KR20240008858A - 하전 입자 광학 장치, 대물 렌즈 어셈블리, 검출기, 검출기 어레이 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 샘플에 대한 서브 빔 경로를 따라 하전 입자 서브 빔을 가속하고, 검출기 어레이로부터 2차 하전 입자를 반발시키고, 거울 검출기 어레이를 사용하고, 다중 검출기 어레이를 사용하고, 하전 입자를 주로 검출하는 모드와 2차 입자를 주로 검출하는 모드 간에 전환할 수 있는 장치 및 검출기를 제공하는 것을 포함하는, 2차 하전 입자 및 후방 산란 하전 입자를 검출하는 다양한 기술을 제공한다.
Description
본 출원은 2021년 5월 18일에 출원된 EP 출원 21174519.5의 우선권을 주장하며, 그 전문은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
본 명세서에서 제공되는 실시예들은 일반적으로 대물 렌즈 어셈블리, 하전 입자 광학 장치, 검출기, 검출기 어레이 및 방법에 관한 것으로, 특히 하전 입자들의 다수 빔들(예를 들어, 서브 빔들)을 사용하는 대물 렌즈 어셈블리, 하전 입자 광학 장치, 검출기, 검출기 어레이 및 방법에 관한 것이다.
반도체 집적 회로(IC) 칩을 제조하는 경우, 예를 들어 광학 효과 및 부수적인 입자들의 결과로서 원하지 않은 패턴 결함들이 제작 공정들 동안 기판(즉, 웨이퍼) 또는 마스크 상에서 필연적으로 발생하여, 수율을 감소시킨다. 그러므로, 원하지 않은 패턴 결함들의 정도를 모니터링하는 것은 IC 칩들의 제조에서 중요한 프로세스이다. 더 일반적으로, 기판 또는 다른 대상물/재료의 표면의 검사 및/또는 측정은 그 제조 동안 및/또는 제조 후 중요 프로세스이다.
하전 입자 빔을 이용한 패턴 검사 툴들이, 예를 들어 패턴 결함들을 검출하기 위해 대상물들을 검사하는 데 사용되어 왔다. 이 툴들은 통상적으로 스캐닝 전자 현미경(SEM)과 같은 전자 현미경 검사 기술들을 사용한다. SEM에서는, 비교적 높은 에너지의 전자들의 1차 전자 빔이 비교적 낮은 랜딩 에너지(landing energy)에서 샘플 상에 랜딩하기 위해 최종 감속 단계를 목표로 한다. 전자들의 빔은 샘플 상에 프로빙 스폿(probing spot)으로서 포커싱된다. 프로빙 스폿에서의 재료 구조체와 전자들의 빔으로부터의 랜딩 전자들 간의 상호작용은 표면으로부터 2차 전자, 후방 산란된 전자 또는 오제(Auger) 전자와 같은 전자들이 방출되도록 한다. 생성된 2차 전자들은 샘플의 재료 구조체로부터 방출될 수 있다. 1차 전자 빔을 샘플 표면에 걸쳐 프로빙 스폿으로서 스캔함으로써, 2차 전자들이 샘플의 표면 전체에 걸쳐 방출될 수 있다. 샘플 표면으로부터 방출된 이러한 2차 전자들을 수집함으로써, 패턴 검사 툴이 이미지라고 할 수 있는, 및 이미지로 렌더링(render)될 수 있는 데이터를 얻을 수 있다. 이미지는 샘플의 표면의 재료 구조체의 특성들을 나타낸다.
이러한 방식으로 얻어진 이미지들은 유용할 수 있지만, 이러한 알려진 전자 현미경 검사 기술들로부터 샘플에 대해 얻어진 정보에는 제한들이 있다. 일반적으로, 예를 들어 샘플 표면 아래의 구조체들 및 오버레이 타겟들에 관한 추가적인 또는 대안적인 정보를 얻을 필요가 있다.
본 발명의 목적은 하전 입자들을 사용하여, 예를 들어 후방 산란된 하전 입자들을 사용하여 샘플로부터 정보를 얻는 것을 지원하는 실시예들을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 하전 입자 시스템을 위한 하전 입자 광학 장치가 제공되고, 상기 장치는 샘플을 향해 1차 빔 경로를 따라 하전 입자의 빔 어레이를 투영하도록 구성되며, 상기 장치는: 샘플 상에 빔을 투영하도록 구성되고 하전 입자 빔 어레이의 1차 빔 경로를 따라 적어도 2개의 전극을 포함하는 대물 렌즈 어레이; 상기 1차 빔 경로를 따라 적어도 하나의 전극의 상류에 위치하는 검출기의 업빔(up-beam) 어레이; 상기 1차 빔 경로를 따라 적어도 하나의 전극의 하류에 위치하는 검출기의 다운빔(down-beam) 어레이; 상기 대물 렌즈 어레이, 상기 검출기의 업빔 어레이 및 상기 검출기의 다운빔 어레이 중 하나 이상에 전기적으로 연결되도록 구성된 적어도 하나의 전압 공급 장치; 및 상기 적어도 하나의 전압 공급 장치에 의해 상기 대물 렌즈 어레이의 적어도 하나의 전극, 상기 검출기의 업빔 어레이 및 상기 검출기의 다운빔 어레이에 인가되는 전위를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고, 상기 검출기의 업빔 어레이 및 상기 검출기의 다운빔 어레이는 동시에 신호 입자를 검출하도록 구성된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본원에 설명된 하전 입자 광학 장치를 포함하는 멀티 빔 하전 입자 평가 툴을 이용하여 샘플로부터 방출되는 하전 입자를 검출하는 방법이 제공된다.
본 발명의 앞선 실시형태 및 다른 실시형태는 첨부된 도면들과 함께 취해진 예시적인 실시예들의 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
도 1은 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치를 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 2는 도 1의 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치의 일부인 예시적인 멀티-빔 장치를 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 3은 일 실시예에 따른 예시적인 멀티-빔 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 4는 일 실시예에 따른 예시적인 하전 입자 광학 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 5는 일 실시예에 따른 검사 장치의 대물 렌즈의 개략적인 단면도이다.
도 6은 대안적인 실시예에 따른 검사 장치의 대물 렌즈의 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 5 또는 도 6의 대물 렌즈의 저면도이다.
도 8은 도 5 또는 도 6의 대물 렌즈의 수정예의 저면도이다.
도 9는 도 5 또는 도 6의 대물 렌즈에 통합된 검출기의 확대된 개략적인 단면도이다.
도 10, 도 11 및 도 12는 일 실시예에서 사용되는 절연 구조체의 개략적인 단면도들이다.
도 13a 및 도 13b는 상이한 수정된 검출기들의 저면도들이다.
도 14는 도 13a의 수정된 검출기를 사용하는 도 5 또는 도 6의 대물 렌즈의 저면도이다.
도 15는 도 13a의 수정된 검출기를 사용하는 도 5 또는 도 6의 대물 렌즈에 통합된 검출기의 확대된 개략적인 단면도이다.
도 16은 매크로 시준기(macro collimator) 및 매크로 스캔 편항기를 포함하는 예시적인 전자-광학 시스템의 개략적인 다이어그램이다.
도 17a는 일 실시예에 따른 대물 렌즈의 개략적인 단면도이고, 도 17b는 사용 중인 도 17a의 대물 렌즈를 도시한다.
도 18a는 일 실시예에 따른 대물 렌즈의 개략적인 단면도이고, 도 18b는 사용 중인 도 18a의 대물 렌즈를 도시한다.
도 19a는 일 실시예에 따른 대물 렌즈의 개략적인 단면도이고, 도 19b, 도 19c, 도 19d 및 도 19e는 사용 중인 도 19a의 대물 렌즈를 도시한다.
도 20a는 일 실시예에 따른 대물 렌즈의 개략적인 단면도이고, 도 20b는 사용 중인 도 20a의 대물 렌즈를 도시한다.
도 21는 일 실시예에 따른 예시적인 하전 입자 광학 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 22는 도 13a의 검출기를 사용하는 일 실시예에 따른 대물 렌즈의 개략적인 단면도이다.
개략적인 다이어그램들 및 도면들은 아래에서 설명되는 구성요소들을 나타낸다. 그러나, 도면들에 도시된 구성요소들은 비례척이 아니다.
도 1은 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치를 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 2는 도 1의 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치의 일부인 예시적인 멀티-빔 장치를 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 3은 일 실시예에 따른 예시적인 멀티-빔 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 4는 일 실시예에 따른 예시적인 하전 입자 광학 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 5는 일 실시예에 따른 검사 장치의 대물 렌즈의 개략적인 단면도이다.
도 6은 대안적인 실시예에 따른 검사 장치의 대물 렌즈의 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 5 또는 도 6의 대물 렌즈의 저면도이다.
도 8은 도 5 또는 도 6의 대물 렌즈의 수정예의 저면도이다.
도 9는 도 5 또는 도 6의 대물 렌즈에 통합된 검출기의 확대된 개략적인 단면도이다.
도 10, 도 11 및 도 12는 일 실시예에서 사용되는 절연 구조체의 개략적인 단면도들이다.
도 13a 및 도 13b는 상이한 수정된 검출기들의 저면도들이다.
도 14는 도 13a의 수정된 검출기를 사용하는 도 5 또는 도 6의 대물 렌즈의 저면도이다.
도 15는 도 13a의 수정된 검출기를 사용하는 도 5 또는 도 6의 대물 렌즈에 통합된 검출기의 확대된 개략적인 단면도이다.
도 16은 매크로 시준기(macro collimator) 및 매크로 스캔 편항기를 포함하는 예시적인 전자-광학 시스템의 개략적인 다이어그램이다.
도 17a는 일 실시예에 따른 대물 렌즈의 개략적인 단면도이고, 도 17b는 사용 중인 도 17a의 대물 렌즈를 도시한다.
도 18a는 일 실시예에 따른 대물 렌즈의 개략적인 단면도이고, 도 18b는 사용 중인 도 18a의 대물 렌즈를 도시한다.
도 19a는 일 실시예에 따른 대물 렌즈의 개략적인 단면도이고, 도 19b, 도 19c, 도 19d 및 도 19e는 사용 중인 도 19a의 대물 렌즈를 도시한다.
도 20a는 일 실시예에 따른 대물 렌즈의 개략적인 단면도이고, 도 20b는 사용 중인 도 20a의 대물 렌즈를 도시한다.
도 21는 일 실시예에 따른 예시적인 하전 입자 광학 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 22는 도 13a의 검출기를 사용하는 일 실시예에 따른 대물 렌즈의 개략적인 단면도이다.
개략적인 다이어그램들 및 도면들은 아래에서 설명되는 구성요소들을 나타낸다. 그러나, 도면들에 도시된 구성요소들은 비례척이 아니다.
이제 첨부된 도면에 예시적인 실시예가 설명되어 있는 예시적인 실시예에 대해 상세히 참조한다. 다음의 설명은 첨부된 도면을 참조하며, 상이한 도면들에서 동일한 참조 번호는 달리 표시되지 않는 한 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 예시적인 실시예들의 다음 설명에서 설명되는 구현들은 본 발명에 따른 모든 구현들을 나타내지는 않는다. 대신에, 이들은 첨부된 청구항들에서 언급되는 바와 같은 본 발명에 관련된 실시형태들과 일치하는 장치들 및 방법들의 예시들에 불과하다.
디바이스들의 물리적 크기를 감소시키는 전자 디바이스들의 향상된 컴퓨팅 능력은 IC 칩에서 트랜지스터, 커패시터, 다이오드 등과 같은 회로 구성요소들의 패킹 밀도를 크게 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 이는 더 작은 구조체들이 만들어질 수 있게 하는 증가된 분해능에 의해 가능해졌다. 예를 들어, 엄지손톱의 크기이고 2019년 또는 그 이전에 이용가능한 스마트 폰의 IC 칩은 20 억 개가 넘는 트랜지스터들을 포함할 수 있으며, 각각의 트랜지스터의 크기는 사람 머리카락의 1/1000 미만이다. 따라서, 반도체 IC 제조가 수백 개의 개별 단계들을 갖는 복잡하고 시간-소모적인 공정이라는 것은 놀라운 일이 아니다. 심지어 한 단계에서의 오차들이 최종 생산물의 기능에 극적으로 영향을 미칠 잠재력을 갖는다. 하나의 "치명적 결함(killer defect)"도 디바이스 실패를 야기할 수 있다. 제조 공정의 목표는 공정의 전체 수율을 개선하는 것이다. 예를 들어, 50-단계 공정(여기서, 단계는 웨이퍼 상에 형성되는 층들의 수를 나타낼 수 있음)에 대해 75 % 수율을 얻기 위해, 각각의 개별적인 단계가 99.4 %보다 큰 수율을 가져야 한다. 개별적인 단계가 95 %의 수율을 갖는 경우, 전체 공정 수율은 7 %만큼 낮을 것이다.
IC 칩 제조 설비에서는 높은 공정 수율이 바람직하지만, 시간 당 처리되는 기판들의 수로 정의되는 높은 기판(즉, 웨이퍼) 스루풋을 유지하는 것도 필수적이다. 높은 공정 수율 및 높은 기판 스루풋은 결함의 존재에 의해 영향을 받을 수 있다. 이는 특히 결함들을 검토하기 위해 작업자 개입이 필요한 경우에 그러하다. 따라서, [스캐닝 전자 현미경('SEM')과 같은] 검사 툴들에 의한 마이크로 및 나노-스케일 결함들의 고스루풋 검출 및 식별이 높은 수율 및 낮은 비용을 유지하기 위해 필수적이다.
SEM은 스캐닝 디바이스 및 검출기 장치를 포함한다. 스캐닝 디바이스는 1차 전자들을 생성하는 전자 소스를 포함하는 조명 장치, 및 1차 전자들의 1 이상의 포커싱된 빔으로 기판과 같은 샘플을 스캔하는 투영 장치를 포함한다. 적어도 조명 장치 또는 조명 시스템, 및 투영 장치 또는 투영 시스템은 함께 전자-광학 시스템 또는 장치라고 칭해질 수 있다. 1차 전자들은 샘플과 상호작용하고, 2차 전자들을 생성한다. 검출 장치는 SEM이 샘플의 스캔된 영역의 이미지를 생성할 수 있도록 샘플이 스캔될 때 샘플로부터 2차 전자들을 포착한다. 고스루풋 검사를 위해, 검사 장치들 중 일부는 1차 전자들의 다수 포커싱된 빔들, 즉 멀티-빔을 사용한다. 멀티-빔의 구성 빔(component beam)들은 서브 빔들 또는 빔릿(beamlet)들로 지칭될 수 있다. 멀티-빔은 샘플의 상이한 부분들을 동시에 스캔할 수 있다. 그러므로, 멀티-빔 검사 장치는 단일-빔 검사 장치보다 훨씬 더 빠른 속도로 샘플을 검사할 수 있다.
알려진 멀티-빔 검사 장치의 구현이 아래에 설명되어 있다.
도면들은 개략적이다. 그러므로, 도면들에서의 구성요소들의 상대적인 치수들은 명확함을 위해 과장된다. 도면들의 다음 설명 내에서, 동일하거나 유사한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 구성요소들 또는 개체들을 지칭하며, 개별적인 실시예들에 대한 차이들만이 설명된다. 설명 및 도면들은 전자-광학 시스템에 관한 것이지만, 실시예들은 본 개시내용을 특정 하전 입자들로 제한하는 데 사용되지 않는다는 것을 이해한다. 그러므로, 본 명세서 전체에 걸친 전자들에 대한 언급은 더 일반적으로 하전 입자들에 대한 언급으로 간주될 수 있으며, 하전 입자들이 반드시 전자들인 것은 아니다.
이제 도 1을 참조하며, 이는 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치(100)를 나타내는 개략적인 다이어그램이다. 도 1의 하전 입자 빔 검사 장치(100)는 주 챔버(10), 로드 록 챔버(load lock chamber)(20), 전자 빔 툴(40), EFEM(equipment front end module)(30) 및 제어기(50)를 포함한다. 전자 빔 툴(40)은 주 챔버(10) 내에 위치된다.
EFEM(30)은 제 1 로딩 포트(loading port)(30a) 및 제 2 로딩 포트(30b)를 포함한다. EFEM(30)은 추가적인 로딩 포트(들)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 로딩 포트(30a) 및 제 2 로딩 포트(30b)는 검사될 기판들[예를 들어, 반도체 기판들 또는 다른 재료(들)로 만들어진 기판들] 또는 샘플들(이후, 기판, 웨이퍼 및 샘플은 집합적으로 "샘플"이라고 함)을 포함하는 기판 FOUP(front opening unified pod)들을 수용할 수 있다. EFEM(30) 내의 1 이상의 로봇 아암(robot arm)(도시되지 않음)이 로드 록 챔버(20)로 샘플들을 이송한다.
로드 록 챔버(20)는 샘플 주위의 가스를 제거하는 데 사용된다. 이는 주위 환경에서의 압력보다 낮은 국부적 가스 압력인 진공을 생성한다. 로드 록 챔버(20)는 로드 록 챔버(20) 내의 가스 입자들을 제거하는 로드 락 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 로드 락 진공 펌프 시스템의 작동은 로드 록 챔버가 대기압 미만의 제 1 압력에 도달할 수 있게 한다. 제 1 압력에 도달한 후, 1 이상의 로봇 아암(도시되지 않음)이 로드 록 챔버(20)로부터 주 챔버(10)로 샘플을 이송한다. 주 챔버(10)는 주 챔버 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결된다. 주 챔버 진공 펌프 시스템은 샘플 주위에서의 압력이 제 1 압력 미만의 제 2 압력에 도달하도록 주 챔버(10) 내의 가스 분자들을 제거한다. 제 2 압력에 도달한 후, 샘플은 전자 빔 툴(40)로 이송되고 이에 의해 검사될 수 있다. 전자 빔 툴(40)은 멀티-빔 전자-광학 장치를 포함할 수 있다.
제어기(50)가 전자 빔 툴(40)에 전자적으로 연결된다. 제어기(50)는 하전 입자 빔 검사 장치(100)를 제어하도록 구성되는 (컴퓨터와 같은) 프로세서일 수 있다. 또한, 제어기(50)는 다양한 신호 및 이미지 처리 기능들을 실행하도록 구성되는 처리 회로를 포함할 수 있다. 제어기(50)는 도 1에서 주 챔버(10), 로드 록 챔버(20), 및 EFEM(30)을 포함하는 구조의 외부에 있는 것으로 도시되지만, 제어기(50)가 구조의 일부일 수 있다는 것을 이해한다. 제어기(50)는 하전 입자 빔 검사 장치의 구성 요소들 중 하나에 위치될 수 있거나, 또는 이는 구성 요소들 중 적어도 2 개에 걸쳐 분포될 수 있다. 본 발명은 전자 빔 검사 툴을 하우징하는 주 챔버(10)의 예시들을 제공하지만, 본 발명의 실시형태들은 가장 넓은 의미에서 전자 빔 검사 툴을 하우징하는 챔버에 제한되지 않는다는 것을 유의하여야 한다. 오히려, 앞선 원리들은 제 2 압력 하에서 작동하는 장치의 다른 구성들 및 다른 툴들에도 적용될 수 있다는 것을 이해한다.
이제 도 2를 참조하며, 이는 도 1의 예시적인 하전 입자 빔 검사 장치(100)의 일부인 멀티-빔 검사 툴을 포함하는 예시적인 전자 빔 툴(40)을 나타내는 개략적인 다이어그램이다. 멀티-빔 전자 빔 툴(40)[본 명세서에서 장치(40)라고도 함]은 전자 소스(201), 투영 장치(230), 전동 스테이지(motorized stage)(209), 및 샘플 홀더(207)를 포함한다. 전자 소스(201) 및 투영 장치(230)는 함께 조명 장치라고 칭해질 수 있다. 샘플 홀더(207)는 전동 스테이지(209)에 의해 지지되어 검사를 위한 샘플(208)(예를 들어, 기판 또는 마스크)을 유지한다. 멀티-빔 전자 빔 툴(40)은 검출기 어레이(240)(예를 들어, 전자 검출 디바이스)를 더 포함한다.
전자 소스(201)는 캐소드(cathode)(도시되지 않음) 및 추출기 또는 애노드(anode)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 작동 동안, 전자 소스(201)는 캐소드로부터 1차 전자들로서 전자들을 방출하도록 구성된다. 1차 전자들은 추출기 및/또는 애노드에 의해 추출 또는 가속되어 1차 전자 빔(202)을 형성한다. 전자 소스(201)는 EP20184161.6에 기술된 바와 같이 복수의 소스를 포함할 수 있으며, 이는 적어도 복수의 소스 및 복수의 컬럼 및 그와 연관된 전자 광학과의 관계와 관련하여 본 명세서에 참조로서 포함된다.
투영 장치(230)는 1차 전자 빔(202)을 복수의 서브 빔들(211, 212, 213)로 전환하고, 각각의 서브 빔을 샘플(208) 상으로 향하게 하도록 구성된다. 단순화를 위해 3 개의 서브 빔들이 예시되지만, 수십, 수백 또는 수천 개의 서브 빔들이 존재할 수 있다. 서브 빔들은 빔릿들로 지칭될 수 있다.
제어기(50)는 전자 소스(201), 검출기 어레이(240), 투영 장치(230), 및 전동 스테이지(209)와 같은, 도 1의 하전 입자 빔 검사 장치(100)의 다양한 부분들에 연결될 수 있다. 제어기(50)는 다양한 이미지 및 신호 처리 기능들을 수행할 수 있다. 또한, 제어기(50)는 하전 입자 멀티-빔 장치를 포함한 하전 입자 빔 검사 장치의 작동들을 통제하기 위해 다양한 제어 신호들을 생성할 수 있다.
투영 장치(230)는 검사를 위한 샘플(208) 상에 서브 빔들(211, 212, 및 213)을 포커싱하도록 구성될 수 있고, 샘플(208)의 표면에 3 개의 프로브 스폿들(221, 222, 및 223)을 형성할 수 있다. 투영 장치(230)는 샘플(208)의 표면의 섹션에서 개별 스캐닝 영역들에 걸쳐 프로브 스폿들(221, 222, 및 223)을 스캔하기 위해 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213)을 편향하도록 구성될 수 있다. 샘플(208) 상의 프로브 스폿들(221, 222, 및 223)에 대한 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213)의 입사에 반응하여, 2차 전자들 및 후방 산란 전자들을 포함하는 전자들이 샘플(208)로부터 생성된다.
2차 전자들은 전형적으로 50 eV 이하인 전자 에너지를 갖는다. 실제 2차 전자들은 5 eV 미만의 에너지를 가질 수 있지만, 일반적으로 50 eV 미만이 모두 2차 전자로 취급된다. 후방 산란 전자들은 통상적으로 0 eV와 1차 서브 빔들(211, 212, 213)의 랜딩 에너지 사이의 전자 에너지를 갖는다. 50 eV 미만의 에너지로 검출된 전자들이 일반적으로 2차 전자로서 취급되므로, 실제 후방 산란 전자들의 부분이 2차 전자들로서 계산된다. 2차 전자들은 더 일반적으로 2차 하전 입자들로 지칭될 수 있으며, 이와 교환가능하다. 후방 산란 전자들은 더 일반적으로 후방 산란 하전 입자들로 지칭될 수 있으며, 이와 교환가능하다. 당업자는 후방 산란 하전 입자들이 더 일반적으로 2차 하전 입자들로서 설명될 수 있음을 이해할 것이다. 하지만, 본 발명의 목적을 위해, 후방 산란 하전 입자들은 2차 하전 입자들과 상이한 것으로 간주되며, 예를 들어 더 높은 에너지들을 갖는다. 다시 말해서, 2차 하전 입자들은 운동 에너지가 50 eV 이하인 입자들인 것으로 이해될 것이고, 후방 산란 하전 입자들은 운동 에너지가 50 eV보다 높은 입자들인 것으로 이해될 것이다. 2차 하전 입자들 및 후방 산란 하전 입자들은 샘플로부터 방출된다. 샘플로부터 방출된 하전 입자들, 예를 들어 2차 전자들 및 후방 산란 전자들은 달리 신호 입자들, 예를 들어 2차 신호 입자들 및 후방 산란 신호 입자들로 지칭될 수 있다.
검출기 어레이(240)는 2차 전자들 및/또는 후방 산란 전자들을 검출하고, 예를 들어 샘플(208)의 대응하는 스캔 영역들의 이미지들을 구성하기 위해 신호 처리 시스템(280)으로 전송되는 대응하는 신호들을 생성하도록 구성된다. 검출기 어레이(240)는 투영 장치(230)에 통합될 수 있다.
신호 처리 시스템(280)은 이미지를 형성하기 위해 검출기 어레이(240)로부터의 신호들을 처리하도록 구성되는 회로(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 신호 처리 시스템(280)은 달리 이미지 처리 시스템으로 지칭될 수 있다. 신호 처리 시스템은 (도 2에 나타낸 바와 같이) 검출기 어레이(240)와 같은 멀티-빔 전자 빔 툴(40)의 구성요소에 통합될 수 있다. 하지만, 신호 처리 시스템(280)은 투영 장치(230) 또는 제어기(50)의 일부로서 검사 장치(100) 또는 멀티-빔 전자 빔 툴(40)의 여하한의 구성요소들에 통합될 수 있다. 신호 처리 시스템(280)은 이미지 획득기(image acquirer)(도시되지 않음) 및 저장 디바이스(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리 시스템은 프로세서, 컴퓨터, 서버, 메인프레임 호스트, 단말기, 개인용 컴퓨터, 여하한 종류의 모바일 컴퓨팅 디바이스 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이미지 획득기는 제어기의 처리 기능의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 따라서, 이미지 획득기는 적어도 1 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 이미지 획득기는 특히 전기 전도체, 광섬유 케이블, 휴대용 저장 매체, IR, 블루투스, 인터넷, 무선 네트워크, 무선 라디오, 또는 이들의 조합과 같은 신호 통신을 허용하는 검출기 어레이(240)에 통신 연결될 수 있다. 이미지 획득기는 검출기 어레이(240)로부터 신호를 수신할 수 있고, 신호에 포함된 데이터를 처리할 수 있으며, 이로부터 이미지를 구성할 수 있다. 이에 따라, 이미지 획득기는 샘플(208)의 이미지들을 획득할 수 있다. 이미지 획득 장치는 또한 윤곽을 생성하고, 획득된 이미지에 표시기를 중첩하는 등의 다양한 후처리 기능을 수행할 수 있다. 이미지 획득기는 획득된 이미지들의 밝기 및 콘트라스트 등의 조정들을 수행하도록 구성될 수 있다. 저장소는 하드 디스크, 플래시 드라이브, 클라우드 저장소, RAM(random access memory), 다른 타입들의 컴퓨터 판독가능한 메모리 등과 같은 저장 매체일 수 있다. 저장 매체는 이미지 획득기와 결합될 수 있으며, 스캔된 원시 이미지 데이터를 원본 이미지 및 후처리된 이미지로 저장하는 데 사용될 수 있다.
신호 처리 시스템(280)은 검출된 2차 전자들의 분포를 얻기 위해 측정 회로(예를 들어, 아날로그-디지털 변환기들)를 포함할 수 있다. 검출 시간 윈도우 동안 수집되는 전자 분포 데이터는, 샘플 표면 상에 입사하는 1차 서브 빔들(211, 212, 및 213) 각각의 대응하는 스캔 경로 데이터와 조합하여, 검사 중인 샘플 구조체들의 이미지들을 재구성하는 데 사용될 수 있다. 재구성된 이미지들은 샘플(208)의 내부 또는 외부 구조체들의 다양한 피처들을 드러내기 위해 사용될 수 있다. 재구성된 이미지들은 이에 의해 샘플 내에 존재할 수 있는 여하한의 결함들을 드러내기 위해 사용될 수 있다.
제어기(50)는 샘플(208)의 검사 동안 샘플(208)을 이동시키도록 전동 스테이지(209)를 제어할 수 있다. 제어기(50)는 전동 스테이지(209)가 적어도 샘플 검사 동안, 바람직하게는 계속해서, 예를 들어 일정한 속도로 한 방향으로 샘플(208)을 이동시킬 수 있게 할 수 있다. 제어기(50)는 다양한 파라미터들에 따라 샘플(208)의 이동 속도가 변화하도록 전동 스테이지(209)의 이동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(50)는 스캐닝 프로세스의 검사 단계들의 특성에 따라 (그 방향을 포함하여) 스테이지 속도를 제어할 수 있다.
앞서 설명된 전자 빔 툴(40) 및 하전 입자 빔 검사 장치(100)와 같은 알려진 멀티-빔 시스템들은 US2020118784, US20200203116, US 2019/0259570 및 US2019/0259564에 개시되어 있으며, 이들은 본 명세서에서 인용참조된다.
알려진 단일-빔 시스템들에서는, (예를 들어, 2차 전자 및/또는 후방 산란 전자들로부터의) 상이한 신호들이 이론적으로 검출될 수 있다. 멀티-빔 시스템들이 알려져 있으며, 스루풋이 단일-빔 시스템들을 사용할 때보다 훨씬 더 높을 수 있기 때문에, 예를 들어 멀티-빔 검사 시스템의 스루풋이 단일-빔 검사 시스템에서의 스루풋보다 100 배 더 높을 수 있기 때문에 유리하다.
알려진 멀티-빔 시스템들에서는, 상대적으로 높은 에너지에서의 전자들의 1차 전자 빔들의 어레이가 앞서 언급된 바와 같이 2차 하전 입자들의 검출을 위해 상대적으로 낮은 랜딩 에너지에서 샘플에 랜딩하기 위해 최종 감속 단계를 목표로 한다. 하지만, 실제로는 적어도 직접 후방 산란 검출에 의해 또는 후방 산란 검출과 조합하여 멀티 빔 검사를 사용하는 것이 가능하지 않았으며, 즉 현재 알려진 멀티-빔 시스템들은 주로 2차 전자들의 검출에 의존한다.
후방 산란 전자들은 넓은 범위의, 통상적으로 0 eV와 랜딩 에너지 사이의 에너지들을 갖는다. 후방 산란 전자들은 에너지 범위가 넓고(예를 들어, 1차 전자 빔의 랜딩 에너지까지), 방출된 후방 산란 하전 입자들의 각도가 넓다. 2차 전자들은 통상적으로 더 제한된 에너지 범위를 갖고 에너지 값 주위에 분포되는 경향이 있다. 방출된 후방 산란 하전 입자들의 넓은 에너지 범위 및 넓은 각도는 멀티-빔 시스템에서 크로스토크를 유도한다. 크로스토크는 하나의 1차 서브 빔 서브 빔으로부터 발생하는 후방 산란 하전 입자들이 상이한 서브 빔에 할당된 검출기에서 검출될 때 발생한다. 크로스토크는 일반적으로 샘플에 매우 가깝게, 즉 1차 빔이 투영되는 샘플에 근접하여 발생한다. 크로스토크로 인해, 이전에 알려진 멀티-빔 평가 툴들은 후방 산란 신호들을 효과적으로 이미징할 수 없었다. 결과적으로, 멀티-빔 시스템들을 사용함으로써 후방 산란 검출에 대한 스루풋을 증가시키는 것이 가능하지 않았다.
앞서 언급된 바와 같이, 2차 전자들로부터 얻어질 수 있는 정보에는 제한이 있다. 후방 산란 빔들에 기초한 이미징은 묻힌 결함들과 같은 표면 아래의 구조체들에 대한 정보를 제공한다. 추가적으로, 후방 산란 신호들은 오버레이 타겟들을 측정하는 데 사용될 수 있다.
다양한 기술들을 통해, 소정 특징들을 제어함으로써 멀티-빔 시스템들에 대해 후방 산란 하전 입자들의 검출이 가능하다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 본 발명에서는, 후방 산란 하전 입자들을 검출할 수 있는 하전 입자 광학 장치가 제공된다. 후방 산란 전자들은 샘플(208)에 근접하여 위치되어 있는 검출기 어레이(240)로 인해 본 발명에서와 같이 멀티-빔 어레이를 사용하여 검출될 수 있다. 샘플(208)에 근접하여 있을 때, 검출기 어레이(240)는 샘플(208)을 향하는 것으로 간주될 수 있다. 상기 디바이스는 검출기로부터 2차 하전 입자들을 밀어내는 데 사용될 수 있으며, 이는 후방 산란 하전 입자들을 이미징하려고 할 때 검출되는 2차 하전 입자들을 감소시킨다는 것이 밝혀졌다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 디바이스는 샘플 상으로 전자들을 가속하여 높은 랜딩 에너지를 갖는 서브 빔들의 어레이를 생성하는 데 사용될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이는 더 높은 랜딩 에너지가 서브 빔들로 하여금 기판에 더 깊이 도달하게 하여 묻힌 결함들을 검사하고 오버레이 타겟들을 측정하기 때문에 유리하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 평가 툴(40)의 구성요소들이 평가 툴(40)의 개략적인 다이어그램인 도 3과 관련하여 아래에서 설명된다. 도 3의 하전 입자 평가 툴(40)은 멀티-빔 전자 빔 툴[본 명세서에서, 장치(40)라고도 함]에 대응할 수 있다.
전자 소스(201)는 투영 시스템(230)의 일부를 형성하는 집속 렌즈(231)들의 어레이(달리 집속 렌즈 어레이라고도 함)로 전극들을 향하게 한다. 전자 소스(201)는 바람직하게는 밝기와 총 방출 전류 사이에서 우수하게 절충한 고휘도 열전계 이미터(high brightness thermal field emitter)이다. 수십, 수백 또는 수천 개의 집속 렌즈들(231)이 존재할 수 있다. 집속 렌즈들(231)은 멀티-전극 렌즈들을 포함할 수 있고, 특히 e-빔을 복수의 서브 빔들로 분할하고 각각의 서브 빔에 대한 렌즈를 제공하는 렌즈 어레이에 대해 본 명세서에서 인용참조되는 EP1602121A1에 기초한 구성을 가질 수 있다. 집속 렌즈들(231)의 어레이는 전극들로서 작용하는 적어도 2 개의 플레이트들의 형태를 취할 수 있으며, 각각의 플레이트의 어퍼처(aperture)는 서로 정렬되고 서브 빔의 위치에 대응한다. 플레이트들 중 적어도 2 개는 원하는 렌징 효과(lensing effect)를 달성하기 위해 작동 동안 상이한 전위들에서 유지된다.
일 구성에서, 집속 렌즈들(231)의 어레이는 하전 입자들이 각각의 렌즈에 들어가고 나갈 때 동일한 에너지를 갖는 3 개의 플레이트 어레이들로 형성되며, 이 구성은 아인젤 렌즈(Einzel lens)라고 칭해질 수 있다. 따라서, 아인젤 렌즈 자체 내(렌즈의 입구 전극과 출구 전극 사이)에서만 분산이 발생하여, 축외 색수차가 제한된다. 집속 렌즈들의 두께가 낮은 경우, 예를 들어 수 mm인 경우, 이러한 수차들은 작거나 무시할 수 있는 영향을 미친다. 더 일반적으로, 집속 렌즈 어레이(231)는 정렬되는 어퍼처들의 어레이를 각각 갖는 2 이상의 플레이트 전극들을 가질 수 있다. 각각의 플레이트 전극 어레이는 세라믹 또는 유리를 포함할 수 있는 스페이서와 같은 절연 요소에 의해 인접한 플레이트 전극 어레이에 기계적으로 연결되고 전기적으로 절연된다. 집속 렌즈 어레이는 본 명세서의 다른 부분에서 설명되는 바와 같이 스페이서와 같은 절연 요소에 의해 인접한 전자-광학 요소, 바람직하게는 정전기 전자-광학 요소와 연결되고, 및/또는 이로부터 이격될 수 있다.
집속 렌즈들은 (본 명세서의 다른 부분에서 설명되는 대물 렌즈 어레이 어셈블리와 같은) 대물 렌즈들을 포함하는 모듈로부터 분리된다. 집속 렌즈들의 저부 표면에 가해지는 전위가 대물 렌즈들을 포함하는 모듈의 최상부 표면에 가해지는 전위와 상이한 경우, 절연 스페이서가 사용되어 집속 렌즈들과 대물 렌즈들을 포함하는 모듈을 분리한다. 전위가 실질적으로 동일한 경우, 전도성 요소가 사용되어 대물 렌즈들을 포함하는 모듈과 집속 렌즈들을 분리할 수 있다.
어레이 내의 각각의 집속 렌즈(231)는 집속 렌즈 어레이의 빔 하류에서 각자의 중간 포커스에 포커싱되는 각자의 서브 빔(211, 212, 213)으로 전자들을 향하게 한다. 각자의 서브 빔들은 각자의 서브 빔 경로들(220)을 따라 투영된다. 서브 빔들은 서로에 대해 발산한다. 서브 빔 경로들(220)은 집속 렌즈들(231)의 빔 하류에서 발산한다. 일 실시예에서, 편항기들(235)이 중간 포커스들에 제공된다. 편항기들(235)은 서브 빔 경로들에서 대응하는 중간 포커스들(233) 또는 초점들(즉, 포커스 지점들)의 위치에, 또는 적어도 그 주위에 위치된다. 편항기들은 연계된 서브 빔의 중간 이미지 평면에서 서브 빔 경로들에 또는 이에 근접하여 위치된다. 편항기들(235)은 각자의 서브 빔들(211, 212, 213)에서 작동하도록 구성된다. 편항기들(235)은 주 광선(빔 축이라고도 할 수 있음)이 샘플(208) 상에 실질적으로 수직으로(즉, 샘플의 공칭 표면에 대해 실질적으로 90°로) 입사될 것을 보장하기 위해 효과적인 양만큼 각자의 서브 빔(211, 212, 213)을 굽히도록 구성된다. 또한, 편항기들(235)은 시준기들 또는 시준기 편항기들로 지칭될 수 있다. 편항기들(235)은 사실상 서브 빔 경로들을 시준하므로, 편항기들 전에는 서로에 대한 서브 빔 경로들이 발산한다. 편항기들의 빔 하류에서, 서브 빔 경로들은 서로에 대해 실질적으로 평행하며, 즉 실질적으로 시준된다. 적절한 시준기들은, 멀티-빔 어레이에 대한 편항기들의 적용과 관련하여 본 명세서에서 인용참조되는 2020년 2월 7일에 출원된 EP 출원 20156253.5에 개시된 편항기들이다. 시준기는 편항기(235) 대신에, 또는 편항기(235)에 추가하여 매크로 시준기(270)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 16과 관련하여 아래에서 설명되는 매크로 시준기(270)에 도 3 또는 도 4의 특징들이 제공될 수 있다. 이는 일반적으로 편항기(235)로서 시준기 어레이를 제공하는 것보다 덜 선호된다.
편항기들(235) 아래[즉, 빔 하류 또는 소스(201)로부터 더 멀리]에는 제어 렌즈 어레이(250)가 있다. 편항기들(235)을 통과한 서브 빔들(211, 212, 213)은 제어 렌즈 어레이(250)로 진입할 때 실질적으로 평행하다. 제어 렌즈들은 서브 빔들을 사전-포커싱(pre-focus)한다[예를 들어, 서브 빔들이 대물 렌즈 어레이(241)에 도달하기 전에 서브 빔들에 포커싱 동작을 적용함]. 사전-포커싱은 서브 빔들의 발산을 감소시키거나, 서브 빔들의 수렴 속도를 증가시킬 수 있다. 제어 렌즈 어레이(250) 및 대물 렌즈 어레이(241)는 함께 작동하여 조합된 초점 거리를 제공한다. 중간 포커스가 없는 조합된 작동은 수차의 위험을 감소시킬 수 있다.
더 상세하게는, 랜딩 에너지를 결정하기 위해 제어 렌즈 어레이(250)를 사용하는 것이 바람직하다. 하지만, 대물 렌즈 어레이(241)를 추가로 사용하여 랜딩 에너지를 제어하는 것이 가능하다. 이러한 경우, 대물 렌즈에 대한 전위차는 상이한 랜딩 에너지가 선택될 때 변화된다. 대물 렌즈에 대한 전위차를 변화시킴으로써 랜딩 에너지를 부분적으로 변화시키는 것이 바람직한 상황의 일 예시는 서브 빔들의 포커스가 대물 렌즈들에 너무 가까워지는 것을 방지하는 것이다. 이러한 상황에서는, 대물 렌즈 어레이(241)의 구성요소들이 너무 얇아서 제조가 불가능할 위험이 있다. 이는 예를 들어 대물 렌즈 내부, 대물 렌즈 위 또는 이와 연관된 위치에 있는 검출기에 대해서도 마찬가지이다. 이 상황은, 예를 들어 랜딩 에너지가 낮아지는 경우에 발생할 수 있다. 이는 대물 렌즈의 초점 거리가 사용되는 랜딩 에너지에 따라 대략적으로 스케일링(scale)되기 때문이다. 대물 렌즈에 대한 전위차를 낮춰 대물 렌즈 내부의 전기장을 낮춤으로써, 대물 렌즈의 초점 거리는 다시 더 커져 대물 렌즈의 더 아래에 포커스 위치를 유도한다. 대물 렌즈만의 사용은 배율의 제어를 제한할 것임을 유의한다. 이러한 구성은 축소 및/또는 개방 각도(opening angle)를 제어할 수 없다. 또한, 대물 렌즈를 사용하여 랜딩 에너지를 제어하는 것은 대물 렌즈가 최적의 전계 강도에서 벗어나 작동할 것임을 의미할 수 있다. 이는 (전극들 사이의 간격과 같은) 대물 렌즈의 기계적 파라미터들이 예를 들어 대물 렌즈를 교환함으로써 조정될 수 있지 않는 한 그러하다.
제어 렌즈 어레이(250)는 복수의 제어 렌즈들을 포함한다. 각각의 제어 렌즈는 각자의 전위 소스들에 연결되는 적어도 2 개의 전극들(예를 들어, 2 또는 3 개의 전극들)을 포함한다. 제어 렌즈 어레이(250)는 각자의 전위 소스들에 연결되는 2 이상의(예를 들어, 3 개의) 플레이트 전극 어레이들을 포함할 수 있다. 각각의 플레이트 전극 어레이는 세라믹 또는 유리를 포함할 수 있는 스페이서와 같은 절연 요소에 의해 인접한 플레이트 전극 어레이에 기계적으로 연결되고, 이로부터 전기적으로 분리된다. 제어 렌즈 어레이(250)는 대물 렌즈 어레이(241)와 연계된다(예를 들어, 두 어레이들은 서로 가깝게 위치되고, 및/또는 서로 기계적으로 연결되고, 및/또는 유닛으로서 함께 제어됨). 각각의 제어 렌즈는 각자의 대물 렌즈와 연계될 수 있다. 제어 렌즈 어레이(250)는 대물 렌즈 어레이(241)의 빔 상류에 위치된다.
제어 렌즈 어레이(250)는 각각의 서브 빔(211, 212, 213)을 위한 제어 렌즈를 포함한다. 제어 렌즈 어레이(250)의 기능은 빔의 축소와 관련하여 빔 개방 각도를 최적화하고, 및/또는 대물 렌즈들(234) -이들 각각이 각자의 서브 빔(211, 212, 213)을 샘플(208)로 향하게 함- 로 전달되는 빔 에너지를 제어하는 것이다. 대물 렌즈들은 전자-광학 시스템의 베이스에 또는 그 근처에 위치될 수 있다. 더 구체적으로, 대물 렌즈 어레이는 투영 시스템(230)의 베이스에 또는 그 근처에 위치될 수 있다. 제어 렌즈 어레이(250)는 선택사항이지만, 대물 렌즈 어레이의 빔 상류에서 서브 빔을 최적화하기 위해 선호된다.
쉽게 설명하기 위해, 여기서 렌즈 어레이들은 (도 3에 나타낸 바와 같이) 타원 형상들의 어레이들로 개략적으로 도시되어 있다. 각각의 타원 형상은 렌즈 어레이 내의 렌즈들 중 하나를 나타낸다. 타원 형상은 관행에 따라, 광학 렌즈들에서 흔히 채택되는 양면 볼록 형태에 비유하여 렌즈를 표현하는 데 사용된다. 하지만, 본 명세서에서 논의되는 것과 같은 하전 입자 구성들의 맥락에서, 렌즈 어레이들은 통상적으로 정전기적으로 작동할 것이므로, 양면 볼록 형상을 채택하는 여하한의 물리적 요소들을 필요로 하지 않을 수 있음을 이해할 것이다. 렌즈 어레이들은 대신에 어퍼처들을 갖는 다수 플레이트들을 포함할 수 있다.
선택적으로, 스캔 편항기들(260)의 어레이가 제어 렌즈 어레이(250)와 대물 렌즈들(234)의 어레이 사이에 제공된다. 스캔 편항기들(260)의 어레이는 각각의 서브 빔(211, 212, 213)에 대한 스캔 편항기를 포함한다. 각각의 스캔 편항기는 각자의 서브 빔(211, 212, 213)을 한 방향 또는 두 방향으로 편향하여 샘플(208)에 걸쳐 서브 빔을 한 방향 또는 두 방향으로 스캔하도록 구성된다.
대물 렌즈 어레이(241)는 어퍼처 어레이들이 정의되어 있는 적어도 2 개의 전극들을 포함할 수 있다. 이러한 전극에는 어퍼처 어레이가 획정되어 있다. 다시 말해서, 대물 렌즈 어레이는 복수의 홀들 또는 어퍼처들을 갖는 적어도 2 개의 전극들을 포함한다. . (실시예에서 대물 렌즈 어레이는 단일 전극을 가질 수 있음). 도 5 및 도 6은 각자의 어퍼처 어레이들(245, 246, 247)을 갖는 예시적인 대물 렌즈 어레이(241)의 일부인 전극들(242, 243, 244)을 나타낸다. 전극 내의 각 어퍼처의 위치는 또 다른 전극 내의 대응하는 어퍼처의 위치에 대응한다. 대응하는 어퍼처들은 사용 시 멀티-빔의 동일한 빔, 서브 빔 또는 빔 그룹에서 작동한다. 다시 말해서, 적어도 두 전극들의 대응하는 어퍼처들이 서브 빔 경로, 즉 서브 빔 경로들(220) 중 하나와 정렬되고 이를 따라 배치된다. 따라서, 전극들에는 각각 각자의 서브 빔(211, 212, 213)이 전파되는 어퍼처들이 제공된다.
대물 렌즈 어레이(241)는 도 5 및 도 6에 각각 나타낸 바와 같이 2 또는 3 개의 전극들을 포함할 수 있거나, 더 많은 전극들(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 단지 2개의 전극을 갖는 대물 렌즈 어레이(241)는 더 많은 전극을 갖는 대물 렌즈 어레이(241)보다 더 적은 수차, 예를 들어 더 낮은 수차 위험 및/또는 충격을 가질 수 있다. 3-전극 대물 렌즈는 전극들 사이에 더 큰 전위차들을 가져, 더 강한 렌즈를 가능하게 할 수 있다. 추가적인 전극들(즉, 2보다 많은 전극들)은, 예를 들어 입사 빔뿐만 아니라 2차 전자들을 포커싱하기 위해 전자 궤적들을 제어하는 추가적인 자유도를 제공한다. 아인젤 렌즈에 비해 두 전극 렌즈의 장점은 들어오는 빔의 에너지가 나가는 빔과 반드시 동일하지는 않다는 것이다. 유리하게는, 이러한 두 전극 렌즈 어레이의 전위차들은 이것이 가속 또는 감속 렌즈 어레이로서 기능할 수 있게 한다.
대물 렌즈 어레이(241)의 인접한 전극들은 서브 빔 경로들을 따라 서로 이격되어 있다. 아래 설명된 바와 같이, 절연 구조체가 배치될 수 있는 빔 경로를 따라 인접한 전극 사이의 거리는 대물 렌즈의 크기보다 작다(빔 경로를 따라, 즉 대물 렌즈 어레이의 가장 상류 전극과 가장 하류 전극 사이).
바람직하게는, 대물 렌즈 어레이(241)에 제공된 전극들 각각은 플레이트이다. 전극은 달리 평평한 시트로서 설명될 수 있다. 바람직하게는, 전극들 각각은 평면이다. 다시 말해서, 전극들 각각은 바람직하게는 평면 형태의 얇고 평평한 플레이트로서 제공될 것이다. 물론, 전극들이 평면일 필요는 없다. 예를 들어, 전극은 높은 정전기장으로 인한 힘으로 인해 휘어질 수 있다. 평면 전극을 제공하는 것이 바람직한데, 이는 알려진 제조 방법들이 사용될 수 있으므로 전극들을 더 쉽게 제조할 수 있기 때문이다. 또한, 평면 전극들은 상이한 전극들 사이에서의 어퍼처들의 더 정확한 정렬을 제공할 수 있기 때문에 바람직할 수 있다.
대물 렌즈 어레이(241)는 하전 입자 빔을 10보다 큰, 바람직하게는 50 내지 100 이상의 범위의 계수로 축소시키도록 구성될 수 있다.
검출기 어레이(240)는 샘플(208)로부터 방출된 2차 및/또는 후방 산란 하전 입자들을 검출하기 위해 제공된다. 검출기 어레이(240)는 대물 렌즈들(234)과 샘플(208) 사이에 위치된다. 검출기 어레이는 달리 센서 어레이로 지칭될 수 있으며, "검출기" 및 "센서"라는 용어들은 적용 전체에 걸쳐 교환가능하게 사용된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 하전 입자 광학 장치가 제공된다. 하전 입자 광학 장치는 후방 산란 하전 입자들을 검출하도록 구성된다. 하전 입자 광학 장치는 임의의 하전 입자 시스템, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같은 하전 입자 평가 툴에 적합하다. 하전 입자 평가 툴은 하전 입자 시스템의 일 예시일 수 있으며, 하전 입자 평가 툴에 대한 임의의 언급은 하전 입자 시스템과 교환가능할 수 있다. 따라서, 하전 입자 광학 장치는 이러한 하전 입자 평가 툴의 일부로서 사용될 수 있다. 하전 입자 광학 장치는 하전 입자 평가 툴(40)의 특징들 중 적어도 하나, 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 하전 입자 광학 장치의 일 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 하전 입자 디바이스는 제어기 어레이(250), 대물 렌즈 어레이(241) 및 검출기 어레이(240)를 포함할 수 있다. 도 4에서, 각각의 어레이의 다수 렌즈들이 도시되어 있으며, 예를 들어 여하한의 서브 빔들(211, 212, 213)이 나타낸 바와 같이 렌즈들을 통과한다. 도 4는 5 개의 렌즈들을 도시하지만, 여하한의 적절한 수가 제공될 수 있다; 예를 들어, 렌즈들의 평면에 100, 1,000 또는 10,000 개 정도의 렌즈들이 있을 수 있다. 앞서 설명된 것과 동일한 특징들에는 동일한 참조 번호들이 주어진다. 간결함을 위해, 앞서 제공된 이 특징들의 설명이 도 4에 나타낸 특징들에 적용된다. 하전 입자 광학 장치는 도 4에 도시된 구성요소들 중 하나, 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 이 도면은 개략적이며, 비례척이 아닐 수 있음을 유의한다. 예를 들어, 비-제한적인 목록에서 서브 빔들은 대물 렌즈 어레이(241)보다 제어기 어레이(250)에서 더 좁을 수 있고; 검출기 어레이(240)는 대물 렌즈 어레이(241)의 전극들이 서로에 대해 있는 것보다 대물 렌즈 어레이(241)의 전극들에 더 근접할 수 있으며; 제어기 렌즈 어레이(250) 사이의 각각의 서브 빔의 초점이 도시된 것보다 대물 렌즈 어레이(241)에 더 근접할 수 있다.
도 4는 대물 렌즈 어레이(241)의 다수 대물 렌즈들 및 제어 렌즈 어레이(250)의 다수 제어 렌즈들의 확대된 개략적인 도면이다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 렌즈 어레이는 전극에 적용되는 선택된 전위를 갖는 전극들에 의해 제공될 수 있다. 제어 렌즈 어레이(250)의 전극들 사이의 간격은 도 4에 나타낸 바와 같이 대물 렌즈 어레이(241)의 전극들 사이의 간격보다 클 수 있지만, 이것이 필수는 아니다. 전압 소스들 V3 및 V2[이는 개별 전력 소스들에 의해 제공될 수 있거나, 또는 모두 전력 소스(290)에 의해 공급될 수 있음]는 대물 렌즈 어레이(241)의 상부 및 하부 전극들에 각각 전위들을 적용하도록 구성된다. 전압 소스들 V5, V6, V7[이는 개별 전력 소스들에 의해 제공될 수 있거나, 또는 모두 전력 소스(290)에 의해 공급될 수 있음]은 제어 렌즈 어레이(250)의 제 1, 제 2 및 제 3 전극들에 각각 전위들을 적용하도록 구성된다. 추가 전압 소스 V4가 샘플에 연결되어 샘플 전위를 적용한다. 추가 전압 소스 V8이 검출기 어레이에 연결되어 검출기 어레이 전위를 적용한다. 제어 렌즈 어레이(250)는 3 개의 전극으로 도시되어 있지만, 제어 렌즈 어레이(250)에는 2 개의 전극들(또는 3 개보다 많은 전극들)이 제공될 수 있다. 대물 렌즈 어레이(240)는 2 개의 전극으로 도시되어 있지만, 대물 렌즈 어레이(240)에는 3 개의 전극들(또는 3 개보다 많은 전극들)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 대물 렌즈 어레이(241)에서 도 4에 나타낸 전극들 사이에 대응하는 전압 소스를 갖는 중간 전극이 제공될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 서브 빔들은 도 3에 도시된 바와 같은 제어 렌즈 어레이(250) 내로 진입할 때 평행할 수 있다. 하지만, 도 4의 동일한 구성요소들은 도 16에 나타낸 구성에서 사용될 수 있으며, 이 경우 서브 빔들은 도 16에 나타낸 바와 같이 제어 렌즈 어레이(250) 내로 진입할 때 분리될 수 있다.
제어 렌즈 어레이 전극들은 수 밀리미터(예를 들어, 3 mm) 이격될 수 있다. 제어 렌즈 어레이(250)와 대물 렌즈 어레이(241) 사이의 간격[즉, 제어 렌즈 어레이(250)의 하부 전극과 대물 렌즈 어레이(241)의 상부 전극 사이의 갭]은 넓은 범위로부터, 예를 들어 2 mm 내지 200 mm 이상에서 선택될 수 있다. 작은 간격이 정렬을 더 쉽게 하는 반면, 더 큰 간격은 더 약한 렌즈가 사용되게 하여 수차들을 감소시킨다.
바람직하게는, 제어 렌즈 어레이(250)의 최상위 전극의 전위(V5)는 제어 렌즈의 빔 상류에 있는 다음 전자-광학 요소[예를 들어, 편항기들(235)]의 전위와 동일하게 유지된다. 제어 렌즈 어레이(250)의 하부 전극에 적용되는 전위(V7)는 빔 에너지를 결정하기 위해 변동될 수 있다. 제어 렌즈 어레이(250)의 중간 전극에 적용되는 전위(V6)는 제어 렌즈의 렌즈 강도를 결정하고, 이에 따라 빔의 개방 각도 및 축소를 제어하기 위해 변동될 수 있다. 랜딩 에너지가 변화될 필요가 없거나 다른 수단에 의해 변화되는 경우에도, 제어 렌즈는 빔 개방 각도를 제어하는 데 사용될 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 서브 빔의 포커스의 위치는 각 제어 렌즈 어레이(250) 및 각 대물 렌즈 어레이(241)의 작용들의 조합에 의해 결정된다.
제 1 실시형태에서, 하전 입자 평가 툴(40)을 위한 하전 입자 광학 장치가 제공되거나, 또는 더 일반적으로, 하전 입자 시스템을 위한 하전 입자 광학 장치가 제공된다. 하전 입자 광학 장치는 아래에서 디바이스라고 칭해진다. 디바이스는 서브 빔 경로들(220)을 따라 샘플(208)을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 투영하도록 구성된다. 멀티-빔은 서브 빔들(211, 212, 213)과 같은 서브 빔들을 포함한다. 서브 빔들은 달리 빔들, 예를 들어 1차 빔 빔들의 어레이라고 칭해질 수 있다. 다시 말해서, 디바이스는 샘플을 향해 하전 입자 빔들의 어레이를 투영하도록 구성된다. 디바이스는 대물 렌즈 어레이(241)를 포함하며, 이는 복수의 대물 렌즈들(234)을 포함하고 달리 대물 렌즈들의 어레이로 지칭될 수 있다. 대물 렌즈 어레이(241)는 샘플(208) 상으로 하전 입자 서브 빔들(211, 212, 213)의 어레이를 투영하도록 구성된다. 대물 렌즈들의 어레이[즉, 대물 렌즈 어레이(241)]는 검출기들의 어레이[즉, 검출기 어레이(240)] 및/또는 여하한의 서브 빔들과 대응할 수 있다. 대물 렌즈 어레이(240)의 각각의 요소는 멀티-빔에서 상이한 빔 또는 빔 그룹을 작동시키는 마이크로-렌즈일 수 있다. 대물 렌즈 어레이(241)는 샘플(208)을 향해 하전 입자들을 가속하도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 대물 렌즈들(234)은 서브 빔 경로들(220)을 따라 하전 입자 서브 빔들(211, 212, 213)을 가속하도록 구성될 수 있다.
디바이스는, 달리 검출기들의 어레이라고 하는 검출기 어레이(240)를 포함한다. 검출기 어레이(240)는 샘플(208)로부터 방출된 하전 입자들을 포착하도록 구성된다. 검출기 어레이는 샘플(208)로부터 후방 산란 입자들을 검출하도록 구성된다. 검출기 어레이(240)는 주로 후방 산란 하전 입자들을 검출하도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 검출기 어레이(240)는 대부분 후방 산란 하전 입자들을 검출하도록 구성될 수 있다. 검출기 어레이(240)는 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방 산란 하전 입자들을 검출하도록 구성될 수 있다. 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 디바이스는 샘플(208)로부터 방출된 후방 산란 하전 입자들을 직접 검출하는 데 사용될 수 있는 멀티-빔 툴을 제공한다는 점에서 유리하다. 따라서, 후방 산란 하전 입자들은 샘플(208)의 표면으로부터 직접 검출될 수 있다. 후방 산란 하전 입자들은, 예를 들어 검출하기 더 쉬울 수 있는 2차 하전 입자와 같은 다른 타입의 신호 입자로 전환될 필요 없이 검출될 수 있다. 따라서, 후방 산란 하전 입자들은 샘플(208)과 검출기 어레이(241) 사이의 여하한의 다른 구성요소들 또는 표면들과 부딪히지 않고, 예를 들어 충돌하지 않고 검출기 어레이(241)에 의해 검출될 수 있다.
검출기 어레이(240)는 복수의 검출기들을 포함한다. 각각의 검출기는 대응하는 서브 빔(이는 달리 빔 또는 1차 빔으로 지칭될 수 있음)과 연계된다. 다시 말해서, 검출기들의 어레이[즉, 검출기 어레이(240)]와 서브 빔들이 대응한다. 각각의 검출기가 서브 빔에 할당될 수 있다. 검출기들의 어레이는 대물 렌즈들의 어레이와 대응할 수 있다. 다시 말해서, 검출기들의 어레이는 대응하는 대물 렌즈들의 어레이와 연계될 수 있다. 본 발명은 서브 빔들의 어레이의 상이한 서브 빔과 연계되는 검출기 어레이의 검출기에 의해 검출된 서브 빔으로부터 유래되는 후방 산란 하전 입자들의 검출의 크로스토크 위험이 회피되지 않을 경우 감소될 수 있게 한다. 검출기 어레이(240)가 아래에서 설명된다. 하지만, 검출기 어레이(240)에 대한 여하한의 언급은 적절하다면 단일 검출기(즉, 적어도 하나의 검출기) 또는 다수 검출기들로 대체될 수 있다. 검출기들은 달리 검출기 요소들(405)(예를 들어, 캡처 전극과 같은 센서 요소들)로 지칭될 수 있다. 검출기들은 여하한의 적절한 타입의 검출기일 수 있다. 예를 들어 전자 전하를 직접 감지하는 캡처 전극, 신틸레이터 또는 PIN 소자를 사용할 수 있으며, PIN 소자와 신틸레이터 소자는 일반적으로 에너지 임계값 이상의 신호 입자를 감지하므로 이러한 소자가 있는 대물 렌즈의 검출기 다운빔은 일반적으로 후방 산란 하전 입자만 감지한다는 점에 유의해야 한다. 검출기는 직류 검출기일 수도 있고 간접 전류 검출기일 수도 있다. 검출기는 도 7, 도 8, 도 9, 도 13a, 도 13b, 도 14 및 도 15와 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같은 검출기일 수 있다.
신틸레이터 및 PIN 요소는 통상적으로 에너지 임계치 이상의 신호 입자들을 검출한다는 것을 유의하여야 한다. 2차 전자들이 0 eV에 가까운 낮은 에너지, 예를 들어 50 eV를 갖기 때문에, 당업자라면 이러한 신틸레이터 및 PIN 요소가 이러한 에너지의 2차 전자들을 검출할 수 없음을 이해할 것이다. 이 타입들의 검출기 요소가 이러한 전자들을 검출하기 위해, 이러한 검출기 요소는 이러한 2차 전자들이 검출하기에 충분한 에너지를 갖는 전자-광학 칼럼(electron-optical column) 내의 위치, 예를 들어 감속 대물 렌즈에서 빔 하류의 가장 먼 전극들 위, 또는 적어도 감속 대물 렌즈 구성부를 정의하는 전극들의 가장 빔 하류에 위치되어야 하며, 이는 예를 들어 적어도 렌즈 내 센서 유닛들 및 검출기들에 대해 본 명세서에서 인용참조되는 EP 출원 20198201.4호를 참조한다.
검출기 어레이(240)는 제어 렌즈 어레이(250)와 샘플(208) 사이에 위치된다. 검출기 어레이는 대물 렌즈 어레이(241)와 샘플(208) 사이에 위치된다. 검출기 어레이(240)는 샘플에 근접하도록 구성된다. 검출기 어레이(240)는 샘플(208)로부터의 후방 산란 입자들을 검출하기 위해 샘플에 근접할 수 있다. 샘플에 근접한 검출기는 검출기 어레이의 다른 검출기에 대응하는 서브 빔들에 의해 생성되는 후방 산란 하전 입자들의 검출 시 크로스토크의 위험이 회피되지 않을 경우 감소될 수 있게 한다. 다시 말해서, 검출기 어레이(240)는 샘플(208)에 매우 가깝다. 검출기 어레이(240)는 아래에서 설명되는 바와 같이 샘플(208)의 소정 거리 내에 있을 수 있다. 검출기 어레이(240)는 샘플(208)에 인접할 수 있다. 적어도 하나의 검출기는 샘플을 향하도록 디바이스 내에 위치될 수 있다. 즉, 검출기는 디바이스에 베이스를 제공할 수 있다. 베이스의 일부로서 검출기는 샘플의 표면을 향할 수 있다. 이는 적어도 하나의 검출기가 2차 입자들보다 후방 산란 입자들을 검출할 가능성이 더 높은 위치에 적어도 하나의 검출기를 위치시키는 데 유리할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 검출기 어레이는 대물 렌즈 어레이(241)의 출력 측에 제공될 수 있다. 대물 렌즈 어레이(241)의 출력 측은 대물 렌즈 어레이(241)로부터 서브 빔들이 출력되는 측, 즉 도 4, 도 5 및 도 6에 나타낸 구성에서 대물 렌즈 어레이의 저부 또는 빔 하류 측이다. 다시 말해서, 검출기 어레이(240)는 대물 렌즈 어레이(241)의 빔 하류에 제공될 수 있다. 검출기 어레이는 대물 렌즈 어레이 상에, 또는 이에 인접하여 위치될 수 있다. 검출기 어레이(240)는 대물 렌즈 어레이(241)의 통합된 구성요소일 수 있다. 검출기 및 대물 렌즈는 동일한 구조체의 일부일 수 있다. 검출기는 절연 요소에 의해 렌즈에 연결되거나, 대물 렌즈의 전극에 직접 연결될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 검출기는 적어도 대물 렌즈 어레이 및 검출기 어레이를 포함하는 대물 렌즈 어셈블리의 일부일 수 있다. 검출기 어레이가 대물 렌즈 어레이(241)의 통합된 구성요소인 경우, 검출기 어레이(240)는 대물 렌즈 어레이(241)의 베이스에 제공될 수 있다. 일 구성에서, 검출기 어레이(240)는 대물 렌즈 어레이(241)의 가장 빔 하류에 위치된 전극에 통합될 수 있다.
이상적으로, 검출기 어레이는 샘플에 가능한 한 가깝다. 검출기 어레이(240)는 바람직하게는 검출기 어레이에서 후방 산란 하전 입자들의 근접 포커스가 존재하도록 샘플(208)에 매우 근접한다. 앞서 설명된 바와 같이, 후방 산란 하전 입자들의 에너지 및 각도 확산은 일반적으로 너무 커서 이웃하는 빔들로부터의 신호들을 분리된 채로 유지하는 것이 어렵다(또는 알려진 종래 기술 시스템에서는 불가능하다). 하지만, 근접 포커스는 후방 산란 하전 입자들이 제 1 실시형태에서 크로스토크(즉, 이웃하는 빔들로부터의 간섭) 없이 검출기들 중 관련된 하나에서 검출될 수 있다는 것을 의미한다. 물론, 샘플(208)과 검출기 어레이(240) 사이에 최소 거리가 존재한다. 하지만, 이 거리를 가능한 한 많이 감소시키는 것이 바람직하다. 소정 구성들은 다른 것들보다 훨씬 더 거리를 감소시키는 것으로부터 이익을 얻을 수 있다.
바람직하게는, 검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 도 3에 나타낸 바와 같은 거리 'L'은 약 50 ㎛보다 작거나 같으며, 즉 검출기 어레이(240)는 샘플(208)로부터 약 50 ㎛ 내에 위치된다. 거리(L)는 검출기 어레이(240)를 향하는 샘플(208)의 표면 및 샘플(208)을 향하는 검출기 어레이(240)의 표면으로부터의 거리로서 결정된다. 바람직하게는, 검출기 어레이(240)는 샘플(208)로부터 약 40 ㎛ 내에 위치되며, 즉 검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 거리(L)는 약 40 ㎛보다 작거나 같다. 바람직하게는, 검출기 어레이(240)는 샘플(208)로부터 약 30 ㎛ 내에 위치되며, 즉 검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 거리(L)는 약 30 ㎛보다 작거나 같다. 바람직하게는, 검출기 어레이(240)는 샘플(208)로부터 약 20 ㎛ 내에 위치되며, 즉 검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 거리(L)는 약 20 ㎛보다 작거나 같다. 바람직하게는, 검출기 어레이(240)는 샘플(208)로부터 약 10 ㎛ 내에 위치되며, 즉 검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 거리(L)는 약 10 ㎛보다 작거나 같다.
약 50 ㎛ 이하의 거리를 제공하는 것은 후방 산란 전자들 사이의 크로스토크가 회피되거나 최소화될 수 있다는 점에서 유리하다. 그러므로, 거리(L)는 바람직하게는 낮게, 즉 약 50 ㎛ 이하로 유지된다. 이론적으로, 샘플(208)과 검출기 어레이(240)가 서로에 대해 이동하게 하면서 이 구성요소들이 얼마나 가까이 있을 수 있는지에 대한 하한이 있을 수 있으며, 이는 거리(L)가 대략 5 ㎛ 또는 10 ㎛보다 클 수 있음을 의미할 수 있다.
예를 들어, 도 3의 툴의 일부로서 나타낸 바와 같이 디바이스의 비교적 신뢰성 있는 제어를 여전히 허용하면서 약 50 ㎛ 이하의 거리(L)가 사용될 수 있다. 약 30 ㎛ 이하의 거리(L)가, 아래에서 도 16에 나타내고 이를 참조하여 설명되는 바와 같은 다른 구성들에 대해 바람직할 수 있다.
검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 거리(L)의 바람직한 범위는 약 5 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 바람직하게는 약 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 바람직하게는 약 30 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다. 일 구성에서, 검출기 어레이(240)는 예를 들어 샘플과 검출기 어레이 사이의 거리(L)를 실질적으로 유지하기 위해 대물 렌즈 어레이(241)에 대해 작동가능할 수 있으며, 즉 거리를 변동시킬 수 있다.
검출기 어레이(240)는 대물 렌즈 어셈블리의 일부일 수 있다. 대물 렌즈 어레이에 통합된 검출기 어레이(240)의 예시적인 실시예가 도 5에 도시되어 있으며, 이는 대물 렌즈 어레이(240)의 일부를 개략적인 단면도로 나타낸다. 이 실시예에서, 검출기 어레이(240)는 복수의 검출기 요소들(405)(예를 들어, 캡처 전극들과 같은 센서 요소들)을 포함한다. 앞서 논의된 바와 같이, 디바이스는 샘플(208)로부터 검출기 어레이(240)를 향해 방출되는 2차 하전 입자들을 밀어내도록 구성될 수 있다. 더 구체적으로, 검출기 어레이(240)는 샘플(208)로부터 방출된 2차 하전 입자들을 밀어내도록 구성될 수 있다. 검출기 어레이(240)는 검출기 어레이(240)의 전위를 제어함으로써 하전 입자들을 밀어내도록 구성될 수 있다. 이는 검출기 어레이(240)를 향해 이동하는 샘플(208)로부터 방출된 2차 하전 입자들의 수를 감소시키기 때문에 유익하다.
검출기 어레이(240)는 사용 시, 본 명세서에서 검출기 어레이 전위라고 지칭되는 전위를 갖도록 구성될 수 있다. 샘플(208)은 사용 시, 본 명세서에서 샘플 전위라고 지칭되는 전위를 갖도록 구성될 수 있다. 샘플 전위는 검출기 어레이 전위보다 더 양일 수 있다. 검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 전위 차이는 샘플(208)로부터 방출된 하전 입자들이 검출기 어레이(240)로 향하지 못하도록 밀어낸다. 바람직하게는, 검출기 어레이 전위는 제 2 전극 전위(즉, 대물 렌즈 어레이의 빔 하류 전극의 전위)와 동일할 수 있다.
샘플 전위와 검출기 어레이 전위 사이의 전위차는 바람직하게는 하전 입자 서브 빔들이 크게 영향을 받지 않고 검출기 어레이(240)를 통해 또는 지나 샘플(208)로 투영되도록 비교적 작다. 샘플 전위와 검출기 어레이 전위 사이의 전위차는 바람직하게는 2차 전자 임계치보다 크다. 2차 전자 임계치는 여전히 검출기에 도달할 수 있는 2차 전자의 최소 초기 에너지를 결정할 수 있다. 바람직하게는, 2차 전자 임계치는 샘플(208)로부터 나오는 2차 전자의 가능성 있는 전자 에너지와 동등한 전위차이다. 즉, 샘플 전위와 검출기 어레이 전위 사이의 비교적 작은 전위차는 검출기 어레이로부터 2차 전자들을 밀어내기에 충분하다. 예를 들어, 샘플 전위와 검출기 어레이 전위 사이의 전위차는 대략 20 V, 50 V, 100 V, 150 V 또는 200 V일 수 있다.
바람직하게는, 검출기 어레이 전위와 샘플 전위 사이의 전위차는 작다. 이는 유리하게는 전위차가 (일반적으로 랜딩 에너지까지 더 큰 에너지를 갖는) 후방 산란 하전 입자의 경로에 무시할 수 있는 영향을 미친다는 것을 의미하며, 이는 2차 하전 입자들의 검출을 감소시키거나 피하면서 후방 산란 전자들은 여전히 검출될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 검출기 어레이 전위와 샘플 전위 사이의 작은 차이는 실질적으로 2차 하전 입자들의 검출이 감소되거나 회피될 것을 보장하면서 후방 산란 하전 입자들이 검출되게 하는 에너지 장벽이다.
예를 들어, 검출기 어레이 전위는 하전 입자 빔의 소스에 대해 약 +10 kV보다 크고 약 +100 kV까지이며, 또는 바람직하게는 약 +20 kV 내지 +100 kV일 수 있다. 바람직하게는, 검출기 어레이 전위는 하전 입자 빔의 소스에 대해 약 +20 kV 내지 +70 kV이다.
디바이스의 일부가 2차 하전 입자들을 반발시키도록 구성될 수 있음이 다른 곳에서 설명되지만, 이는 일반적으로 검출기 어레이(240)에 의해 수행될 것이다. 검출기 어레이 및 대물 렌즈 어레이(241)의 최하위 전극은 둘 다 이론적으로 검출기 어레이(240)를 향해 되돌아오는 샘플로부터 방출된 2차 하전 입자들에 대해 반발 효과를 가질 수 있다. 하지만, 검출기 어레이(240)가 대물 렌즈 어레이(241)보다 샘플(208)에 더 가깝기 때문에, 일반적으로 2차 하전 입자들에 대한 반발력을 제공하는 것은 검출기 어레이(240)이다.
대물 렌즈 어레이(241)의 어퍼처 어레이들(245, 246, 247)은 복수의 어퍼처들로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 실질적으로 균일한 직경들(d)을 갖는다. 하지만, 적어도 어퍼처 직경을 변동시킴으로써 달성되는 보정들과 관련하여 본 명세서에서 인용참조되는 2020년 11월 12일에 출원된 EP 출원 20207178.3에 설명된 바와 같이 수차 보정을 최적화하기 위한 일부 변동이 있을 수 있다. 적어도 하나의 전극에 있는 어퍼처들의 직경(d)은 약 400 ㎛ 미만일 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 전극 내의 어퍼처들의 직경(d)은 약 30 내지 300 ㎛이다. 더 작은 어퍼처 직경들이 주어진 어퍼처 피치에 대해 더 큰 검출기들을 제공할 수 있으며, 이는 후방 산란 하전 입자들을 포착할 가능성을 개선한다. 따라서, 후방 산란 하전 입자들에 대한 신호가 개선될 수 있다. 하지만, 너무 작은 어퍼처들을 갖는 것은 1차 서브 빔들에서 수차를 유도할 위험이 있다.
전극 내의 복수의 어퍼처들은 피치(p)만큼 서로 이격될 수 있다. 피치는 하나의 어퍼처의 중앙으로부터 인접한 어퍼처의 중앙까지의 거리로서 정의된다. 적어도 하나의 전극에서의 인접한 어퍼처들 사이의 피치는 약 600 ㎛ 미만일 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 전극에서의 인접한 어퍼처들 사이의 피치는 약 50 ㎛ 내지 500 ㎛이다. 바람직하게는, 각각의 전극에서의 인접한 어퍼처들 사이의 피치는 실질적으로 균일하다.
후방 산란 전자들은 매우 큰 에너지 확산으로 샘플(208)로부터 방출되며, 통상적으로 코사인 분포를 따르는 각도 확산을 갖는다. 샘플(208)로부터 검출기 어레이(240)까지의 거리가 멀수록, 방출된 빔의 원뿔은 더 커진다. 후방 산란 전자는 모든 각도를 가질 수 있다는 점이 이해될 것이다. 방출된 빔의 원뿔은 각 빔과 관련된 검출기에 할당할 수 있는 입체각이므로 이 입체각은 샘플과 검출기가 더 가까워질수록 더 커진다. 매우 큰 에너지 확산으로 인해, 상당한 크로스토크를 도입하지 않고 검출기 상에 상이한 빔들로부터 나오는 후방 산란 하전 입자들을 이미징하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 해결책은 검출기를 기판에 근접하여 배치하고, 이웃하는 빔들의 후방 산란 하전 입자 신호들이 겹치지 않도록 빔들의 피치를 선택하는 것이다.
따라서, 피치 크기는 검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 거리에 따라 선택될 수 있다(또는 그 반대의 경우도 마찬가지임). 예를 들어, 약 50 미크론의 샘플(208)과 검출기 어레이(240) 사이의 거리(L)에 대해, 빔 피치(p)는 약 300 미크론보다 크거나 같을 수 있다. 예를 들어, 약 10 미크론의 샘플(208)과 검출기 어레이(240) 사이의 거리(L)에 대해, 빔 피치(p)는 약 60 미크론보다 크거나 같을 수 있다. 더 가까운 검출기 어레이를 제공하는 것이 더 작은 빔 피치(p)의 사용을 허용한다. 이는 아래에서 도 16과 관련하여 설명되고 나타낸 구성과 같이, 빔 피치가 유리하게는 더 작은 소정 구성들을 사용하는 데 유리할 수 있다.
앞서 설명된 직경 및/또는 피치에 대한 값들은 대물 렌즈 어레이의 적어도 하나의 전극, 다수 전극들, 또는 모든 전극들에서 제공될 수 있다. 바람직하게는, 언급되고 설명된 치수들은 대물 렌즈들의 어레이에서 제공되는 모든 전극들에 적용된다.
대물 렌즈 어레이(241)는 제 1 어퍼처 어레이(245)를 갖는 제 1 전극(242) 및 제 2 어퍼처 어레이(246)를 갖는 제 2 전극(243)을 포함할 수 있다. 제 1 전극(242)은 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 제 2 전극(243)의 빔 상류에 있을 수 있다. 빔 상류는 소스(201)에 더 가까운 것으로 정의될 수 있다. 빔 상류는 달리 샘플(208)로부터 더 먼 것으로 정의될 수 있다. 제 1 전극(242)은 상부 전극으로 지칭될 수 있다. 제 2 전극(243)은 하부 전극으로 지칭될 수 있다.
추가적인 전극들이 대물 렌즈 어레이의 일부로서 포함될 수 있다. 추가적인 전극들은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치될 수 있다. 다시 말해서, 제 1 전극(242) 및 제 2 전극(243)은 외측 전극들일 수 있다. 제 1 전극(242)은 대물 렌즈 어레이(241)에 포함된 여하한의 다른 전극들의 빔 상류에 위치될 수 있다. 제 2 전극(243)은 대물 렌즈 어레이(241)에 포함된 여하한의 다른 전극들의 빔 하류에 위치될 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 3 전극(244)이 제 3 어퍼처 어레이(247)와 제공될 수 있다. 제 3 전극(244)은 중간 전극일 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 전압 소스가 대물 렌즈 어레이의 전극들에 제공되어 전극들이 각각 전위를 갖도록 할 수 있다. 제 1 전극(242)은 사용 시 제 1 전극 전위를 갖도록 구성될 수 있고, 및/또는 제 2 전극(243)은 사용 시 제 2 전극 전위를 갖도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 샘플(208)은 사용 시 샘플 전위를 갖도록 구성될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 샘플(208) 상으로 투영되는 서브 빔들(211, 212, 213)을 가속하는 것은, 이것이 높은 랜딩 에너지를 갖는 서브 빔들의 어레이를 생성하는 데 사용될 수 있다는 점에서 유리하다. 대물 렌즈 어레이의 전극들의 전위들은 대물 렌즈 어레이(241)를 통해 가속을 제공하도록 선택될 수 있다.
본 명세서에 정의된 전위들 및 전위 값들은 소스에 대해 정의되며; 따라서, 샘플의 표면에서의 하전 입자의 전위는 하전 입자의 에너지가 하전 입자의 전위와 상관되고 샘플에서의 하전 입자의 전위가 소스에 대해 정의되기 때문에 랜딩 에너지로 지칭될 수 있다. 하지만, 전위들은 상대 값들이므로 샘플과 같이 다른 구성요소들에 대해 정의될 수 있다. 이 경우, 상이한 구성요소들에 적용되는 전위의 차이는 바람직하게는 소스에 대해 아래에서 설명하는 바와 같을 것이다. 전위들은 사용하는 동안, 즉 디바이스가 작동되고 있을 때, 전극들 및 샘플들과 같은 관련 구성요소들에 적용된다.
바람직하게는, 제 2 전극(243)의 전위(즉, 제 2 전극 전위)는 제 1 전극(242)의 전위(즉, 제 1 전극 전위)보다 더 양이다. 이는 제 1 전극(242)으로부터 제 2 전극(243)을 향해 하전 입자를 가속하는 데 유리하다. 다시 말해서, 전극들의 전위 차이는 대물 렌즈 어레이(241)에서 하전 입자를 가속하는 데 사용될 수 있다.
바람직하게는, 제 2 전극 전위는 검출기 어레이 전위와 실질적으로 동일하다.
바람직하게는, 샘플 전위는 제 1 전극의 전위(즉, 제 1 전극 전위)보다 더 양이다. 이는 제 1 전극(242)으로부터 샘플(208)을 향해 하전 입자를 가속하는 데 유리하다.
바람직하게는, 샘플 전위는 제 2 전극의 전위(즉, 제 2 전극 전위)보다 더 양이다. 이는 제 2 전극으로부터 샘플을 향해 하전 입자를 가속하는 데 유리하다. 추가적으로, 이는 하전 입자들이 대물 렌즈 어레이(241)의 제 2 전극(243)보다 샘플(208)에 더 끌린다는 점에서 유리하다. 이는 샘플(208)로부터 방출된 하전 입자들을 제 2 전극(243)을 향하는, 즉 앞서 설명된 바와 같이 검출기 어레이(240)를 향하는 경로로부터 밀어내는 효과를 갖는다.
디바이스는 대물 렌즈 어레이(241)의 빔 하류 전극으로부터 2차 하전 입자들을 밀어내도록 구성될 수 있다. 대물 렌즈 어레이(241)의 빔 하류 전극은 빔을 따라 가장 멀리 위치되는, 즉 사용 시 소스(201)로부터 가장 멀리/빔 하류에 있는 대물 렌즈 어레이(241)의 부분일 수 있다. 이 경우, 디바이스는 [대물 렌즈 어레이(240)를 사용하여] 검출기 어레이(241)로부터 2차 전자들을 밀어내도록 구성되어, 검출기 어레이(240)가 2차 전자들보다 후방 산란 하전 입자들을 더 효과적으로 검출할 수 있도록 하며, 즉 2차 하전 입자들이 검출되는 것을 감소시키거나 방지함으로써 가능할 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 대물 렌즈 어셈블리(241)에서 투영되는 하전 입자를 가속하기 때문에, 적어도 제 2 전극 전위가 제 1 전극 전위보다 더 양인 것이 바람직하다. 제 1 전극 전위가 더 낮은 경우, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 더 큰 전위 차이가 제공될 수 있다. 제 1 전극 전위와 제 2 전극 전위 사이의 더 큰 차이가 더 큰 가속도가 유도할 것이다. 그러므로, 제 1 전극 전위는 바람직하게는 비교적 낮다. 하지만, 제 1 전극 전위가 너무 작은 경우(예를 들어, +2 kV 미만 또는 +3 kV 미만), 대물 렌즈 어레이(241) 내부에 하전 입자 서브 빔들의 포커스가 형성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 그러므로, 제 1 전극의 값은 대물 렌즈 어레이 내에 포커스의 형성을 유도하지 않으면서 작도록 선택된다. 예를 들어, 제 1 전극의 전위는 하전 입자 빔의 소스에 대해 약 +1 kV 내지 +10 kV일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극의 전위는 하전 입자 빔의 소스에 대해 약 +3 kV 내지 +8 kV일 수 있다. 바람직하게는, 제 1 전극의 전위는 하전 입자 빔의 소스에 대해 약 +5 kV이다.
제 2 전극의 전위는 하전 입자를 가속하기 위해 제 1 전극 전위보다 더 양일 수 있다. 그러므로, 제 2 전극 전위 값은 비교적 큰 것이 바람직하다. 제 2 전극 전위 값은 하전 입자 빔의 소스에 대해 약 +10 kV보다 크고 약 +100 kV까지이며, 또는 바람직하게는 약 +20 kV 내지 +100 kV일 수 있다. 바람직하게는, 제 2 전극의 전위는 하전 입자 빔의 소스에 대해 약 +20 kV 내지 +70 kV이다.
앞서 언급된 바와 같이, 샘플 전위는 대물 렌즈 어레이(241)로부터 2차 하전 입자들을 밀어내기 때문에, 바람직하게는 제 2 전극 전위보다 더 양이다. 하지만, 입자들이 제 1 전극으로부터 제 2 전극을 통해 샘플로 가속됨에 따라, 샘플 전위의 값을 제 2 전극 전위의 값과 유사하게 유지하여 하전 입자들이 샘플(208)의 표면으로 가속되도록 하는 것이 유리하다. 즉, 제 2 전위와 샘플 전위 사이의 전위 차이는 비교적 작지만, 하전 입자들이 샘플을 향해 가속되기에 충분하다. 샘플 전위는 하전 입자 빔의 소스에 대해 약 +10 kV보다 크고 약 +100 kV까지이며, 또는 바람직하게는 약 +20 kV 내지 +100 kV일 수 있다. 바람직하게는, 샘플의 전위는 하전 입자 빔의 소스에 대해 약 +20 kV 내지 +70 kV이다. 바람직하게는, 샘플 전위는 제 2 전극 전위보다 약 10 V, 20 V, 50 V, 100 V, 150 V 또는 200 V 더 양이다.
샘플 전위와 제 2 전극 전위 사이의 전위차는 바람직하게는 2차 전자 임계치보다 크다. 2차 전자 임계치는 샘플로부터 나오는 2차 전자의 가능성 있는 전자 에너지와 동등한 전위차이다. 즉, 샘플 전위와 제 2 전극 전위 사이의 비교적 작은 전위차는 검출기 어레이로부터 2차 전자들을 밀어내기에 충분하다. 예를 들어, 샘플 전위와 저부 전극 전위 사이의 전위차는 대략 10 V, 20 V, 50 V, 100 V, 150 V 또는 200 V일 수 있다.
예를 들어, 앞서 설명된 바와 같이 하전 입자 서브 빔들을 가속하고 2차 하전 입자들을 밀어내도록 구성되는 디바이스는 아래 표 1의 값들을 갖는 도 4와 관련하여 나타낸 바와 같은 전위들을 가질 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 도 4에 나타낸 대물 렌즈 어레이는 추가적인 전극, 예를 들어 도 4에 나타낸 바와 같이 대물 렌즈 어레이(241)의 상부 전극(제 1 전극)과 하부 전극(제 2 전극) 사이에 위치된 중간 전극을 포함할 수 있다. 전압 소스 V1(도시되지 않음)이 중간 전극에 전위를 적용하도록 구성될 수 있다. 이 중간 전극은 선택적이며, 표 1에 나열된 다른 전위들을 갖는 전극들과 포함되지 않을 수 있다. 대물 렌즈 어레이의 중간 전극은 대물 렌즈 어레이의 상부 전극과 동일한 전위(즉, V3)를 가질 수 있다.
예시적인 범위들이 앞서 설명된 바와 같이 표 1의 왼쪽 열에 도시되어 있다. 중간 및 오른쪽 열들은 예시적인 범위들 내에서 V1 내지 V8 각각에 대한 더 구체적인 예시 값들을 나타낸다. 중간 열은 오른쪽 열보다 작은 분해능에 대해 제공될 수 있다. (오른쪽 열에서와 같이) 분해능이 더 큰 경우, 서브 빔당 전류가 더 크므로 빔들의 수는 더 적을 수 있다. 더 큰 분해능을 사용하는 장점은, "연속 영역"을 스캔하는 데 필요한 시간이 더 짧다는 것이다(이는 실제적인 제약일 수 있음). 따라서, 전체 스루풋은 더 낮을 수 있지만, (빔 영역이 더 작기 때문에) 빔 영역을 스캔하는 데 필요한 시간은 더 짧다.
| 랜딩 에너지 | >10-100 keV | 30 keV | 30 keV |
| V1(또는 생략) | 1-10 keV | 5 keV | 5 keV |
| V2 | >10-100 keV | 29.95k eV | 29.95 keV |
| V3 | 1-10 keV | 5 keV | 5 keV |
| V4 | >10-100keV | 30 keV | 30 keV |
| V5 | >10-100keV | 30 keV | 30 keV |
| V6 | 1-30 keV | 4.4 keV | 10 keV |
| V7 | 1-10 keV | 5 keV | 5 keV |
| V8 | >10-100 keV | 29.95 keV | 29.95 keV |
디바이스는 앞서 설명된 바와 같이 제어 렌즈 어레이(250)를 포함할 수 있다. 제어 렌즈 어레이(250)는 서브 빔 경로들을 따라 하전 입자 서브 빔들을 감속하도록 구성될 수 있다. 이는 제어 렌즈 어레이(250) 내의 전극들의 전위들을 제어함으로써 수행될 수 있다. 제어 렌즈를 사용하여 하전 입자 서브 빔들을 감속하는 주된 이유는, 이것이 대물 렌즈 어레이(241)의 성능을 개선한다는 것이다. 대물 렌즈 어레이는 포지티브 기본 렌즈(positive elementary lens) 및 네거티브 기본 렌즈(negative elementary lens)를 포함하며, 이들은 부분적으로 서로 상쇄하지만 수차들이 합산된다. 일반적으로, 두 전극들 사이의 빔 에너지 차이가 클수록, 수차 계수들은 낮아진다.
본 발명의 하전 입자 광학 장치는, 사용 중인 제어 렌즈 어레이(250)의 제어 렌즈들 및/또는 대물 렌즈 어레이(241)의 대물 렌즈들의 적어도 하나의 전극에 각자의 전위들을 적용하도록 구성되는 전력 소스(290)를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 전력 소스는 제 1 전극(242) 및/또는 제 2 전극(243)에 전위를 제공하도록 구성될 수 있다. 전력 소스(290)는, 존재하는 경우 앞서 설명된 제 3 전극(244)을 포함하여, 대물 렌즈들의 어레이의 일부로서 제공되는 여하한의 다른 추가적인 전극들에 여하한의 전위를 적용하도록 구성될 수 있다. 전력 소스는 추가적으로 또는 대안적으로 사용 중인 샘플(208)에 전위를 적용하도록 구성될 수 있다. 전력 소스는 추가적으로 또는 대안적으로 사용 중인 검출기 어레이(240)에 전위를 적용하도록 구성될 수 있다. 전력 소스는 다수 전력 소스들을 포함할 수 있으며, 이들은 각각 앞서 설명된 구성요소들 중 어느 하나에 전위들을 제공하도록 구성된다.
도 7은 빔 어퍼처(또는 어퍼처)(406)를 각각 둘러싸는 복수의 검출기 요소들(405)이 제공되는 기판(404)을 포함하는 검출기 어레이(240)의 저면도이다. 빔 어퍼처들(406)은 기판(404)을 통해 에칭함으로써 형성될 수 있다. 도 7에 나타낸 구성에서, 빔 어퍼처들(406)은 직사각형 어레이로 도시되어 있다. 또한, 빔 어퍼처들(406)은 상이하게, 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이 육각 밀집 어레이로 배치될 수 있다. 도 8의 육각형 배치의 빔 구성은 도 7에 나타낸 바와 같은 정사각형 빔 구성보다 더 조밀하게 밀집될 수 있다. 도시된 바와 같이, 검출기 요소들(405)은 직사각형 어레이 또는 육각형 어레이로 배치될 수 있다.
도 9는 더 큰 스케일에서 검출기 어레이(240)의 일부의 단면을 도시한다. 검출기 요소들(405)은 검출기 어레이(240)의 맨 아래, 즉 샘플(208)에 가장 가까운 표면을 형성한다. 검출기 요소들(405)과 기판(404)의 주 몸체 사이에는 로직 층(logic layer)(407)이 제공될 수 있다. 신호 처리 시스템의 적어도 일부가 로직 층(407)에 통합될 수 있다.
배선 층(408)이 기판(404)의 후면 또는 내부에 제공되고, 기판-관통 비아(through-substrate vias)(409)에 의해 로직 층(407)에 연결된다. 기판-관통 비아들(409)의 수는 빔 어퍼처들(406)의 수와 동일할 필요는 없다. 특히 전극 신호들이 로직 층(407)에서 디지털화되는 경우, 데이터 버스를 제공하기 위해 적은 수의 기판-관통 비아들만이 필요할 수 있다. 배선 층(408)은 제어 라인들, 데이터 라인들 및 전력 라인들을 포함할 수 있다. 빔 어퍼처들(406)에도 불구하고, 필요한 모든 연결을 위한 충분한 공간이 있음을 유의할 것이다. 검출기 모듈(402)은 바이폴라 또는 다른 제조 기술들을 사용하여 제작될 수도 있다. 인쇄 회로 기판 및/또는 다른 반도체 칩들이 검출기 어레이(240)의 후면에 제공될 수 있다.
앞서 설명된 통합된 검출기 어레이는, 2차 전자 포착이 다양한 랜딩 에너지들에 대해 최적화될 수 있기 때문에, 튜닝가능한 랜딩 에너지를 갖는 툴과 함께 사용될 때 특히 유리하다.
검출기 어레이(240)는 대물 렌즈 어레이의 저부 전극에 CMOS 칩 검출기를 통합함으로써 구현될 수 있다. 대물 렌즈 어레이(241) 또는 하전 입자 광학 장치의 다른 구성요소로의 검출기 어레이(240)의 통합이 다수의 각 서브 빔들에 관하여 방출된 하전 입자들의 검출을 허용한다. CMOS 칩은 바람직하게는 [샘플과 하전 입자 광학 시스템 및/또는 전자-광학 시스템의 저부 사이의 짧은 거리(예를 들어, 50 ㎛ 미만, 40 ㎛ 미만, 30 ㎛ 미만, 20 ㎛ 미만, 또는 10 ㎛)로 인해] 샘플을 향하도록 방위지정(orientate)된다. 일 실시예에서, 2차 하전 입자들을 포착하기 위한 검출기 요소들(405)이 CMOS 디바이스의 표면 금속층에 형성된다. 검출기 요소들(405)은 다른 층들에 형성될 수 있다. CMOS의 전력 및 제어 신호들은 실리콘-관통 비아(through-silicon via)들에 의해 CMOS에 연결될 수 있다. 견고성을 위해, 바람직하게는 홀들을 갖는 패시브 실리콘 기판이 높은 E-필드로부터 CMOS 칩을 차폐한다.
검출 효율을 최대화하기 위해, (어퍼처들을 제외한) 대물 렌즈 어레이(241)의 실질적으로 모든 영역이 검출기 요소들(405)에 의해 점유되도록 검출기 요소들(405)의 표면을 가능한 한 크게 만드는 것이 바람직하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 각각의 검출기 요소(405)는 어레이 피치[즉, 대물 렌즈 어레이(241)의 전극들에 관하여 앞서 설명된 어퍼처 어레이 피치]와 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 그러므로, 각각의 검출기 요소의 직경은 약 600 ㎛ 미만일 수 있고, 바람직하게는 약 50 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 피치는 샘플과 검출기 어레이(240) 사이의 의도된 거리(L)에 따라 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 검출기 요소(405)의 외형은 원이지만, 이는 검출 영역을 최대화하기 위해 정사각형으로 만들어질 수 있다. 또한, 기판-관통 비아(409)의 직경은 최소화될 수 있다. 전자 빔의 통상적인 크기는 5 내지 15 미크론 정도이다.
검출기 어레이의 검출기는 각각의 어퍼처 주위에 있다. 일 실시예에서, 단일 검출기 요소(405)가 각각의 빔 어퍼처(406)를 둘러싼다. 또 다른 실시예에서, 복수의 검출기 요소들(405)이 각각의 빔 어퍼처(406) 주위에 제공된다. 하나의 빔 어퍼처(406)를 둘러싸는 검출기 요소들(405)에 의해 포착되는 전자들은 단일 신호로 조합되거나, 또는 독립적인 신호들을 생성하는 데 사용될 수 있다. 검출기 요소들(405)은 반경방향으로 분할될 수 있다. 검출기 요소(405)는 예를 들어 도 13a에 도시된 바와 같이 복수의 동심원 고리 또는 링을 형성할 수 있다. 검출기 요소들(405)은 각도로 분할될 수 있다. 검출기 요소들(405)은 복수의 부채꼴 조각 또는 세그먼트들을 형성할 수 있다. 세그먼트는 예를 들어 도 13b에 도시된 바와 같이 유사한 각도 크기 및/또는 유사한 면적을 가질 수 있다. 전극 요소들은 반경방향 및 각도로, 또는 여하한의 다른 편리한 방식으로 분리될 수 있다.
하지만, 검출기 요소들(405)의 더 큰 표면이 더 큰 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)를 초래하므로, 대역폭이 더 낮다. 이러한 이유로, 검출기 요소들(405)의 외경을 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 특히 더 큰 검출기 요소(405)가 약간 더 큰 검출 효율만을 제공하지만, 상당히 더 큰 커패시턴스를 제공하는 경우이다. 원형(환형) 검출기 요소(405)가 수집 효율과 기생 커패시턴스 사이에서 좋은 절충안을 제공할 수 있다.
또한, 검출기 요소(405)의 더 큰 외경이 더 큰 크로스토크(이웃한 홀의 신호에 대한 감도)를 초래할 수도 있다. 이는 검출기 요소(405)의 외경을 더 작게 만드는 이유일 수도 있다. 특히 더 큰 검출기 요소(405)가 약간 더 큰 검출 효율만을 제공하지만, 상당히 더 큰 크로스토크를 제공하는 경우이다.
검출기 요소(405)에 의해 수집되는 하전 입자 전류는, 예를 들어 TIA와 같은 증폭기에 의해 증폭된다.
하전 입자 광학 장치의 검출기 어레이에서 사용되는 검출기는 선택적으로 도 10, 도 11 및 도 12와 관련하여 아래에서 설명되는 검출기일 수 있다.
하전 입자 광학 장치는 앞서 설명된 바와 같이 제어 렌즈 어레이(250)를 포함할 수 있다. 설명된 바와 같이, 제어 렌즈 어레이는 대물 렌즈 어레이(241)의 빔 상류에 위치될 수 있고, 각각의 제어 렌즈는 각자의 대물 렌즈(234)와 연계될 수 있다. 하전 입자 광학 장치는 제어 렌즈 어레이(250)와 대물 렌즈 어레이(241) 사이에 중간 포커스를 형성하도록 구성될 수 있다. 더 구체적으로, 제어 렌즈 어레이(230)는 각 제어 렌즈들과 대응하는 대물 렌즈들 사이에 중간 포커스를 제공하도록 구성될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 전자-광학 디바이스는 제어 렌즈 어레이(250)와 대물 렌즈 어레이(241) 사이에 중간 포커스들을 형성하기 위해 [예를 들어, 제어 렌즈 어레이(250)의 전극들에 적용되는 전위들을 제어함으로써] 대물 렌즈 어셈블리를 제어하여 제어 렌즈들의 초점 거리를 제어하도록 구성될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 대물 렌즈 어레이(241)에 추가하여 제어 렌즈 어레이(250)의 제공은 서브 빔들의 속성들을 제어하기 위한 추가적인 자유도를 제공한다. 추가적인 자유도는 제어 렌즈 어레이(250) 및 대물 렌즈 어레이(241)가 비교적 가깝게 제공되는 경우에도 제공되어, 예를 들어 제어 렌즈 어레이(250)와 대물 렌즈 어레이(241) 사이에 중간 포커스가 형성되지 않도록 한다. 제어 렌즈 어레이(250)는 빔의 축소와 관련하여 빔 개방 각도를 최적화하고, 및/또는 대물 렌즈 어레이(241)로 전달되는 빔 에너지를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 제어 렌즈는 2 또는 3 이상의 전극들을 포함할 수 있다. 2 개의 전극들이 있는 경우, 축소 및 랜딩 에너지는 함께 제어된다. 3 개 이상의 전극들이 있는 경우, 축소 및 랜딩 에너지는 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 제어 렌즈들은 (예를 들어, 제어 렌즈들 및 대물 렌즈들의 전극들에 적절한 각 전위들을 적용하기 위해 전력 소스를 사용하여) 각자의 서브 빔들의 축소 및/또는 빔 개방 각도를 조정하도록 구성될 수 있다. 이러한 최적화는 대물 렌즈들의 수에 과도하게 부정적인 영향을 미치지 않고 대물 렌즈들의 수차를 과도하게 악화시키지 않으면서(예를 들어, 대물 렌즈들의 강도를 증가시키지 않고) 달성될 수 있다.
제어 렌즈 어레이(250)는 대물 렌즈 어레이(241)에 낮은 빔 에너지를 전달하기 위해 사용될 수 있다. 이는 앞서 논의된 바와 같이 대물 렌즈 어레이(241)의 제 1 전극에 적용되는 전위와 유사할 수 있으며, 즉 약 +3 kV 내지 +8 kV, 또는 바람직하게는 약 +5 kV일 수 있다. 대물 렌즈들의 입구 빔 에너지가 낮을수록, 대물 렌즈들의 초점 거리가 짧아진다. 그러므로, 앞서 설명된 바와 같이, 5 kV 미만의 입사 빔 에너지는 통상적으로 대물 렌즈 어레이(241) 내부에 포커스를 유도한다. 일반적으로, 대물 렌즈 어레이(241)에 관련 에너지의 하전 입자 빔을 제공하기 위해, 제어 렌즈 어레이(250)는 예를 들어 약 +30 kV에서 +5 kV로 하전 입자 빔을 감속하는 데 사용된다. 이는 큰 빔 에너지 차이로 인해 크로스 오버를 발생시킬 것이다.
바람직하게는, 각 제어 렌즈들과 대응하는 대물 렌즈들 사이의 중간 포커스들(236)(교환가능하게 중간 초점들로 지칭됨)은 도 3에 도시된 바와 같이 공통 평면에 있다. 따라서, 바람직하게는 중간 포커스들(236)은 평면 및, 구체적으로 제어 렌즈 어레이와 대물 렌즈 어레이 사이의 평면에 위치된다. 바람직하게는, 중간 초점들의 평면은 제어 렌즈 어레이 및/또는 대물 렌즈 어레이와 평행한 평면에 위치된다. 바람직하게는, 중간 포커스들(236)은 중간 초점들의 어레이에 있다.
하전 입자 광학 장치는 절연 구조체를 포함할 수 있으며, 이는 달리 스페이서라고 칭해질 수 있다. 절연 구조체는 대물 렌즈 어레이에 제공될 수 있다. 절연 구조체는 인접한 전극들을 분리하기 위해, 즉 이격하기 위해 제공될 수 있다. 절연 구조체의 형상은 대물 렌즈 어레이 및 이것이 사용될 방식에 따라 특별히 선택될 수 있다. 절연 구조체는 대물 렌즈 어레이(240), (도 3에 도시된 바와 같은) 집속 렌즈 어레이 및/또는 제어 렌즈 어레이(250)에서와 같이, 제공된 여하한의 인접한 전극들을 분리하기 위해 제공될 수 있다.
절연 구조체는 대물 렌즈 어레이 내의 여하한의 인접한 전극들 사이에 제공될 수 있다. 예를 들어, 절연 구조체는 예를 들어 (도 5에 나타낸 바와 같이) 2 개의 전극들이 제공되는 경우에 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치될 수 있다. 예를 들어, 절연 구조체는 (도 6에 나타낸 바와 같이) 3 개의 전극들이 제공되는 경우에 제 1 전극과 제 3 전극 사이 및/또는 제 2 전극과 제 3 전극 사이에 위치될 수 있다.
절연 구조체(500)의 예시적인 형상들이 도 10, 도 11, 도 12에 단면으로 도시되어 있다. 절연 구조체(500)는 주 몸체(501) 및 주 몸체(501)의 반경방향 안쪽으로의 돌출부를 포함할 수 있다. 주 몸체(501) 및 돌출부는 일체형일 수 있으며, 즉 하나의 단일 조각으로 형성될 수 있다. 돌출부는 계단형 표면을 제공할 수 있다. 절연 구조체(500), 및 특히 주 몸체는 제 1 면(502) 및 제 2 면(503)을 포함할 수 있다. 제 2 면(503)은 제 1 면(502)과 반대일 수 있다. 예를 들어, 제 1 면(502)은 절연 구조체(500)의 저면일 수 있고, 제 2 면(503)은 절연 구조체(500)의 최상면일 수 있다. 주 몸체는 멀티-빔 경로를 둘러쌀 수 있다. 주 몸체는 링일 수 있다. 링의 내표면은 돌출부 및 계단형 표면을 제공할 수 있다.
절연 구조체(500)는 대물 렌즈 어레이와 같은 렌즈들의 어레이를 통한 하전 입자 빔의 투영을 최적화하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 절연 구조체(500)의 형상은 대물 렌즈들이 가속 방향에서와 같이 높은 정전기장을 견디고 방전의 위험을 감소시키도록 돕는 데 유리할 수 있다. 절연 구조체는 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 단면에서 볼 때 대칭이 아닐 수 있다. 즉, 단면에서 빔 경로를 향하는 절연 구조체의 표면이 계단형일 수 있다. 계단형 표면은 절연 구조체의 표면에 걸쳐 경로 길이를 연장시킬 수 있다. 계단형 표면에 걸친 최단 경로 길이는 크리프 길이(creep length)를 초과할 수 있다. 절연 구조체의 제 1 면과 제 2 면에서의 전극들 사이에 의도된 작동 전위차에 대한 크리프 길이 또는 그 이하에서는 전극들 사이에 방전 위험이 높아진다. 형상 및/또는 지오메트리, 특히 계단형 표면 및 돌출부는 절연 구조체의 반경방향 안쪽으로의 필드 및 전극들 사이의 방전 위험을 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 스페이서의 갭 및 지오메트리는 스페이서 양쪽 전극들 중 더 음의 전극에 있는 삼중점(진공, 전극, 스페이서)에서 필드를 낮추도록 선택된다. 도 11에 나타낸 바와 같은 절연 구조체의 사용은 US 2011/0216299에서 설명되며, 그 내용은 적어도 설명되는 절연 구조체의 지오메트리 및 그 기능에 대해 본 명세서에서 인용참조된다.
하전 입자들이 대물 렌즈들의 어레이(241)에 의해 샘플(208)을 향해 가속되는 실시예에서, 절연 구조체(500)는 대물 렌즈 어레이(241)의 인접한 전극들 사이에 위치되어 대물 렌즈 어레이를 통한 하전 입자들의 가속을 최적화할 수 있다.
대물 렌즈 어레이의 인접한 전극들 사이에서 제 자리에 있을 때, 전극들 중 하나가 절연 구조체의 제 1 면에서 주 몸체 및 돌출부와 접촉하고, 주 몸체는 절연 구조체의 제 2 면에서 전극들 중 다른 전극과 접촉하며, 전극들 중 다른 전극과 돌출부 사이에는 갭이 정의된다. 다시 말해서, 주 몸체 및 돌출부는 전극들 중 하나에 접촉하고, 다른 전극에는 주 몸체만이 접촉한다. 따라서, 절연 구조체는 돌출부와 전극들 중 적어도 하나 사이에 갭을 제공한다.
이러한 절연 구조체(500)가 도 11에 도시되어 있으며, 여기서 제 1 전극(242)은 절연 구조체(500)의 제 1 면(503)에서 주 몸체 및 돌출부(506)와 접촉한다. 주 몸체(501)는 절연 구조체(500)의 제 2 면에서 제 2 전극(243)과 접촉한다. 돌출부(506)와 [제 1 전극(242)의 빔 하류의] 제 2 전극(243) 사이에는 갭(507)이 제공된다.
일 실시예에서, 대물 렌즈 어레이(241)는 그 자체로 또는 제어 렌즈 어레이 및/또는 검출기 어레이와 같은 다른 요소들과 조합하여 교환가능한 모듈이다. 교환가능한 모듈은 현장 교체가능할 수 있으며, 즉 모듈은 현장 엔지니어에 의해 새로운 모듈로 바뀔 수 있다. 일 실시예에서, 다수의 교환가능한 모듈들이 툴 내에 포함되며, 툴을 열지 않고도 작동가능한 위치와 비-작동가능한 위치 사이에서 바뀔 수 있다.
일 실시예에서, 교환가능한 모듈은 전자-광학 구성요소를 포함하며, 구체적으로 구성요소의 위치설정을 위한 작동을 허용하는 스테이지 상에 있는 하전 입자 광학 장치일 수 있다. 일 실시예에서, 교환가능한 모듈은 스테이지를 포함한다. 일 구성에서, 스테이지 및 교환가능한 모듈은 툴(40)의 통합부일 수 있다. 일 구성에서, 교환가능한 모듈은 스테이지 및 이것이 지지하는 하전 입자 광학 장치와 같은 디바이스로 제한된다. 일 구성에서, 스테이지는 제거가능하다. 대안적인 디자인에서, 스테이지를 포함하는 교환가능한 모듈은 제거가능하다. 교환가능한 모듈을 위한 툴(40)의 부분은 격리가능하며, 즉 툴(40)의 부분은 교환가능한 모듈의 빔 상류 밸브 및 빔 하류 밸브에 의해 정의된다. 밸브들은 각각 밸브들의 빔 상류 및 빔 하류의 진공으로부터 밸브들 사이의 환경을 격리시키도록 작동될 수 있으며, 이는 교환가능한 모듈과 연계된 툴(40)의 부분의 빔 상류 및 빔 하류의 진공을 유지하면서 툴(40)로부터 교환가능한 모듈이 제거될 수 있게 한다. 일 실시예에서, 교환가능한 모듈은 스테이지를 포함한다. 스테이지는 빔 경로에 대해 하전 입자 광학 장치와 같은 디바이스를 지지하도록 구성된다. 일 실시예에서, 모듈은 1 이상의 액추에이터를 포함한다. 액추에이터들은 스테이지와 연계된다. 액추에이터들은 빔 경로에 대해 디바이스를 이동시키도록 구성된다. 이러한 작동은 디바이스 및 빔 경로를 서로에 대해 정렬하는 데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 교환가능한 모듈은 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 모듈이다. MEMS는 미세제조 기술들을 사용하여 제조되는 소형화된 기계 및 전자기계 요소들이다. 일 실시예에서, 교환가능한 모듈은 전자-광학 툴(40) 내에서 교체가능하도록 구성된다. 일 실시예에서, 교환가능한 모듈은 현장 교체가능하도록 구성된다. 현장 교체가능한 것은 전자-광학 툴(40)이 위치되는 진공을 유지하면서 모듈이 제거되고 동일하거나 상이한 모듈로 교체될 수 있다는 것을 의미하도록 의도된다. 모듈이 제거되고 반환되거나 교체되기 위해 모듈에 대응하는 툴(40)의 섹션만이 열린다(vent).
제어 렌즈 어레이(250)는 대물 렌즈 어레이(241)와 동일한 모듈에 있고, 즉 대물 렌즈 어레이 어셈블리 또는 대물 렌즈 구성부를 형성할 수 있거나, 또는 별개의 모듈 내에 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 서브 빔들에서 1 이상의 수차를 감소시키는 1 이상의 수차 보정기가 제공된다. 1 이상의 수차 보정기는 여하한의 실시예들에서, 예를 들어 하전 입자 광학 장치의 일부로서, 및/또는 광학 렌즈 어레이 어셈블리의 일부로서, 및/또는 평가 툴의 일부로서 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 수차 보정기들의 서브세트 각각은 중간 포커스들 중 각 하나에, 또는 이에 바로 인접하여 (예를 들어, 중간 이미지 평면에 또는 이에 인접하여) 위치된다. 서브 빔들은 중간 평면과 같은 초점면 또는 그 근처에서 최소 단면적을 갖는다. 이는 다른 곳, 즉 중간 평면의 빔 상류 또는 빔 하류에서 이용가능한 것보다(또는 중간 이미지 평면을 갖지 않는 대안적인 구성들에서 이용가능한 것보다) 수차 보정기들을 위한 더 많은 공간을 제공한다.
일 실시예에서, 중간 포커스들(또는 중간 이미지 평면)에, 또는 이에 바로 인접하여 위치되는 수차 보정기들은 상이한 빔들에 대해 상이한 위치들에 있는 것으로 보이는 소스(201)를 보정하기 위한 편항기들을 포함한다. 보정기들은 각각의 서브 빔과 대응하는 대물 렌즈 사이의 양호한 정렬을 방해하는 소스로부터 발생하는 거시적 수차들을 보정하는 데 사용될 수 있다.
수차 보정기들은 적절한 칼럼 정렬을 방해하는 수차들을 보정할 수 있다. 또한, 이러한 수차들은 서브 빔들과 보정기들 사이의 오정렬을 초래할 수 있다. 이러한 이유로, 추가적으로 또는 대안적으로 수차 보정기들을 집속 렌즈들(231)에 또는 그 근처에 위치시키는 것이 바람직할 수 있다[예를 들어, 각각의 이러한 수차 보정기가 집속 렌즈들(231) 중 1 이상과 통합되거나, 또는 바로 인접함]. 이는 집속 렌즈들이 빔 어퍼처들과 수직으로 근접 또는 일치하기 때문에 집속 렌즈들에서 또는 그 근처에서 수차들이 아직 대응하는 서브 빔들의 시프트로 이어지지 않았을 것이므로 바람직하다. 하지만, 집속 렌즈들에 또는 그 근처에 보정기들을 위치시키는 것에 대한 문제는 더 하류(또는 빔 하류)의 위치들에 비해 이 위치에서 서브 빔들이 각각 상대적으로 큰 단면적들 및 상대적으로 작은 피치를 갖는다는 것이다. 집속 렌즈들 및 보정기들은 동일한 구조체의 일부일 수 있다. 예를 들어, 이들은 예를 들어 전기적 절연 요소로 서로 연결될 수 있다. 수차 보정기는 EP2702595A1에 개시된 CMOS 기반의 개별 프로그래밍 가능 편향기 또는 EP2715768A2에 개시된 다중극 편향기의 어레이일 수 있으며, 이에 대한 두 문서의 빔렛 조작기의 설명은 참조로서 여기에 통합된다.
일부 실시예들에서, 수차 보정기들의 적어도 서브세트 각각은 대물 렌즈들(234) 중 1 이상과 통합되거나 바로 인접한다. 일 실시예에서, 이 수차 보정기들은 필드 곡률; 포커스 오차; 및 비점수차 중 1 이상을 감소시킨다. 대물 렌즈들 및/또는 제어 렌즈들 및 보정기들은 동일한 구조체의 일부일 수 있다. 예를 들어, 이들은 예를 들어 전기적 절연 요소로 서로 연결될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 1 이상의 스캐닝 편항기(도시되지 않음)가 샘플(208)에 걸쳐 서브 빔들(211, 212, 213)을 스캐닝하기 위해 대물 렌즈들(234) 중 1 이상과 통합되거나 바로 인접할 수 있다. 일 실시예에서, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 US 2010/0276606에 설명되어 있는 스캐닝 편항기들이 사용될 수 있다.
앞서 설명된 하전 입자 광학 장치는 적어도 대물 렌즈 어레이(241)를 포함할 수 있다. 따라서, 소정 실시예들에서, 하전 입자 광학 장치는 대물 렌즈 어레이 어셈블리일 수 있고, 대물 렌즈 어레이 어셈블리와 관련하여 앞서 설명된 바와 같은 구성요소들을 가질 수 있다.
예를 들어, 제 2 실시형태에서, 대물 렌즈 어셈블리는 샘플 표면을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 투영하기 위한 것이다. 대물 렌즈 어셈블리는 대물 렌즈 어레이(241) 및 검출기 어레이(240)를 포함한다. 대물 렌즈 어레이(241)는 앞서 대물 렌즈 어레이(241)와 관련하여 설명된 특징들의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 검출기 어레이(240)는 앞서 검출기 어레이(240)와 관련하여 설명된 특징들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 대물 렌즈 어셈블리는 후방 산란 하전 입자들을 검출하도록 구성된다.
대물 렌즈 어레이(241)는 멀티-빔의 경로를 따라 배치되고 복수의 어퍼처들이 정의되어 있는 적어도 2 개의 전극들을 포함한다. 예를 들어, 대물 렌즈 어레이(241)는 적어도 제 1 전극(242) 및 제 2 전극(243)을 포함한다. 검출기 어레이(240)는 멀티-빔에 반응하여 샘플로부터 나오는 하전 입자들을 검출하도록 구성된다. 검출기 어레이(240)는 대물 렌즈 어레이(241)의 빔 하류에 위치된다.
검출기 어레이(240)는 샘플(208)에 근접하여 위치가능하도록 구성되며, 제 1 실시형태에서 설명된 바와 같이 샘플(208)과 검출기 어레이 사이에 거리(L)를 가질 수 있다.
검출기 어레이 전위, 샘플 전위, 제 1 전극 전위 및/또는 제 2 전극 전위는 제 1 실시형태와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이 설정될 수 있다.
예를 들어, 제 2 실시형태의 대물 렌즈 어셈블리는 앞서 설명된 하전 입자 광학 장치의 여하한 또는 모든 특징들을 가질 수 있다. 특히, 대물 렌즈 어레이 어셈블리는 제어 렌즈 어레이(250) 및/또는 스캔 편항기 어레이(260)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 3 실시형태에서, 하전 입자 광학 장치가 제공되며, 하전 입자 광학 장치는 2 개의 작동 상태들 사이에서 스위칭하도록 구성된다. 두 작동 상태들은 주로 후방 산란 하전 입자들을 검출하는 것과 주로 2차 하전 입자들을 검출하는 것 사이에서 변동한다. 예를 들어, 제 3 실시형태의 하전 입자 광학 장치는 앞선 실시형태들 및 실시예들과 관련하여 설명된 특징들의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 앞서 설명된 것과 동일한 특징들에는 동일한 참조 번호들이 주어진다. 간결함을 위해, 이러한 특징들은 아래에서 상세히 설명되지 않는다.
설명된 바와 같이, 2차 하전 입자들 및 후방 산란 하전 입자들의 검출이 모두 유용하지만, 2차 하전 입자들 및 후방 산란 하전 입자들의 검출을 통해 상이한 정보가 얻어질 수 있다. 따라서, 2차 하전 입자들 및 후방 산란 하전 입자들의 검출을 모두 지원하는 디바이스를 제공하는 것에 분명한 이점이 있다. 특히, 2차 하전 입자들과 후방 산란 하전 입자들의 검출 사이의 스위칭 및 그 반대를 쉽게 지원할 수 있는 디바이스를 제공하는 이점이 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 하전 입자 광학 장치는 여하한의 하전 입자 시스템, 예를 들어 하전 입자 평가 툴, 즉 평가 툴(40)에 적절하다. 디바이스는 샘플을 향해 하전 입자 빔들의 어레이를 투영하도록 구성된다; 즉, 디바이스는 서브 빔 경로들을 따라 샘플(208)을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 투영하도록 구성된다. 멀티-빔은 서브 빔들을 포함한다. 디바이스는 샘플(208) 상으로 하전 입자 서브 빔들의 어레이를 투영하도록 구성되는 대물 렌즈 어레이(241)를 포함한다. 다시 말해서, 디바이스는 샘플(208) 상으로 빔들을 투영하도록 구성되는 대물 렌즈 어레이(241)를 포함한다. 디바이스는 샘플(208)로부터 방출된 하전 입자들을 포착하도록 구성되는 검출기 어레이를 더 포함한다. 다시 말해서, 디바이스는 샘플로부터의 후방 산란 입자들을 검출하도록 구성되는 검출기들의 어레이[즉, 검출기 어레이(240)]를 포함한다. 앞서 설명된 바와 같이, 검출기 어레이(240)는 샘플(208)을 향하도록 위치될 수 있다. 바람직하게는, 대물 렌즈 어레이(241)는 검출기 어레이(240)를 포함하며, 및/또는 검출기 어레이(240)는 앞서 설명된 바와 같이 대물 렌즈 어레이(241) 상에 또는 이에 인접하여 위치된다.
디바이스는 2 개의 작동 상태들 사이에서 스위칭하도록 구성된다. 제 1 작동 상태에서, 검출기들은 후방 산란 하전 입자들보다 더 많은 2차 하전 입자들을 검출하도록 구성된다. 다시 말해서, 제 1 작동 상태에서, 검출기들은 주로 2차 하전 입자들을 검출하도록 구성된다. 제 2 작동 상태에서, 검출기들은 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방 산란 하전 입자들을 검출하도록 구성된다. 다시 말해서, 제 2 작동 상태에서, 검출기들은 주로 후방 산란 하전 입자들을 검출하도록 구성된다.
디바이스의 여러 상이한 특징들이 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 제 1 작동 상태에서 디바이스는 2차 하전 입자들의 검출을 최적화하도록 구성되고, 제 2 작동 상태에서 디바이스는 후방 산란 하전 입자들의 검출을 최적화하도록 구성됨을 이해할 것이다. 따라서, 제 1 작동 상태에서는 주로 2차 하전 입자들이 검출될 수 있다. 제 2 작동 상태에서는, 주로 후방 산란 하전 입자들이 검출될 수 있다.
제 2 작동 상태에서, 디바이스는 샘플(208) 상으로 하전 입자 빔을 가속하도록 구성되고, 바람직하게는 대물 렌즈들은 샘플(208) 상으로 하전 입자 빔을 가속하도록 구성된다. 따라서, 제 2 작동 상태에서, 디바이스 및 더 구체적으로 대물 렌즈 어레이(241)는 샘플(208) 상으로 하전 입자 빔을 가속하기 위해 앞서 설명된 바와 같이 작동할 수 있다. 제 2 작동 상태에서, 대물 렌즈 어레이(241)는 앞서와 같이 2차 하전 입자들을 밀어내도록 구성될 수 있다.
제 1 작동 상태에서, 대물 렌즈들은 샘플(208) 상으로 하전 입자 빔을 감속하도록 구성된다. 샘플 상으로 하전 입자 빔을 감속하도록 작동되는 전자 빔 툴(40) 및 하전 입자 빔 검사 장치(100)와 같은 멀티-빔 시스템들이 알려져 있으며, 제 1 작동 상태에서 사용될 수 있다. 논의된 바와 같이, 이러한 알려진 시스템들은 2차 하전 입자들을 검출하는 데 유용하다. 따라서, 디바이스는 2차 하전 입자들로부터 정보를 얻을 때 이러한 시스템들에 따라 작동될 수 있다.
예를 들어, 감속은 대물 렌즈 어레이(241)의 전극들에 적용되는 전위를 선택함으로써 수행될 수 있다. 도 4는 제어 렌즈 어레이(250), 대물 렌즈 어레이(241) 및 샘플(208)에 전위들이 어떻게 적용될 수 있는지를 나타내기 위해 시스템과 관련하여 앞서 설명되었다. 가속 렌즈에 제공되는 전위들의 값들은 감속을 제공하기 위해 교환 및 조정될 수 있다.
예를 들어, 전자들은 대물 렌즈에서 30 kV에서 2.5 kV로 감속될 수 있다. 일 예시에서, 1.5 kV 내지 5 kV 범위의 랜딩 에너지들을 얻기 위해, V2, V3, V4, V5, V6 및 V7과 같은 도 4에 나타낸 전위들이 아래 표 2에 나타낸 바와 같이 설정될 수 있다. 표 2에 표시된 전위 및 랜딩 에너지는 단지 예시일 뿐이며 다른 랜딩 에너지를 얻을 수 있고, 예를 들어, 랜딩 에너지는 1.5kV보다 낮거나(예: 약 0.3kV 또는 0.5kV) 5kV보다 높을 수 있다. 이 표에서의 전위들은 빔 소스(201)의 캐소드에 대한 전극 전위와 동등한 keV 단위의 빔 에너지 값들로서 주어진다. 전자-광학 시스템을 디자인할 때 시스템의 어느 지점이 접지 전위로 설정될지에 대해 상당한 디자인 자유가 있으며, 시스템의 작동은 절대 전위보다는 전위차에 의해 결정됨을 이해할 것이다.
| 랜딩 에너지 | 1.5 keV | 2.5 keV | 3.5 keV | 5 keV |
| V1(또는 생략) | 29 keV | 30 keV | 31 keV | 30 keV |
| V2 | 1.55 keV | 2.55 keV | 3.55 keV | 5.05 keV |
| V3 | 29 keV | 30 keV | 31 keV | 30 keV |
| V4 | 1.5 keV | 2.5 keV | 3.5 keV | 5 keV |
| V5 | 30 keV | 30 keV | 30 keV | 30 keV |
| V6 | 19.3 keV | 20.1 keV | 20.9 keV | 30 keV |
| V7 | 29 keV | 30 keV | 31 keV | 30 keV |
| V8 | 1.55 keV | 2.55 keV | 3.55 keV | 5.05 keV |
앞서 언급된 바와 같이, 도 4에 나타낸 대물 렌즈 어레이는 추가적인 전극, 예를 들어 도 4에 나타낸 대물 렌즈 어레이의 상부 전극과 하부 전극 사이에 위치되는 중간 전극을 포함할 수 있다. 전압 소스 V1이 중간 전극에 전위를 적용하도록 구성될 수 있다. 이 중간 전극은 선택적이며, 표 2에 나열된 다른 전위들을 갖는 전극들과 포함되지 않을 수 있다.
V1, V3 및 V7에서의 빔 에너지는 동일하다는 것을 알 수 있을 것이다. 실시예들에서, 이 지점들에서의 빔 에너지는 10 keV 내지 50 keV일 수 있다. 더 낮은 전위가 선택되는 경우, 전기장의 감소를 제한하기 위해, 특히 대물 렌즈에서 전극 간격들이 감소될 수 있다.
제어 렌즈 어레이(250) 및 대물 렌즈 어레이(241)는 도 4에 3 개의 전극들로 도시되어 있지만, 제어 렌즈 어레이(250) 및/또는 대물 렌즈 어레이(241)에는 2 개의 렌즈들이 제공될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 대물 렌즈 어레이는 적어도 제 1 전극 전위를 갖도록 구성되는 제 1 전극(242) 및 제 2 전극 전위를 갖도록 구성되는 제 2 전극(243)을 포함한다. 제 1 전극(242)은 제 2 전극(243)의 빔 상류에 있다. 앞서 설명된 바와 같이 전위들을 제공하기 위해 전력 소스(290)가 제공될 수 있다. 따라서, 전력 소스(290)는 제 1 전극(242)에 제 1 전극 전위를 적용하고, 제 2 전극(243)에 제 2 전극 전위를 적용하도록 구성된다. 전력 소스(290)는 작동 상태에 따라 적절한 전위를 적용하도록 구성된다. 따라서, 제 1 전극 및 제 2 전극에 적용되는 전위는 디바이스의 관련 작동 상태에 따라 변경될 수 있다.
제 1 작동 상태에서, 제 1 전극 전위는 제 2 전극 전위보다 더 양일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 2 작동 상태에서, 제 2 전극 전위는 제 1 전극 전위보다 더 양일 수 있다. 전위들을 제어하고 이들을 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 변경하는 것은 하전 입자 빔이 대물 렌즈 어레이를 통해 이동하는 방식을 변경할 것이며, 이에 따라 하전 입자들이 가속 또는 감속하는지 여부에 영향을 미칠 것이다. 이러한 방식으로 전극들을 변동시키는 것이 하전 입자 서브 빔들의 랜딩 에너지에 영향을 미칠 것이다. 따라서, 디바이스는 제 1 작동 상태에서는 더 낮은 랜딩 에너지로, 및 제 2 작동 상태에서는 더 높은 랜딩 에너지로 하전 입자 서브 빔들을 샘플 상에 투영하도록 구성될 수 있다.
제 1 전극 및 제 2 전극에 적용되는 전위들은 앞서 설명된 바와 같을 수 있고, 서로 바뀔 수 있다. 추가적으로, 샘플은 2차 하전 입자들이 대물 렌즈 어레이로부터 밀려나도록 앞서 설명된 바와 같은 샘플 전위에 있을 수 있다.
또한, 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 스위칭할 때, 추가적인 또는 대안적인 조정들이 이루어질 수도 있다.
예를 들어, 디바이스는 제 1 작동 상태 및 제 2 작동 상태에서 샘플 상에 하전 입자 서브 빔들의 포커스를 유지하도록 구성될 수 있다. 더 구체적으로, 대물 렌즈 어레이(241)는 제 1 및 제 2 작동 상태들에서 샘플 상에 하전 입자 서브 빔들의 포커스를 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 스위칭하거나 그 반대로 스위칭할 때, 대물 렌즈 어레이(241)의 제 1 전극 전위(즉, 상부 전극의 전위)는 제 1 및 제 2 작동 상태들에서 샘플(208) 상에 1차 빔의 포커스를 유지하도록 조정될 수 있다. 제 1 전극 전위가 샘플(208) 상에 하전 입자 서브 빔들의 포커스를 유지하도록 조정되는 경우, 대물 렌즈 어레이(241)와 샘플(208) 사이의 거리는 유지될 수 있다.
예를 들어, 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 스위칭하거나 그 반대로 스위칭할 때, 디바이스는 대물 렌즈 어레이(241)와 샘플(208) 사이의 거리를 변경하도록 구성될 수 있다. 대물 렌즈 어레이(241)와 샘플(208) 사이의 거리는 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이의 랜딩 에너지의 차이를 설명하도록 조정될 수 있다. 거리는 수 밀리미터, 또는 1 밀리미터 미만, 또는 수백 미크론 이하 정도로 변화될 수 있다.
예를 들어, 디바이스는 제 1 작동 상태로부터 제 2 작동 상태로 스위칭하기 위해 대물 렌즈 어레이(241)와 샘플(208) 사이의 거리를 감소시키도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 디바이스는 제 2 작동 상태로부터 제 1 작동 상태로 스위칭하기 위해 대물 렌즈 어레이(241)와 샘플(208) 사이의 거리를 증가시키도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 거리는 앞선 예시들에서, 즉 제 1 전극 전위 및/또는 대물 렌즈 어레이(241)와 샘플(208) 사이의 거리가 변경될 때, 유리하게 유지된다. 검출기 어레이(240)는 검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 거리를 유지하기 위해 대물 렌즈 어레이(241)에 대해 이동될 수 있다. 검출기 어레이(240)의 이동은 대물 렌즈 어레이(241)가 샘플(208)에 대해 이동되는 동안, 또는 빔 경로를 따라 대물 렌즈 어레이(241)에 대한 샘플의 위치를 변경하는 동안 이루어질 수 있다[즉, 검출기 어레이(240)가 빔 경로를 따라 샘플을 추적함].
대안적으로, 검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 거리를 변경하여 샘플(208)로부터 방출된 하전 입자들을 검출기 어레이(240) 상에 포커싱하는 것이 유리할 수 있다. 특히, 검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 거리는 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 변경되어, 제 1 작동 상태에 있을 때는 2차 하전 입자들이 검출기 어레이(240)에 포커싱되고, 제 2 작동 상태에 있을 때는 후방 산란 하전 입자들이 검출기 어레이(240)에 포커싱되도록 할 수 있다.
검출기 어레이(240)가 샘플(208)에 대해 이동되어야 하는 경우, 이는 대물 렌즈 어레이(241)에 대한 검출기 어레이(240)의 위치를 제어함으로써 또는 샘플(208)에 대한 검출기 어레이(240)의 위치를 제어함으로써 수행될 수 있다. 여하한의 적절한 액추에이터가 검출기 어레이(240)를 대물 렌즈 어레이(241)에 대해 및/또는 샘플(208)에 대해 이동시키는 데 사용될 수 있다.
디바이스가 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 스위칭할 수 있는 한 가지 방식은, 스위칭가능한 모듈을 포함하거나 이 형태로 제공되는 하전 입자 광학 장치를 제공하는 것을 수반한다. 스위칭가능한 모듈은 대물 렌즈 어레이 및 검출기 어레이, 및 선택적으로 제어 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 따라서, 스위칭가능한 모듈은 스위칭가능한 대물 렌즈 어레이 어셈블리일 수 있다. 스위칭가능한 모듈은 각각의 작동 상태에 대해 제공될 수 있다. 따라서, 사용하고자 하는 작동 상태에 따라 상이한 스위칭가능한 모듈들에 대해 상이한 절연 구조체들이 제공될 수 있다. 스위칭가능한 모듈은 대물 렌즈 어레이가 샘플(208)에 대해 상이한 위치에 제공되도록 상이한 위치에서의 대물 렌즈 어레이(241)를 제공할 수 있다. 다시 말해서, 상이한 스위칭가능한 모듈들은 서브 빔 경로(220)를 따라 샘플로부터 상이한 거리들에 검출기 어레이를 가질 수 있다. 검출기 어레이들에서 사용되는 검출기들은 사용될 작동 상태에 따라 상이한 스위칭가능한 모듈들에 대해 상이할 수 있다. 상이한 모듈들에서의 검출기 어레이(240)는 샘플(208)에 대해 동일한 거리에 유지될 수 있거나, 검출기 어레이(240)에 의해 검출될 샘플(208)로부터 방출되는 하전 입자들을 설명하기 위해 검출기와 샘플 사이의 거리가 모듈들 사이에 상이할 수 있다.
디바이스에서, 절연 구조체들은 앞서 설명된 바와 같이 인접한 전극들 사이에 제공될 수 있다. 절연 구조체들은 어느 작동 상태가 바람직한지에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 2 작동 상태에 대해, 절연 구조체는 도 11과 관련하여 설명된 바와 같을 수 있다. 제 1 작동 상태에 대해, 절연 구조체는 도 10에 나타낸 바와 같이 제공될 수 있다. 이는 갭(505)이 빔 상류 전극[즉, 제 1 전극(242)]과 반경방향 안쪽 돌출부(504) 사이에 제공되는 것을 제외하고는 도 11의 절연 구조체와 유사하다. 이러한 절연 구조체는, 예를 들어 여기에 설명된 이유로 빔이 감속되고 있을 때, 대물 렌즈 어레이(241)로의 하전 입자 빔의 통과를 최적화하는 데 특히 유리할 수 있다. 도 11에 나타낸 구성에서, 제 1 전극(242)은 제 2 전극(243)보다 덜 양인 전위를 갖는다. 상기 구성에서, 돌출부는 제 1 전극(242)과 접촉한다. 반면에, 도 10의 구성에서, 제 1 전극(242)은 제 2 전극(243)보다 더 양인 전위를 가지므로, 전극들 사이의 전위차의 방향은 도 11에 도시된 구성과 상이하며, 즉 반대이다. 이것이 이 실시예에서 돌출부가 제 2 전극(243)과 접촉하는 이유이다. 돌출부의 위치, 즉 제 1 전극 또는 제 2 전극과 접촉하는 위치를 선택함으로써, 원하지 않은 방전의 위험이 감소될 수 있다.
스위칭가능한 모듈들은 제 1 실시형태와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이 제어 및 적응될 수 있다.
디바이스가 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 스위칭할 수 있는 또 다른 방식은, 두 작동 상태들에서 작동하도록 조정될 수 있는 하전 입자 광학 장치, 즉 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 모두에서 사용될 수 있는 하이브리드(hybrid) 하전 입자 광학 장치(하이브리드 디바이스라고 함)를 제공하는 것을 수반한다. 이 경우, 대물 렌즈 어레이(241)와 샘플(208) 사이의 거리는 상태들을 스위칭할 때 적응될 수 있다. 이 경우, 전극들에 적용되는 전위들은 상태들을 스위칭할 때 적응될 수 있다. 이 경우, 두 작동 상태들에 적절한 절연 구조체가 제공될 수 있다. 이 경우, (아래에서 제 4 실시형태에서 설명되는 바와 같이) 두 작동 모드들에 적절한 검출기들의 어레이가 제공될 수 있다.
하이브리드 디바이스에서, 인접한 전극들이 제 1 작동 및 제 2 작동에서 사용하도록 구성되는 절연 구조체에 의해 분리되며, 바람직하게는 대물 렌즈 어레이가 절연 구조체를 포함한다. 이러한 절연 구조체는 도 12에 나타낸 바와 같이 제공될 수 있으며, 하이브리드 절연 구조체로 지칭될 수 있다. 하이브리드 절연 구조체는, 반경방향 안쪽 돌출부(508)의 양측에 갭(509, 510)이 제공되는 것을 제외하고는 도 10 및 도 11에 나타낸 절연 구조체들과 유사하다. 따라서, 하이브리드 절연 구조체의 양측 전극들이 주 몸체(501)와 접촉한다. 하지만, 반경방향 안쪽 돌출부(508)는 제 1 전극(242) 또는 제 2 전극(243) 중 어느 것과도 접촉하지 않는다.
더 상세하게는, 절연 구조체(500)는 주 몸체(501) 및 주 몸체(501)의 반경방향 안쪽으로의 돌출부(508)로 형성된다. 주 몸체(501)는 제 1 면 및 제 2 면을 특징으로 하며, 제 1 면(503)은 제 2 면(502)과 반대이다. 절연 구조체의 제 1 면(503)에서, 주 몸체(501)는 전극들 중 하나[예를 들어, 제 1 전극(242)]와 접촉하고, 돌출부(508)와 전극들 중 하나(242) 사이에 제 1 갭(509)이 형성된다. 절연 구조체의 제 2 면(502)에서, 주 몸체(501)는 전극들 중 다른 하나[예를 들어, 제 2 전극(243)]와 접촉하고, 돌출부(508)와 전극들 중 다른 하나[예를 들어, 제 2 전극(243)] 사이에 제 2 갭이 형성된다.
하이브리드 디바이스는 제 1 및 제 2 작동 상태들 사이에서 스위칭하기 위해 대물 렌즈 어레이 및/또는 샘플을 서브 빔 경로들(220)을 따라 서로에 대해 이동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 대물 렌즈 어레이와 샘플 사이의 거리를 변경하기 위해 대물 렌즈 어레이를 이동시키도록 구성되는 액추에이터(248)를 포함할 수 있다. 액추에이터(248)는 대물 렌즈 어레이 어셈블리의 일부일 수 있다. 멀티-빔 경로를 따라 검출기를 변위시키는 액추에이터를 특징으로 하는 디바이스가 2020년 9월 24일에 출원된 유럽 특허 출원 20198201.4에 개시되어 있으며, 이는 대물 렌즈 어레이에 대해 검출기 어레이를 작동시키는 액추에이터의 디자인 및 사용과 관련하여 본 명세서에서 인용참조된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하이브리드 디바이스는 대물 렌즈 어레이(241)와 샘플(208) 사이의 거리를 변경하기 위해 샘플을 이동시키도록 구성된다. 예를 들어, 디바이스는 샘플의 위치를 변경하는 데 사용될 수 있는 전동 스테이지(209)[및 선택적으로 샘플 홀더(207)]를 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 제 3 실시형태와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 2차 하전 입자들 및 후방 산란 하전 입자들의 검출 사이에서 스위칭할 수 있는 디바이스를 제공하는 것이 유리하다. 본 발명의 제 4 실시형태는 두 작동 상태들에서 작동할 수 있는 검출기를 제공할 수 있다. 검출기는 여하한의 앞선 실시형태들 및 실시예들의 하전 입자 광학 장치의 일부로서 제공될 수 있으며, 앞선 실시형태들 및 실시예들의 검출기 및/또는 검출기 어레이들과 관련하여 설명된 특징들의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 앞서 설명된 것과 동일한 특징들에는 동일한 참조 번호들이 주어진다. 간결함을 위해, 이러한 특징들은 아래에서 상세히 설명되지 않는다.
제 4 실시형태에서, 하전 입자 평가 툴을 위한 검출기가 제공되며, 검출기는 샘플로부터 방출된 하전 입자들을 포착하도록 구성된다. 다시 말해서, 검출기는 샘플로부터 방출된 하전 입자들을 검출하도록 구성된다.
검출기는 두 작동 상태들 사이에서 스위칭하도록 구성된다. 제 1 작동 상태에서, 적어도 하나의 검출기는 후방 산란 하전 입자들보다 더 많은 2차 하전 입자들을 검출하도록 구성되고, 제 2 작동 상태에서, 적어도 하나의 검출기는 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방 산란 하전 입자들을 검출하도록 구성된다.
검출기는 두 작동 상태들 사이에서 스위칭하도록 구성된다. 검출기는 어퍼처를 둘러싸는 내측 검출부, 및 내측 검출부의 반경방향 바깥쪽의 외측 검출부를 포함할 수 있다(도 13a와 관련하여 설명되고 도시됨). 검출부들은 아래에서 더 상세히 설명된다. 두 상태들은 검출기의 상이한 구성(즉, 상이한 구성의 검출부들)을 사용할 수 있다.
2차 하전 입자들 및 후방 산란 하전 입자들 사이의 에너지 차이는 하전 입자들이 앞서 논의된 전위들에 의해 상이한 양의 영향을 받게 한다. 후방 산란 하전 입자들은 검출기의 전체 영역에 걸쳐 검출될 가능성이 더 높을 수 있다. 하지만, 2차 하전 입자들은 검출기의 중앙을 향해 더 많이 검출되는 경향이 있다. 이는 2차 하전 입자가 일반적으로 작은 평균 에너지들(즉, 후방 산란 하전 입자들보다 작고 통상적으로 0 V에 가까움)을 갖기 때문이다. 따라서, 2차 하전 입자들의 궤적들이 예를 들어 평균적으로 더 큰 에너지들을 갖는 후방 산란 하전 입자들에 비해 필드에 의해 더 크게 변화(즉, 시준)된다. 2차 하전 입자들이 더 많이 가속될수록, 그 각도는 광축(즉, 서브 빔 경로들)에 더 평행해진다. 결과로서, 2차 하전 입자들은 그다지 확산되지 않으며, 즉 2차 하전 입자들의 궤적은 후방 산란 하전 입자들의 궤적보다 서브 빔 경로와 더 시준되는 경향이 있다. 2차 하전 입자들 및 후방 산란 하전 입자들의 검출을 서로 분리하여 지원할 수 있는 검출기를 제공하는 것이 유리하다. 특히, 하전 입자들이 상이한 정보를 결정하는 데 사용될 수 있기 때문에, 2차 하전 입자들 또는 후방 산란 하전 입자들을 검출하도록 검출을 제어하는 것이 유리하다.
따라서, 제 4 실시형태의 검출기는 2 개의 상이한 검출 상태들 사이에서의 스위칭을 허용할 수 있다는 점에서 특히 유용하다. 따라서, 검출기는 한 상태에서는 주로 후방 산란 하전 입자들을 검출하고, 또 다른 상태에서는 주로 2차 하전 입자들을 검출하도록 작동되도록 구성된다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 검출기는 반경방향으로(즉, 복수의 동심 환형들을 형성하도록) 분할된다.
제 4 실시형태의 검출기는 두 작동 상태들 사이에서의 스위칭에 관하여 앞서 설명되었지만, 검출기는 더 일반적으로 여기에서 설명되는 바와 같이 제공될 수 있다. 여기에서 설명되는 검출기는 연속적인 또는 실질적으로 연속적인 검출을 위해 사용될 수 있다.
제 4 실시형태에서, 하전 입자 평가 툴을 위한 검출기가 제공되며, 검출기는 다수 부분들을 포함한다. 따라서, 검출기에는 다수 부분들, 및 더 구체적으로는 다수 검출부들이 제공될 수 있다. 상이한 부분들은 상이한 구역들로 지칭될 수 있다. 따라서, 검출기는 다수 구역들 또는 검출 구역들을 갖는 것으로 설명될 수 있다. 이러한 검출기는 구획된 검출기(zoned detector)로 지칭될 수 있다.
다수의 부분(예를 들어, 아래에 기술된 바와 같은)을 포함하는 검출기는 본 명세서에 기술된 임의의 검출기 어레이에 제공될 수 있다. 특히, 복수의 부분을 포함하는 검출기는 거울 검출기 어레이(350), 검출기의 상부 어레이(370), 검출기(380)의 상부 렌즈 어레이, 검출기(260)의 다운빔 어레이 및/또는 임의의 추가적인 검출기 어레이 중 적어도 하나에 사용될 수 있다. 이에 대한 일 예가 도 13a에 도시된 검출기를 사용하는 도 22에 도시되어 있다.
구획된 검출기는 서브 빔들(211, 212, 213) 중 하나와 연계될 수 있다. 따라서, 하나의 검출기의 다수 부분들이 서브 빔들(211, 212, 213) 중 하나와 관련하여 샘플(208)로부터 방출된 신호 입자들을 검출하도록 구성될 수 있다. 다수 부분들을 포함한 검출기는 대물 렌즈 어셈블리의 전극들 중 적어도 하나에서의 어퍼처들 중 하나와 연계될 수 있다. 더 구체적으로, 다수 부분들을 포함한 검출기(405)는 이러한 검출기의 예시들을 제공하는 도 13a 및 도 13b에 나타낸 바와 같이 단일 어퍼처(406) 주위에 배치될 수 있다.
구획된 검출기의 부분들은 여러 상이한 방식들로, 예를 들어 방사상으로, 환형으로, 또는 여하한의 다른 적절한 방식으로 분리될 수 있다. 바람직하게는, 부분들은 실질적으로 동일한 크기 및/또는 형상이다. 분리된 부분들은 복수의 세그먼트들, 복수의 환형 부분들(예를 들어, 복수의 동심 환형들), 복수의 부채꼴 부분들(즉, 방사상 부분들 또는 부채꼴들)로 제공될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 검출기(405)는 2 개, 3 개, 4 개, 또는 그 이상의 부분들을 포함하는 환형 부분들로서 제공될 수 있다. 더 구체적으로, 도 13a에 나타낸 바와 같이, 검출기(405)는 어퍼처(406)를 둘러싸는 내측 환형 부분(405A) 및 내측 환형 부분(405A)의 반경방향 바깥쪽의 외측 환형 부분(405B)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 검출기는 2 개, 3 개, 4 개 또는 그 이상의 부분을 포함하는 부채꼴 부분들로서 제공될 수 있다. 검출기가 2 개의 부채꼴로 제공되는 경우, 각각의 부채꼴 부분은 반-원형일 수 있다. 검출기가 4 개의 부채꼴로 제공되는 경우, 각각의 부채꼴 부분은 사분면일 수 있다. 이는 도 13b에 도시되어 있고, 405가 사분면으로 분할되어 있으며, 즉 4 개의 부채꼴 부분들이 아래에서 설명되는 바와 같이 도 13b에 도시되어 있다. 대안적으로, 검출기에는 적어도 하나의 세그먼트 부분이 제공될 수 있다.
각각의 부분이 별개의 신호 판독을 가질 수 있다. 부분들, 예를 들어 환형 부분들 또는 부채꼴 부분들로 분리되어 있는 검출기는 검출되는 신호 입자들과 관련하여 더 많은 정보가 얻어지게 한다는 점에서 유리하다. 따라서, 검출기(405)에 다수 부분들을 제공하는 것이 검출된 신호 입자들에 관한 추가적인 정보를 얻는 데 유리할 수 있다. 이는 검출된 신호 입자들의 신호 대 잡음비를 개선하는 데 사용될 수 있다. 하지만, 검출기의 복잡성 측면에서 추가 비용이 존재한다.
일 예시에서, 검출기는 예를 들어 도 13a에 도시된 바와 같이 2 개(또는 그 이상)의 동심 링들로 분할될 수 있다.
도 13a에 나타낸 바와 같이, 하전 입자 빔의 통과를 위해 어퍼처(406)가 정의되고 구성되는 검출기는 내측 검출부(405A) 및 외측 검출부(405B)를 포함한다. 내측 검출부(405A)는 검출기의 어퍼처(406)를 둘러싼다. 외측 검출부(405B)는 내측 검출부(405A)의 반경방향 바깥쪽에 있다. 검출기의 형상은 일반적으로 원형일 수 있다. 따라서, 내측 검출부 및 외측 검출부는 동심 링들일 수 있다.
검출기의 작동 상태를 스위칭하지 않더라도, 다수 부분들을 동심으로 또는 다른 방식으로 제공하는 것이 유리할 수 있다. 구체적으로, 검출기의 상이한 부분들은 더 작은 각도 신호 입자들 및/또는 더 큰 각도 신호 입자들, 또는 2차 하전 입자들 및/또는 후방 산란 하전 입자들일 수 있는 상이한 신호 입자들을 검출하는 데 사용될 수 있다. 이러한 상이한 신호 입자들의 구성은 동심으로 구획된 검출기에 적절할 수 있다.
이 경우, 더 작은 각도들을 갖는 신호 입자들(예를 들어, 소각 후방 산란 하전 입자들)은 주로 내측 환형 부분(405A)에 기여할 수 있고, 더 큰 각도들을 갖는 신호 입자들(예를 들어, 광각 후방 산란 하전 입자들)은 주로 외측 환형 부분(405B)에 기여할 수 있다. 다시 말해서, 내측 링은 소각 후방 산란 하전 입자들의 검출에 사용될 수 있고, 외측 링은 큰 각도 후방 산란 하전 입자들의 검출에 사용될 수 있다. 검출기의 부분들은 별개의 신호들을 유도할 수 있으므로, 이는 소각 및 광각 하전 입자들의 검출이 따로따로 검출될 수 있음을 의미한다. 상이한 각도의 후방 산란 하전 입자들은 상이한 정보를 제공하는 데 유리할 수 있다. 예를 들어, 깊은 홀로부터 방출되는 신호 전자들에 대해, 소각 후방 산란 하전 입자들은 홀 저부로부터 더 많이 나올 가능성이 높고, 큰 각도 후방 산란 하전 입자들은 홀 주위의 표면 및 재료로부터 더 많이 나올 가능성이 높다. 대안적인 예시에서, 소각 후방 산란 하전 입자들은 더 깊게 묻힌 피처들로부터 더 많이 나올 가능성이 높고, 큰 각도 후방 산란 하전 입자들은 묻힌 피처들 위의 샘플 표면 또는 재료로부터 더 많이 나올 가능성이 높다.
제 1 검출부의 폭(예를 들어, 직경)은 약 2 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다. 제 1 검출부의 폭(예를 들어, 직경)은 약 100 ㎛보다 작거나 같을 수 있다. 제 1 검출부의 폭(예를 들어, 직경)은 약 2 ㎛보다 크거나 같을 수 있다. 제 2 검출부의 폭(예를 들어, 직경)은 약 250 ㎛보다 작거나 같을 수 있다. 제 2 검출부의 폭(예를 들어, 직경)은 약 150 ㎛보다 작거나 같을 수 있다. 제 2 검출부의 폭(예를 들어, 직경)은 약 10 ㎛보다 크거나 같을 수 있다. 제 2 검출부의 폭(예를 들어, 직경)은 약 10 ㎛ 내지 250 ㎛일 수 있다. 바람직하게는, 제 2 검출부의 폭은 약 10 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다. 대응하는 부분들의 크기, 예를 들어 내측 환형 부분(405A) 및/또는 외측 환형 부분(405B)의 폭/직경은 검출기의 부분들 각각에서 관심 있는 특정 하전 입자들을 검출하기 위해 설계되거나 선택될 수 있다.
도 13a에 도시된 바와 같이, 구역들이 교대로 사용되는 동심으로 구획된 검출기들을 갖는 디바이스의 스위칭 구성에 대해, 이러한 구성에서의 제 1 검출부의 직경은 바람직하게는 약 40 내지 60 ㎛, 및 바람직하게는 약 30 내지 50 ㎛이다. 이러한 구성에서의 제 2 검출부의 직경은 바람직하게는 약 150 내지 250 ㎛, 및 바람직하게는 약 200 ㎛이다. 이러한 구성에서의 검출기의 어퍼처의 직경은 약 5 내지 30 ㎛, 및 바람직하게는 약 10 ㎛일 수 있다.
제 1 작동 상태에서, 검출기(406)는 내측 검출부(405A)를 사용하고, 외측 검출부(405B)는 사용하지 않는다. 이는 2차 하전 입자들의 검출 동안 후방 산란 하전 입자들의 검출을 제한하기 때문에 유리하다. 대부분의 2차 하전 입자들이 내측 검출부에 의해 검출되므로, 이는 검출되지 않은 2차 하전 입자들로부터 너무 많은 정보가 손실되게 하지 않는다.
제 2 작동 상태에서, 검출기(406)는 적어도 외측 검출부(405B)를 사용한다. 후방 산란 하전 입자들이 검출되고 있을 때, 앞서 설명된 바와 같은 디바이스는 2차 하전 입자들을 밀어내도록 설정될 수 있으며, 이는 검출되는 2차 하전 입자들의 수를 감소시킬 것이다. 그러므로, 후방 산란 하전 입자들을 검출할 때 2차 전자들의 검출을 감소시키거나 피하기 위해 다른 메카니즘들이 배치될 수 있으므로, 이용가능한 전체 검출기는 후방 산란 하전 입자들을 검출하는 데 사용될 수 있고, 이는 더 많은 후방 산란 하전 입자들에 관한 정보를 포착하는 데 유리하다.
예를 들어 내측 검출부(405a)와 외측 검출부(405b)가 동시에 사용되는(예를 들어 아래에서 추가로 설명되는 것과 같이) 추가적인 작동 상태가 있을 수 있다.
검출기가 샘플(208)에 대해 제공되는 거리 및/또는 피치(p)는 외측 검출부 및/또는 내측 검출부 중 어느 것이 후방 산란 하전 입자들 및/또는 2차 하전 입자들을 검출하는 데 사용될 수 있는지에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 내측 검출부는 2차 하전 입자들을 검출하는 데 사용되고, 외측 검출부(및 선택적으로 내측 검출부)는 후방 산란 하전 입자들을 검출하는 데 사용되는 것이 앞서 설명되어 있다. 이는, 예를 들어 검출기가 약 300 미크론의 피치로 샘플로부터 약 50 미크론 떨어져 제공되는 경우에 그러할 수 있다. 하지만, 검출기와 샘플 사이의 거리가 약 10 미크론이고 피치(p)가 약 70 미크론인 경우, 검출기는 (2차 하전 입자들이 어퍼처에 들어갈 가능성이 높기 때문에) 후방 산란 하전 입자들을 검출하는 데만 사용될 수 있으며, 내측 검출부는 후방 산란 하전 입자들을 검출하는 데 사용될 수 있다. 어느 쪽이든, 분리된 내측 및 외측 부분들은 주로 후방 산란 하전 입자들 및/또는 주로 2차 하전 입자들의 검출 사이에서 유리하게 스위칭하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해한다.
다수 검출기들이 제공될 수 있다. 다수 검출기들은 도 14에 나타낸 바와 같이 검출기 어레이로서 제공될 수 있다. 검출기 어레이는 바람직하게는 후방 산란 하전 입자들을 검출하기 위한 후방 산란 작동 상태(즉, 제 2 상태), 및 바람직하게는 2차 하전 입자들을 검출하기 위한 2차 하전 입자 상태(즉, 제 1 상태)에서 작동하도록 구성되는 하전 입자 평가 툴을 위한 것이다. 검출기 어레이의 검출기들은 제 4 실시형태의 여하한의 변형예들로 설명된 바와 같을 수 있다.
검출기는 제 1 실시형태의 검출기/검출기 어레이와 관련하여 설명된 바와 같은 특징들을 가질 수 있다. 예를 들어, 검출기의 외형은 원으로 도시되어 있지만, 이는 검출 영역을 최대화하기 위해 정사각형으로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 도 14는 빔 어퍼처들(406)을 직사각형 어레이로 도시하지만, 빔 어퍼처들(406)은 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이 육각 밀집 어레이로 상이하게 배치될 수도 있다. 예를 들어, 도 15의 단면은 검출부가 내측 부분(405A) 및 외측 부분(405B)으로 제공되는 것을 제외하고는 도 9의 단면에 대응하며, 따라서 검출기는 앞서 도 9와 관련하여 설명된 것과 동일한 특징들을 포함할 수 있다.
설명된 바와 같이, 예를 들어 제 4 실시형태의 검출기는 여하한의 앞선 실시형태 및 실시예들에서 사용될 수 있다. 특히, 멀티-빔 하전 입자 평가 툴을 위한 하전 입자 광학 장치가 제공될 수 있다. 하전 입자 광학 장치는 대물 렌즈 어레이 및 검출기 어레이를 포함하고, 검출기 어레이는 제 4 실시형태와 관련하여 설명된 바와 같은 검출기들의 어레이를 포함한다. 대물 렌즈 어레이 및 검출기 어레이의 전극들 내의 어퍼처들은 하전 입자 멀티-빔의 서브 빔 경로들에 배치된다. 또한, 예를 들어 제 3 실시형태의 하전 입자 광학 장치가 제 4 실시형태의 검출기와 사용되는 경우, 검출기는 어느 한 변형으로 사용될 수 있다. 하지만, 제 4 실시형태의 검출기는 하이브리드 디바이스에 특히 유용할 것이며, 이는 검출기가 하이브리드 디바이스에 따라 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 스위칭될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 제 3 실시형태에서 제 4 실시형태의 검출기를 사용하여, 디바이스는 적절한 작동 상태에서 검출기를 사용하도록 구성될 수 있다.
서로 다른 유형의 신호 입자, 예를 들어 후방 산란 입자와 2차 하전 입자를 동시에 검출하는 데 사용될 수 있는 장치를 제공하는 것이 유리할 수 있다[예를 들어, 내측 검출부(405a)와 외측 검출부(405b)가 동시에 사용될 수 있는 경우]. 하지만, 후방 산란 하전 입자들 및 2차 하전 입자들과 같이 상이한 타입들의 신호 입자들을 동시에 검출하는 데 사용되는 디바이스는 상이한 타입들의 신호 입자들, 즉 제공된 예시에서 2차 및 후방 산란 하전 입자들을 효과적으로 구분하지 않을 수 있다. 이는, 예를 들어 검출기가 예를 들어 이에 도달하는 순 전하를 검출함으로써 상이한 타입들의 신호 입자들을 구별하지 않고 검출하는 경우(즉, 전하 검출기), 또는 검출기가 카운터로서 작용하는 경우, 또는 검출기가 적분 검출기(즉, 소정 시간 동안 그 위에 떨어진 입자들에 의해 축적된 에너지들을 합산하는 검출기)인 경우에 그러할 수 있다. 결과적인 검출 신호들 및 여하한의 대응하는 이미지들은 상이한 신호 입자들, 예를 들어 2차 하전 입자 및 후방 산란 하전 입자의 혼합으로부터 구축될 것이다. 2차 하전 입자들 및 후방 산란 하전 입자들은 상이한 검출 콘트라스트, 예를 들어 이미지 렌더링 시 이미지 콘트라스트를 가질 수 있기 때문에, 이는 2차 및 후방 산란 하전 입자들 사이의 콘트라스트에 관한 정보가 검출되지 않을 수 있음을 의미한다.
서로 다른 검출 소자[예를 들어, 내측 검출부(405a) 및 외측 검출부(405b)]는 서로 다른 유형의 신호 전자를 우선적으로 감지하도록 구성될 수 있다. 내측 검출부(405a)는 후방 산란 하전 입자들보다 더 많은 2차 하전 입자들을 검출하도록 구성될 수 있고, 외측 검출부(405b)는 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방 산란 하전 입자들을 검출하도록 구성될 수 있다. 두 검출부들은 동시에 사용될 수 있다.
앞선 실시형태들에서, 하전 입자 광학 장치는 하전 입자 시스템 또는 평가 툴로서, 또는 그 일부로서 제공되는 것으로 설명된다. 이러한 더 큰 시스템들 또는 툴들의 모든 특징들을 포함할 필요는 없지만, 이들은 선택적으로 하전 입자 광학 장치의 일부로서 포함될 수 있다.
도 16은 앞서 설명된 선택사항들 또는 실시형태들 중 어느 하나에서와 같이 하전 입자 디바이스를 갖는 예시적인 전자-광학 시스템의 개략적인 다이어그램이다. 하전 입자 디바이스는 대물 렌즈 어레이 어셈블리로서 제공될 수 있다. 하전 입자 디바이스는 대물 렌즈 어레이(241)를 포함한다. 대물 렌즈 어레이(241)는 복수의 대물 렌즈들을 포함한다. 여하한의 앞선 실시형태들 또는 실시예들(예를 들어, 적어도 앞선 제 1 및 제 2 실시형태들 및 여하한의 적절한 변형예들)에서 설명된 바와 같이 적어도 대물 렌즈 어레이(241)를 갖는 하전 입자 광학 장치는 도 16에 나타낸 바와 같이 전자-광학 시스템에서 사용될 수 있다. 대물 렌즈 어레이(241)는 앞서 설명된 바와 같이 교환가능한 모듈일 수 있다. 간결함을 위해, 앞서 이미 설명된 대물 렌즈 어레이(241)의 특징들은 여기에서 반복되지 않을 수 있다.
앞서 설명된 바와 같은 하전 입자 광학 장치는 (앞서와 같이) 도 16의 시스템에서 후방 산란 하전 입자들의 검출에 사용될 수 있다.
도 16의 구성과 관련된 몇 가지 고려사항들이 있다. 본 실시예에서는, 스루풋에 부정적인 영향을 미치지 않도록 피치를 작게 유지하는 것이 바람직하다. 하지만, 피치가 너무 작은 경우, 이는 크로스토크를 초래할 수 있다. 그러므로, 피치 크기는 효과적인 후방 산란 하전 입자 검출 및 스루풋의 밸런스이다. 따라서, 피치는 바람직하게는 약 300 ㎛이며, 이는 2차 하전 입자들을 검출할 때 도 16의 실시예에 대한 것보다 4 내지 5 배 더 크다. 검출기와 샘플(208) 사이의 거리가 감소될 때, 크로스토크에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 피치 크기도 감소될 수 있다. 그러므로, 검출기를 샘플에 가능한 한 가깝게[즉, 거리(L)가 가능한 한 작게, 및 바람직하게는 약 50 ㎛ 이하, 또는 약 40 ㎛ 이하, 또는 약 30 ㎛ 이하, 또는 약 20 ㎛ 이하, 또는 약 10 ㎛이도록] 제공하는 것이 피치를 가능한 한 크게 하여 스루풋을 개선하는 데 유리하다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 전자-광학 시스템은 소스(201)를 포함한다. 소스(201)는 하전 입자(예컨대, 전자) 빔을 제공한다. 샘플(208)에 포커싱되는 멀티-빔은 소스(201)에 의해 제공되는 빔으로부터 파생된다. 예를 들어, 빔-제한 어퍼처들의 어레이를 정의하는 빔 리미터를 사용하여 빔으로부터 서브 빔들(211, 212, 213)이 파생될 수 있다. 빔은 제어 렌즈 어레이(250)를 만나면 서브 빔들(211, 212, 213)로 분리될 수 있다. 서브 빔들(211, 212, 213)은 제어 렌즈 어레이(250)로 진입할 때 실질적으로 평행하다. 소스(201)는 바람직하게는 밝기와 총 방출 전류 사이에서 우수하게 절충한 고휘도 열전계 이미터이다. 나타낸 예시에서, 시준기가 대물 렌즈 어레이 어셈블리의 빔 상류에 제공된다. 시준기는 매크로 시준기(270)를 포함할 수 있다. 매크로 시준기(270)는 빔이 멀티-빔으로 분할되기 전에 소스(201)로부터의 빔에 작용한다. 매크로 시준기(270)는 빔으로부터 유도된 각 서브 빔의 빔 축이 샘플(208)에 실질적으로 수직으로[즉, 샘플(208)의 공칭 표면에 대해 실질적으로 90°로] 입사되도록 빔의 각 부분을 효과적인 양만큼 구부린다. 매크로 시준기(270)는 빔에 거시적 시준을 적용한다. 따라서, 매크로 시준기(270)는 빔의 상이한 개별 부분에 작용하도록 각각 구성되는 시준기 요소들의 어레이를 포함하기보다는 빔 전체에 작용할 수 있다. 매크로 시준기(270)는 자기 렌즈 또는 복수의 자기 렌즈 서브 유닛들(예컨대, 다극 구성을 형성하는 복수의 전자석들)을 포함하는 자기 렌즈 구성부를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 매크로 시준기는 적어도 부분적으로 정전기적으로 구현될 수 있다. 매크로 시준기는 정전 렌즈 또는 복수의 정전 렌즈 서브 유닛들을 포함하는 정전 렌즈 구성부를 포함할 수 있다. 매크로 시준기(270)는 자기 렌즈 및 정전 렌즈의 조합을 사용할 수 있다.
또 다른 구성(도시되지 않음)에서, 매크로 시준기는 상부 빔 리미터의 빔 하류에 제공되는 시준기 요소 어레이로 부분적으로 또는 전체적으로 대체될 수 있다. 각각의 시준기 요소는 각자의 서브 빔을 시준한다. 시준기 요소 어레이는 공간적으로 콤팩트(compact)하도록 MEMS 제조 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 시준기 요소 어레이는 소스(201)의 빔 하류의 빔 경로에서 제 1 편향 또는 포커싱 전자-광학 어레이 요소일 수 있다. 시준기 요소 어레이는 제어 렌즈 어레이(250)의 빔 상류에 있을 수 있다. 시준기 요소 어레이는 제어 렌즈 어레이(250)와 동일한 모듈에 있을 수 있다.
도 16의 실시예에서, 매크로 스캔 편항기(265)가 제공되어 서브 빔들이 샘플(208)에 걸쳐 스캔되도록 한다. 매크로 스캔 편항기(265)는 서브 빔들이 샘플(208)에 걸쳐 스캔되도록 하기 위해 빔의 각 부분들을 편향한다. 일 실시예에서, 매크로 스캔 편항기(256)는 예를 들어 8 이상의 극(pole)들을 갖는 거시적 다극 편항기를 포함한다. 편향은 빔으로부터 파생되는 서브 빔들이 샘플(208)을 가로질러 한 방향으로(예를 들어, X 축과 같은 단일 축에 평행하게) 또는 두 방향으로(예를 들어, X 및 Y 축들과 같은 2 개의 평행하지 않은 축들에 대해) 스캔되도록 하는 것과 같다. 매크로 스캔 편항기(265)는 빔의 상이한 개별 부분에 작용하도록 각각 구성되는 편항기 요소들의 어레이를 포함하기보다는 빔 전체에 거시적으로 작용한다. 나타낸 실시예에서, 매크로 스캔 편항기(265)는 매크로 시준기(270)와 제어 렌즈 어레이(250) 사이에 제공된다.
또 다른 구성(도시되지 않음)에서, 매크로 스캔 편항기(265)는 스캔 편항기 어레이로 부분적으로 또는 전체적으로 대체될 수 있다. 스캔 편항기 어레이(260)는 복수의 스캔 편항기들을 포함한다. 스캔 편항기 어레이(260)는 MEMS 제조 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 각각의 스캔 편항기는 샘플(208)에 걸쳐 각자의 서브 빔을 스캔한다. 따라서, 스캔 편항기 어레이(260)는 각각의 서브 빔에 대한 스캔 편항기를 포함할 수 있다. 각각의 스캔 편항기는 서브 빔을 한 방향으로(예를 들어, X 축과 같은 단일 축에 평행하게) 또는 두 방향으로(예를 들어, X 및 Y 축들과 같은 2 개의 평행하지 않은 축들에 대해) 편향할 수 있다. 편향은 서브 빔이 샘플(208)을 가로질러 한 방향 또는 두 방향으로(즉, 1-차원적으로 또는 2-차원적으로) 스캔되도록 하는 것과 같다. 스캔 편항기 어레이는 대물 렌즈 어레이(241)의 빔 상류에 있을 수 있다. 스캔 편항기 어레이는 제어 렌즈 어레이(250)의 빔 하류에 있을 수 있다. 단일 서브 빔이 스캔 편항기와 연계되는 것으로 언급되지만, 서브 빔들의 그룹들이 스캔 편항기와 연계될 수 있다. 일 실시예에서, 스캔 편항기 어레이를 구현하기 위해, 본 명세서에서 그 전문이 특히 스캔 편항기들에 관하여 인용참조되는 EP2425444에 설명된 스캐닝 편항기들이 사용될 수 있다. (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같이 MEMS 제조 기술을 사용하여 형성된) 스캔 편항기 어레이가 매크로 스캔 편항기보다 공간적으로 더 콤팩트할 수 있다. 스캔 편항기 어레이는 대물 렌즈 어레이(241)와 동일한 모듈에 있을 수 있다.
다른 실시예들에서, 매크로 스캔 편항기(265) 및 스캔 편항기 어레이가 모두 제공된다. 이러한 구성에서, 샘플 표면에 걸친 서브 빔들의 스캐닝은 매크로 스캔 편항기 및 스캔 편항기 어레이(260)를 함께, 바람직하게는 동기화하여 제어함으로써 달성될 수 있다.
대물 렌즈 어레이 어셈블리는 시준기 어레이 및/또는 스캔 편항기 어레이를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 여러 상이한 툴 아키텍처들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 전자 빔 툴(40)은 단일 빔 툴일 수 있거나, 또는 복수의 단일 빔 칼럼들을 포함할 수 있거나, 또는 복수의 멀티-빔 칼럼들을 포함할 수 있다. 칼럼들은 앞선 실시예들 또는 실시형태들 중 어느 하나에서 설명된 하전 입자 광학 장치를 포함할 수 있다. 복수의 칼럼들(또는 멀티-칼럼 툴)로서, 디바이스들은 2 내지 100 이상의 칼럼들일 수 있는 어레이로 배치될 수 있다. 하전 입자 디바이스는 도 3에 도시되고 이를 참조하여 설명된 바와 같은, 또는 도 16에 도시되고 이를 참조하여 설명된 바와 같은 실시예의 형태를 취할 수 있지만, 바람직하게는 정전기 스캔 편항기 어레이 및 정전기 시준기 어레이를 갖는다. 하전 입자 광학 장치는 하전 입자 광학 칼럼일 수 있다. 하전 입자 칼럼은 선택적으로 소스를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 샘플(208)로부터 방출된 하전 입자들에서 더 큰 비율의 후방 산란 하전 입자들을 생성하도록 샘플(208) 상으로 복수의 하전 입자 빔들(예컨대, 서브 빔들)을 투영하는 방법이 제공된다. 앞서 설명된 바와 같이, 이는 후방 산란 신호들로부터만 이용가능한 정보를 얻는 데 유리하다.
상기 방법은 대물 렌즈 어레이(241)에서 하전 입자 빔들을 가속하는 것을 포함하는 샘플(208)의 표면 상으로 하전 입자 빔들을 투영하는 단계를 포함한다. 앞서 설명된 바와 같이, 가속은 전극들[예컨대, 제 1 전극(242) 및 제 2 전극(243)]을 제공함으로써 수행될 수 있으며, 이를 통해 하전 입자 빔들이 이동하고 이는 하전 입자 빔들을 가속하는 데 사용되는 전위들을 갖는다. 바람직하게는, 상기 방법은 복수의 대물 렌즈들[예컨대, 대물 렌즈 어레이(241)]을 제공하는 단계; 복수의 대물 렌즈들을 사용하여 샘플(208)의 표면 상으로 하전 입자 빔들을 투영하는 단계; 복수의 대물 렌즈들을 사용하여 샘플(208) 상으로 하전 입자 빔들을 가속하는 단계; 및 샘플로부터 방출된 하전 입자들을 검출하는 단계를 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 방법은 샘플로부터 방출된 2차 하전 입자들을 밀어내는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 방법은 복수의 대물 렌즈들[예컨대, 대물 렌즈 어레이(241)]을 제공하는 단계; 복수의 대물 렌즈들을 사용하여 샘플(208)의 표면 상으로 하전 입자 빔들을 투영하는 단계; 디바이스를 사용하여 샘플(208)로부터 방출된 2차 하전 입자들을 밀어내는 단계; 및 샘플로부터 방출된 하전 입자들을 검출하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 샘플(208)로부터 방출된 2차 하전 입자들 및 후방 산란 하전 입자들을 선택적으로 검출하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방 산란 하전 입자들을 검출하기 위한 후방 산란 모드; 및 후방 산란 하전 입자들보다 더 많은 2차 하전 입자들을 검출하기 위한 2차 모드 사이에서 검출기의 작동 모드를 선택하는 단계를 포함한다. 후방 산란 하전 입자들의 검출은 후방 산란 모드에서 최적화될 수 있고, 2차 하전 입자들의 검출은 2차 모드에서 최적화될 수 있다. 상기 방법은 샘플(208)의 표면 상으로 복수의 하전 입자 빔들[예컨대, 서브 빔들(211, 212, 213)]을 투영하는 단계, 및 선택된 작동 모드에서 샘플(208)로부터 방출된 하전 입자들을 검출하는 단계를 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은 복수의 대물 렌즈들[예컨대, 대물 렌즈 어레이(241)] 및 적어도 하나의 센서를 제공하는 단계, 및 복수의 대물 렌즈들을 사용하여 샘플(208)의 표면 상으로 하전 입자 빔들을 투영하는 단계를 포함한다. 제 1 작동 상태에서, 상기 방법은 후방 산란 하전 입자들보다 더 많은 2차 하전 입자들을 검출하는 단계를 포함하고, 제 2 작동 상태에서, 상기 방법은 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방 산란 하전 입자들을 검출하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 상기 방법은 후방 산란 모드에서 대물 렌즈 어레이에서 하전 입자 빔들을 가속하는 단계 및/또는 2차 모드에서 대물 렌즈 어레이에서 하전 입자 빔들을 감속하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 샘플(208)로부터 방출된 2차 하전 입자들 및 후방 산란 하전 입자들을 검출하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방 산란 하전 입자들을 검출하기 위한 후방 산란 모드와, 후방 산란 하전 입자들보다 더 많은 2차 하전 입자들을 검출하기 위한 2차 모드 사이에서 검출기의 작동 모드를 선택하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 선택된 모드에서 하전 입자들을 검출하도록 샘플(208)로부터 방출된 하전 입자들을 포착하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은 샘플(208)로부터 방출된 하전 입자들을 포착하도록 구성되는 적어도 하나의 센서를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 제 1 작동 상태에서 후방 산란 하전 입자들보다 더 많은 2차 하전 입자들을 검출하고, 제 2 작동 상태에서 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방 산란 하전 입자들을 검출하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 앞선 방법들은 샘플(208)로부터 방출된 2차 하전 입자들을 밀어내는 단계를 더 포함한다. 앞서 설명된 바와 같이, 밀어내는 단계는 대물 렌즈 어레이(241) 내의 전극들의 전위들 및 샘플의 전위를 제어함으로써 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 후방 산란 하전 입자들을 검출하기 위한 하전 입자 평가 툴을 작동시키는 방법이 제공되며, 상기 방법은: 샘플 표면을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 투영하는 단계; 임계치보다 작은 에너지를 갖는 멀티-빔에 반응하여 샘플로부터 방출된(즉, 나오는) 하전 입자들을 밀어내는 단계를 포함한다. 방법은 샘플(208)에 근접하게 위치된 검출기 어레이(240)를 사용하여 샘플로부터 발생하고 적어도 임계값의 에너지를 갖는 하전 입자를 검출하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 임계치는 샘플로부터 방출된 2차 하전 입자의 에너지를 초과한다. 바람직하게는, 투영하는 단계는 샘플(208)을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 가속하는 단계를 포함하며, 가속은 바람직하게는 대물 렌즈 어레이(241)에서 이루어진다. 바람직하게는, 밀어내는 단계는 대물 렌즈의 전극을 이용한다.
바람직하게는, 본 명세서에 설명된 방법들은 각자의 제어 렌즈들 및 대응하는 대물 렌즈들 사이에 중간 포커스(236)를 제공하는 단계를 더 포함한다.
여하한의 방법들에서, 검출 시, 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방 산란 하전 입자들이 검출될 수 있다. 따라서, 상기 방법들은 앞서 설명된 바와 같이 주로 후방 산란 하전 입자들을 검출하는 데 사용될 수 있다.
전술된 바에 더하여, 2차 하전 입자 및 후방 산란 하전 입자의 검출과 관련하여 일부 개선이 이루어질 수 있음이 주목된다.
예를 들어, 후방 산란 하전 입자들을 검출하는 데 사용되는 검출기는 1차 서브 빔의 광축에 대해 소정 각도 범위, 예를 들어 광각 범위에서 후방 산란 전자들을 주로 검출하는 데 제한이 있을 수 있다. 그러나, 매립된 피처에 대한 이미지 대비는 특히 소각(즉, 광축과의 소각) 후방 산란 하전 입자에서 나올 수 있다. 이 소각 후방 산란 하전 입자 대비는 검출기 신호에서 생성되는 큰 배경 때문에 더 큰 각도의 후방 산란 하전 입자(일반적으로 더 많은 위상 대비를 제공)에 의해 범람될 수 있다. 검출기 신호는 소각 후방 산란 하전 입자보다 큰 각도의 후방 산란 하전 입자로부터의 신호의 더 큰 비율을 포함할 수 있다.
예를 들어, 일부 검출기(예: 특히 바닥 장착형 검출기)는 자신에게 도착하는 순 전하(즉, 전하 검출기)를 검출하므로, 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자를 구별하지 못할 수도 있다. 이는 검출 신호와 결과 이미지가 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자의 혼합으로 구성된다는 것을 의미한다. 2차 하전 입자와 후방 산란된 하전 입자는 서로 다른 이미지 대비를 가질 수 있으므로, 이는 2차 하전 입자와 후방 산란된 하전 입자의 대비에 관한 정보가 검출되지 않을 수 있음을 의미한다.
예를 들어, 어떤 경우에는 전하 검출기 대신에 PiN 검출기가 사용될 수도 있다. 이러한 검출기는 렌즈 내에서(예를 들어 대물 렌즈 어셈블리에서) 특히 유용할 수 있다. PiN 검출기는 이 검출기를 향한 2차 하전 입자 및 후방 산란 하전 입자의 가속이 더 나은 신호 대 잡음비를 갖는 신호를 생성할 수 있기 때문에 유익할 수 있다. 그러나, 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자의 가속은 이 검출기를 사용하여 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자를 명확하게 구별하는 것이 불가능하지는 않더라도 어려울 수 있음을 의미한다. 다시 말하면, 이미지는 2차 및 후방 산란 하전 입자의 혼합으로 인한 검출 신호로 구성된 결과이다. 즉, 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자의 대비와 관련된 정보가 손실될 수 있으며, 예를 들어 식별되지 않거나 심지어 감지되지 않을 수도 있음을 의미한다.
따라서, 2차 하전 입자 및 후방 산란 하전 입자의 검출이 개선되어야 한다. 후술된 실시예는 2차 하전 입자 및 후방 산란 하전 입자를 검출하기 위한 몇 가지 추가/대체적인 구성을 제공한다. 이러한 실시예는, 예를 들어, 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자를 보다 쉽게 구별하고/구별하거나 광각 하전 입자와 소각 하전 입자를 보다 쉽게 구별함으로써, 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자의 검출을 개선하는 데 유리할 수 있다.
아래에서 설명되는 실시예들은 앞서 설명된 여하한 및 모든 변형예들 및 실시예들과 조합될 수 있다.
일 실시예에서, 하전 입자 시스템을 위한 하전 입자 광학 장치가 제공된다. 하전 입자 시스템은 전술한 툴(40) 또는 장치(100)에 대응할 수 있다. 하전 입자 광학 장치는 샘플을 향해 1차 빔 경로를 따라 하전 입자 빔의 어레이를 투사하도록 구성된다. 1차 빔의 배열은 전술한 복수의 서브 빔(211, 212, 213)에 대응될 수 있다. 빔의 어레이는 1차 빔의 어레이 또는 서브 빔의 어레이라고도 지칭될 수 있다. 이 용어는 모두 서로 교환하여 사용될 수 있다. 1차 빔의 어레이는 단일 1차 빔[예를 들어 1차 전자 빔(202)]으로부터 변환될 수 있다. 1차 빔 경로는 1차 빔이 지향되는 경로일 수 있다. 각각의 1차 빔 경로는 1차 빔 중 하나에 대한 의도된 경로일 수 있다. 1차 빔 경로는 위에서 설명한 서브 빔 경로(220)와 동일할 수 있다. 하전 입자 광학 장치는 임의의 전술된 실시예 및 변형예에서 설명된 하전 입자 광학 장치와 동일하거나 적어도 유사할 수 있다.
하전 입자 광학 장치는 대물 렌즈 어레이를 포함한다. 대물 렌즈 어레이는 빔(즉, 서브 빔에 대응하는 1차 빔)을 샘플에 투영하도록 구성된다. 대물 렌즈 어레이는 적어도 하나의 전극을 포함한다. 전술한 바와 같이, 대물 렌즈 어레이는 본원에서 설명하는 바와 같이 추가적인 전극을 포함할 수 있다.
빔 상류 및 빔 하류는 1차 빔과 관련하여 정의되며 1차 빔과 관련하여 본문 전체에서 일관되게 언급된다. 빔 상류는 소스(201)를 향해 적어도 하나의 1차 빔을 따라 존재한다. 빔 하류는 소스(208)를 향해 적어도 하나의 1차 빔을 따라 존재한다. 빔 상류 및 빔 하류는 일반적으로 다른 구성요소를 기준으로 구성요소의 위치를 정의하는 데 사용된다. 빔 상류 및 빔 하류는 신호 빔과 결합하여 구성요소의 위치를 설명하는 데 사용될 수 있지만, 달리 명시적으로 언급하지 않는 한 빔 상류 및 빔 하류의 용어는 여전히 1차 빔에 적용된다는 것이 이해될 것이다. 빔 상류 및 빔 하류는 중력에 대한 방향이나 도면의 특정 방향과 관련되지 않는다. 따라서, 빔 상류 및 빔 하류에 대한 언급들은 현재 중력장과 무관하게 빔 경로에 관한 방향들을 지칭하기 위한 것이다. 상부와 하부, 상류와 하류, 위와 아래에 대한 언급들은 샘플(208)에 부딪히는 전자 빔 또는 멀티-빔의 빔-상류 및 빔-하류 방향들(통상적으로 항상 수직인 것은 아님)에 평행한 방향들을 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
대물 렌즈 어레이는 대물 렌즈 어레이를 통한 하전 입자 빔의 가속도를 제어하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 투영은 대물 렌즈 어레이의 1차 빔 경로를 따라 하전 입자 빔(즉, 1차 빔)을 가속하는 것을 포함할 수 있다. 즉, 대물 렌즈 어레이는 샘플(208)을 향해 대물 렌즈를 통과하는 하전 입자 빔의 속도를 높일 수 있다. 대물 렌즈 어레이는 위에서 설명된 실시예 또는 변형 중 임의의 것, 또는 임의의 다른 공지된 기술을 사용하여 하전 입자 빔을 가속할 수 있다.
대물 렌즈 어레이는 대물 렌즈 어레이를 통한 하전 입자 빔의 감속을 제어하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 투영은 대물 렌즈 어레이의 1차 빔 경로를 따라 하전 입자 빔(즉, 1차 빔)을 감속하는 것을 포함할 수 있다. 즉, 대물 렌즈 어레이는 샘플(208)을 향해 대물 렌즈를 통과하는 하전 입자 빔의 속도를 낮출 수 있다. 대물 렌즈 어레이는 위에서 설명된 실시예 또는 변형 중 임의의 것, 또는 임의의 다른 공지된 기술을 사용하여 하전 입자 빔을 감속할 수 있다.
보다 구체적으로, 대물 렌즈 어레이의 전극 전위를 제어하여 전극을 통과하는 하전 입자에 대한 전계를 결정할 수 있다. 1차 빔은 소스(201)에서 샘플(208)까지 일반적인 방향으로 대물 렌즈 어셈블리를 통과할 수 있다. 설명한 바와 같이, 1차 빔의 방향은 일반적으로 다른 구성 요소의 위치를 결정하는 데 사용되는 방향, 즉 달리 설명하지 않는 한 빔 상류와 빔 하류를 정의하는 데 사용된다. 전술된 바와 같이, 전극의 전위를 변화시킴으로써 전기장이 생성되고 제어될 수 있다. 대물 렌즈 어레이(241)의 전극에 인가되는 전위는 전술한 바와 같을 수 있다.
신호 빔은 샘플에서 방출되는 신호 입자로 구성된다. 신호 입자에는 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자가 포함된다. 따라서, 신호 입자는 전술한 2차 하전 입자 및/또는 2차 전자, 및 전술한 후방 산란 하전 입자 및/또는 후방 산란 전자를 포함한다. 샘플(208)로부터 방출되는 임의의 신호 빔(예를 들어, 2차 하전 입자 빔 및/또는 후방 산란 하전 입자 빔)은 적어도 하전 입자 빔(즉, 1차 빔)에 실질적으로 대향하는 구성요소를 갖는 방향으로 이동하거나, 적어도 1차 빔의 방향에 대향하는 방향의 구성요소를 갖는 것으로 일반적으로 이해될 것이다. 샘플(208)에 의해 방출되는 신호 입자도 대물 렌즈의 전극을 통과할 수 있으며 전기장의 영향을 받을 수도 있다. 예를 들어, 대물 렌즈 배열을 사용하여 1차 빔을 가속하는 경우 일반적으로 대물 렌즈를 통과하는 신호 빔이 감속된다. 마찬가지로, 대물 렌즈를 사용하여 1차 빔을 감속하는 경우 일반적으로 대물 렌즈를 통과하는 신호 빔이 가속된다.
도 17a는 장치가 대물 렌즈 어레이(241)를 포함하는 실시예를 도시한다. 대물 렌즈 어레이(241)는 적어도 하나의 전극(343)을 포함한다전극(343)은 하부 전극 또는 다운빔 전극(1차 빔과 관련하여 정의됨)일 수 있다. 따라서, 전극(343)은 도 17a에서 하부 전극으로 도시된다. 전극(343)은 전술한 제2 전극(243)에 대응될 수 있다. 전극(343)은 업빔 표면(343a)(즉, 도 17a의 상부 표면)을 갖는다. 전극(343)은 다운빔 표면(343b)(즉, 도 17a의 하부 표면)을 갖는다. 전극(343)의 다운빔 표면(343b)은 샘플(208)에 가장 가까운 대물 렌즈 어레이(241)의 표면일 수 있다.
전극(343)은 전극에 정의된 모든 어퍼처들에 공통적인 전극(즉, 모든 어퍼처들에 대한 서브 빔 경로를 따라 공통 위치에 있는 하나의 전극)일 수도 있고, 또는 일부 어퍼처들의 공통적인 어레이에 둘 이상의 전극(즉, 서브 빔 경로를 따라 공통 위치에 있는 다수의 전극)이 있을 수도 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서 전극(343)이 서브 빔 어레이의 서브 빔 경로의 전부는 아니더라도 적어도 일부를 통과하는 어퍼처 어레이의 적어도 일부를 형성하는 플레이트인 경우, 전극은 플레이트 내의 모든 어퍼처에 공통적이다. 전극이 어퍼처 어레이의 어퍼처 또는 다중 전극이 있는 어퍼처 어레이의 어퍼처에 대응하고 정의하는 실시예가 있을 수도 있다. 여러 전극이 존재할 수 있지만, 설명에서는 대물 렌즈용 전극과 대응하는 빔을 고려한다.
대물 렌즈 어레이(241)는 도 17a에 도시된 바와 같이 적어도 두 개의 전극을 포함할 수 있다. 추가적인 전극(342)은 상부 전극일 수 있다. 따라서, 대물 렌즈 어레이(241)는 적어도 상부 전극(342) 및 하부 전극(343)을 포함할 수 있다. 상부 전극(342)은 1차 빔 경로(320)를 따라 하부 전극(343)의 빔 상류에 위치한다. 이하에서는 2개의 전극을 상부 전극(342) 및 하부 전극(343)이라 칭한다.
상부 전극(342)은 도 17a에서 위쪽 전극으로 도시된다. 상부 전극(342)은 전술한 제1 전극(242)에 대응될 수 있다. 상부 전극(342)은 업빔 표면(342a)(즉, 도 17a의 상부 표면)을 갖는다. 상부 전극(342)은 다운빔 표면(342b)(즉, 도 17a의 하부 표면)을 갖는다. 상부 전극(343)의 업빔 표면(342b)은 샘플(208)로부터 가장 멀리 떨어진 대물 렌즈 어레이(241)의 면일 수 있다. 즉, 상부 전극(343)의 업빔 표면(342b)은 소스(201)에 가장 가까운 대물 렌즈 어레이(241)의 표면일 수 있다.
바람직하게는, 상부 전극(342) 및/또는 하부 전극(343)은 그 내부에 획정된 어퍼처 어레이를 갖는다. 즉, 상부 전극(342)은 어퍼처 어레이를 포함할 수 있고/있거나 하부 전극(343)은 어퍼처 어레이를 포함할 수 있다. 전극의 대응하는 어퍼처는 바람직하게는 1차 빔 경로(320)와 정렬되고/되거나 1차 빔 경로(320)를 따라 배열된다. 경로를 따라 배열된다는 것은 경로에 위치한다는 것을 의미할 수 있으며, 예를 들어 1차 빔 경로(320)를 따라 배열된다는 것은 1차 빔의 경로에 위치한다는 것을 의미할 수 있다. 달리 말하면, 1차 빔 경로(320)는 전극을 통과할 수 있고, 바람직하게는 1차 빔의 통과를 위해 전극의 대응하는 어퍼처를 통과할 수 있다.
실시예에서, 하전 입자 광학 장치는 본 명세서에서 거울 검출기 어레이(350)로 지칭되는 검출기 어레이를 포함한다. 거울 검출기 어레이(350)는 1차 빔 경로(320)를 따라(예를 들어 1차 빔 경로를 따른 공통 위치에) 배열된다. 즉, 거울 검출기 어레이(350)의 검출기는 서브 빔과 정렬되는 어퍼처를 갖는다. 따라서, 거울 검출기 어레이(350)는 서브 빔에 대해 위치될 수 있고, 바람직하게는 서브 빔에 실질적으로 직교한다. 실시예에서, 거울 검출기(350)는 각각의 서브 빔에 대한 빔 어퍼처를 둘러싼다. 다른 실시예에서, 거울 검출기(350)는 각 어퍼처 주위에 복수의 검출기 요소(405)를 포함한다.
거울 검출기 어레이(350)는 신호 입자(이는 전술된 2차 하전 입자 및/또는 후방 산란 하전 입자에 대응함)를 검출하도록 구성된다. 즉, 신호 입자는 1차 빔이 샘플에 입사될 때 샘플(208)에서 방출되는 입자이다. 거울 검출기 어레이(350)의 검출기는 하전 입자 빔이 통과할 수 있는 내부에 정의된 어퍼처를 갖는다. 어퍼처는 적어도 하나의 검출기, 바람직하게는 1차 빔 경로와 정렬되고 이를 따라 배열되는 각 검출기에 정의될 수 있다. 어퍼처의 폭 A는 도 17a에 도시되어 있다.
거울 검출기 어레이(350)는 1차 빔 경로(320)의 빔 상류를 향하도록 구성된다. 달리 말하면, 거울 검출기 어레이(350)는 1차 빔 경로(320)를 따라 1차 빔의 소스[위에서 소스(201)로 설명됨]를 향하도록 구성된다. 이는 거울 검출기 어레이(350)가 이미지에서 위쪽을 향하고 있다는 것으로 도 17a에 도시되어 있다. 거울 검출기 어레이(350)는 샘플(208)의 대향하는 측면을 향하도록 구성된다. 즉, 거울 검출기 어레이(350)는 샘플(208)과 동일한 방향을 향하도록 구성된다. 검출기(350)의 어레이는 바람직하게는 샘플(208)과 실질적으로 평행하고/하거나 서브 빔(211, 212, 213) 중 적어도 하나와 실질적으로 직교하도록 구성된다. 거울 검출기 어레이(350)는 다르게는 상향 검출기 어레이로서 지칭될 수도 있다.
일 실시예에서, 하전 입자 시스템을 위한 하전 입자 평가 툴이 제공된다. 장치는 샘플을 향해 서브 빔 경로를 따라 하전 입자의 멀티 빔을 투영하도록 구성되며, 멀티 빔은 서브 빔을 포함한다. 장치는 하전 입자 서브 빔 어레이를 샘플에 투영하도록 구성되고 적어도 하나의 전극을 포함하는 대물 렌즈 어레이, 및 서브 빔 경로를 따라 배열되고 신호 하전 입자를 감지하고 샘플로부터 멀어지는 서브 빔 경로의 업빔을 향하도록 구성된 검출기 어레이를 포함한다. 검출기의 어레이는 전술된 거울 검출기 어레이(350)에 대응할 수 있다.
도 17b는 사용 중인 도 17a에 도시된 실시예를 도시한다. 즉, 도 17b는 1차 빔(311, 312)이 제공되는 경우의 도 17a의 실시예를 도시한다. 구체적으로, 1차 빔(311, 312)은 사용 중인 1차 빔 경로(320)를 따라 제공된다. 도시된 바와 같이, 1차 빔(311, 312)은 샘플(208)에 입사된다. 도 17b는 샘플(208)에서 방출되는 신호 빔을 도시한다. 신호 빔에는 샘플(208)에서 거울 검출기 어레이(350)까지의 방향을 표시하는 화살표가 포함되어 있다.
거울 검출기 어레이(350)는 대응하는 대물 렌즈 어레이와 연관될 수 있다. 거울 검출기 어레이(350)는 대물 렌즈 어레이(241)의 적어도 하나의 전극[예를 들어 상부 전극(342) 또는 하부 전극(343)]과 연관될 수 있다. 예를 들어, 거울 검출기 어레이(350)는 대물 렌즈 어레이(241)의 적어도 하나의 전극 내에 또는 상에 있을 수 있다. 예를 들어, 거울 검출기 어레이(350)는 전극 중 하나에 인접하게 위치할 수 있다. 즉, 거울 검출기 어레이(350)는 전극 중 하나에 인접하여 그 옆에 위치할 수 있다. 예를 들어, 거울 검출기 어레이(350)는 전극 중 하나에 연결(예를 들어 기계적으로 연결)될 수 있다. 즉, 거울 검출기 어레이(350)는 예를 들어 접착제, 용접 또는 일부 다른 부착 방법에 의해 전극 중 하나에 부착될 수 있다. 예를 들어, 거울 검출기 어레이(350)는 전극 중 하나와 통합될 수 있다. 즉, 거울 검출기 어레이(350)는 전극 중 하나의 일부로서 형성될 수 있다.
바람직하게는, 거울 검출기 어레이(350)는 하부 전극(343)과 연관될 수 있으며, 예를 들어 거울 검출기 어레이(350)는 하부 전극(343) 내에 또는 하부 전극(343)상에 있을 수 있거나 위에서 설명된 임의의 다른 방식으로 연관될 수 있다. 이는 거울 검출기 어레이(350)가 샘플(208)에 상대적으로 가깝게, 예를 들어 하부 전극(343) 바로 위 또는 위에 제공되는 경우 신호 입자가 검출될 가능성이 더 높을 수 있으므로 유익할 수 있다. 거울 검출기 어레이(350)가 대물 렌즈 어레이(241) 내에[즉, 대물 렌즈 어레이(241)의 전극 사이에] 위치하는 경우 이는 렌즈 내 검출기로 지칭될 수 있다.
거울 검출기 어레이(350)는 대물 렌즈 어레이(241)의 적어도 2개의 전극 중 하나의 업빔 표면과 연관될 수 있는데, 예를 들어 거울 검출기 어레이(350)는 대물 렌즈 어레이의 전극 중 하나의 업빔 표면 내에 또는 그 위에 있을 수 있거나 전술된 다른 방식으로 연관될 수 있다. 보다 구체적으로, 거울 검출기 어레이(350)는 대물 렌즈 어레이(241)의 적어도 2개의 전극 중 하나의 업빔 표면 상에 있거나, 인접하여 위치하거나, 연결되거나, 통합될 수 있다. 거울 검출기 어레이(350)가 샘플로부터 대향하는 방향을 향하고 있기 때문에, 이는 전극이 신호 입자의 검출을 방해하거나 방해하지 않으면서 거울 검출기 어레이(350)가 연관된 전극 근처에 위치할 수 있음을 의미한다.
보다 구체적으로, 거울 검출기 어레이(350)는 대물 렌즈 어레이(241)의 하부 전극(343)의 업빔 표면과 연관될 수 있다(예를 들어, 그 내에, 위에, 인접하게 위치되거나, 연결되거나, 통합될 수 있음). 전술한 바와 같이, 이는 거울 검출기 어레이(350)가 샘플(208)에 상대적으로 가깝게 위치될 수 있다는 점에서 유익할 수 있다.
거울 검출기 어레이(350)는 일반적으로 대물 렌즈(241)가 대물 렌즈(241)를 통해 1차 빔(311, 312)을 가속할 때 사용된다. 이는 1차 빔(311 및 312)과 반대 방향으로 이동하는 신호 입자에 감속 효과를 주게 된다. 도 17b에 도시된 바와 같이, 이미지에서 실질적으로 위쪽으로 이동하는 신호 입자는 신호 입자를 감속시키는 전기장의 영향을 받게 되며, 이는 궁극적으로 적어도 일부 신호 입자가 거울 검출기 어레이(350)로 다시 돌아가는 결과를 낳는다. 대물 렌즈(241) 내에서 감속된 신호 입자는 감속 효과로 인해 상부 하향 검출기 어레이(제공되는 경우)에 도달하지 못할 수 있다. 특히, 신호 입자의 감속은 너무 많은 운동 에너지를 갖지 않는 신호 입자가 샘플(208)의 방향, 즉 거울 검출기 어레이(350)를 향해 다시 미러링되게 한다. 신호 전자의 운동 에너지는 상부 전극(342)에 도달하기에 불충분할 수 있고, 따라서 신호 입자의 운동 에너지는 특정 지점보다 1차 빔 경로의 빔을 더 위쪽으로, 예를 들어 거울 검출기(350)로부터 1차 빔 경로를 따라 전극 위쪽으로 이동하는 데 필요한 임계값보다 낮을 수 있다. 따라서, 예를 들어 어퍼처 어레이(246)의 어퍼처를 통과하기 때문에 검출되지 않을 수 있는 신호 입자는 도 17b에 도시된 바와 같이 거울 검출기 어레이(350)를 사용하여 검출될 수 있다.
도 17a 및 17b에 도시된 거울 검출기 어레이(350)는 소각(small-angle) 후방 산란 하전 입자를 검출하는 데 특히 유용할 수 있다. 특히, 소각 입자는 하부 전극의 어퍼처를 통해 이동할 때 감지될 수 있는 반면, 더 넓은 각도의 입자는 하부 검출기 또는 하부 전극의 표면에 부딪힐 수 있다. 추가적으로, 거울 검출기 어레이(350)는 2차 하전 입자보다는 후방 산란된 하전 입자를 검출할 가능성이 높으며, 이는 전기장이 일반적으로 입자를 샘플 쪽으로 가속시키고 2차 하전 입자가 감속 장을 극복할 만큼 충분한 운동 에너지를 갖지 않을 것이기 때문이다. 따라서, 거울 검출기 어레이(350)는 감속 장을 극복하기에는 불충분한 초기 운동 에너지를 갖고 거울 검출기 어레이(350)를 향해 뒤로 밀려나는 소각(small-angle) 후방 산란 하전 입자를 검출하는 데 사용될 수 있다. 즉, 상대적으로 낮은 운동 에너지의 소각 후방 산란 하전 입자가 거울 검출기 어레이(350)에 의해 검출될 가능성이 높다. 따라서, 거울 검출기 어레이(350)는 감속 장을 극복하기에 충분한 초기 운동 에너지를 가지지만 거울 검출기 어레이(350)를 향해 뒤로 편향되는 것을 방지할 만큼 충분한 운동 에너지가 없는 소각 후방 산란 하전 입자를 검출하는 데 특히 유용할 수 있다. 이러한 소각 후방 산란 하전 입자를 감지하는 것은 매몰된 피처의 이미지 대비를 향상시킬 수 있어, 특정 응용예에 대해 이러한 시스템의 응용 범위와 유용성을 높일 수 있다는 점에서 유익하다. 따라서, 전반적으로 거울 검출기 어레이(350)를 이용한 검출은 신호 입자 검출로부터 얻을 수 있는 정보의 향상을 가져올 수 있다.
일부 소각으로 후방 산란된 하전 입자는 감속 장에도 불구하고 계속 유지될 만큼 충분히 높은 운동 에너지를 가질 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 입자는 아래에 설명된 업빔[1차 빔(311 및 312)에 대한] 검출기 어레이(제공된 경우)에 의해 검출될 수 있다.
신호 입자는 미러링된 후에 다시 가속될 수 있으므로, 이들 신호 입자의 대부분은 미러 검출기(350) 어레이에 충돌할 때 상당한 에너지를 갖게 된다. 예를 들어, 신호 입자(후방 산란 하전 입자일 수 있음)의 운동 에너지는 샘플(208)에 의해 방출될 때 후방 산란 하전 입자의 운동 에너지와 유사할 수 있다. 따라서, 거울 검출기 어레이(350)에 사용되는 검출기의 유형 측면에서 설계 자유도가 있을 수 있다. 예를 들어, 거울 검출기 어레이(350)의 검출기는 전하 기반일 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 신호 입자가 특정 양의 에너지(예를 들어 미리 결정된 임계값 이상)를 가질 수 있으므로 PiN 또는 신틸레이터 검출기가 사용될 수 있다.
거울 검출기 어레이(350)에 전위가 인가될 수 있다. 거울 검출기 어레이(350)는 전위 소스에 연결될 수 있다. 거울 검출기 어레이(350)에 인가되는 전위는 대물 렌즈 어레이(241)의 인근 전극에 인가되는 전위와 동일 또는 유사할 수 있다. 전위에 대해서는 아래에서 더 자세히 설명된다.
거울 검출기 어레이(350)에는 후술하는 바와 같이 다른 검출기 어레이가 제공될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 실시예에서, 하전 입자 광학 장치는 적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로를 따라 빔 상류에 배치된 검출기의 업빔 어레이 및 전극의 1차 빔 경로를 따라 빔 하류에 배치된 검출기의 다운빔 어레이를 구비할 수 있다. 즉, 하전 입자 광학 장치에는 1차 빔 경로(320)를 따라 서로 다른 위치에 위치하는 두 개의 검출기 어레이가 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 검출기 어레이 중 하나는 대물 렌즈 어레이의 적어도 하나의 전극의 업빔이고, 검출기 어레이 중 하나는 대물 렌즈 어레이의 적어도 하나의 전극의 다운빔이다. 대물 렌즈 어레이의 다중 전극은 검출기 어레이 사이에 위치될 수 있다. 검출기의 업빔 어레이 및 검출기의 다운빔 어레이는 동시에 신호 입자를 검출하도록 구성될 수 있다.
하전 입자 평가 도구를 위한 하전 입자 광학 장치가 제공될 수 있으며, 이 장치는 샘플을 향해 서브 빔 경로를 따라 하전 입자의 멀티 빔을 투영하도록 구성되며, 멀티 빔은 서브 빔을 포함한다. 이 실시예에서, 장치는 하전 입자 서브 빔의 어레이를 샘플에 투영하도록 구성된 대물 렌즈 어레이(대물 렌즈 어레이는 적어도 하나의 전극을 포함함); 서브 빔 경로를 따라 적어도 하나의 전극의 빔 상류에 위치하는 검출기의 업빔 어레이; 및 1차 빔 경로를 따라 적어도 하나의 전극의 빔 하류에 위치하는 검출기의 다운빔 어레이를 포함하며, 검출기의 업빔 어레이와 검출기의 다운빔 어레이는 동시에 신호 입자를 검출하도록 구성된다. 다운빔 검출기 어레이는 근접 어레이로 지칭될 수 있다.
1차 빔 경로(320)를 따라 서로 다른 위치에 위치하는 두 개의 검출기 어레이를 제공하는 것은 서로 다른 신호 입자가 각 검출기 어레이에서 검출되도록 하는 데 유익할 수 있다. 예를 들어, 대부분의 2차 하전 입자는 어레이 중 하나에서 검출될 수 있는 반면, 후방 산란된 하전 입자는 어레이 중 다른 하나에서 주로 검출될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 더 소각 후방 산란 하전 입자는 어레이 중 하나에서 주로 감지될 수 있는 반면, 더 큰 각도의 후방 산란 하전 입자는 다른 어레이에서 감지될 수 있다.
검출기의 업빔 어레이는 전술된 거울 검출기 어레이(350)에 대응할 수 있다. 달리 말하면, 검출기의 업빔 어레이는 1차 빔 경로(320)를 따라 배열될 수 있고 샘플(208)로부터 멀어지는 1차 빔 경로(320)의 빔 상류를 향하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 거울 검출기 어레이(350)는 본 명세서에 기술된 다운빔 검출기 어레이와 결합되어 제공된다. 이는 거울 검출기 어레이(350)가 하부 전극(343)의 업빔 표면(343a)에 제공되는 도 18a에 도시되어 있다. 보다 일반적으로, 거울 검출기 어레이(350)는 하부 전극(343)의 빔 상류에 위치될 수 있다. 위의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 거울 검출기 어레이(350)는 대물 렌즈 어레이(241)의 다른 전극과 연관될 수 있다(예를 들어, 그 안에, 위에, 인접하게 위치되거나, 연결되거나, 통합될 수 있음).
전술한 바와 같이, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 대물 렌즈 어레이(241) 중 적어도 하나의 전극의 빔 하류에 위치한다. 검출기의 다운빔 어레이(360)는 검출기의 업빔 어레이의 빔 하류에 위치한다. 검출기의 다운빔 어레이(360)는 제공된 가장 다운빔 검출기 어레이, 즉 소스(201)로부터 가장 멀고/멀거나 샘플(208)에 가장 가까운 검출기 어레이일 수 있다.
검출기의 다운빔 어레이(360)는 대응하는 대물 렌즈 어레이와 연관될 수 있다. 검출기의 다운빔 어레이(360)는 대물 렌즈 어레이(241)의 적어도 하나의 전극과 연관될 수 있다(예를 들어, 그 안에, 위에, 인접하게 위치되거나, 연결되거나, 통합될 수 있음). 예를 들어, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 대물 렌즈 어레이(241)의 전극에 인접하게 위치될 수 있다. 즉, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 대물 렌즈 어레이(241)의 전극 옆에 인접하게 위치될 수 있다. 예를 들어, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 대물 렌즈 어레이(241)의 전극에 연결될 수 있다. 즉, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 예를 들어 접착제, 용접 또는 기타 다른 부착 방법에 의해 대물 렌즈 어레이(241)의 전극에 부착될 수 있다. 예를 들어, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 대물 렌즈 어레이(241)의 전극에 연결될 수 있다. 즉, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 대물 렌즈 어레이(241)의 전극 중 하나의 일부로서 형성될 수 있다.
바람직하게는, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 하부 전극(343)과 연관되어 있다(예를 들어, 하부 전극(343)에, 위에, 인접하게 위치되거나, 연결되거나, 통합되어 있음). 그러므로, 바람직하게는, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 위의 예 중 어느 하나에서 설명한 바와 같이 하부 전극(343)에 인접하게 위치되거나, 연결되거나, 하부 전극(343)과 통합된다. 이는 검출기의 다운빔 어레이(360)가 샘플에 가깝게, 예를 들어 하부 전극(343) 바로 아래 또는 위에 제공되는 경우 신호 입자가 검출될 가능성이 더 높을 수 있으므로 유익할 수 있다.
검출기의 다운빔 어레이(360)는 1차 빔 경로(320)를 따라 대물 렌즈 어레이(241)의 빔 하류에 위치될 수 있다. 달리 말하면, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 샘플을 향해 1차 빔 경로(320)를 따라 하부 전극(343)의 빔 하류에 위치할 수 있고 하부 전극(343)과 접촉하지 않을 수 있다. 대안적으로, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 하부 전극(343)의 다운빔 표면(343b) 상에 있거나, 이에 인접하게 위치되거나, 연결되거나, 통합될 수 있다. 어느 쪽이든, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 사용 중인 샘플(208)에 근접할 수 있다. 이는 도 18a에 도시되어 있다. 어느 쪽이든, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 샘플(208)에 인접 및/또는 근접할 수 있다. 검출기의 다운빔 어레이(360)는 달리 검출기의 근접 어레이, 즉 샘플(208)에 근접한 검출기 어레이 및/또는 바닥 검출기 어레이로 지칭될 수 있다.
바람직하게는, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 사용 중일 때, 즉 샘플이 존재할 때 샘플(208)을 향한다. 이는 검출기의 다운빔 어레이(360)의 검출 표면이 샘플(208)의 표면[1차 빔(311 및 312)이 입사하는 표면]을 직접 향할 수 있음을 의미한다. 검출기의 다운빔 어레이(360)와 샘플(208) 사이에는 다른 구성요소가 없을 수 있다. 배열에서 검출기의 다운빔 어레이(360)는 예를 들어 샘플과 검출기의 다운빔 어레이(360) 사이의 거리를 실질적으로 유지하기 위해 대물 렌즈 어레이(241)에 대해 작동 가능할 수 있다. 따라서, 검출기의 다운빔 어레이(360)와 샘플(208) 사이의 거리(L)는 변경될 수 있다.
검출기의 다운빔 어레이(360)가 샘플(208)에 근접 및/또는 인접하는 것이 바람직하지만, 이것이 필수적인 것은 아니다. 검출기의 다운빔 어레이(360)는 단순히 검출기의 업빔 어레이의 빔 하류 및/또는 대물 렌즈 어레이의 전극 중 적어도 하나의 빔 하류일 수 있다.
도 18b에 도시된 바와 같이, 검출기의 업빔 어레이는 렌즈 내 검출기 어레이[이 경우 위에서 설명한 거울 검출기 어레이(350)에 해당함]일 수 있다. 검출기의 업빔 어레이[예를 들어 거울 검출기 어레이(350)]와 검출기의 다운빔 어레이(360)(여기서는 하부 검출기 어레이로 표시됨)가 결합되어 신호 입자를 동시에 검출할 수 있다. 각각의 검출기 어레이에서 검출된 신호 입자는 예를 들어 입자 에너지 및/또는 각도와 관련된 서로 다른 특성을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이 대물 렌즈 어레이(241)의 전극 전위에 의해 1차 빔(예를 들어 311, 312)이 대물 렌즈 어레이(241)를 통해 가속될 수 있다. 이는 샘플(208)에서 방출된 신호 입자에 대해 감속 효과를 가질 수 있다[신호 입자가 다른 방향, 즉 대물 렌즈 어레이(241)를 향해 이동함에 따라]. 이는 도 18b에 도시되어 있다. 전기장은 신호 입자가 갖는 에너지의 양과 샘플(208)에서 방출될 때 신호 입자의 각도에 따라 신호 입자에 다른 영향을 미친다.
2차 하전 입자는 상대적으로 낮은 에너지를 가질 수 있으며 대물 렌즈 어레이(241)에 의해 반발될 수 있다. 즉, 대물 렌즈 어레이(241)는 2차 하전 입자를 반발시킬 수 있게끔 전위차를 인가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 장치는 대물 렌즈 어레이에 전위차를 인가하도록 구성된 전위 인가 배열(예를 들어 아래에 설명된 전압 소스)을 더 포함할 수 있다.
반발된 하전 입자는 샘플(208)을 향해 되돌아가는 가장 낮은 바깥쪽 화살표(450)로 표시된다. 일반적으로 후방 산란 하전 입자는 2차 하전 입자보다 더 큰 에너지를 가지므로 대물 렌즈 배열(241)의 전기장에 의해 더 적은 영향을 받는다. 즉, 후방 산란 하전 입자는 특히 후술하는 바와 같이 2차 하전 입자를 반발시키는 데 사용될 수 있는 작은 전위로 인해 쉽게 반발되지 않을 수 있다. 예를 들어, 광각(large angle) 후방 산란 하전 입자[화살표(451)로 표시됨]가 추가적인 검출기 어레이(360)에 입사될 수 있다. 소각 후방 산란 하전 입자[화살표(452)로 표시됨]는 하부 전극(343)의 어퍼처를 통과할 수 있다. 더 낮은 에너지의 소각 후방 산란 하전 입자는 위에서 설명한 대로 미러링될 수 있다. 이들 하전 입자[화살표(452)로 표시됨]는 거울 검출기 어레이(350)에 의해 검출되는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 다중 검출기 어레이의 사용은 다양한 유형의 신호 입자를 검출하는 데 유리하다. 이 구성에서는 (추가적인 검출기 어레이가 제공되지 않는 한) 더 높은 에너지의 소각 후방 산란 하전 입자가 검출되지 않을 수 있다는 점에 유의해야 한다. 더 높은 에너지의 후방 산란 하전 입자는 거울 검출기 어레이(350) 대신에 또는 그에 추가하여 제공될 수 있는 다른 검출기 어레이에 의해 검출될 수 있다. 그러한 대안 중 하나가 아래의 도 19b와 관련하여 설명된다.
전술한 검출기 어레이의 임의의 검출기에서, 어퍼처가 정의될 수 있다. 이는 검출기의 업빔 어레이[더 구체적으로는 거울 검출기 어레이(350)에 적용될 수 있음] 및/또는 검출기의 다운빔 어레이(360) 및/또는 아래에 설명되는 임의의 추가적인 검출기 어레이에 적용될 수 있다. 따라서, 어퍼처는 적어도 하나의 검출기, 바람직하게는 1차 빔 경로(320)와 정렬되고 이를 따라 배열되는 각 검출기에 정의될 수 있다. 즉, 관련 검출기 어레이가 제 위치에 있을 때 1차 빔 중 하나가 각 검출기에 제공된 어퍼처를 통과할 수 있다. 이는 1차 빔이 1차 빔 경로(320)를 따라 샘플(208)로 이동할 수 있도록 한다.
어퍼처는 임의의 적합한 형상일 수 있다. 어퍼처는 일반적으로 원형으로 표시되지만 다른 형상일 수도 있다. 검출기의 어퍼처 폭(도 17a에서 미러 어레이의 검출기에 대해 A로 도시됨)은 약 250μm 이하일 수 있다. 검출기의 어퍼처 폭은 약 100μm 이하일 수 있다. 검출기의 어퍼처 폭은 약 40μm 이하일 수 있다. 검출기의 어퍼처 폭은 약 10μm 이상일 수 있다. 검출기의 어퍼처 폭은 약 30μm 이상일 수 있다. 검출기의 어퍼처 폭은 약 10μm 내지 250μm 일 수 있다. 검출기의 어퍼처 폭은 약 10μm 내지 100μm 일 수 있다. 바람직하게는, 검출기의 어퍼처 폭은 약 30μm 내지 40μm 일 수 있다. 검출기의 어퍼처 폭은 하나의 주어진 어레이에서 모두 동일할 수 있다. 검출기의 어퍼처 폭은 다중 검출기 어레이에서 동일할 수 있다. 검출기의 어퍼처 폭은 모든 검출기 어레이에서 실질적으로 동일할 수 있다.
검출기의 다운빔 어레이(360)는 샘플(208)에 가깝게 위치될 수 있다. 바람직하게는, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 샘플로부터 약 10μm 이상의 거리(L)에 위치된다. 바람직하게는, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 샘플로부터 약 1μm 이하의 거리(L)에 위치된다. 바람직하게는, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 샘플의 약 10μm 내지 1mm 사이에 위치된다.
검출기의 다운빔 어레이(360)로부터의 거리는 신호 입자의 검출을 제어하기 위해 선택될 수 있다. 달리 말하면, 샘플(208)에 대한 검출기의 다운빔 어레이(360)의 위치는 검출기의 다운빔 어레이(360) 및/또는 거울 검출기 어레이(350)에 의한 2차 신호 입자의 검출을 제어하도록 선택된다. 예를 들어, 검출기의 다운빔 어레이(360)와 샘플(280) 사이의 거리(L)는 검출기의 다운빔 어레이(360)에 의해 검출될 신호 입자의 양을 제어하도록 선택될 수 있다. 2차 하전 입자의 경우 샘플과의 거리(L)가 클수록 이동하는 입체각이 넓어지므로, 거리(L)가 짧을수록 더 많은 2차 하전 입자가 검출기 홀을 통과하게 된다. 따라서, 예를 들어 거리(L)가 더 작은 경우(예: 10 μm에 더 가까운 경우), 더 많은 하전 입자가 검출기에 부딪히지 않고 검출기의 어퍼처를 통과할 수 있으므로, 검출기의 다운빔 어레이(360)에서 더 적은 수의 2차 하전 입자가 검출될 수 있다. 그러나, 거리(L)가 비교적 큰 경우, 예를 들어 1mm에 가까운 경우, 전체적으로 더 많은 수의 하전 입자가 검출기의 다운빔 어레이(360)에 의해 검출될 수 있다. 그러나 이 경우, 더 낮은 에너지를 갖는 일부 신호 입자는 검출기에 도달하지 못할 수 있으며/있거나 일부 더 큰 각도의 하전 입자는 검출기의 다운빔 어레이(360)에 의해 검출되지 않을 수 있다. 후방 산란 전하 입자의 경우 검출된 입자의 수는 검출기의 입체각에 다소 비례할 수 있으므로, 더 짧은 거리(L)에서는 더 큰 입체각으로 인해 더 많은 후방 산란 하전 입자가 감지된다. 이는 또한 거리(L)가 감지된 2차 전하 입자와 후방 산란 전하 입자 사이의 비율에 영향을 주기 위해 어떤 방식으로든 사용될 수 있음을 의미한다.
또한, 검출기의 다운빔 어레이(360)와 샘플(208) 사이의 거리(L)를 변화시키면, 검출기 어퍼처를 통과하는 신호 입자가 변경되고, 따라서 1차 빔 경로(320)를 따라 빔 상류에 위치한 검출기 어레이에 의해 검출될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 거리(L)의 선택은 검출기의 다운빔 어레이(360)에 의해 검출된 신호 입자의 양 및/또는 유형뿐만 아니라, 거울 검출기 어레이(350)와 같은 [1차 빔(311 및 312)에 대해] 빔 상류에 위치한 검출기 어레이에 의해 영향을 받는 신호 입자의 양 및/또는 유형에도 영향을 미칠 것이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 검출기의 다운빔 어레이(360)에 사용되는 검출기의 어퍼처 폭은 검출기의 다운빔 어레이(360) 및/또는 거울 검출기 어레이(350)에 의한 2차 신호 입자의 검출을 제어하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 더 큰 어퍼처는 검출기의 다운빔 어레이(360)에 의해 탐지된 신호 입자의 양을 감소시킬 것이다. 추가적으로, 더 큰 어퍼처 어레이는 검출기의 다운빔 어레이(360)에서 더 큰 각도의 신호 입자가 검출되도록 할 가능성이 높다. 신호 입자는 검출기의 다운빔 어레이(360)의 어퍼처를 통해 이동하여 거울 검출기 어레이(350)와 같은 임의의 다른 업빔 검출기 어레이에 도달한다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 검출기의 다운빔 어레이(360)의 검출기의 더 작은 어퍼처는 거울 검출기 어레이(350)에 의해 검출되는 신호 입자의 양을 감소시킬 가능성이 높으며, 더 작은 각도의 신호 입자가 거울 검출기 어레이(350)에 의해 검출될 것임을 의미할 것이다. 이는 도 19d 및 도 19e에서 검출된 하전 입자의 차이와 관련하여 아래에서 더 자세히 설명된다.
하전 입자 광학 장치는 검출기 어레이 중 적어도 하나로부터 특정 신호 입자를 밀어내도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 장치는 샘플에서 방출된 2차 신호 입자를 검출기의 다운빔 어레이(360)로부터 멀리 밀어내도록 구성될 수 있다. 더 구체적으로, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 사용 중에 전위를 갖도록 구성될 수 있고, 샘플(208)은 사용 중에 전위를 갖도록 구성될 수 있다. 검출기의 다운빔 어레이로부터 특정 신호 입자를 밀어내기 위해, 샘플 전위는 검출기의 다운빔 어레이의 전위보다 더욱 양의 전위를 가질 수 있다. 이 경우, 샘플(208)과 검출기의 다운빔 어레이(360) 사이의 전위차는 특정 임계값, 예를 들어 2차 신호 입자 임계값보다 클 수 있다. 이는 임계값보다 작은 에너지를 갖는 신호 입자가 검출기의 다운빔 어레이(360)로부터 반발된다는 것을 의미한다. 이는 예를 들어 2차 신호 입자(후방 산란 하전 입자 또는 적어도 대부분의 후방 산란 하전 입자보다 낮은 에너지를 갖는 경향이 있음)의 검출을 줄이거나 피함으로써 검출되는 신호 입자를 제어하는 데 유리할 수 있다.
일 실시예에서, 검출기의 업빔 어레이는 전술된 거울 검출기 어레이(350)에 대응할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 검출기의 업빔 어레이는 샘플을 향하는, 즉 샘플(208)의 방향을 향하는 검출기 어레이를 포함할 수 있다. 즉, 검출기의 업빔 어레이는 샘플(208)을 향하는 1차 빔 경로(320)를 따르는 방향으로 향할 수 있다. 따라서, 장치는 샘플을 향하는 2개의 검출기 어레이, 즉 검출기의 업빔 어레이 및 검출기의 다운빔 어레이를 포함할 수 있다. 이는 도 19a, 도 19b, 도 19c, 도 19d, 도 19e, 도 20a 및 도 20b와 관련하여 도시된다.
업빔 검출기 어레이는 검출기의 상부 어레이(370)일 수 있다. 검출기의 상부 어레이(370)는 대물 렌즈 어레이(241)의 상부 전극(342)의 다운빔 표면(342b)과 연관될 수 있다(예를 들어, 그 내에, 위에, 인접하게 위치되거나, 연결되거나, 통합될 수 있음). 보다 구체적으로, 검출기의 상부 어레이(370)는 대물 렌즈 어레이(241)의 상부 전극(342)의 다운빔 표면(342b) 상에, 인접하여 위치하거나, 연결되거나, 통합될 수 있으며, 이는 도 19a, 도 19b, 도 19c, 도 19d 및 도 19e에 도시되어 있다. 보다 일반적으로, 검출기의 상부 어레이(370)는 더 많은 전극이 대물 렌즈 어레이에 제공되는 경우 임의의 적합한 전극의 다운빔 표면 상에 있거나, 인접하게 위치하거나, 연결되거나, 통합될 수 있다. 보다 일반적으로, 검출기의 상부 어레이(370)는 상부 전극(342)과 하부 전극(343) 사이, 또는 대물 렌즈 어레이의 최하위 전극 위의 임의의 다른 전극 사이에 위치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 검출기의 상부 어레이(370)는 이들 도면과 관련하여 하부 전극(343)인 적어도 하나의 전극의 [1차 빔(311 및 312)과 관련한] 빔 상류에 제공된다. 언급된 바와 같이, 검출기의 상부 어레이(370)는 샘플(208)을 향할 수 있다. 실시예에서, 검출기의 상부 어레이(370)의 단일 검출기 요소는 각각의 빔 어퍼처(245)를 둘러싼다. 다른 실시예에서, 검출기의 상부 어레이(370) 중 복수의 검출기 요소는 각각의 빔 어퍼처(245) 주위에 있다.
도 19a에 도시된 구성은 신호 입자가 제공된 다양한 검출기 어레이에 의해 검출될 수 있는 방법을 나타내기 위해 도 19b 내지 19e와 관련하여 아래에 설명된다. 검출기의 상부 어레이(370) 및/또는 검출기의 다운빔 어레이(360)의 위치 설정은 전술한 바와 같이 변경될 수 있다.
도 19b에서는 1차 빔(311, 312)이 대물 렌즈 어레이(241)에 의해 가속될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이는 일반적으로 1차 빔(311 및 312)과 반대 방향으로 이동하는[즉, 샘플(208)에서 멀어지는 방향으로 이동하는] 신호 입자에 대한 감속 효과를 초래한다. 일반적으로 이러한 구성에서, 검출기의 상부 어레이(370)는 감속 장을 극복하기에 충분한 초기 운동 에너지를 갖는 소각 후방 산란 하전 입자의 검출에 사용될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 이는 샘플(208)로부터 검출기의 상부 어레이(370)까지의 하전 입자의 곡선 경로를 초래할 수 있다[화살표(453) 참조]. 검출기의 다운빔 어레이(360)(즉, 바닥 검출기 어레이)는 더 큰 각도의 후방 산란 하전 입자를 검출하는 데 사용될 수 있다[화살표(454) 참조].
보다 상세하게, 샘플(208)에서 생성된 후방 산란 하전 입자는 대물 렌즈 어레이(241)에서 감속되기 때문에, 상부 전극(342)과 하부 전극(343) 사이의 전압 차이에 의한 위치 에너지보다 운동 에너지가 더 큰 후방 산란 하전 입자만이 검출기의 상부 어레이(370)에 도달할 수 있을 것이다. 따라서, 더 높은 에너지 후방 산란 하전 입자(즉, 감속을 극복하기에 충분한 운동 에너지, 즉 예를 들어 높은 에너지 후방 산란 임계값을 초과하는 특정 임계값을 갖는 입자)[화살표(453) 참조]만이 검출기의 상부 어레이(370)에 의해 검출될 수 있다. 이러한 신호 입자는 전극의 어퍼처[화살표(453) 참조]를 통해 검출기의 상부 어레이(370)로 이동하므로, 이는 신호 입자가 일반적으로 소각임을 의미한다[화살표 (454)로 도시된 바와 같이 더 큰 각도로 하전된 입자는 하부 검출기 어레이 및/또는 하부 전극에 부딪히기 때문]. 따라서, 검출기의 상부 어레이(370)는 소각 고에너지 후방 산란 하전 입자를 검출할 수 있다. 따라서, 검출기의 상부 어레이(370)는 전술한 바와 같이 거울 검출기 어레이(350)에 의해 검출되는 하전 입자보다 더 높은 에너지를 갖는 소각 하전 입자를 검출할 수 있다.
후방 산란 하전 입자의 운동 에너지는 일반적으로 검출기의 상부 어레이(370)에 도달하기 전에 감소된다. 검출기의 상부 어레이(370)에 입사하는 신호 입자 중 일부는 도달 시 운동 에너지가 거의 0으로 남을 수 있다. 이 경우, 검출기의 상부 어레이(370)는 일반적으로 전하 기반 검출기를 포함할 수 있다. 그러나, 입자 검출 임계값과 같은 특정 임계값 에너지(예: 수백 eV 이상)가 검출기에 도달하는 신호 입자에 대해 허용될 수 있는 경우 PiN 또는 신틸레이터 검출기도 사용할 수 있다. 이 경우, PiN 또는 신틸레이터 검출기는 최소한 입자 검출 임계값의 신호 입자를 검출하며, 이러한 검출기는 에너지가 낮은 신호 입자를 감지하지 못할 수 있다. 이는 이러한 낮은 에너지 신호 입자에 관심이 없는 경우 일부 경우에 유용할 수 있다. 다른 경우에는, 이로 인해 유용한 정보가 손실될 수 있다. 따라서, 신호 입자와 관련하여 필요한 정보에 따라 검출기 유형을 선택하는 것이 바람직하다.
도 19b에 도시된 검출기의 상부 어레이(370) 및 도 18b에 도시된 거울 검출기(350) 어레이는 신호 입자, 특히 상이한 에너지 범위를 갖는 후방 산란 하전 입자를 검출하는 데 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 검출기의 상부 어레이(370)는 더 높은 에너지의 후방 산란 하전 입자(화살표 453)를 검출하는 데 사용될 수 있는 반면, 거울 검출기 어레이(350)는 더 낮은 에너지의 후방 산란 하전 입자(452)를 검출하는 데 사용될 수 있다. 대물 렌즈(241)의 가속도 전압차에 의해 고에너지 입자와 저에너지 입자의 경계 에너지가 결정된다. 예를 들어, 상부 전극(343)이 5keV이고 랜딩 에너지가 30keV라면 경계 에너지는 25keV이다. 가속도 전압 차이가 조정될 수 있다면, 이는 경계 에너지를 변경하는 데 사용될 수 있으며 이에 따라 검출기의 상부 어레이(370) 및/또는 거울 검출기 어레이(350) 중 하나에 의해 검출되는 후방 산란 하전 입자 에너지의 범위가 달라질 수 있다. 도시되지는 않았지만, 검출기의 상부 어레이(370)는 거울 검출기 어레이(350)(선택적으로 다른 검출기 어레이에 추가하여)와 조합하여 제공될 수 있다. 배열은 거울 검출기(350)와 검출기의 상부 어레이(370)만을 특징으로 할 수 있다.
이미징을 위해 소각 신호 하전 입자를 선택한다는 것은 어레이에서 인접한 검출기와의 크로스토크(cross-talk)를 크게 줄일 수 있음을 의미한다. 이는 빔 어레이의 특정 서브 빔과 연결된 검출기 이외의 어레이의 검출기, 특히 인접한 검출기가 다른 신호 입자(예: 후방 산란 하전 입자)에 비해 샘플에서 이러한 신호 입자의 빔 경로 가능성이 더 작은 입체각으로 교차하기 때문이다. 후방 산란 하전 입자가 인접한 검출기와 상호 작용할 가능성은 더 낮다. 이는 후방 산란 하전 입자가 인접한 검출기의 방향으로 덜 이동한다는 인식을 제공할 수 있다. 이로 인해, 이미지 대비가 향상될 수 있다. 또한, 특정 응용예에서 이미징을 위해 소각 신호 입자, 특히 후방 산란 하전 입자만 사용하는 것이 유리할 수 있다면, 이러한 시스템에서 311 및 312와 같은 인접한 1차 빔 사이의 피치(P)를 줄일 수 있다. 이는 시스템/장치/도구에 사용되는 1차 빔(311, 312)의 수를 유리하게 증가시킬 수 있다.
피치(P)는 전술한 바와 같을 수 있다. 특히, 피치(P)는 하나의 어퍼처의 중앙에서 인접한 어퍼처의 중앙까지의 거리로 정의될 수 있다. 적어도 하나의 전극에서 인접한 어퍼처 사이의 피치는 대략 1mm 미만일 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 전극에서 인접한 어퍼처 사이의 피치는 대략 50μm와 1mm 사이이다. 바람직하게는, 각 전극의 인접한 어퍼처 사이의 피치는 실질적으로 균일하다.
도 19b와 관련하여 설명된 1차 빔(311, 312)은 가속되지만, 1차 빔은 대신 감속될 수 있다. 이는 도 19c, 도 19d 및 도 19d에 도시되어 있다. 일반적으로, 아래에서 더 자세히 설명되는 각 도면에는 1차 빔(311, 312)을 감속하는 데 사용되는 대물 렌즈 어레이(241)가 제공된다. 검출기 어레이의 위치 설정은 도 19a 및/또는 도 19b와 관련하여 설명된 것과 동일하다.
소각 후방 산란 하전 입자는 일반적으로 더 많은 물질 대비(그리고 매립된 피처에서 더 많은 대비)를 나타낸다. 광각 후방 산란 하전 입자는 일반적으로 지형적 대비(표면 토폴로지)가 더 높다. 하부 전극(343) 및 검출기의 다운빔 어레이(360)의 어퍼처를 통해 이동하는 소각 신호 입자(즉, 1차 빔의 광축에 대해 소각을 갖는 후방 산란 하전 입자)는 검출기의 상부 어레이(370)로 감지할 수 있다. 후방 산란 하전 입자일 가능성이 있는 더 큰 각도의 신호 입자는 검출기의 다운빔 어레이(360)(즉, 바닥 검출기 어레이)를 사용하여 검출될 수 있다.
도 19c와 관련하여 도시된 바와 같이, 적어도 일부 신호 입자, 특히 2차 하전 입자가 반발될 수 있다[화살표(456) 참조]. 이 구성에서는 후방 산란 하전 입자만 감지되도록 2차 하전 입자를 밀어낼 수 있다. 2차 하전 입자는 샘플(208)보다 더욱 음의 전위를 갖는 검출기의 다운빔 어레이(360)에 의해 샘플(208)[도 19c에서 가장 아래의 화살표 빔(456)으로 표시됨]으로 되돌아갈 수 있다. 음의 전압은 샘플(208)에 감속 장을 생성하여 2차 하전 입자를 샘플(208)로 되돌려보낸다.
더욱 상세하게는, 샘플은(208)의 검출기의 다운빔 어레이(360)보다 더욱 양의 전위를 가질 수 있다. 검출기의 다운빔 어레이(360)와 샘플(208) 사이의 전위차는 샘플(208)로부터 방출된 하전 입자가 이동하는 것, 예를 들어 검출기의 다운빔 어레이(360)를 향해 이동하는 것을 밀어낸다. 바람직하게는, 검출기의 다운빔 어레이(360)의 전위는 하부 전극(343)의 전위와 동일할 수 있다. 샘플(208)과 검출기의 다운빔 어레이(360) 사이의 전위차는 바람직하게는 상대적으로 작아서 1차 빔(311, 312)이 크게 영향을 받지 않고 검출기의 다운빔 어레이(360)를 통해 또는 이를 지나 샘플(208)로 투사되도록 한다. 샘플(208)과 검출기의 다운빔 어레이(360) 사이의 전위차는 바람직하게는 2차 하전 입자 임계값보다 크다. 2차 하전 입자 임계치는 샘플(208)로부터 나오는 2차 하전 입자의 가능성 있는 에너지와 동등한 전위차이다. 즉, 2차 하전 입자 임계치는 약 50eV, 즉 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자를 구별하는 데 사용되는 에너지 차이와 동일한 임계치일 수 있다. 샘플(208)과 검출기의 다운빔 어레이(360) 사이의 전위차는 반발되지 않는 입자의 하한을 변경할 수 있으며, 따라서 검출기에 도달하는 하전 입자의 하한이 변경될 것이다. 즉, 검출기의 다운빔 어레이(360)의 전위는 검출기의 다운빔 어레이(360)에서 신호 입자의 검출을 제어하기 위해 변경될 수 있다. 검출기의 다운빔 어레이(360)의 전위, 샘플(208) 및 임의의 다른 관련 전위는 도 21과 관련하여 아래 설명된 바와 같이 제어될 수 있다.
후방 산란 하전 입자는 전술한 바와 같이 검출될 것이다[화살표 457 및 458 참조]. 따라서, 이 구성은 서로 다른 각도를 갖는 후방 산란 하전 입자를 구별하기 위해 후방 산란 하전 입자만 검출되는 후방 산란 전용 모드에서 사용될 수 있다. 후방 산란된 하전 입자는 2차 하전 입자와 다른 대비 메커니즘을 가지므로 2차 하전 입자 대비가 불충분하거나 없는 경우 또는 토폴로지 대비 대신 일부 물질을 갖는 것이 더 유용한 경우에 사용할 수 있다. 추가적으로, 샘플의 (원치 않는) 대전이 발생할 수 있으며 이는 2차 하전 입자로 검출 가능한 대비를 감소시키거나 제거할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 후방 산란 하전 입자는 운동 에너지가 2차 하전 입자보다 높기 때문에 샘플에서 발생할 수 있는 대전 수준(일반적으로 몇 볼트)의 영향을 덜 받으므로 후방 산란 하전 입자는 충전의 영향을 덜 받을 수 있다. 따라서 이 구성은 이미지의 대전 효과가 크거나 표면 및 매립된 피처를 모두 이미징 또는 측정해야 하는 경우(예: 오버레이 애플리케이션) 응용예에 유용할 수 있다.
도 19d 및 도 19e는 1차 빔(311, 312)이 대물 렌즈 어레이(241)에 의해 감속되는 도 19a의 구성의 버전을 도시한다. 이러한 구성에서, 도 19c와 관련하여 전술된 버전과 반대로, 2차 하전 입자는 반발되지 않는다[화살표 459, 462, 463 참조]. 그러나, 감속 모드에서 2차 하전 입자를 반발시키는 옵션은 전술된 것처럼 반발 전위를(예를 들어 가장 낮은 검출기 어레이에) 적용함으로써 가능하다는 점에 유의해야 한다.
이러한 구성의 주요 아이디어는 검출기의 다운빔 어레이(360)가 후방 산란 하전 입자를 검출하는 데 사용되며(화살표 460 참조), 이 검출기의 다운빔 어레이(360)의 어퍼처(또는 홀)를 통해 2차 하전 입자(화살표 459 및 463 참조)가 상부 검출기 어레이(370)에 도달할 수 있도록 한다는 것이다. 이러한 방식으로 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자에 대한 신호를 별도로 동시에 수집할 수 있다. 샘플의 지형과 구성, 1차 빔 랜딩 에너지에 따라 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자는 서로 다른 이미지 대비를 제공할 수 있으므로, 다양한 종류의 재료나 결함이 있거나 전하 효과가 있는 샘플의 이미지를 별도로 만들 수 있어 이러한 검출 시스템을 갖춘 시스템의 적용 범위를 확장할 수 있다는 장점이 있다.
도 19d에 도시된 바와 같이, 2차 하전 입자[곡선 화살표(459)로 표시됨]는 샘플(208)에서 위쪽으로 가속되어 하부 전극(343)의 어퍼처를 통과하고 상부 전극(342)의 바닥에 있는 검출기의 상부 어레이(370)에 도달한다. 후방 산란 하전 입자[직선 화살표(461 및 460)로 표시됨]는 검출기의 상부 어레이(370) 및 검출기의 다운빔 어레이(360)를 향해 이동한다. 대물 렌즈 어레이(241) 기하학적 구조는 1차 빔(311 및 312)을 감속하는 데 사용되며, 샘플 필드는 2차 하전 입자가 검출기의 다운빔 어레이(360)에 도달(즉, 충격 및/또는 충돌)하지 않도록(또는 극소수만이 도달하도록) 선택된다. 이는 검출기의 다운빔 어레이(360)가 온전한 후방 산란 하전 입자 검출기일 수 있다는 점에서 유리하다. 따라서, 검출기의 다운빔 어레이(360)에 사용되는 검출기는 전하 기반 검출기일 수 있다.
더 자세히 설명하면, 샘플(균일한 샘플 필드에서 가정)에서 방출된 2차 하전 입자의 광축(즉, 1차 빔)으로부터 최대 반경 거리 r은 다음과 같이 쓸 수 있다.
여기서, WD는 샘플(208)과 검출기 바닥[예를 들어 검출기의 다운빔 어레이(360)] 사이의 작동 거리로 거리(L)에 해당하고, TSE,0은 시료에서 방출될 때 2차 하전 입자의 시작 운동 에너지[예를 들어 0~50eV 사이]이며, Esample은 샘플(208)의 전기장이다.
검출기의 다운빔 어레이(360)의 검출기의 어퍼처는 일반적으로 샘플에 인가되는 전기장과 함께 충분히 커서 검출기의 다운빔 어레이(360)에 충돌하는 2차 하전 입자가 감소되거나 바람직하게는 방지되도록 한다. 즉, 생성된 2차 하전 입자의 대부분(화살표 459 참조)은 검출기 어퍼처로 이동하고 검출기의 다운빔 어레이(360)에 충돌하지 않을 것이다. 이는 도 19d에 도시되어 있다. 랜딩 에너지가 수 keV 미만인 상태에서 생성되는 2차 하전 입자의 수는 동일한 범위의 랜딩 에너지를 갖는 후방 산란 하전 입자의 수보다 훨씬 많으므로, 2차 하전 입자가 검출기(360)의 다운빔 어레이에 충돌(즉, 부딪힘)하지 않도록 하는 것이 유리하다. 따라서, 전하 기반 검출기가 후방 산란된 하전 입자를 주로 검출하면서 검출기의 다운빔 어레이(360)에 사용될 수 있도록 2차 하전 입자가 검출기의 다운빔 어레이(360)에 충돌하는 것을 방지하는 것이 특히 유리하다. 예를 들어, 약 50μm의 직경을 갖는 검출기의 다운빔 어레이(360)의 검출기의 어퍼처는 대부분의 2차 하전 입자(화살표 459)가 검출기의 상부 어레이를 통과할 수 있도록 해야 한다. 실제로, 검출기의 다운빔 어레이(360)의 검출기 어퍼처(여전히 검출될 수 있음)의 내부에 충돌하는 2차 하전 입자를 줄이거나 방지하기 위해 더 큰 어퍼처가 유리할 수 있다. 따라서, 검출기 어퍼처의 선택은 1차 빔 사이의 피치(P), 전극 두께, 샘플 필드 등과 같은 여러 요인 및 원하는 검출 성능에 따라 달라질 수 있다. 임의의 적절한 값이 거리(L)(즉, 작업 거리 WD)에 사용될 수 있다는 점에 유의해야 하며, 예를 들어 거리(L)는 위에서 설명된 값 중 임의의 값을 가질 수 있다.
검출기의 다운빔 어레이(360)는 또한 PiN 검출기를 사용할 수도 있다. PiN 검출기가 검출기의 다운빔 어레이(360)에 사용되면, 2차 전자의 최대 운동 에너지(~50eV)가 너무 작아서 이러한 검출기의 표면 데드층(surface dead layer)을 극복할 수 없기 때문에 2차 하전 입자는 일반적으로 검출되지 않는다. (그러나 2차 전자가 가속되는 경우 PIN 감지기로 검출할 수도 있다. 이러한 검출기는 대물 렌즈 배열의 가장 아래쪽 전극 위에 위치해야 한다.) PiN 검출기의 사용은 예를 들어 2차 하전 입자를 필터링해 원하는 성능을 얻기 위해 표면 층 두께를 조정할 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. 따라서, 그러한 검출기는 후방 산란 하전 입자를 주로 또는 후방 산란 입자만을 검출할 수 있다. 후방 산란 하전 입자는 일반적으로 충분한 최소 에너지인 수 100eV를 가질 때 이러한 검출기로 검출할 수 있다. PIN 감지기는 검출기 전체에 균일한 전위(전압) 분포를 가져서 더 나은 성능을 얻기 위해 검출 표면에 얇은 금속층을 가질 수 있다.
특히, (적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로를 따라 빔 하류에 위치된) 검출기의 다운빔 어레이는 후방 산란 신호 입자를 검출하도록 바람직하게 구성된 반도체 검출기(예를 들어 PIN 검출기)의 어레이를 포함할 수 있다. 검출기의 다운빔 어레이는 샘플로부터 부수적으로 하전된 입자로부터 2차 신호 입자를 필터링하도록 구성된 반도체 검출기의 1차 빔 경로를 따라 빔 하류에 위치한 검출기 표면을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 검출기 표면이 샘플을 향하도록 배치된다.
검출기의 다운빔 어레이(360)는 바람직하게는 2차 하전 입자에 대한 흡수층으로서 작용할 수 있는 작은 전도성 코팅층을 갖는 신틸레이터 검출기일 수도 있다. 따라서, 그러한 검출기 어레이는 후방 산란 하전 입자만을 검출한다. 신틸레이터는 원칙적으로 코팅층이 필요하지 않지만, 전압을 인가하거나 센서를 향한 내부 빛 반사를 최적화하기 위해 코팅층을 가질 수도 있다. 코팅이 없는 경우 신틸레이터에 입사하는 2차 전자는 약간의 (작은) 신호를 제공할 수 있다(검출기가 대물 렌즈 배열의 가장 아래쪽 전극 위에 위치하고 2차 전자가 가속되는 경우).
2차 하전 입자는 표면층으로 인해 일반적으로 PiN 검출기 또는 신틸레이터 검출기에 의해 검출되지 않으므로, 이러한 유형의 검출기가 검출기의 다운빔 어레이(360)에 사용될 때 어퍼처 크기는 덜 중요할 수 있다. 따라서, 더 작은 검출기 어퍼처를 사용하여 1차 빔 사이의 피치(P)를 축소하는 것이 더욱 실현 가능하다. 그러나, 이는 검출기의 상부 어레이(370)를 사용하여 2차 하전 입자 검출 효율을 감소시킬 수 있다. 이는 도 19e에 도시되어 있다.
전술한 바와 같이, 검출기(360)의 다운빔 어레이의 검출기 내의 어퍼처의 직경 및/또는 검출기의 다운빔 어레이(360)와 샘플(208) 사이의 거리(L)는 상이한 검출기 어레이에 도달하는 하전 입자를 제어하기 위해 선택될 수 있다. 이는 도 19d와 도 19e에 도시된 신호 입자 사이의 차이와 관련하여 추가로 설명된다. 도 19e는 도 19d와 유사한 레이아웃을 도시하는데, 여기서 검출기의 다운빔 어레이(360)의 검출기의 어퍼처 크기 및/또는 검출기의 다운빔 어레이(360)와 샘플(208) 사이의 거리(L)[즉, 작동 거리(WD)]는 도 19d에 비해 감소된다.
도 19e에 도시된 바와 같이, 2차 하전 입자[곡선 화살표(462 및 463)로 도시됨]는 샘플(208)에서 위쪽으로 가속된다. 그러나, 샘플(208)에 대한 검출기의 다운빔 어레이(360)의 제한된 어퍼처 및/또는 근접성으로 인해, 일부 2차 하전 입자[화살표(462) 참조]가 검출기의 다운빔 어레이(360)에 충돌한다. 검출기의 다운빔 어레이(360)가 PiN 또는 신틸레이터 검출기인 경우(예를 들어, 2차 하전 입자를 흡수할 수 있는 2차 하전 입자가 투과할 수 없는 일부 표면층이 있는 경우), 2차 하전 입자는 검출기의 다운빔 어레이(360)에 의해 검출되지 않는다. 그러한 검출기는 후방 산란 하전 입자를 주로 또는 후방 산란 입자만을 검출할 수 있다. 도 19e에 도시된 바와 같이, 2차 하전 입자 중 일부(화살표 462 참조)는 검출기의 다운빔 어레이(360)에 충돌하고 검출되지 않을 것이며(검출기 유형에 따라), 이는 더 적은 수의 2차 하전 입자가 (화살표 463 참조)는 검출기의 상부 어레이(370)에 도달할 수 있도록 한다. 따라서, 도 19e의 구성은 1차 빔 피치(P)를 유리하게 감소시킬 수 있지만, 2차 하전 입자 검출 효율을 감소시킬 수 있다.
(적어도 도 19d 또는 도 19e 중 하나의 구성에서) 검출기의 상부 어레이(370)에 사용되는 검출기는 표준 PiN 또는 신틸레이터 검출기일 수 있다. 대물 렌즈 어레이(241) 내의 2차 하전 입자의 가속으로 인해(이 경우 1차 빔의 감속으로 인해), 2차 하전 입자의 운동 에너지는 검출기(370)의 상부 어레이에 충돌할 때 층 너머 충분한 검출기 신호를 생성하기에 충분할 것이다. 일반적으로, 검출기(370)의 상부 어레이의 검출기의 경우, 전하 기반 검출기는 신호 대 잡음비가 낮을 수 있고 다른 유형의 검출기보다 성능 측면에서 더 나쁠 수 있으므로 바람직하지 않다.
화살표(465)로 표시된 후방 산란 하전 입자(및 2차 하전 입자)는 검출기의 다운빔 어레이(360)의 검출기의 어퍼처를 통과하여 검출기의 상부 어레이(370)에 도달할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 검출기의 상부 어레이(370)로부터의 이미지는 여전히 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자의 혼합으로 구성되거나 형성될 수 있다.
일반적으로 후방 산란 하전 입자보다 더 많은 2차 하전 입자가 수 keV 미만의 랜딩 에너지에서 생성되므로, 검출기의 상부 어레이(370)로부터의 검출기 신호의 후방 산란 하전 입자의 비율이 낮을 수 있다. 이는 검출기의 상부 어레이(370)에 의한 후방 산란 하전 입자의 검출 확률에 대한 검출기의 상부 어레이(370)에 의한 2차 하전 입자의 검출 확률의 비율에 따라 달라진다. 확률은 대물 렌즈 배열의 기하학적 구조와 검출기의 다운빔 어레이(360) 배열의 검출기 어퍼처 크기에 따라 달라진다. 이 비율은 작은 어퍼처의 전하 기반 바닥 검출기로 얻은 비율과 비슷하거나 더 좋을 수 있을 것으로 예상된다. 주어진 설계에서 바람직하다면 샘플(208)에 대한 거리(즉, 작동 거리 WD)를 늘림으로써 이 비율을 개선할 수 있다(따라서 렌즈 내 검출기 이미지에서 후방 산란 하전 입자 신호가 상대적으로 적어짐). 검출 효율 감소의 대가로, 샘플(208)에 대한 거리(즉, 작동 거리 WD)가 변화할 수 있으므로, 사용자는 특정 응용예에 더 중요한 것이 무엇인지에 따라 검출기의 다운빔 어레이(360)의 검출 성능과 그 비율을 최적화하는 방법을 결정할 수 있다.
검출기의 상부 어레이(370)와 검출기의 다운빔 어레이(360) 모두에 대해 PiN 또는 신틸레이터 검출기를 사용하면 스캐닝 속도를 전하 기반 검출기보다 더 높일 수 있는데, 그 이유는 PiN 및 신틸레이터 검출기가 더 높고 더 나은 신호 대 잡음비를 가질 수 있기 때문이다. 이는 다른 유형의 검출기보다 더 빠른 스캐닝을 가능하게 하여, 멀티 빔 어레이의 빔당 스캐닝 속도가 적어도 현재의 단일 빔 툴과 유사하도록 하고, 따라서, 예를 들어, 본 발명에 따른 멀티 빔 툴은 현재의 단일 빔 툴과 비교하여 더 높은 처리량을 달성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 검출기의 상부 어레이(370) 및 검출기의 다운빔 어레이(360)의 검출기는 예를 들어 다수의 부분(예를 들어 4 사분면)으로, 링으로, 또는 다수의 부분과 링 모두로 분할될 수 있으며, 이는 아래에서 도 13a 및 도 13b를 참조하여 더 자세히 설명한다. 이러한 방식으로, 2차 하전 입자 및/또는 후방 산란 하전 입자의 방출에 대한 방향 정보를 얻을 수 있다. 1차 빔을 감속시키는 데 사용되는 제안된 대물 렌즈 어레이(241)에는 바람직하게는 자기장이 없기 때문에 검출기로 이동하는 동안 자기장의 회전 효과로 인한 각도의 혼합이 없다는 점에 유의해야 한다.
대안적인 실시예에서, 검출기의 업빔 어레이는 대물 렌즈 어레이(241)의 [1차 빔(311 및 312)과 관련하여] 상류에 위치할 수 있으며, 이는 도 20a 및 20b에 도시된 바와 같이 검출기의 렌즈 상부 어레이(380)로 지칭될 수 있다. 달리 말하면, 검출기의 업빔 어레이는 대물 렌즈 어레이(241) 위에 있을 수 있다[그리고 배열에서 도 19a 내지 19e에 도시된 검출기의 상부 어레이(370)를 대체하거나 이에 추가될 수 있다]. 따라서, 검출기의 렌즈 상부 어레이(380)는 대물 렌즈 어레이(241)를 구성하는 모든 전극의 빔 상류에 위치할 수 있다. 언급된 바와 같이, 검출기의 렌즈 상부 어레이(380)는 샘플(208)을 향할 수 있다. 이 경우, 검출기의 렌즈 상부 어레이(380)는 예를 들어 도 19b와 관련하여 설명된 바와 같이 소각 고에너지 하전 입자[화살표(466) 참조]를 검출할 수 있다. 그러나, 신호 입자가 검출기 어레이로 더 멀리 이동해야 하기 때문에, 신호 입자에 대한 감속의 더 큰 영향으로 인해 도 19b의 검출기의 상부 어레이(370)에 비해 더 적은 수의 입자가 검출기의 렌즈 상부 어레이(380)에 도달할 수 있다. 검출기의 렌즈 상부 어레이(380)는 전술된 실시예 중 임의의 것에 추가하여 제공될 수 있다. 다른 실시예의 검출기와 마찬가지로, 일 실시예에서는 검출기의 렌즈 상부 어레이(380)의 렌즈 위 어레이의 단일 검출기 요소가 각 서브 빔 경로를 둘러싼다. 다른 실시예에서, 검출기의 렌즈 상부 어레이(380)의 복수의 검출기 요소는 각각의 서브 빔 경로 주위에 있다.
검출기 어레이의 조합이 제공될 수 있으며, 그 중 일부는 위에 설명되어 있고 도면에 표시되어 있다. 예를 들어, 검출기의 다운빔 어레이(360) 및/또는 거울 검출기 어레이(350) 및/또는 검출기의 상부 어레이(370) 및/또는 검출기의 렌즈 상부 어레이(380)가 제공될 수 있다.
장치는 검출기의 다운빔 어레이(360) 및/또는 거울 검출기 어레이(350) 및/또는 검출기의 상부 어레이(370) 및/또는 검출기의 렌즈 상부 어레이(380)의 임의의 조합으로 제공될 수 있는 추가적인 검출기 어레이를 포함할 수 있다. 추가적인 검출기 어레이는 전술한 임의의 검출기 어레이[즉, 검출기의 다운빔 어레이(360) 및/또는 거울 검출기 어레이(350) 및/또는 검출기의 상부 어레이(370) 및/또는 검출기의 렌즈 상부 어레이(380)] 또는 다른 검출기 어레이에 대응할 수 있음에 유의할 것이다. 예를 들어, 추가적인 검출기 어레이는 위에서 설명되고 도 19a-19e에 도시된 검출기의 상부 어레이(370)일 수 있고, 및/또는 위에서 설명되고 도 17a-18b에 도시된 거울 검출기 어레이(350)일 수 있고, 및/또는 검출기의 다운빔 어레이(360)일 수 있고, 및/또는 도 20a-20b에 도시된 검출기의 상부 렌즈 어레이(380)일 수 있다. 추가적인 검출기 어레이는 전술한 검출기 어레이와 상이한 검출기 어레이일 수 있다.
대물 렌즈 어레이(241)는 추가적인 검출기 어레이를 포함할 수 있다. 즉, 추가적인 검출기 어레이는 대물 렌즈 어레이(241)와 연관될 수 있다. 따라서, 추가적인 검출기 어레이는 대물 렌즈 어레이(241)의 전극 중 적어도 하나에 위치하거나, 인접하게 위치하거나, 연결되거나, 통합될 수 있다. 추가적인 검출기 어레이는 대물 렌즈 어레이(241)의 전극 중 하나의 [1차 빔 경로(320)에 대한] 빔 하류 표면과 연관될 수 있다.
전술한 어레이 조합으로부터 알 수 있는 바와 같이, 임의의 적절한 개수의 검출기 어레이가 있을 수 있다. 예를 들어, 검출기의 업빔 어레이 및/또는 검출기의 다운빔 어레이와 관련하여 전술한 바와 같이 적절한 위치에 배치되는 검출기의 어레이는 2개, 3개, 4개, 5개 또는 그 이상일 수 있다. 제공되는 검출기 어레이는 모두 동시에 사용될 수 있다.
전술된 바와 같이, 언급된 검출기 어레이 중 임의의 검출기에는 도 13a 및/또는 13b와 관련하여 설명된 바와 같이 다중 부분이 제공될 수 있으며, 즉, 다중 구역으로 분리될 수 있다. 구획된 검출기의 부분들은 여러 상이한 방식들로, 예를 들어 방사상으로, 환형으로, 또는 여하한의 다른 적절한 방식으로 분리될 수 있다. 검출기는 상술한 검출기 어레이들 중 임의의 일부로서, 예를 들어, 검출기의 업빔 어레이[예를 들어, 거울 검출기 어레이(350) 및/또는 검출기의 상부 어레이(370) 및/또는 검출기의 상부 렌즈 어레이(380)], 검출기의 다운빔 어레이(360) 및/또는 임의의 추가적인 검출기 어레이의 일부로서 사용될 수 있다. 2개의 환형 부분을 갖는 하부 전극(343)과 연관된 검출기가 도 22에 도시되어 있지만, 하나 이상의 다른 검출기 어레이에는 추가적으로 또는 대안적으로 별도의 다중 부분을 갖는 검출기가 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
전술한 바와 같이, 구역화된 검출기가 PiN 검출기인 경우, 후방 산란 하전 입자를 검출하는 데 사용될 수 있다. 그러나, PiN 검출기가 검출기의 다운빔 어레이(360)에 구역화된 검출기로서 사용되면, 2차 전자의 최대 운동 에너지(~50eV)가 너무 작아서 이러한 검출기의 표면 데드층(surface dead layer)을 극복할 수 없기 때문에 2차 하전 입자는 일반적으로 검출되지 않는다. (그러나 2차 전자가 가속되는 경우 구역화된 PIN 감지기로 검출할 수도 있다. 이러한 검출기는 대물 렌즈 배열의 가장 아래쪽 전극 위에 위치해야 한다.)
장점 중 일부는 신호 입자의 경로가 내부 환형 부분(605a)과 외부 환형 부분(605b) 모두에 입사되는 것으로 도시되어 있는 도 22와 관련하여 설명될 것이다[각각 화살표(467 및 468) 참조]. 부분들, 예를 들어 환형 부분들 또는 부채꼴 부분들로 분리되어 있는 검출기는 검출되는 신호 입자들과 관련하여 더 많은 정보 유형을 얻을 수 있다는 점에서 유리하다. 예를 들어, 더 작은 각도 [화살표(467) 참조]를 갖는 신호 입자는 내부 환형 부분(605a)에서 검출될 수 있고, 더 큰 각도[화살표(468) 참조]를 갖는 신호 입자는 외부 환형 부분(605b)에서 검출될 수 있다. 따라서, 검출기에 다수 부분들을 제공하는 것이 검출된 신호 입자들에 관한 추가적인 정보를 얻는 데 유리할 수 있다. 하지만, 검출기의 복잡성 측면에서 추가 비용이 존재한다.
전술한 바와 같이, 제1 검출부의 폭은 약 2μm 내지 100μm일 수 있고/또는 제2 검출부의 폭은 약 10μm 내지 250μm일 수 있다. 부분의 크기와 관련된 추가 바람직한 값은 도 13a 및 도 13b와 관련하여 설명된다. 부분의 크기는 신호 입자의 원하는 검출에 기초하여 선택될 수 있다.
전술한 검출기 어레이 중 임의의 것이 결합될 수 있으며, 즉, 전술한 검출기 어레이 중 임의의 것이 동시에 사용될 수 있다.
샘플(208)의 전위에 대한 검출기의 다운빔 어레이(360)의 전위는 검출기의 다운빔 어레이(360)에 의한 하전 입자의 검출을 제어하도록 선택될 수 있다. 하전 입자의 검출 제어(즉, 전위 선택에 의해 검출이 제어되는 방식)는 검출된 하전 입자의 에너지 범위 및/또는 샘플(208)로부터 방출된 검출된 하전 입자의 각도 궤적에 있는 것이 바람직하다. 각도 궤적은 샘플(208)에 입사되어 하전 입자가 검출되게 하는 각각의 1차 빔에 대해 본 명세서에서 설명된다. 신호 입자의 각도는 일반적으로 1차 빔 경로(320)를 참조하여 설명되지만, 각도는 샘플 표면(208)을 참조하여 설명할 수도 있다. 샘플(208)은 일반적으로 직교하도록[즉, 1차 빔 경로(320)에 대해 실질적으로 90°로] 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
보다 일반적으로, 샘플(208)의 전위에 대한 임의의 검출기 어레이[예를 들어, 거울 검출기 어레이(350) 및/또는 검출기의 상부 어레이(370) 및/또는 검출기의 상부 렌즈 어레이(380) 및/또는 검출기의 다운빔 어레이(360) 및/또는 검출기의 임의의 추가적인 어레이]의 전위는 적어도 해당 검출기 어레이의 하전 입자의 검출을 제어하도록 선택될 수 있다.
임의의 검출기 어레이의 전위를 제어하는 것은 특정 검출기 어레이의 위치에 따라 사용이 제한될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 대물 렌즈 어레이(241)가 1차 빔을 가속하도록 구성될 때 대물 렌즈 어레이(241)의 전극 중 적어도 하나 위에 위치하는 검출기 어레이의 전위를 선택하여 신호 입자의 검출을 제어하는 것이 유용할 수 있다. 그러나, 샘플(208)에 근접하여 배치된 검출기 어레이[예를 들어, 검출기(360)의 다운빔 어레이]는 샘플(208)의 가능한 손상을 줄이거나 피하기 위해 샘플과 유사한 전위를 가질 수 있기 때문에, 검출기의 전위를 변화시키는 데 제한이 있을 수 있다.
도 21은 전압 소스가 검출기 어레이, 대물 렌즈 어레이(241)의 전극 및 샘플(208) 중 하나 이상에 각각 (예를 들어 상이한) 전위를 적용하도록 제어되는 하나 이상의 전압 소스로서 각각의 검출기 어레이, 대물 렌즈 어레이(241) 및 샘플(208) 각각에 제공될 수 있음을 도시한다. 전술한 바와 같이, 전압 소스(V2, V3)는 하부 전극(343) 및 상부 전극(342)에 각각 전위를 제공할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전압 소스(V4)는 샘플(208)에 전위를 공급할 수 있다.
거울 검출기 어레이(350)에는 거울 검출기 어레이(350)에 전위를 제공하기 위한 전압 소스(V10)가 제공된다. 검출기의 다운빔 어레이(360)에는 전압 소스(V11)가 제공되어 검출기의 다운빔 어레이(360)에 전위를 제공한다. 검출기의 상부 어레이(370)[상부 전극(242)과 하부 전극(243) 사이에 위치됨]에는 전압 소스(V12)가 제공되어 검출기의 상부 어레이(370)에 전위를 제공한다. 대물 렌즈 어레이(241) 위의 검출기(380)의 렌즈 상부 어레이에는 대물 렌즈 어레이(241) 위의 검출기(380)의 렌즈 상부 어레이에 전위를 제공하기 위해 전압 소스(V13)가 제공된다.
도 21은 다수의 전압 소스(또는 실제로 적어도 하나의 전압 소스) 및 검출기 어레이를 도시하지만, 위의 실시예에서 설명된 바와 같이 검출기 어레이 중 일부 중 하나만 제공될 수도 있다. (이러한 전압 소스 또는 전압 소스들은 아래에 개시된 바와 같이 하나 이상의 제어기의 제어 하에 있을 수 있다는 점에 유의해야 한다). 또한, 제공된 검출기 어레이에 해당하는 전압 소스만 제공될 수도 있다. 예를 들어, 다른 검출기 어레이들 없이 거울 검출기 어레이(350)만 제공되는 경우, 도 21의 검출기 어레이에 대해 도시된 전압 소스들 중 (즉, V13, V12 또는 V11 없이) V10[거울 검출기 어레이(350)를 위한 전압 소스]만이 제공될 수 있다. 임의의 추가적인 및/또는 대안적인 검출기 어레이를 위해 추가적인 전압 소스가 제공될 수 있으며, 이후 임의의 추가적인 또는 대안적인 전압원은 존재하는 추가적인 및/또는 대안적인 검출기 어레이에 대응할 것이다.
검출기 어레이에 인가되는 전위는 대물 렌즈 어레이의 관련 전극에 인가되는 전위와 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 전압 소스(V11)에 의해 검출기의 다운빔 어레이(360)에 인가되는 전위는 전압 소스(V2)에 의해 하부 전극(343)에 인가되는 전위와 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 실시예에서, 대물 렌즈 어레이(241)는 일반적으로 적어도 2개의 전극을 포함한다. 대물 렌즈 어레이(241)는 추가적인 전극을 포함할 수 있다. 추가적인 전극은 상부 전극의 빔 상류에 위치될 수 있다. 이 경우, 전술한 상부 전극은 중간 전극일 수 있다. 대안적으로, 추가적인 전극은 하부 전극과 상부 전극 사이에 위치할 수 있다. 이 경우, 추가적인 전극은 중간 전극일 수 있다.
몇몇 바람직한 검출기 유형이 전술되어 있다. 그러나, 설명된 임의의 어레이에 사용되는 검출기는 임의의 적절한 유형의 검출기, 예를 들어 전하 검출기, PIN 검출기 또는 신틸레이터 검출기일 수 있다는 점에 유의할 것이다. 다양한 어레이에 대해 다양한 유형의 검출기가 사용될 수 있다. 동일한 유형의 검출기가 여러 검출기 어레이 또는 모든 검출기 어레이에 사용될 수 있다.
1차 빔의 어레이는 제공된 임의/모든 검출기 어레이와 일치할 수 있다. 따라서, 1차 빔의 어레이는 거울 검출기 어레이(350) 및/또는 검출기의 다운빔 어레이(360) 및/또는 검출기의 상부 어레이(370) 및/또는 검출기의 상부 렌즈 어레이(380)에 대응할 수 있다. 따라서, 검출기 어레이 중 임의의/모두가 1차 빔과 정렬될 수 있다.
검출기 어레이 중 임의의/전부는 서로 대응할 수 있다. 예를 들어, 거울 검출기 어레이(350)는 검출기의 다운빔 어레이(360) 및/또는 검출기의 상부 어레이(370) 및/또는 검출기의 상부 렌즈 어레이(380)에 대응할 수 있다. 검출기의 다운빔 어레이(360)는 거울 검출기 어레이(350) 및/또는 검출기의 상부 어레이(370) 및/또는 검출기의 상부 렌즈 어레이(380)에 대응할 수 있다. 즉, 검출기 어레이 중 임의/전부가 서로 정렬될 수 있다.
위에 설명된 임의의 검출기 어레이는 1차 빔 경로(320)를 따라 배열될 수 있다. 달리 말하면, 1차 빔 경로(320)는 임의의/모든 검출기 어레이를 통과할 수 있으며, 바람직하게는 1차 빔의 통과를 위해 각각의 검출기 어레이의 대응하는 어퍼처를 통과할 수 있다. 단일 검출기 어레이의 검출기 각각은 서브 빔 경로를 따라 공통 위치에 있을 수 있다. 임의의 검출기 어레이는 서브 빔에 실질적으로 직교할 수 있다.
위의 실시예 중 어느 하나에서, 대물 렌즈 어레이(241)는 대물 렌즈 어레이(241)와 샘플(208) 사이에 위치하는 바닥 검출기 어레이 없이 제공될 수 있다. 이 경우, 대물 렌즈 어레이(241)는 샘플(208)로부터 방출된 2차 하전 입자[예를 들어, 적어도 샘플에 가장 근접한 대물 렌즈 어레이(241)의 전극 또는 멀티 빔의 경로에서 가장 다운빔]를 반발시키도록 구성될 수 있다. 이러한 배열은 검출기 요소가 대물 렌즈 어레이(241)의 빔 최하류 전극에 있는 검출기 모듈과 함께 사용될 수 있다. 대물 렌즈 어레이는 2차 하전 입자를 반발시킬 수 있게끔 인가되는 전위차를 갖도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 샘플로부터 방출된 신호 입자를 검출하기 위해 샘플에 하전 입자의 빔 어레이를 투영하는 방법이 제공된다. 이 방법은 대물 렌즈 어레이 및/또는 위에서 설명된 검출기 어레이 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 이 방법은 1차 빔 경로(320)를 따라 빔(311 및 312)을 샘플(208)의 표면에 투영하고, 대물 렌즈 어레이(241)의 적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로를 따라 검출기의 업빔 어레이[예를 들어, 검출기 어레이(350), 검출기의 다운빔 어레이(360), 검출기의 상부 어레이(370), 검출기의 상부 렌즈 어레이(380)] 및 대물 렌즈 어레이(241)의 적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로를 따른 빔 하류의 검출기의 다운빔 어레이(360)에서 동시에 샘플(208)에서 방출되는 신호 입자를 검출하는 것을 포함한다.
본 실시예에서, 검출기의 업빔 어레이는 거울 검출기 어레이(350)일 수 있다. 달리 말하면, 거울 검출기 어레이는 1차 빔 경로(311, 312)를 따라 배열될 수 있고, 샘플(208)로부터 멀어지는 1차 빔 경로(320)의 빔 상류를 향하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 샘플(208)로부터 방출된 신호 입자를 검출하기 위해 샘플(208)에 하전 입자의 빔 어레이를 투영하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 1차 빔 경로를 따라 빔을 샘플의 표면에 투영하고, 1차 빔 경로(320)를 따라 배치되고 샘플(208)로부터 멀리 떨어진 1차 빔 경로(320)의 빔 상류를 향하는 검출기 어레이에서 샘플(208)로부터 방출되는 신호 입자를 검출하는 것을 포함한다. 이 경우, 검출기의 업빔 어레이는 전술된 거울 검출기 어레이(350)에 대응한다.
본 실시예에서, 방법은 거울 검출기 어레이 및 검출기의 다운빔 어레이(360)에서 동시에 샘플로부터 방출된 신호 입자를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 거울 검출기 어레이(350)는 대물 렌즈 어레이(241)의 전극의 1차 빔 경로(320)를 따라 빔 상류에 배치되고, 검출기의 다운빔 어레이(360)는 적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로(320)를 따라 빔 하류에 배치된다.
이들 방법은 샘플(208)로부터 방출되어 임계값보다 작은 에너지를 갖는 신호 입자를 반발시키는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 반발은 적어도 검출기의 다운빔 어레이(360)를 사용한다. 이들 방법은 샘플(208)로부터 방출되어 임계값보다 작은 에너지를 갖는 신호 입자를 반발시키는 것을 포함할 수 있다. 임계값은 여전히 검출기에 도달할 수 있는 신호 입자의 최소 초기 에너지를 결정할 수 있다. 임계값은 샘플(208)에서 나오는 2차 신호 입자의 에너지를 초과할 수 있다. 이들 방법에서, 투영은 대물 렌즈 어레이(241)에서 하전 입자 빔을 가속시키는 것을 포함할 수 있다. 이들 방법에서, 투영은 대물 렌즈 어레이(241)에서 하전 입자 빔을 감속시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방법들에서, 검출은 상이한 검출기 어레이, 바람직하게는 거울 검출기 어레이(250), 검출기의 다운빔 어레이(360) 및/또는 검출기의 상부 어레이(370) 및/또는 검출기의 상부 렌즈 어레이(380) 및/또는 임의의 추가적인 검출기 어레이 중 적어도 2개를 사용하여 상이한 에너지 및/또는 상이한 각 궤적의 신호 입자를 검출하는 것으로 구성될 수 있다. 이들 방법에서, 임의의 검출기 어레이는 각각 복수의 부분을 갖는 검출기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 설명된 실시예 또는 변형 중 임의의 것에서 설명된 바와 같은 하전 입자 광학 장치를 포함하는 멀티 빔 하전 입자 평가 도구를 사용하여 샘플(208)에서 방출된 하전 입자를 검출하는 방법이 제공된다. "서브 빔" 및 "빔릿"이라는 용어들은 본 명세서에서 교환가능하게 사용되며, 둘 다 모(parent) 방사선 빔을 나누거나 분할함으로써 모 방사선 빔으로부터 파생되는 여하한의 방사선 빔을 포함하는 것으로 이해된다. "머니퓰레이터"라는 용어는 렌즈 또는 편항기와 같이 서브 빔 또는 빔릿의 경로에 영향을 미치는 여하한의 요소를 포괄하는 데 사용된다. 빔 경로 또는 서브 빔 경로를 따라 정렬되는 요소들에 대한 언급은 각 요소들이 빔 경로 또는 서브 빔 경로를 따라 위치됨을 의미하는 것으로 이해된다. 광학기에 대한 언급은 전자-광학기를 의미하는 것으로 이해된다.
하전 입자 광학 장치는 음 하전 입자 디바이스일 수 있다. 하전 입자 광학 장치는 달리 전자-광학 디바이스로 지칭될 수 있다. 전자는 특정 하전 입자이며, 적절하다면 본 출원 전체에서 언급되는 하전 입자의 모든 경우를 대체할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 소스는 구체적으로 전자들을 제공할 수 있다. 본 명세서 전체에서 언급되는 하전 입자는 구체적으로 음으로 하전된 입자일 수 있다.
하전 입자 광학 장치는 더 구체적으로 하전 입자 광학 칼럼으로서 정의될 수 있다. 다시 말해서, 디바이스는 칼럼으로서 제공될 수 있다. 따라서, 칼럼은 앞서 설명된 바와 같이 대물 렌즈 어레이 어셈블리를 포함할 수 있다. 따라서, 칼럼은 앞서 설명된 바와 같이, 예를 들어 대물 렌즈 어레이 및 선택적으로 검출기 어레이 및/또는 선택적으로 집속 렌즈 어레이를 포함하는 하전 입자 광학 시스템을 포함할 수 있다.
앞서 설명된 하전 입자 광학 장치는 적어도 대물 렌즈 어레이(241)를 포함한다. 하전 입자 광학 장치는 검출기 어레이(240)를 포함할 수 있다. 하전 입자 광학 장치는 제어 렌즈 어레이(250)를 포함할 수 있다. 따라서, 대물 렌즈 어레이 및 검출기 어레이를 포함하는 하전 입자 광학 장치는 대물 렌즈 어레이 어셈블리로 지칭되고, 이와 교환가능할 수 있으며, 이는 선택적으로 제어 렌즈 어레이(250)를 포함할 수 있다. 하전 입자 광학 장치는 도 3 및/또는 도 16 중 어느 하나와 관련하여 설명된 추가적인 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 하전 입자 광학 장치는 이 도면들에서 추가적인 구성요소들을 포함하는 경우, 하전 입자 평가 툴(40) 및/또는 전자 광학 시스템으로 지칭되고, 이와 교환가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 평가 툴은 샘플의 정성적 평가(예컨대, 합격/불합격)를 수행하는 툴, 샘플의 정량적 측정(예컨대, 피처의 크기)을 수행하는 툴 또는 샘플의 맵 이미지를 생성하는 툴일 수 있다. 평가 툴의 예시들은 검사 툴(예를 들어, 결함 식별용), 검토 툴(예를 들어, 결함 분류용) 및 메트롤로지 툴, 또는 검사 툴, 검토 툴 또는 메트롤로지 툴과 관련된 평가 기능들의 여하한의 조합을 수행할 수 있는 툴들(예를 들어, 메트로-검사 툴)이다. 전자 빔 툴(40)은(전자 광학 컬럼일 수 있는) 검사 툴 또는 메트로 검사 툴과 같은 평가 툴의 구성 요소이거나, 전자 빔 리소그래피 툴의 일부일 수 있다. 본 명세서에서 툴에 대한 어떠한 언급은 디바이스, 장치 또는 시스템을 포함하는 것으로 의도되며, 툴은 함께 위치될 수도 있고 위치되지 않을 수도 있는, 그리고 특히 예를 들어 데이터 처리 요소들에 대해, 분리된 공간들에 위치될 수도 있는 다양한 구성요소들을 포함한다.
소정 방식으로 하전 입자 빔을 조작하기 위해 제어가능한 구성요소들 또는 요소들의 구성요소 또는 시스템에 대한 언급은, 설명된 방식으로 하전 입자 빔을 조작하기 위해 구성요소를 제어하는 제어기 또는 제어 시스템 또는 제어 유닛[예를 들어, 제어기(50)]을 구성하는 것을 포함하며, 선택적으로 이 방식으로 하전 입자 빔을 조작하기 위해 구성요소를 제어하는 다른 제어기들 또는 디바이스들(예를 들어, 전압 공급기 및/또는 전류 공급기)을 사용하는 것도 포함한다. 예를 들어, 전압 공급기가 제어기 또는 제어 시스템 또는 제어 유닛의 제어 하에, 비-제한된 목록에서 제어 렌즈 어레이(250), 대물 렌즈 어레이(241), 집속 렌즈(231), 보정기, 시준기 요소 어레이(271), 샘플(208) 및 스캔 편항기 어레이(260)를 포함하는 1 이상의 구성요소에 전기적으로 연결되어, 구성요소들에 전위들을 적용할 수 있다. 스테이지와 같은 작동가능한 구성요소가 구성요소의 작동을 제어하기 위해 1 이상의 제어기, 제어 시스템 또는 제어 유닛을 사용하여 작동하고, 이에 따라 빔 경로와 같은 또 다른 구성요소에 대해 이동하도록 제어가능할 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 일련의 어퍼처 어레이들, 또는 빔 또는 멀티-빔 경로를 따라 어레이들로 배치된 전자-광학 요소들의 형태를 취할 수 있다. 이러한 전자-광학 요소들은 정전기적일 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어 빔 제한 어퍼처 어레이로부터 샘플 이전의 서브 빔 경로에서의 마지막 전자-광학 요소에 이르는 모든 전자-광학 요소들은 정전기적일 수 있고, 및/또는 어퍼처 어레이 또는 플레이트 어레이의 형태일 수 있다. 일부 구성들에서, 전자-광학 요소들 중 1 이상은 MEMS(microelectromechanical system)으로서 (즉, MEMS 제조 기술들을 사용하여) 제조된다.
적어도 도 3 및 도 16에 도시되고 앞서 설명된 바와 같은 이러한 아키텍처들의 시스템 또는 디바이스는 상부 빔 리미터, 시준기 요소 어레이(271), 제어 렌즈 어레이(250), 스캔 편항기 어레이(260), 대물 렌즈 어레이(241), 빔 성형 리미터 및/또는 검출기 어레이(240)와 같은 구성요소들을 포함할 수 있다; 존재하는 이러한 요소들 중 1 이상이 세라믹 또는 유리 스페이서와 같은 절연 요소로 1 이상의 인접한 요소에 연결될 수 있다.
본 발명은 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 프로그램은 제어기(50)에 다음 단계들을 수행하도록 지시하는 명령어들을 포함할 수 있다. 제어기(50)는 샘플(208)을 향해 전자 빔을 투영하도록 전자 빔 장치를 제어한다. 일 실시예에서, 제어기(50)는 전자 빔 경로에서 전자 빔에 대해 작동하도록 적어도 하나의 전자-광학 요소[예를 들어, 다수 편항기들 또는 스캔 편항기들의 어레이(260, 265)]를 제어한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일 실시예에서 제어기(50)는 전자 빔에 반응하여 샘플(208)로부터 방출된 전자 빔에서 작동하도록 적어도 하나의 전자-광학 요소[예컨대, 검출기 어레이(240)]를 제어한다.
본 발명은 다양한 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 다른 실시예들이 본 명세서에 개시된 발명의 실행 및 사양을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다.
절연 구조체는 앞선 인접한 전극들과 관련하여 설명된다. 몇몇 경우, 절연 구조체는 제 1 전극 및/또는 제 2 전극과 관련하여 구체적으로 설명된다. 절연 구조체는 여하한의 인접한 전극들에 적용될 수 있으며, 제 1 전극 및 제 2 전극에 대한 언급은 다른 전극들로 대체될 수 있다. 2 개보다 많은 전극들이 제공되는 경우, 다수 절연 구조체들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 일련의 절연 구조체들이 있을 수 있다.
여하한의 요소 또는 요소들의 집합이 전자 빔 툴(40) 내에서 교체가능하거나 현장 교체가능할 수 있다. 전자 빔 툴(40) 내의 1 이상의 전자-광학 구성요소, 특히 서브 빔들에서 작동하거나 서브 빔들을 생성하는 구성요소들, 예컨대 어퍼처 어레이 및 머니퓰레이터 어레이는 1 이상의 MEMS를 포함할 수 있다.
사양 및 예시들은 단지 예시적인 것으로 간주되며, 본 발명의 진정한 범위 및 기술사상은 다음 청구항들 및 항목들에 의해 표시되는 것으로 의도된다.
일 구성에서, 다음 항목들이 제공된다:
1 항: 하전 입자 평가 툴을 위한 하전 입자 광학 장치로서, 상기 디바이스는 서브 빔 경로들을 따라 샘플을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 투영하도록 구성되고, 멀티-빔은 서브 빔들을 포함하며, 상기 디바이스는: 샘플 상으로 하전 입자 서브 빔들의 어레이를 투영하도록 구성되는 대물 렌즈 어레이; 및 샘플에 근접하고 샘플에서 방출된 하전 입자를 포착하도록 구성된 검출기 어레이를 포함하고, 상기 하전 입자 광학 장치는 상기 샘플로부터 방출된 2차 하전 입자들을 상기 검출기로부터 멀리 반발시키도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
2 항: 1 항에 있어서, 대물 렌즈들은 서브 빔 경로들을 따라 하전 입자 서브 빔들을 가속하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
3 항: 하전 입자 평가 툴을 위한 하전 입자 광학 장치로서, 상기 디바이스는 서브 빔 경로들을 따라 샘플을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 투영하도록 구성되고, 멀티-빔은 서브 빔들을 포함하며, 상기 디바이스는: 하전 입자 서브 빔들의 어레이를 샘플 상으로 투영하도록 구성되는 대물 렌즈 어레이; 및 샘플에 근접하도록 구성되고 샘플로부터 방출된 하전 입자들을 포착하도록 구성되는 검출기 어레이를 포함하고, 대물 렌즈들은 서브 빔 경로들을 따라 하전 입자 서브 빔들을 가속하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
4 항: 3 항에 있어서, 상기 하전 입자 광학 장치는 상기 샘플로부터 방출된 2차 하전 입자들을 상기 검출기로부터 멀리 반발시키도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
5 항: 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 어레이는 사용 시 전위를 갖도록 구성되고, 샘플은 사용 시 전위를 갖도록 구성되며, 샘플 전위는 검출기 어레이 전위보다 더 양인, 하전 입자 광학 장치.
6 항: 5 항에 있어서, 샘플 전위와 검출기 어레이 전위 사이의 전위차는 2차 전자 임계치보다 큰, 하전 입자 광학 장치.
7 항: 1 항 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 대물 렌즈 어레이는 어퍼처 어레이들이 정의되어 있는 적어도 2 개의 전극들을 포함하고, 적어도 2 개의 전극들 내의 대응하는 어퍼처들은 서브 빔 경로와 정렬되고 이를 따라 배치되는, 하전 입자 광학 장치.
8 항: 7 항에 있어서, 적어도 2 개의 전극들 중 제 1 전극은 적어도 2 개의 전극들 중 제 2 전극의 빔 상류에 있고, 제 1 전극은 사용 시 제 1 전극 전위를 갖도록 구성되며, 제 2 전극은 사용 시 제 2 전극 전위를 갖도록 구성되고, 제 2 전극 전위는 제 1 전극 전위보다 더 양인, 하전 입자 광학 장치.
9 항: 8 항에 있어서, 샘플은 사용 시 전위에 있도록 구성되고, 샘플 전위는 제 2 전극 전위보다 더 양인, 하전 입자 광학 장치.
10 항: 9 항에 있어서, 샘플 전위는 하전 입자 빔의 소스에 대해 대략 +20 kV 내지 +100 kV이고, 바람직하게는 샘플 전위는 대략 +20 kV 내지 +70 kV인, 하전 입자 광학 장치.
11 항: 8 항 내지 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 전극 전위는 하전 입자 빔의 소스에 대해 대략 +3 kV 내지 +8 kV이고, 바람직하게는 제 1 전극 전위는 대략 +5 kV인, 하전 입자 광학 장치.
12 항: 8 항 내지 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 전극 전위는 하전 입자 빔의 소스에 대해 대략 +20 kV 내지 +100 kV이고, 바람직하게는 제 2 전극 전위는 대략 +20 kV 내지 +70 kV인, 하전 입자 광학 장치.
13 항: 7 항 내지 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 전극 내의 어퍼처들의 직경은 대략 30 내지 300 ㎛인, 하전 입자 광학 장치.
14 항: 7 항 내지 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 전극 내의 인접한 어퍼처들 사이의 피치는 대략 50 ㎛ 내지 500 ㎛인, 하전 입자 광학 장치.
15 항: 7 항 내지 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 전극들을 분리하는 절연 구조체를 더 포함하고, 절연 구조체는 주 몸체 및 주 몸체의 반경방향 안쪽으로의 돌출부를 포함하며, 주 몸체는 제 1 면 및 제 2 면을 갖고, 제 2 면은 제 1 면과 반대이며, 전극들 중 하나는 절연 구조체의 제 1 면에서 주 몸체 및 돌출부에 접촉하고, 주 몸체는 절연 구조체의 제 2 면에서 다른 전극과 접촉하며, 돌출부와 다른 전극 사이에 갭이 정의되는, 하전 입자 광학 장치.
16 항: 1 항 내지 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 대물 렌즈 어레이의 빔 상류에 위치되는 제어 렌즈 어레이(각각의 제어 렌즈는 각각의 대물 렌즈와 연계됨)를 더 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
17 항: 16 항에 있어서, 제어 렌즈 어레이는 각자의 제어 렌즈들 및 대응하는 대물 렌즈들 사이에 중간 포커스를 제공하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
18 항: 16 항 또는 17 항에 있어서, 제어 렌즈 어레이는 서브 빔 경로들을 따라 하전 입자 서브 빔들을 감속하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
19 항: 1 항 내지 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 어레이는 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방산란 하전 입자들을 검출하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
20 항: 1 항 내지 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 어레이는 샘플의 대략 10 ㎛ 내지 50 ㎛에 위치되는, 하전 입자 광학 장치.
21 항: 1 항 내지 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 사용 시 대물 렌즈 어레이의 적어도 하나의 전극 및/또는 샘플에 전위들을 적용하도록 구성되는 전력 소스를 더 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
22 항: 샘플 표면을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 투영하기 위한 대물 렌즈 어셈블리로서, 대물 렌즈 어셈블리는 복수의 어퍼처들이 정의되어 있고 멀티-빔의 경로를 따라 배치되는 적어도 2 개의 전극들을 포함하는 대물 렌즈 어레이, 및 멀티-빔에 반응하여 샘플로부터 나오는 하전 입자들을 검출하도록 구성되는 검출기 어레이를 포함하며, 검출기 어레이는 샘플에 근접하게 위치가능하도록 구성되고, 샘플로부터 나오는 2차 전자 전자들을 검출기로부터 멀리 반발시키도록 구성되는, 대물 렌즈 어셈블리.
23 항: 22 항에 있어서, 샘플은 샘플 전위로 설정되고, 검출기 어레이는 검출기 어레이 전위로 설정되며, 샘플 전위와 검출기 어레이 전위 사이의 전위차는 2차 전자 임계치보다 큰, 대물 렌즈 어셈블리.
24 항: 23 항에 있어서, 2차 전자 임계치는 샘플로부터 나오는 2차 전자의 가능성 있는 전자 에너지와 동등한 전위차인, 대물 렌즈 어셈블리.
25 항: 22 항 내지 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 어레이는 2차 전자들보다 더 많은 후방산란 전자들을 검출하도록 구성되는, 대물 렌즈 어셈블리.
26 항: 멀티-빔 하전 입자 평가 툴을 위한 하전 입자 광학 장치로서, 상기 디바이스는 서브 빔 경로들을 따라 샘플을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 투영하도록 구성되고, 멀티-빔은 서브 빔들을 포함하며, 상기 디바이스는: 하전 입자 서브 빔들의 어레이를 샘플 상으로 투영하도록 구성되는 대물 렌즈 어레이; 및 샘플로부터 방출된 하전 입자들을 포착하도록 구성되는 검출기 어레이를 포함하고, 상기 디바이스는 두 작동 상태들 사이에서 스위칭하도록 구성되며, 제 1 작동 상태에서 검출기 어레이는 후방산란 하전 입자들보다 더 많은 2차 하전 입자들을 검출하도록 구성되고, 제 2 작동 상태에서 검출기 어레이는 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방산란 하전 입자들을 검출하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
27 항: 26 항에 있어서, 제 1 작동 상태에서 대물 렌즈들은 샘플 상으로 하전 입자 빔을 감속하도록 구성되고, 제 2 작동 상태에서 대물 렌즈들은 샘플 상으로 하전 입자 빔을 가속하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
28 항: 26 항 또는 27 항에 있어서, 대물 렌즈 어레이는 제 1 및 제 2 작동 상태들에서 샘플 상에 하전 입자 서브 빔들의 포커스를 유지하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
29 항: 26 항 내지 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 대물 렌즈 어레이는 제 1 전극 전위를 갖도록 구성되는 제 1 전극 및 제 2 전극 전위를 갖도록 구성되는 제 2 전극을 포함하고, 제 1 전극은 제 2 전극의 빔 상류에 있는 하전 입자 광학 장치.
30 항: 29 항에 있어서, 제 1 작동 상태에서 제 1 전극 전위는 제 2 전극 전위보다 더 양인, 하전 입자 광학 장치.
31 항: 29 항 또는 30 항에 있어서, 제 2 작동 상태에서 제 2 전극 전위는 제 1 전극 전위보다 더 양인, 하전 입자 광학 장치.
32 항: 29 항 내지 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 제 1 전극 전위는 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 조정되어 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태에서 샘플 상에 1차 빔의 포커스를 유지하는, 하전 입자 광학 장치.
33 항: 29 항 내지 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 전극들은 제 1 작동 상태 및 제 2 작동 상태에서 사용하도록 구성되는 절연 구조체에 의해 분리되고, 바람직하게는 대물 렌즈 어레이는 절연 구조체를 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
34 항: 33 항에 있어서, 절연 구조체는 주 몸체 및 주 몸체의 반경방향 안쪽으로의 돌출부로 형성되며, 주 몸체는 제 1 면 및 제 2 면을 특징으로 하고, 제 1 면은 제 2 면과 반대이며, 절연 구조체의 제 1 면에서 주 몸체는 전극들 중 하나와 접촉하고 전극들 중 하나와 돌출부 사이에 제 1 갭이 형성되며, 절연 구조체의 제 2 면에서 주 몸체는 전극들 중 다른 하나와 접촉하고 전극들 중 다른 하나와 돌출부 사이에 제 2 갭이 형성되는, 하전 입자 광학 장치.
35 항: 29 항 내지 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 전극에 제 1 전극 전위를 적용하고 및/또는 제 2 전극에 제 2 전극 전위를 적용하도록 구성되는 전력 소스를 더 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
36 항: 26 항 내지 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 어레이는 샘플에 근접하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
37 항: 26 항 내지 36 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 검출기 어레이와 샘플 사이의 거리를 유지하도록 구성되고 그 반대도 마찬가지인, 하전 입자 광학 장치.
38 항: 26 항 내지 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 검출기 어레이(240)와 샘플(208) 사이의 거리를 변경하여, 제 1 작동 상태에 있을 때 2차 하전 입자들이 검출기 어레이(240)에 포커싱되고, 제 2 작동 상태에 있을 때 후방산란 하전 입자들이 검출기 어레이(240)에 포커싱되게 하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
39 항: 26 항 내지 38 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 사용 시 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 스위칭할 때 대물 렌즈 어레이와 샘플 사이의 거리를 변경하도록 구성되고 그 반대도 마찬가지인, 하전 입자 광학 장치.
40 항: 39 항에 있어서, 상기 디바이스는 제 2 작동 상태로 스위칭할 때 대물 렌즈 어레이와 샘플 사이의 거리를 감소시키도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
41 항: 39 항 또는 40 항에 있어서, 상기 디바이스는 제 1 작동 상태로 스위칭할 때 대물 렌즈 어레이와 샘플 사이의 거리를 증가시키도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
42 항: 39 항 내지 41 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 제 1 작동 상태와 제 2 작동 상태 사이에서 스위칭하기 위해 대물 렌즈 어레이 및/또는 샘플을 서로에 대해 서브 빔 경로들을 따라 이동시키도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
43 항: 39 항 내지 42 항 중 어느 한 항에 있어서, 대물 렌즈 어레이와 샘플 사이의 거리를 변경하기 위해 대물 렌즈 어레이를 이동시키도록 구성되는 액추에이터를 더 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
44 항: 39 항 내지 43 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 대물 렌즈 어레이와 샘플 사이의 거리를 변경하기 위해 샘플을 이동시키도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
45 항: 39 항 내지 44 항 중 어느 한 항에 있어서, 대물 렌즈 어레이는 스위칭가능한 모듈의 일부이도록 구성되고, 상이한 모듈들은 서브 빔 경로를 따라 샘플로부터 상이한 거리들에 대물 렌즈 어레이를 갖는, 하전 입자 광학 장치.
46 항: 하전 입자 평가 툴을 위한 검출기로서, 검출기는 샘플로부터 방출된 하전 입자들을 포착하도록 구성되고, 검출기는 두 작동 상태들 사이에서 스위칭하도록 구성되며, 제 1 작동 상태에서 적어도 하나의 검출기는 후방산란 하전 입자들보다 더 많은 2차 하전 입자들을 검출하도록 구성되고, 제 2 작동 상태에서 적어도 하나의 검출기는 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방산란 하전 입자들을 검출하도록 구성되는, 검출기.
47 항: 46 항에 있어서, 어퍼처가 정의되고 하전 입자 빔의 통과를 위해 구성되며, 검출기는: 어퍼처를 둘러싸는 내측 검출부; 및 내측 검출부의 반경방향 바깥쪽의 외측 검출부를 포함하는, 검출기.
48 항: 47 항에 있어서, 제 1 작동 상태에서 검출기는 내측 검출부를 사용하고 외측 검출부를 사용하지 않는, 검출기.
49 항: 47 항 또는 48 항에 있어서, 제 2 작동 상태에서 검출기는 적어도 외측 검출부를 사용하는, 검출기.
50 항: 46 항 내지 49 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 검출부의 직경은 대략 40 내지 60 ㎛이고, 및/또는 제 2 검출부의 직경은 대략 150 내지 250 ㎛인, 검출기.
51 항: 하전 입자 평가 툴을 위한 검출기 어레이로서, 바람직하게는 후방산란 하전 입자들을 검출하기 위한 후방산란 작동 상태에서; 및 바람직하게는 2차 하전 입자들을 검출하기 위한 2차 하전 입자 상태에서 작동하도록 구성되고, 46 항 내지 50 항 중 어느 하나에 따른 검출기들의 어레이를 포함하는, 검출기 어레이.
52 항: 멀티-빔 하전 입자 평가 툴을 위한 하전 입자 광학 장치로서, 대물 렌즈 어레이 및 검출기 어레이를 포함하고, 검출기 어레이는 46 항 내지 50 항 중 어느 하나에 따른 검출기들의 어레이를 포함하며, 대물 렌즈 어레이 및 검출기 어레이의 전극들 내의 어퍼처들은 하전 입자 멀티-빔의 서브 빔 경로들에 배치되는, 하전 입자 광학 장치.
53 항: 1 항 내지 21 항 또는 26 항 내지 45 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 어레이는 46 항 내지 50 항 중 어느 하나의 검출기를 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
54 항: 22 항 내지 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 어레이는 46 항 내지 50 항 중 어느 하나의 검출기를 포함하는, 대물 렌즈 어셈블리.
55 항: 샘플로부터 방출된 하전 입자들에서 더 큰 비율의 후방산란 하전 입자들을 검출하도록 샘플 상으로 복수의 하전 입자 빔들을 투영하는 방법으로서, 상기 방법은: a) 샘플의 표면 상으로 하전 입자 빔들을 투영하는 단계; 및 b) 샘플로부터 방출된 2차 하전 입자들을 반발시키는 단계를 포함하는, 방법.
56 항: 샘플로부터 방출된 하전 입자들에서 더 큰 비율의 후방산란 하전 입자들을 검출하도록 샘플 상으로 복수의 하전 입자 빔들을 투영하는 방법으로서, 상기 방법은: a) 대물 렌즈 어레이에서 하전 입자 빔들을 가속하는 것을 포함하는 샘플의 표면 상으로 하전 입자 빔들을 투영하는 단계를 포함하는, 방법.
57 항: 샘플로부터 방출된 2차 하전 입자들 및 후방산란 하전 입자들을 선택적으로 검출하는 방법으로서, a) 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방산란 하전 입자들을 검출하기 위한 후방산란 모드; 및 후방산란 하전 입자들보다 더 많은 2차 하전 입자들을 검출하기 위한 2차 모드 사이에서 검출기의 작동 모드를 선택하는 단계; b) 샘플의 표면 상으로 복수의 하전 입자 빔들을 투영하는 단계; 및 c) 선택된 작동 모드에서 샘플로부터 방출된 하전 입자들을 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
58 항: 57 항에 있어서, 후방산란 모드에서 대물 렌즈 어레이에서 하전 입자 빔들을 가속하는 단계 및/또는 2차 모드에서 대물 렌즈 어레이에서 하전 입자 빔들을 감속하는 단계를 더 포함하는, 방법.
59 항: 샘플로부터 방출된 2차 하전 입자들 및 후방산란 하전 입자들을 검출하는 방법으로서, a) 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방산란 하전 입자들을 검출하기 위한 후방산란 모드; 및 후방산란 하전 입자들보다 더 많은 2차 하전 입자들을 검출하기 위한 2차 모드 사이에서 검출기의 작동 모드를 선택하는 단계; b) 선택된 모드에서 하전 입자들을 검출하도록 샘플로부터 방출된 하전 입자들을 포착하는 단계를 포함하는, 방법.
60 항: 56 항 내지 59 항 중 어느 한 항에 있어서, 샘플로부터 방출된 2차 하전 입자들을 반발시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
61 항: 후방산란 하전 입자들을 검출하기 위한 하전 입자 평가 툴을 작동시키는 방법으로서, a) 샘플 표면을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 투영하는 단계; b) 임계치보다 작은 에너지를 갖는 멀티-빔에 반응하여 샘플로부터 나오는 하전 입자들을 반발시키는 단계; 및 c) 샘플에 근접하여 위치된 검출기 어레이를 사용하여, 샘플로부터 방출되고 적어도 임계치의 에너지를 갖는 하전 입자들을 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
62 항: 61 항에 있어서, 임계치는 샘플로부터 나오는 2차 하전 입자의 에너지를 초과하는, 방법.
63 항: 61 항 또는 62 항에 있어서, 투영하는 단계는 샘플을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 가속하는 단계를 포함하며, 가속은 바람직하게는 대물 렌즈 어레이에서 이루어지는, 방법.
64 항: 61 항 내지 63 항 중 어느 한 항에 있어서, 반발시키는 단계는 적어도 검출기 어레이를 사용하는, 방법.
65 항: 55 항 내지 64 항 중 어느 한 항에 있어서, 각자의 제어 렌즈들과 대응하는 대물 렌즈들 사이에 중간 포커스를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
66 항: 55 항 내지 65 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출하는 단계에서, 2차 하전 입자들보다 더 많은 후방산란 하전 입자들이 검출되는, 방법.
67 항: 후방산란 하전 입자들을 검출하는 방법으로서, 1 항 내지 21 항, 26 항 내지 45 항, 52 항 및 53 항 중 어느 하나의 하전 입자 광학 장치, 또는 22 항 내지 25 항 및 54 항 중 어느 하나의 대물 렌즈 어셈블리를 포함하는 멀티-빔 하전 입자 평가 툴을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
68 항: 하전 입자 평가 툴을 위한 하전 입자 광학 장치로서, 상기 디바이스는 서브 빔 경로들을 따라 샘플을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 투영하도록 구성되고, 멀티-빔은 서브 빔들을 포함하며, 상기 디바이스는: 하전 입자 서브 빔의 어레이를 샘플에 투영하도록 구성된 대물 렌즈 어레이(대물 렌즈 어레이는 적어도 하나의 전극을 포함함); 서브 빔 경로를 따라 적어도 하나의 전극의 빔 상류에 위치하는 검출기의 업빔 어레이; 및 1차 빔 경로를 따라 적어도 하나의 전극의 빔 하류에 위치하는 검출기의 다운빔 어레이를 포함하며, 검출기의 업빔 어레이와 검출기의 다운빔 어레이는 동시에 신호 입자를 검출하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
69 항: 하전 입자 평가 툴을 위한 하전 입자 광학 장치로서, 상기 디바이스는 서브 빔 경로들을 따라 샘플을 향해 하전 입자들의 멀티-빔을 투영하도록 구성되고, 멀티-빔은 서브 빔들을 포함하며, 상기 디바이스는: 샘플 상으로 하전 입자 서브 빔들의 어레이를 투영하도록 구성되고 적어도 하나의 전극을 포함하는 대물 렌즈 어레이; 및 서브 빔 경로를 따라 배열되고 신호 하전 입자를 검출하고 샘플로부터 멀어지는 서브 빔 경로의 빔 상류를 향하도록 구성된 검출기 어레이를 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
일 구성에서, 다음과 같은 추가적인 항목들이 제공된다:
추가 항 1: 하전 입자 시스템을 위한 하전 입자 광학 장치로서, 상기 장치는 샘플을 향해 1차 빔 경로를 따라 하전 입자 빔 어레이를 투영하도록 구성되며, 상기 장치는: 샘플 상으로 빔을 투영하도록 구성되고 적어도 하나의 전극을 포함하는 대물 렌즈 어레이; 및 적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로를 따라 빔 상류에 위치된(또는 1차 빔 경로를 따라 적어도 하나의 전극의 빔 상류에 위치된) 검출기의 업빔 어레이; 및 적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로를 따라 빔 하류에 위치된(또는 1차 빔 경로를 따라 적어도 하나의 전극의 빔 하류에 위치된) 검출기의 다운빔 어레이를 포함하며, 바람직하게는 상기 검출기의 업빔 어레이 및 상기 검출기의 다운빔 어레이는 동시에 신호 입자를 검출하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 2: 1 항에 있어서, 상기 검출기의 업빔 어레이는 상기 1차 빔 경로를 따라 배열되고, 상기 샘플로부터 멀어져 상기 1차 빔 경로의 빔 상류를 향하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 3: 하전 입자 시스템을 위한 하전 입자 광학 장치로서, 상기 장치는 샘플을 향해 1차 빔 경로를 따라 하전 입자 빔 어레이를 투영하도록 구성되며, 상기 장치는: 빔을 샘플에 투영하도록 구성되고 적어도 하나의 전극을 포함하는 대물 렌즈 어레이, 및 1차 빔 경로를 따라 배치되고(예를 들어 공통 위치에) 신호 입자를 감지하고 샘플로부터 멀어지는 1차 빔 경로의 빔 상류를 향하도록 구성된 검출기 어레이를 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 4: 3 항에 있어서, 적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로를 따라 빔 하류에 위치한 검출기의 다운빔 어레이를 포함하며, 검출기 어레이는 적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로를 따라 빔 상류에 위치한 검출기의 업빔 어레이이고, 검출기의 업빔 어레이 및 검출기의 다운빔 어레이는 동시에 신호 입자를 검출하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 5: 4 항에 있어서, 상기 검출기의 다운빔 어레이는 상기 1차 빔 경로를 따라 상기 대물 렌즈 어레이의 빔 하류에 위치하며 사용 중인 상기 샘플을 향하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 6: 1 항, 2 항, 4 항 및 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플의 전위에 대한 상기 검출기의 다운빔 어레이의 전위는 상기 검출기의 다운빔 어레이에 의한 상기 신호 입자의 검출을 제어하도록 선택되며, 바람직하게는 상기 신호 입자의 검출 제어는 상기 신호 입자의 에너지 범위 및/또는 바람직하게는 각각의 상기 1차 빔 경로에 대한 상기 샘플로부터의 상기 신호 입자의 각도 궤적에 있는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 7: 1 항, 2 항 및 4 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하전 입자 광학 장치는 상기 샘플로부터 방출된 2차 신호 입자들을 상기 검출기의 다운빔 어레이로부터 멀리 반발시키도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 8: 7 항에 있어서, 검출기 어레이는 사용 시 전위를 갖도록 구성되고, 샘플은 사용 시 전위를 갖도록 구성되며, 샘플 전위는 검출기 어레이 전위보다 더 양인, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 9: 8 항에 있어서, 샘플 전위와 검출기 어레이 전위 사이의 전위차는 2차 전자 임계치보다 큰, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 10: 1 항, 2 항, 4 항 내지 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기의 다운빔 어레이는 샘플의 대략 10 ㎛ 내지 1 mm 에 위치되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 11: 1 항, 2 항, 4 항 내지 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플에 대한 상기 검출기의 다운빔 어레이의 위치는 상기 검출기의 다운빔 어레이 및/또는 상기 검출기의 업빔 어레이에 의한 2차 신호 입자의 검출을 제어하도록 선택되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 12: 1 항, 2 항, 4 항 내지 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 어퍼처는 검출기의 다운빔 어레이의 각 검출기에 획정되며, 어퍼처는 1차 빔 경로와 정렬되어 이를 따라 배열되고, 어퍼처의 폭은 상기 검출기의 다운빔 어레이 및/또는 상기 검출기의 업빔 어레이에 의한 2차 신호 입자의 검출을 제어하도록 선택되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 13: 1 항, 2 항, 4 항 내지 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대물 렌즈 어레이는 어퍼처 어레이가 획정되는 적어도 2개의 전극을 포함하고, 상기 적어도 2개의 전극의 대응하는 어퍼처는 1차 빔 경로와 정렬되어 배열되고, 상기 적어도 2개의 전극은 상부 전극과 하부 전극을 포함하며, 상기 상부 전극은 상기 1차 빔 경로를 따라 상기 하부 전극의 상류에 위치하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 14: 13 항에 있어서, 상기 검출기의 다운빔 어레이는 상기 하부 전극과 연관되어 있는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 15: 13 항 또는 14 항에 있어서, 상기 검출기의 다운빔 어레이는 상기 하부 전극의 다운빔 표면과 연관되어 있는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 16: 1 항 내지 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대물 렌즈 어레이는 어퍼처 어레이가 획정되는 적어도 2개의 전극을 포함하고, 상기 적어도 2개의 전극의 대응하는 어퍼처는 1차 빔 경로와 정렬되어 배열되고, 상기 적어도 2개의 전극은 상부 전극과 하부 전극을 포함하며, 상기 상부 전극은 상기 1차 빔 경로를 따라 상기 하부 전극의 상류에 위치하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 17: 13 항 내지 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기의 업빔 어레이는 상기 대물 렌즈 어레이의 상기 적어도 2개의 전극 중 하나와 연관되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 18: 13 항 내지 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기의 업빔 어레이는 상기 대물 렌즈 어레이의 상기 적어도 2개의 전극 중 하나와 연관되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 19: 18 항에 있어서, 상기 검출기의 업빔 어레이는 대물 렌즈의 상기 하부 전극의 업빔 표면과 연관되어 있는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 20: 13 항 내지 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기의 업빔 어레이는 상기 대물 렌즈 어레이의 상기 적어도 2개의 전극 중 하나와 연관되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 21: 20 항에 있어서, 상기 검출기의 다운빔 어레이는 대물 렌즈의 상기 상부 전극의 업빔 표면과 연관되어 있는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 22: 13 항 내지 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 대물 렌즈 어레이는 추가적인 전극을 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 23: 22 항에 있어서, 추가적인 전극은 상부 전극의 빔 상류에 위치하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 24: 22 항에 있어서, 추가적인 전극은 하부 전극과 상부 전극 사이에 위치할 수 있는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 25: 13 항 내지 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기의 업빔 어레이는 대물 렌즈 어레이의 빔 상류에 위치하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 26: 1 항 내지 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 대물 렌즈 어레이는 추가적인 검출기 어레이를 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 27: 18 항 또는 19 항에 있어서, 적어도 2개의 전극 중 하나의 다운빔 표면 상에 추가적인 검출기 어레이를 더 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 28: 27 항에 있어서, 추가적인 검출기 어레이는 상부 전극의 다운빔 표면에 위치하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 29: 26 항 내지 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 추가적인 검출기 어레이와 업빔 검출기 어레이는 서로 마주보도록 배치되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 30: 26 항 내지 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 샘플의 전위와 관련된 추가적인 검출기 어레이의 전위는 추가적인 검출기 어레이에 의한 신호 입자의 검출을 제어하기 위해 선택되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 31: 1 항 내지 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 샘플의 전위에 대한 검출기의 업빔 어레이의 전위는 검출기의 업빔 어레이에 의한 신호 입자의 검출을 제어하기 위해 선택되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 32: 1 항 내지 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 검출기는 1차 빔 경로와 정렬되고 이를 따라 배열되는 내부에 획정된 어퍼처를 갖는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 33: 32 항에 있어서, 검출기의 어퍼처 폭은 약 10 μm 내지 100 μm, 또는 바람직하게는 약 30 μm 내지 40 μm 사이인, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 34: 1 항 내지 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 검출기가 2, 3, 4 또는 그 이상의 부분을 포함하는 섹터 부분으로서 제공되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 35: 1 항 내지 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 검출기가 2, 3, 4 또는 그 이상의 부분을 포함하는 환형 부분으로서 제공되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 36: 35 항에 있어서, 검출기는 어퍼처를 둘러싸는 내부 환형 부분과 내부 환형 부분의 반경 방향 바깥쪽에 있는 외부 환형 부분을 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 37: 36 항에 있어서, 제1 검출부의 폭은 약 2㎛ 내지 100㎛ 및/또는 제2 검출부의 폭은 약 10㎛ 내지 150㎛인, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 38: 1 항 내지 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기는 전하 검출기, PIN 검출기 또는 신틸레이터 검출기인, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 39: 1 항 내지 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기는 바람직하게는 후방 산란 신호 입자를 검출하도록 구성되는 반도체 검출기(예: PIN 검출기)이며, 검출기는 샘플로부터 부수적으로 하전된 입자로부터 2차 신호 입자를 필터링하도록 구성된 반도체 검출기의 1차 빔 경로를 따라 빔 하류에 위치한 검출기 표면을 포함하며, 바람직하게는 검출기 표면이 샘플을 향하도록 배치되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 40: 1 항 내지 39 항 중 어느 한 항에 있어서, 대물 렌즈 어레이는 1차 빔 경로를 따라 하전 입자를 가속하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 41: 1 항 내지 40 항 중 어느 한 항에 있어서, 대물 렌즈 어레이는 1차 빔 경로를 따라 하전 입자 빔을 감속하도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 42: 1 항 내지 41 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 전극 내에 어퍼처 어레이가 획정되고, 바람직하게는 상기 대물 렌즈 어레이는 어퍼처 어레이가 획정된 적어도 2개의 전극을 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 43: 1 항 내지 42 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 검출기 어레이는 각각의 빔 어퍼처 주위에 복수의 검출기 요소를 포함하는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 44: 1 항 내지 43 항 중 어느 한 항에 있어서, 전압 공급 장치 또는 적어도 하나의 전압 공급 장치는: 전극 대물 렌즈 어레이, 검출기의 업빔 빔 어레이 및 검출기의 다운빔 어레이 중 적어도 하나; 및 전압 공급 장치(또는 적어도 하나의 전압 공급 장치)에 의해 대물 렌즈 어레이의 적어도 하나의 전극, 검출기의 업빔 어레이 및 검출기의 다운빔 어레이 중 적어도 하나에 가해지는 전위를 제어하도록 구성된 제어기 중 하나 이상(선택적으로 모두)에 전기적으로 연결되도록 구성되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 45: 하전 입자 시스템을 위한 하전 입자 광학 장치로서, 상기 장치는 샘플을 향해 1차 빔 경로를 따라 하전 입자 빔 어레이를 투영하도록 구성되며, 상기 장치는: 샘플 상으로 빔을 투영하도록 구성되고 적어도 하나의 전극을 포함하는 대물 렌즈 어레이; 적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로를 따라 빔 상류에 위치한 검출기의 다운빔 어레이; 및 바람직하게는 후방 산란 신호 입자를 검출하도록 구성된 반도체 검출기(예를 들어 PIN 검출기)의 어레이를 포함하는 검출기 어레이를 포함하고, 검출기의 다운빔 어레이는 샘플로부터 부수적으로 하전된 입자로부터 2차 신호 입자를 필터링하도록 구성된 반도체 검출기의 1차 빔 경로를 따라 빔 하류에 위치한 검출기 표면을 포함하며, 바람직하게는 검출기 표면이 샘플을 향하도록 배치되는, 하전 입자 광학 장치.
추가 항 46: 샘플로부터 방출된 신호 입자를 검출하기 위해 샘플에 하전 입자의 빔 어레이를 투영하는 방법으로서, 상기 방법은: 1차 빔 경로를 따라 빔을 샘플의 표면에 투영하고, 대물 렌즈 어레이의 적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로를 따라 검출기의 업빔 어레이 및 대물 렌즈 어레이의 적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로를 따른 빔 하류의 검출기의 다운빔 어레이에서 동시에 샘플에서 방출되는 신호 입자를 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
추가 항 47: 46 항에 있어서, 상기 검출기의 업빔 어레이는 상기 1차 빔 경로를 따라 배열되고, 상기 샘플로부터 멀어져 상기 1차 빔 경로의 빔 상류를 향하도록 구성되는, 방법.
추가 항 48: 샘플로부터 방출된 신호 입자를 검출하기 위해 샘플에 하전 입자의 빔 어레이를 투영하는 방법으로서, 상기 방법은: a) 1차 빔 경로를 따라 빔을 샘플의 표면에 투영하고, b) 1차 빔 경로를 따라 배치되고 샘플로부터 멀리 떨어진 1차 빔 경로의 빔 상류를 향하는 검출기 어레이에서 샘플로부터 방출되는 신호 입자를 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
추가 항 49: 48 항에 있어서, 방법은 검출기 어레이 및 검출기의 다운빔 어레이에서 동시에 샘플로부터 방출된 신호 입자를 검출하는 단계를 더 포함하며, 검출기 어레이는 대물 렌즈 어레이의 전극의 1차 빔 경로를 따라 빔 상류에 배치되는 검출기의 업빔 어레이이고, 검출기의 다운빔 어레이는 적어도 하나의 전극의 1차 빔 경로를 따라 빔 하류에 배치되는, 방법.
추가 항 50: 46 항, 47 항 및 49 항 중 어느 한 항에 있어서, 샘플로부터 방출되어 임계값보다 작은 에너지를 갖는 신호 입자를 반발하는 단계를 포함할 수 있으며, 반발은 적어도 검출기의 다운빔 어레이를 사용하는, 방법.
추가 항 51: 46 항 내지 49 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 샘플로부터 방출되어 임계값보다 작은 에너지를 갖는 신호 입자를 반발하는 단계를 더 포함하는, 방법.
추가 항 52: 47 항 또는 48 항에 있어서, 임계치는 샘플로부터 나오는 2차 신호 입자의 에너지를 초과하는, 방법.
추가 항 53: 46 항 내지 52 항 중 어느 한 항에 있어서, 투영하는 단계는 대물 렌즈 어레이에서 하전 입자 빔을 가속시키는 단계를 포함하는, 방법.
추가 항 54: 46 항 내지 52 항 중 어느 한 항에 있어서, 투영하는 단계는 대물 렌즈 어레이에서 하전 입자 빔을 감속시키는 단계를 포함하는, 방법.
추가 항 55: 46 항 내지 54 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출하는 단계는 서로 다른 검출기 어레이, 바람직하게는 검출기의 업빔 어레이, 검출기의 다운빔 어레이 및/또는 추가적인 검출기 어레이 중 적어도 2개를 사용하여 상이한 에너지 및/또는 상이한 각도 궤적의 신호 입자를 검출하는 것을 포함하는, 방법.
추가 항 56: 55 항에 있어서, 검출기 어레이 중 적어도 하나는 각각 복수의 부분을 갖는 검출기를 포함하는, 방법.
추가 항 57: 1 항 내지 45 항 중 어느 한 항에 따른 하전 입자 광학 장치를 포함하는 멀티 빔 하전 입자 평가 툴을 이용하여 샘플로부터 방출되는 하전 입자를 검출하는, 방법.
Claims (15)
- 하전 입자 시스템을 위한 하전 입자 광학 장치로서,
상기 장치는 샘플을 향해 1차 빔 경로를 따라 하전 입자 빔 어레이를 투영하도록 구성되며, 상기 장치는:
샘플 상에 빔을 투영하도록 구성되고 하전 입자 빔 어레이의 1차 빔 경로를 따라 적어도 2개의 전극을 포함하는 대물 렌즈 어레이;
상기 1차 빔 경로를 따라 적어도 하나의 전극의 빔 상류에 위치하는 검출기의 업빔(up-beam) 어레이;
상기 1차 빔 경로를 따라 적어도 하나의 전극의 빔 하류에 위치하는 검출기의 다운빔(down-beam) 어레이;
상기 대물 렌즈 어레이, 상기 검출기의 업빔 어레이 및 상기 검출기의 다운빔 어레이 중 하나 이상에 전기적으로 연결되도록 구성된 적어도 하나의 전압 공급 장치; 및
상기 적어도 하나의 전압 공급 장치에 의해 상기 대물 렌즈 어레이의 적어도 하나의 전극, 상기 검출기의 업빔 어레이 및 상기 검출기의 다운빔 어레이에 인가되는 전위를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고,
상기 검출기의 업빔 어레이 및 상기 검출기의 다운빔 어레이는 동시에 신호 입자를 검출하도록 구성되는,
하전 입자 광학 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 검출기의 업빔 어레이는 상기 1차 빔 경로를 따라 배열되고, 상기 샘플로부터 멀어져 상기 1차 빔 경로의 빔 상류를 향하도록 구성되는,
하전 입자 광학 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 검출기의 다운빔 어레이는 상기 1차 빔 경로를 따라 상기 대물 렌즈 어레이의 빔 하류에 위치하며 사용 중인 상기 샘플을 향하는,
하전 입자 광학 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샘플의 전위에 대한 상기 검출기의 다운빔 어레이의 전위는 상기 검출기의 다운빔 어레이에 의한 상기 신호 입자의 검출을 제어하도록 선택되며, 바람직하게는 상기 신호 입자의 검출 제어는 상기 신호 입자의 에너지 범위 및/또는 바람직하게는 각각의 상기 1차 빔 경로에 대한 상기 샘플로부터의 상기 신호 입자의 각도 궤적에 있는,
하전 입자 광학 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하전 입자 광학 장치는 상기 샘플로부터 방출된 2차 신호 입자들을 상기 검출기의 다운빔 어레이로부터 반발(repel)시키도록 구성되는,
하전 입자 광학 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샘플에 대한 상기 검출기의 다운빔 어레이의 위치는 상기 검출기의 다운빔 어레이 및/또는 상기 검출기의 업빔 어레이에 의한 2차 신호 입자의 검출을 제어하도록 선택되는,
하전 입자 광학 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대물 렌즈 어레이는 어퍼처 어레이가 획정되는 적어도 2개의 전극을 포함하고, 상기 적어도 2개의 전극의 대응하는 어퍼처는 1차 빔 경로와 정렬되어 배열되고, 상기 적어도 2개의 전극은 상부 전극과 하부 전극을 포함하며, 상기 상부 전극은 상기 1차 빔 경로를 따라 상기 하부 전극의 빔 상류에 위치하는,
하전 입자 광학 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 검출기의 다운빔 어레이는 상기 하부 전극과 연관되는,
하전 입자 광학 장치. - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 검출기의 다운빔 어레이는 상기 하부 전극의 다운빔 표면과 연관되는,
하전 입자 광학 장치. - 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기의 업빔 어레이는 상기 대물 렌즈 어레이의 상기 적어도 2개의 전극 중 하나와 연관되는,
하전 입자 광학 장치. - 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기의 업빔 어레이는 상기 대물 렌즈 어레이의 상기 적어도 2개의 전극 중 하나의 업빔 표면과 연관되며, 바람직하게는 상기 검출기의 업빔 어레이는 상기 대물 렌즈 어레이의 상기 하부 전극의 업빔 표면과 연관되는,
하전 입자 광학 장치. - 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기의 업빔 어레이는 상기 대물 렌즈 어레이의 상기 적어도 2개의 전극 중 하나의 다운빔 표면과 연관되는,
하전 입자 광학 장치. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
바람직하게는 상기 대물 렌즈 어레이는 어퍼처 어레이가 획정되는 적어도 2개의 전극을 포함하고, 각각의 전극 내에 어퍼처 어레이가 획정되는,
하전 입자 광학 장치. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 검출기 어레이는 각각의 빔 어퍼처 주위에 복수의 검출기 요소를 포함하는,
하전 입자 광학 장치. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 하전 입자 광학 장치를 포함하는 멀티 빔 하전 입자 평가 툴을 이용하여 샘플로부터 방출되는 하전 입자를 검출하는, 방법.
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