KR101693536B1 - 하전입자선 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기계적으로 하전입자광축을 경사지게 하지 않고 하전입자광학계 내부에 설치한 입자빔편향부로 하전입자광축의 경로를 조절하여 중성입자와 에너지 범위를 벗어나는 전자 등 불필요한 성분을 제거하는 하전입자선 장치에 관한 것으로, 하전입자광학계 내부에 복수개의 전자기방식의 하전입자선 편향부를 설치한 선택부와 조리개를 통해 질량 대 전하비가 일정한 범위에 속하는 입자들만 통과하도록 함으로써, 기계적으로 광축을 경사지게 하지 않으면서 하전입자선 중 불필요한 성분을 제거한 하전입사선 장치를 제공한다.

Description

하전입자선 장치 {Charged Particle Beam Apparatus}
본 발명은 하전입자광학계가 하전입자광축의 경사를 조절하는 기능을 구비한 하전입자선 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계적으로 하전입자광축을 경사지게 하지 않고 하전입자광학계 내부에 설치한 입자빔편향부로 하전입자광축의 경로를 조절하여 중성입자와 에너지 범위를 벗어나는 전자 등 불필요한 성분을 제거하는 하전입자선 장치에 관한 것이다.
움직이는 하전입자는 정전기장 또는 자기장으로 경로를 변경할 수 있으므로, 여러 개의 하전입자가 함께 움직이는 하전입자선의 진행방향을 조정하거나 하전입자선을 집속 또는 분산하는 기능을 하는 하전입자 경로조정 장치를 빛의 경로를 조정하는 광학계에 빗대어 하전입자광학계라고 한다.
하전입자선에는 이온빔과 전자선이 있으며, 이온빔은 주로 양이온빔으로 플라즈마 이온원(Plasma Ion Source), 전계 이온화 형 가스 이온원(Gas Field Ion Source) 또는 액체 금속 이온원(Liquid metal Ion source)에서 추출하고 전자선은 음극(cathode)에서 얻는다. 이러한 이온빔과 전자선의 성분 중 일부는 하전입자광학계로 경로조정을 할 수 없거나 원하는 경로 범위를 벗어나는 경우가 있는데, 이온빔과 함께 방출되는 중성입자는 경로조정이 불가능한 성분이다. 또한, 전자선에서는 빔을 이루는 전자가 가지는 일정한 에너지 범위를 벗어나는 전자가 존재하고, 일정한 에너지 범위를 전제로 하여 조절된 하전입자광학계에서 이러한 전자의 경로는 원하는 경로 범위를 벗어나게 된다.
하전입자와 함께 움직이는 중성입자를 살펴보면, 이온원(ion source) 에서 이온빔으로 가속되어 운동하던 이온이 장치의 내부에 존재하는 기체 입자와 충돌하여 전하를 잃게 되면서 발생한다. 이 경우 중성입자의 에너지는 중성입자가 발생하는 순간의 이온 에너지에 의해 결정되며, 그 에너지의 최대값은 가속전압이 이온빔에 가하는 에너지와 동일하다. 중성입자에는 하전입자광학계가 힘을 가할 수 없으므로 집속 또는 주사를 할 수 없어서, 신호를 검출하는 하전입자선 장치에서 중성입자는 배경신호(Background level) 잡음으로 나타나게 된다. 그뿐 아니라, 이온빔의 입사영역을 벗어난 곳에 중성입자가 충돌하게 되어 시료를 오염기키기도 한다.
상기의 문제를 해결하기 위해 종래기술에서는 하전입자광학계에 편향기능을 부가하고, 하전입자궤도 중 편향이 일어나는 부위의 전단 및 후단에서 기계적으로 하전입자 진행축인 하전입자광축을 기울이는 기능을 가지는 구성을 추가하는 방안이 제시되었다. 하전입자는 편향기능에 의해 하전입자광축이 편향되어 후단에 전송되므로, 편향되지 않는 중성입자는 하전입자광축을 벗어나 조리개 등과 충돌하게 되어 하전입자선으로부터 분류되거나 제거된다. 그러나 이와 같은 기술은 하전입자광축을 기계적으로 경사지게 하므로, 경사부의 전방과 후방 사이의 하전입자광축의 위치 조정이 어렵다는 문제가 있다. 따라서, 광원의 조건이나 하전입자선 사용조건을 변경할 때마다 조정을 새롭게 해야 하며, 장치의 성능을 유지하기 위한 조정 및 유지보수작업에도 오랜 시간이 필요하게 된다. 또한, 기계적인 기울임이 필요하기 때문에 내부에 하전입자광학계를 포함하고 진공을 유지하는 외부 경통을 분리할 필요가 있었고, 이는 장치의 강성을 저하시킨다. 더구나 경사부의 무게로 인해 하전입자광학계 경통의 무게중심이 장치의 중앙부위에서 벗어나게 되어 장치의 균형이 깨어지는 문제점도 있다.
전자선을 이루는 개별 전자는 중성화되는 문제는 없지만 전극으로부터 생성되는 과정에서 전자가 가지는 에너지범위가 넓게 분포된 경우 일정한 범위 내의 에너지를 가지는 전자를 선별해야 한다. 즉, 정전기장이나 자기장이 움직이는 전자에 힘을 가할 때 전자가 이미 가지고 있는 운동에너지에 따라 그 궤적이 일정 경로를 벗어나게 되는, 에너지가 지나치게 크거나 작은 전자는 골라내야 할 필요가 있는 것이다.
미국 공개특허 2013-0248699호는 "Method of Adjusting Transmission Electron Microscope"에 관한 것으로, 2단 필터형 모노크로미터를 하전입자선이 진행하는 집속렌즈 사이에 설치하여 하전입자를 단색화하고 색수차를 없애는 기술을 개시한다. 그러나 상기 공개특허는 각각의 필터가 Wien filter로 형성되고 제1 필터의 정전기장 및 자기장의 방향이 제2 필터의 정전기장 및 자기장의 방향과 서로 반대가 되어야 하므로 영구자석 또는 전자석의 구동전류원이 필요한 자극의 수가 늘어나 부품 수와 제조비용이 증가하고, 조정이 복잡해지는 문제가 있다.
미국 공개특허 2013-0248699호
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 하전입자광학계 내부에 복수개의 전자기방식의 하전입자선 편향부를 설치한 선택부와 조리개를 통해 질량 대 전하비가 일정한 범위에 속하는 입자들만 통과하도록 함으로써, 기계적으로 광축을 경사지게 하지 않으면서 하전입자선 중 불필요한 성분을 제거한 하전입사선 장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 정전기장과 자기장을 하전입자의 진행경로와 수직방향으로 배치하되 정전기장을 변화시켜 빈 필터(Wien filter)조건을 만족시키지 않도록 하여 하전입자선이 진행경로에서 편향되도록 하고 편향되지 않은 중성입자나 에너지 대역이 다른 전자는 조리개(aperture)를 통과하지 못하도록 하면 불필요한 성분을 제거할 수 있음을 발견해 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 하전입자선을 방출하는 하전입자원; 상기 하전입자선을 집속하여 방출하는 제1 렌즈부; 상기 제1 렌즈부를 통과한 하전입자선 중 미리 정한 질량 대 전하 비 또는 미리 정한 에너지를 가지는 하전입자선을 선택적으로 통과시키는 선택부; 상기 선택부를 통과한 하전입자선을 집속하여 방출하는 제2 렌즈부; 상기 하전입자선이 주사되는 시료가 위치하는 시료실(sample chamber); 상기 시료에서 나온 신호를 검출하는 복수 개의 검출기가 위치하는 검출부; 및 상기 제1 및 제2 렌즈부, 상기 선택부 및 상기 검출부를 진공상태로 유지하는 진공펌프를 포함하고, 상기 선택부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부를 포함하는 하나 이상의 편향부; 상기 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하도록 개구의 위치가 조정된 조리개(aperture); 및 상기 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아서 상기 하전입자선이 상기 입사 진행경로와 평행한 방향으로 방출되도록 제어하는 제어부를 포함하는, 하전입자선 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부를 포함하는 제1 편향부; 및 상기 제1 편향부의 자기장과 동일한 방향 및 동일한 크기로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 제1 편향부의 정전기장과 방향이 동일하고 크기가 다른 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부를 포함하는 제2 편향부를 포함하고, 상기 조리개는, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되고, 상기 제어부는, 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아 상기 하전입자선이 어느 한 방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부에서 자기편향력 및 전기편향력은 제1 편향부의 자기편향력 및 전기편향력과 그 값은 같고 방향은 반대가 되어 상기 어느 한 방향으로 편향된 하전입자선을 상기 입사 진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하는, 하전입자선 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부를 포함하고, 상기 조리개는, 상기 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하도록 개구의 위치가 조정되고, 상기 제어부는, 상기 편향부에서 자기편향력의 값보다 전기편향력의 값이 크도록 제어하는, 하전입자선 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부를 포함하고, 상기 조리개는, 상기 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하도록 개구의 위치가 조정되고, 상기 제어부는, 상기 편향부에서 자기편향력의 값이 전기편향력의 값보다 크도록 제어하는, 하전입자선 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 제1 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제1 정전기장 발생부를 포함하는 제1 편향부; 및 상기 제1 편향부의 자기장과 동일한 방향 및 동일한 크기의 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 제2 자기장 발생부와, 상기 제1 편향부의 정전기장과 방향은 동일하고 크기는 다른 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제2 정전기장 발생부를 포함하는 제2 편향부를 포함하고, 상기 조리개는, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되고, 상기 제어부는, 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아 상기 하전입자선이 어느 한 방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부의 자기편향력은 제1 편향부의 자기편향력과 같고 상기 제2 편향부의 전기편향력은 제1 편향부의 전기편향력과 방향은 같고 크기가 달라서 상기 어느 한 방향으로 편향된 하전입자선을 상기 입사 진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하되, 상기 제1 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점증하며, 상기 제2 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점강하는, 하전입자선 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 제1 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제1 정전기장 발생부를 포함하는 제1 편향부; 및 상기 제1 편향부의 자기장 방향과 크기는 같고 방향은 반대인 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 제2 자기장 발생부와, 상기 제1 편향부의 정전기장 방향과 반대 방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제2 정전기장 발생부를 포함하는 제2 편향부를 포함하고, 상기 조리개는, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되고, 상기 제어부는, 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아 상기 하전입자선이 어느 한 방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부의 자기편향력은 상기 제1 편향부의 자기편향력과 크기는 같고 방향은 다르고, 상기 제2 편향부의 전기편향력은 방향이 상기 제1 편향부의 전기편향력과 방향이 반대로 되어 상기 어느 한 방향으로 편향된 하전입자선을 상기 입사 진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하되, 상기 제1 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점증하며, 상기 제2 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점강하는, 하전입자선 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 편향 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제1 정전기장 발생부를 포함하는 제1 편향부; 및 상기 편향 자기장 발생부와, 상기 제1 편향부의 정전기장과 동일한 방향으로 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제2 정전기장 발생부를 포함하는 제2 편향부를 포함하되, 상기 제1 편향부의 정전기장 발생부는 제1 전극쌍 및 상기 제1 전극쌍보다 길이가 2배인 제2 전극쌍으로 구성되고, 상기 제2 편향부의 정전기장 발생부는 상기 제1 전극쌍과 길이가 같은 제3 전극쌍으로 구성되며, 상기 제2 전극쌍의 중심에 대해 상기 제1 전극쌍 및 상기 제3 전극쌍은 대칭으로 배열되고, 상기 조리개는, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되고, 상기 제어부는, 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않으며, 상기 제1 전극쌍이 가하는 정전기력은 상기 제2 전극쌍이 가하는 정전기력과 크기가 달라, 상기 하전입자선이 상기 제1 전극쌍을 지나면서 어느 한 방향으로 편향되다가 상기 제2 전극쌍의 중심부에서 반대방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부에서 자기편향력은 제1 편향부의 자기편향력과 동일하고, 전기편향력은 제1 편향부의 전기편향력과 방향이 같아, 상기 하전입자선을 상기 입사 진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하되, 상기 제1 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점증하는, 하전입자선 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 편향 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제1 정전기장 발생부를 포함하는 제1 편향부; 및 상기 제1 편향부의 자기장 발생부가 연장된 자기장 발생부와, 상기 제1 편향부의 정전기장과 방향이 동일하고 크기가 다른 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부를 포함하는 제2 편향부를 포함하고, 상기 조리개는, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되고, 상기 제어부는, 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아 상기 하전입자선이 어느 한 방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부의 자기편향력은 상기 제1 편향부의 전기편향력과 동일하고, 상기 제2 편향부의 전기편향력은 상기 제1 편향부의 전기편향력과 방향이 동일하여 상기 어느 한 방향으로 편향된 하전입자선을 상기 입사 진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하되, 상기 제1 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점증하며, 상기 제2 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점강하는, 하전입자선 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 하전입자는 전자이고, 상기 검출부는 2차전자 검출기, 반사전자 검출기, 전자선 에너지 분석기, 및 X-선 검출기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이며, 상기 제1 렌즈부와 상기 제2 렌즈부는 전자기 렌즈 또는 정전기(electrostatic) 렌즈인, 주사형 전자현미경을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 하전입자는 전자이고, 상기 검출부는 투과전자 검출기, 2차전자 검출기, 반사전자 검출기, 전자선 에너지 분석기, 및 X-선 검출기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이며, 상기 제1 렌즈부와 상기 제2 렌즈부는 전자기 렌즈이며, 상기 시료실을 통과한 하전입자를 집속하는 전자기 렌즈를 더 포함하는, 투과형 전자현미경을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 하전입자는 이온이고, 상기 검출부는 2차전자 검출기, 2차이온 검출기 및 산란이온 검출기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이며, 상기 제1 렌즈부와 제2 렌즈부는 정전기(electrostatic) 렌즈인, 이온빔 질량분석장치을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 하전입자는 이온이고, 상기 검출부는 2차전자 검출기 또는 2차이온 검출기이며, 상기 제1 렌즈부와 제2 렌즈부는 정전기(electrostatic) 렌즈인, 이온빔(Ion Beam) 주입장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 하전입자는 이온이고, 상기 검출부는 2차전자 검출기 또는 2차이온 검출기이며, 상기 제1 렌즈부와 제2 렌즈부는 정전기(electrostatic) 렌즈인, 집속이온빔(Focused Ion Beam) 가공장치를 제공한다.
본 발명의 하전입자선 장치는 하전입자광학계 내부에 설치된 입자빔 편향부를 전자기적으로 제어하여 하전입자빔을 선별하므로, 기계적으로 하전입자광학계의 일부분을 기울일 필요가 없어서 장치의 강성이 향상된다. 또한, 기울임이 없게 됨에 따라 하전입자광학계의 무게중심이 장치의 중앙과 일치하여 안정성이 증가되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부와 하전입자선 편향경로를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 하전입자선 장치를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 이온일 때 경로를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 이온일 때 경로를 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 이온일 때 경로를 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 이온일 때 경로를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 이온일 때 경로를 나타내는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 이온일 때 경로를 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부 상단에 위치한 렌즈가 하전입자선을 집속하는 구성을 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 전자일 때 경로를 나타내는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 일 구현예에 따른 자기장을 발생하는 자극의 개념도이다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에 따른 편향전극쌍을 나타내는 개념도이다.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 이하에서는 이온 전자 등 하전입자로 이루어진 빔(beam)을 하전입자선로 표기하고 설명하며, 전자나 중성입자로 이루어진 빔(beam)은 전자빔 또는 중성자빔으로 표기하고 설명하지만 상기 용어는 임의로 선택한 것이므로 서로 혼용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른, X-Z평면(1) 상에서 선택부(100)와 하전입자선 편향경로를 도시한 개념도이다. 상기 선택부는 자기장을 발생하는 자기장(20) 발생부인 자극과 자극 내부에 정전기장(10)을 발생하는 편향 전극 쌍을 두 개 이상 설치한 전기장발생부 및 조리개를 구비할 수 있다. 상기 자기장(20)을 형성하는 편향부의 자기장발생부(25) 위치는 X-Z평면(1)에서 점선으로 표시된다. 도 1에서 보는 바와 같이 자기장과 전기장은 서로 직교하며, 상기 자기장과 전기장의 크기는 하전입자선이 직진(Wien filter)하지 않고 편향되도록 조정한다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 편향된 하전입자선(45)은 조리개(30)(Aperture)의 개구(hole)를 통과하고, 편향되지 않은 중성자빔 또는 편향정도가 다른 전자빔은 조리개에 막혀 통과하지 못한 채 걸러진다. 상기 편향되지 않은 중성자빔은 상기 하전입자선의 입사 진행경로(40)를 따라 진행한다. 상기 도 1의 구성에서 하전입자선의 개별 입자에 대해 궤도를 계산하면 다음과 같다.
전하량이 q이고 질량이 m인 하전 입자의 가속 전압은 U0이다. 전극 1(11)과 전극 2(12)로 이루어진 첫 번째 전극쌍 및 전극 3(13)과 전극 4(14)로 이루어진 두 번째 전극 쌍의 길이를 L로 하고, 정전기장(10)이 존재하는 상기 첫 번째 전극쌍에서 전극 1(11)과 전극 2(12)의 간격 및 두 번째 전극 쌍에서 전극 3(13)과 전극 4(14) 사이의 간격은 각각 d로 한다. 또한, 상기 첫 번째 전극 쌍으로부터 두 번째 전극 쌍이 이격된 거리는 D로 한다. 도 1에서 자기장의 값은 B로 균일하지만, 전기장은 첫 번째 전극 쌍에서 E1이고 두 번째 전극 쌍에서 E2로 달라진다. 상기 구성에서 하전입자가 양이온일 때 E1에 의한 힘이 B에 의한 힘보다 작게 되면 하전입자는 전극 1 쪽으로 편향되며, 첫 번째 전극쌍에 의한 편향각 α는 식 1로 주어진다.
Figure 112015113863035-pat00001
(식 1)
상기 하전입자가 두 번째 전극쌍에 의해 반대방향으로 같은 편향각 α로 편향된다면 상기 하전입자는 원래의 하전입자광축에 대해 편향값 x만큼 진행방향과 수직하게 이동한 채로 광축에 평행하게 진행한다. 이 때 x값은 식 2로 나타낼 수 있다.
Figure 112015113863035-pat00002
(식 2)
상기 식 2에서 빈 필터(Wien filter) 조건은 아래 식 3으로 주어지며, 이 경우 x는 0이 되어 하전입자는 편향되지 않고 직진한다.
Figure 112015113863035-pat00003
(식 3)
본 발명의 일 구현예에 따른 정전기장 조건은 상기 빈 필터(Wien filter) 조건을 만족하지 않는 경우이다. 이때의 정전기장 값은 E = E0 + Ea로 표시 할 수있다. 여기서, E0는 식 4를 만족한다.
Figure 112015113863035-pat00004
(식 4)
따라서, E = E0 + Ea를 대입하면 편향값 x는 식 5로 정리된다.
Figure 112015113863035-pat00005
(식 5)
여기서 하전입자의 질량이 극미량 값에서 변화하면 m + δm이 되어 위치 편향값도 x + δx로 변한다.
Figure 112015113863035-pat00006
(식 6)
상기 식 6에 식 4를 대입하면 위치의 미소변화 δx는 식 7로 나타낼 수 있다.
Figure 112015113863035-pat00007
(식 7)
상기 식 7로 표시되는 위치의 미소변화 δx는 하전입자 질량의 미소변화 δm에 의한 값을 표시한다. 즉, 개구 폭인 δx인 조리개(Aperture)를 광축에서 x만큼 떨어진 위치에 배치하여 질량이 δm만큼 다른 하전 입자를 제거하는 것이 가능하다는 것을 보여주고 있다.
빈 필터(Wine filter) 조건을 충족하는 경우에 조리개(Aperture)(30) 위치는 x가 0이므로, 하전입자광축 위를 직진하는 위치이다. 그러나 이 조건에서는 하전입자광축을 따라 함께 직진하는 중성 입자를 제거 할 수 없다. 본 발명은 이상과 같이 광축에서 식 5 의해 나타낼 수 있는 x 만큼 이동된 위치에서 질량 선별을 하면 중성 입자를 제거하는 것이 가능하다는 것을 보여준다.
이 때 각 전극에 걸리는 전압을 계산하면, E0 = V0/d이고 Ea = Va/d이므로, 각 전극의 전압 V1, V2, V3, V4는 다음과 같이 정리된다.
V1 = (V0-Va)/2,
V2 = -(V0-Va)/2,
V3 = (V0+Va)/2,
V4 = -(V0+Va)/2
참고로 첫 번째 전극쌍에서 전기장은 E1 = (V0-Va)/d = E0-Ea이고,
두 번째 전극쌍에서 전기장은 E2 = (V0+Va)/d = E0+Ea이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 하전입자선 장치를 나타낸다. 상기 하전입자선 장치는, 하전입자선을 방출하는 하전입자원(300); 상기 하전입자선을 집속하여 방출하는 제1 렌즈부(200); 상기 제1 렌즈부를 통과한 하전입자선 중 미리 정한 질량 대 전하 비 또는 미리 정한 에너지를 가지는 하전입자선을 선택적으로 통과시키는 선택부(100); 상기 선택부를 통과한 하전입자선을 집속하여 방출하는 제2 렌즈부(200); 상기 하전입자선이 주사되는 시료가 위치하는 시료실(sample chamber); 상기 시료에서 나온 신호를 검출하는 복수 개의 검출기가 위치하는 검출부(60); 및 상기 렌즈부, 상기 선택부 및 상기 검출부를 내부에 구비하는 진공실(50)을 진공상태로 유지하는 진공펌프(70)를 포함하고, 상기 선택부(100)는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로(40)와 수직방향으로 자기장(20)을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정전기장(10)을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 전기장 발생부를 포함하는 하나 이상의 편향부; 상기 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하도록 개구의 위치가 조정된 조리개(aperture)(30); 및 상기 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아서 상기 하전입자선이 상기 입사 진행경로와 평행한 방향으로 방출되도록 제어하는 제어부(450)를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 하전입자선 장치는, 하전입자선을 방출하는 하전입자원과 상기 방출된 하전입자선을 수렴 및 결상하는 전자기 렌즈(Lens)부(200)와 입자빔의 위치를 조정할 수 있는 정렬부(Alignment)(210), 입자빔의 비점수차를 교정하는 비점수차 교정부(Stigmator)(220) 및 시료에 입자빔을 주사하는 주사부(Scanner)(230)를 갖출 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 하전입자선 장치는 상기 하전입자선이 시료에 입사하였을 때 시료에서 발생하는 신호를 검출하는 여러 검출기(Detector)를 구비할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서는 시료를 투과 한 신호를 감지하는 투과 검출기(Transmission Detector)를 구비할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 하전입자선 장치는 시료를 적치하고 상기 적치된 시료의 3차원(x, y, z)방향 이동과 기울이기(Tilt) 및 회전(Rotation)이 가능한 적치대(Stage)를 갖춘다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 하전입자선이 방출되고 통과하는 부위는 진공으로 유지하고 대기를 차단하는 진공실(Vacuum Chamber)과 진공 조건으로 배기하기 위한 진공펌프(Pump) 시스템을 갖출 수 있으며, 이러한 장치를 제어하기 위한 제어부(450)를 갖출 수 있다. 상기 제어부는 작업자(500)가 작업하고 입출력을 수행할 수 있도록 전선(410)으로 상기 장치와 연결된 전자구동부(400)를 구비할 수 있다.
도 2에 도시된 선택부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 전기장 발생부를 포함하는 제1 편향부; 및 상기 제1 편향부의 자기장과 동일한 방향 및 동일한 크기로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 제1 편향부의 전기장과 방향이 동일하고 크기가 다른 정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 전기장 발생부를 포함하는 제2 편향부를 포함하는 편향부, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되는 조리개, 및 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아 상기 하전입자선이 어느 한 방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부에서 자기편향력 및 전기편향력은 제1 편향부의 자기편향력 및 전기편향력과 그 값은 같고 방향은 반대가 되어 상기 어느 한 방향으로 편향된 하전입자선을 상기 입사 진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
도 2의 하전입자선 장치는, 상기 선택부에 자기장을 발생하는 자극과 자극내부에 정전기장을 발생하는 편향전극쌍 두개를 설치하는 것을 특징으로 한다. 편형전극쌍의 사이에 조리개(Aperture)를 배치하고 자기장과 정전기장을 직교하는 방향으로 배치한다. 자기장과 정전기장이 빈 필터(Wine filter)조건을 충족하지 않고, 하전입자가 직진하지 않고 편향되는 조건이 되도록 조정한다. 첫 번째 편향전극쌍에서 편향된 하전입자선을 두 번째 편향전극쌍에서 반대편으로 편향하는 것을 특징으로 한다. 첫 번째와 두 번째 전극쌍 편향각도를 동일하게 하여 하전입자광축을 이동할 수 있다. 또한 상기 광축편향장치에 대해 하전입자선은 수직으로 입사하며 수직으로 방출된다. 이러한 전자기적 조절을 함으로써 상기 선택부 전단, 후단에서 기계적으로 기울일 필요가 없어진다.
본 발명의 일 구현예에서는, 1μm-1mm의 미세한 개구(hole)을 갖는 조리개(Aperture)를 통해 중심의 하전입자선(Main Beam)만 통과된다. 중성입자 등 불필요성분은 조리개(Aperture)에 의해 제거된다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 이온일 때 경로를 나타낸다. 상기 선택부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 전기장 발생부를 포함하는 편향부, 상기 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하도록 개구의 위치가 조정되는 조리개, 상기 편향부에서 자기편향력의 값보다 전기편향력의 값이 크도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 선택부는 자기장과 정전기장을 하전입자가 직진하지 않고 편향되는 조건으로 조정한다. 상기 자기장(20)을 형성하는 편향부의 자기장발생부(25) 위치는 X-Z평면(1)에서 점선으로 표시되며, X-Y평면(2)에서는 편향부 S자극(24)과 편향부 N자극(26)이 실선으로 표시된다. 첫 번째 전극 쌍의 전압을 빈 필터(Wien filter) 조건보다 작게 설정하면, 양이온인 하전입자가 자기장에 의한 편향과 같은 방향인 +x방향으로 편향되는 것을 특징으로 한다. 두 번째 전극 쌍의 전압을 빈 필터(Wien filter) 조건보다 크게 설정하면, 하전입자가 상기 자기장에 의한 편향방향과 상쇄되는 방향인 x 방향으로 편향되는 것을 특징으로 한다. 조리개의 개구부는 상기 하전입자선의 중심이 통과하는 위치에 오도록 배열한다. 상기 조건에서 각 전극의 전압은 다음과 같이 된다.
V1＝（V0-Va）/2,
V2＝-（V0-Va）/2,
V3＝（V0+Va）/2,
V4＝-（V0+Va）/2.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 이온일 때 경로를 나타낸다. 상기 선택부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 전기장 발생부를 포함하는 편향부, 상기 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하도록 개구의 위치가 조정되는 조리개, 상기 편향부에서 자기편향력의 값이 전기편향력의 값보다 크도록 제어하는 제어부를 포함하다.
본 발명의 일 구현예에 따른 선택부는 자기장과 정전기장이 교차하는 공간을 하전입자가 직진하지 않고 진로의 위치가 변경되는 조건으로 조정한다. 상기 자기장(20)을 형성하는 편향부의 자기장발생(25) 위치는 X-Z평면(1)에서 점선으로 표시되며, X-Y평면(2)에서는 편향부 S자극(24)과 편향부 N자극(26)이 실선으로 표시된다. 첫 번째 전극쌍의 전압을 빈 필터 조건보다 크게 설정하면, 양이온인 하전입자가 자기장에 의한 편향과 반대방향인 -x방향으로 편향되는 것을 특징으로 한다. 두 번째 전극쌍의 전압을 빈 필터 조건보다 크게 설정하면, 하전입자가 자기장에 의한 편향방향과 같은 방향인 +x 방향으로 편향되는 것을 특징으로 한다. 조리개의 개구부는 상기 하전입자선의 중심이 통과하는 위치에 오도록 배열한다. 상기 조건에서 각 전극의 전압은 다음과 같다.
V1＝（V0+Va）/2,
V2＝-（V0+Va）/2,
V3＝（V0-Va）/2,
V4＝-（V0-Va）/2.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 이온일 때 경로를 나타낸다. 상기 선택부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 제1 자기장 발생부(21, 22, 23)와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 2단 정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제1 전기장 발생부(11, 12, 13, 14)를 포함하는 제1 편향부; 및 상기 제1 편향부의 자기장과 동일한 방향 및 동일한 크기의 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 제2 자기장 발생부(27, 28, 29)와, 상기 제1 편향부의 전기장과 방향은 동일하고 크기는 다른 2단 정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제2 전기장 발생부(15, 16, 17, 18)를 포함하는 제2 편향부를 포함하는 편향부, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되는 조리개(30), 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아 상기 하전입자선이 어느 한 방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부의 자기편향력은 제1 편향부의 자기편향력과 같고 상기 제2 편향부의 전기편향력은 제1 편향부의 전기편향력과 방향은 같고 크기가 달라서 상기 어느 한 방향으로 편향된 하전입자선을 상기 입사 진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하되, 상기 제1 편향부의 2단 정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점증하며, 상기 제2 편향부의 2단 정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점강하는 제어부를 포함한다. 상기 제1 자기장 발생부는 X-Z평면(1)에서 점선(22)으로 표시되고, X-Y평면(2)에서 실선(21, 23)으로 표시되며, 상기 제2 자기장 발생부는 X-Z평면(1)에서 점선(28)으로 표시되고, X-Y평면(2)에서 실선(27, 29)으로 표시된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 선택부는, 자기장을 발생하는 자극과 자극 내부에 정전기장을 발생하는 편향전극쌍을 두개 설치한 제1 하전입자선 편향부, 상기 제1 하전입자선 편향부와 동일한 기능을 가지고, 역방향으로 편향시키는 제2 하전입자선 편향부가 있고, 상기 제1 편향부와 제2 편향부의 중간에 조리개를 구비한다. 제2 편향부는 제1 편향부와 하전입자선을 서로 반대 방향으로 이동시켜 선택부에 입사하는 하전입자광축을 출사하는 하전입자광축과 일치시킬 수 있다. 여기에서 제1 편향부의 자기장과 제2 편향부의 자기장 크기와 방향이 동일한 것을 특징으로 한다. 또한, 제1 하전입자선 이동 부분과 제2 하전입자선 이동 부분의 정전기장의 방향 및 크기는 조리개에 대해 대칭인 것을 특징으로 한다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 이온일 때 경로를 나타낸다. 상기 선택부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 제1 자기장 발생부(21, 22, 23)와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제1 정전기장 발생부(11, 12, 13, 14)를 포함하는 제1 편향부; 및 상기 제1 편향부의 자기장 방향과 크기는 같고 방향은 반대인 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 제2 자기장 발생부(27, 28, 29)와, 상기 제1 편향부의 정전기장 방향과 반대 방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제2 정전기장 발생부(15, 16, 17, 18)를 포함하는 제2 편향부를 포함하는 편향부, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되는 조리개(30), 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아 상기 하전입자선이 어느 한 방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부의 자기편향력은 상기 제1 편향부의 자기편향력과 크기는 같고 방향은 다르고, 상기 제2 편향부의 전기편향력은 방향이 상기 제1 편향부의 전기편향력과 방향이 반대로 되어 상기 어느 한 방향으로 편향된 하전입자선을 상기 입사 진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하되, 상기 제1 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점증하며, 상기 제2 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점강하는 제어부를 포함한다. 상기 제1 자기장 발생부는 X-Z평면(1)에서 점선(22)으로 표시되고, X-Y평면(2)에서 실선(21, 23)으로 표시되며, 상기 제2 자기장 발생부는 X-Z평면(1)에서 점선(28)으로 표시되고, X-Y평면(2)에서 실선(27, 29)으로 표시된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 선택부는, 선택기능으로 자기장을 발생하는 자극과, 자극내부에 정전기장을 발생하는 편향전극쌍 두개를 설치한 제1 편향부와 동일한 기능을 가지고 역방향으로 편향시키는 제2 편향부가 있고, 제1 편향부와 제2 편향부의 중간에 조리개를 설치한다. 본 발명의 일 구현예에서는 하전입자선을 반대방향으로 이동하여 선택부에 입사하는 광축과 선택부분에서 출사되는 하전입사선광축을 일치시킬 수 있다. 상기 구성에서는 제1 편향부의 자기장과 제2 편향부의 자기장 크기가 동일하고, 방향이 반대인 것을 특징으로 한다. 여기에서 제1 편향부와 제2 편향부의 정전기장의 방향 및 크기는 조리개에 대해 반대칭인 것을 특징으로 한다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 이온일 때 경로를 나타낸다. 상기 선택부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 편향 자기장 발생부(24, 25, 26)와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제1 정전기장 발생부(11, 12, 13, 14)를 포함하는 제1 편향부; 및 상기 편향 자기장 발생부(24, 25, 26)와, 상기 제1 편향부의 정전기장과 동일한 방향으로 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제2 정전기장 발생부(15, 16)를 포함하는 제2 편향부를 포함하는 편향부, 상기 제1 편향부의 정전기장 발생부는 제1 전극쌍(11, 12) 및 상기 제1 전극쌍보다 길이가 2배인 제2 전극쌍(13, 14)으로 구성되고, 상기 제2 편향부의 정전기장 발생부는 상기 제1 전극쌍과 길이가 같은 제3 전극쌍(15, 16)으로 구성되며, 상기 제2 전극쌍의 중심에 대해 상기 제1 전극쌍 및 상기 제3 전극쌍은 대칭으로 배열되고, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되는 조리개(30), 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않으며, 상기 제1 전극쌍이 가하는 정전기력은 상기 제2 전극쌍이 가하는 정전기력과 크기가 달라, 상기 하전입자선이 상기 제1 전극쌍을 지나면서 어느 한 방향으로 편향되다가 상기 제2 전극쌍의 중심부에서 반대방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부에서 자기편향력은 제1 편향부의 자기편향력과 동일하고, 전기편향력은 제1 편향부의 전기편향력과 방향이 같아, 상기 하전입자선을 상기 입사 진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하되, 상기 제1 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점증하는 제어부를 포함한다. 상기 자기장 발생부는 X-Z평면(1)에서 점선(25)으로 표시되고, X-Y평면(2)에서 실선(24, 26)으로 표시된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 선택부는, 선택부분으로 자기장을 발생하는 자극과 자극 내부에 정전기장을 발생하는 편향전극쌍을 세 개 설치하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 구현예에서는 제1 편향부를 구성하는 첫 번째와 두 번째 편향전극쌍의 후방에 조리개를 배치한다. 상기 자기장과 정전기장은 서로 직교하며 또한 하전입자선 입사방향과 직교하는 방향으로 배치한다. 상기 자기장과 정전기장을 하전입자가 직진하지 않고 편향되는 조건으로 조정한다. 첫 번째 편향전극쌍에서 편향된 하전입자를 두 번째 편향전극 쌍에서 반대편에 편향한 후 제2 편향부를 이루는 세 번째 편향전극쌍의 중심에서 광축을 가로지르는 방향으로 궤도를 설정한다. 첫 번째와 세 번째 전극쌍을 두번째 전극쌍의 중심에 대해 대칭으로 배치하고, 또한 두 번째 전극쌍의 편향각도를 첫 번째 편향전극쌍의 두배가 되게 함으로써 첫 번째 전극쌍과 세 번째 전극 쌍에 이론적으로 동일한 전압을 제공함으로써 위의 광학궤도를 실현할 수 있다. 또한 두 번째 편향전극의 길이를 첫 번째 편향전극의 길이의 두 배로 하고, 첫 번째 편향전극과 세 번째 편향전극의 길이는 같게 하는 것이 바람직하다. 하전입자선은 상기 광축 편향장치에 대해 수직으로 입사하며 수직으로 내보낸다. 이로써 선택부의 전단, 후단에서 기계적으로 기울여야 했던 것이 불필요해진다. 1μm-1mm의 세공을 갖는 조리개를 통해 중심부에서 편향되었던 하전입자선만을 통과시키고 불필요한 성분은 조리개에 의해 제거된다. 이와 같은 구성은 제1 편향부와 제2 편향부의 자기장공급원을 동일하게 함으로써, 영구자석 또는 전자석의 구동전류원이 하나만 필요한 것이 장점이다.
도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 이온일 때 경로를 나타낸다. 상기 선택부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 편향 자기장 발생부(24, 25, 26)와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제1 정전기장 발생부(11, 12, 13, 14)를 포함하는 제1 편향부; 및 상기 제1 편향부의 자기장 발생부가 연장된 자기장 발생부(24, 25, 26)와, 상기 제1 편향부의 정전기장과 방향이 동일하고 크기가 다른 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부(15, 16, 17, 18)를 포함하는 제2 편향부를 포함하는 편향부, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되는 조리개(30), 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아 상기 하전입자선이 어느 한 방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부의 자기편향력은 상기 제1 편향부의 전기편향력과 동일하고, 상기 제2 편향부의 전기편향력은 상기 제1 편향부의 전기편향력과 방향이 동일하여 상기 어느 한 방향으로 편향된 하전입자선을 상기 입사 진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하되, 상기 제1 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점증하며, 상기 제2 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점강하는 제어부를 포함한다. 상기 자기장 발생부는 X-Z평면(1)에서 점선(25)으로 표시되고, X-Y평면(2)에서 실선(24, 26)으로 표시된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 선택부는, 자기장을 발생하는 자극과 자극 내부에 정전기장을 발생하는 4쌍의 편향 전극쌍을 마련하는 것을 특징으로 한다. 제1 편향부를 구성하는 첫 번째와 두 번째 편향전극쌍의 후방에 조리개를 배치한다. 자기장과 정전기장은 서로 직교하며 하전입자선이 입사하는 방향과 직교하는 방향으로 배치하고, 자기장과 정전기장을 하전입자가 직진하지 않고 변경되는 조건으로 조정한다. 첫 번째 편향전극쌍에서 편향된 하전입자를 후단의 두 번째 편향전극쌍에서 반대편으로 같은 편향각도로 편향시킨다. 제1 편향부인 두 개의 전극쌍과 제2 편향부인 세 번째 및 네 번째 전극 쌍을 조리개를 중심으로 하여 대칭으로 배치한다. 본 발명의 일 구현예에서 조리개는 이 중심위치에 배치하되 개구부(hole) 위치가 상기 편향된 하전입자선이 통과하도록 배열하는 것이 바람직하다. 제2 편향부의 세 번째 및 네 번째 전극쌍의 전압을 제1 편향부의 첫 번째와 두 번째 전극쌍과 대칭으로 한다. 즉, 첫 번째와 네 번째, 두 번째와 세 번째 전극쌍의 전압을 동일하게 한다. 상기 조건에 따라 하전입자선은 세 번째 및 네 번째 전극 쌍에 의해 반대 방향으로 편향되므로, 선택부에 입사하는 광축과 선택부에서 나오는 하전입자선의 하전입자광축을 일치시킬 수 있다. 1μm-1mm의 세공을 갖는 조리개로 중심부의 편향된 하전입자선만을 통과시키고, 불필요한 성분은 조리개에 의해 제거된다. 상기 구성은 제1 편향부와 제2 편향부의 자기장이 동일하므로, 영구자석 또는 전자석의 구동전류원이 하나만 필요한 것이 장점이다. 또한 편향전극쌍을 4개 설치하기 때문에, 조리개의 개구 위치인 편향 위치가 원래의 하전입자광축에서 가장 멀어지기 때문에 중성입자 등 불필요한 성분을 제거하는 성능이 향상된다.
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부 상단에 위치한 렌즈(200)가 하전입자선을 집속하는 구성을 나타내는 개념도이다. 집속된 하전입자선을 통해 볼 때, 조리개 면 내에서 중심에 위치한 하전입자선의 지름이 축소되어 동일한 분산을 갖는 선택부에 있어서도 불필요한 성분을 제거하는 기능이 향상된다.
도 10은 본 발명의 일 구현예에 따른, 선택부의 구성과 하전입자가 전자일 때 경로를 나타낸다. 상기 선택부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부(24, 25, 26)와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 전기장 발생부, 상기 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하도록 개구의 위치가 조정되는 조리개(30), 상기 편향부에서 자기편향력의 값보다 전기편향력의 값이 크도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 선택부는 자기장과 정전기장을 하전입자가 직진하지 않고 편향되는 조건으로 조정한다. 첫 번째 전극 쌍의 전압을 빈 필터(Wien filter) 조건보다 작게 설정하면, 음이온인 전자가 자기장에 의한 편향과 반대 방향인 -x방향으로 편향되는 것을 특징으로 한다. 두 번째 전극 쌍의 전압을 빈 필터(Wien filter) 조건보다 크게 설정하면, 하전입자가 상기 자기장에 의한 편향방향과 상쇄되는 방향인 +x 방향으로 편향되는 것을 특징으로 한다. 조리개의 개구부는 상기 하전입자선의 중심이 통과하는 위치에 오도록 배열한다. 상기 조건에서 각 전극의 전압은 다음과 같이 된다.　
V1＝（V0-Va）/2,
V2＝-（V0-Va）/2,
V3＝（V0+Va）/2,
V4＝-（V0+Va）/2.
도 11은 본 발명의 일 구현예에 따른 자기장을 발생하는 자극의 구성예이다. 본 발명의 일 구현예에서는 자극을 둘러싸도록 코일(Coil)(600)이 감긴 요크(York)(650)를 배치하고, 편향부 N자극(29)과 편향부 S자극(27)을 연결하여 자로를 구성한다. 상기 요크 내부 자기장안으로 하전입자가 입사 진행경로(40)를 따라 진행한다. 자극의 전단과 후단에는 다듬어진 꺽쇄(Filed Cramp)를 배치하여, 편향 자기장의 범위를 제한한다. 본 발명의 일 구현예에 따른 자극으로는 영구자석을 사용할 수 있으며, 페라이트 자석, 사마륨 코발트 자석, 네오디뮴 자석 등이 사용가능하다. 본 발명의 일 구현예에서는 자극 주위에 Coil을 배치하는 전자석을 사용할 수 있으며, 자극으로 순철, Fe-45Ni 합금, Fe-49Co-2V 합금 등을 사용할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에 따른 편향전극쌍을 나타낸다. 본 발명의 일 구현예에서는 두 전극을 평행하게 배열한 전극쌍을 사용할 수 있으며, 사극자(Quadrupole), 팔극자(Octapole)를 구성하여, 정전기장의 대칭성을 향상시킬 수 있다. 상기 전극쌍은 양극(11, 13, 15, 17)과 음극(12, 14, 16, 18)으로 구성되며, 전극쌍 사이로 하전입자가 입사 진행경로(40)를 따라 진행한다.
상기 하전입자선 장치는 중성입자, 질량수나 전하량이 다른 이온 등 불필요한 성분이 제거된 이온빔 또는 에너지범위가 다른 전자가 제거된 전자빔을 선별하는 장치로, 상기 장치의 광원은 플라즈마, 액체 금속이온원 등에서 선택 가능하다. 상기 하전입자선 장치는 이온을 이용하여 시료를 관찰하는 장비, 상기 관찰과 동시에 또는 별도로 시표상의 특정 부분에 대해 식각(Etching) 공정이나 증착(Deposition) 공정 등의 가공을 하는 장비, 시료에서 나오는 이차이온의 질량을 분석하는 이차이온 질량분석장비 또는 시료 내로 이온을 주입하는 장비에 응용될 수 있다. 상기 이차이온 질량분석장비의 질량분석을 위해서는 마그네틱 섹터(Sector Magnet)형, 4극자 전극(Quadrupole)형, 또는 궤적운행 시간 분리(Time of Flight)형 질량 분석기가 사용될 수 있다. 상기 질량분석기에서는 렌즈부로 정전기(electrostatic) 렌즈를 사용할 수 있다.
또한, He+, H+, N+이온을 사용하여, 시료로부터 탄성 또는 비탄성 산란된 입사이온의 질량 분석과 깊이 방향의 분석을 하는 러더포드 분석장치(Rutherford Back Scattering, RBS)에 사용될 수 있으며, Ar+, Xe+, O+ 이온을 사용하여 시료에서 발생한 이차 Ion의 질량 분석과 깊이 방향의 분석을 하는 장치에 사용될 수 있다. 상기 러더포드 분석장치에서는 검출기로 산란이온 검출기가 사용될 수 있다. 실리콘 등 웨이퍼 상에 불순물(dopant)를 주입하기 위해 BF3, PH3, AsH3 등의 가스를 공급하여, B, P, As 이온을 형성한 뒤, 시료에 상기 이온을 주입하는 이온주입장치에 사용될 수 있다.
상기 하전입자선 장치는 하전입사선을 전자로 하여 전자빔내에서 불필요한 성분인, Energy가 다른 전자선을 제거하는 장치로 사용될 수 있으며, 상기의 선택부를 구비한 단색화(Monochromatic)된 전자선 형성 장치로 사용될 수 있다. 또한, 전자원을 사용하여 시료에 전자선을 주사하고 시료에서 발생한 이차전자, 반사전자 등의 2차 신호를 이용하여 시료의 표면을 관찰하는 주사형 전자현미경에 응용될 수 있다. 상기 전자현미경에서 상기 2차 신호의 에너지를 분석함으로써 시료의 원소 결합 상태, 플라즈몬(Plasmon), 포논(Phonon) 등을 분석할 수도 있다.
또한, 전자선을 시료에 평행하게 조사하여 투과전자를 결상하여 시료를 관찰하는 투과형 전자현미경에도 응용될 수 있다. 상기 투과형 전자현미경에서도 투과된 전자 신호에 대해 에너지를 분석함으로써 시료의 원소 결합 상태, 플라즈몬, 포논 등의 분석을 실시할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 주사형 전자현미경 또는 투과형 전자현미경에는 에너지분석기가 추가될 수 있다.
이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
1. X-Z 평면(X-Z Plane) 2. Y-Z 평면(Y-Z Plane)
10. 정전기장(Electric field) 11. 전극 1(Electrode 1)
12. 전극 2(Electrode 2) 13. 전극 3(Electrode 3)
14. 전극 4(Electrode 4) 15. 전극 5(Electrode 5)
16. 전극 6(Electrode 6) 17. 전극 7(Electrode 7)
18. 전극 8(Electrode 8) 20. 자기장(Magnetic flux)
21. 제1 편향부 S자극(S pole) 22. 제1 편향부의 자기장발생부(N and S pole)
23. 제1 편향부 N자극(N pole) 24. 편향부 S자극(S pole)
25. 편향부의 자기장발생부(N and S pole) 26. 편향부 N자극(N pole)
27. 제2 편향부 s자극(S pole) 28. 제2 편향부의 자기장발생부(N and S pole)
29. 제2 편향부 N자극(N pole) 30. 조리개(Aperture)
40. 하전입자빔 경로(Wien filter 조건)
44. 편향된 하전입자 +분산부(Dispersive ray(+))
45. 편향된 하전입자 중심부(Zero loss ray)
46. 편향된 하전입자 -분산부(Dispersive ray(-))
50. 진공실(Vacuum Chamber) 55. 시료(Specimen)
57. 시료 받침대(Stage) 60. 검출부(Detector)
70. 진공펌프(Vacuum Pump) 100. 선택부(Filtering Unit)
200. 렌즈부(Lens) 210. 정렬부(Alignment)
220. 비점수차 교정부(Stigmator) 230. 주사부(Scanner)
300. 하전입자원(Source: Ion or Electron) 400. 전자회로부(Electronics)
410. 전선(Cable, wiring) 450. 제어부(Control Computer)
500. 작업자(Operator ) 600. 코일(Coil)
650. 요크(York)

Claims (13)

  1. 하전입자선을 방출하는 하전입자원;
    상기 하전입자선을 집속하여 방출하는 제1 렌즈부;
    상기 제1 렌즈부를 통과한 하전입자선 중 미리 정한 질량 대 전하 비 또는 미리 정한 에너지를 가지는 하전입자선을 선택적으로 통과시키는 선택부;
    상기 선택부를 통과한 하전입자선을 집속하여 방출하는 제2 렌즈부;
    상기 하전입자선이 주사되는 시료가 위치하는 시료실(sample chamber);
    상기 시료에서 나온 신호를 검출하는 복수 개의 검출기가 위치하는 검출부; 및
    상기 제1 및 제2 렌즈부, 상기 선택부 및 상기 검출부를 진공상태로 유지하는 진공펌프를 포함하고,
    상기 선택부는,
    상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부를 포함하는 하나 이상의 편향부;
    상기 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하도록 개구의 위치가 조정된 조리개(aperture); 및
    상기 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아서 상기 하전입자선이 상기 입사진행 경로와 평행한 방향으로 방출되도록 제어하는 제어부를 포함하는,
    하전입자선 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부를 포함하는 제1 편향부; 및
    상기 제1 편향부의 자기장과 동일한 방향 및 동일한 크기로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 제1 편향부의 정전기장과 방향이 동일하고 크기가 다른 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부를 포함하는 제2 편향부를 포함하고,
    상기 조리개는, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되고,
    상기 제어부는, 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아 상기 하전입자선이 어느 한 방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부에서 자기편향력 및 전기편향력은 제1 편향부의 자기편향력 및 전기편향력과 그 값은 같고 방향은 반대가 되어 상기 어느 한 방향으로 편향된 하전입자선을 상기 입사진행 경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하는,
    하전입자선 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부를 포함하고,
    상기 조리개는, 상기 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하도록 개구의 위치가 조정되고,
    상기 제어부는, 상기 편향부에서 자기편향력의 값보다 전기편향력의 값이 크도록 제어하는,
    하전입자선 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부를 포함하고,
    상기 조리개는, 상기 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하도록 개구의 위치가 조정되고,
    상기 제어부는, 상기 편향부에서 자기편향력의 값이 전기편향력의 값보다 크도록 제어하는,
    하전입자선 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 제1 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제1 정전기장 발생부를 포함하는 제1 편향부; 및
    상기 제1 편향부의 자기장과 동일한 방향 및 동일한 크기의 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 제2 자기장 발생부와, 상기 제1 편향부의 정전기장과 방향은 동일하고 크기는 다른 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제2 정전기장 발생부를 포함하는 제2 편향부를 포함하고,
    상기 조리개는, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되고,
    상기 제어부는, 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아 상기 하전입자선이 어느 한 방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부의 자기편향력은 제1 편향부의 자기편향력과 같고 상기 제2 편향부의 전기편향력은 제1 편향부의 전기편향력과 방향은 같고 크기가 달라서 상기 어느 한 방향으로 편향된 하전입자선을 상기 입사진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하되,
    상기 제1 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점증하며, 상기 제2 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점강하는,
    하전입자선 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 제1 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제1 정전기장 발생부를 포함하는 제1 편향부; 및
    상기 제1 편향부의 자기장 방향과 크기는 같고 방향은 반대인 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 제2 자기장 발생부와, 상기 제1 편향부의 정전기장 방향과 반대 방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제2 정전기장 발생부를 포함하는 제2 편향부를 포함하고,
    상기 조리개는, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되고,
    상기 제어부는, 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아 상기 하전입자선이 어느 한 방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부의 자기편향력은 상기 제1 편향부의 자기편향력과 크기는 같고 방향은 다르고, 상기 제2 편향부의 전기편향력은 방향이 상기 제1 편향부의 전기편향력과 방향이 반대로 되어 상기 어느 한 방향으로 편향된 하전입자선을 상기 입사진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하되,
    상기 제1 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점증하며, 상기 제2 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점강하는,
    하전입자선 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 편향 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제1 정전기장 발생부를 포함하는 제1 편향부; 및
    상기 편향 자기장 발생부와, 상기 제1 편향부의 정전기장과 동일한 방향으로 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제2 정전기장 발생부를 포함하는 제2 편향부를 포함하되,
    상기 제1 편향부의 정전기장 발생부는 제1 전극쌍 및 상기 제1 전극쌍보다 길이가 2배인 제2 전극쌍으로 구성되고, 상기 제2 편향부의 정전기장 발생부는 상기 제1 전극쌍과 길이가 같은 제3 전극쌍으로 구성되며, 상기 제2 전극쌍의 중심에 대해 상기 제1 전극쌍 및 상기 제3 전극쌍은 대칭으로 배열되고,
    상기 조리개는, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되고,
    상기 제어부는, 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않으며, 상기 제1 전극쌍이 가하는 정전기력은 상기 제2 전극쌍이 가하는 정전기력과 크기가 달라, 상기 하전입자선이 상기 제1 전극쌍을 지나면서 어느 한 방향으로 편향되다가 상기 제2 전극쌍의 중심부에서 반대방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부에서 자기편향력은 제1 편향부의 자기편향력과 동일하고, 전기편향력은 제1 편향부의 전기편향력과 방향이 같아, 상기 하전입자선을 상기 입사진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하되,
    상기 제1 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점증하는,
    하전입자선 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 편향부는, 상기 하전입자선의 입사 진행경로와 수직방향으로 자기장을 형성하여 상기 하전입자선에 자기편향력을 가하는 편향 자기장 발생부와, 상기 하전입자선의 진행경로 및 상기 자기장의 방향과 수직방향으로 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 제1 정전기장 발생부를 포함하는 제1 편향부; 및
    상기 제1 편향부의 자기장 발생부가 연장된 자기장 발생부와, 상기 제1 편향부의 정전기장과 방향이 동일하고 크기가 다른 2단 정정전기장을 형성하여 상기 하전입자선에 상기 자기편향력을 상쇄시키는 방향의 전기편향력을 가하는 정전기장 발생부를 포함하는 제2 편향부를 포함하고,
    상기 조리개는, 상기 제1 편향부에서 편향된 하전입자선이 통과하여 상기 제2 편향부로 입사하도록 개구의 위치가 조정되고,
    상기 제어부는, 상기 제1 편향부에서 자기편향력의 값 또는 전기편향력의 값이 다른 값과 일치하지 않아 상기 하전입자선이 어느 한 방향으로 편향되도록 하며, 상기 제2 편향부의 자기편향력은 상기 제1 편향부의 전기편향력과 동일하고, 상기 제2 편향부의 전기편향력은 상기 제1 편향부의 전기편향력과 방향이 동일하여 상기 어느 한 방향으로 편향된 하전입자선을 상기 입사진행경로의 연장선 방향으로 방출하도록 제어하되,
    상기 제1 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점증하며, 상기 제2 편향부의 2단 정정전기장은 상기 하전입자선의 진행경로를 따라 점강하는,
    하전입자선 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하전입자는 전자이고,
    상기 검출부는 2차전자 검출기, 반사전자 검출기, 전자선 에너지 분석기, 및 X-선 검출기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이며,
    상기 제1 렌즈부와 상기 제2 렌즈부는 전자기 렌즈 또는 정전기(electrostatic) 렌즈인,
    하전입자선 장치.
  10. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하전입자는 전자이고,
    상기 검출부는 투과전자 검출기, 2차전자 검출기, 반사전자 검출기, 전자선 에너지 분석기, 및 X-선 검출기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이며,
    상기 제1 렌즈부와 상기 제2 렌즈부는 전자기 렌즈이며,
    상기 시료실을 통과한 하전입자를 집속하는 전자기 렌즈를 더 포함하는,
    하전입자선 장치.
  11. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하전입자는 이온이고,
    상기 검출부는 2차전자 검출기, 2차이온 검출기 및 산란이온 검출기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이며,
    상기 제1 렌즈부와 제2 렌즈부는 정전기(electrostatic) 렌즈인,
    하전입자선 장치.
  12. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하전입자는 이온이고,
    상기 검출부는 2차전자 검출기 또는 2차이온 검출기이며,
    상기 제1 렌즈부 와 제2 렌즈부는 정전기(electrostatic) 렌즈인,
    하전입자선 장치.
  13. 삭제
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