KR102101838B1

KR102101838B1 - Electron beam apparatus

Info

Publication number: KR102101838B1
Application number: KR1020140012678A
Authority: KR
Inventors: 타카시 오가와; 야스츠구 우사미; 미츠히로 토가시
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2020-04-22
Also published as: KR20140144129A; JP2014238962A

Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 장치는, 시료 표면에 전자선을 조사하는 전자선 광학계와 전자선의 조사에 따라 발생한 전자를 검출하는 검출계를 하우징 내부에 구비하는 복수의 전자선 칼럼을 포함할 수 있다. 각 전자선 칼럼은 정전 렌즈인 대물 렌즈를 포함할 수 있다. 대물 렌즈는 시료에 대향하는 측부터 차례대로 음전압이 인가되는 제1 전극, 접지되는 제2 전극, 포커스 전압이 인가되는 제3 전극 및 접지되는 제4 전극을 포함할 수 있다.The electron beam device according to the exemplary embodiment of the present invention may include a plurality of electron beam columns having an electron beam optical system for irradiating electron beams on a sample surface and a detection system for detecting electrons generated by irradiation of the electron beam inside the housing. . Each electron beam column may include an objective lens that is an electrostatic lens. The objective lens may include a first electrode to which a negative voltage is sequentially applied from a side opposite to the sample, a second electrode to be grounded, a third electrode to which a focus voltage is applied, and a fourth electrode to be grounded.

Description

전자선 장치{Electron beam apparatus}Electron beam apparatus

본 발명의 기술적 사상은 반도체 등의 패턴 검사 등에 이용하는 전자선 장치에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to an electron beam device used for pattern inspection of semiconductors and the like.

전자선 칼럼을 구비하는 전자선 장치는 검사 대상인 반도체 웨이퍼 등의 시료에 대해 전기 특성, 외관 검사, 이물질 검사를 수행할 수 있다. 예를 들면, 전자선 장치는 콘택트 홀의 전기 특성 검사(오픈 또는 쇼트)를 대전 상황에 따라 시각화할 수 있다. 구체적으로 도 14에 도시된 바와 같이, 전자선 장치는 시료(예를 들면, 반도체 웨이퍼(W))의 기준 상태에서의 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 화상(이하, 'SEM상'이라고도 함)과 검사 상태에서의 SEM상을 비교하고, 양 화상을 비교함으로써 색이 다른 개소를 결함 위치로서 검출할 수 있다.An electron beam device having an electron beam column may perform electrical characteristics, appearance inspection, and foreign matter inspection on a sample such as a semiconductor wafer to be inspected. For example, the electron beam device can visualize the electrical characteristic inspection (open or short) of the contact hole according to the charging situation. Specifically, as shown in FIG. 14, the electron beam device is a scanning electron microscope (SEM) image (hereinafter referred to as a 'SEM image') in a reference state of a sample (for example, a semiconductor wafer W). ) And comparing the SEM images in the inspection state, and comparing the two images, where different colors can be detected as defect locations.

이러한 전자선 칼럼을 이용한 검사는 시료 전면을 전자선으로 주사하기 위해 많은 시간을 필요로 할 수 있다. 이에 따라, 시료를 단시간에 검사하기 위하여 복수의 전자선 칼럼들을 구비하는 전자선 장치가 이용될 수 있다.Inspection using such an electron beam column may take a lot of time to scan the entire sample surface with an electron beam. Accordingly, an electron beam apparatus having a plurality of electron beam columns can be used to inspect a sample in a short time.

본 발명의 기술적 사상은 전자선 장치에 복수로서 포함될 수 있는 전자선 칼럼들을 각각 소형화함과 동시에 시료의 결함에 대한 검출 성능을 개선함으로써, 검사 정밀도를 향상시킨 전자선 장치를 제공한다.The technical idea of the present invention provides an electron beam device with improved inspection accuracy by miniaturizing each of the electron beam columns that may be included in a plurality of electron beam devices and improving detection performance of a defect in a sample.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 장치는 시료 표면에 전자선을 조사하는 전자선 광학계 및 상기 전자선의 조사에 따라 발생한 전자를 검출하는 검출계를 하우징 내부에 구비하는 전자선 칼럼을 포함할 수 있고, 상기 전자선 광학계는 상기 전자선을 상기 시료 표면 상의 소정 위치에 포커스시키는 대물 렌즈를 포함할 수 있고, 상기 대물 렌즈는 상기 시료에 대향하는 측부터 차례대로 음전압이 인가되는 제1 전극, 접지되는 제2 전극, 포커스 전압이 인가되는 제3 전극 및 접지되는 제4 전극을 포함하는 정전 렌즈일 수 있다.The electron beam device according to the exemplary embodiment of the present invention may include an electron beam column having an electron beam optical system for irradiating electron beams on a sample surface and a detection system for detecting electrons generated by irradiation of the electron beam inside the housing, wherein The electron beam optical system may include an objective lens that focuses the electron beam at a predetermined position on the surface of the sample, and the objective lens includes a first electrode to which negative voltage is sequentially applied from a side opposite to the sample, and a second electrode to be grounded. , It may be an electrostatic lens including a third electrode to which a focus voltage is applied and a fourth electrode to be grounded.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제1 전극에 인가되는 전압과 상기 시료에 인가되는 전압의 전위차는 조정 가능할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the potential difference between the voltage applied to the first electrode and the voltage applied to the sample may be adjustable.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 포커스 전압은 양전압일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the focus voltage may be a positive voltage.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 전자선 칼럼을 복수로서 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the electron beam column may be included as a plurality.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 검출계는 상기 대물 렌즈에 대해 상기 시료와 반대측에 배치되는 제1 검출기, 상기 제1 검출기보다 더 상기 시료로부터 떨어진 상방에 배치되는 제2 검출기, 및 상기 대물 렌즈에 배치되는 제3 검출기를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the detection system includes a first detector disposed opposite to the sample relative to the objective lens, a second detector disposed above and away from the sample more than the first detector, and the And a third detector disposed in the objective lens.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제3 검출기는 상기 대물 렌즈의 상기 제1 전극에 배치될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the third detector may be disposed on the first electrode of the objective lens.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제3 검출기는 상기 대물 렌즈의 상기 제2 전극에 배치될 수 있고, 상기 제1 전극은 상기 제3 검출기를 노출시키는 개구부를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the third detector may be disposed on the second electrode of the objective lens, and the first electrode may include an opening exposing the third detector.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 장치는 시료표면에 전자선을 조사하는 전자선 광학계 및 상기 전자선의 조사에 따라 발생한 전자를 검출하는 검출계를 하우징 내부에 구비하는 전자선 칼럼을 포함할 수 있고, 상기 전자선 광학계는 상기 전자선을 상기 시료 표면 상의 소정 위치에 포커스시키는 대물 렌즈를 포함할 수 있고, 상기 검출계는 상기 대물 렌즈에 대해 상기 시료와 반대측에 배치되는 제1 검출기 및 상기 제1 검출기보다 더 상기 시료로부터 떨어진 상방에 배치되는 제2 검출기를 포함할 수 있다.The electron beam apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention may include an electron beam column having an electron beam optical system for irradiating electron beams on a sample surface and a detection system for detecting electrons generated by irradiation of the electron beam inside the housing. The electron beam optical system may include an objective lens that focuses the electron beam at a predetermined position on the sample surface, and the detection system is further positioned than the first detector and the first detector disposed opposite the sample to the objective lens. And a second detector disposed above the sample.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제2 검출기의 내경은 상기 제1 검출기의 내경보다 작을 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the inner diameter of the second detector may be smaller than the inner diameter of the first detector.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 대물 렌즈에 배치되는 제3 검출기를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a third detector disposed on the objective lens may be further included.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제1 검출기, 상기 제2 검출기 및 상기 제3 검출기 중에서 적어도 어느 하나는 복수의 검출부들을 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, at least one of the first detector, the second detector, and the third detector may include a plurality of detectors.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 대물 렌즈는 상기 시료에 대향하는 측부터 차례대로 음전압이 인가되는 제1 전극, 접지되는 제2 전극, 포커스 전압이 인가되는 제3 전극 및 접지되는 제4 전극을 포함하는 정전 렌즈일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the objective lens is a first electrode to which a negative voltage is sequentially applied from a side opposite to the sample, a second electrode to be grounded, a third electrode to which a focus voltage is applied, and a grounded agent. It may be an electrostatic lens including four electrodes.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 전자선 칼럼은 상기 제1 검출기와 상기 제2 검출기이 사이에 배치되고, 전자선을 편향시키는 편향 기구를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the electron beam column may include a deflection mechanism that deflects the electron beam with the first detector and the second detector disposed therebetween.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 편향 기구는 전장과 자장이 직교하는 ExB 편향기를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the deflection mechanism may include an ExB deflector in which the electric field and the magnetic field are orthogonal.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 편향 기구는 자장형 얼라인먼트 기구 및 상기 자장형 얼라인먼트 기구 상방에 배치되는 주사 전극을 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the deflection mechanism may include a magnetic field alignment mechanism and a scan electrode disposed above the magnetic field alignment mechanism.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전자선 장치에 포함된 전자선 칼럼들을 소형화함과 동시에 검사 정밀도를 향상시키는 것이 가능한 전자선 장치를 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electron beam apparatus capable of miniaturizing electron beam columns included in the electron beam apparatus and improving inspection accuracy.

도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 장치를 개략 적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 칼럼의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 칼럼의 대물 렌즈 및 전자 검출기의 구성을 상세하게 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 대물 렌즈를 하이패스 필터로서 사용하였을 때, 검출기에 의해 검출 가능한 전자선의 검출각과 에너지의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 신틸레이터(scintillator)를 이용한 전자 검출기의 일 구성예를 도시한 개략 측면도 및 개략 평면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 제2 전극에 배치된 제3 검출기의 일 구성예를 도시한 저면도(bottom view)이다.
도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 제1 전극의 일 구성예를 도시한 저면도이다.
도 8은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 도 3에 도시된 구성의 검출기에 의해 검출 가능한 전자선의 검출각과 에너지의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 제3 검출기를 제1 전극에 배치한 대물 렌즈 및 전자 검출기의 일 구성예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 제1 전극에 배치된 제3 검출기의 일 구성예를 도시한 저면도이다.
도 11은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 전자 검출기를 분할한 경우의 일 구성예를 도시한 것으로, 제2 전극에 배치된 제3 검출기의 일 구성예를 도시한 저면도이다.
도 12는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 ExB 편향기를 구비하는 전자선 칼럼의 일 구성예를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 자장형 얼라인먼트 기구를 구비하는 전자선 칼럼의 일 구성예를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 전자선에 의한 결함 검출 방법을 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 종래의 검출기에 의해 검출 가능한 전자선의 검출각과 에너지의 관계를 나타내는 그래프이다.1 is a diagram schematically showing an electron beam device according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a view showing the configuration of an electron beam column according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a view showing in detail the configuration of an objective lens and an electron detector of an electron beam column according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the relationship between the detection angle and energy of an electron beam detectable by a detector when an objective lens is used as a high-pass filter according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a schematic side view and a schematic plan view showing a configuration example of an electronic detector using a scintillator according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a bottom view showing an example of a configuration of a third detector disposed on a second electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a bottom view showing a configuration example of a first electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the relationship between the detection angle and energy of an electron beam detectable by a detector having the configuration shown in FIG. 3 according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing an example of a configuration of an objective lens and an electronic detector in which a third detector is disposed on a first electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
10 is a bottom view showing a configuration example of a third detector disposed on the first electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
11 is a view showing a configuration example of a case in which an electronic detector is divided according to an exemplary embodiment of the present invention, and is a bottom view showing a configuration example of a third detector disposed on the second electrode.
12 is a diagram showing an example of a configuration of an electron beam column having an ExB deflector according to an exemplary embodiment of the present invention.
13 is a view showing a configuration example of an electron beam column having a magnetic field alignment mechanism according to an exemplary embodiment of the present invention.
14 is a view for explaining a method of detecting a defect by an electron beam according to an exemplary embodiment of the present invention.
15 is a graph showing the relationship between the detection angle and energy of an electron beam detectable by a conventional detector according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하에 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 또, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawings, the same reference numerals are assigned to components having substantially the same functional configuration to omit redundant description.

시료에 가까운 위치에 배치되는 전자선 칼럼의 대물 렌즈는 정전 렌즈를 포함할 수 있다. 정전 렌즈 중에서 가장 시료에 가까운 위치에 배치된 제1 전극에 인가되는 제1 전압과 시료에 인가되는 시료 전압 사이의 전위차는 시료 표면의 대전에 영향을 줄 수 있다. 전자선 장치는 제1 전압과 시료 전압의 전위차를 연속적으로 변경하면서 2차 전자나 시료에 의한 반사 전자로 이루어지는 2차(secondary) 전자선을 검출함으로써 시료의 대전 상황(표면 전위)을 효율적으로 측정할 수 있다.The objective lens of the electron beam column disposed close to the sample may include an electrostatic lens. The potential difference between the first voltage applied to the first electrode disposed near the sample among the electrostatic lenses and the sample voltage applied to the sample may affect the charging of the sample surface. The electron beam device can efficiently measure the charging state (surface potential) of a sample by detecting a secondary electron beam composed of secondary electrons or reflected electrons by the sample while continuously changing the potential difference between the first voltage and the sample voltage. have.

대물 렌즈는 3장의 전극으로 이루어지는 정전 렌즈를 포함할 수 있다. 이에 따라, 정전 렌즈의 제1 전극에 인가되는 제1 전압과 시료 전압 사이의 전위차를 변경하였을 때, 포커스 전압(정전 렌즈의 제1 전극 상방에 배치되는 제2 전극의 전압)의 변화가 커서 렌즈의 축 어긋남 등이 발생할 수 있다. 그 결과, 다시 전자선 칼럼의 광학계의 광축 조정이 필요할 수 있고, 신속하게 검사 조건을 바꾸는 것은 어려울 수 있다. 또한, 시료 표면의 전위를 측정하기 위해 제1 전압과 시료 전압 사이의 전위차를 연속적으로 변화시킨 경우, 포커스 전압의 어긋남이 커지고 시료에 대한 조사 스폿 직경이 커짐으로써, 시료에서의 측정 영역이 넓어져 측정 정밀도가 저하될 수 있다.The objective lens may include an electrostatic lens composed of three electrodes. Accordingly, when the potential difference between the first voltage applied to the first electrode of the electrostatic lens and the sample voltage is changed, the change in the focus voltage (the voltage of the second electrode disposed above the first electrode of the electrostatic lens) is large and the lens is large. A misalignment of the axes may occur. As a result, it may be necessary to adjust the optical axis of the optical system of the electron beam column again, and it may be difficult to quickly change the inspection conditions. In addition, when the potential difference between the first voltage and the sample voltage is continuously changed to measure the potential of the sample surface, the shift in the focus voltage and the irradiation spot diameter for the sample become larger, thereby increasing the measurement area in the sample. Measurement accuracy may deteriorate.

또한, 2차 전자선을 검출하는 1개의 검출기가 대물 렌즈가 포함하는 정전 렌즈의 상방에 배치될 수 있다. 전자선 장치에 전자선 칼럼을 복수로서 배치하기 위해 전자선 칼럼의 외경을 작게 하면, 각 전자선 칼럼에 배치되는 검출기의 폭이나 면적이 감소되어 검출기에 의해 검출 가능한 전자선의 범위에 제한이 생길 수 있다. 구체적으로 도 15에 도시된 바와 같이, 검출각(전자선의 입사 방향에 대한 2차 전자선의 진행 방향이 이루는 각)이 작은 2차 전자선이나 검출각이 크고 에너지가 큰 2차 전자선에 대해서는, 전자선 칼럼에 의해 허용된 전자선의 궤도 때문에 대물 렌즈가 포함하는 정전 렌즈의 상방에 배치된 1개의 검출기가 검출하지 못할 수 있다.Further, one detector for detecting the secondary electron beam may be disposed above the electrostatic lens included in the objective lens. If the outer diameter of the electron beam column is reduced in order to arrange a plurality of electron beam columns in the electron beam device, the width or area of the detectors arranged in each electron beam column is reduced, thereby limiting the range of electron beams detectable by the detector. Specifically, as illustrated in FIG. 15, for a secondary electron beam having a small detection angle (angle formed by a direction in which a secondary electron beam travels with respect to an incident direction of an electron beam) or a secondary electron beam having a large detection angle and a large energy, an electron beam column Due to the trajectory of the electron beam allowed by the one detector disposed above the electrostatic lens included in the objective lens may not be detected.

본 발명의 기술적 사상은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적으로 하는 바는 전자선 장치에 복수로서 포함될 수 있는 전자선 칼럼들을 각각 소형화함과 동시에 시료의 결함에 대한 검출 성능을 개선함으로써, 검사 정밀도를 향상시키는 것이 가능한 신규하면서 개량된 전자선 장치를 제공하는 것에 있다.The technical idea of the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the size of the electron beam columns that may be included in a plurality of electron beam devices, and improve the detection performance of defects in a sample. It is to provide a novel and improved electron beam device capable of improving precision.

<1. 전자선 장치의 개략 구성><1. Outline of electron beam device>

도 1을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 장치의 개략 구성에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 장치(1)의 개략 구성을 도시한 도면이다.A schematic configuration of an electron beam device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electron beam device 1 according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 실시예에서, 전자선 장치(1)는, 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)(이하, '웨이퍼(W)'라고도 함)의 반도체 회로 패턴을 검사하기 위한 장치일 수 있다. 전자선 장치(1)는, 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이 챔버 유닛(10), 복수의 전자선 칼럼(20), 제어 전원(30), 제어 장치(40)로 이루어진다.In this embodiment, the electron beam device 1 may be, for example, a device for inspecting a semiconductor circuit pattern of a semiconductor wafer W (hereinafter, also referred to as a “wafer W”). The electron beam device 1 includes, for example, a chamber unit 10, a plurality of electron beam columns 20, a control power supply 30, and a control device 40, as shown in FIG. 1.

챔버 유닛(10)은, 전자선 칼럼(20)에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 전자선을 출사하여 검사할 수 있다. 챔버 유닛(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 웨이퍼(W)가 수납되는 제1 챔버(시료실 진공 챔버)(12)와, 중간실인 제2 챔버(중간실 진공 챔버)(13)와, 전자총이 배치되는 제3 챔버(전자총실 진공 챔버)(14)를 포함할 수 있다.The chamber unit 10 can be inspected by emitting an electron beam to the surface of the wafer W by the electron beam column 20. The chamber unit 10 includes, as shown in FIG. 1, a first chamber (sample chamber vacuum chamber) 12 in which a semiconductor wafer W is housed, and a second chamber (middle chamber vacuum chamber) 13 as an intermediate chamber. And, it may include a third chamber (electron gun chamber vacuum chamber) 14 in which the electron gun is disposed.

제1 챔버(12)에는 웨이퍼(W)를 올려놓기 위한 스테이지(18)가 배치될 수 있다. 스테이지(18)는 시료 안착면에서 웨이퍼(W)의 검사 대상이 되는 면(표면)과 반대측 면(이면)을 지지할 수 있고, 웨이퍼(W)를 표면과 평행한 평면 내에서 임의의 방향으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 스테이지(18)는 검사시에는 웨이퍼(W)가 소정의 방향으로 소정의 이동 속도로 이동하도록 구동 장치(도시생략)에 의해 이동될 수 있다.A stage 18 for placing the wafer W may be disposed on the first chamber 12. The stage 18 can support the surface (surface) opposite to the surface (surface) to be inspected of the wafer W on the sample-receiving surface, and the wafer W in any direction within a plane parallel to the surface. It can be configured to be movable. The stage 18 may be moved by a driving device (not shown) so that the wafer W moves at a predetermined moving speed in a predetermined direction during inspection.

챔버들(12, 13, 14)은 각각 다른 진공도로 설정 가능되도록 독립된 공간으로 되어 있을 수 있고, 소정의 진공도로 하기 위한 진공 펌프들(15, 16, 17)가 각각 접속될 수 있다.The chambers 12, 13, and 14 may have separate spaces so that they can be set to different vacuum degrees, and vacuum pumps 15, 16, and 17 for making a predetermined vacuum degree may be connected to each other.

전자선 칼럼(20)은 광학계에 의해 전자를 스폿 형상으로 수속(?束), 가속하여 얻어지는 전자선(1차 전자선)을 스테이지(18) 상의 웨이퍼(W)에 조사함과 동시에, 검출계에 의해 전자선(2차 전자선)을 검출할 수 있다. 본 실시예에 따른 전자선 장치(1)는 복수의 전자선 칼럼(20)들을 구비할 수 있고, 각 전자선 칼럼(20)은 제1 챔버(12), 제2 챔버(13) 및 제3 챔버(14) 경계의 구획판에 접속될 수 있으며, 중심부에 오리피스(orifice)를 마련하여 빔이 통과하는 부분만이 관통하도록 배치될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 각각의 전자선 칼럼(20)은 동일하게 구성될 수 있다. 전자선 칼럼(20)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.The electron beam column 20 irradiates the wafer W on the stage 18 with an electron beam (primary electron beam) obtained by converging and accelerating electrons in a spot shape by an optical system, and at the same time, an electron beam by the detection system (Secondary electron beam) can be detected. The electron beam device 1 according to the present embodiment may include a plurality of electron beam columns 20, and each electron beam column 20 may include a first chamber 12, a second chamber 13, and a third chamber 14 ) It can be connected to the partition plate of the border, it can be arranged to provide an orifice (orifice) in the center through only the portion through which the beam passes. In this embodiment, each electron beam column 20 may be configured identically. The detailed configuration of the electron beam column 20 will be described later.

제어 전원(30)은 스캔 전압을 각 전자선 칼럼(20)에 전달할 수 있다. 제어 전원(30)은, 예를 들면 하나의 전자선 칼럼(20)에 대해 하나의 제어 전원(30)이 할당되도록 배치될 수 있다. 제어 전원(30)은, 예를 들면 고전압 전류, 고주파 전류 등의 신호를 출력할 수 있다. 각 제어 전원(30)은, 예를 들면 제어 전원(30)이 출력하는 신호(예를 들면, 고주파 전압)의 위상 어긋남을 보정하거나, 주사 신호의 대기 시간을 보정하거나, 필터 등의 제어 전류 회로를 전환하는 보정 기구를 포함할 수도 있다.The control power supply 30 may transmit the scan voltage to each electron beam column 20. The control power supply 30 may be arranged such that, for example, one control power supply 30 is assigned to one electron beam column 20. The control power supply 30 can output signals, such as high voltage current and high frequency current, for example. Each control power supply 30, for example, corrects a phase shift of a signal (eg, high-frequency voltage) output from the control power supply 30, corrects a waiting time of a scanning signal, or controls a control current circuit such as a filter. It may include a correction mechanism for switching.

제어 장치(40)는 제어 명령을 각 전자선 칼럼(20)에 전달 할 수 있고, 또한 웨이퍼(W)에 전자선을 조사함으로써 얻어지는 배선 패턴의 형상을 반영한 출력 신호인 2차 전자선('신호 전자선'이라고도 함)에 기초한 배선 패턴의 화상을 형성할 수 있다. 제어 장치(40)를 통해서 시료인 웨이퍼(W)의 SEM상(주사형 전자 현미경상)이 취득될 수 있다. 제어 장치(40)는 형성한 복수의 배선 패턴의 화상들을 비교하여 배선 패턴의 이상을 검출할 수 있다. 또, 배선 패턴의 이상 검출은 제어 장치(40)가 수행할 수도 있고, 오퍼레이터가 제어 장치(40)로부터 제공된 화상을 보고 판단해도 된다. 제어 장치(40)는 예를 들면 CPU나 GPU를 구비하는 컴퓨터 등의 정보 처리 장치를 포함할 수 있다..The control device 40 can transmit a control command to each electron beam column 20, and also a secondary electron beam (also referred to as a 'signal electron beam') which is an output signal reflecting the shape of the wiring pattern obtained by irradiating the electron beam to the wafer W. Can be formed). An SEM image (scanning electron microscope image) of the wafer W as a sample can be obtained through the control device 40. The control device 40 may detect abnormalities in the wiring pattern by comparing images of the formed plurality of wiring patterns. Further, the abnormality detection of the wiring pattern may be performed by the control device 40, or the operator may look at the image provided from the control device 40 and judge. The control device 40 may include, for example, an information processing device such as a computer having a CPU or GPU.

전자선 장치(1)는 복수의 전자선 칼럼(20)을 구비함으로써 결함 검출 효율을 향상시킬 수 있다. 전자선 장치(1)는, 예를 들면 복수의 전자선 칼럼(20)을 일렬로 배치한 칼럼 열을 포함할 수 있고, 칼럼 열의 배열 방향에 대해 수직인 방향으로 나열된 복수개의 칼럼 열들을 포함할 수도 있다. 이 때, 전자선 장치(1)는 전자선 칼럼(20)을 지그재그 배열이 되도록 배치함으로써 보다 많은 전자선 칼럼(20)을 포함할 수 있다.The electron beam apparatus 1 can improve defect detection efficiency by providing a plurality of electron beam columns 20. The electron beam device 1 may include, for example, column columns in which a plurality of electron beam columns 20 are arranged in a line, and may also include a plurality of column columns arranged in a direction perpendicular to the arrangement direction of the column columns. . At this time, the electron beam device 1 may include more electron beam columns 20 by arranging the electron beam columns 20 in a zigzag arrangement.

<2. 전자선 칼럼의 구성><2. Configuration of electron beam column>

도 2에 기초하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 장치(1)의 전자선 칼럼(20)의 구성에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 칼럼(20)의 구성을 도시한 도면이다. 도 2에서는 정전식 렌즈, 조정계가 도시되지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않고, 예를 들면 자장을 이용한 렌즈, 조정계를 포함할 수도 있다. 검사를 고속으로 하기 위해 전자선을 주사하는 주사 전극은 정전식일 수 있다.The configuration of the electron beam column 20 of the electron beam device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2. 2 is a diagram showing the configuration of an electron beam column 20 according to an exemplary embodiment of the present invention. Although an electrostatic lens and an adjustment system are shown in FIG. 2, the present invention is not limited to this example, and may include, for example, a lens using an magnetic field and an adjustment system. The scanning electrode that scans the electron beam to speed up the inspection may be capacitive.

전자선 칼럼(20)은, 그 하우징(102) 내에 주사형 전자 현미경에서 이용되는 각종 구성요소를 구비할 수 있다. 예를 들면, 전자선 칼럼(20)은 전자총(110), 콘덴서 렌즈계(120), 빔 조리개 기구(130), 광축 조정 기구(140), 블랭킹 전극(150), 구획 밸브(160), 주사 전극(170), 대물 렌즈(180), 전자 검출기(190)를 포함할 수 있다. 전자선 장치(1)에 있어서, 전자 검출기(190)가 검출계를 구성할 수 있고, 그 검출계를 제외한 전자선 광학 요소가 전자선 광학계를 구성할 수 있다.The electron beam column 20 may have various components used in a scanning electron microscope in its housing 102. For example, the electron beam column 20 includes an electron gun 110, a condenser lens system 120, a beam aperture mechanism 130, an optical axis adjustment mechanism 140, a blanking electrode 150, a partition valve 160, and a scanning electrode ( 170), an objective lens 180, and an electronic detector 190. In the electron beam apparatus 1, the electron detector 190 can constitute a detection system, and electron beam optical elements excluding the detection system can constitute an electron beam optical system.

전자총(110)은 전자선을 출사하는 장치로서, 예를 들면 쇼트키(Schottky)형이나 열전계(thermal field) 방출형 전자총이 이용될 수 있다. 전자총(110)은 가속 전압이 인가됨으로써 전자선을 방출할 수 있다. 방출된 전자선은 전자선의 진행방향으로 배열된 콘덴서들(122, 124, 126)을 포함하는 콘덴서 렌즈계(120), 빔 조리개 기구(130)에 의해 집광될 수 있고, 원하는 전류가 되도록 조절될 수 있다.The electron gun 110 is a device that emits electron beams. For example, a Schottky type or a thermal field emission type electron gun may be used. The electron gun 110 may emit electron beams by applying an acceleration voltage. The emitted electron beams can be condensed by the condenser lens system 120, the beam aperture mechanism 130, including the capacitors 122, 124, and 126 arranged in the traveling direction of the electron beam, and can be adjusted to be a desired current. .

광축 조정 기구(140)는 전자선의 비점(astigmatism) 보정, 광축 상의 전자선의 위치, 시료에 대한 전자선의 조사 위치를 조정할 수 있다. 또한, 블랭킹 전극(150)은 스테이지(18) 상의 웨이퍼(W)에 전자선을 조사하지 않도록 일시적으로 전자선을 차단할 수 있다. 블랭킹 전극(150)은 전자총(110)으로부터 방출된 전자선을 구부려 웨이퍼(W)에 전자선이 조사되지 않도록 할 수 있다. 또한, 구획 밸브(160)는 전자선 칼럼(20) 내의 전자총실, 중간실, 시료실을 구획할 수 있다. 구획 밸브(160)는, 예를 들면 시료실에 불량이 발생한 경우에 전자총실이나 중간실이 대기 중에 개방되지 않도록 각 실을 구획하기 위해 이용될 수 있다. 통상 구획 밸브(160)는 개방되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 예시적 실시예에 따라 구획 밸브(160)는 전자선 칼럼(20)에서 제외될 수도 있다.The optical axis adjustment mechanism 140 may correct the astigmatism of the electron beam, the position of the electron beam on the optical axis, and the irradiation position of the electron beam with respect to the sample. In addition, the blanking electrode 150 may temporarily block the electron beam so as not to irradiate the wafer W on the stage 18. The blanking electrode 150 may bend the electron beam emitted from the electron gun 110 so that the electron beam is not irradiated to the wafer W. Further, the partition valve 160 may partition an electron gun chamber, an intermediate chamber, and a sample chamber in the electron beam column 20. The partition valve 160 may be used to partition each chamber such that the electron gun chamber or the intermediate chamber is not opened in the air when a defect occurs in the sample chamber. Normally, the compartment valve 160 may be open. Further, according to an exemplary embodiment of the present invention, the compartment valve 160 may be excluded from the electron beam column 20.

주사 전극(170)은 외부로부터 인가되는 고주파의 제어 신호(전기 신호)에 따라 전자선을 편향시킬 수 있다. 주사 전극(170)에는, 예를 들면 0~400V의 고주파 전류가 인가될 수 있다. 주사 전극(170)에 임의의 제어 신호를 인가하여 전자선을 편향시킴으로써, 전자선은 웨이퍼(W)의 표면 상에서 임의의 방향으로 주사될 수 있다.The scan electrode 170 may deflect the electron beam according to a high-frequency control signal (electrical signal) applied from the outside. A high-frequency current of 0 to 400 V, for example, may be applied to the scan electrode 170. By applying an arbitrary control signal to the scan electrode 170 to deflect the electron beam, the electron beam can be scanned in any direction on the surface of the wafer W.

대물 렌즈(180)는 전자선 칼럼(20)의 선단(tip)부에 배치될 수 있고, 스테이지(18) 상의 웨이퍼(W)와 대향하도록 배치될 수 있다. 대물 렌즈(180)는 주사 전극(170)에 의해 편향된 전자선을 웨이퍼(W)의 표면에 포커스시킬 수 있다. 본 실시예에서 대물 렌즈(180)는 정전 렌즈로서, 4장의 전극을 구비할 수 있다. 대물 렌즈(180)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.The objective lens 180 may be disposed at a tip portion of the electron beam column 20, and may be disposed to face the wafer W on the stage 18. The objective lens 180 may focus an electron beam deflected by the scan electrode 170 on the surface of the wafer W. In this embodiment, the objective lens 180 is an electrostatic lens, and may have four electrodes. The detailed structure of the objective lens 180 will be described later.

전자 검출기(190)는 전자선이 웨이퍼(W)에 조사되어 회로 패턴에 따라 방출된 2차 전자선 및 반사 전자를 검출함으로써 고주파의 검출 신호(신호 전자선)로서 출력하는 검출계에 포함된다. 본 실시예에 따른 전자 검출기(190)는 후술하는 바와 같이 3개의 검출기들(192, 194, 196)을 포함할 수 있다. 전자 검출기(190)에 의해 검출된 검출 신호는, 예를 들면 전달 기구를 통해서 전자선 칼럼(20)의 외부로 전송될 수 있다. 전자 검출기(190)의 검출 신호는, 예를 들면 프리앰프에서 증폭된 후, AD변환기(analog to digital converter)에 의해 회로 패턴의 화상 디지털 데이터로 변환될 수 있다. 제어 장치(40)는 화상 디지털 데이터를 출력할 수 있다.The electron detector 190 is included in a detection system that outputs as a high-frequency detection signal (signal electron beam) by detecting secondary electron beams and reflected electrons emitted by the electron beam to the wafer W and emitted according to a circuit pattern. The electronic detector 190 according to the present embodiment may include three detectors 192, 194, and 196 as described later. The detection signal detected by the electron detector 190 may be transmitted to the outside of the electron beam column 20 through, for example, a delivery mechanism. The detection signal of the electronic detector 190 may be amplified in a preamplifier, and then converted into image digital data in a circuit pattern by an AD converter (analog to digital converter). The control device 40 may output image digital data.

이러한 전자선 칼럼(20)의 구성에 의해, 전자총(110)으로부터 방출된 전자선에 의해 웨이퍼(W)의 표면이 주사될 수 있고, 회로 패턴의 형상, 조성, 대전 상황 등을 반영한 2차 전자나 반사 전자인 2차 전자선이 전자 검출기(190)에 의해 검출될 수 있다. 검출된 2차 전자선의 검출 신호는, 예를 들면 프리앰프나 AD변환기를 통해서 제어 장치(40)에서 처리될 수 있고, 웨이퍼(W)의 회로 패턴의 화상에 기초하여 결함 검출이 수행될 수 있다.With the configuration of the electron beam column 20, the surface of the wafer W can be scanned by the electron beam emitted from the electron gun 110, and secondary electrons or reflections reflecting the shape, composition, and charging conditions of the circuit pattern Secondary electron beams that are electrons may be detected by the electron detector 190. The detection signal of the detected secondary electron beam can be processed in the control device 40 through, for example, a preamplifier or an AD converter, and defect detection can be performed based on an image of a circuit pattern of the wafer W. .

또한, 전자선 칼럼(20)에는 전자선 칼럼(20)의 내부와 외부 간에 정보를 전달하기 위한 전달 기구들(50a, 50b, 50c)이 장착될 수 있다. 전달 기구들(50a, 50b, 50c)은, 예를 들면 전기적인 동작을 수반하는 부재에 대해 외부로부터 전기 신호를 전달하고, 또한 전기적인 동작을 수반하는 부재로부터 발생된 전기 신호를 외부에 전달하는 전기적 전달 기구일 수 있다. 혹은, 전달 기구들(50a, 50b, 50c)은 라이트 가이드 등과 같이, 광을 외부로부터 전달하고 광을 외부에 전달하는 광학적 전달 기구나 기계적인 동작을 수반하는 기계적 전달 기구 등될 수도 있다.Further, the electron beam column 20 may be equipped with delivery mechanisms 50a, 50b, 50c for transferring information between the inside and outside of the electron beam column 20. The transmission mechanisms 50a, 50b, 50c, for example, transmit electrical signals from the outside to the member carrying the electrical action, and also transmit electrical signals generated from the member carrying the electrical action to the outside. It can be an electrical transmission mechanism. Alternatively, the transmission mechanisms 50a, 50b, and 50c may be an optical transmission mechanism that transmits light from the outside and transmits light to the outside, such as a light guide, or a mechanical transmission mechanism that involves mechanical movement.

<3. 대물 렌즈 및 검출기의 구성><3. Structure of objective lens and detector>

도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 칼럼(20)의 대물 렌즈(180) 및 전자 검출기(190)의 구성을 상세하게 나타낸다. 도 3은 전자선 칼럼(20)의 대물 렌즈(180) 및 전자 검출기(190)의 개략 구성을 도시한 단면도이다.3 shows the details of the configuration of the objective lens 180 and the electron detector 190 of the electron beam column 20 according to an exemplary embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the objective lens 180 and the electron detector 190 of the electron beam column 20.

[대물 렌즈][objective]

대물 렌즈(180)는 중심에 전자선이 통과하기 위한 개구를 갖는 통형 구조물일 수 있다. 대물 렌즈(180)는, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 전극(181), 제2 전극(182), 제3 전극(183) 및 제4 전극(184)의 4장의 전극을 포함할 수 있다. 이들 전극들은 대물 렌즈(180)가 스테이지(18) 상의 웨이퍼(W)와 대향하는 측부터 제1 전극(181), 제2 전극(182), 제3 전극(183), 제4 전극(184)의 순서로 배치될 수 있다.The objective lens 180 may be a cylindrical structure having an opening through which an electron beam passes in the center. The objective lens 180 may include four electrodes of the first electrode 181, the second electrode 182, the third electrode 183, and the fourth electrode 184 as illustrated in FIG. 3. . These electrodes are the first electrode 181, the second electrode 182, the third electrode 183, the fourth electrode 184 from the side where the objective lens 180 faces the wafer W on the stage 18 Can be placed in the order of

제1 전극(181)은, 전자선 칼럼(20)의 하우징(102)으로부터 연장 배치된 제2 전극(182)의 지지부(182c)에 절연물(195)을 통하여 접속될 수 있다. 제1 전극(181)은 하우징(102)의 외주와 거의 동일 직경의 외주를 갖는 환상 부재로서, 그 중심에는 전자선이 통과하기 위한 개구가 형성될 수 있다. 제1 전극(181)의 제1면(외면)(181a)은 스테이지(18) 상의 웨이퍼(W)와 대향한다.The first electrode 181 may be connected to the support portion 182c of the second electrode 182 extending from the housing 102 of the electron beam column 20 through the insulating material 195. The first electrode 181 is an annular member having an outer circumference of approximately the same diameter as the outer circumference of the housing 102, and an opening for passing an electron beam may be formed at the center thereof. The first surface (outer surface) 181a of the first electrode 181 faces the wafer W on the stage 18.

제2 전극(182)은 환상의 전극부(182b)와, 그 전극부 및 제1 전극(181)을 지지하는 절연물(195)이 접속된 지지부(182c)를 포함할 수 있다. 지지부(182c)는 하우징(102)과 거의 동일 직경을 갖는 대직경부와, 대직경부보다 소직경인 소직경부를 포함할 수 있다. 대직경부는 하우징(102)과 접속되어 있고, 소직경부는 대직경부에서 제1 전극(181) 측으로 연장될 수 있다. 소직경부의 선단에는 전극부(182b)의 외주 부분이 고정될 수 있다. 전극부(182b)는 제1 전극(181)과 제3 전극(183)의 사이에 배치될 수 있다. 제2 전극(182)의 전극부(182b)의 제1면(제1 전극(181) 측의 면)(182a)에는 후술하는 제3 검출기(196)가 배치될 수 있다.The second electrode 182 may include an annular electrode portion 182b and a support portion 182c to which an insulating material 195 supporting the electrode portion and the first electrode 181 is connected. The support portion 182c may include a large diameter portion having a diameter substantially equal to that of the housing 102 and a small diameter portion having a smaller diameter than the large diameter portion. The large-diameter portion is connected to the housing 102, and the small-diameter portion may extend from the large-diameter portion to the first electrode 181 side. The outer peripheral portion of the electrode portion 182b may be fixed to the tip of the small diameter portion. The electrode portion 182b may be disposed between the first electrode 181 and the third electrode 183. A third detector 196 to be described later may be disposed on the first surface (the surface of the first electrode 181 side) 182a of the electrode portion 182b of the second electrode 182.

제3 전극(183)은 환상의 전극부(183b)와, 그 전극부(183b)를 지지하는 통형 지지부(183c)을 포함할 수 있다. 지지부(183c)는 절연물(197)을 통하여 제4 전극(184)에 접속되는 플랜지부와, 그 플랜지부에서 제1 전극(181) 측으로 연장되는 통부를 포함할 수 있다. 통부는 제2 전극(182)의 소직경부보다 더 소직경이며, 그 선단에는 전극부(183b)의 외주 부분이 고정될 수 있다. 전극부(183b)는 제2 전극(182)과 제4 전극(184)의 사이에 배치될 수 있다.The third electrode 183 may include an annular electrode portion 183b and a cylindrical support portion 183c that supports the electrode portion 183b. The support portion 183c may include a flange portion connected to the fourth electrode 184 through the insulating material 197 and a cylinder portion extending from the flange portion toward the first electrode 181. The cylindrical portion is smaller than the small-diameter portion of the second electrode 182, and an outer circumferential portion of the electrode portion 183b may be fixed to the tip. The electrode portion 183b may be disposed between the second electrode 182 and the fourth electrode 184.

제4 전극(184)은 하우징(102)과 접속된 플랜지부(184c)와, 그 플랜지부(184c)에서 제1 전극(181) 측으로 연장되는 통형 전극부(184b)를 포함할 수 있다. 플랜지부(184c)는 절연물(197)을 통하여 제3 전극(183)을 지지함과 동시에, 그 내주부에서 전극부(184b)의 일단을 지지할 수 있다. 통형 전극부(184b)로 인해, 제3 전극(183)에 고전압을 인가하기 위해 필요한 절연물(예를 들면, 애자(insulator))이 전자선에 노출되지 않을 수 있다. 제4 전극(184)의 전극부의 내경은 제1 전극(181), 제2 전극(182) 및 제3 전극(183)의 각 전극부의 개구의 내경과 거의 동일할 수 있다.The fourth electrode 184 may include a flange portion 184c connected to the housing 102 and a cylindrical electrode portion 184b extending from the flange portion 184c toward the first electrode 181. The flange portion 184c may support the third electrode 183 through the insulating material 197, and at the same time, support one end of the electrode portion 184b at its inner peripheral portion. Due to the cylindrical electrode portion 184b, an insulating material (eg, an insulator) required to apply a high voltage to the third electrode 183 may not be exposed to the electron beam. The inner diameter of the electrode portion of the fourth electrode 184 may be substantially the same as the inner diameter of the opening of each electrode portion of the first electrode 181, the second electrode 182, and the third electrode 183.

제1 전극(181)에는 음전압이 인가될 수 있고, 제2 전극(182)은 접지될 수 있다. 또한, 제3 전극(183)은 포커스용 전극으로, 양전압이 인가될 수 있다. 제3 전극(183)에 양전압이 인가됨으로써 대물 렌즈(180)를 가속 렌즈로서 이용할 수 있다. 이에 따라, 제3 전극(183)에 음전압을 인가하는 경우에 비해 대물 렌즈(180)를 저수차(low aberration)화할 수 있음과 동시에, 방출된 2차 전자를 끌어올려 궤도 변경시킴으로써 집광하는 것이 가능해질 수 있다. 또한, 제4 전극(184)은 접지될 수 있다. 스테이지(18) 상의 웨이퍼(W)에는 음전압이 인가될 수 있다.A negative voltage may be applied to the first electrode 181, and the second electrode 182 may be grounded. In addition, the third electrode 183 is a focus electrode, and a positive voltage may be applied. By applying a positive voltage to the third electrode 183, the objective lens 180 can be used as an acceleration lens. Accordingly, compared to the case where a negative voltage is applied to the third electrode 183, the objective lens 180 can be made to be low aberration, and at the same time, condensing is performed by pulling up the emitted secondary electrons and changing the trajectory. It can be possible. Also, the fourth electrode 184 may be grounded. A negative voltage may be applied to the wafer W on the stage 18.

본 실시예에 따른 전자선 장치(1) 는 대물 렌즈(180)의 제1 전극(181)에 인가되는 제1 전압과 스테이지(18) 상의 웨이퍼(W)에 인가되는 시료 전압의 전위차를 변화시킴으로써, 웨이퍼(W) 표면의 대전이나 검출 가능한 전자 에너지, 검출기에 대한 전자선의 입사각도 등을 변경할 수 있다. 예를 들면 제1 전압을 시료 전압보다 낮게 하면, 에너지가 낮은 전자가 웨이퍼(W)로 되돌아가 대전을 억제하거나 중화할 수 있다. 반대로 제1 전압을 시료 전압보다 높게 하면, 2차 전자를 리프트하여 웨이퍼(W)를 양으로 대전시킬 수 있다.The electron beam device 1 according to the present embodiment changes the potential difference between the first voltage applied to the first electrode 181 of the objective lens 180 and the sample voltage applied to the wafer W on the stage 18, The charging of the wafer W surface, detectable electron energy, and the angle of incidence of the electron beam to the detector can be changed. For example, when the first voltage is lower than the sample voltage, electrons with low energy can be returned to the wafer W to suppress or neutralize charging. Conversely, when the first voltage is higher than the sample voltage, the secondary electrons can be lifted to positively charge the wafer W.

또한, 검출계와 관련하여 제1 전압과 시료 전압의 전위차를 변화시킴으로써, 전자선에 대한 필터링이 가능할 수 있다. 예를 들면 제1 전압을 시료 전압보다 낮게 하면, 대물 렌즈(180)를 고에너지의 전자만을 통과시키는 하이패스 필터로서 사용할 수 있다.In addition, by changing the potential difference between the first voltage and the sample voltage in relation to the detection system, filtering of the electron beam may be possible. For example, if the first voltage is lower than the sample voltage, the objective lens 180 can be used as a high-pass filter through which only high-energy electrons pass.

도 4는 대물 렌즈(180)를 하이패스 필터로서 사용하였을 때의 검출기의 억셉턴스(검출기에 의해 검출 가능한 전자선의 검출각과 에너지의 관계)를 나타낸다. 도 4로부터, 소정의 문턱값 이상의 에너지를 갖는 전자만이 검출되는 것을 판독할 수 있다. 반대로 제1 전압을 시료 전압보다 높게 하면, 2차 전자를 리프트하여 집광하도록 대물 렌즈(180)를 사용할 수 있다.Fig. 4 shows the acceptance of the detector (the relationship between the detection angle of the electron beam detectable by the detector and the energy) when the objective lens 180 is used as a high-pass filter. It can be read from FIG. 4 that only electrons having energy above a predetermined threshold value are detected. Conversely, when the first voltage is higher than the sample voltage, the objective lens 180 may be used to lift and collect secondary electrons.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 제1 전압과 시료 전압의 전위차는 2kV 이하일 수 있다. 이 전위차가 크면 2차 전자선은 직진하여 검출기의 중심 개구로부터 빠져 버리기 때문이다. 전위차를 2kV 이하로 작게 함으로써 2차 전자선은 넓어지고, 이에 따라 중심에 1차 빔이 통과하는 개구를 갖는 동심원(annular)형 검출기와 비교하여 전자가 용이하게 검출될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the potential difference between the first voltage and the sample voltage may be 2 kV or less. This is because when the potential difference is large, the secondary electron beam goes straight and exits from the central opening of the detector. By reducing the potential difference to 2 kV or less, the secondary electron beam is widened, and accordingly, electrons can be easily detected in comparison with an annular detector having an opening through which the primary beam passes in the center.

이와 같이, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 장치(1)는 상기와 같이 4장의 전극을 이용함으로써 대물 렌즈(180)의 제1 전극(181)에 인가되는 제1 전압과 시료 전압의 전위차를 연속적으로 변화시켜도 제3 전극(183)의 포커스 전압의 변화량을 저감할 수 있다. 따라서, 예를 들면 도 14에 도시된 바와 같이, 전자선 장치(1)에 의해 웨이퍼(W)의 결함을 검출하는 경우, 참조 위치에서의 SEM상과 검사 위치에서의 SEM상을 비교하는 동안 화상 비교를 명확하게 행할 수 없는 경우에는 이 전위차를 조정하여 시료의 대전을 변화킴으로써, 취득되는 화상을 조정할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 장치(1)에는 대물 렌즈(180)의 조정에 의해 원하는 화상을 취득함으로써 결함의 검출 성능을 개선하고 검사 정밀도를 향상시킬 수 있음과 동시에, 이 조정을 연속적으로 행할 수 있도록 하여 효율적인 검사를 가능하게 할 수 있다.As described above, the electron beam device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention uses the four electrodes as described above, and thus the potential difference between the first voltage and the sample voltage applied to the first electrode 181 of the objective lens 180. Even if is continuously changed, the amount of change in the focus voltage of the third electrode 183 can be reduced. Thus, for example, as shown in Fig. 14, when the defect of the wafer W is detected by the electron beam apparatus 1, the image is compared while comparing the SEM image at the reference position and the SEM image at the inspection position When can not be performed clearly, by adjusting this potential difference and changing the charge of the sample, the acquired image can be adjusted. In the electron beam device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention, by obtaining the desired image by adjusting the objective lens 180, it is possible to improve the detection performance of defects and improve the inspection accuracy, and at the same time, this adjustment is continuously performed. This can be done to enable efficient inspection.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 장치(1)의 대물 렌즈(180) 에 의한 포커스 전압의 변화에 대해, 3장의 전극을 이용한 경우와 비교하면서 설명한다. 또한, 3장의 전극을 이용한 경우의 구성은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 대물 렌즈(180)를 구성하는 전극 중에서 제2 전극(182)을 생략한 구성으로 간주한다.The change of the focus voltage by the objective lens 180 of the electron beam device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention will be described in comparison with the case of using three electrodes. In addition, the configuration in the case of using three electrodes is regarded as a configuration in which the second electrode 182 is omitted from the electrodes constituting the objective lens 180 according to the exemplary embodiment of the present invention.

제1 전극(181)과 시료 간의 전위차가 0V가 되는 설정을 표준 조건으로 한다. 예를 들면, 전자선의 가속 에너지를 8keV, 전자선의 시료에의 입사 에너지를 1keV라고 하면, 시료 전압은 -7kV, 제1 전극(181)의 제1 전압은 -7kV가 된다.The standard condition is set such that the potential difference between the first electrode 181 and the sample becomes 0V. For example, if the acceleration energy of the electron beam is 8keV and the incident energy of the electron beam to the sample is 1keV, the sample voltage is -7kV, and the first voltage of the first electrode 181 is -7kV.

다음에, 표준 조건에서 제1 전극(181)의 제1 전압을 -6.9kV로 변경하였다고 하자. 이 때, 제1 전극(181)과 시료 간의 전위차는 +0.1kV가 된다. 이 때, 1차 전자선을 시료에 포커스하는 데에 필요한 전압은 +14.4kV로서 관찰된다. 또한, 표준 조건의 포커스 전압은 +14.1kV로서 관찰된다. 따라서, 표준 조건의 포커스 전압 +14.1kV으로부터의 차이인 포커스 전압의 변화량은 0.3kV가 된다. 또한, 표준 조건에서의 포커스 전압에 대한 포커스 전압의 상대 변화량은 2.1%(0.3/14.1%)가 된다.Next, suppose that the first voltage of the first electrode 181 is changed to -6.9 kV under standard conditions. At this time, the potential difference between the first electrode 181 and the sample is +0.1 kV. At this time, the voltage required to focus the primary electron beam on the sample is observed as +14.4 kV. Further, the focus voltage under standard conditions is observed as +14.1 kV. Therefore, the amount of change in the focus voltage that is the difference from the focus voltage +14.1 kV under the standard condition is 0.3 kV. In addition, the relative change amount of the focus voltage with respect to the focus voltage under standard conditions is 2.1% (0.3 / 14.1%).

마찬가지로, 3장의 전극을 이용한 구성에 대해서도 표준 조건에서 제1 전압을 -6.9kV로 변경하였을 때, 1차 전자선을 시료에 포커스하는 데에 필요한 전압은 +12.7kV로서 관찰된다. 또한, 표준 조건의 포커스 전압은 +11.8kV로서 관찰된다. 따라서, 표준 조건의 포커스 전압 +11.8kV으로부터의 차이인 포커스 전압의 변화량은 0.9kV가 된다. 또한, 표준 조건에서의 포커스 전압에 대한 포커스 전압의 상대 변화량은 7.6%(0.9/11.8%)가 된다.Similarly, for a configuration using three electrodes, when the first voltage is changed to -6.9 kV under standard conditions, the voltage required to focus the primary electron beam on the sample is observed as +12.7 kV. Further, the focus voltage under standard conditions is observed as +11.8 kV. Therefore, the amount of change in the focus voltage that is the difference from the focus voltage +11.8 kV under standard conditions is 0.9 kV. Further, the relative change amount of the focus voltage with respect to the focus voltage under standard conditions is 7.6% (0.9 / 11.8%).

이로부터, 본 발명의 예시적 실시예에 따라 4장의 전극으로 대물 렌즈를 구성함으로써, 3장의 전극을 이용한 경우와 비교하여 포커스 전압의 변화량이 약 72% 개선되는 것을 알 수 있다.From this, it can be seen that by configuring the objective lens with four electrodes according to an exemplary embodiment of the present invention, the change in the focus voltage is improved by about 72% compared to the case of using three electrodes.

[검출기][Detector]

본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 칼럼(20)은, 전자선을 검출하는 전자 검출기(190)로서 제1 검출기(192), 제2 검출기(194) 및 제3 검출기(196)의 3개의 검출기를 포함할 수 있다. 전자 칼럼(20)에 하나의 검출기가 배치되는 경우, 도 15에 도시된 바와 같이 검출할 수 없는 전자선이 존재할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 칼럼(20)은 복수, 예를 들면 3개의 검출기들(192, 194, 196)을 포함함으로써, 하나의 검출기로서 검출할 수 없었던 전자선을 검출할 수 있다.The electron beam column 20 according to the exemplary embodiment of the present invention is an electron detector 190 that detects electron beams, and includes three detectors: a first detector 192, a second detector 194, and a third detector 196. It may include. When one detector is disposed in the electron column 20, there may be electron beams that cannot be detected, as shown in FIG. The electron beam column 20 according to the exemplary embodiment of the present invention can detect electron beams that could not be detected as one detector by including a plurality of, for example, three detectors 192, 194, and 196.

제1 검출기(192)는, 도 3에 도시된 바와 같이 대물 렌즈(180) 상방(스테이지(18)와 반대측 방향)에 배치될 수 있다. 제1 검출기(192)는 환상의 전자 검출 센서로서, 그 전자 검출 영역은 제4 전극(184)의 내경보다 작을 수 있다. 제1 검출기(192)는, 대물 렌즈(180)에 가능한 가깝게 배치될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 장치(1)는 복수의 전자선 칼럼(20)을 포함할 수 있기 때문에, 각 검출기의 면적이나 폭이 제한될 수 있다. 그래서, 시료에 보다 가까운 대물 렌즈(180) 에 검출기를 배치함으로써 넓은 범위로 방출된 전자가 검출될 수 있다.The first detector 192 may be disposed above the objective lens 180 (in a direction opposite to the stage 18) as shown in FIG. 3. The first detector 192 is an annular electron detection sensor, and the electron detection region may be smaller than the inner diameter of the fourth electrode 184. The first detector 192 may be disposed as close as possible to the objective lens 180. Since the electron beam device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention may include a plurality of electron beam columns 20, the area or width of each detector may be limited. Thus, by disposing the detector in the objective lens 180 closer to the sample, electrons emitted in a wide range can be detected.

제2 검출기(194)는 환상의 전자 검출 센서로서, 제1 검출기(192)의 더욱 상방에 배치될 수 있다. 예를 들면 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 검출기(194)는 얼라인먼트 기구(160)와 주사 전극(170)의 사이에 배치될 수 있다. 제2 검출기(194)는 제1 검출기(192)의 중심 개구를 빠져나간 전자의 소각도 성분을 검출할 수 있다. 제2 검출기(194)의 개구부의 내경은 제1 검출기(192)의 개구부의 내경보다 작을 수 있다. 복수의 검출기들(192, 194)에 의해서 보다 고효율로 전자를 검출하는 것이 가능해진다.The second detector 194 is an annular electronic detection sensor, and may be further disposed above the first detector 192. For example, as illustrated in FIG. 3, the second detector 194 may be disposed between the alignment mechanism 160 and the scan electrode 170. The second detector 194 may detect the small angle component of electrons passing through the central opening of the first detector 192. The inner diameter of the opening of the second detector 194 may be smaller than the inner diameter of the opening of the first detector 192. It is possible to detect electrons with higher efficiency by the plurality of detectors 192 and 194.

제1 검출기(192) 및 제2 검출기(194)에는, 예를 들면 반도체 검출기나 신틸레이터(scintillator) 등을 포함할 수 있다. 제1 검출기(192)나 제2 검출기(194)가 신틸레이터를 포함한 경우, 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 도 5는 제1 검출기(192)가 신틸레이터(192a)를 포함한 구성을 나타내고 있지만, 제2 검출기(194)도 동일하게 구성될 수 있다.The first detector 192 and the second detector 194 may include, for example, a semiconductor detector or a scintillator. When the first detector 192 or the second detector 194 includes a scintillator, for example, it may be configured as shown in FIG. 5. 5 shows that the first detector 192 includes a scintillator 192a, the second detector 194 may also be configured in the same way.

도 5를 참조하면, 신틸레이터(192a)는 방사선의 입사에 따라 형광을 발하는 물질로서, 신틸레이터(192a)는 입사되는 전자를 광으로 변환할 수 있다. 신틸레이터(192a)에 의해 전자로부터 변환된 광은, 미러면(192b)에서 반사되어 도입 기구인 라이트 가이드(50c)에 유도될 수 있다. 라이트 가이드(50c)의 종단은 광 전자 증배관(photomultiplier tube)(60)과 접속될 수 있고, 광 전자 증배관(60)에 의해 광은 전자로 변환되어 증폭될 수 있다. 증폭된 전자 신호는 검출 회로계에서 검출될 수 있다.Referring to FIG. 5, the scintillator 192a is a material that emits fluorescence upon incident radiation, and the scintillator 192a can convert incident electrons to light. The light converted from the former by the scintillator 192a is reflected by the mirror surface 192b and can be guided to the light guide 50c which is an introduction mechanism. The end of the light guide 50c may be connected to the photomultiplier tube 60, and the light may be converted to electrons and amplified by the photoelectron multiplier tube 60. The amplified electronic signal can be detected in the detection circuit system.

신틸레이터(192a)의 중앙은 개구되어 있고, 그 개구 부분에는 금속통(192c)이 삽입 통과될 수 있다. 금속통(192c)의 내부를 1차 전자선이 통과할 수 있다. 신틸레이터(192a)의 선단은 금속통(192c) 및 금속 커버(192d)로 덮일 수 있고, 절연물이 전자선에 노출되지 않도록 구성될 수 있다. 검출기(192) 전체는, 예를 들면 플랜지(50c2)와 라이트 가이드(50c)의 사이를 O링(50c1)으로 구획될 수 있다. 이에 의해, 전자선 칼럼(20) 내의 진공 부분과 전자선 칼럼(20) 밖의 대기 부분이 구획될 수 있다.The center of the scintillator 192a is open, and a metal cylinder 192c can be inserted through the opening. The primary electron beam may pass through the inside of the metal cylinder 192c. The tip of the scintillator 192a may be covered with a metal cylinder 192c and a metal cover 192d, and may be configured such that the insulating material is not exposed to electron beams. The entire detector 192 may be divided into, for example, an O-ring 50c1 between the flange 50c2 and the light guide 50c. Thereby, the vacuum part in the electron beam column 20 and the atmospheric part outside the electron beam column 20 can be partitioned.

또한, 신틸레이터(192a)에 의해 발광된 형광을 라이트 가이드(50c)로 유도하기 위해, 미러면(192b)에는 알루미늄(Al) 등의 금속이 증착될 수 있다. 또한, 라이트 가이드(50c)의 지지는 광의 누설을 저감하기 위해 접촉 면적을 최소로 하는 것이 바람직하고, 예를 들면 라이트 가이드(50c)는 O링(192b)으로만 지지될 수 있다.Further, in order to induce fluorescence emitted by the scintillator 192a to the light guide 50c, a metal such as aluminum (Al) may be deposited on the mirror surface 192b. In addition, it is preferable that the support of the light guide 50c minimizes the contact area in order to reduce light leakage, for example, the light guide 50c can be supported only by the O-ring 192b.

도 3의 설명으로 되돌아가, 제3 검출기(196)는 환상의 전자 검출 센서로서, 도 6에 도시된 바와 같이 대물 렌즈(180)의 제2 전극(182)의 제1면(182a)에 배치될 수 있다. 제3 검출기(196) 는 대물 렌즈(180)의 선단에서의 공간적인 제한으로 인하여, 예를 들면 반도체 검출기를 포함할 수 있다.Returning to the description of FIG. 3, the third detector 196 is an annular electronic detection sensor, and is disposed on the first surface 182a of the second electrode 182 of the objective lens 180, as shown in FIG. Can be. The third detector 196 may include, for example, a semiconductor detector due to a spatial limitation at the tip of the objective lens 180.

대물 렌즈(180)의 제1 전극(181)에는 웨이퍼(W)로부터의 전자선이 통과하는 개구부(1811)가 형성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이 4개의 개구부(1811)가 제1 전극(181)의 둘레방향을 따라 등간격으로 거의 동일 크기로 형성될 수 있다. 각 개구부(1811)는, 예를 들면 제1 전극(181)을 잘라내어 형성될 수도 있다. 또한, 각 개구부(1811)의 사이에 직경 방향으로 연장되는 그리드(1812)를 마련함으로써 개구부(1811)의 전위은 일정할 수 있다. 또한, 본 실시예에서 개구부(1811)는 4개 형성되어 있지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않고, 제1 전극(181)에 하나 또는 복수의 개구를 마련하여 전자선이 통과 가능하게 될 수 있다.An opening 1811 through which electron beams from the wafer W pass may be formed in the first electrode 181 of the objective lens 180. According to an exemplary embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, four openings 1811 may be formed to be substantially the same size at equal intervals along the circumferential direction of the first electrode 181. Each opening 1811 may be formed by, for example, cutting the first electrode 181. Also, by providing a grid 1812 extending in the radial direction between each opening 1811, the potential of the opening 1811 can be constant. In addition, although four openings 1811 are formed in the present embodiment, the present invention is not limited to these examples, and one or more openings may be provided in the first electrode 181 to allow electron beams to pass therethrough. .

검출기들(192, 194, 196)은, 도 3에 도시된 바와 같은 전자선의 궤도에 대응하여 전자선 칼럼(20) 내에 배치될 수 있다. 즉, 스테이지(18)의 시료 안착면에 수직인 전자선의 입사 방향에 대하여 2차 전자선은 확산되면서 진행할 수 있다. 그래서, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 칼럼(20)에는, 전자선의 입사 방향에 대하여 2차 전자선의 진행 방향이 이루는 각(이하, '검출각'이라고도 함)에 따라 전자를 검출하는 검출기들(192, 194, 196)이 배치될 수 있다. 이와 같이 검출각이 다른 2차 전자선들에 각각 대응하는 복수의 검출기들(192, 194, 196)을 배치하여 상을 취득함으로써, 특정 결함으로부터의 신호를 강조할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼(W)의 홀 바닥의 결함 검출에는 작은 검출각의 전자를 선택적으로 검출할 수 있는 제2 검출기(194)를 이용하는 것이 유용할 수 있다.The detectors 192, 194, and 196 may be disposed in the electron beam column 20 in response to the trajectory of the electron beam as shown in FIG. That is, the secondary electron beam may proceed while being diffused with respect to the incident direction of the electron beam perpendicular to the sample mounting surface of the stage 18. Thus, in the electron beam column 20 according to the exemplary embodiment of the present invention, a detector that detects electrons according to an angle (hereinafter, also referred to as a 'detection angle') formed by the direction in which the secondary electron beam travels with respect to the incident direction of the electron beam Fields 192, 194, 196 may be disposed. As described above, a signal from a specific defect can be emphasized by arranging a plurality of detectors 192, 194, and 196 corresponding to secondary electron beams having different detection angles to acquire an image. For example, it may be useful to use the second detector 194 capable of selectively detecting electrons having a small detection angle for detecting defects at the bottom of the hole of the wafer W.

도 8은 검출기들(192, 194, 196) 각각에 의해 검출되는 전자선의 검출각과 에너지의 관계도를 나타낸다. 도 8에서, 전자 궤도 A의 전자선은 제1 검출기(192)에 의해 검출될 수 있고, 전자 궤도 B의 전자선은 제2 검출기(194)에 의해 검출될 수 있으며, 전자 궤도 C의 전자선은 제3 검출기(196)에 의해 검출될 수 있다.8 shows a relationship diagram of the detection angle and energy of the electron beam detected by each of the detectors 192, 194, and 196. In FIG. 8, the electron beam of the electron track A can be detected by the first detector 192, the electron beam of the electron track B can be detected by the second detector 194, and the electron beam of the electron track C is the third It can be detected by the detector 196.

도 8에 도시된 바와 같이, 제3 검출기(196)는 큰 검출각으로 높은 에너지로 방출된 전자를 검출할 수 있다. 예를 들면, 제3 검출기(196)는 시료의 미소한 요철을 강조하여 관찰할 수 있는 효과를 가져올 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 제3 검출기(196)는 대물 렌즈(180)의 제2 전극(182)에 배치될 수 있다. 즉, 신호선의 레벨이 접지 전위 기준이 되므로 배선의 절연이 용이해지고, 또한 후단의 프리앰프 등 검출 회로계가 접지 전위 기준이 되므로 전자선 장치(1)의 고속 동작이 용이해질 수 있다.As illustrated in FIG. 8, the third detector 196 may detect electrons emitted at high energy with a large detection angle. For example, the third detector 196 may bring about an effect that can be observed by emphasizing minute irregularities of the sample. According to an exemplary embodiment of the present invention, the third detector 196 may be disposed on the second electrode 182 of the objective lens 180. That is, since the level of the signal line serves as a ground potential reference, insulation of the wiring is facilitated, and since a detection circuit system such as a preamplifier at a later stage becomes the ground potential reference, high-speed operation of the electron beam device 1 can be facilitated.

[실시예][Example]

본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 칼럼(20)의 대물 렌즈(180) 및 검출기(190)는 도 3에 도시된 바와 다르게 구성될 수도 있다.The objective lens 180 and the detector 190 of the electron beam column 20 according to an exemplary embodiment of the present invention may be configured differently from those illustrated in FIG. 3.

(실시예 1)(Example 1)

예를 들면, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제3 검출기(196)는 제1 전극(181)에 배치될 수 있다. 즉, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제3 검출기(196)는 대물 렌즈(180)의 제1 전극(181)의 외면(181a)에 배치되어 있다. 제3 검출기(196)를 시료(W)에 가깝게 배치할 수 있기 때문에, 보다 넓은 각도로 방출된 2차 전자선을 검출하는 것이 가능해진다. 이 경우, 전자선이 고압에 떠 버리기(floating) 때문에, 고전압용 차동 앰프(differential amplifier)를 사용할 필요가 있다.For example, as illustrated in FIGS. 9 and 10, the third detector 196 may be disposed on the first electrode 181. That is, as illustrated in FIGS. 9 and 10, the third detector 196 is disposed on the outer surface 181a of the first electrode 181 of the objective lens 180. Since the third detector 196 can be disposed close to the sample W, it becomes possible to detect the secondary electron beam emitted at a wider angle. In this case, since the electron beam floats at a high voltage, it is necessary to use a differential amplifier for high voltage.

(실시예 2)(Example 2)

또한, 환상의 각 검출기들(192, 194, 196)은 분할된 면들로서 구성될 수 있다. 제3 검출기(196)를 예로 들면, 예컨대 도 11에 도시된 바와 같이, 제3 검출기(196)는 둘레방향으로 4분할된 검출부들(1961, 1962, 1963, 1964)을 포함할 수 있다. 이 때, 각 검출부들(1961, 1962, 1963, 1964)의 크기는 동일할 수 있다. 이에 따라, 검출부들(1961, 1962, 1963, 1964) 각각은 대응하는 특정 방위로 방출된 전자를 각각 검출할 수 있고, 검출부들(1961, 1962, 1963, 1964) 각각이 검출한 값들의 차분을 취함으로써 요철을 강조한 상을 취득할 수 있다. 특히 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 대물 렌즈(180)에 정전 렌즈를 이용하는 경우, 회전이 없고 방향성이 유지되기 때문에 보다 효과적일 수 있다.Also, each of the annular detectors 192, 194, 196 can be configured as divided faces. Taking the third detector 196 as an example, for example, as illustrated in FIG. 11, the third detector 196 may include detection units 1961, 1962, 1963, and 1964 divided into four in the circumferential direction. At this time, the sizes of the respective detection units 1961, 1962, 1963, and 1964 may be the same. Accordingly, each of the detection units 1961, 1962, 1963, and 1964 can detect electrons emitted in a corresponding specific orientation, and the difference between the values detected by each of the detection units 1961, 1962, 1963, and 1964 is determined. By taking it, an image emphasizing the irregularities can be obtained. In particular, according to an exemplary embodiment of the present invention, when using an electrostatic lens for the objective lens 180, it may be more effective because there is no rotation and directionality is maintained.

(실시예 3)(Example 3)

제2 검출기(194)의 검출 효율을 향상시키는 방법으로서, 예를 들면 도 12에 도시된 바와 같이, 전자선 칼럼(20)에 대물 렌즈(180) 및 제1 검출기(192)의 상부에 전자선을 편향시키는 편향 기구로서 정전장과 자장이 직교한 ExB 편향기(200)가 배치될 수 있다. 또한, 도 12에서는 대물 렌즈(180) 및 전자 검출기(190)에 전압을 인가하는 전원에 대한 도시를 생략하고 있지만, 각각 도 3과 동일한 전압이 인가될 수 있다.As a method for improving the detection efficiency of the second detector 194, for example, as shown in FIG. 12, the electron beam is deflected on the objective lens 180 and the first detector 192 on the electron beam column 20. As a biasing mechanism, an ExB deflector 200 having an orthogonal electric field and a magnetic field may be disposed. In addition, although the illustration of the power supply for applying the voltage to the objective lens 180 and the electronic detector 190 is omitted in FIG. 12, the same voltage as in FIG. 3 may be applied.

도 12에 도시된 바와 같이, ExB 편향기(200)의 상방에는 주사 전극(170), 제2 검출기(194)가 배치될 수 있다. 이 때, 전자선 칼럼(20)은 1차 전자선이 ExB 편향기(200)에 의해 편향되지 않는(즉, 직진하는) 빈(wien) 조건으로 설정될 수 있다. 2차 전자, 반사 전자로 이루어지는 신호 전자선은 1차 전자선과 진행 방향이 반대이기 때문에, ExB 편향기(200)에 의해 편향될 수 있다. 이와 같이 신호 전자선을 제2 검출기(194)의 검출 영역에 입사시키도록 ExB 편향기(200)에 의해 신호 전자선을 편향시킴으로써, 제2 검출기(194)는 보다 효율적으로 신호 전자선을 검출할 수 있다.12, a scan electrode 170 and a second detector 194 may be disposed above the ExB deflector 200. At this time, the electron beam column 20 may be set in a condition that the primary electron beam is not deflected (ie, going straight) by the ExB deflector 200. The signal electron beam composed of secondary electrons and reflected electrons may be deflected by the ExB deflector 200 because the traveling direction is opposite to that of the primary electron beam. As described above, by deflecting the signal electron beam by the ExB deflector 200 so that the signal electron beam is incident on the detection region of the second detector 194, the second detector 194 can detect the signal electron beam more efficiently.

(실시예 4)(Example 4)

혹은 제2 검출기(194)의 검출 효율을 향상시키는 다른 방법으로서, 예를 들면 도 13에 도시된 바와 같이, 대물 렌즈(180) 및 제1 검출기(192)의 상부에 전자선을 편향시키는 편향 기구로서 자장형 얼라인먼트 기구(300)가 배치될 수 있다. 또한, 도 13에서도 대물 렌즈(180) 및 전자 검출기(190)에 전압을 인가하는 전원에 대한 도시를 생략하고 있지만, 각각 도 3과 동일한 전압이 인가될 수 있다.Alternatively, as another method of improving the detection efficiency of the second detector 194, for example, as shown in FIG. 13, as a deflection mechanism for deflecting electron beams on top of the objective lens 180 and the first detector 192 The magnetic field alignment mechanism 300 may be disposed. In addition, although the illustration of the power supply for applying voltage to the objective lens 180 and the electronic detector 190 is also omitted in FIG. 13, the same voltage as in FIG. 3 may be applied.

도 13에 도시된 바와 같이, 얼라인먼트 기구(300)의 상방에는 주사 전극(170)이 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 주사 전극(170)에 상을 구성하기 위한 주사 신호에 덧붙여 정적인 얼라인먼트 전압이 중첩될 수 있다. 즉, 2단으로 배치된 주사 전극들(172, 174)도 얼라인먼트 기구의 일부로서 기능할 수 있다. 주사 전극(170)의 상방에는 제2 검출기(194)가 배치될 수 있다.13, the scan electrode 170 may be disposed above the alignment mechanism 300. In this embodiment, a static alignment voltage may be superimposed on the scan electrode 170 in addition to the scan signal for constructing an image. That is, the scan electrodes 172 and 174 arranged in two stages can also function as part of the alignment mechanism. A second detector 194 may be disposed above the scan electrode 170.

1차 전자선은 주사 전극들(172, 174) 및 얼라인먼트 기구(300)에 의한 3단 얼라인먼트에 의해 편향되어 제1 검출기(192)의 개구를 통과하도록 중심축 상으로 되돌아갈 수 있다. 제1 검출기(192)의 개구를 통과한 1차 전자선은 스테이지(18) 상의 웨이퍼(W)에 조사될 수 있다.The primary electron beam may be deflected by the three-stage alignment by the scan electrodes 172 and 174 and the alignment mechanism 300 and return to the central axis to pass through the opening of the first detector 192. The primary electron beam passing through the opening of the first detector 192 may be irradiated to the wafer W on the stage 18.

웨이퍼(W)에 의해 반사된 전자선 및 2차 전자로 이루어지는 신호 전자선은 1차 전자선과 진행 방향이 반대가 될 수 있다. 따라서, 제1 검출기(192)의 개구를 통과한 신호 전자선은, 우선 자장형 얼라인먼트 기구(300)에 의해 1차 전자선과는 반대방향으로 편향될 수 있고, 이어지는 주사 전극들(172, 174)에 인가된 중첩된 얼라인먼트 전압에 의해 더욱 편향된 후, 제2 검출기(194)에 입사할 수 있다. 이와 같이 주사 전극들(172, 174) 및 얼라인먼트 기구(300)에 의해 전자선의 진행 방향을 얼라인먼트함으로써, 신호 전자선을 제2 검출기(194)의 검출 영역에 입사시킬 수 있고, 제2 검출기(194)는 신호 전자선을 보다 효율적으로 검출할 수 있다.A signal electron beam composed of electron beams and secondary electrons reflected by the wafer W may have opposite directions to the primary electron beam. Therefore, the signal electron beam passing through the opening of the first detector 192 can be first deflected in the opposite direction to the primary electron beam by the magnetic field alignment mechanism 300, and then to the subsequent scan electrodes 172 and 174. After being further deflected by the applied overlapping alignment voltage, it may enter the second detector 194. Thus, by aligning the traveling direction of the electron beam by the scan electrodes 172 and 174 and the alignment mechanism 300, the signal electron beam can be incident on the detection region of the second detector 194, and the second detector 194 Can detect the signal electron beam more efficiently.

도 12에 도시된 실시예 3 및 도 13에 도시된 실시예 4는, 제1 검출기(192)가 신호 전자선의 대부분을 검출하고, 제2 검출기(194)가 작은 검출각의 신호 전자선을 검출함으로써, 검출각이 선택된 SEM상을 취득하는 것이 가능해진다. 특히 소형의 전자선 칼럼(20)에서는 검출기(190)의 크기가 제한되어 있기 때문에, 검출각이 선택된 SEM상을 취득할 수 있는 이러한 구성은 유용하다. 또, 대물 렌즈(180) 및 검출기(190)의 배치, ExB 편향기(200)나 얼라인먼트 기구(300) 등과 같은 전자선을 편향시키는 편향 기구의 배치는 상기 실시예들 1~4에 한정되는 것은 아니고, 다른 구성이나 조합도 가능하다.In the third embodiment shown in Fig. 12 and the fourth embodiment shown in Fig. 13, the first detector 192 detects most of the signal electron beams, and the second detector 194 detects the signal electron beam of a small detection angle. , It becomes possible to acquire the SEM image in which the detection angle is selected. In particular, since the size of the detector 190 is limited in the small electron beam column 20, such a configuration that can acquire an SEM image with a selected detection angle is useful. In addition, the arrangement of the objective lens 180 and the detector 190, the arrangement of the deflection mechanism for deflecting an electron beam, such as the ExB deflector 200 or the alignment mechanism 300, is not limited to the above embodiments 1 to 4 , Other configurations or combinations are possible.

이상, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 전자선 장치(1)의 구성과 그 작용에 대해 설명하였다. 본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 전자선 장치(1)에 복수로서 포함되어 있는 전자선 칼럼(20)이 소형화될 수 있고, 동시에 결함의 검출 성능이 개선되고 고효율화될 수 있다. 또한, 대물 렌즈(180)가 4개의 전극을 포함함으로써, 제1 전극(181)의 제1 전압과 시료 전압의 전위차를 변화시켰을 때의 제3 전극(183)의 제3 전압(즉, 포커스 전압)의 변화량이 저감될 수 있다. 이에 의해, 저가속 고성능인, 즉 저수차의 전자선 칼럼(20)을 실현할 수 있다.The configuration and operation of the electron beam device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention has been described above. According to the exemplary embodiment of the present invention, the electron beam column 20 included as a plurality in the electron beam apparatus 1 can be miniaturized, and at the same time, the detection performance of defects can be improved and high efficiency. Further, when the objective lens 180 includes four electrodes, the third voltage of the third electrode 183 when the potential difference between the first voltage of the first electrode 181 and the sample voltage is changed (that is, the focus voltage) ) Can be reduced. Thereby, the low-speed, high-performance, that is, low-aberration electron beam column 20 can be realized.

또한, 2차 전자나 시료에 의한 반사 전자로 이루어지는 2차 전자선을 검출하는 검출기들(192, 194, 196)을 2차 전자선의 진행 방향을 따라 배치함으로써, 검출이 어려웠던 작은 검출각의 전자선이나 큰 검출각이면서 고에너지인 전자선의 검출도 가능해진다. 이에 따라 시료의 대전 상황이나, 검출기종에 따른 다양한 검출 조건에 대응하는 것이 가능한 전자선 장치(1)를 실현할 수 있다.Further, detectors 192, 194, and 196 for detecting secondary electron beams composed of secondary electrons or reflected electrons by a sample are disposed along the traveling direction of the secondary electron beams, thereby making it difficult to detect electron beams or large electron beams with small detection angles. It is possible to detect an electron beam having a high detection angle and high energy. Accordingly, it is possible to realize the electron beam apparatus 1 capable of responding to the charging condition of the sample and various detection conditions according to the detector species.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속한 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자이면, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서 각종 변경예 또는 수정예에 도달할 수 있음은 명백하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.The preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to these examples. If a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains, it is clear that various modifications or amendments can be reached within the scope of the technical spirit described in the claims, and of course, the technical aspects of the present invention are also provided. It is understood to fall within the scope.

1: 전자선 장치 10: 챔버 유닛 18: 스테이지
20 전자선 칼럼 30: 제어 전원 40: 제어 장치
102 하우징 110: 전자총 120: 콘덴서 렌즈계
130 빔 조리개 기구 140: 광축 조정 기구 150: 블랭킹 전극
160 구획 밸브 170: 주사 전극 180: 대물 렌즈
181: 제1 전극 182: 제2 전극 183: 제3 전극
184 제4 전극 190: 전자 검출기 192: 제1 검출기
194 제2 검출기 196: 제3 검출기 200: ExB 편향기
300: 얼라인먼트 기구 W: 반도체 웨이퍼DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron beam apparatus 10 Chamber chamber 18 Stage
20 Electron beam column 30: Control power supply 40: Control device
102 housing 110: electron gun 120: condenser lens system
130 beam aperture mechanism 140: optical axis adjustment mechanism 150: blanking electrode
160 Compartment valve 170: Scanning electrode 180: Objective lens
181: first electrode 182: second electrode 183: third electrode
184 fourth electrode 190: electronic detector 192: first detector
194 Second detector 196: Third detector 200: ExB deflector
300: alignment mechanism W: semiconductor wafer

Claims

시료 표면에 전자선을 조사하는 전자선 광학계 및 상기 전자선의 조사에 따라 발생한 전자를 검출하는 검출계를 하우징 내부에 구비하는 전자선 칼럼을 포함하고,
상기 전자선 광학계는 상기 시료 표면에 대해 출사된 전자선을 소정 위치에 포커스시키는 대물 렌즈를 포함하고,
상기 대물 렌즈는 상기 시료에 대향하는 측부터 차례대로 음전압이 인가되는 제1 전극, 접지되는 제2 전극, 포커스 전압이 인가되는 제3 전극 및 접지되는 제4 전극을 포함하는 4개의 전극을 포함하는 정전 렌즈인 것을 특징으로 하는 전자선 장치.An electron beam column including an electron beam optical system for irradiating electron beams to a sample surface and a detection system for detecting electrons generated by irradiation of the electron beam inside the housing,
The electron beam optical system includes an objective lens that focuses the electron beam emitted to the sample surface at a predetermined position,
The objective lens includes four electrodes including a first electrode to which a negative voltage is sequentially applied from a side opposite to the sample, a second electrode to be grounded, a third electrode to which a focus voltage is applied, and a fourth electrode to be grounded. Electron beam device, characterized in that the electrostatic lens.

제1항에 있어서, 상기 검출계는,
상기 대물 렌즈에 대해 상기 시료와 반대측에 배치되는 제1 검출기; 및
상기 제1 검출기보다 더 상기 시료로부터 떨어진 상방에 배치되는 제2 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자선 장치.The method of claim 1, wherein the detection system,
A first detector disposed on the opposite side of the sample relative to the objective lens; And
And a second detector disposed above the sample more than the first detector.

제2항에 있어서, 상기 검출계는,
상기 대물 렌즈에 배치되는 제3 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자선 장치.The method of claim 2, wherein the detection system,
And a third detector disposed on the objective lens.

제3항에 있어서,
상기 제3 검출기는 상기 대물 렌즈의 상기 제1 전극에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자선 장치.According to claim 3,
The third detector is an electron beam device, characterized in that disposed on the first electrode of the objective lens.

제3항에 있어서,
상기 제3 검출기는 상기 대물 렌즈의 상기 제2 전극에 배치되고,
상기 제1 전극은 상기 제3 검출기를 노출시키는 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자선 장치.According to claim 3,
The third detector is disposed on the second electrode of the objective lens,
The first electrode includes an opening exposing the third detector.

제3항에 있어서,
상기 제1 검출기, 상기 제2 검출기 및 상기 제3 검출기는 각각 환상(環狀)인 것을 특징으로 하는 전자선 장치.According to claim 3,
The first detector, the second detector, and the third detector are respectively electron beam devices, characterized in that (환상).

제2항에 있어서,
상기 전자선 칼럼은 상기 제1 검출기와 상기 제2 검출기의 사이에 배치되고, 전자선을 편향시키는 편향 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자선 장치.According to claim 2,
The electron beam column is disposed between the first detector and the second detector, and the electron beam device comprises a deflection mechanism for deflecting the electron beam.

제1항에 있어서,
상기 포커스 전압은 양전압인 것을 특징으로 하는 전자선 장치.According to claim 1,
The focus voltage is an electron beam device, characterized in that the positive voltage.

제1항에 있어서,
상기 제1 전극에 인가되는 전압과 상기 시료에 인가되는 전압의 전위차는 조정 가능한 것을 특징으로 하는 전자선 장치.According to claim 1,
The electron beam device, wherein the potential difference between the voltage applied to the first electrode and the voltage applied to the sample is adjustable.

제1항에 있어서,
상기 전자선 칼럼을 복수로서 포함하는 전자선 장치.According to claim 1,
An electron beam device comprising a plurality of the electron beam columns.