KR20230173726A - 캡 바이어스 전압을 사용하여 경사 모드의 sem을 이용한 후방산란된 전자들(bse) 이미징 - Google Patents
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Abstract
샘플의 구역을 평가하는 방법이 제공되며, 이 방법은, 진공 챔버 내에 샘플을 포지셔닝하는 단계; SEM(scanning electron microscope) 컬럼으로 전자 빔을 생성하는 단계 ― SEM 컬럼은 컬럼의 일 단부의 전자총 및 컬럼의 맞은편 단부의 컬럼 캡을 포함함 ―; SEM 컬럼이 경사 모드에서 동작되는 동안, 샘플 상에 전자 빔을 포커싱하고 샘플의 구역에 걸쳐 포커싱된 전자 빔을 스캔하고, 이로써 구역 내에서 2차 전자들 및 후방산란된 전자들을 생성하는 단계; 및 스캔 동안, 2차 전자들의 궤적을 변경하여 2차 전자들이 하나 이상의 검출기들에 도달하는 것을 방지하기 위해 컬럼 캡에 음의 바이어스 전압을 인가하는 동안, 후방산란된 전자들을 하나 이상의 검출기들로 수집하는 단계를 포함한다.
Description
[0001]
본 출원은, 2021년 4월 28일에 출원된 미국 출원 번호 제17/243,478호를 우선권으로 주장한다. 이 문서의 개시내용은 모든 목적을 위해 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002]
전자 재료들 및 이러한 재료들을 전자 구조로 제작하기 위한 프로세스들의 연구에서, 전자 구조의 표본은 장애 분석 및 디바이스 유효성 검증(device validation)을 위한 현미경 검사에 사용될 수 있다. 예컨대, 실리콘 웨이퍼와 같은 전자 구조 표본은 웨이퍼 내 특정한 특유의 특징을 연구하기 위해 SEM(scanning electron microscope)으로 분석될 수 있다. 이러한 특유의 특징은 제작된 회로 및 제작 프로세스 동안 형성된 임의의 결함들을 포함할 수 있다. 전자 현미경은 반도체 디바이스들의 미세한 구조를 분석하는 데 가장 유용한 장비 부품(piece of equipment)들 중 하나이다.
[0003]
SEM 도구로부터 전자 빔으로 샘플을 검사할 때, 전자 빔이 샘플에 충돌하면 2차 전자들 및 후방산란된 전자들이 생성된다. 2차 전자들은 샘플 자체의 원자들로부터 기원하며 전자 빔과 샘플 사이의 비탄성 상호작용들의 결과이다. 2차 전자들은 상대적으로 에너지가 낮으며(예컨대, 0-20eV) 샘플의 표면 또는 표면 근처로부터 기원한다. 후방산란된 전자(backscattered electron; BSE)들은 빔과 샘플 사이의 탄성 상호작용 후에 다시 반사된다. 후방산란된 전자들은 전자 빔의 에너지 레벨에 가까운 에너지 레벨들을 가질 수 있고 이에 따라 샘플의 더 깊은 구역들로부터 나올 수 있다.
[0004]
이들 및 다른 차이들로 인해, 2차 전자들 및 후방산란된 전자들은 상이한 유형들의 정보를 제공할 수 있다. 2차 전자들은 샘플에 대한 자세한 표면 정보를 제공할 수 있는 반면, 후방산란된 전자들은 원자 수의 차이들에 대해 높은 감도를 나타내고 이에 따라 피사체를 이미징할 때 재료 콘트라스트를 제공하는 데 유용하다.
[0005]
일반적으로, 2차 전자 수율은 후방산란된 전자 수율보다 훨씬 높다. 따라서, 후방산란된 전자들을 수집할 때, 후방산란된 전자 신호를 정확하게 알기 위해 2차 전자 신호가 억제될 필요가 있다. 전형적인 SEM 도구에서, 샘플과 검출기 사이에 에너지 필터를 배치하여서, 에너지 필터가 상대적으로 낮은 에너지의 2차 전자들이 검출기에 도달하는 것을 차단함으로써 2차 전자 신호의 억제가 행해질 수 있다. 이 접근법은 과거에 성공적으로 사용되었지만, 후방산란된 전자들을 검출하는 새로운 방법이 바람직하다.
[0006]
본 개시내용의 일부 실시예들은 주사 전자 현미경으로 샘플을 이미징할 때 후방산란된 전자들을 수집하기 위한 개선된 방법들 및 기술들에 관한 것이다. 수집된 전자들은 이를테면, 재료 콘트라스트를 제공하기 위해 샘플의 특성들을 평가하는 데 사용될 수 있다.
[0007]
일부 실시예들에서, 샘플의 구역을 평가하는 방법은, 진공 챔버 내에 샘플을 포지셔닝하는 단계; SEM(scanning electron microscope) 컬럼으로 전자 빔을 생성하는 단계 ― SEM 컬럼은 컬럼의 일 단부의 전자총 및 컬럼의 맞은편 단부의 컬럼 캡(column cap)을 포함함 ―; SEM 컬럼이 경사 모드에서 동작되는 동안, 샘플 상에 전자 빔을 포커싱하고 샘플의 구역에 걸쳐 포커싱된 전자 빔을 스캔하고, 이로써 구역 내에서 2차 전자들 및 후방산란된 전자들을 생성하는 단계; 및 스캔 동안, 2차 전자들의 궤적을 변경하여 2차 전자들이 하나 이상의 검출기들에 도달하는 것을 방지하기 위해 컬럼 캡에 음의 바이어스 전압을 인가하는 동안, 후방산란된 전자들을 하나 이상의 검출기들로 수집하는 단계를 포함한다.
[0008]
본원에서 설명된 실시예들의 다양한 구현들은 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 검출된 후방산란된 전자들로부터, 구역의 적어도 일부에 대한 이미지가 생성된다. -50V 내지 -1000V의 음의 바이어스가 컬럼 캡에 인가된다. -100V 내지 -500V의 음의 바이어스가 컬럼 캡에 인가된다. 컬럼 캡은 컬럼 캡의 팁(tip)에 개구를 갖는 원추형 형상을 가질 수 있고, 전자 빔은 개구를 통해 지향될 수 있다. 후방산란된 전자들은 렌즈-내 검출기(in-lens detector) 및 최상부 검출기로 수집될 수 있다. 후방산란된 전자들은 외부 검출기로 수집될 수 있다.
[0009]
일부 실시예들은 위에서의 또는 본원에서의 방법들 중 임의의 것에 따라 샘플의 구역의 X선 분광학 표면 재료 분석을 수행하기 위한 명령들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 관한 것이다. 예컨대: 진공 챔버 내에 샘플을 포지셔닝하고; SEM(scanning electron microscope) 컬럼으로 전자 빔을 생성하고 ― SEM 컬럼은 컬럼의 일 단부의 전자총 및 컬럼의 맞은편 단부의 컬럼 캡을 포함함 ―; SEM 컬럼이 경사 모드에서 동작되는 동안, 샘플 상에 전자 빔을 포커싱하고 샘플의 구역에 걸쳐 포커싱된 전자 빔을 스캔하고, 이로써 구역 내에서 2차 전자들 및 후방산란된 전자들을 생성하고; 그리고 스캔 동안, 2차 전자들의 궤적을 변경하여 2차 전자들이 하나 이상의 검출기들에 도달하는 것을 방지하기 위해 컬럼 캡에 음의 바이어스 전압을 인가하는 동안, 후방산란된 전자들을 하나 이상의 검출기들로 수집함으로써 수행된다.
[0010]
일부 실시예들은 위에서 또는 본원에서 기술된 방법들 중 임의의 것에 따라 샘플의 구역의 X선 분광학 표면 재료 분석을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다. 예컨대, 시스템은: 진공 챔버; 샘플 평가 프로세스 동안 진공 챔버 내에 샘플을 홀딩하도록 구성된 샘플 지지부; 샘플을 향하여 진공 챔버 내로 하전 입자 빔을 지향시키도록 구성된 SEM(scanning electron microscope) 컬럼 ― SEM 컬럼은 컬럼의 일 단부의 전자 총 및 컬럼의 맞은편 단부의 컬럼 캡을 포함함 ― ; 후방산란된 전자들을 검출하도록 구성된 검출기; 및 프로세서 및 프로세서에 결합된 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는 복수의 컴퓨터 판독 가능 명령들을 포함할 수 있으며, 이 복수의 컴퓨터-판독 가능 명령들은, 프로세서에 의해 실행될 때, 시스템으로 하여금, 진공 챔버 내에 샘플을 포지셔닝하게 하고; SEM(scanning electron microscope) 컬럼으로 전자 빔을 생성하게 하고 ― SEM 컬럼은 컬럼의 일 단부의 전자총 및 컬럼의 맞은편 단부의 컬럼 캡을 포함함 ―; SEM 컬럼이 경사 모드에서 동작되는 동안 샘플 상에 전자 빔을 포커싱하고 샘플의 구역에 걸쳐 포커싱된 전자 빔을 스캔하고, 이로써 구역 내에서 2차 전자들 및 후방산란된 전자들을 생성하고; 그리고 2차 전자들의 궤적을 변경하여 2차 전자들이 하나 이상의 검출기들에 도달하는 것을 방지하기 위해 컬럼 캡에 음의 바이어스 전압을 인가하는 동안, 후방산란된 전자들을 하나 이상의 검출기들로 수집하게 한다.
[0011]
본 개시내용의 성질 및 이점들을 더 잘 이해하기 위해, 다음 설명 및 첨부 도면들에 대한 참조가 이루어져야 한다. 그러나 도면들의 각각이 단지 예시의 목적을 위해 제공되며, 본 개시내용의 범위의 제한들의 정의로서 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 일반 규칙으로서 그리고 설명과 반대되는 것이 명백하지 않는 한, 상이한 도면들 내 엘리먼트가 동일한 참조 번호들을 사용하는 경우, 엘리먼트들은 기능이나 목적에 있어서 일반적으로 동일하거나 적어도 유사하다.
[0012]
도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 샘플 평가 시스템의 단순화된 예시이다.
[0013] 도 2는 SEM 컬럼에 의해 생성된 전자 빔이 샘플에 충돌할 때 샘플로부터 생성된 후방산란된 전자들의 예시적인 경로들을 묘사하는 단순화된 예시이다.
[0014] 도 3은 이전에 알려진 SEM 컬럼의 예에서 에너지 필터의 배치를 묘사하는 단순화된 예시이다.
[0015] 도 4는 본 개시내용에 따른 일부 실시예들과 연관된 단계들을 묘사하는 단순화된 흐름도이다.
[0016] 도 5a는 일부 실시예들에 따라 음의 바이어스 전압이 컬럼 캡에 인가될 때 2차 전자들의 궤적들에 대한 영향의 예를 묘사하는 단순화된 다이어그램이다.
[0017] 도 5b는 일부 실시예들에 따라 음의 바이어스 전압이 컬럼 캡에 인가될 때 후방산란된 전자들의 궤적들에 대한 영향의 예를 묘사하는 단순화된 다이어그램이다.
[0018] 도 6a는 바이어스 전압이 컬럼 캡에 인가되지 않을 때 2차 전자들의 예시적인 궤적들을 묘사하는 단순화된 다이어그램이다.
[0019] 도 6b는 바이어스 전압이 컬럼 캡에 인가되지 않을 때 후방산란된 전자들의 예시적인 궤적들을 묘사하는 단순화된 다이어그램이다.
[0020] 도 7은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 외부 검출기를 포함하는 샘플 평가 시스템의 단순화된 예시이다.
[0021] 도 8은 일부 실시예들에 따라 후방산란된 전자들이 수집될 수 있는 반도체 웨이퍼 상의 영역의 단순화된 예시이다.
[0013] 도 2는 SEM 컬럼에 의해 생성된 전자 빔이 샘플에 충돌할 때 샘플로부터 생성된 후방산란된 전자들의 예시적인 경로들을 묘사하는 단순화된 예시이다.
[0014] 도 3은 이전에 알려진 SEM 컬럼의 예에서 에너지 필터의 배치를 묘사하는 단순화된 예시이다.
[0015] 도 4는 본 개시내용에 따른 일부 실시예들과 연관된 단계들을 묘사하는 단순화된 흐름도이다.
[0016] 도 5a는 일부 실시예들에 따라 음의 바이어스 전압이 컬럼 캡에 인가될 때 2차 전자들의 궤적들에 대한 영향의 예를 묘사하는 단순화된 다이어그램이다.
[0017] 도 5b는 일부 실시예들에 따라 음의 바이어스 전압이 컬럼 캡에 인가될 때 후방산란된 전자들의 궤적들에 대한 영향의 예를 묘사하는 단순화된 다이어그램이다.
[0018] 도 6a는 바이어스 전압이 컬럼 캡에 인가되지 않을 때 2차 전자들의 예시적인 궤적들을 묘사하는 단순화된 다이어그램이다.
[0019] 도 6b는 바이어스 전압이 컬럼 캡에 인가되지 않을 때 후방산란된 전자들의 예시적인 궤적들을 묘사하는 단순화된 다이어그램이다.
[0020] 도 7은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 외부 검출기를 포함하는 샘플 평가 시스템의 단순화된 예시이다.
[0021] 도 8은 일부 실시예들에 따라 후방산란된 전자들이 수집될 수 있는 반도체 웨이퍼 상의 영역의 단순화된 예시이다.
[0022]
본 개시내용의 실시예들은 주사 전자 현미경으로 샘플을 이미징할 때 후방산란된 전자들을 수집하기 위한 개선된 방법들 및 기술들에 관한 것이다.
예시적인 샘플 평가 도구
[0023]
본 개시내용을 더 잘 이해하고 인지하기 위해, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 샘플 평가 시스템(100)의 단순화된 개략적 예시인 도 1에 대한 참조가 먼저 이루어진다. 샘플 평가 시스템(100)은 다른 동작들 중에서도, 반도체 웨이퍼들과 같은 샘플들 상에 형성된 구조들의 결함 검토 및 분석을 위해 사용될 수 있다.
[0024]
시스템(100)은 SEM(scanning electron microscope) 컬럼(120)과 함께 진공 챔버(110)를 포함할 수 있다. 지지 엘리먼트(150)는 샘플(145)(때때로 본원에서 "오브젝트" 또는 "표본"으로서 지칭됨)이 SEM 컬럼으로부터의 하전 입자 빔(126)의 대상이 되는 프로세싱 동작 동안 챔버(110) 내에서 샘플(145)(예컨대, 반도체 웨이퍼)을 지지할 수 있다.
[0025]
SEM 컬럼(120)은 컬럼에 의해 생성된 하전 입자 빔이 샘플(145) 상에 충돌하기 전에 진공 챔버(110) 내에 형성된 진공 환경을 통해 전파되도록 진공 챔버(110)에 연결된다. SEM 컬럼(120)은 하전 입자 빔(126)으로 샘플을 조명하고, 조명으로 인해 방출된 입자들을 검출하고, 검출된 입자들에 기초하여 하전 입자 이미지들을 생성함으로써 샘플(145)의 일부의 이미지를 생성할 수 있다. 이를 위해, SEM 컬럼(120)은 전자 빔 소스(122)(즉, "전자총"), 전자 빔 드리프트 공간을 정의하는 양극 튜브(128), 콘덴서 렌즈 어레인지먼트(124), 하나 이상의 편향 렌즈들, 이를테면, 렌즈들(130, 132), 하나 이상의 포커싱 렌즈들(134), 및 컬럼 캡(136)을 포함할 수 있다.
[0026]
이미징 프로세스 동안, 전자 빔 소스(122)는, 콘덴서 렌즈(124)를 통과하여 초기에 콘덴서 렌즈(124)에 의해 수렴되고 그 후 샘플(145)에 도달하기 전에 렌즈들(134)에 의해 포커싱되는 전자 빔(126)을 생성한다. 콘덴서 렌즈(124)는 분해능과 직접적으로 관련된 전자 빔의 개구수 및 전류(최종 개구수(final aperture)와 함께)를 정의하는 반면, 포커싱 렌즈(134)는 샘플 상에 빔을 포커싱한다. 양극 튜브(128)의 하단부(제1 전극)와 샘플(145)(제2 전극) 사이에 로케이팅되는 컬럼 캡(136)은 웨이퍼 부근 내에 생성된 전기장을 조절하는 시스템의 제3 전극일 수 있다.
[0027]
입자 이미징 프로세스에는 전형적으로 이미징되는 샘플의 특정 영역에 걸쳐 하전 입자 빔을 앞뒤로(예컨대, 래스터 또는 다른 스캔 패턴으로) 스캔하는 것을 포함한다. 자기 렌즈들, 정전기 렌즈들 또는 전기 렌즈와 자기 렌즈의 조합일 수 있는 편향 렌즈들(130, 132)은 당업자에게 알려진 바와 같이 스캔 패턴을 구현할 수 있다. 스캔된 영역은 전형적으로 샘플의 전체 영역의 매우 작은 프랙션(fraction)이다. 예컨대, 샘플은 200mm 또는 300mm의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼일 수 있는 반면, 웨이퍼 상에서 스캔된 각각의 영역은 마이크론 또는 수십 마이크론으로 측정된 폭 및/또는 길이를 갖는 직사각형 영역일 수 있다.
[0028]
SEM 컬럼(120)은 또한 이미징 프로세스 동안 샘플로부터 생성된 하전 입자들을 검출하기 위한 하나 이상의 검출기들을 포함할 수 있다. 예컨대, SEM 컬럼(120)은 하전 입자 빔(126)에 의한 샘플의 조명의 결과로서 방출된 2차 및 후방산란된 전자들을 검출하도록 구성될 수 있는 렌즈-내 검출기(142) 및 최상부 검출기(144)를 포함할 수 있다. 렌즈-내 검출기(142)는 하전 입자 빔(126)이 검출기를 통과하도록 허용하고 하전 입자 컬럼(120)에 진입하는 2차 전자들 및 후방산란된 전자들 둘 모두가 검출기(142)를 통해 최상부 검출기(144)로 전달되도록 허용하는 중앙 구멍을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 샘플 평가 시스템(120)은 또한 2차 및 후방산란된 전자들을 검출하도록 또한 구성될 수 있는 외부 검출기(도 6과 관련하여 아래에서 논의됨)를 포함할 수 있다.
[0029]
부가적으로, 시스템(100)은 전압 공급 소스(160), 및 프로세서 또는 다른 하드웨어 유닛과 같은 하나 이상의 제어기들(170)을 포함할 수 있다. 컬럼의 원하는 유효 전압을 제공함으로써 이미지 분해능을 개선하기 위해 전압 공급 소스가 동작될 수 있다. 이는 제1 전극과 제2 전극 사이(즉, 양극 튜브와 샘플 사이)의 전압 공급의 적절한 분배에 의해 달성될 수 있다. 제어기(들)(170)는 당업자에게 알려진 바와 같이 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 메모리들(180)에 저장된 컴퓨터 명령들을 실행함으로써 전압 공급 소스(160)를 포함하는 시스템의 동작을 제어할 수 있다. 예로서, 컴퓨터 판독 가능 메모리들은 솔리드 스테이트 메모리(이를테면, 프로그래밍 가능하고, 플래시 업데이트 등이 가능한 RAM(random access memory) 및/또는 ROM(read-only memory)), 디스크 드라이브, 광학 저장 디바이스 또는 유사한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들을 포함할 수 있다.
[0030]
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예들은 SEM 컬럼(120)이 샘플(145)에 대해 비-수직 각도로 기울어지도록 허용한다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 컬럼(120)은 샘플(145)의 실질적으로 평평한 상부 표면에 대해 45도 각도로 기울어질 수 있다. 컬럼(120)이 기울어지는 것을 가능하게 하기 위해, 캡(136)은 컬럼 캡(136)이 샘플과 충돌하지 않고 컬럼이 샘플(145)에 매우 가깝게 포지셔닝되는 것을 가능하게 하는 원추형 형상을 가질 수 있다. 부가적으로, 그리고 아래에 논의된 바와 같이, 일부 실시예들에서, SEM 컬럼(120)은 2차 전자들이 렌즈-내 검출기(142)에 도달하는 것을 방지하기 위해 일부 SEM 도구들에 의해 사용되는 에너지 필터를 포함하지 않는다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, SEM 컬럼(120)은 에너지 필터를 포함할 수 있지만, 에너지 필터가 활성화되지 않고 샘플을 평가하는 데 사용될 수 있다.
후방산란된
전자들의
수집에 있어서의
난제들
[0031]
위에서 언급된 바와 같이, 일부 실시예들은 2차 이온 신호를 억제하기 위해 에너지 필터를 사용하지 않고 후방산란된 전자들을 수집한다. 일부 실시예들의 이점 및 이익들을 더 잘 인지하기 위해, 샘플(245)로부터 이격된 SEM 컬럼(200)의 부분의 단순화된 개략도인 도 2에 대한 참조가 이루어진다. SEM 컬럼(200)은 도 1에 도시된 SEM 컬럼(120)을 나타낼 수 있다. 예시의 편의를 위해, SEM 컬럼(200)의 선택된 엘리먼트만이 도 2에 도시된다. 도시된 바와 같이, SEM 컬럼(200)은 컬럼의 원위 단부의 컬럼 캡(236), 렌즈-내 검출기(242) 및 최상부 검출기(244)를 포함한다. 양극 튜브(210)의 일부가 또한 도시된다.
[0032]
이미징 동작 동안, SEM 컬럼(200)은 전자 빔(미도시)을 생성하고 빔이 샘플(245)에 충돌하도록 전자 빔을 지향시킨다. 샘플(245)과 전자 빔의 상호작용은 모든 방향들에서 샘플로부터 멀어지게 이동하는 다양한 2차 및 후방산란된 전자들을 생성한다. 생성된 전자들 중 일부의 경로들은 경로들(250), 경로들(252) 및 경로(254)로서 도시된다. 도시된 바와 같이, 일부 생성된 전자들은 SEM 컬럼으로부터 멀어지게 경로들(250) 이동을 따라 이동하고, 이에 따라 검출기들(242 또는 244) 중 어느 하나에도 도달할 수 없고, 생성된 전자들 중 일부는 전자들이 렌즈-내 검출기(242)에 충돌하도록 하는 궤적으로 SEM 컬럼으로 진입하는 경로들(252)을 따라 이동하고, 생성된 전자들 중 일부는 전자들이 렌즈-내 검출기(242)의 중앙 개구를 통과하여 최상부 검출기(244)에 도달하는 것을 가능하게 하는 궤적으로 SEM 컬럼에 진입하는 경로(254)를 따라 이동한다.
[0033]
후방산란된 전자들을 수집하도록 세팅된 일부 이전에 알려진 SEM 도구들에서, SEM 컬럼은 도 3에 도시된 바와 같이 에너지 필터(310)를 포함한다. 미리 결정된 에너지 레벨 미만의 전자들이 필터를 통과하는 것을 방지함으로써 2차 전자들로부터 후방산란된 전자들을 분리할 수 있는 에너지 필터(310)는 전형적으로 최상부 검출기(244) 바로 앞에 포지셔닝된다. 따라서, SEM 컬럼(300)을 포함하는 평가 시스템은 경로(254)를 따르고 최상부 검출기(244)에 도달하는 후방산란된 전자들만을 인식할 수 있다. 경로(252)를 따라 이동하고 검출기(242)에 도달하는 전자들은 2차 전자들 및 후방산란된 전자들 둘 모두를 포함할 것이다. 검출기(242)는 상이한 유형들의 전자들 간을 구별할 수 없기 때문에, 렌즈-내 검출기(242)는 2차 전자 신호로부터 후방산란된 전자 신호를 격리하는 데 사용될 수 없다. 부가적으로, 경로(250)를 따르는 후방산란된 전자들은 검출기들(242 또는 244) 중 어느 것에도 도달하지 못할 것이다.
컬럼
캡에
음의 바이어스의 인가
[0034]
본원에서 개시된 일부 실시예들에 따르면, SEM 컬럼(예컨대, 컬럼(120 또는 200))은 틸트 모드(예컨대, 샘플에 대해 45도 각도 또는 다른 비-수직 각도)에서 동작될 수 있고, 2차 전자들이 전자 검출기들(컬럼 캡보다 샘플로부터 더 멀리 있는 렌즈-내 검출기(142, 242) 및 최상부 검출기(144, 244)를 포함함) 중 임의의 것에 도달하는 것을 억제하도록 이미징 프로세스 동안 음의 바이어스 전압이 컬럼 캡에 인가될 수 있다.
[0035]
도 4는 일부 실시예들에 따라 샘플을 이미징하는 방법(400)과 연관된 단계들을 묘사하는 단순화된 흐름도이다. 방법(400)은 샘플 평가 시스템의 프로세싱 챔버 내에 샘플을 포지셔닝함으로써 시작된다(단계 410). 예컨대, 챔버(110)일 수 있는 프로세싱 챔버는 경사 모드에서 동작될 수 있는 SEM 컬럼 및 렌즈-내 검출기(142) 또는 최상부 검출기(144)와 같은 하나 이상의 전자 검출기들을 포함할 수 있다. 단계(410)는 샘플(145)과 같은 샘플을, 진공 챔버 내에서 지지부(150)와 같은 샘플 지지부 상에 포지셔닝하는 것을 포함할 수 있다.
[0036]
다음으로, 음의 바이어스 전압이 컬럼 캡에 인가되고(단계 420) SEM 컬럼이 활성화되어 전자 빔을 생성할 수 있으며(단계 430), 이 전자 빔은 샘플 상의 관심 구역에 포커싱되고 그 구역에 걸쳐 스캔된다(단계 440). 전자 빔은 렌즈(134)와 같은 포커싱 렌즈에 의해 포커싱될 수 있고, 렌즈들(130, 132)과 같은 하나 이상의 편향 렌즈들로 기판의 구역에 걸쳐 스캔될 수 있다.
[0037]
전자 빔이 관심 구역에 걸쳐 스캔되는 동안, 음의 바이어스 전압이 컬럼 캡에 인가된다. 음의 바이어스 전압은 2차 전자들을 억제할 만큼 충분히 높아야 하지만, 전자 빔(126)에 영향을 미칠 정도로 높아서는 ― 이는 이미징 프로세스의 분해능에 부정적인 영향을 미칠 수 있음 ― 안 된다. 음의 바이어스 전압이 컬럼 캡에 인가되는 동안 그리고 전자 빔이 관심 구역에 걸쳐 스캔되는 동안, 후방산란된 전자들은 렌즈-내 검출기(142) 또는 최상부 검출기(144)와 같은 적절한 검출기로 수집될 수 있다(단계 450). 실제 구현에서, 단계들(430, 440 및 450)은 본질적으로 동시에 발생할 수 있으며 극히 빠를 수 있다.
[0038]
일부 실시예들에서, 음의 바이어스 전압은 2차 전자들을 억제하는 데 요구되는 최소 전압일 수 있다. 음의 바이어스 전압의 적합한 값들은 부분적으로 컬럼 캡의 기하학적 구조에 의존할 것이고, 당업자가 쉽게 결정할 수 있는 시뮬레이션들에 의해 또는 실험들에 의해 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 바이어스 전압은 -50V 내지 -1000V일 수 있고; 다른 실시예들에서, 바이어스 전압은 -100V 내지 -500V일 수 있다.
[0039]
도 5a 및 도 5b는 일부 실시예들에 따라 SEM 컬럼(500)의 캡에 음의 바이어스를 인가하는 것의 영향을 예시하는 단순화된 도면들이다. SEM 컬럼(500)은 위에서 논의된 SEM 컬럼(120 또는 200)을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 도 5a는 음의 200V의 전압을 SEM 컬럼(500)의 캡(236)에 인가하는 것이 이미징 동작 동안 생성된 2차 전자들(510)에 미치는 영향을 묘사하고, 도 5b는 동일한 음의 전압(200볼트)을 캡(236)에 인가하는 것이 후방산란된 전자들(520)에 미치는 영향을 묘사한다. 도 5a 및 도 5b 각각에서, SEM 컬럼(500)은 이미징 프로세스 동안 1kV 전자 빔을 생성한다.
[0040]
시뮬레이션 결과들에 기초한 도 5a 및 도 5b의 비교로부터 분명한 바와 같이, 음의 전압은 더 낮은 에너지의 2차 전자들을 밀어내어서(repel), 2차 전자들(510) 중 어느 것도 SEM 컬럼(500)에 전달되지 않는다. 따라서, 음의 캡 전압의 인가는 2차 전자들(510) 중 어느 것도 컬럼(500) 내의 렌즈-내 검출기 또는 최상부 검출기(도 5a 또는 도 5b에 도시되지 않음)에 도달할 수 없는 것을 보장한다. 대조적으로, 캡(236)에 음의 전압을 인가하는 것은 더 높은 에너지의 후방산란된 전자들(520)에 최소한의 영향을 미친다. 따라서 후방산란된 전자들 중 일부는 SEM 컬럼에 진입하는 경로들을 따라 이동하여 렌즈-내 검출기 또는 최상부 검출기 중 하나에 도달하고 컬럼 내부의 렌즈-내 검출기가 별개의 필터를 사용하지 않고도 후방산란된 신호를 제공하는 것을 가능하게 한다.
[0041]
도 6a 및 도 6b는 어떠한 바이어스도 전자 캡에 인가되지 않을 때(즉, 0볼트의 바이어스), 이미징 동안 생성된 전자들의 예시적인 경로들을 예시하는 SEM 컬럼(500)의 일부에 대한 단순화된 도면들이다. 구체적으로, 도 6a는 어떠한 바이어스 전압도 캡(236)에 인가되지 않을 때 2차 전자들(610)의 예시적인 궤적들을 묘사하고, 도 6b는 어떠한 바이어스도 캡(236)에 인가되지 않을 때 후방산란된 전자들(620)의 예시적인 궤적들을 묘사한다. 도 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 후방산란된 전자들(620)의 궤적은 음의 200 볼트 바이어스가 캡에 인가되었을 때 도 5b에 도시된 후방산란된 전자들(520)의 궤적과 실질적으로 동일하다. 그러나 도 6a에 도시된 바와 같이, 캡 상에 음의 바이어스가 없으면, 일부 2차 전자들(610)이 SEM 컬럼(500)으로 진입하고 이에 따라 렌즈-내 검출기 또는 최상부 검출기 중 하나에 도달할 수 있다. 검출기들은 2차 전자들과 후방산란된 전자들 간을 구별할 수 없기 때문에, 2차 전자들은 검출기에서의 신호들을 오염시켜 정확한 후방산란된 신호가 획득되는 것을 방해한다.
외부 검출기를 갖는 샘플 평가 도구
[0042]
일부 실시예들에 따른 샘플 평가 시스템들은 후방산란된 전자들을 검출하는 데 사용될 수 있는 외부 검출기를 포함할 수 있다. 외부 검출기는 위에서 논의된 렌즈-내 검출기 및 최상부 검출기 중 하나 또는 둘 모두에 추가되거나 대신될 수 있다. 도 7은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 샘플 평가 시스템(700)의 단순화된 개략적 예시이다. 샘플 평가 시스템(700)은 외부 검출기(710)를 포함한다는 점을 제외하면 평가 시스템(100)과 유사할 수 있다. 편의상, 평가 시스템(100)의 엘리먼트들과 유사한 평가 시스템(700)의 다른 엘리먼트들은 동일한 참조 번호들로 라벨링되었으며 이하에서 논의되지 않는다.
[0043]
샘플 평가 프로세스 동안, 평가 시스템(700) 내 SEM 컬럼(120)은 도 1과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 샘플(145)에 대해 기울어질 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 외부 검출기(710)는 SEM 컬럼의 캡(136)으로부터 이격되고 샘플이 전자 빔(126)에 의해 충격을 받을 때 샘플(145)로부터 생성된 전자들을 수집하도록 포지셔닝될 수 있다. 렌즈-내 검출기(142) 및 최상부 검출기(144)는 캡(136)의 개구를 통해 SEM 컬럼에 진입하는 후방산란된 전자들을 검출하는 것으로 제한되지만, 외부 검출기(710)는 SEM 컬럼으로부터 전자들을 떼어내는 궤적들을 갖는 후방산란된 전자들을 검출할 수 있다. 실시예들은 2차 전자 신호를 억제하기 위해(즉, 2차 전자들이 외부 검출기(710)에 도달하는 것을 방지하기 위해) 이미징 프로세스 동안 캡(136)에 음의 전압을 인가하고 외부 검출기(710)는 주로 또는 오직, 후방 산란된 전자들을 포함하는 신호를 수집하도록 보장할 수 있다.
이미징될
샘플의 예
[0044]
본 개시내용에서 기술된 실시예들의 일부 양상들에 대한 맥락을 제공하기 위해, 일부 실시예들에 따라 샘플을 평가하기 위해 후방산란된 전자들이 수집될 수 있는 웨이퍼 상의 상이한 로케이션들의 다수의 구역들을 포함할 수 있는 반도체 웨이퍼 상의 영역의 단순화된 예시인 도 8에 대한 참조가 이루어진다. 구체적으로, 도 8은 웨이퍼(800)의 특정 부분들의 2개의 확대된 뷰들과 함께 웨이퍼(800)의 평면도를 포함한다. 웨이퍼(800)는 예컨대, 200mm 또는 300mm 반도체 웨이퍼일 수 있고 그 위에 형성된 다수의 집적 회로들(810)(묘사된 예에서, 52개)을 포함할 수 있다. 집적 회로(810)는 중간 제작 스테이지에 있을 수 있고, 본원에서 설명된 샘플 평가 기술은 집적 회로들의 하나 이상의 구역들(820)을 평가하고 분석하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 도 8의 확대된 뷰 A는 본원에서 설명된 기술들에 따라 평가 및 분석될 수 있는 집적 회로들(810) 중 하나의 집적 회로의 다수의 구역들(820)을 묘사한다. 확대된 뷰 B는 내부에 형성된 상이한 특징들을 포함하는 그러한 구역들(820) 중 하나를 묘사한다.
[0045]
본 개시내용의 실시예들은 예컨대, 도 4와 관련하여 위에서 논의된 방법(400)을 사용하여 구역들(820)을 분석하고 평가할 수 있다. 평가는 도 8의 확대된 뷰 B에 단순화된 포맷으로 묘사된 스캔 패턴(830)과 같은 래스터 패턴에 따라 구역(820) 내에서 앞뒤로 SEM 빔을 스캔함으로써 행해질 수 있다.
부가적인
실시예들
[0046]
본원에서 설명된 특정 실시예들의 전술한 설명들은 예시 및 설명의 목적으로 제공된다. 이들은 실시예들을 개시된 그 형태들로 제한하거나 총망라하려는 것은 아니다. 또한, 본 개시내용의 상이한 실시예들이 위에서 개시되었지만, 특정 실시예들의 특정 세부사항들은, 본 개시내용의 실시예들의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서, 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 또한, 위의 교시내용들에 비추어 다수의 수정들 및 변동들이 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
[0047]
방법에 대한 위의 사양의 임의의 참조는 방법을 실행할 수 있는 시스템에 준용하여 적용되어야 하며, 일단 실행되면, 방법의 실행을 초래하는 명령들을 저장하는 컴퓨터 프로그램 제품에 준용하여 적용되어야 한다. 마찬가지로, 시스템에 대한 위의 사양의 임의의 참조는 시스템에 의해 실행될 수 있는 방법에 준용하여 적용되어야 하며, 시스템에 의해 실행될 수 있는 명령들을 저장하는 컴퓨터 프로그램 제품에도 준용하여 실행되어야 하고; 컴퓨터 프로그램 제품에 대한 사양의 임의의 참조는 컴퓨터 프로그램 제품에 저장된 명령들을 실행할 때 실행될 수 있는 방법에 준용하여 적용되어야 하며 컴퓨터 프로그램 제품에 저장된 명령들을 실행하도록 구성된 시스템에도 준용하여 적용되어야 한다.
[0048]
본 개시내용의 예시된 실시예들이 당업자들에게 알려진 전자 컴포넌트들 및 회로들을 사용하여 구현될 수 있는 정도까지, 그러한 것의 세부사항들은 본 개시내용의 기본 개념들의 이해 및 인지를 위해 그리고 본 개시내용의 교시내용들을 난독화하거나 산만하게 하지 않기 위해 위에 예시된 바와 같이 필요하다고 간주되는 것보다 더 자세한 정도로 설명되지는 않는다.
Claims (20)
- 샘플의 구역을 평가하는 방법으로서,
진공 챔버 내에 샘플을 포지셔닝하는 단계;
SEM(scanning electron microscope) 컬럼으로 전자 빔을 생성하는 단계 ― 상기 SEM 컬럼은 상기 컬럼의 일 단부의 전자총 및 상기 컬럼의 맞은편 단부의 컬럼 캡(column cap)을 포함함 ―;
상기 SEM 컬럼이 경사 모드에서 동작되는 동안, 상기 샘플 상에 상기 전자 빔을 포커싱하고 상기 샘플의 구역에 걸쳐 상기 포커싱된 전자 빔을 스캔하고, 이로써 상기 구역 내에서 2차 전자들 및 후방산란된 전자들을 생성하는 단계; 및
상기 스캔 동안, 상기 2차 전자들의 궤적을 변경하여 상기 2차 전자들이 하나 이상의 검출기들에 도달하는 것을 방지하기 위해 상기 컬럼 캡에 음의 바이어스 전압을 인가하는 동안, 후방산란된 전자들을 상기 하나 이상의 검출기들로 수집하는 단계를 포함하는,
샘플의 구역을 평가하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 수집된 후방산란된 전자들로부터, 상기 구역의 적어도 일부의 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하는,
샘플의 구역을 평가하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 컬럼 캡에 음의 바이어스를 인가하는 것은 -50볼트 내지 -1000볼트의 바이어스 전압을 인가하는 것을 포함하는,
샘플의 구역을 평가하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 컬럼 캡은 상기 컬럼 캡의 팁(tip)에 개구를 갖는 원추형 형상을 갖고, 상기 전자 빔은 상기 개구를 통해 지향되는,
샘플의 구역을 평가하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 검출기들은 렌즈-내 검출기(in-lens detector) 및 최상부 검출기를 포함하는,
샘플의 구역을 평가하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 후방산란된 전자들을 수집하는 단계는 외부 검출기로 상기 후방산란된 전자들을 수집하는 단계를 포함하는,
샘플의 구역을 평가하는 방법. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컬럼 캡에 음의 바이어스를 인가하는 것은 -100볼트 내지 -500볼트의 바이어스 전압을 인가하는 것을 포함하는,
샘플의 구역을 평가하는 방법. - 샘플의 구역을 평가하기 위한 시스템으로서,
진공 챔버;
샘플 평가 프로세스 동안 상기 진공 챔버 내에 샘플을 홀딩하도록 구성된 샘플 지지부;
상기 샘플을 향하여 상기 진공 챔버 내로 하전 입자 빔을 지향시키도록 구성된 SEM(scanning electron microscope) 컬럼 ― 상기 SEM 컬럼은 상기 컬럼의 일 단부의 전자 총 및 상기 컬럼의 맞은편 단부의 컬럼 캡을 포함함 ― ;
후방산란된 전자들을 검출하도록 구성된 검출기; 및
프로세서 및 상기 프로세서에 결합된 메모리 ― 상기 메모리는 복수의 컴퓨터 판독 가능 명령들을 포함하고, 상기 복수의 컴퓨터 판독 가능 명령들은, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 시스템으로 하여금,
진공 챔버 내에 샘플을 포지셔닝하게 하고;
상기 SEM(scanning electron microscope) 컬럼으로 전자 빔을 생성하게 하고;
상기 SEM 컬럼이 경사 모드에서 동작되는 동안, 상기 샘플 상에 상기 전자 빔을 포커싱하고 상기 샘플의 구역에 걸쳐 상기 포커싱된 전자 빔을 스캔하고, 이로써 상기 구역 내에서 2차 전자들 및 후방산란된 전자들을 생성하게 하고; 그리고
상기 2차 전자들의 궤적을 변경하여 상기 2차 전자들이 하나 이상의 검출기들에 도달하는 것을 방지하기 위해 상기 컬럼 캡에 음의 바이어스 전압을 인가하는 동안 그리고 상기 전자 빔이 상기 구역에 걸쳐 스캔되는 동안, 후방산란된 전자들을 상기 하나 이상의 검출기로 수집하게 하는,
샘플의 구역을 평가하기 위한 시스템. - 제8 항에 있어서,
상기 복수의 컴퓨터 판독 가능 명령들은 추가로, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 시스템으로 하여금 상기 검출된 후방산란된 전자들로부터 상기 구역의 적어도 일부의 이미지를 생성하게 하는,
샘플의 구역을 평가하기 위한 시스템. - 제8 항에 있어서,
상기 컬럼 캡에 음의 바이어스를 인가하는 것은 -50볼트 내지 -1000볼트의 바이어스 전압을 인가하는 것을 포함하는,
샘플의 구역을 평가하기 위한 시스템. - 제8 항에 있어서,
상기 컬럼 캡에 음의 바이어스를 인가하는 것은 -100볼트 내지 -500볼트의 바이어스 전압을 인가하는 것을 포함하는,
샘플의 구역을 평가하기 위한 시스템. - 제8 항에 있어서,
상기 컬럼 캡은 상기 컬럼 캡의 팁에 개구를 갖는 원추형 형상을 갖고, 상기 전자 빔은 상기 개구를 통해 지향되는,
샘플의 구역을 평가하기 위한 시스템. - 제8 항에 있어서,
상기 하나 이상의 검출기들은 렌즈-내 검출기 및 최상부 검출기를 포함하는,
샘플의 구역을 평가하기 위한 시스템. - 제8 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 외부 검출기를 포함하는,
샘플의 구역을 평가하기 위한 시스템. - 비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리로서,
상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리는,
진공 챔버 내에 샘플을 포지셔닝하고;
SEM(scanning electron microscope) 컬럼으로 전자 빔을 생성하고 ― 상기 SEM 컬럼은 상기 컬럼의 일 단부의 전자총 및 상기 컬럼의 맞은편 단부의 컬럼 캡을 포함함 ―;
상기 SEM 컬럼이 경사 모드에서 동작되는 동안, 상기 샘플 상에 상기 전자 빔을 포커싱하고 상기 샘플의 구역에 걸쳐 상기 포커싱된 전자 빔을 스캔하고, 이로써 상기 구역 내에서 2차 전자들 및 후방산란된 전자들을 생성하고; 그리고
상기 스캔 동안, 상기 2차 전자들의 궤적을 변경하여 상기 2차 전자들이 하나 이상의 검출기들에 도달하는 것을 방지하기 위해 상기 컬럼 캡에 음의 바이어스 전압을 인가하는 동안, 후방산란된 전자들을 상기 하나 이상의 검출기들로 수집함으로써
샘플의 구역을 평가하기 위한 복수의 컴퓨터 판독 가능 명령들을 저장하는,
비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리. - 제15 항에 있어서,
상기 샘플의 구역을 평가하기 위한 복수의 컴퓨터 판독 가능 명령들은 상기 수집된 후방산란된 전자들로부터, 상기 구역의 적어도 일부의 이미지를 생성하기 위한 명령들을 더 포함하는,
비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리. - 제15 항에 있어서,
상기 컬럼 캡에 음의 바이어스를 인가하는 것은 -50볼트 내지 -1000볼트의 바이어스 전압을 인가하는 것을 포함하는,
비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리. - 제15 항에 있어서,
상기 컬럼 캡에 음의 바이어스를 인가하는 것은 -100볼트 내지 -500볼트의 바이어스 전압을 인가하는 것을 포함하는,
비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리. - 제15 항에 있어서,
상기 컬럼 캡은 상기 컬럼 캡의 팁에 개구를 갖는 원추형 형상을 갖고, 상기 전자 빔은 상기 개구를 통해 지향되는,
비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리. - 제15 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 검출기들은 렌즈-내 검출기 및 최상부 검출기를 포함하는,
비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리.
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