KR102277431B1 - 듀얼 빈 필터 모노크로메이터를 사용한 전자 빔 영상화 - Google Patents

듀얼 빈 필터 모노크로메이터를 사용한 전자 빔 영상화 Download PDF

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Abstract

일 실시예는 듀얼 빈 필터 모노크로메이터에 관한 것이다. 제1 빈 필터는 제1 평면에서는 전자 빔을 집속시키면서 제2 평면에서는 전자 빔을 평행하게 둔다. 슬릿 개구부는 에너지 범위 내의 에너지를 가지는 전자 빔의 전자들은 통과할 수 있게 하면서 에너지 범위 밖에 있는 에너지를 가지는 전자 빔의 전자들은 차단시킨다. 제2 빈 필터는 제1 평면에서는 전자 빔을 평행하게 되도록 집속시키면서 제2 평면에서는 전자 빔을 평행하게 둔다. 다른 실시예들, 양태들 및 특징들이 또한 개시되어 있다.

Description

듀얼 빈 필터 모노크로메이터를 사용한 전자 빔 영상화{ELECTRON BEAM IMAGING WITH DUAL WIEN-FILTER MONOCHROMATOR}
관련 출원(들)의 상호 참조
본 특허 출원은 2014년 5월 25일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/002,894호의 이익을 주장하며, 이 미국 출원의 개시 내용은 이로써 참고로 포함된다.
본 발명은 전자 빔 영상화(electron beam imaging) 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자 빔 영상화 시스템은 전형적으로 영상 데이터를 획득하기 위해 기판 표면의 영역에 걸쳐 전자 빔을 주사하는 데 전자 빔 경통(electron beam column)을 사용한다. 본 개시내용은 초고분해능 전자 빔 영상화를 위한 신규의 독창적인 장치 및 방법을 제공한다.
일 실시예는 제1 빈(Wien) 필터 및 제2 빈 필터 그리고 이들 사이에 있는 슬릿 조리개(slit aperture)를 포함하는 전자 빔 영상화 장치에 관한 것이다. 방출기 소스 팁(emitter-source tip)은 전자들을 방출하고, 총 전자 렌즈(gun electron lens)는 평행한 전자 빔을 형성하기 위해 전자들을 집속시킨다. 제1 빈 필터는 제1 평면에서는 전자 빔을 집속시키면서 제2 평면에서는 전자 빔을 평행하게 둔다. 슬릿 조리개의 슬릿 개구부는 에너지 범위 밖에 있는 에너지들을 갖는 전자들을 필터링 제거하는 데 사용된다. 제2 빈 필터는 제1 평면에서는 전자 빔을 평행하게 되도록 집속시키면서 제2 평면에서는 전자 빔을 평행하게 둔다.
다른 실시예는 전자 빔 영상화 방법에 관한 것이다. 전자들이 방출기 소스로부터 방출된다. 전자 빔이 평행한 전자 궤적들을 갖는다는 점에서 평행한 전자 빔을 형성하기 위해 전자들이 총 렌즈(gun lens)에 의해 집속된다. 전자 빔이 제1 1차원 빈 필터에 의해 제1 평면에서는 제1 크로스오버(crossover)에 집속되면서 제2 평면에서는 전자 빔을 평행하게 두고, 여기서 제1 크로스오버는 슬릿 개구부와 일치한다. 에너지 범위 내의 에너지들을 갖는 전자 빔의 전자들은 슬릿 개구부를 통해 통과되는 반면, 에너지 범위 밖에 있는 에너지들을 갖는 전자 빔의 전자들은 차단된다. 전자 빔이 제2 1차원 빈 필터에 의해 제1 평면에서는 평행하게 되도록 집속되면서 제2 평면에서는 전자 빔을 평행하게 둔다.
다른 실시예는 듀얼 빈 필터 모노크로메이터(dual Wien-filter monochromator)에 관한 것이다. 제1 빈 필터는 제1 평면에서는 전자 빔을 집속시키면서 제2 평면에서는 전자 빔을 평행하게 둔다. 슬릿 개구부는 에너지 범위 내의 에너지를 가지는 전자 빔의 전자들은 통과할 수 있게 하면서 에너지 범위 밖에 있는 에너지를 가지는 전자 빔의 전자들은 차단시킨다. 제2 빈 필터는 제1 평면에서는 전자 빔을 평행하게 되도록 집속시키면서 제2 평면에서는 전자 빔을 평행하게 둔다.
다른 실시예들, 양태들 및 특징들이 또한 개시되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자 빔 경통에서 사용하기 위한 듀얼 빈 필터 모노크로메이터의 전자선 다이어그램.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 평행한 전자 빔 조사를 사용한 듀얼 빈 필터 모노크로메이터의 시뮬레이션을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자 빔 경통에서 사용하기 위한 전기적으로 부유된(electrically-floated) 듀얼 빈 필터 모노크로메이터의 전자선 다이어그램.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 듀얼 빈 필터 모노크로메이터를 포함하는 전자 빔 경통의 전자선 다이어그램.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 듀얼 빈 필터 모노크로메이터로 전자 빔을 형성하고 사용하는 방법의 플로우차트.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 달성되는, 동일한 빔 전류에서 개선된 분해능을 보여주는 스폿 크기 대 빔 전류의 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 1차원 빈 필터로서 구성될 수 있는 빈 필터의 단면도.
전자 빔 방출기에서의 소스 에너지 확산은, SEM(scanning electron microscope) 및 점검 시스템과 같은, 최신 기술의 전자 빔 영상화 시스템들의 성능의 상당한 개선에 대한 어려운 장애물이다. 소스 에너지 확산은 분해능에 지배적으로 영향을 끼칠 뿐만 아니라, 시야(field of view)(FOV)에 걸쳐 영상 균일성을 떨어뜨리고, 타겟 표면(target surface) 상의 벽 특징(wall feature)으로부터 벽 정보(wall information)를 수집하기 위한 전자 빔 틸트각(tilt-angle)을 제한하며, 2차 전자들을 입사 빔의 1차 전자들로부터 분리시키는 빈 필터에서의 에너지 분산 효과로 인해 분해능을 추가로 떨어뜨린다.
본 개시내용은 앞서 논의된 어려운 장애물을 극복하기 위한 장치들 및 방법들을 제공한다. 본 개시내용은 듀얼 빈 필터 모노크로메이터를 제공한다. 듀얼 빈 필터 모노크로메이터는 제1 1차원 빈 필터 및 제2 1차원 빈 필터 그리고 이들 사이에 배치된 슬릿 조리개를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자 빔 경통에서 사용하기 위한 듀얼 빈 필터 모노크로메이터(DWFM)의 전자선 다이어그램이다. 도시된 바와 같이, 듀얼 빈 필터 모노크로메이터는 2개의 1차원(1D) 빈 필터들(WF1 및 WF2)을, 이들 사이에 배치된 슬릿(Slit)과 함께, 포함한다.
도시된 바와 같이, z-축은 전자 빔 경통의 광학축이다. 전자들이 좌표계의 원점에 있는 것으로 정의될 수 있는 방출기 팁(Tip)으로부터 방출되고, 방출된 전자들은 총 렌즈(GL)에 의해 평행 전자 빔으로 집속된다. 평행 전자 빔은 모노크로메이터에 들어가는 입사 전자 빔이다.
입사 전자 빔은 제1 1D 빈 필터(WF1)에 의해 수광된다. 제1 1D 빈 필터는, 다른 차원은 사용하지 않고 하나의 차원을 사용하여(이 경우에, y-차원은 사용하지 않고 x-차원을 사용하여) 에너지 필터링을 제공한다는 점에서, 1차원이다. 도시된 예시적인 구현에서, WF1은 x-o-z 평면에서는(지면(page)의 평면에서는) 집속각(focusing angle) β로 전자 빔을 집속시키기 위해 자기장 및/또는 전기장을 발생시키지만, y-o-z 평면에서는(지면의 평면 밖에서는) 빔을 집속시키지 않는다. WF1의 집속 강도(focusing strength)가 y-o-z 평면에서는 영(zero)이기 때문에, y-o-z 평면에서의 속도 성분들만을 고려할 때 전자 빔이 평행한 채로 있다.
WF1에 의한 집속으로 인한 크로스오버가 하나의 평면에서만 있기 때문에, 이는 본원에서 1차원 크로스오버(one-dimensional crossover) 또는 선분 형상의 크로스오버(line-segment-shaped crossover)라고 지칭될 수 있다. 유리하게도, 전자 빔의 1차원 크로스오버는 x-o-z 평면과 y-o-z 평면 둘 다에서의 크로스오버(즉, 2차원 크로스오버(two-dimensional crossover) 또는 스폿 형상의 크로스오버(spot-shaped crossover))와 비교하여 전자간 상호작용(electron-electron interaction)들을 실질적으로 감소시킨다.
y-차원에서의 슬릿의 길이는 그 차원에서의 빔 폭보다 더 클 수 있다. x-차원에서의 슬릿의 폭은 요구된 에너지 필터링 분해능 ΔE에 따라 설계될 수 있다.
슬릿 폭은 빔 에너지 E0 근방의 에너지를 갖는 전자들만이 통과할 수 있게 한다. 통과하도록 허용되는 빔의 에너지 확산은 에너지 필터링 분해능 ΔE이다. 그러므로, 통과하는 전자들의 에너지 범위는 E- = E0 - ΔE/2부터 E+ = E0 + ΔE/2까지이다. 도시된 바와 같이, E- 미만의 에너지들을 갖는 전자들은 슬릿의 하부 부분에 의해 차단될 수 있고, E+ 초과의 에너지들을 갖는 전자들은 슬릿의 상부 부분에 의해 차단될 수 있다.
모노크로메이터에의 입사 전자 빔이 평행 빔이기 때문에, WF1은 1차원 크로스오버를 슬릿 상으로 집속시키기 위해 x-o-z 평면에서 빔의 큰 집속각 β를 제공하도록 구성된다. 집속 강도(그리고 따라서 집속각)는 WF1에 인가되는 여기 전압(excitation voltage) VWF1을 제어하는 것에 의해 제어될 수 있다.
유리하게도, 원하는 ΔE가 주어진 경우, 큰 집속각 β는 슬릿의 큰 폭을 가능하게 하고, 이는 슬릿이 어려움 없이 충분한 정확도로 제조될 수 있게 한다. 그에 부가하여, 전자들을 보다 넓은 슬릿을 통과시키는 것의 결과로서, 전자간 상호작용들이 감소된다.
이와 달리, 평행하지 않고 집속된(즉, 비평행) 입사 전자 빔을 갖는 듀얼 빈 필터 모노크로메이터에서는, 집속각 β가 훨씬 더 좁을 수 있다. 보다 좁은 집속각으로 인해, 훨씬 더 작은 폭의 슬릿이 요구되고, 정확하게 제조하기 어려울 수 있다. 그에 부가하여, 전자들을 보다 좁은 슬릿을 통과시키는 것의 결과로서, 전자간 상호작용들이 증가된다.
제1 1D 빈 필터(WF1)와 같이, 제2 1D 빈 필터(WF2)도 x-o-z 평면에서는 에너지 필터링된 전자 빔을 집속시키면서 y-o-z 평면에서는 빔에 영향을 미치지 않는다. WF2에 의한 집속은 에너지 필터링된 전자 빔이 x-o-z 평면에서(그리고 또한 y-o-z 평면에서) 평행 전자 빔으로서 WF2를 빠져나가도록 하는 집속 강도에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, WF1 및 WF2는 기계적으로(슬릿으로부터의 거리를 포함함)도 전기적으로도 슬릿에 대해 대칭일 수 있다. 그에 따라, WF1 및 WF2의 집속 능력 및 편향 능력이 동일하다.
이어서, 도시된 바와 같이, 콘덴서 렌즈(condenser lens)(CL)는 에너지 필터링된 전자 빔을 추가로 집속시킬 수 있다. 빔은 이어서 전자 빔 경통의 추가의 컴포넌트들을 통과할 수 있다. 이러한 추가의 컴포넌트들은, 예를 들어, 도 4와 관련하여 이하에서 기술된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 평행한 전자 빔 조사를 사용한 듀얼 빈 필터 모노크로메이터의 시뮬레이션을 나타내고 있다. 이 도면은 에너지 E0에서 그리고 (E+) 초과 (E-) E0 미만의 에너지들에서 전자들의 x-o-z 평면에서의 시뮬레이션된 경로들을 나타내고 있다.
도시된 바와 같이, 듀얼 빈 필터 모노크로메이터에 들어가는 입사 전자들의 경로들이 평행하다. 제1 1D 빈 필터(WF1)는, E-부터 E+까지의 범위에 있는 에너지들을 갖는 전자들은 슬릿 개구부를 통과하지만 그 범위 밖에 있는 에너지들을 갖는 전자들은 슬릿 개구부 주위의 전자 불투명 재료(electron-opaque material)에 의해 차단되도록, 슬릿 개구부(Slit)를 통해 입사 전자들을 집속시킨다. 에너지 필터링된 전자들은 이어서, 듀얼 빈 필터 모노크로메이터를 빠져나가는 전자들의 경로들이 평행하도록, 제2 1D 빈 필터(WF2)에 의해 집속된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자 빔 경통에서 사용하기 위한 전기적으로 부유된 듀얼 빈 필터 모노크로메이터(EFDWFM)의 전자선 다이어그램이다. 도 3에서, 2개의 1D 빈 필터들(WF1 및 WF2)과 슬릿 개구부(Slit)의 배열은 도 1에서의 배열과 기본적으로 동일하다. 그렇지만, 도 3의 실시예에서, 듀얼 빈 필터 모노크로메이터의 컴포넌트들(즉, WF1, Slit, 및 WF2)은 전기적으로 부유되어 있다.
도 3에 도시된 예시적인 구현에서, 모노크로메이터 모듈의 컴포넌트들은 2개의 전도성 인클로저(enclosure)들 또는 케이지(cage)들(즉, 2개의 패러데이 케이지(Faraday cage)) - 각각은 입사 전자 빔 및 출사 전자 빔에 대한 개구부들을 가짐 - 에 의해 둘러싸여 있다. 2개의 전도성 인클로저들의 외부는 방출기 팁(역시 전기적으로 접지되어 있음)과 동일한 전압 레벨에 있기 위해 전기적으로 접지될 수 있고, 2개의 전도성 인클로저들(케이지들)의 내부는 부유 DC 전압(VFL)이 그에 인가될 수 있다.
도 3에서의 접지된 인클로저들(케이지들) 및 부유하는 인클로저들(케이지들)은 전자들이 제1 1D 빈 필터(WF1)를 통해 들어갈 때는 전자들을 감속시키고, 전자들이 제2 1D 빈 필터(WF2)를 통해 빠져나갈 때는 전자들을 가속시킨다. 감속 및 가속으로 인해, 도 3의 EFDWFM 내에서의 전자들의 속도들이 도 1의 DWFM 내에서의 전자들의 속도들과 비교하여 더 느리다. 상세하게는, 도 3의 EFDWFM 내에서의 전자들의 속도들은 전자들의 보다 느린 속력을 제공하기 위해 제어되는 부유 DC 전압 VFL과 동일한 전자 빔 전위 Va에 비례한다.
유리하게도, 모노크로메이터 내부에서의 보다 느린 전자 속력은 보다 큰 폭을 갖는 슬릿의 사용을 가능하게 하여, 슬릿을 제조하는 것과 슬릿을 대전(charging) 또는 디쉐이핑(de-shaping)으로부터 보호하는 것을 보다 실현가능하게 만든다. 그에 부가하여, 보다 큰 폭의 슬릿은 모노크로메이터 모듈에서의 전자간 상호작용들을 감소시킨다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 듀얼 빈 필터 모노크로메이터를 포함하는 전자 빔 경통의 전자선 다이어그램이다. 경통은 도 3의 방출기 팁(Tip), 총 렌즈(GL), 전기적으로 부유된 듀얼 빈 필터 모노크로메이터(EFDWFM), 및 콘덴서 렌즈(CL)를 포함한다. 대안적으로, 도 3의 전기적으로 부유된 듀얼 빈 필터 모노크로메이터 대신에, 도 1의 듀얼 빈 필터 모노크로메이터(DWFM)이 경통에 포함될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 콘덴서 렌즈는, 빔이 대물 렌즈(objective lens)(OL)에 도달하기 전에, 크로스오버(F)를 형성하기 위해 빔을 집속시킨다. 이 경우에, 크로스오버는, 슬릿 조리개의 상(image)이 아니라, 방출기 팁의 상이다. 이와 달리, 집속 빔 조사(focusing beam illumination)를 사용하는 종래의 장치에서는, 그 대신에, 방출기 팁이 아니라, 조리개의 상이 형성될 것이다.
도 4에 도시된 전자 빔 경통에서, 총 렌즈(GL)는 슬릿 조리개와 함께 빔 전류들을 선택한다. 콘덴서 렌즈(CL)는 대물 렌즈(OL)에 의해 형성되는 최적 개구수(numerical aperture)(NA)를 선택한다. 최적 NA는 색 수차(chromatic aberration)와 회절 수차(diffraction aberration)를 평형을 이루게 함으로써 타겟 기판(target substrate)(TGT)에서의 전자 빔 스폿 크기가 최소로 되는 NA이다.
유의할 점은, 일반적으로, 전자 렌즈을 집속시키는 것으로서 본원에서 논의되는 다양한 렌즈들이 전자 렌즈라는 것이다. 이 렌즈들은 자기 렌즈(magnetic lens) 및/또는 정전 렌즈(electrostatic lens)에 의해 구현될 수 있다.
유의할 점은, y-o-z 평면에서, WF1 및 WF2의 집속 강도가 둘 다 영(zero)이라는 것이다. 그에 따라, y-o-z 평면에서의 영향을 받지 않는 평행 빔이 x-o-z 평면에서의 에너지 필터링된 평행 빔과 동일한 영상 평면(image-plane)에 집속된다. 그러므로, 대물 렌즈(OL)의 개구수가 회전 대칭일 수 있다.
전자 빔을 편향시켜 타겟 표면 상으로 주사하는 것에 의해 타겟 기판 상의 특징들이 조사 또는 점검될 수 있다. 비축 수차(off-axis aberration)를 최소화하기 위해, 프리스캐너(pre-scanner)(Prescan)와 메인스캐너(main-scanner)(Mainscan)를 포함하는 듀얼 편향기 주사 시스템(dual-deflector scanning system)이 사용될 수 있다. 검출기(DET)에서 2차 전자들(SE)을 수집하는 것에 의해 타겟 기판의 특징들의 영상이 형성될 수 있다. 2차 전자들(SE)을 입사(1차) 전자들로부터 분할시키기 위해 빈 필터가 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 듀얼 빈 필터 모노크로메이터로 전자 빔을 형성하고 사용하는 방법(500)의 플로우차트이다. 방법(500)은, 예를 들어, 도 1 및 도 3과 관련하여 앞서 기술된 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 단계(502)에서, 전자들이 전자 방출 소스로부터 방출된다. 전자 방출 소스는, 예를 들어, 열 전계 방출(thermal field emission)(TFE) 음극 방출기(cathode emitter)의 팁일 수 있다. 다른 유형들의 전자 방출 소스들이 사용될 수 있다.
단계(504)에서, 전자들이 전자 총 렌즈에 의해 평행 전자 빔으로 형성될 수 있다. 앞서 기술된 바와 같이, 평행 전자 빔은 2개의 차원에서 평행하다. 상세하게는, 이는 x-o-z 평면과 y-o-z 평면 둘 다에서 평행하다.
단계(506)에서, 전자 빔이 제1 1차원 빈 필터(WF1)를 사용하여 집속될 수 있다. 이 1차원 집속은, 예를 들어, 도 1 및 도 3의 WF1과 관련하여 앞서 기술되어 있다. 도 1 및 도 3에서와 같이, x-o-z에서는 빔의 1차원 집속이 있을 수 있는 반면, y-o-z 평면에서는 빔이 평행한 채로 있을 수 있다.
단계(508)에서, 슬릿을 사용하여 전자 빔에 에너지 필터링이 적용된다. 슬릿은, 그의 길이보다 훨씬 더 작은 폭을 갖는다는 점에서, 선분과 같은 형상으로 되어 있다. 앞서 기술된 바와 같이, 전자 빔이 슬릿의 평면에 도달할 때의 전자 빔의 단면이 또한, 그의 길이보다 훨씬 더 작은 폭을 갖는다는 점에서, 선분과 비슷하다.
에너지 필터링이 일어나는 이유는, 빈 필터에 의한 편향의 양이 전자들의 에너지(속도)에 의존하기 때문이다. 슬릿은 E0-ΔE부터 E0+ΔE까지의 범위에 있는 에너지들을 갖는 전자들이 통과할 수 있게 하도록 배치된다. 한편으로, 그 범위 밖에 있는 에너지들을 갖는 전자들은 슬릿을 둘러싸고 있는 조리개 재료에 의해 차단된다.
단계(510)에서, 전자 빔이 모노크로메이터를 빠져나가는 평행 빔을 형성하기 위해 제2 빈 필터(WF2)에 의해 집속된다. 빠져나가는 빔은 2개의 차원에서(즉, x-o-z 평면과 y-o-z 평면 둘 다에서) 평행하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 빈 필터와 제2 빈 필터는, 각각의 빈 필터에서의 광학적 특성들(집속 능력 및 편향 능력)이 똑같을(또는 거의 똑같을) 수 있도록, 기계적으로도 전기적으로도 조리개에 대해 완전 대칭일 수 있다.
단계(512)에서, 콘덴서 렌즈(CL)가 전자 빔을 집속시킬 수 있다. 도 4와 관련하여 앞서 기술된 바와 같이, CI는 빔을 크로스오버에 집속시킬 수 있고, 방출기 팁의 상이 크로스오버의 평면에 형성된다.
단계(514) 및 단계(516)에서, 제1 제어된 편향이 프리스캔 편향기(pre-scan deflector)에 의해 적용될 수 있고, 제2 제어된 편향이 메인스캔 편향기(main-scan deflector)에 의해 적용될 수 있다. 프리스캔 편향과 메인스캔 편향은, 함께, 비축 수차를 감소시키기 위해 빔의 듀얼 편향기 주사(dual-deflector scanning)를 제공한다.
단계(518)에서, 전자 빔이 타겟 표면 상의 빔 스폿 상으로 집속될 수 있다. 이 단계는 일반적으로, 도 4와 관련하여 앞서 기술된 것과 같은, 대물 렌즈(OL)를 사용하여 달성된다.
단계(519)에서, 입사 빔의 타겟 표면에의 충돌로 인해 2차 전자들이 발생된다. 단계(520)에서 2차 전자들이 (예를 들어, 추출 전극(extraction electrode) 및 대물 렌즈에 의해) 타겟 표면으로부터 추출되고, 이어서 단계(522)에서 다른(제3) 빈 필터를 빔 분리기(beam separator)로서 사용하여 입사 빔으로부터 멀어지게 편향된다. 마지막으로, 단계(524)에서 전자 검출기(DET)를 사용하여 2차 전자들이 검출된다.
유의할 점은, 이 방법(500)을 사용하여, 빔 스폿이 타겟 기판의 표면 상에 주사될 수 있다는 것이다. 빔 주사와 관련하여 검출된 2차 전자 데이터가 이어서 타겟 표면의 특징들을 보여주는 영상 데이터를 발생시키는 데 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 달성되는, 동일한 빔 전류에서 개선된 분해능을 보여주는 스폿 크기 대 빔 전류의 그래프이다. 이 그래프는 스폿 크기 대 빔 전류를 보여준다. 도시된 바와 같이, 빔 전류 BCP까지는, 본원에 교시된 바와 같은 모노크로메이터를 갖는 본 발명의 실시예가 동일한 빔 전류에 대해 보다 작은 스폿 크기를 갖는다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본원에 교시된 바와 같은 모노크로메이터를 갖는 전자 빔 경통은 BCP 미만인 유리하게도 유용한 빔 전류 범위를 갖는다.
본원에 개시된 것과 같은 듀얼 빈 필터 모노크로메이터(부유되어 있거나 그렇지 않음)를 사용하는 전자 빔 장치는 다양한 응용분야들에서 사용될 수 있다. 이 응용분야들은 웨이퍼, 마스크, 템플릿, 또는 발광 다이오드에 대한 e-빔 검사, 점검 및 계측을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 1차원 빈 필터로서 구성될 수 있는 빈 필터의 단면도이다. 본 발명의 일 실시예는 도 7에 도시된 빈 필터를 1D 빈 필터로서 구성한다. 1D 빈 필터의 다른 구현들이 또한 사용될 수 있다.
디바이스(700)는 2 쌍의 자기 코어들(자극편(magnetic pole piece)들)(702)을 포함할 수 있다. 코어들(702)의 제1 쌍은 x-축 상에 정렬될 수 있고, 코어들(702)의 제2 쌍은 y-축 상에 정렬될 수 있으며, 여기서 z-축은 전자 빔 경통의 광학축이다. 전도성 빈 코일들(704)이 각각의 자기 코어(702) 주위에 감겨 있을 수 있다. 디바이스(700)에서 x 축과 y 축을 따른 자기장들은 코일들(704)을 통해 흐르는 전류를 조절하는 것에 의해 제어가능하게 조절될 수 있다.
그에 부가하여, 디바이스(700)는 2 쌍의 원통 모양으로 굽은(cylindrically-curved) 전도성 플레이트들(706)을 포함할 수 있다. 원통 모양으로 굽은 플레이트들(706)의 제1 쌍은 x-축 상에 정렬될 수 있고, 원통 모양으로 굽은 플레이트들(706)의 제2 쌍은 y-축 상에 정렬될 수 있으며, 여기서 z-축은 전자 빔 경통의 광학축이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 플레이트들(706)은 원통 모양으로 굽어 있고 경통의 광학축을 중심으로 비어 있는 원통형 공간을 정의하도록 배치될 수 있다.
1D 빈 필터를 구현하기 위해, 전류가 y-축 상에 정렬된 코어들(702)의 제2 쌍 주위의 코일들을 통해서는 흐를 수 있지만, x-축 상에 정렬된 코어들(702)의 제1 쌍 주위의 코일들을 통해서는 흐르지 않을 수 있다. 이 결과, 광학축을 따라 진행하는 전자들에 대해, 자기장이 y-축의 방향으로는 발생되지만(즉, By), x-축의 방향으로는 발생되지 않는다(즉, Bx=0). 그에 부가하여, 광학축을 따라 진행하는 전자들에 대해, 정전기장이 x-축의 방향으로는 발생되지만(즉, Ex), y-축의 방향으로는 발생되지 않게 하기 위해(즉, Ey=0) 플레이트들(706)에 전압들이 인가될 수 있다.
도 7에 추가로 도시된 바와 같이, 절연체들(708)이 플레이트들(706)을 자기 코어들(702)로부터 분리시킬 수 있다. 절연체들(708)은 플레이트들(706)의 원통 곡률(cylindrical-curvature)에 대응하는 곡률을 가질 수 있다. 절연체들(708)에 인접해 있는 자기 코어들(702)의 표면들도 플레이트들(706)의 원통 곡률에 대응하는 원통 곡률을 가질 수 있다.
이상의 설명에서, 본 발명의 실시예들의 완벽한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적인 상세들이 주어져 있다. 그렇지만, 본 발명의 예시된 실시예들의 이상의 설명이 전수적이거나 본 발명을 개시된 정확한 형태들로 제한하기 위한 것은 아니다. 통상의 기술자라면 본 발명이 구체적인 상세들 중 하나 이상 없이 또는 다른 방법들, 컴포넌트들, 기타를 사용해 실시될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 다른 경우들에서, 본 발명의 태양들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 공지된 구조들 또는 동작들이 상세히 도시되거나 기술되어 있지 않다. 본 발명의 구체적인 실시예들 및 예들이 예시를 위해 본원에 기술되어 있지만, 통상의 기술자라면 잘 알 것인 바와 같이, 본 발명의 범주 내에서 다양한 등가의 수정들이 가능하다.
이 수정들이 이상의 상세한 설명을 바탕으로 본 발명에 대해 행해질 수 있다. 이하의 청구범위에서 사용되는 용어들이 본 발명을 명세서 및 청구범위에 개시된 구체적인 실시예들로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 본 발명의 범주는 청구범위 해석의 확립된 학설(doctrine)에 따라 해석되어야만 하는 이하의 청구범위에 의해 결정되어야 한다.

Claims (22)

  1. 전자 빔 영상화 장치로서,
    전자들을 방출하는 방출기 소스 팁(emitter-source tip);
    전자 빔을 형성하기 위해 상기 전자들을 집속시키는 총 전자 렌즈(gun electron lens) - 상기 전자 빔이 평행한 전자 궤적들을 갖는다는 점에서, 상기 전자 빔은 평행함 - ;
    제1 평면에서는 상기 전자 빔을 집속시키면서 제2 평면에서는 상기 전자 빔을 평행하게 두는 제1 빈 필터(Wien filter);
    슬릿 조리개(slit aperture)의 슬릿 개구부(slit opening) - 상기 슬릿 개구부는 상기 제1 평면에서의 폭 및 상기 제2 평면에서의 길이를 가지며, 상기 폭은 상기 길이보다 더 좁음 - ;
    상기 제1 평면에서는 상기 전자 빔을 평행하게 되도록 집속시키면서 상기 제2 평면에서는 상기 전자 빔을 평행하게 두는 제2 빈 필터;
    상기 전자 빔을 제2 크로스오버에 집속시키는 콘덴서 렌즈(condenser lens);
    타겟 기판(target substrate)의 표면 상에 빔 스폿을 형성하기 위해 상기 전자 빔을 집속시키는 대물 렌즈; 및
    영상화되는 타겟 기판의 영역 위에 상기 빔 스폿을 주사하도록 상기 전자 빔을 편향시키기 위한 주사 시스템
    을 포함하고,
    상기 주사 시스템은,
    상기 제2 크로스오버가 형성되기 전에 상기 전자 빔을 편향시키는 프리스캔 편향기(pre-scan deflector); 및
    상기 전자 빔이 상기 대물 렌즈에 도달하기 전에 상기 전자 빔을 편향시키는 메인스캔 편향기(main scan deflector)
    를 포함하는 것인, 전자 빔 영상화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 빈 필터는 상기 제1 평면에서 상기 전자 빔을 제1 크로스오버(crossover)에 집속시키는 것인, 전자 빔 영상화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 평면에서의 상기 제1 크로스오버는 상기 슬릿 개구부 내에 있는 것인, 전자 빔 영상화 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 슬릿 개구부는 에너지 범위 내의 에너지를 가지는 전자들은 통과할 수 있게 하면서 상기 에너지 범위 밖의 에너지를 가지는 전자들은 차단시키는 것인, 전자 빔 영상화 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 슬릿 개구부는 상기 제1 빈 필터와 상기 제2 빈 필터로부터 등거리에 있도록 위치되고, 상기 제1 빈 필터와 상기 제2 빈 필터의 집속 강도는 동일한 것인, 전자 빔 영상화 장치.
  6. 제1항에 있어서, 모노크로메이터(monochromator)가 상기 제1 빈 필터, 상기 슬릿 조리개, 및 상기 제2 빈 필터를 포함하고, 상기 모노크로메이터는 전기적으로 부유되어 있는 것인, 전자 빔 영상화 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 모노크로메이터의 전기적 부유는, 전기적으로 접지되어 있는 외부 전도성 주변 특징부와, 직류(DC) 전압이 인가되는 내부 전도성 주변 특징부에 의해 달성되는 것인, 전자 빔 영상화 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 기판의 표면으로부터의 2차 전자들을 편향시키는 제3 빈 필터; 및
    영상 데이터를 획득하기 위해 상기 2차 전자들을 검출하는 검출기
    를 더 포함하는, 전자 빔 영상화 장치.
  12. 전자 빔을 사용하여 영상화하는 방법으로서,
    방출기 소스로부터 전자들을 방출하는 단계;
    전자 빔을 형성하기 위해 총 렌즈에 의해 상기 전자들을 집속시키는 단계 - 상기 전자 빔이 평행한 전자 궤적들을 갖는다는 점에서, 상기 전자 빔은 평행함 - ;
    상기 전자 빔을 제1 1차원 빈 필터에 의해 제1 평면에서는 제1 크로스오버에 집속시키면서 제2 평면에서는 상기 전자 빔을 평행하게 두는 단계 - 상기 제1 크로스오버는 슬릿 개구부와 일치함 - ;
    에너지 범위 내의 에너지들을 가지는 상기 전자 빔의 전자들은 상기 슬릿 개구부를 통과시키면서 상기 에너지 범위 밖의 에너지들을 가지는 상기 전자 빔의 전자들은 차단시키는 단계;
    상기 전자 빔을 제2 1차원 빈 필터에 의해 상기 제1 평면에서는 평행하게 되도록 집속시키면서 상기 제2 평면에서는 상기 전자 빔을 평행하게 두는 단계;
    상기 전자 빔을 프리스캔 편향기에 의해 편향시키는 단계;
    상기 전자 빔을 제2 크로스오버에 집속시키는 단계;
    상기 전자 빔을 메인스캔 편향기에 의해 편향시키는 단계; 및
    타겟 기판의 표면 상에 빔 스폿을 형성하기 위해 상기 전자 빔을 집속시키는 단계
    를 포함하는, 전자 빔을 사용하여 영상화하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 슬릿 개구부는 상기 제1 1차원 빈 필터와 상기 제2 1차원 빈 필터로부터 등거리에 있도록 위치되고, 상기 제1 1차원 빈 필터와 상기 제2 1차원 빈 필터의 집속 강도는 동일한 것인, 전자 빔을 사용하여 영상화하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 1차원 빈 필터, 상기 슬릿 개구부, 및 상기 제2 1차원 빈 필터는 전기적으로 부유되어 있는 것인, 전자 빔을 사용하여 영상화하는 방법.
  15. 삭제
  16. 제12항에 있어서,
    상기 타겟 기판의 표면으로부터의 2차 전자들을 추출하는 단계;
    상기 2차 전자들을 상기 전자 빔으로부터 멀어지게 편향시키는 단계; 및
    영상 데이터를 획득하기 위해 상기 2차 전자들을 검출하는 단계
    를 더 포함하는, 전자 빔을 사용하여 영상화하는 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
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