KR20240090546A - 전자 클리닝 장치 - Google Patents
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Abstract
전자를 이용한 클리너의 전자 조사에 의해, 컨태미네이션의 전구체인 탄화수소계 가스가 해리되고, 시료실 내의 부재나 시료 표면에 탄소가 적층되어, 시료실 내 부품이 오염된다. 그래서, 하전 입자원(113)을 갖는 경통(112)에 접속된 시료실(101)과, 시료실(101)에 배치되는 전자원(102)과, 전자원(102)의 전면에 설치된 차폐판(105)을 구비하며, 전자원으로부터 방출되는 일차전자가 차폐판에 충돌함으로써 방출되는 이차전자에 의해, 시료실 내의 클리닝을 행하는 구성의 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 전자 클리닝 장치에 관한 것이다.
전자 현미경 등으로 대표되는 하전 입자선 장치에 있어서는, 하전 입자선의 조사(照射)에 의해, 피(被)조사물(시료 등)에 불순물이 퇴적된다(컨태미네이션된다, 컨태미네이션이 부착된다). 컨태미네이션이 발생했을 경우, 예를 들면 전자 현미경 화상의 S/N비가 악화되거나, 시료 표면 형상이 변화되거나, 시료 정보의 분석이 곤란해지는 등, 여러가지 문제가 발생한다.
컨태미네이션에 의한 영향을 저감시키기 위해, 종래 기술로서, 장치 본체를 히터에 의해 가열하는 방법(특허문헌 1)이나, 자외광을 조사하는 방법(특허문헌 2), 플라스마를 이용하는 방법(특허문헌 3)이 있지만, 열에 의한 아웃가스나, 플라스마 생성 시의 가스 도입 등의 영향으로, 장치 내부를 초고진공으로 유지하는 것이 곤란하다는 과제가 있다. 또한, 열이나 자외광에 약한 시료에는 적용이 어렵다. 특허문헌 4에서는, 장치 내부를 초고진공으로 유지할 수 있는 클리닝 장치이다. 또한, 전자를 이용한 클리닝이기 때문에, 하전 입자 장치에서 취급하는 시료에의 적용이 용이하다.
상술한 특허문헌 4는, 전자를 이용한 클리너의 전자 조사에 의해, 컨태미네이션의 전구체(前驅體)인 탄화수소계 가스가 해리되고, 시료실 내의 부재나 시료 표면에 탄소가 적층되어, 시료실 내 부품이 오염되는 과제가 발견되었다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 있어서는, 하전 입자원을 갖는 경통(鏡筒)에 접속된 시료실과, 시료실에 배치되는 전자원과, 전자원의 전면(前面)에 설치된 차폐판을 구비하며, 전자원으로부터 방출되는 일차전자가 차폐판에 충돌함으로써 방출되는 이차전자에 의해, 시료실 내의 클리닝, 즉 세정을 행하는 클리닝 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 장치를 복잡화하지 않고, 장치 내부의 초고진공을 유지한 채, 탄화수소계 가스의 해리를 억제하면서, 시료실의 세정을 행하는 것이 가능한 클리닝 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른, 클리닝 장치를 구비하는 하전 입자선 장치의 전체 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 2는 시료실 내로 전자를 방출하는 과정을 나타내는 도면.
도 3은 전자선 입사각에 대한 이차전자의 방출 효율의 변화를 나타내는 도면.
도 4는 차폐판을 이차전자 방출 효율이 높은 구조로 변경한 클리닝 장치를 나타내는 도면.
도 5는 실시예 2에 따른, 클리닝 장치를 구비하는 하전 입자선 장치의 전체 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 2는 시료실 내로 전자를 방출하는 과정을 나타내는 도면.
도 3은 전자선 입사각에 대한 이차전자의 방출 효율의 변화를 나타내는 도면.
도 4는 차폐판을 이차전자 방출 효율이 높은 구조로 변경한 클리닝 장치를 나타내는 도면.
도 5는 실시예 2에 따른, 클리닝 장치를 구비하는 하전 입자선 장치의 전체 구성의 일례를 나타내는 도면.
이하 도면에 따라, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 순차적으로 설명한다.
[실시예 1]
도 1은, 실시예 1의 하전 입자선 장치의 개략도를 나타내는 도면이다. 본 실시예는, 하전 입자원을 갖는 경통에 접속된 시료실과, 시료실에 배치되는 전자원과, 전자원의 전면에 설치된 차폐판을 구비하며, 전자원으로부터 방출되는 일차전자가 차폐판에 충돌함으로써 방출되는 이차전자에 의해, 시료실 내의 클리닝을 행하는 클리닝 장치의 실시예이다.
동(同) 도면에 있어서, 하전 입자선 장치(111)는, 하전 입자원(113)을 갖는 경통(112)과 전자 클리닝 장치(100)와 시료실(101)과 시료실(101)을 진공 배기하는 진공 펌프(114)를 구비한다. 전자 클리닝 장치(100)는, 시료실(101)의 내부에 구비된 필라멘트를 포함하는 전자원(102), 전자원(102)을 가열하기 위한 전류를 발생시키는 전자원 전원(103), 전자원(102)에 전압을 인가하는 바이어스 전원(104), 전자원(102)으로부터 방출된 전자를 충돌시키는 차폐판(105), 전자원(102)으로부터 방출되는 전류(이하, 에미션 전류)를 측정하는 전류계(106), 각종 구성 요소를 제어하는 제어부(107), 제어 조건이나 전류량 등을 기억하는 기억부(108) 등을 구비한다.
본 클리닝 장치(100)는, 시료실(101)의 내벽이나 시료실 내의 구조물에 물리 흡착되어 있는 컨태미네이션의 전구체인 탄화수소계 가스를, 전자 조사에 의해 탈리시키고, 진공 펌프에 의해 배기함으로써, 시료실 내를 세정하는 장치이다.
전자 조사에 의해, 탄화수소계 가스의 탈리 현상에 더하여 해리 현상을 일으키는 경우가 있다. 해리 현상은, 탄화수소계 가스가 전자 조사에 의해 탄소와 수소로 분해되는 현상이며, 물리 흡착되어 있던 탄화수소계 가스가 해리되면, 탄소만이 고착되어 시료실(101)이 오염된다.
해리 현상은 수 eV, 탈리 현상은 1eV 이하의 에너지로 일어난다. 이 에너지 차(差)를 이용하여 탈리 현상만을 발생시킴으로써, 시료실(101)의 오염을 억제하고 탄화수소계 가스를 제거하는 것이 가능하다.
전자원(102)으로부터 방출되는 전자의 에너지는, 바이어스 전원(104)으로 제어하고 있어 바이어스 전원의 전압을 낮춤으로써 전자의 에너지를 작게 하는 것은 가능하지만, 바이어스 전원의 전압이 작아지면, 시료실(101)로 방출되는 전자가 감소하기 때문에 클리닝 효율이 감소한다.
그래서, 본 실시예의 구성에 있어서는, 전자원(102)으로부터 방출된 일차전자가 차폐판(105)이나 클리닝 장치(100)의 내벽과 충돌하여 발생하는 이차전자를 이용함으로써, 클리닝 효과를 유지하고 해리 현상을 억제한다.
도 2는, 클리닝 장치(100)가 시료실(101) 내로 전자를 방출하는 흐름을 나타낸 도면이다. 차폐판(105)이나 클리닝 장치(100)의 내벽과 충돌하여 발생한 이차전자는, 바이어스 전원(104)에서 전자원(102)에 인가된 전압(가속 전압)에 의한 전장(電場)에 의해 편향되거나, 클리닝 장치(100)의 내부에서 충돌을 반복하여 시료실(101) 내로 방출된다. 그 때문에, 시료실(101) 내로 방출되는 이차전자의 양은, 가속 전압이나 차폐판의 구조나 배치에 의존하는 것으로 된다.
시료실(101) 내에 침입한 이차전자는, 시료실(101)의 내벽이나 구성물에 충돌한다. 충돌처에 물리 흡착되어 있는 탄화수소계 가스가 있었을 경우, 탄화수소계 가스는 탈리된다. 탈리된 탄화수소계 가스는 2가지 방법으로 시료실(101) 내에서 제거된다.
하나는, 진공 펌프(114)에 의해 배기하는 방법이다. 다른 하나는, 전자원(102)으로부터 방출되는 고(高)에너지의 일차전자가, 시료실(101) 내를 부유하고 있는 탄화수소계 가스에 충돌하여 해리시키는 방법이다.
탈리된 탄화수소계 가스는 다시 시료실(101) 내에, 물리 흡착할 가능성도 있지만 재차 이차전자가 조사되면 탈리되며, 시료실(101) 내로부터 제거될 때까지 탈리를 반복한다.
후자의 방법으로, 탄화수소계 가스를 제거하면 가장 일차전자가 조사되는 차폐판(105)에 탄소가 많이 퇴적될 것으로 생각된다. 차폐판(105)에 탄소가 퇴적되면 이차전자의 발생 효율이 떨어지고, 클리닝 효율이 저하되는 것을 생각할 수 있다. 그 때문에, 차폐판(105)은 용이하게 교환 가능한 설계로 해두는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 실시예의 차폐판(105)에는 3가지의 역할이 있다. 첫 번째는, 전자원(102)으로부터 방출되어, 바이어스 전원(104)에 의해 가속된 고에너지의 일차전자가, 시료실(101) 내로 직접 조사되지 않도록 하기 위한 차폐 기능으로서의 역할이다. 두 번째는, 시료실(101) 내벽에 물리 흡착되어 있는 탄화수소계 가스를 탈리시키기 위한 이차전자의 발생원으로서의 역할이다. 세 번째는, 시료실(101) 내를 부유하는 탄화수소계 가스가 전자원(102)으로부터 방출된 일차전자와 충돌하여 해리 현상이 발생했을 때에, 탄소를 트랩하기 위한 역할이다.
실제의 실험 결과에 있어서도, 시료실(101) 내의 오염을 억제하면서 클리닝 효과가 얻어지는 것을 확인하였다. 또한, 차폐판에 탄소가 트랩되어 있는 것도 확인하였다.
전자선 입사 각도에 대한 이차전자 방출률의 변화를 나타낸 그래프를 도 3에 나타낸다. 전자선의 입사각(θ)을 크게 하면, 이차전자의 방출 효율이 커지는 것은 알려져 있다.
도 4에 차폐판(105)을 구부러진 차폐판(109)으로 변경한 클리닝 장치(100)의 구성을 나타낸다.
클리닝을 효율화하기 위해서는, 시료실(101) 내로 조사되는 이차전자의 수를 증가시킴으로써 가능하다. 도 3에 나타내는 바와 같이 이차전자의 발생 효율을 증가시키기 위해서는, 일차전자가 조사되는 표면이 조사 방향의 각도(θ)를 크게 하면 된다.
차폐판의 구부러짐 각을 θ'로 하면, 일차전자의 조사 각도 θ와 θ'는 동등한 각도가 된다. 그 때문에, 도 4에 나타내는 바와 같이, 구부러진 차폐판(109)을 이용함으로써 일차전자의 입사 각도가 커지기 때문에, 이차전자의 발생 효율이 상승하여 클리닝의 효율화를 도모할 수 있다고 생각된다.
θ'는 클수록 이차전자의 발생 효율은 상승하지만, θ'를 크게 할수록 일차전자를 차폐하기 위해서 차폐판(109)을 크게할 필요가 있다. 그 때문에, 차폐판(109)의 형상은 클리닝 장치(100), 시료실(101)의 구조를 고려하여 결정할 필요가 있다.
또한, 이차전자의 발생 효율을 높이기 위해서, 차폐판(105 또는 109)은 예를 들면 알루미늄이나, 금, 티타늄 등의 이차전자 발생 효율이 높은 재료로 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 차폐판(105, 109)의 표면에 이차전자의 발생 효율이 높은 재료를 도포해도 된다.
차폐판(105, 109)의 표면을 거칠게 함으로써, 에지 효과에 의해 이차전자의 방출 효율이 높아지기 때문에, 차폐판(105, 109)은 거칠게 해두는 것이 바람직하다. 또한, 차폐판(105, 109)을 적극적으로 거칠게 가공해도 된다.
[실시예 2]
실시예 2는, 실시예 1의 구성에 더하여, 차폐판에 음전압을 인가하는 바이어스 전원을 구비한 하전 입자 장치의 실시예이다. 즉, 본 실시예는, 차폐판에 접속되는 바이어스 전원을 더 구비하며, 바이어스 전원에 의해 차폐판에 음전압을 인가하여, 이차전자의 방출량을 증가시키는 구성의 클리닝 장치의 실시예이다.
실시예 1의 클리닝 장치(100)의 클리닝 성능을 향상시키기 위해서는, 이차전자의 방출량을 증대시키는 것이 중요하다. 그래서, 본 실시예에서는 이차전자의 발생원인 차폐판(105)에 음전압을 인가함으로써, 이차전자의 방출량을 증가시켜 클리닝 성능을 향상시킨다.
도 5에 실시예 2의 클리닝 장치 전체 구성의 일례를 나타낸다. 실시예 1의 구성에 더하여, 차폐판(105)에 음전압을 인가하는 바이어스 전원(110)을 구비한다. 예를 들면, 바이어스 전원(104)이 전자원(102)에 접지 전위의 시료실(101)에 대해서 -100V의 전압을 부여했을 경우, 일차전자의 에너지는 대략 100eV가 된다. 이때, 바이어스 전원(110)에 의해 차폐판(105)에 -1V를 인가하면, 일차전자는 감속되면서 대략 99eV의 에너지로 차폐판(105)에 도달한다. 일차전자의 도달에 의해, 음전압이 걸린 차폐판(105)으로부터는 전압이 걸려있지 않은 경우와 비교하여, 이차전자가 많이 방출된다. 이와 같이 해서, 이차전자의 방출량을 증가시키는 것이 가능하다.
예를 들면, 바이어스 전원(104)이 전자원(102)에 -100V의 전압을 부여하고, 바이어스 전원(110)이 차폐판(105)에 -101V의 전압을 부여했을 경우, 일차전자는 차폐판에 도달할 수 없고, 이차전자를 발생시킬 수 없다. 그 때문에, 바이어스 전원(110)에서 인가하는 전압은 바이어스 전원(104)에서 인가하는 전압보다 작게 해야 한다.
바이어스 전원(104)에 의해 음전압이 인가되어 있는 차폐판(105)으로부터, 방출된 이차전자는, 당해 바이어스 전원에 의해 인가되어 있는 음전압에 의해 가속된다. 예를 들면, 바이어스 전원(110)에 의해 인가된 음전압이 -99V이었을 경우, 방출되어 시료실(101) 내에 도달할 때의 이차전자의 에너지는, 이차전자가 발생했을 때의 에너지에 99eV가 가산된 에너지가 되기 때문에, 해리 현상이 많이 일어나 당해 시료실 내를 오염시킨다.
이상으로부터, 바이어스 전원(110)에 의해 차폐판(105)에 인가하는 음전압의 크기는, 바이어스 전원(104)에 의해 전자원(102)에 인가하는 음전압의 크기나, 발생하는 이차전자의 에너지를 고려하여 적절한 에너지로 할 필요가 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명의 보다 나은 이해를 위해서 상세히 설명한 것이며, 반드시 설명된 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것이 아니다.
100: 클리닝 장치, 101: 시료실, 102: 전자원, 103: 전자원 전원, 104: 바이어스 전원, 105: 차폐판, 106: 전류계, 107: 제어기, 108: 기억부, 109: 차폐판, 110: 바이어스 전원, 111: 하전 입자선 장치, 112: 경통, 113: 하전 입자원, 114: 진공 펌프
Claims (6)
- 하전 입자원을 갖는 경통에 접속된 시료실과,
상기 시료실에 배치되는 전자원과,
상기 전자원의 전면(前面)에 설치된 차폐판을 구비하며,
상기 전자원으로부터 방출되는 일차전자가 상기 차폐판에 충돌함으로써 방출되는 이차전자에 의해, 상기 시료실 내의 클리닝을 행하는,
것을 특징으로 하는 클리닝 장치. - 제1항에 있어서,
상기 차폐판은, 상기 전자원으로부터 방출된 상기 일차전자가, 직접 상기 시료실의 내부에 조사되지 않도록 배치되는,
것을 특징으로 하는 클리닝 장치. - 제1항에 있어서,
상기 차폐판은, 분리 교환이 가능한,
것을 특징으로 하는 클리닝 장치. - 제1항에 있어서,
상기 차폐판은, 이차전자 방출 효율이 큰 재료로 구성되어 있거나, 또는, 표면에 이차전자 방출 효율이 큰 재료가 도포되어 있는,
것을 특징으로 하는 클리닝 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전자원은 필라멘트로 이루어지고,
상기 차폐판은, 상기 필라멘트에 대한 설치 각도를 변경하여, 상기 이차전자의 방출률을 높이는,
것을 특징으로 하는 클리닝 장치. - 제1항에 있어서,
상기 차폐판에 접속되는 바이어스 전원을 더 구비하며,
상기 바이어스 전원에 의해 상기 차폐판에 음전압을 인가하여, 상기 이차전자의 방출량을 증가시키는,
것을 특징으로 하는 클리닝 장치.
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