KR101921351B1 - 집속 전자 빔 장치의 처리량을 향상시키는 다중 극 정전 편향기 - Google Patents

집속 전자 빔 장치의 처리량을 향상시키는 다중 극 정전 편향기 Download PDF

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Abstract

일실시예는 집속 전자 빔 이미징 장치(focused electron beam imaging apparatus)와 관련된다. 장치는 전자 빔 열(column), 전자 소스(electron source), 총 렌즈(gun lens), 사전-스캐닝 편향기(pre-scanning deflector), 주 스캐닝 편향기(main scanning deflector), 대물 렌즈 및 검출기를 포함한다. 사전-스캐닝 편향기는 전자 빔을 전자 빔 열의 광축(optical axis)에서 떨어져 제어 가능하게 편향시키도록 구성된 12-극 정전 편향기를 포함한다. 다른 실시예는 집속 전자 빔 이미징 장치에서 전자 빔을 타겟 기판 위로 스캐닝하는 방법과 관련된다. 전자 빔은 3차 편향 수차 없이 사전-스캐닝 편향기를 사용하여 전자 빔 열의 광축에서 떨어져 제어 가능하도록 편향된다. 그 다음 전자 빔은 대물 전자 렌즈의 중심을 관통하기 위해 주 스캐닝 편향기를 사용하여 다시 광축을 향해 제어 가능하게 편향된다. 다른 실시예와 형태, 기능들이 또한 개시된다.

Description

집속 전자 빔 장치의 처리량을 향상시키는 다중 극 정전 편향기{MULTIPLE-POLE ELECTROSTATIC DEFLECTOR FOR IMPROVING THROUGHPUT OF FOCUSED ELECTRON BEAM INSTRUMENTS}
본 발명은 전자 빔 이미징(electron beam imaging) 장치 및 방법에 관한 것이다.
집속 전자 빔(Focused Electron Beam; FEB)은 제품의 미세 구조를 생성 및/또는 검사하는 데 사용될 수 있다. 주요 관심 제품은 초소형 전자공학의 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼이다. 전자 총의 이미터(emitter)에서 방출되는 전자로 생성된 FEB는 미세 구조를 검사하는 웨이퍼와 상호 작용하면 미세한 프로브가 된다. 미세한 전자 프로브는 편향 시스템(deflection system)에 의해 구동되어, 미세 구조를 검사하는 웨이퍼를 스캔한다.
일실시예는 집속 전자 빔 이미징 장치(focused electron beam imaging apparatus)와 관련된다. 장치는 전자 빔 열(column), 전자 소스(electron source), 총 렌즈(gun lens), 사전-스캐닝 편향기(pre-scanning deflector), 주 스캐닝 편향기(main scanning deflector), 대물 렌즈(objective lens) 및 검출기(detector)를 포함한다. 사전-스캐닝 편향기는 전자 빔을 전자 빔 열의 광축(optical axis)에서 떠나 제어 가능하게 편향시키도록 구성된 12-극 정전 편향기(12-pole electrostatic deflector)를 포함한다.
다른 실시예는 집속 전자 빔 이미징 기구(focused electron beam imaging instrument)에서 전자 빔을 타겟 기판 위로 스캐닝하는 방법과 관련된다. 전자 빔은 3차 편향 수차(third-order deflection abberations) 없이 사전-스캐닝을 사용하여 전자 빔 열의 광축에서 떠나 제어 가능하게 편향된다. 그 다음 전자 빔은 대물 전자 렌즈의 중심을 관통하기 위해 주 스캐닝 편향기를 사용하여 다시 광축으로 제어 가능하게 편향된다.
다른 실시예는 절연체(insulator)의 원통형 내부에 부착된 12개의 전극 판을 포함하는 12-극 정전 편향기와 관련된다. 12개의 전극 판은 다음과 같이 위에서 원통형 내부의 축 아래로 볼 때 반시계방향으로 배열될 수 있다. 제1 전극 판은 2α1 의 방사각에 걸쳐 이어지고, 제1 갭이 제3 전극 판 다음에 위치한다. 제2 전극 판은 제1 갭 다음에 위치하고 α2의 방사각에 걸쳐 이어지며, 제2 갭이 제3 전극 판 다음에 위치한다. α2의 방사각을 가진 제3 전극 판은 제2 갭 다음에 위치하고, 제3 갭은 제3 전극 판 다음에 위치한다. 2α1의 방사각을 가진 제4 전극 판은 제3 갭 다음에 위치하고, 제4 갭은 제4 전극 판 다음에 위치한다. α2의 방사각을 가진 제5 전극 판은 제4 갭 다음에 위치하고, 제5 갭은 제5 전극 판 다음에 위치한다. α2의 방사각을 가진 제6 전극 판은 제5 갭 다음에 위치하고, 제6 갭은 제6 전극 판 다음에 위치한다. 2α1의 방사각을 가진 제7 전극 판은 제6 갭 다음에 위치하고, 제7 갭은 제7 전극 판 다음에 위치한다. α2의 방사각을 가진 제8 전극 판은 제7 갭 다음에 위치하고, 제8 갭은 제8 전극 판 다음에 위치한다. α2의 방사각을 가진 제9 전극 판은 제8 갭 다음에 위치하고, 제9 갭은 제9 전극 판 다음에 위치한다. 2α1 의 방사각을 가진 제10 전극 판은 제9 갭 다음에 위치하고, 제10 갭은 제10 전극 판 다음에 위치한다. α2의 방사각을 가진 제11 전극 판은 제10 갭 다음에 위치하고, 제11 갭은 제11 전극 판 다음에 위치한다. α2의 방사각을 가진 제12 전극 판은 제11 갭 다음에 위치하고, 제12 갭은 제12 전극 판 다음에 위치한다. 앞에서 언급한 각각의 갭은 2δ의 방사각을 가진다.
다른 실시예와 형태, 기능들이 또한 개시된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 집속 전자 빔(FEB) 이미지 생성 장치의 전자 빔 열의 전자 광학적 광선도(electron-optical ray diagram)이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 FEB 이미지 생성 장치의 전자 빔 열의 선택 구성요소를 도시한 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 주 스캐닝 편향기(main scanning deflector)에 사용될 수 있는 4중극 정전 편향기의 하향식 도면이다.
도 4는 출원인의 컴퓨터 시뮬레이션으로 생성된 대로 도 3의 4중극 정전 편향기의 등전위 분포를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 사전-스캐닝 편향기(pre-scanning deflector)에 사용될 수 있는 12-극 정전 편향기의 하향식 도면이다.
도 6은 출원인의 컴퓨터 시뮬레이션으로 생성된 대로 도 5의 12-극 정전 편향기의 특정 실시예에 대한 등전위 분포를 도시한다.
도 7은 도 1-6과 관련되어 기술된 장치의 전자 빔 시뮬레이션에 기초해 이미지 불균일 데이터를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 대체 실시예에 따른 FEB 이미지 생성 장치의 전자 빔 열의 선택 구성요소를 도시한 횡단면도이다.
도 9는 도 8에서 도시한 장치의 전자 빔 시뮬레이션에 기초해 이미지 불균일 데이터를 도시한 그래프이다.
도 10은 기존 장치의 전자 빔 시뮬레이션에 기초해 이미지 불균일 데이터를 도시한 그래프이다.
집속 전자 빔(FEB) 장치로 웨이퍼를 검사하기 위한 처리량은 전체 웨이퍼(또는 웨이퍼의 다이(die)) 검사를 완료하는 데 드는 총 시간으로 조절된다. 총 시간은 총 픽셀 드웰 시간(total pixel dwell time), 총 스캔 귀선 시간(total scan retrace time) 및 총 단계 반환 시간(total stage turnaround time)으로 구성된다. 총 픽셀 드웰 시간은 웨이퍼 검사에 사용되는 빔 전류로 조절된다. 일반적으로 빔 전류가 더 높다면 총 드웰 시간은 더 짧아질 수 있다. 스캔 귀선 시간과 단계 반환 시간 각각은 부분적으로 FEB 장치에서 스캐닝 시스템의 관측 시야(Field Of View: FOV)로 결정된다. 일반적으로 FOV가 더 클수록 귀선 시간과 단계 반환 시간은 더 ?아질 것이다.
출원인은 FEB 장치의 처리량을 향상시키기 위해, 큰 FOV의 스캐닝 영역에 걸쳐 고급 이미지 균일도를 제공하는 FEB 장치의 편향 시스템 설계를 향상시키는 것이 바람직하다고 밝혔다. 본 특허 출원은 FOV에 걸쳐 고급 이미지 균일도를 유지하면서 FEB 장치의 FOV를 확대하는 장치 및 방법을 개시한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 FEB 이미지 생성 장치의 전자 빔 열의 전자 광학적 광선도(electron-optical ray diagram)이다. 도 1의 FEB 장치는 두 개 렌즈 이미지 생성 시스템을 사용한다. 도 1에서 도시한 대로, 총 렌즈(1)는 열의 광축(z) 아래로 향한 전자 빔(e-beam)(B)을 생성하기 위해 이미터(emitter) (o)에서 나온 전자를 집속하고, 단기 운용 거리를 가진 대물 렌즈(2)는 더 멀리 전자 빔(B)을 타깃 웨이퍼(target wafer)(7) 위로 집속한다.
FEB 열은 픽셀 드웰 시간을 줄이기 위해 고속 스캐닝을 위한 이중 편향기정전 편향 시스템(dual-deflector electrostatic deflection system)을 이용하는 스캐닝 시스템을 포함할 수 있다. 이중 편향기 스캐닝 시스템은 사전-스캐닝 편향기(사전 스캐너)(pre-scanner)와 주 스캐닝 편향기(주 스캐너)(main scanner)를 포함하고, 총 렌즈(1) 및 대물 렌즈(2) 사이에 배치될 수 있다.
전자 빔(B)은 편향된 빔(B')를 생성하기 위해 사전 스캐너(5)에 의해 처음 편향된다. 그 다음 편향된 빔(B')은 편향 수차(축에서 벗어난 수차)(off-axis aberrations)를 최소화하기 위해 대물 렌즈(2)의 중심을 관통하는 주 스캐너(3)에 의해 다시 편향된다. 이중 편향기 스캐닝 시스템에서 사전 스캐너(5)와, 편향 수차가 최소화되는 주 스캐너(3) 사이에 최적화된 편향 세기 관련성과 최적화된 편향 방향 관련성이 있을 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따라 주 스캐너(3)는 도 3 및 4와 관련해 아래 기술된 4중극 정전 편향기(quadrupole electrostatic deflector)를 포함할 수 있고, 사전 스캐너(5)는 도 5 및 6과 관련해 아래 기술된 12-극 정전 편향기를 포함할 수 있다.
스캔 FOV는 도 1에서 도시된 대로 프레임 스캔 면적 또는 스와쓰 스캔 높이(swath scan height) H일 수 있다. 예를 들어, 스와쓰 스캔은 웨이퍼 전자 빔 검사 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 편향 수차는 코마(coma), 상면만곡(field curvature) 및 비점수차(astigmatism)의 관점에서 측정될 수 있다. 코마는 직접적으로 스와쓰 스캔 높이 H에 비례하고, 상면만곡 및 비점수차는 직접적으로 H 제곱에 비례한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 FEB 이미지 생성 장치의 전자 빔 열의 선택 구성요소를 도시한 횡단면도이다. 도 1에서 총 렌즈(1)의 자기 부분은 자극편(magnetic pole piece)(1A) 및 코일(coil)(1B)로 생성될 수 있고, 총 렌즈(1)의 정전부는 전자 이미터(1C), 추출기 전극(extractor electrode)(1D) 및 양극 전극(anode electrode)(1E)로 생성될 수 있다.
대물 렌즈(2)의 자기 부분은 자극편(2A) 및 코일(2B)을 포함할 수 있고,대물 렌즈(2)의 정전 부분은 접지 전극(ground electrode)(2C), 빠른 집속 전극(2D), 웨이퍼 전하 제어판(2E) 및 웨이퍼(7)를 포함할 수 있다. 총 렌즈 및 대물 렌즈 모두 자기장침 렌즈들이다.
이 실시예에서, xy면(xy-plane) 스캐닝용 주 스캐너(3)는 도 3에서 도시된 대로 4중극 정전 편향기일 수 있는데, 4중극 정전 편향기에서 4개 전극판들(31, 32, 33 및 34)이 4개 스캔 신호 공급기들(scan signal supplies)(+Vx, -Vx, +Vy 및 -Vy)에 의해 전기적으로 구동된다. 4개 전극판들은 원통형 절연체(3A)에 고정되고, 원통형 접지 차폐물(cyclindrical gound shield)(3B)는 절연체(3A) 주변에 배열된다. 접지 차폐물은 전기적으로 접지된 금속을 포함할 수 있다. 중심에 대한 4개의 판 각도는 각각 각도 α 및 α2으로 정의되고 판 사이의 갭 각도(gap angle)는 2δ으로 정의된다.
도 3에서 도시된 대로, 제1 스캔 신호 전압원은 전압 신호 +Vx를 제1 전극판 31에 가한다. 제2 스캔 신호 전압원은 전압 신호 +Vy를 제2 전극판 32에 가한다. 제3 스캔 신호 전압원은 전압 신호 -Vx를 제3 전극판 33에 가하는데, 제3판 33은 제1판 31의 맞은편에 위치한다. 제4 스캔 신호 전압원은 전압 신호 -Vy를 제4 전극판 34에 가하는데, 제4판 34는 제2판 32의 맞은편에 위치한다.
도 4는 출원인의 컴퓨터 시뮬레이션으로 생성된 대로 도 3의 4중극 정전 편향기의 등전위 분포를 도시한다. 시뮬레이션은 x축에 따른 편향 필드 균질성(homogeneity)을 검사하기 위해, Vx = 1볼트(즉 +Vx = +1볼트이고 -Vx = -1볼트) 및 Vy = 0볼트(즉 +Vy = -Vy = 0볼트)로 가정했다.
도 4의 컴퓨터 시뮬레이션된 등전위 분포는 4중극 편향기의 중심 영역에서 불균질성이 존재한다는 점을 나타낸다. 이는 중심 영역에서 등전위선들 사이에 불균일한 간격으로 나타난다. 불균질 편향 필드는 코마가 축에서 벗어난 수차(편향 수차), 상면만곡 및 비점수차를 야기한다. 상면만곡 및 비점수차는 FEB 장치에서 교정될 수 있는 반면, 코마는 일반적으로 정정할 수 없다. 따라서, 코마는 스캐닝 FOV에 걸친 이미지 균일성의 성능 저하에 주로 원인이 된다. 또한, 불균질 편향 필드로 인한 코마는 직접적으로 빔 전류와 FOV 크기(예를 들어, 스와쓰 스캔 높이 H)에 비례한다. 빔 전류와 FOV 크기는 처리량에 직접 영향을 미치는 중요 요인이므로, 이는 사실상 FEB 장치의 처리량을 제한한다.
전술한 4중극 정전 편향기의 불균질 편향 필드로 인해, 출원인은 더욱 균질의 편향 필드를 가진 편향기를 이용하여 적어도 사전 스캐너(5)를 실행하는 것이 더 바람직하다고 밝혔다. 더 구체적으로, 출원인은 사전 스캐너(5)가 3차 수차를 제거하도록 구성된 다중 극 정전 스캐너로 실행되는 것이 더 바람직하다고 밝혔다.
단순화를 위해 Vy가 0 상태에 있는 동안 편향 Vx는 온(on) 상태인 것으로 고려한다. 그러면 4중극 정전 편향기에서 전위 분포는 다음 수열로 나타낼 수 있다.
Figure 112013084044716-pct00001
식 (1)
위 식 (1)에서 보시다시피, 4중극 정전 편향기에서 0 이외의 상수들은 k =1, 3, 5 등인 Ak이다.
수열에서 상수 Ak의 값들은 r = R에서 경계 조건으로 결정된다. 이로써, 상수 Ak는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013084044716-pct00002
식 (2)
1차 (k = 1) 항이 전자 빔의 목표 편향을 야기하는 일차장(primary field)을 대표하는 반면, 3차 (k = 3) 및 3차보다 상위 항들은 편향 필드에서 수차의 원인이 된다.
식 (1)에서 3차보다 상위 항(k > 3)으로 야기된 고차 편향 수차는 보통 꽤 작고 사소하다. 따라서, 도 5의 12-극 편향기에 대한 식 (1)은 대략,
Figure 112013084044716-pct00003
식 (3)
또는
Figure 112013084044716-pct00004
식 (4)
에 의하여 주어지고, 여기서,
Figure 112013084044716-pct00005
식 (5)
이고,
Figure 112013084044716-pct00006
식 (6)
이다.
식 (6)의 ρ은 12-극 정전 편향기의 편향 필드 계수로 불린다. ρ는 α2 = 230, α2 = 160 및 δ = 20일 때 0,79와 같다.
x축에서 편향에 대한 전기장은 1차 상수 A1 즉,
Figure 112013084044716-pct00007
식 (7)
에 의하여 정의된다.
출원인은 식 (1)에서 수열의 3차 항은 특히 본 발명의 개시내용에 의해 교시된 다중 극 정전 편향기 설계에서 사실상 0이 될 수 있다고 밝혔다. 본 발명의 일실시예에 따라 xy면 스캐닝용 사전 스캐너(5)는 그러한 설계를 이용하여 실행될 수 있다.
거의 0에 가까운 3차 수차를 가진 12-극 정전 편향기 설계는 도 5, 6과 관련해 다음과 같이 기술된다. 도 5는 12개 전극판들(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61 및 62)이 4개 스캔 신호 전압원들(+Vx, -Vx, +Vy 및 -Vy)에 의해 전기적으로 구동되는 12-극 정전 편향기에 대한 출원인의 설계를 도시한다. 12개의 전극 판들은 원통형 절연체(5A) 안에 고정되고, 원통형 접지 차폐물(cyclindrical ground shield)(5B)는 절연체(5A) 주변에 배열된다. 접지 차폐물은 전기적으로 접지된 금속을 포함할 수 있다.
반시계방향 순으로 전극판은 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61 및 62이다. 12개 판은 기계적으로 x축과 y축에 대해 대칭적이다. 중심에 대한 12개 판 각도는 동일하지 않고 각 α1와 α2로 정의된다. 도 5에서 도시된 대로, 판 각도(각도 범위)는 4개의 더 큰 전극판 51, 54, 57과 60 각각에 대해 2α1이고, 판 각도(각도 범위)는 8개의 더 작은 전극판 52, 53, 55, 56, 58, 59, 61 및 62 각각에 대해 α2이다. 근접 전극 판의 각 쌍 사이의 갭 각도는 2δ에 설정된다.
더 큰 제1 전극 판 51은 각도 범위 θ = +α1에서 θ = -α1까지 걸쳐지도록 θ = 0에 중심이 있다. 더 큰 제2 전극 판 54는 각도 범위 θ = π/2 + α1에서 θ = π/2 - α1까지 걸쳐지도록 θ = π/2에 중심이 있다. 더 큰 제3 전극 판 57은 각도 범위 θ = π + α1 에서 θ = π - α1까지 걸쳐지도록 θ = π에 중심이 있다. 마지막으로 더 큰 제4 전극 판 60은 각도 범위 θ = 3π/2 + α1에서 θ = 3π/2 - α1까지 걸쳐지도록 θ = 3π/2에 중심이 있다.
도 5에서 도시된 대로, 제1 스캔 신호 전압원은 전압 신호 +Vx를 3개 전극 판 51, 53과 61에 가한다. 제2 스캔 신호 전압원은 전압 신호 -Vx를 3개 전극 판 55, 57과 59에 가한다. 제3 스캔 신호 전압원은 전압 신호 +Vy를 3개 전극 판 52, 54와 56에 가한다. 제2 스캔 신호 전압원은 전압 신호 -Vy를 3개 전극 판 58, 60과 62에 가한다.
본 발명의 특정 실시예에서 반 갭 각도(half gap angle) δ= 2도, 제1판 각 α1= 23도, 제2판 각 α2= 16도라고 조건이 주어진다. 이 특정 각도들로 편향 필드의 3차 항은 도 5의 12-극 정전 편향기에 대해 제거될 수 있다(또는 거의 제거될 수 있다).
도 6은 출원인의 컴퓨터 시뮬레이션으로 생성된 대로 도 5의 12-극 정전 편향기의 특정 실시예에 대한 등전위 분포를 도시한다. 전술한 바와 같이, 시뮬레이션에 대해 δ= 2도, α1= 23도, α2= 16도이다. x축을 따라 편향 필드 균질성을 검사하기 위해, 시뮬레이션은 Vx = 1 볼트(즉, +Vx = +1볼트, -Vx = -1볼트), Vy = 0볼트(즉, +Vy = -Vy = 0볼트)로 가정한다.
도 6의 컴퓨터 시뮬레이션된 등전위 분포는 4중극 편향기의 중심 영역에서 상당히 향상된 균질성을 가진다는 점을 나타낸다. 이는 중심 영역에서 등전위선 사이에 더 균일한 간격으로 나타난다. 더 균일한 편향 필드는 코마가 축에서 벗어난 수차(편향 수차), 상면만곡 및 비점수차를 줄인다. 유리하게, 줄어든 코마 양은 빔 전류와 FOV 크기를 증가시킬 수 있고, 이는 FEB 장치의 증가된 처리량으로 나타난다.
도 2를 다시 언급하면, 요크 코일(9) 쌍을 포함하여 주 스캐너(3)는 검출기(10)에 신호 전자들(8)을 편향시키는 빈 필터(Wien filter)를 형성할 수 있다. 검출기(10)는 FEB 스캐닝 이미지를 형성하기 위해 반도체 웨이퍼(또는 다른 제조 기판)에서 검사 신호(2차 전자 및/또는 역 산란 전자(back scattered electron)를 모으는데 사용된다.
도 7은 도 1~6과 관련되어 기술된 장치의 전자 빔 시뮬레이션에 기초해 이미지 불균일 데이터를 도시한 그래프이다. 즉, 도 7의 시뮬레이션 결과는 사전-스캐닝 편향기로서 12-극 정전 편향기, 주 스캐닝 편향기로서 4중극 정전 편향기를 사용하는 장치에 기초한다.
도 7의 이미지 불균일 데이터는 스팟 사이즈(Spot_Size: SS)에 대한 픽셀 사이즈(Pixel_Size: PS)의 네 가지 비율로 계산된다: PS/SS = 1.0; PS/SS = 1.25; PS/SS = 1.5; PS/SS = 1.875. PS/SS 각 비율에 대해, 필드 중심(FOV 중심)에서 스와쓰 스캔의 윗단면까지 스팟 사이즈의 퍼센트 증가는 다양한 스와쓰 스캔 높이를 가진 스와쓰 스캔에서 나타난다. 스와쓰 스캔 높이(즉, 도 1에서 편향 거리 H)는 H = 픽셀 수 x 픽셀 사이즈(H = Number_of_Pixels x Pixel_Size)로 정의될 수 있다. 픽셀 수는 픽셀 수 = k 수 x 1024 (Number_of_Pixels = k_number x 1024)로 정의될 수 있다.
도 7의 데이터에서 나타난 대로, 스와쓰 스캔에 걸친 스팟 사이즈 증가는 5퍼센트 미만이다. 이는 상당히 낮고 고급 이미지 균일성을 나타낸다.
이미지 균일성 결과는 도 1-6과 관련해 전술된 장치에 매우 적합하지만, 2개의 12-극 정전 편향기를 사용해 더 향상될 수 있다. 그러한 실시예는 도 8에서 도시된다.
도 2의 장치와 비교해, 도 8의 장치는 사전-스캐닝 편향기로서 첫번째 12-극 정전 편향기(5)와 주 스캐닝 편향기로서 두번째 12-극 정전 편향기(5')를 사용한다. 두 12-극 정전 편향기 각각(5와 5')은 도 5와 관련해 전술한대로 구성될 수 있다.
도 9는 도 8에서 도시한 장치의 전자 빔 시뮬레이션에 기초해 이미지 불균일 데이터를 도시한 그래프이다. 즉, 도 9의 시뮬레이션 결과는 사전 스캐너용 첫번째 12-극 정전 편향기와 주 스캐너용 두번째 12-극 정전 편향기를 사용하는 장치에 기초한다.
도 7과 유사하게, 이미지 불균일 데이터는 스팟 사이즈(Spot_Size: SS)에 대한 픽셀 사이즈(Pixel_Size: PS)의 네 가지 비율을 가정하여 도 9에서 제시된다: PS/SS = 1.0; PS/SS = 1.25; PS/SS = 1.5; PS/SS = 1.875. PS/SS 각 비율에 대해, 필드 중심(FOV 중심)에서 스와쓰 스캔의 윗단면까지 스팟 사이즈의 퍼센트 증가는 다양한 스와쓰 스캔 높이를 가진 스와쓰 스캔에서 나타난다.
도 9의 데이터에서 보여진 대로, 스와쓰 스캔에 걸친 스팟 사이즈 증가는 3퍼센트 미만으로 제한된다. 도 9를 도 7에 비교하면, 스팟 사이즈 증가는 도 7보다 도 9에서 다소 작다는 점이 드러난다.
도 7과 9 모두 기존 장치와 비교해 이미지 균일성이 상당히 향상되었다는 것을 보여준다. 예를 들어, 기존 장치는 사전 스캐너용 4중극 정전 편향기와 주 스캐너용 8중극(octopole) 정전 편향기로 구성된다. 그러한 기존 장치에서의 이미지 불균일 데이터는 도 10에서 도시된다.
도 10의 데이터에서 보여지듯이, 스와쓰 스캔에 걸친 스팟 사이즈 증가는 상위 자릿수(order of magnitude greater)보다 많고 몇 십 퍼센트 또는 그 이상일 수 있다. 도 10을 도7 및 9에 비교하면, 스팟 사이즈 증가는 도 10과 비교해 도 7과 9 모두에서 훨씬 작은 점이 드러난다.
상술한 부분은 FEB 장치에서 하나 또는 두개의 12-극 편향기를 이용하는 실시예들을 기술한다. 대안 실시예들은 12-극 편향기들 중 그 어떤 것도 20-극 편향기 또는 28-극 편향기로 대체할 수 있다. 그러한 20-극과 28-극 편향기용 설계 파라미터(parameters)는 아래 표 1에서 제시된다.
조건; δ= 20 12-극 편향기 20-극 편향기 28-극 편향기
중심에 대한 편향기 판 각도(도) α1=23.0
α2=16.0		 α1=9.7,
α2=19.6
α3=5.7		 α1=0.4,
α2=19.3
α3=10.0
α4=1.4
고차 편향 필드 제거 k=3 k=3,5 k=3,5,7
편향 필드의 계수 ρ=0.79 ρ=0.76 ρ=0.74
필수 구동 전원 ±Vx와 ±Vy
표 1의 각각 편향기 설계에서 가정한 조건은 반 갭 각도 ρ = 2도라는 것이다. 그러므로, 각 갭의 방사각은 4도이다.
12-극 편향기에 대해서, 판 각도는 α1=23.0도 및 α2=16.0도이다. 그러므로, 더 큰 전극판으로 걸쳐진 방사각은 46도이고 더 작은 전극판으로 걸쳐진 방사각은 16도이다. 도 5에서 보여진 대로, 12-극 편향기의 각 90도 사분면은 판 각도 α1; 갭 각도 2δ; 판 각도 α2; 갭 각도 2δ; 판 각도 α2; 갭 각도 2δ; 판 각도 α1로 나누어질 수 있다. 따라서, 2α1 + 2α2 + 6δ= 90도이다.
20-극 편향기에 대해서, 판 각도는 α1 = 9.7도, α2 = 19.6도, α3 = 5.7도이다. 20-극 편향기의 90도 사분면 각각은, 판 각도 α1; 갭 각도 2δ; 판 각도 α2; 갭 각도 2δ; 판 각도 α3; 갭 각도 2δ; 판 각도 α3; 갭 각도 2δ ; 판 각도 α2; 갭 각도 2δ; 판 각도 α1로 나누어질 수 있다. 따라서, 2α1 + 2α2 + 2α3 + 10δ = 90도이다.
28-극 편향기에 대해서, 판 각도는 α1 = 0.4도, α2 = 19.3도, α3 = 10.0도,α4 = 1.4이다. 28-극 편향기의 90도 사분면 각각은 판 각도 α1; 갭 각도 2δ; 판 각도 α2; 갭 각도 2δ; 판 각도 α3; 갭 각도 2δ; 판 각도 α4; 갭 각도 2δ; 판 각도 α4; 갭 각도 2δ; 판 각도 α3; 갭 각도 2δ; 판 각도 α2; 갭 각도 2δ; 판 각도 α1로 나누어질 수 있다. 따라서, 2α1 + 2α2 + 2α3 + 2α4 + 14δ = 90도이다.
12-극 편향기의 상술한 설계는 3차(k = 3) 수차를 제거한다. 20-극 편향기의 상술한 설계는 3차(k = 3) 수차를 제거한다. 20-극 편향기의 상술한 설계는 3차(k = 3)와 5차(k = 5) 수차를 제거한다. 28-극 편향기의 상술한 설계는 3차(k = 3), 5차(k = 5), 7차(k = 7) 수차를 제거한다. 편향 필드의 계수는 12-극 편향기에서는 0.79, 20-극 편향기에서는 0.76, 28-극 편향기에서는 0.74이다. 20-극, 28-극 편향기는 상술한 12-극 편향기에서 사용된 것과 같은 구동 전원(±Vx와 ±Vy)을 사용하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 개시에서 제시된 해결방안은 적어도 3차 수차를 제거하기 위해서 상술한대로 구성된 하나 이상의 다중 극 정전 편향기를 대체로 이용한다. 상술한대로, 12-극, 20-극, 또는 28-극 편향기는 3차 수차 없이 x와 y방향에서 편향을 제공하기 위해 특정 구성으로 배열될 수 있다. 이러한 해결방안은 사실상 관련 기술 분야 (pertinent technological art)의 기존 사고로부터 파생된다.
편향 필드의 균일성을 향상시키는 기존 사고는 4중극 편향기의 내경(inner diameter)를 증가시키는 것이다. 이는 원칙적으로 올바른 접근법일 수 있지만, 출원인은 그러한 접근법이 실제로는 최신 집속 전자 빔(FEB) 장치로 제한되는 것으로 여긴다. 최신 FEB 장치에서 전자광학의 열 길이는 보통 상당히 줄어들고, 전자 빔 에너지는 전형적으로 매우 증가된다. 더 짧은 열 길이와 더 높은 에너지 빔을 사용하여, 전자와 전자간 상호 작용으로 인한 스팟 흐림은 줄어들 수 있다.
출원인은 열 길이가 짧게 유지되는 동안 4중극 편향기의 내경이 기존 접근법으로 증가된다면, 편향기의 편향 감도(sensitivity)는 최신 FEB 장치의 필수 사양을 충족시키는데 미흡할 것으로 여긴다. 반면, (편향 감도를 증가시키는) 더 긴 편향기를 제공하기 위해 열 길이가 증가된다면, 전자와 전자간 상호 작용은 증가하고 장치의 저하된 해상도(더 큰 빔 스팟 사이즈) 결과를 가져온다. 따라서, 출원인은 기존 접근법이 여기서 개시된 해결방안으로 방지되는 문제들에 봉착할 것으로 여긴다.
전술한 대로, 많은 구체적 세부 사항들이 본 발명의 실시예들을 철저히 이해하도록 하기 위해 주어진다. 그러나, 기술된 본 발명의 실시예에 대한 전술은 총망라하거나 본 발명을 개시된 특정한 형태로 제한하려는 의도는 아니다. 관련 당업자는 본 발명이 하나 또는 그 이상의 구체적 세부 사항없이, 또는 다른 방법, 구성요소 등으로 실행될 수 있다는 점을 인지할 것이다. 다른 사례들에서, 주지의 구조 또는 단계는 본 발명의 애매한 측면을 피하기 위해 자세히 도시되거나 기술되지 않는다. 본 발명의 특정 실시예와 사례가 여기서 설명적 목적으로 기술되는 동안, 관련 당업자가 인지하듯이 여러 균등 변형물은 본 발명의 범위에서 가능하다.
본 발명에 대한 이러한 변형물은 상세한 전술을 고려해 제조될 수 있다. 다음 청구항에서 사용된 용어는 본 발명을 명세서 및 청구항에서 개시된 특정 실시예로 제한하는 것으로 해석되지 말아야 한다. 오히려, 본 발명의 범위는 다음 청구항으로 정해져야 하는데, 청구항 해석의 확립된 원칙에 따라 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 집속 전자 빔 이미징 장치(focused electron beam imaging apparatus)에 있어서,
    전자를 방출하도록 구성된 전자 소스;
    상기 장치의 광축 아래로 이동하는 전자 빔으로 상기 전자를 집속(focus)하도록 구성된 총 렌즈(gun lens);
    상기 전자 빔을 상기 광축에서 떨어져 제어 가능하게 편향시키도록 구성되고, 12-극 정전 편향기를 포함하는, 사전-스캐닝(pre-scanning) 편향기;
    상기 전자 빔을 다시 상기 광축을 향해 제어 가능하게 편향시키도록 구성된 주 스캐닝(main-scanning) 편향기;
    상기 전자 빔을 타겟 기판의 표면상의 스팟에 집속하도록 구성된 대물 렌즈; 및
    타겟 기판의 표면으로부터 산란 전자를 검출하도록 구성된 검출기
    를 포함하고,
    상기 12-극 정전 편향기는,
    2α1의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제1 전극 판;
    상기 제1 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제1 갭;
    상기 제1 갭에 인접하고 α2의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제2 전극 판;
    상기 제2 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제2 갭;
    상기 제2 갭에 인접하고 α2의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제3 전극 판; 및
    상기 제3 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제3 갭
    을 포함하고,
    상기 제1 전극 판, 상기 제1 갭, 상기 제2 전극 판, 상기 제2 갭, 상기 제3 전극 판, 상기 제3 갭은 함께 90도의 방사각에 걸쳐지는 것인, 집속 전자 빔 이미징 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    α1= 23도, α2= 16도, δ= 2도인 것인, 집속 전자 빔 이미징 장치.
  3. 집속 전자 빔 이미징 장치(focused electron beam imaging apparatus)에 있어서,
    전자를 방출하도록 구성된 전자 소스;
    상기 장치의 광축 아래로 이동하는 전자 빔으로 상기 전자를 집속(focus)하도록 구성된 총 렌즈(gun lens);
    상기 전자 빔을 상기 광축에서 떨어져 제어 가능하게 편향시키도록 구성되고, 12-극 정전 편향기를 포함하는, 사전-스캐닝(pre-scanning) 편향기;
    상기 전자 빔을 다시 상기 광축을 향해 제어 가능하게 편향시키도록 구성된 주 스캐닝(main-scanning) 편향기;
    상기 전자 빔을 타겟 기판의 표면상의 스팟에 집속하도록 구성된 대물 렌즈; 및
    타겟 기판의 표면으로부터 산란 전자를 검출하도록 구성된 검출기
    를 포함하고,
    상기 12-극 정전 편향기는,
    2α1의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제1 전극 판;
    상기 제1 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제1 갭;
    상기 제1 갭에 인접하고 α2의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제2 전극 판;
    상기 제2 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제2 갭;
    상기 제2 갭에 인접하고 α2의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제3 전극 판;
    상기 제3 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제3 갭;
    상기 제3 갭에 인접하고 2α1의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제4 전극 판;
    상기 제4 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제4 갭;
    상기 제4 갭에 인접하고 α2의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제5 전극 판;
    상기 제5 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제5 갭;
    상기 제5 갭에 인접하고 α2의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제6 전극 판;
    상기 제6 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제6 갭;
    상기 제6 갭에 인접하고 2α1의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제7 전극 판;
    상기 제7 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제7 갭;
    상기 제7 갭에 인접하고 α2의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제8 전극 판;
    상기 제8 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제8 갭;
    상기 제8 갭에 인접하고 α2의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제9 전극 판;
    상기 제9 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제9 갭;
    상기 제9 갭에 인접하고 2α1의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제10 전극 판;
    상기 제10 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제10 갭;
    상기 제10 갭에 인접하고 α2의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제11 전극 판;
    상기 제11 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제11 갭;
    상기 제11 갭에 인접하고 α2의 방사각에 걸쳐지도록 구성된 제12 전극 판; 및
    상기 제12 전극 판에 인접하고 2δ의 방사각에 걸쳐지는 제12 갭
    을 포함하며,
    α1 = 23도, α2 = 16도, δ= 2도인 것인, 집속 전자 빔 이미징 장치.
  4. 12-극 정전 편향기에 있어서,
    제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제10, 제11, 제12 전극 판을 포함하는 12개의 전극 판들;
    원통형 체적(cylindrical volume) 주변의 절연체 ― 상기 원통형 체적의 축은 광축이고, 상기 12개의 전극 판은 상기 원통형 체적의 주변부 상에 부착됨 ― ; 및
    상기 12개의 전극 판 내의 개방 원통형 공간 ― 상기 개방 원통형 공간의 축은 광축임 ―
    을 포함하며,
    제1 전극 판은 제1 방사각에 걸쳐지도록 구성되고;
    제1 갭은 상기 제1 전극 판에 인접하고 갭 방사각에 걸치고;
    제2 전극 판은 상기 제1 갭에 인접하고 제2 방사각에 걸쳐지도록 구성되고;
    제2 갭은 상기 제2 전극 판에 인접하고 상기 갭 방사각에 걸치고;
    제3 전극 판은 상기 제2 갭에 인접하고 상기 제2 방사각에 걸쳐지도록 구성되고;
    제3 갭은 상기 제3 전극 판에 인접하고 상기 갭 방사각에 걸치고;
    제4 전극 판은 상기 제3 갭에 인접하고 상기 제1 방사각에 걸쳐지도록 구성되고;
    제4 갭은 상기 제4 전극 판에 인접하고 상기 갭 방사각에 걸치고;
    제5 전극 판은 상기 제4 갭에 인접하고 상기 제2 방사각에 걸쳐지도록 구성되고;
    제5 갭은 상기 제5 전극 판에 인접하고 상기 갭 방사각에 걸치고;
    제6 전극 판은 상기 제5 갭에 인접하고 상기 제2 방사각에 걸쳐지도록 구성되고;
    제6 갭은 상기 제6 전극 판에 인접하고 상기 갭 방사각에 걸치고;
    제7 전극 판은 상기 제6 갭에 인접하고 상기 제1 방사각에 걸쳐지도록 구성되고;
    제7 갭은 상기 제7 전극 판에 인접하고 상기 갭 방사각에 걸치고;
    제8 전극 판은 상기 제7 갭에 인접하고 상기 제2 방사각에 걸쳐지도록 구성되고;
    제8 갭은 상기 제8 전극 판에 인접하고 상기 갭 방사각에 걸치고;
    제9 전극 판은 상기 제8 갭에 인접하고 상기 제2 방사각에 걸쳐지도록 구성되고;
    제9 갭은 상기 제9 전극 판에 인접하고 상기 갭 방사각에 걸치고;
    제10 전극 판은 상기 제9 갭에 인접하고 상기 제1 방사각에 걸쳐지도록 구성되고;
    제10 갭은 상기 제10 전극 판에 인접하고 상기 갭 방사각에 걸치고;
    제11 전극 판은 상기 제10 갭에 인접하고 상기 제2 방사각에 걸쳐지도록 구성되고;
    제11 갭은 상기 제11 전극 판에 인접하고 상기 갭 방사각에 걸치고;
    제12 전극 판은 상기 제11 갭에 인접하고 상기 제2 방사각에 걸쳐지도록 구성되고;
    제12 갭은 상기 제12 전극 판에 인접하고 갭 방사각에 걸치고,
    제1 방사각은 46도, 제2 방사각은 16도, 갭 방사각은 4도인 것인, 12-극 정전 편향기.
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