KR101023430B1 - 전자 칼럼용 디텍터 및 디텍팅 방법 - Google Patents

Abstract

기존의 MCP, SE 디텍터, 반도체 디텍터에서는 전자들이 각 디텍터에 입사하게 되면 자체적인 구조에 의하여 전자의 숫자들이 증폭되게 되어있다. 이러한 증폭을 위하여 약간의 전압차를 주어지거나 자체적인 구조 및 재질에 의하여 발생되는 전압차가 가해진다. 이러한 과정을 거친 전자들의 전류값은 외부의 증폭 회로에 의하여 증폭된다.
그러나 본 발명에서는 자체적인 전압의 변화 구조가 없이 마이크로칼럼에서 나온 전자가 시료에 부딪치면서 산란되는 전자들을 그 지점에 인접한 도체 배선으로 전자들을 디텍팅하는 것이다.
이렇게 디텍팅된 전자들을 기존의 방식과 같이 외부에서 증폭회로를 사용하여 증폭한다.

Description

전자 칼럼용 디텍터 및 디텍팅 방법{DETECTOR FOR ELECTRON COLUMN AND METHOD FOR DETECTING ELECTRONS FOR ELECTRON COLUMN}

본 발명은 전자 칼럼에 사용되는 디텍터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전자 칼럼에서 발생된 전자빔이 시료에 부딪힌 전자들 및/또는 2차 전자들을 용이하게 디텍팅을 하기 위한 디텍터 및 전자 칼럼을 사용함에 있어 간단하게 디텍팅 하는 방법에 관한 것이다.

종래에 전자현미경이나 기타 전자빔 형성기에서 발생된 전자들이 시료에 부딪혀 튀어나온 전자 또는 시료로부터의 2차 전자를 디텍팅하였다. 기존의 MCP, SE 디텍터, 반도체 디텍터에서는 전자들이 각 디텍터에 입사하게 되면 자체적인 구조에 의하여 전자의 숫자들이 증폭되게 되어있다. 이러한 증폭을 위하여 약간의 전압차를 주어지거나 자체적인 구조 및 재질에 의하여 발생되는 전압차가 가해진다. 이러한 과정을 거친 전자들의 전류값은 외부의 증폭 회로에 의하여 증폭된다.

도1을 참고하면, 전자빔 발생기(100)로부터 방출된 전자빔(B)이 시료에 쏘여진다. 종래의 디텍터(10)는 전자빔(B)이 시료에 충돌되어 나온 전자들(9)이나 또는 시료의 2차 전자들을 디텍팅하여 시료에 대한 데이터를 얻을 수 있었다. 시료에 대한 데이터를 가진 전자(9)들이 화살표와 점으로 표시된 바와 같이 퍼져 나와서 디텍터(10)에서 디텍팅이 된다.

그러나 종래의 디텍터(10)는 전자빔(B)이 시료에 충돌되어 튀어나온 전자나 2차 전자들을 이용하여 데이터를 수집하기 위하여 증폭을 하는 방식을 사용한다. 왜냐하면 종래의 전자빔 발생기로부터 발생된 전자빔(B)이 시료에 부딪혀 나온 전자나 2차 전자의 양이 적은 경우가 많아 디텍터에서 디텍팅된 전자들로부터의 전류 값을 증폭하여 사용하였다. 고 에너지를 사용하는 전자 현미경 등의 전자빔 발생기나 저에너지를 사용하는 종래의 전자빔 발생기는 약 수 피코 암페어에서 수십 피코 암페어 정도의 전류 값이 전자들로부터, 경우에 따라서는 수백 피코 암페어 이상의 전자빔이, 디텍터에 감지된다. 따라서 이러한 디텍터는 모두 수집된 전자들로부터의 전류를 바로 증폭할 수 있도록 구성되어 있으며 그 예로서 MCP(micro channel plate) 나 P-N Junction을 사용한 BSED(back scattering electron detector)가 사용되고 있다.

그러나 최근에 마이크로칼럼 등 새로운 전자 칼럼은 전자빔 방출원의 개발로 인하여 기존의 전자빔 발생기와는 달리 저에너지를 사용하면서도 시료에 도달하는 전자빔의 전자의 숫자가 많아 시료에 충돌되어 반사되는 전자들의 전류값이 수백 피코에서 수 나노 암페어의 전류치를 나타낸다. 따라서 종래의 전자 칼럼과 달리 최근의 전자 칼럼은 종래의 전자 칼럼과 달리 디텍팅을 보다 간편하게 할 수 있는 여지가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 전자 칼럼에서 사용될 수 있는 저가이며 구조도 단순하고 사용이 편리한 디텍터를 제공한다.

또한 본 발명은 간단한 방식으로 전자 칼럼의 사용에 있어서 전자들을 디텍팅하는 방법을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전자 칼럼용 디텍터는 도체 재질로 이루어지며 그물형태 또는 하나 이상의 도선의 배열 구조 또는 도체판 형태를 가져서 시료의 위에 위치되어 사용 될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전자 칼럼의 디텍팅 방법은 상기 디텍터를 사용하거나 시료의 도체부분을 이용하여 샘플 커러트를 확인하는 방식으로 디텍팅할 수 있다.

본 발명에 따른 칼럼에서 전자빔에 의해 발생된 전자들을 디텍팅하는 방법은, 디텍터가 상기 전자들을 직접 디텍팅하여 외부로 디텍팅된 전자들에 전류 데이터를 외부로 전달하여 디텍팅 하는 것을 특징으로 한다.

종래의 전자빔 발생기와는 달리 최근의 전자 칼럼으로서 초소형 전자 칼럼인 마이크로칼럼은 전자빔이 시료에 쏘여지고 이에 의해 시료에 부딪혀 나온 전자나 2차 전자의 양이 상대적으로 종래의 전자빔 발생기 보다 많아 약 0.5 나노 암페어에서 수 나노 암페어까지 측정된다. 따라서 종래의 복잡한 구조의 디텍터를 사용하지 않더라도 본 발명에 따른 단순한 구조이면서도 신뢰성 있는 디텍터를 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 디텍터의 구조는 간단히 설명하면 도체 도선의 형태를 가져서도 이루어 질 수 있다는 것으로, 마이크로칼럼에서 나온 전자빔의 경로를 방해하지 않는 경로에 도체 도선을 사용하여 이를 외부의 증폭기나 컨트롤러에 연결하여도 종전과 같은 디텍터의 역할을 수행 할 수 있는 것이 특징이다.

또한 본 발명에 따른 디텍팅 방법은 상기 본 발명에 따른 디텍터를 사용하여 디텍팅하거나 샘플 커런트 방식을 이용하는 것이다. 즉 본 발명에 따른 디텍팅 방식은 상기 디텍터를 시료 주위에 설치하여 상기 디텍터로부터 전자들을 디텍틱하거나 별도의 디텍터 없이 시료에 주사된 전자빔을 직접 시료 또는 샘플로부터 전자를 디텍팅하는 샘플 커런트 방식으로 시료나 샘플에 배선을 하여 상기 배선을 통해서 전자들을 직접 디텍팅하는 것이다.

본 발명에 따른 디텍터는 간단한 구조로서 별도의 증폭이나 처리가 필요 없으며 제작 비용이 종래의 칼럼에 비하여 매우 저렴하다. 또한 본 발명의 디텍팅 방법은 상기 디텍터나 샘플 자체의 배선을 활용하여 저렴하고 간단한 방법으로 디텍팅 할 수 있다.

본 발명에 따른 디텍팅 방법은 상기 디텍터를 사용하거나 샘플 커런트 방식을 사용하여 간단하게 전자빔에 의해 발생된 전자들을 티텍팅할 수 있다.

도1은 종래의 마이크로칼럼에서 전자들을 디텍팅하는 것을 나타내는 개략적 단면도.
도2는 본 발명에 따른 일예로서의 디텍터가 사용되는 상태를 나타내는 개략적 단면도.
도3은 본 발명에 따른 디텍터를 사용하여 디텍팅하는 것을 개략적으로 나타내는 사시도.
도4는 본 발명에 따른 디텍터가 시료위에 위치된 것을 나타내는 개략적 사시도.
도5는 본 발명에 따른 디텍팅 방식에 사용될 수 있는 샘플 커런트 방식의 원리를 이용한 배선의 배치를 개념적으로 나타내는 배치도.
도6은 도5의 샘플 커런트 방식으로 디텍팅한 결과의 이미지 개략 그림.
도7은 도5의 샘플 커런트 방식으로 디텍팅한 결과의 전류 강도 데이타.

이하 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 디텍터에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 일예로서의 디텍터가 사용되는 상태를 나타내는 개략적 단면도로서, 전자방출원(1)에서 방출되는 전자들이 소스렌즈(3)를 통해 소정의 형상을 갖는 전자빔(B)으로 만들어 지며, 디플렉터(4)에 의해 디플렉팅되고, 그리고 포커스렌즈(6)에 의해 시료에 포커싱된다. 디텍터(20)는 전자빔이 시료에 충돌되어 나온 전자들 및 시료의 2차 전자들을 디텍팅하여 시료에 대한 데이터를 얻을 수 있다. 즉 시료에 대한 데이터를 가진 전자들(9)이 도면에 도시된 바와 같이 화살표 방향으로 나오면서 점으로 표시된 바와 같이 다수의 전자들이 디텍터에 부딪혀서 시료에 대한 데이터를 디텍터로부터 디텍팅된 커런트로 확인할 수 있다.

도3은 본 발명에 따른 디텍터를 사용하여 디텍팅하는 것을 개략적으로 나타내는 사시도로서, 도2의 단면도에서 디텍터(20)를 통과하여 시료에 전자빔(B)이 도달하는 것을 도시한다. 도3에서 디텍터(20)는 4개의 도선이 교차되어 구성되며 전자빔(B)은 도선 사이의 공간에서 시료에 쏘여진다.

도4는 본 발명에 따른 디텍터가 시료위에 위치된 것을 나타내는 개략적 사시도로서 도체 선이 전자빔(B)의 폭에 비해 큰 그물 공간을 가진 디텍터를 도시한다. 이 경우도 4개의 도선의 교차 구성으로 볼 수 있으며 그물 공간 사이로 전자빔이 통과되어 시료에 쏘여질 것이다. 디텍터(20)는 디텍터 배선(21)에 의해 외부의 컨트롤러 등에 연결된다.

본 발명에 따른 위와 같은 디텍터들은 도선에 의해 디텍터 증폭기 등 컨트롤러에 연결되어 전자빔이 시료에 반사된 전자들 및/또는 시료로부터의 2차 전자들을 수집하여 그 값을 전류로 증폭회로 또는 컨트롤러에 전송하여 디텍터로서의 역할을 수행할 수 있다.

가장 간단한 구조로서는 한 개의 도체 배선을 이용하는 것으로 스캔하는 부근에 도선을 위치하고 이것을 스캔영역이 이동하면 함께 이동하는 방식이다.

도체배선이 많을수록 전자를 디텍팅하는 것이 효율적이다. 예로서 그리드 형태의 도선이 스캔영역에 있을 경우 전자의 디텍팅이 효율적이 된다. 그리드 형태의 도선은 통과되는 전자빔의 경로를 크게 방해하지 않을 정도이면 사용상 별다른 문제가 발생하지 않는다. 즉 시료와 관계없이 전자빔 자체의 전자가 디텍트 되는 양이 많아서 시료로부터 데이터 정보를 갖는 전자들의 디텍팅을 방해되지 않을 정도면 된다. 다만 이미지나 전류 데이타 획득시 디텍터가 시료를 가리는 경우는 더 많아질 수 있다. 이는 데스트용 시료를 사용하여 이미지 테스트 등으로 확인이 가능한데, 도3에서 미리 샘플용 시료의 이미지를 본 발명의 디텍터로 얻어 샘플용 시료의 이미지와 비교 판단하면 된다. 또한 샘플용 시료의 측정 전류 데이타의 분석으로도 이미지 테스트와 같이 확인이 가능하다. 디텍터에서 얻어지는 전류데이타를 분석하여 샘플 시료용 전류 데이터와 비교하는 방식도 가능하다. 만일 디텍터가 시료의 이미지를 가리게 되면 시료나 디텍터를 이동하여 다시 이미지나 전류 데이터를 확인 하도록 하면 될 것이다.

본 발명에 따른 디텍터는 위에서 설명한 바와 같이 도체 도선만으로 이루어질 수 있고 그리드 망 형태와 같은 구조를 가질 수 있다. 그 외에 도체 도선을 원형이나 다각형 형태의 평면 구조를 갖도록 할 수 있으며 필요한 경우 도체 도선을 3차원 형상의 형태(예를 들어 피라미드 구조나 원뿔 형태의 구조 등)를 갖도록 할 수 있다. 또한 하나의 도체 배선 대신 도체 판 등을 배선 대신 사용하고 상기 도체 판이 전자빔이 시료의 필요 영역에 주사되는 것을 방해하지 않도록 배치하여 디텍터로 사용될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 전자 칼럼에서 전자를 디텍팅하는 방법은 상기 디텍터들에 외부로 배선을 하여 전류 값 등을 증폭하여 그 값과 변화량을 확인하여 이미지나 기타 샘플 또는 시료의 정보를 분석하는 것이다. 즉 기존의 디텍터가 특별한 형상의 구조를 가지고 있으며 디텍터 자체에 전압 등을 인가하고 디텍터 자체에서 전자들을 증폭(디텍팅하는 전자의 수를 늘림)하여 디텍팅된 전자들로부터 정보를 획득하는 것과 달리 디텍터는 단순히 별도의 배선만 하도록 하고 상기 배선을 통해서 검출된 전자량(전류 값 및 그 변화량)을 분석하여 데이터를 분석하는 것이다.

본 발명에 따른 전자 칼럼에서 전자를 디텍팅하는 다른 방법은 종래의 샘플 커런트 방식을 이용하는 것으로서 별도의 디텍터를 사용하지 않고 시료 자체의 배선등을 이용하여 샘플 커런트 방식으로 디텍팅하는 것이다. 샘플 커런트 방식은 시료자체에 배선을 하여 상기 배선을 통하여 검출되는 전자량을 증폭하여 디텍팅된 전자들이 정보를 분석 확인하는 것이다. 본 방법은 이러한 원리를 이용하여 시료 자체 전체를 배선을 하는 것이 아니고 시료중 일부 소정의 부위에 배선을 하여 디텍팅하는 것이다.

도5는 상기 샘플 커런트 방식을 응용하여 디텍팅하는 방법의 원리 및 배치를 나타낸 것이다.

본 방법은 도5와 같이 서로 상호 교차하는 배선처럼 배치된 시료로서 반도체의 내부 배선이나 TFT-LCD나 디스플레이 등에서 TFT 소자와 같이 서로 근접되어 데이타 라인 또는 게이트 라인 등 배선들의 형태를 미리 알고 있는 경우 그 중 하나의 배선을 상기 디텍터 중 도체 선과 같은 디텍터로 활용하는 것이다.

도5에서 검사될 샘플 근처로 배선(50)이 지나갈 경우 이 배선을 디텍터로 사용하는 것이다. 배선(50)에는 디텍팅된 전류의 강도 등과 같은 전류 데이타를 분석할 수 있는 전류계(A) 등과 연결되어 있어 전류데이타를 분석 활용할 수 있다. 전자빔이 소정의 스캔 영역(51)을 스캔한 경우 그에 대한 이미지가 도6과 같다. 또한 전자빔이 스캔 영역(52)와 같이 라인 스캔한 경우의 전류 강도 데이타 값이 도7과 같이 나타난다.

샘플이 도체이고 그라운드 된 경우 전자빔에 의해 전자가 차징됨이 없이 잘 디텍팅 되고 외부에서 음전압을 인가하는 경우 더욱 잘 디텍팅된다. 샘플이 도체가 아닌 경우에도 디텍팅은 가능하지만 차징이 일어나므로 전자빔으로 많이 스캔할 수 없고 한번 전자빔이 주사된 영역은 다시 주사하지 않고 스캔하는 것이 바람직하다

도5의 디텍팅 결과로서 샘플 커런트 방식으로 디텍팅 이미지가 도6으로 그리고 전류 강도 데이타가 도7로 얻어졌다. 도6의 이미지는 보기에 편리하도록 편집되어 나타낸 것이며 전류 데이타 7는 실질적인 데이타로서 검사 영역은 주로 위 부분에서 아래쪽으로 일부의 피크 부분(64)이며 디텍터에서 전류값은 아래쪽 피크(62)를 나타내고 있다.

도 6에서 검은색 바 61은 도5의 디텍터의 도체 부분이고 검은색 바 63은 디텍팅 대상이 되는 바(bar)이다. 도6에서 검은색 바들(61,63)이 비슷한 명도로 보일 수 있으나 실제 이미지 상으로는 디텍터 부분이 보다 선명하게 보이며 디텍팅 대상이 되는 샘플 부분의 이미지는 디텍터 부분보다 덜 선명하다. 이는 도7의 전류데이터로서 명확히 알 수 있는데 디텍터 부분의 검은 바(61)는 아래쪽 피크 영역(62)에 해당하는 전류데이타를 나타내며 샘플 부분의 검은 바(63)는 위쪽 영역(64) 부분을 나타낸다. 이는 샘플 부분에 주사된 전자들이 디텍터에서 직접 디텍터에 주사된 전자들 보다는 그 숫자가 적기 때문에 이미지나 전류데이타 값은 적은 것이다. 도7에서 전류값은 전자들이 음 전하를 가지므로 아래쪽 영역의 전류값이 위쪽 영역보다 크므로 그 부분에서 전자들이 많이 검출된 것을 의미한다.

따라서 별도의 디텍터 없이 검출 영역 근처의 도체로부터 검사 영역에 주사된 전자빔으로부터 반사되거나 2차 전자 등이 시료 자체의 도체 부분으로부터 디텍팅되어 별도의 디텍터 없이 시료자체를 샘플 커런트 방식으로 이미지나 전류 데이터를 얻을 수 있다. 그러나 도5의 예에서 샘플에 음 전압을 인가하면 샘플영역에 주사된 전자빔들이 보다 많이 디텍터 부분에서 디텍팅될 수 있어 보다 선명한 이미지나 큰 전류데이타를 얻을 수 있어 분석에 유리하다. 샘플에 음 전압을 인가하면 샘플에 주사되는 전자들이 샘플에 인가된 음전압에 의해 반발되어 튕겨나가거나 반사되어 디텍터 부분에 샘플에 주사된 전자들이 많이 검출될 것이기 때문이다.

도5에서 샘플이 도체가 아닌 경우에 전자빔이 스캔할 때 샘플의 일부가 연결이 되지 않고 떨어져 있는 경우에는 전자빔에서 주사된 전자가 서로 떨어져 있는 단부 부분에 많이 차징되므로 이 차징된 전자들을 전류데이터로서 분석하여 도체가 아닌 패턴의 검사도 수행 할 수 있다.

도5의 경우 샘플이 도체라면 검사 영역과 디텍팅 영역을 반대로 바꿔서 디텍팅 할 수 있으며 그 결과도 동일하게 얻어질 수 있다.

위에서는 싱글 타입의 전자칼럼을 위주로 설명하였으나 멀티 타입의 전자칼럼도 동일한 방식으로 본 발명에 따른 디텍터 및 디텍팅 방법을 사용할 수 있다.

멀티 타입의 전자칼럼의 경우는 싱글 전자칼럼의 구성에 대응되는 각 단위 전자칼럼이 n×m행렬식으로 배열되어 사용될 수 있고 웨이퍼 형태로 사용이 가능한데 전체 칼럼에 싱글 전자칼럼에 일대일 대응되어 사용이 가능하나 여러 칼럼을 기준으로 하나의 본 발명에 따른 디텍터가 사용될 경우에는 각 싱글 단위 칼럼을 순차적으로 사용하여 디텍팅이 가능하다. 즉 싱글 단위 칼럼에 대하여 시간 간격을 두고 싱글 단위 칼럼을 작동시키면 디텍팅된 데이타를 시간에 따라 순차적으로 사용이 가능하다. 여러 칼럼에 대하여 하나의 디텍터를 사용하는 경우 샘플에 넓게 디텍턱를 배치하면되고 와이어 타입의 경우 넓게 와이어를 샘플 위에 배치 시키면 된다. 특히 시료내의 도체선을 이용하여 디텍팅하는 경우에는 특별히 디텍팅하기 보다는 각 단위 싱글 칼럼을 순차적으로만 작동시키면 가능하다.

본 발명의 디텍터 및 디텍팅하는 방법은 전자 칼럼이 사용되는 모든 분야에서 사용될 수 있다. 본 발명의 디텍터 및 디텍팅하는 방법은 전자 현미경, 전자빔을 이용한 검사 장치, 또는 전자빔을 이용한 리소그라피 장치 등 전자빔을 사용하는 모든 분야에서 사용이 가능하다.

Claims (8)

1. 도체 재질로서, 그물형태, 하나 이상의 도선의 배열 구조, 또는 판 형태를 가지며, 전자칼럼의 전자빔에 의해 발생되는 전자들을 직접 추가적인 처리 없이 디텍팅하여 그 전자들의 데이타를 외부로 바로 전달하도록 시료의 위에 위치되어 사용될 수 있는 전자칼럼용 디텍터.
2. 제1항에 있어서, 상기 디텍터가 하나의 도선으로 2차원 또는 3차원 형상의 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자칼럼용 디텍터.
3. 전자칼럼에서 전자빔에 의해 발생된 전자들을 디텍팅하는 방법에 있어서, 상기 디텍팅 방법은 디텍터가 상기 전자들을 직접 디텍팅하여 외부로 디텍팅된 전자들에 대한 전류 데이터를 추가적인 처리나 공정없이 직접 외부로 전달하는 것을 특징으로 하는 디텍팅 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 디텍터가 제1항 또는 제2항의 디텍터 인 것을 특징으로 하는 디텍팅 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 디텍터가 시료 내부의 도체 부분에 샘플 커런트 방식으로 배선되어 디텍팅하는 것을 특징으로 하는 디텍팅 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 샘플에 음전압을 인가하여 디텍팅하는 것을 특징으로 하는 디텍팅 방법.
7. 제3항, 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디텍터가 복수개의 전자 칼럼에서 발생된 전자빔이 주사된 전자들을 디텍팅하며 상기 전자 칼럼들이 시간을 두고 순차적으로 작동하여 상기 디텍터가 디텍팅하는 것을 특징으로하는 디텍팅 방법.
8. 제4항에 있어서, 상기 디텍터가 복수개의 전자 칼럼에서 발생된 전자빔이 주사된 전자들을 디텍팅하며 상기 전자 칼럼들이 시간을 두고 순차적으로 작동하여 상기 디텍터가 디텍팅하는 것을 특징으로하는 디텍팅 방법.

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