KR101383557B1 - 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치 및 그것을 구비한 주사전자현미경 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치 및 그것이 구비한 주사전자현미경에 관한 것이다.
본 발명 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치는, 시료를 대기압 조건에 위치시켜 놓고 관찰할 수 있도록 전자통과막을 갖는 주사전자현미경의 전자빔출력부와 전자통과막 사이의 전자빔주사경로 상에 음전극이나 양전극을 인가하여 전자통과막 방향으로 향하던 전자가 음전극출력부나 양전극출력부 방향으로 향하여 주사방향이 변경되도록 한다.
본 발명의 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치는 주사되는 전자빔이 전자통과막으로 향하도록 할 수도 있고, 전자통과막으로 향하지 않도록 할 수도 있는 것이어서 전자빔이 출력되고 있더라도 시료를 관찰하고 있지 않다면 전자가 전자통과막을 통과하지 않도록 하여 전자통과막의 수명단축이 방지되도록 할 수 있는 특징이 있다.
본 발명 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치는, 시료를 대기압 조건에 위치시켜 놓고 관찰할 수 있도록 전자통과막을 갖는 주사전자현미경의 전자빔출력부와 전자통과막 사이의 전자빔주사경로 상에 음전극이나 양전극을 인가하여 전자통과막 방향으로 향하던 전자가 음전극출력부나 양전극출력부 방향으로 향하여 주사방향이 변경되도록 한다.
본 발명의 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치는 주사되는 전자빔이 전자통과막으로 향하도록 할 수도 있고, 전자통과막으로 향하지 않도록 할 수도 있는 것이어서 전자빔이 출력되고 있더라도 시료를 관찰하고 있지 않다면 전자가 전자통과막을 통과하지 않도록 하여 전자통과막의 수명단축이 방지되도록 할 수 있는 특징이 있다.
Description
본 발명은 과학기술연구 및 반도체 제조분야 등에서 사용되는 주사전자현미경에 관한 것이다.
반도체를 제조하는 공정 등에서 시료의 관찰을 위해 각종 전자현미경이 사용되고 있는데 전자현미경은 크게 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)과 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope)으로 구분할 수 있다.
전자현미경은 전자빔을 방출하여 시료를 관찰하는 구조이다.
주사전자현미경의 기본 구조는, 시료 위에 전자빔이 주사(scanning)되게 하여 시료에서 발생되는 신호 중 이차전자(secondary electron)나 반사전자(back scattered electron)를 검출하여 대상 시료를 관찰한다.
투과전자현미경(Transmission Electron Microscope)은 물질의 상(phase), 특성, 성분 및 불량 등을 알아보기 위해 사용되는데 약 1000Å 이하의 박막 시료를 제조하여 고정시킨 후 고전위차의 전자빔을 시료면에 입사하여 투과시킴으로써 시료의 상과 성분을 얻는다.
전자현미경은 일반적인 현미경의 광원과 광원렌즈에 해당하는 전자선과 전자 렌즈를 사용하는 것인데 전자빔은 고진공 상태에서 방출된다.
기존의 주사전자현미경은 일본 공개특허공보 특개 2002-110076호 및 한국 특허출원 제10-1999-0039586호 등에 설명된 바와 같이 전자빔이 고진공상태에서 방출되는 것은 물론 관찰을 위한 시료가 위치되는 공간까지도 진공상태를 유지하는 구조이었다.
이러한 구조는 시료가 항상 건조한 상태가 되어 버리고, 절연체의 경우는 전하량증가에 의하여 관찰이 저해되기 때문에 도전성 코팅이나 도전성 염색 처리가 필요한 등의 이유로 상당한 번거로움과 관찰을 위한 준비작업 시간이 긴 문제점일 발생되었다.
또, 생물시료 등을 변형없이 그대로 관찰하는 것은 불가능한 문제점이 있었다.
이러한 문제점 해소를 위하여 대물렌즈와 관찰시료의 사이에 전자가 통과할 수 있는 두께(통상 수백나노미터 두께)의 얇은 전자통과막을 배치시킴으로써 시료가 놓이게되는 부분의 압력이 대기압이 되어도 시료의 관찰이 가능하도록 한 주사전자현미경이 안출되었다.
일본 공개특허공보 특개평5-234552호 등에는 이러한 주사전자현미경의 구조에 대하여 제시되어 있다.
이러한 구조의 주사전자현미경은 주사되는 전자빔이 전자통과막을 통과하되 전자통과막에 의해 진공은 이루어지는 구조이다.
이러한 전자통과막을 갖는 주사전자현미경의 단점은 고가의 전자통과막의 수명이 짧아 잦은 교체가 요구되므로써 경제성이 낮다는 것이다.
전자통과막의 수명이 짧은 이유는 전자빔이 통과되는 횟수가 많을수록 전자선에 의한 조사손상을 받아 진공을 형성하는 능력이 저하되기 때문인데 시료의 관찰하고 있지 않은 시점에서도 주사전자현미경은 전자빔을 방출하고 있고, 이와 같이 방출된 전자빔이 전자통과막을 통과하고 있기 때문이다.
주사전자현미경은 시료의 관찰을 위해 전자빔이 진공상태에서 출력되도록 해야 하고, 이와 같은 상태를 만드는데 비교적 긴 시간과 많은 에너지가 소요되기 때문에 수시로 전원을 온, 오프 시키는 것은 바람직하지 않고, 이로 인해 사용 중에는 지속적으로 전원은 인가시켜 놓는다.
또, 어느 하나의 시료를 관찰한 후 또 다른 시료를 관찰하기 위한 준비시간이 발생되는데 이러한 순간에도 전자빔은 출력되고 있어 전자가 전자통과막을 통과하고 있는 상태가 되므로 결과적으로 불필요하게 전자가 전자통과막을 경유하는 횟수가 많아져 전자통과막의 교체 주기가 짧아지는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 전자빔이 출력되고 있더라도 시료를 관찰하고 있지 않은 순간에는 전자빔이 전자통과막을 통과하지 않도록 하여 전자통과막의 수명단축을 방지할 수 있는 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치 및 그것이 구비된 주사전자현미경을 제공하려는데 목적이 있다.
본 발명에서는 전자빔출력부와 전자통과막 사이의 전자빔주사경로 상에 음전극이나 양전극을 인가하여 전자통과막 방향으로 향하던 전자가 음전극출력부나 양전극출력부 방향으로 향하여 주사방향이 변경되도록 함으로써 전자통과막으로 주사되지 않아 전자가 전자통과막을 통과하는 것을 방지할 수 있도록 한다.
즉, 주사되는 전자빔이 전자통과막으로 향하도록 할 수도 있고, 전자통과막으로 향하지 않도록 할 수도 있는 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치를 구비함으로써 전자빔이 출력되고 있더라도 시료를 관찰하고 있지 않다면 전자가 전자통과막을 통과하지 않도록 하여 전자통과막의 수명단축이 방지되도록 하는 것이다.
본 발명의 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치는, 주사되는 전자빔이 전자통과막으로 향하도록 할 수도 있고, 전자통과막으로 향하지 않도록 할 수도 있는 것이어서 전자빔이 출력되고 있더라도 시료를 관찰하고 있지 않다면 전자가 전자통과막을 통과하지 않도록 하여 전자통과막의 수명단축이 방지되도록 할 수 있다.
도 1은 시료를 진공조건에 위치시켜 관찰하는 종래의 주사전자현미경의 개략도
도 2는 전자투과막을 갖는 종래의 주사전자현미경의 개략도
도 3은 본 발명의 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치가 구비된 주사전자현미경의 개략도
도 2는 전자투과막을 갖는 종래의 주사전자현미경의 개략도
도 3은 본 발명의 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치가 구비된 주사전자현미경의 개략도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 전자통과막을 갖는 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치에 관한 것이다.
따라서 본 발명의 기술이 적용되는 주사전자현미경은 적어도 전자빔출력부(10), 진공압발생부(도시하지않음), 스캐닝부(30), 전자통과막(40)을 갖는 구조이다.
대부분의 경우 도 2와 같이 전자빔이 출력되는 부분을 고진공압으로 설정하는 제1이온펌프 및 스캐닝부(3)와 전자통과막(4) 사이를 진공압으로 설정하는 제2이온펌프를 갖는 구조이다.
또, 일반적으로 제1집속렌즈(7a), 제2집속렌즈(7b), 대물렌즈(7c) 전자검출기(8), 신호처리기(9), 모니터(9a)를 가지고 있다.
따라서 본 발명의 주사전자현미경은 도 3과 같이 제1이온펌프 및 스캐닝부(30)와 전자통과막(40) 사이를 진공압으로 설정하는 제2이온펌프 등을 갖는 형태로 구현할 수 있다.
그런데 본 발명은 전자통과막의 수명이 단축되는 것을 방지하려는 목적을 갖는다.
본 출원의 발명자는 전자빔이 출력되고 있더라도 시료를 관찰하고 있지 않은 순간에는 전자빔이 전자통과막(40)을 통과하지 않도록 하여 전자통과막(40)의 수명단축을 방지할 수 있다는 결론을 얻어 종래기술의 문제점을 해소하는 기술을 안출하였다.
즉, 전술한 바와 같이 종래 전자통과막(4)의 수명이 짧은 이유는 전자빔이 통과되는 횟수가 많을수록 진공을 형성하는 능력이 저하되기 때문인데 시료를 관찰하고 있지 않은 시점에서도 주사전자현미경은 전자빔을 방출하고 있고, 이와 같이 방출된 전자빔이 전자통과막(4)을 통과하고 있기 때문이다.
이러한 현상 방지를 이유로 시료를 관찰하고 있지 않을 때 주사전자현미경의 전원을 끄는 것은 바람직하지 않다.
주사전자현미경은 시료의 관찰을 위해 전자빔이 진공상태에서 출력되도록 해야 하고, 그와 같은 진공상태를 만드는데 비교적 긴 시간과 많은 에너지가 소요되기 때문이다.
이러한 이유로 작업자들은 주사전자현미경을 통한 시료의 관찰 작업이 모두 완료되기 전까지는 지속적으로 전원은 인가시켜 놓는 것이다.
이와 같이 지속적인 전원의 인가는 어느 하나의 시료를 관찰한 후 또 다른 시료를 관찰하기 위한 준비시간에도 전자빔이 출력되고 있어 전자가 전자통과막을 통과하고 있는 상태가 되므로 결과적으로 불필요하게 전자가 전자통과막을 경유하는 횟수가 많아져 전자통과막의 수명이 단축되어 교체 주기가 짧아지는 것이다.
이러한 문제점 해소를 위한 본 발명의 전자통과막 보호장치(100)는, 시료를 대기압 조건에 위치시켜 놓고 관찰할 수 있도록 전자통과막(40)을 갖는 주사전자현미경의 전자빔출력부(10)와 전자통과막(40) 사이에 존재하는 전자빔주사경로(50) 상에 음전극이나 양전극을 인가하여 전자통과막(40) 방향으로 향하던 전자가 음전극이나 양전극 방향으로 이동함으로써 주사방향이 변경되도록 할 수 있는 구조이다.
이러한 구조가 바람직한 이유는 진공상태에 있는 주사전자현미경의 내부에서 물체를 움직여 주는 방식은 작업에 상당한 어려움이 있고, 진공상태를 형성하는데 장애 요인이 발생되는 등 구현에 상당한 어려움이 있지만, 본원발명은 전원 공급을 통해 양전극이나 음전극을 발생시키는 구조이기 때문에 사용이 편리한 것이다.
구체적으로 설명하면, 전자총측과 경통 사이에 진공을 끊을 수 있는 게이트밸브(Gate valve, 도 1의 도면부호 2와 같은 것)를 위치시킬 수 있으나 이러한 구조는 진공압의 차이 등으로 인해 상당한 진동이 발생되어 바람직하지 않다.
그러나 본 발명은 전기적 신호를 통해 전자빔의 방향을 변경해주어 전자가 전자통과막에 이르지 못하고 그라운드처리되도록 할 수 있는 것이어서 사용이 편리한 것이다.
전술한 구조에서는 음전극이나 양전극을 위치시키는 구조를 설명하였다.
그러나 음전극이나 양전극을 대신하여 전자석을 구비할 수도 있다.
즉, 시료(6)를 대기압 조건에 위치시켜 놓고 관찰할 수 있도록 전자통과막(40)을 갖는 주사전자현미경의 전자빔출력부(10)와 전자통과막(40) 사이의 전자빔주사경로(50) 상에 전자석을 구비시켜 놓고 전자석에 전원을 인가하여 전자통과막(40) 방향으로 향하던 전자의 주사방향이 변경되어 전자가 전자통과막(40)에 주사되지 않도록 할 수 있는 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치가 되도록 하는 것이다.
미설명 부호 2는 게이트밸브이고, 6은 관찰대상인 시료이며, 71은 제1집속렌즈이고, 72는 제2집속렌즈이며, 73은 대물렌즈이고, 80은 전자검출기이며, 90은 신호처리기이고, 91은 모니터이다.
1. 전자빔출력부
2. 게이트밸브
3. 스캐닝부
4. 전자통과막
6. 시료
7a. 제1집속렌즈
7b. 제2집속렌즈
7c. 대물렌즈
8. 전자검출기
9. 신호처리기
9a. 모니터
10. 전자빔출력부
30. 스캐닝부
40. 전자통과막
50. 전자빔주사경로
71. 제1집속렌즈
72. 제2집속렌즈
73. 대물렌즈
80. 전자검출기
90. 신호처리기
91. 모니터
100. 전자통과막 보호장치
2. 게이트밸브
3. 스캐닝부
4. 전자통과막
6. 시료
7a. 제1집속렌즈
7b. 제2집속렌즈
7c. 대물렌즈
8. 전자검출기
9. 신호처리기
9a. 모니터
10. 전자빔출력부
30. 스캐닝부
40. 전자통과막
50. 전자빔주사경로
71. 제1집속렌즈
72. 제2집속렌즈
73. 대물렌즈
80. 전자검출기
90. 신호처리기
91. 모니터
100. 전자통과막 보호장치
Claims (3)
- 전자빔출력부(10), 진공압발생부(도시하지않음), 스캐닝부(30), 전자통과막(40)을 갖는 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치에 있어서,
시료를 관찰하지 않는 동안 상기 전자빔출력부(10)와 전자통과막(40) 사이의 전자빔주사경로(50) 상에서 상기 전자통과막(40) 방향으로 향하던 전자가 상기 전자통과막(40)으로 향하지 않도록
시료를 관찰하지 않는 동안 상기 전자빔주사경로(50) 상에 음전극이나 양전극이 인가되어 상기 전자가 음전극이나 양전극 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치.
- 전자빔출력부(10), 진공압발생부(도시하지않음), 스캐닝부(30), 전자통과막(40)을 갖는 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치에 있어서,
시료를 관찰하지 않는 동안 상기 전자빔출력부(10)와 전자통과막(40) 사이의 전자빔주사경로(50) 상에서 상기 전자통과막(40) 방향으로 향하던 전자가 상기 전자통과막(40)으로 향하지 않도록
시료를 관찰하지 않는 동안 상기 전자빔주사경로(50) 상에 구비된 전자석에 전원이 인가되어 상기 전자의 주사방향이 변경되어 상기 전자통과막(40)에 주사되지 않는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 기재된 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치를 구비한 주사전자현미경.
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