KR102466578B1 - 다수의 전자 빔들을 생성하는 광음극 방출기 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 시스템은 광음극 전자 소스, 회절 광학 요소, 및 빔렛(beamlets)을 포커싱하기 위한마이크로렌즈 어레이를 포함한다. 소스는 방사선 빔을 회절 광학 요소로 지향시켜 빔렛으로부터 전자 빔 어레이를 생성하기 위해 광음극 표면과 결합하여 사용될 빔렛 어레이를 생성한다.

Description

다수의 전자 빔들을 생성하는 광음극 방출기 시스템
본 출원은 2018년 2월 14일에 출원되고 미국 특허 출원 제62/630,429호로 지정된 특허 가출원에 대한 우선권을 주장하고, 그 개시가 참조로서 통합된다.
본 개시는 전자 빔 방출기에 대한 것이다.
반도체 제조 산업의 진화는 수율 관리 및, 특히 계측 및 검사 시스템들에 대한 요구들을 증가시키고 있다. 임계 치수(critical dimensions)는 계속 축소되고 있지만 업계는 고수익, 고부가가치 생산을 달성하기 위한 시간을 줄여야 한다. 수율 문제를 검출해서 이를 수정하는 데 걸리는 총 시간을 최소화하는 것이 반도체 제조업자의 투자 회수율(Return-On-Investment; ROI)을 결정한다.
예를 들면, 로직 및 메모리 디바이스들과 같은, 반도체 디바이스들을 제조하는 것은 통상적으로 다수의 반도체 제조 프로세스들을 사용하여 반도체 웨이퍼를 프로세싱하여 반도체 디바이스들의 다양한 피처들(features) 및 다수의 레벨들을 형성하는 것을 포함한다. 예를 들어, 리소그래피는 레티클(reticle)로부터 반도체 웨이퍼 상에 배치된 포토레지스트로 패턴을 전사하는 것을 포함하는 반도체 제조 프로세스이다. 반도체 제조 프로세스들의 추가적인 예들에는 화학 기계적 연마(chemical-mechanical polishing; CMP), 에칭, 증착 및 이온 주입을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않는다. 복수의 반도체 소자가 단일 반도체 웨이퍼 상의 배열(arrangement) 내에서 제조된 후 개개의 반도체 디바이스로 분리될 수 있다.
검사 프로세스는 제조 프로세스에 있어서 더 높은 수율 및 따라서 더 높은 이익을 촉진하도록 웨이퍼 상의 결함을 검출하기 위해 반도체 제조 프로세스 중에 다양한 단계에서 사용된다. 검사는 항상 집적 회로(integrated circuits; IC)와 같은 반도체 디바이스를 제조하는 중요한 부분이 되어 왔다. 그러나, 반도체 디바이스의 치수가 감소함에 따라, 검사는 더 소형의 결함이 디바이스를 고장 나게 할 수 있기 때문에 허용 가능한 반도체 디바이스의 성공적인 제조에 더욱더 중요해지고 있다. 예컨대, 반도체 디바이스의 치수가 감소함에 따라, 감소한 크기의 결함의 검출이 필요하게 되었으며, 이는 더욱 상대적으로 작은 결함이 반도체 디바이스에서 원치 않는 이상을 초래할 수 있기 때문이다.
반도체 디바이스가 작아짐에 따라 웨이퍼 및 포토마스크/레티클 검사 프로세스의 해상도(resolution), 속도 및 처리량을 증가시키기 위해 향상된 검사 및 검토 도구 및 절차를 개발하는 것이 더욱 중요해졌다. 하나의 검사 기술에는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM) 사용과 같은 전자 빔 기반 검사가 포함된다. SEM은 전자 소스를 사용한다. 전자 소스는 열 이온 소스(thermionic sources)와 전계 방출 소스의 두 가지 넓은 그룹으로 나누어질 수 있다. 열 이온 소스는 일반적으로 텅스텐 또는 란타늄 육붕소화물(LaB6)로 제조된다. 열 이온 방출에서는 전자 열 에너지가 표면 전위 장벽을 극복할만큼 충분히 높을 때 전자가 물질 표면에서 비등한다(boiled off). 열 이온 방출기가 널리 사용되지만 이들은 일반적으로 작동하려면 고온(예를 들면, > 1300K)이 필요하며 비효율적인 전력 소비, 넓은 에너지 확산, 짧은 수명, 낮은 전류 밀도 및 제한된 밝기와 같은 몇 가지 단점이 있을 수 있다. 보다 효율적인 전자 소스에 대한 요구로 인해 쇼트키 방출기(Schottky emitters) 및 전자장 방출기와 같은 냉전자 소스(cold electron sources)의 연구 개발이 이루어졌다.
쇼트키 방출기에서 열 이온 방출은 적용된 외부 전계 하에서 이미지 전하 효과로 인한 유효 전위 장벽 저하에 의해 향상된다. 쇼트키 방출기는 일반적으로 낮은 일함수(예를 들면, 약 2.9 eV)를 나타내는 지르코늄산화물(ZrOx) 층으로 코팅된 팁(tip)이 있는 텅스텐 와이어로 제조된다. 쇼트키 방출기는 현재 일부 전자 빔 시스템에서 사용된다. 매우 성공적임에도 불구하고 열 보조 쇼트키 방출기는 여전히 고온(예를 들면, > 1000K) 및 고진공(예를 들면, 약 10-9 mbar)에서 작동해야 하고, 높은 작동 온도로 인해 원하는 것보다 더 넓은 전자 방출 에너지 확산을 갖는다.
냉전자 소스, 특히 전자장 방출기는 다른 응용 분야 중에서도 전계 방출 디스플레이, 가스 이온화기, x선 소스, 전자 빔 리소그래피 및 전자 현미경에 사용되었다. 전계 방출은 인가된 전기장이 팁-진공 계면 상의 전위 장벽을 감소시킬 만큼 충분히 높을 때 발생하여 전자가 실온에 가까운 온도(예를 들면, 양자 기계 터널링)에서 이 장벽을 통과할(tunnel through) 수 있다. 일반적인 전계 방출기는 원형 게이트 애퍼처가 있는 원추형 방출기 팁을 포함한다. 전위차가 인가된 외부 전계 하에서 에미터 음극, 게이트 및 애노드에 걸쳐 확립되어 팁 표면에서 높은 전기장을 발생시킨다. 전자는 좁은 표면 장벽을 통과하여 게이트보다 더 높은 전위로 바이어스되는 양극 쪽으로 이동한다. 방출 전류 밀도는 파울러 노드하임 이론(Fowler-Nordheim theory)의 수정된 버전에 의해 추정될 수 있으며, 이는 전계 방출기로 인한 전계 향상 계수를 고려한다.
전계 방출기는 실온 근처에서 작동할 수 있기 때문에 쇼트키 및 열 이온 방출기보다 에너지 확산이 적고 열 이온 방출기보다 더 높은 밝기와 전자 전류를 가질 수 있다. 그러나 실제 사용시 전계 방출기의 출력 전류는 오염 물질이 방출기 팁에 쉽게 달라붙어 일함수를 높여 밝기와 전류를 낮출 수 있기 때문에 덜 안정적이다. 이러한 오염 물질을 제거하기 위해서는 주기적인 플래싱(flashing)(즉, 일시적으로 팁 온도를 상승시킴)이 필요하다. 팁이 플래싱되고 있는 동안에는, 기기를 작동할 수 없다. 반도체 산업의 기기는 중단없이 지속적이고 안정적으로 작동해야 하므로 일반적으로 쇼트키 방출기가 냉전계 방출기보다 우선적으로 사용된다.
이전의 전계 방출기 어레이(field emitter arrays; FEA)에는 2차원 주기 어레이로 배열된 다수의 원뿔형 전자 방출기가 있었다. 이러한 전계 방출기 어레이는 제조에 사용되는 재료에 따라 금속성 전계 방출기와 반도체 전계 방출기의 두 가지 범주로 광범위하게 분류될 수 있다.
열전계 방출기(thermal field emitters; TFE)는 이전에 전자 빔을 생성하는 데 사용되었다. 개별 전자 소스를 사용하여 어레이를 형성한다. 각 전자 소스에는 값 비싼 XYZ 스테이지가 필요하다. 각 개별 전자 소스 시스템의 비용은 대규모 어레이의 경우 비싸고 비용이 많이 들었다. 또한 전자 전류 밀도가 낮았다.
광음극은 또한 전자 빔을 생성하는 데 사용되었다. 광음극 시스템 상에 입사되는 단일 빔은 높은 전자 전류 밀도를 전달할 수 있는 고휘도의 단일 전자 광선을 생성할 수 있다. 그러나, 단일 전자 빔 시스템의 문제점은 고휘도 시스템에서도 단일 전자 빔 시스템이 검사를 위한 상대적으로 낮은 처리량을 갖는다는 것이다. 낮은 처리량은 전자 빔 검사의 단점이다. 현재 사용 가능한 전자 빔 소스를 사용하면 수천 개의 빔이 필요할 것이다.
다중 빔 SEM 시스템을 위해 단일 전자 빔을 다수의 빔으로 분할하려면 애퍼처 렌즈 및/또는 마이크로렌즈 어레이가 필요했다. 애퍼처 렌즈 및/또는 마이크로렌즈의 어레이는 렌즈 필드를 생성하기 위해 설계가 실질적으로 둥근 작은 전기 충전 애퍼처로 설정된다. 애퍼처가 원형을 벗어난 경우 렌즈 필드에 난시가 도입되어 이미지 평면이 왜곡된다.
따라서 필요한 것은 전자 빔을 생성하는 개선된 시스템이다.
제1 실시예에서 시스템이 제공된다. 시스템은 입사 방사선 빔을 수신하도록 구성된 회절 광학 요소, 추출기 플레이트, 빔렛의 시준 및 포커싱을 제공하는 마이크로렌즈 어레이, 빔렛의 경로를 따라 회절 광학 요소와 마이크로렌즈 어레이 사이에 배치된 집광 렌즈(condenser lens); 및 빔렛의 경로를 따라 마이크로렌즈 어레이와 추출기 플레이트 사이에 배치된 광음극 표면을 포함한다. 회절 광학 요소는 입사 방사선 빔으로부터 빔렛을 형성한다. 마이크로렌즈 어레이는 빔렛의 경로를 따라 회절 광학 요소와 추출기 플레이트 사이에 배치된다. 광음극 표면은 빔렛으로부터 복수의 전자 빔을 생성한다.
시스템은, 입사 방사선 빔을 생성하는 레이저 광원을 더 포함할 수 있다.
빔렛은 어레이 내에 있을 수 있다.
전자 빔은 2 nA 내지 5 nA의 밀도를 가질 수 있다.
전자 빔은 50 μm 내지 10 mm의 공간적 분리를 가질 수 있다.
100개 내지 1000개의 전자 빔이 포함될 수 있다.
본 시스템은 전자 빔 컬럼(electron beam column)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 빔은 전자 빔 컬럼에서 추출기 플레이트로부터 지향된다.
시스템은 복수의 전자 빔 컬럼을 포함할 수 있다. 예에서, 각각의 전자 빔은 전자 빔 컬럼 중 하나에 지향된다.
빔렛은 각각 10 μm 내지 100 μm의 스폿 크기(spot size)를 가질 수 있다. 광음극 표면에 의해 생성된 전자 빔은 각각 10 μm에서 100 μm의 스폿 크기를 가질 수 있다.
입사 방사선 빔은 자외선일 수 있다.
시스템은 추출기 플레이트와 전자 통신하는 전압원을 더 포함할 수 있다.
웨이퍼 검사 도구는 제1 실시예의 시스템을 포함할 수 있다.
제2 실시예에서 방법이 제공된다. 방사선 빔이 생성되어 회절 광학 요소에서 수신된다. 회절 광학 요소를 사용하여 방사선 빔으로부터 복수의 빔렛이 형성된다. 빔렛은 집광 렌즈를 통해 지향된다. 빔렛이 투사되는 방향에 대해 집광 렌즈의 하류에 있는(downstream) 마이크로렌즈 어레이로 빔렛이 시준하고 포커싱된다. 마이크로렌즈 어레이로부터의 빔렛이 광음극 표면으로 지향된다. 광음극 표면을 사용하여 빔렛으로부터 복수의 전자 빔이 생성된다. 전자 빔은 광음극 표면으로부터 추출된다.
빔렛은 4x6 내지 48x48 범위의 어레이 내에 있을 수 있다.
전자 빔은 2 nA 내지 5 nA의 밀도를 가질 수 있다.
100개 내지 1000개의 전자 빔이 포함될 수 있다.
전자 빔은 50 μm 내지 10 mm의 공간적 분리를 가질 수 있다.
빔렛은 각각 10 μm 내지 100 μm의 스폿 크기를 가질 수 있다. 광음극 표면에 의해 생성된 전자 빔은 각각 10 μm 내지 100 μm의 스폿 크기를 가질 수 있다.
방사선 빔은 자외선일 수 있다.
빔렛의 패턴은 전자 빔으로 전송될 수 있다.
본 개시의 본질 및 목적을 더 완전히 이해하기 위해, 첨부된 도면과 함께 취해지는 하기의 상세한 설명에 대한 참조가 이루어져야 한다.
도 1은 다수의 전자 빔을 생성하기 위한 회절 광학 요소 광음극 어레이 시스템의 도면이다.
도 2는 추출 필드를 생성하는 추출기 플레이트에 전압을 제공함으로써 광음극 표면으로부터 추출되는 전자 빔을 예시한다.
도 3은 본 개시에 따른 방법의 실시예이다.
도 4는 본 개시 내용에 발명에 따른 시스템의 실시예의 블록도이다.
비록 청구되는 발명의 대상(subject matter)이 특정 실시예의 견지에서 설명되었지만, 본 개시에서 제시된 이득 및 피처 모두를 제공하지 않는 실시예를 포함하는 다른 실시예가 본 개시의 범위 내에 또한 있다. 다양한 구조적, 논리적 프로세스 단계와 전자적 수정이 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다. 따라서, 본 개시의 범위는 단지 첨부된 청구항들로의 참조에 의해서만 규정된다.
이 시스템은 높은 처리량을 갖는 반도체 웨이퍼의 전자 빔 검사를 위해 설계된다. 이 시스템에는 광음극 전자 소스, 회절 광학 요소(diffractive optical element; DOE), 빔렛을 평행화하는 렌즈 시스템, 빔렛을 포커싱하는 마이크로렌즈 어레이가 포함된다. 마이크로렌즈 어레이와 함께 DOE를 사용하여 광음극 표면 성에 시준된 평행 빔렛을 생성하면 패터닝된 전자 빔을 생성할 수 있다.
광음극 시스템은 빔당 높은 전자 밀도를 제공하여 필요한 빔 수를 줄일 수 있다. 다중 전자 빔 시스템은 증가된 처리량으로 고해상도를 달성할 수 있다. 고속 및 고해상도 전자 빔은 다중 전자 빔 시스템을 생성하기 위해 광음극 요소에 결합된 DOE 렌즈 시스템과 함께 제공될 수 있다. 병렬 데이터 획득을 사용하는 다중 전자 빔 검사 시스템은 처리량을 증가시키고 웨이퍼 또는 레티클을 검사하는 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 다중 전자 빔을 생성하기 위한 회절 광학 요소 광음극 어레이 시스템의 도면이다. 소스는 DOE(102) 상에 방사선 빔(101)을 지향하고, 이는 전자 빔(110)의 어레이를 생성하기 위해 광음극(111) 표면과 조합하여 사용될 빔렛 어레이를 생성할 것이다. 특히, DOE(102)에 충돌하는 방사선 빔(101)은 마이크로렌즈 어레이(104)에 충돌하는 광 빔렛(107)의 어레이를 형성한다. 마이크로렌즈 어레이(104)는 포커싱된 평행 빔렛(109)을 광음극 표면(111)에 포커싱한다. 광음극 표면(111)은 다중 전자 빔 패턴을 생성한다.
입사 방사선 빔을 생성하는 광원은 예를 들어 레이저, 다이오드, 램프 또는 광대역(broadband; BB) 광원일 수 있다. BB 소스는 예를 들어 레이저 생성 플라즈마, 레이저 지속 플라즈마, 레이저 생성 초연속(supercontinuum) 소스, 백색 레이저 또는 크게 조정 가능한 광학 파라미터 소스에서 얻을 수 있다. 이러한 소스는 연속파(continuous-wave; CW) 또는 펄스형(pulsed)일 수 있으며 진공 자외선(vacuum ultraviolet; VUV)에서 적외선(IR)에 이르는 파장을 가질 수 있다. 적절한 분광계를 사용하여 단일 파장을 선택하거나 필터 또는 기타 방법으로 좁거나 넓은 파장 대역을 선택할 수 있다.
일 실시예에서, 광원은 레이저 광원 또는 다이오드이다. 입사 방사선 빔은 자외선일 수 있다. 예에서, 방사선 빔(101)은 266 nm의 파장을 갖는 광이다. 방사선 빔은 잡음이 적도록 생성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 광원은 CW 광원이다.
시스템(100)은 DOE(102), 집광 렌즈(103), 마이크로렌즈 어레이(104), 광음극 표면(111)을 갖는 광음극 요소(105) 및 추출기 플레이트(106)를 포함한다. 소스로부터의 방사선은 광음극 표면(111) 상에 투영되기 전에 DOE(102), 집광 렌즈(103) 및 마이크로렌즈 어레이(104)를 통과한다. 전자 빔은 추출기 플레이트(106)를 사용하여 광음극 표면(111)으로부터 추출될 수 있다.
마이크로렌즈 어레이(104)의 광학적 정렬은 전자 빔(110)의 출력에 영향을 미칠 수 있다. 전체 광음극 표면(111)에 걸친 균일성 및/또는 포커싱된 평행화된 빔렛(109)의 동등한 스폿 크기는 성능에 영향을 미칠 수 있다. 광빔은 전자 방출 애퍼처보다 클 수 있다. 광빔은 또한 전자 빔 제한 애퍼처보다 작을 수 있다. 광 빔이 전자 빔 제한 개구보다 작은 경우, 계측 정렬이 수행될 수 있다.
DOE(102)는 입사 방사선 빔(101)을 수신한다. DOE(102)는 입사 방사선 빔(101)으로부터 복수의 빔렛(107)을 형성한다. DOE(102)에 의해 생성된 빔렛(107)의 수는 집광 렌즈(103)를 빠져 나가는 빔렛의 수 또는 생성되는 전자 빔(110)의 수와 동일할 수 있다. 단순화를 위해 집광 렌즈(103)를 빠져 나가는 4개의 빔렛(107)이 도시되어 있다. 따라서, 빔렛(107)의 수는 도 1에 예시된 것과 다를 수 있다. 빔렛(107)(및 전자 빔(110))의 수는 어레이를 형성할 수 있다. 어레이는 예를 들어 4x6, 6x6, 1x10, 10x10, 10x100, 30x100, 또는 빔렛(107) 및 전자 빔(110)의 다른 구성을 포함할 수 있다.
집광 렌즈(103)는 DOE(102)와 마이크로렌즈 어레이(104) 사이에 배치된다. 집광 렌즈(103)는 빔렛(107)의 궤적을 조정할 수 있고 평행화된 빔렛(108)의 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 평행화된 빔렛(108)의 수는 빔렛(107)의 수와 동일하다.
마이크로렌즈 어레이(104)는 평행화된 빔렛(108)의 시준 및 초점을 제공할 수 있다. 마이크로렌즈 어레이(104)는 DOE(102)와 추출기 플레이트(106) 사이에 배치된다. 마이크로렌즈 어레이(104)를 떠나는 평행화된 빔렛(108)은 포커싱되는 평행화된 빔렛(109)이며 광음극 표면(111)에 포커싱된다.
광음극 요소(105)의 광음극 표면(111)은 마이크로렌즈 어레이(104)와 추출기 플레이트(106) 사이에 배치된다. 광음극 표면(111)은 포커싱된 평행화된 빔렛(109)으로부터 복수의 전자 빔(110)을 생성한다. 광음극 표면(111)은 감광성 화합물이거나 이를 포함할 수 있다. 광자에 부딪힐 때, 광음극 표면(111)은 광전 효과로 인해 전자 방출을 일으킬 수 있다.
일 실시예에서, 광음극 요소(105)는 나금속(bare metals), 코팅된 금속, 세슘 금속 또는 이들의 합금, 음 전자 친화성(negative electron affinity; NEA) 재료, 진틀 염 광음극 재료, 또는 알칼리 광음극 재료를 포함할 수 있다.
12개의 전자 빔(110)이 도시되어 있지만, 광음극 표면(111)은 전자 빔(110)을 100개 내지 1000개 또는 100개 내지 2500개 생성할 수 있다. 전자 빔(110)의 수는 시스템 설계 또는 응용에 따라 스케일링될 수 있다.
추출기 플레이트(106)는 빔렛(107)의 이동 방향에 대해 DOE(102) 반대편에 있다. 예에서, 추출기 플레이트(106)는 20 ㎛ 직경의 애퍼처를 포함하지만, 다른 크기의 애퍼처도 가능하다. 추출기 플레이트(106)는 전압원(112)과 전자 통신할 수 있다. 전압 범위는 0.1 KV 내지 50 KV일 수 있다. 고해상도 검사의 경우 전압 범위는 0.1 KV 내지 5 KV이다. 다른 전압도 가능하며 이러한 범위는 단지 예일뿐이다.
DOE(102)는 원하는 공간적 분리 및 패턴으로 원하는 수의 빔렛을 생성하도록 설계될 수 있다. 광학 렌즈는 평행화된 빔렛을 형성하는 데 사용될 수 있을 뿐만 아니라 광빔을 형성하고 성형하는데에도 사용할 수 있다. 빔렛은 마이크로렌즈 어레이(104) 광학 장치에 정렬될 수 있다. DOE(102), 광학 요소 및 마이크로렌즈 어레이(104)의 조합은 원하는 공간적 분리, 스폿 크기 및 패턴을 갖는 다중 전자 빔을 제공할 수 있다.
일 예에서, 시준된 빔에서 자외선과 같은 방사선이 DOE(102)에 지향된다. 포커싱 렌즈는 개별 빔렛을 시준하는데 사용될 수 있고 마이크로렌즈 어레이(104)는 광음극 표면(111) 상에 빔렛을 포커싱할 수 있다.
DOE(102)의 설계는 빔렛의 수, 어레이의 크기, 원하는 공간적 분리 및 패턴을 정의할 수 있다. 빔렛에 부과된 패턴은 이러한 전자 빔(110)이 광음극 표면(111)에 의해 생성됨에 따라 다중 전자 빔(110)으로 전송된다. 이전의 설계는 전자 빔(110)과 동일한 크기, 배열 또는 기타 특성을 갖는 전자 빔 어레이를 생성하는 데 어려움이 있었다.
평행화된 빔렛(108) 또는 포커싱된 평행화된 빔렛(109)과 같은 빔렛은 어레이 내에 있을 수 있다. 빔렛의 패턴은 전자 빔(110)으로 전송될 수 있다. 따라서, 빔렛 어레이는 전자 빔 어레이(110)로 전송될 수 있다.
평행화된 빔렛(108) 또는 포커싱된 평행화된 빔렛(109)과 같은 빔렛은 각각 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 스폿 크기를 가질 수 있다. 광음극 표면(110)에 의해 생성된 전자 빔(110)은 각각 10 μm에서 100 μm의 스폿 크기를 가질 수 있다.
전자 빔(110)은 2 nA 내지 5 nA의 밀도를 가질 수 있다.
전자 빔(110)은 50 μm 내지 10 mm 이상의 공간적 분리를 가질 수 있다. 10 mm 단위로(in the 10's of mm) 전자 빔(110)의 공간적 분리가 가능하다.
시스템(100)은 전자 빔(110)의 이동 방향에 대해 추출기 플레이트(106)의 하류에 있을 수 있는 전자 빔 컬럼(electron beam column)을 포함할 수 있다. 전자 빔 컬럼은 예를 들어, 애퍼처, 편향기, 스캔 코일, 전자기 렌즈, 자기 렌즈 또는 검출기와 같은 구성 요소를 포함할 수 있다. 전자 빔 컬럼의 구성은 시스템의 특정 응용 분야에 따라 달라질 수 있다.
전자 빔(110)은 전자 빔 컬럼에 지향될 수 있다. 예를 들어, 다수의 전자 빔 컬럼이 있다. 전자 빔(110) 각각은 전자 빔 컬럼 중 하나에 지향될 수 있다. 각 전자 빔 컬럼은 전자 빔 중 하나를 개별적으로 제어할 수 있다. 다수의 개별적으로 제어되는 전자 빔을 동시에 사용하면 각 빔을 수정할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예는 작은 스폿 크기(예를 들어, 10 ㎛ 내지 100 ㎛) 방사선(예를 들어, 자외선)을 적절한 광음극 표면(111) 상으로 지향시킴으로써 다중 전자 빔의 형성을 허용한다. 광음극 표면(111)은 작은 전자 스폿 크기(예를 들어, 10 ㎛ 내지 100㎛)를 생성할 수 있다. 광음극 표면(111)으로부터 생성된 전자는 추출기 플레이트(106)에 인가된 전압에 의해 가속될 수 있다. 각 전자 빔(110)의 최종 스폿은 전자 광학 장치에 의해 제어될 수 있다.
마이크로렌즈 어레이와 함께 DOE를 사용하는 광음극으로부터의 다중 전자 빔을 사용하면 몇 시간 내에 마스크 또는 웨이퍼를 검사할 수 있다. 기존 방법은 동일한 검사를 수행하는 데 수개월이 걸릴 수 있다.
광음극 표면(111)은 방사선 빔(101)의 파장에 대해 구성될 수 있다. 예를 들어, 광음극 표면(111)은 방사선 빔(101)의 파장에 따라 상이한 코팅 또는 기판 재료를 가질 수 있다. 248nm 이하의 UV 파장의 경우 용융 실리카 또는 사파이어를 기판 재료로 사용할 수 있다. 193 nm 미만의 파장의 경우 MgF2 또는 CaF2를 사용할 수 있다. 광음극 표면(111)의 재료는 주어진 파장에서 최적의 양자 효율(quantum efficiency; QE) 및 에너지 확산을 위해 선택될 수 있다.
DOE(102)의 설계는 방사선 빔(101)의 파장 또는 빔렛(107)의 피치에 따라 달라질 수 있다. DOE(102)의 재료는 회절 광학 요소 광음극 어레이 시스템(100)에서 사용되는 파장에 기초하여 선택될 수 있다. 248nm 이하의 UV 파장의 경우 용융 실리카 또는 사파이어가 DOE(102)의 재료로 사용될 수 있다. 193 nm 미만의 파장의 경우 MgF2 또는 CaF2를 사용할 수 있다.
집광 렌즈(103) 또는 마이크로렌즈 어레이(104)의 설계는 방사선 빔(101)의 파장 또는 빔렛(107) 또는 평행화된 빔렛(108)의 스폿 크기에 따라 변할 수 있다. 집광 렌즈(103) 또는 마이크로렌즈(104)의 재료는 회절 광학 요소 광음극 어레이 시스템(100)에서 사용되는 파장에 기초하여 선택될 수 있다. 248nm 이하의 UV 파장의 경우 용융 실리카 또는 사파이어가 집광 렌즈(103) 또는 마이크로렌즈 어레이(104)의 재료로 사용될 수 있다. 193 nm 미만의 파장의 경우 MgF2 또는 CaF2를 사용할 수 있다.
시스템(100)은 처리량을 증가시킬 수 있다. 전자 빔(110)의 더 큰 어레이 및/또는 전자 빔(110)의 더 큰 스폿 크기는 처리량을 증가시킬 수 있다.
도 2는(화살표(113)에 의해 도시된) 추출 필드를 생성하는 추출기 플레이트(106)에 전압을 제공함으로써 광음극 표면으로부터 추출되는 전자 빔을 예시한다. 추출기 플레이트(106)는 복수의 추출 애퍼처(114)를 규정한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전자 빔(110)은 포커싱된 평행화된 빔렛(109)으로부터 형성된다.
도 3은 방법(200)의 실시예이다. 단계(201)에서 방사선 빔이 생성된다. 방사선 빔은 자외선 또는 또 다른 파장의 방사선일 수 있다. 방사선 빔은 단계(202)에서 DOE에서 수신된다. 단계(203)에서 DOE를 사용해서 방사선 빔으로부터 복수의 빔렛이 형성된다. 빔렛은 단계(204)에서 집광 렌즈를 통해 지향된다. 빔렛은 단계(205)에서 마이크로렌즈 어레이를 사용하여 집광 렌즈의 하류에서 시준되고 포커싱된다. 하류 위치는 빔렛이 투사되는 방향과 관련될 수 있다. 단계(206)에서, 마이크로렌즈 어레이로부터 광음극 표면으로 빔렛이 지향된다. 단계(207)에서 광음극 표면을 사용하여 빔렛으로부터 복수의 전자 빔이 생성된다. 전자 빔은 단계(208)에서 광음극 표면으로부터 추출된다.
빔렛은 예를 들면, 4x6 내지 48x48 범위의 어레이 내에 있을 수 있다. 다른 어레이 구성도 가능한다. 어레이는 빔렛의 피치에 따라 달라질 수 있다.
전자 빔은 2 nA 내지 5 nA의 밀도를 가질 수 있다. 100개 내지 1000개 또는 100개 내지 2500개의 전자 빔이 있을 수 있다. 전자 빔은 50 μm 내지 10 mm 이상의 공간적 분리를 가질 수 있다. 10mm 단위로 전자 빔(110)의 공간적 분리가 가능하다.
예시에서, 빔렛은 각각 10㎛ 내지 100㎛의 스폿 크기를 갖고, 광음극에 의해 생성된 전자 빔은 각각 10㎛ 내지 100㎛의 스폿 크기를 갖는다.
빔렛의 패턴은 전자 빔으로 전송될 수 있다. 따라서, 전자 빔은 광음극 표면에 충돌하는 빔렛과 동일한 패턴을 가질 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예는 다중 전자 빔, 및 다중 전자 빔을 갖는 패터닝 타겟의 설계를 가능하게 한다. 광음극 재료에 따라 임의의 유형의 광을 사용할 수 있다. 검사를 위해 CW 레이저, 또는 램프(lamps), 다이오드 또는 레이저 생성 플라즈마의 방사선을 광원으로 사용할 수 있다. QE가 높은 대부분의 광음극 재료의 경우 자외선 광원을 사용할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예는 단일 전자 소스 또는 다중 전자 소스를 사용하는 것과 같은 레티클 또는 웨이퍼 검사, 검토 또는 계측 시스템에서 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예는 웨이퍼 또는 레티클, 계측, 검토 또는 검사의 사용을 위해 단일 또는 다중 전자 소스를 사용하여 x선 생성을 위해 전자 소스를 사용하는 시스템에서 사용될 수 있다.
도 4는 시스템(300)의 실시예의 블록도이다. 시스템(300)은 웨이퍼(304)의 이미지를 생성하도록 구성된 웨이퍼 검사 도구(전자 컬럼(301)을 포함함)를 포함한다.
웨이퍼 검사 도구는 적어도 에너지원 및 검출기를 포함하는 출력 획득 서브시스템을 포함한다. 출력 획득 서브시스템은 전자 빔 기반 출력 획득 서브시스템일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 웨이퍼(304)에 지향된 에너지는 전자를 포함하고, 웨이퍼(304)로부터 검출된 에너지는 전자를 포함한다. 이러한 방식으로, 에너지 소스는 전자 빔 소스일 수 있다. 도 4에 도시된 하나의 그러한 실시예에서, 출력 획득 서브시스템은 컴퓨터 서브시스템(302)에 결합되는 전자 컬럼(301)을 포함한다. 척(미도시됨)은 웨이퍼(304)를 홀딩할 수 있다.
도 4에 또한 도시된 바와 같이, 전자 컬럼(301)은 하나 이상의 요소(305)에 의해 웨이퍼(304)에 포커싱되는 전자를 생성하도록 구성된 전자 빔 소스(303)를 포함한다. 전자 빔 소스(303)는 예를 들어, 도 1의 회절 광학 요소 광음극 어레이 시스템(100)의 실시예를 포함할 수 있다. 하나 이상의 요소(305)는, 예를 들어, 건 렌즈(gun lens), 애노드, 빔 제한 개구(beam limiting aperture), 게이트 밸브, 빔 전류 선택 애퍼처, 대물 렌즈, 및 스캐닝 서브시스템을 포함할 수 있는 데, 이들 모두는 당 기술 분야에 공지되어 있는 임의의 이러한 적합한 요소를 포함할 수 있다. 전자 빔 컬럼의 구성 요소는 또한 요소(305)의 일부일 수 있다.
웨이퍼(304)로부터 복귀된 전자(예를 들어, 2차 전자)는 하나 이상의 요소(306)에 의해 검출기(307)에 포커싱될 수도 있다. 하나 이상의 요소(306)는 예를 들어, 요소(들)(305) 내에 포함된 동일한 스캐닝 서브시스템일 수도 있는 스캐닝 서브시스템을 포함할 수 있다.
전자 컬럼은 당 기술 분야에 공지된 임의의 다른 적합한 요소를 포함할 수 있다.
전자 컬럼(301)은, 전자가 경사 입사각에서 웨이퍼(304)에 지향되고 또 다른 경사각에서 웨이퍼(304)로부터 산란되도록 구성되는 것으로서 도 4에 도시되어 있지만, 전자 빔은 임의의 적합한 각도로 웨이퍼(304)에 지향되고 웨이퍼(304)로부터 산란될 수 있다. 또한, 전자 빔 기반 출력 획득 서브시스템은 (예를 들어, 상이한 조명 각도, 수집 각도 등을 갖는) 웨이퍼(304)의 이미지를 생성하기 위해 다중 모드를 사용하도록 구성될 수 있다. 전자 빔 기반 출력 획득 서브시스템의 다중 모드는 출력 획득 서브시스템의 임의의 이미지 생성 파라미터에서 다를 수 있다.
컴퓨터 서브시스템(302)은 검출기(307)에 결합되어 컴퓨터 서브시스템(302)이 검출기(307) 또는 웨이퍼 검사 도구의 다른 구성 요소와 전자 통신한다. 검출기(307)는 웨이퍼(304)의 표면으로부터 복귀된 전자를 검출하여 컴퓨터 서브시스템(302)을 사용해 웨이퍼(304)의 전자 빔 이미지를 형성할 수 있다. 전자 빔 이미지는 임의의 적절한 전자 빔 이미지를 포함할 수 있다. 컴퓨터 서브시스템(302)은 프로세서(308) 및 전자 데이터 저장 유닛(309)을 포함한다. 프로세서(308)는 마이크로프로세서, 마이크로 컨트롤러 또는 다른 디바이스를 포함할 수 있다.
도 4는 본 명세서에 설명된 시스템 실시예들에서 사용될 수 있는 전자 빔 기반 출력 획득 서브시스템의 구성을 일반적으로 예시하기 위해 본 명세서에 제공된다. 본 명세서에서 설명된 전자 빔 기반 출력 획득 서브시스템 구성은 상용 출력 획득 시스템을 설계할 때 정상적으로 수행되는 출력 획득 서브시스템의 성능을 최적화하도록 변경될 수 있다. 또한, 여기에 설명된 시스템은 기존 시스템을 사용하여(예를 들어, 여기에 설명된 기능을 기존 시스템에 추가함으로써) 구현될 수 있다. 일부 이러한 시스템에 대해, 본 명세서에 설명된 방법은 시스템의 선택적 기능성(예를 들어, 시스템의 다른 기능성에 추가하여)으로서 제공될 수도 있다. 대안적으로, 본 명세서에 설명된 시스템은 완전히 새로운 시스템으로서 설계될 수 있다.
컴퓨터 서브시스템(302)은, 프로세서(308)가 출력을 수신할 수 있도록 임의의 적합한 방식으로(예를 들어, 유선 및/또는 무선 전송 매체를 포함할 수 있는, 하나 이상의 전송 매체를 통해) 시스템(300)의 컴포넌트에 결합될 수 있다. 프로세서(308)는 이 출력을 사용하여 다수의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 웨이퍼 검사 도구는 프로세서(308)로부터 명령어 또는 기타 정보를 수신할 수 있다. 프로세서(308) 및/또는 전자 데이터 저장 유닛(309)은 추가 정보를 수신하거나 명령어를 송신하기 위해 또 다른 웨이퍼 검사 도구, 웨이퍼 계측 도구 또는 웨이퍼 검토 도구(도시되지 않음)와 선택적으로 전자 통신할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 컴퓨터 서브시스템(302), 다른 시스템(들), 또는 다른 서브시스템(들)은, 개인용 컴퓨터 시스템, 이미지 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 네트워크 기기, 인터넷 기기, 또는 다른 디바이스를 포함하는 다양한 시스템의 일부일 수 있다. 서브시스템(들) 또는 시스템(들)은 또한 병렬 프로세서와 같은 당업계에 공지된 임의의 적합한 프로세서를 포함할 수 있다. 게다가, 서브시스템(들) 또는 시스템(들)은 자립식 또는 네트워킹된 도구로서의, 고속 프로세싱을 갖는 컴퓨터 플랫폼 및 소프트웨어를 포함할 수 있다.
프로세서(308) 및 전자 데이터 저장 유닛(309)은 시스템(300) 또는 또 다른 디바이스에 또는 다른 경우 그 일부에 배치될 수 있다. 예시에서, 프로세서(308) 및 전자 데이터 저장 유닛(309)은 자립형 제어 유닛의 일부이거나 중앙 집중식 품질 제어 유닛 내에 있을 수 있다. 다중 프로세서(308) 또는 전자 데이터 저장 유닛(309)이 사용될 수 있다.
프로세서(308)는 실제로 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 바와 같은 그 기능들은 하나의 유닛에 의해 수행될 수 있거나, 상이한 구성 요소들로 나누어질 수 있으며, 각각의 구성 요소는 결국 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다. 프로세서(308)가 다양한 방법 및 기능을 구현하기 위한 프로그램 코드 또는 명령어는 예를 들면, 전자 데이터 저장 유닛의 메모리 또는 다른 메모리와 같은, 판독 가능한 저장 매체에 저장될 수 있다.
도 4의 시스템(300)은 도 1의 회절 광학 요소 광음극 어레이 시스템(100)을 사용할 수 있는 시스템의 일례일 뿐이다. 도 1의 회절 광학 요소 광음극 어레이 시스템(100)의 실시예는 결함 검토 시스템, 검사 시스템, 계측 시스템 또는 일부 다른 유형의 시스템의 일부일 수 있다. 따라서, 본 개시에서 개시된 실시예는, 상이한 응용에 대해 어느 정도 적절한 상이한 능력을 갖는 시스템을 위해 다수의 방식으로 맞추어질 수 있는 일부 구성을 설명한다.
본 방법의 각각의 단계들은 본 명세서에 설명된 바와 같이 수행될 수 있다. 본 방법은 또한 본 명세서에 설명된 프로세서 및/또는 컴퓨터 서브시스템(들) 또는 시스템(들)에 의해 수행될 수 있는 임의의 다른 단계(들)를 포함할 수 있다. 단계들은 여기에서 설명되는 임의의 실시형태에 따라 구성될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 시스템에 의해 수행될 수 있다. 또한, 전술된 방법은 본 명세서에 설명된 임의의 시스템 실시예들에 의해 수행될 수 있다.
본 개시 내용이 하나 이상의 특정 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 개시의 다른 실시예들이 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 개시는 첨부된 청구항들과 그 합리적인 해석에 의해서만 제한되는 것으로 가정된다.

Claims (20)

  1. 시스템에 있어서,
    입사 방사선 빔을 수신하도록 구성된 회절 광학 요소 - 상기 회절 광학 요소는 상기 입사 방사선 빔으로부터 복수의 빔렛(beamlet)들을 형성하고, 상기 복수의 빔렛들은 각각 10 μm 내지 100 μm의 스폿 크기(spot size)를 가짐 - ;
    추출기 플레이트(extractor plate);
    상기 복수의 빔렛들의 시준(collimation) 및 포커스를 제공하는 마이크로렌즈 어레이 - 상기 마이크로렌즈 어레이는 상기 복수의 빔렛들의 경로를 따라 상기 회절 광학 요소와 상기 추출기 플레이트 사이에 배치됨 - ;
    상기 복수의 빔렛들의 경로를 따라 상기 회절 광학 요소와 상기 마이크로렌즈 어레이 사이에 배치된 집광 렌즈(condenser lens); 및
    상기 복수의 빔렛들의 경로를 따라 상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 추출기 플레이트 사이에 배치된 광음극 표면(photocathode surface) - 상기 광음극 표면은 상기 복수의 빔렛들로부터 복수의 전자 빔들을 생성하고, 상기 광음극 표면에 의해 생성된 상기 복수의 전자 빔들은 각각 10 μm 내지 100 μm의 스폿 크기를 가짐 -
    을 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입사 방사선 빔을 생성하는 레이저 광원을 더 포함하는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 빔렛들은 어레이형인 것인, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전자 빔들은 2 nA 내지 5 nA의 범위인 것인, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전자 빔들은 100개 내지 1000개의 전자 빔들을 포함하는 것인, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 전자 빔 컬럼(electron beam column)을 더 포함하고, 상기 복수의 전자 빔들은 상기 추출기 플레이트로부터 상기 전자 빔 컬럼에 지향되는 것인, 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 복수의 전자 빔 컬럼들을 더 포함하고, 상기 복수의 전자 빔들 각각은 상기 복수의 전자 빔 컬럼들 중 하나에 지향되는 것인, 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전자 빔들은 50 μm 내지 10 mm의 공간적 분리를 갖는 것인, 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 입사 방사선 빔은 자외 방사선인 것인, 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 추출기 플레이트와 전자 통신하는 전압원을 더 포함하는, 시스템.
  11. 제1항의 시스템을 포함하는 웨이퍼 검사 도구.
  12. 방법에 있어서,
    방사선 빔을 생성하는 단계;
    회절 광학 요소에서 상기 방사선 빔을 수신하는 단계;
    상기 회절 광학 요소를 사용하여 상기 방사선 빔으로부터 복수의 빔렛들을 형성하는 단계 - 상기 복수의 빔렛들은 각각 10 μm 내지 100 μm의 스폿 크기를 가짐;
    집광 렌즈를 통해 상기 복수의 빔렛들을 지향시키는 단계;
    상기 복수의 빔렛들이 투사되는 방향에 대해 상기 집광 렌즈의 하류에 있는(downstream) 마이크로렌즈 어레이로 상기 복수의 빔렛들을 시준하고 포커싱하는 단계;
    상기 마이크로렌즈 어레이로부터의 상기 복수의 빔렛들을 광음극 표면에 지향시키는 단계;
    상기 광음극 표면을 사용하여 상기 복수의 빔렛들로부터 복수의 전자 빔들을 생성하는 단계 - 상기 광음극 표면에 의해 생성된 상기 복수의 전자 빔들은 각각 10 μm 내지 100 μm의 스폿 크기를 가짐 - ; 및
    상기 광음극 표면으로부터의 상기 복수의 전자 빔들을 추출하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 빔렛들은 4x6 내지 48x48 범위의 어레이형인 것인, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 복수의 전자 빔들은 2 nA 내지 5 nA의 범위인 것인, 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 복수의 전자 빔들은 100개 내지 1000개의 전자 빔들을 포함하는 것인, 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 복수의 전자 빔들은 50 μm 내지 10 mm의 공간적 분리를 갖는 것인, 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 방사선 빔은 자외 방사선인 것인, 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 복수의 빔렛들의 패턴이 상기 복수의 전자 빔들에 전달(transmit)되는 것인, 방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
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