KR100688974B1 - 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치 - Google Patents

진공챔버 내 하전입자빔 검사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 피검사소재를 이송가능하게 지지하는 스테이지(Stage)를 포함하는 진공챔버(Chamber) 내 하전입자빔 검사장치는, 진공챔버 일측에 지지되어 피검사소재로 주사되어 반사되는 하전입자를 모으는 렌즈(Lens)를 포함하는 검사부와; 렌즈의 초점을 조절하는 초점구동수단과, 피검사소재가 수평이동 되도록 스테이지를 구동하는 수평구동수단을 포함하는 구동부와; 진공챔버 내측에 결합되어 상기 렌즈 및 피검사소재 간의 이격거리를 감지하도록 마련된 커패시턴스(Capacitance) 효과를 이용한 센서부와; 센서부에서 감지된 정보에 기초하여 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 의하여, 설치공간의 확보가 용이해지고 피검사소재의 정확한 화상검출이 이뤄질 수 있다.

Description

진공챔버 내 하전입자빔 검사장치{Inspecting Apparatus using Charged Particle Beam in Vacuum Chamber}
도 1은 본 발명의 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치를 나타낸 구성 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 검사부의 렌즈 초점 조절방법을 설명하기 위한 제어흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 검사부 및 센서부 영역의 부분 확대 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치 110 : 진공챔버
120 : 피검사소재 130 : 스테이지
140 : 검사부 141 : 렌즈
142 : 하전입자 공급수단 143 : 화상검출수단
150 : 구동부 151 : 초점구동수단
152 : 수평구동수단 160 : 센서부
161 : 용량형 근접센서 162 : 고정브래킷
163 : 수용홈 170 : 제어부
180 : 데이터 입력부 190 : 저장부
본 발명은 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 검사부의 렌즈 및 피검사소재 간의 이격거리를 감지하는 구조를 개선한 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼(Wafer), 패널(Panel) 및 포토마스크(Photo mask) 등의 생산공정에는, 제품의 품질을 관리하기 위해 다양한 검사장치가 적용되고 있으며, 작업환경으로서 진공상태가 요구되어짐으로 진공챔버 내에서 검사과정이 이루어진다.
이러한 진공챔버 내 검사장치는 이온빔(Ion Beam), 전자선(Electron Beam)등과 같은 하전입자빔(Charged Particle Beam)을 검사시료에 주사하여 반사되는 하전입자들을 통해 검사시료의 화상을 검출한다. 이 중에서 주사선을 이용한 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)이 가장 대표적으로 쓰인다고 할 수 있다.
종래의 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치는 주사전자현미경의 렌즈 초점을 조절하기 위해 레이저 변위센서(Laser Displacement Sensor)의 발광부와 수광부에 의해 렌즈와 검사시료 간의 이격거리를 감지한다.
그러나, 이러한 종래의 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치는, 레이저 변위센서의 발광부 및 수광부가 주사전자현미경을 사이에 두고 진공챔버의 외부로부터 센싱(Sensing) 각도가 경사지게 상호 이격 배치되어 설치공간의 확보가 용이하지 못 한 문제점이 있다.
또한, 센싱에 이용되는 레이저의 파장으로 인하여 검출과정에서 발생되는 광자들의 진로가 간섭 받게 되어 정확한 검출이 이뤄지지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 설치공간의 확보가 용이해지고 피검사소재의 정확한 화상검출이 이뤄질 수 있는 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 피검사소재를 이송가능하게 지지하는 스테이지를 포함하는 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치에 있어서, 상기 진공챔버 일측에 지지되어 상기 피검사소재로 주사되어 반사되는 하전입자를 모으는 렌즈를 포함하는 검사부와; 상기 렌즈의 초점을 조절하는 초점구동수단과, 상기 피검사소재가 수평이동 되도록 상기 스테이지를 구동하는 수평구동수단을 포함하는 구동부와; 상기 진공챔버 내측에 결합되어 상기 렌즈 및 상기 피검사소재 간의 이격거리를 감지하도록 마련된 커패시턴스(Capacitance) 효과를 이용한 센서부와; 상기 센서부에서 감지된 정보에 기초하여 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치에 의하여 달성된다.
여기서, 상기 렌즈는 코일(Coil)로 소정의 자기장을 형성하여 상기 하전입자가 상기 자기장 내를 통과할 때 진행방향이 굴절되도록 자계렌즈(Magnetic Lens)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 센서부는, 커패시턴스 효과로 상기 렌즈 및 상기 피검사소재 간에 이격거리를 감지하는 용량형 근접센서와, 상기 진공챔버의 상판 내측면에 결합되어 상기 용량형 근접센서를 수용하는 고정브래킷을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 검사부는 이차전자 및 반사전자 중 어느 하나를 신호원으로 하는 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)을 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 검사부는 이온빔(Ion Beam)을 신호원으로 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 진공챔버(110)와, 피검사소재(120)를 이송가능하게 지지하는 스테이지(130)와, 검사부(140)와, 구동부(150)와, 센서부(160)와, 제어부(170)와, 데이터 입력부(180)와, 저장부(190)를 포함한다.
진공챔버(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 신호원으로 사용되는 하전입자들이 대기 중의 입자들에 의해 산란되는 것을 방지하고, 피검사소재(120)를 이물입자의 오염으로부터 차단하기 위해 소정의 진공상태를 유지한다.
피검사소재(120)는 반도체 웨이퍼, 패널 및 포토마스크 등을 포함한다.
스테이지(130)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 피검사소재(120)를 이송가능하게 지지하며, X,Y축 상에서 수평이동 되도록 수평구동수단(152)에 의해 구동된다.
검사부(140)는, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 진공챔버(110) 일측에 지지되며, 코일로 소정의 자기장을 형성하여 전자선을 포함하는 하전입자가 자기장 내를 통과할 때 진행방향이 굴절되도록 하는 자계렌즈를 포함하는 렌즈(141)와, 하전입자를 피검사소재(120)로 주사하는 하전입자 공급수단(142)과, 렌즈(141)를 통해 반사되는 하전입자를 통해 피검사소재(120)의 화상을 검출하는 화상검출수단(143)을 포함한다. 본 발명의 일실시예로서, 검사부(140)가 전자선을 이용하는 주사전자현미경인 것으로 설명하였지만, 이온빔을 신호원으로 포함할 수도 있다.
구동부(150)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈(141)의 초점을 조절하는 초점구동수단(151)과, 피검사소재(120)가 수평이동 되도록 스테이지(130)를 구동하는 수평구동수단(152)을 포함한다.
초점구동수단(151)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈(141)의 코일에 흐르는 전류치를 변화시킴으로써 전자계의 변화를 유도하여 렌즈(141)의 배율을 용이하게 바꿔준다. 이에 따라, 제어부(170)의 제어에 따른 초점구동수단(151)의 전류치 가변구동에 의해 렌즈(141)의 초점을 용이하게 조절할 수 있다.
수평구동수단(152)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 피검사소재(120)를 지지한 스테이지(130)가 X,Y축 상에서 수평이동 되도록 롤러(Roller), 기어(Gear), 체인(Chain), LM가이드(Linear Motion Guide), 모터(Motor), 유·공압 실린더(Cylinder) 등을 포함한다.
센서부(160)는, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 커패시턴스 효과로 렌즈(141) 및 피검사소재(120) 간에 이격거리를 감지하는 용량형 근접센서(161)와, 진공챔버(110)의 상판 내측면에 결합되어 용량형 근접센서(161)를 수용하는 고정브래킷(162)을 포함한다. 이에 따라, 검사부(140)의 렌즈(141)와 피검사소재(120) 간의 이격거리를 감지하는 센서부(160)의 설치공간 확보가 용이해질 수 있다.
용량형 근접센서(161)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 피검사소재(120)가 접지된 상태에서 용량형 근접센서(161)에 전압을 인가하여 전하량의 변화로 두 전극 간의 이격거리를 감지하는 원리로 작동된다. 이에 따라, 검출과정에서 발생되는 광자들의 진로를 간섭하지 않게 되어 피검사소재(120)의 화상을 정확하게 검출할 수 있다.
고정브래킷(162)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 진공챔버(110)의 상판 내측면에 결합되어 용량형 근접센서(161)를 검사부(140)의 측방으로 근접 수용하도록 수용홈(163)을 갖는‘E’자의 형태로 마련된다. 본 발명의 일실시예로서, 용량형 근접센서(161)가 고정브래킷(162)의 수용홈(163)에 수용되어 검사부(140)에 최대한 근접되게 배치된 것으로 설명하였지만, 센서부(160)가 검사부(140)로부터 진공챔버(110) 내에서 이격 설치될 수도 있다.
제어부(170)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 센서부(160) 및 화상검출수단(143)에서 감지된 정보에 기초하여 구동부(150)를 제어한다.
데이터 입력부(180)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈(141) 및 피검사소재(120) 간의 이격거리 감지의 시작값, 이격거리의 최대값 및 최소값 등의 데이터(Data)를 입력받아 제어부(170)에 전달한다.
저장부(190)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(170)에서 필요로 하는 모든 데이터를 저장하여 보관한다.
이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치(100) 의 렌즈(141) 초점 조절 과정을 도 1 내지 도 3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
우선, 데이터 입력부(180)에 렌즈(141) 및 피검사소재(120) 간의 이격거리 감지의 시작값, 이격거리의 최대값 및 최소값 등의 데이터를 입력하면, 제어부(170)는 데이터 입력부(180)로부터 데이터를 전달 받아서 저장부(190)에 저장한다.
피검사소재(120)를 진공챔버(110) 내의 스테이지(130)에 로딩(Loading)한다(S10).
제어부(170)는 스테이지(130)에 의해 지지된 피검사소재(120)가 X,Y축 상에서 수평 이동되어 용량형 근접센서(161)의 중심 아래에 위치하도록 수평구동수단(152)을 제어한다(S20).
용량형 근접센서(161)는 피검사소재(120)와 용량형 근접센서(161) 간의 Z축상의 이격거리를 감지한다(S30). 이에 따라, 용량형 근접센서(161)로부터 감지된 정보는 제어부(170)로 전달되며, 저장부(190)에 저장된 데이터들과 비교 분석되어 검사부(140)의 렌즈(141)와 피검사소재(120) 간의 Z축 상의 이격거리 값을 구할 수 있다.
제어부(170)는 피검사소재(120)가 X,Y축 상에서 수평 이동되어 검사부(140)의 렌즈(141) 중심 아래에 위치하도록 수평구동수단(152)을 제어한다(S40).
제어부(170)는 피검사소재(120)와 렌즈(141) 간의 Z축 상의 이격거리 값에 기초하여 검사부(140)에 의한 피검사소재(120)의 화상검출 범위의 최대 및 최소값을 설정한다(S50).
검사부(140)의 화상검출수단(143)은 피검사소재(120)의 화상을 검출한다. 이 에 따라, 제어부(170)는 화상검출수단(143)으로부터 얻은 화상이미지에 기초하여 구동부(150)의 초점구동수단(151)을 제어하여 미리 설정된 화상검출 범위 내에서 렌즈(141)의 초점을 조절한다(S60).
다음에, 제어부(170)는 렌즈(141)의 초점이 조절된 초점구동수단(151)의 전류치와 화상검출수단(143)으로부터 얻은 화상이미지를 비교하여 조절된 렌즈(141)의 초점이 가장 적합한 지의 여부를 판단한다(S70).
조절된 렌즈(141)의 초점이 화상검출 범위 내에서 가장 적합하면, 제어부(170)는 피검사소재(120)의 최종 화상을 검출하도록 검사부(140)의 화상검출수단(143)을 구동하고(S80), 조절된 렌즈(141)의 초점이 화상검출 범위 내에서 가장 적합한 것이 아니면, 제어부(170)는 초점구동수단(151)을 제어하여 렌즈(141)의 초점을 다시 조절한다(S60).
반도체 웨이퍼의 경우에 있어서, 이러한 렌즈(141)와 피검사소재(120) 간의 이격거리 감지에 의한 렌즈(141)의 초점 조절과정은 생산되는 웨이퍼들 간의 두께차가 대략 ±400~500㎛ 가량이므로 새로운 웨이퍼를 검사할 때마다 반복적으로 이루어진다.
이에 따라, 용량형 근접센서(161)를 적용함으로써, 검사부(140)의 렌즈(141)와 피검사소재(120) 간의 이격거리를 감지하는 센서부(160)의 설치공간 확보가 용이해지며, 검출과정에서 발생되는 광자들의 진로를 간섭하지 않게 되어 피검사소재(120)의 화상을 정확하게 검출할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 설치공간의 확보가 용이해지고 피검사소재의 정확한 화상검출이 이뤄질 수 있는 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치가 제공된다.

Claims (5)

  1. 피검사소재를 이송가능하게 지지하는 스테이지를 포함하는 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치에 있어서,
    상기 진공챔버 일측에 지지되어 상기 피검사소재로 주사되어 반사되는 하전입자를 모으는 렌즈를 포함하는 검사부와;
    상기 렌즈의 초점을 조절하는 초점구동수단과, 상기 피검사소재가 수평이동 되도록 상기 스테이지를 구동하는 수평구동수단을 포함하는 구동부와;
    상기 진공챔버 내측에 결합되어 상기 렌즈 및 상기 피검사소재 간의 이격거리를 감지하도록 마련된 커패시턴스(Capacitance) 효과를 이용한 센서부와;
    상기 센서부에서 감지된 정보에 기초하여 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 코일(Coil)로 소정의 자기장을 형성하여 상기 하전입자가 상기 자기장 내를 통과할 때 진행방향이 굴절되도록 자계렌즈(Magnetic Lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는,
    커패시턴스 효과로 상기 렌즈 및 상기 피검사소재 간에 이격거리를 감지하는 용량형 근접센서와,
    상기 진공챔버의 상판 내측면에 결합되어 상기 용량형 근접센서를 수용하는 고정브래킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검사부는 이차전자 및 반사전자 중 어느 하나를 신호원으로 하는 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검사부는 이온빔(Ion Beam)을 신호원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 진공챔버 내 하전입자빔 검사장치.
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