KR101357940B1 - A multi-particle beam column having an electrode layer including an eccentric aperture - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입자 빔 칼럼에서 입자 빔을 제어하는 방법에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 입자 빔 칼럼에서 편심 어퍼쳐를 가진 전극층을 구비하여 용이하게 입자 빔 칼럼을 제어할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a method for controlling a particle beam in a particle beam column, and more particularly, to provide an electrode layer having an eccentric aperture in the particle beam column to easily control the particle beam column.
Description
본 발명은 입자 빔 칼럼에서 입자 빔을 제어하는 방법에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 입자 빔 칼럼에서 편심 어퍼쳐를 가진 전극층을 구비하여 용이하게 입자 빔 칼럼을 제어할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a method for controlling a particle beam in a particle beam column, and more particularly, to provide an electrode layer having an eccentric aperture in the particle beam column to easily control the particle beam column.
입자 빔 칼럼은 입자 소스(방출원)과 정전기장 또는 자기장으로 작동되는 전자 렌즈들로 구성되어 전자 빔이나 이온 빔과 같은 입자 빔을 생성하여 집속 및 스캔(scan)하는 것으로서, 대표적으로 전자빔을 이용하는 전자 칼럼 또는 이온 빔을 이용하는 이온 빔 칼럼 등이 있다. 이와 같은 입자 빔 칼럼은 특히 전자 칼럼을 이용하여 전자 현미경이나 반도체 리소그라피, 또는 다양한 검사장치, 예를 들어 반도체 소자의 비아홀/컨택홀(via hole / contact hole)의 이상 유무 검사, 시료의 표면 검사 및 분석, 마스크 검사, 그리고 TFT-LCD, 와 OLED 등의 디스플레이 소자에 있어서 TFT(Thin Film Transistor) 배선의 이상 유무 검사 등에 사용된다.The particle beam column is composed of a particle source (emission source) and an electron lens operated by an electrostatic or magnetic field to generate and focus and scan a particle beam such as an electron beam or an ion beam. Ion beam columns using electron columns or ion beams. Such particle beam columns are particularly useful for electron microscopes, semiconductor lithography, or various inspection devices such as via holes / contact holes in semiconductor devices, inspection of specimen surfaces, and the like. It is used for analysis, mask inspection, and inspection of abnormality of TFT (Thin Film Transistor) wiring in display elements such as TFT-LCD and OLED.
상기의 전자 빔 칼럼은 입자 빔 칼럼의 대표적인 예이다. 전자 빔을 생성하고 집속 및 주사하는 전자 칼럼 중 하나의 예로서 초소형 전자칼럼 (microcolumn)은, 전자를 방출하는 전자방출원 및 전자가 통과하는 어퍼처(aperture)의 지름이 sub-500 마이크로미터 이하로 구성된 미세구조의 전자광학 부품에 기초하여 제작되는 것으로서 1980년대 처음 도입되었다. 초소형 전자 칼럼은 미세한 부품을 정교하게 조립하여 광학 수차를 최소화하여 향상된 전자 칼럼을 형성하고, 작은 구조는 여러 개를 배열하여 병렬 또는 직렬구조의 멀티형 전자 칼럼구조에 사용이 가능하다. 이를 위해 반도체 공정을 이용해서 실리콘 웨이퍼로 렌즈를 만드는 데 렌즈의 구경(어퍼쳐) 부분을 미세전자기계시스템(microelectronicmechanical system, MEMS)공정에 의해 멤브레인(membrane)으로 만들어 정전 렌즈로(electrostatic lens)서 사용하기도 한다. The electron beam column is a representative example of the particle beam column. As an example of an electron column that generates, focuses, and scans an electron beam, a micro-column has a diameter of an electron emission source emitting electrons and an aperture through which an electron passes, sub-500 micrometers or less. It was first introduced in the 1980s as manufactured on the basis of a microstructured electro-optic component. The microelectronic column is finely assembled with fine components to minimize the optical aberration to form an improved electronic column, and the small structure can be arranged in a multi-type electronic column structure of parallel or series structure. For this purpose, the aperture of the lens is made into a membrane by a microelectronic mechanical system (MEMS) process to make a lens from a silicon wafer using a semiconductor process. Also used.
도1은 초소형 전자 칼럼의 구조를 나타내는 도이며, 전자 방출원, 소스 렌즈, 디플렉터, 및 아인젤 렌즈가 정렬되어 전자 빔이 주사되는 것을 나타낸다.1 is a diagram showing the structure of an ultra-small electron column, in which an electron emission source, a source lens, a deflector, and an Einzel lens are aligned to scan an electron beam.
일반적으로 초소형 전자 칼럼으로서 대표적인 마이크로칼럼은 화살표로 표시된 전자들을 방출하는 전자 방출원(110), 전자들을 방출, 가속 및 제어하도록 3개의 전극층들로 이루어고 상기 방출된 전자들을 유효한 전자 빔으로 형성하는 소스 렌즈(120), 상기 전자 빔을 편향시키는 디플렉터(150), 및 상기 전자 빔을 시료(s)에 집속(focusing)시키는 집속(focus) 렌즈(아인젤 렌즈,140)로 구성된다. 일반적으로 디플렉터는 소스 렌즈와 아인젤 렌즈 사이에 위치된다. 마이크로칼럼의 일반적인 작동을 위하여, 음전압(약 -100 V ~ - 2 kV)이 전자 방출원에 인가되고, 소스 렌즈의 전극층들은 일반적으로 접지(ground)된다. 포커싱 렌즈의 예로서 아인젤 렌즈는 양측의 외부 전극층은 접지시키고 그리고 중앙의 전극층에 음(-)전압(감속 모드)을 인가하거나 또는 양(+)전압(가속 모드)을 인가시킴으로써 전자 빔을 집속하도록 한다(포커싱하도록 사용된다). 동일한 작동 거리에서, 감속 모드의 집속 전압의 크기는 가속모드에서 보다 작다. 디플렉터에는 동기가 맞추어진 편향(deflecting) 전압이 전자 빔의 경로를 조절하여 시료 표면에 전자 빔을 일정한 주기로 주사시키기 위해 인가된다. 상기 소스 렌즈나 집속 렌즈와 같은 전자 렌즈는 중앙으로 전자 빔이 관통하도록 원이나 소정의 형상을 갖는 어퍼쳐를 구비한 전극층을 2개 이상 포함하여 전자 빔을 제어하는 데 통상적으로는 3개의 전극층으로 형성된다.A microcolumn, typically an ultra-small electron column, consists of an
이상과 같이 대표적인 전자 빔 칼럼에서 살펴본 초소형 전자칼럼의 종류로는 하나의 입자 빔 방출원과 상기 입자 빔 방출원에서 발생된 입자 빔을 제어하기 위한 전자 렌즈들로 구성된 싱글형 초소형 전자칼럼과 다수의 전자 방출원에서 방출된 다수의 입자 빔을 제어하기 위한 전자 렌즈들로 구성된 멀티형 초소형 전자칼럼으로 구분된다. 멀티형 초소형 전자칼럼은 반도체 웨이퍼와 같은 하나의 전극층에 다수의 입자 빔 방출원 팁이 구비된 입자 빔 방출원과 하나의 전극층에 다수의 어퍼쳐가 형성된 렌즈 층이 적층된 전자 렌즈를 포함하여 구성된 웨이퍼 타입 초소형 전자칼럼과, 싱글 전자 칼럼과 같이 개개의 입자 빔 방출원에서 방출된 입자 빔 빔을 다수의 어퍼쳐를 가진 하나의 렌즈 층으로 제어하는 조합형 초소형 전자칼럼, 싱글 초소형 전자칼럼들을 하나의 하우징에 장착하여 사용하는 어레이(array) 방식 등으로 구분될 수 있다. 조합형의 경우 입자 빔 방출원이 별개로 구분될 뿐 렌즈는 웨이퍼 타입과 동일하게 사용할 수 있다.As described above, the types of micro electron columns described in the representative electron beam column include a single micro electron column composed of one particle beam emitter and electron lenses for controlling the particle beam generated from the particle beam emitter and a plurality of electron beams. It is divided into a multi-type micro electron column composed of electron lenses for controlling a plurality of particle beams emitted from an electron emission source. A multi-type microelectron column is a wafer including a particle beam emitter having a plurality of particle beam emitter tips in one electrode layer, such as a semiconductor wafer, and an electron lens in which a lens layer having a plurality of apertures is formed in one electrode layer is stacked. A single compact electron column, a combined compact electron column and a single tiny electron column that control the particle beam beam emitted from individual particle beam emitters such as a single electron column with a single lens layer with multiple apertures It can be divided into an array (array) method used in mounting. In the case of the combination type, the particle beam emission sources are separately divided, and the lenses can be used in the same manner as the wafer type.
위와 같은 입자 빔 칼럼은 입자 소스원에서 입자 빔이 발생 및 집속되어 시료를 스캔하게 되는데, 시료에 따라서 샘플 커런트(current) 방식으로 이온이나 전자를 디텍팅(detecting)하여 활용하는 경우가 있다. 샘플에 도체 부분이 외부로 연결되어 샘플에 직접 주사된 이온이나 전자들을 직접 디텍팅 하여 외부에서 바로 확인할 수 있는 이런 샘플 커런트방식은 반도체 소자의 비아홀/컨택홀(via hole / contact hole)의 이상 유무 검사, 시료의 표면 검사 및 분석, 그리고 TFT-LCD 소자에 있어서 TFT(Thin Film Transistor)의 이상 유무 검사 등에 사용이 가능하다. 그러나 위와 같은 검사나 현미경 역할을 하는 경우 처리 속도 등과 관련된 throughput 문제를 위해 멀티 입자 빔 칼럼으로 사용하는 경우 멀티 빔 칼럼의 제어가 쉽지 않은 문제가 있다.In the particle beam column as described above, a particle beam is generated and focused from a particle source source to scan a sample. In some cases, the particle beam column may be used by detecting ions or electrons in a sample current manner. This sample current method, in which the conductor portion is connected to the outside of the sample, and ions or electrons injected directly into the sample are directly detected, can be directly detected from the outside, is used for detecting whether or not a via hole / contact hole of a semiconductor device is abnormal Inspection, surface inspection and analysis of samples, and inspection of TFT (Thin Film Transistor) abnormality in TFT-LCD devices. However, when used as a multi-beam beam column for throughput problems such as processing speed in the case of inspection or a microscope as described above, there is a problem that control of the multi-beam column is not easy.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기존의 멀티 입자 빔 칼럼에서 어퍼쳐가 편심된 전극층을 활용해서 용이하게 스캐닝을 제어할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to make it easy to control the scanning by utilizing the electrode layer eccentric in the aperture of the conventional multi-particle beam column.
본원 발명은 입자 빔 방출원, 디플렉턱, 및 두개 이상의 전극층을 구비한 전자 렌즈를 포함하는 입자 빔 칼럼이 2개 이상 결합된 멀티 입자 빔 칼럼에 있어서, 상기 멀티 입자 빔 칼럼이 개별 칼럼의 입자 빔 광학 축으로부터 어퍼쳐가 편심된 전극 층(이하 편심 전극층 이라 한다)을 하나 이상 구비하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a multi-particle beam column in which two or more particle beam columns including a particle beam emitter, a deflector, and an electron lens having two or more electrode layers are combined, wherein the multi-particle beam column is a particle beam of an individual column. And at least one electrode layer (hereinafter referred to as an eccentric electrode layer) whose aperture is eccentric from the optical axis.
또한 본원 발명은 멀티 입자 빔 칼럼에 있어서, 상기 편심 전극층의 어퍼쳐가 개별 빔 광학축에 모두 다른 위치에 겹치지 않도록 배열되며 그리고 개개의 칼럼에서 동일하게 입자 빔의 스캔이 제어되어, 상기 멀티 입자 빔 칼럼의 개개의 칼럼에서 주사된 입자 빔이 시료에 동시에 주사되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.In another aspect of the present invention, in the multi-particle beam column, the apertures of the eccentric electrode layer are arranged so that they do not overlap at different positions on the individual beam optical axes, and the scanning of the particle beam is controlled in the same column in each column, so that the multi-particle beam It is characterized in that the particle beams scanned in the individual columns of the column are not simultaneously scanned into the sample.
또한 본원 발명은 멀티 입자 빔 칼럼에 있어서, 상기 편심 전극층이 디플렉터 보다 아래에 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that in the multi-particle beam column, the eccentric electrode layer is disposed below the deflector.
또한 본원 발명은 멀티 입자 빔 칼럼에 있어서, 상기 편심 전극층이 포커스 전극에 포함되지 않고 별개의 층으로서 포커스 렌즈 아래에 배치되거나 또는 상기 편심 전극층이 2개 이상 모여 전자 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that in the multi-particle beam column, the eccentric electrode layer is not included in the focus electrode and is disposed below the focus lens as a separate layer, or two or more of the eccentric electrode layers are collected to form an electron lens.
본원 발명에 따른 편심 전극층을 구비한 입자 빔 멀티 칼럼을 이용하면, 멀티 초소형 전자 칼럼과 같이 용이하게 멀티화 된 칼럼들을 동일하게 디플렉터를 하나의 콘트롤러를 통해서 쉽게 제어할 수 있다.By using the particle beam multi-column having the eccentric electrode layer according to the present invention, the deflector can be easily controlled through one controller in the same way as the multi-multiplied columns such as the multi-micro electron column.
또한 시료를 스테이지를 통해서 이동하며 멀티 입자 빔을 스캔하면 시료를 현미경과 같이 확대하여 보거나 검사시 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있다. In addition, scanning the multi-particle beam by moving the sample through the stage can magnify the sample as if it were a microscope, or improve throughput during inspection.
도1은 초소형 전자 칼럼의 구조를 나타내는 도이다.
도2는 본원 발명의 편심 전극층 사용의 예를 도시한 단면도이다.
도3은 본원 발명의 편심 전극층의 일 예의 평면도이다.
도4는 본원 발명의 편심 전극층의 다른 예의 평면도이다.
도5는 본원 발명의 편심 전극층의 또 다른 예의 평면도이다.1 is a diagram showing the structure of a microelectronic column.
2 is a cross-sectional view showing an example of the use of the eccentric electrode layer of the present invention.
3 is a plan view of an example of an eccentric electrode layer of the present invention.
4 is a plan view of another example of the eccentric electrode layer of the present invention.
5 is a plan view of another example of an eccentric electrode layer of the present invention.
본 발명에서는 2개 이상의 멀티 입자 빔 칼럼에서 편심 전극층을 도입하고 멀티 칼럼에서 동일한 타입의 디플렉터를 동일한 방향에 동일한 전압으로 스캔하여 샘플 커런트 방식과 같은 디텍팅 방식에서 넓은 면적의 시료에 다수의 멀티 칼럼을 사용할 수 있도록 한 것이다. 특히 이 경우 스테이지를 이용해서 멀티 칼럼 및/또는 시료를 움직일 수 있도록 하면 처리 속도를 더욱 높일 수 있어 장점이 더 커진다. 예를 들면 + 형태의 4극 디플렉터를 동일한 방위로서 각각의 싱글 칼럼에 4개의 전극으로 배치하고 각 동일 방위의 디플렉터 전극들에 동일 전압을 동시에 인가하며 입자 빔을 스캔하면 아래에서 설명하는 바와 같이 개별 칼럼에서 주사된 빔이 시료에서 동시에 주사되지 않고 번갈아 빔이 시료에 주사되도록 하여 쉽게 샘플 커런트 방식으로 빔 디텍팅이 가능해진다.
In the present invention, by introducing an eccentric electrode layer in two or more multi-particle beam columns and scanning the same type of deflector in the same direction with the same voltage in the same direction, a plurality of multi-columns in a large area sample in a detection method such as a sample current method. It is to be used. In particular, in this case, the advantage of using a stage to move the multi-column and / or the sample can be further increased by further increasing the processing speed. For example, a four-pole deflector in the form of + is arranged in four electrodes in each single column with the same orientation, and the same voltage is applied to each of the deflector electrodes in the same orientation, and the particle beam is scanned, as described below. The beams scanned in the column are alternately scanned in the sample instead of being simultaneously scanned in the sample, so that beam detection can be easily performed in a sample current manner.
이하 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 원리를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the principle of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도2에 도시된 바와 같이, 입자 빔으로서 대표적인 예인 전자 빔을 방출하는 전자 방출원(10)에서 나온 전자들이 화살표로 표시되고 있다. 전자들은 전체를 하나의 큰 4각 박스로 표현된 전자 렌즈(20)를 지나 디플렉터(50)에서 스캔되는데 그 아래 빔 광학축에 편심된 편심 전극층(130)에 의해 전체 빔이 정상적으로 시료에 주사되지 못하고 일부만 시료(s)에 주사되게 된다. 좌우의 두 개의 전자 칼럼은 동일한 시료에 전자빔을 주사하지만 광학축에 상호 겹치지 않도록 다르게 편심된 편심 전극층(130)이 사용되고 있다. 도시된 바와 같이 정상 광학축에서 편심 전극층(130)의 어퍼쳐들은 상호 바깥쪽 방향으로 서로 편심되어 있다. As shown in Fig. 2, electrons from the
따라서 동일한 디텍터 구조에 동일한 방향으로 동기화되어 전자빔을 디플렉팅하게 되면 기존의 전체 스캔 영역중 편향된 부분만 시료에 주사되어 실제 주사되는 영역은 줄어들게 되지만 동일한 시간에 두 개의 칼럼에서 주사된 전자빔이 동시에 시료에 주사되지 않게 된다. 즉 도2에서는 좌측의 칼럼은 전자 광학축 기준으로 좌측의 부분은 정상적으로 스캔 주사되지만 우측 부분이 주사되지 않고 우측의 칼럼은 우측의 부분은 정상적으로 스캔 주사되지만 좌측 부분이 주사되지 않아 동시에 두 칼럼이 아래의 동일 시료에 주사되지 않는다.Therefore, if the electron beam is deflected while being synchronized with the same detector structure in the same direction, only the deflected portion of the existing whole scan area is scanned into the sample, and the area actually scanned is reduced, but the electron beam scanned from two columns at the same time is simultaneously applied to the sample. It will not be injected. That is, in Fig. 2, the left column is scanned normally on the basis of the electron optical axis, but the right part is not scanned, and the right column is scanned normally on the right, but the left part is not scanned. Is not injected into the same sample.
도3 내지 도5은 도2에서 설명한 편심 전극층(130)의 예들을 보다 구체적으로 설명한 것이다. 3 to 5 illustrate examples of the
도3 및 도4는 두 개의 칼럼에 사용할 수 있는 편심 전극층(130)의 예이다. 3 and 4 are examples of an
도3은 두 개의 어퍼쳐(131)가 도2에서와 같이 서로 멀어져가는 방향으로 광학축(X)에서 멀어져 원으로 만들어졌다. 도4는 두 개의 어퍼쳐(132)가 도2에서와 같이 서로 멀어져가는 방향으로 광학축에서 멀어져 반원으로 만들어졌는 데, 원래 만들어질 크기에 서로 동시에 스캔되지 않도록 반으로 줄어든 것이다. 도3의 편심 전극층(130)의 어퍼쳐(131)의 크기는, 도4에서와 같이, 원래 렌즈의 어퍼쳐 크기와 같다면 실제 어퍼쳐 크기 모두가 스캔에 사용되지 못할 수 있다. 즉 도2에서와 같이 멀어져간 부분이 전체가 사용되지 못할 수 있다. 즉 실제 스캔 크기를 고려해서 크기를 정할 수 도 있다.FIG. 3 is made in a circle away from the optical axis X in a direction away from each other as shown in FIG. 4 shows two
도5는 4개의 칼럼에 사용 가능한 편심 전극층(130)에 각각 1/4크기의 원 4개가 겹치지 않도록 광학축(X,Y)을 기준으로 배열되어 있다. 4개의 칼럼이 사용시에는 상기 어퍼쳐(133)는 그 크기가 겹치지 않도록 실제 사용되는 어퍼쳐 크기 전체가 원래 어퍼쳐의 크기보다 같거나 작아야 바람직하다. 이는 실제 원의 크기를, 도3의 예의 설명과 같이, 의미하는 것이 아니라 실제 빔이 스캔되는 영역의 합을 의미한다.FIG. 5 is arranged with respect to the optical axes X and Y so that four circles of 1/4 size each do not overlap with the
만일 8개의 칼럼이 사용되는 경우는 다시 각 어퍼쳐의 크기가 더 작아질 것이다. 이와 같이 n×m 배열의 멀티 칼럼의 경우 그만큼 개개의 어퍼쳐는 작아질 것이다.If eight columns are used, each aperture will again be smaller. As such, in the case of a multicolumn of n × m arrays, the individual apertures will be smaller.
위에서 각 어퍼쳐는 원으로만 설명하였지만 실제 다각형의 형태등 다양한 어퍼쳐가 사용될 수 있으며 이 경우에도 위에서 설명한 바와 같이 광학축을 기준으로 그 크기를 결정해 편심되도록 하고 겹치지 않도록 하여 사용할 수 있다. 또한 편심 방향도 필요에 따라 겹치지 않도록 정할 수 있다.Although each aperture is described above as a circle, various apertures such as the shape of an actual polygon may be used. In this case, as described above, the aperture may be determined based on the optical axis so that it is eccentric and does not overlap. In addition, the eccentric direction can also be determined so as not to overlap.
또한 위에서 편심 전극층(130)은 다수개의 어퍼쳐를 구비한 하나의 층으로 설명하였지만 싱글 칼럼을 복수개를 별도 정렬하여 사용하는 경우는 개개의 전극층을 개별적으로 싱글 칼럼에 개개의 원래 편심 위치에 놓일 수 있도록 배치 정렬하여 사용하면 된다. 즉, 도3 내지 도5의 편심 전극층(130)을 개개의 싱글 칼럼용으로 나누어 장착 사용하면 되는 것이다. 다만 개개의 싱글 칼럼을 사용하는 경우 하나의 층인 편심 전극층(130)보다는 개개의 칼럼에서 그 일부를 싱글 칼럼에 그 위치에 맞도록 장착하는 것은 어렵다. 그러므로 시료에 주사된 빔이 겹치지 않도록 하기 위해서는 전체 싱글 칼럼의 유효 어퍼쳐 크기가 기존 어퍼쳐 크기보다 작게하는 것이 바람직하다.In addition, the above-described
130 : 편심 전극층
10 : 전자 방출원
20 : 전자 렌즈
50 : 디플렉터130: eccentric electrode layer
10: electron emission source
20: electronic lens
50: deflector
Claims (5)
상기 멀티 칼럼이 개별 칼럼의 빔 광학 축으로부터 어퍼쳐가 편심된 전극 층(이하 편심 전극층 이라 한다)을 하나 이상 구비하며,
상기 편심 전극층의 어퍼쳐가 개별 빔들의 광학축에 모두 다른 위치에 겹치지 않도록 배열되며 그리고 개개의 칼럼에서 동일하게 빔의 스캔이 제어되어, 그 결과 상기 멀티 전자 칼럼의 개개의 칼럼에서 주사된 각각의 입자 빔이 시료에 동시에 주사되지 않도록 하며, 그리고
상기 편심 전극층이 디플렉터 보다 아래에 배치되는 것,
을 특징으로 하는 멀티 입자 빔 칼럼.A multi-particle beam column comprising two or more particle beam columns coupled to a particle beam emitter, a deflector, and an electron lens having two or more electrode layers,
The multi-column has at least one electrode layer (hereinafter referred to as an eccentric electrode layer) with apertures eccentric from the beam optical axis of the individual columns,
The apertures of the eccentric electrode layers are arranged so that they do not overlap at all different positions on the optical axis of the individual beams and the scan of the beams is controlled equally in the individual columns, so that each scanned in the individual columns of the multi-electron column To prevent the particle beam from being scanned simultaneously into the sample, and
The eccentric electrode layer being disposed below the deflector,
Multi-particle beam column characterized in that.
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