KR100274265B1 - 집속이온빔장치 - Google Patents

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Abstract

이온에 의한 시료의 대전(帶電)을 중화하기 위해, 전자샤워를 조사하는 기능을 가진 집속이온빔장치에 있어서, 전자샤워의 정확한 조정을 용이하게 행할 수 있는 기능을 부가하는 것이다.
XY 스테이지(100)상의 시료 S에 대해 이온총(10)으로부터 이온빔 I이 조사되고, 전자총(20)으로부터 전자샤워 E가 조사된다.
제어장치(300)으로부터의 제어신호에 의해 구동계(200)를 구동시켜서, XY 스테이지(100)의 한쪽 코너에 있는 파라데이컵 F에 의해 전자샤워 B의 스폿을 주사한다. 각 주사위치에서의 파라데이컵 F의 검출전류는 증폭기(210)에서 증폭되고, A/D 변환기(220)에서 디지탈화되어 제어장치(300)에 부여된다. 제어장치(300)는 이 주사에 의해 얻어진 전자샤워 E의 강도분포를 디스플레이장치(400)에 표시한다.

Description

집속이온빔장치
제1도는 본원 발명의 일실시예에 관한 집속이온빔장치의 빔조사 부분의 구성을 도시한 사시도.
제2도는 본원 발명의 일실시예에 관한 집속이온빔장치의 전자샤워측정부분의 구성을 도시한 블록도.
제3도는 제2도에 도시한 장치에 있어서의 디스플레이장치의 화면상에 표시된 전자밀도분포의 일예를 나타낸 도면.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 이온총 11 : 이온원
12 : 이온광학계 20 : 전자총
30 : 가스인젝터 40 : 2차하전입자검출기
100 : XY 스테이지 110,120 : 스테핑모터
200 : 구동계 210 : 증폭기
220 : A/D 변환기 300 : 제어장치
400 : 디스플레이장치 E : 전자샤워
F : 파라데이컵 I : 이온빔
S : 시료
본원 발명은 집속이온빔장치, 특히 시료(試料)표면의 대전(帶電)방지를 위해 전자(電子)샤워를 조사(照射)하는 기능을 구비한 집속이온빔장치에 있어서의 전자샤워의 조정기술에 관한 것이다.
포토마스크나 레티클등의 시료표면상에 형성된 패턴의 수정을 행하는 장치로서, 집속이온빔장치가 널리 사용되고 있다. 일반적으로 이와 같은 시료에 이온빔을 조사하면, 이온의 플러스전하에 의해 시료표면이 대전하게 된다. 이 대전이 발생하면 시료표면을 관찰할 수 없게 되는 등의 폐해가 발생하기 때문에, 이온의 플러스전하를 전자에 의해 중화하는 방법이 채용되고 있다. 즉, 이온빔을 조사하기 위한 이온총과는 별도로 중화용 전자샤워를 조사하기 위한 전자총이 준비되고, 이온빔의 조사와 함께 전자샤워의 조사를 행하고 있다.
그러나, 이온의 플러스전하에 의한 중화를 적절히 행하기 위해서는 전자샤워의 조사전류량, 조사위치범위등을 조정할 필요가 있다. 이와 같은 조정방법으로서 예를 들면 일본국 특개평 1(1989)-76662호 공보에는 도전성의 시료표면과 비도전성의 시료표면을 준비하고, 이온빔조사시에 얻어지는 양자의 상(像)이 동등하게 되도록 전자샤워를 조정하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법으로는 전자샤워의 조사상태를 정량적(定量的)으로 알 수 없기 때문에 충분한 조정을 행할 수 없다는 문제가 있다. 정량적인 정보를 얻는 방법으로서는 형광시료에 전자샤워를 조사하여 관찰하거나, 레지스트가 도포된 기판등의 위에 전자샤워를 조사한 후, 이 레지스트를 현상(現像)하여 그 상을 관찰하거나 하는 방법이 행해지고 있으나, 정확한 정보를 얻을 수 없거나, 시간과 노력이 걸리거나 하는 문제가 있다.
그래서, 본원 발명은 전자샤워의 정확한 조정을 용이하게 행할 수 있는 기능을 구비한 집속이온빔장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명은 집속이온빔장치에 있어서, 시료를 XY 평면상에 재치하기 위한 XY 스테이자와, 이 XY 스테이지를 XY 평면에 따라 이동시키기 위한 구동계와, XY 스테이지상의 시료에 이온빔을 조사하기 위한 이온총과, 이온빔의 조사에 의한 대전을 중화하기 위해 시료에 전자샤워를 조사하는 전자총과, XY 스테이지상의 일부에 배설되어 전자조사에 의해 발생한 전류를 측정하기 위한 미소전류측정소자와, 구동계에 대해 소정의 제어신호를 부여함으로써 전자샤워조사 영역에 있어서 미소전류측정소자를 X 방향 및 Y 방향으로 이동시켜서, 각 위치에 있어서의 미소전류측정소자에 의한 측정전류치를 검출하는 제어장치를 구비한 것이다.
본원 발명에 의한 장치에서는 시료표면상에 형성되는 전자샤워의 스폿영역을 미소전류측정소자에 의해 주사함으로써 조사전자밀도분포를 직접 측정할 수 있다. 더욱이, 미소전류측정소자는 XY 스테이지의 일부에 배설되어 있으므로, 이 XY 스테이지의 구동계를 그대로 이용하여 미소전류측정소자를 주사할 수 있다. 이와 같이 측정된 조사전자밀도분포는 디스플레이장치의 화면상에 표시되기 때문에, 전자샤워의 강도, 스폿의 직경, 스폿의 위치를 용이하게 파악할 수 있으므로, 전자샤워의 정확한 조정을 용이하게 행할 수 있다.
다음에, 본원 발명의 실시예에 대하여 도면에 따라 상세히 설명한다. 제1도는 본원 발명의 일실시예에 관한 집속이온빔장치의 이온빔조사를 행하는 주요부의 구성을 나타낸 사시도이다. 이온총(10)은 이온원(11)과 이온광학계(12)로 구성되어 있다. 이온광학계(12)는 여러가지 전극이나 애퍼쳐(aperture)로 구성되어 있으며, 이온원(11)에서 발생한 이온을 집속이온빔으로 하여 시료 S에 조사(照射)한다. 전자총(20)은 시료 S에 대해 전자샤워를 조사하는 기능을 가진다. 즉, 이온총(10)으로부터의 이온빔의 조사에 의해 시료 S의 표면에 발생한 플러스전하는 전자총(20)으로부터 조사된 전자샤워에 의해 중화된다.
가스인젝터(30)는 시료 S의 표면에 대해 소정의 가스(예를 들면 피렌가스)를 분사하는 기능을 가진다. 예를 들면, 이 가스의 분자를 이온과 반응시켜 시료표면에 막을 형성하여, 시료상의 패턴을 수정할 수 있다. 또, 2차하전입자검출기(40)는 시료 S의 표면으로부터의 2차하전입자를 검출하는 기능을 가지며, 이 검출기의 출력신호에 의거하여 시료상의 패턴의 상을 관찰할 수 있다.
시료 S는 XY 스테이지(100)상에 재치된다. XY 스테이지(100)는 스테핑모터(120)에 의해 도면의 X축 방향으로 구동되며, 스테핑모터(110)에 의해 도면의 Y축 방향으로 구동된다. 본원 발명의 특징은 이 XY 스테이지(100)의 일부에 미소전류측정소자가 배설되어 있는 점이다. 이 실시예에서는 미소전류측정소자로서 파라데이컵(Faraday cup) F을 사용하고 있으며, 이 파라데이컵 F은 XY 스테이지(100)상에 있어서는 시료 S를 재치하는데 방해가 되지 않는 장소에 배설되어 있다. 또, 파라데이컵 F의 측정면은 시료 S의 표면과 대략 같은 높이가 되도록 조정되어 있다. 따라서, XY 스테이지(100)를 이동시킴으로써 전자총(20)으로부터 조사된 전자샤워의 조사영역하에 파라데이컵 F을 이동시킬 수 있다.
본원 발명의 요점은 파라데이컵 F에 의해 전자총(20)으로부터 조사되는 전자샤워의 강도분포를 측정하는 것이다. 이 강도분포측정을 하기 위한 구성요소를 제2도에 블록도에 도시한다. 여기서, 이온총(10), 전자총(20), XY 스테이지(100), 파라데이컵 F, 시료 S는 제1도에 도시한 사시도에서 설명한 것과 동일한 요소이며, 구동계(200)는 제1도에 도시한 스테핑모터(110) 및 (120)에 대응하는 요소이다. 이 외에 파라데이컵 F으로 측정된 미소전류를 증폭하기 위한 증폭기(210), 여기서 증폭된 신호를 디지탈신호로 변환하는 A/D 변환기(220), 구동계(200)에 대한 제어를 행하는 동시에 A/D 변환기(220)로부터 부여되는 디지탈신호를 처리하는 제어장치(300) 및 측정결과를 표시하는 디스플레이장치(400)등의 각 구성요소가 준비되어 있다. 제어장치(300)는 구체적으로 퍼스널콤퓨터에 의해 구성되어 있다. 그리고, 제1도에 도시한 가스인젝터(30) 및 2차하전입자검출기(40)는 본원 발명에 대한 필수구성요소가 아니므로 제2도에 있어서는 도시생략하였다.
제2도에 도시한 장치에 있어서, 이온총(10)으로부터의 이온빔 I은 시료 S의 표면에 조사된다. 이 때, 시료 S의 대전을 중화하기 위해 전자총(20)으로부터 전자샤워 E가 조사된다. 단, 적절한 중화를 행하기 위해서는 전자샤워 E의 강도, 빔직경, 조사위치를 조정할 필요가 있다. 이 장치에서는 다음과 같이 하여 전자샤워 E의 전자밀도분포가 디스플레이장치(400)에 표시되기 때문에 이와 같은 조정을 정확하고도 용이하게 행할 수 있다. 먼저, 제어장치(300)는 구동계(200)에 대해 XY 스테이지(100)를 이동시키는 제어신호를 부여한다. 이 이동에 의해 파라데이컵 F이 전자샤워 E의 조사영역내에 오도록 하고, 파라데이컵 F을 X 방향으로 dx씩, Y 방향으로 dy씩 이동시키도록 하여, 파라데이컵 F에 의해 전자샤워 E의 조사영역을 주사하도록 한다. 일반적으로 파라데이컵 F의 직경은 100μm 정도이며, dx 및 dy의 크기도 같은 정도로 하는 것이 바람직하다. 파라데이컵 F의 주사중에 전자총(20)으로부터 전자샤워 E를 조사하면, 이 전자샤워 E에 기인하여 파라데이컵 F에 미소전류가 흐르게 된다. 각 주사위치에 있어서 파라데이컵 F이 검출한 미소전류는 증폭기(210)로 증폭되고, A/D 변환기(220)에서 디지탈화된 후, 제어장치(300)에 입력된다. 따라서, 제어장치(300)는 어느 위치에 있어서 어느 정도의 전류가 검출되었는가 하는 정보를 얻을 수 있다. 환언하면 전자샤워 E가 시료 S의 표면에 형성하는 스폿의 전자밀도분포가 얻어지게 된다. 그래서, 제어장치(300)는 이 전자밀도분포를 디스플레이장치(400)의 화면에 표시한다.
제3도는 이와 같이하여 표시된 전자밀도분포의 일예를 나타낸 도면이다. 이 표시에서는 XY 스테이지의 구동방향에 대응하는 X 방향 및 Y 방향으로 각각 피치 dx 및 dy로 화소가 배열되어 있다. 각 화소는 그 위치에 있어서 파라데이컵 F이 검출한 미소전류치에 대응한 농도로 표시되어 있다. 또는, 미소전류치에 대응하여 화소의 색을 변화시키도록 해도 무방하다. 오퍼레이터는 이 표시를 보고, 어떠한 강도의 전자샤워가 어떠한 분포로 조사되고 있는가를 인식할 수 있고, 시료 S의 표면에 형성된 스폿의 직경의 크기나 형성위치를 인식할 수도 있다. 따라서, 이 표시를 보면서 전자샤워의 강도, 빔직경, 조정을 정확하게 행할 수 있다. 더욱이, 조정후의 분포는 파라데이컵 F에 의한 주사를 재차 행하기만 하면 얻을 수 있으므로, 조작도 매우 간단하다.
그리고, 전자샤워의 전자밀도분포는 반드시 디스플레이장치(400)에 표시할 필요는 없으며, 예를 들면 프린터에 출력해도 된다.
이상 본원 발명을 도시한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본원 발명은 이 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 여러가지 양태로 실시할 수 있다. 예를 들면 파라데이컵 F의 주사를 보다 고정밀도로 행하기 위해 레이저간섭계등을 사용한 위치제어를 행하여도 된다
이상과 같이, 본원 발명에 의한 집속이온빔장치에서는 시료표면상에 형성되는 전자샤워의 스폿영역을 미소전류측정소자에 의해 주사함으로써, 조사전자밀도분포를 직접 측정하도록 하였으므로, 전자샤워의 강도, 스폿의 지름, 스폿의 위치를 용이하게 파악할 수 있고, 전자샤워의 정확한 조정을 용이하게 행할 수 있다.

Claims (5)

  1. 시료를 XY 평면상에 재치하기 위한 XY 스테이지와, 이 XY 스테이지를 XY 평면에 따라 이동시키기 위한 구동계와, 상기 XY 스테이지상의 시료에 이온빔을 조사(照射)하기 위한 이온총과, 이온빔의 조사에 의한 대전(帶電)을 중화하기 위해 상기 시료에 전자샤워를 조사하는 전자총과, 상기 XY 스테이지상의 일부에 배설되어 전자조사에 의해 발생한 전류를 측정하기 위한 미소전류측정소자와, 상기 구동계에 대해 소정의 제어신호를 부여함으로써 상기 전자샤워조사영역에 있어서 상기 미소전류측정소자를 X 방향 및 Y 방향으로 이동시켜서, 각 위치에 있어서의 상기 미소전류측정소자에 의한 측정전류치를 검출하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 집속이온빔장치.
  2. 제1항에 있어서, 제어장치에 의해 검출된 측정전류치의 분포를 화면에 표시하기 위한 디스플레이장치를 더 배설한 것을 특징으로 하는 집속이온빔장치.
  3. 제1항에 있어서, 미소전류측정소자로서 파라데이컵을 사용한 것을 특징으로 하는 집속이온빔장치.
  4. 제3항에 있어서, 미소전류를 측정할 때에, 파라데이컵의 직경에 대응한 피치로 XY 스테이지를 구동하도록 한 것을 특징으로 하는 집속이온빔장치.
  5. 제3항에 있어서, 파라데이컵의 측정면을 XY 스테이지상에 재치된 시료의 상면과 같은 높이로 조절할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 집속이온빔장치.
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