KR20010040399A - 실리콘 마이크로렌즈 세정 시스템 - Google Patents

Abstract

정위치의 전자 비임 마이크로컬럼내의 실리콘 마이크로렌즈를 세정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 상기 마이크로렌즈는 각각의 마이크로렌즈를 통과하는 전류에 의해 각각 가열된다. 상기 전류는 오염 방지를 위해 적어도 200℃로, 또한 경우에 따라서는 어떠한 오염물의 축적 및 잠재적인 오염을 제거하기 위해 적어도 600 내지 700℃로 마이크로렌즈를 가열하는데 사용된다.

Description

실리콘 마이크로렌즈 세정 시스템{SILICON MICROLENS CLEANING SYSTEM}

최근, 재료의 표면 검사, 도량형(metrology), 검사 및 리소그래피(lithograpy)에의 적용을 위한 저전압 주사 전자현미경(SEM)에 대한 관심이 상당히 높아지고 있다.

종래의 주사 전자현미경은 이동이 불가능한 대규모의 장치였다. 비록 주사 전자현미경은 반도체 관련 시험 및 검사와 같은 다양한 응용이 있지만, 종래의 주사전자현미경은 그 크기, 이동이 불가능한 점 및 그에 따른 비용 때문에 유용성에 제한이 있었다. 예를 들어, 전자현미경과 달리, 관찰되는 샘플이 검사 과정에서 이동되어야 하기 때문에 종래의 주사 전자현미경에는 샘플보다 훨씬 큰 진공챔버가 필요하였다. 게다가 삼차원 표면 구조 이미징을 위해 필요한 빔 입사각을 형성하기 위해, 샘플이 종래의 주사 전자현미경에 대해 일정 각도로 위치하여야 하며, 이에 따라 커다란 샘플 또는 민감한 샘플의 취급이 어렵게 된다. 게다가 종래 전자현미경은 하나의 전자현미경이 한번에 하나의 샘플만을 관찰할 수 있기 때문에 수율이 제한된다.

전자빔 시스템을 개선하려는 노력이 소형 전자빔 마이크로컬럼(miniature electron-beam microcolumns)("마이크로컬럼")으로 귀결되었다. 마이크로컬럼은, 주사 터널링 현미경(STM)에 의해 보조되는 정렬(alignment) 원리와 유사한 원리로 작동되는 정밀 제작된 전자 "광학" 부품 및 필드 방출원(field emission source)에 의해 기초한다. 이는 STM 정렬된 필드방출(SAFE)이라고도 불린다. 미세한 선단(sharp tip)을 제어하기 위해 정밀한 X-Y-Z 포지셔너가 사용되며, 선단의 위치를 측정하기 위해 선단으로부터의 방출을 활용한다는 점에서, 마이크로컬럼에 의해 사용되는 정렬 원리는 STM의 원리와 유사하다. 마이크로컬럼의 일반적인 내용은 T. H. P. Chang 등에 의해 Journal of Vacuum Science Technology, Bulletin 14(6), pp. 3774-81에 수록되었으며 본 발명의 참고문헌으로 제출된 "Electron-Beam Microcolumns for Lithography and Related Applications"에 기재되어 있다.

마이크로컬럼은 종횡비가 높은 마이크로미케니컬 구조로 형성되며, 마이크로렌즈와 편향기(deflectors)를 포함한다. 마이크로렌즈는 실리콘의 다중층이며, 마이크로렌즈 전극으로 작용하는 실리콘막 윈도우(구멍)(silicon membrane window(apertures))를 포함한다. 이들 층은 서로 간격을 두고 떨어져 있으며 보통 100∼500마이크론 두께의 절연층에 접합되어 있다. 렌즈는, 지름이 약 2 내지 약 200 마이크론에서 변하는 구멍을 가진다. 최상의 성능을 위해, 구멍(apertures) 또는 보어구멍(bores)은 구멍 내부가 나노미터 범위로 매끄럽게 형성되어야 하며, 1 마이크론보다 낮은 차수의 정렬이 요구된다. 렌즈 구멍의 오염에 관한 공차는 허용될 수 없다.

따라서 마이크로컬럼이 작동하는 상태로 실리콘 마이크로렌즈를 세정하는 것이 바람직하다.

본 발명은 전자빔 마이크로컬럼(electron beam microcolumns)을 사용하는 하전 입자 이미징(charged particle imaging)에 관한 것이며 특히 마이크로컬럼 내의 실리콘 마이크로렌즈를 세정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명과 결합될수 있는 마이크로칼럼의 분해 사시도.

도 2 는 본 발명과 결합될수 있는 마이크로렌즈 및 마이크로칼럼 공급원의 분해 사시도.

도 3 은 본 발명의 마이크로렌즈 세척 시스템의 한 실시예의 측면도.

여러도면에서 도일한 부분 에 대하여는 동일한 도면번호를 기재하였읍니다.

본 발명은 전자 빔의 마이크로칼럼의 실리콘 마이크로렌즈를 원래대로 세척하는 방법 및 시스템을 제공한다. 상기 마이크로렌즈들은 각각의 마이크로렌즈를 통해 전류를 통과시키므로서 개별적으로 가열된다. 각각의 마이크로렌즈는 두꺼운 몸체부와, 내부에 형성되는 렌즈 구멍을 갖는 얇은 중심 부재를 포함한다. 상기 전류는 렌즈 구멍의 오염을 방지하기 위해 적어도 200℃로 마이크로렌즈를 가열하는데 이용되며, 때때로 잠재적인 오염물질을 제거하기 위해 600 ~ 700℃로 마이크로렌즈가열하는데 이용되기도 한다.

도 1을 참조하면, 종래의 마이크로칼럼은 도면번호 10으로 표시되었다. 상기 도면에는 그리드 샘플(12) 및 채널형 전자 검출기(14)가 도시되어 있으며, 상기 검출기(14)는 전자 투과샘플로부터 스캐닝 전달 전자 마이크로스코프(STEM)이미지를 발생하는데 이용된다. 상기 마이크로칼럼은 전자 공급원을 포함하며, 상기 전자 공급원은 축소 냉각-필드 또는 필드형 방사기 선단부(16)를 갖는 스코트키(Schottky)방사기로 구성될수 있다. 상기 선단부(16)는 스코트키-형식의 방사기 선단부로 구성될수 있으며, 냉각 방사기 선단부는 단일 크리스탈 텅스텐, 하프늄 카바이드 또는 다이아몬드 선단부로 구성될수 있다. 상기 선단부(16)는 3개의 축선 STM 형식의 X-Y-Z포지셔너와 같은 포지셔너(18)상에 장착된다. 포지셔너(18)는 각 축선에서 10마이크론에서 약 1㎜까지 이동하는 영역을 갖게된다. 상기 포지셔너(18)는 나노미터스케일의 위치 설정 정확도를 가지며, 전자 광학 칼럼(20)에 선단부(16)를 정렬하는데 이용된다. 상기 칼럼(20)은 3.5㎜정도의 길이를 갖는다.

상기 선단부(16)는 추출기(24)에서 5 마이크론 구멍(22)에 정렬된다. 상기 추출기(24)는 선택적으로 스케일된 2중 전극 공급원 렌즈(30)를 형성하기 위해 100마이크론의 정도의 구멍(28)을 가지며, 양극(26)과 결합하게 된다. 최종 전자 빔(32)은 구멍 부재(36)에서 빔 제한 구멍(34)에 연관된다. 상기 구멍(34)은 7마이크로 정도이며, 직경은 2.5마이크론으로 구성된다.

선택된 간격 및 구멍 크기는 그리드(12)에서 결과적인 e-비임(38)의 수렴을 결정한다.

구멍(34)으로부터, 비임(38)은 단일 유닛 또는 다중 유닛 8배 스캐너/스티그머터가 될 수 있는 비임 편향기(40)를 통과한다. 편향기(40)는 샘플(12)을 통과하는 비임(38)을 편향 또는 스캔하기 위하여 이용된다. 다중 전극 에인젤 렌즈(42)는 1 내지 2 ㎜의 작업 거리(44)에서 샘플(12)상에 비임(38)의 촛점을 형성한다. 상기 렌즈(42)는 예를 들면 200 마이크론 정도의 직경을 가진 구멍(52)을 각각 가지는 3개의 전극(46, 48, 50)을 포함할 수 있다.

또한 마이크로컬럼(10)은 2차 및 후방 산란 전자용 전자 감지기 또는 낮은 에너지의 후방 산란 전자용 금속-반도체 금속 감지기가 리플렉트된 마이크로채널 플레이트 베이스가 될 수 있는 전극 감지기(54)를 포함할 수 있다. 마이크로컬럼(10)은 1KeV 비임(38)을 발생시키기 위하여 작동될 수 있다.

도 1에는 마이크로컬럼(10)에서 이용될 수 있든 가능한 많은 필드 방사원 및 전자 광학 컬럼중 단지 하나의 예가 도시된다. 일반적으로 마이크로컬럼910)에 이용될 수 있는 부가적인 방사원 및 전자 광학 컬럼에 대해, 다음과 같은 논문 및 특허를 참조하라. 즉 본 명세서에서 인용참증으로서 첨부된 1996년 11월/12월 진공 과학 기술 잡지(Journal of Vacuum Science Technology) 공보 14(6)의 3792-96 페이지에 게재된 이. 크래트스키머(E. Kratschmer) 등의 "20x20 mm 풋프린트 마이크로컬럼의 실험적 평가(Experimental Evaluation of a 20x20 mm Footprint Microcolumn)"; 1996년 마이크로일렉트로닉 엔지니어링(Microelectronic Engineering) 32의 113-130 페이지에 게재된 티. 에이치. 피이. 창(T. H. P. Chang) 등의 "전자 비임 기술-에스이엠 내지 마이크로컬럼(Electron Beam Technology - SEM to Microcolumn)"; 1995년 에스피아이이(SPIE) 제 2522권 4-12 페이지에 게재된 "전자 비임 공급원 및 전하 입자 광학(Electron-Beam Sources and Charged-Particle Optics)"; 1995년 11월/12월 진공 과학 기술 잡지(Journal of Vacuum Science Technology) 공보 13(6)의 2245-49 페이지에 게재된 엠. 지. 알. 톰슨(M. G. R. Thomson) 및 티.에이치. 피. 창(T. H. P. Chang)에 의한 "마이크로 컬럼용 렌즈 및 편향기 설계(Lens and Deflector Design for Microcolumns)"; 1995년 11월/12월 진공 과학 기술 잡지(Journal of Vacuum Science Technology) 공보 13(6)의 2468-72 페이지에 게재된 에이치. 에스. 킴(H. S. Kim) 등에 의한 "소형 쇼트키 전자 공급원(Miniature Schottky Electron Sources)"; 창(Chang) 등의 미국 특허 제 5,122,663호; 및 창(Chang) 등의 미국 특허 제 5,155,412호를 참조하라.

도 12를 참조하면, 공급 렌즈(30) 및 에인젤 렌즈(42)의 형상이 하나의 예로서 도시된다. 부가적인 제작이 상세하게는, 본 명세서에서 인용참증으로 첨부된 1994년 11월/12월 진공 과학 기술 잡지(Journal of Vacuum Science Technology) 공보 12(6)의 3425-30 페이지에 게재된 케이. 와이. 리(K. Y. Lee), 에스. 에이. 리시톤(S. A. Rishton), 및 티. 에이치. 피. 창(T. H. P. Chang)에 의한 "다중 층 마이크로구조물 제작을 정렬하는 고영상비(High Aspect Ratio Aligned Multilayer Microstructure Fabrication)"을 참조하라. 공급원(30)은 100 내지 500 마이크론 두께의 절연 층(66 및 68)에 의하여 간격이 이격된 다수의 실리콘 웨이퍼 또는 칩(60, 62 및 64)를 포함한다. 상기 층들(60 내지 68)은 스케일대로 도시되지 않는다. 층들(66 및 68)은 Pyrex 상표로 시판되는 유리와 같은 유리로 형성되는 것이 바람직하다. 그때 층들(60 내지 68)은 공급원(30)을 형성하기 위하여 바람직하게는 전자화학적 애노드 접합(electrochemical anodic bonding)에 의하여 서로 정확히 정렬되며 접합되는 것이 바람직하다.

종래의 접합 공정에서, 실리콘 칩들은 각각의 칩들(60, 62 및 64)에서 각각의 실리콘 막(70, 72 및 74)를 포함하도록 처리된다. 그때 각각의 구멍(22, 28 및 34)와 같은 필요한 비임 구멍은 상기 막들(70, 72 및 74)의 전자 비임 석판 인쇄로 구멍을 패터닝함으로써 형성된다. 구멍(22, 28 및 34)는 반응-이온 에칭에 의하여 에칭된다. 막(70, 72 및 74)은 두께가 1 내지 1.5 마이크론 정도이다. 막(70, 72 및 74) 및 구멍(22, 28 및 34)은 렌즈(30)의 부품(24, 26 및 36)을 형성한다.

동일한 방식에서, 렌즈(42)의 전극(46, 48 및 50)은 구멍(52)을 각각 형성하는 중앙 실리콘 박(76, 78 및 80)으로 형성된다. 다시, 렌즈(42)는 구멍(52)보다 직경이 더 큰 구멍(88 및 90)을 포함하는 복수의 파이렉스(Pyrex) 절연층(84 및 86)을 포함한다. 층(46, 48, 50, 84 및 86)은 렌즈(42)를 형성하기 위하여 정렬되며 바람직하게는 서로 접합된다.

일단 조립되면, 각각의 실리콘막에 있는 개구부(22,28,34,52)의 청결을 유지하고 오염을 막는 것이 중요하다. 상기 막은 바람직하게 내구성 어레이 또는 조립체로 형성되므로, 마이크로컬럼(10)이 진공하에서 동작하고 있는 동안, 그 본래의 위치에 세정 또는 오염방지의 수행이 가능하게 하는 것이 또한 바람직하다. 하나 이상의 개구부 안 또는 인접해서 일반적으로 실질적인 유기체의 오염은 개구부에 장입되어 종국에는 개구부를 차단하여 마이크로컬럼(10)의 불안정 및 파손하게 된다.

도 3을 참조하여, 임의의 구성요소(24,26,36,46,48,50)가 될 수 있는 실리콘 칩(100)을 도시한다. 이 칩(100)은 중심 실리콘막(104)이 형성되어 있는 두꺼운 몸체부(102)를 포함한다. 상기 실리콘막(104)은 그 안에 임의의 개구부(22,28,34,52)가 될 수 있는 개구부(106)을 포함한다.

상기 칩(100)은 중심 개구부(110)를 가지는 스페이서(108)상에 장착 또는 일체화 되는 것으로 도시한다. 또한, 이 스페이서(108)는 바람직하게 파이렉스(Pyrex) 글래스로 형성되며, 상기 실리콘칩(100)에 접합된다. 렌즈조합체의 부분으로서 또는 마이크로컬럼(10)의 다른 구성요소와 상기 실리콘칩(100)을 절연시키기 위해 스페이서 또는 절연의 구성요소(도시 안함)와 같은 종류는 상기 실리콘칩(100)의 맞은편 상에 형성된다.

오염 발생을 방지하기 위하여, 상기 실리콘막(104)은 약 200℃ 내지 약250℃의 온도까지 가열될 수 있다. 출원인은 상기 실리콘막(104)이 진공의 본래 위치의 주울열(Jule heating)에 의해 이러한 관리온도로 가열될 수 있다는 것을 발견했다. 이 주울열은 기부(104)를 가로질러 약 2암페어 내지 2.5암페어의 전류(I)를 인가함으로써 제공된다. 이 전류(I)는 한 쌍의 전기접점(112,114)을 가로질러 약 4V의 전압을 인가하면서 제공된다. 이러한 전기접점(112,114)은 티타늄/알루미늄합금 접점에 의해 형성되는 것과 같은 저항접점일 수 있다. 약 200℃의 온도는 약 12초 내지 18초동안 10^-7토르(torr)의 진공에서 달성될 수 있다.

관리 또는 오염방지열이 적용되지 않았다면, 또는 오염생성이 가열에도 불구하고 발생하였다면, 출원인은 약 3암페어의 전류(I)를 인가하여 600℃ 내지 700℃의 범위로 온도를 상승시킴으로써 오염생성을 제거할 수 있다는 것을 발견하였다. 실리콘막(104)과 두꺼운 몸체부(102) 사이의 두께차에 의해, 실리콘칩(100)과 실리콘막(104)의 구조는 필요한 가열이 용이하다. 이 후, 실리콘막(104)의 전기적 저항은 두꺼운 몸체부(102)에 비교하여 높아서 실리콘막(104)의 가열을 제공한다. 단일 실리콘칩(100)으로 도시하였지만, 회로 같은 것은 바람직하게 마이크로컬럼(10)의 각 실리콘막을 가로질러 접속될 것이다. 전류(I)가 최소한 관리 레벨에서 인가되어 임의의 오염생성을 방지하기 위해 실리콘막을 실제 연속적으로 가열한다.

본 발명을 구체적 실시형태를 참조하여 설명하였지만, 상기 실시형태는 본 발명의 예에 불과하며 제한으로 받아들여선 안 된다. 배경기술의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있듯이, 여기에 설명한 실시형태의 다양한 개조와 혼합은 첨부한 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims (23)

1. 실리콘 마이크로렌즈 상의 오염물의 축적을 방지하는 방법으로서,

   내부에 개구를 갖춘 하나 이상의 실리콘 마이크로렌즈를 제공하는 단계와, 그리고

   상기 실리콘 마이크로렌즈에 전류를 인가하고 약 200℃ 이상의 온도로 상기 실리콘 마이크로렌즈를 가열하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 어레이 내에 다수의 실리콘 마이크로렌즈를 제공하는 단계와, 상기 실리콘 마이크로렌즈를 서로 이격시키는 단계와, 그리고 상기 마이크로렌즈를 사용하는 동안 상기 어레이 내의 정위치에 놓인 각각의 실리콘 마이크로렌즈에 상기 전류를 인가하는 단계를 더 포함하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 실리콘 마이크로렌즈에 상기 전류를 실질적으로 연속적으로 인가하는 단계를 더 포함하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 실리콘 마이크로렌즈에 상기 전류를 증가시키는 단계와, 상기 실리콘 마이크로렌즈로부터 축적된 오염물을 제거하기 위해 약 600℃ 이상의 온도로 상기 실리콘 마이크로렌즈를 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
5. 제 1항에 있어서, 두꺼운 몸체부 및 중앙의 얇은 실리콘 박막을 갖춘 상기 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 개구가 상기 박막 내에 형성되는 방법.
6. 실리콘 마이크로렌즈 상의 오염물의 축적을 방지하는 시스템으로서,

   내부에 개구를 갖춘 하나 이상의 실리콘 마이크로렌즈와, 그리고

   약 200℃ 이상의 온도로 상기 실리콘 마이크로렌즈를 가열하기 위해 상기 실리콘 마이크로렌즈에 전류를 인가하는 전류 인가 수단을 포함하는 시스템.
7. 제 6항에 있어서, 상기 어레이 내에서 서로 이격되어 있는 다수의 실리콘 마이크로렌즈와, 상기 실리콘 마이크로렌즈가 사용되는 동안 상기 어레이 내에 정위치된 각각의 실리콘 마이크로렌즈에 전류를 인가하기 위한 전류 인가 수단을 더 포함하는 시스템.
8. 제 6항에 있어서, 상기 실리콘 마이크로렌즈에 상기 전류를 실질적으로 연속적으로 인가하기 위한 전류 인가 수단을 더 포함하는 시스템.
9. 제 6항에 있어서, 상기 실리콘 마이크로렌즈에 상기 전류를 증가시키고 상기 실리콘 마이크로렌즈로부터 축적된 오염물을 제거하기 위해 약 600℃ 이상의 온도로 상기 실리콘 마이크로렌즈를 가열하기 위한 가열 수단을 더 포함하는 시스템.
10. 제 6항에 있어서, 상기 전류 인가 수단은 상기 실리콘 마이크로렌즈의 대향측부 상의 한 쌍의 저항 접점을 포함하는 시스템.
11. 제 6항에 있어서, 두꺼운 몸체부 및 중앙의 얇은 실리콘 박막을 갖춘 상기 마이크로렌즈를 더 포함하며, 상기 개구가 상기 박막 내에 형성된 시스템.
12. 필드 방출 마이크로컬럼으로서,

    내부에 개구를 갖춘 하나 이상의 실리콘 마이크로렌즈와,

    상기 실리콘 마이크로렌즈 상의 오염물이 축적되는 것을 방지하기 위해 상기 마이크로렌즈를 약 200℃ 이상의 온도로 가열하고 상기 실리콘 마이크로렌즈에 전류를 인가하기 위한 수단을 포함하는 필드 방출 마이크로컬럼.
13. 제 12항에 있어서, 상기 어레이 내에서 서로 이격되어 있는 다수의 실리콘 마이크로렌즈와, 상기 실리콘 마이크로렌즈가 사용되는 동안 상기 어레이 내에 정위치된 각각의 실리콘 마이크로렌즈에 전류를 인가하기 위한 전류 인가 수단을 더 포함하는 필드 방출 마이크로컬럼.
14. 제 12항에 있어서, 상기 실리콘 마이크로렌즈에 상기 전류를 실질적으로 연속적으로 인가하기 위한 전류 인가 수단을 더 포함하는 필드 방출 마이크로컬럼.
15. 제 12항에 있어서, 상기 실리콘 마이크로렌즈에 상기 전류를 증가시키고 상기 실리콘 마이크로렌즈로부터 축적된 오염물을 제거하기 위해 약 600℃ 이상의 온도로 상기 실리콘 마이크로렌즈를 가열하기 위한 가열 수단을 더 포함하는 필드 방출 마이크로컬럼.
16. 제 12항에 있어서, 상기 전류 인가 수단은 상기 실리콘 마이크로렌즈의 대향측부 상의 한 쌍의 저항 접점을 포함하는 필드 방출 마이크로컬럼.
17. 제 12항에 있어서, 두꺼운 몸체부 및 중앙의 얇은 실리콘 박막을 갖춘 상기 마이크로렌즈를 더 포함하며, 상기 개구가 상기 박막 내에 형성된 필드 방출 마이크로컬럼.
18. 필드 방출 마이크로컬럼으로서,

    내부에 구멍을 갖는 하나 이상의 실리콘 마이크로렌즈, 및

    실리콘 마이크로렌즈상의 오염물의 축적을 방지하도록 상기 실리콘 마이크로렌즈를 약 200℃ 이상으로 가열하기 위해 상기 실리콘 마이크로렌즈에 전류를 인가하는 한 쌍의 전기 접점을 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 방출 마이크로컬럼.
19. 제 18 항에 있어서, 일렬의 복수의 실리콘 마이크로렌즈를 더 포함하하며, 상기 실리콘 마이크로렌즈는 서로 격리되어 있고 실리콘 마이크로렌즈가 사용되는 동안에 상기 각각의 전기 접점 쌍들은 상기 열 내부의 정위치에 있는 상기 각각의 실리콘 마이크로렌즈에 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 필드 방출 마이크로컬럼.
20. 제 18 항에 있어서, 상기 전류는 실리콘 마이크로렌즈에 실질적으로 연속적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 필드 방출 마이크로컬럼.
21. 제 21 항에 있어서, 상기 실리콘 마이크로렌즈에 상기 전류를 증가시키고 상기 실리콘 마이크로렌즈로부터 축적된 오염물을 제거하기 위해 약 600℃ 이상의 온도로 상기 실리콘 마이크로렌즈를 가열하기 위한 가열 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 방출 마이크로컬럼.
22. 제 18항에 있어서, 상기 전류 인가 수단은 상기 실리콘 마이크로렌즈의 대향측부 상의 한 쌍의 전기 접점을 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 방출 마이크로컬럼.
23. 제 18항에 있어서, 두꺼운 몸체부 및 중앙의 얇은 실리콘 박막을 갖춘 상기 마이크로렌즈를 더 포함하며, 상기 개구가 상기 박막 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필드 방출 마이크로컬럼.