KR101384964B1 - 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경 - Google Patents

진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경에 관한 것이며, 본 발명의 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경은 챔버에 형성된 개구부를 밀폐하여 챔버 내부를 진공으로 유지하는 진공 유지 밸브에 있어서,외부로부터 동력을 인가받아 상기 챔버의 벽면을 따라 운동하는 몸체부, 상기 챔버 상에 위치하며, 회전 롤러를 구비하는 스토퍼, 상기 몸체부와 연결된 상태로 이동하며, 일면이 상기 회전 롤러와 접촉하여 이동 방향이 상기 개구부 측 방향 또는 상기 개구부로부터 이격되는 방향 중 어느 하나로 전환되어 상기 챔버를 개폐하는 밸브부, 상기 몸체부 상에 상기 회전 롤러와 대향되게 위치하고, 상기 스토퍼와 상기 밸브부의 접촉시에 상기 밸브부의 타면과 접촉하여, 상기 밸브부의 이동방향을 안내하는 회전 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 회전 롤러와 회전 부재에 의해 밸브부의 운동이 안내되어 몸체부의 전진 또는 후진시 발생하는 충격을 방지하여 분진발생을 억제할 수 있는 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경이 제공된다.

Description

진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경{VALVE FOR MAINTAINING VACUUM AND SCANNING ELECTRON MICROSCOPE USING THE SAME}
본 발명은 진공 유지 밸브 및 이를 이용한 전자 현미경에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경통 내부의 진공을 유지하면서 밸브 개폐시 파티클의 발생을 방지할 수 있는 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 전자 현미경에 관한 것이다.
최근 정보기기들의 극소화 추세 뿐만 아니라 첨단 소재 분야에서도 극미세기술의 산업화로 인하여 미세 구조물 또는 재료 표면 형상에 대한 정보가 절실히 요구되고 있다. 특히, 1990년대 후반부터 전세계적으로 나노 연구가 활발해지면서 나노물질의 구조와 특성을 규명하기 위한 연구들이 진행되고 있으며, 전자 현미경은 여기에 중요한 축을 담당하고 있다.
진공 현미경의 경통 내부는 빛의 산란을 막고 전자를 발생시키는 필라멘트를 보호하기 위하여 진공을 유지해야 하는데, 10-10 ~ 10-8의 고진공을 유지해야 한다. 이를 유지하기 위해 경통의 광 투입구를 개폐하는 진공 유지 밸브가 사용된다.
도 1은 종래의 진공 유지 밸브를 개략적으로 도시한 정면도이다. 종래의 진공 유지 밸브(1)는 챔버(10)와 몸체부(20)와 밸브부(30)와 실링부(31)와 스토퍼(40)와 판 스프링(50)을 포함한다.
도 1을 참조하면, 상기 밸브부(30)는 판 스프링(50)에 의해 상기 몸체부(20)와 연결되며, 실린더(12)에 의해 상기 몸체부(20)와 연결된 상태로 좌측으로 이동하여 상기 스토퍼(40)와 충돌하게 된다. 충돌시 스토퍼(40)의 외면에 형성된 핀(41)에 의해 밸브부(30)의 경사면을 따라 밸브부(30)가 개구부(11)측으로 이동하게 된다.
이러한 종래의 기술의 경우, 밸브부(30)는 핀(41)과의 충돌에 의해 밸브부(30)의 일부가 깨져 분진이 발생하거나, 밸브부(30)가 파손되는 문제점이 발생한다. 또한, 몸체부(20)와 밸브부(30)의 충돌이 번번히 발생하여 분진이 발생하거나 몸체부(20) 또는 밸브부(30)가 파손되는 문제점이 발생한다. 이러한 분진의 발생은 챔버 내부의 진공 상태를 오염시키고, 광원이 발생하는 전자와 충돌하여 광원을 파손시키는 문제점을 발생시킨다.
한편, 판 스프링(50)에 의해 몸체부(20)와 밸브부(30)를 연결하게 되어 밸브부(30)가 개구부(11)를 개폐하는 과정을 판 스프링(50)이 주로 제어하게 되는데, 이러한 제어 과정에서 판 스프링(50)의 탄성력을 조절하기 어렵고, 판 스프링(50)의 변형이 크게 발생할수록 분진이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 몸체부(20)와 결합되어 운동하는 밸브부(30)의 병진운동은 실린더(12)에 의해 좌우되는데, 실링부(31)가 챔버(10)의 벽면과 접촉한 상태에서도 밸브부(30)의 전진 또는 후진을 할 수 있어 마찰에 의해 실링부(31)를 파손시키거나 분진을 생성하는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 밸브 개폐시 스토퍼와 밸브부의 충돌시 발생하는 충격을 완화하고, 몸체부의 운동과는 별개의 운동이 가능하도록 밸브부를 마련하여 실링부가 챔버의 벽면을 따라 미끄러지지 않도록 하여 분진의 발생을 억제하는 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경을 제공함에 있다.
또한, 밸브부의 대향되는 면을 동시에 지지하여 광 투입구의 밀폐가 균일하게 이루어져 고진공을 유지할 수 있는 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 챔버에 형성된 개구부를 밀폐하여 챔버 내부를 진공으로 유지하는 진공 유지 밸브에 있어서,외부로부터 동력을 인가받아 상기 챔버의 벽면을 따라 병진운동하는 몸체부, 상기 챔버 상에 위치하며, 회전 롤러를 구비하는 스토퍼, 상기 몸체부와 연결된 상태로 이동하며, 일면이 상기 회전 롤러와 접촉하여 이동 방향이 상기 개구부 측 방향 또는 상기 개구부로부터 이격되는 방향 중 어느 하나로 전환되어 상기 챔버를 개폐하는 밸브부, 상기 몸체부 상에 상기 회전 롤러와 대향되게 위치하고, 상기 스토퍼와 상기 밸브부의 접촉시에 상기 밸브부의 타면과 접촉하여, 상기 밸브부의 이동방향을 안내하는 회전 부재를 포함하며, 상기 밸브부가 상기 회전 롤러 및 상기 회전 부재와 접촉시, 상기 회전 롤러와 상기 회전 부재의 이격 거리가 감소하면 상기 밸브부가 상기 개구부측으로 접근하고, 상기 회전 롤러와 상기 회전 부재의 이격 거리가 증가하면 상기 밸브부가 상기 개구측으로부터 이격되는 진공 유지 밸브를 통해 달성된다.
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또한, 회전 롤러와 접촉시 밸브부가 개구부측을 향하여 이동하도록 회전 롤러와 접촉하는 밸브부의 면은 개구부측을 향할수록 스토퍼측으로 편향되도록 경사질 수 있다.
여기서, 몸체부의 단부는 밸브부의 상측으로 돌출되고 밸브부가 회전 롤러와 접촉시 몸체부의 이동방향과 반대방향으로 운동하도록 안내하는 슬릿홈이 형성되며, 일측은 슬릿홈 내에 수용된 상태에서 챔버의 개방시 스토퍼 측으로 편향되게 위치하고 챔버의 밀폐시 회전 부재 측으로 편향되게 위치하며, 타측은 밸브부에 삽입되어 몸체부와 밸브부를 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
또한, 연결부는 밸브부 측으로 삽입되는 단부에 요철부가 형성된 축부재, 축부재의 외주면을 따라 마련되고 요철부와 접촉하며, 챔버의 밀폐시 압축되고 챔버의 개방시 인장되는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
여기서, 몸체부와 밸브부 사이에 마련되며, 탄성 부재의 인장시 발생하는 복원력에 의한 충격을 완충하는 완충 부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 밸브부 하면에 마련되며, 챔버를 밀폐시 챔버의 벽면과 밸브부 사이에 개재되는 실링부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 챔버에는 상기 몸체부가 통과할 수 있도록 서로 이격되게 배치된 한 쌍의 가이드부를 더 포함할 수 있다.
또한, 광원, 광원을 수용하며 개구부가 형성된 챔버, 챔버를 밀폐하도록 마련된 상기 제1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 진공 유지 밸브, 광원으로부터 방출되는 전자 빔을 한 점으로 집속하는 집속 렌즈, 집속 렌즈를 통과하는 광의 파장을 변환하는 어퍼쳐, 어퍼쳐에 의해 파장이 변환된 광이 통과하는 대물렌즈, 챔버, 진공 유지 밸브, 집속 렌즈, 어퍼쳐 및 대물 렌즈를 수용하는 경통, 시료를 지지하는 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경에 의해 달성된다.
여기서, 상기 진공 유지 밸브의 상부에 마련되며, 상기 광원으로부터 방출되는 전자빔의 양을 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전 롤러와 회전 부재에 의해 밸브부의 운동이 안내되어 몸체부의 전진 또는 후진시 발생하는 충격을 방지하여 분진발생을 억제할 수 있는 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경이 제공된다.
또한, 밸브부와 몸체부가 연결부에 의해 연결되고, 밸브부와 몸체부 사이에 완충부재가 마련되어 밸브부와 몸체부의 접촉을 방지하므로 접촉에 의한 분진 발생을 억제할 수 있다.
또한, 밸브부 하면에 실링부가 마련되어 외부 공기의 유입을 방지하여 챔버 내부의 고진공을 유지할 수 있다.,
또한, 몸체부에 형성된 슬릿홈을 따라 연결부가 이동가능하게 마련되어 챔버의 밀폐시 실링부가 챔버 벽면에서 미끄러지는 것을 방지하여 마찰에 의한 실링부의 분진 발생 또는 파손을 방지할 수 있다.
또한, 챔버의 밀폐시 회전 부재와 회전 롤러에 의해 밸브부의 양 측면이 지지됨으로써 실링부를 고르게 눌러 주어 고진공에서도 차폐가 유지될 수 있다.
또한, 가이드부가 몸체부를 중심으로 이격되게 마련되어, 몸체부의 이동경로가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 주사 전자 현미경에서 챔버의 진공을 유지하는 진공 유지 밸브를 개략적으로 도시한 정면도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 진공 유지 밸브를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 3은 도 2에 따른 진공 유지 밸브를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고,
도 4는 도 2에 따른 진공 유지 밸브에서 챔버의 개구부가 열린 상태를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 5는 도 2에 따른 진공 유지 밸브에서 챔버의 개구부가 닫힌 상태를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 6는 도 2에 따른 진공 유지 밸브에서 밸브부의 작동을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 진공 유지 밸브를 포함하는 주사 전자 현미경을 개략적으로 도시한 단면도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 진공 유지 밸브 (100)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 진공 유지 밸브를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 진공 유지 밸브를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 2에 따른 진공 유지 밸브에서 챔버의 개구부가 열린 상태를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 도 2에 따른 진공 유지 밸브에서 챔버의 개구부가 닫힌 상태를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 6는 도 2에 따른 진공 유지 밸브에서 밸브부의 작동을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 진공 유지 밸브(100)는 몸체부(110)와 밸브부(120)와 실링부(130)와 연결부(140)와 스토퍼(150)와 회전 부재(160)와 완충 부재(170)와 가이드부(180)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 진공 유지 밸브(100)는 몸체부(110)와 밸브부(120)의 접촉을 최소화하여 분진의 발생을 억제하고, 챔버(105)의 개구부(106)가 밸브부(120)에 의해 밀폐시 밸브부(130)는 슬릿홈을 따라 몸체부(110)의 운동방향과 반대방향으로 이동가능하게 마련되어 실링부(130)가 챔버(105)의 벽면을 따라 미끄러지는 것을 방지하여 실링부(130)의 파손 및 분진의 발생을 억제하도록 마련된다.
상기 몸체부(120)는 우측면은 실린더부(107)에 연결되어 실린더의 왕복운동에 따라 병진운동을 하게 된다. 또한, 몸체부(120)의 좌측면에는 후술할 밸브부(130)의 상측으로 돌출되고 후술할 연결부(140)에 의해 밸브부(120)와 연결되어, 밸브부(120)가 몸체부(110)와 결합된 상태로 병진운동을 하도록 동력을 전달한다.
한편, 몸체부(120)의 좌측면의 상측으로 밸브부(130)와 연결되도록 돌출된 부위에는 몸체부(120)의 폭방향보다 길이방향으로 길게 형성된 슬릿홈(111)이 형성된다.
슬릿홈(111)에는 후술할 연결부(140)가 삽입되어 몸체부(110)와 밸브부(120)가 연결되며, 밸브부(120)는 슬릿홈(111)을 따라 이동이 가능하게 된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
상기 밸브부(120)는 몸체부(110)와 연결되며, 몸체부(110)와 연결된 상태로 실린더부(107)에 의해 왕복운동을 수행한다. 실린더부(107)에 의해 좌측으로 이동하여 회전 롤러(151)에 접촉하면 개구부(106)측으로 밸브부(120)의 좌측면에 경사방향을 따라 이동방향을 전환하며, 챔버(105) 면에 접촉하여 개구부(106)를 밀폐시킨다. 또한, 실린더부(107)에 의해 우측으로 이동하면 밸브부(120)는 회전 부재(160)와 접촉한 밸브부(120)의 우측면의 경사방향을 따라 이동하며, 후술할 완충부재(170)가 몸체부(110)와 접촉하면 몸체부(110)와 연결된 상태로 우측으로 이동하게 된다.
또한, 적어도 상기 밸브부(120)의 좌측면은 개구부측으로 향할수록 외측으로 편향되도록 경사가 형성되며 회전 롤러(151)에 의해 밸브부(120)는 밸브부(120) 외면의 경사방향을 따라 개구부(106)측으로 이동하게 된다. 우측면도 좌측면과 대칭되게 마련되는 것이 바람직하며, 즉 밸브부(120)의 단면 형상은 사다리꼴 형상이 되는 것이 바람직하다. 이는 후술할 회전 부재(160)에 의해 밸브부(120)가 몸체부(110) 측으로 이동하는 방향을 안내하게 되며, 후술할 탄성 부재(142)의 복원력이 회전 부재(160)를 회전시켜 완충 부재(170)와 몸체부(110)와의 접촉시 발생하는 충격을 완화시킨다.
상기 실링부(130)는 밸브부(120)의 하면에 마련되어 개구부(106)를 밀폐시, 챔버(105)의 벽면에 밀착되도록 압축된다. 실링부(130)에 의해 밸브부(120)와 개구부(106) 사이로 외부 공기가 유입되는 것을 방지하므로 챔버(105) 내부를 고진공으로 유지할 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따르면 실링부(130)는 오링(O-ring)으로 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 연결부(140)는 상측은 슬릿홈(111)에 삽입되고 하측은 밸브부(120)에 삽입되어 몸체부(110)와 밸브부(120)를 연결하며, 축 부재(141)와 탄성 부재(142)를 포함한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 축부재(141)는 연결부(140)의 메인 프레임 역할을 하게 되며, 축 부재(141)의 상측은 슬릿홈(111)을 따라 이동가능하며, 하측은 요철부가 형성되어 탄성 부재(142)를 지지한다. 즉, 축부재(141)가 밸브부(120)와 결합되어 밸브부(120)가 회전 롤러(151)와 접촉시 축부재(141)와 밸브부(120)는 일체로 운동하게 된다.
상기 탄성부재(142)는 상기 축부재(141)의 외주면을 따라 마련되며, 상측은 후술할 완충부재(170)에 접촉하고 하측은 축부재(141)의 요철부에 접촉하여 완충부재(170)와 요철부 사이에서 인장 또는 압축운동을 수행하게 된다.
다시 설명하면, 몸체부(110)가 좌측으로 이동시 밸브부(120)는 회전 롤러(151)와 접촉하여 밸브부(120)의 외면을 따라 개구부(106)측으로 이동하므로 탄성 부재(142)는 압축되며, 몸체부(110)가 우측으로 이동시 압축된 탄성 부재(142)의 복원력에 의해 밸브부(120)는 상측으로 이동하게 된다. 본 발명의 제1 실시예에 따르면 탄성 부재(142)는 스프링으로 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다.
몸체부(110)와 결합부(120)와 연결부(140)의 결합관계를 다시 설명하면, 몸체부(110)의 슬릿홈(111)을 따라 이동가능하도록 슬릿홈(111)에 축 부재(141)가 삽입되며, 슬릿홈(111)을 통과한 축 부재(141)의 단부가 밸브부(120)로 삽입된다.
또한, 축 부재(141)의 외주면을 따라 탄성 부재(141)가 마련되며, 탄성 부재(141)는 밸브부(120)의 내부로 수용되어 외부로 노출되지 않는다. 즉, 탄성 부재(141)는 밸브부(120)의 내부에서 압축 또는 인장 운동을 수행하며, 인장 운동시 복원력에 의해 밸브부(120)를 상승시킨다.
한편, 축 부재(141)의 요철부가 축 부재(141)가 삽입되는 밸브부(120)의 내면에 접촉하여, 축 부재(141)가 슬릿홈(111)을 따라 이동할시 밸브부(120)도 축 부재(141)와 일체로 이동하게 된다.
상기 스토퍼(150)는 챔버(105) 상에 위치가 고정되며, 몸체부(110)와 연결된 상태로 이동하는 밸브부(120)의 운동방향을 밸브부(120) 외면의 경사방향으로 전환시키는 회전 롤러(151)를 구비한다. 즉 스토퍼(150)는 몸체부(110)의 운동을 정지시고, 또한 밸브부(120)가 개구부(106)를 밀폐시키도록 밸브부(120)의 운동 방향을 전환시킨다.
상기 회전 롤러(151)는 직접적으로 밸브부(120)와 접촉하여 회전을 통해 밸브부(120)의 이동방향을 전환시킨다. 즉, 회전 롤러(151)와 접촉한 상태로 밸브부(120)가 전진하면 회전 롤러(151)는 시계 방향으로 회전하여 밸브부(120)가 전진 및 하강하여 개구부를 밀폐하도록 이동방향을 안내하고, 반시계방향으로 회전하여 밸브부가 후진 및 상승하여 개구부를 개방하도록 이동방향을 안내한다.
상기 회전 부재(160)는 회전 롤러(151)와 대향되도록 몸체부(120)에 마련되며, 밸브부(120)의 우측면과 접촉하여 밸브부(120)가 개구부(106) 측으로 운동하여 챔버(105)를 밀폐하도록 이동경로를 안내하며, 밸브부(120)가 개구부(106) 측에서 멀어지는 운동시 밸브부(120)가 원상태로 이동하는 이동 경로를 안내한다.
즉, 회전 롤러(151)와 함께 작용하여 밸브부(120)가 하강하도록 반시계방향으로 회전하고 밸브부(120)가 상승시 시계방향으로 회전하여 밸브부(120)의 상하운동의 운동방향을 안내하게 된다.
상기 완충 부재(170)는 몸체부(110)와 밸브부(120) 사이에 마련되어, 탄성 부재(152)의 탄성력에 의해 발생할 수 있는 충격을 완화시킨다.
상기 가이드부(180)는 한 쌍으로 서로 이격되도록 챔버에 마련되며, 그 사이로 몸체부(110)가 통과할 수 있도록 몸체부(110)의 병진운동방향을 안내한다. 실린더부(107)에 의해 몸체부(110)의 병진운동방향이 결정되나 실린더부(107)의 길이에 따라 몸체부(110)가 운동방향에서 이탈될 수 있으므로 이를 방지한다.
지금부터는 상술한 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경의 제1실시예(100)에서 밸브부(120)에 의해 개구부(106)가 개폐되는 진공 유지 밸브의 작동에 대하여 설명한다. 설명에 앞서 몸체부(110)의 이동방향을 X축 방향이라 하고 이와 수직인 방향을 Y축 방향으로 정의하여 설명한다.
도 4 내지 도 6를 참조하면, 회전 롤러(151)에 밸브부(120)가 접촉하기 전까지는 밸브부(120)는 몸체부(110)와 연결된 상태로 실린더부(107)로부터 동력을 받아 X축 방향을 따라 이동하게 된다.
회전 롤러(151)에 밸브부(120)가 접촉하게 되더라도 몸체부(110)는 X축 방향을 따라 이동한다. 밸브부(120)는 회전 롤러(151)가 밸브부(120)의 경사진 외면을 따라 회전하게 됨으로써 경사진 외면의 경사방향을 따라 개구부(106)를 향해 이동한다. 즉 X축 방향 뿐만 아니라 -Y축 방향으로도 이동하게 된다. 이때, 회전 부재(160)도 밸브부(120)의 우측면에 접촉하여 회전함으로써, 밸브부(120)의 이동을 안내하게 된다.
한편, -Y축방향으로 밸브부(120)가 이동할시, 밸브부(120)의 내면에 마련되어 요철부와 완충부재(170) 사이에 구비된 탄성 부재(142)가 압축되게 된다. 요철부의 Y축방향의 위치는 고정되나, 밸브부(120)와 결합된 완충부재(170)도 -Y축방향으로 이동하므로, 요철부와 완충부재(170) 사이의 공간이 좁아지므로 탄성 부재(142)도 압축하게 되는 것이다.
또한, 이와 동시에 밸브부(120)는 슬릿홈(111)을 따라 몸체부(110)의 운동방향과는 반대방향(-X축 방향)으로 이동하게 된다. 만약 밸브부(120)가 슬릿홈(111)을 따라 이동하지 않는다면, 밸브부(120)가 경사면을 따라 대각선으로 이동하기 때문에 밸브부(120)의 X축방향의 이동거리가 몸체부(110)의 X축 방향의 이동거리보다 적게 되어 연결부(140)에 손상을 가할 수 있다. 이를 방지하기 위해 밸브부(120)가 슬릿홈(111)을 따라 -X축 방향으로 이동하게 되는 것이다.
즉, 몸체부(110)가 X축 방향으로 최대한 이동하여 정지하였을때, 밸브부(120) 하면의 실링부(130)가 압축되어 챔버(105) 면에 밀착되고, 밸브부(120)는 슬릿홈(111)의 우측으로 편향되게 위치하여 정지하게 된다. 이때, 개구부(106)는 실링부(170)의 내부에 위치하여, 실링부(170)와 밸브부(120)에 의해 공기의 유입이 방지된다.
한편, 밸브부(120)가 개구부(106)를 밀폐하여 정지상태에 있는 경우, 회전 롤러(151)와 회전 부재(160)가 밸브부(120)의 양면과 접촉하여 지지하게 됨으로써, 실링부(130)를 고르게 가압하여 고진공 상태에서도 진공을 유지할 수 있게 된다.
한편, 챔버(105)가 열릴 경우의 밸브부(120)의 작동에 대하여 설명하면, 실린더부(107)에 의해 몸체부(110)가 -X축 방향으로 이동하게 된다.
몸체부(110)의 이동과 함께 밸브부(120)는 탄성 부재(142)의 복원력에 의해 Y축 방향으로 이동하게 된다. 복원력이란 평형을 이루는 계에서 평형상태가 깨어졌을때 다시 평형상태로 되돌아가려는 방향으로 작용하는 힘을 의마하며, 스프링과 같은 탄성 부재(142)의 경우 압축된 상태에서 다시 원래 상태로 인장되거나 인장된 상태에서 다시 원래 상태로 압축되려는 힘을 의미한다.
이때, 이러한 복원력에 의해 회전 부재(160)에 의해 Y축 방향의 이동이 안내되며, Y방향 뿐만 아니라 슬릿홈(111)을 따라 X축방향으로도 이동하게 된다. 즉, 회전 부재(160)의 회전에 의해 밸브부(120)의 경사면 방향을 따라 밸브부(120)가 이동하게 되는 것이다.
이를 다시 표현하면, 밸브부(120)는 챔버(105)를 밀폐하기 전에 좌측면이 회전 롤러(151)와 우측면이 회전 수단(160)과 접촉하게 된다. 챔버(105)를 밀폐하기 위해 몸체부(110)가 좌측으로 이동하면, 즉 밸브부(120)와 접촉하고 있던 회전 롤러(151)와 회전 부재(160) 사이의 이격거리가 좁혀지면, 회전 롤러(151)는 시계방향으로 회전하고 회전 부재(160)는 반시계방향으로 회전하여 밸브부(120)를 개구부(106) 측으로 밀어내고, 회전 롤러(151)와 회전 부재(160) 사이의 이격 거리가 최소가 되면 실링부(130)가 챔버(105) 벽면에 접촉하여 챔버(105)를 밀폐시킨다.
한편, 최소로 유지된 회전 롤러(151)와 회전 부재(160) 사이의 이격 거리가 벌어지면, 밸브부(120)의 내부에 수용된 탄성 부재(142)를 압축시키는 힘을 지지할 수 없게 되어, 밸브부(120)는 개구부(106) 측으로 멀어지게 이동한다. 이는 탄성 부재(142)의 복원력에 의해 설명될 수 있으며, 이는 상술하였으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 만약, 몸체부(110)가 스토퍼(150)의 반대방향으로 미세하게 이동한다고 가정하면, 회전 롤러(151)는 반시계방향으로 회전하고 회전 부재(160)는 시계방향으로 회전하면서 밸브부(120)가 개구부(106)로부터 이격되는 방향으로의 이동을 안내하게 될 것이다.
완충부재(160)가 몸체부(110)와 접촉하게 되면, 밸브부(120)는 몸체부(110)와 연결된 상태로 -X축 방향으로 이동하게 된다.
즉, 회전 롤러(151)의 회전 및 슬릿홈(111)에 의한 밸브부(120)의 운동에 의해 실링부(130)가 챔버(105) 면에서 미끌어지는 것을 방지하게 되어 실링부(130)와 챔버(105) 면 사이의 마찰에 의한 분진 발생 또는 파손을 방지하게 된다.
다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경(200)에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 진공 유지 밸브를 포함하는 주사 전자 현미경을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경는 진공 유지 밸브를 포함하는 주사 전자 현미경에 대한 발명으로서, 광원(210)과 진공 유지 밸브(220)와 챔버(230)와 집속 렌즈(240)와 어퍼쳐(250)와 대물 렌즈(260)와 경통(270)과 스테이지(280)와 측정부(290)를 포함한다.
상기 광원(210)은 후술할 경통(270) 내부의 음극을 가열하여 발생되는 전자빔을 하방의 스테이지 측으로 주사하기 위한 부재이다.
상기 진공 유지 밸브(220)는 광원(210)을 수용하는 후술할 챔버(230)를 고진공으로 유지하기 위한 장치로서, 본 발명의 제1실시예에서 이미 상술한 바 있다. 본 발명의 제2실시예(200)에서는 챔버(230) 내부에 수용되어 있는 것으로 표현되어 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 챔버(230)의 외부에 마련되어 챔버(230)의 하면에 접촉하도록 마련되도 무방하다.
상기 챔버(230)는 광원(210)을 수용하기 위해 마련된 공간으로서, 광원(210)의 파손을 방지하기 위해 고진공을 유지하도록 별도로 광원(210)을 수용하도록 마련된다. 별도의 챔버(230)를 마련하지 않고 경통(270) 내부에 광원(210)을 직접 수용할 수도 있으나, 경통(270) 내부를 고진공으로 유지하기 위해서 경통(270) 제작에 많은 비용이 소모될 수 있으므로 별도로 챔버(230)를 마련하는 것이 바람직하다.
상기 집속 렌즈(240)는 상술한 광원(210)으로부터 방출되는 전자빔을 한점으로 집속하기 위한 부재이다.
상기 어펴쳐(250)는 집속렌즈(240)를 통과함으로써 집속된 전자빔을 파장이 일정한 형태로 변환하기 위한 부재이다.
상기 대물렌즈(260)는 시료에 근접하게 위치한 렌즈로서, 이는 주지한 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 경통(270)은 광원(210), 진공 유지 밸브(220), 챔버(230), 집속렌즈(240), 어퍼쳐(250), 대물렌즈(260)를 내부에 수용하기 위한 외장재로서, 전자빔이 출사하는 측의 단부, 즉 시료가 장착되는 시료 측의 단부는 진공상태가 유지되도록 구성된다.
상기 스테이지(280)는 본 발명의 제2실시예에 따른 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경(200)에 의해 측정되고자 하는 시료를 지지하는 장소가 된다.
상기 측정부(290)는 몸체부(110)의 상면에 마련되어, 광원(210)에서 방출되는 전자 빔의 농도를 측정하기 위한 장치이다. 본 발명의 제2실시예(200)에 따르면 측정부(290)는 동판으로 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 측정부(290)로부터 측정된 데이터를 외부로 전달하기 위하여 측정부(290)와 연결되는 피드스루(291)를 더 포함하는 것이 바람직하며, 측정된 데이터를 피드스루를 통해 확인할 수 있다. 본 발명의 제2 실시예(200)에서는 피드스루(291)가 스토퍼(150) 측에 마련되었으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제2실시예에 따른 진공 유지 밸브 및 이를 이용하는 주사 전자 현미경(200)의 작동은 주지한 주사 전자 현미경의 작동과 동일하므로 여기서 자세한 설명은 생략한다.
또한, 진공 유지 밸브(220)의 작동 방법에는 본 발명의 제1 실시예에의 작동에서 상술한바 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
다만, 측정부(290)는 광원(210)으로부터 방출되는 전자빔의 챔버 내부에서의 농도를 측정하게 된다. 측정된 농도는 피드스루(291)로 전달되어 외부의 별도의 장치를 활용하여 확인할 수 있게 된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 진공 유지 밸브 110: 몸체부
120: 밸브부 130: 실링부
140: 연결부 150: 스토퍼
160: 회전 부재 170: 완충 부재
180: 가이드부 200: 주사 전자 현미경
210: 광원 220: 진공 유지 밸브
230: 챔버 240: 집속 렌즈
250: 어퍼쳐 260: 대물 렌즈
270: 경통 280: 스테이지
290: 측정부

Claims (10)

  1. 챔버에 형성된 개구부를 밀폐하여 챔버 내부를 진공으로 유지하는 진공 유지 밸브에 있어서,
    외부로부터 동력을 인가받아 상기 챔버의 벽면을 따라 운동하는 몸체부;
    상기 챔버 상에 위치하며, 회전 롤러를 구비하는 스토퍼;
    상기 몸체부와 연결된 상태로 이동하며, 일면이 상기 회전 롤러와 접촉하여 이동 방향이 상기 개구부 측 방향 또는 상기 개구부로부터 이격되는 방향 중 어느 하나로 전환되어 상기 챔버를 개폐하는 밸브부;
    상기 몸체부 상에 상기 회전 롤러와 대향되게 위치하고, 상기 스토퍼와 상기 밸브부의 접촉시에 상기 밸브부의 타면과 접촉하여, 상기 밸브부의 이동방향을 안내하는 회전 부재;를 포함하며,
    상기 밸브부가 상기 회전 롤러 및 상기 회전 부재와 접촉시, 상기 회전 롤러와 상기 회전 부재의 이격 거리가 감소하면 상기 밸브부가 상기 개구부측으로 접근하고, 상기 회전 롤러와 상기 회전 부재의 이격 거리가 증가하면 상기 밸브부가 상기 개구측으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 진공 유지 밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 롤러와 접촉시 상기 밸브부가 상기 개구부측을 향하여 이동하도록 상기 회전 롤러와 접촉하는 상기 밸브부의 면은 상기 개구부측을 향할수록 상기 스토퍼측으로 편향되도록 경사진 것을 특징으로 하는 진공 유지 밸브.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 몸체부의 단부는 상기 밸브부의 상측으로 돌출되고 상기 밸브부가 상기 회전 롤러와 접촉시 상기 몸체부의 이동방향과 반대방향으로 운동하도록 안내하는 슬릿홈이 형성되며,
    일측은 상기 슬릿홈 내에 수용된 상태에서 상기 챔버의 개방시 상기 스토퍼 측으로 편향되게 위치하고 상기 챔버의 밀폐시 상기 회전 부재 측으로 편향되게 위치하며, 타측은 상기 밸브부에 삽입되어 상기 몸체부와 상기 밸브부를 연결하는 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 유지 밸브.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 밸브부 측으로 삽입되는 단부에 요철부가 형성된 축부재; 상기 축부재의 외주면을 따라 마련되고 상기 요철부와 접촉하며, 상기 챔버의 밀폐시 압축되고 상기 챔버의 개방시 인장되는 탄성 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 유지 밸브.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 몸체부와 상기 밸브부 사이에 마련되며, 상기 탄성 부재의 인장시 발생하는 복원력에 의한 충격을 완충하는 완충 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 유지 밸브.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브부 하면에 마련되며, 상기 챔버를 밀폐시 상기 챔버의 벽면과 상기 밸브부 사이에 개재되는 실링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 유지 밸브.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 챔버에는 상기 몸체부가 통과할 수 있도록 서로 이격되게 배치된 한 쌍의 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 유지 밸브.
  8. 광원;
    상기 광원을 수용하며 개구부가 형성된 챔버;
    상기 챔버를 밀폐하도록 마련된 상기 제1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 진공 유지 밸브;
    상기 광원으로부터 방출되는 전자 빔을 한 점으로 집속하는 집속 렌즈;
    상기 집속 렌즈를 통과하는 광의 파장을 변환하는 어퍼쳐;
    상기 어퍼쳐에 의해 파장이 변환된 광이 통과하는 대물렌즈;
    상기 챔버, 상기 진공 유지 밸브, 상기 집속 렌즈, 상기 어퍼쳐 및 상기 대물 렌즈를 수용하는 경통;
    시료를 지지하는 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 진공 유지 밸브의 상부에 마련되며, 상기 광원으로부터 방출되는 전자빔의 양을 측정하는 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.





  10. 삭제
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