CN113519038B - 具有可装拆的轴的扫描电子显微镜及利用其的影像获取方法 - Google Patents
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Abstract
在本发明的扫描电子显微镜中能够在试料设置部装拆轴，从而通过更换整个轴解决轴相关的简单校正、波速偏移、耗材更换等轴相关的问题，因此具有简单、便于维修及管理的优点。
Description
技术领域
本发明涉及扫描电子显微镜，更具体来讲涉及能够装拆轴从而方便、容易维修、管理的扫描电子显微镜。
并且，本发明还包括利用这种扫描电子显微镜的影像获取方法。
本申请要求韩国专利申请第10-2019-0033312号(发明名称：具有可装拆的轴的扫描电子显微镜及利用其的影像获取方法，2019年3月25日申请)的优先权，韩国专利申请第10-2019-0033312号的申请说明书及附图中包含的内容全部包含于本说明书。
背景技术
通常，扫描电子显微镜将电子束扫描到试料并检测在试料发生的二次电子(secondary electron)或反射电子(back scattered electron)等以获取待测试料的影像。
扫描电子显微镜具有轴与试料设置部。轴的内部设置有电子枪、汇聚电子的聚透镜、使电子束聚焦的物镜、调节电子束的方向的扫描模块等。并且，在试料设置部的内部设置试料、用于放置试料的试料台、移动试料台的工作台等。试料设置部的内部被设计制造成真空空间或大气压空间。
轴为电子显微镜的核心，整个电子显微镜的设计、制造以轴为中心展开。近来电子显微镜的开发方向更多是要求追求无专业知识人士也能够轻易使用，而不是达到更高的性能。轴极其复杂且进行精细工作，因此需具备科学、技术知识才能进行简单校正、波速偏移、耗材更换。因此存在轴相关的简单校正、波速偏移、耗材更换等也都需要专业人员帮助，从而维修时间及费用上升的问题。
并且，使轴内部形成高真空耗费时间，因此还存在耗费大量作业准备时间的问题。
发明内容
技术问题
本发明旨在解决上述问题，目的在于提供一种使轴在试料设置部能够装拆，从而通过更换整个轴解决轴相关的简单校正、波速偏移、耗材更换等轴相关的问题，因此简单、便于维修及管理的扫描电子显微镜。
本发明的又一目的是提供一种预先将轴内部形成为高真空从而能够缩短作业准备时间的扫描电子显微镜。
本发明的又一目的是提供一种利用这种扫描电子显微镜的影像获取方法。
技术方案
为达成上述目的，在本发明的优选实施例的扫描电子显微镜100中，轴10通过装拆机构可装拆地设置在试料设置部30。
轴10内部设置有电子枪11、聚透镜12、物镜13及第一真空泵P且形成真空空间S1。并且，轴10的下端设置有膜19。空气无法通过膜19，在电子枪11发生的电子通过膜19并扫描到试料。
试料设置部30连接于轴10，内部有用于设置试料的空间S2，结合于框架50。
装拆机构将轴10可装拆地结合于试料设置部30，使得轴10与试料设置部30及框架50在振动时成为一体。
轴10的一侧具有连接器15。连接器15传输电子枪11、聚透镜12、物镜13及第一真空泵P的驱动所需的电源，传输聚透镜12与物镜13的控制信号及检测器16的信号等。
具体来讲，所装拆机构可包括：在轴10的下端设置于膜19外围的第一框架41；与第一框架41对应地形成于试料设置部30的上端的第二框架45；以及将第一框架41、第二框架45锁紧成彼此之间结合的锁紧部件49。
轴10内部可具有存储器部。存储器部存储通过校准(calibration)得到的轴补正信息。
轴10的下端可设有膜保护罩20。膜保护罩20设置成盖住膜19保护膜19。膜保护罩20的内部空间S3为真空状态，能够防止膜19破损。
轴10的内部下端可设有BSE检测器(back-scattered electron detector)16。
轴10上设置有第一阀18，第一阀18可与轴外部的高真空泵(例如涡轮泵)连接。轴10内部通过高真空泵成为高真空状态后，可通过第一真空泵P保持所述高真空状态。优选地，第一真空泵P为离子泵或NEG泵。
根据本发明的又一方面，利用扫描电子显微镜的影像获取方法可包括：轴10与试料设置部30分离的状态下将轴10内部形成为真空的步骤(a)；在所述步骤(a)之后，将轴10结合到试料设置部30的步骤(b)；在所述步骤(b)之后，形成试料设置部30的试料观察环境的步骤(c)(即，将试料设置部的内部形成为真空或保持大气压的步骤)；以及，获取试料的影像的步骤(d)。
所述步骤(a)的真空可包括：将外部的高真空泵连接到连接于轴10的第一阀18将轴10内部形成为真空的步骤(a1)、在所述步骤(a1)之后，利用内置于轴10的第一真空泵P保持所述真空的步骤(a2)。
技术效果
本发明具有如下效果。
第一、能够将轴可装拆地设置在试料设置部，从而无需专业人员帮助，只需更换轴本身即可解决轴相关的简单校正、波速偏移、耗材更换等，因此简单、便于维修及管理。
第二、预先将轴内部形成为高真空，因此能够缩短作业准备时间。
第三、提供利用这种扫描电子显微镜的影像获取方法。
附图说明
图1为示出可装拆地设置于本发明的优选实施例的扫描电子显微镜的轴的示意图；
图2为放大示出轴与试料设置部的结合部分的示意图；
图3a为示出轴结合于试料设置部的示意图；
图3b为放大图3a的B部分的放大图；
图4为示出利用扫描电子显微镜的影像获取过程的流程图。
具体实施方式
以下参见附图对本发明进行具体说明。首先，本说明书及权利要求中使用的术语或单词不应局限于一般含义或词典上的含义进行理解，应基于发明人为了用最佳方法说明其发明而可以适当定义术语的概念的原则解释为与本发明的技术思想相符的含义及概念。因此，本说明书记载的实施例及附图所示构成只是本发明的实施例而已，并非全面代表本发明的技术思想，因此应理解为在本申请之时可存在能够替代这些的多种等同物及变形例。
如上所述，轴为电子显微镜的核心，整个电子显微镜的设计、制造以轴为中心展开。近来电子显微镜的开发方向更多是要求追求无专业知识人士也能够轻易使用，而不是达到更高的性能。轴极其复杂且进行精细工作，因此需具备科学、技术知识才能进行简单校正、波速偏移、耗材更换。因此存在轴相关的简单校正、波速偏移、耗材更换等也都需要专业人员帮助，从而维修时间及费用上升的问题。
本申请人为了解决这种问题而使得轴能够装拆，以在发生轴相关文问题的情况下通过更换轴解决问题。轴为电子显微镜的最核心部分，因此判断创造性时应考虑使其能够装拆并不是对现有技术的单纯组合或设计变更，而是对根本性观点的转变。
另外，以下附图中相同的附图标记表示相同或实质上相同的构成要素。并且，附图中x、y、z轴是为了便于理解和说明而记载的笛卡尔坐标轴，x、y、z轴彼此相互垂直。
图1为示出可装拆地设置于本发明的优选实施例的扫描电子显微镜的轴的示意图，图2为放大示出轴与试料设置部的结合部分的示意图。并且图3a为示出轴结合于试料设置部的示意图，图3b为放大图3a的B部分的放大图。
如图所示，扫描电子显微镜100包括轴10、试料设置部30及装拆机构。本说明书中轴10用作包括镜筒17、位于镜筒17内部的各种构成要素及连接器15的意思。因此，所谓可装拆地设置轴10，应理解为设置成能够一次性装拆镜筒17及位于镜筒17内部的构成要素及连接器15的意思。
轴10的内部具有空间S1。并且，轴10中设置有电子枪11、聚透镜12、物镜13、扫描模块14、第一真空泵P、连接器15、膜19、检测器16、存储器部(未图示)、第一阀18等。
所述电子枪11发生电子束，可通过加热由钨等构成的灯丝使得发生电子以生成电子束，并对生成的电子施加电压加速到约数十keV程度的能量。
聚透镜12汇聚在电子枪11发生及加速的电子束。可分阶段配置多个这种聚透镜12以分阶段汇聚电子束。
物镜13使得被聚透镜12汇聚并前进的电子束被扫描模块14扫描到试料1的特定位置。
扫描模块14通过向扫描线圈施加电流或向扫描平板施加电压使电子束弯曲，根据施加到扫描线圈的电流的大小或施加到扫描平板的电压的大小调节电子束的弯曲程度将电子束扫描到试料。
第一真空泵P设置于轴10的内部或轴10的外壳17。第一真空泵P用通过连接器15供应的外部电源工作使轴10内部保持真空。作为第一真空泵P可采用含气体的离子泵、非蒸散型吸气剂泵(NEG泵，non-evaporable getter pump)等，但不限于此。
为了发生电子束，优选的是使用钨灯丝的情况下保持10-5Torr以下的真空，使用CeB6与LaB6的情况下保持10-7Torr以下的真空，使用(FE，Feild Emission)的情况下保持10-9Torr以下的真空，利用第一真空泵P保持这种程度的真空。
连接器15设置于外壳17(镜筒)的一侧，包括多个连接插座及/或连接插销。连接器15传输用于电子枪11、聚透镜12、物镜13、第一真空泵P等设置于轴10的构成要素工作的电源与控制信号及检测器16的影像信号。连接器15保持镜筒10内部真空的同时传输所述电源、控制信号及影像信号等，这种连接器15的构成是公知的，可从市场上买到，因此在此省略对此赘述。
膜19设置于轴10的下端。膜19是电子束能够通过但空气不能通过的薄膜，厚度大致为数式纳米。通过膜19对轴内部的真空空间S1与外部进行分离。
膜保护罩20可装拆地结合于镜筒10的下端，例如第一框架41以罩住膜19。被膜保护罩20与第一框架41包围的空间S3气密以切断与外部之间的空气移动。并且，所述空间S3可通过与第二阀22连接的第三真空泵(未图示)成为真空。
膜保护罩20起到可装拆的轴10移动过程中针对物理冲击保护膜19的作用。并且膜19受到相当于轴10内部空间与外部空间的压力差的压应力(Pressure stress)，因此保管可装拆的轴10过程中膜19可能会破损。为防止这种膜19破损，需要通过膜保护罩20最小化空间S1与空间S3的真空度。
检测器16检测通过试料1发生的二次电子(secondary electron)及/或反射电子(BSE，back scattered electron)。优选地，检测器16是设置在轴下部检测反射电子的BSE检测器。
存储器部设置于轴10内部，存储通过校准(calibration)得到的轴补正信息。校准是提取能够补正由于电子显微镜影像的准确数值而制造轴10的过程或物理上必然发生的磁滞、洛伦兹力、线圈特性、微细尺寸差异等而发生的误差的信息的过程。每个轴的通过这种校准得到的轴补正信息是不同的，因此应具有与轴对应的信息存储方法。
试料设置部30是内部具有一定空间S2的盒，所述内部空间可成真空或大气压。优选地，试料设置部30与电子显微镜的框架50结合成一体。
试料设置部30的上面中央为开口部31，电子束通过开口部31扫描到试料1。试料设置部30的内部用于设置放置试料1的试料台32、向x、y、z方向移动试料台32的工作台33。
欲将试料设置部30内部空间形成为真空的情况下，通过连接管34连接第二真空泵(未图示)。从而试料设置部30内部可成为真空状态，优选为10-1～10-2Torr程度的低真空状态。作为第二真空泵可采用旋转泵等，但并非必须局限于此。
装拆机构可装拆地将轴10与试料设置部30结合起来，轴10与试料设置部30及框架50成为一体针对振动一体运动。
并且，装拆机构在试料设置部30内部成真空的情况下，使轴10与试料设置部30之间(第一框架、第二框架之间)气密以保持试料设置部30内部的真空。具体来讲，装拆机构包括第一框架41、第二框架45、设置于第二框架45的O形圈48及将第一框架41、第二框架45锁紧成彼此气密的锁紧部件49。
第一框架41为中央形成有孔的板，其边缘沿着圆周方向形成有多个螺栓孔42。膜19位于所述孔的中央。
第二框架45是与第一框架41对应地水平形成在试料设置部30的上端外围的板。第二框架45的中央形成有开口部31，电子束通过该开口部31入射。并且，第二框架45的边缘形成有与螺栓孔42对应的螺栓孔46。在第二框架45的上面以开口部31为中心设置有多个O形圈48。
如图3a～图3b所示，锁紧部件，例如螺栓49插入设置于螺栓孔42、46。此时，O形圈48在第一框架41、第二框架45之间贴紧以防止外部空气流入试料设置部30内部。图中示出O形圈48设置于第二框架45的上面，但O形圈也可以设置于第一框架41的下面或设置在第一框架41的下面及第二框架45的上面。
锁紧部件49设置在螺栓孔42、46后，第二真空泵可启动将试料设置部30内部空间形成为真空。另外，欲在大气压状态观察试料1的情况下不需要形成真空。
这种情况下，参见图4说明利用扫描电子显微镜100的影像获取方法。
首先，轴10与试料设置部30分离的状态下将轴10的内部形成为真空(S10)。关于所述真空，在第一阀18连接高真空泵(未图示，例如涡轮泵)并利用该高真空泵将空间S1形成为高真空。
之后，利用内置于轴10的第一真空泵P，例如离子泵、NEG泵等保持所述高真空(S20)。即，在所述高真空状态下压力升高到预定压力以上的情况下启动第一真空泵P降低压力。
通过所述S10、S20步骤，能够减少为了获取影像而形成轴10的高真空的时间。并且，所述S10、S20步骤可在电子显微镜制造工厂完成。
所述S20过程后，将膜保护罩20结合到轴10的下端并在第二阀22连接第三真空泵后，利用第三真空泵将空间S3形成为真空以最小化空间S3与空间S1的真空度差异(S30)。另外，所述S30过程可在S20过程后执行，但也可以与S20过程同时执行。
接着，将轴10配置在第二框架45(S40)。具体来讲，将轴10配置在第二框架45且使得第一框架41、第二框架45的螺栓孔42、46相对应。
在所述S40步骤之后，欲在真空状态下观察试料1的情况下将锁紧部件49设置成贯通螺栓孔42、46后使第一框架41、第二框架45之间气密(S50)。锁紧部件49锁紧于螺栓孔42、46后O形圈48贴紧第一框架41、第二框架45以防止外部空气流入。
锁紧了锁紧部件49后，启动第二真空泵将试料设置部30内部形成为真空(S60)。试料设置部内部成为真空度比轴内部低的例如，10-1～10-2Torr程度的低真空状态。轴内部真空度越高则电子束的汇聚率提高一定程度以上，因此优选高真空状态，试料设置部内部的试料1的物理或化学性质能够由于高真空而发生变形，因此优选低程度的真空状态。
接着，发生及汇聚电子束扫描到试料1以获取影像(S70)。
另外，欲在大气压状态观察试料1的情况下将锁紧部件49设置成贯通螺栓孔42、46结合第一框架41、第二框架45(S150)，之后观察试料获取影像(S160)。
通过连接器15进行对电子枪11、聚透镜12、物镜13、扫描模块14、检测器16等的启动及控制、检测器16感测到的信号的传输、对第一真空泵P的启动及控制等。
Claims (10)
1.一种扫描电子显微镜，其特征在于，包括：
轴(10)，在内部真空空间(S1)设置有电子枪(11)、聚透镜(12)、物镜(13)及第一真空泵(P)，下端设置有膜(19)；
试料设置部(30)，与轴(10)连接，具有用于设置试料的空间，并且结合于框架(50)；以及，
装拆机构，将轴(10)可装拆地结合于试料设置部(30)，并且结合成轴(10)与试料设置部(30)成为一体；
其中，框架(50)、试料设置部(30)及轴(10)通过装拆机构成为一体，
空气无法通过膜(19)，而在电子枪(11)发生的电子通过膜(19)扫描(scanning)到试料，
轴(10)的一侧设有连接器(15)，连接器(15)传输电子枪(11)、聚透镜(12)、物镜(13)及第一真空泵(P)的驱动所需的电源，传输聚透镜(12)与物镜(13)的控制信号及检测器(16)的信号，
轴(10)上设置有第一阀(18)，第一阀(18)能够连接于轴(10)外部的高真空泵，
轴(10)结合于试料设置部(30)之前，真空空间(S1)通过所述高真空泵成为高真空状态后，通过第一真空泵(P)保持所述高真空状态。
2.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，装拆机构包括：
第一框架(41)，在轴(10)的下端设置于膜(19)的外围；
第二框架(45)，与第一框架(41)对应地设置在试料设置部(30)的上端；以及，
锁紧部件(49)，将第一框架(41)、第二框架(45)锁紧成彼此气密。
3.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，
轴(10)内部具有存储通过校准(calibration)得到的轴补正信息的存储器部。
4.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，
膜保护罩(20)设置在轴(10)的下端盖住膜(19)对膜(19)进行保护，
膜保护罩(20)的内部空间(S3)成为真空状态。
5.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜，其特征在于，
轴(10)的内部下端设置有BSE检测器(back-scattered electron detector，16)。
6.一种利用扫描电子显微镜的影像获取方法，其特征在于，包括：
轴(10)与试料设置部(30)分离的状态下将轴(10)内部形成为真空的步骤(a)；
在所述步骤(a)之后，将轴(10)结合到试料设置部(30)的步骤(b)；
在所述步骤(b)之后，将试料设置部的内部形成为真空或大气压状态的步骤(c)；以及，
获取试料的影像的步骤(d)，
其中，所述轴(10)的内部设有第一真空泵(P)，轴(10)的下端设有膜(19)，空气无法通过膜(19)，在电子枪(11)发生的电子通过膜(19)并对试料进行扫描，
框架(50)与试料设置部(30)及轴(10)通过所述步骤(b)的结合成为一体，
轴(10)的一侧设有连接器(15)，连接器(15)传输电子枪(11)、聚透镜(12)、物镜(13)及第一真空泵(P)的驱动所需的电源，传输聚透镜(12)与物镜(13)的控制信号及检测器(16)的信号，
所述步骤(a)包括：
将外部的高真空泵连接到轴(10)将轴(10)内部形成为高真空的步骤(a1)；以及，
在所述步骤(a1)之后，利用第一真空泵(P)保持所述高真空的状态的步骤(a2)。
7.根据权利要求6所述的利用扫描电子显微镜的影像获取方法，其特征在于，
膜保护罩(20)设置在轴(10)的下端盖住膜(19)对膜(19)进行保护，
在所述步骤(a)与步骤(b)之间或与所述步骤(a)同时将膜保护罩(20)的内部空间(S3)形成为与轴(10)内部相同的真空状态。
8.根据权利要求6所述的利用扫描电子显微镜的影像获取方法，其特征在于，
轴(10)内部具有存储通过校准(calibration)得到的轴补正信息的存储器部。
9.根据权利要求6所述的利用扫描电子显微镜的影像获取方法，其特征在于，
轴(10)的内部下端设置有BSE检测器(back-scattered electron detector，16)。
10.根据权利要求6所述的利用扫描电子显微镜的影像获取方法，其特征在于，
所述步骤(b)的结合通过装拆机构实现，试料设置部(30)结合于框架(50)，
所述装拆机构包括：
第一框架(41)，在轴(10)的下端设置于膜(19)的外围；
第二框架(45)，与第一框架(41)对应地设置在试料设置部(30)的上端；以及，
锁紧部件(49)，将第一框架(41)、第二框架(45)锁紧成彼此气密，其中，所述装拆机构将轴(10)与试料设置部(30)结合成一体。
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