WO2017204380A1 - 모노크로미터의 제조방법 - Google Patents

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WO2017204380A1
WO2017204380A1 PCT/KR2016/005545 KR2016005545W WO2017204380A1 WO 2017204380 A1 WO2017204380 A1 WO 2017204380A1 KR 2016005545 W KR2016005545 W KR 2016005545W WO 2017204380 A1 WO2017204380 A1 WO 2017204380A1
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slit
monochromator
slits
electron beam
energy
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오가와타카시
김주황
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한국표준과학연구원
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    • H01L2224/03632—Ablation by means of a laser or focused ion beam [FIB]

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a monochromator having an aperture formed with a slit for selecting an energy provided in the electron beam apparatus, and more particularly, to select an electron beam that is distributed and progresses according to an energy distribution while passing through an electrode portion.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a monochromator having precision processed energy selection slits.
  • an electronic path control device that functions to adjust the direction of movement of electrons moving together or to focus or disperse the electron beams is attached to the optical system that controls the path of light. This is called the electron optical system.
  • the electron beam is obtained from a cathode, usually from a Schottky electron source or a cold field emission electron source coated with zirconia (ZrO) on a tungsten (W) surface.
  • a cathode usually from a Schottky electron source or a cold field emission electron source coated with zirconia (ZrO) on a tungsten (W) surface.
  • ZrO zirconia
  • W tungsten
  • Monochromator a monochromator that selects particles in the central energy range from an electron beam and removes particles with energy outside the range, is a Wien filer type monochromator and electron beam that use both electric and magnetic fields together.
  • Electrostatic field monochromator that circularly moves inside the electrostatic field formed by the cylindrical lens, and the Molenstedt Energy Analyzer type monochromator where the traveling electron beam enters the asymmetric electrostatic field and is moved. .
  • the cylindrical lens is composed of a plurality of electrodes having a rectangular opening in the center thereof, and a high voltage for decelerating electrons is applied to the center electrode, and the two front and rear electrodes are the same electronic lens, and the insulating material is between the plurality of electrodes. Is provided. In the vicinity of the center electrode to which the high voltage is applied, the energy of electrons is reduced to almost zero, the component passing outside the optical axis of the lens is selected, and the energy of the charged particles is analyzed by using the energy dispersion generated by the chromatic aberration of the lens axis. .
  • An electron source filters out components outside the central axis, spectra the energy by passing out of the central axis of the electrostatic lens, and selects only the central energy part, such as a scanning electron microscope (SEM). It can be used in the electron beam apparatus. Such a monochromator reduces the effect of chromatic aberration of the electron beam to improve image resolution.
  • SEM scanning electron microscope
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2015-0146079 relates to a monochromator and an electron beam apparatus having the same, and discloses a technique related to a monochromator comprising two electrostatic lenses each including a plurality of electrodes and an energy aperture provided therebetween. Doing.
  • the disclosed patent has a problem in that the diaphragm needs to be replaced in order to use a general optical system, and in order to increase energy resolution, a narrow slit should be used. In this case, the beam current decreases and becomes unstable due to contamination due to electron beam passing.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a slit by a focused ion beam instrument (FIB) processing to form a plurality of slits. Since the slit of the iris is formed in the thin film, it is intended to solve the problem that the slit is easily damaged by direct contact while moving in various devices such as FIB and scanning electron microscopy.
  • FIB focused ion beam instrument
  • the present invention provides a method of manufacturing a monochromator, the method comprising the steps of preparing a first electrode portion having a plurality of electrodes having a rectangular opening limiting the energy range in the electron beam device; Preparing an aperture having a plurality of rectangular energy selection slits, a plurality of circular slits, and a plurality of dummy slits, the slits having a slit processing surface through which an electron beam can pass; And assembling the diaphragm to the electrode unit using a movement control unit for shifting and controlling the position of the diaphragm to shift the position of the slit according to the position of the electron beam.
  • the preparing of the diaphragm includes: Preparing a thin film layer on the processed surface; Processing the thin film layer into a focused ion beam (FIB) to form a plurality of rectangular energy selection slits and a plurality of circular slits; And inspecting the slits with a scanning electron microscope (SEM) or a scanning transmission electron microscope (STEM).
  • FIB focused ion beam
  • SEM scanning electron microscope
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • the present invention is also a method of manufacturing a monochromator, comprising a plurality of electrodes forming a plane (xy) perpendicular to the incident direction (z) of the electron beam, the plurality of electrodes parallel to the incident direction (z) A rectangular opening formed, and when a voltage is applied to the electrode, an electron beam incident along the central axis (x 0 y 0 ) in the direction of incidence by the electrostatic lens action of the electric field formed by the rectangular opening is a short side of the rectangular opening.
  • the deflected direction (x) is a short side (S) so as to selectively pass particles belonging to a predetermined energy range (E, E + ⁇ E) among the deflected propagating electron beams at a predetermined deflection position (x + S x ).
  • x ) preparing an aperture including a plurality of rectangular energy selection slits, a plurality of circular slits, and a plurality of dummy slits; And preparing a movement control unit for shifting and controlling the position to switch the slit of the electron beam that is deflected to proceed.
  • the preparing of the diaphragm includes a plurality of thin film layers on which a metal thin film is formed on the upper and lower surfaces of the central layer. Two slits, wherein the center layer is made of silicon nitride (Si 3 N 4 ), carbon (C), platinum iridium (PtIr) or molybdenum (Mo), and has a thickness of 20 nm to 500 ⁇ m.
  • SEM scanning electron microscope
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • the present invention also provides a method of manufacturing a monochromator, wherein the step of processing the FIB comprises mounting a holder supporting the thin film layer on the FIB and etching the thin film layer to form a slit.
  • the step of processing with the FIB mounting a holder for supporting the thin film layer in the FIB, the long side direction of the rectangular opening of the first electrode portion and the long side direction of the rectangular slit
  • a method for producing a monochromator which precisely etches such that the deviation angle range is within 1 degree.
  • the present invention also provides a plurality of dummy slits, in which the circular slits or the rectangular slits are processed into a focused ion beam (FIB), when the FIB processing conditions are selected and the focus and boiling point correction of the FIB beam is adjusted.
  • FIB focused ion beam
  • the present invention also, the step of inspecting the slit with the scanning electron microscope (SEM) or scanning transmission electron microscope (STEM), the mono-transfer to the SEM or STEM to test the holder (holder) for supporting the thin film layer, mono It provides a method for producing a chromameter.
  • SEM scanning electron microscope
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • the present invention also provides a test for producing a monochromator, wherein the inspection is a pass criterion when the angle range between the long side direction of the rectangular opening of the first electrode portion and the long side direction of the rectangular slit is within 1 degree.
  • the inspection is a pass criterion when the angle range between the long side direction of the rectangular opening of the first electrode portion and the long side direction of the rectangular slit is within 1 degree.
  • the present invention also provides a method for producing a monochromator, wherein the inspection is a failure criterion when the size of the fine particles attached to the end face of the processed rectangular slit is 5 nm or more.
  • the present invention also provides a method for producing a monochromator, wherein the inspection is an acceptance criterion when the length error of the long side and the short side of the machined rectangular slit is 1/10 or less than the design value, respectively.
  • the present invention also relates to an electron beam apparatus in which the inspection uses an image of the scanning electron microscope (STEM), and the energy of the electron beam of the scanning transmission electron microscope (STEM) is provided with the monochromator.
  • STEM scanning electron microscope
  • the energy of the electron beam of the scanning transmission electron microscope (STEM) is provided with the monochromator.
  • the present invention also provides a method for manufacturing a black and white meter, wherein the inspection is based on acceptance when there is no charged portion on the surface of the thin film layer through the scanning electron microscope (SEM) image.
  • SEM scanning electron microscope
  • the present invention also includes the step of processing and the step of inspecting, in which the sample chamber for FIB processing is installed in the same vacuum device as the sample chamber of the scanning electron microscope (SEM) or scanning transmission electron microscope (STEM) To provide a method for producing a monochromator.
  • SEM scanning electron microscope
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • the slits of the present invention were processed with a focused ion beam apparatus (FIB) in order to process the width of the slits for energy selection finely and precisely, and the processed slits were measured with a scanning electron microscope or a transmission electron microscope. In-situ measurements can also be performed using a device equipped with an FIB and an electron microscope to reduce the travel time between devices, reduce manufacturing costs, and increase the processing precision of the slit. Improved slit dimensional accuracy through dimensions, presence of contaminant particles attached to slits, passage of non-slit parts of electron beams, and static inspection of slits, resulting in apertures with slits with improved spatial and energy resolution. High performance monochromators can be prepared.
  • FIB focused ion beam apparatus
  • 1 is a slit-shaped electron microscope image processed by a method of manufacturing a slit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an electron microscope image of a plurality of slit arrays of various sizes processed by a method of manufacturing a slit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a sample holder for measuring a slit processed by the method of manufacturing a slit by an electron microscope according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of processing a slit with an FIB according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of inspecting the processed slit using SEM or STEM according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of processing a slit with an FIB in a device equipped with an electron microscope and an FIB according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of measuring a slit by an electron microscope after slit processing in a device equipped with an electron microscope and an FIB according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph illustrating a relationship between energy resolutions according to slit intervals, indicating that the narrower the slit width of the diaphragm, the more accurate energy resolution can be obtained.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a system in which an electron beam apparatus having a monochromator is implemented in EELS and SEM according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a (a) plan view and (b) cross-sectional view of the aperture of the monochromator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a system in which an electron beam apparatus having a monochromator is implemented in an EELS and a TEM according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating an arrangement of slits formed on an aperture of a monochromator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating a position alignment of an energy selection slit according to a distribution direction of an electron beam beam according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating a monochromator aperture unit having an electron beam energy distribution and a slit of an incident aperture unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating an electron beam energy distribution of an incident aperture stop, and a monochromator aperture in which circular slits and energy selection slits are arranged one by one according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a conceptual view illustrating an electron beam energy distribution of an incident aperture unit and a monochromator aperture in which one row of circular slits and a plurality of rows of energy selection slits are arranged side by side according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a conceptual diagram illustrating a monochromator aperture in which an electron beam energy distribution of an incident aperture unit and an energy selection slit including a plurality of circular slits and a plurality of rows are arranged side by side according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram illustrating a monochromator aperture in a state in which an energy selection slit is aligned with a center of an electron beam passing through a first electrode unit in an electron beam apparatus having a monochromator according to an embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a monochromator includes: preparing a first electrode part having a plurality of electrodes having rectangular openings for limiting an energy range in an electron beam apparatus; Preparing an aperture having a plurality of rectangular energy selection slits, a plurality of circular slits, and a plurality of dummy slits, the slits having a slit processing surface through which an electron beam can pass; And assembling the diaphragm to the electrode unit by using a movement adjusting unit which moves and adjusts the position of the aperture to shift the position of the slit according to the position of the electron beam.
  • the preparing of the diaphragm may include preparing a thin film layer on the slit processing surface; Processing the thin film layer into a focused ion beam (FIB) to form a plurality of rectangular energy selection slits and a plurality of circular slits; And inspecting the slits with a scanning electron microscope (SEM) or a scanning transmission electron microscope (STEM).
  • FIB focused ion beam
  • SEM scanning electron microscope
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • FIG. 2 is an electron microscope image of a plurality of slit arrays of various sizes processed by a method of manufacturing a slit according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a method of manufacturing a slit according to an embodiment of the present invention
  • It is a conceptual diagram of a sample holder for measuring the processed slit by an electron microscope.
  • the rectangular energy selection slits 123 to 127 of the arranged slits are arranged side by side from the largest slit 123 to the smallest slit 127.
  • the holder 30 ′ contacts the guide 301 for electron microscope observation. As the processed slits are formed in the thin film, damage through contact may occur while moving from the processing equipment FIB to the electron microscope, the observation and measurement equipment.
  • the slit is fixed to the holder 30 'using the guide 301 and transferred to the holder unit to protect it.
  • the holder is installed in the FIB apparatus with the guide 301 mounted so that the angle between the long side direction of the rectangular slit and the rectangular long side direction (Y direction) of the monochromator is 1 based on the joint surface between the holder and the guide. Matching rectangular slits can be processed within degrees.
  • Method for manufacturing a monochromator comprising a plurality of electrodes forming a plane (xy) perpendicular to the incident direction (z) of the electron beam, the plurality of electrodes is the incident direction (z) And a rectangular opening formed in parallel with the electrode, and when a voltage is applied to the electrode, an electron beam incident along the central axis (x 0 y 0 ) in the incident direction by the electrostatic lens action of the electric field formed by the rectangular opening is formed in the rectangular opening.
  • the deflected direction (x) is a short side (S) so as to selectively pass particles belonging to a predetermined energy range (E, E + ⁇ E) among the deflected propagating electron beams at a predetermined deflection position (x + S x ).
  • x ) preparing an aperture including a plurality of rectangular energy selection slits, a plurality of circular slits, and a plurality of dummy slits; And preparing a movement control unit for shifting and adjusting the position to switch the slit of the deflected electron beam.
  • a plurality of slits are processed on the thin film layer on which the metal thin film is formed on the upper and lower surfaces of the central layer, and the material of the central layer is silicon nitride (Si 3 N 4 ), Carbon (C), platinum iridium (PtIr) or molybdenum (Mo), the thickness of 20nm to 500 ⁇ m, the material of the metal thin film is platinum (Pt) or gold (Au) and the thickness of 10 to 200nm thin layer deposited by sputtering Preparing to; Measuring the thickness of the deposited metal thin film with an atomic force microscope (AFM); Processing the thin film layer into a focused ion beam (FIB) to form circular slits having a diameter of 10 nm to 500 ⁇ m, and rectangular slits having a length of 50 nm to 100 ⁇ m and a length of a long side of 100 nm to 1,000 ⁇
  • FIB focused ion beam
  • the step of processing the FIB may include mounting a holder supporting the thin film layer on the FIB and etching the thin film layer to form a slit.
  • the step of processing into the FIB, mounting a holder for supporting the thin film layer to the FIB, the long side direction of the rectangular opening of the first electrode portion and the long side of the rectangular slit Precision etching is performed so that an angle range in which directions deviate from each other is within 1 degree.
  • the plurality of dummy slits in the step of processing the circular slit or the rectangular slit into a focused ion beam (FIB), selection of FIB processing conditions and focus and boiling point correction of the FIB beam Created during adjustment.
  • FIB focused ion beam
  • the opening formed by the selection of the FIB processing conditions and the ion beam scanning for the adjustment of the FIB ion beam focus and the adjustment of the ion melting point had a problem of becoming an unnecessary opening, but not the position of the electron beam selection. It can be used to form a dummy slit which is a reference point.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of inspecting the processed slit using SEM or STEM according to an embodiment of the present invention.
  • the step of inspecting the slit with the scanning electron microscope (SEM) or scanning transmission electron microscope (STEM), the inspection (transferring a holder) for supporting the thin film layer to the SEM or STEM inspection do.
  • the electron microscope of the present invention causes the sample incident electron beam 52 to enter the sample by the optical system 811 of the electron beam apparatus.
  • the secondary electrons 54 from the sample in the sample chamber are detected by the secondary electron detectors 831 and 832 by the action of the incident electron beam, and in the case of STEM, the electron beam 53 passing through the sample in the sample chamber. Is detected through a scanning electron microscope detector 835.
  • the inspection is a pass criterion when the angular range between the long side direction of the rectangular opening and the long side direction of the rectangular slit is within 1 degree.
  • the rejection standard is used.
  • the length error of the long side and the short side of the processed rectangular slit is 1/10 or less than the design value, respectively.
  • the inspection uses an image of the scanning electron microscope (STEM), the energy of the electron beam of the scanning transmission electron microscope (STEM) to the monochromator
  • STEM scanning electron microscope
  • the scanning electron microscope (SEM) image is used.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of processing a slit by FIB in an apparatus in which an electron microscope optical system 811 and an FIB optical system 812 are installed together according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is according to an embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram of measuring slit by electron microscope after slit processing in the device equipped with electron microscope and FIB.
  • the slit processing surface is located perpendicular to the incident direction of the gallium (Ga) ion beam 51, which is the ion of the FIB, and when observed and measured by an electron microscope, the processed surface is perpendicular to the incident direction of the electron beam beam.
  • Ga gallium
  • the sample chamber for FIB processing is installed in the same vacuum device as the sample chamber of the scanning electron microscope (SEM) or scanning transmission electron microscope (STEM) To be carried out.
  • SEM scanning electron microscope
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • FIG. 8 is a graph illustrating a relationship between energy resolutions according to slit intervals, indicating that the narrower the slit width of the diaphragm, the more accurate energy resolution can be obtained.
  • the narrower the slit the higher the energy uniformity of the electron beam.
  • the electron beam apparatus including the monochromator includes an electron source 390, a first transmission lens 190 for focusing electron beams emitted from the electron source, and an electron beam passing through the first transmission lens.
  • the monochromator for limiting the energy of 50 to a predetermined range, a lens system 810, a second transmission lens (290) included in the lens system or to further focus the electron beam separately from the lens system, and detectors (831, 832) After the electron source passes through the lens system, the reflected electrons and the secondary electrons which are scanned and emitted to the sample 850 placed on the sample holder 860 in the vacuum sample chamber 900 are the detectors 831 and 832.
  • the monochromator may include a plurality of rectangular energy selection slits 120 and 121, a plurality of dummy slits 20, and a plurality of circular slits 11.
  • the EELS 80 includes an aperture portion 62 and an electron detector 830 for the EELS.
  • the electron source, the vacuum sample chamber, and the lens system exhaust or maintain a vacuum through vacuum pumps P1 and P2.
  • the electron beam device is controlled through an electrical controller 910 and a control computer 920. do.
  • the monochromator is composed of a plurality of electrodes forming a plane (xy) perpendicular to the incident direction (z) of the electron beam, the plurality of electrodes are parallel to the incident direction (z) And a rectangular opening formed therein, and when voltage is applied to the electrode, electrons incident along the central axis (x 0 y 0 ) in the direction of incidence by the electrostatic lens action of the electric field formed by the rectangular opening are short in the rectangular opening.
  • a first electrode portion 90 which is deflected to different positions 501, 502 and 503 according to the energy distribution in the side S x direction x so as to be parallel to the incident direction;
  • the direction of the short side S x which is deflected to selectively pass particles belonging to a predetermined energy range E, E + ⁇ E among the deflected and propagated electron beams at a predetermined deflection position x + S x .
  • Aperture unit having a plurality of rectangular energy selection slits 503, 120, 121 formed of (x), a plurality of dummy slits 20 for positioning, and a plurality of circular slits 11 ( 60); And a movement control unit 861 for controlling the movement of the slit position according to the energy of the deflected and propagated electron beam.
  • the first electrode part includes a plurality of electrodes in which rectangular openings are arranged side by side, and when the long side of the rectangular opening is placed on the y-axis and the short side is placed on the x-axis, the incident electron beam has a predetermined minute distance from the origin of the x-axis. It is moved by ( ⁇ x) and the y-axis is incident on the non-moving origin. That is, the electron beam incident on the first electrode portion is deflected and enters a position outside the center of the potential formed by the opening, and receives the deflection force in the x direction. At this time, since it moves in the x direction, which is the short side direction of the rectangular opening, there is no change in the trajectory in the y direction, which is the long side direction, and the charged particle beam is separated by energy while moving in the x direction.
  • the beam formed by the electron beam passing through the first electrode part which is a plurality of electrodes in which the rectangular openings are arranged side by side, has a central energy (E 0 ) electron beam 500 and an energy electron beam 501 having a value (E 0 - ⁇ E) smaller than the central energy.
  • the energy electron beam 502 having a value (E 0 + ⁇ E) greater than the central energy.
  • the energy selection slit 503 of the diaphragm 60 is aligned 700 with the central energy E 0 electron beam 500 to selectively pass only the electron beam having uniform energy. This alignment is performed by adjusting the movement adjusting unit 861 to move the slit position.
  • the slit is formed on the thin film layer in which the metal thin films are formed on the upper surface 21 and the lower surface 22 of the central layer 23,
  • the material of the center layer is silicon nitride (Si 3 N 4 ), carbon (C), platinum iridium (PtIr) or molybdenum (Mo) and has a thickness of 20nm to 500 ⁇ m, the material of the metal thin film is platinum (Pt) or gold ( Au), the thickness is 10 to 200 nm, the diameter of the circular slit 11 is 10 nm to 500 ⁇ m, the length of the short side S x of the rectangular slit is 50 nm to 100 ⁇ m, and the length of the long side S y . Is formed from 100nm to 1,000 ⁇ m.
  • the aperture unit includes a holder 30 supporting the thin film layer; A support part 31 for connecting the holder to the movement control part 861; And a base 33 fixing the movement adjusting part 861 to the diaphragm mounting apparatus, wherein the movement adjusting part 861 is perpendicular to the deflected direction x or the deflected direction. This allows the movement of the slit in the direction y.
  • the holder 30 is connected to the barrel of the electron beam apparatus through the barrel coupling portion 32.
  • the holder 30 is fixed to the support part 31 using a holder coupling part 300.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a system in which an electron beam apparatus having a monochromator is implemented in an EELS and a TEM according to an embodiment of the present invention.
  • the electron beam apparatus including the monochromator includes an electron source 390 and a monochromator that limits the energy of the electron beam 50 emitted from the electron source to a predetermined range, and the lens system 810.
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • the monochromator includes an aperture having a plurality of rectangular energy selection slits 120 and 121, a plurality of dummy slits 20, and a plurality of circular slits 11. Unit 60; And a movement control unit 861 for shifting the position of the aperture to switch the slit.
  • the EELS 80 includes an aperture part 62 and an electron detector 830 for the EELS.
  • the electron source, the vacuum sample chamber, and the lens system exhaust or maintain the vacuum through the vacuum pumps P1 and P2.
  • the electron beam apparatus is controlled through the electrical controller 910 and the control computer 920.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating an arrangement of slits formed in an aperture of a monochromator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is an energy selection slit according to a distribution direction of an electron beam beam according to an embodiment of the present invention.
  • the angle range with respect to the long side direction of the said rectangular hole of a 1st electrode part is less than 1 degree. That is, by adjusting the holder, the support, the movement adjusting part and the base, the error range of the long side direction angle of the slit and the first electrode part should be within 1 degree.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating a monochromator aperture unit having an electron beam energy distribution and a slit of an incident aperture unit according to an embodiment of the present invention.
  • the form provided with several slits is shown.
  • the plurality of rectangular energy selection slits 120 and 121 according to an embodiment of the present invention have the same or different size, and are long orthogonal to the direction x of the short side S x which is a direction in which the electron beam is deflected. It is preferable to arrange
  • the predetermined distance L y arranged along the direction y of the orthogonal long side S y limits the cross-sectional distribution of the electron beam incident on the first electrode part to a predetermined size, thereby providing the center thereof. It is preferable that it is larger than the diameter of the opening of the incident stop 61 to be incident on the axis x 0 y 0 .
  • FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating an electron beam energy distribution of an incident aperture stop, and a monochromator aperture in which circular slits and energy selection slits are arranged one by one according to an embodiment of the present invention.
  • the plurality of circular slits 11 are the same size or different sizes, and the plurality of circular slits 11 are the deflected directions from the plurality of rectangular slits 120 and 121.
  • the short sides S x are arranged side by side and spaced apart by a predetermined distance M x in the direction x.
  • the plurality of circular slits 11 according to another embodiment of the present invention are arranged at positions coinciding with the central axis X 0 in the incident direction.
  • the voltage applied to the first electrode portion is turned OFF to go straight without deflecting the electron beam, the central axis of the incident direction
  • One of the plurality of circular slits 11 arranged at a position coinciding with the extension line of X 0 is used to irradiate the sample with an electron beam.
  • FIG. 16 is a conceptual view illustrating an electron beam energy distribution of an incident aperture unit and a monochromator aperture in which one row of circular slits and a plurality of rows of energy selection slits are arranged side by side according to one embodiment of the present invention
  • FIG. it is a conceptual diagram showing an electron beam energy distribution of the incident aperture portion and a monochromator aperture in which energy selection slits composed of a plurality of circular slits and a plurality of rows are arranged side by side.
  • the plurality of rectangular energy selection slits 120 and 121 have a same size, and a direction (x) of a short side (S x ), which is a direction in which the electron beam is deflected, and a direction orthogonal to the deflected direction.
  • a predetermined interval L y arranged at predetermined intervals L x , L y along each of (y), and arranged along the orthogonal direction y is a size in which the cross-sectional distribution of the incident electron beam is predetermined. It is larger than the diameter of the opening of the incident aperture to allow the incident to the central axis (x 0 y 0 ) to be limited to.
  • the plurality of rectangular energy selection slits 120 and 121 include a plurality of the same size and a plurality of different sizes, and the plurality of the same sized slits are directions in which the electron beam is deflected.
  • the slits are arranged at a predetermined interval L x along the direction x of the short side S x , and the slits having a plurality of different sizes are arranged along a direction y orthogonal to the deflected direction x.
  • the quadrature predetermined intervals arranged in a direction (y) to (L y) is, by limiting a set of cross-sectional distribution of the incident electron beam in advance the size the center axis (x 0 y 0 ) is larger than the diameter of the opening of the incident stop 61 to be incident.
  • the deflection of the short side direction in one embodiment of the invention the direction (x) and direction (y) perpendicular to the (S x) direction (x) of the short side (S x) direction in which the deflection from the center position of the One on each side of the edge.
  • the plurality of circular slits 11 are the same size or different sizes, and the circular slits 11 are orthogonal to the direction x of the short side S x which is the deflected direction. It is arranged along the direction y, or located at both edges of the orthogonal direction y.
  • the electron beam apparatus of the present invention is not limited to the energy ranges E and E + ⁇ E
  • the voltage applied to the first electrode portion is turned OFF to go straight without deflecting the electron beam, so that the central axis in the incident direction
  • the electron beam is irradiated to the sample using one of the plurality of circular slits 11 arranged at a position coincident with the extension line of X 0 .
  • the long side direction of the energy selection slit 503 is aligned such that an angular range that deviates from the long side direction of the rectangular opening of the first electrode part is within 1 degree.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram illustrating a monochromator aperture in a state in which an energy selection slit is aligned with a center of an electron beam passing through a first electrode unit in an electron beam apparatus having a monochromator according to an embodiment of the present invention.
  • the electron beam apparatus includes an electrode formed of a plurality of electrodes having an opening formed at a rear end of the aperture part in parallel with an incident direction z of the electron beam passing through the energy selection slit.
  • the negative position is symmetrical with the first electrode part around the aperture.

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Abstract

본 발명은 전자선장치에 구비되는 모노크로미터의 전극부를 통과하면서 에너지분포에 따라 분산되어 진행하는 전자선을 선택하는 에너지선택 슬릿을 미세하게 정밀가공하는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 직사각형 슬릿은 에너지 선택을 위한 슬릿의 폭을 미세하면서도 정밀하게 가공하기 위하여 집속이온빔 장치(FIB)로 가공하고, 가공된 슬릿을 주사형 전자현미경 또는 투과형 전자현미경으로 측정한다. 또한 FIB와 전자현미경을 함께 설치한 장치를 이용하여 가공과 동시에 (in-situ) 측정을 수행하여 장치 간 이동 시간을 단축하고 제조 비용을 줄일 뿐 아니라 슬릿의 가공 정밀도를 높일 수 있으며, 슬릿의 정확한 치수, 슬릿에 부착되는 오염 입자(particle) 유무, 전자선의 슬릿 이외 부분 통과여부 및 슬릿의 정전기 검사를 통해 슬릿의 치수 정밀도를 개선하여 공간 분해능과 에너지 분해능이 향상된 슬릿을 갖춘 조리개부를 구현하여 궁극적으로 고성능 모노크로미터를 제조할 수 있다.

Description

모노크로미터의 제조방법
본 발명은 전자선장치에 구비되는 에너지선택을 위한 슬릿이 형성된 조리개부를 구비한 모노크로미터의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극부를 통과하면서 에너지분포에 따라 분산되어 진행하는 전자선을 선택할 수 있도록 정밀가공된 에너지선택 슬릿을 구비한 모노크로미터의 제조방법에 관한 것이다.
움직이는 전자는 정전기장 또는 자기장으로 경로를 변경할 수 있으므로, 여러 개의 전자가 함께 움직이는 전자선의 진행방향을 조정하거나 전자선을 집속 또는 분산하는 기능을 하는 전자 경로조정 장치를 빛의 경로를 조정하는 광학계에 빗대어 전자광학계라고 한다.
전자선은 음극(cathode)에서 얻으며, 대개 텅스텐(W) 표면에 산화 지르코니아(ZrO)로 피복한 쇼트키형(Schottky) 전자원 또는 냉음극전계 방출전자원(Cold field emission electron source)에서 얻는다. 이러한 전자선에서는 빔을 이루는 전자가 평균적으로 가지는 일정한 에너지 범위를 벗어나는 전자가 존재하고, 일정한 에너지 범위를 전제로 하여 조절된 전자광학계에서 이러한 전자의 경로는 설정된 경로 범위를 벗어나게 되어, 빔 직경을 증가시키는 원인이 된다.
전자선에서 중심 에너지 범위의 입자를 선택하고 그 범위를 벗어나는 에너지를 가지는 입자를 제거하는 단색화장치인 모노크로미터(Monochromator)는 전기장과 자기장을 함께 사용하는 비인 필터(Wien filer)형 모노크로미터, 전자선을 원통형 렌즈가 형성하는 정전기장 내부에서 원운동시키는 정전기장 모노크로미터 및 진행하는 전자선이 비대칭 정전기장에 입사하여 경로가 이동되는 묄렌스테트 에너지 분석기(Mollenstedt Energy Analyzer)형 모노크로미터 등이 있다.
여기서 원통형 렌즈는 중심에 직사각형의 개구부를 가진 복수개의 전극으로 구성되어 중심 전극에 전자를 감속하는 고전압이 인가되고, 전후 양측의 두 개의 전극은 동일한 전압으로 하는 전자 렌즈로, 복수개의 전극 사이에는 절연재가 구비된다. 고전압이 인가된 중심 전극 부근에서 전자의 에너지가 거의 0까지 줄어들고, 렌즈의 광축 외부를 통과하는 성분이 선택되며, 렌즈 축의 색수차에 의해 발생하는 에너지 분산을 이용하여 하전 입자의 에너지를 분석하는 방식이다. 전자원에서 중심축을 벗어난 성분을 에너지 조리개(aperture)로 걸러내고, 정전렌즈의 중심축 밖을 통과시켜 에너지를 분광하여, 중심 에너지부만 선택하는 모노크로미터로, 주사전자현미경(SEM)과 같은 전자빔 장치에 이용될 수 있다. 이러한 모노크로미터는 전자선의 색수차 영향을 감소시켜 영상 분해능을 향상시키게 된다.
대한민국 공개특허 2015-0146079는 모노크로메이터 및 이를 구비한 전자빔 장치에 관한 것으로, 각각 복수 개의 전극을 포함하는 두 정전렌즈와 그 사이에 구비된 에너지 조리개(aperture)로 구성된 단색화장치에 관한 기술을 개시하고 있다. 그러나 상기 공개특허는 일반 광학계를 사용하려면 조리개를 교체해야 한다는 문제가 있으며, 에너지 분해능을 높이려면 좁은 폭의 슬릿을 사용해야 하는데 이 경우 전자빔 통과에 따른 오염으로 빔 전류가 감소하고 불안정해지는 문제가 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
대한민국 공개특허 2015-0146079호
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 슬릿이 형성된 조리개 면에 원형 개구부를 함께 설치하여 조리개 교체가 아닌 위치 이동만으로도 일반 광학계로 전환이 가능하도록, 조리개에 동일하거나 다른 크기의 슬릿을 복수개 형성하기 위하여 가공하는 집속이온빔장치(FIB, Focused Ion Beam Instrument) 가공으로 슬릿을 제조하는 방법을 제공하고자 한다. 조리개의 슬릿은 박막에 형성되기 때문에 슬릿을 FIB나 관찰용 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy) 등 여러 장치에서 이동하는 동안 직접 접촉하게 되면 손상되기 쉽다는 문제를 해결하고자 한다. 슬릿에 오염 미립자(particle)가 부착된 모노크로미터 사용시 모노크로미터의 에너지 분해능과 출사 전류가 불안정해지는 문제를 해결하고자 한다. 슬릿의 크기와 오차에 따라 모노크로미터의 에너지 분해능 및 출사 전류의 성능에 차이가 생기는 문제를 해결하고자 한다. 슬릿 가공시의 결함으로 인한 슬릿 이외의 부분을 전자선이 투과할 때 슬릿 통과 전자선과 혼동되어 에너지 분해능이 저하되는 문제를 해결하고자 한다. 중심층 박막 상하면에 형성하는 금속막 증착시 생기는 결함에서 슬릿에 비정상적인 정전기가 발생해 모노크로미터 사용시 에너지 분해능과 출사 전류가 불안정해지는 문제를 해결하고자 한다. 가공과 측정을 별도의 장비로 하는 경우, 가공장비인 FIB와 측정장치인 SEM 사이 이동으로 인한 시간 및 비용의 증가문제를 해결하고자 한다.
본 발명은 모노크로미터의 제조방법으로, 상기 제조방법은, 전자선장치에서 에너지 범위를 제한하는 직사각형 개구부가 있는 복수의 전극을 구비한 제1 전극부를 준비하는 단계; 복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿, 복수개의 원형 슬릿 및 복수개의 더미(dummy) 슬릿이 형성되어 전자선이 통과할 수 있는 슬릿 가공면을 구비한 조리개부(Aperture)를 준비하는 단계; 및 슬릿의 위치를 전자선의 위치에 따라 이동 전환하기 위해 조리개의 위치를 이동 조절하는 이동조절부를 이용하여 상기 조리개부를 상기 전극부에 조립하는 단계를 포함하고, 상기 조리개부를 준비하는 단계는, 상기 슬릿 가공면에 박막층을 준비하는 단계; 상기 박막층을 FIB(focused Ion Beam)로 가공하여 복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿, 및 복수개의 원형 슬릿을 형성하는 단계; 및 주사전자현미경(SEM) 또는 주사형투과전자현미경(STEM)으로 슬릿을 검사하는 단계를 포함하는, 모노크로미터의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 모노크로미터의 제조방법으로, 전자선의 입사방향(z)과 수직한 평면(xy)을 이루는 복수개의 전극으로 구성되되, 상기 복수개의 전극은 상기 입사방향(z)과 평행하게 형성된 직사각형 개구부를 구비하고, 상기 전극에 전압이 인가되면 상기 직사각형 개구부가 형성한 전기장의 정전렌즈 작용으로 상기 입사방향의 중심축(x0y0)을 따라 입사하는 전자선이 상기 직사각형 개구부의 짧은 변 방향(x)으로 에너지 분포에 따라 서로 다른 위치로 편향되어 상기 입사방향과 평행하게 진행하도록 하는 제1 전극부를 준비하는 단계; 상기 편향되어 진행하는 전자선 중 미리 정한 에너지 범위(E, E+ΔE)에 속한 입자를 미리 정한 편향 위치(x+Sx)에서 선택적으로 통과시키도록 상기 편향되는 방향(x)이 짧은 변(Sx)으로 형성된 복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿, 복수개의 원형 슬릿 및 복수개의 더미(dummy) 슬릿을 구비하는 조리개(Aperture)부를 준비하는 단계; 및 편향되어 진행하는 전자선의 슬릿을 전환하기 위해 위치를 이동 조절하는 이동조절부를 준비하는 단계를 포함하고, 상기 조리개부를 준비하는 단계는, 중심층의 상면 및 하면에 금속 박막을 형성한 박막층을 복수개의 슬릿을 가공하되, 상기 중심층의 재질은 질화규소(Si3N4), 탄소(C), 플라티늄이리듐(PtIr) 또는 몰리브덴(Mo)이고 두께가 20nm 내지 500μm이며, 상기 금속 박막의 재질은 백금(Pt) 또는 금(Au)이고 두께는 10 내지 200nm인 박막층을 스퍼터링으로 증착하여 준비하는 단계; 상기 증착된 금속박막의 두께를 원자력 현미경(AFM)으로 측정하는 단계; 상기 박막층을 FIB(focused Ion Beam)로 가공하여 지름이 10nm 내지 500μm인 원형 슬릿, 및 짧은 변의 길이는 50nm 내지 100μm이고 긴 변의 길이는 100nm 내지 1,000μm인 직사각형 슬릿을 형성하는 단계; 및 주사형 전자현미경(SEM) 또는 주사형 투과전자현미경(STEM)으로 상기 형성된 슬릿의 형상을 관찰하고 치수를 측정하는 검사단계를 포함하는, 모노크로미터 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 FIB로 가공하는 단계는, 상기 박막층을 지지하는 홀더(holder)를 FIB에 장착하고 상기 박막층을 식각하여 슬릿을 형성하는, 모노크로미터의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 FIB로 가공하는 단계는, 상기 박막층을 지지하는 홀더(holder)를 FIB에 장착하되, 상기 제1 전극부의 상기 직사각형 개구부의 긴 변 방향과 상기 직사각형 슬릿의 긴 변 방향의 서로 어긋나는 각도 범위가 1도 이내가 되도록 정밀 식각하는, 모노크로미터의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 복수개의 더미(dummy) 슬릿은, 상기 원형 슬릿 또는 상기 직사각형 슬릿을 FIB(focused Ion Beam)로 가공하는 단계에서, FIB 가공 조건의 선택과 FIB 빔의 초점 및 비점 보정 조정 시 생성되는, 모노크로미터의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 주사전자현미경(SEM) 또는 주사형투과전자현미경(STEM)으로 슬릿을 검사하는 단계는, 상기 박막층을 지지하는 홀더(holder)를 상기 SEM 또는 STEM에 이송하여 검사하는, 모노크로미터의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 검사는, 상기 제1 전극부의 상기 직사각형 개구부의 긴 변 방향과 상기 직사각형 슬릿의 긴 변 방향의 서로 어긋나는 각도 범위가 1도 이내일 때 합격기준으로 하는, 모노크로미터의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 검사는, 상기 가공된 직사각형 슬릿의 단면에 부착된 미립자의 크기가 5nm 이상일 때 불합격기준으로 하는, 모노크로미터의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 검사는, 상기 가공된 직사각형 슬릿의 긴 변과 짧은 변의 길이 오차가 각각 설계값에 비해 1/10 이하일 때 합격기준으로 하는, 모노크로미터의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 검사는, 상기 주사형투과전자현미경(STEM)의 상(image)을 이용하고, 상기 주사형투과전자현미경(STEM)의 전자선의 에너지가 상기 모노크로미터를 구비한 전자선 장치에서 모노크로미터를 통과한 전자선의 에너지와 같거나 클 때, 상기 가공된 슬릿 이외의 부분에서 전자가 투과하지 않는 경우 합격 기준으로 하는, 모노크로미터의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 검사는, 상기 주사전자현미경(SEM) 상(image)을 통해 상기 박막층 표면에 대전 된 부분이 없을 때 합격기준으로 하는, 흑백 미터의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 가공하는 단계 및 상기 검사하는 단계는, FIB 가공을 위한 시료실이 주사전자현미경(SEM) 또는 주사형투과전자현미경(STEM)의 시료실과 동일한 진공장치 내에 설치된 복합장치로 실시하는, 모노크로미터의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 슬릿은 에너지 선택을 위한 슬릿의 폭을 미세하면서도 정밀하게 가공하기 위하여 집속이온빔 장치(FIB)로 가공하고, 가공된 슬릿을 주사형 전자현미경 또는 투과형 전자현미경으로 측정하였다. 또한 FIB와 전자현미경을 함께 설치한 장치를 이용하여 가공과 동시에 (in-situ) 측정을 수행하여 장치 간 이동 시간을 단축하고 제조 비용을 줄일 뿐 아니라 슬릿의 가공 정밀도를 높일 수 있으며, 슬릿의 정확한 치수, 슬릿에 부착되는 오염 입자(particle) 유무, 전자선의 슬릿 이외 부분 통과여부 및 슬릿의 정전기 검사를 통해 슬릿의 치수 정밀도를 개선하여 공간 분해능과 에너지 분해능이 향상된 슬릿을 갖춘 조리개부를 구현하여 궁극적으로 고성능 모노크로미터를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른, 슬릿의 제조방법으로 가공한 슬릿형상의 전자현미경 영상이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른, 슬릿의 제조방법으로 가공한 복수개의 다양한 크기의 슬릿 배열에 대한 전자현미경 영상이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른, 슬릿의 제조방법으로 가공한 슬릿을 전자현미경으로 측정하기 위한 시료홀더의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른, FIB로 슬릿을 가공하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른, 가공된 슬릿을 SEM 또는 STEM을 이용하여 검사하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른, 전자현미경과 FIB가 함께 설치된 장치에서 FIB로 슬릿을 가공하는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른, 전자현미경과 FIB가 함께 설치된 장치에서 슬릿 가공 후에 전자현미경으로 슬릿을 측정하는 개념도이다.
도 8은 조리개부의 슬릿 폭(width)이 좁아질수록 더욱 정밀한 에너지 분해능을 얻을 수 있음을 나타내는, 슬릿 간격에 따른 에너지 분해능의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른, 모노크로미터를 구비한 전자선장치가 EELS와 SEM에 구현된 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 구현예에 따른, 모노크로미터의 조리개부에 대한 (a)평면도 및 (b)단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 구현예에 따른, 모노크로미터를 구비한 전자선장치가 EELS와 TEM에 구현된 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에 따른, 모노크로미터의 조리개부에 형성된 슬릿의 배열을 나타내는 개념도이다.
도 13은 본 발명의 일 구현예에 따른, 전자선 빔의 분포방향에 따라 에너지선택 슬릿의 위치 정렬을 나타내는 개념도이다.
도 14는 본 발명의 일 구현예에 따른, 입사조리개부의 전자선 에너지 분포와 슬릿을 구비한 모노크로미터 조리개부를 나타내는 개념도이다.
도 15는 본 발명의 일 구현예에 따른, 입사조리개부의 전자선 에너지 분포와 원형 슬릿과 에너지선택 슬릿을 각 1열씩 배열한 모노크로미터 조리개부를 나타내는 개념도이다.
도 16은 본 발명의 일 구현예에 따른, 입사조리개부의 전자선 에너지 분포와 1열의 원형 슬릿 및 복수개의 열로 구성된 에너지선택 슬릿을 나란히 배열한 모노크로미터 조리개부를 나타내는 개념도이다.
도 17은 본 발명의 일 구현예에 따른, 입사조리개부의 전자선 에너지 분포와 복수개의 원형 슬릿 및 복수개의 열로 구성된 에너지선택 슬릿을 나란히 배열한 모노크로미터 조리개부를 나타내는 개념도이다.
도 18은 본 발명의 일 구현예에 따른, 모노크로미터를 구비한 전자선장치에서 에너지선택 슬릿이 제1 전극부를 통과한 전자빔의 중심부에 정렬된 상태의 모노크로미터 조리개부를 나타내는 개념도이다.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 된다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른, 슬릿의 제조방법으로 가공한 슬릿형상의 전자현미경 영상이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 모노크로미터의 제조방법은, 전자선장치에서 에너지 범위를 제한하는 직사각형 개구부가 있는 복수의 전극을 구비한 제1 전극부를 준비하는 단계; 복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿, 복수개의 원형 슬릿 및 복수개의 더미(dummy) 슬릿이 형성되어 전자선이 통과할 수 있는 슬릿 가공면을 구비한 조리개부(Aperture)를 준비하는 단계; 및 슬릿의 위치를 전자선의 위치에 따라 이동 전환하기 위해 조리개의 위치를 이동 조절하는 이동조절부를 이용하여 상기 조리개부를 상기 전극부에 조립하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 조리개부를 준비하는 단계는, 상기 슬릿가공면에 박막층을 준비하는 단계; 상기 박막층을 FIB(focused Ion Beam)로 가공하여 복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿, 및 복수개의 원형 슬릿을 형성하는 단계; 및 주사전자현미경(SEM) 또는 주사형투과전자현미경(STEM)으로 슬릿을 검사하는 단계를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른, 슬릿의 제조방법으로 가공한 복수개의 다양한 크기의 슬릿 배열에 대한 전자현미경 영상이고, 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른, 슬릿의 제조방법으로 가공한 슬릿을 전자현미경으로 측정하기 위한 시료홀더의 개념도이다. 상기 배열된 슬릿 중 직사각형 에너지선택 슬릿(123~127)은 크기가 가장 큰 슬릿(123)에서 가장 작은 슬릿(127)까지 나란히 배열된다. 또한, 전자현미경 관찰을 위해 홀더(30’)는 가이드(301)에 접한다. 가공된 슬릿은 박막에 형성되기 때문에 가공장비인 FIB에서 관찰 및 측정장비인 전자현미경으로 이동하는 동안 접촉을 통한 손상이 발생할 수 있다. 따라서 슬릿을 상기 홀더(30’)에 가이드(301)를 이용해 고정하고 홀더 단위로 이송하여 보호한다. 또한 홀더를 가이드(301)가 장착된 상태로 FIB 장치에 설치하여 홀더와 가이드와의 접합면을 기준으로 직사각형 슬릿의 긴 변 방향과 모노크로미터의 직사각형 긴 변 방향(Y 방향) 사이 각도가 1도 이내로 일치하는 직사각형 슬릿을 가공할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 모노크로미터의 제조방법은, 전자선의 입사방향(z)과 수직한 평면(xy)을 이루는 복수개의 전극으로 구성되되, 상기 복수개의 전극은 상기 입사방향(z)과 평행하게 형성된 직사각형 개구부를 구비하고, 상기 전극에 전압이 인가되면 상기 직사각형 개구부가 형성한 전기장의 정전렌즈 작용으로 상기 입사방향의 중심축(x0y0)을 따라 입사하는 전자선이 상기 직사각형 개구부의 짧은 변 방향(x)으로 에너지 분포에 따라 서로 다른 위치로 편향되어 상기 입사방향과 평행하게 진행하도록 하는 제1 전극부를 준비하는 단계; 상기 편향되어 진행하는 전자선 중 미리 정한 에너지 범위(E, E+ΔE)에 속한 입자를 미리 정한 편향 위치(x+Sx)에서 선택적으로 통과시키도록 상기 편향되는 방향(x)이 짧은 변(Sx)으로 형성된 복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿, 복수개의 원형 슬릿 및 복수개의 더미(dummy) 슬릿을 구비하는 조리개(Aperture)부를 준비하는 단계; 및 편향되어 진행하는 전자선의 슬릿을 전환하기 위해 위치를 이동 조절하는 이동조절부를 준비하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 조리개부를 준비하는 단계는, 중심층의 상면 및 하면에 금속 박막을 형성한 박막층을 복수개의 슬릿을 가공하되, 상기 중심층의 재질은 질화규소(Si3N4), 탄소(C), 플라티늄이리듐(PtIr) 또는 몰리브덴(Mo)이고 두께가 20nm 내지 500μm이며, 상기 금속 박막의 재질은 백금(Pt) 또는 금(Au)이고 두께는 10 내지 200nm인 박막층을 스퍼터링으로 증착하여 준비하는 단계; 상기 증착된 금속박막의 두께를 원자력 현미경(AFM)으로 측정하는 단계; 상기 박막층을 FIB(focused Ion Beam)로 가공하여 지름이 10nm 내지 500μm인 원형 슬릿, 및 짧은 변의 길이는 50nm 내지 100μm이고 긴 변의 길이는 100nm 내지 1,000μm인 직사각형 슬릿을 형성하는 단계; 및 주사형 전자현미경(SEM) 또는 주사형 투과전자현미경(STEM)으로 상기 형성된 슬릿의 형상을 관찰하고 치수를 측정하는 검사단계를 포함한다. 슬릿을 제조하기 위하여 FIB로 박막을 가공하면 짧은 변이 50nm에서 100μm 범위의 좁은 폭을 가지는 슬릿을 형성할 수 있는 장점을 가진다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른, FIB로 슬릿을 가공하는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 FIB로 가공하는 단계는, 상기 박막층을 지지하는 홀더(holder)를 FIB에 장착하고 상기 박막층을 식각하여 슬릿을 형성한다. 본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 FIB로 가공하는 단계는, 상기 박막층을 지지하는 홀더(holder)를 FIB에 장착하되, 상기 제1 전극부의 상기 직사각형 개구부의 긴 변 방향과 상기 직사각형 슬릿의 긴 변 방향의 서로 어긋나는 각도 범위가 1도 이내가 되도록 정밀 식각한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 복수개의 더미(dummy) 슬릿은, 상기 원형 슬릿 또는 상기 직사각형 슬릿을 FIB(focused Ion Beam)로 가공하는 단계에서, FIB 가공 조건의 선택과 FIB 빔의 초점 및 비점 보정 조정 시 생성된다. FIB에 새로운 시료를 도입했을 때, FIB 가공 조건의 선택과 FIB 이온빔의 초점 및 이온 융점보정을 위한 조정을 위한 이온빔 주사로 인해서 형성되는 개구는 불필요한 개구가 되어버리는 문제가 있었으나, 전자빔 선택용이 아니라 위치 기준점이 되는 더미(Dummy) 슬릿을 형성하는 작업에 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른, 가공된 슬릿을 SEM 또는 STEM을 이용하여 검사하는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 주사전자현미경(SEM) 또는 주사형투과전자현미경(STEM)으로 슬릿을 검사하는 단계는, 상기 박막층을 지지하는 홀더(holder)를 상기 SEM 또는 STEM에 이송하여 검사한다. 본 발명의 전자현미경은 전자선 장치의 광학계(811)에서 시료입사 전자선(52)을 시료에 입사시킨다. 상기 입사한 전자선의 작용으로 SEM의 경우에는 시료실의 시료에서 나온 이차전자(54)를 이차전자 검출기(831, 832)에서 검출하며, STEM의 경우에는 시료실의 시료를 투과한 전자선(53)을 주사투과전자현미경용 검출기(835)를 통해 검출한다. 상기 검사는 본 발명의 일 구현예에서, 상기 제1 전극부의 상기 직사각형 개구부의 긴 변 방향과 상기 직사각형 슬릿의 긴 변 방향의 서로 어긋나는 각도 범위가 1도 이내일 때 합격기준으로 하고, 상기 가공된 직사각형 슬릿의 단면에 부착된 미립자의 크기가 5nm 이상일 때 불합격기준으로 하며, 상기 가공된 직사각형 슬릿의 긴 변과 짧은 변의 길이 오차가 각각 설계값에 비해 1/10 이하일 때 합격기준으로 한다. 본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 검사는, 상기 주사형투과전자현미경(STEM)의 상(image)을 이용하고, 상기 주사형투과전자현미경(STEM)의 전자선의 에너지가 상기 모노크로미터를 구비한 전자선 장치에서 모노크로미터를 통과한 전자선의 에너지와 같거나 클 때, 상기 가공된 슬릿 이외의 부분에서 전자가 투과하지 않는 경우 합격 기준으로 하고, 상기 주사전자현미경(SEM) 상(image)을 통해 상기 박막층 표면에 대전 된 부분이 없을 때 합격기준으로 한다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른, 전자현미경 광학계(811)와 FIB 광학계(812)가 함께 설치된 장치에서 FIB로 슬릿을 가공하는 개념도이고, 도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른, 전자현미경과 FIB가 함께 설치된 장치에서 슬릿 가공 후에 전자현미경으로 슬릿을 측정하는 개념도이다. FIB로 슬릿을 가공할 때는 슬릿 가공면이 FIB의 이온인 갈륨(Ga) 이온빔(51)의 입사방향에 수직하게 위치하고, 전자현미경으로 관찰 및 측정할 때는 가공면이 전자선 빔의 입사방향에 수직하게 위치한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 전자현미경으로 관찰 및 측정할 때는 가공면이 전자선 빔의 입사방향에 수직하게 위치하였다가 정밀관찰을 위해, 시료홀더의 기울임을 통하여 일정한 범위내에서 경사각을 가질 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 가공하는 단계 및 상기 검사하는 단계는, FIB 가공을 위한 시료실이 주사전자현미경(SEM) 또는 주사형투과전자현미경(STEM)의 시료실과 동일한 진공장치 내에 설치된 복합장치로 실시한다. FIB와 전자현미경을 함께 설치한 장치를 이용하여 가공과 동시에(in-situ) 측정을 수행하면 장치간 이동시간을 단축하고 제조비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 8은 조리개부의 슬릿 폭(width)이 좁아질수록 더욱 정밀한 에너지 분해능을 얻을 수 있음을 나타내는, 슬릿 간격에 따른 에너지 분해능의 관계를 나타낸 그래프이다. 슬릿의 폭을 좁게 할수록 전자선의 에너지 균일도를 높이는 것이 가능하다.
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른, 모노크로미터를 구비한 전자선장치가 EELS(Electron Energy Loss Spectroscopy)(80)와 SEM에 구현된 시스템을 나타내는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 모노크로미터를 구비한 전자선장치는 전자원(390), 상기 전자원에서 방출된 전자선을 집속하는 제1 전송렌즈(190), 상기 제1 전송렌즈를 통과한 전자선(50)의 에너지를 미리 정한 범위로 제한하는 모노크로미터, 렌즈계(810), 상기 렌즈계에 포함되거나 상기 렌즈계와 별도로 전자선을 추가 집속하는 제2 전송렌즈((290), 및 검출기(831, 832)를 포함한다. 상기 전자원이 렌즈계를 통과한 뒤 진공시료실(900)내의 시료 홀더(860)위에 놓인 시료(850)에 주사되어 방출하는 반사전자 및 2차전자는 상기 검출기(831, 832)에서 검출된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 모노크로미터는, 복수개의 직사각형 에너지 선택 슬릿(120, 121), 복수개의 더미(dummy) 슬릿(20), 및 복수개의 원형 슬릿(11)을 구비한 조리개(Aperture)부(60); 및 슬릿을 전환하기 위해 조리개의 위치를 이동조절하는 이동조절부(861)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 EELS(80)는 EELS용 조리개부(62) 및 전자검출기(830)를 구비한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 전자원, 상기 진공시료실 및 상기 렌즈계는 진공펌프(P1, P2)를 통해 진공을 배기하거나 유지한다. 상기 전자선장치는 전기적 제어장치(910) 및 제어용 컴퓨터(920)를 통해 제어한다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 모노크로미터는, 상기 전자선의 입사방향(z)과 수직한 평면(xy)을 이루는 복수개의 전극으로 구성되되, 상기 복수개의 전극은 상기 입사방향(z)과 평행하게 형성된 직사각형 개구부를 구비하고, 상기 전극에 전압이 인가되면 상기 직사각형 개구부가 형성한 전기장의 정전렌즈 작용으로 상기 입사방향의 중심축(x0y0)을 따라 입사하는 전자가 상기 직사각형 개구부의 짧은 변(Sx) 방향(x)으로 에너지 분포에 따라 서로 다른 위치(501, 502, 503)로 편향되어 상기 입사방향과 평행하게 진행하도록 하는 제1 전극부(90); 상기 편향되어 진행하는 전자선 중 미리 정한 에너지 범위(E, E+ΔE)에 속한 입자를 미리 정한 편향 위치(x+Sx)에서 선택적으로 통과시키도록 편향되는 방향이 짧은 변(Sx)의 방향(x)으로 형성된 복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿(503, 120, 121), 위치선정을 위한 복수개의 더미(dummy) 슬릿(20) 및 복수개의 원형 슬릿(11)을 구비하는 조리개(Aperture)부(60); 및 편향되어 진행하는 전자선의 에너지에 따라 슬릿 위치를 이동조절하는 이동조절부(861)를 포함한다.
상기 제1 전극부는 직사각형 개구부가 나란히 배열된 복수개의 전극으로 구성되며, 상기 직사각형 개구부의 긴 변을 y축으로 두고 짧은 변을 x축으로 둘 때, 입사하는 전자선은 x축의 원점에서 미리 정한 미소 거리(δx)만큼 이동되고 y축은 이동되지 않은 원점으로 입사한다. 즉 상기 제1 전극부에 입사하는 전자선은 편향되어 입사하며 개구부가 형성하는 전위의 중심을 벗어난 위치에 입사하게 되어 x방향으로 편향력을 받게 된다. 이 때 직사각형 개구부의 짧은 변 방향인 x방향으로 이동하였기 때문에 긴 변 방향인 y방향으로는 궤적 변화가 없고, x방향으로는 궤적변경을 하면서 에너지별로 하전입자선이 분리되어 진행된다.
즉, 직사각형 개구부가 나란히 배열된 복수개의 전극인 제1 전극부를 통과한 전자선이 이루는 빔은 중심부 에너지(E0) 전자선(500)과 중심부 에너지보다 작은 값(E0-δE)의 에너지 전자선(501) 및 중심부 에너지보다 큰 값(E0+δE)의 에너지 전자선(502)으로 분리되어 진행하게 된다. 이 때 상기 조리개부(60)의 에너지 선택 슬릿(503)을 상기 중심부 에너지(E0) 전자선(500)에 정렬(700)하여 균일한 에너지를 가진 전자선만 선택적으로 통과하도록 한다. 이러한 정렬은 상기 슬릿 위치를 이동조절하는 이동조절부(861)를 조절하여 수행한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 조리개(Aperture)부의 슬릿폭을 좁게 형성하기 위하여 상기 슬릿은 중심층(23)의 상면(21) 및 하면(22)에 금속 박막을 형성한 박막층에 형성하되, 상기 중심층의 재질은 질화규소(Si3N4), 탄소(C), 백금이리듐(PtIr) 또는 몰리브덴(Mo)이고 두께가 20nm 내지 500μm이며, 상기 금속 박막의 재질은 백금(Pt) 또는 금(Au)이고 두께는 10 내지 200nm이며, 상기 원형 슬릿(11)의 지름은 10nm 내지 500μm이고, 상기 직사각형 슬릿의 짧은 변(Sx)의 길이는 50nm 내지 100μm이고, 긴 변(Sy)의 길이는 100nm 내지 1,000μm로 형성한다.
도 10은 본 발명의 일 구현예에 따른, 모노크로미터의 조리개부의 연결구조(5)에 대한 (a)평면도 및 (b)단면도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 조리개(Aperture)부는 상기 박막층을 지지하는 홀더(holder)(30); 상기 홀더를 이동조절부(861)에 연결하는 지지부(support)(31); 및 상기 이동조절부(861)를 상기 조리개부 설치 장치에 고정하는 베이스(Base)(33)를 포함하고, 상기 이동조절부(861)는 상기 편향되는 방향(x) 또는 상기 편향되는 방향과 수직방향(y)으로 상기 슬릿의 이동을 가능하게 한다. 상기 조리개부의 상기 박막층에 조리개부 슬릿(1)이 형성되고, 상기 박막층은 중심층을 기준으로 금속박막을 코팅하여 조리개부 코팅층 단면(2)을 관찰하면 금속박막이 중심층 양쪽에 서로 대칭으로 위치한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 홀더(30)는 전자선장치의 경통(column)에 경통 결합부(32)를 통해 연결된다. 또한, 상기 홀더(30)는 홀더 결합부(300)를 이용하여 상기 지지부(31)에 고정된다.
도 11은 본 발명의 일 구현예에 따른, 모노크로미터를 구비한 전자선장치가 EELS와 TEM에 구현된 시스템을 나타내는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 모노크로미터를 구비한 전자선장치는 전자원(390), 상기 전자원에서 방출되는 전자선(50)의 에너지를 미리 정한 범위로 제한하는 모노크로미터, 렌즈계(810), 및 STEM(Scanning Transmission Electron Microscopy)용 검출기(833), 및 TEM용 검출기(840)를 포함한다. 상기 전자원이 렌즈계를 통과한 뒤 진공시료실내의 시료 홀더(860)에 위치한 시료(850)를 투과하는 투과전자는 상기 STEM(주사형 투과전자현미경)용 검출기(833) 및/또는 상기 TEM용 검출기(840)에서 검출된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 모노크로미터는, 복수개의 직사각형 에너지 선택 슬릿(120, 121), 복수개의 더미(dummy) 슬릿(20), 및 복수개의 원형 슬릿(11)을 구비한 조리개(Aperture)부(60); 및 슬릿을 전환하기 위해 조리개의 위치를 이동조절하는 이동조절부(861)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 EELS(80)는 EELS용 조리개부(62) 및 전자검출기(830)를 구비한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 전자원, 상기 진공시료실 및 상기 렌즈계는 진공펌프(P1, P2)를 통해 진공을 배기하거나 유지한다. 상기 전자선장치는 전기적 제어장치(910) 및 제어용 컴퓨터(920)를 통해 제어한다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에 따른, 모노크로미터의 조리개부에 형성된 슬릿의 배열을 나타내는 개념도이며, 도 13은 본 발명의 일 구현예에 따른, 전자선 빔의 분포방향에 따라 에너지선택 슬릿의 위치 정렬을 나타내는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 홀더(holder)(30), 상기 지지부(support)(31), 상기 이동조절부(861), 및 상기 베이스(Base)(33)의 접속면은, 각각 상기 제1 전극부의 상기 사각형 구멍의 긴 변 방향에 대한 각도 범위가 1도 이내이다. 즉, 상기 홀더, 상기 지지부, 상기 이동조절부 및 상기 베이스를 조정하여 상기 슬릿과 상기 제1 전극부의 긴 변 방향각도의 오차범위는 1도 이내가 되어야 한다.
도 14는 본 발명의 일 구현예에 따른, 입사조리개부의 전자선 에너지 분포와 슬릿을 구비한 모노크로미터 조리개부를 나타내는 개념도이다. 복수개의 슬릿을 구비한 형태를 나타낸다. 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿(120, 121)은 동일한 크기 또는 다른 크기로, 상기 전자선이 편향되는 방향인 짧은 변(Sx)의 방향(x)과 직교하는 긴 변(Sy)의 방향(y)으로 미리 정한 간격(Ly)만큼 떨어져서 배열되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 직교하는 긴 변(Sy)의 방향(y)을 따라 배열되는 미리 정한 간격(Ly)은, 상기 제1 전극부에 입사하는 전자선의 단면 분포를 미리 정한 크기로 제한하여 상기 중심축(x0y0)으로 입사하게 하는 입사 조리개(61)의 개구부 지름보다 큰 것이 바람직하다.
도 15는 본 발명의 일 구현예에 따른, 입사조리개부의 전자선 에너지 분포와 원형 슬릿과 에너지선택 슬릿을 각 1열씩 배열한 모노크로미터 조리개부를 나타내는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 복수개의 원형 슬릿(11)은 동일한 크기 또는 서로 다른 크기이고, 상기 복수개의 원형 슬릿(11)은 상기 복수개의 직사각형 슬릿(120, 121)으로부터 상기 편향되는 방향인 짧은 변(Sx)의 방향(x)으로 미리 정한 거리(Mx)만큼 이격되어 나란히 배열된다. 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 상기 복수개의 원형 슬릿(11)은, 상기 입사방향의 중심축 X0와 일치하는 위치에 배열된다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 에너지 범위(E, E+ΔE)로 제한하지 않는 경우, 상기 제1 전극부에 인가되는 전압을 OFF하여 전자선을 편향시키지 않고 직진시켜, 상기 입사 방향의 중심축 X0의 연장 선상에 일치하는 위치에 배치된 상기 복수개의 원형 슬릿(11) 중 하나를 사용하여 시료에 전자선을 조사하게 된다.
도 16은 본 발명의 일 구현예에 따른, 입사조리개부의 전자선 에너지 분포와 1열의 원형 슬릿 및 복수개의 열로 구성된 에너지선택 슬릿을 나란히 배열한 모노크로미터 조리개부를 나타내는 개념도이고, 도 17은 본 발명의 일 구현예에 따른, 입사조리개부의 전자선 에너지 분포와 복수개의 원형 슬릿 및 복수개의 열로 구성된 에너지선택 슬릿을 나란히 배열한 모노크로미터 조리개부를 나타내는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿(120, 121)은 동일한 크기로 상기 전자선이 편향되는 방향인 짧은 변(Sx)의 방향(x) 및 상기 편향되는 방향과 직교하는 방향(y)을 따라 각각 미리 정한 간격(Lx, Ly)으로 배열되고, 상기 직교하는 방향(y)을 따라 배열되는 미리 정한 간격(Ly)은, 입사하는 전자선의 단면 분포를 미리 정한 크기로 제한하여 상기 중심축(x0y0)으로 입사하게 하는 입사 조리개의 개구부 지름보다 크다. 본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿(120, 121)은 복수개의 동일한 크기 및 복수개의 서로 다른 크기를 포함하고, 상기 복수개의 동일한 크기를 가지는 슬릿은 전자선이 편향되는 방향인 짧은 변(Sx)의 방향(x)을 따라 미리 정한 간격(Lx)으로 배열되고, 상기 복수개의 서로 다른 크기를 가지는 슬릿은 상기 편향되는 방향(x)과 직교하는 방향(y)을 따라 미리 정한 간격(Ly)으로 배열되고, 상기 직교하는 방향(y)을 따라 배열되는 미리 정한 간격(Ly)은, 입사하는 전자선의 단면 분포를 미리 정한 크기로 제한하여 상기 중심축(x0y0)으로 입사하게 하는 입사 조리개(61)의 개구부 지름보다 크게 된다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 편향되는 방향인 짧은 변(Sx)의 방향(x)의 중심 위치에서 상기 편향되는 방향인 짧은 변(Sx)의 방향(x)과 직교하는 방향(y)의 양쪽 가장자리에 각각 1개씩 위치한다. 본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 복수개의 원형 슬릿(11)은 동일한 크기 또는 서로 다른 크기이고, 상기 원형 슬릿(11)은 상기 편향되는 방향인 짧은 변(Sx)의 방향(x)과 직교하는 방향(y)을 따라 배열되거나, 상기 직교하는 방향(y)의 양 가장자리에 위치한다. 또한, 본 발명의 전자선장치는 상기 에너지 범위(E, E+ΔE)로 제한하지 않는 경우, 상기 제1 전극부에 인가되는 전압을 OFF하여 전자선을 편향시키지 않고 직진시켜, 상기 입사 방향의 중심축 X0의 연장 선상에 일치하는 위치에 배치된 상기 복수의 원형 슬릿(11) 중 하나를 사용하여 시료에 전자선을 조사한다. 또한, 상기 에너지선택 슬릿(503)의 긴 변 방향은 상기 제1 전극부의 상기 직사각형 개구부의 긴 변 방향과 서로 어긋나는 각도 범위가 1도 이내가 되도록 정렬된다.
도 18은 본 발명의 일 구현예에 따른, 모노크로미터를 구비한 전자선장치에서 에너지선택 슬릿이 제1 전극부를 통과한 전자빔의 중심부에 정렬된 상태의 모노크로미터 조리개부를 나타내는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 전자선장치는, 상기 조리개(Aperture)부의 후단에, 상기 에너지선택 슬릿을 통과한 전자빔의 입사 방향(z)과 평행하게 형성된 개구부를 구비한 복수의 전극으로 구성된 전극에 전압이 인가되면 개구부의 전계가 상기 에너지선택 슬릿을 통과한 전자선을 원래 위치인 상기 입사방향의 중심 축(x0y0)에 편향시키는 제2 전극부(91)를 포함하고, 상기 제2 전극부의 위치는 상기 조리개를 중심으로 상기 제1 전극부와 대칭이다.
이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
[부호의 설명]
1. 조리개부 슬릿
2. 조리개부 코팅층 단면
5. 조리개부 연결구조
11. 원형 슬릿
20. 더미 슬릿
21. 슬릿 상면 금속박막
22. 슬릿 하면 금속박막
23. 슬릿 중심층
30. 홀더
30’. 전자현미경 관찰을 위해 가이드에 접한 홀더
31. 지지부
32. 결합부
33. 베이스
50. 전자선
51. Ga 이온
52. 시료입사 전자선
53. 시료투과 전자선
54. 이차전자
60. 조리개부
61. 입사 조리개
62. EELS용 조리개부
80. EELS(Electron Energy Loss Spcstroscopy)
90. 제1 전극부
91. 제2 전극부
120, 121. 직사각형 에너지선택 슬릿
123~127. 크기가 서로 다른 직사각형 에너지선택 슬릿
190. 제1 전송렌즈
290. 제2 전송렌즈
300. 홀더 결합부
301. 홀더 가이드
390. 전자원
500. 에너지 E0인 전자선
501. 에너지 E0-δE 전자선
502. 에너지 E0+δE 전자선
503. 조리개부 에너지선택 슬릿
700. 정렬상태 표시
810. 렌즈계
811. 광학계
830. 전자검출기
831, 832. 검출기
833. 주사투과전자현미경용 검출기
835. 주사투과전자현미경용 검출기
840. TEM용 검출기
850. 시료
860. 시료 홀더
861. 이동조절부
900. 진공시료실
910. 전기적 제어장치
920. 제어용 컴퓨터
P1, P2. 진공펌프

Claims (12)

  1. 모노크로미터의 제조방법으로, 상기 제조방법은,
    전자선장치에서 에너지 범위를 제한하는 직사각형 개구부가 있는 복수의 전극을 구비한 제1 전극부를 준비하는 단계;
    복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿, 복수개의 원형슬릿 및 복수개의 더미(dummy) 슬릿이 형성되어 전자선이 통과할 수 있는 슬릿 가공면을 구비한 조리개부(Aperture)를 준비하는 단계; 및
    슬릿의 위치를 전자선의 위치에 따라 이동 전환하기 위해 조리개의 위치를 이동 조절하는 이동조절부를 이용하여 상기 조리개부를 상기 전극부에 조립하는 단계를 포함하고,
    상기 조리개부를 준비하는 단계는,
    상기 슬릿가공면에 박막층을 준비하는 단계;
    상기 박막층을 FIB(focused Ion Beam)로 가공하여 복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿, 및 복수개의 원형 슬릿을 형성하는 단계; 및
    주사전자현미경(SEM) 또는 주사형투과전자현미경(STEM)으로 슬릿을 검사하는 단계를 포함하는,
    모노크로미터의 제조방법.
  2. 모노크로미터의 제조방법으로,
    전자선의 입사방향(z)과 수직한 평면(xy)을 이루는 복수개의 전극으로 구성되되, 상기 복수개의 전극은 상기 입사방향(z)과 평행하게 형성된 직사각형 개구부를 구비하고, 상기 전극에 전압이 인가되면 상기 직사각형 개구부가 형성한 전기장의 정전렌즈 작용으로 상기 입사방향의 중심축(x0y0)을 따라 입사하는 전자선이 상기 직사각형 개구부의 짧은 변 방향(x)으로 에너지 분포에 따라 서로 다른 위치로 편향되어 상기 입사방향과 평행하게 진행하도록 하는 제1 전극부를 준비하는 단계;
    상기 편향되어 진행하는 전자선 중 미리 정한 에너지 범위(E, E+ΔE)에 속한 입자를 미리 정한 편향 위치(x+Sx)에서 선택적으로 통과시키도록 상기 편향되는 방향(x)이 짧은 변(Sx)으로 형성된 복수개의 직사각형 에너지선택 슬릿, 복수개의 원형 슬릿 및 복수개의 더미(dummy) 슬릿을 구비하는 조리개(Aperture)부를 준비하는 단계; 및
    편향되어 진행하는 전자선의 슬릿을 전환하기 위해 위치를 이동 조절하는 이동조절부를 준비하는 단계를 포함하고,
    상기 조리개부를 준비하는 단계는, 중심층의 상면 및 하면에 금속 박막을 형성한 박막층을 복수개의 슬릿을 가공하되, 상기 중심층의 재질은 질화규소(Si3N4), 탄소(C), 플라티늄이리듐(PtIr) 또는 몰리브덴(Mo)이고 두께가 20nm 내지 500μm이며, 상기 금속 박막의 재질은 백금(Pt) 또는 금(Au)이고 두께는 10 내지 200nm인 박막층을 스퍼터링으로 증착하여 준비하는 단계;
    상기 증착된 금속박막의 두께를 원자력 현미경(AFM)으로 측정하는 단계;
    상기 박막층을 FIB(focused Ion Beam)로 가공하여 지름이 10nm 내지 500μm인 원형 슬릿, 및 짧은 변의 길이는 50nm 내지 100μm이고 긴 변의 길이는 100nm 내지 1,000μm인 직사각형 슬릿을 형성하는 단계; 및
    주사형 전자현미경(SEM) 또는 주사형 투과전자현미경(STEM)으로 상기 형성된 슬릿의 형상을 관찰하고 치수를 측정하는 검사단계를 포함하는,
    모노크로미터 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 FIB로 가공하는 단계는,
    상기 박막층을 지지하는 홀더(holder)를 FIB에 장착하고 상기 박막층을 식각하여 슬릿을 형성하는,
    모노크로미터의 제조방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 FIB로 가공하는 단계는,
    상기 박막층을 지지하는 홀더(holder)를 FIB에 장착하되, 상기 제1 전극 부의 상기 직사각형 개구부의 긴 변 방향과 상기 직사각형 슬릿의 긴 변 방향의 서로 어긋나는 각도 범위가 1도 이내가 되도록 정밀 식각하는,
    모노크로미터의 제조방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 복수개의 더미(dummy) 슬릿은,
    상기 원형 슬릿 또는 상기 직사각형 슬릿을 FIB(focused Ion Beam)로 가공하는 단계에서, FIB 가공 조건의 선택과 FIB 빔의 초점 및 비점 보정 조정 시 생성되는,
    모노크로미터의 제조방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 주사전자현미경(SEM) 또는 주사형투과전자현미경(STEM)으로 슬릿을 검사하는 단계는,
    상기 박막층을 지지하는 홀더(holder)를 상기 SEM 또는 STEM에 이송하여 검사하는,
    모노크로미터의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 검사는,
    상기 제1 전극부의 상기 직사각형 개구부의 긴 변 방향과 상기 직사각형 슬릿의 긴 변 방향의 서로 어긋나는 각도 범위가 1도 이내일 때 합격기준으로 하는,
    모노크로미터의 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 검사는,
    상기 가공된 직사각형 슬릿의 단면에 부착된 미립자의 크기가 5nm 이상일 때 불합격기준으로 하는,
    모노크로미터의 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 검사는,
    상기 가공된 직사각형 슬릿의 긴 변과 짧은 변의 길이 오차가 각각 설계값에 비해 1/10 이하일 때 합격기준으로 하는,
    모노크로미터의 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 검사는,
    상기 주사형투과전자현미경(STEM)의 상(image)을 이용하고, 상기 주사형투과전자현미경(STEM)의 전자선의 에너지가 상기 모노크로미터를 구비한 전자선 장치에서 모노크로미터를 통과한 전자선의 에너지와 같거나 클 때, 상기 가공된 슬릿 이외의 부분에서 전자가 투과하지 않는 경우 합격 기준으로 하는,
    모노크로미터의 제조방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 검사는,
    상기 주사전자현미경(SEM) 상(image)을 통해 상기 박막층 표면에 대전 된 부분이 없을 때 합격기준으로 하는,
    흑백 미터의 제조방법.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 가공하는 단계 및 상기 검사하는 단계는,
    FIB 가공을 위한 시료실이 주사전자현미경(SEM) 또는 주사형투과전자현미경(STEM)의 시료실과 동일한 진공장치 내에 설치된 복합장치로 실시하는,
    모노크로미터의 제조방법.
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