KR101311356B1 - 시편 지지 부재 및 이를 포함하는 주사 전자 현미경 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 시편을 간편하게 탈착할 수 있고, 시편에 안정적으로 전류를 인가시킬 수 있는 압착 통전형 시편 지지 부재 및 이를 포함하는 주사전자현미경을 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 압착 통전형 시편 지지 부재는, 스테이지 요소; 스테이지 요소에 결합되어 고정되고 시편을 하측에서 지지하는 하측 지지 요소; 하측 지지 요소에 결합되어 고정되고 시편을 측면에서 지지하는 측면 지지 요소; 및 측면 지지 요소 내에 삽입되고, 시편을 압착하여 고정하고, 시편에 전류를 흐르게 하는 압착 통전 요소;를 포함한다.

Description

시편 지지 부재 및 이를 포함하는 주사 전자 현미경{Specimen holding member and scanning electron microscope having the same}
본 발명의 기술적 사상은 주사 전자 현미경에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 시편 지지 부재 및 이를 포함하는 주사 전자 현미경에 관한 것이다.
주사전자현미경은 전자 빔을 시편에 주사(scanning)하여, 시편으로부터 방출되는 이차전자(secondary electron) 또는 반사전자(back scattered electron)를 검출하여 시편을 관찰하는 장치이다. 가시광을 이용하는 광학 현미경이 최대 500 nm의 분해능을 가지는 반면, 주사전자현미경은 가시광보다 훨씬 파장이 짧은 전자 파를 이용하므로 0.2 nm 수준의 분해능을 가질 수 있어, 미세 조직 연구에 유용하게 응용되고 있다. 주사전자현미경은 시편의 확대 영상을 관찰할 수 있으므로, 시편 조직 관찰이나 표면 형상 관찰 등에 응용되고 있다.
최근에는 시편을 주사전자현미경으로 관찰하는 동안에 어닐링하거나 또는 전자 물질 이동(electromigration)을 인-싯츄(in-situ) 관찰하는 연구가 진행되고 있다. 이러한 인-싯츄 관찰은 어닐링 중의 시편의 물성 변화 및/또는 시편 내의 전자 물질 이동 현상에 대한 정보를 보다 더 정확하게 제공할 수 있다. 예를 들어, 반도체 패키지에서, 전류 인가에 따른 솔더볼 물질의 전자 물질 이동 현상을 주사전자현미경을 이용하여 인-싯츄 관찰할 수 있다.
종래의 주사전자현미경에 있어서, 관찰하는 시편을 지지하는 시편 지지 부재는 시편을 지지판들 사이에 위치시키고, 볼트를 이용하여 지지판들을 고정하여 상기 시편을 압착하여 지지한다. 또한, 상기 시편에 전류를 인가하기 위하여, 상기 시편에 집게들을 물린 후, 상기 집게들을 통하여 상기 시편에 전류를 인가한다.
하지만, 이러한 구성은 관찰하는 시편을 시편 지지 부재에 탈착할 때마다 볼트를 조이거나 풀어야 하며, 전류 인가를 위하여 집게를 시편에 물려야 하는 불편함이 있다. 아울러, 이러한 구성은 스테이지 이동 시 통전 방식이 불안정하여 신뢰성 있는 평가를 어렵게 한다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 시편을 간편하게 탈착할 수 있고, 시편에 안정적으로 전류를 인가시킬 수 있는 압착 통전형 시편 지지 부재 및 이를 포함하는 주사 전자 현미경을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 시편 지지 부재는, 스테이지 요소; 상기 스테이지 요소에 결합되어 고정되고 시편을 하측에서 지지하는 하측 지지 요소; 하측 지지 요소에 결합되어 고정되고 상기 시편을 측면에서 지지하는 측면 지지 요소; 및 상기 측면 지지 요소 내에 삽입되고, 상기 시편을 압착하여 고정하고, 상기 시편에 전류를 흐르게 하는 압착 통전 요소;를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 압착 통전 요소는, 내부에 중공이 형성된 본체; 상기 본체의 상기 중공 내에 위치하고, 상기 본체의 일단부에서 돌출되어 상기 시편에 접촉하는 구슬; 및 상기 본체의 상기 중공 내에 위치하고, 상기 구슬과 탄성적으로 접촉하는 스프링;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 측면 지지 요소는 내부에 암나사가 형성된 압착 통전 요소 삽입구를 더 포함할 수 있다. 상기 압착 통전 요소 삽입구의 상기 암나사는 상기 압착 통전 요소의 측부에 형성된 수나사와 나사 결합할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 측면 지지 요소에 전기적으로 연결되고, 상기 압착 통전 요소를 통하여 상기 시편에 전류를 인가하는 전류 인가 요소;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 스테이지 요소와 상기 하측 지지 요소 사이에 위치하고, 상기 스테이지 요소와 상기 하측 지지 요소를 절연시키는 하측 절연 요소;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 하측 지지 요소와 상기 측면 지지 요소 사이에 위치하고, 상기 하측 지지 요소와 상기 측면 지지 요소를 절연시키는 측면 절연 요소;를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 시편 지지 부재를 포함하는 주사 전자 현미경은, 스테이지 요소; 상기 스테이지 요소에 결합되어 고정되고 시편을 하측에서 지지하는 하측 지지 요소; 하측 지지 요소에 결합되어 고정되고 상기 시편을 측면에서 지지하는 측면 지지 요소; 및 상기 측면 지지 요소 내에 삽입되고, 상기 시편을 압착하여 고정하고, 상기 시편에 전류를 흐르게 하는 압착 통전 요소;를 포함하는 시편 지지 부재를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시편 지지 부재에 따르면, 압착 통전 요소에 의하여 압착적으로 시편을 지지하고 통전하므로, 시편을 간편하게 탈부착할 수 있고, 나아가 압착 통전 방식을 이용하여 전류를 안정적으로 인가시킬 수 있게 되어 평가 신뢰성을 높일 수 있다. 상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 지지 부재를 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 시편 지지 부재를 도시하는 전개 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 압착 통전 요소를 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 2의 시편 지지 부재(100)에 시편이 탈착되는 작동을 나타내는 작동도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 지지 부재를 도시하는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용하여 관찰한 반도체 패키지의 전자 이동(electro-migration)을 설명하는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용하여 관찰한 반도체 패키지의 전자 이동에 따른 현상들을 나타내는 사진들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. 본 명세서에서 "수평"과 "수직"은 상대적인 방향을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경(1)을 도시하는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 주사 전자 현미경(1)은 전자총(2)(electron gun), 제1 집광 렌즈(3)(condenser lens), 제2 집광 렌즈(4), 대물 렌즈(5)(objective lens), 편향 코일(6)(deflection coil), 2차 전자 감지부(7)(secondary electron detector), 후방산란 전자 감지부(8)(backscatter electron detector), X-선 감지부(9)(X-ray detector), 및 시편 지지 부재(100)를 포함한다.
전자총(2)으로부터 방출된 전자 빔(E)(electron beam)은 제1 집광 렌즈(3)와 제2 집광 렌즈(4)을 거쳐 집광되며, 대물 렌즈(5)를 거쳐 시편(S)에 도달한다. 제1 집광 렌즈(3), 제2 집광 렌즈(4), 및 대물 렌즈(5)는 전자 렌즈로 구성된다. 대물 렌즈(5)는 전자 빔(E)의 초점을 형성하는 편향 코일(6)을 포함할 수 있다.
시편(S)에 도달된 전자 빔(E)으로부터 2차 전자, 후방산란 전자, 및 X-선이 방출되며, 이들은 각각 2차 전자 감지부(7), 후방산란 전자 감지부(8). 및 X-선 감지부(9)에 의하여 감지된다.
시편(S)은 시편 지지 부재(100)에 상에 안착될 수 있다. 시편 지지 부재(100)는 시편(S)을 압착하고 통전하는 압착 통전 요소를 더 포함할 수 있고, 이에 대해서는 하기에 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 지지 부재(100)를 도시하는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 시편 지지 부재(100)를 도시하는 전개 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 시편 지지 부재(100)는, 스테이지 요소(110), 샤프트 요소(120), 하측 절연 요소(130), 하측 지지 요소(140), 측면 절연 요소(150), 측면 지지 요소(160), 압착 통전 요소(170), 전류 인가 요소(180)를 포함한다.
스테이지 요소(110)는 평판 형상을 가질 수 있고, 시편을 지지하기 위한 하기에 설명되는 구성 요소들을 지지할 수 있다.
샤프트 요소(120)는 스테이지 요소(110)의 하측에서 결합되어 위치하고 있고, 주사전자현미경(1, 도 1 참조)에 시편 지지 부재(100)를 설치하거나 제거할 수 있다. 스테이지 요소(110)와 샤프트 요소(120)는 나사를 이용하여 결합되거나 압착 볼과 같은 압착 방식을 이용하여 결합될 수 있다.
스테이지 요소(110)와 샤프트 요소(120)는 강체(rigid body)로 구성될 수 있고, 예를 들어 구리, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속으로 구성될 수 있다. 스테이지 요소(110)와 샤프트 요소(120)는 동일한 물질로 구성되거나 서로 다른 물질로 구성될 수 있다.
하측 절연 요소(130)는 스테이지 요소(110)의 상측에 고정되어 위치한다. 예를 들어, 하측 절연 요소(130)는 제1 볼트 요소(132)를 이용하여 스테이지 요소(110)의 상측에 고정될 수 있다. 또한, 하측 절연 요소(130)의 상측에 하측 지지 요소(140)가 위치한다. 이에 따라, 하측 절연 요소(130)는 스테이지 요소(110)와 하측 지지 요소(140) 사이에 개재되어 이들을 절연한다. 하측 절연 요소(130)는 절연물로 구성될 수 있고, 예를 들어 플라스틱, 고무, 또는 폴리머 등을 포함할 수 있다.
하측 지지 요소(140)는 하측 절연 요소(130) 상에 위치한다. 하측 지지 요소(140)는 하측 절연 요소(130) 및/또는 스테이지 요소(110)에 나사 결합, 요철 결합 또는 클램프 결합 등으로 결합되어 고정될 수 있다.
하측 지지 요소(140)는 직육면체의 형상을 가질 수 있다. 하측 지지 요소(140)를 위에서 바라보면, 하측 지지 요소(140)는 긴 변과 짧은 변을 가지는 직사각형 형상일 수 있다. 하측 지지 요소(140)는 강체(rigid body)로 구성될 수 있고, 예를 들어 구리, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속으로 구성될 수 있다. 하측 지지 요소(140)는 열전도성 및/또는 전기 전도성이 우수한 물질을 포함할 수 있다.
하측 지지 요소(140)는 상기 긴 변을 따라 수평으로 형성된 히터 삽입구(141)와 써모 커플 삽입구(142)를 포함할 수 있다. 히터 삽입구(141)에는 시편을 가열하도록 히터가 삽입될 수 있다. 써모 커플 삽입구(142)에는 시편의 온도를 측정하도록 써모 커플(thermocouple)이 삽입될 수 있다. 히터 삽입구(141)와 써모 커플 삽입구(142)의 상대적인 위치는 다양하게 선택될 수 있다.
하측 지지 요소(140)는 상기 긴 변을 따라 수평으로 형성되고 그 내부에 암나사가 형성된 복수의 제1 볼트 삽입구(143)들을 포함할 수 있다. 제1 볼트 삽입구(143)에는 제2 볼트 요소(144)가 삽입되어 체결될 수 있다. 제1 볼트 삽입구(143)의 연장 방향은 히터 삽입구(141)와 써모 커플 삽입구(142)의 연장 방향들과 교차될 수 있다. 다만, 제1 볼트 삽입구(143)가 히터 삽입구(141)와 써모 커플 삽입구(142)을 관통하지 않도록 위치함에 유의한다. 도 2에서는, 제1 볼트 삽입구(143)가 히터 삽입구(141)와 써모 커플 삽입구(142)에 대하여 상측에 위치하도록 도시되어 있으나 이는 예시적이며, 제1 볼트 삽입구(143)가 히터 삽입구(141)와 써모 커플 삽입구(142)에 대하여 하측에 위치하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
측면 절연 요소(150)는 하측 지지 요소(140)의 양 측면에 고정되어 위치하고, 하측 지지 요소(140)와 측면 지지 요소(160)를 절연한다. 측면 절연 요소(150)는 수평으로 관통하는 복수의 제2 볼트 삽입구(152)들을 포함할 수 있다. 제2 볼트 삽입구(152)는 하측 지지 요소(140)의 제1 볼트 삽입구(143)에 상응하도록 위치할 수 있고, 제2 볼트 요소(144)가 삽입될 수 있다.
측면 절연 요소(150)는 절연물로 구성될 수 있고, 예를 들어 플라스틱, 고무, 또는 폴리머 등을 포함할 수 있다. 하측 절연 요소(130)와 측면 절연 요소(150)는 동일한 물질로 구성되거나 서로 다른 물질로 구성될 수 있다.
측면 절연 요소(150)의 최상부가 하측 지지 요소(140)의 최상부로부터 돌출되도록, 측면 절연 요소(150)가 하측 지지 요소(140)에 설치될 수 있다. 이에 따라 측면 지지 요소(160)가 하측 지지 요소(140)로부터 이격시킬 수 있다. 그러나, 측면 절연 요소(150)가 하측 지지 요소(140)로부터 돌출되도록 위치하는 것은 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
측면 지지 요소(160)는 하측 지지 요소(140)의 측면에 결합되고, 하측 지지 요소(140)의 상면으로 연장되도록 위치한다. 측면 지지 요소(160)는 강체(rigid body)로 구성될 수 있고, 예를 들어 구리, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속으로 구성될 수 있다. 하측 지지 요소(140)는 전기 전도성이 우수한 물질을 포함할 수 있다. 측면 지지 요소(160)는 하측 지지 요소(140)에 결합되고 수직으로 연장되는 수직 연장부(161)와 하측 지지 요소(140) 상으로 수평으로 연장되는 수평 연장부(162)를 포함하며, "ㄱ"자 형상을 가질 수 있다.
또한, 측면 지지 요소(160)는 수직 연장부(161)를 수평으로 관통하는 제3 볼트 삽입구(163)를 포함할 수 있다. 제3 볼트 삽입구(163)에는 그 내부에 암나사가 형성되거나 또는 형성되지 않을 수 있다. 제3 볼트 삽입구(163)는 측면 절연 요소(150)의 제2 볼트 삽입구(152) 및 하측 지지 요소(140)의 제1 볼트 삽입구(143)에 상응하도록 위치할 수 있다. 제3 볼트 삽입구(163)에는 제2 볼트 요소(144)가 삽입될 수 있다. 제2 볼트 요소(144)는 측면 지지 요소(160)의 제3 볼트 삽입구(163) 및 측면 절연 요소(150)의 제2 볼트 삽입구(152)를 관통하고, 제2 볼트 요소(144)의 외측에 형성된 수나사가 하측 지지 요소(140)의 제1 볼트 삽입구(143)의 내부에 형성된 암나사와 나사 결합할 수 있다. 이에 따라, 제2 볼트 요소(144)에 의하여 하측 지지 요소(140)에 측면 지지 요소(160)와 측면 절연 요소(150)가 함께 고정될 수 있다. 제3 볼트 삽입구(163)의 내부에 암나사가 형성된 경우에는, 상기 암나사와 제2 볼트 요소(144)의 상기 수나사가 나사 결합할 수 있다.
또한, 측면 지지 요소(160)는 수평 연장부(162)를 수평으로 관통하는 압착 통전 요소 삽입구(164)를 포함할 수 있다. 압착 통전 요소 삽입구(164)와 제3 볼트 삽입구(163)는 측면 지지 요소(160)의 동일한 수직면에 위치할 수 있다. 압착 통전 요소 삽입구(164)에는 압착 통전 요소(170)가 삽입되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 압착 통전 요소 삽입구(164)의 내부에 형성된 암나사와 압착 통전 요소(170)의 외부에 형성된 수나사가 나사 결합하여 고정될 수 있다.
또한, 측면 지지 요소(160)는 수평 연장부(162)를 수직으로 관통하는 전류 인가 요소 삽입구(165)를 포함할 수 있다. 전류 인가 요소 삽입구(165)는 측면 지지 요소(160)의 수평면에 위치할 수 있다. 전류 인가 요소 삽입구(165)에는 전류 인가 요소(180)가 삽입되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 전류 인가 요소 삽입구(165)의 내부에 형성된 암나사와 전류 인가 요소(180)의 외부에 형성된 수나사가 나사 결합하여 고정될 수 있다. 또는, 전류 인가 요소 삽입구(165) 와 전류 인가 요소(180)에 서로 반대되는 요철이 형성되어, 이들 사이에 신뢰성있는 전기적 접촉이 구현되도록 전류 인가 요소(180)가 전류 인가 요소 삽입구(165)에 결합될 수 있다. 전류 인가 요소(180)로부터 전류가 인가되면, 측면 지지 요소(160) 및 압착 통전 요소(170)을 통하여 시편에 상기 전류가 흐를 수 있다.
하측 지지 요소(140)를 중심으로 하측 지지 요소(140)의 양측에 한 쌍의 측면 지지 요소(160)들이 서로 대향하도록 결합될 수 있다. 또한, 하측 지지 요소(140)의 양 측면 각각에 복수의 측면 지지 요소(160)들이 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 두 쌍의 측면 지지 요소(160)들이 하측 지지 요소(140)를 중심으로 하측 지지 요소(140)의 양측에 서로 대향하도록 결합될 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 측면 지지 요소(160)와 하측 지지 요소(140) 사이에는 측면 절연 요소(150)가 개재될 수 있고, 이에 따라 측면 지지 요소(160)와 하측 지지 요소(140)는 서로 절연될 수 있다. 예를 들어, 측면 지지 요소(160)의 수직 연장부(161)는 측면 절연 요소(150)에 의하여 하측 지지 요소(140)로부터 절연되고, 측면 지지 요소(160)의 수평 연장부(162)는 하측 지지 요소(140)로부터 수직으로 이격되어 위치함에 의하여 절연될 수 있다.
전술한 하측 절연 요소(130) 및/또는 측면 절연 요소(150)들을 이용함으로써 시편으로 전류 통전 시 이미징을 위한 이차전자 또는 반사 전자의 이동에 방해가 되는 방향으로의 통전 전류의 발생을 억제할 수 있다.
서로 대향하여 위치하는 한 쌍의 측면 지지 요소(160)들 중 적어도 어느 하나에는 압착 통전 요소(170)가 설치될 수 있다. 또한, 하측 지지 요소(140)의 일 측면에 결합된 복수의 측면 지지 요소(160)들에 압착 통전 요소(170)가 각각 설치될 수 있다. 예를 들어, 하측 지지 요소(140)의 일 측면에 결합된 제1 측면 지지 요소(160a)와 제2 측면 지지 요소(160b)에 압착 통전 요소(170)가 각각 설치될 수 있다. 서로 대향하여 위치하는 한 쌍의 측면 지지 요소(160)들 사이에 시편이 삽입되어 압착 통전 요소(170)에 접촉하고, 상기 삽입된 시편에 의하여 압착 통전 요소(170)가 압축되어 복원력을 발생시키고, 상기 복원력에 의하여 상기 시편이 압착 통전 요소(170)에 압착됨으로써, 결과적으로 측면 지지 요소(160)에 의하여 상기 시편이 고정될 수 있다. 또한, 하측 지지 요소(140)는 상기 시편의 하측을 지지하여 고정할 수 있다. 대안적으로, 서로 대향하여 위치하는 한 쌍의 측면 지지 요소(160)들 양쪽 모두에 압착 통전 요소(170)가 설치되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
압착 통전 요소(170)는 전기 전도성이 우수한 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 구리, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다. 압착 통전 요소(170)는 측면 지지 요소(160)의 수평 연장부(162)에 형성된 압착 통전 요소 삽입구(164)에 삽입되어 고정될 수 있다. 압착 통전 요소(170)는 서로 대향하여 위치하는 한 쌍의 측면 지지 요소(160) 중 적어도 어느 하나에 삽입될 수 있다. 압착 통전 요소(170)는 시편을 압착하여 지지할 수 있다. 압착 통전 요소(170)는 측면 지지 요소(160)에 대하여 통전될 수 있고, 상기 시편에 전류를 흐르게 할 수 있다. 압착 통전 요소(170)에 대하여는 도 4를 참조하여 하기에 설명하기로 한다.
전류 인가 요소(180)는 전선으로 구성될 수 있고, 전류 인가 요소 삽입구(165)에 삽입되어 측면 지지 요소(160)와 전기적으로 연결될 수 있다. 전류 인가 요소(180)는 외부 전원 또는 주사전자현미경에 설치된 전원 요소에 연결될 수 있다. 전류 인가 요소(180)는 전류를 측면 지지 요소(160)에 인가할 수 있고, 압착 통전 요소(170)를 통하여 상기 시편에 전류를 흐르게 할 수 있다. 구체적으로, 제1 측면 지지 요소(160a)로부터 상기 시편을 거쳐 제2 측면 지지 요소(160b)로 전류를 흐르게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 압착 통전 요소(170)를 도시하는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 압착 통전 요소(170)는 본체(171), 스프링(172), 및 구슬(173)을 포함한다. 본체(171), 스프링(172), 및 구슬(173)은 전기 전도성이 우수한 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 구리, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다.
본체(171)는 중공(174, 中孔)을 가질 수 있고, 중공(174) 내에 스프링(172)이 위치할 수 있다. 본체(171)의 제1 단부(171a)에는 구슬(173)이 삽입되어 위치할 수 있다. 구슬(173)은 스프링(172)과 탄성적으로 접촉할 수 있고, 스프링(172)에 의하여 탄성적으로 중공(174) 내를 이동할 수 있다. 본체(171)의 제1 단부(171a)은 구슬(173)을 노출시킬 수 있고, 구슬(173)이 본체(171) 내에 유지되도록, 본체(171)의 제1 단부(171a)은 구슬(173)의 직경에 비하여 작은 홀을 가질 수 있다.
본체(171)의 제1 단부(171a)에 대향하는 본체(171)의 제2 단부(171b)은 스프링(172)의 탄성 거동을 지지하도록 중공(174)이 막힌 구조를 가질 수 있다. 본체(171)의 제2 단부(171b)의 외측 표면은 나사 조임을 위한 홈(175)이 형성될 수 있고, 홈(175)은 일자 홈 또는 십자 홈일 수 있다. 본체(171)의 제2 단부(171b)의 외측 표면은 볼트 형상을 가질 수 있다.
본체(171)의 측부(171c)에는 수나사(176)가 형성될 수 있다. 수나사(176)는 측면 지지 요소(160)의 압착 통전 요소 삽입구(164) 내에 형성된 암나사와 나사 결합될 수 있다.
이러한 압착 통전 요소(170)의 구성에 따르면, 시편을 간편하게 탈부착 할 수 있을 뿐만 아니라, 시편에 안정적으로 전류를 통전할 수 있게 되어 평가 신뢰성이 향상될 수 있다. 나아가, 시편의 전기적 테스트 신뢰도가 높아짐에 따라서, 통전 과정에 발생하는 시편의 손실을 줄일 수 있어서 정략적인 평가를 위하여 시편을 추가로 제작하는 비용을 줄일 수 있다.
도 5는 도 2의 시편 지지 부재(100)에 시편이 탈착되는 작동을 나타내는 작동도이다.
도 5를 참조하면, 한 쌍의 측면 지지 요소(160)들이 하측 지지 요소(140)를 중심으로 하측 지지 요소(140)의 양측에 서로 대향하도록 위치한다. 측면 지지 요소(160)들의 하나에는 압착 통전 요소(170)가 삽입될 수 있다. 압착 통전 요소(170)의 구슬(173)은 측면 지지 요소(160)로부터 돌출될 수 있다.
시편(S)은 한 쌍의 측면 지지 요소(160)들 사이에 삽입된다. 시편(S)은 압착 통전 요소(170)의 구슬(173)을 압축할 수 있고, 시편(S)의 시편 패드(SP)에 구슬(173)이 접촉할 수 있다. 상술한 바와 같이, 구슬(173)은 스프링(172)을 압축하여 발생하는 복원력에 의하여 시편(S)을 지지할 수 있다. 또한, 구슬(173)은 전류 인가 요소(180)와 통전되어 시편(S)의 시편 패드(SP)에 전류를 흐르게 할 수 있다. 또한, 시편(S)은 하측 지지 요소(140)를 하측에서 지지할 수 있다.
시편(S)이 측면 지지 요소(160)으로부터 제거되면, 구슬(173)은 스프링(172)의 복원력에 의하여 최초 위치로 복귀할 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 지지 부재(200)를 도시하는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 시편 지지 부재(200)는 복수의 시편 지지 부재(100a, 100b, 100c)가 스테이지 요소(210) 상에 설치되어 있다. 시편 지지 부재(200)는 복수의 시편 지지 부재(100a, 100b, 100c)에 각각 시편을 위치시킨 후 주사전자현미경 내에 장입함으로써, 복수의 상기 시편들을 함께 인-싯츄 관찰할 수 있다. 시편 지지 부재(100a, 100b, 100c)의 갯수는 예시적이며, 다양하게 변화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용하여 관찰한 반도체 패키지의 전자 이동(electro-migration)을 설명하는 개략도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 이용하여 관찰한 반도체 패키지의 전자 이동에 따른 현상들을 나타내는 사진들이다.
도 7을 참조하면, 기판(20) 상에 반도체 칩(22)이 실장되고, 기판(20)과 반도체 칩(22) 사이에 솔더 볼(24)이 위치한다. 솔더 볼(24)은 반도체 칩(22)과 기판(20)을 전기적으로 연결한다. 구체적으로, 기판(20)에 설치된 기판 패드(21)와 반도체 칩(22)에 설치된 반도체 칩 패드(23) 사이에 솔더 볼(24)이 위치한다. 반도체 칩(22)으로부터 기판(20)으로 전류가 흐르면, 전자(e-)는 이와 반대로 기판(20)으로부터 반도체 칩(22)으로 향하여 이동하게 되며, 이에 따라, "B" 영역으로부터 "A"으로의 전자 물질 이동(electromigration)이 발생한다.
도 8을 참조하면, 상기 패키지에 140℃ 의 온도에서, 9 x 104 A/cm2 의 전류를 흐르게 한 후, 패키지의 솔더 볼을 본 발명에 따른 주사전자현미경으로 인-싯츄 관찰한 사진들이다. 상기 온도는 히터 삽입구(141, 도 2 참조) 내에 삽입된 히터에 의하여 달성될 수 있고, 써모 커플 삽입구(142, 도 2 참조)에 삽입된 써모 커플에 의하여 측정될 수 있다. 상기 시편에 인가되는 전류는 전류 인가 요소(180, 도 2 참조)에 의하여 구현될 수 있다.
도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, "B" 영역 내에 기판 패드와 솔더 볼 사이에 보이드(interfacial void)가 발생하는 것이 관찰되었다. 이는 "B" 영역의 솔더 볼 물질이 "A" 영역으로 이동함을 나타낸다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1: 주사 전자 현미경, 2: 전자총, 3: 제1 집광 렌즈, 4: 제2 집광 렌즈,
5: 대물 렌즈, 6: 편향 코일, 8: 후방산란 전자 감지부,
7: 2차 전자 감지부, 9: X-선 감지부, 20: 기판, 21: 기판 패드,
22: 반도체 칩, 23: 반도체 칩 패드, 24: 솔더 볼,
100: 시편 지지 부재, 110: 스테이지 요소, 120: 샤프트 요소,
130: 하측 절연 요소, 132: 제1 볼트 요소, 140: 하측 지지 요소,
141: 히터 삽입구, 142: 써모 커플 삽입구, 143: 제1 볼트 삽입구,
144: 제2 볼트 요소, 150: 측면 절연 요소, 152: 제2 볼트 삽입구,
160: 측면 지지 요소, 161: 수직 연장부, 162: 수평 연장부,
163: 제3 볼트 삽입구, 164: 압착 통전 요소 삽입구,
165: 전류 인가 요소 삽입구, 170: 압착 통전 요소, 171: 본체,
171a: 제1 단부, 171b: 제2 단부, 171c: 측부,
172: 스프링, 173: 구슬, 174: 중공, 175: 홈, 176: 수나사,
180: 전류 인가 요소, 200: 시편 지지 부재, 210: 스테이지 요소,

Claims (7)

  1. 스테이지 요소;
    상기 스테이지 요소에 결합되어 고정되고 시편을 하측에서 지지하는 하측 지지 요소;
    하측 지지 요소에 결합되어 고정되고 상기 시편을 측면에서 지지하는 측면 지지 요소; 및
    상기 측면 지지 요소 내에 삽입되고, 상기 시편을 압착하여 고정하고, 상기 시편에 전류를 흐르게 하는 압착 통전 요소;
    를 포함하고,
    상기 측면 지지 요소는 내부에 암나사가 형성된 압착 통전 요소 삽입구를 더 포함하고,
    상기 압착 통전 요소 삽입구의 상기 암나사는 상기 압착 통전 요소의 측부에 형성된 수나사와 나사 결합하는, 시편 지지 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    압착 통전 요소는,
    내부에 중공이 형성된 본체;
    상기 본체의 상기 중공 내에 위치하고, 상기 본체의 일단부에서 돌출되어 상기 시편에 접촉하는 구슬; 및
    상기 본체의 상기 중공 내에 위치하고, 상기 구슬과 탄성적으로 접촉하는 스프링;
    을 포함하는, 시편 지지 부재.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측면 지지 요소에 전기적으로 연결되고, 상기 압착 통전 요소를 통하여 상기 시편에 전류를 인가하는 전류 인가 요소;
    를 더 포함하는, 시편 지지 부재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지 요소와 상기 하측 지지 요소 사이에 위치하고, 상기 스테이지 요소와 상기 하측 지지 요소를 절연시키는 하측 절연 요소;
    를 더 포함하는, 시편 지지 부재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하측 지지 요소와 상기 측면 지지 요소 사이에 위치하고, 상기 하측 지지 요소와 상기 측면 지지 요소를 절연시키는 측면 절연 요소;
    를 더 포함하는, 시편 지지 부재.
  7. 시편 지지 부재를 포함하는 주사 전자 현미경으로서,
    상기 시편 지지 부재는,
    스테이지 요소;
    상기 스테이지 요소에 결합되어 고정되고 시편을 하측에서 지지하는 하측 지지 요소;
    하측 지지 요소에 결합되어 고정되고 상기 시편을 측면에서 지지하는 측면 지지 요소; 및
    상기 측면 지지 요소 내에 삽입되고, 상기 시편을 압착하여 고정하고, 상기 시편에 전류를 흐르게 하는 압착 통전 요소;
    를 포함하고,
    상기 측면 지지 요소는 내부에 암나사가 형성된 압착 통전 요소 삽입구를 더 포함하고, 상기 압착 통전 요소 삽입구의 상기 암나사는 상기 압착 통전 요소의 측부에 형성된 수나사와 나사 결합하는, 주사 전자 현미경.
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