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KR20230068893A - 주사 전자 현미경(Scannig Electron Microscope, 이하 SEM), SEM을 동작시키는 방법 및 이를 이용한 반도체 소자를 제조하는 방법 - Google Patents

주사 전자 현미경(Scannig Electron Microscope, 이하 SEM), SEM을 동작시키는 방법 및 이를 이용한 반도체 소자를 제조하는 방법 Download PDF

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KR20230068893A
KR20230068893A KR1020210155159A KR20210155159A KR20230068893A KR 20230068893 A KR20230068893 A KR 20230068893A KR 1020210155159 A KR1020210155159 A KR 1020210155159A KR 20210155159 A KR20210155159 A KR 20210155159A KR 20230068893 A KR20230068893 A KR 20230068893A
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KR
South Korea
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energy
wafer
image
electron beam
electrons
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Pending
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KR1020210155159A
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English (en)
Inventor
안재형
김광은
김석
손영훈
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US17/879,515 priority patent/US12362138B2/en
Priority to CN202210939273.7A priority patent/CN116110768A/zh
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Abstract

예시적인 실시예들에 따르면, 주사 전자 현미경(Scannig Electron Microscope, 이하 SEM)이 제공된다. 상기 SEM은, 전자 총; 편향기; 대물 렌즈; 제1 및 제2 디텍터들; 입력 전자 빔에 의해 웨이퍼로 방출된 상기 방출 전자들 중 제1 에너지 미만의 에너지를 갖는 전자들을 상기 제1 디텍터로부터 차단하도록 구성된 제1 에너지 필터; 상기 방출 전자들 중 제2 에너지 미만의 에너지를 갖는 전자들을 상기 제2 디텍터로부터 차단하도록 구성된 제2 에너지 필터;를 포함한다.

Description

주사 전자 현미경(Scannig Electron Microscope, 이하 SEM), SEM을 동작시키는 방법 및 이를 이용한 반도체 소자를 제조하는 방법{SEM PHOTORESIST INSPECTION APPARATUS, METHOD OF OPERATING SEM AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 주사 전자 현미경(Scannig Electron Microscope, 이하 SEM), SEM의 동작 방법 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 관한 것이다.
주사 전자 현미경(Scannig Electron Microscope, 이하 SEM)은 시료 표면의 형상의 국소해부학적(topographical) 정보, 시료를 구성하는 입자들의 형상과 크기 등의 형태학적(morphological) 정보 및 시료 내 원자들의 배열(Arrangement) 등의 결정학적(crystallographic) 정보를 분석할 수 있다.
SEM은 광학현미경(Optical Microscope)의 분해능(resolution) 한계로 인해 계측 불가한 미세구조에 대한 관찰을 가능하게 했으며, 이에 따라 의학, 생명공학, 생물학, 미생물, 재료공학, 식품공학 등 넓은 분야에 적용되고 있다. 특히, 저진공 조건에서 영상을 관찰할 수 있는 저진공 SEM이 개발됨에 따라, SEM의 적용이 확대되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 계측의 민감도가 제고된 전자 주사 현미경을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따르면, 주사 전자 현미경(Scannig Electron Microscope, 이하 SEM)이 제공된다. 상기 SEM은, 입력 전자 빔을 생성하고, 웨이퍼 상에 상기 입력 전자 빔을 조사하도록 구성된 전자 총; 상기 전자 총과 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고 상기 입력 전자 빔의 경로를 편향시키도록 구성된 편향기; 상기 편향기와 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고 상기 입력 전자 빔을 상기 웨이퍼 상에 포커싱하도록 구성된 대물 렌즈; 상기 입력 전자 빔에 의해 상기 웨이퍼로부터 방출된 방출 전자들을 검출하여 제1 이미지를 생성하도록 구성된 제1 디텍터; 상기 방출 전자들을 검출하여 제2 이미지를 생성하도록 구성된 제2 디텍터; 상기 방출 전자들 중 제1 에너지 미만의 에너지를 갖는 전자들을 상기 제1 디텍터로부터 차단하도록 구성된 제1 에너지 필터; 상기 방출 전자들 중 제2 에너지 미만의 에너지를 갖는 전자들을 상기 제2 디텍터로부터 차단하도록 구성된 제2 에너지 필터; 상기 제1 이미지 및 제2 이미지에 기초하여 상기 제1 에너지 및 상기 제2 에너지 사이의 상기 방출 전자들에 의한 상기 웨이퍼의 이미지를 생성하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
예시적인 실시예들에 따르면 SEM이 제공된다. 상기 SEM은, 입력 전자 빔을 생성하고, 웨이퍼 상에 상기 입력 전자 빔을 조사하도록 구성된 전자 총; 상기 전자 총과 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고 상기 입력 전자 빔의 경로를 편향시키도록 구성된 편향기; 상기 편향기와 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고 상기 입력 전자 빔을 상기 웨이퍼 상에 포커싱하도록 구성된 대물 렌즈; 상기 대물 렌즈와 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고, 상기 입력 전자 빔에 의해 상기 웨이퍼로부터 방출된 방출 전자들을 중 제1 에너지 미만의 에너지를 갖는 전자들을 차단하도록 구성되고 및 상기 웨이퍼에 유도된 전하를 중성화하도록 구성된 제1 에너지 필터; 상기 방출 전자들을 검출하여 제1 이미지를 생성하도록 구성된 제1 디텍터; 상기 방출 전자들을 검출하여 제2 이미지를 생성하도록 구성된 제2 디텍터;를 포함한다.
예시적인 실시예들에 따르면 SEM이 제공된다. 상기 SEM은, 입력 전자 빔을 생성하고, 웨이퍼 상에 상기 입력 전자 빔을 조사하도록 구성된 전자 총; 상기 전자 총과 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고 상기 입력 전자 빔의 경로를 편향시키도록 구성된 편향기; 상기 편향기와 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고 상기 입력 전자 빔을 상기 웨이퍼 상에 포커싱하도록 구성된 대물 렌즈; 상기 입력 전자 빔에 의해 상기 웨이퍼로부터 방출된 방출 전자들 중 차단 에너지 이하의 에너지를 갖는 전자들을 차단하도록 구성된 에너지 필터로서, 상기 에너지 필터는 상기 차단 에너지를 50eV보다 더 큰 제1 에너지 및 상기 제1 에너지보다 더 큰 제2 에너지로 조절가능하도록 구성되고; 상기 제1 에너지 이상의 상기 방출 전자들 및 상기 제2 에너지 이상의 방출 전자들을 센싱하도록 구성된 디텍터; 및 상기 제1 에너지 이상의 상기 방출 전자들에 의한 신호와 상기 제2 에너지 이하의 전자들에 의한 신호에 차분 연산을 수행하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 웨이퍼 검사 방법이 제공된다. 상기 방법은, 제1 에너지를 제1 에너지 필터의 차단 에너지로 세팅하고 및 제2 에너지를 제2 에너지 필터의 차단 에너지로 세팅하는 단계; 웨이퍼에 입력 전자 빔을 조사하고, 상기 입력 전자 빔에 대응하여(In response to) 상기 웨이퍼로부터 방출된 방출 전자들을 센싱하여 제1 이미지 및 제2 이미지를 생성하는 단계로서, 상기 제1 이미지는 제1 에너지 이상의 상기 방출 전자들에 의해 생성되고 상기 제2 이미지는 상기 제2 에너지 이상의 상기 방출 전자들에 의해 생성되며 상기 제1 에너지는 상기 제2 에너지보다 더 작고; 차분 이미지를 생성하도록 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지 사이의 차분 연산을 수행하는 단계를 포함한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 반도체 소자 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은, 웨이퍼 상에 교대로 적층된 복수의 절연층들 및 복수의 희생층들로 구성된 몰드 및 상기 몰드를 수직 방향으로 관통하는 복수의 채널 구조들을 형성하는 단계; 상기 복수의 희생층들을 노출시키도록 상기 몰드를 수직으로 관통하는 워드라인 컷을 형성하는 단계; 상기 희생층들을 제거하고, 상기 절연층들 사이에 게이트 전극들을 형성하는 단계로서, 상기 게이트 전극들 각각은 상기 게이트 전극들 중 위에 배치된 것보다 수평으로 돌출된 계단 구조를 구성하고, 상기 게이트 전극들의 상면을 노출시키는 컨택 홀들을 형성하는 단계; 상기 컨택 홀들을 계측하는 단계;를 포함하되, 상기 컨택 홀들을 계측하는 단계는, 제1 에너지를 제1 에너지 필터의 차단 에너지로 세팅하고 및 제2 에너지를 제2 에너지 필터의 차단 에너지로 세팅하는 단계; 상기 웨이퍼에 입력 전자 빔을 조사하고, 상기 입력 전자 빔에 대응하여(In response to) 상기 웨이퍼로부터 방출된 방출 전자들을 센싱하여 제1 이미지 및 제2 이미지를 생성하는 단계로서, 상기 제1 이미지는 제1 에너지 이상의 상기 방출 전자들에 의해 생성되고 상기 제2 이미지는 상기 제2 에너지 이상의 상기 방출 전자들에 의해 생성되며 상기 제1 에너지는 상기 제2 에너지보다 더 작고; 및 차분 이미지를 생성하도록 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지 사이의 차분 연산을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 웨이퍼의 표면 및 하지층의 사이에 개재된 구조들로부터의 신호에 대한 감도가 제고된 주사 전자 현미경(Scannig Electron Microscope, 이하 SEM)이 제공된다. 예시적인 실시예들에 따르면, 컨택 홀을 형성하는 과정에서 발생하는 과도 식각에 의한 단락 불량을 검출할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 다른 효과들은 이하의 설명으로부터 본 개시의 예시적인 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적인 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 예시적인 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 주사 전자 현미경(Scannig Electron Microscope, 이하 SEM)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 SEM의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 SEM의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 도 4a 내지 도 4c는 예시적인 실시예들에 따른 SEM의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 SEM을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 SEM을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 SEM의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11a 내지 도 11f는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 주사 전자 현미경(Scannig Electron Microscope, 이하 SEM)(1)을 설명하기 위한 도면이다.
SEM(1)은 웨이퍼(W)를 계측하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, SEM(1)은 반도체 소자의 제조 공정이 수행된 웨이퍼(W)를 스캐닝 방식으로 계측할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, SEM(1)은 웨이퍼(W)를 계측함으로써, 웨이퍼(W)의 국소해부학적(topographical) 정보, 웨이퍼(W)를 구성하는 입자들의 형상과 크기 등의 형태학적(morphological) 정보 및 웨이퍼(W) 내 원자들의 배열상태 등의 결정학적(crystallographic) 정보를 얻을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, SEM(1)은 입력 전자 빔(IEB)을 웨이퍼(W)에 조사하고, 입력 전자 빔(IEB)과 웨이퍼(W)의 상호작용에 의해 웨이퍼(W)로부터 방출된 방출 전자들(EE)을 검출함으로써 웨이퍼(W) 상에 수행된 반도체 소자의 제조 공정을 평가할 수 있다. 방출 전자들(EE)은 탄성 산란에 의해 생성되거나, 비탄성 산란에 의해 생성될 수 있다.
탄성 산란은, 입력 전자 빔(IEB)에 포함된 전자들이, 웨이퍼(W)를 구성하고 있는 원자 핵들의 전위에 의해, 입력 전자 빔(IEB)에 포함된 전자들의 에너지의 실질적인 변화 없이, 입력 전자 빔(IEB)의 입력 방향과 반대 방향으로 지향되는 현상이다. 탄성 산란에 의해 웨이퍼(W) 표면으로부터 탈출하는 전자들을 후방 산란 전자들이라고하며, 후방 산란 전자들은 약 50eV 이상의 에너지를 가질 수 있다. 후방 산란 전자들은 웨이퍼(W) 표면 근방의 구조에 관한 정보 및 조성에 관한 정보를 포함할 수 있다.
비탄성 산란은, 입력 전자 빔(IEB)에 포함된 전자들이 웨이퍼(W)의 표면에 입사했을 때, 웨이퍼(W) 내의 원자들의 전자 궤도 상의 전자들과의 상호 작용으로 인해 웨이퍼(W) 내의 원자들에 포함된 전자들이 방출되는 현상이다. 비탄성 산란에 의해, 이차 전자(Secondary Electron), 오제(Auger) 전자 및 X-선이 방출될 수 있다. 방출 전자들(EE) 중 이차 전자들은 수 eV 정도의 에너지를 가질 수 있다. 이차 전자들은 웨이퍼(W) 표면 근방의 요철에 관한 정보를 포함할 수 있다.
이차 전자들은 입력 전자 빔(IEB)에 포함된 전자들에 의해 웨이퍼(W) 내의 원자들에 속박된 전자들에 에너지가 전달되어, 상기 원자들에 속박된 전자들이 자유 전자로 방출된 것이다. 원자가 밴드(valence band) 이외의 낮은 에너지 준위의 전자들이 이차 전자로서 방출되는 경우 높은 에너지 준위에 있는 전자들이 낮은 에너지 준위로 이동하며 X-선이 방출될 수 있고, 상기 X-선에 의해 여기되어 웨이퍼(W)로부터 방출된 전자들이 오제 전자일 수 있다. X-선은 연속체(Continuum) X-선 및, 특성(Characteristic) X-선을 포함할 수 있다. 오제 전자 및 X-선은 웨이퍼(W) 표면 근방의 조성 및 화학적 결합에 대한 정보를 포함할 수 있다.
SEM(1)은 이외에도, 비간섭성 산란 전자(Incoherent elastic scattering), 투과 전자들(Transmitted electrons) 및 음극 발광(Cahtodoluminescence)에 의한 신호를 더 검출할 수 있다.
SEM(1)은 전자 총(10), 집속 렌즈(20), 편향기(30), 대물 렌즈(40), 제1 전원(51), 제2 전원(52), 제1 에너지 필터(53), 제2 에너지 필터(54), 제1 디텍터(55), 제2 디텍터(56), 스테이지(60) 및 프로세서(70)를 포함할 수 있다.
전자 총(10)은 입력 전자 빔(IEB)을 생성하고 방출할 수 있다. 입력 전자 빔(IEB)의 파장은 전자 총(10)으로부터 방출되는 전자의 에너지에 의해 결정될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 입력 전자 빔(IEB)의 파장은 수 nm일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 전자총(10)은 CFE(Cold Field Emission) 타입, SE(Schottky Emission) 타입 및 TE(Thermionic Emission) 타입 중 어느 하나일 수 있다.
전자총(electron gun)(10)은 전자 소스인 고체 물질에 포함된 전자들에 열적으로, 또는 전기적으로 일 함수(work function)(즉, 진공에서 에너지 준위와 페르미 에너지의 차이값) 이상의 에너지를 인가함으로써, 입력 전자 빔(IEB)을 생성할 수 있다.
집속 렌즈(20)는 전자 총(10) 및 웨이퍼(W) 사이의 입력 전자 빔(IEB)의 경로 상에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 집속 렌즈(20)는 입력 전자 빔(IEB)을 편향기(30)에 포커싱 시킬 수 있다. 이에 따라, 편향기(30)에 의한 입력 전자 빔(IEB)의 제어도(Controllability)가 제고될 수 있다.
편향기(30)는 집속 렌즈(20) 및 웨이퍼(W) 사이의 입력 전자 빔(IEB)의 경로 상에 배치될 수 있다. 편향기(30)는 전자 총(10)에서 방출된 입력 전자 빔(IEB)을 편향시킬 수 있다. 편향기(30)는 입력 전자 빔(IEB)이 집속 렌즈(20) 및 대물 렌즈(40)를 지나서 웨이퍼(W) 상의 설정된 위치에 조사되도록 입력 전자 빔(IEB)을 편향시킬 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 편향기(30)는 입력 전자 빔(IEB)을 웨이퍼(W) 상에 스캐닝할 수 있다. 편향기(30)는 전기 타입 및 자기 타입 중 어느 하나일 수 있다.
대물 렌즈(40)는 편향기(30) 및 웨이퍼(W) 사이의 입력 전자 빔(IEB)의 경로 상에 배치될 수 있다. 대물 렌즈(40)는 입력 전자 빔(IEB)을 웨이퍼(W) 상에 포커싱시킬 수 있다. 입력 전자 빔(IEB)이 웨이퍼(W) 상의 좁은 영역에 제한됨에 따라, SEM(1)의 해상도가 더욱 제고될 수 있다.
이상에서, 집속 렌즈(20), 편향기(30) 및 대물 렌즈(40)를 포함하는 입력 전자 빔(IEB)의 전달 시스템에 대하여 설명하였으나 이는 비제한적 예시로서 어떠한 의미에서도 본 발명의 기술적 사상을 제한하지 않는다. 당업계의 통상의 기술자는 여기에 설명된 바에 기초하여, 추가적인 집속 레즈들 및 추가적인 편향기를 포함하는 입력 전자 빔(IEB)의 전달 시스템에 용이하게 도달할 수 있을 것이다.
제1 전원(51)은 제1 에너지 필터(53)에 방출 전자들(EE)을 필터링하기 위한 전력을 공급할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지 필터(53)는 하이 패스 필터일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지 필터(53)의 차단 에너지는 제1 에너지(E1, 도 3 참조)일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지 필터(53)는 방출 전자들(EE) 중 제1 에너지(E1, 도 3 참조)보다 작은 에너지를 갖는 전자들을 차단할 수 있다.
제2 전원(52)은 제2 에너지 필터(54)에 방출 전자들(EE)을 필터링하기 위한 전력을 공급할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 에너지 필터(54)는 하이 패스 필터일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 에너지 필터(54)의 차단 에너지는 제2 에너지(E2, 도 3 참조)일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 에너지 필터(54)는 방출 전자들(EE) 중 제2 에너지(E2, 도 3 참조)보다 작은 에너지를 전자들을 차단할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지(E1, 도 3 참조)와 제2 에너지(E2, 도 3 참조)는 서로 다를 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지(E1, 도 3 참조)는 제2 에너지(E2, 도 3 참조)보다 더 작을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(55)는 제1 에너지 필터(53)를 통과한 방출 전자들(EE)의 일부를 검출할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(55)에 의해 검출된 방출 전자들(EE)의 에너지는 제1 에너지 이상(E1, 도 3 참조)일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 디텍터(56)는 제2 에너지 필터(54)를 통과한 방출 전자들(EE)의 일부를 검출할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 디텍터(56)에 의해 검출된 방출 전자들(EE)의 에너지는 제2 에너지(E2, 도 3 참조) 이상일 수 있다.
스테이지(60)는 계측 대상 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다. 스테이지(60)는 웨이퍼(W)가 입력 전자 빔(IEB)을 전달하는 광학계(즉, 전자 총(10), 집속 렌즈(20), 편향기(30) 및 대물 렌즈(40)로 구성된 광학계)에 대해 정렬되도록, 수평 및 수직 방향으로 웨이퍼(W)를 이동시키거나, 수직 방향을 축으로 하여 웨이퍼(W)를 회전시킬 수 있다.
프로세서(70)는 제1 디텍터(55)에 의해 생성된 제1 이미지 및 제2 디텍터(56)에 의해 생성된 제2 이미지를 처리할 수 있다. 프로세서(70)는 제1 디텍터(55)에 의해 생성된 제1 이미지 및 제2 디텍터(56)에 의해 생성된 제2 이미지에 차분 연산을 수행할 수 있다. 프로세서(70)는 제1 디텍터(55)에 의해 생성된 제1 이미지 및 제2 디텍터(56)에 의해 생성된 제2 이미지에 기초하여, 웨이퍼(W)의 차분 이미지를 얻을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, SEM(1)은 SEM(1)에 포함된 각각의 광학 요소들을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 컨트롤러는 예컨대, 전자 총(10)의 발진, 집속 렌즈(20)의 동작, 편향기(30)의 동작, 대물 렌즈의 동작(40), 제1 및 제2 전원들(51, 52)의 동작 및 이에 따른 제1 및 제2 필터들(55, 56)의 동작을 제어하기 위한 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러 및 프로세서(70)는 워크 스테이션 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩 탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 컴퓨팅 장치일 수 있다. 컨트롤러 및 프로세서(70)는 각각 별도의 하드웨어로 구성되거나, 하나의 하드웨어 내에 포함된 별도의 소프트웨어들일 수 있다. 컨트롤러 및 프로세서(70)는 단순 제어기, 마이크로 프로세서, CPU, GPU 등과 같은 복잡한 프로세서, 소프트웨어에 의해 구성된 프로세서, 전용 하드웨어 또는 펌웨어일 수도 있다. 컨트롤러 및 프로세서(70)는, 예를 들어, 범용 컴퓨터 또는 DSP(Digital Signal Process), FPGA(Field Programmable Gate Array) 및 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 애플리케이션 특정 하드웨어에 의해 구현될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면 컨트롤러 및 프로세서(70)의 동작은 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 기계 판독 가능 매체 상에 저장된 명령들로서 구현될 수 있다. 여기서, 기계 판독 가능 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨팅 장치)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장 및/또는 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 판독 가능 매체는 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 장치들, 전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파 신호(예컨대, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 및 기타 임의의 신호를 포함할 수 있다.
컨트롤러 및 프로세서(70)는, 컨트롤러 및 프로세서(70)에 대해 설명한 동작, 또는 이하에서 설명하는 임의의 공정을 수행하기 위한 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어들이 구성될 수 있다. 하지만 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 상술된 컨트롤러 및 프로세서(70)의 동작은 컴퓨팅 장치, 프로세서, 제어기 또는 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어 등을 실행하는 다른 장치로부터 야기될 수도 있음을 이해해야 한다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 SEM(1)의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 SEM(1)의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 보다 구체적으로, 도 3은 SEM(1)에 의해 검출된 방출 전자들(EE)의 전자 밀도-에너지 분포를 나타내는 특성 곡선이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, P11에서 제1 에너지 필터(153) 및 제2 에너지 필터(154)를 세팅할 수 있다.
제1 에너지 필터(153)의 세팅은 제1 에너지 필터(153)의 차단 에너지가 제1 에너지(E1)가 되도록 제1 전원(151)에 의해 전달되는 전력을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 제2 에너지 필터(154)의 세팅은 제2 에너지 필터(154)의 차단 에너지가 제2 에너지(E2)가 되도록 제2 전원(152)에 의해 전달되는 전력을 조정하는 것을 포함할 수 있다.
이어서, P12에서 SEM(1)에 의한 계측을 수행함으로써, 제1 디텍터(155)에 의한 제1 이미지 및 제2 디텍터(156)에 의한 제2 이미지를 생성할 수 있다.
제1 이미지는 방출 전자들(EE) 중 제1 에너지(E1) 이상인 에너지를 갖는 전자들에 의해 생성된 이미지일 수 있다. 제2 이미지는 방출 전자들(EE) 중 제2 에너지(E2) 이상인 에너지를 갖는 전자들에 의해 생성된 이미지일 수 있다.
이어서, P13에서 차분 이미지를 생성하도록 제1 이미지 및 제2 이미지에 차분 연산 수행할 수 있다.
차분 이미지(Differential)는 제1 이미지 및 제2 이미지 사이의 차분 연산에 의해 생성된 이미지일 수 있다. 차분 이미지는 방출 전자들(EE) 중 제1 에너지(E1) 이상이고 제2 에너지(E2) 이하의 에너지를 갖는 전자에 의한 이미지일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 차분 이미지를 생성하기 위해 제1 이미지 및 제2 이미지 중 어느 하나는 전처리될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 차분 이미지를 생성하기 위해 제1 이미지 및 제2 이미지 중 어느 하나는 표준화될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 위해 제1 이미지 및 제2 이미지 중 어느 하나의 표준화는 제1 이미지의 제2 에너지(E2) 이상의 대역의 신호와 제2 이미지의 제2 에너지(E2) 이상의 대역의 신호가 서로 실질적으로 동일하도록, 제1 이미지 및 제2 이미지 중 어느 하나의 신호의 크기를 조절하는 것을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 제2 에너지(E2)는 제1 에너지(E1)보다 더 클 수 있다. 제1 에너지(E1) 이상의 에너지 대역에 후방 산란 전자, 오제 전자 및 탄성적으로 반사된 전자가 포함될 수 있다. 제1 에너지(E1) 이상의 에너지 대역에 후방 산란 전자 및 탄성적으로 반사된 전자가 포함될 수 있다.
도 3에서는, 제1 에너지(E1)가 오제 전자들의 에너지 보다 더 크고 제2 에너지(E2)가 오제 전자들의 에너지보다 더 작아서, 차분 이미지는 오제 전자들을 포함하는 후방 산란 전자들에 의한 신호를 포함하는 것으로 도시되었으나 이는 예시를 위한 것으로서 어떠한 의미에서도 본 발명의 기술적 사상을 제한하지 않는다. 예컨대, 제1 및 제2 에너지들(E1, E2) 각각이 오제 전자들의 에너지 대역보다 더 큰 에너지를 갖거나, 제1 및 제2 에너지들(E1, E2) 각각이 오제 전자들의 에너지 대역보다 더 작은 에너지를 갖는 것도 가능하다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 및 제2 에너지들(E1, E2) 각각은, 제1 및 제2 에너지 필터들(53, 54) 각각이 웨이퍼(W)의 표면 근방으로부터 생성되는 이차 전자들을 차단하도록 결정될 수 있다. 비제한적 예시로서, 제1 및 제2 에너지들(E1, E2) 각각은 약 50eV이상일 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 예시적인 실시예들에 따른 SEM(1)의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
보다 구체적으로 도 4a는 컨택 홀(HO)이 형성된 스택 구조(SS)의 단면도를 나타내고, 도 4b는 종래의 SEM으로 측정한 스택 구조(SS)의 이미지이며, 도 4c는 예시적인 실시예들에 따른 SEM(1)에 의해 생성된 스택 구조(SS) 차분 이미지이다.
도 1 및 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 스택 구조(SS)는 도 1의 웨이퍼(W) 상에 형성될 수 있으며, 순차적으로 적층된 제1 절연 층(IL1), 제1 전극 층(EL1), 제2 절연 층(IL2), 제2 전극 층(EL2) 및 상부 절연 층(UIL)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 전극 층들(EL1, EL2) 각각은 예컨대 텅스텐(W)과 같은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 절연층들(IL1, IL2) 및 상부 절연 층(UIL)은 예컨대 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 실리콘 산질화물 등과 같은 비 전도성 물질을 포함할 수 있다.
스택 구조(SS)에 형성된 컨택 홀(HO)은 제2 전극 층(EL2)과 컨택을 위한 것이나, 과도 식각에 의해 제1 전극 층(EL1)의 상면이 컨택 홀(HO)에 의해 노출된다. 상기 과도 식각에 의해, 제2 절연층(IL2)에 컨택 홀(HO)의 하부를 정의하는 경사면(IL2S)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 컨택 홀(HO)에 도전성 물질을 퇴적하는 경우 제1 전극 층(EL1)과 제2 전극 층(EL2) 사이의 단락으로 인한 불량이 발생할 수 있다.
도 4b 및 도 4c로부터, 예시적인 실시예들에 따른 SEM(1)의 경사면(IL2S)에 대한 콘트라스트가, 종래의 SEM의 경사면(IL2S)에 대한 콘트라스트보다 더 증가된 것이 확인되었다. 이는 제2 에너지(E2, 도 3 참조) 이상의 높은 에너지를 갖는 전자들은 측정 대상 층의 하지층들(Underlying layers)(즉, 제1 전극 층(IL1) 및 제1 절연층(IL1))으로부터 유래된 전자들을 다수 포함하기 때문이다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지(E1, 도 3 참조) 및 제2 에너지(E2, 도 3 참조) 사이의 에너지 대역에 있는 전자들에 대한 이미지인 차분 이미지를 생성함으로써, 스택 구조(SS)의 표면으로부터 중간 정도의 깊이를 갖는 구조(예컨대, 제2 절연층(Il2)의 경사면(IL2S))로부터의 전자들에 대한 감도를 높일 수 있다. 이에 따라, 공정 불량에 대한 민감도가 제고된 SEM(1)을 제공할 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 SEM(2)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, SEM(2)은 전자 총(10), 집속 렌즈(20), 편향기(30), 대물 렌즈(40), 제1 전원(56), 제2 전원(52), 제1 에너지 필터(57), 제2 에너지 필터(54), 제1 디텍터(55), 제2 디텍터(56), 스테이지(60) 및 프로세서(70)를 포함할 수 있다.
전자 총(10), 집속 렌즈(20), 편향기(30), 대물 렌즈(40), 제2 전원(52), 제2 에너지 필터(54), 제1 디텍터(55), 제2 디텍터(56), 스테이지(60) 및 프로세서(70)는 도 1을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 전원(57)은 제1 에너지 필터(58)에 방출 전자들(EE)을 바이어싱 하기 위한 전력을 공급할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지 필터(57)는 하이 패스 필터일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지 필터(57)는 방출 전자들(EE) 중 제1 에너지(E1, 도 3 참조)보다 작은 에너지를 갖는 전자들을 차단할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지 필터(57)는 대물 렌즈(40)와 웨이퍼(W) 사이의 입력 전자 빔(IEB)의 경로 상에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지 필터(57)는 대물 렌즈(40)와 스테이지(60) 사이에 개재될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지 필터(57)는 방출 전자들(EE)의 일부를 차단하는 것에 더해, SEM(2)의 동작에 의해 웨이퍼(W)에 유도된 전하를 방출시키도록 웨이퍼(W)에 전위를 인가할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지 필터(57)는 웨이퍼(W)를 중성화할 수 있고, 이에 따라 SEM(2)의 계측의 신뢰성이 제고될 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 SEM(3)을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 6을 참조하면, SEM(3)은 전자 총(10), 집속 렌즈(20), 편향기(30), 대물 렌즈(40), 제1 전원(57), 제1 에너지 필터(58), 제1 디텍터(55), 스테이지(60) 및 프로세서(70)를 포함할 수 있다.
전자 총(10), 집속 렌즈(20), 편향기(30), 대물 렌즈(40), 제1 디텍터(55), 스테이지(60) 및 프로세서(70)는 도 1을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다. 제1 전원(57) 및 제1 에너지 필터(58)는 도 5를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 전원(57)은 제1 에너지 필터(58)의 차단 에너지가 제1 에너지(E1) 및 제2 에너지(E2) 중 어느 하나가 되도록 제1 에너지 필터(58)에 공급되는 전력을 조절하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 에너지 필터(58)의 차단 에너지를 조절하면서 웨이퍼(W)를 계측함으로써, 방출 전자들(EE) 중 제1 에너지(E1) 이상 제2 에너지(E2) 이하의 에너지를 갖는 전자들에 의한 웨이퍼(W)의 차분 이미지를 생성할 수 있다.
이하에서, 도 7 내지 도 9를 참조하여 SEM(3)의 동작에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 SEM(3)의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, P21에서 제1 에너지 필터(58)의 차단 에너지를 제1 에너지(E1)로 세팅할 수 있다.
이어서, P22에서, 웨이퍼(W)를 계측함으로써, 웨이퍼(W)의 제1 이미지를 얻을 수 있다.
이어서, P23에서, 제1 에너지 필터(58)의 차단 에너지를 제2 에너지(E2)로 세팅할 수 있다.
이어서, P24에서, 웨이퍼(W)를 계측함으로써, 웨이퍼(W)의 제2 이미지를 얻을 수 있다.
이어서, P25에서, 제1 이미지와 제2 이미지에 차분 연산을 수행함으로써, 웨이퍼(W)의 차분 이미지를 생성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 이미지와 제2 이미지는 서로 다른 시점에 획득된 것이므로, 제1 이미지와 제2 이미지가 동일하지 않을 수 있다. 예컨대, 제1 이미지와 제2 이미지는 웨이퍼(W) 상의 서로 다른 부분의 이미지일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 이미지와 제2 이미지에 대한 차분 연산은, 제1 이미지와 제2 이미지에 포함된 패턴에 기초하여 제1 이미지와 제2 이미지를 정렬하는 것을 더 포함할 수 있다. 제1 이미지와 제2 이미지를 정렬은 제1 이미지에 포함된 제1 패턴에 대한 픽셀들이 제2 이미지에 포함된 제1 패턴에 대한 픽셀들과 동일한 위치에 있도록 제1 이미지 및 제2 이미지 중 어느 하나를 평행 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 이미지와 제2 이미지를 정렬에 더해, 제1 이미지 및 제2 이미지 중 어느 하나의 확대, 축소, 회전 등이 더 수행될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 이미지와 제2 이미지의 차분 연산은, 상기 이미지의 정렬 단계에 의해 동일한 것으로 결정된 제1 이미지의 픽셀들 각각의 신호 값 및 제2 이미지의 픽셀들 각각의 신호 값의 차분 연산에 의해 수행될 수 있다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 SEM(3)의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3, 도 6 및 도 8을 참조하면, P31에서 제1 에너지 필터(58)의 차단 에너지를 제1 에너지(E1)로 세팅할 수 있다.
이어서, P22에서, 웨이퍼(W)를 계측하여 웨이퍼(W)의 제1 라인 이미지를 얻을 수 있다. 제1 라인 이미지는 웨이퍼(W) 상면에 수평한 제1 방향을 따라 입력 전자 빔(IEB)을 웨이퍼(W)에 스캔함으로써 생성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면 제1 라인 이미지는 제2 방향으로 1개의 픽셀만을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 라인 이미지의 제1 방향 길이는 제2 방향 길이보다 더 길 수 있다.
이어서, P23에서, 제1 에너지 필터(58)의 차단 에너지를 제2 에너지(E2)로 세팅할 수 있다.
이어서, P24에서, 웨이퍼(W)를 계측함으로써, 웨이퍼(W)의 제2 라인 이미지를 얻을 수 있다. 제2 라인 이미지는 웨이퍼(W) 상면에 수평한 제1 방향을 따라 입력 전자 빔(IEB)을 웨이퍼(W)에 스캔함으로써 생성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면 제2 라인 이미지는 제2 방향으로 1개의 픽셀만을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제2 라인 이미지의 제1 방향 길이는 제2 방향 길이보다 더 길 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 라인 이미지는 제1 라인 이미지와 웨이퍼(W) 상의 동일한 부분을 계측에 의해 생성되도록 의도될 수 있다.
이어서, P25에서, 제1 라인 이미지와 제2 라인 이미지에 차분 연산을 수행함으로써, 웨이퍼(W)의 차분 라인 이미지를 생성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 라인 이미지와 제2 라인 이미지는 서로 다른 시점에 획득된 것이므로, 제1 라인 이미지가 촬영된 위치와 제2 라인 이미지가 촬영된 위치가 일치하지 않을 수 있다. 예컨대, 제1 라인 이미지와 제2 라인 이미지는 웨이퍼(W) 상의 서로 다른 부분의 이미지일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 라인 이미지와 제2 라인 이미지에 대한 차분 연산은, 제1 라인 이미지와 제2 라인 이미지에 포함된 패턴에 기초하여 제1 라인 이미지와 제2 라인 이미지를 정렬하는 것을 더 포함할 수 있다. 제1 라인 이미지와 제2 라인 이미지를 정렬은 제1 라인 이미지에 포함된 제1 패턴에 대한 픽셀들이 제2 라인 이미지에 포함된 제2 패턴에 대한 픽셀들과 동일한 위치에 있도록 제1 라인 이미지 및 제2 라인 이미지 중 어느 하나를 평행 이동시키는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 라인 이미지와 제2 라인 이미지의 차분 연산은, 상기 라인 이미지의 정렬 단계에 의해 동일한 것으로 결정된 제1 라인 이미지의 픽셀들 각각의 신호 값 및 제2 라인 이미지의 픽셀들 각각의 신호 값의 차분 연산에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 입력 전자 빔(IEB)이 조사되는 위치를 제2 방향으로 1 픽셀만큼 이동시킨 후 P21 내지 P25를 반복함으로써 후속하는 행의 차분 라인 이미지를 얻을 수 있다. 이와 같이, 복수의 행들의 차분 라인 이미지를 생성하고 이들을 결합시킴으로써, 차분 이미지를 생성할 수 있다.
이상에서 비제한적 예시로서, 제2 방향으로 1개의 픽셀만을 포함하는 차분 라인 이미지의 생성에 대해 설명하였다. 당업계의 통상의 기술자는 여기에 설명된 바에 기초하여 제2 방향으로 2개 이상의 픽셀들을 포함하고, 제1 방향으로 더 많은 수의 픽셀들을 포함하는 차분 라인 이미지의 생성에 용이하게 도달할 수 있을 것이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 SEM(3)의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3, 도 6 및 도 9를 참조하면, P21에서 제1 에너지 필터(58)의 차단 에너지를 제1 에너지(E1)로 세팅할 수 있다.
이어서, P22에서, 웨이퍼(W)를 계측함으로써, 웨이퍼(W) 상의 한 점으로부터의 방출 전자들(EE)을 센싱함으로써, 제1 신호를 얻을 수 있다.
이어서, P23에서, 제1 에너지 필터(58)의 차단 에너지를 제2 에너지(E2)로 세팅할 수 있다.
이어서, P24에서, 웨이퍼(W)를 계측함으로써, 웨이퍼(W) 상의 한 점으로부터의 방출 전자들(EE)을 센싱함으로써, 제2 신호를 얻을 수 있다.
이어서, P25에서 제1 신호와 제2 신호에 대해 차분 연산을 수행할 수 있다. 제1 신호와 제2 신호의 차분 연산에 의해 차분 신호가 생성될 수 있다. 제1 신호 및 제2 신호는 웨이퍼(W) 상의 한 점에 대한 신호로서, 차분 신호는 차분 이미지의 하나의 픽셀의 값일 수 있다. 본 예시에서, 웨이퍼(W) 상의 복수의 위치들에 대해 P41 내지 P45를 반복적으로 수행함으로써, 웨이퍼(W)의 차분 이미지를 생성할 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11a 내지 도 11f는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 및 도 11a을 참조하면, P210에서 기판(101), 주변 회로, 공통 소스 라인 플레이트(CSL), 제1 및 제2 반도체 층들(201A, 201B) 및 중간 희생층(202)을 제공할 수 있다.
기판(101) 상에 메모리 셀들이 형성되는 셀 어레이 영역(CAR), 셀 게이트 전극과 접촉하기 위한 컨택 영역(CNTR) 및 가장자리 영역(ER)이 정의될 수 있다. 셀 어레이 영역(CAR)은 대략 사각형의 레이아웃을 가질 수 있고, 컨택 영역(CNTR)은 상기 셀 어레이 영역(CAR)의 일단 또는 양단에 위치할 수 있다.
여기서 기판(101)의 상면에 수직한 방향을 Z 방향으로 정의하고, 상기 기판(101)의 상면에 평행하고 서로 수직한 두 방향을 각각 X 방향 및 Y 방향으로 정의한다.
주변 회로를 형성하는 것은, 기판(101) 상에 소자 분리층(102)을 형성하는 공정, 기판(101)에 p 웰 영역 및 n 웰 영역을 형성하기 위한 이온 주입 공정, 주변 트랜지스터들(110)을 형성하는 공정 및 주변 회로 배선을 형성하는 금속 배선 공정을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 기판(101)은 단결정 실리콘 또는 단결정 게르마늄과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 기판(101) 상에 활성 영역과 비활성 영역을 정의하기 위한 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치를 채우는 소자 분리층(102)을 형성할 수 있다.
금속 배전 공정은 도전성 물질을 패터닝하고 절연 물질을 제공하여 서로 다른 레벨에 배치된 복수의 주변 도전성 패턴들(131, 133, 135) 및 상기 서로 다른 레벨에 배치된 주변 도전성 패턴들(131, 133, 135)을 연결하는 주변 도전성 비아들(141, 143, 145)을 형성하는 공정이다. 이에 따라 하부의 주변 트랜지스터들(110)과 상부에 형성되는 메모리 셀들이 연결될 수 있다.
제1 반도체 층(201A) 상에 절연 물질로 구성된 중간 희생층(202)을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 중간 희생층(202)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 중간 희생층(202)은 후술하는 절연층들(230, 도 11b 참조)에 대해 높은 식각 선택비를 가질 수 있다.
이어서 중간 희생층(202)을 패터닝하여 일부 제거한 후, 제2 반도체 층(201B)을 콘포말하게 제공할 수 있다. 이에 따라 중간 희생층(202)이 제거된 부분에서 제1 반도체 층(201A)과 제2 반도체 층(201B)이 접할 수 있다.
이어서, 중간 절연층(210)을 형성할 수 있다. 중간 절연층(210)을 형성하는 것은, 하부 절연층(150)의 상면이 노출되도록 공통 소스 라인 플레이트(CSL), 제1 반도체 층(201A), 중간 희생층(202) 및 제2 반도체 층(201B)을 식각하는 단계 및 식각되어 형성된 개구를 채우도록 절연 물질을 충분히 제공한 후 제2 반도체 층(201B)의 상면이 노출될 때까지 평탄화 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 중간 절연층(210)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 10 및 도 11b을 참조하면, P220에서 교대로 적층된 절연층들(220) 및 희생층들(230)로 구성된 몰드(MLD), 복수의 채널 구조들(250) 및 지지 구조들(250S)을 형성할 수 있다.
몰드(MLD)는 서로 교번으로 적층된 절연층들(220) 및 희생층들(230)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면 절연층들(220)과 희생층들(230)은 다른 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면 절연층들(220)과 희생층들(230)은 서로 높은 식각 선택비를 포함할 수 있다.
예컨대, 절연층들(220)이 실리콘 산화물을 포함하는 경우, 희생층들(230)은 도핑되지 않은 폴리 실리콘 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 다른 예로, 절연층들(220)이 실리콘 질화물을 포함하는 경우, 희생층들(230)은 도핑되지 않은 폴리 실리콘 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 예컨대, 절연층들(220)이 도핑되지 않은 폴리 실리콘을 포함하는 경우, 희생층들(230)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
몰드(MLD)에 포함된 복수의 절연층들(220) 및 희생층들(230)은 컨택 영역(CNTR) 상에서 계단 구조를 구성할 수 있다. 상기 계단 구조는 기판(101)에 더 가깝게 희생층들(230)이 기판(101)에 멀리 배치된 희생층들(230) 보다 더 수평으로 돌출되고, 기판(101)에 더 가깝게 배치된 절연층들(220)이 기판(101)에 멀리 배치된 절연층들(220) 보다 더 바깥으로(예컨대, 가장자리 영역(ER)을 향해) 돌출되는 구조이다.
일부 실시예들에 따르면, 최상층 및 차상층의 희생층들(230)을 수평으로 분리하기 위한 스트링 선택 라인 컷(SLC)이 형성될 수 있고, 스트링 선택 라인 컷(SLC)의 형성에 의해 리세스된 공간을 다시 절연 물질 등으로 채울 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 몰드(MLD)의 계단 구조를 커버하기 위한 제1 상부 절연층(271)을 형성할 수 있다. 제1 상부 절연층(271)은 절연 물질을 포함할 수 있다.
이어서 리소그래피 공정을 통해 몰드(MLD) 상에 포토레지스트 층 및 하드 마스크 층을 제공한 후, 상기 포토레지스트 층 및 하드 마스크 층을 식각 마스크로하여 복수의 홀들을 형성할 수 있다. 상기 홀들은 제1 반도체 층(201A)까지 연장될 수 있다. 이어서, 게이트 절연 물질막, 채널 물질막 및 매립 절연 물질막을 순차로 제공한 후 제1 상부 절연층(271)의 상면이 노출될 때까지 에치백 공정을 수행함으로써, 상기 홀들을 채우는 물질막들을 분리시킬 수 있다. 이어서 홀들 내의 매립 절연 물질막의 상부를 더 제거한 후, 채널 물질막과 동일한 물질을 퇴적할 수 있다. 이에 따라, 채널 층(253)이 매립 절연층(255)의 상면을 커버할 수 있고, 지지 채널 층(253S)이 지지 매립 절연층(255S)의 상면을 커버할 수 있다. 이에 따라, 후술하는 제2 도전성 비아들(287, 도 11f 참조)과의 컨택을 위한 패드들이 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 게이트 절연층(251) 및 지지 게이트 절연층(251S)은 콘포말한 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 게이트 절연층(251)은 채널 구조(250)의 바닥면 및 외측면을 구성할 수 있고, 지지 게이트 절연층(251S)은 지지 구조(250S)의 바닥면 및 외측면을 구성할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 게이트 절연층(251)은 채널 층(253)을 게이트 전극들(240)로부터 절연시킬 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 게이트 절연층(251) 및 지지 게이트 절연층(251S) 각각은 콘포말한 두께를 갖는 복수개의 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 게이트 절연층(251) 및 지지 게이트 절연층(251S) 각각은 터널 절연층, 전하 저장층 및 블로킹 절연층을 포함할 수 있다. 경우에 따라서, 게이트 절연층(251)과 게이트 전극들(240) 사이에 배리어 금속층이 더 배치될 수 있다.
터널 절연층은 실리콘 산화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 탄탈륨 산화물 등을 포함할 수 있다. 전하 저장층은 채널 층(253)으로부터 터널링한 전자들이 저장되는 영역일 수 있고, 실리콘 질화물, 보론 질화물, 실리콘 보론 질화물, 또는 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 블로킹 절연층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 탄탈륨 산화물 등의 단일막 또는 적층막을 포함할 수 있다. 그러나, 블로킹 절연층의 물질이 이에 한정되는 것은 아니고, 높은 유전 상수 값을 갖는 유전 물질(dielectric material)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 채널 층(253)은 게이트 절연층(251)에 의해 정의된 공간 내부의 일부를 채울 수 있다. 게이트 절연층(251)의 내측벽 상에 형성된 채널 층(253)은 콘포말한 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 채널 층(253)의 상부는 채널 층(253)의 측벽에 비해 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 지지 채널 층(253S) 또한 채널 층(253)과 유사한 단면 형상을 가질 수 있다.
게이트 절연층(251), 채널 층(253) 및 매립 절연층(255)은 채널 구조(250)를 구성할 수 있고, 지지 게이트 절연층(251S), 지지 채널 층(253S) 및 지지 매립 절연층(255S)은 지지 구조(250S)를 구성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 채널 구조들(250) 및 지지 구조들(250S)은 Z 방향을 따라 연장되는 높이를 갖는 원기둥 구조를 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 채널 구조들(250) 및 지지 구조들(250S)은 Z 방향을 따라 기판(101)에 가까워질수록 좁은 폭을 가질 수 있다.
도 10 및 도 11c를 참조하면, P230에서 워드 라인 컷(WLC)을 형성하고, 제3 반도체 층(201C)을 형성할 수 있다.
워드 라인 컷(WLC)을 형성하기 이전에, 몰드(MLD) 및 제1 상부 절연층(271)을 커버하는 제2 상부 절연층(273)을 제공할 수 있다. 워드 라인 컷(WLC)의 형성은 예컨대, 리소그래피 공정 및 건식 식각 공정에 의해 수행될 수 있다. 워드 라인 컷(WLC)의 형성에 의해 몰드(MLD)의 부분들은 서로 수평적으로 분리될 수 있다.
제3 반도체 층(201C)을 형성하기 위해, 워드 라인 컷 상에 라이너를 제공한 후, 라이너의 하부(예컨대 중간 희생 층(202, 도 11b 참조)과 동일 레벨의 부분)를 제거함으로써 중간 희생 층(202, 도 11b 참조)을 노출시킬 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 워드 라인 컷(WLC) 상에 형성되는 라이너는 중간 희생 층(202, 도 11b 참조)에 대해 높은 식각 선택비를 가진 물질일 수 있다. 상기 라이너는 중간 희생 층(202, 도 11b 참조)을 제거하는 공정에서 몰드(MLD) 상의 희생층들(230)을 보호하기 위한 층일 수 있다. 이어서 습식 식각 공정을 통해 중간 희생 층(202, 도 11b 참조)을 제거할 수 있다.
중간 희생 층(202, 도 11b 참조)이 제거되는 경우에도, 제1 반도체 층(201A)과 제2 반도체 층(201B)이 부분적으로 접촉하므로, 제1 및 제3 상부 기판층들(201A, 201C) 및 그 위에 배치된 몰드(MLD)가 무너지는 것을 방지할 수 있다.
전술한 것과 같이 제3 반도체 층(201C)은 제1 및 제2 반도체 층들(201A, 201B)과 동일한 도판트를 이용하여 실질적으로 동일한 농도로 도핑된 폴리 실리콘일 수 있다. 게이트 절연층(251)의 일부가 중간 희생 층(202, 도 11b 참조)과 함께 제거되는 바, 제3 반도체 층(201C)과 채널 층(253)이 접할 수 있다. 이에 따라, 채널 구조들(250)이 메모리 셀로 동작을 위한 전하 이동 경로가 형성될 수 있다. 제3 반도체 층(201C)의 형성 후 상기 라이너는 제거될 수 있다.
이어서 도 8 및 도 11c 및 도 11d을 참조하면, P240에서 복수의 게이트 전극들(240)을 형성하고 워드 라인 컷(WLC)을 채우는 제3 상부 절연층(275)을 제공할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 희생층들(230)은 절연층들(220) 및 제1 내지 제3 상부 기판층(201A, 201B, 201C)에 대해 식각 선택비가 높으므로, 습식 식각과 같은 등방성 식각에 의해 제거될 수 있다. 이때 워드 라인 컷(WLC)으로부터 설정된 거리 이상 이격된 부분의 희생층(230)은 제거되지 않을 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 희생층(230)들이 제거된 공간을 충분히 채울 정도로 도전성 물질을 제공한 이후, 습식 식각 등의 등방성 식각을 통해 워드 라인 컷(WLC) 내부에 형성된 상기 도전성 물질을 제거할 수 있다. 이에 따라, 복수의 게이트 전극들(240) 및 상기 게이트 전극들 사이에 개재된 복수의 절연층들(220)로 구성된 스택 구조(SS)가 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 기판(101)으로부터 동일한 수직 레벨에 배치된 서로 다른 복수의 게이트 전극들(240)은 워드 라인 컷(WLC)에 의해 분리될 수 있다. 또한, 게이트 전극들(240)의 최상층들(Uppermost layers)은 스트링 선택 라인 컷(SLC)에 의해 분리될 수 있다.
이어서, 워드 라인 컷(WLC)을 채우고 제2 상부 절연층(273)을 커버하는 제3 상부 절연층(275)을 제공할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 서로 다른 수직 레벨의 게이트 전극들(240)을 분리하는 과정에서 게이트 전극들(240)이 측방향으로 리세스될 수 있고, 상기 제3 상부 절연층(275)이 상기 리세스 부를 채울 수도 있다.
이어서 도 10, 도 11d 및 도 11e을 참조하면, P280에서 제1 및 제2 컨택 홀들(H1, H2)이 형성될 수 있다.
제1 및 제2 컨택 홀들(H1, H2)은 각각 리소그래피 공정 및 고종횡비의 이온 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면 제1 컨택 홀들(H1)을 형성하기 위한 제1 리소그래피 공정 및 제1 이온 식각 공정이 수행된 후, 제2 컨택 홀들(H2)을 형성하기 위한 제2 리소그래피 공정 및 제2 이온 식각 공정이 수행될 수 있다.
제1 컨택 홀들(H1)은 공통 소스 라인 플레이트(CSL)의 상면 및 주변 도전성 패턴(135)의 상면 중 어느 하나를 노출 시킬 수 있다. 제2 컨택 홀들(H2) 각각은 컨택 영역(CNTR) 상의 게이트 전극들(240)의 상면을 노출 시킬 수 있다.
전술한 것과 같이 컨택 영역(CNTR) 상에 게이트 전극들(240)은 계단 구조를 구성할 수 있고, 이에 따라, 게이트 전극들(240) 각각은 게이트 전극들(240) 중 아래에 배치된 것들(Underlying ones)보다 Y 방향으로 더 돌출될 수 있다. 따라서, 제2 컨택 홀들(H2)은 게이트 전극들(240) 중 수직으로 중첩되는 것들 중 최상층에 배치된 것(Uppermost one)의 상면을 노출시킬 수 있다.
이어서, 도 1, 도 10 및 도 11e를 참조하면, P260에서, 제2 컨택 홀들(H2)을 계측할 수 있다.
제2 컨택 홀들(H2)의 계측은, 도 2 및 도 7 내지 도 9를 통해 설명한 방법들 중 어느 하나에 의해 수행될 수 있다. 제2 컨택 홀들(H2)의 계측에 의해 제2 컨택 플러그들(283, 도 11f 참조)의 단략 불량의 위험을 평가할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 컨택 홀들(H2)의 계측을 통해, 제2 컨택 홀들(H2)의 과도 식각 여부를 결정할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 홀들(H2)의 계측은, 제2 컨택 홀들(H2)이 게이트 전극들(200) 중 수직으로 중첩되는 것들 중 최상층의 게이트 전극(200)의 아래에 배치된 것들 중 하나의 상면을 노출시키는지 여부에 대해서 결정할 수 있다.
이어서 도 10, 도 11e 및 도 11f을 참조하면, P290에서 제1 및 제2 컨택 플러그들(281, 283)을 형성할 수 있다.
제1 컨택 플러그들(281)은 제1 컨택 홀들(H1) 내에 형성될 수 있다. 제1 컨택 플러그들(281) 중 일부는 공통 소스 라인 플레이트(CSL)의 상면과 접할 수 있고, 제1 컨택 플러그들(281) 중 다른 일부는 주변 도전성 패턴(135)의 상면과 접할 수 있다. 제2 컨택 플러그들(283) 각각은 서로 다른 레벨에 배치된 게이트 전극들(240) 각각의 상면과 접할 수 있다.
제1 및 제2 컨택 플러그들(281, 283)은 텅스텐과 같이 스텝 커버리지가 좋은 도전성 물질을 퇴적한 이후, 평탄화 공정을 수행하여 서로 다른 컨택 홀들(H1, H2) 내의 도전성 물질을 분리함으로써 형성될 수 있다.
이어서, 제1 및 제2 컨택 플러그들(281, 283) 및 제3 상부 절연층(275) 상에 제4 상부 절연층(277)을 제공한 이후 추가적인 배선 공정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 컨택 플러그들에 연결되는 제1 도전성 비아들(285), 채널 구조(250)에 연결되는 제2 도전성 비아들(287) 및 상기 제1 및 제2 도전성 비아들(287) 상에 형성된 도전성 패턴들(290)이 제공될 수 있다.
여기서, 채널 구조(250)와 연결되는 도전성 패턴들(290)은 비트 라인일 수 있고, 게이트 전극(240)과 연결되는 도전성 패턴들(290)은 워드 라인일 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 입력 전자 빔을 생성하고, 웨이퍼 상에 상기 입력 전자 빔을 조사하도록 구성된 전자 총;
    상기 전자 총과 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고 상기 입력 전자 빔의 경로를 편향시키도록 구성된 편향기;
    상기 편향기와 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고 상기 입력 전자 빔을 상기 웨이퍼 상에 포커싱하도록 구성된 대물 렌즈;
    상기 입력 전자 빔에 의해 상기 웨이퍼로부터 방출된 방출 전자들을 검출하여 제1 이미지를 생성하도록 구성된 제1 디텍터;
    상기 방출 전자들을 검출하여 제2 이미지를 생성하도록 구성된 제2 디텍터;
    상기 방출 전자들 중 제1 에너지 미만의 에너지를 갖는 전자들을 상기 제1 디텍터로부터 차단하도록 구성된 제1 에너지 필터;
    상기 방출 전자들 중 제2 에너지 미만의 에너지를 갖는 전자들을 상기 제2 디텍터로부터 차단하도록 구성된 제2 에너지 필터;
    상기 제1 이미지 및 제2 이미지에 기초하여 상기 제1 에너지 및 상기 제2 에너지 사이의 상기 방출 전자들에 의한 상기 웨이퍼의 이미지를 생성하도록 구성된 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경(Scannig Electron Microscope, 이하 SEM).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 에너지 필터는 상기 입력 전자 빔의 경로로부터 이격된 것을 특징으로 하는 SEM.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 에너지 필터는 상기 입력 전자 빔의 경로로부터 이격된 것을 특징으로 하는 SEM.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 에너지 필터는 상기 웨이퍼와 상기 대물 렌즈 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 SEM.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 에너지 필터는 상기 웨이퍼를 중성화하도록 구성된 것을 특징으로 하는 SEM.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 차분 이미지를 생성하도록 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지에 차분 연산을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 SEM.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 에너지는 상기 제2 에너지보다 작은 것을 특징으로 하는 SEM.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 에너지 필터들 각각은 방출 전자들 중 이차 전자를 차단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 SEM.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 에너지 필터는 오제 전자를 통과시키도록 구성되고, 및
    상기 제2 에너지 필터는 오제 전자를 차단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 SEM.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 에너지 및 상기 제2 에너지 각각은 50eV보다 더 큰 것을 특징으로 하는 SEM.
  11. 입력 전자 빔을 생성하고, 웨이퍼 상에 상기 입력 전자 빔을 조사하도록 구성된 전자 총;
    상기 전자 총과 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고 상기 입력 전자 빔의 경로를 편향시키도록 구성된 편향기;
    상기 편향기와 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고 상기 입력 전자 빔을 상기 웨이퍼 상에 포커싱하도록 구성된 대물 렌즈;
    상기 대물 렌즈와 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고, 상기 입력 전자 빔에 의해 상기 웨이퍼로부터 방출된 방출 전자들을 중 제1 에너지 미만의 에너지를 갖는 전자들을 차단하도록 구성되고 및 상기 웨이퍼에 유도된 전하를 중성화하도록 구성된 제1 에너지 필터;
    상기 방출 전자들을 검출하여 제1 이미지를 생성하도록 구성된 제1 디텍터; 및
    상기 방출 전자들을 검출하여 제2 이미지를 생성하도록 구성된 제2 디텍터;를 포함하는 SEM.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방출 전자들 중 제2 에너지 미만의 에너지를 갖는 전자들을 상기 제2 디텍터로부터 차단하도록 제2 에너지 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SEM.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 에너지 필터는 상기 입력 전자 빔의 경로로부터 이격된 것을 특징으로 하는 SEM.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 이미지 및 제2 이미지에 차분 연산을 수행함으로써 차분 이미지를 생성하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SEM.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 차분 이미지는 상기 제1 에너지 및 상기 제2 에너지 사이의 상기 방출 전자들에 의한 상기 웨이퍼의 이미지인 것을 특징으로 하는 SEM.
  16. 입력 전자 빔을 생성하고, 웨이퍼 상에 상기 입력 전자 빔을 조사하도록 구성된 전자 총;
    상기 전자 총과 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고 상기 입력 전자 빔의 경로를 편향시키도록 구성된 편향기;
    상기 편향기와 상기 웨이퍼 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고 상기 입력 전자 빔을 상기 웨이퍼 상에 포커싱하도록 구성된 대물 렌즈;
    상기 입력 전자 빔에 의해 상기 웨이퍼로부터 방출된 방출 전자들 중 차단 에너지 이하의 에너지를 갖는 전자들을 차단하도록 구성된 에너지 필터로서, 상기 에너지 필터는 상기 차단 에너지를 50eV보다 더 큰 제1 에너지 및 상기 제1 에너지보다 더 큰 제2 에너지로 조절가능하도록 구성되고;
    상기 제1 에너지 이상의 상기 방출 전자들 및 상기 제2 에너지 이상의 방출 전자들을 센싱하도록 구성된 디텍터; 및
    상기 제1 에너지 이상의 상기 방출 전자들에 의한 신호와 상기 제2 에너지 이하의 전자들에 의한 신호에 차분 연산을 수행하도록 구성된 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 SEM.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 디텍터는 상기 제1 에너지 이상의 상기 방출 전자들에 의한 제1 이미지 및 상기 제2 에너지 이상의 방출 전자들에 의한 제2 이미지를 생성하도록 구성되고; 및
    상기 프로세서는 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지에 차분 연산을 수행함으로써 차분 이미지를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 SEM.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 디텍터는, 상기 제1 에너지 이상의 상기 방출 전자들에 의한 제1 라인 이미지 및 상기 제2 에너지 이상의 방출 전자들에 의한 제2 라인 이미지를 생성하도록 구성되고,
    상기 제1 및 제2 라인 이미지들 각각은 제1 방향으로 복수의 픽셀들을 포함하고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 하나의 픽셀을 포함하고, 및
    상기 프로세서는 상기 제1 라인 이미지 및 상기 제2 라인 이미지에 차분 연산을 수행함으로써 차분 라인 이미지를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 SEM.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 디텍터는, 상기 웨이퍼의 한 점으로부터 방출된 상기 제1 에너지 이상의 상기 방출 전자들에 의한 제1 신호 및 상기 웨이퍼의 상기 한 점으로부터 방출된 상기 제2 에너지 이상의 상기 방출 전자들에 의한 제2 신호를 생성하도록 구성되고, 및
    상기 프로세서는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 차분 연산을 수행함으로써 차분 신호를 생성하도록 구성된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 SEM.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 에너지 필터는 상기 웨이퍼와 상기 대물 렌즈 사이의 상기 입력 전자 빔의 경로 상에 배치되고, 및
    상기 에너지 필터는 상기 웨이퍼에 유도된 전하를 중성화하도록 구성된 것을 특징으로 하는 SEM.
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