KR101824587B1 - Inspection equipment for vertical alining between electron beams from a multi-electron column and a surface of a specimen - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티 전자컬럼과 시료간의 수직 정렬을 감지할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 멀티 전자컬럼으로부터 주사된 전자빔과 시료의 표면이 수직 정렬되었는지를 확인할 수 있도록 하는 감지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device capable of detecting the vertical alignment between a multi-electron column and a sample, and more particularly, to a sensing device capable of checking whether a surface of a sample and a scanned electron beam from a multi- .

Description

멀티 전자 칼럼과 시료표면의 수직정렬 감지장치{Inspection equipment for vertical alining between electron beams from a multi-electron column and a surface of a specimen}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-electron column and a vertical alignment sensor for detecting a vertical alignment of a sample surface.

본 발명은 멀티 전자컬럼과 시료간의 수직 정렬을 감지할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 멀티 전자컬럼으로부터 주사된 전자빔과 시료의 표면이 수직 정렬되었는지 또는 전자빔 컬럼과 시료 거리가 적당한지를 확인할 수 있도록 하는 감지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for detecting vertical alignment between a multi-electron column and a sample, and more particularly, to an apparatus for detecting vertical alignment between an electron beam scanned from a multi-electron column and a surface of a sample or an electron beam column and a sample distance And to a sensing device for enabling the sensor to be used.

마이크로 칼럼은 고 종횡비의 초소형 전자 칼럼으로 그 크기가 작아 멀티화가 용이하여, 멀티 마이크로칼럼을 이용하여 반도체 리소그라피 장비나 전자빔 검사장비를 제작하는 경우 생산성 및 정밀도가 매우 크게 향상된다. 그러나 이와 같은 멀티 마이크로칼럼은 넓은 면적을 동시에 주사하게 되는데 시료가 전자빔과 수직으로 정확하게 정렬되지 않을 경우 빔 스폿이 사이즈가 커지거나 왜곡되며, 또한 개별 마이크로칼럼의 working distance가 다르게 되어 각 전자빔의 초점도 정확하게 맞춰지지 않게 되어 해상도가 나빠지게 된다. 이 경우 리소그라피를 정확하게 수행할 수 없고 또한 나노 반도체 검사 장치에서도 정확한 검사가 어려워진다.The microcolumn is a small-sized electron column with a high aspect ratio and is small in size, so that it is easy to multiply, and productivity and precision are greatly improved when a semiconductor lithography equipment or an electron beam inspection equipment is manufactured using a multi-microcolumn. However, such multi-microcolumns are simultaneously scanned over a large area. When the sample is not aligned vertically with the electron beam, the beam spot is enlarged or distorted, and the working distance of the individual microcolumns is different. It will not be precisely aligned and the resolution will deteriorate. In this case, the lithography can not be performed accurately, and the nano semiconductor inspection apparatus becomes difficult to perform accurate inspection.

본 발명의 기술이 적용되는 반도체 리소그라피나 반도체 및 LCD, OLED 등을 포함한 디스플레이 장치는, 반도체 웨이퍼의 크기 증가와 LCD 장치의 대형화, 그리고 반도체 리소그라피에서 선폭의 감소 및 정밀도의 증가에 따라 멀티 전자빔을 이용한 리소그라피나 검사 장비의 수요가 계속 증가하나 주로 고가의 외국의 장비가 사용되고 있는 실정이다. 본 기술은 고가격의 반도체 및 디스플레이 검사장비의 국산화 및 이 분야 장비의 기술발전을 이끌 수 있는 기술이다.
Display devices including semiconductor lithography, semiconductors and LCDs, OLEDs, etc., to which the technology of the present invention is applied, have been widely used in the fields of semiconductor devices such as semiconductor wafers, LCD devices, and semiconductor lithography. Demand for lithography and inspection equipment continues to increase, but high-priced foreign equipment is in use. This technology is a technology that can lead to localization of high-priced semiconductor and display inspection equipment and technology development of this equipment.

도 1은 일반적인 초소형 전자 칼럼의 구조를 나타내는 도이며, 전자 방출원, 소스 렌즈, 디플렉터, 및 아인젤 렌즈가 정렬되어 전자 빔이 주사되는 것을 나타낸다.1 is a view showing a structure of a conventional micro-electron column, in which an electron emission source, a source lens, a deflector, and an Einzel lens are aligned and an electron beam is scanned.

일반적으로 초소형 전자 칼럼으로서 대표적인 마이크로칼럼은 화살표로 표시된 전자들을 방출하는 전자 방출원(110), 전자들을 방출, 가속 및 전자량을 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. 동기가 맞추어진 편향(deflecting) 전압은 전자 빔의 경로를 조절하여 시료 표면에 전자 빔을 일정한 주기로 주사시키기 위해 인가된다. 상기 소스 렌즈나 집속 렌즈와 같은 전자 렌즈는 중앙에 전자 빔이 관통하도록 원이나 소정의 형상을 갖는 어퍼쳐를 구비한 전극층을 2개 이상 포함하여 전자 빔을 제어하는 데 통상적으로는 3개의 전극층으로 형성된다.Typically, a microcolumn in a typical microcolumn includes an electron emission source 110 for emitting electrons indicated by arrows, three electrode layers for controlling the emission, acceleration and electron quantity of electrons, A deflector 150 for deflecting the electron beam, and a focus lens (Einzel lens) 140 for focusing the electron beam onto the sample s . Generally, the deflector is located between the source lens and the Einzel lens. For normal operation of the microcolumn, a negative voltage (about -100 V to -2 kV) is applied to the electron emission source, and the electrode layers of the source lens are generally grounded. As an example of a focusing lens, an Einzel lens focuses an electron beam by grounding the outer electrode layers on both sides and applying a negative voltage (deceleration mode) or a positive voltage (acceleration mode) to the center electrode layer (Used to focus). At the same operating distance, the magnitude of the focusing voltage in the deceleration mode is smaller than in the acceleration mode. The synchronized deflecting voltage is applied to adjust the path of the electron beam to scan the electron beam at a predetermined period on the surface of the sample. The electron lens such as the source lens and the focusing lens includes two or more electrode layers having apertures having a circle or a predetermined shape so as to allow the electron beam to pass through the center, .

전자 칼럼의 종류로는 하나의 전자 방출원과 상기 전자 방출원에서 발생된 전자 빔을 제어하기 위한 전자 렌즈들로 구성된 싱글 전자 칼럼과 다수의 전자 방출원에서 방출된 다수의 전자 빔을 제어하기 위한 전자 렌즈들로 구성된 멀티형 전자 칼럼으로 구분된다. 멀티형 전자 칼럼은 반도체 웨이퍼와 같이 하나의 층에 다수의 전자 방출원 팁이 구비된 전자 방출원과 하나의 층에 다수의 어퍼쳐가 형성된 렌즈 층이 적층된 전자 렌즈를 포함하여 구성된 웨이퍼 타입 전자 칼럼과, 싱글 전자 칼럼과 같이 개개의 전자 방출원에서 방출된 전자 빔을 다수의 어퍼쳐를 가진 하나의 렌즈 층으로 제어하는 조합형 전자 칼럼, 싱글 전자 칼럼들을 하나의 하우징에 장착하여 사용하는 어레이(array) 방식 등으로 구분될 수 있다. 조합형의 경우 전자 방출원이 별개로 구분될 뿐 렌즈는 웨이퍼 타입과 동일하게 사용할 수 있다.As a kind of the electron column, there is a single electron column composed of one electron emission source and electron lenses for controlling the electron beam generated in the electron emission source, and a plurality of electron beams emitted from a plurality of electron emission sources And a multi-type electron column composed of electron lenses. The multi-type electron column includes an electron lens having an electron emission source having a plurality of electron emission source tips in one layer, such as a semiconductor wafer, and an electron lens in which a plurality of apertures are formed in one layer, A combination type electron column in which an electron beam emitted from each electron emission source is controlled to a single lens layer having a plurality of apertures, such as a single electron column, an array in which single electron columns are mounted in a single housing ) Method and the like. In the case of the combination type, the electron emission sources are separately classified, and the lenses can be used in the same manner as the wafer type.

위와 같은 전자 칼럼은 정밀하고 정교한 작업으로 렌즈와 디플렉터 그리고 전자 방출원 등이 개별적으로 제작되어 조립되는 데, 예를 들어 대한민국 특허 공개 2005-0029794호 "초소형 전자칼럼"과 같이 고정을 위한 부품들 및 하우징에 고정되고 조립된다. 그러나 이런 하우징을 이용한 칼럼의 제작은 별도의 공정으로 매우 정밀하고 정교한 새로운 작업의 추가를 의미한다.Such an electron column is a precise and precise operation, in which a lens, a deflector, and an electron emission source are individually manufactured and assembled. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-0029794 entitled " And is fixed and assembled to the housing. However, the manufacturing of the column using this housing means the addition of a very precise and sophisticated new work as a separate process.

전자칼럼의 전자빔과 시료가 수직으로 정확하게 정렬되지 않을 경우 빔 스폿이 사이즈가 커지거나 왜곡되며, 간격이 다르면 전자빔의 초점도 정확하게 맞춰지지 않게 되어 해상도의 변화가 발생된다. 그러므로 본 발명은 큰 면적을 갖는 멀티 마이크로칼럼이 작동시 시료와 멀티 마이크로칼럼 간의 수직도와 거리를 정확히 확인하여, 각 개별 마이크로칼럼의 전자빔 스폿 사이즈 및 왜곡을 줄이고, 또한 각 마이크로칼럼의 working distance를 정확히 유지하여 각 전자빔의 초점을 정확하게 시료에 맞출 수 있도록 하여 고 해상도의 전자빔 조사가 가능하도록 한다. If the electron beam in the electron column and the sample are not vertically aligned correctly, the beam spot will be enlarged or distorted, and if the spacing is different, the focus of the electron beam will not be precisely adjusted, resulting in a change in resolution. Therefore, it is an object of the present invention to accurately ascertain the vertical and distance between a sample and a multi-microcolumn when operating a multi-microcolumn having a large area, to reduce the electron beam spot size and distortion of each individual microcolumn, So that the focal point of each electron beam can be precisely adjusted to the sample, thereby enabling high-resolution electron beam irradiation.

또한 리소그라피 기술로서 고 분해능의 전자빔 리소그라피의 특성과 장점을 최대한 내포한 다수의 초소형 병렬 전자 칼럼의 성능 향상을 위하여 진공속의 전자칼럼과 시료표면의 수직정렬을 감지할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이와 같은 고진공 환경에서 초소형 전자 칼럼과 시료 표면간의 수직정렬 및 간격의 정밀도는 반도체 공정에서 전자빔의 측정 정밀도 및 생산력에 매우 중요한 요소이다.It is another object of the present invention to provide an electron column in vacuum and an apparatus for detecting vertical alignment of a surface of a sample in order to improve the performance of a plurality of miniature parallel electron columns including a characteristic and an advantage of high resolution electron beam lithography do. In such a high vacuum environment, the vertical alignment between the microcolumn and the sample surface and the accuracy of the spacing are very important factors in the measurement accuracy and productivity of the electron beam in the semiconductor process.

본 발명은 멀티 마이크로칼럼 모듈에 레이저 및 레이저 디텍터를 부착하여, 시료 표면에 레이저를 조사하여 조사한 레이저 빔의 파장과 반사되는 레이저 빔의 파장의 상호간의 간섭을 비교 분석하여 멀티 마이크로칼럼과 시료가 서로 수직하게 위치하고 있는지를 그리고 그 간격도 정확하게 확인할 수 있도록 한다.The present invention relates to a multi-microcolumn module in which a laser and a laser detector are attached to a sample, and a laser is irradiated on the surface of the sample to compare and analyze the interference between the wavelength of the irradiated laser beam and the wavelength of the reflected laser beam, Make sure that it is positioned vertically and that the spacing is accurate.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 수직정렬 감지장치는 레이저 빔을 시료의 표면에 조사하고 반사된 빔과 원래 레이저 빔의 각도의 차이를 빔의 간섭의 원리를 이용하여 확인하는 것이다. 즉, 디텍터에서 간섭 패턴을 분석하여 레이저 빔의 입사각과 시료 표면의 수직도를 검사하는 것으로서 예를 들면 마하젠더(mach zhender) 간섭계의 원리 등을 이용해서 검사할 수 있다.In order to achieve the above object, the vertical alignment detection apparatus of the present invention irradiates a laser beam onto a surface of a sample and verifies the difference in angle between the reflected beam and the original laser beam using the principle of interference of the beam. That is, the interference pattern is analyzed in the detector to check the incident angle of the laser beam and the verticality of the surface of the sample. For example, the principle of the mach-zhender interferometer can be used for inspection.

보다 상세하게는, 레이저 빔을 이용한 수직정렬 감지 방법으로서, 상기 레이저 발생수단에서 나온 레이저 빔을 평행빔으로 만드는 단계; 상기 평행빔의 일부를 다른 각도로 레이저 빔을 분리시키는 단계; 상기 분리되지 않은 레이저 빔을 시료의 표면에서 반사시키는 단계; 상기 반사된 레이저 빔과 상기 분리된 레이저 빔을 동일 경로로 간섭시키는 단계; 및 상기 두 빔의 간섭을 검출 확인하여 수직정렬 여부를 확인하는 단계;를 포함하여 시료와 레이저 빔간의 수직 정렬을 확인 하는 것이다.More particularly, the present invention relates to a vertical alignment detection method using a laser beam, comprising the steps of: converting a laser beam emitted from the laser generation means into a parallel beam; Separating a portion of the parallel beam at a different angle; Reflecting the undivided laser beam at the surface of the sample; Interfering the reflected laser beam and the separated laser beam in the same path; And checking whether the interference between the two beams is detected and confirming vertical alignment, thereby confirming vertical alignment between the sample and the laser beam.

본 발명의 수직정렬 감지장치는, 레이저 발생수단; 상기 레이저 발생수단에서 나온 레이저 빔을 평행빔으로 만드는 콜리메이팅 렌즈(collimating lens); 상기 평행빔의 일부를 다른 각도로 빔의 경로를 변경시키도록 하는 광분리기; 상기 광분리기를 통과하고 시료의 표면에서 반사된 빔을 상기 광분리기에서 분광된 빔과 동일 경로로 변경하여 간섭이 발생하도록 경로를 상기 광분리기의 각도와 동일하게 변경시키는 미러; 및 상기 광분리기에 의해 경로가 변경된 일부 평행 빔과 시료의 표면에서 반사된 빔을 상기 미러를 통해서 디텍팅하는 디텍터;를 포함하여 상기 디텍팅 된 두 빔의 간섭을 확인하여 수직정렬 여부를 판단하는 것이다.The vertical alignment sensing apparatus of the present invention comprises: a laser generating means; A collimating lens for converting the laser beam emitted from the laser generating means into a parallel beam; An optical isolator for causing a portion of the parallel beam to change the path of the beam at different angles; A mirror passing through the optical splitter and changing the beam reflected from the surface of the sample to the same path as the beam split by the optical splitter to change the path to be equal to the angle of the optical splitter so that interference occurs; And a detector for detecting a part of the parallel beam whose path has been changed by the optical isolator and a beam reflected from the surface of the sample through the mirror to determine interference between the detected two beams will be.

본 발명에 따른 위와 같은 수직정렬 감지장치는, 상기 광분리기 및 상기 미러에서 상기 빔의 경로를 변경시키는 각도는 직각으로, 상기 간섭에 따른 정렬 확인을 마하젠더(mach zhender) 간섭계의 원리를 이용하며, 그리고 디텍팅 두 빔의 상기 간섭에 따른 정렬의 정도를 비전 시스템을 이용하여 자동화 하는 것이 바람직하다.In the vertical alignment detection device according to the present invention, the angle of changing the beam path in the optical isolator and the mirror is orthogonal, and the alignment confirmation according to the interference is performed using the principle of a mach zhender interferometer , And the degree of alignment of the detecting two beams according to the interference is preferably automated using a vision system.

본 발명에 따른 상기의 수직정렬 감지장치는 전자 또는 이온을 발생시키는 입자 빔 칼럼에서 입자 빔의 경로와 동일하게 부착되어 사용되는 것이 바람직하다.The vertical alignment sensor according to the present invention is preferably used in the same manner as the particle beam path in the particle beam column for generating electrons or ions.

상기 입자 빔 칼럼으로서 전자를 발생시키는 멀티 초소형 전자 칼럼이 사용하고, 그리고 상기 수직정렬 감지장치가 두 곳 이상에 포함되어 사용하면 넓은 면적의 멀티 초소형 전자 칼럼을 시료에 전체적으로 수직되게 사용할 수 있다.A multi-microminiature electron column for generating electrons is used as the particle beam column. When the vertical alignment sensor is used in two or more locations, a multi-microminiature electron column having a large area can be vertically used in the sample as a whole.

본 발명은 멀티 마이크로칼럼과 시료가 정확하게 수직으로 정렬되지 못하여 개별 마이크로 칼럼의 빔 스폿의 왜곡이나 초점거리가 달라져서 개별 빔 해상도가 나빠져서 발생하는 리소그라피나 검사의 불량을 미리 방지할 수 있다. 따라서 반도체 리소그라피, 반도체 및 LCD 검사 장치에서 작동시 발생하는 불량을 예방할 수 있도록 한다.In the present invention, distortion and focal distance of beam spots of individual microcolumns can not be precisely aligned vertically because the multi-microcolumn and the sample are not vertically aligned. Thus, it is possible to prevent defects in lithography and inspection caused by deterioration of individual beam resolution. Therefore, it is possible to prevent defects occurring in operation in semiconductor lithography, semiconductor and LCD inspection apparatuses.

반도체 리소그라피나 반도체 및 LCD 검사 장치는, 반도체 웨이퍼의 크기 증가와 LCD 장치의 대형화에 따라 불량 유무 검사가 중요해지고 또한 반도체 리소그라피에서 선폭을 더욱 가늘고 정밀하게 수행하여야 하므로 전자빔의 해상도 증가가 더욱 중요해지고 있다.In the semiconductor lithography, semiconductor and LCD inspection apparatuses, defect inspection is important according to the increase of the size of the semiconductor wafer and the enlargement of the LCD device, and the line width must be finely and precisely performed in the semiconductor lithography, .

도1은 초소형 전자 칼럼의 구조를 나타내는 단면도이다.
도2는 본 발명의 수직 정렬 감지장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도3은 본 발명의 수직정렬 감지장치를 채용한 멀티 초소형 전자 칼럼의 예를 나타내는 구성도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a microelectronic column.
2 is a block diagram showing the configuration of the vertical alignment sensing apparatus of the present invention.
3 is a configuration diagram showing an example of a multi-micro-column electron column employing the vertical alignment sensing device of the present invention.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 수직정렬 감지장치 및 그 사용에 대하여 설명한다.Hereinafter, the vertical alignment sensing apparatus of the present invention and its use will be described with reference to the drawings.

도2는 아래와 같이 본 발명에 따른 수직정렬 감지장치(200)의 구성 및 작동 원리를 나타낸다. 먼저 도2에서 수직정렬 감지장치(200)는 기본적인 구성으로 미도시된 레이저 발생 수단, 콜리메이팅 렌즈(collimating lens, 210), 광분리기(220), 미러(230), 및 디텍터(290)를 포함하여 구성된다. 도2의 위의 큰 화살표로 표시된 레이저 빔이 레이저 발생수단(미도시)에 의해 시료를 향해 수직으로 조사된다. 이와 같이 조사된 레이저 빔은 콜리메이팅 렌즈(collimating lens, 210)에 의해 평행 빔으로 만들어진다. 상기 평행 빔은 도2에서 가는 화살표로 진행방향 이 표시되는데, 상기 평행 빔 그 일부가 소정의 다른 각도로(바람직하게는 직각) 빔의 경로를 변경시키도록 하는 광분리기(220)를 통과하며 일부는 계속 직진하고 나머지 빔은 상기 광분리기(220)에 의해 경로가 변경된다. 상기 광분리기를 통과하고 직진하는 평행 빔은 시료(10)의 표면에서 반사된다. 상기 반사되어 나온 평행 빔은 상기 광분리기에서 분광된 빔과 동일 경로로 변경하여 간섭이 발생하도록 경로를 상기 광분리기의 각도와 동일하게 변경시키는 미러(230)를 통과하게 된다. 상기 광분리기에 의해 경로가 변경된 일부 평행 빔과 시료의 표면에서 반사된 빔을 상기 미러를 통해서 간섭되어 디텍팅하게 된다. 이와 같은 간섭이 발생하는 것은 레이저빔이 상기 시료의 표면에 수직으로 입사되어 정확하게 반사된다면 두 빔은 동일하게 간섭될 것이다. 그러나 웨이퍼와 같은 시료(10)는 진공 척(20) 등에 의해 고정되며 휨이 발생하게 되거나 다른 원인 등에 의해서도 휠 수 있다. 이런 경우 레이저 빔은 수직으로 반사되지 않고 소정의 각도를 갖고 반사되고 이와 같이 반사된 빔은 상기 광분리기에 의해 경로가 변경된 일부 평행 빔과 혼합되어 디텍터(290)에 의해 디텍팅 된다. 간섭에 따른 패턴을 스크린 등에 투영하여 해석할 수도 있으며 또는 CCD 카메라 등으로 받아서 이미지 프로세싱으로 처리할 수도 있다. 또한 레이저 빔 디텍터는 레이저 빔이 조사되는 양을 전압이나 전류와 같은 양으로 변환 시킬 수 있는 것으로서, 대표적인 예로는 포토 다이오드(photo-diode)와 같이 빛의 양을 전류나 전압의 양으로 변환 시킬 수 있는 것이다. 이와 같은 기존의 다양한 디텍터를 이용하여 간섭 패턴을 해석함으로써 시료의 표면에 입사된 레이저 빔의 각과 반사된 레이저 빔의 각의 차이를 확이할 수 있으며 또한 레이저 빔 발생장치로부터 시료까지의 위치도 확인할 수 있다. 특히 상기 수직정렬 감지장치를 일정 거리에 따른 보강 간섭 무늬를 파악하여 시료까지의 거리도 계산할 수 있다. 일반적인 보강 간섭 무늬를 이용한 거리 계산 방법을 사용하여 알 수 있게 된다. 특히 시료 표면의 경사각을 간섭 패턴의 무늬를 이용하여 알게되면 더욱 정확한 거리도 계산이 가능해 진다. 이와 같은 보강 간섭 등의 무늬를 이용한 수직정렬 감지장치에서 레이저 빔과 시료 표면의 각도를 계산하는 방법은 마하젠더(mach zhender)간섭계를 이용하여 확인 하는 것이 바람직하다. 마하젠더(mach zhender)간섭계의 원리를 이용하여 시료 표면에 입사되는 레이저 빔과 반사되는 레이저 빔간의 각도 차이를 쉽게 계산할 수 있다. 이와 같은 계산은 다양한 기존의 계산 방법을 활용할 수 있다.2 shows the construction and operation principle of the vertical alignment sensing apparatus 200 according to the present invention as follows. 2, the vertical alignment sensing apparatus 200 includes a laser generating unit, a collimating lens 210, a light separator 220, a mirror 230, and a detector 290, which are not shown in the basic configuration . The laser beam indicated by the large arrow in the upper part of Fig. 2 is irradiated vertically toward the sample by the laser generating means (not shown). The laser beam thus irradiated is made into a parallel beam by a collimating lens 210. The parallel beam is indicated by a thin arrow in FIG. 2, which passes through a light separator 220 which causes the part of the parallel beam to change the path of the beam at a different, preferably right angle, And the remaining beams are changed in path by the optical isolator 220. [ A parallel beam passing through the optical isolator and traveling straight is reflected from the surface of the sample 10. The reflected parallel beam passes through a mirror 230 that changes the path to be the same as the beam split by the optical splitter and changes the path to be the same as the angle of the optical splitter so that interference occurs. A part of the parallel beam whose path is changed by the optical isolator and the beam reflected from the surface of the sample are interfered with each other through the mirror. The occurrence of such an interference will be equally interfered if the laser beam is incident vertically on the surface of the sample and is correctly reflected. However, the sample 10 such as a wafer is fixed by the vacuum chuck 20 or the like, and may be warped or may be caused by other causes. In this case, the laser beam is not vertically reflected but is reflected at a predetermined angle, and the reflected beam is detected by the detector 290 by mixing with some parallel beam whose path is changed by the optical isolator. The pattern according to the interference may be projected on a screen or the like, or may be received by a CCD camera or the like and processed by image processing. In addition, the laser beam detector can convert the amount of the laser beam irradiated to an amount equal to a voltage or a current. As a typical example, the amount of light can be converted into the amount of current or voltage, such as a photo- It is. By analyzing the interference pattern using various conventional detectors, it is possible to determine the difference between the angle of the laser beam incident on the surface of the sample and the angle of the reflected laser beam, and also confirm the position from the laser beam generator to the sample . In particular, it is possible to calculate the distance to the sample by grasping the constructive interference fringes along the certain distance of the vertical alignment detection device. It can be learned by using the distance calculation method using a general reinforced interference fringe. In particular, if the inclination angle of the surface of the sample is known by using the pattern of the interference pattern, the more accurate distance can be calculated. The method of calculating the angle between the laser beam and the surface of the sample in the vertical alignment detection apparatus using the pattern of the constructive interference or the like is preferably confirmed using a mach-zhender interferometer. Using the principle of the Mach Zhender interferometer, the angle difference between the laser beam incident on the surface of the sample and the reflected laser beam can be easily calculated. Such calculations can utilize various conventional calculation methods.

도 2에서는 우측에 디텍팅 되는 레이저 빔이 패턴화 되어 입사 레이저 기준빔의 파형과 반사된 레이저 탐지 빔의 파형의 차이를 확인할 수 있게 된다. In FIG. 2, the laser beam detected on the right side is patterned to confirm the difference between the waveform of the incident laser reference beam and the waveform of the reflected laser detection beam.

광분리기는 직각으로 빔을 2개의 빔으로 분리하는 스플리터가 통상적으로 사용될 수 있으며 미러(230)는 위에서 내려오는 레이저 빔은 통과시키며 반대로 아래서 내려오는 빔은 반사시킬 수 있는 하프 미러를 사용하는 것이 바람직 하며 그 예로서 quartz metal mirror를 사용할 수 있다.It is preferable that a splitter for separating the beam into two beams at a right angle is commonly used, and the mirror 230 preferably uses a half mirror that allows the laser beam from above to pass therethrough and the beam from below to be reflected For example, a quartz metal mirror can be used.

본 발명의 감지장치에서 중요한 것은 시료에 반사된 레이저 빔과 원래의 레이저 빔을 동일 경로상에 위치하도록 광학계를 구성하여 입사 빔과 반사 빔간에 정확한 간섭을 간섭 패턴으로 확인함으로써 시료의 표면이 레이저 빔과 수직 정렬되었는지를 확인하기 위한 것이다.What is important in the sensing apparatus of the present invention is to configure the optical system so that the laser beam reflected on the sample and the original laser beam are located on the same path so that the interference between the incident beam and the reflected beam is confirmed as an interference pattern, In order to confirm whether or not they are vertically aligned with each other.

따라서 광분리기와 미러가 함께 광학 축에 동일하게 만들어지는 것이 가장 바람직하다. 즉 광 분리기를 수직으로 분리하면서 반사되어 나온 레이저 빔을 분리각도와 동일하게 경로를 변경할 수 있도록 프리즘 등을 이용해서 제작하면 동일하게 경로가 만들어지므로 제조상의 각도 오차등을 줄일 수 있다. 즉, 도2의 광분리기(220)를 하프 미러와 일체로 만들면 가장 간단한 구조이며 정밀한 형태 시스템을 구성할 수 있다.
Therefore, it is most preferable that the optical isolator and the mirror are made identical to each other on the optical axis. That is, when the optical separator is vertically separated and the laser beam reflected from the laser beam is made to be the same as the separation angle by using a prism so that the path can be changed, the manufacturing error angle can be reduced. That is, if the optical isolator 220 of FIG. 2 is integrated with the half mirror, the simplest structure and precise morphology system can be constructed.

도3은 본 발명의 수직정렬 감지장치를 채용한 멀티 초소형 전자 칼럼의 예를 나타내는 구성도이다. 도3의 (a)는 멀티 초소형 전자 칼럼의 단면도로서 (b)의 배면도의 A-A에 따른 단면도 이다. 도3의(a)는 본 멀티 초소형 전자 칼럼이 반도체 웨이퍼 제조 기술을 이용하여 전자 방출원(110)과 실리콘에 고도핑된 정전 렌즈층(20)들을 포함한 정전 렌즈(160)들을 도시하고 있다. 상기 정전 렌즈층(20)들을 다양하게 적층하여 도1에서 설명한 소스 렌즈, 포커스 렌즈, 디플렉터 들을 만들 수 있다.3 is a configuration diagram showing an example of a multi-micro-column electron column employing the vertical alignment sensing device of the present invention. Fig. 3 (a) is a cross-sectional view of the multi-micro electron column, taken along the line A-A in the rear view of Fig. 3 (b). 3 (a) shows an electrostatic lens 160 including an electron emission source 110 and an electrostatic lens layer 20 highly doped with silicon using a semiconductor wafer manufacturing technique. The electrostatic lens layers 20 may be variously stacked to form the source lens, the focus lens, and the deflectors described in FIG.

도3의 (b)에서 5개의 단위 초소형 전자 칼럼(100)들이 배치되고 그 내부에 전자 방출원(110)이 도시되며, 도2에서 설명한 수직정렬 감지장치(200)가 3개로 고르게 분포되어 있다. 단위 초소형 전자 칼럼(100)들은 싱글 초소형 전자 칼럼에 대응되는 것으로 각 전자 방출원(110)을 기준으로 하여 싱글 초소형 전자 칼럼에 대응된다. 도3(a)에서와 같이 전자 방출원 당 개별적 렌즈층들이 웨이퍼 층과 같이 적층되어 형성된다. 수직정렬 감지장치(200)는 전체 웨이퍼 타입 멀티 초소형 전자 칼럼에서 3개가 넓게 분포되어 있으며 2개 이상 고르게 분포시켜 사용하는 것이 바람직 하다. 즉 각 수직정렬 감지장치 마다 시료의 수직정렬을 확인할 수 있을 뿐만 아니라 각 지점에서 수직 정렬도 확인할 수 있다.In FIG. 3 (b), five unit microcolumns 100 are arranged and an electron emission source 110 is shown therein, and the vertical alignment sensing devices 200 described in FIG. 2 are evenly distributed in three . The unit micro-columnar electron columns 100 correspond to a single micro-columnar electron column and correspond to a single micro-columnar electron column with respect to each electron emitting source 110. As shown in FIG. 3 (a), individual lens layers per electron emitter are stacked together with a wafer layer. It is preferable that the vertical alignment sensing device 200 is widely distributed in three of the entire wafer-type multi-microelectronic columns, and two or more of them are uniformly distributed. That is, not only can the vertical alignment of the sample be confirmed for each vertical alignment detection device, but also the vertical alignment at each point can be confirmed.

도3에서 설명한 웨이퍼 타입 멀티 초소형 전자 칼럼 외에 일반 싱글 전자 칼럼들을 도3(b)에서와 같이 조립 장비를 이용하여 동일하게 본 발명의 수직정렬 감지장치를 동일 또는 유사하게 사용할 수 있다.In addition to the wafer-type multi-miniature electron column described in FIG. 3, the conventional single electron columns can be equally or similarly used with the vertical alignment sensing apparatus of the present invention by using the assembling apparatus as shown in FIG. 3 (b).

위에서 설명한 초소형 전자 칼럼은 전자나 이온을 발생시키는 입자 빔 칼럼의 바람직한 예로서 설명된 것이고 다양한 멀티 칼럼에서 본 발명의 수직정렬 감지장치가 활용될 수 있다.The microelectronic column described above is described as a preferred example of a particle beam column for generating electrons or ions, and the vertical alignment sensing apparatus of the present invention can be utilized in various multi-columns.

100 : 전자 칼럼
200 : 수직정렬 감지장치
210 : 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)
220 : 광분리기
230 : 미러
290 : 디텍터100: electron column
200: Vertical alignment sensor
210: collimating lens < RTI ID = 0.0 >
220: optical isolator
230: mirror
290: Detector

Claims (8)

레이저 발생수단;
상기 레이저 발생수단에서 나온 레이저 빔을 평행빔으로 만드는 콜리메이팅 렌즈(collimating lens);
상기 평행빔의 일부를 다른 각도로 빔의 경로를 변경시키도록 하는 광분리기;
상기 광분리기를 통과하고 시료의 표면에서 반사된 빔을 상기 광분리기에서 분광된 빔과 동일 경로로 변경하여 간섭이 발생하도록 경로를 상기 광분리기의 각도와 동일하게 변경시키는 미러; 및
상기 광분리기에 의해 경로가 변경된 일부 평행 빔과 시료의 표면에서 반사된 빔을 상기 미러를 통해서 디텍팅하는 디텍터; 를 포함하며,
상기 광분리기 및 상기 미러를 일체형으로 만들며,
상기 간섭에 따른 정렬 확인을 마하젠더(mach zhender) 간섭계의 원리를 이용하며, 그리고
디텍팅 두 빔의 상기 간섭에 따른 정렬의 정도를 비전 시스템을 이용하여 자동화 하는 것,
을 포함하여 상기 디텍팅 된 두 빔의 간섭을 확인하여 수직정렬 여부를 확인 하는 수직정렬 감지장치.Laser generating means;
A collimating lens for converting the laser beam emitted from the laser generating means into a parallel beam;
An optical isolator for causing a portion of the parallel beam to change the path of the beam at different angles;
A mirror passing through the optical splitter and changing the beam reflected from the surface of the sample to the same path as the beam split by the optical splitter to change the path to be equal to the angle of the optical splitter so that interference occurs; And
A detector for detecting a part of the parallel beam whose path has been changed by the optical isolator and a beam reflected from the surface of the sample through the mirror; / RTI >
The optical isolator and the mirror are integrally formed,
By using the principle of a Mach-Zehnder interferometer for alignment confirmation according to the interference, and
Detecting Automating the degree of alignment of the two beams according to the interference using a vision system,
And checking the interference of the two detected beams to confirm whether or not they are vertically aligned. 삭제delete 전자 또는 이온을 발생시키는 입자 빔 칼럼에 있어서,
상기 제1항의 수직정렬 감지장치를 입자 빔의 경로와 동일하게 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 빔 칼럼.In a particle beam column for generating electrons or ions,
Wherein the vertical alignment sensing device of claim 1 comprises the same as the path of the particle beam. 제3항의 입자 빔 칼럼이 전자를 발생시키는 멀티 초소형 전자 칼럼이며, 그리고
상기 수직정렬 감지장치가 두 곳 이상에 포함되는 것을 특징으로 하는 멀티 초소형 전자 칼럼.The particle beam column of claim 3 is a multi-micron electron column for generating electrons, and
Wherein the vertical alignment sensing device is included in at least two places. 레이저 빔을 이용한 수직정렬 감지 방법에 있어서,
레이저 발생수단에서 나온 레이저 빔을 평행빔으로 만드는 단계;
상기 평행빔의 일부를 다른 각도로 레이저 빔을 분리시키는 단계;
상기 분리되지 않은 레이저 빔을 시료의 표면에서 반사시키는 단계;
상기 반사된 레이저 빔과 상기 분리된 레이저 빔을 동일 경로로 간섭시키는 단계; 및
상기 두 빔의 간섭을 검출 확인하여 수직정렬 여부를 확인하는 단계;
를 포함하며,
상기 빔의 경로를 변경시키는 각도가 직각이며,
상기 간섭에 따른 정렬 확인을 마하 젠더(mach zhender) 간섭계의 원리를 이용하며, 그리고
디텍팅 두 빔의 상기 간섭에 따른 정렬의 정도를 비전 시스템을 이용하여 자동화 하는 것,
을 특징으로 하는 수직정렬 감지 방법.A vertical alignment detection method using a laser beam,
Making a laser beam from the laser generating means into a parallel beam;
Separating a portion of the parallel beam at a different angle;
Reflecting the undivided laser beam at the surface of the sample;
Interfering the reflected laser beam and the separated laser beam in the same path; And
Detecting interference between the two beams to confirm vertical alignment;
/ RTI >
Wherein an angle for changing the path of the beam is a right angle,
By using the principle of a Mach-Zehnder interferometer for alignment confirmation according to the interference, and
Detecting Automating the degree of alignment of the two beams according to the interference using a vision system,
And the vertical alignment detection method. 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 레이저 빔을 전자 또는 이온을 발생시키는 입자 빔 칼럼의 전자 또는 입자 빔의 경로와 동일하게 주사하여 그 시료와의 수직 정렬을 감지할 수 있도록 하는 수직정렬 감지 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the laser beam is scanned in the same manner as the path of electrons or particle beams of a particle beam column for generating electrons or ions so that vertical alignment with the sample can be sensed. 제7항에 있어서,
입자 빔 칼럼이 전자를 발생시키는 멀티 초소형 전자 칼럼이며, 그리고
상기 수직 정렬 감지를 두 곳 이상에 수행하는 것을 특징으로 하는 수직정렬 감지 방법.8. The method of claim 7,
The particle beam column is a multi-micro-column electron column for generating electrons, and
Wherein the vertical alignment detection is performed at two or more places.
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