KR20110009138A - 시료관찰방법과 장치 및 상기 방법과 장치를 이용한 검사방법과 장치 - Google Patents

시료관찰방법과 장치 및 상기 방법과 장치를 이용한 검사방법과 장치 Download PDF

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Abstract

종래에는 주목받지 못한 에너지 영역에서의 전자빔을 이용하여 시료를 관찰하는 능력을 향상시킬 수 있는 기술이 제공된다. 상기 시료관찰방법은, 상기 시료에 전자빔을 조사하는 단계; 상기 전자빔의 조사에 의해 생성된 그리고 상기 시료에 대한 정보를 취득한 관찰대상전자를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 관찰대상전자로부터 상기 시료의 화상을 생성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 상기 전자빔의 조사는, 2차방출전자가 검출되는 2차방출전자영역과 미러전자가 검출되는 미러전자영역 사이의 천이영역에서 설정된 랜딩 에너지를 갖는 상기 전자빔을 상기 시료에 조사하여, 상기 관찰대상전자로서 상기 2차방출전자와 상기 미러전자를 혼재시키는 단계를 포함하여 이루어진다. 상기 관찰대상전자의 검출은, 상기 2차방출전자 및 상기 미러전자가 혼재한 상태로 검출을 행하는 단계를 포함하여 이루어진다. 따라서, 100 nm 이하의 패턴 및 미세한 이물에 대한 관찰과 검사가 신속하게 실시가능하다.

Description

시료관찰방법과 장치 및 상기 방법과 장치를 이용한 검사방법과 장치{SPECIMEN OBSERVATION METHOD AND DEVICE, AND INSPECTION METHOD AND DEVICE USING THE METHOD AND DEVICE}
본 출원은 하기 출원들의 이익을 주장하며, 그 전문이 본 명세서에 인용참조된다.
(1) 2008년 4월 11일에 일본에서 출원된 일본특허출원 제2008-103832호;
(2) 2008년 7월 2일에 일본에서 출원된 일본특허출원 제2008-173994호;
(3) 2009년 2월 13일에 일본에서 출원된 일본특허출원 제2009-031032호;
(4) 2009년 2월 26일에 일본에서 출원된 일본특허출원 제2009-044397호; 및
(5) 2009년 3월 12일에 일본에서 출원된 일본특허출원 제2009-059206호.
본 발명은 전자빔을 사용하여 시료를 관찰하는 시료관찰방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 랜딩(landing) 에너지가 낮은 전자빔을 이용하는 관찰기술에 관한 것이다.
종래, 웨이퍼 또는 마스크를 포함하는 시료기판은, 예컨대 반도체제조분야에서 관찰된다. 종래의 관찰장치로는 광학현미경 및 주사형전자현미경(SEM)이 알려져 있다. 투영식 관찰장치의 사용 또한 제안되었다. 투영식 관찰장치는 SEM보다 큰 직경의 전자빔을 조사하여, 광범위의 시료 화상을 취득한다.
그런데, 최근에는 시료의 패턴이 미세화되어 검출대상 이물(foreign material)의 사이즈 또한 더욱 작아졌다. 예를 들어, 패턴 사이즈가 100 nm 이하가 되었다. 100 nm 이하의 이물을 검출하는 것이 바람직하다. 하지만, 종래의 광학현미경은 해상도(resolution)가 불충분하고, 이러한 미세한 대상의 관찰이 곤란하다. SEM은 배율을 증대시킬 수 있고, 미세한 대상도 관찰할 수 있지만, 관찰시간이 매우 늘어나야 한다. 투영식 관찰장치를 사용하면 관찰시간이 짧아질 수는 있지만, 해상도가 불충분하게 된다.
상기 언급된 바와 같이, 종래의 관찰기술은 대상물의 사이즈에 제한이 있을 수도 있고, 미세한 크기의 대상물 관찰이 곤란할 수도 있다. 또한, 각종 대상물을 관찰하는데 필요한 충분한 능력을 제공하는 것이 용이하지 않을 수도 있다. 이하, 4가지 관점에서 보다 상세히 배경 기술을 설명하기로 한다.
[배경 1](이물의 관찰)
전자빔검사방법 및 전자빔검사장치
상기 배경기술에 있어서, 본 발명은 전자빔검사방법 및 전자빔검사장치에 관한 것으로, 특히 시료에 전자빔을 조사하고, 반사된 전자를 검출기에 의하여 검출하여, 상기 시료 표면 상의 이물의 화상을 취득하는 전자빔검사방법 및 전자빔검사장치에 관한 것이다.
일본특허공개출원 평11-108864호는 종래의 패턴결함검사장치를 개시하고 있다. 상기 종래의 장치는 전자원으로부터 방출되는 전자빔을 시료 표면에 조사하는 수단을 구비한다. 소정 면적의 면적이 전자빔으로 동시에 조사된다. 또한, 종래의 장치는 시료를 홀딩하는 가동시료스테이지; 상기 시료가 조사되는 전자빔을 상기 시료 표면 직전에서 반사시키는 전압인가수단; 상기 표면 직전에서 반사되는 전자빔으로부터 소정의 면적을 갖는 화상을 형성하는 수단; 및 상기 화상을 전기화상신호로 변환하는 수단을 구비한다. 상술된 구성에 의하면, 종래의 장치는 시료 표면 상에서 소정의 면적의 영역의 화상 신호를 취득하고, 상기 취득한 화상 신호를 또다른 영역의 화상 신호에 비교하여, 패턴 결함을 검출하게 된다.
상술된 종래의 장치는 시료 표면 상의 패턴 결함을 검출할 수 있다. 하지만, 종래의 장치는 시료 표면 상에 존재하는 이물을 효과적으로 검출할 수는 없다.
다른 한편으로, 더스트 또는 기타 이물이 때때로 처리 시에 반도체웨이퍼와 같은 시료의 표면에 부착될 수도 있다. 이물의 검출은 반도체웨이퍼의 품질 제어에 있어서 중요하다. 하지만, 이물 검사에 장시간이 걸리는 것은 생산성 관점에서는 바람직하지 않다.
따라서, 시료 표면 상의 이물을 신속하면서도 확실하게 검출할 수 있는 전자빔검사방법 및 전자빔검사장치를 제공하는 것이 바람직하다.
[배경 2](절연영역 및 도전영역의 관찰)
시료관찰장치, 시료관찰방법 및 상기 장치와 방법을 이용한 반도체제조방법
이러한 배경 기술에 있어서, 본 발명은 시료관찰장치, 시료관찰방법 및 상기 장치와 방법을 이용한 반도체제조방법에 관한 것으로, 특히 절연영역과 도전영역이 형성되는 시료 표면을 저에너지의 촬상전자빔으로 조사하여 상기 시료 표면의 화상을 취득하는 기술에 관한 것이다.
특허출원 제2003-500821호에 대한 PCT 국제공보의 공개된 일문 번역문은 종래의 2차전자방출현미경을 개시하고 있다. 이러한 종래의 장치는 우선 고에너지의 제1빔을 조사한다. 1 keV 정도의 충돌 에너지를 갖는 제1전자빔은 병렬 멀티-픽셀 화상화에 적합한 빔이다. 상기 제1빔은 샘플의 하전을 중성화하거나 또는 양전하를 축적시킨다. 그 후, 종래의 장치는 0 eV의 충돌 에너지를 갖는 저에너지빔을 조사한다. 상기 샘플 표면의 양전하가 보상되고, 상기 샘플의 표면 전위는 소정의 전압값으로 고정된다. 이러한 상태에서 2차전자가 생성된다. 따라서, 전하 축적의 문제없이 2차전자로부터 화상을 취득할 수 있게 된다.
하지만, 상술된 종래의 장치는 샘플로부터 방출되는 2차전자만을 검출하고, 상기 2차전자로부터만 화상을 취득한다. 2차전자방출은 전체적으로 코사인 법칙을 따르며, 불량한 직진성을 가진다. 그 결과, 신호 대 잡음비(signal-to-noise)가 양호한 화상을 취득하는 것이 곤란할 수도 있다.
절연영역과 도전영역이 샘플 표면 상에 형성되는 경우에는, 2차전자로부터만 취득한 화상이 절연영역과 도전영역 간의 매우 높은 재료 콘트라스트(contrast)를 나타내지 못한다. 결과적으로는, 샘플 표면의 관찰이나 검사가 어려워질 수도 있게 된다.
예를 들어, 샘플 상의 절연영역과 도전영역이 언밸런스하고, 상기 절연영역의 면적이 상기 도전영역보다 압도적으로 크다(절연영역의 면적비가 매우 크다)고 가정하자. 이 경우, 2차전자로부터의 화상이 절연영역과 도전영역 간에 낮은 콘트라스트를 제공할 수 있으므로, 검사가 곤란하게 될 수도 있다.
이러한 이유로, 절연영역과 도전영역이 시료 표면 상에 형성되는 경우에는, 높은 콘트라스트로 시료 표면을 관찰할 수 있는 기술을 제공하는 것이 바람직하다.
[배경 3](패턴의 관찰)
시료관찰방법과 장치 및 상기 방법과 장치를 이용한 시료검사방법 및 장치
상기 배경 기술에 있어서, 본 발명은 전자빔을 이용하여 시료의 패턴을 관찰하는 시료관찰방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 랜딩 에너지가 낮은 전자빔을 이용한 미세패턴관찰기술에 관한 것이다.
종래, 웨이퍼 또는 마스크를 포함하는 시료 기판은 예컨대 반도체제조분야에서 관찰된다. 시료 관찰은 구조 평가, 확대관찰, 재질평가, 전기적도통상태의 검사와 관찰 등에 대해 행해진다. 시료 기판의 검사 시에는 고정밀도, 고신뢰성 및 고스루풋 등이 요구된다. 그리하여, 이러한 요건들을 충족시키는 시료관찰기술을 제공하는 것이 바람직하다. 시료 관찰 및 검사 기술들은 또한 디바이스제조처리에서도 중요하다. 상기 시료로는 반도체재료, LSI, 금속재료, 절연재료 등을 들 수 있다.
종래에는 광학현미경 또는 전자빔관찰장치가 시료 상의 패턴을 관찰하는데 사용되어 왔다. 통상적인 전자빔관찰장치로는 주사형전자현미경(SEM)이 공지되어 있다. SEM은 시료를 전자빔으로 스캐닝하여, 상기 관찰을 고배율로 행하게 된다. SEM을 이용하는 관찰 기술은 예컨대 일본특허공개출원 제2004-177446호에 개시되어 있다.
투영광학계(projection optical system)를 이용하는 관찰장치들 또한 전자빔관찰장치로 제안되어 왔다. 이러한 종류의 관찰장치를 이하 투영식 관찰장치(projection-type observation device)라고 한다. 투영식 관찰장치는 SEM보다 큰 직경의 전자빔으로 시료를 조사하고, 상기 전자빔의 직경에 대응하는 면적의 화상을 생성한다. 이러한 관찰장치는 예컨대 일본특허공개출원 평11-108864호에 개시되어 있다.
그런데, 최근에는 시료 상의 패턴이 보다 미세해지고, 패턴 사이즈(폭 등)가 100 nm 이하에 이르렀다. 그 결과, 종래의 관찰 기술로는 시료의 패턴 및 패턴 결함을 관찰하는 것이 곤란하게 되었다.
즉, 광학식 관찰은 분해능(resolution)이 광의 파장에 의하여 제약을 받게 된다. 만일 패턴 사이즈가 100 nm 이하인 경우에는, 상기 패턴 사이즈가 광의 파장보다 작게 되어, 충분한 해상도를 얻을 수 없게 되고, 패턴 결함을 검출하기가 곤란하게 된다.
SEM을 이용한 패턴 관찰 및 패턴결함검사의 분해능은 전자빔의 스폿 사이즈(spot size)를 줄임으로써 증대될 수 있다. 이에 따라, 패턴 사이즈가 100 nm 이하인 경우에도, 패턴 관찰이 행해질 수 있고, 패턴 결함 검사도 행해질 수 있게 된다. 하지만, 픽셀 사이즈가 미세한 패턴을 관찰하기 위하여 축소를 요구하므로, 관찰을 위하여 막대한 양의 시간이 필요하게 된다. 예를 들어, 50 nm의 결함을 검출하기 위해서는 10 nm 정도의 픽셀 사이즈가 채용된다. 이 경우에는, 200 Mpps(Mega pixel per second)로 수행되는 검사 조차도 1cm2 당 1.4 시간이 걸린다. 따라서, 이러한 검사는 막대한 양의 시간을 필요로 하므로 실용적이지 못하다.
투영식 관찰장치는 직경이 큰 전자빔으로 시료를 조사하고, 넓은 면적의 화상을 생성하여, SEM 보다 짧은 시간 내에 관찰을 행할 수 있도록 구성된다. 하지만, 상기 장치는 패턴 사이즈가 100 nm 이하인 경우에는 충분한 콘트라스트 및 충분한 해상도를 제공할 수 없다.
보다 구체적으로는, 투영식 관찰장치에서는, 1차광학계가 시료에 전자빔을 조사하고, 2차광학계는 상기 시료로부터 방출되는 2차전자의 화상을 생성한다. 촬상 영역(빔조사영역)은 수십 마이크로미터 이상으로 설정가능하고, 관찰 시간은 짧다. 하지만, 2차광학계의 수차(aberration)가 충분히 저감될 수 없어, 100 nm 이하의 패턴 사이즈에 대해서는 관찰에 필요한 해상도를 실현하는 것이 용이하지 않게 된다.
그러므로, 상술된 배경에 있어서는, 미세한 패턴을 관찰할 수 있는 기술을 제공하는 것이 바람직하다.
[배경 4](복수의 막이 형성되는 시료의 관찰)
막이 코팅된 기판(film-coated substrate)의 검사방법 및 검사장치
이러한 배경 기술에 있어서, 본 발명은 막이 코팅된 기판의 검사방법 및 검사장치에 관한 것으로, 특히 하전입자빔을 이용하여 막이 코팅된 기판을 검사하는 막이 코팅된 기판의 검사방법 및 검사장치에 관한 것이다.
일본특허공개출원 제2004-177446호는 종래의 마스크검사장치를 개시하고 있다. 이러한 종래의 장치는, 감응기판(sensitive substrate) 상으로 이송될 디바이스 패턴이 형성되는 레티클(reticle)을 포함하는 마스크를 검사한다. 종래의 장치는 촬상수단, 저장수단 및 비교수단을 포함하여 이루어진다. 상기 촬상수단은 검사대상을 전자빔으로 조사하고, 상기 디바이스 패턴의 전자빔투과상 또는 2차전자상(SEM상)을 변환하여 상기 패턴의 실제 화상 데이터를 취득하게 된다. 실제 화상 데이터가 검사대상이다. 상기 저장수단은 디자인 기준을 충족하는 기준 화상 데이터 및 패턴의 디자인 데이터를 저장한다. 상기 비교수단은 실제 화상 데이터와 기준 화상 데이터를 비교한다.
상술된 종래의 장치는 화상 패턴들을 비교하여 마스크를 검사한다. 이러한 이유로, 종래의 장치는 마스크 표면 상의 디바이스 패턴에서의 결함의 존재 유무에 대해서만 검사할 수 있다. 결과적으로, 종래의 장치는 표면 아래의 형상, 이물의 존재 등을 검사할 수는 없다.
그러므로, 막이 코팅된 기판의 표면 아래에 존재하는 하층막의 형상과 기판의 형상 등을 검출할 수 있는 기술을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 하층막 등에 존재하는 이물 등을 검출할 수 있는 기술을 제공하는 것이 바람직하다.
상술된 배경 하에 본 발명의 목적은 후술하는 바와 같이 종래에는 주목받지 못한 에너지 영역의 전자빔을 이용하여 시료의 관찰능력을 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명은 전자빔을 사용하여 시료를 관찰하는 시료관찰방법으로서, 상기 시료관찰방법은, 상기 시료에 전자빔을 조사하는 조사단계; 상기 전자빔의 조사에 의해 생성되고 상기 시료에 대한 정보를 취득한 관찰대상전자를 검출하는 검출단계; 및 상기 검출된 관찰대상전자로부터 상기 시료의 화상을 생성하는 화상생성단계를 구비하되, 상기 조사단계는, 2차방출전자가 검출되는 2차방출전자영역과 미러(mirror)전자가 검출되는 미러전자영역 사이의 천이영역(transition region)에서 설정된 랜딩(landing) 에너지를 갖는 상기 전자빔을 상기 시료에 조사하여, 상기 관찰대상전자로서 상기 2차방출전자와 상기 미러전자를 혼재(mix)시키는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 검출단계는, 상기 2차방출전자 및 상기 미러전자가 혼재한 상태로 검출을 행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 전자빔을 사용하여 시료를 관찰하는 시료관찰장치로서, 상기 시료관찰장치는, 상기 시료가 탑재되는 스테이지; 상기 시료에 전자빔을 조사하는 1차광학계; 상기 전자빔의 조사에 의해 생성되고 상기 시료에 대한 정보를 취득한 관찰대상전자를 검출하는 2차광학계; 및 상기 검출된 관찰대상전자로부터 상기 시료의 화상을 생성하는 화상처리부를 구비하되, 상기 1차광학계는, 2차방출전자가 검출되는 2차방출전자영역과 미러전자가 검출되는 미러전자영역 사이의 천이영역에서 설정된 랜딩 에너지를 갖는 상기 전자빔을 상기 시료에 조사하여, 상기 관찰대상전자로서 상기 2차방출전자와 상기 미러전자를 혼재시키고, 상기 2차광학계는, 상기 2차방출전자 및 상기 미러전자가 혼재한 상태로 검출을 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법 또는 장치는 시료의 표면 상에 존재하는 이물의 화상을 생성할 수도 있다. 본 발명의 방법 또는 장치는 절연영역과 도전영역이 형성되는 시료의 화상을 생성할 수도 있다. 본 발명의 방법 또는 장치는 시료 상에 형성된 패턴의 화상을 생성할 수도 있다. 본 발명의 방법 또는 장치는 복수의 막이 적층되는 시료의 화상을 생성할 수도 있다. 본 발명은 이러한 대상의 관찰능력을 향상시킬 수 있다.
(이물 검사의 형태)
본 발명의 일 형태는 전자빔검사방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 시료 표면에 소정의 조사영역을 갖는 촬상전자빔(imaging electron beam)을 조사하고, 반사된 전자를 검출기에 의해 검출하여, 상기 시료 표면 및 상기 시료 표면 상의 이물의 화상을 취득한다. 상기 방법은, 대전용 전자빔(charging electron beam)의 조사에 의해 상기 이물을 대전시켜, 상기 이물 주변에 상기 시료 표면과는 다른 전위 분포를 형성하는 이물대전단계; 및 상기 촬상전자빔의 조사에 의해 상기 이물로부터 반사되어, 상기 전위 분포의 작용에 의해 굽은 궤도(bent path)를 통해 상기 검출기에 도달하는 상기 전자를 검출하고, 상기 시료 표면의 배율보다도 상기 이물의 배율이 증대되어 있는 상기 이물의 확대상을 취득하는 확대상취득단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
(절연영역과 도전영역의 관찰의 형태)
본 발명의 일 형태는 시료관찰장치에 관한 것이다. 상기 장치는, 절연영역과 도전영역이 형성된 시료 표면에 촬상전자빔을 조사하는 전자빔원(electron beam source); 상기 촬상전자빔의 조사에 의해 상기 시료 표면 상의 구조정보를 취득한 전자를 지향(directing)시키는 E×B 필터로서, 상기 촬상전자빔의 입사방향과 역방향으로 진행하는 상기 전자의 속도에 따라 그리고 전계와 자계를 이용하여 상기 전자를 지향시키는 상기 E×B 필터; 상기 E×B 필터에 의해 지향된 상기 전자를 검출하여, 상기 검출된 전자로부터 상기 시료 표면의 화상을 취득하는 검출기; 및 상기 촬상전자빔의 조사 에너지를, 상기 전자가 미러전자와 2차전자 양자 모두를 포함하는 천이영역에 설정하는 조사에너지설정부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
(패턴관찰의 형태)
본 발명의 일 형태는 시료관찰방법에 관한 것이다. 상기 방법은 전자빔을 이용하여 시료의 패턴을 관찰한다. 상기 방법은, 상기 시료에 전자빔을 조사하는 단계; 상기 전자빔의 조사에 의해 생성되는 미러전자를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 미러전자로부터 상기 시료의 화상을 생성하는 단계를 구비하되, 상기 전자빔의 조사단계는, 양측에 에지(edge)를 갖는 중공 패턴(hollow pattern)에 상기 전자빔이 조사될 때, 조사 전자가 상기 중공 패턴에서 전향(turn around)하여 미러전자가 되도록 랜딩 에너지가 조정된 상기 전자빔을 상기 시료에 조사하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
(막이 코팅된 기판검사의 형태)
본 발명의 일 형태는 막이 코팅된 기판의 검사방법에 관한 것이다. 상기 막이 코팅된 기판은, 3차원형상이 형성된 기판 및 상기 기판 상에 적층형성되고 다른 재료로 이루어지는 복수의 막을 구비하고, 상기 막이 코팅된 기판은, 최상층막의 제거에 의해 하층막이 노출된 구조를 더 포함한다. 상기 방법은, 상기 기판 상에 상기 3차원형상이 형성된 영역 바로 위에 위치한 상기 최상층막과, 상기 기판 상에 3차원형상이 형성되어 있지 않은 영역 바로 위에 위치한 상기 최상층막, 및 상기 하층막 간에 표면 전위(surface potential)가 서로 달라지도록 설정된 랜딩 에너지를 갖는 하전입자빔(charged particle beam)을 상기 막이 코팅된 기판의 표면에 조사하는 단계; 상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위에 대한 정보를 취득한 전자를 검출하여, 상기 막이 코팅된 기판의 표면의 전위 콘트라스트(potential contrast)를 취득하는 단계; 및 상기 전위 콘트라스트를 토대로, 상기 최상층막의 형상과 상기 기판 상에 형성된 3차원형상을 동시에 검출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상술된 바와 같이 랜딩 에너지를 적절하게 설정하여 시료의 관찰능력을 향상시킬 수 있다.
후술하는 바와 같이 본 발명의 기타 형태들이 존재한다. 그러므로, 이 발명의 개시 내용은, 본 발명의 형태들 중 일부를 제공하고자 한 것이며, 본 명세서에 기재되어 청구된 발명의 범위를 제한하고자 하는 의도는 전혀 없다.
도 1a 내지 34는 제1관점에 관한 것이다. 도 1a는 일 실시예에 따른 전자빔검사방법에 의해 취득하게 될 화상과 그 원리의 개요를 예시한 것으로, 투영방법에 의해 취득한 이물의 화상을 도시한 도면;
도 1b는 종래의 SEM식 이물검사장치에 의해 취득한 이물의 화상을 도시한 도면;
도 1c는 이물이 시료 상에 존재하는 상태를 도시한 측면도;
도 2a는 상기 실시예와의 비교를 위한 종래의 전자빔검사방법으로서, 종래의 광학식 전자빔검사방법을 도시한 도면;
도 2b는 종래의 SEM식 전자빔검사방법을 도시한 도면;
도 3a는 이물검사방법에 의해 취득하게 될 이물의 확대상의 일례를 도시한 도면;
도 3b는 도 3a에 대응하는 단면계조(斷面階調; cross-sectional gray level)의 일례로서, 픽셀 위치에 대한 단면계조를 도시한 도면;
도 4a는 랜딩 에너지와 2차전자들 간의 관계로서, 2차방출전자의 발생량(yield)을 도시한 도면;
도 4b는 미러전자를 도시한 도면;
도 4c는 2차방출전자를 도시한 도면;
도 5a는 시료로부터 전자들의 "신호강도/평균계조(average gray level)" 및 랜딩 에너지 간의 관계의 일례를 도시한 도면;
도 5b는 도 5a의 것과는 상이한 일례를 도시한 도면;
도 6은 이물에 전자빔이 조사되어 전자들이 생성되는 상태를 도시한 측면도;
도 7a는 10 eV 이하의 랜딩 에너지 LE에 대하여 시료 표면과 이물의 화상을 도시한 도면;
도 7b는 이물의 확대상의 계조값(gray level value)의 일례로서, 이물의 y방향단면위치와 계조값 간의 관계를 도시한 도면;
도 8은 미러전자들이 이물로부터 생성되는 상태를 도시한 측면도;
도 9a는 미러전자의 생성을 증대시키는 모드를 예시하기 위하여, 시료 표면에 대전용 전자빔을 조사하는 상태를 도시한 측면도;
도 9b는 시료 표면 상의 이물이 촬상전자빔으로 조사되는 상태를 도시한 도면;
도 10은 LE2가 LE1 보다 큰 이물검사방법을 예시한 도면;
도 11은 LE1 및 LE2가 서로 같도록 설정되는 전자빔검사방법을 예시한 도면;
도 12는 LE가 10 eV 보다 큰 경우에 대하여 화상을 도시한 도면;
도 13a는 2차방출전자가 이물로부터 방출되는 상태를 도시한 도면으로, 전위차가 큰 상태에서의 2차방출전자의 거동을 도시한 도면;
도 13b는 전위차가 작은 상태에서의 2차전자의 거동을 도시한 도면;
도 13c는 양대전영역(positive charge region)에서의 2차방출전자의 거동을 도시한 도면;
도 14는 전자빔검사장치의 구성을 도시한 도면;
도 15는 이물에 각도 θ로 전자빔을 조사하는 상태를 도시한 측면도;
도 16a는 금속재료로 이루어진 이물을 도시한 도면;
도 16b는 금속재료로 이루어진 이물의 확대도;
도 17은 EB-TDI 및 EB-CCD를 대체가능한 검출기를 도시한 도면;
도 18a는 전자빔궤도조건을 효율적으로 결정하는 방법을 예시한 도면으로, 중공홈(hollow groove)이 시료 표면 상에 형성되는 상태에서의 단면도;
도 18b는 중공홈이 시료 표면 상에 형성되는 상태에서의 단면도;
도 19는 패러데이컵(Faraday cup)을 도시한 단면도;
도 20은 이물 주위의 정상부로부터도 미러전자가 생성되는 경우에 있어서의 필터링을 예시한 도면;
도 21은 이물검사장치의 전체 구성을 도시한 도면;
도 22는 투영식 광학검사장치와 SEM식 검사장치가 하나의 동일 메인챔버(main chamber)에 설치되는 전자빔검사장치의 일례를 도시한 도면;
도 23은 메인챔버 및 그 상부의 전자컬럼계(electron column system)를 도시한 도면;
도 24는 참조예로서 종래의 어퍼처(aperture)를 도시한 도면;
도 25는 어퍼처의 형상의 일례를 도시한 도면;
도 26은 복수의 구멍을 구비한 NA 어퍼처의 구성의 일례를 도시한 도면;
도 27은 구멍이 4개인 NA 어퍼처의 구성의 일례를 도시한 도면;
도 28은 구멍이 4개인 NA 어퍼처의 또다른 구성의 일례를 도시한 도면;
도 29는 구멍이 8개인 NA 어퍼처의 구성의 일례를 도시한 도면;
도 30은 패러데이컵, 기준시료칩 및 EB-CCD가 한 스테이지 상에 배치되는 구성을 도시한 측면도;
도 31은 샘플들이 시료 상에서 산란되는 상태를 도시한 도면;
도 32는 샘플들과 신호강도 간의 관계의 일례를 도시한 도면;
도 33은 본 실시예에 따른 전자빔검사방법에서의 빔에너지에 대한 계조 특성을 도시한 도면;
도 34는 화상의 계조와 랜딩 에너지 LE 간의 관계를 상세히 도시한 도면;
도 35 내지 도 49는 제2관점에 관한 것이다. 도 35는 일 실시예에 따른 시료관찰장치의 구성의 일례를 도시한 도면;
도 36a는 시료의 화상의 일례로서, 촬상전자빔의 조사 에너지와 재료 콘트라스트 간의 관계를 도시한 도면;
도 36b는 촬상전자빔의 조사 에너지와 검출기 전류 간의 관계를 도시한 도면;
도 37은 미러전자와 2차전자 간의 각도의 차이를 개략적으로 도시한 도면;
도 38은 랜딩 에너지에 대한 시료 표면의 계조의 변화를 도시한 도면;
도 39a는 시료 표면의 구조 정보를 취득한 전자의 궤도의 일례를 도시한 도면;
도 39b는 도 39a에 대응하는 전자 궤도를 도시한 부분확대도;
도 40a는 NA조정어퍼처(NA adjustment aperture)의 최적 위치와 전자 궤도의 스프레드(spread) 간의 관계로서, 미러전자에 대한 최적의 NA어퍼처 위치를 도시한 도면;
도 40b는 2차전자에 대한 최적의 NA어퍼처 위치를 도시한 도면;
도 41a는 실험예 1의 시료의 구조로서, 콘택플러그(contact plug)의 단면구조를 도시한 도면;
도 41b는 도 41a의 콘택플러그 구조의 화상의 일례를 도시한 도면;
도 42a는 실험예 1에 따른 시료관찰방법의 측정 결과로서, 특히 전자빔의 랜딩 에너지가 변화한 콘택플러그의 관찰결과를 도시한 표;
도 42b는 도 42a의 측정 결과에 대응하는 그래프;
도 43a는 실험예 2에 따른 시료관찰방법의 측정 결과로서, 특히 대전용 전자빔의 도즈량(dose amount)과 콘트라스트 간의 관계를 도시한 측정결과표;
도 43b는 도 43a의 측정 결과에 대응하는 그래프;
도 44a는 실험예 3에 따른 시료관찰방법의 측정 결과로서, 특히 NA어퍼처의 위치와 콘트라스트 간의 관계를 도시한 측정결과표;
도 44b는 도 44a의 측정 결과에 대응하는 그래프;
도 45a는 실험예 4에 따른 시료관찰방법의 측정 결과로서, 시료 표면과 콘트라스트 간의 관계를 도시한 측정결과표;
도 45b는 도 45a의 측정 결과에 대응하는 그래프;
도 46은 또다른 실시예에 따른 시료관찰장치의 구성의 일례를 도시한 도면;
도 47a는 가동(movable)NA조정어퍼처의 구성예로서, 슬라이딩가능한 가동NA조정어퍼처를 도시한 평면도;
도 47b는 가동NA조정어퍼처의 구성예로서, 회전가능한 가동NA조정어퍼처를 도시한 평면도;
도 48은 검출기의 바람직한 구조의 일례를 도시한 도면;
도 49는 시료관찰장치의 전체 구성의 일례를 도시한 도면;
도 50 내지 도 67은 제3관점에 관한 것이다. 도 50은 전자빔으로 조사한 시료의 계조와 랜딩 에너지 간의 관계를 도시한 도면;
도 51은 미러전자와 2차방출전자가 천이영역에서 생성되는 현상을 도시한 도면;
도 52는 시료 표면 상의 요철 구조의 에지부에서의 계조와 랜딩 에너지 간의 관계를 도시한 도면;
도 53은 시료 상에 형성된 패턴의 요철 구조(uneven structure)의 일례를 도시한 도면;
도 54는 전자빔으로 조사되는 경우, 요철 구조의 에지부에서 미러전자가 생성되는 현상을 도시한 도면;
도 55는 전자빔으로 조사되는 경우, 요철 구조의 에지부에서 미러전자가 생성되는 현상을 도시한 도면;
도 56은 전자빔으로 조사되는 경우, 요철 구조의 에지부에서 미러전자가 생성되는 현상을 도시한 도면;
도 57은 시료 상에 형성된 패턴의 요철 구조의 또다른 예시를 도시한 도면;
도 58은 시료검사장치의 전체 구성을 도시한 도면;
도 59는 시료검사장치의 주요부를 도시한 도면;
도 60은 시료검사장치의 일부분으로, 메인챔버, 전자컬럼 및 SEM을 도시한 도면;
도 61은 어퍼처에서의 신호강도를 측정하기 위하여 EB-CCD가 갖춰진 구성을 도시한 도면;
도 62는 참조예로서 종래의 어퍼처를 도시한 도면;
도 63은 어퍼처의 형상의 일례를 도시한 도면;
도 64는 복수의 구멍을 갖는 어퍼처부재의 구성의 일례를 도시한 도면;
도 65는 복수의 구멍을 갖는 어퍼처부재의 구성의 일례를 도시한 도면;
도 66은 구멍이 4개인 어퍼처부재의 구성의 일례를 도시한 도면;
도 67은 구멍이 8개인 어퍼처부재의 또다른 구성의 일례를 도시한 도면;
도 68 내지 도 79는 제4관점에 관한 것이다. 도 68은 일 실시예에 따른 막이 코팅된 기판검사방법을 실시하기 위한 검사장치의 개략적인 구성을 도시한 도면;
도 69는 랜딩 에너지에 따른 휘도차(brightness difference)를 도시한 도면;
도 70a는 막이 코팅된 기판의 표면 전위로서, 막에 형성된 형상과 기판에 형성된 형상 간의, 전자빔 조사에 의해 발생된 전위차의 일례를 도시한 도면;
도 70b는 도 70a에 대응하는 막이 코팅된 기판의 단면 구성을 도시한 도면;
도 71은 막이 코팅된 기판 상에 형성된 형상 결함과 패턴의 일례를 도시한 사시도;
도 72는 막이 코팅된 기판의 화상의 휘도 분포, 표면 전위 분포 및 단면 구성의 일례를 도시한 도면;
도 73은 막이 코팅된 기판의 또다른 예시의 휘도 분포, 표면 전위 및 단면 구성을 도시한 도면;
도 74는 정전용량(capacitance)의 차이에 기인하는 표면 전위의 차이를 도시한 개략도;
도 75는 다층막의 단면 구조의 일례를 도시한 도면;
도 76은 도 75의 것과 상이한 다층막의 단면 구조의 일례를 도시한 도면;
도 77은 본 실시예에 따른 막이 코팅된 기판검사장치의 전체 구성의 일례를 도시한 도면; 및
도 78은 본 실시예에 따른 막이 코팅된 기판검사장치의 전체 구성의 또다른 예시를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 하기 상세한 설명과 첨부 도면들은 본 발명을 제한하고자 하는 의도가 전혀 없다. 오히려, 본 발명의 범위는 청구범위로 한정된다.
본 발명에 있어서, 상술된 바와 같이, 시료에는 천이영역에서 랜딩 에너지를 갖는 전자빔을 조사한다. 상기 천이영역은 2차방출전자영역과 미러전자영역 사이에 있다. 전자빔으로 조사가 행해지면, 실질적으로는 2차방출전자만이 2차방출전자영역에서 검출된다. 미러전자영역에서는 실질적으로 미러전자만이 검출된다. 다른 한편으로, 미러전자와 2차방출전자는 천이영역에서 혼재된다. 상기 천이영역은 랜딩 에너지가 매우 낮은 영역이다. 상기 천이영역은 지금까지 별로 주목받지 못했다. 이러한 천이영역에 주목하여, 본 발명자들은 천이영역에서의 랜딩 에너지를 설정함으로써, 관찰능력의 개선에 성공하였다.
이하, 4가지 관점을 설명하기로 한다.
제1관점은 상술된 [배경 1]에 대응하여, 이물의 관찰에 관한 것이다.
제2관점은 상술된 [배경 2]에 대응하여, 절연영역과 도전영역의 관찰에 관한 것이다.
제3관점은 상술된 [배경 3]에 대응하여, 패턴의 관찰에 관한 것이다.
제4관점은 상술된 [배경 4]에 대응하여, 복수의 막이 형성되는 시료의 관찰에 관한 것이다.
상술된 천이영역은 이러한 여하한의 관점에 사용된다. 예컨대, 제1관점에서, 천이영역은 도 5a에서 LE ≤ 10 eV, 도 5b에서 LE ≤ 5 eV 또는 도 33에서 LEA ≤ LE ≤ LEB 이다(여기서, LE는 랜딩 에너지임). LEA 및 LEB는 천이영역의 하한과 상한이다.
상기 실시예들에서는, 2차방출전자(secondary emission electron)가 일반적으로 2차전자(secondary electron), 반사전자(reflected electron) 및 후방산란전자(back scattered electron)를 포함한다. 2차방출전자란 용어는 이러한 3가지 타입의 전자들이 혼재되는 경우에 사용되기도 한다. 2차전자는 때때로 통상적인 2차방출전자로 기술되기도 한다. 미러전자는 표면 전위의 작용에 의해 시료로부터 반사되는 전자이다. 즉, 미러전자는 그와의 충돌없이 시료로부터 역바운스(back bounce)된다. "시료로부터 방출되는", "시료로부터 반사되는" 및 "전자빔 조사에 의해 생성되는"과 같은 표현은 미러전자와 2차방출전자 양자 모두에 대해 사용될 수도 있다.
[제1관점]
상기 제1관점은 이물의 관찰에 관한 것으로, 특히 이물을 검사하기 위한 기술에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 시료 표면 상의 이물을 신속하면서도 확실하게 검출할 수 있는 전자빔검사방법 및 전자빔검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전자빔검사방법은, 시료 표면에 소정의 조사 영역을 갖는 촬상전자빔을 조사하고, 검출기에 의하여 반사전자를 검출하여, 시료 표면 상의 이물및 시료 표면의 화상을 취득하기 위한 것으로, 상기 전자빔검사방법은, 대전용 전자빔의 조사에 의해 이물을 대전시켜, 상기 이물 주변에 상기 시료 표면과는 다른 전위 분포를 형성하는 이물대전단계; 및 상기 촬상전자빔의 조사에 의해 상기 이물로부터 반사되어, 상기 전위 분포의 작용에 의해 굽은 궤도를 통해 상기 검출기에 도달하는 상기 전자를 검출하고, 상기 시료 표면의 배율보다도 상기 이물의 배율이 증대되어 있는 상기 이물의 확대상을 취득하는 확대상취득단계를 구비한다.
이는 소정의 조사 영역을 갖는 전자빔을 이용하여 전자빔검사가 실시되도록 하므로, 넓은 영역이 신속하게 검사될 수 있다. 이물이 주위 시료 표면보다 큰 배율을 갖는 확대상을 취득하게 되므로, 상기 이물이 확실하게 검출될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이물대전단계는 상기 대전용 전자빔의 조사에 의해 상기 이물을 네거티브(negative)로 차지업(charge up)시키는 단계를 포함하여 이루어질 수도 있고, 상기 확대상취득단계는, 상기 촬상전자빔의 랜딩 에너지를 1OeV 이하로 설정하고, 상기 이물의 직전에서 반사하는 미러전자를 검출하여, 상기 이물의 상기 확대상을 취득하는 단계를 포함하여 이루어질 수도 있다.
이는 낮은 랜딩 에너지 범위에서 용이하게 생성되는 미러전자를 이용하여 이물의 확대상을 확실하게 검출되도록 한다.
본 발명에 있어서, 상기 이물대전단계는 대전용 전자빔 조사에 의하여 이물의 전위(potential)의 절대값을 증대시키는 단계를 포함하여 이루어질 수도 있다.
결과적으로는, 배경 시료 표면과 이물 간의 전위차가 증대될 수 있고, 상기 이물의 확대상의 콘트라스트가 증대될 수 있으며, 상기 전자빔 검사가 촉진될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 대전용 전자빔의 랜딩 에너지는 촬상전자빔보다 클 수도 있다.
결과적으로, 이물의 음전위의 절대값은, 랜딩 에너지가 높은 대전용 전자빔 조사에 의해 증대될 수 있다. 그 결과, 촬상전자빔 조사가 수행될 때 미러전자가 용이하게 생성될 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 대전용 전자빔의 랜딩 에너지는 촬상전자빔보다 작을 수도 있다.
이러한 구성은 촬상전자빔의 적절한 랜딩 에너지를 알고 있을 때 적합하다. 상기 구성은, 이물의 확대상이 촬상전자빔을 이용하여 취득될 때, 상기 이물의 표면의 전위 시프트(potential shift)가 증가하는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 상기 확대상이 확실하게 검출될 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 대전용 전자빔과 상기 촬상전자빔은 동일한 랜딩 에너지를 가질 수도 있고, 서로 상이한 도즈량을 가질 수도 있다.
이는 전자빔의 랜딩 에너지를 변경하지 않고도 상기 도즈량에 의하여 이물의 대전을 제어할 수 있게 한다. 결과적으로, 상기 이물의 확대상이 용이한 제어에 의하여 검출될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 촬상전자빔은 시료 표면에 수직하지 않게 입사하여도록 이루어질 수도 있다.
결과적으로, 상기 촬상전자빔의 입사각이 적절하게 조정될 수 있고, 이물의 확대상을 보다 높은 해상도로 취득할 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 확대상취득단계는, 상기 촬상전자빔의 랜딩 에너지를 1O eV 이상으로 설정하고, 상기 이물로부터 방출되어 반사되는 2차방출전자를 검출하여, 상기 이물의 상기 확대상을 취득하는 단계를 포함하여 이루어질 수도 있다.
이는 2차방출전자를 토대로 이물의 확대상을 취득하기 위하여 상기 2차방출전자가 상기 이물로부터 생성되도록 함으로써, 전자빔 검사가 실시될 수 있도록 한다.
본 발명에 있어서, 상기 촬상전자빔의 랜딩 에너지는, 시료 표면으로부터 반사되는 모든 전자가 미러전자가 되도록 하는 최대 랜딩 에너지 이상일 수도 있고, 상기 시료 표면으로부터 반사되는 모든 전자가 2차방출전자가 되도록 하는 최소 랜딩 에너지에 5 eV가 가산된 값 이하일 수도 있다.
다시 말해, 본 발명에 있어서, 상기 촬상전자빔의 랜딩 에너지 LE는 LEA ≤ LE ≤ (LEB + 5 eV)로 설정될 수도 있는데, 여기서 LEA는 시료 표면으로부터 반사되는 모든 전자가 미러전자가 되도록 하는 최대 랜딩 에너지이고, LEB는 상기 시료 표면으로부터 반사되는 모든 전자가 2차방출전자가 되도록 하는 최소 랜딩 에너지이다.
이는 이물과 주위의 시료 표면 간의 계조차가 큰 랜딩 에너지 범위를 이용하여 전자빔검사를 실시할 수 있게 한다. 결과적으로, 상기 전자빔 검사는 하이-콘트라스트상의 취득에 의하여 용이하면서도 신뢰성 있게 실시될 수 있다. 여기서, 계조는 화상의 휘도를 의미하고, 상기 계조차는 휘도차를 의미한다.
본 발명에 있어서, 상기 촬상전자빔의 랜딩 에너지는, 상기 시료 표면에서 반사되는 전자가 미러전자와 2차방출전자의 혼합물이거나 또는 2차방출전자만인 랜딩 에너지 범위 내에 있고; 상기 이물로부터 반사되는 전자가 미러전자와 2차방출전자의 혼합물인 랜딩 에너지 범위 내에 있고; 또한 상기 시료 표면의 화상과 상기 이물의 확대상 간의 계조차이를 최대로 하는 랜딩 에너지로 설정될 수도 있다.
이는 주위의 배경과 이물 간의 계조차를 최대화한다. 결과적으로, 이물이 용이하게 검출되는 상태에서 상기 이물이 검출될 수 있게 된다.
본 발명에 따른 전자빔검사장치는, 시료가 탑재되는 스테이지; 소정의 조사영역을 갖는 전자빔을 생성하여, 상기 전자빔을 상기 시료를 향해 조사하는 1차광학계; 및 상기 시료로부터 반사된 전자를 검출하는 검출기를 구비하여, 상기 시료 상의 소정의 시야영역의 화상을 취득하는 2차광학계를 포함하여 이루어지고, 상기 1차광학계는, 대전용 전자빔의 조사에 의해 상기 이물을 대전시켜, 상기 이물의 전위 분포를 시료 표면과 다르게 만든 다음, 촬상전자빔을 상기 시료에 조사하며, 상기 2차광학계는, 상기 이물로부터 반사되어 상기 전위 분포의 작용을 받아 굽은 궤도를 통해 상기 검출기에 도달하는 전자를 검출하고, 상기 시료 표면의 배율보다도 상기 이물의 배율이 증대되어 있는 상기 이물의 확대상을 취득하는 것을 특징으로 한다.
이는 소정의 사이즈의 조사 영역을 갖는 전자빔에 의하여 전체 시료 표면을 신속하게 검사할 수 있게 한다. 상기 이물은 주위보다 큰 이물의 화상을 확대하여 확실하게 검출될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 1차광학계는, 상기 대전용 전자빔의 조사에 의해 상기 이물을 차지업시킨 다음, 랜딩 에너지가 1OeV 이하의 상기 촬상전자빔을 상기 시료에 조사할 수도 있고, 상기 2차광학계는, 상기 이물의 직전에서 반사된 미러전자를 상기 검출기에 의해 검출하여, 상기 이물의 확대상을 취득할 수도 있다.
낮은 랜딩 에너지를 사용하면, 이는 이물로 하여금 미러전자를 용이하게 생성하는 상태에 있도록 한다. 이러한 미러전자의 사용은 이물의 확대상을 쉽게 취득하게 만든다. 결과적으로, 상기 이물이 보다 확실하게 검출될 수 있게 된다.
본 발명에 있어서는, 패러데이컵, 기준시료칩 및 EB-CCD 중 적어도 하나가 스테이지 상에 배치될 수도 있다.
이는 전자빔의 프로파일(profile)이 직접 검출되도록 하여, 전자빔이 적절하게 조정될 수 있도록 한다.
본 발명에 있어서, 기준시료칩은 스테이지 상에 배치될 수도 있고, 상기 기준시료칩은 원형, 십자형 또는 직사각형 모양의 패턴을 가질 수도 있다.
이는 전자빔의 빔 프로파일이 조정되도록 하여, 미러전자가 적절하게 생성되도록 한다. 미러전자는 이물의 확대상을 검출하는데 적합하고, 상기 구성은 미러전자를 적절하게 생성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 1차광학계는 촬상전자빔의 랜딩 에너지를 10 eV 이상으로 설정할 수도 있고, 상기 2차광학계는 이물로부터 방출되어 상기 검출기에 도달한 2차방출전자를 검출하고, 상기 이물의 확대상을 취득할 수도 있다.
이는 2차방출전자가 이물로부터 생성되게 하여서도 상기 이물이 검출되도록 한다.
본 발명에 있어서, 상기 2차광학계는 NA어퍼처와 교환가능한 EB-CCD를 구비할 수도 있다.
이는 2차광학계를 통과하는 2차전자빔의 프로파일이 직접 측정되도록 한다. 결과적으로, 적절한 조정이 이루어질 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 2차광학계는, 미러전자의 강도 분포의 중심이 상기 어퍼처의 중심 위치와 일치하도록 배치될 수도 있는 NA어퍼처를 구비할 수도 있다.
이는 NA어퍼처가 적절하게 위치되도록 하여 미러전자신호를 만족할 만하게 검출할 수 있게 하며, 2차방출전자의 검출량을 상대적으로 적게 만든다. 결과적으로, 하이-콘트라스트상을 취득할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 2차광학계는 NA어퍼처를 구비할 수도 있고, 상기 NA어퍼처의 형상은 미러전자의 강도 분포의 종방향(longitudinal direction)에 대응하는 방향으로 장축(major axis)을 갖는 타원형일 수도 있다.
결과적으로, 미러전자의 강도 분포에 적합한 타원형의 어퍼처가 사용될 수 있다. 그 결과, 보다 많은 미러전자신호들이 검출되어, 고-콘트라스트상을 취득할 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 2차광학계는 복수의 어퍼처를 구비한 NA어퍼처를 구비할 수도 있고, 상기 NA어퍼처는 복수의 어퍼처가 미러전자의 강도 분포의 중심 주위에 위치하도록 배치될 수도 있다.
여기서, 상기 NA어퍼처는 어퍼처부재이고, 복수의 어퍼처는 상기 어퍼처부재 상에 제공된 복수의 개구이다. 상술된 구성에 있어서, 상기 어퍼처는 미러전자의 산란 방향에 따라 배치될 수 있고, 상기 미러전자는 의도된 용도와 성질에 따라 적절하게 검출될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 2차광학계는 복수의 어퍼처를 구비한 NA어퍼처를 포함하여 이루어질 수도 있고, 상기 NA어퍼처는 복수의 어퍼처 중 여하한의 것(any one)이 상기 미러전자의 강도 분포의 중심과 일치하도록 배치될 수도 있다.
여기서, NA어퍼처는 어퍼처부재이고, 상기 복수의 어퍼처는 상기 어퍼처부재 상에 제공된 복수의 개구이다. 상술된 구성에 있어서는, 산란 방향으로 특징이 있는 이물에 대해 유효한 검사가 실시될 수 있다. 이물을 분류할 때 유용한 검사가 실시될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 2차광학계는 NA어퍼처를 이동시키기 위한 이동기구를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
이는 상기 NA어퍼처가 상기 이동기구를 이용하여 용이하게 위치되도록 한다.
본 발명에 있어서, 상기 1차광학계와 2차광학계는 그 감도가 시료 상에 산포된 공지(known)의 사이즈의 미소구체를 이용하여 교정되는 광학계일 수도 있다.
이는 감도교정이 정확하게 실시되도록 한다. 결과적으로, 양호한 조건 하에 화상 취득이 실시될 수 있게 된다.
본 발명의 전자빔검사장치는, 상기 스테이지를 수용하는 챔버; 및 상기 챔버에 제공된 SEM식 검사장치를 구비할 수도 있는데, 여기서는 상기 검출기에 의해 취득한 이물의 확대상에 관한 위치 정보를 토대로, 상기 스테이지가 이동될 수도 있고, 상기 이물이 상기 SEM식 검사장치에 의해 상세히 검사될 수도 있다.
결과적으로, 이물에 대한 리뷰 검사가 신속하면서도 정밀하게 실시될 수 있고, 상기 이물 검사가 신속하면서도 정밀하게 실시될 수 있다.
본 발명의 효과
상술된 바와 같이, 본 발명은 이물 검사가 신속하게 실시되도록 하며, 상기 이물이 확실하면서도 용이하게 검출되도록 한다.
본 발명의 실시예
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 하기 상세한 설명과 첨부 도면들은 본 발명을 제한하고자 하는 의도가 전혀 없다. 오히려, 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 한정된다.
도 1a는 일 실시예에 따른 전자빔검사방법에 의해 취득하게 될 화상을 보여준다. 본 발명의 원리에 대한 개요를 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1a는 본 실시예에 따른 투영방법에 의해 취득한 이물(10)의 화상(80)을 보여준다. 상기 이물의 사이즈는 40 nm 이다. 도 1a의 화상에서, 상기 이물(10)의 사이즈는 2 ㎛ × 2 ㎛의 픽셀 사이즈의 대부분 면적을 커버한다. 여기서, 상기 픽셀 사이즈는 검출기의 한 픽셀에 대응하는 시료 상의 실제 사이즈이다. 상기 픽셀 사이즈는 관찰가능한 시료의 사이즈의 최소 단위를 의미한다. 이에 따라, 도 1a에서 상기 표시된 화상(80)은, 이물의 실제 크기가 40 nm 임에도 불구하고, 거의 2 ㎛ × 2 ㎛ 크기로 확대된다. 이는 픽셀 사이즈가 예컨대 1 ㎛ 또는 1.5 ㎛ 정도의 크기인 경우에도 40 nm 정도의 이물(10)이 발견될 수 있다는 것을 의미한다.
도 1a에서, 촬상전자빔의 랜딩 에너지는 1 eV이다. 상기 픽셀 사이즈는 100 nm이다. 종래에는, 이물의 실제 크기가 40 nm인 경우, 상기 픽셀 사이즈는 40 nm 미만이어야 한다. 이와는 대조적으로, 상기 실시예는 광학 배율보다 많이 확대되는 이물(10)의 확대상을 취득할 수 있다.
도 1b는 종래의 SEM(scanning electron microscope)식의 이물검사장치에 의해 취득하는 이물(10)의 화상(280)을 보여준다. 상기 이물의 크기는 40 nm이다. 도 1b에서, 픽셀 사이즈는 도 1a에서와 같이 2 ㎛ × 2 ㎛이다. 하지만, 상기 이물(10)의 화상의 크기는 도 1a에 비해 도 1b에서 상당히 작은 것을 볼 수 있다.
상기에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 전자빔검사방법은, 종래의 SEM 방식에 비해, 상기 이물(10)의 사이즈가 현저하게 증가되는 화상을 취득할 수 있다. 즉, 이물(10)로부터의 검출 신호는 광학 배율보다 많이 확대된다. 초미소 사이즈의 이물에 대해서도 고감도가 성취될 수 있다. 나아가, 실제 이물보다 큰 픽셀 사이즈를 이용하여 이물이 검출될 수도 있다.
도 1c는 이물(10)이 시료(20) 상에 존재하는 상태를 도시한 측면도이다. 도 1c에서, 이물(10)의 표면은 구형이다. 이러한 이유로, 상기 표면으로부터 반사되는 전자는 수직 궤도를 통과하는 것이 아니라, 상기 궤도를 변경하여 펼쳐진다. 이는 하기 이유, 즉 이물(10)이 구형 표면을 가지고, 상기 이물(10)의 전위 분포가 시료 표면(21)과 상이하며; 시료 표면(21)을 거시적으로 본다면, 이물(10)이 존재하는 그 일부분의 전위 분포가 왜곡되므로, 전자 궤도가 변하기 때문이다. 이를 상세히 후술하기로 한다.
도 2a 및 도 2b는 비교를 위한 종래의 전자빔검사방법들을 보여준다. 도 2a는 종래의 광학식 전자빔검사방법을 보여준다. 광학식 방법에서는, 이물(10)이 소위 암시야산란방식(dark-field scattering method)에 의해 검출된다. 즉, 상기 시료(20)의 시료 표면(21)이 광이나 레이저로 조사되고, 산란된 광이 검출기(170)에 의해 검출된다. 하지만, 종래의 광학식 방법에서는, 50 ~ 100 nm 이하 사이즈의 초미소 이물, 유기물의 부착 등으로 검출 감도가 저하된다. 그러므로, 종래의 광학식 방법을 적용하기가 곤란할 수도 있다. 감도 저하의 주된 원인은 광의 파장보다 작은 이물(10)로 인하여 S/N 비가 저하되는 것으로 볼 수 있다.
도 2b는 종래의 SEM식 전자빔검사방법을 보여준다. SEM 방식에서는, 픽셀 사이즈를 줄이기 위해 전자빔을 콘덴싱하여 초미소 패턴 결함(22) 등이 검출될 수 있다. 예를 들어, 대상 이물의 크기보다 작은 픽셀 사이즈가 사용될 수 있으므로, 이물(10)이 고분해능으로 검사될 수 있다. 하지만, 픽셀 사이즈가 작기 때문에, 상기 검사는 많은 시간을 필요로 하게 되고, 현실적으로 시간 프레임 내에서 실시되기 곤란하여, SEM 방식은 실용적이지 않다.
상기에서 보는 바와 같이, 종래에는, 50 ~ 100 nm 이하의 초미소 사이즈의 이물에 대한 검사 시 고감도, 고속도 및 높은 스루풋(high throughput)을 실현하는 이물검사방법과 이물검사장치가 없었다.
도 3a 및 도 3b는 이물검사방법에 의해 취득하게 될 이물(10)의 확대상(80)과 상기 확대상의 단면계조의 일례를 보여준다. 여기서, 상기 계조는 화상의 휘도를 의미하고, 상기 계조의 차이는 휘도의 차이이다. 계조가 높을수록, 휘도도 높다. 도 3a는 확대상(80)의 일례로서, 보다 구체적으로는, 중앙의 화이트 영역이 이물(10)의 확대상(81)이고, 블랙 영역은 시료(20)의 표면 화상(82)을 보여준다. 여기서, 상기 이물의 사이즈(직경)는 40 nm이고, 광학 배율은 300 배이다. 이 경우, 이물(10)의 화상의 크기는 종래의 이물검사방법에 따라 40 nm × 광학배율 300 = 12 ㎛ 일 수 있다. 도 3a의 실시예에 있어서, 상기 이물(10)의 확대상(81)의 크기는 190 ㎛이다. 상기 검출기의 픽셀 사이즈는 15 ㎛이다.
도 3b는 픽셀 위치에 대한 단면계조를 보여준다. 가로축은 픽셀 위치 좌표를 나타내고, 세로축은 단면계조를 나타낸다. 도 3b에서, 삼각형 마크(△)는 산모양(돌기 형상) 부분을 나타낸다. 이 부분은 계조가 높은 영역이고, 도 3a의 화이트 확대상 부분(81)에 대응한다. 이는 화상(80) 위의 확대상(81)의 횡폭(삼각형 마크 △)이 190 ㎛라는 것을 의미한다.
여기서, 상기 검출기(170)의 픽셀 사이즈는 15 ㎛이다. 이물의 사이즈는 종래의 방법에 의하여 화상(80) 위에 12 ㎛로 표시될 수도 있으므로, 상기 이물(10)의 화상은 하나의 픽셀 이하에 대응하는 신호일 수도 있다. 하나의 픽셀은 이물(10)을 정확하게 표현하지 못할 수도 있다.
다른 한편으로, 상기 이물(10)의 확대상(81)은 본 실시예에 따른 이물검사방법에 의해 그 픽셀수가 12.7인 화상으로 검출될 수 있다. 그러므로, 보다 낮은 배율에서 보다 큰 픽셀 사이즈로 촬상이 실시될 수 있다. 촬상이 큰 픽셀 사이즈로 실시될 수 있다면, 전체 시료 표면(21)이 신속하게 검사될 수 있다. 이에 따라, 이물 검사가 고속 및 높은 스루풋으로 실시될 수 있게 된다. 예를 들어, 이물의 사이즈가 10 ~ 30 nm라면, 픽셀 사이즈는 100 ~ 1000 nm일 수도 있다. 따라서, 이물의 사이즈보다 큰 픽셀 사이즈가 사용될 수 있고, 신속한 이물 검사가 실시될 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 전자빔검사방법에 적용된 전자빔검사장치는 투영식의 전자빔컬럼(1차광학계)을 구비한다. 상기 SEM 방식에서는, 전자빔이 콘덴싱(condense)된다. 상기 전자빔의 스폿 사이즈는 하나의 픽셀에 대응하는 픽셀 사이즈이다. 다른 한편으로, 투영 방식에서는, 상기 전자빔이 복수의 픽셀을 포함하는 소정의 영역을 가진다. 이러한 전자빔을 시료(20)에 조사한다. 검출기는 복수의 픽셀에 대응하는 전자를 동시에 검출한다. 복수의 픽셀에 대응하는 화상이 형성되고, 화상 신호로 취득된다. 상기에서 보는 바와 같이, 투영광학계는 시료 표면(21)에 전자를 조사하는 전자조사계; 확대 방식으로 시료 표면(21)으로부터 반사되는 전자들의 화상을 형성하기 위한 광학계; 검출기(70); 및 상기 검출기(70)로부터의 신호를 처리하기 위한 화상처리장치계를 구비한다.
도 4a는 시료가 조사되는 전자빔의 랜딩 에너지와 상기 시료로부터 방출되는 전자 간의 관계를 보여준다. 보다 구체적으로, 도 4a는 상기 랜딩 에너지가 변화되는 전자빔으로 시료(20)가 조사될 때 관찰되는 2차방출전자의 발생량을 보여준다.
도 4a에서, 가로축은 랜딩 에너지 LE(keV)를 나타내고, 세로축은 입사전자량에 대한 2차방출전자의 발생량의 비를 나타낸다.
도 4a에서, 2차방출전자의 발생량이 1 보다 크면, 방출전자량은 입사전자량보다 많다. 그러므로, 시료가 양대전(positively charged)된다. 도 4a에서, 상기 양대전영역은 랜딩 에너지 LE가 10 eV 이상이지만 1.5 keV를 넘지 않는 영역이다.
이와는 달리, 2차전자방출량이 1 보다 적으면, 상기 시료(20) 상에 입사하는 전자량은 상기 시료(20)로부터 방출되는 전자량보다 많다. 그러므로, 시료(20)가 음대전(negatively charged)된다. 도 4a에서, 상기 음대전영역은 랜딩 에너지 LE가 10 eV 이하인 영역 및 랜딩 에너지 LE가 1.5 keV 이상인 영역이다.
도 4b는 미러전자를 보여준다. 도 4b에서, 이물(10)은 시료 표면(21) 상에 존재하고, 상기 이물(10)은 음대전된다. 시료(20)가 소정의 조건 하에 전자빔으로 조사된다면, 상기 전자빔의 전자는 이물(10)과 충돌하지 않고, 전향하여 그 직전에서 반사된다. 이와 같이 조사 대상과 충돌하지 않고 그 직전에서 역바운스되는 전자를 미러전자라고 한다. 대상에 조사되는 전자가 미러전자가 되는 지의 여부는 이물(10)의 전위 분포(전하 상태)와 상기 이물(10)이 조사되는 전자빔의 랜딩 에너지에 좌우된다. 예를 들어, 이물(10)이 네거티브하게 차지업되고 랜딩 에너지가 매우 높지 않다면, 상기 이물(10)의 음전계(negative electric field)에 의하여 전자빔이 역바운스되고, 상기 이물(10)과의 충돌없이 반사되어, 미러전자가 된다.
도 4c는 2차방출전자를 보여준다. 도 4c에서, 시료(20)는 시료 표면(21)과 충돌하는 전자빔으로 조사되고, 결과적으로는 2차방출전자가 상기 시료로부터 방출된다. 이는 이물(10)에 대해서도 유사한데, 여기서는 전자빔이 이물(10)과 충돌하고, 2차방출전자가 이물(10)로부터 방출된다.
본 실시예에 따른 전자빔검사방법에서는, 시료 표면(21)에 존재하는 이물(10)이 미러전자와 2차방출전자를 이용하여 검출된다.
도 5a 및 도 5b는 시료(20)와 이물(10)이 조사되는 전자빔의 랜딩 에너지 LE와 상기 시료(20)로부터 반사되는 전자의 "신호 강도/평균 계조" 간의 관계의 예시들을 보여준다. 여기서, "반사되는"이란, 전자빔 조사에 의하여 시료(20) 또는 이물(10)로부터 전자빔과 근사적으로 반대방향을 향하게 된 전자가 되돌아간다는 것을 의미한다. 이에 따라, "반사되는"이란 시료(20) 또는 이물(10)과의 충돌없이 반사되는 전자, 상기 시료(20) 또는 이물(10)과 충돌한 다음 그로부터 방출되어 반사되는 2차방출전자 양자 모두를 포함한다.
도 5a는 조사를 위한 전자빔의 랜딩 에너지 LE와 반사된 전자의 "신호 강도/평균 계조" 간의 관계의 일례이다. 도 5a에서, 가로축은 전자빔의 랜딩 에너지 LE를 나타내고, 세로축은 "신호 강도/평균 계조"를 나타낸다. 상기 평균 계조는 화상의 휘도를 나타내고 신호 강도에 대응한다. 도 5는 랜딩 에너지 LE가 거의 0 eV 정도인 특성으로, 도 4의 것보다 훨씬 더 낮은 에너지 범위의 특성을 도시한 도면이다. 도 5a에서, 랜딩 에너지 LE가 10 eV 이하인 영역은 미러전자계 신호(화이트)가 취득되는 영역이다. 다른 한편으로, 랜딩 에너지 LE가 10 eV 이상인 영역은 2차방출전자계 신호(블랙)가 취득되는 영역이다. 상기 미러전자영역에서는, 랜딩 에너지 LE가 낮을수록, 신호 강도가 더욱 증가하는 것을 볼 수 있다.
도 5b는 도 5a의 것과 상이한 일례를 보여주고, 도 5b는 또한 조사를 위한 전자빔의 랜딩 에너지와 반사된 전자들의 "신호 강도/평균 계조" 간의 관계도 보여준다. 도 5b에서, 랜딩 에너지 LE가 5 eV 이하인 영역은 미러전자계 신호(화이트)가 취득되는 영역이고, 상기 랜딩 에너지 LE가 5 eV 이상인 영역은 2차방출전자계 신호(블랙)가 취득되는 영역이다.
도 5b의 특성선은, 미러전자계 신호와 2차방출전자계 신호 간의 경계에서의 랜딩 에너지 LE가 5 eV라는 점에서 도 5a의 것과 상이하다. 미러전자와 2차방출전자 간의 랜딩 에너지 LE의 경계는 시료(20)의 특성, 전자빔의 프로파일 등에 따라 변화하고, 각종 값을 취할 수 있다. 이하, 본 실시예에 따른 전자빔검사방법과 전자빔검사장치를 도 5a의 예시(경계에서의 랜딩 에너지 LE가 10 eV인 예시)를 토대로 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명이 이것으로 국한되는 것은 아니다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 경계에서의 랜딩 에너지가 10 eV 이하인 경우에도 적용가능하고, 예컨대 상기 경계에서의 랜딩 에너지가 5 eV일 수도 있다.
도 5a 및 도 5b에서, 랜딩 에너지가 경계 이하인 영역은 본 발명의 천이영역에 대응하는데, 여기서 미러전자와 2차방출전자가 혼재된다. 랜딩 에너지가 경계 이상인 영역은 본 발명의 2차방출전자영역에 대응한다. 상술된 바와 같이, 상기 경계의 랜딩 에너지는 도 5a의 예시에서 10 eV이고, 도 5b의 예시에서는 5 eV이다.
도 6은 이물(10)이 시료(20)의 시료 표면(21) 상에 존재하는 상태를 보여준다. 예시된 바와 같이, 전자빔을 조사하여 전자들이 생성된다. 랜딩 에너지 LE ≤ 10 eV 이면, 상기 이물(10)이 네거티브하게 차지업된다. 전자빔이 이물(10)에 입사하면, 전자빔의 전자가 미러전자 me가 된다. 그러므로, 상기 전자가 충돌없이 이물(10)로부터 반사되고, 검출기(70)에 도달하게 된다. 한편, 이물(10)이 존재하지 않는 정상부(시료 표면(21))에서는, 2차방출전자 se가 1차전자빔을 조사하여 생성된다.
여기서, "2차방출전자 se"란 2차전자, 반사전자 또는 후방산란전자를 의미한다. 그들의 혼재 또한 "2차방출전자 se"에 대응한다.
이러한 2차방출전자의 방출율 η은 일반적으로 낮다. 특히, 랜딩 에너지 LE가 근사적으로 50 eV 이하이면, 상기 방출율 η < 1.0 이다. 랜딩 에너지 LE가 제로에 가까워질수록, 방출율이 낮아지고; 랜딩 에너지 LE = 0인 경우에는, 방출율이 거의 제로이다.
전자들의 방출각도의 분포도 있다. 예를 들어, 2차전자는 코사인 법칙에 따라 분포된다. 그러므로, 상기 검출기(70)에 도달하는 전자들의 투과율이 투영광학계에서 수 퍼센트 이하이다.
다른 한편으로, 상기 이물(10)과의 충돌 직전에 반사하는 입사전자에 의해 미러전자 me가 생성된다. 상기 미러전자 me는 이물(10)로부터 반사되고, 상기 입사1차전자빔의 각도에 근사적으로 대칭인 각도로 2차계의 렌즈계로 들어간다. 그러므로, 산란 및 방출 분포가 작게 되고, 미러전자가 근사적으로 100 퍼센트의 투과율로 검출기(70)에 도달하게 된다.
도 7a는 랜딩 에너지 LE가 10 eV 이하일 때 취득하게 될 시료 표면(21) 상의 이물(10)의 화상(80)을 보여주고, 도 7b는 상기 화상(80)의 계조값을 보여준다.
도 7a를 참조하면, 상기 시료 표면(21) 및 이물(10)의 화상에서는, 상기 이물(10)의 확대상(81)이 화이트 영역으로 도시되고, 상기 시료 표면(21)의 표면 화상(82)이 블랙 영역으로 도시된다. 이 경우, 휘도(계조)는 미러전자 me가 취득되는 부분에서 매우 높다.
도 7b는 검출기(70)의 화상(80) 상의 y방향단면위치와 계조값 간의 관계의 일례이다. 상기 y방향의 범위는 이물(10)의 확대상(81)을 포함한다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 예컨대 미러전자부분의 계조는 미러전자 me가 취득되지 않는 부분의 3배 정도이다. 그 결과, 높은 휘도 및 높은 S/N비가 달성될 수 있다.
도 7b의 예시에서는, 미러전자 me가 취득되는 부분이, 미러전자 me가 취득되지 않은 부분에 비해 3배 정도 높은 계조값 DN을 나타낸다. 하지만, 상기 계조값의 관계는 조건 등에 따라 변한다. 상기 미러전자부의 계조값은 2 ~ 10배 정도 높은 값을 취할 수도 있다.
도 8은 전자빔에 의한 이물(10)의 조사에 의해 상기 이물로부터 미러전자 me가 생성되는 상태를 보여준다. 상기 이물(10)의 형상은 미러전자 me의 반사점의 시프트(shift)와 차지업 전압의 불균일성(nonuniformity)을 초래한다. 이러한 이유로, 미러전자의 궤도와 에너지가 약간 시프트된다. 결과적으로는, 미러전자 me가 2차계의 렌즈, 빔필터 등을 통과하는 경우, 신호 영역의 사이즈가 커지게 된다.
도 8에서, 미러전자 me의 반사 방향은 이물(10)의 표면 전위의 작용으로 방사상으로 펼쳐진다. 결과적으로, 상기 검출기(70)에 도달한 이물(10)로부터의 신호에서는, 상기 신호 사이즈가 전자광학계의 광학 배율보다 많이 확대된다. 상기 배율은 예컨대 5 ~ 50배이다.
예를 들어, 광학 배율이 100배인 2차계가 있다고 가정하자. 상기 이물(10)로부터의 2차전자에 대한 검출기(70)에서의 신호 사이즈는, 이론적인 계산에 따라 100배 × 0.1 ㎛ = 10 ㎛이다.
다른 한편으로, 이물(10)로부터의 미러전자 me의 신호 사이즈는 예컨대 30배 확대된다. 이에 따라, 상기 검출기(70)로 입사하여는 신호의 사이즈가 300 ㎛가 된다. 이러한 현상은 단순히 100 nm(0.1 ㎛)를 300 ㎛로 확대하는 확대광학계와 등가(equivalent)이다. 즉, 3000배의 확대광학계가 달성된다. 이는 이물(10)보다 큰 픽셀 사이즈가 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 이물(10)이 100 nm라면, 픽셀 사이즈는 100 nm보다 클 수도 있다. 300 내지 1000 nm의 픽셀 사이즈가 사용될 수 있다.
대상 이물보다 큰 픽셀 사이즈를 이용함으로써, 상기 시료(20)의 시료 표면(21) 상의 큰 영역이 한 번에 검사될 수 있다. 그러므로, 이는 신속한 검사의 관점에서 매우 효과적이다. 예를 들어, 300 nm의 픽셀 사이즈에 대한 검사속도는 100 nm의 픽셀 사이즈의 검사 속도보다 9배 빨라질 수 있다. 상기 검사속도는 500 nm의 픽셀 사이즈에 대하여 25배 더 빠를 수 있다. 즉, 한 검사가 전통적으로 25시간 걸린다면, 본 실시예는 상기 검사를 위하여 한 시간을 요구한다. 이와는 대조적으로, SEM 방식에 의한 촬상은 이물의 사이즈보다 작은 픽셀 사이즈로 수행되어야 하는데, 그 이유는 SEM 방식이 정밀한 형상 화상을 형성하고, 정상부의 화상을 그것과 비교하여, 이물을 검출하게 되는 단계를 포함하여 이루어지기 때문이다.
상술된 바와 같이, 상기 투영광학계는 미러전자와 2차방출전자 se 간의 휘도차를 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고속화를 달성할 수도 있다.
랜딩 에너지 LE ≤ 10 eV인 경우, 프리차지(precharge)가 적합하게 사용될 수 있다. 프리차지는 촬상에 앞서 대전용 전자빔을 조사하여 실시된다.
프리차지는, 이물(10)의 차지업 전압을 높이기 위하여 실시될 수도 있다. 프리차지는 또한 촬상 시 이물(10)의 전위 변화를 저감하기 위하여 실시될 수도 있다. 이물검사방법에 있어서, 차지업 전압의 변화량은 대전용 빔의 랜딩 에너지 LE1에 의해 제어된다. 예를 들어, 각종 사이즈와 각종 용량(capacity)의 이물(10)이 있다. 이 경우, 소정의 차지업 전압 이하로 대전되는 이물(10)은 미러전자를 이용하여 검출된다. 미러전자의 궤도는 주위 시료 전압과 차지업 전압 간의 차이에 의해 순응(adapt)되고, 결과적으로 미러전자의 투과율이 높은 상태가 형성될 수 있다. 이를 상세히 후술하기로 한다.
이하, 프리차지의 방법들을 설명하기로 한다. 3가지 프리차지 방법이 있다.
[프리차지-1]
도 9a 및 도 9b는 제1프리차지모드를 예시한다(프리차지-1). 여기서, 대전용 전자빔의 랜딩 에너지는 LE1이고, 촬상전자빔의 랜딩 에너지는 LE2이다. 프리차지-1에서, 랜딩 에너지는 LE2 < LE1로 설정되는데, 이는 미러전자의 생성을 촉진시킨다.
도 9a에서, 이물(10)은 랜딩 에너지 LE1을 갖는 대전용 전자빔으로 조사되는 시료 표면(21) 상에 존재하므로, 프리차지가 행해진다. 상기 프리차지용 랜딩 에너지 LE1은 촬상전자빔의 랜딩 에너지 LE2보다 크다. 이는 이물(10)의 차지업 전압을 증대시켜, 촬상 시에 전자가 용이하게 미러전자가 되도록 한다. 즉, 이물(10)의 음전위의 절대값을 증대시킴으로써, 차지업에 의해 생성되는 전위 분포의 반사점이 상기 이물(10) 전방에 형성된다. 결과적으로, 입사촬상전자빔이 반사되어, 이물(10)과의 충돌하기 전에, 미러전자 me가 된다.
도 9b는 시료 표면(21) 상의 이물(10)이 촬상전자빔으로 조사되는 상태를 보여준다. 도 9b에서, 이물(10)은 네거티브하게 차지업되어, 음전압 전위 분포를 가진다. 상기 촬상전자빔은 상술된 바와 같이 랜딩 에너지 LE2를 가진다. 이물(10)의 표면 전위의 작용 하에, 입사전자가 반사되어, 이물(10) 전방에서 충돌없이 미러전자 me가 된다. 한편, 상기 2차방출전자 se는 그로부터 방출됨으로써 시료 표면(21)으로부터 반사된다.
상기에서 보는 바와 같이, 도 9a 및 도 9b에 도시된 구성에 있어서, 대전용 전자빔의 랜딩 에너지 LE1은 촬상전자빔의 랜딩 에너지 LE2보다 크게 설정된다. 이는 이물(10)이 조사되는 촬상전자빔으로부터 미러전자가 적절하게 생성되도록 하여, 상기 이물(10)의 확대상(81)이 취득될 수 있도록 한다.
[프리차지-2]
도 10은 제2프리차지모드를 예시한다(프리차지-2). 프리차지-2에 있어서, 촬상전자빔의 랜딩 에너지 LE2는 대전용 전자빔의 랜딩 에너지 LE1보다 크게 설정된다. 상기 이물검사방법에서는, 촬상 시 적절한 전위 변동이 이루어져 촬상이 실시될 수 있다.
도 10에서, 가로축은 전자빔의 랜딩 에너지를 나타내고, 세로축은 이물(10)의 표면 전위를 나타낸다. 상기 대전용 전자빔의 랜딩 에너지 LE1은 상기 촬상전자빔의 랜딩 에너지 LE2보다 작다. 상기 이물(10)의 표면 전위는 LE1과 LE2 간에 변화한다. 전위차 △V는 예시된 바와 같이 작다.
도 10의 프리차지-2는, 촬상에 적합한 촬상전자빔의 랜딩 에너지 LE2가 사전에 미리 공지된 경우 적합하다. 단순히 적절한 랜딩 에너지 LE2를 갖는 촬상전자빔에 의해 촬상하면, 촬상 시에 이물(10)의 표면 전위의 변동을 야기할 수도 있어, 정확한 확대상(81)을 취득하지 못할 수도 있다. 프리차지-2는 이러한 상황을 피한다. 프리차지-2의 구성에 있어서, 이물(10)의 표면 전위는 최적값에 근접하도록 프리차지에 의해 제어된다. 이는 이물(10)의 표면 전위의 전위 변화 △V를 촬상 시에 저감시킨다.
[프리차지-3]
도 11은 제3프리차지모드를 예시한다(프리차지-3). 프리차지-3에서, 대전용 전자빔의 랜딩 에너지 LE1은 촬상전자빔의 랜딩 에너지 LE2와 같게 설정된다. 그 후, 대전용 전자빔과 촬상전자빔 간에 도즈량이 상이하게 이루어진다. 도 11에서, 가로축은 도즈량을 나타내고, 세로축은 이물(10)의 표면 전위를 나타낸다.
프리차지-3은 안정된 촬상과 감도를 달성하도록 상기 이물(10)의 차지업 전압을 안정화하기에 효과적이다. 도 11에서, 도즈량의 변화는 이물(10)의 표면 전위의 변동을 야기한다. 상기 프리차지는 소요 도즈량에 근접한 도즈 D1을 제공하기 위하여 실시된다. 그 후, 도즈 D2가 제공되어 촬상을 행하게 된다. 이러한 구성이 효과적이며, 도즈 D2에 의한 촬상 시에 이물의 표면의 전위 변동 △V를 저감시킬 수 있다. 그러므로, 안정된 화상 품질(형상, 초점 등)이 달성될 수 있다.
도 9 내지 도 11의 3가지 종류의 프리차지에 있어서, 프리차지를 위한 대전용 전자빔의 빔원은 촬상전자빔의 빔원(beam source)과 동일할 수도 있고, 상기 빔원의 조건은 상술된 프리차지를 실시하기 위하여 제어될 수도 있다. 프리차지용 프리차지유닛이 별도로 제공될 수도 있다. 이는 스루풋을 향상시킬 수 있다.
상기 프리차지유닛은 예컨대 LaB6, W 필라멘트, 중공 캐소드, 카본 나노튜브 등으로 이루어지는 캐소드를 사용할 수도 있다. 상기 프리차지유닛은 전자빔을 추출하기 위한 Wehnelt, 추출 전극, 조사 영역을 제어하기 위한 렌즈 등을 사용할 수도 있다. 상기 프리차지유닛의 빔 사이즈는 컬럼계(column system)에서 통상 조사되는 빔 사이즈보다 약간 크거나 같을 수도 있다. 상기 전자빔의 랜딩 에너지는 캐소드와 시료 간의 전압차에 의해 결정된다. 예를 들어, 음전압 -3000V가 시료(20)에 인가된다고 가정하자. 또한 전자빔의 랜딩 에너지가 10 eV로 설정된다고 가정하자. 이 경우, 캐소드 전압 -3010V가 캐소드에 인가되어, 전자빔을 생성하게 된다.
"또다른 검사방법(LE > 10eV의 경우)"
도 12는 전자빔의 랜딩 에너지 LE가 10 eV보다 큰 경우 검출기(70)에 의해 취득한 화상(80a)을 보여준다. 도 12에서, 이물(10)의 확대상(81a)은 블랙 신호로 표현되고, 시료(20)의 표면 화상(82a)은 화이트 신호로 표현된다.
도 13a 내지 도 13c는 촬상전자빔을 조사하여 이물(10)로부터 방출되는 2차방출전자 se를 보여준다.
도 13a는 이물(10)이 차지업되어, 상기 이물(10)과 주위 시료 표면(21) 간의 전위차가 큰 상태에서 2차방출전자 se의 거동을 보여준다. 도 13a에서, 이물(10)은 네거티브하게 차지업되고, 상기 이물(10)로부터 2차방출전자 se의 궤도가 휘어진다. 이러한 이유로, 투과율(검출기(70)에 도달하는 전자들의 비)이 극도로 저하된다. 그 결과, 관찰된 화상의 이물 부분의 휘도가 주위에 비해 저하된다. 이는 이물(10)이 블랙 신호로 검출된다는 것을 의미한다.
도 13b는 이물(10)과 주위 시료 표면(21) 간의 전위차가 작은 상태에서 2차방출전자 se의 거동을 보여준다. 도 13b에서, 이물(10)과 주위 간의 전위차가 작기 때문에, 이물(10)로부터 그리고 시료 표면(21)으로부터 거의 동일한 방식으로 전자가 생성된다. 이러한 이유로, 이물(10)을 주위로부터 식별하는 것이 곤란하다. 즉, 이물(10)을 취득한 화상으로부터 검출하기가 곤란하다. 이러한 상황을 회피하는 것이 바람직하다. 그리하여, 2차방출전자 se가 이물(10)로부터 검출되는 경우에도, 대전용 전자빔을 조사하여 이물(10)을 차지업하는 것이 적합하다. 차지업 후에 촬상전자빔을 인가하여, 상술된 바와 같이 이물(10)의 검출을 촉진시킨다.
도 13c는 양대전영역에서 2차방출전자 se의 거동을 보여준다. 상기 양대전영역에서, 2차방출전자 se는 잠시 이물(10)에 의해 드로잉(drawing)된 다음 상승하는 궤도를 따른다. 예시된 바와 같이, 2차방출전자 se의 궤도는 이물(10)의 전위 분포의 작용에 의해 구부러지고, 검출기(70)에 도달하는 전자수가 감소된다. 이러한 현상은 도 13a와 동일하다. 결과적으로는, 동일한 현상이 관찰되어, 이물(10)의 확대상(81a)이 양대전에서도 블랙 신호의 화상으로 취득되게 된다.
본 실시예에 따른 이물검사방법과 이물검사장치에 있어서는, 스루풋을 더욱 증대시키기 위하여 전자빔투영방법이 사용된다. 투영계를 사용하면 시료 표면(21)으로부터의 2차방출전자 se 또는 미러전자 me를 사용하게 되어, 웨이퍼와 마스크와 같은 이물을 고속으로 그리고 높은 스루풋으로 검출하게 됨으로써, 예컨대 시료 세정 후의 이물 검사가 적절하게 실시되게 된다. 상술된 바와 같이, 이물(10)로부터의 검출 신호는 광학 배율보다 많이 확대되기 때문에, 초미소 사이즈의 이물(10)의 신호가 큰 픽셀 사이즈로 취득될 수 있게 되어, 고속과 높은 스루풋이 달성되게 된다.
예를 들어, 이물 신호의 사이즈는 실제 사이즈의 5 ~ 50배로 확대될 수 있다. 검출될 이물 사이즈의 3배 이상인 픽셀 사이즈가 적용될 수 있다. 이는 50 ~ 100 nm 이하의 사이즈의 이물(10)에 특히 효과적이다. 상기 광학 방식은 이러한 사이즈의 이물(10)을 검출하는 어려움을 가진다. 상기 SEM 방식은 이물 사이즈보다 작은 픽셀 사이즈를 사용하여야 한다. 그러므로, 작은 이물이 검출되어야 하는 경우에는 스루풋이 현저하게 저하된다. 본 실시예에 따른 전자빔검사방법에 있어서, 처리 중 웨이퍼 상의 이물(10)은 투영 방식을 이용하여 신속하게 검출될 수 있다. 상기 확대상(81, 81a)의 취득은 이물(80)을 확실하게 검출할 수 있게 한다.
"전자검사장치"
도 14는 본 발명이 적용되는 전자빔검사장치의 구성을 보여준다. 상기 설명은 주로 이물검사방법의 원리를 제공하였다. 이하, 상술된 이물검사방법을 실시하기 위하여 적용된 이물검사장치를 설명하기로 한다. 이에 따라, 상술된 모든 이물검사방법들은 후술하는 이물검사장치에 적용가능하다.
상기 전자빔검사장치는 시료(20)를 검사하기 위한 것이다. 상기 시료(20)는 실리콘웨이퍼, 글래스마스크, 반도체기판, 반도체패턴기판, 금속막을 구비한 기판 등이다. 본 실시예에 따른 전자빔검사장치는 이러한 기판으로 이루어지는 시료(20)의 표면 상에서의 이물(10)의 존재를 검출한다. 상기 이물(10)은 절연재료, 도전재료, 반도체재료, 그 복합체 등이다. 이물의 종류는 입자, 세정되지 않은 잔물(유기물), 표면 상의 반응생성물 등이다. 상기 전자빔검사장치는 SEM식 장치 또는 투영식 장치일 수도 있다. 상기 예시에서, 본 발명은 투영식 검사장치에 적용된다.
상기 투영식 전자빔검사장치는, 전자빔을 생성하기 위한 1차광학계(40); 시료(20); 시료를 탑재하기 위한 스테이지(30); 상기 시료로부터 2차방출전자 또는 미러전자의 확대상을 형성하기 위한 2차광학계(60); 상기 전자들을 검출하기 위한 검출기(70); 상기 검출기(70)로부터 신호를 처리하기 위한 화상처리장치(90)(화상처리계); 포지셔닝(positioning)을 위한 광학현미경(110); 및 리뷰용 SEM(120)을 포함하여 이루어진다. 본 발명에 있어서, 상기 검출기(70)는 2차광학계(60)에 포함될 수도 있다. 상기 화상처리장치(90)는 본 발명의 화상처리부에 포함될 수도 있다.
상기 1차광학계(40)는 전자빔을 생성하여 그것을 시료(20)를 향해 방출하도록 구성된다. 상기 1차광학계(40)는 전자건(41); 렌즈(42, 45); 어퍼처(43, 44); E×B 필터(46); 렌즈(47, 49, 50); 및 어퍼처(48)를 구비한다. 상기 전자건(41)은 전자빔을 생성한다. 상기 렌즈(42, 45) 및 어퍼처(43, 44)는 전자빔을 성형하여 그 방향을 제어한다. 상기 전자빔은 그 후에 상기 E×B 필터(46)의 자계와 전계에 의해 야기되는 로렌츠힘에 의해 영향을 받는다. 상기 전자빔은 E×B 필터(46)에 비스듬하게 입사하여, 상기 시료(20)를 향해 수직 하방으로 편향된다. 상기 렌즈(47, 49, 50)는 전자빔의 방향을 제어하고, 그 속도를 적절하게 저감시켜, 랜딩 에너지 LE를 조정하게 된다.
상기 1차광학계(40)는 시료(20)에 전자빔을 조사한다. 앞서 설명된 바와 같이, 상기 1차광학계(40)는 프리차지를 위한 대전용 전자빔 조사와 촬상전자빔 조사 양자 모두를 실시한다. 실험 결과에 따르면, 상기 프리차지를 위한 랜딩 에너지 LE1과 촬상전자빔의 랜딩 에너지 LE2 간의 차이는 5 내지 20 eV가 바람직하다.
이와 관련하여 프리차지를 위한 조사는 이물(10)과 주위 간의 전위차가 있는 경우에 음대전영역에서 랜딩 에너지 LE1로 실시된다고 가정하자. 차지업 전압은 LE1의 값에 따라 변화하는데, 그 이유는 LE1과 LE2 간의 상대적인 비가 변하기 때문이다(LE2는 상술된 바와 같이 촬상전자빔의 랜딩 에너지임). 큰 LE1은 차지업 전압을 증대시켜, 이물(10) 상방 위치(검출기(70)에 근접한 위치)에 반사점이 형성되게 된다. 미러전자의 궤도와 투과율은 상기 반사점의 위치에 따라 변한다. 그러므로, 최적의 차지업 전압 조건은 상기 반사점에 따라 결정된다. 너무 낮은 LE1은 미러전자 형성의 효율을 저하시킨다. 본 발명에서는, 상기 LE1과 LE2 간의 차이는 5 내지 20 eV가 바람직하다는 것이 밝혀냈다. LE1의 값은 0 내지 40 eV가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5 내지 20 eV이다.
상기 E×B 필터(46)는 투영광학계인 1차광학계(40)에서 특히 중요하다. 상기 1차전자빔의 각도는 상기 E×B 필터(46)의 전계 및 자계 조건을 조정하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 E×B 필터(46)의 조건은 1차계의 조사전자빔과 2차계의 전자빔이 시료(20)와 근사적으로 직각을 만들도록 설정될 수 있다. 예컨대, 감도를 더욱 향상시키기 위해서는, 상기 시료(20) 상에서 1차계의 전자빔의 입사각을 틸팅(tilt)하는 것이 효과적이다. 적절한 경사 각도는 0.05 내지 10도이고, 바람직하게는 0.1 내지 3도 정도이다.
도 15에서, 시료 표면(21) 상에 존재하는 이물(10)은 1차전자빔으로 조사된다. 전자빔의 경사각은 θ이다. 상기 각도 θ는 예컨대 ±0.05 내지 ±10도의 범위 내에 있을 수도 있고, 바람직하게는 ±0.1 내지 ±3도의 범위 내에 있다.
상기에서 보는 바와 같이, 소정의 각도 θ로 경사진 전자빔으로 이물(10)을 조사함으로써 상기 이물(10)로부터의 신호를 증대시킬 수 있다. 이는 미러전자의 궤도가 2차계의 광학축의 중심으로부터 벗어나지 않는 조건을 생성할 수 있으므로, 미러전자의 투과율을 증대시킬 수 있다. 따라서, 상기 경사진 전자빔은 상기 이물(10)이 차지업되어 미러전자가 안내될 때 사용되는 것이 매우 좋다.
도 14로 돌아가서, 스테이지(30)는 시료(20)를 탑재하는 수단으로서, x-y 수평 방향으로 그리고 θ 방향으로 이동할 수 있다. 상기 스테이지(30)는 또한 필요에 따라 z 방향으로 이동가능할 수도 있다. 상기 스테이지(30)의 표면에는 정전척(electrostatic chuck)과 같은 시료고정기구가 제공될 수도 있다.
상기 스테이지(30) 상에는 이물(10)이 존재하는 시료(20)가 존재한다. 상기 1차광학계(40)는 -5 내지 -10 eV의 랜딩 에너지 LE를 갖는 전자빔을 시료 표면(21)에 조사한다. 상기 이물(10)은 차지업되고, 상기 1차광학계(40)로부터의 입사전자는 이물(10)과 접촉하지 않으면서 역바운스(bounced back)된다. 이는 미러전자가 2차광학계(60)를 통해 검출기(70)로 안내되도록 한다. 이와 동시에, 2차방출전자는 상기 시료 표면(21)으로부터 펼침 방향(spreading direction)으로 방출된다. 그러므로, 상기 2차방출전자의 투과율이, 예컨대 0.5% 내지 4.0% 정도의 낮은 값을 취하게 된다. 이와는 대조적으로, 미러전자는 방향들로 산란되지 않으므로, 상기 미러전자에 대해서는 근사적으로 100%의 고투과율이 달성될 수 있다. 상기 미러전자는 이물(10)로 형성된다. 그러므로, 상기 이물(10)로부터의 신호만이 높은 휘도(전자수가 많은 상태)를 발생시킬 수 있다. 주위 2차방출전자와의 휘도 차이 및 휘도 비율이 증가하여, 높은 콘트라스트를 얻게 된다.
상술된 바와 같이, 미러전자의 화상은 광학 배율보다 큰 배율로 확대된다. 상기 배율은 5 내지 50배에 이른다. 통상적인 조건 하에, 상기 배율은 종종 20 내지 30배이다. 이러한 경우에는, 픽셀 사이즈가 이물의 사이즈보다 3배 이상 큰 경우에도, 이물이 검출될 수 있다. 그러므로, 고속과 높은 스루풋이 달성될 수 있다.
예를 들어, 이물(10)의 사이즈가 그 직경이 20 nm이면, 픽셀 사이즈는 60 nm, 100 nm, 500 nm 등일 수도 있다. 이러한 예시와 같이, 이물보다 3배 이상 큰 픽셀 사이즈를 이용하여 이물이 촬상 및 검사될 수 있다. 이는 SEM 방식 등에 비해 높은 스루풋을 달성한다는 점에서 현저하게 우수한 특성이다.
상기 2차광학계(60)는 시료(20)로부터 검출기(70)로 반사되는 전자를 안내하는 수단이다. 상기 2차광학계(60)는, 렌즈(61, 63); NA어퍼처(62); 얼라이너(aligner; 64); 및 검출기(70)를 구비한다. 전자는 시료(20)로부터 반사되어, 대물렌즈(50), 렌즈(49), 어퍼처(48), 렌즈(47) 및 E×B 필터(46)를 다시 통과한다. 그 후, 상기 전자는 2차광학계(60)로 안내된다. 상기 2차광학계(60)에서는, 전자가 렌즈(61), NA어퍼처(62) 및 렌즈(63)를 통과하여 모이게 된다. 상기 전자는 얼라이너(64)에 의해 정렬되고, 상기 검출기(70)에 의해 검출된다.
상기 NA어퍼처(62)는 2차계의 투과율과 수차를 규정하는 기능을 가진다. 상기 NA어퍼처(62)의 사이즈 및 위치는 이물(10)로부터의 신호(미러전자 등)와 주위(정상부)로부터의 신호 간의 차이를 넓히기 위하여 선택된다. 대안적으로, 상기 NA어퍼처(62)의 사이즈 및 위치는 주위로부터의 신호에 대한 이물(10)로부터의 신호의 비를 증가시키기 위하여 선택된다. 결과적으로, S/N비가 높아질 수 있다.
예를 들어, NA어퍼처(62)는 φ50 내지 φ3000 ㎛ 범위에서 선택될 수 있다고 가정하자. 또한, 미러전자와 2차방출전자는 검출된 전자들에 혼재된다고 가정하자. 이러한 조건 하에 미러전자상의 S/N비를 향상시키기 위해서는, 어퍼처 사이즈의 선택이 유리하다. 이 경우, 상기 NA어퍼처(62)의 사이즈는, 미러전자의 투과율을 유지하기 위해 2차방출전자의 투과율이 저감될 수 있도록 선택되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 1차전자빔의 입사각이 3도이면, 상기 미러전자의 반사각도는 거의 3도이다. 이 경우, NA어퍼처(62)의 사이즈는 미러전자의 궤도를 통과할 수 있을 정도의 크기로 선택하는 것이 바람직하다. 적절한 크기는 예컨대 φ250 ㎛이다. 상기 2차방출전자의 투과율은 NA어퍼처(직경 φ250 ㎛)에 의해 제한되므로 저하된다. 결과적으로, 미러전자상의 S/N비가 향상될 수 있게 된다. 예를 들어, 어퍼처 직경이 φ2000에서 φ250 ㎛로 변경된다면, 배경 계조(노이즈 레벨)가 1/2 이하로 저감될 수 있다.
상기 이물(10)은 여하한의 종류의 재료로 형성될 수도 있고, 예컨대 반도체, 절연재료, 금속 등일 수도 있다. 도 16a 및 도 16b는 시료 표면(21) 상에 존재하는, 금속재료로 이루어진 이물(10a)을 보여준다. 도 16b는 금속재료로 이루어진 이물(10a)의 확대도이다. 도 16b에서, 상기 이물(10a)은 금속, 반도체 등 또는 그 혼합물일 수도 있다. 예시된 바와 같이, 자연산화막(11) 등이 이물의 표면 상에 형성되므로, 상기 이물(10)은 절연재료에 의해 커버된다. 이에 따라, 이물(10)의 재료가 금속인 경우에도, 산화막(11) 상에 차지업이 발생한다. 이러한 차지업은 본 발명에서 적절하게 사용된다.
도 14로 돌아가면, 상기 검출기(70)는 2차광학계(60)에 의해 안내되는 전자를 검출하는 수단이다. 상기 검출기(70)는 그 표면 상에 복수의 픽셀을 구비한다. 각종 2차원 센서들이 검출기(70)에 적용될 수 있다. 예를 들어, CCD(charge coupled device) 및 TDI(time delay integration)-CCD가 상기 검출기(70)에 적용될 수도 있다. 전자를 광으로 변환한 후 신호를 검출하기 위한 센서들이 있으므로, 광전(photoelectric) 변환 등의 수단을 필요로 한다. 그러므로, 전자를 광으로 변환하기 위하여 광전 변환 또는 신틸레이터(scintillator)가 사용된다. 상기 광의 화상 정보는 광을 검출하는 TDI로 전달된다. 따라서, 전자가 검출되게 된다.
이하, EB-TDI가 검출기(70)에 적용되는 일례를 설명하기로 한다. EB-TDI는 광전변환기구 및 광전달기구를 필요로 하지 않는다. 전자가 직접 EB-TDI의 센서 표면으로 들어간다. 결과적으로, 분해능이 열화되지 않아, 높은 MTF(modulation transfer function) 및 높은 콘트라스트를 취득할 수 있게 된다. 종래에는, 작은 사이즈의 이물(10)의 검출이 불안정할 수도 있었다. 이와는 대조적으로, EB-TDI를 사용하면 작은 이물(10)의 약한 신호의 S/N비를 증대시킬 수 있다. 그러므로, 보다 높은 감도를 취득할 수 있게 된다. 상기 S/N비는 1.2 내지 2배까지 향상된다.
상기 EB-TDI 이외에 EB-CCD가 제공될 수도 있다. 상기 EB-TDI 및 EB-CCD는 교환가능할 수도 있고, 임의로 교체될 수도 있다. 또한, 이러한 구성을 사용하는 것도 효과적이다. 예컨대, 도 17에 도시된 사용방법이 적용된다.
도 17은 EB-TDI(72) 및 EB-CCD(71)가 교환가능할 수 있는 검출기(70)를 보여준다. 두 센서들은 사용 용도에 따라 교환가능하고, 두 센서 모두 사용가능하다.
도 17에서, 상기 검출기(70)는 EB-CCD(71) 및 EB-TDI(72)를 포함하여 이루어진다. 상기 EB-CCD(71) 및 EB-TDI(72)는 전자빔을 수취하기 위한 전자센서이다. 상기 전자빔 e는 검출 표면에 직접 입사하여게 된다. 이러한 구성에서, 상기 EB-CCD(71)는 전자빔의 광학축을 조정하는데 사용되고, 촬상 조건을 조정 및 최적화하는데도 사용된다. 다른 한편으로, EB-TDI(72)가 사용되는 경우에는, 상기 EB-CCD(71)가 이동기구 M에 의해 광학축에서 멀어지는 위치로 이동된다. 그 후, 상기 EB-CCD(71)를 이용하여 결정되는 조건이 사용되거나 참조되어, 상기 EB-TDI(72)를 이용하여 촬상하게 된다. 화상을 사용하여 평가 또는 측정을 행하게 된다.
상기 검출기(70)에 의하면, EB-CCD(71)를 이용하여 결정되는 전자 광학 조건이 사용되거나 참조될 수 있어, EB-TDI(72)를 이용하여 반도체웨이퍼 상의 이물을 검출하게 된다.
상기 EB-TDI(72)를 이용한 이물 검사 후, 상기 EB-CCD(71)가 사용되어 리뷰 촬상을 실시하고, 이물의 종류와 사이즈 등의 결함 평가를 행할 수도 있다. 상기 EB-CCD(71)는 화상들을 적산(integration)할 수 있다. 상기 적산은 노이즈를 저감시킬 수 있다. 결과적으로는, 결함이 검출된 영역의 리뷰 촬상이 높은 S/N비로 실시될 수 있다. 또한, 상기 EB-CCD(71)의 픽셀이 상기 EB-TDI(72)의 픽셀보다 작게 하는데 효과적이다. 이는 촬상소자의 픽셀수가 투영광학계에 의해 확대된 신호의 사이즈에 비해 클 수 있다는 것을 의미한다. 그 결과, 분해능이 보다 높은 화상을 취득할 수 있게 된다. 이러한 화상은 검사를 위해 사용되고, 결함 종류의 분류와 판정 등을 위해 사용된다.
상기 EB-TDI(72)는 픽셀이 2차원적으로 배치되는 구성을 가지고, 예컨대 직사각형 모양을 가진다. 이는 EB-TDI(72)가 전자빔 e를 직접 수취하도록 하여 전자 화상을 형성하게 된다. 상기 픽셀 사이즈는, 예컨대 12 내지 16 ㎛이다. 다른 한편으로, 상기 EB-CCD(71)의 픽셀 사이즈는, 예컨대 6 내지 8 ㎛이다.
상기 EB-TDI(72)는 패키지(75) 안에 형성된다. 상기 패키지(75) 자체는 피드스루(feedthrough)로서의 기능을 한다. 상기 패키지의 핀(73)은 대기측에서 카메라(74)에 연결된다.
도 17에 도시된 구성은 각종 결점을 해소할 수 있다. 해소될 결점은, FOP, 밀봉용(hermetic) 광학 글래스, 광학렌즈 등에 의해 야기되는 광학 변환 손실; 광투과 시의 수차와 왜곡; 및 결과적인 화상분해능의 열화, 검출에러, 고비용, 대형화 등이다.
도 18a 및 도 18b는 전자빔궤도조건을 효율적으로 결정하는 방법으로서, 미러전자상이 취득되게 되는 경우 효과적인 방법을 예시한다. 상기 전자빔궤도조건은, 1차광학계(40) 및 2차광학계(60)의 렌즈(42, 45, 47, 49, 50, 61, 63)의 렌즈조건; 및 얼라이너(64)의 얼라이너 조건이다.
도 18a는 실리콘 기판의 시료(20)의 시료 표면(21) 상에 폴리실리콘층(23) 및 이산화규소막(24)의 적층 구조가 제공되는 구성을 보여준다. 상기 적층 구조의 절단부에 중공홈(25)이 형성된다. 도 18b에서는, 실리콘 기판의 시료(20)의 시료 표면(21) 상에 이산화규소층(24a)이 형성된다. 상기 층의 절단부에는 중공홈(25a)이 형성된다.
도 18a는 미러전자 me의 신호 강도 분포 다이어그램 mes를 보여준다. 미러전자 me가 생성되는 영역에서 설정된 랜딩 에너지는 입사전자의 궤도를 용이하게 굽게 하고, 상기 미러전자 me가 패턴의 에지부(26)에서 용이하게 생성되도록 하여, 상기 중공홈(25)의 에지부(26)에서의 신호 강도를 증대시킨다.
도 18b는 전자빔 EB가 입사하여 미러전자 me가 반사되는 궤도를 보여준다. 전자는 시료(20)에 입사하여, 근사적으로 수평방향으로 이동하도록 일 측에 있는 에지부(26a)로부터 반사되며, 상기 중공홈(25a)의 반대측으로 이동하여, 상기 반대측에 있는 에지부(26a)로부터 반사되어 상승하게 된다. 이러한 방식으로, 중공홈(25a)의 에지부에 미러전자들이 용이하게 생성된다.
이러한 현상은 특히 중공대칭구조에서 현저하다. 상기 대칭구조는, 예컨대 패러데이컵, 십자형 홈구조 등이다. 여기서, 상기 에지부(26 및 26a)에서 생성되는 미러전자의 대칭은 화상의 해상도에 대한 영향을 가진다. 상기 화상의 두 에지들 간의 계조의 차이가 ±5% 이하이도록 상기 계조의 대칭을 달성하는 것이 바람직하다. 상기 계조는 화상의 휘도이고, 상기 계조의 차이는 휘도의 차이이다. 이러한 대칭을 얻을 수 있기 위하여 렌즈 조건 및 얼라이너 조건을 조정함으로써, 상기 렌즈 및 얼라이너 조건이 미러전자에 대하여 최적화되도록 한다. 따라서, 해상도가 높은 미러전자상을 성취할 수 있게 된다. 상기 조정방법이 사용되지 않는 경우에 비해, S/N비가 10 내지 30% 향상될 수 있고, 조정 시간은 10 내지 50% 정도 저감될 수 있다.
도 19는 패러데이컵(31)을 도시한 측단면도이다. 상기 패러데이컵(31)은 도체의 개구(32) 및 컵형의 금속전극(33)을 포함하여 이루어진다. 상기 패러데이컵(31)은 전류계(34)에 의하여 개구(32)를 통과한 전자량을 측정한다. 상기 개구(32)는, 예컨대 그 직경이 30 ㎛ 정도일 수도 있다. 상기 패러데이컵(31)은 중공홈 형상이므로, 상술된 바와 같이 에지부에서 미러전자들이 용이하게 생성된다. 그러므로, 조정을 위하여 패러데이컵(31)이 사용될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 이물검사방법이 도 14의 이물검사장치에 적용되는 일례를 설명하기로 한다.
상술된 도 4a는 "2차전자발생량"과 "랜딩에너지 LE" 간의 상관(correlation)을 보여준다. 이러한 상관은 LE > 10 eV인 전자빔을 이용하여 이물(10)을 검출하기 위한 기구를 제안한다. 2차전자방출율은 이물(10)이 조사되는 랜딩 에너지 LE에 따라 변한다. 이러한 이유로, 음대전 상태와 양대전 상태가 형성된다. 예컨대, 절연재료가 SiO2인 경우, 하기 대전 상태들을 볼 수 있다:
50 eV ≥ LE : 음대전;
50 < LE ≤ 1500 eV : 양대전; 및
1500 eV < LE : 음대전.
각각의 경우, 이물(10)이 차지업되어, 전위값에 있어서 상기 이물과 주위가 서로 상이하게 되도록 함으로써, 상기 이물 주위의 전위 분포가 왜곡되게 된다. 이렇게 왜곡된 전계는 이물(10)로부터 방출되는 2차전자의 궤도를 현저하게 굽게 하여, 그 투과율을 저감시킨다. 이에 따라, 이물로부터 검출기에 도달하는 전자의 수가 이물의 주위로부터 검출기에 도달하는 전자의 수에 비해 극히 적게 된다. 그 결과, 이물의 휘도가 주위보다 낮게 되어(블랙 신호), 상기 이물(10)이 높은 콘트라스트로 검출될 수 있게 된다. 이물의 블랙 신호는 광학 배율보다 큰 사이즈로 확대된다. 5 내지 20배로 확대된 이물의 신호가 캡처될 수 있다. 이러한 현상과 검출은 상술된 3가지 에너지 영역에서 유사하게 성취가능하다.
다음으로, 전자빔을 이용하는 투영식 전자빔 컬럼의 일례를 제공하기로 한다. 상기 시료(20)는 웨이퍼, 노광용 마스크, 기록매체 등일 수도 있다. 만일 웨이퍼라면, LSI 제조 공정에서의 회로 패턴이 8 내지 12 인치의 실리콘 웨이퍼 상에 형성될 수도 있다. 상기 웨이퍼는 패턴을 가지지 않을 수도 있다. 상기 웨이퍼는 막의 형성 이후에 패턴을 가지지 않는 상태에 있을 수도 있다. 상기 웨이퍼는 막의 형성 이후, 그라인딩 및 CMP와 같은 평탄화 공정을 겪은 상태에 있을 수도 있다. 상기 웨이퍼는 막의 형성 또는 여타의 공정 이전의 Si 기판 등일 수도 있다.
이러한 시료(20)는 x-y-θ 제어 스테이지(30) 상에 배치된다. 전자빔은 전자건(41)으로부터 방출된다. 빔 조사 영역과 조사 에너지는 렌즈(42), 어퍼처(43, 44), 4중극(quadrupole) 렌즈(45), E×B 필터(46) 등에 의해 제어되고, 상기 시료 표면은 전자빔으로 조사된다. 예를 들어, 빔 직경은 φ300 ㎛(또는 270 ㎛ × 80 ㎛ 정도의 타원)이다. 상기 투영광학계는 50 내지 500배의 배율로 시료 표면(21)으로부터 방출되는 방출 전자의 화상을 검출기(70) 상에 형성한다. 상기 시료(20)에는 음전압이 인가된다. 상기 1차광학계(40)의 제1렌즈(50)의 주면(pricipal plane)의 전위는 양이다. 이에 따라, 양전계가 시료(20) 부근에 형성된다. 예를 들어, 상기 양전계는 1 내지 3 kV/mm일 수도 있다. 상기 검출기(70)는 MCP(micro channel plate), 형광판(fluorescent plate), FOP(fiber optical plate) 및 TDI(내부 구성은 예시되지 않음)를 포함하여 이루어진다. 상기 MCP는 검출될 전자량을 배가하고, 상기 형광판은 전자를 광학 신호로 변환한다. 이러한 2차원 광학 신호는 FOP에 의해 전달되고, 상기 TDI 센서는 화상을 형성하여 상기 신호를 검출한다. TDI가 사용되면, 계속 이동 중인 시료로부터 2차원 화상 신호가 취득된다. 결과적으로, 화상 신호 취득이 신속하게 실시될 수 있게 된다. 상기 화상처리기구는 TDI로부터 전달되는 신호를 처리하여, 전자 화상 형성, 이물 검출 및 이물 분류 판별을 실시하게 된다.
상기 시료(20) 상의 이물(10)을 이러한 전자빔 컬럼을 이용하여 검사하는 일례를 설명하기로 한다. 시료(20)가 조사되는 1차전자빔의 랜딩 에너지 LE는 2 eV로 설정된다. 상기 랜딩 에너지 LE는 1차광학계(40)의 전자건(41)의 캐소드 전압과 상기 시료의 전압(인가전압) 간의 차이이다. 이러한 전자빔에 의한 조사는 이물(10)을 차지업시킨다. 그 후, 이물(10)에 조사되는 빔만이 미러전자가 된다. 상기 미러전자는 2차광학계(60)에 의해 검출기(70)로 안내된다. 이물(10)이 존재하지 않는 정상부로부터, 상기 빔 조사에 의해 야기되는 2차방출전자가 검출기(70)로 안내된다. 상기 2차방출전자는 2차전자, 반사전자 또는 후방산란전자이다. 이러한 전자들이 혼재될 수도 있다.
여기서는, LE가 제로에 근접할수록, 2차방출전자의 방출율 η이 저하된다. 또한, 상기 표면으로부터의 방출 방향은 발산(divergent) 분포를 보여준다(예컨대, 2차전자의 분포는 코사인 법칙을 따름). 이러한 이유로, 상기 2차광학계(60)에서 검출기(70)에 도달하는 2차방출전자의 설계 계산은, 상기 2차방출전자의 도달율이 수 % 정도라는 것을 나타낸다. 상기에서 보는 바와 같이, 미러전자의 도달율은 높고, 주위부로부터의 전자의 도달율과 방출율은 낮다. 이에 따라, 전자의 수들 간의 상대적으로 큰 비, 즉 휘도의 차이가 발생하게 된다. 결과적으로, 큰 콘트라스트 및 S/N비가 취득될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 사이즈가 100 nm이고 이물의 직경이 φ20 nm라면, S/N비는 5 내지 10 사이에 있다. 일반적으로 S/N ≥ 3 이면 검출과 검사를 실시하기에 충분하다. 그러므로, 본 발명은 상기 예시와 같이 극히 작은 이물(10)에 대한 검사를 상기 이물의 사이즈보다 큰 픽셀 사이즈로 달성되도록 한다.
프리차지를 위한 대전용 전자빔이 상술된 장치계에 사용되는 일례를 설명하기로 한다.
LE1은 프리차지를 위한 대전용 전자빔의 랜딩 에너지이고, LE2는 촬상과 검사를 위한 전자빔의 랜딩 에너지이다. 절연물의 이물(10)은 LE1 = 14 eV 및 LE2 = 1 eV 조건 하에 효율적으로 검사될 수 있다. Si, SiO2막, 금속막, SOI, 글래스 마스크 등의 표면 상의 이물(10)이 검사가능하다. 이러한 공정에서, 검사 영역의 전체 표면은 LE1 = 14 eV를 갖는 대전용 전자빔으로 조사된다. 그 후, 촬상전자빔에 의한 조사가 LE2 = 1 eV로 수행되어, 상기 이물(10)에 대한 촬상과 검사를 실시하게 된다. 이러한 공정의 실행은 프리차지의 효과가 얼마나 오랫동안 유지될 수 있느냐에 따라 좌우된다. 정상 조건 하에, 대전제거처리 등이 적용되지 않는다면, 프리차지의 효과는 10 내지 30 시간 정도 유지될 수 있고, 일부 경우에는 150 시간 이상 유지될 수도 있다.
프리차지가 행해지지 않는 경우에 비해, 이러한 프리차지를 수행하면 미러전자 형성의 효과를 증대시킬 수 있고, S/N비를 3 내지 10배 정도 향상시킬 수 있다.
랜딩 에너지가 LE ≤ 10 eV라면, 특히 영역 LE ≤ 0 eV에 있다면, 미러전자가 정상부에 형성될 수 있다. 이러한 조건이 설정되는 경우에도, 본 발명은 이물(10)로부터의 미러전자가 검출기(70)에 도달하고 상기 정상부로부터의 미러전자가 상기 검출기(70)에 도달하지 않는 조건들을 생성할 수 있고, 높은 S/N비를 가지고 상기 이물(10)에 대한 검사를 실시할 수 있다. 보다 구체적으로는, 시료 표면(21)이 평탄하고, 전자빔이 거의 수직으로 들어간다. 상기 정상부의 입사빔은 시료 표면(21) 상에서 감속된다. 이러한 이유로, 전자의 궤도가 휘어지고, 상기 2차광학계(60)의 중심에서 벗어난다. 그 결과, 이러한 현상이 정상부로부터 검출기(70)로 안내되는 전자수를 저감시킨다. 다른 한편으로, 이물(10)로부터의 미러전자는 상기 이물(10)의 만곡면 또는 경사면으로부터 상승하고, 상기 2차광학계(60)의 중심 부근의 궤도를 통해 검출기(70)로 안내된다. 결과적으로, 상기 이물(10)로부터의 미러전자신호가 높은 투과율에 의해 검출기로 안내된다. 따라서, 높은 S/N비가 달성될 수 있게 된다. 이는 도 20을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 20은 미러전자가 이물(10) 및 주위 정상부로부터 방출될 때의 필터링을 예시한다. 도 20에서, 이물(10)이 그 위에 존재 중인 시료(20)는 전자빔으로 조사되고, 미러전자는 상기 이물(10) 및 시료 표면(21) 양자 모두로부터 반사된다. 이 경우, 본 발명은 이물(10)로부터 반사되는 미러전자가 검출기(70)에 도달하고 상기 정상부의 시료 표면(21)으로부터의 미러전자가 검출기(70)에 도달하지 않는 현상을 유도한다. 즉, 이물(10)이 차지업되어, 이물과 주위 정상부(시료 표면(21)) 간의 전위차를 발생시키고, 이는 상기 이물(10)로부터의 미러전자와 상기 주위 정상부의 시료 표면(21)으로부터의 미러전자의 분리를 허용한다.
예를 들어, 도 15를 참조하여 설명한 바와 같이, 1차전자빔의 입사각은 수직에 대하여 약간 기울어져 중심으로부터 벗어나게 된다. 이는 미러전자의 궤도가 2차광학계(60)의 중심 부근을 지나는 조건을 만들어낼 수 있다. 상기 미러전자의 궤도는 평탄한 정상부 상에서 벗어나 있다. 상기 정상부로부터의 미러전자의 궤도는 상기 2차광학계(60)의 중심부로부터 벗어나, 상기 검출기(70)에 도달하는 전자의 양과 확률을 저감시킨다. 상기 정상부로부터의 미러전자는 또한 상기 2차광학계(60)의 컬럼과의 충돌로 인하여 스트레이(stray) 전자 등이 된다. 결과적으로, 이물(10)과 주위 시료 표면(21) 사이의 검출기(70)에 도달하는 전자의 양과 밀도의 차이가 발생하게 된다. 이는 큰 계조 차이, 즉 콘트라스트를 형성하게 된다.
여기서, 상기 궤도의 편차에 영향을 가지는 요소는 렌즈(47, 49, 50, 61, 63)의 강도와 초점, E×B 필터(46) 및 NA어퍼처(62)이다. 상기 렌즈(47, 49, 50, 61, 63)의 초점과 강도는, 이물(10)로부터의 미러전자의 궤도가 2차광학계(60)의 중심을 통과하는 조건을 취득하기 위하여 조정된다. 상기 렌즈들의 입사각과 초점은 주위 정상부(시료 표면(21))로부터의 미러전자와 이물(10)로부터의 미러전자 간에 상이하다. 그러므로, 상기 정상부로부터의 미러전자가 상기 2차광학계(60)의 중심에서 벗어나는 궤도를 통과하게 된다. 상기 NA어퍼처(62)는 상기 중심을 벗어나는 궤도를 통과하는 미러전자를 차단하여, 상기 검출기(70)에 도달하는 미러전자들의 양과 확률을 저감시킨다. 부가적으로는, 미러전자가 E×B 필터(46)를 통과할 때, 이물(10)로부터의 미러전자가 후속 NA어퍼처(62)와 검출기(70)에 도달하는 궤도를 통과하도록 상기 E×B 필터(46)가 조정된다. 이는 미러전자가 E×B 필터(46)를 통과할 때 상기 미러전자가 적절하게 조정되도록 한다. 상기 E×B 필터(46) 상의 입사각과 축방향(z축 방향)으로의 에너지는 이물(10)로부터의 미러전자와 주위 정상부(시료 표면(21))로부터의 미러전자 간에 상이하다. 이에 따라, 상기 정상부의 시료 표면(21)으로부터 반사되는 미러전자들이 후속 NA어퍼처(62)와 렌즈(61, 63)의 중심으로부터 벗어나게 된다. 그 결과, 상기 검출기(70)로 입사할 확률이 저하된다.
일반적으로, 효과적으로 사용가능한 LE 영역은 -30 ~ 0 eV 이다. 하지만, 상기 2차광학계(60)의 광학축이 시료 표면에 수직이 아닌 경우에는, LE가 0 eV 이상인 경우에도 때때로 미러전자가 형성되기도 한다. 또한, 패턴을 갖는 웨이퍼와 같은 표면 상의 미소 요철을 갖는 시료에서도, LE가 0 eV 이상인 경우에도 때때로 미러전자가 형성되기도 한다. 예를 들어, 이러한 조건은 -30 ~ 10 eV의 LE 영역에서 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 전자빔검사방법은 프리차지를 효과적으로 이용하여 SEM에도 적용가능하다. 예컨대, 이물 검사는 하기 조건 하에 프리차지 후에 촬상과 검사에 의하여 SEM을 이용하여 실시될 수 있다.
프리차지 LE1: 0 ~ 30 eV; 및
촬상 LE2: -5 ~ 20 eV.
예를 들어, 프리차지 LE1 = 25 eV 및 촬상 LE2 = 5 eV의 조건 하에 촬상이 행해진다. 이 경우, 이물(절연물 또는 절연물을 포함하는 물체)이 차지업되고, 표면 전위가 음대전된다(예컨대, -7 V). 그 후, 촬상전자빔을 이용하여 조사가 행해진다(LE2 = 5 eV). 결과적으로, 차지업 이물 부분에서만 미러전자가 형성되고, 상기 미러전자는 검출기(70)에 의해 취득된다. 이물(10)이 없는 정상부는 2차방출전자를 생성한다(2차방출전자는 2차전자, 반사전자 또는 후방산란전자이거나 또는 이들이 혼재될 수도 있음). 상기 2차방출전자의 방출율이 낮으므로, 상기 정상부의 휘도가 낮다. 상기 이물(10)로부터의 미러전자와 상기 정상부로부터의 2차방출전자 간의 휘도차(콘트라스트)가 크므로, 이물(10)이 고감도로 검출될 수 있다.
효율적인 프리차지를 위하여 촬상부의 전방에 프리차지장치가 제공될 수도 있다.
SEM 방식으로 프리차지가 수행되지 않는다면, 하기 결점이 있을 수도 있다. 일반적으로 SEM 방식에서는, 이물(10) 또는 패턴의 형상 인식 및 화상 형성을 적절하게 수행하기 위하여, 전자빔의 스폿 사이즈가 패턴 결함 및 검출될 이물과 같은 대상물의 사이즈보다 작게 설정된다. 결과적으로, 상기 빔의 스폿 사이즈와 이물의 사이즈 간의 차이가 상기 이물(10)의 차지업 전위의 국부적 그리고 임시적 변화를 초래한다. 그 결과, 안정된 신호가 취득될 수 없게 되거나 또는 안정된 미러전자를 취득하기가 곤란하게 된다. 따라서, 프리차지를 이용하여 상기 이물(10)의 표면 전위 상태를 안정화하거나 또는 상기 이물(10)의 차지업 상태와 전위를 안정화한 후에 촬상을 행하는 것이 중요하다.
종래의 SEM 방식에서는, 빔 스캐닝이 행해지므로, 상기 시료(20)에 대한 빔의 입사각이 스캔 위치에 따라 상당히 변한다. 미러전자의 빔이 형성되면, 상기 빔의 반사각이 입사각에 따라 변한다. 결과적으로, 상기 검출기(70)에 입사하여는 전자의 확률이 스캔 위치에 따라 상당히 변하게 되고 이는 결점이다. 이러한 이유로, 균일하면서도 정밀한 화상을 취득하기가 곤란하게 된다. 이러한 결점을 극복하기 위하여, 얼라이너 및 렌즈 전압이 서로 연계되어 적절하게 조정됨으로써, 상기 시료에 대한 전자빔의 입사각이 거의 직각이 되도록 한다.
상기에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 전자빔검사방법은 적절한 조건을 수립하여 SEM 방식에 적용하는 것도 가능하다.
도 21은 본 발명이 적용되는 전자빔검사장치를 보여준다. 여기서는, 전체 시스템 구성의 일례를 설명하기로 한다.
도 21에서, 상기 이물검사장치는 시료캐리어(190), 미니인바이런먼트(minienvironment; 180), 로드로크(162), 이송챔버(161), 메인챔버(160), 전자빔컬럼계(100) 및 화상처리장치(90)를 구비한다. 상기 미니인바이런먼트(162)에는 대기중의 이송로봇, 시료얼라인먼트장치, 클린에어공급기구 등이 제공된다. 상기 이송챔버(161)에는 진공이송로봇이 제공된다. 상기 로봇은 항상 진공 상태로 있는 이송챔버(161)에 배치되므로, 압력 변동으로 야기되는 입자 등의 발생이 최소로 억제될 수 있다.
상기 메인챔버(160)에는 x 방향, y 방향 및 θ(회전) 방향으로 이동하는 스테이지(30)가 제공되고, 상기 스테이지(30) 상에는 정전척이 설치된다. 상기 정전척에는 시료(20) 자체가 배치된다. 대안적으로는, 팰릿 또는 지그에 설치된 시료(20)가 정전척에 의하여 유지된다.
상기 메인챔버(160)는 상기 챔버 내의 진공을 유지하기 위하여 진공제어계(150)에 의해 제어된다. 상기 메인챔버(160), 이송챔버(161) 및 로드로크(162)는 제진대(vibration isolation table; 170) 상에 탑재되고, 플로어로부터 진동이 전달되지 않도록 구성된다.
상기 전자컬럼(100)은 상기 메인챔버(160) 상에 설치된다. 상기 전자컬럼(100)은 1차광학계(40)와 2차광학계(60)의 컬럼, 및 상기 시료(20)로부터 전달되는 2차방출전자, 미러전자 등을 검출하기 위한 검출기(70)를 포함하여 이루어진다. 상기 검출기(70)로부터의 신호는 상기 화상처리장치(90)로 전달되어 그것에 의해 처리된다. 실시간 신호 처리 및 지연 신호 처리 양자 모두가 수행될 수 있다. 상기 실시간 신호 처리는 검사 시에 행해진다. 상기 지연 신호 처리가 수행되면, 간단히 화상이 취득되고, 상기 신호 처리가 추후에 행해진다. 상기 화상처리장치(90)에 의하여 처리되는 데이터는 하드디스크, 메모리 또는 기타 기록매체에 저장된다. 상기 데이터는 필요에 따라 콘솔에 있는 모니터 상에 표시될 수 있다. 상기 표시될 데이터는, 예컨대 검사영역, 이물 수의 맵, 이물 사이즈의 분포와 맵, 이물 분류, 패치(patch) 화상 등이다. 시스템소프트웨어(140)가 제공되어 이러한 신호 처리를 행하게 된다. 전자광학계제어전원(130)이 제공되어 전자컬럼계에 전원을 공급하게 된다. 상기 메인챔버(160)에는 광학현미경(110) 및 SEM식 검사장치(120)가 제공될 수도 있다.
도 22는 투영식 광학검사장치와 SEM식 검사장치(120)인 전자컬럼(100)이 하나의 동일 메인챔버(160)에 설치되는 구성의 일례를 보여준다. 도 22에 도시된 바와 같이, 투영식 광학검사장치와 SEM식 검사장치(120)가 하나의 동일 챔버(160)에 설치된다면 매우 유리하다. 상기 시료(20)는 하나의 동일 스테이지(30) 상에 배치되고, 상기 시료(20)는 투영 방식과 SEM 방식 양자 모두에 의하여 관찰되거나 검사될 수 있다. 이러한 구성의 사용 방법과 장점들은 다음과 같다.
우선, 시료(20)가 하나의 동일 스테이지(30) 상에 배치되므로, 상기 시료(20)가 투영식 전자컬럼(100)과 SEM식 검사장치(120) 사이에서 이동할 때 좌표가 유일(unique)하게 결정된다. 이에 따라, 이물의 검출점 등이 특정되어야 하는 경우, 두 검사장치가 하나의 동일 부분을 정밀하면서도 용이하게 특정할 수 있다.
상술된 구성이 적용되지 않는다고 가정하자. 예를 들어, 투영식 광학검사장치와 SEM식 검사장치(120)가 상이한 장치로서 별도로 구성된다. 상기 시료(20)는 별도의 상이한 장치들 사이에서 이동된다. 이 경우에는, 상이한 스테이지(30) 상에 시료(20)를 배치할 필요가 있기 때문에, 상기 두 장치가 시료(20)를 별도로 정렬할 필요가 있게 된다. 상기 시료(20)의 별도로 수행된 얼라인먼트는 하나의 동일 위치에 대한 5 내지 10 ㎛의 특정 오차를 유발할 수도 있다. 특히, 상기 오차는 시료(20)가 여하한의 패턴을 가지지 않는다면 더욱 증가하는데, 그 이유는 위치 기준이 특정될 수 없기 때문이다.
다른 한편으로, 본 실시예에서는, 도 22에 도시된 바와 같이 2종류의 검사를 위하여 하나의 동일 챔버(160)의 스테이지(30) 상에 시료(20)가 배치된다. 상기 스테이지(30)가 투영식 전자컬럼(100)과 SEM식 검사장치(120) 사이에서 이동하는 경우에도, 하나의 동일 위치가 정밀하게 특정될 수 있다. 결과적으로, 시료(20)가 여하한의 패턴을 가지지 않더라도, 위치가 정밀하게 특정될 수 있게 된다. 예를 들어, 1 ㎛ 이하의 정밀도로 위치가 특정될 수 있게 된다.
이러한 정밀한 특정은 하기 경우에 현저하게 유리하다. 패턴이 없는 시료(20)의 이물 검사는 우선 투영 방식에 의해 행해진다. 그 후, 상기 검출된 이물(10)의 특정 및 상세한 관찰(리뷰)이 SEM식 검사장치(120)에 의해 행해진다. 상기 위치가 정확하게 특정될 수 있으므로, 이물(10)의 존재 유무(부존재시 의사(false) 검출)가 결정될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 이물(10)의 사이즈 및 형상의 상세한 관찰도 신속하게 수행될 수 있다.
상술된 바와 같이, 이물 검출용 전자컬럼(100) 및 리뷰용 SEM식 검사장치(120)의 별도의 설치는 상기 이물(10)을 특정하기 위한 시간이 매우 많이 필요할 수도 있다. 패턴이 없는 시료는 곤란도를 증대시킬 수도 있다. 이러한 문제들은 본 실시예에 의해 해결된다.
본 실시예에 있어서, 상술된 바와 같이, 초미소 사이즈의 이물(10)이 투영식 광학 방식으로 이물(10)을 촬상하기 위한 조건을 이용하여 고감도로 검사될 수 있다. 또한, 상기 투영식 광학전자컬럼(100) 및 SEM식 검사장치(120)는 하나의 동일 챔버(160)에 탑재된다. 결과적으로는, 특히 30 nm 이하의 초미소 사이즈의 이물(10)에 대한 검사와 상기 이물(10)의 판정 및 분류가 양호한 효율과 속도로 실시될 수 있게 된다.
다음으로, 투영식 검사장치와 SEM 양자 모두를 이용한 검사의 또다른 예시를 설명하기로 한다.
상기 설명에서는, 상기 투영식 검사장치가 이물을 검출하고, 상기 SEM이 리뷰 검사를 행한다. 하지만, 본 발명이 이것으로 국한되는 것은 아니다. 상기 두 검사장치는 또다른 검사 방식에 적용될 수도 있다. 각각의 검사장치의 특성을 조합하여 효과적인 검사가 실시될 수 있다. 또다른 검사방식은 예컨대 다음과 같다.
상기 검사방식에 있어서, 투영식 검사장치와 SEM은 상이한 영역을 검사한다. 또한, "셀 to 셀(cell to cell)" 검사가 투영식 검사장치에 적용되고, "다이 to 다이(die to die)" 검사가 SEM에 적용되어, 전체 효율이 높은 정밀한 검사가 성취되게 된다.
보다 구체적으로, 상기 투영식 검사장치는 반복적인 패턴이 많이 있는 다이의 영역에서 "셀 to 셀" 검사를 행한다. 그 후, 상기 SEM은 반복적인 패턴이 많지 않은 영역에서 "다이 to 다이" 검사를 행한다. 두 검사 결과가 조합되어 하나의 검사 결과가 얻어진다. 상기 "다이 to 다이"는 연속해서 취득한 두 다이의 화상을 비교하기 위한 검사이다. 상기 "셀 to 셀"은 연속해서 취득한 두 셀의 화상을 비교하기 위한 검사이다. 셀은 다이의 일부이다.
상술된 검사 방법에 있어서, 반복적인 패턴 부분은 투영방식을 이용하여 신속하게 검사되고, 다른 한편으로, 반복적인 패턴이 많지 않은 영역은 고정밀이면서 결함(fault)이 적은 SEM에 의해 검사된다. 상기 SEM은 신속한 검사에 적합하지 않다. 하지만, 반복적인 패턴이 많지 않은 영역은 상대적으로 적으므로, 상기 SEM은 검사를 위하여 너무 많은 시간을 필요로 하지 않는다. 결과적으로, 전체 검사 시간이 저감될 수 있게 된다. 따라서, 이러한 검사 방법은 짧은 검사 시간 내에 정밀한 검사를 실시하기 위하여 2가지 검사 방법의 장점들을 최대화할 수 있다.
이제 도 21로 돌아가면, 시료(20)의 이송기구를 설명하기로 한다.
웨이퍼와 마스크와 같은 시료(20)는 로드포트로부터 미니인바이런먼트(180)로 이송되어, 얼라인먼트 작업이 행해진다. 상기 시료(20)는 대기중의 이송로봇에 의하여 로드로크(162)로 이송된다. 상기 로드로크(162)는 진공펌프에 의하여 대기압으로부터 배기되어, 진공상태가 된다. 압력이 소정값(1 Pa 정도) 이하가 되면, 상기 시료(20)는 상기 이송챔버(161)에 배치된 진공이송로봇에 의하여 로드로크(162)로부터 메인챔버(160)로 이송된다. 그 후, 상기 시료(20)는 스테이지(30) 상의 정전척에 배치된다.
도 23은 메인챔버(160)의 내부, 및 상기 메인챔버(160)의 상부에 배치된 전자컬럼계(100)를 보여준다. 도 14의 것과 동일한 구성요소들은 도 14의 것과 동일한 참조 부호들이 주어지고, 설명하지는 않기로 한다.
상기 시료(20)는 x, y, z 및 θ 방향으로 이동할 수 있는 스테이지(30) 상에 배치된다. 상기 스테이지(30) 및 광학현미경(110)은 정밀한 얼라인먼트를 행한다. 그 후, 투영광학계는 전자빔을 이용하여 상기 시료(20)의 패턴결함검사와 이물 검사를 행하게 된다. 여기서는, 시료 표면(21)의 전위가 중요하다. 표면 전위를 측정하기 위하여 진공에서 측정할 수 있는 표면전위측정장치가 메인챔버(160)에 설치된다. 이러한 표면전위측정장치는 상기 시료(20)의 2차원 표면 전위 분포를 측정한다. 측정 결과를 토대로, 전자 화상을 형성하는 2차광학계(60a)에서 초점 제어가 행해진다. 상기 시료(20)의 2차원 위치들의 초점 맵(focus map)은 상기 전위 분포를 토대로 생성된다. 이러한 맵을 이용하면, 검사 시에 대전 및 제어 중인 초점을 가지고 검사가 실시된다. 이는 위치에 따른 표면 전위의 변화에 의해 야기되는 화상의 디포커스 및 왜곡을 저감시킬 수 있어, 정밀하면서도 안정한 화상 취득 및 검사가 실시될 수 있게 된다.
여기서, 상기 2차광학계(60a)는 NA어퍼처(62)와 검출기(70)에 입사하여는 전자들의 검출 전류를 측정할 수 있도록, 그리고 추가로 상기 NA어퍼처(62)의 위치에 EB-CCD를 배치할 수 있도록 구성된다. 이러한 구성은 현저하게 유리하면서도 효율적이다. 도 23에서, NA어퍼처(62) 및 EB-CCD(65)는 개구(67, 68)를 구비한 1체(one-body)의 홀딩부재(66) 상에 탑재된다. 상기 2차광학계(60a)는 NA어퍼처(62)에 의한 전류 흡수와 EB-CCD(65)에 의한 화상 취득을 별도로 그리고 독립적으로 수행할 수 있는 기구를 구비한다. 이러한 기구를 실현하기 위하여, 상기 NA어퍼처(62) 및 EB-CCD(65)는 진공에서 동작하는 x-y 스테이지(66) 상에 탑재된다. 이에 따라, 상기 NA어퍼처(62) 및 EB-CCD(65)의 위치 제어와 포지셔닝이 행해질 수 있게 된다. 상기 스테이지(66)에는 개구(67, 68)가 제공되므로, 미러전자와 2차전자가 NA어퍼처(62) 또는 EB-CCD(65)를 통과할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 2차광학계(60a)의 동작을 설명하기로 한다. 우선, 상기 EB-CCD(65)는 2차전자빔의 스폿 형상과 상기 스폿 형상의 중심 위치를 검출한다. 그 후, 스티그메이터(stigmator), 렌즈(61, 63) 및 얼라이너(64) 상에서 전압 조정이 수행되어, 상기 스폿 형상이 원형이면서 최소가 된다. 이 점에 관해서는, 종래에는 상기 NA어퍼처(62)의 위치에서의 비점수차(astigmatism) 및 스폿 형상이 직접 조정될 수 없었다. 본 실시예는 이러한 직접 조정을 가능하게 하여, 비점수차가 정밀하게 보정되도록 한다.
상기 빔 스폿의 중심 위치 또한 용이하게 검출될 수도 있다. 이에 따라, 상기 NA어퍼처(62)의 개구의 중심이 빔 스폿 위치에 배치되도록 상기 NA어퍼처(62)의 위치가 조정될 수 있게 된다. 이 점에 관하여, 종래에는 NA어퍼처(62)의 위치가 직접 조정될 수 없었다. 본 실시예에서는, NA어퍼처(62)의 위치가 직접 조정될 수 있다. 결과적으로, NA어퍼처가 정밀하게 위치될 수 있어, 전자 화상의 수차가 저하되고, 균일성이 향상된다. 투과율의 균일성이 향상되고, 고분해능과 균일한 계조에 의해 전자 화상을 취득할 수 있게 된다.
상기 이물(10)의 검사에서는, 이물(10)로부터의 미러 신호를 효율적으로 취득하는 것이 중요하다. 상기 NA어퍼처(62)의 위치는 매우 중요한데, 그 이유는 상기 신호의 투과율과 수차를 규정하기 때문이다. 2차전자는 코사인 법칙을 따르는 넓은 각도 범위에서 시료 표면으로부터 방출되어, NA 위치에 균일하게 넓은 영역(예컨대, φ3 mm)에 도달하게 된다. 이러한 이유로, 상기 2차전자가 상기 NA어퍼처(62)의 위치에 덜 민감하다. 이와는 대조적으로, 시료 표면 상의 미러전자의 반사각은 1차전자빔의 입사각과 거의 동일하다. 그러므로, 미러전자가 작은 스프레드를 나타내고, 빔 직경이 작은 NA어퍼처(62)에 도달한다. 예컨대, 미러전자의 스프레드 영역은 2차전자의 스프레드 영역의 1/20 이하이다. 이러한 이유로, 미러전자는 NA어퍼처(62)의 위치에 매우 민감하다. 상기 NA 위치에서의 미러전자의 스프레드 영역은 일반적으로 φ10 내지 φ100 ㎛의 영역이다. 이로 인하여, 미러전자의 강도가 최고인 위치를 결정하여, 상기 결정된 위치에 NA어퍼처(62)의 중심 위치를 배치하는 것이 매우 유리하면서도 중요하다.
이렇게 NA어퍼처(62)를 적절한 위치에 배치하는 것을 달성하기 위하여, 바람직한 실시예의 NA어퍼처(62)는 1 ㎛ 정도의 정밀도를 가지고 진공전자컬럼(100)에서 x 및 y 방향으로 이동된다. 신호 강도는 이동 중인 NA어퍼처(62)에 의해 측정된다. 그 후, 신호 강도가 최고인 위치가 결정되고, 상기 결정된 좌표의 위치에 상기 NA어퍼처(62)의 중심이 배치된다.
상기 EB-CCD(65)는 신호 강도의 측정을 위하여 매우 유리하게 사용된다. 이는 빔에 관한 2차원 정보를 얻을 수 있고 검출기(70)에 입사하여는 전자수를 결정하여, 상기 신호 강도를 정량적으로 평가할 수 있기 때문이다.
대안적으로는, 상기 어퍼처의 배치가 결정될 수도 있고, 상기 어퍼처와 검출기 사이에 존재하는 렌즈(63)의 조건이 수립될 수도 있어, 상기 NA어퍼처(62)의 위치와 상기 검출기(70)의 검출 표면의 위치 간의 공역 관계(conjugate relation)가 달성될 수 있게 된다. 이러한 구성 또한 매우 유리하다. 이는 NA어퍼처(62)의 위치에서의 빔의 화상이 상기 검출기(70)의 검출 표면 상에 형성되도록 한다. 따라서, 상기 NA어퍼처(62)의 위치에서의 빔 프로파일이 검출기(70)를 이용하여 관찰될 수 있게 된다.
상기 NA어퍼처(62)의 NA 사이즈(어퍼처 직경) 또한 중요하다. 미러전자의 신호 영역은 상술된 바와 같이 작기 때문에, 효과적인 NA 사이즈는 10 내지 200 ㎛ 정도이다. 또한, 상기 NA 사이즈는 상기 빔 직경보다 10% 내지 100% 더 큰 사이즈인 것이 바람직하다.
이와 관련하여 논의하면, 전자의 화상은 미러전자와 2차방출전자로 형성된다. 상기 어퍼처 사이즈의 상술된 설정은 미러전자의 비를 더욱 증가시킬 수 있다. 이는 미러전자의 콘트라스트, 즉 이물(10)의 콘트라스트를 증가시킬 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 어퍼처의 개구가 작으면, 2차방출전자가 상기 어퍼처의 영역에 의해 역으로 감소한다. 이는 정상부의 계조를 저감시킨다. 하지만, 미러 신호가 변경되지 않아, 이물(10)의 계조는 변경되지 않는다. 결과적으로, 이물(10)의 콘트라스트가 주위의 계조의 저하량만큼 증가될 수 있어, 보다 높은 S/N비를 얻을 수 있게 된다.
상기 어퍼처 등은 어퍼처의 위치가 x 및 y 방향 뿐만 아니라 z축 방향으로 조정될 수 있도록 구성될 수도 있다. 이러한 구성 또한 유리하다. 상기 어퍼처는 미러전자가 대부분 콘덴싱되는 위치에 적절하게 배치된다. 이는 미러전자의 수차를 매우 효과적으로 저감시키고, 2차방출전자를 소멸시킨다. 결과적으로, 보다 높은 S/N비를 얻을 수 있게 된다.
상술된 바와 같이, 미러전자는 NA 사이즈 및 형상에 매우 민감하다. 그러므로, 높은 S/N비를 얻기 위해서는 NA 사이즈 및 형상을 적절하게 선택하는 것이 매우 중요하다. 다음으로, 이러한 NA 사이즈 및 형상의 적절한 선택을 위한 구성의 일례를 설명하기로 한다. 상기 NA어퍼처(62)의 어퍼처(개구)의 형상도 상세한 설명에 언급될 것이다.
여기서, NA어퍼처(62)는 개구를 구비한 부재(부품)이다. 일반적으로, 상기 부재는 때때로 어퍼처로 불리기도 하고, 또는 상기 개구가 때때로 어퍼처로 불리기도 한다. 하기 어퍼처-관련 설명에서는, 도 24 내지 도 28을 참조할 때, 그 개구와 부재(부품)를 구별하기 위하여 상기 부재를 NA어퍼처라고 한다. 상기 부재의 개구를 어퍼처라고 한다. 하기 설명에서는, 부호 62 및 62a 내지 62d가 NA어퍼처를 나타낸다. 부호 169, 69, 69a 및 69b는 어퍼처(개구)를 나타낸다. 상기 어퍼처 형상은 일반적으로 개구의 형상을 의미한다.
도 24는 종래의 어퍼처(169)를 도시한 참조예이다. 도 24에 도시된 바와 같이, 종래에는 원형의 어퍼처(169)가 고정된 위치에 배치되기도 하였다. 결과적으로는, 상술된 NA 사이즈 및 형상의 적절한 선택이 이루어질 수 없었다.
다른 한편으로, 본 실시예에 따른 시료검사장치는 위치를 설정하기 위하여 2차원적으로 또는 3차원적으로 NA어퍼처(62)의 위치를 이동시킬 수 있도록 구성된다. 상기 NA어퍼처(62)의 이동은 도 23에 기술된 x-y 스테이지(66)를 이용하여 행해질 수도 있다. 복수의 어퍼처로부터 적합한 어퍼처가 적절하게 선택될 수도 있고, 포지셔닝이 행해질 수도 있다. 하나의 NA어퍼처(62)에는 복수의 어퍼처 개구(69)가 제공될 수도 있고, 그들 중 하나를 선택하기 위하여 상기 NA어퍼처(62)가 이동될 수도 있다(이러한 구성 역시 복수의 어퍼처로부터의 선택에 대응함). 또다른 이동기구가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 상기 NA어퍼처(62)가 x-y 스테이지(66) 대신에 리니어모터에 의하여 이동될 수도 있다. 회전지지부재가 NA어퍼처(62)를 지지할 수도 있고, 통상의 회전모터(common rotary motor)가 NA어퍼처(62)의 위치를 이동시킬 수도 있다. 다음으로, 상기 NA어퍼처(62)의 개구의 형상의 구체적인 예시를 설명하기로 한다.
도 25는 어퍼처(69)의 형상의 일례를 보여준다. 도 25에서, 상기 어퍼처(69)는 타원형의 개구 형상을 가진다. 이러한 개구 형상은 미러전자신호의 강도 분포를 매칭하기 위하여 생성된다. 본 예시에서는, 상기 강도 분포가 어퍼처에서의 미러전자의 강도 분포의 측정 결과에 따라 y 방향으로 기다란 타원형이다. 여기서, y 방향은 E×B 필터(46)에 의해 편향이 이루어지는 방향이다. 상기 y 방향은 1차전자빔의 광학축의 방향에 대응한다. 이는 y 방향으로 기다란 타원형이 E×B 필터(46)의 편향 성분에 의해 야기되는 것으로 간주된다는 것을 의미한다. 그러므로, 미러전자를 효율적으로 캡처하기 위해서는 y 방향으로의 장축을 갖는 어퍼처 형상이 매우 유리하게 된다. 이는 미러전자의 발생량을 이전보다 더욱 많이 증대시키고, 보다 높은 S/N비(예컨대, 2배 이상)를 얻을 수 있다. 예를 들어, 2차전자빔의 강도 분포가 y 방향으로 100 ㎛ 그리고 x 방향으로 50 ㎛를 연장시키는 것으로 가정하자[이들 값은 반치전폭(full width at half maximum)임]. 타원형 어퍼처(69)는 2차전자빔의 직경보다 10% ~ 100% 더 큰 범위에서 선택된다. 예를 들어, 상기 어퍼처는 어퍼처 사이즈가 y 방향으로 150 ㎛이고 x 방향으로 75 ㎛이도록 선택될 수도 있다.
다음으로, 복수의 어퍼처(69)를 구비한 NA어퍼처(62)의 구성을 도 26 내지 도 29를 참조하여 설명하기로 한다. 여기서, NA어퍼처(62a 내지 62c)는 어퍼처부재이고, 어퍼처(69a)는 상기 어퍼처부재에 제공된 개구이다.
도 26은 복수의 어퍼처(69a)를 구비한 NA어퍼처(62a)의 구성의 일례를 보여준다. 도 26에서, NA어퍼처(62a)는 2개의 원형 어퍼처(69a)를 구비한다. 본 예시에서는, 미러전자의 강도 중심에 대하여 ±y 방향으로 배치된 위치들에 2개의 개구가 배치된다. 변위량은 예컨대 50 ㎛ 정도이다. 이러한 구성은 이물(10)로부터 +y 및 -y 측에서 산란되는 두 미러전자를 캡처할 수 있다. 그러므로, 이러한 구성은 산란된 미러전자와 배경의 2차방출전자 간의 신호량의 차이를 증대시킬 수 있어, 높은 S/N비를 얻을 수 있게 한다. 이러한 이유는 산란 방향으로 이동하는 2차방출전자의 양이 소량으로 제한되기 때문이다. 그러므로, 배경이 저감되고, S/N비가 상대적으로 향상될 수 있게 된다.
도 27은 4개의 어퍼처(69a)를 구비한 NA어퍼처(62b)의 구성의 일례를 보여준다. 도 27에서, 4개의 원형 어퍼처(69a)는 x 및 y축에 대하여 대칭으로 배치된다. 즉, 2개의 어퍼처(69a)는 x축 상에 배치되고; 2개의 어퍼처(69a)는 y축 상에 배치되며; 4개의 어퍼처(69a)는 중심(원점)으로부터 동일한 거리에 위치한다. 다시 말해, 4개의 어퍼처(69a)는 원점 주위에 규칙적인 간격으로 배치된다. 보다 간단하게는, 4개의 어퍼처(69a)가 마름모 형상으로 배치된다. 결과적으로는, 이물(10)로부터 x 및 y 방향 양자 모두로 산란되는 미러전자가 있는 경우에도, 상기 전자들이 높은 S/N비로 취득될 수 있다.
도 28은 4개의 어퍼처(69a)를 구비한 NA어퍼처(62c)를 보여준다. 도 28의 구성은 도 27의 구성과 상이한 일례이다. 도 28에서, 4개의 원형 어퍼처(69a)는 xy 평면에서 제1사분면 내지 제4사분면에 별도로 배치된다. 본 예시에서도, 4개의 어퍼처(69a)가 x 및 y축에 대하여 대칭으로 배치되고, 중심(원점)으로부터 동일한 거리로 배치된다. 다시 말해, 4개의 어퍼처(69a)가 원점 주위에 규칙적인 간격으로 배치된다. 이러한 형상의 NA어퍼처(62c)에서도, 상기 어퍼처(69a)는 미러전자의 신호 강도가 높은 위치에 제공될 수 있고, S/N비가 높은 신호가 취득될 수 있다.
도 27 및 도 28에 도시된 바와 같이, 어퍼처(69a)의 개수는 동일하지만 그 형태가 상이한 구성이 있을 수도 있다. 이는 의도된 용도에 따라 적절한 NA어퍼처(62b 또는 62c)가 사용되도록 한다. 결과적으로, 각각의 용도에 있어서 높은 S/N비가 취득될 수 있다.
도 29는 8개의 어퍼처(69b)를 구비한 NA어퍼처(62d)의 구성의 일례를 보여준다. 도 29에 도시된 바와 같이, 어퍼처(69b)의 개수는 4개 이상일 수도 있다. 도 29에 도시된 NA어퍼처(62d)에 있어서는, 미러전자의 강도중심 주위의 원주 상에 규칙적인 간격으로 복수의 어퍼처(69b)가 배치된다. 이러한 구성은 원주 상에 어퍼처(69b) 중 하나의 위치 상에서 특이적이면서도 현저하게 산란되는 미러전자가 있는 경우에 유리하다. 이러한 미러전자는 적절하게 캡처될 수 있다.
도 26 내지 도 29에서, 어퍼처(69a 및 69b)와 미러전자신호의 강도중심 간의 관계의 관점에서는, 상기 어퍼처들의 위치가 상기 강도중심에서 벗어나 있다. 하지만, 본 발명이 이것으로 국한되는 것은 아니며, 상기 어퍼처들의 위치는 상기 강도중심과 일치할 수도 있다. 즉, 상기 어퍼처(69a 또는 69b) 중 하나가 상기 미러전자의 강도중심과 일치하도록 배치될 수도 있다. 이 경우, 여타의 어퍼처(69a 또는 69b)가 산란된 미러전자를 캡처한다. 그들은 상기 강도중심에서 미러전자와 함께 전자의 상에 포함될 것이다. 이러한 합성상은 검출기(70)에 의하여 얻어진다. 이러한 방식으로, 강한 미러전자와 특이적으로 산란된 미러전자의 합성상이 취득될 수 있다. 결과적으로, 높은 S/N비가 얻어질 수 있어, 산란 방향에 특징이 있는 이물(10)이 효과적으로 검출될 수 있다. 부가적으로는, 산란 방향의 특징이 이물(10)을 분류하는데 사용될 수 있다.
나아가, 본 실시예에서는, 적절한 형상의 어퍼처(69, 69a, 69b)가 사용될 랜딩 에너지 LE에 대해 선택될 수도 있다. 이러한 선택은 매우 유리한 효과도 제공한다. 미러전자의 강도 분포는 상기 랜딩 에너지 LE에 따라 변한다. 이에 따라, 본 실시예의 검사장치는 사용될 랜딩 에너지 LE에 따른 사이즈와 형상을 갖는 어퍼처(69, 69a, 69b)를 사용하도록 구성될 수도 있다. 이는 매우 유리한 강도 분포에 따라 어퍼처가 조정되도록 한다. 예를 들어, 미러전자가 y 방향으로 긴 타원형의 강도 분포를 가진 다음, 2가지 상이한 조건 하에 촬상이나 검사가 실시되는 것으로 가정하자. 예를 들어, 제1촬상 또는 검사 조건에서 랜딩 에너지가 제1값, 즉 LE = 3 eV라고 가정하자. 제2촬상 또는 검사 조건에서는 랜딩 에너지가 제2값, 즉 LE = 2 eV라고 가정하자. 여기서는, 랜딩 에너지 LE가 작을수록, NA어퍼처(62, 62a 내지 62d)의 위치에서 미러전자의 강도 분포가 더욱 커진다. 상기 NA어퍼처(62, 62a 내지 62d)는 이러한 분포의 변화를 정합시키기 위하여 적절하게 선택된다. 예를 들어, 제1랜딩에너지가 사용되면, y 방향으로 100 ㎛ 그리고 x 방향으로 50 ㎛ 연장되는 타원의 어퍼처(69)가 선택될 수도 있다. 제2랜딩에너지가 사용되면, 미러전자의 강도 분포가 2배 정도 더 크다. 이에 따라, y 방향으로 200 ㎛ 그리고 x 방향으로 100 ㎛ 연장되는 타원 형상의 어퍼처(69)가 사용될 수도 있다. 이러한 방식으로 어퍼처를 선택함으로써, 미러전자를 매우 효과적으로 검출할 수 있게 된다.
도 18에 기술된 패러데이컵과 기타 구성요소들을 다시 설명하기로 한다. 이러한 구성요소들은 도 23의 전자빔검사장치에 설치될 수도 있다.
도 30은 도 23의 스테이지(30)를 보여준다. 스테이지(30)에는 패러데이컵(31), 중공홈(25, 25a)을 구비한 기준시료칩(27) 및 EB-CCD(37)가 탑재된다. 결과적으로는, 1차전자빔의 균일성과 조사 위치가 정밀하게 감시될 수 있고, 상기 1차전자빔의 일시적인 변동이 정밀하게 감시될 수 있다.
이러한 관점에서, 종래에는 1차전자빔을 직접 감시하기 위한 수단이 없었다. 이러한 이유로, 종래에는 정기적으로, 하나의 동일 시료(20) 상의 복수의 점에 패러데이컵(31)이 배치될 수도 있고, 전자빔 조사의 상이 패러데이컵(31)에 의하여 취득될 수도 있다. 이러한 상은 상기 빔의 평가 및 조정을 위해 사용되어 왔다. 하지만, 종래의 기술은 1차광학계(40) 및 2차광학계(60a)의 변동이 중첩되는 화상만을 취득할 수 있었다. 이러한 2개의 광학계의 요인을 분리, 평가 및 조정하는 것은 복잡할 수도 있어, 정밀도가 낮아질 수도 있다. 본 실시예는 이러한 문제점들을 해결할 수 있다.
본 실시예에서는, 1차전자빔의 전류 밀도의 분포가 정밀하게 측정될 수도 있다. 상기 1차광학계의 렌즈(42, 45), 얼라이너 및 전자건(41)으로 이루어지는 전자방출제어계에 대한 정밀한 피드백이 행해질 수 있다. 결과적으로, 보다 균일한 빔 프로파일이 형성될 수 있다. 예컨대, 종래의 전류 밀도의 분포의 측정에서는, 직경이 φ30 ㎛ 정도의 패러데이컵이 사용될 수도 있다. 그 후, 30 ㎛ 간격으로 대략 5개의 점에서 측정이 수행될 수도 있다. 이러한 측정에 있어서는, 패러데이컵(31)의 개구의 사이즈에 의해 분해능이 제한될 수도 있다. 상기 측정은 1점씩 측정이 이루어지기 때문에 시간이 걸릴 것이다. 그 결과, 전자빔에 의한 조사의 모멘트에서의 분포가 측정될 수 없게 된다.
본 실시예에 따른 이물검사장치는 1차전자빔의 빔 프로파일을 직접 측정할 수 있고, 또한 상기 측정 결과를 토대로, 상기 1차전자빔을 적절하게 조정할 수도 있다.
이러한 본 실시예에서의 1차전자빔의 조정에 있어서는, 이물(10)의 사이즈와 신호 강도 또는 S/N비 간의 관계를 결정하기 위하여, 규격화된 샘플이 제조 및 사용될 수도 있다. 이러한 샘플의 사용은 큰 장점을 제공한다. 예를 들어, 기지의 사이즈의 규격화된 미소구체가 시료의 단일막 상에서 산란된다. 이러한 시료는 감도를 교정하는데 사용되는 것이 바람직하다.
도 31은 샘플(15)이 산란되는 시료(20)를 보여준다. 상기 샘플(15)은 통상적으로 이물(10)을 대체한다. 그러므로, 이물(10)에 근접한 사이즈의 그리고 상기 이물(10)에 근접한 재료의 샘플을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 샘플(15)은 그 재료가 PSL(polystyrene latex)인 규격화된 미소구체이다. 초미세 입자가 사용될 수도 있다. 상기 시료(20)는 Si 등의 반도체웨이퍼일 수도 있다. 상기 반도체웨이퍼 상에는 막이 형성될 수도 있다. 상기 시료(20)는 막이 형성되는 글래스 기판일 수도 있다. 상기 시료(20) 상의 막은 도전막 또는 절연막일 수도 있다. 예컨대, 반도체웨이퍼 상의 막은 SiO2, Ta, Cu, Al, W 등의 막일 수도 있다. 상기 글래스 기판 상의 막은 예컨대 Cr, CrN, Ta, TaN, TaBN, TaBO, Si, Al, Mo 등의 막일 수도 있다.
도 31에서는, 샘플(15)의 사이즈가 알려져 있다. 그러므로, 상기 샘플(15)의 사이즈와 신호 강도 또는 S/N비 간의 관계가 샘플(15)의 화상을 취득하여 결정될 수 있게 된다.
도 32는 도 31에 도시된 샘플(15)의 화상이 취득될 때 얻게 될 측정 결과를 보여준다. 도 32는 샘플(15)과 신호 강도 간의 관계의 일례이다. 도 32에서, 가로축은 샘플(15)의 사이즈를 나타내고, 세로축은 신호 강도를 나타낸다. 세로축은 S/N비를 나타낼 수도 있다. 상기 샘플 사이즈에 대응하는 신호 강도는 다양한 방식으로 샘플(15)의 사이즈를 변경하여 결정된다. 그래프는 도 32에 도시된 바와 같이 신호 강도로부터 작성된다. 결과적으로, 이물(10)의 사이즈와 신호 강도 또는 S/N비 간의 관계를 파악할 수 있게 된다.
상기 설명에서는, 샘플(15)로서 미소구체가 사용된다. 상기 구체의 적절한 사이즈는 특히 100 nm 이하이다. 즉, φ1 내지 φ100 nm의 미소구체가 유리하게 사용된다.
지금까지 기술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전자빔검사장치와 전자빔검사방법은 나노미터 정도의 초미소 이물(10)에 대해서도 민감하다. 상술된 미소 샘플(15)은 특히 미소 이물(10)의 검사에 대해 유리하게 사용된다.
이러한 관점에서, 종래의 광학식 이물검사방법들은, 분해능이 광의 파장에 의해 제한될 수도 있기 때문에, 100 nm 보다 작은 크기의 이물(10) 검출 시에 곤란할 수도 있다. 본 실시예에 따른 전자빔검사장치와 전자빔검사방법은 적절한 감도를 제공할 수 있고, 미소 이물(10)을 검출할 수 있다.
이제 도 33을 참조하면, 랜딩 에너지의 적절한 설정을 달성하는 일 실시예를 추가로 설명하기로 한다.
도 33은 본 실시예에 따른 전자빔검사방법에서 빔의 랜딩 에너지에 대한 계조 특성을 보여준다. 이러한 이물검사방법은 솔리드면 또는 패턴면을 갖는 시료(20)에 적용될 수도 있다(상기 솔리드면은 패턴이 없는 면을 의미하며; 이하 동일하게 적용함). 본 실시예는 도 33에 도시된 특성이 취득되어, 도 33의 특성이 랜딩 에너지 LE의 영역을 선택하는데 사용된다는 점에서 특징이 있다. 계조 특성(랜딩 에너지 LE에 대한 계조값의 변화)은 검출될 전자의 종류에 관련된다. 전자의 종류는 아래와 같이 도시된다:
LE < LEA : 미러전자;
LEA ≤ LE ≤ LEB : 2차방출전자와 미러전자의 혼재 상태; 및
LEB ≤ LE : 2차방출전자.
여기서, LEA ≤ LE ≤ LEB + 5 eV의 영역에서 LE를 설정하면, 높은 S/N비의 화상을 취득할 수 있게 되어, 고감도결함검사와 이물검사가 실시될 수 있다. 이러한 설정의 이유를 설명하기로 한다. 예컨대, 이물(10)이 Si, W 등과 같은 솔리드면 상에 존재한다고 가정하자. 본 실시예에서는, 이물(10)이 차지업되어 미러전자를 형성한다. 이 때, 배경 솔리드면(패턴이 없는 면)은 계조가 낮은 것이 바람직한데, 그 이유는 이것이 S/N비를 증대시키기 때문이다. 솔리드면의 계조를 저감시키기 위해서는, 2차전자방출영역에 대한 그리고 혼재 영역에 대한 에너지 조건들이 적절하다. 혼재 영역은 미러전자와 2차방출전자가 혼재되는 영역이다. 상기 혼재 영역은 2차방출전자영역과 미러전자영역 사이에 있고, 천이영역에 대응한다.
상기 혼재 영역은 도 33에서 LEA ≤ LE ≤ LEB이다. 이 영역에서 이물(10)은 미러전자를 생성하고 배경 시료(20)는 2차방출전자를 생성한다고 볼 수 있다. LE < LEA의 미러전자영역에서는, 배경도 미러전자를 생성한다. 그러므로, 배경의 계조가 증대되어, 이물(10)과 배경 간의 계조의 차이가 저하되게 된다. 즉, S/N비가 저하된다. LE가 LEB보다 훨씬 더 큰 에너지 영역에서, 이물(10)은 2차방출전자도 생성한다. 이 경우에는 상기 S/N비도 저하된다.
이물(10)의 검출을 촉진시키기 위해서는, 이물(10)의 확대상(81)과 배경의 시료면(21)의 표면상(82) 간의 계조의 차이를 최대화하는 것이 바람직하다. 상기 계조의 차이는 도 33에 도시된 랜딩 에너지 LE에 대한 계조의 특성에 좌우된다. 한 가지 특성 곡선이 도 33에 도시되어 있다. 이와는 대조적으로, 예컨대 2가지 특성 곡선, 즉 이물(10)의 특성 곡선과 순수 상태의 시료(20)의 특성 곡선이 본 실시예에서 적절하게 사용된다. 본 실시예에서는, 2가지 특성이 비교될 수도 있고, 계조의 차이가 최대인 범위에 있는 랜딩 에너지 LE가 사용될 수도 있다. 이는 랜딩 에너지가 적절하게 결정되도록 한다.
상기 설명에 관하여 논의하면, 계조의 차이가 큰 에너지 범위는 이물(10)의 특성 곡선과 시료 표면(21)의 특성 곡선의 조합에 따라 변한다. 이에 따라, 검출될 대상의 특성 곡선을 이용하여 랜딩 에너지가 적절하게 설정되게 된다.
과거 실험에 따르면, LEA ≤ LE ≤ LEB + 5 eV의 영역에 있는 LE가 매우 유리하게 사용되어 장점이 크다. 이러한 에너지 영역을 채택하는 방법과 구성은 가능한 규모까지 기술된 여하한의 방법과 구성에도 적용가능하다. 결과적으로, 높은 S/N비가 취득될 수 있고, 고감도 및 고속의 결함 검사와 이물 검사가 실시될 수 있다.
이제, 도 34를 참조하면, 이물(10)의 검사 또는 그 검출 시에 효율적인 1차전자빔의 랜딩 에너지 LE를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 도 34는 1차계의 전자빔의 랜딩 에너지 LE와 화상의 계조 간의 관계를 보여준다. 도 34에는, 시료(20)와 이물(10) 간의 관계로서 상기 시료(20)의 계조 특성과 상기 이물(10)의 계조 특성이 도시되어 있다.
도 33의 설명에서 참조된 바와 같이, 상기 랜딩 에너지 LE가 LEA보다 작은 영역은 미러전자영역을 나타낸다. 상기 미러전자영역은, 상기 이물(10)이 시료(20) 상에 존재하지 않는 정상부로부터 거의 미러전자만이 검출되는 에너지 영역이다.
랜딩 에너지 LE가 LEB보다 큰 영역은 2차전자영역을 나타낸다. 상기 2차전자영역은, 상기 시료(20)의 정상부로부터 거의 2차전자만이 검출되는 영역이다. 여기서는, 간단하게 하기 위하여, 2차전자를 주목하여, 2차전자영역이란 용어를 사용한다. 보다 구체적으로는, 상기 영역이 2차방출전자영역이고, 2차방출전자가 생성된다. 앞서 설명된 바와 같이, 2차방출전자는 2차전자, 반사전자 및 후방산란전자를 포함할 수도 있다.
상기 랜딩 에너지 LE가 LEA 이상이지만 LEB를 초과하지 않는 영역이 혼재 영역이다. 상기 혼재 영역은, 미러전자와 2차전자 양자 모두가 시료(20)의 정상부로부터 검출되는 혼재 영역을 의미한다. 상기 혼재 영역은 미러전자영역과 2차전자영역 사이의 천이 영역이다.
상술된 바와 같이, 조사가 행해지는 1차계의 전자빔의 랜딩 에너지 LE는 LEA ≤ LE ≤ LEB 또는 LEA ≤ LE ≤ LEB + 5 eV의 에너지 영역에 설정되는 것이 바람직하다. 이는 도 34를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 34는 시료(20) 상의 정상부와 이물(10) 각각에 대하여, 1차전자빔의 랜딩 에너지 LE에 대한 계조 DN의 변화를 보여준다. 상기 계조 DN(digital number)은 검출기(70)에 의해 검출될 전자수에 대응한다. 만일 이물(10)과 시료(20) 간의 접촉 저항이 높거나 또는 이물(10)이 대전된다면, 상기 이물(10)은 주위 정상부와는 상이한 계조의 변화를 나타낸다. 이는 전위 변화가 이물에서 발생하여, 미러전자가 발생되기 쉽기 때문이다. 본 발명자들이 발견한 내용에 따르면, LEA에서 LEB까지의 범위는 종종 -5 eV에서 +5 eV까지로 볼 수 있었다. 상술된 바와 같이, 상기 1차전자빔의 랜딩 에너지 LE가 높더라도, 상기 이물(10)은 상기 정상부에 비해, 미러전자를 생성한다(여기서, 미러전자는 2차전자와 혼재될 수도 있음). 그러므로, 상기 이물(10)의 촬상 또는 그의 검사가 실시될 때, LEA에서 LEB + 5 eV까지의 범위는 사용될 랜딩 에너지 LE의 영역으로 적합하다. 예컨대, LEA 내지 LEB는 -5 eV 내지 +5 eV인 것으로 가정하자. 이 경우, 랜딩 에너지 LE의 범위는 -5 eV 내지 +10(= 5 + 5) eV가 매우 바람직하다.
상기 "LEA에서 LEB + 5 eV까지"의 랜딩 에너지 범위는 기판의 재료에 관계없이 모든 종류의 기판에 효과적이다. 예를 들어, 상기 "LEA에서 LEB + 5 eV까지"의 랜딩 에너지 범위는 패턴 등이 형성되는 기판에 효과적이고, 또한 이물이 존재하는 표면 상의 기판 등에도 효과적이다. 더욱이, 상기 LE 영역은 이물 및 기판의 재료에 관계없이 효과적이다. 예컨대, "LEA에서 LEB + 5 eV까지"의 랜딩 에너지 범위는 글래스 기판의 관찰에도 적절하게 적용된다. 이는 양호한 화상을 얻을 수 있도록 한다.
여기서, 이물(10)이 높은 콘트라스트로 촬상가능한 이유는 도 34에서 분명하다. 도 34에 도시된 바와 같이, 휘도의 변화는 이물(10)과 주위 정상부 간에 상이하다. 상기 이물(10)은 정상부보다 높은 랜딩 에너지 LE(= LEB + 5 eV)에서 미러전자를 생성한다. 이러한 이유로, 이물(10)과 정상부 간의 계조의 차이, △DN이 예시된 바와 같이 크게 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 정상부의 계조 DN이 50 DN이고, 상기 정상부의 휘도(노이즈)의 변동이 3 DN이라고 가정하자. 또한, 상기 이물(10)의 계조 DN은 100 DN이라고 가정하자. 이 경우, 계조의 차이는 △DN = 50 DN(= 100 DN - 50 DN)이다. 그러므로, S/N비가 50/3 = 16.7이 된다. 이러한 방식으로, 높은 S/N비를 얻을 수 있게 된다. 이는 분명히 LEA에서 LEB + 5 eV까지의 랜딩 에너지 LE의 영역에서 발생하는 상술된 현상이다. 이러한 현상의 사용은 촬상 및 검사가 높은 콘트라스트로 실시되도록 한다. 랜딩 에너지 LE의 여타의 영역들은, 상기 이물(10)만이 미러전자를 생성하는 상태를 달성할 수 없으므로, 상술된 바와 같이 이물(10)과 주위 정상부 간에 높은 콘트라스트를 달성할 수도 없게 된다. 그러므로, 상기 이물(10)은 LEA ≤ LE ≤ LEB + 5 eV의 범위에서 검출되는 것이 바람직하다.
이상 현시점을 고려하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 본 실시예에 대한 각종 변형 및 변경이 가능하다는 것은 자명하고, 첨부된 청구범위는, 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에 있는 한, 이러한 변형과 변경을 모두 커버하는 것으로 의도되어 있다.
산업상 이용가능성
본 발명은 전자빔을 사용하여 반도체웨이퍼와 같은 시료 상에서 이물을 검사하고, 또한 결함 등을 검사하는 전자빔검사장치에 사용될 수 있다.
[제2관점]
상기 제2관점은 절연영역과 도전영역의 관찰에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 절연영역과 도전영역이 형성되는 시료 표면을 높은 콘트라스트로 관찰할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 시료관찰장치는, 절연영역과 도전영역이 형성되는 시료 표면에 촬상전자빔을 조사하는 전자빔원; 상기 촬상전자빔의 조사에 의해 상기 시료 표면 상의 구조정보를 취득한 전자를 지향시키는 E×B 필터로서, 상기 촬상전자빔의 입사방향과 역방향으로 진행하는 상기 전자의 속도에 따라, 전계와 자계를 이용하여 상기 전자를 지향(directing)시키는 상기 E×B 필터; 상기 E×B 필터에 의해 지향된 상기 전자를 검출하여, 상기 검출된 전자로부터 상기 시료 표면의 화상을 취득하는 검출기; 및 상기 촬상전자빔의 조사 에너지를, 상기 전자가 미러전자와 2차전자 양자 모두를 포함하는 천이영역에 설정하는 조사에너지설정부(대전용전자빔조사수단)를 포함하여 이루어진다.
이는 화상의 재료 콘트라스트가 높은 천이 영역에서 에너지 범위를 이용하여 시료 표면의 화상을 취득할 수 있게 한다. 결과적으로, 절연영역과 도전영역이 서로 높은 콘트라스트에 의해 구별가능한 화상이 얻어질 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 전자빔원은 시료 표면 상에 절연영역을 대전하기 위하여 촬상전자빔을 조사하기에 앞서 대전용 전자빔을 조사할 수도 있고, 상기 E×B 필터는 도전영역에 관한 구조 정보를 취득한 전자 또는 절연영역에 관한 구조 정보를 취득한 전자를 검출기에 선택적으로 안내할 수도 있다.
이는 촬상에 앞서 전자빔을 미리 조사하여 절연영역을 네거티브하게 대전시킨다. 절연영역과 접지 전위에 있는 도전영역 간의 전위차는 증대될 수 있다. 이에 따라, 절연영역과 도전영역 간의 재료 콘트라스트가 더욱 증대될 수 있게 된다.
본 발명의 장치는, 시료 표면 상에서 절연영역을 대전하기 위하여 촬상전자빔을 조사하기에 앞서 대전용 전자빔을 조사하기 위한 대전전자빔조사부(대전용전자빔조사수단)를 더 구비할 수도 있고, 상기 E×B 필터는 도전영역에 관한 구조 정보를 취득한 전자 또는 절연영역에 관한 구조 정보를 취득한 전자를 검출기에 선택적으로 안내할 수도 있다.
이는 절연영역을 네거티브하게 대전할 수 있게 한다. 상기 절연영역과 접지 전위에 있는 도전영역 간의 전위차는 증대될 수 있다. 이에 따라, 절연영역과 도전영역 간의 재료 콘트라스트가 더욱 증대될 수 있게 된다. 전용의(exclusive) 대전용 전자빔조사부를 사용하면, 대전용 전자빔과 촬상전자빔 간의 신속한 절환이 가능하여, 관찰 시간을 줄일 수 있게 된다.
본 발명의 장치는, 어퍼처 직경이 다른 복수 종류의 NA어퍼처를 갖는 NA조정어퍼처; 및 상기 NA조정어퍼처를 이동시키는 NA조정어퍼처이동기구를 구비할 수도 있고, 상기 도전영역에 대한 구조정보를 갖는 전자가 상기 NA어퍼처를 통과하도록, 상기 NA어퍼처의 위치와 상기 어퍼처 직경을 조정하여, 상기 화상의 콘트라스트를 최적화할 수도 있다.
여기서, 상기 NA조정어퍼처는, 위치와 직경 중 적어도 하나가 조정가능한 본 발명에 따른 어퍼처이다. 상술된 구성은 도전영역으로부터의 전자가 검출기 부근에서도 절연영역으로부터의 전자로부터 식별 및 분리되도록 한다. 결과적으로, 도전영역으로부터의 전자가 확실하게 검출될 수 있고, 도전영역과 절연영역 간의 재료 콘트라스트가 더욱 증대될 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 검출기는 전자를 직접 검출하기 위한 EB-CCD 또는 EB-TDI일 수도 있다.
이는 낮은 신호 손실로 전자를 직접 검출할 수 있는 고분해능식의 검출기를 이용하여 고분해능의 화상을 취득할 수 있도록 한다.
본 발명에 있어서, 상기 시료 표면은, 절연영역의 면적이 도전영역보다 큰 레티클의 콘택 구조(contact structure) 또는 반도체웨이퍼 상에 형성된 콘택플러그(contact plug)를 포함할 수도 있다.
반도체웨이퍼 상의 콘택플러그 및 레티클의 콘택 구조는, 절연영역의 면적에 비해 매우 작은 면적의 도전영역을 가진다. 즉, 도전영역의 영역비가 매우 작다. 이러한 경우, 본 발명은 재료 콘트라스트를 증대시킬 수 있고, 도전영역이 소정의 방식으로 격리되는 화상을 취득할 수 있다. 따라서, 절연재료영역비가 높은 시료의 관찰 또는 검사가 용이하게 실시될 수 있다.
본 발명의 반도체제조방법은, 반도체웨이퍼를 처리하는 단계; 및 상술된 시료관찰장치를 이용하여 처리된 반도체웨이퍼의 시료 표면을 관찰하는 단계를 포함하여 이루어진다.
결과적으로, 반도체웨이퍼가 양호하거나 불량한 지의 여부는 반도체제조공정에서 높은 재료 콘트라스트를 갖는 화상에 의하여 관찰되거나 검사될 수 있다. 그러므로, 결함 등이 쉽게 발견될 수 있다.
본 발명은, 절연영역과 도전영역이 형성된 시료 표면에 촬상전자빔을 조사하는 단계; 및 상기 시료 표면 상의 구조정보를 취득한 전자를 검출하여 상기 시료 표면의 화상을 취득하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 시료 표면에 조사되는 상기 촬상전자빔은, 상기 전자가 미러전자와 2차전자 양자 모두를 포함하는 천이영역의 조사 에너지를 가지는 것을 특징으로 한다.
이는 도전재료와 절연재료 간의 화상의 재료 콘트라스트가 크게 되는 에너지 범위를 이용하여 화상을 취득할 수 있게 한다. 결과적으로, 용이하게 관찰될 수 있는 화상이 취득될 수 있다.
본 발명의 방법은, 상기 촬상전자빔을 조사하기 전, 시료 표면 상의 절연영역을 대전시키는 대전용 전자빔으로 조사하는 단계를 포함하여 이루어질 수도 있다.
이는 절연영역을 네거티브하게 대전시킬 수 있게 한다. 상기 절연영역과 접지 전위에 있는 도전영역 간의 전위차는 증대될 수 있다. 이에 따라, 전자빔을 조사하여 생성되는 전자의 속도는 상기 재료에 따라 상이하도록 이루어질 수 있다. 상기 재료 콘트라스트는 더욱 증대될 수 있다.
본 발명의 반도체제조방법은, 반도체웨이퍼를 처리하는 단계; 및 상술된 시료관찰방법을 이용하여 상기 처리된 반도체웨이퍼의 시료 표면을 관찰하는 단계를 포함하여 이루어진다.
결과적으로, 반도체제조공정 시 반도체웨이퍼의 표면은 재료 콘트라스트가 높은 화상을 이용하여 관찰 또는 검사될 수 있다. 그러므로, 결함 등이 쉽게 발견될 수 있다.
발명의 효과
본 발명은 시료 표면 상의 절연영역과 도전영역 간의 높은 재료 콘트라스트를 갖는 화상이 취득되도록 한다.
발명의 실시예
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 하기 상세한 설명과 첨부된 도면은 본 발명을 제한하고자 하는 의도가 전혀 없다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 한정된다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료관찰장치의 구성의 일례를 보여준다. 도 35에서, 상기 시료관찰장치는, 전자빔원(1010), 1차렌즈(1020), 콘덴서렌즈(103), E×B(1040), 트랜스퍼렌즈(1050), NA(numerical aperture)조정어퍼처(1060), 투영렌즈(1070), 검출기(1080), 화상처리장치(1090), 스테이지(1100), 조사에너지설정부(1110), 및 전원(1115)을 포함하여 이루어진다. 상기 시료관찰장치는 필요에 따라 대전전자빔조사부(1120)를 포함하여 이루어질 수도 있다. 더욱이, 도 35에 도시된 바와 같이, 시료관찰장치에 관련된 구성요소로서 시료(1200)가 스테이지(1100) 상에 배치된다. 상기 시료(1200)는 그 표면 상에 시료 표면(1201)을 가진다.
상술된 구성에 있어서, 1차렌즈(1020) 등은 본 발명의 1차광학계를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 있어서, 상기 전자빔원은 상기 1차광학계에 포함될 수도 있다. 상기 트랜스퍼렌즈(1050), NA조정어퍼처(1060), 투영렌즈(1070) 등은 본 발명의 2차광학계를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 있어서, 상기 검출기(1080)는 상기 2차광학계에 포함될 수도 있다. 상기 화상처리장치(1090)는 본 발명의 화상처리장치에 포함된다.
상기 전자빔원(1010)은 전자빔으로 상기 시료(1200)의 시표 표면(1201)을 조사하는 수단이다. 상기 전자빔원(1010)은, 예컨대 전자원(1011), Wehnelt 전극(1012) 및 애노드(1013)를 포함하여 이루어진다. 상기 전자빔원(1010)은 전자원(1011)에 의하여 전자를 생성하고, 상기 Wehnelt 전극(1012)에 의하여 전자를 추출하며, 상기 애노드(1013)에 의해 전자를 가속화하여, 전자빔을 시료 표면(1201)을 향해 방출한다.
상기 전자빔원(1010)은 복수의 픽셀을 포함할 수 있는 소정의 영역을 구비한 전자빔을 생성하여, 복수의 픽셀이 동시에 촬상될 수 있도록 한다. 이러한 직경이 큰 전자빔을 평면형 전자빔이라 할 수 있다. 이는 복수의 픽셀로 하여금 전자빔으로 시료 표면(1201)의 단일 조사에 의해 동시에 촬상될 수 있게 한다. 그러므로, 면적인 넓은 2차원 화상이 신속하게 취득될 수 있게 된다.
상기 조사에너지설정부(1110)는 전자빔의 조사 에너지를 설정하는 수단이다. 상기 조사에너지설정(1110)는 전원(1115)을 포함한다. 상기 전원(1115)은 전자빔원(1010)에 전력을 공급하여, 상기 전자원(1011)이 전자를 생성시키게 한다. 상기 전원(1115)의 음전극은 전자원(1011)이 전자를 생성하도록 하기 위하여 상기 전자원(1011)에 연결된다. 상기 전자빔의 조사 에너지는 시료(1200)와 전자원캐소드 간의 전위차에 의해 결정된다. 상기 전자원캐소드는 상기 전자빔원(1010)의 전자원(1011) 상에 제공된 캐소드이다. 따라서, 상기 조사에너지설정부(1110)가 상기 전원(1115)의 전압을 조정하여 조사 에너지를 조정 및 설정할 수 있게 된다. 이하, 상기 전원(1115)의 전압을 "가속전압"이라고 한다. 본 실시예에 있어서, 취득한 화상의 재료 콘트라스트는 전자빔의 조사 에너지를 적절한 값으로 설정하는 조사에너지설정부(1110)에 의해 증대된다. 이하, 구체적인 조사 에너지의 설정방법을 설명하기로 한다.
상기 1차렌즈(1020)는 상기 전자빔원(1010)으로부터 방출되는 전자빔에 전계 또는 자계를 인가하여, 전자빔을 편향시키고 그것을 시료 표면(1201) 상의 원하는 조사 영역으로 안내하기 위한 광학수단이다. 도 35에 도시된 바와 같이, 복수의 1차렌즈(1020)가 사용될 수도 있다. 예컨대, 4극자렌즈가 1차렌즈(1020)에 적용될 수도 있다.
상기 E×B(1040)는 전자빔 또는 전자에 전계와 자계를 인가하여, 로렌츠힘으로 상기 전자빔 또는 전자의 방향을 설정함으로써, 상기 전자빔 또는 전자를 소정의 방향으로 지향시키기 위한 수단이다. 상기 E×B(1040)의 전계와 자계는, 상기 시료 표면(1201)의 방향으로 전자빔원(1010)으로부터 방출되는 전자빔을 지향시키는 로렌츠힘을 생성하기 위하여 설정된다. 상기 전자빔을 시료 표면(1201)에 조사하여 상기 시료 표면(1201) 상의 구조 정보를 취득한 전자에 관해서는, 상기 E×B(1040)의 전계와 자계가 상기 검출기(1080)의 방향으로 상기 전자빔을 상방 직진하도록 하기 위하여 설정된다. 이는 시료 표면(1201)으로 입사하여는 전자빔과 상기 시료 표면(1201)으로부터 생성되어 입사 방향과 반대 방향으로 이동하고 있는 전자를 분리시킬 수 있다. 상기 E×B를 Wien 필터라고 한다. 그러므로, E×B 필터란 용어가 본 발명에 사용된다.
상기 콘덴서렌즈(1030)는, 시료 표면(1201) 상의 구조 정보를 취득한 전자를 수렴시킬 뿐만 아니라, 상기 시료 표면(1201) 상에 전자빔의 상을 형성하기 위한 렌즈이다. 그러므로, 상기 콘덴서렌즈(1030)가 상기 시료(1200)의 가장 근접한 곳에 배치된다.
상기 트랜스퍼렌즈(1050)는, 상기 NA조정어퍼처(1060)의 NA어퍼처(1061) 부근에서 크로스오버(cross over)를 발생시킬 뿐만 아니라, 상기 검출기(1080)의 방향으로 상기 E×B(1040)를 통과한 전자를 안내하기 위한 광학수단이다.
상기 NA조정어퍼처(1060)는 통과전자수를 조정하기 위한 수단이다. 상기 NA조정어퍼처(1060)는 중앙에 NA어퍼처(1061)를 구비한다(즉, 상기 NA조정어퍼처(1060)는 어퍼처부재이고, 상기 NA어퍼처(1061)는 개구임). 상기 NA조정어퍼처(1060)는, 상기 시료 표면(1201)으로부터 상승하여 상기 트랜스퍼렌즈(1050)에 의해 안내되는 전자를 통과시키는, 검출기(1080)로의 궤도로서의 기능을 한다. 상기 NA조정어퍼처(1060)는, 촬상 시에 노이즈가 될 전자를 차단하여, 그들이 검출기(1080)를 향해 진행되지 않도록 함으로써, 통과전자수를 조정하게 된다. 본 실시예에 있어서, 상기 NA조정어퍼처(1060)는, 시료 표면(1201) 상의 도전영역에 관한 구조 정보를 취득한 전자와 상기 시료 표면(1201) 상의 절연영역에 관한 구조 정보를 취득한 전자 중 하나를 선택적으로 통과시키고, 나머지 다른 전자를 차단시킨다. 그 상세를 후술하기로 한다.
상기 투영렌즈(1070)는 최종초점조정수단으로서, 상기 NA조정어퍼처(1060)를 통과한 전자에 작용하여, 상기 검출기(1080)의 검출면(1081) 상에 상을 결상하게 된다.
상기 검출기(1080)는, 시료 표면(1201)에 전자빔을 조사하여 상기 시료 표면(1201)에 관한 구조 정보를 취득한 전자를 검출하고, 상기 시료 표면(1201)의 화상을 취득하기 위한 수단이다. 각종 타입의 검출기가 검출기(1080)에 적용될 수도 있다. 상기 검출기(1080)는, 예컨대 병렬화상취득을 가능하게 하는 CCD(charge coupled device) 또는 TDI(time delay integration)-CCD 검출기일 수도 있다. 상기 검출기(1080)는 CCD 및 TDI-CCD와 같은 2차원 촬상식이고, 상기 전자빔원(1010)은 복수의 픽셀을 포함하는 소정의 면적을 평면빔으로 조사한다. 결과적으로, 한 장소의 빔 조사는 병렬 촬상을 행할 수 있도록 하여, 큰 면적의 화상을 취득할 수 있게 한다. 따라서, 시료 표면(1201)의 신속한 관찰이 실시될 수 있게 된다. CCD 및 TDI-CCD는 광을 검출하여 전기 신호를 출력하는 검출소자이다. 이러한 이유로, 검출기(1080)에 대한 CCD 또는 TDI-CCD의 적용은 전자를 광으로 변환하기 위한 형광판과, 전자를 배가시키기 위한 MCP(micro channel plate)를 필요로 한다. 이러한 구성요소들이 상기 검출기(1080)에 포함될 수도 있다.
상기 검출기(1080)는 EB-CCD 또는 EB-TDI일 수도 있다. EB-CCD 및 EB-TDI는, 이들이 2차원 촬상식 검출기라는 점에서 CCD 및 TDI-CCD와 유사하다. 하지만, EB-CCD 및 EB-TDI는 전자를 직접 검출하고, 광과 전자 간의 변환없이 전기 신호를 출력한다. 그러므로, 상술된 형광판과 MCP가 필요하지 않게 된다. 중간 신호 손실이 저감되기 때문에, 고분해능의 화상이 취득될 수 있다. 이러한 고분해능식의 EB-CCD 또는 EB-TDI가 검출기(1080)에 적용될 수도 있다.
상기 화상처리장치(1090)는 상기 검출기(1080)로부터 출력되는 전기 신호를 토대로, 상기 시료 표면(1201)의 화상을 생성하기 위한 장치이다. 구체적으로는, 상기 검출기(1080)로부터 출력되는 좌표 정보와 휘도 정보를 토대로 2차원 화상이 생성된다. 본 실시예에서는, 절연재료와 도전재료가 시료 표면(1201)에 포함된 시료(1200)를 관찰한다. 절연영역과 도전영역 간에 휘도차가 발생하고, 높은 재료 콘트라스트를 갖는 화상을 취득하는 것이 바람직하다. 상기 화상처리장치(1090)는 소요 화상 처리와 화상 생성을 행하여, 이러한 요건이 충족가능하게 함으로써, 양호한 화상을 취득할 수 있도록 한다.
상기 스테이지(1100)는 시료(1200)가 상면에 배치되는 상기 시료(1200)를 지지하기 위한 수단이다. 상기 스테이지(1100)는 x-y 방향과 같은 수평 방향으로 이동가능하고, 수평 방향으로 회전가능할 수도 있어, 상기 시료 표면(1201) 상에서 관찰될 전체 면적이 전자빔으로 조사될 수 있도록 한다. 상기 스테이지(1100)는 또한 필요에 따라 수직 방향, 즉 z 방향으로 이동가능할 수도 있다. 스테이지(1100)를 이동가능하게 구성하기 위하여, 모터, 에어 또는 여타의 이동수단이 제공될 수도 있다.
상기 대전전자빔조사부(1120)는, 시료 표면(1201)을 대전하도록 제공된 빔조사수단이다. 상기 시료 표면(1201)의 대전은, 상기 전자빔원(1010)이 촬상을 위하여 촬상전자빔으로 조사하기 전에 행해진다. 필요에 따라, 상기 대전전자빔조사부(1120)가 제공될 수도 있다. 시료 표면(1201)을 촬상하기 전에 상기 시료 표면(1201) 상의 절연영역에 미리 전자빔을 조사하여 상기 절연영역을 네거티브하게 대전한다. 다른 한편으로, 도전영역은 항상 접지 전위에 있다. 결과적으로는, 재료에 따라 시료 표면(1201) 상에서 전위차가 이루어질 수 있다. 이러한 전위차는 도전영역과 절연영역 간의 재료 콘트라스트를 증대시킬 수 있다. 상기에서 보는 바와 같이, 상기 대전전자빔조사부(1120)는, 상기 촬상전자빔에 앞서 대전용 전자빔으로 상기 시료 표면(1201)을 조사하는 경우에 적절하게 제공된다.
또다른 구성에서는 상기 대전전자빔조사부(1120)가 사용될 필요는 없다. 상기 전자빔원(1010)은 대전전자빔을 조사할 수도 있고, 그 후 동일한 전자빔원(1010)이 시료 표면(1201)에 촬상전자빔을 조사할 수도 있다. 이러한 구성에서 동일한 대전전자빔의 조사가 행해질 수도 있다. 그러므로, 예컨대 시료 표면(1201)이 대전전자빔으로 조사되는 경우, 특히 대전전자빔의 조사 직후 촬상전자빔의 조사가 행해지는 경우에 상기 대전전자빔조사부(1120)가 제공될 수도 있다. 일반적으로, 촬상전자빔과 대전전자빔 간의 조사 에너지는 상이하다. 상기 대전전자빔조사부(1120)를 제공하면, 대전전자빔조사와 촬상전자빔조사 간의 조사 에너지의 조정 필요성을 소거할 수 있다. 결과적으로, 촬상이 신속하게 행해질 수 있게 된다. 관찰 시간의 단축 등이 강하게 요구되는 경우 상기 대전전자빔조사부(1120)가 적절하게 제공된다. 이는 관찰 시간의 단축에 대한 요청에 응답할 수 있다.
상기 시료(1200)는, 그 표면의 시료 표면(1201)에, 절연재료로 형성된 절연영역과 도전재료로 형성된 도전영역을 포함한다. 상기 시료(1200)는 각종 타입의 형상에 적용될 수도 있다. 상기 시료(1200)는, 예컨대 레티클 및 반도체웨이퍼와 같은 기판일 수도 있다. 본 실시예에 따른 시료관찰장치는, 절연영역의 면적비가 도전영역의 면적비보다 클 때 시료 표면(1201)을 적절하게 관찰할 수 있다. 예를 들어, 도전영역의 면적비는, 시료(1200)가 반도체웨이퍼 상의 콘택플러그이거나 레티클의 콘택 구조인 경우에 작다. 이러한 경우, 상기 시료 표면(1201)의 화상을 만족할 만하게 취득할 수 있고, 상기 관찰도 만족할 만하게 행해질 수 있다. 각종 타입의 재료가 도전재료와 절연재료에 적용될 수도 있다. 예컨대, 상기 도전재료는 W(텅스텐) 또는 여타의 플러그 재료일 수도 있다. 상기 절연재료는 반도체웨이퍼의 절연층으로 사용되는 SiO2(이산화규소막) 등일 수도 있다.
이제, 도 35에 따른 시료관찰장치를 이용하여 행해질 시료 관찰의 상세를 구체적으로 설명하기로 한다.
도 36a 및 도 36b는 촬상전자빔의 조사 에너지와 재료 콘트라스트 간의 관계의 일례를 보여준다. 도 36a는 조사 에너지 범위에 따라 변하는 화상의 일례를 보여준다. 도 36b는 촬상전자빔의 조사 에너지와 검출기 전류 간의 상관을 보여준다.
도 36b에서, 가로축은 촬상전자빔의 조사 에너지(랜딩 에너지 LE)를 나타내고, 세로축은 검출기(1080)에서의 검출기 전류의 크기를 나타낸다. 도 36b에 있어서, 실선으로 표시된 특성 곡선은 상기 어퍼처 직경이 10 내지 300 ㎛인 NA조정어퍼처(1060)의 경향을 나타낸다. 일점쇄선으로 표시된 특성 곡선은 상기 어퍼처 직경이 1000 내지 3000 ㎛인 NA조정어퍼처(1060)의 경향을 나타낸다. 상기 어퍼처의 직경이 10 내지 300 ㎛인 경우, 2차전자영역은 LE = 2 내지 10 eV이고, 천이영역은 LE = -2 내지 2 eV이며, 미러전자영역은 LE가 -2 eV 이하인 영역이다.
여기서, 2차전자는 본 발명의 2차방출전자에 포함되고, 도 36b의 2차전자영역은 본 발명의 2차방출전자의 일례이다. 상기 2차방출전자는 시료 표면(1201)과 충돌하는 전자빔에 의해 시료(1200)로부터 방출되는 전자를 말한다. 상기 2차방출전자는, 소위 2차전자 이외에도 반사전자, 후방산란전자 등을 포함할 수도 있다. 반사전자는 반사 에너지가 입사 에너지와 근사적으로 동일한 전자이다. 후방산란전자는 후방으로 산란되는 전자이다. 하지만, 2차전자는 주로 2차방출전자들 가운데 검출된다. 따라서, 2차전자는 본 발명의 하기 설명에서 주된 2차방출전자로 기술될 수도 있다. 2차전자는 코사인 법칙에 따라 시료(1200)로부터의 그 방출의 거동의 특성을 가진다.
미러전자는 시료 표면(1201)과의 충돌없이 반사되는 전자를 말한다. 보다 구체적으로는, 전자빔이 시료 표면(1201)을 향해 진행하되, 그와 충돌하지 않으면서, 그 부근에서 반대 방향으로 전향하여, 결과적으로 미러전자가 된다. 예를 들어, 시료 표면(1201)의 전위는 음전위이고, 상기 전자빔의 랜딩 에너지는 작다고 가정하자. 이 경우, 시료 표면(1201) 부근에서의 전계의 효과 하에, 상기 전자빔은 충돌하지 않으면서 반대 방향으로 전향하고, 이러한 현상은 미러전자를 생성하게 된다. 본 실시예에 따른 시료관찰장치와 시료관찰방법에 있어서, 미러전자는 상술된 바와 같이, "시료 표면(1201)과의 충돌없이 반대 방향으로 전향하면서 반사되는 전자"이다.
도 36b에서, 2차전자영역은 랜딩 에너지 LE = 2 내지 10 eV의 영역이다. 상기 2차전자영역에서, 검출 전류는 상기 NA조정어퍼처(1060)의 어퍼처 직경의 차이에 따라 상당히 변한다. 이는 시료 표면으로부터 방출되는 2차전자의 각도가 코사인 법칙에 의해 결정되고, 상기 전자의 스프레드가 상기 NA조정어퍼처(1060)의 위치에서 커지기 때문이다.
랜딩 에너지 LE가 2 eV 이하로 저감된다면, 미러전자가 점진적으로 증가한다. 이러한 에너지 영역은 미러전자와 2차전자가 혼재되는 천이 영역이다. 상기 천이 영역에서는, 상기 NA조정어퍼처(1060)의 어퍼처 직경의 사이즈의 차이에 좌우되는 검출기 전류의 차이가 작다.
랜딩 에너지 LE가 -2 eV 이하이면, 2차전자의 방출을 볼 수 없게 되고, 미러전자의 방출량이 일정하게 된다. 이러한 영역이 미러전자영역이다. 상기 미러전자영역에서는, 상기 NA조정어퍼처(1060)의 어퍼처 직경의 사이즈에 좌우되는 검출기 전류의 차이를 볼 수 없게 된다. 이로부터, 상기 NA조정어퍼처(1060)의 위치에서 미러전자가 수렴하는 것으로 보인다. 수렴 범위는 φ300 ㎛ 이하 정도로 보이지만, φ10 ㎛ 보다는 작지 않다. 기판 표면과의 충돌없이 반사됨으로써, 미러전자가 고지향성, 고직진성 및 좁은 수렴 범위를 가진다.
도 36b에서, 어퍼처의 직경은 10 내지 3000 ㎛ 및 1000 내지 3000 ㎛이다. 이들은 실선과 점선으로 표시된 2가지 경향을 얻기 위한 2개의 적절한 어퍼처 직경 범위로 사용되었다. 특성 곡선은 어퍼처의 직경이 10 ㎛ 이하이거나 또는 3000 ㎛ 이상인 경우에 동일한 경향을 나타내는 것으로 보인다. 여기서, 상기 어퍼처의 직경은 10 ㎛ 이상인 것으로 결정되었지만 3000 ㎛를 넘지는 않는데, 그 이유는 노이즈의 증가로 인한 측정의 한도 때문이다.
도 37은 조사전자빔의 랜딩 에너지 LE에 좌우되는 2차전자 및 미러전자의 발생 현상을 개략적으로 보여준다. 미러전자와 2차전자 양자 모두 시료 표면(1201)에 관한 구조 정보를 취득한다. 도 36a 및 도 36b를 참조하여 기술된 바와 같이, 미러전자와 2차전자 간에 각도차가 있다.
도 37은 미러전자영역과 천이영역에 대한 전자의 거동과 실효 랜딩 에너지 간의 관계를 보여준다.
도 37의 예시에서, 미러전자영역은 실효 랜딩 에너지 LE가 0 eV 이하인 영역이다. 상기 미러전자영역에서는, 조사전자빔이 시료 표면(1201)과 충돌하지 않지만, 공기에서 반사되어 미러전자가 된다. 도 37에 도시된 바와 같이, 조사짐이 시료 표면(1201)에 수직으로 입사하면, 상기 미러전자도 수직으로 반사되고, 상기 전자의 이동 방향이 일정하게 된다.
다른 한편으로, 상기 천이영역에서는, 미러전자가 시료 표면(1201)과 충돌하지 않고, 반사될 공기에서 전향된다. 이러한 현상은 미러전자영역의 미러전자와 동일하다. 하지만, 상기 조사전자빔은 시료 표면(1201)과 부분적으로 충돌하고, 결과적으로 상기 시료(1200)의 내부로부터 공기 중으로 2차전자가 방출되게 된다. 여기서, 조사전자빔은 시료 표면(1201)에 수직으로 입사하기 때문에, 미러전자가 수직 방향으로 반사된다. 하지만, 2차전자는 코사인 법칙에 따라 각종 방향으로 확산된다. 코사인 법칙 분포는 수직 방향으로 코사인 관계를 가진다. 랜딩 에너지가 높을수록, 미러전자에 비해 2차전자의 비가 커진다.
도 37에 도시된 바와 같이, 미러전자는 진행방향이 일정하여 양호한 지향성을 가지지만, 2차전자는 코사인 법칙에 따라 진행방향이 분산되어, 지향성이 좋지 못하다.
상술된 예시에 있어서, 상기 천이영역은 -2 eV 내지 2 eV 사이에 있다. 상기 천이영역은 상기 미러전자와 2차전자가 혼재되는 영역이다. 본 발명자 등은 이러한 천이 현상(혼재 현상)이 후술하는 에너지 범위에서 발생하고, 상기 영역의 사용이 패턴 촬상에 매우 효과적이라는 것을 각종 실험 경험들을 통해 밝혀내었다.
조사를 위한 1차계의 전자빔에서는, 랜딩 에너지 LE가 LEA ≤ LE ≤ LEB 또는 LEA ≤ LE ≤ LEB + 5 eV의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 이 상세를 구체적으로 설명하기로 한다. 도 38은 랜딩 에너지 LE에 대한 시료 표면(1201)의 계조의 변화를 보여준다. 여기서, 상기 계조는 화상의 휘도에 대응하고, 상기 검출기(1080)에 의해 취득하게 될 전자수에 비례한다.
도 38에서, 랜딩 에너지 LE가 LEA 이하인 영역은 미러전자영역이다. 랜딩 에너지 LE가 LEB 이상인 영역은 2차전자영역이다. 랜딩 에너지 LE가 LEA 이상이지만 LEB를 초과하지 않는 영역은 천이영역이다. 본 발명에 관한 수많은 확인 결과에 있어서, LEA에서 LEB까지의 바람직한 범위는 -5 eV에서 +5 eV까지 였다. 즉, LEA 및 LEB는 -5 eV ≤ LEA ≤ LEB ≤ +5 eV의 관계를 충족하는 것이 바람직하다.
미러전자가 발생되는 방법은 절연영역과 도전영역 간에 상이하다. 이는 특성선의 차이를 발생시켜, 즉 계조차를 발생시켜, 계조차가 큰 콘트라스트를 형성하게 된다. 즉, 재료 및 구조의 차이는 절연영역과 도전영역 간의 특성선의 차이를 발생시켜, 계조차를 형성하게 된다. 실제로, 상술된 랜딩 에너지 LE의 범위가 중요한 것으로 밝혀졌다. -5 eV ≤ LEA ≤ LEB ≤ +5 eV의 범위에 있는, 또는 LEA ≤ LE ≤ LEB ≤ +5 eV(예컨대, -5 eV ~ +10(= 5 + 5) eV)의 범위에 있는 랜딩 에너지 LE를 사용하는 것이 매우 효과적이다.
도 36a로 되돌아가, 각각의 전자발생영역의 절연재료와 도전재료 간의 콘트라스트를 설명하기로 한다. 상기 도전재료와 절연재료는 도체와 절연체로 형성된 각종 재료일 수도 있다. 예를 들어, 도전재료는 W(텅스텐)일 수도 있고, 절연재료는 SiO2(이산화규소막) 등일 수도 있다.
도 36a는 각각의 전자발생영역의 재료 콘트라스트의 일례로서, 2차전자영역, 천이영역 및 미러전자영역의 재료 콘트라스트를 도시한다. 우선 미러전자영역의 재료 콘트라스트를 주목하면, 도전재료와 절연재료 간에 차이가 전혀 없다. 이는 미러전저영역에서, 시료 표면(1201) 앞에서 전자가 반사되므로, 도전재료와 절연재료 간의 콘트라스트차가 사라지기 때문이다. 천이영역과 2차전자영역 양자 모두에서는, 도전재료와 절연재료 간에 차이가 있다. 도전재료와 절연재료 간의 콘트라스트차는 천이영역에서 보다 크다. 이는 검출될 전자가 미러전자를 포함하기 때문인 것으로 보인다. 미러전자가 양호한 지향성을 가지므로, 신호량이 증가하여 콘트라스트가 증대하는 것으로 보인다.
상기에서 보는 바와 같이, 도전재료와 절연재료 간의 콘트라스트는, 2차전자와 미러전자가 혼재하는 천이영역에서 시료 표면(1201)의 화상을 취득하여 증대될 수 있다.
상기 시료 표면(1201) 상의 절연영역은 촬상에 앞서 천이영역에서 전자빔으로 조사될 수도 있다. 이는 절연재료를 대전시켜, 전위를 제로 미만의 수 eV 정도로 변경시킨다. 다른 한편으로, 상기 도전재료의 전위는 일정한 접지 전위이다. 에너지의 차이 때문에, 상기 절연재료에 관한 구조 정보를 취득한 전자의 궤도는, 상기 도전재료에 관한 구조 정보를 취득한 전자에 비해, E×B(1040)에서 편향된다. 따라서, 상기 검출기(1080)에 도달하는 전자가 적절한 조정을 행하여 도전재료에 대한 구조 정보를 취득한 전자로 제한될 수 있게 된다. 상기 천이영역은 2차전자와 미러전자가 혼재하는 에너지 영역이다. 2차전자와 미러전자가 혼재되는 경우, 상기 절연영역으로부터의 전자의 궤도는 두 전자 모두에 대해 시프트된다. 여기서, 전계의 방향으로의 힘은 F = e·E(여기서, e는 전자의 전하 1.602 × 10-19C이고, E는 전계 V/m임)이고, 전자에 작용하는 힘은 속도 v m/s에 독립적이다. 다른 한편으로, 자계의 방향으로의 힘은 F = e·(v × B)인데, 이는 전자의 속도 v m/s에 좌우된다. 상기 E×B 조건(Wien 조건)은 보통 도전 기판으로부터 방출되는 전자가 직진하도록 설정된다. 하지만, 전자의 속도 v m/s의 변화는 자계의 방향으로의 힘의 변화를 초래한다. 이러한 이유로, 전자의 궤도가 E×B(1040)로부터 하류측(검출기(1080)측)으로 시프트된다.
도 39a 및 도 39b는 시료 표면(1201)의 구조 정보를 취득한 전자의 궤도의 일례를 도시한 개략도이다. 도 39a는 전자 궤도의 측면도이고, 도 39b는 전자 궤도를 도시한 부분확대도이다.
도 39a에서, 시료(1200)는 하방에 배치된다. 시료용 전원(1101)에 의하여 상기 시료(1200)에 음전위가 인가된다. 상기 시료(1200)에서는, 도전재료(1202)가 절연재료(1203)로 커버된다. 홀(hole; 1204)은 절연재료(1203)에서의 절단부이다. 상기 도전재료(1202)는 상기 홀(1204)을 통해 노출되어, 시료 표면(1201)의 일부를 형성한다. 레티클의 콘택 구조에서는, 예컨대 상기 홀(1204)의 저부가 종종 도 39a에 도시된 시료(1200)에서와 같이 도전재료(1202)로 형성되기도 한다. 상기 E×B(1040), NA조정어퍼처(1060) 및 검출기(1080)만이 시료관찰장치의 구성요소로 도시되어 있다.
도 39a에서, 전자빔(EB)은 우상방으로부터 방출된다. 상기 전자빔은 E×B(1040)에 의해 편향되어 시료 표면(1201)에 수직으로 입사한다. 상기 시료 표면(1201)에 관한 구조 정보를 취득한 전자들 가운데, 전자 ec는 도전영역(1202)에 관한 구조 정보를 취득하였다. 이러한 전자 ec는 상기 NA조정어퍼처(1060)의 NA어퍼처(1061)를 통해 직진한다. 다른 한편으로, 전자 ei는 절연영역(1203)에 관한 구조 정보를 취득한 전자이다. 상기 전자 ei는 그 궤도를 변경하고, NA어퍼처(1061) 주위 장소로 이동하여, 상기 NA조정어퍼처(1060)의 부재부와 충돌한다. 즉, 상기 도전영역(1202)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ec는 검출기(1080)에 도달하지만, 상기 절연영역(1203)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ei는 상기 검출기(1080)에 도달하지 못한다.
본 예시에서는, 절연재료(1203)가 시료 표면(1201)의 대부분을 차지하고, 그 일부(홀(1204)의 저부)가 도전재료(1202)에 의해 차지된다. 이러한 구조는 종종 레티클의 콘택 구조에서도 볼 수 있다. 이러한 구조에 있어서, 본 실시예는 도전재료(1202)에 관한 표면 구조 정보를 취득한 전자 ec만을 검출기(1080)에 안내하고, 상기 절연재료(1203)에 관한 표면 구조 정보를 취득한 전자 ei가 검출기(1080)에 도달하는 것을 방지한다. 이는 특이적으로 높은 콘트라스트상을 취득할 수 있게 한다. 여기서, 전자 ec 및 ei는 미러전자와 2차전자 양자 모두를 포함한다.
재료의 종류에 따른 전자들의 이러한 분류와 검출은 레티클보다 또다른 시료에 적용될 수도 있고, 예컨대 반도체웨이퍼 등의 라인/스페이스 패턴의 검출에도 적용가능하다.
도 39b는 하측에서 본 NA조정어퍼처(1060)의 확대도를 보여준다. 상기 NA어퍼처(1061)는 직사각형의 NA조정어퍼처(1060)의 일부에 형성된다. 상기 전자 ec는 도전영역(1202)에 관한 구조 정보를 취득하였다. 이들 전자 ec는 NA어퍼처(1061) 내에 포함되므로, NA어퍼처(1061)를 통과할 수 있게 된다. 다른 한편으로, 전자 ei는 절연영역(1203)에 관한 구조 정보를 취득한 전자이다. 전자 ei의 대부분은 상기 NA조정어퍼처(1060)에 의해 차단되어, 상기 NA어퍼처(1061)를 통과할 수 없다.
상기 도전재료(1202)와 절연재료(1203)로부터의 미러전자의 전자 궤도는 상기 NA조정어퍼처(1060)의 위치에서 크로스오버점(cross over point)을 가져, 그들이 100 ㎛의 최소 스폿을 형성한다. 그러므로, 상기 NA조정어퍼처(1060)는, 상기 E×B(1040)에 의해 행해지는 궤도 시프트를 이용하여, 도전재료(1202)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ec를 용이하면서도 선택적으로 분리시킨다. 이러한 분리는 광학 분해능의 손실없이 실시될 수 있다. 상기 재료들 간의 대전 전위의 차이가 큰 경우, 상기 NA조정어퍼처(1060)의 위치에서의 궤도 시프트도 크다. 이에 따라, 어퍼처 직경이 더욱 큰 상기 NA조정어퍼처(1060)가 사용될 수 있고, 검출될 전자수가 증대될 수 있어, 화상이 적절하게 형성될 수 있게 된다.
상기 시료 표면(1201) 상의 절연영역(1203)이 촬상전자빔에 의한 조사 전에 대전전자빔으로 조사되면, 상기 전자빔원(1010)이 사용될 수도 있다. 상기 대전전자빔조사부(1120) 또한 설치된다면 사용될 수도 있다. 상기 시료(1200)의 시료 표면(1201)은, 검출기(1080)에 의해 촬상이 행해지지 않는 상태에서 대전전자빔으로 조사될 수도 있다. 그 후, 절연영역(1203)만이 대전전자빔으로 조사될 필요가 있다. 하지만, 도전영역(1202)이 대전전자빔으로 조사되는 경우에도, 표면 전위는 제로 전위일 것이다. 그러므로, 도전영역(1202)과 절연영역(1203)이 서로 특별히 구별될 필요가 없게 되고, 상기 시료 표면(1201) 상의 촬상영역이 소정의 조사 에너지를 갖는 대전전자빔으로 조사될 수도 있다.
도 40a 및 도 40b는 NA어퍼처(1061)의 최적의 위치를 예시하고, 보다 구체적으로는, 상기 NA조정어퍼처(1060)의 위치에서의 2차전자와 미러전자의 궤도들의 스프레드; 및 상기 NA어퍼처(1061)의 최적의 위치 간의 관계를 보여준다. 도 40a는 미러전자에 대한 NA조정어퍼처(1060)의 NA어퍼처(1061)의 최적 위치를 보여준다. 도 40b는 2차전자에 대한 NA어퍼처(1061)의 최적 위치를 보여준다. 도 40a 및 도 40b에서, 검은 원은 도전영역(1202)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ec를 나타낸다. 회색 원은 절연영역(1203)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ei를 나타낸다.
도 40b에 도시된 바와 같이, 시료 표면(1201)에 관한 구조 정보를 취득한 전자가 2차전자인 경우, 상기 도전영역(1202)으로부터 방출되는 전자 ec 및 상기 절연영역(1203)으로부터 방출되는 전자 ei는 상기 영역의 대부분에서 중첩된다. 이 경우, 상기 NA조정어퍼처(1060)의 NA어퍼처(1061)의 중심이 상기 도전영역(1202)으로부터 방출되는 전자들의 궤도의 중심에 근사적으로 위치한다. 이러한 위치는 상기 NA조정어퍼처(1060)의 NA어퍼처(1061)의 최적 위치인 것으로 보인다. 이는 시료 표면(1201) 상의 도전영역(1202)으로부터 방출되는 전자 ec를 검출되도록 하되, 상기 전자 ec의 전자 밀도의 최고 부분은 중심이다. 하지만, 도 40b에 도시된 바와 같이, 상기 절연영역(1203)으로부터 방출되는 전자 ei의 전자 궤도 또한 상기 도전영역(1202)으로부터 방출되는 전자 ec의 궤도와 거의 완전하게 중첩한다. 이러한 이유로, 전자들 양자 모두가 별도로 검출될 수 없다. 이에 따라, 상기 2차전자영역에서는, 도전영역(1202)으로부터 방출되는 2차전자 ec와 절연영역(1203)으로부터 방출되는 2차전자 ei 간의 신호의 차이를 토대로, 상기 도전영역(1202)과 절연영역(1203)이 서로 구별될 것이다.
다른 한편으로, 도 40a에서는, 도전영역(1202)에 관한 구조 정보를 취득한 미러전자 ec와 절연영역(1203)에 관한 구조 정보를 취득한 미러전자 ei 간의 전자 궤도의 차이가 발생하고, 두 전자 궤도들의 중심이 서로 이격되어 위치하게 된다. 이러한 경우에, 예컨대 상기 NA조정어퍼처(1060)의 NA어퍼처(1061)는, 상기 도전영역(1202)에 관한 구조 정보를 취득한 모든 전자 ec가 통과하지만, 상기 절연영역(1203)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ei는 상기 NA어퍼처(1061)를 용이하게 통과할 수 없도록 배치된다. 이는 상기 도전영역에 관한 구조 정보를 취득한 많은 전자 ec만을 분리시켜 상기 검출기(1080)로 안내시킨다. 이에 따라, 상기 도전영역(1202)과 절연영역(1203) 간의 재료 콘트라스트가 증대될 수 있게 된다. 종래에는, 이러한 분리가 대체로 복수의 자계와 전계로 이루어지는 색수차보정기(chromatic aberration corrector)(모노크로메이터; monochromator)를 필요로 한다. 하지만, 본 실시예에 따른 시료관찰장치와 시료관찰방법은 색수차보정기의 설치를 위한 요건을 소거한다. 상기 NA조정어퍼처(1060)의 위치 조정만으로 동일한 효과를 얻을 수 있고 적절한 화상을 취득할 수도 있다.
도 39a 내지 도 40b의 예시들은 상기 도전영역(1202)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ec를 검출기(1080)에 선택적으로 안내하기 위하여 그리고 상기 절연영역(1203)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ei를 검출기(1080)에 안내하지 않도록 구성된다. 하지만, 역구성도 가능한데, 이는 E×B(1040)를 설정하고, NA조정어퍼처(1060)를 포지셔닝하며, 어퍼처의 직경을 조정함으로써 실현된다. 즉, 변형예는 상기 절연영역(1203)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ei를 검출기(1080)에 선택적으로 안내하도록 그리고 상기 도전영역(1202)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ec를 검출기(1080)에 안내하지 않도록 구성된다. 상기에서 보는 바와 같이, 본 실시예는 도전영역(1202)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ec 또는 절연영역(1203)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ei를 상기 검출기(1080)로 선택적으로 안내한다. 어떤 전자가 안내 및 검출될 것인지는 의도된 용도에 따라 적절하면서도 자유롭게 결정될 수도 있다.
이제, 측정 결과들의 예시를 설명하기로 한다. 하기 실험예들은 본 실시예에 따른 시료관찰장치 및 방법에 의하여 각종 조건 하에 얻어진 재료 콘트라스트의 측정 결과들을 보여준다.
<실험예 1>
도 41a 및 도 41b는 실험예 1에서 관찰될 시료(1200)의 구조 및 취득한 화상의 일례를 보여준다. 도 41a는 시료(1200)인 콘택플러그의 단면 구조를 보여준다. 도 41b는 콘택플러그 구조를 갖는 시료 표면(1201)의 취득한 화상의 일례를 보여준다.
도 41a에서, 상기 절연영역(1203)과 도전영역(1202)은 반도체 기판, 실리콘 기판(1205) 상에 형성된다. 상기 절연영역(1203)은 SiO2로 형성된다. 상기 도전영역(1202)은 텅스텐 재료로 형성되고, 콘택-플러그 형상을 가진다. 상기 시료 표면(1201)의 평면 구조는 절연영역(1203)을 기초로 하고, 상기 도전영역(1202)은 점 또는 원으로 베이스에 형성된다.
도 41b는 시료 관찰 시에 취득하는 시료 표면(1201)의 화상의 일례로서, 여기서는 절연영역(1203)이 상기 화상의 블랙 베이스부이다. 화이트 원형 도전영역(1202)은 상기 블랙 베이스로부터 격리된다. 상기에서 보는 바와 같이, 본 실시예는 절연영역(1203)과 도전영역(1202)이 서로 용이하게 구분되는 화상을 취득할 수 있고, 재료 콘트라스트를 증대시켜, 결함 등의 관찰과 그에 대한 검사를 용이하게 실시할 수도 있다.
도 41b의 예시에서는, 상기 절연영역(1203)이 저휘도를 갖는 블랙을 나타내고, 상기 도전영역(1202)은 고휘도를 갖는 화이트를 나타낸다. 이러한 화상을 취득하기 위해서는, 예컨대 상기 NA조정어퍼처(1060)의 NA어퍼처(1061)의 위치가 조정되어, 상기 절연영역(1203)으로부터 생성되는 전자가 상술된 바와 같이 선택적으로 검출되도록 한다.
다음으로, 이러한 고-콘트라스트상을 취득하기 위한 시료관찰방법의 설정 조건들의 일례를 설명하기로 한다.
도 42a 및 도 42b는 시료관찰방법의 측정 결과를 보여준다. 상기 시료 관찰의 설정 조건은 다음과 같다. 상기 전자빔원(1010)의 전자원(1011)의 캐소드 전압은 -3995 ~ -4005 eV 사이에 있다. 상기 시료 표면(1201)의 전압은 -4000 eV이다. 상기 랜딩 에너지 LE는 -1 eV이므로, 상기 랜딩 에너지는 천이 영역에서 이렇게 최적화되었다. 상기 전자빔의 조사전류밀도는 0.1 mA/cm2이다. 상기 검출기(1080)의 픽셀 사이즈는 50 nm/pix이다. 상기 NA조정어퍼처(1060)의 NA어퍼처(1061)의 어퍼처 직경은 φ150 ㎛이다. 상기 대전전자빔의 프리도즈량(pre-dose amount)은 1 mC/cm2이다.
도 42a는 전자빔의 랜딩 에너지가 상술된 조건 하에서 변화 중인 도 41a의 단면 구조를 갖는 콘택플러그를 관찰하는 결과를 도시한 표이다. 도 42b는 도 42a의 측정 결과의 그래프이다.
도 42b에서, 가로축은 랜딩 에너지 LE를 나타내고, 세로축은 취득한 화상의 평균 계조를 나타낸다. 상기 절연영역의 특성 곡선은 근사적으로 정방형 마크로 표시된 점들을 연결하는 곡선으로 표시된다. 상기 도전영역의 특성 곡선은 마름모형 마크로 표시된 점들을 연결하는 곡선으로 표시된다. 상기 콘트라스트는 절연영역과 도전영역의 평균 계조로부터 연산되었다. 상기 콘트라스트는 삼각형 마크로 표시된 점들을 연결하는 곡선으로 표시된다. 상기 콘트라스트는 수학식 1에 의해 연산된다:
[수학식 1]
콘트라스트 = │도전재료의 평균계조 - 절연재료의 평균계조│/(도전재료의 평균계조 + 절연재료의 평균계조)
상기에서 보는 바와 같이, 콘트라스트는 "도전재료의 평균계조 - 절연재료의 평균계조"의 절대값을 "도전재료의 평균계조 + 절연재료의 평균계조"로 나눈 값이다.
도 42a 및 도 42b에서는, 랜딩 에너지 LE = -1 eV인 경우, 콘트라스트는 최대인 0.8이다. 상기 랜딩 에너지 LE = -1 eV는, 도 36b를 참조하여 기술된 바와 같이, 미러전자와 2차전자가 혼재하는 천이영역에 있다. 그러므로, 최대 재료 콘트라스트가 천이영역에서 취득되는 것으로 볼 수 있다.
상술된 실시예에서는, 미러전자 또는 2차방출전자가 검출기를 향하는 방향으로 직진하도록 E×B 필터(Wien 필터)의 조건이 설정되었다. 하지만, 본 발명이 상기로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 1차빔(조사가 행해지는 전자빔) 또는 2차빔(미러전자와 2차방출전자)이 반드시 직진할 필요는 없다. 즉, 두 빔 모두 E×B 필터의 작용에 의해 편향될 수도 있다. 또다른 예를 들면, 상기 1차빔이 직진할 수도 있고, 2차빔은 상기 E×B 필터의 작용에 기인하는 변향각을 가질 수도 있다. 이러한 구성은 본 발명의 범위에 포함된다.
<실험예 2>
도 43a 및 도 43b는 실험예 2의 측정 결과를 보여준다. 도 43a는 콘트라스트와 대전전자빔의 도즈량 간의 상관을 도시한 측정 결과의 표이다. 도 43b는 도 43a의 측정 결과의 그래프이다. 측정될 시료(1200) 및 시료관찰장치의 각종 설정 조건은 실험예 1의 것과 동일하므로, 설명하지는 않기로 한다.
실험예 2에서, 시료 표면(1201)은 대전전자빔으로 조사된 다음, 상기 시료 표면(1201)이 촬상되었다. 도 43a 및 도 43b에 도시된 바와 같이, 사전 조사가 촬상 전에 1 mC/cm2 이상으로 대전전자빔으로 행해진 경우, 콘트라스트는 0.8 이상이고 안정된 콘트라스트가 취득되었다. 즉, 대전전자빔의 도즈량이 1 mC/cm2 이상인 경우, 시료 표면(1201) 상의 절연영역(1203)에서의 대전이 포화되어 음전위를 발생시킴으로써, 안정된 콘트라스트를 제공하게 된다.
<실험예 3>
도 44a 및 도 44b는 실험예 3의 측정 결과를 보여준다. 도 44a는 상기 콘트라스트와 NA조정어퍼처(1060)의 위치 간의 상관을 도시한 측정 결과의 표이다. 도 44b는 도 44a의 측정 결과의 그래프이다. 측정될 시료(1200) 및 시료관찰장치의 각종 설정 조건들은 실험예 1의 것과 동일하므로, 반복 설명하지는 않기로 한다.
도 44a 및 도 44b에서는, 상기 NA조정어퍼처(1060)의 NA어퍼처(1061)의 위치가 조정되어 측정이 이루어졌다. 그 결과, 어퍼처의 위치가 중심 위치에서 0 ㎛인 경우, 0.8의 최대 콘트라스트가 취득되었다. 이는 상기 NA조정어퍼처(1060)의 NA어퍼처(1061)의 중심이 광학축과 일치할 때, 상기 도전영역(1202)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ec가 대부분 직전하게 될 수 있다는 것을 의미한다. 중심으로부터 마이너스 방향으로의 NA조정어퍼처(1060)의 이동에 따르면, 상기 절연영역(1203)으로부터 생성되는 전자 ei에 의한 간섭으로 인하여 콘트라스트가 저하된다. NA조정어퍼처(1060)가 중심으로부터 플러스 방향으로 역으로 이동하면, 상기 도전영역(1202)에 관한 구조 정보를 취득한 전자 ec의 신호도 저감되어, 콘트라스트가 저하되게 된다. 이 결과는 도 40a를 참조하여 이루어진 설명과 일치한다.
<실험예 4>
도 45a 및 도 45b는 실험예 4의 측정 결과를 보여준다. 도 45a는 콘트라스트와 시료 표면(1201) 간의 상관을 도시한 측정 결과의 표이다. 도 45b는 도 45a의 측정 결과의 그래프이다. 측정될 시료(1200) 및 시료관찰장치의 각종 설정 조건들은 실험예 1의 것과 동일하므로, 반복 설명하지는 않기로 한다.
도 45a 및 도 45b에서는, 실험예 1 내지 실험예 3의 측정 결과들로부터 도출되는 최적의 조건들이 적용되었다. 그 후, 시료 표면(1201) 상의 도전영역(1202)과 절연영역(1203) 간의 면적비가 변화 중인 콘트라스트가 측정되었다. 이러한 측정에서는, 상기 면적비가 패턴 폭들 간의 비이다. 도 45a 및 도 45b에서, LEEM은 본 실시예에 따른 시료관찰장치의 측정 결과를 나타내는 저에너지 전자형미경을 나타낸다. SEM은 본 발명과의 비교를 위하여 도시되는 종래의 주사형 전자현미경의 측정 결과를 나타낸다.
본 실시예(LEEM)에서는, 도 41b에 도시된 바와 같이, 주로 도전영역(1202)이 고휘도를 가지면서 밝다. 이러한 이유로, 도전영역(1202)의 면적비가 저하될 때, 상기 도전영역(1202)은 주위로부터의 간섭에 덜 취약해지고, 콘트라스트가 증대된다. 상기 SEM 방식(예컨대, 랜딩 에너지가 1000 eV 정도임)에서, 상기 절연재료(1203)는 상기 재료의 2차전자방출계수에 의존하여 밝다. 상기 절연재료(1203)의 면적비의 증가는 도전영역(1202)의 신호를 2차전자의 궤도의 스프레드에 의하여 사라지도록 할 수도 있다. 그 결과, 상기 콘트라스트가 극히 낮아질 수도 있다.
도 45a 및 도 45b에 도시된 바와 같이, 도전영역(1202)과 절연영역(1203) 간의 면적비가 작은 경우, 상기 콘트라스트의 차이는 여전히 본 실시예(LEEM)와 종래의 SEM 간에 상대적으로 작다. 도전영역(1202) : 절연영역(1203) = 1 : 2인 경우, 콘트라스트의 차이는 0.3 정도이다. 본 실시예(LEEM)의 콘트라스트는 시료 표면(1201)에서의 절연영역(1203)의 면적이 증가함과 함께 증대된다. 한편, 종래의 SEM의 콘트라스트는 저하된다. 도전영역(1202) : 절연영역(1203) = 1 : 10인 경우, 콘트라스트의 차이는 0.75에 도달한다.
상기에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 시료관찰장치는 특히 도전재료(1202)의 면적비가 작은 시료(1200)의 시료 표면(1201)의 관찰에 효과적이다. 상기 시료 표면(1201)이 절연재료(1203)의 비가 큰 콘트라스트 구조를 가지는 경우, 높은 재료 콘트라스트를 갖는 화상이 취득될 수 있는데, 이는 큰 장점을 제공한다. 검출 대상을 역으로 하는 것은, 절연재료(1203)의 비가 낮고 도전재료(1202)의 비가 높은 시료 표면(1201)을 갖는 시료(1200) 상에서도 상기 관찰이 효과적으로 수행되도록 한다.
[또다른 실시예](어퍼처이동기구)
도 46은 또다른 실시예에 따른 시료관찰장치의 구성의 일례를 보여준다. 도 46에서, 상기 시료관찰장치는, 전자빔원(1010), 1차렌즈(1020), 콘덴서렌즈(1030), E×B(1040), 트랜스퍼렌즈(1050), NA조정어퍼처(1060a), 투영렌즈(1070), 검출기(1080), 화상처리장치(1090), 스테이지(1100), 에너지설정부(1110), 및 전원(1115)을 포함하여 이루어진다. 필요에 따라 대전전자빔조사부(1120)가 제공될 수도 있다. 관련 구성요소로는, 시료(1200)가 상기 시료 표면(1201)이 상면이 되도록 스테이지(1100) 상에 배치된다. 상기 설명에 관하여 논의하면, 본 실시예의 구성은 도 35의 상술된 실시예의 것과 동일하다. 도 35의 실시예와 동일한 구성요소들은 동일한 참조 부호들이 제공되므로, 반복해서 설명하지는 않기로 한다.
도 35의 실시예와의 차이점은, 도 46의 시료관찰장치에 있어서, NA조정어퍼처(1060a)가 가동식이면서 복수선택식의 NA조정어퍼처이동기구를 구비한다는 점이다.
상기 NA조정어퍼처(1060a)는 상이한 사이즈의 복수의 NA어퍼처(1061 및 1062)를 구비한다. 상기 NA조정어퍼처(1060a)는 어퍼처부재이고, 상기 NA어퍼처(1061 및 1062)는 개구이다. 수평 방향으로의 NA조정어퍼처(1060a)의 이동은 NA어퍼처(1061 및 1062)가 대체가능하게 한다.
상기에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 시료관찰장치는 상이한 어퍼처 직경의 복수 타입의 NA어퍼처(1061 및 1062)를 구비한 NA조정어퍼처(1060a)를 구비하고, 이들은 대체가능하도록 구성된다. 결과적으로는, 최적 사이즈의 어퍼처가 선택될 수 있고, 높은 재료 콘트라스트를 갖는 화상이 시료 표면(1201)의 구조 및 상기 시료(1200)의 종류와 같은 각종 조건들에 따라 취득될 수 있게 된다.
도 47a 및 도 47b는 본 실시예의 가동식 NA조정어퍼처의 예시들을 보여준다. 도 47a는 슬라이딩가능하게 이동가능한 NA조정어퍼처(1060b)의 구성의 일례를 도시한 평면도이다. 도 47b는 회전가능하게 이동가능한 NA조정어퍼처(1060c)의 구성의 일례를 도시한 평면도이다. 상기 NA조정어퍼처(1060b 및 1060c)는 어퍼처부재이고, NA어퍼처(1061 내지 1064)는 개구이다.
도 47a에서, 상기 NA조정어퍼처(1060b)는 어퍼처 직경이 상이한 복수의 NA어퍼처(1061, 1062 및 1063)를 구비한다. 상기 NA조정어퍼처(1060b)는 또한 종방향으로 양측에 슬라이딩식 NA조정어퍼처이동기구(1065)도 구비한다.
본 실시예에 있어서는, 상기에서 보는 바와 같이, 복수의 NA어퍼처(1061, 1062 및 1063)가 장방형의 판상인 NA조정어퍼처(1060b)에 형성된다. 상기 슬라이딩식 NA조정어퍼처이동기구(1065)는 상기 NA조정어퍼처(1060b)가 수평 방향으로 이동하도록 한다. 결과적으로는, 상기 NA조정어퍼처(1060b)의 어퍼처 직경과 어퍼처 위치가 의도된 용도에 의존하여 조정될 수 있게 된다. 상기 시료 표면(1201)의 최적의 화상은 각종 타입의 의도된 용도와 상기 시료(1200)에 대응하여 취득될 수 있다.
상기 슬라이딩식 NA조정어퍼처이동기구(1065)는, 예컨대 상하로부터 레일형 부재들 사이에 NA조정어퍼처(1060b)를 끼우도록 구성된다. 상기 이동기구는, 예컨대 리니어모터를 구비한다. 상기 NA조정어퍼처(1060b)는 또한 회전레일부재들 사이에 놓여질 수도 있고, 상기 회전레일부재들을 회전시키는 회전모터에 의해 이동될 수도 있다. 상기 슬라이딩식 NA조정어퍼처이동기구(1065)는 의도된 용도에 따라 다양하게 구성될 수도 있다.
도 47b에서, 상기 NA조정어퍼처(1060c)는 디스크형 판이고, 복수의 NA어퍼처(1061 내지 1064)를 구비하며, 중심에 회전식NA조정어퍼처이동기구(1066)를 구비한다. 상기 NA어퍼처(1061 내지 1064)의 어퍼처 직경은 서로 상이하다. 상기 NA어퍼처(1061)가 최대이다. 상기 어퍼처 직경은 진행되면서 더욱 작아져, NA어퍼처(1064)가 최소이다. 상기 회전식NA조정어퍼처이동기구(1066)에 회전모터 등이 적용될 수도 있다.
상기에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 시료관찰장치는, 예컨대 회전 이동을 이용하여 NA조정어퍼처(1060c)의 어퍼처 직경을 대체가능하도록 구성될 수도 있다.
본 실시예에 있어서는, 복수의 어퍼처 사이즈가 선택가능하고, 어퍼처의 위치가 조정될 수 있다. 결과적으로는, 의도된 용도와 시료(1200)의 종류가 유연하게 취급 가능하여, 최적의 콘트라스트를 갖는 화상이 각종 조건 하에 취득가능하다.
상기 설명에서는, 어퍼처 위치가 수평면 상에서 x 및 y 방향으로 조정된다. 상기 어퍼처의 위치는 또한 본 발명의 범위 내에서, 회전 방향으로의 위치, 즉 어퍼처 각도를 포함할 수도 있다. 상기 회전 방향으로의 위치는 수평면 상에서 어퍼처를 회전시켜 조정될 수도 있고, 회전 중심은 2차광학계의 축선일 수도 있다.
상기 설명에서는, 상기 NA조정어퍼처(1060)가 이동기구에 의하여 수평면 상에서 x 및 y 방향으로 이동된다. 하지만, 상기 이동기구는, 본 발명의 범위 내에서, NA조정어퍼처(1060)를 수직 방향(z 방향)으로 이동시킬 수 있도록 구성될 수도 있다. 이는 어퍼처의 위치가 z 방향으로도 조정되도록 한다. 상기 z축 방향은 2차광학계의 축방향이다. 예를 들어, 상기 어퍼처는 z축 방향으로 이동될 수도 있고, 신호 강도가 측정될 수도 있으며, 상기 어퍼처의 위치는 상기 신호 강도가 최고인 위치로 조정될 수도 있다. 상기 어퍼처는 상기 미러전자가 가장 콘덴싱되는 위치에 적절하게 배치된다. 이는 미러전자의 수차를 매우 효과적으로 저감시켜 2차방출전자를 소멸시킨다. 결과적으로는, 보다 높은 S/N비를 얻을 수 있게 된다.
더욱이, 본 실시예에서는 어퍼처의 형상이 조정될 수도 있다. 상기 어퍼처의 형상은 어퍼처 높이로 미러전자의 스폿 형상(프로파일)을 정합시키기 위하여 적절하게 조정된다. 예를 들어, 상기 어퍼처 형상은 미러전자의 스폿 형상에서 강도 분포의 종방향에 대응하는 방향으로 장축을 갖는 타원형일 수도 있다. 이는 미러전자의 검출수를 상대적으로 증대시킬 수 있게 된다. 하나의 어퍼처로서의 기능을 하기 위하여 복수의 어퍼처 개구가 제공될 수도 있다. 이러한 복수의 어퍼처는 미러전자의 강도 중심 주위에 배치될 수도 있고, 또는 상기 강도 중심을 포위하도록 배치될 수도 있어, 상기 미러전자가 의도된 용도와 특성에 따라 적절하게 검출될 수 있게 된다. 복수의 어퍼처 개구 중 하나는 미러전자의 강도 중심과 일치하도록 배치될 수도 있어, 산란 방향으로 특징이 있는 대상이 적절하게 관찰될 수 있게 된다.
[검출기의 바람직한 구성]
앞서 설명한 바와 같이, 전자의 검출기는 EB-CCD 또는 EB-TDI일 수도 있다. EB-CCD 또는 EB-TDI는 전자를 직접 수취하도록 구성된다. 이러한 검출기를 사용하면 콘트라스트가 높은 화상을 취득할 수 있게 된다. 상기 콘트라스트는 MCP, FOP(fiber optical plate), 형광판 및 TDI로 이루어지는 종래의 구성에 비해 3배 정도일 것이다. 이는 MCP 및 FOP를 통한 투과에 기인하는 열화가 없기 때문이다. 특히, 콘트라스트 구조의 홀 저면(1202)으로부터의 광이 검출되면, 스폿(도트)이 종래의 검출기에 의해 흐릿해질 수도 있다. 이러한 점의 관점에서 EB-CCD 또는 EB-TDI가 유리하다. 더욱이, MCP의 용도에 기인하는 게인의 열화가 없기 때문에, 유효 촬상 영역에서 휘도가 고르게 되어, 교환 주기가 길게 된다. 결과적으로는, 상기 검출기의 유지보수를 위한 비용과 시간이 저감될 수 있게 된다.
상기에서 보는 바와 같이, EB-CCD 및 EB-TDI는 그들이 고-콘트라스트상을 취득할 수 있다는 점에서 바람직하고, 내구성 등의 관점에서도 바람직하다. 여기서는, EB-CCD 및 EB-TDI를 이용하는 바람직한 예시를 추가로 설명하기로 한다.
도 48은 검출기(1080a)의 구성을 보여준다. 상기 검출기(1080a)는 도 35 등의 검출기(1080)로 적절하게 사용된다. 상기 검출기(1080a)는 EB-CCD(1081) 및 EB-TDI(1082)를 구비한다. 상기 EB-CCD(1081) 및 EB-TDI(1082)는 상기 검출기(1080a)에서 대체가능하고, 상기 검출기(1080a)는 의도된 용도에 따라 양자 모두를 교환가능하면서 이용할 수 있도록 구성된다. 상기 EB-CCD(1081) 및 EB-TDI(1082)는 전자빔을 수취하기 위한 전자센서이고, 전자가 직접 검출 표면에 입사하게 만든다. 이러한 구성에서, 상기 EB-CCD(1081)는 전자빔의 광학축을 조정하도록 그리고 최적의 촬상 조건들을 조정하도록 사용된다. 상기 EB-TDI(1082)가 사용되는 경우, 상기 EB-CCD(1081)는 이동기구(M)에 의하여 광학축으로부터 먼 위치로 이동된다. 그 후, 상기 EB-TDI(1082)를 이용하여 촬상하도록 상기 EB-CCD(1081)를 이용하여 결정된 조건이 사용되거나 참조되고, 상기 시료 표면(1201)이 관찰된다.
본 실시예에서는, 예컨대 시료가 반도체웨이퍼이다. 전자 광학 조건은 EB-CCD(1081)를 이용하여 결정된다. 그 후, 전자 광학 조건은 상기 EB-TDI(1082)에 의하여 반도체웨이퍼의 화상을 취득하는데 사용되거나 참조된다. 상기 EB-TDI(1082)는 시료 표면(1201)을 검사하는데 사용될 수도 있고, 그 후 상기 EB-CCD(1081)는 패턴 결함을 평가하기 위하여 리뷰 촬상을 행하는데 사용될 수도 있다. 이렇게 함으로써, 상기 EB-CCD(1081)는 화상을 적산할 수 있어, 노이즈를 저감시킬 수 있으며, 높은 S/N비를 가지고, 결함이 검출된 영역의 리뷰 촬상을 행할 수 있다. 여기서, 추가적인 유효 예시에서는, 상기 EB-CCD(1081)의 픽셀이 상기 EB-TDI(1082)의 픽셀보다 작게 된다. 이러한 구성에서는, 픽셀수가 투영광학계에 의해 확대된 신호의 사이즈에 비해 크게 이루어질 수 있다. 결과적으로는, 검사를 위하여, 그리고 결함 종류 등의 분류와 판정을 위하여, 보다 높은 분해능으로 촬상이 행해질 수 있다.
상기 EB-TDI(1082)는 전자 화상을 형성하도록 전자를 직접 수취하기 위하여 픽셀이 2차원적으로 배치되는 구성을 가진다. 상기 EB-TDI(1082)는, 예컨대 직사각형이고, 픽셀 사이즈가 예컨대 12 내지 16 ㎛이다. 다른 한편으로, 상기 EB-CCD(1081)의 픽셀 사이즈는 예컨대 6 내지 8 ㎛이다.
도 48에서, 상기 EB-TDI(1082)는 패키지(1085)로 형성된다. 상기 패키지(1085) 자체는 피드스루로서의 기능을 한다. 상기 패키지의 핀(1083)은 대기측에서 카메라(1084)에 연결된다.
도 48의 구성은 FOP, 밀봉형 광학 글래스, 광학렌즈 등에 기인하는 광학 변환 손실을 저감시킬 수 있고; 광투과 시 수차와 왜곡을 저감시킬 수 있으며; 이러한 화상 분해능의 열화, 검출 불량, 고비용 및 대형화 등의 요인들로부터 발생하는 결점을 추가로 소멸시킬 수 있다.
[시료관찰장치의 전체 구성]
도 49는 본 실시예에 따른 시료관찰장치의 전체 구성의 일례를 보여준다. 도 49의 구성은 도 35 또는 도 46의 장치의 주변 구성으로 적절하게 제공된다.
도 49에서, 상기 시료관찰장치는 시료캐리어(1190), 미니인바이런먼트(1180), 로드로크(1162), 이송챔버(1161), 메인챔버(1160), 전자컬럼(1130) 및 화상처리장치계(1090)를 포함하여 이루어진다. 상기 미니인바이런먼트(1180)는 대기 중의 이송로봇, 시료얼라인먼트장치, 클린에어공급기구 등을 포함하여 이루어진다. 상기 이송챔버(1161)는 진공이송로봇을 구비한다. 항상 진공 상태인 이송챔버(1161)에 로봇이 제공되기 때문에, 압력 변동에 기인하는 입자 등이 생성이 최소로 억제될 수 있다.
상기 메인챔버(1160)에는 x, y 및 θ(회전) 방향으로 이동하는 스테이지(1100)가 제공되고, 상기 스테이지(1100) 상에 정전척이 설치된다. 팰릿(pellet) 또는 지그(jig)에 설정된 시료(1200) 또는 상기 시료(1200) 자체는 상기 정전척 상에 배치된다.
상기 메인챔버(1160)는 챔버 내에 진공을 유지하기 위하여 진공제어계(1150)에 의하여 제어된다. 상기 메인챔버(1160), 이송챔버(1161) 및 로드로크(1162)는 제진대(1170) 상에 탑재되고, 그들은 플로어로부터 진동이 전달되지 않도록 구성된다.
상기 전자컬럼(1130)은 상기 메인챔버(1160) 상에 설치된다. 이러한 컬럼은 1차광학계, 2차광학계, 및 상기 2차광학계에 포함되는 검출기(1080)를 포함하여 이루어진다. 상기 1차광학계는 전자빔원(1010) 및 1차렌즈(1020)를 포함한다. 상기 2차광학계는 콘덴서렌즈(1030), E×B 필터(1040), 트랜스퍼렌즈(1050), NA조정어퍼처(1060, 1060a 내지 1060c), 및 투영렌즈(1070)를 포함한다. 상기 검출기(1080)는 상기 시료(1200)로부터 전달되는 2차전자와 미러전자를 검출한다. 광학현미경(1140) 및 SEM(1145)은 전자컬럼(1130)에 관련된 구성요소로서 제공된다. 상기 광학현미경(1140)은 상기 시료(1200)의 포지셔닝을 위하여 사용된다. 상기 SEM(1145)은 리뷰 관찰을 위해 사용된다.
상기 검출기(1080)로부터의 신호는 상기 화상처리장치계(1090)에 전달되어, 그에 의해 처리된다. 실시간 신호 처리 및 지연 신호 처리 양자 모두가 행해질 수 있다. 상기 실시간 신호 처리는 관찰 시에 행해진다. 지연 신호 처리가 행해지는 경우에는, 간단히 화상이 취득되고, 상기 신호 처리가 추후에 행해진다. 상기 화상처리장치(1090)에 의해 처리되는 데이터는 하드디스크 또는 기타 기록매체에 보존된다. 상기 데이터는 필요에 따라 콘솔에 있는 모니터 상에 표시될 수 있다. 표시될 데이터는, 예컨대 관찰영역, 결함맵, 결함분류, 패치화상 등이다. 시스템소프트웨어(1095)가 제공되어 이러한 신호 처리를 행하게 된다. 전자광학계제어전원(1118)이 제공되어 전자컬럼계(1130)에 전력을 공급하게 된다. 상기 전자광학계제어전원(1118)은 상기 전자빔원(1010)의 전자원(1011)에 전력을 공급하기 위한 전원(1115), 및 상기 전원(1115)을 제어하기 위한 조사에너지제어부(1110)를 포함한다.
이제, 시료(1200)의 이송기구를 설명하기로 한다.
웨이퍼와 마스크와 같은 시료(1200)는 로드포트로부터 미니인바이런먼트(1180)로 이송되어, 여기서 얼라인먼트 작업이 행해진다. 상기 시료(1200)는 대기 중의 이송로봇에 의하여 상기 로드로크(1162)로 이송된다. 상기 로드로크(1162)는 진공펌프에 의하여 대기압으로부터 진공으로 배기된다. 압력이 소정값(1 Pa 정도) 이하가 되는 경우, 상기 시료(1200)는 상기 이송챔버(1161)에 배치된 진공이송로봇에 의하여 상기 로드로크(1162)로부터 메인챔버(1160)로 이송된다. 상기 시료(1200)는 그 후에 상기 스테이지(1100) 상의 정전척기구에 배치된다.
"투영식 검사장치와 SEM 양자 모두로 이루어진 구성"
도 49에서, 상기 메인챔버(1160)에는 전자컬럼(1130)과 SEM(1145)이 제공된다. 상기 메인챔버(1160)와 함께, 상기 전자컬럼(1130)은 본 실시예에 따른 투영식 시료관찰장치를 구성한다. 그러므로, 본 발명의 시료검사장치는 투영식 및 SEM식 관찰장치 양자 모두로 이루어지는 복합형 관찰장치를 구성한다.
본 실시예에 있어서, 상기 스테이지(1100)는 이동가능하도록 구성되고, 특히 상기 전자컬럼(1130)(투영식 관찰장치)의 관찰 위치와 상기 SEM(1145)의 관찰 위치 사이에서 이동될 수 있다. 이러한 구성은 관찰과 검사가 2가지 종류의 장치, 즉 투영식 장치와 SEM 장치 모두가 사용될 때 신속하면서도 정밀하게 실시되도록 한다. 예를 들어, 상기 투영식 관찰장치는 결함을 검출한 다음, 상기 SEM이 상기 결함을 상세히 리뷰한다. 이러한 특징을 아래에 보다 상세히 설명하기로 한다.
상기 구성에서는, 전자컬럼(1130)과 SEM(1145) 양자 모두가 사용되되, 상기 시료(1200)가 동일한 스테이지(1100) 상에 배치되어 있다. 따라서, 시료(1200)(스테이지(1100))가 전자컬럼(1130)과 SEM(1145) 사이에서 이동할 때 좌표가 유일하게 결정된다. 이는 시료(1200) 상의 소정의 위치가 특정되거나 또는 결함 위치가 특정되는 경우에 유리하다. 상기 2가지 검사장치들은 동일 부분을 정밀하면서도 용이하게 특정할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자컬럼(1130)은 결함 위치를 특정한다. 이러한 결함 위치는 SEM(1145)에 의하여 신속하게 위치설정된다.
상술된 복합 구성이 적용되지 않는다고 가정하자. 예를 들어, 투영식 광학검사장치와 SEM이 상이한 진공챔버에 별도로 배치된다고 가정하자. 상기 시료는 별도의 상이한 장치들 사이에서 이동되어야 하고, 상이한 스테이지 상에 배치되어야 한다. 이러한 이유로, 시료를 별도로 정렬하기 위하여 2개의 장치가 요구되는데, 이는 시간이 걸린다. 별도로 행해진 상기 시료의 얼라인먼트는 동일 위치에 대하여 5 내지 10 ㎛의 위치 오차를 유발할 수도 있다.
다른 한편으로, 본 실시예에서는, 상기 시료(1200)가 2가지 타입의 검사를 위하여 동일 챔버(1160)에 있는 동일 스테이지(1100) 상에 배치된다. 상기 스테이지(1100)가 투영식 전자컬럼(1130)과 SEM(1145) 사이에서 이동하는 경우에도, 동일 위치가 정밀하게 특정될 수 있다. 예를 들어, 1 ㎛ 이하의 정밀도로 위치가 특정될 수 있다.
이러한 정밀한 특정은 하기 경우에 있어서 현저하게 유리하다. 상기 시료(1200)의 검사는 먼저 결함의 검사를 위한 투영방식에 의하여 행해진다. 그 후, 상기 검출된 결함의 특정 및 상세한 관찰(리뷰잉)이 상기 SEM(1145)에 의하여 행해진다. 상기 위치는 정확하게 특정가능하기 때문에, 결함의 존재 유무(부존재 시에는 의사 검출)가 판정될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 결함의 사이즈와 형상의 상세한 관찰도 신속하게 행해질 수 있다.
"투영식 검사장치와 SEM 양자 모두를 이용하는 검사의 또다른 예시"
상기 설명에서는, 투영식 검사장치가 결함을 검출하고, SEM이 리뷰 검사를 행한다. 하지만, 본 발명이 이것으로 국한되는 것은 아니다. 2개의 검사장치가 또다른 검사방법에 적용될 수도 있다. 각각의 검사장치의 특징을 조합하여 유효 검사가 실시될 수 있다. 또다른 검사방법은, 예컨대 다음과 같다.
상기 검사방법에 있어서, 투영식 검사장치와 SEM은 상이한 영역을 검사한다. 또한, "셀 to 셀(cell to cell)" 검사는 투영식 검사장치에 적용되고, "다이 to 다이(die to die)" 검사는 SEM에 적용되어, 전체 효율이 큰 정밀한 검사가 달성되게 된다.
보다 구체적으로는, 상기 투영식 검사장치가 많은 반복 패턴이 있는 다이의 영역 상에서 "셀 to 셀" 검사를 행한다. 그 후, 상기 SEM은 많은 반복 패턴이 있지 않은 영역에서 "다이 to 다이" 검사를 행한다. 두 검사 결과들이 조합되어, 하나의 검사 결과가 얻어진다. 상기 "다이 to 다이"는 두 다이들의 연속해서 취득한 화상들을 비교하기 위한 검사이다. 상기 "셀 to 셀"은 두 셀의 연속해서 취득한 화상들을 비교하기 위한 검사이다. 셀은 다이의 일부분이다.
상술된 검사방법에 있어서, 반복적인 패턴 부분은 투영방식을 이용하여 신속하게 검사되는 한편, 많은 반복 패턴이 있지 않은 영역은 정밀도와 덜한 오류를 가지는 SEM에 의해 검사된다. 상기 SEM은 신속한 검사에 적합하지 않다. 하지만, 많은 반복 패턴이 있지 않은 영역은 상대적으로 작기 때문에, 상기 SEM이 검사를 위하여 더 많은 시간을 필요로 하지 않게 된다. 결과적으로는, 전체 검사 시간이 저감될 수 있게 된다. 따라서, 이러한 검사방법은 짧은 검사 시간 이내에 정밀한 검사를 실시하도록 2가지 검사방법의 장점들을 최대화할 수 있다.
지금까지 본 실시예에 따른 시료관찰장치 및 방법을 설명하였다. 본 실시예는 반도체제조공정들에 적절하게 적용된다. 본 실시예는 반도체웨이퍼의 처리 이후 시료 표면(1201)의 관찰과 검사에 적절하게 적용된다. 본 실시예에서는, 시료 표면(1201) 상에 절연영역(1203)과 도전영역(1202)을 구비한 반도체웨이퍼가 관찰가능하고, 높은-콘트라스트상이 취득될 수 있어, 반도체웨이퍼가 양호한 지 또는 불량한 지의 여부가 검사될 수 있도록 한다. 이는 결함없는 반도체웨이퍼가 제조될 수 있도록 한다. 따라서, 본 실시예가 반도체제조공정들에 적절하게 적용되게 된다.
상술된 각종 구성들은 의도된 용도에 따라 적절하게 조합될 수도 있다. 예를 들어, 도 35의 구성은 도 48 및 도 49의 구성과 적절하게 조합된다. 도 46의 구성은 도 48 및 도 49의 구성과 적절하게 조합된다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예를 현 시점에서 기술하였지만, 각종 변경과 변형들이 이루어질 수도 있다는 것이 이해될 것이고, 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에 있는 이러한 모든 변경과 변형을 첨부된 청구범위가 커버하는 것으로 의도되어 있다.
산업상 이용가능성
본 발명은 레티클 및 반도체웨이퍼와 같은 기판의 표면을 관찰하기 위한 시료관찰장치에 대해 사용될 수 있고, 결함을 검출하기 위한 시료결함검출장치용으로 사용될 수 있다.
[제3관점]
제3관점은 패턴의 관찰에 관련된다.
본 발명의 목적은 미세 패턴을 관찰할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명은 전자빔을 이용하여 시료의 패턴을 관찰하는 시료관찰방법으로서, 상기 시료관찰방법은, 상기 시료에 전자빔을 조사하는 단계; 상기 전자빔의 조사에 의해 생성되는 미러전자를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 미러전자로부터 상기 시료의 화상을 생성하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 전자빔조사단계는, 양측에 에지(edge)를 갖는 중공 패턴(hollow pattern)에 상기 전자빔이 조사될 때, 조사 전자가 상기 중공 패턴에서 전향(turn around)하여 미러전자가 되도록 랜딩 에너지가 조정된 상기 전자빔을 상기 시료에 조사하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 본 발명은 미러전자가, 양측에 에지를 구비하므로, 중공 패턴에서 용이하게 생성되는 미러전자발생현상의 특성에 주목하고 있다. 중공 패턴에서 발생되는 미러전자량은 상기 전자빔의 랜딩 에너지에 좌우된다. 그러므로, 상기 랜딩 에너지는 조사 전자가 중공 패턴에서 효율적으로 미러전자가 되도록 설정된다. 상기 랜딩 에너지는 후술하는 상당히 낮은 값으로 설정될 것이다. 이는 중공 패턴에서의 분해능과 콘트라스트를 증대시킬 수 있어, 미세 패턴을 관찰할 수 있게 한다.
본 발명에서는 투영식 관찰장치가 적절하게 사용된다. 이는 미세 패턴을 단시간 내에 관찰할 수 있게 한다.
상기 랜딩 에너지는 미러전자와 2차방출전자가 혼재하는 영역에 설정될 수도 있다.
이는 미러전자가 패턴에 생성되도록 랜딩 에너지가 적절하게 설정되도록 하여, 상기 패턴의 콘트라스트를 증대시킬 수 있게 한다.
상기 랜딩 에너지는 LEA ≤ LE ≤ LEB + 5 eV로 설정될 수도 있는데, 여기서 LE는 전자빔의 랜딩 에너지이고, LEA 및 LEB는 미러전자와 2차방출전자가 혼재하는 영역의 최소 랜딩 에너지와 최대 랜딩 에너지이다.
이는 미러전자가 패턴에 생성되도록 랜딩 에너지가 적절하게 설정되도록 하여, 상기 패턴의 콘트라스트를 증대시킬 수 있게 한다.
상기 조사 전자는 중공 패턴의 한 에지를 향해 입사하고, 다른 에지를 향해 한 에지 부근에서 턴(turn)하며, 다른 에지 부근에서 턴할 수도 있어, 미러전자가 되게 된다.
이는 미러전자가 패턴에 생성되는 현상의 장점을 취하여 미러전자가 적절하게 검출되도록 하여, 상기 패턴의 콘트라스트를 증대시킬 수 있게 한다.
상기 조사 전자는 중공 패턴의 한 에지를 향해 입사하고, 상기 한 에지 부근의 만곡된 궤도를 따라 중공 패턴 내부에서 진행되며, 상기 중공 패턴의 저부와의 충돌없이 전향되어, 상기 중공 패턴의 다른 에지 부근을 통해, 미러전자가 되게 된다.
이는 미러전자가 패턴에 생성되는 현상의 장점을 취하여 미러전자가 적절하게 검출되도록 하여, 상기 패턴의 콘트라스트를 증대시킬 수 있게 한다.
본 발명에 있어서, 어퍼처를 통과하는 미러전자에 따라 상기 어퍼처의 사이즈, 위치 및 형상 중 하나 이상을 조정하도록 상기 미러전자용 검출기와 시료 사이의 2차광학계에 어퍼처가 배치될 수도 있다.
이는 패턴의 콘트라스트를 증대시킬 수 있게 한다. 보다 구체적으로, 상기 시료로부터 검출되는 전자는 미러전자와 2차방출전자를 포함한다. 2차방출전자는 광범위하게 스프레딩되는 한편, 미러전자는 많이 스프레딩되지 않는다. 이러한 이유로, 어퍼처를 통과하는 2차방출전자가 저감될 수 있고, 미러전자의 검출량이 미러전자에 따라 어퍼처를 적절하게 조정하여 상대적으로 증대될 수 있다. 결과적으로, 패턴의 콘트라스트가 더욱 증대될 수 있다.
본 발명에 있어서, 어퍼처에서의 미러전자의 화상은 화상의 사이즈에 따라 상기 어퍼처의 사이즈를 조정하도록 생성될 수도 있다. 본 발명에 있어서, 어퍼처에서의 미러전자의 화상은 상기 화상의 위치에 따라 어퍼처의 위치를 조정하도록 생성될 수도 있다. 본 발명에 있어서, 상기 어퍼처에서의 미러전자의 화상은 상기 화상의 형상에 따라 어퍼처의 형상을 조정하도록 생성될 수도 있다.
본 발명은 시료검사방법일 수도 있는데, 여기서 상기 시료의 화상은 상술된 시료관찰방법에 의하여 미러전자로부터 생성될 수도 있고, 상기 시료의 화상이 시료의 패턴을 검사하는데 사용될 수도 있다.
이는 본 발명의 시료관찰방법이 미세 패턴을 적절하게 검사하는데 사용되도록 한다.
본 발명의 시료관찰장치는, 시료가 탑재되는 스테이지; 상기 시료에 전자빔을 조사하는 1차광학계; 상기 전자빔의 조사에 의해 생성되는 미러전자를 검출하는 2차광학계; 및 상기 검출된 미러전자로부터 상기 시료의 화상을 생성하는 화상처리부를 포함하여 이루어지고, 상기 1차광학계는, 양측에 에지를 갖는 중공 패턴에 상기 전자빔이 조사될 때, 조사 전자가 상기 중공 패턴에서 전향하여 미러전자가 되도록 랜딩 에너지가 조정된 상기 전자빔을 상기 시료에 조사하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에서도, 상술된 바와 같이, 미러전자가 용이하게 생성되도록 랜딩 에너지가 조정되되, 미러전자가 중공 패턴에서 용이하게 생성되는 현상에 주목한다. 이는 패턴 화상의 해상도와 콘트라스트가 증대되도록 하여, 미세 패턴을 관찰 할 수 있게 한다.
상기 1차광학계는 미러전자와 2차방출전자가 혼재되는 영역에 설정된 랜딩 에너지를 갖는 전자빔을 조사할 수도 있다.
이는 상술된 바와 같이 랜딩 에너지를 적절하게 설정하도록 하여, 상기 패턴의 콘트라스트를 증대시킬 수 있게 한다.
상기 랜딩 에너지는 LEA ≤ LE ≤ LEB + 5 eV로 설정될 수도 있는데, 여기서 LE는 전자빔의 랜딩 에너지이고, LEA 및 LEB는 미러전자와 2차방출전자가 혼재하는 영역의 최소 랜딩 에너지와 최대 랜딩 에너지이다.
이는 랜딩 에너지를 상술된 바와 같이 적절하게 설정되도록 하여, 상기 패턴의 콘트라스트를 증대시킬 수 있게 한다.
상기 2차광학계는, 상기 시료와 상기 미러전자의 검출기 사이에 배치된 어퍼처; 및 상기 어퍼처의 크기, 위치 및 형상 가운데 적어도 하나를, 상기 어퍼처를 통과하는 상기 미러전자에 따라 조정하는 어퍼처조정기구를 포함하여 이루어질 수도 있다.
이는 상술된 바와 같이 미러전자에 따라 어퍼처를 적절하게 조정할 수 있게 한다. 상기 어퍼처를 통과하는 2차방출전자는 저감될 수 있고, 미러전자의 검출량이 상대적으로 증대될 수 있어, 상기 패턴의 콘트라스트를 더욱 증대시킬 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 2차광학계는 어퍼처를 구비할 수도 있고, 상기 어퍼처의 위치가 조정될 수도 있어, 상기 미러전자의 강도 분포의 중심이 상기 어퍼처의 중심과 일치하도록 한다.
이는 미러전자가 만족할 만하게 검출되도록 하고, 2차방출전자의 검출량이 상대적으로 저감되도록 한다. 결과적으로는, 높은-콘트라스트의 상이 취득될 수 있게 된다.
상기 2차광학계는 어퍼처를 구비할 수도 있고, 상기 어퍼처의 형상은 상기 미러전자의 강도 분포의 종방향에 대응하는 방향으로 장축을 갖는 타원형일 수도 있다.
이러한 구성에 있어서는, 미러전자의 강도 분포에 따라 타원형의 어퍼처가 사용된다. 이는 높은-콘트라스트의 상을 취득할 수 있게 한다.
상기 2차광학계는 어퍼처를 구비할 수도 있고, 상기 어퍼처는 복수의 개구를 구비할 수도 있되, 여기서 복수의 개구는 미러전자의 강도 중심을 둘러싸도록 배치될 수도 있다.
이러한 구성에 있어서, 복수의 개구는 미러전자의 산란 방향에 따라 적절하게 배치된다. 이는 미러전자가 의도된 용도와 특성에 따라 적절하게 검출되도록 한다. 강도 중심 주위에 복수의 개구가 배치될 수도 있다.
상기 2차광학계는 어퍼처를 구비할 수도 있고, 상기 어퍼처는 복수의 개구를 구비할 수도 있되, 여기서 복수의 개구 중 하나는 미러전자의 강도 중심과 일치하도록 배치될 수도 있다.
결과적으로는, 산란 방향으로 특징이 있는 관찰 대상이 적절하게 관찰될 수 있다. 또한, 관찰 대상을 분류하는데 유용한 정보를 취득할 수 있게 된다.
본 발명은 복합형의 시료관찰장치일 수도 있고, 투영식 관찰장치 및 상기 투영식 관찰장치로부터 분리되는 SEM식 관찰장치를 포함하여 이루어질 수도 있다. 상기 투영식 관찰장치는 상술된 시료관찰장치일 수도 있다. 상기 투영식 관찰장치와 SEM식 관찰장치는 스테이지를 수용하기 위한 챔버에 제공될 수도 있고, 상기 스테이지는 투영식 관찰장치의 관찰 위치와 SEM식 관찰장치의 관찰 위치 간에 이동가능할 수도 있다.
결과적으로, 상기 투영식 관찰장치와 SEM식 관찰장치는 공통 챔버에 설치된다. 따라서, 2개의 장치를 이용하는 관찰이 신속하면서도 정밀하게 실시될 수 있게 된다. 예를 들어, 상기 투영식 관찰장치는 패턴 결함을 검출한다. 그 후, 상기 SEM은 패턴 결함을 상세히 리뷰한다. 이러한 결함 검사는 신속하면서도 정밀하게 실시될 수 있다.
본 발명은 상술된 시료관찰장치로 이루어지는 시료검사장치일 수도 있고, 상기 검사장치는 화상처리부에 의해 미러전자로부터 생성되는 시료의 화상을 이용하여 시료의 패턴을 검사한다. 이는 본 발명의 시료관찰장치가 미세 패턴을 적절하게 검사하는데 사용되도록 한다.
본 발명의 장점
상술된 바와 같이, 본 발명은 랜딩 에너지를 적절하게 설정하여 미세 패턴을 관찰할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예
이제, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 하기 상세한 설명과 첨부 도면은 본 발명을 제한하고자 하는 의도는 없다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 한정된다.
본 실시예에 있어서는, 투영식 관찰장치(투영광학계를 구비한 전자빔관찰장치)가 시료를 관찰하는데 사용된다. 이러한 종류의 전자빔관찰장치는 1차광학계 및 2차광학계를 포함하여 이루어진다. 상기 1차광학계는 전자건으로부터 방출되는 전자빔으로 시료를 조사하여, 상기 시료의 구조 등에 관한 정보를 취득한 전자를 생성하게 된다. 상기 2차광학계는 검출기를 구비하고, 상기 전자빔 조사에 의해 생성되는 전자의 화상을 생성한다. 투영식 관찰장치는 큰 직경의 전자빔을 사용하고, 넓은 영역에 걸쳐 화상을 제공한다.
시료가 전자빔으로 조사되면, 복수 종류의 전자가 2차광학계에 의해 검출된다. 복수 종류의 전자는 미러전자, 2차전자, 반사전자 및 후방산란전자이다. 본 실시예에서는, 주로 미러전자의 특징을 이용하여 시료가 관찰된다. 미러전자는 시료와 충돌하지 않고 상기 시료의 직전에 역바운스되는 전자를 말한다. 미러전자현상은 시료의 표면 상에 전계의 작용에 의해 생긴다.
본 실시예에 있어서, 2차전자, 반사전자 및 후방산란전자는 2차방출전자를 말한다. 2차방출전자란 용어는 또한 이들 3가지 종류의 전자가 혼재될 때 사용된다. 2차방출전자들 가운데 2차전자가 대표적이다. 따라서, 2차전자는 때때로 2차방출전자의 대표로 설명되기도 한다. "시료로부터 방출되는", "시료로부터 반사되는" 및 "전자빔 조사에 의해 생성되는"과 같은 표현은 미러전자와 2차방출전자 양자 모두에 대하여 사용될 수도 있다.
도 50은 전자빔으로 조사되는 시료의 랜딩 에너지 LE와 계조 DN 간의 관계를 보여준다. 상기 랜딩 에너지 LE는 시료가 조사되는 전자빔에 주어지는 에너지이다. 가속 전압 Vacc가 전자건에 인가되고, 리타딩(retarding)전압 Vrtd가 시료에 적용된다고 가정하자. 이 경우, 상기 랜딩 에너지 LE는 가속 전압과 리타딩 전압 간의 차이로 표현된다.
도 50에서, 세로축 상의 계조 DN은 2차광학계의 검출기에 의해 검출되는 전자로부터 생성되는 화상의 휘도를 나타낸다. 즉, 상기 계조 DN은 검출된 전자의 수를 나타낸다. 더욱 많은 전자가 검출될수록, 계조 DN이 커지게 된다.
도 50은 0 eV 부근의 작은 에너지의 에너지 영역에서의 계조 특징을 보여준다. 예시된 바와 같이, LE가 LEB보다 큰 영역(LEB < LE)에서는, 계조 DN이 상대적으로 작은 콘트라스트값을 나타낸다. LE가 LEB 이하이지만 LEA 보다 작지 않은 영역(LEA ≤ LE ≤ LEB)에서는, 상기 계조 DN이 LE가 저감됨에 따라 증대된다. LE가 LEA 보다 작은 영역(LE < LEA)에서는, 상기 계조 DN이 비교적 큰 일정값을 나타낸다.
상술된 계조 특징은 검출될 전자 타입에 관련된다. LEB < LE의 영역에서는, 검출될 거의 모든 전자가 2차방출전자이다. 이 영역은 2차방출전자영역이라고 말할 수도 있다. 다른 한편으로, LE < LEA의 영역에서는, 검출될 거의 모든 전자가 미러전자이다. 이러한 영역은 미러전자영역으로 말할 수도 있다. 예시된 바와 같이, 미러전자영역에서의 계조는 2차방출전자영역에서의 계조보다 크다. 이는 미러전자의 분포 영역이 2차방출전자의 분포 영역보다 작기 때문이다. 분포 영역이 작기 때문에, 보다 많은 전자가 검출기에 도달가능하며, 계조가 증가한다.
상기 영역 LEA ≤ LE ≤ LEB는 2차방출전자영역에서 미러전자영역(또는 역)으로의 천이 영역이다. 이 영역은 미러전자와 2차방출전자가 혼재하는 영역으로서, 혼재 영역이라고 말할 수도 있다. 상기 천이 영역(혼재 영역)에서는, 미러전자의 발생량이 증대되고, LE가 저감됨에 따라 계조가 증가한다.
LEA 및 LEB는 천이 영역의 최소 및 최대 랜딩 에너지를 나타낸다. LEA 및 LEB의 구체적인 값을 설명하기로 한다. 발명자들의 연구 결과는, LEA가 -5 eV 이상이고 LEB는 5 eV 이하인 것으로 나타난다(즉, -5 eV ≤ LEA ≤ LEB ≤ 5 eV).
상기 천이 영역의 장점은 다음과 같다. 미러전자영역(LE ≤ LEA)에서는, 빔조사에 의해 생성되는 모든 전자는 미러전자가 된다. 이러한 이유로, 검출된 모든 전자는 시료의 형상에 관계없이 미러전자일 수도 있고; 상기 시료의 중공에서 그리고 범프(bump)에서 모두 계조의 차이가 작을 수도 있으며; S/N비와 패턴과 결함의 콘트라스트가 작을 수도 있다. 그러므로, 때때로는 검사를 위한 미러전자영역을 사용하는 것이 곤란하기도 하다. 다른 한편으로, 상기 천이 영역에서는, 에지형상부에서 미러전자가 특징적으로 그리고 구체적으로 생성되고, 2차방출전자가 다른 부분에 생성된다. 그러므로, 에지들의 콘트라스트 및 S/N비가 증대될 수 있게 된다. 따라서, 천이 영역이 검사를 위해 매우 효과적이다. 이를 상세히 후술하기로 한다.
도 51은 상술된 천이 영역에서의 현상을 보여준다. 도 51에서, 모든 전자는 미러전자영역에서 시료와의 충돌없이 미러전자가 된다(LE < LEA). 다른 한편으로, 천이 영역에서는, 일부 전자가 시료와 충돌하는데, 이는 2차전자를 방출한다. 2차전자의 비는 LE가 커질수록 높게 된다. 도면에는 도시되지 않았지만, LE가 LEB를 초과하는 경우에는 2차전자만이 검출된다.
이제, 도 52는 시료 표면 상의 고르지 않은(uneven) 표면의 에지부에서의 계조 DN와 랜딩 에너지 LE 간의 관계를 보여준다. 상기 에지부는, 중공의 양 에지에 위치하고, 시료의 높이가 변하는 부분을 말한다. 도 52에서, 점선은 에지부의 계조 특성을 나타내고, 실선은 다른 부분의 계조 특성을 나타낸다. 상기 다른 부분의 특성은 도 50의 특성에 대응한다.
도 52에 도시된 바와 같이, 특성선은 에지부와 다른 부분 간에 상이하다. 상기 에지부의 특성선은 랜딩 에너지가 증가하는 방향으로 시프트된다. 즉, 에지부에서, 상기 천이 영역의 상한과 하한은 크고, 상기 천이 영역의 상한은 LEB + 5 eV이되, 여기서 LEB는 에지부 이외의 부분에 대한 천이 영역의 상한이다. 이러한 특성선의 시프트는 형상, 구조, 재료 등이 에지부와 다른 부분 간에 상이하기 때문에 발생한다. 상기 특성선의 시프트는 에지부와 다른 부분 간의 계조차 △DN을 발생시킨다.
다음으로, 상기 에지부의 특성이 도 52에 도시된 바와 같이 다른 부분과 상이한 이유와 상기 계조차 △DN이 발생하는 이유를 논의하기로 한다.
도 53은 시료의 고르지 않은 구조의 일례로서, 미세 라인/스페이스 형상의 단면을 보여준다. 예를 들어, 펌프는 라인이고, 중공은 스페이스이다. 라인폭과 스페이스폭은 100 ㎛ 이하이다. 도 53의 형상에 있어서, 도체(Si)는 고르지 않은 구조를 가진다. 상기 범프의 최상부에는 산화막(SiO2 등)이 형성된다.
도 54는 도 53의 구조에 전자빔이 조사될 때, 고르지 않은 구조의 에지부에서 미러전자가 발생되는 현상을 보여준다. 도 54에는 수직방향의 스트라이프 패턴이 형성된다. 전자빔에 의한 조사가 이루어지면, 조사 전자는 중공(홈)의 일 에지 부근의 그 궤도를 변경하고, 횡방향으로 턴하며, 상기 홈의 반대 에지를 향해 이동한다. 그 후, 상기 조사 전자는 반대 에지 부근에서 그 궤도를 다시 변경하여, 상방으로 리턴한다. 따라서, 조사 전자가 시료와의 충돌없이 미러전자가 되게 된다. 이러한 방식으로 에지에 생성되는 미러전자를 에지미러전자라고 할 수 있다. 에지미러전자는 양 에지로부터 대칭으로 생성된다. 도 55는, 도 54와 같이, 도 53의 구조에서 발생되는 에지미러전자도 보여준다. 수평방향의 스트라이프 패턴이 도 55에 형성된다.
도 56은 조사 전자가 에지미러전자로 변화하는 전자 궤도의 또다른 예시이다. 상기 예시에서는, 조사 전자가 중공의 일 에지를 향해 입사하고, 상기 일 에지 부근의 만곡된 궤도를 따라 상기 중공 안으로 이동하며, 상기 중공의 저부와의 충돌없이 전환되고, 상기 중공의 다른 에지 부근으로 이동하여, 미러전자가 되게 된다. 이러한 미러전자 역시 에지미러전자이기도 하다. 에지 구조에서는, 각각의 조사 전자가 도 54 또는 도 56의 궤도를 통과하는 것으로 보이며, 또는 도 54 및 도 56의 궤도들 사이의 중간 궤도를 통과하여, 에지미러전자가 된다.
다음으로, 전자들의 궤도가 에지 부근에서 용이하게 구부러지는 이유를 설명하기로 한다. 도 54의 구조에서는, 도체의 범프의 표면 상에 산화막이 형성된다. 이러한 구조에서는, 시료 표면 상의 산화막이 음으로 대전된다. 상기 중공 내에서의 도체의 전위는 산화막보다 상대적으로 높다. 전위가 에지 부근에서 변화하기 때문에, 전자의 궤도가 상술된 바와 같이 용이하게 구부러지고, 결과적으로 에지미러전자가 생성되게 된다.
본 실시예에서도 프리차지가 바람직하다. 프리차지는 시료 관찰 전에 이루어지는 전자빔조사이다. 시료 상의 절연영역은 프리차지에 의하여 음으로 대전된다(시료 표면 상의 산화막은 도 54 등의 예시에서 음으로 대전됨). 프리차지는 절연영역의 전위를 안정화시킨다. 결과적으로는, 에지미러전자가 안정하게 발생되게 되며, 도 52의 특성이 안정하게 얻어지게 된다. 따라서, 시료 관찰이 만족할 만하게 실시될 수 있고, 상기 시료 관찰 결과를 이용하여 검사의 정밀도도 향상될 수 있게 된다.
프리차지용 전자빔에 의한 조사는 시료 관찰을 위한 전자광학계를 이용하여 이루어질 수도 있다. 대안적으로는, 또다른 전자건이 프리차지를 위하여 제공될 수도 있다.
도 57은 시료의 고르지 않은 구조에 관한 또다른 예시를 보여준다. 도 57은 또한 라인/스페이스 형상의 단면이다. 도 57에서, 산화막(SiO2 등)의 범프는 Si 표면 상에 형성된다. 이러한 구조에 있어서는, 등전위면이 중공의 양 에지에서 휘어진다. 상기 조사 전자의 궤도는 등전위면의 휨으로 인하여 구부러진다. 그 결과, 조사 전자가 도 54 내지 도 56에 도시된 궤도를 통과하여, 도 57의 구조에서도 에지미러전자가 된다. 프리차지 또한 도 57의 구조에서 적절하게 수행되어, 범프 상의 산화막의 전위를 안정화시키게 된다.
때때로 고르지 않은 구조가 도전재로만 형성된다. 이 경우에도, 등전위면이 범프와 중공을 따라 형성된다. 상기 등전위면은 중공의 양 에지에서 구부러진다. 상기 조사 전자의 궤도는 등전위면의 휨으로 인하여 구부러진다. 그 결과, 조사 전자가 상술된 궤도를 통과하여 에지미러전자가 되게 된다.
고르지 않은 표면이 도전재로만 형성될 때에도 도전막의 표면 상에는 자연산화막이 있다. 그러므로, 프리차지가 바람직하고, 전위를 안정화시킬 수 있다.
상기 상세히 기술된 바와 같이, 시료의 중공에서의 전자는 양 에지 부근에 이동 및 전환되어 에지미러전자가 되게 된다. 그러므로, 에지미러전자가 정상부에 의해 생성되는 미러전자보다 더욱 용이하게 생성되게 된다. 그 결과, 에지부 이외의 부분을 위한 것에 비해, 상기 에지부를 위한 천이 영역이, 도 52에 도시된 바와 같이, 에너지가 증가하는 방향으로 더욱 연장된다.
미러전자와 2차방출전자는 상술된 영역에서 혼재된다. 2차방출전자는 앞서 기술된 바와 같이, 2차전자, 반사전자 또는 후방산란전자(또는 그 혼재)이다. 2차방출전자는 등방적으로 펼쳐지는 방식(isotropically-spread)으로 방출된다. 이러한 이유로, 기껏해야 전자의 수 퍼센트만이 검출기에 도달한다. 다른 한편으로, 에지미러전자는 조사된 대로 반사되어 생성된다. 그러므로, 에지미러전자의 투과율(검출기로의 도달율)이 거의 100%이다. 결과적으로, 높은 휘도(계조)가 얻어지고, 주변과의 계조차 △DN이 증가하게 된다.
에지부에서는, 상술된 바와 같이, 미러전자가 용이하게 생성되어, 미러전자의 투과율이 높게 된다. 결과적으로는, 도 52에 도시된 바와 같이, 에지부의 계조 특성선이 랜딩 에너지 LE가 증가하는 방향으로 시프트되고, 계조차 △DN은 상기 에지부와 다른 부분 간에 발생한다.
상술된 현상을 이용하여, 본 실시예는 고-해상도와 높은-콘트라스트 패턴 화상을 생성한다. 상술된 중공 구조는 본 발명의 중공 패턴에 대응한다. 본 실시예에서, 랜딩 에너지는 에지미러전자가 중공 패턴에 효율적으로 생성되도록 설정된다. 상기 랜딩 에너지 LE는, 예시된 바와 같이, 종래의 보통 관찰 기술에 비해 매우 낮은 값으로 설정될 것이다. 이러한 에너지 설정은 패턴과 주변 간의 계조차 △DN을 증가시켜, 고-해상도 및 높은-콘트라스트상을 얻을 수 있게 된다.
구체적으로, 상기 랜딩 에너지 LE는 LEA ≤ LE ≤ LEB 또는 LEA ≤ LE ≤ LEB + 5 eV가 달성되도록 설정된다. 이는 미러전자와 2차전자가 혼재되는 영역에서 랜딩 에너지 LE가 설정되도록 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 연구 결과는 -5 eV ≤ LEA ≤ LEB ≤ 5 eV를 보여준다. 예를 들어, LEA = -5 eV 및 LEB = 5 eV라고 가정하자. 이 경우, 랜딩 에너지 LE는 -5 eV ≤ LE ≤ 5 eV + 5 eV = 10 eV로 설정된다. 보다 구체적으로는, 미러전자와 2차방출전자의 혼재 상태가 랜딩 에너지 LE에 따라 변화하고, 계조차도 변화한다. 미러전자의 발생량이 상대적으로 적은 영역에서 랜딩 에너지 LE를 설정함으로써 큰 장점을 얻을 수도 있다.
다음으로, 상술된 시료관찰방법을 성취하기 위한 시료관찰장치를 설명하기로 한다. 하기 설명에서는, 시료관찰장치가 시료검사장치에 통합되고, 시료에서의 패턴 결함을 위한 검사에 사용된다. 도 58은 시료검사장치의 전체 구성을 보여주고, 도 59는 시료검사장치의 주요부를 보여준다.
도 58을 참조하면, 상기 시료검사장치(2010)는 시료캐리어(2012), 미니인바이런먼트(2014), 로드로크(2016), 이송챔버(2018), 메인챔버(2022), 전자컬럼(2024), 및 화상처리장치(2090)를 구비한다. 상기 미니인바이런먼트(2014)에는 대기 중의 이송로봇, 시료얼라인먼트장치, 클린에어공급기구 등이 제공된다. 상기 이송챔버(2018)에는 진공이송로봇이 제공된다.
상기 메인챔버(2022)에는 스테이지(2030)가 제공되어, 그것이 x 방향, y 방향 및 θ(회전) 방향으로 이동하도록 한다. 상기 스테이지(2030) 상에는 정전척이 설치된다. 정전척에는 시료 자체가 배치된다. 대안적으로는, 팰릿 또는 지그에 설정된 시료가 상기 정전척에 의하여 유지된다.
상기 메인챔버(2022)는 상기 챔버 내의 진공을 유지하기 위하여 진공제어계(2026)에 의하여 제어된다. 상기 메인챔버(2022), 이송챔버(2018), 및 로드로크(2016)는 제진대(2028) 상에 탑재되고, 그들은 플로어로부터 진동이 전달되지 않도록 구성된다.
상기 전자컬럼(2024)은 메인챔버(2022) 상에 설치된다. 이러한 전자컬럼(2024)은 전자건, 렌즈, 배선 및 피드스루를 포함하여 이루어지고, 예시된 바와 같이 검출기(2070)를 더 포함하여 이루어진다. 이들 구성요소는 전자빔 투영을 위한 1차광학계 및 2차광학계를 구성한다.
상기 검출기(2070)로부터의 출력 신호는 화상처리장치(2090)로 전송되어 그것에 의해 처리된다. 실시간 신호 처리 및 지연 신호 처리 양자 모두가 수행될 수 있다. 상기 실시간 신호 처리는 검사 시에 수행된다. 지연 신호 처리가 수행되면, 간단히 화상이 취득되고, 상기 신호 처리가 추후에 수행된다. 상기 화상처리장치에 의해 처리된 데이터는 하드디스크, 메모리 또는 여타의 기록매체에 보존된다. 상기 데이터는 필요에 따라 콘솔에 있는 모니터 상에 표시될 수 있다. 시스템소프트웨어(2140)가 제공되어 이러한 신호 처리를 행하게 된다. 상기 시스템소프트웨어(2140)는 프로그램을 실행하는 컴퓨터에 의해 구현된다. 전자광학계제어전원(2130)이 제공되어 전자컬럼계에 전원을 공급하게 된다. 상기 메인챔버(2022)에는 광학현미경(2110) 및 SEM식 검사장치(SEM)가 제공된다.
도 58의 시료검사장치(2010)에서는, 웨이퍼 및 마스크와 같은 시료가 시료캐리어(2012)(로드포트)로부터 미니인바이런먼트(2014)로 이송된다. 상기 미니인바이런먼트(2014)에서는 얼라인먼트 작업이 행해진다.
그 후, 상기 시료는 대기 중의 이송로봇에 의하여 상기 로드로크(2016)로 이송된다. 상기 로드로크(2016)는 진공펌프에 의하여 대기압으로부터 진공으로 배기된다. 압력이 소정값(예컨대, 1 Pa 정도) 이하가 되는 경우, 상기 이송챔버(2018)에 배치된 진공이송로봇에 의하여 시료가 상기 로드로크(2016)로부터 상기 메인챔버(2022)로 이송된다. 상기 시료는 상기 스테이지(2030) 상에서 정전척기구 상에 유지된다.
상기 시료는 메인챔버(2022)에서 검사된다. 여기서, 시료의 패턴은 상술된 본 발명의 시료관찰방법을 이용하여 검사된다. 추후에 설명하는 바와 같이, SEM(2120)을 이용하여 검사가 행해지기도 한다. 검사가 완료되면, 상기 시료는 역 경로를 통해 시료캐리어(2012)로 되돌아간다.
다음으로, 시료검사장치(2010)의 주요부를 도 59를 참조하여 설명하기로 한다. 도 59의 구성은 도 58의 메인챔버(2022), 전자컬럼(2024) 등에 대응한다.
도 59에서, 상기 시료검사장치(2010)는, 전자빔을 생성하기 위한 1차광학계(2040); 시료(2020)를 탑재하기 위한 스테이지(2030); 상기 시료로부터 2차방출전자 또는 미러전자의 상을 생성하기 위한 2차광학계(2060); 이들 전자들을 검출하기 위한 검출기(2070); 및 상기 검출기(2070)로부터 신호를 처리하기 위한 화상처리장치(2090)를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 있어서, 상기 검출기(2070)는 2차광학계(2060)에 포함될 수도 있다. 상기 화상처리장치(2090)는 본 발명의 화상처리부에 포함될 수도 있다. 상기 시료검사장치(2010)는 또한 전체 장치를 제어하기 위하여 제어부(2100)를 포함하여 이루어진다. 상기 제어부(2100)는 도 58의 시스템소프트웨어(2140)에 대응한다. 상기 시료검사장치(2010)에는 포지셔닝을 위한 광학현미경(2110)과 리뷰를 위한 SEM(2120)이 추가로 제공된다.
상기 1차광학계(2040)는 전자빔을 생성하여 그것을 시료(2020)를 향해 방출하도록 구성된다. 상기 1차광학계(2040)는, 전자건(2041); 렌즈(2042, 2045); 어퍼처(2043, 2044); E×B 필터(2046); 렌즈(2047, 2049, 2050); 및 어퍼처(2048)를 구비한다. 상기 전자건(2041)은 전자빔을 생성한다. 상기 렌즈(2042, 2045) 및 어퍼처(2043, 2044)는 전자빔을 성형하여 그 방향을 제어한다. 상기 전자빔은 그 후에 상기 E×B 필터(2046)의 자계와 전계에 의해 야기되는 로렌츠힘에 의해 영향을 받는다. 상기 전자빔은 E×B 필터(2046)에 비스듬하게 입사하여, 상기 시료(2020)를 향해 수직 하방으로 편향된다. 상기 렌즈(2047, 2049, 2050)는 전자빔의 방향을 제어하고, 그 속도를 적절하게 저감시켜, 랜딩 에너지 LE를 조정하게 된다.
상기 E×B 필터(2046)는 투영광학계인 1차광학계(2040)에서 특히 중요하다. 상기 1차전자빔의 각도는 상기 E×B 필터(2046)의 전계 및 자계 조건을 조정하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 E×B 필터(2046)의 조건은 1차계의 조사전자빔과 2차계의 전자빔이 시료(2020)와 근사적으로 직각을 만들도록 설정된다. 즉, 상기 E×B 필터(2046)는 Wien 필터로 사용된다. 상기 Wien 필터의 조건이 상기로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 1차빔(조사가 행해지는 전자빔) 또는 2차빔(미러전자와 2차방출전자)은 직진할 필요가 없으며, 즉 상기 E×B 필터의 작용에 의하여 편향될 수도 있다. 또다른 예시에 있어서는, 1차빔이 직진할 수도 있고, 2차빔이 상기 E×B 필터의 작용에 의하여 편향될 수도 있다. 이들 구성은 본 발명의 범위에 포함된다.
상기 1차광학계(2040)는 촬상을 위한 전자빔으로 뿐만 아니라, 프리차지를 위한 전자빔으로 조사될 수도 있다. 대안적으로는, 프리차지를 위한 전자건 등이 제공될 수도 있다.
상기 스테이지(2030)는 상술된 바와 같이 시료(2020)를 그 위에 탑재하도록 구성된다. 상기 스테이지(2030)는 xy 방향(수평 방향)으로 그리고 θ 방향(수평면 상에서의 회전 방향)으로 이동할 수 있다. 상기 스테이지(2030)는 또한 필요에 따라 z 방향(수직 방향)으로 이동가능할 수도 있다. 상기 스테이지(2030)의 표면에는 정전척과 같은 시료고정기구가 제공된다.
상기 2차광학계(2060)는 시료(2020)로부터 검출기(2070)로 반사되는 전자를 안내하도록 구성된다. 앞서 기술된 바와 같이, 미러전자와 2차방출전자가 검출기(2070)로 안내된다. 상기 2차광학계(2060)는, 렌즈(2061, 2063); 어퍼처(2062); 얼라이너(2064); 및 검출기(2070)를 구비한다. 전자는 상기 시료(2020)로부터 반사되어, 대물렌즈(2050), 렌즈(2049), 어퍼처(2048), 렌즈(2047), 및 E×B 필터(2046)를 다시 통과한다. 그 후, 전자들은 상기 2차광학계(2060)로 안내된다. 상기 2차광학계(2060)에서는, 전자들이 렌즈(2061), 어퍼처(2062), 및 렌즈(2063)를 통과하고, 상기 얼라이너(2064)에 의해 정렬되며, 상기 검출기(2070)에 의하여 검출된다.
상기 어퍼처(2062)는 2차계의 투과율과 수차를 규정하는 기능을 가진다. 본 실시예에서는 상기 어퍼처(2062)의 사이즈, 위치 및 형상이 조정가능하다. 상기 조정을 행하기 위하여 어퍼처조정기구(2200)가 제공된다. 어퍼처 조정은 관찰 화상에서의 시료 패턴의 콘트라스트를 증가시키기 위하여 수행된다. 어퍼처 조정은 추후에 설명하기로 한다.
상기 검출기(2070)는 상기 2차광학계(2060)에 의해 안내된 전자들을 검출하도록 구성된다. 상기 검출기(2070)는 검출 표면 상에 복수의 픽셀을 가진다. 각종 2차원 센서가 검출기(2070)에 적용가능하다. 예컨대, CCD(charge coupled device) 및 TDI(time delay integration)-CCD가 상기 검출기(2070)에 적용될 수도 있다. 이들은 전자를 광으로 변환한 후 신호를 검출하기 위한 센서들이므로, 광전 변환 등의 수단을 필요로 하게 된다. 그러므로, 전자를 광으로 변환하기 위하여 광전 변환 또는 신틸레이터가 사용된다.
상기 검출기(2070)에는 EB-TDI가 적용될 수도 있다. EB-TDI는 광전변환기구 및 광전달기구를 필요로 하지 않는다. 전자들은 EB-TDI의 센서 표면에 직접 입사된다. 결과적으로는, 분해능이 열화되지 않게 되어, 높은 MTF(modulation transfer function) 및 높은 콘트라스트가 얻어질 수 있게 된다. EB-CCD 또한 상기 검출기(2070)에 적용될 수도 있다.
상기 제어부(2100)는 컴퓨터를 포함하여 이루어지고, 전체 시료검사장치(2010)를 제어한다. 상기 제어부(2100)는 도 58의 시스템소프트웨어(2140)에 대응한다.
상기 제어부(2100)는 랜딩 에너지 LE를 조정하기 위하여 전자건(2041)을 포함하는 1차광학계(2040)를 제어한다. 본 실시예에서는, 앞서 설명된 바와 같이, 랜딩 에너지 LE는 에지미러전자가 시료(2020) 상의 패턴에서 효율적으로 생성되도록 설정된다. 상기 제어부(2100)는 1차광학계(2040) 및 2차광학계(2060)를 제어하여, 전자건(2041)으로부터 검출기(2070)로의 전자의 궤도를 제어 및 조정하게 된다. 보다 구체적으로는, 전자 궤도가 제어되어, 전자빔이 전자건(2041)으로부터 시료(2020)로의 소정의 적절한 궤도를 통과하도록 하며, 상기 시료(2020)로부터의 전자가 소정의 적절한 궤도를 통해 검출기(2070)로 진행되도록 한다. 상기 제어부(2100)는 어퍼처조정기구(2200)를 제어하여, 추후에 상세히 설명하는 바와 같이, 어퍼처 조정을 행하도록 한다.
상기 제어부(2100)는 상기 화상처리장치(2090)를 제어하여, 그것이 검출기(2070)로부터의 신호를 처리하도록 하고, 상기 시료(2020) 상에 패턴의 화상을 생성하도록 한다. 또한, 상기 제어부(2100)는 상기 화상처리장치(2090)에 의해 생성되는 화상을 처리하여, 패턴 결함에 관한 판정을 행하도록 구성된다.
지금까지 상기 시료검사장치(2010)의 부분들의 구성을 상술하였다. 다음으로, 상기 시료검사장치(2010)의 동작을 설명하기로 한다.
전자빔을 시료(2020)에 조사하는 시료검사장치(2010)는, 수평 방향으로 스테이지(2030)를 이동시키고, 검출기(2070)에 의하여 상기 시료(2020)로부터 전자를 검출하며, 상기 검출 신호로부터 시료(2020)의 화상을 생성한다. 상기 전자빔은 전자건(2041)으로부터 방출되고, 1차광학계(2040)에 의해 안내되며, 상기 시료(2020)에 적용된다. 입사 과정에서, 상기 전자빔의 방향은 E×B 필터(2046)에 의해 변경된다. 본 실시예의 투영법에 의하여 검사가 행해진다. 그러므로, 직경이 큰 전자빔이 사용되어, 상기 시료 상의 비교적 넓은 면적이 조사되게 된다. 예를 들어, 직경이 30 내지 1000 ㎛인 원형 빔이 사용된다. 30 내지 1000 ㎛의 장축을 갖는 타원형 빔이 사용될 수도 있다. 상기 타원형 빔의 단축은 상기 장축의 1/2 내지 1/4일 수도 있다.
상기 전자빔의 랜딩 에너지 LE는, 상기 시료관찰방법의 설명에 기술된 바와 같이, 에지미러전자가 패턴의 에지에 용이하게 생성되도록 설정된다. 구체적으로, 랜딩 에너지 LE는 LEA ≤ LE ≤ LEB + 5 eV로 설정된다. LEA 및 LEB는 도 50의 천이 영역의 하한과 상한인데, 예컨대 -5 eV 및 5 eV이다.
그러므로, 시료(2020) 상의 패턴이 전자빔으로 조사될 때, 에지미러전자가 생성된다. 보다 구체적으로는, 전자빔의 일부 전자가 패턴의 에지 부근에 인가된다. 이러한 에지 부근에 인가된 전자는 도 54 내지 도 56에 예시된 궤도를 통과하여 에지미러전자가 된다.
상기 시료(2020) 상에 생성된 전자들은 2차광학계(2060)에 의해 검출기(2070)로 안내된다. 그 후, 전자의 화상이 상기 검출기(2070)의 검출 표면 상에 생성된다. 전자빔 조사는 에지미러전자 이외에도, 상기 시료(2020) 상에 통상미러전자(normal mirror electron)를 발생시킬 수 있다. 상기 미러전자 이외에도 2차방출전자가 생성되기도 한다. 결과적으로는, 이러한 종류의 전자의 화상이 검출기(2070) 상에 형성된다.
상기 검출기(2070)는 전자를 검출하여 상기 검출 신호를 화상처리장치(2090)에 전달한다. 상기 화상처리장치(2090)는 상기 검출 신호를 처리하여, 상기 시료(2020)의 화상을 생성한다. 여기서, 본 실시예에서는, 랜딩 에너지 LE가 적절하게 설정되고, 많은 에지미러전자가 검출기(2070)에 도달한다. 즉, 에지미러전자의 검출수가 기타 종류의 전자보다 많다. 에지미러전자는 시료(2020) 상의 패턴의 에지에 생성된다. 그러므로, 패턴의 계조(휘도)가 시료(2020)의 화상에서 크게 된다. 따라서, 다른 부분과의 계조차가 커지게 된다. 결과적으로, 패턴의 콘트라스트가 커진다.
이러한 시료(2020)의 화상을 이용하여, 제어부(2100)가 패턴 결함의 판정을 행한다. 상기 제어부(2100)는 패턴에서의 결함의 존재 유무를 판정할 수도 있고, 결함의 위치를 검출할 수도 있으며, 결함의 종류를 추가로 결정할 수도 있다. 본 실시예의 시료검사장치(2010)는 패턴 결함 뿐만 아니라 이물에 대하여 검사할 수도 있다. 이 경우, 상기 제어부(2100)는 시료(2020)의 화상을 처리하여, 이물의 존재 유무를 판정할 수 있게 된다. 더욱이, 또다른 검사가 수행될 수도 있다.
상기 결함판정처리는 "다이 to 다이(die to die)"일 수도 있다. 이러한 처리는 시료(2020)의 두 다이의 화상들을 비교한다. 보다 구체적으로는, 두 다이의 연속해서 취득한 화상들이 비교된다. 상기 제어부(2100)는 두 다이의 패턴이 서로 상이하다면 결함이 있는 것으로 판정한다.
상기 결함판정처리는 "다이 to any 다이(die to any die)"일 수도 있다. 이 경우, 특정의 다이의 화상이 상기 시료(2020)로부터 취득되고, 판정기준으로 유지된다. 그 후, 판정기준 다이 화상이 순차적으로 여타의 많은 다이들의 화상과 비교된다. 이 경우에도, 상기 제어부(2100)는 상기 다이들의 패턴이 상이하다면 결함이 있는 것으로 판정한다.
더욱이, 상기 결함판정처리는 "다이 to 데이터베이스(die to database)"일 수도 있다. 이 경우, 다이들의 화상은 설계 데이터와 같은 등록 데이터와 비교된다. 설계 데이터는 예컨대 CAD 데이터이다. 상기 제어부(2100)는 그 후에 다이의 화상이 상기 등록 데이터와 상이하다면 결함이 있는 것으로 판정한다.
상기 결함판정처리는 셀에서의 결함을 판정할 수도 있다. 이 경우, 상술된 다이들의 화상 대신에 셀들의 화상이 처리된다. 상기 결함판정처리는 "셀 to 셀(cell to cell)", "셀 to any 셀(cell to any cell)", 또는 "셀 to 데이터베이스(cell to database)"일 수도 있다.
상기 제어부(2100)는 이러한 방식으로 결함 판정을 실시한다. 상기 결함 판정의 결과는 모니터 상에 표시될 수도 있고, 기록매체 상에 기록될 수도 있다. 상기 결함 판정의 결과는 후술하는 차기 단계에서 SEM(2120)에 의해 사용될 수도 있다.
"투영식 검사장치와 SEM 양자 모두로 이루어지는 구성"
도 60은 시료검사장치(2010)의 일부이고, 특히 메인챔버(2022), 전자컬럼(2024) 및 SEM(2120)을 보여준다. 상기 메인챔버(2022)와 함께 상기 전자컬럼(2024)은 투영식 관찰장치를 구성한다. 그러므로, 본 실시예의 시료검사장치가 투영식 및 SEM식 관찰장치 양자 모두로 이루어지는 복합형 관찰장치를 구성하게 된다.
본 실시예에서는, 도 60에 도시된 바와 같이, 상기 스테이지(2030)가 이동가능하고, 특히 전자컬럼(2024)(상기 투영식 관찰장치)의 관찰 위치와 SEM(2120)의 관찰 위치 사이에서 이동가능하다. 이러한 구성은 관찰 및 검사가 2가지 타입의 장치 모두, 즉 투영식 장치와 SEM 장치가 모두 사용되는 경우에 신속하면서도 정밀하게 실시될 수 있도록 한다. 예를 들어, 상기 투영식 관찰장치는 패턴 결함을 검출한 다음, 상기 SEM이 패턴 결함을 상세히 리뷰한다. 이러한 특성을 보다 상세히 후술하기로 한다.
도 60의 구성에 있어서, 상기 전자컬럼(2024) 및 SEM(2120)은 양자 모두가 동일한 스테이지(2030) 상에 배치 중인 시료(2020)와 함께 사용된다. 따라서, 상기 시료(2020)(스테이지(2030))가 상기 전자컬럼(2024)과 SEM(2120) 사이에서 이동할 때, 좌표가 유일하게 결정된다. 이는 패턴에서의 소정의 위치가 특정되는 경우 또는 패턴 결함 위치가 특정되는 경우에 유리하다. 2가지 검사장치는 동일부분을 정밀하면서도 용이하게 특정할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자컬럼(2024)이 결함 위치를 특정한다. 이러한 결함 위치는 상기 SEM(2120)에 의하여 신속하게 위치 결정된다.
상술된 복합형 구성이 적용되지 않는다고 가정하자. 예를 들어, 투영식 광학검사장치와 SEM이 상이한 진공챔버에 별도로 배치되는 것으로 가정하자. 상기 시료는 별도의 상이한 장치들 사이에서 이동되어야 하고, 상이한 스테이지 상에 배치되어야 한다. 이러한 이유로, 상기 두 장치들은 상기 시료를 별도로 정렬하는 것이 필요한데, 이는 시간이 걸린다. 별도로 수행된 상기 시료의 얼라인먼트는 동일 위치에 대하여 5 내지 10 ㎛의 특정 오차를 발생시킬 수도 있다.
다른 한편으로, 본 실시예에 있어서, 상기 시료(2020)는 도 60에 도시된 바와 같이 2가지 종류의 검사를 위하여 동일 챔버(2022)의 동일 스테이지(2030) 상에 배치된다. 동일 위치는 상기 스테이지(2030)가 투영식 전자컬럼(2024)과 SEM(2120) 사이에서 이동하는 경우에도 정밀하게 특정될 수 있다. 예를 들어, 1 ㎛ 이하의 정밀도를 가지고 위치를 특정할 수 있다.
이러한 정밀 특정은 하기 경우에 현저하게 유리하다. 상기 시료(2020)의 검사는 우선 패턴과 패턴 결함을 검사하기 위하여 투영방식에 의하여 행해진다. 그 후, 상기 검출된 결함의 특정 및 상세 관찰(리뷰잉)이 SEM(2120)에 의하여 행해진다. 상기 위치가 정확하게 특정가능하기 때문에, 결함의 존재 유무(부존재의 경우에는 오류 검출)가 판정될 수 있을 뿐만 아니라, 결함의 사이즈와 형상의 상세 관찰이 신속하게 행해질 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 결함 검출을 위한 전자컬럼(2024)과 리뷰를 위한 SEM식 검사장치(2120)의 별도의 설치는 결함 위치를 특정하기 위한 엄청난 시간을 요구할 수도 있다. 이러한 문제점은 본 실시예에 의하여 해결된다.
본 실시예에서는, 상술된 바와 같이, 패턴을 촬상하기 위한 조건을 이용하여 고감도로 그리고 투영식 광학방식을 이용하여 초미소 사이즈의 패턴이 검사될 수 있다. 또한, 투영식 광학전자컬럼(2024) 및 SEM식 검사장치(2120)는 동일 챔버(2022)에 탑재된다. 결과적으로는, 특히 100 nm 이하의 초미소 사이즈의 패턴의 검사와 패턴의 판정 및 분류가 큰 효율과 속도로 실시될 수 있게 된다.
"투영식 검사장치와 SEM 양자 모두를 이용한 검사의 또다른 예시"
상기 설명에서는, 투영식 검사장치가 결함을 검출하고, SEM이 리뷰 검사를 행한다. 하지만, 본 발명이 이것으로 국한되는 것은 아니다. 상기 두 검사장치는 또다른 검사방식에 적용될 수도 있다. 각각의 검사장치의 특성들을 조합하여 유효 검사가 실시될 수 있다. 또다른 검사방법은 예컨대 다음과 같다.
이러한 검사방법에 있어서, 투영식 검사장치와 SEM은 상이한 영역을 검사한다. 또한, "셀 to 셀" 검사는 투영식 검사장치에 적용되고, "다이 to 다이" 검사는 SEM에 적용되어, 전체 효율이 큰 정밀한 검사가 성취되게 된다.
보다 구체적으로는, 많은 반복 패턴이 있는 다이의 일 영역에서의 "셀 to 셀" 검사를 상기 투영식 검사장치가 수행한다. 그 후, 상기 SEM은 많은 반복 패턴이 있지 않은 영역에서 "다이 to 다이" 검사를 수행한다. 검사 결과들 양자 모두가 조합되어, 하나의 검사 결과가 얻어진다. 상기 "다이 to 다이"는 앞서 기술된 바와 같이, 두 다이의 연속해서 취득한 화상을 비교하기 위한 검사이다. 상기 "셀 to 셀"은 두 셀의 연속해서 취득한 화상들을 비교하기 위한 검사이다. 셀은 다이의 일부분이다.
상술된 검사방법에 있어서, 반복적인 패턴 부분은 투영방식을 이용하여 신속하게 검사되는 한편, 많은 반복 패턴이 있지 않은 영역은 정밀도와 덜한 오류를 가지는 SEM에 의해 검사된다. 상기 SEM은 신속한 검사에 적합하지 않다. 하지만, 많은 반복 패턴이 있지 않은 영역은 상대적으로 작기 때문에, 상기 SEM은 검사를 위한 시간을 너무 많이 필요로 하지 않는다. 결과적으로는, 전체 검사 시간이 저감될 수 있게 된다. 따라서, 이러한 검사방법은 짧은 검사 시간 내에 정밀한 검사를 실시하기 위하여 2가지 검사방법들의 장점을 최대화할 수 있다.
"어퍼처 조정"
다음으로, 본 실시예의 또다른 특징, 즉 어퍼처 조정을 설명하기로 한다.
우선, 어퍼처 조정의 개요를 설명하기로 한다. 어퍼처 조정에 있어서, 2차광학계(2060)의 어퍼처(2062)의 사이즈, 위치 및 형상은 상기 어퍼처(2062)를 통과하는 미러전자를 정합하도록 조정된다. 이러한 관점에서, 본 실시예의 어퍼처(2062)를 가변 어퍼처(또는 조정 어퍼처 등)라고 할 수 있다. 상기 조정의 목적은 어퍼처(2062)의 높이에 미러전자의 스폿(프로파일)을 만드는 것이고, 상기 어퍼처(2062)의 개구와 가능한 한 많이 서로 일치시키는 것이다. 하지만, 실제로 미러전자의 스폿과 어퍼처(2062)를 서로 완전히 일치시키는 것은 어렵다. 그러므로, 어퍼처(2062)가 실제로는 미러전자의 스폿보다 소정의 크기만큼 크게 조정될 수도 있다.
이러한 방식으로 어퍼처(2062)를 조정함으로써, 화상에서의 패턴의 콘트라스트를 증대시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 시료로부터 검출되는 전자들이 상기 미러전자 및 상기 2차방출전자를 포함한다. 앞서 이미 기술된 바와 같이, 2차방출전자는 광범위하게 퍼지는 한편, 미러전자는 많이 퍼지지 않는다. 이러한 이유로, 상기 어퍼처(2062)를 통과 중인 2차방출전자가 저감될 수 있고, 미러전자의 검출량이 상기 미러전자들에 따라 어퍼처(2062)를 적절하게 조정하여 상대적으로 증대될 수 있게 된다. 결과적으로는, 상기 패턴의 콘트라스트가 더욱 증대될 수 있게 된다.
상기 어퍼처(2062)는 어퍼처조정기구(2200)에 의하여 조정된다. 구체적으로는, 복수 종류의 어퍼처(2062)가 제공될 수도 있다. 복수 종류의 어퍼처(2062)는 서로 사이즈와 형상이 상이하다. 복수 종류의 어퍼처(2062)는 일체형으로 구성될 수도 있고, 또는 별도의 부재일 수도 있다. 상기 어퍼처조정기구(2200)는 광학축에서의 관찰을 위해 사용될 어퍼처(2062)를 대체할 수 있다. 상기 어퍼처조정기구(2200)는, 상기 제어부(2100)의 제어 하에, 복수 종류의 어퍼처(2062)로부터 미러전자에 적합한 하나의 어퍼처(2062)를 선택하여, 그것을 광학축에 배치한다. 또한, 상기 어퍼처조정기구(2200)는 미러전자들에 따라 어퍼처(2062)의 위치를 조정한다. 따라서, 상기 어퍼처(2062)의 사이즈, 형상 및 위치가 적절하게 조정되게 된다.
상기 어퍼처(2062)의 위치는, 본 발명의 범위 내에서, 2차광학계(2060)의 축을 따르는 방향으로의 한 위치를 포함할 수도 있다. 그러므로, 상기 어퍼처조정기구(2200)가 상기 어퍼처(2062)를 수평 방향(xy 방향) 뿐만 아니라, 광학축의 방향(z 방향)으로도 이동시켜 어퍼처의 위치를 최적화할 수도 있다. 상기 어퍼처(2062)의 위치는 또한 회전 방향으로의 위치, 즉 어퍼처 각도를 포함할 수도 있다. 상기 어퍼처조정기구(2200)는 수평면 상에서 어퍼처(2062)를 회전시킬 수도 있고, 회전 중심이 2차광학계(2060)의 축선일 수도 있다.
상기 어퍼처에서 미러전자들의 화상을 측정하는 것이 상술된 어퍼처 조정에 효과적이다. 이러한 미러전자상은 상술된 미러전자스폿을 나타낸다. 그러므로, 상기 어퍼처(2062)가 조정되어 어퍼처에서의 미러전자상을 정합하게 된다.
상기 어퍼처에서 미러전자상을 측정하기 위해서는, EB-CCD와 같은 검출기가 어퍼처의 높이로 적절하게 추가된다. 대안적으로는, 어퍼처(2062)와 검출기(2070)(도 59)를 광학적으로 공역 위치(conjugate position)에 배치시키는 것이 적합하다. 이는 상기 검출기(2070)로 하여금 상기 어퍼처(2062)에서의 미러전자상을 취득할 수 있게 한다.
지금까지 어퍼처 조정의 개요를 상술하였다. 이하, 특정예들을 참조하여 어퍼처 조정을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
(어퍼처 위치의 조정)
패턴 관찰에서는, 패턴으로부터 미러 신호를 효율적으로 취득하는 것이 중요하다. 상기 어퍼처(2062)의 위치는 그것이 신호의 수차 및 투과율을 한정하기 때문에 매우 중요하다. 2차전자는 코사인 법칙에 따라 넓은 각도 범위에서 시료 표면으로부터 방출되고, 넓은 영역으로 균일하게 어퍼처에 도달한다. 이러한 이유로, 상기 2차전자는 상기 어퍼처(2062)의 위치에 민감하지 않다. 이와는 대조적으로, 시료 표면 상에서의 미러전자의 반사각은 1차전자빔의 입사각과 거의 동일하다. 그러므로, 미러전자들이 작은 스프레드를 나타내고, 작은 빔 직경으로 어퍼처(2062)에 도달하게 된다. 예를 들어, 상기 미러전자의 스프레드 영역은 2차전자의 스프레드 영역의 1/20 이하이다. 이러한 이유로, 상기 미러전자는 상기 어퍼처(2062)의 위치에 매우 민감하다. 상기 어퍼처에서의 미러전자의 스프레드 영역은 일반적으로 Φ10 내지 Φ100 ㎛의 영역이다. 이로 인하여, 미러전자의 강도가 최고인 위치를 판정하여 상기 판정된 위치에 상기 어퍼처(2062)의 중심 위치를 배치시키는 것이 매우 유리하면서도 중요하다.
이러한 적절한 위치에서의 어퍼처(2062)의 배치를 달성하기 위해서는, 상기 어퍼처조정기구(2200)가 상기 어퍼처(2062)를 1 ㎛ 정도의 정밀도를 가지고 상기 진공전자컬럼(2024)에서 x 및 y 방향으로 이동시킨다. 신호 강도는 이동 중인 어퍼처(2062)로 측정된다. 상기 신호 강도로 화상의 휘도가 결정될 수도 있다. 평가값은, 예컨대 전체 휘도이다. 그 후, 신호 강도가 최고인 위치가 결정되고, 상기 어퍼처(2062)의 중심이 상기 결정된 좌표의 위치에 배치된다.
상기 설명에서는, 어퍼처(2062)가 xy 방향으로 이동된다. 상기 어퍼처(2062)는 상기 어퍼처조정기구(2200)에 의해 회전될 수도 있어, 상기 어퍼처(2062)의 각도가 본 발명의 범위 내에서 조정될 수 있게 된다. 그 후, 상기 신호 강도의 측정 결과를 토대로 각도가 설정될 수도 있다. 상기 각도는 회전 방향으로의 위치이므로, 본 발명에서는, 어퍼처의 각도가 어퍼처 위치에 포함된다. 상기 어퍼처(2062)의 회전축은 2차광학계(2060)의 축선일 수도 있다. 상술된 xy 방향으로의 조정이 먼저 수행될 수도 있어, 신호 강도가 최고인 위치로 어퍼처 중심이 조정될 수 있게 된다. 상기 어퍼처(2062)는 그 후에 소정의 작은 각도로 회전될 수도 있어, 상기 신호 강도가 최고인 각도로 상기 어퍼처(2062)가 조정될 수도 있게 된다.
상기 어퍼처 등은 어퍼처(2062)의 위치가 x 및 y 방향으로 뿐만 아니라 z축 방향으로도 조정될 수 있도록 구성될 수도 있다. 상기 z축 방향은 상기 2차광학계(2060)의 축방향이다. 이 경우, 상기 어퍼처(2062)는 z축 방향으로 이동될 수도 있고, 상기 신호 강도가 측정될 수도 있으며, 상기 어퍼처(2062)는 신호 강도가 최고인 위치로 조정될 수도 있다. 이러한 구성도 유리하다. 상기 어퍼처(2062)는 미러전자가 가장 콘덴싱되는 위치에 적절하게 배치된다. 이는 미러전자의 수차를 매우 효과적으로 저감시켜, 2차방출전자를 소멸시킨다. 결과적으로는, 보다 높은 S/N비를 얻을 수 있게 된다.
(신호 강도를 측정하기 위한 구성)
이하, 신호 강도 측정을 위한 보다 적절한 구성을 설명하기로 한다.
도 61은 도 59의 시료검사장치의 변형예이다. 도 61에서, 2차광학계(2060a)는 도 59의 2차광학계(2060)와 상이하게 구성되는데, 구체적으로는 어퍼처의 높이로 EB-CCD(2065)가 제공된다. 상기 어퍼처(2062) 및 EB-CCD(2065)는, 개구(2067 및 2068)를 구비한 일체의 홀딩부재인 XY 스테이지(2066) 상에 탑재된다. 상기 XY 스테이지(2066)에는 개구(2067 및 2068)가 제공되기 때문에, 상기 미러전자와 2차방출전자는 상기 어퍼처(2062) 또는 EB-CCD(2065)에 도달할 수 있다.
상기 XY 스테이지(2066)는 상기 어퍼처(2062) 및 EB-CCD(2065)를 이동시켜, 그들의 위치 제어 및 포지셔닝을 행하게 된다. 이는 상기 어퍼처(2062)와 EB-CCD(2065)를 상호교환시켜, 상기 어퍼처(2062)에 의한 전류 흡수와 상기 EB-CCD(2065)에 의한 화상 취득이 독립적으로 수행된다. 상기 XY 스테이지(2066)는 상기 어퍼처조정기구(2200)에 의하여 구동된다(XY 스테이지(2066)는 어퍼처조정기구(2200)의 일부분일 수도 있음).
이러한 구성을 갖는 2차광학계(2060a)가 사용되는 경우, 상기 EB-CCD(2065)는 먼저 전자빔의 스폿 형상과 그 중심 위치를 검출하는데 사용된다. 상기 화상처리장치(2090) 또는 기타 구성요소는 화상을 생성하도록 상기 EB-CCD(2065)의 검출 신호를 처리할 수도 있다. 상기 제어부(2100)는 상기 검출 신호의 화상으로부터 미러전자의 스폿 형상과 중심 위치를 결정할 수도 있다. 앞서 기술된 바와 같이, 미러전자의 휘도는 2차방출전자의 휘도보다 높다. 그러므로, 미러전자의 스폿이 주변 2차방출전자영역보다 더 밝게 된다. 그러므로, 예컨대 휘도가 소정값 이상인 영역이 미러전자의 스폿(프로파일)으로 식별된다. 또다른 예시에 있어서, 화상의 에지에 의해 둘러싸인 영역은 미러전자의 스폿으로 검출된다. 그 후, 상기 제어부(2100)는 검출된 스폿의 중심 위치에 상기 어퍼처(2062)의 개구 중심을 배치하도록 상기 XY 스테이지(2066)를 제어한다.
상술된 바와 같이, 상기 EB-CCD(2065)는 본 실시예에서 매우 유리하게 사용된다. 상기 빔에 관한 2차원 정보가 취득가능하고, 상기 검출기(2070)에 입사하는 전자수가 결정가능하므로, 신호 강도가 정량적으로 평가될 수 있다. 따라서, 상기 어퍼처(2062)의 위치가 이러한 측정 결과들을 이용하여 직접 조정될 수 있게 된다. 결과적으로, 상기 어퍼처가 정밀하게 위치될 수 있고, 전자 화상의 수차가 저하되며, 균일성이 향상된다. 투과율의 균일성이 향상되어, 전자 화상을 고분해능 및 균일한 계조로 취득할 수 있게 된다.
도 61의 구성은 어퍼처(2062)를 단계적으로 이동시키면서 신호 강도를 측정하는 것과 같은 작업의 필요성을 소거할 수 있으므로, 측정 시간을 줄이는 데에도 효과적이다.
도 61의 구성은 어퍼처 조정을 위해서 뿐만 아니라 스폿 형상의 조정을 위해서도 적절하게 사용된다. 상기 제어부(2100)는 스티그메이터, 렌즈(2061, 2063) 및 얼라이너(2064) 상의 전압 조정을 행하여, 스폿 형상이 가능한 한 원형이면서 최소가 되도록 한다. 이 점에 관하여, 종래에는 어퍼처(2062)에서의 스폿 형상과 비점수차가 직접 조정될 수 없었다. 본 실시예는 이러한 직접 조정을 가능하게 하여, 상기 비점수차를 정밀하게 보정할 수 있게 한다.
상기 EB-CCD(2065)는 도 61의 구성에서 검출기로 제공된다. 하지만, 또다른 타입의 검출기가 제공될 수도 있다.
도 61에서, 상기 EB-CCD(2065)의 추가는 어퍼처(2062)에서의 빔 화상을 취득할 수 있게 한다. 하지만, 유사한 빔 화상도 또다른 구성에 의해 취득가능하다. 구체적으로는, 어퍼처(2062)가 배치되거나 또는 대안적으로 상기 어퍼처(2062)와 검출기(2070) 사이에 존재하는 렌즈(2063)의 조건이 수립되어, 광학적으로 공역의 위치 관계가 상기 어퍼처(2062)와 z 방향으로의 상기 검출기(2070)의 검출 표면 간에 성취되게 된다. 이러한 구성 또한 매우 유리하다. 이는 어퍼처(2062)의 위치에 있는 빔의 화상이 검출기(2070)의 검출 표면 상에 형성되도록 한다. 따라서, 상기 어퍼처(2062)에서의 빔 프로파일이 상기 검출기(2070)를 이용하여 관찰될 수 있고, 상기 어퍼처(2062)에서의 미러전자상이 취득가능하게 된다. 더욱이, EB-CCD(2065)가 제공될 필요도 없다.
상기 설명에 있어서, 측정 결과는 어퍼처 위치의 조정을 위하여 사용된다. 상기 제어부(2100) 또한 후술하는 어퍼처 형상과 어퍼처 사이즈의 조정을 위한 측정 결과를 적절하게 사용할 수도 있다.
(어퍼처 사이즈 및 어퍼처 형상의 조정)
상기 어퍼처(2062)의 사이즈(어퍼처 직경) 또한 본 실시예에서 중요하다. 미러전자의 신호 영역은 상술된 바와 같이 작기 때문에, 유효 사이즈는 10 내지 200 ㎛ 정도이다. 또한, 어퍼처 사이즈는 빔 직경보다 10% 내지 100% 더 큰 사이즈가 바람직하다.
이것과 관련하여 논의하면, 전자의 화상이 미러전자 및 2차방출전자로 형성된다. 상기 어퍼처 사이즈의 설정은 미러전자비를 더욱 증대시킬 수 있다. 이는 미러전자의 콘트라스트, 즉 패턴의 콘트라스트를 증대시킬 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 어퍼처의 개구가 작은 경우, 2차방출전자는 상기 어퍼처의 영역과 역으로 저하된다. 이는 정상부의 계조를 저감시킨다. 하지만, 미러전자신호는 변하지 않고, 패턴의 계조도 변하지 않는다. 결과적으로는, 패턴의 콘트라스트가 주변의 계조의 저하량만큼 증대될 수 있어, 보다 높은 S/N비를 얻을 수 있게 된다.
동일한 원리가 어퍼처 형상에도 적용된다. 상기 어퍼처(2062)에서의 미러전자의 스폿 형상(프로파일)에 어퍼처 형상을 정합시키는 것이 바람직하다. 결과적으로는, 어퍼처(2062)를 통과하는 2차방출전자가 미러전자신호의 변경없이 저감될 수 있게 된다. 그 결과, 패턴의 콘트라스트가 증대될 수 있고, 보다 높은 S/N비를 얻을 수 있게 된다.
상술된 신호 측정 또한 상술된 어퍼처 사이즈 및 형상의 조정 시에 수행될 수도 있다. 상기 신호 측정은 어퍼처 사이즈와 형상이 조금씩 변경되면서 반복될 수도 있다. 상기 어퍼처(2062)에서의 미러전자의 스폿은 도 61의 구성을 이용하여 측정된다. 대안적으로, 상기 스폿의 화상은 검출기(2070)와 어퍼처(2062) 간의 공역 위치 관계를 수립하여 상기 검출기(2070)에 의하여 취득된다. 이는 어퍼처의 사이즈와 형상을 용이하면서도 신속하게 조정되도록 한다.
상술된 바와 같이, 상기 미러전자는 어퍼처 사이즈와 형상에 매우 민감하다. 그러므로, 높은 S/N비를 얻기 위하여 어퍼처 사이즈와 형상을 적절하게 선택하는 것이 매우 중요하다.
(어퍼처의 변형예)
다음으로, 본 실시예에 적절하게 적용될 어퍼처의 변형예를 도 62 내지 도 67을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 어퍼처(2062)는 도 59 등의 단순한 선으로 표현된다. 하지만, 상기 어퍼처(2062)는 실제로 개구를 구비한 부재(구성요소)이다. 일반적으로, 상기 부재가 때때로 어퍼처로 언급되기도 하며, 때때로 상기 개구가 어퍼처로 언급되기도 한다. 상기 어퍼처의 변형예의 하기 설명에 있어서는, 상기 부재를 그 개구로부터 부재(구성요소)를 식별하기 위하여 어퍼처부재라고 한다. 상기 부재의 개구를 어퍼처 개구라고 말한다. 또다른 식별 방법에 있어서, 어퍼처부재는 NA 어퍼처 등이라고 할 수도 있다.
도 62 내지 도 67에서, 부호 2062a 내지 2062d는 어퍼처 부재를 나타낸다. 부호 2169, 2069, 2069a 및 2069b는 어퍼처 개구를 나타낸다. 어퍼처 형상은 일반적으로 어퍼처 개구의 형상을 의미한다. 상기 어퍼처 사이즈와 위치 또한 구체적으로는 어퍼처 개구의 사이즈와 위치를 의미한다. 여기서는 어퍼처 부재가 어퍼처 개구와 구별되지만, 일반적 표현에 따르면 본 출원 전반에 걸쳐 어퍼처 부재와 어퍼처 개구를 간단히 어퍼처라고 부를 수도 있다.
도 62는 참조예로서, 종래의 어퍼처 개구(2169)를 도시한 도면이다. 도 62에 도시된 바와 같이, 원형의 어퍼처 개구(2169)는 종래에 고정된 위치에 배치될 수도 있다. 결과적으로는, 상술된 어퍼처 사이즈와 형상의 적절한 선택이 이루어질 수 없었다. 다른 한편으로, 본 실시예에 따른 시료검사장치(2010)는 어퍼처 조정을 수행하기 위하여 어퍼처를 2차원적으로 또는 3차원적으로 이동시킬 수 있도록 구성된다.
도 63은 어퍼처 형상의 일례를 보여준다. 도 63에서, 어퍼처 개구(2069)는 타원형이다. 이러한 개구 형상은 미러전자신호의 강도 분포를 정합하도록 형성된다. 상기 예시에서, 강도 분포는 어퍼처 부재(2062)에서의 미러전자의 강도 분포의 측정 결과에 따라 y 방향으로 기다란 타원형 모양을 가진다. 여기서 y 방향은 E×B 필터(2046)에 의해 편향이 이루어지는 방향이다. 상기 y 방향은 1차전자빔의 광학축의 방향에 대응한다. 상기 y 방향으로 기다란 타원형 모양은 상기 E×B 필터(2046)의 편향 성분에 의해 야기되는 것으로 보인다. 그러므로, y 방향으로의 장축을 갖는 어퍼처 형상은 미러전자를 효율적으로 캡처하기 위하여 매우 유리하다. 이는 미러전자의 발생량을 이전보다 더 많이 증가시켜, 보다 높은 S/N비를 얻을 수 있다(예컨대, 2배 이상). 예를 들어, 2차전자빔의 강도 분포는 y 방향으로 100 ㎛ 연장되고, x 방향으로는 50 ㎛ 연장된다고 가정하자(이들 값은 반치전폭임). 상기 타원형 어퍼처 개구(2069)는 2차전자빔의 직경보다 10% 내지 100% 큰 범위에서 선택된다. 예를 들어, 상기 어퍼처 개구(2069)는 어퍼처 사이즈가 y 방향으로 150 ㎛이고 x 방향으로 75 ㎛이도록 선택될 수도 있다.
다음으로, 복수의 어퍼처 개구를 구비한 어퍼처 부재의 구성을 도 64 내지 도 67을 참조하여 설명하기로 한다. 여기서, 복수의 어퍼처 개구는 하나의 어퍼처로서의 기능을 한다.
도 64는 복수의 어퍼처 개구(2069a)를 구비한 어퍼처 부재(2062a)의 구성의 일례를 보여준다. 도 64에서, 상기 어퍼처 부재(2062a)는 2개의 원형 어퍼처 개구(2069a)를 구비한다. 상기 예시에서는, 2개의 개구가 미러전자의 강도 중심에 대하여 ±y 방향으로 변위된 위치에 배치된다. 상기 변위량은 예컨대 50 ㎛ 정도이다. 이러한 구성은 +y 및 -y 측에서 산란된 미러전자들 양자 모두를 캡처할 수 있다. 그러므로, 상기 구성은 산란된 미러전자와 백그라운드의 2차방출전자 간의 신호량의 차이를 증대시킬 수 있어, 높은 S/N비를 얻을 수 있게 한다. 이러한 이유는 산란 방향으로 이동하는 2차방출전자량이 소량으로 제한된다는 것이다. 그러므로, 백그라운드가 저감되고, S/N비가 상대적으로 향상될 수 있게 된다.
도 65는 4개의 어퍼처 개구(2069a)를 구비한 어퍼처 부재(2062b)의 구성의 일례를 보여준다. 도 65에서, 4개의 원형 어퍼처 개구(2069a)는 x 및 y축에 대하여 대칭으로 배치된다. 즉, 어퍼처 개구(2069a) 중 2개가 x축 상에 배치되고; 상기 어퍼처 개구(2069a) 중 2개는 y축 상에 배치되며; 4개의 어퍼처 개구(2069a)가 중심(원점)으로부터 같은 거리에 위치한다. 다시 말해, 4개의 어퍼처 개구(2069a)가 원점 주위에 등간격으로 배치된다. 보다 단순하게는, 4개의 어퍼처 개구(2069a)가 마름모 형상으로 배치된다. 결과적으로는, x 및 y 방향 양자 모두로 산란되는 미러전자가 있는 경우에도, 높은 S/N비로 전자를 취득할 수 있게 된다.
도 66은 4개의 어퍼처 개구(2069a)를 구비한 어퍼처 부재(2062c)를 보여준다. 도 66의 구성은 도 65의 구성과 상이한 일례이다. 도 66에서, 4개의 원형 어퍼처 개구(2069a)는 xy 평면에서 제1사분면 내지 제4사분면에 별도로 배치된다. 또한, 상기 예시에서는, 4개의 어퍼처 개구(2069a)가 x 및 y축에 대하여 대칭으로 배치되고, 중심(원점)으로부터 같은 거리에 배치된다. 다시 말해, 4개의 어퍼처 개구(2069a)가 원점을 중심으로 등간격으로 배치된다. 이러한 형상의 어퍼처 부재(2062c)에서도, 상기 어퍼처 개구(2069a)는, 미러전자의 신호 강도가 높은 위치에 제공될 수 있고, 높은 S/N비를 갖는 신호를 취득할 수 있다.
도 65 및 도 66에 도시된 바와 같이, 어퍼처 개구(2069a)의 수와 동일하지만 그들의 형태는 상이한 구성이 있을 수도 있다. 이는 적절한 어퍼처 부재(2062b 또는 2062c)가 의도된 용도에 따라 사용되도록 한다. 따라서, 높은 S/N비가 각각의 용도로 취득할 수 있게 된다.
도 67은 8개의 어퍼처 개구(2069b)를 구비한 어퍼처 부재(2062d)의 구성의 일례를 보여준다. 도 67에 도시된 바와 같이, 어퍼처 개구(2069b)의 수는 4개 이상일 수도 있다. 도 67에 도시된 어퍼처 부재(2062d)에서는, 복수의 어퍼처 개구(2069b)가 미러전자의 강도 중심 주위의 원주 상에 등간격으로 배치된다. 이러한 구성은 특이적으로 산란하는 미러전자가 있는 경우에 유리하고, 원주 상의 어퍼처 개구(2069b) 중 하나의 위치에서 현저하게 유리하다. 이러한 미러전자는 적절하게 캡처될 수 있다.
도 64 내지 도 67에서는, 상기 어퍼처 개구(2069a, 2069b)와 미러전자신호의 강도 중심 간의 관계의 관점에서, 상기 어퍼처의 위치는 강도 중심에서 벗어나 있다. 하지만, 본 발명이 이것으로 제한되는 것은 아니며, 상기 어퍼처의 위치는 강도 중심과 일치할 수도 있다. 즉, 어퍼처 개구 중 하나는 미러전자의 강도 중심과 일치하도록 배치될 수도 있다. 이 경우, 다른 어퍼처 개구는 산란된 미러전자를 캡처한다. 이러한 전자는 강도 중심에서 미러전자와 함께 전자 화상에 포함될 것이다. 이러한 복합 화상은 검출기(2070)에 의하여 얻어진다. 이러한 방식으로, 강한 미러전자의 복합 화상과 특이적으로 산란된 미러전자가 취득가능하다. 결과적으로는, 높은 S/N비가 취득가능하며, 산란 방향으로 특징이 있는 관찰 대상이 효과적으로 검출될 수 있다. 부가적으로는, 산란 방향의 특징이 관찰 대상을 분류하는데 사용될 수 있다.
(랜딩 에너지에 따른 어퍼처 조정)
나아가, 본 실시예에서는, 적절한 어퍼처 개구 형상과 사이즈가 사용될 랜딩 에너지 LE에 대해 선택될 수도 있다. 이러한 선택 또한 매우 유리한 효과를 제공한다. 상기 미러전자의 강도 분포는 랜딩 에너지 LE에 따라 변한다. 이에 따라, 본 실시예의 검사장치는 사용될 랜딩 에너지 LE에 따라 어퍼처의 사이즈와 형상을 선택하도록 구성될 수도 있다. 이는 어퍼처 조정이 강도 분포에 따라 수행되도록 하는데, 이는 매우 유리하다. 예를 들어, 미러전자는 y 방향으로 기다란 타원형 모양의 강도 분포를 가지고, 촬상 또는 검사가 2가지 상이한 조건 하에 실시된다고 가정하자. 예를 들어, 제1촬상 또는 검사 조건에서, 랜딩 에너지는 제1값, 즉 LE = 3 eV라고 가정하자. 제2촬상 또는 검사 조건에서, 랜딩 에너지가 제2값, 즉 LE = 2 eV라고 가정하자. 여기서는, 랜딩 에너지 LE가 작을수록, 미러전자의 강도 분포가 어퍼처 높이로 더욱 커진다. 상기 어퍼처 사이즈와 형상은 이러한 분포의 변화를 정합하도록 적절하게 선택된다. 예를 들어, 제1랜딩에너지가 사용되면, y 방향으로 100 ㎛ 그리고 x 방향으로 50 ㎛ 연장되는 타원의 어퍼처 개구(2069)가 선택될 수도 있다. 제2랜딩에너지가 사용되면, 미러전자의 강도 분포는 대략 2배 정도 더 크다. 이에 따라, y 방향으로 200 ㎛ 그리고 x 방향으로 100 ㎛ 연장되는 타원 형상의 어퍼처 개구(2069)가 사용될 수도 있다. 이러한 방식으로, 미러전자가 매우 효과적으로 검출될 수 있다.
(어퍼처조정기구)
최종적으로, 어퍼처조정기구의 설명을 보완하기로 한다. 본 실시예에서는 복수의 어퍼처(어퍼처 부재)가 일체화될 수도 있다. 즉, 복수의 어퍼처 개구가 하나의 어퍼처 부재에 제공될 수도 있다. 상기 형상과 사이즈는 복수의 어퍼처 개구 가운데 상이할 수도 있다. 이 경우, 상기 어퍼처조정기구는 어퍼처 부재를 이동시켜, 어퍼처 개구들을 상호교환시키고, 어퍼처 형상과 어퍼처 사이즈를 조정하게 된다.
또다른 예시는 어퍼처들이 일체화되지 않은 구성이다. 즉, 복수의 어퍼처 부재가 제공되고, 각각의 어퍼처 부재는 어퍼처 개구를 구비한다. 복수의 어퍼처 부재 가운데 1이상의 어퍼처 사이즈와 개구 형상이 상이하다. 이 경우, 상기 어퍼처조정기구가 선택되어 어퍼처 부재들을 상호교환함으로써, 어퍼처 형상과 어퍼처 사이즈를 조정하게 된다.
상술된 2개의 구성을 조합할 수도 있다. 예를 들어, 각 타입의 어퍼처 형상에 대하여 하나의 어퍼처 부재가 준비된다. 각각의 어퍼처 부재는 형상은 동일하지만 사이즈가 상이한 복수의 어퍼처 개구를 구비한다. 이와는 반대로, 각 어퍼처 사이즈에 대하여 하나의 어퍼처 부재가 준비된다. 이 경우, 각각의 어퍼처 부재는 사이즈는 같지만 형상은 상이한 복수의 어퍼처 개구를 구비할 수도 있다.
상기 어퍼처조정기구(2200)는 상기 어퍼처들을 이동 및 상호교환하기 위한 여하한의 구성을 구비할 수도 있다. 도 61의 예시에 도시된 XY 스테이지는 상기 어퍼처들을 이동 및 상호교환하는데 사용될 수도 있다. 리니어모터가 상기 어퍼처들을 이동 및 상호교환시킬 수도 있다. 회전지지부재가 어퍼처를 지지할 수도 있고, 통상의 회전모터가 상기 어퍼처들을 이동 및 상호교환시킬 수도 있다.
지금까지 본 실시예의 어퍼처 조정을 상세히 설명하였다. 상기 사이즈, 위치 및 형상 모두 상술된 어퍼처들에서 변경가능하다. 본 발명이 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 범위 내에서 사이즈, 위치 및 형상 중 하나 이상이 조정될 수도 있다.
상기 설명에서는, 상기 어퍼처 설정에서 수시로 변경가능하다. 하지만, 어퍼처 설정은 본 발명의 범위 내에서의 조정 이후 고정될 수도 있다. 이 경우, 어퍼처 사이즈, 위치 및 형상이 상술된 원리에 따라 먼저 조정되어 결정될 수도 있다. 그 후, 상기 결정된 어퍼처 명세가 고정식으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 상술된 타원형 어퍼처가 계속해서 사용될 수도 있다.
지금까지 상기 본 발명의 실시예들을 기술하였다. 본 발명에서는, 랜딩 에너지의 적절한 조정이 시료 상의 미세 패턴의 콘트라스트를 증대시키게 되므로, 미세 패턴을 관찰할 수 있게 된다.
본 발명은 특히 양 측에 에지를 구비하므로 중공 패턴에서는 미러전자가 용이하게 발생되는 미러전자발생현상의 특성에 주목한다. 종래에는 이러한 특성이 패턴 관찰에 사용되지 않았다. 중공 패턴에 발생되는 미러전자량은 전자빔의 랜딩 에너지에 좌우된다. 그러므로, 상기 랜딩 에너지는 조사전자가 중공 패턴에서 효율적으로 미러전자가 되도록 설정된다. 이는 중공 패턴에서의 분해능과 콘트라스트를 증대시킬 수 있어, 미세 패턴을 관찰할 수 있게 된다.
본 발명의 기술에서는, 랜딩 에너지가 상당히 낮은 값으로 설정된다. 따라서, 본 발명의 관찰 기술을 저(低)랜딩에너지기술이라고 할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상술된 저랜딩에너지기술은 투영식 관찰장치에 적용된다. 이는 짧은 시간 내에 미세 패턴을 관찰할 수 있게 한다.
구체적으로, 상기 저랜딩에너지는 미러전자와 2차방출전자가 혼재하는 천이 영역에서 설정될 수도 있다. 상기 랜딩 에너지 LE는 LEA ≤ LE ≤ LEB + 5 eV로 설정될 수도 있다. 이러한 설정은 미러전자를 패턴부에 용이하게 발생시킬 수 있어, 화상 내의 패턴의 콘트라스트를 증대시킬 수 있게 된다.
본 발명에서는, 상기 상세히 설명된 바와 같이, 어퍼처의 사이즈, 위치 및 형상이 적절하게 조정되는데, 이는 화상에서의 패턴의 콘트라스트를 더욱 증대시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 투영식 관찰장치와 SEM은 동일 챔버에 제공되고, 동일 스테이지를 사용하며, 복합형 관찰장치를 구성한다. 결과적으로는, 2가지 종류의 검사가 일련의 과정으로 실시되는 경우에, 포지셔닝 시간이 저감되고 포지셔닝 정확도가 현저하게 증대되게 된다. 따라서, 신속하면서도 정밀한 관찰이 가능하게 된다.
지금까지는 현시점에서의 본 발명의 바람직한 실시예를 기술하였지만, 이것에 대한 각종 변경 및 변형들이 가능하다는 점은 자명하며, 첨부된 청구범위는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에 있는 한 이러한 모든 변경 및 변형예들을 커버하는 것으로 의도된다.
산업상 이용가능성
상기 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 시료관찰기술은 반도체웨이퍼, 마스크 등의 검사 시에 유용하다.
[제4관점]
제4관점은 복수의 막이 형성되는 시료의 관찰에 관한 것으로, 특히 후술하는 막이 코팅된 기판의 검사에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 막이 코팅된 기판의 표면 하부에 존재하는 하층막 등의 형상과 기판의 형상을 검출할 수 있는 기술을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 하층막 등에 존재하는 이물 등을 검출할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명은 막이 코팅된 기판의 검사방법에 관한 것이다. 상기 막이 코팅된 기판은 입체 형상이 형성되는 기판 및 상기 기판 상에 적층 및 형성된 상이한 재료로 이루어지는 복수의 막을 구비하고, 상기 막이 코팅된 기판은 또한 최상층막의 제거에 의해 하층막이 노출되는 구조도 포함한다. 상기 막이 코팅된 기판의 검사방법은, 상기 기판 상에 상기 3차원형상이 형성된 영역 바로 위에 위치한 상기 최상층막과, 상기 기판 상에 3차원형상이 형성되어 있지 않은 영역 바로 위에 위치한 상기 최상층막, 및 상기 하층막 간에 표면 전위가 서로 달라지도록 설정된 랜딩 에너지를 갖는 하전입자빔을 상기 막이 코팅된 기판의 표면에 조사하는 단계; 상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위에 대한 정보를 취득한 전자를 검출하여, 상기 막이 코팅된 기판의 표면의 전위 콘트라스트를 취득하는 단계; 및 상기 전위 콘트라스트를 토대로, 상기 최상층막의 형상과 상기 기판 상에 형성된 3차원형상을 동시에 검출하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 막이 코팅된 기판의 표면의 정전용량을 이용하면, 이는 막이 코팅된 기판의 표면 상의 최상층막의 형상 뿐만 아니라 상기 표면으로부터 볼 수 없는 영역의 검사를 가능하게 한다. 결과적으로, 상기 막이 코팅된 기판의 두께 방향으로의 형상도 검사될 수 있게 된다.
본 발명의 방법에서는, 전위 콘트라스트를 토대로 이물이 추가로 검출될 수도 있다.
이는 전위 콘트라스트를 토대로 막이 코팅된 기판에 포함되거나 또는 그 위에 존재하는 이물의 존재의 검출을 가능하게 한다.
본 발명의 방법에서는, 막이 코팅된 기판의 표면에는 랜딩 에너지가 변화되면서 하전입자빔이 복수 회 조사될 수도 있다.
이는 상기 막이 코팅된 기판의 표면의 전위 콘트라스트가 용이하게 취득되는 상태에서 검사를 실시할 수 있게 한다.
본 발명에 있어서, 하전입자빔의 랜딩 에너지는 각각의 조사에서 저감될 수도 있다.
이는 막이 코팅된 기판의 표면이, 미러전자가 용이하게 생성되는 상태에 있도록 한다. 미러전자는 막이 코팅된 기판과 충돌하기 전에 반사되는 전자이다. 상기 구성은 미러전자를 용이하게 발생시킬 수 있어, 막의 형상을 적절하게 검출되도록 한다.
본 발명은 또한 기판 상에 적층되어 형성된 상이한 재료로 이루어지는 복수의 막의 형상을 검출하기 위한 막이 코팅된 기판의 검사방법이다. 이러한 방법은, 상기 막의 재료 가운데 종류와 두께의 차이에 따라 상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위가 달라지도록 설정된 랜딩 에너지를 갖는 하전입자빔을 상기 막이 코팅된 기판의 표면에 조사하는 단계; 상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위에 대한 정보를 취득한 전자를 검출하여, 상기 막이 코팅된 기판의 표면의 전위 콘트라스트를 취득하는 단계; 및 상기 전위 콘트라스트를 토대로, 상기 복수의 막의 형상을 검출하는 단계를 구비한다.
상기 막이 코팅된 기판의 표면의 정전용량의 차이를 이용하면, 이는 상기 기판 상에 형성된 복수의 막층의 형상이 상기 막이 코팅된 기판의 표면으로부터 검출되도록 한다. 결과적으로는, 막이 코팅된 기판의 표면의 화상을 단순히 취득하여서는 검출될 수 없는 막의 형상 결함이 검출될 수 있다. 본 발명에서는 각각의 막의 형상이 적절하게 검출될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 복수의 막의 형상은 부분적으로 또는 국부적으로 변하는 두께일 수도 있다.
이는 부분적으로 생긴 두께의 불균일성을 막의 결함으로서 검출되도록 한다.
본 발명에 있어서는, 전위 콘트라스트를 토대로 이물이 추가로 검출될 수도 있다.
이는 막에 이물이 있는 경우 전위 콘트라스트의 큰 변화를 토대로 이물이 검출되도록 한다. 결과적으로는, 막에 있는 이물이 막이 코팅된 기판의 표면으로부터 검출될 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 막이 코팅된 기판의 표면은 랜딩 에너지가 변화되면서 하전입자빔으로 복수 회 조사될 수도 있다.
따라서, 상기 막이 코팅된 기판의 표면의 상태들이 조정될 수 있어, 상기 막이 코팅된 기판의 표면의 전위 콘트라스트의 차이가 상기 재료의 두께 변동에 따라 용이하게 발생되도록 한다. 결과적으로는, 상기 막이 코팅된 기판이 적절한 조건 하에 검사될 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 하전입자빔의 랜딩 에너지는 각각의 조사 시에 저감될 수도 있다.
이는 막이 코팅된 기판의 표면을 미러전자가 용이하게 생성되는 상태에 있도록 한다. 미러전자는 막이 코팅된 기판과의 충돌 전에 반사되는 전자이다. 상기 구성은 미러전자를 용이하게 생성되도록 하여, 막의 형상을 적절하게 검출되도록 한다.
본 발명에 있어서는, 절연재료로 이루어지는 막을 복수의 막이 포함할 수도 있다.
결과적으로는, 절연재료를 포함하는 막이 검사되는 경우에도, 상기 막의 형상이 적절하게 검출될 수 있고, 형상의 결함이 발견될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 하전입자빔의 랜딩 에너지는 -10 eV 내지 50 eV의 범위 내에 있을 수도 있다. 보다 바람직하게는, 랜딩 에너지가 -5 eV 내지 5 eV의 범위 내에 있을 수도 있다.
결과적으로, 전위 콘트라스트에 있어서 큰 변화를 나타내는 미러전자가 적절하게 사용될 수 있고, 다층막의 형상이 검출될 수 있다.
본 발명은 또한 막이 코팅된 기판용 검사장치이되, 상기 막이 코팅된 기판은 입체 형상이 형성되는 기판을 구비하고, 복수의 막은 상기 기판 상에 적층되어 형성된 상이한 재료를 포함하여 이루어지며, 상기 막이 코팅된 기판은 최상층막이 제거되는 것에 의해 하층막이 노출되는 구조를 포함한다. 상기 막이 코팅된 기판검사장치는, 상기 기판 상에 상기 3차원형상이 형성된 영역 바로 위에 위치한 상기 최상층막과, 상기 기판 상에 3차원형상이 형성되어 있지 않은 영역 바로 위에 위치한 상기 최상층막, 및 상기 하층막 간에 표면 전위가 서로 달라지도록 설정된 랜딩 에너지를 갖는 하전입자빔을 상기 막이 코팅된 기판의 표면에 조사하는 하전입자조사부(하전입자조사수단); 상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위에 대한 정보를 취득한 전자를 검출하여, 상기 막이 코팅된 기판의 표면의 전위 콘트라스트를 취득하는 검출기; 및 상기 전위 콘트라스트를 토대로, 상기 최상층막의 형상과 상기 기판 상에 형성된 3차원형상을 동시에 검출하는 연산부(연산수단)를 포함하여 이루어진다.
이는 막이 코팅된 기판의 표면 상의 최상층막의 형상 뿐만 아니라 상기 표면으로부터 가시적인 기판 상의 입체 형상의 검출을 가능하게 한다. 상기 층들의 하부에서 상기 기판의 결함을 포함하는 형상 결함들이 검사될 수 있다.
본 발명은 또한 기판 상에 적층형성된 다른 재료로 이루어지는 복수의 막의 형상을 검출하는 막이 코팅된 기판의 검사장치이다. 상기 장치는, 상기 막의 재료 가운데 종류와 두께의 차이에 따라 상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위가 달라지도록 설정된 랜딩 에너지를 갖는 하전입자빔을 상기 막이 코팅된 기판의 표면에 조사하는 하전입자조사부(하전입자조사수단); 상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위에 대한 정보를 취득한 전자를 검출하여, 상기 막이 코팅된 기판의 전위 콘트라스트를 취득하는 촬상 소자; 및 상기 전위 콘트라스트를 토대로, 상기 복수의 막의 형상을 검출하는 연산부(연산수단)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이는 다층막에서의 두께 불균일성과 같은 형상 결함이 상기 막이 코팅된 기판의 형상으로부터 검출되도록 한다. 그 다층막의 형상 결함은 하나의 검사에 의하여 검출될 수 있으므로, 검사 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 각각의 막의 형상이 적절하게 검출될 수 있다.
본 발명의 장점
본 발명에서는, 상술된 바와 같이, 막이 코팅된 기판 상의 표면층 뿐만 아니라 하부에 존재하는 기판 및 막의 형상이 상기 표면으로부터 검출될 수 있다.
본 발명의 실시예
이제, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 하기 상세한 설명과 첨부된 도면은 본 발명을 제한하려는 의도는 전혀 없다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 한정된다.
도 68은 일 실시예에 따른 막이 코팅된 기판의 검사방법을 실시하기 위한 검사장치의 개략적인 구성을 보여준다.
도 68에서는, 막이 코팅된 기판(3040)이 배치되고, 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 표면이 전자건(3060a)에 의하여 전자빔으로 조사되고 있다. 상기 전자빔은 본 발명의 하전입자빔의 일례이다. 상기 하전입자빔은 또한 이온 등을 이용하는 빔일 수도 있다. 상기 전자빔은 후술하는 실시예에서 사용된다. 상기 막이 코팅된 기판(3040)은 기판(3010) 및 상기 기판(3010) 상에 형성된 다층막(3020)을 구비한다. 상기 다층막(3020)은 복수의 층(3021 내지 3024)을 포함하여 이루어진다. 본 실시예는 각종 용도의 막이 코팅된 기판(3040)에 적용될 수도 있다. 상기 막이 코팅된 기판(3040)은, 예컨대 레티클(포토마스크)에서 사용하기 위한 기판일 수도 있다. 상기 막이 코팅된 기판(3040)은 후술하는 예시의 레티클에도 적용된다.
상기 기판(3010)은 막이 코팅된 기판(3040)의 주재료로 사용된 베이스이고, 예컨대 마스크 블랭크와 같은 글래스 기판이다. 상기 다층막(3020)은 상이한 재료로 이루어진 복수의 막(3021 내지 3024)을 포함하여 이루어진다. 상기 막(3021 내지 3024)은 상이한 재료로 이루어진 2종 이상의 막을 포함한다. 따라서, 2종의 재료가 예컨대 상기 막(3021 내지 3024)으로 교대로 적층될 수도 있다.
도 68에서는, 가속 전압 Vacc이 전자건(3060)에 인가된다. 리타딩 전압 RTD은 막이 코팅된 기판(3040)에 인가된다. 상기 가속 전압(Vacc)은 전자건으로부터 지면을 향해 생성되는 전자를 가속하기 위하여 인가된다. 상기 가속 전압(Vacc)은, 예컨대 -4000 V ~ -7000 V 사이의 임의의 전압이다.
예컨대, -4000 V의 전압은 막이 코팅된 기판(3040)인 레티클의 표면에 인가된다. 전자는 가속 전압에 의하여 지면을 향해 가속된다. 전자에서 본 레티클의 전압은 가속 전압이 -4000 V일 때 0 V이다. 전자에서 본 레티클의 전압은 가속 전압이 -7000 V일 때 -3000 V이다.
상기 설명에서는, 레티클(막이 코팅된 기판(3040))에 인가된 전압이 리타딩 전압(RTD)이다. 상기 리타딩 전압을 가속 전압에서 감산하여 얻어진 값이 랜딩 에너지 LE이다. 즉, 상기 랜딩 에너지 LE는 지면을 향해 가속된 전자로부터 본 레티클의 전압이다.
상기 랜딩 에너지 LE를 조정하는 방법을 설명하기로 한다. 100 V 정도의 단위에서 조정이 행해지면, 가속 전압 Vacc을 이용하여 조정이 행해진다. 10 V 정도의 단위에서의 미세 조정은 때때로 리타딩 전압 RTD을 변경하여 행해지기도 한다. 상기 리타딩 전압 RTD 이외의 전압은 레티클의 최상면의 전압에 중첩된다고 가정하자. 이러한 경우는 예컨대 차지업 등으로 인하여 발생된다. 이 경우, 표면 전압 △V의 보정은 리타딩 전압 RTD를 조정하여 행해진다.
도 68의 예시에서는, 가속 전압 Vacc가 -4005 V이고, 리타딩 전압 RTD는 -4002 V이다. 전자건(3060)으로부터 방출되는 전자가 막이 코팅된 기판(3040)의 표면에 입사되면, 랜딩 에너지 LE는 3 eV이다.
LE = (RTD - Vacc) × e = {-4002 - (-4005)} × e = 3 eV
상기에서 보는 바와 같이, 막이 코팅된 기판(3040)이 조사되는 하전입자빔의 랜딩 에너지 LE는 상기 전자건(3060)측에서의 가속 전압 Vacc와 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 표면에 인가되는 리타딩 전압 RTD를 조정하여 설정될 수 있다.
여기서 본 실시예에서는, SEM식 전자현미경, 투영식 전자현미경 등이 막이 코팅된 기판(3040)의 표면을 촬상하도록 하전입자빔을 이용한다. 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 표면으로부터 리턴하는 전자량은 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 표면의 형상 및 재료의 차이에 따라 그리고 랜딩 에너지 LE에 따라 변화한다. 이러한 재료의 차이는, 예컨대 절연재료와 도체의 조합, 유전율이 상이한 절연체들의 조합, 및 그들의 모든 조합이다. 형상의 차이는 표면의 불균일성 등이다. 상기 전자량의 차이는, 재료의 차이에 기인하는 휘도의 차이로서, 또는 표면 형상의 차이에 기인하는 휘도의 차이로서 상기 막이 코팅된 기판의 표면의 화상에 나타난다. 상기 재료의 차이에 기인하는 휘도차는 "재료 콘트라스트"라고 불리운다. 표면 형상의 차이에 기인하는 휘도차는 "형상 콘트라스트"라고 불리운다.
이러한 콘트라스트 등은 표면 전위의 차이에 기인하는 현상이다. 막이 코팅된 기판(3040)을 구성하는 재료의 차이 또는 형상의 차이는 상기 기판 표면의 전위차를 발생시킨다. 이러한 표면 전위차는 상기 표면으로부터 리턴하는 전자량의 차이를 유발한다.
이러한 전위차는 재료의 특성에 기인한다. 상기 재료 특성은, 예컨대 도체의 시트저항값, 및 절연재료의 비유전율(relative permittivity)이다. 도체와 절연재료의 적층된 구조에 있어서, 두께의 차이에 기인하는 정전용량의 차이가 전위의 차이를 유발한다. 형상의 차이에 좌우되는 전계 분포의 차이 또한 전위차에 기인한다.
상기 표면 전위의 차이는 전자빔에 의한 조사에 의하여 더욱 주목받을 수도 있다. 자연대전(spontaneous charging)에 기인하는 전위차가 사용될 수도 있다.
다층막(2종 이상의 재료가 적층되는 막)이 기판 상에 형성되고, 상기 다층막 내에 이물이 존재한다고 가정하자(다층막의 최상면에 이물이 존재하지 않는 경우). 전자빔에 의한 조사가 다층막 내의 이물의 존재를 유도하여 최상면의 전위의 차이로 분명하게 나타나도록 유도하면, 상기 다층막 내의 이물이 전위차로부터 검출될 수 있다. 즉, 다층막 내의 이물의 존재 유무에 따라 표면 전위를 변화시키기 위하여 전자빔으로 조사함으로써 이물이 검출될 수 있다.
도 69는 랜딩 에너지 LE의 차이에 따른 휘도차를 보여준다. 보다 구체적으로는, 도 69는 랜딩 에너지 LE가 변화되면서 전자빔을 기판에 조사할 때, 상기 기판으로부터 리턴하는 2차방출전자량의 차이에 기초한 화상의 휘도차를 보여준다. 도 69에서, 막이 코팅된 기판(3040)의 표면 전위는 0이다(표면 전위 △V = 0).
실제로, 전자빔조사에 의한 대전과 자연대전으로 인하여 그리고 표면 재료의 유전율과 2차전자방출효율 등으로 인해서도 막이 코팅된 기판(3040)의 표면에서의 표면 전위 분포가 있게 된다.
도 70a 및 도 70b는 전자빔조사에 기인하는 전위차의 일례로서, 상기 기판(3010)에 형성된 형상과 상기 기판(3010) 상의 막(3020)에 형성된 형상 간의 전위차를 보여준다. 도 70a는 막이 코팅된 기판(3040)의 표면 전위를 보여준다. 도 70b는 막이 코팅된 기판(3040)의 단면 구성을 보여준다. 전위차의 원리는 정전용량의 차이와 최상면 상에 노출된 재료의 차이에 의해 전위차가 발생된다는 것이다.
도 70b에서는, 기판(3010) 상에 중공 패턴(3011)이 형성된다. 다층막(3020)은 기판(3010) 상에 형성된다. 상기 다층막(3020)은 하층막(3021)과 최상층막(3022)을 포함하여 이루어진다. 상기 하층막(3021)과 최상층막(3022)은 상이한 재료로 이루어진다. 상기 하층막(3021)은 기판 상의 층을 구성하고, 상기 기판(3010) 상의 중공 패턴(3011)에는 상기 하층막(3021)이 충전된다. 상기 최상층막(3022)은 상기 하층막(3021) 상에 적층되고, 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 표면을 구성한다. 상기 최상층막(3022)은 절단부를 구성하는 홈형상(3030)을 가진다. 상기 하층막(3021)은 상기 홈패턴(3030)의 저부에서 노출된다.
상기 하층막(3021)과 최상층막(3022)은 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 대부분의 영역에 걸쳐 고른 두께를 가진다. 중공 패턴(3011)이 기판(3010) 상에 형성되는 영역에 있어서, 상기 하층막(3021)은 주변보다 더 두껍다. 상기 홈패턴(3030)이 최상층막(3022)에 형성되는 영역에서는, 상기 최상층막(3022)이 손실되고, 전체 두께가 얇아지며, 상기 표면이 하층막(3021)으로 구성된다.
도 70b에 도시된 재료와 두께의 차이의 영향 하에, 도 70a의 표면 전위의 분포가 있게 된다. 이러한 표면 전위는, 랜딩 에너지 LE의 설정값과 그 실효값 LEe 간의 전위차 △V를 유도한다. 보다 구체적으로는, 상기 막이 코팅된 기판(3040)이 동일 랜딩 에너지 LE를 갖는 전자빔으로 조사된다고 가정하자. LE는 설정값이고, 가속 전압 Vacc와 리타딩 전압 RTD 간의 차이이다. 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 표면에서의 랜딩 에너지의 실제값을 실효 랜딩 에너지 LEe라고 한다. 상기 실효값 LEe는 전위차 △V만큼 상기 설정값 LE와 상이하다. 상기 전위차 △V는 표면 전위에 대응한다. 실효 랜딩 에너지 LEe는 LEe = LE + △V로 표현된다.
상술된 바와 같이, 막이 코팅된 기판(3040)의 표면 전위 분포가 있고, △V가 상이한 영역이 있다고 가정하자. 전체 막이 코팅된 기판(3040)은 동일 랜딩 에너지 LE를 갖는 전자빔으로 조사된다. 그 결과, 실효 랜딩 에너지 LEe에서 차이가 발생하게 된다. 이러한 LEe의 차이는 화상에서의 휘도의 차이로 캡처되고, 전위 콘트라스트로 검출된다.
화상에서의 휘도차는, 예컨대 패턴, 레티클, 또는 막의 이물을 나타낸다. 도 70a 및 도 70b의 예시에서는, 입체적 패턴 형상이 화상에서의 휘도차를 발생시킨다. 도 70b에서, 하층막(3021)은 기판(3010) 상의 중공 패턴(3011)의 영역에서 주변보다 두껍게 형성된다. 상기 영역 바로 위에 위치한 표면의 전위가 현저하게 저감된다. 다른 한편으로, 상기 홈패턴(3030)은 최상층막(3022)이 제거되는 곳으로, 여기서 하층막(3021)이 노출되게 된다. 상기 영역 바로 위에 위치한 표면의 전위는 주변보다 약간 높은 값을 나타낸다. 이는 하층막(3021)과 최상층막(3022) 간의 특성의 차이를 나타낸다. 상기 하층막(3021)의 재료는 표면 전위를 현저하게 저감시킨다. 상기 최상층막(3022)의 재료가 표면 전위를 저감시키는 정도는 상기 하층막(3021)의 재료에 비해 적다.
본 실시예에 따른 검사방법에 있어서는, 상기에서 보는 바와 같이, 막과 기판의 재료 및 형상에 따라 표면 전위가 달라지도록 설정된 랜딩 에너지 LE를 갖는 전자빔으로 조사가 이루어진다. 보다 구체적으로는, 상기 랜딩 에너지 LE는, "중공 패턴(3011)과 같은 입체 패턴이 기판(3010) 상에 형성되는 영역 바로 위에 위치한 표면", "중공 패턴(3011)과 같은 입체 패턴이 기판(3010) 상에 형성되지 않는 영역 바로 위에 위치한 표면", 및 "홈(3030)과 같은 입체 패턴이 최상층막(3022)에 형성되어 하층막(3021)이 노출되는 영역" 간에 표면 전위가 달라지도록 설정된다. 본 실시예의 방법에서는, 막이 코팅된 기판(3040)의 표면이 이러한 전자빔에 의해 조사되고, 상기 표면 전위 분포에 기초한 전위 콘트라스트가 취득된다. 이는 막이 코팅된 기판(3040)의 패턴이 검출될 수 있게 한다.
도 71은 막이 코팅된 기판(3040) 상에 형성된 패턴 및 형상 결함의 일례를 도시한 사시도이다. 도 71의 예시에서, 막이 코팅된 기판(3040)은 도 70b에 도시된 단면 형상에 대응하고, 패턴 결함(3031, 3032)을 추가로 구비한다.
보다 구체적으로는, 도 70a에서와 같이 도 71에서도, 막이 코팅된 기판(3040)이 기판(3010) 및 다층막(3020)을 구비한다. 중공 패턴(3011)이 입체 패턴으로서 상기 기판(3010) 상에 형성된다. 기판(3010)에는 하층막(3021)이 형성되는데, 여기서 최상층막(3022)이 적층된다. 상기 최상층막(3022)은 막이 코팅된 기판(3040)의 표면을 구성한다. 상기 홈패턴(3030)에 대응하는 최상층막(3022)의 부분은 제거된다. 상기 하층막(3021)은 홈패턴(3030)에서 노출되고, 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 표면을 구성한다. 상기 패턴 결함(3031, 3032)은 상기 홈패턴(3030)의 영역에 형성된다. 상기 홈패턴(3030)의 영역은 설계 패턴에 있어서 직사각형을 가지는데, 즉 직사각형 영역이 최상층막(3022)으로부터 제거되어야 한다. 하지만, 도 71에서는, 상기 패턴 결함(3031)이 횡방향으로 돌출하도록 형성된다. 상기 패턴 결함(3032)은 횡방향으로 덴팅(dent)된 홈패턴(3030)으로 형성된다. 도 71에서, 상술된 바와 같이, 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 입체 구조에 패턴 결함이 횡방향으로, 즉 평면을 따르는 방향으로 형성된다.
본 실시예에서는, 상술된 패턴 결함 영역의 패턴 형상은 막이 코팅된 기판(3040)의 표면의 전위 콘트라스트를 취득하여 검출되기도 한다. 검출된 패턴을 설계 패턴과 비교하여 패턴 결함이 발견 및 검출될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 실시예에서는, 막이 코팅된 기판(3040)의 패턴이 검사될 수 있고, 표면의 형상, 하층막의 형상 및 기판의 형상을 포함하는 넓은 범위에 걸쳐 패턴 결함이 검출될 수 있다.
도 72는 표면 상의 이물과 패턴에 기인하는 전위 분포의 전위 콘트라스트의 개략적인 도면이다. 최하단(부호 (c))은 단면 구성이고, 도 70b의 구성에 대응한다. 중단(부호 (b))은 단면 구성이 전자빔으로 조사될 때 관찰된 표면 전위 분포를 보여준다. 최상단(부호 (a))은 표면 전위에 기인하는 화상에서의 휘도 분포를 보여준다.
도 72의 막이 코팅된 기판(3040)(부호 (c))의 구성은 도 70b에서와 동일하다. 하지만, 도 70b에서와는 달리, 도 72의 최상층막(3022)의 표면에 이물(3050)이 존재한다. 막이 코팅된 기판(3040)의 패턴 형상이 설계된 바와 같이 형성되더라도, 이물(3050)이 때때로 이와 같이 존재하기도 한다. 본 실시예는 또한 이러한 이물(3050)을 검출할 수 있게 한다. 구체적인 검사방법을 후술하기로 한다.
도 72에서, 중간 도면(부호 (b))은 막이 코팅된 기판(3040)의 표면 전위 분포이고, 전위 콘트라스트상의 휘도(계조)와 표면 전위 분포 간의 관계를 추가로 보여준다. 상기 휘도는 표면 전위에 따라 변하는 것을 볼 수 있다. 앞서 도 70a를 참조하여 기술된 바와 같이, 상기 표면 전위 분포는 막이 코팅된 기판(3040)의 단면 형상에 대응한다. 상기 기판(3010) 상의 중공 패턴(3011)의 영역 바로 위에 위치한 표면의 전위가 저감된다. 상기 하층막(3021)은 최상층막(3022)의 홈패턴(3030)에서의 표면 상에 노출되고, 상기 표면 전위는 상기 영역에서 증가된다. 다른 한편으로, 이물(3050)이 존재하는 표면 전위가 저감된다. 상기 이물(3050)의 영역에서의 표면 전위는 중공 패턴(3011)의 영역에서보다 훨씬 더 많이 저감된다. 이러한 방식으로, 이물(3050)이 존재하는 영역은 상기 최상층막(3022) 및 기판(3010)의 패턴 형상의 것과 상이한 표면 전위를 나타낸다. 도 72의 예시에서는, 이물의 전위의 변화가 패턴 형상의 것보다 크다. 따라서, 상기 이물(3050)에 기인하는 전위 변화가 인식될 수 있다.
일반적으로, 상술된 예시에서와 같이, 상기 이물(3050)에 기인하는 표면 전위 변화는 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 패턴 형상에 기인하는 것보다 종종 큰 것으로 보인다. 이러한 특징을 토대로 상기 이물(3050)에 의한 오염이 검출될 수 있다. 도 72의 중간 도면에는 표면 전위와 휘도 간의 관계의 그래프가 제공된다. 이 그래프는 막이 코팅된 기판(3040)의 표면 전위의 차이가 전위 콘트라스트의 휘도에 반영된다는 것을 보여준다.
도 72에서, 상단 도면(부호 (a))은 전위 콘트라스트의 형태로, 표면 전위 DN에 따른 휘도를 보여준다. 예시된 바와 같이, 휘도(계조)는 위치에 따라 변하고, 이물의 존재 유무에 따라 변하기도 한다. 보다 구체적으로는, 휘도차가, "입체 형상의 중공 패턴(3011)이 기판(3010) 상에 형성되는 영역 바로 위에 위치한 영역", "홈패턴(3030)이 최상층막(3022)에 형성되는 영역 바로 위에 위치한 영역", "하층막(3021)과 최상층막(3022)이 기판(3010) 상에 형성되는 영역 바로 위에 위치한 영역", 및 "이물(3050)이 존재하는 영역 바로 위에 위치한 영역" 간에 나타날 수 있게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 검사방법이 막이 코팅된 기판(3040)에서의 패턴 결함 뿐만 아니라 이물에 의한 오염도 검출할 수 있게 된다.
이제, 전자빔의 랜딩 에너지의 설정값을 설명하기로 한다. 여기서 사용될 랜딩 에너지는 0 eV 부근의 저에너지이다. 이러한 저에너지 영역에서, 검출될 전자의 종류는 랜딩 에너지에 따라 변한다. 검출될 전자는 미러전자와 2차방출전자이다. 상기 2차방출전자는 2차전자, 반사전자 및 후방산란전자를 포함하고, 이들이 혼재될 수도 있다. 2차전자는 2차방출전자의 대표이므로, 2차전자가 하기 설명에서는 일례로 사용될 수도 있다. 상기 미러전자는 그 표면과의 충돌없이 막이 코팅된 기판(3040)으로부터 반사되는 전자를 말한다. 상기 전자빔은 막이 코팅된 기판(3040) 직전에 턴하므로, 미러전자가 생성되게 된다.
큰 랜딩 에너지는 2차방출전자를 주로 검출하도록 한다. 이러한 영역을 2차방출전자영역이라고 한다. 작은 랜딩 에너지는 미러전자를 주로 검출하도록 한다. 이러한 영역을 미러전자영역이라고 한다. 미러전자와 2차방출전자는 2차방출전자영역과 미러전자영역 사이의 영역에서 혼재된다. 이러한 영역을 천이 영역 또는 혼재 영역이라고 한다. 상기 천이 영역은 2차방출전자영역의 하한(LEB)과 미러전자영역의 상한(LEA) 사이의 영역이다. 상기 2차방출전자영역을 2차전자모드라고 할 수도 있고; 미러전자영역을 미러전자모드라고 할 수도 있으며; 천이영역을 미러/2차전자혼재모드라고 할 수도 있다.
상술된 에너지 영역들 가운데, 본 실시예에서는 천이 영역(혼재 영역)이 적절하게 적용된다. 이는 상술된 막이 코팅된 기판(3040)의 표면 전위의 전위 콘트라스트의 적절한 취득을 가능하게 한다.
상기 미러전자와 2차전자는 2차전자광학계에서 상이한 궤도를 통과한다. 그리하여, 천이 영역(미러/2차전자혼재모드)을 이용하는 검사에서도, 단지 미러전자만 또는 단지 2차전자만, 어퍼처의 사이즈와 위치를 변경시켜, 선택적으로 추출될 수 있고, 원하는 화상 정보를 얻을 수도 있다.
상기 전자빔에 의한 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 조사는 복수 회 수행될 수도 있다. 이러한 방법은 미러전자를 생성하는데 효과적이다. 이를 상세히 설명하기로 한다.
프리차지가 행해져 미러전자를 용이하게 생성할 수 있도록 하는 것이 알려져 있다. 프리차지의 대전을 위한 전자빔을 이용하여 조사가 사전에 미리 이루어진다. 이러한 대전전자빔의 랜딩 에너지는, 전위 콘트라스트를 취득하기 위하여 조사가 이루어지는 촬상전자빔의 랜딩 에너지보다 높게 설정된다. 이는 막이 코팅된 기판(3040)의 표면이 사전에 미리 어느 정도로 대전되도록 하여, 미러전자를 용이하게 생성되도록 한다는 것이 알려져 있다.
본 실시예에서는, 상술된 현상을 이용하기 위하여 빔조사가 복수회 이루어진다. 예를 들어, 막이 코팅된 기판(3040)의 표면은 우선 랜딩 에너지가 높은 대전전자빔으로 조사되어, 기판 표면을 대전하게 된다. 그 후, 랜딩 에너지가 낮은 전자빔으로 조사가 이루어지고, 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 표면의 전위 콘트라스트가 취득하게 된다.
상기 막이 코팅된 기판(3040)의 표면은 한 번 뿐만 아니라 복수회 대전전자빔으로 조사될 수도 있다. 이 경우, 랜딩 에너지는 각각의 조사 시에 저감될 수도 있다. 예를 들어, 전회(금회)를 위한 랜딩 에너지는 LEp이고, 차회를 위한 랜딩 에너지는 LEn이라고 가정하자. 이 경우, LEn은 LEp보다 작게 이루어진다. 따라서, 상기 전자빔의 랜딩 에너지가 점진적으로 저감될 수 있게 된다. 이러한 조사방법은 미러전자가 용이하게 생성되도록 하여, 휘도가 큰 전위 콘트라스트가 취득될 수 있도록 한다.
본 실시예에 따른 막이 코팅된 기판의 검사방법을 설명하였다. 본 실시예의 검사방법에서는, 막이 코팅된 기판(3040)의 표면이 하전입자빔으로 조사되고, 전위 콘트라스트가 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 정전용량의 차이 등에 기인하는 표면 전위 분포로부터 취득되어, 상기 기판(3010)의 형상과 상기 막이 코팅된 기판(3040)의 최상층막(3022)이 동시에 검출될 수 있게 된다. 더욱이, 취득한 전위 콘트라스트는 설계 패턴 형상에 대응하는 소정의 전위 콘트라스트와 비교되므로, 상기 이물(3050)의 존재가 검출될 수 있게 된다.
본 실시예는 기판(3010)의 입체 형상이 중공 패턴(3011)인 일례로 기술되었다. 하지만, 입체 형상, 예컨대 돌기 형상 조차도 정전용량에 영향을 줄 수도 있고, 상기 형상 바로 위에 위치한 표면의 전위를 변화시킨다. 그러므로, 상기 입체 형상이 돌기 형상일 수도 있다.
또다른 실시예(도 73 내지 76)
이하, 본 발명의 또다른 실시예를 도 73을 참조하여 설명하기로 한다. 도 73은 본 실시예의 검사방법을 예시한다. 여기서, 검사대상은 막이 코팅된 기판(3040a)이다. 이러한 검사대상의 상세 구성은 상술된 실시예와 상이하다. 상기 검사방법은 상술된 실시예와 거의 동일하다. 그러므로, 도 68 및 도 69의 설명이 후술하는 막이 코팅된 기판(3040a)의 검사에도 적용될 수 있게 된다.
도 73은 상술된 실시예와 상이한 단면 구성을 보여주고, 단면 구성, 표면 전위 및 휘도 간의 관계를 추가로 보여준다. 최하단(부호 (c))은 본 실시예의 막이 코팅된 기판(3040a)의 단면 구성을 보여준다. 중단(부호 (b))은 상기 막이 코팅된 기판(3040a)의 단면 형상에 대응하는 표면 전위의 일례를 보여준다. 더욱이, 최상단(부호 (a))은 표면 전위에 대응하는 휘도의 전위 콘트라스트의 일례를 보여준다.
도 73의 기판 구성에 있어서는, 다층막(3020a)이 기판(3010a) 상에 적층된다. 상기 다층막(3020a)은 상기 기판(3010a) 상에 형성된 제1하층막(3021a), 상기 제1하층막(3021a) 상에 형성된 제2하층막(3022a), 상기 제2하층막(3021a) 상에 형성된 제3하층막(3023a), 및 상기 제3하층막(3023a) 상에 형성된 최상층막(3024a)을 포함하여 이루어진다. 상기 최상층막(3024a)은 상기 막이 코팅된 기판(3040a)의 표면이다.
상기 기판(3010a)은, 예컨대 마스크 블랭크와 같은 글래스 기판을 포함하여 이루어지는 레티클용 기판일 수도 있다. 상술된 실시예에 따른 도 70b 등의 구성과 달리, 도 73의 기판(3010a)의 표면 상에는 입체 형상이 제공되지 않는다. 예를 들어, 도 70b의 중공 패턴은 기판(3010a) 상에 제공되지 않는다. 상기 기판(3010a)의 최상면은 평탄면이다. 본 실시예에 따른 검사방법은 이러한 경우에도 역시 적용가능하다.
상기 다층막(3020a)은 2종 이상의 재료를 포함하는 복수의 막을 포함하여 이루어진다. 4층인 다층막(3020a)이 도 73에 적용된다. 모든 막(3021a 내지 3024a)은 재료가 상이할 수도 있다. 동일 재료의 막일 수도 있는데, 즉 상기 재료가 부분적으로 동일할 수도 있다.
상기 다층막(3020a)의 복수의 막(3021a 내지 3024a) 각각에 대해서는 입체 형상이 의도되지 않는다. 각각의 막(3021a 내지 3024a)은 균일한 두께의 막으로 구성된다. 즉, 각각의 막(3021a 내지 3024a)의 설계된 막 두께는 균일하면서도 일정하다. 하지만, 실제로 제조된 막이 코팅된 기판(3040a)에서는, 때때로 상기 막(3021a 내지 3024a)이 결함 등으로 인하여 균일하게 형성되지 않기도 한다. 도 73에서는, 제3하층막(3023a)과 최상층막(3024a)에 결함(3033, 3034)이 있다. 상기 결함(3033, 3034)은 두께가 주변과 국부적으로 또는 부분적으로 상이한 경우이다. 본 실시예에 따른 검사방법은 이러한 결함, 즉 균일한 두께를 가져야만 하는 막(3021a 내지 3024a)에서의 두께 불균일성의 패턴 결함을 검출할 수 있다.
도 73에서, 상기 이물(3050)은 다층막(3020a) 내에, 특히 하층막(3023a) 내에 존재한다. 이러한 다층막(3020a)의 하층막(3021a 내지 3023a) 내에 존재하는 이물(3050) 또한 본 실시예에 따른 검사방법에서 검출된다.
도 73의 중간 도면(부호 (b))은 막이 코팅된 기판(3040a)의 표면 전위 △V를 보여준다. 기판 표면이 조사되는 전자빔은 일정한 랜딩 에너지 LE를 가진다. 그러므로, 실효 랜딩 에너지 LEe는 LE + △V이다. 상술된 도 69는 랜딩 에너지 LE가, 상수값이 0인 표면 전위 △V로 변경될 때, 휘도가 어떻게 변화하는 지를 보여준다. 하지만, 랜딩 에너지 LE가 일정하고 △V가 변화할 때에도 LEe에 따라 휘도가 변화하고, 휘도 특성은 등가일 수 있다.
도 73에서, 결함 영역(3033)은, 제3하층막(3023a)이 얇고 최상층막(3024a)이 두꺼운, 패턴 결함의 영역이다. 상기 결함 영역(3033) 바로 위에 위치한 표면의 전위는 저감된다. 상기 결함 영역(3034)은 상기 제3하층막(3023a)이 두껍고 최상층막(3024a)이 얇은 패턴 결함 영역이다. 상기 결함 영역(3034) 바로 위에 위치한 표면의 전위 또한 저감된다. 하지만, 상기 결함 영역(3033)에서의 저감량은 상기 결함 영역(3034)에서보다 많다. 즉, 표면 전위가 최상층막이 두꺼울수록 더욱 저감된다. 상기 이물(3050) 바로 위에 위치한 표면의 전위 또한 저감된다. 이물부에서의 저감량은 결함 영역(3033)에서보다 훨씬 더 많다. 따라서, 상기 이물부에서의 저감량이 최대가 된다. 상기에서 보는 바와 같이, 다층막(3020a)에서의 막(3023a, 3024a)의 불균일성은 표면 전위의 변화로 나타나고, 상기 이물(3050)의 존재 또한 표면 전위의 변화로 나타난다.
도 73에서, 최상단 도면(부호 (a))은 상술된 표면 전위의 차이에 따른 화상에서의 휘도차를 보여주고, 휘도의 변화는 전위 콘트라스트에 대응한다. 이러한 전위 콘트라스트는 상술된 막이 코팅된 기판(3040a)의 표면 전위를 취득하여 얻어진 화상에서 관찰된다. 상기 휘도차는 표면 전위의 차이보다 약간 작지만, 표면 전위 분포가 상기 휘도차에 반영된다. 그러므로, 상기 패턴 결함(3033, 3034)과 이물(3050)이 휘도차를 토대로 검출될 수 있게 된다.
도 74는 도 73의 단면 구성의 확대도이고, 정전용량의 차이에 기인하는 표면 전위의 차이를 예시하기 위한 개략도이다. 도 74에서, △V0은 정상부의 표면 전위이고, △V1 및 △V2는 상기 패턴 결함(3033, 3034) 바로 위에 위치한 표면의 전위이며, △V3은 이물(3050) 바로 위에 위치한 표면의 전위이다. 상기 표면 전위 △V는 △V = Q/C로 표현되는데, 여기서 C = (d/ε0·εr)이다. 그러므로, 도 74의 표면 전위 △V0 내지 △V3이 하기 수학식으로 각각 표현된다.
△V0 = ε0·Q(2(εr1 + εr2)/d0)
△V1 = ε0·Q((εr1/d1) + (εr2/(2d0 - d1)) + ((εr1 + εr2)/d0))
△V2 = ε0·Q((εr1/d2) + (εr2/(2d0 - d2)) + ((εr1 + εr2)/d0))
△V3 = ε0·Q(((2εr1 + εr2)/d0) + (εr3/d3))
여기서, 도 74에 도시된 바와 같이, d0 내지 d2는 상기 막의 두께이고, d3은 이물의 두께이며, εr1 및 εr2는 각 막의 유전율이고, εr3은 상기 이물의 유전율이다.
상기 막이 코팅된 기판(3040a)이 동일 랜딩 에너지 LE로 조사되면, 도 74의 네 영역에서의 실효 랜딩 에너지 LEe는 다음과 같다.
실효 LE0 = LE + △V0
실효 LE1 = LE + △V1
실효 LE2 = LE + △V2
실효 LE3 = LE + △V3
따라서, 상기 실효 랜딩 에너지 LEe가 휘도의 차이로 캡처될 수 있게 된다.
그러므로, 상기 막, 이물 등의 물질의 유전율이 사전에 미리 알려진 경우에는, 막두께의 차이가 휘도의 차이로부터 관찰 및 측정될 수 있게 된다. 이러한 정전용량에 관한 개념은 도 70a, 도 70b 등을 참조하여 상술된 실시예의 설명에서는 참조되지 않았다. 하지만, 동일한 원리가 상술된 실시에에 적용가능하다. 표면 전위 △V는 실효 랜딩 에너지 LEe의 변화를 유도하고, 이에 따라 휘도의 변화가 발생하게 된다. 결과적으로, 도 72 및 도 73에 도시된 바와 같이, 밝기(휘도)와 랜딩 에너지 LE(도 69) 간의 관계를 토대로, 표면 전위 분포가 휘도 분포로 변환될 수 있다.
이제, 검사될 다층막의 단면 구조를 도 75 및 도 76을 참조하여 추가로 설명하기로 한다. 도 75 및 도 76은 다층막의 단면 구조의 더욱 구체적인 예시를 보여준다. 이러한 구조는 상술된 도 74의 막이 코팅된 기판에 적용될 수도 있다.
도 75에서, 다층막(3021b)은 글래스 기판(3010b) 상에 형성된다. 상기 다층막(3021b)은 소프트 X 레이(EUV: extreme ultraviolet)를 반사하기 위하여 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)을 포함하여 이루어지고, 캡핑(capping; 3022b)으로 커버된다. 다층막(3021b)에는 버퍼층(3023b)이 형성되는데, 이는 크롬 니트라이드(CrN), 루테늄(Ru), 및 루테늄 합금을 포함하여 이루어진다. 상기 버퍼층(3023b)에는 패턴을 형성하는 탄탈륨 보론 니트라이드(TaBN)층(3024b)이 형성된다. 상기 층(3024b)에는 추가로 광학 검사 시에 광반사를 방지하기 위한 탄탈륨 보론 옥사이드(TaBO)가 형성된다. 이들 막은 전체로서 다층막(3020b)을 포함하여 이루어진다.
도 75에서, 더스트 또는 기타 이물(3050)은 레티클의 최상면 상 및 다층막(3020b) 안과 그 위에 있는 결함으로 존재한다. 상기 다층막(3020b)에서는, 이물(3050)이 적층된 층들 사이에 존재한다. 상기 이물(3050)은 패턴(3028)의 이송 시에 치명적인 결함일 수도 있다. 그러므로, 상기 막 위에 그리고 그 안에 있는 여하한의 이물이 각각의 막(3021b 내지 3025b)이 형성된 스테이지에서, 그리고 복수의 막이 소정의 크기로 형성된 스테이지에서 발견되어야 한다.
도 76은 다층막(3020c)의 단면 구조로서, 도 75의 것과 상이한 일례를 보여준다. 도 76의 다층막(3020c)은, 상기 다층막(3020c)이 광학 검사 시 광 반사를 방지하기 위한 TaBO층(3025b)을 구비하지 않는다는 점에서만 도 75의 다층막(3020b)과 상이하다. 도 75의 것들과 유사한 구성요소들은 동일한 참조 부호들이 주어지므로, 설명하지는 않기로 한다.
도 76에서도, 다층막(3020c)의 최상면, 패턴(3028) 및 상기 막(3021b 내지 3024b)의 내부가 이물(3050)에 의하여 오염된다. 그러므로, 상기 막 위에 그리고 그 안에 존재하는 이물(3050)이, 도 75에서와 같이 각각의 막(3021b 내지 3024b)이 형성되는 스테이지에서 발견되어야 한다.
도 75 및 도 76의 다층막(3020b, 3020c)은 도 70 등을 참조하여 앞서 기술된 실시예의 막이 코팅된 기판(3040)에도 적용가능하다. 도 75 및 도 76의 기판(3010b)에는 패턴 형상이 제공되고; 나아가 상기 최상층(3025b)(TaBO) 또는 최상층(3024b)(TaBN)에 패턴 형상이 제공되며; 결과적으로 도 75 및 도 76의 구성이 도 70의 막이 코팅된 기판(3040)에 대응한다. 도 70 등의 실시예의 검사방법은 이러한 막이 코팅된 기판(3040)에 적절하게 적용가능하다.
전자빔에 의한 조사는, 도 70a 등에 도시된 앞서 기술된 실시예에서와 같이, 도 73 내지 도 76에 도시된 실시예에 따른 검사방법에서도 전위 콘트라스트를 취득하도록 복수회 수행될 수도 있다. 도 73 내지 도 76의 실시예에서는, 다층막(3020a 내지 3020c)의 이물(3050)이 검출되고, 패턴 결함 영역(3033, 3034)(두께가 부분적으로 또는 국부적으로 상이한 곳)이 검출된다. 복수 회의 전자빔조사가 결함 및 이물에 대한 전위 분포를 증대 및 안정화시킨다. 따라서, 보다 높은 전위 콘트라스트가 재료의 차이에 따라 취득될 수 있게 된다.
더욱이, 상기 막이 코팅된 기판(3040a)은, 도 70a 등의 앞서 기술된 실시예에서와 같이 도 73 내지 도 76의 실시예에서도, 미러전자가 생성되도록 전자빔으로 조사될 수도 있다. 랜딩 에너지 LE의 범위는 -10 eV 이상 50 eV 이하 등에 있을 수도 있고, 이러한 범위는 앞서 기술된 도 70 등의 실시예에도 적용가능하다. 결과적으로, 표면의 전위 콘트라스트가 본 실시예에서도 미러전자를 이용하여 적절하게 취득될 수 있게 된다.
도 73 내지 도 76의 실시예의 예시들에서는 상기 막이 코팅된 기판(3040a)에 레티클이 적용된다. 하지만, 본 실시예는 다른 마스크에도 적용가능하다. 본 실시예는 또한 상기 다층막(3020a 내지 3020c)이 반도체 기판 등에 형성될 때에도 적용가능하다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 검사방법을 기술하였다. 상기 막이 코팅된 기판(3040)은 도 70 등의 실시예에서 검사되고, 상기 막이 코팅된 기판(3040a)은 도 73 등의 실시예에서 검사된다. 이들 실시예에서는, 막두께의 차이에 기인하는 또는 이물의 존재에 기인하는 표면 전위의 차이가 휘도 분포로 캡처될 수 있고, 상기 막 등의 단면 구조(깊이 방향으로)가 밝혀질 수 있다. 본 실시예는 다층막(3020 및 3020a 내지 3020c)에 존재하는 복수의 막(3021, 3022, 3021a 내지 3024a 및 3021b 내지 3025b)의 막두께의 차이의 검출을 가능하게 하고, 상기 이물(3050)의 검출을 가능하게 한다. 그러므로, 상기 막 등의 단면 구조(깊이 방향으로)가 밝혀질 수 있게 된다.
본 실시예에 있어서, 패턴 결함(3031 내지 3034)의 위치와 이물(3050)의 위치는 또한 검출된 휘도차로부터 밝혀질 수도 있다. 그러므로, 검출된 결함이 설계 기판 표면 상에 위치하는 경우, 결함 영역 또한 SEM과 같은 또다른 검사장치를 이용하여 정밀하게 다시 검사될 수도 있다(리뷰 검사). 상기 검출된 패턴 결함(3031 내지 3034)은 막이 코팅된 기판(3040 및 3040a)의 설계된 표면 이외의 장소에 존재한다고 가정하자. 이러한 결함은 깊이 방향으로의 결함으로 취급된다. 예를 들어, 검출된 결함은 결함 검출 위치에서 기판을 컷팅하여 식별될 수도 있다.
본 실시예에 따른 막이 코팅된 기판의 검사장치를 후술하기로 한다. 본 실시예의 검사장치는 상술된 도 70b에 도시된 막이 코팅된 기판(3040)의 검사와 도 73 내지 도 76을 참조하여 기술된 막이 코팅된 기판(3040a)의 검사 양자 모두에 적용가능하다.
도 77은 본 실시예의 검사장치의 전체 구성의 일례를 보여준다. 본 실시예에서는, 본 발명이 투영식 전자현미경에 적용된다. 즉, 투영식 검사장치는 본 발명의 검사방법에 이어 막이 코팅된 기판(3040 및 3040a)을 검사한다.
도 77에 도시된 바와 같이, 상기 검사장치는 전자빔원(3065), 1차광학계(3070), 촬상소자(3090), 2차광학계(3080), 및 스테이지(3100)를 포함하여 이루어지고, 이들 구성요소는 진공 컨테이너(3075, 3085 및 3105)에 수용된다. 상기 전자빔원(3065)은 전자빔을 생성한다. 상기 1차광학계(3070)는 상기 생성된 전자빔을 기판으로 안내한다. 상기 촬상소자(3090)는 전자빔조사로 인하여 기판으로부터 리턴하는 전자를 캡처하고, 화상 신호를 생성한다. 상기 2차광학계(3080)는 전자빔조사로 인하여 기판으로부터 리턴하는 전자를 상기 촬상소자(3090)로 안내한다. 상기 스테이지(3100)는 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)을 그 위에 배치하도록 구성되고, 적어도 한 방향으로 이동할 수 있다.
상기 촬상소자(3090)는 저장장치(3091)를 거쳐 연산처리부(3092)에 연결된다. 상기 연산처리부(3092)는 컴퓨터를 포함하여 이루어지고, 본 발명의 연산부에 대응한다. 상기 연산처리부(3092)는 스테이지(3100)를 제어하기 위한 스테이지제어부(3095)에 연결된다. 상술된 구성에 있어서, 상기 촬상소자(3090)는 전자용 검출기로서의 기능을 하고, 본 발명에서는, 2차광학계에 포함될 수도 있다. 본 발명에서는, 상기 촬상소자(3090), 저장장치(3091) 및 연산처리부(3092)가 화상처리부를 구성할 수도 있다.
상기 스테이지(3100)는 제진대(3102) 상에 배치되고, 플로어로붜 진동이 전달되지 않도록 구성된다. 상기 스테이지(3100)는 진공용기(챔버)(3105)에 포함된다. 상기 진공용기(3105)에 인접하여 예비환경실(미니인바이런먼트)(3110)이 제공된다. 상기 예비환경실(3110)은 밀폐되어, 청정상태가 유지된다. 상기 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)을 그 위에 탑재하기 위한 임시저장소(3111)가 상기 예비환경실(3110)에 수용된다. 상기 예비환경실(3110)에는 터보분자펌프(3120)도 제공된다. 상기 터보분자펌프(3120)는 건식펌프(3121)와 함께, 상기 예비환경실(3110) 및 진공용기(3075, 3085, 3105)를 배기시키도록 구성된다. 상기 진공용기(3105)와 예비환경실(3110)은 게이트밸브(3130)를 이용하여 개방 및 밀봉가능하도록 구성되어 있다.
상기 전자빔원(3065)은 열전자방출형(thermoionic emission type)의 전자건(3060a)을 이용한다. 이러한 전자건(3060a)은 주로 LaB6를 사용한다. 상기 전자건(3060a)은 텅스텐으로 형성된 필라멘트, Th-W와 W2C와 같은 텅스턴계 재료, (Ba, Sr, Ca)CO3로 형성된 산화물 캐소드 등을 포함하여 이루어질 수도 있다. 본 발명에 있어서, 상기 전자빔원(3065)(전자건 3060a)은 1차광학계에 포함될 수도 있다.
상기 1차광학계(3070)는 복수의 정전렌즈(3071, 3072, 3073, 3074)를 포함하여 이루어진다.
상기 촬상소자(3090)는 TDI(time delay integration)를 포함하여 이루어진다. TDI는 스캐닝 촬상이 가능한 소자이다. 상기 촬상소자(3090)는 MCP, 형광판, FOP를 TDI 앞에 구비한다. 상기 MCP는 전자를 증폭시키고; 형광판은 증폭된 전자를 광으로 변환시키며; FOP(fiber optic plate)는 상기 광을 TDI로 안내한다. 상기 TDI 대신에 EB-TDI가 사용될 수도 있다. EB-TDI는 전자를 직접 수용하여 그들을 화상으로 변환할 수 있다. 스캔(scan) 화상 이외의 스틸(still) 화상이 취해지는 경우에는, TDI 대신에 CCD가 사용될 수도 있다. 상기 EB-TDI 대신에 EB-CCD가 사용될 수도 있다. 또한, EB-CCD가 TDI 앞에 제공될 수도 있어, 상기 TDI가 스캔 화상을 생성하고, EB-CCD가 스틸 화상을 생성할 수도 있게 한다.
상기 촬상소자(3090)는 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)의 표면의 전위 콘트라스트상을 취득한다. 상기 전위 콘트라스트상은 저장장치(3091)에 저장된다. 상기 저장된 전위 콘트라스트상은 연산처리부(3092)에 전송된다. 상기 연산처리부(3092)는 전위 콘트라스트상과 설계 패턴 간에 형상을 비교한다. 전위 콘트라스트상의 형상이 설계 패턴에 대응하지 않는다면, 상기 연산처리부(3092)는 패턴 결함(3031 내지 3034)이 존재하는 것으로 판정한다. 상술된 검사가 적용가능한데, 이는 연산처리부(3092)가 어떤 종류의 패턴 결함이 존재하는 지를 전위 콘트라스트상으로부터 판정할 수 있게 한다. 상기 연산처리부(3092)가 패턴 결함(3031 내지 3034)에 대응하지 않는 결함을 검출하는 경우에는, 이물(3050)이 존재하는 것으로 판정할 수 있다.
상기 2차광학계(3080)는 복수의 정전렌즈(3081, 3082, 3083)를 포함하여 이루어진다. 도 77에 도시된 예시에서는, 상기 1차광학계(3070)가 2차광학계(3080)에 비스듬하게 배치된다. 상기 전자빔은 전자건(3060a)으로부터 방출되어, 전계와 자계로 이루어지는 E×B 필터(3076)에서 턴한다. 상기 전자빔은 상기 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)에 수직으로 또는 거의 수직으로 인가된다. 그 후, 전자빔은 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)으로부터 상승하고, E×B 필터(3076)를 통과하여 직진하며, 상기 2차광학계(3080)에 의해 촬상소자(3090)로 안내된다.
상기 전자빔은 상기 1차광학계(3070)에 의하여 원, 타원 또는 직사각형으로 형성되고, 상기 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)으로 안내 및 인가된다. 상기 전자빔의 사이즈는 일반적으로 상기 촬상소자(3090)보다 약간 크게 설정된다. 상기 촬상소자(3090)는 앞서 설명된 바와 같이 TDI, EB-TDI, CCD, EB-CCD 등이다. 전자빔의 형상과 사이즈는 각각의 촬상소자(3090)로 조정될 수도 있고, 최대 촬상소자에 따라 설정될 수도 있다.
상기 전자빔의 랜딩 에너지 LE는 가속 전압 Vacc과 리타딩 전압 RTD(기판 전압)의 조합에 의하여 조정된다. 상기 가속 전압 Vacc는 1차광학계(3070)의 전자에 인가된다. 상기 가속 전압 Vacc는, 예컨대 가속전압설정부(3061)에 의하여 설정될 수도 있다. 상기 리타딩 전압 RTD는 상기 스테이지(3100)에 제공된 기판전압조정기구(3101)에 의하여 결정된다.
상기 가속 전압 Vacc와 리타딩 전압 RTD의 조합은 상기 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)으로부터 취득될 정보에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)의 2차전자상을 취득하기 위해서는, 가속 전압 Vacc가 100 eV와 수 keV 사이에서 설정되고, 리타딩 전압 RTD는 2차계용 설정 전압으로 설정된다(2차계용 E×B의 직진조건). 반사전자상이 상기 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)으로부터 취득되는 것으로 가정하자. 반사전자는 기판 표면의 재료와 조사 전자 간의 완전 탄성 충돌에 의하여 생성되는 전자이다. 반사전자상을 취득하기 위해서는, 리타딩 전압 RTD가 완전 탄성 충돌을 발생시키는 랜딩 에너지 LE를 취득하도록 조정된다. 미러전자상을 취득하기 위해서는, 랜딩 에너지 LE가 -10 ~ 수십 전자 볼트 사이에서 적절하게 설정된다. 보다 바람직하게는, 랜딩 에너지 LE가 -5 eV 이상으로 설정되지만, 5 eV를 초과하지는 않는다(천이 영역). 앞서 설명된 바와 같이, 미러전자는 표면 전위로 인하여 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)의 표면 부근에서 역바운스되는 조사전자빔에 의해 생성된다. 보다 구체적으로는, 상기 검사방법의 설명에서 상세히 기술한 랜딩 에너지 LE의 범위가 적절하게 적용된다.
각종 검사가 상기 검사방법의 설명에 기술되었다. 예를 들어, 도 71의 검사는 패턴 형상 결함(3031, 3032)에 대해 실시되고, 도 72의 검사는 막이 코팅된 기판(3040) 상의 이물(3050)을 검출한다. 도 73의 검사는 상기 막이 코팅된 기판(3040a)에 형성된 다층막(3020a 내지 3020c)의 이물(3050)을 검출하고, 두께가 부분적으로 또는 국부적으로 상이한 패턴 결함 영역(3033, 3034)을 검출한다. 더욱이, 도 70b의 검사는 기판(3010) 상에 형성된 패턴(3011)의 형상을 검출하고, 다층막(3020)에 형성된 패턴(3030)의 형상을 검출하며, 검출된 형상들을 비교한다. 본 실시예의 검사장치에 있어서, 랜딩 에너지 LE는 각각의 검사에 대해 적절한 값으로 설정된다. 상기 검사장치는 빔조사를 복수회 행할 수도 있다. 그 후, 상기 검사장치는 복수회의 빔조사에서 랜딩 에너지 LE를 변경할 수도 있다. 상기 검사장치는 하나의 동일 랜딩 에너지 LE를 가지고 빔조사를 복수 회 행할 수도 있다.
전자빔에 의한 조사가 복수회 이루어지면, 조사회수는 예컨대 2회이다. 이 경우, 제1빔조사용 랜딩 에너지 LE는 소정의 크기로 크게 설정된다(예컨대, 28 eV). 차기 조사용 랜딩 에너지 LE는 제1조사용 랜딩 에너지보다 작게 설정된다(예컨대, 15 eV). 이는 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)의 표면의 전위차가 분명하게 나타나도록 할 수 있어, 검출 감도를 증대시킬 수 있게 된다.
전자빔조사가 복수회 이루어지면, 상기 빔이 깊이 방향으로 도달하는 위치를 고려하여 제1조사용 전자빔의 랜딩 에너지 LE가 설정되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제1조사용 랜딩 에너지 LE는, 전자빔이 검사대상막(3021, 3022, 3021a 내지 3024a, 3021b 내지 3025b)의 깊이에 도달하도록 적절하게 조정된다. 이는 특정막의 깊이에서의 전위차를 분명히 나타내도록 하여, 원하는 깊이에서의 전위 분포가 전위 콘트라스트로 캡처될 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 상기 막(3021, 3022, 3021a 내지 3024a, 3021b 내지 3025b)의 구조가 입체 화상으로 적절하게 얻어질 수 있다.
본 실시예에서는 하전입자빔이 전자빔이다. 상기 하전입자빔은, 본 발명의 범위 내에서, 이온빔과 같은 전자빔 이외의 빔일 수도 있다. 하전입자빔이 아닌 빔이 인가될 수도 있다. 하지만, 적용가능한 빔은 기판 표면 상의 전위차를 유도하여, 전자가 상기 기판으로부터 되돌아오도록 하는 빔이다. 예를 들면, 고속원자빔(fast atom beam)이 적용가능하다.
본 실시예에서는, 상술된 바와 같이, 본 발명의 검사장치가 투영식 전자현미경에 적용된다. 본 실시예에서는, 가속전압설정부(3061)와 기판전압조정기구(3101)가 전자빔의 랜딩 에너지 LE를 조정한다. 상기 랜딩 에너지 LE는, 표면 전위가 베이스 기판과 그 위의 각 막의 재료와 두께에 따라 변하도록 하기 위하여 적절하게 설정된다. 상기 막이 코팅된 기판의 형상은 그 후에 전자빔조사에 의해 취득한 표면의 전위 콘트라스트상을 토대로 검출될 수 있다. 특히, 높이 방향으로의 형상이 검출될 수 있으므로, 입체 형상이 검출될 수 있다. 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)이 이물(3050)에 의해 오염되는 경우, 상기 이물(3050)의 존재는 전위 콘트라스트상을 토대로 검출될 수도 있다.
도 78은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 막이 코팅된 기판의 검사장치의 전체 구성을 보여준다. 본 실시예에 있어서, 본 발명은 SEM식 전자현미경에 적용되는데, 즉 SEM이 본 발명의 검사방법에 따라 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)을 검사한다. 이 검사장치는 도 70b에 도시된 막이 코팅된 기판(3040)의 검사와 도 73 내지 도 76에 도시된 막이 코팅된 기판(3040a)의 검사 양자 모두에 적용가능하다.
도 78의 검사장치는 전자빔원(3065a), 1차광학계(3070a), 촬상소자(3090a) 및 스테이지(3100a)를 포함하여 이루어지고, 이들 구성요소는 진공용기(3075a, 3085a, 3105a)에 수용된다. 상기 전자빔원(3065a)은 전자빔을 생성한다. 상기 1차광학계(3070a)는 전자빔을 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)으로 안내하여, 그들을 스캔한다. 상기 촬상소자(3090a)는 전자빔에 의한 스캐닝과 조사로 인하여 상기 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)으로부터 되돌아오는 전자를 캡처하고, 상기 전자로부터 화상 신호를 생성한다. 상기 스테이지(3100a)는 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)을 그 위에 탑재하도록 구성되고, 적어도 한 방향으로 이동할 수 있다.
상기 전자빔원(3065a)은 열전자방출형의 전자건(3060b)을 이용한다. 이러한 전자건(3060b)은 주로 LaB6를 사용한다. 상기 전자건(3060b)은 텅스텐으로 형성된 필라멘트, Th-W와 W2C와 같은 텅스턴계 재료, (Ba, Sr, Ca)CO3로 형성된 산화물 캐소드 등을 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기 1차광학계(3070a)는 렌즈(3071a, 3072a, 3073a)를 포함하여 이루어진다. 이들 렌즈는 정전렌즈(electrostatic lense), 전자기렌즈(electromagnetic lense) 또는 그들 양자 모두일 수도 있다. 상기 촬상소자(3090a)는 일반적으로 2차전자배율기이다.
본 실시예에 따른 검사장치에서는, 전자빔이 1차광학계(3070a)에 의하여 얇은 빔으로 콘덴싱되고, 상기 막이 코팅된 기판이 상기 빔으로 스캐닝된다. 상기 촬상소자(3090a)는 그 후에 상기 막이 코팅된 기판으로부터 방출되는 전자를 검출하고, 화상을 생성한다. 결과적으로는, 전위 콘트라스트상을 취득하게 된다.
여타의 구성요소들은 도 77의 검사장치의 것들과 동일할 수도 있다. 그러므로, 유사한 구성요소들이 동일하거나 유사한 참조 부호들로 주어지고, 설명하지는 않기로 한다.
도 78의 실시예에서는, 상기에서 보는 바와 같이, 본 발명이 SEM식 전자현미경에 적용되므로, 검사장치가 구성된다. 상기 막이 코팅된 기판(3040, 3040a)의 형상의 검사와 이물(3050)에 대한 검사 또한 본 실시예에서 실시될 수도 있다. 본 실시예에서 행해질 검사방법의 상세는 앞서 설명한 것과 같다.
산업상 이용가능성
본 발명은 마스크와 같은 막이 코팅된 기판의 형상을 검사하고, 그 내부의 이물에 대하여 검사하도록 전자빔을 이용하는 검사장치에 사용될 수 있다.
실시예들의 보조로 본 발명을 상세히 설명하였다. 상기 언급된 바와 같이, 본 출원에는 4가지 관점이 기술되었다. 본 발명의 범위 내에서는, 2이상의 관점이 조합될 수도 있고; 하나의 관점 전체와 또다른 관점 전체가 조합될 수도 있으며; 한 관점의 구성의 일부가 다른 관점과 조합될 수도 있고; 한 관점의 일부가 다른 관점의 일부와 조합될 수도 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예들을 현시점을 고려하여 설명하였지만, 본 실시예에 대한 각종 변경과 변형이 가능하다는 점은 자명하고, 첨부된 청구범위는, 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에 있는 한, 이러한 모든 변경과 변형을 커버하고자 의도되어 있다.

Claims (26)

  1. 전자빔을 사용하여 시료를 관찰하는 시료관찰방법에 있어서,
    상기 시료에 전자빔을 조사하고;
    상기 전자빔의 조사에 의해 생성되고 상기 시료에 대한 정보를 취득한 관찰대상전자를 검출하며;
    상기 검출된 관찰대상전자로부터 상기 시료의 화상을 생성하되,
    상기 전자빔의 조사는, 2차방출전자가 검출되는 2차방출전자영역과 미러전자가 검출되는 미러전자영역 사이의 천이영역에서 설정된 랜딩(landing) 에너지를 갖는 상기 전자빔을 상기 시료에 조사하여, 상기 관찰대상전자로서 상기 2차방출전자와 상기 미러전자를 혼재시키는 것이고,
    상기 관찰대상전자의 검출은, 상기 2차방출전자 및 상기 미러전자가 혼재한 상태로 검출을 행하는 것을 포함하는, 시료관찰방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화상의 생성은, 상기 시료의 표면에 존재하는 이물의 화상의 생성을 포함하는, 시료관찰방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화상의 생성은, 절연영역과 도전영역이 형성된 상기 시료의 화상의 생성을 포함하는, 시료관찰방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화상의 생성은, 상기 시료에 형성된 패턴의 화상의 생성을 포함하는 시료관찰방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화상의 생성은, 복수의 막이 적층되는 상기 시료의 화상의 생성을 포함하는, 시료관찰방법.
  6. 전자빔을 사용하여 시료를 관찰하는 시료관찰장치에 있어서,
    상기 시료가 탑재되는 스테이지;
    상기 시료에 전자빔을 조사하는 1차광학계;
    상기 전자빔의 조사에 의해 생성되고 상기 시료에 대한 정보를 취득한 관찰대상전자를 검출하는 2차광학계; 및
    상기 검출된 관찰대상전자로부터 상기 시료의 화상을 생성하는 화상처리부를 구비하되,
    상기 1차광학계는, 2차방출전자가 검출되는 2차방출전자영역과 미러전자가 검출되는 미러전자영역 사이의 천이영역에서 설정된 랜딩 에너지를 갖는 상기 전자빔을 상기 시료에 조사하여, 상기 관찰대상전자로서 상기 2차방출전자와 상기 미러전자를 혼재시키고,
    상기 2차광학계는, 상기 2차방출전자 및 상기 미러전자가 혼재한 상태로 검출을 행하는, 시료관찰장치.
  7. 시료 표면에 소정의 조사영역을 갖는 촬상전자빔을 조사하고, 반사된 전자를 검출기에 의해 검출하여, 상기 시료 표면 및 상기 시료 표면 상의 이물의 화상을 취득하는 전자빔검사방법에 있어서,
    대전용 전자빔의 조사에 의해 상기 이물을 대전시켜, 상기 이물 주변에 상기 시료 표면과는 다른 전위 분포를 형성하는 단계; 및
    상기 촬상전자빔의 조사에 의해 상기 이물로부터 반사되어, 상기 전위 분포의 작용에 의해 굽은 궤도를 통해 상기 검출기에 도달하는 상기 전자를 검출하고, 상기 시료 표면의 배율보다도 상기 이물의 배율이 증대되어 있는 상기 이물의 확대상을 취득하는 단계를 포함하는, 전자빔검사방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이물을 대전하는 단계는, 상기 대전용 전자빔의 조사에 의해 상기 이물을 네거티브로 차지업(charge up)시키는 단계를 포함하고,
    상기 확대상을 취득하는 단계는, 상기 촬상전자빔의 랜딩 에너지를 1OeV 이하로 설정하고, 상기 이물의 직전에서 반사하는 미러전자를 검출하여, 상기 이물의 상기 확대상을 취득하는 단계를 포함하는, 전자빔검사방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 확대상을 취득하는 단계는, 상기 촬상전자빔의 랜딩 에너지를 1OeV 이상으로 설정하고, 상기 이물로부터 방출되어 반사된 2차방출전자를 검출하여, 상기 이물의 확대상을 취득하는 단계를 포함하는, 전자빔검사방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 촬상전자빔의 랜딩 에너지는, 상기 시료 표면에서 반사되는 전자가 미러전자와 2차방출전자의 혼합물이거나 또는 2차방출전자만인 랜딩 에너지 범위 내에 있고; 상기 이물로부터 반사되는 전자가 미러전자와 2차방출전자의 혼합물인 랜딩 에너지 범위 내에 있으며; 또한 상기 시료 표면의 화상과 상기 이물의 확대상 간의 계조차이를 최대로 하는 랜딩 에너지로 설정되는, 전자빔검사방법.
  11. 전자빔검사장치에 있어서,
    시료가 탑재되는 스테이지;
    소정의 조사영역(irradiation area)을 갖는 전자빔을 생성하여, 상기 전자빔을 상기 시료를 향해 조사하는 1차광학계; 및
    상기 시료로부터 반사된 전자를 검출하는 검출기를 구비하여, 상기 시료 상의 소정의 시야영역(visual field)의 화상을 취득하는 2차광학계를 포함하여 이루어지되,
    상기 1차광학계는, 대전용 전자빔의 조사에 의해 이물을 대전시켜, 상기 이물의 전위 분포를 시료 표면과 다르게 만든 다음, 촬상전자빔을 상기 시료에 조사하며,
    상기 2차광학계는, 상기 이물로부터 반사되어 상기 전위 분포의 작용을 받아 굽은 궤도를 통해 상기 검출기에 도달하는 전자를 검출하고, 상기 시료 표면의 배율보다도 상기 이물의 배율이 증대되어 있는 상기 이물의 확대상을 취득하는, 전자빔검사장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 1차광학계는, 상기 대전용 전자빔의 조사에 의해 상기 이물을 차지업시킨 다음, 랜딩 에너지가 1OeV 이하의 상기 촬상전자빔을 상기 시료에 조사하고,
    상기 2차광학계는, 상기 이물의 직전에서 반사된 미러전자를 상기 검출기에 의해 검출하여 상기 이물의 확대상을 취득하는, 전자빔검사장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 1차광학계는, 상기 촬상전자빔의 랜딩 에너지를 1OeV 이상으로 설정하고,
    상기 2차광학계는, 상기 이물로부터 방출되어 상기 검출기에 도달하는 2차방출전자를 검출하여 상기 이물의 확대상을 취득하는, 전자빔검사장치.
  14. 시료관찰장치에 있어서,
    절연영역과 도전영역이 형성된 시료 표면에 촬상전자빔을 조사하는 전자빔원;
    상기 촬상전자빔의 조사에 의해 상기 시료 표면 상의 구조정보를 취득한 전자를 지향시키는 E×B 필터로서, 상기 촬상전자빔의 입사방향과 역방향으로 진행하는 상기 전자의 속도에 따라, 전계와 자계를 이용하여 상기 전자를 지향시키는 E×B 필터;
    상기 E×B 필터에 의해 지향된 상기 전자를 검출하여, 상기 검출된 전자로부터 상기 시료 표면의 화상을 취득하는 검출기; 및
    상기 촬상전자빔의 조사 에너지를, 상기 전자가 미러전자와 2차전자 양자 모두를 포함하는 천이영역에 설정하는 조사에너지설정부를 포함하는, 시료관찰장치.
  15. 제14항에 있어서,
    어퍼처(aperture) 직경이 다른 복수 종류의 NA어퍼처를 갖는 NA조정어퍼처; 및
    상기 NA조정어퍼처를 이동시키는 NA조정어퍼처이동기구를 구비하고,
    상기 도전영역에 대한 구조정보를 갖는 전자가 상기 NA어퍼처를 통과하도록, 상기 NA어퍼처의 위치와 상기 어퍼처 직경을 조정하여, 상기 화상의 콘트라스트가 최적화되는, 시료관찰장치.
  16. 시료관찰방법에 있어서,
    절연영역과 도전영역이 형성된 시료 표면에 촬상전자빔을 조사하고;
    상기 시료 표면 상의 구조정보를 취득한 전자를 검출하여 상기 시료 표면의 화상을 취득하되,
    상기 시료 표면에 조사되는 상기 촬상전자빔은, 상기 전자가 미러전자와 2차전자 양자 모두를 포함하는 천이영역의 조사 에너지를 가지는, 시료관찰방법.
  17. 전자빔을 사용하여 시료의 패턴을 관찰하는 시료관찰방법에 있어서,
    상기 시료에 전자빔을 조사하고;
    상기 전자빔의 조사에 의해 생성되는 미러전자를 검출하며;
    상기 검출된 미러전자로부터 상기 시료의 화상을 생성하되,
    상기 전자빔의 조사는, 양측에 에지를 갖는 중공 패턴에 상기 전자빔이 조사될 때, 조사 전자가 상기 중공 패턴에서 전향하여 미러전자가 되도록 랜딩 에너지가 조정된 상기 전자빔을 상기 시료에 조사하는 것을 포함하는, 시료관찰방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 랜딩 에너지는, 상기 미러전자와 2차방출전자가 혼재하는 영역에서 설정되는, 시료관찰방법.
  19. 시료관찰장치에 있어서,
    시료가 탑재되는 스테이지;
    상기 시료에 전자빔을 조사하는 1차광학계;
    상기 전자빔의 조사에 의해 생성되는 미러전자를 검출하는 2차광학계; 및
    상기 검출된 미러전자로부터 상기 시료의 화상을 생성하는 화상처리부를 포함하여 이루어지고,
    상기 1차광학계는, 양측에 에지를 갖는 중공 패턴에 상기 전자빔이 조사될 때, 조사 전자가 상기 중공 패턴에서 전향하여 미러전자가 되도록 랜딩 에너지가 조정된 상기 전자빔을 상기 시료에 조사하는, 시료관찰장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 1차광학계는, 상기 미러전자와 2차방출전자가 혼재하는 영역에서 설정된 상기 랜딩 에너지를 갖는 상기 전자빔을 조사하는, 시료관찰장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 2차광학계는, 상기 시료와 상기 미러전자의 검출기 사이에 배치된 어퍼처; 및
    상기 어퍼처의 크기, 위치 및 형상 가운데 적어도 하나를, 상기 어퍼처를 통과하는 상기 미러전자에 따라 조정하는 어퍼처조정기구를 포함하는, 시료관찰장치.
  22. 제19항에 따른 시료관찰장치를 포함하여 이루어지는 시료검사장치에 있어서,
    상기 화상처리부에 의해 상기 미러전자로부터 생성된 상기 시료의 화상을 사용하여 상기 시료의 패턴을 검사하는, 시료검사장치.
  23. 막이 코팅된 기판(film-coated substrate)의 검사방법에 있어서,
    상기 막이 코팅된 기판은, 3차원형상이 형성된 기판 및 상기 기판 상에 적층형성된 다른 재료로 이루어지는 복수의 막을 구비하고, 상기 막이 코팅된 기판은, 최상층막의 제거에 의해 하층막이 노출된 구조를 포함하며, 상기 막이 코팅된 기판의 검사방법은,
    상기 기판 상에 상기 3차원형상이 형성된 영역 바로 위에 위치한 상기 최상층막과, 상기 기판 상에 3차원형상이 형성되어 있지 않은 영역 바로 위에 위치한 상기 최상층막, 및 상기 하층막 간에 표면 전위가 달라지도록 설정된 랜딩 에너지를 갖는 하전입자빔을 상기 막이 코팅된 기판의 표면에 조사하고;
    상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위에 대한 정보를 취득한 전자를 검출하여, 상기 막이 코팅된 기판의 표면의 전위 콘트라스트를 취득하며;
    상기 전위 콘트라스트를 토대로, 상기 최상층막의 형상과 상기 기판 상에 형성된 3차원형상을 동시에 검출하는, 막이 코팅된 기판의 검사방법.
  24. 기판 상에 적층형성된 다른 재료로 이루어지는 복수의 막의 형상을 검출하는 막이 코팅된 기판의 검사방법에 있어서,
    상기 막의 재료 가운데 종류와 두께의 차이에 따라 상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위가 달라지도록 설정된 랜딩 에너지를 갖는 하전입자빔을 상기 막이 코팅된 기판의 표면에 조사하고;
    상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위에 대한 정보를 취득한 전자를 검출하여, 상기 막이 코팅된 기판의 표면의 전위 콘트라스트를 취득하며;
    상기 전위 콘트라스트를 토대로, 상기 복수의 막의 형상을 검출하는, 막이 코팅된 기판의 검사방법.
  25. 막이 코팅된 기판의 검사장치에 있어서,
    상기 막이 코팅된 기판은, 3차원형상이 형성된 기판 및 상기 기판 상에 적층형성된 다른 재료로 이루어지는 복수의 막을 구비하고, 상기 막이 코팅된 기판은, 최상층막의 제거에 의해 하층막이 노출되는 구조를 포함하며, 상기 막이 코팅된 기판의 검사장치는,
    상기 기판 상에 상기 3차원형상이 형성된 영역 바로 위에 위치한 상기 최상층막과, 상기 기판 상에 3차원형상이 형성되어 있지 않은 영역 바로 위에 위치한 상기 최상층막, 및 상기 하층막 간에 표면 전위가 달라지도록 설정된 랜딩 에너지를 갖는 하전입자빔을 상기 막이 코팅된 기판의 표면에 조사하는 하전입자조사부;
    상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위에 대한 정보를 취득한 전자를 검출하여, 상기 막이 코팅된 기판의 표면의 전위 콘트라스트를 취득하는 검출기; 및
    상기 전위 콘트라스트를 토대로, 상기 최상층막의 형상과 상기 기판 상에 형성된 3차원형상을 동시에 검출하는 연산부를 포함하는, 막이 코팅된 기판의 검사장치.
  26. 기판 상에 적층형성된 다른 재료로 이루어지는 복수의 막의 형상을 검출하는 막이 코팅된 기판의 검사장치에 있어서,
    상기 막의 재료 가운데 종류와 두께의 차이에 따라 상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위가 달라지도록 설정된 랜딩 에너지를 갖는 하전입자빔을 상기 막이 코팅된 기판의 표면에 조사하는 하전입자조사부;
    상기 막이 코팅된 기판의 표면 전위에 대한 정보를 취득한 전자를 검출하여, 상기 막이 코팅된 기판의 전위 콘트라스트를 취득하는 촬상 소자; 및
    상기 전위 콘트라스트를 토대로, 상기 복수의 막의 형상을 검출하는 연산부를 구비하는, 막이 코팅된 기판의 검사장치.
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