KR101725139B1 - 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경 - Google Patents

시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시료고정부(holder)가 연속 배열되고 이동 가능한 시료스테이지를 시료실 벽(Chamber wall)의 한 부분으로 구성하는 시료실을 포함하는 전자현미경 및 광-전자 융합현미경에 관한 것으로, 전자원(20)으로부터 방출된 전자빔을 집속하여 출사하며, 진공배기관(30)을 구비한 전자빔 경통(10); 상기 전자빔 경통(10)을 상부 벽(upper wall)의 전부 또는 일부로 포함하고, 하부 벽의 중심에 개구(hole)가 형성되며, 진공배기관(31)을 구비한 시료실(100); 상기 시료실(100) 하부 벽의 개구(110)를 통해 상기 경통과 대향하는 시료고정부(210)가 연속 배열되고, 진공밀봉을 위해 상기 시료실 하부 벽 하면의 개구를 둘러싸는 고리형 밀봉부재(120)를 사이에 두고 접하여, 시료실 진공이 유지되는 상태에서 수평이동하여 연속 배열된 시료고정부가 순차적으로 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료스테이지(200); 및 상기 경통과 시료실의 진공배기관에 연결된 진공펌프(40, 41)를 포함한다.

Description

시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경{ELECTRON MICROSCOPE COMPRISING MULTIE-HOLDER ARRANGED SAMPLE-STAGE}
본 발명은 연속관찰 가능한 시료스테이지를 구비한 전자현미경에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시료고정부(holder)가 연속 배열되고 이동 가능한 시료스테이지를 시료실 벽(Chamber wall)의 한 부분으로 구성하는 시료실을 포함하는 전자현미경 및 광-전자 융합현미경에 관한 것이다.
주사전자현미경(SEM)은 진공이 유지되는 시료실(sample chamber) 내에 위치하는 시료에 집속된 전자빔을 주사(scanning)하여 시료에서 발생 되는 신호 중 이차전자(secondary electron)나 반사전자(back scattered electron)를 검출하여 대상 시료를 관찰한다.
전자는 매우 가벼워서 기체분자에 충돌하면 튕겨나가기 때문에 경통(鏡筒) 내에 공기가 있으면 활발하게 움직일 수가 없다. 따라서, 전자 현미경의 경통 내부는 약 10-4 내지 10- 10Torr 수준의 고진공 상태가 유지된다.
경통에서 방출된 전자빔이 입사하는 시료실의 진공도는 약 10- 3Torr 수준으로 유지되어야 하는데, 이는 시료 표면으로 전자가 잘 입사하는데 필요할 뿐 아니라 시료실이 저진공이면 고진공이 유지되는 경통으로 기체가 역류할 수 있기 때문이다. 그런데, 시료를 외부에서 시료실로 넣거나 시료실에서 꺼낼 때는 시료실 내부가 대기압으로 되기 때문에 시료실이 전자현미경 관찰에 필요한 진공도에 도달하기까지는 일정시간을 기다려야 한다. 이러한 대기시간을 줄이기 위한 방법으로는 시료실이 대기압에 바로 노출되지 않도록 하는 보조 시료실 등의 기술이 제안되고 있다.
미국 등록특허 8,530,856은 경통과 연결되는 부위에 밸브를 구비한 시료실을 포함하는 융합현미경에 대한 기술을 개시한다. 그러나 상기 특허에 개시된 발명은 시료실에 시료진출입을 할 때 진공을 유지할 수 없으며, 시료실 내부에 광원 또는 광학 경통을 삽입하기 위해 시료실의 크기가 커지고 이로 인해 진공도 도달에 시간과 비용이 소요되는 문제점을 여전히 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 전자현미경의 시료실에 시료가 출입할 경우에도 내부 진공을 유지하여 관찰시간을 단축할 수 있는 복수 개의 시료고정부(holder)를 나란히 배열하고 이동 가능한 시료스테이지를 상기 시료실의 한 벽면(Chamber wall)으로 구성하여, 신속한 시료교환과 연속 관찰이 가능한 전자현미경 및 광-전자 융합현미경을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은, 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경으로, 상기 전자현미경은, 전자원으로부터 방출된 전자빔을 집속하여 출사하며, 진공배기관을 구비한 전자빔 경통; 상기 전자빔 경통을 상부 벽(upper wall)의 전부 또는 일부로 포함하고, 하부 벽의 중심에 개구(hole)가 형성되며, 진공배기관을 구비한 시료실; 상기 시료실 하부 벽의 개구를 통해 상기 경통과 대향하는 시료고정부가 연속 배열되고, 진공밀봉을 위해 상기 시료실 하부 벽 하면의 개구를 둘러싸는 고리형 밀봉부재를 사이에 두고 접하여, 시료실 진공이 유지되는 상태에서 수평이동하여 연속 배열된 시료고정부가 순차적으로 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료스테이지; 및 상기 경통과 시료실의 진공배기관에 연결된 진공펌프를 포함하고, 상기 시료고정부는 상기 수평이동시 시료스테이지가 상기 고리형 밀봉부재에 걸리지 않도록 단차를 확보한 시료홈을 형성하며, 상기 시료실, 상기 시료스테이지의 재료는 X-선을 포함한 방사능 차폐부재를 포함하고, 상기 경통은 시료의 측정 위치로 평행하게 이동가능한, 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 시료실의 외벽을 둘러싸며 상기 외벽을 그 내벽의 일부로 포함하고 별도의 진공배기관을 구비하는 진공보조실을 더 포함하고, 상기 진공보조실은 상기 고리형 밀봉부재를 둘러싸는 외측 고리형 밀봉부재를 사이에 두고 상기 시료스테이지와 접하여, 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료고정부가 이중으로 고리형 밀봉부재에 둘러싸이는, 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 시료스테이지는 상기 시료고정부가 외부로 노출된 컨베이어벨트형이고, 상기 컨베이어벨트형 시료스테이지는 컨베이어 바퀴의 회전에 따라 순차적으로 상기 시료고정부가 상기 시료실 내부로 이동하는, 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 시료스테이지는 상기 시료고정부가 미리 정한 수만큼 형성된 금속 판이 밀봉용 재질로 연결된 리본형이고, 상기 밀봉용 재질은 바이톤, 테프론 패드 또는 자성유체이며, 리본형인 상기 시료스테이지 이동함에 따라 순차적으로 상기 시료고정부가 상기 시료실 내부로 이동하는, 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 시료스테이지는 상기 시료고정부가 테두리부에 형성된 디스크형이고, 디스크형인 상기 시료스테이지 회전함에 따라 순차적으로 상기 시료고정부가 상기 시료실 내부로 이동하는, 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 진공보조실의 진공배기부는 상기 경통의 진공배기부와 연결되는, 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 시료스테이지는 가시광선, 적외선, 및 자외선을 포함하는 광선이 투과하는, 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 제공한다.
본 발명은 또한, 제 7항의 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경; 및 광학현미경부를 포함하는 광-전자 융합현미경으로, 상기 광학현미경부는, 상기 시료스테이지의 하부에서 상기 시료고정부를 향하도록 위치한 광학대물렌즈; 상기 시료고정부에서 상기 광학대물렌즈로 이어지는 광경로의 연장선에 상기 광경로를 분기시키는 광경로 분기장치; 상기 광경로 분기장치로 입사광을 제공하는 광원; 상기 광경로상의 상기 분기장치를 통과한 위치에서 음극선 루미네선스(cathode luminescence)를 검출하는 음극선 루미네선스 검출기; 및 상기 광경로상의 반투명거울을 통과한 위치에서 광학 영상을 검출하는 광 영상 검출기를 포함하고, 상기 음극선 루미네선스는 상기 시료홈에 위치하는 시료에 입사한 전자빔으로부터 방출되고, 상기 광학 영상은 상기 광원에서 제공된 입사광이 상기 광경로 장치를 통해 상기 광경로를 거슬러 올라가 상기 광선이 투과하는 시료홀더를 통과해 시료홈에 위치하는 시료에서 반사된 영상인, 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 광-전자 융합현미경을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 음극선 루미네선스 검출기와 상기 광 영상 검출기는 빔 분할기(beam splitter)를 통해 광을 시간 또는 공간으로 분할하여 획득하는, 광-전자 융합현미경을 제공한다.
본 발명의 시료스테이지는 시료를 교체할 때 시료고정부를 연속하여 이동시키면서 진공시료실 내부의 진공을 유지하는 것이 가능하여 시료분석의 효율을 높일 수 있다. 또한, 진공시료실의 하면부의 구멍부위에 위치하는 시료홀더를 광에 투명한 재질로 제작하여, 시료실 내부나 전자빔 광학계에 별도의 광원, 광가이드부, 또는 광검출기를 설치하지 않고도 음극선 루미네선스 및 광반사 영상을 획득할 수 있어 광-전자 융합현미경을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른, 고리형 진공밀봉부를 구비한 시료실과 컨베이어벨트형 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른, 이중 고리형 진공밀봉부를 구비한 시료실과 컨베이어벨트형 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른, 이중 고리형 진공밀봉부를 구비한 시료실과 리본형 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른, 이중 고리형 진공밀봉부를 구비한 시료실과 디스크형 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 나타내는 개념도이다.
도 5은 본 발명의 일 구현예에 따른, 이중 고리형 진공밀봉부를 구비한 시료실과 리본형 시료스테이지를 포함하는 광-전자 융합현미경을 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, 고리형 진공밀봉부를 구비한 시료실과 컨베이어벨트형 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 나타내는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경은, 전자원(20)으로부터 방출된 전자빔을 집속하여 출사하며, 진공배기관(30)을 구비한 전자빔 경통(10); 상기 전자빔 경통(10)을 상부 벽(upper wall)의 전부 또는 일부로 포함하고, 하부 벽의 중심에 개구(hole)가 형성되며, 진공배기관(31)을 구비한 시료실(100); 상기 시료실(100) 하부 벽의 개구(110)를 통해 상기 경통과 대향하는 시료고정부(210)가 연속 배열되고, 진공밀봉을 위해 상기 시료실 하부 벽 하면의 개구를 둘러싸는 고리형 밀봉부재(120)를 사이에 두고 접하여, 시료실 진공이 유지되는 상태에서 수평이동하여 연속 배열된 시료고정부가 순차적으로 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료스테이지(200); 및 상기 경통과 시료실의 진공배기관에 연결된 진공펌프(40, 41)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 진공펌프는 고진공 배기를 위한 터보분자 펌프(TMP)(40)와 기본 진공 배기를 위한 다이아프램 펌프(diaphragm pump)(41)가 순차적으로 연결될 수 있다. 상기 고진공 배기를 위한 터보분자 펌프(40)는 상기 경통(10)을 배기하며, 상기 기본 진공 배기를 위한 다이아프램 펌프(41)는 상기 터보분자 펌프(40) 및 상기 시료실(100)을 배기한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 밀봉부재는 밀봉(sealing)용 바이톤, 테프론 패드, 자성 유체 등이 선택가능하나 이로 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 시료고정부(210)는 상기 수평이동시 시료스테이지(200)가 상기 고리형 밀봉부재에 걸리지 않도록 단차를 확보한 시료홈(미도시)을 형성하며, 상기 시료실, 상기 시료스테이지의 재료는 X-선을 포함한 방사능 차폐부재를 포함하여 전자가 시료표면에 도달하는 가속(감속)운동으로부터 발생되는 X-선 등의 방사선을 차폐한다. 본 발명의 일 구현예에 따른 시료스테이지(200)는 상기 시료고정부(210)가 외부로 노출된 컨베이어벨트형이고, 상기 컨베이어벨트형 시료스테이지는 컨베이어 바퀴(250)의 회전에 따라 순차적으로 상기 시료고정부가 상기 시료실 내부로 이동한다. 본 발명의 또 다른 구현예에서는 상기 경통(10)이 상기 시료스테이지(200)와 평행하게 이동하면서 관측할 수 있다. 상기 경통의 이동은 상기 경통과 일체로 움직이는 시료실이 상기 시료스테이지와 고리형 밀봉부재를 접한 상태에서 진공을 유지하면서 진행된다. 상기 시료스테이지의 이동으로 시료가 전자빔의 주사 범위에 들어가게 되고, 상기 경통의 이동으로 시료 상의 관찰부위로 이동하게 된다. 상기 평행이동은 전자현미경의 경통이 Z-방향일 때 X, Y 방향으로 이동하는 것을 말한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른, 이중 고리형 진공밀봉부를 구비한 시료실과 컨베이어벨트형 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 나타내는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경은, 전자원(20)으로부터 방출된 전자빔을 집속하여 출사하며, 진공배기관(30)을 구비한 전자빔 경통(10); 상기 전자빔 경통(10)을 상부 벽(upper wall)의 전부 또는 일부로 포함하고, 하부 벽의 중심에 개구(hole)가 형성되며, 진공배기관(31)을 구비한 시료실(100)과 상기 시료실의 외벽을 둘러싸며 상기 외벽을 그 내벽의 일부로 포함하고 별도의 진공배기관을 구비하는 진공보조실(150); 상기 시료실(100) 하부 벽의 개구(110)를 통해 상기 경통과 대향하는 시료고정부(210)가 연속 배열되고, 진공밀봉을 위해 상기 시료실 하부 벽 하면의 개구를 둘러싸는 고리형 밀봉부재(120)와 상기 고리형 밀봉부재를 둘러싸며 상기 진공보조실(150) 하부 벽 하면과 접하는 외측 고리형 밀봉부재(130)를 사이에 두고 접하여, 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료고정부가 이중으로 고리형 밀봉부재에 둘러싸이도록 시료실 진공이 유지되는 상태에서 수평이동하여 연속 배열된 시료고정부가 순차적으로 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료스테이지(200); 및 상기 경통과 시료실의 진공배기관에 연결된 진공펌프(40, 41)를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 진공펌프는 고진공 배기를 위한 터보분자 펌프(TMP)(40)와 기본 진공 배기를 위한 다이아프램 펌프(diaphragm pump)(41)가 순차적으로 연결될 수 있다. 상기 고진공 배기를 위한 터보분자 펌프(40)는 상기 경통(10)과 상기 시료실(100)을 배기하며, 상기 기본 진공 배기를 위한 다이아프램 펌프(41)는 상기 터보분자 펌프(40) 및 상기 진공보조실(150)을 배기한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 밀봉부재는 밀봉(sealing)용 바이톤, 테프론 패드, 자성 유체 등이 선택가능하나 이로 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 시료고정부(210)는 상기 수평이동시 시료스테이지(200)가 상기 고리형 밀봉부재에 걸리지 않도록 단차를 확보한 시료홈(미도시)을 형성하며, 상기 시료실, 상기 시료스테이지의 재료는 X-선을 포함한 방사능 차폐부재를 포함하여 전자가 시료표면에 도달하는 가속(감속)운동으로부터 발생되는 X-선 등의 방사선을 차폐한다. 본 발명의 일 구현예에 따른 시료스테이지(200)는 상기 시료고정부(210)가 외부로 노출된 컨베이어벨트형이고, 상기 컨베이어벨트형 시료스테이지는 컨베이어 바퀴(250)의 회전에 따라 순차적으로 상기 시료고정부가 상기 시료실 내부로 이동한다. 본 발명의 또 다른 구현예에서는 상기 경통(10)이 상기 시료스테이지(200)와 평행하게 이동하면서 관측할 수 있다. 상기 경통의 이동은 상기 경통과 일체로 움직이는 시료실이 상기 시료스테이지와 고리형 밀봉부재를 접한 상태에서 진공을 유지하면서 진행된다. 상기 시료스테이지의 이동으로 시료가 전자빔의 주사 범위에 들어가게 되고, 상기 경통의 이동으로 시료 상의 관찰부위로 이동하게 된다. 상기 평행이동은 전자현미경의 경통이 Z-방향일 때 X, Y 방향으로 이동하는 것을 말한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른, 이중 고리형 진공밀봉부를 구비한 시료실과 리본형 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 나타내는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경은, 전자원(20)으로부터 방출된 전자빔을 집속하여 출사하며, 진공배기관(30)을 구비한 전자빔 경통(10); 상기 전자빔 경통(10)을 상부 벽(upper wall)의 전부 또는 일부로 포함하고, 하부 벽의 중심에 개구(hole)가 형성되며, 진공배기관(31)을 구비한 시료실(100)과 상기 시료실의 외벽을 둘러싸며 상기 외벽을 그 내벽의 일부로 포함하고 별도의 진공배기관을 구비하는 진공보조실(150); 상기 시료실(100) 하부 벽의 개구(110)를 통해 상기 경통과 대향하는 시료고정부(210)가 연속 배열되고, 진공밀봉을 위해 상기 시료실 하부 벽 하면의 개구를 둘러싸는 고리형 밀봉부재(120)와 상기 고리형 밀봉부재를 둘러싸며 상기 진공보조실(150) 하부 벽 하면과 접하는 외측 고리형 밀봉부재(130)를 사이에 두고 접하여, 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료고정부가 이중으로 고리형 밀봉부재에 둘러싸이도록 시료실 진공이 유지되는 상태에서 수평이동하여 연속 배열된 시료고정부가 순차적으로 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료스테이지(200); 및 상기 경통과 시료실의 진공배기관에 연결된 진공펌프(40, 41)를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 진공펌프는 고진공 배기를 위한 터보분자 펌프(TMP)(40)와 기본 진공 배기를 위한 다이아프램 펌프(diaphragm pump)(41)가 순차적으로 연결될 수 있다. 상기 고진공 배기를 위한 터보분자 펌프(40)는 상기 경통(10)과 상기 시료실(100)을 배기하며, 상기 기본 진공 배기를 위한 다이아프램 펌프(41)는 상기 터보분자 펌프(40) 및 상기 진공보조실(150)을 배기한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 밀봉부재는 밀봉(sealing)용 바이톤, 테프론 패드, 자성 유체 등이 선택가능하나 이로 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 시료고정부(210)는 상기 수평이동시 시료스테이지(200)가 상기 고리형 밀봉부재에 걸리지 않도록 단차를 확보한 시료홈(미도시)을 형성하며, 상기 시료실, 상기 시료스테이지의 재료는 X-선을 포함한 방사능 차폐부재를 포함하여 전자가 시료표면에 도달하는 가속(감속)운동으로부터 발생되는 X-선 등의 방사선을 차폐한다. 본 발명의 일 구현예에 시료스테이지(300)는 상기 시료고정부(210)가 미리 정한 수만큼 형성된 금속판(310)이 밀봉용 재질(320)로 연결된 리본형이고, 상기 밀봉용 재질(310)은 바이톤, 테프론 패드 또는 자성유체이며, 리본형인 상기 시료스테이지 이동함에 따라 순차적으로 상기 시료고정부가 상기 시료실 내부로 이동한다. 본 발명의 또 다른 구현예에서는 상기 경통(10)이 상기 시료스테이지(300)와 평행하게 이동하면서 관측할 수 있다. 상기 경통의 이동은 상기 경통과 일체로 움직이는 시료실이 상기 시료스테이지와 고리형 밀봉부재를 접한 상태에서 진공을 유지하면서 진행된다. 상기 시료스테이지의 이동으로 시료가 전자빔의 주사 범위에 들어가게 되고, 상기 경통의 이동으로 시료 상의 관찰부위로 이동하게 된다. 상기 평행이동은 전자현미경의 경통이 Z-방향일 때 X, Y 방향으로 이동하는 것을 말한다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른, 이중 고리형 진공밀봉부를 구비한 시료실과 디스크형 시료스테이지를 포함하는 전자현미경을 나타내는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경은, 전자원(20)으로부터 방출된 전자빔을 집속하여 출사하며, 진공배기관(30)을 구비한 전자빔 경통(10); 상기 전자빔 경통(10)을 상부 벽(upper wall)의 전부 또는 일부로 포함하고, 하부 벽의 중심에 개구(hole)가 형성되며, 진공배기관(31)을 구비한 시료실(100)과 상기 시료실의 외벽을 둘러싸며 상기 외벽을 그 내벽의 일부로 포함하고 별도의 진공배기관을 구비하는 진공보조실(150); 상기 시료실(100) 하부 벽의 개구(110)를 통해 상기 경통과 대향하는 시료고정부(210)가 연속 배열되고, 진공밀봉을 위해 상기 시료실 하부 벽 하면의 개구를 둘러싸는 고리형 밀봉부재(120)와 상기 고리형 밀봉부재를 둘러싸며 상기 진공보조실(150) 하부 벽 하면과 접하는 외측 고리형 밀봉부재(130)를 사이에 두고 접하여, 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료고정부가 이중으로 고리형 밀봉부재에 둘러싸이도록 시료실 진공이 유지되는 상태에서 수평이동하여 연속 배열된 시료고정부가 순차적으로 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료스테이지(200); 및 상기 경통과 시료실의 진공배기관에 연결된 진공펌프(40, 41)를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 진공펌프는 고진공 배기를 위한 터보분자 펌프(TMP)(40)와 기본 진공 배기를 위한 다이아프램 펌프(diaphragm pump)(41)가 순차적으로 연결될 수 있다. 상기 고진공 배기를 위한 터보분자 펌프(40)는 상기 경통(10)과 상기 시료실(100)을 배기하며, 상기 기본 진공 배기를 위한 다이아프램 펌프(41)는 상기 터보분자 펌프(40) 및 상기 진공보조실(150)을 배기한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 밀봉부재는 밀봉(sealing)용 바이톤, 테프론 패드, 자성 유체 등이 선택가능하나 이로 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 시료고정부(210)는 상기 수평이동시 시료스테이지(200)가 상기 고리형 밀봉부재에 걸리지 않도록 단차를 확보한 시료홈(미도시)을 형성하며, 상기 시료실, 상기 시료스테이지의 재료는 X-선을 포함한 방사능 차폐부재를 포함하여 전자가 시료표면에 도달하는 가속(감속)운동으로부터 발생되는 X-선 등의 방사선을 차폐한다. 본 발명의 일 구현예에 시료스테이지(300)는 상기 시료고정부(210)가 테두리부에 형성된 디스크형(400)이고, 디스크형인 상기 시료스테이지 회전함에 따라 순차적으로 상기 시료고정부가 상기 시료실 내부로 이동한다. 본 발명의 또 다른 구현예에서는 상기 경통(10)이 상기 디스크형 시료스테이지(400)와 평행하게 이동하면서 관측할 수 있다. 상기 경통의 이동은 상기 경통과 일체로 움직이는 시료실이 상기 시료스테이지와 고리형 밀봉부재를 접한 상태에서 진공을 유지하면서 진행된다. 상기 시료스테이지의 이동으로 시료가 전자빔의 주사 범위에 들어가게 되고, 상기 경통의 이동으로 시료 상의 관찰부위로 이동하게 된다. 상기 평행이동은 전자현미경의 경통이 Z-방향일 때 X, Y 방향으로 이동하는 것을 말한다.
도 5은 본 발명의 일 구현예에 따른, 이중 고리형 진공밀봉부를 구비한 시료실과 리본형 시료스테이지를 포함하는 광-전자 융합현미경을 나타내는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경은, 전자원(20)으로부터 방출된 전자빔을 집속하여 출사하며, 진공배기관(30)을 구비한 전자빔 경통(10); 상기 전자빔 경통(10)을 상부 벽(upper wall)의 전부 또는 일부로 포함하고, 하부 벽의 중심에 개구(hole)가 형성되며, 진공배기관(31)을 구비한 시료실(100)과 상기 시료실의 외벽을 둘러싸며 상기 외벽을 그 내벽의 일부로 포함하고 별도의 진공배기관을 구비하는 진공보조실(150); 상기 시료실(100) 하부 벽의 개구(110)를 통해 상기 경통과 대향하는 시료고정부(210)가 연속 배열되고, 진공밀봉을 위해 상기 시료실 하부 벽 하면의 개구를 둘러싸는 고리형 밀봉부재(120)와 상기 고리형 밀봉부재를 둘러싸며 상기 진공보조실(150) 하부 벽 하면과 접하는 외측 고리형 밀봉부재(130)를 사이에 두고 접하여, 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료고정부가 이중으로 고리형 밀봉부재에 둘러싸이도록 시료실 진공이 유지되는 상태에서 수평이동하여 연속 배열된 시료고정부가 순차적으로 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료스테이지(200); 상기 경통과 시료실의 진공배기관에 연결된 진공펌프(40, 41); 및 광학현미경부(500)를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 진공펌프는 고진공 배기를 위한 터보분자 펌프(TMP)(40)와 기본 진공 배기를 위한 다이아프램 펌프(diaphragm pump)(41)가 순차적으로 연결될 수 있다. 상기 고진공 배기를 위한 터보분자 펌프(40)는 상기 경통(10)과 상기 시료실(100)을 배기하며, 상기 기본 진공 배기를 위한 다이아프램 펌프(41)는 상기 터보분자 펌프(40) 및 상기 진공보조실(150)을 배기한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 밀봉부재는 밀봉(sealing)용 바이톤, 테프론 패드, 자성 유체 등이 선택가능하나 이로 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따른 광학현미경부(500)는, 상기 시료스테이지의 하부에서 상기 시료고정부를 향하도록 위치한 광학대물렌즈(510); 상기 시료고정부에서 상기 광학대물렌즈로 이어지는 광경로의 연장선에 상기 광경로를 분기시키는 광경로 분기장치(520); 상기 광경로 분기장치로 입사광을 제공하는 광원(530); 상기 광경로상의 상기 분기장치를 통과한 위치에서 음극선 루미네선스(cathode luminescence)를 검출하는 음극선 루미네선스 검출기(540); 상기 광경로상의 반투명거울을 통과한 위치에서 광학 영상을 검출하는 광 영상 검출기(550)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 음극선 루미네선스 검출기(540)와 상기 광 영상 검출기(550)는 빔 분할기(beam splitter)(560)를 통해 광을 시간 또는 공간으로 분할하여 획득한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 공간분할은 상기 루미네선스 검출기와 상기 반사된 영상을 얻는 광 영상 검출기를 연결한 선이 상기 광경로와 수직하도록 상기 루미네선스 검출기와 상기 광 영상 검출기를 배치하고 광경로 방향을 90도 변화시키는 거울을 회전시켜 구현한다. 상기 시간분할은 상기 광경로상에 상기 루미네선스 검출기와 상기 광 영상 검출기의 광 입사부가 번갈아 나타나도록 하여 구현한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 음극선 루미네선스는 상기 시료홈에 위치하는 시료에 입사한 전자빔으로부터 방출되고, 상기 광학 영상은 상기 광원에서 제공된 입사광이 상기 광경로 장치를 통해 상기 광경로를 거슬러 올라가 상기 광선이 투과하는 시료홀더를 통과해 시료홈에 위치하는 시료에서 반사된 영상이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 시료고정부(210)는 상기 수평이동시 시료스테이지(200)가 상기 고리형 밀봉부재에 걸리지 않도록 단차를 확보한 시료홈(미도시)을 형성하며, 상기 시료실, 상기 시료스테이지의 재료는 X-선을 포함한 방사능 차폐부재를 포함하여 전자가 시료표면에 도달하는 가속(감속)운동으로부터 발생되는 X-선 등의 방사선을 차폐한다. 본 발명의 일 구현예에 시료스테이지(300)는 상기 시료고정부(210)가 미리 정한 수만큼 형성된 금속판(310)이 밀봉용 재질(320)로 연결된 리본형이고, 상기 밀봉용 재질(310)은 바이톤, 테프론 패드 또는 자성유체이며, 리본형인 상기 시료스테이지 이동함에 따라 순차적으로 상기 시료고정부가 상기 시료실 내부로 이동한다. 본 발명의 또 다른 구현예에서는 상기 경통(10)이 상기 시료스테이지(300)와 평행하게 이동하면서 관측할 수 있다. 상기 경통의 이동은 상기 경통과 일체로 움직이는 시료실이 상기 시료스테이지와 고리형 밀봉부재를 접한 상태에서 진공을 유지하면서 진행된다. 상기 시료스테이지의 이동으로 시료가 전자빔의 주사 범위에 들어가게 되고, 상기 경통의 이동으로 시료 상의 관찰부위로 이동하게 된다. 상기 평행이동은 전자현미경의 경통이 Z-방향일 때 X, Y 방향으로 이동하는 것을 말한다.
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.
10. 경통 20. 전자원
30, 31, 32. 진공배기관 40. 터보분자 펌프
41. 다이아프램 펌프 100. 시료실
110. 시료실 하부 벽의 개구 120. 고리형 밀봉부재
130. 외측 고리형 밀봉부재 150. 진공보조실
200. 컨베이어벨트형 시료스테이지 210. 시료고정부
250. 컨베이어 바퀴 300. 리본형 시료스테이지
310. 금속판 320. 밀봉용 재질
400. 디스크형 시료스테이지 500. 광학현미경부
510. 광학대물렌즈 520. 광경로 분기장치
530. 광원 540. 음극선 루미네선스 검출기
550. 광 영상 검출기 560. 빔 분할기

Claims (9)

  1. 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경으로,
    상기 전자현미경은, 전자원으로부터 방출된 전자빔을 집속하여 출사하며, 진공배기관을 구비한 전자빔 경통;
    상기 전자빔 경통을 상부 벽(upper wall)의 전부 또는 일부로 포함하고, 하부 벽의 중심에 개구(hole)가 형성되며, 진공배기관을 구비한 시료실;
    상기 시료실 하부 벽의 개구를 통해 상기 경통과 대향하는 시료고정부가 연속 배열되고, 진공밀봉을 위해 상기 시료실 하부 벽 하면의 개구를 둘러싸는 고리형 밀봉부재를 사이에 두고 접하여, 시료실 진공이 유지되는 상태에서 수평이동하여 연속 배열된 상기 시료고정부가 순차적으로 상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료스테이지; 및
    상기 경통과 시료실의 진공배기관에 연결된 진공펌프; 및
    상기 시료실의 외벽을 둘러싸며 상기 외벽을 그 내벽의 일부로 포함하고 별도의 진공배기관을 구비하는 진공보조실을 포함하고,
    상기 시료고정부는 상기 수평이동시 시료스테이지가 상기 고리형 밀봉부재에 걸리지 않도록 단차를 확보한 시료홈을 형성하며,
    상기 시료실, 상기 시료스테이지의 재료는 X-선을 포함한 방사능 차폐부재를 포함하고,
    상기 경통은 시료의 측정 위치로 평행하게 이동가능하며,
    상기 진공보조실은 상기 고리형 밀봉부재를 둘러싸는 외측 고리형 밀봉부재를 사이에 두고 상기 시료스테이지와 접하여,
    상기 출사하는 전자빔에 노출되는 시료고정부가 이중으로 고리형 밀봉부재에 둘러싸이는,
    시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 시료스테이지는 상기 시료고정부가 외부로 노출된 컨베이어벨트형이고,
    상기 컨베이어벨트형 시료스테이지는 컨베이어 바퀴의 회전에 따라 순차적으로 상기 시료고정부가 상기 시료실 내부로 이동하는,
    시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 시료스테이지는 상기 시료고정부가 미리 정한 수만큼 형성된 금속 판이 밀봉용 재질로 연결된 리본형이고,
    상기 밀봉용 재질은 바이톤, 테프론 패드 또는 자성유체이며,
    리본형인 상기 시료스테이지가 이동함에 따라 순차적으로 상기 시료고정부가 상기 시료실 내부로 이동하는,
    시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 시료스테이지는 상기 시료고정부가 테두리부에 형성된 디스크형이고,
    디스크형인 상기 시료스테이지가 회전함에 따라 순차적으로 상기 시료고정부가 상기 시료실 내부로 이동하는,
    시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 진공보조실의 진공배기부는 상기 경통의 진공배기부와 연결되는,
    시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 시료스테이지는 가시광선, 적외선, 및 자외선을 포함하는 광선이 투과하는,
    시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경.
  8. 제 7항의 시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 전자현미경; 및
    광학현미경부를 포함하는 광-전자 융합현미경으로,
    상기 광학현미경부는,
    상기 시료스테이지의 하부에서 상기 시료고정부를 향하도록 위치한 광학대물렌즈;
    상기 시료고정부에서 상기 광학대물렌즈로 이어지는 광경로의 연장선에 상기 광경로를 분기시키는 광경로 분기장치;
    상기 광경로 분기장치로 입사광을 제공하는 광원;
    상기 광경로상의 상기 분기장치를 통과한 위치에서 음극선 루미네선스(cathode luminescence)를 검출하는 음극선 루미네선스 검출기; 및
    상기 광경로상의 반투명거울을 통과한 위치에서 광학 영상을 검출하는 광 영상 검출기를 포함하고,
    상기 음극선 루미네선스는 상기 시료홈에 위치하는 시료에 입사한 전자빔으로부터 방출되고,
    상기 광학 영상은 상기 광원에서 제공된 입사광이 상기 광경로 장치를 통해 상기 광경로를 거슬러 올라가 상기 광선이 투과하는 시료홀더를 통과해 시료홈에 위치하는 시료에서 반사된 영상인,
    시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 광-전자 융합현미경.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 음극선 루미네선스 검출기와 상기 광 영상 검출기는 빔 분할기(beam splitter)를 통해 광을 시간 또는 공간으로 분할하여 획득하는,
    시료고정부가 연속 배열된 시료스테이지를 포함하는 광-전자 융합현미경.
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