KR102552225B1

KR102552225B1 - Scanning electron microscope

Info

Publication number: KR102552225B1
Application number: KR1020210015996A
Authority: KR
Inventors: 구정회
Original assignee: (주)새론테크놀로지
Priority date: 2020-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2023-07-06
Also published as: KR20210099530A

Abstract

본 발명은 고진공이 요구되는 전자 총 및 경통을 진공 차폐하면서, 저진공 환경에 놓인 시료표면을 조사하고 영상화하기 위한 주사 전자 현미경에 관한 것이다. 본 발명에 따른 주사 전자 현미경은 전자총이 내부에 배치되는 건 챔버, 건 챔버와 연통되어 전자총으로부터 주사된 전자 빔이 이동하는 통로를 형성하며, 하부면에 전자 빔이 통과하는 경통홀이 형성된 경통, 경통홀에 탈부착 가능하게 결합되어, 경통을 차폐하여 경통을 진공상태로 형성하는 차폐 모듈, 차폐 모듈을 통과한 전자 빔이 시료에 조사되도록 시료가 배치되는 시료대, 차폐 모듈의 하부에 구비되어, 시료로부터 후방산란되는 후방산란전자를 검출하는 후방산란검출기, 시료대 및 후방산란검출기가 내부에 배치되며, 경통에 결합되는 시료 챔버를 포함한다.The present invention relates to a scanning electron microscope for examining and imaging the surface of a sample placed in a low vacuum environment while vacuum shielding an electron gun and a lens barrel requiring high vacuum. In the scanning electron microscope according to the present invention, a gun chamber in which an electron gun is disposed, a barrel in communication with the gun chamber to form a passage through which an electron beam scanned from the electron gun moves, and a barrel hole through which the electron beam passes is formed on the lower surface of the barrel, A shielding module detachably coupled to the barrel hole and shielding the barrel to form the barrel in a vacuum state, a sample table on which the sample is placed so that the electron beam passing through the shielding module is irradiated to the sample, and provided below the shielding module, A backscattering detector for detecting backscattered electrons from a sample, a sample table, and a backscattering detector are disposed therein, and a sample chamber is coupled to the lens barrel.

Description

Scanning electron microscope

본 발명은 주사 전자 현미경에 관한 것으로, 고진공이 요구되는 전자 총 및 경통을 진공 차폐하면서, 저진공 환경에 놓인 시료표면을 조사하고 영상화하기 위한 주사 전자 현미경에 관한 것이다.The present invention relates to a scanning electron microscope, and relates to a scanning electron microscope for irradiating and imaging the surface of a sample placed in a low vacuum environment while vacuum shielding an electron gun and a lens barrel requiring high vacuum.

최근 IT/NT 기술의 발달로 인하여 반도체 및 디스플레이와 같은 메가트렌드 사업과 더불어 다양한 산업분야 전반에 걸쳐서 집적도의 급격한 증가에 따른 주사전자현미경의 수요도 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. SEM은 전자총에서 방사하는 전자빔을 전자기렌즈들을 통하여 집속시키고, 이를 TV에서와 같이, 일정 미세 면적을 주사시켜서 시료 표면으로부터 튀어나오는 2차 전자를 포집하여 주사한 면적을 모니터 픽셀(pixel)에 채워주어 관찰하는 원리를 이용한 관찰 장비로서, 시료 표면(수십 nm)을 관찰하는 용도의 영상분석 장비이다. Due to the recent development of IT/NT technology, along with megatrend businesses such as semiconductors and displays, the demand for scanning electron microscopes is steadily increasing due to the rapid increase in the degree of integration across various industrial fields. SEM focuses an electron beam emitted from an electron gun through electromagnetic lenses, and scans a certain fine area as in a TV, collects secondary electrons protruding from the sample surface, and fills the scanned area in a monitor pixel As an observation device using the principle of observation, it is an image analysis device for observing the sample surface (several tens of nm).

한편, SEM의 전자총에서 방사되어 고-에너지로 집속된 전자빔이 시료의 표면에 입사하게 되면, 시료에 입사하는 1차 전자는 접지선으로 빠져나게 되는데, 부도체의 경우에는 입사하는 전자가 빠져나가지 못하고 시료 내부에 쌓이게 되어 관찰이 불가능해지는 이른바 “대전현상(Charge-up)"이 발생하게 된다. 이러한 대전현상을 최소화하기 위하여 통상적으로 적용되는 방법이 Au 또는 Carbon과 같은 전도성 물질을 수십 nm로 사료 표면에 코팅(Coating) 처리하여 사용한다. On the other hand, when the high-energy focused electron beam emitted from the SEM electron gun is incident on the surface of the sample, the primary electrons incident on the sample escape through the ground wire. In the case of non-conductors, the incident electrons cannot escape and The so-called “Charge-up” occurs, which becomes impossible to observe due to accumulation inside. To minimize this charging phenomenon, a commonly applied method is to apply conductive materials such as Au or Carbon to the surface of the feed in several tens of nm. Use after coating.

즉, 플라즈마 분위기에서 Cathode Target(Au, Pt 또는 Carbon)과 시료-대(Anode) 간의 전위차를 적용하여 시료의 이온(Ion)들을 시료표면에 얇게 도포하는 방법을 사용하여 도포된 표면을 따라서 조사되는 전자빔이 접지 연결된 시료 홀더 및 스테이지를 따라서 빠져나가도록 처리하는 방법이다.That is, by applying the potential difference between the cathode target (Au, Pt or carbon) and the sample-to-anode in a plasma atmosphere, the ions of the sample are applied thinly to the sample surface, and irradiated along the coated surface. It is a method of processing so that the electron beam exits along the sample holder and stage connected to the ground.

그러나 이러한 시료 코팅방법은 겔(Gel)과 같은 액상시료에 적용을 하는 경우, 액상 자체에 도포가 되지 않으므로 문제점들을 드러나고 있다. 또한, 액상시료를 건조시킨 후, 도포하는 방법도 표면(수십 nm)을 관찰하는 주사전자현미경이 지니는 특성 때문에 겔(Gel) 및 액상 시료 내에 덮여있는 함유물들의 관찰은 매우 어렵다. 더욱이 수십 ~ 수백 nm크기의 시료들을 관찰하고자 하는 경우, 도포 된 두께가 측정오차에 크게 영향을 주기 때문에 이에 대한 기술극복의 필요성이 크게 대두되고 있는 실정이다.However, when this sample coating method is applied to a liquid sample such as gel, problems are revealed because it is not applied to the liquid itself. In addition, in the method of coating the liquid sample after drying it, it is very difficult to observe the gel and the contents covered in the liquid sample because of the characteristics of the scanning electron microscope that observes the surface (several tens of nm). Moreover, in the case of observing samples with a size of tens to hundreds of nm, the need for technical overcoming is greatly emerging because the applied thickness greatly affects the measurement error.

코팅을 하지 않고 SEM에서 전처리 없이 부도체 시료를 관찰할 수 있는 또 다른 방법은 가속전압을 0.5KeV 이하로 낮추어 적용하거나, 시료 챔버를 저-진공 환경으로 유지하여 관찰하는 저진공 SEM을 적용하는 방법이 대전현상을 줄이는 대표적인 해결 방법으로 대두되고 있다. Another way to observe non-conductive samples without coating and without pretreatment in SEM is to apply an accelerating voltage lower than 0.5 KeV or to apply low-vacuum SEM, which maintains the sample chamber in a low-vacuum environment and observes it. It is emerging as a representative solution to reduce the electrification phenomenon.

이 방법들은 주로 대면적 시료관찰에 유용한 적용기술이라고 할 수 있다. 그러나 반도체 웨이퍼 시료관찰의 경우, 극저-가속전압(≤0.5KeV)을 사용하여 고분해능의 영상 관찰 및 측정은 가능하지만, 디스플레이 시료의 경우에는 반도체 시료와는 달리 Glass와 같은 부도체 기판 위에 적층 공정된 시료를 대상으로 하기 때문에 대전효과로부터 자유롭지 못할 뿐만 아니라, 메머드한 시료 챔버를 대상으로 고진공을 유지하는데 소요되는 로딩(Loding) 시간이 매우 길기 때문에 수율차원에서의 한계에 직면하고 있다.These methods are mainly useful application techniques for large-area sample observation. However, in the case of semiconductor wafer sample observation, high-resolution image observation and measurement is possible using ultra-low acceleration voltage (≤0.5KeV), but in the case of display samples, unlike semiconductor samples, samples laminated on non-conductive substrates such as glass Since it is targeted, it is not only not free from the electrification effect, but also faces limitations in terms of yield because the loading time required to maintain a high vacuum for a mammoth sample chamber is very long.

또한 인스펙션 및 모니터링에 요구되는 전자빔 장치기술들은 초고진공의 전계방사형 전자총 및 경통을 요구하기 때문에 이러한 경통계와 메머드한 대면적 챔버를 대상으로 외압을 유지 및 차폐하는 기술은 매우 어렵고 까다롭기 때문에 시장에서의 수요에도 불구하고 아직까지는 제품화가 이루어지지 못하고 있는 상황이다.In addition, since the electron beam device technologies required for inspection and monitoring require an ultra-high vacuum field emission type electron gun and barrel, the technology for maintaining and shielding external pressure for these barrel statistics and large-area chambers is very difficult and cumbersome. Despite the demand, commercialization has not yet been achieved.

즉, 기존의 저진공 SEM은 절대센서를 통하여 불활성 Gas의 유입량을 조절하는 저진공 SEM의 진공시스템 구현은 추가 설치 제작비용이 크게 소요됨으로 가격적인 부담으로 인하여 수요가 크게 발생하지 못하고 있고, 대면적 시료를 대상으로 하는 대면적 챔버의 저진공 SEM 모드 구현은 진공도가 떨어짐에 따라서 분해능도 급격하게 떨어지며, 실질적인 저-진공 영역에서는 영상 관찰이 어렵고, 고-배율에서의 관찰에도 한계를 드러내고 있다.In other words, in the existing low vacuum SEM, the implementation of the vacuum system of the low vacuum SEM, which controls the inflow of inert gas through the absolute sensor, requires a large additional installation and manufacturing cost, so demand is not significantly generated due to the price burden, and large area The low-vacuum SEM mode implementation of the large-area chamber for the sample has a rapid drop in resolution as the degree of vacuum decreases, and it is difficult to observe images in the practical low-vacuum region, and it is also difficult to observe at high magnification.

따라서 본 발명의 목적은 고진공이 요구되는 전자 총 및 경통을 진공 차폐하면서, 저진공 환경에 놓인 시료표면을 조사하고 영상화하기 위한 주사 전자 현미경을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a scanning electron microscope for examining and imaging the surface of a sample placed in a low vacuum environment while vacuum shielding an electron gun and a lens barrel requiring high vacuum.

이를 통해 본 발명은 경통과 시료 챔버간의 완전 차폐를 통하여 시료 진공도를 대기 상태까지 유지하면서 전자 빔에서 튀어나오는 후방산란전자를 검출함으로써, 경제적이며 장시간 동안 저진공 상태에 노출되더라도 경통 내의 고진공 유지에 영향이 없으며, 대기 상태에 근접한 낮은 시료 챔버의 진공 상태에서 고분해능 영상 관찰을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.Through this, the present invention maintains the sample vacuum level up to the atmospheric state through complete shielding between the lens barrel and the sample chamber and detects backscattered electrons protruding from the electron beam, which is economical and has an effect on maintaining a high vacuum in the barrel even when exposed to a low vacuum state for a long time. It is intended to enable high-resolution image observation in a vacuum state of a low sample chamber close to atmospheric conditions.

본 발명에 따른 주사 전자 현미경은 전자총이 내부에 배치되는 건 챔버, 상기 건 챔버와 연통되어 상기 전자총으로부터 주사된 전자 빔이 이동하는 통로를 형성하며, 하부면에 상기 전자 빔이 통과하는 경통홀이 형성된 경통, 상기 경통홀에 탈부착 가능하게 결합되어, 상기 경통을 차폐하여 상기 경통을 진공상태로 형성하는 차폐 모듈, 상기 차폐 모듈을 통과한 상기 전자 빔이 시료에 조사되도록 상기 시료가 배치되는 시료대, 상기 차폐 모듈의 하부에 구비되어, 상기 시료로부터 후방산란되는 후방산란전자를 검출하는 후방산란검출기, 상기 시료대 및 상기 후방산란검출기가 내부에 배치되며, 상기 경통에 결합되는 시료 챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.A scanning electron microscope according to the present invention has a gun chamber in which an electron gun is disposed therein, a passage through which an electron beam scanned from the electron gun moves in communication with the gun chamber, and a barrel hole through which the electron beam passes on the lower surface. A formed barrel, a shielding module detachably coupled to the barrel hole and shielding the barrel to form the barrel in a vacuum state, and a sample table on which the specimen is placed so that the electron beam passing through the shielding module is irradiated to the specimen , a backscattering detector provided under the shielding module to detect backscattered electrons from the sample, a sample chamber in which the sample table and the backscattering detector are disposed, and coupled to the barrel; characterized by

본 발명에 따른 주사 전자 현미경에 있어서, 상기 차폐 모듈은 상기 경통의 하부면에 탈부착 가능하게 결합되는 멤브레인 홀더, 상기 멤브레인 홀더의 상부면에 배치되고, 상기 멤브레인 홀더와 상기 경통의 하부면 사이에서 공기 유입을 방지하는 오링, 상기 멤브레인 홀더의 중심부에 구비되는 차폐막을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the scanning electron microscope according to the present invention, the shielding module is a membrane holder detachably coupled to the lower surface of the lens barrel, disposed on the upper surface of the membrane holder, and air between the membrane holder and the lower surface of the lens barrel. It is characterized in that it includes an O-ring preventing inflow and a shielding film provided at the center of the membrane holder.

본 발명에 따른 주사 전자 현미경에 있어서, 상기 건 챔버, 상기 경통 또는 상기 시료 챔버의 진공 상태를 형성하는 진공 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The scanning electron microscope according to the present invention may further include a vacuum module for forming a vacuum state of the gun chamber, the lens barrel, or the sample chamber.

본 발명에 따른 주사 전자 현미경에 있어서, 상기 진공 모듈은 상기 건 챔버 및 상기 시료 챔버에 연결되며, 상기 건 챔버 및 상기 시료 챔버 사이에 구비되는 제1 밸브를 포함하는 제1 배관, 상기 시료 챔버에 연결되며, 제2 밸브를 포함하는 제2 배관, 상기 제1 배관을 통해 상기 건 챔버, 상기 경통 또는 상기 시료 챔버 내부의 공기를 흡입하여 진공 상태로 형성하는 제1 펌프, 상기 제2 배관을 통해 상기 시료 챔버 내부의 공기를 흡입하여 진공 상태로 형성하는 제2 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the scanning electron microscope according to the present invention, the vacuum module is connected to the gun chamber and the sample chamber, and includes a first pipe including a first valve provided between the gun chamber and the sample chamber; connected to a second pipe including a second valve, a first pump that sucks air inside the gun chamber, the barrel, or the sample chamber through the first pipe to form a vacuum state, and through the second pipe It is characterized in that it comprises a second pump for forming a vacuum state by sucking the air inside the sample chamber.

본 발명에 따른 주사 전자 현미경에 있어서, 상기 진공 모듈은 상기 건 챔버에 연결되며, 제1 밸브를 포함하는 제1 배관, 상기 제1 배관과 연통되어 상기 시료 챔버에 연결되며, 제2 밸브를 포함하는 제2 배관, 상기 제1 배관 또는 상기 제2 배관을 통해 상기 건 챔버, 상기 경통 또는 상기 시료 챔버 내부의 공기를 흡입하여 진공 상태로 형성하는 제1 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the scanning electron microscope according to the present invention, the vacuum module is connected to the gun chamber, includes a first pipe including a first valve, communicates with the first pipe and is connected to the sample chamber, and includes a second valve. and a first pump that sucks air inside the gun chamber, the barrel, or the sample chamber through a second pipe, the first pipe, or the second pipe to form a vacuum state.

본 발명에 따른 주사 전자 현미경에 있어서, 상기 경통은 하단부에 구비되어, 상기 경통 내부의 진공 상태를 유지하는 셔틀 밸브, 상기 셔틀 밸브와 상기 차폐 모듈 사이에 구비되어, 상기 차폐 모듈을 초기 장착 시 상기 셔틀 밸브와 상기 차폐 모듈 사이의 에어 포켓을 제거하는 에어포켓 제거 모듈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the scanning electron microscope according to the present invention, the lens barrel is provided at a lower end, and a shuttle valve is provided to maintain a vacuum state inside the lens barrel, and is provided between the shuttle valve and the shield module to prevent the shield module from being initially mounted. It characterized in that it further comprises an air pocket removal module for removing the air pocket between the shuttle valve and the shielding module.

본 발명에 따른 주사 전자 현미경에 있어서, 상기 에어포켓 제거 모듈은 상기 셔틀 밸브와 상기 차폐 모듈 사이에 연결되는 제3 배관, 상기 제3 배관을 통해 상기 셔틀 밸브와 상기 차폐 모듈 사이의 공기를 흡입하는 제2 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the scanning electron microscope according to the present invention, the air pocket removal module is configured to suck air between the shuttle valve and the shield module through a third pipe connected between the shuttle valve and the shield module, and the third pipe. It is characterized in that it includes a second pump.

본 발명에 따른 주사 전자 현미경에 있어서, 상기 에어포켓 제거 모듈은 상기 상기 셔틀 밸브와 상기 차폐 모듈 사이에 연결되고, 상기 제1 배관 또는 상기 제2 배관과 연통되어 제3 밸브를 포함하는 제3 배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the scanning electron microscope according to the present invention, the air pocket removal module is connected between the shuttle valve and the shielding module, and communicates with the first pipe or the second pipe and includes a third pipe including a third valve. It is characterized in that it includes.

본 발명에 따른 주사 전자 현미경은 경통과 시료 챔버간의 완전 차폐를 통하여 시료 진공도를 대기 상태까지 유지하면서 전자 빔에서 튀어나오는 후방산란전자를 검출함으로써, 시료가 진공 상에 위치할 때, 진공 압력에 의하여 발생하는 탈수 현상 및 이로 인한 형체변형(Deform) 현상을 최소화하여 관찰할 수 있다.The scanning electron microscope according to the present invention detects backscattered electrons protruding from an electron beam while maintaining the sample vacuum level up to the atmospheric state through complete shielding between the lens barrel and the sample chamber. It can be observed by minimizing the dehydration phenomenon that occurs and the resulting deformation phenomenon.

이에 따라 본 발명에 따른 주사 전자 현미경은 경제적이며 장시간 동안 저진공 상태에 노출되더라도 경통 내의 고진공 유지에 영향이 없으며, 대기 상태에 근접한 낮은 시료 챔버의 진공 상태에서 고분해능 영상 관찰할 수 있다.Accordingly, the scanning electron microscope according to the present invention is economical, has no effect on maintaining a high vacuum in the lens barrel even when exposed to a low vacuum state for a long time, and can observe high resolution images in a low vacuum state of the sample chamber close to the atmospheric state.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 주사 전자 현미경의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차폐 모듈의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 주사 전자 현미경의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 주사 전자 현미경의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 차폐 모듈 및 후방산란검출기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 차폐 모듈 및 후방산란검출기의 기능을 설명하기 위한 사진이다.1 is a diagram showing the structure of a scanning electron microscope according to a first embodiment of the present invention.
2 is a side cross-sectional view showing the structure of a shielding module according to a first embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the structure of a scanning electron microscope according to a second embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing the structure of a scanning electron microscope according to a third embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing the structure of a shielding module and a backscattering detector according to a fourth embodiment of the present invention.
6 is a photograph for explaining the functions of a shielding module and a backscattering detector according to a fourth embodiment of the present invention.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention are described, and descriptions of other parts will be omitted without disturbing the gist of the present invention.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 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.The terms or words used in this specification and claims described below should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventors have appropriately used the concept of terms to describe their inventions in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical spirit of the present invention based on the principle that it can be defined in the following way. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can replace them at the time of the present application. It should be understood that there may be variations and variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 주사 전자 현미경의 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차폐 모듈의 구조를 나타낸 측단면도이다.1 is a view showing the structure of a scanning electron microscope according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the structure of a shield module according to a first embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 주사 전자 현미경(100)은 건 챔버(10), 경통(20), 차폐 모듈(30), 시료대(40), 후방산란검출기(50), 시료 챔버(60) 및 진공 모듈(70)을 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 제1 실시예에 따른 주사 전자 현미경(100)은 고진공 전자총을 요하는 Tungsten SEM이 될 수 있다.1 and 2, the scanning electron microscope 100 according to the first embodiment of the present invention includes a gun chamber 10, a lens barrel 20, a shielding module 30, a sample table 40, and backscattering. It includes a detector 50, a sample chamber 60 and a vacuum module 70. For example, the scanning electron microscope 100 according to the first embodiment of the present invention may be a Tungsten SEM requiring a high vacuum electron gun.

건 챔버(10)는 내부에 전자총이 배치되고, 진공 모듈(70)에 의해 내부를 진공 상태로 유지한다. 여기서 전자총은 전자를 생성하고 가속시키는 역할을 한다. 이러한 전자총은 전자선(Electron ray)의 형태로 사용되는 안정된 전자원을 공급한다. 즉 전자총은 경통(20)의 상부에 형성되어 하부를 향하여 전자 빔을 주사한다. 여기서 원자 내의 전자는 원자핵과의 전기력 작용에 의하여 특정 위치에서 일정한 에너지를 갖고 있기 때문에, 전자가 상온에서 자기 위치를 벗어나 공중으로 방출되는 일은 거의 일어나지 않지만 전자가 갖고 있는 에너지 장벽 이상의 에너지가 주어질 경우 전자가 튕겨져 나오게 된다. 이에 따라 전자총은 텅스텐을 포함하는 금속을 가열하여 표면의 원자에서 구속되어 있던 전자들이 원자핵의 속박에서 벗어나 이탈되도록 구현할 수 있다. 이러한 전자총은 열주사형(thermionic electrongun) 또는 전계주사형(field emission electron gun)을 포함할 수 있다. 여기서 건 챔버(10)의 내부 압력은 약 ~10^-5Torr가 될 수 있다.An electron gun is disposed inside the gun chamber 10, and the inside is maintained in a vacuum state by the vacuum module 70. Here, the electron gun plays a role in generating and accelerating electrons. These electron guns supply a stable electron source used in the form of electron rays. That is, the electron gun is formed on the upper part of the barrel 20 and scans the electron beam toward the lower part. Since electrons in an atom have a certain energy at a specific position due to the action of electric force with the atomic nucleus, electrons rarely leave their positions at room temperature and are emitted into the air. will bounce out Accordingly, the electron gun may heat a metal including tungsten so that electrons confined to atoms on the surface are freed from the confinement of the atomic nucleus and released. Such an electron gun may include a thermoionic electron gun or a field emission electron gun. Here, the internal pressure of the gun chamber 10 may be about ~10 ⁻⁵ Torr.

경통(20)은 관 형태로 내부에 전자총으로부터 주사되는 전자 빔이 통과할 수 있는 공간을 형성한다. 여기서 경통(20)의 내부에 형성된 공간은 진공 모듈(70)에 의해 진공 상태로 형성될 수 있다. 이러한 경통(20)은 도시되지는 않지만, 전자총으로부터 주사되는 전자 빔을 집속시켜주는 대물렌즈 및 편향코일 등을 포함할 수 있다. 특히 경통(20)은 건 챔버(10)와 연통되어 전자총으로부터 주사된 전자 빔이 이동하는 통로를 형성하며, 하부면에 전자 빔이 통과하는 경통홀이 형성된다. 여기서 경통(20)의 내부 압력은 약 ~10^-5Torr가 될 수 있다.The barrel 20 has a tubular shape and forms a space through which an electron beam scanned from an electron gun can pass. Here, the space formed inside the barrel 20 may be formed in a vacuum state by the vacuum module 70 . Although not shown, the barrel 20 may include an objective lens and a deflection coil that focus an electron beam scanned from an electron gun. In particular, the barrel 20 communicates with the gun chamber 10 to form a passage through which the electron beam scanned from the electron gun moves, and a barrel hole through which the electron beam passes is formed on the lower surface. Here, the internal pressure of the barrel 20 may be about ~10 ⁻⁵ Torr.

또한 경통(20)은 하단부에 구비되어, 경통(20) 내부의 진공 상태를 유지하는 셔틀 밸브(21)를 포함할 수 있다.In addition, the barrel 20 may include a shuttle valve 21 provided at a lower end and maintaining a vacuum state inside the barrel 20 .

차폐 모듈(30)은 경통홀에 탈부착 가능하게 결합되어, 경통(20)을 차폐하여 경통(20)을 진공 상태로 형성한다.The shielding module 30 is detachably coupled to the barrel hole and shields the barrel 20 to form the barrel 20 in a vacuum state.

이러한 차폐 모듈(30)은 멤브레인 홀더(31), 오링(32) 및 차폐막(33)을 포함한다.This shielding module 30 includes a membrane holder 31, an O-ring 32 and a shielding film 33.

멤브레인 홀더(31)는 경통홀에 삽입되는 삽입부(31a) 및 삽입부(31a)로부터 연장되어 경통(20)의 하부면에 밀착 결합되는 결합부(31b)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 삽입부(31a)는 내부에 공간이 형성된 경통홀의 직경과 대응되는 원통형으로 형성될 수 있다. 또한 결합부(31b)는 삽입부(31a)의 하부면으로부터 외측면으로 연장되어 형성되는 원판이 될 수 있다.The membrane holder 31 may include an insertion portion 31a inserted into the barrel hole and a coupling portion 31b extending from the insertion portion 31a and closely coupled to the lower surface of the barrel 20 . Here, the insertion part 31a may be formed in a cylindrical shape corresponding to the diameter of the barrel hole formed therein. In addition, the coupling portion 31b may be a disc extending from the lower surface of the insertion portion 31a to the outer surface.

오링(32)은 결합부(31b)의 상부면에 배치될 수 있다. 즉 오링(32)은 결합부(31b)와 경통의 하부면 사이에 배치되어, 결합부(31b)와 경통의 하부면을 밀봉하는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 오링(32)은 링 형태로 형성될 수 있으며, 고무, 실리콘, 우레탄 등과 같은 플렉서블한 재질로 형성되어, 결합부(31b)와 경통의 하부면을 밀폐시킬 수 있다.The O-ring 32 may be disposed on the upper surface of the coupling part 31b. That is, the O-ring 32 may be disposed between the coupling portion 31b and the lower surface of the barrel to seal the coupling portion 31b and the lower surface of the barrel. The O-ring 32 may be formed in a ring shape, and may be formed of a flexible material such as rubber, silicon, or urethane, and may seal the coupling portion 31b and the lower surface of the barrel.

차폐막(33)은 멤브레인 홀더(31)의 하부면의 중심부에 구비되어 멤브레인 홀더(31)의 하부면을 차폐하는 역할을 수행한다. 이러한 차폐막(33)은 전자 빔이 통과하는 경로에 구비되며, 초박막으로 구성되어 외부로부터 경통(20)을 차폐시키면서, 경통(20)을 진공상태로 유지하도록 하고, 전자총에 의해 주사되는 전자 빔은 통과시키도록 할 수 있다.The shielding film 33 is provided in the center of the lower surface of the membrane holder 31 and serves to shield the lower surface of the membrane holder 31 . The shielding film 33 is provided on the path through which the electron beam passes, and is composed of an ultra-thin film to shield the barrel 20 from the outside while maintaining the barrel 20 in a vacuum state, and the electron beam scanned by the electron gun can make it pass.

시료대(40)는 차폐 모듈(30)을 통과한 전자 빔이 정확히 시료를 조사할 수 있도록 상부면에 시료가 배치된다. 이러한 시료대(40)는 스터드 등의 금속제가 될 수 있다. 이때 시료대(40)는 별도의 홀더를 통하여 접지될 수 있다.A sample is disposed on the upper surface of the sample stand 40 so that the electron beam passing through the shield module 30 can accurately irradiate the sample. The sample stand 40 may be made of metal such as a stud. At this time, the sample table 40 may be grounded through a separate holder.

후방산란검출기(50)는 차폐 모듈(30)과 시료대(40) 사이에 구비되어, 시료로부터 후방산란되는 후방산란전자를 검출한다. 즉 후방산란검출기(50)는 시료의 표면으로부터 산란되어 다시 시료의 표면 밖으로 방출되는 후방산란전자를 검출할 수 있다.The backscatter detector 50 is provided between the shielding module 30 and the sample stage 40 to detect backscattered electrons from the sample. That is, the backscattered detector 50 can detect backscattered electrons that are scattered from the surface of the sample and then emitted out of the surface of the sample.

시료 챔버(60)는 시료대(40) 및 후방산란검출기(50)가 내부에 배치되며, 경통(20)에 결합되어 외부로부터 시료대(40) 및 후방산란검출기(50)를 차폐하여 진공 모듈(70)에 의해 내부를 진공 상태로 형성할 수 있다.The sample chamber 60 has a sample table 40 and a backscatter detector 50 disposed therein, and is coupled to the lens barrel 20 to shield the sample table 40 and the backscatter detector 50 from the outside to form a vacuum module. By (70), the inside can be formed in a vacuum state.

진공 모듈(70)은 건 챔버(10), 경통(20) 또는 시료 챔버(60)를 진공 상태로 형성할 수 있다.The vacuum module 70 may form the gun chamber 10, the barrel 20, or the sample chamber 60 in a vacuum state.

이러한 진공 모듈(70)은 건 챔버(10)에 연결되며, 제1 밸브(72a)를 포함하는 제1 배관(72)을 포함한다.The vacuum module 70 is connected to the gun chamber 10 and includes a first pipe 72 including a first valve 72a.

또한 진공 모듈(70)은 시료 챔버(60)에 연결되며, 제2 밸브(71a)를 포함하는 제2 배관(71)을 포함한다.In addition, the vacuum module 70 is connected to the sample chamber 60 and includes a second pipe 71 including a second valve 71a.

또한 진공 모듈(70)은 제1 배관(72)과 연결되는 제1 펌프(74) 및 제2 배관(71)과 연결되는 제2 펌프(73)를 포함한다.In addition, the vacuum module 70 includes a first pump 74 connected to the first pipe 72 and a second pump 73 connected to the second pipe 71 .

여기서 제1 펌프(74)는 로터리 펌프(Rotary Pump)를 포함할 수 있고, 제2 펌프(73)는 터보 분자 펌프(Turbo Molecular Pump)를 포함할 수 있다.Here, the first pump 74 may include a rotary pump, and the second pump 73 may include a turbo molecular pump.

본 발명의 제1 실시예에 따른 주사 전자 현미경(100)의 동작을 설명하면 하기와 같다.The operation of the scanning electron microscope 100 according to the first embodiment of the present invention will be described as follows.

먼저 경통(20)의 끝단에 차폐 모듈(30)을 끼우고 제2 밸브(71a)를 닫은 상태에서 초기 제1 펌프(74) 및 제2 펌프(73)를 순차적으로 동작시킨다. 이에 따라 연결된 배관을 따라서 시료 챔버(60), 건 챔버(10) 및 경통(20)이 고진공도를 유지하는 상태가 된다. 이때 제2 밸브(71a)를 닫고, 제1 밸브(72a)를 닫은 상태에서 leak 밸브(61)을 동작시키면, 시료 챔버(60) 내부로 공기가 주입되면서, 시료 챔버(60)만 진공도가 깨지게 된다.First, the shielding module 30 is inserted into the end of the barrel 20 and the initial first pump 74 and the second pump 73 are sequentially operated in a state where the second valve 71a is closed. Accordingly, the sample chamber 60, the gun chamber 10, and the barrel 20 along the connected pipe are in a state of maintaining a high degree of vacuum. At this time, when the leak valve 61 is operated in a state where the second valve 71a is closed and the first valve 72a is closed, air is injected into the sample chamber 60 so that only the sample chamber 60 breaks the vacuum. do.

즉 시료 챔버(60)는 대기 상태에 있게 되고, 건 챔버(10), 경통(20) 및 제2 배관(71)은 제2 펌프(73)의 동작에 의하여 고진공이 유지됨과 동시에 차폐 모듈(30)을 통해 대기압 상태의 시료 챔버(60)로부터 진공 차폐가 유지된다. 이에 따라 건 챔버(10) 및 경통(20)은 고진공상태를 확보할 수 있다.That is, the sample chamber 60 is in a standby state, and a high vacuum is maintained in the gun chamber 10, the barrel 20, and the second pipe 71 by the operation of the second pump 73, and at the same time, the shield module 30 ), a vacuum shield is maintained from the sample chamber 60 at atmospheric pressure. Accordingly, a high vacuum state can be secured between the gun chamber 10 and the barrel 20 .

이러한 상태에서 시료를 장착하고, 제1 밸브(72a)를 열면, 제1 펌프(74)로부터 진공이 시작되고, 시료는 진공도의 악영향을 받지 않고, 대기상태로부터 원하고자 하는 저진공도 영역에 도달한 상태에서 제1 밸브(72a)를 닫으면 시료 챔버(60)는 저진공 상태에서 SEM 시료 관찰이 가능해진다.When the sample is loaded in this state and the first valve 72a is opened, vacuum is started from the first pump 74, and the sample reaches the desired low vacuum degree range from the atmospheric state without being adversely affected by the vacuum degree. In this state, when the first valve 72a is closed, the sample chamber 60 becomes capable of observing the SEM sample in a low vacuum state.

따라서 시료 챔버(60)의 진공도를 거의 대기압 근처까지 쉽게 높인 상태에서 전자 빔을 시료에 주사하고, 후방산란검출기(50)를 통해 1차 전자를 포집하여 영상을 구현할 수 있다. 이에 따라 대기압 근처로 진공도를 유지할수록 초점거리(W.D.: working disrtance)는 극도로 줄어든다. 즉, 시료와 후방산란전자 검출기간의 초-근접거리를 유지해야만 우수한 영상을 확보할 수 있는 특징을 지닌다.Therefore, in a state where the vacuum level of the sample chamber 60 is easily increased to near atmospheric pressure, an electron beam is scanned on the sample, and primary electrons are collected through the backscatter detector 50 to implement an image. Accordingly, as the degree of vacuum is maintained near atmospheric pressure, the focal length (W.D.: working distance) is extremely reduced. That is, it has the feature that an excellent image can be secured only when the ultra-close distance between the sample and the backscattered electron detector is maintained.

이하 본 발명의 제2 실시예에 따른 주사 전자 현미경에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a scanning electron microscope according to a second embodiment of the present invention will be described in detail.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 주사 전자 현미경의 구조를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the structure of a scanning electron microscope according to a second embodiment of the present invention.

한편 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 주사 전자 현미경(200)은 진공 모듈(170)의 구성을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주사 전자 현미경(100)과 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 따라서 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Meanwhile, referring to FIG. 3, the scanning electron microscope 200 according to the second embodiment of the present invention is similar to the scanning electron microscope 100 according to the first embodiment of the present invention except for the configuration of the vacuum module 170. have substantially the same structure. Therefore, the same reference numerals are assigned to the same components, and duplicate descriptions will be omitted.

여기서 제1 펌프(174)는 로터리 펌프(Rotary Pump)를 포함할 수 있고, 제2 펌프(175)는 터보 분자 펌프(Turbo Molecular Pump)를 포함할 수 있고, 제3 펌프(176)는 이온 펌프(Ion Pump)를 포함할 수 있다.Here, the first pump 174 may include a rotary pump, the second pump 175 may include a turbo molecular pump, and the third pump 176 may include an ion pump. (Ion Pump) may be included.

본 발명의 제2 실시예에 따른 주사 전자 현미경(200)의 진공 모듈(170)은 건 챔버(10)에 연결되며 제2 밸브(171a)를 포함하는 제2 배관(171)을 포함한다.The vacuum module 170 of the scanning electron microscope 200 according to the second embodiment of the present invention includes a second pipe 171 connected to the gun chamber 10 and including a second valve 171a.

또한 진공 모듈(170)은 제2 배관(171)과 연통되어 시료 챔버(60)에 연결되며, 제1 밸브(172a)를 포함하는 제1 배관(172)를 포함한다.In addition, the vacuum module 170 communicates with the second pipe 171 and is connected to the sample chamber 60 and includes a first pipe 172 including a first valve 172a.

또한 진공 모듈(170)은 제1 배관(172) 또는 제2 배관(171)을 통해 건 챔버(10), 경통(20) 또는 시료 챔버(60)의 공기를 흡입하여 진공 상태로 형성하는 제1 펌프(174) 및 제2 펌프(175)를 포함한다.In addition, the vacuum module 170 sucks air from the gun chamber 10, the barrel 20, or the sample chamber 60 through the first pipe 172 or the second pipe 171 to form a vacuum state. A pump 174 and a second pump 175 are included.

여기서 본 발명의 제2 실시예에 따른 주사 전자 현미경(200)은 셔틀 밸브(21)와 차폐 모듈(30) 사이에 구비되어, 차폐 모듈(30)을 초기 장착 시 셔틀 밸브(21)와 차폐 모듈(30) 사이의 에어 포켓을 제거하는 에어포켓 제거 모듈(173)을 포함한다.Here, the scanning electron microscope 200 according to the second embodiment of the present invention is provided between the shuttle valve 21 and the shield module 30, and when the shield module 30 is initially installed, the shuttle valve 21 and the shield module It includes an air pocket removal module 173 that removes air pockets between (30).

여기서 에어포켓 제거 모듈(173)은 제3 밸브(173a) 및 제3 배관(173b)을 포함할 수 있다.Here, the air pocket removal module 173 may include a third valve 173a and a third pipe 173b.

본 발명의 제2 실시예에 따른 주사 전자 현미경(200)은 제1 실시예에 따른 주사 현미경(100)과는 달리 초고진공(≤ 10^-8 mbar) SEM에 해당한다. 한편 초고진공 SEM의 경우에는 시료 교환 시, 셔틀 밸브(21)와 차폐 모듈(30) 사이에 에어 포켓이 형성되어 있어서 전자 빔 조사를 위하여 셔틀 밸브(21)를 여는 순간 초고진공이 깨지는 상황이 발생한다.Unlike the scanning microscope 100 according to the first embodiment, the scanning electron microscope 200 according to the second embodiment of the present invention corresponds to an ultra-high vacuum (≤ 10 ⁻⁸ mbar) SEM. On the other hand, in the case of ultra-high vacuum SEM, an air pocket is formed between the shuttle valve 21 and the shielding module 30 during sample exchange, so that the ultra-high vacuum is broken the moment the shuttle valve 21 is opened for electron beam irradiation. do.

따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 주사 전자 현미경(200)은 셔틀 밸브(21)와 차폐 모듈(30) 사이에 에어포켓 제거 모듈(173)을 구성하여 저진공 모드를 구현하는 구성을 제시한다.Therefore, in the scanning electron microscope 200 according to the second embodiment of the present invention, an air pocket removal module 173 is configured between the shuttle valve 21 and the shielding module 30 to implement a low vacuum mode. .

즉, 모든 밸브를 연 상태에서 제1 펌프(174)와 제2 펌프(175)가 순차적으로 동작하여 건챔버(10), 경통(20) 및 시료챔버(60)가 고진공도에 다다르면, 제3 펌프(176)를 작동시켜, 초고진공도를 유지시킨다. 여기서 건챔버(10) 및 경통(20) 및 제2 배관(171)이 초고진공도에 이르면, 제1 밸브(172a), 제2 밸브(171a), 셔틀 밸브(21) 및 제3 밸브(173a)을 닫은 상태에서, Leak 밸브(61)을 동작시키면, 시료 챔버(60)내로 공기가 주입되면서, 시료 챔버(60)만 진공도가 깨지게 된다. That is, when the first pump 174 and the second pump 175 operate sequentially with all valves open and the gun chamber 10, barrel 20, and sample chamber 60 reach a high vacuum, the third The pump 176 is operated to maintain ultra-high vacuum. Here, when the gun chamber 10, the barrel 20, and the second pipe 171 reach ultra-high vacuum, the first valve 172a, the second valve 171a, the shuttle valve 21, and the third valve 173a In the closed state, when the leak valve 61 is operated, air is injected into the sample chamber 60, and only the sample chamber 60 breaks the vacuum.

즉, 건 챔버(10), 경통(20) 및 제2 배관(171)은 제3 펌프(176)의 동작에 의하여 초고진공이 유지되는 반면에 시료 챔버(60) 및 경통 하부는 대기압 상태에 있게 되는데, 이때, 시료 장착과 더불어 나노 멤브레인 홀더(31)를 경통(20) 끝에 장착한다.That is, the ultra-high vacuum is maintained in the gun chamber 10, the barrel 20, and the second pipe 171 by the operation of the third pump 176, while the sample chamber 60 and the lower part of the barrel are at atmospheric pressure. At this time, the nano-membrane holder 31 is mounted at the end of the barrel 20 along with the sample mounting.

즉, 대기상태에 놓인 시료 챔버(60) 하부의 제1 밸브(172a)를 닫은 상태에서 차폐 모듈(30)을 장착하고, 제3 밸브(173a)를 열게 되면, 이미 작동중인 제1 펌프(174) 및 제2 펌프(175)로부터 진공이 형성되면서, 셔틀 밸브(21)와 차폐 모듈(30) 사이의 경통(20) 하단부 공간에서의 에어 포켓은 제거된다. 이에 따라 셔틀 밸브(21)와 차폐 모듈(30) 사이에 형성된 에어 포켓 영역은 고진공도( ~10^-4 ~ 10^-5Torr)를 유지하게 된다. That is, when the shield module 30 is mounted in a state in which the first valve 172a at the lower part of the sample chamber 60 in the standby state is closed, and the third valve 173a is opened, the first pump 174 already in operation ) and the second pump 175, the air pocket in the space at the lower end of the barrel 20 between the shuttle valve 21 and the shield module 30 is removed. Accordingly, the air pocket area formed between the shuttle valve 21 and the shielding module 30 maintains a high degree of vacuum (˜10 ^-4 to 10 ^-5 Torr).

이때 재차 제3 밸브(173a)를 닫고, 전자 빔을 조사하기 위하여 셔틀 밸브(21)를 열게 되면, 초고진공과 진공 평형 유지가 바로 이루어진다.At this time, when the third valve 173a is closed again and the shuttle valve 21 is opened to irradiate the electron beam, ultra-high vacuum and vacuum equilibrium are maintained immediately.

또한 제2 펌프(175)를 끈 상태에서 제1 밸브(172a)를 열게 되면, 시료 챔버(60) 내부는 진공을 확보하게 된다. 따라서 대기압 상태에서 원하는 진공도에 이르렀을 때에 다시 제1 밸브(172a)를 닫게 되면, 건 챔버(10) 및 경통(20)에 형성된 초고진공도에는 거의 영향을 주지 않고 시료 환경은 저진공 또는 대기압 상태에서 집속된 전자 빔을 조사하여 매우 안정적으로 후방산란검출기(50)를 통하여 1차 전자를 포집하여 영상을 구현할 수 있다.In addition, when the first valve 172a is opened while the second pump 175 is turned off, a vacuum is secured inside the sample chamber 60 . Therefore, when the first valve 172a is closed again when the desired vacuum level is reached in the atmospheric pressure state, the ultra-high vacuum degree formed in the gun chamber 10 and the barrel 20 is hardly affected, and the sample environment is in a low vacuum or atmospheric pressure state. An image can be implemented by irradiating a focused electron beam and collecting primary electrons through the backscatter detector 50 very stably.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 주사 전자 현미경의 구조를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing the structure of a scanning electron microscope according to a third embodiment of the present invention.

한편 도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 주사 전자 현미경(300)은 진공 모듈(270)의 구성을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주사 전자 현미경(100)과 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 따라서 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Meanwhile, referring to FIG. 3 , the scanning electron microscope 300 according to the third embodiment of the present invention is similar to the scanning electron microscope 100 according to the first embodiment of the present invention except for the configuration of the vacuum module 270. have substantially the same structure. Therefore, the same reference numerals are assigned to the same components, and duplicate descriptions will be omitted.

본 발명의 제3 실시예에 따른 주사 전자 현미경(300)의 진공 모듈(270)은 건 챔버(10)에 연결되며 제1 밸브(271a)를 포함하는 제1 배관(271)을 포함한다.The vacuum module 270 of the scanning electron microscope 300 according to the third embodiment of the present invention is connected to the gun chamber 10 and includes a first pipe 271 including a first valve 271a.

또한 진공 모듈(270)은 제1 배관(271)과 연통되어 시료 챔버(60)에 연결되는 제2 배관(272)를 포함한다.In addition, the vacuum module 270 includes a second pipe 272 that communicates with the first pipe 271 and is connected to the sample chamber 60 .

또한 진공 모듈(270)은 제1 배관(271) 또는 제2 배관(272)을 통해 건 챔버(10), 경통(20) 또는 시료 챔버(60)의 공기를 흡입하여 진공 상태로 형성하는 제1 펌프(274)를 포함한다.In addition, the vacuum module 270 sucks air from the gun chamber 10, the barrel 20, or the sample chamber 60 through the first pipe 271 or the second pipe 272 to form a vacuum state. A pump 274 is included.

여기서 본 발명의 제3 실시예에 따른 주사 전자 현미경(300)은 셔틀 밸브(21)와 차폐 모듈(30) 사이에 구비되어, 차폐 모듈(30)을 초기 장착 시 셔틀 밸브(21)와 차폐 모듈(30) 사이의 에어 포켓을 제거하는 에어포켓 제거 모듈(273)을 포함한다.Here, the scanning electron microscope 300 according to the third embodiment of the present invention is provided between the shuttle valve 21 and the shield module 30, and when the shield module 30 is initially installed, the shuttle valve 21 and the shield module It includes an air pocket removal module 273 that removes air pockets between (30).

여기서 에어포켓 제거 모듈(173)은 제3 밸브(173a), 제3 배관(173b) 및 제2 펌프(173c)를 포함할 수 있다.Here, the air pocket removal module 173 may include a third valve 173a, a third pipe 173b, and a second pump 173c.

본 발명의 제3 실시예에 따른 주사 전자 현미경(300)은 제1 실시예에 따른 주사 현미경(100)과는 달리 초고진공(≤ 10^-8 mbar) SEM에 해당한다. 한편 초고진공 SEM의 경우에는 시료 교환 시, 셔틀 밸브(21)와 차폐 모듈(30) 사이에 에어 포켓이 형성되어 있어서 전자 빔 조사를 위하여 셔틀 밸브(21)를 여는 순간 초고진공이 깨지는 상황이 발생한다.Unlike the scanning microscope 100 according to the first embodiment, the scanning electron microscope 300 according to the third embodiment of the present invention corresponds to an ultra-high vacuum (≤ 10 ⁻⁸ mbar) SEM. On the other hand, in the case of ultra-high vacuum SEM, an air pocket is formed between the shuttle valve 21 and the shielding module 30 during sample exchange, so that the ultra-high vacuum is broken the moment the shuttle valve 21 is opened for electron beam irradiation. do.

이에 따라 본 발명의 제3 실시예에 따른 주사 전자 현미경(300)은 별도로 마련된 제2 펌프(173c)를 이용하여 셔틀 밸브(21)와 차폐 모듈(30) 사이의 에어 포켓을 제거할 수 있다.Accordingly, the scanning electron microscope 300 according to the third embodiment of the present invention can remove the air pocket between the shuttle valve 21 and the shield module 30 by using the separately provided second pump 173c.

이와 같이 본 발명에 따른 주사 전자 현미경(100, 200, 300)은 경통(20)과 시료 챔버(60) 간의 완전 차폐를 통하여 시료 진공도를 대기 상태까지 유지하면서 전자 빔에서 튀어나오는 후방산란전자를 검출함으로써, 시료가 진공 상에 위치할 때, 진공 압력에 의하여 발생하는 탈수 현상 및 이로 인한 형체변형(Deform) 현상을 최소화하여 관찰할 수 있다.As described above, the scanning electron microscopes 100, 200, and 300 according to the present invention detect backscattered electrons protruding from an electron beam while maintaining the sample vacuum level up to the atmospheric state through complete shielding between the barrel 20 and the sample chamber 60. By doing so, when the sample is placed in a vacuum, it is possible to minimize and observe dehydration caused by vacuum pressure and consequent deformation.

이에 따라 본 발명에 따른 주사 전자 현미경(100, 200, 300)은 경제적이며 장시간 동안 저진공 상태에 노출되더라도 경통 내의 고진공 유지에 영향이 없으며, 대기 상태에 근접한 낮은 시료 챔버의 진공 상태에서 고분해능 영상 관찰할 수 있다.Accordingly, the scanning electron microscopes 100, 200, and 300 according to the present invention are economical, have no effect on maintaining a high vacuum in the lens barrel even when exposed to a low vacuum state for a long time, and observe high-resolution images in a vacuum state of a low sample chamber close to the atmospheric state. can do.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 차폐 모듈 및 후방산란검출기의 구조를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 차폐 모듈 및 후방산란검출기의 기능을 설명하기 위한 사진이다.5 is a view showing the structure of a shielding module and a backscattering detector according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a photograph for explaining the functions of the shielding module and backscattering detector according to a fourth embodiment of the present invention. am.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 주사 전자 현미경은 차폐 모듈(130)과 후방산란검출기(150)가 일체로 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6 , in the scanning electron microscope according to the fourth embodiment of the present invention, the shield module 130 and the backscatter detector 150 may be integrally formed.

한편 차폐 모듈(130)에 포함된 차폐막(133)은 수십 nm두께의 SiNx 초박막 또는 그래핀 박막 등으로 구성되는데, 이러한 차폐막(133)을 전자빔이 지나가는 홀 중심에 정확히 위치시키도록 장착하는 과정에서 오차(Tolerance) 범위가 매우 넓어 중심점에 위치시키는 작업이 어렵다.On the other hand, the shielding film 133 included in the shielding module 130 is composed of a SiNx ultra-thin film or a graphene thin film with a thickness of several tens of nm. (Tolerance) The range is very wide, so it is difficult to position it at the center point.

또한 차폐막(133)은 수십 nm 두께이기 때문에, 외압을 견디기 위해서는 면적이 수백 um² 정도로 유지되어야 하는데, 이러한 이유 때문에 차폐막(133)의 중심에 전자 빔에 위치시키기가 매우 어렵다. 즉 전자빔이 투과되어 볼 수 있는 영역이 중심에서 벗어나 있는 경우, 이를 정중앙으로 조절하기가 불가능하다.In addition, since the shielding film 133 has a thickness of several tens of nm, the area must be maintained at about several hundred um ² to withstand the external pressure. For this reason, it is very difficult to place the electron beam at the center of the shielding film 133 . That is, when the area through which the electron beam is transmitted is out of the center, it is impossible to adjust it to the exact center.

따라서 확대 영상을 보기 위해서 배율을 키우면, 도 6과 같이 관찰 범위(FOV ; Field of View)가 모니터에서 사라져 버리기 때문에 영상 구현이 어렵다.Therefore, if the magnification is increased to view an enlarged image, it is difficult to implement the image because the field of view (FOV) disappears from the monitor as shown in FIG. 6 .

이에 따라 본 발명의 제4 실시예에 따른 주사 전자 현미경은 차폐 모듈(130)과 후방산란검출기(150)가 일체로 형성한다.Accordingly, in the scanning electron microscope according to the fourth embodiment of the present invention, the shield module 130 and the backscatter detector 150 are integrally formed.

즉 후방산란검출기(150)는 시료로부터 후방산란되는 후방산란전자를 검출하는 센서(151) 및 센서(151)를 이동시켜 위치를 조절하는 위치 조절부(152)로 구성된다.That is, the backscattered detector 150 is composed of a sensor 151 that detects backscattered electrons from a sample and a position controller 152 that adjusts the position by moving the sensor 151.

그리고 차폐 모듈(130)은 위치 조절부(152)와 일체로 형성되어, 위치 조절부(152)에 의해 위치가 조절될 수 있다. 즉 위치 조절부(152)의 끝단부에 차폐막(133) 및 오링(132)을 일체로 형성한다.And the shielding module 130 is integrally formed with the position adjusting unit 152, and the position can be adjusted by the position adjusting unit 152. That is, the shielding film 133 and the O-ring 132 are integrally formed at the end of the position adjusting unit 152 .

이에 따라 위치 조절부(152)를 통해 X, Y축에 대한 차폐막(131)의 위치를 조절하여, 차폐막(133) 중심이 홀의 정중앙에 위치시키도록 조절한 후, Z축을 조절하여 경통의 하부면에 밀착시켜 진공을 유지하도록 할 수 있다. 이때 경통 내부 진공도가 시료 챔버 진공도 보다 낮게 유지되면, 외압차에 의하여 차폐 모듈(130)은 경통 끝단에 밀착하게 된다.Accordingly, the position of the shielding film 131 with respect to the X and Y axes is adjusted through the position adjusting unit 152 so that the center of the shielding film 133 is positioned at the center of the hole, and then the Z axis is adjusted to adjust the lower surface of the barrel. It can be made to maintain a vacuum by sticking to it. At this time, if the vacuum level inside the barrel is maintained lower than the vacuum level of the sample chamber, the shielding module 130 comes into close contact with the end of the barrel due to the difference in external pressure.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments disclosed in this specification and drawings are only presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition to the embodiments disclosed herein, it is obvious to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be implemented.

10 : 건 챔버 20 : 경통
21 : 셔틀 벨브 30, 130 : 차폐 모듈
31 : 멤브레인 홀더 32, 132 : 오링
33, 133 : 차폐막 40 : 시료대
50 : 후방산란검출기 60 : 시료 챔버
70, 170, 270 : 진공 모듈 100, 200, 300 : 주사 전자 현미경10: gun chamber 20: barrel
21: shuttle valve 30, 130: shield module
31: membrane holder 32, 132: O-ring
33, 133: shielding film 40: sample table
50: backscatter detector 60: sample chamber
70, 170, 270: vacuum module 100, 200, 300: scanning electron microscope

Claims

a gun chamber in which an electron gun is disposed;
a barrel that communicates with the gun chamber to form a passage through which the electron beam scanned from the electron gun moves, and a barrel hole through which the electron beam passes is formed on a lower surface of the barrel;
a shielding module detachably coupled to the barrel hole and shielding the barrel to form the barrel in a vacuum state;
a sample table on which the sample is placed so that the electron beam passing through the shielding module is irradiated to the sample;
a backscattering detector provided under the shielding module to detect backscattered electrons that are backscattered from the sample; and
A sample chamber in which the sample stand and the backscatter detector are disposed and coupled to the lens barrel;
The neck pain,
a shuttle valve provided at a lower end to maintain a vacuum state inside the barrel;
an air pocket removal module provided between the shuttle valve and the shield module to remove an air pocket between the shuttle valve and the shield module when the shield module is initially installed;
A scanning electron microscope further comprising a.

According to claim 1,
The shield module,
a membrane holder detachably coupled to the lower surface of the barrel;
an O-ring disposed on an upper surface of the membrane holder and preventing air inflow between the membrane holder and a lower surface of the barrel;
a shielding film provided at the center of the membrane holder;
A scanning electron microscope comprising a.

According to claim 2,
a vacuum module for forming a vacuum state of the gun chamber, the barrel, or the sample chamber;
A scanning electron microscope further comprising a.

delete

According to claim 3,
The vacuum module,
a first pipe connected to the gun chamber and including a first valve;
a second pipe communicating with the first pipe, connected to the sample chamber, and including a second valve;
a first pump that sucks air inside the gun chamber, the barrel, or the sample chamber through the first pipe or the second pipe to form a vacuum state;
A scanning electron microscope comprising a.

delete

According to claim 5,
The air pocket removal module,
a third pipe connected between the shuttle valve and the shield module;
a second pump sucking air between the shuttle valve and the shield module through the third pipe;
A scanning electron microscope comprising a.

According to claim 5,
The air pocket removal module,
a third pipe connected between the shuttle valve and the shield module and communicating with the first pipe or the second pipe to include a third valve;
A scanning electron microscope comprising a.

a gun chamber in which an electron gun is disposed;
a barrel that communicates with the gun chamber to form a passage through which the electron beam scanned from the electron gun moves, and a barrel hole through which the electron beam passes is formed on a lower surface of the barrel;
a shielding module detachably coupled to the barrel hole and shielding the barrel to form the barrel in a vacuum state;
a sample table on which the sample is placed so that the electron beam passing through the shielding module is irradiated to the sample;
a backscattering detector provided under the shielding module to detect backscattered electrons that are backscattered from the sample; and
A sample chamber in which the sample stand and the backscatter detector are disposed and coupled to the lens barrel;
The backscatter detector,
a sensor for detecting backscattered electrons backscattered from the sample; and
A position control unit for adjusting the position by moving the sensor; includes,
The shield module,
The scanning electron microscope, characterized in that the position is integrally formed on the upper surface of the position adjusting unit, and the position is controlled by the position adjusting unit.

delete