KR101524215B1

KR101524215B1 - 전자현미경

Info

Publication number: KR101524215B1
Application number: KR1020130147450A
Authority: KR
Inventors: 이준희; 김용주
Original assignee: (주)코셈
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-05-29

Abstract

본 발명은 전자현미경에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔을 시료에 주사하고 시료에 충돌되어 반사된 전자를 검출하여 시료에 대한 영상자료를 획득하는 전자현미경에 관한 것이다.
본 발명은, 상측으로 개구되고 상기 개구의 가장자리를 따라서 제1밀착면이 형성되고 시료가 안착될 스테이지가 설치된 챔버부재 및 상기 챔버부재가 탈착가능하게 결합되는 챔버지지부를 포함하는 챔버; 상기 챔버의 제1밀착면과 밀착되어 시료가 수용될 진공공간을 형성하는 제2밀착면을 가지며, 전자빔을 상기 시료에 주사하는 경체; 상기 챔버 및 상기 경체에 연결되어, 상기 챔버의 내부 및 상기 경체의 내부를 진공으로 유지시키는 진공유지부; 상기 시료에 충돌된 전자빔에서 발생하는 전자를 검출하는 하나 이상의 검출기들을 포함하는 전자현미경을 개시한다.

Description

전자현미경 {Electron microscope}

본 발명은 전자현미경에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔을 시료에 주사하고 시료에 충돌되어 반사된 전자를 검출하여 시료에 대한 영상자료를 획득하는 전자현미경에 관한 것이다.

최근 미세 가공 기술 및 바이오 기술의 발전과 더불어, 상기 미세 가공 기술 및 바이오 기술을 통해 제작된 시료들을 측정하고, 측정된 데이터를 영상으로 구현하는 기술이 필요하게 되었으며, 대표적인 측정 및 영상 구현장치로 전자현미경(electron microscope)이 사용되고 있다.

일반적으로, 전자현미경은 진공공간을 형성하는 챔버에 측정의 대상이 되는 시료를 위치시킨 후, 전자빔을 시료에 주사하여, 시료에 충돌하여 반사되는 전자를 검출하고, 검출된 전자를 영상으로 구현하는 일련의 과정을 통해, 시료에 대한 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다.

한편, 시료는 크기 및 종류에 따라서 최적화된 진공공간의 크기가 있으나, 종래의 전자현미경은 진공공간을 형성하는 챔버가 고정된 상태로 이루어져 시료의 크기 및 종류에 최적화된 진공공간을 제공하는데 한계가 있다.

특히 시료에 따라서 상대적으로 작은 크기의 진공공간을 요함에도 불구하고 고정된 진공공간의 크기로 인하여 진공압 및 대기압 변환시간이 불필요하게 길어지는 문제점이 있다.

등록특허 제10-0932893호

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 개구의 표면적 및 깊이가 다른 챔버부재의 교체가 가능한 구조를 채택하여 측정대상인 시료의 종류 및 크기에 따른 최적의 진공공간을 제공함으로써 진공압 및 대기압 변환시간을 최소화하여 측정시간을 단축시킬 수 있는 전자현미경을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 상측으로 개구되고 상기 개구의 가장자리를 따라서 제1밀착면이 형성되고 시료가 안착될 스테이지가 설치된 챔버부재 및 상기 챔버부재가 탈착가능하게 결합되는 챔버지지부를 포함하는 챔버; 상기 챔버의 제1밀착면과 밀착되어 시료가 수용될 진공공간을 형성하는 제2밀착면을 가지며, 전자빔을 상기 시료에 주사하는 경체; 상기 챔버 및 상기 경체에 연결되어, 상기 챔버의 내부 및 상기 경체의 내부를 진공으로 유지시키는 진공유지부; 상기 시료에 충돌된 전자빔에서 발생하는 전자를 검출하는 하나 이상의 검출기들을 포함하는 전자현미경을 개시한다.

상기 챔버지지부는, 그 개구의 면적 및 깊이가 서로 다르게 설정된 챔버부재들과 교체가능하게 결합될 수 있다.

상기 챔버는, 상기 챔버지지부에 설치되어 상기 시료를 X-Y축방향으로 이동시키는 X-Y이동부를 추가로 포함할 수 있다.

상기 챔버, 상기 경체, 상기 진공유지부 및 상기 검출기가 내부에 설치되는 하우징을 추가로 포함하며, 상기 하우징의 전면 및 측면 중 적어도 어느 하나는 개구부가 형성되고, 사용자에 의하여 상기 챔버지지부가 상기 개구부를 통하여 인출될 수 있도록 상기 챔버지지부와 결합되는 개폐부재가 상기 하우징의 개구부를 복개하여 설치될 수 있다.

상기 챔버, 상기 경체, 상기 진공유지부 및 상기 검출기의 제어를 위한 제어부, 상기 제어부, 상기 챔버, 상기 경체, 상기 진공유지부 및 상기 검출기에 대한 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하며, 상기 제어부 및 전원공급부는 상기 하우징과 분리된 보조하우징에 설치될 수 있다.

상기 개폐부재는, 그 저면에 사용자의 손을 걸어 인출할 수 있도록 걸림부가 형성될 수 있다.

상기 걸림부에는 사용자의 손가락 터치에 의하여 상기 챔버부재의 진공공간의 진공압을 해제하는 밸브의 작동을 위한 스위치가 설치될 수 있다.

상기 경체는, 상기 시료를 향하는 전자빔을 편항시키는 스캔코일이 상기 대물렌즈의 하측에 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 전자현미경은, 개구의 표면적 및 깊이가 다른 챔버부재의 교체가 가능한 구조를 채택하여 측정대상인 시료의 종류 및 크기에 따른 최적의 진공공간을 제공함으로써 진공압 및 대기압 변환시간을 최소화하여 측정시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따른 전자현미경은, 챔버부재의 인출 및 재장착시 챔버부재에 결합된 개폐부재에 스위치를 설치하여, 사용자에 의한 간단한 스위치 조작에 의하여 챔버부재의 진공공간 내의 진공압형성 또는 해제를 간편하게 작동시킬 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따른 전자현미경은, 챔버가 수용되는 진공공간의 크기를 최소화하는 한면, 챔버부재에 결합된 개폐부재에 설치된 스위치 작동에 의하여 챔버의 인출시 자동으로 진공공간과 연결되는 다른 구성, 즉 저압펌프 및 경체와의 연결부위를 자동으로 차단함으로써 챔버부재의 진공공간 내의 진공압형성 또는 해제를 간편하게 작동시킬 수 있는 이점이 있다.

특히 또한 본 발명에 따른 전자현미경은, 챔버부재의 진공공간에서의 진공압 해제시 챔버부재(110)를 관통하도록 설치된 공기유입공(미도시)에 외부에서 공기가 조금씩 유입되도록 마후라와 같은 공기흐름을 제어하는 부재, 댐퍼 등이 설치되어 급격한 압력변환을 방지할 수 있는 이점이 있다.

특히 본 발명에 따른 전자현미경은, 경체 내부에 대하여 전자빔의 이동이 원활한 정도의 고진공으로 유지하고 시료가 수용되는 진공공간에 대하여 경체 내부의 고진공보다 높은 압력, 즉 저진공으로 하여 측정을 수행하도록 구성됨으로써 시료측정을 위한 압력변환시간을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

특히 본 발명에 따른 전자현미경은, 경체 내부에 고압펌프와 연결되는 진공완충공간(vacuum resovior)을 두어, 시료가 수용되는 챔버부재가 원위치로 위치된 후 오러피스의 개방시 압력차에 따른 충격을 완화하는 한편 챔버부재의 진공공간의 진공압 형성시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 전자현미경을 보여주는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 전자현미경 중 커버가 개방된 상태를 보여주는 사시도이다.
도 3은, 도 1의 전자현미경 중 챔버 등의 일예를 보여주는 일부 단면도이다.
도 4는, 도 1의 전자현미경 중 챔버의 다른예를 보여주는 일부 단면도이다.
도 5는, 도 1의 전자현미경 중 챔버의 또 다른 예를 보여주는 일부 단면도이다.

이하 본 발명에 따른 전자현미경에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 전자현미경은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(100), 경체(200), 진공유지부(400) 및 복수의 검출기(500)들을 포함한다.

그리고 상기 전자현미경은, 챔버(100), 경체(200), 진공유지부(400) 및 복수의 검출기(500)들이 내부에 설치되는 하우징(310)을 추가로 포함할 수 있다.

상기 하우징(310)은, 하나 이상의 프레임부재(미도시) 및 프레임부재와 결합되어 고정되는 하나 이상의 판상부재들로 구성될 수 있다.

상기 프레임부재는, 전자현미경의 뼈대를 이루며, 판상부재들이 결합됨으로써 챔버(100), 경체(200), 진공유지부(400) 및 복수의 검출기(500)들이 설치되는 내부공간을 형성한다.

상기 판상부재들은, 프레임부재에 결합됨으로써 내부공간을 형성하며, 기계가공, 사출 등을 통하여 제조될 수 있다.

특히 상기 판상부재들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 내부공간의 저면을 이룸과 아울러, 후술하는 챔버(100), 경체(200), 진공유지부(400) 등을 안정적으로 지지하는 베이스(315)를 포함한다.

또한 상기 하우징(310)의 전면 및 측면 중 적어도 어느 하나는 개구부(312)가 형성될 수 있다.

상기 개구부(312)는, 사용자에 의하여 후술하는 챔버지지부(120)가 개구부(312)를 통하여 인출될 수 있도록 챔버지지부(120)와 결합되는 개폐부재(330)가 하우징(310)의 개구부(312)를 복개하여 설치될 수 있다.

상기 개폐부재(330)는, 사용자에 의하여 후술하는 챔버지지부(120)가 개구부(312)를 통하여 인출될 수 있도록 챔버지지부(120)와 결합되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

예로서, 상기 개폐부재(330)는, 챔버지지부(120)가 시료측정을 위한 위치에 있을 때 하우징(310)의 전면과 실질적으로 동일한 면을 이루도록 설치됨이 바람직하다.

아울러, 상기 개폐부재(330)는, 후술하는 챔버지지부(120)에서의 진공압에 따른 변형이 하우징(310)으로 전달되는 것을 방지하기 위하여 하우징(310)의 개구부(312)와 간격을 두고 설치됨이 바람직하다.

한편 상기 개폐부재(330)는, 그 저면에 사용자의 손을 걸어 인출할 수 있도록 걸림부(331)가 형성됨이 바람직하다.

상기 걸림부(331)에는 사용자의 손가락 터치에 의하여 챔버부재(110)의 진공공간(S)의 진공압을 해제하는 밸브(미도시)의 작동을 위한 스위치(332)가 설치될 수 있다.

특히 상기 스위치(332)는, 걸림부(331)를 이용하여 챔버(100)의 인출시 사용자의 손이 자연스럽게 터치되는 위치에 위치됨으로써 사용자가 별도의 동작없이 사용자의 손가락 터치에 의하여 챔버부재(110)의 진공공간(S)의 진공압을 해제하는 밸브를 작동시킬 수 있는 이점이 있다.

여기서 상기 밸브는, 챔버부재(110)를 관통하도록 설치된 공기유입공(미도시)에 설치되며 급격한 압력변환을 방지하기 위하여 외부에서 공기가 조금씩 유입되도록 공기유입공에 댐퍼 등이 설치됨이 바람직하다.

상기 스위치(332)는, 사용자의 손가락 터치에 의하여 챔버부재(110)의 진공공간(S)의 진공압을 해제하는 밸브(미도시)의 작동을 위한 스위치로서, 솔레노이드 등과 같은 전자식, 레버 등으로 구성되는 기계식 등 다양한 구성이 가능하다.

또한 상기 스위치(332)는, 챔버부재(110)의 진공공간(S)의 진공압을 해제시 저압펌프와의 연결을 차단하는 제1차단밸브(미도시), 진공공간(S)으로 주사되는 경체(200)의 끝단, 즉 오러피스(orifice)를 차단하는 제2차단밸브(290)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다.

한편 상기 스위치(332)의 작동시 하우징(310)은, 챔버부재(110)가 분리가능한 충분한 압력으로 변환되었음을 알리는 알림부가 추가로 설치될 수 있다.

상기 알림부는, 사용자로 하여금 챔버부재(110)가 분리가능한 충분한 압력으로 변환되었음을 알리는 구성으로서, 소리를 이용한 방식, 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(310)에 설치된 엘이디등(339)과 같이 표식으로 알리는 등 다양한 방식이 가능하다.

또한 상기 하우징(310)은, 경체(200)의 헤드부(210)에 대응되는 위치에서 상측으로 개방되도록 상측개구부(314)가 추가로 형성될 수 있다.

상기 상측개구부(314)는, 필라멘트(미도시) 등이 설치된 헤드부(210)의 유지보수를 위하여 하우징(310)의 상면 중 경체(200)의 헤드부(210)에 대응되는 위치에서 개방되는 구성으로서 다양하게 형성될 수 있다.

이때 상기 상측개구부(314)에는 경체(200)의 헤드부(210) 만이 외부로 노출되도록 보조커버부재(340)가 설치됨이 바람직하다.

상기 보조커버부재(340)는, 상측개구부(314)를 통하여 경체(200)의 헤드부(210) 만이 외부로 노출되도록 하는 부재로서 다양한 구성이 가능하다.

또한 상기 보조커버부재(340)는, 내부에서 발생된 열의 방출을 위하여 복수의 관통공(341)들이 형성될 수 있다.

한편 상기 전자현미경은, 챔버(100), 경체(200), 진공유지부(400) 및 검출기(500)의 제어를 위한 제어부(미도시), 제어부, 챔버(100), 경체(200), 진공유지부(400) 및 검출기(500)에 대한 전원을 공급하는 전원공급부(미도시)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제어부 및 전원공급부는, 챔버(100), 경체(200), 진공유지부(400) 및 복수의 검출기(500)들이 내부에 설치되는 하우징(310)과 분리된 별도로 구성된 보조하우징(320)에 설치될 수 있다.

상기와 같이, 상기 전자현미경은, 하우징의 구성을 챔버(100), 경체(200), 진공유지부(400) 및 복수의 검출기(500)들이 내부에 설치되는 하우징(310)과, 제어부 및 전원공급부가 내부에 설치되는 보조하우징(320)으로 분리가능하게 구성됨으로써 제어부 및 전원공급부에서 발생되는 열을 챔버(100), 경체(200) 등에 전달하는 것을 방지할 수 있다.

또한 상기 전자현미경은, 서로 분리가능한 하우징(310) 및 보조하우징(320)으로 구성됨으로써 자중을 분산시켜 그 이동 및 설치가 용이한 이점이 있다.

한편 상기 하우징(310) 및 보조하우징(320)은, 전원연결선, 신호전달선 등의 연결을 위한 구성이 분리가능하게 별도로 설치될 수 있음은 물론이다.

상기 챔버(100)는 측정대상인 시료를 수용할 수 있는 진공공간(S)을 형성하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

일예로서, 상기 챔버(100)는, 상측으로 개구되고 개구의 가장자리를 따라서 제1밀착면(111)이 형성되고 시료(10)가 안착될 스테이지(112)가 설치된 챔버부재(110) 및 챔버부재(110)가 탈착가능하게 결합되는 챔버지지부(120)를 포함하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

상기 챔버부재(110)는, 상측으로 개구되고 개구의 가장자리를 따라서 제1밀착면(111)이 형성되고 시료(10)가 안착될 스테이지(112)가 설치되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

특히 상기 개구는, 다각형, 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 그 면적 및 높이는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다양한 설정이 가능하다.

또한 상기 챔버부재(110)의 개구의 가장자리를 따라서 형성된 제1밀착면(111)은, 후술하는 경체(200)의 제2밀착면(201)과 밀착되어 진공공간(S) 내의 진공압 유지가 가능하면서 후술하는 X-Y이동부(130)에 의하여 경체(200)의 제2밀착면(201)에 대한 수평이동, 즉 X-Y이동이 가능하도록 하는 구성이다.

특히 상기 제1밀착면(111)은, 경체(200)의 제2밀착면(201)과 밀착되어 진공공간(S) 내의 진공압 유지가 가능하면서 제2밀착면(201)에 대하여 수평이동이 가능하도록 오링(미도시)이 설치되거나, 테프론 등의 엔지니어링 플라스틱이 코팅됨이 바람직하다.

상기 진공공간(S)은, 전자빔 방사 및 방출에 따른 시료측정이 가능한 진공압이 형성됨이 바람직하며, 본 발명의 경우 수 10^-1~수10^-2 Torr, 즉 저진공이 유지됨이 바람직하다.

특히 상기 진공공간(S)이 수 10^-1~수10^-2 Torr의 저진공으로 유지됨으로써 터보펌프와 같은 고압펌브(미도시)와 연결됨 없이 상대적으로 저압의 형성이 가능한 로터리펌프 등과 같은 저압펌프(미도시)와 곧바로 연결될 수 있다.

또한 상기 진공공간(S)이 수 10^-1~수10^-2 Torr의 저진공으로 유지됨으로써 진공공간 내의 저진공 유지를 위한 환경에 제약이 덜하여 도 3 내지 도 5와 같은 챔버구조를 가능케 하여 그 구조가 간단하며 제조비용을 현저히 절감할 수 있게 된다.

한편 상기 챔버부재(110)는, 후술하는 챔버지지부(120)와 탈착가능, 즉 교체가능하게 결합됨으로써 시료의 종류, 크기에 따라서 개구의 면적 및 높이가 서로 다르게 설정되어 최적화된 챔버부재의 교체사용이 가능하여 시료의 종류 및 크기에 따른 최적의 측정환경을 제공할 수 있는 이점이 있다.

한편 상기 챔버(100)는, 높이가 다른 챔버부재(110)의 사용에 대응하여 챔버부재(110)를 지지하는 지지부재(140)가 챔버부재(110)의 높이에 따라서 추가로 설치될 수 있다.

여기서 물론 별도의 지지부재(140)를 설치하는 대신에 챔버지지부(120)가 그 상하높이이 조절이 가능하도록 설치될 수도 있음은 물론이다.

한편 상기 챔버(100)는, 챔버지지부(120)에 설치되어 시료(10)를 X-Y축방향으로 이동시키는 X-Y이동부(130)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 X-Y이동부(130)는, 시료(10)를 X-Y축방향으로 이동시키는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

예로서, 상기 X-Y이동부(130)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버부재(110)의 외부에 설치되어 시료(10)가 안착된 스테이지(112)를 X-Y축방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다.

이 경우, 상기 챔버부재(110)는, 스테이지(112)를 X-Y축방향으로 이동시키는 X-Y이동부(130)가 외부에 설치됨으로써 챔버부재(110)의 진공공간(S)을 최소화함과 아울러 개구의 면적 및 깊이가 서로 다른 챔버부재(110)의 교체가 용이한 이점이 있다.

또한 상기 X-Y이동부(130)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 챔버부재(110)의 내부에 설치되어 시료(10)가 안착된 스테이지(112)를 X-Y축방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다.

특히, 상기 챔버(100)는, 도 3 및 도 4에 도시된 X-Y이동부(130)가 외부에 설치된 챔버부재(110)가 X-Y이동부(130)와 함께, 도 5에 도시된 X-Y이동부(130)가 내부에 챔버부재(110)로 교체가 가능하도록 구성됨으로써 보다 다양한 조건의 시료측정 내지 시료측정시 보다 다양한 환경을 제공할 수 있는 이점이 있다.

상기 경체(200)는, 챔버(100)의 제1밀착면(111)과 밀착되어 시료(10)가 수용될 진공공간(S)을 형성하는 제2밀착면(201)을 가지며, 전자빔을 시료(10)에 주사하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

구체적으로, 상기 경체(200)는, 필라멘트 등이 설치된 헤드부(210), 전자총(280), 컬럼(220), 집속렌즈(230), 대물렌즈(240), 경통(260) 및 스캔 코일(270)을 포함한다.

상기 헤드부(210)는, 경체(200)의 최상단을 이루며 전자총(280)의 필라멘트 등이 설치될 수 있다.

상기 전자총(280)은, 경체(200)의 상부, 즉 헤드부(210)에 연결되어, 경체(200)의 내부로 전자빔을 발생시킨다. 여기서 상기 전자빔은 소위 1차 전자로 시료에(10) 주사된다.

상기 컬럼(220)은, 전자총(280)에서 발생된 전자빔이 경체(200)를 통과하여 시료(10) 방향으로 향하도록 전자빔을 가이드 한다.

상기 집속렌즈(230)는, 컬럼(220)의 외부에 배치되어, 자석을 이용하여 컬럼(220)을 통과하는 전자빔을 한점으로 모으는 집속기능을 수행한다.

상기 대물렌즈(240)는, 집속렌즈(230)의 하부에 배치되며, 집속렌즈(230)와 마찬가지로 컬럼(220)의 외부에 배치되어, 전자빔을 시료(10)로 초점을 맞추어 주사한다.

상기 스캔 코일(270)은, 집속렌즈(230) 및 대물렌즈(240)의 사이에 배치되어, 전자빔을 측정에 필요한 방향으로 편향시킨다.

여기서 상기 스캔 코일(270)은, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 시료(10)에 대하여 대물렌즈(240)보다 하측에 설치됨이 보다 바람직하다.

상기와 같이, 상기 스캔코일(270)이 대물렌즈(240)보다 하측에 설치되면, 진공공간(S)으로 주사되는 경체(200)의 끝단, 즉 오러피스(orifice)에 따른 전자빔의 스캔각도의 제한을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

구체적으로, 상기 스캔코일(270)은, 대물렌즈(240)보다 상측에 설치되는 경우 경체(200)의 끝단, 즉 오러피스(orifice)로부터 멀어져 전자빔의 편향각에 제한이 있으며, 이로 인하여 스캔코일(270)이 다단으로 설치되어야 한다.

그러나, 상기 스캔코일(270)이 대물렌즈(240)보다 하측에 설치되면, 오러피스(orifice)와 최대한 가까워져 전자빔의 편향각에 제한을 최소화할 수 있다.

이러한 점을 고려하여 상기 스캔코일(270)은, 경체(200)의 끝단, 즉 오러피스(orifice)보다 더 하측에 위치될 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 스캔코일(270)이 대물렌즈(240)보다 하측에 설치되면, 스캔코일(270)에 대한 편향각에 제한이 없거나 작아, 스캔코일(270)이 일단으로도 편향각 제어가 가능하며, 그 편향각의 증폭을 위하여 다단으로 설치될 수도 있는 등 전자빔의 평향각에 대한 제어가 용이한 이점이 있다.

즉, 본 발명에 따른 전자현미경은, 하나의 스캔코일(270)에 의하여 전자빔의 편향각 제어가 가능하며, 복수의 스캔코일(270)로 상하로 설치되는 경우 상측으로부터 전자빔의 편향각을 순차적으로 증가시킬 수 있어 전자빔에 대한 제어가 용이하며 제어가능한 편향각이 증가하여 더 나아가 전자현미경의 배율제한을 극복할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따른 전자현미경은, 스캔코일(270)이 대물렌즈(240)보다 하측에 설치되어 대물렌즈(240)에 의한 상회전이 없어 획득된 영상에 대한 캘리브레이션 과정을 간소화시킬 수 있다.

상기 경통(260)은, 전자총(280), 컬럼(220), 집속렌즈(230) 및 대물렌즈(240)의 외부를 감싸며, 원기둥 형상으로 형성되어 챔버(100)의 상부에 연결된다.

한편, 상기 경통(260)은 그 내부가 챔버(100)의 진공공간(S)과 마찬가지로 진공상태를 유지하도록 설계된다.

그러나, 상기 경통(260) 내부의 진공도는 챔버(100)의 진공공간(S)의 진공도보다 높게, 예를 들면 수 10^-5 Torr 이하로 유지되는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 상기 챔버(100)의 내부에는 시료(10)가 위치하므로, 높은 진공도에 의해 시료(10)의 물리적 또는 화학적 성질이 변형될 가능성이 높지만, 경통(260)의 내부에는 시료(10)가 위치하지 않으며, 진공도가 높을수록 전자빔의 집속율이 일정 수준 향상되기 때문이다.

이 경우, 상기 경통(260) 내부의 진공도를 유지하기 위해, 경통(260)의 상부에는 진공유지부(400)가 연결되며, 진공유지부(400)는 경통(260) 내부의 공기를 순간적으로 유출시켜 진공 상태를 형성한다.

한편 상기 경체(200)는, 집속렌즈(230) 및 대물렌즈(240)의 사이에 부착되며, 경체(200)의 내부로 삽입되어, 영상의 크기를 제어하는 조리개(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.

또한 상기 경체(200), 구체적으로 경통(260)은, 챔버부재(110)의 개구의 가장지리를 따라서 형성된 제1밀착면(111)와 밀착되는 제2밀착면(201)이 형성됨을 특징으로 한다.

상기 제2밀착면(201)은, 챔버부재(110)의 개구의 가장지리를 따라서 형성된 제1밀착면(111)와 밀착될 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.

특히 상기 제2밀착면(201)은, 제1밀착면(111)이 형성된 챔버부재(110)가 수평방향, 즉 X-Y축방향으로 이동될 수도 있음을 고려하여 챔버부재(110)가 수평방향, 즉 X-Y축방향의 이동궤적 모두에 대하여 제1밀착면(111)과 충분히 밀착될 수 있는 크기로 형성됨이 바람직하다.

한편 상기 경체(200)는, 제2밀착면(201)이 형성된 밀착부재(261)를 통하여 진공공간(S)이 저진공을 유지하기 위하여 후술하는 저진공연결관(430)이 연결되는 공압전달유로(262)가 형성됨이 바람직하다.

상기 공압전달유로(262)는, 제2밀착면(201)이 형성된 밀착부재(261)를 통하여 진공공간(S)이 저진공을 유지하기 위하여 형성되는 구성으로서 경통(260)을 중심으로 방사상으로 하나 이상으로 형성됨이 바람직하다.

특히 상기 공압전달유로(262)는, 진공공간(S)에 대한 균일한 진공압 형성을 위하여 2개 이상으로 경통(260)을 중심으로 대칭되게 형성됨이 보다 바람직하다.

또한 상기 공압전달유로(262)는, 챔버부재(110)의 진공공간(S)과 다양한 구조에 의하여 연결될 수 있다.

구체적으로, 상기 공압전달유로(262)는, 제1밀착면(111) 및 챔버부재(110)의 진공공간(S)을 연결하도록 챔버부재(110)에 형성된 공압전달보조유로(263)와 연결될 수 있다.

이때 상기 공압전달유로(262) 및 공압전달보조유로(263)는, 외부로 챔버부재(110)의 스테이지(112) 상에 시료가 안착된 후 시료측정을 위하여 원위치로 위치되었을 때 서로 연통되도록 형성됨이 바람직하다.

구체적으로 상기 외부로 챔버부재(110)의 스테이지(112) 상에 시료가 안착된 후 시료측정을 위하여 원위치로 위치되었을 때, 제1밀착면(111)에서의 공압전달보조유로(263)의 개구와, 제2밀착면(201)에서의 공압전달유로(262)의 개구가 서로 연통되도록 위치됨이 바람직하다.

한편 상기 공압전달유로(262)는, 전자빔이 주사되는 경체(200)의 끝단 및 개구의 가장자리 내측에 위치될 수 있다.

한편 상기 경체(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버부재(110)의 진공공간(S)에 대한 진공압 형성시간의 단축 및 오러피스의 개방시 압력차에 따른 충격완화를 위하여 진공완충공간(vacuum resovior; 280)을 추가로 구비할 수 있다.

상기 진공완충공간(280)은, 챔버부재(110)의 진공공간(S)에 대한 진공압 형성시간의 단축 및 오러피스의 개방시 압력차에 따른 충격완화를 위한 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

상기 진공유지부(400)는, 챔버(100) 및 경체(200)에 연결되어, 챔버(100)의 내부, 즉 진공공간(S) 및 경체(200)의 내부를 진공으로 유지시키는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

예로서, 상기 진공유지부(400)는, 경통(260) 내부의 진공도를 수 10^-5 Torr 이하로 유지될 수 있도록 고진공연결관(410, 420) 등에 의하여 연결되는 터보펌프와 같은 고압펌프와, 챔버(100)의 진공공간(S)을 저진공, 예를 들면 10^-1~ 수 10^-2 Torr의 진공압을 유지하도록 저진공연결관(430)에 의하여 연결되는 로터리펌프와 같은 저압펌프를 포함할 수 있다.

상기 고압펌프는, 경통(260) 내부의 진공도를 수 10^-5 Torr 이하로 유지될 수 있도록 하는 펌프로서 터보펌프 등이 사용된다. 여기서 상기 고압펌프는, 고압형성의 효율을 위하여 앞서 설명한 저압펌프와 연결됨이 바람직하다.

여기서 상기 고압펌프 및 경체(200)를 연결하는 고진공연결관(410)은, 하나 이상으로 연결되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 헤드부(210) 및 후술하는 진공완충공간(vacuum resovior)에 연결됨이 바람직하다.

상기 저압펌프는, 챔버(100)의 진공공간(S)을 저진공, 예를 들면 10^-1~ 수 10^-2 Torr의 진공압을 유지하도록 펌프로서 로터리펌프 등이 사용된다.

여기서 상기 저압펌프 및 챔버(100)의 진공공간(S)을 연결하는 저진공연결관(430)은 챔버(100)의 진공공간(S)과 다양한 방식에 의하여 연결될 수 있다.

상기 복수의 검출기(500)들은, 시료(10)에 충돌된 전자빔에서 발생하는 전자를 검출하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

그리고 상기 복수의 검출기(500)들은 끝단이 챔버(100)의 진공공간(S)에 노출되도록 설치된다.

특히 일시예에 의한 검출기(500)들은 두 개 이상인 것이 바람직하며, 상기 복수 개의 검출기(500)들 각각은 시료(10)로부터의 거리가 실질적으로 동일하게 고정되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 검출기(500)들 각각은 끝부분에 부착된 검출 센서를 포함한다. 상기 검출기(500)들은 시료(10)에 충돌된 전자빔에서 발생하는 전자를 검출한다. 상기 시료(10)에 충돌된 전자빔에서 발생하는 전자는 소위 2차 전자라고 하며, 상기 검출기(500)들에 의해 검출된다.

상기 검출기(500)들은 전자빔이 시료(10)에 주사되는 축(Z축)을 중심으로 축대칭으로 배치되는 것이 바람직하며, 따라서, 상기 검출기(500)들의 끝단에 부착된 검출 센서들(411, 421)이 시료(10)를 향하는 방향도 전자빔이 시료(10)에 주사되는 축(Z축)을 중심으로 축대칭으로 배치되는 것이 바람직하다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 챔버 200 : 경체
300 : 하우징 400 : 진공유지부
500 : 검출부

Claims

상측으로 개구되고 상기 개구의 가장자리를 따라서 제1밀착면이 형성되고 시료가 안착될 스테이지가 설치된 챔버부재 및 상기 챔버부재가 탈착가능하게 결합되는 챔버지지부를 포함하는 챔버;
상기 챔버의 제1밀착면과 밀착되어 시료가 수용될 진공공간을 형성하는 제2밀착면을 가지며, 전자빔을 상기 시료에 주사하는 경체;
상기 챔버 및 상기 경체에 연결되어, 상기 챔버의 내부 및 상기 경체의 내부를 진공으로 유지시키는 진공유지부;
상기 시료에 충돌된 전자빔에서 발생하는 전자를 검출하는 하나 이상의 검출기들을 포함하며,
상기 챔버지지부는, 그 개구의 면적 및 깊이가 서로 다르게 설정된 챔버부재들과 교체가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 전자현미경.
청구항 1에 있어서,
상기 챔버, 상기 경체, 상기 진공유지부 및 상기 검출기가 내부에 설치되는 하우징을 추가로 포함하며,
상기 하우징의 전면 및 측면 중 적어도 어느 하나는 개구부가 형성되고,
사용자에 의하여 상기 챔버지지부가 상기 개구부를 통하여 인출될 수 있도록 상기 챔버지지부와 결합되는 개폐부재가 상기 하우징의 개구부를 복개하여 설치된 것을 특징으로 하는 전자현미경.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 챔버는, 상기 챔버지지부에 설치되어 상기 시료를 X-Y축방향으로 이동시키는 X-Y이동부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자현미경.
상측으로 개구되고 상기 개구의 가장자리를 따라서 제1밀착면이 형성되고 시료가 안착될 스테이지가 설치된 챔버부재 및 상기 챔버부재가 탈착가능하게 결합되는 챔버지지부를 포함하는 챔버;
상기 챔버의 제1밀착면과 밀착되어 시료가 수용될 진공공간을 형성하는 제2밀착면을 가지며, 전자빔을 상기 시료에 주사하는 경체;
상기 챔버 및 상기 경체에 연결되어, 상기 챔버의 내부 및 상기 경체의 내부를 진공으로 유지시키는 진공유지부;
상기 시료에 충돌된 전자빔에서 발생하는 전자를 검출하는 하나 이상의 검출기들을 포함하며,
상기 챔버, 상기 경체, 상기 진공유지부 및 상기 검출기가 내부에 설치되는 하우징을 추가로 포함하며,
상기 하우징의 전면 및 측면 중 적어도 어느 하나는 개구부가 형성되고,
사용자에 의하여 상기 챔버지지부가 상기 개구부를 통하여 인출될 수 있도록 상기 챔버지지부와 결합되는 개폐부재가 상기 하우징의 개구부를 복개하여 설치된 것을 특징으로 하는 전자현미경.
청구항 4에 있어서,
상기 챔버, 상기 경체, 상기 진공유지부 및 상기 검출기의 제어를 위한 제어부, 상기 제어부, 상기 챔버, 상기 경체, 상기 진공유지부 및 상기 검출기에 대한 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하며,
상기 제어부 및 전원공급부는 상기 하우징과 분리된 보조하우징에 설치되는 것을 특징으로 하는 전자현미경.
청구항 4에 있어서,
상기 개폐부재는, 그 저면에 사용자의 손을 걸어 인출할 수 있도록 걸림부가 형성된 것을 특징으로 하는 전자현미경.
청구항 6에 있어서,
상기 걸림부에는 사용자의 손가락 터치에 의하여 상기 챔버부재의 진공공간의 진공압을 해제하는 밸브의 작동을 위한 스위치가 설치된 것을 특징으로 하는 전자현미경.
청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 경체는, 상기 시료를 향하는 전자빔을 편항시키는 스캔코일이 대물렌즈의 하측에 설치된 것을 특징으로 하는 전자현미경.