KR20220113450A - 하전 입자 평가 툴, 검사 방법 - Google Patents

하전 입자 평가 툴, 검사 방법 Download PDF

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KR20220113450A
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마르코 잔-자코 빌란트
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

하전 입자 평가 툴은, 복수의 하전 입자 빔을 샘플 상으로 투영시키도록 구성된 대물렌즈 -대물렌즈는 하전 입자 빔들의 각각이 샘플을 향하여 방출되는 복수의 빔 어퍼처를 규정하는 샘플-대향 표면을 가짐-; 및 빔 어퍼처들의 각각에 인접하며 샘플에서 방출된 하전 입자를 캡처하도록 구성된 복수의 캡처 전극을 포함한다.

Description

하전 입자 평가 툴, 검사 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 1월 6일에 출원된 EP 출원 20150394.3, 2020년 7월 6일에 출원된 EP 출원 20184160.8 및 2020년 9월 24일에 출원된 EP 출원 20198201.4의 우선권을 주장하며, 이 출원들은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에 제공된 실시예는 전반적으로 하전 입자 평가 툴 및 검사 방법, 특히 하전 입자의 다중 서브-빔을 사용하는 하전 입자 평가 툴 및 검사 방법에 관한 것이다.
반도체 집적회로(IC) 칩을 제조할 때, 예를 들어 광학적 효과 및 부수적인 입자 등의 결과로서 원치 않는 패턴 결함이 제조 공정 중에 기판 (즉, 웨이퍼) 또는 마스크에 불가피하게 발생하며, 이에 의하여 수율을 감소시킨다. 따라서 원하지 않는 패턴 결함의 범위를 모니터링하는 것은 IC 칩 제조에서 중요한 공정이다. 보다 일반적으로, 기판의 표면 또는 기타 대상물/재료의 검사 및/또는 측정은 그의 제조 중 및/또는 제조 후에 중요한 공정이다.
하전 입자 빔을 갖는 패턴 검사 툴은 대상물을 검사하기 위하여, 예를 들어 패턴 결함을 검출하기 위하여 사용되어 왔다. 이 툴은 전형적으로 주사 전자 현미경(SEM)과 같은 전자 현미경 기술을 이용한다. SEM에서, 상대적으로 낮은 랜딩 에너지(landing energy)로 샘플에 랜딩(land)하기 위하여 상대적으로 높은 에너지의 전자의 일차 전자 빔은 최종 감속 단계를 목표로 한다. 전자의 빔은 샘플 상의 프로빙 스폿(probing spot)으로서 집속된다. 프로빙 스폿에서의 재료 구조와 전자의 빔으로부터의 랜딩 전자 간의 상호 작용은 이차 전자, 후방 산란 전자 또는 오제 전자(Auger electron)와 같은 전자가 표면에서 방출되게 한다. 생성된 이차 전자는 샘플의 재료 구조체로부터 방출될 수 있다. 일차 전자 빔을 샘플 표면에 걸쳐 프로빙 스폿으로서 스캔함으로써 이차 전자가 샘플의 표면을 가로질러 방출될 수 있다. 샘플 표면으로부터의 이 방출된 이차 전자를 수집함으로써 패턴 검사 툴은 샘플의 표면의 재료 구조의 특성을 나타내는 이미지를 얻을 수 있다.
일반적으로 하전 입자 검사 툴의 처리량 및 기타 특성을 개선할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 하전 입자 평가 툴의 처리량 또는 다른 특성의 개선을 지원하는 실시예를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 하전 입자 평가 툴이 제공되며, 하전 입자 평가 툴은,
복수의 하전 입자 빔을 샘플 상으로 투영시키도록 구성된 대물렌즈 -대물렌즈는 하전 입자 빔들의 각각이 샘플을 향하여 전파될 수 있는 복수의 빔 어퍼처를 규정함-; 및
빔 어퍼처들의 각각에 인접하며 샘플에서 방출된 하전 입자를 캡처하도록 구성된 복수의 센서 유닛을 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 평가 툴을 제조하는 방법이 제공되며, 본 방법은,
기판 상에 복수의 센서 유닛을 그리고 기판에 복수의 어퍼처를 형성하는 것; 및
하전 입자 빔이 어퍼처를 통해 방출될 수 있도록, 복수의 하전 입자 빔을 샘플 상으로 투영하도록 구성된 대물렌즈에 기판을 부착하는 것을 포함한다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 검사 방법이 제공되며, 본 검사 방법은,
복수의 하전 입자 빔을 복수의 빔 어퍼처를 통해 샘플로 방출하는 것; 및
빔 어퍼처들의 각각의 어퍼처에 인접하게 제공된 복수의 센서 유닛을 사용하여, 하전 입자 빔에 응답하여 샘플에 의해 방출된 하전 입자를 캡처하는 것을 포함한다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 다중-빔 전자 광학 시스템의 다중-빔 경로 내의 마지막 전자-광학 요소를 포함하는 다중-빔 전자-광학 시스템이 제공되며, 마지막 전자-광학 요소는,
각 어레이 요소가 다중-빔 경로 내의 적어도 하나의 전자 빔을 조작하도록 구성된 다중-조작기 어레이; 및
다중-빔 빔 경로에 위치된 샘플로부터 방출된 전자를 검출하도록 구성되고 배향된 검출기를 포함하며,
여기서 검출기는 다중-조작기 어레이에 통합된 복수의 센서 유닛 및 각 어레이 요소와 연관된 적어도 하나의 센서 유닛을 포함한다.
본 발명의 제5 양태에 따르면, 복수의 하전 입자 빔을 샘플 상으로 투영하도록 구성된 다중-하전 빔 투영 시스템용 마지막 전자-광학 요소가 제공되며, 마지막 전자-광학 요소는,
하전 입자 빔들의 각각이 샘플을 향하여 전파될 수 있는 복수의 빔 어퍼처를 규정하는 샘플-대향 표면을 갖는 대물렌즈; 및;
빔 어퍼처들의 각각에 인접하며 샘플에서 방출된 하전 입자를 캡처하도록 구성된 복수의 센서 유닛을 포함한다.
본 발명의 다른 이점은 본 발명의 특정 실시예가 예시 및 예로서 제시되는 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 양태는 첨부된 도면과 함께 취해진 예시적인 실시예의 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
도 1은 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 도 1의 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치의 일부인 예시적인 다중-빔 장치를 도시하는 개략도이다.
도 3은 도 1의 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치의 소스 변환 유닛의 예시적인 구성을 도시하는 예시적인 다중-빔 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 검사 장치의 대물렌즈의 개략적인 횡단면도이다.
도 5는 도 4의 대물렌즈의 저면도이다.
도 6은 도 4의 대물렌즈의 변형예의 저면도이다.
도 7은 도 4의 대물렌즈에 포함된 검출기의 확대된 개략적인 횡단면도이다.
도 8은 이론적인 트랜스 임피던스 증폭기의 개략도이다.
도 9는 열 잡음의 영향을 나타내는 트랜스 임피던스 증폭기의 개략도이다.
도 10은 도 1의 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치의 일부일 수 있는 또 다른 예시적인 다중-빔 장치를 도시하는 개략도이다.
도 11은 실시예에 따른 또 다른 예시적인 다중-빔 장치를 도시하는 개략도이다.
도 12는 실시예에 따른 또 다른 예시적인 다중-빔 장치의 개략도이다.
도 13은 실시예에 따른 검사 장치의 대물렌즈의 개략적인 횡단면도이다.
도 14는 도 13의 대물렌즈에 포함된 검출기 유닛의 저면도이다.
도 15는 실시예에 따른 또 다른 예시적인 다중-빔 장치를 도시하는 개략도이다.
도 16은 도 15의 장치의 대물렌즈에 포함된 검출기의 확대된 개략적인 횡단면도로서, 검출기는 상이한 위치에 있다.
도 17은 도 15의 장치의 대물렌즈에 사용될 수 있는 대안적인 검출기의 확대된 개략적인 횡단면도이다.
이제 예시적인 실시예에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이며, 이의 예들이 첨부된 도면에 도시되어 있다. 다음 설명은 달리 표시되지 않는 한 다른 도면에서 동일한 번호가 동일하거나 유사한 요소를 나타내는 첨부 도면을 참조한다. 예시적인 실시예의 다음 설명에서 제시된 구현 형태는 본 발명과 일치하는 모든 구현 형태를 나타내지는 않는다. 대신, 이들은 첨부된 청구범위에 인용된 바와 같은 본 발명과 관련된 양태와 일치하는 장치 및 방법의 예일 뿐이다.
디바이스의 물리적 크기를 줄이는 전자 디바이스의 향상된 연산 능력은 IC 칩에서 트랜지스터, 커패시터, 다이오드 등과 같은 회로 구성 요소의 패킹 밀도를 크게 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 이는 더 작은 구조체를 만드는 것을 가능하게 하는 증가된 분해능에 의하여 가능해졌다. 예를 들면, 엄지손톱의 크기이고 2019년 또는 그 이전부터 사용 가능한, 스마트폰의 IC 칩은 20억 개가 넘는 트랜지스터를 포함할 수도 있으며, 각 트랜지스터의 크기는 사람의 머리카락의 1/1,000보다 작다. 따라서 반도체 IC 제조가 수백 개의 개별 단계를 갖는 복잡하고 시간 소모적인 공정이라는 것은 놀라운 것이 아니다. 심지어 하나의 단계에서의 오차도 최종 제품의 기능에 극적으로 영향을 끼칠 가능성을 갖고 있다. 심지어 하나의 "치명적인 결함(killer defect)"이 디바이스 고장을 야기할 수 있다. 제조 공정의 목표는 공정의 전체 수율을 향상시키는 것이다. 예를 들면, 50-단계 공정 (여기서 한 단계는 웨이퍼 상에 형성된 층의 개수를 나타낼 수 있다)에 대해 75%의 수율을 얻기 위해서는, 각 개별 단계는 99.4%보다 큰 수율을 가져야 한다. 개별 단계가 95%의 수율을 갖는다면, 전체 공정 수율은 7%만큼 낮을 것이다.
IC 칩 제조 시설에서는 높은 공정 수율이 바람직하지만, 시간당 처리되는 기판의 수로 규정되는 높은 기판 (즉, 웨이퍼) 처리량을 유지하는 것 또한 필수적이다. 높은 공정 수율과 높은 기판 처리량은 결함의 존재에 의해 영향을 받을 수 있다. 이는 결함을 검토하기 위해 작업자 개입이 요구된다면 특히 그렇다. 따라서 (주사 전자 현미경("SEM")과 같은) 검사 툴(inspection tool)에 의한 마이크로 및 나노 크기의 결함의 높은 처리량 검출 및 식별은 높은 수율과 낮은 비용을 유지하기 위해 필수적이다.
SEM은 스캐닝 디바이스와 검출기 장치를 포함한다. 스캐닝 장치는 일차 전자를 생성하기 위한, 전자 소스를 포함하는 조명 장치, 및 일차 전자의 하나 이상의 집속된 빔으로 기판과 같은 샘플을 스캐닝하기 위한 투영 장치를 포함한다. 적어도 함께 조명 장치, 또는 조명 시스템, 및 투영 장치 또는 투영 시스템은 함께 전자-광학 시스템 또는 장치로 지칭될 수 있다. 일차 전자는 샘플과 상호 작용하며 이차 전자를 생성한다. 검출 장치는 SEM이 샘플의 스캔 영역의 이미지를 생성할 수 있도록 샘플이 스캔될 때 샘플로부터 이차 전자를 캡처한다. 고 처리량 검사를 위하여, 일부 검사 장치는 일차 전자의 다수의 집속 빔, 즉 다중-빔을 사용한다. 다중-빔의 성분 빔들은 서브-빔 또는 빔렛으로 지칭될 수 있다. 다중-은 샘플의 상이한 부분들을 동시에 스캔할 수 있다. 따라서 다중-빔 검사 장치는 단일-빔 검사 장치보다 훨씬 높은 속도로 샘플을 검사할 수 있다.
다중-빔 검사 장치에서, 일차 전자 빔의 일부의 경로는 스캐닝 디바이스의 중심축, 즉 일차 전자 광학 축의 중간 지점에서 떨어져 변위된다. 모든 전자 빔이 실질적으로 동일한 입사각으로 샘플 표면에 도달하는 것을 보장하기 위하여, 중심 축에서 더 큰 반경 방향 거리를 갖는 서브-빔 경로는 중심 축에 가까운 경로를 갖는 서브-빔 경로보다 큰 각도를 통하여 이동하도록 조작될 필요가 있다. 이 더 강력한 조작은 샘플 기판의 흐릿하고 초점이 맞지 않는 이미지를 초래하는 수차를 야기할 수 있다. 특히, 중심 축 상에 있지 않은 서브-빔 경로에 대해, 서브-빔의 수차는 중심 축으로부터의 반경 방향 변위에 따라 증가할 수 있다. 이러한 수차는 검출될 때 이차 전자와 연관된 상태로 남아 있을 수 있다. 따라서 이러한 수차는 검사 중에 생성되는 이미지의 품질을 저하시킨다.
공지된 다중-빔 검사 장치의 구현 형태가 아래에 설명되어 있다.
도면은 개략적이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 상대적 치수는 명확함을 위하여 과장된다. 도면의 다음 설명 내에서, 동일한 또는 유사한 참조 번호는 동일한 또는 유사한 구성 요소 또는 개체를 지칭하며, 개별 실시예에 대한 차이점만이 설명된다. 설명 및 도면이 전자 광학 장치에 관한 것이지만, 실시예는 본 발명을 특정 하전 입자로 제한하기 위해 사용되지 않는다는 점이 인식된다. 따라서, 본 명세서 전체에서 전자에 대한 언급은 보다 일반적으로 하전 입자에 대한 언급으로 간주될 수 있으며, 하전 입자는 반드시 전자일 필요는 없다.
이제 도 1에 대한 참조가 이루어지며, 도 1은 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치(100)를 도시하는 개략도이다. 도 1의 하전 입자 빔 검사 장치(100)는 메인 챔버(10), 로드 록(load lock) 챔버(20), 전자 빔 툴(40), 장비 프론트 엔드 모듈(EFEM)(30) 및 컨트롤러(50)를 포함하고 있다. 전자 빔 툴(40)은 메인 챔버(10) 내에 위치되어 있다.
EFEM(30)은 제1 로딩 포트(30a) 및 제2 로딩 포트(30b)를 포함하고 있다. EFEM(30)은 부가적인 로딩 포트를 포함할 수 있다. 제1 로딩 포트(30a) 및 제2 로딩 포트(30b)는, 예를 들어 기판 (예를 들어, 반도체 기판 또는 다른 재료(들)로 만들어진 기판) 또는 검사될 샘플 (기판, 웨이퍼 및 샘플은 이하 통칭적으로 "샘플"로 지칭된다)을 담고 있는 기판 전방 개방 통합 포드(substrate front opening unified pod)(FOUP)를 수용할 수 있다. EFEM(30) 내의 하나 이상의 로봇 아암(보이지 않음)은 샘플을 로드 록 챔버(20)로 이송한다.
로드 록 챔버(20)는 샘플 주변의 가스를 제거하기 위해 사용된다. 이는 주변 환경의 압력보다 낮은 국부 가스 압력인 진공을 생성한다. 로드 록 챔버(20)는 로드 록 진공 펌프 시스템 (보이지 않음)에 연결될 수 있으며, 이 펌프 시스템은 로드 록 챔버(20) 내의 가스 입자를 제거한다. 로드 록 진공 펌프 시스템의 작동은 로드 록 챔버가 대기압보다 낮은 제1 압력에 도달하는 것을 가능하게 한다. 제1 압력에 도달한 후, 하나 이상의 로봇 아암(보이지 않음)은 샘플을 로드 록 챔버(20)에서 메인 챔버(10)로 이송한다. 메인 챔버(10)는 메인 챔버 진공 펌프 시스템(보이지 않음)에 연결되어 있다. 메인 챔버 진공 펌프 시스템은 샘플 주변의 압력이 제1 압력보다 낮은 제2 압력에 도달하도록 메인 챔버(10) 내의 가스 입자를 제거한다. 제2 압력에 도달한 후, 샘플은 전자 빔 툴로 이송되며, 샘플은 전자 빔 툴에 의하여 검사될 수 있다. 전자 빔 툴(40)은 다중-빔 전자-광학 장치를 포함할 수 있다.
컨트롤러(50)는 전자 빔 툴(40)에 전자적으로 연결되어 있다. 컨트롤러(50)는 하전 입자 빔 검사 장치(100)를 제어하도록 구성된 (컴퓨터와 같은) 프로세서일 수 있다. 컨트롤러(50)는 또한 다양한 신호 및 이미지 처리 기능을 실행하도록 구성된 처리 회로를 포함할 수 있다. 도 1에서는 컨트롤러(50)가 메인 챔버(10), 로드 록 챔버(20), 및 EFEM(30)을 포함하는 구조체의 외부에 있는 것으로 보여지고 있지만, 컨트롤러(50)는 이 구조체의 일부일 수 있다는 것이 인식된다. 컨트롤러(50)는 하전 입자 빔 검사 장치의 구성 요소들 중 하나에 위치될 수 있거나 구성 요소들 중 적어도 2개에 걸쳐 분포될 수 있다. 본 발명은 전자 빔 검사 툴을 수용하는 메인 챔버(10)의 예를 제공하지만, 가장 넓은 의미에서 본 발명의 양태는 전자 빔 검사 툴을 수용하는 챔버에 제한되지 않는다는 점이 유의되어야 한다. 오히려, 전술한 원리는 제2 압력 하에서 작동하는 다른 툴 및 장치의 다른 배열체에도 적용될 수 있다는 것이 인식된다.
이제 도 2에 대한 참조가 이루어지며, 도 2는 도 1의 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치(100)의 일부인 다중-빔 검사 툴을 포함하는 예시적인 전자 빔 툴(40)을 도시하는 개략도이다. 다중-빔 전자 빔 툴(40) (본 명세서에서는 장치(40)로도 지칭됨)는 전자 소스(201), 건 어퍼처 플레이트(271), 집광 렌즈(210), 소스 변환 유닛(220), 일차 투영 장치(230), 전동 스테이지(209), 및 샘플 홀더(207)를 포함하고 있다. 전자 소스(201), 건 어퍼처 플레이트(271), 집광 렌즈(210), 소스 변환 유닛(220)은 다중-빔 전자 빔 툴(40)에 의해 구성된 조명 장치의 구성 요소이다. 샘플 홀더(207)는 검사를 위해 샘플(208) (예를 들어, 기판 또는 마스크)을 유지시키기 위하여 전동 스테이지(209)에 의해 지지된다. 다중-빔 전자 빔 툴(40)은 이차 투영 장치(250) 및 연관된 전자 검출 디바이스(240)를 더 포함할 수 있다. 일차 투영 장치(230)는 대물렌즈(231), 예를 들어, 전체 빔에서 작동하는 단일형 렌즈(unitary lens)를 포함할 수 있다. 대물렌즈는 다중-빔 경로 내의 또는 전자 광학 시스템 내의 마지막 전자 광학 요소일 수 있으며; 따라서 대물렌즈는 일종의 마지막 전자 광학 요소로 지칭될 수 있다. 전자 검출 디바이스(240)는 복수의 검출 요소(241, 242 및 243)를 포함할 수 있다. 빔 분리기(233) 및 편향 스캐닝 유닛(232)은 일차 투영 장치(230) 내에 위치될 수 있다.
일차 빔을 생성하기 위해 사용되는 구성 요소는 장치(40)의 일차 전자-광학 축과 정렬될 수 있다. 이 구성 요소는 전자 소스(201), 건 어퍼처 플레이트(271), 집광 렌즈(210), 소스 변환 유닛(220), 빔 분리기(233), 편향 스캐닝 유닛(232), 및 일차 투영 장치(230)를 포함할 수 있다. 이차 투영 장치(250) 및 그의 연관된 전자 검출 디바이스(240)는 장치(40)의 이차 전자-광학 축(251)과 정렬될 수 있다.
일차 전자-광학 축(204)은 조명 장치인 전자 빔 툴(40)의 부분의 전자-광학 축에 의하여 구성된다. 이차 전자-광학 축(251)은 검출 장치인 전자 빔 툴(40)의 부분의 전자-광학 축이다. 일차 전자-광학 축(204)은 또한 본 명세서에서 (참조의 용이함을 돕기 위해) 일차 광학 축 또는 하전 입자 광학 축으로 지칭될 수 있다. 이차 전자-광학 축(251)은 또한 본 명세서에서 이차 광학 축 또는 이차 하전 입자 광학 축으로 지칭될 수 있다.
전자 소스(201)는 캐소드(보이지 않음) 및 추출기 또는 애노드(보이지 않음)를 포함할 수 있다. 작동 동안, 전자 소스(201)는 캐소드로부터 일차 전자로서 전자를 방출하도록 구성된다. 일차 전자는 추출기 및/또는 애노드에 의해 추출되거나 가속되어 일차 빔 크로스오버(crossover)(가상 또는 실제)(203)를 형성하는 일차 전자 빔(202)을 형성한다. 일차 전자 빔(202)은 일차 빔 크로스오버(203)로부터 방출되는 것으로 시각화될 수 있다.
이 배열체에서, 일차 전자 빔은 샘플에 도달할 때까지, 그리고 바람직하게는 투영 장치에 도달하기 전에 다중-빔이다. 이러한 다중-빔은 여러 가지 상이한 방식으로 일차 전자 빔에서 생성될 수 있다. 예를 들어, 다중-빔은 크로스오버 이전에 위치된 다중-빔 어레이, 소스 변환 유닛(220) 내에 위치된 다중-빔 어레이, 또는 이 위치들 사이에 있는 임의의 지점에 위치된 다중-빔 어레이에 의해 생성될 수 있다. 다중-빔 어레이는 빔 경로를 가로질러 어레이로 배열된 복수의 전자 빔 조작 요소를 포함할 수 있다. 각 조작 요소는 일차 전자 빔에 영향을 주어 서브-빔을 생성할 수 있다. 따라서 다중-빔 어레이는 입사 일차 빔 경로와 상호 작용하여 다중-빔 어레이의 하류(down-beam)에 다중-빔 경로를 생성한다.
건 어퍼처 플레이트(271)는 작동 시 일차 전자 빔(202)의 주변 전자를 차단하도록 구성되어 쿨롱 효과(Coulomb effect)를 감소시킨다. 쿨롱 효과는 일차 서브-빔(211, 212, 213)의 프로브 스폿(221, 222 및 223)들의 각각의 크기를 확장하여 검사 분해능을 저하시킬 수 있다. 건 어퍼처 플레이트(271)는 또한 쿨롱 어퍼처 어레이로 지칭될 수 있다.
집광 렌즈(210)는 일차 전자 빔(202)을 집속시키도록 구성되어 있다. 집광 렌즈(210)는 일차 전자 빔(202)을 평행 빔이 되고 소스 변환 유닛(220)에 수직으로 입사하게 집속하도록 설계될 수 있다. 집광 렌즈(210)는 제1 주 평면의 위치가 이동 가능하도록 구성될 수 있는 이동 가능한 집광 렌즈일 수 있다. 이동 가능한 집광 렌즈는 자기식이 되도록 구성될 수 있다. 집광 렌즈(210)는 회전 방지 집광 렌즈일 수 있으며 및/또는 이동 가능할 수 있다.
소스 변환 유닛(220)은 이미지-형성 요소 어레이, 수차 보상기 어레이, 빔-제한 어퍼처 어레이, 및 사전-휨 마이크로-편향기 어레이를 포함할 수 있다. 사전-휨 마이크로 편향기 어레이는 일차 전자 빔(202)의 복수의 일차 서브-빔(211, 212, 213)을 편향시켜 빔-제한 어퍼처 어레이, 이미지-형성 요소 어레이 및 수차 보상기 어레이에 수직으로 들어가게 할 수 있다. 이 배열체에서, 이미지-형성 요소 어레이는 다중-빔 경로 내의 복수의 서브-빔, 즉 일차 서브-빔(211, 212, 213)을 생성하기 위해 다중-빔 어레이의 역할을 할 수 있다. 이미지 형성 어레이는 마이크로-편향기 또는 마이크로-렌즈 (또는 이 둘의 조합)와 같은 복수의 전자 빔 조작기를 포함하여 일차 전자 빔(202)의 복수의 일차 서브-빔(211, 212, 213)에 영향을 미칠 수 있으며 또한 일차 서브 빔(211, 212 및 213)의 각각에 대해 하나씩 일차 빔 크로스오버(203)의 복수의 평행 이미지 (가상 또는 실제)를 형성할 수 있다. 수차 보상기 어레이는 필드 곡률 보상기 어레이 (보이지 않음) 및 비점수차 보상기 어레이 (보이지 않음)를 포함할 수 있다. 필드 곡률 보상기 어레이는 일차 서브-빔(211, 212 및 213)의 필드 곡률 수차를 보상하기 위해 복수의 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 비점수차 보상기 어레이는 일차 서브-빔(211, 212 및 213)의 비점수차(astigmatism aberration)를 보상하기 위한 복수의 마이크로-스티그메이터(micro-stigmators)를 포함할 수 있다. 빔-제한 어퍼처 어레이는 개별 일차 서브-빔(211, 212 및 213)의 직경을 제한하도록 구성될 수 있다. 도 2는 3개의 일차 서브-빔(211, 212, 213)을 예로서 보여주고 있으며, 그리고 소스 변환 유닛(220)은 임의의 수의 일차 서브-빔을 형성하도록 구성될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 컨트롤러(50)는 소스 변환 유닛(220), 전자 검출 디바이스(240), 일차 투영 장치(230), 또는 전동 스테이지(209)와 같은, 도 1의 하전 입자 빔 검사 장치(100)의 다양한 부분에 연결될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 컨트롤러(50)는 다양한 이미지 및 신호 처리 기능을 수행할 수 있다. 컨트롤러(50)는 또한 하전 입자 다중-빔 디바이스를 포함하는 하전 입자 빔 검사 장치의 작동을 통제하기 위해 다양한 제어 신호를 생성할 수 있다.
집광 렌즈(210)는 집광 렌즈(210)의 집속력을 변화시킴으로써 소스 변환 유닛(220)의 하류에 있는 일차 서브-빔(211, 212, 213)의 전류를 조절하도록 더 구성될 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 일차 서브-빔(211, 212, 213)의 전류는 개별 일차 서브-빔에 대응하는 빔-제한 어퍼처 어레이 내의 빔-제한 어퍼처의 반경 방향 크기를 변경시킴으로써 변화될 수 있다. 전류는 빔-제한 어퍼처의 반경 방향 크기와 집광 렌즈(210)의 집속력을 모두 변경시킴으로써 변화될 수 있다. 집광 렌즈가 이동 가능하고 자기식이라면, 축외 서브-빔(212 및 213)은 회전 각도로 소스 변환 유닛(220)을 조명한다는 결과를 얻을 수 있다. 회전 각도는 이동 가능한 집광 렌즈의 집속력 또는 제1 주 평면의 위치에 따라 변화한다. 회전 방지 집광 렌즈인 집광 렌즈(210)는 집광 렌즈(210)의 집속력이 변화되는 동안 회전 각도가 변하지 않게 유지시키도록 구성될 수 있다. 이동 가능한 이러한 집광 렌즈(210)는 집광 렌즈(210)의 집속력과 그의 제1 주 평면의 위치가 변할 때 회전 각도가 변하지 않도록 할 수 있다.
대물렌즈(231)는 검사를 위하여 서브-빔(211, 212 및 213)을 샘플(208) 상으로 집속시키도록 구성될 수 있으며, 샘플(208)의 표면 상에 3개의 프로브 스폿(221, 222 및 223)을 형성할 수 있다.
빔 분리기(233)는, 예를 들어 (도 2에서는 보이지 않는) 정전 이중극장과 자기 이중극장을 정전 편향기를 포함하는 빈 필터(Wien filter)일 수 있다. 작동 시, 빔 분리기(233)는 일차 서브-빔(211, 212 및 213)의 개별 전자에 정전 이중극장에 의하여 정전기력을 가하도록 구성될 수 있다. 정전기력은 개별 전자에 빔 분리기(233)의 자기 이중극장에 의하여 가해지는 자기력과 크기는 동일하지만 방향은 반대이다. 따라서 일차 서브-빔(211, 212 및 213)은 적어도 실질적으로 0의 편향각을 갖고 빔 분리기(233)를 적어도 실질적으로 직선으로 통과할 수 있다.
작동 시 편향 스캐닝 유닛(232)은 일차 서브-빔(211, 212 및 213)을 편향시키도록 구성되어 샘플(208)의 표면의 부분에서 개별 스캐닝 영역에 걸쳐 프로브 스폿(221, 222 및 223)을 스캔한다. 샘플(208) 상의 일차 서브-빔(211, 212 및 213) 또는 프로브 스폿(221, 222 및 223)의 입사에 응답하여, 이차 전자 및 후방 산란 전자를 포함하는 전자가 샘플(208)로부터 생성된다. 이차 전자는 3개의 이차 전자 빔(261, 262 및 263)에서 전파된다. 이차 전자 빔(261, 262 및 263)은 전형적으로 (50eV 미만의 전자 에너지를 갖는) 이차 전자를 가지며, 또한 (50eV와 일차 서브-빔(211, 212 및 213)의 랜딩 에너지 사이의 전자 에너지를 갖는) 후방 산란 전자의 적어도 일부를 가질 수 있다. 빔 분리기(233)는 이차 전자 빔(261, 262 및 263)의 경로를 이차 투영 장치(250)를 향하여 편향시키도록 배열되어 있다. 이차 투영 장치(250)는 그후 이차 전자 빔(261, 262 및 263)의 경로를 전자 검출 디바이스(240)의 복수의 검출 영역(241, 242 및 243) 상으로 집속시킨다. 검출 영역들은 대응하는 이차 전자 빔(261, 262 및 263)을 검출하도록 배열된 별개의 검출 요소(241, 242 및 243)일 수 있다. 검출 영역은 컨트롤러(50) 또는 신호 처리 시스템(보이지 않음)으로 전송되는 대응 신호를 생성하여, 예를 들어 샘플(208)의 대응 스캔 영역의 이미지를 구성한다.
검출 요소(241, 242 및 243)는 대응하는 이차 전자 빔(261, 262 및 263)을 검출할 수 있다. 검출 요소(241, 242 및 243)에 이차 전자 빔의 입사시, 요소는 대응하는 세기 신호 출력(보이지 않음)을 생성할 수 있다. 출력은 이미지 처리 시스템 (예를 들어, 컨트롤러(50))으로 향할 수 있다. 각 검출 요소(241, 242, 243)는 하나 이상의 픽셀을 포함할 수 있다. 검출 요소의 세기 신호 출력은 검출 요소 내의 모든 픽셀에 의해 생성된 신호의 합일 수 있다.
컨트롤러(50)는 이미지 획득기 (보이지 않음)와 저장 디바이스 (보이지 않음)를 포함하는 이미지 처리 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 프로세서, 컴퓨터, 서버, 메인프레임 호스트, 터미널, 개인용 컴퓨터, 임의의 종류의 모바일 컴퓨팅 디바이스 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이미지 획득기는 컨트롤러의 처리 기능의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 따라서 이미지 획득기는 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 이미지 획득기는 전기 전도체, 광섬유 케이블, 휴대용 저장 매체, IR, 블루투스, 인터넷, 무선 네트워크, 무선 라디오, 또는 이들의 조합과 같은, 신호 통신을 허용하는 장치(40)의 전자 검출 디바이스(240)에 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 이미지 획득기는 전자 검출 디바이스(240)로부터 신호를 수신할 수 있으며, 신호에 포함된 데이터를 처리할 수 있고 또한 그로부터 이미지를 구성할 수 있다. 따라서 이미지 획득기는 샘플(208)의 이미지를 획득할 수 있다. 이미지 획득기는 또한 윤곽 생성, 획득한 이미지 상의 표시자 중첩 등과 같은 다양한 후처리 기능을 수행할 수 있다. 이미지 획득기는 획득된 이미지의 휘도 및 콘트라스트 등의 조정을 수행하도록 구성될 수 있다. 저장부는 하드 디스크, 플래시 드라이브, 클라우드 스토리지, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 기타 유형의 컴퓨터 판독 가능한 메모리 등과 같은 저장 매체일 수 있다. 저장부는 이미지 획득기와 결합될 수 있으며 스캔된 미가공 이미지 데이터를 원본 이미지 및 후처리 이미지로 저장하기 위하여 사용될 수 있다.
이미지 획득기는 전자 검출 디바이스(240)로부터 수신된 이미징 신호를 기반으로 샘플의 하나 이상의 이미지를 획득할 수 있다. 이미징 신호는 하전 입자 이미징을 수행하기 위한 스캐닝 작동에 대응할 수 있다. 획득된 이미지는 복수의 이미징 영역을 포함하는 단일 이미지일 수 있다. 단일 이미지는 저장부에 저장될 수 있다. 단일 이미지는 복수의 영역으로 분할될 수 있는 원본 이미지일 수 있다. 영역들의 각각은 샘플(208)의 특징을 포함하는 하나의 이미징 영역을 포함할 수 있다. 획득된 이미지는 일정 기간에 걸쳐 여러 번 샘플링된 샘플(208)의 단일 이미징 영역의 다수의 이미지를 포함할 수 있다. 다수의 이미지는 저장부에 저장될 수 있다. 컨트롤러(50)는 샘플(208)의 동일한 위치의 다수의 이미지로 이미지 처리 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(50)는 측정 회로 (예를 들어, 아날로그-디지털 변환기)를 포함하여 검출된 이차 전자의 분포를 획득할 할 수 있다. 검출 시간 윈도우 동안 수집된 전자 분포 데이터는 샘플 표면에 입사하는 일차 서브-빔(211, 212 및 213)들의 각각의 대응하는 스캔 경로 데이터와 조합하여 사용되어 검사 중인 샘플 구조체의 이미지를 재구성할 수 있다. 재구성된 이미지는 샘플(208)의 내부 또는 외부 구조체의 다양한 특징을 드러내 보이기 위해 사용될 수 있다. 그에 의하여 재구성된 이미지가 사용되어 샘플에 존재할 수 있는 임의의 결함을 드러낼 수 있다.
컨트롤러(50)는 샘플(208)의 검사 동안 샘플(208)을 이동시키기 위해 전동 스테이지(209)를 제어할 수 있다. 컨트롤러(50)는 전동 스테이지(209)가 적어도 샘플 검사 동안에 샘플(208)을 바람직하게는 연속적으로, 예를 들어 일정한 속도로 한 방향으로 이동시키는 것을 가능하게 할 수 있다. 컨트롤러(50)는 다양한 매개변수에 따라 샘플(208)의 이동 속도를 변경하도록 전동 스테이지(209)의 이동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 스캐닝 공정의 검사 단계의 특성에 따라 스테이지 속도 (그의 방향 포함)를 제어할 수 있다.
도 2는 장치(40)가 3개의 일차 전자 서브-빔을 사용하고 있는 것을 보여주고 있지만, 장치(40)가 2개 이상의 수의 일차 전자 서브-빔을 사용할 수 있다는 점이 인식된다. 본 발명은 장치(40)에서 사용되는 일차 전자 빔의 수를 제한하지 않는다.
이제 도 3에 대한 참조가 이루어지며, 도 3은 도 1의 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치의 소스 변환 유닛의 예시적인 구성을 도시하는 예시적인 다중-빔 장치의 개략도이다. 본 장치(300)는 전자 소스(301), 사전-서브-빔 형성 어퍼처 어레이(372), (도 2의 집광 렌즈(210)와 유사한) 집광 렌즈(310), 소스 변환 유닛(320), (도 2의 대물렌즈(231)와 유사한) 대물렌즈(331) 및 (도 2의 샘플(208)과 유사한) 샘플(308)을 포함할 수 있다. 전자 소스(301), 사전-서브-빔-형성 어퍼처 어레이(372), 집광 렌즈(310)는 본 장치(300)에 의해 구성된 조명 장치의 구성 요소일 수 있다. 소스 변환 유닛(320), 대물렌즈(331)는 본 장치(300)에 의해 구성된 투영 장치의 구성 요소일 수 있다. 소스 변환 유닛(320)은 도 2의 소스 변환 유닛(220)과 유사할 수 있으며, 여기서 도 2의 이미지-형상 요소 어레이는 이미지-형성 요소 어레이(322)이고, 도 2의 수차 보상기 어레이는 수차 보상기 어레이(324)이며, 도 2의 빔-제한 어퍼처 어레이는 빔-제한 어퍼처 어레이(321)이고, 그리고 도 2의 사전-휨 마이크로-편향기 어레이는 사전-휨 마이크로-편향기 어레이(323)이다. 전자 소스(301), 사전-서브-빔-형성 어퍼처 어레이(372), 집광 렌즈(310), 소스 변환 유닛(320), 및 대물렌즈(331)는 본 장치의 일차 전자-광학 축(304)과 정렬된다. 전자 소스(301)는 전반적으로 일차 전자-광학 축(304)을 따라 그리고 소스 크로스오버(가상 또는 실제)(301S)를 갖는 일차-전자 빔(302)을 생성한다. 사전-서브-빔-형성 어퍼처 어레이(372)는 일차 전자 빔(302)의 주변 전자를 절단하여 결과적인 쿨롱 효과를 감소시킨다. 쿨롱 효과는 상이한 서브-빔 경로에 있는 전자들 간의 상호 작용으로 인한 서브 빔에 대한 수차의 근원(source)이다. 일차-전자 빔(302)은 사전-서브-빔-형성 메커니즘의 사전-서브-빔-형성 어퍼처 어레이(372)에 의하여, 3개의 서브-빔(311, 312 및 313)과 같은 특정된 수의 서브-빔으로 트리밍(trimmed)될 수 있다. 3개의 서브-빔 및 그의 경로가 이전 및 다음 설명에서 언급되지만, 본 설명은 임의의 수의 서브-빔을 갖는 장치, 툴 또는 시스템을 적용하도록 의도된 것임이 이해되어야 한다.
소스 변환 유닛(320)은 일차 전자 빔(302)의 서브 빔(311, 312 및 313)을 제한하도록 구성된 빔-제한 어퍼처를 갖는 서브-빔-제한 어퍼처 어레이(321)를 포함할 수 있다. 소스 변환 유닛(320)은 또한 이미지-형성 마이크로-편향기(322_1, 322_2 및 322_3)를 갖는 이미지-형성 요소 어레이(322)를 포함할 수 있다. 각 서브-빔의 경로와 연관된 각각의 마이크로 편향기가 있다. 마이크로-편향기(322_1, 322_2 및 322_3)는 서브-빔(311, 312 및 313)의 경로를 전자-광학 축(304)을 향하여 편향시키도록 구성되어 있다. 편향된 서브-빔(311, 312 및 313)은 소스 크로스오버(301S)의 가상 이미지를 형성한다. 가상 이미지는 대물렌즈(331)에 의해 샘플(308) 상으로 투영되며 그 위에 프로브 스폿을 형성하며, 이는 3개의 프로브 스폿(391, 392 및 393)이다. 각 프로브 스폿은 샘플 표면 상에서의 서브-빔 경로의 입사 위치에 대응한다. 소스 변환 유닛(320)은 서브-빔들의 각각의 수차를 보상하도록 구성된 수차 보상기 어레이(324)를 더 포함할 수 있다. 각 서브-빔의 수차는 전형적으로 샘플 표면에 형성될 프로브 스폿(391, 392 및 393) 상에 존재한다. 수차 보상기 어레이(324)는 마이크로 렌즈를 갖는 필드 곡률 보상기 어레이(보이지 않음)를 포함할 수 있다. 필드 곡률 보상기와 마이크로 렌즈는 프로브 스폿(391, 392 및 393)에서 분명한 필드 곡률 수차에 대한 서브-빔을 보상하도록 구성된다. 수차 보상기 어레이(324)는 마이크로-스티그메이터를 갖는 비점수차 보상기 어레이(보이지 않음)를 포함할 수 있다. 마이크로-스티그메이터는 서브-빔에서 작동하도록 제어되어 그렇지 않으면 프로브 스폿(391, 392 및 393)에 존재하는 비점수차를 보상한다.
소스 변환 유닛(320)은 사전-휨 마이크로-편향기(323_1, 323_2 및 323_3)를 갖는 사전-휨 마이크로-편향기 어레이(323)를 더 포함하여 서브-빔(311, 312 및 313)을 각각 휘게 할 수 있다. 사전-휨 마이크로-편향기(323_1, 323_2 및 323_3)는 서브-빔의 경로를 빔렛-제한 어퍼처 어레이(321) 상으로 휘게 할 수 있다. 빔렛-제한 어퍼처 어레이(321) 상의 입사의 서브-빔 경로는 빔렛-제한 어퍼처 어레이(321)의 배향의 평면에 직교할 수 있다. 집광 렌즈(310)는 서브-빔의 경로를 빔렛-제한 어퍼처 어레이(321) 상으로 지향시킬 수 있다. 집광 렌즈(310)는 3개의 서브-빔(311, 312 및 313)을 일차 전자-광학 축(304)을 따라 평행한 빔이 되도록 집속할 수 있으며, 따라서 이는 빔렛-제한 어퍼처 어레이(321)에 대응할 수 있는 소스 변환 유닛(320) 상으로 수직으로 입사한다.
이미지-형성 요소 어레이(322), 수차 보상기 어레이(324), 및 사전-휨 마이크로-편향기 어레이(323)는 서브-빔 조작 디바이스의 다수의 층을 포함할 수 있으며, 이들 중 일부는 어레이 형태, 예를 들어 마이크로-편향기, 마이크로-렌즈 또는 마이크로-스티그메이터일 수 있다.
소스 변환 유닛(320)에서, 일차 전자 빔(302)의 서브-빔(311, 312 및 313)은 이미지 형성 요소 어레이(322)의 마이크로-편향기(322_1, 322_2 및 322_3)에 의하여 일차 전자-광학 축(304)을 향해 각각 편향된다. 서브-빔(311) 경로는 마이크로-편향기(322_1)에 도달하기 전에 이미 전자-광학 축(304)에 대응할 수 있으며, 따라서 서브-빔(311) 경로는 마이크로-편향기(322_1)에 의해 편향되지 않을 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
대물렌즈(331)는 서브-빔들을 샘플(308)의 표면 상으로 집속시킨다; 즉 대물렌즈는 3개의 가상 이미지를 샘플 표면 상으로 투영한다. 3개의 서브-빔(311 내지 313)에 의해 샘플 표면에 형성된 3개의 이미지는 그 위에 3개의 프로브 스폿(391, 392 및 393)을 형성한다. 서브-빔(311 내지 313)의 편향각은 대물렌즈(311)에 의해 조정되어 3개의 프로브 스폿(391 내지 393)의 축외 수차를 감소시킨다. 3개의 편향된 서브-빔은 결과적으로 대물렌즈(331)의 전방 초점을 통과하거나 이에 접근한다. 도시된 바와 같이 대물렌즈(331)는 모든 서브-빔을 집속하는 자기 렌즈이다. 본 발명의 실시예에서, 대물렌즈는 바람직하게는, 다중-빔 경로가 소스 변환 유닛(320), 특히 예를 들어 마이크로 편향기를 특징으로 하는 이미지-형성 요소 어레이(322)에 의하여 대물렌즈(331)의 정전 렌즈의 어레이로 향하게 되는 것을 요구할 수 있는 정전 렌즈의 어레이이다. (예를 들어, 각 빔은 어레이 내의 자신의 대응하는 마이크로-렌즈로 향할 수 있다.)
도 2 및 도 3의 위에서 설명된 구성 요소들의 적어도 일부는 하전 입자의 하나 이상의 빔 또는 서브-빔을 조작하기 때문에, 개별적으로 또는 서로 조합하여 조작기 어레이, 다중-조작기 어레이, 다수의 조작기 또는 조작기로서 지칭될 수 있다.
기존의 다중-전자 빔 결함 검사 시스템은 시간당 10 내지 6000㎟의 처리량에서 약 2 내지 10㎚의 분해능을 갖고 있다. 이러한 시스템은 위에서 논의된 바와 같이 이차 컬럼에 검출기를 갖는다. 기존의 다중-전자 빔 검사 툴의 아키텍처는 후방 산란 및 이차 전자와 같은, 샘플에서 방출되는 전자의 소스에서 멀리 떨어진 검출기를 갖고 있으며, 이는 다중-빔 시스템에 대해 확장 가능(scalable)하지 않다. 이차 컬럼을, (쿨롱 상호 작용을 해결하기 위해 필요한,) 정전 렌즈와 같은 어레이 대물렌즈를 갖는 툴에 통합하는 것도 어렵다.
실시예에서, 이전 실시예에서 언급된 대물렌즈는 어레이 대물렌즈이다. 전형적으로, 이러한 렌즈 배열체는 정전기적이다. 어레이 내의 각 요소는 다중-빔 내의 상이한 빔 또는 빔의 그룹을 작동시키는 마이크로-렌즈이다. 정전 어레이 대물렌즈는 각각 복수의 구멍 또는 어퍼처를 갖는 적어도 2개의 플레이트를 갖고 있다. 플레이트의 각 구멍의 위치는 다른 플레이트의 대응 구멍의 위치에 대응한다. 대응 구멍들은 사용 중에 다중-빔의 동일 빔 또는 빔들의 그룹에 대해 작동한다. 어레이의 각 요소에 대한 렌즈 유형의 적절한 예는 아인젤 렌즈(Einzel lens)이다. 대물렌즈의 최하부 전극은 다중-빔 조작기 어레이에 통합된 CMOS 칩 검출기이다. 대물렌즈로의 검출기 어레이의 통합은 이차 투영 장치(250)에 대한 필요성을 제거한다. (웨이퍼와 전자 광학 시스템의 최하부 간의 작은 거리(예를 들어, 100㎛ 때문에) CMOS 칩은 바람직하게는 샘플을 향하도록 배향된다. 실시예에서, 이차 전자 신호를 캡처하기 위한 캡처 전극이 제공된다. 캡처 전극은, 예를 들어 CMOS 디바이스의 금속층에 형성될 수 있다. 캡처 전극은 대물렌즈의 최하부 층을 형성할 수 있다. 캡처 전극은 CMOS 칩에서 최하부 표면을 형성할 수 있다. CMOS 칩은 CMOS 칩 검출기일 수 있다. CMOS 칩은 대물렌즈 조립체의 샘플-대향 표면에 통합될 수 있다. 캡처 전극은 이차 전자를 검출하기 위한 센서 유닛의 예이다. 캡처 전극은 다른 층에 형성될 수 있다. CMOS의 파워 및 제어 신호는 관통-실리콘 비아를 통해 CMOS에 연결될 수 있다. 견고성을 위하여, 바람직하게는 최하부 전극은 2개의 요소: CMOS 칩 및 구멍을 갖는 패시브(passive) Si 플레이트로 이루어진다. 플레이트는 높은 전계(E-fields)로부터 CMOS를 보호한다.
이차 및/또는 후방 산란 전자는 전자가 전자-광학 시스템의 전자 광학 요소와 접촉하고 이에 의해 조작되기 전에 검출될 수 있기 때문에 대물렌즈의 최하부 또는 샘플-대향 표면과 연관된 센서 유닛은 유리하다. 유리하게는, 전자를 방출하는 이러한 샘플의 검출을 위하여 걸리는 시간이 단축될 수 있으며, 바람직하게는 최소화될 수 있다.
검출 효율을 최대화하기 위하여, (어퍼처를 제외한) 어레이 대물렌즈의 실질적으로 모든 영역이 전극에 의해 점유되도록 전극 표면을 가능한 한 넓게 만드는 것이 바람직하다. 각 전극은 어레이 피치와 실질적으로 동일한 직경을 가질 수 있다. 전극 표면은 어레이 대물렌즈의 샘플-대향 표면을 실질적으로 채울 수 있다. 실시예에서 전극의 외부 형상은 원형이지만, 검출 영역을 최대화하기 위해 정사각형으로 만들어질 수 있다. 또한, 관통-기판 구멍의 직경이 최소화될 수 있다. 전자 빔의 전형적인 크기는 5 내지 15미크론 정도이다.
실시예에서, 단일 캡처 전극은 각 어퍼처를 둘러싼다. 단일 캡처 전극은 원형 주변부 및/또는 외부 직경을 가질 수 있다. 캡처 전극은 캡처 전극의 주변부와 어퍼처 사이에서 연장되는 영역을 가질 수 있다. 도 5 및 도 6에서 도시된 바와 같이, 캡처 전극(405)은 직사각형 어레이 또는 육각형 어레이로 배열될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 복수의 전극 요소가 각 어퍼처 주위에 제공된다. 복수의 전극 요소는 함께 원형 주변부 및/또는 직경을 가질 수 있다. 복수의 전극 요소는 함께 복수의 전극 요소의 주변부와 어퍼처 사이에서 연장되는 영역을 가질 수 있다. 복수의 전극 요소(405)는 직사각형 어레이 또는 육각형 어레이로 배열될 수 있다. 전극 요소는 센서 요소의 예이다. 하나의 어퍼처를 둘러싸는 전극 요소들에 의해 캡처된 전자들은 단일 신호로 결합될 수 있거나 독립적인 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 전극 요소들은 반경 방향으로 분할될 수 있다. 전극 요소들은 복수의 동심 고리 또는 링을 형성할 수 있다. 전극 요소들은 각도적으로 분할될 수 있다. 전극 요소들은 복수의 부채꼴 형 부분 또는 세그먼트를 형성할 수 있다. 세그먼트들은 유사한 각도 크기 및/또는 유사한 면적을 가질 수 있다. 전극 요소는 반경 방향으로 그리고 각도적 모두로 또는 임의의 다른 편리한 방식으로 분할될 수 있다.
그러나 더 넓은 전극 표면은 더 큰 기생 커패시턴스, 따라서 더 낮은 대역폭으로 이어진다. 이러한 이유로 전극의 외부 직경을 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 더 큰 전극이 단지 약간 더 높은 검출 효율을 제공하지만 훨씬 더 큰 커패시턴스를 제공하는 경우에 특히 그렇다. 원형(환형) 전극은 수집 효율과 기생 커패시턴스 간의 적절한 절충안을 제공할 수 있다.
전극의 더 큰 외부 직경은 또한 더 큰 크로스토크(crosstalk) (이웃하는 구멍의 신호에 대한 감도)로 이어질 수 있다. 이는 전극 외부 직경을 보다 작게 하는 이유일 수도 있다. 더 큰 전극이 단지 약간 더 큰 검출 효율을 제공하지만 훨씬 더 큰 크로스토크를 제공하는 경우에 특히 그렇다.
전극에 의해 수집된 후방 산란 및/또는 이차 전자 전류는 증폭된다. 증폭기의 목적은 측정될 센서 유닛에 의해 수신되거나 수집된 전류, 따라서 후방 산란 및/또는 이차 전자의 수의 충분하게 민감한 측정을 가능하게 하는 것이다. 이는 전류 측정 또는 레지스터에 대한 전위차에 의하여 측정될 수 있다. 여러 유형의 증폭기 설계, 예를 들어 트랜스 임피던스 증폭기(Trans Impedance Amplifier)가 전극에 의해 수집된 후방 산란 및/또는 이차 전자 전류를 증폭하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 트랜스-임피던스 증폭기에서, TIA의 전압 출력은 TIA 저항(RTIA)에 측정된 전류를 곱한 것과 같다.
RTIA가 클수록 증폭은 더 높다. 그러나 대역폭은 RC 시간에 의해 결정되며, 이는 RTIA에 TIA의 입구측(entrance side) 상의 커패시턴스의 합을 곱한 것과 같다.
유한 RC 시간은 더 큰 전자 광학 스폿 크기와 유사한 효과를 가지며, 따라서 이는 편향 방향으로의 블러 기여도를 효과적으로 제공한다. 검출기의 블러 기여 버짓(blur contribution budget)과 편향 속도가 주어지면, 허용 RC 시간이 결정된다. 이 RC 시간 및 입구측 커패시턴스가 주어지면 RTIA가 결정된다.
후방 산란 및/또는 이차 전자 전류 및 RTIA를 기반으로 신호 전압이 결정된다.
검출기의 노이즈 기여도는 후방 산란 및/또는 이차 전자 전류의 산탄 노이즈(shot noise)와 비교되어야 한다. 일차 전자 빔의 산탄 노이즈만을 고려하면, 산탄 노이즈로 인한 sqrt(Hz)당 전류 노이즈는 아래에 설명된 바와 같이 전형적으로 ~1 ㎵/sqrt(Hz)의 최신 CMOS 증폭기의 전압 노이즈보다 훨씬 크다. 아래에 제시된 대략적인 계산은 제안된 전극이 노이즈 관점에서 실현 가능하다는 것을 입증하고 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
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Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
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Figure pct00013
Figure pct00014
위의 계산은 다음과 같이 설명될 수 있다. 결함을 검출하기 위해 요구되는 일차 전자의 수는 5,000개 (수학식 1), 빔 전류는 1㎁ (수학식 2), 결함의 직경은 4㎚(수학식 3), 결함당 픽셀의 수는 4 (수학식 4)라는 점이 가정된다. 0.5㎚의 증폭기의 유한 RC 시간으로 인한 블러가 허용된다 (수학식 5)는 점이 가정된다. 검출기의 커패시턴스는, 예를 들어 수학식 6에 표시된 바와 같은 배열체의 기하학적 구조로부터 계산될 수 있으며, 여기서 3은 캡처 전극 아래에 있는 절연체의 유전 상수, 100㎛는 캡처 전극의 직경, 그리고 1㎛는 캡처 전극 아래의 절연체의 두께이다. 고유의 산탄 노이즈는 수학식 7에서와 같이 계산된다. 하나의 결함을 이미지화하기 위한 시간은 수학식 8에서와 같이 계산되며, 여기서 Qe는 전자 전하이다. 결함을 검출하기 위한 스캔의 길이는 수학식 9에서 계산되며 스캐닝 속도는 수학식 10에서 계산된다. 달성될 RC 시간은 수학식 11에서 계산되며 따라서 검출기의 저항은 수학식 12에서 계산되고 결과적인 전압 노이즈는 수학식 13에서 계산된다. 수학식 14는 이전 방정식들을 단일 방정식으로 결합하여 종속성을 보여주고 있다. CMOS 증폭기에서 달성될 수 있는 전형적인 전압 노이즈 레벨은 1㎵/sqrt(Hz) 정도이며-이는 CMOS 증폭기의 전형적인 노이즈 레벨이다. 따라서 노이즈가 CMOS 증폭기에 의해 부가된 전압 노이즈에 의해서가 아니라 기본적인 산탄 노이즈에 의해 지배된다는 것은 그럴듯하다. 이 때문에, 제안된 전극이 노이즈 관점에서 실현 가능하다는 것이 타당해 보인다. 즉, 전형적인 CMOS 증폭기 노이즈는 산탄 노이즈에 비해 작은 노이즈 레벨을 갖기에 충분하게 양호하다 (산탄 노이즈에 비해 크더라도 배열체는 여전히 작동할 수 있지만 대역폭 또는 처리량 (즉, 속도) 측면에서 효율성이 감소될 수 있다).
도 8은 이론적인 트랜스 임피던스 증폭기(TIA)의 개략도이며, 이 증폭기에서 전압 출력(Vout)은 단순히 측정된 전류(Iin)와 피드백 저항(Rf)의 곱이다. 그러나 실제 TIA는 노이즈, 특히 입력부(isn)에서의 산탄 노이즈 및 피드백 레지스터(in)에서의 열 노이즈(thermal noise)를 갖는다. 대부분의 경우 열 노이즈가 지배적이다. 출력부(vn)에서의 전압 노이즈는 다음 식에 의하여 주어진다:
Figure pct00015
여기서, kb는 볼츠만 상수(Boltzmann constant)이다. TIA에 대한 입구 측에서의 전류 노이즈는 따라서 다음과 같다:
Figure pct00016
반면에 산탄 노이즈는 다음 식에 의해 주어진다:
Figure pct00017
따라서 피드백 저항이 증가되면, 입력 전류 (즉, 후방 산란 및/또는 이차 전자 전류)의 산탄 노이즈에 비해 열 노이즈가 낮아진다.
각 결함을 검출하기 위하여 요구되는 전자의 수가 10,000개로 증가되고; 2㎚의 블러 버짓(blur budget)이 설정되며; 전극 직경이 50㎛로 감소된다는 점을 가정함으로써, 본 발명은 산탄 노이즈의 영향을 고려하여 여전히 실용적이라는 점이 보여질 수 있다. 이 경우 전극의 커패시턴스는 약 3.6×107Ω의 저항을 필요로 하는 약 0.011pF가 되어, 산탄 노이즈보다 약 20% 정도 더 큰 열 노이즈의 레벨의 결과를 야기한다. 따라서 제안된 검출기의 다양한 상이한 배열체가 가능하다. 전극의 커패시턴스는 또한 약 1 내지 약 5㎛의 범위에 있을 수 있는 인접한 유전체 층의 두께를 변화시킴으로써 제어될 수 있다.
다중-빔 대물렌즈(401)를 개략적인 횡단면으로 도시하는 도 4에 예시적인 실시예가 보여지고 있다. 대물렌즈(401)의 출력 측, 즉 샘플(208)을 향하는 측에 검출기 모듈(402)이 제공된다. 도 5는 각각이 빔 어퍼처(406)를 둘러싸는 복수의 캡처 전극(405)이 제공되는 기판(404)을 포함하는 검출기 모듈(402)의 저면도이다. 빔 어퍼처(406)는 일차 전자 빔들 중 임의의 것을 차단하지 않을 만큼 충분히 크다. 캡처 전극(405)은 후방 산란된 또는 이차 전극을 받아들이고 검출 신호, 이 경우에는 전류를 생성하는 센서 유닛의 예로서 고려될 수 있다. 빔 어퍼처(406)들은 기판(404)을 관통하여 에칭함으로써 형성될 수 있다. 도 5에서 보여지는 배열체에서, 빔 어퍼처(406)들은 직사각형 어레이로 보여지고 있다. 빔 어퍼처(406)들이 또한 상이하게, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 육방 밀집(hexagonal close packed) 어레이로 배열될 수 있다.
도 7은 검출기 모듈(402)의 일부를 횡단면으로 더 큰 스케일로 도시하고 있다. 캡처 전극(405)은 검출기 모듈(402)의 최하부, 즉 샘플에 가장 가까운 표면을 형성한다. 캡처 전극(405)과 실리콘 기판(404)의 본체 사이에는 로직 층(407)이 제공된다. 로직 층(407)은 증폭기, 예를 들어 트랜스 임피던스 증폭기(Trans Impedance Amplifiers), 아날로그-디지털 변환기 및 판독 로직(readout logic)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 캡처 전극(405) 당 하나의 증폭기와 하나의 아날로그-디지털 변환기가 있다. 로직 층(407) 및 캡처 전극(405)은 CMOS 프로세스를 사용하여 제조될 수 있으며 캡처 전극(405)은 최종 금속화층을 형성한다.
배선층(408)은 기판(404)의 배면에 제공되며 관통-실리콘 비아(409)에 의해 로직 층(407)에 연결되어 있다. 관통-실리콘 비아(409)의 수는 빔 어퍼처(406)의 수와 동일할 필요는 없다. 특히, 전극 신호가 로직 층(407)에서 디지털화된다면, 데이터 버스를 제공하기 위해 적은 수의 관통-실리콘 비아만이 요구될 수 있다. 배선층(408)은 제어 라인, 데이터 라인 및 파워 라인을 포함할 수 있다. 빔 어퍼처(406)에도 불구하고 모든 필요한 연결을 위한 충분한 공간이 있다는 점이 주목될 것이다. 검출 모듈(402)은 또한 바이폴라 또는 다른 제조 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 인쇄 회로 기판 및/또는 다른 반도체 칩이 검출기 모듈(402)의 배면에 제공될 수 있다.
도 4는 3개의 전극 대물렌즈를 도시하고 있지만, 임의의 다른 형태의 대물렌즈, 예를 들어 2개의 전극 렌즈도 사용될 수 있다는 점이 인식될 것이다.
이제 도 10에 대한 참조가 이루어지며, 도 10은 도 2의 툴(40) 대신에 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치(100)의 일부일 수 있는 또 다른 예시적인 전자 빔 툴(40a)을 도시하는 개략도이다. 도 2의 장치(40)의 대응하는 부분과 유사한 기능을 갖는 장치(40a)의 부분은 동일한 참조 번호로 식별된다. 일부 경우에 이러한 부분의 축소된 또는 간략화된 설명이 아래에 포함된다.
다중-빔 전자 빔 툴(40a) (본 명세서에서 장치(40a)로도 지칭됨)은 전자 소스(201), 투영 장치(230), 전동 스테이지(209), 및 샘플 홀더(207)를 포함하고 있다. 전자 소스(201) 및 투영 장치(230)는 함께 조명 장치로 지칭될 수 있다. 샘플 홀더(207)는 검사를 위하여 샘플(208) (예를 들어, 기판 또는 마스크)을 유지시키기 위해 전동 스테이지(209)에 의해 지지된다. 다중-빔 전자 빔 툴(40a)은 전자 검출 디바이스(1240)를 더 포함한다. (이는 샘플로부터 전자를 검출하는 동일한 기능을 갖지만, 도 2 및 도 3을 참조하여 언급된 실시예의 이차 전자-광학 칼럼의 전자 검출 디바이스(240)와 구조가 상이할 수 있다는 점을 주목한다.)
전자 소스(201)는 캐소드(보이지 않음) 및 추출기 또는 애노드(보이지 않음)를 포함할 수 있다. 작동 동안, 전자 소스(201)는 캐소드로부터 일차 전자로서 전자를 방출하도록 구성되어 있다. 일차 전자는 추출기 및/또는 애노드에 의해 추출되거나 가속되어 일차 전자 빔(202)을 형성한다.
투영 장치(230)는 일차 전자 빔(202)을 복수의 서브-빔(211, 212, 213)으로 변환시키도록 그리고 각 서브-빔을 샘플(208) 상으로 지향시키도록 구성되어 있다. 단순화를 위해 3개의 서브-빔이 도시되어 있지만, 수십, 수백 또는 수천 개의 서브-빔이 있을 수 있다. 서브-빔들은 빔렛(beamlet)으로 지칭될 수 있다.
도 1의 컨트롤러(50)는 전자 소스(201), 전자 검출 디바이스(1240), 투영 장치(230) 및 전동 스테이지(209)와 같은, 전자 빔 도구(40a)의 다양한 부분에 연결될 수 있다. 컨트롤러(50)는 다양한 이미지 및 신호 처리 기능을 수행할 수 있다. 컨트롤러(50)는 또한 하전 입자 다중-빔 장치를 포함하는 하전 입자 빔 검사 장치의 작을 통제하기 위해 다양한 제어 신호를 생성할 수 있다.
투영 장치(230)는 검사를 위해 샘플(208) 상으로 서브-빔(211, 212 및 213)을 집속시키도록 구성될 수 있으며 샘플(208)의 표면 상에 3개의 프로브 스폿(221, 222 및 223)을 형성할 수 있다. 투영 장치(230)는 일차 서브-빔(211, 212 및 213)을 편향시키도록 구성되어 샘플(208) 표면의 부분에서 개별 스캐닝 영역에 걸쳐 프로브 스폿(221, 222 및 223)을 스캔할 수 있다. 샘플(208) 상의 프로브 스폿(221, 222 및 223) 상의 일차 서브-빔(211, 212 및 213)의 입사에 응답하여, 이차 전자 및 후방 산란 전자를 포함하는 전자가 샘플(208)로부터 생성된다. 이차 전자는 전형적으로 50 eV 미만의 전자 에너지를 가지며, 후방 산란 전자는 전형적으로 50 eV와 일차 서브-빔(211, 212 및 213)의 랜딩 에너지 사이의 전자 에너지를 갖는다.
전자 검출 디바이스(1240)는 이차 전자 및/또는 후방 산란 전자를 검출하도록 그리고 예를 들어 샘플(208)의 대응 스캔 영역의 이미지를 구성하기 위하여 컨트롤러 또는 신호 처리 시스템(보이지 않음)으로 전송되는 대응 신호를 생성하도록 구성된다. 전자 검출 디바이스(1240)는 도 4 내지 도 7을 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 대물렌즈(401)와 통합된 검출기 모듈(402)을 포함할 수 있다.
도 11은 도 2의 툴(40) 대신에 도 1의 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치(100)의 일부일 수 있는 또 다른 예시적인 전자 빔 툴(40b)을 도시하는 개략도이다. 도 2의 장치(40)의 대응하는 부분과 유사한 기능을 갖는 장치(40a)의 부분은 동일한 참조 번호로 식별된다. 일부 경우에, 이러한 부분의 축소된 또는 간략화된 설명이 아래에 포함된다.
전자 소스(201)는 전자를 투영 시스템(230)의 일부를 형성하는 집광 렌즈(1231)의 어레이로 향하게 한다. 전자 소스는 바람직하게는 휘도와 총 방출 전류 사이에 양호한 절충안을 갖는 고휘도 열전계 방출기이다. 수십, 수백 또는 수천 개의 집광 렌즈(1231)가 있을 수 있다. 집광 렌즈(1231)는 다수의 전극 렌즈를 포함할 수 있으며, EP1602121A1를 기반으로 하는 구성을 가질 수 있으며, 이 문헌은 특히 e-빔을 복수의 서브-빔으로 분할하기 위한 렌즈 어레이 -어레이는 각 서브-빔에 대한 렌즈를 제공한다-의 개시에 대해 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 집광 렌즈의 어레이는 전극으로 작용하는 2개 이상의 플레이트 형태를 취할 수 있으며, 각 플레이트의 어퍼처는 서로 정렬되고 서브-빔의 위치에 대응한다. 원하는 렌즈 효과를 달성하기 위하여 플레이트들 중 적어도 2개는 작동 중에 상이한 전위에서 유지된다.
배열체에서 집광 렌즈의 어레이는 하전 입자가 각 렌즈에 들어오고 나갈 때 동일한 에너지를 갖는 3개의 플레이트 어레이로 형성되며, 이 배열체는 아인젤 렌즈(Einzel lens)로 지칭될 수 있다. 아인젤 렌즈에 들어갈 때의 빔 에너지는 나올 때와 동일하다. 따라서 분산은 아인젤 렌즈 자체 내 (렌즈의 입구 전극과 출구 전극 사이)에서만 발생하며, 그에 의하여 축외 색수차를 제한한다. 집광 렌즈의 두께가 얇을 때, 예를 들어 수 ㎜일 때, 이러한 수차는 작거나 무시할 수 있는 영향을 미친다.
집광 렌즈의 어레이는 복수의 빔 어퍼처(110)를 포함할 수 있다. 빔 어퍼처(110)는, 예를 들어 실질적으로 평면형 빔 어퍼처 몸체(111)의 개구에 의해 형성될 수 있다. 빔 어퍼처(110)는 소스(201)로부터의 하전 입자의 빔을 대응하는 복수의 서브-빔으로 분할한다. 어레이의 각 집광 렌즈는 전자를, 각각의 중간 초점(1233)에서 집속된 각각의 서브-빔(1211, 1212, 1213)으로 지향시킨다. 편향기(235)는 중간 초점(1233)에 있다. 편향기(235)는 (빔 축으로도 지칭될 수 있는) 주 광선이 실질적으로 수직으로 (즉, 샘플의 공칭 표면에 대해 실질적으로 90°로) 샘플(208)에 입사되는 것을 보장하기에 효과적인 양만큼 각각의 서브-빔(1211, 1212 및 1213)을 휘어지게 하도록 구성된다. 편향기(235)는 또한 시준기(collimator)로 지칭될 수 있다. 중간 초점(1233)의 하류 (즉, 샘플에 더 가까운 부분)에는 복수의 대물렌즈(1234)가 위치하며, 이들의 각각은 각각의 서브-빔(1211, 1212, 1213)을 샘플(208) 상으로 향하게 한다. 대물렌즈(1234)는 10보다 큰, 바람직하게는 50 내지 100 또는 그 이상의 범위 내의 비율만큼 전자 빔을 축소시키도록 구성될 수 있다.
전자 검출 디바이스(1240)는 대물렌즈(1234)와 샘플(208) 사이에 제공되어 샘플(208)로부터 방출된 이차 및/또는 후방 산란 전자를 검출한다. 전자 검출 디바이스(1240)는 도 4 내지 도 7을 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 대물렌즈(401)와 통합된 검출기 모듈(402)을 포함할 수 있다. 전자 검출 디바이스(1240)는 센서 유닛, 예를 들어 캡처 전극(402)을 포함할 수 있다.
도 11의 시스템은 샘플 상의 전자의 랜딩 에너지를 제어하도록 구성될 수 있다. 랜딩 에너지는 평가되고 있는 샘플의 특성에 따라 이차 전자의 방출 및 검출을 증가시키도록 선택될 수 있다. 대물렌즈(1234)를 제어하기 위하여 제공된 컨트롤러는 랜딩 에너지를 예정된 범위 내의 임의의 원하는 값으로 또는 복수의 예정된 값 중 원하는 값으로 제어하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 랜딩 에너지는 1000 eV 내지 5000 eV의 범위 내의 원하는 값으로 제어될 수 있다. 랜딩 에너지를 제어하기 위하여 사용될 수 있는 전극 구조 및 전위의 세부 사항은 EPA 20158804.3에 개시되어 있으며, 이 문헌은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
일부 실시예에서, 하전 입자 평가 툴은 서브-빔의 하나 이상의 수차를 감소시키는 하나 이상의 수차 보정기를 더 포함한다. 실시예에서, 수차 보정기의 적어도 서브세트의 각각은 중간 초점의 각각의 초점 내에 또는 이에 바로 인접하게 (예를 들어, 중간 이미지 평면 내에 또는 이에 인접하게) 위치된다. 서브-빔은 중간 평면과 같은 초점 평면 내에 또는 그 근처에서 가장 작은 단면적을 갖는다. 이는 다른 곳, 즉 중간 평면의 (소스에 더 가까운) 상류 또는 (샘플에 더 가까운) 하류에서 사용할 수 있는 것보다 (또는 중간 이미지 평면을 갖고 있지 않은 대안적인 배열체에서 사용할 수 있는 것보다) 수차 보정기를 위한 더 많은 공간을 제공한다.
실시예에서, 중간 초점(또는 중간 이미지 평면) 내에 또는 바로 인접하게 위치된 수차 보정기는 편향기를 포함하여 상이한 빔에 대해 상이한 위치에 있는 것처럼 보이는 소스(201)를 보정한다. 보정기는 각 서브-빔과 대응 대물렌즈 간의 양호한 정렬을 방해하는 소스로부터 생기는 발생하는 거시적 수차를 보정하기 위해 사용될 수 있다.
수차 보정기는 적절한 컬럼 정렬을 방해하는 수차를 보정할 수 있다. 이러한 수차는 또한 서브-빔과 보정기 간의 오정렬로 이어질 수 있다. 이러한 이유로, 수차 보정기들을 집광 렌즈(1231)들에 또는 그 근처에 부가적으로 또는 대안적으로 위치시키는 것 (예를 들어, 이러한 각 수차 보정기는 집광 렌즈(1231)들 중 하나 이상과 통합되거나 이에 바로 인접한다)이 바람직할 수 있다. 이는 집광 렌즈(1231)에서 또는 그 근처에서 수차가 아직 대응하는 서브-빔의 시프트(shift)를 야기하지 않을 것이기 때문에 바람직하며, 이는 집광 렌즈(1231)가 빔 어퍼처와 수직적으로 가깝거나 일치하기 때문이다. 그러나 집광 렌즈(231)에 또는 그 근처에 보정기를 위치시키는 것의 문제는 서브-빔 각각이 더 하류의 위치에 비해 이 위치에서 상대적으로 큰 단면적 및 상대적으로 작은 피치를 갖는다는 것이다. 수차 보정기는 EP2702595A1에 개시된 바와 같은 CMOS 기반 개별 프로그램 가능한 편향기 또는 EP2715768A2에 개시된 바와 같은 다중극 편향기의 어레이일 수 있으며, 양 문헌 내의 빔렛 조작기의 설명은 본 명세서에 참조로 포함된다.
일부 실시예에서, 수차 보정기의 적어도 서브세트 각각은 대물렌즈(1234)들 중 하나 이상과 통합되거나 이에 바로 인접한다. 실시예에서, 이 수차 보정기는 필드; 곡률; 초점 오차; 및 비점 수차(astigmatism) 중 하나 이상을 감소시킨다. 부가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 스캐닝 편향기 (보이지 않음)는 샘플(208)에 걸쳐 서브 빔(1211, 1212, 1213)을 스캐닝하기 위하여 대물렌즈(1234)들 중 하나 이상과 통합되거나 이에 바로 인접할 수 있다. 실시예에서, US2010/0276606에 설명된 스캐닝 편향기가 사용될 수 있으며, 이 문서는 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
실시예에서, 이전 실시예에서 언급된 대물렌즈는 어레이 대물렌즈이다. 어레이의 각 요소는 다중-빔 내의 상이한 빔 또는 빔의 그룹을 작동시는 마이크로-렌즈이다. 정전 어레이 대물렌즈는 각각 복수의 구멍 또는 어퍼처를 갖는 적어도 2개의 플레이트를 갖는다. 플레이트의 각 구멍의 위치는 다른 플레이트의 대응 구멍의 위치에 대응한다. 대응 구멍들은 사용 중에 다중-빔의 동일 빔 또는 빔들의 그룹에 대해 작동한다. 어레이의 각 요소에 대한 렌즈 유형의 적절한 예는 2-전극 감속 렌즈(two electrode decelerating lens)이다.
전자 검출 디바이스(1240)는 대물렌즈(1234)와 샘플(208) 사이에 제공되어 샘플(208)로부터 방출된 이차 및/또는 후방 산란 전자를 검출한다. 전자 검출 디바이스는 도 4 내지 도 7을 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 대물렌즈(401)와 통합된 검출기 모듈(402)을 포함할 수 있다. 전자 검출 디바이스(240)는 센서 유닛, 예를 들어 캡처 전극(405)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 중간 초점(1233)에서의 보정기(235)는 슬릿 편향기(300)에 의해 구현된다. 슬릿 편향기(300)는 조작기(manipulator)의 예이며, 슬릿 보정기로도 지칭될 수 있다.
도 2의 툴(40) 대신에 도 1의 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치(100)의 일부일 수 있는 또 다른 예시적인 전자 빔 툴(40c)이 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 도 2의 장치(40)의 대응하는 부분과 유사한 기능을 갖는 장치(40a)의 부분은 동일한 참조 번호로 식별된다. 일부 경우에 이러한 부분의 축소된 또는 간략화된 설명이 아래에 포함된다.
툴(40c)은 서브-빔(114)에서 하나 이상의 수차를 감소시키는 하나 이상의 수차 보정기(124, 125, 126)를 더 포함한다. 실시예에서, 수차 보정기(124)들의 적어도 서브세트의 각각은 중간 초점(115)들의 각각의 한 초점에 또는 이에 바로 인접하게 (예를 들어, 중간 이미지 평면(120) 내에 또는 이에 인접하게) 위치된다. 서브-빔(114)은 중간 평면(120)과 같은 초점 평면 내 또는 그 근처에서 가장 작은 횡단면적을 갖는다. 이는 다른 곳, 즉 중간 평면(120)의 상류 또는 하류에서 사용할 수 있는 것보다 (또는 중간 이미지 평면(120)을 갖고 있지 않은 대안적인 배열체에서 사용할 수 있는 것보다) 수차 보정기(124)를 위한 더 많은 공간을 제공한다.
실시예에서, 중간 초점(115) (또는 중간 이미지 평면) 내에 또는 바로 인접하게 위치된 수차 보정기(124)는 편향기를 포함하여 소스(201)에서 방출된 빔(112)으로부터 유도된 상이한 서브-빔(114)에 대해 상이한 위치에 있는 것처럼 보이는 소스(201)를 보정한다. 보정기(124)는 각 서브-빔(114)과 대응 대물렌즈(118) 사이의 양호한 정렬을 방지하는 소스(201)로부터 발생하는 거시적 수차를 보정하기 위해 사용될 수 있다.
수차 보정기(124)는 적절한 컬럼 정렬을 방해하는 수차를 보정할 수 있다. 이러한 수차는 또한 서브-빔(114)과 보정기(124) 간의 오정렬로 이어질 수 있다. 이러한 이유로, 수차 보정기(125)들을 집광 렌즈(116)들에 또는 그 근처에 부가적으로 또는 대안적으로 위치시키는 것 (예를 들어, 이러한 각 수차 보정기(125)는 집광 렌즈(116)들 중 하나 이상과 통합되거나 이에 바로 인접한다)이 바람직할 수 있다. 이는 집광 렌즈(116)에서 또는 그 근처에서 수차가 아직 대응하는 서브-빔(114)의 시프트를 야기하지 않을 것이기 때문에 바람직하며, 이는 집광 렌즈(116)가 빔 어퍼처(110)와 수직적으로 가깝거나 일치하기 때문이다. 그러나 집광 렌즈(116)에 또는 그 근처에 보정기(125)를 위치시키는 것의 문제는 서브-빔(114) 각각이 더 하류의 위치에 비해 이 위치에서 상대적으로 큰 단면적 및 상대적으로 작은 피치를 갖는다는 것이다.
일부 실시예에서, 도 12에서 예시된 바와 같이, 수차 보정기(126)의 적어도 서브세트 각각은 대물렌즈(118)들 중 하나 이상과 통합되거나 이에 바로 인접한다. 실시예에서, 이 수차 보정기(126)는 필드; 곡률; 초점 오차; 및 비점 수차 중 하나 이상을 감소시킨다. 도 12의 장치에서, 보정기들 중 임의의 것 또는 모두는 슬릿 편향기일 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 전자 검출 디바이스(240)의 또 다른 예를 도시하고 있으며, 예를 들어 이는 도 2, 도 10, 도 11 및 도 12를 참조하여 위에서 설명된 전자 빔 툴(40, 40a, 40b, 40c)에 통합될 수 있다. 도 13은 대물렌즈 어레이(501)에 통합되거나 그와 연관된 전자 검출 디바이스(240)의 개략적인 측면도이며, 도 14는 전자 검출 디바이스(240)의 저면도이다.
도 13에서 보여지는 바와 같이, 이 예에서의 전자 검출 디바이스(240)는 각각의 빔 어퍼처(504)를 둘러싸는 복수의 센서 유닛(503)을 구비한 기판(502)을 포함하고 있다. 기판(502)은 감속 어레이 대물렌즈(501)의 (샘플(208)에서 더 멀리 있는) 상부 전극에 장착된다. 센서 유닛(503)은 샘플(208)을 향한다. 센서 유닛은 상류와 하류를 향하는 하부 전극의 표면들 사이에 위치된 감지 표면과 함께 위치될 수 있다. 센서 유닛(503)은 샘플(208)에서 가장 먼 대물렌즈(501)의 전극에 통합되거나 이 전극과 연관될 수 있다. 이는 어레이 대물렌즈의 하부 전극에 통합되거나 이와 연관된 도 7의 전자 검출 디바이스(240)와 대조된다. 즉, 양 실시예에서 센서 유닛은 대물렌즈(501)에 통합될 수 있다 (도 7의 센서 유닛(503)은 소스로부터 가장 멀거나 샘플에 가장 가까운 어레이 대물렌즈의 전극에 장착될 수 있지만, 이와 반드시 통합될 필요는 없다). 도 13은 2개의 전극 대물렌즈를 도시하고 있지만, 임의의 다른 형태의 대물렌즈, 예를 들어 3개의 전극 렌즈 또한 사용될 수 있다는 점이 인식될 것이다.
이 예에서의 전자 검출 디바이스(240)는 소스로부터 가장 먼 대물렌즈(501)의 전극에서 떨어져, 즉 대물렌즈(501)의 상류 전극에서 떨어져 배치된다. 이 위치에서, 대물렌즈(501)의 전극은 샘플, 또는 전자 검출 디바이스(240)의 하류에 더 가깝다. 따라서 샘플(208)에 의해 방출된 이차 전자는 대물렌즈(501)의 하류-위치된 전극 어레이에 의해, 예를 들어 수 ㎸ (아마도 약 28.5㎸)로 가속된다. 작동 중에 센서 유닛(503)을 지지하는 기판은 상부 전극과 동일한 전위차로 유지될 수 있다. 결과적으로, 센서 유닛(503)은, 예를 들어 PIIN 검출기 및/또는 신틸레이터(scintillator)를 포함할 수 있다. 이는 PIN 검출기 및 신틸레이터가 신호의 큰 초기 증폭을 갖기 때문에 상당한 부가적인 노이즈 소스가 존재하지 않는다는 이점을 갖는다. 이 배열체의 또 다른 이점은 파워 또는 신호 연결을 위하여 또는 사용 중 점검을 위하여 전자 검출 디바이스(240)에 접근하는 것이 더 쉽다는 것이다. 대신 캡처 전극을 갖는 센서 유닛이 이 위치에서 사용될 수 있지만 이는 더 열악한 성능을 초래할 수 있다.
PIN 검출기는 역 바이어스된 PIN 다이오드를 포함하며 p-도핑된 영역과 n-도핑된 영역 사이에 끼워진 진성 (매우 가볍게 도핑된) 반도체 영역을 갖고 있다. 진성 반도체 영역에 입사된 이차 전자는 전자-정공 쌍을 생성하며 전류가 흐르는 것을 허용하여 검출 신호를 생성한다.
신틸레이터는 전자가 입사될 때 광을 방출하는 재료를 포함하고 있다. 카메라 또는 다른 이미징 디바이스로 신틸레이터를 이미지화함으로써 검출 신호가 생성된다.
센서 유닛(503) 상에 이차 전극을 정확하게 이미지화하기 위하여 마지막 전극과 샘플(208) 사이에 비교적 큰 전위차를 제공하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 대물렌즈의 상부 전극은 약 30㎸, 하부 전극은 약 3.5㎸, 그리고 샘플(208)은 약 2.5㎸일 수 있다. 하부 전극과 샘플(208) 간의 사이의 큰 전위차는 일차 빔 상의 대물렌즈의 수차를 증가시킬 수 있지만 적절한 균형(trade-off)이 선택될 수 있다.
실시예의 정확한 치수는 개별적으로 결정될 수 있다. 빔 어퍼처(504)의 직경은 약 5 내지 20㎛의 범위 내, 예를 들어 약 10㎛일 수 있다. 전극에서의 슬릿의 폭은 약 50 내지 200㎛의 범위 내, 예를 들어 약 100㎛일 수 있다. 빔 어퍼처와 전극 슬릿의 피치는 100 내지 200㎛ 범위 내, 예를 들어 약 150㎛일 수 있다. 상부 전극과 하부 전극 사이의 갭은 약 1 내지 1.5㎜의 범위 내, 예를 들어 약 1.2㎜일 수 있다. 하부 전극의 깊이는 약 0.3 내지 0.6㎜의 범위 내, 예를 들어 약 0.48㎜일 수 있다. 하부 전극과 샘플(208) 사이의 작동 거리는 약 0.2 내지 0.5㎜의 범위 내, 예를 들어 0.37㎜일 수 있다. 바람직하게는, 하부 전극과 샘플(208) 사이의 전기장 세기는 샘플(208)에 대한 손상을 방지거나 감소시키기 위해 약 2.7㎸/㎜ 이하이다. 상부 전극과 하부 전극 사이의 갭 내의 전계(field)는 더 클 수 있으며, 예를 들어 20㎸/㎜보다 클 수 있다.
센서 유닛과 연련된 빔 어퍼처(504)는 샘플에서 나오는 전극을 캡처하는데 이용 가능한 센서 유닛의 표면을 증가시키기 위해 전극 어레이보다 작은 직경을 갖는다. 그러나 빔 어퍼처 직경의 치수는 서브-빔의 통과를 허용하도록 선택된다; 즉, 빔 어퍼처는 빔 제한이 아니다. 빔 어퍼처는 그의 횡단면을 성형하지 않고서도 서브-빔의 통과를 허용하도록 설계된다. 동일한 설명이 도 4 내지 도 7에 도시된 실시예의 센서 유닛(402)과 연관된 빔 어퍼처(406)에 적용된다.
실시예에서, 단일 센서 유닛(예를 들어, PIN 검출기)은 각 어퍼처를 둘러싼다. 단일 센서 유닛은 원형 주변부 및/또는 외부 직경을 가질 수 있다. 센서 유닛은 어퍼처와 센서 유닛의 주변부 사이에서 연장되는 영역을 가질 수 있다. 센서 유닛(503)은 직사각형 어레이 또는 육각형 어레이로 배열될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 복수의 센서 요소 (예를 들어, 더 작은 PIN 검출기)가 각 어퍼처 주위에 제공된다. 복수의 센서 요소는 함께 원형 주변부 및/또는 직경을 가질 수 있다. 복수의 센서 요소는 함께 복수의 센서 요소의 주변부와 어퍼처 사이에서 연장되는 영역을 가질 수 있다. 복수의 센서 요소는 직사각형 어레이 또는 육각형 어레이로 배열될 수 있다. 하나의 어퍼처를 둘러싼 센서 요소에 의해 캡처된 전자에서 생성된 신호는 단일 신호로 결합될 수 있거나 독립적인 신호를 생성하기 위해 데 사용될 수 있다. 센서 요소들은 반경 방향으로 분할될 수 있다. 센서 요소들은 복수의 동심 고리 또는 링을 형성할 수 있다. 센서 요소들은 각도적으로 분할될 수 있다. 센서 요소들은 복수의 부채꼴형 부분들 또는 세그먼트들을 형성할 수 있다. 세그먼트들은 유사한 각도 크기 및/또는 유사한 면적을 가질 수 있다. 센서 요소들은 반경 방향으로 그리고 각도적 모두로 또는 임의의 다른 편리한 방식으로 분할될 수 있다. 센서 유닛의 표면, 선택적으로 그의 센서 요소는 센서 유닛을 지지하는 기판의 표면을 실질적으로 채울 수 있다.
도 15는 평가 툴의 개략도이다. 이전 실시예에 공통인 부분은 동일한 참조 번호로 표시되며 이하에서 더 설명되지 않는다. 차이점이 설명된다.
어레이(1231) 내의 각 집광 렌즈는 각각의 중간 초점(1233)에 집속되는 각각의 서브-빔(211, 212, 213)으로 전자를 지향시킨다. 편향기(235)는 중간 초점(1233)에 제공된다.
각 서브-빔(211, 21, 213)에 대한 제어 렌즈(251)를 포함하는 제어 렌즈 어레이(250)가 편향기(235) 아래에 (즉, 하류 또는 소스(201)에서 더 멀리) 있다. 제어 렌즈 어레이(250)는 각각의 전위 소스에 연결된 적어도 2개, 예를 들어 3개의 플레이트 전극 어레이를 포함할 수 있다. 제어 렌즈 어레이(250)의 기능은 빔의 축소와 대하여 빔 개방 각도를 최적화하는 것 및/또는 대물렌즈(234)들에 전달되는 빔 에너지를 제어하는 것이며, 대물렌즈들의 각각은 각각의 서브-빔(211, 212, 213)을 샘플(208) 상으로 지향시킨다. 제어 렌즈는 서브-빔을 사전 집속한다 (예를 들어, 서브-빔이 대물렌즈 어레이(241)에 도달하기 전에 서브-빔에 집속 작용을 적용한다). 사전 집속은 서브-빔의 발산을 감소시킬 수 있거나 서브-빔의 수렴 속도를 증가시킬 수 있다. 제어 렌즈 어레이와 대물렌즈 어레이는 함께 작동하여 결합된 초점 거리를 제공한다. 중간 초점이 없는 결합 작동은 수차의 위험을 줄일 수 있다. 축소(demagnification) 및 개방 각도에 대한 참조는 동일한 매개변수의 변형을 참조하도록 의도된다는 점을 주목한다. 이상적인 배열체에서, 축소와 대응 개방 각도의 곱은 값의 범위에 걸쳐 일정하다. 그러나 개방 각도는 어퍼처의 사용의 영향을 받을 수 있다. (도 15에서 보여지는 배열체에서, 빔 전류가 빔 경로를 따라 일정하게 유지되기 때문에, 배율의 조정은 개방 각도의 유사한 조정을 야기한다는 점이 주목되어야 한다.)
대물렌즈 어레이(241)에 더하여 제어 렌즈 어레이(250)의 제공은 2020년 9월 17일에 출원된 EP 출원 제20196716.3호에 설명된 바와 같이 서브-빔의 특성을 제어하기 위한 부가적인 자유도(freedom)를 제공하며, 이 출원 중에서 제어 렌즈의 사용 및 제어를 언급하는 부분은 원용에 의해 포함된다. 예를 들어 제어 렌즈 어레이(250)와 대물렌즈 어레이(241) 사이에 중간 초점이 형성되지 않도록 제어 렌즈 어레이(250)와 대물렌즈 어레이(241)가 비교적 근접하게 제공되는 경우에도 추가적인 자유도가 제공된다. 2개의 전극이 있다면, 그러면 축소 및 랜딩 에너지가 함께 제어된다. 3개 이상의 전극이 있다면, 축소 및 랜딩 에너지는 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 제어 렌즈는 (예를 들어, 제어 렌즈 및 대물렌즈의 전극에 적절한 각각의 전위를 인가하기 위해 전기 파워 소스를 사용하여) 각각의 서브-빔의 축소 및/또는 빔 개방 각도를 조정하도록 구성될 수 있다. 이 최적화는 대물렌즈의 수에 지나치게 부정적인 영향을 미치면서 그리고 대물렌즈의 수차를 과도하게 열화시키지 않으면서 (예를 들어 대물렌즈의 세기를 증가시키지 않고) 달성될 수 있다.
선택적으로, 스캔 편향기의 어레이(260)는 제어 렌즈 어레이(250)와 대물렌즈의 어레이(234) 사이에 제공된다. 스캔 편향기의 어레이(260)는 각 서브-빔(211, 212, 213)에 대한 스캔 편향기(261)를 포함한다. 각 스캔 편향기는 샘플(208)을 가로질러 일 방향 또는 두 방향으로 서브-빔을 스캔하기 위하여 각각의 서브-빔(211, 212, 213)을 한 방향 또는 두 방향으로 편향시키도록 구성된다.
대물렌즈(234)와 샘플(208) 사이에 전자 검출 디바이스(1240)가 제공되어 샘플(208)로부터 방출된 이차전자 및/또는 후방산란 전자를 검출한다. 전자 검출 시스템의 예시적인 구성이 아래에 설명되어 있다.
도 15의 시스템은 제어 렌즈와 대물렌즈의 전극에 인가되는 전위를 변화시킴으로써 샘플 상의 전자의 랜딩 에너지를 제어하도록 구성되어 있다. 제어 렌즈와 대물렌즈는 함께 작동하며 대물렌즈 조립체로 지칭될 수 있다. 랜딩 에너지는 평가되고 있는 샘플의 특성에 따라 이차 전자의 방출 및 검출을 증가시키도록 선택될 수 있다. 컨트롤러는 랜딩 에너지를 예정된 범위 내의 임의의 원하는 값으로 또는 복수의 예정된 값 중 원하는 값으로 제어하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 랜딩 에너지는 1000 eV 내지 5000 eV의 범위 내의 원하는 값으로 제어될 수 있다.
바람직하게는, 랜딩 에너지는 주로 제어 렌즈를 나가는 전자의 에너지를 제어함으로써 변화된다. 대물렌즈 내의 전기장이 가능한 한 높게 유지하도록 대물렌즈들 내의 전위차는 바람직하게는 이 변화 동안 일정하게 유지된다. 제어 렌즈에 추가로 적용된 전위는 빔 개방 각도 및 축소를 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 제어 렌즈는 랜딩 에너지의 변화를 고려하여 초점 위치를 보정하는 기능을 할 수 있기 때문에 재초점 렌즈로도 지칭될 수 있다. 제어 렌즈 어레이의 사용은 대물렌즈 어레이가 그의 최적의 전기장 세기에서 작동되는 것을 가능하게 한다.
일부 실시예에서, 하전 입자 평가 툴은 논의된 바와 같이 서브-빔 내의 하나 이상의 수차를 감소시키는 하나 이상의 수차 보정기를 더 포함한다.
실시예에서, 수차 보정기는 위에서 설명된 바와 같이 중간 초점 (또는 중간 이미지 평면) 내에 또는 이에 바로 인접하게 위치된다.
실시예에서, 대물렌즈 조립체의 검출기(1240)는 대물렌즈 어레이(241)의 적어도 하나의 전극의 하류에 검출기 어레이를 포함한다. 실시예에서, 검출기(1240)는 대물렌즈 어레이(241)에 인접하며 및/또는 이에 통합된다. 예를 들어, 검출기 어레이는 CMOS 칩 검출기를 대물렌즈 어레이의 최하부 전극에 통합시킴으로써 구현될 수 있다.
도 15의 실시예의 변형에서, 2020년 9월 17일에 출원된 유럽 특허 출원 제20196714.8호에 개시된 바와 같이, 집광 렌즈 어레이(1231)와 시준기(235)는 생략되며, 이 출원은 적어도 이러한 전자-광학 아키텍처의 개시에 있어서 원용에 의해 포함된다. 이러한 배열체에서는 소스(201), (매크로 시준기 렌즈 또는 시준기 렌즈 어레이일 수 있는) 시준기, (매크로 스캔 편향기 또는 스캔 편향기 어레이일 수 있는) 스캔 편향기, 제어 렌즈, 대물렌즈 어레이 및 검출기 어레이가 특징을 이룰 수 있다. 배열체에서는 빔 성형 제한기 (또는 빔 성형 제한 어레이)가 특징을 이루며 또한 상부 빔 제한기가 특징을 이룰 수 있다. 소스(201)는 상부 빔 제한기를 향하여 전자를 방출하며, 상부 빔 제한기는 빔-제한 어퍼처의 어레이를 규정한다. 상부 빔 제한기는 상부 빔-제한 어퍼처 어레이 또는 상류(up-beam) 빔-제한 어퍼처 어레이로 지칭될 수 있다. 상부 빔 제한기는 복수의 어퍼처를 갖는 (플레이트형 몸체일 수 있는) 플레이트를 포함할 수 있다. 상부 빔 제한기는 소스(201)에 의해 방출된 하전 입자의 빔으로부터 서브-빔을 형성한다. 상부 빔 제한기는 제어 렌즈 어레이와 연관될 수 있으며 제어 렌즈 어레이의 최상류 전극을 형성할 수 있다. 서브-빔을 형성하는 것에 기여하는 것 이외의 빔의 부분은, 예를 들어 하류의 서브-빔을 간섭하지 않도록 상부 빔 제한기에 의하여 차단(예를 들어, 흡수)될 수 있다. (예를 들어, MEMS 제조 기술을 이용하여 형성된) 시준기 어레이는 개별 서브-빔들을 시준하며, 서브-빔을 제어 렌즈로 향하게 할 수 있다. 이 변형에서, 선택적으로 상부 빔 제한기, 시준기 요소 어레이, 제어 렌즈(250), 스캔 편향기 어레이(260), 대물렌즈(234), 빔 성형 제한기 및 검출기 모듈(1240)은 모두 MEMS 제조 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
빔 성형 제한기는 대물렌즈와 연관되며 제어 렌즈의 하류에 서브-빔을 성형한다. 스캔 편향기는 빔 성형 제한기에 걸쳐 빔 성형 제한기의 상류에서 규정된 서브-빔을 스캔한다. 빔 형성 제한기는 샘플 표면에 입사하는 서브-빔을 성형한다. 빔 성형 제한기의 사용은 제어 렌즈가 기여하는 수차를, 최소화하지는 않더라도 줄일 수 있다. 빔 성형 제한기가 제어 렌즈 어레이의 하류이기 때문에 빔 성형 제한기의 어퍼처는 빔 경로를 따라 빔 전류를 조정한다. 따라서 제어 렌즈에 의한 배율의 제어는 개방 각도에 따라 다르게 작동한다. 즉, 빔 성형 제한기의 어퍼처는 배율과 개방 각도의 변화들 간의 직접적인 대응 관계를 깨트린다.
도 15를 참조하여 위에서 설명된 것과 같은, 가변적인 랜딩 에너지를 갖는 툴에서, 초점의 Z 위치 (즉, 빔 경로를 따른 위치)는 랜딩 에너지에 따라 변화한다. 이에 대한 주요 이유는 대물렌즈의 초점 거리는 랜딩 에너지를 대물렌즈의 정전기장으로 나눈 값의 4배와 대략 동일하다는 것이다. 대물렌즈의 수차 레벨을 개선하기 위하여, 정전기장을 가능한 한 높게 유지하는 것이 바람직하다. 결과적으로 초점 거리는 랜딩 에너지에 비례하여 조정된다. 초점의 Z 위치가 대물렌즈에 너무 가까우면 대물렌즈에서의 정전기장을 줄이는 것이 가능하지만, 이는 분해능의 손실을 초래한다. 일반적으로, 샘플은 일차 빔이 웨이퍼 상에서 정확하게 집속되는지를 확인하기 위해 Z 방향으로 이동된다. 한 배열체에서 초점의 Z 위치는 500V와 5㎸ 사이의 랜딩 에너지 변화에 대해 최대 1㎜까지 변할 수 있으며 결과적으로 샘플과 검출기 사이의 거리에 의존하는 측정 신호는 크게 변한다. 랜딩 에너지의 변화와 초점의 Z 위치의 변화 사이의 관계는 부분적으로 대물렌즈의 렌즈 세기에 좌우되며 따라서 다른 배열체에서 초점의 Z 위치의 변화 범위는 1㎜보다 크거나 작을 수 있다. 랜딩 에너지와 초점 거리 사이에는 선형 관계가 있을 수 있다. 위의 랜딩 에너지 범위에서, 분해능이 실질적으로 유지될 수 있다.
실시예에 따르면, 초점 위치의 변화로 인하여, 예를 들어 랜딩 에너지의 변화의 결과로서 샘플이 대물렌즈에 대해 이동할지라도, 샘플에 대한 검출기의 위치를 유지하는 것이 제안된다. 예를 들어, 시료와 검출기 사이의 거리는 약 50 내지 100㎛의 범위 내에서 유지된다. 실시예에서, 대물렌즈와 샘플 사이의 거리는 약 250㎛ 이상일 수 있다. 그러나 대물렌즈가 샘플에 대해 위치될 수 있는 근접도(proximity) 및 따라서 대물렌즈에 대한 서브-빔의 초점의 근접도에 대한 하한값이 있다. 이러한 상황에서, 대물렌즈 전극이 쉽게 제조 가능하지 않을 정도로 너무 얇을 필요가 있을 수 있다는 위험이 있다. 이러한 배열체와 함께 사용되는 검출기는 쉽게 제조 가능하지 않을 정도로 너무 얇을 필요가 있을 수 있다. 샘플과 검출기 간의 바람직한 거리는 검출기 크기 (특히 전극 직경) 및/또는 검출기 피치에 좌우될 수 있다. 다른 모든 조건이 동일하다면, 더 큰 검출기 및/또는 더 큰 검출기 피치는 샘플과 검출기 사이의 더 큰 거리를 허용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 주어진 빔 피치 및 검출기 직경에서 높은 이차 전자 검출을 유지할 수 있다.
샘플과 검출기 사이의 거리를 일정하게 유지하기 위한 두 가지 접근 방식이 제안된다. 도 16에서 도시된 바와 같이, 검출기 모듈(240)은 전자 빔의 전파 방향에 평행한 방향, 즉 샘플의 표면에 수직인 방향으로 검출기 모듈(245)을 위치시키도록 구성된 액추에이터 시스템(245)에 연결되어 있다. 도 16a, 도 16b 및 도 16c는 상이한 수직 위치에 있는 검출기를 갖는 배열체를 보여주고 있다. 작동 시스템(245)은 검출 모듈(245)을 샘플로부터 일정한 거리에서 유지시키기 위하여 전체 제어 시스템(50)에 연결될 수 있다. 이는 샘플이, 예를 들어 전자 빔의 랜딩 에너지의 변화로 인하여 변화하는 초점 위치에 그의 표면을 위치시키기 위하여 이동되는 경우에도 마찬가지이다. 검출기 모듈(240)과 샘플(208) 사이의 거리를 정확히 일정하게 유지할 필요가 없을 수 있다. 오히려 거리의 변화를 허용 가능한 수준으로 줄이는 것이 충분할 수 있다. 작동 시스템(245)은 다양한 상이한 유형의 액추에이터, 예를 들어 압전 액추에이터 및 로렌츠(Lorenz) 액추에이터를 포함할 수 있다. 하나의 액추에이터는 검출기 모듈의 모든 센서 유닛을 위치시키기에 충분할 수 있거나 각각이 한 그룹의 센서 유닛을 위치시키는 복수의 액추에이터가 사용될 수 있다. 센서 유닛 당 하나 이상의 액추에이터를 갖는 것이 또한 가능하다. 검출기들이 기판 상에 어레이 형태로 있을 수 있기 때문에 액추에이터 배열체는 기판을 작동시킬 수 있다. 바람직하게는 액추에이터는 몇 초 내에 검출기 모듈의 위치를 바꿀 수 있다.
Z 방향으로 검출기를 위치시키는 것뿐만 아니라, 액추에이터 시스템(245)은 Rx 및 Ry와 같은 다른 자유도로 검출기를 위치시키도록 구성될 수 있다. 그러나 부가적인 자유도에서 작동을 제공하는 것은 바람직하지 않게는 복잡성을 증가시킬 수 있다.
또 다른 접근 방식에서, 검출기는 교환 가능하다. 도 17에 도시된 실시예에서, 2개 이상, 예를 들어 3개 또는 4개 또는 5개의 검출기 모듈은 상호 교환 가능하다. 각 상호 교환 가능한 검출기 모듈(240a, 240b, 240c)은 대물렌즈(401)에 대해 상이한 수직 위치에서 그의 센서 유닛의 하전 입자 수용 표면을 갖도록 구성되어 있다. 예를 들어, 각 검출기 모듈(240a, 240b, 240c)은 상이한 치수, 예를 들어 두께의 기판 상에 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 상이한 두께의 스페이서가 제공될 수 있다. 이러한 스페이서는 대물렌즈 어레이에 대해 검출기를 이격시키기 위해 사용될 수 있다. 검출기 모듈들은 그 자체로 또는, 대물렌즈 조립체, 대물렌즈 어레이, 빔 성형 제한기, 상부 제한 어레이, 시준기 어레이, 스캔 편향기 어레이 및/또는 제어 렌즈 어레이와 같은 다른 요소와 조합하여 상호 교환 가능할 수 있다. 상이한 전자-광학 구성 요소들은 자신의 지정된 모듈을 가질 수 있다. 교환 가능한 전자-광학 구성 요소의 수보다 적은 수의 모듈이 있도록 이들은 동일한 모듈에서 다른 전자-광학 부품과 함께 구성될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 대물렌즈 조립체의 모든 교환 가능한 전자-광학 구성 요소, 바람직하게는 MEMS 요소가 교환 가능한 모듈에 있을 수 있다. 배열체에서, 모듈은 액추에이터를 포함하여, 예를 들어 모듈 내의 다른 전자-광학 구성 요소에 대해 검출기 어레이를 작동시킬 수 있다. 전자-광학 구성 요소들을 이격시키기 위해 사용되는 스페이서는 교환 가능할 수 있다. 스페이서는 전자-광학 구성 요소 사이에서, 다수의 전자 구성 요소를 갖는 모듈에 통합될 수 있다.
바람직하게는, 검출기 모듈과 같은 모듈이 툴을 개방하지 않고도 작동 가능한 위치와 비작동 가능한 위치 사이, 예를 들어 연속적인 샘플들 또는 샘플들의 배치의 평가들 사이에서 교환될 수 있도록 자동화된 상호 교환 메커니즘이 제공된다. 대안적으로, 검출기 모듈과 같은 모듈은 수동으로 상호 교환 가능, 예를 들어 현장 교체 가능할 수 있다. 2020년 6월 10일자로 출원된 미국 출원 제63/037,481호에서 설명된 바와 같이 전자-광학 툴(40)이 위치된 진공을 유지하면서 현장 교체 가능한 모듈이 제거되고 동일한 또는 상이한 다른 모듈로 교체할 수 있으며, 위의 선행 특허출원은 적어도 교체 가능한 모듈을 가능하게 하는 특징이 원용에 의해 본 명세서에 포함되는 한 원용에 의해 포함된다. 교체될 모듈에 대응하는 컬럼의 부분만이 제거 및 복귀 또는 교체될 모듈에 대해 배출된다(vented). 이는 툴을 개방하는 것은 가동 중지 시간을 증가시키기 때문에 자동화된 상호 교환 메커니즘보다 덜 바람직하지만, 동일한 빔 설정에서 장시간의 측정이 수행되어야 하는 경우에 이는 여전히 유리할 수 있다. 자동화된 상호 교환 디바이스가 제공되면 모듈의 교환은 몇 분 정도 걸릴 수 있는 반면에, 수동 교환은 몇 시간 정도 걸릴 수 있다. 검출기와 같은 전자-광학 구성 요소를 작동시키는 것은 모듈의 자동화된 상호 교환이나 수동 교환보다 빠를 수 있으며, 몇 초 정도 걸릴 수 있다. 검출기 모듈의 수직 위치는 또한 전자-광학 모듈에 관하여 설명된 바와 같이 자동화된 또는 수동으로 작동되는 배열체에 의해 상호 교환 가능할 수 있는 상호 교환 가능한 스페이서의 사용에 의해 제어될 수 있다. 상호 교환 가능한 스페이서는 교환 가능한 모듈에 통합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 평가 툴은 샘플의 정성적 평가 (예를 들어, 합격/불합격)를 수행하는, 샘플의 정량적 측정 (예를 들어, 피처의 크기)을 수행하는, 또는 샘플의 맵(map)의 이미지를 생성하는 툴일 수 있다. 평가 툴은 예는 검사 툴 및 계측 툴이다.
다음 조항은 본 발명의 예시적인 실시예이다:
조항 1: 하전 입자 평가 툴은, 복수의 하전 입자 빔을 샘플 상으로 투영시키도록 구성된 대물렌즈 -대물렌즈는 하전 입자 빔들의 각각이 샘플을 향하여 방출되는 복수의 빔 어퍼처를 규정하는 샘플-대향 표면을 가짐-; 및 빔 어퍼처들의 각각에 인접하며 샘플에서 방출된 하전 입자를 캡처하도록 구성된 복수의 캡처 전극을 포함한다.
조항 2: 조항 1에 따른 툴에서, 각 캡처 전극은 각각의 빔 어퍼처를 실질적으로 둘러싸도록 구성된다.
조항 3: 조항 1 또는 2에 따른 툴에서, 캡처 전극은 샘플-대향 표면을 실질적으로 채우도록 구성된다.
조항 4: 조항 1 또는 2에 따른 툴에서, 캡처 전극은 원형 외주 주변부를 갖는다.
조항 5: 조항 1 내지 4 중 어느 한 조항에 따른 툴은 대물렌즈의 샘플-대향 표면 상에 장착되고 위에 캡처 전극이 형성된 기판을 더 포함한다.
조항 6: 조항 5에 따른 툴은 기판에 형성된 제어 회로를 더 포함한다.
조항 7: 조항 6에 따른 툴에서, 제어 회로는, 증폭기, 예를 들어 트랜스-임피던스 증폭기; 아날로그-디지털 변환기; 데이터 멀티플렉서; 판독 게이트(read-out gate) 중 하나 이상을 포함한다.
조항 8: 조항 7에 따른 툴에서, 제어 회로는 각 캡처 전극에 대해 하나의 증폭기를 포함한다.
조항 9: 조항 5 내지 8 중 어느 한 조항에 따른 툴은 캡처 전극에 대한 기판의 다른 면에 제공된 전도성 트레이스를 더 포함한다.
조항 10: 조항 5 내지 9 중 어느 한 조항에 따른 툴은 기판을 통과하는 비아를 더 포함한다.
조항 11: 조항 5 내지 10 중 어느 한 조항에 따른 툴에서, 기판은 실리콘으로 형성된다.
조항 12: 조항 1 내지 11 중 어느 한 조항에 따른 툴에서, 캡처 전극은 CMOS 공정에 의하여 형성된다.
조항 13: 조항 1 내지 12 중 어느 한 조항에 따른 툴에서, 각 캡처 전극은 복수의 전극 요소를 포함한다.
조항 14: 평가 툴을 제조하는 방법은, 기판 상에 복수의 캡처 전극을 그리고 기판에 복수의 어퍼처를 형성하는 것; 및 하전 입자 빔이 어퍼처를 통해 방출될 수 있도록, 복수의 하전 입자 빔을 샘플 상으로 투영하도록 구성된 대물렌즈에 기판을 부착하는 것을 포함한다.
조항 15: 조항 14에 따른 방법에서, 어퍼처는 기판을 관통하여 에칭함으로써 형성된다.
조항 16: 검사 방법은, 복수의 하전 입자 빔을 복수의 빔 어퍼처를 통해 샘플로 방출하는 것; 및 빔 어퍼처들의 각각의 어퍼처에 인접하게 제공된 복수의 캡처 전극을 사용하여, 하전 입자 빔에 응답하여 샘플에 의해 방출된 하전 입자를 캡처하는 것을 포함한다.
조항 17: 다중-빔 전자-광학 시스템은 다중-빔 전자 광학 시스템의 다중-빔 경로 내의 마지막 전자-광학 요소 -마지막 전자-광학 요소는 각 어레이 요소가 다중-빔 경로 내의 적어도 하나의 전자 빔을 조작하도록 구성되는 다중-조작기 어레이를 포함함-; 및 다중-빔 빔 경로에 위치된 샘플로부터 방출된 전자를 검출하도록 구성되고 배향된 검출기를 포함하며; 여기서 검출기는 다중-조작기 어레이에 통합된 복수의 전극 및 각의 어레이 요소와 연관된 적어도 하나의 전극을 포함한다.
조항 18: 복수의 하전 입자 빔을 샘플 상으로 투영하도록 구성된 다중-하전 빔 투영 시스템용 마지막 전자-광학 요소는, 하전 입자 빔들의 각각이 샘플을 향하여 방출되는 복수의 빔 어퍼처를 규정하는 샘플-대향 표면을 갖는 대물렌즈; 및; 빔 어퍼처들의 각각에 인접하며 샘플에서 방출된 하전 입자를 캡처하도록 구성된 복수의 캡처 전극을 포함한다.
조항 19: 하전 입자 평가 툴은, 복수의 하전 입자 빔을 샘플 상으로 투영시키도록 구성된 대물렌즈 -대물렌즈는 하전 입자 빔들의 각각이 샘플을 향하여 전파될 수 있는 복수의 빔 어퍼처를 규정함-; 및 빔 어퍼처들의 각각에 인접하며 샘플에서 방출된 하전 입자를 캡처하도록 구성된 복수의 센서 유닛을 포함한다.
조항 20: 조항 19에 따른 툴에서, 각 센서 유닛은 각각의 빔 어퍼처를 실질적으로 둘러싸도록 구성된다.
조항 21: 조항 19 또는 20에 따른 툴에서, 센서 유닛들은 원형 외부 주변부를 갖는다.
조항 22: 조항 19 내지 21 중 어느 한 조항에 따른 툴은 대물렌즈의 하류-대향 표면에 제공되고 센서 유닛이 형성된 기판을 더 포함한다.
조항 23: 조항 22에 따른 툴에서, 센서 유닛은 샘플-대향 표면을 실질적으로 채우도록 구성된다.
조항 24: 조항 22 또는 23에 따른 툴에서, 센서 유닛은 캡처 전극이다.
조항 25: 조항 19 내지 24 중 어느 한 조항에 따른 툴은 대물렌즈의 상류-대향 표면에 제공되고 센서 유닛이 형성되는 기판을 더 포함하며, 바람직하게는 센서 유닛은 하류를 향하도록 구성된다.
조항 26: 조항 25에 따른 툴에서, 센서 유닛은 PIN 검출기와 신틸레이터로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
조항 27: 조항 22 내지 26 중 어느 한 조항에 따른 툴은 기판에 형성된 제어 회로를 더 포함한다.
조항 28: 조항 27에 따른 툴에서, 제어 회로는 증폭기, 예를 들어 트랜스-임피던스 증폭기; 아날로그-디지털 변환기; 데이터 멀티플렉서; 및 판독 게이트 중 하나 이상을 포함한다.
조항 29: 조항 28에 따른 툴에서, 제어 회로는 각 센서 유닛에 대해 하나의 증폭기를 포함한다.
조항 30: 조항 22 내지 29 중 어느 한 조항에 따른 툴은 센서 유닛에 대한 기판의 다른 측 상에 제공된 전도성 트레이스를 더 포함한다.
조항 31: 조항 22 내지 30 중 어느 한 조항에 따른 툴은 기판을 통과하는 비아를 더 포함한다.
조항 32: 조항 22 내지 31 중 어느 한 조항에 따른 툴에서, 기판은 실리콘으로 형성된다.
조항 33: 조항 19 내지 32 중 어느 한 조항에 따른 툴에서, 센서 유닛은 CMOS 공정에 의하여 형성된다.
조항 33: 조항 19 내지 33 중 어느 한 조항에 따른 툴에서, 각 센서 유닛은 복수의 센서 요소를 포함한다.
조항 33: 조항 19 내지 34 중 어느 한 조항에 따른 툴에서, 대물렌즈는 정전 렌즈이다.
조항 36: 조항 19 내지 35 중 어느 한 조항에 따른 툴은 전자 빔의 전파 방향에 평행한 방향으로 센서 유닛의 위치를 조정하도록 구성된 작동 시스템을 더 포함한다.
조항 37: 조항 19 내지 36 중 어느 한 조항에 따른 툴은 제1 센서 유닛 어레이; 제2 센서 유닛 어레이; 및 대물렌즈의 하류-대향 표면에 제1 및 제2 센서 유닛 어레이 중 하나를 선택적으로 위치시키도록 구성된 상호 교환 메커니즘을 더 포함하며, 여기서 제1 및 제2 센서 유닛 어레이는 각각의 어레이가 하류-대향 표면에 위치될 때, 제1 센서 유닛 어레이의 센서 유닛이 제2 센서 유닛 어레이의 센서 유닛과는 다른, 대물렌즈로부터의 거리에 위치되도록 구성된다.
조항 38: 하전 입자 평가 툴은, 대물렌즈에 규정된 복수의 빔 어퍼처를 통해 샘플 상으로 복수의 하전 입자 빔을 투영하도록 구성된 대물렌즈; 및 각각의 빔 어퍼처에 인접하며 샘플로부터 방출된 하전 입자를 캡처하도록 구성된 센서 유닛을 포함하는 센서 어레이를 포함하며; 여기서 센서 어레이는 하전 입자 빔의 빔 경로를 따른 위치들 사이에서 조정 가능하도록 구성된다.
조항 39: 조항 38에 따른 툴에서, 센서 어레이는 빔 경로를 따라 센서 어레이를 작동시킴으로써 조정 가능하도록 구성된다.
조항 40: 조항 39에 따른 툴은 빔 경로를 따라 센서 어레이를 작동시키도록 구성된 액추에이터를 더 포함한다.
조항 41: 하전 입자 평가 툴은, 대물렌즈에 규정된 복수의 빔 어퍼처를 통해 샘플 상으로 복수의 하전 입자 빔을 투영하도록 구성된 대물렌즈; 및 각각의 빔 어퍼처에 인접하며 샘플로부터 방출된 하전 입자를 캡처하도록 구성된 센서 유닛을 포함하는 센서 어레이를 포함하며; 여기서 센서 어레이는 하전 입자 빔의 빔 경로를 따라 작동 가능하도록 구성된다.
조항 42: 조항 36 내지 41 중 어느 한 조항에 따른 툴은 샘플 상의 전자 빔의 랜딩 에너지를 제어하도록 구성된 빔 에너지 제어 시스템을 더 포함한다.
조항 43: 조항 36 내지 42 중 어느 한 조항에 따른 툴은 대물렌즈 어레이의 상류에 있는 제어 렌즈를 더 포함한다.
조항 44: 조항 43에 따른 툴에서, 대물렌즈 어레이 및 제어 렌즈 어레이는 적어도, 작동 중에 대물렌즈가 하전 입자 빔을 샘플에 집속시키고 제어 렌즈가 빔 개방 각도 및/또는 축소를 조정하도록 구성된 전극을 포함한다.
조항 45: 다중-빔을 샘플을 향하게 하도록 구성된 다중-빔 하전 입자 광학 컬럼에서, 다중-빔은 소스로부터 하류에서 생성되며, 컬럼은 샘플에서 방출된 하전 입자를 캡처하도록 구성된 검출기를 포함하고, 여기에서 검출기는 빔 경로를 따라 작동 가능하다.
조항 46: 조항 45에 따른 다중-빔 하전 입자 광학 컬럼에서, 검출기는 센서 어레이를 포함하며, 각 센서는 다중-빔의 각각의 서브-빔에 할당된다.
조항 47: 조항 45 또는 46에 따른 다중-빔 하전 입자 광학 컬럼에서, 컬럼은 소스 빔으로부터 유도된 다수의 빔을 생성하도록 구성된 빔 제한 어퍼처 어레이를 포함한다.
조항 48: 조항 47에 따른 다중-빔 하전 입자 광학 컬럼에서, 검출기는 빔-제한 어퍼처 어레이의 하류에 있다.
조항 49: 조항 45 내지 48 중 어느 한 조항에 따른 다중-빔 하전 입자 광학 컬럼에서, 검출기는 대물렌즈를 포함하는 대물렌즈 조립체에 통합된다.
조항 50: 평가 툴을 제조하는 방법은, 기판 상에 복수의 센서 유닛을 그리고 기판에 복수의 어퍼처를 형성하는 것; 및 하전 입자 빔이 어퍼처를 통해 방출될 수 있도록, 복수의 하전 입자 빔을 샘플 상으로 투영하도록 구성된 대물렌즈에 기판을 부착하는 것을 포함한다.
조항 51: 조항 50에 따른 방법에서, 어퍼처는 기판을 관통하여 에칭함으로써 형성된다.
조항 52: 검사 방법은, 복수의 하전 입자 빔을 복수의 빔 어퍼처를 통해 샘플로 방출하는 것; 및 빔 어퍼처들의 각각의 어퍼처에 인접하게 제공된 복수의 센서 유닛을 사용하여, 하전 입자 빔에 응답하여 샘플에 의해 방출된 하전 입자를 캡처하는 것을 포함한다.
조항 53: 조항 52에 따른 방법은 하전 입자 빔의 경로를 따라 센서 유닛의 위치를 변화시키는 것을 더 포함한다.
조항 54: 다중-빔 전자 광학 시스템의 다중-빔 경로 내의 마지막 전자-광학 요소를 포함하는 다중-빔 전자-광학 시스템에서, 마지막 전자-광학 요소는 각 어레이 요소가 다중-빔 경로 내의 적어도 하나의 전자 빔을 조작하도록 구성된 다중-조작기 어레이; 및 다중-빔 빔 경로에 위치된 샘플로부터 방출된 전자를 검출하도록 구성되고 배향된 검출기를 포함하며, 여기서 검출기는 다중-조작기 어레이에 통합된 복수의 센서 유닛 및 각 어레이 요소와 연관된 적어도 하나의 센서 유닛을 포함한다.
조항 55: 복수의 하전 입자 빔을 샘플 상으로 투영하도록 구성된 다중-하전 빔 투영 시스템용 마지막 전자-광학 요소는, 하전 입자 빔들의 각각이 샘플을 향하여 전파될 수 있는 복수의 빔 어퍼처를 규정하는 샘플-대향 표면을 갖는 대물렌즈; 및; 빔 어퍼처들의 각각에 인접하며 샘플에서 방출된 하전 입자를 캡처하도록 구성된 복수의 센서 유닛을 포함한다.
위의 설명은 제한이 아니라 예시하도록 의도된다. 따라서, 아래에 제시된 청구범위의 범위를 벗어나지 않고 설명된 바와 같이 변형이 이루어질 수 있다는 것이 본 기술 분야의 숙련된 자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 하전 입자 평가 툴에 있어서,
    복수의 하전 입자 빔을 샘플 상으로 투영시키도록 구성된 대물렌즈 - 상기 대물렌즈는 상기 하전 입자 빔들의 각각이 상기 샘플을 향하여 전파될 수 있는 복수의 빔 어퍼처를 규정함 - ; 및
    상기 빔 어퍼처들의 각각을 실질적으로 둘러싸며 상기 샘플에서 방출된 하전 입자를 캡처하도록 구성된 복수의 센서 유닛을 포함하는 하전 입자 평가 툴.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서 유닛들은 원형 외부 주변부를 갖는 툴.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대물렌즈의 하류-대향 표면에 제공되며 위에 상기 센서 유닛이 형성되는 기판을 더 포함하는 툴.
  4. 제3항에 있어서, 상기 센서 유닛은 샘플-대향 표면을 실질적으로 채우도록 구성된 툴.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 센서 유닛은 전극을 캡처하는 툴.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대물렌즈의 상류-대향 표면에 제공되며 위에 상기 센서 유닛이 위에 형성되는 기판을 더 포함하며, 바람직하게는 상기 센서 유닛은 하류를 향하도록 구성된 툴.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 센서 유닛은 상기 대물렌즈에 통합된 툴.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판에 형성된 제어 회로를 더 포함하는 툴.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    ● 증폭기, 예를 들어 트랜스-임피던스 증폭기;
    ● 아날로그-디지털 변환기;
    ● 데이터 멀티플렉서;
    ● 판독 게이트(read-out gate) 중 하나 이상을 포함하는 툴.
  10. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판을 통과하는 비아(vias)를 더 포함하는 툴.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 각 센서 유닛은 복수의 센서 요소를 포함하는 툴.
  12. 제11항에 있어서, 복수의 센서 요소는 각 센서 유닛을 반경 방향으로 분할하는 툴.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 복수의 센서 요소는 각 센서 유닛을 각도적으로 분할하는 툴.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 어퍼처들은 육각형 어레이로 배열된 툴.
  15. 검사 방법에 있어서,
    복수의 하전 입자 빔을 복수의 빔 어퍼처를 통해 샘플에 방출하는 것; 및
    상기 빔 어퍼처들의 각각을 둘러싸는 복수의 센서 유닛을 사용하여 상기 하전 입자 빔에 응답하여, 상기 샘플에 의해 방출된 하전 입자를 캡처하는 것을 포함하는 검사 방법.
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