 회로는 감지 요소에 내장될 수 있다. 카운팅 방법은 감지 요소에 연결된 회로로부터 출력되는 신호를 기초로 할 수 있다. 복수의 회로가 제공될 수 있으며, 여기서 각각의 회로는 어레이의 감지 요소 각각에 연결된다.
카운팅 모드의 일 예로서, 감지 요소가 입사된 하전 입자 에너지를 구별하지 않고 재설정되기 전에 입사된 하전 입자 하나까지만 카운트할 수 있는 제 1 모드가 있을 수 있다. 재설정은 감지 요소 또는 그 관련 회로를 재설정하는 단계를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "감지 요소 재설정"이라는 문구는 감지 요소 또는 그 관련 회로의 재설정을 지칭할 수 있다. 제 2 모드에서 감지 요소는 카운터가 가득 찰 때까지 입사 하전 입자 에너지를 구별하지 않고 재설정되기 전에 입사 하전 입자의 개수를 카운트할 수 있다. 개수는 미리 정의된 개수를 포함할 수 있다. 미리 정의된 개수는 1 개일 수 있다. 카운터가 가득 찬 후에 감지 요소가 하전 입자 카운팅을 중지할 수 있다. 카운터가 가득 찬 후에 그러나 다음 재설정하기 전에 추가 하전 입자가 도착하면, 오버플로우 플래그가 설정될 수 있다. 제 3 모드에서, 감지 요소는 미리 정의된 에너지 레벨에 따라 하전 입자를 카운트할 수 있다. 에너지 범위는 예를 들어 0 내지 제 1 미리 정의된 에너지 레벨, 제 1 미리 정의된 에너지 레벨 내지 다른 미리 정의된 에너지 레벨(등), 그리고 가장 높은 미리 정의된 에너지 레벨 초과를 포함할 수 있다. 감지 요소가 재설정되기 전에 각 범위 내에서 최대 하나의 하전 입자만이 카운트될 수 있다. 제 4 모드에서, 감지 요소는 미리 정의된 에너지 레벨에 따라 하전 입자를 카운트할 수 있고, 해당 에너지 범위에서 미리 결정된 개수 초과의 하전 입자가 수용될 때 에너지 범위에 대한 오버플로우 플래그를 설정할 수 있다. 일부 실시예에서, 대응하는 에너지 범위에 대한 미리 결정된 개수는 0 또는 1일 수 있다. 위의 모드 및 다른 모드는 다음과 같이 더 설명될 것이다.
본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기 또는 검출 시스템을 작동하기 위한 제 1 카운팅 모드를 예시하는 도 29a 및 도 29b를 참조하도록 한다. 감지 요소는 입사된 하전 입자의 에너지를 검출할 수 있다. 감지 요소에 연결된 회로는 감지 요소의 출력을 처리할 수 있다. 도 29a에 도시된 바와 같이, 감지 요소 및 회로는 시간을 기준으로 검출 신호를 출력할 수 있다. 도 29a는 횡축의 시간에 대해 플로팅된 종축의 임의 단위의 검출 신호 강도의 그래프이다. 감지 요소에서의 하전 입자 도착 이벤트는 시점(T1, T2 및 T3)에서 발생할 수 있다. 검출기는 하전 입자 도착 이벤트를 검출하도록 구성된 감지 요소 및 회로를 가질 수 있다. 예를 들어, 감지 요소는 감지 요소에 도착하는 입사 하전 입자에 응답하여 신호 펄스를 생성하도록 구성될 수 있고, 이는 감지 요소에서 전자-정공 쌍의 생성으로 인한 것일 수 있으며, 회로에 공급될 수 있다. 회로는 하전 입자가 감지 요소에 도착했다는 것을 결정할 때 하전 입자 도착 이벤트를 기록할 수 있다. 도 29b는 각 시점(T1, T2 및 T3)에서, 하전 입자(예를 들어 전자) 도착 이벤트가 기록될 수 있다는 것을 보여준다. 예를 들어, 도 29b에 도시된 것들과 같은 시점(T1, T2 및 T3)에서의 각각의 이벤트는 "카운트"에 대응할 수 있다. 하전 입자의 카운트는 감지 요소에서 하전 입자 도착 이벤트가 발생했다는 표시를 포함할 수 있다. 카운트는 다수의 하전 입자가 감지 요소에 도착했다는 것을 나타낼 수 있으며, 그 개수는 정수이다. 하전 입자 도착 이벤트와 관련된 데이터에는 하전 입자 도착 이벤트가 기록된 시간이 포함될 수 있다. 시간은 시스템 시간일 수 있다. 일부 실시예에서, 시간은 검출 시스템의 글로벌 클록 사이클에 기초할 수 있다. 일부 실시예에서, 시간은 각각의 개별 감지 요소에서 실행되는 로컬 시간에 기초할 수 있다. 시간은 전자 빔 도구의 일차 전자 빔의 스캐닝 시간과 상관될 수 있다. 하전 입자 도착 이벤트와 관련된 데이터는 또한 감지 요소 어레이 중 어떤 감지 요소가 하전 입자를 수용했는지를 나타내는 식별자를 포함할 수 있다. 따라서, 검출기 표면의 위치도 또한 기록될 수 있다.
제 1 카운팅 모드에서, 일부 실시예에서, 검출기는 재설정되기 전에 감지 요소에서 단 하나의 하전 입자 도착 이벤트까지만 카운트하도록 구성될 수 있다. 검출기는 하나의 하전 입자 도착 이벤트의 에너지를 구별하지 않고 하나의 하전 입자 도착 이벤트를 카운트하도록 구성될 수 있다. 검출기는 예를 들어 감지 요소에서 에너지의 양을 검출하는 것에 응답하여 하전 입자 도착 이벤트를 카운트할 수 있다. 감지 요소의 재설정은 감지 프레임의 끝에서 발생할 수 있다. 재설정은 또한 감지 요소에 연결된 회로를 재설정하는 단계를 포함할 수 있다.
제 1 카운팅 모드에서, 일부 실시예에서, 하전 입자 도착 이벤트가 빠르게 연속적으로 발생하면 미스카운트가 발생할 수 있다. 예를 들어, 하전 입자는 선행 입자 직후, 감지 요소 또는 그 관련 회로가 재설정되기 전에, 감지 요소에 도착할 수 있으며, 따라서 후속 하전 입자는 카운트되지 않을 수 있다. 즉, 실제로 2 개의 입자가 감지 요소에 도착한 경우, 카운트되는 하전 입자의 개수는 1 개로 결정될 수 있다. 이러한 미스카운트는 예를 들어 제 2 카운팅 모드를 사용함으로써 해결될 수 있다. 일부 실시예에서, 감지 요소 어레이는 의도된 적용(예를 들어, 사용 가능한 빔 전류 범위)을 위한 인접 하전 입자의 후속 도착 시간이 그러한 미스카운트 확율이 낮을 수 있도록 충분히 길도록 설계되고 크기가 정해질 수 있다는 것을 유의해야 한다.
도 30a 및 도 30b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기 또는 검출 시스템을 작동하기 위한 제 2 카운팅 모드를 예시한다. 도 30a에 도시된 바와 같이, 감지 요소 및 회로는 시간을 기준으로 검출 신호를 출력할 수 있으며, 감지 요소에서의 하전 입자 도착 이벤트는 시점(T1, T2, T3 및 T4)에서 발생할 수 있다. 시간(T2)에서, 하전 입자는 감지 요소 또는 그 관련 회로가 재설정되기 전에 도착할 수 있다. 그러나, 후속 하전 입자 도착 이벤트를 무시하는 대신에, 검출기는 오버플로우 플래그를 설정할 수 있다. 오버플로우 플래그는 추가 하전 입자가 감지 요소에 도착했다는 것을 나타낼 수 있다. 오버플로우 플래그는 후속 하전 입자 도착 이벤트로 인해 감지 요소 및 회로에서 생성된 신호의 증가에 의해 트리거될 수 있다.
오버플로우에는 제 1 유형의 오버플로우가 포함될 수 있다. 제 1 유형의 오버플로우는 하나의 하전 입자가 감지 요소에 도착하고 후속 하전 입자가 감지 요소 및 회로가 후속 하전 입자 도착 이벤트에 적절한 응답을 제공할 수 없는 상태에 도착할 때 발생할 수 있다. 이는 후속 하전 입자가 도착할 때 진행 중인 회로에 의한 제 1 하전 입자 도착 이벤트의 처리로 인한 것일 수 있다. 회로는 제 1 하전 입자 도착 이벤트에 대한 처리가 완료될 때까지 후속 하전 입자 도착 이벤트의 출력을 처리할 수 없으며, 예를 들어 오버플로우 플래그를 설정하여 오버플로우 이벤트로 후속 하전 입자 도착 이벤트를 간단히 기록할 수 있다. 제 1 하전 입자 및 후속 하전 입자는 동일하거나 또는 상이한 에너지 레벨 범위에 있을 수 있다. 하전 입자 도착 이벤트의 출력을 처리하는 것은 하전 입자의 에너지 레벨을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 후속 하전 입자 도착 이벤트가 오버플로우 이벤트로 결정되면, 후속 하전 입자의 에너지 레벨은 무시될 수 있다. 예를 들어, 제 1 하전 입자 도착 이벤트에 대한 처리가 시작되기 전에 후속 하전 입자 도착 이벤트가 발생하면, 오버플로우 플래그가 설정되지 않을 수 있으며, 매우 짧은 시간 기간 내에 차례로 도착하는 2 개의 들어오는 하전 입자는 여전히 식별되고 카운트될 수 있다. 예를 들어, 단일 이차 하전 입자 도착 이벤트 더하기 단일 후방 산란 하전 입자 도착 이벤트의 진폭에 대응하는 진폭을 갖는 이벤트 신호가 생성되어, 따라서, 이차 및 후방 산란 입자가 도착한 것으로 결정될 수 있다.
오버플로우에는 제 2 유형의 오버플로우도 포함될 수 있다. 제 2 유형의 오버플로우는 감지 요소에 연결된 회로의 카운터가 제 2 카운팅 모드와 같은 오버플로우 상태에 있을 때 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 제 2 유형의 오버플로우는 특정 에너지 범위에서 하전 입자를 카운트하기 위한 감지 요소에 연결된 회로의 카운터가 아래에서 논의되는 바와 같이 제 4 카운팅 모드에서와 같이 오버플로우 상태에 있을 때 발생할 수 있다. 오버플로우 플래그는 예를 들어, 제 2 카운팅 모드 또는 제 4 카운팅 모드에서 제 2 유형의 오버플로우에 기초할 수 있다. 검출기는 제 2 유형의 오버플로우에 기초하여 감지 요소 및 그 관련 회로를 재설정하도록 구성될 수 있다.
제 2 카운팅 모드에서, 일부 실시예에서, 검출기는 검출기 내의 감지 요소 어레이의 감지 요소에 입사하는 하전 입자의 개수를 카운트하도록 구성될 수 있다. 검출기는 개별 하전 입자 도착 이벤트로서 하전 입자의 개수를 카운트하도록 구성될 수 있다. 검출기는 하전 입자 도착 이벤트의 에너지 레벨을 구별하지 않고 하전 입자의 개수를 카운트하도록 구성될 수 있다. 검출기는 예를 들어 감지 요소에 의해 수용된 에너지의 양을 검출하는 것에 응답하여 하전 입자 도착 이벤트를 카운트할 수 있다. 검출기는 하전 입자 도착 이벤트를 검출할 때에 비해 감지 요소에 의해 수용된 에너지의 증가에 응답하여 오버플로우 상태를 검출할 수 있다. 감지 요소의 재설정은 감지 프레임의 끝에서 발생할 수 있다. 검출기는 하전 입자 도착 이벤트가 이미 검출된 것과 동일한 검출 프레임 동안 다른 하전 입자가 도착했다는 것을 나타낼 수 있는 오버플로우 플래그를 설정할 수 있다.
제 1 카운팅 모드 및 제 2 카운팅 모드에서는, 입사된 하전 입자의 에너지에 관계없이 하전 입자를 카운트할 수 있다. 따라서, 하전 입자가 후방 산란 전자인지 또는 이차 전자인지 여부에 관계없이, 하전 입자 도착 이벤트는 단순히 도착 이벤트로 기록될 수 있다.
도 31a 및 도 31b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기 또는 검출 시스템을 동작시키기 위한 제 3 카운팅 모드를 예시한다. 도 31a에 도시된 바와 같이, 감지 요소 및 회로는 시간을 기준으로 검출 신호를 출력할 수 있으며, 감지 요소에서의 하전 입자 도착 이벤트는 시점(T1, T2, T3 및 T4)에서 발생할 수 있다. 하전 입자는 다른 에너지 레벨을 가질 수 있다. 별도의 에너지 레벨 임계값을 설정할 수 있다. 별도의 에너지 레벨 임계값의 임계값은 검출 신호와 노이즈를 구분하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 검출기는 0보다 크지만 제 1 에너지 임계값(E1)보다 작은 에너지를 갖는 하전 입자를 카운트하지 않도록 구성될 수 있다. 검출기는 제 1 에너지 임계값(E1) 이상이고 제 2 에너지 임계값(E2)보다 작은 에너지를 갖는 하전 입자를 카운트하도록 구성될 수 있다. 검출기는 제 2 에너지 임계값(E2) 이상이고 제 3 에너지 임계값(E3)보다 작은 에너지를 갖는 하전 입자를 카운트하도록 추가로 구성될 수 있다. 검출기는 제 3 에너지 임계값(E3) 이상의 에너지를 갖는 하전 입자를 카운트하도록 추가로 구성될 수 있다. 에너지 범위의 경계는 수정될 수 있으며, 예를 들어 범위는 제 1 에너지 임계값(E1)보다 크고 제 2 에너지 임계값(E2) 이하인 것으로 정의될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 즉, 일부 실시예에서, 범위는 E1 < x ≤ E2로 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 범위는 E1 < x < E2로 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 범위는 E1 ≤ x ≤ E2 등으로 설정될 수 있다.
제 3 카운팅 모드에서, 일부 실시예에서, 검출기는 재설정되기 전에 특정 에너지 범위에 대한 감지 요소에서 단 하나의 하전 입자 도착 이벤트까지만 카운트하도록 구성될 수 있다. 검출기는 에너지 범위에 대응하는 감지 요소의 에너지 레벨을 검출하는 것에 응답하여 에너지 범위에서 하전 입자 도착 이벤트를 카운트할 수 있다. 검출기는 에너지 범위에 대응하는 감지 요소의 출력 신호를 검출하는 것에 응답하여 에너지 범위에서 하전 입자 도착 이벤트를 카운트할 수 있다. 감지 요소의 재설정은 검출 프레임의 끝에서 발생할 수 있다.
일부 실시예에서, 검출기는 특정 에너지 범위 또는 범위들에 대한 하전 입자 도착 이벤트만을 카운트하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 감지 요소에 연결된 회로는 E1 < x ≤ E2의 에너지 범위에 해당하는 하전 입자 도착 이벤트만을 카운트하고 다른 에너지 범위에 해당하는 이벤트는 무시하도록 구성될 수 있다.
도 31b는 각 시점(T1, T2, T3 및 T4)에서 전자 도착 이벤트가 기록될 수 있다는 것을 보여준다. 전자 도착 이벤트와 관련된 데이터에는 에너지 레벨 및 전자 도착 이벤트가 기록된 시간이 포함될 수 있다. 다른 에너지 레벨에 대해 복수의 기록이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 검출기는 처음에 제 1 하전 입자 도착 이벤트를 카운트할 수 있고, 여기서 제 1 하전 입자는 제 1 에너지를 갖고, 제 1 시간에 또는 그 부근에 제 2 하전 입자 도착 이벤트를 카운트하며, 제 2 하전 입자는 제 1 하전 입자와 비교하여 상이한 에너지 범위의 제 2 에너지를 갖는다.
도 32a 및 도 32b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 검출기 또는 검출 시스템을 작동시키는 제 4 카운팅 모드를 도시한다. 도 32a에 도시된 바와 같이, 감지 요소 및 회로는 시간을 기준으로 검출 신호를 출력할 수 있으며, 감지 요소에서의 하전 입자 도착 이벤트는 시점(T1, T2, T3, T4, T5, T6)에서 발생할 수 있다. 하전 입자는 다른 에너지 레벨을 가질 수 있다.
도 32b는 각 시점(T1, T3 및 T4)에서, 전자 도착 이벤트가 기록될 수 있다는 것을 보여준다. 전자 도착 이벤트와 관련된 데이터에는 에너지 레벨 및 전자 도착 이벤트가 기록된 시간이 포함될 수 있다. 다양한 에너지 레벨에 대해 복수의 기록이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 검출기는 처음에 제 1 하전 입자 도착 이벤트를 카운트할 수 있고, 여기서 제 1 하전 입자는 제 1 에너지를 갖고, 제 1 시간에 또는 그 부근에 제 2 하전 입자 도착 이벤트를 카운트하며, 제 2 하전 입자는 제 1 하전 입자와 비교하여 상이한 에너지 범위의 제 2 에너지를 갖는다.
시간(T2)에서, 이전 하전 입자와 동일한 에너지 범위의 하전 입자가 감지 요소 또는 그 관련 회로가 재설정되기 전에 도착할 수 있다. 감지 요소는 시간(T2)에서 발생하는 하전 입자 도착 이벤트에 응답하여 오버플로우 플래그를 설정할 수 있다. 오버플로우 플래그는 추가 하전 입자가 감지 요소에 도착했다는 것을 나타낼 수 있다. 오버플로우 플래그는 에너지 범위에 따라 다를 수 있다. 오버플로우 플래그는 감지 요소 또는 그 관련 회로가 재설정되기 전에 동일한 에너지 범위의 이전 하전 입자가 이미 검출된 동안 하전 입자가 검출될 때 트리거될 수 있다.
유사하게, 시간(T6)에서, 검출 프레임의 감지 요소에서 이미 수용된 하전 입자와 동일한 에너지 범위의 하전 입자는 감지 요소 또는 그 관련 회로가 재설정되기 전에 도착할 수 있다. 그러나, 시간(T5)에서, 이전 하전 입자와 다른 에너지 범위의 하전 입자가 감지 요소 또는 그 관련 회로가 재설정되기 전에 도착할 수 있다. 이 경우, 검출기는 오버플로우 플래그를 트리거하지 않고 하전 입자가 도착했다는 것을 계속 기록할 수 있다. 시간(T6)에서 발생하는 하전 입자 도착 이벤트는 도 32b에 도시된 바와 같이 오버플로우 플래그를 트리거할 수 있다. 전술한 내용은 검출기가 제 1 에너지 범위에 대한 하전 입자 도착 이벤트의 개수를 카운트하고 감지 요소에서 오버플로우에 직면할 때 오버플로우 플래그를 설정하도록 구성된 예를 포함할 수 있다. 전술한 예에서 하전 입자의 개수는 1 개일 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 개수는 0이거나 또는 1 초과일 수 있다. 더욱이, 검출기는 상이한 에너지 범위에서 동일하거나 또는 상이한 개수의 하전 입자를 카운트하도록 구성될 수 있다.
서로 다른 에너지 레벨 임계값을 사용하면 서로 다른 유형의 하전 입자를 구별하는데 유용할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 후방 산란 전자 및 이차 전자를 서로 구별하는 것이 유용할 수 있다.
입사 하전 입자 에너지의 비교는 참조 값을 기초로 할 수 있다. 예를 들어 비교기를 포함하는 회로망이 제공될 수 있다. 비교기는 감지 요소로부터의 출력 신호를 회로에 제공된 기준과 비교할 수 있다. 일 예로서, 출력 전류 신호를 입사된 하전 입자의 에너지에 상응하는 전압으로 변환하는 요소에 감지 요소가 연결되어 있는 경우, 비교기는 검출된 전압을 기준 전압과 비교할 수 있다. 비교기는 검출된 전압의 값을 저장하지 않고 전압 신호가 기준 전압보다 높거나 낮은 것으로 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 하전 입자 도착 이벤트와 관련된 데이터는 입사 하전 입자에 대응하는 기록된 에너지 레벨을 포함할 수 있다. 예를 들어, 감지 요소는 감지 요소의 출력 신호를 저장될 수 있는 값으로 변환할 수 있는 아날로그-디지털 변환기에 연결될 수 있다. 입사 하전 입자의 에너지를 직접 측정하고 기록할 수 있다.
제 4 카운팅 모드에서, 일부 실시예에서, 검출기는 검출기 내의 감지 요소 어레이의 감지 요소에 입사하는 하전 입자의 개수를 카운트하도록 구성될 수 있다. 검출기는 개별 하전 입자 도착 이벤트로서 하전 입자의 개수를 카운트하도록 구성될 수 있다. 검출기는 재설정되기 전에 특정 에너지 범위에 대해 하전 입자의 개수를 카운트하도록 구성될 수 있다. 검출기는 에너지 범위에 대응하는 감지 요소에 의해 수용된 에너지 레벨을 검출하는 것에 응답하여 에너지 범위에서 하전 입자 도착 이벤트를 카운트할 수 있다. 검출기는 에너지 범위에 대응하는 감지 요소로부터 출력 신호를 검출하는 것에 응답하여 에너지 범위에서 하전 입자 도착 이벤트를 카운트할 수 있다. 검출기는 특정 에너지 범위에서 하전 입자 도착 이벤트를 검출할 때에 비해 감지 요소에 의해 수용된 에너지의 증가에 응답하여 오버플로우 상태를 검출할 수 있다. 감지 요소의 재설정은 검출 프레임의 끝에서 발생할 수 있다. 감지 요소의 재설정은 그 관련 회로 재설정과 함께 발생할 수 있다. 검출기는 특정 에너지 범위의 하전 입자 도착 이벤트가 이미 검출된 것과 동일한 검출 프레임 동안 다른 하전 입자가 도착했다는 것을 나타낼 수 있는 오버플로우 플래그를 설정할 수 있다.
검출기는 감지 요소 어레이 및 회로를 포함할 수 있으며, 위에서 논의한 모드와 일치하는 다양한 방식으로 작동할 수 있다. 회로는 복수의 회로를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 어레이의 각각의 감지 요소에 연결될 수 있다. 어레이의 모든 감지 요소는 동일한 모드에서 작동할 수 있다. 일부 실시예에서, 어레이의 감지 요소는 동시에 상이한 모드에서 작동될 수 있다. 하전 입자 도착 이벤트와 관련된 데이터에는 사용되는 작동 모드에 대한 표시기가 포함될 수 있다.
일부 실시예에서, 각 입사 하전 입자가 감지 요소에 의해 카운트될 때 타임 스탬프가 기록될 수 있다. 입자의 에너지를 구별하지 않고 하전 입자를 최대 하나만 카운트하는 경우, 타임 스탬프는 다음 재설정하기 전에 제 1 하전 입자가 도착하는 시간을 나타낼 수 있다. 각각의 미리 결정된 에너지 범위 내에서 최대 하나의 하전 입자만이 카운트되는 경우, 타임 스탬프는 다음 재설정하기 전에 제 1 하전 입자가 그 관련 에너지 범위 내에 도착한 시간을 나타낼 수 있다. 오버플로우 플래그는 그 해당 타임 스탬프로 설정될 수도 있다.
감지 요소의 재설정은 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 제 1 재설정 모드에서, 어레이의 모든 감지 요소는 고정 또는 가변 주기로 동시에 재설정될 수 있다. 제 2 재설정 모드에서, 감지 요소는 미리 결정된 구역을 기준으로 서로 다른 시점에 재설정될 수 있다. 제 3 재설정 모드에서, 감지 요소는 고정 또는 가변 주기로 다른 시점에서 개별적으로 재설정될 수 있다. 제 4 재설정 모드에서는, 상기 모드 중 하나 이상이 결합될 수 있다. 이러한 모드는 다음과 같이 자세히 논의될 것이다.
제 1 재설정 모드는 공통 재설정에 기초할 수 있다. 감지 요소 어레이의 감지 요소 중 일부 또는 전부는 한 번에 재설정될 수 있다. 예를 들어, 감지 요소 어레이 내의 모든 감지 요소는 동시에 재설정될 수 있다. 재설정 속도는 주기에 의해 결정될 수 있다. 주기는 미리 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 주기는 고정된 주기일 수 있다. 일부 실시예에서, 주기는 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 20c를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 프레임의 길이는 서로 다를 수 있다. 프레임의 주기는 검출되는 하전 입자 빔의 신호 강도에 적응하도록 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 주기는 고정 주기와 변동 주기의 혼합을 포함할 수 있다.
제 1 재설정 모드에서, 일부 실시예에서, 각각의 감지 요소로부터의 데이터는 각각의 재설정하기 전에 저장될 수 있다. 데이터는 재설정 직전에 저장될 수 있다. 따라서, 감지 요소 어레이의 표면의 스냅샷은 간격을 두고 획득될 수 있다. 간격은 고정되거나 또는 가변할 수 있다. 이러한 방식으로, 검출기는 검출 프레임 레이트와 시간적 기초로 데이터를 출력할 수 있다. 검출 프레임 레이트는 특정 SEM 이미징 프레임 레이트에 필요할 수 있는 조건을 기초로 할 수 있다.
제 1 재설정 모드에서, 일부 실시예에서, 재설정은 미리 결정된 조건에 기초하여 발생할 수 있다. 미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이 내의 감지 요소의 적어도 A %가 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 조건과 같은 기준을 포함할 수 있다. 미리 결정된 조건의 또 다른 예는 감지 요소 어레이의 감지 요소 중 적어도 A %가 오버플로우에 직면하는 조건을 포함할 수 있다. 재설정이 발생할 때마다 타임 스탬프가 기록될 수 있다. 타임 스탬프를 사용하여 해당 검출 프레임에 라벨을 지정할 수 있다.
도 33a 및 도 33b는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 제 1 재설정 모드에 따른 검출 신호를 도시한다. 도 29a에 도시된 예시적인 실시예와 유사하게, 도 33a에서, 감지 요소에서의 하전 입자 도착 이벤트는 시점(T1, T2 및 T3)에서 발생할 수 있다. 감지 요소는 이러한 시점에서 하전 입자 도착 이벤트를 감지할 수 있다. 한편, 도 33a는 또한 일정한 프레임 레이트에서 복수의 프레임(F1, F2, F3 및 F4)을 도시한다. 프레임은 감지 요소의 재설정에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 재설정은 제어기에 의해 개시될 수 있다. 각 프레임의 끝에서, 감지 요소 및 그 관련 회로가 재설정될 수 있다. 따라서, 시점(TF1, TF2, TF3 및 TF4)에서 재설정이 발생할 수 있다. 감지 요소 데이터의 저장은 시점(TF1, TF2, TF3 및 TF4)에서 또는 그 직전에 발생할 수 있다. 도 33a는 하나의 감지 요소의 출력만을 나타낼 수 있지만, 제 1 재설정 모드에 따른 재설정은 어레이의 모든 감지 요소에 대해 동시에 발생할 수 있다는 것이 이해된다.
이제 제 2 재설정 모드를 참조하면, 제 2 재설정 모드는 어레이의 감지 요소의 일부에 대한 공통 재설정에 기초할 수 있다. 어레이의 다른 영역에 있는 감지 요소는 다른 시점에서 재설정될 수 있다. 따라서, 어레이의 모든 감지 요소가 동시에 재설정되는 것은 아니다. 구역은 사전에 결정될 수 있다. 예를 들어, 구역은 검출기의 사분면을 기초로 결정될 수 있다. 예를 들어 다중 빔 장치가 사용되는 일부 실시예에서, 구역은 이차 하전 입자의 빔이 랜딩할 것으로 예상되는 검출기의 부분에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 구역은 검출기(244)의 246, 248 및 250과 같은 검출 서브 구역에 대응할 수 있다(도 2a 참조). 일부 실시예에서, 구역은 실시간으로 결정될 수 있다. 구역은 검출기의 작동 중에도 변경될 수 있다.
제 2 재설정 모드에서, 감지 요소 어레이의 일 구역의 감지 요소는 한 번에 재설정될 수 있 다. 재설정 속도는 주기에 따라 결정될 수 있다. 주기는 고정된 기간이거나, 또는 주기는 예를 들어 위에서 논의된 바와 같이 변경될 수 있다. 다른 구역들 중에서, 재설정은 다른 시점에서 수행될 수 있다.
제 2 재설정 모드에서, 일부 실시예에서, 구역 내의 각각의 감지 요소로부터의 데이터는 각각의 재설정이 이루어지기 전에 저장될 수 있다. 데이터는 동일한 구역의 다른 감지 요소와 관련될 수 있다. 데이터는 재설정 직전에 저장될 수 있다. 따라서, 감지 요소 어레이의 특정 구역의 표면의 스냅 샷이 간격을 두고 획득될 수 있다. 간격은 고정되거나 또는 다양할 수 있다. 이러한 방식으로, 검출기는 서로 다른 구역에 기초한 검출 프레임 레이트로 시간적 기준으로 데이터를 출력할 수 있다. 검출 프레임 레이트는 특정 SEM 이미지 프레임 레이트에 필요할 수 있는 조건을 기초로 할 수 있다.
제 2 재설정 모드에서, 일부 실시예에서, 재설정은 미리 결정된 조건에 기초하여 발생할 수 있다. 미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이의 구역에 있는 감지 요소의 적어도 A %가 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 조건과 같은 기준을 포함할 수 있다. 미리 결정된 조건의 또 다른 예는 감지 요소 어레이의 구역에 있는 감지 요소의 적어도 A %가 오버플로우에 직면하는 조건을 포함할 수 있다. 재설정이 발생할 때마다 타임 스탬프가 기록될 수 있다. 타임 스탬프를 사용하여 특정 구역으로부터의 해당 검출 프레임에 라벨을 지정할 수 있다. 일부 실시예에서, 검출기 표면 상의 구역의 개수는 검출될 빔의 개수와 관련될 수 있다. 일부 실시예에서, 구역의 개수는 검출될 빔의 개수와 관련이 없을 수 있다. 구역의 크기 및 모양은 서로 같거나 또는 다를 수 있다.
도 33a 및 도 33b는 감지 요소에 대한 제 1 재설정 모드에 따른 검출 신호를 예시할 수 있지만, 하나의 구역과 관련된 다중 감지 요소가 제 2 재설정 모드에 따라 유사한 방식으로 재설정될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 단지 하나의 감지 요소에 대한 출력이 도 33a 및 도 33b에 도시될 수 있지만, 다른 감지 요소 출력이 유사한 방식으로 표현될 수 있다.
이제 제 3 재설정 모드를 참조하면, 제 3 재설정 모드는 어레이의 감지 요소의 개별 재설정에 기초할 수 있다. 어레이의 각 감지 요소는 서로 다른 시점에서 재설정될 수 있다. 감지 요소는 예를 들어 위에서 논의된 바와 같이 고정 또는 가변 주기로 재설정될 수 있다.
제 3 재설정 모드에서, 일부 실시예에서, 각각의 감지 요소로부터의 데이터는 각각의 재설정이 이루어지기 전에 저장될 수 있다. 데이터는 재설정 직전에 저장될 수 있다. 따라서, 감지 요소 어레이에서 특정 감지 요소의 표면에 대한 스냅 샷은 간격을 두고 획득될 수 있다. 간격은 고정되거나 또는 다양할 수 있다.
제 3 재설정 모드에서 감지 요소의 재설정은 미리 결정된 조건에 기초할 수 있다. 미리 결정된 조건은 예를 들어 특정 감지 요소가 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 것을 포함할 수 있다. 미리 결정된 조건의 또 다른 예는 특정 감지 요소가 오버플로우에 직면하는 조건을 포함할 수 있다. 재설정이 발생할 때마다 타임 스탬프가 기록될 수 있다.
도 34a 및 도 34b는 하전 입자 도착 이벤트에 응답하여 재설정되는 감지 요소 및 그 관련 회로의 예를 도시한다. 재설정은 하전 입자 도착 이벤트 후 미리 결정된 시간에 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 재설정은 하전 입자 도착 이벤트가 발생하거나 또는 검출된 직후에 시작될 수 있다. 감지 요소의 하전 입자 도착 이벤트는 카운터가 증분되고 재설정 작업이 시작되는 피드백 루프를 시작할 수 있다. 예를 들어,도 33a 및 도 33b와 비교하여, 도 34a 및 도 34b에 따른 감지 요소 및 그 관련 회로의 재설정은 미리 결정된 프레임에 관계없이 발생할 수 있다.
도 35a 및 도 35b는 수동적 방법에 의해 재설정이 발생할 수 있는 예를 도시한다. 도 35b에 도시된 바와 같이, 검출 신호는 능동적 재설정 동작 없이 하전 입자 도착 이벤트에 응답하여 자연적으로 감쇠할 수 있다. 신호의 점진적인 감쇠에는 롱테일 거동이 포함될 수 있다.
일부 실시예에서, 감지 요소 또는 그 관련 회로의 재설정은 수동적이거나 또는 능동적일 수 있다. 카운트 검출기 또는 감지 요소 자체의 재설정에는 ?칭이 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, ?칭 회로가 제공될 수 있다. ?칭 회로는 각각의 감지 요소의 ?칭을 제어할 수 있다. 검출기에서의 재설정은 예를 들어 카운트 회로와 같은 어레이의 각각의 감지 요소에 연결된 다른 회로를 재설정하는 것을 포함할 수 있다. 카운트 회로는 프런트 엔드 전자 장치와 같은 아날로그 부분을 포함할 수 있다. 회로의 아날로그 부분의 재설정은 수동적 또는 능동적일 수 있다. 카운트 회로는 펄스 높이 분석기 및 스케일러와 같은 디지털 부분을 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, 회로의 디지털 부분의 재설정이 능동적일 수 있다. 회로 또는 감지 요소의 능동적 재설정은 고속을 달성하는데 유리할 수 있다.
일부 실시예에서, 전자 카운팅이 가능할 수 있으며, 여기서 이득을 달성하기 위해 감지 요소의 다이오드를 애벌란시 모드 또는 소위 "가이거 카운트" 모드로 바이어스할 필요가 없다. 들어오는 전자의 운동 에너지로 인해 이득을 달성할 수 있다. 전자의 운동 에너지로 인한 이득을 제공하면 검출기의 고속을 유지하는데 도움이 될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 다이오드는 애벌란시 모드로 바이어스될 수 있으며, 여기서 다이오드는 고속을 가질 수 있다. 애벌란시 모드에서는, 신호의 롱테일을 감소시키거나 또는 회피할 수 있다. 애벌란시 효과로 인해, 속도는 정상적인 바이어스 조건 하의 다이오드보다 더 높을 수 있다. 결과적으로, 감지 요소가 있는 검출기는 감지 요소로부터의 신호에 롱테일이 없도록 충분히 빠를 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 전자 도착 이벤트 이후에 검출기가 초기 상태로 되돌아가게 하도록 재설정 메커니즘이 감지 요소 및 관련 신호 조절 및 처리 회로에 대해 제공될 수 있다.
이제 제 4 재설정 모드를 참조하면, 제 4 재설정 모드는 위에서 논의된 재설정 모드의 조합을 사용할 수 있다. 예를 들어, 제 4 재설정 모드는 조합된 제 2 재설정 모드 및 제 3 재설정 모드에 따라 감지 요소들을 재설정하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 감지 요소의 재설정은 어레이의 모든 감지 요소 사이에서 균일하게 발생할 수 있다. 단일 감지 요소의 재설정 간격은 프레임마다 다를 수 있다. 어레이의 모든 감지 요소가 균일하게 재설정되면, 모든 감지 요소가 동일한 재설정 간격을 사용할 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 재설정 간격은 감지 요소마다 다를 수 있다.
제 1 내지 제 4 재설정 모드는 위에서 논의된 검출기를 작동하는 제 1 내지 제 4 모드 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있다. 다양한 조합이 사용될 수 있다.
검출기는 시간이 경과함에 따라 감지 요소에서 카운트된 하전 입자의 개수와 관련된 데이터가 계속 생성되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 데이터는 하전 입자 도착 이벤트의 시간에 타임 스탬프를 갖는 감지 요소로부터 생성될 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 데이터는 감지 요소 재설정 시에 타임 스탬프를 갖는 감지 요소로부터 생성될 수 있다. 이러한 이벤트의 타임 스탬프는 서로 다를 수 있다. 각 감지 요소의 위치에 대한 정보를 포함하여, 감지 요소로부터 유도된 정보에 기초하여, 어레이의 감지 요소에 의해 수용된 들어오는 하전 입자의 동영상이 생성될 수 있다. 하전 입자 도착 이벤트에 관한 원 데이터는 지정된 프레임 레이트 및 픽셀 해상도를 사용하여 원하는 포맷으로 변환될 수 있다. 검출기에 수용된 하전 입자 빔의 강도에 관한 정보가 유도될 수 있다.
이제 검출 표면에 하전 입자 도착 이벤트의 효과를 나타내는 도 36을 참조하도록 한다. 도 36에서, 검출기는 감지 요소(36a), 감지 요소(36b), 감지 요소(36c) 및 감지 요소(36d)를 포함하는 복수의 감지 요소를 포함할 수 있다. 하전 입자는 감지 요소(36a)와 감지 요소(36c) 사이의 경계 근처의 구역에서 검출기 표면에 부딪힐(예를 들어, 충돌할) 수 있다. 전자가 검출기에 충돌하면, 검출기의 부피에 전하를 생성할 수 있다. 부피는 2 개 이상의 감지 요소에 걸쳐있을 수 있다. 예를 들어, 이온화된 구역(37)이 발생하여 다중 감지 요소로 들어갈 수 있다. 다중 감지 요소에서 발생하는 전하로 인해 전자가 여러 번 카운트되거나 또는 전혀 카운트되지 않을 수 있다.
일부 실시예에서, 검출기의 검출 표면에 도착하는 전자의 미스카운트는 더 감소될 수 있다. 일부 미스카운트는 감지 요소 사이의 경계 근처에서 발생하는 전자 도착 이벤트를 기초로 할 수 있다. SEM의 전자 광학 칼럼으로부터 나온 전자가 검출기의 검출 표면에 도착하면, 전자가 검출 장치로 들어가는 위치가 무작위로 분포될 수 있다. 각 전자가 검출기에 들어간 후 이온화 과정으로 인해, 검출기 내에 일시적인 이온화된 구역이 생성될 수 있다. 일시적 이온화된 구역은 감지 요소의 공핍 구역 외부로 확장될 수 있다. 이온화된 각 구역은 각 들어오는 전자의 에너지 및 검출기를 형성하는 재료와 관련된 부피를 가질 수 있다. 각 전자가 검출 장치에 들어가는 위치의 무작위성은 인접한 감지 요소의 경계를 가로지르는 각 들어오는 전자에 의해 유도된 일시적인 이온화된 구역을 발생시킬 수 있다. 따라서, 검출기의 다중 감지 요소는 특정 들어오는 전자에 해당하는 출력 신호를 가질 수 있다. 감지 요소 기반 전자 카운팅 장치에서, 이로 인해 미스카운팅이 발생할 수 있다.
위의 문제를 해결하기 위해, 일부 실시예는 다음을 사용할 수 있다. 감지 요소는 미리 결정된 크기 및 모양을 갖도록 구성될 수 있다. 감지 요소 어레이는 격자와 같은 패턴으로 배열된 감지 요소를 포함할 수 있다. 검출기의 각 감지 요소의 크기는 임의의 방향에서 감지 요소의 크기가 들어오는 전자의 최대 침투 깊이 이상이 되는 방식으로 선택될 수 있다. 감지 요소는 감지 요소의 치수(예를 들어, 길이, 폭, 높이)가 최대 침투 깊이보다 작지 않도록 구성될 수 있다. 최대 침투 깊이는 검출기를 형성하는데 사용된 재료를 기초로 할 수 있다. 예를 들어, 전자는 한 재료에서 다른 재료보다 더 많이 침투할 수 있다. 이러한 방식으로, 들어오는 각 전자는 한 번에 4 개 이하의 감지 요소에 충돌할 수 있다. 이는 미스카운트 수정을 위한 신호 후 처리를 더욱 단순화하는데 도움이 될 수 있다.
더욱이, 각 감지 요소에서, 들어오는 전자로 인한 신호의 강도가 미리 정의된 기준 값, 예를 들어 임계값(THA)보다 높으면, 이벤트에 대한 타임 스탬프가 남을 수 있다. 임계값(THA)은 평균 이벤트 펄스 신호의 미리 결정된 비율인 값, 또는 전자 도착 이벤트에 응답하는 에너지 측정과 같은 일부 다른 파라미터에 해당할 수 있다. 예를 들어, 임계값(THA)은 하나의 감지 요소에 충돌하는 하나의 들어오는 이차 전자의 상황에 대응하는 이벤트 신호 펄스의 평균 진폭의 20 %와 같은 값으로 설정될 수 있다. 하나의 감지 요소에 충돌하는 하나의 들어오는 이차 전자의 상황은 하나의 단일 감지 요소의 부피 내에 형성되는 일시적인 이온화된 구역에 해당할 수 있다. 임계값(THA)은 상대적으로 일관된 에너지 레벨을 가질 수 있는 이차 전자의 파라미터를 기초로 할 수 있다. 또한, 고정 SEM 이미징 설정 하에서 이차 전자의 에너지 변화는 예를 들어 후방 산란 전자의 에너지 변화보다 작을 수 있다.
신호 강도가 임계값(THA)을 초과하는 이벤트는 감지 요소가 들어오는 전자에 의해 적어도 부분적으로 부딪힌다는 것을 나타낼 수 있다. 그런 다음, 임의의 인접한 2 개의 감지 요소로부터의 정보를 분석할 수 있다. 임의의 인접한 2 개의 감지 요소가 동일한 타임 스탬프를 사용하여 전자 충돌 이벤트에 직면하면, 2 개의 감지 요소로부터의 신호가 아날로그 방식으로 추가될 수 있으며, 결과는 2 개의 감지 요소 중 하나로 전송될 수 있다. 2 개의 감지 요소 중 다른 하나에 저장된 신호는 지워질 수 있다(예를 들어, 삭제될 수 있다).
예를 들어, 부딪힌(예를 들어, 충돌된) 각 감지 요소로부터 들어오는 전자로 인한 신호는 커패시터를 가로지른 전압 형태로 제공될 수 있다. 각 감지 요소에서, 신호를 생성하고 저장하는데 사용되는 커패시터는 동일한 커패시턴스를 가질 수 있다. 그 후, 아날로그 신호 처리, 예를 들어 아날로그 신호 추가 동안, 2 개의 인접한 감지 요소 중 하나의 커패시터로부터의 전하는 2 개의 인접한 감지 요소 중 다른 하나의 커패시터로 전송될 수 있다. 이러한 방식으로, 신호 추가가 수행되고, 2 개의 인접한 감지 요소 중 제 1 감지 요소의 신호가 그 후 삭제될 수 있다.
일부 구성에서, 각 감지 요소에는, 타임 스탬프 기록을 위한 하나의 커패시터 및 하나의 메모리만이 존재한다. 신호 처리 절차는 한 시점에서 동시에 들어오는 전자에 의해 충돌되는 2 개의 인접한 감지 요소가 있을 때마다 시작될 수 있다. 프로세스는 시스템 클록에 비동기화될 수 있다.
다른 구성에서, 각 감지 요소에는, 신호 생성 및 저장을 위한 하나 초과의 커패시터가 있다. 또한, 각각의 커패시터는 그 해당 타임 스탬프 메모리를 가질 수 있다. 이들 커패시터 및 그에 대응하는 타임 스탬프 메모리는 이들 각각이 감지 요소에 충돌하는 전자의 단일 이벤트의 신호를 생성하고 저장하기 위해서만 사용되는 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 각 이벤트 동안, 감지 요소의 회로가 그 기간을 시점으로 취급할 만큼 충분히 짧은 시간 기간 내에 감지 요소에 충돌하는 하나 또는 하나 초과의 전자가 있을 수 있다. 즉, 회로의 관점에서 볼 때, 이러한 전자는 동시에 감지 요소에 부딪힌다. 그 후, 카운트 보정을 위한 신호 처리 절차는 감지 요소에서 커패시터의 미리 정의된 개수 M 또는 백분율 B %가 사용되고 적어도 2 개의 인접한 감지 요소를 포함하는 이벤트가 적어도 하나의 이벤트 양이 있는 경우 시작될 수 있다. 특정 감지 요소의 절차는 적어도 2 개의 감지 요소를 포함하는 모든 전자 충돌 이벤트가 처리될 때까지 중지될 수 있다. 신호 처리 절차 중에, 절차에 포함된 감지 요소는 해당 감지 요소의 모든 커패시터 및 타임 스탬프 메모리가 사용될 때까지 들어오는 전자의 새로운 이벤트를 카운트할 수 있다. 그런 다음, 동일한 감지 요소에 부딪히는 새로운 입사 전자가 있으면, 오버플로우가 기록될 수 있다. 해당 감지 요소의 재설정은 위에서 언급한 신호 처리 절차가 완료되고 감지 요소에 저장되거나 또는 이와 관련된 데이터가 전송된 후에 수행될 수 있다.
상기와 일치하는 것과 같은 신호 처리 절차에서, 결합된 신호는 동일한 들어오는 전자 또는 전자들에 의해 부딪힌 2 개의 인접한 감지 요소 중 하나의 요소에 저장될 수 있으며, 이로부터 신호 레벨이 더 높을 때마다 경계 충돌 이벤트가 발생한다. 또한, 2 개의 감지 요소 중 다른 하나의 신호는 삭제될 수 있다. 커패시터 및 그 해당 타임 스탬프 메모리는 이 경우 해당 감지 요소에 대한 다음 전자 충돌 이벤트에 대해 즉시 이용 가능할 것이다.
하나 초과의 감지 요소에 부딪히는 하나의 들어오는 전자로 인한 미스카운트 비율이 감소되는 검출기가 제공될 수 있다. 이러한 이벤트는 경계 충돌 이벤트라고 지칭될 수 있다. 경계 충돌 이벤트는 이온화된 구역(37)이 예를 들어도 36에 도시된 바와 같이 하나 초과의 감지 요소에서 발생될 때 발생할 수 있다.
일부 실시예에서, 각 유형의 전자(예를 들어, 이차 전자, 후방 산란 전자 등)는 특징적인 에너지 범위를 가지며, 검출기에 충돌할 때 특징적인 전하량을 생성한다. 다중 인접한 감지 요소가 동시에 전하를 검출할 때, 전하를 이러한 특성 에너지와 비교하여, 이들이 다중 전자 충돌에 해당하는지 또는 다중 감지 요소에서 전하를 생성하는 단일 충돌에 해당하는지 여부를 결정할 수 있다. 전자 카운팅 검출기에서 미스카운팅을 감소시키기 위한 방법이 제공될 수 있다. 이 방법은 실질적으로 동시에 2 개 이상의 인접한 감지 요소에서 전하를 검출하는 단계, 인접한 각 감지 요소에서 검출된 전하를 하나 이상의 기준 값과 비교하는 단계, 및 비교에 기초하여, 전하가 감지 요소 중 하나에 충돌하는 하나의 전자로부터 발생하는지 또는 2 개 이상의 감지 요소에 충돌하는 다중 전자로부터 발생하는지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
하전 입자 빔 장치는 하전 입자 빔을 사용하여 샘플을 이미징하도록 구성될 수 있다. 검출기는 검출기에 도착하는 하전 입자의 카운트를 결정하도록 구성될 수 있다. 하전 입자의 카운트는 어레이의 개별 감지 요소에 의해 수용된 하전 입자의 개별 카운트에 기초할 수 있다. 카운트에 따라, 샘플의 이미지가 재구성될 수 있다. SEM 이미지와 같은 이미지를 생성하는 것은 복수의 감지 요소에 대한 카운트를 합산하고, 스캔된 샘플 표면의 위치에 해당하는 특정 시간과 카운트를 상관시키는 것을 포함할 수 있다. 합산된 카운트는 픽셀 이미지의 그레이 레벨을 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 정보 디스플레이의 추가 자유도가 사용될 수 있다. 예를 들어, 카운트에 포함된 정보는 타임 스탬프, 위치(예를 들어, 감지 요소 어레이 상의 감지 요소의 위치), 및 카운트된 하전 입자의 개수를 포함할 수 있다. 감지 요소의 카운트는 스캐닝 시간과 상관시킴으로써 샘플 표면 위치와 관련될 수 있다. 개별 감지 요소의 카운트는 예를 들어 이들의 타임 스탬프를 기초로 함께 그룹화될 수 있다. 값이 서로 같거나 또는 가까운 타임 스탬프를 갖는 감지 요소 데이터는 함께 그룹화될 수 있다. 그룹화된 감지 요소 데이터는 검출기에 입사하는 하전 입자의 빔과 관련될 수 있다. 카운트된 하전 입자의 개수는 이들의 타임 스탬프에 기초하여 시간 창 내에서 하전 입자를 수용하는 복수의 감지 요소로부터의 합으로서 취해질 수 있다.
일부 실시예에서, 감지 요소는 전처리를 요구하지 않고 그룹화될 수 있다. 대신에, 감지 요소를 후 처리 방법으로 그룹화할 수 있다. 이들의 타임 스탬프를 기초로 특정 시간에 하전 입자를 수용하도록 결정된 감지 요소는 함께 그룹화될 수 있으며, 빔 스폿과 관련될 수 있다. 따라서, 경계선(350 및 360)(도 3f 참조)과 같은 빔 경계를 결정할 필요가 없을 수 있다. 감지 요소 또는 더 나아가 서로 반드시 인접하지는 않는 감지 요소들로부터의 정보는 이들의 타임 스탬프, 위치, 일차 빔의 스캔 동작, 또는 SEM 시스템의 특성을 기초로 그룹화될 수 있다. 따라서, 예를 들어 도 28a 내지 도 28e를 참조하면, 검출기는 특정 스캔 시간에서 하전 입자를 수용하는 모든 감지 요소(예를 들어, T = T2에서, 감지 요소(2102 및 2103))가 검출기의 특정 스폿에 입사하는 하전 입자의 동일한 빔과 관련될 수 있다고 결정할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 실시간 고-선형성(고-충실도), 또는 높은 동적 범위 하전 입자 빔 검출이 달성될 수 있다. 하전 입자 빔 검출 시스템은 검출기에 입사하는 이차 하전 입자 빔의 투사 패턴의 느리고 빠른 움직임을 추적할 수 있다. 일부 적용 분야에서는, SEM 시스템이 더 견고하고 내결함성으로 만들어질 수 있다. 그 결과, 시스템 다운 타임이 감소될 수 있다.
일부 실시예에서, 투사 시스템의 편향 방지 시스템이 생략될 수 있으며, 이는 시스템을 단순화하는데 도움이 될 수 있다. 이는 신뢰성을 더욱 향상시키고, 시스템 다운 타임을 감소시킬 수 있다.
획득된 동일한 원 데이터 세트를 기초로 특정 적용 요구 사항에 따라 다양한 결과를 획득할 수 있다. 결과는 전처리가 아닌 후 처리에 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 전처리는 감지 요소 그룹화를 포함할 수 있다. 데이터는 특정 목적을 최적화하기 위해 추가로 맞춤화될 수 있다. 예를 들어, 누화와 같은 검출 파라미터의 최적화와 이차 하전 입자 수집 효율 간에 트레이드-오프 관계가 존재할 수 있다. 그러나, 후 처리를 사용하여 데이터를 조정하는 경우, 정보 손실 없이 트레이드-오프를 조정할 수 있다. 이는 응용 계층에 더 많은 유연성을 제공할 수 있으며, 다른 검출 파라미터 설정으로 데이터를 획득하기 위해 특정 작업을 다시 실행해야하는 위험을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 검출 시스템은 아날로그, 혼합 신호, 및 디지털 회로를 포함할 수 있다. 비교 실시예에서, 아날로그 회로 부분의 비율은 상대적으로 높을 수 있으며, 이는 장치 구현을 더 어렵게 만들 수 있으며, 검출기 설계가 가장 진보된 반도체 프로세스 노드와 덜 호환되게 만들 수 있다. 본 개시 내용의 일부 실시예는 비교적 높은 비율의 혼합 신호 및 디지털 회로를 사용하거나 또는 혼합 신호 및 디지털 회로만으로 구성된 검출 시스템을 제공할 수 있으며, 이는 ASICs(application-specific integrated circuits)에서 아날로그 회로 설계 및 제조와 관련된 어려움을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예는 고급 반도체 노드와의 높은 호환성을 달성하는데 도움이 될 수 있다. 이는 전체 전력 소비를 줄이는데 도움이 될 수 있다.
실시예는 다음 조항들을 사용하여 추가로 설명될 수 있다:
1. 방법으로서:
복수의 프레임 중 제 1 프레임 내에서 검출기에 입사되는 하전 입자의 개수를 결정하는 단계; 및
하전 입자가 검출기의 제 1 개수의 감지 요소 각각에 입사하는 조건을 포함하는 제 1 기준에 기초하여 제 1 프레임의 주기를 결정하는 단계
를 포함하는, 방법.
2. 조항 1에 있어서,
하나 초과의 하전 입자가 제 1 개수의 감지 요소 중 제 2 개수 이하의 감지 요소에 입사하는 조건을 포함하는 제 2 기준 및 제 1 기준에 기초하여 제 1 프레임의 주기를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
3. 조항 1 또는 조항 2에 있어서,
제 1 기준에 기초하여 복수의 프레임의 프레임 레이트를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
4. 조항 2에 있어서,
제 1 기준 및 제 2 기준에 기초하여 복수의 프레임의 프레임 레이트를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
5. 조항 1 내지 조항 4 중 어느 한 조항에 있어서,
제 1 프레임 내의 복수의 에너지 레벨에서 입사 하전 입자의 양의 통계를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
6. 조항 5에 있어서,
통계는 제 1 개수의 감지 요소의 각각의 감지 요소에 입사하는 하전 입자에 대응하는 각각의 에너지 레벨 각각에서 제 1 개수의 감지 요소 중 입사 하전 입자의 전체 양을 포함하는 것인, 방법.
7. 조항 1 내지 조항 6 중 어느 한 조항에 있어서,
제 1 임계값 이상이고 제 2 임계값 미만의 에너지 레벨에서 검출기의 감지 요소에 입사하는 제 3 개수의 하전 입자를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
8. 조항 7에 있어서,
제 2 임계값 이상이고 제 3 임계값 미만의 에너지 레벨에서 검출기의 감지 요소에 입사하는 제 4 개수의 하전 입자를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
9. 조항 8에 있어서,
제 3 임계값 이상의 에너지 레벨에서 검출기의 감지 요소에 입사하는 제 5 개수의 하전 입자를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
10. 조항 1 내지 조항 9 중 어느 한 조항에 있어서,
적어도 하나의 프레임에 기초하여 그레이 스케일 이미지의 픽셀을 생성하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
11. 조항 1 내지 조항 10 중 어느 한 조항에 있어서,
적어도 하나의 프레임에 기초하여 컬러 이미지의 픽셀을 생성하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
12. 조항 1 내지 조항 11 중 어느 한 조항에 있어서,
하전 입자 빔을 생성하는 단계; 및
샘플을 가로질러 하전 입자 빔을 스캔하는 단계
를 더 포함하고,
검출기는 샘플로부터 투사된 하전 입자를 수용하도록 구성되는 것인, 방법.
13. 제어기가:
복수의 프레임 중 제 1 프레임 내에서 검출기에 입사되는 하전 입자의 개수를 결정하는 단계; 및
하전 입자가 검출기의 제 1 개수의 감지 요소 각각에 입사하는 조건을 포함하는 제 1 기준에 기초하여 제 1 프레임의 주기를 결정하는 단계
를 포함하는 방법을 수행하게 하기 위해 제어기의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어 세트를 포함하는, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
14. 조항 13에 있어서,
제어기의 적어도 하나의 프로세서에서 실행될 수 있는 명령어 세트는 제어기가:
하나 초과의 하전 입자가 제 1 개수의 감지 요소 중 제 2 개수 이하의 감지 요소에 입사하는 조건을 포함하는 제 2 기준 및 제 1 기준에 기초하여 제 1 프레임의 주기를 결정하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것인, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
15. 조항 13 또는 조항 14에 있어서,
제어기의 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어 세트는 제어기가 제 1 기준에 기초하여 복수의 프레임의 프레임 레이트를 결정하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것인, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
16. 조항 14에 있어서,
제어기의 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어 세트는 제어기가 제 1 기준 및 제 2 기준에 기초하여 복수의 프레임의 프레임 레이트를 결정하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것인, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
17. 조항 13 내지 조항 16 중 어느 한 조항에 있어서,
제어기의 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어 세트는 제어기가 제 1 프레임 내의 복수의 에너지 레벨에서 입사 하전 입자의 양의 통계를 결정하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것인, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
18. 조항 17에 있어서,
통계는 제 1 개수의 감지 요소의 각 감지 요소에 입사하는 하전 입자에 대응하는 각각의 에너지 레벨 각각에서 제 1 개수의 감지 요소 중 입사 하전 입자의 전체 양을 포함하는 것인, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
19. 조항 13 내지 조항 18 중 어느 한 조항에 있어서,
제어기의 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어 세트는 제어기가 제 1 임계값 이상이고 제 2 임계값 미만인 에너지 레벨에서 검출기의 감지 요소에 입사하는 제 3 개수의 하전 입자를 결정하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것인, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
20. 조항 19에 있어서,
제어기의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어 세트는 제어기가 제 2 임계값 이상이고 제 3 임계값 미만인 에너지 레벨에서 검출기의 감지 요소에 입사하는 제 4 개수의 하전 입자를 결정하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것인, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
21. 조항 20에 있어서,
제어기의 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어 세트는 제어기가 제 3 임계값 이상의 에너지 레벨에서 검출기의 감지 요소에 입사하는 제 5 개수의 하전 입자를 결정하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것인, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
22. 조항 13 내지 조항 21 중 어느 한 조항에 있어서,
제어기의 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어 세트는 제어기가 적어도 하나의 프레임에 기초하여 그레이 스케일 이미지의 픽셀을 생성하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것인, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
23. 조항 13 내지 조항 22 중 어느 한 조항에 있어서,
제어기의 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어 세트는 제어기가 적어도 하나의 프레임에 기초하여 컬러 이미지의 픽셀을 생성하는 단계를 추가로 수행하게 하는 것인, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
24. 조항 13 내지 조항 23 중 어느 한 조항에 있어서,
제어기의 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어 세트는 제어기가:
하전 입자 소스가 하전 입자 빔을 생성하게 하는 단계; 및
편향기가 샘플을 가로질러 하전 입자 빔을 스캔하게 하는 단계
를 추가로 수행하게 하고,
검출기는 샘플로부터 투사된 하전 입자를 수용하도록 구성되는 것인, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
25. 하전 입자 빔 장치로서,
비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 및 적어도 하나의 프로세서를 갖는 제어기 및 검출기를 포함하고, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는, 프로세서에 의해 실행될 때, 장치가:
복수의 프레임 중 제 1 프레임 내에서 검출기에 입사하는 하전 입자의 개수를 결정하게 하고;
하전 입자가 검출기의 제 1 개수의 감지 요소 각각에 입사하는 조건을 포함하는 제 1 기준에 기초하여 제 1 프레임의 주기를 결정하게 하는
명령어를 포함하는, 장치.
26. 조항 25에 있어서,
명령어는 추가로 장치가:
하나 초과의 하전 입자가 제 1 개수의 감지 요소 중 제 2 개수 이하의 감지 요소에 입사하는 조건을 포함하는 제 2 기준 및 제 1 기준에 기초하여 제 1 프레임의 주기를 결정하게 하는 것인, 장치.
27. 조항 25 또는 조항 26에 있어서,
명령어는 추가로 장치가:
제 1 기준에 기초하여 복수의 프레임의 프레임 레이트를 결정하게 하는 것인, 장치.
28. 조항 26에 있어서,
명령어는 추가로 장치가:
제 1 기준 및 제 2 기준에 기초하여 복수의 프레임의 프레임 레이트를 결정하게 하는 것인, 장치.
29. 조항 25 내지 조항 28 중 어느 한 조항에 있어서,
명령어는 추가로 장치가:
제 1 프레임 내의 복수의 에너지 레벨에서 입사 하전 입자의 양의 통계를 결정하게 하는 것인, 장치.
30. 조항 29에 있어서,
통계는 제 1 개수의 감지 요소의 각각의 감지 요소에 입사하는 하전 입자에 대응하는 각각의 에너지 레벨 각각에서 제 1 개수의 감지 요소 중 입사 하전 입자의 전체 양을 포함하는 것인, 장치.
31. 조항 25 내지 조항 30 중 어느 한 조항에 있어서,
명령어는 추가로 장치가:
제 1 임계값 이상이고 제 2 임계값 미만의 에너지 레벨에서 검출기의 감지 요소에 입사하는 제 3 개수의 하전 입자를 결정하게 하는 것인, 장치.
32. 조항 31에 있어서,
명령어는 추가로 장치가:
제 2 임계값 이상이고 제 3 임계값 미만의 에너지 레벨에서 검출기의 감지 요소에 입사하는 제 4 개수의 하전 입자를 결정하게 하는 것인, 장치.
33. 조항 32에 있어서,
명령어는 추가로 장치가:
제 3 임계값 이상의 에너지 레벨에서 검출기의 감지 요소에 입사하는 제 5 개수의 하전 입자를 결정하게 하는 것인, 장치.
34. 조항 25 내지 조항 33 중 어느 한 조항에 있어서,
명령어는 추가로 장치가:
적어도 하나의 프레임에 기초하여 그레이 스케일 이미지의 픽셀을 생성하게 하는 것인, 장치.
35. 조항 25 내지 조항 34 중 어느 한 조항에 있어서,
명령어는 추가로 장치가:
적어도 하나의 프레임에 기초하여 컬러 이미지의 픽셀을 생성하게 하는 것인, 장치.
36. 조항 25 내지 조항 35 중 어느 한 조항에 있어서,
명령어는 추가로 장치가:
하전 입자 빔을 생성하게 하고;
샘플을 가로질러 하전 입자 빔을 스캔하게 하며,
검출기는 샘플로부터 투사된 하전 입자를 수용하도록 구성되는 것인, 장치.
37. 하전 입자 빔 장치를 위한 검출기로서,
검출기는:
검출기 요소 어레이를 포함하고,
어레이의 검출기 요소의 영역은 적어도 신뢰 수준으로 샘플링 주기 당 미리 결정된 개수 이하의 하전 입자를 수용하도록 구성되는 것인, 검출기.
38. 조항 37에 있어서,
샘플링 주기는 검출기 요소의 데드 타임보다 작은 것인, 검출기.
39. 조항 37에 있어서,
신뢰 수준은 샘플링 주기 당 검출기 요소에 미리 결정된 개수 이하의 하전 입자가 수용될 수 있는 통계적 확률 또는 미스카운트 비율(miscount rate)에 대응되고, 검출기 요소는 제 1 미스카운트 임계값과 관련된 조건을 충족하는 미스카운트 비율로 샘플링 주기 당 미리 결정된 개수 이하의 하전 입자를 수용하도록 구성되는 것인, 검출기.
40. 조항 39에 있어서,
조건은 미스카운트 비율이 제 1 미스카운트 임계값 이하일 때 충족되는 것인, 검출기.
41. 조항 37 내지 조항 40 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기 요소의 영역은 샘플링 주기가 평균 하전 입자 분리 시간의 팩터이도록 구성되는 것인, 검출기.
42. 조항 41에 있어서,
샘플링 주기는 평균 하전 입자 분리 시간의 0.1 배인 것인, 검출기.
43. 조항 41 또는 조항 42에 있어서,
평균 하전 입자 분리 시간은 검출기에 입사하는 하전 입자 빔의 빔 전류 및 검출기에 입사하는 하전 입자의 기하학적 확산에 대한 검출기 요소의 위치를 기초로 하는 것인, 검출기.
44. 조항 41에 있어서,
샘플링 주기는 평균 하전 입자 분리 시간의 0.01 배인 것인, 검출기.
45. 조항 41에 있어서,
샘플링 주기는 평균 하전 입자 분리 시간의 0.05 배인 것인, 검출기.
46. 조항 37 내지 조항 45 중 어느 한 조항에 있어서,
미리 결정된 개수의 하전 입자는 1 개 또는 2 개이고,
검출기는 오버플로우 상태를 감지하도록 구성되는 것인, 검출기.
47. 조항 37 내지 조항 46 중 어느 한 조항에 있어서,
복수의 검출기 요소는 세그먼트화된 다이오드를 포함하는 것인, 검출기.
48. 조항 37 내지 조항 47 중 어느 한 조항에 있어서,
복수의 회로망을 더 포함하고,
복수의 회로망의 회로는 검출기 요소에 입사하는 하전 입자의 개수를 카운트하기 위해 검출기 요소로부터의 출력을 처리하도록 구성되는 것인, 검출기.
49. 조항 48에 있어서,
복수의 회로망은 각각 신호 조절 회로, 이벤트 검출기, 및 픽셀 카운트 버퍼를 포함하는 것인, 검출기.
50. 조항 48 또는 조항 49에 있어서,
복수의 회로망은 각각 입력 신호를 기준 값과 비교하고 입력 신호의 상승 에지가 기준 값을 초과할 때 플래그를 설정하도록 구성된 판별기를 포함하는 것인, 검출기.
51. 조항 37 내지 조항 50 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기에 입사하는 카운트된 하전 입자의 합을 결정하도록 구성된 이미지 프로세서를 더 포함하는 것인, 검출기.
52. 조항 37 내지 조항 51 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기에 입사하는 하전 입자는 일차 입자와 표본의 상호 작용으로 인한 이차 입자이며, 일차 입자는 하전 입자 빔 장치의 소스로부터 생성되어 표본에 포커싱되는 것인, 검출기.
53. 방법으로서:
검출기의 검출기 요소 어레이의 검출기 요소에 입사하는 하전 입자의 개수를 카운트하는 단계를 포함하고,
어레이의 검출기 요소의 영역은 샘플링 주기 당 미리 결정된 개수 이하의 하전 입자를 수용하도록 구성되는, 방법.
54. 조항 53에 있어서,
샘플링 주기는 검출기 요소의 데드 타임보다 작은 것인, 방법.
55. 조항 53 또는 조항 54에 있어서,
영역은 샘플링 주기가 평균 하전 입자 분리 시간의 팩터이고, 팩터는 0.1 이하이도록 구성되는 것인, 방법.
56. 조항 55에 있어서,
평균 하전 입자 분리 시간은 검출기에 입사하는 하전 입자 빔의 빔 전류 및 검출기에 입사하는 하전 입자의 기하학적 확산에 대한 검출기 요소의 위치를 기초로 하는 것인, 방법.
57. 조항 53 내지 조항 56 중 어느 한 조항에 있어서,
미리 결정된 기준을 충족하도록 샘플링 속도를 조정하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 방법.
58. 조항 57에 있어서,
미리 결정된 기준은 샘플링 주기가 전자 도착 이벤트에 응답하여 생성된 신호의 펄스 폭보다 작은 것인, 방법.
59. 조항 53 내지 조항 58 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기 요소 어레이의 각각의 검출기 요소에 입사하는 복수의 개수의 카운트된 하전 입자를 합산하는 단계; 및
SEM 이미지의 그레이 레벨을 결정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
60. 하전 입자 빔 장치를 위한 검출기로서,
검출기는:
감지 요소 어레이를 포함하는 반도체 기판; 및
검출기에 입사하는 하전 입자의 개수를 카운트하도록 구성된 회로
를 포함하는, 검출기.
61. 조항 60에 있어서,
회로는 복수의 감지 요소로부터의 출력을 처리하고 어레이의 감지 요소 상의 하전 입자 도착 이벤트에 응답하여 카운터를 증분시키도록 구성되는 것인, 검출기.
62. 조항 61에 있어서,
회로는 하전 입자 도착 이벤트의 타임 스탬프를 결정하도록 구성되는 것인, 검출기.
63. 조항 62에 있어서,
타임 스탬프는 검출기의 글로벌 시스템 시간에 기초하고, 글로벌 시스템 시간은 어레이의 각각의 감지 요소에 공통인 것인, 검출기.
64. 조항 62에 있어서,
타임 스탬프는 감지 요소의 로컬 시간에 기초하고, 로컬 시간은 어레이의 다른 감지 요소와 무관한 것인, 검출기.
65. 조항 62 내지 조항 64 중 어느 한 조항에 있어서,
타임 스탬프는 하전 입자 빔 장치의 일차 하전 입자 빔에 의해 스캔된 샘플의 표면 상의 위치와 관련되는 것인, 검출기.
66. 조항 65에 있어서,
타임 스탬프는 SEM 이미지의 픽셀과 관련되는 것인, 검출기.
67. 조항 60 내지 조항 66 중 어느 한 조항에 있어서,
회로는 카운트의 타임 스탬프에 기초하여 어레이의 복수의 감지 요소의 카운트를 합산하도록 구성되는 것인, 검출기.
68. 조항 60 내지 조항 67 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 하나의 하전 입자 도착 이벤트의 에너지를 구별하지 않고 재설정하기 전에 감지 요소에서 단 하나의 하전 입자 도착 이벤트까지만 카운트하도록 구성되는 것인, 검출기.
69. 조항 60 내지 조항 67 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 하전 입자 도착 이벤트의 에너지를 구별하지 않고 하전 입자 도착 이벤트의 개수를 카운트하고 감지 요소에서 오버플로우에 직면할 때 오버플로우 플래그를 설정하도록 구성되는 것인, 검출기.
70. 조항 69에 있어서,
하전 입자 도착 이벤트의 개수는 1을 포함하는 것인, 검출기.
71. 조항 60 내지 조항 67 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 재설정하기 전에 제 1 에너지 범위에 대해 감지 요소에서 단 하나의 하전 입자 도착 이벤트까지만 카운트하도록 구성되는 것인, 검출기.
72. 조항 60 내지 조항 67 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 제 1 에너지 범위에 대한 하전 입자 도착 이벤트의 개수를 카운트하고 감지 요소에서 오버플로우에 직면할 때 오버플로우 플래그를 설정하도록 구성되는 것인, 검출기.
73. 조항 72에 있어서,
하전 입자 도착 이벤트의 개수는 0 또는 1을 포함하는 것인, 검출기.
74. 조항 61 또는 조항 62 중 어느 한 조항에 있어서,
회로는 감지 요소로부터의 출력 신호를 기준 값과 비교하고 출력 신호가 기준 값보다 클 때 카운터를 증분시키도록 구성된 판별기를 포함하는 것인, 검출기.
75. 조항 61 또는 조항 62 중 어느 한 조항에 있어서,
회로는 감지 요소로부터의 출력 신호를 하한값 및 상한값을 포함하는 기준 범위와 비교하도록 구성된 판별기를 포함하고, 카운터는 기준 범위와 관련하여 출력 신호에 기초한 결정에 응답하여 증분되는 것인, 검출기.
76. 조항 75에 있어서,
회로는 출력 신호가 기준 범위에 포함된 기준 값보다 낮을 때 카운터를 증분시키도록 구성되는 것인, 검출기.
77. 조항 75에 있어서,
회로는 출력 신호가 기준 범위에 포함된 기준 값보다 클 때 카운터를 증분시키도록 구성되는 것인, 검출기.
78. 조항 75에 있어서,
회로는 출력 신호가 하한값보다 높고 상한값보다 낮을 때 카운터를 증분시키도록 구성되는 것인, 검출기.
79. 조항 61 또는 조항 62 중 어느 한 조항에 있어서,
회로는 감지 요소에 의해 수용된 에너지의 양을 검출함으로써 감지 요소 상의 하전 입자의 도착 이벤트를 검출하도록 구성된 펄스 검출기를 포함하는 것인, 검출기.
80. 조항 61 또는 조항 62 중 어느 한 조항에 있어서,
회로는 감지 요소에 의해 수용된 에너지의 양을 기준과 비교하고 기준에 기초하여 결정한 후에 카운터를 증분시키도록 구성된 비교기를 포함하는 것인, 검출기.
81. 조항 61 또는 조항 62 중 어느 한 조항에 있어서,
회로는 감지 요소에 의해 수용된 에너지 양을 기준 값과 비교하고 에너지 양이 기준 값보다 클 때 카운터를 증분시키도록 구성된 비교기를 포함하는 것인, 검출기.
82. 조항 61 또는 조항 62에 있어서,
회로는 감지 요소에 의해 수용된 에너지의 양을 하한 및 상한을 포함하는 기준 범위와 비교하도록 구성된 비교기를 포함하고, 카운터는 기준 범위와 관련하여 에너지 양에 기초한 결정에 응답하여 증분되는 것인, 검출기.
83. 조항 82에 있어서,
회로는 에너지 양이 기준 범위에 포함된 기준 값보다 낮을 때 카운터를 증분시키도록 구성되는 것인, 검출기.
84. 조항 82에 있어서,
회로는 에너지 양이 기준 범위에 포함된 기준 값보다 클 때 카운터를 증분시키도록 구성되는 것인, 검출기.
85. 조항 82에 있어서,
회로는 에너지 양이 하한보다 높고 상한보다 낮을 때 카운터를 증분시키도록 구성되는 것인, 검출기.
86. 조항 60 내지 조항 85 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 감지 요소 어레이의 모든 감지 요소를 동시에 재설정하도록 구성되는 것인, 검출기.
87. 조항 60 내지 조항 85 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 감지 요소 어레이의 구역의 모든 감지 요소를 동시에 재설정하도록 구성되는 것인, 검출기.
88. 조항 60 내지 조항 85 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 감지 요소 어레이의 각각의 감지 요소를 개별적으로 재설정하도록 구성되는 것인, 검출기.
89. 조항 60 내지 조항 85 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 감지 요소 어레이의 일부 감지 요소를 동시에 재설정하고, 감지 요소 어레이의 일부 감지 요소를 개별적으로 재설정하도록 구성되는 것인, 검출기.
90. 조항 86 내지 조항 89 중 어느 한 조항에 있어서,
각각의 감지 요소로부터의 데이터는 재설정하기 전에 저장되는 것인, 검출기.
91. 조항 86 내지 조항 90 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 고정된 주기로 감지 요소를 재설정하도록 구성되는 것인, 검출기.
92. 조항 86 내지 조항 90 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 변화하는 주기로 감지 요소를 재설정하도록 구성되는 것인, 검출기.
93. 조항 60 내지 조항 85 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 미리 결정된 조건에 기초하여 감지 요소 어레이의 모든 감지 요소를 재설정하도록 구성되고, 각각의 감지 요소로부터의 데이터는 재설정하기 전에 저장되는 것인, 검출기.
94. 조항 93에 있어서,
미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이에서 감지 요소의 적어도 제 1 비율이 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 조건을 포함하는 것인, 검출기.
95. 조항 93 또는 조항 94에 있어서,
미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이에서 감지 요소의 적어도 제 1 비율이 오버플로우에 직면하는 조건을 포함하는 것인, 검출기.
96. 조항 60 내지 조항 85 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 미리 결정된 조건에 기초하여 감지 요소 어레이의 구역의 모든 감지 요소를 재설정하도록 구성되고, 구역의 각각의 감지 요소로부터의 데이터는 재설정하기 전에 저장되는 것인, 검출기.
97. 조항 96에 있어서,
미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이의 구역에서 감지 요소의 적어도 제 1 비율이 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 조건을 포함하는 것인, 검출기.
98. 조항 96 또는 조항 97에 있어서,
미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이의 구역에서 감지 요소의 적어도 제 1 비율이 오버플로우에 직면하는 조건을 포함하는 것인, 검출기.
99. 조항 60 내지 조항 85 중 어느 한 조항에 있어서,
검출기는 미리 결정된 조건에 기초하여 개별적으로 감지 요소 어레이의 각 감지 요소를 재설정하도록 구성되고, 각각의 감지 요소로부터의 데이터는 재설정하기 전에 저장되는 것인, 검출기.
100. 조항 99에 있어서,
미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이의 제 1 감지 요소가 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 조건을 포함하는 것인, 검출기.
101. 조항 99 또는 조항 100에 있어서,
미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이의 제 1 감지 요소가 오버플로우에 직면하는 조건을 포함하는 것인, 검출기.
102. 조항 60 내지 조항 101 중 어느 한 조항에 있어서,
개수는 정수인 것인, 검출기.
103. 조항 60 내지 조항 102 중 어느 한 조항에 있어서,
반도체 기판은 PIN 다이오드를 포함하는 것인, 검출기.
104. 조항 60 내지 조항 103 중 어느 한 조항에 있어서,
감지 요소 어레이는 세그먼트화된 다이오드를 포함하고, 세그먼트화된 다이오드는 PIN 또는 NIP 다이오드를 포함하는 것인, 검출기.
105. 방법으로서:
검출기의 감지 요소 어레이의 복수의 감지 요소로부터의 출력을 처리하는 단계;
검출기에 입사하는 하전 입자의 개수를 카운트하는 단계 - 카운트하는 단계는 어레이의 감지 요소 상의 하전 입자 도착 이벤트에 응답하여 카운터를 증분시키는 단계를 포함함 - ; 및
하전 입자 도착 이벤트의 타임 스탬프를 결정하는 단계
를 포함하는, 방법.
106. 조항 105에 있어서,
타임 스탬프는 검출기의 글로벌 시스템 시간을 기초로 하며, 글로벌 시스템 시간은 어레이의 각 감지 요소에 공통인 것인, 방법.
107. 조항 106에 있어서,
타임 스탬프는 감지 요소의 로컬 시간을 기초로 하며, 로컬 시간은 어레이의 다른 감지 요소와 무관한 것인, 방법.
108. 조항 105 내지 조항 107 중 어느 한 조항에 있어서,
타임 스탬프는 하전 입자 빔 장치의 일차 하전 입자 빔에 의해 스캔된 샘플의 표면의 위치와 관련되는 것인, 방법.
109. 조항 108에 있어서,
타임 스탬프는 SEM 이미지의 픽셀과 관련되는 것인, 방법.
110. 조항 105 내지 조항 109 중 어느 한 조항에 있어서,
카운트의 타임 스탬프에 기초하여 어레이의 복수의 감지 요소의 카운트를 결합하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
111. 조항 105 내지 조항 110 중 어느 한 조항에 있어서,
카운트하는 단계는 하나의 하전 입자 도착 이벤트의 에너지를 구별하지 않고 재설정되기 전에 감지 요소에서 단 하나의 하전 입자 도착 이벤트까지만 카운트하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
112. 조항 105 내지 조항 110 중 어느 한 조항에 있어서,
카운트하는 단계는 하전 입자 도착 이벤트의 에너지를 구별하지 않고 하전 입자 도착 이벤트의 개수를 카운트하고 감지 요소에서 오버플로우에 직면할 때 오버플로우 플래그를 설정하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
113. 조항 112에 있어서,
하전 입자 도착 이벤트의 개수는 하나를 포함하는 것인, 방법.
114. 조항 105 내지 조항 110 중 어느 한 조항에 있어서,
카운트하는 단계는 재설정하기 전에 제 1 에너지 범위에 대해 감지 요소에서 단 하나의 하전 입자 도착 이벤트까지만 카운트하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
115. 조항 105 내지 조항 111 중 어느 한 조항에 있어서,
카운트하는 단계는 제 1 에너지 범위에 대해 하전 입자 도착 이벤트의 개수를 카운트하고 감지 요소에서 오버플로우에 직면할 때 오버플로우 플래그를 설정하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
116. 조항 115에 있어서,
하전 입자 도착 이벤트의 개수는 0 또는 1을 포함하는 것인, 방법.
117. 조항 105 내지 조항 116 중 어느 한 조항에 있어서,
감지 요소로부터의 출력 신호를 기준 값과 비교하고 출력 신호가 기준 값보다 클 때 카운터를 증분시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
118. 조항 105 내지 조항 116 중 어느 한 조항에 있어서,
감지 요소로부터의 출력 신호를 하한값 및 상한값을 포함하는 기준 범위와 비교하는 단계, 및
기준 범위와 관련하여 출력 신호에 기초하는 결정에 응답하여 카운터를 증분시키는 단계
를 더 포함하는 것인, 방법.
119. 조항 118에 있어서,
출력 신호가 기준 범위에 포함된 기준 값보다 낮을 때 카운터를 증분시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
120. 조항 118에 있어서,
출력 신호가 기준 범위에 포함된 기준 값보다 클 때 카운터를 증분시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
121. 조항 118에 있어서,
출력 신호가 하한값보다 높고 상한값보다 낮을 때 카운터를 증분시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
122. 조항 105 내지 조항 117 중 어느 한 조항에 있어서,
감지 요소에 의해 수용된 에너지의 양을 검출함으로써 감지 요소 상의 하전 입자의 도착 이벤트를 검출하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
123. 조항 105 내지 조항 117 중 어느 한 조항에 있어서,
감지 요소에 의해 수용된 에너지의 양을 기준과 비교하고 기준에 기초하여 결정한 후에 카운터를 증분시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
124. 조항 105 내지 조항 117 중 어느 한 조항에 있어서,
감지 요소에 의해 수용된 에너지의 양을 기준과 비교하고 에너지의 양이 기준 값보다 클 때 카운터를 증분시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
125. 조항 105 내지 조항 117 중 어느 한 조항에 있어서,
감지 요소에 의해 수용된 에너지의 양을 하한 및 상한을 포함하는 기준 범위와 비교하고, 기준 범위와 관련하여 에너지의 양에 기초한 결정에 응답하여 카운터를 증분시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
126. 조항 125에 있어서,
에너지의 양이 기준 범위에 포함된 기준 값보다 낮을 때 카운터를 증분시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
127. 조항 125에 있어서,
에너지의 양이 기준 범위에 포함된 기준 값보다 클 때 카운터를 증분시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
128. 조항 125에 있어서,
에너지의 양이 하한보다 높고 상한보다 낮을 때 카운터를 증분시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
129. 조항 105 내지 조항 128 중 어느 한 조항에 있어서,
감지 요소 어레이의 모든 감지 요소를 동시에 재설정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
130. 조항 105 내지 조항 128 중 어느 한 조항에 있어서,
감지 요소 어레이의 구역의 모든 감지 요소를 동시에 재설정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
131. 조항 105 내지 조항 128 중 어느 한 조항에 있어서,
감지 요소 어레이의 각각의 감지 요소를 개별적으로 재설정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
132. 조항 105 내지 조항 128 중 어느 한 조항에 있어서,
감지 요소 어레이의 일부 감지 요소를 동시에 재설정하고, 감지 요소 어레이의 일부 감지 요소를 개별적으로 재설정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
133. 조항 129 내지 조항 132 중 어느 한 조항에 있어서,
재설정하기 전에 각각의 감지 요소로부터의 데이터를 저장하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
134. 조항 129 내지 조항 133 중 어느 한 조항에 있어서,
고정된 주기로 감지 요소를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
135. 조항 129 내지 조항 133 중 어느 한 조항에 있어서,
변화하는 주기로 감지 요소를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
136. 조항 105 내지 조항 123 중 어느 한 조항에 있어서,
미리 결정된 조건에 기초하여 감지 요소 어레이의 모든 감지 요소를 재설정하는 단계, 및 재설정하기 전에 각각의 감지 요소로부터의 데이터를 저장하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
137. 조항 136에 있어서,
미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이에서 감지 요소의 적어도 제 1 비율이 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 조건을 포함하는 것인, 방법.
138. 조항 136 또는 조항 137에 있어서,
미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이에서 감지 요소의 적어도 제 1 비율이 오버플로우에 직면하는 조건을 포함하는 것인, 방법.
139. 조항 105 내지 조항 123 중 어느 한 조항에 있어서,
미리 결정된 조건에 기초하여 감지 요소 어레이의 구역의 모든 감지 요소를 재설정하는 단계, 및
재설정하기 전에 구역의 각 감지 요소로부터의 데이터를 저장하는 단계
를 더 포함하는 것인, 방법.
140. 조항 139에 있어서,
미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이의 구역에서 감지 요소의 적어도 제 1 비율이 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 조건을 포함하는 것인, 방법.
141. 조항 139 또는 조항 140에 있어서,
미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이의 구역에서 감지 요소의 적어도 제 1 비율이 오버플로우에 직면하는 조건을 포함하는 것인, 방법.
142. 조항 105 내지 조항 123 중 어느 한 조항에 있어서,
미리 결정된 조건에 기초하여 개별적으로 감지 요소 어레이의 각 감지 요소를 재설정하는 단계, 및
재설정하기 전에 각 감지 요소로부터의 데이터를 저장하는 단계
를 더 포함하는 것인, 방법.
143. 조항 142에 있어서,
미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이의 제 1 감지 요소가 적어도 하나의 하전 입자를 수용하는 조건을 포함하는 것인, 방법.
144. 조항 142 또는 조항 143에 있어서,
미리 결정된 조건은 감지 요소 어레이 내의 제 1 감지 요소가 오버플로우에 직면하는 조건을 포함하는 것인, 방법.
145. 조항 105 내지 조항 144 중 어느 한 조항에 있어서,
개수는 정수인 것인, 방법.
146. 하전 입자 빔 장치로서,
비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 및 적어도 하나의 프로세서를 갖는 제어기 및 검출기를 포함하고, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는, 프로세서에 의해 실행될 때, 장치가:
검출기의 감지 요소 어레이의 복수의 감지 요소로부터의 출력을 처리하게 하고;
검출기에 입사하는 하전 입자의 개수를 카운트하게 하고 - 카운트하는 단계는 어레이의 감지 요소 상의 하전 입자 도착 이벤트에 응답하여 카운터를 증분시키는 단계를 포함함 - ; 및
하전 입자 도착 이벤트의 타임 스탬프를 결정하게 하는
명령어를 포함하는, 장치.
147. 하전 입자 빔 장치를 위한 검출기로서,
검출기는:
감지 요소 어레이를 포함하고,
검출기는 미리 결정된 미스카운트 비율 이하로 샘플링 주기에서 어레이의 감지 요소 상에 미리 결정된 개수 이하의 하전 입자가 수용되도록 구성되는, 검출기.
148. 조항 147에 있어서,
미리 결정된 개수는 1인 것인, 검출기.
149. 조항 147에 있어서,
미리 결정된 개수는 1보다 큰 것인, 검출기.
150. 조항 147에 있어서,
미리 결정된 개수는 1 또는 2인 것인, 검출기.
151. 조항 147 내지 조항 150 중 어느 한 조항에 있어서,
샘플링 주기는 감지 요소와 관련된 데드 타임보다 작은 것인, 검출기.
152. 조항 147 내지 조항 151 중 어느 한 조항에 있어서,
어레이는 복수의 균일한 크기의 감지 요소를 포함하는 것인, 검출기.
153. 조항 147 내지 조항 151 중 어느 한 조항에 있어서,
미리 결정된 미스카운트 비율은 10 %인 것인, 검출기.
154. 조항 147 내지 조항 153 중 어느 한 조항에 있어서,
샘플링 주기는 감지 요소에 연결된 다중 채널 스케일러의 시간 채널 폭인 것인, 검출기.
155. 조항 151에 있어서,
검출기는 데드가 감지 요소와 관련된 마비 가능한 데드 타임을 포함하지 않도록 구성되는 것인, 검출기.
156. 하전 입자 빔 장치를 위한 검출기로서,
검출기는:
감지 요소 어레이를 포함하는 반도체 기판; 및
검출기에 입사하는 하전 입자의 개수를 카운트하도록 구성된 회로
를 포함하는 것인, 검출기.
157. 조항 156에 있어서,
회로는 샘플링 시간에 어레이의 감지 요소 상에 수용된 하전 입자의 개수를 결정하도록 구성되는 것인, 검출기.
158. 조항 156 또는 조항 157에 있어서,
반도체 기판은 복수의 세그먼트화된 다이오드를 포함하는 것인, 검출기.
159. 조항 156에 있어서,
반도체 기판은 복수의 세그먼트화된 다이오드 각각에 연결된 증폭기를 포함하는 것인, 검출기.
160. 조항 156 내지 조항 159 중 어느 한 조항에 있어서,
회로는 복수의 회로를 포함하고, 각각의 회로는 어레이의 각각의 감지 요소에 연결되는 것인, 검출기.
161. 조항 160에 있어서,
각각의 회로는 증폭기, 이벤트 펄스 검출기, 및 카운터를 포함하는 것인, 검출기.
162. 조항 160에 있어서,
각각의 회로는 단일 비트 카운터를 포함하는 것인, 검출기.
163. 조항 156 내지 조항 162 중 어느 한 조항에 있어서,
회로는 각 샘플링 주기에서 검출기에 입사하는 하전 입자의 총 개수를 결정하도록 구성된 합산 유닛을 포함하는 것인, 검출기.
164. 조항 156 내지 조항 163 중 어느 한 조항에 있어서,
회로는 이벤트 플래그 검출기 및 오버플로우 플래그 검출기를 포함하는 것인, 검출기.
165. 조항 156 내지 조항 164 중 어느 한 조항에 있어서,
회로는 프런트 엔드 아날로그 회로를 포함하는 것인, 검출기.
166. 조항 165에 있어서,
프런트 엔드 아날로그 회로는 전류 버퍼와, 트랜스 임피던스 증폭기, 전하 증폭기 또는 전하 전송 증폭기 중 하나를 포함하는 증폭기를 포함하는 것인, 검출기.
167. 하전 입자 장치를 위한 검출기로서:
복수의 센서 요소 - 센서 요소 각각은 대응하는 센서 요소에 충돌하는 전자에 응답하여 대응하는 센서 요소에 의해 생성된 전류 펄스에 기초하여 전자 이벤트를 검출하도록 구성된 대응 회로를 가지며, 센서 요소 각각은 선형 모드에서 작동하도록 구성된 다이오드를 포함함 - ; 및
미리 결정된 시간 기간 동안 복수의 센서 요소에 의해 검출된 전자 이벤트의 개수를 결정하도록 구성된 제 2 회로
를 포함하는, 검출기.
168. 조항 167에 있어서,
다이오드는 선형 모드에서 작동하는 PIN 다이오드 또는 애벌란시 다이오드인 것인, 검출기.
169. 조항 168에 있어서,
선형 모드에서 작동하는 애벌란시 다이오드는 저 이득 애벌란시 다이오드인 것인, 검출기.
170. 조항 167에 있어서,
선형 모드에서 작동하도록 구성된 다이오드는 가이거 모드 또는 광자 카운팅 모드에서 작동을 방지하도록 구성된 다이오드를 포함하는 것인, 검출기.
171. 조항 167에 있어서,
선형 모드에서 작동하도록 구성된 다이오드는 충돌하는 전자가 다이오드에 들어갈 때 충돌하는 전자의 운동 에너지에 실질적으로 비례하는 크기 분포를 갖는 전류 펄스를 생성하도록 구성된 다이오드를 포함하는 것인, 검출기.
172. 조항 171에 있어서,
상기 대응 회로는 전류 펄스의 제 1 특성을 결정하고, 제 1 특성에 기초하여 들어오는 전자의 제 2 특성을 결정하는 회로망을 포함하는 것인, 검출기.
173. 조항 172에 있어서,
제 1 특성은 전류 펄스의 크기이고, 제 2 특성은 전자가 이차 전자, 후방 산란 전자, 또는 노이즈 소스로부터의 전자 중 하나라는 결정인 것인, 검출기.
174. 조항 173에 있어서,
전자가 노이즈 소스로부터 나온다는 결정은 전류 펄스의 크기가 제 1 임계값보다 낮다는 것을 기초로 하고, 전자가 이차 전자라는 결정은 전류 펄스의 크기가 제 1 임계값보다 높고 제 2 임계값보다 낮다는 것을 기초로 하며, 전자가 후방 산란 전자라는 결정은 전류 펄스의 크기가 제 2 임계값보다 높다는 것에 기초하는 것인, 검출기.
175. 조항 172에 있어서,
제 2 특성은 전자에 대응하는 전자 이벤트가 미리 결정된 시간 기간 동안 상기 대응하는 센서 요소에 충돌하는 다중 전자로부터 발생하는 다중 전자 이벤트 중 하나라는 결정인 것인, 검출기.
176. 조항 175에 있어서,
상기 대응하는 센서 요소에 의해 생성된 전류 펄스는 상기 대응하는 센서 요소에 충돌하는 다중 전자에 응답하는 것인, 검출기.
177. 전자 카운팅 검출기에서 미스카운트를 감소시키는 방법으로서,
상기 방법은:
실질적으로 동시에 2 개 이상의 인접한 감지 요소에서 전하를 검출하는 단계;
인접한 감지 요소 각각에서 검출된 전하를 하나 이상의 기준 값과 비교하는 단계; 및
비교를 기초로 하여, 전하가 감지 요소 중 하나에 충돌하는 하나의 전자로부터 발생하는지 또는 2 개 이상의 감지 요소에 충돌하는 다중 전자로부터 발생하는지 여부를 결정하는 단계
를 포함하는 것인, 방법.
178. 조항 177에 있어서,
감지 요소 어레이에 포함된 감지 요소는 들어오는 전자가 동시에 4 개 이하의 감지 요소에 충돌할 수 있는 크기를 갖는 것인, 방법.
179. 조항 178에 있어서,
상기 크기는 감지 요소의 어떤 치수도 감지 요소의 재료에서 들어오는 전자의 침투 깊이보다 작지 않도록 구성되는 것인, 방법.
일부 실시예에서, 검출기는 하전 입자 빔 시스템을 제어하는 제어기와 통신할 수 있다. 제어기는 하전 입자 빔을 생성하기 위해 하전 입자 소스를 제어하고 하전 입자 빔을 스캔하기 위해 편향기를 제어하는 것과 같은 다양한 기능을 수행하도록 하전 입자 빔 시스템의 구성 요소를 지시할 수 있다. 제어기는 또한 검출기의 샘플링 속도 조정, 감지 요소 재설정, 또는 이미지 처리 수행과 같은 다양한 다른 기능을 수행할 수 있다. 제어기는 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 다른 유형의 컴퓨터 판독 가능 메모리 등과 같은 저장 매체인 저장소를 포함할 수 있다. 이러한 저장소는 스캔된 원 이미지 데이터를 원본 이미지로 저장하고 후 처리된 이미지를 저장하는데 사용할 수 있다. 제어기(109)의 프로세서가 하전 입자 빔 검출, 샘플링 주기 결정, 이미지 처리, 또는 본 개시 내용과 일치하는 다른 기능 및 방법을 수행하기 위한 명령어를 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공될 수 있다. 비-일시적 매체의 일반적인 형태에는 예를 들어 플로피 디스크, 유연한 디스크, 하드 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 자기 테이프 또는 임의의 다른 자기 데이터 저장 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 데이터 저장 매체, 구멍 패턴이 있는 임의의 물리적 매체, ROM, PROM 및 EPROM, FLASH-EPROM 또는 임의의 다른 플래시 메모리, NVRAM, 캐시, 레지스터, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 및 이것의 네트워크 버전이 포함된다.
도면의 블록도는 본 개시의 다양한 예시적인 실시예에 따른 시스템, 방법 및 컴퓨터 하드웨어/소프트웨어 제품의 가능한 구현의 아키텍처, 기능 및 동작을 예시할 수 있다. 이와 관련하여, 개략도의 각 블록은 전자 회로와 같은 하드웨어를 사용하여 구현될 수 있는 특정 산술적 또는 논리적 연산 처리를 나타낼 수 있다. 블록은 또한 지정된 논리적 기능을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령어를 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 일부 대안적인 구현에서, 블록에 표시된 기능은 도면에 언급된 순서와 다르게 발생할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 연속적으로 도시된 2 개의 블록이 실질적으로 동시에 실행되거나 또는 구현될 수 있거나, 또는 관련된 기능에 따라 2 개의 블록이 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 일부 블록은 생략될 수도 있다. 또한, 블록도의 각 블록 및 블록의 조합은 지정된 기능 또는 동작을 수행하는 특수 목적 하드웨어 기반 시스템 또는 특수 목적 하드웨어와 컴퓨터 명령어의 조합에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명은 위에서 설명하고 첨부된 도면에 도시된 정확한 구성에 한정되지 않으며, 그 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 특정 예시적인 실시예를 참조하여 PIN 다이오드가 논의되었지만, NIP 다이오드와 같은 다른 유형의 다이오드가 유사하게 적용될 수 있다. 또한, 입사 에너지 수용에 응답하여 측정 가능한 신호를 생성할 수 있는 다른 유형의 장치가 검출기에 적용될 수 있다.
별도의 도면들에 도시된 요소들이 조합될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 도 19a의 검출 시스템(901)은 도 19b의 검출 시스템(902)과 같은 에너지 저장 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 그리고 검출 시스템(902)은 검출 시스템(901)의 일부인 것으로 도시된 요소를 포함할 수 있다.
더욱이, 주사 전자 현미경이 일부 실시예를 참조하여 논의되었지만, 다른 유형의 시스템도 또한 적용될 수 있다. 예를 들어, 검출기는 투과 전자 현미경(TEM), 주사 투과 전자 현미경(STEM) 또는 구조화 조명 현미경(SIM) 시스템에 사용될 수 있다.
Claims (15)
- 하전 입자 장치를 위한 검출기로서:
복수의 센서 요소 - 상기 센서 요소 각각은 상기 해당 센서 요소에 충돌하는 전자에 응답하여 상기 해당 센서 요소에 의해 생성된 전류 펄스에 기초하여 전자 이벤트를 검출하도록 구성된 대응 회로를 가지며, 상기 센서 요소 각각은 선형 모드에서 작동하도록 구성된 다이오드를 포함함 - ; 및
미리 결정된 시간 기간 동안 상기 복수의 센서 요소에 의해 검출된 전자 이벤트의 개수를 결정하도록 구성된 제 2 회로
를 포함하는, 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 다이오드는 선형 모드로 작동하는 PIN 다이오드 또는 애벌란시 다이오드(avalanche diode)인 것인, 검출기. - 제 2 항에 있어서,
상기 선형 모드로 작동하는 상기 애벌란시 다이오드는 저 이득 애벌란시 다이오드인 것인, 검출기. - 제 1 항에 있어서,
선형 모드로 작동하도록 구성된 상기 다이오드는 가이거 모드(Geiger mode) 또는 광자 카운팅 모드에서의 작동을 회피하도록 구성된 다이오드를 포함하는 것인, 검출기. - 제 1 항에 있어서,
선형 모드로 작동하도록 구성된 상기 다이오드는 상기 충돌하는 전자가 상기 다이오드에 들어갈 때 상기 충돌하는 전자의 운동 에너지에 실질적으로 비례하는 크기 분포를 갖는 상기 전류 펄스를 생성하도록 구성된 다이오드를 포함하는 것인, 검출기. - 제 5 항에 있어서,
상기 대응 회로는 상기 전류 펄스의 제 1 특성을 결정하고, 상기 제 1 특성에 기초하여 들어오는 전자의 제 2 특성을 결정하는 회로망을 포함하는 것인, 검출기. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 특성은 상기 전류 펄스의 크기이고, 상기 제 2 특성은 상기 전자가 이차 전자, 후방 산란 전자, 또는 노이즈 소스(noise source)로부터의 전자 중 임의의 하나라는 결정인 것인, 검출기. - 제 7 항에 있어서,
상기 전자가 노이즈 소스로부터의 것이라는 상기 결정은 상기 전류 펄스의 크기가 제 1 임계값보다 낮다는 것을 기초로 하고, 상기 전자가 이차 전자라는 상기 결정은 상기 전류 펄스의 크기가 상기 제 1 임계값보다 높고 제 2 임계값보다 낮다는 것을 기초로 하고, 상기 전자가 후방 산란 전자라는 상기 결정은 상기 전류 펄스의 크기가 상기 제 2 임계값보다 높다는 것을 기초로 하는 것인, 검출기. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 특성은 상기 전자에 대응하는 상기 전자 이벤트가 상기 미리 결정된 시간 기간 동안 상기 해당 센서 요소에 충돌하는 다중 전자로부터 발생하는 다중 전자 이벤트 중 하나라는 결정인 것인, 검출기. - 제 9 항에 있어서,
상기 해당 센서 요소에 의해 생성된 상기 전류 펄스는 상기 해당 센서 요소에 충돌하는 상기 다중 전자에 응답하는 것인, 검출기. - 방법으로서:
검출기의 검출기 요소 어레이의 검출기 요소에 입사하는 하전 입자의 개수를 카운트하는 단계를 포함하고,
상기 어레이의 상기 검출기 요소의 영역은 샘플링 주기 당 미리 결정된 개수 이하의 하전 입자를 수용하도록 구성되는, 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 샘플링 주기는 상기 검출기 요소의 데드 타임(dead time)보다 작은 것인, 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 영역은 상기 샘플링 주기가 평균 하전 입자 분리 시간의 팩터이도록 구성되고, 상기 팩터는 0.1 이하인 것인, 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 평균 하전 입자 분리 시간은 상기 검출기에 입사하는 하전 입자 빔의 빔 전류 및 상기 검출기에 입사하는 상기 하전 입자의 기하학적 확산에 대한 상기 검출기 요소의 위치를 기초로 하는 것인, 방법. - 제 11 항에 있어서,
미리 결정된 기준을 충족하도록 상기 샘플링 주기를 조정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020237027103A KR20230122180A (ko) | 2018-06-08 | 2019-06-04 | 현미경을 위한 반도체 하전 입자 검출기 |
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862682730P | 2018-06-08 | 2018-06-08 | |
| US62/682,730 | 2018-06-08 | ||
| US201862787066P | 2018-12-31 | 2018-12-31 | |
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