KR100239754B1 - 주사전자현미경용 얼라인먼트 포지션 시료 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 주사전자현미경(scanning electron microscope:SEM)용 얼라인먼트 포지션(alignment position:ALP) 시료는, 금속막 홀더와, 상기 홀더 상에 도포된 절연접착제와, 상기 절연접착제 상에 접착된 금속막 시료와, 상기 금속막 홀더와 절연접착제 그리고 금속막 시료의 표면에 코팅된 금속 박막으로 이루어져, 1차 전자 빔에 의해 금속막 시료가 대전(charge-up)되는 현상을 방지할 수 있게 되어, 포커스 얼라인 작업의 최적화를 이룰 수 있게 된다.

Description

주사전자현미경(SEM)용 얼라인먼트 포지션(ALP) 시료

본 발명은 주사전자현미경(scanning electron microscope:이하, SEM이라 한다)의 얼라인먼트 포지션(alignment position:이하, ALP라 한다) 시료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1차 전자 빔(electron beam:이하, E빔이라 한다)에 의한 금속막 시료의 대전(charge-up) 현상을 방지할 수 있도록 구성된 SEM용 ALP 시료에 관한 것이다.

광학 현미경에 비해 초점심도(depth of focus)가 아주 크다는 특징을 갖는SEM은 웨이퍼 상에 만들어지는 패턴의 미세 선폭(critical demension:CD)을 측정하는 계측 설비로서, 크게 본체부와 전기계로 구성된다. 본체부는 다시 전자총에서 나온 전자빔을 가늘게 집속하여 시료 위를 주사시키면서 조사하는 전자 광학계와, 관찰시료를 취급하는 시료실과, 시료 표면에서 발생하는 신호를 검출하는 검출기전자선 통로를 진공으로 배기하는 배기계로 구분되어지는데, 여기서는 본 발명과 직접적으로 관련된 시료실 내의 웨이퍼 홀더 상에 형성되어 있는 ALP 시료를 중심으로 살펴본다.

도 1에는 상기 SEM의 시료실 내에 놓여지는 ALP가 구비된 웨이퍼 홀더의 구조를 개략적으로 도시한 평면도가 도시되어 있다. 상기 평면도에 의하면, 상기 웨이퍼 홀더(10)에는, 지정된 위치에 웨이퍼(14)가 놓여지도록 하기 위하여 웨이퍼의 플랫 존(flat zone)(11)을 기준으로 얼라인이 이루어질 수 있도록 소정 위치에 복수의 웨이퍼 고정용 핀(12) 형성되어 있고, 상기 웨이퍼 홀더(10)의 일측에는 웨이퍼(14) 상에 만들어지는 패턴의 선폭을 정확하게 측정하기 위한 사전 작업으로서, 상기 설비의 포커스를 얼라인 시켜주는 역할을 담당하는 ALP 시료(16)가 형성되어 있음을 알 수 있다. 상기 ALP 시료(16)는 도 2의 단면도에서 알 수 있듯이 금속막 홀더(20)와, 금속막 시료(24)가 절연접착제(22)를 사이에 두고 접착된 구조로 이루어져 있다. 이때, 상기 금속막 홀더(20)는 스틸(still) 재질 예컨대, Al으로 구성되며, 금속막 시료(24)는 Cu로 구성된다.

상기 SEM을 이용하여 웨이퍼(14) 상의 미세 선폭을 정확하게 측정하기 위해서는 실질적인 측정 작업을 실시하기 전에 먼저 통상의 현미경에서와 같이 포커스를 얼라인해주는 작업을 실시해주어야 하는데, 이 역할을 담당하는 부분이 바로 금속막 시료(16)이다.

이와 같이, SEM 자체 내의 포커스 얼라인 공정을 실시해주는 것은 웨이퍼의 매 단위 공정 진행시마다, 콘트라스트(contrast), 포커스, 휘도(brightness)면에서 최적의 포지션(best position)를 만들어 주기 위한 것으로, 포커스 얼라인 작업을 하지 않을 경우에는 이후 미세 패턴들의 선폭을 정확하게 스캐닝(scanning)할 수 없게 된다.

포커스 얼라인 작업은 통상적으로 전자총을 이용하여 금속막 시료(24) 표면에 직접 1차 전자 빔(electron beam:E-빔)을 조사시켜 주는 방식으로 진행되는데, 이와 같이 금속막 시료(24)에 전자를 조사하는 것은 웨이퍼(14) 표면에 직접 1차 전자를 조사하는 방식으로 포커스 얼라인 작업을 실시할 경우 웨이퍼(14) 상에 심한 손상(damage)이 발생되기 때문이다.

이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 금속막 시료(24)에 1차 전자 빔을 조사하면, 입사되는 전자와 시료를 구성하는 원자 사이와의 상호작용에 의해 도 2에 도시된 바와 같이 X선, 반사전자, 음극광, 2차 전자 등과 같은 여러 가지 형태의 신호가 발생되어지는데, 이중 2차 전자를 검출신호로 이용하여 포커스 얼라인 작업이 이루어지게 된다. 상기 금속막 시료(24) 내부에서 발생한 2차 전자는 그 에너지가 낮으므로(약 50eV) 시료(24) 표면의 극히 얕은 곳(d)(~10nm)에서 발생한 것만이 진공중에 튀어나와 검출된다.

이때, 금속막 시료(24)의 표면에는 검출기측으로부터 전계가 미치고 있어 발생 방향에 관계없이 발생한 2차 전자의 대부분이 SEM의 전기계를 구성하는 신시레이터(sincyrator)를 통해 검출(detect)되어진다.

신시레이터를 통해 검출된 2차 전자들은 다시 SEM계의 전기계를 구성하는 광증폭관(photomultiplayer tube:PMT)을 거쳐 증폭이 이루어짐과 동시에 빛 신호가 전기 신호로 변환되어진다.

이 전기 신호는 다시 SEM계의 전기계를 구성하는 A/D 컨버터(analog/digital converter)에 의해 영상 신호인 디지털 신호로 변환되어지는데, 이 디지털 신호를 이용하여 웨이퍼(14) 상의 패턴들이 제대로 얼라인 되었는지를 음극선관(cathod ray tube:CRT) 상에서 확인하는 방식으로 포커스 얼라인 작업이 이루어진다.

그러나, 상기 ALP 시료(16)를 이용하여 SEM의 포커스 얼라인 작업을 실시할 경우 다음과 같은 문제점이 발생된다. 즉, 상기 금속막 시료(24)에 1차 전자 빔을 조사시켜 줄 때, 시료(24) 표면의 극히 얕은 곳으로 입사된 전자들은 진공중으로 다시 튀어 나가는 반면, 표면으로부터 극히 깊은 곳으로 입사된 일부의 전자들은 그 에너지가 작아 진공 중으로 튀어나오지 못하게 된다. 이렇게 진공중으로 튀어 나가지 못한 전자들은 금속막 홀더(20)를 쪽으로 다시 빠져나와 주어야 하는데, 상기 금속막 시료(24)와 금속막 홀더(20) 사이에 형성된 절연접착제(22)로 인해 이들 전자들이 금속막 홀더(20)쪽으로 빠져나가지 못하고 그대로 금속막 시료(24) 내에 머물러 있게 되므로, 이로 인해 금속막 시료(24)가 대전되는 단점이 발생된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 단점을 개선하기 위하여 창안된 것으로, 부도체 본드를 사이에 두고 그 양측에 금속막 시료와 금속막 홀더가 부착된 구조로 이루어진 SEM의 ALP 시료 표면에 수Å 두께의 금속 박막(예컨대, Pt막)을 코팅하므로써, ALP 시료의 대전 현상을 방지하여 최적화된 포커스 얼라인 작업을 실현할 수 있도록 한 SEM용 ALP 시료를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 SEM의 시료실 내에 놓여지는 ALP가 구비된 웨이퍼 홀더의 구조를 개략적으로 도시한 평면도,

도 2는 종래 ALP 시료의 구조를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 의한 ALP 시료의 구조를 도시한 단면도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 금속막 홀더와, 상기 홀더 상에 도포된 절연접착제와, 상기 절연접착제 상에 접착된 금속막 시료 및, 상기 금속막 홀더와 절연접착제 그리고 금속막 시료의 표면에 코팅된 금속 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 주사전자현미경용 얼라인먼트 포지션 시료가 제공된다. 여기서, 상기 도전성막으로는 Pt가 이용된다.

상기 구조를 가지도록 SEM용 ALP 시료를 제조하므로써, ALP 시료에 1차 전자가 대전되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 SEM의 포커스를 얼라인하기 위하여 사용되는 기존의 ALP 시료 표면에 소정 두께의 금속 박막(예컨대, Pt막)을 코팅하여, 포커스 얼라인 작업시 ALP 시료가 1차 전자에 의해 대전되는 현상을 방지하는데 주안점을 두 기술로써, 이를 도 3에 제시된 단면도를 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

상기 단면도에서 알 수 있듯이 본 발명에서 제시된 ALP 시료는, 금속막 홀더(30) 상에 절연접착제(32)가 도포되어져 있고, 상기 절연접착제(32) 상에는 금속막 시료(34)가 접착되어져 있으며, 상기 금속막 홀더(30)와 절연접착제(32) 그리고 금속막 시료(24)의 표면에는 수Å 두께의 금속 박막(36)이 코팅되어 있는 구조로 이루어져 있다. 여기서, 상기 금속막 홀더(30)는 Al으로 구성되고, 상기 금속막 시료(34)는 Cu로 구성되며, 상기 금속 박막(36)은 Pt로 구성된다. 이때, 상기 Pt막은 이온증착기를 이용하여 코팅된다.

따라서, 상기와 같은 구조를 갖는 ALP 시료를 이용한 SEM의 포커스 얼라인 작업은 다음과 같이 진행된다. 상기 작업은 기언급된 종래의 방법과 동일한 수순에 의해 진행되므로, 여기서는 간략하게만 언급한다.

즉, 금속막 시료(34)에 1차 전자 빔을 조사하면, 입사되는 전자와 시료를 구성하는 원자 사이와의 상호작용에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 X선, 반사전자, 음극광, 2차 전자 등과 같은 여러 가지 형태의 신호가 발생되어진다. 이중, 2차 전자를 신시레이터를 통해 검출한다. 이때, 금속막 시료(34)의 표면에는 검출기측으로부터 전계가 미치므로, 발생 방향에 관계없이 발생한 2차 전자의 대부분이 모아지게 된다.

상기 신시레이터를 통해 검출된 2차 전자들은 다시 광증폭관을 거쳐 증폭이 이루어짐과 동시에 빛 신호가 전기 신호로 변환되어지게 되고, 이 전기 신호는 A/D 컨버터에 의해 영상 신호인 디지털 신호로 변환되어진다. 이 디지털 신호를 이용하여 웨이퍼 상의 패턴들이 제대로 얼라인되었는지를 브라운관 상에서 확인하는 방식으로 포커스 얼라인 작업이 이루어지게 된다.

이러한 구조를 가지도록 ALP 시료를 제조할 경우에는, 포커스 얼라인 작업시 상기 금속막 시료(34) 표면으로부터 극히 깊은 곳으로 입사되어져 진공 중으로 튀어나오지 못하고 내부에 머물러있게 되는 1차 전자들이 발생하더라도 이들 전자들이 그 표면에 형성된 금속 박막(36)을 통하여 빠져 나갈 수 있게 되므로, 상기 금속막 시료(34)가 1차 전자에 의해 대전되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 금속막 시료와 절연접착제 및 금속막 홀더의 표면에 금속 박막인 Pt막이 코팅되도록 ALP 시료를 제조하므로써, 1) 포커스 얼라인시, 금속막 시료 내에 1차 전자가 대전되는 현상을 방지할 수 있게 되고, 2) 이로 인해 SEM의 포커스 얼라인 작업을 최적화할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 금속막 홀더와, 상기 홀더 상에 도포된 절연접착제와, 상기 절연접착제 상에 접착된 금속막 시료 및, 상기 금속막 홀더와 절연접착제 그리고 금속막 시료의 표면에 코팅된 금속 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 주사전자현미경용 얼라인먼트 포지션 시료.
2. 제 1항에 있어서, 상기 금속 박막은 Pt로 이루어진 것을 특징으로 하는 주사전사현미경용 얼라인먼트 포지션 시료.
3. 제 1항에 있어서, 상기 금속막 홀더는 Al으로 이루어진 것을 특징으로 하는 주사전자현미경용 얼라인먼트 포지션 시료.
4. 제 1항에 있어서, 상기 금속막 시료는 Cu로 이루어진 것을 특징으로 하는 주사전자현미경용 포지션 시료.

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