KR101457109B1 - 전자현미경용 홀더장치 - Google Patents

전자현미경용 홀더장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자현미경용 홀더장치에 관한 것으로, 전자현미경 내부에서 시편이 전자와 충돌하였을 때 발하는 빛을 최대한의 효율로 집광하며, 전자현미경으로부터 탈부착이 용이하여 여러 전자현미경들에 선택적으로 사용할 수 있는 전자현미경용 홀더장치를 제공하는 것이다. 이를 위해, 본 전자현미경용 홀더장치는 프레임과 상기 프레임에 지지되며 시편의 연부 영역을 지지하는 시편안착부를 갖는 시편지지블럭과, 상기 시편의 상부 및 하부에 각각 배치되어 상기 시편안착부에 안착된 시편에 조사된 전자빔에 의해 방사되는 빛을 소정의 방향으로 반사하는 상부미러와 하부미러를 갖는 미러유니트와, 상기 미러유니트로부터의 빛을 소정의 타깃에 집중시키는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈로부터의 빛을 수집하는 광섬유를 갖는다.

Description

전자현미경용 홀더장치{Apparatus for collecting light for an electron microscope}
본 발명은 전자현미경용 홀더장치에 관한 것이다.
물질의 밴드갭은 재료에 전자빔를 투사하였을 때 음극형광 현상으로 발생되는 빛을 수집하여 분석함으로써 확인될 수 있다. 이러한 음극형광 현상을 이용한 빛의 수집은 일반적으로 전자현미경 내부에서 수행되며, 이를 위해 전자현미경에는 음극형광 수집에 필요한 반사경을 포함한 부가의 요소들이 경통에 장착된다.
음극형광의 수집이 가능한 종래의 전자현미경은 그 부가적 요소들 때문에 비교적 부피가 크고 복잡하며 상당히 고가이다. 또한 그러한 기능이 부가된 전자현미경에서만 음극형광의 수집이 가능하다는 한계가 있다. 한편 기존의 음극형광 수집 요소를 장착한 전자현미경에서는 시편의 한쪽 면에서만 발생되는 음극형광을 수집하는 구조로 되어 있어서 얻어진 정보의 양이 비교적 적고 정보의 정확도도 낮다.
본 발명의 목적은 음극형광 빛의 수집에 필요한 요소들을 컴팩트하게 유니트화하여 상용화된 전자현미경들에 범용적으로 적용 가능하면서도 높은 효율로 음극형광을 수집할 수 있는 전자현미경용 홀더장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자현미경용 홀더장치는 프레임과, 상기 프레임에 지지되며 시편의 연부 영역을 지지하는 시편안착부를 갖는 시편지지블럭과, 상기 시편의 상부 및 하부에 각각 배치되어 상기 시편안착부에 안착된 시편에 조사된 전자빔에 의해 방사되는 빛을 소정의 방향으로 반사하는 상부미러와 하부미러를 갖는 미러유니트와, 상기 미러유니트로부터의 빛을 소정의 타깃에 집중시키는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈로부터의 빛을 수집하는 광섬유를 갖는다.
여기서, 상기 미러유니트는 상기 상부미러와 상기 하부미러 사이에 상기 시편안착부가 상기 시편의 판면방향을 따라 출입할 수 있는 시편접근절개부를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 미러유니트는 상기 시편에 조사되는 전자빔이 통과할 수 있도록 하는 전자통과공을 갖는 것이 바람직하다.
그리고 상기 집광렌즈는 상기 미러유니트에 지지되는 것이 집광 효율 향상과 렌즈의 고정에 있어서 용이하다.
한편, 상기 광섬유를 파지하는 광섬유홀더와 상기 광섬유홀더와 상기 미러유니트를 일체로 연결하는 커플러를 더 갖는 것이 바람직하다.
또한 상기 시편안착부가 상기 미러유니트 내에 위치하는 검사위치와 상기 미러유니트로부터 이탈된 휴지위치 사이를 상기 미러유니트가 왕복이동 가능하도록 상기 커플러는 상기 프레임에 대해 이동가능하게 지지되는 것이 전자현미경으로 여러 다른 분석을 하는데 있어서 용이하다.
그리고 상기 미러유니트와 상기 시편지지블럭 중 어느 일측에 상기 프레임의 길이방향에 평행하게 연장된 슬라이드핀이 결합되며, 상기 미러유니트와 상기 시편지지블럭 중 타측에 상기 슬라이드핀의 상대 슬라이딩을 안내하는 안내부를 갖는 것이 미러유니트의 이동에 유리하다.
한편, 일단부에 상기 프레임이 착탈가능하게 결합되며 상기 광섬유가 통과하는 축공을 갖는 지지로드와, 상기 지지로드의 타단부에 마련된 손잡이부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전자현미경용 홀더장치는 전자현미경에 일반적으로 사용되고 있는 시편지지용 홀더와 유사한 형태를 가지므로, 컴팩트한 구조로 주어진 장비 환경의 제한 없이 다양한 전자현미경들에 범용적으로 설치되어 이용될 수 있다. 그리고 미러가 시편의 양측에 배치되므로 음극형광을 높은 효율로 수집할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전자현미경용 홀더장치를 도시한 사시도이고,
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 전자현미경용 홀더장치의 헤드 부분을 설명하기 위한 헤드의 조립도 및 부분 분해사시도이고,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 시편지지블럭 및 시편지지블럭과 미러유니트의 조립관계를 설명하기 위한 사시도이고,
도 7은 본 발명에 따른 미러유니트와 렌즈 및 커플러의 결합관계를 나타낸 사시도이고,
도 8은 본 발명에 따른 미러유니트의 배면도이며,
도 9는 본 발명에 따른 전자현미경용 홀더장치의 집광메커니즘을 설명하기 위한 광학적 개념도이다.
도 1은 본 발명에 따른 전자현미경용 홀더장치를 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 홀더장치는 긴 막대 상으로 마련되며, 전자현미경의 내부에 삽입되는 지지로드(10)와, 이 지지로드(10)의 일단부에 결합되어 전자현미경 본체에 고정되며 작업자가 파지할 수 있는 홀더 손잡이(11)를 갖는다. 지지로드(10)의 타단부에는 분석하고자 하는 시편(90)을 지지하며 시편(90)에서 발생된 음극형광을 수집하기 위한 헤드(1)가 장착되어 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 전자현미경용 홀더장치의 헤드(1) 부분을 설명하기 위한 헤드(1)의 조립도 및 부분 분해사시도이다. 이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 헤드(1)는 지지로드(10)에 결합되는 프레임(20)을 갖는다. 프레임(20)은 지지로드(10)의 말단에 고정되며 지지로드(10)의 길이방향을 따라 평행하게 연장된 한 쌍의 프레임아암(22)을 갖는다. 지지로드(10)는 관상체로 형성되어 축 방향을 따라 동관(41)이 수용되며, 동관(41)의 내부에는 축 방향을 따라 광섬유(40)가 통과한다.
동관(41)은 지지로드(10)의 단부로부터 노출되어 프레임아암(22)의 영역에까지 연장되어 있다. 프레임아암(22)에는 동관(41)의 위치고정을 위한 픽스쳐(21)가 장착스크류(23)에 의해 설치되어 있다. 픽스쳐(21)는 지지로드(10)의 축방향을 따라 형성된 관통공을 가지며, 동관(41)은 픽스쳐(21)의 관통공 내에 동심적으로 수용된다. 픽스처(21)에는 상호 대향하여 배치되는 조절스크류(24)가 반경방향을 따라 삽입되어 동관(41)을 광선이 진행하는 중심축 상에 안정적으로 고정한다.
동관(41)에 수용된 광섬유(40)의 일단부측은 관상체인 광섬유홀더(51)에 삽입되어 결합된다. 이 광섬유홀더(51)는 비교적 직경이 큰 관상체인 커플러(50)와 동심적으로 일체형으로 결합된다. 광섬유(40)의 타측은 전자현미경의 외부장치에 연결된다.
양 프레임아암(22) 사이에는 시편지지블럭(30)이 설치된다. 확대사시도로 도시한 도 5 및 도 6을 도 2 내지 도 4와 함께 참조하면, 시편지지블록(30)은 시편(90)의 연부 영역을 지지하는 시편안착부(35)와 동관(41)의 외면을 절반쯤 수용하는 동관물림부(38)를 갖는다. 시편안착부(35)와 동관물림부(38)는 시편지지블럭(30)의 길이방향을 따라 평행하게 연장된 한 쌍의 브릿지(34)에 의해 연결된다. 한 쌍의 브릿지(34) 사이는 관통되어 있다.
시편안착부(35)는 반원 형태로서 시편의 연부 영역을 지지하도록 마련되며, 중심부는 전자빔이 통과할 수 있도록 관통되어 있다. 시편안착부(35)에는 시편(90)이 안정적으로 안착될 수 있도록 시편(90)의 두께 정도의 높이를 갖는 안착턱(37)이 형성되어 있다. 시편안착부(35)에 시편(90)이 안착되면, 시편(90)은 시편고정핀(91)에 의해 고정된다.
동관물림부(38)는 동관(41)이 수용될 수 있도록 곡면으로 마련되어 있다. 이동관물림부(38)에 대응하는 곡면형상의 동관물림부(38)를 갖는 고정블록(31)은 동관(41)을 사이에 두고 한 쌍의 체결공(33)을 통해 시편지지블럭(30)과 스크류 결합된다.
시편지지블록(30) 및 프레임아암(22)의 말단부에는 축방향의 가로방향을 따라 관통된 장착공(39)이 마련되어 있다. 이 장착공(39)에 고정핀이 설치됨으로써 한 쌍의 프레임아암(22)과 시편지지블록(30)은 결합된다.
동관물림부(38)와 접하는 브릿지(34) 영역에는 높이방향을 따라 소정 높이 돌출된 한 쌍의 돌출부(32)가 형성되어 있다. 각 돌출부(32)에는 슬라이드가이드(80)가 삽입될 수 있는 슬라이드삽입홀(36)이 축 방향을 따라 형성되어 있다. 슬라이드삽입홀(36)에 축 방향을 따라 삽입되어 고정된 슬라이드가이드(80)는 미러유니트(70)에 수용되어 미러유니트(70)의 이동을 안내한다.
미러유니트(70)는 시편안착부(35)가 시편(90)의 판면방향을 따라 출입할 수 있는 시편접근절개부(73)와, 이 시편접근절개부(73)를 사이에 두고 나누어진 상측의 상부미러부(75)와 하측의 하부미러부(77)를 갖는다. 상부미러부(75)의 상면에는 전자빔이 투사되는 전자통과공(71)이 형성되어 있다. 이 전자통과공(71)은 상부미러부(75)와 하부미러부(77)에 높이방향을 따라 직선적으로 관통되어 있다. 상부미러부(75)와 하부미러부(77)의 축방향 타측에는 상부가 개방된 상태로 소정 길이 연장된 연장부(79)가 마련되어 있다. 연장부(79)가 상부미러부(75) 및 하부미러부(77) 측으로부터 연장되기 시작하는 영역은 렌즈(60)가 장착되는 렌즈장착부(74)의 역할을 수행한다.
미러유니트(70)의 양측부에는 측방을 향해 돌출된 가이드삽입부(72)가 마련되어 있다. 가이드삽입부(72)에는 슬라이드가이드(80)가 삽입되도록 축 방향을 따라 관통된 슬라이드안내홀(81)이 형성되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 미러유니트(70)는 슬라이드안내홀(81)에 슬라이드가이드(80)가 삽입된 상태로 시편지지블럭(30)의 높이방향을 따라 상측에서 하측으로 이동하여 브릿지(34) 사이의 관통된 영역으로 삽입된다. 그러면 하부미러부(77)의 하측 일부분이 브릿지(34) 사이의 관통된 영역에 삽입되며, 한 쌍의 가이드삽입부(72)는 한 쌍의 브릿지(34)에 지지된다.
이렇게 가이드삽입부(72)가 시편지지블럭(30)에 지지된 상태에서, 슬라이드가이드(80)는 슬라이드삽입홀(36)까지 삽입되어 고정된다. 이로써, 미러유니트(70)는 슬라이드가이드(80)를 따라 길이방향으로 왕복 이동할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 미러유니트(70)와 렌즈(60) 및 커플러(50)의 결합관계를 나타낸 사시도이다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 렌즈(60)는 렌즈장착부(74)에 지지되어 있다. 렌즈(60)는 상부미러면(76)과 하부미러면(78)에서 반사되어 오는 빛을 광섬유(40)의 단부면에 집중시키는 역할을 수행한다.
그리고 커플러(50)는 연장부(79)에 끼워지거나 접착제에 의해 접착됨으로써 고정된다. 커플러(50)는 광섬유홀더(51)와 일체형으로 마련되어 있다. 광섬유홀더(51)에는 축 방향을 따라 관통된 광섬유삽입홀(53)이 형성되어 있다. 광섬유(40)는 광섬유삽입홀(53)에 삽입되어 광섬유홀더(51)와 결합된다. 이때, 광섬유(40)의 단부는 렌즈(60)로부터 전송되어 오는 빛이 수렴되는 어느 한 점에 위치하도록 마련된다. 광섬유(40)의 위치가 지정되면 광섬유홀더(51)와 광섬유(40)는 상호 고착되도록 한다.
도 8은 본 발명에 따른 미러유니트의 배면도이다. 상부미러부(75)와 하부미러부(77)의 내측에는 각각 포물면 형상을 갖는 상부미러면(76)과 하부미러면(78)이 형성되어 있다. 상부미러면(76)과 하부미러면(78)은 시편(90)으로부터 발생한 빛을 렌즈장착부(74) 방향으로 일정하게 반사하도록 마련되어 있다. 상부미러면(76) 및 하부미러면(78)과 렌즈장착부(74)까지 사이는 관통되어 있다.
이상과 같은 구조에 의해, 본 발명에 따른 전자현미경용 홀더장치는 집광기능을 갖는다.
전자빔과 시편(90) 간의 충돌에 의해 발생하는 음극형광을 수집하는 과정은 다음과 같다. 먼저, 도 2에서와 같이 시편안착부(35)가 미러유니트(70)로부터 이탈된 휴지위치에서 분석하고자 하는 시편(90)을 시편안착부(35)에 장착하고 시편고정핀(91)으로 고정한다. 그리고 도 3과 같이 시편안착부(35)가 미러유니트(70) 내에 위치하는 검사위치로 미러유니트(70)를 이동시켜 시편(90)이 전자통과공(71)과 높이방향을 따라 동일선상에 놓이도록 한다. 한편, 이러한 미러유니트(70)의 이동은 전자현미경 외부로 연장된 광섬유(40)를 홀더 손잡이(11) 쪽에서 조작하여 광섬유(40)와 결합된 커플러(50)를 프레임(20)에 대해 축 방향으로 이동시킴으로써 이루어진다.
이어서 전자현미경을 조작하여 전자빔을 전자통과공(71)을 향해 투사한다. 전자빔은 전자통과공(71)을 통과한 후 시편(90)과 충돌한다. 그러면 시편(90)에 존재하는 에너지 밴드갭 사이를 전자가 이동하면서 빛이 발생한다.
도 9는 본 발명에 따른 전자현미경용 홀더장치의 집광메커니즘을 설명하기 위한 광학적 개념도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 시편(90)에서 발생한 음극형광은 시편(90)의 상측과 하측에서 둘러싸고 있는 상부미러면(76) 및 하부미러면(78)에 의해 렌즈(60)측 방향으로 반사된다. 그리고 렌즈(60)는 이 음극형광을 광섬유(40)의 단부면에 집중시킨다. 이로써, 시편(90)에서 발생한 음극형광이 광섬유(40)에 집광된다. 광섬유(40)는 수집한 음극형광을 외부 분석장치로 전송한다.
한편, 엑스선 분석, 2차전자 및 후방전자를 이용한 분석 등 다양한 실험을 추가적으로 행하고자 하는 경우에는 도 2에서와 같이 미러유니트(70)를 시편안착부(35)로부터 이격된 위치로 이동시킨 후 실시한다.
1: 헤드 10: 지지로드
11: 손잡이 20: 프레임
21: 픽스쳐 22: 프레임아암
23: 장착스크류 24: 조절스크류
30: 시편지지블럭 31: 고정블럭
32: 돌출부 33: 체결공
34: 브릿지 35: 시편안착부
36: 슬라이드삽입홀 37: 안착턱
38: 동관물림부 39: 장착공
40: 광섬유 41: 동관
50: 커플러 51: 광섬유홀더
53: 광섬유삽입홀 60: 렌즈
70: 미러유니트 71: 전자통과공
72: 가이드삽입부 73: 시편접근절개부
74: 렌즈장착부 75: 상부미러부
76: 상부미러면 77: 하부미러부
78: 하부미러면 79: 연장부
80: 슬라이드가이드 81: 슬라이드안내홀
90: 시편 91: 시편고정핀

Claims (8)

  1. 전자현미경용 홀더장치에 있어서,
    프레임과;
    상기 프레임에 지지되며 시편의 연부 영역을 지지하는 시편안착부를 갖는 시편지지블럭과;
    집광렌즈와;
    상기 시편의 상부 및 하부에 각각 배치되어 상기 시편안착부에 안착된 시편에 조사된 전자빔에 의해 방사되는 빛을 상기 집광렌즈로 반사하는 상부미러와 하부미러를 갖는 미러유니트와;
    상기 집광렌즈로부터의 빛을 수집하는 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자현미경용 홀더장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미러유니트는 상기 상부미러와 상기 하부미러 사이에 상기 시편안착부가 상기 시편의 판면방향을 따라 출입할 수 있는 시편접근절개부를 갖는 것을 특징으로 하는 전자현미경용 홀더장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미러유니트는 상기 시편에 조사되는 전자빔이 통과하는 전자통과공을 갖는 것을 특징으로 하는 전자현미경용 홀더장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈는 상기 미러유니트에 지지되는 것을 특징으로 하는 전자현미경용 홀더장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유를 파지하는 광섬유홀더와, 상기 광섬유홀더와 상기 미러유니트를 일체로 연결하는 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자현미경용 홀더장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시편안착부가 상기 미러유니트 내에 위치하는 검사위치와 상기 미러유니트로부터 이탈된 휴지위치 사이를 상기 미러유니트가 왕복이동 가능하도록 상기 커플러는 상기 프레임에 대해 이동가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 전자현미경용 홀더장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미러유니트와 상기 시편지지블럭 중 어느 일측에 상기 프레임의 길이방향에 평행하게 연장된 슬라이드핀이 결합되며, 상기 미러유니트와 상기 시편지지블럭 중 타측에 상기 슬라이드핀의 상대 슬라이딩을 안내하는 안내부를 갖는 것을 특징으로 하는 전자현미경용 홀더장치.
  8. 제7항에 있어서,
    일단부에 상기 프레임이 착탈가능하게 결합되며 상기 광섬유가 통과하는 축공을 갖는 지지로드와, 상기 지지로드의 타단부에 마련된 손잡이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자현미경용 홀더장치.
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