KR102657974B1 - 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치가 개시된다. 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치는, 내부 공간을 가지면서 하단에는 내부에서 생성된 이온빔을 외부로 방출하기 위한 어퍼쳐가 형성된 칼럼부, 어퍼쳐의 하측에 박막을 공급하는 박막 공급부 및 생성된 이온빔이 박막을 뚫고 시료에 조사되도록 시료가 배치되는 시료대를 포함하며, 박막 공급부는, 생성된 이온빔에 의해 박막이 뚫리게 되면, 박막을 수평방향으로 이동시켜 박막 교체를 수행한다. 이에 따라, 이온빔에 의해 뚫린 박막을 교체함으로써 대기압상에 위치하는 시료에 대한 가공 시 발생되는 흄(fume)이 박막에 증착되는 것을 최소화함으로써, 이온빔의 이용 효율을 유지할 수 있고, 정밀한 가공이 가능하게 된다.

Description

박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치 및 그 제어 방법{BEAM PROCESSING APPARATUS PERFORMING THIN FILM REPLACEMENT AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이온빔에 의해 뚫린 박막을 교체하는 빔 가공 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
집속 이온 빔(FIB : Focused Ion Beam)은 미세하게 교축시킨 이온빔을 이용하여 반도체, 금속 고분자 재료 등의 시료를 가공하는 장치로서, 본래 전자현미경 관찰을 할 때 특정 부위의 단면 가공 또는 시료를 두께 100nm 정도로 박판화 하기 위한 시료의 전 처리 장치로서 이용되어 왔다.
이러한, 집속 이온빔 방출 장치는 챔버 내에 구비되며, 챔버 내부는 일반적으로 10-5 ~ 10-6 토르(torr)의 고진공 상태로 설정된다. 특히, 최근에는 2차 전지 등의 반도체 장치들이 증가하면서 반도체 기판에 대한 공정 뿐만 아니라, 디스플레이 패널 등과 같은 미세 공정이 필요한 분야에 활용되고 있다.
그러나, 고진공 챔버 내에 반도체 기판이나 디스플레이 패널 등을 배치하여 공정 작업을 수행하는 경우, 공간적 제약에 의한 설비비용 증가, 풋프린트 증가 등에 따른 경쟁력 약화로 이어질 수 있다.
이에 따라 고진공 챔버 외부의 대기환경에서 이온빔을 이용한 기판 공정 작업을 수행할 수 있는 대기압용 이온빔 방출 장치가 요구되고 있다.
그러나, 진공챔버의 내부는 고진공 상태이기 때문에 외부와 압력차이가 일정 이상 차이나게 되고, 이러한 압력차에 의해 대기중으로 인출된 이온빔은 산란 현상이 발생하게 되고, 이에 따라 정밀한 공정 또는 검사가 수행되지 못하는 문제점이 있다.
또한, 대기압에서 진공 챔버에서 발생한 이온빔을 Ti 등의 Metal sheet 를 이용하여 고분자 재료 등을 경화시키는 공정을 수행하는 경우, 전자재료 및 기판 표면의 고분자 재료 등에서 휘발성 유기물질 즉, 흄(fume)이 발생되어 어퍼쳐 주변에 증착될 수 있다.
특히, 박막을 사용하는 경우 박막 표면에서 이온빔 투과에 의해 발생되는 흄은 이온빔 이용 효율을 상당부분 저하시키는 문제가 있다.
이에 따라, 박막 교체가 가능한 빔 가공 장치에 대한 필요성이 증대되었다.
본 발명의 목적은 이온빔에 의해 뚫린 박막을 교체하는 빔 가공 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치는, 내부 공간을 가지면서 하단에는 내부에서 생성된 이온빔을 외부로 방출하기 위한 어퍼쳐가 형성된 칼럼부, 상기 어퍼쳐의 하측에 박막을 공급하는 박막 공급부 및 상기 생성된 이온빔이 상기 박막을 뚫고 시료에 조사되도록 상기 시료가 배치되는 시료대를 포함하며, 상기 박막 공급부는, 상기 생성된 이온빔에 의해 상기 박막이 뚫리게 되면, 상기 박막을 수평방향으로 이동시켜 상기 박막 교체를 수행할 수 있다.
여기서, 상기 박막 공급부는, 상기 칼럼부의 양측 각각에 설치된 롤러를 포함하며, 상기 롤러를 통해 상기 박막이 상기 칼럼부의 하단에서 수평방향으로 이동할 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 칼럼부의 하단에는 상기 박막의 폭과 두께에 대응되는 홈이 형성되어 있으며, 상기 홈은 상기 박막의 이동을 가이드할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치는 상기 시료대 방향으로 기설정된 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함하며, 상기 가스 공급부는, 상기 어퍼쳐의 주위에 형성된 슬릿을 통해 상기 기설정된 가스를 공급할 수 있다.
여기서, 상기 어퍼쳐의 주위에 형성된 슬릿은 원형 형태를 이루되, 상기 박막의 이동을 가이드하는 홈과 겹쳐지는 영역은 막혀 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치는 상기 박막을 뚫고 조사되는 이온빔을 검출하기 위한 검출부를 더 포함하며, 상기 박막 공급부는, 상기 검출부를 통해 상기 박막을 뚫고 조사되는 이온빔이 검출되면, 자동적으로 상기 박막을 수평방향으로 이동시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 제어 방법은, 칼럼부의 내부에서 이온빔을 생성하는 단계, 상기 생성된 이온빔을 상기 칼럼부의 하단의 어퍼쳐 하측에 위치한 박막을 뚫고 시료에 조사시키는 단계 및 상기 어퍼쳐가 새로운 가공 위치에 도달하기 전까지, 상기 생성된 이온빔에 의해 상기 박막이 뚫리게 되면 상기 박막을 수평방향으로 이동시켜 상기 박막 교체를 수행하는 단계를 포함한다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 이온빔에 의해 뚫린 박막을 교체함으로써 대기압상에 위치하는 시료에 대한 가공 시 발생되는 흄(fume)이 박막에 증착되는 것을 최소화함으로써, 이온빔의 이용 효율을 유지할 수 있고, 정밀한 가공이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 공급부의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막의 교체 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칼럼부 하단의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 공급부의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 발명의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어일 수 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.
또한, 본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조 번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서 서로 다른 실시 예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명하도록 한다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성 요소를 모두 도시하고 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 하나의 실시 예를 의미하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 '제1', '제2' 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성 요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며, 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안될 것이다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성 요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한 해석되어서는 안된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다름을 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함하다' 또는 '구성하다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결뿐 아니라, 다른 매체를 통한 간접적인 연결의 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다는 의미는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치(100)는 칼럼부(110), 박막 공급부(120) 및 시료대(130)를 포함한다.
여기서, 칼럼부(110)는 내부 공간을 가지면서 하단에는 내부에서 생성된 이온빔을 외부로 방출하기 위한 어퍼쳐(111)가 형성되어 있다.
구체적으로, 칼럼부(110) 내부에는 진공챔버로 이루어지며, 진공챔버 내에는 이온빔 발생수단을 구비하고, 칼럼부(110)의 하단에 형성된 어퍼쳐(111)를 통해 진공챔버 내부의 이온빔을 외부로 방출하게 된다.
그리고, 진공챔버로부터 방출되는 이온빔이 칼럼부(110)의 외부 하측에 위치하는 시료(131)에 인가됨으로써, 시료(131)에 대한 공정작업이 이루어지게 된다.
한편, 칼럼부(110) 내부에는 일정 수납공간을 가지면서 하단에는 내부에서 생성된 이온빔을 외부로 방출하기 위한 일정 면적의 어퍼쳐(111)가 형성된다. 구체적으로, 칼럼부(110)의 몸체는 그 하단 중앙 부분이 관통되고, 이 관통부분에 어퍼쳐(111)가 실링(sealing)되어 구성된다.
또한, 칼럼부(110)는 내부 환경을 진공상태로 설정하기 위한 가스 공급부와 가스 배출구를 구비할 수 있으며, 칼럼부(110)는 10-5 ~ 10-6 토르(torr)의 고진공 상태로 설정된다.
또한, 이온빔 발생수단은 칼럼부(110) 내부 공간으로 유입된 공정가스를 전리시켜 라인형태의 이온빔을 생성하고, 이 이온빔을 칼럼부(110)의 하단에 형성된 어퍼쳐(111)를 통해 대기환경으로 방출하여 칼럼부(111)의 외부 하측에 배치된 시료(131)에 대한 공정처리를 수행한다.
구체적으로, 이온빔 발생수단은 캐소드와 캐소드의 하측에 배치된 애노드로 구성되며, 캐소드와 애노드 사이에서 공정가스가 전리되어 생성된 전자 또는 이온이 캐소드와 애노드 간의 전압차에 의해 애노드에 형성된 다수의 홀을 통해 라인 형태로 집중화하면서 하측으로 방출하도록 구성된다.
이러한 이온빔 발생수단은 이온빔을 통한 가공의 정밀도를 결정하는 가장 중요한 요소이며, 상용적으로 사용되는 갈륨 건을 예로 들어 설명하면, 갈륨건은 뾰족한 텅스텐 팁이 있고, 그 위에 갈륨 소스가 붙어 있으며, 텅스텐 와이어를 통해 전류를 흘려주면 열이 발생하면서 갈륨이 녹아 텅스텐 팁을 타고 흘러서 팁을 감싸는 형태가 된다.
이때, 팁과 팁의 아래쪽에 위치한 전극에 강한 전기장을 걸어주면 팁 끝에 모여있는 액체 상태의 갈륨으로부터 결합력이 약해진 갈륨원자들이 전기장에 이끌려 이온의 형태로 방출되는데 이 과정이 연속적으로 일어나기 때문에 이온 빔이 형성된다.
또한, 이온빔 발생수단은 양성자, 헬륨, 질소, 아르곤, 제논 등의 이온을 대량 발생시킨 뒤 수십 KeV 이상으로 가속해서 물질 내에 주입하거나 조사할 수 있으며, 특히, 제논을 활용한 제논 이온집속빔과 같은 플라즈마 이온집속빔을 생성할 수 있다.
한편, 칼럼부(110)의 하단에 위치한 어퍼쳐(111)의 하측에는 박막(10)이 위치하며, 박막 공급부(120)는 이러한 박막(10)을 제공한다.
구체적으로, 어퍼쳐(111)는 티탄(Ti), 텅스텐(W), 알루미늄을 포함한 금속 판으로 박막화되어 시닝(thinning)하거나 금속 박막으로 진공 증착이나 스퍼터링(sputtering) 코팅 또는 도금한 후 웰딩(welding) 하여 제작되고, 어퍼쳐(111)의 하측에 위치하는 박막(10)은 50um(마이크로미터) 이하의 두께를 갖을 수 있다.
그리고, 박막(10)은 AL foil, PET film, PE film, PP film을 포함한 재질로 이루어질 수 있다.
그리고, 시료대(130)는 이온빔이 박막(10)을 뚫고 시료(131)에 조사되도록 시료(131)가 배치될 수 있다. 이러한 시료(131)는 다양한 사물이 될 수 있으며, 크기나 두께에 제한이 없다.
예를 들어, 얇고 넓은 디스플레이 패널도 시료대(130) 상에 배치될 경우, 반복적인 박막의 교체를 통해 디스플레이 패널 전체에 대한 가공이 가능하게 된다.
한편, 박막 공급부(120)는 칼럼부(110)에서 생성된 이온빔에 의해 박막(10)이 뚫리게 되면, 박막(10)을 수평방향으로 이동시켜 박막 교체를 수행할 수 있다. 즉, 가공이 진행되는 동안 박막이 일정속도로 이동되어 이온빔을 이용한 시료(131) 가공시 시료(131)로부터 발생되는 휘발성 물질인 흄(fume)이 박막에 증착되는 것을 방지하며, 박막(10)을 뚫고 집중화된 이온빔에 의해 정밀한 가공이 가능하게 된다.
이러한 박막(10)의 수평이동을 위해, 박막 공급부(120)는 칼럼부(110)의 양측 각각에 설치된 롤러를 포함하며, 롤러를 통해 박막(10)이 칼럼부(110)의 하단에서 수평방향으로 이동할 수 있도록 제어할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 공급부의 구성을 도시한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 칼럼부(110)의 양측에는 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(212)가 구비될 수 있으며, 어퍼쳐(111)의 하측에 위치한 박막(10)은 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(212)에 의해 칼럼부(110)의 하단에서 수평방향(240)으로 이동하게 된다.
박막 공급부(120)는 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(212)의 회전을 제어하여 박막(10)이 수평방향(240)으로 이동할 수 있도록 한다.
특히, 박막(10)이 닿는 칼럼부(110)의 하단은 라운딩 형태로 처리되어 박막(10)이 이동하면서 칼럼부(110)와 닿는 부분에 있어서 손상을 입지 않게 된다.
한편, 도 2a와 같이 칼럼부(110)의 양측에 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(212)가 각각 하나씩 존재할 수도 있으나, 도 2b와 같이 칼럼부(110)의 양측 각각에 복수의 롤러가 위치할 수도 있다.
도 2b를 참조하면, 칼럼부(110)의 양측에는 복수의 롤러가 위치할 수 있으며, 칼럼부(110)의 좌측에는 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(221)가 위치하고, 박막(10)을 공급하는 제1 모터부(231)가 위치할 수 있으며, 칼럼부(110)의 우측에는 제3 롤러(212) 및 제4 롤러(222)가 위치하고, 박막(10)을 회수하는 제2 모터부(232)가 위치할 수 있다.
그리고, 제1 모터부(231)와 제2 모터부(232)의 회전에 따라 박막(10)은 수평방향(240)으로 움직일 수 있으며, 이때, 제1 롤러(211), 제2 롤러(221), 제3 롤러(212) 및 제4 롤러(222)는 박막(10)이 안정적으로 수평방향(240)으로 이동할 수 있도록 관여하게 된다.
한편, 박막(10)이 수평방향(240)으로 이동을 하는 이유는 이온빔 발생수단에 의해 생성된 이온빔이 시료(131)를 가공하기 위해 박막(10)을 뚫어내야 하며, 이렇게 뚫린 박막(10)에 대해 다시 이온빔이 관통하여 시료(131)에 조사되는 경우 정밀한 가공이 수행되지 않기 때문이다.
즉, 박막(10)을 뚫어내기 위해 집중화된 이온빔에 의해 시료(131)에 대한 정밀한 가공이 가능하게 되는 것으로서, 이미 뚫어져 있는 박막(10)을 그대로 관통하는 이온빔에 의해서는 시료(131)에 대한 가공의 정밀도가 떨어지게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막의 교체 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 칼럼부(110)의 하단에서 박막(10)이 움직이는 과정이 도시되어 있다. 구체적으로, 칼럼부(110)의 하단의 중앙 영역에는 이온빔이 조사되는 어퍼쳐(111)가 형성되어 있고, 어퍼쳐(111)의 하측에서 수평방향(240)으로 이동되는 박막(10)이 도시되어 있다.
박막(10)은 칼럼부(110)의 양측에 구비된 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(212)에 의해 수평방향(240)으로 이동될 수 있으며, 도 3에 도시된 박막(10)을 살펴보면, 어펴쳐(111)로부터 조사된 이온빔에 의해 뚫린 구멍이 도시되어 있음을 알 수 있다.
즉, 가장 오른쪽에 위치한 제1 구멍(310)부터 이온빔에 의해 제일 먼저 뚫린 흔적이고, 다음으로 제2 구멍(320) 순으로 이온빔에 의해 뚫린 흔적이 나타나 있다.
이와 같이, 박막(10)은 이온빔에 의해 1회 뚫리게 되면 해당 뚫린 구멍(310, 320)이 어퍼쳐(111)의 하측에 위치하지 않도록 수평방향(240)으로 이동되며, 이에 따라, 어퍼쳐(111)를 통해 조사되는 이온빔은 조사될 때마다 뚫리지 않는 박막(10)을 뚫어내고 시료(131)에 조사되게 된다.
특히, 박막(10)은 이온빔에 의해 10초 안에 뚫려야 하며, 기설정된 시간 동안 박막(10)에 뚫린 구멍은 그 크기와 일정 정도의 진공도를 유지할 수 있어야 한다.
또한, 어퍼쳐(111)의 하측에서 움직이는 박막(10)의 경우 이온빔에 의해 뚫리는데 있어서, 박막(10)의 진동이 최대한 감소될 수 있어야 하며, 박막(10)이 수평방향(240)으로 움직이는 경우에도 움직이는 박막(10)이 정확한 방향으로 움직일 수 있어야 한다.
이에 따라, 칼럼부(110)의 하단에는 박막(10)의 폭과 두께에 대응되는 홈이 형성되어 있으며, 이러한 홈은 박막(10)의 이동을 가이드하는 역할을 수행하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칼럼부 하단의 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 칼럼부(110)의 하단에 도시된 박막(10)과 관련하여, 칼럼부(110)의 하단과 박막(10)의 단면이 구체적으로 도시되어 있다.
구체적으로, 칼럼부(110)의 하단은 박막(10)의 폭(410)과 두께(420)에 대응되는 홈이 형성되어 있어, 박막(10)은 칼럼부(110)의 하단에 형성된 홈에 맞춰서 이동할 수 있게 된다.
이와 같이 형성된 홈을 통해 박막(10)은 수평방향(240)으로 이동시 진동이 저감되고 정확하게 이동할 수 있게 되며, 이온빔에 의해 뚫리게 되는 경우에도 홈에 의해 고정될 수 있어 진동의 발생이 저감될 수 있게 되어, 이온빔에 의한 정밀한 가공이 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 위한 빔 가공 장치(100)는 시료대(130) 방향으로 기설정된 가스를 공급하는 가스 공급부(140)를 더 포함할 수 있으며, 가스 공급부(140)는 어퍼쳐(111) 주위에 형성된 슬릿을 통해 기설정된 가스를 공급할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 칼럼부(110)의 하단에는 시료대(130) 방향으로 기설정된 가스를 공급하는 가스 공급부(140)가 구비될 수 있으며, 가스 공급부(140)를 통해 공급되는 가스는 어퍼쳐(111) 주변의 슬릿과 같은 틈을 통해 공급될 수 있다.
특히, 가스 공급부(140)는 기설정된 가스를 강한 압력으로 뿜어내기 때문에, 어퍼쳐(111)와 시료(131) 사이에 존재하는 공기가 밀려나게 되면서, 어퍼쳐(111)와 시료(131) 사이의 영역은 기설정된 가스로 채워질 수 있게 된다.
또한, 가스 공급부(140)를 통해 공급되는 기설정된 가스는 일반적인 공기보다 가벼운 헬륨 가스를 포함할 수 있으며, 일반 공기보다 가벼운 가스라면 모두 포함될 수 있다.
이때, 이온빔이 조사되어 박막(10)을 뚫어내야 하는 상황에서 박막(10)이 가스 공급부(140)를 통해 공급되는 기설정된 가스에 의해 진동이 유발될 수 있어, 기설정된 가스가 공급되는 어퍼쳐(111) 주변의 슬릿은 박막(10)에 진동을 유발하지 않는 구조를 갖게 된다.
구체적으로, 어퍼쳐(111)의 주위에 형성된 슬릿은 원형 형태를 이루되, 박막(10)의 이동을 가이드하는 홈과 겹쳐지는 영역은 막혀있게 된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 공급부의 구성을 도시한 도면이다.
도 6a를 참조하면, 칼럼부(110)의 하단에는 가스 공급부(140)를 통해 공급되는 기설정된 가스가 분출되는 제1 슬릿(610) 및 제2 슬릿(620)이 배치되어 있으며, 이러한 제1 슬릿(610)과 제2 슬릿(620)은 박막(10)의 이동 영역과 겹치지 않도록 서로 분리되어 있다.
이에 따라, 제1 슬릿(610)과 제2 슬릿(620)에서 분출되는 기설정된 가스는 시료대(130) 방향으로 공급되면서, 분출되는 가스에 의해 박막(10)이 영향을 받지 않게 되어, 이온빔에 의해 박막(10)이 안정적으로 뚫리게 된다.
도 6b를 참조하면, 박막(10)이 없는 상태에서의 칼럼부(110)의 하단을 도시한 도면으로, 칼럼부(110)의 하단의 중앙 영역에는 어퍼쳐(111)가 형성되어 있고, 박막(10)의 이동을 가이드하는 홈(630)이 형성되어 있으며, 홈(630) 주변으로 기설정된 가스가 분출되는 제1 슬릿(610)과 제2 슬릿(620)이 형성되어 있다.
그리고, 제1 슬릿(610)과 제2 슬릿(620)은 어퍼쳐(111) 주위에 원형을 이루며 형성되어 있으나, 박막(10)의 이동을 가이드하는 홈(630)과 겹쳐지는 영역은 막혀 있어, 제1 슬릿(610)과 제2 슬릿(620)은 홈(630)을 기준으로 서로 분리되어 형성되어 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치(100)는 박막(10)을 뚫고 조사되는 이온빔을 검출하기 위한 검출부를 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치(100)는 검출부(150)를 더 포함하며, 검출부(150)는 박막(10)을 뚫고 조사되는 이온빔을 검출할 수 있고, 박막 공급부(120)는 검출부(150)를 통해 박막(10)을 뚫고 조사되는 이온빔이 검출되면, 자동적으로 박막(10)을 수평방향(240) 방향으로 이동시킬 수 있다.
여기서, 검출부(150)는 일 예로 검출용 전극과 검출용 전극이 고정된 기판 및 검출용 전극과 기판을 전기적으로 접속하는 접속선으로 구현될 수 있으며, 검출용 전극은 도전성을 가지는 심선과 심선의 주위를 덮는 절연성 피복으로 구성되고 기판의 표면에 돌출되도록 기판에 고정되게 된다.
또한, 검출용 전극은 이온빔이 조사되는 피조사 부재이며, 이를 통해 이온빔이 검출될 수 있다.
그리고, 박막 공급부(120)는 검출부(150)를 통해 이온빔이 박막(10)을 뚫고 조사되는지 여부를 판단하여, 자동적으로 박막(10)을 수평방향(240)으로 이동시키게 되어, 가공의 효율성 및 속도를 높일 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔 가공 장치는 플레이트 디텍터(plate detector)를 추가적으로 포함할 수 있다.
플레이트 디텍터는 교차 지연선 양극을 가진 MCP(micro-channel plate)를 사용하여 입사된 원자외선 광자의 위치를 검출하는 것으로 MCP에 입사하는 광자는 MCP를 통해 전자형태로 변환되고 증폭된다. 증폭된 저나운의 중심은 양분되어 연결된 지연선을 통해 양단으로 나가게 되고, 지영ㄴ선의 양단에서 전하운의 도착시간 차이를 구하여 입사된 광자의 위치를 판독하게 된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 빔 가공 장치에 포함되는 플레이트 디텍터는 시료로부터 생성되는 2차 전자를 영상화하며, 칼럼부(110) 내부에 설치되고 그 사이즈가 기존의 검출장비에 비해 작아 빔 가공 장치의 설치 및 운용에 있어 공간적인 제약이 줄어드는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 제어 방법은, 칼럼부의 내부에서 이온빔을 생성하는 단계(S810), 생성된 이온빔을 칼럼부의 하단의 어퍼쳐 하측에 위치한 박막을 뚫고 시료에 조사시키는 단계(S820) 및 어퍼쳐가 새로운 가공 위치에 도달하기 전까지, 생성된 이온빔에 의해 박막이 뚫리게 되면 박막을 수평방향으로 이동시켜 박막 교체를 수행하는 단계(S830)를 포함한다.
또한, 상술한 박막 공급부(120)의 제어 동작은 모두 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 제어 방법을 통해 동일하게 수행될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제어 방법을 순차적으로 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 칼럼부의 내부에서 이온빔을 생성하고, 생성된 이온빔을 칼럼부의 하단의 어퍼쳐 하측에 위치한 박막을 뚫고 시료에 조사시키며, 생성된 이온빔에 의해 박막이 뚫리게 되면 박막을 수평방향으로 이동시켜 박막 교체를 수행하는 박막 공급부에 대해 도시한 상술한 블록도에서는 버스(bus)를 미도시하였으나, 박막 공급부에서 각 구성요소 간의 통신은 버스를 통해 이루어질 수도 있다. 또한, 각 디바이스에는 상술한 다양한 단계를 수행하는 CPU, 마이크로 프로세서 등과 같은 프로세서가 더 포함될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치 110: 칼럼부
120: 박막 공급부 130: 시료대
140: 가스 공급부 150: 검출부

Claims (7)

  1. 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치에 있어서,
    내부 공간을 가지면서 하단에는 내부에서 생성된 이온빔을 외부로 방출하기 위한 어퍼쳐가 형성된 칼럼부;
    상기 어퍼쳐의 하측에 박막을 공급하는 박막 공급부;
    상기 생성된 이온빔이 상기 박막을 뚫고 시료에 조사되도록 상기 시료가 배치되는 시료대; 및
    상기 시료대 방향으로 기설정된 가스를 공급하는 가스 공급부;를 포함하며,
    상기 박막 공급부는,
    상기 생성된 이온빔에 의해 상기 박막이 뚫리게 되면, 상기 박막을 수평방향으로 이동시켜 상기 박막 교체를 수행하고,
    상기 박막 공급부는,
    상기 칼럼부의 양측 각각에 설치된 롤러를 포함하며, 상기 롤러를 통해 상기 박막이 상기 칼럼부의 하단에서 수평방향으로 이동할 수 있도록 제어하며,
    상기 칼럼부의 하단에는 상기 박막의 폭과 두께에 대응되는 홈이 형성되어 있으며, 상기 홈은 상기 박막의 이동을 가이드하고,
    상기 가스 공급부는,
    상기 어퍼쳐의 주위에 형성된 슬릿을 통해 상기 기설정된 가스를 공급하는 것인, 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 어퍼쳐의 주위에 형성된 슬릿은 원형 형태를 이루되, 상기 박막의 이동을 가이드하는 홈과 겹쳐지는 영역은 막혀 있는 것인, 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 박막을 뚫고 조사되는 이온빔을 검출하기 위한 검출부;를 더 포함하며,
    상기 박막 공급부는,
    상기 검출부를 통해 상기 박막을 뚫고 조사되는 이온빔이 검출되면, 자동적으로 상기 박막을 수평방향으로 이동시키는 것인, 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치.
  7. 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 제어 방법에 있어서,
    칼럼부의 내부에서 이온빔을 생성하는 단계;
    상기 생성된 이온빔을 상기 칼럼부의 하단의 어퍼쳐 하측에 위치한 박막을 뚫고 시료에 조사시키는 단계;
    시료대 방향으로 기설정된 가스를 공급하는 단계; 및
    상기 어퍼쳐가 새로운 가공 위치에 도달하기 전까지, 상기 생성된 이온빔에 의해 상기 박막이 뚫리게 되면 상기 박막을 수평방향으로 이동시켜 상기 박막 교체를 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 박막 교체를 수행하는 단계는,
    상기 칼럼부의 양측 각각에 설치된 롤러를 통해 상기 박막이 상기 칼럼부의 하단에서 수평방향으로 이동할 수 있도록 제어하며,
    상기 칼럼부의 하단에는 상기 박막의 폭과 두께에 대응되는 홈이 형성되어 있으며, 상기 홈은 상기 박막의 이동을 가이드하고,
    상기 가스를 공급하는 단계는,
    상기 어퍼쳐 주위에 형성된 슬릿을 통해 상기 기설정된 가스를 공급하는 것인, 박막 교체를 수행하는 빔 가공 장치의 제어 방법.
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