KR20220088029A - Apparatus for Maintaining local vacuum of specimen treating apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시료의 관찰 또는 가공을 위해 하전입자를 발생시키고 시료로 조사하는 경로에 어퍼쳐를 형성하여 하전입자가 시료로 전달되는 효율을 높일 수 있고, 시료 주위에 국부적인 진공을 형성할 수 있도록 하여 하전입자의 산란 및 이미지 구성을 위한 2차 전자 등의 소멸을 방지할 수 있으며, 국부진공의 형성 및 강화를 위해 이중의 국부진공 유지구성을 통해 국부진공의 효율성을 높일 수 있고, 진공 효율적인 유지를 위해 기체 흡입과 불활성 기체의 방출 압력을 적절하게 조절하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for maintaining a local vacuum of a sample processing device, and more particularly, the efficiency of generating charged particles for observation or processing of a sample and forming an aperture in a path for irradiating the sample to transfer the charged particles to the sample and to form a local vacuum around the sample to prevent scattering of charged particles and annihilation of secondary electrons for image composition, and double local vacuum to form and strengthen the local vacuum. It is possible to increase the efficiency of the local vacuum through the holding configuration, and relates to a local vacuum holding device of a sample processing apparatus that appropriately adjusts gas suction and discharge pressure of an inert gas for efficient vacuum maintenance.
Description
본 발명은 시료를 가공하거나 관찰하는 시료 처리 장치에서 시료 주위의 진공을 국부적으로 유지하는 장치에 대한 것이다. 보다 상세하게는 하전입자를 이용하여 시료를 정밀하게 가공하거나 시료에 조사하여 시료를 관찰하는 장치에서 대기압 하에서 시료를 처리함에 있어서 시료가 위치한 부근에 정밀한 가공 및 관찰을 위한 에 대한 것이다. The present invention relates to a device for locally maintaining a vacuum around a sample in a sample processing device for processing or observing a sample. More specifically, it relates to precision processing and observation in the vicinity of the location of the sample in processing the sample under atmospheric pressure in an apparatus for precisely processing the sample using charged particles or irradiating the sample to observe the sample.
시료를 정밀하게 관찰하는 장치로는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)이 대표적인데 주사전자현미경은 시료에 전자빔을 조사하고 시료에 조사된 전자빔에 의해 시료에서 반사되는 전자나 시료에 조사된 전자에 의해 발생되는 2차 전자 등을 수집하여 시료의 이미지를 구성한다. 시료의 이미지를 구성하기 위해서는 2차 전자를 포함하여 시료에 조사된 전자빔에 의해 발생되는 하전입자를 디텍터를 통해 최대한 수집하는 것이 중요한데 2차 전자 등 하전입자의 에너지가 작기 때문에 시료를 진공이 형성된 챔버 내에 마련하고 관찰하는 것이 일반적이다.A scanning electron microscope is a representative device for precisely observing a sample. The scanning electron microscope irradiates an electron beam to the sample and uses electrons reflected from the sample by the electron beam irradiated to the sample or electrons irradiated to the sample. Generated secondary electrons are collected to compose an image of the sample. In order to compose the image of the sample, it is important to collect as much as possible the charged particles generated by the electron beam irradiated to the sample, including secondary electrons, through the detector. It is common to prepare and observe within.
최근 들어 시료를 대기 중에 놓고 관찰하는 주사전자현미경에 대한 연구가 진행되고 디스플레이의 공정 최적화를 위해 디스플레이의 특정 부분을 정밀하게 관찰하거나 이물의 성분을 분석하기 위해 대면적의 디스플레이를 대기압 하에서 분석하는 데에 활용되기도 한다.Recently, research on scanning electron microscopy, which places a sample in the air and observes it, is being conducted, and to precisely observe a specific part of the display for process optimization of the display, or to analyze a component of a foreign substance, it is used to analyze a large-area display under atmospheric pressure. It is also used for
하지만, 시료를 대기압 하에서 관찰하더라도 전자빔이 형성되고 대물렌즈 등이 형성되는 경통에 진공을 유지하기 위해 전자가 통과할 수 있는 두께로 전자통과막을 배치하고 있고 전자통과막의 수명이 짧아 잦은 교체가 필요한 문제가 있을 뿐만 아니라 시료가 대기압 하에 있다보니 전자통과막을 통과한 전자빔이 시료까지 가는 중에 대기에 의해 산란이 일어나거나 시료로부터 반사 또는 방출되는 2차 전자가 소멸되어 정밀한 가공 및 관찰이 어려운 문제가 있다.However, even when the sample is observed under atmospheric pressure, in order to maintain a vacuum in the barrel where the electron beam is formed and the objective lens, etc. are formed, the electron-passing membrane is arranged with a thickness that allows electrons to pass through, and the lifespan of the electron-passing membrane is short, so frequent replacement is required. In addition, since the sample is under atmospheric pressure, the electron beam passing through the electron-passing film is scattered by the atmosphere while it goes to the sample, or secondary electrons reflected or emitted from the sample are annihilated, making precise processing and observation difficult.
대한민국 공개특허 제2014-0027687호에는 전자통과막의 수명단축을 방지하기 위한 전자통과막 보호장치 및 이를 구비한 주사전자현미경이 개시되어 있는데 대한민국 공개특허 제2014-0027687호에 개시된 주사전자현미경은 기본적으로 전자통과막이 마련되므로 전자통과막의 유지관리가 필요한 문제가 있고, 시료와 전자통과막 사이의 대기에 의한 산란과 2차 전자 등의 소멸을 막을 수가 없어 정밀한 관찰 및 가공이 어려운 문제가 있다.Korean Patent Application Laid-Open No. 2014-0027687 discloses a device for protecting an electron-passing film to prevent shortening of the life of the electron-transmitting film and a scanning electron microscope having the same. Since the electron-passing film is provided, there is a problem that maintenance of the electron-passing film is required, and it is difficult to precisely observe and process because scattering by the atmosphere between the sample and the electron-passing film and the disappearance of secondary electrons cannot be prevented.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시료의 관찰 또는 가공을 위해 하전입자를 발생시키고 시료로 조사하는 경로에 어퍼쳐를 형성하여 하전입자가 시료로 전달되는 효율을 높일 수 있고, 시료 주위에 국부적인 진공을 형성할 수 있도록 하여 하전입자의 산란 및 이미지 구성을 위한 2차 전자 등의 소멸을 방지할 수 있으며, 국부진공의 형성 및 강화를 위해 이중의 국부진공 유지구성을 통해 국부진공의 효율성을 높일 수 있고, 진공 효율적인 유지를 위해 기체 흡입과 불활성 기체의 방출 압력을 적절하게 조절하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치를 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems, and it is possible to increase the efficiency of transferring the charged particles to the sample by generating charged particles for observation or processing of the sample and forming an aperture in the path for irradiating the sample with the sample. By making it possible to form a local vacuum around it, it is possible to prevent the scattering of charged particles and annihilation of secondary electrons for image composition. An object of the present invention is to provide a local vacuum holding device for a sample processing device that can increase the efficiency of the sample processing device and appropriately adjust the gas suction and the discharge pressure of the inert gas to maintain the vacuum efficiently.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치는 하전입자를 이용하여 대기압 하에서 시료를 가공하거나 관찰하는 시료 처리 장치에 있어서, 상기 시료를 대기압 하에서 가공하거나 관찰하기 위한 시료가 마련되는 시료 재치대와, 상기 시료 재치대에 마련된 시료를 관찰하기 위해 하전입자를 방출하는 컬럼부와, 상기 컬럼부가 내부에 수납되고 컬럼부에서 방출된 하전입자를 시료로 조사되는 경로 상에 마련된 어퍼쳐를 포함하는 컬럼 하우징과, 상기 어퍼쳐의 외곽부에 상기 시료가 재치된 일정 구역을 외부와 국부적인 차단을 위해 시료 부위의 기체를 흡입하기 위한 국부진공유지부와, 상기 국부진공유지부의 외곽부에 마련되어 외부의 기체가 시료가 재치된 일정 구역 내로 유입되는 것을 방지하기 위한 국부진공강화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the local vacuum holding device of the sample processing device of the present invention is a sample processing device for processing or observing a sample under atmospheric pressure using charged particles, and for processing or observing the sample under atmospheric pressure. is provided, a column unit emitting charged particles to observe the sample provided on the sample holder, and the column unit is accommodated therein and the charged particles emitted from the column unit are irradiated to the sample on the path A column housing including a provided aperture, a local vacuum holding unit for sucking the gas of the sample area in order to locally block the predetermined area where the sample is placed in the outer part of the aperture from the outside, and the local vacuum oil It is characterized in that it includes a local vacuum strengthening part provided at the outer part of the branch to prevent external gas from flowing into a predetermined area where the sample is placed.
또한, 상기 국부진공유지부는 상기 컬럼 하우징에 상기 어퍼쳐의 외곽둘레를 일부 또는 전부를 둘러싸는 흡입부와 상기 흡입부와 연통된 진공펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the local vacuum holding part is characterized in that it comprises a suction part which surrounds part or all of the outer circumference of the aperture in the column housing and a vacuum pump communicating with the suction part.
또한, 상기 국부진공유지부의 흡입부는 상기 시료를 중심으로 상기 컬럼 하우징에 기울어진 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the suction part of the local vacuum holding unit is characterized in that it is formed in a shape inclined to the column housing with respect to the sample.
또한, 상기 국부진공강화부는 상기 국부진공유지부의 외곽둘레를 일부 또는 전부를 둘러싸는 배출부와 상기 배출부를 통해 불활성 기체를 공급하기 위한 기체 공급부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the local vacuum reinforcing unit is characterized in that it comprises a gas supply unit for supplying an inert gas through the discharge unit and the discharge unit surrounding a part or all of the outer periphery of the local vacuum holding unit.
또한, 상기 배출부를 통해 배출되는 불활성 기체의 압력은 상기 국부진공유지부로부터 흡입되는 압력보다 크거나 같은 것을 특징으로 한다.In addition, the pressure of the inert gas discharged through the discharge unit is characterized in that greater than or equal to the pressure sucked from the local vacuum holding unit.
또한, 상기 배출부는 불활성 기체가 시료로부터 멀어지는 방향으로 배출되도록 상기 컬럼 하우징에 기울어진 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the discharge part is characterized in that the inert gas is formed in a inclined shape to the column housing to be discharged in a direction away from the sample.
또한, 상기 배출부를 통해 공급되는 불활성 기체는 헬륨인 것을 특징으로 한다.In addition, the inert gas supplied through the discharge part is characterized in that helium.
또한, 상기 배출부는 상기 국부진공유지부의 외곽에 배출되는 기체가 헬리컬 타입으로 배출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the discharge unit is characterized in that the gas discharged to the outside of the local vacuum holding unit is formed to be discharged in a helical type.
또한, 상기 국부진공유지부는 상기 컬럼 하우징에 상기 어퍼쳐의 외곽둘레를 일부 또는 전부를 둘러싸는 흡입부를 포함하고, 상기 국부진공강화부는 상기 흡입부의 외곽둘레를 일부 또는 전부를 둘러싸도록 형성되는 배출부를 포함하고, 상기 어퍼쳐로부터 흡입부까지의 거리가 흡입부로부터 배출부까지의 거리보다 작도록 마련되는 것을 특징으로 한다.In addition, the local vacuum holding unit includes a suction unit surrounding part or all of the outer circumference of the aperture in the column housing, and the local vacuum strengthening unit is formed to surround part or all of the outer circumference of the suction unit. Including, characterized in that it is provided such that the distance from the aperture to the suction unit is smaller than the distance from the suction unit to the discharge unit.
또한, 상기 시료 재치대를 기준으로 상기 국부진공유지부와 국부진공강화부 사이 부분의 높이는 상기 국부진공강화부 외곽부의 높이보다 작도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the height of the portion between the local vacuum holding part and the local vacuum strengthening part based on the sample mounting table is formed to be smaller than the height of the outer part of the local vacuum strengthening part.
또한, 상기 국부진공유지부와 국부진공강화부 사이의 컬럼 하우징에는 상기 시료 재치대쪽으로 형성되는 격벽을 더 포함한다.In addition, the column housing between the local vacuum holding part and the local vacuum strengthening part further includes a partition wall formed toward the sample mounting table.
또한, 상기 격벽은 탄성이 있는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the partition wall is characterized in that it is made of a material having elasticity.
이상과 같은 구성의 본 발명은 하전입자가 통과하는 컬럼 하우징의 하부에 어퍼쳐를 형성하여 하전입자가 시료로 조사될 때 손실 또는 산란되는 것을 방지하고 시료로부터 방출되는 2차 전자가 컬럼 하우진 내부로 도달할 때 소실되는 것을 방지할 수 있다.The present invention having the above configuration forms an aperture in the lower part of the column housing through which the charged particles pass to prevent loss or scattering when the charged particles are irradiated to the sample, and secondary electrons emitted from the sample to the inside of the column housing. It can be prevented from being lost when it arrives.
또한, 시료가 마련된 부위를 국부적으로 고진공 상태로 유지함에 따라 하전입자의 산란 및 2차 전자의 손실을 최소화할 수 있다.In addition, scattering of charged particles and loss of secondary electrons can be minimized by locally maintaining the region where the sample is prepared in a high vacuum state.
또한, 국부적인 진공상태를 시료 주위에서는 기체를 흡입하고 그 외곽부에서는 불활성 기체를 불어주는 2중의 차단막을 통해 효율적으로 유지할 수 있다.In addition, it is possible to efficiently maintain a local vacuum state through a double barrier film that sucks gas around the sample and blows inert gas in the outer part.
또한, 기체를 흡입하는 흡입구 및 불활성 기체를 불어주는 배출구의 기울기를 최적화하고 흡입구 및 배출구의 높이를 달리하여 국부진공을 효율적으로 유지할 수 있다.In addition, it is possible to efficiently maintain a local vacuum by optimizing the slope of the inlet for sucking the gas and the outlet for blowing the inert gas and varying the height of the inlet and the outlet.
또한, 흡입되는 기체의 압력과 배출되는 불활성 기체의 압력을 조절하여 시료 주위의 진공이 효율적으로 유지될 수 있다.In addition, the vacuum around the sample can be efficiently maintained by adjusting the pressure of the suction gas and the pressure of the discharged inert gas.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치의 흡입구 및 배출구를 포함한 컬럼 하우징 하부의 일례를 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치에 의한 시료 주위의 국부진공 유지 상태를 나타내는 도면이고,
도 4a, 4b는 본 발명의 국부진공강화부에서 배출되는 기체의 흐름을 나타내는 도면이고,
도 5는 본 발명의 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치의 격벽이 설치된 일례를 나타내는 도면이다.1 is a schematic diagram of a local vacuum holding device of a sample processing device according to an embodiment of the present invention;
2 is a view showing an example of a lower portion of a column housing including an inlet and an outlet of a local vacuum holding device of the sample processing apparatus of the present invention;
3 is a view showing the local vacuum holding state around the sample by the local vacuum holding device of the sample processing apparatus of the present invention;
Figure 4a, 4b is a view showing the flow of gas discharged from the local vacuum strengthening unit of the present invention,
5 is a view showing an example in which the partition wall of the local vacuum holding device of the sample processing apparatus of the present invention is installed.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the local vacuum holding device of the sample processing device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치의 흡입구 및 배출구를 포함한 컬럼 하우징 하부의 일례를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치에 의한 시료 주위의 국부진공 유지 상태를 나타내는 도면이고, 도 4a, 4b는 본 발명의 국부진공강화부에서 배출되는 기체의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치의 격벽이 설치된 일례를 나타내는 도면이다.1 is a schematic diagram of a local vacuum holding device of a sample processing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an example of a lower portion of a column housing including an inlet and an outlet of the local vacuum holding device of the sample processing device of the present invention 3 is a view showing the state of maintaining a local vacuum around the sample by the local vacuum holding device of the sample processing apparatus of the present invention, and FIGS. 4A and 4B are the flow of gas discharged from the local vacuum strengthening unit of the present invention 5 is a view showing an example in which the partition wall of the local vacuum holding device of the sample processing apparatus of the present invention is installed.
본 발명은 고 에너지를 갖는 하전입자를 이용하여 시료를 가공하거나 시료에 하전입자를 조사하고 시료로 주사된 하전입자에 의해 방출되는 2차 전자 또는 X선 등 시료로부터 방출되는 입자를 수집하여 시료를 이미징하는 시료처리장치에 활용되는 국부진공 유지장치에 대한 것이다. 하전입자는 전자빔일 수도 있고 FIB(Focused Ion Beam)일 수도 있는데 시료를 가공하거나 관찰하는데 활용되는 하전입자면 모두 포함한다. 시료를 이미징하는 장치로는 대표적으로 주사전자현미경을 예로 들 수 있는데 주사전자현미경은 시료로부터 나오는 2차 전자 등을 수집하여 시료에 대한 이미지를 구성한다. 하지만 2차 전자는 에너지가 작아 대기 중에서 소멸되기 쉽기 때문에 고진공 하의 챔버에서 시료를 관찰/분석하는 것이 일반적이다. 또한, FIB를 이용한 시료의 가공장치도 고정밀의 가공을 위해 진공분위가 형성된 챔버 내에서 가공이 이루어지는 것이 보통이다. 하지만 챔버 내에서 시료를 처리하는 경우 진공 내에서 시료를 관찰하거나 가공하기 위해 시료의 전처리가 필요하고 챔버 내에서 시료의 처리가 이루어지기 때문에 대면적의 시료를 처리하는 것이 불가능한 문제가 있다. 본 발명의 시료처리장치는 이러한 종래 챔버 구조의 시료처리 장치의 문제점을 해결하기 위해 대기 상태에서 시료를 처리하는 장치인데 대기 상태에서 시료를 관찰하거나 가공하는 경우 시료 주위에 있는 대기를 이루는 기체에 의해 정밀한 관찰 및 가공이 어렵고 이러한 문제를 해결하기 위해 시료 주위에 국부적인 진공을 유지하기 위한 장치에 대한 것이다.The present invention processes a sample using charged particles having high energy or collects particles emitted from the sample such as secondary electrons or X-rays emitted by charged particles injected into the sample by irradiating the charged particles into the sample. It relates to a local vacuum holding device used in the imaging sample processing device. The charged particle may be an electron beam or a FIB (Focused Ion Beam), including any charged particle plane used for processing or observing a sample. A typical example of a device for imaging a sample is a scanning electron microscope. The scanning electron microscope collects secondary electrons from the sample to form an image of the sample. However, since secondary electrons have low energy and are easily annihilated in the atmosphere, it is common to observe/analyze samples in a high vacuum chamber. In addition, the processing apparatus of the sample using the FIB is usually processed in a chamber in which a vacuum atmosphere is formed for high-precision processing. However, when processing a sample in a chamber, there is a problem in that it is impossible to process a sample of a large area because the sample needs to be pre-processed in order to observe or process the sample in a vacuum and the sample is processed in the chamber. The sample processing apparatus of the present invention is an apparatus for processing a sample in a standby state in order to solve the problems of the conventional sample processing apparatus having a chamber structure. It is difficult to precisely observe and process, and to solve this problem, there is provided a device for maintaining a local vacuum around the sample.
본 발명의 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치는 하전입자를 이용하여 대기압 하에 마련된 시료를 가공하거나 관찰하는 시료 처리 장치에 있어서 시료(S)를 대기압 상태에서 가공하거나 관찰하기 위해 시료(S)를 고정하는 시료 재치대(100)와 시료 재치대(100)에 고정된 시료(S)를 가공하거나 관찰하기 위해 에너지를 갖는 하전입자를 방출하는 컬럼부(200)와 컬럼부(200)가 내부에 수납되고 컬럼부(200)에서 방출되는 하전입자가 시료(S)로 조사되는 경로를 둘러싸고 하부에 하전입자가 시료(S)로 조사되는 경로 상에 어퍼쳐(310)가 마련되는 컬럼 하우징(300)과 어퍼쳐(310)의 외곽부에 시료(S)가 고정된 일정 구역을 외부와 분리하여 국부적인 진공을 형성하기 위해 시료(S) 주위의 기체를 흡입하기 위한 국부진공유지부(400)와 국부진공유지부(400)의 외곽부에 마련되며 국부진공유지부(400)에 의해 형성된 시료(S) 주위의 진공상태를 강화하기 위해 기체를 배출하는 국부진공강화부(500)를 포함하여 이루어진다. 또한, 시료(S) 주위의 국부진공상태를 조절하기 위해 국부진공유지부(400) 및 국부진공강화부(500)를 제어하는 제어부(600)를 더 포함할 수 있다.In the sample processing device for processing or observing a sample prepared under atmospheric pressure using charged particles, the local vacuum holding device of the sample processing device of the present invention fixes the sample S to process or observe the sample S at atmospheric pressure. The
본 발명의 시료 재치대(100)는 대기압 상태에서 관찰 또는 가공할 시료(S)를 고정하는 구성이다. 시료 재치대(100)는 시료(S)가 고정되는 구성으로 시료(S)의 크기에 맞춰 시료 재치대(100)의 사이즈를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 시료(S) 내에 여러 곳을 가공하거나 관찰할 수 있으므로 시료(S)를 고정한 채 X축, Y축으로 이동 가능하도록 구성되는 것이 바람직하고 시료(S)에 따라 컬럼 하우징(300)과의 이격거리를 조절할 수도 있으므로 Z축으로도 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 무엇보다 시료(S)의 가공 또는 관찰이 매우 높은 정밀도로 이루어져야 함에 따라 시료 재치대(100)는 주위의 진동 등에 영향을 받지 않도록 재진 설계가 반영되도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 대면적의 디스플레이를 가공하거나 관찰할 경우에는 디스플레이의 이송을 위한 장치를 부가하여 in-line 처리가 가능하도록 할 수 있고 디스플레이의 고정을 위해 시료 재치대(100) 상에 음압이 형성되도록 하는 구성이 부가될 수 있고 필요에 따라 시료 재치대(100) 하부에 조명장치를 마련할 수도 있다.The sample mounting table 100 of the present invention is configured to fix the sample S to be observed or processed under atmospheric pressure. The sample mounting table 100 has a configuration in which the sample S is fixed, and it is preferable to set the size of the sample mounting table 100 according to the size of the sample S. In addition, since several places can be processed or observed in the sample S, it is preferable to be configured to be movable in the X-axis and Y-axis while the sample S is fixed. Since the separation distance can be adjusted, it can be configured to be movable in the Z-axis. Above all, as the processing or observation of the sample S must be performed with very high precision, it is preferable that the sample mounting table 100 is configured to reflect the vibration design so as not to be affected by the surrounding vibration. In addition, when processing or observing a large-area display, a device for transporting the display may be added to enable in-line processing, and negative pressure may be formed on the sample mounting table 100 for fixing the display. A configuration may be added, and if necessary, a lighting device may be provided under the sample mounting table 100 .
본 발명의 컬럼부(200)는 시료 재치대(100)에 마련된 시료(S)를 가공하거나 관찰하기 위한 하전입자를 방출하는 구성이다. 앞서 설명한 바와 같이 시료(S)를 가공하거나 관찰할 수 있는 입자를 방출하는 구성이면 모두 해당함은 물론이다. 본 발명의 시료 처리 장치는 시료(S)를 가공하거나 관찰할 수 있는 장치이므로 컬럼부(200)는 전자빔을 방출하는 구성보다는 에너지가 높고 가공이 가능한 FIB를 활용하는 것이 바람직하다. FIB는 크게 하전입자를 방출하는 이온 소스와 이온 소스로부터 방출된 이온빔을 정렬하고 집속하는 부분으로 나뉘고 이온 소스로부터 이온 빔의 추출은 이온 소스의 일단을 tip으로 구성하고 강한 전기장을 가해 추출한다. 추출된 이온빔은 렌즈, 편향기(deflector) 등을 이용하여 정렬하고 원하는 위치로 집속한다. FIB에서 방출되는 이온빔은 시료를 관찰하거나 밀링, 드릴링 등 정밀한 가공을 하나의 소스로 수행할 수 있으므로 복합적인 시료처리를 하는 장치에 활용할 수 있는 장점이 있다. 컬럼부(200)는 하전입자를 발생시키고 정렬한 후 집속하여야 하므로 하전입자를 효율적으로 발생시키고 정밀하게 정렬, 집속하기 위해서는 고진공 분위기에 배치하는 것이 바람직하다.The
본 발명의 컬럼 하우징(300)은 하전입자를 발생시키는 컬럼부(200)가 내부에 마련되는 챔버 형태로 이루어진 구성이다. 컬럼 하우징(300)에는 하전입자를 발생시키는 컬럼부(200)와 컬럼부(200)에서 발생된 하전입자를 원하는 위치로 조사하기 위해 정렬하고 집속하는 것이 필요한데 이를 위해 광학현미경의 렌즈에 해당하는 구성과 편향기 등이 내부에 마련되며 시료를 관찰하는 경우 시료로부터 방출되는 2차 전자 등 하전입자를 수집하기 위한 검출기가 내부에 포함될 수 있다. 컬럼 하우징(300)에는 앞서 설명한 것과 같이 다양한 구성이 내부에 마련되며 각 구성이 수행하는 역할에 따라 필요한 진공도가 다를 수 있으므로 컬럼 하우징(300) 내부에 격벽을 마련하여 필요한 진공도를 달리 형성할 수 있다. 본 발명의 컬럼 하우징(300)의 하부에는 대기압 하에 마련된 시료(S)를 처리하기 위해 하전입자를 정밀하게 조사하고 시료(S)로부터 방출되는 2차 전자 등의 입자를 효율적으로 수집하기 위해 어퍼쳐(310)가 마련된다. 종래에는 진공 분위가 형성된 챔버 내에서 시료를 처리하므로 별도의 어퍼쳐라는 구성이 필요없거나 박막으로 차폐되는 구조였으나 챔버 내에서 시료를 처리하는 경우 시료 전처리가 필요하거나 대면적의 시료를 처리할 수 없는 문제가 있고 박막으로 차폐되는 구조인 경우 하전입자의 정밀한 조사가 어렵고 시료로부터 방출되는 입자가 박막을 통과하지 못하는 경우가 있으므로 정밀한 관찰/분석이 어려운 문제가 있다. 또한, 박막을 일정 주기마다 교체하여야 하므로 유지 보수가 필수적이므로 시료 처리 장치의 효율적인 운용이 어려운 문제가 있다. 본 발명의 컬럼 하우징(300)에는 어퍼쳐(310)를 마련하여 정밀한 시료 처리가 가능하며 효율적인 운용이 가능한 효과가 있다. 다만, 어퍼쳐(310)로 인해 컬럼 하우징(300) 내부의 고진공을 유지하는 것이 어렵고 대기를 이루는 기체분자에 의해 산란이 일어나는 문제가 있으나 아래에서 설명하는 국부진공유지부(400)와 국부진공강화부(500)를 통해 시료(S) 주위에 국부진공을 형성, 유지함으로써 정밀한 가공 및 관찰/분석이 가능하다.The
본 발명의 국부진공유지부(400)는 시료(S) 주위의 대기를 흡입하여 시료 부근(B)의 진공도를 형성하는 구성이다. 국부진공유지부(400)는 시료 부근(B)의 진공도를 형성하기 위해 시료 부근(B)의 대기를 흡입하기 위한 흡입부(410)와 흡입부(410)를 통해 대기를 빨아들이기 위한 진공펌프(420)를 포함하여 이루어진다. 흡입부(410)는 도 1 내지 5에 개시된 것과 같이 시료(S)쪽으로 향하도록 마련하여 시료 부근(B)의 대기를 보다 효율적으로 빨아들여 국부진공을 형성할 수 있다. 대기는 다양한 기체가 포함되어 있는데 질소, 산소가 대부분을 차지하고 있다. 질소, 산소는 분자크기가 비교적 크기 때문에 컬럼부(200)에서 방출되는 하전입자를 산란시키는 주요 요인이 되고 국부진공유지부(400)는 시료 부근(B)에서 이렇게 분자크기가 큰 기체를 빨아들여 산란이나 시료(S)로부터 방출되는 2차 전자 등의 입자가 소멸되는 것을 방지하는 구성이다.The local
본 발명의 국부진공강화부(500)는 국부진공유지부(400)에서 시료 부근(B)에 형성한 국부적인 진공을 강화, 유지하기 위해 국부진공유지부(400)의 외곽에 마련되어 불활성 기체를 분사 배출하는 구성이다. 불활성 기체를 분사하기 위해 시료(S) 반대쪽으로 향하도록 마련되는 배출부(510)와 배출부(510)를 통해 배출할 불활성 기체를 공급하는 기체 공급부(520)를 포함하여 구성된다. 배출부(510)는 앞서 국부진공유지부(400)의 흡입부(410)와 반대로 시료 반대쪽으로 향하도록 형성하는 것이 바람직한데 이는 시료 부근(B)로 배출된 기체가 유입되는 것을 최소화하고 외부의 개기가 국부진공이 형성된 시료 부근(B)로 유입되는 것을 효율적으로 방지할 수 있기 때문이다. 국부진공강화부(500)에서 배출되는 기체는 불활성기체가 바람직한데 이는 불활성기체는 반응성이 작아 하전입자 또는 시료(S)로부터 방출된 2차 전자 등을 산란시키거나 소멸시킬 가능성이 낮기 때문이다. 즉, 국부진공강화부(500)로부터 배출되는 기체가 시료 부근(B)으로 유입되더라도 하전입자 또는 2차 전자와의 반응을 일으킬 확률을 낮춰 산란 또는 소멸 가능성을 억제할 수 있기 때문이다. 불활성기체는 분자량이 큰 기체보다는 헬륨과 같이 분자량이 낮은 기체를 배출하는 것이 바람직하다.The local
국부진공유지부(400)의 흡입부(410)와 국부진공강화부(500)의 배출부(510)의 위치는 어퍼쳐(310)와 흡입부(410) 사이의 이격거리(L1)가 흡입부(410)와 배출부(510) 사이의 이격거리(L2) 보다 작도록 형성하는 것이 바람직하다. 이는 흡입부(410)를 통해 시료 부근(B)의 진공도를 용이하게 형성하고 배출부(510)로부터 배출되는 기체가 시료 부근(B)로 유입되는 것을 최소화할 수 있기 때문이다. 또한, 시표 재치대(100)와 배출부(510) 사이의 높이(W1)는 흡입부(410) 사이의 높이(W2) 보다 높도록 형성하는 것이 바람직하다. 이는 배출부(510)로부터 배출되는 기체가 외부로 보다 효율적으로 배출되도록 하여 시료 부근(B)로 유입되는 것을 최소화하고 이를 통해 시료 부근(B)에 형성된 진공도를 보다 효율적으로 유지할 수 있기 때문이다. 또한, 도 4a, 4b와 같이 배출부(510)에서 배출되는 기체가 헬리컬 타입으로 배출되도록 하면 외부로부터 유입되는 공기를 보다 효율적으로 차단할 수 있을뿐만 아니라 회전하면서 기체가 배출되기 때문에 내부에 진공을 형성하는 것이 용이하기 때문이다.The position of the
본 발명의 제어부(600)는 시료 부근(B)에 형성된 진공도를 보다 효율적으로 유지하기 위해 국부진공유지부(400)와 국부진공강화부(500)의 흡입되는 압력과 배출되는 기체의 압력을 조절하는 구성이다. 이에 대해 보다 상세히 설명하면 국부진공유지부(400)에 의해 시료 부근(B)에 10-3 Torr의 진공도가 형성된 경우 국부진공강화부(500)에서 배출되는 기체의 압력이 내부에 형성된 진공도에 따라 달라져야하기 때문이다. 즉, 내부에 형성된 진공도보다 낮은 압력으로 기체가 배출될 경우 배출되는 기체가 외부로 나오기보다 내부로 유입될 가능성이 크고 그에 따라 내부의 진공도가 유지되지 않을 수 있고 내부의 진공도보다 과도하게 큰 압력으로 기체가 배출될 경우 내부의 진공도를 원하는 수준으로 유지할 수 없기 때문이다. 본 발명의 제어부(600)는 국부진공유지부(400) 및 국부진공강화부(500)를 적절하게 제어하여 시료 부근(B)에 형성되는 국부진공도를 원하는 수준으로 유지하도록 하는 구성이다.The
본 발명의 격벽(700)은 시료 부근(B)의 진공도를 원하는 수준에서 유지하기 위해 물리적으로 시료와 외부를 차단하는 구성으로 컬럼 하우징(300) 하부의 흡입부(410)와 배출부(510) 사이에 마련되는 것이 바람직하다. 또한 시료 재치대(100)의 파손을 방지하고 밀폐도를 극대화하기 위해 격벽(700)을 탄성재질로 만드는 것이 바람직하다.The
시료 재치대 : 100
컬럼부 : 200
컬럼 하우징 : 300
국부진공유지부 : 400
국부진공강화부 : 500
제어부 : 600
격벽 : 700Sample table: 100 Column section: 200
Column housing: 300 Local vacuum holding part: 400
Local vacuum strengthening unit: 500 Control unit: 600
bulkhead: 700
Claims (12)
상기 시료를 대기압 하에서 가공하거나 관찰하기 위한 시료가 마련되는 시료 재치대와,
상기 시료 재치대에 마련된 시료를 가공하거나 관찰하기 위해 하전입자를 방출하는 컬럼부와,
상기 컬럼부가 내부에 수납되고 컬럼부에서 방출된 하전입자를 시료로 조사되는 경로 상에 마련된 어퍼쳐를 포함하는 컬럼 하우징과,
상기 어퍼쳐의 외곽부에 상기 시료가 재치된 일정 구역을 외부와 국부적인 차단을 위해 시료 부위의 기체를 흡입하기 위한 국부진공유지부와,
상기 국부진공유지부의 외곽부에 마련되어 외부의 기체가 시료가 재치된 일정 구역 내로 유입되는 것을 방지하기 위한 국부진공강화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치.
In the sample processing apparatus for processing or observing a sample under atmospheric pressure using charged particles,
A sample holder on which a sample is provided for processing or observing the sample under atmospheric pressure;
a column unit for discharging charged particles to process or observe the sample provided on the sample mounting table;
a column housing including an aperture accommodated therein and provided on a path through which the charged particles emitted from the column are irradiated to the sample;
And a local vacuum holding unit for sucking the gas of the sample portion to locally block the predetermined area in which the sample is placed in the outer portion of the aperture;
The local vacuum holding device of the sample processing device, characterized in that it is provided at the outer portion of the local vacuum holding unit and includes a local vacuum strengthening unit for preventing external gas from flowing into a predetermined area in which the sample is placed.
상기 국부진공유지부는 상기 컬럼 하우징에 상기 어퍼쳐의 외곽둘레를 일부 또는 전부를 둘러싸는 흡입부와 상기 흡입부와 연통된 진공펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치.
In claim 1,
The local vacuum holding unit of the sample processing apparatus, characterized in that it comprises a suction unit which surrounds part or all of the outer circumference of the aperture in the column housing and a vacuum pump in communication with the suction unit.
상기 국부진공유지부의 흡입부는 상기 시료를 중심으로 상기 컬럼 하우징에 기울어진 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치.
In claim 2,
The local vacuum holding device of the sample processing apparatus, characterized in that the suction part of the local vacuum holding unit is formed in a shape inclined to the column housing with respect to the sample.
상기 국부진공강화부는 상기 국부진공유지부의 외곽둘레를 일부 또는 전부를 둘러싸는 배출부와 상기 배출부를 통해 불활성 기체를 공급하기 위한 기체 공급부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치.
In claim 1,
The local vacuum strengthening unit maintains a local vacuum of the sample processing device, characterized in that it comprises a gas supply unit for supplying an inert gas through the discharge unit and the discharge unit surrounding part or all of the outer circumference of the local vacuum holding unit. Device.
상기 배출부를 통해 배출되는 불활성 기체의 압력은 상기 국부진공유지부로부터 흡입되는 압력보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치.
In claim 4,
The pressure of the inert gas discharged through the discharge unit is greater than or equal to the pressure sucked from the local vacuum holding unit.
상기 배출부는 불활성 기체가 시료로부터 멀어지는 방향으로 배출되도록 상기 컬럼 하우징에 기울어진 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치.
In claim 4,
The discharge unit is a local vacuum holding device of the sample processing apparatus, characterized in that the inert gas is formed in a inclined shape in the column housing to discharge in a direction away from the sample.
상기 배출부를 통해 공급되는 불활성 기체는 헬륨인 것을 특징으로 하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치.
In claim 4,
The inert gas supplied through the discharge unit is a local vacuum holding device of the sample processing device, characterized in that helium.
상기 배출부는 상기 국부진공유지부의 외곽에 배출되는 기체가 헬리컬 타입으로 배출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치.
In claim 4,
The discharge unit is a local vacuum holding device of the sample processing apparatus, characterized in that the gas discharged to the outside of the local vacuum holding unit is formed to be discharged in a helical type.
상기 국부진공유지부는 상기 컬럼 하우징에 상기 어퍼쳐의 외곽둘레를 일부 또는 전부를 둘러싸는 흡입부를 포함하고, 상기 국부진공강화부는 상기 흡입부의 외곽둘레를 일부 또는 전부를 둘러싸도록 형성되는 배출부를 포함하고,
상기 어퍼쳐로부터 흡입부까지의 거리가 흡입부로부터 배출부까지의 거리보다 작도록 마련되는 것을 특징으로 하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치.
In claim 1,
The local vacuum holding part includes a suction part surrounding part or all of the outer perimeter of the aperture in the column housing, and the local vacuum strengthening part includes a discharge part formed to surround part or all of the outer perimeter of the suction part, and ,
and a distance from the aperture to the suction part is smaller than the distance from the suction part to the discharge part.
상기 시료 재치대를 기준으로 상기 국부진공유지부와 국부진공강화부 사이 부분의 높이는 상기 국부진공강화부 외곽부의 높이보다 작도록 형성되는 것을 특징으로 하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치.
In claim 1,
The local vacuum holding device of the sample processing apparatus, characterized in that the height of the portion between the local vacuum strengthening part and the local vacuum strengthening part based on the sample mounting table is formed to be smaller than the height of the outer part of the local vacuum strengthening part.
상기 국부진공유지부와 국부진공강화부 사이의 컬럼 하우징에는 상기 시료 재치대쪽으로 형성되는 격벽을 더 포함하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치.
In claim 1,
The local vacuum holding device of the sample processing apparatus further comprising a partition wall formed toward the sample mounting table in the column housing between the local vacuum holding unit and the local vacuum strengthening unit.
상기 격벽은 탄성이 있는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시료 처리 장치의 국부진공 유지장치.In claim 11,
The partition wall is a local vacuum holding device of the sample processing device, characterized in that made of an elastic material.
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