KR20170066846A - 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법 - Google Patents

주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법 Download PDF

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Abstract

주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법이 개시된다. 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법은 샘플의 제1 깊이로 침투되는 제1 랜딩 에너지를 가지는 전자 빔을 상기 샘플에 조사하여, 제1 깊이에서의 제1 이미지를 획득하고, 제1 랜딩 에너지보다 높고, 샘플의 제2 깊이로 침투되는 제2 랜딩 에너지를 전자 빔이 가지도록 전자 빔을 가속하여, 제2 깊이에서의 제2 이미지를 획득하는 것을 포함한다.

Description

주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법{STRUCTURE ANALYSIS METHOD USING A SCANNING ELECTRON MICROSCOPE}
본 발명은 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법에 관한 것이다.
주사 전자 현미경(scanning electron microscope(SEM)) 장치는 집속된 전자빔을 샘플(sample)로 주사(scan)하고 상기 샘플로부터 방출되는 2차 전자들 또는 후방 산란 전자들에 관련된 전자 신호를 이용하여 상기 샘플의 표면 상태를 관찰하거나 상기 시료의 성분을 분석하는 장치이다.
반도체 공정의 미세화에 따라, 기존 광학 설비를 통해 해석할 수 없는 영역이 점차 증가하게 되었고, 이에 따라, 주사 전자 현미경 장치의 활용 영역이 증가하고 있다. 따라서, 반도체 미세 공정 시에, 주사 전자 현미경을 이용하여, 샘플의 표면 상태, 즉 2차원적 평면 이미지를 획득할 수 있다.
그러나, 샘플의 2차원적 이미지만으로 반도체 장치를 포함하는 샘플의 구조를 해석하기에는 충분하지 않으며, 샘플의 3차원적인 이미지의 추출이 요구되고 있다. 이에 따라, 다양한 방식의 전자 현미경이 도입되고 있으나, 샘플의 손상과 이미지 추출 속도 등에서 많은 문제점이 드러나고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 샘플의 구조를 해석할 수 있는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 신뢰성이 향상된 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 샘플의 손상을 방지하면서도, 샘플의 구조 해석 속도가 향상된 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 샘플의 3차원적 이미지를 획득할 수 있는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 주사되는 전자 빔의 랜딩 에너지를 변화시켜 샘플의 3차원적 이미지를 획득할 수 있는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법은 샘플의 제1 깊이로 침투되는 제1 랜딩 에너지를 가지는 전자 빔을 상기 샘플에 조사하여, 상기 제1 깊이에서의 제1 이미지를 획득하고, 상기 제1 랜딩 에너지보다 높고, 상기 샘플의 제2 깊이로 침투되는 제2 랜딩 에너지를 상기 전자 빔이 가지도록 상기 전자 빔을 가속하여, 상기 제2 깊이에서의 제2 이미지를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 전자 빔을 상기 샘플에 조사하는 것은, 상기 샘플을 2차원적 좌표에 따라 주사(scan)하는 것을 포함하는 주사 전자 현미경을 이용할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 제1 이미지는 상기 제1 깊이에서의 획득된 프레임(frame) 단위의 이미지이고, 상기 제2 이미지는 상기 제2 깊이에서 획득된 프레임 단위의 이미지이며, 상기 제1 및 제2 이미지를 통해 3차원적 이미지를 획득하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 이미지를 통해 3차원적 이미지를 획득하는 것은, 상기 제1 및 제2 이미지를 상기 제1 및 제2 깊이에 대응되도록 적층하여 3차원적 이미지를 획득하는 것을 포함하는 주사 전자 현미경을 이용할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 이미지는, 상기 샘플로 조사된 상기 전자 빔으로 인하여 상기 샘플 내에서 방출되는 전자 신호를 포집하여 구현되는 이미지일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 제1 이미지는 상기 제1 깊이에서의 도트(dot) 단위의 이미지이고, 상기 제2 이미지는 상기 제2 깊이에서의 도트 단위의 이미지이며, 상기 제1 및 제2 이미지를 통해 상기 전자 신호의 변화를 측정하고, 상기 측정된 전자 신호의 변화를 통해 상기 샘플의 제1 및 제2 깊이에서의 물질 변화를 해석하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 전자 신호는 후방 산란 전자와 이차 전자를 포함할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법은 샘플 내로 침투되는 랜딩 에너지를 가지는 전자 빔을 상기 샘플에 조사하고, 상기 랜딩 에너지가 연속적으로 증가되도록, 상기 전자 빔을 가속시키고, 상기 연속적으로 증가되는 랜딩 에너지가 도달하는 상기 샘플 내의 복수 개의 깊이와 대응하는 복수 개의 이미지를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 전자 빔을 상기 샘플에 조사하는 것은, 상기 샘플을 2차원적 좌표에 따라 주사(scan)하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 이미지는, 상기 복수 개의 이미지와 대응하는 상기 복수 개의 깊이 각각에서 취득된 프레임(frame) 단위의 이미지일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 이미지를 획득한 후에, 상기 복수 개의 이미지를 상기 복수 개의 깊이와 대응되도록 적층하여 3차원적 이미지를 획득하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 이미지는 도트(dot) 단위의 이미지이고, 상기 복수 개의 깊이 방향에 따라 적층되어 라인(line) 단위의 이미지가 획득될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 랜딩 에너지의 연속적인 변화에 따른 상기 복수 개의 깊이 각각에서 방출되는 신호 전자의 변화를 획득하여, 상기 샘플 내부의 물질 구성의 변화를 해석하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 샘플 내부의 물질 구성의 변화를 해석하는 것은, 상기 신호 전자의 변화에 따른 기울기 변화를 통해 해석하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 신호 전자의 변화에 따른 기울기 변화를 통해 해석하는 것은, 상기 기울기의 미분을 통해 변화점을 추출하는 것을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 이미지를 획득하는 것은, 상기 샘플로 조사된 상기 전자 빔으로 인하여 상기 샘플 내에서 방출되는 전자 신호를 포집하여 복수 개의 이미지를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 전자 신호는 후방 산란 전자와 이차 전자를 포함할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법은 샘플 내로 침투되는 제1 랜딩 에너지를 가지는 제1 전자 빔을 상기 샘플에 주사(scan)하여, 제1 침투 깊이를 측정하고, 상기 제1 랜딩 에너지보다 높은 제2 랜딩 에너지를 가지는 제2 전자 빔을 상기 샘플에 주사하여, 제2 침투 깊이를 측정하고, 상기 제1 랜딩 에너지와 상기 제2 랜딩 에너지의 차이인 제1 차이와, 상기 제1 침투 깊이와 상기 제2 침투 깊이의 차이인 제2 차이를 측정하고, 상기 제1 및 제2 차이를 바탕으로, 상기 샘플 내의 제3 깊이로 침투가능한 제3 랜딩 에너지를 예측하고, 상기 제3 랜딩 에너지를 통해, 상기 샘플 내의 제3 깊이의 이미지를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 차이를 측정한 후, 상기 제1 및 제2 차이의 상호 연관성을 연산하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 샘플 내의 제3 깊이의 이미지를 획득하는 상기 제3 깊이에서의 프레임 단위의 이미지를 획득하는 것을 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법들에 적용되는 기본 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법들에 적용되는 기본 원리를 설명하기 위하여, 실리콘에서의 시뮬레이션 결과이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법들에 적용되는 기본 원리를 설명하기 위하여, 실리콘 산화물에서의 시뮬레이션 결과이다.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 특정 샘플의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 샘플에 입사되는 랜딩 에너지 변화에 따른 전자 신호의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 특정 샘플의 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 샘플에 입사되는 랜딩 에너지 변화에 따른 전자 신호의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 샘플의 사시도와 단면도이다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 복수 개의 주사 전자 현미경의 이미지이다.
도 13은 도 12의 복수 개의 주사 전자 현미경의 이미지를 이용하여, 구현된 입체도의 사시도와 단면도이다.
도 14는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 사용하는 주사 전자 현미경의 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이어서, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법들에 적용되는 기본 원리를 설명한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법들에 적용되는 기본 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법들에 적용되는 기본 원리를 설명하기 위하여, 실리콘에서의 시뮬레이션 결과이다. 도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법들에 적용되는 기본 원리를 설명하기 위하여, 실리콘 산화물에서의 시뮬레이션 결과이다.
도 1을 참조하면, Iv는 반응 부피(interaction volume)을 나타내고, E0는 입사 에너지(incident energy)를 나타낸다. Pd는 침투 깊이(penetration)을 나타내며, Z는 원자 번호(atomic number)를 나타낸다.
도 1을 다시 참조하면, 입사 에너지(E0)이 증가될수록, 반응 부피(Iv)가 점점 커지며, 이에 따라 침투 깊이(Pd) 역시 증가됨을 확인할 수 있다. 입사 에너지(E0)는 주사 전자 현미경의 전자빔의 랜딩 에너지(landing energy)를 포함하는 에너지이다.
따라서, 입사 에너지(E0)로 표현되는 주사 전자 현미경의 랜딩 에너지(landing energy)는 샘플에 전자 빔이 도달 시에, 투과할 수 있는 침투 깊이(Pd)와 반응 부피(Iv)를 결정하는 주요 인자들이다.
입사 에너지(Eo)인 랜딩 에너지를 가지는 전자에 대한 침투 깊이(Pd)는 하기의 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, ρ는 샘플의 밀도(g/cm3)를, R은 침투 깊이(Pd)를, Eo는 입사 에너지(Kev)를 나타내며, 나머지, α는 대략 0.1, r은 대략 1.35의 상수로 표현할 수 있다.
전자의 투과 거리를 샘플의 밀도 ρ와의 곱인 ρR로 표현하면, 나머지 α를 원자 질량(atomic mass)에 무관한 상수로 표현할 수 있다. 예를 들어, 탄소(Z=6)의 경우(ρ는 대략 2 g/cm3, E0는 대략 10 Kev), 침투 깊이(Pd)는 대략 1 ㎛ 수준이며, 금(Z=79)의 경우(ρ는 대략 20 g/cm3, E0는 대략 10 Kev), 침투 깊이(Pd)는 대략 0.2 ㎛ 수준이다.
전자 빔이 포함하는 전자의 침투 깊이(Pd)은 후방 산란(Back Scattering)으로 인해 전진할 수 있는 전자의 수가 줄어드는 것과 상관성이 높으며, 하이-앵글 탄성 산란(High-angle elastic scattering)이 발생할 확률은 원자 번호의 제곱(Z2)에 비례한다.
입사 에너지(E0)가 증가/감소함에 따라 투과 거리 역시 변화하며, 1KeV 전자에 대해서 탄소(Carbon)의 경우 50nm로, 금(Gold)의 경우 10nm 수준으로 감소한다.
본 발명에 있어서, 주사 전자 현미경의 주사하는 전자 빔의 랜딩 에너지를 증가시켜, 샘플의 내부로 침투시키는 원리를 이용한다. 상기 원리의 이론적 근거는 상술한 바와 같으며, 이를 이용한 보다 구체적인 실시예는 후술한다.
도 2는 실리콘(Si)으로 입사되는 전자 빔이 포함하는 랜딩 에너지 변화(VLE)에 따른 침투 깊이(Z)를 측정하기 위하여, 시뮬레이션을 수행한 결과이다. 상기 시뮬레이션은 몬테-카를로스(Monte-carlo) 시뮬레이션법이며, 랜딩 에너지는 VLE축을 따라, 차례대로 5Kev, 10Kev, 15Kev, 20Kev, 25Kev 및 30Kev순으로 증가된다. 각 랜딩 에너지 지점에서 나타나는 복수 개의 복잡한 선들은 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE)의 실리콘(Si) 내부에서의 이동 경로를 나타낸다.
보다 구체적으로는, 상대적으로 진한 선이 후방 산란 전자(BSE)의 이동 경로를 나타내는 선이며, 상대적으로 흐린 선이 이차 전자(SE)의의 이동 경로를 나타내는 선이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 랜딩 에너지가 VLE축을 따라, 차례대로 5Kev, 10Kev, 15Kev, 20Kev, 25Kev 및 30Kev로 증가됨에 따라, 침투 깊이(Z)도 점차 증가됨을 확인할 수 있다. 즉, 랜딩 에너지거 커질수록, 전자 빔의 샘플 내부로 침투되는 깊이(Z)는 깊어지면, 이는 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE)의 상기 샘플 내부에서의 이동 경로를 통해 확인할 수 있다.
예를 들어, 랜딩 에너지가 10Kev인 경우(VLE 축의 두 번째 에너지)에 있어서, 실리콘(Si) 내부의 3600nm 이하로 침투하는 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE)는 거의 존재하지 않지만, 랜딩 에너지가 30Kev인 경우(VLE 축의 여섯 번째 에너지)에는, 상당히 많은 수의 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE)가 실리콘(Si) 내부의 3600nm 이하로 침투하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 전자 빔의 에너지가 강할수록, 실리콘(Si) 내부로 보다 깊게 랜딩 에너지가 침투됨을 확인할 수 있다.
도 3는 실리콘 산화물(SiO2)로 입사되는 전자 빔이 포함하는 랜딩 에너지 변화(VLE)에 따른 침투 깊이(Z)를 측정하기 위하여, 시뮬레이션을 수행한 결과이다. 상기 시뮬레이션은 몬테-카를로스(Monte-carlo) 시뮬레이션법이며, 랜딩 에너지는 VLE축을 따라, 차례대로 5Kev, 10Kev, 15Kev, 20Kev, 25Kev 및 30Kev 순으로 증가된다. 각 랜딩 에너지 지점에서 나타나는 경로는 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE)의 실리콘(Si) 내부에서의 이동 경로를 나타낸다.
보다 구체적으로는, 상대적으로 진한 선이 후방 산란 전자(BSE)의 이동 경로를 나타내는 선이며, 상대적으로 흐린 선이 이차 전자(SE)의의 이동 경로를 나타내는 선이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 랜딩 에너지가 VLE축을 따라, 차례대로 5Kev, 10Kev, 15Kev, 20Kev, 25Kev 및 30Kev로 증가됨에 따라, 침투 깊이도 점차 증가됨을 확인할 수 있다.
예를 들어, 랜딩 에너지가 10Kev(VLE 축의 두 번째 에너지)인 경우에는, 실리콘(Si) 내부의 1800nm 이하로 침투하는 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE)는 거의 존재하지 않지만, 랜딩 에너지가 30Kev(VLE 축의 여섯 번째 에너지)인 경우에는, 상당히 많은 수의 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE)가 실리콘(Si) 내부의 1800nm 이하로 침투하는 것을 확인할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 통해 확인할 수 있듯이, 샘플을 구성하는 물질에 따라 침투 깊이에 차이가 있지만, 일반적으로 고 가속되어, 고 에너지를 포함하는 전자를 포함하는 전자 빔을 사용할수록, 샘플의 내부로 깊게 침투시킬 수 있다. 나아가, 상기 침투된 전자 빔으로 인해, 외부로 방출되는 신호 전자 즉, 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE)를 수집하고, 상기 수집된 신호 전자를 이용하여 샘플 내부의 물질 구성에 따른 차이를 이미지화할 수 있다.
즉, 샘플을 구성하는 물질의 차이에 따라 상기 신호 전자는 차이를 나타내면, 이에 따라 전자 빔이 침투된 위치에서의 물질 구성의 차이에 따른 정보를 바탕으로 상기 위치를 이미지화할 수 있다.
상기 신호 전자 중, 후방 산란 전자(BSE)는 샘플의 내부로 입사된 전자가 90도 이상의 각으로 산란되어 방출되는 것을 의미하며, 이러한 산란은 90도 이하의 산란각을 가지는 전자가 샘플 내부에서 수회의 충돌을 걸쳐 방출되거나, 탄성 산란(elastic scattering)을 통해 에너지의 변화는 적고 운동량은 차이를 가지는 형태로 방출될 수 있다. 하이-앵글 탄성 산란은 상술한 바와 같이 원자 번호의 제곱에 비례하므로, 후방 산란 전자(BSE)를 기반으로 획득된 이미지에서는 원자 번호와 관련된 정보를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 신호 전자 즉, 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE)는 샘플의 내부의 일 지점에서 방출되는 신호 전자들이다. 따라서, 내부에서 외부로 방출되는 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE)는 방출 과정에서 샘플 내부와의 충돌로 인하여, 다른 형태로 변환될 수 있다.
따라서, 본 발명에 있어서, 랜딩 에너지의 변화에 따른 샘플의 내부 구조를 파악하기 위해서, 샘플의 내부에서 외부로 방출되는 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE)를 최대한 획득하는 것을 기본 개념으로 할 수 있다.
이를 통해, 상기 신호 전자들로 획득되는 샘플 내부의 이미지의 해상도를 보다 향상시킬 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며, 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE) 중 어느 하나의 전자를 획득하여, 샘플 내부의 정보를 획득할 수 있다면, 특정 신호 전자를 획득하는 것으로도 본 발명의 기술적 사상이 구현될 수 있다.
이어서, 도 4 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 특정 샘플의 단면도이다. 도 6은 도 5에 도시된 샘플에 입사되는 랜딩 에너지 변화에 따른 전자 신호의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 특정 샘플의 단면도이다. 도 8은 도 7에 도시된 샘플에 입사되는 랜딩 에너지 변화에 따른 전자 신호의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법은, 샘플 내로 침투되는 랜딩 에너지를 가지는 전자 빔을 샘플의 특정 지점에 조사하고(S10), 랜딩 에너지를 연속적으로 증가시키면서, 이에 따라 수집되는 신호 전자의 크기를 측정(S20)하고, 랜딩 에너지의 변화에 따른 신호 전자의 변화를 그래프로 나타내고, 미분을 통해 변화점을 추출하는(S30) 것을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 주사 전자 현미경이 방출하는 전자 빔은 샘플의 특정 지점(dot)에 조사된다. 이어서, 상기 전자 빔이 가지는 랜딩 에너지가 증가됨에 따라, 도 1 내지 도 3을 통해 설명한 바와 같이 샘플의 내부로 더 깊게 침투될 수 있다.
즉, 주사 전자 현미경은 도트(dot) 단위로 입사된 전자 빔을 통해, 깊이 방향에 따른 라인(line) 단위의 정보, 즉 수직 방향에 따른 내부 구조의 변화 정보를 획득할 수 있다. 이는 복수 개의 도트(dot) 단위의 정보를 통하여, 라인(line) 단위의 정도를 획득하는 것을 의미하는 것이다.
샘플의 내부로 도트(dot) 단위로 점차적으로 침투되는 전자 빔의 전자는, 샘플 내부에 배치되는 내부 물질의 구성이 변화하는 경우에, 방출하는 신호 전자에 있어서 차이를 보일 수 있다. 즉, 내부 물질의 구성이 동일한 경우에 방출되는 신호 전자는 큰 변화가 없지만, 내부 물질의 구성이 변화하는 경우에는 방출되는 신호 전자의 세기 등은 확연한 변화를 보인다. 이를 통해 내부 물질의 변화 예를 들어, 샘플이 다층 구조인 경우, 계면의 위치를 확인할 수 있다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 보다 상세히 설명한다.
도 5를 참조하면, 2층의 적층구조를 가지는 임의의 샘플의 단면을 확인할 수 있다. 여기서, 하층은 실리콘층(20)일 수 있고, 상층은 실리콘 산화물층(10)일 수 있다.
도 6을 참조하면, 랜딩 에너지(VLE)가 증가됨에 따라, 수집되는 전자 신호(signal)가 변화함을 확인할 수 있다. 여기서, 랜딩 에너지(VLE)의 단위는 Kev이며, 전자 신호(signal)는 세기를 의미하는 것으로 특정한 단위를 가지지 않는다.
도 6을 다시 참조하면, 랜딩 에너지(VLE)가 1 에서 5 Kev로 증가될 때, 전자 신호(signal)는 대체적으로 일정한 기울기를 가지고 감소하는 것을 확인할 수 있다. , 랜딩 에너지(VLE)의 초기 증가시에는, 도 5의 샘플 내부로 진입하기 전 상태이므로, 내부 이미지에 관한 정보를 개시하지는 않는다.
이어서, 랜딩 에너지(VLE)가 5 에서 14 Kev로 증가될 때, 전자 신호(signal)는 대체적으로 일정한 기울기를 가지고 증가하는 것을 확인할 수 있다. 랜딩 에너지(VLE)가 5 Kev 일 때, 전자 빔이 도 5의 샘플 내부로 침투했음을 알 수 있다.
이어서, 랜딩 에너지(VLE)가 14 에서 20 Kev로 증가될 때, 전자 신호(signal)는 대체적으로 일정한 기울기를 가지고 감소하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 랜딩 에너지(VLE)가 14 Kev 일 때, 그래프의 기울기가 변화한다. 상기 변화점은 그래프의 기울기의 미분을 통해서 추출할 수 있다. 랜딩 에너지(VLE)가 14 Kev일 때, 주사 전자 현미경의 전자 빔이 실리콘층(20) 실리콘 산화물층(10) 사이의 계면까지 침투했음을 그래프를 통해 확인할 수 있다.
즉, 본 실시예에서, 특정한 샘플의 도트(dot) 단위의 정보를 샘플의 깊이 방향으로 연속적으로 획득하는 것을 통하여, 샘플이 다층 구조인지, 다층 구조라면 몇 개의 층을 포함하고 있는 지를 확인할 수 있으며, 나아가, 샘플이 다층 구조인 경우, 각각의 층의 두께를 확인할 수 있다.
이어서, 도 7 및 도 8을 참조하면, 4개의 층을 포함하는 샘플의 경우를 설명한다.
도 7을 참조하면, 4 개의 층을 포함하는 샘플의 단면을 확인할 수 있다. 상기 샘플은 실리콘층(60), 폴리 실리콘층(50), 실리콘 질화물층(40) 및 실리콘 산화물층(30)을 포함한다.
이어서, 도 8의 그래프를 통해 도 7의 구조를 해석할 수 있는지 확인한다.
도 8에 도시된 그래프는, 상술한 도 6의 그래프와 동일하게, 도 7의 실리콘 산화물층(30)의 상면의 특정 지점(dot)에, 주사 전자 현미경의 전자 빔을 입사시키고, 상기 전자 빔의 랜딩 에너지(VLE)을 일정하게 증가시키는 경우의 전자 신호(signal)의 변화를 나타낸다.
우선, 랜딩 에너지(VLE)가 1 에서 2 Kev로 증가하는 경우, 전자 신호(signal)이 감소됨을 확인할 수 있다. 이는 아직 전자 빔의 랜딩 에너지(VLE)가 실리콘 산화물층(30) 내로 침투하기에 충분하지 못함을 의미한다.
이어서, 랜딩 에너지(VLE)가 2 에서 6 Kev로 증가하는 경우, 전자 신호(signal)가 증가하다가, 랜딩 에너지(VLE)가 6 Kev 일 때, 전자 신호(signal)가 감소됨을 확인할 수 있다. 이를 통해, 전자 빔이 실리콘 질화물층(40)과 실리콘 산화물층(30) 사이의 계면까지 침투했음을 확인할 수 있다.
이어서, 랜딩 에너지(VLE)의 증가에 따라, 전자 신호(signal)가 지속적으로 감소하다가, 랜딩 에너지(VLE)가 12 Kev인 경우에, 다시 전자 신호(signal)가 증가됨을 확인할 수 있다. 이를 통해, 전자 빔이 실리콘 산화물층(30)과 폴리 실리콘층(50) 사이의 계면까지 침투했음을 확인할 수 있다.
이어서, 랜딩 에너지는 13 Kev인 경우에, 증가하던 전자 신호(signal)가 다시 감소함을 확인할 수 있다. 이를 통해, 전자 빔이 폴리 실리콘층(50)과 실리콘층(60) 사이의 계면까지 침투했음을 확인할 수 있다.
본 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법은, 샘플이 다층 구조인 것을 사전에 알 수 없는 경우라도, 주사 전자 현미경의 전자 빔의 랜딩 에너지를 순차적으로 증가시킴을 통해, 상기 샘플이 포함하는 층의 개수를 해석할 수 있다.
나아가, 상기 샘플이 포함하는 각각의 층들의 두께를 파악할 수 있다. 도 8의 경우에 있어서, 실리콘 질화물층(40)과 실리콘 산화물층(30)의 두께는 상대적으로 두껍고, 실리콘층(60), 폴리 실리콘층(50)의 두께는 상대적으로 얇음을 확인할 수 있다.
본 실시예들에 있어서, 샘플이 두 개의 층을 포함하는 경우와, 네 개의 층을 포함하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이러한 예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 도 9를 통해, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명한다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법은, 샘플 내로 침투되는 제1 랜딩 에너지를 가지는 제1 전자 빔을 샘플에 주사(scan)하여, 제1 침투 깊이를 측정하고(S10), 제1 랜딩 에너지보다 높은 제2 랜딩 에너지를 가지는 제2 전자 빔을 샘플에 주사하여, 제2 침투 깊이를 측정하고(S20), 제1 랜딩 에너지와 제2 랜딩 에너지의 차이인 제1 차이와 제1 침투 깊이와 제2 침투 깊이의 차이인 제2 차이의 연관성을 분석하고(S30), 분석된 제1 및 제2 차이의 연관성 바탕으로, 샘플 내의 제3 깊이로 침투가능한 제3 랜딩 에너지를 예측하고(S40), 제3 랜딩 에너지를 통해, 샘플 내의 제3 깊이의 이미지를 획득(S50)하는 것을 포함한다.
즉, 본 실시예는 전자 빔의 랜딩 에너지의 크기에 따라 샘플 내부로 침투될 수 있는 침투 거리를 연산한 후, 상기 연산된 랜딩 에너지의 크기에 따른 침투 거리를 바탕으로, 샘플의 특정 깊이에서의 이미지를 획득할 수 있다.
샘플 내로 침투되는 제1 랜딩 에너지를 가지는 제1 전자 빔을 샘플에 주사(scan)하여, 제1 침투 깊이를 측정하는(S10) 것은, 특정 지점(dot)에 조사하는 것과, 일정 평면에 대하여 주사(scan)하는 것을 모두 포함할 수 있다.
제1 랜딩 에너지보다 높은 제2 랜딩 에너지를 가지는 제2 전자 빔을 샘플에 주사하여, 제2 침투 깊이를 측정하는(S20) 것은, 특정 지점(dot)에 조사하는 것과, 일정 평면에 대하여 주사(scan)하는 것을 모두 포함할 수 있다.
제1 랜딩 에너지와 제2 랜딩 에너지의 차이인 제1 차이와 제1 침투 깊이와 제2 침투 깊이의 차이인 제2 차이의 연관성을 분석(S30)는 것은, 상술한 단계 S10과 단계 S20을 바탕으로 연관성을 분석하는 것이다. 즉, 랜딩 에너지의 변화에 따른 침투 깊이의 변화를 단계 S10과 단계 S20를 통하여 연산할 수 있다.
분석된 제1 및 제2 차이의 연관성 바탕으로, 샘플 내의 제3 깊이로 침투가능한 제3 랜딩 에너지를 예측(S40)하는 것은, 단계 S30에서, 랜딩 에너지의 변화에 따른 침투 깊이의 변화를 바탕으로 연산된 연관성을 바탕으로, 목표로 하는 침투 깊이인 제3 깊이로 침투하기 위하여 필요한 제3 랜딩 에너지를 연산 또는 예측하는 것을 포함할 수 있다.
이어서, 제3 랜딩 에너지를 통해, 샘플 내의 제3 깊이의 이미지를 획득(S50)하는 것을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 샘플이 단일 물질을 포함하는 구조인 경우에, 특정 깊이에서 반복적으로 발생하는 보이드등이 문제되는 경우, 본 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 통하여, 샘플 내의 불량을 용이하게 발견할 수 있다.
또한, 본 실시예를 적용하려는 샘플이 다층이 경우에도, 상기 다층 구조에서의 랜딩 에너지의 크기 변화에 따른 침투 거리의 변화 정보를 미리 알고 있는 경우라면, 본 실시예를 동일하게 적용하여, 샘플 내의 불량을 용이하게 발견할 수 있다.
이어서, 도 10 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명한다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 샘플의 사시도와 단면도이다. 도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위한 복수 개의 주사 전자 현미경의 이미지이다. 도 13은 도 12의 복수 개의 주사 전자 현미경의 이미지를 이용하여, 구현된 입체도의 사시도와 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법은 샘플 내로 침투되는 랜딩 에너지를 가지는 전자 빔을 상기 샘플에 주사(scan)하고(S10), 랜딩 에너지가 연속적으로 증가되도록, 전자 빔을 가속시키고(S20), 전자 빔이 도달하는 샘플 내의 복수 개의 깊이와 대응하는 복수 개의 프레임(frame) 단위의 이미지를 획득하고(S30), 복수 개의 프레임 단위의 이미지를 통해, 샘플과 대응하는 입체 구조를 획득하는(S40) 것을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 도 11 내지 도 13의 예를 통해 보다 상세히 설명한다.
도 11을 참조하면, 도 10의 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 설명하기 위하여, (a)에서 샘플(300)의 사시도를, (b)에서, (a)의 선 C1-C1에 따라 절단한 샘플(300)의 단면도(b)를 도시한다.
도 11을 다시 참조하면, 샘플(300) 내로 침투되는 랜딩 에너지를 가지는 전자 빔(Eb)을 상기 샘플에 주사(scan)(S)(S10)한다. 전자 빔(Eb)는 주사 전자 현미경에서 방출되는 빔이며, 주사(S)는 샘플(300)의 일평면(frame)에 전자 빔(Eb)을 입사시키기 위하여, 도시된 바와 같이 점선으로 표시된 화살표를 따라 제1 방향(Y)과 제2 방향(X)으로 진행될 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서, 전자 빔(Eb)을 상기 샘플의 일평면(frame)을 따라 주사(scan)하는 것을 예로 들어 설명하였지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 전자 빔을 상기 샘플의 일지점(dot)에 조사하는 것을 포함할 수 있다.
우선, 도 11의 (a)를 통해, 샘플(300)의 형상이 사다리꼴 기둥이고, 도 11의 (b)를 통해, 샘플(300)의 단면이 역사다리꼴 형태임을 확인할 수 있다.
이어서, 랜딩 에너지가 연속적으로 증가되도록, 전자 빔(Eb)을 가속시키고(S20), 전자 빔(Eb)이 도달하는 샘플(300) 내의 복수 개의 깊이와 대응하는 복수 개의 프레임(frame) 단위의 이미지를 획득(S30)한다.
도 1 내지 도 3을 통해 앞서 설명한 바와 같이, 전자 빔(Eb)의 랜딩 에너기가 증가됨에 따라, 전자 빔(Eb)의 제3 방향(Z)을 따라 샘플(300) 내로 침투되는 깊이는 증가된다. 랜딩 에너기가 연속적으로 증가되는 경우, 샘플(300) 내로 침투되는 전자 빔(Eb) 깊이는 이와 대응하여 연속적으로 증가되며, 각각의 깊이에서 전자 신호가 방출되고, 상기 전자 신호를 이용하여 프레임(frame) 단위의 이미지를 복수 개 획득할 수 있다. 한편, 상기 전자 신호는 상술한 바와 같이 후방 산란 전자(BSE)와 이차 전자(SE)를 포함하는 개념일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 오제 전자등을 추가적으로 더 포함할 수 있다.
도 12는 상술한 방법을 통해 획득한 복수 개의 프레임(frame) 단위의 이미지를 도시한 것이다. 도 12를 다시 참조하면, 제1 이미지(CV1)는 샘플(300)의 표면의 제1 깊이에서 획득된 이미지일 수 있다. 제2 이미지(CV2)는 샘플(300)의 표면에서, 제1 깊이보다 깊은 제2 깊이에서 획득된 이미지일 수 있다.
제3 이미지(CV3)는 샘플(300)의 표면에서, 제2 깊이보다 깊은 제3 깊이에서 획득된 이미지일 수 있다. 제4 이미지(CV4)는 샘플(300)의 표면에서, 제3 깊이보다 깊은 제4 깊이에서 획득된 이미지일 수 있다.
제5 이미지(CV5)는 샘플(300)의 표면에서, 제4 깊이보다 깊은 제5 깊이에서 획득된 이미지일 수 있다. 제6 이미지(CV2)는 샘플(300)의 표면에서, 제5 깊이보다 깊은 제6 깊이에서 획득된 이미지일 수 있다.
제7 이미지(CV7)는 샘플(300)의 표면에서, 제6 깊이보다 깊은 제7 깊이에서 획득된 이미지일 수 있다. 제8 이미지(CV2)는 샘플(300)의 표면에서, 제7 깊이보다 깊은 제8 깊이에서 획득된 이미지일 수 있다. 제1 내지 제8 이미지(CV1-CV8)은 도시된 바와 같이 모두 프레임 단위의 이미지일 수 있다.
도 12를 다시 참조하면, 제1 내지 제8 이미지(CV1-CV8)은 깊어질수록, 샘플(300)의 폭이 좁아짐을 확인할 수 있다. 이는, 도 11에서 확인할 수 있듯이, 샘플(300)의 단면이 역사다리꼴 형태이기 때문이다.
도 13을 참조하면, 도 13의 (a)는 제1 내지 제8 이미지(CV1-CV8)를 적층한 입체 구조이고, 도 13의 (b)는 (a)의 단면도이다.
즉, 복수 개의 프레임 단위의 이미지(CV1-CV8)를 통해, 도 11의 샘플과 대응하는 입체 구조를 획득(S40)할 수 있다. 도 13의 입체 구조(300)의 사시도(a)와 단면도(b)와 도 11의 샘플(300)의 사시도(a)와 단면도(b)를 비교하여, 그 형태가 서로 대응되는 형태임을 확인할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 전자 빔의 랜딩 에너지를 연속적으로 증가시켜, 샘플 내부의 프레임 단위의 이미지를 연속적으로 획득하고, 상기 프레임 단위의 이미지를 샘플 깊이에 대응하도록 적층하여, 샘플과 대응하는 입체 구조를 획득하여, 상기 샘플의 구조를 해석할 수 있다.
본 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법은 샘플의 파괴 없이도, 샘플의 내부 구조와 3차원 입체 구조를 획득할 수 있다. 또한, 주사 전자 현미경을 이용하므로, 상대적으로 상기 3차원 입체 구조를 용이하고 신속하게 획득할 수 있다.
이어서, 도 14를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 사용하는 주사 전자 현미경을 설명한다.
도 14는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법을 사용하는 주사 전자 현미경의 개략도이다.
상기 주사 현미경은 기본적으로 전자 빔(Pb)을 방출하는 전자 총(1a)와 전자 빔(Pb)의 랜딩 에너지(landing energy)(VLE)의 가변 동작을 지원하기 위한 가속 전압(1b)을 포함한다.
또한, 척(10a) 상에 배치되는 샘플(9)의 바이어스(Bias) 조정 기능 및 빔 위치 제어를 위한 렌즈 시스템(6)을 포함한다.
또한, 전자 신호(c1, c2, d1, d2, d3, d4)를 특성에 따라 분리 취득하기 위해 제1 디덱터(3), 다중 각 디덱터 시스템(4), 제3 및 제4 디덱터(7,8)을 포함한다.
한편, 본 발명에서는 세부적인 에너지 분리를 위해, 에너지 스플리터(5)와 에너지 대역 별 취득을 위한 다중 각 디텍터 시스템(4)을 포함한다.
즉, 에너지 스플리터(5) 사이를 통과하는 전자 신호(b1, b2, b3, b4, b5)는, 에너지 스플리터(5)로 인해 각각의 에너지의 크기에 따라 분류될 수 있으며, 그 크기에 대응하는 제1 내지 제5 다중 각 디텍터(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)로 취득될 수 있다. 예를 들어, 에너지 스플리터(5)는 에너지 스플리터(5)의 사이를 통과하는 전자 신호(b1, b2, b3, b4, b5)에 자기장 등을 가할 수 있으며, 상기 자기장으로 인해 전자 신호(b1, b2, b3, b4, b5)들은 자신의 에너지의 특성(크기 및 전하량)에 따라 분류될 수 있다. 이에 따라 분리된 전자 신호(b1, b2, b3, b4, b5)들 각각은 자신의 특성에 대응하는 제1 내지 제5 다중 각 디텍터(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)로 취득될 수 있다.
한편, 다중 각 디텍터 시스템(4)이 5개의 다중 각 디텍터(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)을 포함하는 것으로 도시하였지만, 상기 개수는 이에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 다중 각 디텍터 시스템(4)은 2개 내지 10개의 다중 각 디텍터를 포함할 수 있다.
한편, 제3 및 제4 디덱터(7,8)는 전자 신호의 방출 각도에 따른 분리 취득을 위한 것으로, 제3 디덱터(7)는 좁은 각도로 방출된 전자 신호를, 제4 디덱터(8)는 상대적으로 넓은 각도로 방출된 전자 신호를 취득할 수 있다.
본 실시에에 따른 주사 전자 현미경은, 에너지 스플리터(5)와 에너지 대역 별 취득을 위한 다중 각 디텍터 시스템(4)을 포함하므로, 랜딩 에너지 변화를 통해 전자 침투 깊이에 비례한 3D 입체 구조 정보를 취득할 수 있고, 전자 신호의 에너지에 비례한 구조 분석을 가능하게 할 수 있다.
이상 실험예 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10, 60: 실리콘층
20, 30: 실리콘 산화물층
40: 실리콘 질화물층
50: 폴리 실리콘층
300: 샘플

Claims (20)

  1. 샘플의 제1 깊이로 침투되는 제1 랜딩 에너지를 가지는 전자 빔을 상기 샘플에 조사하여, 상기 제1 깊이에서의 제1 이미지를 획득하고,
    상기 제1 랜딩 에너지보다 높고, 상기 샘플의 제2 깊이로 침투되는 제2 랜딩 에너지를 상기 전자 빔이 가지도록 상기 전자 빔을 가속하여, 상기 제2 깊이에서의 제2 이미지를 획득하는 것을 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 빔을 상기 샘플에 조사하는 것은,
    상기 샘플을 2차원적 좌표에 따라 주사(scan)하는 것을 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 이미지는 상기 제1 깊이에서의 획득된 프레임(frame) 단위의 이미지이고, 상기 제2 이미지는 상기 제2 깊이에서 획득된 프레임 단위의 이미지이며,
    상기 제1 및 제2 이미지를 통해 3차원적 이미지를 획득하는 것을 더 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 이미지를 통해 3차원적 이미지를 획득하는 것은,
    상기 제1 및 제2 이미지를 상기 제1 및 제2 깊이에 대응되도록 적층하여 3차원적 이미지를 획득하는 것을 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 이미지는, 상기 샘플로 조사된 상기 전자 빔으로 인하여 상기 샘플 내에서 방출되는 전자 신호를 포집하여 구현되는 이미지인 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 이미지는 상기 제1 깊이에서의 도트(dot) 단위의 이미지이고, 상기 제2 이미지는 상기 제2 깊이에서의 도트 단위의 이미지이며,
    상기 제1 및 제2 이미지를 통해 상기 전자 신호의 변화를 측정하고, 상기 측정된 전자 신호의 변화를 통해 상기 샘플의 제1 및 제2 깊이에서의 물질 변화를 해석하는 것을 더 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 전자 신호는 후방 산란 전자와 이차 전자를 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  8. 샘플 내로 침투되는 랜딩 에너지를 가지는 전자 빔을 상기 샘플에 조사하고,
    상기 랜딩 에너지가 연속적으로 증가되도록, 상기 전자 빔을 가속시키고,
    상기 연속적으로 증가되는 랜딩 에너지가 도달하는 상기 샘플 내의 복수 개의 깊이와 대응하는 복수 개의 이미지를 획득하는 것을 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전자 빔을 상기 샘플에 조사하는 것은,
    상기 샘플을 2차원적 좌표에 따라 주사(scan)하는 것을 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 복수 개의 이미지는, 상기 복수 개의 이미지와 대응하는 상기 복수 개의 깊이 각각에서 취득된 프레임(frame) 단위의 이미지인 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 복수 개의 이미지를 획득한 후에, 상기 복수 개의 이미지를 상기 복수 개의 깊이와 대응되도록 적층하여 3차원적 이미지를 획득하는 것을 더 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 복수 개의 이미지는 도트(dot) 단위의 이미지이고, 상기 복수 개의 깊이 방향에 따라 적층되어 라인(line) 단위의 이미지가 획득되는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 랜딩 에너지의 연속적인 변화에 따른 상기 복수 개의 깊이 각각에서 방출되는 신호 전자의 변화를 획득하여, 상기 샘플 내부의 물질 구성의 변화를 해석하는 것을 더 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 샘플 내부의 물질 구성의 변화를 해석하는 것은,
    상기 신호 전자의 변화에 따른 기울기 변화를 통해 해석하는 것을 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 신호 전자의 변화에 따른 기울기 변화를 통해 해석하는 것은,
    상기 기울기의 미분을 통해 변화점을 추출하는 것을 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  16. 제 8항에 있어서,
    상기 복수 개의 이미지를 획득하는 것은,
    상기 샘플로 조사된 상기 전자 빔으로 인하여 상기 샘플 내에서 방출되는 전자 신호를 포집하여 복수 개의 이미지를 획득하는 것을 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 전자 신호는 후방 산란 전자와 이차 전자를 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  18. 샘플 내로 침투되는 제1 랜딩 에너지를 가지는 제1 전자 빔을 상기 샘플에 주사(scan)하여, 제1 침투 깊이를 측정하고,
    상기 제1 랜딩 에너지보다 높은 제2 랜딩 에너지를 가지는 제2 전자 빔을 상기 샘플에 주사하여, 제2 침투 깊이를 측정하고,
    상기 제1 랜딩 에너지와 상기 제2 랜딩 에너지의 차이인 제1 차이와, 상기 제1 침투 깊이와 상기 제2 침투 깊이의 차이인 제2 차이를 측정하고,
    상기 제1 및 제2 차이를 바탕으로, 상기 샘플 내의 제3 깊이로 침투가능한 제3 랜딩 에너지를 예측하고,
    상기 제3 랜딩 에너지를 통해, 상기 샘플 내의 제3 깊이의 이미지를 획득하는 것을 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 차이를 측정한 후, 상기 제1 및 제2 차이의 상호 연관성을 연산하는 것을 더 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 샘플 내의 제3 깊이의 이미지를 획득하는 상기 제3 깊이에서의 프레임 단위의 이미지를 획득하는 것을 포함하는 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법.
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