KR101723922B1 - 시료 관찰 장치 및 커버 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에 진공 공간을 형성하고 일 측에 개방구가 형성되며 전자빔 발생이 가능한 전자빔 발생수단을 구비하는 컬럼부, 상기 컬럼부의 개방구와 대향하여 위치하고 대기압에서 시료를 지지하는 지지부, 상기 컬럼부의 개방구와 결합되고 전자빔이 통과할 수 있는 복수의 투과창을 가지는 커버부를 포함하는 시료 관찰 장치로서 대기압 중의 시료를 관찰함에 있어 전자빔이 투과되는 막의 사용 수명을 향상시킬 수 있는 시료 관찰 장치 및 커버 어셈블리가 제시된다.

Description

시료 관찰 장치 및 커버 어셈블리{Apparatus for observing specimen And Cover assembly}

본 발명은 시료 관찰 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대기압 중의 시료를 관찰 및 분석함에 있어 전자빔이 투과되는 막의 사용 수명을 향상시킬 수 있는 시료 관찰 장치 및 이에 적용되는 커버 어셈블리에 관한 것이다.

주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)은 시료의 이미지 생성 및 성분 분석 등에 사용되는 장치이며, 각종 표시장치나 태양전지 또는 반도체 칩 등의 제조 분야에서 시료 또는 기판(wafer) 등을 검사하는 공정 등에 적용되고 있다.

그러나 주사전자현미경으로 대기압 중의 시료 또는 기판 등을 검사함에 있어 전자빔이 투과되는 막(이하, 투과성 박막)을 자주 교체해야 하는 문제점이 있고, 이에 전체 공정의 비용이 상승하는 문제점이 있다. 이는 주사전자현미경의 투과성 박막이 전자빔의 잦은 투과로 인하여 소모되며 주사전자현미경의 내외부 압력차를 견디기 어려울 정도로 두께가 얇아지게 되어, 투과성 박막을 1 내지 2 주 정도의 짧은 주기로 자주 교체해야 하기 때문이다.

한편, 투과성 박막의 두께는 전자빔 및 각종 전자들이 원활하게 통과되는 것을 만족하도록 예컨대 수십 ㎚ 이하의 두께를 가져야 하므로, 투과성 박막의 두께를 증가시키는 방식으로 상기 문제점에 대처하는 것은 한계가 있다.

또한, 주사전자현미경은 내부 진공이 예컨대 1.5E-6 torr 내지 1.5E-7 torr 범위의 압력으로 제어되기 때문에, 주사전자현미경의 내부 진공 분위기에 노출되는 투과성 박막의 일부 예컨대 실질적으로 전자빔이 투과하는 영역(이하, 투과창)의 면적은 대기와의 압력 차이에 의한 파손을 방지하도록 수백 ㎛ X 수백 ㎛ 이하의 면적을 가져야 한다. 그러므로 투과창의 면적을 증가시키는 방식으로 상기 문제점에 대처하는 것은 한계가 있다.

이에, 각종 표시장치나 태양전지 또는 반도체 칩 등의 제조 분야에 적용되어 투과성 박막의 사용 수명을 증가시킬 수 있는 새로운 구조 및 방식의 장치가 요구되고 있다.

KR 10-2014-0027687 A KR 10-1321049 B1

본 발명은 대기압 중의 시료를 관찰 및 분석함에 있어 투과성 박막의 사용 수명을 향상시킬 수 있는 시료 관찰 장치 및 이에 적용되는 커버 어셈블리를 제공한다.

본 발명은 대기압 중의 시료를 관찰 및 분석함에 있어 하나의 장치에서 투과창의 두께를 각각 다르게 선택 및 교체할 수 있는 시료 관찰 장치 및 이에 적용되는 커버 어셈블리를 제공한다.

본 발명은 대기압 중의 시료를 관찰 및 분석함에 있어 하나의 장치에서 투과창의 면적을 각각 다르게 선택 및 교체할 수 있는 시료 관찰 장치 및 이에 적용되는 커버 어셈블리를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 시료 관찰 장치는 대기 중의 시료를 관찰하는 장치로서, 내부에 진공 공간을 형성하고 일 측에 개방구가 형성되며, 전자빔 발생이 가능한 전자빔 발생수단을 구비하는 컬럼부; 상기 컬럼부의 개방구와 대향하여 위치하고, 대기압에서 시료를 지지하는 지지부; 상기 컬럼부의 개방구와 결합되고, 전자빔이 통과할 수 있는 복수의 투과창을 가지는 커버부;를 포함하고, 상기 커버부를 이동시킬 수 있도록 상기 커버부와 연결되는 구동부;를 더 포함할 수 있다.

상기 커버부는, 중앙 영역에 관통구가 형성되고, 상기 컬럼부의 개방구와 결합되는 메인 바디; 상기 관통구에 결합되는 보조 바디; 및 상기 보조 바디의 중앙 영역에 형성되는 복수의 상기 투과창;을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 투과창은 크기가 동일할 수 있다. 또는, 상기 복수의 투과창은 각기 두께가 다르게 형성될 수 있다. 상기 복수의 투과창 중 두께가 얇은 투과창의 크기가 두꺼운 투과창의 크기 보다 작을 수 있다.

상기 보조 바디는 상하로 관통되는 복수의 비아홀을 포함하며, 상기 투과창은 상기 보조 바디의 일면에 형성되는 투과성 박막을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 커버 어셈블리는 전자빔을 이용하여 시료를 관찰하는 장치에 결합되는 커버 어셈블리로서, 상부면 및 하부면을 구비하고, 중앙 영역에 상하방향으로 관통되는 관통구가 형성되는 메인 바디; 상기 관통구에 결합되는 보조 바디; 및 상기 보조 바디의 중앙 영역에 형성되고, 전자빔이 통과할 수 있는 복수의 투과창;을 포함한다.

상기 투과창의 직경 또는 일변의 길이는 20㎛ 내지 300㎛ 범위일 수 있다.

상기 보조 바디는 가장자리 영역이 메인 바디에 결합되며, 중앙 영역에 상하로 관통하는 복수의 비아홀을 포함하고, 상기 투과창은 상기 보조 바디의 일면에 형성된 투과성 박막을 포함할 수 있으며, 상기 투과성 박막의 두께는 100㎚ 이하일 수 있다.

상기 복수의 투과창은, 제1 두께를 가지는 제1 투과창과, 상기 제1 두께 보다 얇은 두께인 제2 두께를 가지는 제2 투과창과, 상기 제1 두께 및 제2 두께를 모두 가지는 제3 투과창을 포함할 수 있고, 상기 제1 투과창의 크기가 상기 제2 투과창의 크기보다 크게 형성될 수 있다.

상기 복수의 투과창은, 서로 다른 크기의 투과창을 포함하고, 상기 복수의 투과창 중 크기가 큰 투과창의 두께가 크기가 작은 투과창의 두께보다 두꺼울 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 대기압 중의 시료를 관찰 및 분석함에 있어 복수개의 투과창 중 어느 하나를 선택하여 전자빔을 투과시키는 방식으로 투과성 박막의 전자빔 투과 위치를 선택할 수 있다. 즉, 전자빔이 어느 하나의 투과창을 일정 횟수 이상 투과하면 투과창의 위치를 이동시켜 다른 투과창으로 전자빔을 투과시킬 수 있다. 이에 투과성 박막의 전체 면적을 고르게 사용할 수 있어, 투과성 박막의 사용 수명을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 대기압 중의 시료를 관찰 및 분석함에 있어 하나의 장치에서 투과창의 두께 및 면적 각각을 각각 다르게 선택 및 교체하여 사용할 수 있다. 즉, 복수개의 투과창 각각의 면적 및 두께를 서로 다르게 형성하여, 시료의 관찰 및 분석 각각에 적합한 투과창을 선택 사용할 수 있다. 이로부터 시료의 이미지를 관찰하는 경우에는 고품질의 이미지를 생성 가능하도록 상대적으로 두께가 얇은 투과창을 사용할 수 있다. 또한, 시료의 성분을 분석하는 경우에는 정밀한 성분 분석이 가능하도록 상대적으로 면적이 넓은 투과창을 사용할 수 있다. 이 외에도 다양한 시료의 특성에 대응하여 투과창의 두께나 면적을 선택 가능하다. 이처럼 장치의 사용 목적이나 시료의 특성에 대응하여 하나의 장치에서 서로 다른 두께 및 면적의 투과창을 선택하여 사용함으로써, 하나의 장치를 보다 다양한 공정에서 활용할 수 있다.

예컨대 각종 표시장치나 태양전지 또는 반도체 칩 등의 제조 분야에서 시료 또는 기판을 검사하는 공정에 적용되는 경우, 시료 관찰 장치는 구동부를 이용하여 커버부의 메인 바디를 수평 방향으로 이동시키고, 이에 메인 바디의 관통구에 구비된 보조 바디가 수평 방향으로 움직이며, 투과창의 위치가 이동될 수 있다. 이에 전자빔이 투과되는 위치가 복수개의 투과창 중 하나로 선택될 수 있다.

이로부터, 투과창의 사용 빈도나 마모 정도에 대응하여 복수의 투과창을 선택적으로 사용할 수 있고, 이에 전체 투과창의 사용 수명을 종래보다 현저히 증가시킬 수 있다. 이는 시료 관찰 장치가 적용되는 전체 공정에 있어 장치의 유지 보수에 사용되는 비용을 상당히 절감시키는 요인이 된다.

또한, 각 투과창의 두께 및 면적을 다르게 형성할 수 있고, 이에 다양한 장치의 사용 목적 및 다양한 시료의 상태에 대응하여 전자빔이 투과되는 투과창의 두께 및 면적을 다양하게 선택할 수 있다. 이에, 하나의 장치로 서로 다른 시료의 이미지를 관찰하는 경우나, 시료의 이미지 관찰과 시료의 성분 분석을 함께 실시하는 경우 등에 대응하여, 전자빔이 투과되는 투과창의 두께 및 면적을 적절하게 선택 가능하다. 이로부터 시료 이미지의 품질 수준을 고르게 할 수 있고, 보다 정밀하게 시료의 성분을 분석할 수 있어, 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1 내지 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치 및 커버 어셈블리를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 투과창이 커버부에 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치에 적용되는 시료 관찰 방법을 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장되거나 확대될 수 있으며, 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치 및 커버 어셈블리를 설명하기 위한 개략도 이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 커버 어셈블리를 설명하기 위한 시료 관찰 장치의 부분 확대도 이다. 또한, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 투과창을 설명하기 위한 시료 관찰 장치의 부분도 이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 투과창이 커버부에 형성되는 방식을 설명하기 위한 공정도 이다. 또한, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치가 적용되는 시료 관찰 방법을 설명하기 위한 부분 모식도 이다.

본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치, 이에 장착되는 커버 어셈블리 및 이에 적용되는 시료 관찰 방법은 대기압 중의 시료를 관찰함에 있어 전자빔이 투과되는 위치를 선택할 수 있어 전자빔이 투과되는 막의 사용 수명을 향상시킬 수 있는 기술적인 특징을 제시한다. 또한, 전자빔이 투과되는 막의 두께를 선택할 수 있어 시료 이미지의 해상력(resolution)을 높일 수 있는 기술적인 특징을 제시한다. 또한, 전자빔이 투과되는 막의 면적을 선택할 수 있어 시료 성분 분석 결과의 정확도를 향상시킬 수 있는 기술적인 특징을 제시한다.

먼저, 도 1 내지 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치를 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치는, 대기 중의 각종 시료(10)를 관찰 및 분석 가능하도록 형성되는 장치로서, 컬럼부(100), 지지부(200) 및 커버부(300)를 포함한다.

시료(10)는 예컨대 LCD, OLED 및 LED를 포함하는 각종 표시장치나 태양전지 또는 반도체 칩 등이 제조되는 공정에서 각종 전자 소자의 제조에 사용되는 웨이퍼 또는 유리 패널일 수 있다.

물론, 시료(10)는 상기한 바에 특별히 한정하지 않으며, 크기나 모양 등에 관계 없이 표준 대기압 상태에서 고체상 또는 액체상 또는 고체상과 액체상의 혼합된 상태로 마련되는 각종 유기물 또는 무기물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 광범위한 의미의 시료일 수 있다.

컬럼부(100)는 내부에 진공 공간을 형성하고 일 측에 개방구(110)가 형성될 수 있으며, 전자빔 발생이 가능한 전자빔 발생수단(120)을 내부에 구비할 수 있다. 컬럼부(100)는 일 방향으로 연장 형성되고, 지지부(200)의 상측에서 지지부(200)에 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 컬럼부(100)는 예컨대 전자빔 발생수단(120)을 내부에 수용할 수 있는 것을 만족하는 다양한 형상의 용기일 수 있으며, 스테인리스 스틸(SUS) 재질로 형성될 수 있다. 컬럼부(100)의 내부는 전자빔의 발생 및 가속을 위하여 소정 크기 예컨대 1.5E-6 torr 내지 1.5E-7 torr 정도의 진공으로 제어될 수 있다.

컬럼부(100)의 하측 단부에는 개방구(110)가 형성될 수 있다. 예컨대 개방구는 중공의 원통체 형상으로 형성될 수 있고, 외주면에는 소정의 나사산(미도시)이 형성될 수 있어, 이를 이용하여 커버부(300)가 컬럼부(100)에 용이하게 탈착될 수 있다.

전자빔 발생수단(120)은 진공 분위기로 제어되는 컬럼부(100)의 내부에서 소정의 전자빔을 발생 및 가속시키도록 형성될 수 있다. 예컨대 전자빔 발생수단(120)은 컬럼부(100)의 내부 상측에서 컬럼부(100)의 개방구 측으로 전자를 방출하도록 컬럼부(100)의 내부 상측에 배치되는 전자 방출수단(121)을 포함할 수 있다. 또한, 전자빔 발생수단(120)은 전자 방출수단(121)에서 방출되는 전자를 컬럼부(100)의 개방구 측으로 집속 및 가속시키도록 컬럼부(100)의 내부 하측에 배치되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다.

전자 방출수단(121)은 예컨대 전계방사 방식 및 열방사 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 목적하는 크기의 가속전압 및 프로브 전류로 전자를 방출 가능한 전자 총(Electron gun)을 포함할 수 있다. 본 실시 예에서는 전계방사형 쇼트키 방식의 전자총을 전자 방출수단(121)으로서 예시하며, 상기의 전자총은 전자총의 제1 양극에서 소정의 고전압을 가하여 전자총의 팁으로부터 전자를 방출시키고, 전자총의 제2 양극에서 소정의 가속전압을 가하여 전자빔을 가속 방출시킬 수 있다.

복수의 렌즈는 전자빔을 집속하는 집속 렌즈(Condenser lens, 122) 및 전자빔의 초점을 조절하는 대물 렌즈(Objective lens, 123)를 포함할 수 있다. 여기서, 집속 렌즈(122)와 대물 렌즈(123)는 전자 방출수단(121)에서 방출되는 전자 다발을 전자기적 힘을 이용하여 모아주는 역할을 한다. 복수의 렌즈는 전자 방출수단(121) 측에서 컬럼부(100)의 개방구(110) 측을 향하는 방향을 기준으로, 집속 렌즈(122) 및 대물 렌즈(123)의 순서로 배치될 수 있으며, 전자빔을 통과시키는 어퍼쳐(aperture, 미도시), 전자빔의 수차를 제어해주는 수차보정 전자석(stigmator, 미도시), 전자빔의 편향을 보정하는 주사 코일(Scanning coil, 미도시)이 더 배치될 수 있다. 한편, 전자빔 발생수단(120)에 의한 전자빔의 발생 및 가속을 제어 가능하도록, 전자빔 발생수단(120)에는 소정의 컨트롤러(미도시)가 연결될 수 있다.

지지부(200)는 컬럼부(100)의 개방구와 대향하여 위치할 수 있으며, 시료(10)가 지지 가능한 소정 형상 및 크기의 지지면을 구비하는 다양한 형상 및 구조로 형성될 수 있다. 예컨대 지지부(200)는 대기압에서 시료(10)를 지지 가능한 다양한 구성 및 방식의 스테이지일 수 있고, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.

다음으로, 도 2 내지 4를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 커버부(300)를 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 커버부(300)는 전자빔이 통과 가능한 복수의 투과창(330A)을 구비하며, 컬럼부(100)의 개방구에 기밀하게 결합되어 컬럼부(100)의 내부 진공을 유지시키는 커버 어셈블리일 수 있다.

상기의 커버부(300)는 컬럼부(100)의 내부에서 외부로 전자빔을 투과시킴과 함께 전자빔의 입사에 의하여 시료(10)로부터 발생되는 반사전자 및 X선 등의 신호를 컬럼부(100)의 외부에서 내부로 투과시키는 역할을 한다.

커버부(300)는 커버부(300)의 본체 역할을 하는 메인 바디(310)를 포함할 수 있다. 메인 바디(310)는 예컨대 원판 형상의 부재로서, 컬럼부(100)의 개방구와 결합될 수 있다. 메인 바디(310)는 전기 전도성의 재질 예컨대 스테인리스 스틸(SUS) 재질로 형성되는 전기 전도성 부재일 수 있다. 한편, 메인 바디(310)는 일체형의 단일 부재로 구비될 수 있다. 또는, 메인 바디(310)는 도면으로 도시하지는 않았으나, 분리형의 복수 부재들로 구비될 수 있고, 복수 부재들은 상하 방향으로 적층 결합되어 복수의 층을 형성할 수 있다.

메인 바디(310)는 중앙 영역 및 이의 부근이 하측으로 만곡하게 돌출 형성될 수 있고, 하측으로 만곡하게 돌출된 상기의 중앙 영역을 상하 방향으로 관통하여 관통구(311)가 형성될 수 있다. 상기에 의하여, 메인 바디(310)의 중앙 영역 부근의 관통 단부는 메인 바디(310)의 하측으로 돌출되어 중앙 영역의 중심을 향하여 하향 경사지는 구조를 가질 수 있다.

커버부(300)는 메인 바디(310)의 관통구(311)를 밀봉하는 보조 바디(320)를 포함할 수 있다. 보조 바디(320)는 메인 바디(310)의 관통 단부에 직접 접착 또는 접합되는 방식으로 메인 바디(310)의 관통구(311)에 결합되어, 메인 바디(310)의 관통구(311)를 밀봉할 수 있다. 보조 바디(320)는 원판 형상 또는 사각판 형상 등의 다양한 형상을 가지는 전도성의 판 부재일 수 있고, 예컨대 실리콘(Si) 단결정 재질의 실리콘 웨이퍼나 실리콘 카바이드(SiC) 웨이퍼 또는 그라파이트(C) 웨이퍼 등을 포함하는 전도성의 웨이퍼일 수 있다. 보조 바디(320)는 보조 바디(320)의 중심 영역을 상하 방향으로 관통하는 복수개의 비아홀(321)을 포함할 수 있다. 복수개의 비아홀(321)의 하측에는 투과창(330A)이 형성될 수 있으며, 투과창(330A)은 비아홀(321)을 통하여 컬럼부(100)의 내부에 연접할 수 있다.

커버부(300)는 전자 및 전자빔 등을 투과시키는 역할을 하는 투과창(330A)을 포함할 수 있다. 투과창(330A)은 보조 바디(320)의 일면에 형성되는 얇은 두께의 멤브레인(membrane) 예컨대 3㎚ 내지 100㎚의 두께의 실리콘 나이트라이드(SiN) 막을 포함할 수 있으며, 보조 바디(320)의 중앙 영역에 복수개로 형성되어 전자빔, 반사전자 등과 X선을 투과시키는 역할을 한다.

복수의 투과창(330A)은 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 각각의 크기 또는 면적이 서로 동일할 수 있고, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 각각의 크기 또는 면적이 서로 다를 수 있다. 이에 대응하여, 복수의 투과창(330A)은 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 각각의 두께가 서로 동일할 수 있고, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 각각의 두께가 서로 다를 수 있다. 이때, 투과창의 두께와 면적은 서로 반비례 관계이다.

즉, 복수의 투과창(330A) 중 상대적으로 두께가 얇은 투과창의 직경 또는 일변의 길이(즉, 투과창의 크기)는 상대적으로 두께가 두꺼운 투과창의 직경 또는 일변의 길이보다 작을 수 있고, 이의 이유는 컬럼부(100)의 내외부 압력 차이에 있다. 즉, 투과창은 두께가 얇을수록 강도(strength)가 약해지기 때문에, 투과창의 두께가 얇을수록 투과창의 크기 또는 면적을 작게하여 투과창이 컬럼부(100)의 내부에 노출되는 면적을 작게하고, 이로부터 컬럼부(100)의 내외부 압력 차이에 의하여 투과창(330A)에 작용하는 하중을 줄일 수 있다.

복수의 투과창(330A) 중에 상대적으로 두께가 얇은 투과창은 상대적으로 두께가 두꺼운 투과창보다 시료(10)로부터 발생하는 반사전자를 컬럼부(100)의 내부로 원활하게 통과시킬 수 있다. 따라서, 복수의 투과창(330A) 중에 상대적으로 두께가 얇은 투과창은 시료의 이미지 생성에 활용되며, 이의 경우 시료 관찰 장치는 고품질의 시료 이미지를 생성할 수 있다.

복수의 투과창(330A) 중에 상대적으로 크기가 큰 투과창은 상대적으로 크기가 작은 투과창보다 시료(10)로부터 발생하는 X선을 컬럼부(100)의 내부로 더 많이 통과시킬 수 있다. 따라서, 복수의 투과창(330A) 중에 상대적으로 크기가 큰 투과창은 시료의 성분 분석에 활용되며, 이의 경우 시료 관찰 장치는 보다 정확한 시료의 성분 분석 결과를 도출할 수 있다.

물론, 복수의 투과창(330A) 각각은 크기는 서로 다르되 두께가 서로 동일하게 형성되거나, 두께는 서로 다르되 크기가 서로 동일하게 형성될 수 있다. 이처럼 복수의 투과창(330A) 각각의 크기 및 두께는 다양하게 선택 적용될 수 있다.

다음으로, 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 투과창(330A)이 보조 바디(320)의 중앙 영역에 형성되는 과정을 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 상기 일면을 향하는 방향으로 보조 바디(320)의 중앙 영역에 복수개의 비아홀을 식각한다. 복수개의 비아홀에 의하여 보조 바디(320)의 중앙 영역에 전자빔이 통과 가능한 복수개의 투과창(330A)이 형성될 수 있다. 이때, 비아홀의 너비 및 형상을 조절하여 복수개의 투과창(330A) 각각의 크기를 다르거나 같게 형성할 수 있다. 이어서, 복수개의 투과창(330A) 중 두께를 다르게 제어할 투과창을 선택하고, 선택된 투과창의 투과성 박막을 더 식각한다. 이의 과정을 반복하여, 복수개의 투과창(330A) 각각의 두께를 다르게 형성할 수 있고, 이에 복수의 투과창(330A)은 제1 두께(t)를 가지는 제1 투과창과 제1 두께(t)보다 얇은 두께인 제2 두께(t')를 가지는 제2 투과창을 포함할 수 있다.

이때, 도면으로 도시하지는 않았으나, 하나의 투과창이 제1 두께(t)와 제2 두께(t')를 모두 가지도록 투과성 박막을 식각하여 제3 투과창(미도시)을 형성할 수 있다. 예컨대 제1 두께(t)를 가지는 제1 투과창의 중앙 영역을 제2 두께(t')로 식각하여, 상대적으로 얇은 두께의 중앙 영역과 상대적으로 두꺼운 두께의 가장자리 영역을 가지는 이종 두께의 제3 투과창을 형성 가능하다. 여기서, 이종 두께의 제3 투과창은 상대적으로 얇은 두께의 중앙 영역으로 각종 전자들을 용이하게 투과시킬 수 있고, 상대적으로 두꺼운 가장자리 영역을 가짐으로써 투과창의 전체 크기를 더욱 키울 수 있어, 가장자리 영역만큼 X선의 투과량을 더욱 증가시킬 수 있다.

한편, 도 5는 컬럼부(100) 내부의 진공 유지 등을 위한 투과성 박막(330) 및 투과창(330A)을 보조 바디(320)의 일면에 형성하기 위한 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다. 상술한 과정 외에도 투과성 박막(330) 및 투과창(330A)을 형성하기 위한 어떠한 방식이 적용되어도 무방하다.

다음으로, 도 1 내지 2를 참조하여, 커버부(300)의 나머지 구성부들을 설명한다. 커버부(300)의 메인 바디(310)는 컬럼부(100)의 개방구에 탈착 가능하게 결합될 수 있으며, 이를 위하여. 커버부(300)는 이음 부재(340) 예컨대 소켓(socket) 또는 커넥터(connector)를 구비할 수 있다. 또한, 커버부(300)의 메인 바디(310)는 컬럼부(100)의 개방구에 기밀하게 결합될 수 있으며, 이를 위하여 메인 바디(310)의 상부면 가장자리 및 이를 마주보는 컬럼부(100)의 개방구 사이에는 밀폐링(350) 또는 절연성 밀폐링이 구비될 수 있다. 따라서, 메인 바디(310)는 이음 부재(340) 및 밀폐링(350)을 통하여 컬럼부(100)와 서로 기밀하게 결합되어, 컬럼부(100)의 내부를 진공으로 유지시킬 수 있다.

이음 부재(340)는 내부가 상하 방향으로 개방된 중공의 원통체 형상 또는 환형의 링 형상으로 형성될 수 있다. 메인 바디(310)가 이음 부재(340)의 내주면에 끼움 결합될 수 있도록 하기 위하여 이음 부재(340)의 내주면 크기 및 형상은 메인 바디(310)의 크기 및 형상에 대응하는 크기 및 형상일 수 있다. 이음 부재(340)의 내주면의 상하 방향으로의 너비는 메인 바디(310)의 상하 방향으로의 두께보다 크게 형성될 수 있다. 이음 부재(340)의 내주면 하측에는 돌출 단부가 내주면의 둘레방향으로 연장되어 형성되고, 이음 부재(340)의 상기 돌출 단부에 메인 바디(310)의 하부면이 접촉 또는 밀착 지지될 수 있다. 또한, 도면으로 도시하지는 않았으나, 이음 부재(340)의 내주면 상측에는 나사산이 내주면의 둘레 방향으로 연장되어 형성되고, 이음 부재(340)의 상기의 나사산이 컬럼부(100)의 개방구 나사산에 나사 결합될 수 있다. 이음 부재(340)의 재질은 스테인리스 스틸(SUS) 재질 또는 플라스틱(plastic) 재질을 포함할 수 있다.

밀폐링(350)은 예컨대 오링(O ring)을 포함할 수 있으며, 메인 바디(310)의 상부면과 컬럼부(100)의 개방구 사이에서 이들을 상하 방향으로 기밀하게 결합시키는 역할을 하여, 컬럼부(100)의 내부 진공이 유지될 수 있다. 한편, 밀폐링(350)이 예컨대 고무재질을 포함하는 절연성 밀폐링일 경우 컬럼부(100)와 메인 바디(310)의 상부면이 전기적으로 절연될 수 있다.

또한, 밀폐링(350)은 후술하는 구동부(400)가 커버부(300)의 메인 바디(310)를 수평 방향으로 이동시킬 때, 이에 탄력적으로 대응하며 메인 바디(310)의 위치 변화를 수용하여, 컬럼부(100)의 내부 진공을 유지시킬 수 있다.

한편, 도면으로 도시하지는 않았으나, 커버부(300)는 가스를 하향 경사지게 분사하는 가스 분사구 및 가스 분사구에 연결되어 가스를 공급하는 가스 경로를 포함할 수 있고, 가스 경로는 커버부(300)의 외측에 별도로 구비되는 가스 공급원에 연결되어 가스를 공급받을 수 있다. 가스 경로는 메인 바디(310)의 내부를 관통하여 연장 형성될 수 있고, 메인 바디(310)의 관통구(311) 부근에서 메인 바디(310)의 하측으로 개방되어 가스 분사구를 형성할 수 있다.

또는, 메인 바디(310)가 분리형의 복수 부재들로 구비되어 적층 결합되는 경우, 가스 경로는 상하 방향으로 적층된 복수 부재의 사이에 형성되는 이격 공간일 수 있다.

가스 분사구는 보조 바디(320) 측을 향하는 메인 바디(310)의 관통 단부에 구비될 수 있다. 예컨대 가스 분사구는 메인 바디(310)의 관통 단부 부근에서 보조 바디(320)의 하측 중심 위치를 향하는 방향으로 하향 경사지게 연장되는 가스 경로의 개방된 단부일 수 있다.

가스 분사구는 복수개 형성되되, 그 배치 구조는 보조 바디(320)를 중심으로 방사상으로 배치되는 구조일 수 있다. 이에, 보조 바디(320)의 360° 전 방위에서 불활성 가스 예컨대 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 가스 또는 이들 가스를 적어도 둘 이상 혼합한 혼합 가스를 분사하여 보조 바디(320)의 하측에 국부적으로 불활성 가스 분위기를 조성할 수 있다.

한편, 가스 경로가 메인 바디(310)의 분리형의 복수 부재 사이의 이격 공간으로 형성되는 경우, 가스 분사구는 메인 바디(310)의 관통 단부 부근에서 분리형의 복수 부재 사이에 형성되는 환형의 이격 공간일 수 있다.

커버부(300)의 메인 바디(310)는 컬럼부(100)의 개방구에 결합되되, 수평 방향으로 위치 조절이 가능하게 결합될 수 있다. 이를 위하여, 커버부(300)는 구동부(400)를 더 포함할 수 있다. 다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 구동부(400)를 설명한다.

구동부(400)는 커버부(300)를 이동시키도록 형성되어, 커버부(300)에 연결될 수 있으며, 예컨대 컬럼부(100)의 개방구 외측에서 이를 방사상으로 둘러싸도록 이격 배치되는 구동 모터(410), 커버부(300)의 메인 바디(310)의 하부면 복수 위치에 장착되는 방사상 또는 환형 구조 구동 블록(420), 구동 모터(410)와 구동 블록(420) 사이를 연결하는 방사상의 구동 로드(430)를 포함할 수 있다.

구동 모터(410)는 구동 로드(430)의 움직임을 수백 ㎛ 의 범위 내에서 정밀하게 조절하여 구동 블록(420)을 수평 방향으로 이동시킨다. 구동 블록(420)과 결합된 커버부(300)의 메인 바디(310)는 구동 블록(420)의 움직임에 의하여 수평 방향으로 이동될 수 있다. 이때, 밀폐링(350)이 메인 바디(310)의 상대적인 이동을 탄력적으로 수용하며 컬럼부(100)과 메인 바디(310) 사이를 실링하여 컬럼부(100)의 내부 진공이 파괴되지 않고 유지될 수 있다.

예컨대 복수개의 투과창(330A)이 형성되는 보조 바디(320)의 중앙 영역의 직경 또는 일변의 길이는 예컨대 600㎛ 내지 700㎛ 의 이하 범위일 수 있고, 구동부(400)가 상기의 범위 내에서 커버부(300)의 메인 바디(310)를 수평 방향으로 이동시키는 동안, 밀폐링(350)에 의하여 컬럼부(100)의 내부 진공을 유지할 수 있다.

상술한 구동부(400)는 메인 바디(310)를 수평 방향으로 이동시킬 수 있는 것을 만족하는 다양한 구조 및 방식으로 다양하게 변경 가능하며, 본 발명의 실시 예에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.

본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치는 컬럼부(100) 내로 반사되는 전자 예컨대 반사전자를 수집하는 제1 검출부(500) 및 컬럼부(100) 내로 입사되는 X선을 수집하여 시료(10)의 성분을 검사하는 제2 검출부(600)를 포함할 수 있다.

제1 검출부(500)는 예컨대 소정의 판 형상으로 구비되는 반도체 디텍터일 수 있으며, 컬럼부(100) 내에서 커버부(300)의 보조 바디(320)에 상하 방향으로 정렬되어 보조 바디(320)를 마주보도록 배치될 수 있다. 이때, 제1 검출부(500)의 중앙 영역은 상하 방향으로 관통되어 소정의 전자빔 통로가 형성될 수 있고, 이를 통과하여 전자빔이 커버부(300)의 투과창(330A)으로 입사될 수 있다.

투과창(330A)를 투과하여 컬럼부(100) 내로 입사되는 반사전자는 제1 검출부(500)에서 획득되고, 반사전자에 의해 야기되는 전류는 신호 처리부(미도시)로 전달되고, 신호 처리부는 이를 처리하여 이미지로 생성한다.

시료의 이미지 생성 과정은 예컨대 다음과 같다. 투과창(330A) 하측에 위치하는 시료(10)의 관찰 대상 영역을 복수의 픽셀로 구분하고, 복수의 픽셀 중 어느 하나에 전자빔을 주사한다. 전자빔에 의하여 시료(10)로부터 방출되는 반사전자는 제1 검출부(500)에서 수집되고, 이에 의하여 야기되는 전류는 신호 처리부에서 증폭 및 처리되어, 처리되는 값에 해당하는 이미지 신호 예컨대 해당 픽셀의 밝기 값으로 선택 출력된다. 상기의 과정을 반복하여 복수의 픽셀 각각의 이미지 신호를 형성하고, 이로부터 시료(10)의 관찰 대상 영역의 전체 이미지를 형성한다.

제2 검출부(600)는 예컨대 에너지 분산형 분광 검출기(Energy dispersive X-ray spectroscopy Detector, EDS Detector)를 포함하고, 일부가 컬럼부(100)를 관통하며, 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 성분을 검사 가능하다. 또한, 제2 검출부(600)는 데이터 처리부(미도시)에 연결되며, 데이터 처리부는 제2 검출부(600)로부터 출력되는 X선의 에너지 세기 데이터 및 에너지 세기별 검출 빈도수 데이터를 기 입력된 각 성분별 방출 X선 고유 에너지 크기 데이터에 대비하여 시료(10) 성분을 정량 및 정성적으로 분석하고, 이를 시각 정보로 출력 가능하다.

상기한 시료 관찰 장치의 커버부(300)는 전자빔을 이용하여 다양한 시료를 관찰하는 각종 장치에 장착되는 커버 어셈블리로서 적용 가능하다. 이를 이하에서 설명하며, 이때, 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치의 상술한 설명 내용과 중복되는 커버 어셈블리에 대한 구체적인 설명은 생략하거나 간단히 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 커버 어셈블리는 전자빔을 이용하여 시료(10)를 관찰 및 분석하는 각종 장치에 결합되는 커버 어셈블리로서, 메인 바디(310), 보조 바디(320) 및 투과창(330A)을 포함한다.

메인 바디(310)는 예컨대 스테인리스 스틸 재질을 포함할 수 있으며, 상부면 및 하부면을 구비하고, 중앙 영역에 상하방향으로 관통되는 관통구(311)가 형성될 수 있다. 이때, 관통구(311)를 둘러싸는 메인 바디(310)의 관통 단부는 하측으로 돌출되어 관통구(311)의 중심을 향하는 방향으로 하향 경사지는 구조일 수 있다.

보조 바디(320)는 가장자리 영역이 메인 바디(310)의 관통 단부에 접합 또는 접착되어 관통구(311)에 결합될 수 있고, 중앙 영역에 보조 바디(320)를 상하 방향으로 관통하는 복수의 비아홀(321)이 형성될 수 있다. 보조 바디(320)의 일면 전체에는 투과성 박막(330)이 형성되고, 투과창(330A)은 투과성 박막(330)의 전체 영역 중에 비아홀(321)에 의하여 보조 바디(320)의 상측으로 노출되는 투과성 박막(330)의 각 부분 영역들로 형성될 수 있다.

투과창(330A)은 보조 바디(320)의 중앙 영역에 복수개 형성되며, 전자빔 및 각종 전자, 그리고 X선 등을 통과시키는 역할을 한다. 투과성 박막(330) 및 투과성 박막(330)의 전체 영역 중에 비아홀(321)의 내부에 연접하는 부분 영역들로 이루어지는 투과창(330A) 각각의 두께는 100㎚ 이하일 수 있다. 예컨대 투과창(330A)의 두께가 100㎚를 초과하는 경우 시료(10)로부터 방출되는 각종 전자 또는 X선 등의 투과율이 시료(10)의 이미지 생성 및 성분 분석 등이 가능한 소정 값의 투과율보다 낮아지게 된다. 한편, 투과창(330A) 각각의 두께는 3 ㎚ 이상일 수 있으며, 예컨대 이의 두께가 3 ㎚ 미만으로 너무 얇아지면 커버 어셈블리가 장착되는 컬럼부(100)의 내부와 시료(10)가 위치하는 대기 분위기와의 압력 차이에 의하여 찢어지며 파괴될 수 있다.

복수개의 투과창(330A)은 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 크기가 동일하거나, 서로 다를 수 있다. 복수의 투과창(330A) 각각의 크기가 동일한 경우, 보조 바디(320)의 중앙 영역에 쉽게 배치될 수 있다. 예컨대 복수의 투과창(330A) 각각이 서로 동일한 크기일 경우에는 보조 바디(320)의 중앙 영역에 사각 격자 구조 또는 육방 격자 구조로 용이하게 배치될 수 있다. 복수의 투과창(330A) 각각의 크기가 다를 경우, 상대적으로 큰 크기의 투과창들이 서로 고르게 이격되고, 이들 사이에 상대적으로 크기가 작은 투과창들이 배치될 수 있다. 복수의 투과창(330A)은 상기한 배치 구조 외에도 서로 다른 다양한 구조로 배치될 수 있고, 이를 특별히 한정하지는 않는다.

한편, 본 발명의 상기 실시 예에서는 투과창(330A)의 형상을 사각형의 평면 형상으로 설명하였으나, 투과창(330A)의 형상은 다양할 수 있으며, 예컨대 원형의 평면 형상일 수 있고, 이때, 복수의 투과창(330A)은 각각의 크기 및 형상이 서로 같거나 다르도록 형성될 수 있다.

또한, 복수개의 투과창(330A)은 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 제1 두께(t)를 가지는 제1 투과창과, 제2 두께(t')를 가지는 제2 투과창을 포함할 수 있고, 제1 두께(t) 및 제2 두께(t')를 모두 가지는 제3 투과창을 더 포함할 수 있다. 이때, 제3 투과창의 경우, 가장자리 영역이 상대적으로 두꺼운 두께인 제1 두께를 가지며, 가장자리 영역으로 둘러싸인 중앙 영역이 상대적으로 얇은 두께인 제2 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 여기서, 가장자리 영역의 제1 두께는 100㎚ 이하의 두께일 수 있고, 중앙 영역의 제2 두께는 50㎚ 이하의 두께일 수 있다. 이처럼, 복수의 투과창(330A) 각각의 두께는 서로 다를 수 있으며, 이때, 복수의 투과창(330A) 각각의 두께는 수 ㎚ 내지 100㎚ 범위 예컨대 3 ㎚ 내지 100㎚ 범위 내에서 선택되어 적용될 수 있다.

복수의 투과창(330A) 각각의 직경 또는 일변의 길이는 20㎛ 내지 300㎛의 범위일 수 있고, 복수의 투과창(330A) 각각의 두께에 대응하여 상기 수치 범위 내에서 각각 선택 적용될 수 있다. 예컨대 상대적으로 두꺼운 제1 투과창의 직경 또는 일변의 길이는 상대적으로 얇은 제2 투과창의 직경 또는 일변의 크기에 비하여 크게 형성될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 시료 관찰 장치에 적용되는 시료 관찰 방법을 설명한다. 시료 관찰 방법은 대기 중에 위치하는 시료를 관찰하는 방법으로서, 내부에 진공이 형성된 컬럼부와 이격되어 대기 중에 시료를 마련하는 과정, 컬럼부를 이용하여 시료를 향하는 방향으로 전자빔을 방출하는 과정, 시료에 입사된 전자빔이 시료에 충돌함에 의하여 시료로부터 방출되는 신호를 수집하는 과정, 수집된 신호를 처리하는 과정을 포함한다. 특히, 시료 관찰 방법은 전자빔을 방출하기 전에, 전자빔의 사용 조건을 확인하여 전자빔이 투과하는 투과창의 교환 여부를 판단하는 투과창 점검 과정을 더 포함할 수 있다.

먼저, 대기 중에 시료를 마련한다. 소정의 이송 로봇(미도시)를 이용하여 시료 관찰 장치의 지지부(200)에 시료(10)를 로딩한다. 이때, 지지부(200)는 시료의 크기 및 형상에 대응하는 판 타입의 스테이지일 수 있으며, 스테이지에는 별도의 리프트 핀(미도시)이 더 구비될 수 있다.

시료(10)는 예컨대 LCD, OLED 및 LED를 포함하는 각종 표시장치나 태양전지 또는 반도체 칩 등이 제조되는 공정에서 각종 전자 소자의 제조에 사용되는 웨이퍼 또는 유리 패널 등을 포함할 수 있다. 물론, 시료(10)는 상술한 바에 한정하지 않으며, 크기나 모양 등에 관계 없이 표준 대기압 상태에서 고체상 또는 액체상 또는 고체상과 액체상의 혼합된 상태로 마련되는 각종 유기물 또는 무기물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 광범위한 의미의 시료일 수 있다.

시료(10)가 지지부(200)에 마련되면, 컬럼부(100)를 시료(10)의 상측에서 시료(10)와 마주보도록 위치시키고, 컬럼부(100)나 지지부(200)를 상하 방향으로 승강시키며, 시료 관찰 장치의 투과창(330A)과 시료(10) 사이의 거리를 예컨대 200㎛ 내에서 정밀하게 조절한다.

다음으로, 전자빔의 경로 상에 위치하는 투과창을 점검한다. 예컨대 투과창으로 전자빔이 조사된 횟수, 전자빔 사용 시간 및 전자빔 강도 중 적어도 어느 하나를 누적 계산한다. 누적 계산으로부터 전자빔 사용 조건을 산출한다. 산출된 사용 조건을 기 설정 조건과 대비한다. 대비 결과에 따라 투과창의 교환 여부를 판단한다.

이때, 전자빔 사용 조건을 산출하는 과정은, 전자빔 조사 횟수, 전자빔 사용 시간 및 전자빔 강도 중 적어도 하나가 누적 계산된 것을 사용 전하량으로 전환하여, 이를 사용 조건으로 산출하는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 산출되는 사용 조건은 하나의 투과창 내의 복수 위치 각각에 대한 사용 조건일 수 있다.

산출된 사용 조건을 기 설정 조건과 대비하는 과정은, 복수의 사용 조건의 평균 값을 기 설정 조건과 비교하는 과정을 포함할 수 있고, 이의 경우, 투과창 교환 여부를 판단함에 있어, 사용 조건의 평균 값이 기 설정 조건을 초과하는 경우 투과창 전체를 교환하도록 판단한다.

또는, 산출된 사용 조건을 기 설정 조건과 대비하는 과정은, 하나의 투과창 내의 복수 위치에 대한 사용 조건을 나타내는 맵핑을 수행하고, 각 위치에서의 사용 조건 값을 기 설정 조건과 각각 비교하는 과정을 포함할 수 있다. 이의 경우, 투과창의 교환 여부를 판단함에 있어, 맵핑된 전체 사용 조건 중 하나 이상이 기 설정 조건 예컨대 0.1 쿨롱(C)을 초과하는 경우 투과창을 교환하도록 판단한다.

다음으로, 투과창을 교환하도록 결정되는 경우, 컬럼부(100)를 진공으로 유지한 상태에서 전자빔이 투과되는 경로 상에 새로운 투과창이 위치하도록 커버부(300)의 메인 바디(310) 및 보조 바디(320)의 위치를 조절한다. 이를 도 6에 도시하였다.

상기의 과정으로 복수개의 투과창(330A) 중 전자빔이 투과되는 투과창(330A)을 선택함으로써, 전체 투과창의 사용 횟수가 증가될 수 있고, 교체 주기가 종래보다 상당히 길어질 수 있다.

물론 이 외에도 공정 상의 다른 이유로 투과창의 크기나 두께를 바꿔야 할 경우에도, 투과창을 교환하여 전자빔이 투과되는 경로 상에 새로운 투과창을 위치시킬 수 있다.

또한, 복수개의 투과창에 대하여 상술한 투과창 점검 과정을 반복 실시하여, 복수의 투과창 전체가 교환하도록 결정되는 경우, 도면으로 도시하지는 않았으나, 컬럼부(100)를 대기압으로 전환하고 커버부(300)를 교체하는 방식으로 사용 중인 투과창(330A)을 전부 탈착하고 새로운 투과창(300A)들을 설치한다.

다음으로, 시료(10)를 향하여 전자빔을 방출한다. 컬럼부(100) 내에 구비된 전자빔 발생수단(120) 및 각 렌즈들을 이용하여 전자를 소정의 가속전압 및 프로브 전류로 방출 및 가속시킨다. 전자빔은 컬럼부(100)의 개방구에 장착된 커버부(300)를 통과하여 수㎚ 내지 수백㎚의 프로브 크기로 제어되며 시료(10) 상의 목적하는 위치에 초점이 형성될 수 있다. 이때, 커버부(300)의 투과창(330A) 하측으로 이격된 소정의 위치에서 수㎛ 내지 수백㎛ 범위의 높이로 전자빔의 초점을 정밀하게 조절하며 시료(10)의 원하는 위치에 전자빔을 방출하여 충돌시킬 수 있다.

다음으로, 시료(10)로부터 방출되는 신호를 대기압 분위기에서 수집한다. 여기서, 시료로부터 방출되는 신호는 시료에 입사된 전자빔이 시료에 충돌 후, 시료로부터 방출되는 전자 및 X선을 의미한다. 이때, 시료에 입사된 전자빔에 의하여 시료로부터 방출되는 전자로는 상대적으로 높은 에너지 준위에 의하여 방향성을 가지고 소정 방향 예컨대 시료(10)로부터 컬럼부(100)를 향하는 방향으로 직진하는 반사전자(back scattered electron)가 있다. 또한, 시료에 입사된 전자빔에 의하여 시료로부터 방출되는 전자로는 상대적으로 낮은 에너지 준위에 의하여 시료(10) 부근으로 산란되는 2차 전자(secondary electron)가 있다. 시료로부터 방출되는 전자 중 적어도 반사전자는 제1 검출부(500)에서 수집될 수 있고, 시료로부터 방출되는 X선은 제2 검출부(600)에서 수집될 수 있다.

다음으로, 수집된 신호를 처리한다. 예컨대 수집되는 전자로부터 야기되는 전류를 활용하여 시료의 이미지를 생성할 수 있고, 수집되는 X선을 활용하여 시료의 성분을 분석할 수 있다. 이의 처리 과정에는 공지의 기술이 적용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 대기압 분위기에서 전자를 수집하는 과정을 실시하기 전에, 또는 동시에, 컬럼부(100)와 시료(10) 사이의 공간에 불활성 가스 분위기를 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 예컨대 전자빔의 방출 전 또는 전자빔의 방출과 동시에 커버부(300)의 가스 분사구(미도시)에서 헬륨, 네온, 아르곤 가스 또는 이들 가스의 혼합 가스를 분사할 수 있다. 이에 투과창(330A)과 시료(10) 사이의 예컨대 200㎛ 이하 너비의 이격 공간을 국부적으로 불활성 가스 분위기로 형성할 수 있어, 시료에서 방출되는 전자를 용이하게 고효율로 수집할 수 있다. 이처럼 전자를 고효율로 수집함에 따라, 고품질의 시료 이미지를 생성할 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이며, 본 발명의 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 본 발명의 특허청구범위 및 이와 균등한 기술 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100: 컬럼부 200: 지지부
300: 커버부 310: 메인 바디
320: 보조 바디 321: 비아홀
330A: 투과창 330: 투과성 박막
350: 밀폐링 400: 구동부
500: 제1 검출부 600: 제2 검출부

Claims (11)

1. 대기 중의 시료를 관찰하는 장치로서,
   내부에 진공 공간을 형성하고 일 측에 개방구가 형성되며, 전자빔 발생이 가능한 전자빔 발생수단을 구비하는 컬럼부;
   상기 컬럼부의 개방구와 대향하여 위치하고, 대기압에서 상기 시료를 지지하는 지지부;
   상기 컬럼부의 개방구와 결합되고, 전자빔이 통과할 수 있는 복수의 투과창을 가지는 커버부; 및
   상기 커버부의 내부에 연장 형성되고, 단부가 상기 복수의 투과창이 형성된 상기 커버부의 보조 바디를 중심으로 방사상으로 배치되어 개방되며, 상기 보조 바디의 하측에 가스 분위기를 조성 가능한 가스 경로;를 포함하고,
   상기 복수의 투과창은 크기가 서로 다른 시료 관찰 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 커버부는, 중앙 영역에 관통구가 형성되고, 상기 컬럼부의 개방구와 결합되는 메인 바디; 상기 관통구에 결합되는 보조 바디; 및 상기 보조 바디의 중앙 영역에 형성되는 복수의 상기 투과창;을 포함하고,
   상기 보조 바디는 상하로 관통되는 복수의 비아홀을 포함하며,
   상기 투과창은 상기 보조 바디의 일면에 형성되는 투과성 박막을 포함하는 시료 관찰 장치.
3. 삭제
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 복수의 투과창은 각기 두께가 다르게 형성되고,
   상기 복수의 투과창 중 두께가 얇은 투과창의 크기가 두꺼운 투과창의 크기 보다 작은 시료 관찰 장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 커버부를 이동시킬 수 있도록 상기 커버부와 연결되는 구동부를 더 포함하는 시료 관찰 장치.
   
6. 전자빔을 이용하여 시료를 관찰하는 장치에 결합되는 커버 어셈블리로서,
   상부면 및 하부면을 구비하고, 중앙 영역에 상하방향으로 관통되는 관통구가 형성되는 메인 바디;
   상기 관통구에 결합되는 보조 바디;
   상기 보조 바디의 중앙 영역에 형성되고, 전자빔이 통과할 수 있는 복수의 투과창; 및
   상기 메인 바디의 내부에 연장 형성되고, 단부가 상기 보조 바디를 중심으로 방사상으로 배치되어 개방되며, 상기 보조 바디의 하측에 가스 분위기를 조성 가능한 가스 경로;를 포함하고,
   상기 복수의 투과창은 크기가 서로 다른 커버 어셈블리.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 보조 바디는 가장자리 영역이 메인 바디에 결합되며, 중앙 영역에 상하로 관통하는 복수의 비아홀을 포함하고,
   상기 투과창은 상기 보조 바디의 일면에 형성된 투과성 박막을 포함하는 커버 어셈블리.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 투과성 박막의 두께는 100㎚ 이하인 커버 어셈블리.
9. 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 투과창은, 제1 두께를 가지는 제1 투과창과, 상기 제1 두께 보다 얇은 두께인 제2 두께를 가지는 제2 투과창과, 상기 제1 두께 및 제2 두께를 모두 가지는 제3 투과창을 포함하고,
   상기 제1 투과창의 크기가 상기 제2 투과창의 크기보다 큰 커버 어셈블리.
10. 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 투과창은, 서로 다른 크기의 투과창을 포함하며,
    상기 복수의 투과창 중 크기가 큰 투과창의 두께가 크기가 작은 투과창의 두께 보다 두꺼운 커버 어셈블리.
11. 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투과창의 직경 또는 일변의 길이는 20㎛ 내지 300㎛ 범위인 커버 어셈블리.

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