KR101753146B1 - 입체 시편을 분석하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입체 시편을 분석하는 방법에 관한 것으로, 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인함으로써, 입체 시편을 구성하는 성분을 측정하는 성분측정단계를 포함한다.

Description

입체 시편을 분석하는 방법 {METHOD FOR ANALYZING A THREE DIMENSIONAL SAMPLE}
본 발명은 입체 시편을 분석하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인하여 입체 시편을 구성하는 성분을 측정할 수 있는 입체 시편을 분석하는 방법에 관한 것이다.
오늘날 IT산업이 발전함에 따라 이와 관련된 수많은 고집적 전자소자들이 개발되고 있다. 하지만 고집적 전자소자들을 분석하는 기술이 이를 뒷받침 못하고 있는 실정이다.
일례로, 대표적인 고집적 전자소자인 반도체를 예로 들어 설명하면, ITRS(국제 반도체 기술 로드맵)에 의하면 100 nm 기술 세대에서는 실리콘 산화층 두께가 1 nm 이하로 줄어야 되는 등 고집적도가 증가할수록 더욱 산화층 두께는 얇아지는 것이 요구되고 있음에도, 기존의 일반적인 표면분석방법들은 초박막 두께에 대한 분해능을 갖지 못하거나 구조나 조성의 일부분 밖에 확인할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 반도체의 도핑층(doped layer)도 더욱 더 얇아져서 그 동안 사용해온 일차이온으로 표면을 때리는 동안 방출하는 양이온 혹은 음이온을 분석하는 2차 이온 질량분석(secondary ion mass spectroscopy; SIMS) 또는 전자빔을 사용하는 CD-SEM(Critical Dimension-Secondary Electron Microscopy) 등의 기술로는 더 이상 접근하기 어렵다는 점에서 위의 문제점은 더욱 부각되고 있다.
더욱이, 예를 들어 설명한 반도체를 비롯한 고집적 전자소자들이 과거에는 2차원 분석만 하여도 무방하였지만 오늘날에는 그 구조가 복잡해져서 3차원 분석까지 필요하다는 점에서, 고집적 전자소자들을 입체 시편이라 할 때 고분해능을 갖는 입체 시편을 분석하는 기술이 개발되어야만 할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고분해능을 갖는 입체 시편을 분석하는 방법으로서, 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인하여 입체 시편을 구성하는 성분을 측정할 수 있는 입체 시편을 분석하는 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같이 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법은, 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 상기 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인함으로써, 입체 시편을 구성하는 성분을 측정하는 성분측정단계를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 성분측정단계는, 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있으며, 상기 입체 시편에 이온빔을 입사시키는 이온빔입사과정; 상기 이온빔입사과정을 통해 입사된 상기 이온빔이 상기 입체 시편과 충돌함에 따라 산란될 때, 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인하는 스펙트럼확인과정; 및 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼으로부터 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하는 성분측정과정;을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 성분측정과정은, 상기 입체 시편의 성분농도 및 두께에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있다.
이때, 상기 입체 시편이 일점을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조인 경우, 상기 입체 시편의 일점에서 이격되어 있는 부분에서의 외측 구역의 두께 및 내측 구역의 성분농도에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하되, 상기 기확인된 에너지 스펙트럼은, 상기 입체 시편의 일점에서 이격되어 있는 부분에서의 외측 구역의 두께가 두꺼울수록 산란되는 이온빔의 에너지(energy)가 작아질 수 있다.
또한, 상기 입체 시편이 일점을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조인 경우, 상기 입체 시편의 일점에서 이격되어 있는 부분에서의 외측 구역의 두께 및 내측 구역의 성분농도에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하되, 상기 기확인된 에너지 스펙트럼은, 상기 입체 시편의 일점에서 이격되어 있는 부분에서의 내측 구역의 성분농도가 높을수록 산란되는 이온빔의 검출강도(intensity)는 높아질 수 있다.
한편, 상기 입체 시편이 상기 입체 시편의 표면에 박막이 형성된 다면체 구조인 경우, 상기 입체 시편에 형성된 박막의 성분농도 및 두께에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 상기 입체 시편에 형성된 박막의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하되, 상기 기확인된 에너지 스펙트럼은, 상기 입체 시편에 형성된 박막의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나의 값을 고정해 두고 다른 하나의 값을 변화시키면서, 상기 입체 시편의 상단, 하단, 측면 별로 각각 미리 확인한 에너지 스펙트럼일 수 있다.
이때, 상기 기확인된 에너지 스펙트럼은, 상기 입체 시편에 형성된 박막의 두께를 고정해 두고 성분농도를 변화시키면서 미리 확인한 경우, 성분농도가 높을수록 산란되는 이온빔의 검출강도는 높아지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 기확인된 에너지 스펙트럼은, 상기 입체 시편에 형성된 박막의 두께를 고정해두고 성분농도를 변화시키면서, 상기 입체 시편의 일면을 정의하는 좌표계를 기준으로 상기 이온빔이 입사되는 방향을 향하는 각에 90도(azimuth angle=90°)로 이온빔을 입사시켜 미리 확인한 경우, 상기 입체 시편의 상단, 측면, 하단 순으로 산란되는 이온빔의 에너지가 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 기확인된 에너지 스펙트럼은, 상기 입체 시편에 형성된 박막의 두께를 고정해두고 성분농도를 변화시키면서, 상기 입체 시편의 일면을 정의하는 좌표계를 기준으로 상기 이온빔이 입사되는 방향을 향하는 각에 0도(azimuth angle=0°)로 이온빔을 입사시켜 미리 확인한 경우, 상기 입체 시편의 상단 및 하단이 측면보다 산란되는 이온빔의 에너지가 큰 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 상기 입체 시편 측면에서 산란되는 이온빔의 에너지는, 상기 입체 시편의 측면 상단에서 측면 하단으로 향할수록 작아질 것이다.
또한, 상기 기확인된 에너지 스펙트럼은, 상기 입체 시편에 형성된 박막의 성분농도를 고정해 두고 두께를 변화시키면서 미리 확인한 경우, 상기 입체 시편의 박막의 두께가 두꺼울수록 산란되는 이온빔의 검출강도 대비 에너지의 변화량이 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 입체 시편의 측면 박막의 두께가 얇을수록, 상기 입체 시편의 측면에서 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼과 상기 이온빔이 상기 입체 시편의 측면을 통과하여 상기 입체 시편의 다른 측면에서 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼이 나뉘어 질 것이다.
한편, 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법은, 상기 성분측정단계 이전에 상기 입체 시편의 형상을 정의하는 형상정의단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 형상정의단계는, 상기 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 상기 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인함으로써, 상기 입체 시편의 형상을 정의할 수 있다.
이러한 상기 형상정의단계는, 상기 입체 시편을 가상의 3차원 좌표에 배치하는 좌표배치과정; 상기 가상의 3차원 좌표를 기준으로 정의될 수 있는 입사각으로 상기 입체 시편에 이온빔을 입사시키는 이온빔입사과정; 상기 이온빔입사과정을 통해 입사된 상기 이온빔이 상기 입체 시편과 충돌함에 따라 산란될 때, 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인하는 스펙트럼확인과정; 및 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼으로부터 상기 입체 시편의 형상을 정의하는 형상정의과정;을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 형상정의과정은, 상기 입체 시편의 형상에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 상기 입체 시편의 높이, 길이, 폭 또는 상기 입체 시편이 복수의 입체시편유닛으로 구성될 때 상기 입체시편유닛 간의 간격 중 적어도 어느 하나를 정의할 수 있다.
여기서, 상기 입체 시편이 일점을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조라고 할 때, 상기 기확인된 에너지 스펙트럼은, 상기 입체 시편의 일점에서 이격되어 있는 부분에서의 내측 구역의 두께가 두꺼울수록 상기 내측 구역에서 산란되는 이온빔의 에너지 변화량이 크고, 상기 입체 시편의 일점에서 이격되어 있는 부분에서의 외측 구역의 두께가 두꺼울수록 상기 내측 구역에서 산란되는 이온빔의 에너지가 작은 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 입체 시편이 상기 입체 시편의 표면에 박막이 형성된 다면체 구조인 경우, 상기 입체 시편의 하단에서 상단까지를 상기 입체 시편의 높이라 하고, 상기 입체 시편의 가로 방향을 길이라고 하며, 상기 입체 시편의 세로 방향을 폭이라고 할 때, 상기 기확인된 에너지 스펙트럼은, 상기 가상의 3차원 좌표에 있어서 상기 입체 시편의 높이를 정의하는 좌표축을 기준으로 상기 입체 시편의 폭을 정의하는 좌표축에 평행하게 상기 입체 시편의 하단을 향하도록 이온빔이 입사될 때 미리 확인한 경우, 상기 입체 시편의 높이가 높을수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 입체 시편이 상기 입체 시편의 표면에 박막이 형성된 다면체 구조인 경우, 상기 입체 시편의 하단에서 상단까지를 상기 입체 시편의 높이라 하고, 상기 입체 시편의 가로 방향을 길이라고 하며, 상기 입체 시편의 세로 방향을 폭이라고 할 때, 상기 기확인된 에너지 스펙트럼은, 상기 가상의 3차원 좌표에 있어서 상기 입체 시편의 높이를 정의하는 좌표축을 기준으로 상기 입체 시편의 폭을 정의하는 좌표축에 평행하게 상기 입체 시편의 하단을 향하도록 이온빔이 입사될 때 미리 확인한 경우, 상기 입체 시편의 폭이 작을수록 산란되는 이온빔의 에너지가 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
나아가, 상기 입체 시편이 상기 입체 시편의 표면에 박막이 형성된 다면체 구조인 경우, 상기 입체 시편의 하단에서 상단까지를 상기 입체 시편의 높이라 하고, 상기 입체 시편의 가로 방향을 길이라고 하며, 상기 입체 시편의 세로 방향을 폭이라 하며, 상기 입체 시편이 복수의 입체시편유닛으로 구성될 때 상기 입체시편유닛이 폭 방향을 따라 나열되어 있을 때, 상기 기확인된 에너지 스펙트럼은, 상기 가상의 3차원 좌표에 있어서 상기 입체 시편의 높이를 정의하는 좌표축을 기준으로 상기 입체 시편의 폭을 정의하는 좌표축에 평행하게 상기 입체 시편의 하단을 향하도록 이온빔이 입사될 때 미리 확인한 경우, 상기 입체시편유닛 간의 간격이 클수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 작은 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법에 의하면, 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인함으로써 입체 시편을 구성하는 성분을 측정할 수 있고, 이로부터 고분해능을 갖는 입체 시편까지 분석할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 순서도에 있어서 형상정의단계(S300)에 대한 일례를 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예를 통해 분석되는 입체 시편의 일례(일점을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조)를 간략하게 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 입체 시편의 일례에 대하여 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예를 적용할 때 형상정의단계와 관련하여 기확인된 에너지 스펙트럼이다.
도 5 및 도 6은 도 3에 도시된 입체 시편의 일례에 대하여 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예를 적용할 때 성분분석과정과 관련하여 기확인된 에너지 스펙트럼이다.
도 7은 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예를 통해 분석되는 다른 입체 시편의 일례(입체 시편의 표면에 박막이 형성된 다면체 구조)를 간략하게 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예에서 이온빔이 입사되는 방향을 정의하기 위하여 도 7에 도시된 입체 시편의 일례에 직교 좌표축을 함께 도시한 사시도이다.
도 9 내지 도 11은 도 7에 도시된 입체 시편의 일례에 대하여 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예를 적용할 때 형상정의단계와 관련하여 기확인된 에너지 스펙트럼이다.
도 12 내지 도 22는 도 7에 도시된 입체 시편의 일례에 대하여 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예를 적용할 때 성분분석과정과 관련하여 기확인된 에너지 스펙트럼이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는데 있어서, 가로, 세로, 상측, 하측과 같이 방향성을 전제로 하는 용어들은 당업자가 본 발명을 이해하기 용이하도록 기재한 것으로 본 발명의 권리범위를 제한하지 않음은 당연하다.
먼저, 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예의 구성을 도 1 내지 도 22를 참조하여 상세하게 설명한다. 여기서, 도 1 내지 도 22에 대한 설명은 전술한 [도면의 간단한 설명]에 기재된 바와 같다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예는 성분측정단계(S200)를 포함하여 구성되되, 경우에 따라서는 형상정의단계(S300)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 형상정의단계(S300)가 진행될 필요가 있는지 여부는 입체 시편의 형상이 정의되었는지를 확인하는 형상확인단계(S100)의 결과에 따라 달라질 수 있으며, 이에 대하여는 형상정의단계(S300)를 설명하기 전에 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예에서 성분측정단계(S200)는, 입체 시편에 이온빔을 입사시킬 때 입체 시편과 충돌함에 따라 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인함으로써, 입체 시편을 구성하는 성분을 측정하는 단계이다.
이때, 입체 시편을 구성하는 성분 중 코어(core)에 해당하는 부분의 성분을 측정하든, 표면(surface)에 해당하는 부분의 성분을 측정하든 무관하고, 측정하고자 하는 요소(factor)도 성분농도, 두께 등 다양할 수 있음은 당연하며, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음은 당연하다.
다만, 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예가 가장 많이 사용될 것으로 예상되는 부분이 반도체에 있어서 웨이퍼 표면에 형성된 부분에 대한 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하는 것이라 할 것이어서, 이하에서는 이를 중심으로 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이 입체 시편을 구성하는 성분(특히 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나)을 측정하는 성분측정단계(S200)는 입체 시편에 이온빔을 입사시킬 때 입체 시편과 충돌되어 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인하여 입체 시편을 구성하는 성분을 측정할 수 있다면, 어떠한 과정으로 측정되어도 무방하다.
다만, 더욱 상세한 설명을 위해 예를 들어 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 성분측정단계(S200)는 이온빔입사과정(S210), 스펙트럼확인과정(S220), 성분분석과정(S230)을 포함하여 구성될 수 있으며, 경우에 따라서는 데이터저장과정(S240)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 이온빔입사과정(S210)은 입체 시편에 이온빔을 입사시키는 과정으로서, 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인하기 용이하도록 이온빔을 입사시키는 것이 유리하다. 따라서 이온빔입사과정(S210)은 입체 시편의 종류 및 형상에 따라 입사되는 이온빔의 종류와 입사시키는 방향(입사각)을 다르게 할 수 있음은 당연하다.
한편, 스펙트럼확인과정(S220)은 이온빔입사과정(S210)을 통해 입사된 이온빔이 입체 시편과 충돌하여 산란될 때 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인하는 과정이다.
이때, 에너지 스펙트럼의 유형에 대하여는 제한 없이 다양할 수 있음은 물론이지만, 산란되는 이온빔에 대한 에너지(energy)와 세기(intensity)를 함께 확인하는 것이 후술할 성분분석과정(S230)을 진행하는데 있어서 유리할 것이다. 이는 성분분석과정(S230)에서 기확인된 에너지 스펙트럼과 비교하여 성분을 분석하게 될 경우, 기확인된 에너지 스펙트럼의 유형과 동일하게 하는 것이 분석과정의 편의성을 높이는 것이며, 기확인된 에너지 스펙트럼은 도 5, 도 6, 도 12 내지 도 22로 제시된 바와 같이 산란되는 이온빔의 에너지와 세기를 함께 확인하도록 제시되는 경우가 많기 때문이다.
한편, 성분분석과정(S230)은 스펙트럼확인과정(S220)을 통해 확인된 에너지 스펙트럼으로부터 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하는 과정으로, 이 과정 역시 스펙트럼확인과정(S220)을 통해 확인된 에너지 스펙트럼으로부터 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있다면 어떠한 방식으로 진행되더라도 무방하다.
다만, 입체 시편의 성분농도 또는 두께에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 스펙트럼확인과정(S220)을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하는 방식이 측정하는 시간과 비용을 줄일 수 있는 방식이라 할 것이다.
이때, 기확인된 에너지 스펙트럼은 소프트웨어를 통한 사전 시뮬레이션을 하여 미리 확인한 에너지 스펙트럼이거나, 또는 성분측정단계(S200)를 진행하면서 후술할 데이터저장과정(S240)을 통해 저장되어 있는 에너지 스펙트럼일 수도 있다. 즉, 기확인된 에너지 스펙트럼은 성분분석과정(S230)에서 스펙트럼확인과정(S220)을 통해 확인된 에너지 스펙트럼과 비교할 수 있도록 사전에 습득한 모든 에너지 스펙트럼을 포함한다고 할 것이다.
또한, 기확인된 에너지 스펙트럼은 입체 시편의 구조 및 형상에 따라 다양할 수 있음은 당연하다. 다만, 본 발명의 보다 상세한 설명을 위하여 도 3 및 도 7에 도시된 입체 시편의 일례들을 예로 설명하기로 한다.
여기서, 도 3에 도시된 입체 시편의 일례는 일점을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조이고, 도 7에 도시된 입체 시편의 일례는 입체 시편의 표면에 박막이 형성된 다면체 구조이다. 특히, 도 7에 도시된 입체 시편의 일례는 저전력을 극대화하기 위한 기술로서 각광받고 있는 Fin-FET(Field Effect Transistor)와 유사한 형태라고 할 것이다.
이와 같은 입체 시편의 일례에 대한 기확인된 에너지 스펙트럼은 도 5, 도 6, 도 12 내지 도 22와 같으며, 이하에서는 각각의 도면 별로 기확인된 에너지 스펙트럼을 확인하기로 한다. 다만, 이때 각각의 도면에 기재된 수치는 상대적인 것이어서 권리범위에 영향을 주지 않음은 당연하다.
먼저, 도 5 및 도 6에 대하여 상세히 설명하면, 도 5 및 도 6에 도시된 에너지 스펙트럼은 도 3에 도시된 입체 시편의 일례와 관련된 기확인된 에너지 스펙트럼이다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같은 기확인된 에너지 스펙트럼은 일점(c)을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조로 형성된 입체 시편에 대하여 미리 확인한 에너지 스펙트럼으로서, 일점(c)에서 이격되어 있는 부분의 외측 구역(Cshell) 두께(d2)가 두꺼울수록 산란되는 이온빔의 에너지가 작아짐을 확인할 수 있는 에너지 스펙트럼이다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같은 기확인된 에너지 스펙트럼도 일점(c)을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조로 형성된 입체 시편에 대하여 미리 확인한 에너지 스펙트럼으로서, 일점(c)에서 이격되어 있는 부분의 내측 구역(PbS로 구성) 성분농도가 높을수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 높아짐을 확인할 수 있는 에너지 스펙트럼이다.
한편, 전술한 기확인된 에너지 스펙트럼에 있어서, 외측 구역과 내측 구역은 상대적인 것으로, 입체시편의 일점(c)에서 이격되어 있는 부분을 기준으로 일점(c)에 먼 구역이 외측 구역이라 할 것이고, 일점(c)에서 가까운 구역이 내측 구역이라 할 것이다.
즉, 도 3에 도시된 입체 시편의 일례에서는 Cshell과 PbS로 구성된 구역의 경계면이 일점(c)에서 이격되어 있는 부분이라 할 것이고, 만약 도시되지 않았지만 일점(c)을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조가 3개 이상의 다양한 층으로 구성되는 경우 일점(c)에서 이격되어 있는 부분은 각 층의 경계면으로 다양하게 지정될 수 있으며, 이에 따라 외측 구역과 내측 구역도 상대적으로 정해질 것이어서, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음은 당연하다고 할 것이다.이어서, 도 12 내지 도 22에 대하여 설명하면, 도 12 내지 도 22에 도시된 에너지 스펙트럼은 도 7에 도시된 입체 시편의 일례와 관련된 기확인된 에너지 스펙트럼이다.
즉, 도 12 내지 도 22는 표면에 박막이 형성된 다면체 구조의 입체 시편에 대하여 미리 확인한 에너지 스펙트럼으로서, 입체 시편에 형성된 박막의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나의 값을 고정해 두고 다른 하나의 값을 변화시키면서, 입체 시편의 상단(t), 하단(b), 측면(s) 별로 각각 미리 확인한 에너지 스펙트럼이다.
이때, 입체 시편이 다면체 구조로 형성되어 있기에 전술한 바와 같이 일점(c)을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조로 형성된 입체 시편과 달리 이온빔이 입사되는 각도에 따라서 에너지 스펙트럼이 다르게 확인될 수 있는바, 이온빔의 입사되는 각도도 기확인된 에너지 스펙트럼을 설명하는데 있어서 중요한 요소가 될 것이다.
따라서 이에 대하여는 형상정의단계(S300)를 설명하기 위해 도시된 도 8을 미리 참조하여 이온빔이 입사되는 각도를 먼저 정의하면 다음과 같다.
도 8에 도시된 바와 같이 입체 시편을 가상의 3차원 좌표에 놔둔다면, 3차원 좌표 상에서 이온빔이 입사되는 각도는 세 방향으로 정의될 수 있으나, 한 방향은 입체 시편이 놓여지는 방향이어서 실제 다음과 같이 두 방향의 각으로 정의된다.
하나는 입체 시편의 하단(b)에서 상단(t)까지의 높이를 정의하는 좌표축(도 8에서는 z축에 해당)을 기준으로 입체 시편의 하단(b)을 향하는 방향(도 8에서는 x축 방향)을 향하는 θ각(polar angle)으로 정의될 수 있으며, 다른 하나는 입체 시편의 높이를 정의하는 좌표축에 수직되는 두 개의 좌표축(x축,y축) 사이에서 이온빔이 입사되는 방향을 향하는 φ각(azimuth angle)으로 정의될 수 있다.
이와 같이 정의되는 두 방향의 각을 전제로, 도 12 내지 도 22에 도시된 에너지 스펙트럼을 각각 차례대로 설명하면 다음과 같다.
도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같은 기확인된 에너지 스펙트럼은, θ각이 45도이고, φ각이 90도일 때, 표면에 박막이 형성된 다면체 구조의 입체 시편에 대하여 박막의 두께를 고정해두고 성분농도를 변화시키면서 미리 확인한 에너지 스펙트럼으로서, 박막의 성분농도가 높을수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 높아짐을 확인할 수 있는 에너지 스펙트럼이다.
더욱 구체적으로, 도 12는 입체 시편 상단(t)의 박막 성분농도를 높일수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 높아짐을 미리 확인한 것이고, 도 13은 입체 시편 하단(b)의 박막 성분농도를 높일수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 높아짐을 미리 확인한 것이며, 도 14는 입체 시편 측면(s)의 박막 성분농도를 높일수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 높아짐을 미리 확인한 것이다.
한편, 도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같은 기확인된 에너지 스펙트럼은, θ각이 25도이고, φ각이 0도일 때, 표면에 박막이 형성된 다면체 구조의 입체 시편에 대하여 박막의 두께를 고정해두고 성분농도를 변화시키면서 미리 확인한 에너지 스펙트럼으로서, 박막의 성분농도가 높을수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 높아짐을 확인할 수 있는 에너지 스펙트럼이다.
더욱 구체적으로, 도 15는 입체 시편 상단(t)의 박막 성분농도를 높일수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 높아짐을 미리 확인한 것이고, 도 16은 입체 시편 하단(b)의 박막 성분농도를 높일수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 높아짐을 미리 확인한 것이며, 도 17은 입체 시편 측면(s)의 박막 성분농도를 높일수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 높아짐을 미리 확인한 것이다.
이때, 도 12 내지 도 17과 관련된 위의 내용을 통합 정리하면, 표면에 박막이 형성된 다면체 구조의 입체 시편에 대하여 기확인된 에너지 스펙트럼은 박막의 두께를 고정해두고 성분농도를 변화시키면서 미리 확인하였을 때, 성분농도가 높을수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 높아진다는 것을 알 수 있을 것이다.
또한, φ각이 다르게 한 경우를 비교 정리하면, 즉 도 12 내지 도 14와 관련된 내용과 도 15 내지 도 17과 관련된 내용을 비교 정리하면, φ각이 90도인 경우에는 입체 시편의 상단(t), 측면(s), 하단(b) 순으로 산란되는 이온빔의 에너지가 큰 것을 알 수 있었지만, φ각이 0도인 경우에는 산란되는 이온빔의 에너지가 입체 시편의 측면(s)보다 상단(t) 및 하단(b)에서 산란되는 이온빔의 에너지가 큰 것을 알 수 있을 것이다.
한편, 도 18에 도시된 바와 같은 기확인된 에너지 스펙트럼은, 도 15 내지 도 17과 같은 조건, 즉 θ각이 25도이고 φ각이 0도일 때 표면에 박막이 형성된 다면체 구조의 입체 시편에 대하여 미리 확인한 에너지 스펙트럼으로서, 입체 시편 측면(s)에서 산란되는 이온빔의 에너지는 입체 시편의 측면 상단(s1)에서 측면 하단(s3)으로 향할수록 작아지는 것을 확인할 수 있는 에너지 스펙트럼이다.
한편, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같은 기확인된 에너지 스펙트럼은, θ각이 45도이고, φ각이 90도일 때, 표면에 박막이 형성된 다면체 구조의 입체 시편에 대하여 박막의 성분농도를 고정해두고 두께를 변화시키면서 미리 확인한 에너지 스펙트럼으로서, 입체 시편의 상단(t) 및 하단(b)에서 박막의 두께가 두꺼울수록 산란되는 이온빔의 검출강도 대비 에너지의 변화량이 크다는 것을 확인할 수 있는 에너지 스펙트럼이다.
이때, 산란되는 이온빔의 검출강도 대비 에너지의 변화량이 크다는 것은 도 19 및 도 20에서 에너지의 크기를 나타내는 축 상에서 에너지 스펙트럼의 폭이 더 크다는 것을 의미한다.
더욱 구체적으로, 도 19는 입체 시편의 상단(t)에서의 박막 두께를 두껍게 할수록 산란되는 이온빔의 에너지 크기를 나타내는 축 상에서 에너지 스펙트럼의 폭이 커짐을 미리 확인한 것이며, 도 20은 입체 시편의 하단(b)에서의 박막 두께를 두껍게 할수록 산란되는 이온빔의 에너지 크기를 나타내는 축 상에서 에너지 스펙트럼의 폭이 커짐을 미리 확인한 것이다.
한편, 도 21에 도시된 바와 같은 기확인된 에너지 스펙트럼은, θ각이 65도이고, φ각이 90도일 때, 표면에 박막이 형성된 다면체 구조의 입체 시편에 대하여 박막의 성분농도를 고정해두고 두께를 변화시키면서 미리 확인한 에너지 스펙트럼으로서, 입체 시편의 측면(s)에서의 박막 두께를 두껍게 할수록 산란되는 이온빔의 검출강도 대비 에너지의 변화량이 크다는 것을 확인할 수 있는 에너지 스펙트럼이다.
즉, 도 21도 도 19 및 도 20과 유사하게 에너지 크기를 나타내는 축 상에서 에너지 스펙트럼의 폭이 커짐을 미리 확인할 수 있으며, 이로부터 입체 시편의 측면(s)에서의 박막 두께를 두껍게 할수록 산란되는 이온빔의 검출강도 대비 에너지의 변화량이 크다는 것을 확인한 것이다.
한편, 도 21에 있어서, 입체 시편의 측면(s)에서의 박막 두께가 얇을수록, 입체 시편의 측면(s)에서의 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼과 이온빔이 입체 시편의 측면(s)를 통과하여 입체 시편의 다른 측면(s')에서 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼이 나뉘어지는 것도 추가적으로 확인할 수 있다.
이에 대하여는, 입체 시편의 측면(s)에서의 박막 두께를 4배 차이가 나도록 하고 각 축의 스케일을 더 작게 한 에너지 스펙트럼인 도 22를 참조하면 더욱 명확하게 확인할 수 있을 것이다. 이때, 박막의 두께를 4배 차이가 나도록 하는 것 이외에도 박막의 성분농도도 4배 차이가 나도록 하였지만, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음은 당연하다고 할 것이다.이와 같은 도22와 관련하여, 더욱 자세하게 살펴보면, 점선으로 표시된 에너지 스펙트럼의 경우가 실선으로 표시된 에너지 스펙트럼 대비 에너지 스펙트럼이 나누어져 있는 것을 확인할 수 있을 것인데, 84keV 인근에서 검출강도가 크게 확인되는 부분은 입체 시편의 측면(s)에서의 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼이고, 82keV 인근에서 검출강도가 크게 확인되는 부분은 입체 시편의 다른 측면(s')에서 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼이다.
도 12 내지 도 22를 통해 이상 설명한 바와 같은 도 7에 도시된 입체 시편의 일례와 관련된 기확인된 에너지 스펙트럼은 전술한 바와 같이 θ각 및 φ각이 변경되는 것과 같이 에너지 스펙트럼을 확인할 당시의 조건에 따라 일부 달라질 수 있다 하더라도 이는 당업자가 용이하게 치환하거나 변경할 수 있을 정도의 것이라서 모두 본 발명의 권리범위에 포함됨은 당연하다.
한편, 성분측정단계(S200)에서 이온빔입사과정(S210), 스펙트럼확인과정(S220), 성분분석과정(S230) 외에 경우에 따라 더 포함하여 구성될 수 있는 데이터저장과정(S240)은 스펙트럼확인과정(S220)을 진행하면서 확인하게 되는 에너지 스펙트럼을 저장하는 과정이다.
그러나 스펙트럼확인과정(S220)을 진행하면서 확인한 에너지 스펙트럼을 기확인된 에너지 스펙트럼으로서 저장하는 것에 한정되지 않고, 성분측정단계(S200)가 진행되는 전 과정이 저장될 수 있으며, 저장되는 매체 또한 제한되지 않고 다양할 수 있다.
이상 상세히 설명한 바와 같은 성분측정단계(S200)는 전술한 바와 같이 형상확인단계(S100)의 결과에 따라 곧바로 진행될 수도 있지만, 형상정의단계(S300)가 진행된 이후에 진행될 수 있다.
즉, 형상확인단계(S100)를 통해 입체 시편의 형상이 사전에 정의되어 있다고 확인되면 곧바로 정의된 형상에 대응하여 입체 시편을 구성하는 성분을 측정할 수 있겠지만, 형상확인단계(S100)를 통해 입체 시편의 형상이 사전에 정의되어 있지 않다고 확인되면 형상정의단계(S300)를 통해 형상을 정의하여야만 그에 대응하여 입체 시편을 구성하는 성분을 측정할 수 있을 것이다.
이때, 형상확인단계(S100)는 입체 시편의 형상이 사전에 정의되어 있다고 확인하기만 하면 어떠한 과정을 거쳐도 무방하며, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음은 당연하다. 일례로, 후술할 형상정의단계(S300)의 데이터저장과정(S350)을 통해 사전에 저장된 입체 시편의 형상에 대한 정보를 가져올 수 있다면 입체 시편의 형상이 사전에 정의되었다고 볼 수 있을 것이다.
한편, 형상확인단계(S100)에서 입체 시편의 형상이 사전에 정의되어 있지 않다고 확인되면, 형상정의단계(S300)가 진행되는데, 이때 형상정의단계(S300)는 성분측정단계(S200) 이전에 입체 시편의 형상을 정의할 수 있으면 어떠한 과정을 포함하여도 모두 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.
그러나 더욱 상세한 설명을 위하여 일례를 들어 설명하면, 형상정의단계(S300)는 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인함으로써, 입체 시편의 형상을 정의하는 과정을 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 형상정의단계(S300)는, 좌표배치과정(S310), 이온빔입사과정(S320), 스펙트럼확인과정(S330), 형상정의과정(S340)을 포함하여 구성될 수 있으며, 경우에 따라서는 데이터저장과정(S350)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 좌표배치과정(S310)은 입체 시편을 가상의 3차원 좌표에 배치하는 과정으로서, 이는 입체 시편의 형상을 정의하는 기준을 제시하기 위함이다.
이때, 좌표배치과정(S310)은 후술할 형상정의과정(S340)을 통해 입체 시편의 형상이 정의될 때 기준을 제시하기만 하면 되므로, 가상의 3차원 좌표의 종류 및 스케일 등에 전혀 제한을 받지 않음은 당연하다. 예를 들어, 도 3에 도시된 입체 시편의 일례의 경우에는 극 좌표계를, 도 7에 도시된 입체 시편의 일례의 경우에는 직교 좌표계를 이용할 수 있을 것이다.
한편, 이온빔입사과정(S320), 스펙트럼확인과정(S330), 형상정의과정(S340), 데이터저장과정(S350)은 전술한 성분측정단계(S200)에서 설명하였던 이온빔입사과정(S210), 스펙트럼확인과정(S220), 형상정의과정(S230), 데이터저장과정(S240)과 유사하다고 할 것이다.
즉, 이온빔입사과정(S320)은 입체 시편에 이온빔을 입사시키는 과정이고, 스펙트럼확인과정(S330)은 이온빔입사과정(S320)을 통해 입사된 이온빔이 입체 시편과 충돌함에 따라 산란될 때 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인하는 과정이며, 형상정의과정(S340)은 스펙트럼확인과정(S330)을 통해 확인된 에너지 스펙트럼으로부터 입체 시편의 형상을 정의하는 과정이며, 데이터저장과정(S350)은 스펙트럼확인과정(S330)을 진행하면서 확인하게 되는 에너지 스펙트럼을 저장하는 과정이다.
이때, 이온빔입사과정(S320)의 경우, 좌표배치과정(S310)에서 이미 입체 시편을 가상의 3차원 좌표에 배치한 만큼, 이온빔의 입사각을 정의할 때에도 전술한 가상의 3차원 좌표를 기준으로 정의하는 것이 당업자에게 더욱 편리할 것이다.
또한, 형상정의과정(S340)의 경우, 스펙트럼확인과정(S330)을 통해 확인된 에너지 스펙트럼으로부터 입체 시편의 형상을 정의하는 방법이 여러 가지일 수 있으며, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음은 당연하다고 할 것이지만, 성분측정과정(S230)과 유사하게 기확인된 에너지 스펙트럼을 이용하여 상호 비교하는 방법을 이용한다면 유사한 방법을 이용하는 것이기에 이 역시 당업자에게 더욱 편리할 것이다.
즉, 형상정의과정(S340)을 통해, 입체 시편의 형상에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 스펙트럼확인과정(S330)을 통해 확인한 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 입체 시편의 높이, 길이, 폭 또는 입체 시편이 복수의 입체시편유닛으로 구성될 때 입체시편유닛 간의 간격 중 적어도 어느 하나를 정의할 수 있을 것이다.
다만, 기확인된 에너지 스펙트럼에 있어서는 전술한 성분측정과정(S230)과 차이가 있음은 당연하고, 이에 대하여는 전술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명을 위하여 도 3 및 도 7에 도시된 입체 시편의 일례들을 예로 설명하기로 한다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같은 일점(c)을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조의 입체 시편을 예로 들어 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같은 기확인된 에너지 스펙트럼이 있을 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 기확인된 에너지 스펙트럼은 입체시편의 일점(c)에서 이격되어 있는 부분에서의 내측 구역의 두께(d1)가 두꺼울수록 내측 구역에서 산란되는 이온빔의 에너지 변화량이 크고, 입체시편의 일점(c)에서 이격되어 있는 부분에서의 외측 구역의 두께(d2)가 두꺼울수록 내측 구역에서 산란되는 이온빔의 에너지가 작은 것을 확인할 수 있는 에너지 스펙트럼이다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같은 입체 시편의 표면에 박막이 형성된 다면체 구조의 입체 시편을 예로 들어 설명하면, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같은 기확인된 에너지 스펙트럼이 있을 수 있다.
이때, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같은 기확인된 에너지 스펙트럼을 설명하기 전에, 도 7에 도시된 입체 시편은 도 3에 도시된 입체 시편과 달리 어느 방향에서 입체 시편의 형상을 정의하고 설명하느냐에 따라 달라질 수 있으므로, 도 8을 기초로 도 7에 도시된 입체 시편을 먼저 설명하기로 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 표면에 박막이 형성된 다면체 구조로 형성되는 도 7에 도시된 입체 시편을 직교 좌표계에 두면, z축 방향으로 입체 시편의 하단(b)에서 상단(t)까지를 입체 시편의 높이(h)라고 할 수 있고, y축 방향으로 입체 시편의 세로 방향을 폭(l)이라 할 수 있으며, x축 방향으로 입체 시편의 가로 방향을 길이(도면부호 미부여)라고 할 수 있으며, 길이 방향으로 나열된 복수의 입체시편유닛 각각의 사이를 간격(w)이라 할 수 있다.
이와 같은 도 7에 도시된 입체 시편에 대하여, 도 9에 도시된 기확인된 에너지 스펙트럼은 입체 시편의 높이(h)를 정의하는 좌표축(z축)을 기준으로 입체 시편의 폭(l)을 정의하는 좌표축(y축)에 평행하게 입체 시편의 하단(b)을 향하도록 이온빔이 입사될 때 미리 확인한 에너지 스펙트럼으로서, 입체 시편의 높이(h)가 높을수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 커지는 것을 확인할 수 있는 에너지 스펙트럼이다.
한편, 도 10에 도시된 기확인된 에너지 스펙트럼은 입체 시편의 높이(h)를 정의하는 좌표축(z축)을 기준으로 입체 시편의 폭(l)을 정의하는 좌표축(y축)에 평행하게 입체 시편의 하단(b)을 향하도록 이온빔이 입사될 때 미리 확인한 에너지 스펙트럼으로서, 입체 시편의 폭(l)이 작을수록 산란되는 이온빔의 에너지가 커지는 것을 확인할 수 있는 에너지 스펙트럼이다.
한편, 도 11에 도시된 기확인된 에너지 스펙트럼은 입체 시편의 높이(h)를 정의하는 좌표축(z축)을 기준으로 입체 시편의 폭(l)을 정의하는 좌표축(y축)에 평행하게 입체 시편의 하단(b)을 향하도록 이온빔이 입사될 때 미리 확인한 에너지 스펙트럼으로서, 입체시편유닛 간의 간격(w)이 클수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 작아짐을 확인할 수 있는 에너지 스펙트럼이다.
이상 설명한 바와 같이 입체 시편의 형상에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼은 다양할 수 있는데, 이에 한정되지 않고 입체 시편에 이온빔을 어떤 방향으로 어떻게 입사시키느냐에 따라서도 다양할 수 있다고 할 것이며, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음은 물론이다.
이어서, 전술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예에 대한 작용 및 이에 따른 효과를 도 1 및 도 2을 재참조하여 시계열적으로 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예는, 입체 시편의 형상이 정의되어 있는지 확인하는 형상확인단계(S100)로부터 시작되며, 형상확인단계(S100)를 통해 입체 시편의 형상이 정의되어 있음이 확인된 경우에는 성분측정단계(S200)가 이어서 진행되고, 그렇지 않은 경우에는 형상정의단계(S300)가 진행된 이후에 성분측정단계(S200)가 진행된다.
이때, 형상확인단계(S100)에서 입체 시편의 형상이 정의되었는지 확인하는 것은 데이터저장과정(S350)을 통해 저장된 입체 시편에 대한 형상과 관련된 데이터가 있는지 여부로도 확인할 수 있으며, 별도의 시뮬레이션을 거쳐서 확인된 입체 시편에 대한 형상과 관련된 데이터가 별도의 저장매체에 저장되어 있는지 여부로도 확인할 수 있다.
우선, 입체 시편의 형상이 정의되어 있지 않음이 확인되는 것을 전제로 이하 설명하면, 성분측정단계(S200)에 앞서 형상정의단계(S300)가 먼저 진행되는데, 형상정의단계(S300)는 좌표배치과정(S310), 이온빔입사과정(S320), 스펙트럼확인과정(S330), 형상정의과정(S340), 데이터저장과정(S350) 순으로 진행될 수 있다.
즉, 먼저 입체 시편을 가상의 3차원 좌표에 배치한 후, 가상의 3차원 좌표를 기준으로 정의될 수 있는 입사각으로 입체 시편에 이온빔을 입사시킨다. 이와 같이 이온빔을 입사시키면 입사된 이온빔은 입체 시편과 충돌하게 되어 산란하게 되는데, 이때 발생되는 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인할 수 있다.
이후 확인한 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼으로부터 입체 시편의 형상을 정의하게 되는데, 이때 입체 시편의 형상에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상호 비교하여 입체 시편의 형상을 정의할 수 있다. 또한, 이때 관련된 모든 정보는 데이터저장과정(S350)을 통해 저장될 수 있음은 당연하다.
여기서, 기확인된 에너지 스펙트럼은 데이터저장과정(S350)을 통해 저장되어 있는 미리 확인한 에너지 스펙트럼일 수도 있고, 별도의 시뮬레이션을 거쳐서 미리 확인한 에너지 스펙트럼일 수도 있으며, 이에 대한 예들은 도 4 및 도 9 내지 11에 도시된 바와 같다.
한편, 이와 같은 형상정의단계(S300)를 거쳐 입체 시편의 형상이 정의된 이후에는, 이어서 성분측정단계(S200)가 진행된다.
성분측정단계(S200)는 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인함으로써 입체 시편을 구성하는 성분을 측정할 수만 있다면 아래와 같은 일련의 과정뿐만 아니라 다른 과정으로 진행되어도 무방하다.
그러나 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여, 예를 들어 설명하면 성분측정단계(S200)는 이온빔입사과정(S210), 스펙트럼확인과정(S220), 성분분석과정(S230), 데이터저장과정(S240) 순으로 진행될 수 있다.
즉, 먼저 입체 시편에 이온빔을 입사시키는 과정을 시작으로 하여 성분측정단계(S200)를 진행할 수 있는데, 이때 이온빔은 둘 이상의 이온빔을 입사시킬 수 있으며, 입사되는 둘 이상의 이온빔은 서로 다른 입사각을 가질 수 있다. 이와 같이 서로 다른 입사각을 갖는 둘 이상의 이온빔을 입사시킴으로써 성분측정단계(S200)를 더욱 정확하고 효율적으로 진행할 수 있을 것이다.
이와 같이 이온빔입사과정(S210)을 통해 입사된 이온빔은 입체 시편과 충돌하게 되어 산란하게 되는데, 이때 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인할 수 있을 것이고, 이로부터 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하게 된다.
이때, 입체 시편의 형상에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상호 비교하여 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있으며, 이와 관련된 모든 정보는 데이터저장과정(S240)을 통해 저장될 수 있음은 당연하다.
여기서, 기확인된 에너지 스펙트럼은 데이터저장과정(S240)을 통해 저장되어 있는 미리 확인한 에너지 스펙트럼일 수도 있고, 별도의 시뮬레이션을 거쳐서 미리 확인한 에너지 스펙트럼일 수도 있으며, 이에 대한 예들은 도 5, 도 6 및 도 12 내지 22에 도시된 바와 같다.
이와 같이 종래에는 제시되지 못하였던 단계 또는 과정으로 진행되어 입체 시편을 분석하는 본 발명은, 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인함으로써, 입체 시편을 구성하는 성분을 고분해능으로 분석할 수 있을 것이다.
한편, 이상 설명한 바와 같은 순서로 작용하는 본 발명에 따른 입체 시편을 분석하는 방법의 일 실시예 있어서 경우에 따라서 각 단계 또는 각 과정이 동시에 진행되거나 그 순서가 일부 변경될 수도 있을 것이며, 이로부터 권리범위가 제한되지 않음은 물론이다.
또한, 앞에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예들 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 모두 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
t : 입체 시편의 상단
b : 입체 시편의 하단
s : 입체 시편의 측면
h : 입체 시편의 높이
l : 입체 시편의 폭
w : 입체시편유닛 간의 간격
θ : polar angle
φ : azimuth angle

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  5. 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 상기 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인함으로써, 입체 시편을 구성하는 성분을 측정하는 성분측정단계를 포함하는 입체 시편을 분석하는 방법으로서,
    상기 성분측정단계는, 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있도록,
    상기 입체 시편에 이온빔을 입사시키는 이온빔입사과정;
    상기 이온빔입사과정을 통해 입사된 상기 이온빔이 상기 입체 시편과 충돌함에 따라 산란될 때, 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인하는 스펙트럼확인과정; 및
    상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼으로부터 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하여, 상기 입체 시편의 성분농도 및 두께에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하는 성분측정과정;을 포함하고,
    상기 입체 시편이 일점을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조인 경우,
    상기 입체 시편의 일점에서 이격되어 있는 부분에서의 외측 구역의 두께 및 내측 구역의 성분농도에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하되,
    상기 기확인된 에너지 스펙트럼은,
    상기 입체 시편의 일점에서 이격되어 있는 부분에서의 외측 구역의 두께가 두꺼울수록 내측 구역에서 산란되는 이온빔의 에너지(energy)가 작아지는 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  6. 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 상기 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인함으로써, 입체 시편을 구성하는 성분을 측정하는 성분측정단계를 포함하는 입체 시편을 분석하는 방법으로서,
    상기 성분측정단계는, 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있도록,
    상기 입체 시편에 이온빔을 입사시키는 이온빔입사과정;
    상기 이온빔입사과정을 통해 입사된 상기 이온빔이 상기 입체 시편과 충돌함에 따라 산란될 때, 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인하는 스펙트럼확인과정; 및
    상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼으로부터 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하여, 상기 입체 시편의 성분농도 및 두께에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하는 성분측정과정;을 포함하고,
    상기 입체 시편이 일점을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조인 경우,
    상기 입체 시편의 일점에서 이격되어 있는 부분에서의 외측 구역의 두께 및 내측 구역의 성분농도에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하되,
    상기 기확인된 에너지 스펙트럼은,
    상기 입체 시편의 일점에서 이격되어 있는 부분에서의 내측 구역의 성분농도가 높을수록 산란되는 이온빔의 검출강도(intensity)는 높아지는 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  7. 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 상기 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인함으로써, 입체 시편을 구성하는 성분을 측정하는 성분측정단계를 포함하는 입체 시편을 분석하는 방법으로서,
    상기 성분측정단계는, 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있도록,
    상기 입체 시편에 이온빔을 입사시키는 이온빔입사과정;
    상기 이온빔입사과정을 통해 입사된 상기 이온빔이 상기 입체 시편과 충돌함에 따라 산란될 때, 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인하는 스펙트럼확인과정; 및
    상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼으로부터 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하여, 상기 입체 시편의 성분농도 및 두께에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 상기 입체 시편의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하는 성분측정과정;을 포함하고,
    상기 입체 시편이 상기 입체 시편의 표면에 박막이 형성된 다면체 구조인 경우,
    상기 입체 시편에 형성된 박막의 성분농도 및 두께에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 상기 입체 시편에 형성된 박막의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하되,
    상기 기확인된 에너지 스펙트럼은,
    상기 입체 시편에 형성된 박막의 성분농도 또는 두께 중 적어도 어느 하나의 값을 고정해 두고 다른 하나의 값을 변화시키면서, 상기 입체 시편의 상단, 하단, 측면 별로 각각 미리 확인한 에너지 스펙트럼인 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기확인된 에너지 스펙트럼은,
    상기 입체 시편에 형성된 박막의 두께를 고정해 두고 성분농도를 변화시키면서 미리 확인한 경우, 성분농도가 높을수록 산란되는 이온빔의 검출강도는 높아지는 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기확인된 에너지 스펙트럼은,
    상기 입체 시편에 형성된 박막의 두께를 고정해두고 성분농도를 변화시키면서, 상기 입체 시편의 일면을 정의하는 좌표계를 기준으로 상기 이온빔이 입사되는 방향을 향하는 각에 90도(azimuth angle=90°)로 이온빔을 입사시켜 미리 확인한 경우, 상기 입체 시편의 상단보다 측면에서 산란되는 이온빔의 에너지가 크고, 상기 입체 시편의 측면보다 하단에서 산란되는 이온빔의 에너지가 큰 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기확인된 에너지 스펙트럼은,
    상기 입체 시편에 형성된 박막의 두께를 고정해두고 성분농도를 변화시키면서, 상기 입체 시편의 일면을 정의하는 좌표계를 기준으로 상기 이온빔이 입사되는 방향을 향하는 각에 0도(azimuth angle=0°)로 이온빔을 입사시켜 미리 확인한 경우, 상기 입체 시편의 상단 및 하단이 측면보다 산란되는 이온빔의 에너지가 큰 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 입체 시편 측면에서 산란되는 이온빔의 에너지는,
    상기 입체 시편의 측면 상단에서 측면 하단으로 향할수록 작아지는 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 기확인된 에너지 스펙트럼은,
    상기 입체 시편에 형성된 박막의 성분농도를 고정해 두고 두께를 변화시키면서 미리 확인한 경우, 상기 입체 시편의 박막의 두께가 두꺼울수록 산란되는 이온빔의 검출강도 대비 에너지의 변화량이 큰 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 입체 시편의 측면 박막의 두께가 얇을수록, 상기 입체 시편의 측면에서 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼과 상기 이온빔이 상기 입체 시편의 측면을 통과하여 상기 입체 시편의 다른 측면에서 산란되는 이온빔의 에너지 스펙트럼이 나뉘어 지는 것을 특징으로 하는,입체 시편을 분석하는 방법.
  14. 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분측정과정 이전에 상기 입체 시편의 형상을 정의하는 형상정의단계를 더 포함하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 형상정의단계는,
    상기 입체 시편에 입사시킨 이온빔이 상기 입체 시편과 충돌함에 따라 발생되는 에너지 스펙트럼을 확인함으로써, 상기 입체 시편의 형상을 정의하는 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 형상정의단계는,
    상기 입체 시편을 가상의 3차원 좌표에 배치하는 좌표배치과정;
    상기 가상의 3차원 좌표를 기준으로 정의될 수 있는 입사각으로 상기 입체 시편에 이온빔을 입사시키는 이온빔입사과정;
    상기 이온빔입사과정을 통해 입사된 상기 이온빔이 상기 입체 시편과 충돌함에 따라 산란될 때, 산란되는 이온빔에 대한 에너지 스펙트럼을 확인하는 스펙트럼확인과정; 및
    상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼으로부터 상기 입체 시편의 형상을 정의하는 형상정의과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 형상정의과정은,
    상기 입체 시편의 형상에 따라 기확인된 에너지 스펙트럼과 상기 스펙트럼확인과정을 통해 확인된 에너지 스펙트럼을 상호 비교함으로써, 상기 입체 시편의 높이, 길이, 폭 또는 상기 입체 시편이 복수의 입체시편유닛으로 구성될 때 상기 입체시편유닛 간의 간격 중 적어도 어느 하나를 정의하는 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 입체 시편이 일점을 기준으로 방사형으로 펼쳐진 구조라고 할 때,
    상기 기확인된 에너지 스펙트럼은,
    상기 입체 시편의 일점에서 이격되어 있는 부분에서의 내측 구역의 두께가 두꺼울수록 상기 내측 구역에서 산란되는 이온빔의 에너지 변화량이 크고, 상기 입체 시편의 일점에서 이격되어 있는 부분에서의 외측 구역의 두께가 두꺼울수록 상기 내측 구역에서 산란되는 이온빔의 에너지가 작은 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 입체 시편이 상기 입체 시편의 표면에 박막이 형성된 다면체 구조인 경우, 상기 입체 시편의 하단에서 상단까지의 거리를 상기 입체 시편의 높이라 하고, 상기 입체 시편의 일 방향으로의 거리를 길이라고 하며, 상기 입체 시편의 일 방향에 수직되는 방향으로의 거리를 폭이라고 할 때,
    상기 기확인된 에너지 스펙트럼은,
    상기 가상의 3차원 좌표에 있어서 상기 입체 시편의 높이를 정의하는 좌표축을 기준으로 상기 입체 시편의 폭을 정의하는 좌표축에 평행하게 상기 입체 시편의 하단을 향하도록 이온빔이 입사될 때 미리 확인한 경우, 상기 입체 시편의 높이가 높을수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 큰 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 입체 시편이 상기 입체 시편의 표면에 박막이 형성된 다면체 구조인 경우, 상기 입체 시편의 하단에서 상단까지의 거리를 상기 입체 시편의 높이라 하고, 상기 입체 시편의 일 방향으로의 거리를 길이라고 하며, 상기 입체 시편의 일 방향에 수직되는 방향으로의 거리를 폭이라고 할 때,
    상기 기확인된 에너지 스펙트럼은,
    상기 가상의 3차원 좌표에 있어서 상기 입체 시편의 높이를 정의하는 좌표축을 기준으로 상기 입체 시편의 폭을 정의하는 좌표축에 평행하게 상기 입체 시편의 하단을 향하도록 이온빔이 입사될 때 미리 확인한 경우, 상기 입체 시편의 폭이 작을수록 산란되는 이온빔의 에너지가 큰 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 입체 시편이 상기 입체 시편의 표면에 박막이 형성된 다면체 구조인 경우, 상기 입체 시편의 하단에서 상단까지의 거리를 상기 입체 시편의 높이라 하고, 상기 입체 시편의 일 방향으로의 거리를 길이라고 하며, 상기 입체 시편의 일 방향에 수직되는 방향으로의 거리를 폭이라고 할 때,
    상기 기확인된 에너지 스펙트럼은,
    상기 가상의 3차원 좌표에 있어서 상기 입체 시편의 높이를 정의하는 좌표축을 기준으로 상기 입체 시편의 폭을 정의하는 좌표축에 평행하게 상기 입체 시편의 하단을 향하도록 이온빔이 입사될 때 미리 확인한 경우, 상기 입체시편유닛 간의 간격이 클수록 산란되는 이온빔의 검출강도가 작은 것을 특징으로 하는,
    입체 시편을 분석하는 방법.
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