KR200291788Y1 - Scanning electron microscope - Google Patents
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Abstract
전자빔의 이동 궤적에 미치는 영향을 최소화 하면서도 2차 전자의 검출 효율을 향상시킬 수 있는 전자 주사 현미경을 제공하기 위하여, 전자총에서 방출된 전자빔을 시료에 조사하여 상기 시료로부터 발생되는 2차 전자를 검출하는 2차 전자 검출기는, 2차 전자를 집속하는 콜렉터와 집속된 2차 전자에 따른 광을 발생하는 신틸레이터와 발생된 광을 전달하는 광 파이프의 모듈로 형성된 다수의 2차 전자 광 검출부와, 상기 다수의 2차 전자 광 검출부의 광신호를 전달받는 PMT와, 상기 PMT를 통과한 광신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 전자 주사 현미경을 제공한다.In order to provide an electron scanning microscope that can improve the detection efficiency of secondary electrons while minimizing the influence on the movement trajectory of the electron beam, the electron beam emitted from the electron gun is irradiated onto the sample to detect secondary electrons generated from the sample. The secondary electron detector includes: a plurality of secondary electron light detection units formed of a module for collecting secondary electrons, a scintillator for generating light according to the focused secondary electrons, and a light pipe for transmitting the generated light; Provided is an electron scanning microscope including a PMT receiving an optical signal of a plurality of secondary electron light detection units and an amplifier for amplifying the optical signal passing through the PMT.
Description
본 고안은 반도체 소자의 제조 공정에서 반도체 웨이퍼의 표면 결함과 단면 분석 및 회로 선폭 등을 측정하는 전자 주사 현미경에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시료면에서 방출된 2차 전자를 검출하는 검출장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electron scanning microscope for measuring surface defects, cross-sectional analysis, and circuit line width of a semiconductor wafer in a semiconductor device manufacturing process, and more particularly, to a detection device for detecting secondary electrons emitted from a sample surface. will be.
일반적으로, 반도체 웨이퍼의 표면에 다수의 반도체 소자를 집적하기 위해서는 많은 단위 공정이 실시되며, 각 단위 공정에서는 전자 주사 현미경을 사용하여 반도체 웨이퍼 표면의 결함이나 회로 선폭 및 두께 등을 측정하게 된다.In general, many unit processes are performed to integrate a plurality of semiconductor devices on the surface of a semiconductor wafer. In each unit process, defects, circuit line widths, and thicknesses of the semiconductor wafer surface are measured using an electron scanning microscope.
이러한 전자 주사 현미경은 도 1에 도시한 바와 같이, 하우징(110), 하우징(110)의 내측 상단에 조립되어 전자빔을 발생하는 전자총(112), 전자총(112)에서 발생된 전자빔을 여과 및 집속하는 집속모듈(114), 시료로 주사되는 전자빔의편향 각도를 조절하기 위해 집속 모듈(114)과 대물 모듈(116) 사이에 설치되는 주사 코일(118), 주사 코일(118)에 의해 편향 각도가 조절된 전자빔을 시료 안착부(120)에 안착된 시료로 주사하는 대물모듈(116), 시료와 충돌하여 발생된 2차 전자(e2)를 검출하는 2차 전자 검출기(122), 및 2차 전자(e2) 검출 신호를 비디오 회로(124a)를 통해 수신하여 비디오 신호로 변환하며, 변환된 비디오 신호를 음극선관(124c)을 통해 표시하여 줌으로써, 작업자가 표시된 시료의 이미지를 이용하여 시료의 표면, 회로 선폭 및 두께 등을 측정할 수 있도록 하는 영상 처리부(124)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the electron scanning microscope is assembled to the housing 110 and the inner upper end of the housing 110 to filter and focus the electron gun 112 and the electron beam generated from the electron gun 112. The deflection angle is adjusted by the scanning coil 118 and the scanning coil 118 provided between the focusing module 114 and the focusing module 114 and the objective module 116 to adjust the deflection angle of the electron beam scanned into the sample. The objective module 116 scans the electron beam into the sample seated on the sample seating part 120, the secondary electron detector 122 for detecting the secondary electron e2 generated by colliding with the sample, and the secondary electron ( e2) The detection signal is received through the video circuit 124a and converted into a video signal, and the converted video signal is displayed through the cathode ray tube 124c, whereby an operator uses an image of the sample to display the surface of the sample and the circuit. To measure line width and thickness And a video processor 124. The
여기에서, 미설명 도면부호 114a, 114b는 집속 모듈의 집속 어퍼쳐, 집속 렌즈를 각각 나타내고, 116a,116b는 대물 모듈의 대물 렌즈와 대물 어퍼쳐를 각각 나타내며, 124b,124d는 영상 처리부의 동기 회로 및 편향 코일을 각각 나타낸다.Here, reference numerals 114a and 114b denote the focusing aperture and focusing lens of the focusing module, respectively, and 116a and 116b represent the objective lens and the objective aperture of the objective module, respectively, and 124b and 124d denote synchronization circuits of the image processing unit. And deflection coils, respectively.
이와 같이, 전자 주사 현미경은 2차 전자(e2)를 이용하여 시료의 표면을 영상 처리하는 장치이므로, 2차 전자(e2)를 어느정도 효과적으로 검출하는 가에 따라 전자 주사 현미경의 성능이 좌우된다.As described above, since the electron scanning microscope is an apparatus that image-processes the surface of the sample using the secondary electrons e2, the performance of the electron scanning microscope depends on how effectively the secondary electrons e2 are detected.
이에, 종래의 2차 전자 검출기에 대해 살펴보면, 도 2에 도시한 바와 같이 2차 전자 검출기는 콜렉터(collector)(122a)와 신틸레이터(scintillator)(122b)를 선단에 구비한 광 파이프(light pipe)(122c)와, 광 파이프(122c)의 광신호를 전달받는 PMT(Photo Multi Tube: 이하 PMT라 한다)(122d)와, PMT(122d)를 통과한 광신호를 증폭하는 증폭기(122e)를 포함하며, 상기한 콜렉터(122a), 신틸레이터(122b), 광 파이프(122c), PMT(122d), 및 증폭기(122e)는 한 개의 모듈로 구성된다. 그리고, 상기 콜렉터(122a)와 센틸레이터(122b)에는 직류 전원이 연결된다.Thus, referring to the conventional secondary electron detector, as shown in FIG. 2, the secondary electron detector includes a light pipe having a collector 122a and a scintillator 122b at the front end thereof. 122c, a PMT (hereinafter referred to as PMT) 122d for receiving the optical signal of the light pipe 122c, and an amplifier 122e for amplifying the optical signal passing through the PMT 122d. The collector 122a, the scintillator 122b, the light pipe 122c, the PMT 122d, and the amplifier 122e are configured as one module. In addition, a DC power source is connected to the collector 122a and the centrator 122b.
이에 따라, 전자빔이 시료와 충돌하여 2차 전자(e2)가 발생되면, 이 2차 전자(e2)는 콜렉터(122a)에 인가된 전압에 의해 상기 콜렉터(122a)로 집속되고, 신틸레이터(122b)를 조사한 2차 전자(e2)에 의해 빛이 발생되면, 이 빛은 광 파이프(122c)와 PMT(122d) 및 증폭기(122e)를 경유하여 광신호로서 취출된다. 이때, 상기 시료를 조사하는 전자빔의 에너지는 통상 수십 KeV 이상이기 때문에, 콜렉터(122a)로부터 받는 전자빔의 편향 작용은 무시할 수 있다.Accordingly, when the electron beam collides with the sample to generate the secondary electrons e2, the secondary electrons e2 are focused on the collector 122a by the voltage applied to the collector 122a and the scintillator 122b. When light is generated by the secondary electrons e2 irradiated with), the light is taken out as an optical signal via the light pipe 122c, the PMT 122d, and the amplifier 122e. At this time, since the energy of the electron beam irradiating the sample is usually several tens of KeV or more, the deflection action of the electron beam received from the collector 122a can be ignored.
그런데, 종래에는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 콜렉터(122a), 신틸레이터(122b), 광 파이프(122c), PMT(122d), 및 증폭기(122e)가 하나로 모듈화된 2차 전자 검출기(122)가 한 개만 구비되어 있다. 따라서, 검출기(122)로부터 먼 거리에서 발생된 2차 전자는 검출기(122)에 효과적으로 집속되지 못한다. 이는, 2차 전자 검출기(122)의 전자 검출 효율을 높이기 위해 콜렉터(122a)에 인가하는 전압을 증가시킬 경우에는 이 전압으로 인해 시료에 충돌되는 전자빔의 궤적이 영향을 받게 되기 때문이다.However, in the related art, as illustrated in FIGS. 1 and 2, a secondary electron detector (C) in which the collector 122a, the scintillator 122b, the light pipe 122c, the PMT 122d, and the amplifier 122e are modularized into one. Only one 122 is provided. Therefore, secondary electrons generated at a long distance from the detector 122 are not effectively focused on the detector 122. This is because, when the voltage applied to the collector 122a is increased to increase the electron detection efficiency of the secondary electron detector 122, the trajectory of the electron beam collided with the sample is affected by this voltage.
따라서, 종래의 전자 주사 현미경은 전자총 조정 횟수와 점검 시간 증가로 인해 반도체 제조 시간이 증가하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다.Therefore, the conventional electron scanning microscope has a problem in that productivity increases due to an increase in semiconductor manufacturing time due to an increase in the number of electron gun adjustments and an inspection time.
이에 본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전자빔의 이동 궤적에 미치는 영향을 최소화 하면서도 2차 전자의 검출 효율을 향상시킬 수 있는 전자주사 현미경을 제공함을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide an electron scanning microscope that can improve the detection efficiency of secondary electrons while minimizing the effect on the movement trajectory of the electron beam.
도 1은 종래 기술에 따른 전자 주사 현미경의 개략적인 구성도이고,1 is a schematic configuration diagram of an electron scanning microscope according to the prior art,
도 2는 종래 기술에 따른 2차 전자 검출기의 개략적인 구성도이며,2 is a schematic configuration diagram of a secondary electron detector according to the prior art,
도 3은 본 고안에 따른 전자 주사 현미경의 개략적인 구성도이고,3 is a schematic configuration diagram of an electron scanning microscope according to the present invention,
도 4는 본 고안에 따른 2차 전자 검출기의 개략적인 구성도이다.4 is a schematic configuration diagram of a secondary electron detector according to the present invention.
상기한 본 고안의 목적은,The object of the present invention described above,
전자총에서 방출된 전자빔을 시료에 조사하여 상기 시료로부터 발생되는 2차 전자를 검출하는 전자 주사 현미경에 있어서,In an electron scanning microscope for detecting secondary electrons generated from the sample by irradiating the sample with an electron beam emitted from the electron gun,
상기 2차 전자를 검출하는 2차 전자 검출기는, 상기 2차 전자를 집속하는 콜렉터와 집속된 2차 전자에 따른 광을 발생하는 신틸레이터와 발생된 광을 전달하는 광 파이프의 모듈로 형성된 다수의 2차 전자 광 검출부와, 상기 다수의 2차 전자 광 검출부의 광신호를 전달받는 PMT와, 상기 PMT를 통과한 광신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 전자 주사 현미경에 의해 달성된다.The secondary electron detector for detecting the secondary electrons includes a plurality of modules formed of a collector for focusing the secondary electrons, a scintillator for generating light according to the focused secondary electrons, and a light pipe module for transmitting the generated light. It is achieved by an electron scanning microscope including a secondary electron light detector, a PMT receiving the optical signals of the plurality of secondary electron light detectors, and an amplifier for amplifying the optical signal passing through the PMT.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 전자 주사 현미경을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an electron scanning microscope according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail as follows.
도 3은 본 고안에 따른 전자 주사 현미경의 개략적인 구성도를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 2차 전자 검출기를 개략적인 구성도를 도시한 것이다.3 is a schematic configuration diagram of an electron scanning microscope according to the present invention, and FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the secondary electron detector of FIG. 3.
본 발명의 전자 주사 현미경은 하우징(10), 전자총(12), 집속 모듈(14), 주사 코일(16), 대물 모듈(18), 시료 안착부(20), 2차 전자 검출기(22) 및 영상 처리부(24)를 포함한다.The electron scanning microscope of the present invention includes a housing 10, an electron gun 12, a focusing module 14, a scanning coil 16, an object module 18, a sample seat 20, a secondary electron detector 22 and An image processor 24 is included.
전자총(12)은 하우징(10)의 내측 상단에 조립되어 전자빔을 발생한다. 전자총(12)에서 발생된 전자빔은 집속 모듈(14)의 집속 어퍼쳐(14a)에서 여과된 후 집속 렌즈(14b)에 의해 집속되어 대물 모듈(18)의 대물 렌즈(18a)와 대물어퍼쳐(18b)를 통해 시료 안착부(20)에 안착된 시료로 주사된다. 시료로 주사되는 빔의 편향 각도를 조절하기 위해 집속 모듈(14)과 대물 모듈(18) 사이에 주사 코일(16)이 설치된다.The electron gun 12 is assembled to an inner upper end of the housing 10 to generate an electron beam. The electron beam generated by the electron gun 12 is filtered by the focusing aperture 14a of the focusing module 14 and then focused by the focusing lens 14b to be objectively focused with the objective lens 18a of the objective module 18. 18b) is injected into the sample seated on the sample seat 20. The scanning coil 16 is installed between the focusing module 14 and the objective module 18 to adjust the deflection angle of the beam scanned into the sample.
주사 코일(16)에 의해 편향 각도가 조절된 전자빔이 시료로 조사되면 시료에서는 광전자, 흡수 전자 및 2차 전자(e2)가 발생되는데, 이 2차 전자(e2)는 본 발명의 2차 전자 검출기(22)에 의해 검출된다.When the electron beam of which the deflection angle is adjusted by the scanning coil 16 is irradiated to the sample, the sample generates photoelectrons, absorbing electrons, and secondary electrons e2, which are secondary electron detectors of the present invention. It is detected by (22).
본 발명의 2차 전자 검출기(22)는 도시한 바와 같이 다수개, 바람직하게는 24개의 2차 전자 광 검출부(26)를 포함한다. 상기 도 3 및 도 4에는 4개의 2차 전가 광 검출부(26)가 제공된 것을 예로 들어 도시하였다.The secondary electron detector 22 of the present invention includes a plurality of secondary electron light detectors 26, preferably 24, as shown. 3 and 4 illustrate four secondary charged light detectors 26 provided as an example.
상기 각각의 2차 전자 광 검출부(26)는 선단에 2차 전자를 집속하는 콜렉터(26a) 및 집속된 2차 전자에 의해 광을 발생하는 신틸레이터(26b), 발생된 광을 전달하는 광 파이프(26c)를 포함하며, 상기 콜렉터(26a) 및 신틸레이터(26b)에는 시료면에서 발생된 2차 전자(e2)를 끌어당길 수 있도록 일정한 전압이 인가된다. 또한, 본 발명은 2차 전자 광 검출부(26c) 각각의 광 파이프들(26c)들로부터 광 신호를 전달받는 한 개의 PMT(28)와, PMT(28)의 신호를 전달받아 증폭하는 증폭기(30)를 포함한다.Each of the secondary electron light detectors 26 includes a collector 26a for focusing secondary electrons at its tip, a scintillator 26b for generating light by the focused secondary electrons, and a light pipe for transferring the generated light. And a constant voltage is applied to the collector 26a and the scintillator 26b so as to attract the secondary electrons e2 generated from the sample surface. In addition, the present invention is one PMT (28) receives the optical signal from the light pipes (26c) of each of the secondary electron light detector 26c, and the amplifier (30) for receiving and amplifying the signal of the PMT (28) ).
이와 같이, 본 발명의 2차 전자 검출기(22)는 콜렉터, 신틸레이터, 광 파이프, PMT 및 증폭기를 한 개의 모듈로 구성한 종래의 경우와는 달리, 2차 전자 광 검출부(26)를 콜렉터(26a)와 신틸레이터(26b) 및 광 파이프(26c)를 한 개의 모듈로 구성하여 상기 2차 전자 광 검출부(26)를 복수개 구비하고, PMT(28) 및 증폭기(30)는 한 개씩만 구비한다.As described above, the secondary electron detector 22 of the present invention uses the collector 26a as the collector 26a, unlike the conventional case in which the collector, the scintillator, the light pipe, the PMT, and the amplifier are configured as one module. ), The scintillator 26b and the light pipe 26c are configured as one module, and a plurality of secondary electron light detectors 26 are provided, and only one PMT 28 and one amplifier 30 are provided.
이때, 상기 2차 전자 광 검출부(26)는 이웃하는 2차 전자 광 검출부(26)와 등간격으로 설치하여 2차 전자(e2)의 검출 효율을 최대화 한다.In this case, the secondary electron light detector 26 is installed at equal intervals with the neighboring secondary electron light detector 26 to maximize the detection efficiency of the secondary electron e2.
이에 따라, 시료면상에서 발생된 2차 전자(e2)는 4개의 2차 전자 광 검출부(26) 각각의 콜렉터(26a)에 의해 끌어당겨져 신틸레이터(26b)를 향하게 되고, 신틸레이터(26b)를 조사한 2차 전자(e2)는 빛으로 변환되어 광 파이프(26c)를 통하게 된다. 이와 같이 4개의 광 파이프(26c)를 통한 빛은 광 통로(L)를 통해 PMT(28)로 전송되고, 이후, 증폭기(30)에서 증폭되어 영상 처리부(24)로 송신된다.Accordingly, the secondary electrons e2 generated on the sample surface are attracted by the collectors 26a of each of the four secondary electron light detection units 26 to face the scintillator 26b, and the scintillator 26b is moved. The irradiated secondary electrons e2 are converted to light and pass through the light pipe 26c. As such, the light through the four light pipes 26c is transmitted to the PMT 28 through the light path L, and then amplified by the amplifier 30 and transmitted to the image processor 24.
영상 처리부(24)는 2차 전자 검출 신호를 비디오 회로(24a)를 통해 수신하여 비디오 신호로 변환하며, 변환된 비디오 신호를 음극선관(24c)을 통해 표시하여 줌으로써, 작업자가 표시된 시료의 이미지를 이용하여 시료의 표면, 회로 선폭 및 두께 등을 측정할 수 있도록 한다.The image processor 24 receives the secondary electron detection signal through the video circuit 24a and converts it into a video signal, and displays the converted video signal through the cathode ray tube 24c to display an image of the sample displayed by the operator. The surface, circuit line width, and thickness of the specimen can be measured.
상기 음극선관(24c)에 표시되는 시료의 이미지를 동기시켜 표시하기 위해 음극선관(24c)에는 편향 코일(24d)이 장착되며, 편향 코일(24d)은 동기 회로(24b)와 연결되고, 동기 회로(24b)는 주사 코일(16)과 연결 접속된다. 따라서, 시료에 주사되는 전자빔의 초점을 맞추기 위해 작업자가 주사 코일(16)을 조정하게 되면 주사 코일(16)은 조절 신호를 발생하며, 동기 회로(24b)는 주사 코일(16)에서 발생된 조절 신호를 수신하여 수평 및 수직 동기 신호를 추출한 후 편향 코일(24d)로 전송한다. 그리고, 편향 코일(24d)은 수신된 수평 및 수직 동기 신호에 따라 시료의 이미지를 동기시켜 음극선관(24c)에 표시하게 된다.In order to synchronize and display an image of the sample displayed on the cathode ray tube 24c, the cathode ray tube 24c is equipped with a deflection coil 24d, and the deflection coil 24d is connected with the synchronization circuit 24b, and the synchronization circuit 24b is connected and connected to the scanning coil 16. Therefore, when the operator adjusts the scan coil 16 to focus the electron beam scanned on the sample, the scan coil 16 generates an adjustment signal, and the synchronous circuit 24b generates the adjustment generated by the scan coil 16. After receiving the signal, the horizontal and vertical synchronization signals are extracted and transmitted to the deflection coil 24d. Then, the deflection coil 24d synchronizes the image of the specimen according to the received horizontal and vertical synchronizing signals to be displayed on the cathode ray tube 24c.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안에 따른 전자 주사 현미경은 복수개의 2차 전자 광 검출부를 이용하여 시료면에서 발생된 2차 전자를 다각도에서 검출함으로써, 검출되지 못하고 손실되는 2차 전자의 양을 최소화 할 수 있다. 따라서, 전자 주사 현미경의 검출 능력 및 해상도 향상이 가능하여 제품의 수율을 향상시킬 수 있고, 장비 검사 시간의 단축으로 인해 반도체 제조시의 공정 시간 단축이 가능한 효과가 있다.As described above, the electron scanning microscope according to the present invention uses a plurality of secondary electron light detectors to detect secondary electrons generated from a sample surface at multiple angles, thereby minimizing the amount of secondary electrons not detected and lost. Can be. Therefore, it is possible to improve the detection capability and resolution of the electron scanning microscope to improve the yield of the product, there is an effect capable of shortening the process time during semiconductor manufacturing due to the shortening of the equipment inspection time.
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Cited By (2)
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| KR100932893B1 (en) * | 2008-03-05 | 2009-12-21 | (주)코셈 | Electron microscope |
| KR101336607B1 (en) | 2010-08-26 | 2013-12-05 | 국민대학교산학협력단 | The apparatus and method of using a dither about how to improve the image of sem |
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- 2002-06-14 KR KR2020020018106U patent/KR200291788Y1/en not_active IP Right Cessation
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| KR100932893B1 (en) * | 2008-03-05 | 2009-12-21 | (주)코셈 | Electron microscope |
| KR101336607B1 (en) | 2010-08-26 | 2013-12-05 | 국민대학교산학협력단 | The apparatus and method of using a dither about how to improve the image of sem |
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| Date | Code | Title | Description |
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| REGI | Registration of establishment | ||
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Payment date: 20080630 Year of fee payment: 7 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |