KR20240034830A - 하전 입자 시스템의 전자 소스 안정화를 위한 시스템 및 장치 - Google Patents

하전 입자 시스템의 전자 소스 안정화를 위한 시스템 및 장치 Download PDF

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KR20240034830A
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

하전 입자 빔 검사 시스템에서 전자 소스를 안정화하기 위한 장치 및 시스템이 제공된다. 일부 실시예에서, 상기 시스템은 전자 소스를 포함하며, 전자 소스는 두 개의 전극에 전기적으로 연결되고 전자를 방출하도록 구성된 방출 팁; 및 상기 방출 팁에 커플링된 베이스(상기 베이스는 상기 커플링을 통해 상기 방출 팁을 안정화하도록 구성됨)를 포함할 수 있다.

Description

하전 입자 시스템의 전자 소스 안정화를 위한 시스템 및 장치
본 출원은 2021년 7월 22일에 출원된 미국 출원 63/224,789의 우선권을 주장하며, 그 전문은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
본 설명은 하전 입자 빔 시스템 분야, 특히 하전 입자 빔 검사 시스템에서 전자 소스를 안정화하기 위한 시스템에 관한 것이다.
집적 회로(IC) 제조 프로세스 변형에서는 미완성 또는 완성된 회로 부품이 설계에 따라 제조되었는지, 결함이 없는지를 검사한다. 광학 현미경을 사용하는 검사 시스템의 분해능은 일반적으로 수백 나노미터에 불과하며, 광의 파장에 따라 분해능이 제한된다. IC 부품의 물리적 크기가 100나노미터 이하, 심지어 10나노미터 이하로 계속 줄어들고 있기 때문에, 광학 현미경보다 더욱 높은 분해능을 가진 검사 시스템이 필요하다.
주사 전자 현미경(SEM) 또는 투과 전자 현미경(TEM)과 같은 하전 입자(예를 들어, 전자) 빔 현미경은 나노미터 미만의 분해능을 가질 수 있으며, 100나노미터 미만의 피처 크기를 갖는 IC 부품을 검사하는 데 실용적인 도구로 활용될 수 있다. SEM을 사용하면 단일 1차 전자 빔의 전자 또는 복수의 1차 전자 빔의 전자를 검사 대상 웨이퍼의 관심 위치에 집중시킬 수 있다. 1차 전자는 웨이퍼와 상호 작용하여 후방 산란되거나 웨이퍼가 2차 전자를 방출할 수 있다. 후방 산란된 전자 및 2차 전자를 구성하는 전자 빔의 강도는 웨이퍼의 내부 및 외부 구조의 특성에 따라 달라질 수 있으며, 따라서 웨이퍼에 결함이 있는지 여부를 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시예는 하전 입자 빔 검사 시스템에서 전자 소스를 안정화하기 위한 장치 및 시스템을 제공한다. 일부 실시예에서, 시스템은 두 개의 전극과 전기적으로 연결되고 전자를 방출하도록 구성된 방출 팁; 및 상기 방출 팁에 커플링된 베이스(상기 베이스는 상기 커플링을 통해 상기 방출 팁을 안정화하도록 구성됨)를 포함하는, 전자 소스를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전자 소스는 두 개의 전극에 전기적으로 연결되고 전자를 방출하도록 구성된 방출 팁; 및 상기 방출 팁에 커플링된 베이스(상기 베이스는 상기 커플링을 통해 상기 방출 팁을 안정화하도록 구성됨)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전자 빔 시스템은 전자 소스를 포함하고, 상기 전자 소스는: 두 개의 전극과 전기적으로 연결되고 전자를 방출하도록 구성된 방출 팁; 홀을 포함하는 베이스(상기 베이스는 상기 커플링을 통해 상기 방출 팁을 안정화하도록 구성됨); 및 상기 홀의 중심을 향해 연장되는 복수의 연장부(상기 복수의 연장부는 상기 방출 팁과 커플링됨)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템은 2개의 필라멘트 프롱(filament prong)에 결합된 방출 팁을 포함하는 전자 소스를 포함하며, 방출 팁과 2개의 필라멘트 프롱은 "W" 형상을 형성하고, 2개의 필라멘트 프롱의 각 필라멘트 프롱은 전극에 결합되고, 방출 팁은 전자를 방출하도록 구성되며, 방출 팁에 결합된 베이스는 결합을 통해 방출 팁을 안정화하도록 구성된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 일치하는, 예시적인 전자 빔 검사(EBI) 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 일치하는, 도 1의 예시적인 하전 입자 빔 검사 시스템의 일부인 예시적인 전자 빔 툴을 도시하는 개략도이다.
도 3은 예시적인 전자 소스를 예시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 일치하는, 도 2의 예시적인 전자 빔 툴의 일부인 예시적인 전자 소스를 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예와 일치하는, 도 2의 예시적인 전자 빔 툴의 일부인 예시적인 전자 소스를 도시하는 개략도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예와 일치하는, 도 2의 예시적인 전자 빔 툴의 일부인 예시적인 전자 소스의 사시도를 도시하는 개략도이다.
이제 첨부된 도면에 설명되어 있는 예시적인 실시예에 대해 상세히 참조한다. 다음의 설명은 첨부된 도면을 참조하며, 상이한 도면들에서 동일한 참조 번호는 달리 표시되지 않는 한 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 다음의 예시적인 실시예에 대한 설명에 기재된 구현은 본 발명에 부합하는 모든 구현을 나타내는 것은 아니다. 대신, 이들은 청구범위에 기재된 주제와 관련된 양태와 일치하는 장치 및 방법의 예일 뿐이다. 예를 들어, 일부 실시예는 전자 빔을 활용하는 맥락에서 설명되지만, 본 발명이 그러한 방식으로 제한되지는 않는다. 다른 유형의 하전 입자 빔도 유사하게 적용될 수 있다. 또한, 광학 이미징, 광 검출, 엑스레이 검출, 극자외선 검사, 심자외선 검사 등과 같은 다른 이미징 시스템이 사용될 수 있다.
전자 장치는 기판이라고 하는 실리콘 조각 위에 형성된 회로로 구성된다. 동일한 실리콘 조각에 여러 개의 회로가 함께 형성될 수 있으며, 이를 집적 회로 또는 IC라고 한다. 이러한 회로의 크기가 크게 줄어들어 더욱 많은 회로를 기판에 넣을 수 있게 되었다. 예를 들어 스마트폰의 IC 칩은 엄지손톱만큼 작지만 20억 개 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 각 트랜지스터의 크기는 머리카락의 1/1000 미만이다.
이러한 초소형 IC를 만드는 것은 복잡하고 시간이 많이 걸리며 비용이 많이 드는 공정으로, 수백 개의 개별 단계를 거쳐야 하는 경우가 많다. 한 단계라도 오류가 발생하면 완성된 IC에 결함이 생겨 사용 불가능한 제품이 될 수 있다. 따라서, 제조 공정의 한 가지 목표는 이러한 결함을 방지하여 공정에서 만들어지는 기능성 IC의 수를 최대화하는 것, 즉 공정의 전체 수율을 개선하는 것이다.
수율 개선의 한 요소는 칩 제조 공정을 모니터링하여 충분한 수의 기능적 집적 회로를 생산하고 있는지 확인하는 것이다. 공정을 모니터링하는 한 가지 방법은 칩 회로 구조가 형성되는 다양한 단계에서 검사하는 것이다. 검사는 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 수행할 수 있다. SEM은 웨이퍼 구조의 "사진"을 찍는 것과 같은 방식으로 이러한 극히 작은 구조를 이미지화하는 데 사용할 수 있다. 이 이미지는 구조가 제대로 형성되었는지, 그리고 구조가 올바른 위치에 형성되었는지 확인하는 데 사용할 수 있다. 구조에 결함이 있는 경우 공정을 조정하여 결함이 재발할 가능성을 줄일 수 있다. 반도체 공정의 여러 단계에서 결함이 발생할 수 있다. 상술한 이유 때문에 가능한 한 빨리 정확하고 효율적으로 결함을 찾아내는 것이 중요한다.
SEM의 작동 원리는 카메라와 유사하다. 카메라는 사람이나 물체에서 반사되거나 방출되는 빛의 밝기와 색상을 수신하고 기록하여 사진을 찍는다. SEM은 구조물에서 반사되거나 방출되는 에너지 또는 전자의 양을 수신하고 기록하여 "사진"을 찍는다. 이러한 "사진"을 촬영하기 전에 전자 빔이 구조물에 제공될 수 있으며, 전자가 구조물에서 반사되거나 방출["탈출(exiting)"]될 때 SEM의 검출기가 해당 전자의 에너지 또는 양을 수신하고 기록하여 이미지를 생성할 수 있다. 이러한 "사진"을 촬영하기 위해 일부 SEM은 단일 전자 빔("단일 빔 SEM"이라고 함)을 사용하는 반면, 일부 SEM은 다중 전자 빔("멀티 빔 SEM"이라고 함)을 사용하여 웨이퍼의 여러 "사진"을 촬영한다. 다중 전자 빔을 사용함으로써, SEM은 이러한 다중 "사진"을 얻기 위해 구조물에 더 많은 전자 빔을 제공할 수 있으며, 그 결과 구조물에서 더 많은 전자가 방출될 수 있다. 따라서 검출기는 더 많은 방출 전자를 동시에 수신하고 더 높은 효율과 더 빠른 속도로 웨이퍼 구조의 이미지를 생성할 수 있다.
검사 중에 전자 소스의 필라멘트(예: 필라멘트의 방출 팁)는 일반적으로 SEM 작동 중에 진동한다. 전자 소스가 제공하는 전자는 검사 중 샘플을 이미징하는 데 사용되므로, 일반적인 하전 입자 시스템에서는 방출 팁의 진동이 SEM 이미지에 부정적인 영향을 미칠 수 있다(예: 이미지의 그레이 스케일 레벨 진동, 이미지의 날카로운 물체의 에지에서의 그레이 스케일 레벨 진동, 이미지의 리소그래피-정의된 라인에서 그레이 스케일 레벨 진동, 이미지 전반에서 부정확하거나 다양한 그레이 스케일 레벨, 낮은 임계 치수 안정성, 불량 이미지 품질 등).
일반적인 하전 입자 시스템의 SEM 이미지에 대한 부정적인 영향은 전자 소스가 고전류로 작동할 때(예: 고휘도 전자 소스 사용, 전자 소스와 샘플 사이의 고배율 달성, 고분해능 이미지 달성 등) 더욱 악화될 수 있다. 더 높은 품질의 이미지를 얻으려면 특히 SEM으로 검사한 샘플에 있는 장치 또는 물체의 임계 치수가 크기가 감소하므로, 방출 팁 진동의 부정적인 영향을 완화하는 것이 도움이 된다.
개시된 실시예 중 일부는 전자 소스를 안정화함으로써 이러한 단점 중 일부 또는 전부를 해결하는 시스템 및 장치를 제공한다. 개시된 실시예 중 일부는 전자 소스의 방출 팁과의 열 접촉을 감소시키고 방출 팁의 진동을 감소시키도록 구성된 전자 소스 베이스를 제공함으로써 전자 소스를 안정화하여, 유리하게는 더 높은 품질의 샘플 및 이미지를 제공하는 시스템 및 장치를 제공할 수 있다(예를 들어, 이미지의 그레이 스케일 레벨의 진동 감소, 이미지의 날카로운 물체의 에지에서 그레이 스케일 레벨의 진동 감소, 이미지의 리소그래피-정의된 라인에서 그레이 스케일 레벨의 진동 감소, 이미지 전반에서 부정확하거나 다양한 그레이 스케일 레벨 감소, 임계 치수 안정성 증가, 샘플 및 이미지의 반복성 개선 등).
도면의 구성 요소의 상대적 치수는 명확성을 위해 과장되었을 수 있다. 다음의 도면 설명에서 동일하거나 유사한 참조 번호는 동일하거나 유사한 구성 요소 또는 개체를 나타내며, 개별 실시예에 대한 차이점만 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 "또는"이라는 용어는 특별히 달리 명시되지 않는 한, 실현 불가능한 경우를 제외하고 가능한 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, 구성요소가 A 또는 B를 포함할 수 있다고 명시된 경우, 특별히 달리 명시되지 않거나 실행 불가능한 경우를 제외하고, 구성요소는 A 또는 B 또는 A와 B를 포함할 수 있다. 두 번째 예로서, 구성요소가 A, B 또는 C를 포함할 수 있다고 명시된 경우, 특별히 달리 명시되지 않거나 실행 불가능한 경우를 제외하고, 구성요소는 A, B, C 또는 A와 B 또는 A와 C 또는 B와 C 또는 A와 B 및 C를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예와 일치하는 예시적인 전자 빔 검사(EBI) 시스템(100)을 예시적으로 도시하고 있다. EBI 시스템(100)은 이미징에 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, EBI 시스템(100)은 메인 챔버(101), 로드록 챔버(load/lock chamber)(102), 전자 빔 툴(104) 및 장비 프론트 엔드 모듈(equipment front end module, EFEM)(106)을 포함한다. 전자 빔 툴(104)은 메인 챔버(101) 내에 위치한다. EFEM(106)은 제1 로딩 포트(106a) 및 제2 로딩 포트(106b)를 포함한다. EFEM(106)은 추가적인 로딩 포트를 포함할 수 있다. 제1 로딩 포트(106a) 및 제2 로딩 포트(106b)는 웨이퍼(예를 들어, 반도체 웨이퍼 또는 다른 재료로 만들어진 웨이퍼) 또는 검사할 샘플(웨이퍼 및 샘플은 서로 바꿔서 사용될 수 있음)을 포함하는 웨이퍼 전면 개방 통합 포드(FOUP)를 수신한다. "로트(lot)"는 처리를 위해 배치로 로드될 수 있는 복수의 웨이퍼를 의미한다.
EFEM(106)의 하나 이상의 로봇 아암(도시되지 않음)은 웨이퍼를 로드록 챔버(102)로 이송할 수 있다. 로드록 챔버(102)는 로드록 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결되며, 이는 로드록 챔버(102) 내의 가스 분자를 제거하여 대기압보다 낮은 제1 압력에 도달하게 한다. 제1 압력에 도달한 후, 하나 이상의 로봇 아암(도시되지 않음)이 웨이퍼를 로드록 챔버(102)에서 메인 챔버(101)로 이송할 수 있다. 메인 챔버(101)는 메인 챔버 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결되어 메인 챔버(101)에서 가스 분자를 제거하여 제1 압력보다 낮은 제2 압력에 도달한다. 제2 압력에 도달한 후, 웨이퍼는 전자 빔 툴(104)에 의해 검사된다. 전자 빔 툴(104)은 단일 빔 시스템 또는 멀티-빔 시스템일 수 있다.
제어기(109)는 전자 빔 툴(104)에 전자적으로 연결된다. 제어기(109)는 EBI 시스템(100)의 다양한 제어를 실행하도록 구성된 컴퓨터일 수 있다. 제어기(109)는 도 1에서 메인 챔버(101), 로드록 챔버(102) 및 EFEM(106)을 포함하는 구조물 외부에 있는 것으로 도시되어 있지만, 제어기(109)는 구조물의 일부일 수 있다는 것이 이해될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기(109)는 하나 이상의 프로세서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 프로세서는 정보를 조작하거나 처리할 수 있는 일반적 또는 특정 전자 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 중앙 처리 장치(또는 "CPU"), 그래픽 처리 장치(또는 "GPU"), 광학 프로세서, 프로그래밍 가능한 로직 제어기, 마이크로 제어기, 마이크로 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 지적 재산권(IP) 코어, PLA(Programmable Logic Array), PAL(Programmable Array Logic), GAL(Generic Array Logic), CPLD(Complex Programmable Logic Device), FPGA(Field-Programmable Gate Array), SoC(System On Chip), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit) 및 데이터 처리가 가능한 모든 유형의 회로 중 임의의 수의 조합을 포함할 수 있다. 프로세서는 네트워크를 통해 연결된 여러 컴퓨터 또는 장치에 분산된 하나 이상의 프로세서를 포함하는 가상 프로세서일 수도 있다.
일부 실시예에서, 제어기(109)는 하나 이상의 메모리(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 메모리는 프로세서에 의해 액세스 가능한 코드 및 데이터를 저장할 수 있는(예를 들어, 버스를 통해) 일반적 또는 특정 전자 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 메모리는 RAM(random-access memory), ROM(read-only memory), 광 디스크, 자기 디스크, 하드 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브, 플래시 드라이브, 보안 디지털(SD) 카드, 메모리 스틱, 컴팩트 플래시(CF) 카드 또는 모든 유형의 저장 장치를 임의의 수로 조합하여 포함할 수 있다. 코드에는 운영 체제(OS)와 특정 작업을 위한 하나 이상의 애플리케이션 프로그램(또는 '앱')이 포함될 수 있다. 메모리는 네트워크를 통해 연결된 여러 컴퓨터 또는 장치에 분산된 하나 이상의 메모리를 포함하는 가상 메모리일 수도 있다.
이제 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 실시예와 일치하는, 도 1의 EBI 시스템(100)의 일부인 멀티 빔 검사 툴을 포함하는 예시적인 전자 빔 툴(104)을 예시하는 개략도이다. 일부 실시예에서, 전자 빔 툴(104)은 도 1의 EBI 시스템(100)의 일부인 단일 빔 검사 툴로서 작동될 수 있다. 멀티 빔 전자 빔 툴(104)은[본 명세서에서는 장치(104)라고도 함] 전자 소스(201), 쿨롱 어퍼처 플레이트(또는 "건 어퍼처 플레이트")(271), 집속 렌즈(210), 소스 변환 유닛(220), 1차 투영 시스템(230), 전동 스테이지(209) 및 검사할 샘플(208, 예를 들어 웨이퍼 또는 포토 마스크)을 고정하기 위해 전동 스테이지(209)로 지지되는 샘플 홀더(207)로 구성된다. 멀티 빔 전자 빔 툴(104)은 2차 투영 시스템(250) 및 전자 검출 장치(240)를 더 포함할 수 있다. 1차 투영 시스템(230)은 대물 렌즈(231)를 포함할 수 있다. 전자 검출 장치(240)는 복수의 검출 요소(241, 242, 및 243)를 포함할 수 있다. 빔 분리기(233) 및 편향 스캐닝 유닛(232)은 1차 투영 시스템(230) 내부에 위치할 수 있다.
전자 소스(201), 쿨롱 어퍼처 플레이트(271), 집속 렌즈(210), 소스 변환 유닛(220), 빔 분리기(233), 편향 스캐닝 유닛(232) 및 1차 투영 시스템(230)은 장치(104)의 1차 광축(204)과 정렬될 수 있다. 2차 투영 시스템(250) 및 전자 검출 장치(240)는 장치(104)의 2차 광축(251)과 정렬될 수 있다.
전자 소스(201)는 캐소드(cathode)(도시되지 않음) 및 추출기 또는 애노드(anode)(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 작동 중에 전자 소스(201)는 캐소드로부터 1차 전자를 방출하도록 구성되고, 1차 전자는 추출기 및/또는 애노드에 의해 추출 또는 가속되어 1차 빔 크로스오버(가상 또는 실제)를 형성하는 1차 전자 빔(202)을 형성할 수 있다. 1차 전자 빔(202)은 1차 빔 크로스오버(203)에서 방출되는 것으로 시각화될 수 있다.
소스 변환 유닛(220)은 이미지 형성 소자 어레이(도시되지 않음), 수차 보상기 어레이(도시되지 않음), 빔 제한 어퍼처 어레이(도시되지 않음) 및 사전 굽힘(pre-bending) 마이크로-디플렉터 어레이(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 사전 굽힘 마이크로 디플렉터 어레이는 1차 전자 빔(202)의 복수의 1차 빔릿(211, 212, 213)을 빔 제한 어퍼처 어레이, 이미지 형성 소자 어레이 및 수차 보상기 어레이로 수직으로 입사하도록 편향시킨다. 일부 실시예에서, 장치(104)는 단일 빔 시스템으로 작동되어 단일 1차 빔릿이 생성될 수 있다. 일부 실시예에서, 집속 렌즈(210)는 1차 전자 빔(202)이 평행 빔이 되고 소스 변환 유닛(220)에 수직으로 입사되게끔 초점을 맞추도록 설계된다. 이미지 형성 소자 어레이는 1차 전자 빔(202)의 복수의 1차 빔릿(211, 212, 213)에 영향을 미치고, 1차 빔 크로스오버(203)의 복수의 평행 이미지(가상 또는 실제)를 형성하기 위해 복수의 마이크로 디플렉터 또는 마이크로 렌즈를 포함할 수 있으며, 1차 빔릿(211, 212, 213) 각각에 대해 하나씩을 포함한다. 일부 실시예에서, 수차 보상기 어레이는 필드 곡률 보상기 어레이(도시되지 않음) 및 수차 보상기 어레이(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 필드 곡률 보상기 어레이는 제1 빔릿(211, 212, 및 213)의 필드 곡률 수차를 보상하기 위한 복수의 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 수차 보상기 어레이는 제1 빔릿(211, 212, 및 213)의 비점수차를 보정하기 위해 복수의 마이크로 스티그메이터(micro-stigmators)를 포함할 수 있다. 빔 제한 어퍼처 어레이는 개별 1차 빔릿(211, 212, 및 213)의 직경을 제한하도록 구성될 수 있다. 도 2는 3개의 1차 빔릿(211, 212, 및 213)을 예시적으로 도시하고 있지만, 소스 변환 유닛(220)은 임의의 수의 1차 빔릿을 형성하도록 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제어기(109)는 소스 변환 유닛(220), 전자 검출 장치(240), 1차 투영 시스템(230), 또는 전동 스테이지(209)와 같은 도 1의 EBI 시스템(100)의 다양한 구성요소에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제어기(109)는 다양한 이미지 및 신호 처리 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제어기(109)는 하전 입자 빔 검사 시스템의 작동을 제어하기 위한 다양한 제어 신호를 생성할 수도 있다.
집속 렌즈(210)는 1차 전자 빔(202)에 초점을 맞추도록 구성된다. 집속 렌즈(210)는 소스 변환 유닛(220)의 하류에서 1차 빔릿(211, 212, 213)의 전류를 조정하도록 집속 렌즈(210)의 초점력을 변화시킴으로써 더 구성될 수 있다. 또는, 전류는 개별 1차 빔릿에 대응하는 빔 제한 어퍼처 어레이 내의 빔 제한 어퍼처의 방사형 크기를 변경함으로써 변경될 수 있다. 전류는 빔 제한 어퍼처의 방사형 크기와 집속 렌즈(210)의 초점력을 모두 변경함으로써 변경될 수 있다. 집속 렌즈(210)는 조정 가능한 집속 렌즈일 수 있으며, 그 제1 주 평면의 위치가 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 조정 가능한 집속 렌즈는 자성을 갖도록 구성될 수 있으며, 이로 인해 회전 각도를 갖는 축외 빔릿(212, 213)이 소스 변환 유닛(220)을 조명할 수 있다. 회전 각도는 초점력 또는 조정 가능한 집속 렌즈의 제1 주 평면의 위치에 따라 변경된다. 집속 렌즈(210)는 집속 렌즈(210)의 초점력이 변경되는 동안 회전 각도가 변경되지 않게 유지하도록 구성될 수 있는 회전 방지 집속 렌즈일 수 있다. 일부 실시예에서, 집속 렌즈(210)는 조정 가능한 회전 방지 집속 렌즈일 수 있으며, 그 초점력과 제1 주 평면의 위치가 변화될 때 회전 각도가 변화되지 않는다.
대물 렌즈(231)는 검사를 위해 빔릿(211, 212, 및 213)을 샘플(208)에 포커싱하도록 구성될 수 있고, 현재 실시예들에서 샘플(208) 표면에 3개의 프로브 스팟(221, 222, 및 223)을 형성할 수 있다. 작동 중인 쿨롱 어퍼처 플레이트(271)는 쿨롱 효과를 감소시키기 위해 1차 전자 빔(202)의 주변 전자를 차단하도록 구성된다. 쿨롱 효과는 1차 빔릿(211, 212, 213)의 프로브 스팟(221, 222, 223) 각각의 크기를 확대하여 검사 분해능을 저하시킬 수 있다.
예를 들어, 빔 분리기(233)는 정전기 다이폴 필드 및 자기 다이폴 필드를 생성하는 정전기 디플렉터를 포함하는 빈 필터(Wien filter)일 수 있다(도 2에는 도시되지 않음). 작동 시, 빔 분리기(233)는 1차 빔릿(211, 212 및 213)의 개별 전자에 정전기 다이폴 필드에 의한 정전기력을 가하도록 구성될 수 있다. 정전기력은 빔 분리기(233)의 자기 쌍극자 필드에 의해 개별 전자에 가해지는 자기력과 크기는 같지만 방향은 반대이다. 따라서, 1차 빔릿(211, 212 및 213)은 적어도 실질적으로 편향 각도가 0인 빔 분리기(233)를 적어도 실질적으로 직선으로 통과할 수 있다.
편향 스캐닝 유닛(232)은, 작동 시, 1차 빔릿(211, 212, 및 213)을 편향시켜 샘플(208) 표면의 한 부분의 개별 스캐닝 영역에서 프로브 스팟(221, 222, 및 223)을 스캐닝하도록 구성된다. 샘플(208)에서 1차 빔릿(211, 212, 213) 또는 프로브 스팟(221, 222, 223)의 발생에 반응하여, 전자는 샘플(208)에서 방출되어 3개의 2차 전자 빔(261, 262, 263)을 발생시킨다. 각 2차 전자 빔(261, 262, 263)은 일반적으로 2차 전자(전자 에너지가 50eV 이하인 전자)와 후방 산란 전자[전자 에너지가 50eV와 1차 빔릿(211, 212, 213)의 랜딩 에너지 사이의 전자 에너지]로 구성된다. 빔 분리기(233)는 2차 전자 빔(261, 262, 263)을 2차 투영 시스템(250)으로 편향시키도록 구성된다. 이어서, 2차 투영 시스템(250)은 2차 전자 빔(261, 262, 및 263)을 전자 검출 장치(240)의 검출 요소(241, 242, 및 243)에 집속시킨다. 검출 요소(241, 242, 및 243)는 상응하는 2차 전자 빔(261, 262, 및 263)을 검출하고, 예를 들어 샘플(208)의 상응하는 스캔 영역의 이미지를 구성하기 위해 제어기(109) 또는 신호 처리 시스템(도시되지 않음)으로 전송되는 상응하는 신호를 생성하도록 배치되어 있다.
일부 실시예에서, 검출 요소들(241, 242, 및 243)은 각각 대응하는 2차 전자 빔들(261, 262, 및 263)을 검출하고, 이미지 처리 시스템[예를 들어, 제어기(109)]에 대응하는 강도 신호 출력(도시되지 않음)을 생성한다. 일부 실시예에서, 각 검출 요소(241, 242, 및 243)는 하나 이상의 픽셀을 포함할 수 있다. 검출 요소의 강도 신호 출력은 검출 요소 내의 모든 픽셀에 의해 생성된 신호의 합계일 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기(109)는 이미지 획득기(도시되지 않음), 스토리지(도시되지 않음)를 포함하는 이미지 처리 시스템을 포함할 수 있다. 이미지 획득기는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 획득기는 컴퓨터, 서버, 메인프레임 호스트, 단말기, 개인용 컴퓨터, 임의의 종류의 모바일 컴퓨팅 장치, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이미지 획득기는 전기 도체, 광섬유 케이블, 휴대용 저장 매체, IR, 블루투스, 인터넷, 무선 네트워크, 무선 라디오 등과 같은 매체, 또는 이들의 조합을 통해 장치(104)의 전자 검출 장치(240)에 통신적으로 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 획득기는 전자 검출 장치(240)로부터 신호를 수신하고 이미지를 구성할 수 있다. 따라서, 이미지 획득기는 샘플(208)의 이미지를 획득할 수 있다. 이미지 획득 장치는 또한 윤곽을 생성하고, 획득된 이미지에 표시기를 중첩하는 등의 다양한 후처리 기능을 수행할 수 있다. 이미지 획득기는 획득된 이미지들의 밝기 및 콘트라스트 등의 조정들을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 저장 장치는 하드 디스크, 플래시 드라이브, 클라우드 스토리지, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 다른 유형의 컴퓨터 판독 가능 메모리 등과 같은 저장 매체일 수 있다. 저장 매체는 이미지 획득기와 결합될 수 있으며, 스캔된 원시 이미지 데이터를 원본 이미지 및 후처리된 이미지로 저장하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 이미지 획득기는 전자 검출 장치(240)로부터 수신된 이미징 신호에 기초하여 샘플의 하나 이상의 이미지를 획득할 수 있다. 이미징 신호는 하전 입자 이미징을 수행하기 위한 스캐닝 동작에 대응할 수 있다. 획득된 이미지는 복수의 이미징 영역을 포함하는 단일 이미지일 수 있다. 단일 이미지는 스토리지에 저장될 수 있다. 단일 이미지는 복수의 영역으로 분할될 수 있는 원본 이미지일 수 있다. 각각의 영역은 샘플(208)의 특징을 포함하는 하나의 이미징 영역을 포함할 수 있다. 획득된 이미지는 시간 시퀀스에 걸쳐 여러 번 샘플링된 샘플(208)의 단일 이미징 영역의 복수의 이미지를 포함할 수 있다. 복수의 이미지들은 스토리지에 저장될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(109)는 샘플(208)의 동일한 위치의 복수의 이미지들을 이용하여 이미지 처리 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기(109)는 검출된 2차 전자의 분포를 얻기 위한 측정 회로(예를 들어, 아날로그-디지털 컨버터)를 포함할 수 있다. 검출 시간 윈도우 동안 수집된 전자 분포 데이터는 웨이퍼 표면에 입사되는 각 1차 빔릿(211, 212, 및 213)의 상응하는 스캔 경로 데이터와 결합하여, 검사 중인 웨이퍼 구조의 이미지를 재구성하는 데 사용될 수 있다. 재구성된 이미지는 샘플(208)의 내부 또는 외부 구조의 다양한 특징을 드러내는 데 사용될 수 있고, 따라서 웨이퍼에 존재할 수 있는 결함을 드러내는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기(109)는 샘플(208)을 검사하는 동안 샘플(208)을 이동하도록 전동 스테이지(209)를 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(109)는 전동 스테이지(209)가 샘플(208)을 일정한 속도로 연속적으로 한 방향으로 이동하도록 할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제어기(109)는 스캐닝 프로세스의 단계에 따라 샘플(208)의 이동 속도를 변경하도록 전동 스테이지(209)를 활성화할 수 있다.
도 2는 장치(104)가 3개의 1차 전자 빔을 사용하는 것을 도시하지만, 장치(104)는 2개 이상의 1차 전자 빔을 사용할 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명은 장치(104)에서 사용되는 1차 전자 빔의 수를 제한하지 않는다. 일부 실시예에서, 장치(104)는 리소그래피에 사용되는 SEM일 수 있다. 일 실시예에서, 전자 빔 툴(104)은 단일 빔 시스템 또는 멀티-빔 시스템일 수 있다.
단일 하전 입자 빔 이미징 시스템("단일 빔 시스템")과 비교하여, 멀티 하전 입자 빔 이미징 시스템("멀티-빔 시스템")은 상이한 스캔 모드에 대해 스루풋(throughput)을 최적화하도록 설계될 수 있다. 본 발명의 실시예는 상이한 형상을 갖는 빔 어레이를 사용하여 상이한 스캔 모드에 대해 스루풋을 최적화할 수 있는 기능을 갖는 멀티-빔 시스템을 제공하고, 이는 상이한 스루풋 및 분해능 요건에 적응할 수 있다.
도 3은 "Y"형 필라멘트 방출 구성요소를 포함하는 예시적인 전자 소스(300)를 도시하는 개략도이다. 전자 빔 툴[예를 들어, 도 2의 전자 빔 툴(104)]에서, 전자 소스(300)는 필라멘트 방출 팁(301)및 필라멘트 프롱(303)을 포함하는 필라멘트를 포함할 수 있다. 전자 소스(300)는 전극(305) 및 베이스(307)를 포함할 수 있다. 전자 소스(300)는 전극(305) 및 필라멘트 프롱(303)을 통해 흐르는 전류를 통해 전자를 방출할 수 있으며, 그에 따라 필라멘트 방출 팁(301)을 저항 가열할 수 있다.
일반적인 검사 중, 필라멘트 방출 팁(301)은 SEM 작동 중에 진동한다. 필라멘트 방출 팁(301)의 진동은 SEM 이미지에 부정적인 영향을 미칠 수 있다(예: 이미지의 그레이 스케일 레벨의 진동, 이미지의 날카로운 물체의 에지에서 그레이 스케일 레벨의 진동, 이미지의 리소그래피-정의된 라인에서 그레이 스케일 레벨의 진동, 이미지 전반에서 부정확하거나 다양한 그레이 스케일 레벨, 낮은 임계 치수 안정성, 이미지 품질 저하 등).
전자 소스(300)가 더 높은 전류에서 작동할 때(예를 들어, 더 높은 휘도의 전자 소스 사용, 전자 소스와 샘플 사이의 더 높은 배율 달성, 더 높은 해상도 이미지 달성 등) 일반적인 하전 입자 시스템에서 SEM 이미지에 대한 부정적인 영향이 악화될 수 있다.
예를 들어, 검사 중에 필라멘트 방출 팁(301)과 베이스(307)에 결합된 전자 빔 시스템의 진동으로 인해 베이스(307)와 필라멘트 방출 팁(301)이 진동하여 이미지 품질이 낮아질 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 도 2의 예시적인 전자 빔 툴의 일부인 "W" 형상의 필라멘트 방출 구성요소를 포함하는 예시적인 전자 소스(400)를 예시하는 개략도이다.
전자 빔 툴[예를 들어, 도 2의 전자 빔 툴(104)]에서, 전자 소스[예를 들어, 도 2의 전자 소스(201), 도 5의 전자 소스(500) 또는 도 6의 전자 소스(600)]는 필라멘트 방출 팁(401) 및 필라멘트 프롱(403)을 포함하는 필라멘트를 포함할 수 있다. 전자 소스(400)는 하나 이상의 전극(405) 및 상부 부분(407a)과 하부 부분(407b)을 포함하는 베이스를 포함할 수 있다. 전자 소스(400)는 전극(405) 및 필라멘트 프롱(403)을 통해 흐르는 전류를 통해 하나 이상의 전자를 방출할 수 있으며, 그에 따라 필라멘트 방출 팁(401)을 저항 가열할 수 있다. 즉, 필라멘트 방출 팁(401)은 전극(405)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 필라멘트 방출 팁(401) 및 필라멘트 프롱(403)은 텅스텐으로 만들어질 수 있다.
스프링에 부착된 물체의 고유 주파수는 방해를 받을 때 자연적으로 진동하는 주파수 또는 속도이다. 물체의 고유 진동수는 물체의 질량과 스프링의 강성에 따라 달라지며 이는 다음 공식으로 설명할 수 있다.
(1)
여기서 ω는 물체의 고유 진동수, k는 스프링 상수(예: 스프링 강성), m은 물체의 질량이다. 스프링이 강성일수록 더 높은 스프링 상수 k를 갖는다.
진동하는 동안(예: 물체가 진동할 때) 평형 상태에서 물체가 변위되는 것을 진폭이라고 한다. 진동 에너지는 다음 공식으로 설명할 수 있다.
(2)
여기서 E는 진동하는 동안 물체의 에너지, A는 물체의 진폭, k는 물체의 스프링 상수, ω는 물체의 고유 주파수이다.
일부 실시예에서, 상부 베이스 부분(407a)은 필라멘트 방출 팁(401) 및 필라멘트 프롱(403)에 연결되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 베이스 부분(407)은 필라멘트 방출 팁(401) 또는 필라멘트 프롱(403)과의 열 접촉을 감소시키고 검사 중에 필라멘트 방출 팁(401)의 진동을 감소시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 베이스 부분(407a)은 필라멘트 방출 팁(401)과 접촉하도록 구성된 복수의 탭[예를 들어, 도 5의 복수의 탭(537) 또는 도 6의 복수의 탭(637)에서 아래에 추가로 설명됨]을 포함할 수 있다. 상부 베이스 부분(407a)은 홀더와 홀더에 나사로 고정되는 인서트(insert)를 포함할 수 있으며, 이는 필라멘트 방출 팁(401)과 접촉된 복수의 탭을 홀딩하도록 구성되어 검사 중에 필라멘트 방출 팁(401)을 안정화시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 홀더와 인서트는 필라멘트 방출 팁(401)과 접촉하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 베이스 부분(407a)(예를 들어, 복수의 탭, 홀더 및 인서트를 포함함)과 하부 베이스 부분(407b)은 비전도성 재료(예를 들어, 산화알루미늄, 질화알루미늄 등과 같은 세라믹)로 제조될 수 있다.
일반적인 검사 중 필라멘트 방출 팁의 진동은 위의 방정식 (1) 및 (2)로 설명할 수 있다. 상부 베이스 부분(407a)이 필라멘트 방출 팁(401)을 안정화하도록 구성된 복수의 탭을 포함하는 경우, 필라멘트 방출 팁(401)의 스프링 상수는 복수의 탭이 없는 필라멘트 방출 팁[예를 들어, 도 3의 필라멘트 방출 팁(301)[의 스프링 상수보다 높을 수 있다. 방정식 1에서 설명되는 바와 같이, 필라멘트 방출 팁(401)의 고유 진동수는 복수의 탭이 없는 필라멘트 방출 팁의 고유 진동수보다 높을 수 있다.
필라멘트 방출 팁(401)과 복수의 탭이 없는 필라멘트 방출 팁의 기계적 진동의 에너지원이 동일하고 이 에너지의 대부분이 기본 모드로 들어간다고 가정하면, 필라멘트 방출 팁(401)의 진동 에너지와 복수의 탭이 없는 필라멘트 방출 팁의 진동 에너지는 진동 중에 동일할 수 있으며, 이는 다음 공식으로 설명할 수 있다:
E (3)
여기서 A1 그리고 k1 는 각각 복수의 탭이 없는 필라멘트 방출 팁의 진폭과 스프링 상수이고 A2 그리고 k2 는 각각 필라멘트 방출 팁(401)의 진폭과 스프링 상수이다. 전술한 바와 같이 필라멘트 방출 팁(401)의 스프링 상수, k2는 다수의 탭이 없는 필라멘트 방출 팁의 스프링 상수 k1 보다 크다. 따라서, 복수 개의 탭이 없는 필라멘트 방출 팁에 비하여 필라멘트 방출 팁(401)의 진폭(예를 들어, 진동)은 감소될 수 있으며, 이는 다음과 같은 수식으로 표현될 수 있다.
(4)
일부 실시예에서, 필라멘트 방출 팁(401) 또는 필라멘트 프롱(403)의 길이는 필라멘트 방출 팁(401)이 지지를 위해 필라멘트 프롱(403)에 의존할 필요가 없기 때문에 일반적인 구성[예를 들어, 도 3의 전자 소스(300)]보다 짧을 수 있다. 따라서, 필라멘트 방출 팁(401)의 질량이 감소하여, 방정식 1과 같이 필라멘트 방출 팁(401)의 고유 주파수가 증가하고, 필라멘트 방출 팁(401)의 진폭이 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 필라멘트 방출 팁(401) 또는 필라멘트 프롱(403)의 감소된 길이는 감소된 전력에서 저항 가열을 초래할 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 탭은 필라멘트 방출 팁(401)과 상부 베이스 부분(407a) 또는 하부 베이스 부분(407b) 사이의 열 접촉을 감소시키면서 유리하게 필라멘트 방출 팁(401)을 안정화할 수 있다. 일부 실시예에서, 열 접촉의 감소는 유리하게는 필라멘트 방출 팁(401)이 하나 이상의 전자를 방출하기에 충분한 저항 가열을 유지하도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 필라멘트 방출 팁(401) 및 필라멘트 프롱(403)은 필라멘트 방출 팁(401)이 지지를 위해 상부 베이스 부분(407a)에 의존하도록 전자 소스(400)에서 "W" 형상을 형성할 수 있다. 이러한 "W" 구성은 필라멘트 방출 팁(401)이 상부 베이스 부분(407a)[예를 들어, 도 5의 복수의 탭(537)]에 의해 안정화되고, 지지를 위해 필라멘트 프롱(403)에 의존하지 않기 때문에 "Y" 구성[예를 들어, 도 3의 전자 소스(300)]보다 더 안정적일 수 있다. 이러한 "W" 구성은 필라멘트 방출 팁(401)의 진동을 최소화하여 더 높은 품질의 이미지를 얻을 수 있다.
필라멘트 방출 팁(401)과 상부 베이스 부분(407a) 및 하부 베이스 부분(407b) 사이의 열 접촉을 최소화하고 필라멘트 방출 팁(401)의 진동을 최소화함으로써, 전자 소스(400)는 유리하게 고품질 샘플 및 이미지를 제공할 수 있다(예를 들어, 이미지의 그레이 스케일 레벨의 진동 최소화, 이미지의 날카로운 물체의 에지에서 그레이 스케일 레벨의 진동 최소화, 이미지의 리소그래피-정의된 라인에서 그레이 스케일 레벨의 진동 최소화, 이미지 전반에서 부정확하거나 다양한 그레이 스케일 레벨 최소화, 임계 치수 안정성 최대화, 샘플 및 이미지의 반복성 유지 등).
도 5는 본 발명의 일 실시예와 일치하는, 도 2의 예시적인 전자 빔 툴의 일부인 예시적인 전자 소스(500)의 개략도를 도시한다. 전자 소스(500)의 구성요소는 전자 소스[예를 들어, 도 4의 전자 소스(400)]의 상부 베이스 부분[예를 들어, 도 4의 상부 베이스 부분(407a)]의 일부이거나 이에 결합될 수 있다.
전자 빔 툴[예를 들어, 도 2의 전자 빔 툴(104)]에서, 전자 소스(500)[예를 들어, 도 2의 전자 소스(201), 도 4의 전자 소스(400) 또는 도 6의 전자 소스(600)]는 필라멘트 방출 팁(501) 및 필라멘트 프롱[예를 들어, 도 4의 필라멘트 프롱(403)]을 포함하는 필라멘트를 포함할 수 있다. 전자 소스(500)는 하나 이상의 전극[예를 들어, 도 4의 전극(405)]과 상부[예를 들어, 도 4의 상부 베이스 부분(407a)] 및 하부[예를 들어, 도 4의 하부 베이스 부분(407b)]를 포함하는 베이스를 포함할 수 있다. 전자 소스(500)는 하나 이상의 전극 및 필라멘트 프롱(403)을 통해 흐르는 전류를 통해 하나 이상의 전자를 방출할 수 있으며, 그에 따라 필라멘트 방출 팁(501)을 저항 가열할 수 있다. 즉, 필라멘트 방출 팁(501)은 하나 이상의 전극에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 필라멘트 방출 팁(501) 및 필라멘트 프롱은 텅스텐으로 만들어질 수 있다.
일부 실시예에서, 상부 베이스 부분은 필라멘트 방출 팁(501) 및 필라멘트 프롱에 연결되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 베이스 부분은 필라멘트 방출 팁(501) 또는 필라멘트 프롱과의 열적 접촉을 감소시키고 검사 중에 필라멘트 방출 팁(501)의 진동을 감소시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 베이스 부분은 필라멘트 방출 팁(501)과 접촉하도록 구성된 복수의 탭(537)을 포함할 수 있다. 도 5는 3개의 탭(537)을 도시하지만, 임의 개수의 탭이 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 상부 베이스 부분은 홀더(517) 및 홀더(517)에 나사로 고정되는 인서트(527)를 포함할 수 있으며, 이는 필라멘트 방출 팁(501)과 접촉된 복수의 탭(537)을 홀딩하도록 구성되어 검사 중에 필라멘트 방출 팁(501)을 안정화시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 홀더(517) 및 인서트(527)는 필라멘트 방출 팁(501)과 접촉하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 베이스 부분[예를 들어, 복수의 탭(537), 홀더(517) 및 인서트(527)를 포함]과 하부 베이스 부분은 비전도성 재료(예를 들어, 세라믹)로 만들어질 수 있다.
일부 실시예에서, 베이스는 베이스[예를 들어, 복수의 탭(537), 홀더(517) 및 인서트(527)]와 필라멘트 방출 팁(501) 사이의 결합을 통해 필라멘트 방출 팁(501)을 안정화하도록 구성될 수 있다. 이러한 안정화에는 열 접촉을 줄이는 것뿐만 아니라 필라멘트 방출 팁(501)의 진동을 줄이는 것도 포함될 수 있다. 예를 들어, 상부 베이스 부분은 필라멘트 방출 팁(501)과 접촉하도록 구성된 복수의 탭(537)을 통해 베이스와 필라멘트 방출 팁(501) 사이의 열 접촉을 감소시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 필라멘트 방출 팁(501)을 안정화하는 것은 필라멘트 방출 팁(501)과 접촉하도록 구성된 복수의 탭(537)을 통해 필라멘트 방출 팁(501)과 베이스 사이의 열 접촉을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
상부 베이스 부분은 필라멘트 방출 팁(501)의 스프링 상수를 증가시켜 필라멘트 방출 팁(501)의 진동을 감소시키도록 구성될 수 있다. 상부 베이스 부분은 필라멘트 방출 팁(501)과 접촉하도록 구성된 복수의 탭(537)을 통해 필라멘트 방출 팁(501)의 스프링 상수를 증가시켜 필라멘트 방출 팁(501)의 강성을 증가시킬 수 있다. 인서트(527) 및 홀더(517)는 필라멘트 방출 팁(501)과 접촉된 복수의 탭(537)을 홀딩하여 필라멘트 방출 팁(501)의 강성 및 스프링 상수를 증가시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 필라멘트 방출 팁(501)을 안정화하는 것은 필라멘트 방출 팁(501)의 스프링 상수를 증가시킴으로써 필라멘트 방출 팁(501)의 진동을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 베이스와 필라멘트 방출 팁(501) 사이의 열 접촉은 탭을 제외한 전자 소스[예를 들어, 도 3의 전자 소스(300)]에서 베이스와 필라멘트 방출 팁 사이의 열 접촉에 비해 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 필라멘트 방출 팁(501)의 진동은 탭을 제외한 전자 소스[예를 들어, 도 3의 전자 소스(300)]에서 필라멘트 방출 팁의 진동에 비해 감소될 수 있다.
별도의 구성요소로 도시되어 있지만, 일부 실시예에서 홀더(517), 인서트(527) 및 복수의 탭(537)은 단일 조인트 구조[예를 들어, 도 4의 상부 베이스 부분(407a)]를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 소스(500)의 상부 베이스 부분[예를 들어, 복수의 탭(537), 홀더(517) 및 인서트(527)를 포함함]은 상부 베이스 부분에 홀(527a)(예를 들어, 직경 100-200㎛, 깊이 250㎛, 바닥에 원추형 테이퍼가 있는 홀)을 천공(예를 들어, 레이저 천공)하여 제조될 수 있으며, 여기서 홀(527a)은 필라멘트 방출 팁(501)을 수용할 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 베이스 부분의 홀을 레이저 가공하여 복수의 탭(537)을 제조할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 탭(537)은 필라멘트 방출 팁(501)과 베이스[예를 들어, 도 4의 상부 베이스 부분(407a), 하부 베이스 부분(407b)] 사이의 총 접촉 면적이 최소화되도록 하는(예를 들어, 1500 μm2) 폭(537a)을 갖도록 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 구성은 필라멘트 방출 팁(501)에서 베이스[예를 들어, 복수의 탭(537), 홀더(517) 및 인서트(527)을 포함함]로의 열 전달을 최소화할 수 있다.
예를 들어, 탭(537)은 홀(527a)의 내측에서 홀(527a)의 중심을 향하여 연장되도록 복수개로 제작될 수 있다. 일부 실시예에서, 필라멘트 방출 팁(501)은 홀(527a)의 중심에 위치할 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 탭(537)의 각각의 탭은 전자 소스(500) 위에서 볼 때 삼각 형상일 수 있다[예를 들어, 도 6의 복수의 탭(637) 참조]. 일부 실시예에서, 복수의 탭(537)의 각 탭은 실질적으로 삼각 형상일 수 있다(예를 들어, 각 탭의 일부 에지는 곡선일 수 있음). 일부 실시예에서 정점[예를 들어, 도 6의 정점(637b)]은 필라멘트 방출 팁(501)과 접촉하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 탭(537)의 각각의 탭은 전자 소스(500) 위에서 볼 때 사각 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 탭(537)의 각 탭은 실질적으로 사각 형상일 수 있다(예를 들어, 각 탭의 일부 가장자리는 곡선일 수 있음). 일부 실시예에서, 복수의 탭(537) 중 각 사각 형상 탭의 가장 짧은 에지[예를 들어, 폭(537a)의 에지]가 필라멘트 방출 팁(501)과 접촉하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 탭(537) 중 각 탭의 베이스(537c)는 필라멘트 방출 팁(501)으로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 베이스(537c)는 필라멘트 방출 팁(501)으로부터 멀어지는 방향으로 실질적으로 x 방향으로 연장될 수 있거나, 베이스(537c)는 필라멘트 방출 팁(501)으로부터 멀어지는 방향으로 실질적으로 y 방향으로 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 실질적으로 y 방향에서 볼 때, 각 탭의 베이스(537c)의 단면적은 필라멘트 방출 팁(501)과 접촉하는 각 탭의 부분의 단면적보다 클 수 있다.
일반적인 검사 중 필라멘트 방출 팁의 진동은 위의 방정식 (1) 및 (2)로 설명할 수 있다. 필라멘트 방출 팁(501)을 안정화시키도록 구성되는 다수의 탭(537)이 상부 베이스 부분에 포함되는 경우, 필라멘트 방출 팁(501)의 스프링 상수는 다수의 탭(537)이 없는 기존의 필라멘트 방출 팁의 스프링 상수보다 높을 수 있다. 방정식 1에서 설명되는 바와 같이, 필라멘트 방출 팁(501)의 고유 진동수는 복수의 탭이 없는 필라멘트 방출 팁의 고유 진동수보다 높을 수 있다.
복수의 탭이 없는 전자 소스는 복수의 탭이 있는 전자 소스와 동일한 기계적 진동 에너지 소스를 가질 수 있다. 따라서, 복수의 탭(537)에 의해 안정화되는 필라멘트 방출 팁(501)의 진동 시 진동 에너지는 복수의 탭이 없는 필라멘트 방출 팁의 진동 시 진동 에너지와 동일할 수 있다. 따라서, 방정식 (3)은 이들 두 전자 소스 구성 사이의 진폭과 스프링 상수의 관계를 설명할 수 있다. 전술한 바와 같이 필라멘트 방출 팁(501)의 고유 진동수(ω2)는 다수의 탭(537)이 없는 필라멘트 방출 팁의 고유 진동수(ω1)보다 크다. 따라서, 복수 개의 탭(537)이 없는 필라멘트 방출 팁의 진폭에 비해 필라멘트 방출 팁(501)의 진폭(예를 들어 진동)이 감소될 수 있으며, 이는 위의 방정식 4로 설명될 수 있다.
일부 실시예에서, 필라멘트 방출 팁(501)이 지지를 위해 필라멘트 프롱에 의존할 필요가 없기 때문에, 필라멘트 방출 팁(501) 또는 필라멘트 프롱의 길이는 종래의 구성보다 짧을 수 있다. 따라서, 필라멘트 방출 팁(501)의 질량이 감소하여, 방정식 1과 같이 필라멘트 방출 팁(501)의 고유 주파수가 증가되고, 방정식 4와 같이 필라멘트 방출 팁(501)의 진폭이 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 필라멘트 방출 팁(501) 또는 필라멘트 프롱의 감소된 길이는 감소된 전력에서 저항 가열을 초래할 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 탭(537)은 필라멘트 방출 팁(501)과 전자 소스(500)의 베이스[예를 들어, 도 4의 상부 베이스 부분(407a), 도 4의 하부 베이스 부분(407b)] 사이의 열 접촉을 최소화하면서 필라멘트 방출 팁(501)을 유리하게 안정화할 수 있다. 일부 실시예에서, 열 접촉의 최소화는 유리하게는 필라멘트 방출 팁(501)이 하나 이상의 전자를 방출하기에 충분한 저항 가열을 유지하도록 할 수 있다.
필라멘트 방출 팁(501)과 상부 베이스 부분 및 하부 베이스 부분 사이의 열 접촉을 최소화하고 필라멘트 방출 팁(501)의 진동을 최소화함으로써, 전자 소스(500)는 유리하게 더 높은 품질 샘플 및 이미지를 제공할 수 있다(예를 들어, 이미지의 그레이 스케일 레벨의 진동 최소화, 이미지의 날카로운 물체의 에지에서 그레이 스케일 레벨의 진동 최소화, 이미지의 리소그래피-정의된 라인에서 그레이 스케일 레벨의 진동 최소화, 이미지 전반에서 부정확하거나 다양한 그레이 스케일 레벨 최소화, 임계 치수 안정성 최대화, 샘플 및 이미지의 반복성 유지 등).
도 6은 본 발명의 일 실시예와 일치하는, 도 2의 예시적인 전자 빔 툴의 일부인 예시적인 전자 소스(600)의 개략적인 사시도이다. 도 6은 도 4의 전자 소스(400)의 평면도 또는 도 5의 전자 소스(500)의 평면도의 개략도를 도시할 수 있다. 전자 소스(600)의 구성요소는 전자 소스[예를 들어, 도 4의 전자 소스(400)]의 상부 베이스 부분[예를 들어, 도 4의 상부 베이스 부분(407a)]의 일부이거나 이에 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 전자 소스(600)의 상부 베이스 부분[예를 들어, 복수의 탭(537)을 포함함]은 상부 베이스 부분에 홀(627a)(예를 들어, 직경 100-200㎛, 깊이 250㎛, 바닥에 원추형 테이퍼가 있는 홀)을 천공(예를 들어, 레이저 천공)하여 제조될 수 있으며, 여기서 홀(627a)은 필라멘트 방출 팁(601)을 수용할 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 베이스 부분의 홀(627a)을 레이저 가공하여 복수의 탭(637)을 제조할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 탭(637)은 필라멘트 방출 팁(601)과 베이스[예를 들어, 도 4의 상부 베이스 부분(407a), 하부 베이스 부분(407b)] 사이의 총 접촉 면적이 최소화되도록 하는(예를 들어, 1500 μm2) 폭(637a)을 갖도록 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 이 구성은 필라멘트 방출 팁(601)에서 베이스[예를 들어, 복수의 탭(637)을 포함함]로의 열 전달을 최소화할 수 있다. 도 6는 3개의 탭(637)을 도시하지만, 임의 개수의 탭이 사용될 수 있다는 것이 이해된다.
예를 들어, 탭(637)은 홀(627a)의 내측(627c)에서 홀(627a)의 중심을 향하여 연장되도록 복수개로 제작될 수 있다. 일부 실시예에서, 필라멘트 방출 팁(601)은 홀(627a)의 중심에 위치할 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 탭(637)의 각각의 탭은 전자 소스(600) 위에서 볼 때 삼각 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 탭(637)의 각 탭은 실질적으로 삼각 형상일 수 있다(예를 들어, 각 탭의 일부 가장자리는 곡선일 수 있음). 일부 실시예에서, 정점(637b)은 필라멘트 방출 팁(601)과 접촉하도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 필라멘트 방출 팁(601)과 상부 베이스 부분 사이의 열적 접촉을 최소화할 수 있다.
실시예는 다음 조항을 사용하여 추가로 설명될 수 있다.
1. 전자 빔 시스템으로서,
전자 소스를 포함하고, 상기 전자 소스는:
두 개의 전극과 전기적으로 연결되고 전자를 방출하도록 구성된 방출 팁; 및
상기 방출 팁에 커플링된 베이스 - 상기 베이스는 상기 커플링을 통해 상기 방출 팁을 안정화하도록 구성됨 - 를 포함하는, 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방출 팁은 텅스텐을 포함하는, 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 베이스는 비전도성 물질을 포함하는, 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 비전도성 물질은 세라믹인, 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 방출 팁과 접촉하도록 구성된 복수의 탭을 포함하는, 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 방출 팁과 접촉하는 상기 복수의 탭을 홀딩하도록 구성된 홀더를 포함하는, 시스템.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 복수의 탭 중 각 탭은 상기 복수의 탭 위에서 볼 때 삼각 형상인, 시스템.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 탭 중 각 삼각 형상 탭의 정점(apex)은 상기 방출 팁과 접촉하도록 구성되는, 시스템.
9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 복수의 탭 중 각 탭은 상기 복수의 탭 위에서 볼 때 사각 형상인, 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 복수의 탭 중 각 삼각 형상 탭의 정점(apex)은 상기 방출 팁과 접촉하도록 구성되는, 시스템.
11. 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 탭 중 각 탭의 베이스는 상기 방출 팁으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는, 시스템.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 복수의 탭 중 각 탭의 상기 베이스의 단면적은 상기 방출 팁과 접촉하는 상기 탭 부분의 단면적보다 큰, 시스템.
13. 제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스는 홀을 포함하고, 상기 복수의 탭 중 각 탭은 상기 홀의 중심을 향해 연장되는, 시스템.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 방출 팁은 상기 홀의 상기 중심에 위치하도록 구성되는, 시스템.
15. 두 개의 전극과 전기적으로 연결되고 전자를 방출하도록 구성된 방출 팁; 및
상기 방출 팁에 커플링된 베이스 - 상기 베이스는 상기 커플링을 통해 상기 방출 팁을 안정화하도록 구성됨 - 를 포함하는, 전자 소스.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 방출 팁은 텅스텐을 포함하는, 전자 소스.
17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 베이스는 비전도성 물질을 포함하는, 전자 소스.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 비전도성 물질은 세라믹인, 전자 소스.
19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 방출 팁과 접촉하도록 구성된 복수의 탭을 포함하는, 전자 소스.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 방출 팁과 접촉하는 상기 탭을 홀딩하도록 구성된 홀더를 포함하는, 전자 소스.
21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 복수의 탭 중 각 탭은 상기 복수의 탭 위에서 볼 때 삼각 형상인, 전자 소스.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 복수의 탭 중 각 삼각 형상 탭의 정점(apex)은 상기 방출 팁과 접촉하도록 구성되는, 전자 소스.
23. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 복수의 탭 중 각 탭은 상기 복수의 탭 위에서 볼 때 사각 형상인, 전자 소스.
24. 제 23 항에 있어서, 복수의 탭 중 각 삼각 형상 탭의 정점(apex)은 상기 방출 팁과 접촉하도록 구성되는, 전자 소스.
25. 제 19 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 탭 중 각 탭의 베이스는 상기 방출 팁으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는, 전자 소스.
26. 제 25 항에 있어서, 상기 복수의 탭 중 각 탭의 상기 베이스의 단면적은 상기 방출 팁과 접촉하는 상기 탭 부분의 단면적보다 큰, 전자 소스. (도 5)
27. 제 19 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스는 홀을 포함하고, 상기 복수의 탭 중 각 탭은 상기 홀의 중심을 향해 연장되는, 전자 소스.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 방출 팁은 상기 홀의 상기 중심에 위치하도록 구성되는, 전자 소스.
29. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 소스는 두 개의 필라멘트 프롱을 더 포함하고;
상기 방출 팁과 상기 두 개의 필라멘트 프롱은 "W" 모양을 형성하는, 전자 소스.
30. 제 15 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 두 개의 필라멘트 프롱을 더 포함하고, 상기 방출 팁과 상기 두 개의 필라멘트 프롱은 "W" 모양을 형성하는, 전자 소스.
31. 전자 빔 시스템으로서,
전자 소스를 포함하고, 상기 전자 소스는:
두 개의 전극과 전기적으로 연결되고 전자를 방출하도록 구성된 방출 팁; 및
베이스를 포함하고, 상기 베이스는:
홀; 및
상기 홀의 중심을 향해 연장되는 복수의 연장부를 포함하며,
상기 복수의 연장부는 상기 방출 팁에 커플링 - 상기 베이스는 상기 커플링을 통해 상기 방출 팁을 안정화하도록 구성됨 - 되는, 전자 빔 시스템.
32. 전자 빔 시스템으로서,
전자 소스를 포함하고, 상기 전자 소스는:
두 개의 필라멘트 프롱에 연결된 방출 팁을 포함하고,
상기 방출 팁과 상기 두 개의 필라멘트 프롱은 "W" 모양을 형성하며,
두 개의 필라멘트 프롱 중 각 필라멘트 프롱은 전극에 연결되고,
방출 팁은 전자를 방출하도록 구성되고,
상기 방출 팁에 커플링된 베이스 - 상기 베이스는 상기 커플링을 통해 상기 방출 팁을 안정화하도록 구성됨 - 를 포함하는, 전자 빔 시스템.
33. 제 5 항 내지 제 14 항 및 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출 팁의 안정화는 상기 방출 팁과 접촉하도록 구성된 복수의 탭을 통해 상기 방출 팁과 상기 베이스 사이의 열 접촉을 감소시키는 것을 가능하게 하는, 전자 빔 시스템.
34. 제 33 항에 있어서, 상기 베이스와 상기 방출 팁 사이의 열 접촉은 복수의 탭이 없는 베이스와 방출 팁 사이의 열 접촉에 비해 감소되는, 전자 빔 시스템.
35. 제 5 항 내지 제 14 항, 제 29 항, 제 33 항 및 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출 팁의 안정화는 상기 방출 팁의 스프링 상수를 증가시켜 상기 방출 팁의 진동을 감소시키는 것을 가능하게 하는, 전자 빔 시스템.
36. 제 35 항에 있어서, 상기 방출 팁의 진동은 상기 복수의 탭이 없는 방출 팁에 비해 감소되는, 전자 빔 시스템.
37. 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서, 상기 베이스는 복수의 탭을 포함하고, 상기 방출 팁의 스프링 상수는 상기 방출 팁과 접촉하도록 구성된 상기 복수의 탭을 통해 증가되는, 전자 빔 시스템.
38. 제 35 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출 팁의 스프링 상수는 복수의 탭이 없는 방출 팁의 스프링 상수보다 증가되는, 전자 빔 시스템.
본 발명의 실시예는 이상에서 설명하고 첨부된 도면에 도시된 명확한 구성에 한정되지 않으며, 그 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (15)

  1. 전자 빔 시스템으로서,
    전자 소스를 포함하고, 상기 전자 소스는:
    두 개의 전극과 전기적으로 연결되고 전자를 방출하도록 구성된 방출 팁; 및
    상기 방출 팁에 커플링된 베이스 - 상기 베이스는 상기 커플링을 통해 상기 방출 팁을 안정화하도록 구성됨 - 를 포함하는, 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방출 팁은 텅스텐을 포함하는, 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스는 비전도성 물질을 포함하는, 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 비전도성 물질은 세라믹인, 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스는 상기 방출 팁과 접촉하도록 구성된 복수의 탭을 포함하는, 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 베이스는 상기 방출 팁과 접촉하는 상기 복수의 탭을 홀딩하도록 구성된 홀더를 포함하는, 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 탭 중 각 탭은 상기 복수의 탭 위에서 볼 때 삼각 형상인, 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 탭 중 각 삼각 형상 탭의 정점(apex)은 상기 방출 팁과 접촉하도록 구성되는, 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 탭 중 각 탭은 상기 복수의 탭 위에서 볼 때 사각 형상인, 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 탭 중 각 사각 형상 탭의 가장 짧은 에지가 상기 방출 팁과 접촉하도록 구성되는, 시스템.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 탭 중 각 탭의 베이스는 상기 방출 팁으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는, 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 탭 중 각 탭의 상기 베이스의 단면적은 상기 방출 팁과 접촉하는 탭 부분의 단면적보다 큰, 시스템.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 베이스는 홀을 포함하고, 상기 복수의 탭 중 각 탭은 상기 홀의 중심을 향해 연장되는, 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 방출 팁은 상기 홀의 상기 중심에 위치하도록 구성되는, 시스템.
  15. 두 개의 전극과 전기적으로 연결되고 전자를 방출하도록 구성된 방출 팁; 및
    상기 방출 팁에 커플링된 베이스 - 상기 베이스는 상기 커플링을 통해 상기 방출 팁을 안정화하도록 구성됨 - 를 포함하는, 전자 소스.
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