KR20150134080A - Fouced Ion Beam Apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 집속 이온 빔 장치(Fouced Ion Beam Apparatus; FIB Apparatus)에 관한 것으로, 더 구체적으로, SEM-FIB가 결합한 장치에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a Fourier Ion Beam Apparatus (FIB Apparatus), and more particularly to a device incorporating an SEM-FIB.
집속 이온 빔(Focused Ion Beam;FIB) 기술은 나노미터 수준의 정물질 가공에 사용된다. 이온은 기체를 고온으로 하거나 전기방전 또는 자외선과 같이 짧은 파장의 빛에 의해서 발생한다. 이온은 전기장에 의해서 가속되고, 가속된 이온은 고 에너지 상태가 된다. 이러한 고에너지 상태의 이온은 재료에 제공되어 재료 표면을 제거 또는 퇴적 가공을 할 수 있다. 가장 널리 사용되는 이온 빔 소스는 액체-금속 이온 소스(liquid-metal ion sources;LMIS)이다. 액체-금속 이온 소스로 주로 갈륨(gallium)이 사용된다. FIB 장치가 갈륨이온빔을 시료 표면에 조사하면, 2차 전자가 발생한다. 또한, 갈륨이온은 전자보다 무겁기 때문에 시료를 구성하는 원자틀 스퍼터링할 수 있다.Focused ion beam (FIB) technology is used to process nanometer-level static materials. Ions are generated by the gas at a high temperature or by short wavelengths of light such as electric discharge or ultraviolet rays. The ions are accelerated by the electric field, and the accelerated ions are in a high energy state. These high energy ions may be provided to the material to remove the surface of the material or to process the deposited material. The most widely used ion beam source is liquid-metal ion sources (LMIS). Gallium is mainly used as a liquid-metal ion source. When the FIB device irradiates the surface of the sample with a gallium ion beam, secondary electrons are generated. In addition, since gallium ions are heavier than electrons, atomic frame sputtering that constitutes a sample can be performed.
갈륨이온소스는 빔휘도(beam brightness)가 작다. 빔휘도(beam brightness)는 단위 입체각당 전류 밀도이다. 갈륨이온소스는 적은 빔휘도를 가지고 있기 때문에, 고 분해능 이미지용 소스로 적당한다. 그러나, 갈륨이온소스는 적은 빔휘도를 가지고 있기 때문에 표면 가공용 장치로 적합하지 않다. The gallium ion source has a low beam brightness. The beam brightness is the current density per unit solid angle. Since the gallium ion source has low beam brightness, it is suitable as a source for high resolution images. However, the gallium ion source is not suitable as an apparatus for surface processing because it has a small beam luminance.
그래서, 최근에는 높은 빔휘도를 가지는 유도 플라즈마 이온 소스가 이온 소스로 개발되었다. 유도 결합 플라즈마 이온 소스는 플로팅 포펜셜의 변동에 의하여 이온 빔의 에너지가 일정하지 않다. 유도 결합 플라즈마 이온 소스는 미국공개특허 2014/0077699A1에 개시되어있다. 유도 결합 플라즈스 이온 빔은 일정한 선폭의 에너지를 가지며, 집속 과정에서 큰 색추차(chromatic abberation)를 가진다. 따라서, 집속 후 에 빔의 직경이 켜져, 정밀 가공이 어렵다.Thus, recently, an induction plasma ion source having high beam luminance has been developed as an ion source. The inductively coupled plasma ion source is not constant in energy of the ion beam due to the fluctuation of the floating potential. An inductively coupled plasma ion source is disclosed in U.S. Patent Publication No. 2014 / 0077699A1. The inductively coupled plasma ion beam has a constant line width energy and has a large chromatic abberation during focusing. Therefore, the diameter of the beam is turned on after focusing, and precision machining is difficult.
또한, 유도 결합 플라즈마 이온 소스에서, 전기장 또는 자기장을 사용하는 Deflection Octopole가 적용되는 경우, 높은 빔휘도 및 빔에너의 선폭에 기인하여 공간 스캐닝에 어려움이 있다. 유도 결합 플라즈마 이온 소스는 새로운 구조의 공간 스캐닝 시스템이 요구된다.Also, in an inductively coupled plasma ion source, when a deflection octopole using an electric field or a magnetic field is applied, there is a difficulty in space scanning due to the high beam luminance and the line width of the beam. Inductively coupled plasma ion sources require a new spatial scanning system.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 대형 시료를 가공할 수 있고 구조적으로 간단한 FIB 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a structurally simple FIB apparatus capable of processing a large sample.
본 발명의 일 실시예에 따른 집속 이온 빔 장치는 진공으로 유지되는 챔버; 상기 챔버에 수직으로 배치되고 -z축 방향으로 진행하는 이온 빔을 제공하는 집속 이온 빔 소스; 상기 챔버에 경사를 가지고 배치되고 상기 이온 빔과 소정의 각도를 가지고 진행하는 전자빔을 x-z 평면에 제공하는 전자 빔 소스; 및 상기 이온 빔과 상기 전자 빔의 교점을 중심으로 x-z 평면에서 회전하는 스캐닝 스테이지를 포함한다.A focused ion beam apparatus according to one embodiment of the present invention includes a chamber maintained in vacuum; A focused ion beam source disposed perpendicular to the chamber and providing an ion beam traveling in a -z axis direction; An electron beam source disposed in the chamber with an inclination and providing an electron beam traveling in the x-z plane at an angle with the ion beam; And a scanning stage rotating in an x-z plane about an intersection of the ion beam and the electron beam.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 집속 이온 빔 소스는 유도 결합 플라즈마 이온 소스일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the focused ion beam source may be an inductively coupled plasma ion source.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스캐닝 스테이지는 상기 이온 빔에 수직한 xy 평면에서 y축 방향으로 선형 운동하는 y축 스테이지; 상기 y축 스테이지 상에 장착되고 상기 이온 빔과 상기 전자 빔의 교점을 중심으로 일정한 반경의 원주 상에서 회전하는 경사 스테이지; 상기 경사 스테이지 상에 장착되고 z축 방향으로 이동하는 z축 스테이지; 상기 z축 스테이지 상에 장착되고 x 축 방향으로 이동하는 x축 스테이지; 및 상기 x축 스테이지 상에 장착되고 z 축을 중심으로 회전 운동을 제공하는 회전 스테이지를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the scanning stage includes: a y-axis stage that linearly moves in the y-axis direction in an xy plane perpendicular to the ion beam; An inclined stage mounted on the y-axis stage and rotating on a circumference having a constant radius around an intersection of the ion beam and the electron beam; A z-axis stage mounted on the inclined stage and moving in the z-axis direction; An x-axis stage mounted on the z-axis stage and moving in the x-axis direction; And a rotating stage mounted on the x-axis stage and providing rotational motion about the z-axis.
본 발명의 일 실시예에 있어서, y축 스테이지, 경사 스테이지, z축 스테이지, x축 스테이지, 및 회전 스테이지 각각은 링크를 통하여 상기 챔버 외부에 배치된 대응하는 모터에 의하여 각각 구동될 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the y-axis stage, the tilting stage, the z-axis stage, the x-axis stage, and the rotating stage may be driven by respective motors disposed outside the chamber via links.
본 발명의 일 실시예에 있어서, y축 스테이지는 xy 평면에 배치된 y축 하판; 상기 y축 하판과 고정 결합하고 y축 방향으로 연장되는 하부 y축 레일; 상기 하부 y축 레일과 미끄럼 결합하여 y축 방향으로 직선 운동하는 상부 y축 레일; 상기 상부 y축 레일과 고정 결합하는 y축 상판; 및 상기 y축 하판에 고정결합하고 회전하는 볼트 구조의 구동축과 너트 구조의 너트부를 이용하여 상기 y축 상판에 y축 방향의 힘을 제공하는 y축 구동부를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the y-axis stage includes a y-axis lower plate disposed in the xy plane; A lower y-axis rail fixedly coupled to the y-axis lower plate and extending in the y-axis direction; An upper y-axis rail slidably engaged with the lower y-axis rail and linearly moving in the y-axis direction; A y-axis upper plate fixedly coupled to the upper y-axis rail; And a y-axis driving unit for providing a force in the y-axis direction to the y-axis upper plate using a driving shaft having a bolt structure fixed to the y-axis lower plate and rotating and a nut unit having a nut structure.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경사 스테이지는 상기 y축 스테이지 상에 장착되고 x축을 중심으로 회전하는 웜; 원호 형상으로 절단되고 상기 웜과 맞물려 돌아가는 웜기어; 상기 y축 스테이지 상에 장착되고 일정한 반경을 가지는 원호 형상의 경사 레일; 및 상기 웜기어에 고정결합하고 상기 경사 레일에 결합하여 극각을 변경도록 가이드하는 가이드부를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the tilting stage is a worm mounted on the y-axis stage and rotating about an x-axis; A worm gear cut into an arc shape and engaged with the worm; An arc-shaped inclined rail mounted on the y-axis stage and having a constant radius; And a guide portion fixedly coupled to the worm gear and coupled to the inclined rail to guide the worm gear to change the polar angle.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 z축 스테이지는 상기 경사 스테이지에 장착되고 xz 평면에 배치되는 기준판; 상기 기준판에 고정 결합하는 z축 방향으로 연장되는 z축 기준 레일; 상기 z축 기준 레일에 결합하여 z축 방향으로 이동하는 z축 이동 레일; 상기 z축 이동 레일과 고정 결합하는 이동판; 및 상기 기준판의 측면에 고정결합하고 회전하는 볼트 구조의 구동축과 너트 구조의 너트부를 이용하여 상기 이동판에 z축 방향의 힘을 제공하는 z축 구동부를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the z-axis stage includes a reference plate mounted on the tilt stage and disposed in the xz plane; A z-axis reference rail extending in the z-axis direction fixedly coupled to the reference plate; A z-axis moving rail coupled to the z-axis reference rail and moving in the z-axis direction; A moving plate fixedly coupled to the z-axis moving rail; And a z-axis driving unit for providing a force in the z-axis direction to the moving plate using a driving shaft having a bolt structure fixed to the side surface of the reference plate and a nut having a nut structure.
본 발명의 일 실시예에 있어서, x축 스테이지는 상기 이동판에 고정 결합하고 xy 평면에 배치되는 x축 하판; 상기 x축 하판에 장착되고 x축 방향으로 연장되는 x축 하부 레일; 상기 x축 하부 레일에 결합하여 x축 방향으로 이동하는 x축 상부 레일; 상기 x축 상부 레일과 고정결합하는 x축 상판; 및 상기 x축 상판에 상부면에 고정결합하고 회전하는 볼트 구조의 구동축과 너트 구조의 너트부를 이용하여 상기 x축 상판에 x축 방향의 힘을 제공하는 x축 구동부를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the x-axis stage includes an x-axis lower plate fixedly coupled to the moving plate and disposed in the xy plane; An x-axis lower rail attached to the x-axis lower plate and extending in the x-axis direction; An x-axis upper rail coupled to the x-axis lower rail and moving in the x-axis direction; An x-axis top plate fixedly coupled to the x-axis upper rail; And an x-axis driving unit for providing a force in the x-axis direction to the x-axis upper plate by using a drive shaft having a bolt structure fixed to the upper surface of the x-axis upper plate and rotating and a nut unit having a nut structure.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 회전 스테이지는 상기 x축 스테이지에 장착되는 회전 웜; 및 상기 x축 스테이지에 장착되고 상기 웜에 기어 결합하는 회전 웜기어를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the rotating stage includes a rotating worm mounted on the x-axis stage; And a rotating worm gear mounted on the x-axis stage and gear-coupled to the worm.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이온 빔과 상기 전자 빔의 교점에 불활성 가스를 주입하는 가스 분사부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the apparatus may further include a gas injection unit injecting an inert gas at an intersection of the ion beam and the electron beam.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경사 스테이지의 회전 각도는 -5 도 내지 95 일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the angle of rotation of the inclined stage may be between -5 degrees and 95 degrees.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 집속 이온 빔 소스는 가속된 이온 빔을 생성하는 이온 가속부; 및 가속된 이온 빔을 집속하는 아인젤 렌즈(Einzel)를 포함하고, 상기 아인젤 렌즈와 상기 이온 가속부 사이에 이온 빔 게이트 밸브가 배치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the focused ion beam source comprises an ion accelerator for generating an accelerated ion beam; And an Einzel lens for focusing an accelerated ion beam, and an ion beam gate valve may be disposed between the Einzel lens and the ion accelerator.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버에 연결된 배기 게이트 밸브; 상기 배기 게이트 벨브의 후단에 연결된 진동 감쇠부(Vibration damper); 상기 진동 감쇠부 후단에 연결된 고진공 펌프; 상기 고진공 펌프의 후단에 연결된 제1 저진공 밸브; 상기 챔버에 연결된 제2 저진공 밸브; 및 상기 제2 저진공 밸브의 후단에 연결되고 상기 제2 저진공 밸브의 후단에 연결된 저진공 펌프를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, an exhaust gate valve connected to the chamber; A vibration damper connected to a rear end of the exhaust gate valve; A high vacuum pump connected to a rear end of the vibration damping unit; A first low vacuum valve connected to a rear end of the high vacuum pump; A second low vacuum valve connected to the chamber; And a low vacuum pump connected to a rear end of the second low vacuum valve and connected to a rear end of the second low vacuum valve.
본 발명의 일 실시예에 따른 집속 이온 빔 장치는 10 내지 1000 micron의 영역의 시료를 가공할 수 있다. 종래의 FIB 장치는 통상적으로 10 nm 수준의 영역을 가공한다. 따라서, 큰 면적을 가공하기 위하여, 이온 빔 소스는 높은 휘도를 가지는 유도 결합 플라즈마 이온 소스가 사용되었다. 한편, 스테이지를 이용하여 이온 빔의 공간 스캐닝을 위하여, 스캐닝 스테이지가 개발되었다. 상기 스캐닝 스테이지가 크다. 종래의 배율이 높은 마그네틱 렌즈는 상기 스캐닝 스테이지와 간섭할 수 있다. 상기 간섭을 감소시키기 위하여, 아주 작은 정전형 렌즈(아인젤 렌즈)가 사용되었다. 상기 아이젠 렌즈는 구조가 복잡하지 않고 작아, 상기 정전렌즈와 상기 이온 빔 소스 사이에 게이트 밸브가 장착될 수 있다. 이에 따라, 복수의 고진공 펌프를 사용하지 않는 하나의 고진공펌프를 사용하는 배기 구조가 제안되었다.The focused ion beam apparatus according to an embodiment of the present invention can process samples in the range of 10 to 1000 micron. Conventional FIB devices typically process a 10 nm level region. Therefore, in order to process a large area, an inductively coupled plasma ion source having high luminance was used as the ion beam source. On the other hand, a scanning stage has been developed for spatial scanning of an ion beam using a stage. The scanning stage is large. A conventional magnetic lens having a high magnification can interfere with the scanning stage. In order to reduce the interference, a very small electrostatic lens (Einzel lens) was used. The azimuth lens has a small structure without complicated structure, and a gate valve can be mounted between the electrostatic lens and the ion beam source. Accordingly, an exhaust structure using a single high vacuum pump without using a plurality of high vacuum pumps has been proposed.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집속 이온 빔 장치를 설명하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 집속 이온 빔 장치를 설명하는 개념도이다.
도 3은 도 1의 스캐닝 스테이지를 설명하는 사시도이다.
도 4 내지 도 6은 스캐닝 스테이지를 동작 원리를 설명하는 개념도이다.1 is a perspective view illustrating a focused ion beam apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating the focused ion beam apparatus of FIG.
3 is a perspective view illustrating the scanning stage of FIG.
Figs. 4 to 6 are conceptual diagrams for explaining the operation principle of the scanning stage. Fig.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유도 결합 플라즈마 이온 소스를 사용하는 FIB 장치는 SEM(scanning electron microscope) 장치와 결합하여, 이온 가공(ion milling)과 이미징을 동시에 또는 연속적으로 수행할 수 있다. SEM 장치는 자체적인 전기적 자기적 공간 스캐닝 시스템을 가진다. 한편, FIB 공간 스캐닝은 공간 스캐닝을 제공하는 스테이지가 요구된다. 그러나, SEM의 전자빔과 FIB 장치의 이온빔은 소정의 각도를 가지고 서로 교차한다. 상기 스테이지는 이온 빔의 가공 또는 이미징을 위한 공간 스캐닝을 제공한다. 또한, 상기 스테이지는 시료의 측정 위치를 변경하는 기능을 제공한다. SEM 장치는 전자빔을 상기 According to one embodiment of the present invention, a FIB device using an inductively coupled plasma ion source can be combined with a scanning electron microscope (SEM) device to perform ion milling and imaging simultaneously or continuously. The SEM device has its own electromagnetics spatial scanning system. On the other hand, FIB space scanning requires a stage that provides spatial scanning. However, the electron beam of the SEM and the ion beam of the FIB device cross each other at a predetermined angle. The stage provides spatial scanning for processing or imaging of the ion beam. In addition, the stage provides a function of changing the measurement position of the sample. The SEM device is a device
상기 스테이지는 SEM 빔에 수직한 시료 표면을 제공하기 위하여 구좌표계를 기준으로, 극각( polar angle) 또는 경사(tilt)가 변경될 수 있다. 한편, 극각을 변경하기 위하여, 극각을 변경하는 경사 스테이지가 사용되면, 시료의 위치가 임의로 변경되어, 시료의 위치가 명확히 특정되기 어렵다.The stage may be changed in polar angle or tilt relative to the spherical coordinate system to provide a sample surface perpendicular to the SEM beam. On the other hand, when an inclined stage for changing the polar angle is used to change the polar angle, the position of the sample is arbitrarily changed, and the position of the sample is hardly specified.
따라서, FIB 장치의 공간 스캐닝의 좌표가 SEM 이미지를 위한 측정 좌표와 용이하게 매칭하기 위하여 특수한 스테이지가 요구된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 빔 장치에서, 어떤 빔에 대하여도 동일한 좌표를 사용할 수 있는 특수한 스테이지가 제공된다.Thus, a special stage is required for the coordinates of the spatial scanning of the FIB device to easily match the measurement coordinates for the SEM image. In a dual beam device according to an embodiment of the present invention, a special stage is provided that can use the same coordinates for any beam.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the components have been exaggerated for clarity. Like numbers refer to like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집속 이온 빔 장치를 설명하는 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a focused ion beam apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 집속 이온 빔 장치를 설명하는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating the focused ion beam apparatus of FIG.
도 3은 도 1의 스캐닝 스테이지를 설명하는 사시도이다.3 is a perspective view illustrating the scanning stage of FIG.
도 4 내지 도 6은 스캐닝 스테이지를 동작 원리를 설명하는 개념도이다.Figs. 4 to 6 are conceptual diagrams for explaining the operation principle of the scanning stage. Fig.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집속 이온 빔 장치(100)는 진공으로 유지되는 챔버(10), 상기 챔버(10)에 수직으로 배치되고 -z축 방향으로 진행하는 이온 빔을 제공하는 집속 이온 빔 소스(20), 상기 챔버(10)에 경사를 가지고 배치되고 상기 이온 빔과 소정의 각도를 가지고 진행하는 전자빔을 x-z 평면에 제공하는 전자 빔 소스(30), 및 상기 이온 빔과 상기 전자 빔의 교점(F)을 중심으로 x-z 평면에서 회전하는 스캐닝 스테이지(200)를 포함한다.1 to 6, a focused
상기 챔버(100)는 7면 챔버일 수 있다. 상기 챔버(100)는 직각 육면체 챔버에 상부의 한변을 따라 모따기하여 형성될 수 있다. 모따기한 면에는 전자빔 소스(30)가 장착될 수 있다. 또한, 챔버의 상부면에는 집속 이온빔 소스(20)가 장착될 수 있다.The
상기 챔버의 모따기한 면에는 광학 현미경이 배치될 수 있다. 상기 xy 평면에서 상기 챔버의 단면은 5각형일 수 있다. 일측면에는 도어(12)가 배치되고 상기 도어(12)가 장착된 면은 창문(14)이 장착된 면을 마주볼 수 있다. 상기 창문(14)이 장착된 면은 상기 모따기한 면과 연속적으로 연결될 수 있다. 상기 도어(12)를 마주보지 않는 다른 측면에는 스캐닝 스테이지에 동력을 전달하는 동력 전달부(50,59)가 장착될 수 있다. 상기 동력 전달부는 모터(59)와 상기 스테이지의 구동부를 연결하는 링크(link,50)를 포함할 수 있다. 상기 링크(50)는 4절 링크 또는 5절 링크일 수 있다. 상기 링크는 하나의 스텝 모터와 하나의 스테이지 구동부를 연결할 수 있다.An optical microscope may be disposed on the chamfered surface of the chamber. The cross-section of the chamber in the xy plane may be pentagonal. A
상기 집속 이온 빔 소스(20)는 가속된 이온 빔을 생성하는 이온 가속부(21); 및 가속된 이온 빔을 집속하는 아인젤 렌즈(Einzel,23)를 포함할 수 있다. 이온 빔 게이트 밸브(47)는 상기 아인젤 렌즈(23)와 상기 이온 가속부(21) 사이에 배치될 수 있다. 이온 가속부(21)는 유도 결합 플라즈마를 통하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 생성된 플라즈마 중에서 이온은 이온 추출부를 통하여 추출된다. 이어서 추출된 이온은 전극을 통하여 가속된다. 가속된 이온은 상기 아인젤 렌즈(23)를 통하여 집속된다. 상기 아인젤 렌즈(23)는 연속적으로 배치된 3개의 전극으로 구성될 수 있다. 상기 아인젤 렌즈는 연결부(22)의 내부에 장착될 수 있다. 상기 연결부(22)는 상기 이온 빔 게이트 밸브와 상기 챔버의 상부면에 형성된 관통홀을 연결할 수 있다.The focused ion beam source (20) comprises an ion accelerator (21) for generating an accelerated ion beam; And an Einzel lens 23 for focusing the accelerated ion beam. The ion
이온 빔 게이트 밸브(47)는 이온 가속부(21)와 아인젤 렌즈(Einzel,23)를 서로 분리할 수 있다. 이에 따라, 상기 챔버(10)가 공기에 의하여 대기압으로 유지되는 경우, 상기 이온 빔 게이트 밸브(47)는 폐쇄되고, 상기 이온 가속부(21)는 저진공 상태를 유지할 수 있다. 한편, 상기 이온 가속부(21)가 이온 생성하는 동안, 상기 이온 빔 게이트 밸브(47)는 개방되고, 상기 챔버(10)에 장착된 고진공 펌프(44)에 의하여 펌핑될 수 있다. 상기 이온 가속부(21)는 외부에 주입딘 제논(Xe)과 같은 불활성 가스를 방전하여 이온을 생성한다. 상기 이온 가속부(21)의 압력은 수 밀리토르 이상이고, 상기 챔버(10)의 압력은 0.1 밀리토르 이하일 수 있다. The ion
Deflection Octopole가 적용되는 경우, 상기 이온 빔 게이트 밸브(47)는 적용되기 어렵다. 그러나, Deflection Octopole가 제거되고, 스캐닝 스테이지(200)가 사용되는 경우, 상기 이온 빔 게이트 밸브(47)가 사용될 수 있다. 이에 따라, Deflection Octopole이 적용된 구조에 사용되는 별도의 고진공 펌프가 제거될 수 있다.When the deflection octopole is applied, the ion
전자 빔 소스는(30) 통상적인 SEM(scanning electron microscope)에 사용되는 전자빔 소스일 수 있다. SEM은 가느다란 전자빔을 시료에 주사시켜 2차 전자를 발생시켜 시료의 표면 이미지를 얻는 장치이다. 시료에는 직경 10nm 이하의 전자 빔이 주사된다. 감지부(34)는 상기 시료에서 발생한 2차 전자를 수집한다. 상기 전자 빔은 주사를 위하여 주사 코일(scan coils)을 사용할 수 있다. The electron beam source may be (30) an electron beam source used in a conventional scanning electron microscope (SEM). SEM is a device that generates a secondary electron by scanning a thin electron beam onto a sample to obtain a surface image of the sample. An electron beam having a diameter of 10 nm or less is injected into the sample. The
상기 전자 빔과 상기 이온 빔은 xz 평면에 배치될 수 있다. 구체적으로, 이온 빔은 -z 방향으로 진행하고, 상기 전자 빔은 -z 방향에 대하여 대략 45도 경사지게 입사할 수 있다.The electron beam and the ion beam may be arranged in the xz plane. Specifically, the ion beam travels in the -z direction, and the electron beam can be incident at an angle of about 45 degrees with respect to the -z direction.
통상적인 집속 이온 빔 소스는 공간적으로 빔을 스캐닝하기 위한 Deflection Octopole를 포함한다. 그러나, 유도 결합 플라즈마 이온 소스의 경우, 플라즈마의 플라즈마 포텐셜이 변동(fluctuation)하여, 이온 빔의 에너지는 대략 10 eV 정도의 선폭을 가진다. 이러한 넓은 선폭의 이온 빔은 Deflection Octopole에 의하여 스캐닝도기 어렵다. 또한, 이러한 넓은 선폭의 이온 빔은 마그네틱 렌즈에 의하여 한 점으로 집속되기 어렵다.A typical focused ion beam source includes a Deflection Octopole for spatially scanning the beam. However, in the case of an inductively coupled plasma ion source, the plasma potential of the plasma fluctuates, so that the energy of the ion beam has a line width of about 10 eV. This wide line width ion beam is difficult to scan by Deflection Octopole. In addition, the ion beam of such a wide line width is difficult to be focused at one point by the magnetic lens.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유도 결합 플라즈마 소스를 사용하면서, 종래의 Deflection Octopole를 대체할 새로운 공간 스캐닝을 위한 스캐닝 스테이지가 제안된다.According to one embodiment of the present invention, a scanning stage for a new space scanning is proposed, replacing the conventional Deflection Octopole, while using an inductively coupled plasma source.
전자 빔과 이온 빔의 이중 빔을 사용하는 경우, 이온 빔의 경로와 전자 빔의 경로의 교점이 생긴다. 전자 빔은 정전 렌즈(33)를 통하여 상기 교점에 초점을 가지도록 제어될 수 있다. 또한, 상기 이온 빔은 상기 아인젤 렌즈(23)를 통하여 상기 교점에 초점을 가지도록 제어될 수 있다. 스캐닝 스테이지(200)는 경사 스테이지(220)를 포함한다. 상기 경사 스테이지(220)는 상기 이온 빔과 상기 전자 빔의 교점을 중심으로 x-z 평면에서 회전할 수 있다. 이 경우, 이온 빔은 상기 스캐닝 스테이지(200)의 이동 축을 이동하여 시료의 표면 가공을 수행할 수 있다. 시료의 표면 가공이 완료된 후, 상기 시료의 표면 영상을 얻기 위하여, 상기 경사 스테이지(220)는 소정의 경사 각도로 회전할 수 있다. 이 경우, 표면 가공을 위하여 사용된 소정의 좌표는 SEM 이미지를 얻기 위한 위치의 좌표로 사용될 수 있다. 따라서, 용이하게 SEM 영상이 획득될 수 있다. 이를 위하여, 상기 경사 스테이지의 회전 중심은 상기 이온 빔의 경로와 전자 빔의 경로의 교점과 일치하도록 초기에 정렬될 수 있다. When a double beam of an electron beam and an ion beam is used, an intersection of the path of the ion beam and the path of the electron beam is generated. The electron beam can be controlled through the
상기 스캐닝 스테이지(200)는 상기 이온 빔에 수직한 xy 평면에서 y축 방향으로 선형 운동하는 y축 스테이지(210), 상기 y축 스테이지 상에 장착되고 상기 이온 빔과 상기 전자 빔의 교점을 중심으로 일정한 반경의 원주 상에서 회전하는 경사 스테이지(220), 상기 경사 스테이지 상에 장착되고 z축 방향으로 이동하는 z축 스테이지(230), 상기 z축 스테이지 상에 장착되고 x 축 방향으로 이동하는 x축 스테이지(240), 및 상기 x축 스테이지 상에 장착되고 z 축을 중심으로 회전 운동을 제공하는 회전 스테이지(250)를 포함할 수 있다.The
y축 스테이지(210), 경사 스테이지(220), z축 스테이지(230), x축 스테이지(240), 및 회전 스테이지(250) 각각은 링크(50)를 통하여 상기 챔버(10)의 외부에 배치된 대응하는 모터(59)에 의하여 각각 구동될 수 있다.Each of the y-
y축 스테이지(210)는 xy 평면에 배치된 y축 하판(211), 상기 y축 하판(211)과 고정 결합하고 y축 방향으로 연장되는 하부 y축 레일(212), 상기 하부 y축 레일과 미끄럼 결합하여 y축 방향으로 직선 운동하는 상부 y축 레일(213), 상기 상부 y축 레일과 고정 결합하는 y축 상판(214), 및 상기 y축 하판에 고정결합하고 회전하는 볼트 구조의 구동축(215b)과 너트 구조의 너트부(215c)를 이용하여 상기 y축 상판(214)에 y축 방향의 힘을 제공하는 y축 구동부(215)를 포함할 수 있다.The y-
y축 하판(211)은 xy 평면에 배치되고, 4각판일 수 있다. 하부 y축 레일(212) 및 상기 상부 y축 레일(213)은 서로 접촉하면서 나란히 y축 방향으로 연장되고, 서로 미끄럼 결합할 수 있다. 상기 하부 y축 레일(212)은 상기 y축 하판에 고정 결합하고, 상기 상부 y축 레일(213)은 상기 y축 상판에 결합할 수 있다. 하부 y축 레일(212) 및 상기 상부 y축 레일(213)은 2 쌍일 수 있다. 상기 y축 상판은 4각판 형상으로 상기 y축 구동부(215)에 의하여 y축 방향으로 이동될 수 있다. The y-axis
y축 구동부(215)는 구동축(215b)을 양단에서 각각 지지하는 지지부(215a)를 포함할 수 있다. 상기 지지부(215a)는 상기 y축 하판(211)의 가장 자리에 고정될 수 있다. 링크(51)를 통하여 상기 구동축(215b)이 회전함에 따라, 상기 너트부(215c)는 상기 구동축을 따라 y축 방향으로 이동할 수 있다. 상기 너트부에 고정 결합된 고정부(215d)는 상기 y축 상판(214)에 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 y축 상판(214)이 이동할 수 있다. 리크(51)는 상기 구동축(215b)을 회전시킬 수 있다.The y-
상기 y축 스테이지(210)가 이동하는 경우, 이온 빔과 전자 빔의 교점(F)는 변경되지 않는다. 따라서, 상기 y축 스테이지(210)는 초기 정렬을 위하여 사용될 수 있다. 또는, 상기 y축 스테이지(210)는 초기 위치로 복귀한 후에 상기 경사 스테이지가 회전할 수 있다.When the y-
상기 경사 스테이지(220)는 상기 y축 상판(214)에 장착되고 x축을 중심으로 회전하는 웜(worm; 221), 원호 형상으로 절단되고 상기 웜(221)과 맞물려 돌아가는 웜기어(222), 상기 y축 스테이지(210) 상에 장착되고 일정한 반경을 가지는 원호 형상의 경사 레일(223), 및 상기 웜기어(222)에 고정결합하고 상기 경사 레일(223)에 결합하여 극각(polar angle, θ)을 변경도록 가이드하는 가이드부(225)를 포함할 수 있다.The
상기 경사 스테이지(220)의 회전 각도(θ)는 -5 도 내지 95 일 수 있다. 상기 경사 스테이지(220)의 회전 각도는 이온빔의 진행 방향과 시료 평면의 수직 방향 사이의 각도로 정의될 수 있다. The angle of rotation (?) Of the
상기 웜(221)은 숫나사 형상이고, 상기 윔의 축의 양단은 지지부(226)에 고정될 수 있다. 상기 지지부(226)는 베이링을 통하여 상기 윔(221)의 회전운동을 제공할 수 있다. 상기 지지부(226)는 y축 상판(214)의 가장 자리에 고정될 수 있다. 상기 웜기어(222)는 일정한 반경의 원주를 절단한 원호 형상일 수 있다. 상기 원호의 중심각은 90 내지 110도 일 수 있다. 경사 레일(223)은 상기 y축 상판(214)에 고정될 수 있다. 상기 경사 레일은 원호 형상이고 상기 웜기어와 같은 중심각을 가질 수 있다. 상기 가이드부(225)는 상기 경사 레일(223)을 따라 상기 웜기어(222)와 같이 회전할 수 있다. 상기 웜기어(222)의 회전의 중심은 전자 빔과 이온 빔의 교점(F)에 일치할 수 있다. 경사 레일(223)은 경사 레일 지지부(미도시)에 의하여 지지되고, 상기 경사 레일 지지부는 y축 상판에 고정될 수 있다. 상기 경사 레일(223)은 두 개이고, 서로 나란히 y축 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 경사 레일(223)의 배치 평면은 xz 평면일 수 있다. 링크(52)는 상기 웜(221)을 회전시킬 수 있다. The
상기 경사 스테이지(220)은 SEM 이미지를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 또는, 상기 경사 스테이지(220)은 이온 빔을 이용하여 3차원적 물체 (예를 들어 스쿠루)를 가공하는 경우 사용될 수 있다.The tilting
상기 z축 스테이지(230)는 상기 상기 가이드부(225)에 고정되고 xz 평면에 배치되는 기준판(231), 상기 기준판(231)에 고정 결합하는 z축 방향으로 연장되는 z축 기준 레일(232), 상기 z축 기준 레일(232)에 결합하여 z축 방향으로 이동하는 z축 이동 레일(233), 상기 z축 이동 레일(233)과 고정 결합하는 이동판(234), 및 상기 기준판(231)의 측면에 고정결합하고 회전하는 볼트 구조의 구동축과 너트 구조의 너트부를 이용하여 상기 이동판에 z축 방향의 힘을 제공하는 z축 구동부(235)를 포함할 수 있다.The z-
기준판(231)은 xz 평면에 배치되고 상기 가이드부(225)와 고정 결합한다. 이에 따라, 상기 기준판(225)의 극각이 변함에 따라, 상기 기준판(231)은 회전한다. 상기 기준판(231)이 회전함에 따라, 상기 기준판(231)이 상기 y축 상판(214)이 걸리지 않고록 상기 y축 상판(214)의 중심 부위는 함몰될 수 있다. z축 기준 레일(232)은 상기 기준판(231)에 고정되고, z축 방향으로 연장될 수 있다. 또한, z축 이동 레일(233)과 상기 z축 기준 레일(232)은 서로 나라히 연장되고 서로 미끄러지면서 결합할 수 있다. 상기 z축 이동 레일(233)은 상기 이동판(234)에 고정결합할 수 있다. 상기 z축 이동 레일과 상기 z축 기준 레일은 두 쌍일 수 있다. 한 쌍의 각각의 z축 이동 레일과 z축 기준 레일은 다른 한 쌍의 z축 이동 레일과 z축 기준 레일과 x 축 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. The
z축 구동부(235)는 상기 기준판(231)의 측면에 고정 결합하는 링크 가이드부(235a), 상기 링크 가이드부(235a)에 결합하는 제1 베벨 기어(미도시), 및 상기 제1 베벨 기어에 기어 결합하여 회전축을 90도 꺽는 제2 베벨 기어(235b), 상기 제2 베벨 기어(235b)의 회전력을 전달받는 수직 구동축(235d), 상기 수직 구동축(235d)을 지지하면서 회전력을 전달하지 않는 수직 지지부(235c), 및 상기 수직 구동축(235d)의 회전력을 전달받아 상기 이동판(234)에 동력을 전달하는 동력 전달부(235e)를 포함한다. 상기 수직 구동부(235d)는 볼트 형상을 가진다. 이에 따라, 상기 수직 지지부(235c)는 베어링을 통하여 상기 수직 구동부가 회전함에도 불구하고 제자리를 유지할 수 있다. 상기 수직 지지부(235c)는 상기 기준판(231)의 측면에 고정 결합할 수 있다. 상기 동력 전달부(235e)는 스크루 형상의 상기 수직 구동부로부터 회전력을 전달받아 상기 이동판에 수직 운동을 제공할 수 있다. 링크는 상기 제1 베벨 기어를 회전시킬 수 있다.The z-axis driving unit 235 includes a
x축 스테이지(240)는 상기 이동판(234)에 고정 결합하고 xy 평면에 배치되는 x축 하판(241), 상기 x축 하판에 장착되고 x축 방향으로 연장되는 x축 하부 레일(242), 상기 x축 하부 레일에 결합하여 x축 방향으로 이동하는 x축 상부 레일(243), 상기 x축 상부 레일과 고정결합하는 x축 상판(244), 및 상기 x축 상판에 상부면에 고정결합하고 회전하는 볼트 구조의 구동축과 너트 구조의 너트부를 이용하여 상기 x축 상판에 x축 방향의 힘을 제공하는 x축 구동부(245)를 포함할 수 있다.The
xy 평면에 배치된 x축 하판(241)은 상기 z축 스테이지의 이동판(234)에 고정 결합할 수 있다. 이에 따라, 상기 z축 스테이지가 z축 운동을 하는 경우, 상기 x축 하판(241)은 같이 움질일 수 있다. 상기 x축 하판(241)의 상부에는 x축 하부 레일(242)이 x축 방향으로 연장되도록 장착될 수 있다. x축 하부 레일(242)은 상기 x축 하판(241)과 고정결합할 수 있다. 상기 x축 상부 레일(243)은 x축 상판(244)에 x축 방향으로 연장되도록 장착될 수 있다. 상기 x축 상부 레일(243)과 x축 하부 레일(242)은 x축 방향으로 서로 미끄러지도록 결합할 수 있다.The x-axis
x축 구동부(245)는 제1 베벨 기어(245b)와 상기 제1 베벨기어(245b)와 기어 결합하는 제2 베벨기어(245c)를 포함할 수 있다. 상기 제1 베벨기어(245b)의 중심축은 y축 방향으로 배치되고, 제2 베벨기어(245c)의 중심축은 x축 방향으로 배치될 수 있다. 상기 제1 베벨기어(245b)는 제1 베벨기어 지지부(245a)에 의하여 지지될 수 있다. 상기 제1 베벨기어 지지부(245a)는 상기 x축 하판(241)에 직접 또는 간접적으로 고정결합할 수 있다. 상기 제2 벨기어(245c)는 스크루 형상의 x 구동축(245e)을 회전시킨다. 상기 x 구동축(245e)은 볼트 형상을 가질 수 있다. 상기 너트 형상의 회전력을 전달받는 부위(245f)는 상기 x축 상판(244)에 고정결합할 수 있다. x 구동축(245c)의 양단은 베어링을 포함하는 지지부(245d)에 의하여 고정될 수 있다. 링크(54)는 상기 제1 베벨 기어(245b)를 회전시킬 수 있다.The
상기 회전 스테이지(250)는 상기 x축 스테이지의 x축 상판(244)에 장착되는 회전 웜(251), 및 상기 x축 스테이지에 장착되고 상기 회전 웜(251)에 기어 결합하는 회전 웜기어(252)를 포함할 수 있다. 상기 회전 웜(251)은 y축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 회전 웜(251)은 상기 x축 상판(244)에 장착되고, 상기 회전 웜(251)의 양단은 베어링을 통하여 지지될 수 있다. 상기 회전 웜기어(252)는 디스크 형상으로 z축을 중심으로 360도 회전할 수 있으며, 상기 x축 상판(244)에 회전축이 고정될 수 있다. 상기 회전 웜기어(252)는 xy 평면에 배치될 ㅅ되수 있다. 상기 회전 웜기어(252)의 상부에 시료를 장착할 수 있는 수단이 장착될 수 있다. 상기 회전 웜(251)은 링크(55)를 통하여 모터에서 회전력을 전달받을 수 있다.The
배기 게이트 밸브는 상기 챔버에 연결되어 상기 챔버를 배기할 수 있다. 상기 챔버의 동작 압력은 0.1 밀리토르 이하인 것이 바람직하다. 상기 배기 게이트 밸브는 상기 챔버의 하부면에 형성된 포트를 통하여 연결될 수 있다.An exhaust gate valve may be connected to the chamber to evacuate the chamber. The operating pressure of the chamber is preferably 0.1 milliTorr or less. The exhaust gate valve may be connected through a port formed in the lower surface of the chamber.
진동 감쇠부(Vibration damper)는 상기 배기 게이트 밸브의 후단에 연결될 수 있다. 이에 따라, 진동 감쇠부는 고진공 펌프 또는 저진공 펌프에 발생된 진동에너지가 상기 챔버에 전달되는 것을 억제할 수 있다. 고진공 펌프는 상기 진동 감쇠부 후단에 연결될 수 있다. 상기 고진공 펌프는 대용량의 터보분자펌프(Turbo molecular pump; TMP)일 수 있다. 상기 고진공 펌프의 후단은 저진공 펌프와 연결될 수 있다. 또한, 상기 고진공 펌프와 상기 저진공 펌프의 사이에 제1 저진공 밸브가 배치될 수 있다. 또한, 제2 저진공 밸브는 별도의 배기라인을 통하여 상기 챔버에 연결될 수 있다. 상기 제2 저진공 밸브는 상기 저진공 펌프와 연결될 수 있다.A vibration damper may be connected to a rear end of the exhaust gate valve. Accordingly, the vibration damping portion can suppress transmission of the vibration energy generated in the high vacuum pump or the low vacuum pump to the chamber. The high vacuum pump may be connected to the rear end of the vibration damping portion. The high vacuum pump may be a large-capacity turbo molecular pump (TMP). The rear end of the high vacuum pump may be connected to a low vacuum pump. Further, a first low vacuum valve may be disposed between the high vacuum pump and the low vacuum pump. In addition, the second low vacuum valve may be connected to the chamber through a separate exhaust line. The second low vacuum valve may be connected to the low vacuum pump.
제1 압력 게이지(47)는 상기 챔버의 압력을 측정하고, 제2 압력 게이지(48)는 상기 고진공 펌프의 후단의 압력을 측정할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 고진공 펌프와 하나의 저진공 펌프를 사용하여 전체 시스템을 동작시킬 수 있다. 구체적으로, 배기 게이트 밸브 및 이온 빔 게이트 밸드를 폐쇄하고, 챔버의 도어가 개방되어, 시료가 로딩된다. According to one embodiment of the present invention, the entire system can be operated using one high vacuum pump and one low vacuum pump. Specifically, the exhaust gate valve and the ion beam gate bur are closed, and the door of the chamber is opened, and the sample is loaded.
이어서, 상기 제2 저진공 밸브를 개방됨에 따라, 상기 저진공 펌프는 상기 챔버를 저진공으로 펌핑한다. Subsequently, as the second low vacuum valve is opened, the low vacuum pump pumps the chamber to a low vacuum.
이어서, 상기 제2 저진공 밸브를 폐쇄하고, 상기 배기 게이트 밸브를 개방하고 상기 제1 게이트 밸브를 개방한다. 이에 따라, 상기 고진공 펌프와 상기 저진공 펌프는 상기 챔버를 저진공으로 펌핑한다. Subsequently, the second low vacuum valve is closed, the exhaust gate valve is opened, and the first gate valve is opened. Accordingly, the high vacuum pump and the low vacuum pump pump the chamber to a low vacuum.
이어서, 상기 이온 빔 게이트 밸브가 개방되고 이온 빔이 시료에 조사된다. 시료 가공이 완료된 경우, 상기 이온 빔 게이트 밸브는 다시 폐쇄된다. 따라서, 고진공 펌프는 항상 켜진 상태로 동작하여, 상기 고진공 펌프의 부하가 감소한다. 또한, 안정적인 FIB 시스템의 진공 유지가 가능하다.Then, the ion beam gate valve is opened and an ion beam is irradiated onto the sample. When the sample processing is completed, the ion beam gate valve is closed again. Therefore, the high vacuum pump always operates in the ON state, and the load of the high vacuum pump is reduced. In addition, it is possible to maintain a stable FIB system in vacuum.
이온 빔은 Deflection Octopole을 사용하여 스캐닝하지 않는다. 따라서, 이온 빔의 세기 또는 휘도(birightness)가 일정하며, 시료에 입사하는 각도가 일정하다. 이온 빔은 입사각도에 따른 식각률 또는 스퍼터링 레이트가 다르기 때문에, 안정적인 이온 밀링(ion milling)이 수행될 수 있다.Ion beams are not scanned using Deflection Octopole. Therefore, the intensity or brightness of the ion beam is constant, and the incident angle to the sample is constant. Stable ion milling can be performed because the ion beam has a different etching rate or sputtering rate depending on the incident angle.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 이온 빔을 이용하여 면을 갈아내는 경우, 이온 빔의 초점에 다른 가스가 주입될 수 있다. 가스 분사부(18)는 상기 이온 빔과 상기 전자 빔의 교점에 불활성 가스를 주입할 수 있다. 이 경우, 불활성 가스는 이온 빔의 초점에만 주입되고, 주입된 가스는 상기 이온 빔과 충돌할 수 있다. 이에 따라, 이온 빔은 산란하여 초점 이외의 영역을 스퍼터링할 수 있다. 따라서, 시료의 표면은 균일하게 갈릴 수 있다. 상기 불활성 가스는 제논, 아르곤, 또는 크립톤과 같은 불활성 가스일 수 있다. According to a modified embodiment of the present invention, when the surface is ground using the ion beam, another gas can be injected into the focus of the ion beam. The
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And all of the various forms of embodiments that can be practiced without departing from the technical spirit.
10: 챔버
20: 이온빔 소스
30: 전자빔 소스
200: 스캐닝 스테이지10: chamber
20: ion beam source
30: electron beam source
200: scanning stage
Claims (13)
상기 챔버에 수직으로 배치되고 -z축 방향으로 진행하는 이온 빔을 제공하는 집속 이온 빔 소스;
상기 챔버에 경사를 가지고 배치되고 상기 이온 빔과 소정의 각도를 가지고 진행하는 전자빔을 x-z 평면에 제공하는 전자 빔 소스; 및
상기 이온 빔과 상기 전자 빔의 교점을 중심으로 x-z 평면에서 회전하는 스캐닝 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.A chamber maintained in vacuum;
A focused ion beam source disposed perpendicular to the chamber and providing an ion beam traveling in a -z axis direction;
An electron beam source disposed in the chamber with an inclination and providing an electron beam traveling in the xz plane at an angle with the ion beam; And
And a scanning stage rotating in an xz plane about an intersection of the ion beam and the electron beam.
상기 집속 이온 빔 소스는 유도 결합 플라즈마 이온 소스인 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.The method according to claim 1,
Wherein the focused ion beam source is an inductively coupled plasma ion source.
상기 스캐닝 스테이지는:
상기 이온 빔에 수직한 xy 평면에서 y축 방향으로 선형 운동하는 y축 스테이지;
상기 y축 스테이지 상에 장착되고 상기 이온 빔과 상기 전자 빔의 교점을 중심으로 일정한 반경의 원주 상에서 회전하는 경사 스테이지;
상기 경사 스테이지 상에 장착되고 z축 방향으로 이동하는 z축 스테이지;
상기 z축 스테이지 상에 장착되고 x 축 방향으로 이동하는 x축 스테이지; 및
상기 x축 스테이지 상에 장착되고 z 축을 중심으로 회전 운동을 제공하는 회전 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 집속 이온 빔 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
The scanning stage includes:
A y-axis stage linearly moving in the y-axis direction in an xy plane perpendicular to the ion beam;
An inclined stage mounted on the y-axis stage and rotating on a circumference having a constant radius around an intersection of the ion beam and the electron beam;
A z-axis stage mounted on the inclined stage and moving in the z-axis direction;
An x-axis stage mounted on the z-axis stage and moving in the x-axis direction; And
And a rotating stage mounted on the x-axis stage and providing rotational motion about a z-axis.
y축 스테이지, 경사 스테이지, z축 스테이지, x축 스테이지, 및 회전 스테이지 각각은 링크를 통하여 상기 챔버 외부에 배치된 대응하는 모터에 의하여 각각 구동되는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.The method of claim 3,
wherein each of the y-axis stage, the tilting stage, the z-axis stage, the x-axis stage, and the rotation stage is driven by a corresponding motor disposed outside the chamber via a link.
y축 스테이지는:
xy 평면에 배치된 y축 하판;
상기 y축 하판과 고정 결합하고 y축 방향으로 연장되는 하부 y축 레일;
상기 하부 y축 레일과 미끄럼 결합하여 y축 방향으로 직선 운동하는 상부 y축 레일;
상기 상부 y축 레일과 고정 결합하는 y축 상판; 및
상기 y축 하판에 고정결합하고 회전하는 볼트 구조의 구동축과 너트 구조의 너트부를 이용하여 상기 y축 상판에 y축 방향의 힘을 제공하는 y축 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.The method of claim 3,
The y-axis stage is:
a y-axis bottom plate disposed in the xy plane;
A lower y-axis rail fixedly coupled to the y-axis lower plate and extending in the y-axis direction;
An upper y-axis rail slidably engaged with the lower y-axis rail and linearly moving in the y-axis direction;
A y-axis upper plate fixedly coupled to the upper y-axis rail; And
And a y-axis driving unit for providing a force in the y-axis direction to the y-axis upper plate by using a driving shaft having a bolt structure fixed to the y-axis lower plate and rotating and a nut unit having a nut structure.
상기 경사 스테이지는:
상기 y축 스테이지 상에 장착되고 x축을 중심으로 회전하는 웜;
원호 형상으로 절단되고 상기 웜과 맞물려 돌아가는 웜기어;
상기 y축 스테이지 상에 장착되고 일정한 반경을 가지는 원호 형상의 경사 레일; 및
상기 웜기어에 고정결합하고 상기 경사 레일에 결합하여 극각을 변경도록 가이드하는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.The method of claim 3,
The inclined stage comprises:
A worm mounted on the y-axis stage and rotating about an x-axis;
A worm gear cut into an arc shape and engaged with the worm;
An arc-shaped inclined rail mounted on the y-axis stage and having a constant radius; And
And a guide unit fixedly coupled to the worm gear and coupled to the inclined rail to guide a change in polar angle.
상기 z축 스테이지는:
상기 경사 스테이지에 장착되고 xz 평면에 배치되는 기준판;
상기 기준판에 고정 결합하는 z축 방향으로 연장되는 z축 기준 레일;
상기 z축 기준 레일에 결합하여 z축 방향으로 이동하는 z축 이동 레일;
상기 z축 이동 레일과 고정 결합하는 이동판; 및
상기 기준판의 측면에 고정결합하고 회전하는 볼트 구조의 구동축과 너트 구조의 너트부를 이용하여 상기 이동판에 z축 방향의 힘을 제공하는 z축 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.The method according to claim 6,
The z-axis stage includes:
A reference plate mounted on the inclined stage and disposed in the xz plane;
A z-axis reference rail extending in the z-axis direction fixedly coupled to the reference plate;
A z-axis moving rail coupled to the z-axis reference rail and moving in the z-axis direction;
A moving plate fixedly coupled to the z-axis moving rail; And
And a z-axis driving unit for providing a force in the z-axis direction to the moving plate by using a drive shaft having a bolt structure fixed to the side surface of the reference plate and rotating and a nut part having a nut structure.
x축 스테이지는:
상기 이동판에 고정 결합하고 xy 평면에 배치되는 x축 하판;
상기 x축 하판에 장착되고 x축 방향으로 연장되는 x축 하부 레일;
상기 x축 하부 레일에 결합하여 x축 방향으로 이동하는 x축 상부 레일;
상기 x축 상부 레일과 고정결합하는 x축 상판; 및
상기 x축 상판에 상부면에 고정결합하고 회전하는 볼트 구조의 구동축과 너트 구조의 너트부를 이용하여 상기 x축 상판에 x축 방향의 힘을 제공하는 x축 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.8. The method of claim 7,
The x-axis stage is:
An x-axis lower plate fixedly coupled to the moving plate and disposed in an xy plane;
An x-axis lower rail attached to the x-axis lower plate and extending in the x-axis direction;
An x-axis upper rail coupled to the x-axis lower rail and moving in the x-axis direction;
An x-axis top plate fixedly coupled to the x-axis upper rail; And
And an x-axis driving unit for providing a force in the x-axis direction to the x-axis upper plate using a drive shaft having a bolt structure fixed to the upper surface of the x-axis upper plate and rotating and a nut unit having a nut structure. Beam device.
상기 회전 스테이지는:
상기 x축 스테이지에 장착되는 회전 웜; 및
상기 x축 스테이지에 장착되고 상기 웜에 기어 결합하는 회전 웜기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.9. The method of claim 8,
The rotating stage comprises:
A rotary worm mounted on the x-axis stage; And
And a rotating worm gear mounted on the x-axis stage and gear-coupled to the worm.
상기 이온 빔과 상기 전자 빔의 교점에 불활성 가스를 주입하는 가스 분사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a gas injection unit injecting an inert gas at an intersection of the ion beam and the electron beam.
상기 경사 스테이지의 회전 각도는 -5 도 내지 95 인 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.The method according to claim 1,
Wherein the rotation angle of the inclined stage is in the range of -5 to 95 degrees.
상기 집속 이온 빔 소스는
가속된 이온 빔을 생성하는 이온 가속부; 및
가속된 이온 빔을 집속하는 아인젤 렌즈(Einzel)를 포함하고,
상기 아인젤 렌즈와 상기 이온 가속부 사이에 이온 빔 게이트 밸브가 배치된 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.The method according to claim 1,
The focused ion beam source
An ion accelerator for generating an accelerated ion beam; And
And an Einzel lens for focusing the accelerated ion beam,
And an ion beam gate valve is disposed between the Einzel lens and the ion accelerating unit.
상기 챔버에 연결된 배기 게이트 밸브;
상기 배기 게이트 벨브의 후단에 연결된 진동 감쇠부(Vibration damper);
상기 진동 감쇠부 후단에 연결된 고진공 펌프;
상기 고진공 펌프의 후단에 연결된 제1 저진공 밸브;
상기 챔버에 연결된 제2 저진공 밸브; 및
상기 제2 저진공 밸브의 후단에 연결되고 상기 제2 저진공 밸브의 후단에 연결된 저진공 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.
The method according to claim 1,
An exhaust gate valve connected to the chamber;
A vibration damper connected to a rear end of the exhaust gate valve;
A high vacuum pump connected to a rear end of the vibration damping unit;
A first low vacuum valve connected to a rear end of the high vacuum pump;
A second low vacuum valve connected to the chamber; And
Further comprising a low vacuum pump connected to a downstream end of the second low vacuum valve and connected to a downstream end of the second low vacuum valve.
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---|---|---|---|
KR1020140060947A KR20150134080A (en) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | Fouced Ion Beam Apparatus |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110646445A (en) * | 2019-11-12 | 2020-01-03 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | Angle measuring device and using method thereof |
CN112735936A (en) * | 2021-01-04 | 2021-04-30 | 北京理工大学 | Micro-mirror side wall processing method for etching by inductively coupled plasma and focused ion beam |
-
2014
- 2014-05-21 KR KR1020140060947A patent/KR20150134080A/en not_active Application Discontinuation
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