KR102035886B1 - 전자 소스를 위한 비평면 추출기 구조 - Google Patents

전자 소스를 위한 비평면 추출기 구조 Download PDF

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Abstract

개시된 일 실시예는 전자 빔(electron beam)을 생성하기 위한 전자 소스( electron source)에 관한 것이다. 전자 소스는 전자 빔이 추출되는 팁(tip)을 갖는 전자 이미터(electron emitter)를 포함한다. 전자 소스는 추출기 개구(extractor opening) 및 빌트인 빔 제한 애퍼처(built-in beam-limiting aperture)를 갖는 비평면 추출기(non-planar extractor)를 더 포함한다. 추출기 개구는 빔 제한 애퍼처보다 크고, 추출기 개구와 빔 제한 애퍼처 모두의 중심축들이 빔축을 따라 팁과 정렬된다. 다른 실시예는 비평면 추출기를 갖는 전자 소스을 사용하여 전자 빔을 생성하는 방법에 관한 것이다. 또 다른 실시예는 전자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 전자 소스들의 어레이에 관한 것이다. 전자 소스들의 어레이는 전자 이미터들의 어레이와 비평면 추출기 구조물의 어레이를 포함한다. 다른 실시예들, 실시예들 및 기능들도 개시한다.

Description

전자 소스를 위한 비평면 추출기 구조{NON-PLANAR EXTRACTOR STRUCTURE FOR ELECTRON SOURCE}
본 발명은 일반적으로 전자 빔(electron beam) 장치 및 그 사용 방법들에 관한 것이다.
전자 빔 장치는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope;SEM) 장비들, 자동화 검사 및 제조된 기판들의 점검에 사용되는 장치들, 전자 빔 리소그래피 시스템들(electron beam lithography systems), 및 전자 빔 기술을 사용하는 다른 장치를 포함한다. 이러한 전자 빔 장치는 일반적으로 전자 소스(electron source) 또는 전자 소스들의 어레이(array of electron sources)를 사용하여 하나 이상의 전자 빔들을 생성한다.
개시된 일 실시예는 전자 빔을 생성하기 위한 전자 소스에 관한 것이다. 전자 소스는 전자 빔이 추출되는 팁(tip)을 갖는 전자 이미터(electron emitter)를 포함한다. 전자 소스는 추출기 개구 및 빌트인 빔 제한 애퍼처를 갖는 비평면 추출기를 더 포함한다. 추출기 개구는 빔 제한 애퍼처보다 크고, 추출기 개구와 빔 제한 애퍼처 모두의 중심축들이 빔축을 따라 팁과 정렬된다.
다른 실시예는 비평면 추출기를 갖는 전자 소스을 사용하여 전자 빔을 생성하는 방법에 관한 것이다. 전자 빔은 추출기 개구 및 비평면 추출기의 빔 제한 애퍼처 모두를 통하여 이동한다.
다른 실시예는 전자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 전자 소스들의 어레이에 관한 것이다. 전자 소스들의 어레이는 전자 이미터들의 어레이와 비평면 추출기 구조물의 어레이를 포함한다.
다른 실시예들, 실시예들 및 기능들도 또한 개시된다.
도 1은 종래의 평면 추출기(planar extractor)를 갖는 전자 소스의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 빌트인 빔 제한 애퍼처(built-in beam-limiting aperture)를 갖는 비평면 추출기(non-planar extractor)를 포함하는 전자 소스의 단면도이다
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 빌트인 빔 제한 애퍼처를 갖는 "화산 형상(volcano-shaped)" 추출기를 포함하는 전자 소스의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 전자 소스들의 1차원 어레이의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 전자 소스들의 2차원 어레이의 평면도이다.
도 1은 종래의 평면 추출기(104)를 갖는 전자 소스(100)의 단면도이다. 이미터(102)는 단면도가 전자 소스(100)의 직경을 관통하도록, 반경 방향으로 전자 빔(108)의 빔축 주위에 대칭이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전자 소스(100)는 전자 빔(108)이 방출되는 팁(103)을 갖는 이미터(102)를 포함한다. 전자 빔(108)이 평면 추출기(104)의 추출기 개구(118)를 통하여 전송된다. 또한 도시된 바와 같이, 평면 추출기(104)는 균일한 두께(122)를 갖는다. 이미터(102)의 평면과 평면 추출기(104) 사이에는 이미터-추출기 갭(emitter-extractor gap: 112)이 있다.
추출기 개구(118)를 통과한 후에, 전자 빔(108)은 자기 렌즈의 폴 피스(pole piece: 106)에 의해 집속(focus)될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 평면 추출기(104)와 폴 피스(106) 사이에는 폴 피스-추출기 갭(132)이 있다.
출원인은 종래의 전자 소스(100) 구조의 몇 가지 단점을 밝혀냈다. 첫째, 비교적 큰 고립 체적(trappped volume)이 구조 내에 있기 때문에 이미터 영역에서 상대적으로 열악한 진공도(poor vacuum)를 나타내게 된다. 또한, 통상적으로 대부분의 소스들(sources)에 필요한 각도 빔 필터링(angular beam filtering)이 좀 더 아래에 있는 별도의 모듈(도시안됨)에서 발생한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 빌트인 빔 제한 애퍼처(230)를 갖는 비평면 추출기(204)를 구비한 전자 소스(200)의 단면도이다. 단면도가 전자 소스(202)의 직경을 관통하도록, 이미터가 반경 방향으로 전자 빔(208)의 빔축 주위에 대칭이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 소스(200)는 전자 빔(208)이 방출되는 팁(203)을 갖는 이미터(202)를 포함한다. 이미터(202)의 팁(203)은 텅스텐(W), 예를 들어, 산화 지르코늄 층을 갖는 텅스텐 (ZrO/W) 또는 탄소 나노튜브들(carbon nanotubes)을 사용하여 형성될 수 있다.
전자 빔(208)은 더 큰 원통형 추출기 개구(218)를 통해 전송되어, 추출기 개구(218)와 빔 제한 애퍼처(230) 둘다의 중심축이 이미터(202)의 팁(203)과 정렬되는 비평면 추출기(204)의 작은 원통형 빔 제한 애퍼처(230)를 투과한다. 비평면 추출기(204)는 금 또는 다른 도전성 비자성 금속 또는 합금을 사용하여 형성될 수 있다. 비평면 추출기(204)에 대한 자성 금속 또는 합금의 사용도 가능하다.
또한, 도시된 바와 같이, 비평면 추출기(204)의 빔 제한 애퍼처(230)는 외측 반경(223)에서의 외부 두께(222)보다 상당히 작은, 빔 제한 애퍼처(230)에서의 애퍼처 두께(231)를 갖는다. 이미터(202)의 평면과 비평면 추출기(204)의 외측 반경(223) 사이에는 외부 갭(212)이 있다.
외측 반경(223)과 추출기 개구(218) 사이의 경로(transition)는 둥근 또는 반경형 에지(rounded or radiused edge: 226)를 포함할 수 있다. 추출기 개구(218)와 빔 제한 애퍼처(230) 사이 경로는 비평면 추출기(204)의 내부 경사면(228)을 포함할 수 있다.
빔 제한 애퍼처(230)에 의해 각도적으로 제한된(angularly limited) 다음, 전자 빔(208)은 자기총(magnetic gun) 렌즈의 폴 피스(206)에 의해 집속될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 비평면 추출기(204)와 폴 피스(206) 사이에는 폴 피스-추출기 갭(232)이 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 추출기(204)의 다른 측면에서의 체적(volume)을 저진공으로 펌핑하는 동안, 이미터(202)와 추출기(204) 사이의 체적을 고진공 (저압)으로 펌핑하도록 하는 차동 펌핑 시스템(differential pumping system: 240)이 구성될 수 있다. 이러한 차동 펌핑은 종래의 평면 추출기(104)에 비해 비평면 추출기(204)에 좀 더 효과적이다.
바람직하게는, 도 2에서 전자 소스(200)의 구조는 또한 이미터(202)에 아주 근접한 빔 내의 전자들의 각도 궤적들(angular trajectories)을 필터링하는 빔 제한 애퍼처(230)를 제공한다. 또한, 도 2에서 전자 소스(200)의 구조는 이미터(102) 등의 구성요소들의 교체를 용이하게 하기 위한 모듈 구성(module construction)을 가능케 하기 위해 이미터에서 분리되는 추출기 구조(extractor geometry)로 구현될 수도 있다. 더욱이, 도 2의 전자 소스(200)의 구조는 이미터(202)의 팁(203) 근방에서 고진공을 허용한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 빌트인 빔 제한 애퍼처(330)를 갖는 비평면 "화산 형상" 추출기(304)를 갖는 전자 소스(300)의 단면도이다. 단면도가 전자 소스(300)의 직경을 통해 있는 것과 같이, 전자 소스(302)가 반경 방향으로 전자 빔(308)의 빔축 주위에 대칭이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 소스(300)는 전자 빔(308)이 방출되는 팁(303)을 갖는 이미터(302)를 포함한다. 이미터(302)의 팁(303)은 텅스텐(W), 예를 들어, 산화 지르코늄 층을 갖는 텅스텐 (ZrO/W) 또는 탄소 나노튜브들을 사용하여 형성될 수 있다.
전자 빔(308)은 더 큰 원통형 추출기 개구(318)를 통해 전송되어, 추출기 개구(318)와 빔 제한 애퍼처(330) 둘다의 중심축이 이미터(302)의 팁(303)과 정렬되는 화산 형상 추출기(304)의 작은 원통형 빔 제한 애퍼처(330)를 투과한다. 화산 형상 추출기(304)는 예를 들어, 금 또는 다른 도전성 비자성 금속 또는 합금을 사용하여 형성될 수 있다. 화산 형상 추출기(304)에 대한 자성 금속 또는 합금의 사용도 가능하다.
또한, 도시된 바와 같이, 화산 형상 추출기(304)의 빔 제한 애퍼처(330)는 외측 반경(323)에서의 외부 두께(322)보다 상당히 작은, 빔 제한 애퍼처(330)에서의 애퍼처 두께(331)를 갖는다. 이미터(302)의 평면과 화산 형상 추출기(304)의 외측 반경(323) 사이에 외부 갭(312)이 있다.
외측 반경(323)과 추출기 개구(318) 사이의 경로는 둥근 또는 반경형 에지(326)를 포함할 수 있다. 추출기 개구(318)와 빔 제한 애퍼처(330) 사이 경로는 추출기(304)의 내부 경사면(328)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 둥근 또는 반경형 에지(326)의 외측 반경 범위(outer radial extent)에 형성된 원과 이미터(302)의 평면 사이에는 최소 갭(314)이 있을 수 있다. 내부에 이미터(302)의 팁(303)을 포함하는 최소 갭(314)에 의해 정의된 원통형 체적 내에 고전계 영역(high field region: 316)이 형성된다.
빔 제한 애퍼처(330)에 의해 각도적으로 제한된 다음, 전자 빔(308)은 자기 렌즈의 폴 피스(306)에 의해 집속될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 화산 형상 추출기(304)와 폴 피스(306) 사이에는 폴 피스-추출기 갭(332)이 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 추출기(304)의 다른쪽에서의 체적이 저진공으로 펌핑되는 동안, 이미터(302)와 추출기(304) 사이의 체적을 고진공 (저압)으로 펌핑하도록 하는 차동 펌핑 시스템(340)이 구성될 수 있다. 이러한 차동 펌핑은 종래의 평면 추출기(104)에 비해 비평면 추출기(304)에 좀 더 효과적이다.
바람직하게는, 도 3에서 화산 형상 전자 소스(300)의 구조는 소형 이미터에 대해 또는 마이크로 전자 기계 시스템(micro electro mechanical system;MEMS) 기반 이미터 어레이에서의 각 이미터에 대해 상당히 향상된 국부 추출 전계 (local extraction field)를 제공한다. 또한, 도 3의 전자 소스(300)의 구조는 이미터(302)의 팁(303) 근방에서 고진공을 허용한다.
도 3에서 전자 소스(300)의 구조는 이미터(302)에 아주 근접한 빔 내의 전자들의 각도 궤적들을 필터링하는 빔 제한 애퍼처(330)를 제공한다. 또한, 도 3에서 전자 소스(300)의 구조는 이미터(302) 등의 구성요소들의 교체를 용이하게 하기 위한 모듈 구성을 가능케 하기 위해 이미터에서 분리되는 추출기 구조로 구현될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 전자 소스들(402)의 1차원 어레이(400)의 평면도이다. 일 형태에서, 전자 소스들(402)의 어레이(400)는 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 어레이(400)에서 각 전자 소스(402)는 상술한 바와 같은 전자 소스(200 또는 300)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 전자 소스들의 2차원 어레이의 평면도이다. 일 형태에서, 전자 소스들(502)의 어레이(500)는 MEMS 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 어레이(500)에서 각 전자 소스(502)는 상술한 바와 같은 전자 소스(200 또는 300)를 포함할 수 있다.
상술한 도면들이 반드시 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며 설명의 목적으로 예시된 것이며 특정한 형태로 발명을 제한하려는 것은 아니다. 상기 설명에서, 다수의 특정한 예들은 발명의 실시예들의 철저한 이해를 위해 제공된 것이다. 그러나, 발명의 예시된 실시예들의 상세한 설명이 개시된 정확한 형태들로 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 관련 기술 분야의 당업자라면 본 발명이 하나 이상의 특정한 실시예들 없이도 다른 방법이나 구성요소들 등에 의해 실시될 수 있다는 것을 알 것이다. 다른 경우에, 잘 알려진 구조들이나 동작들은 발명의 실시예들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 도시되지 않거나 상세히 설명되어 있지 않다. 발명의 특정한 실시예들과 예들이 예시적인 목적으로 본 명세서에 기재되어 있지만, 발명의 범위 내에서 다양한 등가의 변경이 가능함을 당업자라면 알 것이다.
이러한 변경들은 위의 상세한 설명에 비추어 이루어질 수 있다. 다음의 청구항들에 사용된 용어들이 명세서 및 특허 청구범위에 개시된 특정 실시 예로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 본 발명의 범위는 청구항 해석의 확립된 원칙에 따라 해석되는 다음의 특허 청구범위에 의해서만 결정되어야한다.

Claims (17)

  1. 전자 빔(electron beam)을 생성하기 위한 전자 소스(electron source)에 있어서,
    전자 빔이 추출되는 팁(tip)을 갖는 전자 이미터(electron emitter); 및
    추출기 개구(extractor opening) 및 빔 제한 애퍼처(beam-limiting aperture)를 포함하는 비평면 추출기(non-planar extractor) ― 상기 추출기 개구는 상기 빔 제한 애퍼처보다 크고, 상기 추출기 개구 및 상기 빔 제한 애퍼처 모두의 중심축들은 빔축을 따라 상기 팁과 정렬됨 ―
    를 포함하고,
    상기 비평면 추출기는 상기 추출기 개구와 상기 빔 제한 애퍼처 사이에 내부 경사면(inner sloped surface)을 포함하는, 전자 빔을 생성하기 위한 전자 소스.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비평면 추출기의 외측 반경(outer radius)과 상기 추출기 개구 사이에 반경형 에지(radiused edge)를 더 포함하는, 전자 빔을 생성하기 위한 전자 소스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    이미터 평면(emitter plane)과 상기 비평면 추출기 사이의 최소 갭은 상기 반경형 에지의 외측 반경 범위(outer radial extent)에 위치되는 것인, 전자 빔을 생성하기 위한 전자 소스.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 비평면 추출기의 외측 반경과 상기 반경형 에지 사이에 외측 경사면(outer sloped surface)을 더 포함하는, 전자 빔을 생성하기 위한 전자 소스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 비평면 추출기의 제1 측면과 상기 전자 이미터 사이의 제1 공간을, 상기 비평면 추출기의 제2 측면 상의 제2 공간에 비해 더 고진공(higher vacuum)으로 펌핑하도록 구성된 차동 진공 펌핑 시스템을 더 포함하는, 전자 빔을 생성하기 위한 전자 소스.
  7. 전자 빔을 생성하기 위한 방법에 있어서,
    전자 빔을 형성하도록, 비평면 추출기를 사용하여 전자 이미터의 팁으로부터 전자를 추출하는 단계; 및
    상기 비평면 추출기의 빔 제한 애퍼처와 추출기 개구 모두를 통해 상기 전자 빔을 전송하는 단계 ― 상기 추출기 개구와 상기 빔 제한 애퍼처 모두의 중심축들은 빔축을 따라 상기 팁과 정렬됨 ―
    를 포함하고,
    상기 비평면 추출기는 상기 추출기 개구와 상기 빔 제한 애퍼처 사이에 내부 경사면을 포함하는, 전자 빔을 생성하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 비평면 추출기는 상기 비평면 추출기의 외측 반경과 상기 추출기 개구 사이에 반경형 에지를 포함하고, 상기 비평면 추출기는 상기 외측 반경과 상기 반경형 에지 사이에 외측 경사면을 더 포함하는 것인, 전자 빔을 생성하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전자를 추출하는 단계는, 상기 이미터의 평면과 상기 비평면 추출기 사이의 최소 갭에 의해 정의된 원통형의 고전계 영역(cylindrical high-field region)에서 수행되는 것인, 전자 빔을 생성하기 위한 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 전자 이미터와 상기 비평면 추출기 사이의 제1 공간을, 상기 비평면 추출기의 제2 측면 상의 제 2 공간에 비해 더 고진공으로 차동 진공 펌핑하는 단계를 더 포함하는, 전자 빔을 생성하기 위한 방법.
  11. 전자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 전자 소스들의 어레이에 있어서,
    전자 이미터들의 어레이 ― 상기 전자 이미터들 각각은 전자 빔이 추출되는 팁을 가짐 ― ; 및
    비평면 추출기 구조물(non-planar extractor structures)의 어레이를 포함하는 추출기 ― 상기 비평면 추출기 구조물들 각각은 추출기 개구 및 빔 제한 애퍼처를 포함하고, 상기 추출기 개구 및 상기 빔 제한 애퍼처 모두는 빔축을 따라 대응 팁과 정렬되고, 상기 추출기 개구 및 상기 빔 제한 애퍼처 모두의 중심축들은 빔축을 따라 대응 전자 이미터의 팁과 정렬됨 ―
    를 포함하고,
    상기 비평면 추출기 구조물들 각각은 상기 추출기 개구와 상기 빔 제한 애퍼처 사이에 내부 경사면을 포함하는, 전자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 전자 소스들의 어레이.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 어레이는 소스들의 1차원 어레이를 포함하는 것인, 전자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 전자 소스들의 어레이.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 어레이는 소스들의 2차원 어레이를 포함하는 것인, 전자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 전자 소스들의 어레이.
  14. 삭제
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 비평면 추출기 구조물들 각각은, 상기 비평면 추출기 구조물의 외측 반경과 상기 추출기 개구 사이에 반경형 에지를 더 포함하는 것인, 전자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 전자 소스들의 어레이.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 비평면 추출기 구조물 각각은, 상기 반경형 에지와 상기 외측 반경 사이에 외측 경사면을 더 포함하는 것인, 전자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 전자 소스들의 어레이.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 전자 이미터들의 어레이와 상기 추출기의 제1 측면 사이의 제1 공간을, 상기 추출기의 제2 측면 상의 제2 공간에 비해 더 고진공으로 펌핑하도록 구성된 차동 진공 펌핑 시스템을 더 포함하는, 전자 빔들의 어레이를 생성하기 위한 전자 소스들의 어레이.
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