KR20210027789A - 주사 전자 현미경 장치 및 그의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 일 실시예는 주사 전자 현미경 장치를 개시한다. 상기 주사 전자 현미경 장치는, 전자 총(electron gun); 포커싱 렌즈(focusing lens); 전자 검출기(electron detector); 스테이지(stage); 및 상기 스테이지의 상면에 배치되는 제1 포커스 캘리브레이션 파트(focus calibration part)를 포함한다.

Description

주사 전자 현미경 장치 및 그의 동작 방법{SCANNING ELECTRON MICROSCOPE APPARATUS AND OPERATION METHOD THEREOF}
본 개시는 주사 전자 현미경 장치 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스(semiconductor device)의 구조를 계측하기 위해 다양한 소스(source)들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 다양한 소스들은 광, 엑스레이(X-ray), 음파, 초음파, 전자 등을 포함할 수 있다. 다양한 소스들 중 가장 많이 사용되는 소스는 전자일 수 있다. 예를 들어, 전자를 이용하는 전자 현미경 장치를 통해 반도체 디바이스의 구조를 계측할 수 있다. 특히, 2D(dimension) 구조 계측 분야에서는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM) 장치가 보편화되어 있다. 주사 전자 현미경은 반도체 제조사 및 연구실에서 활용되고 있다.
본 개시는 3D 구조를 분석하기 위한 주사 전자 현미경 장치 및 그의 동작 방법을 제공하고자 한다.
본 개시의 일 실시예는 주사 전자 현미경 장치를 개시한다. 상기 주사 전자 현미경 장치는, 전자 총(electron gun); 포커싱 렌즈(focusing lens); 전자 검출기(electron detector); 스테이지(stage); 및 상기 스테이지의 상면에 배치되는 제1 포커스 캘리브레이션 파트(focus calibration part)를 포함한다.
본 개시의 일 실시예는 주사 전자 현미경 장치를 개시한다. 상기 주사 전자 현미경 장치는, 전자 총; 포커싱 렌즈; 전자 검출기; 스테이지; 상기 스테이지의 상면에 배치되는 서포트 층; 및 상기 서포트 층의 상면에 배치되는 포커스 캘리브레이션 파트를 포함한다.
본 개시의 일 실시예는 주사 전자 현미경 장치의 동작 방법을 개시한다. 상기 주사 전자 현미경 장치의 동작 방법은, 스테이지의 상면에 배치되는 포커스 캘리브레이션 파트로 전자 빔을 주사하고, 상기 전자 빔의 포커스가 상기 포커스 캘리브레이션 파트의 복수의 층들의 상면들 중 적어도 하나의 상면에 맞춰지는 적어도 하나의 가속 전압 값을 결정한다.
본 개시에 따르면, 주사 전자 현미경 장치 및 그의 동작 방법을 통해, 검사 대상이 되는 반도체 디바이스에 대한 파괴 없이, 상기 반도체 디바이스의 3D 구조를 분석할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 스테이지, 스테이지 상에 배치된 시료 및 포커스 캘리브레이션 유닛(calibration unit)을 도시한 개념도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 계단 형상을 갖는 포커스 캘리브레이션 유닛을 도시한 개념도이다.
도 4a 내지 4c는 본 개시의 일 실시예에 따른 계단 형상을 갖는 포커스 캘리브레이션 파트를 도시한 개념도이다.
도 5a 내지 5c는 본 개시의 일 실시예에 따른 피라미드 형상을 갖는 포커스 캘리브레이션 파트를 도시한 개념도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따른 복합형 포커스 캘리브레이션 파트의 측면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경 장치의 블록도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경 장치의 포커스 캘리브레이션 유닛을 이용하여 전자 빔의 포커스에 따른 오프셋 값을 결정하는 동작을 도시한 개념도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 오프셋 값을 이용하여 반도체 디바이스로 주사되는 전자 빔의 포커스를 제어하는 주사 전자 현미경 장치의 동작을 도시한 개념도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 디바이스로부터 획득된 2D 영상을 통해 3D 영상을 생성하는 동작을 도시한 개념도이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 도시한 개념도이다.
도 1을 참고하면, 주사 전자 현미경(100)은 전자 총(electron gun)(110), 콘덴서 렌즈(condenser lens)(120), 포커싱 렌즈(focusing lens)(130), 주사 코일(140), 전자 검출기(electron detector)(150), 스테이지(stage)(160), 및 포커스 캘리브레이션 유닛(calibration unit)(200)을 포함할 수 있다. 스테이지(160)의 상면에는 시료(1)가 배치될 수 있다.
전자 총(110)은 시료(1)에 주사하기 위한 전자 빔(E)을 생성할 수 있다. 전자 총(110)은 전자를 발생시켜 전자 빔(E)을 생성할 수 있다. 전자 총(110)은 생성된 전자에 전압을 걸어 전자 빔(E)을 가속시킬 수 있다.
콘덴서 렌즈(120)는 집속 렌즈라 지칭될 수 있다. 콘덴서 렌즈(120)는 전자 총(110)으로부터 생성 및 가속된 전자 빔(E)을 시료(1)의 어느 한 미소한 점에 모이도록 집속할 수 있다.
포커싱 렌즈(130)는 대물 렌즈라 지칭될 수 있다. 포커싱 렌즈(130)는 콘덴서 렌즈(120)를 통해 집속된 전자 빔(E)을 시료(1)에 포커싱할 수 있다. 예를 들어, 포커싱 렌즈(130)는 시료(1)에 주사되는 전자 빔(E)의 직경의 크기를 결정할 수 있다. 포커싱 렌즈(130)는 전자 빔(E)의 직경의 크기를 조절함으로써 시료 영상의 배율을 조절할 수 있다.
주사 코일(140)은 전자 빔(E)이 전자 빔(E)의 주사 각도 및 주사 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 주사 코일(140)에 전류가 인가되면 전자 빔(E)이 휠 수 있다. 주사 코일(140)은 인가된 전류의 크기에 따라 전자 빔(E)이 휘는 정도를 조절할 수 있다.
전자 검출기(150)는 시료(1)에 주사된 전자 빔(E)에 의해 시료(1)로부터 방출되는 다양한 신호들을 검출할 수 있다. 예를 들어, 다양한 신호들은 이차 전자(secondary electron; SE) 및 후방 산란 전자 (back scattered electron; BSE)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 스테이지, 스테이지 상에 배치된 시료 및 포커스 캘리브레이션 유닛을 도시한 개념도이다.
도 2를 참고하면, 스테이지(160)의 상면에는 시료(1) 및 포커스 캘리브레이션 유닛(200)이 배치될 수 있다. 스테이지(160)의 상면 중 시료(1)가 배치되는 영역은 시료 영역이라 지칭될 수 있다. 스테이지(160)의 상면 중 포커스 캘리브레이션 유닛(200)이 배치되는 영역은 캘리브레이션 영역이라 지칭될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 계단 형상을 갖는 포커스 캘리브레이션 유닛을 도시한 개념도이다.
도 3a를 참고하면, 포커스 캘리브레이션 유닛(200)은 포커스 캘리브레이션 파트(210)를 포함할 수 있다. 포커스 캘리브레이션 파트(210)는 복수의 층들(210-1 내지 210-4)을 포함할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시예에 따라, 포커스 캘리브레이션 파트의 복수의 층들의 각각의 높이는 다양할 수 있다.
예를 들어, 복수의 층들의 각각의 높이는 동일할 수 있다. 또는, 복수의 층들의 각각의 높이는 서로 다를 수 있다.
도 3b를 참고하면, 또는, 포커스 캘리브레이션 유닛(200)은 서포트 층(support layer)(201)을 더 포함할 수 있다. 서포트 층(201)의 높이(H0)는 시료(1)의 두께에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 시료(1)는 반도체 패턴이 형성된 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 이때, 서포트 층(201)의 높이(H0)는 실리콘 웨이퍼의 높이와 동일할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따라, 포커스 캘리브레이션 파트(210)는 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 4a 내지 4c는 본 개시의 일 실시예에 따른 계단 형상을 갖는 포커스 캘리브레이션 파트를 도시한 개념도이다.
도 4a는 본 개시의 일 실시예에 따른 포커스 캘리브레이션 파트의 측면도이다. 도 4를 참고하면, 포커스 캘리브레이션 파트(210)는 제1 층(210-1) 내지 제n 층(210-n)을 포함할 수 있다. 복수의 층들(210-1 내지 210-n)의 각각의 높이(H1-1 내지 H1-n)는 동일할 수 있다. 제1 층의 높이(H1-1) 내지 제n 층의 높이(H1-n)는 한정되지 않으며, 본 개시의 다양한 실시예에 따라 달라질 수 있다.
도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른 포커스 캘리브레이션 파트의 상면도이다. 도 4b를 참고하면, 포커스 캘리브레이션 파트(210)는 상면이 사각형인 계단 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 층(210-1)의 상면에는 제1 가로 길이(W1-1) 만큼의 면이 노출되도록, 제2 층(210-2)이 배치될 수 있다. 제2 층(210-2)의 상면에는 제2 가로 길이(W1-2) 만큼의 면이 노출되도록, 제3 층(210-3)이 배치될 수 있다. 제3 층(210-3)의 상면에는 제3 가로 길이(W1-3) 만큼의 면이 노출되도록, 제4 층(210-4)이 배치될 수 있다. 제n 층(210-n)의 상면은 전부 노출될 수 있다.
제1 상면의 가로 길이(W1-1) 내지 제n-1 상면의 가로 길이(W1-(n-1))는 각각 동일할 수 있다. 제1 상면의 가로 길이(W1-1) 내지 제n-1 상면의 가로 길이(W1-(n-1))과 제n 상면의 가로 길이(W1-n)는 다를 수 있다.
포커스 캘리브레이션 파트(210)의 복수의 층들(210-1 내지 210-n)의 각각의 세로 길이(L1)는 동일할 수 있다. 또는, 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 복수의 층들(210-1 내지 210-n)의 각각의 세로 길이는 다를 수 있다.
도 4c는 본 개시의 일 실시예에 따른 포커스 캘리브레이션 파트의 상면도이다. 도 4c를 참고하면, 포커스 캘리브레이션 파트(210)는 상면의 일부가 반원형인 계단 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 복수의 층들(210-1 내지 210-n)의 각각의 상면은 굴곡진(curved) 면을 가질 수 있다.
도 5a 내지 5c는 본 개시의 일 실시예에 따른 피라미드 형상을 갖는 포커스 캘리브레이션 파트를 도시한 개념도이다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따른 포커스 캘리브레이션 파트의 측면도이다. 도 5a를 참고하면, 포커스 캘리브레이션 파트(210)는 피라미드 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 복수의 층들(210-1 내지 210-n)의 각각의 폭은 하층에서 상층으로 갈수록 작아질 수 있다. 예를 들어, 제2 층(210-2)의 폭은 제1 층(210-1)의 폭 보다 작을 수 있다. 제3 층(210-3)의 폭은 제2 층(210-2)의 폭 보다 작을 수 있다. 제n 층(210-n)의 폭은 제n-1 층(210-(n-1))의 폭 보다 작을 수 있다.
포커스 캘리브레이션 파트(210)의 복수의 층들(210-1 내지 210-n)의 각각의 높이(H1-1 내지 H1-n)는 서로 동일할 수 있다. 또는, 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 복수의 층들(210-1 내지 210-n)의 각각의 높이(H1-1 내지 H1-n)은 서로 다를 수 있다.
도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른 포커스 캘리브레이션 파트의 상면도이다. 도 5b를 참고하면, 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 복수의 층들(210-1 내지 210-n)의 각각의 상면은 서로 다른 크기를 갖는 사각형일 수 있다. 복수의 층들(210-1 내지 210-n)의 각각은 서로 다른 크기의 육면체일 수 있다.
도 5c는 본 개시의 일 실시예에 따른 포커스 캘리브레이션 파트의 상면도이다. 도 5c를 참고하면, 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 복수의 층들(210-1 내지 210-n)의 각각의 상면은 서로 다른 크기를 갖는 원형일 수 있다. 복수의 층들(210-1 내지 210-n)의 각각은 서로 다른 크기의 원통형일 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따른 복합형 포커스 캘리브레이션 파트의 측면도이다.
도 6a를 참고하면, 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 복수의 층들의 각각의 상면에는 다른 포커스 캘리브레이션 파트(220 내지 240)가 배치될 수 있다. 설명의 편의를 위해 포커스 캘리브레이션 파트(210)를 제1 포커스 캘리브레이션 파트(210)라 지칭한다. 예를 들어, 제1 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 제1 층(210-1)의 상면에는 제2 포커스 캘리브레이션 파트(220)가 배치될 수 있다. 제1 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 제2 층(210-2)의 상면에는 제3 포커스 캘리브레이션 파트(230)가 배치될 수 있다.
도 6b는 도 6a의 일부분(A)을 확대한 도면이다. 도 6b를 참고하면, 제1 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 제1 층(210-1)의 상면에는 제2 포커스 캘리브레이션 파트(220)가 배치될 수 있다. 제1 층(210-1)의 상면 중 제2 포커스 캘리브레이션 파트(220)가 배치되지 않은 면은 외부로 노출될 수 있다. 제1 층(210-1)의 상면 중 노출된 면의 폭의 길이(W1-0)는 제2 포커스 캘리브레이션 파트(220)의 제n 층의 상면의 폭의 길이(W2-n)와 동일할 수 있다.
제2 포커스 캘리브레이션 파트(220)의 제1 상면의 폭의 길이(W2-1) 내지 제n-1 상면의 폭의 길이(W2-(n-1))는 각각 동일할 수 있다. 제2 포커스 캘리브레이션 파트(220)의 제n 상면의 폭의 길이(W2-n)는 제1 상면의 폭의 길이(W2-1)와 다를 수 있다. 예를 들어, 제n 상면의 폭의 길이(W2-n)는 제1 상면의 폭의 길이(W2-1) 보다 클 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경 장치의 블록도이다.
도 7을 참고하면, 주사 전자 현미경 장치(10)는 현미경부(microscope unit)(100), 프로세서(300), 메모리(400), 및 디스플레이(500)를 포함할 수 있다.
주사 전자 현미경(100)은 도 1의 주사 전자 현미경(100)과 동일 또는 유사할 수 있다. 프로세서(300)는 주사 전자 현미경(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 메모리(400)는 프로세서(300)에 의해 실행되는 각종 명령어들을 저장할 수 있다. 디스플레이(500)는 주사 전자 현미경(100)에 의해 촬영되는 시료에 대응하는 2D 영상 및 3D 영상을 표시할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경 장치의 포커스 캘리브레이션 유닛을 이용하여 전자 빔의 포커스에 따른 오프셋 값을 결정하는 동작을 도시한 개념도이다.
도 8의 (a)를 참고하면, 프로세서(300)는 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 제9 층(210-9)의 상면에 전자 빔의 포커스가 맞춰지도록, 주사 전자 현미경(100)의 포커싱 렌즈(130)에 인가되는 가속 전압 값을 결정할 수 있다. 가속 전압 값에 따른 전자 빔의 포커스는 수직 방향으로 이동할 수 있다.
제9 층(210-9)의 상면에 포커스가 맞춰지는 전자 빔은 제0 전자 빔(E-0)이라 지칭될 수 있다. 제0 전자 빔(E-0)을 주사하기 위해 포커싱 렌즈(130)에 인가되는 가속 전압 값은 제0 가속 전압 값이라 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제0 가속 전압 값에 따른 제0 전자 빔(E-0)의 포커스는 제9 층(210-9)의 상면에 맞춰질 수 있다.
도 8의 (b)를 참고하면, 프로세서(300)는 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 제8 층(210-8)의 상면에 전자 빔의 포커스가 맞춰지도록, 주사 전자 현미경(100)의 포커싱 렌즈(130)에 인가되는 가속 전압 값을 결정할 수 있다. 제8 층(210-8)의 상면에 포커스가 맞춰지는 전자 빔은 제1 전자 빔(E-1)이라 지칭될 수 있다. 제1 전자 빔(E-1)을 주사하기 위해 포커싱 렌즈(130)에 인가되는 가속 전압 값은 제1 가속 전압 값이라 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제1 가속 전압 값에 따른 제1 전자 빔(E-1)의 포커스는 제8 층(210-8)의 상면에 대응하는 제1 수직 깊이(D2-1)에 맞춰질 수 있다.
도 8의 (c)를 참고하면, 프로세서(300)는 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 제7 층(210-7)의 상면에 전자 빔의 포커스가 맞춰지도록, 주사 전자 현미경(100)의 포커싱 렌즈(130)에 인가되는 가속 전압 값을 결정할 수 있다. 제7 층(210-7)의 상면에 포커스가 맞춰지는 전자 빔은 제2 전자 빔(E-2)이라 지칭될 수 있다. 제2 전자 빔(E-2)을 주사하기 위해 포커싱 렌즈(130)에 인가되는 가속 전압 값은 제2 가속 전압 값이라 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제2 가속 전압 값에 따른 제2 전자 빔(E-2)의 포커스는 제7 층(210-7)의 상면에 대응하는 제2 수직 깊이(D2-2)에 맞춰질 수 있다.
상술한 방법으로, 프로세서(300)는 제3 전자 빔을 위한 제3 가속 전압 값 내지 제8 전자 빔을 위한 제8 가속 전압 값을 결정할 수 있다.
도 8의 (d)를 참고하면, 프로세서(300)는 서포트 층(201)의 상면에 전자 빔의 포커스가 맞춰지도록, 주사 전자 현미경(100)의 포커싱 렌즈(130)에 인가되는 가속 전압 값을 결정할 수 있다. 서포트 층(201)의 상면에 포커스가 맞춰지는 전자 빔은 제9 전자 빔(E-9)이라 지칭될 수 있다. 제9 전자 빔(E-9)을 주사하기 위해 포커싱 렌즈(130)에 인가되는 가속 전압 값은 제9 가속 전압 값이라 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제9 전자 빔(E-9)의 포커스는 서포트 층(201)의 상면에 대응하는 제9 수직 깊이(D2-9)에 맞춰질 수 있다.
예를 들어, 제1 수직 깊이(D2-1) 내지 제9 수직 깊이(D2-9)는 각각 1nm일 수 있다. 가속 전압 값이 5eV 증가할 때 마다, 전자 빔이 포커싱되는 깊이는 1nm씩 증가할 수 있다. 예를 들어, 포커스 캘리브레이션 파트(210)의 제9 층(210-9)의 상면을 기준으로, 전자 빔이 포커싱되는 깊이(depth)는 가속 전압 값 5eV 마다 1nm씩 증가할 수 있다. 즉, 프로세서(300)는 반도체 칩(1)의 상면으로부터 1nm 깊이의 반도체 칩(1)의 내부로 전자 빔의 포커스를 맞추기 위해, 가속 전압 값을 5eV씩 증가시킬 수 있다.
이때, 전자 빔의 포커스 위치에 대응하는 가속 전압 값은 포커스 오프셋 값이라 지칭될 수 있다. 예를 들어, 전자 빔의 포커스의 위치를 수직으로 1nm 이동시키기 위한 포커스 오프셋 값은 5eV일 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 포커스 오프셋 값을 이용하여 반도체 디바이스로 주사되는 전자 빔의 포커스를 제어하는 주사 전자 현미경 장치의 동작을 도시한 개념도이다.
도 9의 (a)를 참고하면, 프로세서(300)는 반도체 칩(1)의 상면에 전자 빔의 포커스가 맞춰지도록 주사 전자 현미경(100)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 제0 가속 전압 값을 갖는 제0 전자 빔(E-0)을 주사하도록 주사 전자 현미경(100)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 주사 전자 현미경(100)은 프로세서(300)의 제어에 따라, 포커싱 렌즈(130)에 제0 가속 전압 값을 인가할 수 있다. 제0 전자 빔(E-0)은 포커싱 렌즈(130)로부터 발생되는 제0 가속 전압 값에 따라, 반도체 칩(1)의 상면에 포커스가 맞춰질 수 있다.
프로세서(300)는 제0 전자 빔(E-0)에 의해 반도체 칩(1)의 상면i으로부터 생성되는 제0 검출 전자를 검출하도록, 주사 전자 현미경(100)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 주사 전자 현미경(100)은 프로세서(300)의 제어에 따라, 전자 검출기(150)를 이용하여 제0 검출 전자를 검출할 수 있다. 프로세서(300)는 제0 검출 전자에 기초하여 반도체 칩(1)의 상면에 대응하는 2D 영상을 생성할 수 있다.
도 9의 (b)를 참고하면, 프로세서(300)는 반도체 칩(1)의 제1 수직 깊이(D2-1)에 대응하는 위치에 전자 빔의 포커스가 맞춰지도록 주사 전자 현미경(100)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 제1 가속 전압 값을 갖는 제1 전자 빔(E-1)을 주사하도록 주사 전자 현미경(100)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 주사 전자 현미경(100)은 프로세서(300)의 제어에 따라, 포커싱 렌즈(130)에 제1 가속 전압 값을 인가할 수 있다. 제1 전자 빔(E-1)은 포커싱 렌즈(130)로부터 발생되는 제1 가속 전압 값에 따라, 반도체 칩(1)의 제1 수직 깊이(D2-1)에 포커스가 맞춰질 수 있다.
프로세서(300)는 제1 전자 빔(E-1)에 의해 반도체 칩(1)의 제1 수직 깊이(D2-1)로부터 생성되는 제1 검출 전자를 검출하도록, 주사 전자 현미경(100)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 주사 전자 현미경(100)은 프로세서(300)의 제어에 따라, 전자 검출기(150)를 이용하여 제1 검출 전자를 검출할 수 있다. 프로세서(300)는 제1 검출 전자에 기초하여 반도체 칩(1)의 제1 수직 깊이(D2-1)에 대응하는 2D 영상을 생성할 수 있다.
도 9의 (c)를 참고하면, 프로세서(300)는 반도체 칩(1)의 제2 수직 깊이(D2-2)에 대응하는 위치에 전자 빔의 포커스가 맞춰지도록 주사 전자 현미경(100)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 제2 가속 전압 값을 갖는 제2 전자 빔(E-2)을 주사하도록 주사 전자 현미경(100)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 주사 전자 현미경(100)은 프로세서(300)의 제어에 따라, 포커싱 렌즈(130)에 제2 가속 전압 값을 인가할 수 있다. 제2 전자 빔(E-2)은 포커싱 렌즈(130)로부터 발생되는 제2 가속 전압 값에 따라, 반도체 칩(1)의 제2 수직 깊이(D2-2)에 포커스가 맞춰질 수 있다.
프로세서(300)는 제2 전자 빔(E-2)에 의해 반도체 칩(1)의 제2 수직 깊이(D2-2)로부터 생성되는 제2 검출 전자를 검출하도록, 주사 전자 현미경(100)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 주사 전자 현미경(100)은 프로세서(300)의 제어에 따라, 전자 검출기(150)를 이용하여 제2 검출 전자를 검출할 수 있다. 프로세서(300)는 제2 검출 전자에 기초하여 반도체 칩(1)의 제2 수직 깊이(D2-2)에 대응하는 2D 영상을 생성할 수 있다.
상술한 방법으로, 프로세서(300)는 제3 수직 깊이(D2-3)에 대응하는 반도체 칩(1)의 2D 영상 내지 제8 수직 깊이(D2-8)에 대응하는 반도체 칩(1)의 2D 영상을 생성할 수 있다.
도 9의 (d)를 참고하면, 프로세서(300)는 반도체 칩(1)의 제9 수직 깊이(D2-9)에 대응하는 위치에 전자 빔의 포커스가 맞춰지도록 주사 전자 현미경(100)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 제9 가속 전압 값을 갖는 제9 전자 빔(E-9)을 주사하도록 주사 전자 현미경(100)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 주사 전자 현미경(100)은 프로세서(300)의 제어에 따라, 포커싱 렌즈(130)에 제9 가속 전압 값을 인가할 수 있다. 제9 전자 빔(E-9)은 포커싱 렌즈(130)로부터 발생되는 제9 가속 전압 값에 따라, 반도체 칩(1)의 제9 수직 깊이(D2-9)에 포커스가 맞춰질 수 있다.
프로세서(300)는 제9 전자 빔(E-9)에 의해 반도체 칩(1)의 제9 수직 깊이(D2-9)로부터 생성되는 제9 검출 전자를 검출하도록, 주사 전자 현미경(100)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 주사 전자 현미경(100)은 프로세서(300)의 제어에 따라, 전자 검출기(150)를 이용하여 제9 검출 전자를 검출할 수 있다. 프로세서(300)는 제9 검출 전자에 기초하여 반도체 칩(1)의 제9 수직 깊이(D2-9)에 대응하는 2D 영상을 생성할 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩으로부터 획득된 2D 영상을 통해 3D 영상을 생성하는 동작을 도시한 개념도이다.
도 10을 참고하면, 프로세서(300)는 반도체 칩(1)의 상면에 대응하는 2D 영상, 및 반도체 칩(1)의 제1 수직 깊이(D2-1) 내지 제9 수직 깊이(D2-9)의 각각에 대응하는 2D 영상들을 이용하여, 반도체 칩(1)의 내부 구조가 나타나는 3D 영상(1000)을 생성할 수 있다.
또는, 프로세서(300)는 생성된 2D 영상들을 외부 전자 장치(600)로 전송할 수 있다. 외부 전자 장치(600)는 프로세서(300)로부터 2D 영상들을 수신할 수 있다. 외부 전자 장치(600)는 2D 영상들에 기초하여 3D 영상(1000)을 생성할 수 있다.
당업자에 의해 인지될 수 있는 바와 같이, 본 개시에서 설명된 혁신적인 개념들은 응용 분야의 넓은 범위에 걸쳐 수정 및 변경될 수 있다. 따라서, 청구된 주제의 범위는 위에서 논의된 특정한 예시적인 교시들의 어떤 것으로 제한되어서는 안되고, 아래의 청구항들에 의해 정의된다.
10: 주사 전자 현미경 장치 100: 주사 전자 현미경
110: 전자 총 120: 콘덴서 렌즈
130: 포커싱 렌즈 140: 주사 코일
150: 전자 검출기 160: 스테이지
200: 포커스 캘리브레이션 유닛
201: 서포트 층
210: 제1 포커스 캘리브레이션 파트
220: 제2 포커스 캘리브레이션 파트
230: 제3 포커스 캘리브레이션 파트
300: 프로세서 400: 메모리
500: 디스플레이 600: 외부 전자 장치

Claims (20)

  1. 전자 총(electron gun);
    포커싱 렌즈(focusing lens);
    전자 검출기(electron detector);
    스테이지(stage); 및
    상기 스테이지의 상면에 배치되는 제1 포커스 캘리브레이션 파트(focus calibration part)를 포함하는, 주사 전자 현미경 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 포커스 캘리브레이션 파트는 복수의 층들을 포함하는, 주사 전자 현미경 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 층들은 계단 형상(staircase)으로 적층된, 주사 전자 현미경 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 층들은 피라미드(pyramid) 형상으로 적층된, 주사 전자 현미경 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 층들 중 적어도 한 층의 상면에 배치된 제2 포커스 캘리브레이션 파트를 포함하는, 주사 전자 현미경 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 포커스 캘리브레이션 파트는 적층된 복수의 층들을 포함하는, 주사 전자 현미경 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 포커스 캘리브레이션 파트의 복수의 층들의 각각의 높이는 상기 제1 포커스 캘리브레이션 파트의 복수의 층들의 각각의 높이보다 작은, 주사 전자 현미경 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 포커스 캘리브레이션 파트의 복수의 층들의 각각의 높이는 상기 제1 포커스 캘리브레이션 파트의 복수의 층들의 각각의 높이와 동일한, 주사 전자 현미경 장치.
  9. 전자 총(electron gun);
    포커싱 렌즈(focusing lens);
    전자 검출기(electron detector);
    스테이지(stage);
    상기 스테이지의 상면에 배치되는 서포트 층; 및
    상기 서포트 층의 상면에 배치되는 포커스 캘리브레이션 파트를 포함하는, 주사 전자 현미경 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 서포트 층의 높이는 상기 스테이지의 상면에 배치되는 웨이퍼의 두께와 동일한, 주사 전자 현미경 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 포커스 캘리브레이션 파트의 복수의 층들의 각각의 높이는 동일한, 주사 전자 현미경 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 포커스 캘리브레이션 파트의 복수의 층들의 각각의 높이는 서로 다른, 주사 전자 현미경 장치.
  13. 스테이지의 상면에 배치되는 포커스 캘리브레이션 파트로 전자 빔을 주사하고,
    상기 전자 빔의 포커스가 상기 포커스 캘리브레이션 파트의 복수의 층들의 상면들 중 적어도 하나의 상면에 맞춰지는 적어도 하나의 가속 전압 값을 결정하는, 주사 전자 현미경 장치의 동작 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 결정된 가속 전압 값들에 기초하여, 상기 스테이지의 상면에 배치되는 상기 반도체 칩으로 주사되는 전자 빔의 포커스를 제어하기 위한 오프셋 값을 결정하는, 주사 전자 현미경 장치의 동작 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 전자 빔의 포커스에 따라 상기 반도체 칩으로부터 방출되는 전자들을 검출하는, 주사 전자 현미경 장치의 동작 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 검출된 전자들에 기초하여 상기 포커스에 따른 상기 반도체 칩의 단층들을 표시하는 2D 영상들을 생성하는, 주사 전자 현미경 장치의 동작 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 2D 영상들에 기초하여 상기 반도체 칩에 대응하는 3D 영상을 생성하는, 주사 전자 현미경의 동작 방법.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 전자 빔의 포커스는 수직 방향으로 이동하는, 주사 전자 현미경 장치의 동작 방법.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 오프셋 값은 상기 전자 빔의 포커스를 상기 복수의 층들의 각각의 상면들에 맞추기 위한 복수의 가속 전압 값들에 기초하여 결정되는, 주사 전자 현미경의 동작 방법.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 오프셋 값은 상기 캘리브레이션 파트의 최상층의 상면에 포커스를 맞추기 위한 제1 가속 전압 값, 및 상기 캘리브레이션 파트의 최하층의 상면에 포커스를 맞추기 위한 제2 가속 전압 값에 기초하여 결정되는, 주사 전자 현미경의 동작 방법.
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