KR20010070207A - 입자 빔 측정 시스템용 분광계 대물 렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대물 렌즈와 제 1 입자 빔의 초점을 맞추는 입자 빔 광학 유닛을 형성하는 제동 필드 분광계를 갖는 입자 빔 측정 시스템용 분광계 대물 렌즈에 관한 것으로, 제동 필드 분광계는 표본으로부터 제 2 입자를 추출하는 추출 전극 장치, 대물 렌즈의 방향으로 제 2 입자를 가속하는 가속 전극 장치, 제 2 입자를 제동하는 전위 장벽을 설정하는 제동 필드 전극 장치 및 추출 필드 세기를 조절하는 적어도 두 개의 상이한 전압을 갖는 제 1 전극 장치를 충전하기 위한 수단을 포함한다. 더욱이, 추출 전극 장치의 전압에 종속하는 가속 전극 장치를 충전하는 수단이 제공되어 제동 필드 전극 장치를 통과하도록 적합화된 제 2 입자 다발을 형성한다.

Description

입자 빔 측정 시스템용 분광계 대물 렌즈{SPECTROMETER OBJECTIVE FOR PARTICLE BEAM MEASURING SYSTEM}
본 발명은 대물 렌즈(objective lens) 및 제동 필드 분광계(retarding field spectrometer)를 갖는 입자 빔 측정 시스템(particle beam measuring system)용 분광계 대물 렌즈(spectrometer objective)에 관한 것으로, 제동 필드 분광계는 제 1 입자 빔(primary particle beam)의 초점을 맞추는 입자 빔 광학 유닛을 형성한다.
분광계 대물 렌즈는 미합중국 특허 제 4,728,790호에 개시되어 있다. 개시된 분광계 대물 렌즈는 필수적으로 짧은 초점 길이를 갖는 자기 대물 렌즈, 대물 렌즈 내에 배치된 굴절 유닛 및 함께 제동 필드 분광계를 포함하여 전자 빔 측정 기구의전자 광학 열(electron-optical column)의 구성 요소를 형성한다. 개시된 대물 렌즈는 고 전류 전자 소스가 방출하는 제 1 전자뿐만 아니라 표본에서 제 1 전자가 발생시킨 제 2 전자 모두의 초점을 맞추는데 사용된다. 대물 렌즈는 제 2 전자가 측정 기구의 광학 축을 따라 놓인 점에 초점을 맞추도록 한다.
고 운동 에너지로 가속된 제 2 전자의 초점은 상술한 대물 렌즈가 배치된 분광계 일부가 발생시킨 구형적으로 대칭인 제동 필드의 중앙에 있다. 구형적으로 대칭인 제동 필드는 적절하게 형성된 전극 쌍의 지원으로 발생된다.
제 2 전자를 양호하게 초점을 맞추는 것을 보장하기 위해, 상술한 표본 바로 위에 배치된 추출 전극에 높은 양 전위를 제공해야 한다. 그러나 표본의 영역에서 고 추출 필드(E = 1 - 2kV)는 피해야 하며, 특히 보호막을 입힌(passivated) 마이크로전자 부품의 동작을 체크할 때 그러하다. 또한, 추출 필드의 균일성은 매우 구조화된 표본에서 방해받으며 이것은 표본상의 전자 프로브의 직경에 의해 결정되는 전자 빔 측정 기구의 해상도에 바람직하지 않는 영향을 끼친다. 따라서, 미합중국 특허 제 4,812,651호는 상술한 표본 바로 위에 배치된 제 1 입자 빔의 경로에 추출 전극을 포함하도록 제안하는데, 추출 전극은 추출 필드 세기를 조절하기 위해 가변 전압으로 충전된다.
추출 전극의 추가는 저 추출 필드(즉, 보호막을 입힌 회로에 대해)뿐만 아니라 고 추출 필드를 실현할 수 있게 해준다. 따라서, 추출 전극은 몇 kV의 고 전압(전형적으로 1kV) 또는 0V 주변의 저 전압(전형적으로 -50V에서 +100V)이 인가된다.
그러나, 상술한 표본 바로 위에 추가 전극을 사용하는 분광계 대물 렌즈는제 2 전자 교차점이 상술한 대물 렌즈가 배치된 분광계의 일부가 발생시킨 구형적으로 대칭인 제동 필드의 중앙 영역 내에 있지 않아서 불리하며, 결과적으로 측정 결과가 부정확하다.
따라서, 본 발명의 목적은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 분광계 대물 렌즈를 제공하여 저 추출 필드를 사용하는 응용에 있어서 측정 결과를 개선하는데 있다.
대물 렌즈는 청구항 제 1 항의 특징에 의해 달성된다.
본 발명의 또다른 실시예는 종속항의 주제이다.
본 발명에 따른 입자 빔 측정 기구용 분광계 대물 렌즈는 제 1 입자 빔의 초점을 맞추는 입자 빔 광학 유닛을 형성하는 대물 렌즈와 제동 필드 분광계를 가지며, 제동 필드 분광계는 표본으로부터 제 2 입자를 추출하는 추출 전극 장치, 대물 렌즈 방향으로 제 2 입자를 가속하는 가속 전극 장치, 제 2 입자를 제동하는 전위 장벽을 설정하는 제동 필드 전극 장치 및 추출 필드 세기의 조절을 위해 적어도 두 개의 상이한 전압을 갖는 추출 전극 장치를 충전하기 위한 수단을 포함한다.
더욱이, 추출 전극 장치의 전압에 종속하는 가속 전극 장치를 충전하기 위한 수단이 제공되어 제동 필드 전극 장치를 통과하는데 적합화된 제 2 입자 다발을 형성한다.
추출 전극 장치의 전압의 변경에 따라서 가속 전극 장치의 전압을 적합화함으로써, 측정 결과를 개선하는 것이 가능하며, 특히 저 추출 전압의 경우에 그러하다.
바람직한 실시예에서, 제 2 입자 교차점이 제동 필드 전극 장치의 중앙 영역 내에 놓이도록 가속 전극 장치의 전압이 추출 전극 장치에 적합화된다.
또다른 실시예에서, 추출 및 가속 전극 장치를 충전하는 수단은 적어도 두 개의 모드를 갖는 스위칭 수단이 제어하며, 추출 및 가속 전극 장치에 사전설정된 전압값이 인가된다.
도 1은 본 발명인 분광계 대물 렌즈의 실시예의 수직 단면도,
도 2는 고 추출 필드를 갖는 도 1의 분광계 대물 렌즈의 부분 단면도,
도 3은 저 추출 필드를 갖는 도 1의 분광계 대물 렌즈의 부분 단면도.
본 발명의 또다른 실시예를 도면을 참조하여 이하에서 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광계 대물 렌즈를 개략적으로 도시하는데, 분광계 대물 렌즈는 필수적으로 제 1 입자 빔(2)의 초점을 맞추는 입자 빔 광학 유닛을 형성하는 대물 렌즈(1)와 제동 필드 분광계를 갖는다.
제동 필드 분광계는 표본(5)으로부터 제 2 입자(4)를 추출하는 추출 전극 장치(3), 대물 렌즈(1)의 방향으로 제 2 입자(4)를 가속하는 가속 전극 장치(6) 및 제 2 입자(4)를 제동하는 전위 장벽을 설정하는 제동 필드(7)를 포함한다.
더욱이, 표본(5)의 영역 내에서 추출 필드 세기를 조절하는 적어도 두 개의 상이한 전압(Vex)을 갖는 추출 전극 장치(3)를 충전하는 수단(8)이 있다. 또한 가변 전압(Vacc)을 갖는 가속 전극 장치(6)를 충전하기 위한 수단(9)이 제공된다. 충전 수단(9)은 추출 전극 장치(3)의 전압(Vex)에 종속하는 가속 전극 장치(6)를 충전하기 위해 적합화되어 제동 필드 전극 장치(7)를 통과하는데 적합화되는 제 2 입자 다발을 형성한다.
둘러싸인 제동 필드 전극 장치(7)는 제 1 및 제 2 전극(7.1, 7.2)을 가지며, 제 1 전극(7.1)은 제 1 반경을 갖는 제 1 구(sphere)의 표면의 일부이고 제 2 전극은 제 2 반경을 갖는 제 2 구의 일부이며, 제 1 및 제 2 구의 중심점은 대물 렌즈(1)의 광학 축(1.1) 상에 놓인 중앙점(10)에서 일치한다. 제 1 및 제 2 전극(7.1, 7.2)은 전위 장벽이 제 2 입자(4)를 제동하도록 설정되기 위해 전압(V1, V2)으로 충전된다.
검출기(11)가 제공되어 전극(7.2)을 관통하는 제 2 입자를 검출한다. 대칭적으로 검출기를 장치할 때, 음 전위에 놓인 전극(12)이 또한 제 1 및 제 2 전극(7.1, 7.2) 위에 제공될 수 있다. 전극(12)은 광학 축(1.1) 방향으로 방출된 임의의 제 2 전자(4)를 굴절시킨다.
추출 전극 장치(3)는 바람직하게 평면 격자 전극(planar grid electrode)으로 형성되고 충전 수단(8)에 도전적으로 연결된다.
가속 전극 장치(6)는 이 실시예에 따라서 광학 축(1.1) 주변에서 공심적으로(concentrically) 배치된 홀로우 실린더(hollow cylinder)인 라이너 튜브(liner tube)에 의해 형성된다. 이 라이너 튜브는 제 2 전자(4)의 이동을 교란하는 대물 렌즈(1) 내의 전기장을 갖지 않는다. 제동 필드 전극 장치(7)의 두 개의 전극(7.1 및 7.2)은 구형 격자 전극으로 형성된다. 개시된 실시예에서, 제 1 전극(7.1)은 가속 전극 장치(6)를 형성하는 라이너 튜브의 끝에 전기적으로 연결된다. 따라서, 제 1 전극(7.1)의 전압(V1)은 충전 수단(9)이 인가하는 가속 전극 장치(6)의 전압(Vacc)에 일치한다.
전자 빔 측정 기구는 예를 들어 제 1 전극 빔 같은 제 1 입자 빔(2)을 제공하는데, 제 1 입자 빔은 표본(5) 상으로 초점이 맞추어진 빔 발생기가 방출한다. 제 1 입자는 표본(5) 상에 제 2 입자를 발생시키고, 제 2 전자가 표본으로부터 추출된다. 제 2 전자는 추출 전극 장치(3)를 통과하여 가속 전극 장치(6)에 의해 가속될 것이다. 제 2 전자는 광학 축(1.1) 상에서 교차점을 갖기 위해 대물 렌즈(1)의 자기장으로 진입한다. 교차점은 제 2 입자의 가상 소스의 실제 중개 이미지(real intermediate image of a virtual source), 달리 말하면 표본(5)에 대한 모든 가상 제 2 입자 경로의 최소 가성 교차 섹션(the smallest caustic cross-section)으로 해석되어질 것이다. 양호한 검출 효율성을 달성하기 위해, 제 2 전자의 진행 경로를 제동 필드 전극 장치의 전기력 선(field line)에 평행하게 하는 것이 바람직하며, 따라서 제 1 및 제 2 전극(7.1. 7.2)에는 수직이다. 제 2 입자의 교차점이 제동 필드 전극 장치(7)의 중심점(10)에 놓인다면, 이 조건은 사실이다.
제동 필드 전극 장치(7)의 구형적으로 대칭인 전기적 제동 필드는 감속 및 에너지 분석을 위해 사용되며, 필드는 제각각 상이한 전위(V1, V2)가 걸린 두 개의 격자(grid or grating) 전극(7.1, 7.2) 사이의 공간에서 설정된다. 격자 전극(7.1)의 하위 반구는 가속 전극 장치(6)의 전위(Vacc)가 걸리고 격자 전극(7.2)의 상위 반구는 일반적으로 대략 -15V와 +15V 사이의 전위로 충전된다.
그 후 상위 반구 격자(7.2)를 관통하는 제 2 입자는 검출기(11)가 검출한다.
전압(Vex)이 표본에 인가되어 테스트된다.
일반적으로, 추출 전극 장치(3)를 충전하는 수단(8)은 -50V에서 2kV의 범위에서 적어도 두 개의 전압을 인가하도록 적용된다. 보호막을 입힌 표본의 경우에 저 전압이 사용될 것이며, 고 추출 필드가 표본을 충전하지 않는 경우에는 고 전압이 사용될 것이다.
가속 전극 장치(6)를 충전하는 수단(9)은 +500V에서 3kV의 범위에서 적어도 두 개의 전압을 인가하도록 적합화된다.
도 2는 추출 전극 장치의 전압(Vex)이 1kV이고 가속 전극 장치의 전압(Vacc)이 2kV인 실시예를 도시한다. 따라서, 고 추출 필드가 표본(5)의 영역에서 발생된다. 제 2 입자(4)는 양호한 검출 효율성을 보장하는 제동 필드 전극 장치(7)의 중암점(10)에서 교차한다.
보호막을 입힌 회로를 테스트할 때, 표본의 충전을 피하기 위해 저 추출 전압을 사용하는 것이 절대적으로 필요하다. 광학 축(1.1) 상에서 교차하기 위해, 추출 전압(Vex)에 따라 가속 전압(Vacc)을 인가하는 것이 필요하다. 적합한 한 쌍의 전압(Vex, Vacc)을 사용함으로써, 제동 필드 장치(7)의 중심점에서 제 2 입자가 교차하게 구성하는 것이 가능하다.
도 3에 따른 실시예에서, 100V의 추출 전압(Vex)과 1kV의 가속 전압(Vacc)을 사용함으로써 저 추출 필드가 발생한다.
많은 경우에, 고 추출 필드를 갖는 제 1 모드와 저 추출 필드를 갖는 제 2 모드의 두가지 모드로 충분하다. 따라서 추출 전극 장치 및 가속 전극 장치를 충전하는 수단(8, 9)은 적어도 두 개의 모드를 갖는 스위칭 수단(13)이 바람직하게 제어하며 추출 적극 장치 및 가속 적극 장치가 현재 전압값으로 인가된다. 예를 들어, 이러한 전압은 제 1 모드에서 Vex = 1kV 및 Vacc = 2kV로 제 2 모드에서 Vex = 100V 및 Vacc = 1kV로 세트될 수 있다.
그 분광계 대물 렌즈는 스위칭 수단상의 버튼을 누름으로써 추출 필드를 테스트될 표본에 적합화시킨다. 사용된 모드에 관계없이, 정확한 측정 결과를 달성할 수 있다.
본 발명은 분광계 대물 렌즈를 제공하여 저 추출 필드를 사용하는 응용에 있어서 측정 결과를 개선하는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 제 1 입자 빔(a primary particle beam : 2)의 초점을 맞추기 위한 입자 빔 광학 유닛(a particle beam optical unit)을 형성하는 대물 렌즈(an objective lens) 및 제동 필드 분광계(a retarding field spectrometer)를 갖는 입자 빔 측정 시스템용 분광계 대물 렌즈에 있어서,
    상기 제동 필드 분광계는,
    표본(a specimem : 5)으로부터 제 2 입자(4)를 추출하기 위한 추출 전극 장치(an extration electrode arrangement : 3)와,
    상기 대물 렌즈(1)의 방향으로 상기 제 2 입자(4)를 가속하기 위한 가속 전극 장치(an acceleration electrode arrangement : 6)와,
    상기 제 2 입자(4)를 제동하는 전위 장벽(a potential barrier)을 설정하기 위한 제동 필드 전극 장치(7)와,
    상기 추출 필드 세기를 조절하기 위해 적어도 두 개의 상이한 전압(Vex)을 갖는 상기 제 1 전극 장치를 충전하기 위한 수단(8)을 포함하며,
    상기 제동 필드 전극 장치(7)를 통과하도록 적합화된 제 2 입자 다발(bundle)을 형성하기 위해 상기 추출 전극 장치(3)의 상기 전압(Vex)에 종속하는 상기 가속 전극 장치(6)를 충전하는 수단(9)을 또한 포함하는 분광계 대물 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가속 전극 장치(6)는 라이너 튜브(a liner tube)에 의해 형성되는 분광계 대물 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가속 전극 장치(6)는 상기 대물 렌즈까지 연장된 라이너 튜브에 의해 형성되는 분광계 대물 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제동 필드 전극 장치(7)는 제 1 및 제 2 전극(7.1, 7.2)을 가지며, 상기 제 1 전극(7.1)은 제 1 반경을 갖는 제 1 구(sphere)의 표면의 일부분이고 상기 제 2 전극(7.2)은 제 2 반경을 갖는 제 2 구의 표면의 일부분이며, 상기 제 1 및 제 2 구의 중심점은 상기 대물 렌즈(1)의 광학 축(optical axis : 1.1) 상에 놓인 중앙점(a center poing : 10)에서 일치하는 분광계 대물 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제동 필드 전극 장치(7)는 제 1 및 제 2 전극(7.1, 7.2)을 가지며, 상기 제 1 전극(7.1)은 제 1 반경을 갖는 제 1 구의 표면의 일부분이고 상기 제 2 전극(7.2)은 제 2 반경을 갖는 제 2 구의 표면의 일부분이며, 상기 제 1 및 제 2 구의 상기 중앙점은 상기 대물 렌즈(1)의 상기 광학 축(1.1) 상에 놓인 상기 중앙점(10)에서 일치하며, 상기 제 1 전극(7.1)은 상기 가속 전극 장치(6)의 끝에 형성되는 분광계 대물 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 입자 다발(secondary corpuscle bundle)은 교차점(a crossover)을 갖는 분광계 대물 렌즈.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 교차점은 상기 제동 필드 전극 장치(7)의 상기 중앙점(10)의 영역 내에 놓인 분광계 대물 렌즈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 추출 및 가속 전극 장치(3, 6)를 충전하기 위한 상기 수단(8, 9)은 적어도 두 개의 모드를 갖는 스위칭 수단(switching means : 12)이 제어하며, 상기 추출 및 가속 전극 장치는 사전설정된 전압값(Vex, Vacc)으로 인가되는 분광계 대물 렌즈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 추출 전극 장치(3)를 충전하기 위한 상기 수단(8)은 -50V에서 2kV의 범위에서 적어도 두 개의 전압(Vex)을 인가하도록 적합화되는 분광계 대물 렌즈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가속 전극 장치(6)를 충전하기 위한 상기 수단(9)은 +500V에서 3kV의 범위에서 적어도 두 개의 전압(Vacc)을 인가하도록 적합화되는 분광계 대물 렌즈.
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