KR20240067990A - 집속된 하전 입자 빔의 빔 수렴을 결정하는 방법, 및 하전 입자 빔 시스템 - Google Patents

Abstract

하전 입자 빔 시스템(100)에서 샘플(10) 쪽으로 집속 렌즈(120)에 의해 집속된 하전 입자 빔(11)의 빔 수렴을 결정하는 방법이 제공된다. 방법은: (a) 샘플이 하전 입자 빔의 각각의 빔 초점으로부터 하나 이상의 탈초점 거리에 배열될 때 샘플의 하나 이상의 이미지를 취하는 단계; (b) 하나 이상의 이미지로부터 하나 이상의 빔 단면을 검색하는 단계; (c) 하나 이상의 빔 단면으로부터 하나 이상의 빔 폭을 결정하는 단계; 및 (d) 하나 이상의 빔 폭 및 하나 이상의 탈초점 거리에 기초하여 적어도 하나의 빔 수렴 값을 계산하는 단계를 포함한다. 또한, 본원에 설명된 방법들 중 임의의 방법을 위해 구성된, 샘플을 이미징 및 또는 검사하기 위한 하전 입자 빔 시스템이 제공된다.

Description

집속된 하전 입자 빔의 빔 수렴을 결정하는 방법, 및 하전 입자 빔 시스템

본원에 설명된 실시예들은, 하전 입자 빔 시스템에서, 특히, 주사 전자 현미경(SEM)에서 샘플 쪽으로 집속 렌즈에 의해 집속된 하전 입자 빔의 빔 수렴을 결정하는 방법들에 관한 것이다. 구체적으로, 하전 입자 빔 시스템에서 집속 렌즈에 의해 제공되는 개구수(NA)는 본원에 설명된 방법들에 따라 샘플의 하나 이상의 취해진 이미지로부터 결정될 수 있다. 실시예들은 추가로, 본원에 설명된 방법들 중 임의의 방법을 위해 구성된, 샘플을 검사하고/거나 이미징하기 위한 하전 입자 빔 시스템들에 관한 것이다.

현대의 반도체 기술은, 시편들을 나노미터로 또는 심지어는 나노미터 미만 규모로 구조화하고 탐지하는 것에 대한 높은 요구를 만들어냈다. 마이크로미터 및 나노미터 규모의 프로세스 제어, 검사 또는 구조화는, 하전 입자 빔 시스템들, 예컨대, 전자 현미경들 또는 전자 빔 패턴 생성기들에서 생성되고, 성형되고, 편향되고, 집속되는 하전 입자 빔들, 예를 들어, 전자 빔들을 이용하여 종종 행해진다. 검사를 목적으로, 하전 입자 빔들은, 예를 들어, 광자 빔들과 비교하여 우수한 공간 해상도를 제공한다.

하전 입자 빔들을 사용하는 검사 장치들, 예컨대, 주사 전자 현미경들(SEM)은 복수의 산업 분야들에서 전자 회로들의 검사, 리소그래피를 위한 노출 시스템들, 검출 시스템들, 결함 검사 툴들, 및 집적 회로들을 위한 시험 시스템들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 많은 기능들을 갖는다. 그러한 입자 빔 시스템들에서, 높은 전류 밀도를 갖는 정밀한 빔 프로브들이 사용될 수 있다. 예를 들어, SEM의 경우에, 1차 전자 빔은 샘플을 이미징하고/거나 검사하는 데 사용될 수 있는 2차 전자들(SE) 및/또는 후방산란된 전자들(BSE)과 같은 신호 입자들을 생성한다.

그러나, 양호한 해상도의 하전 입자 빔 시스템을 이용하여 샘플들을 신뢰가능하게 검사하고/거나 이미징하는 것은 난제이다. 구체적으로, 하전 입자 빔은 전형적으로, 해상도를 제한하는 빔 수차들을 겪고, 집속된 하전 입자 빔의 실제 단면 형상은 설계 형상과 상이할 수 있다. 하전 입자 빔 시스템의 해상도 한계는, 대물 렌즈에 의해 샘플의 표면 상에 집속되는 하전 입자 빔의 개구수(NA)에 의해 결정된다.

하전 입자 빔의 개구수(NA)는, 대물 렌즈에 의해 샘플 표면 상에 집속된 하전 입자 빔의 빔 수렴을 설명하기 위해 통상의 기술자에 의해 전형적으로 사용되는 크기이다. 큰 개구수는 빔 수차들이 낮은 경우에 이론적으로 도달될 수 있는 개선된 해상도 한계를 제공한다. 시스템은 우수한 작동을 제공하는 특정 개구수에 대해 설계될 수 있지만, 실제 개구수는 예상값으로부터 벗어날 수 있다. 그러므로, 집속 렌즈에 의해 집속된 하전 입자 빔의 빔 수렴에 대한 지식, 및 더 구체적으로는 하전 입자 빔의 실제 개구수에 대한 지식은 빔 수차들의 원인들을 결정하고 시스템의 해상도를 개선하는 데에 유익할 것이다.

상기 내용을 고려하여, 하전 입자 빔 시스템에서 집속 렌즈에 의해 집속된 하전 입자 빔의 빔 수렴을 정확하고 신뢰성있게 결정하는 것, 특히, 대물 렌즈에 의해 집속된 하전 입자 빔의 개구수를 정확하게 결정하는 것이 유익할 것이다. 또한, 본원에 설명된 방법들 중 임의의 방법에 따라 작동되도록 구성된, 샘플을 검사하고/거나 이미징하기 위한 하전 입자 빔 시스템을 제공하는 것이 유익할 것이다.

상기 내용을 고려하여, 독립 청구항들에 따른, 하전 입자 빔의 빔 수렴을 결정하는 방법들 및 이를 위해 구성된 하전 입자 빔 시스템들이 제공된다.

제1 양상에 따르면, 하전 입자 빔 시스템에서 샘플 쪽으로 집속 렌즈에 의해 집속된 하전 입자 빔의 빔 수렴을 결정하는 방법이 제공된다. 방법은: (a) 샘플이 하전 입자 빔의 각각의 빔 초점으로부터 하나 이상의 탈초점(defocus) 거리에 배열될 때 샘플의 하나 이상의 이미지를 취하는 단계; (b) 하나 이상의 이미지로부터 하나 이상의 빔 단면을 검색하는 단계; (c) 하나 이상의 빔 단면으로부터 하나 이상의 빔 폭을 결정하는 단계; 및 (d) 하나 이상의 빔 폭 및 하나 이상의 탈초점 거리에 기초하여 적어도 하나의 빔 수렴 값을 계산하는 단계를 포함한다.

일부 실시예들에서, 적어도 하나의 빔 수렴 값은 탈초점 거리의 함수로서 빔 폭의 변화에 관한 정보를 포함한다. 특히, 적어도 하나의 빔 수렴 값은 하전 입자 빔의 개구수(NA)이거나 이를 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 또한 샘플의 초점 이미지가 (샘플이 집속 렌즈로부터 초점 거리에 배열될 때) 취해지고, 샘플의 상기 초점 이미지는 (a)에서 초점이 벗어나(out of focus) 취해진 하나 이상의 이미지로부터 하나 이상의 빔 단면을 검색하기 위해 (b)에서 사용될 수 있다. 샘플의 초점 이미지는 또한, 다른 방식으로 알려질 수 있고, 그 다음, (b)에서의 하나 이상의 빔 단면의 검색을 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 빔 단면은 샘플의 초점 이미지를 사용하지 않고 (b)에서 검색될 수 있다.

다른 양상에 따르면, 하전 입자 빔을 이용하여, 특히, 전자 빔을 이용하여 샘플을 이미징하고/거나 검사하기 위한 하전 입자 빔 시스템이 제공된다. 하전 입자 빔 시스템은, 광학 축을 따라 전파되는 하전 입자 빔을 방출하기 위한 하전 입자 공급원, 샘플 스테이지, 샘플 스테이지 상에 배치된 샘플 쪽으로 하전 입자 빔을 집속시키기 위한 집속 렌즈, 샘플로부터 방출된 신호 입자들을 검출하기 위한 하전 입자 검출기, 및 프로세서 및 메모리를 포함하고, 메모리는 명령어들을 저장하고 명령어들은, 프로세서에 의해 실행될 때, 시스템으로 하여금 본원에 설명된 방법들 중 임의의 방법을 수행하게 한다.

특히, 저장된 명령어는, 실행될 때, 시스템으로 하여금 (x1) 하나 이상의 탈초점 거리에서 취해진 샘플의 하나 이상의 이미지로부터 하나 이상의 빔 단면을 검색하고; (x2) 하나 이상의 빔 단면으로부터 하나 이상의 빔 폭을 결정하고; (x3) 하나 이상의 빔 폭 및 하나 이상의 탈초점 거리에 기초하여 적어도 하나의 빔 수렴 값을 계산하게 할 수 있다.

실시예들은 또한, 개시된 방법들을 수행하기 위한 장치들에 관한 것이고, 개별 방법 액션들을 수행하기 위한 장치 부분들을 포함한다. 설명된 방법은 하드웨어 부분들에 의해, 적절한 소프트웨어에 의해 프로그래밍된 컴퓨터에 의해, 그 둘의 임의의 조합에 의해, 또는 임의의 다른 방식으로 수행될 수 있다. 게다가, 실시예들은 또한, 설명된 장치들을 작동시키는 방법들에 관한 것이다.

본원에 설명된 실시예들과 조합될 수 있는 추가의 장점들, 특징들, 양상들 및 세부사항들은 종속 청구항들, 상세한 설명 및 도면들로부터 명백하다.

본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에 간략히 요약된 더 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있다. 첨부 도면들은 하나 이상의 실시예에 관한 것이고 이하에서 설명된다.
도 1은 본원에 설명된 방법들 중 임의의 방법에 따라 작동되도록 적응된, 본원에 설명된 실시예들에 따른 하전 입자 빔 시스템의 개략도를 도시하고;
도 2는 본원에 설명된 실시예들에 따른, 하전 입자 빔의 빔 수렴을 결정하는 방법을 예시하는 흐름도를 도시하고;
도 3은 도 2에 도시된 바와 같은 방법을 예시하는 더 상세한 도면을 도시하고;
도 4는 본원에 설명된 방법들 중 임의의 방법을 사용하여 결정된 탈초점 거리의 함수로서 빔 폭을 도시하는 그래프이다.

다양한 실시예에 대한 참조가 이제부터 상세히 이루어질 것이고, 그의 하나 이상의 예가 도면들에 예시된다. 도면들에 대한 이하의 설명 내에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 지칭한다. 일반적으로, 개별 실시예들에 대한 차이점들만이 설명된다. 각각의 예는 설명으로서 제공되며, 제한을 의미하지 않는다. 또한, 일 실시예의 일부로서 예시 또는 설명된 특징들은, 더 추가의 실시예를 생성하기 위해, 다른 실시예들에 또는 다른 실시예들과 함께 사용될 수 있다. 본 설명이 그러한 수정들 및 변형들을 포함하는 것이 의도된다.

도 1은 본원에 설명된 실시예들에 따른, 샘플(10)을 검사하고/거나 이미징하기 위한 하전 입자 빔 시스템(100)의 개략도이다. 하전 입자 빔 시스템(100)은, 광학 축(A)을 따라 전파되는 하전 입자 빔(11), 특히, 전자 빔을 방출하기 위한 하전 입자 공급원(105), 특히, 전자 공급원을 포함한다. 하전 입자 빔 시스템(100)은, 샘플 스테이지(108), 및 샘플 스테이지(108) 상에 배치되는 샘플(10) 상에 하전 입자 빔(11)을 집속하기 위한 집속 렌즈(120), 특히, 대물 렌즈를 더 포함한다. 하전 입자 빔 시스템(100)은 샘플(10)로부터 방출된 신호 입자들(특히, 2차 전자들 및/또는 후방산란된 전자들)을 검출하기 위한 하전 입자 검출기(118), 특히, 전자 검출기를 더 포함한다.

하전 입자 검출기(118)로부터 수신된 하전 입자 신호에 기초하여 샘플(10)의 하나 이상의 이미지를 생성하기 위한 이미지 생성 유닛(160)이 제공될 수 있다. 이미지 생성 유닛(160)은 샘플의 하나 이상의 이미지를, 본원에 설명된 방법들에 따라 하전 입자 빔의 적어도 하나의 빔 수렴 값을 결정하도록 구성되는 처리 유닛(170)에 전달할 수 있다.

선택적으로, 적어도 하나의 빔 수렴 값은 하전 입자 빔의 빔 수차들을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 빔 수차 계수들의 세트는 빔 수렴 값을 입력 파라미터로서 사용하는 반복 프로세스에서 결정될 수 있다. 빔 수차 계수들은 수차 보정기(109)의 제어기(180)에 전달될 수 있고, 이에 의해, 수차 보정기(109)는 시스템에 존재하는 하나 이상의 빔 수차를 보상하기 위해 적절하게 조정될 수 있다. 수차 보정된 하전 입자 빔이 제공될 수 있다.

샘플 스테이지(108)는 이동가능한 스테이지일 수 있다. 특히, 샘플 스테이지(108)는 집속 렌즈(120)와 샘플(10) 사이의 거리가 변화될 수 있도록(도 1의 화살표(112) 참고), Z 방향으로, 즉, 광학 축(A)의 방향으로 이동가능할 수 있다. 샘플 스테이지(108)를 Z 방향으로 이동시킴으로써, 샘플(10)은 상이한 탈초점 거리들로, 즉, 집속 렌즈(120)의 초점 평면(p_I)으로부터 멀리 이동될 수 있고, 이에 의해, 샘플(10)의 초점이 벗어난 이미지들이, 예를 들어, 미리 결정된 증분들의 각각의 스테이지 이동에 의해 취해질 수 있다.

일부 실시예들에서, 샘플 스테이지(108)는 또한, 광학 축(A)에 수직인 평면(본원에서 X-Y 평면으로 또한 지칭됨)에서 이동가능할 수 있다. 샘플 스테이지(108)를 X-Y 평면에서 이동시킴으로써, 샘플(10)의 특정된 표면 영역이 집속 렌즈(120) 아래의 영역 내로 이동될 수 있고, 그에 의해, 특정된 표면 영역은 하전 입자 빔(11)을 그에 집속함으로써 이미징될 수 있다.

하전 입자 빔 시스템(100)의 빔 광학 구성요소들은 전형적으로, 배기될 수 있는 진공 챔버(101)에 배치되고, 그에 의해, 하전 입자 빔(11)은 하전 입자 공급원(105)으로부터 샘플 스테이지(108) 쪽으로 광학 축(A)을 따라 전파될 수 있고 대기압 미만 압력, 예를 들어, 10^-3 mbar 미만의 압력 또는 10^-5 mbar 미만의 압력 하에서 샘플(10)에 부딪칠 수 있다.

일부 실시예들에서, 하전 입자 빔 시스템(100)은 전자 현미경, 특히, 주사 전자 현미경일 수 있다. 주사 편향기(107)는, 예를 들어, X 방향 및/또는 Y 방향으로, 미리 결정된 주사 패턴을 따라 샘플(10)의 표면에 걸쳐 하전 입자 빔(11)을 주사하기 위해 제공될 수 있다.

일부 실시예들에서, 집광 렌즈 시스템(106)은, 특히, 집속 렌즈(120) 쪽으로 전파되는 하전 입자 빔(11)을 시준하기 위해, 하전 입자 공급원(105)의 하류에 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 집속 렌즈(120)는 샘플(10) 상에 하전 입자 빔(11)을 집속하도록 구성되는 대물 렌즈, 특히, 자기 대물 렌즈, 정전 자기 렌즈, 또는 조합된 자기-정전 렌즈이다. 대물 렌즈는 하전 입자 빔을 샘플 상에 미리 결정된 랜딩 에너지로 감속시키도록 구성된 지연 장 디바이스, 예를 들어, 하나 이상의 지연 전극을 선택적으로 포함할 수 있다.

샘플(10)의 하나 이상의 표면 영역은 하전 입자 빔 시스템(100)을 이용하여 검사되고/거나 이미징될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "샘플"이라는 용어는, 예를 들어, 하나 이상의 층 또는 피쳐가 상부에 형성된 기판, 반도체 웨이퍼, 유리 기판, 웹 기판, 또는 검사될 다른 샘플에 관한 것일 수 있다. 샘플은 (1) 샘플의 표면을 이미징하는 것, (2) 예를 들어, 측방향으로, 즉, X-Y 평면에서, 샘플의 하나 이상의 피쳐의 치수들을 측정하는 것, (3) 임계 치수 측정들 및/또는 계측을 수행하는 것, (4) 결함들을 검출하는 것, 및/또는 (5) 샘플의 품질을 조사하는 것 중 하나 이상에 대해 검사될 수 있다.

하전 입자 빔(11)을 이용하여 샘플(10)을 검사하기 위해, 하전 입자 빔(11)은 전형적으로, 집속 렌즈(120)를 이용하여 샘플 표면 상에 집속된다. 하전 입자 빔(11)이 샘플 표면에 충돌할 때 샘플로부터 2차 전자들 및/또는 후방산란된 전자들이 방출된다. 신호 전자들은 샘플의 피쳐들의 공간적 특성들 및 치수들에 관한 정보를 제공하고, 하전 입자 검출기(118)를 이용하여 검출될 수 있다. 예를 들어, 주사 편향기들(107)을 이용하여 샘플 표면에 걸쳐 하전 입자 빔(11)을 주사하고, 신호 전자들을 신호 전자들의 생성 위치의 함수로서 검출함으로써, 샘플 표면 또는 그의 일부는, 예를 들어, 수신된 신호 전자들에 기초하여 샘플(10)의 이미지를 제공하도록 구성될 수 있는 이미지 생성 유닛(160)을 이용하여 이미징될 수 있다.

샘플 표면 상의 집속된 하전 입자 빔(11)의 작은 스폿은 획득가능한 이미지 해상도를 증가시킨다. 이에 따라, 샘플 표면은 샘플(10)의 선명한 초점이 맞는 이미지를 획득하기 위해 검사 동안 집속 렌즈(120)의 초점 평면(p_I)에 배열되어야 한다. 초점이 맞게(in-focus) 취해진 샘플(10)의 선명한 이미지는 본원에서 "초점 이미지(h_I)"로 또한 지칭되고, 아래첨자 I는 "초점이 맞음"을 나타낸다. 유사하게, 초점 평면(p_I)에서의 하전 입자 빔(11)의 빔 단면은 본원에서 "초점 빔 단면(g_I)"으로 지칭되고, 아래첨자 I는 "초점이 맞음"을 나타낸다.

특히, 이미지는 실제 공간에서(= 이미지 도메인에서, 즉, 공간 좌표들의 함수로서) 또는 푸리에 공간에서(= 주파수 도메인에서, 즉, 공간 주파수의 함수로서) 수학적으로 제시될 수 있다. 푸리에 공간에서의 이미지는 실제 공간에서의 이미지로부터 푸리에 변환(FT)을 통해 계산될 수 있다. 위의 표현들 양쪽 모두는 이미지의 대응하는 정보를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 실제 공간의 이미지들은 소문자 "h_n"으로 지정되고, 푸리에 공간의 이미지들은 대문자 "H_n"으로 지정되고, 아래첨자 "n"은 n번째 취해진 이미지를 나타낸다. 예를 들어, "h_I"는 실제 공간에서의 샘플의 초점 이미지를 나타내고, "H_I"는, h_I의 푸리에 변환인, 푸리에 공간에서의 샘플의 초점 이미지를 나타낸다. 마찬가지로, 실제 공간에서의 빔 단면들은 본원에서 소문자 "g_n"으로 지정되고, 푸리에 공간에서의 빔 단면들은 본원에서 대문자 "G_n"으로 지정되고, 아래첨자 "n"은 n번째 취해진 이미지의 빔 단면을 나타낸다. 예를 들어, "g_I"는 실제 공간에서의 하전 입자 빔의 초점 빔 단면을 나타내고, "G_I"는, g_I의 푸리에 변환인, 푸리에 공간에서의 하전 입자 빔의 초점 빔 단면을 나타낸다. 실제 공간에서의 이미지들 및 빔 단면들은, 본원에 설명된 실시예들 중 일부에서 고속 푸리에 변환(FFT) 알고리즘을 통해, 푸리에 공간으로 푸리에 변환될 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

샘플 상에 집속 렌즈(120)에 의해 집속된 하전 입자 빔의 빔 수렴의 실제 값은 전형적으로, 하전 입자 빔 시스템들에서 알려지지 않는다. 빔 수렴은 광학 축에 대한 빔 수렴 각도(a)의 관점에서 또는 하전 입자 빔의 개구수(NA)의 관점에서 표현될 수 있고, 은닉되고 이미지로부터 직접 이용가능하지 않은 그 값들은 빔의 "종방향 특성들"인 것으로 결정하기가 어렵다. 개구수(NA)는 해상도 한계를 결정하며, 따라서 개구수의 실제 값에 대한 지식은 매우 가치있을 것이다.

예를 들어, 시스템의 개구수는 시스템의 빔 영향 요소들(예컨대, 대물 렌즈)을 적응시키고 설계하기 위해 종종 사용되며, 이는 하전 입자 빔 시스템에 실제로 존재하는 개구수가 시스템 설계에 대해 가정된 설계 개구수로부터 벗어나는 경우에 부정확성들 및 빔 수차들로 이어질 수 있다. 빔 영향 요소들은: 렌즈, 빔 추출기, 빔 편향기, 시준기, 수차 보정기, 주사 편향기, 빔 분리기, 및 하전 입자 검출기로 구성되는 군의 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다. 그러므로, 실제 개구수를 결정하는 것은 시스템에서의 부정확성들의 원인들을 식별하고 시스템 설계 및 해상도를 최적화하는 데에 도움이 될 수 있다. 또한, 빔 수렴을 표현하는 크기로서의 개구수는 수차 계수 결정 루틴에서 입력 파라미터로서 사용될 수 있다.

본원에 설명된 방법들에 따르면, 하전 입자 빔, 특히, 개구수(NA)의 적어도 하나의 빔 수렴 값은 신뢰성있고 정확하게 결정될 수 있다. 도 1의 하전 입자 빔 시스템(100)은, 프로세서 및 메모리(도 1에 처리 유닛(170)으로서 도시됨)를 포함할 수 있고, 메모리는 명령어들을 저장하고 명령어들은, 프로세서에 의해 실행될 때, 시스템으로 하여금 본원에 설명된 방법들 중 임의의 방법을 수행하게 한다.

도 2 및 도 3은 적어도 하나의 빔 수렴 값을 결정하는 그러한 방법을 개략적으로 예시하는 흐름도들이다. 도 3의 도면은 도 2의 더 일반적인 도면과 비교하여 선택적인 추가의 세부사항들을 도시한다.

도 2 및 도 3의 박스(210)에서, 샘플이 하전 입자 빔의 각각의 빔 초점으로부터 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)에 배열될 때 샘플의 하나 이상의 이미지(h_1...N)가 취해진다. 탈초점 거리는 본원에서, 이미지가 취해질 때 샘플과 빔 초점 사이의 거리(≠0)로서 이해된다. 샘플이 빔 초점에 대해 샘플의 탈초점 거리에 배열될 때 이미지가 취해지면, 결과적인 이미지는 샘플의 초점이 벗어난 이미지이다. 당연히, 증가된 탈초점 거리는 각각의 취해진 이미지의 증가된 흐려짐으로 이어지는데, 왜냐하면 탈초점 거리에 따라 빔 단면은 일반적으로 증가하고 해상도는 일반적으로 감소하기 때문이다.

일부 실시예들에서, 샘플과 각각의 빔 초점 사이의 복수의 상이한 탈초점 거리들에서, 예를 들어, 2개, 3개, 6개 또는 그 초과의 상이한 탈초점 거리에서 복수의 이미지들, 예를 들어, 2개, 3개, 6개 또는 그 초과의 이미지들이 취해진다. 구체적으로, 샘플의 적어도 하나의 이미지는 과초점 거리에서, 즉, 샘플이 하전 입자 빔의 각각의 빔 초점보다 집속 렌즈(120)로부터 더 멀리 배열되는 탈초점 설정에서 취해질 수 있다(도 1에 예시된 탈초점 거리(z₃) 참고). 또한, 샘플의 적어도 하나의 이미지는 부족초점 거리에서, 즉, 샘플이 하전 입자 빔의 각각의 빔 초점보다 집속 렌즈(120)에 더 가깝게 배열되는 탈초점 설정에서 취해질 수 있다(도 1에 예시된 탈초점 거리들(z₁ 및 z₂) 참고). 제1 탈초점 거리(z₁)에서 취해진 이미지는 본원에서 h₁로 지정되고, 제n 탈초점 거리(z_n)에서 취해진 이미지는 본원에서 h_n으로 지정된다. 본원에서 (h_1...N)으로 지정된 총 N개의 이미지가 취해질 수 있고, 특히, N은 6 이상, 예를 들어, 10 이상 또는 15 이상이다.

본원에 설명되는 일부 실시예들에서, 하나 이상의 이미지(h_1...N)가 취해지는 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)는 정량적으로, 즉, 절대값들로 알려져 있거나, 복수의 이미지들이 복수의 상이한 탈초점 거리들에서 취해지는 경우, 적어도, 복수의 탈초점 거리들 중 각각의 2개의 탈초점 거리들 사이의 차이들은 정량적으로, 예를 들어, [㎛] 단위로 또는 다른 길이 단위로 알려져 있다. 하나 이상의 탈초점 이미지로부터 빔 수렴을 결정하기 위해, 상기 탈초점 이미지들 각각이 어느 탈초점 거리(예를 들어, [㎛] 단위)에서 취해졌는지를 정량적으로 아는 것이 유익하다. 대안적으로, 2개(또는 그 초과)의 상이한 탈초점 거리들에서 취해진 2개(또는 그 초과)의 탈초점 이미지들로부터 빔 수렴을 결정하기 위해, 적어도 2개의 각각의 상이한 탈초점 거리들(예를 들어, [㎛] 단위) 사이의 차이들을 정량적으로 아는 것이 유익하다. 일부 실시예들에서, 샘플의 탈초점 이미지들이 취해지기 전에 교정이 수행될 수 있고, 이에 의해, 이미지가 취해지는 각각의 탈초점 거리가 하전 입자 빔 시스템의 각각의 설정으로부터 정량적으로 알려진다.

다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 탈초점 거리는 샘플 스테이지(108)를 Z 방향으로, 즉, 광학 축(A)을 따라 집속 렌즈(120)에 대해 이동시킴으로써 변화된다. 복수의 상이한 탈초점 거리들 사이에서 변화하기 위한 스테이지 이동이 도 1에 개략적으로 도시된다. 예를 들어, 샘플 스테이지는 미리 결정된 증분들로, 예를 들어, 0.2 ㎛ 내지 2 ㎛의 복수의 동일하거나 유사한 증분들로 이동될 수 있고, 샘플의 이미지는 복수의 탈초점 거리들 각각에서 취해질 수 있다. 샘플 스테이지가 이동되고 이미지들이 취해지는 동안 집속 렌즈(120)의 일정한 초점 강도가 유지될 수 있다.

다른 실시예들에서, 탈초점 거리는 집속 렌즈(120)의 집속 강도를 변화시킴으로써 변화된다. 집속 렌즈의 증가된 집속 강도는 각각의 빔 초점 및 초점 평면을 샘플에 대해 집속 렌즈 쪽으로 시프트시키고, 감소된 집속 강도는 각각의 빔 초점 및 초점 평면을 샘플에 대해 집속 렌즈로부터 멀리 시프트시키며, 따라서, 탈초점 거리는 초점 평면(p_I)을 샘플(10)에 대해 시프트시키는 것에 의해 변화된다. 샘플은 정지 상태로 유지될 수 있다. 특히, 복수의 상이한 탈초점 거리들 사이에서 변화하기 위해 복수의 상이한 집속 강도들이 집속 렌즈(120)에 의해 하전 입자 빔 상에 적용될 수 있고, 복수의 상이한 집속 강도들 각각에서 이미지가 취해질 수 있다.

특히, 집속 강도 변동은 또한, 빔 수렴을 변화시킨다. 그러므로, 본원에 설명된 실시예들에서, 집속 강도는 - 변화되는 경우 - 탈초점 거리의 결과적인 변화가 집속 렌즈(120)의 총 초점 거리(f)에 대해 무시할만하도록 하는 정도만 변화된다. 예를 들어, 탈초점 거리는 복수의 이미지들을 취하기 위해 집속 강도를 변화시킴으로써 수 미크론(예를 들어, < 10 ㎛)의 총 범위 내에서 변화될 수 있는(도 4 참고) 반면에, 집속 렌즈(120)의 총 초점 거리(f)는 수 밀리미터 또는 심지어 수 센티미터의 범위에 있을 수 있다. 그러므로, 빔 수렴은 본원에 설명된 실시예들에 따른 집속 렌즈의 집속 강도를 변화시킴으로써 무시할만한 방식으로만 변화될 수 있고, 결정된 개구수(NA) 또는 추가의 빔 수렴 값들은 실질적으로 영향을 받지 않는다.

일부 실시예들에서, 집속 렌즈(120)의 집속 강도 변동의 함수로서의 탈초점 거리 변동은 사전에 알려지거나 선행 교정에서 결정되고, 이에 의해, 집속 렌즈에 의해 적용되는 각각의 집속 강도 변동에 대해, 각각의 탈초점 거리 변동은 정량적으로 알려지거나, 집속 렌즈의 각각의 집속 강도에 대해 각각의 탈초점 거리가 정량적으로 알려진다(예를 들어, [㎛] 단위).

이제, 도 2 및 도 3을 참조하면, 박스(220)에서, 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)에서의 하전 입자 빔의 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)이 하나 이상의 이미지(h_1...N)로부터 검색된다. 특히, 복수의 빔 단면들이 복수의 이미지들로부터 검색되는데, 즉, 복수의 이미지들 각각에 대해 하나의 검색된 빔 단면이 있다. 각각의 검색된 빔 단면은 각각의 이미지가 취해지는 탈초점 거리에서의 하전 입자 빔의 빔 단면에 대응한다. 초점이 벗어난 빔 프로파일들은 여러 상이한 빔 프로파일 추출 방법들을 통해, 초점이 벗어난 이미지들로부터 추출될 수 있다. 하나의 예시적인 빔 프로파일 추출 방법이 이하에서 예시적으로 설명된다.

샘플의 초점 이미지(h_I)는 초점이 벗어나 취해진 하나 이상의 이미지(h_1...N)에 추가하여 취해질 수 있고, 상기 초점 이미지(h_I)는 하나 이상의 이미지(h_1...N)로부터 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)을 검색하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 알려진 기하형상을 갖는 샘플이, 본원에 설명된 방법들에 따라 빔 수렴을 결정하기 위해 사용되기 때문에, 샘플의 초점 이미지(h_I)는 또한, 다른 방식으로 알려질 수 있다.

더 구체적으로, 도 3의 박스(220)에 더 상세하게 도시된 바와 같이, 하나 이상의 이미지(h_1...N)로부터 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)을 검색하는 것은, 푸리에 공간(H_1...N)에서 하나 이상의 취해진 이미지를 제공하기 위해 실제 공간(h_1...N)에서 하나 이상의 취해진 이미지를 푸리에 변환하는 것, 및 푸리에 공간(H_1...N)에서의 하나 이상의 취해진 이미지를 푸리에 공간(H_I)에서의 샘플의 초점 이미지로 분할하는 것을 포함할 수 있다. 상기 빔 프로파일 추출 방법은, 푸리에 공간에서, 샘플의 취해진 탈초점 이미지(H_n)를 샘플의 초점 이미지(H_I)로 분할하는 것이 샘플의 구조를 제거하고, 그에 의해, 상기 분할이 순수 빔 프로파일, 즉, 샘플 정보가 없는 빔 단면을 산출할 수 있다는 사실에 기초한다. 푸리에 공간(G_n)에서의 각각의 검색된 빔 단면은 실제 공간(g_n)에서의 각각의 검색된 빔 단면을 획득하기 위해 역 푸리에 변환될 수 있다.

도 3의 박스(220)에 더 예시된 바와 같이, 하나 이상의 취해진 이미지(h_1...N)로부터 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)을 검색하는 단계는 푸리에 공간(G_I)에서 초점 빔 단면과의 곱셈 및 적응성 필터 항()과의 곱셈 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 적응성 필터 항()은 취해진 이미지들을 입력 정보로서 수신할 수 있는 적응성 필터(260)에 의해 제공될 수 있다. 적응성 필터 항은 적응성 필터(260)에 의해, 취해진 이미지들 각각에 대해 개별적으로 제공될 수 있다. 적응성 필터 항()이 없다면, 상기 나눗셈의 분모에서 초점 이미지(H_I)의 0에 가까운 값들은 이미지에서 과도하게 강한 잡음 가중치로 이어질 수 있다. 적응성 필터 항()은 초점 빔 단면들(G_1...N)의 계산에서 초점 이미지(H_I)에서의 잡음의 그러한 원하지 않는 영향들을 감소시키거나 회피할 수 있다. 예를 들어, 각각의 이미지 및 이미지의 각각의 잡음에 대해 적절한 필터 항이 사용됨을 확실히 하기 위해, 이미지들(h_1...N) 각각에 대해 개별적으로 적응성 필터(260)에 의해 각각의 필터 항이 결정될 수 있다.

실제 공간(g_I) 또는 푸리에 공간(G_I)에서의 초점 빔 단면은, 예를 들어, 초점에서의 빔 단면의 파 광학(wave optical) 모의에 기초하여 모의될 수 있다. 예를 들어, 초점 빔 단면(g_I)의 모의를 위해 집속 렌즈(120)의 초점 평면에서 가우시안 빔 단면이 가정될 수 있다. 구체적으로, 하전 입자 빔의 초점 빔 단면(g_I)은, 예를 들어, 가우시안 빔 프로파일을 가정하여, 해상도 측정으로부터 결정될 수 있다.

박스(230)에서, 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)에서의 하전 입자 빔의 하나 이상의 빔 폭(c_1...N)은 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)으로부터 결정된다. 특히, 복수의 빔 폭들은 복수의 빔 단면들로부터 결정되고, 복수의 빔 단면들 각각에 대해 하나의 검색된 빔 폭이 (예를 들어, 하나 이상의 방향에서, 즉, 하나 이상의 방위각에 대해) 결정된다.

일부 실시예들에서, 박스(230)에서 각각의 빔 단면으로부터 하나의 빔 폭이 검색될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)은 본질적으로 회전 대칭, 예를 들어, 원형 또는 가우시안일 수 있고, 그에 의해, 각각의 빔 단면으로부터 단 하나의 빔 폭만을 검색하는 것이 어쨌든 충분한데, 왜냐하면 빔 폭은 각각의 방위각에서 본질적으로 동일하기 때문이다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "방위각들"은 빔 단면들의 단면 평면들 내의 상이한 방향들, 즉, 빔 단면의 폭이 측정될 수 있는 광학 축(A)에 수직인 상이한 방향들을 지칭한다. 대안적으로, 빔 단면이 회전 대칭이 아니더라도, 빔 단면에 대한 하나의 빔 폭이 평균 빔 폭으로서 또는 FW50 값으로서 결정될 수 있는데, 이는 빔 전류의 절반이 통과하는 광학 축(A) 주위의 원의 직경이다.

다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 하나 이상의 빔 폭(c_1...N) 각각은 2개 이상의 방향들에서, 즉, 2개 이상의 상이한 방위각들에서 결정된다. 특히, 하나 이상의 빔 폭(c_1...N) 각각은 방위각((c_1...N)(θ))의 함수로서 결정될 수 있다. 도 3은 정확하게 회전 대칭이 아닌 이미지(h_n)로부터 검색된 빔 단면(g_n)을 예시적으로 도시한다. 각각의 빔 폭(c_n)은 2개 이상의 방향들에서, 예를 들어, 방위각(θ_x)(= X 방향에서) 및 방위각(θ_y)(= y 방향에서)에서 결정될 수 있다. 구체적으로, 빔 폭(c_n)은 방위각(c_n(θ))의 함수로서 빔 단면(g_n)으로부터 검색될 수 있다.

본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 다음의 군의 적어도 하나의 크기가, 각각의 빔 단면으로부터 결정되고 각각의 빔 폭으로 간주된다: (1) 하나 이상의 방위각에서의 FWHM(= 반치전폭), 또는 평균 FWHM; (2) 하나 이상의 방위각에서의 FW50(= 전폭 50), 또는 D50 폭으로 또한 지칭되는 평균 FW50; (3) 1/e² 폭; 및 (4) 빔 폭을 설명하는, 다른 일반적으로 사용되는 크기. 빔 반경 또는 빔 직경은, 각각, 빔 폭으로 고려될 수 있다. 특히, 박스(230)에서 빔 폭으로서 검색되는 크기에 따라, 결과적인 빔 수렴 값은 그로부터 개구수의 정확한 값을 결정하기 위해 각각의 교정 계수(K)와 곱해질 필요가 있을 수 있다.

박스(240)에서, 하나 이상의 빔 폭(c_1...N) 및 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)에 기초하여 적어도 하나의 빔 수렴 값이 계산된다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 빔 수렴 값은 탈초점 거리() 및/또는 그로부터 계산된, 예를 들어, [도] 또는 [rad] 단위의 빔 수렴 각도(a)의 함수로서의 빔 폭의 변화일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 탈초점 거리의 함수로서 평균 빔 폭 변동이 결정될 수 있고, 그로부터 빔 수렴 각도(α)가 계산될 수 있다. 적어도 하나의 이미지가 과초점 거리에서 취해지고 적어도 하나의 이미지가 부족초점 거리에서 취해지는 경우, 탈초점 거리의 함수로서의 빔 폭의 평균 변화는 초점 평면의 앞에서 그리고 초점 평면 뒤에서 개별적으로 결정될 수 있다. 평균 빔 수렴 각도(a)는 그로부터 계산될 수 있고, 적어도 하나의 빔 수렴 값으로 간주될 수 있다.

도 4는 빔 초점에 대해 -4 ㎛ 내지 +4 ㎛의 예시적인 탈초점 범위에서 탈초점 거리(f)의 함수로서 빔 폭(c)의 그래프를 도시한다. 여기서, 10개의 이미지들은 상이한(정량적으로 알려진) 부족초점 거리들에서 취해지고, 10개의 이미지들은 상이한(정량적으로 알려진) 과초점 거리들에서 취해지고, 각각의 빔 폭들이 그로부터 검색된다. 박스(230)에서 결정된 빔 폭들(c_1...N)은 각각의 탈초점 거리들(z_1...N)에서 작은 정사각형들로서 도시된다. 상기 그래프에서, 탈초점 거리()의 함수로서의 빔 폭의 변화는 빔 폭들을 연결하는 라인(또는 빔 폭들에 대한 선형 피팅)의 기울기에 대응한다. 전형적으로, 빔 초점(z=0)의 상류 및 하류의 기울기들의 절대값들은 본질적으로 서로 대응하는데, 왜냐하면 빔의 하전 입자들은, 본질적으로 선형인 경로들을 따라 전파되기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 과초점 거리들 및 부족초점 거리들에 대한 기울기를 개별적으로 계산하는 것이 가능하다.

일부 실시예들에서, 평균 기울기, 특히, 탈초점 거리의 함수로서 도시된 빔 폭 값들 중 적어도 일부에 대한 선형 피팅의 기울기가 결정되고, 그로부터 빔 수렴 각도(a)가 계산될 수 있다. 본원에 설명된 실시예들 중 일부에서, (평균 또는 피팅된) 기울기 값 및/또는 그로부터 계산된 빔 수렴 각도(a)는 적어도 하나의 빔 수렴 값으로서 결정될 수 있다.

일부 실시예들에서, 하전 입자 빔의 개구수(NA)는 기울기 값()을 교정 계수(K)와 곱함으로써 상기 (평균 또는 피팅된) 기울기 값으로부터 계산된다. 교정 계수(K)는 박스(230)에서 사용되는 크기를 빔 폭으로서 고려할 수 있다. 일부 실시예들에서, 개구수는 다음과 같이 계산된다: , 빔 폭을 표현하기 위해 크기로서 "FW50"이 사용되고 "기울기"가 ()의 (선택적으로, 평균화된 또는 선형 피팅된) 절대값인 경우, 교정 계수(K)는 0.5와 1 사이의 값, 특히, 0.70과 0.85 사이의 값이다.

그 다음, (특히, 상기 교정 계수와의 곱셈 후의) 하전 입자 빔의 결과적인 개구수(NA)는, 대물 렌즈에 의해 제공되는 개구수를 입력 파라미터로서 예상하는 하전 입자 빔 시스템들을 위한 다양한 모의 및 설계 프로그램들에서 입력 파라미터로서 직접 사용될 수 있다.

본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 방법은, 하전 입자 빔을 조정하기 위해, 적어도 하나의 빔 수렴 값에 기초하여, 특히, 하전 입자 빔의 결정된 개구수에 기초하여 적어도 하나의 빔 영향 요소를 수정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 방법은, 적어도 하나의 빔 수렴 값을 입력 파라미터로서 사용하는 반복 피팅 루틴에 의해 하전 입자 빔의 하나 이상의 빔 수차 계수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 하전 입자 빔의 실제 개구수를 입력 파라미터로서 사용하는 하나 이상의 빔 수차 계수를 결정하기 위한 그러한 반복 피팅 루틴이 도 2에서 박스(250)에 의해 도시된다. 하전 입자 빔의 실제 개구수(NA)가 알려져 있는 경우, 그러한 피팅 루틴은 실제 빔 수차 계수들 쪽으로 더 신속하게 수렴할 수 있다.

본원에 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 하나 이상의 빔 폭(c_1...N) 각각은 2개 이상의 방위각들에서, 특히, 방위각((c_1...N)(θ))의 함수로서 결정되고, 각각의 빔 수렴 값은 상기 방위각들 각각에서 계산될 수 있다.

특히, 적어도 하나의 빔 수렴 값은 제1 방위각(θ_x)에서의 하전 입자 빔의 제1 빔 수렴 값 및 제2 방위각(θ_y)에서의 하전 입자 빔의 제2 빔 수렴 값을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 빔 수렴 값은, 예를 들어, 빔 프로파일이 고도로 비대칭이거나, 타원형이거나, 다른 방식으로 왜곡되는 경우, 방위각의 함수로서 계산될 수 있다.

일부 실시예들에서, 하전 입자 빔의 개구수는 2개 이상의 방위각들에서, 특히, 방위각(NA(θ))의 함수로서 계산될 수 있다. 예를 들어, 빔 수렴 각도(a) 또는 기울기()가 방위각의 함수로서 먼저 계산될 수 있고, 그로부터, 방위각의 함수로서 개구수가, 특히, 교정 계수(K)와의 곱셈에 기초하여 계산될 수 있다.

특히, 빔 수렴 값이 방위각의 함수로서 결정되는 경우, 집속된 하전 입자 빔의 3차원 모델이 생성되고/거나 디스플레이될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 선택된 방위각 평면에서의 하전 입자 빔의 하나 이상의 2차원 표현이 생성되고/거나 디스플레이될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 탈초점 거리의 함수로서 하전 입자 빔의 빔 폭의 하나 이상의 1차원 표현이 생성되고/거나 디스플레이될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 개구수는 방위각의 함수로서, 예를 들어, 1차원 표현으로 결정되고/거나 디스플레이될 수 있다.

본원에 설명된 일부 실시예들에서, 특히, 하나의 단일의 취해진 탈초점 이미지가 취해지는 탈초점 거리(z_n)가 정량적으로 알려져 있는 경우, 하나의 단일의 취해진 탈초점 이미지(h_n)는 그로부터 적어도 하나의 빔 수렴 값을 결정하기에 이미 충분할 수 있다(그리고, 추가적으로, 샘플의 초점 이미지(h_I)가 취해지거나 다른 방식으로 알려지고, 이에 의해, 빔 단면(g_n) 및 빔 폭(c_n)이 하나의 단일의 취해진 탈초점 이미지(h_n)로부터 검색될 수 있다). 구체적으로, c_n/z_n을 계산하여 적어도 하나의 빔 수렴 값이 결정될 수 있고, 그로부터 NA가 계산될 수 있다. 그러나, 복수의 상이한 탈초점 거리들(z_1...N)에서, 특히 부족초점에서 및 과초점에서, 복수의 탈초점 이미지들(h_1...N)이 취해지고, 그로부터 (예를 들어, 평균 기울기 값으로서 또는 탈초점 거리의 함수로서 빔 폭들에 대한 선형 피팅으로서) 본원에 설명된 바와 같이 양(dc/dz)이 결정되면, 더 정확한 빔 수렴 값 및 더 정확한 NA 값이 결정될 수 있다.

특히, 빔 수차 계수들을 결정하기 위한 알려진 프로세스들은 초점이 벗어나 취해진 탈초점 이미지들로부터 검색된 프로브 형상들의 분석에 기초한다. 그러나, 탈초점 이미지들이 실제로 취해지는 탈초점 거리들에 관하여 정량적으로 아는 것 없이, 검색된 프로브 형상들로부터 빔 수차 계수들에 관한 상대적인 추정들만이 이루어진다. 그러므로, 집속된 하전 입자 빔의 수렴에 관한 정량적 정보를 검색하기 위해, 알려진 프로세스들이 사용될 수 없다. 그와 대조적으로, 본원에 설명된 방법들은, 탈초점 이미지들이, 정량적으로 알려진 탈초점 거리들에서 또는 그들 사이의 정량적으로 알려진 차이들에서 취해지는 경우, 빔 수렴 각도에 관한 정보를 검색하는 데 사용될 수 있고, 따라서, 집속된 하전 입자 빔의 실제 개구수 값을 결정하는 데 사용될 수 있다는 인식에 기초한다.

집속 렌즈에 의해 집속된 하전 입자 빔의 개구수는 지금까지 해상도 측정들에 기초하여 실제 빔 형상에 관해 가정하여 결정된 가치있는 양이지만, 이는 결정 부정확성들로 이어진다. 본원에 설명되는 방법들에 따르면, NA는 탈초점 이미지들로부터 검색된 실제의 초점이 벗어난 빔 단면들로부터 검색될 수 있고, 그에 의해, 빔 형상에 관한 가정이 취해질 필요가 없다. 구체적으로, 빔 단면들 또는 샘플에 관한 가정들이 이루어질 필요가 없고, 이는 개구수의 더 정확한 값들로 이어진다. 또한, 개구수는, 이전에 가능하지 않았고 상이한 방향들을 따른 실제 빔 형상과 의도된 빔 형상 사이의 (의도적 또는 비의도적) 불일치들의 식별을 허용하는 임의의 방위각에서 결정될 수 있다. 또한, 빔 형상은 3D 및/또는 2D로 시각화될 수 있고, 이는 하전 입자 빔을 적절하게 분석하고 개선/조정하는 것을 도울 수 있다.

하전 입자 빔 시스템에서 개구수를 정밀하게 결정할 수 있는 것은 특히, (1) 개구수가 획득가능한 해상도를 결정하는데 있어서 결정적인 양이기 때문에, 재현성 및 매칭, (2) 예를 들어, 미래의 설계들을 개선하기 위한, 빔 영향 요소들의 분석, (3) 개구수의 다양한 배율들로 스케일링되는 빔 수차들의 결정, (4) 예를 들어, 하나의 축만을 따라 세장형인 샘플의 깊은 트렌치들을 검사하기 위한, 특정 임계 치수 및 결함 검토 작업들을 위한 조정된 하전 입자 빔들의 생성을 허용한다.

구체적으로, 다음의 실시예들이 본원에 설명된다:

실시예 1: 하전 입자 빔 시스템(100)에서 샘플(10) 쪽으로 집속 렌즈(120)에 의해 집속된 하전 입자 빔(11)의 빔 수렴을 결정하는 방법으로서, (a) 샘플이 하전 입자 빔의 각각의 빔 초점으로부터 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)에 배열될 때 샘플의 하나 이상의 이미지(h_1...N)를 취하는 단계; (b) 하나 이상의 이미지(h_1...N)로부터 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)을 검색하는 단계; (c) 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)으로부터 하나 이상의 빔 폭(c_1...N)을 결정하는 단계; 및 (d) 하나 이상의 빔 폭(c_1...N) 및 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)에 기초하여 적어도 하나의 빔 수렴 값을 계산하는 단계를 포함한다.

실시예 2: 실시예 1의 방법에 있어서, 하나 이상의 이미지(h_1...N)가 취해지는 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N), 또는 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N) 사이의 차이들은 절대값들로 알려져 있고, 상기 절대값들은 (d)에서 적어도 하나의 빔 수렴 값을 계산하기 위해 사용된다.

실시예 3: 실시예 1 또는 2의 방법에 있어서, 적어도 하나의 빔 수렴 값은 탈초점 거리()의 함수로서의 빔 폭의 변화를 포함한다.

실시예 4: 실시예 1 내지 3 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 적어도 하나의 빔 수렴 값은 하전 입자 빔의 개구수(NA)를 포함한다.

실시예 5: 실시예 1 내지 4 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, (a)에서, 샘플이 복수의 상이한 탈초점 거리들에 배열될 때 복수의 이미지들이 취해지고; (b)에서, 복수의 빔 단면들이 복수의 이미지들로부터 검색되고; (c)에서, 복수의 빔 폭들이 복수의 빔 단면들로부터 결정되고; (d)에서, 적어도 하나의 빔 수렴 값이 복수의 빔 폭들 및 복수의 탈초점 거리들에 기초하여 계산된다.

실시예 6: 실시예 5의 방법에 있어서, 하전 입자 빔의 개구수(NA)는 교정 계수(K)와 곱해진 탈초점 거리()의 함수로서 빔 폭의 변화의 평균 절대값에 기초하여 계산된다.

실시예 7: 실시예 5 또는 6의 방법에 있어서, (a)에서, 복수의 상이한 탈초점 거리들 사이에서 변화하기 위해 복수의 상이한 집속 강도들이 집속 렌즈(120)에 의해 적용되고, 복수의 상이한 집속 강도들 각각에서 이미지가 취해진다.

실시예 8: 실시예 7의 방법에 있어서, 집속 렌즈(120)의 집속 강도 변동의 함수로서의 탈초점 거리 변동이 알려져 있거나 선행 교정에서 결정된다.

실시예 9: 실시예 5 또는 6의 방법에 있어서, (a)에서, 샘플 스테이지(108)는 복수의 상이한 탈초점 거리들 사이에서 변화하기 위해 광학 축(A)을 따라 집속 렌즈(120)에 대해 이동되고, 복수의 상이한 탈초점 거리들 각각에서 이미지가 취해진다.

실시예 10: 실시예 5 내지 9 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 복수의 이미지들 중 적어도 하나의 이미지는 과초점 거리에서 취해지고 복수의 이미지들 중 적어도 하나의 이미지는 부족초점 거리에서 취해진다.

실시예 11: 실시예 1 내지 10 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, (b)에서, 하나 이상의 이미지(h_1...N)로부터 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)을 검색하는 단계는 푸리에 공간(H_1...N)의 하나 이상의 이미지를 푸리에 공간(H_I)의 샘플의 초점 이미지로 분할하는 단계를 포함한다.

실시예 12: 실시예 11의 방법에 있어서, 하나 이상의 이미지(h_1...N)로부터 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)을 검색하는 단계는 푸리에 공간(G_I)에서 초점 빔 단면과의 곱셈 및 적응성 필터 항()과의 곱셈 중 적어도 하나를 더 포함한다.

실시예 13: 실시예 1 내지 12 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 하나 이상의 빔 폭(c_1...N) 각각은 2개 이상의 방향들에서, 특히, 방위각((c_1...N)(θ))의 함수로서 결정된다.

실시예 14: 실시예 13의 방법에 있어서, 적어도 하나의 빔 수렴 값은 제1 방위각(θ_x)에서의 하전 입자 빔의 제1 빔 수렴 값 및 제2 방위각(θ_y)에서의 하전 입자 빔의 제2 빔 수렴 값을 포함하고, 특히, 적어도 하나의 빔 수렴 값은 방위각의 함수로서 계산된다.

실시예 15: 실시예 14의 방법에 있어서, 방위각의 함수로서의 하전 입자 빔의 개구수(NA(θ))는 방위각의 함수로서의 적어도 하나의 빔 수렴 값으로부터 계산된다.

실시예 16: 실시예 1 내지 15 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 다음: 하전 입자 빔의 3차원 모델을 디스플레이하는 단계; 하나 이상의 선택된 방위각 평면의 하전 입자 빔의 하나 이상의 2차원 표현을 디스플레이하는 단계; 탈초점 거리의 함수로서 하전 입자 빔의 빔 폭의 하나 이상의 1차원 표현을 디스플레이하는 단계; 및 방위각의 함수로서 하전 입자 빔의 개구수를 디스플레이하는 단계 중 적어도 하나 이상을 더 포함한다.

실시예 17: 실시예 1 내지 16 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 하전 입자 빔을 조정하기 위해 적어도 하나의 빔 수렴 값에 기초하여 적어도 하나의 빔 영향 요소를 수정하는 단계를 더 포함한다.

실시예 18: 실시예 1 내지 17 중 어느 한 실시예의 방법에 있어서, 적어도 하나의 빔 수렴 값을 입력 파라미터로서 사용하는 반복 피팅 루틴에 의해 하전 입자 빔의 하나 이상의 빔 수차 계수를 결정하는 단계를 더 포함한다.

실시예 19: 하전 입자 빔 시스템으로서, 광학 축(A)을 따라 전파되는 하전 입자 빔(11)을 방출하기 위한 하전 입자 공급원(105); 샘플 스테이지(108); 샘플 스테이지(108) 상에 배치된 샘플(10) 쪽으로 하전 입자 빔을 집속하기 위한 집속 렌즈(120); 샘플로부터 방출된 신호 입자들을 검출하기 위한 하전 입자 검출기(118); 및 프로세서 및 메모리를 포함하고, 메모리는 명령어들을 저장하고 명령어들은, 프로세서에 의해 실행될 때, 하전 입자 빔 시스템으로 하여금 상기 실시예들 중 어느 한 실시예의 방법을 수행하게 한다.

실시예 20: 하전 입자 빔 시스템(100)으로서, 광학 축(A)을 따라 전파하는 하전 입자 빔(11)을 방출하기 위한 하전 입자 공급원(105); 샘플 스테이지(108); 샘플 스테이지 상에 배치된 샘플(10) 쪽으로 하전 입자 빔을 집속하기 위한 집속 렌즈(120); 샘플로부터 방출된 신호 입자들을 검출하기 위한 하전 입자 검출기(118); 및 프로세서 및 메모리를 포함하고, 메모리는 명령어들을 저장하고, 명령어들은, 프로세서에 의해 실행될 때, 하전 입자 빔 시스템으로 하여금: (x1) 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)에서 취해진 샘플의 하나 이상의 이미지(h_1...N)로부터 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)을 검색하고; (x2) 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)으로부터 하나 이상의 빔 폭(c_1...N)을 결정하고; (x3) 하나 이상의 빔 폭(c_1...N) 및 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)에 기초하여 적어도 하나의 빔 수렴 값을 계산하게 한다. 하전 입자 빔 시스템(100)은, 위에 설명된 실시예들 중 임의의 실시예의 방법을 위해 더 구성될 수 있다.

전술한 내용은 실시예들에 관한 것이지만, 다른 그리고 추가적인 실시예들이 그의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 그의 범위는 후속하는 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

1. 하전 입자 빔 시스템(100)에서 샘플(10) 쪽으로 집속 렌즈(120)에 의해 집속된 하전 입자 빔(11)의 빔 수렴을 결정하는 방법으로서,
   (a) 상기 샘플이 상기 하전 입자 빔의 각각의 빔 초점으로부터 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)에 배열될 때 상기 샘플의 하나 이상의 이미지(h_1...N)를 취하는 단계;
   (b) 상기 하나 이상의 이미지(h_1...N)로부터 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)을 검색하는 단계;
   (c) 상기 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)으로부터 하나 이상의 빔 폭(c_1...N)을 결정하는 단계; 및
   (d) 상기 하나 이상의 빔 폭(c_1...N) 및 상기 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)에 기초하여 적어도 하나의 빔 수렴 값을 계산하는 단계
   를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 이미지(h_1...N)가 취해지는 상기 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N), 또는 상기 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N) 사이의 차이들은 절대값들로 알려져 있고, 상기 절대값들은 (d)에서 상기 적어도 하나의 빔 수렴 값을 계산하기 위해 사용되는, 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 빔 수렴 값은, 탈초점 거리의 함수로서의 빔 폭의 변화, 빔 수렴 각도, 및 상기 하전 입자 빔의 개구수(NA) 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 빔 수렴 값은 상기 하전 입자 빔의 개구수(NA)를 포함하는, 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   (a)에서, 상기 샘플이 복수의 상이한 탈초점 거리들에 배열될 때 복수의 이미지들이 취해지고;
   (b)에서, 복수의 빔 단면들이 상기 복수의 이미지들로부터 검색되고;
   (c)에서, 복수의 빔 폭들은 상기 복수의 빔 단면들로부터 결정되고;
   (d)에서, 상기 적어도 하나의 빔 수렴 값은 상기 복수의 빔 폭들 및 상기 복수의 탈초점 거리들에 기초하여 계산되는, 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 하전 입자 빔의 개구수(NA)는 교정 계수(K) 및 탈초점 거리의 함수로서 빔 폭의 평균 변화에 기초하여 계산되는, 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   (a)에서, 복수의 상이한 탈초점 거리들 사이에서 변화하기 위해 복수의 상이한 집속 강도들이 상기 집속 렌즈(120)에 의해 적용되고, 상기 복수의 상이한 집속 강도들 각각에서 이미지가 취해지는, 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 집속 렌즈(120)의 집속 강도 변동의 함수로서의 탈초점 거리 변동은 알려져 있거나 선행 교정에서 결정되는, 방법.
9. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   (a)에서, 샘플 스테이지(108)는 상기 복수의 상이한 탈초점 거리들 사이에서 변화하기 위해 광학 축(A)을 따라 상기 집속 렌즈(120)에 대해 이동되고, 상기 복수의 상이한 탈초점 거리들 각각에서 이미지가 취해지는, 방법.
10. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 복수의 이미지들 중 적어도 하나의 이미지는 과초점 거리에서 취해지고 상기 복수의 이미지들 중 적어도 하나의 이미지는 부족초점 거리에서 취해지는, 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    (b)에서, 상기 하나 이상의 이미지(h_1...N)로부터 상기 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)을 검색하는 단계는 푸리에 공간(H_1...N)의 하나 이상의 이미지를 푸리에 공간(H_I)의 상기 샘플의 초점 이미지로 분할하는 단계를 포함하는, 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 하나 이상의 이미지(h_1...N)로부터 상기 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)을 검색하는 단계는 푸리에 공간(G_I)에서 초점 빔 단면과의 곱셈 및 적응성 필터 항과의 곱셈 중 적어도 하나를 더 포함하는, 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 빔 폭(c_1...N) 각각은 2개 이상의 방위각들에서, 특히, 방위각((c_1...N)(θ))의 함수로서 결정되는, 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 빔 수렴 값은 제1 방위각(θ_x)에서의 상기 하전 입자 빔의 제1 빔 수렴 값 및 제2 방위각(θ_y)에서의 상기 하전 입자 빔의 제2 빔 수렴 값을 포함하고, 특히, 상기 적어도 하나의 빔 수렴 값은 방위각의 함수로서 계산되는, 방법.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 빔 수렴 값은 방위각의 함수로서 상기 하전 입자 빔의 개구수(NA(θ))를 포함하는, 방법.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    다음:
    상기 하전 입자 빔의 3차원 모델을 생성하는 단계 및 디스플레이하는 단계 중 적어도 하나;
    하나 이상의 선택된 방위각 평면에서의 상기 하전 입자 빔의 하나 이상의 2차원 표현을 생성하는 단계 및 디스플레이하는 단계 중 적어도 하나; 및
    탈초점 거리의 함수로서 상기 하전 입자 빔의 빔 폭의 하나 이상의 1차원 표현을 생성하는 단계 및 디스플레이하는 단계 중 적어도 하나
    중 적어도 하나 이상을 더 포함하는, 방법.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔을 조정하기 위해 상기 적어도 하나의 빔 수렴 값에 기초하여 적어도 하나의 빔 영향 요소를 수정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 빔 수렴 값을 입력 파라미터로서 사용하는 반복 피팅 루틴에 의해 상기 하전 입자 빔의 하나 이상의 빔 수차 계수를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
19. 하전 입자 빔 시스템으로서,
    광학 축(A)을 따라 전파되는 하전 입자 빔(11)을 방출하기 위한 하전 입자 공급원(105);
    샘플 스테이지(108);
    상기 하전 입자 빔을 상기 샘플 스테이지(108) 상에 배치된 샘플(10) 쪽으로 집속하기 위한 집속 렌즈(120);
    상기 샘플로부터 방출된 신호 입자들을 검출하기 위한 하전 입자 검출기(118); 및
    프로세서 및 메모리
    를 포함하고, 상기 메모리는 명령어들을 저장하고 상기 명령어들은, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하전 입자 빔 시스템으로 하여금 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는, 하전 입자 빔 시스템.
20. 하전 입자 빔 시스템(100)으로서,
    광학 축(A)을 따라 전파되는 하전 입자 빔(11)을 방출하기 위한 하전 입자 공급원(105);
    샘플 스테이지(108);
    상기 하전 입자 빔을 상기 샘플 스테이지(108) 상에 배치된 샘플(10) 쪽으로 집속하기 위한 집속 렌즈(120);
    상기 샘플로부터 방출된 신호 입자들을 검출하기 위한 하전 입자 검출기(118); 및
    프로세서 및 메모리
    를 포함하고, 상기 메모리는 명령어들을 저장하고, 상기 명령어들은, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하전 입자 빔 시스템으로 하여금,
    (x1) 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)에서 취해진 샘플의 하나 이상의 이미지(h_1...N)로부터 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)을 검색하고;
    (x2) 상기 하나 이상의 빔 단면(g_1...N)으로부터 하나 이상의 빔 폭(c_1...N)을 결정하고;
    (x3) 상기 하나 이상의 빔 폭(g_1...N) 및 상기 하나 이상의 탈초점 거리(z_1...N)에 기초하여 적어도 하나의 빔 수렴 값을 계산하게 하는, 하전 입자 빔 시스템.

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