KR20240028483A - 빔 전류 제어가 향상된 다중 빔 입자 현미경 - Google Patents
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Abstract
향상된 빔 전류 제어를 갖춘 다중 빔 입자 현미경이 개시된다. 다중 조리개 어레이에 제공된 흡수체 층의 하나 또는 단지 몇 개의 영역에서 방출된 과잉 전자는 전류계를 사용하여 측정된다. 측정된 전류는 폐쇄 루프 제어에서 제어 변수로 사용된다. 이 측정은 넓은 면적과 저잡음의 측정이다. 다중 조리개 어레이는 예를 들어 사분면 검출기 또는 테르티알 검출기를 사용하여 방향 검출 검출도 실현하도록 특별히 구조화될 수 있다.
Description
일반적으로, 본 발명은 복수의 개별 입자 빔을 사용하여 작동하는 다중 빔 입자 현미경에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 빔 전류 제어가 향상된 다중 빔 입자 현미경에 관한 것이다.
반도체 부품과 같이 점점 더 작고 점점 더 복잡한 미세구조가 지속적으로 개발됨에 따라, 작은 치수의 미세구조를 생산하고 검사하기 위한 평면 생산 기술과 검사 시스템을 개발하고 최적화할 필요가 있다. 예를 들어, 반도체 부품의 개발 및 생산에는 테스트 웨이퍼 설계의 모니터링이 필요하며, 평면 생산 기술에는 높은 처리량으로 안정적인 생산을 위한 공정 최적화가 필요하다. 더욱이 최근에는 리버스 엔지니어링을 위한 반도체 웨이퍼 분석과 고객별 개별 반도체 부품 구성에 대한 요구가 높아지고 있다. 따라서, 웨이퍼 상의 미세 구조를 매우 정확하게 검사하기 위해 높은 처리량으로 사용될 수 있는 검사 수단이 필요하다.
반도체 부품 생산에 사용되는 일반적인 실리콘 웨이퍼의 직경은 최대 300mm이다. 각 웨이퍼는 최대 800mm²크기의 30 내지 60개의 반복 영역("다이")으로 세분화된다. 반도체 장치는 평면 집적 기술에 의해 웨이퍼 표면 상에 층으로 생성되는 복수의 반도체 구조를 포함한다. 반도체 웨이퍼는 일반적으로 생산 공정으로 인해 평면 표면을 갖는다. 이 경우 집적 반도체 구조의 구조 크기는 수 μm에서 5nm의 임계 치수(CD)까지 확장되며, 여기서 구조 치수는 가까운 미래에 더욱 작아질 것이다; 미래에는 구조 크기 또는 임계 치수(CD)가 3nm 미만, 예를 들어 2nm 또는 심지어 1nm 미만이 될 것으로 예상된다. 앞서 언급한 작은 구조 크기의 경우 매우 넓은 면적에서 임계 치수 크기의 결함을 신속하게 식별해야 한다. 여러 응용 분야에서, 검사 장치가 제공하는 측정 정확도에 대한 사양 요구 사항은 예를 들어 2 단위 또는 1 단위 정도 더 높다. 예를 들어, 반도체 피쳐의 폭은 1nm 미만, 예를 들어 0.3nm 또는 그 미만의 정확도로 측정되어야 하며, 반도체 구조의 상대 위치는 1nm 미만, 예를 들어 0.3nm 또는 그 미만의 중첩 정확도로 결정되어야 한다.
다중 빔 주사 전자 현미경인 MSEM은 하전 입자 시스템(하전 입자 현미경, CPM) 분야에서 비교적 새로운 개발품이다. 예를 들어, 다중 빔 주사 전자 현미경은 US 7 244 949 B2 및 US 2019/0355544 A1에 개시되어 있다. 다중 빔 전자현미경 또는 MSEM의 경우, 샘플은 필드 또는 래스터로 배열된 복수의 개별 전자빔으로 동시에 조사된다. 예로서, 4 내지 10,000개의 개별 전자빔이 1차 방사선으로서 제공될 수 있으며, 각각의 개별 전자빔은 1 내지 200 마이크로미터의 피치만큼 인접한 개별 전자빔으로부터 분리된다. 예를 들어, MSEM은 대략 100개의 분리된 개별 전자빔("빔릿")을 가지며, 이는 예를 들어 육각형 래스터로 배열되고, 개별 전자빔은 대략 10μm의 거리로 분리된다. 복수의 하전된 개별 입자 빔(1차 빔)은 각 경우에 개별적으로, 특히 공통 오브젝티브 렌즈를 포함하는 공통 대형 필드 광학 장치를 통해 검사할 샘플의 표면에 포커싱된다. 예를 들어, 샘플은 이동 가능한 스테이지에 조립된 웨이퍼 홀더에 고정된 반도체 웨이퍼일 수 있다. 하전된 1차 개별 입자 빔으로 웨이퍼 표면을 조사하는 동안 상호 작용 생성물(예: 2차 전자 또는 후방 산란 전자)이 웨이퍼 표면에서 발산된다. 각각의 시작점은 각 경우에 복수의 1차 개별 입자 빔이 포커싱되는 샘플의 위치에 해당한다. 상호작용 생성물의 양과 에너지는 특히 재료 구성과 웨이퍼 표면의 지형에 따라 달라진다. 상호작용 생성물은 복수의 2차 개별 입자 빔(2차 빔)을 형성하며, 이는 공통 오브젝티브 렌즈에 의해 수집되고 다중 빔 검사의 투영 이미징 시스템의 결과로 검출 평면에 배열된 검출기에 입사된다. 검출기는 다수의 검출 영역을 포함하고, 그 각각은 다수의 검출 픽셀을 포함하며, 검출기는 2차 개별 입자 빔 각각에 대한 강도 분포를 포착한다. 이 과정에서 예를 들어 100μm × 100μm의 이미지 필드가 얻어진다.
선행기술의 다중 빔 전자 현미경은 일련의 정전기적 요소와 자기적 요소를 포함한다. 정전기 및 자기 요소 중 적어도 일부는 초점 위치 및 복수의 하전된 개별 입자 빔의 스티그메이션(stigmation)을 조정하기 위해 조정 가능하다. 더욱이, 선행 기술의 하전 입자를 갖는 다중 빔 시스템은 1차 또는 2차 하전 개별 입자 빔의 적어도 하나의 교차 평면을 포함한다. 더욱이, 종래 기술의 시스템은 조정을 더 쉽게 하기 위한 검출 시스템을 포함한다. 선행 기술의 다중 빔 입자 현미경은 샘플 표면의 이미지 필드를 얻기 위해 복수의 1차 개별 빔을 사용하여 샘플 표면의 영역을 집합적으로 스캐닝하기 위한 적어도 하나의 빔 편향기("편향 스캐너")를 포함한다. 다중 빔 전자 현미경 및 이를 작동하는 방법에 관한 추가 세부 사항은 2020년 5월 28일에 출원된 독일 특허 출원 번호 102020206739.2에 설명되어 있으며, 그 개시 내용은 이 특허 출원에 전체가 참조로 포함되어 있다.
이미징 품질에 대한 요구가 높아짐에 따라 이미징에 사용되는 다중 빔 입자 현미경에 대한 요구도 높아진다. 안정적인 작동 매개변수는 고품질 기록에 매우 중요하다. 그 중 하나는 샘플 표면을 스캔하는 데 사용되는 개별 입자 빔의 빔 전류 강도이다.
개별 입자 빔의 균일한 빔 전류 강도를 위해서는, 입자 빔 소스의 방출 특성, 더 정확하게는 사용된 전체 방출 각도에 대한 방출 특성의 균일성이 중요하다. 상대적으로 큰 방출 각도를 사용하는 경우, 입자 소스, 예를 들어 열장 방출(TFE) 소스의 방출 특성은 더 이상 전체적으로 균일하지 않다. 따라서, 해당 입자 빔 시스템의 제1 다중 조리개 플레이트에서의 조도는 더 이상 전체에 걸쳐 균일하지 않으며 서로 다른 개별 빔의 전류 밀도에 상대적으로 큰 변화가 있다. 그러나 다중 입자 검사 시스템의 경우, 다양한 개별 빔 사이의 전류 강도에 작은 변화, 일반적으로 몇 퍼센트 미만, 심지어 1퍼센트 미만만 존재하는 것이 시스템 요구 사항이어서, 다중 이미지 필드의 모든 개별 이미지 필드는 동일한 수의 입자 또는 전자로 스캔된다. 예를 들어, 이는 대략 동일한 밝기의 개별 이미지를 얻기 위한 전제 조건이다. 개별 이미지에서 얻을 수 있는 해상도는 개별 빔 전류에 따라 달라진다.
개별 입자 빔에 대한 빔 전류를 개별적으로 조정하는 옵션이 있다. 이와 관련하여 하나의 옵션이 DE 10 2018 007 652 A1에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 본 특허 출원에 전체 내용이 참고로 포함되어 있다.
입자 소스의 방출 특성도 시간이 지남에 따라 천천히 변한다; 전체적으로 드리프트 동작을 나타낼 수 있다. 입자 소스 또는 팁이 노화될 수 있다; 예를 들어 밝기가 손실될 수 있다. 이미지의 밝기는 광원의 밝기 또는 휘도와 상관관계가 있다. 소스의 밝기가 손실되면 이는 이미지 밝기에도 적용된다. 또한, 예를 들어 원래 소스에서 방출된 입자 빔은 그 방향이 바뀔 수도 있다. 따라서 복수의 개별 하전 입자 빔 또는 빔렛으로 샘플을 스캐닝할 때 보다 안정적이고 균일한 빔 전류를 제공할 수 있는 조치를 취하는 것이 바람직하다.
이는 특히 안정적인 빔 전류에 대한 요구 사항이 더욱 높아질 때 적용된다. 일반적으로 다중 빔 입자 현미경의 빔 전류 안정성은 기준 빔 전류에 대한 빔 전류의 상대적 변화가 1시간 동안 10% 이하 또는 5% 이하일 때 충분히 안정적인 것으로 간주된다. 향후 측정 작업에서는 이러한 안정성이 더 이상 충분하지 않다고 간주된다: 더 높은 요구 사항을 충족해야 하며 다중 빔 하전입자 현미경의 기준 빔 전류에 대한 상대적 빔 전류 변화는 최소 한 달 동안은 1%와 같거나 작아야 한다.
최신 기술은 빔 전류를 측정 또는 모니터링하고 빔 전류를 각각 제어하기 위한 여러 가지 원리를 개시한다. 그러나 빔 전류 안정성에 대한 더 높은 요구 사항과 관련하여 기존 솔루션으로는 충분하지 않으며 개선이 필요한 것으로 나타났다.
US 2020/0312619 A1은 다중 빔 입자 현미경일 수 있는 다중 빔 장치에서 빔 전류를 측정하는 시스템 및 방법을 개시한다. 다중 빔 입자 현미경은 1차 하전 입자 빔을 생성하도록 구성된 하전 입자 빔 소스와 다중 조리개 어레이를 포함한다. 다중 조리개 어레이는 1차 하전 입자 빔으로부터 복수의 빔렛을 형성하도록 구성된 복수의 조리개와 다중 조리개 어레이를 조사하는 1차 하전 입자 빔의 적어도 일부의 전류를 검출하기 위한 회로를 포함하는 검출기를 포함한다. 더 자세히 설명하면, 다중 조리개 어레이의 상부 측면에 제공된 작은 추가 구멍 내에 회로를 갖춘 복수의 소형 검출기가 제공된다. 구멍은 특정 구멍과 연관될 수 있으므로 작으며 특정 조리개 근처에 제공된다. 이는 조리개의 어레이 내에 제공되며, 어레이의 경계에 직접 제공되어 배열의 이론적 원주 영역에 닿는다. 회로를 갖춘 검출기의 예로는 패러데이 컵, 다이오드, 다이오드 배열, 신틸레이터(scintillator) 또는 광전자 증배관(photo-multiplier tube) 등이 있다. 회로가 있는 검출기는 검출기에 입사되는 전류를 모니터링하는 데 사용되며 측정된 값에서 전체 전류를 결정하는 것이 가능하다. 또한, 빔 위치, 빔 직경, 빔 전류 자체, 빔 전류 밀도, 빔 전류 밀도의 균일성 등 전류의 변화를 검출하는 것이 가능하다. 이러한 변화는 추출 전압 제어, 가속 전압 제어, 빔 편향 전압 제어 등을 통해 수정될 수 있다.
US 2020 / 0312619 A1에는 몇 가지 단점이 있다. 빔 전류 검출의 전체 감도는 단일 검출에 사용되는 작은 영역으로 인해 제한된다. 검출기의 표면적이 빔렛을 생성하는 조리개의 면적과 비슷하다고 가정하면, 검출기로 측정된 빔 전류는 관련 조리개를 통과하는 단일 빔 전류와 동일한 크기이다. 일반적으로 이 단일 빔 전류는 다소 낮은 수백 피코암페어 정도이다. 따라서 1%보다 훨씬 작은 변화를 검출하는 것은 훨씬 더 어렵고, 이러한 작은 진입 표면을 가진 검출기의 신호 대 잡음 비율은 비교적 높습니다. 또한 다중 조리개 플레이트의 구멍 내에 통합된 검출기의 경계는 빔렛의 빔 방향과 빔 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 축적된 전하로 인해 문제를 일으킬 수 있다. 더욱이, 소형 검출기의 제조는 복잡하다. 따라서 전체적으로 US 2020/0312619 A1에 따른 검출 시스템은 한 달 이상 동안 1%보다 나은 빔 전류 안정성이 필요한 측정 작업에는 적합하지 않다.
US 6,969,862 B2는 리소그래피 시스템용 빔 전류 검출을 개시한다. 이는 1차 하전 입자 빔을 생성하도록 구성된 하전 입자 소스와 조리개 어레이를 포함하는 다중 빔 장치를 개시한다. 조리개 어레이는 1차 하전 입자 빔으로부터 복수의 빔렛을 형성하도록 구성된 복수의 조리개 및 회로에 연결되고 조리개 어레이를 조사하는 1차 하전 입자 빔의 적어도 일부의 전류를 검출하도록 구성된 검출기를 포함하며, 여기서 검출기는 1차 하전 입자 빔에 대해 조리개 어레이의 빔 출구측에 배치된다. 따라서 US 6,969,862 B2에 따른 다중 빔 장치는 위에 인용된 US 2020/0312619 A1에 따른 다중 빔 장치와 매우 유사하다. 두 공개물의 차이점은 검출기가 US 2020/0312619 A1에 따르면 빔 입구 쪽에 위치하지만 US 6,969,862 B2에 따르면 빔 출구 쪽에 위치한다는 점이다. 그러나 두 경우 모두 측정 원리는 동일한데, 이는 두 경우 모두 검출된 빔 전류가 다중 조리개 어레이의 빔 입구 쪽에 특별히 제공된 구멍에 들어간 다음 회로가 있는 검출기로 직접 검출되기 때문이다. 결과적으로, US 6,969,862 B2에 따른 검출 시스템 또한 한 달 또는 그 이상 동안 1%보다 더 나은 빔 전류 안정성을 요구하는 측정 작업에 적합하지 않다.
US 7,388,214 B2는 복수의 하전 입자 빔을 사용하여 웨이퍼를 노출시키기 위해 조리개 어레이에 형성된 복수의 조리개에 의해 하전 입자 빔 소스로부터의 하전 입자 빔을 복수의 하전 입자 빔으로 분할하는 하전 입자 빔 노광 장치를 개시한다. 장치는 웨이퍼가 로딩되는 스테이지 - 웨이퍼는 조리개 어레이의 조리개를 통과한 복수의 하전 입자 빔으로 조사됨 -, 복수의 하전 입자 빔으로 웨이퍼를 노출하기 위하여 조리개 어레이의 복수의 조리개를 통과하는 복수의 하전 입자 빔의 강도를 검출하는 복수의 검출 전극 - 복수의 검출 전극은 조리개 어레이의 복수의 조리개의 차광 주변 영역의 하전 입자 빔 소스 측에 형성됨 -, 및 복수의 검출 전극에 의해 얻어진 검출 결과에 기초하여 복수의 하전 입자 빔의 강도를 조정하는 그리드 어레이(그리드 전극 포함)을 포함한다. US 7,388,214 B2에 따른 검출 시스템 또한 한 달 이상 동안 1%보다 나은 빔 전류 안정성을 요구하는 측정 작업에 적합하지 않다. 전극 패드에 제공된 검출 전극은 각각 하나의 조리개에 할당되는 것이 바람직하고, 이에 따라 빔 전류 측정의 신호 대 잡음비가 상대적으로 작기 때문에 검출 영역은 다시 한번 매우 작다. 하나의 패드에 여러 개의 검출 전극을 할당하는 것도 개시되어 있으며, 이는 검출 정확도를 증가시킬 것이라고 교시되어 있다. 그러나 반면에 이러한 할당은 패드의 공통 배선으로 인해 그리드 전극에 동일한 제어 전압이 인가되기 때문에 그리드 전극을 사용한 특정 제어가 덜 정밀해진다는 단점이 있다. 따라서 검출 목적으로 사용되는 영역은 절충안으로 전체적으로 작게 유지되어야 한다. 또한 다중 조리개 어레이의 전하를 사용하여 빔렛에 대한 활성 영향이 빔렛 품질에 추가로 영향을 미칠 위험이 있다. 제조 측면에 있어서, US 7,388,214 B2의 해결책은 또한 다소 복잡하다.
US 9,607,806 B2는 다중 조리개 어레이 상단의 특정 위치에 빔 제어용 검출기가 제공되는 다중 빔 리소그래피 시스템을 개시한다. 검출기는 빔이 편향되거나 차단될 때 빔 전류를 측정할 수 있다.
US 6,617,587 B2는 다중 빔 리소그래피 시스템을 개시한다. 전극 총 자체의 일부이고 복수의 빔 각각에 대해 별도로 제공되는 단일 조리개 플레이트에 전류 수집 영역이 있는 팁 조절 회로가 있다.
US 5,111,053 A는 아날로그 피드백 및 디지털 CPU 제어에 의해 액체 금속 이온 소스를 제어하는 것을 개시한다. 이 문서는 단일 빔 시스템에 관한 것이다. 빔 전류를 측정하기 위해 모니터링 전극을 적용하고 소스의 추출 전압을 조정한다.
US 7,091,486 B1은 먼저 단일 빔 시스템에 대한 빔 전류 변동을 보정하기 위한 기존 기술을 설명하다. 빔 전류 변동을 보정하기 위해 설명된 기존 기술은 빔 제한 조리개에 연결된 회로를 사용하여 조리개로부터의 전류를 측정한다. 이 전류는 조리개에 의해 흡수된 전자로 인해 발생한다. 측정된 전류로부터, 빔 전류를 추론할 수 있다. 측정된 전류의 변화는 빔 전류의 변화를 추론하는 데 사용된다. 종래 기술은 제한된 주파수 대역폭 내에서만 변동을 검출하는 데 적합하다고 교시되어 있다. 특히, 고주파수(예를 들어 수 kHz 이상) 변동을 검출하는 것이 문제가 된다고 한다. 이러한 대역폭 제한은 기존 기술의 낮은 전류 레벨과 높은 표유 용량으로 인해 나타난다고 한다. 따라서 US 7,091,486 B1은 2차 및/또는 후방 산란 전자를 수집하고 측정하기 위해 조리개 위에 장착된 고속 검출기를 사용하는 방법을 교시하고 있다. 2차 및/또는 후방 산란 전자는 1차 빔의 일부(차단되는 부분)가 조리개에 충돌하여 방출된다. 고속 전자 검출기에는 예를 들어 Everhart-Thornley 검출기, PIN 다이오드 기반 검출기 및 마이크로채널 플레이트 검출기가 포함된다.
따라서, 본 발명의 목적은 빔 전류 안정성이 개선된 다중 빔 입자 현미경을 제공하는 것이다. 이는 한 달 이상 1% 이상의 빔 전류 안정성이 필요한 측정 작업에 적합하다. 각각의 피드백 제어를 구현하기 위한 특징은 제작 및 구현이 용이해야 한다.
목적은 독립 청구항의 요지에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예는 종속항으로부터 명백하다.
본 특허 출원은 2021년 7월 19일에 출원된 독일 특허 출원 10 2021 118 561.0의 우선권을 주장하며, 이 출원의 개시 내용은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 이하를 포함하는 다중 빔 입자 현미경에 관한 것이다:
입자 소스, 추출기 전극 및 애노드를 포함하고 제1 하전 입자 빔을 생성하도록 구성된 빔 생성 시스템;
다중 조리개 어레이를 갖는 다중 빔 발생기 - 상기 다중 빔 발생기는 제1 하전 입자 빔으로부터 복수의 제1 개별 하전 입자 빔의 제1 필드를 생성하도록 구성되며, 상기 다중 조리개 어레이는 상부 측에 전자를 흡수하고, 적어도 하나의 접지 전극과 연결되어 과잉 전자를 방출하는 흡수체 층을 포함함 - ;
적어도 다중 조리개 어레이의 모든 개구부 주위의 외부 영역에서 다중 조리개 어레이에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된 방출된 과잉 전자를 넓은 면적에 걸쳐 측정하도록 구성된 제1 빔 전류 측정 수단;
빔 생성 시스템과 다중 빔 발생기 사이에 배치된 집광 렌즈 시스템;
제1 개별 입자 빔이 제2 필드를 형성하는 입사 위치에서 샘플에 충돌하도록 생성된 제1 개별 입자 빔을 샘플로 지향시키도록 구성된, 제1 입자 광학 빔 경로를 갖는 제1 입자 광학 유닛;
검출 시스템;
제2 필드의 입사 위치로부터 발산되는 제2 개별 입자 빔을 검출 시스템 상으로 이미징하도록 구성된, 제2 입자 광학 빔 경로를 갖는 제2 입자 광학 유닛;
상기 제1 및 제2 개별 입자 빔이 모두 통과하는 입자 광학 오브젝티브 렌즈;
상기 다중 빔 발생기와 오브젝티브 렌즈 사이의 제1 입자 광학 빔 경로에 배치되고, 상기 오브젝티브 렌즈와 검출 시스템 사이의 제2 입자 광학 빔 경로에 배치된 빔 스위치; 및
상기 빔 생성 시스템, 집광 렌즈 시스템, 입자 광학 오브젝티브 렌즈, 제1 입자 광학 유닛, 제2 입자 광학 유닛 및 검출 시스템을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하되,
상기 제어기는 상기 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 상기 빔 생성 시스템을 제어하도록 구성되고, 및/또는
상기 제어기는 상기 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 상기 집광 렌즈 시스템을 제어하도록 구성된다.
개별 하전 입자 빔은 예를 들어 전자, 양전자, 뮤온 또는 이온 또는 기타 하전 입자일 수 있다.
다중 조리개 어레이는 바람직하게는 다중 빔 입자 현미경의 입자 광학 빔 경로에서 집광 렌즈 시스템의 하류에 제1 다중 조리개 어레이로서 배열된 어레이이다. 이러한 다중 조리개 어레이는 바람직하게는 제1 하전 입자 빔을 복수의 개별 하전 입자 빔으로 분할하는 어레이이다. 이 경우, 다중 조리개 어레이는 바람직하게는 마이크로 광학 장치로 알려진 것의 구성 부분이며, 바람직하게는 복수의 다중 조리개 플레이트 또는 다중 조리개 어레이의 시퀀스로 구성되거나 이를 포함한다(두 가지 표현은 본 특허 출원 내에서 동의어로 사용됨). 이러한 맥락에서 우수한 이미지 품질을 위해서는 입자 소스 또는 팁에서 발산되는 제1 하전 입자 빔이 다중 조리개 어레이에 가능한 한 수직으로 균일하게 입사되어야 하며, 특히 다중 조리개 어레이를 균일하게 또는 가능한 중앙으로 조명해야 한다. 그러면, 다중 조리개 어레이를 통과하는 개별 입자 빔의 빔 전류가 개별 입자 빔에서 충분히 균일하다는 것을 보장할 수 있다. 균일한 조명은 다중 조리개 어레이에서 제1 하전 입자 빔의 텔레센트릭 입사의 경우뿐만 아니라 발산 또는 수렴 입사의 경우에도 그리고 중심 빔 축이 다중 조리개 어레이의 표면에 수직으로 정렬될 때마다 달성될 수 있다. 여기서, 다중 조리개 어레이의 개구는 바람직하게는 원형이지만 임의의 다른 형상도 가질 수 있다. 바람직하게는, 다중 조리개 어레이의 개구는 규칙적인 배열, 예를 들어 직사각형, 정사각형 또는 육각형 배열을 갖는다. 바람직하게는 육각형 배열의 경우 3n(n-1) + 1개의 개구부가 제공되며, 여기서 n은 임의의 자연수이다.
다중 조리개 어레이 또는 다중 조리개 플레이트는 전자를 흡수할 수 있는 흡수체 층을 상부 측면에 포함한다. 바람직하게는, 흡수체 층은 다중 조리개 어레이의 실질적으로 전체 표면(물론 조리개는 제외)에 제공되므로 조리개를 포함하는 내부 영역뿐만 아니라 다중 조리개 어레이의 모든 개구 주위의 외부 영역에도 제공된다. 또한 최신 기술의 기존 다중 빔 입자 현미경에도 이러한 흡수체 층이 제공된다. 이는 다중 조리개 어레이의 표면에 제1 개별 입자 빔의 빔 품질을 심각하게 저하시키는 전하가 축적되지 않도록 보장한다.
이 측정 시스템은 예를 들어 변위 가능한 스테이지와 예를 들어 그 위에 있는 패러데이 컵을 사용하여 측정되는 개별 입자 빔에 의해 교정될 수 있다. 다른 실시예 변형 및 교정 방법도 고려 가능하다.
본 발명에 따르면, 다중 조리개 어레이의 모든 개구 주위의 외부 영역에서 다중 조리개 어레이에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성되는 적어도 하전 과잉 전자를 넓은 면적에 걸쳐 측정하도록 구성된 제1 빔 전류 측정 수단이 제공된다. 다중 빔 입자 장치에 관한 최신 기술과는 반대로, 측정은 다중 조리개 어레이에 별도의 검출기가 배치될 때 일반적으로 사용되는 작은 영역 내에서가 아니라 넓은 면적에 걸쳐 발생한다. 영역을 확대하면 검출 중 신호 대 잡음비가 크게 향상된다. 더욱이, 놀랍게도, 본 발명자들의 측정은 다중 조리개 어레이의 모든 개구 주위의 외부 영역의 넓은 영역에 대한 측정에 의해 얻은 신호의 임의의 변화가 여전히 개별 입자 빔의 빔 전류 변화를 반영한다는 것을 보여주었다. 따라서 넓은 영역에 대한 측정은 개별 하전 입자 빔의 빔 전류의 더 큰 변동을 포괄할 수 있는 평균화가 아니다. 이 발견은 매우 중요하며 각 개별 입자 빔에 대해 빔 전류를 가능한 한 정확하게 측정하는 데 중점을 두는 최신 기술과 비교하면 개념의 변화이다. 놀랍게도 각 개별 입자 빔에 대해 이러한 별도의 측정이 필요하지 않다.
또한, 본 발명에 따른 제1 빔 전류 측정 수단은 다중 조리개 어레이에 통합되어야 하는 별도의 검출 장치를 필요로 하지 않으며, 반드시 제공되어야 하는 특정 회로가 없다. 그러므로 본 발명에 따른 해결책은 매우 간단하고 다중 조리개 어레이의 제조를 상당히 용이하게 한다. 일반적으로 전류계, 특히 피코전류계와 같은 임의의 검출 장치가 다중 조리개 어레이에서 멀리 떨어져 제공될 수 있다. 다중 빔 입자 현미경 내부에 제공된 진공 내부에 전류계를 설치할 필요는 없으나, 진공 외부에 전류계를 설치할 수도 있다.
또한, 측정 원리는 기존 다중 빔 장치에 적용되는 측정 원리와도 다르다: 종래 기술에 따르면, 다중 조리개 어레이에 별개로 제공된 검출기로 측정되는 입자는 다중 조리개 어레이에 충돌하는 또는 검출기가 제공되는 위치에 보다 정확하게 충돌하는 입자이다. 이와 대조적으로, 본 발명에 따르면, 측정되는 과잉 전자는 적어도 충돌하는 하전 입자가 직접적으로는 아니지만 수송되고 "변환"되는 것일 수 있으며; 여전히 그것은 충돌하는 하전 입자의 척도이다. 이는 다중 빔 입자 현미경이 전자가 아닌 이온으로 작동할 때 분명해진다. 이온은 크기가 너무 커서 흡수체 층에 흡수되지 않고 흡수체 층 표면에 달라붙는다. 이온은 전자를 내어놓고 이러한 전자는 이동 및 방출될 수 있거나 이미 존재하는 동일한 수의 전자가 방출될 수 있다.
본 발명에 따르면 적어도 다중 조리개 어레이의 모든 개구 주위의 외부 영역에서 다중 조리개 어레이에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된 방출된 과잉 전자는 더 큰 면적에 걸쳐 측정된다. 전체적으로 개구부 주변의 외부 영역은 매우 넓은 영역을 제공한다. 외부 영역의 일부도 넓은 영역을 제공할 수 있으므로 검출 목적을 위한 향상된 신호 대 잡음 비율을 달성할 수 있다. 또한, 외부 영역의 충돌 입자에 기초한 측정은 제1 하전 입자 빔의 전체 빔 원뿔의 위치 이동을 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 빔 전류 측정 수단은 다중 조리개 어레이의 개구를 포함하는 내부 영역에서 다중 조리개 어레이에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된 방출된 과잉 전자도 측정하도록 구성된다. 내부 영역과 외부 영역에서 발생하는 과잉 전자의 측정은 전체 과잉 전자 측정으로서 하나의 전류계로 수행할 수 있다. 그런 다음 측정을 위한 상호 작용 영역이 최대화되고 신호 대 잡음 비율이 가장 좋다. 그러나, 전체 제1 하전 입자 빔의 위치 편차는 별도로 검출할 수 없다. 그러나 이 실시예는 기존 시스템에서 구현하기에 가장 간단하다.
본 발명에 따른 제1 빔 전류 측정 수단은 원칙적으로 현재 기술 분야로부터 이미 알려진 제어 루프로서 구현될 수 있다. 제어기는 예를 들어 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 빔 생성 시스템을 제어하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기는 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 집광 렌즈 시스템을 제어하도록 구성될 수 있다. 다른 종류의 제어 구현도 가능하다. 빔 전류 측정 수단은 예를 들어 변위 가능한 스테이지 및 예를 들어 그 위에 배치된 패러데이 컵을 사용하여 측정되는 개별 입자 빔에 의해 교정될 수 있다. 다른 실시예 변형 및 교정 방법도 고려 가능하다.
실시예에 따르면, 다중 조리개 어레이의 흡수체 층은 서로 격리된 정확히 2개의 개별 영역으로 구성되고, 각 영역은 접지에 연결되며, 여기서 제1 영역은 다중 조리개 어레이의 개구를 포함하는 내부 영역이고, 여기서 제2 영역은 다중 조리개 어레이의 모든 개구 주위의 외부 영역이고, 여기서 제1 빔 전류 측정 수단은 외부 영역으로부터 방출된 과잉 전자만을 측정하도록 구성된다. 바람직하게는, 내부 영역과 외부 영역은 다중 조리개 어레이 상의 상보적인 영역이다. 즉, 다중 조리개 어레이의 전체 표면은 내부 영역과 외부 영역으로 구성된다. 외부 영역에서 방출된 과잉 전자를 측정하는 것은 개별 하전 입자 빔의 빔 전류 변동을 측정하고 제어하는 데 충분하다. 내부 영역은 흡수체 층 층의 측정이나 구조화에 의해 전혀 방해받지 않으므로 개별 입자 빔의 빔 품질이 최상의 상태로 유지될 수 있다.
실시예에 따르면, 다중 조리개 어레이 상의 흡수체 층은 서로 격리된 적어도 2개의 개별 영역으로 구조화되고, 각 영역은 접지에 연결되며, 제1 빔 전류 측정 수단은 각 영역에서 개별적으로 방출되는 과잉 전자를 넓은 면적에 걸쳐 측정하도록 구성된다. 따라서 흡수체 층의 구조는 여전히 충분히 큰 분리 영역을 초래하는 분할(segmentations)로 제한된다. 이는 측정의 양호한 신호 대 잡음비를 보장하기 위해 필요하다. 바람직한 실시예에 따르면, 전체적인 구조는 흡수체 층을 최대 5개 또는 6개의 개별 영역으로 나눈다.
실시예에 따르면, 흡수체 층은 다중 조리개 어레이의 개구를 포함하는 내부 영역과 다중 조리개 어레이의 모든 개구 주위의 외부 영역으로 구조화된다. 외부 영역은 방향 표시 사분면 검출기를 형성하도록 배열된 4개의 별도 영역으로 추가로 구성되며, 제1 빔 전류 측정 수단은 각 사분면에서 개별적으로 방출된 과잉 전자를 넓은 면적에 걸쳐 측정하도록 구성된다. 바람직하게는 내부 영역은 전혀 구조화되어 있지 않지만 완전히 방해받지 않은 채로 남아 있다. 내부 영역에서 방출되는 과잉 전자를 선택적으로 측정할 수 있다. 사분면 검출기라는 용어는 다중 조리개 어레이에 충돌하는 빔 원뿔의 이동 방향을 나타내는 데 적합한 개별 영역의 전체 배열을 나타낸다. 바람직하게는, 각 사분면의 크기는 대략 동일하도록 선택된다; 그러나, 다중 조리개 플레이트의 개구부의 구체적인 배열에 따라 특정 편차가 발생하여 개구부 주변의 특정 기하학적 형태의 엔벨로프를 생성하는 것이 유리할 수 있다. 이 엔벨로프는 내부 영역과 외부 영역 사이의 경계선을 정의할 수 있으며 구조화 및 격리에 사용될 수 있다.
대안적인 실시예에 따르면, 흡수체 층은 내부 영역과 외부 영역으로 구성되며, 여기서 외부 영역은 방향 표시 테르티알 검출기를 형성하도록 배열된 3개의 개별 영역으로 추가로 구조화되고, 제1 빔 전류 측정 수단은 테르티알 검출기의 테르티알(tertial) 각각으로부터 방출되는 과잉 전자를 측정하도록 구성된다. 테르티알 검출기의 3개의 개별 영역의 배열은 개별 검출 영역의 3각형 배열에서 영감을 받았다. 교정 프로세스 후에 세 개의 별도 영역 중 하나를 통해 검출된 편차는 이미 위치 편차를 나타낼 수 있으며 원칙적으로 위치 편차의 종류를 분석할 수 있다. 방향 표시 테르티알 검출기의 사용은 영역의 구조/분리의 추가 제한된 수와 관련하여 유리하며 따라서 다중 조리개 어레이의 표면에 축적된 전하가 빔 전류 품질에 미치는 영향을 더욱 최소화한다. 바람직하게는 내부 영역은 전혀 구조화되어 있지 않지만 완전히 방해받지 않은 채로 남아 있다. 내부 영역에서 방출되는 과잉 전자를 선택적으로 측정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 다중 빔 입자 현미경은 집광 렌즈 시스템 영역에 이중 편향기를 더 포함하고, 다중 빔 입자 현미경의 제어기는 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 이중 편향기를 제어하도록 추가로 구성된다. 이중 편향기는 바람직하게는 자기(magnetic) 이중 편향기에 비해 빠르게 작동될 수 있는 정전형(electrostatic) 이중 편향기이다. 그러나 자기 이중 편향기도 구현될 수 있다. 이중 편향기는 전체 제1 하전 입자 빔을 평행하게 이동할 수 있으므로, 다중 조리개 어레이에 충돌하는 빔 원뿔의 위치 편차를 수정할 수 있다.
원칙적으로, 제1 빔 전류 측정 수단은 하나 이상의 구성 부분을 포함할 수 있다. 매우 훌륭하고 간단한 실시예에 따르면, 제1 빔 전류 측정 수단은 단 하나의 구성 부분만을 포함한다. 여러 구성 부분의 경우, 이러한 구성 부분은 동일한 것이 바람직하지만 서로 다를 수도 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 제1 빔 전류 측정 수단은 적어도 하나의 전류계, 특히 피코암페어계를 포함한다. 피코암페어계는 매우 민감하며 빔 전류의 척도가 되는 제공된 과잉 전자의 매우 작은 변화를 검출할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 다중 조리개 어레이에 도달하는 빔 전류의 적어도 60%가 빔 전류 측정을 위해 사용된다. 이는 넓은 면적의 측정이 수행되기 때문에 우수한 신호 대 잡음 비율을 보장한다.
바람직한 실시예에 따르면, 다중 조리개 어레이에 도달하는 빔 전류의 적어도 90%, 바람직하게는 적어도 95%가 빔 전류 측정을 위해 사용된다. 전술한 값은 일반적으로 다중 조리개 어레이의 전체 표면에 흡수체 층이 제공되고 방출되어 접지 전극으로 이동되는 모든 과잉 전자가 측정될 때 달성된다. 이는 피코암페어계 와 같은 하나의 측정 장치를 사용하거나 여러 피코암페어계와 같은 여러 측정 장치를 사용하여 수행할 수 있다.
실시예에 따르면, 빔 전류 측정을 위해 하전 입자를 흡수하고 그로부터 전자를 방출하는 흡수체 층의 활성 빔 측정 표면은 다중 조리개 어레이의 전체 표면의 적어도 60%이다. 바람직하게는, 활성 빔 측정 표면은 다중 조리개 어레이의 전체 표면의 적어도 90%, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 95%이다. 한편으로는 활성 빔 측정 표면을 참조하는 것과 다른 한편으로는 다중 조리개 어레이에 도달하는 빔 전류를 참조하는 것 사이에는 차이가 있다: 활성 빔 측정 표면은 예를 들어 흡수체 층을 제공하고 전류계를 통해 접지에 연결하는 등 설계에 의해 고정된다. 이와 대조적으로 다중 조리개 어레이에 도달하는 빔 전류의 비율은 다중 빔 입자 현미경의 작동 설정에 따라 달라진다, 예를 들어 제1 하전 입자 빔의 설정된 빔 직경에 따라 달라진다. 어쨌든, 위에서 언급한 바람직한 실시예는 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정이 넓은 면적에 걸쳐 수행되고 따라서 양호한 신호 대 잡음비를 보장함을 보장한다.
바람직한 실시예에 따르면, 복수의 제1 개별 입자 빔의 평균 단일 빔 전류는 제1 빔 전류 측정 수단에 의해 전체적으로 측정된 빔 전류의 1/100 이하이며, 바람직하게는 복수의 제1 개별 입자 빔의 평균 단일 빔 전류는 제1 빔 전류 측정 수단에 의해 전체적으로 측정된 빔 전류의 1/500 이하, 훨씬 더 바람직하게는 1/1000 이하이다. 따라서 생성되는 신호는 필요한 매우 우수한 신호 대 잡음비에 기여하는 단일 빔 전류보다 훨씬 크다. 예를 들어, 일반적인 단일 빔 전류는 대략 수백 피코암페어(예: 500 또는 600 또는 700피코암페어)이다. 과잉 전자에 의해 측정된 전체 빔 전류는 예시적으로 500, 600 또는 700 나노암페어의 범위에 있다. 그러나 측정된 과잉 전자에 의해 생성된 전체 전류뿐만 아니라 단일 빔 전류도 더 크거나 작을 수 있다, 예를 들어 단일 빔 전류의 경우 수십 피코암페어이고 과잉 전자의 경우 수십 나노암페어에 불과하다. 그러나 최대 수 나노암페어까지 더 큰 단일 빔 전류도 가능하며, 과잉 전자를 통해 측정되는 수 마이크로암페어의 빔 전류도 가능하다.
실시예에 따르면, 흡수체 층은 흡수체 코팅이고/이거나 흡수체 층은 금, 은, 티타늄, 백금 중 어느 하나를 포함하거나 이로 구성된다. 이는 매우 우수한 전도체이며 산화에 민감하지 않다. 원칙적으로 귀금속이 선호된다.
실시예에 따르면, 다중 조리개 어레이는 집광 렌즈 시스템의 하류에 있는 제1 다중 조리개 어레이로서 배열되고, 제1 하전 입자 빔을 복수의 제1 개별 입자 빔으로 분할하는 어레이이다. 대안적으로, 다중 조리개 어레이는 집광 렌즈 시스템 하류의 제1 다중 조리개 어레이로서 배열되지 않는다. 이러한 변형은 일반적으로 일련의 조리개 플레이트, 특히 일련의 다중 조리개 어레이가 제공될 때 발생할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어기는 추출기 전극에 공급되는 전압을 설정하여 빔 생성 장치를 제어하도록 구성된다. 이러한 종류의 제어는 원칙적으로 이미 해당 분야에 알려져 있다.
실시예에 따르면, 제어기는 입자 소스의 온도를 설정함으로써, 특히 가열 전류 또는 가열 전압을 설정함으로써 빔 생성 장치를 제어하도록 구성된다. 이러한 종류의 제어는 예를 들어 추출기 전극에 공급되는 전압을 설정하는 것보다 약간 느리다; 그러나 이러한 종류의 제어도 충분하고 스위치를 켜고 끄는 동안 이미 구현하기 쉽다는 것이 밝혀졌다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 다음을 포함하는 다중 빔 입자 현미경에 관한 것이다:
입자 소스, 추출기 전극 및 애노드를 포함하고 제1 하전 입자 빔을 생성하도록 구성된 빔 생성 시스템;
전치 조리개 플레이트와 다중 조리개 어레이를 갖는 다중 빔 발생기 - 다중 빔 발생기는 제1 하전 입자 빔으로부터 복수의 제1 개별 하전 입자 빔의 제1 필드를 생성하도록 구성되며, 다중 조리개 어레이는 전치 조리개 플레이트 근처 하류에 배열되고, 다중 조리개 어레이는 그 상부 측에 하전 입자를 흡수하는 흡수체 층을 포함하고, 흡수체 층은 과잉 전자를 방출하기 위해 적어도 하나의 접지 전극에 연결되고, 전치 조리개 플레이트는 상측에 하전 입자를 흡수하는 전치 조리개 플레이트 흡수체 층을 포함하고, 상기 전치 조리개 플레이트 흡수체 층은 적어도 하나의 접지 전극과 연결되어 과잉 전자를 방출함 - ;
상기 전치 조리개 플레이트에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된 적어도 방출된 과잉 전자를 측정하도록 구성되는 제1 빔 전류 측정 수단;
빔 생성 시스템과 다중 빔 발생기 사이에 배치된 집광 렌즈 시스템;
제1 개별 입자 빔이 제2 필드를 형성하는 입사 위치에서 샘플에 충돌하도록 생성된 제1 개별 입자 빔을 샘플로 지향시키도록 구성된 제1 입자 광학 빔 경로를 갖는 제1 입자 광학 유닛;
검출 시스템;
제2 필드의 입사 위치로부터 발산되는 제2 개별 입자 빔을 검출 시스템 상으로 이미징하도록 구성된 제2 입자 광학 빔 경로를 갖는 제2 입자 광학 유닛;
상기 제1 및 제2 개별 입자 빔이 모두 통과하는 입자 광학 오브젝티브 렌즈;
다중 빔 입자 소스와 오브젝티브 렌즈 사이의 제1 입자 광학 빔 경로에 배치되고, 오브젝티브 렌즈와 검출 시스템 사이의 제2 입자 광학 빔 경로에 배치된 빔 스위치; 및
상기 빔 생성 시스템, 입자 광학 오브젝티브 렌즈, 제1 입자 광학 유닛, 제2 입자 광학 유닛 및 검출 시스템을 제어하는 제어기를 포함하되,
상기 제어기는 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 빔 생성 시스템을 구동하도록 구성되며; 및/또는
상기 제어기는 상기 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 상기 집광 렌즈 시스템을 제어하도록 구성된다.
위에서 이미 언급한 바와 같이, 다중 빔 발생기는 소위 마이크로 광학 장치의 일부일 수 있는 일련의 조리개 플레이트와 다중 개구판을 포함할 수 있다. 제1 측면에 따른 본 발명에 따른 한 가지 특징은 다중 조리개 어레이의 외부 영역에 있는 입자와 충돌하여 생성된 과잉 전자가 빔 전류 측정에 사용된다는 점이다. 물론 전치 조리개 플레이트를 배치하는 것도 가능한데, 이는 다중 조리개 어레이의 외부 영역 바로 위/상류에 단 하나의 중앙 개구부가 있는 플레이트를 의미하며, 이 전치 조리개 플레이트에서 방출된 과잉 전자를 기반으로 측정을 수행할 수 있다. 본 발명의 제1 측면에 관해 설명된 실시예 변형은 본 발명의 제2 측면에 따른 실시예 변형에 적용될 수 있다. 특히, 전치 조리개 플레이트에 제공된 흡수체 층은 본 발명의 제1 측면에 대해 더 자세히 설명된 것처럼 넓은 영역에 대한 측정을 허용하는 영역으로 구조화될 수 있다. 물론, 다중 조리개 어레이에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된 과잉 전자의 측정을 추가로 수행하는 것도 가능하다; 일반적으로 이는 본 발명의 제1 측면에 대해 위에서 설명한 다중 조리개 어레이의 내부 영역에서의 측정과 일치한다. 제1 측면 및 제2 측면에 따른 본 발명의 실시예는 기술적 모순이 발생하지 않는 한 서로 완전히 또는 부분적으로 결합될 수 있다.
이러한 맥락에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하면 더욱 잘 이해될 것이다:
도 1은 다중 빔 입자 현미경(MSEM)의 개략도를 도시한다.
도 2는 빔 전류 측정을 개략적으로 예시한다.
도 3은 상부 측에 흡수체 층을 갖는 다중 조리개 어레이를 개략적으로 예시한다.
도 4는 단일 빔 전류와 다중 조리개 어레이의 흡수체 층에서 방출된 과잉 전자에 의해 생성된 전류를 비교한다.
도 5는 다른 빔 전류 측정을 개략적으로 예시한다.
도 6은 사분면 검출기를 개략적으로 예시한다.
도 7은 또 다른 사분면 검출기를 개략적으로 예시한다.
도 8은 다중 조리개 어레이에 입사할 때 조명 빔의 빔 원뿔의 조정을 개략적으로 도시한다.
도 9는 집광 렌즈 시스템 영역의 정전 이중 편향기의 개략도를 도시한다.
도 10은 폐쇄 루프 빔 전류 제어 수단 및 제어기에 의해 제어되는 보상기를 갖는 다중 빔 입자 현미경을 개략적으로 도시한다.
도 11은 빔 전류 제어에 대한 세부사항을 개략적으로 도시한다.
도 12는 X-선 측정에 기초한 또 다른 빔 전류 제어의 세부사항을 개략적으로 도시한다.
도 13은 NIR 방사선으로 변환된 X-선을 사용하는 빔 전류 측정 수단을 개략적으로 예시한다.
도 1은 다중 빔 입자 현미경(MSEM)의 개략도를 도시한다.
도 2는 빔 전류 측정을 개략적으로 예시한다.
도 3은 상부 측에 흡수체 층을 갖는 다중 조리개 어레이를 개략적으로 예시한다.
도 4는 단일 빔 전류와 다중 조리개 어레이의 흡수체 층에서 방출된 과잉 전자에 의해 생성된 전류를 비교한다.
도 5는 다른 빔 전류 측정을 개략적으로 예시한다.
도 6은 사분면 검출기를 개략적으로 예시한다.
도 7은 또 다른 사분면 검출기를 개략적으로 예시한다.
도 8은 다중 조리개 어레이에 입사할 때 조명 빔의 빔 원뿔의 조정을 개략적으로 도시한다.
도 9는 집광 렌즈 시스템 영역의 정전 이중 편향기의 개략도를 도시한다.
도 10은 폐쇄 루프 빔 전류 제어 수단 및 제어기에 의해 제어되는 보상기를 갖는 다중 빔 입자 현미경을 개략적으로 도시한다.
도 11은 빔 전류 제어에 대한 세부사항을 개략적으로 도시한다.
도 12는 X-선 측정에 기초한 또 다른 빔 전류 제어의 세부사항을 개략적으로 도시한다.
도 13은 NIR 방사선으로 변환된 X-선을 사용하는 빔 전류 측정 수단을 개략적으로 예시한다.
도 1은 복수의 입자 빔을 사용하는 다중 빔 입자 현미경(1) 형태의 입자 빔 시스템(1)의 개략도이다. 입자 빔 시스템(1)은 상호 작용 생성물, 예를 들어 물체로부터 발산되어 후속적으로 검출되는 2차 전자를 생성하기 위해 검사할 물체에 충돌하는 복수의 입자 빔을 생성한다. 입자 빔 시스템(1)은 주사 전자 현미경(SEM)형으로, 물체(7)의 표면의 복수의 위치(5)에 입사하여 복수의 전자빔 스폿 또는 공간적으로 서로 분리되는 스폿을 생성하는 복수의 1차 입자 빔(3)을 사용한다. 검사할 물체(7)는 임의의 원하는 유형, 예를 들어 반도체 웨이퍼 또는 생물학적 샘플일 수 있으며, 소형화된 요소 등의 배열을 포함할 수 있다. 물체(7)의 표면은 오브젝티브 렌즈 시스템(100)의 오브젝티브 렌즈(102)의 제1 면(101)(물체면)에 배열된다.
도 1의 확대된 발췌 부분 I1은 제1 평면(101)에 형성된 입사 위치(5)의 정사각형 필드(103)를 갖는 물체면(101)의 평면도를 도시한다. 도 1에서, 입사 위치의 수는 25개이며, 이는 5x5 필드(103)를 형성한다. 입사 위치의 수 25는 단순화된 설명을 위해 선택된 수이다. 실제로, 빔의 수, 즉 입사 위치의 수는 예를 들어 20 x 30, 100 x 100 등과 같이 훨씬 더 크게 선택될 수 있다.
도시된 실시예에서, 입사 위치(5)의 필드(103)는 인접한 입사 위치 사이에 일정한 피치(P1)를 갖는 실질적으로 정사각형 필드이다. 피치(P1)의 예시적인 값은 1 마이크로미터, 10 마이크로미터 및 40 마이크로미터이다. 그러나 필드(103)가 예를 들어 육각형 대칭과 같은 다른 대칭을 갖는 것도 가능하다.
제1 평면(101)에 형성된 빔 스폿의 직경은 작을 수 있다. 상기 직경의 예시적인 값은 1 나노미터, 5 나노미터, 10 나노미터, 100 나노미터 및 200 나노미터 이다. 빔 스폿(5)을 정형하기 위한 입자 빔(3)의 포커싱은 오브젝티브 렌즈 시스템(100)에 의해 수행된다.
물체에 충돌하는 1차 입자는 상호 작용 생성물, 예를 들어 2차 전자, 후방 산란 전자 또는 다른 이유로 운동의 반전을 경험한 1차 입자를 생성하며, 이는 물체(7)의 표면 또는 제1 평면(101)으로부터 발산된다. 물체(7)의 표면에서 발산하는 상호 작용 생성물은 오브젝티브 렌즈(102)에 의해 정형되어 2차 입자 빔(9)을 형성한다. 입자 빔 시스템(1)은 복수의 2차 입자 빔(9)을 검출기 시스템(200)으로 안내하기 위한 입자 빔 경로(11)를 제공한다. 검출기 시스템(200)은 입자 다중 검출기(209)에 2차 입자 빔(9)을 지향시키기 위한 투사 렌즈(205)를 갖는 입자 광학 유닛을 포함한다.
도 1의 발췌 부분 I2는 2차 입자 빔(9)이 위치(213)에 입사하는 입자 다중 검출기(209)의 개별 검출 영역이 위치하는 평면(211)의 평면도를 도시한다. 입사 위치(213)는 서로 일정한 피치(P2)를 갖는 필드(217)에 놓인다. 피치(P2)의 예시적인 값은 10 마이크로미터, 100 마이크로미터, 및 200 마이크로미터이다.
1차 입자 빔(3)은 적어도 하나의 입자 소스(301)(예를 들어, 전자 소스), 적어도 하나의 시준 렌즈(303), 다중 조리개 배열(305) 및 필드 렌즈(307)를 포함하는 빔 생성 장치(300)에서 생성된다. 입자 소스(301)는 다중 조리개 배열(305)을 조명하는 빔(311)을 정형하기 위해 시준 렌즈(303)에 의해 시준되거나 적어도 실질적으로 시준되는 발산 입자 빔(309)을 생성한다.
도 1의 발췌 부분 I3은 다중 조리개 배열(305)의 평면도를 도시한다. 다중 조리개 배열(305)은 내부에 형성된 복수의 개구 또는 조리개(315)를 갖는 다중 조리개 플레이트(313)를 포함한다. 개구(315)의 중간점(317)은 물체면(101)의 빔 스폿(5)에 의해 형성된 필드(103) 상에 이미징되는 필드(319)에 배열된다. 조리개(315)의 중간점(317) 사이의 피치(P3)는 5 마이크로미터, 100 마이크로미터, 200 마이크로미터의 예시적인 값을 가질 수 있다. 조리개(315)의 직경(D)은 조리개의 중간점 사이의 피치(P3)보다 작다. 직경 D의 예시적인 값은 0.2×P3, 0.4×P3, 및 0.8×P3이다.
조명 입자 빔(311)의 입자는 조리개(315)를 통과하여 입자 빔(3)을 형성한다. 플레이트(313)에 충돌하는 조명 빔(311)의 입자는 플레이트에 흡수되어 입자 빔(3)의 형성에 기여하지 않는다.
인가된 정전기장으로 인해, 다중 조리개 배열(305)은 빔 초점(323)이 평면(325)에 형성되는 방식으로 입자 빔(3) 각각에 초점을 맞춘다. 대안적으로, 빔 초점(323)은 가상일 수 있다. 빔 초점(323)의 직경은 예를 들어 10 나노미터, 100 나노미터 및 1 마이크로미터 일 수 있다.
필드 렌즈(307) 및 오브젝티브 렌즈(102)는 빔 초점(323)이 형성된 평면(325)을 제1 평면(101)에 이미징하기 위한 제1 이미징 입자 광학 유닛을 제공하여 입사 위치(5) 또는 빔 스폿의 필드(103)가 거기에 발생하도록 한다. 물체(7)의 표면이 제1 평면에 배열되면, 빔 스폿은 물체 표면에 상응하게 형성된다.
오브젝티브 렌즈(102) 및 투영 렌즈 배열(205)은 제1 평면(101)을 검출 평면(211) 상으로 이미징하기 위한 제2 이미징 입자 광학 유닛을 제공한다. 따라서 오브젝티브 렌즈(102)는 제1 및 제2 입자 광학 유닛 모두의 일부인 렌즈이고, 필드 렌즈(307)는 제1 입자 광학 유닛에만 속하고, 투영 렌즈(205)는 제2 입자 광학 유닛에만 속한다.
빔 스위치(400)는 다중 조리개 배열(305)과 오브젝티브 렌즈 시스템(100) 사이의 제1 입자 광학 장치의 빔 경로에 배열된다. 빔 스위치(400)는 또한 오브젝티브 렌즈 시스템(100)과 검출기 시스템(200) 사이의 빔 경로에 있는 제2 광학 유닛의 일부이다.
예를 들어 입자 소스, 다중 조리개 플레이트 및 렌즈와 같은 다중 빔 입자 빔 시스템 및 여기에 사용되는 구성요소에 관한 추가 정보는 국제 특허 출원 WO 2005/024881 A2, WO 2007/028595 A2, WO 2007/028596 A1, WO 2011/124352 A1 및 WO 2007/060017 A2 및 독일 특허 출원 DE 10 2013 016 113 A1 및 DE 10 2013 014 976 A1(이의 전체 범위는 본 출원에 참조로 통합됨)에서 얻을 수 있다.
도 2는 빔 전류 측정을 개략적으로 예시한다. 다중 조리개 어레이(304)가 단면도로 도시되어 있다. 다중 조리개 어레이(304)는 그 상부 측에 하전 입자를 흡수할 수 있는 흡수체 층(341)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 다중 조리개 어레이(304)의 전체 상부면은 흡수체 층(341)에 의해 덮혀진다. 본 실시예에서, 다중 조리개 플레이트는 집광 렌즈 시스템의 하류에 있는 제1 다중 조리개 어레이로서 배열된다(도 2에는 도시되지 않음). 조명 입자 빔(311)은 다중 조리개 어레이(304)에 입사된다. 조명 입자 빔(311)의 입사 입자의 대부분은 흡수체 층(304a)에 충돌하고 모든 입자 중 작은 부분만이 개구(304a)를 통과하여 복수의 제1 개별 하전 입자 빔(3)을 생성한다. 조명 입자 빔(311)의 일부는 다중 조리개 어레이(304)의 외부 영역(366)에 충돌하며, 예시적으로 입자 빔(311b)이 도 2에 표시되어 있다. 조명 입자 빔(311)의 다른 부분은 내부 영역(367)의 다중 조리개 어레이(304)에 충돌한다. 이러한 입자 중 일부가 예시적으로 도 2에 참조 부호(311a)로 표시되어 있다. 본 예에서, 다중 조리개 어레이(304)는 구조화되어 있지 않다. 따라서, 흡수체 층(341)에 충돌하는 모든 입자는 흡수체 층(341)으로부터 방출되는 과잉 전자를 생성하고, 본 경우 피코암페어미터로 구현되는 제1 빔 전류 측정 수단(370)에 의해 측정된다. 측정된 값은 제어기(10)에 전달되고, 예를 들어 빔 생성 시스템을 제어하기 위해, 예를 들어 추출기 전극에 인가되는 전압을 제어하거나 입자 소스의 온도를 설정하는 데 사용된다. 다른 제어 루프도 가능하다.
도시된 예에서는 한편으로는 흡수체 층(341)에 대한 연결부와 다른 한편으로는 접지 전극 사이에 위치하는 단 하나의 피코암페어미터에 적용된다. 따라서, 흡수체 층(341)의 전체 면적은 측정값에 기여하며, 이는 내부 영역(367)뿐만 아니라 외부 영역(366)에서 다중 조리개 어레이(304)에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된 방출된 과잉 전자의 측정값을 포함한다. 설명된 측정 원리는 매우 우수한 신호 대 잡음비를 보장하는 넓은 영역에 대한 측정이다. 도시된 예에서, 복수의 제1 개별 입자 빔(3)의 평균 단일 빔 전류는 제1 빔 전류 측정 수단(370)에 의해 전체적으로 측정된 빔 전류의 1/1000 이하이다. 도 2의 치수는 실제와 다르다는 점에 유의한다.
도 3은 상부 측에 흡수체 층(341)을 갖는 다중 조리개 어레이(304)를 개략적으로 예시한다. 도 3a에는 도 2에 이미 도시된 다중 조리개 어레이(304)가 평면도로 도시되어 있다. 흡수체 층(341)의 구조는 없지만, 흡수체 층(341)의 전체 표면이 과잉 전자의 측정에 사용될 수 있다는 점에 유의한다.
이와 대조적으로, 도 3b는 서로 격리된 2개의 개별 영역으로 구조화된 다중 조리개 플레이트(304)를 도시한다. 제1 영역은 다중 조리개 어레이(304)의 모든 개구(304a) 주위의 영역으로 정의되는 외부 영역(366)과 동일하다. 제2 영역은 다중 조리개 어레이(304)의 모든 개구(304a)를 포함하는 내부 영역(367)이다. 도시된 예에서, 복수의 구멍(304a)은 육각형 방식으로 배열된다. 따라서, 구조화부(368) 또는 격리부(368)도 육각형으로 제공된다. 물론, 구멍(304a)의 전체 배열이 육각형으로 선택되더라도 격리의 다른 형상이 여전히 선택될 수 있다. 예를 들어 원을 선택하거나 직사각형을 선택할 수 있다. 또한 도 3b에서는 다중 조리개 어레이(304)의 전체 표면에 흡수체 층(341)이 제공되며, 참조 부호(341a)는 외부 영역(366)의 흡수체 층을 나타내고, 참조 부호(341b)는 내부 영역(367)의 흡수체 층을 나타낸다는 점에 유의한다. 내부 영역(367)과 외부 영역(366)의 흡수체 층은 동일한 재료로 만들어지도록 선택될 수 있으며; 그러나 재료를 다르게 선택할 수도 있다. 실시예에 따르면, 흡수체 층은 금, 은, 티타늄, 백금 중 어느 하나로 구성되거나 포함될 수 있다. 원칙적으로 전도성이 좋은 귀금속이 선호된다.
도 3b에 도시된 실시예에 따르면, 두 흡수체 층(341a 및 341b)은 각각 접지 전극에 연결될 수 있다. 어떠한 경우에도 흡수체 층(341a)으로부터 방출된 과잉 전자는 전류계(370)에 의해 측정된다. 이에 반해, 흡수체 층(341b)으로부터 방출된 과잉 전자를 다른 전류계로 측정하는 것은 선택사항이다. 다중 조리개 어레이(304)의 내부 영역(367)에는 더 이상의 구조화가 없다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 복수의 제1 개별 빔(3)의 형성은 다중 조리개 어레이(304) 상의 임의의 구조 또는 전극의 존재에 의해 전혀 방해받지 않는다.
도 4는 단일 빔 전류와 다중 조리개 어레이(304)의 흡수체 층(341)에서 방출된 과잉 전자에 의해 발생된 전류를 비교한 것이다. 참조 부호 C1으로 표시된 곡선은 제1 빔 전류 측정 수단(370)으로 측정된 전류를 도시한다. 부호 C2는 예를 들어 전체 다중 빔 입자 현미경을 교정하는 동안 스테이지에 일시적으로 놓인 패러데이 컵을 사용하여 제2 빔 전류 측정 수단으로 측정된 단일 빔 전류(그래프에서 이동됨)를 나타낸다. 이 비교의 중요한 발견은 단일 빔 전류(곡선 C2)에서 발생하는 변화와 변동이 곡선 C1에도 반영되므로, 측정에서 단일 빔 전류 측정을 전혀 목표로 하지 않았으나, 원칙적으로 앙상블(ensemble) 측정이라는 점이다. 이 발견은 본 발명에 따른 측정 원리의 변경을 가능하게 하는 결정적인 기반이다. 다중 조리개 어레이(304)의 각 조리개 근처에 별도로 제공된 추가 검출기를 사용하여 가능한 한 많은 단일 빔 전류를 개별적으로 측정하는 것이 더 이상 목표가 아니다. 대신, 목표는 앙상블 측정에 의해, 더 정확하게는 다중 조리개 어레이(304)의 넓은 영역에 대한 측정에 의해 달성될 수 있는 매우 우수한 신호 대 잡음비를 갖는 측정이다. 부수적으로는, 단일 빔 전류와 측정된 전체 "코팅" 전류 사이에 필요한 비례성은 시스템 내의 다른 조리개에서 수행되는 넓은 영역 측정(추출기 조리개에서 수행되는 앙상블 측정)으로는 자동으로 찾을 수 없고; 추출기 조리개에서 또는 소스의 애노드의 조리개에서 수행되는 앙상블 측정은 두 파라미터 사이의 필요한 비례성을 보여주지 않는다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 또 다른 빔 전류 측정을 개략적으로 예시한다: 이 예에서 다중 빔 발생기는 전치 조리개 플레이트(380) 및 다중 조리개 어레이(304)를 포함한다. 이전과 마찬가지로, 조리개 어레이(304)의 전체 표면은 접지에 연결된 흡수체 층(341)으로 덮여 있다. 그러나 다중 조리개 어레이(304)의 바로 상류에는 전치 조리개 플레이트(380)가 제공된다. 기본적으로, 이 전치 조리개 플레이트(380)는 다중 조리개 어레이(304)의 외부 영역(366)을 덮거나 차단하고 그 자체의 "외부 영역"(366a)을 생성한다. 전치 조리개 플레이트(380)에 충돌하는 입자는 흡수체 층(341a)에 의해 흡수되어 층(341a)으로부터 방출된 과잉 전자로 변환되어 접지 전극으로 수송된다. 이 접지로 가는 선 내에 단일 피코 전류계로 제1 빔 전류 측정 수단(370)이 제공된다. 측정값은 제어기(10)에 전달된다. 다시 한번, 이 측정 결과에 기초하여, 제어기(10)는 예를 들어 빔 생성 시스템을 구동하거나 집광 렌즈 시스템을 제어하도록 구성된다. 이는 도 5에 도시되지는 않았지만, 흡수체 층(341)에서 접지까지 이어지는 라인에 제1 빔 전류 측정 수단(370)의 추가 구성 부분을 선택적으로 배열하여, 기본적으로 내부 영역(367)의 입자를 다중 조리개 어레이(304)에 충돌시킴으로써 생성되는 과잉 전자를 측정하는 것도 가능하다.
도 6은 사분면 검출기를 개략적으로 도시한다: 도시된 실시예에 따르면, 다중 조리개 플레이트(304)는 서로 격리된 5개의 개별 영역(351, 352, 353, 354, 367)으로 구성된다. 각 영역(351, 352, 353, 354, 367)은 접지에 연결되어 있다. 제1 빔 전류 측정 수단(370)은 도시된 실시예에서 5개의 구성 부분(370a, 370b, 370c, 370d, 370e)을 포함한다. 각각의 경우에 과잉 전자가 측정되고 측정 결과가 제어기(10)에 전달된다. 내부 영역(367)은 다중 조리개 어레이(304)의 모든 개구를 포함한다는 점에 유의한다. 따라서 내부 영역(367)은 어떠한 구조 또는 별도로 제공된 검출기에 의해 전혀 방해받지 않는다. 이는 생성된 개별 입자 빔(3)의 매우 우수한 빔 전류 품질을 보장한다. 외부 영역(366)은 4개의 사분면(351, 352, 353 및 354)으로 세분된다. 사분면(351 및 353)은 크기가 동일한 영역을 갖는다. 영역(352 및 354)의 더 넓은 영역에 대해서도 동일하게 적용된다. 조명 입자 빔(311)의 빔 원뿔이 다중 조리개 어레이(304)의 중심에 충돌하는 경우, 영역(351 및 353)의 측정에 의해 생성된 신호는 동일한 신호 강도를 나타내야 한다. 영역(352 및 354)에서의 측정에 의해 생성된 신호에 대해서도 동일하게 적용된다. 조명 입자 빔(311)의 빔 원뿔이 한 방향으로 이동되는 다른 시나리오에서, 각 사분면(351, 352, 353 및 354)에 의해 생성된 신호는 이동의 방향을 식별할 수 있는 변형을 도시한다. 이러한 이동은 예를 들어 전체 조명 빔 원뿔(311)의 평행 이동을 허용하는 집광 렌즈 시스템 영역의 이중 편향기를 제어함으로써 수정될 수 있다.
물론, 도 6에 도시된 사분면 검출기는 원칙적으로 다른 방식으로 구현될 수 있다. 사분면의 모양은 변경될 수 있으며, 따라서 본 예에서는 육각형으로 묘사된 조리개 자체의 배열도 변경될 수 있다.
원칙적으로, 전체 조명 빔 원뿔(311)의 방향 변화는 단지 3개의 외부 영역만 포함하는 검출기에 의해 이미 식별될 수 있다: 예는 외부 영역(366)이 3개의 다른 영역으로 세분되는, 바람직하게는 외부 영역(366)이 바람직하게는 외부 영역의 약 120도에 걸친 3개의 상이한 영역으로 세분되는 테르티알 검출기를 나타내는 방향이다.
물론, 외부 영역(366)을 4개보다 많은 개별 영역으로 추가로 구조화하는 것도 가능하다. 그러나 다중 조리개 어레이(304)의 상부에 제공되는 임의의 구조화 또는 격리는 복수의 제1 개별 입자 빔(3)의 빔 품질을 저하시킬 잠재적인 위험을 수반하며, 이는 피해야 한다는 점을 명심해야 한다. 또한 측정 영역이 클수록 이러한 종류의 측정에서 달성할 수 있는 신호 대 잡음 비율이 더 좋다. 바람직하게는, 다중 조리개 어레이(304) 상의 개별 영역의 전체 수는 6개 영역보다 크지 않으며, 바람직하게는 정확히 4개 또는 5개의 분리되고 격리된 영역일 뿐이다.
도 6에서, 내부 영역(367)으로부터 발생하는 과잉 전자는 제1 빔 전류 측정 수단(370e)에 의해 측정된다. 그러나 이 측정은 선택사항일 뿐이며, 어떤 경우에도 제1 빔 전류 측정 수단(370e)을 제공할 필요는 없다. 대신, 중앙 영역(367)은 사이에 추가 측정을 하지 않고 접지 전극에만 연결될 수 있다.
도 7은 영역(355, 356, 357 및 358)을 갖는 또 다른 사분면 검출기를 개략적으로 도시한다. 다시 한번, 다중 조리개 플레이트(304)의 전체 표면에는 흡수체 층(341)이 제공된다. 그러나, 도 7에 도시된 예는 개별 하전 입자 빔(3)의 빔 품질이 원치 않게 저하될 위험이 있는 다중 조리개 어레이(304)의 내부 영역 내에 구조화/격리도 존재한다는 단점이 있다. 따라서 도시된 예는 넓은 면적에 걸쳐 측정해야 하는 요구 사항은 여전히 충족된다고 하더라도 덜 유리하다.
도 8은 다중 조리개 어레이(313)에 입사 시 조명 빔(311)의 빔 원뿔 조정의 개략도를 도시한다. 개별 입자 빔(3) 당 빔 전류는 빔 원뿔을 조정함으로써 조정될 수 있다. 처음에, 입자 또는 발산 입자 빔(309)은 소스(301)에 의해 방출된다. 발산 입자 빔(309)은 본 예에서 두 개의 집광 렌즈(303.1 및 303.2)를 포함하는 시준 렌즈 시스템 또는 집광 렌즈 시스템(303)을 통과한다. 도 8은 이제 집광 렌즈 시스템(303)의 두 가지 다른 설정을 도시한다: 제1 설정에서, 집광 렌즈(303.1)는 활성화되고 집광 렌즈(303.2)는 비활성화된다. 결과적으로, 발산 입자 빔(309)의 입자는 집광 렌즈(303.1)에서 시준되고 직경(d1)을 갖는 조명 입자 빔(311.1)으로서 다중 조리개 어레이(313)에 충돌한다. 제2 경우에, 집광 렌즈(303.1)는 비활성화되고 집광 렌즈(303.2)는 활성화된다. 따라서, 발산 입자 빔(309)은 더 확장되고 제2 집광 렌즈(303.2)에서만 시준되어 직경 d2의 조명 입자 빔(311.2)이 다중 조리개 플레이트(313)에 입사된다. 어레이(313)에 입사하는 입자의 수는 두 경우 모두 동일하지만 밀도가 다르다. 따라서, 개구(315)(도시되지 않음)를 갖는 다중 조리개 어레이(313)가 횡단될 때 조명 스폿의 직경에 따라 서로 다른 빔 전류 강도를 갖는 개별 입자 빔(3)이 형성된다.
도시된 예에서, 집광 렌즈(303.1 및 303.2)는 각각의 경우 자기 렌즈이다. 그러나 자기 렌즈 중 하나 또는 둘 다를 정전 집광 렌즈로 교체하는 것도 가능하다. 또한, 집광 렌즈 시스템(303) 전체의 집광 렌즈 수를 변경하는 것이 가능하다 즉, 단 하나의 렌즈만 제공하거나 3개 이상의 렌즈를 제공하는 것이 가능하다. 더욱이, 조명 빔(311)의 조정을 위해 하나 이상의 편향기가 제공될 수 있다. 이러한 조정 수단 및 집광 렌즈(들)의 유형은 조명 스폿이 얼마나 빨리 조정될 수 있는지에 영향을 미친다. 이에 대해서는 본 특허 출원의 범위 내에서 아래에서 더 자세히 논의할 것이다. 처음에 여기서 설명해야 할 것은 서로 다른 조명 지점을 사용할 때 개별 입자 빔의 서로 다른 빔 전류가 어떻게 발생하는지이다.
도 9는 폐쇄 루프 빔 전류 제어 수단에 대한 추가적인 설계 옵션을 예시한다. 도 9는 광축(105)을 따라 진행하고 빔 생성 시스템(301)에 의해 생성된 발산 입자 빔(309)의 광선을 도시한다. 이는 제1 집광 렌즈(303.1) 및 제2 집광 렌즈(303.2)를 갖는 집광 렌즈 시스템(303)을 통과한다. 묘사된 예에서는 각각이 자기 렌즈이다. 구성 부분(345 및 346)을 갖는 정전 이중 편향기는 집광 렌즈 시스템(303)의 영역에 배열된다. 입자 광학 빔 경로와 관련하여, 도시된 예에서는 구성 부분(345)은 제1 집광 렌즈(303.1)의 하류에 있고 구성 부분(346)은 제2 집광 렌즈(303.2)의 하류에 있다. 그러나, 집광 렌즈 시스템(303) 영역에서 이중 편향기의 다른 배열이 가능하다; 예를 들어, 두 구성 부분(345, 346) 모두 입자 광학 빔 경로와 관련하여 제2 집광 렌즈(303.2)의 하류에 배열될 수 있다.
빔(311)은 이중 편향기에 의해 평행하게 오프셋될 수 있다. 다중 조리개 플레이트(313)에 입사하면, 빔(311)은 벡터 V에 의해 광축(105)에 대해 오프셋된다. 이 경우, 정전 이중 편향기(345, 346)는 빠르게 구동될 수 있으며, 다중 조리개 어레이(313)가 조명될 때 오프셋의 고 주파수 보정에 적합하다. 차례로, 이중 편향기(345, 346)는 제1 빔 전류 측정 수단에 의해 측정된 전류 값, 예를 들어 다중 조리개 플레이트(313) 표면의 센서(370)에 의해 측정된 전류 값에 기초하여 구동될 수 있다. 피드백 루프는 이미지 기록 절차 중 빠른 폐쇄 루프 전류 제어를 위해 사용될 수도 있다.
더욱이, 집광 렌즈(303) 중 하나를 정전 집광 렌즈(303)로 형성하는 것이 가능하다. 이 정전 집광 렌즈(303)는 또한 결과적으로 다중 조리개 플레이트(313)에 입사할 때 조명 스폿의 직경(d)을 변화시키기 위해 신속하고 준순간적으로 구동될 수도 있다. 다시 한번, 구동은 예를 들어 다중 조리개 어레이(313)의 상부 측에 있는 센서(370)에 의해 결정된 전류 측정에 기초한 피드백 루프의 형태로 구현될 수 있다.
도 10은 제어기(10)에 의해 구동되는 폐쇄 루프 빔 전류 제어 수단 및 보상기를 갖는 다중 빔 입자 현미경(1)을 개략적으로 도시한다. 제어기(10)는 한 부분으로 또는 여러 부분으로 형성될 수 있으며, 전체 다중 빔 입자 현미경(1)은 원칙적으로 제어기(10)에 의해 제어될 수 있다. 특히, 제어기(10)는 빔 생성 시스템(301), 제1 입자 광학 유닛, 제2 입자 광학 유닛, 검출 시스템(200)의 구성요소 및 명시적으로 묘사되거나 되지 않을 수 있는 다중 빔 입자 현미경(1)의 추가 구성요소를 제어한다. 도 10의 개략도에서는, 본 발명의 맥락에서 가장 중요한 제어 요소 및 측면만이 선택된 입자 광학 구성요소에 대한 연결선으로 표시된다.
처음에, 빔 전류는 다양한 빔 전류 측정 수단에 의해 측정되고 측정된 값은 제어기(10)로 전송된다. 도시된 예에서, 다중 조리개 어레이의 모든 개구부 주변의 외부 영역에서 다중 조리개 어레이에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된 적어도 방출된 과잉 전자를 측정하도록 구성된 제1 빔 전류 측정 수단은 다중 조리개 어레이(313)를 구성하는 마이크로 광학 장치(306)에 연결될 수 있다. 이 경우, 이는 예를 들어, 도 2, 3, 5, 6 또는 7에 예시된 검출 장치일 수 있다. 추가적으로, 전체 빔 전류는 빔 정지부(111)에 배열되거나 할당된 센서 시스템에 의해 도시된 예에서 측정된다. 이 경우, 다중 빔 편향기(390)는 개별 입자 빔(3)을 오브젝티브 렌즈(102)의 상류에 배치되고 제1 입자 광학 빔 경로의 크로스오버 평면과 같은 높이인 빔 스톱(111)으로 조향하는 데 사용된다. 특히, 제어기(10)는 샘플 표면을 스캐닝할 때 라인 점프 동안 또는 이미지 점프 동안 제1 개별 입자 빔(3)을 빔 정지부(111) 내로 지향시키도록 구성될 수 있다. 따라서 이미지 기록 과정에서 전체 빔 전류를 측정할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 개별 입자 빔의 빔 전류는 보정 목적을 위해 샘플 스테이지(503)에 제공된 패러데이 컵 또는 패러데이 컵 어레이를 사용하여 측정될 수 있다.
다중 빔 입자 현미경(1)의 구성 요소는 알려진 방식으로 구동된다. 이는 빔 생성 시스템(301)의 추출기 전압을 조정하고 또한 집광 렌즈 시스템(303)을 구동하는 것을 포함한다. 도 10에 추가로 도시된 편향기(330)는 마이크로 광학 장치(306)에 입사할 때 조명 빔(311)을 정적으로 조정하는 역할을 한다. 그러나, 다중 빔 입자 현미경(1)은 빔 전류를 제어할 목적으로 저주파 또는 고주파 구동을 위한 추가 구성요소 및 제어 요소를 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안으로, 콘덴서 렌즈 시스템(303)의 콘덴서 렌즈는 고속 정전기 집광 렌즈로 설계될 수 있고 마찬가지로 빠르게 구동될 수 있다. 그 결과, 마이크로 광학 장치(306)에 입사되는 빔의 직경을 신속하게 보정할 수 있다.
조명 스폿의 측면 오프셋을 빠르게 보정하기 위해, 하나 이상의 정전 편향기, 특히 예를 들어 도 8에 도시된 정전 이중 편향기가 집광 렌즈 시스템(303)에 추가로 또는 대안적으로 제공될 수 있다. 제1 빔 전류 측정 수단에 의해 측정된 전류 값에 기초한 피드백 신호에 의해 이러한 편향기가 유사하게 구동될 수 있다.
도 11은 빔 전류 제어에 대한 세부사항을 개략적으로 도시한다. 특히, 소스 제어 루프의 세부사항이 표시된다. 전류 모니터링 프로세서(840)는 제어 루프를 위해 구성된다. 제어 루프에 대한 입력 신호는 적어도 다중 조리개 어레이(304)의 모든 개구 주위의 외부 영역에서 다중 조리개 어레이(304)에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된 방출된 과잉 전자를 측정하도록 구성된 제1 빔 전류 측정 수단에 의해 수행되는 측정이다. 전류계, 특히 피코 전류계로 구현될 수 있는 제1 빔 전류 측정 수단은 도 11에 도시되어 있지 않다. 그러나, 개략적으로 다중 조리개 어레이 (304)의 상부 측면에 제공된 흡수체 층(341)가 도시된다. 다중 조리개 어레이(304)는 예를 들어 렌즈 어레이, 편향기 어레이 및/또는 스티그메이터 어레이 뿐만 아니라 최종 다중 조리개 플레이트(310)를 포함할 수 있는 제2 다중 조리개(306) 플레이트를 더 포함하는 다중 조리개 배열(305)의 일부이다. 다른 구성도 가능하다.
전류 모니터링 프로세서(840)는 다중 빔 입자 현미경(1)의 전체 제어기(10)의 일부이다. 전류 모니터링 프로세서(840)는 제1 전류 측정 수단(370)에 의한 측정에 기초하여 빔 생성 시스템(301) 및/또는 집광 렌즈 시스템(303)을 제어하도록 구성된다. 다른 입자 광학 구성 요소도 제어할 수 있다.
빔 생성 시스템(301)은 여러 부분을 포함한다. 도시된 예에서, 빔 생성 시스템(301)은 소스 팁(301.1), 억제 전극(301.2) 및 추출기 전극(301.3)을 포함한다. 전류 모니터링 프로세서(840)는 예를 들어 추출기 전극(301.3)에 공급되는 전압을 설정함으로써 빔 생성 장치(301)를 제어하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기(840)는 입자 소스(301.1)의 온도를 설정함으로써, 특히 가열 전류 또는 가열 전압을 설정함으로써 빔 생성 장치(301)를 제어하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 억제 전극(301.2)에 공급되는 전압이 설정될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제어기(840)는 본 경우에 3개의 집광 렌즈(303.a, 303.b 및 303.c)를 포함하는 집광 렌즈 시스템(303)을 제어할 수 있다. 이는 초점 거리를 설정하기 위해 그리고 또한 도시된 예에서 다중 조리개 어레이(304)에 충돌하고 더 정확하게는 제1 다중 조리개 어레이(304)에 충돌하는 조명 입자 빔(311)의 직경을 설정하기 위해 제어될 수 있다.
도시된 실시예에서, 이중 편향기(303.d), 특히 정전형 이중 편향기(303.d)가 집광 렌즈 시스템(303)의 영역에 제공된다. 제어기(840)는 제1 빔 전류 측정 수단(370)에 의한 측정에 기초하여 이중 편향기(303.d)를 제어하도록 구성된다.
선택적으로, 제어기(840)는 또한 제1 다중 조리개 어레이(304)에서 침지 장(immersion field)을 생성하는 전극(307.1)을 제어할 수 있다. 선택적으로, 기울기 보정을 위한 제어된 다중 극 전극이 또한 제어기(840)에 의해 제공되고 제어될 수 있다.
전술한 실시예에 따르면, 각 경우의 제어 변수는 방출된 과잉 전자에 의해 생성된 전류이고, 방출된 과잉 전자는 다중 조리개 어레이(304)의 전체 개구 주위의 외부 영역(366)에서 다중 조리개 어레이(304)에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된다. 그러나 방출된 과잉 전자에 의해 생성된 전류가 아닌 다른 제어된 변수를 사용하는 것도 가능한데; 대안적인 솔루션에 따르면 제어된 변수는 X-선 검출이다.
도 12는 X-선(900)의 측정에 기초한 또 다른 빔 전류 제어의 세부사항을 개략적으로 도시한다. 도시된 실시예에서, X-선 검출기(950)는 방출된 과잉 전자를 측정하는 전류계 대신에 제공된다. X-선(900)은 다중 조리개 어레이(304)의 상부 측면에 있는 흡수체 층(341)에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된다. 발명자들에 의해 수행된 실험은 X-선의 양 또는 X-선 광자의 수는 입사 위치에서 샘플에 충돌하는 제1 개별 입자 빔의 범 전류에 비례함을 보여준다. 이 경우, X-선 검출기(950)는 다중 조리개 어레이(304)의 둘레에 링형 신틸레이터(scintillator) 소자로서 제공된다. 이러한 배열에 의해 양호한 신호 대 잡음비가 달성될 수 있다. 그 다음, 제어기(840)는 X-선 검출기(950)에 의한 측정에 기초하여 빔 생성 시스템(301)을 제어하도록 구성된다. X-선 검출에 의한 전류 제어의 나머지 요소는 이미 도시된 요소와 동일하며 추가로 도 11에 설명되어 있으며; 동일한 참조 기호는 동일한 요소를 나타낸다. 불필요한 반복을 피하기 위해 추가 설명은 도 11을 명시적으로 참조한다.
도 13은 NIR(근적외선) 방사선으로 변환된 X-선(900)을 사용하는 빔 전류 측정 수단의 또 다른 구현을 개략적으로 예시한다. 도시된 예에서, 다중 조리개 어레이(304)는 흡수체 층(341)으로 코팅된 석영 판(905)을 포함한다. 석영 판(905) 대신에, 예를 들어 PMMA와 같은 투명한 재료로 만들어진 다른 판이 사용될 수 있다. 석영판에는 신틸레이터 역할을 하는 형광 물질이 도핑되어 있다. 흡수체 층(341)에 충돌하는 전자와 같은 하전 입자는 먼저 X-선(900)으로 변환된다. 석영 판(905) 내부에서, X-선(900)은 광자 또는 근적외선(901)으로 변환된다. 광자(901)는 내부 반사에 의해 석영 판(905) 내부로 안내되고 최종적으로 석영 판(905)의 주변에 배열된 하나 이상의 광 검출기(910)에 의해 검출된다. 예를 들어, 광자(901)의 전반사가 발생하는 지점 T가 도 13에 도시되어 있다. 하나 이상의 광 검출기(910)에 의해 측정된 신호는 제어기(10)(또는 예를 들면 그의 구성 요소(840))로 전달되고, 빔 생성 시스템(301) 및/또는 집광 렌즈 시스템(303)을 제어하는데 사용된다. 도 12에 개략적으로 도시된 다른 종류의 제어도 수행될 수 있다. 이와 관련하여 도 12 및 도 11을 명시적으로 참조한다.
또한 이 실시예에 따르면, 한편으로 샘플을 타격하는 개별 입자 빔의 빔 전류와 광 검출기(910)에 의해 검출된 근적외선 사이의 요구된 비례성은 필요한 비례성을 보여준다.
향상된 빔 전류 제어를 갖춘 다중 빔 입자 현미경이 개시된다. 다중 조리개 어레이에 제공된 흡수체 층의 하나 또는 단지 몇 개의 영역에서 방출된 과잉 전자는 전류계를 사용하여 측정된다. 측정된 전류는 폐쇄 루프 제어에서 제어된 변수로 사용된다. 넓은 면적과 저잡음 측정이 가능하다. 다중 조리개 어레이는 예를 들어 사분면 검출기 또는 삼차 검출기를 사용하여 방향 민감형 검출도 실현하도록 특별히 구성될 수 있다.
실시예 1.
다중 빔 입자 현미경으로서:
입자 소스, 추출기 전극 및 애노드를 포함하고 제1 하전 입자 빔을 생성하도록 구성된 빔 생성 시스템;
다중 조리개 어레이를 갖는 다중 빔 발생기 - 상기 다중 빔 발생기는 제1 하전 입자 빔으로부터 복수의 제1 개별 하전 입자 빔의 제1 필드를 생성하도록 구성되며, 상기 다중 조리개 어레이는 상부 측에 하전 입자를 흡수하고, 적어도 하나의 접지 전극과 연결되어 과잉 전자를 방출하는 흡수체 층을 포함함 - ;
다중 조리개 어레이의 흡수체 증에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성되는 X-선을 검출하도록 구성되는 X-선 검출기;
제1 개별 입자 빔이 제2 필드를 형성하는 입사 위치에서 샘플에 충돌하도록 생성된 제1 개별 입자 빔을 샘플로 지향시키도록 구성된, 제1 입자 광학 빔 경로를 갖는 제1 입자 광학 유닛;
검출 시스템;
제2 필드의 입사 위치로부터 발산되는 제2 개별 입자 빔을 검출 시스템 상으로 이미징하도록 구성된, 제2 입자 광학 빔 경로를 갖는 제2 입자 광학 유닛;
상기 제1 및 제2 개별 입자 빔이 모두 통과하는 입자 광학 오브젝티브 렌즈;
상기 다중 빔 입자 소스와 오브젝티브 렌즈 사이의 제1 입자 광학 빔 경로에 배치되고, 상기 오브젝티브 렌즈와 검출 시스템 사이의 제2 입자 광학 빔 경로에 배치된 빔 스위치; 및
상기 빔 생성 시스템, 입자 광학 오브젝티브 렌즈, 제1 입자 광학 유닛, 제2 입자 광학 유닛 및 검출 시스템을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하되,
상기 제어기는 상기 X-선 검출기에 의한 측정에 기초하여 상기 빔 생성 시스템의 구동을 제어하도록 구성되고, 및/또는
상기 제어기는 상기 X-선 검출기에 의한 측정에 기초하여 상기 집광 렌즈 시스템을 제어하도록 구성된다.
실시예 2.
실시예 1에 따른 다중 빔 입자 현미경으로서, X-선 검출기는 다중 조리개 어레이의 상류 및 둘레에 링형 신틸레이터 소자로서 제공된다.
실시예 3.
다중 빔 입자 현미경으로서:
입자 소스, 추출기 전극 및 애노드를 포함하고 제1 하전 입자 빔을 생성하도록 구성된 빔 생성 시스템;
다중 조리개 어레이를 갖는 다중 빔 발생기 - 다중 빔 발생기는 제1 하전 입자 빔으로부터 복수의 제1 개별 하전 입자 빔의 제1 필드를 생성하도록 구성되며, 다중 조리개 어레이는 그 상부 측에 하전 입자를 흡수하는 흡수체 층을 포함하고, 흡수체 층은 과잉 하전 입자를 방출하기 위해 적어도 하나의 접지 전극에 연결됨 - ;
다중 조리개 어레이의 흡수체 층에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된 X-선을 NIR 방사선으로 변환하는 X-선 변환 수단;
NIR 방사선을 광 검출기로 안내하기 위한 광 가이드;
NIR 방사선을 검출하도록 구성된 광 검출기;
제1 개별 입자 빔이 제2 필드를 형성하는 입사 위치에서 샘플에 충돌하도록 생성된 제1 개별 입자 빔을 샘플로 지향시키도록 구성된 제1 입자 광학 빔 경로를 갖는 제1 입자 광학 유닛;
검출 시스템;
제2 필드의 입사 위치로부터 발산되는 제2 개별 입자 빔을 검출 시스템 상으로 이미징하도록 구성된 제2 입자 광학 빔 경로를 갖는 제2 입자 광학 유닛;
상기 제1 및 제2 개별 입자 빔이 모두 통과하는 입자 광학 오브젝티브 렌즈;
다중 빔 입자 소스와 오브젝티브 렌즈 사이의 제1 입자 광학 빔 경로에 배치되고, 오브젝티브 렌즈와 검출 시스템 사이의 제2 입자 광학 빔 경로에 배치된 빔 스위치; 및
상기 빔 생성 시스템, 입자 광학 오브젝티브 렌즈, 제1 입자 광학 유닛, 제2 입자 광학 유닛 및 검출 시스템을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하되,
상기 제어기는 상기 광 검출기에 의한 측정에 기초하여 빔 생성 시스템을 구동하도록 구성되며; 및/또는
상기 제어기는 상기 광 검출기에 의한 측정에 기초하여 상기 집광 렌즈 시스템을 제어하도록 구성된다.
실시예 4.
실시예 3에 따른 다중 빔 입자 현미경으로서,
상기 광 가이드는 X-선을 NIR 방사선으로 변환하기 위한 신틸레이팅 물질로 도핑된 석영 유리판을 포함하고; 그리고
상기 광 검출기는 석영 유리판의 주변에 배열된다.
1
다중 빔 입자 현미경
3 1차 입자 빔(개별 입자 빔)
5 빔 스폿, 입사 위치
7 개체
9 2차 입자 빔
10 컴퓨터 시스템, 제어기
11 2차 입자 빔 경로
13 1차 입자 빔 경로
25 샘플 표면, 웨이퍼 표면
100 오브젝티브 렌즈 시스템
101 물체면
102 오브젝티브 렌즈
103 필드
105 다중 빔 입자 현미경의 광축
108 크로스오버
110 집합 주사 편향기
111 제2 전류 측정 수단을 갖는 빔 정지부
200 검출기 시스템
205 투사 렌즈
207 검출 영역
208 조정용 편향기
209 입자 다중 검출기
211 검출면
212 크로스오버
213 입사 위치
214 조리개 필터
215 검출 영역
216 능동 소자
217 필드
218 편향기 시스템
220 다중 조리개 교정기, 개별 편향기 어레이
222 집단 편향 시스템, 안티 스캔
300 빔 발생 장치
301 입자 소스, 빔 생성 시스템
303 시준 렌즈 시스템
304 다중 조리개 어레이
304a 개구부
305 다중 조리개 어레이
306 마이크로 광학 장치
307 필드 렌즈
308 필드 렌즈
309 발산 입자 빔
311 조명 입자 빔
313 다중 조리개 플레이트, 다중 조리개 어레이
315 다중 조리개 플레이트의 개구부
316 육각형
317 개구부의 중간점
319 필드
323: 빔 초점
325 중간 이미지 면
326 필드 렌즈 시스템
330 편향기
340 팁
341 흡수체 층
342 추출기 전극
343 양극
345 편향기
346 편향기
351 영역
352 영역
353 영역
354 영역
360 빔 전류 강도 표현
366 외부 영역
367 내부 영역
368 구조화부, 격리부
370 제1 빔 전류 측정 수단, 전류계, 피코암페어미터
380 전치 조리개 플레이트
390 다중 빔 편향기
400 빔 스위치
420 자성 소자
500 샘플 스테이지
503 샘플용 전압 공급
900 X-선
901 광자, NIR 방사선
905 석영판
910 광 검출기
950 X-선 검출기
d1 빔 원뿔 직경
d2 빔 원뿔 직경
V 빔 원뿔 중간점과 다중 조리개 어레이 중간점 사이의 변위
T 전반사의 점
3 1차 입자 빔(개별 입자 빔)
5 빔 스폿, 입사 위치
7 개체
9 2차 입자 빔
10 컴퓨터 시스템, 제어기
11 2차 입자 빔 경로
13 1차 입자 빔 경로
25 샘플 표면, 웨이퍼 표면
100 오브젝티브 렌즈 시스템
101 물체면
102 오브젝티브 렌즈
103 필드
105 다중 빔 입자 현미경의 광축
108 크로스오버
110 집합 주사 편향기
111 제2 전류 측정 수단을 갖는 빔 정지부
200 검출기 시스템
205 투사 렌즈
207 검출 영역
208 조정용 편향기
209 입자 다중 검출기
211 검출면
212 크로스오버
213 입사 위치
214 조리개 필터
215 검출 영역
216 능동 소자
217 필드
218 편향기 시스템
220 다중 조리개 교정기, 개별 편향기 어레이
222 집단 편향 시스템, 안티 스캔
300 빔 발생 장치
301 입자 소스, 빔 생성 시스템
303 시준 렌즈 시스템
304 다중 조리개 어레이
304a 개구부
305 다중 조리개 어레이
306 마이크로 광학 장치
307 필드 렌즈
308 필드 렌즈
309 발산 입자 빔
311 조명 입자 빔
313 다중 조리개 플레이트, 다중 조리개 어레이
315 다중 조리개 플레이트의 개구부
316 육각형
317 개구부의 중간점
319 필드
323: 빔 초점
325 중간 이미지 면
326 필드 렌즈 시스템
330 편향기
340 팁
341 흡수체 층
342 추출기 전극
343 양극
345 편향기
346 편향기
351 영역
352 영역
353 영역
354 영역
360 빔 전류 강도 표현
366 외부 영역
367 내부 영역
368 구조화부, 격리부
370 제1 빔 전류 측정 수단, 전류계, 피코암페어미터
380 전치 조리개 플레이트
390 다중 빔 편향기
400 빔 스위치
420 자성 소자
500 샘플 스테이지
503 샘플용 전압 공급
900 X-선
901 광자, NIR 방사선
905 석영판
910 광 검출기
950 X-선 검출기
d1 빔 원뿔 직경
d2 빔 원뿔 직경
V 빔 원뿔 중간점과 다중 조리개 어레이 중간점 사이의 변위
T 전반사의 점
Claims (20)
- 다중 빔 입자 현미경으로서:
입자 소스, 추출기 전극 및 애노드를 포함하고 제1 하전 입자 빔을 생성하도록 구성된 빔 생성 시스템;
다중 조리개 어레이를 갖는 다중 빔 발생기 - 상기 다중 빔 발생기는 제1 하전 입자 빔으로부터 복수의 제1 개별 하전 입자 빔의 제1 필드를 생성하도록 구성되며, 상기 다중 조리개 어레이는 상부 측에 하전 입자를 흡수하는 흡수체 층을 포함하고, 상기 흡수체 층은 과잉 전자를 방출하기 위하여 적어도 하나의 접지 전극과 연결됨 - ;
적어도 다중 조리개 어레이의 모든 개구부 주위의 외부 영역에서 다중 조리개 어레이에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된 방출된 과잉 전자를 측정하도록 구성된 제1 빔 전류 측정 수단;
상기 빔 생성 시스템과 상기 다중 빔 발생기 사이에 배치된 집광 렌즈 시스템;
제1 개별 입자 빔이 제2 필드를 형성하는 입사 위치에서 샘플에 충돌하도록 생성된 제1 개별 입자 빔을 샘플로 지향시키도록 구성된, 제1 입자 광학 빔 경로를 갖는 제1 입자 광학 유닛;
검출 시스템;
제2 필드의 입사 위치로부터 발산되는 제2 개별 입자 빔을 검출 시스템 상으로 이미징하도록 구성된, 제2 입자 광학 빔 경로를 갖는 제2 입자 광학 유닛;
상기 제1 및 제2 개별 입자 빔이 모두 통과하는 입자 광학 오브젝티브 렌즈;
상기 다중 빔 발생기와 오브젝티브 렌즈 사이의 제1 입자 광학 빔 경로에 배치되고, 상기 오브젝티브 렌즈와 검출 시스템 사이의 제2 입자 광학 빔 경로에 배치된 빔 스위치; 및
상기 빔 생성 시스템, 집광 렌즈 시스템, 입자 광학 오브젝티브 렌즈, 제1 입자 광학 유닛, 제2 입자 광학 유닛 및 검출 시스템을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하되,
상기 제어기는 상기 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 상기 빔 생성 시스템을 제어하도록 구성되고, 및/또는
상기 제어기는 상기 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 상기 집광 렌즈 시스템을 제어하도록 구성되는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1에 있어서,
제1 빔 전류 측정 수단은 다중 조리개 어레이의 개구를 포함하는 내부 영역에서 다중 조리개 어레이에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된 방출된 과잉 전자를 측정하도록 또한 구성되는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 다중 조리개 어레이 상의 상기 흡수체 층은 서로 격리된 정확히 2개의 개별 영역으로 구조화되고, 각각의 영역은 접지에 연결되고,
제1 영역은 상기 다중 조리개 어레이의 개구를 포함하는 내부 영역이고, 제2 영역은 상기 다중 조리개 어레이의 모든 개구 주위의 외부 영역이고,
제1 빔 전류 측정 수단은 상기 외부 영역에서 방출되는 과잉 하전 입자만을 측정하도록 구성되는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다중 조리개 어레이 상의 상기 흡수체 층은 서로 격리된 적어도 2개의 개별 영역으로 구조화되고, 각각의 영역은 접지에 연결되고,
제1 빔 전류 측정 수단은 개별적으로 각각의 영역에서 방출되는 과잉 전자를 넓은 면적에 걸쳐 측정하도록 구성되는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 4에 있어서,
상기 흡수체 층은 상기 다중 조리개 어레이의 개구를 포함하는 내부 영역과 다중 조리개 어레이의 모든 개구 주위의 외부 영역으로 구성되고,
상기 외부 영역은 방향 표시 사분면 검출기(direction indicating quadrant detector)를 형성하도록 배열된 4개의 개별 영역으로 추가로 구조화되고,
제1 빔 전류 측정 수단은 개별적으로 각각의 사분면에서 방출된 과잉 전자를 넓은 면적에 걸쳐 측정하도록 구성되는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 4에 있어서,
상기 흡수체 층은 내부 영역과 외부 영역으로 구조화되고, 상기 외부 영역은 방향 표시 테르티알 검출기(direction indicating tertial detector)를 형성하도록 배열된 3개의 별도 영역으로 추가로 구조화되고,
제1 빔 전류 측정 수단은 개별적으로 각각의 테르티알로부터 방출되는 과잉 전자를 측정하도록 구성되는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
집광 렌즈 시스템의 영역에 이중 편향기를 더 포함하고,
상기 제어기는 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 이중 편향기를 제어하도록 추가로 구성되는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
제1 빔 전류 측정 수단은 적어도 하나의 전류계, 특히 피코암페어 미터를 포함하는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
다중 조리개 어레이에 도달하는 빔 전류의 적어도 60%가 빔 전류 측정을 위해 사용되는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
다중 조리개 어레이에 도달하는 빔 전류의 적어도 90%, 특히 적어도 95%가 빔 전류 측정을 위해 사용되는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
빔 전류 측정을 위해 하전 입자를 흡수하고 그로부터 전자를 방출하는 흡수체 층의 활성 빔 측정 표면은 다중 조리개 어레이의 전체 표면의 적어도 60%인 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
빔 전류 측정을 위해 하전 입자를 흡수하고 그로부터 과잉 전자를 방출하는 흡수체 층의 활성 빔 측정 표면은 다중 조리개 어레이의 전체 표면의 적어도 90%, 특히 적어도 95%인 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 제1 개별 입자 빔의 평균 단일 빔 전류는 제1 빔 전류 측정 수단에 의해 전체적으로 측정된 빔 전류의 1/100 이하, 특히 1/500 또는 1/1000 이하인 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡수체 층은 흡수체 코팅이고/이거나
상기 흡수체 층은 금, 은, 티타늄, 백금 중 어느 하나를 포함하거나 이로 구성되는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다중 조리개 어레이는 상기 집광 렌즈 시스템의 하류에 있는 제1 다중 조리개 어레이로서 배열되고, 제1 하전 입자 빔을 복수의 제1 개별 입자 빔으로 분할하는 어레이인 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다중 조리개 어레이는 상기 집광 렌즈 시스템의 하류에 있는 제1 다중 조리개 어레이로서 배열되지 않는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 추출기 전극에 공급되는 전압을 설정함으로써 상기 빔 생성 장치를 제어하도록 구성되는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 입자 소스의 온도를 설정함으로써, 특히 가열 전류 또는 가열 전압을 설정함으로써 빔 생성 장치를 제어하도록 구성되는 다중 빔 입자 현미경. - 다중 빔 입자 현미경으로서:
입자 소스, 추출기 전극 및 애노드를 포함하고 제1 하전 입자 빔을 생성하도록 구성된 빔 생성 시스템;
전치 조리개 플레이트와 다중 조리개 어레이를 갖는 다중 빔 발생기 - 상기 다중 빔 발생기는 제1 하전 입자 빔으로부터 복수의 제1 개별 하전 입자 빔의 제1 필드를 생성하도록 구성되며, 상기 다중 조리개 어레이는 상기 전치 조리개 플레이트 근처 하류에 배열되고, 상기 다중 조리개 어레이는 그 상부 측에 하전 입자를 흡수하는 흡수체 층을 포함하고, 상기 흡수체 층은 과잉 전자를 방출하기 위해 적어도 하나의 접지 전극에 연결되고, 상기 전치 조리개 플레이트는 그 상부 측에 하전 입자를 흡수하는 전치 조리개 플레이트 흡수체 층을 포함하고, 상기 전치 조리개 플레이트 흡수체 층은 과잉 전자를 방출하기 위해 적어도 하나의 접지 전극에 연결됨 - ;
적어도 상기 전치 조리개 플레이트에 충돌하는 하전 입자에 의해 생성된 방출된 과잉 전자를 측정하도록 구성되는 제1 빔 전류 측정 수단;
상기 빔 생성 시스템과 상기 다중 빔 발생기 사이에 배치된 집광 렌즈 시스템;
제1 개별 입자 빔이 제2 필드를 형성하는 입사 위치에서 샘플에 충돌하도록 생성된 제1 개별 입자 빔을 샘플로 지향시키도록 구성된 제1 입자 광학 빔 경로를 갖는 제1 입자 광학 유닛;
검출 시스템;
제2 필드의 입사 위치로부터 발산되는 제2 개별 입자 빔을 검출 시스템 상으로 이미징하도록 구성된 제2 입자 광학 빔 경로를 갖는 제2 입자 광학 유닛;
제1 및 제2 개별 입자 빔이 모두 통과하는 입자 광학 오브젝티브 렌즈;
다중 빔 입자 소스와 오브젝티브 렌즈 사이의 제1 입자 광학 빔 경로에 배치되고, 오브젝티브 렌즈와 검출 시스템 사이의 제2 입자 광학 빔 경로에 배치된 빔 스위치; 및
상기 빔 생성 시스템, 상기 입자 광학 오브젝티브 렌즈, 제1 입자 광학 유닛, 제2 입자 광학 유닛 및 상기 검출 시스템을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하되,
상기 제어기는 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 상기 빔 생성 시스템을 구동하도록 구성되며; 및/또는
상기 제어기는 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 상기 집광 렌즈 시스템을 제어하도록 구성되는 다중 빔 입자 현미경. - 청구항 19에 있어서,
상기 집광 렌즈 시스템의 영역에 이중 편향기를 더 포함하고,
상기 제어기는 제1 빔 전류 측정 수단에 의한 측정에 기초하여 상기 이중 편향기를 제어하도록 추가로 구성되는 다중 빔 입자 현미경.
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