KR20200082300A - 시료 관찰 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 시료를 지지할 수 있는 지지부와 마주보도록 배치되고, 내부에 진공 공간이 형성되며, 지지부를 향하는 일측이 개구되는 컬럼부, 컬럼부의 내부에 설치된 전자빔 발생부, 컬럼부의 개구와 결합되고, 전자빔 및 전자를 통과시킬 수 있는 투과창을 구비하는 커버부, 컬럼부의 내부에 설치되고 커버부와 마주보며, 전자빔 진행 경로를 감싸고, 전자를 증폭시킬 수 있는 증폭부를 포함하는 시료 관찰 장치, 및 이를 이용한 시료 관찰 방법으로서, 대기압 중의 시료를 관찰할 때, 시료로부터 방출되어 컬럼부의 내부에 도달한 전자를 증폭 및 가속시킬 수 있고, 전자를 고효율로 수집할 수 있고, 시료 이미지의 해상력을 높일 수 있는 시료 관찰 장치 및 방법이 제시된다.

Description

시료 관찰 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR OBSERVING SPECIMEN}
본 발명은 시료 관찰 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시료 이미지의 해상력을 높일 수 있는 시료 관찰 장치 및 방법에 관한 것이다.
주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)은 시료의 이미지 생성 및 성분 분석 등에 사용되는 장치이다. 주사전자현미경은 표시장치, 태양전지 및 반도체 칩 등의 제조 분야에서 시료를 검사하는 공정에 다양하게 사용된다.
주사전자현미경으로 대기압 중의 시료를 관찰할 때, 시료에서 방출되는 후방산란전자(back scattered electron) 및 2차전자(secondary electron)를 수집한다. 후방산란전자는 수㎸의 전압을 가지기 때문에, 대기를 통과하여 주사전자현미경에 원활하게 도달할 수 있다. 반면, 수V의 전압을 가지는 2차전자는 주사전자현미경에 도달하기까지 대기에 간섭되며 일정 부분 손실될 수 있다.
즉, 대기압에서는 2차전자의 수집이 어렵다. 따라서, 주사전자현미경으로 고품질의 시료 이미지를 생성하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-2016-0134235 A
본 발명은 전자빔의 입사에 의하여 대기압 중의 시료로부터 방출되는 전자를 컬럼부의 내부에서 충분히 증폭시킬 수 있는 시료 관찰 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 증폭된 전자를 원활하게 가속시킬 수 있는 시료 관찰 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 전자를 고효율로 수집할 수 있는 시료 관찰 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 시료 관찰 장치는, 전자빔을 이용하여 대기압 중의 시료를 관찰하는 시료 관찰 장치로서, 상기 시료를 지지할 수 있는 지지부와 마주보도록 배치되고, 내부에 진공 공간이 형성되며, 상기 지지부를 향하는 일측이 개구되는 컬럼부; 상기 컬럼부의 내부에 설치되는 전자빔 발생부; 상기 컬럼부의 개구와 결합되고, 전자빔 및 전자를 통과시킬 수 있는 투과창을 구비하는 커버부; 및 상기 컬럼부의 내부에 설치되고 상기 커버부와 마주보며, 전자빔 진행 경로를 감싸고, 전자를 증폭시킬 수 있는 증폭부;를 포함한다.
상기 증폭부에서 이격되고, 상기 전자빔 진행 경로를 감싸며, 전자를 가속시킬 수 있는 가속부; 및 상기 가속부에 연결되는 전원 공급부;를 포함할 수 있다.
상기 커버부는, 중심부에 관통구가 형성되고, 상기 컬럼부의 개구와 결합되는 메인 바디; 및 상기 관통구와 결합되고, 중심부에 상기 투과창이 형성되는 보조 바디;를 포함하고, 상기 증폭부는, 상기 관통구의 상부에 배치되고, 상기 보조 바디와 마주볼 수 있다.
상기 가속부는, 상기 증폭부에서 상기 전자빔 발생부 측으로 이격되고, 상기 개구의 내부에 배치되고, 상기 증폭부와 마주볼 수 있다.
상기 가속부 및 상기 증폭부는 전자빔 진행 경로와 교차하는 방향으로 연장되며, 중심부가 관통될 수 있다.
상기 증폭부는 금속 재질을 포함하고, 상기 시료로부터 방출되는 전자와 충돌하여 전자를 추가 방출하며, 상기 가속부는 전기 전도성 재질을 포함하고, 상기 증폭부와 상기 커버부 사이의 전자에 상기 커버부 및 상기 증폭부 중 선택된 어느 하나를 향하는 방향으로 척력 또는 인력을 제공할 수 있다.
상기 증폭부는 상기 가속부보다 원자 번호가 큰 금속 재질을 포함하거나, 세라믹 또는 그 산화물 재질을 포함할 수 있다.
상기 전자빔 발생부, 상기 가속부, 상기 증폭부 및 상기 투과창은 전자빔 진행 경로의 방향으로 순서대로 나열되고, 상기 가속부는 상기 증폭부 및 상기 커버부와 절연될 수 있다.
상기 시료에 바이어스 전원을 인가할 수 있도록 형성되는 바이어스 전원 공급기;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 시료 관찰 방법은, 대기압 중의 시료를 관찰하는 시료 관찰 방법으로서, 내부에 진공이 형성된 컬럼부와 마주보도록 상기 시료를 마련하는 과정; 상기 컬럼부의 개구에 형성된 투과창으로 전자빔을 통과시켜 상기 시료를 향하여 전자빔을 방출하는 과정; 상기 전자빔이 상기 시료에 충돌 후, 상기 시료로부터 방출되어 상기 컬럼부의 내부로 도달하는 전자의 움직임을 제어하는 과정; 상기 투과창이 지지된 커버부를 통하여 상기 전자를 수집하는 과정; 상기 전자에 의하여 야기되는 전류를 검출하는 과정; 및 검출된 전류를 처리하여 시료 이미지로 생성하는 과정;을 포함한다.
상기 전자의 움직임을 제어하는 과정은, 상기 시료로부터 방출되는 전자를 증폭 및 가속시키는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 전자를 증폭시키는 과정은, 상기 컬럼부의 내부에 설치되는 증폭부에 전자를 충돌시켜, 전자를 추가 방출시키는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 전자를 가속시키는 과정은, 상기 증폭부에서 이격되어 설치된 가속부에 전압을 인가하여, 전자에 상기 커버부 또는 상기 증폭부 중 선택된 어느 하나를 향하는 방향으로 척력 또는 인력을 제공하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 전자는 후방산란전자 및 2차전자를 포함하고, 상기 전자를 수집하는 과정은, 상기 컬럼부의 내부에서 증폭 및 가속된 후방산란전자 및 2차전자를 상기 커버부로 수집하는 과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자빔의 입사에 의하여 대기압 중의 시료로부터 방출되어 컬럼부의 내부에 도달하는 전자를 컬럼부의 내부에서 충분하게 증폭시킬 수 있다. 또한, 컬럼부의 내부에서 증폭된 전자를 커버부의 메인 바디까지 원활하게 가속시킬 수 있다. 그리고 메인 바디에서 전자를 고효율로 수집할 수 있다.
더욱 구체적으로, 전자빔이 통과되는 투과창을 마주보도록 컬럼부의 내부에 증폭부를 설치하고, 시료로부터 방출된 후 컬럼부의 내부에 도달하는 2차전자를 증폭부에 충돌시켜 다량의 2차전자를 추가 방출시킬 수 있다. 또한, 증폭부 부근에 설치된 가속부에 전자 가속용의 바이어스 전압을 인가하여 컬럼부의 내부에서 추가 방출된 다량의 2차전자를 메인 바디 측으로 원활하게 가속시킬 수 있다.
이에, 시료로부터 방출되는 전자 중 에너지 준위가 낮아서 컬럼부의 내부에 충분하게 도달하기 어려운 2차전자를 컬럼부의 내부에서 증폭 및 가속시켜 메인 바디에서 고효율로 수집할 수 있다. 따라서, 고효율로 수집된 2차전자를 시료 이미지 생성에 사용할 수 있고, 고품질의 시료 이미지를 생성할 수 있다. 즉, 시료 이미지의 해상력(resolution)을 높일 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 2차전자를 컬럼부의 내부에서 증폭 및 가속시켜 메인 바디에서 고효율로 수집할 수 있기 때문에, 시료에 바이어스 전원을 인가하지 않아도 고품질의 시료 이미지를 생성할 수 있다. 따라서, 시료에 바이어스 전원 공급기를 접촉시키지 않아도 되고, 시료와 바이어스 전원 공급기의 접촉에 의한 시료의 물리적 형상 및 전기적 성질의 변형을 원천 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치의 부분확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 증폭 및 가속을 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 커버부의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치의 개략도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치의 부분확대도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 증폭 및 가속을 도시한 모식도이다. 또한, 도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 커버부의 개략도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치 및 방법은, 전자빔을 이용하여 대기압 중의 시료를 관찰할 때, 전자빔의 입사에 의하여 시료로부터 방출되어 컬럼부의 내부에 도달한 전자 예컨대 2차전자를 증폭 및 가속시켜 고효율로 수집할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치 및 방법은 2차전자 제어방식의 시료 관찰 장치 및 방법이라고 할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치를 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치는 전자빔을 이용하여 대기압 중의 시료를 관찰하는 시료 관찰 장치로서, 시료(10)를 지지할 수 있는 지지부(20)와 마주보도록 배치되고, 내부에 진공 공간이 형성되며, 지지부(20)를 향하는 일측이 개구된 컬럼부(100), 컬럼부(100)의 내부에 설치된 전자빔 발생부(200), 컬럼부(100)의 개구와 결합되고, 전자빔 및 전자를 통과시킬 수 있는 투과창(330A)을 구비하는 커버부(300), 및 컬럼부(100)의 내부에 설치되고 커버부(300)와 마주보며, 전자빔 진행 경로를 감싸고, 전자를 증폭시킬 수 있는 증폭부(410)를 포함한다.
시료 관찰 장치는, 증폭부(410)에서 이격되고, 전자빔 진행 경로를 감싸며, 전자를 가속시킬 수 있는 가속부(420), 가속부(420)에 연결되는 전원 공급부(430)를 포함할 수 있다.
시료 관찰 장치는, 투과창(330A)을 통과하는 전자에 의하여 발생되는 전류를 검출하는 검출부(500, 600, 700)를 포함할 수 있다. 검출부는 제1검출부(500), 제2검출부(600) 및 제3검출부(700)를 포함할 수 있다. 또는, 검출부는 제1검출부(500) 및 제3검출부(700)를 포함하고, 제2검출부(600)를 포함하지 않을 수 있다.
시료(10)는 LCD, OLED 및 LED를 포함하는 각종 표시장치, 태양전지 및 반도체 칩 등이 제조되는 공정에서, 각종 전자 소자의 제조에 사용되는 웨이퍼 또는 유리 패널일 수 있다.
물론, 시료(10)는 크기나 모양 등에 관계 없이 표준 대기압 상태에서 고체상 또는 액체상 또는 고체상과 액체상의 혼합 상으로 마련된 각종 유기물 또는 무기물 또는 유기물과 무기물의 혼합물을 포함하는 광범위한 의미의 시료일 수 있다.
전자빔이 시료(10)에 입사되면, 시료(10)로부터 전자 및 X선이 방출될 수 있다. 전자는 후방산란전자 및 2차전자를 포함할 수 있다. 이하에서 후방산란전자 및 2차전자를 특별히 구분할 필요가 없을 때, 후방산란전자 및 2차전자를 전자로 통칭한다.
지지부(20)는 다양할 수 있다. 지지부(20)는 각종 스테이지일 수 있다. 지지부(20)는 대기압 중의 시료(10)를 지지할 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하면, 지지부(20)는 시료(10)의 형상에 대응하여 예컨대 판 타입으로 형성될 수 있다. 지지부(20)는 컬럼부(100)의 개구(110)와 마주볼 수 있다. 이때, 지지부(20)는 컬럼부(100)의 개구(110)의 하측에 위치할 수 있다. 지지부(20)는 시료(10)를 지지할 수 있는 소정의 크기로 형성될 수 있다.
컬럼부(100)는 지지부(20)와 마주보도록 배치될 수 있다. 컬럼부(100)는 지지부(20)의 상측으로 소정 높이 이격될 수 있다. 컬럼부(100)는 지지부(20)와 상하방향으로 마주볼 수 있다. 컬럼부(100)는 내부에 진공 공간이 형성될 수 있다. 컬럼부(100)는 지지부(20)를 향한 일측이 개구될 수 있다. 구체적으로, 컬럼부(100)는 하부에 개구(110)가 형성될 수 있다.
컬럼부(100)는 상하방향으로 연장될 수 있다. 컬럼부(100)는 내부에 전자빔 발생부(200)를 수용할 수 있는 일종의 진공 용기일 수 있다. 컬럼부(100)는 스테인리스스틸(SUS) 재질을 포함할 수 있다. 컬럼부(100)의 내부는 전자빔의 발생 및 가속을 위해 소정 크기 예컨대 10-5 내지 10-7 torr의 진공으로 제어될 수 있다.
개구(110)는 컬럼부(100)의 하부에서 하방으로 연장될 수 있다. 개구(110)는 중공형의 원통체 형상일 수 있다. 개구(110)는 외주면에 나사산이 형성될 수 있다. 나사산에 커버부(300)가 용이하게 탈착될 수 있다.
컬럼부(100)는 전기적으로 접지(earth)될 수 있다. 시료(10)로부터 방출되는 전자는 커버부(300)의 후술하는 메인 바디(310)에 집중될 수 있다.
전자빔 발생부(200)는 지지부(20)를 향하도록 컬럼부(100)의 내부에 설치될 수 있다. 전자빔 발생부(200)는 컬럼부(100)의 내부에서 전자빔을 발생할 수 있고, 전자빔을 가속시킬 수 있다. 전자빔 발생부(200)는 전자 방출기(210) 및 복수의 렌즈(220, 230)를 포함할 수 있다. 전자 방출기(210)는 컬럼부(100)의 상부에 배치될 수 있다. 전자 방출기(210)는 개구(110)의 중심을 상하방향으로 통과하도록 전자빔을 방출할 수 있다. 복수의 렌즈(220, 230)는 전자 방출기(210) 및 개구(110) 사이에 배치되어 전자빔을 집속 및 가속시킬 수 있다.
전자 방출기(210)는 전자 총(Electron gun)을 포함할 수 있다. 전자 총은 전계방사 및 열방사 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여, 원하는 크기의 가속 전압 및 프로브 전류로 전자 다발을 방출할 수 있다. 구체적으로, 전자 총은 전계방사형 쇼트키 방식의 전자 총을 포함할 수 있다.
복수의 렌즈(220, 230)는 집속 렌즈(220) 및 대물 렌즈(230)를 포함할 수 있다. 집속 렌즈(220) 및 대물 렌즈(230)는 전자기적힘을 이용하여 전자 방출기(210)에서 방출된 전자 다발을 전자빔 형태로 모아줄 수 있다. 전자 방출기(210)에서 개구(110)를 향하는 방향으로, 집속 렌즈(220) 및 대물 렌즈(230)의 순서로 배치될 수 있다.
전자빔 발생부(200)는 전자빔을 통과시키는 어퍼쳐(aperture, 미도시), 전자빔의 수차를 제어해주는 수차보정 전자석(stigmator, 미도시), 전자빔의 편향을 보정하는 주사 코일(Scanning coil, 미도시), 및 전자빔의 발생 및 가속을 제어할 수 있도록 전자빔 발생기(120)와 연결되는 컨트롤러(미도시)를 더 포함할 수 있다.
커버부(300)는, 개구(110)와 결합되고, 컬럼부(100)의 내부 진공을 유지시킬 수 있다. 커버부(300)는 전자빔, X선 및 전자를 통과시킬 수 있는 투과창(330A)을 구비할 수 있다. 커버부(300)는 투과창(330A)을 통하여 전자빔, X선, 후방산란전자, 및 2차전자를 통과시킬 수 있다. 커버부(300)는 메인 바디(310)와 보조 바디(320)를 구비할 수 있다. 커버부(300)는 메인 바디(310)와 보조 바디(320)를 통하여 후방산란전자 및 2차전자를 수집할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 커버부(300)는, 중심부에 상하방향으로 관통구(H1)가 형성되고, 개구(110)와 결합되는 메인 바디(310), 관통구(H1)와 결합되는 보조 바디(320), 보조 바디(320)의 중심부에 형성되는 투과창(330A)을 포함할 수 있다.
또한, 커버부(300)는, 메인 바디(310)를 개구(110)에 탈착 가능하게 결합시키는 이음부(340), 메인 바디(310)와 컬럼부(110)의 사이에 구비되는 절연성 밀폐링(350), 및 보조 바디(320)의 하측으로 가스(g)를 경사지게 분사하는 가스 분사구(360A)에 연결되어 가스(g)를 공급하는 가스 경로(360)를 포함할 수 있다.
메인 바디(310)는 이음 부재(340)에 의하여 개구(110)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 메인 바디(310)는 커버부(300)의 본체로서, 전체 형상은 원판 형상일 수 있다. 메인 바디(310)는 전자빔 진행 방향으로 상호 적층된 전기 전도층 및 적어도 하나의 절연층을 포함할 수 있다. 여기서, 전자빔 진행 방향은 상하방향과 나란한 방향일 수 있다.
메인 바디(310)는 상하방향으로 적층 결합되는 상부층(311), 중간층(312) 및 하부층(313)을 포함할 수 있다. 상부층(311)과 하부층(313)은 전기 전도층일 수 있다. 중간층(312)은 절연층일 수 있다. 상부층(311)과 하부층(313)은 예컨대 스테인리스스틸 재질을 포함할 수 있다. 상부층(311)은 전자의 전달 경로로 사용될 수 있다. 예컨대 상부층(311)으로 수집되는 전자는 제1검출부(500)로 전달될 수 있다.
중간층(312)은 일체형 부재로 구비되거나, 분리형 복수 부재로 구비되어 방사상으로 배치될 수 있다. 중간층(312)은 예컨대 고무 및 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 중간층(312)에 의해 상부층(311) 및 하부층(313)이 전기적으로 절연될 수 있다. 이에, 상부층(311)에 수집되는 전자가 하부층(313)과 이음 부재(340)를 통하여 컬럼부(100)로 손실되는 것을 방지할 수 있다.
메인 바디(310)의 중심부를 관통하도록 관통구(H1)가 형성될 수 있다. 이때, 상부층(311) 및 하부층(312)은 중심부 부근이 하측으로 볼록할 수 있다. 더욱 상세하게는, 상부층(311) 및 하부층(313)은 중심부 부근이 보조 바디(320)를 향하여 하향 경사진 구조일 수 있다. 하부층(313)의 중심부 부근의 관통 단부는 상부층(311)의 중심부 부근의 관통 단부의 외측을 둘러쌀 수 있다. 상부층(311)의 중심부 부근의 관통 단부는 하부층(313)의 중심부 부근의 관통 단부의 내측에서 하방으로 노출될 수 있다. 상부층(311)의 중심부 부근의 관통 단부와 하부층(313)의 중심부 부근의 관통 단부 사이에 이격 공간(H2)이 형성될 수 있다. 이격 공간(H2)에 가스 분사구(360A)가 위치할 수 있다. 이격 공간(H2)은 가스 분사구(360A)에서 분사되는 불활성 가스를 임시 수용하는 버퍼 역할을 수행할 수 있다.
보조 바디(320)는 상부층(311)의 중심부 부근의 관통 단부에 접착 또는 접합되는 방식으로, 메인 바디(310)의 관통구(H1)와 결합되고, 관통구(H1)를 밀봉할 수 있다. 보조 바디(320)와 상부층(311)은 전기적으로 연결될 수 있다.
보조 바디(320)는 원판 및 사각판 형상 등 다양한 형상일 수 있다. 보조 바디(320)는 전기 전도성 재질일 수 있다. 보조 바디(320)는 실리콘(Si) 단결정 재질의 실리콘 웨이퍼, 실리콘 카바이드(SiC) 웨이퍼 및 그라파이트(C) 웨이퍼 등 전도성 웨이퍼를 포함할 수 있다.
투과창(330A)은 지지부(20)와 이격될 수 있다. 또한, 투과창(330A)은 지지부(20)상의 시료(10)와 이격될 수 있다. 이격 높이는 수십 내지 수백 ㎛ 정도일 수 있다.
전자빔이 시료(10)로 입사된 후 시료(10)에서 방출되는 전자는 투과창(330A)을 통과하고 컬럼부(100)의 내부에서 증폭 및 가속된 후 메인 바디(310)와 보조 바디(320)에 수집될 수 있다. 시료(10)에서 방출되는 전자 중 일부는 투과창(330A)의 외측에서 투과성 박막(330)을 통하여 보조 바디(320)에 수집될 수도 있다.
투과창(330A)은 전자빔, X선 및 전자를 통과시킬 수 있고, 컬럼부(100)의 내부 진공을 유지시킬 수 있다. 투과창(330A)은 전자빔을 컬럼부(100)의 외부로 통과시킬 수 있다. 투과창(330A)은 시료(10)로부터 방출되는 후방산란전자 및 X선을 컬럼부(100)의 내부로 통과시킬 수 있다. 투과창(330A)은 시료(10)로부터 방출되는 2차전자를 컬럼부(100)의 내부로 통과시키거나 혹은 수집할 수 있다.
후방산란전자는 2차전자보다 에너지가 크기 때문에 투과창(330A)을 통과하여 컬럼부(100)의 내부에 쉽게 도달할 수 있다. 2차전자는 에너지가 작기 때문에 상대적으로 적은 수의 2차전자가 투과창(330A)을 통과하여 컬럼부(100)의 내부에 도달할 수 있다.
컬럼부(100)의 내부에 도달한 2차전자는 증폭부(410) 및 가속부(420)에 의하여 증폭 및 가속될 수 있고, 이후, 메인 바디(310) 및 보조 바디(320)에 수집될 수 있다. 이때, 후방산란전자도 역시 증폭부(410) 및 가속부(420)에 의하여 증폭 및 가속될 수 있고, 메인 바디(310) 및 보조 바디(320)에 수집될 수 있다. 메인 바디(310) 및 보조 바디(320)에 수집된 전자는 제1검출부(500)에서 고해상도의 시료 이미지의 생성에 활용될 수 있다.
투과창(330A)은 얇은 두께의 멤브레인(membrane)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 투과창(330A)은 예컨대 100㎚ 이하의 두께, 상세하게는, 3 내지 100㎚ 의 두께의 실리콘 나이트라이드(SiN) 막을 포함할 수 있다. 투과창(330A)은 보조 바디(320)의 중심부에 형성될 수 있다.
투과창(330A)을 보조 바디(320)의 중심부에 형성하는 과정을 간단히 설명한다. 보조 바디(320)의 일면에 투과성 박막(330) 예컨대 실리콘 나이트라이드 막을 형성한다. 투과성 박막(330)이 형성되지 않은 보조 바디(320)의 타면에서 보조 바디(320)의 일면을 향하는 방향으로 보조 바디(320)의 중심부에 비아홀(H4)을 식각한다. 비아홀(H4)에 의하여 보조 바디(320)의 중심부에 투과창(330A)이 형성될 수 있다. 물론, 투과창(330A)을 형성하는 방식은 다양할 수 있다.
이음 부재(340)는 내부가 상하방향으로 개방된 중공의 원통체 형상일 수 있다. 이음 부재(340)의 내주면에 메인 바디(310)가 안착되고, 끼움 결합될 수 있다. 이음 부재(340)는 메인 바디(310)보다 상하방향의 두께가 클 수 있다.
이음 부재(340)는 내주면 하부에 돌출단부가 형성될 수 있다. 돌출단부는 이음 부재(340)의 내주면 둘레방향으로 연장될 수 있다. 돌출단부에 메인 바디(310)가 안착될 수 있다. 이음 부재(340)는 내주면 상부에 나사산이 형성될 수 있다. 나사산은 개구(110)의 외주면에 나사 결합될 수 있다. 이음 부재(340)는 스테인리스스틸 재질 또는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다.
절연성 밀폐링(350)은 예컨대 오링(O ring)일 수 있다. 절연성 밀폐링(350)은 메인 바디(310)의 상부층(311)과 컬럼부(100)의 개구(110) 사이에 마련될 수 있다. 절연성 밀폐링(350)을 통하여 메인 바디(310)가 컬럼부(100)의 개구(110)와 결합할 수 있다. 절연성 밀폐링(350)은 메인 바디(310)와 컬럼부(100)의 사이를 절연 및 밀봉시킬 수 있다.
가스 경로(360)는 메인 바디(310)의 복수의 층 사이에서 가스 분사구(360A)를 향하여 연장될 수 있다. 가스 경로(360)는 중간층(312)을 따라 연장될 수 있고, 상부층(311) 및 하부층(313)과 이격될 수 있다. 가스 경로(360)는 절연 막으로 피복될 수 있다. 가스 경로(360)는 가스 공급원(미도시)에 연결되고, 가스(g)를 공급받을 수 있다.
가스 분사구(360A)는 메인 바디(310)의 중심부 부근 관통 단부에 구비될 수 있다. 가스 분사구(360A)는 상부층(311)의 중심부 부근 관통 단부 및 하부층(313)의 중심부 부근 관통 단부 사이에서 하향 경사지게 연장된 가스 경로(360)의 단부일 수 있다.
가스 분사구(360A)는 복수개 형성되고, 보조 바디(320)를 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다. 가스 분사구(360A)는 보조 바디(320)의 360° 전방위에서 불활성 가스(g)를 분사하여 보조 바디(320)의 하측에 국부적으로 불활성 가스 분위기를 조성할 수 있다. 불활성 가스는 예컨대 헬륨(He), 네온(Ne) 및 아르곤(Ar) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 가스일 수 있다.
한편, 중간층(312)이 분리형의 복수 부재들로 구비되어 방사상으로 배치되는 경우, 가스 경로(360)는 상부층(311), 하부층(313) 및 중간층(312) 사이의 이격 공간을 포함할 수 있다. 이때, 가스 분사구(360A)는 상부층(311)의 중심부 부근의 관통 단부와 하부층(313)의 중심부 부근의 관통 단부 사이에 형성된 환형의 이격 공간을 포함할 수 있다.
증폭부(410)는 컬럼부(100)의 내부에 설치되어 커버부(100)와 마주보며, 전자빔을 통과시킬 수 있도록 전자빔 진행 경로를 감싸고, 전자를 증폭시킬 수 있다. 증폭부(410)는 관통구(H1)의 상부에 배치되고, 보조 바디(320)의 주변부와 상하방향으로 마주볼 수 있다.
증폭부(410)는 전자빔 진행 경로와 교차하는 방향으로 연장될 수 있다. 여기서, 전자빔 진행 경로는 투과창(330A)의 중심부를 상하방향으로 지나도록 전자빔 발생부(200)와 시료(10) 사이에 형성된 전자빔의 진행 경로일 수 있다. 전자빔 진행 경로와 교차하는 방향은 예컨대 좌우방향, 전후방향 혹은 수평방향을 포함할 수 있다. 전자빔 진행 경로와 교차하는 방향을 전자빔 진행 경로에서 그 외측을 향하는 방향이라고 할 수도 있다. 이때, 전자빔 진행 경로의 외측은 예컨대 전자빔 진행 경로를 환형으로 둘러감싸는 소정의 영역을 지칭한다. 증폭부(410)는 원판 혹은 사각판 등 다양한 형상일 수 있다. 보조 바디(320)가 원판 형상일 경우, 증폭부(410)도 원판 형상일 수 있다.
증폭부(410)는 관통구(H1)의 상부를 덮도록 설치될 수 있다. 증폭부(410)는 중심부가 전자빔 진행 경로의 방향으로 관통될 수 있다. 증폭부(410)는 금속 재질을 포함할 수 있다. 이를테면 증폭부(410)는 일종의 금속 판 혹은 금속 박판일 수 있다.
전자빔 진행 경로의 방향은 전자빔 발생부(200)에서 방출된 전자빔이 진행하는 방향으로, 예컨대 좌우방향, 전후방향 및 수평방향과 교차하는 방향인 상하방향을 포함할 수 있다. 전자빔 진행 경로의 방향을 전자빔의 방출방향 혹은 전자빔의 연장방향이라고 할 수도 있다.
한편, 증폭부(410)의 설치위치는 투과창(330A)을 통과한 전자와 원활하게 충돌할 수 있는 위치이면 다양하게 변경될 수 있다.
증폭부(410)는 시료(10)로부터 방출되어 투과창(330A)을 통과한 전자와 충돌하여 다수개의 전자를 추가 방출시킬 수 있다. 예컨대 1개의 전자가 증폭부(410)에 충돌하면 대략 10개의 전자가 추가 방출될 수 있다. 이처럼 증폭부(410)에 전자를 충돌시켜 다수개의 전자를 추가로 방출시키는 것을 전자 증폭 혹은 전자 증폭 생성이라고 지칭한다.
한편, 증폭부(410)는 전자의 증폭이 용이하도록 원자 번호가 큰 금속 재질을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 증폭부(410)는 가속부(420), 커버부(300) 또는 컬럼부(100)의 재질보다 원자 번호가 큰 금속 재질을 포함하거나, 세라믹 또는 그 산화물 재질 등을 포함할 수 있다. 예컨대 증폭부(410)는 금, 플레티늄, 구리, 알루미늄 또는 그 산화물 등의 재질을 포함할 수 있다. 증폭부(410)의 재질의 원자 번호가 클수록 전자 증폭이 더욱 원활할 수 있다.
가속부(420)는 증폭부(410)에서 이격되고, 전자빔을 통과시키도록 전자빔 진행 경로를 감쌀 수 있다. 가속부(420)는 증폭된 전자를 가속시키는 역할을 한다. 구체적으로, 가속부(420)는, 증폭부(410)에서 전자빔 발생부(200) 측으로 이격되고, 개구(110)의 내부 혹은 하부에 배치되고, 증폭부(410)와 상하방향으로 마주볼 수 있다.
가속부(420)는 전자빔 진행 경로와 교차하는 방향으로 연장되며, 판 형상으로 형성될 수 있다. 가속부(420)는 중심부가 전자빔 진행 경로의 방향으로 관통될 수 있다.
증폭부(410)의 관통구와 가속부(420)의 관통구를 포함하여, 전자빔 통로(H3)가 형성될 수 있다. 이때, 전자빔 진행 경로는 전자빔 통로(H3)의 중심을 상하방향으로 관통할 수 있다. 증폭부(410)는 메인 바디(310)의 상부층(311)과 연결될 수 있다.
가속부(420)는 전기 전도성 재질을 포함하고, 증폭부(410)와 커버부(300) 사이의 전자에 커버부(300)를 향하는 방향으로 척력(반발력) 또는 인력을 제공할 수 있다. 구체적으로, 가속부(420)는 전기 전도성의 금속 재질을 포함할 수 있고, 예컨대 알루미늄 재질을 포함할 수 있다. 가속부(420)는 얇은 두께의 전극 판의 일종일 수 있다. 가속부(420)의 외부면은 절연체의 막으로 피복될 수도 있다.
전원 공급부(430)는 가속부(420)와 연결될 수 있다. 전원 공급부(430)는 컬럼부(100)의 외부에 설치될 수 있다. 전원 공급부(430)는 가속부(420)에 전자 가속용의 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 바이어스 전압은 수십 내지 수천 볼트의 마이너스 전압 또는 플러스 전압일 수 있다.
이때, 가속부(420)에 공급되는 마이너스 전압의 크기는 투과창(330A)을 통과한 전자가 증폭부(410)에 충돌하는 것을 방해하지 않으면서 증폭부(410)에서 추가 방출되는 전자를 메인 바디(310) 측으로 원활하게 가속시킬 수 있는 정도의 전압 크기일 수 있다. 전극부(420)에 마이너스 전압이 인가되면, 증폭부(410)에서 방출되는 전자들이 방향성을 가지고 메인 바디(310)를 향하여 이동 및 가속될 수 있다. 또는, 전극부(420)에 플러스 전압이 인가되면, 투과창(330A)을 통과한 전자가 인력에 의해 가속되어 증폭부(410)와 원활하게 충돌할 수 있고, 충돌에 의해 증폭부(410)에서 방출되는 전자들이 메인 바디(310)나 증폭부(410)를 향하여 이동 및 가속될 수 있다.
전자빔 발생부(200), 가속부(420), 증폭부(410) 및 투과창(330A)은 전자빔 진행 경로의 방향으로 순서대로 나열될 수 있다. 가속부(420)는 증폭부(410) 및 커버부(100)와 전기적으로 절연될 수 있다.
도 3을 참조하면, 시료(10)에 전자빔이 입사되면, 시료(10)로부터 전자가 방출된다. 방출된 전자는 실리콘 나이트라이드 재질의 투과창(330A)을 통과하여 컬럼부(100)의 내부로 입사된다. 이때, 시료(10)에 입사되는 전자빔의 스팟 크기는 수 ㎚ 정도일 수 있다. 이때, 투과창(330A)과 시료(10) 사이의 200㎛ 이하 높이의 공간에 불활성 가스 분위기가 국부적으로 형성될 수 있다. 이에 전자가 원활하게 투과창(330A)을 통과하여 컬럼부(100)의 내부로 수집될 수 있다.
전자빔이 시료에 입사된 후, 시료로부터 방출되는 전자들이 투과창을 통과하여 증폭부(410)에 충돌한다. 이에, 증폭부(410)로부터 다수개의 전자들이 추가 방출될 수 있다. 즉, 전자가 증폭될 수 있다.
이때, 가속부(420)와 전자 간의 반발력 또는 인력에 의해, 전자가 메인 바디(310) 또는 증폭부(410) 측으로 가속될 수 있다. 따라서, 증폭된 전자의 에너지 준위가 낮더라도 원활하게 메인 바디(310) 측으로 이동할 수 있다. 이처럼 증폭된 전자는 가속부(420)에 의하여 메인 바디(310) 또는 증폭부(410) 측으로 가속되고, 메인 바디(310) 또는 증폭부(410)에 수집될 수 있다. 이때, 메인 바디(310)에서도 전자 증폭이 발생할 수도 있다. 증폭부(410)에 수집된 전자는 메인 바디(310)로 전달될 수 있다.
상술한 바와 같이, 메인 바디(310)와 보조 바디(320)와 투과창(330A)과 증폭부(410)로 둘러싸인 소정 공간이 전자의 증폭 및 가속을 수행하는 공간으로 작용할 수 있다. 이 공간을 전자 제어 공간 혹은 전자 움직임 제어 공간이라고 지칭한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치는, 투과창(330A)의 상부에 전자 제어 공간을 형성하고, 투과창(330A)을 통과하여 전자 제어 공간 내부에 도달한 전자를 증폭 및 가속시켜 메인 바디(310)에서 고효율로 수집할 수 있다.
한편, 방출된 전자 중 2차전자의 일부는 투과창(330A)에 흡수되어 실리콘 단결정 재질의 보조 바디(320)를 통하여 메인 바디(310)에 수집될 수도 있다.
본 발명의 변형 예에서는, 가속부(420)가 메인 바디(310)의 하측에서 보조 바디(320)의 외측을 둘러싸도록 설치될 수 있다. 구체적으로, 가속부(420)는 하부층(313)의 중심부 부근의 관통 단부의 외측을 둘러 예컨대 뒤집어진 원뿔대의 외주면 형상으로 경사지게 설치될 수 있다. 이러한 경우, 가속부(420)는 증폭부(410)와 커버부(300) 사이의 전자에 커버부(300)를 향하는 방향으로 인력(흡인력)을 제공할 수 있다. 이때, 가속부(420)에는 플러스 전압이 인가될 수 있다.
이 외에도, 증폭부(410)에서 증폭된 전자를 가속시킬 수 있는 위치이면 가속부(420)의 설치 위치는 다양할 수 있다.
투과창(330A), 보조 바디(320) 및 메인 바디(310)에 수집되는 전자는 전류를 야기하고, 이를 제1검출부(500)가 검출할 수 있다.
제1검출부(500)는 커버부(300)와 연결되고, 투과창(330A)을 통과하는 전자에 의하여 발생되는 전류를 검출할 수 있다. 제1검출부(500)는, 커버부(300)에서 수집된 전자에 의해 발생된 전류를 검출할 수 있도록 메인 바디(310) 또는 보조 바디(320)와 접촉할 수 있는 접촉침(510), 접촉침(510)과 연결되고, 전류를 전달하는 전달 라인(520), 및 검출된 전류를 처리하여 이미지로 형성하는 신호 처리기(530)를 포함할 수 있다.
접촉침(510)은 컬럼부(100)의 내부에서 커버부(300)의 메인 바디(310) 상부층(311)에 접촉 연결될 수 있다. 물론, 접촉침(510)의 접촉 위치는 다양할 수 있다. 전달 라인(520)은 일부가 컬럼부(100)를 관통하고, 일측 단부가 접촉침(510)에 연결되고, 타측 단부가 신호 처리기(530)에 연결될 수 있다. 전달 라인(420)는 절연 가능한 피복선을 포함할 수 있다.
신호 처리기(530)는 검출된 전류를 처리하여 이미지로 형성할 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 보조 바디(320)에 수집되면, 수집되는 전자에 의하여 야기되는 전류를 검출한다. 검출되는 전류는 신호 처리기(530)에서 증폭 및 처리되어 이에 해당하는 이미지 신호 예컨대 해당 픽셀의 밝기 값으로 선택 출력된다. 상술한 과정을 반복하여 복수의 픽셀 각각의 이미지 신호를 형성 가능하고, 이로부터 시료(10)의 관찰 대상 영역의 이미지를 형성 가능하다.
제2검출부(600)는 컬럼부(100) 내로 산란되는 후방산란전자를 수집하여 신호 처리기(530)로 전달할 수 있다. 제2검출부(600)는 예컨대 소정의 판 형상으로 구비되는 반도체 디텍터일 수 있다. 제2검출부(600)는 컬럼부(100) 내에서 커버부(300)의 보조 바디(320)에 상하방향으로 정렬될 수 있다. 제2검출부(600)는 중심부가 상하방향으로 관통되어 전자빔이 통과할 수 있는 통로가 형성될 수 있다.
제2검출부(600)는 컬럼부(100) 내로 입사되는 후방산란전자를 획득하고, 후방산란전자에 의하여 야기되는 전류를 신호 처리기(530)로 전달하여, 이미지 생성에 활용할 수 있다. 제2검출부(600)가 컬럼부(100) 내에 구비되지 않는 경우, 제2검출부(600)의 역할을 제1검출부(500)가 수행할 수 있다.
제3검출부(700)는 컬럼부(100) 내로 산란되는 X선을 수집하여 이로부터 시료(10)의 성분을 검사할 수 있다. 제3검출부(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. 제3검출부(700)는 데이터 처리기(미도시)에 연결될 수 있다. 데이터 처리기는 제3검출부(700)에서 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 출력할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 변형 예에 따른 시료 관찰 장치는, 바이어스 전원 공급기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
바이어스 전원 공급기는 지지부(20)에 연결될 수 있다. 바이어스 전원 공급기는 지지부(20)를 통하여 시료(10)에 마이너스 전압으로 바이어스 전원을 인가할 수 있다. 또는, 바이어스 전원 공급기는 시료에 직접 연결될 수도 있다. 시료(10)로부터 방출되는 후방산란전자 및 2차전자는 바이어스 전원에 의한 반발력에 의하여 시료(10)에서 컬럼부(100)를 향하는 방향으로 방향성을 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 방법을 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 방법은, 대기압 중의 시료를 관찰하는 시료 관찰 방법으로서, 내부에 진공이 형성된 컬럼부(100)와 마주보도록 시료(10)를 마련하는 과정(S100), 컬럼부(100)의 개구(110)에 형성된 투과창(330A)으로 전자빔을 통과시켜 시료(10)를 향하여 전자빔을 방출하는 과정(S200), 전자빔이 시료(10)에 충돌 후, 시료(10)로부터 방출되어 컬럼부(100)의 내부로 도달하는 전자의 움직임을 제어하는 과정, 투과창(330A)이 지지된 커버부(300)를 통하여 전자를 수집하는 과정(400), 전자에 의하여 야기되는 전류를 검출하는 과정(S500), 검출된 전류를 처리하여 시료 이미지로 생성하는 과정(S600)을 포함한다.
여기서, 전자의 움직임을 제어하는 과정은, 시료(10)로부터 방출되는 전자를 증폭 및 가속시키는 과정(S300)을 포함할 수 있다.
먼저, 컬럼부(100)와 마주보도록 대기압 중에 시료(10)를 마련(S100)한다. 예컨대 이송 로봇(미도시)를 이용하여 지지부(20)의 상면에 시료(10)를 로딩한다.
시료(10)가 지지부(20)의 상면에 마련되면, 컬럼부(100)를 시료(10)의 상측에서 시료(10)와 마주보도록 위치시키고, 컬럼부(100) 및 지지부(20) 중 적어도 하나를 상하방향으로 승강시키고, 투과창(330A)과 시료(10) 사이의 높이를 대략 200㎛ 이하의 범위 내에서 정밀하게 조절할 수 있다.
이후, 투과창(330A)으로 전자빔을 통과시켜 시료(10)를 향하여 전자빔을 방출(S200)한다. 전자빔 진행 경로를 따라 시료(10)를 향하여 전자빔을 방출한다. 더욱 구체적으로, 전자빔 발생부(120)를 이용하여 전자를 소정 가속 전압 예컨대 수십 kV의 가속 전압 및 프로브 전류로 방출 및 가속시킨다. 가속된 전자빔은 컬럼부(100)의 개구(110)에 장착된 커버부(300)의 투과창(330A)을 통과하여 수 내지 수백 ㎚의 프로브 크기로 제어되며 시료(10) 상의 목적하는 위치에 초점이 형성될 수 있다. 이때, 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.
이후, 대기압 분위기에서, 시료(10)에 입사된 전자빔이 시료(10)에 충돌 후, 시료(10)로부터 방출되는 전자를 투과창(330A)에 통과시켜 컬럼부(100)의 내부로 수집한다. 시료(10)에 입사된 전자빔에 의하여 시료(10)로부터 방출되는 전자는 상대적으로 높은 에너지 준위에 의하여 방향성을 가지고 시료(10)로부터 컬럼부(100)를 향하는 방향으로 직진하는 후방산란전자(back scattered electron)를 포함할 수 있다. 또한, 시료(10)로부터 방출되는 전자는 후방산란전자 보다 상대적으로 낮은 에너지 준위를 가지는 2차전자(secondary electron)를 포함할 수 있다.
후방산란전자는 투과창(330A)을 원활하게 통과하여 컬럼부(100)의 내부로 수집될 수 있다. 2차전자의 일부는 투과창(330A)을 통과하여 컬럼부(100)의 내부로 수집되고, 나머지는 투과창(330A)에서 수집될 수 있다.
투과창(330A)을 통과한 후방산란전자 및 2차전자는 전자 제어 영역에서 증폭 및 가속될 수 있다. 이후, 증폭 및 가속된 전자는 증폭부(410) 또는 메인 바디(310)에 수집되고, 제1검출부(500)에 전기적으로 전달될 수 있다. 투과창(330A)에서 수집된 2차전자는 보조 바디(320)를 거쳐 메인 바디(310)로 수집되고, 제1검출부(500)에 전기적으로 전달될 수 있다.
전자빔이 시료(10)에 충돌 후, 시료(100로부터 방출되어 컬럼부(100)의 내부로 도달하는 전자의 움직임을 제어하는 과정 즉, 시료(10)로부터 방출되는 전자를 증폭 및 가속시키는 과정(S300)은, 컬럼부(100)의 내부에 설치되어 전자빔 진행 경로를 감싸는 증폭부(410)에 전자를 충돌시켜, 전자를 추가 방출시키는 과정, 및 증폭부(410)에서 이격되어 전자빔 진행 경로를 감싸는 가속부(420)에 전압을 인가하여, 전자에 커버부(100) 또는 증폭부(410) 중 선택된 어느 하나를 향하는 방향으로 척력 또는 인력을 제공하는 과정을 포함할 수 있다.
구체적으로, 전자빔이 시료에 입사된 후, 시료로부터 방출되는 전자들을 투과창으로 통과시킨 후 증폭부(410)에 충돌시킨다. 이때, 증폭부(410)에서 다수개의 전자들이 추가 방출될 수 있다. 즉, 전자가 증폭될 수 있다. 이때, 전자의 증폭 비율을 10배 정도일 수 있다. 예를 들면, 1개의 전자를 증폭부(410)에 충돌시켜 10개의 전자를 증폭부(410)로부터 방출시킬 수 있다.
이후, 가속부(420)와 전자 간의 반발력 또는 인력을 이용하여, 전자를 가속시킨다. 이에, 증폭된 전자의 에너지 준위가 낮아도 메인 바디(310) 또는 증폭부(410)측으로 원활하게 이동할 수 있다. 이후, 증폭된 전자를 메인 바디(310) 또는 증폭부(410)에서 수집할 수 있다. 이때, 메인 바디(310)에서도 전자가 증폭될 수 있다. 한편, 메인 바디(310)와 증폭부(410)는 물리적 혹은 전기적으로 연결되어 있으므로, 증폭부(410)로 수집되는 전자는 메인 바디(310)에 원활하게 도달할 수 있다.
상술한 바와 같이, 메인 바디(310)와 보조 바디(320)와 투과창(330A)과 증폭부(410)로 둘러싸인 전자 제어 공간에서 전자 증폭 및 가속을 원활히 수행할 수 있고, 이후, 전자 제어 공간 내부에서 증폭 및 가속된 전자를 메인 바디(310) 또는 증폭부(410)에서 고효율로 수집할 수 있다.
이후, 증폭 및 가속된 전자를 커버부(300)를 통하여 수집(S400)한다. 구체적으로, 컬럼부(100)의 내부에서 증폭 및 가속된 후방산란전자 및 2차전자를 커버부(300)의 메인 바디(310)로 수집한다.
이후, 획득된 전자에 의하여 메인 바디(310)에서 야기되는 전류를 제1검출부(500)에서 검출(S500)한다. 즉, 2차전자 및 후방산란전자를 제1검출부(500)에서 검출한다. 이때, 전자빔 통로(H3)를 통하여 후방산란전자의 일부를 제2검출부(600)에서 검출할 수도 있다. 제2검출부(600)는 후방산란전자를 수집하는 경우, 수집된 후방산란전자를 신호 처리기(530)에 전기적으로 전달할 수 있다.
이후, 검출된 전류를 처리하여 시료 이미지로 생성(S600)한다. 구체적으로, 2차전자 및 후방산란전자에 의해 야기되는 전류를 더하여 이미지로 전환한다. 신호 처리기(530)가 수집된 2차전자로부터의 신호와 수집된 후방산란전자로부터의 신호를 더하여 이미지로 전환할 수 있다. 검출된 전류로부터 이미지를 형성하는 과정 및 방식에는 공지의 기술이 적용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 방법은 시료(10)와 투과창(330A) 사이의 공간에 불활성 가스 분위기를 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 예컨대 가스 분사구(360A)에서 불활성 가스를 분사하고, 투과창(330A)과 시료(10) 사이의 공간(D)을 불활성 분위기로 형성하여, 2차전자를 용이하게 고효율로 수집할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 변형될 것이고, 이 같은 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 컬럼부 200: 전자빔 발생부
300: 커버부 410: 증폭부
420: 가속부 500: 제1검출부

Claims (14)

  1. 전자빔을 이용하여 대기압 중의 시료를 관찰하는 시료 관찰 장치로서,
    상기 시료를 지지할 수 있는 지지부와 마주보도록 배치되고, 내부에 진공 공간이 형성되며, 상기 지지부를 향하는 일측이 개구되는 컬럼부;
    상기 컬럼부의 내부에 설치되는 전자빔 발생부;
    상기 컬럼부의 개구와 결합되고, 전자빔 및 전자를 통과시킬 수 있는 투과창을 구비하는 커버부; 및
    상기 컬럼부의 내부에 설치되고 상기 커버부와 마주보며, 전자빔 진행 경로를 감싸고, 전자를 증폭시킬 수 있는 증폭부;를 포함하는 시료 관찰 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 증폭부에서 이격되고, 상기 전자빔 진행 경로를 감싸며, 전자를 가속시킬 수 있는 가속부; 및
    상기 가속부에 연결되는 전원 공급부;를 포함하는 시료 관찰 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 커버부는,
    중심부에 관통구가 형성되고, 상기 컬럼부의 개구와 결합되는 메인 바디; 및
    상기 관통구와 결합되고, 중심부에 상기 투과창이 형성되는 보조 바디;를 포함하고,
    상기 증폭부는, 상기 관통구의 상부에 배치되고, 상기 보조 바디와 마주보는 시료 관찰 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 가속부는, 상기 증폭부에서 상기 전자빔 발생부 측으로 이격되고, 상기 개구의 내부에 배치되고, 상기 증폭부와 마주보는 시료 관찰 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 가속부 및 상기 증폭부는 전자빔 진행 경로와 교차하는 방향으로 연장되며, 중심부가 관통된 시료 관찰 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 증폭부는 금속 재질을 포함하고, 상기 시료로부터 방출되는 전자와 충돌하여 전자를 추가 방출하며,
    상기 가속부는 전기 전도성 재질을 포함하고, 상기 증폭부와 상기 커버부 사이의 전자에 상기 커버부 및 상기 증폭부 중 선택된 어느 하나를 향하는 방향으로 척력 또는 인력을 제공하는 시료 관찰 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 증폭부는 상기 가속부보다 원자 번호가 큰 금속 재질을 포함하거나, 세라믹 또는 그 산화물 재질을 포함하는 시료 관찰 장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 전자빔 발생부, 상기 가속부, 상기 증폭부 및 상기 투과창은 전자빔 진행 경로의 방향으로 순서대로 나열되고,
    상기 가속부는 상기 증폭부 및 상기 커버부와 절연되는 시료 관찰 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 시료에 바이어스 전원을 인가할 수 있도록 형성되는 바이어스 전원 공급기;를 더 포함하는 시료 관찰 장치.
  10. 대기압 중의 시료를 관찰하는 시료 관찰 방법으로서,
    내부에 진공이 형성된 컬럼부와 마주보도록 상기 시료를 마련하는 과정;
    상기 컬럼부의 개구에 형성된 투과창으로 전자빔을 통과시켜 상기 시료를 향하여 전자빔을 방출하는 과정;
    상기 전자빔이 상기 시료에 충돌 후, 상기 시료로부터 방출되어 상기 컬럼부의 내부로 도달하는 전자의 움직임을 제어하는 과정;
    상기 투과창이 지지된 커버부를 통하여 상기 전자를 수집하는 과정;
    상기 전자에 의하여 야기되는 전류를 검출하는 과정; 및
    검출된 전류를 처리하여 시료 이미지로 생성하는 과정;을 포함하는 시료 관찰 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전자의 움직임을 제어하는 과정은,
    상기 시료로부터 방출되는 전자를 증폭 및 가속시키는 과정;을 포함하는 시료 관찰 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전자를 증폭시키는 과정은,
    상기 컬럼부의 내부에 설치되는 증폭부에 전자를 충돌시켜, 전자를 추가 방출시키는 과정;을 포함하는 시료 관찰 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전자를 가속시키는 과정은,
    상기 증폭부에서 이격되어 설치된 가속부에 전압을 인가하여, 전자에 상기 커버부 또는 상기 증폭부 중 선택된 어느 하나를 향하는 방향으로 척력 또는 인력을 제공하는 과정;을 포함하는 시료 관찰 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 전자는 후방산란전자 및 2차전자를 포함하고,
    상기 전자를 수집하는 과정은,
    상기 컬럼부의 내부에서 증폭 및 가속된 후방산란전자 및 2차전자를 상기 커버부로 수집하는 과정;을 포함하는 시료 관찰 방법.
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