KR100644071B1 - 주사전자현미경의 전자빔정렬장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주사전자현미경의 전자빔정렬장치에 관한 것으로, 빔편향부(30)의 상측에 조립된 콜리메이트렌즈부(20)의 상측에 조립되어 전자빔을 발생하고 발생된 전자빔(B)을 콜리메이트렌즈부(20)와 빔편향부(30)로 전달하는 전자총(11)의 외측에 밀착되도록 삽입되어 조립됨과 아울러 외주면의 4방향에 각각 정렬위치홈(111)이 형성된 스페이서(110)와, 스페이서(110)의 외주면에 소정 간격으로 이격되도록 삽입되어 설치됨과 아울러 스페이서(110)의 외주면에 4방향으로 형성된 정렬위치홈(111)으로부터 일직선상에 정렬위치홈(111)과 각각 대응되는 위치에 가이드관통홈(121)이 형성된 가이드튜브(120)와, 가이드관통홈(121)에 관통되어 정렬위치홈(111)에 접촉되도록 장착된 상태에서 스페이서(110)를 4방향으로 움직여 전자총(11)에서 발생되는 전자빔(B)을 정렬하는 다수개의 조절노브(130)로 구성하여, 스페이서를 4방향으로 움직여 조정함으로써 전자총에서 발생되는 전자빔을 쉽게 이동시킬 수 있게 되어 전자빔의 약식정렬작업 시간을 단축함과 아울러 작업자의 안전사고를 예방할 수 있도록 함에 있다.

전자총, 주사, 현미경, 노브, 스페이서

Description

주사전자현미경의 전자빔정렬장치{Aperture for aligning electron beam of scanning microscope}

도 1은 종래의 주사전자현미경의 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 주사전자현미경의 빔계통도,

도 3은 도 1에 도시된 전자총조정장치의 사시도,

도 4는 도 3에 도시된 전자총조정장치의 평단면도,

도 5는 본 발명에 의한 전자빔정렬장치가 구비된 주사전자현미경의 사시 도,

도 6은 도 5에 도시된 전자빔정렬장치의 사시도,

도 7은 도 6에 도시된 전자빔정렬장치의 평단면도,

도 8은 본 발명에 의한 전자빔정렬장치를 이용한 전자총의 전자빔조정방 법을 나타낸 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100: 전자빔정렬장치 110: 스페이서

111: 위치정렬홈 120: 가이드튜브

121: 가이드관통홈 130: 조절노브

140: 고압선

본 발명은 주사전자현미경의 전자빔정렬장치에 관한 것으로, 특히 주사전자현미경의 전자총을 점검한 후 전자총에서 발생되어 반도체웨이퍼의 표면으로 주사되는 전자빔을 정렬시키기 위한 전자빔정렬장치에 관한 것이다.

주사전자현미경(scanning electron microscope: SEM)은 반도체웨이퍼의 표면을 검사하기 위해 사용된다. 반도체웨이퍼의 표면에 다수의 반도체소자를 형성하기 위한 패턴(pattern)이 형성되면 패턴의 결함, 두께 및 폭을 검사하기 위해 주사전자현미경이 사용된다. 패턴의 결함, 두께 및 폭을 측정하기 위해 사용되는 주사전자현미경을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 주사전자현미경의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 주사전자현미경의 빔계통도이다. 도시된 바와 같이, 주사전자현미경은 크게 전자총부(10), 콜리메이트렌즈(collimate lens)부(20), 빔편향부(30) 및 웨이퍼척(wafer chuck)(40)으로 구성된다. 웨이퍼척(40)의 상측에는 빔편향부(30)가 조립되며, 빔편향부(30)의 상측에는 오링(O-ring)(32)에 의해 콜리메이트렌즈부(20)가 조립되고, 콜리메이트렌즈부(20)의 상측에 전자총부(10)가 순차적으로 조립된다.

콜리메이트렌즈부(20)의 상측에는 전자총부(10)를 구성하는 전자총(11)이 조립된다. 콜리메이트렌즈부(20)의 상측에 조립된 전자총(11)의 외측에는 스페이서(spacer)(12)가 삽입되어 조립되며, 스페이서(12)의 외주면에는 빔정렬장치(18)가 삽입되어 조립된다. 빔정렬장치(18)의 외측으로는 조립튜브(13)가 조립되며, 조립튜브(13)의 상측에는 제1쉴드튜브(shield tube)(14)가 조립되고, 제1쉴드튜브(14)의 상측으로 전자총(11)을 덮기 위한 전자총덮개(15)가 설치된다.

전자총덮개(15)가 조립된 제1쉴드튜브(14)의 외측으로 제1쉴드튜브(14)와 조립튜브(13)를 감싸기 위한 제2쉴드튜브(16)가 조립되며, 제2쉴드튜브(16)가 조립되면 제2쉴드튜브(16) 위에 쉴드덮개(17)가 장착된다. 여기서, 제1쉴드튜브(14), 제2쉴드튜브(16) 및 쉴드덮개(17)는 전자총(11)에서 발생되는 자계가 외부로 방출되는 것을 차폐하기 위해 조립 설치된다.

전술한 구성을 갖는 전자총부(10)의 전자총(11)에서 발생되는 전자빔(B)은 콜리메이트렌즈부(20)와 빔편향부(30)를 통과해 웨이퍼척(40)에 안착된 반도체웨이퍼(W)의 표면으로 주사된다. 반도체웨이퍼(W)의 표면으로 주사되는 전자빔(B)은 2차전자로 구성되며, 2차전자는 고전압 및 고전류를 고압선(18d)을 통해 전송받은 전자총(11)에서 발생되어 콜리메이트렌즈부(20)의 제1콜리메이트렌즈(21), 제1개구홀(22), 제2콜리메이트렌즈(23) 및 제2개구홀(24)을 통과하게 된다. 여기서, 제1 및 제2콜리메이트렌즈(21)(23)는 전자빔(B)을 집속하여 제1개구홀(22)과 제2개구홀(24)을 통과시킨다.

제1개구홀(22) 및 제2개구홀(24)을 통과한 전자빔(B)은 빔편향부(30)로 전달된다. 빔편향부(30)는 다수의 편향코일(31)로 구성되어 제1개구홀(22)와 제2개구홀(24)을 통과한 2차전자의 주사방향을 변경하게 된다. 즉, 다수의 편향코 일(31)은 제2개구홀(24)을 통과한 전자빔(B)의 주사방향을 변경하여 반도체웨이퍼(W)의 표면으로 주사시키게 되며, 광검출기(51)에 의해 반도체웨이퍼의 이미지가 검출되며 광검출기(51)에서 검출된 이미지를 모니터(52)에서 표시하게 된다. 모니터(52)에 표시되는 반도체웨이퍼(W)의 이미지를 통해 작업자가 패턴의 결함, 두께 및 폭을 검사하거나 측정하게 된다.

반도체웨이퍼(W)의 표면에 형성되는 패턴의 결함, 두께 및 폭을 감지하거나 측정하기 위해 사용되는 주사전자현미경은 정기적인 유지보수가 요구된다. 주사전자현미경을 장기간 사용하는 경우에 유지보수의 빈도가 증가하게 되며 특히 전자총(11)을 유지보수하는 경우에는 전자총(11)에서 발생되는 전자빔(B)을 정렬하는 작업을 실시하게 된다. 전자빔(B)의 정렬작업은 약식정렬작업과 정밀정렬작업으로 구분된다. 정밀정렬작업은 직경이 각각 500㎛와 30㎛로 형성되는 제1개구홀(22) 및 제2개구홀(24)을 정확하게 통과하도록 조정하여 반도체웨이퍼(W)의 이미지가 모니터(52) 상에 표시되도록 한다.

제1개구홀(22)과 제2개구홀(24)을 정밀하게 통과하도록 정렬하는 정밀정렬작업 전에 약식정렬작업을 실시하게 된다. 약식정렬작업은 빔정렬장치(18)를 이용하여 실시한다. 빔정렬장치(18)를 첨부된 도 3 및 도 4를 이용하여 설명하면 다음과 같다. 빔정렬장치(18)는 가이드튜브(guide tube)(18a), 가이드관통구(18b) 및 조절노브(knob)(18c)로 구성된다. 스페이서(12)가 내측에 조립된 가이드튜브(18a)의 일측에 두 개의 가이드관통구(18b)가 형성된다. 가이드관통구(18b)는 가이드튜브(18a)의 중심을 기준으로 상호 직각이 이루어지는 위치에 각각 배열되어 형성된다.

조절노브(18c)는 상호 직각이 이루어지도록 위치된 가이드관통구(18b)에 삽입되어 관통된 후 스페이서(12)에 형성된 정렬위치홈(12a)에 접촉되도록 삽입된다. 스페이서(12)에 형성된 정렬위치홈(12a)에 조절노브(18c)가 접촉되면 이 상태에서 상호 직각으로 이루어지는 두 개의 조절노브(18c)를 전/후진시켜 스페이서(12)를 움직여 전자총(11)을 정렬하여 전자빔(B: 도 3에 도시됨)의 약식정렬작업을 실시한다.

이상과 같이 상호 직각이 이루어지도록 가이드튜브에 장착된 두 개의 조절노브를 이용하여 전자빔의 약식정렬작업을 실시하는 경우에 약식정렬작업에 소요되는 시간이 길어지게 되며, 약식정렬작업의 소요시간을 줄이기 위해 종래에는 정렬작업자가 직접 손으로 고전압 및 고전류가 통과되는 가이드튜브와 스페이서를 움직여 조정하여 시간을 단축하게 되고, 이러한 경우에 안전사고를 유발할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 주사전자현미경의 유지보수 후 전자총에서 발생되는 전자빔의 약식정렬작업을 실시하는 경우에 약식정렬작업을 신속하게 실시하기 위해 조절노브를 추가한 전자빔정렬장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전자빔의 약식정렬작업을 신속하게 수행할 수 있는 전자빔정렬장치를 제공함으로써 주사전자현미경의 가동률을 향상시킴과 아울러 고전압 및 고전류에 노출된 정렬작업자의 안전사고를 예방할 수 있도록 함에 있다.

본 발명의 주사전자현미경의 전자빔정렬장치는 빔편향부의 상측에 조립된 콜리메이트렌즈부의 상측에 조립되어 전자빔을 발생하고 발생된 전자빔을 콜리메이트렌즈부와 빔편향부로 전달하는 전자총의 외측에 밀착되도록 삽입되어 조립됨과 아울러 외주면의 4방향에 각각 정렬위치홈이 형성된 스페이서; 스페이서의 외주면에 소정 간격으로 이격되도록 삽입되어 설치됨과 아울러 스페이서의 외주면에 4방향으로 형성된 정렬위치홈으로부터 일직선상에 정렬위치홈과 각각 대응되는 위치에 가이드관통홈이 형성된 가이드튜브; 및 가이드관통홈에 관통되어 정렬위치홈에 접촉되도록 장착된 상태에서 스페이서를 4방향으로 움직여 전자총에서 발생되는 전자빔을 정렬하는 다수개의 조절노브로 구성됨을 특징으로 한다.

스페이서의 외주면에 설정된 4방향의 사이각은 직각이 이루지도록 설정하여 각각의 위치에 정렬위치홈이 형성되고, 조절노브는 상기 스페이서에 형성된 위치정렬홈과 나사결합되며 가이드튜브의 일측에 형성된 가이드관통홈에 각각 삽입되어 장착되도록 4개가 구비됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 의한 전자빔정렬장치가 구비된 주사전자현미경의 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 전자빔정렬장치의 사시도이며, 도 7은 도 6에 도시된 전자빔정렬장치의 평단면도이다. 도시된 바와 같이, 빔편향부(30)의 상측에 오링(32)으로 실링(sealing) 되도록 조립된 콜리메이트렌즈부(20)의 상측에 조립되어 전자빔을 발생하고 발생된 전자빔(B: 도 2에 도시됨)을 콜리메이트렌즈부(20)와 빔편향 부(30)로 전달하는 전자총(11)의 외측에 밀착되도록 삽입되어 조립됨과 아울러 외주면의 4방향에 각각 정렬위치홈(111)이 형성된 스페이서(110)와, 스페이서(110)의 외주면에 소정 간격으로 이격되도록 삽입되어 설치됨과 아울러 스페이서(110)의 외주면에 4방향으로 형성된 정렬위치홈(111)으로부터 일직선상에 정렬위치홈(111)과 각각 대응되는 위치에 가이드관통홈(121)이 형성된 가이드튜브(120)와, 가이드관통홈(121)에 관통되어 정렬위치홈(111)에 접촉되도록 장착된 상태에서 스페이서(110)를 4방향으로 움직여 전자총(11)에서 발생되는 전자빔(B)을 정렬하는 다수개의 조절노브(130)로 구성된다.

본 발명의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

주사전자현미경은 크게 전자총부(10), 콜리메이트렌즈부(20), 빔편향부(30) 및 웨이퍼척(40)으로 구성되고, 웨이퍼척(40)의 상측에는 빔편향부(30)가 조립되며, 빔편향부(30)의 상측에는 콜리메이트렌즈부(20) 및 전자총부(10)가 순차적으로 조립된다. 콜리메이트렌즈부(20)의 상측에는 전자총부(10)를 구성하는 전자총(11)이 조립되고, 콜리메이트렌즈부(20)의 상측에 조립된 전자총(11)의 외측에는 스페이서(110)가 삽입되어 조립된다.

스페이서(110)의 외주면에는 빔정렬장치(100)가 삽입되어 조립된다. 빔정렬장치(100)의 외측으로는 조립튜브(13)가 조립되며, 조립튜브(13)의 상측에는 제1쉴드튜브(14)가 조립되고, 제1쉴드튜브(14)의 상측으로 전자총(11)을 덮기 위한 전자총덮개(15)가 설치된다. 전자총덮개(15)가 조립된 제1쉴드튜브(14)의 외측으로 제1쉴드튜브(14)와 조립튜브(13)를 감싸기 위한 제2쉴드튜브(16)가 조립되며, 제2쉴드 튜브(16)가 조립되면 제2쉴드튜브(16) 위에 쉴드덮개(17)가 장착된다.

전술한 구성을 갖는 주사전자현미경을 유지보수 후에 약식정렬작업을 실시하게 된다. 약식정렬작업을 실시하기 위해 전자총(11)의 외주면에 밀착되도록 삽입되어 조립된 스페이서(110)를 4방향에서 움직여 전자총(11)에서 발생되는 전자빔(B)을 정렬시킨다. 스페이서(110)를 4방향에서 움직이기 위해 스페이서(110)의 외주면의 4방향에 각각 정렬위치홈(111)이 형성된다. 스페이서(110)의 외주면에 설정된 4방향의 사이각(θ)은 스페이서(110)의 중심(O)을 기준으로 직각이 이루지도록 설정되어 형성된다.

스페이서(110)의 외주면의 4방향에 각각 직각이 이루어지도록 형성된 정렬위치홈(111)으로부터 일직선상에 정렬위치홈(111)과 각각 대응되는 위치에 가이드관통홈(121)이 형성된다. 가이드관통홈(121)은 가이드튜브(120)의 외주면에 4방향에 형성되며 가이드튜브(120)는 스페이서(110)의 외주면에 소정 간격으로 이격되도록 삽입되어 설치되어 조립된다. 스페이서(110)와 가이드튜브(120)에 각각 형성된 가이드관통홈(121)과 정렬위치홈(111)에 다수의 조절노브(130)가 삽입되어 장착된다.

조절노브(130)는 스페이서(110)를 4방향에서 조절할 수 있도록 가이드튜브(110)의 일측에 형성된 가이드관통홈(121)에 각각 삽입되어 장착되도록 4개가 구비된다. 4개의 조절노브(130)는 가이드관통홈(121)에 관통되어 정렬위치홈(111)에 접촉되도록 장착된 상태에서 스페이서(110)를 4방향으로 움직여 전자총(11)에서 발생되는 전자빔(B)을 정렬하게 된다. 가이드관통홈(121)에 관통되어 정렬위치홈(111)에 삽입된 상태에서 조절노브(130)로 스페이서(110)를 움직이기 위해 조절노브(130)는 스페이서(110)에 형성된 위치정렬홈(111)과 나사결합된다.

조절노브(130)가 스페이서(110)에 형성된 위치정렬홈(111)과 나사결합되도록 조절노브(130)의 일단에는 나사산(131)이 형성되며, 조절노브(130)에 형성된 나사산(131)과 나사결합되도록 위치정렬홈(111)의 내측에 나사산이 형성된다. 조절노브(130)와 위치정렬홈(111)에 각각 나사산이 형성됨으로써 조절노브(130)의 일단을 위치정렬홈(111)에 나사결합시킨 상태에서 조절노브(130)를 전.후진시켜 스페이서(110)를 4방향에서 움직일 수 있게 된다.

노절노브(130)를 이용하여 스페이서(110)를 4방향으로 움직여 전자총(11)에서 발생되는 전자빔(B)을 약식정렬하는 방법은 첨부된 도 8에 도시되어 있다. 도 8에서와 같이 스페이서(110)를 4방향으로 움직여 조정할 수 있도록 4개의 조절노브(130)를 화살표와 같은 방향으로 전.후진시킨다. 조절노브(130) 4개를 전/후진시켜 약식정렬함으로써 전자총(11)에서 발생되는 전자빔(B)을 쉽게 찾을 수 있게 되어 고압선(140)이 흐르는 전자총(11)으로부터 작업자를 보호할 수 있게 된다.

이상과 같이 조절노브를 가이드튜브의 4방향에 설치함으로써 전자총에서 발생되는 전자빔을 쉽게 이동시킬 수 있어 전자빔의 약식정렬작업 시간을 단축할 수 있게 되어 작업자의 안전사고를 예방할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 전자빔정렬장치는 가이드튜브의 외측에 4개의 가이드관통홈을 형성하고 각각의 가이드관통홈에 조절노브를 삽입시켜 스페이서를 4방향으로 움직여 조정함으로써 전자총에서 발생되는 전자빔을 쉽게 이동 시킬 수 있게 되어 전자빔의 약식정렬작업 시간을 단축함과 아울러 작업자의 안전사고를 예방할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (4)

1. 주사전자현미경의 전자총에서 발생되는 전자빔을 약식으로 정렬하는 장치에 있어서,

   빔편향부의 상측에 조립된 콜리메이트렌즈부의 상측에 조립되어 전자빔을 발생하고 발생된 전자빔을 콜리메이트렌즈부와 빔편향부로 전달하는 상기 전자총의 외측에 밀착되도록 삽입되어 조립됨과 아울러 외주면의 4방향에 각각 정렬위치홈이 형성된 스페이서;

   상기 스페이서의 외주면에 소정 간격으로 이격되도록 삽입되어 설치됨과 아울러 스페이서의 외주면에 4방향으로 형성된 정렬위치홈으로부터 일직선상에 정렬위치홈과 각각 대응되는 위치에 가이드관통홈이 형성된 가이드튜브; 및

   상기 가이드관통홈에 관통되어 상기 정렬위치홈에 접촉되도록 장착된 상태에서 상기 스페이서를 4방향으로 움직여 상기 전자총에서 발생되는 전자빔을 정렬하는 다수개의 조절노브로 구성됨을 특징으로 하는 주사전자현미경의 전자빔정렬장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서의 외주면에 설정된 4방향의 사이각은 직각이 이루지도록 설정하여 각각의 위치에 정렬위치홈이 형성됨을 특징으로 하는 주사전자현미경의 전자빔정렬장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 조절노브는 상기 스페이서에 형성된 위치정렬홈과 나사결합됨을 특징으로 하는 주사전자현미경의 전자빔정렬장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 조절노브는 상기 가이트튜브의 일측에 형성된 가이드관통홈에 각각 삽입되어 장착되도록 4개가 구비됨을 특징으로 하는 주사전자현미경의 전자빔정렬장치.

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