KR20150144849A - 하전입자 빔 정렬 장치 및 이의 이용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하전입자 빔 조사각도를 조절하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 하전입자 빔을 방출하는 하전입자 빔 소스; 상기 하전 입자 빔 소스와 하기 경통사이를 연결하며, 센터링과 오링의 결합에 의해 이루어지는 각도 조절장치; 및 상기 각도조절장치와 연결되며, 전기장 또는 자기장에 의해 상기 하전입자 빔을 집속하며, 하전입자 빔 프로브를 형성시키는 집속렌즈군을 포함하는 경통부;를 포함하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치에 관한 것이다.

Description

하전입자 빔 정렬 장치 및 이의 이용방법{APPARATUS FOR BEAM ALIGNMENT OF CHARGED PARTICLE BEAM AND METHOD FOR USING THEREOF}

본 발명은 하전입자 빔 정렬 장치 및 이의 이용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자빔 또는 이온빔 등의 하전입자 빔을 이용한 장치의 하전입자 빔의 조사각 정렬 장치 및 이를 이용한 하전입자 빔의 조사각 조절 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하전입자는 전하를 갖고 있는 상태의 입자로서 양이나 음의 전하를 갖고 있어 전기적인 영향을 쉽게 받으며, 다양한 분야에 응용될 수 있다. 예컨대, 전자빔 또는 이온빔을 사용한 전자현미경은 반도체나 고분자와 같은 재료 시료의 표면과 내부구조 등을 매우 높은 배율과 해상도로 관찰할 수 있다.

상기 전자빔 또는 이온빔 등의 하전입자 빔을 이용하는 분야에서 광원인 전자빔 또는 이온빔 등의 하전입자 빔 소스와 다단의 전기렌즈, 자기렌즈, 스캐너, 어퍼쳐 등으로 이루어져 있는 경통 및 스테이지의 정렬이 중요하다.

상기 하전입자 빔을 이용한 장치의 예로서, 하전입자 빔 현미경은 광학현미경과는 달리 전자빔 또는 이온빔을 사용하기 때문에 현미경의 내부는 진공상태로서, 상기 전자빔 또는 이온빔은 공기와 충돌하여 에너지가 소실되거나 굴절되는 등 조사빔의 방향을 제어하는데 어려움이 있다.

이러한 전자빔 또는 이온빔 등의 하전입자빔이 시료 표면에 입사할 때, 수직방향으로 입사가 되지 않거나 설계자가 원하는 방향대로 입사가 되지 않으면 정확한 측정값을 얻기가 어렵다는 문제점이 있고, 그렇기 때문에 정확한 측정값을 얻기 위해서는 전자빔 또는 이온빔의 정확한 조사와 복잡한 구성요소를 갖지 않고 단순하면서도 용이하게 조절가능한 수단에 의한 하전입자 빔의 조사각을 조절할 수 있는 장치의 필요성이 있다.

한편, 하전입자 빔의 조사각을 조절하기 위한 종래 기술로서, 등록특허공보 제10-1156124호(2012.06.07.)에서는 소형 컬럼이 적용되는 열방사형 주사 전자 현미경이나 E-BEAM 리소그라피에 적용 가능한 전자빔 방출 장치에 있어. 얼라인 조절나사의 조절을 통해 전자총의 얼라인을 조절가능하게 하는 전자빔 방출 장치에 관해 기재되어 있고, 미국특허공보 제4,663,525호(1987.05.05.)는 전자현미경에서 렌즈의 축과 전자총 방출 팁의 정확한 축의 일치를 하기 위해 진공 챔버의 외부에서 조절 나사를 통하여 빔의 위치를 조정하여 전자현미경에서의 전자총을 조절하는 방법에 관해 기재되어 있으며, 미국특허공보 제6,661,009호(2003.12.09.)는 벨로우즈 타입으로 빔의 경사 각도를 조절하여 일정한 빔 포인트를 유지하면서 경사 각도를 정밀하게 제어할 수 있도록 각 변위의 범위에 걸쳐 전기, 기계적으로 구동할 수 있는 빔 시스템의 각도 조절 장치에 관한 기술이 기재되어 있다.

그러나, 상기와 같은 벨로우즈 타입에 따른 하전입자 빔 조사각 조절장치는 한번 제작을 하면 수정이 불가능하기 때문에 제작된 경사 각도를 변경하기 위해서는 벨로우즈를 새로 제작해야한다는 문제점이 있다.

또한, 하전입자 빔을 이용한 장치의 연구 및 개발에 있어서, 다단의 전기렌즈, 자기렌즈, 스캐너, 어퍼쳐 등으로 이루어져 있는 경통 및 스테이지의 신속한 정렬 및 적당한 조사각의 변화를 신속하게 수행하는 것은 연구개발의 기간을 단축하기 위해 반드시 필요한 작업에 해당하나, 상기와 같은 종래기술에 따른 장치의 경우에 사용자가 원하는 실험조건에 능동적으로 대처할 수 있는,신속하면서도 용이하게 하전입자 빔의 조사각을 조절할 수 없는 문제점이 있어 이의 개선이 필요한 실정이다.

또한, 반도체 공정 및 디스플레이 분야 등 미세공정 분야에서의 분석이나 미세 패턴화 작업을 하려면 하전입자 빔을 이용한 현미경, 또는 가공장치가 필수적이며, 이의 제작 및 평가에 있어서, 하전입자 빔 소스와 다단의 전기렌즈, 자기렌즈, 스캐너, 어퍼쳐 등으로 이루어져 있는 경통 및 스테이지의 정렬 및 조사각 조절을 통한 장비의 조립 및 평가를 신속히 수행하여야 하며, 이러한 목적을 달성시키기 위한 새로운 구조의 하전입자 빔 조사각 조절 장치의 개발의 필요성이 지속적으로 요구되고 있다.

한국등록특허공보 제10-1156124호(2012.06.07) 미국특허 제4,663,525 A 호(1987.05.05) 미국특허 제6,661,009 B1 호(2003.12.09)

상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 보다 간단한 구조를 가지면서도 신속하게 사용자가 원하는 각도로 하전입자 빔 소스로부터 하전입자 빔의 조사각을 조절할 수 있는 하전입자 빔 조사각 조절 장치 및 이의 응용 장치를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 이용하여 보다 편리하면서도 신속하게 하전입자 빔 이용 장치내 하전입자 빔을 정렬하는 방법을 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 하전입자 빔을 방출하는 하전입자 빔 소스; 상기 하전 입자 빔 소스와 하기 경통부사이를 연결하며, 센터링과 오링의 결합에 의해 이루어지는 각도 조절장치; 및 상기 각도조절장치와 연결되며, 전기장 또는 자기장에 의해 상기 하전입자 빔을 집속하며, 하전입자 빔 프로브를 형성시키는 집속렌즈군을 포함하는 경통부;를 포함하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 포함하는 하전입자 빔 현미경, 시료 가공 장치, 또는 집속 이온 빔(FIB) 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 하전입자 빔을 방출하는 하전입자 소스; 및 전기장 또는 자기장에 의해 상기 하전입자 빔을 집속하며, 하전입자 빔 프로브를 형성시키는 집속렌즈군을 포함하는 경통부;를 포함하는 하전입자 빔 이용 장치내 하전입자 빔 정렬 방법으로서, 상기 하전 입자 소스와 경통부사이에 센터링과 오링의 결합에 의해 이루어지는 각도 조절장치를 구비하여 하전 입자 소스와 경통부를 연결하며, 상기 각도조절장치를 구부림(tilting)으로써, 상기 하전입자 빔 이용 장치내 하전입자 빔의 정렬 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 하전입자 빔 조사각 조절 장치는 종래 기술에 따른 장치 보다 간단한 구조를 가지면서도 신속하게 사용자가 원하는 각도로 하전입자빔 소스로부터 하전입자 빔의 조사각을 조절할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 진공 부품 간의 각도 조절이 필요한 장치 혹은 장비에서 사용자가 간편하면서도 정확하게 각도를 조절할 수 있어, 실험조건에 능동적으로 대처할 수 있는 효과가 있다.

또한, 하전입자 빔 조사각 조절 장치는 최소의 비용으로 빔의 조사 각도를 조절하기에 이와 관련된 하전입자 빔 현미경, 시료 가공 장치, 또는 집속 이온 빔(FIB) 장치 등의 응용장비를 설계 및 제작하는 비용과 시간을 단축하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 하전입자 빔 시스템의 구성을 도시화한 그림이다.
도 2는 본 발명에서 사용되는 각도조절장치의 일 실시예를 도시화한 그림이다.
도 3은 본 발명에서 사용되는 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 이용하여 X축 방향으로 이동한 빔의 경로의 사진을 도시하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 이용하여 Y축 방향으로 이동한 빔의 경로의 사진을 도시하였다.
도 6은본 발명의 일 실시예에 따른 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 이용 Δx, Δy의 변화 간격에 따라 이동한 빔의 경로를 연속적으로 나타낸 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장치 및 방법을 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

본 발명에서 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 도시하였다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 상기 하전입자 빔 조사각 조절 장치는 하전입자 빔을 방출하는 하전입자 빔 소스(10); 상기 하전 입자 빔 소스와 하기 경통부사이를 연결하며, 센터링과 오링의 결합에 의해 이루어지는 각도 조절장치(20); 및 상기 각도조절장치와 연결되며, 전기장 또는 자기장에 의해 상기 하전입자 빔을 집속하며, 하전입자 빔 프로브를 형성시키는 집속렌즈군을 포함하는 경통부(30);를 포함하여 이루어진다.

본 발명에서의 하전입자의 종류로서는 상기 집속렌즈군에 의해 입자빔의 조사방향이 제어될 수 있는 형태이면 그 종류에 제한되지 않고 사용할 수 있다. 일 실시예로서 상기 하전입자 빔은 전자빔 또는 이온빔일 수 있다.

상기 하전입자 빔으로서 이온빔이 사용되는 경우에 그 종류로서는 헬륨 이온빔, 네온 이온빔, 수소 이온빔 등이 사용가능하나, 이에 제한되지 않는다. 또한 집속 이온 빔(FIB) 장치의 용도로서 사용되는 이온빔으로서 Ga, In, Ar, Ne 등의 이온빔이 사용가능하다.

또한 상기 하전입자 빔 소스(10)는 상기 전자빔 또는 이온빔과 같은 하전입자빔을 생성할 수 있는 형태로서, 상기 하전입자빔을 방출할 수 있는, 텅스텐 필라멘트 등의 열전자 방출원, 금속팁(미도시)과 상기 금속팁로부터 방출하는 입자빔을 추출하여 집속렌즈군으로 유도하는 익스트랙션(Extraction) 렌즈(미도시)를 포함할 수 있다.

또한 상기 입자를 방출할 수 있는 금속팁은 길이가 짧고 뾰족하며 대칭적인 것이 바람직하다.

이와 같은 조건을 만족하며, 상기 입자 빔의 소스 팁의 재료는 가공이 쉽고 수명이 긴 특징을 가진 금속 팁이 바람직하기 때문에 상기 금속 팁으로서 텅스텐 팁, 몰리브덴, 이리듐, 프라티늄-이리듐 합금 등이 사용될 수 있다.

또한, 열전자 방출원으로는 융점이 높으면서도 상대적으로 전자방출이 잘되는 텅스텐, 탄탈륨, 이리듐, 이리듐-텅스텐 합금의 필라멘트와, 상기 재료 표면에 전자가 더 낮은 온도에서 방출되도록 이트륨, 바륨, 세슘 및 그 산화물을 코팅한 필라멘트가 사용될 수 있다.

또한 본 발명에서, 상기 집속렌즈군을 포함하는 경통부(30)는 고진공 상태를 유지할 수 있는 하우징을 포함하여 이루어지며, 내부에 전기장 또는 자기장에 의해 상기 하전입자 빔을 집속하며, 하전입자 빔 프로브를 형성시키는 집속렌즈군을 포함할 수 있다.

한편, 상기 집속렌즈군은 상기 하전입자 빔을 집속하여 주는 하나이상의 중간 집속렌즈, 및 최종 집속렌즈로서 빔 스폿인 하전입자 빔 프로브를 형성시키는 대물렌즈를 포함한다. 이때 중간 집속렌즈는 전기장 또는 자기장에 의해 상기 하전입자 빔을 집속하여 주는 역할을 하며, 하전입자 빔 소스쪽에 구비될 수 있고, 대물렌즈는 중간 집속렌즈의 반대쪽으로서, 검출기 또는 시료쪽에 위치할 수 있다.

상기 집속렌즈군내 중간집속렌즈와 대물렌즈를 포함하는 집속렌즈군은 내부에 포함된 전극을 통해, 하전입자 소스로부터 방출된 하전입자빔을 감속 시키거나 가속시키거나 조사방향을 변경시킬 수 있고, 다양한 형태로 감겨있는 다수의 코일 형태로 존재할 수 있다.

이를 구현하기 위해 일반적으로 상기 경통부(30)는 중간집속렌즈와 대물렌즈 사이에 편향기를 추가적으로 구비할 수 있으며, 상기 편향기에 의해 하전입자빔의 조사방향을 제어할 수 있다.

상기 편향기는 통상적으로 중간 집속렌즈와 대물렌즈 사이에 구비되는 것이 일반적으로서, 예시적으로 상단 및 하단으로 편향기를 복수로 구비하여 하전입자 빔의 궤도가 대물렌즈의 중심을 통과하도록 빔 궤도가 설정될 수 있게 제어될 수 있다.

이때, 상기 하전입자빔은 수차를 감소시키기 위해 상기 대물렌즈의 중심을 통과하도록 제어될 수 있다. 즉, 주사를 시킬 때 편향기에 의해 편향되는 빔이 최종 집속렌즈인 대물렌즈의 중심을 지나도록 제어될 수 있다. 또한 상기 경통부는 하전입자 소스로부터 방출된 하전입자 빔이 대물렌즈를 거쳐 조사되는 구멍 형태의 개구부 통로인 어퍼처를 포함할 수 있다.

상기 어퍼처는 단면이 원형, 다각형, 타원 또는 임의의 형태를 가지는 개구부일 수 있고, 또한 필요에 따라 상기 개구부의 개구부분이 얇은 두께의 격막에 의해 밀봉된 형태를 가질 수 있다. 이때, 상기 어퍼처가 격막에 의해 밀봉되는 경우에 격막의 두께는 10um 내지 3000 um 일 수 있고, 바람직하게는 20 um 내지 2000 um 일 수 있다. 또한 상기 격막 재료로서는 질화 실리콘(SiN), 그래핀 등에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 복합층일 수 있다.

상기 어퍼처의 크기는 직경 3000 um 이하일 수 있고, 바람직하게는 2000 um이하일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

따라서 본 발명에서의 하전입자 빔 시스템은 상기 개구부를 가진 어퍼처에 의해 개구형태만으로 이루어지도록 서로 개방되거나, 부분적으로 밀봉되거나 또는 격막을 포함하는 어퍼처에 의해 밀봉되어 진공챔버내 하전입자 소스로부터 방출되는 하전입자가 산란되지 않고 조사될 수 있도록 한다.

또한 본 발명에서의 상기 하전입자 빔 소스와 경통부는 고진공 상태로 유지되어야 하며, 이를 위해 상기 구성요소들은 진공챔버에 둘러싸인 형태로서 사용되거나 또는 진공챔버를 포함하는 형태로 사용될 수 있다.

이 경우에 상기 하전입자 빔 소스와 경통부 내부의 진공정도는 10^-4 mbar 이하의 범위를 갖는 고진공 영역일 수 있고, 바람직하게는 10^-5 mbar 이하의 범위를 갖는 고진공 영역일 수 있다.

이를 위해서 상기 진공챔버 내부를 상기와 같은 압력을 유지할 수 있도록 고진공용 진공펌프를 구비할 수 있다.

예시적으로, 상기 진공챔버는 진공펌프에 의해 고진공이 유지되는 진공공간을 형성한다.

이때 상기 진공펌프는 드라이 펌프, 확산펌프(diffusion pump), 터보 분자펌프(Turbo molecular pump), 이온펌프 (ion pump), 크라이오펌프 (cryopump), 로터리펌프 (rotary pump), 스크롤 또는 다이어프램 펌프등의 드라이 펌프 (dry pump) 로부터 선택되는 하나 이상을 포함하여 구비될 수 있다.

한편, 본 발명에서 상기 각도 조절장치(20)는 상기 하전 입자 빔 소스와 하기 경통부사이를 연결하며, 이는 센터링과 오링의 결합에 의해 이루어진다.

이때 상기 각도 조절장치(20)는 복수의 센터링과 오링의 반복 결합에 의해 이루어질 수 있고, 바람직하게는 1 내지 50회, 더욱 바람직하게는 2 내지 20회 교대로 반복 결합될 수 있으며, 반복되는 횟수는 사용자의 선택 또는 실험 조건에 따라 변경이 가능한 요소이다.

도 1에서는 본 발명에서의 상기 센터링과 오링이 4회 교대로 반복 결합된 각도조절장치(20)를 도시하고 있다.

여기서, 상기 센터링은 중심부에 상기 하전입자빔이 통과할 수 있도록 개구부를 포함하는 금속 재질로 이루어질 수 있고, 상기 오링이 접속될 수 있도록 단차 또는 요(凹)홈 형태의 그루브를 포함할 수 있다.

상기 단차 또는 그루브는 오링과의 접촉이 용이하도록 형성되며, 오링과 밀착되어 진공 상태를 유지할 수 있다.

도 2에서는 센터링의 단면 외곽쪽에 단차를 둔 센터링이 오링과 결합된 것을 도시하고 있다.

또한 상기 센터링의 두께(단면의 외곽으로부터 내부에 해당하는 개구부사이의 거리)는 상기 오링의 두께보다 크게 형성되는 것이 유리하다. 바람직하게는 오링의 두께 대비 2배 이상으로 형성되는 것이 좋으나, 이에 제한되지 않는다.

또한, 본 발명에서 사용되는 오링은 둥근 고리 형태의 고분자 재질을 사용할 수 있다. 예시적으로 상기 오링은 탄성력을 가진 실리콘, 바이톤, 고무 소재 등을 사용할 수 있다. 실리콘 재질의 오링은 일반적으로 -100 ℃ 에서 250℃의 온도까지 견딜 수 있는 내열성과 내한성 등의 우수한 특징을 가지며, 또한, 우수한 복원성과 난연성으로 진공장비에 쓰이는 오링으로 적합하다. 바이톤 재질의 오링은 내열성, 내화학성, 내마모성이 좋으나, 상기 오링의 소재는 이에 한정되지 않는다.

상기 오링은 압력에 의해 직접적인 영향을 받는다. 압력이 증가하면 비틀림이 생기고, 접촉면의 한쪽에 대하여 압착이 형성되며, 홈과 습동면 사이의 틈새가 봉새된다.

또한 본 발명에서 상기 하전입자 빔 조사각 조절 장치는 관찰 또는 가공하려는 시료를 지지하며, 상기 시료를 이동할 수 있는 시료 스테이지를 추가적으로 포함할 수 있다.

이는 주사전자현미경, 전자빔 방출 장치 등과 같은 시료 가공 장치에 있어, 시료가 놓여질 부분으로서, 대물렌즈 아래부분에 위치하게 되며, 시료를 지지하며, 지면에 평행인 x방향 및 y방향과 지면에 수직방향인 z방향으로 위치이동이 가능하도록 구비될 수 있다.

또한 본 발명의 하전입자 빔 조사각 조절 장치는 하전입자 빔을 검출하는 검출기(미도시)를 포함할 수 있다. 이때 상기 검출기는 디스플레이 장치 등의 표시장치에 연결되어 최종적으로 이미지로 정보가 표시될 수 있다.

이는 형광플레이트 등에 의해 하전입자 빔 자체를 직접적으로 검출하거나, 또는 마이크로채널 플레이트와 같은 전자 증폭장치를 이용하여 검출할 수 있고, 상기 하전입자 빔이 시료에 조사되는 경우에 시료의 표면에서 방사되는 여러 신호들, 즉 저에너지 이차 전자 신호, 고 에너지 후방산란 전자 신호, 작은 각도의 반사 전자신호, 및 큰 각도의 반사 전자 신호 등을 검출할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 포함하는 하전입자 빔 현미경, 집속 이온 빔(FIB) 장치 또는 시료 가공 장치를 제공한다.

즉, 본 발명은 상기 각도조절장치를 포함하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 하전입자 빔 현미경, 집속 이온 빔(FIB) 장치 또는 시료 가공 장치의 구성요소로서 사용함으로써, 이들 장치에서 보다 간편하고 용이하게 하전입자 빔의 정렬 또는 조절이 가능할 수 있다.

또한 본 발명은 하전입자 빔을 방출하는 하전입자 빔 소스(10); 및 전기장 또는 자기장에 의해 상기 하전입자 빔을 집속하며, 하전입자 빔 프로브를 형성시키는 집속렌즈군을 포함하는 경통부(30);를 포함하는 하전입자 빔 이용 장치내 하전입자 빔 정렬 방법으로서, 상기 하전 입자 빔 소스와 경통부사이에 센터링과 오링의 결합에 의해 이루어지는 각도 조절장치(20)를 구비하여 하전 입자 소스와 경통부를 연결하며, 상기 각도조절장치(20)를 구부림(tilting)으로써, 상기 하전입자 빔 이용 장치내 하전입자 빔을 정렬하는 방법을 제공한다. 이 경우에 상기 각도조절장치(20)의 구부림(tilting) 각도는 복수의 센터링과 오링의 반복 결합 정도에 따라 조절 가능할 수 있다.

이하에서는 일 실시예로서 본 발명에서의 하전입자 빔 조사각 조절 장치의 구성 및 작동과정을 상세히 설명한다.

도 1에서는 본 발명의 하전입자 빔 시스템의 구성을 도시화한 그림을 나타낸다.

본 발명에서는 하전입자 빔을 조사하기 위해 텅스텐 필라멘트에 전류를 흘려주어 가열시키고 이로 인해 방출되는 열전자를 suppressor로 모아주어 형광판에 조사시켜 빔 모양과 위치변화를 확인하였다. 이는 하전입자 빔을 발생시키는 가장 대표적이고 용이하게 구현할 수 있는 방법에 해당되나, 본 발명의 실시예는 이에 제한되지 않으며, 유사한 장비 구성으로 금속 팁 등을 이용하여 전자빔과 이온빔을 방출하여 실험하더라도 본 발명에 따른 효과를 얻어낼 수 있다.

여기서 도 1의 좌측 그림은 하전입자 빔이 외부 환경요인 또는 내재적 요인에 의해 원하고자 하는 위치에 조사되지 않고 M 만큼의 이격을 보이는 것을 도시하였으며, 우측의 그림은 본 발명에서의 각도 조절장치에 따라 조사각이 조절되어 원하는 위치에 조사된 것을 도시한 그림이다.

즉, 수평방향에서 M의 크기만큼 거리가 벗어나기 때문에 이를 이동할 필요성이 있다.

여기서 상기 하전입자 빔 소스를 포함하는 진공챔버의 직경 길이를 D1이라 표기하였고, 각도 조절장치(20)의 총 높이를 H1(오링과 센터링의 적층높이)으로 표시하였으며 하전입자 빔 소스로부터 하전입자가 물리적 표면(시료 또는 검출기)에 최종적으로 조사된 거리를 L1으로 도시하였다.

또한, H2는 빔의 조사 각도를 조절하기 위하여 x축 방면 혹은 y축 방면으로 기울기에 영향을 줌에 따라 변화된 길이를 말한다.

한편, 하전입자 빔 소스를 포함하는 진공챔버의 크기는 전체 시스템 또는 하전입자 빔 소스의 크기 등을 고려하여 제조할 수 있으며, 3인치 내지 20인치의 크기를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

일반적으로 전자빔 또는 이온빔을 시료에 조사하면 광축을 따라 수직으로 조사되어야 한다. 하지만 설치과정에 생긴 광축의 엇갈림 등으로 인하여 전자빔이 수직으로 조사되는 것이 아니라 비스듬하게 조사되거나 다른 방향으로 전자빔이 조사될 수 있으며, 또한, 추후에 추가적인 광학부품을 설치하는 과정 중에서 얼라인의 오류로 인하여 검출기에 측정값을 도출할 수 있는 충분한 데이터 값이 들어오지 않아서 오류가 발생할 수 있기에 이온빔 또는 전자빔의 입사 조사 각도의 조절은 중요하다.

도 1의 우측 그림에 따르면, 빔의 조사 각도를 조절하기 위하여 x축 방면 혹은 y축 방면으로 하전입자 빔의 조사각의 변화를 줌에 따라 H1과 H2사이에는 길이의 차이가 발생하며 각도 조절장치의 일단부와 타단부 사이에 각도의 변화(θ)가 생기게 된다.

상기 조사각 조절장치의 기울기를 조절함에 따라 발생되는 각도는 하기의 수식을 통해 구해질 수 있다.

상기의 각도의 변화(θ)는 하전입자빔으로부터 빔의 조사면(시료 등)까지 도달되는 광축에서 벗어난 각도와 같다. 따라서 상기의 각도 조절장치를 구부림(tilting)으로써, 기울기를 조정하면 전자빔이 시료 스테이지에 조사되는 방향이나 거리를 매우 용이하게 이동할 수 있다.

본 발명에서의 일 실시예로서 D1= 152.0mm의 직경을 갖는 하전입자 빔 소스의 플랜지를 사용한 경우에, H1과 H2의 차이(Δx(x방향 거리차이) 또는 Δy(y방향 거리차이))가 5.0mm로 측정되었다.

즉, Δx의 값을 5.0mm로 하면 이에 따라 θ의 값은 ㅁ 1.89ㅀ로서 구해지며, 경통과 각도조절장치 및 하전입자빔을 L1 = 780 mm으로 설계한 경우에 하전입자빔의 이동거리를 계산하면, M은 약 25 mm가 계산될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 오링과 센터링이 교차된 적층 구조물을 설치하여 전자빔 또는 이온빔의 최대 조정 가능한 각도를 조절할 수 있다. 즉, 큰 각도의 빔 정렬각이 필요하면 더 많은 오링과 센터링을 추가하여 적층하면 용이하게 목적을 이룰 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에서 사용되는 각도조절장치의 일 실시예를 도시화한 그림으로서, 6인치 플랜지를 사용하였을 때, 오링과 센터링이 4회 교대로 적층된 각도 조절장치의 구조를 도시화한 것이다.

이를 통해 예측된 각도를 이용하여 오링과 센터링의 교차 적층 구조물의 높이를 미리 설정할 수 있다. 이 경우에 경통에는 집속렌즈를 포함하여, 대물렌즈, 편향기 등이 있기 때문에 구부릴 수 있는 최대의 기울기 각도보다 작은 각도로 조절하는 것이 바람직하다.

일반적으로 오링과 센터링은 규격화 되어있으며, 사용자의 필요에 따라 적절히 선택할 수 있고, 본 발명에서는 오링과 센터링을 교대로 적층하여 올리기 때문에 총 적층된 두께가 H1이 될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 오링과 센터링이 적층된 각도 조절장치를 포함하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 나타낸 사진이다. 상기 각도 조절장치(20)의 상부에는 하전입자 빔 소스(10)가 장착되며, 하단은 경통부(30)에 해당한다. 상기 경통부(30)에는 다단의 전기렌즈, 자기렌즈, 어퍼처 등을 포함한 다양한 광학장치들이 배치될 수 있고, 상기 배치된 광학장치는 최초의 설계값대로 조립이 이루어져야하기 때문에 경통부는 가급적 최초의 조립된 상태로 고정하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 오링(O-ring)의 기울기를 조절하여 X축 방향으로 이동한 빔의 경로의 사진을 도시한 것으로, 상기 각도조절장치를 구부림에 의해 기울기를 조절하여서 x축 방향으로 빔이 이동한 모습을 나타낸다.

도 4a는 Δx = 0mm, b는 Δx = 1mm, c는 Δx = 2mm, d는 Δx = 3mm, e는 Δx = 4mm, f는 Δx = 5mm로 Δx가 1mm씩 증가함에 따라 빔이 이동한 결과를 나타내고 있고, Δx가 증가함에 따라서 오른쪽 하단으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.

상기 Δx의 값은 사용되는 오링과 센터링의 크기에 따라 변화할 수 있으며, 적층되는 단수에 따라 변화할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 오링(O-ring)의 기울기를 조절하여 Y축 방향으로 이동한 빔의 경로의 사진을 도시한 것으로, 상기 각도조절장치를 구부림에 의해 기울기를 조절하여 Y축 방향 빔이 이동한 모습을 나타낸다.

도 5a는 Δy = 0mm, b는 Δy = 1mm, c는 Δy = 2mm, d는 Δy = 3mm, e는 Δy = 4mm, f는 Δy = 5mm로 기울기가 변화함에 따라 빔의 이동경로를 나타내었다.

도 4와 마찬가지로 빔의 이동경로를 a부터 f까지 살펴보면 왼쪽 하단으로 빔이 이동한 것을 알 수 있다.

도 6은 도 4 및 도 5에서의 Δx, Δy의 변화 간격에 따라 이동한 빔의 경로를 연속적으로 나타낸 사진으로서, Δx와 Δy축으로 0~5mm의 범위내에서, 1mm 간격으로 기울기를 조절한 빔의 방향을 연속적으로 보여주는 사진이다. 도 6a는 Y축 방향으로 이동한 모습을 나타내었으며, 도 6b는 X축 방향으로 이동한 모습을 나타낸 것이다.

이때, 상기 H1과 H2의 차이(Δx(x방향 거리차이) 또는 Δy(y방향 거리차이))를 1mm씩 증가하여 최대 기울기의 차이가 5mm인 경우 실제의 길이를 측정할 결과 하전입자 빔의 위치가 24.5mm가 이동한 것을 확인할 수 있다. 이는 이론으로 계산한 25 mm 와 비슷함을 확인할 수 있다.

도 6c는 경통부의 하단에서 빔의 이동을 촬영한 사진이고, 도 6d는 도 6a와 도 6b를 하나의 프로파일로 도시화 그림으로서, 상기 결과를 뒷받침한다.

본 발명에서의 하전 입자빔 조사각 조절 장치는 전자빔 또는 이온빔 등을 사용하는 전자현미경 분야, 입자 빔을 이용한 가공장치 등에 사용되는 경우에 설계자가 원하는 방향으로 빔을 조사하거나 수직으로 조사할 수 있고, 실험조건의 변경에 따라 하전입자 빔의 조사각을 변경하여야 하는 경우에 보다 빠른 시간내에 용이하게 변경이 가능하여, 하전입자 빔 이용 장치내 하전 입자 빔을 정렬할 수 있으며, 사용자의 정확한 데이터 값을 얻기 위하여 다른 광학 장비의 수정없이 빔의 입사 조사 각도만을 변화시키거나 미세조정이 가능할 수 있다.

이상 본 발명의 구성을 세부적으로 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 하전입자 빔 소스 20 : 각도 조절장치
30 : 경통부

Claims (16)

1. 하전입자 빔을 방출하는 하전입자 빔 소스;
   상기 하전입자 빔 소스와 하기 경통부사이를 연결하며, 센터링과 오링의 결합에 의해 이루어지는 각도 조절장치; 및
   상기 각도조절장치와 연결되며, 전기장 또는 자기장에 의해 상기 하전입자 빔을 집속하며, 하전입자 빔 프로브를 형성시키는 집속렌즈군을 포함하는 경통부;를 포함하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 집속렌즈군은 상기 하전입자 빔을 집속하여 주는 하나이상의 중간 집속렌즈, 및 최종 집속렌즈로서 빔 스폿인 하전입자 빔 프로브를 형성시키는 대물렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 하전 입자빔은 이온빔 또는 전자빔인 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 하전입자 빔은 대물렌즈의 중심을 통과함으로써, 수차를 감소시키는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 하전입자 빔 조사각 조절 장치는 관찰 또는 가공하려는 시료를 지지하며, 상기 시료를 이동할 수 있는 시료 스테이지를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 경통부는 하전입자 빔의 조사 방향을 제어하여 바꾸어 주는 하나 이상의 편향기, 상기 하전입자 소스로부터 방출된 하전입자 빔이 대물렌즈를 거쳐 조사되는 구멍 형태의 개구부 통로인 어퍼처 중 하나이상을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 각도 조절장치는 복수의 센터링과 오링의 반복 결합에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 센터링과 오링은 1 내지 20회 교대로 반복 결합되는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 센터링은 중심부에 상기 하전입자빔이 통과할 수 있도록 개구부를 포함하는 금속으로 이루어지고, 오링은 둥근 고리 형태의 고분자 재질인 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 센터링에는 오링이 접속될 수 있도록 단차 또는 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 하전입자 빔 조사각 조절 장치는 하전입자 빔을 검출하는 검출기;를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 조사각 조절 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 포함하는 하전입자 빔 현미경.
13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 포함하는 시료 가공 장치.
    
14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 하전입자 빔 조사각 조절 장치를 포함하는 집속 이온 빔(FIB) 장치.
15. 하전입자 빔을 방출하는 하전입자 빔 소스; 및
    전기장 또는 자기장에 의해 상기 하전입자 빔을 집속하며, 하전입자 빔 프로브를 형성시키는 집속렌즈군을 포함하는 경통부;를 포함하는 하전입자 빔 이용 장치내 하전입자 빔 정렬 방법으로서,
    상기 하전 입자 빔 소스와 경통부사이에 센터링과 오링의 결합에 의해 이루어지는 각도 조절장치를 구비하여 하전 입자 소스와 경통 부를 연결하며, 상기 각도조절장치를 구부림(tilting)으로써, 상기 하전입자 빔 이용 장치내 하전입자 빔 정렬 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 각도조절장치의 구부림(tilting) 각도는 복수의 센터링과 오링의 반복 결합 정도에 따라 조절 가능한 것을 특징으로 하는 하전입자 빔 정렬 방법.
    

Images