KR100642641B1 - 중성빔 각도분포 측정 장치 - Google Patents

중성빔 각도분포 측정 장치 Download PDF

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Abstract

중성빔 각도분포 측정 장치가 제공된다. 상기 장치는 중성빔 공급원으로 부터 제공되는 중성빔의 진행경로 상에 배치되고, 중성빔 입자를 수용하기 위한 개구를 구비한 패러데이 컵 조립체를 구비한다. 상기 개구를 통하여 상기 패러데이 컵 조립체 내로 수용된 상기 중성빔 입자가 충돌되도록 상기 개구와 대향되는 상기 패러데이 컵 조립체 내의 일측에 이차 전자 방출판(secondary electorn emission plate)이 배치된다. 상기 이차 전자 방출판 상부의 상기 패러데이 컵 조립체 내에 상기 이차 전자 방출판으로 부터 방출된 이차 전자를 포집하는 이차 전자 포집체(secondary electron collector)가 배치된다. 상기 패러데이 컵 조립체는 각도 변화 수단에 의하여 배치 각도가 변화된다.
중성빔, 각도, 패러데이컵, 이차전자

Description

중성빔 각도분포 측정 장치{Apparatus for measuring neutral beam angle distribution}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 중성빔 각도분포 측정용 패러데이 컵 조립체를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중성빔 각도분포 측정용 패러데이 컵 조립체를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중성빔 각도분포 측정용 패러데이 컵 조립체를 나타낸 개략도이다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 중성빔 각도분포 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 4의 중성빔 각도분포 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조에 사용되는 중성빔 특성 측정 장치에 관한 것으로 특히, 중성빔 각도 분포 측정장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조에 있어서, 플라즈마 공정은 건식식각, 물리적/화학적 기 상 증착 또는 표면처리등에 사용된다. 상기 플라즈마 공정은 챔버에 고주파 전력을 인가하고, 동시에 챔버 내부로 반응가스를 공급하여 반응가스가 챔버 내부에서 해리되어 글로우 방전에 의하여 플라즈마가 여기되도록 하는 것을 포함한다. 이때, 플라즈마 내에 포함된 이온들을 이용하여 기판에 대한 처리를 수행한다.
반도체 소자가 고집적화 됨에 따라 집적회로의 디자인룰이 0.1 마이크로 이하로 감소하고 있다. 따라서 이러한 초미세 반도체 소자의 제조를 위해서는 반도체 처리장치의 공정 조건 또한 더불어 엄격해지고 있다. 이러한 요구에 따라 플라즈마 처리 장치의 경우도 지속적으로 성능 개선이 이루어지고 있는데, 이는 주로 플라즈마의 밀도를 높이거나 플라즈마의 분포를 균일하게 하는 기술이 주류를 이루고 있다.
그러나, 플라즈마는 아무리 성능을 개선한다고 하더라도 기본적인 물리적 성질에 있어서 특징적인 한계를 가지고 있다. 즉, 플라즈마는 전기적으로 대전된 다량의 이온들을 포함하며, 이들 이온들이 수백 eV의 에너지로 반도체 기판 또는 상기 반도체 기판 상의 특정 물질층에 충돌되기 때문에 상기 반도체 기판이나 상기 특정 물질층에 물리적, 전기적 손상을 유발할 수 있다. 예를 들어, 상기 플라즈마 내의 이온들과 충돌되는 단결정 반도체 기판 또는 특정 물질층의 표면이 비정질로 전환되거나, 화학적 조성이 변화될 수 있다. 또한, 표면층의 원자 결합이 충돌에 의해 파손되어 댕글링 결합(dangling bond)을 발생시킬 수 있으며, 게이트 절연막의 차지업(chargeup) 손상이나 포토레지스트의 차징(charging)에 기인한 폴리실리콘의 노칭(notching)등의 문제점들이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 최근 이온빔을 대체하여 중성빔을 이용한 반도체 소자의 제조공정에 대한 연구가 지속적으로 수행되고 있다. 즉 플라즈마에서 발생한 이온빔을 중성화시켜 기판의 표면으로 향하도록 하여 기판 처리를 수행하도록 하는 것이다. 이온빔을 중성화하는 방법은 이온과 중성자를 충돌시키거나, 이온과 전자를 충돌시키거나 또는 이온을 금속판에 충돌시키는 방법이 있다.
한편, 이온빔 또는 중성빔을 사용한 반도체 소자의 제조공정, 특히 식각 공정에 있어서 반도체 기판 상으로 입사되는 빔의 각도 분포는 수율과 직접적으로 연관된 중요한 요소이다. 예를 들어, 식각 공정에 있어서 식각 공정에서 마스크 패턴에 의한 이른바 '그림자 효과(shadow effect)'에 의한 패턴 불량을 최소화 하기 위하여는 반도체 기판 상으로 입사되는 빔의 각도 분포를 정확하게 측정할 필요가 있다. 반도체 소자의 제조공정에 사용되는 이온빔의 각도 분포를 측정하기 위한 다양한 수단들 및 방법들이 보고되고 있다. 예를 들어, 이온빔 각도를 제어할 수 있는 반도체 장치가 미국특허 제5,696,382호에 "이온 빔 각도 조절이 가능한 이온 주입기(ION IMPLANTER HAVING VARIABLE ION BEAM ANGLE CONTROLL)"이라는 제목으로 권(Kwon)에 의해 개시된 바 있다. 그러나, 중성빔은 전기적으로 중성인 입자들로 구성됨에 따라, 이온빔 각도 분포를 측정하는 방법이 동일하게 적용될 수 없다. 따라서, 중성빔의 각도 분포를 정확하게 측정하기 위한 연구가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 소자의 제조 공정에 사용되는 중성빔의 각도 분포를 정확히 측정할 수 있는 중성빔 각도 분포 측정 장치를 제 공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 패러데이컵 조립체 내에 배치된 이차 전자 방출판 및 상기 중성빔이 상기 이차 전자 방출판에 충돌함으로써 발생하는 이차 전자를 포집하기 위한 이차 전자 포집체를 구비한 중성빔 각도 분포 측정 장치를 제공한다. 상기 장치는 중성빔 공급원으로 부터 제공되는 중성빔의 진행경로 상에 배치되고, 중성빔 입자를 수용하기 위한 개구를 구비한 패러데이 컵 조립체를 구비한다. 상기 개구를 통하여 상기 패러데이 컵 조립체 내로 수용된 상기 중성빔 입자가 충돌되도록 상기 개구와 대향되는 상기 패러데이 컵 조립체 내의 일측에 이차 전자 방출판(secondary electorn emission plate)이 배치된다. 상기 이차 전자 방출판 상부의 상기 패러데이 컵 조립체 내에 상기 이차 전자 방출판으로 부터 방출된 이차 전자를 포집하는 이차 전자 포집체(secondary electron collector)가 배치된다. 상기 패러데이 컵 조립체는 각도 변화 수단에 의하여 배치 각도가 변화된다.
일 실시예에서, 상기 개구는 약 10mm이하의 직경을 갖는 홀 형상일 수 있다. 이 경우, 상기 개구는 5:1 보다 큰 종횡비를 갖을 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 패러데이 컵 조립체는, 상기 중성빔 입자를 수용하기 위한 외측 개구를 구비하는 외측 패러데이 컵 조립체 및 상기 외측 패러데이 컵 조립체 내에 배치되고 내측 개구를 구비하는 내측 패러데이 컵 조립체를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구는 상기 외측 개구를 포함하는 수평면과 수직한 동일 축 상에 배치될 수 있다. 상기 외측 개구 및 상기 내측 개 구는 각각 약 10mm이하의 직경을 갖는 홀 형상일 수 있다. 또한, 동일 축 상에서 서로 이격된 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구 사이의 거리와 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구의 직경의 비는 5:1 보다 클 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 패러데이 컵 조립체는, 패러데이 컵, 상기 패러데이 컵의 상부면을 구성하고 상기 중성빔 입자를 수용하기 위한 외측 개구를 구비하는 외측 커버, 및 상기 패러데이 컵의 저면 및 상기 외측 커버 사이에 상기 외측 커버와 수평하도록 배치되고, 내측 개구를 구비하는 내측 커버를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구는 상기 외측 개구를 포함하는 수평면과 수직한 동일 축 상에 배치될 수 있다. 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구는 각각 약 10mm이하의 직경을 갖는 홀 형상일 수 있다. 또한, 동일 축 상에서 서로 이격된 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구 사이의 거리와 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구의 직경의 비는 5:1 보다 클 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 각도 변화 수단은 상기 중성빔의 진행 경로와 수직하고 상기 개구를 포함하는 수평면 상에 포함되는 회전축을 중심으로 상기 패러데이 컵 조립체를 회전시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 중성빔 각도 분포 측정 장치는 상기 이차 전자 포집체로 포집된 이차 전자 전류를 측정하기 위한 전류 측정수단 및 상기 패러데이 컵 조립체의 배치 각도 및 상기 배치 각도 변화에 따른 상기 이차 전자 전류의 변 화로 부터 상기 중성빔의 각도 분포를 측정하기 위한 각도 산출 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 전류 측정수단은 상기 패러데이 컵 조립체 내의 상기 이차 전자 포집체와 연결되어 상기 이차 전자 포집체로 부터 발생되는 이차 전자 전류를 전압으로 변화시키기 위한 전류 전압 변환부 및 상기 이차 전자 전류에 의한 전압을 측정하고, 측정된 데이터를 상기 각도 산출 수단으로 제공하는 전압 측정부를 포함할 수 있다. 상기 각도 산출 수단은 상기 패러데이 컵 조립체의 배치 각도 변화에 대응되는 상기 이차 전자 전류의 변화를 분석하여 상기 중성빔 입자의 경사각을 산출하는 데이터 분석부 및 상기 패러데이 컵 조립체의 배치 각도를 조정하기 위한 각도 제어부를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 중성빔 각도분포 측정 장치는 상기 패러데이 컵 조립체의 배치 각도와 그에 대응되는 상기 이차 전자 전류를 실시간으로 보여주는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 중성빔 각도분포 측정용 패러데이 컵 조 립체를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 상기 패러데이 컵 조립체(14)는 외측 패러데이컵 조립체(10) 및 상기 내측 패러데이컵 조립체(12)를 포함한다. 상기 외측 패러데이컵 조립체(10)는 외측 패러데이컵(10b) 및 상기 외측 패러데이컵 조립체(10)의 상부면을 구성하는 외측 커버(10a)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 내측 패러데이컵 조립체(12)는 내측 패러데이컵(12b) 및 상기 내측 패러데이컵 조립체(12)의 상부면을 구성하는 내측 커버(12a)를 포함할 수 있다. 상기 내측 패러데이컵 조립체(12)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 외측 패러데이컵 조립체(10) 내에 배치되며, 상기 내측 패러데이컵 조립체(12) 및 상기 외측 패러데이컵 조립체(10)는 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 외측 커버(10a)에는 중성빔 공급원으로 부터 제공되는 중성빔 입자를 수용하기 위한 외측 개구(11)이 배치되며, 상기 내측 커버(12a)에는 상기 외측 개구(11)를 통하여 입사된 상기 중성빔 입자를 수용하기 위한 내측 개구(13)이 제공된다. 상기 외측 개구(11) 및 상기 내측 개구(13)는 홀 형상 또는 서로 평행하게 연장된 슬롯 형상을 가질 수 있다. 상기 외측 개구(11) 및 상기 내측 개구(13)가 홀 형상을 갖는 경우에, 상기 외측 개구(11) 및 상기 내측 개구(13)는 서로 동일한 직경을 가질 수 있으며, 각각 10mm이하의 직경을 가질 수 있다. 본 실시예에 의하면, 상기 외측 개구(11) 및 상기 내측 개구(13)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 외측 개구(11)를 포함하는 수평면과 수직한 입사 축(incident axis;15) 상에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 외측 커버(10a) 및 상기 내측 커버(12a)는 서로 평행하도록 이격되며, 상기 외측 개구(11) 및 상기 내측 개구(13)는 상기 외측 커버(10a) 및 상기 내측 커버(12a)를 각각 포함하는 수평면들에 대하여 수직한 상기 입사 축(15) 상에 배치된다. 이 경우에, 상기 입사 축(15) 상에 배치되는 상기 외측 개구(11) 및 상기 내측 개구(13)간의 거리와 상기 외측 개구(11) 및 상기 내측 개구(13)의 직경의 비는 5:1 보다 큰 것이 바람직하다.
본 실시예에 의하면, 상술한 바와 같이 상기 패러데이컵 조립체(14)는 동일 축 상에 서로 이격된 외측 개구(11) 및 내측 개구(13)을 갖는다. 즉, 상기 외측 개구(11) 및 내측 개구(13)에 의하여 정의된 각도와 대응되는 중성빔 입자(N) 만이 선택적으로 상기 내측 패러데이컵 조립체(12) 내로 수용될 수 있고, 그 이외의 중성빔 입자들(N′)은 상기 내측 패러데이컵 조립체(12) 내로 수용되지 않는다. 즉, 상기 입사축(15)과 평행한 중성빔 입자(N)만 선택적으로 상기 내측 패러데이컵 조립체(12) 내로 수용될 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의한 중성빔 각도 분포 측정 장치에 의하여 측정된 중성빔의 각도 분포는 보다 향상된 해상도를 가질 수 있다. 이 경우에, 상기 외측 개구(11) 및 상기 내측 개구(13)간의 거리가 상기 외측 개구(11) 및 상기 내측 개구(13)의 직경보다 커질수록 측정된 중성빔 각도 분포의 해상도를 향상될 수 있다.
상기 내측 패러데이컵 조립체(12) 내에는 상기 외측 개구(11) 및 상기 내측 개구(13)를 통하여 수용된 중성빔 입자가 충돌되는 이차 전자 방출판(16)이 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이 상기 이차 전자 방출판(16)은 상기 내측 패러데이컵 조립체(13)의 하단 부에 상기 내측 개구(13)와 대향되도록 배치될 수 있다. 상기 이차 전자 방출판(16)은 높은 이차 전자 방출률(secondary electron emission yield)를 갖는 금속판인 것이 바람직하다. 또한, 상기 이차 전자 방출판(16)은 상기 내측 패러데이컵 조립체(12)와 전기적으로 절연되는 것이 바람직하다. 상기 이차 전자 방출판(16) 상부의 상기 내측 패러데이컵 조립체(12) 내에는 내측 패러데이컵 조립체(12) 내로 수용된 중성빔 입자(N)가 상기 이차 전자 방출판(16)에 충돌됨으로써 발생하는 이차전자들(e′)를 포집하기 위한 이차전자 포집체(18)이 배치된다. 상기 이차전자 포집체(18)로써는 도전성 금속재료가 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 이차 전자 포집체(18)은 상기 내측 패러데이컵 조립체(12) 및 상기 이차 전자 방출판(16)과 전기적으로 절연되며, 후술될 전류 측정수단과 전기적으로 연결된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 중성빔 각도분포 측정장치는 상기 내측 패러데이컵 조립체(12) 내에 중성빔과의 충돌을 통하여 이차 전자들(e′)을 방출시킬 수 있는 이차 전자 방출판(16) 및 상기 이차 전자 방출판(16)으로 부터 방출된 이차 전자들(e′)을 포집하여 상기 외측 개구(11) 및 상기 내측 개구(13)에 의하여 정의된 각도로 입사된 중성빔 입자의 양을 측정하기 위한 이차 전자 포집체(18)를 구비한다. 그 결과, 전기적으로 중성인 중성빔의 각도 분포를 측정할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중성빔 각도분포 측정용 패러데이 컵 조립체를 나타낸 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 패러데이컵 조립체(30)는 패러데이컵 (30b) 및 상기 패러데이컵의 상부면을 구성하는 커버(30a)를 포함할 수 있다. 상기 커버(30a)에는 상기 패러데이컵 조립체(30) 내로 수용되는 중성빔 입자의 각도를 정의하기 위한 개구(31)이 배치된다. 상기 개구(31)는 약 10mm이하의 직경을 갖는 홀 형상일 수 있다. 또한, 상기 개구(31)는 상기 커버(30a)의 두께에 의하여 정의되는 깊이를 갖는다. 즉, 도 1에서 설명된 패러데이컵 조립체(14)와 달리, 본 실시예에 의하면 소정의 종횡비를 갖는 단일의 개구(31)에 의하여 상기 패러데이컵 조립체(14) 내로 수용되는 중성빔 입자(N)의 각도를 정의할 수 있다. 이 경우 상기 개구(31)는 5:1 보다 큰 종횡비를 갖는 것이 바람직하다. 그 밖에, 도 2에 도시된 다른 구성요소에 대한 설명은 도 1에서의 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중성빔 각도분포 측정용 패러데이 컵 조립체를 나타낸 개략도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 패러데이컵 조립체(50)은 단일의 패러데이컵(50c), 외측 커버(50a) 및 내측 커버(50c)를 포함한다. 상기 외측 커버(50a)는 상기 패러데이컵(50c)의 상부면을 구성하며, 상기 외측 커버(50a)에는 중성빔 입자(N)을 수용하기 위한 외측 개구(51)가 제공된다. 상기 내측 커버(50b)는 상기 패러데이컵(50c)의 저면과 상기 외측 커버(50a) 사이에 상기 외측 커버(50a)와 수평하도록 배치되며, 상기 내측 커버(50b)에는 내측 개구(53)이 배치된다. 상기 외측 개구(51) 및 상기 내측 개구(53)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 외측 개구(51)를 포함하는 수평면과 수직한 입사축(15) 상에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 외측 개구(51) 및 상기 내측 개구(53)는 서로 동일한 직경, 예를 들어 각 각 10mm이하의 직경을 가질 수 있다. 더 나아가, 상기 입사 축(15) 상에 배치되는 상기 외측 개구(51) 및 상기 내측 개구(53)간의 거리와 상기 외측 개구(51) 및 상기 내측 개구(53)의 직경의 비는 5:1 보다 큰 것이 바람직하다. 상기 패러데이 컵(50) 내에는 도 1에서 설명된 바와 같은 이차 전자 방출판(16) 및 이차 전자 포집체(18)가 배치된다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 중성빔 각도분포 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 5는 도 4의 중성빔 각도분포 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 중성빔 공급원(106)으로 부터 제공되는 중성빔(N)의 진행 경로 상에 중성빔 입자를 수용하기 위한 패러데이 컵 조립체(P)가 배치된다. 상기 중성빔 공급원(106)은 이온 소스(100), 그리드 유닛(102) 및 중성빔 생성부(104)를 포함할 수 있다. 상기 이온 소스(100)는 각종 반응가스로 부터 이온빔을 발생시킬 수 있는 것으로 족하며, 예를 들어 유도코일에 유도전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 유도 결합 플라즈마(ICP:Inductivity Coupled Plasma) 발생장치, 또는 축전 결합형 플라즈마(CCP:Capacitively Couple Plasma) 발생 장치일 수 있다. 상기 이온 소스(100)로 부터 발생된 이온빔(I)은 그리드 유닛(102) 내에 마련된 관통홀을 통과하는 동안 가속되고, 상기 중성빔 생성부(104) 통과하는 동안 중성빔으로 전환된다. 상기 중성빔 생성부(104)는 예를 들어, 탄탈륨(Tantalum), 백금(Platinum), 몰디브덴(Molybdenum), 텅스텐(Tungsten), 금(Aurum) 또는 스테인레스(Stainless) 등의 금속으로 이루어진 복수개의 반사판들로 구성된 반사판 조립체일 수 있다. 상기 그리드 유닛(102)을 통과한 이온빔은 상기 반사판과 충돌하여 전하를 잃고 중성빔으로 전환된다. 상기 패러데이컵 조립체(P)는 도 1, 도 2 또는 도 3에서 설명된 페러데이컵 조립체(도 1의 14, 도 2의 30, 또는 도 3의 50)이며, 상기 패러데이컵 조립체(P) 내에는 상술한 바와 같이 이차 전자 방출판(16) 및 이차 전자 포집체(18)이 배치된다.
상기 패러데이컵 조립체(P)에는 상기 패러데이 컵 조립체(P)의 배치각도, 즉 상기 입사축(15)의 각도를 변화시키기 위한 각도 변화수단(510)이 연결된다. 일실시예에서, 상기 각도 변화수단(510)은 상기 중성빔의 진행경로와 수직하고 상기 개구(도 1의 11, 도 2의 31 또는 도 5의 51)를 포함하는 수평면에 포함되는 회전축(17)을 중심축으로 하여 상기 패러데이컵 조립체(P)를 회전시킬 수 있다. 이 경우, 상기 패러데이컵 조립체(P)는 상기 각도 변화 수단(510)에 의하여 상기 회전축(17)을 중심축으로 하여 약 ±30도 정도의 각도 사이를 왕복 회전할 수 있다. 또한, 상기 회전각도는 상기 입사축(15)과 상기 중성빔의 진행 경로가 수평할 때를 기준으로 하여 측정될 수 있다. 이때, 상기 중성빔(N)의 각도 분포는 상기 패러데이컵 조립체(P)의 배치각도, 즉 상기 입사축(15) 각도의 변화에 따라 상기 패러데이컵 조립체(P) 내부로 수용되는 중성빔 입자의 양을 평가함으로써 측정될 수 있다. 상기 중성빔 입자의 양은 상기 이차 전자 포집체(18)에 포집된 이차 전자들(e′)에 의하여 발생하는 이차 전자 전류를 통하여 측정될 수 있다. 이 경우, 상기 이차 전자 전류는 상기 패러데이컵 조립체(P)가 1도 만큼 회전될 때 마다 실시간으로 측정될 수 있으며, 상기 회전 각도 범위 및 이차 전자 전류 측정 각도는 작업 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
상기 각도 변화 수단(510)은 상기 패러데이컵 조립체(P)를 상기 회전축(17)을 중심으로 회전시키기 위한 구동 수단, 즉 회전 모터(512)와 상기 회전 모터(512)에 의한 패러데이컵 조립체(P)의 회전각을 측정하기 위한 각도 측정 수단, 즉 엔코더를 포함할 수 있다.
상기 패러데이컵 조립체(P) 내의 이차 전자 포집체(18)는 이차 전자들에 의하여 발생되는 이차전자 전류를 측정하기 위한 전류 측정수단(500)과 전기적으로 연결된다. 상기 전류 측정수단(500)은 전류 전압 변환부(502)와 전압 측정부(504)를 포함할 수 있다. 상기 전류 전압 변환부(502)는 상기 이차 전자 포집체(18)와 연결되는 캐패시터를 포함할 수 있으며, 상기 이차 전자전류는 상기 캐패시터에 저장된다. 상기 캐패시터는 상기 전압 측정부(504)와 연결될 수 있으며, 상기 전압 측정부(504)는 상기 캐패시터의 전압을 측정한다. 측정된 캐패시터 전압은 각도 산출 수단(520)의 데이터 분석기(522)로 전송된다. 한편, 상기 전류 측정수단(500)은 상기 이차 전자전류를 직접 측정하기 위한 전류계를 포함할 수 도 있다.
상기 각도 산출 수단(520)은 상기 패러데이컵 조립체(P)의 회전에 따른 이차 전자전류의 변화 및 회전각도를 분석하기 위한 데이터 분석기(522)와 상기 패러데이컵 조립체(P)를 회전시키기 위한 상기 회전 모터(512)의 동작을 제어하여 상기 패러데이컵 조립체(P)의 배치각도를 조정하기 위한 각도 제어부(524)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 데이터 분석기(522)는 상기 회전각도의 변화에 따른 상기 이차전자 전류의 변화를 실시간으로 표시하는 디스플레이(530)와 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 패러데이컵 조립체 내에 중성빔 입자와의 충돌에 의하여 이차 전자를 방출시키는 이차 전자 방출판 및 상기 이차 전자를 포집하기 위한 이차 전자 포집체가 배치된다. 그 결과, 상기 패러데이컵 조립체의 회전에 따른 이차 전자 전류를 분석함으로써 전기적으로 중성인 중성빔의 각도분포를 측정할 수 있다.
이에 더하여, 상기 패러데이컵 조립체는 그 내부로 수용되는 중성빔 입자의 입사각도를 정의하기 위하여 동일축 상에 서로 이격된 개구들을 갖거나 소정값 이상의 종횡비를 갖는 개구를 구비한다. 그 결과, 보다 향상된 해상도로 중성빔 각도분포를 측정할 수 있다.

Claims (26)

  1. 중성빔 공급원으로 부터 제공되는 중성빔의 진행경로 상에 배치되고, 중성빔 입자를 수용하기 위한 개구를 구비한 패러데이 컵 조립체;
    상기 개구를 통하여 상기 패러데이 컵 조립체 내로 수용된 상기 중성빔 입자가 충돌되도록 상기 개구와 대향되는 상기 패러데이 컵 조립체 내의 일측에 배치된 이차 전자 방출판(secondary electorn emission plate);
    상기 이차 전자 방출판 상부의 상기 패러데이 컵 조립체 내에 배치되어 상기 이차 전자 방출판으로 부터 방출된 이차 전자를 포집하는 이차 전자 포집체(secondary electron collector); 및
    상기 패러데이 컵 조립체의 배치 각도를 변화시키기 위한 각도 변화 수단을 포함하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구는 약 10mm이하의 직경을 갖는 홀 형상인 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구는 5:1 보다 큰 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 패러데이 컵 조립체는, 상기 중성빔 입자를 수용하기 위한 외측 개구를 구비하는 외측 패러데이 컵 조립체 및 상기 외측 패러데이 컵 조립체 내에 배치되고 내측 개구를 구비하는 내측 패러데이 컵 조립체를 포함하되, 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구는 상기 외측 개구를 포함하는 수평면과 수직한 동일 축 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 외측 개구 및 상기 내측 개구는 각각 약 10mm이하의 직경을 갖는 홀 형상인 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    동일 축 상에서 서로 이격된 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구 사이의 거리와 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구의 직경의 비는 5:1 보다 큰 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 패러데이 컵 조립체는, 패러데이 컵, 상기 패러데이 컵의 상부면을 구성하고 상기 중성빔 입자를 수용하기 위한 외측 개구를 구비하는 외측 커버, 및 상기 패러데이 컵의 저면 및 상기 외측 커버 사이에 상기 외측 커버와 수평하도록 배치되고, 내측 개구를 구비하는 내측 커버를 포함하되, 상기 외측 개구 및 상기 내 측 개구는 상기 외측 개구를 포함하는 수평면과 수직한 동일 축 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 외측 개구 및 상기 내측 개구는 각각 약 10mm이하의 직경을 갖는 홀 형상인 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    동일 축 상에서 서로 이격된 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구 사이의 거리와 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구의 직경의 비는 5:1 보다 큰 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 각도 변화 수단은 상기 중성빔의 진행 경로와 수직하고 상기 개구를 포함하는 수평면에 포함되는 회전축을 중심으로 상기 패러데이 컵 조립체를 회전시키는 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  12. 중성빔 공급원으로 부터 제공되는 중성빔의 진행경로 상에 배치되고, 중성빔 입자를 수용하기 위한 개구를 구비한 패러데이 컵 조립체;
    상기 개구를 통하여 상기 패러데이 컵 조립체 내로 수용된 상기 중성빔 입자가 충돌되도록 상기 개구와 대향되는 상기 패러데이 컵 조립체 내의 일측에 배치된 이차 전자 방출판(secondary electorn emission plate);
    상기 이차 전자 방출판 상부의 상기 패러데이 컵 조립체 내에 배치되어 상기 이차 전자 방출판으로 부터 방출된 이차 전자를 포집하는 이차 전자 포집체(secondary electron collector);
    상기 이차 전자 포집체로 포집된 이차 전자 전류를 측정하기 위한 전류 측정수단;
    상기 패러데이 컵 조립체의 배치 각도를 변화시키기 위한 각도 변화 수단;및
    상기 패러데이 컵 조립체의 배치 각도 및 상기 배치 각도 변화에 따른 상기 이차 전자 전류의 변화로 부터 상기 중성빔의 각도 분포를 측정하기 위한 각도 산출 수단을 포함하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 개구는 약 10mm이하의 직경을 갖는 홀 형상인 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 개구는 5:1 보다 큰 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 패러데이 컵 조립체는, 상기 중성빔 입자를 수용하기 위한 외측 개구를 구비하는 외측 패러데이 컵 조립체 및 상기 외측 패러데이 컵 조립체 내에 배치되고 내측 개구를 구비하는 내측 패러데이 컵 조립체를 포함하되, 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구는 상기 외측 개구를 포함하는 수평면과 수직한 동일 축 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 외측 개구 및 상기 내측 개구는 각각 약 10mm이하의 직경을 갖는 홀 형상인 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    동일 축 상에서 서로 이격된 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구 사이의 거리와 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구의 직경의 비는 5:1 보다 큰 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 패러데이 컵 조립체는, 패러데이 컵, 상기 패러데이 컵의 상부면을 구성하고 상기 중성빔 입자를 수용하기 위한 외측 개구를 구비하는 외측 커버, 및 상기 패러데이 컵의 저면 및 상기 외측 커버 사이에 상기 외측 커버와 수평하도록 배치되고, 내측 개구를 구비하는 내측 커버를 포함하되, 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구는 상기 외측 개구를 포함하는 수평면과 수직한 동일 축 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 외측 개구 및 상기 내측 개구는 각각 약 10mm이하의 직경을 갖는 홀 형상인 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    동일 축 상에서 서로 이격된 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구 사이의 거리와 상기 외측 개구 및 상기 내측 개구의 직경의 비는 5:1 보다 큰 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 전류 측정수단은,
    상기 패러데이 컵 조립체 내의 상기 이차 전자 포집체와 연결되어 상기 이차 전자 포집체로 부터 발생되는 이차 전자 전류를 전압으로 변화시키기 위한 전류 전압 변환부; 및
    상기 이차 전자 전류에 의한 전압을 측정하고, 측정된 데이터를 상기 각도 산출 수단으로 제공하는 전압 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 각도 변화 수단은 상기 중성빔의 진행 경로와 수직하고 상기 개구를 포함하는 수평면 상에 포함되는 회전축을 중심으로 상기 패러데이 컵 조립체를 회전시키는 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 각도 변화 수단은,
    상기 패러데이 컵 조립체를 회전시키기 위한 구동 수단; 및
    상기 구동 수단에 의하여 회전되는 상기 패러데이 컵 조립체의 회전각을 측정하기 위한 각도 측정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 측정 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 상기 패러데이 컵 조립체를 회전시키기 위한 회전 모터를 포함하고,
    상기 각도 측정 수단은 상기 회전 모터의 일측에 설치된 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  25. 제 12 항에 있어서,
    상기 각도 산출 수단은,
    상기 패러데이 컵 조립체의 배치 각도 변화에 대응되는 상기 이차 전자 전류의 변화를 분석하여 상기 중성빔 입자의 경사각을 산출하는 데이터 분석부; 및
    상기 패러데이 컵 조립체의 배치 각도를 조정하기 위한 각도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
  26. 제 12 항에 있어서,
    상기 패러데이 컵 조립체의 배치 각도와 그에 대응되는 상기 이차 전자 전류를 실시간으로 보여주는 디스플레이를 더 포함하는 중성빔 각도 분포 측정 장치.
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