KR100521434B1 - 주사 전자 현미경의 진공 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에서 반도체 웨이퍼의 표면 결함과 단면 분석 및 회로 선폭 등을 측정하는 주사 전자 현미경의 진공 시스템에 관한 것으로, 상기한 진공 시스템은, 접속 배관에 의해 주사 전자 현미경의 챔버에 접속되는 펌프 본체와; 상기 펌프 본체의 양측면에 설치되는 한쌍의 자석 유닛;을 포함하며, 상기 펌프 본체와 자석 유닛에는 서로 마주보는 면 중에서 적어도 어느 한쪽 면에 표면적 확대부를 구비하고, 상기한 표면적 확대부는 요철 구조, 엠보싱 구조 또는 핀 구조 등으로 이루어지며, 펌프 본체 및 접속 배관에는 히팅 코일이 설치된다.

Description

주사 전자 현미경의 진공 시스템{VACUUM SYSTEM OF SCANNING ELECTRON MICROSCOPE}

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에서 반도체 웨이퍼의 표면 결함과 단면 분석 및 회로 선폭 등을 측정하는 주사 전자 현미경에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 현미경의 경통 내부를 고진공화 하는 진공 시스템에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하기 위해서는 원재료인 웨이퍼를 이용해서 다양한 공정, 예를 들면 사진 공정, 이온 확산 공정, 식각 공정, 증착 공정 등을 반복하여 수행한다.

이러한 반도체 제조 공정을 거친 웨이퍼는 일련의 검사 과정을 거쳐 양품과 불량품이 결정되고, 상기 검사 과정을 통해 웨이퍼에 대한 신뢰성과 공정 안정성을 확보할 수 있도록 하고 있다.

이에, 상기한 검사 과정에서 사용되는 종래의 주사 전자 현미경은 전자빔을 발생하는 전자총과, 전자총에서 발생된 전자빔을 여과 및 집속하는 집속 모듈과, 시료로 주사되는 전자빔의 편향 각도를 조절하는 주사 코일과, 시료와 충돌하여 발생된 2차 전자를 검출하는 2차 전자 검출기와, 2차 전자 검출 신호를 비디오 회로를 통해 수신하여 비디오 신호로 변환하며, 변환된 비디오 신호를 모니터를 통해 표시하여 줌으로써 작업자가 시료의 이미지를 이용하여 시표의 표면, 회로 선폭 및 두께 등을 측정할 수 있도록 하는 영상 처리부를 포함한다.

또한, 상기한 구성의 주사 전자 현미경은 크게 전자총이 배치되는 상부 챔버와, 집속 모듈이 배치되는 하부 챔버를 구비한다.

이러한 구성의 주사 전자 현미경에 있어서, 전자총에서 발생된 전자가 정확하게 시료까지 도달하기 위해 상기한 챔버들은 고진공 상태로 유지된다.

예를 들어, 상부 챔버는 5×10^-8 Pa 정도의 진공 상태로 유지되고, 하부 챔버는 5×10^-6 Pa 정도의 진공 상태로 유지된다.

이와 같이, 상기한 챔버들을 일정한 진공 상태로 유지하기 위하여 통상적으로 진공 시스템이 사용되는데, 이러한 진공 시스템으로는 이온 펌프가 있다.

상기한 이온 펌프는 방전에 의해 생긴 이온이 방전용 음극의 표면에 작용하여 음극 표면의 티탄을 양극 내면과 게터용 음극 표면에 증착시키고, 상기 티탄들이 게터로 작용하여 챔버 내부의 가스를 흡착함으로써 챔버 내부를 진공으로 유지하도록 구성한 것으로, 도 1에는 종래 기술에 따른 이온 펌프의 개략 구성도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 이온 펌프(100)는 펌프 본체(110) 및 상기 본체(110)의 외측에 설치되는 한쌍의 자석 유닛(120)을 포함한다.

접속 배관(130)을 통해 상부 챔버(140)에 접속되는 펌프 본체(110)는 진공 환경을 만들어주는 공간이 마련된 함체 형상으로 이루어지며, 펌프 본체(110)에는 도시하지 않은 전극 유닛이 내설된다.

그리고, 상기 자석 유닛(120)은 본체(110) 양쪽에 설치되어 방전로를 연장시킴으로써 이온화 효율을 향상시키는 작용을 하는 것으로, 전자석 또는 영구자석으로 이루어진다.

이러한 구성의 이온 펌프(100)는 자석 유닛(120)과 본체(110)가 대면하는 면적을 증가시킬수록 진공 상태를 안정된 상태로 유지할 수 있는 장점이 있는데, 제한된 설치 공간 내에서 상기한 자석 유닛(120)과 본체(110)의 크기를 증가시키는 데에는 한계가 있으므로, 종래의 이온 펌프(100)는 진공 상태를 안정된 상태로 유지하는 데 어려움이 있다.

또한, 종래에는 전자총의 에미터에 고전압을 인가하는 것에 의해 베이킹을 실시하고 있으므로, 챔버(140) 내부를 진공 상태로 만드는 데 많은 시간을 필요로 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 진공 상태의 안정화가 가능하며, 챔버 내부의 진공화 시간을 단축할 수 있는 주사 전자 현미경의 진공 시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

전자총에서 방출된 전자빔을 시료에 조사하여 상기 시료로부터 발생되는 2차 전자를 검출하는 주사 전자 현미경의 진공 시스템으로서,

접속 배관에 의해 주사 전자 현미경의 챔버에 접속되는 펌프 본체와;

상기 펌프 본체의 양측면에 설치되는 한쌍의 자석 유닛;

을 포함하며, 상기 펌프 본체와 자석 유닛에는 서로 마주보는 면 중에서 적어도 어느 한쪽 면에 표면적 확대부를 구비하는 주사 전자 현미경의 진공 시스템을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기한 표면적 확대부를 요철 구조로 구성할 수 있는데, 이 경우, 상기 펌프 본체의 요부쪽에는 자석 유닛의 철부가 위치되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기한 표면적 확대부는 엠보싱 구조, 또는 핀(fin) 구조 등으로 구성할 수 있다.

전자의 경우에는 펌프 본체 또는 자석 유닛 중 어느 한 쪽 면에 엠보싱을 형성하고 다른 한 쪽 면에 요홈을 형성하거나, 또는 양쪽 면 모두에 엠보싱 또는 요홈을 형성할 수 있고, 후자의 경우에는 펌프 본체의 핀 사이에 자석 유닛의 핀이 배치되도록 형성할 수 있다.

그리고, 진공화에 필요한 시간을 단축하기 위하여 상기한 접속 배관에 히팅 코일을 설치하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 일반적인 주사 전자 현미경의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 진공 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.

도시한 바와 같이, 주사 전자 현미경은 전자빔을 발생하는 전자총(10)과, 전자총(10)에서 발생된 전자빔을 여과 및 집속하는 집속 모듈(12)과, 시료(W)로 주사되는 전자빔의 편향 각도를 조절하는 주사 코일(14)과, 시료(W)와 충돌하여 발생된 2차 전자를 검출하는 2차 전자 검출기(16)와, 2차 전자 검출 신호를 비디오 회로를 통해 수신하여 비디오 신호로 변환하며, 변환된 비디오 신호를 모니터(18)를 통해 표시하여 줌으로써 작업자가 시료(W)의 이미지를 이용하여 시표의 표면, 회로 선폭 및 두께 등을 측정할 수 있도록 하는 영상 처리부(미도시함)를 포함한다.

상기 도 2에서, 미설명 도면부호 12a,12b는 제1 및 제2 집속 렌즈 유닛을 각각 나타내고, 도면부호 12c,12d는 500㎛ 어퍼쳐 및 30㎛ 어퍼쳐를 각각 나타낸다. 이러한 구성의 주사 전자 현미경에 있어서, 전자총(10)이 설치되는 상부 챔버(22)에는 본 발명에 따른 이온 펌프가 설치된다.

도 3에 도시한 바와 같이 본 실시예의 이온 펌프(30)는, 접속 배관(32)을 통해 상부 챔버(22)에 접속되는 펌프 본체(34)와, 상기 본체(34)의 외측으로 양쪽에 설치되는 한쌍의 자석 유닛(36)을 포함한다. 여기에서, 상기 자석 유닛(36)은 전자석 또는 영구자석으로 이루어진다.

펌프 본체(34)는 진공 환경을 만들어주는 공간이 마련된 함체 형상으로 이루어지며, 도시하지 않은 전극 유닛이 내설되는데, 상기 자석 유닛(36)과 서로 마주하는 면에는 상하 방향으로 요부(34a)와 철부(34b)를 갖는 표면적 확대부(34')가 설치된다.

그리고, 펌프 본체(34)의 양쪽에 설치되는 한쌍의 자석 유닛(36)에도 상기 펌프 본체(34)와 마주하는 면에 요부(36a)와 철부(36b)를 갖는 표면적 확대부(36')가 설치된다.

상기한 표면적 확대부(34',36')는 제한된 설치 공간 내에서 서로 대면하는 면적을 최대한 확대시킴으로써, 진공 상태를 안정되게 유지할 수 있도록 하기 위한 것으로, 펌프 본체(34)의 철부(34b)와 마주하는 위치의 자석 유닛(36)에는 요부(36a)를 형성하고, 이와는 반대로 펌프 본체(34)의 요부(34a)와 마주하는 위치의 자석 유닛(36)에는 철부(36b)를 형성하여, 펌프 본체(34)와 자석 유닛(36) 사이의 간격이 동일하게 유지되도록 한다.

이러한 구성에 의하면, 위에서 설명한 바와 같이 펌프 본체와 자석 유닛의 서로 마주보는 면을 평면으로 형성한 종래에 비해 제한된 설치 공간 내에서 서로 대면하는 면적의 확대가 가능하므로, 진공 상태를 안정되게 유지할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 접속 배관(32)의 외면에는 진공화에 필요한 시간을 단축하기 위하여 히팅 코일(38)이 설치된다.

이와 같이 하면, 전자총(10)을 베이킹할 때 상부 챔버(22)와 접속 배관(32)에 동일한 전압을 동시에 균일하게 인가할 수 있으므로, 고진공 분위기를 만드는 데 소요되는 시간을 단축할 수 있다.

한편, 본 발명의 진공 시스템은 도 4에 도시한 바와 같이, 펌프 본체(44)에 엠보싱(44a)들을 갖는 표면적 확대부(44')를 형성하고, 이와 마주보는 자석 유닛(46)의 외면에도 엠보싱(46a)들을 표면적 확대부(46')를 형성하여 구성할 수도 있다.

또한, 본 발명은 도 5에 도시한 바와 같이, 펌프 본체(54)와 자석 유닛(56)에 각각 핀(54a,56a)들을 형성하여 표면적 확대부(54',56')를 구성할 수도 있다. 이 경우에는 펌프 본체(54)에 제공된 핀(54a)과 자석 유닛(56)에 제공된 핀(56a)을 서로 엇갈린 위치에 배치하는 것이 바람직하다.

상기한 도 4 및 도 5에는 도면의 간략화를 위해 히팅 코일을 도시 생략하였지만, 이 실시예들에서도 접속 배관에 히팅 코일을 설치할 수 있음은 당업자에게 자명하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만 본원 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

상기에서 상술한 바와 같이 본 발명은 펌프 본체와 자석 유닛의 마주하는 표면적이 확대되므로, 진공 상태를 안정된 상태로 유지할 수 있는 장점이 있으며, 또한 펌프 본체와 챔버를 접속하는 접속 배관에도 히팅 코일을 설치함으로써 챔버 내부를 고진공 분위기로 만드는 데 소요되는 시간을 단축할 수 있는 등의 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 이온 펌프의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이고,

도 2는 일반적인 주사 전자 현미경의 개략적인 구성을 나타내는 도면이며,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이온 펌프의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이고,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 펌프의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이며,

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 이온 펌프의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.

Claims (7)

1. 전자총에서 방출된 전자빔을 시료에 조사하여 상기 시료로부터 발생되는 2차 전자를 검출하는 주사 전자 현미경의 진공 시스템으로서,

   접속 배관에 의해 주사 전자 현미경의 챔버에 접속되는 펌프 본체와;

   상기 펌프 본체의 양측면에 설치되는 한쌍의 자석 유닛;

   을 포함하며, 상기 펌프 본체와 자석 유닛에는 서로 마주보는 면 중에서 적어도 어느 한쪽 면에 표면적 확대부를 구비하는 주사 전자 현미경의 진공 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기한 표면적 확대부는 요부와 철부를 갖는 요철 구조로 이루어지는 주사 전자 현미경의 진공 시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 펌프 본체의 철부 및 요부와 마주보는 위치의 자석 유닛에는 각각 요부 및 철부를 배치하는 주사 전자 현미경의 진공 시스템.
4. 제 1항에 있어서, 상기한 표면적 확대부는 핀 구조로 이루어지는 주사 전자 현미경의 진공 시스템.
5. 제 4항에 있어서, 상기 펌프 본체의 핀과 자석 유닛의 핀은 서로 엇갈린 상태로 배치되는 주사 전자 현미경의 진공 시스템.
6. 제 1항에 있어서, 상기한 표면적 확대부는 엠보싱 구조로 이루어지는 주사 전자 현미경의 진공 시스템.
7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 접속 배관에는 히팅 코일이 설치되는 주사 전자 현미경의 진공 시스템.