KR20170008764A - 복수의 하전 입자 빔들을 이용하여 샘플을 검사하는 장치 및 방법 - Google Patents

복수의 하전 입자 빔들을 이용하여 샘플을 검사하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 샘플을 검사하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이 장치는: 샘플(15)을 고정하기 위한 샘플 홀더(150), 일차 하전 입자 빔들의 어레이(3)를 생성하기 위한 멀티 빔 하전 입자 생성기, 샘플 홀더에서 일차 하전 입자 빔들의 어레이를 개별 포커싱된 일차 하전 입자 빔들의 어레이로 향하게 하기 위한 전자기 렌즈 시스템(13), 일차 하전 입자 빔들이 샘플 상에 충돌할 때 또는 샘플을 통한 일차 하전 입자 빔들의 전송 후에 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성된 광자들을 검출하도록 배치된 멀티 픽셀 광자 검출기(20), 및 멀티 픽셀 광자 검출기의 픽셀들을 구별 및/또는 분리하거나 또는 픽셀들의 그룹들을 구별 및/또는 분리하도록 개별 포커싱된 일차 하전 입자 빔들의 어레이의 적어도 두 개의 인접한 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성된 광자들(30, 31, 32)을 수송하기 위한 광학 어셈블리(40)를 포함한다.

Description

복수의 하전 입자 빔들을 이용하여 샘플을 검사하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INSPECTING A SAMPLE USING A PLURALITY OF CHARGED PARTICLE BEAMS}
본 발명은 얇은 샘플을 검사하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 멀티 빔 스캐닝 전자 현미경과 같이 복수의 하전입자 빔들을 이용하여 샘플을 검사하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 예컨대 전자, 양전자, 이온 등과 같은 임의의 타입의 하전 입자들에 적용될 수 있다.
이러한 장치는 예로서 Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 645 (2011) 60-67에 개재된 A.Mohammadi-Gheidari 및 P.Kruit에 의한 "ELECTRON OPTICS OF MULTI-BEAM SCANNING ELECTRON MICROSCOPE"에 개시되었다. 이 공개문서는 일차 하전 입자 빔들의 어레이, 특히 일차 전자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 전자 소스를 포함하는 전자 현미경을 개시한다. 이러한 일차 전자 빔들은 공통 크로스오버로부터 샘플을 향하는 대물렌즈를 통과하고 일차 전자 빔들을 샘플 상의 개별 스팟들의 어레이로 포커싱한다. 샘플의 이미지를 형성하기 위해서, 각각의 빔으로부터의 특징 신호를 검출하는 것이 필요하다. 전자 현미경에서, 이는 이차 전자 신호 또는 후방산란 전자 신호, 또는 전송된 전자 신호일 수 있다. 이차 전자 신호 및 후방산란 전자 신호를 검출하는 방법은 PCT/NL2013/050416 및 PCT/NL2013/050746에 개시되었다.
이러한 방법의 단점은 검출기 자체, 또는 빔 분리 디바이스가 일차 전자 빔들의 경로 내에 배치되어야만 한다는 점이다. 이러한 방법의 다른 단점은 일차 빔들을 위한 렌즈의 여기(excitation)가 신호 전자 빔들을 수용하도록 조정되어야만 한다는 점이다. 마지막으로, 검사될 샘플 내의 일부 대조적인 메커니즘들이 이차 또는 후방산란된 검출에서보다 전송 검출에 더욱 적합하다.
본 발명의 목적은 복수의 하전 입자 빔들에 의해 생성된 신호를 검출하기 위해 새로운 검출 구성을 제공하는 샘플을 검사하기 위한 멀티 하전 입자 빔 장치를 제공하는 것이다.
제1 양태에 따르면, 본 발명은 샘플을 검사하기 위한 장치에 관련되며, 이러한 장치는:
샘플을 고정하기 위한 샘플 홀더,
일차 하전 입자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 멀티 빔 하전 입자 생성기,
샘플 홀더에서 일차 하전 입자 빔들의 어레이를 개별 포커싱된 일차 하전 입자 빔들의 어레이로 향하게 하기 위한 전자기 렌즈 시스템,
일차 하전 입자 빔들이 샘플 상에 충돌할 때 또는 샘플을 통한 일차 하전 입자 빔들의 전송 후에 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성된 광자들을 검출하도록 배치된 멀티 픽셀 광자 검출기, 및
멀티 픽셀 광자 검출기의 픽셀들을 구별 및/또는 분리하거나 또는 픽셀들의 그룹들을 구별 및/또는 분리하도록 개별 포커싱된 일차 하전 입자 빔들의 어레이의 적어도 두 개의 인접한 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성된 광자들을 수송하기 위한 광학 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 장치는 이차 전자 신호 및/또는 후방산란 전자 신호를 검출하는 대신 또는 그에 더하여, 일차 하전 입자 빔들이 샘플 상에 충돌할 때 또는 샘플을 통한 일차 하전 입자 빔들의 전송 후에 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성된 광자들을 검출하도록 구성된다. 또한 본 발명의 장치에는 둘 이상의 포커싱된 일차 하전 입자 빔들로부터 생성된 광자들을 검출하기 위한 멀티/픽셀 검출기가 제공된다. 본 발명에 따르면, 광학 어셈블리 및/또는 멀티 픽셀 광자 검출기는 적어도 두 개의 인접한 포커싱된 일차 하전 입자 빔들 중 하나에 의해 생성된 광신호로부터 적어도 두 개의 인접한 포커싱된 일차 하전 입자 빔들 중 다른 하나에 의해 생성된 광신호를 구별하는 것을 가능하게 하는 해결책을 제공하도록 구성된다. 본 발명의 장치는 따라서 둘 이상의 포커싱된 일차 하전 입자 빔들의 생성된 광자들을 동시에 개별적으로 검출하기 위한 새로운 검출 구성을 제공함이 인지된다.
광학 어셈블리는 전자기 렌즈 시스템을 향하는 샘플 홀더의 측면 또는 전자/자기 렌즈 시스템을 향하지 않는 샘플 홀더의 대향하는 측면에 배치될 수 있다.
재료, 특히 발광재료 상의 하전 입자들의 충격으로 인해 광자들의 발광을 발생시키는 현상은 음극선발광(cathodoluminescence)으로 지칭된다. 샘플이 하나 이상의 음극선발광 구성요소들을 포함하는 경우에, 광자들은 샘플, 특히 그의 음극선발광 구성요소들 상에 일차 하전 입자 빔들이 충돌할 때 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성됨이 인지된다.
실시예에서, 이러한 장치는 음극선발광 재료의 층을 포함하고, 샘플 홀더는 샘플을 통한 전송 후에 음극선발광 재료의 층 상에 하전된 입자들이 충돌하도록 샘플을 전자기 렌즈 시스템과 음극선발광 재료의 층 사이에 위치시키도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 샘플을 통한 일차 하전 입자 빔들의 전송 후에 일차 하전 입자 빔들이 음극선발광 재료의 층 상에 충돌할 때 광자들이 이러한 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성되기 때문에, 샘플은 음극선발광 구성요소들을 가질 필요가 없다.
실시예에서, 음극선발광 재료의 층은 광 전송 지지 플레이트에 의해 지지된다. 한 편으로, 지지 플레이트의 사용은 얇은 음극선발광 재료의 층의 사용을 가능하게 한다. 다른 한 편으로, 광 전송 지지 플레이트의 사용은 생성된 광자들이 지지 플레이트를 통해 이동하는 것을 가능하게 하며 얇은 음극선발광 재료의 층을 마주하지 않는 지지 플레이트의 측면에 광학 어셈블리 및 멀티 픽셀 광자 검출기를 배치하는 것을 가능하게 한다.
실시예에서, 이러한 음극선발광 재료의 층은 전하 전도 층으로 커버되고, 바람직하게는 전하 전도 층은 전자기 렌즈 시스템을 마주하는 음극선발광 재료의 층의 측면에 배치된다. 전하 전도 층은 충돌 하전 입자들에 의해 유도된 표면 전하를 펼쳐놓고/놓거나 제거하는 것을 가능하게 한다. 바람직하게는, 사용시에 전하 전도 층이 표면 전하를 끌고가도록 접지 퍼텐셜에 전도성으로 접속된다.
실시예에서, 이러한 샘플 홀더는 음극선발광 재료의 층과 직접 접촉하는 및/또는 음극선발광 재료의 층에 의해 지지되는 샘플을 위치시키도록 구성된다.
다른 실시예에서, 이러한 샘플 홀더는 음극선발광 재료의 층으로부터 거리를 두고 샘플을 위치시키도록 구성된다. 음극선발광 재료의 층으로부터 거리를 두고 샘플을 위치시킴으로써, 샘플 내에서 산란되지 않은 하전 입자 빔들에 의해 생성된 광신호는 특히 각각의 하전 입자 빔에 대해서, 샘플 내에서 산란된 하전 입자들에 의해 생성된 광신호로부터 구별될 수 있다.
또한, 음극선발광 재료로부터 거리를 두고 샘플을 배치함으로써, 밝은 필드 이미지 또는 어두운 필드 이미지가 생성될 수 있다. 필요한 거리는 필요한 전자 에너지 및 대비(contrast)에 의존한다. 서로 다른 방향들로 산란된 전자들을 구별하는 것 또한 가능하다.
실시예에서, 이러한 광학적 구성은 생성된 광자들을 5와 500 사이의 광학 배율을 갖는 멀티 픽셀 광자 검출기 상에 이미징하도록 구성된 렌즈 시스템을 포함한다.
실시예에서, 전자기 렌즈 시스템은 포커싱된 일차 하전 입자 빔들이 샘플 홀더 상의 샘플 상에 충돌하는 샘플 표면 상의 별개의 스팟들의 어레이를 투영하도록 구성되고, 샘플 표면 상의 스팟들 사이의 피치(pitch)는 0.3과 30㎛ 사이이다. 빔들은 바람직하게는 샘플 또는 음극선발광 재료 내의 전자들의 산란 범위가 전자 빔들 사이의 거리보다 더 작도록 충분히 분리된다. 5kV 전자들에 있어서 이러한 산란 범위는 전형적으로 300-500nm이다. 더 높은 에너지의 전자들에 있어서는 산란 범위가 더 크다. 이러한 상황에서 얇은 층 내의 횡방향 산란 범위가 포커싱된 일차 하전 입자 빔들 사이의 거리보다 더 작도록 얇은 음극선발광 재료의 층을 사용하는 것 또한 가능하다.
실시예에서, 멀티 픽셀 광자 검출기는 CCD 카메라, CMOS 카메라, 애벌란시(avalanche) 광 다이오드들의 어레이 또는 광전자 증배기들의 어레이이다.
실시예에서, CCD 카메라, CMOS 카메라, 애벌란시 광 다이오드들의 어레이 또는 광전자 증배기들의 어레이는 검출기 픽셀들의 어레이가 일차 하전 입자 빔들의 개별적인 빔들에 의해 생성된 개별적인 광 스팟들의 이미지들의 어레이와 일치하도록 위치된 검출기 픽셀들의 어레이를 포함한다. 특히 광학 어셈블리는 일차 하전 입자 빔들의 개별 빔들에 의해 생성된 개별적인 광 스팟들을 이미지들의 어레이로 투영 또는 이미징한다.
실시예에서, 이러한 장치는 샘플 홀더 위에서 포커싱된 일차 전하 입자 빔들을 스캐닝하기 위한 시스템을 더 포함한다. 사용 시에, 샘플이 샘플 홀더 상에 또는 내에 배치되었을 때, 스캐닝 시스템은 이러한 샘플 위에서 포커싱된 일차 전하 입자 빔들을 스캐닝하도록 배치된다. 실시예에서, 이러한 장치는 스캐닝 시스템 및/또는 검출기를 제어하기 위한 및/또는 일차 하전 입자 빔당 하나의 이미지를 생성하기 위한 제어 및 신호 처리 시스템을 더 포함한다.
실시예에서, 이러한 장치는 제1 방향에서 일정한 속도로 샘플 홀더를 이동시키기 위한 제1 액추에이팅 시스템 및 제1 방향에 적어도 실질적으로 직교하는 제2 방향으로 샘플 홀더 위에서 포커싱된 일차 전하 입자 빔들을 스캐닝하기 위한 제2 액추에이팅 시스템을 포함한다. 실시예에서, 이러한 장치는 제1 및 제2 액추에이팅 시스템 및/또는 검출기를 제어하기 위한 및/또는 일차 하전 입자 빔당 하나의 이미지를 생성하기 위한 제어 및 신호 처리 시스템을 더 포함한다.
실시예에서, 이러한 장치는 일차 하전 입자 빔당 개별적인 이미지들을 적어도 샘플의 일부분의 하나의 결합된 이미지로 결합하기 위한 신호 처리 유닛을 더 포함한다.
실시예에서, 이러한 일차 하전 입자 빔들은 전자 빔들을 포함한다.
제2 양태에 따르면, 본 발명은 장치를 이용하여 샘플을 검사하기 위한 방법에 관련되며, 이 장치는:
샘플을 고정하기 위한 샘플 홀더,
일차 하전 입자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 멀티 빔 하전 입자 생성기,
샘플 홀더에서 일차 하전 입자 빔들의 어레이를 개별 포커싱된 일차 하전 입자 빔들의 어레이로 향하게 하기 위한 전자기 렌즈 시스템,
일차 하전 입자 빔들이 샘플 상에 충돌할 때 또는 샘플을 통한 일차 하전 입자 빔들의 전송 후에 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성된 광자들을 검출하도록 배치된 멀티 픽셀 광자 검출기, 및
멀티 픽셀 광자 검출기의 픽셀들을 구별 및/또는 분리하거나 또는 픽셀들의 그룹들을 구별 및/또는 분리하도록 개별 포커싱된 일차 하전 입자 빔들의 어레이의 적어도 두 개의 인접한 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성된 광자들을 수송하기 위한 광학 어셈블리를 포함한다.
이러한 방법의 실시예에서, 이 장치는 음극선발광 재료의 층을 포함하고, 샘플 홀더는 샘플을 전자기 렌즈 시스템과 음극선발광 재료의 층 사이에 배치되고, 샘플을 통과하는 하전 입자들은 후속하여 음극성발광 재료의 층 상에 충돌한다.
본 명세서에 기술되고 도시된 다양한 양태들 및 특성들은 가능한 경우 개별적으로 적용될 수 있다. 이러한 개별적인 양태들, 특히 첨부된 종속항들에 기술된 양태들 및 특성들은 분할 특허 출원의 주제가 될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면들에 도시된 예시적인 실시예에 기초하여 설명될 것이다:
도 1은 멀티 빔 스캐닝 전자 현미경(MBSEM)의 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 검출 구성의 제1 실시예를 도시한 도면,
도 3은 음극선발광 층의 상단 상의 샘플의 구성을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 검출 구성의 제2 실시예를 도시한 도면,
도 5는 음극선발광 층으로부터 거리를 둔 샘플의 구성을 도시한 도면,
도 6은 검출기의 검출 영역의 분할의 예를 도시한 도면,
도 7a 및 7b는 광 전송 지지 플레이트의 상단 상의 얇은 음극선발광 층의 예를 도시한 도면, 및
도 8은 전하 전도 층이 제공된 음극선발광 층의 예를 도시한 도면.
도 1은 본 발명의 멀티 빔 스캐닝 전자 현미경(MBSEM)의 예를 도시한다. MBSEM(1)은 일차 하전 입자 빔들의 어레이, 이 경우에서는 일차 전자 빔들의 어레이(3)를 생성하기 위한 멀티 빔 하전 입자 생성기(2)를 포함한다. 멀티 빔 전자 생성기(2)는 발산하는 전자 빔(5)을 생성하기 위한 적어도 하나의 전자 소스(4)를 포함한다. 발산하는 전자 빔(5)은 개구 렌즈 어레이(6)에 의해 포커싱된 일차 전자 빔들의 어레이(3)로 갈라진다. 일차 전자 빔들(3)은 후속하여 화살표(P)에 의해 개략적으로 표시된 바와 같이 샘플 홀더(150) 내의 샘플(15)을 향한다.
소스(4)의 다수의 이미지는 가속기 렌즈(7)의 물체 주점(object principal point) 상에 위치된다. 가속기 렌즈(7)는 일차 전자 빔들(3)이 광학 축(8)을 향하게 하며 모든 일차 전자 빔들(3)의 제1 공통 크로스오버(9)를 생성한다.
제1 공통 크로스오버(9)는 전류 제한 개구로서의 역할을 하는 가변 개구(16) 상으로 자기 콘덴서 렌즈(10)에 의해 이미징된다. 가변 개구(16)에서, 모든 일차 전자 빔들(3)의 제2 공통 크로스오버가 생성된다.
MBSEM은 일차 하전 입자 빔들을 가변 개구(16)에서 공통 크로스오버로부터 샘플 표면(15)을 향하게 하기 위해서 그리고 모든 일차 하전 입자 빔들(3)을 샘플 표면(15) 상의 개별 스팟들의 어레이 내로 포커싱하기 위한 렌즈 시스템(13, 14)을 포함한다. 렌즈 시스템은 가변 개구(16)를 대물렌즈(14)의 코마 프리 평면(coma free plane) 상으로 이미징하기 위한 중간 자기 렌즈(13)를 포함하며, 이러한 대물렌즈(14)는 샘플 표면(15) 상에 포커싱된 일차 전자 빔들의 어레이를 생성한다.
또한 MBSEM에는 샘플 표면(15) 위에서 포커싱된 일차 전자 빔들의 어레이를 스캐닝하기 위한 스캔 코일들(18)이 제공된다.
따라서 MBSEM은 일차 하전 입자 빔들의 어레이(3)를 생성하기 위한 멀티 빔 하전 입자 생성기(2) 및 일차 하전 입자 빔들의 어레이(3)를 샘플 홀더(150) 내의 샘플(15)에서 개별 포커싱된 일차 하전 입자 빔들의 어레이로 향하게 하기 위한 전자기 렌즈 시스템(13, 14)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 그리고 도 2의 제1 예에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 이 장치는 일차 하전 입자 빔들(3, 3', 3")이 샘플(15) 상에 충돌할 때 포커싱된 일차 하전 입자 빔들(3, 3', 3")에 의해 생성된 광자를 검출하기 위해 배치된 멀티 픽셀 광자 검출기(20)를 더 포함한다. 또한 이 장치는 멀티 픽셀 광자 검출기(20)의 픽셀들을 구별 및/또는 분리하거나 또는 픽셀들의 그룹들을 구별 및/또는 분리하기 위해 별개의 포커싱된 일차 하전 입자 빔들(3, 3', 3")의 어레이의 적어도 두 개의 인접한 포커싱된 일차 하전 입자 빔들(3, 3')에 의해 생성된 광자들(30, 31)을 수송하도록 광학 어셈블리(40)를 포함한다.
샘플(15)이 하나 이상의 음극선발광 구성성분을 포함할 때, 이러한 일차 하전 입자 빔들(3, 3', 3")이 샘플(15) 상에, 특히 그의 음극선발광 구성성분 상에 충돌할 때 광자들(30, 31, 32)은 이러한 포커싱된 일차 하전 입자 빔들(3, 3', 3")에 의해 생성된다.
그러나, 샘플(15)이 멀티 픽셀 광자 검출기(20)에 의해 쉽게 검출될 충분한 광자들(30, 31, 32)을 생성하지 않는 경우에, 음극선발광 재료의 층(19)이 전자기 렌즈 시스템(13, 14)을 마주하지 않는 샘플(15)의 측면에 배치되며, 그에 따라 일차 하전 입자 빔들(3, 3', 3")로부터의 하전 입자들이 이러한 샘플(15)을 통한 전송 후에 음극선발광 재료의 층(19) 상에 충돌한다. 도 3에 도시된 바와 같은 예에서, 샘플 홀더(150)는 음극선발광 재료의 층(19)에 의해 지지되고 그와 직접 접촉하는 샘플(15)을 위치시키도록 배치된다. 일차 하전 입자 빔들(3, 3', 3")로부터의 하전된 입자들이 음극선발광 재료(19)의 층을 치는 경우에, 광자들은 상호작용 볼륨(190)으로부터 생성된다. 이러한 상호작용 볼륨(190)의 크기 및 생성된 광의 세기는, 그 중에서도 음극선발광 재료의 층(19)에 충돌하는 하전 입자들의 에너지에 의존한다.
도 4에 개략적으로 도시된 바와 같은 본 발명의 장치의 제2 예시에서, 샘플 홀더(150)는 음극선발광 재료의 층(19)으로부터 거리 d에 있는 샘플(15)을 위치시키도록 배치된다. 다시, 장치는 샘플(15)을 통해 일차 포커싱된 하전 입자 빔들(3, 3', 3")의 전송 후에 음극선발광 재료(19)의 층 상에 충돌할 때 하전 입자 빔들(23, 23', 23")에 의해 생성된 광자들(30, 31, 32)을 검출하도록 배치된 멀티 픽셀 광자 검출기(20)를 포함한다. 이 장치는 또한 멀티 픽셀 광자 검출기(20)의 픽셀들을 구별 및/또는 분리하거나 또는 픽셀들의 그룹들을 구별 및/또는 분리하기 위해 전송된 하전 입자 빔들(23, 23', 23")의 어레이의 적어도 두 개의 인접한 하전 입자 빔들(23, 23')에 의해 생성된 광자들(30, 31)을 수송하도록 광학 어셈블리(40)를 포함한다.
샘플(15) 및 음극선발광 재료의 층(19)의 구성은 도 5에 보다 자세하게 도시되었다. 이 도면은 일차 포커싱된 하전 입자 빔들(3, 3', 3")의 하전 입자들이 샘플(15)을 직선으로 통과해 이동할 수 있음을 보여준다. 이들 하전 입자들은 또한 0차 전송된 하전 입자들로서 표기되었다. 0차 전송된 하전 입자들이 음극선발광 재료의 층(19)을 때리면, 광자들이 상호작용 볼륨(190)으로부터 생성된다. 샘플의 이미지를 만들기 위해서 이러한 0차 전송된 하전 입자들에 의해 생성된 광자들을 이용할 때, 밝은 필드 이미지가 획득된다.
또한, 일차 포커싱된 하전 입자 빔들(3, 3', 3")의 하전 입자들 또한 샘플(15)에 의해 산란될 수 있다. 이러한 산란된 하전 입자들은 직선 이동하는 0차 전송된 하전 입자들에 대해 소정의 각도로 샘플(15)을 빠져나간다. 샘플(15)과 음극선발광 재료의 층(19) 사이의 거리 d로 인해, 산란된 하전 입자들은 도 5에 나타내어진 바와 같이 0차 전송된 하전 입자들의 위치에 인접한 음극선발광 재료의 층(19) 상의 위치에서 멈춘다. 이러한 산란된 하전 입자들이 음극선발광 재료의 층(19)을 칠 때, 광자들이 상호작용 볼륨(191)으로부터 생성된다. 샘플의 이미지를 만들기 위해 이러한 산란된 하전 입자들에 의해 생성되는 광자들을 이용할 때, 어두운 필드 이미지가 획득된다.
0차 전송된 하전 입자들과 산란된 하전 입자들 사이를 구별하기 위해서, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 검출기(20)의 검출 영역의 분할이 사용될 수 있다.
제1 실시예에서, 검출기(20)의 광 민감성 영역은 도 6에 도시된 바와 같이 배치된다. 따라서 각각의 일차 포커싱된 하전 입자 빔에 있어서 픽셀로도 표기되는 광 민감성 영역의 그룹(60, 60')은:
0차 전송된 하전 입자들에 의해 생성된 광을 검출하기 위한 중심 광 민감성 영역(61, 61'), 및
산란된 전하 입자들에 의해 생성된 광을 검출하기 위한 중심 광 민감성 영역(61, 61') 둘레에 배치된 광 민감성 영역(62, 63, 64, 65, 62', 63', 64', 65')의 고리를 포함한다.
제2 실시예에서, 검출기(20)는 검출될 생성된 광의 임의의 패턴을 검출하는 것을 가능하게 하는 행과 열로 배치된 다수의 픽셀을 포함한다. 이러한 패턴으로부터, 개별적인 일차 포커싱된 하전 입자들(3, 3', 3")로부터 생성된 광은 이러한 광이 광 스팟들의 그룹으로 배치되기 때문에 구별될 수 있다. 이러한 광 스팟들의 그룹의 각각은 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 0차 전송된 전하 입자들의 상호작용 볼륨(190)으로부터 유래된 중심부를 포함한다. 이러한 중심부는 산란된 하전 입자들의 상호작용 볼륨(191)으로부터 유래된 광 스팟들에 의해 둘러싸일 수 있다. 다양한 그룹들 내의 이러한 다양한 광 스팟들로부터의 신호는 검출기(20)의 픽셀들로부터 광신호를 판독하고 분석하기 위해서 적절한 서브루틴을 이용하여 분리될 수 있다.
이와 다르게, 특정 픽셀들 또는 픽셀들의 그룹들이 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같은 패턴에 따라 할당 또는 배정될 수 있다. 중심 픽셀 또는 픽셀들(61, 61')의 그룹은 0차 전송된 하전 입자들에 의해 생성된 광을 검출하기 위해 할당되며, 주변의 픽셀들 또는 픽셀들의 그룹들(62, 63, 64, 65, 62', 63', 64', 65')은 산란된 하전 입자들에 의해 생성된 광을 검출하기 위해 할당된다.
예시적인 실시예에서 음극선발광 재료의 층(19)은 석류석 그룹의 합성 결정질 재료인 이트륨 알루미늄 석류석(YAG, Y3A15012)을 포함한다. YAG 결정 층이 매우 균질적이고 잘 정의된 음극선발광 재료의 층을 제공하지만, YAG 층의 단점은 이것이 생성된 광의 부분도 흡수한다는 점이다. 생성된 광의 흡수량을 제한하기 위해서, 음극선발광 재료의 층(19')은 바람직하게는 박막이고, 바람직하게는 예를 들어 도 7a에 도시된 바와 같이 광 전송 지지 플레이트(200)에 의해 지지되고/되거나 그의 상단 상에 배치되는 상호작용 볼륨의 최대 깊이와 같거나 더 작다.
다른 예시적인 실시예에서, 음극선발광 재료의 층(19")은 도 7b에 도시된 바와 같이 산란 범위로도 지칭되는 상호작용 볼륨의 최대 깊이보다 더 얇다. 이러한 얇은 음극선발광 재료의 층(19")을 사용하는 것은 더 높은 에너지 하전 입자 빔들로부터의 신호들이 적어도 실질적으로 간섭하지 않게 한다.
이에 더하여 또는 이와 다르게, 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이 음극선발광 재료의 층(19)이 전하 전도 층(300)으로 커버된다. 이러한 전하 전도 층(300)은 바람직하게는 전자기 렌즈 시스템(13, 14)을 마주하는 음극선발광 재료의 층(19)의 측면에 배치되며 바람직하게는 접지 퍼텐셜에 접속된다. 전하 전도 층(300)은 예를 들어 ITO 및/또는 그라핀의 층을 포함한다. 이와 다르게 또는 이에 더하여, 전하 전도 층(300)은 예를 들어 10 내지 20nm의 두께를 갖는 얇은 금속 층을 포함한다. 이러한 얇은 금속 층은 원하는 전하 전도 속성들을 제공하고 또한 음극선발광 재료(19) 내에서 생성된 광자들에 대한 거울 효과를 제공하며, 이러한 거울 효과는 광학적 구성(40) 및 검출기(20)를 향하는 생성된 광자들의 부분을 증가시킬 수 있다.
광학적 구성(40)은 멀티 픽셀 광자 검출기(20) 상에 생성된 광자들(30, 31)을 이미징하도록 배치된 렌즈 시스템(41, 42)을 포함한다. 바람직하게는 이러한 광학적 구성(40)은 5와 500 사이의 광학적 배율을 제공한다.
샘플(15)의 표면으로부터 이미지를 획득하기 위해서, 장치는 샘플 위에서 포커싱된 일차 전하 입자 빔들을 스캐닝하기 위한 시스템(18), 스캐닝 시스템(18) 및 검출기(20)를 제어하고 검출기(20)로부터의 데이터를 분석하며 일차 하전 입자 빔당 하나의 이미지를 생성하기 위한 제어 및 신호 처리 시스템(21)을 더 포함한다.
이와 다르게 또는 이에 더하여, 이 장치는 제1 방향에서 일정 속도로 샘플 홀더(150)를 이동하기 위한 제1 액추에이팅 시스템(180)을 더 포함한다. 제2 액추에이팅 시스템으로서 스캐닝 시스템(18)과 함께, 제1 방향에 대해 적어도 실질적으로 직교하는 제2 방향으로 샘플 위에서 포커싱된 일차 하전된 입자 빔들을 스캐닝하기 위해, 포커싱된 일차 하전 입자 빔들이 샘플(15)의 표면 영역 위에서 스캐닝될 수 있다. 다시 제어 및 신호 처리 시스템(21)은 예를 들어 일차 하전 입자 빔당 하나의 이미지를 생성하도록 구성된다.
제어 및 신호 처리 유닛(21)은 바람직하게는 일차 하전 입자 빔당 개별 이미지를 샘플(15)의 적어도 일부분의 하나의 결합된 이미지로 결합하도록 적절한 서브루틴이 제공 및/또는 배치된다.
위의 설명은 바람직한 실시예들의 동작을 설명하도록 포함되었으며 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다. 위의 논의로부터, 다수의 변형이 본 발명의 사상 및 범주에 포함된다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 샘플을 검사하기 위한 장치로서,
    상기 샘플을 고정하기 위한 샘플 홀더,
    일차 하전 입자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 멀티 빔 하전 입자 생성기,
    상기 샘플 홀더에서 상기 일차 하전 입자 빔들의 어레이를 개별 포커싱된 일차 하전 입자 빔들의 어레이로 향하게 하기 위한 전자기 렌즈 시스템,
    상기 일차 하전 입자 빔들이 상기 샘플 상에 충돌할 때 또는 상기 샘플을 통한 상기 일차 하전 입자 빔들의 전송 후에 상기 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성된 광자들을 검출하도록 배치된 멀티 픽셀 광자 검출기, 및
    멀티 픽셀 광자 검출기의 픽셀들을 구별 및/또는 분리하거나 또는 픽셀들의 그룹들을 구별 및/또는 분리하도록 상기 개별 포커싱된 일차 하전 입자 빔들의 어레이의 적어도 두 개의 인접한 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성된 광자들을 수송하기 위한 광학 어셈블리를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 음극선발광 재료의 층을 포함하고, 상기 샘플 홀더는 상기 샘플을 통한 전송 후에 상기 음극선발광 재료의 층 상에 상기 하전된 입자들이 충돌하도록 상기 샘플을 상기 전자기 렌즈 시스템과 상기 음극선발광 재료의 층 사이에 위치시키도록 구성되는, 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 음극선발광 재료의 층은 광 전송 지지 플레이트에 의해 지지되는, 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 음극선발광 재료의 층은 전하 전도 층으로 커버되고, 바람직하게는 상기 전하 전도 층은 상기 전자기 렌즈 시스템을 마주하는 상기 음극선발광 재료의 층의 측면에 배치되는, 장치.
  5. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 샘플 홀더는 상기 음극선발광 재료의 층과 직접 접촉하는 및/또는 상기 음극선발광 재료의 층에 의해 지지되는 샘플을 위치시키도록 구성되는, 장치.
  6. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 샘플 홀더는 상기 음극선발광 재료의 층으로부터 거리를 두고 상기 샘플을 위치시키도록 구성되는, 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학적 구성은 상기 생성된 광자들을 5와 500 사이의 광학 배율을 갖는 멀티 픽셀 광자 검출기 상에 이미징하도록 구성된 렌즈 시스템을 포함하는, 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자기 렌즈 시스템은 포커싱된 일차 하전 입자 빔들이 샘플 홀더 상의 샘플 상에 충돌하는 샘플 표면 상의 별개의 스팟들의 어레이를 투영하도록 구성되고, 상기 샘플 표면 상의 상기 스팟들 사이의 피치(pitch)는 0.3과 30㎛ 사이인, 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멀티 픽셀 광자 검출기는 CCD 카메라, CMOS 카메라, 애벌란시(avalanche) 광 다이오드들의 어레이 또는 광전자 증배기들의 어레이인, 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 CCD 카메라, CMOS 카메라, 애벌란시 광 다이오드들의 어레이 또는 광전자 증배기들의 어레이는 검출기 픽셀들의 어레이가 상기 일차 하전 입자 빔들의 개별적인 빔들에 의해 생성된 개별적인 광 스팟들의 이미지들의 어레이와 일치하도록 위치된 검출기 픽셀들의 어레이를 포함하는, 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플 홀더 위에서 상기 포커싱된 일차 전하 입자 빔들을 스캐닝하기 위한 시스템 및 일차 하전 입자 빔당 하나의 이미지를 생성하기 위한 제어 및 신호 처리 시스템을 더 포함하는, 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 방향에서 일정한 속도로 상기 샘플 홀더를 이동시키기 위한 제1 액추에이팅 시스템 및 상기 제1 방향에 적어도 실질적으로 직교하는 제2 방향으로 상기 샘플 홀더 위에서 상기 포커싱된 일차 전하 입자 빔들을 스캐닝하기 위한 제2 액추에이팅 시스템, 및 일차 하전 입자 빔당 하나의 이미지를 생성하기 위한 제어 및 신호 처리 시스템을 더 포함하는, 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 장치는 일차 하전 입자 빔당 상기 개별적인 이미지들을 적어도 상기 샘플의 일부분의 하나의 결합된 이미지로 결합하기 위한 신호 처리 유닛을 더 포함하는, 장치.
  14. 장치를 이용하여 샘플을 검사하기 위한 방법으로서, 상기 장치는:
    상기 샘플을 고정하기 위한 샘플 홀더,
    일차 하전 입자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 멀티 빔 하전 입자 생성기,
    상기 샘플 홀더에서 상기 일차 하전 입자 빔들의 어레이를 개별 포커싱된 일차 하전 입자 빔들의 어레이로 향하게 하기 위한 전자기 렌즈 시스템,
    상기 일차 하전 입자 빔들이 상기 샘플 상에 충돌할 때 또는 상기 샘플을 통한 상기 일차 하전 입자 빔들의 전송 후에 상기 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성된 광자들을 검출하도록 배치된 멀티 픽셀 광자 검출기, 및
    멀티 픽셀 광자 검출기의 픽셀들을 구별 및/또는 분리하거나 또는 픽셀들의 그룹들을 구별 및/또는 분리하도록 상기 개별 포커싱된 일차 하전 입자 빔들의 어레이의 적어도 두 개의 인접한 포커싱된 일차 하전 입자 빔들에 의해 생성된 광자들을 수송하기 위한 광학 어셈블리를 포함하는, 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 장치는 음극선발광 재료의 층을 포함하고, 상기 샘플 홀더는 상기 샘플을 상기 전자기 렌즈 시스템과 상기 음극선발광 재료의 층 사이에 배치되고, 상기 샘플을 통과하는 상기 하전 입자들은 후속하여 상기 음극선발광 재료의 층 상에 충돌하는, 방법.
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