KR100200730B1 - 정전 편향기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 정전 편향기( electrostatic deflector)는 종래기술에 의한 편향기가 한 세트의 긴 8극편으로 구성된 것과는 달리 길이가 짧은 정전 8극편으로 구성하지만, 이와 같은 편향기를 상기 칼럼내에 다수 구비하고 있다. 상기 칼럼내에 구성할 수 있는 편향기의 수는 상기 정전 8극편의 길이를 조절함으로써 증감시킬 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 정전 편향기를 사용할 경우 상기 칼럼내에서 다양하고 플렉시블(flexible)한 필드분포를 만들 수 있다. 이와 같은 사실에 의해 상기 편향기내로 입사되는 하전입자들의 편향수차를 그 만큼 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. 하전입자들의 편향수차를 작게할 수 있으므로 빔 스폿 사이즈를 최소화할 수 있고 반도체장치의 고 집적화를 적극 지원할 수 있다. 다른 측면으로 볼 때, 종래의 칼럼길이를 변화시키지 않고 그대로 사용하고 편향기만 교체하면 되므로 원가비용을 최소화할 수 있다.

Description

정전 편향기(electrostatic deflector)

본 발명은 정전 편향기( electrostatic deflector)에 관한 것으로서 특히, 다수의 정전 8극(elctrostatic octupole)편 편향기 세트를 구비하는 정전 편향기에 관한 것이다.

반도체장치의 제조설비중 전자 또는 이온광학계(ion optical system)의 컬럼(column)내에는 빔(beam)을 편향시키기 위해서 반드시 8개의 전극 즉, 8극편을 가지는 정전 편향기를 최종렌즈 배후에 구비한다. 컬럼내에는 통상 1세트(set)로 구성된 비교적 긴 8극편이 컬럼내의 균일한 필드(uniform field)를 발생시키기 위해서 사용된다.

현재, 널리 사용되고 있는 전자 빔(electron beam)이나 이온 빔(ion beam) 컬럼에 사용되고 있는 편향기의 8극편을 도 1 및 도 2에 도시하였다. 도 1은 종래기술에 의한 정전 8극편 편향기의 입체도인데, 8개의 전극편(10)이 원통형으로 배치되어 있다. 현재 사용되는 정전 편향기에서는 8극편을 구성하는 전극(10)의 길이를 길게 하여 1세트로 구성하여 사용하고 있다.

도 2는 종래 기술에 의한 정전 8극편 편향기의 정면도인데, 여기서 참조부호 VF는 포커싱(focusing)을 목적으로 인가된 여기전압(excitation voltage)을 나타내고, VX는 입사되는 이온들을 X방향으로 편향시키기 위해 인가되는 여기 전압을 나타내며, VY는 칼럼내에 입사되는 이온들을 Y방향으로 편향시키기 위해 인가되는 여기 전압을 나타낸다. 또한, 파라미터 p는 이온들은 편향시키는데 필요한 필드(field)의 분포를 조절해 주는 역할을 한다. 이온들을 최적으로 편향시키고 보다 낮은 수차(aberration)를 위해서 p =√2 -1로 고정시킨다. 또한, 도 2에서 참조부호 2ε는 8개의 전극편사이의 사이각을 나타낸다. 8개의 전극편은 각각 일정한 사이각을 유지하고 있다.

이와 같이 종래 기술에 의한 정전 편향기는 보통 1세트로 구성된 긴 정전 8극편으로 구성된다. 이렇게 구성할 경우 균일한 2차원적인 필드분포를 가진다고 생각할 수 있어서 분석하기 쉽고 칼럼의 단순화라는 장점이 있다. 하지만, 편향 수차가 증가하여 이온빔 스폿(spot) 사이즈를 작게 하는데 어려운 면이 있다. 따라서 종래 기술에 의한 편향기를 사용할 경우에는 반도체장치가 고 집적화될 수록 적용범위가 좁아져서 반도체장치의 제조공정을 충분히 뒷받침할 수가 없게되고 생산성을 저하시키는 결과를 가져올 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해 실질적으로 3차원적인 필드분포를 형성하여 칼럼내에서의 편향수차를 감소시킬 수 있는 정전 8극편을 구비하는 정전 편향기(deflector)를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 정전 편향기를 구성하는 정전 8극편의 입체도이다.

도 2는 종래 기술에 의한 편향기를 구성하는 정전 8극편의 정면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 다수의 정전 8극편 세트(set)로 구성된 편향기의 입체도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호설명

40:편향기(deflector)

42:정전 8극편 세트.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 의한 정전 편향기(electrostatic deflector)는 일정한 사이각을 갖도록 원통형으로 배열되는 8개의 전극을 구비하는 정전 8극편 세트를 다수 세트 구비하여 입사되는 하전입자들의 빔 스폿 사이즈를 최소화하는 것을 특징으로 한다.

상기 편향기내에서의 빔 스폿 사이즈를 최소화하는 필드분포 및 상기 8극편들의 퍼텐셜을 결정하기 위해 최적화 프로그램을 사용한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 편향기내에서 입사하는 하전입자들의 편향수차를 작게 하여 최적의 빔 스폿(spot) 사이즈를 결정할 수 있다. 따라서 반도체장치가 고 집적화 되더라도 충분히 지원할 수 있으므로 반도체장치의 생산성을 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 다수의 정전 8극편 편향기 세트(set:1,2, 3, .. N)를 구비하는 정전 편향기의 입체도이다. 본 발명의 실시예는 편향기 부분을 제외하고는 종래 기술과 전체적인 구성이 동일할 뿐만 아니라 상기 8극편에 인가되는 하전입자들을 포커싱하고 x, y방향으로 편향시키기 위해 전압을 인가하는 것과 파라미터(도 2의 p) 값을 설정하는 것등 일련의 과정을 그대로 이용한다.

본 발명의 실시예에서는 상기 편향기을 구성하는데 있어서, 종래와 같이 단일 정전 8극편 세트로 구성하지 않고 다수의 세트로 구성한다. 따라서 본 발명의 실시예에 의한 상기 다수의 정전 8극편 편향기 세트의 각각을 구성하는 8개의 전극편(42)의 길이는 종래 기술에 의한 정전 8극편을 구성하는 전극(도 1의 10)의 길이보다 짧다.

보다 구체적으로는 본 발명의 실시예에 의한 정전 편향기(40)는 종래 기술에 의한 편향기와 동일한 길이를 갖고 있으며, 상기 정전 편향기(40)내에는 상기 다수의 정전 8극편 편향기 세트(1, 2, 3...N)가 구성되어 있다. 결과적으로 본 발명의 실시예는 종래 단일 세트의 정전 8극편을 편향기의 길이방향에 수직한 방향으로 분할한 것으로 볼 수 있다.

상기 다수의 정전 8극편 편향기 세트(1, 2, 3, ...N)중 어느 한 세트(예컨대, 2)를 살펴보면, 정전 8극편(42)은 종래와 마찬가지로 원통형으로 구성되어 있으나 필요할 경우 다른 대칭적인 형태로 구성할 수도 있다. 또한, 상기 정전 8극편(42)은 각각 일정한 사이각으로 배치되어 있다.

상기 편향기(40)내의 정전 8극편(42)을 단일 세트로 구성하지 않고 다수의 세트로 구성할 경우 중첩(superposition)의 원리를 적용하여 상기 편향기(40)내에 다양하고 플렉시블(flexible)한 필드분포를 형성할 수가 있다. 따라서 편향수차를 감소시켜 줄 수 있는 가능성이 많아진다.

상기 편향기(40)내의 최적 필드분포 및 여기전압을 구하기 위해서는 개발되어 있는 3차원 필드분포를 계산하는 프로그램과 최소 빔 스폿(spot) 사이즈를 구해주는 최적화 프로그램(optimization program)을 사용한다.

본 발명의 실시예에서 상기 다수의 정전 8극편 편향기 세트(1, 2, 3, ...N)의 상기 편향기(40)의 길이 방향으로의 길이는 종래 기술에 의한 단일 세트의 정전 8극편의 길이와 동일하다. 이러한 사실은 종래의 광학적 칼럼에서 칼럼의 나머지 부분을 별도로 디자인할 필요없이 편향기 부분만 교체하면 된다는 것을 의미한다. 따라서 본 발명의 실시예를 구현하기 위해서는 최소 비용만 있으면 된다.

상기 편향기(40)내에 다수의 정전 8극편 편향기 세트(1, 2, 3,.... N)를 구성할 때 발생되는 복잡성(complexity)과 최소 빔 스폿 사이즈의 사이에는 언제나 트레이드 오프(trade-off)가 존재한다.

이하에서는 상기 편향기(40)내에서 최소 빔 스폿 사이즈를 구현하기 위한 필드분포와 이러한 필드를 형성하기 위한 여기 전압등을 구하는 방법을 설명한다. 이러한 값을 구함에 따라 상기 편향기을 디자인하고 제작할 수 있는 값을 구할 수 있다.

첫째, 상기 다수의 정전 8극편 편향기 세트(1, 2, 3, ...N)를 구성하는 각각의 전극의 퍼텐셜 값 대신 상기 다수의 정전 8극편 편향기의 각 세트의 퍼텐셜 값 즉, 상기 8극편 편향기에 의해서 발생되는 퍼텐셜 값을 상기 편향기(40)내의 초기 여기 값으로 사용한다.

둘째, 상기 각 정전 8극편 편향기의 주어진 경계 조건하에서 상기 편향기(40)내로 입사되는 하전입자 빔의 상기 다수의 정전 8극편 편향기 세트(1, 2, 3, ....N)중 어느 한 편향기 세트(i번째 세트)에 의한 X축과 Y축 방향으로의 편향과 직접 관계되는 정상화된(nomalized) 필드분포함수인 [U1(z)]i와 [W1(z)]i를 편향시스템내에서 결정한다. 단, 상기 i번째 정전 8극편 편향기 세트(i=1, 2, 3, ......N;N은 세트의 수)의 포텐셜 [VX]I와 [VY]I를 1로 놓고 다른 모든 정전 8극편 편향기 세트의 퍼텐셜은 영(0)으로 둔다. 그리고 N번째 세트에 의한 정상화된 필드분포함수인 [U1(z)]n과 [W1(z)]n을 결정하기 위해서는 [VX]N, [VY]N을 1로 놓고 다른 모든 세트들은 영으로 놓는다. 이렇게 하여 상기 다수의 정전 8극편 편향기 세트를 구성하는 각 세트에 의한 상기 칼럼내에서의 필드분포를 구할 수 있다.

셋째, 상기 편향기(40)내에서 상기 i세트이외의 다른 세트에 의한 필드분포는 중첩의 원리를 이용하여 구한다. 즉, 상기 칼럼내의 어느 한 점에서의 총 필드분포는 둘째에서 구한 각 세트에 의한 정상화된 각 세트에 의한 필드분포함수에 상기 다수의 정전 8극편 편향기 세트(1, 2, 3,...N)를 구성하는 각 세트에 의한 상기 점에서의 X 및 Y방향으로의 퍼텐셜 [VX]I, [VY]I를 해당 정상화된 필드분포에 곱한 뒤 이들을 전체 세트에 대하여 합하여 구할 수 있다. 수식으로는 다음과 같이 기술할 수 있다.

넷째, 최적화 프로그램을 이용하여 상기 수학식 1 및 2를 구함으로써 상기 편향기(40)내의 어느 한 점에서의 상기 다수의 정전 8극편 편향기 세트(1, 2, 3, .... N)에 의한 필드분포를 구할 수 있다. 동시에 상기 다수의 정전 8극편 편향기 세트(1, 2, 3, ... N)의 x 및 y방향으로의 퍼텐셜 값인 [VX]I와 [VY]I를 구하게되어 상기 편향기(40)내에 입사되는 하전입자의 빔 스폿(spot)사이즈를 최소화하는 필드분포 및 퍼텐셜을 결정할 수 있고 여기에 맞는 상기 칼럼의 디자인과 제작에 필요한 값들을 얻을 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 의한 정전 8극(elctrostatic octupole)편을 구비하는 편향기(deflector)는 종래기술에 의한 편향기가 칼럼내에 한 세트의 긴 8극편으로 구성된 것과는 달리 길이가 짧은 정전 8극편으로 구성하지만, 이와 같은 편향기를 상기 칼럼내에 다수 구비하고 있다. 상기 칼럼내에 구성할 수 있는 편향기의 수는 각 편향기를 구성하는 정전 8극편을 구성할 때 그 길이를 조절함으로써 증감시킬 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 편향기를 사용할 경우 상기 칼럼내에서 다양하고 플렉시블(flexible)한 필드분포를 만들 수 있다. 이와 같은 사실에 의해 상기 칼럼내로 입사되는 하전입자들의 편향수차를 그 만큼 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. 하전입자들의 편향수차를 작게할 수 있으므로 빔 스폿 사이즈를 최소화할 수 있고 반도체장치의 고 집적화를 적극 지원할 수 있다. 다른 측면으로 볼 때, 종래의 칼럼길이를 변화시키지 않고 그대로 사용하고 편향기만 교체하면 되므로 원가비용을 최소화할 수 있다.

Claims (2)

1. 일정한 사이각을 갖도록 원통형으로 배열되는 8개의 전극을 구비하는 정전 8극편 편향기 세트를 다수 세트 구비하여 입사되는 하전입자들의 빔 스폿 사이즈를 최소화하는 것을 특징으로 하는 정전 편향기(electrostatic deflector).
2. 제1항에 있어서, 상기 편향기내에서의 빔 스폿 사이즈를 최소화하는 필드분포 및 상기 8극편들의 퍼텐셜을 결정하기 위해 최적화 프로그램(optimization program)을 사용한 것을 특징으로 하는 정전 편향기(electrostatic deflector).