KR20230058636A - 하전 입자 시스템, 어퍼처 어레이, 하전 입자 툴 및 하전 입자 시스템 작동 방법 - Google Patents

Abstract

하전 입자 시스템(400)은 멀티 빔 경로 (406,408)를 따라 하전 입자 멀티 빔을 생성한다. 하전 입자 시스템은 어퍼처 어레이(430), 빔 제한 어레이(421), 및 집광 렌즈(410)로 구성된다. 어퍼처 어레이에는 업빔 하전 입자 소스(401)로부터 어퍼처 어레이의 다운빔 하전 입자 경로(406)를 생성하는 어퍼처(432)의 어레이가 있다. 빔 제한 어레이는 어퍼처 어레이의 다운빔이다. 빔 제한 어레이에는 하전 입자 멀티 빔 경로를 성형하기 위한 빔 제한 어퍼처(422)의 어레이가 정의되어 있다. 집광 렌즈 시스템은 어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이에 있다. 집광 렌즈 시스템은 어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이의 빔 경로(406)의 상이한 범위를 정의하는 상이한 회전 설정을 선택적으로 작동시킨다. 집광 렌즈 시스템의 각 회전 설정에서, 빔 제한 어레이의 각 빔 제한 어퍼처는 어퍼처 어레이의 다운빔 빔 경로에 놓인다.

Description

하전 입자 시스템, 어퍼처 어레이, 하전 입자 툴 및 하전 입자 시스템 작동 방법

본 출원은 2020년 9월 3일에 출원된 미국 출원 63/074,344 및 2020년 10월 8일에 출원된 EP 출원 20200743.1의 우선권을 주장하며, 그 전문은 본 명세서에 참조로 포함된다.

본 발명은 하전 입자 시스템, 어퍼처 어레이, 하전 입자 툴 및 하전 입자 시스템을 작동시키는 방법에 관한 것이다.

반도체 집적회로(integrated circuit: IC) 칩들을 제조할 때, 제조 프로세스들 중에 기판(즉, 웨이퍼) 또는 마스크 상에는 예를 들면, 광학적 효과들 및 우발적인 입자들의 결과로서 바람직하지 않은 패턴 결함들이 불가피하게 발생하여, 수율을 저하시킨다. 따라서 바람직하지 않은 패턴 결함들의 정도를 모니터링하는 것은 IC 칩들의 제조에 있어서 중요한 프로세스이다. 보다 일반적으로, 기판 또는 다른 물체/재료의 표면의 검사 및/또는 측정은 그 제조 중 및/또는 제조 후의 중요한 프로세스이다.

물체들을 검사하기 위해, 예를 들면 패턴 결함들을 검출하기 위해 하전 입자 빔에 의한 패턴 검사 툴들이 사용되고 있다. 이들 툴은 전형적으로 주사 전자 현미경(scanning electron microscope: SEM)과 같은 전자 현미경 기법들을 이용한다. SEM에서는, 상대적으로 높은 에너지의 전자들의 1차 전자 빔이 상대적으로 낮은 랜딩 에너지(landing energy)로 샘플에 랜딩하기 위해 최종 감속 단계로 타겟으로 지향된다. 전자 빔은 샘플 상에 프로빙 스팟(probing spot)으로서 집속된다. 프로빙 스팟에서의 재료 구조와 전자 빔으로부터의 랜딩 전자들 사이의 상호 작용은 2차 전자들, 후방 산란 전자들, 또는 오제 전자들(Auger electrons)과 같은 전자들을 표면으로부터 방출시킨다. 발생된 2차 전자들은 샘플의 재료 구조로부터 방출될 수 있다. 1차 전자 빔을 샘플 표면 위로 프로빙 스팟으로서 스캔함으로써, 2차 전자들이 샘플 표면을 가로질러 방출될 수 있다. 샘플 표면으로부터 이들 방출된 2차 전자를 수집함으로써, 패턴 검사 툴은 샘플 표면의 재료 구조의 특성을 나타내는 이미지를 얻을 수 있다.

하전 입자 빔의 다른 용도는 리소그래피이다. 하전 입자 빔은 기판 표면의 레지스트 층과 반응한다. 하전 입자 빔이 지향되는 레지스트 층 상의 위치들을 제어함으로써 레지스트 내에 원하는 패턴이 생성될 수 있다.

이러한 응용을 위한 도구의 성능을 개선하는 한 가지 방법은 하전 입자의 멀티 빔을 생성하는 하전 입자 툴을 사용하는 것이다. 하전 입자의 멀티 빔으로 샘플을 비추면 멀티 빔의 각 서브 빔이 효과적으로 병렬로 작동한다.

일반적으로, 멀티 빔의 서브 빔 사이의 피치(pitch)를 줄이고, 샘플에 부수적으로 입사되는 멀티 빔의 빔 밀도를 증가시키거나, 사용할 수 있는 서브 빔의 수를 증가시키는 기술을 개발하여 멀티 빔으로 샘플을 조명하는 하전 입자 툴의 성능 및/또는 처리량을 개선할 필요성이 있다.

본 발명의 실시예는 하전 입자 빔을 조작하기 위한 조작기 및 조작기의 배열을 포함하는 조작기 어레이에 관한 것이다. 조작기 또는 조작기 어레이는 멀티 빔 하전 입자 툴과 같은 하전 입자 툴에 사용하기 위한 것일 수 있다. 하전 입자 툴은 하나 이상의 하전 입자 빔을 생성, 조명, 투사 및/또는 검출하기 위한 툴일 수 있다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 하전 입자 멀티 빔 경로를 따라 하전 입자 멀티 빔을 생성하는 하전 입자 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 업빔(upbeam) 하전 입자 소스로부터 어퍼처 어레이의 다운빔(downbeam) 하전 입자 경로를 생성하도록 구성된 어퍼처의 어레이로 정의되는, 어퍼처 어레이; 어퍼처 어레이의 다운빔에 배열되고 하전 입자 멀티 빔 경로를 성형하기 위한 빔 제한 어퍼처의 어레이로 정의되는, 빔 제한 어레이; 및 어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이에 배치된 집광 렌즈 시스템(집광 렌즈 시스템은 다수의 회전 설정 중 하나에서 선택적으로 작동하도록 구성되고, 회전 설정의 수는 2개 이상이며, 각 회전 설정은 어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이의 빔 경로의 상이한 범위를 정의함)을 포함하고, 어퍼처 어레이의 어퍼처는 집광 렌즈 시스템의 각 회전 설정에서 빔 제한 어레이의 각 빔 제한 어퍼처가 어퍼처 어레이의 다운빔 하전 입자 빔 경로에 놓이도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 중심점 및 어퍼처의 패턴을 포함하는 어퍼처 어레이가 제공되며, 패턴은: 중심점을 중심으로 제1 회전 및 제1 배율의 템플릿 패턴 및 중심점을 중심으로 제2 회전 및 제2 배율의 템플릿 패턴의 중첩을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전술된 하전 입자 시스템 또는 전술된 어퍼처 어레이를 포함하는 하전 입자 시스템(하전 입자 시스템은 하전 입자 멀티 빔 경로를 따라 하전 입자 멀티 빔을 생성하도록 구성됨)을 포함하는 하전 입자 툴이 제공되며, 하전 입자 멀티 빔 경로를 따라 하전 입자 멀티 빔을 샘플로 향하도록 구성된 하전 입자 투영 시스템을 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 어퍼처의 어레이로 정의되는 어퍼처 어레이, 어퍼처 어레이의 다운빔에 배치되고 빔 제한 어퍼처의 어레이로 정의되는 빔 제한 어레이, 및 어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이에 배치되는 집광 렌즈 시스템을 포함하는 하전 입자 시스템 작동 방법이 제공되며, 방법은: 어퍼처 어레이의 어퍼처를 통해 하전 입자 빔을 통과시키는 단계; 2개 이상의 상이한 회전 설정(각 회전 설정은 어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이에 상이한 빔 경로를 정의함)에서 집광 렌즈 시스템을 작동시키는 단계; 및 각 회전 설정에 대해, 빔 제한 어레이의 각 빔 제한 어퍼처를 통해 어퍼처 어레이로부터 하전 입자를 지향시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 장점은 첨부된 도면과 함께 본 발명의 특정 실시예를 예시 및 실시예를 통해 설명하는 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 양태들은 첨부된 도면과 함께 실시되는 예시적인 실시예의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다:
도 1은 하전 입자 빔 검사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 하전 입자 빔 검사 장치의 일부를 형성할 수 있는 하전 입자 툴을 개략적으로 도시한다.
도 3은 소스 변환 유닛의 예시적인 구성을 예시하는 멀티 빔 툴을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하전 입자 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 하전 입자 빔에 대한 집광 렌즈 시스템의 효과를 개략적으로 도시한다.
도 6은 빔 제한 어퍼처의 예를 평면도로 개략적으로 도시한다.
도 7은 제로 회전 설정에서 작동하는 집광 렌즈 시스템과 함께 사용하기 위한 어퍼처 어레이의 예를 평면도로 개략적으로 도시한다.
도 8은 최적의 분해능을 달성하기 위해 집광 렌즈 시스템과 함께 사용하기 위한 어퍼처 어레이의 예를 평면도로 개략적으로 도시한다.
도 9a 내지 9d는 서로 다른 회전 설정에서 작동하는 집광 렌즈 시스템과 함께 사용하기 위한 어퍼처 어레이의 패턴을 형성하기 위해 중첩될 수 있는 패턴의 예를 개략적으로 도시한다.
도 9e는 본 발명의 실시예에 따른, 도 9a-d의 패턴의 중첩으로 형성된 패턴을 포함하는 어퍼처 어레이를 평면도에 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른, 상이한 회전 설정 및 배율 설정 범위에서 작동하는 집광 렌즈 시스템과 함께 사용하기 위한 어퍼처 어레이를 평면도로 개략적으로 도시한다.
도 11a 내지 11c는 도 10의 어퍼처 어레이의 패턴을 형성하기 위해 중첩될 수 있는 패턴을 개략적으로 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라, 상이한 회전 설정 및 배율 설정 범위에서 작동하는 9x9 빔 제한 어레이 및 집광 렌즈 시스템과 함께 사용하기 위한 어퍼처 어레이를 평면도로 개략적으로 도시한다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라, 상이한 회전 설정 및 배율 설정 범위에서 작동하는 육각형 빔 제한 어레이 및 집광 렌즈 시스템과 함께 사용하기 위한 어퍼처 어레이를 평면도에 개략적으로 도시한다.
도 14는 집광 렌즈 시스템의 다양한 작동 모드에 대한 프로브 전류에 대한 프로브 분해능의 의존성을 나타내는 그래프를 개략적으로 도시한다.

이제 예시적인 실시예들이 상세히 참조될 것이며, 그 예들이 첨부 도면들에 도시되어 있다. 이하의 설명은 달리 명시되지 않는 한 상이한 도면들에서 동일한 숫자들이 동일하거나 유사한 요소들을 나타내는 첨부 도면들을 참조한다. 예시적인 실시예들의 이하의 설명에 기재된 구현들은 본 발명에 따른 모든 구현들을 나타내는 것은 아니다. 오히려, 이들은 첨부된 청구범위에 기술되어 있는 본 발명과 관련된 양태들에 따른 장치들 및 방법들의 예들일 뿐이다.

IC 칩 상의 트랜지스터들, 커패시터들, 다이오드들 등과 같은 회로 컴포넌트들의 패킹 밀도를 크게 높임으로써 디바이스들의 물리적 크기의 축소 및 전자 디바이스들의 컴퓨팅 파워의 향상이 달성될 수 있다. 이는 더욱 더 작은 구조들을 제작할 수 있게 하는 분해능의 향상에 의해 가능해졌다. 예를 들어, 엄지손톱 크기인 2019년 이전에 이용 가능한 스마트폰 IC 칩은 20억 개가 넘는 트랜지스터를 포함할 수 있는데, 각 트랜지스터의 크기는 인간의 머리카락의 1/1000 미만이다. 그래서, 반도체 IC의 제조가 수백 개의 개별 단계를 갖는 복잡하고 시간 소모적인 프로세스라는 것은 놀라운 일이 아니다. 단 한 단계에서의 에러들도 최종 제품의 기능에 극적인 영향을 미칠 가능성이 있다. 단 하나의 "킬러 결함(killer defect)"도 디바이스의 고장을 일으킬 수 있다. 제조 프로세스의 목표는 프로세스의 전체 수율을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 50 단계의 프로세스(단계는 웨이퍼 상에 형성되는 층들의 개수를 나타낼 수 있음)에서 75%의 수율을 얻으려면, 각 개별 단계는 99.4%를 넘는 수율을 가져야 한다. 개별 단계가 95%의 수율을 가지면, 전체 프로세스의 수율은 7 내지 8%까지 낮아지게 된다.

IC 칩 제조 시설에서는 높은 프로세스 수율이 바람직하지만, 시간당 처리되는 기판의 개수로 정의되는 높은 기판(즉, 웨이퍼) 스루풋을 유지하는 것도 필수적이다. 높은 프로세스 수율과 높은 기판 스루풋은 결함의 존재에 의해 영향을 받을 수 있다. 이는 특히 결함들을 검토하기 위해 운영자의 개입이 필요한 경우에 그러하다. 따라서, 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: 'SEM')과 같은 검사 툴들에 의한 마이크로 및 나노 스케일 결함들의 높은 스루풋의 검출 및 식별은 높은 수율과 저비용을 유지하는 데 필수적이다.

SEM은 스캐닝 디바이스와 검출기 장치를 포함한다. 스캐닝 디바이스는 1차 전자들을 생성하기 위한 전자 소스를 포함하는 조명 시스템과, 1차 전자들의 하나 이상의 집속된 빔으로 기판과 같은 샘플을 스캐닝하기 위한 투영 시스템을 포함한다. 1차 전자는 샘플과 상호 작용하고 2차 전자 및/또는 후방 산란 전자와 같은 상호 작용 산물(interaction products)을 생성한다. SEM이 샘플의 스캔된 영역의 이미지를 생성할 수 있도록 샘플이 스캔됨에 따라 검출 시스템은 샘플로부터 2차 전자 및/또는 후방 산란 전자들을 캡처한다. 높은 스루풋의 검사를 위해, 검사 장치들 중 일부는 1차 전자들의 복수의 집속 빔, 즉 멀티 빔을 사용한다. 멀티 빔의 컴포넌트 빔들은 서브 빔(sub-beams) 또는 빔릿(beamlets)으로 지칭될 수 있다. 멀티 빔은 샘플의 상이한 부분들을 동시에 스캔할 수 있다. 따라서 멀티 빔 검사 장치는 단일 빔 검사 장치보다 훨씬 빠른 속도로 샘플을 검사할 수 있다.

멀티 빔 검사 장치에서, 1차 전자 빔들 중 일부의 경로들은 스캐닝 디바이스의 중심축, 즉 1차 전자 광축(본원에서는 하전 입자 축이라고도 함)의 중간점으로부터 멀어지게 변위된다. 모든 전자 빔들이 실질적으로 동일한 입사각으로 샘플 표면에 도달하도록 하기 위해, 중심축으로부터 보다 큰 반경방향 거리를 갖는 서브 빔 경로들은 중심축에 보다 가까운 경로들을 갖는 서브 빔 경로들보다 더 큰 각도로 이동하도록 조작되어야 한다. 이러한 보다 강력한 조작은 결과 이미지가 흐릿하고 초점이 맞지 않도록 하는 수차를 발생시킬 수 있다. 예를 들어 각 서브 빔 경로의 초점을 다른 초점면으로 가져오는 구면 수차(spherical aberrations)가 존재한다. 특히, 중심축에 있지 않은 서브 빔 경로의 경우, 서브 빔의 초점면 변화는 중심축으로부터의 반경 방향 변위와 함께 더욱 커진다. 이러한 수차 및 디포커스(de-focus) 효과는 이들이 검출될 때 타겟으로부터의 2차 전자와 결부된 상태로 남을 수 있으며, 예를 들어 타겟의 서브 빔에 의해 형성된 스팟의 모양과 크기가 영향을 받을 수 있다. 따라서 이러한 수차는 검사 중에 생성되는 이미지의 품질을 저하시킨다.

공지된 멀티 빔 검사 장치의 구현이 아래에서 설명된다.

도면들은 개략적이다. 따라서 도면들에서 컴포넌트들의 상대적 치수들은 명확성을 위해 과장되어 있다. 이하의 도면들의 설명 내에서, 동일하거나 유사한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 컴포넌트들 또는 개체들을 지칭하며, 개별 실시예들과 관련하여 차이점들만이 설명된다. 설명 및 도면들은 전자 광학 장치에 대한 것이지만, 실시예들이 본 발명을 특정 하전 입자들로 한정하는 데 사용되지는 않는다는 것이 이해된다. 따라서, 본 문서 전체에 걸쳐서 전자들에 대한 언급들은 보다 일반적으로는 하전 입자들에 대한 언급들로 여겨질 수 있으며, 하전 입자들은 반드시 전자들일 필요는 없다.

이제 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치(100)를 도시하는 개략도인 도 1이 참조된다. 도 1의 하전 입자 빔 검사 장치(100)는 메인 챔버(10), 로드 록(load lock) 챔버(20), 하전 입자 툴(40), 장비 프론트 엔드 모듈(equipment front end module: EFEM)(30), 및 컨트롤러(50)를 포함한다. 하전 입자 툴(40)는 메인 챔버(10) 내에 위치한다. 하전 입자 툴(40)은 전자 빔 툴(40)일 수 있다. 하전 입자 툴(40)은 단일 빔 툴 또는 멀티 빔 툴일 수 있다.

EFEM(30)은 제1 로딩 포트(30a)와 제2 로딩 포트(30b)를 포함한다. EFEM(30)은 추가 로딩 포트(들)를 포함할 수도 있다. 제1 로딩 포트(30a)와 제2 로딩 포트(30b)는 예를 들어, 기판들(예를 들면, 반도체 기판들 또는 다른 재료(들)로 제작된 기판들) 또는 검사 대상 샘플들(이하에서는 기판들, 웨이퍼들, 및 샘플들이 총칭적으로 "샘플들"로 지칭됨)을 포함하는 기판 FOUP(front opening unified pod: 전면 개방 통합 포드)를 수용일 수 있다. EFEM(30)의 하나 이상의 로봇 아암(도시되지 않음)이 샘플들을 로드 록 챔버(20)로 운반한다.

로드 록 챔버(20)는 샘플 주변의 가스를 제거하는 데 사용된다. 이는 주변 환경의 압력보다 낮은 국소 가스 압력인 진공을 발생시킨다. 로드 록 챔버(20)는 로드 록 챔버(20) 내의 가스 분자들을 제거하는 로드 록 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 로드 록 진공 펌프 시스템의 작동은 로드 록 챔버가 대기압보다 낮은 제1 압력에 도달하게 할 수 있다. 제1 압력에 도달하고 난 후에, 하나 이상의 로봇 아암(도시되지 않음)이 샘플을 로드 록 챔버(20)로부터 메인 챔버(10)로 운반한다. 메인 챔버(10)는 메인 챔버 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결된다. 메인 챔버 진공 펌프 시스템은 샘플 주변의 압력이 제1 압력보다 낮은 제2 압력에 도달하도록 메인 챔버(10) 내의 가스 분자들을 제거한다. 제2 압력에 도달한 후, 샘플은 전자 빔 툴로 이송되어 하전 입자 플러딩(flooding) 및/또는 검사를 포함할 수 있는 측정 대상이 될 수 있다. 하전 입자 툴(40)은 단일 빔 또는 멀티 빔 전자 광학 장치로 구성될 수 있다.

컨트롤러(50)는 하전 입자 빔 툴(40)에 전자식으로 연결된다. 컨트롤러(50)는 하전 입자 빔 검사 장치(100)를 제어하도록 구성된 (컴퓨터와 같은) 프로세서일 수 있다. 컨트롤러(50)는 다양한 신호 및 이미지 처리 기능들을 실행하도록 구성된 처리 회로도 포함할 수 있다. 컨트롤러(50)는 메인 챔버(10), 로드 록 챔버(20), 및 EFEM(30)을 포함하는 구조의 외부에 있는 것으로 도 1에 도시되어 있으나, 컨트롤러(50)는 상기 툴 또는 적어도 그 구조의 일부일 수도 있다는 것이 이해된다. 컨트롤러(50)는 하전 입자 빔 검사 장치(100)의 컴포넌트 요소들 중 하나에 위치될 수 있거나 컴포넌트 요소들 중 적어도 2개에 걸쳐 분산될 수 있다. 본 발명은 하전 입자 툴을 수용하는 메인 챔버(10)의 예들을 제공하지만, 본 발명의 양태들은 그 가장 넓은 의미에서 하전 입자 툴을 수용하는 챔버에 한정되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 대신, 전술한 원리들은 제2 압력 하에서 작동하는 장치의 다른 툴들 및 다른 구성들에도 적용될 수 있다는 것이 이해된다.

이제 도 2를 참조하면, 도 2는 예시적인 하전 입자 툴(40)을 도시하는 개략도이다. 하전 입자 툴(40)은 도 1의 하전 입자 빔 검사 장치(100)의 일부를 형성할 수 있다. 하전 입자 툴(40)은 하전 입자 검사 툴(200)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하전 입자 검사 툴(200)은 멀티 빔 검사 툴(200)일 수 있다. 또는, 하전 입자 검사 툴(200)은 단일 빔 검사 툴일 수 있다. 하전 입자 검사 툴(200)은 전자 소스(201), 건 어퍼처 플레이트(271), 집광 렌즈(210), 선택적으로 소스 변환 유닛(220), 1차 투영 시스템(230), 전동 스테이지(209) 및 샘플 홀더(207)를 포함한다. 전자 소스(201), 건 어퍼처 플레이트(271), 집광 렌즈(210) 및 선택적으로 소스 변환 유닛(220)은 하전 입자 검사 툴(200)에 의해 구성된 조명 시스템의 구성요소이다. 샘플 홀더(207)는 예를 들어 측정, 검사 또는 하전 입자 플러딩을 위해 샘플(208, 예를 들어 기판 또는 마스크)을 고정하고 선택적으로 배치할 수 있도록 전동 스테이지(209)에 의해 지지된다. 1차 투영 시스템(230)은 대물 렌즈(231) 및 선택적으로 (조명 시스템의 일부가 아닌 경우) 소스 변환 유닛(220)을 포함할 수 있다. 1차 투영 시스템과 조명 시스템을 함께 1차 컬럼 또는 1차 전자 광학 시스템으로 지칭할 수 있다. 빔 분리기(233) 및 편향 스캐닝 유닛(232)은 1차 투영 시스템(230) 내부에 위치할 수 있다. 하전 입자 검사 툴(200)은 2차 투영 시스템(250) 및 연관된 전자 검출 장치(240)를 더 포함할 수 있다(이들은 함께 검출 컬럼 또는 검출 시스템을 형성할 수 있음). 전자 검출 장치(240)는 복수의 검출 요소(241, 242, 및 243)를 포함할 수 있다. 빔 분리기는 검출을 위해 샘플에서 생성된 전자를 2차 컬럼으로 향하게 한다. 다른 검출기 배열은 예를 들어 대물 렌즈(231) 또는 소스 변환 유닛(220)과 관련된 1차 컬럼에 존재할 수 있다.

1차 빔을 생성하는 데 사용되는 구성 요소는 하전 입자 검사 툴(200)의 1차 전자 광축과 정렬될 수 있다. 이러한 구성 요소에는 전자 소스(201), 건 어퍼처 플레이트(271), 집광 렌즈(210), 소스 변환 유닛(220), 빔 분리기(233), 편향 스캐닝 장치(232) 및 1차 투영 장치(230)가 포함될 수 있다. 2차 투영 시스템(250) 및 그와 관련된 전자 검출 장치(240)는 하전 입자 검사 툴(200)의 2차 전자 광축(251)과 정렬될 수 있다.

1차 전자 광축(204)은 조명 시스템인 하전 입자 검사 툴(200) 부분의 전자 광축에 의해 구성된다. 2차 전자 광축(251)은 검출 시스템(또는 검출 컬럼)인 하전 입자 검사 툴(200) 부분의 전자 광축이다. 1차 전자 광축(204)은 참조의 용이성을 돕기 위해 본 명세서에서 1차 광축 또는 하전 입자 광축으로 지칭될 수도 있다. 2차 전자 광축(251)은 또한 본 명세서에서 2차 광축 또는 제2 하전 입자 광축으로 지칭될 수도 있다.

전자 소스(201)는 캐소드(도시되지 않음) 및 추출기 또는 애노드(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 작동 중에, 전자 소스(201)는 캐소드로부터 1차 전자들로서 전자들을 방출하도록 구성된다. 1차 전자들은 추출기 및/또는 애노드에 의해 추출되거나 가속되어 1차 빔 크로스오버(가상 또는 실제)(203)를 형성하는 1차 전자 빔(202)을 형성한다. 1차 전자 빔(202)은 1차 빔 크로스오버(203)로부터 방출되는 것으로 시각화될 수 있다.

형성된 1차 전자 빔(202)은 단일 빔일 수 있고, 단일 빔으로부터 멀티 빔이 생성될 수 있다. 따라서 빔 경로를 따라 상이한 위치에서, 1차 전자 빔(202)은 단일 빔 또는 멀티 빔일 수 있다. 샘플에 도달하는 시점, 바람직하게는 투영 시스템에 도달하기 전에, 1차 전자 빔(202)은 멀티 빔일 수 있다. 이러한 멀티 빔은 다수의 다양한 방식으로 1차 전자 빔으로부터 발생될 수 있다. 예를 들어, 멀티 빔은 크로스오버(203) 앞에 위치된 멀티 빔 어레이, 소스 변환 유닛(220)에 위치된 멀티 빔 어레이, 또는 이들 위치 사이의 임의의 지점에 위치된 멀티 빔 어레이에 의해 발생될 수 있다. 멀티 빔 어레이는 빔 경로를 가로질러 어레이로 배치된 복수의 전자 빔 조작 요소를 포함할 수 있다. 각 조작 요소는 서브 빔을 발생시키도록 1차 전자 빔의 적어도 부분에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 멀티 빔 어레이는 입사 1차 빔 경로와 상호 작용하여 멀티 빔 어레이의 다운빔(down-beam)의 멀티 빔 경로를 생성한다. 멀티 빔 어레이와 1차 빔의 상호 작용은 하나 이상의 어퍼처 어레이, 예를 들어 서브 빔 당 개별 편향기, 렌즈, 스티그메이터 및 서브 빔 당 (수차) 보정기를 포함할 수 있다.

건 어퍼처 플레이트(271)는 작동 시 쿨롱 효과를 저감하기 위해 1차 전자 빔(202)의 주변 전자들을 차단하도록 구성된다. 쿨롱 효과는 1차 서브 빔(211, 212, 및 213)의 프로브 스팟(221, 222, 및 223) 각각의 크기를 확대하며, 그에 따라 검사 분해능을 저하시킬 수 있다. 건 어퍼처 플레이트(271)는 또한 소스 변환 유닛(220) 이전에도 1차 서브 빔(도시되지 않음)을 생성하기 위한 다중 개구부를 포함할 수 있고, 쿨롱 어퍼처 어레이(coulomb aperture array)로 지칭될 수 있다.

집광 렌즈(210)는 1차 전자 빔(202)을 포커싱(또는 시준)하도록 구성된다. 일 실시예에서, 집광 렌즈(210)는 1차 전자 빔(202)을 포커싱(또는 시준)하여 실질적으로 평행한 빔이 되고 소스 변환 유닛(220)에 실질적으로 수직으로 입사하도록 설계될 수 있다. 집광 렌즈(210)는 주 평면의 위치가 이동 가능하도록 구성될 수 있는 이동식 집광 렌즈일 수 있다. 실시예에서, 이동식 집광 렌즈는 예를 들어 광축(204)을 따라 물리적으로 이동하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 이동식 집광 렌즈는 집광 렌즈의 기본 평면이 개별 전기 광학 요소의 강도 변화에 따라 움직이는 둘 이상의 전기 광학 요소(렌즈)로 구성될 수 있다. (이동식) 집광 렌즈는 자기, 정전기 또는 자기 및 정전기 렌즈의 조합으로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 집광 렌즈(210)는 회전 방지 집광 렌즈일 수 있다. 회전 방지 집광 렌즈는 집광 렌즈(210)의 집광력(collimating power)이 변경되거나 집광 렌즈의 주 평면이 움직일 때 회전 각도가 변하지 않도록 구성될 수 있다.

소스 변환 유닛(220)의 일 실시예에서, 소스 변환 유닛(220)은 이미지 형성 요소 어레이, 수차 보상기 어레이, 빔 제한 어퍼처 어레이 및 사전 굽힘(pre-bending) 마이크로 편향기 어레이를 포함할 수 있다. 사전 굽힘 마이크로 편향기 어레이는 예를 들어 선택적일 수 있고, 집광 렌즈가 쿨롱 어퍼처 어레이에서 발생하는 1차 전자 빔(202)의 복수의 1차 서브 빔(211, 212, 213)의 경로가 예를 들어 빔 제한 어레이, 이미지 형성 요소 어레이 및/또는 수차 보상기 어레이로 실질적으로 수직으로 입사하는 것을 보장하지 않는 실시예에 존재할 수 있다. 이 실시예에서, 이미지 형성 요소 어레이는 멀티 빔 경로의 복수의 서브 빔, 즉 1차 서브 빔(211, 212, 및 213)을 발생시키는 멀티 빔 어레이로 기능할 수 있다. 이미지 형성 요소 어레이는 예를 들어 1차 전자 빔(202)의 복수의 1차 서브 빔(211, 212, 및 213)에 영향을 주고 1차 빔 크로스오버(203)의 복수의 평행 이미지(가상 또는 실제) - 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213) 각각에 하나씩 - 를 형성하기 위해 마이크로 편향기들 또는 마이크로렌즈들(또는 양자의 조합)과 같은 복수의 전자 빔 조작기를 포함할 수 있다. 수차 보상기 어레이는, 예를 들어 필드 곡률 보상기 어레이(도시되지 않음) 및 비점수차 보상기 어레이(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 필드 곡률 보상기 어레이는, 예를 들어 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213)의 필드 곡률 수차들을 보상하기 위해 복수의 마이크로렌즈를 포함할 수 있다. 비점수차 보상기 어레이는 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213)의 비점수차들을 보상하기 위해 복수의 마이크로 스티그메이터(micro-stigmator) 또는 다중극 전극을 포함할 수 있다. 빔 제한 어퍼처 어레이는 개별 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213)의 직경들을 제한 또는 정의하도록 구성될 수 있다. 도 2는 예로서 3개의 1차 서브 빔(211, 212, 및 213)을 도시하고 있는데, 소스 변환 유닛(220)은 임의의 개수의 1차 서브 빔을 형성하도록 구성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 컨트롤러(50)는 소스 변환 유닛(220), 전자 검출 디바이스(240), 1차 투영 시스템(230), 또는 전동 스테이지(209)와 같은 도 1의 하전 입자 빔 검사 장치(100)의 다양한 부분에 연결될 수 있다. 아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 컨트롤러(50)는 다양한 이미지 및 신호 처리 기능들을 수행할 수 있다. 컨트롤러(50)는 하전 입자 멀티 빔 장치를 포함하여 하전 입자 빔 검사 장치의 작동을 관제하기 위해 다양한 제어 신호들도 발생시킬 수 있다.

집광 렌즈(210)는 집광 렌즈(210)의 집속력(시준력)을 변화시킴으로써 소스 변환 유닛(220)의 다운빔의 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213)의 전류를 조정하도록 또한 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213)의 전류들은 개별 1차 서브 빔들에 대응하는 빔 제한 어레이 내의 빔 제한 어퍼처들의 반경 방향 크기들을 변경함으로써 변경될 수도 있다. 집광 렌즈가 움직일 수 있고 자성인 경우, 회전 각도로 소스 변환 유닛(220)을 비추는 축외 서브 빔(212 및 213)이 발생할 수 있다. 회전 각도는 초점력 또는 이동식 집광 렌즈의 제1 주 평면의 위치에 따라 변경된다. 회전 방지 집광 렌즈인 집광 렌즈(210)는 집광 렌즈(210)의 초점력이 변경되는 동안 회전 각도가 변경되지 않도록 구성될 수 있다. 이러한 이동식 집광 렌즈(210)는 집광 렌즈(210)의 초점력과 제1 주 평면의 위치가 변경될 때 회전 각도가 변경되지 않도록 구성될 수 있다.

대물 렌즈(231)는 검사를 위한 샘플(208) 상에 서브 빔들(211, 212, 및 213)을 집속시키도록 구성될 수 있으며, 샘플(208)의 표면 상에 3개의 프로브 스팟(221, 222, 및 223)을 형성할 수 있다.

빔 분리기(233)는 예를 들어, 정전 쌍극자장(electrostatic dipole field) 및 자기 쌍극자장(magnetic dipole field)(도 2에는 도시되지 않음)을 생성하는 정전기 편향기를 포함하는 빈 필터(Wien filter)일 수 있다. 작동 중에, 빔 분리기(233)는 정전 쌍극자장에 의해 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213)의 개별 전자들에 정전력을 가하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 정전력은 빔 분리기(233)의 자기 쌍극자장에 의해 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213)의 개별 1차 전자들에 가해지는 자력과 크기는 같지만 방향은 반대이다. 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213)은 따라서 적어도 실질적으로 0도의 편향각으로 빔 분리기(233)를 적어도 실질적으로 직선으로 통과할 수 있다. 자기력의 방향은 전자의 운동 방향에 의존하지만 정전기력의 방향은 전자의 운동 방향에 의존하지 않는다. 따라서 2차 전자와 후방 산란 전자는 일반적으로 1차 전자에 비해 반대 방향으로 움직이기 때문에, 2차 전자와 후방 산란 전자에 가해지는 자기력은 더 이상 정전기력을 상쇄하지 못하고 결과적으로 빔 분리기(233)를 통해 이동하는 2차 전자 및 후방 산란 전자는 광축(204)으로부터 멀리 편향될 것이다.

편향 스캐닝 유닛(232)은 작동 중에 샘플(208) 표면의 섹션 내의 개별 스캐닝 영역들에 걸쳐 프로브 스팟들(221, 222, 및 223)을 스캔하기 위해 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213)의 경로를 편향시키도록 구성된다. 샘플(208) 상에의 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213) 또는 프로브 스팟들(221, 222, 및 223)의 입사에 응답하여, 2차 전자들과 후방 산란 전자들을 포함하는 전자들이 샘플(208)로부터 발생된다. 2차 전자들은 3개의 2차 전자 빔(261, 262, 및 263)으로 전파된다. 2차 전자 빔들(261, 262, 및 263)은 전형적으로 (전자 에너지 ≤ 50 eV를 갖는) 2차 전자들을 가지며 (50 eV와 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213)의 랜딩 에너지 사이의 전자 에너지를 갖는) 후방 산란 전자들 중 적어도 일부를 또한 가질 수 있다. 빔 분리기(233)는 2차 전자 빔들(261, 262, 및 263)의 경로를 2차 투영 시스템(250) 쪽으로 편향시키도록 배치된다. 2차 투영 시스템(250)은 후속적으로 2차 전자 빔들(261, 262, 및 263)의 경로를 전자 검출 디바이스(240)의 복수의 검출 구역(241, 242, 및 243)에 집속시킨다. 검출 구역들은 예를 들어 대응하는 2차 전자 빔들(261, 262, 및 263)을 검출하도록 배치된 개별 검출 요소들(241, 242, 및 243)일 수 있다. 검출 구역들은 예를 들면, 샘플(208)의 대응하는 스캔된 영역들의 이미지들을 구성하기 위해 컨트롤러(50) 또는 신호 처리 시스템(도시되지 않음)으로 송신되는 대응하는 신호들을 발생시킬 수 있다.

검출 요소들(241, 242, 및 243)은 대응하는 2차 전자 빔들(261, 262, 및 263)을 검출할 수 있다. 검출 요소들(241, 242, 및 243)에의 2차 전자 빔들의 입사 시에, 이들 요소는 대응하는 강도의 신호 출력들(도시되지 않음)을 발생시킬 수 있다. 출력들은 이미지 처리 시스템(예를 들면, 컨트롤러(50))으로 지향될 수 있다. 각 검출 요소(241, 242, 및 243)는 하나 이상의 픽셀을 포함할 수 있다. 검출 요소의 강도 신호 출력은 검출 요소 내의 모든 픽셀들에 의해 발생된 신호들의 합일 수 있다.

컨트롤러(50)는 이미지 획득기(도시되지 않음) 및 스토리지 디바이스(도시되지 않음)를 포함하는 이미지 처리 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 프로세서, 컴퓨터, 서버, 메인프레임 호스트, 터미널, 퍼스널 컴퓨터(PC), 임의의 종류의 모바일 컴퓨팅 디바이스들 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 스토리지 매체, IR, 블루투스, 인터넷, 무선 네트워크, 무선 라디오 등, 또는 이들의 조합과 같은, 신호 통신을 가능케 하는 장치(40)의 전자 검출 디바이스(240)에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 이미지 획득기는 전자 검출 디바이스(240)로부터 신호를 수신하고, 신호에 포함된 데이터를 처리하여, 그로부터 이미지를 구성할 수 있다. 이미지 획득기는 그래서 샘플(208)의 이미지들을 획득할 수 있다. 이미지 획득기는 윤곽들의 생성, 획득된 이미지 상에의 표시자들의 중첩 등과 같은 다양한 후처리 기능들도 수행할 수 있다. 이미지 획득기는 획득된 이미지들의 밝기 및 콘트라스트 등의 조정을 수행하도록 구성될 수 있다. 스토리지는 하드 디스크, 플래시 드라이브, 클라우드 스토리지, RAM(Random Access Memory), 다른 유형의 컴퓨터 가독 메모리 등과 같은 스토리지 매체일 수 있다. 스토리지는 이미지 획득기와 결합될 수 있으며, 스캔된 미가공 이미지 데이터(raw image data)를 원본 이미지들로 및 후처리 이미지들을 저장하는 데 사용될 수 있다.

이미지 획득기는 전자 검출 디바이스(240)로부터 수신된 이미징 신호에 기초하여 샘플의 하나 이상의 이미지를 획득할 수 있다. 이미징 신호는 하전 입자 이미징을 수행하기 위한 스캐닝 동작에 대응할 수 있다. 획득된 이미지는 복수의 이미징 영역을 포함하는 단일 이미지일 수 있다. 단일 이미지는 스토리지에 저장될 수 있다. 단일 이미지는 복수의 구역으로 분할될 수 있는 원본 이미지일 수 있다. 구역들 각각은 샘플(208)의 피처를 포함하는 하나의 이미징 영역을 포함할 수 있다. 획득된 이미지들은 어느 기간에 걸쳐 복수 회 샘플링된 샘플(208)의 단일 이미징 영역의 복수의 이미지를 포함할 수 있다. 복수의 이미지는 스토리지에 저장될 수 있다. 컨트롤러(50)는 샘플(208)의 동일한 위치의 복수의 이미지로 이미지 처리 단계들을 수행하도록 구성될 수 있다.

컨트롤러(50)는 검출된 2차 전자들의 분포를 획득하기 위한 측정 회로(예를 들면, 아날로그-디지털 변환기)를 포함할 수 있다. 검출 시간 윈도우 중에 수집된 전자 분포 데이터는, 샘플 표면에 입사하는 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213) 각각의 대응하는 스캔 경로 데이터와 함께, 검사 중인 샘플 구조들의 이미지들을 재구성하는 데 사용될 수 있다. 재구성된 이미지들은 샘플(208)의 내부 또는 외부 구조들의 다양한 피처들을 드러내는 데 사용될 수 있다. 재구성된 이미지들은 그에 따라 샘플에 존재할 수 있는 임의의 결함들을 드러내는 데 사용될 수 있다.

컨트롤러(50)는 예를 들어 샘플(208)의 검사 중, 이전 또는 이후에 샘플(208)을 이동시키기 위해 전동 스테이지(209)를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(50)는 전동 스테이지(209)가 적어도 샘플 검사 중에, 예를 들면 일정한 속도로, 예를 들어 연속적으로 샘플(208)을 소정 방향으로 이동시키도록 할 수 있다. 컨트롤러(50)는 예를 들어 다양한 파라미터들에 따라 샘플(208)의 이동 속도를 변경하도록 전동 스테이지(209)의 이동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 스캐닝 프로세스의 검사 단계들의 특성에 따라 스테이지 속도(그 방향을 포함함)를 제어할 수 있다.

도 2에는 하전 입자 검사 툴(200)이 3개의 1차 전자 서브 빔을 사용하는 것으로 도시되어 있지만, 하전 입자 검사 툴(200)은 2개 이상의 1차 전자 서브 빔, 예를 들어 9, 49, 121, 1000개 이상, 10,000개 이상 및 100,000개 이상을 사용할 수 있음이 이해될 것이다. 본 발명은 하전 입자 검사 툴(200)에 사용되는 1차 전자 빔의 수를 제한하지 않는다. 하전 입자 검사 툴(200)은 또한 단일 하전 입자 빔을 사용하는 단일 빔 검사 툴(200)일 수도 있다.

이제 도 1의 예시적인 하전 입자 빔 검사 툴(20)의 소스 변환 유닛(220)의 예시적인 구성을 도시하는 예시적인 멀티 빔 툴(300)의 개략도인 도 3이 참조된다. 멀티 빔 툴(300)은 전자 소스(301), 사전 서브 빔 형성 어퍼처 어레이(372)(쿨롱 어퍼처 어레이(372)라고도 지칭함), (도 2의 집광 렌즈(210)와 유사한) 집광 렌즈(310), (도 2의 소스 변환 유닛(220)과 유사한) 소스 변환 유닛(320), (도 2의 대물 렌즈(231)와 유사한) 대물 렌즈(331), 및 (도 2의 샘플(208)과 유사한) 샘플(308)을 포함할 수 있다. 전자 소스(301), 쿨롱 어퍼처 어레이(372), 집광 렌즈(310)는 툴(300)에 의해 구성되는 조명 장치의 컴포넌트들일 수 있다. 소스 변환 유닛(320), 대물 렌즈(331)는 툴(300)에 의해 구성되는 투영 장치의 컴포넌트들일 수 있다. 소스 변환 유닛(320)은, 도 2의 이미지 형성 요소 어레이가 이미지 형성 요소 어레이(322)이고 도 2의 수차 보상기 어레이가 수차 보상기 어레이(324)이며 도 2의 빔 제한 어퍼처 어레이가 빔 제한 어퍼처 어레이(321)이고 도 2의 사전 굽힘 마이크로 편향기 어레이가 사전 굽힘 마이크로 편향기 어레이(323)인 도 2의 소스 변환 유닛(220)과 유사할 수 있다. 전자 소스(301), 쿨롱 어퍼처 어레이(372), 집광 렌즈(310), 소스 변환 유닛(320), 및 대물 렌즈(331)는 장치의 1차 전자 광축(304)과 정렬된다. 전자 소스(301)는 대체로 1차 전자 광축(304)을 따라서 소스 크로스오버(가상 또는 실제)(301S)를 가지면서 1차 전자 빔(302)을 발생시킨다. 쿨롱 어퍼처 어레이(372)는 1차 전자 빔(302)의 주변 전자들을 차단하여 결과적으로 발생되는 쿨롱 효과를 저감시킨다. 쿨롱 효과는 서로 다른 서브 빔 경로에서 전자 간의 상호 작용으로 인해 서브 빔에 수차가 발생하는 원인이다. 1차 전자 빔(302)은 사전 서브 빔 형성 메커니즘의 쿨롱 어퍼처 어레이(372)에 의해, 3개의 서브 빔(311, 312, 및 313)과 같이, 지정된 개수의 서브 빔으로 트리밍될 수 있다. 이전 및 이하의 설명에서는 3개의 서브 빔과 그 경로들이 언급되지만, 설명은 임의의 개수의 서브 빔을 갖는 장치, 툴, 또는 시스템을 적용하는 것을 의도하고 있음을 이해해야 한다.

소스 변환 유닛(320)은 1차 전자 빔(302)의 서브 빔들(311, 312, 및 313)의 외부 치수를 제한하도록 구성된 빔 제한 어퍼처들을 갖는 빔릿 제한 어퍼처 어레이(321)를 포함할 수 있다. 소스 변환 유닛(320)은 이미지 형성 마이크로 편향기들(322_1, 322_2, 및 322_3)을 갖는 이미지 형성 요소 어레이(322)를 또한 포함할 수 있다. 각 서브 빔의 경로와 연관된 각각의 마이크로 편향기가 있다. 마이크로 편향기들(322_1, 322_2, 및 322_3)은 서브 빔들(311, 312, 및 313)의 경로들을 전자 광축(304) 쪽으로 편향시키도록 구성된다. 편향된 서브 빔들(311, 312, 및 313)은 소스 크로스오버(301S)의 가상 이미지들(도시되지 않음)을 형성한다. 이러한 가상 이미지들은 대물 렌즈(331)에 의해 샘플(308) 상에 투영되어 그 위에 3개의 프로브 스팟(391, 392, 및 393)인 프로브 스팟들을 형성한다. 각 프로브 스팟은 샘플 표면 상의 서브 빔 경로의 입사 위치에 대응한다. 소스 변환 유닛(320)은 서브 빔들 각각에 존재할 수 있는 수차들을 보상하도록 구성된 수차 보상기 어레이(324)를 더 포함할 수 있다. 각 서브 빔의 수차는 샘플 표면을 형성하는 프로브 스팟(391, 392 및 393)에 존재할 수 있다. 수차 보상기 어레이(324)는 예를 들어 마이크로렌즈들을 갖는 필드 곡률 보상기 어레이(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 즉, 수차 보상기 어레이(324)는 마이크로렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 필드 곡률 보상기와 마이크로렌즈들은 예를 들어 프로브 스팟들(391, 392 및 393)에서 분명하게 나타난 개별 서브 빔들의 필드 곡률 수차들을 보상하도록 구성된다. 수차 보상기 어레이(324)는 마이크로 스티그메이터들을 갖는 비점수차 보상기 어레이(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 즉, 수차 보상기 어레이(324)는 마이크로 스티그메이터 어레이를 포함할 수 있다. 마이크로 스티그메이터들은, 예를 들어 보상하지 않을 경우 프로브 스팟들(391, 392, 및 393)에 존재하는 비점수차들을 보상하도록 서브 빔에 작용하도록 제어된다.

소스 변환 유닛(320)은 서브 빔들(311, 312, 및 313)을 각각 구부리기 위해 사전 굽힘 마이크로 편향기들(323_1, 323_2, 및 323_3)을 갖는 사전 굽힘 마이크로 편향기 어레이(323)를 더 포함할 수 있다. 사전 굽힘 마이크로 편향기들(323_1, 323_2, 및 323_3)은 서브 빔들의 경로를 빔릿 제한 어퍼처 어레이(321) 상으로 굽힐 수 있다. 일 실시예에서, 사전 굽힘 마이크로 편향기 어레이(323)는 빔릿 제한 어퍼처 어레이(321) 상의 평면의 직교를 향하여 서브 빔의 서브 빔 경로를 굽히도록 구성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 집광 렌즈(310)는 빔릿 제한 어퍼처 어레이(321) 상으로의 서브 빔의 경로 방향을 조정할 수 있다. 집광 렌즈(310)는 예를 들어 3개의 서브 빔(311, 312, 313)을 집속(시준)하여 1차 전자-광축(304)을 따라 실질적으로 평행한 빔이 되도록 하여, 3개의 서브 빔(311, 312, 313)이 빔릿 제한 어퍼처 어레이(321)에 대응할 수 있는 소스 변환 유닛(320)에 실질적으로 수직으로 입사하도록 할 수 있다. 그러한 대안적인 실시예에서 사전 굽힘 마이크로 편향기 어레이(323)는 필요하지 않을 수 있다.

이미지 형성 요소 어레이(322), 수차 보상기 어레이(324), 및 사전 굽힘 마이크로 편향기 어레이(323)는 서브 빔 조작 디바이스들의 복수의 층을 포함할 수 있는데, 그 중 일부는 예를 들면, 마이크로 편향기들, 마이크로렌즈들, 또는 마이크로 스티그메이터들의 형태 또는 어레이일 수 있다.

이 실시예의 소스 변환 유닛(320)에서, 1차 전자 빔(302)의 서브 빔들(311, 312, 및 313)의 경로는 각각 이미지 형성 요소 어레이(322)의 마이크로 편향기들(322_1, 322_2, 및 322_3)에 의해 1차 전자 광축(304) 쪽으로 편향된다. 서브 빔(311)의 경로는 마이크로 편향기(322_1)에 도달하기 전에 이미 전자 광축(304)에 대응할 수 있으며, 따라서 서브 빔(311)의 경로는 마이크로 편향기(322_1)에 의해 편향되지 않을 수 있음을 이해해야 한다.

대물 렌즈(331)는 서브 빔들을 샘플(308)의 표면 상에 집속시킨다, 즉 3개의 가상 이미지를 샘플 표면 상에 투영한다. 3개의 서브 빔(311 내지 313)에 의해 샘플 표면 상에 형성되는 3개의 이미지는 샘플 표면 상에 3개의 프로브 스팟(391, 392, 및 393)을 형성한다. 일 실시예에서, 서브 빔(311 내지 313)의 편향 각도는 대물 렌즈(331)의 전면 초점을 통과하거나 이에 접근하여 3개의 프로브 스팟(391 내지 393)의 축외 수차를 감소시키거나 제한하도록 조정된다.

도 3에 도시된 하전 입자 검사 툴(300)의 실시예에서, 2차 전자의 빔 경로, 빔 분리기[Wien 필터(233)와 유사], 2차 투영 광학기[도 2의 2차 투영 광학기(250)와 유사] 및 전자 검출 장치[전자 검출 장치(240)와 유사]는 명료함을 위해 생략되었다. 그러나 2차 전자 또는 후방 산란 전자를 사용하여 샘플 표면의 이미지를 기록하고 생성하기 위해 유사한 빔 분리기, 2차 투영 광학기 및 전자 검출 장치가 도 3의 실시예에 존재할 수 있음이 명확할 것이다.

도 2와 도 3의 전술한 구성요소들 중 적어도 일부는, 하전 입자들의 하나 이상의 빔 또는 서브 빔의 경로를 조작하기 때문에 개별적으로 또는 서로 조합하여 조작기 어레이 또는 조작기로 지칭될 수 있다.

전술한 멀티 빔 툴은 하전 입자의 단일 소스로 구성된다. 멀티 빔 툴은 조명 장치와 투영 장치를 포함한다. 조명 장치는 소스로부터의 전자 빔으로부터 하전 입자들의 멀티 빔을 발생시킬 수 있다. 투영 장치는 하전 입자들의 멀티 빔을 샘플 쪽으로 투영한다. 샘플 표면의 적어도 일부가 하전 입자들의 멀티 빔으로 스캔될 수 있다.

멀티 빔 툴은 하전 입자의 멀티 빔의 서브 빔을 조작하기 위한 하나 이상의 전자 광학 장치를 포함한다. 적용되는 조작은, 예를 들어, 서브 빔의 경로 편향 및/또는 서브 빔에 가해지는 포커싱 동작일 수 있다. 하나 이상의 전자 광학 장치는 MEMS를 포함할 수 있다.

하전 입자 툴은 전자 광학 장치의 업빔에, 선택적으로 전자 광학 장치에 위치된 빔 경로 조작기를 포함할 수 있다. 빔 경로는 예를 들어 전체 빔에 걸쳐 작동하는 두 개의 정전 편향기 세트에 의해 하전 입자 축, 즉 광축에 직교하는 방향으로 선형으로 조작될 수 있다. 2개의 정전 편향기 세트는 빔 경로를 직교 방향으로 편향시키도록 구성될 수 있다. 각각의 정전 편향기 세트는 빔 경로를 따라 순차적으로 위치된 2개의 정전 편향기를 포함할 수 있다. 각 세트의 제1 정전 편향기는 보정 편향(correcting deflection)을 적용하고 제2 정전 편향기는 빔을 전자 광학 장치의 올바른 입사각으로 복원한다. 제1 정전 편향기에 의해 적용되는 보정 편향은 제2 정전 편향기가 MEMS에 원하는 입사각을 보장하기 위해 편향을 적용할 수 있도록 과잉 보정일 수 있다. 정전 편향기 세트의 위치는 전자 광학 장치의 업빔의 여러 위치에 존재할 수 있다. 빔 경로는 회전식으로 조작할 수 있다. 자기 렌즈에 의해 회전 보정이 적용될 수 있다. 회전 보정은 집광 렌즈 배열과 같은 기존 자기 렌즈에 의해 추가적으로 또는 대안적으로 달성될 수 있다.

도시되지 않았지만, 하전 입자 툴의 실시예는 또한 소스로부터의 하전 입자 빔을 복수의 서브 빔으로 분할하는 하전 입자 투영 장치를 포함한다. 복수의 각각의 대물 렌즈는 서브 빔을 샘플에 투영할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 집광 렌즈가 대물 렌즈로부터 업빔으로 제공된다. 집광 렌즈는 각각의 서브 빔을 대물 렌즈의 중간 초점 업빔으로 집중시킨다. 일부 실시예에서, 시준기는 대물 렌즈로부터 업빔으로 제공된다. 초점 오류 및/또는 수차를 줄이기 위해 보정기가 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 보정기는 대물 렌즈에 통합되거나 대물 렌즈에 바로 인접하여 위치된다. 집광 렌즈가 제공되는 경우, 그러한 보정기는 추가로 또는 대안적으로 집광 렌즈에 통합되거나 집광 렌즈에 바로 인접하여 위치될 수 있고 및/또는 중간 초점에 또는 바로 인접하여 위치될 수 있다. 샘플에서 방출되는 하전 입자를 감지하기 위해 검출기가 제공된다. 검출기는 대물 렌즈에 통합될 수 있다. 검출기는 사용 시 시료와 대향하도록 대물렌즈의 바닥면에 위치할 수 있다. 집광 렌즈, 대물 렌즈 및/또는 검출기는 MEMS 또는 CMOS 장치로 형성될 수 있다.

도 4는 빔 발생기 또는 조명 시스템으로 지칭될 수 있는 하전 입자 시스템(400)의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다. 하전 입자 시스템(400)은 하전 입자 멀티 빔 경로(408)를 따라 하전 입자 멀티 빔을 생성하기 위한 것이다. 예를 들어, 하전 입자 시스템(400)은 도 2 또는 도 3의 하전 입자 검사 툴(200, 300)의 일부일 수 있다.

하전 입자 시스템(400)은 집광 렌즈 시스템(410), 빔-제한 어레이(420) 및 어퍼처 어레이(430)를 포함한다. 하전 입자 시스템(400)은 하전 입자 소스(401)를 더 포함할 수 있다. 어퍼처 어레이(430)는 본원에서 쿨롱 어퍼처 어레이(430)라고도 하며, 도 2의 건 어퍼처 플레이트(271)(쿨롱 어퍼처 어레이(271)이라고도 함) 또는 도 3의 사전 서브 빔 형성 어퍼처 어레이(372)(쿨롱 어퍼처 어레이(372)라고도 함)에 대응할 수 있다. 집광 렌즈 시스템(430)은 도 2의 집광 렌즈(210) 또는 도 3의 집광 렌즈(310)에 대응할 수 있다. 빔 제한 어퍼처(420)는 도 2의 소스 변환 유닛(220)의 빔 제한 어레이 또는 도 3의 빔 제한 어레이(321)에 대응할 수 있다. 하전 입자 소스(401)는 예를 들어, 도 2의 전자 소스(201) 또는 도 3의 전자 소스(301)에 대응할 수 있다.

어퍼처 어레이(430)는 평면(431)에 배치된다. 빔 제한 어레이(420)는 평면(421)에 배치된다. 빔 제한 어레이(420)는 어퍼처 어레이(430)의 다운빔과 집광 렌즈 시스템(410)의 다운빔에 배치된다. 집광 렌즈 시스템(410)은 어퍼처 어레이(430)와 빔 제한 어레이(420) 사이에 배치된다. 즉, 집광 렌즈 시스템(410)은 어퍼처 어레이(430)의 다운빔과 빔 제한 어레이(420)의 업빔에 배치된다. 어퍼처 어레이(430), 집광 렌즈 시스템(410), 빔 제한 어퍼처(420) 및 선택적으로 하전 입자 소스(401)는 축(404)에 정렬될 수 있다. 축(404)은 또한 제1 전자 광축(404)으로 지칭될 수도 있다. 축(404)은 도 2의 제1 전자 광축(204) 또는 도 3의 제1 전자 광축(304)과 정렬될 수 있다. 어퍼처 어레이(430)의 중심(예를 들어, 어퍼처 어레이(430)의 중심 어퍼처)은 축(404)과 정렬될 수 있다. 또한, 빔 제한 어레이(420)의 중심(예를 들어, 빔 제한 어레이(420)의 중심 어퍼처)은 축(404)과 정렬될 수 있다. 빔 제한 어레이(420) 및 어퍼처 어레이(430)가 배치될 수 있는 평면들(421, 431)은 축(404)에 직교할 수 있다.

하전 입자 소스(401)는 하전 입자 빔(402)을 생성할 수 있다. 하전 입자 빔(402)은 축(404)을 따라 한 방향으로 전파될 수 있다. 어퍼처 어레이(430)는 하전 입자 빔(402)의 일부를 통과하여, 어퍼처 어레이(430)의 다운빔(406)을 생성하기 위한 하전 입자 빔 경로(406)를 생성할 수 있다. 하전 입자 빔 경로(406)를 따르는 빔들은 하전 입자 빔(402)과 관련하여 빔릿 또는 서브 빔으로 지칭될 수 있다. 어퍼처 어레이(430)의 다운빔에서, 하전 입자 빔(402)은 하전 입자 빔 경로(406)를 따라 전파될 수 있다. 어퍼처 어레이(430)는 쿨롱 효과를 감소시키기 위해(즉, 하전 입자 사이의 상호 작용을 감소시키기 위해) 하전 입자 빔(402)으로부터 주변 하전 입자를 차단할 수 있다. 어퍼처 어레이(430)는 복수의 미리 형성된 빔릿을 전파하기 위한 하전 입자 빔 경로(406)를 생성할 수 있다. 집광 렌즈 시스템(410)은 어퍼처 어레이(430)와 빔-제한 어레이(420) 사이에서 하전 입자 빔 경로(406)를 조작(또는 조정)할 수 있다(따라서 하전 입자 빔(402)을 조작할 수 있음). 빔-제한 어레이(420)는 하전 입자 빔 경로(406)를 형성하여 하전 입자 멀티 빔 경로(408)를 형성할 수 있다. 변경된 하전 입자 멀티 빔 경로(408)에서 전파되는 빔릿은 하전 입자 빔 경로(406) 상의 하전 입자 빔(402)의 적어도 일부를 빔-제한 어레이(420)의 어퍼처를 통과시킴으로써 형성된다. 하전 입자 빔(402)은 전파되어 도 2의 빔릿(211, 212, 213) 또는 도 3의 빔릿(311, 312, 313)에 대응하는 빔릿을 형성하도록 하전 입자 멀티 빔 경로(408)를 따라 빔릿을 형성할 수 있다.

집광 렌즈 시스템(410)은 적어도 하나의 자기 렌즈, 예를 들어 2개 이상의 자기 렌즈를 포함할 수 있다. 자기 렌즈는 하전 입자 빔 경로(406)의 배율(또는 초점량) 및 회전량, 즉 하전 입자 빔 경로(406)를 따라 전파되는 하전 입자 빔(402)의 회전량을 동시에 제어 또는 조작한다. 따라서, 집광 렌즈 시스템(410)은 상이한 배율 설정 및 회전 설정에서 작동할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 배율에는 1 미만의 인자에 의한 배율, 즉 축소 배율(de-magnification)이 포함된다. 하전 입자 빔 경로(406)의 배율(또는 초점량)을 조작하면 빔 제한 어레이(420)의 평면(421)에서 하전 입자 빔 경로(406)의 단면적(따라서 전하 밀도)에 영향을 미친다. 이는 단위 시간당 빔-제한 어레이(420)를 통과하는 하전 입자의 수, 즉 하전 입자의 통과 속도 및 그에 따라 전류에 영향을 미친다. 따라서, 하전 입자 멀티 빔 경로(408)를 따라 특정 시점의 하전 입자 빔(402)의 전하 밀도(또는 하전 입자 멀티 빔 경로(408)를 따른 빔릿)는 집광 렌즈 시스템(410)의 배율 설정을 조정함으로써 제어될 수 있다. 집광 렌즈 시스템(410)의 배율 설정을 조정하는 것은 하전 입자 빔 경로(406)의 배율을 조정할 수 있다. 집광 렌즈 시스템(410)은 시간에 따른 하전 입자 멀티 빔의 전하 밀도를 제어하도록 작동될 수 있다. 도 2 또는 도 3의 하전 입자 검사 툴(200, 300)에서 사용될 때, 집광 렌즈 시스템(410)은 따라서 프로브 전류를 제어하는 데 사용될 수 있다. 프로브 전류는 도 2의 프로브 스팟(221, 222, 223)또는 도 3의 프로브 스팟(391, 392, 393)에서의 전류이다. 하전 입자와 자기 렌즈에 의해 생성된 자기장의 상호작용으로 인해, 하전 입자 빔은 집광 렌즈 시스템(410)에 의해 집속/집속 해제됨과 동시에(즉, 배율 조정과 동시에) 회전할 것이다. 이는 아래에서 도 5a를 참조하여 설명한다.

도 5a는 어퍼처 어레이(430)의 평면(431)에서 하전 입자 빔 경로(406)의 예시적인 단면(510, 520, 530), 즉 집광 렌즈 시스템(410)에 의한 조작 전의 단면을 나타낸다. 도 5a는 빔 제한 어레이(420)의 평면(421)에서 동일한 하전 입자 빔 경로(406)의 단면(511, 521, 531), 즉 집광 렌즈 시스템(410)에 의한 조작 후의 단면을 더 나타낸다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 중심을 벗어난 하전 입자 빔 경로(단면 510, 511 및 530, 531에 해당)는 축(404)을 중심으로 회전(화살표 515, 535에 도시된 바와 같이)한다. 또한, 축(404)에 대한 하전 입자 빔 경로(406)의 초점이 조정될 수 있다(예: 축소)(화살표 517, 537로 표시됨). 일반적으로, 하전 입자 빔 경로(406)의 초점을 조정하는 것은 하전 입자 빔 경로(406)를 축(404)의 초점으로 수렴하거나, 하전 입자 빔 경로(406)를 콜리메이트하거나, 하전 입자 빔 경로(406)를 축(404)의 초점에서 발산하는 것을 포함한다. 도 5a의 파선(512, 532)은 하전 입자 빔 경로(406)의 회전 및 초점을 개별적으로 보여주기 위해 단지 예시 목적으로만 포함된다. 실제로, 하전 입자 빔 경로(406)는 동시에 회전 및 초점이 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 점선(519, 539)은 어퍼처 어레이(430)와 빔 제한 어레이(420) 사이에서 하전 입자 빔 경로(406)의 동시 회전 및 초점의 한 예를 개략적으로 나타낸다. 중심 단면(520, 521)도 축(404)을 중심으로 회전하지만, 도 5a에 도시된 원형 단면에 대해서는 설명되지 않았다. 중심 단면(520, 521)의 회전은 축(404)에 대해 원형 대칭이 아닌 단면의 경우 도 5a에서 명백할 것이다.

종래의 집광 렌즈 시스템(410)의 유형은, 구성 집광 렌즈의 회전(또는 회전 방지) 설정 및 참조된 어퍼처 어레이 배열의 제어에 대한 설명이 본 명세서에 참조로 포함된 국제 출원 PCT/EP2020/063829에 기술된 바와 같이, 적어도 2개의 자기 렌즈, 특히 업빔 자기 렌즈 및 다운빔 자기 렌즈를 포함할 수 있다. 업빔 자기 렌즈와 다운빔 자기 렌즈는 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 업빔 자기 렌즈 및 다운빔 자기 렌즈는 어퍼처 어레이(430)의 평면(431)과 빔-제한 어레이(420)의 평면(421) 사이에서 하전 입자 빔 경로(406)의 회전을 피하도록 작동될 수 있다. 동시에, 집광 렌즈 시스템(410)은 하전 입자 빔 경로(406)의 배율(또는 초점량)의 조정을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 집광 렌즈 시스템(410)은 통상적으로 하나의 고정된 회전 방지 설정과 다른 배율 설정에서 작동한다. 이는 다운빔 자기 렌즈를 사용하여, 업빔 자기 렌즈로 인한 하전 입자 빔(406)의 회전을 역전시킴으로써 달성될 수 있다. 업빔 자기 렌즈 및 다운빔 자기 렌즈는 어퍼처 어레이(430)와 빔-제한 어레이(420) 사이에서 하전 입자 빔 경로(406)의 순 회전을 피하도록 작동될 수 있다. 이는 집광 렌즈 배열의 회전 방지 설정이며 입자 빔 경로(406)에 순 제로(net zero) 회전을 적용한다.

도 5b는 어퍼처 어레이(430)의 평면(431)에서 하전 입자 빔 경로(406)의 예시적인 단면(510, 520, 530)을 나타낸다. 도 5b는 회전 방지 설정에서 작동하는 집광 렌즈 시스템(410)에 의한 조작 후, 빔 제한 어레이(420)의 평면(421)에서 동일한 하전 입자 빔 경로(406)의 예시적인 단면(511, 521, 531)을 더 나타낸다. 하전 입자 빔 경로(406)는 축(404)에 대한 반경 방향 경로를 따라 유지된다. 즉, 하전 입자 빔 경로(406)는 축(404)을 중심으로 회전하지 않는다. 하전 입자 빔 경로(406)의 배율은 평면(421)의 단면(511, 521, 531)이 평면(431)의 단면(510, 520, 530)보다 작아지도록 조정된다. 평면(421)의 중심을 벗어난 단면(511, 531)은 평면(431)의 단면(510, 530)보다 축(404)에 더 가깝다. 따라서 하전 입자 빔 경로(406)의 초점이 조정된다. 하전 입자 빔 경로(406)의 배율이 조정된다. 따라서 집광 렌즈 시스템(410)을 회전 방지 설정으로 작동하는 것은 어퍼처 어레이(430)의 평면(431)과 빔 제한 어레이(420)의 평면(421)에서 하전 입자 빔 경로(406)의 단면을 비교할 때 하전 입자 빔 경로(406)의 회전이 없음을 의미한다. 그러나, 어퍼처 어레이(430)의 평면(431)과 빔 제한 어레이(420)의 평면(421) 사이의 임의의 중간 평면에서 회전이 있을 수 있다.

따라서, 집광 렌즈 시스템(410)은 하전 입자 빔 경로(406)를 회전시키지 않고 하전 입자 빔 경로(406)의 배율(또는 초점의 양)을 조정하도록 통상적으로 작동될 수 있다. 집광 렌즈 시스템(410)의 통상적인 작동 유형 하에서, 어퍼처 어레이(430)의 어퍼처(432)는 빔 제한 어레이(420)의 어퍼처에 대하여 축(404)에 대해 반경 방향 경로로 유지된다(즉, 회전되지 않음). 축(404)을 따라 평면도에서, 어퍼처 어레이(430)의 각 어퍼처(432)와 빔 제한 어레이(420)의 각각의 대응하는 어퍼처(422)는 축(404)에 대해 동일한 각도 방향으로 배열된다. 어퍼처 어레이(430)의 어퍼처(422)와 빔 제한 어레이(420)의 어퍼처(432)는 이들의 반경 방향 위치 및/또는 범위에서만 다르다. 이는 아래 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.

도 6은 빔 제한 어레이(420)의 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 빔-제한 어레이(420)에는 빔 제한 어퍼처(422)의 배열이 정의되어 있다. 빔 제한 어퍼처들은 빔 제한 어레이(420)의 하전 입자 멀티 빔(408) 다운빔의 경로를 형성하기 위한 것이다. 따라서, 빔-제한 어레이(422)는 예를 들어, 멀티 빔의 빔 배열, 즉 하전 입자 멀티 빔(408)의 빔릿이 배열될 빔 배열을 위해 임의의 원하는 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 빔-제한 어레이(420)는 규칙적인 어레이일 수 있다. 빔-제한 어레이(420)는 직사각형, 정사각형 또는 육각형 어레이일 수 있다. 그러나 빔 제한 어퍼처(422)는 불규칙한 패턴으로 배열될 수도 있다.

빔 제한 어퍼처(422)의 형상, 크기, 단면, 또는 피치 또는 이들의 임의의 조합이 균일할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 원형 어퍼처를 갖는 어레이의 피치는 바로 인접한 두 어퍼처의 중심 사이의 거리로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 빔 제한 어퍼처(422)는 도 6에 도시된 바와 같이 원형 단면을 가질 수 있다. 그러나, 빔 제한 어퍼처는 정사각형, 삼각형 또는 타원형 단면 또는 다른 형상의 단면을 가질 수도 있다. 빔 제한 어퍼처(422)는 또한 모양, 크기, 단면, 또는 피치, 또는 이들의 임의의 조합에서 비균일할 수 있다.

도 6은 25개의 빔 제한 어퍼처(422)의 정사각형 배열을 도시한다. 그러나, 빔-제한 어레이(420)는 임의의 다른 수의 어퍼처(422)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 빔 제한 어레이(420)는 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100개 이상의 어퍼처(422)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 빔-제한 어레이(420)는 1000개 이상 또는 10000개 이상의 빔-제한 어퍼처(422)를 포함할 수 있다.

도 7은 집광 렌즈 시스템(410)의 회전 방지 설정 및 도 6의 빔 제한 어레이(420)와 함께 사용하기 위한 어퍼처 어레이(430a)의 예를 개략적으로 도시한다. 어퍼처 어레이(430a)에는 어퍼처(432a)의 어레이가 정의되어 있다. 어퍼처 어레이(432a)는 업빔 하전 입자 소스(401)로부터, 어퍼처 어레이(430a)의 다운빔 하전 입자 빔 경로(406)를 생성할 수 있다.

어퍼처 어레이(430a)는 중심점(450a)을 포함한다. 중심점(450a)은 축(404)과 정렬될 수 있다. 어퍼처 어레이(430a)는 중심 어퍼처(451a)를 포함할 수 있다. 중심 어퍼처(451a)는 빔-제한 어레이(420)의 대응하는 중심 어퍼처(423)와 동일한 형상을 가질 수 있다. 중심 어퍼처(451a)는 빔-제한 어레이(420)의 중심 어퍼처(423)와 동일한 치수를 가질 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 어퍼처 어레이(430a)의 중심을 벗어난 어퍼처(432a)는 어퍼처 어레이(430a)의 중심점(404)으로부터 반경 방향으로 연장될 수 있다. 어퍼처(432)의 패턴은 중심점(450a)에 대해 회전 대칭적일 수 있다.

도 7은 순전히 예시적인 목적으로, 어퍼처 어레이(430a) 상에 겹쳐졌을 때 빔 제한 어레이(420)의 어퍼처(422)의 윤곽을 점선으로 나타낸다. 점선으로 형성된 패턴(그리고 이 실시예에서는 빔 제한 어레이(420)의 패턴에 대응하는 패턴)은 본 명세서에서 템플릿 패턴이라고도 불린다. 이는 템플릿 패턴(예를 들어, 빔 제한 어레이(420)의 패턴)이 어퍼처 어레이(430a)의 패턴의 기초, 즉 템플릿을 형성할 수 있기 때문이다. 따라서, 어퍼처 어레이(430a)의 패턴(예를 들어, 패턴 어레이)은 템플릿 패턴에 기초하여 결정될 수 있다. 템플릿 패턴을 적절히 수정하고 수정된 템플릿 패턴을 중첩함으로써, 어퍼처 어레이(430a)가 생성될 수 있다.

일반적으로 템플릿 패턴은 다양한 집광 렌즈 설정을 시뮬레이션하기 위해 수정될 수 있다. 즉, 템플릿 패턴의 회전 및/또는 배율을 변경하여 템플릿 패턴을 수정할 수 있다. 일반적으로, 템플릿 패턴은 어퍼처 어레이의 임의의 패턴일 수 있다. 바람직하게는, 템플릿 패턴은 정사각형 또는 육각형 패턴이다. 더 바람직하게는, 템플릿 패턴은 규칙적인 패턴이다. 템플릿 패턴은 원형 어퍼처 어레이의 패턴을 포함할 수 있다. 또는, 템플릿 패턴은 임의의 모양의 어퍼처를 갖는 규칙적이거나 불규칙한 어퍼처 어레이의 임의의 패턴을 포함할 수 있다. 템플릿 패턴은 빔-제한 어레이(420)의 패턴에 대응하는 것이 바람직하다.

어퍼처 어레이(430a)의 패턴은 템플릿 패턴의 서로 다른 배율의 중첩에 대응한다. 템플릿 패턴은 배율을 변경하여 수정할 수 있으며, 수정된 템플릿 패턴을 중첩하여 어퍼처 어레이(430a)의 패턴을 형성할 수 있다. 특히, 어퍼처 어레이(430a)의 패턴은 일정한 배율 범위에 걸쳐 템플릿 패턴을 중첩(또는 오버레이)한 것에 해당한다. 어퍼처 어레이(430a)의 패턴은 복수의 변형된 템플릿 패턴을 생성할 수 있도록 템플릿 패턴의 배율을 배율 범위 내에서 변화시키고, 변형된 템플릿 패턴을 중첩(또는 오버레이)하여 생성할 수 있다. 예를 들어, 어퍼처 어레이(430a)의 패턴은 i) 제1(가장 작은) 배율의 템플릿 패턴, ii) 제2(가장 큰) 배율의 템플릿 패턴, 및 iii) 제1 및 제2 배율 사이의 임의의 배율의 템플릿 패턴의 중첩에 대응할 수 있다. 제1 배율과 제2 배율은 서로 다른 배율이다. 수정된 템플릿 패턴을 중첩할 때 템플릿 패턴의 중심이 정렬될 수 있다.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 중심을 벗어난 어퍼처(432a)는 반경 방향 내부 부분(433a) 및 반경 방향 외부 부분(434a)를 갖는 에지를 포함할 수 있다. 중심을 벗어난 어퍼처(432a)는 반경 방향 내부 부분(433a)과 반경 방향 외부 부분(434a)을 상호 연결하는 직선 부분들(435a)을 더 포함할 수 있다. 여기서 "반경 방향 내부" 및 "반경 방향 외부"라는 용어는 어퍼처 어레이(430a)의 중심점(450a)과 관련하여 사용된다. 반경 방향 내부 부분(433a)의 형상은 빔-제한 어레이(420) 내의 대응하는 빔-제한 어퍼처(422)의 에지의 반경 방향 내부 부분에 대응할 수 있다. 반경 방향 외부 부분(434)의 형상은 대응하는 빔 제한 어퍼처(422)의 에지의 반경 방향 외부 부분에 대응할 수 있다. 다른 배열(집광 렌즈가 크기 범위에서 별개의 설정을 갖는 경우)에서, 어퍼처 어레이(430a)는 빔 제한 어레이(420)의 어퍼처(422)에 대응하는 별개의 어퍼처를 갖는다. 이러한 배열에서, 반경 방향 외부 부분(433a)은 원형일 수 있는 완전한 어퍼처의 에지에 대응할 수 있다. 반경 방향 외부 부분(434)은 원형일 수 있는 어퍼처의 전체 에지일 수 있다.

도 7에 도시된 어퍼처 어레이(430a)는 두 가지 유형의 어퍼처(432a, 436a)를 갖는다. 이들 어퍼처(432a) 중 일부는 빔 제한 어레이의 단일 어퍼처(422)에 대응하는 하전 입자 빔 경로(406)를 생성하는 패턴을 갖는다. 이러한 어퍼처 중 다른 어퍼처(433a)는 빔 제한 어레이(420) 내의 2개 이상의 어퍼처(422)에 대응하는 하전 입자 빔 경로(406)를 형성한다. 도시된 어퍼처 패턴(430a)에서, 어퍼처(436a)는 빔 제한 어퍼처 어레이(420a)의 두 개의 상이한 어퍼처 템플릿 패턴이 크기 범위에 걸쳐 중첩된 것으로부터 유도된다. 빔-제한 어레이(420)의 상이한 어퍼처는 반경 방향 내부 빔-제한 어퍼처(422a) 및 반경 방향 외부 빔-제한 어퍼처(422b)이다. 반경 방향 내부 및 반경 방향 외부 빔 제한 어퍼처(422a, b)가 빔 제한 반경 방향(422)의 중심을 중심으로 동일한 각도 방향을 따라 배치되는 경우가 이에 해당할 수 있다. 비회전 설정이 연속적인 크기 범위와 함께 사용되기 때문에 중첩될 가능성이 높다. 결과적으로, 빔 제한 어레이(420) 내의 해당 어퍼처에 대한 템플릿 패턴의 중첩은 어퍼처 어레이에서 겹치는 두 개의 어퍼처(433x, 433y)(부분적으로 점선으로 표시됨)를 도출한다. 따라서, 어퍼처 어레이(430a)는 단 하나의 어퍼처(전술한 반경 방향 내부 부분(433a), 반경 방향 외부 부분(434a) 및 직선 부분(435a)를 포함한다.

어퍼처(432a)의 반경 방향 외부 부분(434a)은 집광 렌즈 시스템(410)이 빔 제한 어레이(420)의 어퍼처(422)을 덮도록 어퍼처 어레이(430a)로부터 하전 입자 빔 경로(406)를 지시하게끔 작동할 수 있는 최대 배율 설정을 설정한다. 이 최대 배율 설정보다 높은 배율 설정에서, 하전 입자 빔 경로(206)를 따라 전파되는 하전 입자 빔은 빔-제한 어레이(420)의 어퍼처(422)를 부분적으로 덮을 수 있다. 따라서, 빔 제한 어레이(420)의 어퍼처(422)의 적어도 일부가 하전 입자 빔에 노출되지 않거나 하전 입자 빔에 의해 조명되지 않을 수 있다. 유사하게, 어퍼처(432a)의 반경 방향 내부 부분(433a)는 빔 제한 어레이(420)의 어퍼처(422)를 덮도록 어퍼처 어레이(430a)로부터 하전 입자 빔 경로(406)를 지시하도록 집광 렌즈 시스템(410)을 작동시킬 수 있는 최소 배율 설정을 설정할 수 있다. 최대 배율 설정과 최소 배율 설정 사이의 범위의 배율 설정은 집광 렌즈 시스템(410)이 빔 제한 어레이(420)의 어퍼처(422)을 덮도록 어퍼처 어레이(430a)로부터 하전 입자 빔 경로(406)를 지시하게끔 작동될 수 있도록 한다. 따라서, 어퍼처 어레이(430a)는 배율 설정 범위 내에서 작동하는 집광 렌즈 시스템(410)과 호환된다. 집광 렌즈 시스템(410)의 배율 설정은 어퍼처 어레이(430a)를 형성하는 데 사용되는 수정된 템플릿 패턴(빔 제한 어레이(422)에 대응하는 경우)의 배율의 역에 대응할 수 있음에 유의한다.

그러나 어퍼처 어레이의 이 실시예는 단일 고정 제로 회전 설정으로 제한된다. 이러한 배열에서, 고정된 회전 설정에서 동일한 패턴을 사용할 수 있다. 이러한 배열에서, 빔 제한 어레이 및 어퍼처 어레이는 제로 회전에 대한 고정 회전 설정의 회전 변위만큼 각각에 대해 회전되어야 한다. 참고로, 본 발명의 목적을 위해, 제로 회전 설정에 대한 이후의 참조는 어퍼처 어레이(430)와 빔 제한 어레이(420) 사이의 하전 입자 빔 경로(406)에 고정 회전 변위가 있는 고정 회전 설정을 포함한다.

도 7의 어퍼처 어레이(430a) 및 도 6의 빔 제한 어레이(420)와 함께 고정된 제로 회전 설정에서 집광 렌즈 시스템의 작동은 프로브 전류가 배율 설정을 제어함으로써 조정될 수 있게 한다. 그러나, 본 발명자들은 이러한 구성을 도 2 또는 도 3의 하전 입자 검사 장치(200, 300)에 사용할 경우, 도 2 또는 도 3의 프로브 스팟(391, 392, 393) 중 배율이 변하면(따라서 탐침 전류가 변하면) 도 2 또는 도 3의 프로브 스팟(221, 222, 223)의 분해능이 악화될 수 있다는 사실을 발견하였다. 이는 프로브 전류(예: nA)에 대한 축상(on-axis) 분해능(예: nm)의 의존성을 보여주는 도 14에 개략적으로 표시되어 있다. 곡선(601a, 602a, 603a)은 각각 집광 렌즈 시스템(410)의 단일 고정 회전 설정에 대한 분해능/프로브 전류 의존성을 나타낸다. 예를 들어, 곡선(601a)은 -45도의 고정 회전에 해당할 수 있고, 곡선(602a)은 고정 0도의 회전 및 곡선(603a)은 +45도의 고정된 회전에 대응할 수 있다. 도시된 바와 같이, 분해능은 최적의 분해능에 비해 상대적으로 크거나 작은 프로브 전류(상대적으로 작거나 큰 배율)에 대해 악화된다. 각 프로브 전류에 대한 최적의 분해능은 도 14의 점선 곡선(601b)으로 표시된다. 따라서 상대적으로 작거나 큰 배율은 프로브 스팟의 분해능을 크게 악화시킬 수 있다. 증가된 배율의 프로브 빔은 더 작은 구조의 프로빙을 가능하게 할 것으로 예상된다. 그러나 프로빙 빔의 배율 증가는 프로빙할 수 있는 최소 형상 크기를 증가시키는 것으로 밝혀졌다.

이러한 관찰에 기초하여, 본 발명자들은 집광 렌즈 시스템(410)의 배율 설정(및 이에 상응하는 프로브 전류)에 대해 프로브 스팟의 최적 분해능을 달성하기 위하여 사용될 수 있는, 대응하는 회전이 존재한다는 것을 발견하였다. 이 최적의 분해능은 도 14의 곡선(601b)에 의해 개략적으로 도시되어 있다. 집광 렌즈 시스템(410)을 사용하여 회전 및 배율 설정 모두를 적절하게 제어함으로써, 도 14의 최적 분해능 곡선(601b)을 따를 수 있다. 이와 같이, 프로브 스팟의 분해능을 최적화하거나 적어도 개선하기 위해, 집광 렌즈 시스템(410)이 다중 회전 설정(단일, 제로 회전 설정 대신)에서 작동하도록 제어하는 것이 바람직하다. 각 회전 설정에서 각각의 배율 설정에서 작동하도록 집광 렌즈 시스템(410)을 제어하는 것이 바람직하다.

특히, 집광 렌즈 시스템(410)을 사용하여 하전 입자 빔 경로(406)를 따라 전파하는 하전 입자 빔의 배율(M)은 수학 방정식으로 설명될 수 있다:

여기서

,

,

및 α는 하전 입자 시스템(400)의 기하학적 치수에 해당하는 상수이다.

은 가상 소스에서 집광 렌즈 시스템(410)의 주 평면까지의 거리이다.

는 가상 소스와 어퍼처 어레이(430)의 평면(431) 사이의 거리이다. L은 집광 렌즈 시스템(410)의 주 평면과 빔 제한 어레이(420) 사이의 거리이다. α는 집광 렌즈 시스템(410)의 초점 거리 f와 집광 렌즈 시스템 ε의 여기(excitation) 사이의 관계를

관계로 근사화하는 상수이다. ε는 변수에 해당한다. ε는 집광 렌즈 시스템(410)의 여기 측정값에 해당한다. α 및 β는 하전 입자 시스템(400)의 구성에 따라 달라지는 상수이다.

집광 렌즈 시스템(410)을 사용하여 하전 입자 빔 경로(406)를 따라 전파되는 하전 입자 빔의 회전 θ는 수학 방정식으로 설명될 수 있다:

e 는 하전 입자 빔에서 하전 입자의 전하이다.

는 하전 입자의 질량이다. U는 하전 입자 빔 경로(406)를 따라 전파되는 하전 입자 빔(402)의 에너지이다. 집광 렌즈 시스템(410)에 의해 생성된 자기장은 축(404)을 따라 좌표 z₀과 z₁사이에 영향을 미친다. B는 집광 렌즈 시스템(410)에 의해 생성된 자기장의 자속 밀도이다. 따라서 K는 하전 입자 시스템(400)의 구성에 따라 달라지는 상수이다.

이러한 통찰은 기존의 빔 제한 어레이(420)를 기반으로 어퍼처 어레이(430)를 설계할 수 있게 하며, 어퍼처 어레이(430)는 바람직하게는 배율 설정 범위의 더 큰 범위에서 최적의(또는 실질적으로 최적의) 분해능을 달성하도록 집광 렌즈 시스템(410)을 작동할 수 있게 한다. 실질적으로 최적의 분해능은 본 명세서에서 집광 렌즈 시스템(410)만 제어함으로써(즉, 하전 입자 시스템(400)의 다른 구성요소를 조정하지 않음으로써) 달성 가능한 분해능에 대한 이론적 최적 값의 20% 이내, 바람직하게는 10% 이내, 더 바람직하게는 5% 이내인 분해능을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 어퍼처 어레이(430)는 하전 입자 빔 경로(406)를 따라 전파되는 하전 입자 빔의 동시 회전(θ) 및 배율(M)을 허용하도록(상기 방정식에 따라) 설계될 수 있다. 동시 회전 θ 및 배율 M은 ε의 범위, 즉 집광 렌즈 시스템(410)의 상이한 여기 값의 범위에 대해 달성될 수 있다. 어퍼처 어레이(430)는 빔 제한 어레이(420)의 각 빔 제한 어퍼처(422)가 하전 입자 빔 경로(406) 상에 놓이도록 설계되어야 한다. 이는 빔 제한 어퍼처(422)가 하전 입자 빔 경로(406)를 따라 전파되는 하전 입자 빔릿에 의해 완전히 노광되거나 조명된다는 것을 의미한다.

도 8은 최적 또는 실질적으로 최적의 분해능을 달성하기 위해 사용될 수 있는 어퍼처 어레이(430b)의 예를 개략적으로 도시한다. 어퍼처 어레이(430b)는 상기 방정식에 따라 동시 배율(M) 및 회전(θ)을 위해 구성된 집광 렌즈 시스템(410)과 함께 사용될 수 있다. 어퍼처 어레이(430b)는 도 6과 관련하여 설명된 빔 제한 어레이(420)와 함께 사용될 수 있다. 어퍼처 어레이(430b)에는 어퍼처(432b)의 어레이가 정의된다. 어퍼처 어레이(432b)는 업빔 하전 입자 소스(401)로부터, 어퍼처 어레이(430b)의 다운빔 하전 입자 빔 경로(406)를 생성할 수 있다.

어퍼처 어레이(430b)는 중심점(450b)을 포함한다. 어퍼처 어레이(430b)는 중심 어퍼처(451b)를 포함할 수 있다. 중심 어퍼처(451b)는 중심점(450b)과 정렬될 수 있다. 중심점(450b)은 하전 입자 시스템(400) 내의 축(404)과 정렬될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 어퍼처 어레이(430b)의 중심을 벗어난 어퍼처(432b)은 구부러질 수 있다. 중심을 벗어난 어퍼처(432b)은 어퍼처 어레이(430b)의 중심점(450b)으로부터의 변위가 증가함에 따라 넓어질 수 있다. 어퍼처(432b)은 도 7의 어퍼처 어레이(430a)의 어퍼처(432a)과는 다른 방식으로 반경 방향 외측으로 연장된다. 이는 어퍼처(432b)이 하전 입자 빔 경로(406)의 지속적인 가변 회전을 위해 형성되는 동시에 하전 입자 빔 경로(406)의 배율을 지속적으로 변화시키도록 형성되기 때문이다. 도 8은 시계 방향으로 구부러진 어퍼처(432b)을 나타낸다. 또는, 어퍼처(432b)은 반시계 방향으로 구부러질 수도 있다. 어퍼처(432b)의 곡률 방향은 집광 렌즈 시스템(410)의 구성에 따라 달라질 수 있으며, 특히 어퍼처(432b)의 곡률 방향은 집광 렌즈 시스템(410)을 통한 하전 입자 빔 경로들(406)의 순 회전 방향에 의해 결정될 수 있다. 일부 상황에서, 어퍼처(432b)는 특정 회전/배율 설정에서 최적의 분해능을 위해 직선일 수 있다.

따라서, 어퍼처 어레이(430b)의 패턴은 템플릿 패턴의 동시 회전 및 배율에 의해 형성된 수정된 템플릿 패턴의 중첩에 대응할 수 있다. 수정된 템플릿 패턴은 연속적인 범위의 회전 및 배율을 통해 템플릿 패턴의 동시 회전 및 배율에 의해 형성될 수 있다. 회전과 배율은 서로 의존적일 수 있다. 회전 및 배율은 수학 방정식 I 및 II를 충족할 수 있다. 템플릿 패턴의 중첩은 어퍼처 어레이에서 겹치는 다수의 어퍼처(432x, 432y, 432z)(부분적으로 점선으로 표시됨)를 도출할 수 있다. 따라서, 어퍼처 어레이(430b)는 템플릿 패턴의 복수의 어퍼처에 대응하는 어퍼처(433a)를 가질 수 있다(즉, 빔-제한 어레이(420)의 복수의 어퍼처). 회전 및 확대 위치의 특정 조합만 충족해야 하는 경우, 슬릿(432)에 의해 정의된 영역이 있는 적절한 위치에 일련의 개별 개구부를 설치하면 충분할 수 있다. 이는 예를 들어 점선으로 표시된 원으로 나타난다.

본 발명자들은 도 8의 어퍼처 어레이(430b)가 제조하기 어려울 수 있다는 것을 발견했다. 인접한 어퍼처(432b) 사이의 거리는 매우 작을 수 있다. 어퍼처 사이의 연결부라고 할 수 있는 어퍼처가 정의되는 재료는 작고 제조하기 어려울 수 있다. 어퍼처(432b)의 곡선 형태는 복잡성을 증가시킨다. 어퍼처 어레이(430b)는 부적합한 열 조절 성능을 나타낼 수 있다. 열은 하전 입자 빔(402)과 어퍼처 어레이(430b)의 상호 작용에 의해 생성된다. 작은 재료 연결부가 있는 복잡한 패턴은 예를 들어, 어퍼처 어레이(430b)의 중심으로부터의 열 전도를 어렵게 만들 수 있다. 이러한 단점은, 예를 들어 하전 입자 멀티 빔의 빔 배열에서 빔릿(408)의 수가 증가함에 따라, 어퍼처 어레이(430b) 내의 어퍼처(432b)의 수가 증가함에 따라 증가될 수 있다.

도 9-11은 어퍼처 어레이(430)가 어퍼처 어레이(430b)의 이러한 단점을 적어도 부분적으로 해결하는 어퍼처 어레이(430)를 도시한다. 이러한 어퍼처 어레이(430)는 도 5b 및 도 7을 참조하여 설명된 단일 제로 회전 설정 또는 도 8을 참조하여 설명된 연속적으로 변화하는 회전 대신에, 다수의 회전 설정에서 집광 렌즈 시스템(410)의 작동과 호환된다.

따라서 집광 렌즈 시스템(410)은 상이한 회전 설정, 즉 다수의 회전 설정 중 하나, 예를 들어 2개 이상의 회전 설정에서 선택적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 상이한 회전 설정은 미리 결정되거나 미리 설정된 수 회전 설정, 특히 불연속적이고 상이한 회전 설정일 수 있다. 상이한 회전 설정은 어퍼처 어레이(430)와 빔-제한 어레이(420) 사이에서 상이한 하전 입자 빔 경로(406), 또는 특히 상이한 범위의 하전 입자 빔 경로(406)를 정의할 수 있다. 어퍼처 어레이(420)의 어퍼처(432)은 집광 렌즈 시스템(410)의 회전 설정에서, 빔 제한 어레이(420)의 모든 빔 제한 어퍼처(422)가 어퍼처 어레이(430)의 다운빔의 하전 입자 빔 경로(406)에 놓이도록 구성된다. 따라서, 빔 제한 어퍼처(422)는 하전 입자 빔 경로(406)를 따라 전파되는 하전 입자 빔(402)에 노출되거나 이에 의해 조명될 수 있다.

상이한 회전 설정 중 하나 이상(바람직하게는 모두)에서, 어퍼처 어레이(430)의 어퍼처(432)는 어퍼처 어레이(430)로부터 빔-제한 어레이(420)로의 빔 경로(406)를 정의한다. 정의된 빔 경로(406)는 빔-제한 어레이(420)의 실질적으로 최적의 분해능의 다운빔을 제공하도록 구성될 수 있다.

집광 렌즈 시스템(410)의 주 평면은 축(404)을 따라 이동할 수 있다. 집광 렌즈 시스템(410)의 주 평면은 상이한 회전 설정 중 적어도 하나, 바람직하게는 모두에 대해 빔 제한 어레이(420)보다 어퍼처 어레이(430)에 더 가깝게 위치할 수 있다. 집광 렌즈 시스템의 주 평면의 위치는 도 7 및 도 8에 도시된 배열의 어퍼처 어레이(430a, 430b)를 사용할 때보다 어퍼처 어레이에 상대적으로 더 가깝게 이동될 수 있다. 본 발명자들은 집광 렌즈 시스템(410)의 주 평면을 어퍼처 어레이(430) 쪽으로 이동시키는 것이 일부 상황에서 프로브 스팟의 분해능을 향상시킬 수 있다는 것을 발견했다. 대안적으로 또는 추가적으로, 집광 렌즈 시스템(410)의 일부 회전/배율 설정의 경우, 대신 주 평면을 빔 제한 어퍼처쪽으로 이동시키는 것이 유리할 수 있다.

도 9는 서로 다른 회전 설정에서 작동하는 집광 렌즈 시스템(410)과 함께 사용하기 위한 어퍼처 어레이(430c)의 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 어퍼처 어레이(430c)는 도 6과 관련하여 설명된 빔-제한 어레이(420)와 함께 사용될 수 있다. 어퍼처 어레이(430c)는 중심점(450c)을 포함할 수 있다. 어퍼처 어레이(430c)는 중심 어퍼처(451c)를 포함할 수 있다. 중심 어퍼처(451c)는 중심점(450c)과 정렬될 수 있다. 중심점(450c)은 하전 입자 시스템(400) 내의 축(404)과 정렬될 수 있다.

어퍼처 어레이(430c)은 어퍼처(432c)의 패턴을 포함한다. 패턴은 상이한 배율 및 상응하는 상이한 회전에서 템플릿 패턴(도 7과 관련하여 설명된)의 중첩을 포함하거나 구성할 수 있다. 상이한 배율 각각은 단일 배율 값을 포함할 수 있다. 상이한 회전 설정 각각은 상응하는 단일 회전 값으로 구성될 수 있다.

예를 들어, 템플릿 패턴은 도 6과 관련하여 설명된 빔-제한 어레이(420)에 대응할 수 있다. 이는 도 9a-e에 도시되어 있다. 특히, 어퍼처(432c)의 패턴은 i) 중심점(450c)에 대한 제1 회전 설정(또는 제1 회전) 및 제1 배율 설정(또는 제1 배율)에서의 템플릿 패턴(440c)(도 9a 참조), ii) 중심점(450c)에 대한 제2 회전 설정(또는 제2 회전) 및 제2 배율 설정(또는 제2 배율 설정)에서의 템플릿 패턴(441c)(도 9b 참조), iii) 선택적으로 추가적인 각 회전(추가 회전 설정) 및 추가적인 각 배율(추가 배율 설정)에서의 추가적인 템플릿 패턴(442c, 443c)(도 9c 및 9d 참조)의 중첩을 포함하거나 구성할 수 있다. 도 9e는 도 9a 내지 9d의 제1, 제2 및 추가 회전/배율 템플릿 패턴(440c, 441c, 442c, 443c)의 중첩을 포함하거나 구성하는 패턴을 갖는 어퍼처 어레이(430c)를 도시한다. 표시된 예에서 서로 다른 템플릿 패턴 사이에 표시된 상이한 상대적인 회전 설정은 -45, -22.5, 0 및 22.5도이다. 도 9a-e의 예는 도 6의 빔 제한 어레이(420)에 대응하는 템플릿 패턴을 기반으로 하며, 여기에는 원형 빔 제한 어퍼처(422)의 규칙적인(5x5) 어레이가 정의되어 있다. 어퍼처 어레이(430c)의 디자인은 다른 템플릿 패턴, 예를 들어 어퍼처 어레이(430c)가 다른 빔 제한 어레이(420)와 함께 사용되는 경우 변경될 수 있다. 어퍼처 어레이(430c)는 임의의 템플릿 패턴(즉, 빔-제한 어퍼처(420)의 임의의 디자인)의 상이한 회전 및 배율의 중첩으로부터 구성될 수 있다. 템플릿 어퍼처 어레이는 임의의 어퍼처 어레이, 바람직하게는 정사각형 또는 육각형 어레이, 더 바람직하게는 규칙적인 어레이, 더 바람직하게는 원형 어퍼처 어레이일 수 있다.

어퍼처 어레이(430c) 내의 어퍼처(432c)은 빔-제한 어레이(420) 내의 대응하는 어퍼처(422)과 동일한 형상을 갖거나 구성할 수 있다. 도 9e에 도시된 바와 같이, 중첩된 템플릿 패턴들 중 일부는 중첩될 수 있다. 즉, 어퍼처 어레이(430c) 내의 어퍼처(432c)는 둘 이상의 상이한 템플릿 패턴의 부분들의 중첩으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 어퍼처 어레이(430c) 내의 어퍼처(460c)는 템플릿 패턴(440c, 441c, 443c) 중 세 개가 중첩된 것에 대응한다. 어퍼처 어레이(430c)의 중심 어퍼처(432c)는 일반적으로 가장 큰 배율에서 빔 제한 어레이(430)의 중심 어퍼처(422)에 대응하도록 형성될 수 있다.

전술한 각각의 수정된 템플릿 패턴에 대응하는 배율 및 회전은 배율 M 및 대응하는 회전 θ에 대응할 수 있다(예를 들어, 반비례할 수 있음). 따라서, 집광 렌즈 시스템(410)의 서로 다른 회전 설정 및 배율 설정 쌍은 빔-제한 어레이의 다운빔을, 예를 들어 샘플 상의 프로빙 스팟에서 실질적으로 최적의 분해능으로 달성하도록 구성될 수 있다. 집광 렌즈 시스템(410)의 회전 설정 및 배율 설정의 쌍은 도 8과 관련하여 전술한 배율 M 및 회전 θ에 대한 방정식 I 및 II를 충족시킬 수 있다. 이와 같이, 도 9e의 어퍼처 어레이(430c)의 어퍼처(432c)는 도 8의 어퍼처 어레이(432b)의 패턴에서 곡선 어퍼처(432b)에 대응하는 위치에 위치할 수 있다. 이러한 어퍼처(432c)의 위치는 빔 제한 어레이(420)의 하전 입자 멀티 빔(408) 다운빔의 분해능을 개선하거나 최적화할 수 있다.

따라서, 도 9e의 어퍼처 어레이(430c) 및 도 9e와 관련하여 설명된 집광 렌즈 시스템(410)의 작동 방식은 도 7과 관련하여 설명된 구성과 비교하여 다른 배율에서 분해능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 도 14는 집광 렌즈 어레이(410)의 4개의 상이한 회전/배율 설정에 대응하는 4개의 점(601c, 602c, 603c, 604c)을 나타낸다. 각 회전/배율 설정에 따라 프로브 전류 및 프로브 분해능이 달라진다. 4개의 점(601c, 602c, 603c, 604c)은 각 프로브 전류에 대해 달성할 수 있는 최적의 분해능에 해당하는 곡선(601b) 상에 놓여 있다. 도 9e의 어퍼처 어레이(430c)는, 특히 빔릿 수가 증가하는 어레이의 경우, 도 8의 어퍼처 어레이(430b)보다 제작하기 더 쉬울 수 있다. 열 조절 성능은 도 8의 어퍼처 어레이(430b)에 비해 향상될 수 있다. 하전 입자 빔(402)과 어퍼처 어레이 사이의 상호 작용에 의해 생성된 열은 어퍼처 사이의 재료에 의해 전도될 수 있다. 도 8의 어퍼처 어레이(430b)에 존재하는 것에 비해 상대적으로 더 많은 양의 물질이 어퍼처 어레이(430c)로부터, 예를 들어 어퍼처 어레이(430c)의 중심으로부터 열을 더 쉽게 전도할 수 있다.

그러나 어퍼처 어레이(430c)는 집광 렌즈 시스템(410)을 제한된 수의 개별 배율 설정으로만 작동할 수 있도록 한다. 이는 프로브 전류를 제어하기 위한 집광 렌즈 시스템(410)의 배율 설정의 조정 능력을 제한한다. 도 14의 예를 참조하여, 프로브 전류는 4개의 개별 값으로 설정될 수 있지만, 프로브 전류의 연속 범위 내에서는 설정되지 않는다.

도 10은 다수의 회전 설정에서 작동하는 집광 렌즈 시스템(410)과 함께 사용하기 위한 어퍼처 어레이(430d)의 예를 개략적으로 도시한다. 회전 설정의 수는 2개 이상일 수 있다. 어퍼처 어레이(430c)는 도 6과 관련하여 설명된 빔-제한 어레이(420)와 함께 사용하기 위한 것일 수 있다. 도 9의 어퍼처 어레이(430c)와 비교하여, 도 10의 어퍼처 어레이(430d)는 집광 렌즈 시스템(410)을 사용하여 프로브 전류의 개선된 제어를 제공할 수 있다. 프로브 전류의 개선된 제어는 상이한 회전 설정에서 배율 설정 범위의 하위 범위에 걸쳐 배율 설정의 변화를 가능하게 함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 도 14의 곡선(601d)은 도 10의 어퍼처 어레이(430d)와 함께 집광 렌즈 시스템(410)을 작동시킴으로써 달성될 수 있는 프로브 분해능/프로브 전류 관계를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 프로브 분해능은 곡선(601b)의 최적 프로브 분해능에 가깝게 유지되는 동시에 프로브 전류의 범위 내에서 프로브 전류를 조정할 수 있다.

어퍼처 어레이(430d)는 중심점(450d)을 포함할 수 있다. 어퍼처 어레이(430d)는 중심 어퍼처(451d)를 포함할 수 있다. 중심 어퍼처(451d)는 중심점(450d)과 정렬될 수 있으며, 즉 중심 어퍼처(451d)의 중심은 중심점(450d)과 일치할 수 있다. 중심점(450d)은 하전 입자 시스템(400) 내의 축(404)과 정렬될 수 있다.

어퍼처 어레이(430d)은 어퍼처(432d)의 패턴을 포함한다. 어퍼처(432d)의 패턴은 도 7과 관련하여 설명된 어퍼처(432a)의 상이한 패턴들의 중첩을 포함할 수 있으며, 상이한 패턴들 각각은 회전 및 배율 범위가 상이하다. 도 11a-c는 도 7과 관련하여 설명한 바와 같은 3개의 예시적인 어퍼처 어레이를 개략적으로 도시한다. 그러나 세 개의 어퍼처 어레이는 서로 다른 상대적인 회전 설정으로 설정되어 있다. 도시된 바와 같이, 이들은 모두 제로 회전 설정에서 벗어나도록 설정되어 있다. 어퍼처 어레이의 어퍼처 패턴의 구성 요소로서 패턴 어레이(도 11a-c의 440d, 441d, 442d)로 지칭될 수 있는 3개의 상이한 어퍼처 패턴은 특정 고정 회전 설정에서 상이한 배율 범위에 적합하다. 상이한 어퍼처 패턴(440d, 441d, 442d)은 중심점(450d)을 기준으로 고정된 회전에서 상이한 배율 범위에 걸쳐 템플릿 패턴을 중첩한 것이다. 상이한 어퍼처 배열(440d, 441d, 442d)의 배율 범위는 더 큰 범위의 하위 범위이다. 즉, 하위 범위는 구별되고 분리되어 있으며, 비연속적이고 비연속적이며 겹치지 않는다. 예를 들어, 도 11a는 7.2~8.2의 배율 하위 범위에서 -25도의 회전으로 템플릿 패턴의 중첩(440d)인 패턴 어레이를 도시한다. 도 11b는 5.5에서 6.9까지의 배율 하위 범위에서 +20도의 회전에서 템플릿 패턴의 중첩(441d)인 패턴 어레이를 도시한다. 도 11c는 3.3에서 5.5까지의 배율 하위 범위에서 +65도 회전에서 템플릿 패턴의 중첩(442d)인 패턴 어레이를 도시한다.

도 10의 어퍼처 어레이(430d) 내의 어퍼처(432d)의 패턴은 도 11a 내지 도 11c의 패턴 어레이(440d, 441d, 442d)의 중첩을 포함하거나 구성한다. 일반적으로, 도 10의 어퍼처(432d)의 패턴은 i) 중심점(450d)에 대한 제1 회전에서 제1 하위 배율 범위에 걸쳐 연속적으로 템플릿 패턴의 중첩인 제1 패턴 어레이(440d) 및 ii) 중심점(450d)에 대한 제2 회전에서 제2 하위 배율 범위에 걸쳐 연속적으로 템플릿 패턴의 중첩인 제2 패턴 어레이(441d)의 중첩을 포함하거나 이들로 구성된다. 선택적으로, 어퍼처 패턴은 추가적인 패턴 어레이(442d)를 포함하는 어퍼처 패턴의 중첩일 수 있으며, 이는 중심점(450d)에 대한 추가적인 회전에서 추가적인 하위 배율 범위에 걸쳐 템플릿 패턴을 연속적으로 중첩하는 것이다. 어퍼처 어레이(430d)는 원하는 만큼의 패턴 어레이의 중첩일 수 있으며, 각 패턴 어레이는 중심점(450d)에 대한 상응하는 회전 설정에서 템플릿 패턴의 하위 배율 범위에 대한 템플릿 패턴의 중첩이다.

바람직하게는, 배율의 제1 하위 범위, 배율의 제2 하위 범위 및 선택적으로 하나 이상의 배율의 추가적인 하위 범위가 구별된다. 이들은 이격된 부분, 즉 겹치지 않는 부분일 수 있다. 이는 어퍼처(432d)가 정의되는 어퍼처 어레이(430d)의 면적의 표면의 비율을 감소시킬 수 있다. 따라서, 어퍼처(432d) 사이의 재료의 면적이 증가될 수 있다. 어퍼처 어레이(430d)는 (특히 더 큰 어레이의 경우) 제조가 더 쉬울 수 있고, 열 조절 성능이 개선될 수 있으며, 어퍼처 어레이(430d)의 중심점(450d)으로부터의 열 전달 속도가 증가될 수 있다. 또는, 제1, 제2 및/또는 추가 하위 배율 범위 사이에 겹침이 있을 수 있다. 배율의 제1, 제2 및/또는 추가 하위 범위들은 또한 배율 범위의 전부는 아니더라도 배율 범위의 더 큰 제안을 포함하기 위해, 예를 들어 적어도 서로 인접할 수 있다.

바람직하게는, 제 1 회전, 제 2 회전 및 선택적으로 추가적인 회전은 45도 또는 60도만큼 회전적으로 오프셋된다. 45도의 회전 오프셋은 정사각형 템플릿 패턴으로부터 구성된 어퍼처 어레이(430a)의 고유한 회전 대칭을 이용할 수 있다. 따라서, 이러한 회전 오프셋은 상이한 회전의 템플릿 패턴이 중첩되도록 보장할 수 있다. 따라서, 어퍼처 어레이(430d)의 단일 어퍼처(432d)는 상이한 회전 설정에서 빔-제한 어레이(420)의 상이한 어퍼처(422)에 대응할 수 있다. 배율 범위(즉, 프로빙 전류의 범위)에 걸쳐, 분해능은 어퍼처 어레이가 설계된 회전 수만큼 최적화될 수 있다. 유사하게, 60도의 회전 오프셋은 육각형 템플릿 패턴으로 구성된 어퍼처 어레이(430a)의 고유한 회전 대칭을 이용할 수 있다(예를 들어, 어퍼처 어레이(430d)가 육각형 빔 제한 어레이(420)와 조합하여 사용되는 경우). 이는 배율 설정 범위(즉, 프로빙 전류 범위)에 대해 동일한 이점을 가질 수 있다: 각 회전 설정에는 배율 설정 하위 범위가 있으며, 그 중 적어도 일부는 향상된 분해능을 위해 최적화되어 있다.

제1 회전, 제2 회전 및 선택적으로 하나 이상의 추가적인 회전은 45도(예: 90도 또는 135도 등)의 배수 또는 60도(예: 120도)의 배수만큼 회전적으로 오프셋될 수도 있다. 제1 회전, 제2 회전 및 선택적으로 추가적인 회전은 아크탄(arctan)(1/n)의 각도만큼 회전 오프셋될 수 있으며, 여기서 n은 정수이다. 예를 들어, 회전 오프셋은 22.5도일 수 있다. 제 1 회전, 제 2 회전 및 선택적으로 육각형 빔 배열과 같은 추가적인 회전은 60도의 일부분, 예를 들어 30도 또는 15도의 각도로 회전 오프셋될 수 있다. 그러나, 더 작은 회전 오프셋은 인접한 어퍼처(432d) 사이의 거리를 감소시킬 수 있고, 따라서 어퍼처 어레이(430d)의 제조를 더 어렵게 만들거나 어퍼처 어레이(430d)의 중심점(450d)으로부터의 열 전달에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 상이한 회전 설정은 예를 들어 임의의 선택된 값의 비균일 회전 오프셋에 의해 서로 상이할 수 있다.

제1 패턴 어레이(441d), 제2 패턴 어레이(442d) 및 선택적으로 추가적인 패턴 어레이(443d)는 각각 도 8과 관련하여 설명된 템플릿 패턴으로부터 파생될 수 있다. 이와 같이, 제1 어퍼처 패턴(441d), 제2 어퍼처 패턴(442d) 및 선택적으로 추가적인 어퍼처 패턴(443d) 각각은 어퍼처 어레이(430)에 통합될 때, 샘플에서 프로빙 빔(예를 들어, 빔 제한 어퍼처(420)의 다운 빔)의 실질적으로 최적의 분해능을 제공할 수 있다. 일반적으로, 제 1 어퍼처 패턴(441d), 제 2 어퍼처 패턴(442d) 및 선택적으로 추가적인 어퍼처 패턴(443d)은 각각 전술한 수학 방정식 I 및 II를 충족하는 회전 및 배율 설정의 쌍을 포함할 수 있다. 따라서, 회전 및 배율 설정의 쌍은 각각의 어퍼처 패턴에 대해, 프로브 스팟의 실질적으로 최적의 분해능을 달성할 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 어퍼처(432d)의 패턴은 (중심을 벗어난 어퍼처(432d)로서) 복수의 세장형 슬릿을 포함할 수 있다. 세장형 슬릿들은 중심점(450d)으로부터 반경 방향으로, 선택적으로 중심 어퍼처(451d)로부터 반경 방향으로 연장된다. 세장형 슬릿은 중심 어퍼처(451d)로부터 반경 방향으로 배치된다. 세장형 슬릿은 중심에서 멀어질수록 넓어지도록 테이퍼링된다. 따라서, 세장형 슬릿은 중심 어퍼처(451d)로부터의 변위에 따라 넓어진다. 세장형 슬릿을 정의하는 상이한 어퍼처 패턴(440d, 441d, 442d)은 서로에 대해 45도 각도로 배향될 수 있다(예를 들어, 어퍼처 어레이(430d)가 정사각형 빔 제한 어퍼처(420)와 함께 사용되는 경우). 세장형 어퍼처는 다른 어퍼처 패턴에 대응하는 어퍼처를 가질 수 있으므로, 이러한 대응하는 어퍼처는 서로 45도 오프셋될 수 있다. 또는, 세장형 슬릿이 속하는 다른 어퍼처 패턴들은 서로에 대해 60도 각도로 배향될 수 있다(예를 들어, 어퍼처 어레이(430d)이 육각형 빔 배열을 위한 어퍼처 패턴을 갖는 빔 제한 어퍼처와 함께 사용하도록 조정된 경우). 상이한 회전 설정에서 어퍼처 패턴으로부터의 상응하는 세장형 슬릿은 또한 서로에 대해 다른 각도, 예를 들어 상이한 회전 설정과 관련하여 전술한 각도 중 임의의 각도, 예를 들어 제1 회전, 제2 회전 및 추가적인 회전에 대해 배향될 수 있다. 어퍼처 어레이(430d)의 어퍼처 패턴은 2 배(예를 들어, 평행사변형 템플릿 패턴에 기초한 경우), 4 배(예를 들어, 정사각형 템플릿 패턴에 기초한 경우) 또는 6 배(예를 들어, 육각 템플릿 패턴에 기초한 경우)의 배수의 회전 대칭을 가질 수 있다.

어퍼처 어레이(430d)은 도 4를 참조하여 설명된 하전 입자 시스템(400) 내의 어퍼처 어레이(430)로서 사용될 수 있다.

집광 렌즈 시스템(410)은 여러 회전 설정 중 하나에서 선택적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 회전 설정의 수는 2개 이상이다. 회전 설정의 수는 소정의 개별 회전 설정 세트일 수 있다(예를 들어, 도 11a-c에 참조하여 설명된 바와 같이 -25도, 20도 및 65도, 또는 대안적으로 -45도, 0도, +45도). 집광 렌즈 시스템(410)은 예를 들어, 도 10과 관련하여 설명된 제1, 제2 및 추가적인 회전들에 대응하는 다수의 사전 설정된 회전들에서 하전 입자 빔 경로(406)를 선택적으로 회전시킬 수 있다. 각 회전 설정은 어퍼처 어레이(430d)와 빔-제한 어레이(420) 사이의 상이한 빔 경로 범위를 정의할 수 있다. 따라서 빔 제한 어레이(420)의 빔 제한 어퍼처(422)는 집광 렌즈 시스템(410)의 각 회전 설정에 대해 어퍼처 어레이(430d)의 하전 입자 빔 경로(406) 하단에 위치한다.

집광 렌즈 시스템(410)은 각 회전 설정에 대한 각각의 배율 하위 범위 내에서 하전 입자 빔 경로(406)의 배율을 조정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 집광 렌즈 시스템(410)은 각 회전 설정에 대한 배율 설정의 하위 범위 내에서 작동할 수 있다. 각 회전 설정에 대한 배율 설정 하위 범위는 도 10과 관련하여 설명된 제1, 제2 또는 추가 회전에 대한 제1, 제2 또는 추가 배율 하위 범위의 역수일 수 있다. 이와 같이, 집광 렌즈 시스템(410)은 특정 회전 설정에서, 해당 하위 범위 내에서 배율 설정을 가변적으로 조정하도록 구성될 수 있다. 어퍼처 어레이(430d)의 어퍼처(432d)는 배율 하위 범위 및 대응하는 회전 설정을 갖는 배율 설정에서, 빔-제한 어레이(420)의 빔-제한 어퍼처(422)가 모두 하전 입자 빔 경로(406)에 위치하도록 구성될 수 있다.

빔 회전 설정에서, 어퍼처 어레이(430d)의 어퍼처(432d)는 빔-제한 어레이(420)의 각 빔-제한 어퍼처(422)가 (바람직하게는 전체) 각각의 하위 배율 범위에 대한 하전 입자 빔 경로에 놓이도록 구성된다. 따라서, 모든 빔 제한 어퍼처(422)는 배율 설정의 전체 하위 범위 및 해당 회전 설정에 대해 하전 입자 빔 경로(406)를 따라 전파되는 하전 입자 빔(402)에 노출되거나 이에 의해 조명될 수 있다.

어퍼처 어레이(430d)의 어퍼처(432d)는 회전 설정 중 적어도 하나, 바람직하게는 모두에 걸쳐 빔 제한 어레이의 실질적으로 최적의 분해능 다운빔(즉, 프로브 스팟의 실질적으로 최적의 분해능)을 제공하도록 구성되는 하전 입자 빔 경로(406)를 정의할 수 있다. 어퍼처 어레이(430)의 어퍼처(432d)는 도 8과 관련하여 설명된 수학 방정식 I 및 II를 충족하는 적어도 한 쌍의 회전(θ) 및 배율(M)을 가능하게 할 수 있다.

바람직하게는, 어퍼처 어레이(430d)의 어퍼처(432d) 중 적어도 2개는 회전 설정 수의 배수에 대해 하전 입자 빔 경로(406)를 정의한다. 따라서, 어퍼처 중 적어도 2개(예를 들어, 중심 어퍼처(451d) 및 적어도 하나의 중심을 벗어난 어퍼처(432d))는 상이한 회전 설정에 의해 공유될 수 있다. 예를 들어, 중심을 벗어난 어퍼처(432d)는 제1 회전 설정에서 빔 제한 어레이(420)의 상응하는 어퍼처(422)에 대한 하전 입자 빔 경로(406)를 정의할 수 있다. 동일한 중심을 벗어난 어퍼처(432d)는 제2 회전 설정에서 빔 제한 어레이(420)의 다른 어퍼처(422)에 대한 하전 입자 빔 경로(406)를 정의할 수 있다. 따라서, 각각 다른 회전 설정에 있는 둘 이상의 어퍼처(432d)는 어퍼처 어레이(430d)로부터 빔-제한 어레이(420)로의 상응하는 하전 입자 빔 경로(406)를 정의할 수 있다.

바람직하게는, 회전 설정의 수는 도 7과 관련하여 설명된 제로 회전 설정 이외의 회전 설정을 포함한다(바람직하게는 단지 포함함). 본 발명자들은 집광 렌즈 시스템(410)을 사용하여 적어도 일부 회전(제로 회전 설정이 아닌)을 제공하는 것이 프로브 스팟의 분해능을 향상시킬 수 있다는 것을 발견했다. 회전 설정은 바람직한 회전 범위에 걸쳐 분산될 수 있다. 예를 들어, 빔 회전 설정의 수는 도 11a-c의 예에서와 같이 -25도, 20도 및 65도의 회전을 포함할 수 있으며, 0도의 회전을 포함하지 않을 수 있다.

전술한 바와 같이, 집광 렌즈 시스템(410)은 도 10의 어퍼처 어레이(430d)를 사용할 때 다수의 회전 설정 중 하나에서 선택적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 도 7의 어퍼처 어레이(430a)를 집광 렌즈 시스템(410)과 함께 사용하는 다른 실시예에서, 집광 렌즈는 상이한 회전 설정에서 선택적으로 작동할 수 있다. 따라서, 도 7의 어퍼처 어레이(430a)는 제로 회전 설정과 같은 고정된 회전 설정 대신에 복수의 회전 설정에서 사용될 수 있다. 이는 어퍼처 어레이(430a)가 고유한 90도 대칭을 나타내기 때문이다. 어퍼처 어레이(430a)를 90도 회전시키면 회전되지 않은 어퍼처 어레이(430a)와 동일한 패턴이 생성된다. 따라서 집광 렌즈 시스템(410)은 도 7의 어퍼처 어레이(430a)를 사용하여 다수의 회전 설정(예를 들어, 0도 및 90도 회전, 또는 -45도 및 +45도 회전) 중 하나에서 작동할 수 있다.

도 10에 도시된 어퍼처 어레이(430d)는 도 6의 빔-제한 어레이(420), 즉 5x5 정사각형 어레이와 호환된다. 도 10에 도시된 어퍼처 어레이(430d)는 5x5 정사각형 템플릿 패턴의 중첩을 포함한다. 본 명세서에 설명된 개념은 다른 빔-제한 어레이(420)와 호환되는 어퍼처 어레이(430)를 생성하도록 확장될 수 있다. 예를 들어, 도 12는 9x9 정사각형 빔 제한 어레이(420)와 호환되고 세 가지 회전 설정(예를 들어, -25도, +20도 및 +65도)에서 집광 렌즈 시스템을 사용할 수 있는 어퍼처 어레이(430e)의 예를 개략적으로 나타낸다.

도 13은 육각형 어레이와 호환되고 세 가지 회전 설정(예: -60도, 0도 및 +60도)에서 집광 렌즈 시스템을 사용할 수 있는 어퍼처 어레이(430f)의 예를 개략적으로 나타낸다. 어퍼처 어레이(430f)의 설계는 육각 어퍼처 어레이의 고유한 60도 대칭을 활용한다. 어퍼처 어레이(430f)를 60도 회전하면 회전하지 않은 상태의 어퍼처 어레이(430f)와 동일한 패턴이 생성된다. 따라서, 어퍼처 어레이(430f)는 서로 60도씩 오프셋되는 여러 회전 설정에서 작동하는 집광 렌즈 시스템(410)과 함께 사용될 수 있다.

하전 입자 시스템(400)을 작동하는 방법도 제공될 수 있다. 하전 입자 시스템(400)은 어퍼처 어레이(430d, 430d)를 포함하며, 어퍼처 어레이는 어퍼처(432d, 432d)의 배열로 정의된다. 하전 입자 시스템(400)은 빔-제한 어레이(420)를 더 포함한다. 빔 제한 어레이(420)는 어퍼처 어레이(430d)의 다운빔에 배치된다. 빔-제한 어레이(420)에는 빔-제한 어퍼처(422)의 어레이가 정의된다. 집광 렌즈 시스템(410)은 어퍼처 어레이(430c, 430d)와 빔-제한 어레이(420) 사이에 배치된다. 이 방법은 하전 입자 빔(402)을 어퍼처 어레이(430d)의 어퍼처(432d)를 통해 통과시키는 것을 포함한다. 이 방법은 또한 두 개 이상의 상이한 회전 설정에서 집광 렌즈 시스템(410)을 작동하는 것을 더 포함한다. 각 회전 설정은 어퍼처 어레이(430d)와 빔 제한 어레이(420) 사이의 상이한 하전 입자 빔 경로(406)를 정의한다. 각 회전 설정에 대해, 이 방법은 어퍼처 어레이(430d)로부터 빔 제한 어레이(420)의 각 빔 제한 어퍼처(422)를 통해 하전 입자를 지향시키는 것을 포함한다. 빔 제한 어퍼처(422) 각각은 하전 입자 빔 경로(406)에 완전히 노출되거나 이에 의해 조명될 수 있다.

집광 렌즈 시스템은, 각각의 배율 설정의 하위 범위 내에서, 하전 입자 빔 경로들(406)에 적용될 수 있는 배율 설정을, 2개 이상의 상이한 회전 설정들 각각에서 변화시키도록 더 작동될 수 있다. 서로 다른 회전 설정의 배율 설정의 하위 범위는 서로 구별될 수 있으며, 이는 겹치지 않는다. 하위 범위 내의 각 배율 설정 및 각각의 회전 설정에 대해, 이 방법은 빔-제한 어레이(420)의 각 빔-제한 어퍼처(422)을 통해 어퍼처 어레이(430d)로부터 하전 입자를 지향시키는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 지향은 하전 입자를 집광 렌즈를 통해 지향시키는 것을 포함할 수 있다.

본 발명이 다양한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 명세서에 개시된 본 발명의 명세서 및 실시예를 고려하면 본 발명의 다른 실시예들이 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 본 발명의 진정한 범위와 사상은 다음의 청구범위에 의해 표시될 것이다. 본 명세서 전체에서 검사에 대한 언급은 측정, 즉 계측 애플리케이션을 참조하기 위한 것이다. 다음의 항들은 본 발명의 실시예를 설명한다.

1. 하전 입자 멀티 빔 경로를 따라 하전 입자 멀티 빔을 생성하는 하전 입자 시스템으로서,

업빔(upbeam) 하전 입자 소스로부터 어퍼처 어레이의 다운빔(downbeam) 하전 입자 경로를 생성하도록 구성된 어퍼처의 어레이로 정의되는, 어퍼처 어레이;

어퍼처 어레이의 다운빔에 배열되고 하전 입자 멀티 빔 경로를 성형하기 위한 빔 제한 어퍼처의 어레이로 정의되는, 빔 제한 어레이; 및

어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이에 배치된 집광 렌즈 시스템 - 집광 렌즈 시스템은 다수의 회전 설정 중 하나에서 선택적으로 작동하도록 구성되고, 회전 설정의 수는 2개 이상이며, 각 회전 설정은 어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이의 빔 경로의 상이한 범위를 정의함 - 을 포함하고,

어퍼처 어레이의 어퍼처는 집광 렌즈 시스템의 각 회전 설정에서 빔 제한 어레이의 각 빔 제한 어퍼처가 어퍼처 어레이의 다운빔 하전 입자 빔 경로에 놓이도록 구성되는, 하전 입자 시스템.

2. 제 1 항에 있어서, 어퍼처 어레이로부터 빔 제한 어레이로의 하전 입자 빔 경로는 어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이의 하전 입자 빔 경로에 적용되는 배율에 의존하는, 하전 입자 시스템.

3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 어퍼처 어레이로부터 빔 제한 어레이로의 하전 입자 빔 경로는 어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이의 하전 입자 빔 경로에 적용되는 회전에 의존하는, 하전 입자 시스템.

4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 어퍼처 어레이로부터 빔 제한 어레이로의 하전 입자 빔 경로는 어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이의 하전 입자 빔 경로에 적용되는 회전 및 배율에 의존하고, 회전 및 배율은 서로 의존하는, 하전 입자 시스템.

5. 제 4 항에 있어서, 빔 제한 어퍼처의 하전 입자 멀티 빔 다운빔의 실질적으로 최적의 분해능을 달성하기 위해, 배율 및 회전이 서로에 대해 의존적인, 하전 입자 시스템.

6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 어퍼처 어레이의 어퍼처 중 적어도 2개는 어퍼처 어레이로부터 빔 제한 어레이로의 회전 설정의 수의 배수에 대한 빔 경로를 정의하는, 하전 입자 시스템.

7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 집광 렌즈 시스템은 각각의 회전 설정에 대한 각각의 배율 하위 범위 내에서 하전 입자 빔 경로의 배율을 조정하도록 구성되는, 하전 입자 시스템.

8. 제 7 항에 있어서, 어퍼처 어레이의 어퍼처는, 각 배율 하위 범위의 각 배율에서, 빔 제한 어레이의 각 빔 제한 어퍼처가 각 배율 하위 범위에 대응하는 회전 설정에서 어퍼처 어레이로부터 빔 제한 어레이로의 하전 입자 빔 경로에 놓이도록 구성되는, 하전 입자 시스템.

9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 어퍼처 어레이의 어퍼처는 복수의 세장형 슬릿 및 선택적인 중심 어퍼처를 포함하는 패턴을 형성하는, 하전 입자 시스템.

10. 제 9 항에 있어서, 세장형 슬릿은 어퍼처 어레이의 중심으로부터 반경 방향으로 멀리 연장되고, 선택적으로 중심은 중심 어퍼처와 정렬되는, 하전 입자 시스템.

11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 세장형 슬릿은 중심점으로부터 더 넓어지도록, 선택적으로 중심 어퍼처로부터 더 넓어지도록 테이퍼링되며, 바람직하게는, 세장형 슬릿이 중심 어퍼처로부터 변위에 따라 넓어지는, 하전 입자 시스템.

12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 패턴은:

중심에 대한 제1 회전 및 제1 배율에서의 템플릿 패턴; 및

중심에 대한 제2 회전 및 제2 배율에서의 템플릿 패턴의 중첩을 포함하는, 하전 입자 시스템.

13. 제 12 항에 있어서, 제1 배율은 중심에 대한 제1 회전에서 배율의 제1 하위 범위를 포함하고,

제2 배율은 중심에 대한 제2 회전에서 배율의 제2 하위 범위를 포함하는, 하전 입자 시스템.

14. 제 13 항에 있어서, 배율의 제1 하위 범위, 배율의 제2 하위 범위, 및 선택적으로 하나 이상의 배율의 추가적인 하위 범위가 서로 떨어져 있는, 바람직하게는 인접하는 것보다 더욱 떨어져 있는, 하전 입자 시스템.

15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 템플릿 패턴은 정사각형 또는 육각형 어퍼처 패턴, 바람직하게는 규칙적인 패턴, 더욱 바람직하게는 원형 어퍼처 패턴을 포함하는, 하전 입자 시스템.

16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 회전, 제2 회전, 및 선택적으로 추가적인 회전은 45도 또는 60도만큼 회전 오프셋되는, 하전 입자 시스템.

17. 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 패턴은 2배, 4배 또는 6배의 배수의 회전 대칭을 갖는, 하전 입자 시스템.

18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 설정의 수는 서로에 대해 45도의 회전 오프셋을 포함하는, 하전 입자 시스템.

19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 설정의 수는 서로에 대해 60도의 회전 오프셋을 포함하는, 하전 입자 시스템.

20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 설정에서 집광 렌즈 시스템은 하전 입자 빔 경로의 배율을 사전 정의된 배율 세트 중 하나로 조정하도록 구성되고, 회전 설정의 각 쌍은 해당 배율은 빔 제한 어퍼처의 다운빔에서 실질적으로 최적의 분해능을 달성하도록 구성되는, 하전 입자 시스템.

21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 어퍼처 어레이의 각각의 어퍼처는 빔 제한 어레이의 대응하는 어퍼처와 동일한 형상을 갖는, 하전 입자 시스템.

22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 빔 제한 어레이는 빔 제한 어퍼처의 어레이, 바람직하게는 빔 제한 어퍼처의 직사각형 또는 육각형 어레이, 더 바람직하게는 규칙적인 어레이로 정의되는, 하전 입자 시스템.

23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 집광 렌즈 시스템은 자기 렌즈, 바람직하게는 적어도 2개의 자기 렌즈를 포함하는, 하전 입자 시스템.

24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 선택 가능한 회전 설정의 수는 제로 회전 설정(zero-rotation setting) 이외의 회전 설정을 포함하고, 바람직하게는 모든 회전 설정은 제로 회전 설정과 상이한, 하전 입자 시스템.

25. 어퍼처 어레이로서, 어퍼처 어레이는 중심점 및 어퍼처 패턴을 포함하며, 패턴은 중심점을 중심으로 제1 회전 및 제1 배율의 템플릿 패턴 및 중심점을 중심으로 제2 회전 및 제2 배율의 템플릿 패턴의 중첩을 포함하는, 어퍼처 어레이.

26. 제 25 항에 있어서, 제1 배율은 중심점에 대한 제1 회전에서의 배율의 제1 하위 범위를 포함하고, 제2 배율은 중심점에 대한 제2 회전에서의 배율의 제2 하위 범위를 포함하는, 어퍼처 어레이.

27. 제 26 항에 있어서, 배율의 제1 하위 범위, 배율의 제2 하위 범위, 및 선택적으로 하나 이상의 배율의 추가적인 하위 범위는 서로 떨어져 있고, 바람직하게는 인접한 것보다 더 멀리 떨어져 있는, 어퍼처 어레이.

28. 제 25 항에 있어서, 제1 배율은 단일 배율 값을 포함하고, 제2 배율은 단일 배율 값을 포함하는, 어퍼처 어레이.

29. 제 25 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 중첩은 중심점에 대한 하나 이상의 추가적인 회전 및 하나 이상의 추가적인 각각의 배율에서 템플릿 패턴을 추가로 포함하는, 어퍼처 어레이.

30. 제 25 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 템플릿 패턴은 정사각형 또는 육각형 패턴의 어퍼처, 바람직하게는 규칙적인 패턴, 더욱 바람직하게는 원형 어퍼처의 패턴을 포함하는, 어퍼처 어레이.

31. 제 25 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 쌍의 i) 제1 회전 및 제1 배율, ii) 제2 회전 및 제2 배율, iii) 선택적으로 각각의 추가적인 회전 및 추가적인 배율은 서로의 함수인, 어퍼처 어레이.

32. 제 31 항에 있어서, 함수는 수학 방정식 M=α-βε^2 및 θ=κε를 충족하며, 여기서 M은 배율에 대응하고, θ는 회전에 대응하며, α, β 및 κ는 상수이고 ε는 변수인, 어퍼처 어레이.

33. 제 25 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 회전, 제2 회전 및 선택적으로 적어도 추가적인 회전은 45도 또는 60도만큼 회전 오프셋되는, 어퍼처 어레이.

34. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항의 하전 입자 시스템에 사용하기 위한, 어퍼처 어레이.

35. 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 따른 하전 입자 시스템 또는 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 따른 어퍼처 어레이를 포함하는 하전 입자 시스템을 포함하는 하전 입자 툴로서, 하전 입자 시스템은 하전 입자 멀티 빔 경로를 따라 하전 입자 멀티 빔을 생성하도록 구성되고, 하전 입자 투영 시스템은 하전 입자 멀티 빔 경로를 따라 하전 입자 멀티 빔을 샘플로 지향시키도록 구성되는, 하전 입자 툴.

36. 어퍼처의 어레이로 정의되는 어퍼처 어레이, 어퍼처 어레이의 다운빔에 배치되고 빔 제한 어퍼처의 어레이로 정의되는 빔 제한 어레이, 및 어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이에 배치되는 집광 렌즈 시스템을 포함하는 하전 입자 시스템 작동 방법으로서, 방법은:

어퍼처 어레이의 어퍼처를 통해 하전 입자 빔을 통과시키는 단계;

2개 이상의 상이한 회전 설정 - 각 회전 설정은 어퍼처 어레이와 빔 제한 어레이 사이에 상이한 빔 경로를 정의함 - 에서 집광 렌즈 시스템을 작동시키는 단계; 및

각 회전 설정에 대해, 빔 제한 어레이의 각 빔 제한 어퍼처를 통해 어퍼처 어레이로부터 하전 입자를 지향시키는 단계를 포함하는, 방법.

37. 제 36 항에 있어서, 배율 설정의 하위 범위 내의 배율 설정을 위해, 2개 이상의 상이한 회전 설정의 각각에서, 배율 설정의 각각의 하위 범위 내의 가변 배율 설정에서 집광 렌즈 시스템을 작동시키는 단계; 및 배율 설정의 하위 범위 내의 배율 설정 및 각각의 회전 설정에서, 빔 제한 어레이의 각각의 빔 제한 어퍼처를 통해 어퍼처 어레이로부터 하전 입자를 지향시키는 단계를 포함하는, 방법.

위의 설명은 제한이 아닌 예시를 위한 것이다. 따라서, 이하 설명된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 기술된 바와 같이 수정이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

1. 하전 입자 멀티 빔 경로를 따라 하전 입자 멀티 빔을 생성하는 하전 입자 시스템으로서,
   업빔(upbeam) 하전 입자 소스로부터 어퍼처 어레이의 다운빔(downbeam) 하전 입자 경로를 생성하도록 구성된 어퍼처의 어레이로 정의되는, 어퍼처 어레이;
   상기 어퍼처 어레이의 다운빔에 배치되고 상기 하전 입자 멀티 빔 경로를 성형하기 위한 빔 제한 어퍼처의 어레이로 정의되는, 빔 제한 어레이; 및
   상기 어퍼처 어레이와 상기 빔 제한 어레이 사이에 배치된 집광 렌즈 시스템 - 상기 집광 렌즈 시스템은 다수의 회전 설정 중 하나에서 선택적으로 작동하도록 구성되고, 상기 회전 설정의 수는 2개 이상이며, 각 회전 설정은 상기 어퍼처 어레이와 상기 빔 제한 어레이 사이의 빔 경로의 상이한 범위를 정의함 - 을 포함하며,
   상기 어퍼처 어레이의 상기 어퍼처는, 상기 집광 렌즈 시스템의 각 회전 설정에서 상기 빔 제한 어레이의 각 빔 제한 어퍼처가 상기 어퍼처 어레이의 다운빔 하전 입자 빔 경로에 놓이도록 구성되는,
   하전 입자 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 어퍼처 어레이로부터 상기 빔 제한 어레이로의 상기 하전 입자 빔 경로는 상기 어퍼처 어레이와 상기 빔 제한 어레이 사이의 상기 하전 입자 빔 경로에 적용되는 배율에 의존하는,
   하전 입자 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 어퍼처 어레이로부터 상기 빔 제한 어레이로의 상기 하전 입자 빔 경로는 상기 어퍼처 어레이와 상기 빔 제한 어레이 사이의 상기 하전 입자 빔 경로에 적용되는 회전에 의존하는,
   하전 입자 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 어퍼처 어레이로부터 상기 빔 제한 어레이로의 상기 하전 입자 빔 경로는 상기 어퍼처 어레이와 상기 빔 제한 어레이 사이의 상기 하전 입자 빔 경로에 적용되는 회전 및 배율에 의존하고, 상기 회전 및 배율은 서로 의존적인,
   하전 입자 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 어퍼처 어레이의 상기 어퍼처 중 적어도 2개는 상기 어퍼처 어레이로부터 상기 빔 제한 어레이로의 회전 설정의 수의 배수에 대한 빔 경로를 정의하는,
   하전 입자 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 집광 렌즈 시스템은 각 회전 설정에 대한 각각의 배율 하위 범위 내에서 상기 하전 입자 빔 경로의 배율을 조정하도록 구성되는,
   하전 입자 시스템.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 어퍼처 어레이의 상기 어퍼처는 복수의 세장형 슬릿 및 선택적인 중심 어퍼처를 포함하는 패턴을 형성하는,
   하전 입자 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 세장형 슬릿은 상기 어퍼처 어레이의 중심점으로부터 반경 방향으로 멀리 연장되고, 선택적으로 상기 중심점은 상기 중심 어퍼처와 정렬되는,
   하전 입자 시스템.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 패턴은:
   상기 중심점에 대한 제1 회전 및 제1 배율에서의 템플릿 패턴; 및
   상기 중심점에 대한 제2 회전 및 제2 배율에서의 상기 템플릿 패턴의 중첩을 포함하는,
   하전 입자 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 배율은 상기 중심점에 대한 상기 제1 회전에서 배율의 제1 하위 범위를 포함하고,
    상기 제2 배율은 상기 중심점에 대한 상기 제2 회전에서 배율의 제2 하위 범위를 포함하는,
    하전 입자 시스템.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 템플릿 패턴은 정사각형 또는 육각형 어퍼처 패턴, 바람직하게는 규칙적인 패턴, 더욱 바람직하게는 원형 어퍼처 패턴을 포함하는,
    하전 입자 시스템.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 설정의 수는 서로에 대해 45도 또는 서로에 대해 60도의 회전 오프셋을 포함하는,
    하전 입자 시스템.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어퍼처 어레이의 각 어퍼처는 상기 빔 제한 어레이 내 대응하는 어퍼처와 동일한 형상을 갖는,
    하전 입자 시스템.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    선택 가능한 상기 회전 설정의 수는 제로 회전 설정(zero-rotation setting) 이외의 회전 설정을 포함하고, 바람직하게는 모든 회전 설정은 제로 회전 설정과 상이한,
    하전 입자 시스템.
15. 어퍼처의 어레이로 정의되는 어퍼처 어레이, 상기 어퍼처 어레이의 다운빔에 배치되고 빔 제한 어퍼처의 어레이로 정의되는 빔 제한 어레이, 및 상기 어퍼처 어레이와 상기 빔 제한 어레이 사이에 배치되는 집광 렌즈 시스템을 포함하는 하전 입자 시스템 작동 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 어퍼처 어레이의 상기 어퍼처를 통해 하전 입자 빔을 통과시키는 단계;
    2개 이상의 상이한 회전 설정 - 각 회전 설정은 상기 어퍼처 어레이와 상기 빔 제한 어레이 사이에 상이한 빔 경로를 정의함 - 에서 상기 집광 렌즈 시스템을 작동시키는 단계; 및
    각 회전 설정에 대해, 상기 빔 제한 어레이의 각 빔 제한 어퍼처를 통해 상기 어퍼처 어레이로부터 상기 하전 입자를 지향시키는 단계를 포함하는, 방법.

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