KR101101558B1 - 하전 입자의 빔을 이용한 표면 조사/변경 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주사 전자 현미경에서 하전 입자를 이용하여 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치를 제공한다. 장치는 하전 입자의 빔(1, 2)과 하전 입자의 빔이 통과하도록 개구부(30)를 구비한 차폐 요소(10)를 포함하며, 여기서 개구부(30)는 충분히 작고 상기 차폐 요소는 샘플의 표면(20)에 충분히 가깝게 위치하여 하전 입자의 빔에 의한 표면에서의 전하 축적 효과의 영향을 감소시키는 것인 샘플 조사/변경 장치이다.

Description

하전 입자의 빔을 이용한 표면 조사/변경 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INVESTIGATING OR MODIFYING A SURFACE WITH BEAM OF CHARGED PARTICLES}

본 발명은 한 개 이상의 하전 입자 빔(beam)을 이용하여 샘플의 조사 및/또는 변경을 행하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 예를 들면, 전자 현미경에서 저전압 주사 입자 빔에 의한 샘플 표면의 조사 및/또는 변경에 관한 것이다.

주사 전자 또는 주사 이온 현미경과 같은 수많은 현미경 기술에서, 하전 입자의 포커스 빔은 샘플 전역에 걸쳐서 주사된다. 샘플로부터 방출되거나 산란되는 입자는 이차원 이미지를 제공하도록 검출기에 의해 수집된다. 입자의 주사 빔, 특히 전자는, 예를 들어 선택적으로 제거하거나 샘플 표면으로 물질을 침전시킴으로써 표면을 변경하는데 사용된다. 이와 같은 기술은 쿱스 등이 SPIE Vol. 2780, 388페이지에 저술한 간행물 "삼차원 부가 전자 빔 식각 기술(리소그래피)" 및 독일 특허 공개 번호 DE 102 08 043 Al에 기술되어 있다. 고해상도로 물질의 선택적 침전 또는 제거하는 것은 반도체 산업에서 사용되는 마스크의 수리(repair)에 특별히 관심을 갖는다.

특히, 샘플을 구성하는 특징들을 전기적으로 분리시키는 이미지처리의 경우, 충전 효과가 주사 전자 현미경의 화질을 상당히 손상시킬 수 있다는 것은 상식이다. 하전 입자(1차 빔)의 충돌 빔 때문에, 샘플 표면의 영역은 1차 빔의 특성과 극성과 양과 1차 빔에 의해 생성된 2차 입자(2차 빔이라 불리는 빔 형성)의 극성에 의해서, 임의의 전압으로 충전된다. 결과 전하는 샘플 주변 영역의 전기적 특성은 물론 절연성 및 도전성 영역에서 기하학적 배열 및 구조에 의한 방법으로 샘플 표면에 전역에 걸쳐서 분포한다.

차례로 표면 전하는 포커스된 1차 빔의 변형(예컨대, 초점의 흐려짐, 스티그메이션:stigmation) 및 편향(예컨대, 이미지 편차, 이미지 왜곡)을 일으킨다. 이미지 편차가 샘플에서 도전성 또는 비도전성 특징의 기하학적 배열에 따르기 때문에, 이미지 편차는 CD-SEM(필수 크기 측정을 위한 주사 전자 현미경)과 같은 도량형 애플리케이션과 같은 높은 정밀도의 주사 전자 현미경의 가장 심각한 문제이다. 이 구조는 샘플마다, 시야(FOV)마다, 그리고 샘플 물질 구성 세트마다 변경될 수 있다.

더욱이, 2차 전자의 양과 궤도는 표면 전하에 의해 영향을 받는다. 검출기에 의해 수집되는 2차 전자의 양은 생성된 이미지의 국부적 밝기를 결정하는데 사용되고, 생성된 이미지의 콘트라스트도 표면 전하에 의해 영향을 받는다. 특히, 주사 전자 현미경으로 마스크 또는 웨이퍼를 검사하는 것과 같이 높은 위치 정확도가 요구되는 경우에는, 충전 효과는 전기적으로 분리된 특징의 측정의 정확도를 제한한다. 특히, 1차 빔이 고전압 전자 현미경과 비교해서 각각의 경로에서 전계에 더욱 민감하기 때문에, 저전압 전자 현미경은 전하 축적 효과를 겪는다.

이러한 문제를 극복하기 위하여, 종래 기술에서는 불요(不要) 전하 축적을 제거하거나 적어도 그 효과를 감소시키도록 다양한 접근이 개발되고 있다: 절연성 물체의 전하 축적 문제에 일반적으로 사용되는 한 가지 솔루션은 샘플 표면에 도전층을 적용하는 것이다. 그러나 이와 같은 층을 적용하는 것은 항상 가능한 것이 아니고 오히려 반도체 산업의 여러 애플리케이션에서는 제외되고 있다. 또 다른 방법은 예를 들면 FIB(포커스 이온 빔)를 위한 시스템에서는 전하를 중화하는 전자 쇄도 총을 사용하여, 샘플에 반대 전하를 전달하도록 하전 입자의 후속 빔을 부가적으로 제공하는 것이다. 후속 방법은 2차 전자가 샘플 표면에서 벗어나지 못하도록 샘플 표면 근처에 적절한 전위를 적용하여, 과도한 양전하 증강을 저지한다. 또 다른 방법은 충전 조건의 변경 및 과도한 비대칭 충전을 피하도록 주사 조건을 변경하는 것이다.

전하 축적에 관한 문제를 극복하기 위한 일부 방법은 이하 종래 기술 특허 및 간행물의 목록에 더욱 상세히 기술되어 있다: 미국 특허 제4,818,872호는 샘플의 최종 렌즈 아래의 편향 요소에 의해 쇄도 총으로부터 전자를 중화시킬 것을 지시하는 시스템을 개시한다.

미국 특허 제6,683,320호는 절연성 샘플에서의 포커스 이온 빔의 포커스 및 위치 문제에 관한 것이다. 샘플의 축적된 양전하의 적어도 일부분을 중화하도록 최종 렌즈를 통과하는 중화 전자 빔을 개시한다.

미국 특허 제6,344,750호는 주사 전자 현미경 이미지에서 이미지 왜곡 및 이 미지 콘트라스트 변화를 일으키는 비대칭 충전 문제에 관한 것이다. 이 특허에 개시된 솔루션은 두 개의 폴드 주사 절차로 구성되어, 한 개는 이미지 필드의 주변 영역을 충전하고 또 다른 한 개는 이미지 필드 그 자체를 주사한다.

미국 특허 제6,570,154호는 주사 전자 현미경의 1차 전자 빔에 의한 절연성 샘플의 서로 다른 영역의 충전에 관한 것이다. 한 개는 이미지를 획득하도록 의도되고, 또 다른 한 개는 증강된 전하를 제어하도록 의도되는, 두 개의 서로 다른 주사 조건 사이에서 다중 송신하는 솔루션이 개시된다.

미국 특허 제6,586,736호는 연속적으로 주사하는 동안 전하 축적에 의해 2차 입자 검출 효율에 영향을 미치고 주사 필드를 어둡게 하는 절연성 샘플의 충전 효과 문제에 관한 것이다. 초과 양전하 증강을 억제하고 깨끗한 이미지를 생성하도록 목표 내에 전극에 적용되는 전압을 사용하는 솔루션을 나타낸다. 이것은 샘플 표면으로부터 방출되는 2차 입자의 궤도에서 동작하는 능동 방식이다. 음전압이 전극에 적용되면 표면으로부터 방출되는 입자(예컨대, 2차 전자)의 적어도 일부분은 표면에 축적되는 양전하를 지워버리도록 전극에서 표면쪽으로 다시 튀긴다. 적용되는 전압은 전극 중심으로부터 1차 빔의 주사 거리에 의해 능동적으로 조정된다.

미국 특허 제6,664,546호는 샘플 표면 전하를 측정하고 최적 운용 조건을 위해 SEM 파라미터 집합을 계산함으로써 주사 현미경의 화질을 최적화하는 문제에 관한 것이다.

미국 특허 제6,664,546호 및 제6,586,736호에 참조되어 있는 가부시끼기이샤 아드반테스트 독일 특허 공개 번호 DE 44 12 415 Al은 과도한 전하 축적을 제어하 도록 안정점 전위를 사용하는 방법을 개시한다.

이 모든 접근은 전체 장치에 부가되어야만 하는 필수 계측에 관하여 및/또는 이미지를 획득하는 필수 처리 과정에 관하여 매우 복잡하다. 게다가, 종래 기술 중에 어떤 것도 결과 이미지에서 표면 충전 효과를 완전히 제거하지 못한다.

그러므로, 본 발명에 놓여있는 문제는 쉽고 비용 효율을 높이는 방법을 허용하는 장치 및 방법을 제공하여 하전 입자를 이용해서 샘플 표면을 조사 및/또는 변경하고, 표면 전하 축적에 관한 상기 기술된 문제를 극복하는 것이다.

제1 국면에 따르면, 본 발명은 특히 주사 전자 현미경에서 하전 입자를 이용하여 샘플에 대해 조사와 변경중 적어도 하나를 행하고, 하전 입자의 빔과 이 하전 입자의 빔이 통과하도록 개구부를 구비한 차폐 요소를 포함하는 장치에 관한 것이고, 개구부는 충분히 작고 차폐 요소는 샘플 표면에 충분히 가깝게 위치하여 하전 입자의 빔에 의한 표면에서의 전하 축적 효과의 영향을 감소시킨다.

본 발명에 따르면, 조리개 종류를 형성하는 개구부를 구비한 차폐 요소는 고정 전위를 유지하고 복사 에너지를 발하는 샘플 표면에 매우 근접하게 위치하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 차폐 요소와 표면 사이의 거리는 250 ㎛이하이고, 바람직하게는 100 ㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 50 ㎛ 이하이고 가장 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다. 차폐 요소는 샘플 표면에 직접적으로 접촉할 수 있고 최상의 경우이기는 하지만, 샘플 표면의 계획하지 않은 손상을 피하기 위해서는 바람직하지 않다.

개구부는 예컨대 1차 및/또는 2차 빔 경로를 이 영역에서 충분히 방해받지 않은 상태로 남아있도록 충분한 시야(FOV)를 허용하는 기하학적 배열인 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 개구부의 직경 d는 150 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 100 ㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 50 ㎛이하이고 가장 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다. 개구부의 직경은 개구부와 샘플 표면 사이의 거리보다 크거나 같은 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 차폐 요소의 두께는 100 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 10 내지 50 ㎛ 이고, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다.

FOV 바깥에서, 본 발명의 차폐 요소는 샘플 표면에서 전하 축적에 기인하는 전계를 차폐한다. 결국, 차폐 요소의 외측 크기는 0.2 mm 이상인 것이 바람직하고, 바람직하게는 2 mm이상이고, 더욱 바람직하게는 5 mm 이상이고 가장 바람직하게는 10 mm이상이다. 차폐가 없으면, 전하는 1차 빔 경로를 관통하는 전계를 형성하여 2차 빔 특성에 영향을 미치는 것은 물론 충돌 위치를 편향하게도 한다. 본 발명을 사용하여, 표면 전하에 기인하는 전계는 차폐 요소의 표면에서 본질적으로 종결된다. 차폐 요소에 있는 개구부의 기하학적 배열과 샘플로의 거리는 선택될 수 있어서 본질적으로 0 전하 축적 효과로의 감소를 성취한다.

본 발명의 근본 원리는 전하 증강에 의해 생성된 전계의 수동 차폐를 제공하고 1차 또는 2차 빔의 궤도에 능동적으로 영향을 미치지 않기 때문에, 접지 차폐 요소가 명백히 포함되어 있더라도 차폐 요소는 그 유효성을 손상시키지 않고 고정 전위에서 유지될 수 있고 접지될 필요가 없다.

제1 실시예에서, 차폐 요소의 개구부는 대체로 원형 형태를 갖는다. 대안적인 실시예에서, 빔은 표면 위에서 주사되고 차폐 요소의 개구부는 주사되는 표면의 일부분에 대응하는 예를 들면 대체로 직사각형 또는 6방정계 또는 삼각형 형태 등의 형태를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 개구부는 슬릿과 같은 형태를 갖으며, 슬릿의 넓이 d는 상기에 지시된 선호값이다. 특히, 이 실시예는 전자 빔 래스터 주사 기록 도구에서 가치가 있다.

본 발명의 특별히 바람직한 실시예에서, 차폐 요소는 도전성 격자를 포함하고, 격자는 인치당 200 보다 큰, 바람직하게는 인치당 700 보다 크거나 같은 피치와, 30% 보다 크거나 같고 80% 보다 작거나 같은 투과율 T와, 1 내지 30 ㎛의 두께 중 하나 이상을 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같은 차폐 요소는 샘플 표면상에서 (광학) 배향을 용이하게 하여, (반)투명 격자를 통해 검사할 수 있게 한다.

또 다른 실시예에서는, 차폐 요소는 도전성 박막을 포함하고, 박막에 있는 개구부는 전자 빔 리소그래피, 포커스 이온 빔 기술(FIB), 레이저 빔 미세 기계 가공 또는 MEMS와 같은 미세 기계 가공 방법으로 제조되는 것이 바람직하다.

예를 들면 거리 센서 및/또는 한 개 이상의 가스 공급기 등의 후속 장치는 차폐 요소에 통합되는 것이 바람직하다. 예를 들어 화학 반응을 유도하는 전자 빔에 의해 샘플 표면이 관찰되는 것뿐만 아니라 변경도 된다면, 가스 공급기가 특히 유용하다.

기술된 장치의 더욱 유용한 변경은 이하 독립 청구항의 내용을 형성한다.

후속 국면에 따르면, 본 발명은 상기에 기술된 장치를 사용하여 표면을 조사 및/또는 변경하는 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 이 방법은 마스크의 수리에 사용되고, 바람직하게는 마스크에 대하여 물질의 제거와 침전 중 하나 이상을 선택적으로 행함으로써 마스크의 수리에 사용된다. 후속 실시예에서는, 본 발명에 따른 장치는 마스크의 조사 및/또는 반도체 제조를 위해 정확한 기준을 제공하도록 CD-SEM에 사용된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 도면을 참조하여 기술된다.

도 1은 표면 전하와 종래 하전 전하의 1차 및 2차 빔의 영향을 나타내는 개략도이다.

도 2는 근원적인 물리적 원리를 설명하도록 본 발명의 실시예를 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에서 표면 전하에 대한 차폐 효과를 나타내는 개략도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에서 상대적인 크기(relevant dimension)를 나타내는 개략도이다.

도 5a 내지 도 5c는 3개의 서로 다른 차폐 효과를 나타내는 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 침전 물질이 유도되는 전자 빔을 위한 가스 공급기를 포함하는 본 발명의 실시예를 나타낸다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예는 주사 전자 현미경에 관해서 기술된다. 그러나, 본 발명은 전기적으로 하전된 입자를 표면 또는 내부 영역 둘 중 한 곳에 샘플을 분석, 이미지 처리, 변경하는데 사용하는 어떤 장치에서도 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도 6a 및 도 6b를 참조하여 이하에서 더 기술되는 특히 중요한 사용 영역은 반도체 산업에서 마스크의 수리이다. 본 발명에서, 주사되는 전자 빔은 선택적으로 침전하거나 마스크의 표면으로부터 물질을 제거하는데 사용된다.

도 1은 주사 전자 현미경에서 통상적으로 직면하는 문제, 특히 저에너지 전자에서 직면하는 문제를 나타낸다. 1차 빔(1)의 전하 침전(음 전하), 및 2차 빔(2)에서 하전 입자 분사(양 전하)에 의해서 샘플(20)의 표면에 전하 분포(4)가 형성된다. 도 1은 양 전하의 예를 나타낸다. 1차 빔 착점에서 벗어나서 샘플 표면(20)에 착륙하는 2차 전자 또는 표면을 가격하고 더 많은 입자를 방출시키는 2차 입자와 같은 "고차" 이벤트도 샘플 표면(20)에 국부적 및 일시적인 전하 분포(4)의 원인이 된다. 게다가, 도전성 또는 FOV부터 바깥 영역까지 확장된 부분적인 도전성 특징은 비균질 전하 분포(4)를 일으킬 것이다.

축적된 전하 분포(4)는 대칭형일 수도 있고 비대칭형일 수 있다. 대칭형 분포의 경우에는 1차 빔(1)의 초점 특성과 이미지의 밝기에 주로 영향을 끼치고, 비대칭형 분포의 경우에는 1차 빔 모양(예컨대, 스티그메이션:stigmation)과 1차 빔의 편향(예컨대, 이미지 왜곡과 이미지 편차)에 영향을 끼친다. 도 1은 매우 간결한 방법으로 전계(3)로 인한 1차 빔(1)과 2차 빔(2)의 투광에 대한 전하 분포(4)의 영향을 나타낸다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 원리를 개략적으로 나타낸다. 1차 빔은 차폐 전극(10)의 조리개 개구부(30)를 통과한다. 조리개(30)의 크기는 1차 빔 스캔 영역의 제한을 두지 않고 가능한 한 작다. 게다가, 차폐 전극(10)은 샘플 표면(20)에 매우 가깝게 위치하여 조리개 개구부 바깥의 샘플 표면 전하(4)에 의해 나타나거나 또는 발생하는 전계(3)를 효과적으로 차폐한다. 이것은 도 3에 도시된다. 도 1과 더 좋은 비교를 위해서, 표면 전하(4)와 결과 전속선(3)은 간결함을 위해 1차 빔(1)의 충격점(impact point)의 왼쪽 영역에만 도시된다.

2차 입자 빔(2)의 일부분은 차폐 전극(10)의 조리개 개구부(30)를 통과하고 검출기(50)에 도달한다. 검출기 신호는 1차 빔 착점의 정보와 함께 이미지를 생성하는데 사용된다. 오직 조리개 개구부(30)의 중앙 근처의 특정 영역 내에 있는 표면 전하(4)만이 1차 빔 착점의 잘못된 정보를 야기시켜 생성된 이미지의 왜곡을 야기시키는 1차 빔 시프팅(shifting)의 원인이 된다. 차폐 전극(10)은 샘플 표면(20)의 1차 빔(1) 착점에 매우 가깝게 배치되어 있으므로 2차 또는 고차 입자가 조리개 개구부(30)의 바깥 영역에 도달하지 못한다. 그러나, 이 때문에 차폐 전극(10)이 조리개 개구부(30)의 바깥 영역을 완전히 덮을 필요는 없다. 바람직하게는, 차폐 전극의 외측 크기 d'(도 5a 참조)는 0.2 mm보다 크거나 같고, 바람직하게는 2 mm 이상이다. 샘플 표면(예컨대, 작동 거리)에서 최종 광학 소자(예컨대, 최종 렌즈)의 거리에 따라, 외측 크기 d'는 5 mm 또는 심지어 10 mm 이상의 값도 가질 수 있다.

차폐 전극(10)이 차폐 효과를 갖지 않는 FOV 내측 영역에 있는 잔류 전하는 충전 효과의 원인이 될 수 있다. 그러나, 이 영역이 충분히 작다면, 비균질 및 축 적되는 잔류 전하의 크기에 따라, 1차 빔 착점에서 또는 2차 빔 특성에서 에너지 또는 분사각과 같은 효과는 충분히 작다. 그 결과, 전자 현미경의 검출기(50)에 의해 기록되는 화질에 대수롭지 않은 영향을 끼칠 뿐이다.

미국 특허 제6,586,736호에 개시된 바와 같이, 상기에 기술된 수많은 종래 기술 접근방식과는 대조적으로, 본 발명은 작동 원리에 수동적인 솔루션을 개시한다. 다시 말하면, 이 솔루션은 특정 주사 절차, 샘플 표면(20)의 전기 컨덕턴스, 또는 부가적인 보상 입자 빔에 무관한 것이 바람직하다. 이 모든 구성은 특정 태스크에 대해 다르게 선택될 수 있긴 하지만, 차폐 전극(10)에 적용되는 전압을 변화시킬 필요도 없으며, 0 이외의 전극 전압을 필요로 하지도 않으며, 한 개 이상의 차폐 전극(10)을 필요로 하지도 않는다. 바람직한 실시예에서, 차폐 전극(10) 전극을 그라운드에 접지시킴으로써 단순하게 획득될 수 있는 고정 전위에서 유지된다.

본 발명에 따른 장치는 조리개(30)의 자연 개구부 d(도 4 참조)보다 작으면 물질, 도전성 또는 절연성 중 하나, 피처 크기, 및 시야를 조사 및/또는 변경하는데 사용될 수 있다. 후자는 비대칭 표면 전하의 최대 허용 영향 길이에 의해 결정되고 통상 100 미크론 이하이다. 낮은 값이 바람직하긴 하지만, 특정한 상황에서 150 미크론까지의 값도 수용할 수 있다. CD-SEM과 같은 고정확도 애플리케이션을 위해, 50 미크론 보다 작거나 또는 10 미크론 보다 더욱 작은 직경 d를 갖는 작은 개구부가 바람직하다.

샘플 표면(20)에서 조리개 면까지의 거리(35)도 통상 100 미크론 이하이다. 그러나, 250 미크론까지의 거리(35)도 가능하다. 샘플 통합을 위해 대부분의 경우 바람직하지는 않지만, 다른 극단적인 수단은 차폐 전극(10)과 샘플 표면(20)에 접촉하는 것인데, 이것도 역시 가능하다. 거리(35)의 선호값은 50 미크론 이하이거나 심지어 10 미크론 이하이다. 게다가, 개구부(30)의 직경 d는 바람직하게 개구부(30)를 구비한 차폐 전극(10)과 샘플의 표면(20) 사이의 거리(35)와 같거나 크다는 것이 알려졌다. 차폐 소자(10)의 두께는 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 바람직하게는 10에서 50 ㎛ 이고 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다.

본 발명에 의해 사용되는 충전 효과를 줄이는 물리적인 원리는 (a) 관심 FOV 영역 밖에서 샘플에 착륙하는(1차 빔에 의해 생성되는) 2차 입자의 진압과 (b) 관심 FOV 영역 밖에서 축적된 전하에 의해 발생되는 전계의 차폐인 것이 바람직하다. 조리개(30)의 도입으로, 표면 전하에 의해 발생되는 전계는 조리개 표면(10)에서 본질적으로 종결되고, 조리개 면 위의 1차 또는 2차 빔의 궤도에 영향을 끼치지 않는다. 1차 빔(1)과 2차 빔(2)은 (a) 조리개 개구부 내부에서 축적되는 전하와 (b) 조리개 면 아래의 전계 무늬에 의해 여전히 영향을 받는다. 첫 번째 효과는 조리개 개구부(30)를 줄임으로써 최소화될 수 있고, 두 번째 효과는 샘플 표면과 조리개 면 사이의 거리(35)를 줄임으로써 최소화될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 전하 축적 효과를 조리개 개구부(30)를 충분히 작게 만들고 그 조리개 개구부(30)를 구비한 차폐 전극(10)을 샘플 표면(20)에 충분히 가깝게 위치시킴으로써 요구되는 범위로 진압할 수 있다. 이것은 처음으로 한층 두꺼운 절연체를 조사하거나 변경할 수 있도록 허락하고, 전자 빔의 침투 깊이는 절연체의 두께보다 짧다.

차폐 전극(10)은 한 실시예에서는 약 100 미크론 정도이거나 샘플 표면 위에서 조금 떨어진 거리(35)(도 4 참조)에 위치하는 원형 개구부(도 5a 참조)인 조리개(30)를 발생하기 쉽게 포함한다. 이 개구부의 직경 d는 충분히 작아서 요구되는 화질과 정확성에 대한 잔류 충전 효과도 충분히 작다(예컨대, d는 대략 수백 미크론 또는 그 이하). 이 실시예는 종래의 주사 전자 현미경으로부터 예상되는 화질에 대해 대개 충분하다.

도 5b 및 도 5c에 개략적으로 나타나는 또 다른 실시예에서, 차폐 전극(10)은 미세 그물 도전성 격자(11)를 포함한다. 바람직한 그물은 예를 들면 50% 정도의 전체 투과율 T와 10m의 두께에 인치 당 700 피치이다. 다른 값도 가능하여, 예를 들면 인치 당 200 피치 뿐인 격자와 30%에서 80%에 이르는 T의 값도 가능하다. 격자의 두께도 1에서 30 미크론으로 변할 수 있다.

격자(11)는 샘플 표면(20)의 약 50㎛ 위에 위치되고 고정 전위, 바람직하게는 그라운드 전위에서 유지된다. 수백 볼트에서 수 킬로 볼트 사이의 에너지를 갖는 1차 전자 빔(1)은 격자의 자유 공간(15) 중 하나를 통과하여, 샘플 표면을 벗어난 2차 전자를 방출한다. 격자(11)의 차폐 효과는 도 5a의 실시예와 비교가능하지만, 개구부(300) 이하의 영역뿐만 아니라 매우 상당한 양의 표면(20)을 보여줌으로써, 조작자의 네비게이션(navigation)은 격자 구조에 의해 용이하게 된다. 게다가, 격자(11)는 샘플 표면(20)에 처리 가스(도시되어 있지 않음)의 접근이 더 용이하다. 후자는 화학 반응을 유도하는 하전 입자 빔에 의한 샘플 표면(20)의 변경을 위해 특히 중요하고 격자(11)의 투과율에 의해 영향을 받을 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 중요한 애플리케이션을 나타내고, 그 중에 예를 들면 반도체 장치의 제조를 위해 사진 식각 기술(photolithography)에서 사용되는 값비싼 마스크의 수리 등을 위해서 전자 빔은 물질을 선택적으로 침전하거나 표면으로부터 물질을 제거하는데 사용된다. 전자 빔(1)에 의해 선택적으로 분해되는 적당한 유기금속 화합물과 같은 전조 물질(91)을 표면 근처에 가져옴으로써 침전을 획득한다. 샘플 표면에 축적되는 전하로 인해 빔(1)이 빗나가거나 초점이 흐려지게 되면, 이 기법의 해상도는 영향을 받을 것이 분명하다.

도 6a의 실시예에서, 부가적인 가스 공급기(90)가 조리개(30) 위에 제공된다. 조리개(30)로부터 가스 공급(90)의 거리와 가스 공의 크기는 충분한 분자 또는 원자(91)는 조리개(30)를 통해 표면(20)에 도달할 수 있도록 선택되어야 한다.

도 6b는 차폐 전극(10)이 박막(12)에 매우 작은, 바람직하게는 정방형의 개구부(30)를 포함하는 실시예를 더 개시한다. 막 표면은 도전성이고 막(12)은 지지 구조물(60)(예컨대, 실리콘 웨이퍼)에 고정되는 것이 바람직하고, 일반적으로 투과 전자 현미경에 사용된다. 포일 또는 막(12)은 관통되어[예를 들면 전자 빔 식각 기술, 포커스 이온 빔(FIB), 또는 레이저 빔의 미세 기계 가공에 의해], 조리개(30)의 크기는 바람직하게는 10 미크론 또는 그 이하로 나타난다. 조리개 개구부 모양은 최대 차폐 효율로 1차 빔 스캔 영역을 최적화하도록 이와 같은 방법으로 조정될 수 있다. 도 6b에 도시된 형태의 구조는 매우 평평하고 예를 들어 20 미크론 이하의 거리로 샘플 표면의 가장 가까운 근처에 들어올 수 있다. 이 실시 형태는 샘플 표면을 건드리지 않고 가장 정밀한 1차 빔 위치 정확성을 제공한다.

도 6b의 실시예는 상기에 기술된 바와 같이 화학 반응을 유도하는 SEM 전자 빔에 의한 표면 변경에 특히 적합하다. 이 경우, 개구부(30)의 크기가 매우 작으면서 차폐 전극(10)과 표면(20) 사이의 거리가 짧으면 대략 단위의 가로세로비(샘플/전극간 전자 거리 대 개구부 크기)가 가능하다. 한 개 이상의 처리 가스 투입구(90)는 예를 들어 표준 MEMS 기술에 의해 지지 구조물(60)에 통합될 수 있다. 차폐 전극 아래의 가스 주입구는 차폐 전극(10) 위의 측정 챔버에서 전체적인 진공 압력을 저하시키지 않으면서도 샘플 표면(20)에서 가스 압력은 높이는 더 큰 이익을 제공한다. 도 6b의 실시예는 수 나노미터의 정밀도로 전자빔에 의해 화학적 표면 변경을 유도하는 것을 가능하게 한다.

더한 실시예에서(도시되어 있지 않음) 차폐 전극에 있는 개구부는 긴 슬릿이고, 개구부의 크기 중 하나는 다른 크기보다 매우 크고, 작은 크기는 적절한 기능성을 보장하도록 크기가 충분히 작고(즉, 100 미크론 이하), 큰 크기는 빔에 대하여 전체 주사 길이를 허용하도록 충분히 크다. 다른 실시예의 크기 d에 대해 작은 크기는 상기에 지시된 바와 같은 값을 갖는다. 특히, 이 대안은 반도체 공정 산업에서 적용되는 전자 빔 래스터 주사 기록 도구에서 가치가 있다.

또 다른 실시예에서 전극은 상기에 기술된 다른 종류의 복수 개구부를 포함한다. 평행 빔 시스템에서 작업 속도(예컨대, 웨이퍼 검사 시간, 또는 마스크 기록 시간)를 증가시키도록 더욱 개발하는 경우, 이것은 복수 빔 노출 시스템에서 특히 가치가 있다.

기술된 SEM 애플리케이션에서는, 전자는 1 보다 큰 2차 전자 계수를 위해 충분한 에너지를 갖는 것이 바람직하다. 이것은 샘플 표면에 차폐 전극(10)에 의해 보다 효과적으로 차폐될 수 있는 양전하를 일으킨다. 전자의 종단 에너지 E는 5 keV 이하가 바람직하다. 그러나, 만약 2차 전자 방출 계수가 단위보다 작은 에너지의 전자 빔이 1차 빔이고, 샘플 표면에 축적되는 음 전하를 일으키면, 광자 또는 저에너지 전자(1 보다 큰 2차 전자 계수를 위해 충분한 에너지를 갖는)의 부가적인 빔은 1차 전자 빔과 같은 스폿(spot)에 포커스될 수 있다. 이 부가적인 빔은 1차 빔에 의해 야기된 높은 음전하를 과대하게 보상하여, 표면에 낮은 양전하를 발생시킨다. 저에너지 빔에 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 게다가 상기 발명에 고도 에너지 전자 빔을 위한 전하 축적의 역효과를 더욱 최소화하도록 본 방법이 적용될 수 있다.

Claims (52)

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27. 주사 전자 현미경에서 하전 입자들을 이용하여 샘플 표면을 갖는 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치에 있어서,

    하전 입자들의 빔(1, 2); 및

    상기 하전 입자들의 빔(1, 2)이 통과하도록 개구부(30)를 구비한 전기적으로 도전성인 차폐 요소(10)를 포함하고,

    상기 차폐 요소(10)는 상기 차폐 요소가 상기 샘플에 접촉되지 않도록 상기 샘플 위에 거리를 두고 위치한 것이고,

    상기 차폐 요소(10)와 상기 샘플 표면 사이의 상기 거리는 0 ㎛ 보다 크고 50 ㎛ 보다 작은 것이며,

    상기 차폐 요소(10)의 개구부(30)는 적어도 하나의 방향에서 0 ㎛ 보다 크고 50 ㎛ 보다 작은 치수(dimension)를 갖는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
28. 제27항에 있어서, 상기 차폐 요소(10)는 가스 공급기가 연결되어 있는 개구부를 적어도 하나 더 구비하는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
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30. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 차폐 요소(10)와 상기 샘플의 표면(20) 사이의 거리는 0 ㎛ 보다 크고 10 ㎛ 보다 작은 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
31. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 차폐 요소(10)의 개구부(30)는 원형 형태를 갖는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
32. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 빔(1)은 상기 샘플의 표면(20) 위에서 주사되는 것이고, 상기 개구부(30)는 주사되는 상기 표면(20) 부분에 대응하는 형태를 갖는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
33. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 개구부(30)는 직사각형, 육각형, 또는 삼각형 형태를 갖는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
34. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 개구부(30)는 슬릿과 같은 형태를 갖고, 상기 슬릿은 0 ㎛ 보다 크고 100 ㎛ 보다 작은 너비(width) d를 갖는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
35. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 샘플에 대해 조사 또는 변경을 행하는 복수의 빔(1, 2)들을 위하여 하나 이상의 차폐 요소(10)에 복수의 개구부(30)들을 포함하는, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
36. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 차폐 요소(10)는 상기 하나 이상의 개구부들로부터 떨어져서 연속하는 도전성 영역을 포함하는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
37. 주사 전자 현미경에서 하전 입자들을 이용하여 샘플 표면을 갖는 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치에 있어서,

    하전 입자들의 빔(1, 2); 및

    상기 하전 입자들의 빔(1, 2)이 통과하도록 개구부(30)를 구비한 전기적으로 도전성인 차폐 요소(10)를 포함하고,

    상기 차폐 요소(10)는 상기 차폐요소가 상기 샘플에 접촉되지 않도록 상기 샘플 위에 거리를 두고 위치한 것이고,

    상기 차폐 요소(10)와 상기 샘플 표면 사이의 상기 거리는 0 ㎛ 보다 크고 50 ㎛ 보다 작은 것이고,

    상기 차폐 요소(10)는 도전성 격자(11)를 포함하는 것이며,

    상기 격자(11)는 인치(inch)당 200 보다 크고 인치당 700 이하인 피치(pitch), 30% ≤ T ≤ 80% 의 투과율 T, 또는 1 내지 30 ㎛의 두께를 갖는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
38. 제27항 또는 제37항에 있어서, 상기 차폐 요소(10)의 두께는 0 ㎛ 보다 크고 10 ㎛ 보다 작은 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
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40. 제27항 또는 제37항에 있어서, 상기 차폐 요소(10)는 거리 센서를 더 포함하는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
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42. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 차폐 요소(10)의 위 또는 아래에 배열되는 하나 이상의 가스 공급기(90)를 더 포함하는, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
43. 제27항 또는 제37항에 있어서, 상기 차폐 요소(10)는 하나 이상의 가스 공급기(90)를 더 포함하는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
44. 제27항 또는 제37항에 있어서, 상기 빔(1, 2)의 하전 입자들은 0 keV 보다 크고 5 keV 보다 작은 에너지를 갖는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 장치.
45. 하전 입자들을 이용하여 샘플 표면을 갖는 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 방법에 있어서,

    하전 입자들의 빔(1, 2)이 상기 샘플 표면 위를 향하도록 하고;

    상기 빔(1, 2)을 위해 개구부(30)를 구비한 전기적으로 도전성인 차폐 요소(10)를 통해 상기 하전 입자들을 통과시키는 것

    을 포함하고,

    상기 차폐 요소(10)는 상기 차폐 요소가 상기 샘플에 접촉되지 않도록 상기 샘플 위에 거리를 두고 위치한 것이고,

    상기 차폐 요소(10)와 상기 샘플 표면 사이의 상기 거리는 0 ㎛ 보다 크고 50 ㎛ 보다 작은 것이며,

    상기 차폐 요소(10)의 개구부(30)는 적어도 하나의 방향에서 0 ㎛ 보다 크고 50 ㎛ 보다 작은 치수(dimension)를 갖는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 방법.
46. 제45항에 있어서, 상기 하전 입자들은 마스크의 수리(repair)에 사용되는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 방법.
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48. 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 하전 입자들의 빔(1, 2)은 CD-SEM 측정에 사용되는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 방법.
49. 제45항 또는 제46항에 따른 방법을 사용하여 상기 샘플 표면을 변경함으로써 포토리소그래피(photolithography)용 마스크를 제조하는 방법.
50. 하전 입자들을 이용하여 샘플 표면을 갖는 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 방법에 있어서,

    하전 입자들의 빔(1, 2)이 상기 샘플 표면 위를 향하도록 하고;

    상기 빔(1, 2)을 위해 개구부(30)를 구비한 전기적으로 도전성인 차폐 요소(10)를 통해 상기 하전 입자들을 통과시키는 것

    을 포함하고,

    상기 차폐 요소(10)는 상기 차폐 요소가 상기 샘플에 접촉되지 않도록 상기 샘플 위에 거리를 두고 위치한 것이고,

    상기 차폐 요소(10)와 상기 샘플 표면 사이의 상기 거리는 0 ㎛ 보다 크고 50 ㎛ 보다 작은 것이며,

    상기 격자(11)는 인치(inch)당 200 보다 크고 인치당 700 이하인 피치(pitch), 30% ≤ T ≤ 80% 의 투과율 T, 또는 1 내지 30 ㎛의 두께를 갖는 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 방법.
51. 제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 하전 입자들은 전자인 것인, 샘플에 대해 조사와 변경 중 적어도 하나를 행하는 방법.
52. 제46항 또는 제50항에 따른 방법에 의해 가공(processing)되는 포토리소그래피(photolithography)용 마스크.

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