KR0129960Y1 - 투과전자현미경의 조사계 - Google Patents

Abstract

본 고안은 평행광의 조사를 유지하고 시료에 조사되는 전자선의 접속각을 연속적으로 변화시킬 수 있는 투과전자현미경의 조사계에 관한 것으로 투윈렌즈를 대물렌즈로 사용하는 통상의 투과전자현미경에 있어서 2차 집속렌즈의 하부 대물렌즈의 직상에 보조집속렌지를 설치하여, 2차 집속렌즈와 보조집속렌즈의 연동적인 초점거리의 조정으로 평행광의 조사시에는 전자선의 조사면적을 변화시키면서도 평행광의 조사를 유지하고 전자선의 집속조사시에는 전자선의 집속각을 연속적으로 조정할 수 있도록 한 것이다.

Description

투과전자현미경의 조사계

본 고안은 평행광의 조사를 유지하고 시료에 조사되는 전자선의 집속각을 연속적으로 변화시킬 수 있는 투과전자현미경의 조사계에 관한 것이다.

종래의 자기렌즈는 폴피스의 촛점거리를 줄이는 것이 렌즈의 구면수차계수를 줄임에 유리하므로, 시료를 폴피스(pole piece) 내부에 장입하는 장입형 렌즈가 투과전자현미경용 대물렌즈로 사용되고 있다.

그리고 장입형 렌즈에서도 폴피스가 상하 대칭의 구조를 가지는 것이 폴피스 내부의 공간 활용도에 유리하여 구면수차계수가 작은 대물렌즈의 설계에 유리하다.

또한 장입형 대물렌즈에서는 폴피스 내부에 형성된 자기장 중에서 시료(9) 하부에 형성된 자기장이 실제적인 대물렌즈(10)로서 작용하고, 시료(9)상부에 형성된 자기장은 실제적인 집속렌즈(8)로 작용한다.

그런데 폴피스 상부와 하부의 자기장은 독립적으로 제어할 수 없기 때문에, 실제적인 집속렌즈(8)와 실제적인 대물렌즈(10)의 촛점거리를 독립적으로 제어할 수 없다.

그리고 폴피스가 상하 대칭인 대물렌즈(5)는 시료(9)상부에 강한 자기장이 형성되어, 이것이 촛점거리가 짧은 집속렌즈로 작용하기 때문에 시료의 넓은 영역에 평행한 전자선(1)을 조사할 수 없는 단점이 있다.

한편 대물렌즈(5)는 폴피스가 상하 대칭의 구조를 가지며, 상부의 폴피스에 부집속렌즈(6)를 내장한 구조를 가진다.

대물렌즈(5)는 첫째 폴피스가 상하 대칭이므로 구면수차계수가 작고 시료의 경사각이 넓은 투과전자현미경용 대물렌즈의 설계에 유리하고, 둘째 부집속렌즈를 켜거나 끄는 것에 의해서 전자선을 시료의 넓은 영역에 평행하게 조사하는 모우드와 전자선을 시료의 미소한 영역에 집속하여 조사하는 모우드의 선택이 가능하기 때문에 우수한 구조의 투과전자현미경용 대물렌즈로 알려져 있다. 상기 부집속렌즈는 켜거나 끄는 기능만 가능하고, 부집속렌즈의 촛점거리는 변화시킬 수 없다.

부집속렌즈의 on-off는 부집속렌즈 코일에 일정한 크기의 전류를 서로 반대방향으로 흐르게 하여 얻는다.

이러한 원리는 부집속렌즈의 폴피스에 형성되는 자기장이 대물렌즈의 코일에 흐르는 전류에 의한 성분과 부집속렌즈 코일에 흐르는 전류에 의한 성분의 중첩에 의하여 형성되며, 전류의 방향이 서로 반대이면 부집속렌즈에 형성된 자기장이 상쇄되도록 설계되었기 때문이다.

부집속렌즈의 코일에 일정한 크기의 전류가 흐르게 한 것은 부집속렌즈의 코일에서 발생하는 저항열의 발생을 일정하게 하여 시료의 온도변동(서멀 드리프트 : thermal drift)를 최소화하기 위해서이다.

한편 제1도는 대물렌즈(5)로 사용하는 종래의 투과전자현미경에서 평행한 전자선을 조사하는 모우드의 모식도이다.

이러한 모우드에서는 대물렌즈(5)의 부집속렌즈(6)는 켜진다.

전자총에서 발생한 전자선(1)은 1차 집속렌즈에 의하여 1차 집속점을 형성하고, 2차 집속렌즈(2)와 2차 집속렌즈 조리개(3)을 통과한 후 부집속렌즈(6)의 상부에 2차 집속점(4)을 형성한다.

그리고 부집속렌즈(6)에 의하여 집속되는 대물렌즈(5)의 실제적인 집속렌즈(8)의 전방초면 부근에 3차 집속점(7)을 형성하여 시료(9)에는 평행광이 되어 조사된다.

제2도는 시료에 집속전자선을 조사하는 모우드이다.

이러한 모우드에서는 대물렌즈(5)의 부집속렌즈(6)는 꺼지며, 2차 집속렌즈(2)는 제1도에 비하여 약하게 여기된다.

2차 집속렌즈(2)를 통과한 전자선을 대물렌즈의 실제적인 집속렌즈(8)에 의하여 집속되어 시료(9)에 조사되며, 전자선은 시료(9)면·부근에 집속점을 형성한다.

집속점을 정확히 시료(9) 상에 형성시키면 2차 집속렌즈(2)의 촛점거리를 조정하여야 한다.

시료(9)를 통과한 전자선은 대물렌즈(5)의 실제적인 대물렌즈(10)에 의해서 1차 확대상 및 1차 회전패턴을 형성한다.

따라서 제1도에서 도시된 바와 같이 평행한 전자선(1)을 조사하는 모우드에서, 전자선(1)이 조사되는 시료(9)의 면적을 변화시키고자 할 경우 2차 집속렌즈(2)의 촛점거리를 변화시킨다.

그런데 2차 집속렌즈(2)의 촛점거리를 변화시키면 3차 집속점(7)이 형성되는 위치가 이동하기 때문에 평행광이 조사가 유지되지 않는다.

또한 투과전자현미경에서 수렴전자회절(convergent beam electron diffraction:CBED)나 micro-diffraction을 얻고자 하는 경우 전자선(1)을 시료(9)의 미소부에 집속하여 조사한다.

그런데 이러한 경우 시료(9)에 조사하는 전자선(1)의 집속각을 연속적으로 변화시킬 수 있으면 여러가지로 유리한 점이 있다.

부집속렌즈(6)의 촛점거리를 연속적으로 변화시킬 수 있으면 이러한 기능이 가능하지만, 대물렌즈에서는 이것을 허용하지 않고 있다.

다만 4개 정도의 구경이 다른 2차 집속렌즈 조리개(3)를 교환하므로써 불연속적으로 전자선의 집속각을 변화시킬 수는 있다.

이러한 방법에서는 입사전자선이 불연속적으로 변하는 단점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위하여 고안한 것으로, 대물렌즈직상에 보조집속렌즈를 설치하여 전자선의 평행조사시 전자선의 조사면적을 변화시키면서도 평행광의 조사를 유지할 수 있고, 또한 전자선의 집속조사시 2차 집속렌즈 조리개의 교환없이 시료에 조사되는 전자선의 집속각을 연속적으로 변화시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

제1도는 종래 조사계에서의 전자선 평행조사도.

제2도는 종래 조사계에서의 전자선 집속조사도.

제3도는 본 고안 전자선의 평행조사도.

제4도는 본 고안 전자선의 집속조사도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전자선 2 : 2차 집속렌즈

3 : 2차 집속렌즈 조리개 4 : 2차 집속점

5 : 대물렌즈(twin lens) 6 : 부집속렌즈

7 : 3차 집속점 8 : 실제적인 집속렌즈

9 : 시료 10 : 실제적인 대물렌즈

11 : 보조집속렌즈

본 고안의 대물렌즈(5)는 종래의 투윈렌즈와 거의 동일한 구조를 가진다.

그러나 조사계에 있어서는 2차 집속렌즈(2) 아래 대물렌즈(5) 직상에 보조집속렌즈(11)를 설치하는 차이가 있다.

보조집속렌즈(11)는 대물렌즈 폴피스에 내장된 것이 아니기 때문에 렌즈의 코일에 흐르는 전류를 연속적으로 변화시킬 수 있으므로 촛점거리도 연속적으로 변화시킬 수 있다.

또한 제3도는 평행한 전자선(1)을 시료(9)에 조사하는 경우의 도면으로 2차 집속렌즈(2)와 보조집속렌즈(11)의 촛점거리를 연동적으로 조절하면 3차 집속점(7)이 대물렌즈(5)의 실제적인 집속렌즈(8)의 전방초면에 형성되도록 하면서도 2차 집속렌즈(2)의 위치를 변경할 수 있으므로, 시료(9)에 평행광을 조사하면서도 전자선(1)의 조사면적을 조정할 수 있다.

또한 제4도는 시료(9)에 집속전자선을 조사하는 경우도 이러한 경우에는 대물렌즈(5)의 부집속렌즈(6)는 꺼진다.

2차 집속렌즈(2)와 보조집속렌즈(11) 사이에 2차 집속점(4)이 형성되게 하는데, 이것은 제2도와 차이가 있다.

2차 집속렌즈(2)와 보조집속렌즈(11)의 촛점거리를 연동적으로 조절하면 전자선(1)이 시료(9)에 집속점을 형성하면서도 시료(9)에 조사되는 전자선(1)의 집속각을 연속적으로 변화시킬 수 있게 되는 것이다.

이상과 같은 본 고안은 첫째 전자선의 평행조사시 전자선의 조사면적을 변화시키면서도 평행광의 조사를 유지할 수 있고, 둘째 전자선의 집속조사시 2차 집속렌즈 조리개의 교환없이 시료에 조사되는 전자선의 집속각을 연속적으로 변화시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 2차 집속렌즈(2)의 하부 대물렌즈(5)의 직상에 보조집속렌즈(11)를 설치하여, 2차 집속렌즈(2)와 보조집속렌즈(11)의 연동적인 촛점거리의 조정으로 평행광의 조사시에는 전자선(1)의 조사면적을 변화시키면서도 평행광의 조사를 유지하고, 전자선(1)의 집속조사시에는 전자선(1)의 집속각을 연속적으로 조정할 수 있도록 한 구성을 특징으로 하는 투과전자현미경의 조사계.