KR100918434B1 - 주사전자현미경 - Google Patents

Abstract

구조가 간단하고 진공도가 향상된 주사광학현미경이 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 주사광학현미경은, 시료홀더를 구비하는 주사전자현미경 본체; 주사전자현미경 본체에 시료홀더에 대해 수직하게 설치되어 시료홀더와 마주하는 전자광학유닛; 전자광학유닛과 나란하게 주사전자현미경 본체 내부에 설치되어 연결되는 진공펌프; 및 주사전자현미경 본체의 내부에 설치되어 전자광학유닛을 제어하는 제어부;를 포함한다.

주사광학현미경, 전자총, 필라멘트, 진공, 펌프, 구조, 소형, 제어부

Description

주사전자현미경{A scanning electron microscope}

본 발명은 진공 중에 놓여진 시료에 전자선을 주사하여 시료를 확대 표시하는 주사전자현미경에 관한 것이다.

일반적인 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)은 시료를 확대 관찰하기 위한 장치이다. 이러한 주사전자현미경은 시료를 확대하는 전자광학유닛, 상기 전자광학유닛을 제어하는 제어부 및 상기 전자광학유닛을 진공시키는 진공펌프 등을 포함한다.

여기서, 상기 전자광학유닛은 전자발생장치인 전자총, 전자총으로부터 발생된 전자선을 시료홀더에 놓여진 시료로 안내하는 렌즈부, 그리고, 전자선을 시료로 주사하는 시료주사장치인 주사코일 등을 포함한다. 상기와 같은 전자광학유닛에 의해 확대된 시료의 영상은 컴퓨터와 같은 연결된 디스플레이부를 통해 디스플레이되거나 별도의 저장공간에 저장된 후 기록매체에 인쇄된다.

한편, 근래에는 다양한 장소에서 다양한 시료들을 보다 용이하게 확대 관찰하기 위하여, 소형의 주사전자현미경이 요구된다.

그런데, 일반적인 주사전자현미경의 경우, 상기 전자광학유닛과 제어부가 구 획됨으로써, 상기 전자광학유닛과 제어부의 연결을 위한 구조가 복잡해지는 문제점이 야기된다.

또한, 상기 전자광학유닛은 시료가 놓여진 시료홀더에 대해 수직하게 설치되는 반면에, 상기 진공펌프는 시료홀더와 평행하게 설치됨으로써, 공간효율이 낮다. 뿐만 아니라, 고진공 하에서 필라멘트를 가열하여 전자를 방출하는 상기 전자총이 시료와 나란하게 설치되는 상기 진공펌프와 연결될 경우, 그 전자총과 진공펌프 사이의 연결길이가 길어져 진공도가 낮아진다. 상기 전자총의 진공도가 낮을 수록 상기 필라멘트의 수명을 단축시킴으로써, 주사전자현미경의 수명 또한 단축된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 구조가 간단하면서도 진공도를 향상시킬 수 있는 주사전자현미경을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 주사전자현미경은, 시료홀더를 구비하는 주사전자현미경 본체; 상기 주사전자현미경 본체에 상기 시료홀더에 대해 수직하게 설치되어 상기 시료홀더와 마주하는 전자광학유닛; 상기 전자광학유닛과 나란하게 상기 주사전자현미경 본체 내부에 설치되어 연결되는 진공펌프; 및 상기 주사전자현미경 본체의 내부에 설치되어 상기 전자광학유닛을 제어하는 제어부;를 포함한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 시료홀더는 상기 주사전자현 미경 본체의 전면 하부에 외부로 개방 가능하게 설치되며, 상기 제어부는 상기 전자광학유닛과 진공펌프를 사이에 두고 상기 전면과 마주하는 상기 주사전자현미경 본체의 후면에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 전자광학유닛은, 전자선을 가속 방출하는 전자총부; 및 상기 전자선을 상기 시료홀더로 안내하여 주사하는 경통부;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 진공펌프는 상기 전자총부와 수평하게 직렬 연결되는 것이 좋다.

본 발명의 다른 측면에 의한 주사전자현미경은, 시료로 전자선을 주사하는 전자광학유닛을 구비하는 주사전자현미경 본체; 및 상기 전자광학유닛을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 주사전자현미경 본체의 내부에 설치된다.

여기서, 상기 주사전자현미경 본체는, 상기 시료가 놓여지는 시료홀더; 상기 시료홀더와 마주하는 상기 전자광학유닛; 및 상기 전자광학유닛을 진공시키는 진공펌프;를 포함하며, 상기 전자광학유닛은 상기 시료홀더에 수직하게 설치되고, 상기 진공펌프는 상기 전자광학유닛과 나란하게 설치됨이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면에 의한 주사전자현미경은, 시료홀더를 구비하는 주사전자현미경 본체; 상기 시료홀더로 전자선을 주사하는 전자광학유닛; 상기 전자광학유닛을 진공시키는 진공펌프; 및 상기 전자광학유닛을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 전자광학유닛과 진공펌프는 상기 시료홀더에 대해 수직하도록 상호 이웃하게 설치된다.

여기서, 상기 제어부는 상기 주사전자현미경 본체에 내부에 형성되는 것이 좋다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 제어부가 주사전자현미경 본체와 구획되어 별도로 설치되지 않고 주사현미경본체 내부에 설치됨으로써, 구조가 간단한 주사전자현미경을 제공할 수 있게 된다.

또한, 상기 전자광학유닛과 나란하게 즉, 시료홀더에 대해 수직하게 진공펌프가 설치됨으로써, 주사전자현미경의 구조가 보다 컴팩해진다. 뿐만 아니라, 상기 진공펌프가 상기 전자광학유닛의 전자총부와 짧은 거리로 직렬 연결됨으로써, 상기 전자총부의 진공도가 상대적으로 높아져 필라멘트의 수명이 늘어난다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 주사전자현미경을 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.

도 1를 참고하면, 본 발명에 의한 주사전자현미경(1)은, 주사전자현미경 본체(10), 전자광학유닛(20), 진공펌프(30) 및 제어부(40) 등을 포함한다. 참고로, 도 1의 참조부호 50은 상기 전자광학유닛(20)으로 고압을 걸어주기 위한 고압발생부이다.

상기 주사전자현미경 본체(10)는 도 1, 도 3, 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전면에 시료홀더(11)가 설치된다. 상기 시료홀더(11)는 관찰하고자 하는 대상인 시료(S)가 놓여지며, 상기 주사전자현미경 본체(10)의 내외로 출몰 가능하게 설치된다.

상기 전자광학유닛(20)은 도 1 및 도 3의 도시와 같이, 시료홀더(11)에 수직 하게 설치되어, 상기 시료홀더(11)와 마주한다. 이러한 전자광학유닛(20)은 도 1 및 도 4와 같이 전자총부(21)와 경통부(23)로 구분된다.

상기 전자총부(21)는 도 4와 같이, 전자선(E)(electron ray)을 시료홀더(11) 측으로 가속 방출한다. 구체적으로, 상기 전자총부(21)는 광원으로 사용되는 전자를 만들어 가속시키는 것으로, 전자선(E)의 형태로 안정된 전자원을 시료(S) 측으로 공급한다.

이러한 전자총부(21)는 진공 중에 놓여진 필라멘트를 높은 온도로 가열할 경우 원자로부터 전자들이 구속 해제됨을 이용하여, 전자선(E)을 발생시킨다. 상기 전자총부(21)에 의해 필라멘트로부터 이탈된 전자들은 전위차에 의해 양극판(22)으로 가속되며, 상기 양극판(22)의 중앙에 위치한 구멍(22a)을 통해 경통부(23) 측으로 진행된다.

상기 경통부(23)는 상기 전자총부(21)에서 발생되어 가속되는 전자선(E)을 시료홀더(11) 측으로 안내하기 위한 것으로, 자계렌즈(24), 주사코일(25) 및 검출기(26)(27)를 포함한다.

상기 자계렌즈(24)는 코일이 감겨진 원통형의 전자석으로써, 전자가 자장에 의해 휘는 성질을 이용해 전자를 집속함으로써 전자선(E)의 세기를 결정한다. 즉, 상기 자계렌즈(24)는 일종의 볼록렌즈와 같은 기능을 구현하는 것이다. 이때, 상기 자계렌즈(24)에 흐르는 전류를 변화시킴으로써, 자계렌즈(24)의 확대배율을 조절하게 된다.

상기 주사코일(25)은 상기 자계렌즈(24)를 경유한 전자선(E)을 시료(S)로 주 사하는 주사수단이다.

상기 검출기(26)(27)는 상기 시료(S)로부터 반사되는 전자들을 검출하기 위한 것으로, 반사전자 검출기(26)와 2차전자 검출기(27)로 구분된다.

구체적으로, 상기 전자선(E)이 주사코일(25)을 거쳐 시료(S)에 입사되면, 상기 시료(S)로부터 반사전자(E1) 및 2차전자(E2), 그리고 X선 등이 발생된다. 그러면, 상기 시료(S)로부터 발생된 반사전자(E1)와 2차전자(E2)를 반사전자 검출기(26)와 2차전자 검출기(27)가 각각 검출하게 되는 것이다.

상기 반사전자 검출기(26)와 2차전자 검출기(27)에 의해 검출된 전자들은 증폭되어 디스플레이부(60)에 주사된다.

상기 진공펌프(30)는 상기 전자광학유닛(20)을 진공시키기 위한 것으로, 상기 전자총부(21)와 직렬로 연결된다. 구체적으로, 상기 진공펌프(30)는 도 1 내지 도 3과 같이, 상기 전자광학유닛(20)과 나란하게 설치되어, 그 상부가 상기 전자총부(21)와 연결관(31)에 의해 연결된다.

이로 인해, 상기 진공펌프(30)와 전자총부(21)가 최단거리로 연결됨으로써, 전자총부(21)의 진공도가 경통부(23)에 비해 상대적으로 높아진다. 상기 전자총부(21)의 높은 진공도는 전자총부(21)가 가열하는 필라멘트(미도시)의 수명을 연장시키는 요인이다.

상기 제어부(40)는 상기 전자광학유닛(20)을 제어하는 일종의 회로기판으로써, 도 1 내지 도 3과 같이, 상기 주사광학현미경 본체(10) 내부에 설치된다. 구체적으로, 상기 제어부(40)는 시료홀더(11)가 마련되는 주사전자현미경 본체(10)의 전면과 전자광학유닛(20) 및 진공펌프(30)를 사이에 두고 마주하는 후면에 지지되어 설치된다.

즉, 상기 제어부(40)는 종래와 같이 주사광학현미경 본체(10)와 별도로 구획되어 설치되지 않고, 주사광학현미경 본체(10) 내부에 설치되는 것이다.

이로 인해, 상기 전자광학유닛(20), 진공펌프(30) 및 제어부(40)를 내장한 주사전자현미경 본체(10)가 컴팩트해진다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 주사전자현미경을 개략적으로 도시한 단면도,

도 2는 도 1의 주사전자현미경을 상부에서 개방한 상태를 개략적으로 도시한 사시도,

도 3은 도 1의 주사전자현미경 구성도, 그리고,

도 4는 도 1의 전자광학유닛 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1: 주사전자현미경 10: 주사전자현미경 본체

11: 시료홀더 20: 전자광학유닛

21: 전자총부 23: 경통부

30: 진공펌프 40: 제어부

Claims (8)

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2. 시료홀더를 구비하는 주사전자현미경 본체;

   상기 주사전자현미경 본체에 상기 시료홀더에 대해 수직하게 설치되어 상기 시료홀더와 마주하며, 전자선을 가속 방출하는 전자총부와 상기 전자선을 상기 시료홀더로 안내하여 주사하는 경통부를 가지는 전자광학유닛;

   상기 전자광학유닛과 나란하게 상기 주사전자현미경 본체 내부에 설치되어 상기 전자총부와 수평하게 직접 연결되는 진공펌프; 및

   상기 주사전자현미경 본체의 내부에 설치되어 상기 전자광학유닛을 제어하는 제어부;를 포함하며,

   상기 시료홀더는 상기 주사전자현미경 본체의 전면 하부에 외부로 개방 가능하게 설치되고,

   상기 제어부는 상기 전자광학유닛과 진공펌프를 사이에 두고 상기 전면과 마주하는 상기 주사전자현미경 본체의 후면에 설치되는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경.
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