KR100833647B1 - Spectrometer for high energy charged particle - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 하전입자 스펙트로미터의 구성도,1 is a block diagram of a conventional charged particle spectrometer,
도 2는 본 발명에 따른 하전입자 집속렌즈에 의한 방출입자의 각도분포를 얻기 위한 구성도,2 is a configuration diagram for obtaining an angular distribution of the emitted particles by the charged particle focusing lens according to the present invention;
도 3은 도 2의 구성에 의한 각도 분포의 전산모사 상태도,3 is a computer simulation state diagram of the angle distribution according to the configuration of FIG.
도 4는 본 발명에 따른 하전입자 집속렌즈에 의한 방출입자의 영상분포를 얻기 위한 구성도,4 is a configuration diagram for obtaining an image distribution of the emitted particles by the charged particle focusing lens according to the present invention;
도 5는 도 4의 구성에 의한 영상분포의 전산모사 상태도,5 is a computer simulation state diagram of the image distribution according to the configuration of FIG. 4;
도 6은 본 발명인 고에너지 하전입자 스펙트로미터의 구성도를 나타낸다.6 shows a block diagram of the high energy charged particle spectrometer of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 시료 11: 슬릿10: Sample 11: Slit
12: 제 1렌즈조절기 14: 제 2렌즈조절기12: first lens adjuster 14: second lens adjuster
16a, 16b, 16c: 정전렌즈 18a, 18b: 조리개16a, 16b, 16c:
20: 검출기 32: 외부반구20: detector 32: outer hemisphere
34: 내부반구 36: 채널트론34: inner hemisphere 36: channeltron
38: 마운팅플레이트 40: 제 1리타드38: mounting plate 40: first retard
42: 출력렌즈 44: 제 2리타드42: output lens 44: second retard
102: 메쉬전극 104: 제 1 전극102: mesh electrode 104: first electrode
106: 제 2 전극 108: 제 3 전극106: second electrode 108: third electrode
110: 제 4 전극 112: 제 5 전극110: fourth electrode 112: fifth electrode
120: 제 1 영상평면 122: 제 2 영상평면120: first image plane 122: second image plane
124: 제 1 회절평면 126: 제 2 회절평면124: first diffraction plane 126: second diffraction plane
130: 마이크로채널 플레이트 140: 위치 검출기130: microchannel plate 140: position detector
150: 스펙트럼제어유니트 160: 데이터시스템150: spectrum control unit 160: data system
170: 정전렌즈 전원공급장치170: electrostatic lens power supply
본 발명은, 고에너지 하전입자 스펙트로미터 및 사용방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 시료에 빔을 주사할 때, 방출되는 광전자를 이용하여 시료를 분석하는 스펙트로미터에 있어서, 시료에서 방출되는 입자(2차하전입자) 중 낮은 에너지 영역의 하전입자뿐만 아니라 10 keV 이상의 고에너지를 갖는 하전입자도 분석가능하고, 넓은 산란각 분포도 유지하는 하전입자 분석장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high energy charged particle spectrometer and a method of use, and more particularly, in a spectrometer for analyzing a sample using photoelectrons emitted when a beam is scanned on a sample, the particles emitted from the sample (2 The present invention relates to a charged particle analyzer capable of analyzing not only charged particles in a low energy region, but also charged particles having a high energy of 10 keV or more and maintaining a wide scattering angle distribution.
표면과학에 사용하는 하전입자 스펙트로미터 기술은 시료의 표면 및 계면 정보를 적절히 조사하는 방법으로서 X선, 자외선, 전자빔, 이온빔 등을 시료의 표면에 포격하여 시료로부터 방출된 2차하전입자의 에너지를 분석함으로써, 표면과 계 면의 화학적 구성요소, 밀도 및 결정성 등을 알아내는 기술이다.Charged particle spectrometer technology used in surface science is a method of properly examining the surface and interface information of the sample to analyze the energy of secondary charged particles emitted from the sample by bombarding the surface of the sample with X-rays, ultraviolet rays, electron beams, and ion beams. This is a technique to find the chemical components, density and crystallinity of the surface and the interface.
하전입자 스펙트로미터 기술은 하전입자 분광계와 현미경을 동시에 사용하여, 종래의 하전입자 스펙트로미터는 전계 안에서 특정한 에너지를 갖는, 시료 표면 및 계면의 방출된 2차하전입자 영상을 만들어낸다. 다양한 에너지 범위의 하전입자가 하전입자 스펙트로미터를 통과하여 특정 에너지를 갖는 스펙트럼을 만들고, 하전입자 이미지와 스펙트럼으로부터 구조적이고 화학적인 시료의 표면 및 계면에 대한 특성정보를 얻을 수 있는 것이다.Charged particle spectrometer technology uses both a charged particle spectrometer and a microscope simultaneously, and conventional charged particle spectrometers produce emitted secondary charged particle images of sample surfaces and interfaces with specific energy in the electric field. Charged particles of various energy ranges pass through the charged particle spectrometer to produce spectra with specific energies, and obtain characteristic information on the surface and interface of structural and chemical samples from charged particle images and spectra.
도 1은 종래의 하전입자 스펙트로미터의 구성을 나타낸다. 1 shows a configuration of a conventional charged particle spectrometer.
종래의 하전입자 스펙트로미터는 크게 에너지 분석기와 정전렌즈계로 구성되어 있다. 에너지 분석기 중 반구형 에너지 분석기는 외부반구(32), 내부반구(34), 채널트론(36)이 마운팅 플레이트(38) 상에 구비된다. 채널트론(36)의 일측에는 제 1리타드(40), 출력렌즈(42) 제 2리타드(44) 및 검출기(미도시)가 순차적으로 연결되어 있고, 타측에는 정전렌즈계가 장착되어 있다.The conventional charged particle spectrometer is largely composed of an energy analyzer and an electrostatic lens system. The hemispherical energy analyzer of the energy analyzer is provided on the
정전렌즈계는 제 1 및 제 2 렌즈 조절기(12, 14) 및 다수의 정전 렌즈(16a, 16b, 16c)가 구비되어 있으며, 조리개(18a, 18b) 및 시료와 가까운 측에는 슬릿(11)이 설치되어 있다.The electrostatic lens system includes first and
에너지 분석기는 반구형으로서, 외부반구(32) 및 내부반구(34)는 전극이 되고, 2개의 전극 사이에 발생하는 전계로 인하여 하전입자는 그 에너지에 따라 분산된다. 이때 분산되는 하전입자의 경로는 하전입자의 운동에너지에 의존한다. 에너지 분석기에서의 에너지 분산으로 인하여, 영상이 분산되게 되어 영상의 공간적 특 성이 에너지 분산축을 따라 분별되지 않으므로, 기계적으로 적절히 시료를 탐색하여 2차원 영상을 얻는다. The energy analyzer is hemispherical, the
위치검출기를 사용하여 슬릿에 대한 시료의 각 위치별 에너지 스펙트럼과 2차원 영상을 획득할 수 있다.The position detector can be used to obtain energy spectra and two-dimensional images of each sample of the sample for the slit.
상기의 구조를 갖는 하전입자 스펙트로미터를 사용하여 시료의 표면 및 계면의 구조 및 화학정보를 얻는 방법은 다음과 같다. The method of obtaining the structure and chemical information of the surface and interface of the sample using the charged particle spectrometer having the above structure is as follows.
시료에 1차 입자 발생기(미도시)를 조사시켜, 산란되는 2차하전입자를 슬릿을 통해 정전렌즈계로 입사시킨다. 2차하전입자는 정전렌즈계를 통해 에너지 분석기로 유입되고, 에너지 분석기를 통과하면서 시료에 대한 구조 및 화학정보가 얻어진다.The primary particle generator (not shown) is irradiated to the sample, and scattered secondary charged particles are made to enter the electrostatic lens system through the slit. Secondary charged particles enter the energy analyzer through the electrostatic lens system and pass through the energy analyzer to obtain structural and chemical information about the sample.
그러나, 이와 같은 정전렌즈계를 구비한 스펙트로미터를 사용하는 방법은 낮은 에너지 영역의 2차하전입자, 특히 낮은 에너지의 광전자 또는 이차전자를 분석하기 위해 사용되는 것이므로, 10 keV 이상의 고에너지 2차하전입자를 분석할 수 없어 10keV 이상의 고에너지 2차하전입자는 별도의 방법을 분석해야하는 문제점이 있다.However, since the method using a spectrometer equipped with such an electrostatic lens system is used to analyze secondary charged particles in a low energy region, especially low energy photoelectrons or secondary electrons, high energy secondary charged particles of 10 keV or more are analyzed. There is a problem that the high-energy secondary charged particles above 10keV have to analyze a separate method.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 시료에서부터 방출되는 2차하전입자 중 저에너지영역의 2차하전입자뿐만 아니라 동시에 10keV 이상의 고에너지 영역의 2차하전입자를 검출하고, 고에너지 2차하전입자의 검출시에도 종래의 산란각인 -20°내지 20°를 유지하며, 고에너지 영역 의 2차하전입자의 검출로써 분해능이 향상된 스펙트럼을 획득할 수 있는 고에너지 하전입자 스펙트로미터를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to detect secondary charged particles in a high energy region of 10 keV or more as well as secondary charged particles in a low energy region among secondary charged particles emitted from a sample, and In the detection of energy secondary charged particles, -20 ° to 20 °, which is a conventional scattering angle, is maintained, and a high energy charged particle spectrometer capable of obtaining a spectrum with improved resolution by detecting secondary charged particles in a high energy range is provided. There is.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명은 시료에 1차입사를 조사하여 시료로부터 방출되는 2차하전입자를 분석하는 스펙트로미터에 있어서, 2차하전입자가 입사되는 메쉬전극(102); 및 메쉬전극에 연동되고, 외부에서 전압이 인가되는 제 1 전극(104), 제 2 전극(106), 제 3 전극(108), 제 4 전극(110) 및 제 5 전극(112)으로 구성되는 원통형 정전렌즈 전극;으로 구성되는 정전렌즈계;를 포함하고, 그리고 제 2 전극을 관통하고 소정의 크기의 개구부를 구비하는 제 1 영상평면 및 제 4 전극을 관통하고 소정의 크기의 개구부를 구비하는 제 2 영상평면이 형성되며, 고에너지를 갖는 2차하전입자를 수차 없이 집속하여 분석하는 것을 특징으로 하는 고에너지 하전입자 스펙트로미터를 제공한다.As a means for achieving the above object, the present invention is a spectrometer for analyzing the secondary charged particles emitted from the sample by irradiating the primary incidence on the sample, the
고에너지 하전입자 스펙트로미터에는 정전렌즈계에 연결되어 2차하전입자가 에너지에 따라 분산되도록 하는 에너지 분석기; 및 에너지 분석기를 통과한 2차하전입자의 스펙트럼 또는 영상을 획득하는 전자회로계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.The high energy charged particle spectrometer includes an energy analyzer connected to the electrostatic lens system to disperse secondary charged particles according to energy; And an electronic circuit system for obtaining a spectrum or an image of the secondary charged particles passing through the energy analyzer.
전자회로계는 2차하전입자의 신호를 증폭시키는 마이크로채널 플레이트(130); 마이크로채널 플레이트(130)상의 신호의 위치를 검출하는 위치 검출기(140); 스펙트럼제어유닛(150); 및 데이터 시스템(160);으로 구성됨이 바람직하다.The electronic circuit system includes a microchannel plate 130 for amplifying a signal of secondary charged particles; A
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명인 고에너지 하전입자 스펙트로미터의 구조를 바람직한 실시예로 살펴본다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings looks at the structure of the high energy charged particle spectrometer of the present invention as a preferred embodiment.
도 2는 본 발명인 고에너지 하전입자 스펙트로미터 중 정전렌즈계의 구조를 도시한 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 정전렌즈계는 하전입자를 집속하는 역할을 한다. 정전렌즈계는 메쉬전극(102), 복수의 전극이 형성되어 있는 원통형 정전렌즈 전극(104, 106, 108, 110, 112)으로 구성된다. 또한 산란된 2차하전입자가 한점에 집속되도록 제 1영상평면과(120) 제 2 영상평면(122)이 위치한다.2 is a cross-sectional view showing the structure of the electrostatic lens system of the high-energy charged particle spectrometer of the present invention. As shown in Figure 2, the electrostatic lens system serves to focus the charged particles. The electrostatic lens system is composed of a
메쉬전극(102)은 그물구조로 되어 있으며, 전극이 원통형으로 형성되어 있기 때문에 2차하전입자 집속시 발생할 수 있는 수차를 없애기 위하여 구비된 것이다.The
원통형 정전렌즈 전극은 제 1 전극 내지 제 5 전극(104, 106, 108, 110, 112)으로 이루어져 있으며, 고에너지 2차하전입자를 분석하기 위하여 고압이 인가된다.The cylindrical electrostatic lens electrode is composed of the first to
제 1 영상평면(120)에는 영역을 제한하기 위한 개구부를 두어 산란된 2차하전입자중 일정한 영역의 입자만을 통과하도록 한다. 또한, 제 2 영상평면(122)에도 영역을 제한하기 위한 개구부를 두어 2차하전입자의 통과 각도분포를 조절할 수 있다.The
원통형 정전렌즈 전극 중 제 5 전극에서의 전압이 제어되어 에너지 분석기로 입사되는 2차하전입자의 각도분포를 조절하게 된다.The voltage at the fifth electrode of the cylindrical electrostatic lens electrode is controlled to adjust the angular distribution of the secondary charged particles incident to the energy analyzer.
에너지 분석기는 정전렌즈계를 통과한 2차하전입자의 분석을 위한 것으로, 그 중 반구형 정전에너지 분석기를 사용함이 바람직하나, 이 경우에만 국한되는 것 은 아니다.The energy analyzer is for the analysis of the secondary charged particles passing through the electrostatic lens system, of which hemispherical electrostatic energy analyzer is preferably used, but is not limited thereto.
반구형 정전에너지 분석기는 외부반구(32) 및 내부반구(34)가 마운팅 플레이트상에 구비되어 형성된다. 외부반구(32)에는 에너지 분석기에 입사된 2차하전입자의 경로가 반구형을 따라 형성되도록 전압이 인가되고, 내부반구(34)에는 외부반구(32)와 반대의 전압이 인가된다. 정전에너지 분석기에 입사된 2차하전입자는 외부반구(32)와 내부반구(34)사이의 전계로 인하여 2차하전입자의 에너지에 따라 분산이 일어난다.The hemispherical electrostatic energy analyzer is formed with an
전자회로계는 마이크로채널 플레이트(130), 위치 검출기(140), 스펙트럼제어유닛(150), 데이터 시스템(160)으로 구성되어 있다.The electronic circuit system includes a microchannel plate 130, a
마이크로채널 플레이트(130)는 에너지 분석기를 통과한 2차하전입자의 신호를 증폭시키는 역할을 하며 2차하전입자가 에너지 분석기에서 방출되는 말미에 설치된다. The microchannel plate 130 serves to amplify the signal of the secondary charged particles passing through the energy analyzer and is installed at the end of the secondary charged particles emitted from the energy analyzer.
위치검출기(140)는 마이크로채널 플레이트(130)상의 신호의 위치를 검출한다.The
스펙트럼제어 유닛(150)은 스펙트로미터에 대한 전자적인 제어와 고전압 공급을 담당한다.The
데이터 시스템(160)은 스펙트럼 및 영상 획득을 컴퓨터(퍼스널 컴퓨터)에서 가능하도록 한다.
정전렌즈 전원공급장치(170)는 정전렌즈계에 연결되어 메쉬전극 및 제 1 전극 및 제 5 전극으로 이루어져있는 원통형 정전렌즈 전극에 전압을 인가하는 역할 을 하며, 10keV 이상의 에너지를 갖는 2차하전입자를 집속하고자 하는 때에는 비교적 고압의 값을 인가한다.The electrostatic
이하, 본 발명인 고에너지 하전입자 스펙트로미터를 사용하여 2차하전입자의 스펙트럼 및 영상을 얻기 위한 실시예를 살펴본다.Hereinafter, an embodiment for obtaining a spectrum and an image of secondary charged particles using the high energy charged particle spectrometer of the present invention will be described.
<각도분포에 따른 에너지 스펙트럼 획득><Acquisition of Energy Spectrum According to Angle Distribution>
도 2와 같이 구성된 정전렌즈계를 포함하는 스펙트로미터를 도 4에 도시된 바와 같이 설치한다. 정전렌즈계의 각각의 전극에 인가되는 전압은 메쉬전극(102)에 0 V, 제 1 전극(104)에 30 kV, 제 2 전극(106)에 85kV, 제3 전극(108)에 0 kV, 제 4 전극(110)에 80kV를 인가하고, 제 5 전극(112)에 20 kV로 하며, 시료에 조사되는 입자는 100 keV의 에너지를 갖는 양성자(proton)로 한다.A spectrometer including an electrostatic lens system configured as shown in FIG. 2 is installed as shown in FIG. 4. The voltage applied to each electrode of the electrostatic lens system is 0 V for the
상기와 같은 조건하에서, 정전렌즈계를 통과하는 2차하전입자의 궤적을 나타낸 것이 도 3에 나타난 바와 같다. 도 3을 살펴보면 정전렌즈계에 수차가 없음을 확인할 수 있다.Under the above conditions, the trajectory of the secondary charged particles passing through the electrostatic lens system is shown in FIG. 3. Looking at Figure 3 it can be seen that there is no aberration in the electrostatic lens system.
<2차하전입자<Secondary charged particles 의of 영상 획득> Image Acquisition>
도 2와 같이 구성된 정전렌즈계를 포함하는 스펙트로미터를 도 4에 도시된 바와 같이 설치한다. 정전렌즈계에는 도 2에 나타난 바와 달리 소정의 크기의 개구부를 갖는 제 1 회절평면(124)과 제 2 회절평면(126)의 위치가 다소 변동되어 있다.A spectrometer including an electrostatic lens system configured as shown in FIG. 2 is installed as shown in FIG. 4. Unlike the electrostatic lens system shown in FIG. 2, the positions of the
시료에서 방출된 2차하전입자는 제 1 회절평면(124)의 개구부로 인하여 정전렌즈계의 중심축에 평행하게 입사하는 2차하전입자만 통과하게 되고, 제 2회절평면 (126)의 개구부 및 제 5 전극에 인가되는 전압을 인하여 에너지 분석기로 입사되는 2차하전입자의 범위가 제한된다.The secondary charged particles emitted from the sample pass only secondary charged particles incident in parallel to the central axis of the electrostatic lens system due to the opening of the
2차하전입자의 영상을 획득하는 경우에도, 각각의 전극에 인가되는 전압을 메쉬전극에 0 V, 제 1 전극에 30 kV, 제 2 전극에 85kV, 제3 전극에 0 kV, 제 4 전극에 80kV를 인가하고, 제 5 전극에 20 kV로 하며, 시료에 조사되는 입자를 100 keV의 에너지를 갖는 양성자(proton)로 하는 경우, 2차하전입자의 궤적은 도 5에 나타난 바와 같다. 이 경우에도, 정전렌즈계의 수차가 없음을 확인할 수 있다.Even when an image of secondary charged particles is obtained, the voltage applied to each electrode is 0 V for the mesh electrode, 30 kV for the first electrode, 85 kV for the second electrode, 0 kV for the third electrode, and 80 kV for the fourth electrode. Is applied to the 5th electrode and 20 kV, and when the particle irradiated to the sample is a proton having an energy of 100 keV, the trajectory of the secondary charged particles is as shown in FIG. Also in this case, it can be confirmed that there is no aberration of the electrostatic lens system.
본 발명의 경우, 보다 바람직하게 제 1 영상평면(120) 및 제 2 영상평면(122)의 위치를 변동시키지 아니하고, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 영상평면을 2개 추가하여 총 4개의 개구평면의 위치를 고정하여 설치할 수 있다. 상기와 같은 구성으로 측정하려는 목적에 따라 각각의 영상평면의 개구부의 크기를 조절함이 설치상 발생할 수 있는 오차를 줄일 수 있기 때문이다.In the present invention, more preferably, the position of the
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 정전렌즈계의 구성 및 제 1 전극 내지 제 5 전극에 인가되는 전압을 조절하여 시료에서부터 방출되는 2차하전입자 중 저에너지영역의 2차하전입자 뿐만 아니라 동시에 고에너지 영역의 2차하전입자를 검출하여 시간 및 비용의 절감에 기여할 수 있으며, 또한 고에너지 영역의 2차하전입자를 검출함으로써 분해능이 향상된 스펙트럼을 획득할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, the secondary charged particles of the low energy region as well as the secondary charged particles of the low energy region of the secondary charged particles emitted from the sample by adjusting the configuration of the electrostatic lens system and the voltage applied to the first to fifth electrodes are simultaneously simultaneously displayed. Detecting the charged particles can contribute to saving time and cost, and also has the advantage of obtaining a spectrum with improved resolution by detecting secondary charged particles in the high energy region.
따라서, 시료의 표면에 대한 화학구성요소, 밀도, 결정 등의 정보를 보다 정 확하고 빠르게 획득할 수 있으므로 반도체 시료조사 등의 스펙트로미터를 사용하는 분야의 품질향상에 기여할 수 있는 장점이 있다.Therefore, since information such as chemical composition, density, and crystal on the surface of the sample can be obtained more accurately and quickly, there is an advantage that can contribute to quality improvement in the field using spectrometer such as semiconductor sample inspection.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various other modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Are all within the scope of the appended claims.
Claims (3)
Priority Applications (1)
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KR1020060129941A KR100833647B1 (en) | 2006-12-19 | 2006-12-19 | Spectrometer for high energy charged particle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020060129941A KR100833647B1 (en) | 2006-12-19 | 2006-12-19 | Spectrometer for high energy charged particle |
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KR1020060129941A KR100833647B1 (en) | 2006-12-19 | 2006-12-19 | Spectrometer for high energy charged particle |
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---|---|---|---|---|
KR20030029046A (en) * | 2000-07-27 | 2003-04-11 | 가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | Sheet beam test apparatus |
KR20060032137A (en) * | 2003-05-09 | 2006-04-14 | 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | Electron beam device, electron beam inspection method, electron beam inspection device, pattern inspection method and exposure condition determination method |
-
2006
- 2006-12-19 KR KR1020060129941A patent/KR100833647B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030029046A (en) * | 2000-07-27 | 2003-04-11 | 가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | Sheet beam test apparatus |
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