KR20160020598A - 하전입자 현미경의 입자빔 제어 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하전입자 현미경의 입자빔 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하전입자 현미경내 하전입자빔을 제어함으로써, 시료 표면의 정보를 획득하기 위해 정전 방식 또는 자기 방식의 편향기(스캐너)에 의해 왜곡되는 동적 특성을 바로 잡아 원하는 위치에 하전입자빔을 조사 시킴으로써 측정된 시료표면의 이미지가 왜곡되는 것을 방지하고, 고속으로 이미지를 획득 할 수 있도록 하며, 원하는 형태로 시료 표면을 가공할 수 있도록 하는 하전 입자빔 제어 장치 및 이를 이용한 하전입자빔의 제어 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 하전입하 현미경의 입자빔 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하전입자 현미경내 하전입자빔을 제어함으로써, 시료 표면의 정보를 획득하기 위해 정전방식 또는 자기 방식의 편향기(스캐너)에 의해 왜곡되는 동적 특성을 바로 잡아 원하는 위치에 하전입자빔을 조사시킴으로써 측정된 시료표면의 이미지가 왜곡되는 것을 방지하고, 고속으로 이미지를 획득할 수 있도록 하며, 원하는 형태로 시료표면을 가공할 수 있도록 하는 하전입자빔 제어장치 및 이를 이용한 하전입자빔의 제어방법에 관한 것이다.
진공 분위기하에서 재료의 표면형태 또는 구조를 나노 스케일 또는 원자 스케일로 관찰하기 위한 방법으로, 전자 또는 이온의 하전입자빔을 이용할 수 있다. 이러한 하전입자빔을 이용하게 되면 광학현미경에서 제한된 분해능의 한계를 넘어 관찰하고자 하는 재료의 표면을 나노 또는 원자 수준에서 관찰할 수 있는 고분해능의 현미경을 제작할 수 있다.
이러한 하전입자 현미경에서는 하전입자 빔을 대상 시료에 조사하고, 대상시료로부터 방출되거나 또는 대상 시료를 투과하는 입자(조사한 하전입자와 동종 또는 별종의 하전입자, 또는 전자파, 광자)를 검출기에 의해 검출함으로써, 대상 시료의 확대 화상을 취득할 수 있다. 특히, 반도체 제조 프로세스에 있어서는 반도체 웨이퍼의 검사, 패턴 치수의 계측, 패턴 형상의 게측 등의 용도로서, 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope)이나 주사형 이온 현미경(Scanning Ion Microscope), 주사형 투과 전자 현미경(Scanning Transmission Electron Microscope) 등의 하전 입자 현미경이 사용되고 있다. 이들의 용도에 있어서는 촬상한 화상을 사용하여, 반도체 패턴이나 결함의 관찰, 결함의 검출 및 발생 요인 해석, 패턴의 치수 계측 등이 행해진다.
상기 하전입자 현미경은 정전기 렌즈의 인가되는 전압의 크기 또는 전자기 렌즈의 코일에 통하는 전류의 세기에 의해 배율이 결정되며, 상의 초점은 정전기 렌즈 또는 전자기 렌즈 형태의 대물렌즈의 코일에 흐르는 전류에 의해 조절된다.
하전입자 현미경의 일 예로서 주사 전자 현미경이 있다.
상기 주사전자 현미경은 고체 상태에서 작은 크기의 미세 조직과 형상을 관찰할 때 널리 쓰이는 현미경으로서, 초점 심도가 깊고 3차원적인 영상의 관찰이 용이해서 복잡한 표면구조나 결정 외형 등의 입체적인 형상을 높은 배율로 관찰할 수 있는 분석 장비로서, 상기 주사전자 현미경은 전자총, 전자기 렌즈, 검출장치로 구성이 되어있다.
상기 전자총의 역할은 전자를 만들고 가속시키는 역할을 한다. 전자총은 전자선의 형태로 사용되는 안정된 전자원을 공급한다. 충분한 양의 이차전지를 생산할 수 있을 만큼 많은 양의 1차 전자를 만들되, 자기렌즈에 의해서 작은 빔을 효과적으로 형성하도록 고안되어 있다.
상기 전자기렌즈는 코일이 감아진 원통형의 전자석으로 전자가 자장에 의해 휘는 성질을 이용하여 전자를 한 곳으로 모으는 역할을 한다. 집속렌즈는 전자총을 빠져나온 전자빔을 모아주는 역할을 하며 조리개와 함께 조합하여 전자빔의 세기를 결정하는 요소가 된다. 조리개의 크기가 작으면 스팟의 크기가 작아지고 통과하는 전자들의 수가 감소하며 구면수차를 감소시킨다.
또한 시료에 조사되는 빔의 크기를 결정하는 대물렌즈는 전자빔 형성렌즈로도 불리는데, 작은 전자빔을 만들기 위해서는 초점거리가 짧고 시료의 표면에 가깝게 위치되도록 한다.
또한 상기 전자기 렌즈에 해당하는 집속렌즈와 대물렌즈의 사이에 구비되며 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 편향기에 의해 하전입자 빔의 조사방향이 제어될 수 있다. 상기 편향기는 하나 또는 복수로 구비될 수 있고, 이로부터 빔 궤적을 조절하여 상기 프로브의 위치를 이동시킬 수 있다.
한편 상기 대물렌즈 아래쪽에는 시편을 이동시키는 시료 스테이지가 위치하고, 이차전자를 검출하는 이차전자 검출기 등 다양한 검출기를 부착할 수 있고, 장비의 하단부는 진공챔버를 10-5torr이하로 유지해주는 진공펌프, 전자총과 검출기 등에 고전압을 공급하는 고전압 공급장치 등으로 구성된다.
상기 주사 전자 현미경 이미지에서 한 점의 밝기는 전자빔과 시편의 상호작용에 의해서 시편의 해당 부위에서 발생되는 이차전자의 수에 비례하며, 전자빔의 시편의 각 점에서 이차전자의 신호를 수집하여 정해진 크기의 픽셀로 기록한다.
이러한 하전입자빔 현미경의 이미지를 향상시키기 위한 종래기술로서, 공개특허공보 제 10-2011-0061009호(2011.06.09.)에서는 하강후 파형의 상승이 시작되는 지점에서의 왜곡을 최소화 하기 위하여 B-spline 곡선생성방법을 이용하여 시간을 지연하는 방식으로 왜곡을 최소화 하는 주자전자현미경의 주사파형 제어장치에 관해 기재되어 있고, 미국특허공보 US 7230240호(2007.06.12.)에서는 주사파형의 부분 중 선형으로만 이루어진 부분을 데이터로 하여 측정하여 SEM이미지를 향상하는 방법에 관해 기재되어 있다.
또한, 한국등록특허 제10-0858982호(2008.09.10.)에서는 전자현미경의 각 구성품들을 단일의 DSP를 이용하여 통합 제어하고 UI를 간편하게 개선한 통합 제어형 전자현미경에 관한 기술이 기재되어 있으며, 공개특허공보 제10-2013-0135345호(2013.12.10.)에서는 하전 입자 현미경 장치의 검출기의 게인을 제1 게인값과 제2 게인값으로 설정하고 취득된 값을 각각의 가중치를 계산하여 제1 화상과 제 2화상을 합성하여 화상 촬상하는 방법에 관해 기재되어 있다.
그러나 상기 선행기술을 포함하는 종래기술에서는 편향기 자체의 물리적 특성으로 인해 편향기에 인가되는 신호가 편향기내에서 실제로 출력되는 신호와 선형적으로 대응되지 않으며, 이로 인해 시료의 실제의 이미지가 아닌 어느 한쪽이 왜곡된 형상을 나타내게 되는 문제점을 안고 있다.
따라서, 시료의 실제의 이미지에 관한 정보를 보다 정확하게 얻을 수 있으면서도, 또한 신속하게 상기 시료의 정보를 얻을 수 있는, 하전입자 주사신호의 제어방법 및 장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 편향기의 물리적 특성에 의한 전기력 또는 자기력 왜곡에 대응할 수 있는 장치를 사용하여, 편향기에 인가된 제어신호의 왜곡을 방지 가능한 하전입자 현미경의 주사신호 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 편향기로 인하여 왜곡된 과도응답을 최소화하는 스캔 신호를 제공함으로써, 과도응답을 최소화하고 그로 인하여 왜곡 없는 시료 표면의 정보를 신속히 제공 가능하며, 시료 표면 정보의 왜곡 없는 패턴을 생성 가능한 하전입자 현미경을 제공하는 것을 또 다른 발명의 목적으로 한다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 하전입자 빔을 방출하는 하전입자 소스; 상기 하전입자 소스로부터 방출되는 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 하나이상의 편향기; 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하는 스캔 프로파일(r(t))을 생성하여 상기 편향기에 제공하는 주사파형 발생기; 상기 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(
)를 측정하는 응답신호 측정기; 및 상기 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 상기 응답신호 측정기로부터의 응답신호(
)로부터, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 생성하고, 이를 내부에 구비되는 컨트롤러에 의해 선택적으로, a) 편향기로 입력시키고 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호 xcoil(t+1)로부터 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력시키거나, 또는 b) 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 저장될 수 있는 메모리에 저장하고 이를 편향기의 입력신호로서 반복적으로 사용하여 편향기에 입력시키는 주사 파형 제어부;를 포함하는 하전입자 빔 현미경을 제공한다.
또한 본 발명은 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 하나 이상의 편향기; 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하는 스캔 프로파일(r(t))을 생성하여 상기 편향기에 제공하는 주사파형 발생기; 상기 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(
)를 측정하는 응답신호 측정기; 및 상기 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 상기 응답신호 측정기로부터 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 생성하여, 내부에 구비되는 컨트롤러에 의해 편향기 또는 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 저장될 수 있는 메모리에 선택적으로 입력시키는 주사 파형 제어부;를 포함하는 하전입자 빔 현미경의 주사신호를 제어하는 방법으로서,
미리 설정된 스캔 프로파일(r(t))에 따라 상기 주사파형 발생기에서 하전입자 빔의 조사 방향을 제어할 수 있도록 스캔 프로파일 신호(r(t))를 발생시켜 편향기에 입력하는 단계; 상기 스캔 프로파일 신호에 따라 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(
)을 측정하는 단계; 상기 주사파형 제어부에서 상기 스캔 프로파일 신호(r(t))와 편향기로부터 실제로 출력되는 응답신호(
)로부터, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 얻어내는 단계; 및 상기 컨트롤러에 의해 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 편향기에 입력되는 경우에 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호xcoil(t+1)로부터 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력되도록 하며, 상기 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 메모리에 입력되는 경우에 이를 편향기의 입력신호로서 반복적으로 사용할 수 있도록 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 처리하는 단계;를 포함하는 하전입자 빔 현미경의 주사신호 제어방법을 제공한다.
본 발명에서 제공하는 하전입자 현미경의 입자빔 제어 장치는 정전 또는 전자기 방식으로 동작하는 편향기(스캐너)의 물리적 특성으로부터 기인하는 전기력 또는 자기력 왜곡에 의한 하전입자빔 경로 왜곡에 대응할 수 있어, 편향기에 인가된 스캔신호의 왜곡을 방지하여 하전입자빔의 경로왜곡을 방지 가능한 장점을 가진다.
또한 본 발명은 편향기의 존재로 인하여 왜곡된 과도응답을 최소화하고 그로 인하여 왜곡 없는 시료 표면의 정보를 신속히 제공가능한 하전입자 현미경을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 제어방법을 따르면 왜곡 방지하는 스캔신호를 실시간으로 제어하는 방법을 사용함으로써, 기존의 기술보다 정밀한 측정을 할 수 있어, 보다 정밀한 측정, 가공, 및 패터닝을 구현할 수 있다.
또한 본 발명의 제어방법에 따르면 보정된 스캔신호를 메모리 등에 저장하여 반복적으로 사용하는 방법을 사용함으로써, 기존의 기술보다 빠른 응답시간을 가질 수 있어, 고속의 스캐닝을 구현하는 효과가 있다.
또한 본 발명의 제어방법에 따르면 편향기에 인가하는 스캔신호를 실시간으로 보정스캔신호를 갱신하여 사용하는 방법과 메모리에 저장한 스캔신호를 사용하는 방법을 사용환경 또는 사용자의 선택에 따라 적절히 선택적으로 사용할 수 있는 기능을 제공함으로써, 사용자가 상황에 맞도록 편의성을 제공할 수 있으며, 메모리에 저장하는 보정스캔신호를 자동으로 갱신하는 기능을 제공한다.
도 1은 일반적인 하전입자 빔 현미경을 도시한 그림이다.
도 2는 일반적으로 하전입자 빔 현미경에서 시료의 표면을 탐색하는 주사탐색(래스터 스캔) 방식을 설명하기 위하여 도시한 그림이다.
도 3은 하전입자 빔 현미경에서 주사 탐색방식을 구현할 때, 제어시스템에서 편향기에 인가하는 신호 중 빠른 방향과 느린 방향으로 인가되는 아날로그 신호(도 3a)와 디지털 편향 신호(도 3b)를 도시한 그림이다.
도 4는 하전입자 빔 현미경에서 주사 탐색 방식을 구현하여 시료의 표면(도 4a)을 탐색할 때, 편향기에 물리적 특성에 의하여 제1의 왜곡된 편향신호 형태(도 4b)가 인가되었을 때 획득할 수 있는 왜곡된 이미지(도 4c)를 도시한 그림이다.
도 5는 하전입자 빔 현미경에서 주사 탐색 방식을 구현하여 시료의 표면(도 5a)을 탐색할 때, 편향기에 물리적 특성에 의하여 제2의 왜곡된 편향신호 형태(도 5b)로 인가되었을 때, 획득할 수 있는 왜곡된 이미지(도 5c)를 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명의 하전입자 빔 현미경에서의 주사 제어 시스템을 도시한 그림이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하전입자 빔 현미경에서 편향기에서의 검출 신호가 왜곡된 경우(도 7b), 이를 보정하기 위해 주사파형 제어부에서 편향기에로 출력되는, 보정된 신호(도 7c) 및 상기 보정된 신호에 따라 편향기에서 검출되는 신호(도 7d)를 도시한 그림이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하전입자 빔 현미경에서의 주사 탐색 방식을 구현하여 시료의 표면(도 8a)을 탐색할 때, 보정된 신호에 따라 편향기에서 출력되는 신호(도 8b) 및 얻어지는 이미지(도 8c)를 도시한 그림이다.
도 2는 일반적으로 하전입자 빔 현미경에서 시료의 표면을 탐색하는 주사탐색(래스터 스캔) 방식을 설명하기 위하여 도시한 그림이다.
도 3은 하전입자 빔 현미경에서 주사 탐색방식을 구현할 때, 제어시스템에서 편향기에 인가하는 신호 중 빠른 방향과 느린 방향으로 인가되는 아날로그 신호(도 3a)와 디지털 편향 신호(도 3b)를 도시한 그림이다.
도 4는 하전입자 빔 현미경에서 주사 탐색 방식을 구현하여 시료의 표면(도 4a)을 탐색할 때, 편향기에 물리적 특성에 의하여 제1의 왜곡된 편향신호 형태(도 4b)가 인가되었을 때 획득할 수 있는 왜곡된 이미지(도 4c)를 도시한 그림이다.
도 5는 하전입자 빔 현미경에서 주사 탐색 방식을 구현하여 시료의 표면(도 5a)을 탐색할 때, 편향기에 물리적 특성에 의하여 제2의 왜곡된 편향신호 형태(도 5b)로 인가되었을 때, 획득할 수 있는 왜곡된 이미지(도 5c)를 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명의 하전입자 빔 현미경에서의 주사 제어 시스템을 도시한 그림이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하전입자 빔 현미경에서 편향기에서의 검출 신호가 왜곡된 경우(도 7b), 이를 보정하기 위해 주사파형 제어부에서 편향기에로 출력되는, 보정된 신호(도 7c) 및 상기 보정된 신호에 따라 편향기에서 검출되는 신호(도 7d)를 도시한 그림이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하전입자 빔 현미경에서의 주사 탐색 방식을 구현하여 시료의 표면(도 8a)을 탐색할 때, 보정된 신호에 따라 편향기에서 출력되는 신호(도 8b) 및 얻어지는 이미지(도 8c)를 도시한 그림이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1에서는 일반적으로 사용되고 있는 하전입자 빔 현미경의 구조를 도시하고 있다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 하전입자 빔 현미경은 진공 챔버(62)내의 하전입자 소스(12), 상기 진공 챔버 내의 하전입자 소스쪽에 구비되는 중간 집속렌즈(21)와 시료쪽에 구비되는 최종 집속렌즈인 대물렌즈(22)를 포함하는 집속렌즈군, 상기 중간 집속렌즈와 대물렌즈 사이에 구비되며, 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 상단 편향기(31)와 하단 편향기(32)를 포함하는 편향기, 상기 편향기에 제어신호를 생성하고 고전압 증폭기(80)를 통하여 제어신호를 인가하는 제어시스템(70) 및 대물렌즈 하단부에 위치하는 시료(41)를 지지하고 이동할 수 있는 시료 스테이지(42)를 포함할 수 있다. 예컨대 주사전자현미경의 경우에 상기 대물렌즈를 통과하여 시료 표면에 조사된 하전입자 빔 스팟(17)은 시료 표면과 반응하여 발생한 반응 신호를 검출기(50)에서 검출하여 제어 시스템에 검출신호(51)를 전달한다. 전달된 검출신호는 제어 시스템에서 좌표와 조합하여 측정 이미지 데이터로 형성하고 이를 통신 신호로 변환하고 호스트 컴퓨터(90)에 전달하여 사용자에게 시료표면의 정보를 제공한다.
여기서 도 1에서의 하전입자 빔 현미경 장치는 진공 챔버 내의 하전입자 소스에서 방출되는 하전입자 빔을 복수의 집속렌즈군으로 집속시켜 시료 표면 위에 집속되는 빔 스팟, 즉 프로브를 형성하되, 하나 또는 복수의 편향기를 이용하여 빔 궤적을 조절하여 상기 프로브의 위치를 이동시키는 방식으로 시료 표면 위에 빔을 주사시켜 시료의 형상을 관찰하거나 또는 시료로부터 2차전자를 방출하게 하여 시료의 정보를 획득한다. 이때, 상기 하전입자 빔은 공기분자와 충돌하여 산란될 수 있기 때문에, 상기 하전입자 소스와 집속렌즈군 사이에 빔 주사영역을 포함하는 진공 챔버 내는 진공펌프를 사용하여 고진공 환경을 유지하도록 배기하여야 한다.
또한 상기 하전입자 소스는 필라멘트 등을 포함하는 전자총으로 이루어어질 수 있으며, 이는 텅스텐과 니켈, 니켈합금, 티타늄 등을 사용할 수 있다.
상기 하전입자 소스와 집속렌즈군을 포함하는 진공 챔버 내부의 압력을 고진공으로 유지하기 위해서 통상적으로 10-2Pa이하, 바람직하게는 10-3Pa 이하의 압력을 갖도록 진공펌프를 구비할 수 있다.
이때, 하전입자 소스에서 방출되는 하전입자 빔은 도 1에서 광축을 중심으로 집속렌즈군으로부터 유도되는 회전 대칭하는 전기장 또는 자기장에 의해 집속된다. 하전입자 빔의 경우 광학계와는 달리 전극에 의해 형성되는 전기장 또는 전기 코일에 의해 형성되는 자기장이 집속렌즈군의 역할을 한다.
상기 집속렌즈군에 의해 집속되어 시료의 표면에 형성되는 빔 스팟인 프로브의 크기는 시료 형상 관찰시 분해능을 결정한다. 일반적으로 프로브의 크기가 작아질수록 분해능과 정밀도는 향상된다.
또한 상기 하전입자 빔을 제어하는 집속 렌즈군은 수차를 가지고 있으며, 상기 수차에 의해 프로브의 사이즈가 결정되고, 렌즈의 수차가 커지면 프로브의 크기가 커져서 관찰 분해능이 저하된다.
또한, 상기 하전입자 빔의 궤도가 대물렌즈의 중심에서 벗어나면 수차가 급속히 증가하여 스팟의 크기가 커지게 된다. 이를 방지하기 위해 대물렌즈 상부에 편향기를 구비할 수 있다. 일반적으로 편향기는 복수로 구성될 수 있으며, 예시적으로 상단 편형기와 하단 편향기로 나누어지는 2단 구조를 가질 수 있다.
도 1에서는 상기 편향기로서, 상단 편향기와 하단 편향기로 구성된 편향기를 구성하여 빔의 궤도가 렌즈의 중심을 통과하도록 빔 궤도를 제어하고 있다. 더 구체적으로 설명하자면, 1차로 상단 편향기에 입사된 하전입자 빔을 편향시키고, 하단 편향기는 상단 편향기에 의해 편향된 하전입자 빔을 다시 편향시켜서 대물렌즈의 중앙에 입사되도록 함으로써 대물렌즈의 중심에서 벗어나면서 발생되는 수차를 최소화하는 역할을 한다.
상기 편향기는 하전입자 빔 중 전자빔을 이용한 하전입자 현미경에서는 자기장을 제어하는 자기렌즈 형태를 채택하여 사용하며, 이온빔을 이용한 하전입자현미경에서는 전기장을 제어하는 정전렌즈 형태를 채택하여 사용한다.
도 2는 일반적인 하전입자빔 현미경에서 시료의 표면을 탐색하는 주사 탐색(Raster scan) 방식을 설명하기 위하여 도시한 그림으로서, 상기의 편향기는 하전입자 빔을 도 2와 같이, 시료 표면 위를 빠른 탐색방향(100)과 느린 탐색방향(200)으로 주사시키면서 시료의 정보를 입수하거나 또는 시료와 반응하여 발생하는 신호를 검출기로 검출하여 시료의 표면 정보를 사용자에서 제공하는 기능을 한다.
즉, 도 2에 따르면, 상기 편향기는 하전입자 빔을 빠른 방향인 가로축(x축) 방향으로 일정시간 주사탐색을 진행한 이후에 느린 탐색방향으로 세로축의 좌표를 이동하여 다시 가로축(x축) 방향으로 일정시간 주사탐색을 진행하게 된다.
도 3은 일반적인 하전입자빔 현미경에서 주사 탐색 방식을 구현할 때, 편향기에 인가하는 신호 중 빠른 방향과 느린 방향으로 인가되는 아날로그신호(도 3a) 또는 디지털 편향 신호(도 3b)를 도시한 그림이다.
즉, 상기 주사 신호는 도 3a와 같이 빠른 탐색 방향으로 인가되는 아날로그 신호와 느린 탐색방향으로 인가되는 아날로그 신호를 사용할 수 있고, 최근에는 디지털 시스템이 개발되면서 도 3b와 같이 빠른 탐색방향으로 인가되는 디지털 신화와 느린 탐색 방향으로 인가되는 디지털 신호를 사용하기도 한다. 이러한 주사 신호는 출력크기가 커지면 탐색 영역이 넓어지고, 출력 크기가 작아지면 탐색 영역이 줄어든다. 또한 주사 신호의 주사 주파수가 높아지면 시료 표면 정보를 획득하는 시간이 짧아지고, 주파수가 낮아지면 느려진다.
한편, 하전입자 빔 현미경에서 왜곡 없이 시료 표면 정보를 획득하기 위해서는 하전입자 빔의 스팟이 설정된 주사신호와 선형으로 대응하여 시료의 표면 위를 빠른 탐색 방향에서의 하전입자 이동 경로와 느린 탐색 방향에서의 하전 입자 이동 경로를 따라 이동하여야 한다.
그러나 상기 하전입자 빔의 이동 경로는 편향기의 물리적 특성에 따라 항상 선형은 아니다. 즉, 편향기(30)를 구성하는 렌즈는 렌즈를 구성하는 물성이 가지고 있는 고유 임피던스에 따라 주사 신호가 왜곡 될 수 있다.
즉, 하전입자 빔 현미경에서 전자빔을 제어하기 위한 편향기를 사용하게 되는 경우에 인가된 전류는 편향기내 저항 성분과 코일 성분에 의해 지연 시간과 역기전류 등의 전기적 특성을 포함하게 되며, 이러한 전기적 특성은 선형적으로 변하는 전류 신호를 왜곡시켜 전자빔의 경로를 제어하는 자기력의 형태를 왜곡시킬 수 있고, 이로 인하여 하전입자 빔의 시료 표면 위의 조사되는 위치와 경로가 왜곡되어 엉뚱한 표면 신호가 수집되는 문제점이 있으며, 또한 짧은 시간에 표면의 정보를 획득하려는 것을 방해한다.
예컨대 상기 편향기로부터 기인하는 고유의 전기적 또는 자기적 신호의 왜곡을 도 4에서 보다 구체적으로 살펴볼 수 있다.
도 4는 하전입자 빔 현미경에서 주사 탐색 방식을 구현하여 시료의 표면(도 4a)을 탐색할 때, 편향기에 물리적 특성에 의하여 제1의 왜곡된 편향신호 형태(도 4b)가 인가되었을 때 획득할 수 있는 왜곡된 이미지(도 4c)를 도시한 그림으로서, 이를 통해 시료 표면의 정보가 왜곡되는 것을 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 4a와 같은 일정한 가로, 세로 그리고 높이를 가진 육면체 구조물이 정렬되어 있는 표준 시료에 하전입자 빔을 주사하는 경우에, 편향기에 기인한 고유 임피던스에 의해 왜곡된 형태의 빠른 탐색 방향의 주사신호로부터 왜곡된 측정 이미지를 보여주게 된다.
보다 상세하게는 도 4b는 편향기의 고유한 물리적 특성에 따라 왜곡된 주사파형을 나타내고 있으며, 상기의 주사파형은 곡선의 형태로 초기의 증가분이 낮고 시간이 지날수록 높은 기울기값을 가지는 형태를 나타낸다. 상기의 곡선형의 기울기를 갖는 주사파형은 편향기에 직접적으로 입력되었던 직선형의 기울기와는 다른 좌표를 갖게 된다. 이로 인하여, 도 4c와 같이 왜곡된 영상을 출력한다. 이는 각각의 좌표 x와 y값을 가져야하는데 좌표 y의 겹침 현상이 일어나 왜곡된 영상을 출력한다.
즉, 도 4b에서 볼 수 있는 바와 같이 편향기로부터 기인하는 왜곡된 편향신호가 초기의 시간동안에 선형의 신호(y=kx의 기울기값)와 대비하여 낮은 값을 가지게 되는 경우에 각각의 시간에 따른 y축의 값이 실제치보다 낮게 됨으로써, 최종적으로 출력되는 영상의 이미지는 도 4c와 같은 형태의 이미지를 얻을 수 밖에 없게 되는 것이다.
따라서, 도 4a에서와 같은 일정한 크기의 표준 시료를 사용하였지만 편향기에 인가된 신호가 도 4b와 같이 왜곡된 형태의 주사파형으로 출력되는 경우에 상기 왜곡된 편향 신호로 인하여 최종적으로 얻어지는 출력 영상의 이미지가 도 4c와 같은 형태로서 왜곡된 것을 확인할 수 있다.
도 5는 도 4와는 또 다른 형태를 갖는 왜곡된 주사파형에 따라 발생될 수 있는 경우를 도시화한 그림이다. 보다 상세하게는 하전입자 빔 현미경에서 주사 탐색 방식을 구현하여 시료의 표면(도 5a)을 탐색할 때, 편향기에 물리적 특성에 의하여 제2의 왜곡된 편향신호 형태(도 5b)로 인가되었을 때, 획득할 수 있는 왜곡된 이미지(도 5c)를 도시한 그림으로서, 도 4b에서는 편향기의 고유물성에 따라 편향기로부터 출력되는 주사파형이 곡선의 형태로 초기의 증가분이 낮고 시간이 지날수록 높은 기울기값을 가지는 형태를 나타내는 반면에, 도 5b에서는 상기 주사파형이 곡선의 형태로 초기의 증가분이 크고 시간이 지날수록 낮은 기울기값을 가지는 형태를 나타내며, 이에 따라 최종적으로 얻어지는 출력영상의 이미지도 도 5c와 같은 형태로서 왜곡된 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 도 4 및/또는 도 5에서와 같은 왜곡된 형태의 이미지를 얻는 것을 방지하기 위한 신규한 하전입자 현미경의 입자빔 제어 장치 및 이를 이용한 제어 방법을 제공하고자 한다.
이를 위한 본 발명에서는 도 6에 따른 하전입자 현미경의 입자빔 제어 장치를 제공할 수 있다.
이를 보다 상세히 살펴보면, 상기 하전입자 현미경의 입자빔 제어장치는 하전입자 빔을 방출하는 하전입자 소스; 상기 하전입자 소스로부터 방출되는 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 하나이상의 편향기; 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하는 스캔 프로파일(r(t))을 생성하여 상기 편향기에 제공하는 주사파형 발생기; 상기 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(
)를 측정하는 응답신호 측정기; 및 상기 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 상기 응답신호 측정기로부터의 응답신호(
)로부터, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 생성하고, 이를 내부에 구비되는 컨트롤러에 의해 선택적으로, a) 편향기로 입력시키고 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호xcoil(t+1)로부터 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력시키거나, 또는 b) 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 저장될 수 있는 메모리에 저장하고 이를 편향기의 입력신호로서 반복적으로 사용하여 편향기에 입력시키는 주사 파형 제어부;를 포함한다.
본 발명에서 상기 하전입자 소스 및 편향기는 앞서 설명한 바와 동일하며, 예시적으로, 상기 하전입자 빔 현미경에 사용되는 하전입자 빔은 전자빔, 수소이온 빔, 헬륨이온 빔에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 상기 편향기는 2개로서 상단편향 코일과 하단 편향코일로 이루어질 수 있다.
또한 상기 주사파형 발생기는 사용자로부터 미리 설정된 값을 입력받아 스캔 프로파일(r(t))생성하여 이를 상기 편향기에 제공하는 기능을 하며, 이는 삼각형, 톱니형, 사다리꼴 형으로 일정한 주기를 갖고 있는, 미리 설정된 스캔 프로파일 신호를 발생시킬 수 있고, 이는 본래의 스캔 프로파일 신호로써 편향기에 의하여 변화되기 전의 주기적인 신호값으로서 최초에 주사파형 발생기에서 발생시켜 상기 편향기에 입력될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 응답신호 측정기는 스캔 프로파일 신호에 따라 편향기에서 실제로 출력되는 전류파형(
)을 측정하는 장치로서, 상기 편향기에 의해 왜곡된 출력의 전류파형을 검출하도록 한다.
일 실시예로서, 상기 전류파형 측정기는 스캐너 도선에 흐르는 자기장의 세기를 검출하여 전류의 세기를 측정하는 홀센서, 스캐너의 도선 끝단에 설치된 센싱저항의 전압강하를 측정하여 도선에 흐르는 전류파형을 간접적으로 검출하는 전류검출장치 등의 형태를 가질 수 있고, 이를 통하여 스캐너 도선에 흐르는 자기장의 세기를 검출하여 도선에 흐르는 전류의 세기를 측정 할 수 있고, 스캐너의 도선 끝단에 설치된 센싱저항의 전압강하를 측정하여 도선에 흐르는 전류파형을 간접적으로 검출하는 등의 기능을 가질 수 있다.
여기서, 상기 편향기에서 실제로 출력되는 전류파형(xcoil(t))은 편향기를 거치고 난 후의 신호이기 때문에 편향기내 코일(coil)의 영향에 의해 본래 입력된 스캔 프로파일 신호와는 다른 값을 가지게 되므로, 양자의 차이(e(t) = r(t) - xcoil(t) )는 편향기에 의해 왜곡된 정도를 나타내는 것으로서, 이를 이용하여 보정된 스캔 프로파일 신호를 만들 수 있다.
한편, 상기 주사 파형 제어부는 상기 편향기에서 실제로 출력되는 전류파형을 제어하는 부분으로서, 사용자에 의해 미리 설정된 스캔 프로파일(r(t)) 신호와 편향기로부터 실제로 출력되는 전류파형 신호로부터, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 얻어내고 이를 편향기에 입력함으로써, 편향기가 하전입자 빔의 주사신호를 제어하도록 하는 장치에 해당한다.
이를 위해 본 발명의 하전입자 빔 현미경은 상기 응답신호 측정기에서 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(
)를 측정하며, 상기 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 상기 응답신호 측정기로부터의 응답신호(
)로부터, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))는 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(
)의 차이(e(t) = r(t) - xcoil(t) )를 이용하여 얻어낼 수 있다.
한편 본 발명에서 상기 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))는 이를 주사 파형 제어부의 내부에 구비되는 컨트롤러에 의해 두가지 경우 중 하나의 제어방법으로 선택적으로 제어할 수 있다.
첫 번째 제어 방법(a)은 상기 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 편향기로 입력시키고 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호xcoil(t+1)로부터 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력시키는 방법이다.
일 실시예로서, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 편향기로 입력되는 경우에, 그 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(xcoil(t+1))의 차이(e(t) = u(t) - xcoil(t+1))를 이용하여 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력될 수 있다.
이 경우에 상기 주사 파형 제어부는 편향기에서 실시간으로 출력되는 응답신호를 제공받고 이를 다음단계에서 출력될 스캔프로파일 신호에 반영하여 내부의 컨트롤러에 의해 편향기에 다시 입력함으로써, 편향기로부터 기인하는 왜곡된 편향신호가 돌발적으로 발생하더라도 이를 반영하여 실제 상황에 맞는 왜곡없는 이미지를 제공할 수 있다.
즉, 상기 편향기에 입력되는 값을 직전의 보정된 신호를 사용하게 됨으로써, 편향기에 출력되는 스캔 프로파일 신호는 편향기로부터 기인하는 왜곡을 실시간으로 보정하여 줄일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 보정된 스캔 프로파일 신호(U(t))는 하기 식 1로 부터 얻어낼 수 있다.
[식 1]
여기서, 상기 Kp 는 제어이득인 비례이득이고, Ki 는 적분이득이며 Kd는 미분이득으로서 이들 각각은 실수이다.
여기서, 임의의 값으로서 k1과 k2를 적절히 선택하는 경우에 최적의 보정된 스캔 프로파일 신호를 제시할 수 있다.
한편, 본 발명에서의 두 번째 제어방법(b)은 상기 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 상기 응답신호 측정기로부터의 응답신호(
)로부터 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 생성한 것을 상기 주사 파형 제어부내 컨트롤러에 의해, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 저장될 수 있는 메모리에 저장하고 이를 편향기의 입력신호로서 반복적으로 사용하여 편향기에 입력시키는 방법이다.
이 경우에 상기 주사 파형 제어부는 내부의 컨트롤러에 의해 편향기로부터의 왜곡된 신호가 거의 없는 편향신호와 같이 최적화된 프로파일 신호를 메모리에 저장하고 이를 반복적으로 사용함으로써, 하전입자 빔 현미경이 보다 빠른 응답속도를 가질 수 있어 고속의 스캐닝을 구현가능한 장점이 있다.
본 발명의 주사파형 제어부에 의한 제어 방식을 도 6을 통해 보다 쉽게 이해할 수 있다. 도 6은 본 발명의 하전입자 빔 현미경에서의 주사 제어 시스템을 도시한 그림으로서, 상기 주사파형 발생기로부터의 스캔 프로파일(r(t)) 신호는 편향기에 입력되고, 상기 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(
)는 응답신호측정기로부터 측정되어 양자로부터 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 얻어질 수 있다. 이를 상기 컨트롤러에 의해 메모리에 저장하여 반복적으로 편향기에 입력(b방법)할 수 있거나, 또는 편향기로부터의 왜곡신호를 실시간에 따라 보정하기 위해 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(xcoil(t+1))의 차이(e(t) = u(t) - xcoil(t+1))를 이용하여 실시간으로 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))를 얻고 이를 편향기에 입력(a방법)할 수 있다.
즉, 본 발명은 상기 주사 파형 제어부는 내부의 컨트롤러에 의해 선택적으로 상기 첫 번째 제어방법(a)과 두 번째 제어방법(b)을 제어할 수 있어, 하전입자 빔 현미경의 구체적 실험조건 또는 편향기 주변의 전기,자기적 조건에 따라 사용자가 보다 편리한 조건을 선택할 수 있다.
예컨대, 하전입자빔 현미경의 경우에 최적의 진공조건을 설정하는 경우에 수시간 내지 수일이 걸릴 수 있고, 그밖의 전자기적 조건까지 최적화하기 위해서 매우 많은 인적, 물적, 시간적 자원이 투여될 수 있다. 따라서, 상기 하전입자 빔 현미경을 이용한 실험의 경우에, 편향기로부터 기인하는 왜곡된 신호를 제거하여 보다 정확한 이미지를 얻기 위해 편향기에서 실시간으로 출력되는 응답신호를 제공받고 이를 다음단계에서 출력될 스캔프로파일 신호에 반영하여야 하는 경우도 필요하고, 또는 이와는 달리, 보다 빠른 응답 속도를 필요로 하는 경우도 필요하며, 이들을 정해진 시간내에 병행할 수 있도록 특정 기간내에 전환하여 사용하여야 할 경우도 존재하게 되며, 이 경우에 본 발명은 앞서 기재된 필요성을 모두 만족시켜주는 하전입자 빔 현미경을 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하전입자 빔 현미경에서, 편향기에서의 검출 신호가 왜곡된 경우(도 7b), 이를 보정하기 위해 주사파형 제어부에서 편향기에로 출력되는, 보정된 신호(도 7c) 및 상기 보정된 신호에 따라 편향기에서 검출되는 신호(도 7d)를 도시한 그림이다.
이를 상세히 살펴보면, 도 7a에서는 본 발명에 따른 제어신호를 편향기에 인가하였을 때 기대되는 제어 신호(108)가 도시되었고, 도 7b에서는 편향기에서의 실제 검출신호(106)로서 초기 증가분이 높은 형태를 가지는 경우에, 도 7c에서와 같이 실제 검출신호(106)에 대응되는 형태로서 상기 주사파형 제어부에서의 보정된 스캔 프로파일 신호(107)를 얻어내고, 이를 다시 편향기에 입력함으로써, 실제 편향기에서의 왜곡이 방지된 검출신호(109)를 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하전입자 빔 현미경에서의 주사 탐색 방식을 구현하여 시료의 표면(도 8a)을 탐색할 때, 보정된 신호에 따라 편향기에서 실제로 출력되는 신호(도 8b) 및 얻어지는 이미지(도 8c)를 도시한 그림으로서, 실제의 표면상태가 왜곡없이 보여지고 있는 것을 나타낸 것이다. 상기 도 8에 따르면, 도 4 및 도 5와는 달리 편향기로부터 기인하는 왜곡된 이미지 정보가 나타나지 않게 됨으로써, 원본의 이미지와 동일한 영상을 출력할 수 있다.
또한 본 발명은 하전입자 빔을 방출하는 하전입자 소스; 하전입자 소스쪽에 구비되는 중간 집속렌즈와 시료쪽에 구비되는 최종 집속렌즈인 대물렌즈를 포함하는 집속렌즈군; 상기 중간 집속렌즈와 대물렌즈 사이에 구비되며, 하전입자 소스로부터 방출되는 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 하나이상의 편향기; 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하는 스캔 프로파일(r(t))을 생성하여 상기 편향기에 제공하는 주사파형 발생기; 상기 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(
)를 측정하는 응답신호 측정기; 상기 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 상기 응답신호 측정기로부터의 응답신호(
)로부터, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 생성하고, 이를 내부에 구비되는 컨트롤러에 의해 선택적으로, a) 편향기로 입력시키고 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호xcoil(t+1)로부터 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력시키거나, 또는 b) 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 저장될 수 있는 메모리에 저장하고 이를 편향기의 입력신호로서 반복적으로 사용하여 편향기에 입력시키는 주사 파형 제어부; 및 대물렌즈 하단부에 위치하며 하전 입자빔이 조사되는 시료를 지지하고 이동할 수 있는 시료 스테이지;를 포함하는 하전입자 빔 현미경을 제공한다.
이는 상기 하전입자 빔 현미경에 있어 추가의 구성요소로서, 하전입자 소스쪽에 구비되는 중간 집속렌즈와 시료쪽에 구비되는 최종 집속렌즈인 대물렌즈를 포함하는 집속렌즈군과 대물렌즈 하단부에 위치하며 하전 입자빔이 조사되는 시료를 지지하고 이동할 수 있는 시료 스테이지를 추가적으로 구비한 것에 해당한다.
또한 본 발명에서 상기 하전입자 빔 현미경은 집속렌즈로부터 방출되는 입자빔이 통과하며, 입자빔의 경로를 바꿔주는 빔 컬럼 등이 추가로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명은 전자빔을 방출하는 전자빔 소스; 상기 전자빔 소스쪽에 구비되는 중간 집속렌즈와 시료쪽에 구비되는 최종 집속렌즈인 대물렌즈를 포함하는 집속렌즈군; 상기 중간 집속렌즈와 대물렌즈 사이에 구비되며, 전자빔 소스로부터 방출되는 전자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 하나이상의 편향기; 전자 빔의 조사 방향을 제어하는 스캔 프로파일(r(t))을 생성하여 상기 편향기에 제공하는 주사파형 발생기; 상기 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(
)를 측정하는 응답신호 측정기; 상기 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 상기 응답신호 측정기로부터의 응답신호(
)로부터, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 생성하고, 이를 내부에 구비되는 컨트롤러에 의해 선택적으로, a) 편향기로 입력시키고 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호xcoil(t+1)로부터 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력시키거나, 또는 b) 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 저장될 수 있는 메모리에 저장하고 이를 편향기의 입력신호로서 반복적으로 사용하여 편향기에 입력시키는 주사 파형 제어부; 대물렌즈 하단부에 위치하며 상기 전자빔이 조사되는 시료를 지지하고 이동할 수 있는 시료 스테이지; 및 시료로부터 방출되는 2차전자를 검출하는 2차전자 검출기;를 포함하는 주사전자현미경을 제공한다.
이는 상기 하전입자 빔 현미경이 주사전자 현미경으로서 사용되는 것에 해당하며, 이에 따라 시료로부터 방출되는 2차전자를 검출하는 2차전자 검출기를 포함한 것의 일 실시예에 해당한다.
또한 본 발명은 상기 하전입자 빔 현미경의 주사신호를 제어하는 방법을 제공한다. 보다 구체적으로 상기 방법은 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 하나 이상의 편향기; 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하는 스캔 프로파일(r(t))을 생성하여 상기 편향기에 제공하는 주사파형 발생기; 상기 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(
)를 측정하는 응답신호 측정기; 및 상기 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 상기 응답신호 측정기로부터 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 생성하여, 내부에 구비되는 컨트롤러에 의해 편향기 또는 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 저장될 수 있는 메모리에 선택적으로 입력시키는 주사 파형 제어부;를 포함하는 하전입자 빔 현미경의 주사신호를 제어하는 방법으로서,
미리 설정된 스캔 프로파일(r(t))에 따라 상기 주사파형 발생기에서 하전입자 빔의 조사 방향을 제어할 수 있도록 스캔 프로파일 신호(r(t))를 발생시켜 편향기에 입력하는 단계; 상기 스캔 프로파일 신호에 따라 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호(
)을 측정하는 단계; 상기 주사파형 제어부에서 상기 스캔 프로파일 신호(r(t))와 편향기로부터 실제로 출력되는 응답신호(
)로부터, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 얻어내는 단계; 및 상기 컨트롤러에 의해 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 편향기에 입력되는 경우에 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호xcoil(t+1)로부터 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력되도록 하며, 상기 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 메모리에 입력되는 경우에 이를 편향기의 입력신호로서 반복적으로 사용할 수 있도록 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 처리하는 단계;를 포함한다.
이 경우에 상기 미리 설정된 스캔 프로파일(r(t))의 전류 파형은 톱니형, 삼각형, 사다리꼴형 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 하전입자 빔 현미경의 주사신호를 제어하는 방법은 본 발명에서의 상기 주사파형 발생기, 응답신호 측정기 및 주사 파형 제어부를 포함하는 하전입자 빔 현미경에서의 주사신호 제어방법에 관한 것으로 이의 구체적인 방법은 앞서 기재된 바와 동일하며, 이의 실시는 통상의 기술자에게 자명한 것에 해당한다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
11: 광축
12: 하전입자 소스(source)
13: 하전입자 빔(beam) 14: 상단 편향기에 의해 편향된 하전입자 빔
15: 하단 편향기에 의해 편향된 하전입자 빔
16: 대물렌즈에 의해 모아진 하전입자 빔
17: 하전입자 빔 스팟
21: 중간 집속렌즈 22: 대물렌즈
31: 상단 편향기 32:하단 편향기
41: 시료 42: 시료 스테이지 43: 시료의 원 영상
44: 왜곡된 편향 신호형태 1에 의해 측정된 왜곡 영상
45: 왜곡된 편향 신호형태 2에 의해 측정된 왜곡 영상
46: 본 발명에서 제안한 방법으로 편향기에 제어 신호를 인가하였을 때 얻어지는 영상
50: 검출기 51: 검출 신호
61: 진공 챔버 62:진공 챔버 내부
70: 하전입자 빔 제어시스템 71: 상단 편향기 편향 제어신호
72: 하단 편향기 편향 제어신호
80: 고전압 증폭기 81: 증폭된 상단 편향기 편향 제어신호
82: 증폭된 하단 편향기 편향 제어신호
90: 호스트 컴퓨터
91:호스트와 하전입자 빔 제어시스템 사이의 통신신호
100: 빠른 탐색 방향
101: 빠른 탐색 방향에서 하전입자 이동 경로
103: 빠른 탐색 방향으로 인가되는 아날로그 편향 신호
104: 빠른 탐색 방향으로 인간되는 디지털 편향 신호
105: 편향기에 인가된 왜곡신호 형태 1
106: 편향기에 의해 인가된 왜곡신호 2
107: 편향기에 의해 인가된 왜곡신호가 발생되었을 때 본 발명에 따른 방법을 사용하여 제어되는 빠른 탐색 방향의 편향기로의 입력신호
108: 편향기에 기대되는 제어 신호
109 : 본 발명에 따른 방법을 사용하여 편향기에 실제 인가되는 제어 신호
200: 느린 탐색 방향
201: 느린 탐색 방향에서 하전입자 빔의 이동경로
202: 느린 탐색 방향으로 인가되는 아날로그 편향 신호
203: 느린 탐색 방향으로 인가되는 디지털 편향 신호
13: 하전입자 빔(beam) 14: 상단 편향기에 의해 편향된 하전입자 빔
15: 하단 편향기에 의해 편향된 하전입자 빔
16: 대물렌즈에 의해 모아진 하전입자 빔
17: 하전입자 빔 스팟
21: 중간 집속렌즈 22: 대물렌즈
31: 상단 편향기 32:하단 편향기
41: 시료 42: 시료 스테이지 43: 시료의 원 영상
44: 왜곡된 편향 신호형태 1에 의해 측정된 왜곡 영상
45: 왜곡된 편향 신호형태 2에 의해 측정된 왜곡 영상
46: 본 발명에서 제안한 방법으로 편향기에 제어 신호를 인가하였을 때 얻어지는 영상
50: 검출기 51: 검출 신호
61: 진공 챔버 62:진공 챔버 내부
70: 하전입자 빔 제어시스템 71: 상단 편향기 편향 제어신호
72: 하단 편향기 편향 제어신호
80: 고전압 증폭기 81: 증폭된 상단 편향기 편향 제어신호
82: 증폭된 하단 편향기 편향 제어신호
90: 호스트 컴퓨터
91:호스트와 하전입자 빔 제어시스템 사이의 통신신호
100: 빠른 탐색 방향
101: 빠른 탐색 방향에서 하전입자 이동 경로
103: 빠른 탐색 방향으로 인가되는 아날로그 편향 신호
104: 빠른 탐색 방향으로 인간되는 디지털 편향 신호
105: 편향기에 인가된 왜곡신호 형태 1
106: 편향기에 의해 인가된 왜곡신호 2
107: 편향기에 의해 인가된 왜곡신호가 발생되었을 때 본 발명에 따른 방법을 사용하여 제어되는 빠른 탐색 방향의 편향기로의 입력신호
108: 편향기에 기대되는 제어 신호
109 : 본 발명에 따른 방법을 사용하여 편향기에 실제 인가되는 제어 신호
200: 느린 탐색 방향
201: 느린 탐색 방향에서 하전입자 빔의 이동경로
202: 느린 탐색 방향으로 인가되는 아날로그 편향 신호
203: 느린 탐색 방향으로 인가되는 디지털 편향 신호
Claims (10)
- 하전입자 빔을 방출하는 하전입자 소스;
상기 하전입자 소스로부터 방출되는 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 하나이상의 편향기;
하전입자 빔의 조사 방향을 제어하는 스캔 프로파일(r(t))을 생성하여 상기 편향기에 제공하는 주사파형 발생기;
상기 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호()를 측정하는 응답신호 측정기; 및
상기 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 상기 응답신호 측정기로부터의 응답신호()로부터, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 생성하고, 이를 내부에 구비되는 컨트롤러에 의해 선택적으로, a) 편향기로 입력시키고 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호xcoil(t+1)로부터 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력시키거나, 또는 b) 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 저장될 수 있는 메모리에 저장하고 이를 편향기의 입력신호로서 반복적으로 사용하여 편향기에 입력시키는 주사 파형 제어부;를 포함하는 하전입자 빔 현미경.
- 제 1항에 있어서,
상기 편향기는 2개로서 상단편향 코일과 하단 편향코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 현미경. - 제 1항에 있어서,
상기 하전입자 빔 현미경에 사용되는 하전입자 빔은 전자빔, 수소이온 빔, 헬륨이온 빔에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 현미경. - 제 1항에 있어서,
상기 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))는 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호()의 차이(e(t) = r(t) - xcoil(t) )를 이용하여 얻어내는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 현미경.
- 제 1항에 있어서,
상기 주사파형 제어부내부의 컨트롤러에 의해 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 편향기에 입력되는 경우에, 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호의 차이(e(t) = u(t) - xcoil(t+1))를 이용하여 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력되는 것을 특징으로 하는, 하전입자 빔 현미경. - 제 4항에 있어서,
상기 보정된 스캔 프로파일 신호(U(t))는
의 식으로 부터 얻어내는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 현미경.
여기서, 상기 Kp 는 제어이득인 비례이득이고, Ki 는 적분이득이며 Kd는 미분이득으로서 이들 각각은 실수이다. - 하전입자 빔을 방출하는 하전입자 소스;
하전입자 소스쪽에 구비되는 중간 집속렌즈와 시료쪽에 구비되는 최종 집속렌즈인 대물렌즈를 포함하는 집속렌즈군;
상기 중간 집속렌즈와 대물렌즈 사이에 구비되며, 하전입자 소스로부터 방출되는 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 하나이상의 편향기;
하전입자 빔의 조사 방향을 제어하는 스캔 프로파일(r(t))을 생성하여 상기 편향기에 제공하는 주사파형 발생기;
상기 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호()를 측정하는 응답신호 측정기;
상기 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 상기 응답신호 측정기로부터의 응답신호()로부터, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 생성하고, 이를 내부에 구비되는 컨트롤러에 의해 선택적으로, a) 편향기로 입력시키고 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호xcoil(t+1)로부터 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력시키거나, 또는 b) 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 저장될 수 있는 메모리에 저장하고 이를 편향기의 입력신호로서 반복적으로 사용하여 편향기에 입력시키는 주사 파형 제어부; 및
대물렌즈 하단부에 위치하며 하전 입자빔이 조사되는 시료를 지지하고 이동할 수 있는 시료 스테이지;를 포함하는 하전입자 빔 현미경. - 전자빔을 방출하는 전자빔 소스;
상기 전자빔 소스쪽에 구비되는 중간 집속렌즈와 시료쪽에 구비되는 최종 집속렌즈인 대물렌즈를 포함하는 집속렌즈군;
상기 중간 집속렌즈와 대물렌즈 사이에 구비되며, 전자빔 소스로부터 방출되는 전자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 하나이상의 편향기;
전자 빔의 조사 방향을 제어하는 스캔 프로파일(r(t))을 생성하여 상기 편향기에 제공하는 주사파형 발생기;
상기 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호()를 측정하는 응답신호 측정기;
상기 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 상기 응답신호 측정기로부터의 응답신호()로부터, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 생성하고, 이를 내부에 구비되는 컨트롤러에 의해 선택적으로, a) 편향기로 입력시키고 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호xcoil(t+1)로부터 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력시키거나, 또는 b) 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 저장될 수 있는 메모리에 저장하고 이를 편향기의 입력신호로서 반복적으로 사용하여 편향기에 입력시키는 주사 파형 제어부;
대물렌즈 하단부에 위치하며 상기 전자빔이 조사되는 시료를 지지하고 이동할 수 있는 시료 스테이지; 및
시료로부터 방출되는 2차전자를 검출하는 2차전자 검출기;를 포함하는 주사전자현미경. - 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 하나 이상의 편향기;
하전입자 빔의 조사 방향을 제어하는 스캔 프로파일(r(t))을 생성하여 상기 편향기에 제공하는 주사파형 발생기;
상기 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호()를 측정하는 응답신호 측정기; 및
상기 주사파형 발생기에서의 스캔 프로파일(r(t))과 상기 응답신호 측정기로부터 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 생성하여, 내부에 구비되는 컨트롤러에 의해 편향기 또는 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 저장될 수 있는 메모리에 선택적으로 입력시키는 주사 파형 제어부;를 포함하는 하전입자 빔 현미경의 주사신호를 제어하는 방법으로서,
미리 설정된 스캔 프로파일(r(t))에 따라 상기 주사파형 발생기에서 하전입자 빔의 조사 방향을 제어할 수 있도록 스캔 프로파일 신호(r(t))를 발생시켜 편향기에 입력하는 단계;
상기 스캔 프로파일 신호에 따라 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호()을 측정하는 단계;
상기 주사파형 제어부에서 상기 스캔 프로파일 신호(r(t))와 편향기로부터 실제로 출력되는 응답신호()로부터, 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 얻어내는 단계; 및
상기 컨트롤러에 의해 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 편향기에 입력되는 경우에 이후의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t+1))는 직전의 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))와 이로부터 편향기에서 실제로 출력되는 응답신호xcoil(t+1)로부터 매번 새로이 산출하여 편향기에 입력되도록 하며, 상기 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))가 메모리에 입력되는 경우에 이를 편향기의 입력신호로서 반복적으로 사용할 수 있도록 보정된 스캔 프로파일 신호(u(t))를 처리하는 단계;를 포함하는 하전입자 빔 현미경의 주사신호 제어방법. - 제 9항에 있어서,
상기 미리 설정된 스캔 프로파일(r(t))의 전류 파형은 톱니형, 삼각형, 사다리꼴형 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 현미경의 주사신호 제어방법.
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