KR20210118223A - 자외선 및 가시광선 파장의 플라즈몬 포토캐소드 이미터 - Google Patents
자외선 및 가시광선 파장의 플라즈몬 포토캐소드 이미터 Download PDFInfo
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Abstract
포토캐소드 이미터는 투명 기판, 포토캐소드층, 및 투명 기판과 포토캐소드층 사이에 배치되는 플라즈몬 구조 어레이를 포함할 수 있다. 플라즈몬 구조는 스폿 제한 구조로서 또 포토캐소드를 바이어싱하기 위한 전기적 하부층으로서 역할할 수 있다. 플라즈몬 구조는 입사광을 파장 미만 사이즈로 제한할 수 있다.
Description
[관련 출원과의 교차 참조]
본원은 2019년 2월 17일에 출원되어 미국 출원 번호 62/806,822가 지정된 가특허출원에 대해 우선권을 주장하며, 이 우선권 출원의 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
[발명의 분야]
본 개시내용은 포토캐소드 이미터에 관한 것이다.
반도체 제조 산업의 진화로 수율 관리, 특히 계측 및 검사 시스템에 대한 요구가 더 커지고 있다. 임계 치수는 계속해서 감소하고 있지만, 업계는 고수율, 고부가가치 생산을 위해 시간을 단축해야 한다. 따라서 수율 문제를 검출하여 그것을 해결하는데 걸리는 총 시간을 최소화하는 것이 반도체 제조사의 투자 수익(ROI, return-on-investment)을 결정한다.
로직 및 메모리 디바이스와 같은 반도체 디바이스의 제조는 통상, 다수의 제조 공정을 사용해 반도체 웨이퍼를 처리하여 반도체 디바이스의 다중 레벨 및 다양한 피처를 형성하는 것을 포함한다. 예를 들면, 리소그래피는 레티클로부터의 패턴을 반도체 웨이퍼 상에 배열된 포토레지스트로 전사시키는 것을 수반하는 반도체 제조 공정이다. 반도체 제조 공정의 추가 예는 화학적 기계 연마(CMP, chemical-mechanical polishing), 에칭, 퇴적 및 이온 주입을 포함하나, 이들에 한정되지는 않는다. 다수의 반도체 디바이스는 단일의 반도체 웨이퍼 상의 구성으로 제조된 다음 개개의 반도체 디바이스로 분리될 수 있다.
반도체 제조 중에 다수의 상이한 애플리케이션에 전자빔이 사용되고 있다. 예를 들면, 워크피스 상에 전자 패턴을 생성하기 위해 전자빔이 변조되어 반도체 웨이퍼, 마스크, 또는 다른 워크피스 상의 전자 감지 레지스트에 지향될 수 있다. 또한 전자빔은 결함, 변칙성, 또는 원치않는 대상을 검출하기 위해 예컨대 웨이퍼로부터 방출되거나 반사되는 전자를 검출함으로써 웨이퍼를 검사하는 데에 사용될 수 있다.
이들 검사 공정은 반도체 제조 공정의 수율을 높여 더 높은 수익을 창출하기 위해 반도체 제조 공정의 과정에서 다양한 단계에 사용된다. 검사는 집적 회로(IC)와 같은 반도체 디바이스의 제조에서 언제나 중요한 부분이다. 그러나, 반도체 디바이스의 치수가 감소함에 따라, 작은 결함이 디바이스의 고장(fail)을 야기할 수 있기 때문에, 만족할 만한 반도체 디바이스의 성공적인 제조에 있어서 검사가 더욱 더 중요해지고 있다. 예컨대, 반도체 디바이스의 치수가 감소함에 따라, 상대적으로 작은 결함이 반도체 디바이스에서 원하지 않는 수차를 유발할 수도 있기 때문에, 감소하는 사이즈의 결함의 검출이 필요해지고 있다.
포토캐소드는 전자빔을 발생시키는 데에 사용되고 있다. 포토캐소드 시스템 상에 입사하는 단일 광빔은 높은 전자 전류 밀도를 전달할 수 있는 고휘도의 단일 전자빔을 발생시킬 수 있다. 평면형 포토캐소드 구조는 가속기, 전자 현미경, 리소그래피 툴, 또는 검사 툴의 조명과 같은 애플리케이션에 사용될 수 있다. 리소그래피 툴이나 검사 툴의 경우, 광발생 전자빔이 수 나노미터 사이즈의 스폿으로 포커싱되는 것이 필요할 수 있다. 전자 광학의 한계 때문에, 소형 스폿 요건은 포토캐소드 평면 상의 스폿 사이즈로 전가되어 자외선 파장에 대해서도 파장 미만(sub-wavelength) 값으로 제한될 수 있다.
포토캐소드를 구비한 플라즈몬 구조(plasmonic structure)는 플라즈몬에 사용되는 금과 은같은 가장 일반적인 귀금속이 높은 공명을 가지는 적외선 파장에서 시도되었다. 이들 구조는 플라즈몬 공명(plasmonic resonance)이 가시광선 또는 자외선(120-700 nm) 파장에서 포토캐소드의 양자 효율(QE)을 증가시킬 수 있음을 보여준다. QE가 증가하더라도, 최종 QE는 금속의 QE와 비교하더라도 상대적으로 낮다.
개선된 포토캐소드 이미터가 필요하다.
제1 실시형태에서 포토캐소드 이미터(photocathode emitter)가 제공된다. 포토캐소드 이미터는 투명 기판; 포토캐소드층; 및 투명 기판과 포토캐소드층 사이에 배치되는 플라즈몬 구조 어레이를 포함한다.
포토캐소드층은 GaN, 합금 Al(In)GaN(P), Cs(K)Te(Sb), CsI, 또는 CsBr 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
투명 기판은 자외선 용융 실리카, CaF2, 석영, 사파이어, MgF2, 또는 LiF 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
포토캐소드 이미터는 플라즈몬 구조 어레이 반대편의 포토캐소드층의 측 상에 배치되는 캡층을 더 포함할 수 있다. 캡층은 루테늄을 포함할 수 있다.
플라즈몬 구조는 금속성 재료의 어레이를 포함할 수 있다. 금속성 재료는 알루미늄일 수 있다.
포토캐소드 이미터는 플라즈몬 구조 어레이와 포토캐소드층 사이에 층을 더 포함할 수 있다. 이 층은 플라즈몬 구조 어레이와 포토캐소드층 사이에 격자 매칭을 제공한다.
포토캐소드 이미터는 포토캐소드층 반대편의 플라즈몬 구조 어레이 상에 배치되는 도핑된 와이드 밴드갭 반도체층을 더 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 포토캐소드 이미터는 네거티브 전자 친화성 또는 포지티브 전자 친화성 재료를 더 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 포토캐소드 이미터는 내화 산화물 상에 Cs, CsBr, CsI, Ba, BaO, 또는 Ba를 더 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 포토캐소드 이미터는 몰리브덴 또는 텅스텐 중 적어도 하나와 같은 도펀트를 더 포함할 수 있다. 플라즈몬 구조는 복수의 플라즈몬 캐비티를 규정할 수 있다.
제2 실시형태에서 방법이 제공된다. 방법은 포토캐소드를 제공하는 단계를 포함한다. 포토캐소드는 투명 기판; 포토캐소드층; 및 투명 기판과 포토캐소드층 사이에 배치되는 플라즈몬 구조 어레이를 포함한다. 광빔이 포토캐소드에 지향되고 포토캐소드로부터 전자빔이 발생한다.
포토캐소드는 플라즈몬 구조 어레이 반대편의 포토캐소드층의 측 상에 배치되는 캡층을 더 포함할 수 있다.
플라즈몬 구조는 금속성 재료의 어레이를 포함할 수 있다.
투명 기판은 포토캐소드층 반대편의 플라즈몬 구조 어레이 상에 배치되는 도핑된 와이드 밴드갭 반도체층을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 플라즈몬 구조는 복수의 플라즈몬 캐비티를 규정한다.
포토캐소드는 플라즈몬 구조 어레이와 포토캐소드층 사이에 층을 더 포함할 수 있다. 이 층은 플라즈몬 구조 어레이와 포토캐소드층 사이에 격자 매칭을 제공한다.
본 개시내용의 본질 및 목적에 대한 완전한 이해를 위해, 첨부하는 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조해야 한다.
도 1은 본 개시내용에 따른 포토캐소드의 제1 실시형태의 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 예시적인 플라즈몬 Al/Cs2Te 포토캐소드에 대한 층 두께 최적화의 산출을 예시한다.
도 5는 본 개시내용에 따른 포토캐소드의 제2 실시형태의 사시도이다.
도 6은 본 개시내용에 따른 포토캐소드의 제3 실시형태의 사시도이다.
도 7은 본 개시내용에 따른 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 개시내용에 따른 시스템의 일 실시형태의 블록도이다.
도 1은 본 개시내용에 따른 포토캐소드의 제1 실시형태의 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 예시적인 플라즈몬 Al/Cs2Te 포토캐소드에 대한 층 두께 최적화의 산출을 예시한다.
도 5는 본 개시내용에 따른 포토캐소드의 제2 실시형태의 사시도이다.
도 6은 본 개시내용에 따른 포토캐소드의 제3 실시형태의 사시도이다.
도 7은 본 개시내용에 따른 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 개시내용에 따른 시스템의 일 실시형태의 블록도이다.
청구하는 주제가 특정 실시형태에 관련하여 설명될 것이지만, 여기에 설명하는 모든 이점 및 특징을 제공하지 않는 실시형태를 비롯한 다른 실시형태도 본 개시내용의 범위 내에 있다. 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 구조적, 논리적, 공정 단계, 및 전자적 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 범위는 첨부하는 청구범위를 참조함으로써만 규정된다.
포토캐소드 상에 소형 레이저 스폿을 달성하기 위해, 여기에 개시하는 실시형태들은 파장 미만(sub-wavelength) 치수의 플라즈몬 구조를 사용한다. 금속 플라즈몬 구조는 스폿 제한 구조로서 또 포토캐소드를 바이어싱하기 위한 전기적 하부층으로서 역할할 수 있다. 플라즈몬 구조는 입사광을 파장 미만 사이즈로 제한할 수 있다(예컨대, 100 nm 직경 이하의 전자빔을 생산 수 있다). 플라즈몬 구조는 또한 Cs2Te, CsKTe, GaN, CsI, CsBr, 또는 기타 재료와 같은, 여러 포토캐소드가 고 QE를 가지는 고휘도 소스를 개발하기 위해 가시광선 및 자외선 파장에서 강한 공명을 가질 수도 있다. 플라즈몬 구조는 알루미늄과 같이 자외선 및 가시과선 파장에서 강한 플라즈몬 공명을 갖는 금속 또는 다른 재료를 사용할 수 있다.
여기에 개시하는 실시형태는 포토캐소드가 고 QE를 가지는 파장에서 동작한다. 다중 전자빔 배열로 스케일링될 수 있는 고휘도 이미터를 시연(demonstrate)하기 위해 소형 스폿이 생성된다.
일 실시형태에서, 자외선 및 가시광선 파장에서 동작하는 투과 모드로 포토캐소드에 부착되는 플라즈몬 구성이 개시된다. 이 구조는, 플라즈몬 애퍼처를 통한 파장 미만 스폿으로의 광 투과를 향상시키면서 포토캐소드 QE가 최대인 파장에서 동작할 수 있다. 빔당 수십 nA가 생산될 수 있다.
도 1은 포토캐소드(100)의 제1 실시형태의 단면도이다. 포토캐소드(100)는 투명 기판(101), 포토캐소드층(103). 및 투명 기판(101)과 포토캐소드층(103) 사이에 배치되는 플라즈몬 구조 어레이(102)를 포함한다. 포토캐소드층(103)은 GaN, 합금 Al(In)GaN(P), Cs(K)Te(Sb), CsI, CsBr, 또는 다른 재료 중 하나 이상을 포함하거나 다른 식으로 제조될 수 있다. 투명 기판(101)은 자외선 용융 실리카, CaF2, 석영, 사파이어, MgF2, LiF, 또는 다른 재료 중 하나 이상을 포함하거나 다른 식으로 제조될 수 있다. 투명 기판(101)은 자외선 및 가시광선 파장에 대해 투명할 수 있다. 포토캐소드층(103)은 자외선 및 가시광선 파장에서 고 QE를 가질 수 있다. 최대 효율의 파장에서 고 QE 포토캐소드를 사용하면 고휘도의 이미터를 제공할 수 있다. (도시하지 않는)광원은 포토캐소드(100)에 광을 지향시켜서 하나 이상의 전자빔을 생산하게 할 수 있다.
플라즈몬 구조(102)는 금속 재료(105)의 어레이(도 1에는 해칭으로 표시함)를 포함할 수 있다. 금속성 재료(105)는 알루미늄, 메타물질, 또는 기타 재료일 수 있다. 광이 금속성 재료(105)에 충돌하여 공명을 발생시킬 수 있다. 금속 재료(105)는 자외선 및 가시광선 파장에서 강한 공명을 가질 수 있다. 예컨대, 강한 공명은 공명 피크에 해당할 수 있다.
플라즈몬 구조(102) 및 금속 재료(105)는 고처리량 검사 시스템에 적합한 파장 미만 스폿에 의해 다수의 전자빔으로 스케일링될 수 있다.
포토캐소드(100)는 선택적으로, 플라즈몬 구조 어레이(102) 반대편의 포토캐소드층(103)의 측 상에 배치되는 캡층(104)을 더 포함할 수 있다. 캡층(104)은 루테늄 또는 기타 낮은 일함수 금속을 포함거나 다른 식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 캡층(104)은 루테늄 어레이를 포함할 수 있다. 캡층(104)은 긴 수명 동작을 위해 낮은 일함수 금속을 포함할 수 있다.
포토캐소드(100)는 선택적으로, 플라즈몬 구조 어레이(102)와 포토캐소드층(103) 사이에 격자 매칭을 제공하는, 플라즈몬 구조 어레이(102)와 포토캐소드층(103) 사이의 층(도시 생략)을 포함할 수도 있다. 이에 포토캐소드(100) 내의 다양한 층의 성장을 향상시킬 수 있다. 플라즈몬 구조 어레이(102)와 포토캐소드층(103) 사이의 층은 플라즈몬장이 포토캐소드층(103)을 통과할 만큼 얇고 포토캐소드층(103)의 고품질 성장을 일으킬 정도로 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 선택층은 수nm 두께일 수 있다. 이를테면, GaN를 포함하는 포토캐소드층(103)과의 격자 매칭에 수나노미터의 테이퍼진 AlGaN가 사용될 수 있다.
포토캐소드(100) 내의 층 두께는 최적의 전자 방출에 최적화될 수 있다. 예를 들면, 포토캐소드(100) 내의 층 두께는 예컨대 성장 중에 인자(factor)를 모니터링함으로써, 입사광을 흡수하고 표면으로의 수송 중에 과도한 전자 산란을 방지하도록 최적화될 수 있다. 정확한 두께 및 플라즈몬 구조 치수는 광전자 방출에 사용되는 포토캐소드 재료 및 파장에 달려 있을 수 있다. 예를 들면, 치수는 파장 및 구조에 따라 달라질 수 있는 공명을 증가시키기 위해 시뮬레이션으로 최적화될 수 있다. 또한, 플라즈몬 구조 치수는 포토캐소드 상의 타겟 스폿 사이즈에 맞게 최적화될 수 있다. Al/Cs2Te 플라즈몬 포토캐소드에 대한 두께 최적화의 예가 도 2 내지 도 4에 도시된다.
예를 들어, 266 nm 공명의 불스아이(bullseye) 애퍼처 형상의 경우, 유리 기판이 하단부에 있고 Cs2Te층이 상단부에 있다. 광이 기판으로부터 충돌한다. 이 예에서, 알루미늄 두께(h)는 50 nm이고 반도체 두께(hs)는 15 nm이다.
여기에 개시하는 포토캐소드 이미터의 휘도는 포토캐소드 재료 및 여기 파장에 따라 다를 수 있다. 휘도는 총 전류에 비례하고 포토캐소드 재료의 이미턴스(emittance)에 반비례한다. 캐소드의 양자 효율이 높을수록 동일한 입사 광자 플럭스에 대한 전류가 높아진다. 일반적으로
QE와 이미턴스 사이에는 트레이드오프가 존재한다. GaN와 같은 일부 캐소드는 고 QE 및 저 이미턴스 둘 다를 달성할 수 있다. 고 휘도를 달성하기 위해서는, 두 파라미터가 최적화되어야 한다: 저 이미턴스 또는 저 횡방향 에너지(예컨대, 최대치 0.3 eV) 및 고 QE(>1 μA/mW) 또는 총전류).
이를테면, 횡방향 에너지 분산은 저 이미턴스를 달성할 수 있고 소형 스폿은 포토캐소드 표면에서 달성된다. 나노미터 사이즈의 전자빔 스폿에 포커싱하기 위해서는, 전자 광학의 한계로 인해 약 100 nm의 초기 스폿이 필요할 수 있다.
그러나, 검사 시스템에 적합한 대부분의 포토캐소드는 적외선에서 저 QE를 갖는데 적외선은 2-4 광자 광방출 프로세스를 수반할 수 있기 때문이다(<10-5). 그 결과, 이전의 노력으로는 pA의 총 전류만이 달성되었고, 그래서 고처리량의 다중 전자빔 검사 시스템에는 적합하지 못하다.
포토캐소드(100)는 전자빔당 수십 nAs의 파장 미만 스폿 사이즈 전자빔의 어레이를 생산할 수 있다. 포토캐소드(100)는 또한 파장 미만 스폿에서 광의 최대 투과를 제공하여, 고휘도를 제공할 수 있다. 포토캐소드(100)의 휘도는 서멀 필드 이미터(thermal field emitter)보다 더 높을 수 있다. 포토캐소드(100)의 동작은 고 QE가 입증된 값일 수 있다. QE는 주로 (소정 파장에서의 재료의 흡광 효율) - (재료 내부의 광발생 전자의 산란 및 재결합으로 인한 손실)이다. 이렇게 두께의 최적화가 통상적으로 행해진다.
더욱이, 포토캐소드(100)는 다중빔 시스템으로 스케일링될 수 있다. 다중빔 시스템은 전체 디바이스의 공간적 제약에 의해서만 제한될 수 있다.
QE는 일반적으로 파장의 함수로서 재료 종속적이다. QE는 주로 (소정 파장에서의 재료의 흡광 효율) - (재료 내부의 광발생 전자의 산란 및 재결합으로 인한 손실)이다. 이렇게 두께의 최적화가 통상적으로 행해진다.
도 5는 포토캐소드의 제2 실시형태의 사시도이고 도 6은 포토캐소드의 제3 실시형태의 사시도이다. 이들은 도 1의 포토캐소드(100)의 변형예이다. 도 5 및 도 6의 포토캐소드는 마이크로 미만의 어레이형 저 에너지 분산 포토캐소드 전자 소스이다. 도 5 및 도 6의 플라즈몬 구조는 80% 초과하여 흡광 효율을 상승시킬 수 있다. 희토류 금속 산화물과 조합된 바륨이 네거티브 전자 친화성(NEA, negative electron affinity) 층의 일부로서 사용될 수 있다. 적절한 전도체 및 희토류 금속 산화물의 비적층형 구조가 도핑된 절연 구조로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물은 Al2O3 또는 Sc2O3일 수 있다. 도펀트는 몰리브덴 또는 텅스텐일 수 있다.
도 5에서, 포토캐소드(200)는 금 배면판(203) 상에 저온 GaAs 박막(202)을 포함한다. 저온 GaAs 박막(202) 상의 파장 미만 금 메시(201)는 플라즈몬 캐비티(204)를 갖는다. 라운드형이나 다른 형상일 수 있는 플라즈몬 캐비티(204)는 파장 미만 금 메시(2014)를 통과해 연장되고, 선택적으로 저온 GaAs 박막(202) 내로 연장될 수 있다. 금과 GaAs가 개시되지만, 다른 금속도 사용될 수 있다.
도 6에서, 포토캐소드(250)는 포토캐소드층(252) 반대편의 플라즈몬 구조 어레이(253) 상에 배치되는 도핑된 와이드 밴드갭 반도체층(254)을 포함한다. 플라즈몬 구조 어레이(253)는 도 5에 도시한 것과 같은 복수의 플라즈몬 캐비티를 가질 수 있다. 도핑된 와이드 밴드갭 반도체층(254)는 몰리브덴 및/또는 텅스텐과 같은 도펀트를 포함할 수 있다.
포토캐소드층(252)은 투명 기판(257)의 일부로서 NEA 또는 포지티브 전자 친화성(PEA, positive electron affinity) 재료(252)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 포토캐소드층(252)은 내화 산화물 상에 Cs, CsBr, CsI, Ba, BaO, 또는 Ba 중 하나 이상을 포함하거나 다른 식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 내화 산화물은 Al2O3 또는 Sc2O3일 수 있다.
도핑된 와이드 밴드갭 반도체층(254) 상에는 금속층(255)이 배치될 수 있다. 금속층(255)은 플라즈몬 구조 어레이(253)의 일부일 수 있거나 플라즈몬 구조 어레이(253)와 동일한 재료로 제조될 수 있다.
박막 전자 증폭기(예컨대, 다이아몬드)(251)가 선택적으로 NEA층(252) 상에 또는 근접해서 배치될 수도 있다. 광원(256)이 포토캐소드(250)의 어느 한 측으로 광을 지향시킬 수 있다.
도 5의 포토캐소드(200)는 도 6의 포토캐소드(250)의 부분일 수 있다. 이에, GaAs 박막(202)은 도핑된 와이드 밴드갭 반도체층(254)의 일례일 수 있고, 파장 미만 금 메시(201)는 플라즈몬 구조 어레이(253)의 일례일 수 있고, 금 배면판(203)은 금속층(255)의 일례일 수 있다.
포토캐소드(200)와 포토캐소드(250)는 도핑된 나노라미네이트를 통한 전자의 공급 및 추가 흡광에서 기인한 개선된 효율, 및 Ba 및 BaO의 더 높은 안정성에서 기인한 장시간 수명을 제공한다. 포토캐소드(200)와 포토캐소드(250)는 20 전자빔보다 더 많은 다중 전자빔 시스템을 제공할 수 있다.
포토캐소드(250)는 광포획 효율을 높이기 위해 플라즈몬 구조 어레이(253)를 사용한다. NEA 또는 PEA 재료(252)는 전자가 재료에서 이탈하여 진공으로 들어갈 수 있도록 표면 일함수를 낮추는데 사용된다. 나노라미네이트(예컨대, 절연체/와이드 밴드갭 반도체의 도핑)은 광방출에 필요한 에너지양을 줄이기 위해 도핑된 와이드 밴드갭 반도체층(254) 내에 간극 상태(interstitial state)를 만드는 데에 사용될 수 있다. 또한 나노라미네이트는 전자 수송을 향상시키기 위해 도핑된 와이드 밴드갭 반도체층(254)의 전도성을 높일 수 있다. 금속층(255)은 플라즈몬 광 트랩의 일부일 수 있다. 광원(256)은 조명으로서 사용되고, 선택적 전자 증폭기(251)는 총 전자 수율을 높이기 위해 사용될 수 있다.
포토캐소드(250)는 전자를 위한 전도 경로로서 Sc2O3 및 텅스텐 또는 몰리브덴을 사용하는 원자층 퇴적(ALD, atomic layer deposition)에 의해 제조될 수 있다. 바륨을 사용하여 표면 상에 BaO를 형성하면 표면 일함수를 낮출 수 있다.
도 7은 방법(300)의 흐름도이다. 301에서, 여기에 개시하는 포토캐소드 실시형태들 중 하나와 같은 포토캐소드가 제공된다. 포토캐소드는 투명 기판, 포토캐소드층, 및 투명 기판과 포토캐소드층 사이에 배치되는 플라즈몬 구조 어레이를 포함할 수 있다.
302에서, 광빔이 포토캐소드에 지향된다. 303에서, 포토캐소드로부터 전자빔이 발생한다.
방법(300)의 포토캐소드는 플라즈몬 구조 어레이 반대편의 포토캐소드층의 측 상에 배치되는 캡층을 더 포함할 수 있다.
방법(300)의 플라즈몬 구조는 금속성 재료의 어레이를 포함할 수 있다.
방법(300)의 투명 기판은 포토캐소드층 반대편의 플라즈몬 구조 어레이 상에 배치되는 도핑된 와이드 밴드갭 반도체층을 포함할 수 있다. 플라즈몬 구조는 복수의 플라즈몬 캐비티를 규정할 수 있다.
방법(300)의 포토캐소드는 플라즈몬 구조 어레이와 포토캐소드층 사이에 층을 더 포함할 수 있다. 이 층은 플라즈몬 구조 어레이와 포토캐소드층 사이에 격자 매칭을 제공한다.
도 8은 시스템(400)의 일 실시형태의 블록도이다. 시스템(400)은 웨이퍼(404)의 이미지를 생성하도록 구성된 웨이퍼 검사 툴(전자 컬럼(401)을 포함함)을 포함한다.
웨이퍼 검사 툴은 적어도 에너지 소스 및 검출기를 포함하는 출력 취득 서브시스템을 포함한다. 출력 취득 서브시스템은 전자빔 기반 출력 취득 서브시스템일 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 웨이퍼(404)에 지향된 에너지는 전자를 포함하고, 웨이퍼(404)로부터 검출된 에너지는 전자를 포함한다. 이런 식으로, 에너지 소스는 전자빔 소스일 수 있다. 도 8에 도시하는 이러한 일 실시형태에서, 출력 취득 서브시스템은 컴퓨터 서브시스템(402)에 결합되는 전자 컬럼(401)을 포함한다. 척(도시 생략)이 웨이퍼(404)를 유지할 수 있다.
도 8에 또한 도시하는 바와 같이, 전자 컬럼(401)은 하나 이상의 엘리먼트(405)에 의해 웨이퍼(404)에 포커싱되는 전자를 발생시키도록 구성된 전자빔 소스(403)를 포함한다. 전자빔 소스(403)는 예컨대 도 1의 포토캐소드(100), 도 5의 포토캐소드(200), 또는 도 6의 포토캐소드(250)의 실시형태를 포함할 수 있다. 하나 이상의 엘리먼트(405)는 예컨대, 건 렌즈(gun lens), 애노드, 빔 제한 애퍼처, 게이트 밸브, 빔 전류 선택 애퍼처, 대물 렌즈, 및 스캐닝 서브시스템을 포함할 수 있고, 이들 모두는 당업계에 알려진 임의의 그러한 적절한 엘리먼트를 포함할 수 있다.
웨이퍼(404)로부터 복귀하는 전자(예컨대, 2차 전자)는 하나 이상의 엘리먼트(406)에 의해 검출기(407)에 포커싱될 수 있다. 하나 이상의 엘리먼트(406)는 예컨대, 엘리먼트(405)에 포함된 동일한 스캐닝 서브시스템일 수 있는 스캐닝 서브시스템을 포함할 수 있다.
전자 컬럼은 또한 당업계에 공지된 임의의 다른 적절한 엘리먼트도 포함할 수 있다.
도 8에는, 전자가 비스듬한 입사 각도로 웨이퍼(404)에 지향되고 다른 비스듬한 각도로 웨이퍼(404)로부터 산란되도록 전자 컬럼(401)이 구성되는 것으로서 도시하고 있지만, 전자빔은 임의의 적절한 각도로 웨이퍼(404)에 지향되고 웨이퍼로(404)로부터 산란될 수 있다. 또한, 전자빔 기반의 출력 취득 서브시스템은 다중 모드를 사용하여(예컨대, 상이한 조명 각도, 수집 각도 등을 사용하여) 웨이퍼(404)의 이미지를 생성하도록 구성될 수 있다. 전자빔 기반의 출력 취득 서브시스템의 다중 모드는 해당 출력 취득 서브시스템의 임의의 이미지 생성 파라미터가 다를 수 있다.
컴퓨터 서브시스템(402)은 검출기(407) 또는 웨이퍼 검사 툴의 다른 컴포넌트와 전자 통신하도록 검출기(407)에 결합될 수 있다. 검출기(407)는 웨이퍼(404)의 표면으로부터 복귀된 전자를 검출함으로써 컴퓨터 서브시스템(404)에 의해 웨이퍼(404)의 전자빔 이미지를 형성할 수 있다. 전자빔 이미지는 임의의 적절한 전자빔 이미지를 포함할 수 있다. 컴퓨터 서브시스템(402)은 프로세서(408) 및 전자 데이터 저장 유닛(409)을 포함한다. 프로세서(408)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 또는 기타 디바이스를 포함할 수 있다.
도 8은 여기에 설명하는 실시형태들에서 사용될 수 있는 전자빔 기반 출력 취득 서브시스템의 구성을 일반적으로 예시하기 위해 여기에 제공되는 것을 알아야 한다. 여기에 설명하는 전자빔 기반 출력 취득 서브시스템 구성은 상업용 출력 취득 시스템을 설계할 때 정상적으로 수행되는 출력 취득 서브시스템의 성능을 최적화하도록 변경될 수 있다. 또한, 여기에 설명하는 시스템은 기존의 시스템을 사용하여(예컨대, 여기에 설명하는 기능성을 기존의 시스템에 부가함으로써) 구현될 수도 있다. 그러한 일부 시스템의 경우, 여기에 설명하는 방법은 시스템의 선택적 기능으로서(예컨대, 시스템의 다른 기능과 함께) 제공될 수 있다. 한편, 여기에 설명하는 시스템은 완전히 새로운 시스템을 제공하기 위해 "맨 처음부터(from scratch)" 설계될 수도 있다.
컴퓨터 서브시스템(402)은 프로세서(408)가 출력을 수신할 수 있도록 임의의 적절한 방식으로(예컨대, 유선 및/또는 무선 전송 매체를 포함할 수 있는 하나 이상의 전송 매체를 통해) 시스템(400)의 컴포넌트에 결합될 수 있다. 프로세서(408)는 출력을 사용하여 다수의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 웨이퍼 검사 툴은 프로세서(408)로부터 명령어 또는 기타 정보를 수신할 수 있다. 선택적으로, 프로세서(408) 및/또는 전자 데이터 저장 유닛(409)은 추가 정보를 수신하거나 명령어를 전송하기 위해 다른 웨이퍼 검사 툴, 웨이퍼 계측 툴, 또는 웨이퍼 검토 툴(도시 생략)과 전자 통신할 수 있다.
여기에 설명하는 컴퓨터 서브시스템(402), 다른 시스템, 또는 기타 서브시스템은 퍼스널 컴퓨터 시스템, 이미지 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 네트워크 어플라이언스, 인터넷 어플라이언스, 또는 기타 디바이스를 포함해 다양한 시스템의 일부일 수 있다. 서브시스템(들) 또는 시스템(들)은 또한 당업계에 공지된 병렬 프로세서 등의 임의의 적합한 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 서브시스템(들) 또는 시스템(들)은 고속 프로세싱 및 소프트웨어를 구비한 플랫폼을, 독립형 또는 네트워크형 툴로서 포함할 수 있다.
프로세서(408) 및 전자 데이터 저장 유닛(409)은 시스템(400) 또는 기타 디바이스에 또는 그렇지 않으면 그 일부에 배치될 수 있다. 일례로, 프로세서(408) 및 전자 데이터 저장 유닛(409)은 독립형 제어 유닛의 일부일 수도 또는 중앙 품질 제어 유닛 내에 있을 수도 있다. 다수의 프로세서(408) 또는 전자 데이터 저장 유닛(409)은 사용될 수 있다.
프로세서(408)는 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 임의의 조합에 의해 실제로 구현될 수 있다. 또한, 여기에 설명하는 그것의 기능은 하나의 유닛에 의해 수행되거나, 상이한 컴포넌트들 사이에서 분할되어, 그 각각이 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어의 임의의 조합에 의해 순차로 구현될 수 있다. 프로세서(408)가 다양한 방법 및 기능을 구현하기 위한 프로그램 코드 또는 명령어는 전자 데이터 저장 유닛(207) 내의 메모리 또는 기타 메모리와 같은 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있다.
도 8의 시스템(400)은 전자 소스(100)의 실시형태 또는 방법(300)의 실시형태를 사용할 수 있는 시스템의 일례일 뿐이다. 시스템(400)은 초고진공(UHV, ultra-high vacuum) 환경 또는 기타 환경에서 동작할 수 있다. 전자 소스(100)의 실시형태는 결함 검토 시스템, 검사 시스템, 계측 시스템, 또는 일부 다른 유형의 시스템의 부분일 수 있다. 따라서, 여기에 개시하는 실시형태는 상이한 애플리케이션에 다소 적합한 상이한 성능을 갖는 시스템에 대한 다수의 방식으로 테일러링될 수 있는 일부 구성을 설명한다.
여기에 개시하는 포토캐소드 실시형태는 레티클 및 웨이퍼 검사 시스템; 단일 또는 다중 전자 소스를 사용하는 웨이퍼 또는 레티클용 전자빔 검사 시스템; 단일 또는 다중 전자 소스를 사용하는 웨이퍼 또는 레티클용 전자빔 검토 시스템; 또는 단일 또는 다중 전자 소스를 사용하는 웨이퍼 또는 레티클용 전자빔 계측 시스템에 사용될 수 있다. 여기에 개시하는 포토캐소드 실시형태는 웨이퍼 또는 레티클의 계측, 검토, 또는 검사를 위한 것과 같은, 단일 또는 다중 전자빔 소스를 사용하여 x선을 발생시키기 위해 전자 소스를 사용하는 시스템에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 여기에 개시하는 실시형태는 다중 전자 소스 검사 시스템 또는 리소그래피 시스템에서 사용될 수 있다.
하나 이상의 특정 실시형태와 관련하여 본 개시내용을 설명하였지만, 본 개시내용의 다른 실시형태는 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시내용은 첨부하는 청구범위 및 그것의 적절한 해석에 의해서만 제한되는 것으로 간주된다.
Claims (19)
- 포토캐소드 이미터(photocathode emitter)에 있어서,
투명 기판;
포토캐소드층; 및
상기 투명 기판과 상기 포토캐소드층 사이에 배치되는 플라즈몬 구조 어레이(plasmonic structure array)
를 포함하는, 포토캐소드 이미터. - 제1항에 있어서, 상기 포토캐소드층은 GaN, 합금 Al(In)GaN(P), Cs(K)Te(Sb), CsI, 또는 CsBr 중 하나 이상을 포함하는, 포토캐소드 이미터.
- 제1항에 있어서, 상기 투명 기판은 자외선 용융 실리카, CaF2, 석영, 사파이어, MgF2, 또는 LiF 중 하나 이상을 포함하는, 포토캐소드 이미터.
- 제1항에 있어서, 상기 플라즈몬 구조 어레이 반대편의 상기 포토캐소드층의 측 상에 배치되는 캡층을 더 포함하는, 포토캐소드 이미터.
- 제4항에 있어서, 상기 캡층은 루테늄을 포함하는, 포토캐소드 이미터.
- 제1항에 있어서, 상기 플라즈몬 구조는 금속성 재료의 어레이를 포함하는, 포토캐소드 이미터.
- 제6항에 있어서, 상기 금속성 재료는 알루미늄인, 포토캐소드 이미터.
- 제1항에 있어서, 상기 플라즈몬 구조 어레이와 상기 포토캐소드층 사이에서 층을 더 포함하고, 상기 층은 상기 플라즈몬 구조 어레이와 상기 포토캐소드층 사이에 격자 매칭(lattice matching)을 제공하는, 포토캐소드 이미터.
- 제1항에 있어서, 상기 포토캐소드층 반대편의 상기 플라즈몬 구조 어레이 상에 배치되는 도핑된 와이드 밴드갭 반도체층을 더 포함하는, 포토캐소드 이미터.
- 제9항에 있어서, 상기 포토캐소드층은 네거티브 전자 친화성 또는 포지티브 전자 친화성 재료를 포함하는, 포토캐소드 이미터.
- 제10항에 있어서, 상기 포토캐소드층은 내화 산화물 상에 Cs, CsBr, CsI, Ba, BaO, 또는 Ba 중 하나 이상을 포함하는, 포토캐소드 이미터.
- 제9항에 있어서, 상기 도핑된 와이드 밴드갭 반도체층은 도펀트를 포함하고, 상기 도펀트는 몰리브덴 또는 텅스텐 중 적어도 하나인, 포토캐소드 이미터.
- 제9항에 있어서, 상기 플라즈몬 구조는 복수의 플라즈몬 캐비티를 규정하는, 포토캐소드 이미터.
- 방법에 있어서,
포토캐소드를 제공하는 단계로서, 상기 포토캐소드는:
투명 기판;
포토캐소드층; 및
상기 투명 기판과 상기 포토캐소드층 사이에 배치되는 플라즈몬 구조 어레이
를 포함하는, 상기 포토캐소드 제공 단계;
상기 포토캐소드에 광빔을 지향시키는 단계; 및
상기 포토캐소드로부터 전자빔을 발생시키는 단계
를 포함하는, 방법. - 제14항에 있어서, 상기 포토캐소드는 상기 플라즈몬 구조 어레이 반대편의 상기 포토캐소드층의 측 상에 배치되는 캡층을 더 포함하는, 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 플라즈몬 구조 어레이는 금속성 재료의 어레이를 포함하는, 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 투명 기판은, 상기 포토캐소드층 반대편의 상기 플라즈몬 구조 어레이 상에 배치되는 도핑된 와이드 밴드갭 반도체층을 포함하는, 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 플라즈몬 구조는 복수의 플라즈몬 캐비티를 규정하는, 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 포토캐소드는, 상기 플라즈몬 구조 어레이와 상기 포토캐소드층 사이에서 층을 더 포함하고, 상기 층은 상기 플라즈몬 구조 어레이와 상기 포토캐소드층 사이에 격자 매칭을 제공하는, 방법.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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