KR101085166B1 - 전자 현미경 제어 장치 및 배율 보정 방법 - Google Patents

전자 현미경 제어 장치 및 배율 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자 현미경 제어 장치 및 배율 보정 방법에 관한 것으로서, 이 장치는 복수의 인덱스에 각각 대응하는 복수의 배율을 가지도록 앰프 게인을 조절하고 입력 주사파를 앰프 게인에 따라 출력 주사파로 증폭하여 전자 현미경에 제공하는 스캔 보드부, 그리고 전자 현미경이 복수의 배율 사이의 배율을 가지도록 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하여 스캔 보드부에 제공하는 DA 변환부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 하드웨어가 덜 복잡하면서도 전자 현미경의 배율을 용이하게 보정할 수 있다.
전자 현미경, 배율, 주사파, 보정, 앰프 게인

Description

전자 현미경 제어 장치 및 배율 보정 방법{ELECTRON MICROSCOPE CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATION OF MAGNIFICATIONS OF ELECTRON MICROSCOPE}
본 발명은 전자 현미경 제어 장치 및 전자 현미경의 배율 보정 방법에 관한 것이다.
전자 빔을 사용하여 미소한 물체를 확대시켜 보는 광학 기계로서 전자 현미경(electron microscope)이 있다. 이러한 전자 현미경은 빛 대신 전자 빔을 사용하므로 광학 현미경(light microscope)보다 훨씬 큰 배율을 얻을 수 있는데, 최대로 가능한 배율은 30만 배 정도이다.
전자 현미경에서 배율을 조절하는 여러 요인 중 전자 빔을 횡 및 종 방향으로 휘어지게 하는 주사파의 진폭 크기를 조절하는 방법이 일반적으로 이용된다. 그러나 주사파의 진폭 크기를 조절할 수 있는 단계를 더 늘리기 위해서는 저항을 추가하는 것과 같이 하드웨어적인 변화가 필요하고, 이에 따라 하드웨어가 복잡해지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주사파의 진폭 크기를 조절하여 배율을 보정하는 전자 현미경 제어 장치 및 배율 보정 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전자 현미경 제어 장치는, 전자 현미경이 복수의 인덱스에 각각 대응하는 복수의 배율을 가지도록 앰프 게인을 조절하고, 입력 주사파를 상기 조절된 앰프 게인에 따라 출력 주사파로 증폭하여 상기 전자 현미경에 제공하는 스캔 보드부, 그리고 상기 전자 현미경이 상기 복수의 배율 사이의 배율을 가지도록 상기 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하여 상기 스캔 보드부에 제공하는 DA 변환부를 포함한다.
상기 스캔 보드부는 상기 복수의 인덱스에 대응하는 복수의 스위치 및 복수의 앰프 저항을 포함하며, 상기 스위치의 온/오프에 따라 상기 앰프 게인을 조절할 수 있다.
n번째 인덱스에 대응하는 배율
Figure 112009049541332-pat00001
은 수학식
Figure 112009049541332-pat00002
에 따라 결정되고, 상기
Figure 112009049541332-pat00003
은 미리 알고 있는 시편의 물리적인 크기이고, 상기
Figure 112009049541332-pat00004
는 상기 시편이 표시되는 표시 장치에서 상기 크기
Figure 112009049541332-pat00005
에 대응하는 픽셀의 개수를 나타내며 상기
Figure 112009049541332-pat00006
는 상기 픽셀의 물리적인 크기를 나타낼 수 있다.
상기 입력 주사파의 진폭 크기
Figure 112009049541332-pat00007
은 수학식
Figure 112009049541332-pat00008
에 의하여 산출되고, 상기
Figure 112009049541332-pat00009
과
Figure 112009049541332-pat00010
는 각각 상기 입력 주사파가 가질 수 있는 최소 및 최대 진폭 크기를 나타내며, 상기
Figure 112009049541332-pat00011
은 상기 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하는 변수이고, 상기
Figure 112009049541332-pat00012
는 상기 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하는 변수의 최대값일 수 있다.
상기 전자 현미경의 배율은 상기 출력 주사파에 따른 배율에 고전압 보정값
Figure 112009049541332-pat00013
을 곱한 값으로 산출되며, 상기
Figure 112009049541332-pat00014
는 상기 전자 현미경을 실제 구동하는 고전압 크기를 나타내고 상기
Figure 112009049541332-pat00015
는 상기 전자 현미경이 n번째 인덱스에 대응하는 n번째 배율을 가지도록 보정할 때 사용된 고전압 크기를 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따른 전자 현미경 제어 방법은 전자 현미경이 복수의 인덱스에 각각 대응하는 복수의 배율을 가지도록 앰프 게인을 조절하는 단계, 상기 전자 현미경이 상기 복수의 배율 사이의 배율을 가지도록 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하는 단계, 그리고 상기 입력 주사파를 상기 조절된 앰프 게인에 따라 출력 주사파로 증폭하여 상기 전자 현미경에 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따른 전자 현미경의 배율 보정 방법은 전자 현미경의 목표 배율을 설정하는 단계, 상기 목표 배율을 미리 정해진 간격으로 나누고 복수의 인덱스를 설정하는 단계, 상기 전자 현미경이 상기 복수의 인덱스에 각각 대응 하는 복수의 배율을 가지도록 앰프 게인을 결정하는 단계, 그리고 상기 전자 현미경이 상기 복수의 배율 사이의 배율을 가지도록 앰프 입력 주사파의 진폭 크기를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 상기한 방법 중 어느 하나를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 앰프 게인을 조절하고 입력 주사파의 크기를 조절함으로써 하드웨어가 덜 복잡하면서도 전자 현미경의 배율을 용이하게 보정할 수 있는 전자 현미경 제어 장치를 제공할 수 있다. 더욱이 전자 현미경에 제공하는 고전압에 따른 보정을 수행하여 보다 정밀한 배율 보정을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 배율 보정 방법에 따른 배율은 물체의 거리, 면적 등을 측정하는 경우뿐만 아니라 집속 이온 빔(focused ion beam, FIB) 장비 등에 있어서 정확한 물리적인 크기로 물체를 가공하는 경우에도 사용할 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 도 1을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 전자 현미경 제어 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 현미경 제어 장치를 설명하기 위한 블 록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 전자 현미경 제어 장치(110)는 전자 현미경(electron microscope)(120) 및 사용자 단말기(130)와 연결된다. 전자 현미경 제어 장치(110)는 사용자 단말기(130)로부터의 명령에 따라 전자 현미경(120)을 제어하여 구동시키고 전자 현미경(120)에서 제공받은 영상 신호를 사용자 단말기(130)에 제공한다. 물론, 전자 현미경 제어 장치(110)와 사용자 단말기(130)는 일체의 형태로 구현될 수도 있으며, 사용자 단말기(130)의 기능이 전자 현미경 제어 장치(110)에 포함되어 구현될 수도 있다.
사용자 단말기(130)는 전자 현미경 제어 장치(110)가 전자 현미경(120)을 제어하여 구동할 수 있도록 전자 현미경 제어 장치(110)에 명령 신호를 보내고, 전자 현미경 제어 장치(110)로부터 제공받은 영상 신호를 처리하여 확대 영상을 액정 표시 장치 등의 모니터 상에 표시한다. 사용자 단말기(130)는 데스크톱 컴퓨터뿐만 아니라 노트북 컴퓨터, 워크스테이션, 팜톱(palmtop) 컴퓨터, 개인 휴대용 정보 단말기(personal digital assistant, PDA), 웹 패드, 이동 통신 단말기 등과 같이 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘 단말기로 이루어질 수 있다. 사용자 단말기(130)는 전자 현미경 제어 장치(110)를 구동할 수 있는 전용 어플리케이션을 탑재할 수 있다.
전자 현미경(120)은 전자 빔을 사용하여 물체를 확대시켜 보는 광학 장치를 나타낸다. 전자 현미경(120)은 구동 원리에 따라 크게 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM)과 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 구분할 수 있다. 이하 본 발명에 따른 실시예에서 사용되는 전자 현미경(120)은 주사 전자 현미경인 것으로 가정하고 설명한다. 물론, 투과 전자 현미경인 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.
그러면, 도 1 및 도 2를 참고하여 전자 현미경에 대해 보다 자세하게 설명한다.
도 2는 전자 현미경의 구조를 설명하기 위한 개략도이다.
전자 현미경(120)은 전자총부(121), 렌즈부(122), 스캐닝 코일부(123), 신호 검출부(124) 및 시편 위치부(125)를 포함한다.
전자총부(121)는 음극(121a) 및 양극(121b)을 포함하며, 음극(121a)을 가열하여 전자를 발생시키고 발생된 전자를 양극(121b)으로 가속시킨다.
렌즈부(122)는 집속 렌즈(condenser lens)(122a) 및 대물 렌즈(objective lens)(122b)를 포함하며, 전자총부(121)에서 발생된 전자를 집속 렌즈(122a)를 통해 집속시켜 전자선(electron probe)을 형성하고 대물 렌즈(122b)를 통해 전자선을 면(square)형태로 시편(125c)에 주사한다. 여기서 집속 렌즈 및 대물 렌즈는 자계 렌즈(magnetic lens)로서, 코일(coil)을 이용하여 일정한 양의 자기장(magnetic field)을 형성하고 전자선이 자기장을 통과할 때 진행방향이 휘어지는 성질을 이용한 렌즈를 나타낸다.
스캐닝 코일부(123)는 상측 스캐닝 코일(123a) 및 하측 스캐닝 코일(123b)을 포함하며, 집속 렌즈(122a)를 통해 형성된 전자선을 횡 및 종 방향으로 주사시킨다.
신호 검출부(124)는 신호 검출기(124a)를 포함하며, 전자선이 시편(125c)에 도달한 경우 방출되는 이차전자, 반사전자 등의 전자를 검출하고 이를 기초로 이미지 형성을 위한 신호를 생성한다.
시편 위치부(125)는 시편 챔버(125a) 및 시편 스테이지(125b)를 포함한다. 여기서 시편 챔버(125a)는 전자의 산란을 방지하기 위해 진공으로 되어 있다. 시편(125c)은 시편 챔버(125a) 안의 시편 스테이지(125b) 위에 놓여진다. 한편, 대물 렌즈(122b)와 시편(125c) 사이의 거리(working distance)는 고정된 것으로 가정하고 이하 설명한다.
이와 같이 전자 현미경(120)은 전자 빔을 이용하여 시편(125c)의 확대 영상을 획득한다. 여기서 확대 영상의 배율은 전자총부(121)에 인가되는 고전압(high voltage) 크기에 따라 전자 빔의 속도가 변동되어 영향을 받고, 집속 렌즈 및 대물 렌즈에 인가되는 전류 크기와 스캐닝 코일부(123)에서 주사되는 주사파(scan wave)의 진폭(amplitude) 크기에 영향을 받는다.
그러면, 도 1을 참고하여 전자 현미경 제어 장치에 대해 보다 자세하게 설명한다.
전자 현미경 제어 장치(110)는 고전압 앰프부(111), 렌즈 앰프부(112), 스캔 보드부(113), PMT 앰프부(114), AD/DA 보드부(115) 및 제어부(116)를 포함한다.
고전압 앰프부(111)는 전자를 발생시키기 위해 전자총부(121)에 소정 크기의 고전압을 인가한다. 이때 고전압 크기는 5kV∼30kV의 범위를 가질 수 있다. 고전압이 인가되면 전자총부(121)는 인가된 고전압에 의해 전자를 발생시킨다.
렌즈 앰프부(112)는 렌즈부(122)에 소정 크기의 전류를 인가하고, 렌즈부(122)는 인가된 전류를 집속 렌즈 및 대물 렌즈에 인가하여 자기장을 형성한다.
스캔 보드부(113)는 제1 스캔 보드(113a) 및 제2 스캔 보드(113b)를 포함하며, AD/DA 보드부(115)에서 제공받은 주사파의 진폭 크기를 확대율에 따라 변경하고 이를 스캐닝 코일부(123)에 제공한다. 여기서 확대율은 사용자가 조그 셔틀 등을 통해 조작하는 것으로 영상을 확대시키는 정도를 나타낸다. 그러면 스캐닝 코일부(123)는 제공된 주사파를 상측 및 하측 스캐닝 코일(123a, 123b)에 주사하여 전자선을 횡 및 종 방향으로 주사시킨다.
PMT 앰프부(114)는 광증배관(photo multiplication tube)(도시하지 않음) 등을 포함하며, 신호 검출부(124)에서 생성된 신호를 증폭한다.
AD/DA 보드부(115)는 사용자 단말기(130)에서 제공하는 디지털 형태의 주사 명령 신호를 소정 진폭 크기를 가지는 아날로그 형태의 주사 신호로 변환하여 스캔 보드부(113)에 제공한다. 또한, AD/DA 보드부(115)는 PMT 앰프부(114)에서 제공받은 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환하여 사용자 단말기(130)에 제공한다. 그러면 사용자 단말기(130)는 디지털 영상 신호를 처리하여 시편(125c)의 확대 영상을 모니터 상에 표시한다. AD/DA 보드부(115)는 AD 보드부와 DA 보드부로 분리되어 구현될 수도 있다.
제어부(116)는 사용자 단말기(130)에서 제공하는 명령 신호에 따라 고전압 앰프부(111), 렌즈 앰프부(112), 스캔 보드부(113)를 제어하여 고전압 크기, 전류 크기, 주사파의 진폭 크기를 변경한다. 그리고 제어부(116)는 주사파의 진폭 크기 등을 변경하면서 배율을 보정한다. 배율을 보정하는 동작에 대해서는 이하 자세하게 설명한다.
그러면, 도 3을 참고하여 스캔 보드부에 대해 보다 자세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스캔 보드부를 설명하기 위한 도면이다. 제1 스캔 보드(113a)와 제2 스캔 보드(113b)는 실질적으로 동일하므로 제1 스캔 보드(113a)에 대해서만 이하 설명한다.
제1 스캔 보드(113a)는 기본 저항(R0), 증폭기(A), 제1 내지 제5 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5), 제1 내지 제5 저항(R1, R2, R3, R4, R5)을 포함한다. 그러나 5개의 스위치 및 저항은 예일 뿐이고, 필요에 따라 스위치 및 저항의 수효는 가감될 수 있다.
기본 저항(R0)의 일측은 AD/DA 보드부(115)에 연결되고 타측은 증폭기(A)에 연결된다. 증폭기(A)의 일측은 기본 저항(R0)에 연결되고 타측은 스캐닝 코일부(123)에 연결된다. 제1 내지 제5 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)의 일측은 각각 제1 내지 제5 저항(R1, R2, R3, R4, R5)에 연결되고, 제1 내지 제5 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)의 타측은 기본 저항(R0)과 증폭기(A) 사이에 있는 접점에 연결되며, 제1 내지 제5 저항(R1, R2, R3, R4, R5)의 타측은 증폭기(A)와 스캐닝 코일부(123) 사이에 있는 접점에 연결된다.
제1 스캔 보드(113a)는 제어부(116)로부터의 선택에 따라 제1 내지 제5 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)를 온/오프시켜 AD/DA 보드부(115)로부터의 앰프 입력 주사파(RV)를 앰프 출력 주사파(AV)로 변환한다. 여기서 앰프 입력 주사파(RV)의 진폭 크기(
Figure 112009049541332-pat00016
)는 확대율에 따라 앰프 출력 주사파(AV)의 진폭 크기(
Figure 112009049541332-pat00017
)로 증폭된다.
그러면, 도 4 및 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 배율 보정 동작에 대해 설명한다.
도 4는 인덱스에 따른 배율을 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 크기 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참고하면, 도 4의 (a)에 도시한 그래프와 같이 사용자가 사용하는 조그 셔틀로 조작되는 확대율은 원활한 조작을 위하여 고배율에서 급한 기울기를 갖도록 설계된다. 이 배율에 로그함수를 적용하면 도 4의 (b)에 도시한 그래프와 같이 배율이 선형적으로 높아진다. 도 4에 도시한 배율 그래프는 전자 현미경을 설계하면서 설계자가 임의로 설정할 수 있는 것으로서 목표한 배율 그래프에 따라 전자 현미경 제어 장치(110)를 구동함으로써 실제 배율을 얻을 수 있다.
그러면, 도 4에 도시한 그래프와 같은 인덱스에 따른 배율을 가지도록 배율을 보정하는 방법에 대해 이하 설명한다.
먼저, 액정 표시 장치 등의 모니터 픽셀 1개에 표시되는 시편의 물리적인 크기(
Figure 112009049541332-pat00018
)를 [수학식 1]에 의해 산출한다.
Figure 112009049541332-pat00019
여기서 n은 사용자의 조그 셔틀 조작에 따라 선택된 n번째 인덱스를 나타내 고, 도 5를 참고하면
Figure 112009049541332-pat00020
는 X축으로 선택된 모니터 픽셀 개수를 나타내며,
Figure 112009049541332-pat00021
는
Figure 112009049541332-pat00022
에 대응하는 미리 알고 있는 시편(125c)의 물리적인 실제 크기를 나타낸다. 이에 따라 모니터 픽셀 1개에 표시되는 시편(125c)의 물리적인 실제 크기를 산출할 수 있다.
그리고 [수학식 1]에 따라 산출된 픽셀 1개에 표시되는 시편의 물리적인 크기를 이용하여 [수학식 2]에 의해 n번째 인덱스에 따른 배율(
Figure 112009049541332-pat00023
)을 산출한다.
Figure 112009049541332-pat00024
여기서
Figure 112009049541332-pat00025
는 픽셀 1개의 물리적인 실제 크기를 나타낸다. 이와 같이 픽셀 1개의 물리적인 실제 크기를 픽셀 1개에 표시되는 시편(125c)의 물리적인 크기로 나눔으로써 n번째 인덱스에 따른 배율을 산출할 수 있다. 전자 현미경 제어 장치(110)는 사용자에 의해 선택된 n번째 인덱스를 참고하여 스캔 보드부(113)의 n번째 스위치를 온시켜 n번째 저항이 앰프 게인으로서 동작하도록 하여 전자 현미경(120)이 n번째 인덱스에 따른 배율을 가지도록 한다. 이를 위하여 사전에 n번째 인덱스에 따른 목표 배율을 획득하도록 n번째 저항값을 적절히 설정할 필요가 있다.
또한 주사파의 진폭 크기를 제어함으로써 좀더 세분화하여 배율을 조정할 수 있다. 예컨대, 도 3과 같이 앰프 게인 조정을 5개의 저항으로 한다면 기본을 포함하여 인덱스에 따른 배율을 6단계로 조정할 수 있고 각 인덱스 사이의 배율을 앰프 입력 주사파(RV)의 진폭 크기에 따라 8단계로 조정하면 전자 현미경의 배율을 총 48단계로 조정할 수 있다. 제어할 앰프 입력 주사파(RV)의 진폭 크기(
Figure 112009049541332-pat00026
)는 [수학식 3]에 의해 산출한다.
Figure 112009049541332-pat00027
여기서
Figure 112009049541332-pat00028
은 제어할 앰프 입력 주사파(RV)의 최소 진폭 크기를 나타내고,
Figure 112009049541332-pat00029
는 제어할 앰프 입력 주사파(RV)의 최대 진폭 크기를 나타내며,
Figure 112009049541332-pat00030
는 최대 스텝 단계를 나타내고,
Figure 112009049541332-pat00031
은 현재 스텝 단계를 나타낸다. 예컨대, 앰프 입력 주사파(RV)의 진폭 크기(
Figure 112009049541332-pat00032
)를 8단계로 제어하고 현재 스텝 단계가 3단계인 경우,
Figure 112009049541332-pat00033
는 8이 되고
Figure 112009049541332-pat00034
은 3이 된다.
n번째 인덱스에서 앰프 입력 주사파(RV)의 진폭 크기를 고려한 배율(
Figure 112009049541332-pat00035
)은 [수학식 4]에 의해 산출한다.
Figure 112009049541332-pat00036
이와 같이 AD/DA 보드부(115)는 스캔 보드부(113)에 제공하는 주사파(RV)의 진폭 크기(
Figure 112009049541332-pat00037
)를 조절하여 배율을 세부적으로 보정하고, 스캔 보드부(113)는 사용자의 조작에 의해 선택된 인덱스에 따라 제1 내지 제5 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)를 온오프시켜 스캐닝 코일부(123)에 제공하는 앰프 출력 주사파(AV)의 진폭 크기(
Figure 112009049541332-pat00038
)를 조절하여 배율을 보정한다. 배율을 보정하는 경우 고전압 앰프부(111)가 전자총부(121)에 인가하는 고전압 크기와 렌즈 앰프부(112)가 렌즈부(122)에 인가하는 전류 크기는 일정하게 고정한다.
한편 전자총부(121)에 인가되는 고전압 크기에 따라 전자 빔의 속도가 변동되기 때문에 배율은 고전압 크기에 영향을 받는다. 고전압 크기 변화에 따른 배율(
Figure 112009049541332-pat00039
)은 [수학식 3] 및 [수학식 4]를 이용한 [수학식 5]에 의해 산출한다.
Figure 112009049541332-pat00040
여기서
Figure 112009049541332-pat00041
는 n번째 인덱스에서 배율 보정 시 사용된 고전압 크기를 나타내고,
Figure 112009049541332-pat00042
는 실제 전자총부(121)에 인가되는 고전압 크기를 나타낸다.
전자 현미경 제어 장치(110)는 [수학식 5]에 따른 배율을 가지도록 전자 현미경(120)을 구동하고 사용자 단말기(130)는 해당 배율 및 물체의 거리 정보가 모니터 상에 표시되도록 한다.
그러면, 도 6을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 배율 보정 방법에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자 현미경의 배율 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 목표 배율을 설정한다(S310). 목표 배율은 도 4의 (a)와 같이 저배율에서는 낮은 기울기를 고배율에서는 급격한 기울기를 갖도록 설정하며, 지수 곡선을 이루도록 설정하는 것이 좋다. 그러나 반드시 그렇게 설정할 필요는 없다.
설정된 목표 배율을 적절한 간격으로 나누고 인덱스를 붙인다(S320). 따라서 각 인덱스에는 이에 대응하는 배율이 설정된다. 예를 들어 도 4에는 6까지의 인덱스가 부여되어 있으며, 인덱스가 6인 경우 최고 배율 300K가 설정된다.
각 인덱스에 대응하는 배율을 획득할 수 있도록 스캔 보드부(113)의 앰프 저항을 결정한다(S330). 앰프 저항을 결정하기 위하여 도 3의 스위치와 저항 대신에 적절한 범위의 가변저항을 이용할 수 있다. 해당 배율에 대하여 모니터 상에 시편이 적절히 표시될 수 있도록 가변저항을 조절하여 앰프 저항을 결정한다. 이때 정 확한 배율을 결정하기 위하여 [수학식 1]과 [수학식 2]를 이용한다. 각 인덱스에 대응하는 배율에 따른 앰프 저항을 결정하면 도 3과 같은 방식으로 스위치 및 저항 어레이를 적용한다.
다음으로 각 인덱스 사이의 배율을 설정한다. 설정된 배율이 지수 곡선을 갖는다면 앰프 입력 주사파(RV)의 진폭 크기(
Figure 112009049541332-pat00043
)는 [수학식 3]과 같이 결정될 수 있다(S340). 따라서 n번째 인덱스에서 앰프 입력 주사파(RV)의 진폭 크기(
Figure 112009049541332-pat00044
)를 고려한 배율은 [수학식 4]에 따라 정해진다. AD/DA 보드부(115)는 사용자 단말기(130)로부터의 디지털 주사 명령 신호를 처리하여 앰프 입력 주사파(RV)가 해당 진폭 크기를 갖도록 아날로그 변환을 수행한다.
사용자가 전자 현미경(120)을 사용할 때 필요에 따라 전자 현미경 제어 장치(110)는 전자 현미경(120)에 5kV∼30kV 범위의 고전압을 인가한다. 따라서 단계(S310) 내지 단계(S340)은 특정 전압을 고정하여 두고 배율을 보정한 것으로서 실제 사용 단계에서는 [수학식 5]와 같이 고전압 보정을 수행하여(S350) 고전압 크기 변화에 따른 배율을 최종 산출한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 앰프 게인을 조절하고 입력 주사파의 크기를 조절함으로써 전자 현미경 제어 장치의 하드웨어가 덜 복잡하면서도 전자 현미경의 배율을 용이하게 보정할 수 있다. 더욱이 전자 현미경에 제공하는 고전압에 따른 보정을 수행하여 보다 정밀한 배율 보정을 수행할 수 있다.
또한, 물체의 거리, 면적 등을 측정하는 경우뿐만 아니라 집속 이온 빔(focused ion beam, FIB) 장비 등에 있어서 정확한 물리적인 크기로 물체를 가공하는 경우에도 본 발명의 배율 보정 방법에 따른 배율을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다. 이 매체는 지금까지 설명한 배율 보정 방법 또는 전자 현미경을 구동하기 위한 어플리케이션을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 또는 이러한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 현미경 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 전자 현미경의 구조를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스캔 보드부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 인덱스에 따른 배율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 크기 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자 현미경의 배율 교정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 전자 현미경 제어 장치, 111: 고전압 앰프부,
112: 렌즈 앰프부, 113: 스캔 보드부,
114: PMT 앰프부, 115: AD/DA 보드부,
116: 제어부, 120: 전자 현미경,
121: 전자총부, 122: 렌즈부,
123: 스캐닝 코일부, 124: 신호 검출부,
125: 시편 위치부, 130: 사용자 단말기

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 전자 현미경이 복수의 인덱스에 각각 대응하는 복수의 배율을 가지도록 앰프 게인을 조절하고, 입력 주사파를 상기 조절된 앰프 게인에 따라 출력 주사파로 증폭하여 상기 전자 현미경에 제공하는 스캔 보드부, 그리고
    상기 전자 현미경이 상기 복수의 배율 사이의 배율을 가지도록 상기 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하여 상기 스캔 보드부에 제공하는 DA 변환부
    를 포함하며,
    n번째 인덱스에 대응하는 배율
    Figure 112011018476686-pat00045
    은 수학식
    Figure 112011018476686-pat00046
    에 따라 결정되고, 상기
    Figure 112011018476686-pat00047
    은 미리 알고 있는 시편의 물리적인 크기이고, 상기
    Figure 112011018476686-pat00048
    는 상기 시편이 표시되는 표시 장치에서 상기 크기
    Figure 112011018476686-pat00049
    에 대응하는 픽셀의 개수를 나타내며 상기
    Figure 112011018476686-pat00050
    는 상기 픽셀의 물리적인 크기를 나타내는 전자 현미경 제어 장치.
  4. 전자 현미경이 복수의 인덱스에 각각 대응하는 복수의 배율을 가지도록 앰프 게인을 조절하고, 입력 주사파를 상기 조절된 앰프 게인에 따라 출력 주사파로 증폭하여 상기 전자 현미경에 제공하는 스캔 보드부, 그리고
    상기 전자 현미경이 상기 복수의 배율 사이의 배율을 가지도록 상기 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하여 상기 스캔 보드부에 제공하는 DA 변환부
    를 포함하며,
    상기 입력 주사파의 진폭 크기
    Figure 112011018476686-pat00051
    은 수학식
    Figure 112011018476686-pat00052
    에 의하여 산출되고, 상기
    Figure 112011018476686-pat00053
    과
    Figure 112011018476686-pat00054
    는 각각 상기 입력 주사파가 가질 수 있는 최소 및 최대 진폭 크기를 나타내며, 상기
    Figure 112011018476686-pat00055
    은 상기 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하는 변수이고, 상기
    Figure 112011018476686-pat00056
    는 상기 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하는 변수의 최대값인 전자 현미경 제어 장치.
  5. 전자 현미경이 복수의 인덱스에 각각 대응하는 복수의 배율을 가지도록 앰프 게인을 조절하고, 입력 주사파를 상기 조절된 앰프 게인에 따라 출력 주사파로 증폭하여 상기 전자 현미경에 제공하는 스캔 보드부, 그리고
    상기 전자 현미경이 상기 복수의 배율 사이의 배율을 가지도록 상기 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하여 상기 스캔 보드부에 제공하는 DA 변환부
    를 포함하며,
    상기 전자 현미경의 배율은 상기 출력 주사파에 따른 배율에 고전압 보정값
    Figure 112011018476686-pat00057
    을 곱한 값으로 산출되며, 상기
    Figure 112011018476686-pat00058
    는 상기 전자 현미경을 실제 구동하는 고전압 크기를 나타내고 상기
    Figure 112011018476686-pat00059
    는 상기 전자 현미경이 n번째 인덱스에 대응하는 n번째 배율을 가지도록 보정할 때 사용된 고전압 크기를 나타내는 전자 현미경 제어 장치.
  6. 전자 현미경이 복수의 인덱스에 각각 대응하는 복수의 배율을 가지도록 앰프 게인을 조절하는 단계,
    상기 전자 현미경이 상기 복수의 배율 사이의 배율을 가지도록 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하는 단계, 그리고
    상기 입력 주사파를 상기 조절된 앰프 게인에 따라 출력 주사파로 증폭하여 상기 전자 현미경에 제공하는 단계
    를 포함하는 전자 현미경 제어 방법.
  7. 전자 현미경의 목표 배율을 설정하는 단계,
    상기 목표 배율을 미리 정해진 간격으로 나누고 복수의 인덱스를 설정하는 단계,
    상기 전자 현미경이 상기 복수의 인덱스에 각각 대응하는 복수의 배율을 가지도록 앰프 게인을 결정하는 단계, 그리고
    상기 전자 현미경이 상기 복수의 배율 사이의 배율을 가지도록 앰프 입력 주사파의 진폭 크기를 결정하는 단계
    를 포함하는 전자 현미경의 배율 보정 방법.
  8. 제7항에서,
    n번째 인덱스에 대응하는 배율
    Figure 112009049541332-pat00060
    은 수학식
    Figure 112009049541332-pat00061
    에 따라 결정되고, 상기
    Figure 112009049541332-pat00062
    은 미리 알고 있는 시편의 물리적인 크기이고, 상기
    Figure 112009049541332-pat00063
    는 상 기 시편이 표시되는 표시 장치에서 상기 크기
    Figure 112009049541332-pat00064
    에 대응하는 픽셀의 개수를 나타내며 상기
    Figure 112009049541332-pat00065
    는 상기 픽셀의 물리적인 크기를 나타내는 전자 현미경의 배율 보정 방법.
  9. 제7항에서,
    상기 앰프 입력 주사파의 진폭 크기
    Figure 112009049541332-pat00066
    은 수학식
    Figure 112009049541332-pat00067
    에 의하여 산출되고, 상기
    Figure 112009049541332-pat00068
    과
    Figure 112009049541332-pat00069
    는 각각 상기 앰프 입력 주사파가 가질 수 있는 최소 및 최대 진폭 크기를 나타내며, 상기
    Figure 112009049541332-pat00070
    은 상기 앰프 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하는 변수이고, 상기
    Figure 112009049541332-pat00071
    는 상기 앰프 입력 주사파의 진폭 크기를 조절하는 변수의 최대값인 전자 현미경의 배율 보정 방법.
  10. 제7항에서,
    상기 전자 현미경의 배율은 앰프 출력 주사파에 따른 배율에 고전압 보정값
    Figure 112009049541332-pat00072
    을 곱한 값으로 산출되며, 상기
    Figure 112009049541332-pat00073
    는 상기 전자 현미경을 실제 구동하는 고전압 크기를 나타내고 상기
    Figure 112009049541332-pat00074
    는 상기 전자 현미경이 n번째 인덱스에 대응하는 n번째 배율을 가지도록 보정할 때 사용된 고전압 크기를 나타내는 전자 현미경의 배율 보정 방법.
  11. 컴퓨터에 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002025491A (ja) * 2000-07-13 2002-01-25 Hitachi Ltd 電子顕微鏡

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