KR20160134235A - 시료 관찰 장치, 커버 어셈블리 및 시료 관찰 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부에 진공 공간을 형성하고 일 측에 개방구가 형성되며 전자빔 발생이 가능한 전자빔 발생수단을 구비하는 컬럼부, 상기 컬럼부의 개방구와 대향하여 위치하고 대기압에서 시료를 지지하는 지지부, 상기 컬럼부의 개방구와 결합되고 전자빔이 통과할 수 있는 투과창 및 상기 시료로부터 발생되는 전자를 수집하는 수집 바디를 구비하는 커버부, 상기 커버부와 연결되고 수집된 전자에 의해 발생된 전류를 검출하는 검출부를 포함하는 시료 관찰 장치로서, 대기압 중의 시료를 관찰함에 있어 시료로부터 방출되는 2차 전자를 대기압 분위기에서 수집 가능하여 관찰되는 시료 이미지의 해상력을 높일 수 있는 시료 관찰 장치가 제시된다.
Description
본 발명은 시료 관찰 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대기압 중의 시료를 관찰함에 있어 관찰되는 시료 이미지의 해상력(resolution)을 높일 수 있는 시료 관찰 장치, 이에 장착되는 커버 어셈블리 및 시료 관찰 방법에 관한 것이다.
주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)은 시료의 이미지 생성 및 성분 분석 등에 사용되는 장치이며, 각종 표시장치나 태양전지 또는 반도체 칩 등의 제조 분야에서 시료 또는 기판(wafer) 등을 검사하는 공정 등에 적용되고 있다.
그러나 주사전자현미경으로 대기압 중의 시료 또는 기판 등을 검사함에 있어 원하는 품질의 이미지를 생성하지 못하는 문제점이 있다. 이는 시료 또는 기판에서 방출되는 반사전자(back scattered electron) 및 2차 전자(secondary electron) 등이 주사전자현미경에 도달하기까지 대기에 간섭되며 일정 부분 손실되어, 주사전자현미경에서 상기 전자들을 충분히 획득하기 어렵기 때문이다. 이에, 각종 표시장치나 태양전지 또는 반도체 칩 등의 제조 분야에 적용되어 고품질의 시료 또는 기판 이미지를 생성할 수 있는 새로운 구조 및 방식의 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 대기압 중의 시료를 관찰함에 있어 관찰되는 시료 이미지의 해상력을 높일 수 있는 시료 관찰 장치, 커버 어셈블리 및 시료 관찰 방법을 제공한다.
본 발명은 대기압 중의 시료를 관찰함에 있어 시료로부터 방출되는 2차 전자 및 반사전자를 원활하게 수집할 수 있는 시료 관찰 장치, 커버 어셈블리 및 시료 관찰 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 시료 관찰 장치는, 대기 중의 시료를 관찰하는 장치로서, 내부에 진공 공간을 형성하고, 일 측에 개방구가 형성되며, 전자빔 발생이 가능한 전자빔 발생수단을 구비하는 컬럼부; 상기 컬럼부의 개방구와 대향하여 위치하고, 대기압에서 시료를 지지하는 지지부; 상기 컬럼부의 개방구와 결합되고, 전자빔이 통과할 수 있는 투과창 및 상기 시료로부터 발생되는 전자를 수집하는 수집 바디를 구비하는 커버부; 및 상기 커버부와 연결되고, 수집된 전자에 의하여 발생되는 전류를 검출하는 검출부;를 포함하고, 상기 검출부와 연결되고, 검출된 전류를 처리하는 신호 처리부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 시료에 바이어스 전원을 인가 가능하도록 상기 지지부에 연결되는 바이어스 전원 공급기;를 더 포함할 수 있다.
상기 커버부는, 중앙 영역에 관통구가 형성되고, 복수의 층을 구비하는 메인 바디; 상기 관통구에 결합되는 상기 수집 바디; 및 상기 수집 바디의 중앙 영역에 형성되는 상기 투과창;을 포함할 수 있고, 가스를 분사하는 가스 분사구;를 더 포함할 수 있으며, 상기 메인 바디의 복수의 층 중 적어도 일층은 절연체층을 포함할 수 있다.
상기 메인 바디는 상하 방향으로 적층 결합되는 하부층, 중간층 및 상부층을 구비하며, 상기 중간층은 절연체를 포함할 수 있고, 상기 메인 바디는 절연성 밀폐링을 통하여, 상기 컬럼부와 결합될 수 있다.
상기 수집 바디는 전도성을 가지며, 상기 메인 바디와 직접 접합될 수 있고, 상기 수집 바디는 실리콘 단결정 재질을 포함하며, 대기압 하의 시료에 전자빔이 입사된 후, 시료로부터 방출되는 2차 전자를 수집할 수 있다.
상기 검출부는 상기 메인 바디 및 상기 수집 바디의 적어도 일부 영역과 접촉하는 접촉침 및 상기 접촉침과 연결되고 전류를 전달하는 전달 라인을 포함할 수 있고, 상기 접촉침은 상기 컬럼부의 내부에 위치하며, 상기 전달 라인은 상기 컬럼부를 관통하여 마련될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 커버 어셈블리는, 전자빔을 이용하여 시료를 관찰하는 장치에 결합되는 커버 어셈블리로서, 중앙 영역에 관통구가 형성되고, 절연체를 구비하는 메인 바디; 상기 관통구에 결합되며, 상기 시료로부터 발생되는 전자를 수집하는 수집 바디; 및 상기 수집 바디의 중앙 영역에 형성되고, 전자빔이 통과할 수 있는 투과창;을 포함한다. 상기 메인 바디는 상하 방향으로 적층 결합되는 하부층, 중간층 및 상부층을 구비하며, 상기 중간층은 절연체를 포함하고, 상기 하부층 및 상부층은 전도체를 포함할 수 있다. 상기 하부층 및 상부층은 스테인리스 스틸 재질을 포함하며, 상기 중간층은 고무 및 플라스틱 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 메인 바디의 복수의 층 사이에는 가스 경로가 형성되고, 상기 수집 바디를 향하는 상기 메인 바디의 단부에 상기 가스 경로와 연결되는 가스 분사구가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 시료 관찰 방법은, 대기 중에 위치하는 시료를 관찰하는 방법으로서, 내부에 진공이 형성된 컬럼부와 이격되어 대기 중에 시료를 마련하는 과정; 상기 시료를 향하여 전자빔을 방출하는 과정; 상기 시료에 입사되는 전자빔이 상기 시료에 충돌 후, 시료로부터 방출되는 전자를 대기압 분위기에서 수집하는 과정; 획득된 전자에 의하여 야기되는 전류를 검출하는 과정; 및 검출되는 전류를 처리하여 이미지로 형성하는 과정;을 포함한다.
대기압 분위기에서 전자를 수집하는 과정은, 상기 컬럼부가 대기 중에 노출되는 부위를 통하여 상기 시료로부터 야기된 2차 전자(secondary electron)를 획득하는 과정을 포함할 수 있고, 상기 시료에 입사된 전자빔이 상기 시료에 충돌 후에, 시료로부터 방출되는 반사전자(back scattered electron)를 상기 컬럼부 내부에서 수집하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 이미지를 형성하는 과정은, 수집된 2차 전자로부터의 신호와 수집된 상기 반사전자로부터의 신호를 더하여 이미지로 전환하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 대기압 분위기에서 전자를 수집하는 과정 전에, 상기 컬럼부와 상기 시료 사이의 공간에 불활성 가스 분위기를 형성하는 과정;을 포함할 수 있고, 대기 중에 마련된 상기 시료에 바이어스 전원을 인가하는 과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 대기압 중의 시료를 관찰함에 있어 시료로부터 방출되는 2차 전자 및 반사전자를 원활하게 수집할 수 있고, 특히 2차 전자를 고효율로 용이하게 수집할 수 있어, 시료 이미지의 해상력을 높일 수 있다.
예컨대 각종 표시장치나 태양전지 또는 반도체 칩 등의 제조 분야에서 시료 또는 기판을 검사하는 공정에 적용되는 경우, 시료 관찰 장치의 수집 바디를 이용하여 시료로부터 방출되는 전자 중에 에너지 준위기 낮아 종래에는 수집이 불가능하였던 2차 전자를 대기압 분위기에서 고효율로 용이하게 수집 가능하다. 이에, 시료의 이미지 생성에 반사전자뿐만 아니라 2차 전자를 활용할 수 있게 되어, 고품질의 시료 이미지를 생성할 수 있다.
도 1 내지 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치 및 커버 어셈블리를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 투과창이 커버부에 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 투과창이 커버부에 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장되거나 확대될 수 있으며, 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치를 설명하기 위한 개략도 이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 커버 어셈블리를 설명하기 위한 시료 관찰 장치의 부분 확대도 이다. 또한, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 커버 어셈블리를 설명하기 위한 시료 관찰 장치의 부분 모식도 이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 투과창이 커버부에 형성되는 과정을 설명하기 위한 공정도 이다.
본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치, 이에 장착되는 커버 어셈블리 및 이에 적용되는 시료 관찰 방법은 대기압 중의 시료를 관찰함에 있어 관찰되는 시료 이미지의 해상력(resolution)을 높일 수 있는 기술적인 특징을 제시한다.
먼저, 도 1 내지 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치를 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치는 대기 중의 각종 시료(10)를 관찰 및 분석하는 장치로서, 컬럼부(100), 지지부(200), 커버부(300), 검출부(400)를 포함한다.
시료(10)는 예컨대 LCD, OLED 및 LED를 포함하는 각종 표시장치나 태양전지 또는 반도체 칩 등이 제조되는 공정에서 각종 전자 소자의 제조에 사용되는 웨이퍼 또는 유리 패널일 수 있다.
물론, 시료(10)는 상기한 바에 특별히 한정하지 않으며, 크기나 모양 등에 관계 없이 표준 대기압 상태에서 고체상 또는 액체상 또는 고체상과 액체상의 혼합된 상태로 마련되는 각종 유기물 또는 무기물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 광범위한 의미의 시료일 수 있다.
컬럼부(100)는 내부에 진공 공간을 형성하고 일 측에 개방구(110)가 형성될 수 있으며, 전자빔 발생이 가능한 전자빔 발생수단(120)을 내부에 구비할 수 있다. 컬럼부(100)는 일 방향으로 연장 형성되고, 지지부(200)의 상측에서 지지부(200)에 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 컬럼부(100)는 예컨대 전자빔 발생수단(120)을 내부에 수용할 수 있는 것을 만족하는 다양한 형상의 용기일 수 있으며, 스테인리스 스틸(SUS) 재질로 형성될 수 있다. 컬럼부(100)의 내부는 전자빔의 발생 및 가속을 위하여 소정 크기 예컨대 1.5E-6 torr 내지 1.5E-7 torr 정도의 진공으로 제어될 수 있다.
컬럼부(100)의 하측 단부에는 개방구(110)가 형성될 수 있다. 예컨대 개방구는 중공의 원통체 형상으로 형성될 수 있고, 외주면에는 소정의 나사산이 형성될 수 있어, 이를 이용하여 커버부(300)가 컬럼부(100)에 용이하게 탈착될 수 있다.
한편, 컬럼부(100)는 전기적으로 접지(earth)될 수 있으며, 이에 시료(10)에서 방출되는 전자가 컬럼부(100) 측으로 흘러들어 손실되지 않고, 커버부(300)의 수집 바디(320)에 집중되어 수집될 수 있다.
전자빔 발생수단(120)은 진공 분위기로 제어되는 컬럼부(100)의 내부에서 소정의 전자빔을 발생 및 가속시키도록 형성될 수 있다. 예컨대 전자빔 발생수단(120)은 컬럼부(100)의 내부 상측에서 컬럼부(100)의 개방구(110) 측으로 전자를 방출하도록 컬럼부(100)의 내부 상측에 배치되는 전자 방출수단(121)을 포함할 수 있다. 또한, 전자빔 발생수단(120)은 전자 방출수단(121)에서 방출되는 전자를 컬럼부(100)의 개방구(110) 측으로 집속 및 가속시키도록 컬럼부(100)의 내부 하측에 배치되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다.
전자 방출수단(121)은 예컨대 전계방사 방식 및 열방사 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여, 목적하는 크기의 가속전압 및 프로브 전류로 전자를 방출 가능한 전자 총(Electron gun)을 포함할 수 있다. 본 실시 예에서는 전계방사형 쇼트키 방식의 전자총을 전자 방출수단(121)으로서 예시하며, 상기의 전자총은 전자총의 제1 양극에서 소정의 고전압을 가하여 전자총의 팁으로부터 전자를 방출시키고, 전자총의 제2 양극에서 소정의 가속전압을 가하여 전자빔을 가속 방출시킬 수 있다.
복수의 렌즈는 전자빔을 집속하는 집속 렌즈(Condenser lens, 122) 및 전자빔의 초점을 조절하는 대물 렌즈(Objective lens, 123)를 포함할 수 있다. 여기서, 집속 렌즈(122)와 대물 렌즈(123)는 전자 방출수단(121)에서 방출되는 전자 다발을 전자기적 힘을 이용하여 모아주는 역할을 한다. 복수의 렌즈는 전자 방출수단(121) 측에서 컬럼부(100)의 개방구(110) 측을 향하는 방향을 기준으로, 집속 렌즈(122) 및 대물 렌즈(123)의 순서로 배치될 수 있고, 전자빔을 통과시키는 어퍼쳐(aperture, 미도시), 전자빔의 수차를 제어해주는 수차보정 전자석(stigmator, 미도시), 전자빔의 편향을 보정하는 주사 코일(Scanning coil, 미도시)이 더 배치될 수 있다. 한편, 전자빔 발생수단(120)에 의한 전자빔의 발생 및 가속을 제어 가능하도록, 전자빔 발생수단(120)에는 소정의 컨트롤러(미도시)가 연결될 수 있다.
지지부(200)는 컬럼부(100)의 개방구와 대향하여 위치할 수 있고, 시료(10)가 지지 가능한 소정 형상 및 크기의 지지면을 구비하는 다양한 형상 및 구조로 형성될 수 있다. 예컨대 지지부(200)는 대기압에서 시료(10)를 지지 가능한 다양한 구성 및 방식의 스테이지일 수 있고, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
한편, 지지부(200)에는 바이어스 전원 공급기(210)가 연결될 수 있다. 바이어스 전원 공급기(210)는 시료(10)에 예컨대 마이너스 전압으로 바이어스 전원을 인가하여 시료(10)로부터 방출되는 2차 전자와 시료(10) 간의 반발력을 증가시켜 2차 전자가 수집 바디(320) 방향으로 향할 수 있는 힘을 주는 역할을 한다. 이에 따라, 수집 바디(320)는 2차 전자를 더욱 원활하게 수집할 수 있다. 예컨대 시료(10)의 이미지를 관찰함에 있어, 시료(10)에 바이어스 전원을 인가하는 경우에는 시료(10)에 바이어스 전원을 인가하지 않는 경우에 비하여 이미지의 해상력이 예컨대 5 배 내지 10 배 정도 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 2 내지 4를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 커버부(300)를 설명한다. 커버부(300)는 메인 바디(310), 수집 바디(320) 및 투과창(330A)을 구비하고, 컬럼부(100)의 개방구에 기밀하게 결합되어 컬럼부(100)의 내부 진공을 유지시키는 커버 어셈블리일 수 있다. 상기의 커버부(300)는 전자빔을 컬럼부(100)의 외부로 통과시킴과 함께 시료(10)로부터 발생되는 반사전자 및 X선을 컬럼부(100) 내로 통과시키고 시료(10)로부터 발생되는 2차 전자를 수집하여 전류를 생성하는 역할을 한다.
메인 바디(310)는 커버부(300)의 본체 역할을 하는 예컨대 원판 형상의 부재로서, 복수의 층을 구비할 수 있고, 이때, 복수의 층 중에 적어도 어느 하나의 층은 절연체층을 포함할 수 있다. 예컨대 메인 바디(310)는 상하 방향으로 서로 적층 결합되는 하부층(313), 중간층(312) 및 상부층(311)을 구비할 수 있고, 이때, 중간층(312)은 절연체를 포함할 수 있다.
메인 바디(310)의 상부층(311) 및 하부층(313)은 전기 전도성의 재질 예컨대 스테인리스 스틸(SUS) 재질로 형성되는 전기 전도성 부재일 수 있고, 중간층(312)은 고무(rubber) 또는 플라스틱(plastic) 등의 재질로 제작되는 절연체(insulator)일 수 있다. 중간층(312)에 의하여 상부층(311)과 하부층(313)이 전기적으로 절연될 수 있다. 이때, 중간층(312)은 일체형의 단일 부재로 구비되거나, 분리형의 복수 부재들로 구비되어 방사상으로 배치될 수 있다.
중간층(312)에 의하여 상부층(311)이 하부층(313)으로부터 절연됨에 따라, 수집 바디(320)에서 수집되는 2차 전자는 상부층(311)으로 손실 없이 전달될 수 있고, 상부층(311)에서 전류로 생성되어 검출부(400)에서 검출될 수 있다.
메인 바디(310)는 중앙 영역 및 이의 부근이 하측으로 만곡하게 돌출 형성될 수 있고, 하측으로 만곡하게 돌출된 상기의 중앙 영역을 상하 방향으로 관통하여 관통구(314)가 형성될 수 있다. 상기 구조에 의하여, 상부층(311) 및 하부층(313) 각각의 중앙 영역 부근의 관통 단부는 중앙 영역의 중심을 향하여 하향 경사지는 구조를 가질 수 있다. 이때, 상부층(311)의 관통 단부는 하부층(313)의 관통 단부로 둘러싸여 그 내측으로 위치할 수 있으며, 하부층(313)의 관통 단부로 둘러싸인 내측에서 하부층(313)의 하측으로 노출될 수 있다.
수집 바디(320)는 메인 바디(310)의 상부층(311) 관통 단부에 직접 접착 또는 접합되는 방식으로 메인 바디(310)의 관통구(314)에 결합되어, 관통구(314)를 밀봉할 수 있고, 상부층(311)에 전기적으로 연결될 수 있다. 수집 바디(320)는 원판 형상 또는 사각판 형상 등의 다양한 형상을 가지는 전도성 판 부재일 수 있고, 예컨대 실리콘(Si) 단결정 재질을 포함하는 실리콘 웨이퍼나 실리콘 카바이드(SiC) 웨이퍼 또는 그라파이트(C) 웨이퍼 등을 포함하는 전도성 웨이퍼일 수 있다. 이에, 수집 바디(320)는 대기압 하의 시료(10)에 입사되는 전자빔에 의하여 시료(10)에서 방출되는 전자 예컨대 2차 전자를 원활하게 수집할 수 있다.
투과창(330A)은 얇은 두께의 멤브레인(membrane) 예컨대 100㎚ 이하 두께 더욱 상세하게는 3㎚ 내지 100㎚ 의 두께의 실리콘 나이트라이드(SiN) 막을 포함할 수 있으며, 수집 바디(320)의 중앙 영역에 형성되어, 반사전자(BSE), X선 및 전자빔을 통과시키고, 2차 전자(SE)를 통과시키거나 수집하는 역할을 한다.
통상적으로 반사전자(BSE) 및 X선은 2차 전자(SE)보다 에너지가 크기 때문에 투과창(330A)를 통과하여 제2 검출부(600) 및 제3 검출부(700)까지 도달 가능하나 2차 전자(SE)는 에너지가 작아 제2 검출부(600)까지 도달하지 않는 문제가 있었다. 본 발명의 실시 예에 따르면 수집 바디(320)을 통해 투과창(330A)을 통과하지 못한 2차 전자를 수집할 수 있으므로, 시료를 보다 고해상도로 관찰할 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 투과창(330A)이 수집 바디(320)의 중앙 영역에 형성되는 과정을 설명한다.
수집 바디(320)의 일면에 투과성 박막(330) 예컨대 실리콘 나이트라이드 막을 형성한다. 투과성 박막(330)이 형성되지 않은 수집 바디(320)의 타면에서 수집 바디(320)의 상기 일면을 향하는 방향으로 수집 바디(320)의 중앙 영역에 비아홀을 식각한다. 비아홀에 의하여 수집 바디(320)의 중앙 영역에 투과창(330A)이 형성될 수 있다.
한편, 도 5는 컬럼부(100) 내부의 진공 유지 등을 위한 투과성 박막(330)을 수집 바디(320)의 일면에 형성하기 위한 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다. 즉, 상술한 과정 외에도 투과성 박막(330)을 형성하기 위한 어떠한 방식이 적용되어도 무방하다.
다음으로, 도 2 내지 4를 참조하여, 커버부(300)의 나머지 구성부들을 설명한다. 커버부(300)의 메인 바디(310)는 컬럼부(100)의 개방구에 탈착 가능하게 결합될 수 있으며, 이를 위하여, 커버부(300)는 이음 부재(340) 예컨대 소켓(socket) 또는 커넥터(connector)를 구비할 수 있다. 또한, 커버부(300)의 메인 바디(310)는 컬럼부(100)의 개방구에 기밀하게 결합될 수 있으며, 이를 위하여 메인 바디(310)와 컬럼부(100)의 개방구 사이에는 절연성 밀폐링(350)이 구비될 수 있다. 즉, 메인 바디(310)는 이음 부재(340) 및 절연성 밀폐링(350)을 통하여 컬럼부(100)와 결합될 수 있다.
이음 부재(340)는 내부가 상하 방향으로 개방된 중공의 원통체 형상 또는 환형의 링 형상으로 형성될 수 있다. 메인 바디(310)가 이음 부재(340)의 내주면에 끼움 결합될 수 있도록 하기 위하여 이음 부재(340)의 내주면 크기 및 형상은 메인 바디(310)의 크기 및 형상에 대응하는 크기 및 형상일 수 있다. 이음 부재(340)의 내주면의 상하 방향으로의 너비는 메인 바디(310)의 상하 방향으로의 두께보다 크게 형성될 수 있다. 이음 부재(340)의 내주면 하측에는 돌출 단부가 내주면의 둘레방향으로 연장되어 형성되고, 이음 부재(340)의 상기의 돌출 단부 상에 메인 바디(310)의 하부층(313)이 접촉 또는 밀착 지지될 수 있다. 이음 부재(340)의 내주면 상측에는 나사산이 내주면의 둘레 방향으로 연장되어 형성되고, 이음 부재(340)의 상기의 나사산이 컬럼부(100)의 개방구 나사산에 나사 결합될 수 있다. 이음 부재(340)는 스테인리스 스틸(SUS) 재질이거나, 플라스틱(plastic) 재질일 수 있다.
절연성 밀폐링(350)은 예컨대 오링(O ring)일 수 있으며, 메인 바디(310)의 상부층(311)과 컬럼부(100)의 개방구 사이에서 이들을 기밀하게 결합시키는 역할을 한다. 이에 의하여 컬럼부(100)의 내부는 진공이 유지될 수 있으며, 컬럼부(100)와 메인 바디(310)의 상부층(311)이 전기적으로 서로 절연될 수 있다. 따라서, 수집 바디(320)에서 수집되는 2차 전자가 메인 바디(310)의 상부층(311)을 거쳐 검출부(400)로 손실 없이 전달될 수 있다.
커버부(300)는 가스를 하향 경사지게 분사하는 가스 분사구(360A) 및 가스 분사구(360A)에 연결되어 가스를 공급하는 가스 경로(360)를 포함할 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기의 가스 경로(360)는 커버부(300)의 외측에 별도 구비되는 가스 공급원에 연결되어 가스를 공급받을 수 있다. 가스 경로(360)는 메인 바디(310)의 복수의 층 사이에서 가스 분사구(360A)를 향하여 연장 형성될 수 있고, 예컨대 메인 바디(310)의 상부층(311)과 하부층(313) 사이에서 중간층(312)을 관통하여 연장 형성될 수 있다. 이때, 전기적인 절연을 위하여 가스 경로(360)는 상부층(311) 및 하부층(313)과 이격되거나, 절연성 막으로 피복될 수 있다.
물론, 이 외에도 다양한 구조로 가스 경로(360)를 형성할 수 있다. 예컨대 중간층(312)이 분리형의 복수 부재들로 구비되어 방사상으로 배치되는 경우, 가스 경로(360)는 상부층(311), 하부층(313) 및 중간층(312) 사이에 형성되는 이격 공간일 수 있다.
가스 분사구(360A)는 수집 바디(320) 측을 향하는 메인 바디(310)의 관통 단부에 구비될 수 있다. 예컨대 가스 분사구(360A)는 상부층(311)의 관통 단부 및 하부층(313)의 관통 단부 사이에서 수집 바디(320)의 하측 중심 위치를 향하는 방향으로 하향 경사지게 연장되는 가스 경로(360)의 단부일 수 있다.
가스 분사구(360A)는 복수개 형성되되, 그 배치 구조는 수집 바디(320)를 중심으로 방사상으로 배치되는 구조일 수 있다. 이에, 수집 바디(320)의 360° 전 방위에서 불활성 가스 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 또는 이들 가스를 적어도 둘 이상 혼합한 혼합 가스를 분사하여 수집 바디(320)의 하측에 국부적으로 불활성 가스 분위기를 조성할 수 있다.
한편, 가스 경로(360)가 상부층(311), 하부층(313) 및 중간층(312) 사이에 형성되는 이격 공간으로 형성되는 경우, 가스 분사구(360A)는 상부층(311)의 관통 단부 및 하부층(313)의 관통 단부 사이에 형성되는 환형의 이격 공간일 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 시료로부터 방출되는 2차 전자가 검출부로 전달되는 과정을 설명한다. 이때, 설명의 편의를 위하여 후술하는 검출부의 접촉침이 실리콘(Si) 단결정 재질의 수집 바디에 직접 접촉된 상태를 기준으로 설명한다. 물론, 검출부의 접촉침은 수집 바디로 수집되는 2차 전달을 전달받을 수 있는 것을 만족하는 다양한 위치에 접촉될 수 있으며, 이에 도 2에 도시된 바와 같이, 메인 바디(310)의 상부층(311)에 접촉될 수 있고, 또는, 도 3에 도시된 바와 같이 수집 바디에 접촉될 수 있다.
시료에 전자빔이 입사되면 시료에서 반사전자(BSE), X선 및 2차 전자가 방출된다. 반사전자 및 X선은 실리콘 나이트라이드(SiN) 재질의 투과창을 통과하여 컬럼부의 내부로 입사된다. 2차 전자는 일부가 실리콘 나이트라이드(SiN) 재질의 투과창에 흡수되어 실리콘(Si) 단결정 재질의 수집 바디에 수집되고, 나머지가 실리콘 나이트라이드(SiN) 재질의 투과창을 통과하여 실리콘(Si) 단결정 재질의 수집 바디에 직접 수집된다. 수집 바디에 수집되는 2차 전자는 소정의 전류를 야기하고 이를 검출부에서 검출한다. 이때, 투과창과 시료 사이에 형성되는 예컨대 200㎛ 이하 너비의 공간(D)에는 불활성 가스 분위기가 국부적으로 형성될 수 있으며, 이에 2차 전자가 원활하게 수집 바디로 수집될 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 검출부(400)를 설명한다. 검출부(400)는 커버부(300)와 연결되고, 커버부(300)에서 수집된 전자에 의해 발생된 전류를 검출하도록 형성될 수 있다. 검출부(400)는 메인 바디(310) 및 수집 바디(320)의 적어도 일부 영역과 접촉하는 접촉침(410) 및 접촉침(410)과 연결되고 전류를 전달하는 전달 라인(420)을 포함할 수 있다. 접촉침(410)은 컬럼부(100)의 내부에서 커버부(300)의 메인 바디(310) 상부층(311)에 접촉 연결될 수 있다. 전달 라인(420)은 일부가 컬럼부(100)를 관통하여 일측 단부가 접촉침(410)에 연결될 수 있다. 전달 라인(420)는 절연 가능한 피복선을 포함할 수 있다.
물론 이 외에도 검출부(400)는 수집 바디(320)와 전기적으로 연결되는 것을 만족하는 다양한 구조 및 방식으로 다양하게 변경 가능하며 본 발명의 실시 예에서는 이를 특별히 한정하지 않는다. 예컨대 검출부(400)는 컬럼부(100)의 외측에서 커버부(300)의 수집 바디(320)에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치는 검출부(400)와 연결되고, 검출된 전류를 처리하는 신호 처리부(500)를 더 포함할 수 있다. 신호 처리부(500)는 검출부(400)를 통하여 검출된 전류를 처리하여 이미지로 형성 가능하도록 형성될 수 있다. 예컨대 투과창(330A)의 하측에 위치하는 시료(10)의 관찰 대상 영역을 복수의 픽셀로 구분하고, 복수의 픽셀 중 어느 하나에 전자빔을 주사한다. 전자빔에 의하여 시료(10)에서 전자가 방출되어 수집 바디(320)에 수집되면, 수집되는 전자에 의하여 야기되는 전류를 검출부(400)로 검출한다. 검출부(400)에서 검출되는 전류는 신호 처리부(500)에서 증폭 및 처리되어 이에 해당하는 이미지 신호 예컨대 해당 픽셀의 밝기 값으로 선택 출력된다. 상기의 과정을 반복하여 복수의 픽셀 각각의 이미지 신호를 형성 가능하고, 이로부터 시료(10)의 관찰 대상 영역의 이미지를 형성 가능하다.
본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치는 컬럼부(100) 내로 산란되는 반사전자를 수집하여 이를 신호 처리부(500)로 전달하는 제2 검출부(600) 및 컬럼부(100) 내로 산란되는 X선을 수집하여 이로부터 시료(10)의 성분을 검사하는 제3 검출부(700)를 더 포함할 수 있다.
제2 검출부(600)는 예컨대 소정의 판 형상으로 구비되는 반도체 디텍터일 수 있으며, 컬럼부(100) 내에서 커버부(300)의 수집 바디(320)에 상하 방향으로 정렬되어 수집 바디(320)를 마주보도록 배치될 수 있다. 이때, 제2 검출부(600)의 중앙 영역은 상하 방향으로 관통되어 전자빔 통로가 형성될 수 있고, 이를 통과하여, 전자빔이 커버부(300)의 투과창(330A)으로 입사될 수 있다. 제2 검출부(600)에는 투과창(330A)를 투과하여 컬럼부(100) 내로 입사되는 반사전자가 획득되고, 획득되는 반사전자에 의하여 야기되는 전류는 신호 처리부(500)로 전달되어, 이미지 생성에 활용될 수 있다.
제3 검출부(700)는 예컨대 에너지 분산형 분광 검출기(Energy dispersive X-ray spectroscopy Detector, EDS Detector)를 포함하며, 일부가 컬럼부(100)를 관통하여, 단부가 컬럼부(100)의 내부에서 커버부(300)의 투과창(330A)을 향하도록 배치될 수 있다. 에너지 분산형 분광 검출기는 전자빔의 주사에 의하여 시료(10)로부터 얻어지는 X선의 에너지를 실리콘 단결정의 p-i-n 반도체 소자를 이용하여 에너지의 형태로 검출하는 방식으로 시료(10)의 표면 성분을 검사 가능하도록 형성될 수 있다. 이를 위하여 제3 검출부(700)는 데이터 처리부(미도시)에 연결될 수 있으며, 데이터 처리부는 제3 검출부(700)로부터 출력되는 X선의 에너지 세기 데이터 및 각 에너지 세기별 검출 빈도수 데이터를 기 입력된 각 성분별 방출 X선 고유 에너지 크기 데이터에 대비하여 시료(10)의 성분을 정량 및 정성적으로 분석하고, 이를 시각 정보로 출력하도록 형성될 수 있다.
상기한 시료 관찰 장치의 커버부(300)는 전자빔을 이용하여 다양한 시료를 관찰하는 각종 장치에 장착되는 커버 어셈블리로서 적용 가능하다. 이를 이하에서 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 커버 어셈블리는 전자빔을 이용하여 시료를 관찰하는 각종 장치에 결합되는 커버 어셈블리로서, 메인 바디(310), 수집 바디(320) 및 투과창(330A)을 포함할 수 있다.
메인 바디(310)는 중앙 영역에 관통구(314)가 형성되고, 상하 방향으로 적층 결합되는 하부층(313), 중간층(312) 및 상부층(311)을 구비할 수 있다. 이때, 메인 바디(310)의 중간층(312)은 절연체를 포함하고, 하부층(313) 및 상부층(311)은 전도체를 포함할 수 있다. 예컨대 하부층(313) 및 상부층(311) 각각은 스테인리스 스틸 재질을 포함할 수 있으며, 중간층(312)은 고무 및 플라스틱 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 메인 바디(310)는 복수의 층 사이에 가스 경로(360)가 구비되고, 수집 바디(320)를 향하는 메인 바디(310)의 관통 단부에는 가스 경로(360)과 연결되는 가스 분사구(360A)가 구비될 수 있다. 이때, 가스 분사구(360A)는 가스를 하향 경사 분사 가능하도록 수집 바디(320)의 하측 중심위치를 향하는 방향으로 하향 경사지게 형성될 수 있다.
수집 바디(320)는 메인 바디(310)의 관통구(314)에 결합되며 시료(10)로부터 발생되는 전자를 수집하도록 형성될 수 있고, 투과창(330A)은 수집 바디(320)의 중앙 영역에 형성되며, 이를 통과하여 전자빔이 시료로 주사될 수 있다.
상기한 커버 어셈블리의 구성 및 방식은 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치의 커버부(300)의 구성 및 방식이 적용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 방법을 도시한 순서도이다. 도 1 내지 3 및 도 6를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 방법은 대기 중에 위치하는 시료를 관찰하는 방법으로서, 내부에 진공이 형성된 컬럼부와 이격되어 대기 중에 시료를 마련하는 과정, 시료를 향하여 전자빔을 방출하는 과정, 시료에 입사된 전자빔이 상기 시료에 충돌 후 시료로부터 방출되는 전자를 대기압 분위기에서 수집하는 과정, 획득된 전자에 의하여 야기되는 전류를 검출하는 과정, 그리고 검출된 전류를 처리하여 이미지로 형성하는 과정을 포함한다.
먼저, 대기 중에 시료를 마련(S100)한다. 소정의 이송 로봇(미도시)를 이용하여 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치의 지지부(200)에 시료를 로딩한다. 이를 위하여 지지부(200)는 시료의 크기 및 형상에 대응하는 판 타입으로 형성될 수 있으며, 지지부(200)에는 별도의 리프트 핀(미도시)이 더 구비될 수 있다.
시료(10)는 예컨대 LCD, OLED 및 LED를 포함하는 각종 표시장치나 태양전지 또는 반도체 칩 등이 제조되는 공정에서 각종 전자 소자의 제조에 사용되는 웨이퍼 또는 유리 패널일 수 있다. 물론, 시료(10)는 상술한 바에 한정하지 않으며, 크기나 모양 등에 관계 없이 표준 대기압 상태에서 고체상 또는 액체상 또는 고체상과 액체상의 혼합된 상태로 마련되는 각종 유기물 또는 무기물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 광범위한 의미의 시료일 수 있다.
시료(10)가 지지부(200)의 상부면에 마련되면, 내부에 진공이 형성된 컬럼부(100)를 시료(10)의 상측에서 시료(10)와 마주보도록 위치시킨다. 이어서, 컬럼부(100) 및 지지부(200) 중 적어도 하나를 상하 방향으로 승강시키며, 시료 관찰 장치의 투과창(330A)과 시료(10) 사이의 공간(D)을 예컨대 200㎛ 이하의 범위 내에서 정밀하게 조절할 수 있다.
다음으로, 시료(10)를 향하여 전자빔을 방출(S200)한다. 컬럼부(100) 내에 구비된 전자빔 발생수단(120) 및 각 렌즈들을 이용하여 전자를 소정의 가속전압 및 프로브 전류로 방출 및 가속시킨다. 가속된 전자빔은 컬럼부(100)의 개방구에 장착되는 커버부(300)를 통과하여 수 ㎚ 내지 수백 ㎚의 프로브 크기로 제어되며 시료(10) 상의 목적하는 위치에 초점이 형성될 수 있다. 이때, 커버부(300)의 투과창(330A) 하측으로 이격된 소정의 위치에서 수 ㎛ 내지 수백 ㎛ 범위의 높이로 전자빔의 초점을 정밀하게 조절하며 시료(10)의 원하는 위치에 전자빔을 방출하여 충돌시킬 수 있다.
다음으로, 시료로부터 방출되는 전자를 대기압 분위기에서 수집(S300)한다. 여기서, 시료로부터 방출되는 전자는 시료에 입사된 전자빔이 시료에 충돌 후에, 시료로부터 방출되는 전자를 의미한다. 이때, 시료에 입사된 전자빔에 의하여 시료로부터 방출되는 전자로는 상대적으로 높은 에너지 준위에 의하여 방향성을 가지고 소정 방향 예컨대 시료(10)로부터 컬럼부(100)를 향하는 방향으로 직진하는 반사전자(back scattered electron)가 있다. 또한, 시료에 입사된 전자빔에 의하여 시료로부터 방출되는 전자로는 상대적으로 낮은 에너지 준위에 의하여 시료(10) 부근으로 산란되는 2차 전자(secondary electron)가 있다.
대기압 분위기에서 전자를 수집하는 상기의 과정은, 커버부(300)의 투과창(330A)에 의하여 컬럼부(100)가 대기 중에 노출되는 부위를 통하여 시료로부터 야기되는 2차 전자를 획득하는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 2차 전자는 커버부(300)의 수집 바디(320)에 수집되며, 수집된 2차 전자는 수집 바디(320)와 직접 접촉 및 결합되어 있는 커버부(300)의 상부층(311)을 거쳐 검출부(400) 및 신호 처리부(500)에 전기적으로 전달될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 방법은 대기압 중에서 전자를 수집하는 상기 과정과 함께 시료로부터 방출되는 반사전자를 컬럼부(100) 내의 제2 검출부(600)에서 수집하는 과정을 더 포함할 수 있다. 예컨대 반사전자는 커버부(300)의 투과창(330A)를 통과하여 컬럼부(100) 내의 제2 검출부(600)로 수집될 수 있으며, 제2 검출부(600)는 수집된 반사전자를 신호 처리부(500)에 전기적으로 전달할 수 있다.
다음으로, 상기와 같이 획득되는 2차 전자 및 반사전자에 의하여 야기되는 전류를 검출(S400)한다. 예컨대 수집 바디(320)에 수집되는 2차 전자에 의하여 야기되는 전류를 메인 바디(310)의 상부층(311)을 거쳐 검출부(400)에서 검출할 수 있다.
다음으로, 검출된 전류를 처리하여 이미지로 형성(S500)한다. 이의 과정은 신호 처리부(500)에서 실시될 수 있다. 이때, 수집된 2차 전자로부터의 신호와 수집된 반사전자로부터의 신호를 더하여 이미지로 전환할 수 있으며, 이에 이미지의 품질을 향상시킬 수 있다. 검출된 전류로부터 이미지를 형성하는 상기의 과정 및 방식에는 공지의 기술이 적용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 대기압 분위기에서 전자를 수집하는 과정을 실시하기 전에 또는 동시에, 컬럼부(100)와 시료(10) 사이의 공간에 불활성 가스 분위기를 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 예컨대 전자빔 방출 전에 또는 전자빔 방출과 동시에 커버부(300)의 가스 분사구(360A)에서 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스 또는 이들 가스의 혼합 가스를 분사할 수 있다. 이에 투과창(330A)과 시료(10) 사이의 예컨대 200㎛ 너비의 공간(D)을 불활성 분위기로 형성할 수 있어, 2차 전자를 용이하게 고효율로 수집할 수 있다. 이처럼 2차 전자를 고효율로 수집함에 따라, 고품질의 시료 이미지를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 대기압 분위기에서 전자를 수집하는 과정을 실시하기 전에, 또는 동시에, 대기 중에 마련된 시료(10)에 바이어스 전원을 인가하는 과정을 포함할 수 있다. 예컨대 전자빔 방출 전에 또는 전자빔 방출과 동시에 지지부(200)에 연결된 바이어스 전원 공급기(210)를 이용하여, 수백 볼트(V) 정도의 마이너스 전압을 시료에 인가할 수 있다. 이에 시료로부터 방출되는 전자들이 시료와의 반발력에 의하여 수집 바디(320) 측으로 원활하게 이동될 수 있어, 수집 바디(320)에서 2차 전자를 용이하게 고효율로 수집할 수 있다. 이처럼 2차 전자를 고효율로 수집함에 따라, 고품질의 시료 이미지를 생성할 수 있다.
이때, 컬럼부(100)와 시료(10) 사이의 공간에 불활성 가스 분위기를 형성하는 과정과, 대기 중에 마련된 시료(10)에 바이어스 전원을 인가하는 과정 간의 순서는 특별히 한정하지 않으며, 두 과정 중 어느 하나를 먼저 실시하거나, 두 과정을 동시에 실시하여도 무방하다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이며, 본 발명의 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 본 발명의 특허청구범위 및 이와 균등한 기술 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 시료
100: 컬럼부
200: 지지부 300: 커버부
310: 메인 바디 312: 중간층
314: 관통구 320: 수집 바디
330A: 투과창 350: 절연성 밀폐링
400: 검출부 410: 접촉침
420: 전달 라인 500: 신호 처리부
600: 제2 검출부 700: 제3 검출부
200: 지지부 300: 커버부
310: 메인 바디 312: 중간층
314: 관통구 320: 수집 바디
330A: 투과창 350: 절연성 밀폐링
400: 검출부 410: 접촉침
420: 전달 라인 500: 신호 처리부
600: 제2 검출부 700: 제3 검출부
Claims (22)
- 대기 중의 시료를 관찰하는 장치로서,
내부에 진공 공간을 형성하고, 일 측에 개방구가 형성되며, 전자빔 발생이 가능한 전자빔 발생수단을 구비하는 컬럼부;
상기 컬럼부의 개방구와 대향하여 위치하고, 대기압에서 상기 시료를 지지하는 지지부;
상기 컬럼부의 개방구와 결합되고, 전자빔이 통과할 수 있는 투과창 및 상기 시료로부터 발생되는 전자를 수집하는 수집 바디를 구비하는 커버부; 및
상기 커버부와 연결되고, 수집된 전자에 의하여 발생되는 전류를 검출하는 검출부;를 포함하는 시료 관찰 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 검출부와 연결되고, 검출된 전류를 처리하는 신호 처리부;를 더 포함하는 시료 관찰 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 커버부는, 중앙 영역에 관통구가 형성되고, 복수의 층을 구비하는 메인 바디; 상기 관통구에 결합되는 상기 수집 바디; 및 상기 수집 바디의 중앙 영역에 형성되는 상기 투과창;을 포함하는 시료 관찰 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 메인 바디의 복수의 층 중 적어도 일층은 절연체층을 포함하는 시료 관찰 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 메인 바디는 상하 방향으로 적층 결합되는 하부층, 중간층 및 상부층을 구비하며, 상기 중간층은 절연체를 포함하는 시료 관찰 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 메인 바디는 절연성 밀폐링을 통하여, 상기 컬럼부와 결합되는 시료 관찰 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 검출부는 상기 메인 바디 및 상기 수집 바디의 적어도 일부 영역과 접촉하는 접촉침 및 상기 접촉침과 연결되고 전류를 전달하는 전달 라인을 포함하는 시료 관찰 장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 접촉침은 상기 컬럼부의 내부에 위치하고, 상기 전달 라인은 상기 컬럼부를 관통하여 마련되는 시료 관찰 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 수집 바디는 전도성을 가지며, 상기 메인 바디와 직접 접합되는 시료 관찰 장치. - 청구항 9에 있어서,
상기 수집 바디는 실리콘 단결정 재질을 포함하며, 대기압 하의 시료에 전자빔이 입사된 후, 시료로부터 방출되는 2차 전자를 수집하는 시료 관찰 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 커버부는 가스를 분사하는 가스 분사구를 포함하는 시료 관찰 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 시료에 바이어스 전원을 인가 가능하도록 상기 지지부에 연결되는 바이어스 전원 공급기;를 더 포함하는 시료 관찰 장치.
- 전자빔을 이용하여 시료를 관찰하는 장치에 결합되는 커버 어셈블리로서,
중앙 영역에 관통구가 형성되고, 절연체를 구비하는 메인 바디;
상기 관통구에 결합되며, 상기 시료로부터 발생되는 전자를 수집하는 수집 바디; 및
상기 수집 바디의 중앙 영역에 형성되고, 전자빔이 통과할 수 있는 투과창;을 포함하는 커버 어셈블리. - 청구항 13에 있어서,
상기 메인 바디는 상하 방향으로 적층 결합되는 하부층, 중간층 및 상부층을 구비하며, 상기 중간층은 절연체를 포함하고, 상기 하부층 및 상부층은 전도체를 포함하는 커버 어셈블리. - 청구항 14에 있어서,
상기 하부층 및 상부층은 스테인리스 스틸 재질을 포함하며, 상기 중간층은 고무 및 플라스틱 중 적어도 하나를 포함하는 커버 어셈블리. - 청구항 13에 있어서,
상기 메인 바디의 복수의 층 사이에는 가스 경로가 형성되고, 상기 수집 바디를 향하는 상기 메인 바디의 단부에 상기 가스 경로와 연결되는 가스 분사구가 구비되는 커버 어셈블리.
- 대기 중에 위치하는 시료를 관찰하는 방법으로서,
내부에 진공이 형성된 컬럼부와 이격되어 대기 중에 시료를 마련하는 과정;
상기 시료를 향하여 전자빔을 방출하는 과정;
상기 시료에 입사되는 전자빔이 상기 시료에 충돌 후, 시료로부터 방출되는 전자를 대기압 분위기에서 수집하는 과정;
획득된 전자에 의하여 야기되는 전류를 검출하는 과정; 및
검출되는 전류를 처리하여 이미지로 형성하는 과정;을 포함하는 시료 관찰 방법. - 청구항 17에 있어서,
대기압 분위기에서 전자를 수집하는 과정은, 상기 컬럼부가 대기 중에 노출되는 부위를 통하여 상기 시료로부터 야기된 2차 전자(secondary electron)를 획득하는 과정을 포함하는 시료 관찰 방법. - 청구항 17 또는 청구항 18에 있어서,
상기 시료에 입사된 전자빔이 상기 시료에 충돌 후에, 시료로부터 방출되는 반사전자(back scattered electron)를 상기 컬럼부 내부에서 수집하는 과정을 더 포함하는 시료 관찰 방법. - 청구항 19에 있어서,
상기 이미지를 형성하는 과정은, 수집된 2차 전자로부터의 신호와 수집된 상기 반사전자로부터의 신호를 더하여 이미지로 전환하는 과정;을 포함하는 시료 관찰 방법. - 청구항 17 또는 청구항 18에 있어서,
상기 대기압 분위기에서 전자를 수집하는 과정 전에, 상기 컬럼부와 상기 시료 사이의 공간에 불활성 가스 분위기를 형성하는 과정;을 포함하는 시료 관찰 방법. - 청구항 17 또는 청구항 18에 있어서,
상기 대기압 분위기에서 전자를 수집하는 과정 전에, 대기 중에 마련된 상기 시료에 바이어스 전원을 인가하는 과정;을 포함하는 시료 관찰 방법.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200082301A (ko) | 2018-12-28 | 2020-07-08 | 참엔지니어링(주) | 시료 관찰 장치 및 방법 |
| KR20200082299A (ko) | 2018-12-28 | 2020-07-08 | 참엔지니어링(주) | 시료 관찰 장치 및 방법 |
| KR20200082300A (ko) | 2018-12-28 | 2020-07-08 | 참엔지니어링(주) | 시료 관찰 장치 및 방법 |
| KR102180979B1 (ko) | 2019-08-19 | 2020-11-19 | 참엔지니어링(주) | 처리 장치 및 방법 |
| KR102181456B1 (ko) | 2019-08-16 | 2020-11-23 | 참엔지니어링(주) | 검사 장치, 수리 장치 및 입자 빔 장치 |
| KR20200134826A (ko) * | 2019-05-23 | 2020-12-02 | (주)화인솔루션 | 이온빔 스퍼터링 장치 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004264290A (ja) * | 2003-01-07 | 2004-09-24 | Kla-Tencor Technologies Corp | 磁気媒体とヘッドの高コントラストの検査と精査 |
| JP2011243483A (ja) * | 2010-05-20 | 2011-12-01 | Jeol Ltd | 試料保持体、検査装置、及び検査方法 |
| KR101321049B1 (ko) | 2013-02-22 | 2013-10-23 | 한국기계연구원 | 전자 검출기 |
| KR20140027687A (ko) | 2012-08-27 | 2014-03-07 | 한국표준과학연구원 | 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치 및 그것을 구비한 주사전자현미경 |
| JP5537653B2 (ja) * | 2010-04-16 | 2014-07-02 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | イオンビーム装置およびイオンビーム加工方法 |
| KR20150052355A (ko) * | 2011-09-21 | 2015-05-13 | 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 | 하전 입자선 장치, 하전 입자선 장치의 조정 방법, 및 시료의 검사 또는 시료의 관찰 방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5909431B2 (ja) * | 2012-09-27 | 2016-04-26 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置 |
-
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-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004264290A (ja) * | 2003-01-07 | 2004-09-24 | Kla-Tencor Technologies Corp | 磁気媒体とヘッドの高コントラストの検査と精査 |
| JP5537653B2 (ja) * | 2010-04-16 | 2014-07-02 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | イオンビーム装置およびイオンビーム加工方法 |
| JP2011243483A (ja) * | 2010-05-20 | 2011-12-01 | Jeol Ltd | 試料保持体、検査装置、及び検査方法 |
| KR20150052355A (ko) * | 2011-09-21 | 2015-05-13 | 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 | 하전 입자선 장치, 하전 입자선 장치의 조정 방법, 및 시료의 검사 또는 시료의 관찰 방법 |
| KR20140027687A (ko) | 2012-08-27 | 2014-03-07 | 한국표준과학연구원 | 주사전자현미경의 전자통과막 보호장치 및 그것을 구비한 주사전자현미경 |
| KR101321049B1 (ko) | 2013-02-22 | 2013-10-23 | 한국기계연구원 | 전자 검출기 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200082301A (ko) | 2018-12-28 | 2020-07-08 | 참엔지니어링(주) | 시료 관찰 장치 및 방법 |
| KR20200082299A (ko) | 2018-12-28 | 2020-07-08 | 참엔지니어링(주) | 시료 관찰 장치 및 방법 |
| KR20200082300A (ko) | 2018-12-28 | 2020-07-08 | 참엔지니어링(주) | 시료 관찰 장치 및 방법 |
| KR20200134826A (ko) * | 2019-05-23 | 2020-12-02 | (주)화인솔루션 | 이온빔 스퍼터링 장치 |
| KR102181456B1 (ko) | 2019-08-16 | 2020-11-23 | 참엔지니어링(주) | 검사 장치, 수리 장치 및 입자 빔 장치 |
| WO2021033998A1 (ko) * | 2019-08-16 | 2021-02-25 | 참엔지니어링(주) | 검사 장치, 수리 장치 및 입자 빔 장치 |
| KR102180979B1 (ko) | 2019-08-19 | 2020-11-19 | 참엔지니어링(주) | 처리 장치 및 방법 |
| WO2021033999A1 (ko) * | 2019-08-19 | 2021-02-25 | 참엔지니어링(주) | 처리 장치 및 방법 |
| CN114302979A (zh) * | 2019-08-19 | 2022-04-08 | 查目科技股份有限公司 | 处理装置和方法 |
| CN114302979B (zh) * | 2019-08-19 | 2024-04-05 | 查目科技股份有限公司 | 处理装置和方法 |
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| Publication number | Publication date |
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| KR101682521B1 (ko) | 2016-12-06 |
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