KR20000034930A

KR20000034930A - 주사형 전자현미경으로 표면의 기울기를 측정해서 샘플형상을 결정하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20000034930A
Application number: KR1019990039966A
Authority: KR
Inventors: 스티번더블유.인투
Original assignee: 하이든 마틴; 슐럼버거 테크놀로지즈, 아이엔씨.
Priority date: 1998-11-04
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2000-06-26
Also published as: FR2785390A1; FR2785390B1; US6157032A; JP2000146558A; DE19951147A1

Abstract

샘플의 형상은 표면으로부터 그의 기울기를 측정하기 위해 전자 방출의 이용에 의한 주사형 전자현미경("SEM")으로 결정된다. 샘플의 표면은 소정의 각들에 대해 SEM의 전자빔 내에 위치되고 전자방출의 개개의 측정값이 구해진다. 표면각과 전자 방출간의 관계는 샘플에 대한 측정값으로부터 유도된다. 따라서 전자빔은 전자 방출을 측정하기 위해 표면을 따라 주사되기 때문에 이 유도된 관계는 개개의 주사 점에서 기울기를 구하는데 이용된다.

Description

주사형 전자현미경으로 표면의 기울기를 측정해서 샘플형상을 결정하는 방법 및 장치{SAMPLE SHAPE DETERMINATION BY MEASUREMENT OF SURFACE SLOPE WITH A SCANNING ELECTRON MICROSCOPE}

본 발명은 주사형 전자현미경("SEM")으로 샘플의 형상을 결정하는 것에 관한 것으로, 특히 샘플 표면으로부터 그의 기울기를 측정하기 위한 전자 방출의 이용에 관한 것이다.

SEM이 표면 쪽으로 전자빔을 방출할 때 그러한 입사 빔은 후방 산란된 전자와 2차 전자를 발생한다. 후방 산란된 전자와 2차 전자의 수는 빔이 입사하는 표면의 경사각이나 기울기에 따라 변화한다. 2차 전자는 입사 빔에 수직한 표면으로부터 보다는 경사진 표면으로부터 더 방출되는데, 그 이유는 증가된 기울기에 따라서 샘플과 더 큰 비율의 빔 상호 작용이 방출되어질 전자에 대해 표면을 충분히 차단시키기 때문인 것을 예상된다.

제이. 골드스테인등이 1992년 발표한 "주사형 전자현미경 및 X-선 미량분석"에 관한 제4장에서 2차 전자 방출이 대체로 시컨트(secant)함수에 의해 변화하는 것으로 언급하고 있다. θ가 입사 빔과 샘플표면에 수직한 라인사이의 각일 경우, θ는 경사각이 되고 secθ = 1/cosθ이기 때문에 이 관계식에 따라 2차 전자 방출은 cosθ의 역수로 변화한다.

샘플의 3차원 형상을 결정하기 위해 SEM을 사용하는 것이 유익하다. 그러나 그럴 목적으로 SEM에 대하여 샘플의 기울어진 면의 경사각을 정확히 측정하는 것이 필요하다. 상기한 관계식에 따라 결정된 2차 전자 방출로부터 경사가 측정 될 경우, 그 측정 결과는 θ=90⁰에서 무한대의 방출을 초래한다는 사실로부터 영향을 받을 수 있다. 그러한 잘못된 관계식이 기울기를 결정하는데 의존하게 되면, 부정확한 경사각이 유도된다.

본 발명의 목적은 샘플의 3차원 형상을 결정하기 위해 SEM으로 표면의 기울기를 정확히 측정하는 것이다.

도1은 SEM으로부터 전자빔에 의해 이미지 되는 경사진 벽을 가진 샘플의 단면도.

도2는 빔이 표면을 따라 이동할 때 각기 다른 지점에서 도1의 샘플에 의해 방출된 2차 전자의 그래프도.

도3은 본 발명에 따라 수행된 단계의 순서도.

도4는 경사각의 함수로서 2차 전자 방출의 그래프도.

이 목적과 다른 목적은 본 발명의 일 측면에 따라 전자빔에 의한 표면의 기울기를 주사형 전자현미경(SEM)으로부터 결정함으로써 성취된다.

측정 방법은

(i) 전자빔에 대하여 개개의 소정 각(θ)에 위치된 표면의 일부분으로부터 전자 방출(SE)을 측정함으로써 다수의 SE 측정값을 구하는 단계, 및

(ii) 상기 다수의 측정값에 기초하여 SE와 θ사이의 관계식을 유도하는 단계를 포함한다. 그리고 나서 전자빔은 측정된 SE를 산출하기 위해 표면의 한 지점에 충돌하도록 지향되며, 그 지점에서 측정된 SE와 구한 관계식으로부터 각(θ)을 유도함으로써 기울기가 결정된다.

실시예

도1은 기판(2)상에 형성된 샘플(1)을 나타낸다. 샘플(1)의 형상은 예시적인 목적을 위해 평탄면(3)과, 동일 각이며 대향된 경사각을 갖는 기울어진 벽(5 및 7)을 갖도록 하여 임의로 선택된다. 입사 전자 빔(9)은 SEM(도시 안됨)에 의해 방출되며, SEM(도시 안됨)에서 전자 검출기에 충돌하는 샘플(1)에 의해 방출된 2차 전자의 수는 후술하는 바와 같이 카운트된다. 검출기 또는 다중 검출기의 위치조정은 본 기술의 당업자에게 공지된 요소에 따르는 SEM의 설계자 및/또는 사용자의 선택의 문제이다.

도1에 의해 정렬된 도2는 빔이 샘플(1)의 표면에 따라 이격된 이산점에 입사되도록 주사되기 때문에 2차 전자 방출(SE)의 크기를 나타낸다. 물론, 실제 SE값은 샘플 재료, SEM 설계 및 동작 뿐 만 아니라 샘플보관 및 샘플지형과 같은 요소에 의존한다. 그러나 도2는 SE에서 경사진 벽(5,7)과 빔에 수직한 평탄면(3)에 대해 발생할 수 있는 예시적인 변화를 설명하고 있다. 따라서 경사진 벽(5)에 대응하는 b점과 c점간의 2차 전자는 θ = 0⁰에서 평탄면(3)에 대응하는 c점과 d점간에서 보다 더 높은 것이 명백하다. 그러나 벽(5,7)의 경사각을 결정하기 위해서는 SE가 경사각에 따라 어떻게 변화하는가를 정량적으로 아는 것이 필요하다.

도4에 나타낸바와 같이 SE와 경사각간의 정량적인 관계를 결정하기 위해서, 본 발명은 샘플 또는 일군의 동일 형상 샘플의 3차원 형상을 결정하기 위해 예비-시험 절차 또는 측정을 수행한다. 샘플은 SEM에 위치되며, 빔(9)은 빔에 대해 소정의 각(θ)으로 있는 표면의 일부분에 향하게 되고, SE값이 기록된다. θ와 SE 값은 도4의 그래프에서 하나의 데이터 점을 구성한다. 다수의 그러한 데이터 점은 소정의 각에 대해 샘플을 기울이거나 개개의 각에서 SE를 측정함으로써 얻게되며, 그리고 나서 최선-맞춤곡선(best-fit curve)기술이 공지된 방법으로 적용된다. 도4에는 이러한 방법으로 유도된 곡선을 나타내었다.

이러한 측정과정이 완료된 후에, 빔(9)은 샘플의 표면에서 관심부분을 따라 주사된다. 빔이 표면에 충돌하는 개개의 이산 표면 위치에 대하여 SE측정값이 도4에 나타낸 관계 또는 그의 수학적 표현을 이용함으로써 각(θ)으로 변환된다. 물론, 이와 관련한 설명은 공지되어 있기 때문에 필요없다고 생각된다.

표면 형상이 빔(9)에 수직한 방향으로 얼마나 변화하는가를 측정된 기울기로 나타나기 때문에 측정된 기울기는 3차원 형상의 샘플을 산출할 수 있다. 따라서, 주사된 개개의 지점에서 구해진 기울기 값을 적분함으로써, 도1에 나타낸 형상을 공지된 방법으로 유도할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 SE와 기울기사이에 다음 관계식이 구해진다.

여기서, SE는 샘플(1)표면상의 선택된 지점에서 측정된 2차 전자 방출이고; SE₀는 θ = 0⁰에서 소정의 2차 전자 방출이고; SE₉₀는 θ = 90⁰에서 소정의 2차 전자 방출이고, 감마는 곡선 맞춤 항을 나타낸다. 기울기를 구하기 위해서, 항을 다시 정돈하면 다음 식이 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, SE측정 이전에는 경사진 벽의 각을 찾기 위해 행하여지며, SE₀와 SE₉₀의 값은 도4의 곡선을 유도하기 위한 데이터 점에 의해 결정되고 유용 된다. 감마의 값은 식(1)에서 소정의 데이터 점에 대하여 최선의 맞춤을 갖는 곡선(SE)을 구하기 위해 선택된다. 그러한 곡선 맞춤 기술은 공지되어 있다.

바람직한 실시예를 이용하는 하나의 이점은 만족스런 결과를 제공하는 한편 측정을 단순화한다는 점이다. 특히, 더 많은 수의 데이터 점보다는 오히려 2개 데이터 점(SE₀및 SE₉₀)이상으로 최소수의 데이터 점만을 제공하는 것이 필요하며 그렇지 않으면 곡선 맞춤을 필요로 한다. 그러나 감마를 알고 있으면, 2개 데이터 점만이 필요하다. 감마는 유사한 SEM을 이용하고 유사한 샘플 재료를 대상으로 하여 수집된 이전의 데이터로부터 알 수 있다.

SE₀, SE₉₀및 감마를 알고 있으면, SE측정은 주사빔(9)에 의해 샘플 표면에 충돌하도록 해서 행하여진다. 그러한 충돌이 샘플의 경사진 벽상의 한 지점에 있을 때, 예컨데 측정된 SE는 상기 지점에서 기울기를 유도하기 위하여 식(2)에 대입된다.

본 발명의 바람직한 실시예의 더 상세한 설명을 위하여 도3 및 도4를 보면, 샘플(1)은 SEM에 위치되며 빔(9)은 평탄면(3)상의 한 지점에 향하게 된다. 단계(20)에서, 평탄면(3)은 θ=0⁰에 있다. 빔(9)이 작동하게 되고 SE₀의 역할을 하는 SE의 측정값이 기록된다. 단계(22)에서, SE₉₀을 유도하기 위해 평탄면(3)이 0⁰와 다른 소정 각에 있도록 샘플(1)이 기울어진다.

실제로 경사각은 정확히 90⁰에 설정될 수 없는데, 그 이유는 빔이 표면상에 충돌하는 것이 아니라 그의 에지 상에 충돌하기 때문에 이러한 각에서 표면의 SE를 측정할 수 없기 때문이다. 그러므로 90⁰에 매우 가까운 각에서 SE를 측정하는 것이 바람직하다. 전형적으로 SE는 85⁰와 90⁰사이의 θ에 대해 현저하게 변화하지 않으며, 그러한 측정값은 뜻 있는 결과를 제공하기에 충분히 정확할 수 있다. 따라서 이 측정값은 사실상 SE₉₀의 등가로서 이용될 수 있다.

선택적으로, 90⁰와 다른 각에서 하나의 데이터 점은 도4에 나타낸 바와 같이 곡선의 최선의 맞춤을 위해서 단계(24)에 이용할 수 있다. 이 곡선으로부터 SE₉₀에 대한 값이 유도될 수 있다. 또한 부가의 데이터 점이 수 개 이상의 소정 경사각에서 행하여지는 SE의 측정으로부터 구해지면, 상기 데이터 점은 더 좋은 곡선 맞춤을 야기할 수 있으며 결과적으로는 SE_0,SE₉₀및 감마에 대해 더 좋은 값을 얻을 수 있다. 따라서 식(1)에 기초한 바람직한 실시예에 따라, 달리 필요로 하는 만큼의 많은 데이터 점을 측정하는 것은 불필요하다. 그러나 단지 2개 이상을 취하는 것은 도움이 된다.

단계(22)는 단계(24)이전에서 SE₉₀이 θ=90⁰에 매우 근접한 각에서 측정된 SE로부터 직접 얻어진 경우에 수행된다. 한편 단계(22)는 부가의 데이터 점을 유도하기 위해 소정 각으로 행한 하나이상의 SE 측정값을 포함하고 있으며, 그 다음 단계(24)로 진행되고 난후 SE₉₀이 유도된다.

단계(26)에서, 일군의 샘플에 대한 경사각의 측정이 개시된다. 따라서 단계(20, 22, 및 24)는 측정단계가 이러한 일군으로부터 하나 또는 그이상의 샘플을 이용하여 수행되는 것으로 생각될 수 있다. 상기 단계가 완료된 후에, 측정되어질 샘플은 SEM의 위치에 놓여지며 그의 표면은 빔(9)에 의해 주사된다. 빔(9)이 경사진 벽 상의 지정된 위치에 도달할 때, SE측정값이 기록된다.

단계(28)에서, 측정된 SE값을 식(2)에 대입하면 경사각이 유도된다. 개개의 주사된 지점에서 소정의 기울기 각에 따라 샘플의 3차원 형상이 결정될 수 있다.

바람직한 실시예만이 여기에 상세히 기술하고 있지만, 다양한 변경이 본 기술의 당업자에 의해 용이하게 수행될 수 있음을 인식해야 한다. 예를들어 측정된 SE의 값은 후방 산란 성분 뿐 만 아니라 2차 전자 성분을 포함할 수 있다. 또한 측정된 SE의 값은 오로지 후방 산란 성분이 될 수 있다. 이러한 변화와 다른 변화는 다음의 청구 항에 의해 한정된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 속함을 의도하고 있다.

본 발명은 주사형 전자현미경(SEM)에 의해 샘플 표면의 기울기를 정확히 측정함으로써 샘플의 3차원 형상을 결정할 수 있게된다.

Claims

주사형 전자현미경(SEM)으로부터 전자빔에 의해 이미지 된 표면의 기울기를 결정하는 방법에 있어서,

상기 전자빔에 대하여 개개의 소정 각(θ)에 위치된 표면의 일부분으로부터 전자 방출(SE)을 측정함으로써 다수의 SE 측정값을 구하는 단계, 및

상기 다수의 측정값에 기초하여 SE와θ간의 관계를 유도하는 단계를 갖는

측정절차를 수행하는 단계;

측정된 SE를 산출하기 위해 상기 전자빔을 상기 표면의 한 지점에 충돌하도록 향하게 하는 단계; 및

상기 지점에서 상기 측정된 SE와 상기 구해진 관계로부터 각(θ)을 유도함으로써 기울기를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

SE를 측정하는 상기 단계는 각(θ)으로 표면을 상기 전자빔의 경로에 위치시키는 단계와 상기 표면에 의해 방출된 최종의 2차 전자의 수를 검출하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

관계를 구하는 상기 단계는

여기서, SE는 샘플(1)표면상의 선택된 지점에서 측정된 2차 전자 방출이고; SE₀는 θ=0⁰에서 소정의 2차 전자 방출이고; SE₉₀는 θ=90⁰에서 소정의 2차 전자 방출이고, 감마는 곡선 맞춤 항인 상기 식에 따라서 최선 맞춤 곡선을 상기 다수의 측정값에 적용하는 단계를 포함하는 방법.
제3항에 있어서,

수개의 소정 각(θ)으로 샘플 표면을 빔에 위치시킴으로써 SE₉₀을 유도하는 단계, 상기 수개의 소정 각에 대해 SE의 수개의 측정값을 각각 구하는 단계, 상기 수개의 측정값에 기초하여 θ와 SE간의 관계를 결정하는 단계, 및 SE₉₀을 유도하기 위해 상기 관계를 적용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제3항에 있어서,

90⁰에 근접한 각(θ)에 대해 SE를 측정함으로써 SE₉₀을 유도하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
주사형 전자현미경(SEM)으로부터 전자빔에 의해 이미지 된 표면의 기울기를 결정하는 장치에 있어서,

상기 전자빔에 대해 개개의 소정 각(θ)에 위치된 표면의 일부분으로부터 전자 방출(SE)을 측정함으로써 다수의 SE 측정값을 구하는 측정수단, 및

상기 다수의 측정값에 기초하여 SE와θ간의 관계를 구하기 위한 수단을 갖는

측정절차를 수행하는 수단;

측정된 SE를 산출하기 위해 전자빔을 상기 표면의 한 지점에 충돌하도록 향하게 하는 수단; 및

상기 측정된 SE와 상기 구해진 관계로부터 각(θ)을 유도함으로써 상기 지점에서 기울기를 결정하는 수단을 포함하는 장치.
제6항에 있어서,

상기 측정 수단은 각(θ)으로 표면을 상기 빔에 위치시키는 단계와 SE₀를 유도하기 위해 상기 표면에 의해 방출된 2차 전자의 수를 검출하는 단계를 포함하는 장치.
제6항에 있어서,

관계를 유도하기 위한 상기 수단은

여기서, SE는 샘플(1)표면상의 선택된 지점에서 측정된 2차 전자 방출이고; SE₀는 θ=0⁰에서 소정의 2차 전자 방출이고; SE₉₀는 θ=90⁰에서 소정의 2차 전자 방출이고, 감마는 곡선 맞춤 항인 상기 식에 따라서 최선 맞춤 곡선을 상기 다수의 측정값에 적용하는 수단을 포함하는 장치.
제8항에 있어서,

수개의 소정 각(θ)으로 샘플 표면을 빔에 위치시킴으로써 SE₉₀을 유도하는 수단, 상기 수개의 소정 각에 대해 SE의 수개의 측정값을 각각 구하는 수단, 상기 수개의 측정값에 기초하여 θ와 SE간의 관계를 결정하는 수단, 및 SE₉₀을 유도하기 위해 상기 관계를 적용하는 수단을 추가로 포함하는 장치.
제8항에 있어서,

90⁰에 근접한 각(θ)에 대해 SE를 측정함으로써 SE₉₀를 유도하는 수단을 추가로 포함하는 장치.