KR102088116B1 - Electron microscope based on heat transfer model prediction technique and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
아래의 설명은 열전달 모델 예측 기법 기반의 전자 현미경 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The following description relates to an electron microscope based on a heat transfer model prediction technique and a control method thereof.
전자 현미경은 전자선과 전자 렌즈를 사용하여 시료의 미세 구조를 관찰하는 장치이다. 전자 현미경은 운용 중 관측하는 이미지의 배율에 따라 렌즈에 가해지는 전류 값이 변화할 수 있는데, 이러한 전류의 변화는 렌즈 블록의 온도 변화를 야기할 수 있다.An electron microscope is a device which observes the microstructure of a sample using an electron beam and an electron lens. In an electron microscope, a current value applied to a lens may change according to the magnification of an image observed during operation, and the change of the current may cause a change in temperature of the lens block.
전자 렌즈 블록의 온도 변화는 인접한 전자 렌즈 블록, 시료 챔버 또는 시료 홀더까지 전달될 수 있고, 이러한 온도의 변화는 시료 홀더의 팽창 또는 수축을 유발할 수 있기 때문에, 열 팽창으로 인해 고 배율에서 관측 지점이 벗어나는 드리프트 현상을 일으켜 고배율 관측 및 장시간 관측을 어렵게 만드는 요인으로 작용할 수 있다.The change in temperature of the electronic lens block can be propagated to adjacent electronic lens blocks, sample chambers or sample holders, and this change in temperature can cause expansion or contraction of the sample holder, which is why the observation point at high magnification due to thermal expansion It can cause drift, which can make high magnification and long time observation difficult.
따라서, 전자 현미경의 운용 시 전자 렌즈의 발열을 신속하고 효과적으로 냉각할 수 있는 장치의 필요성이 증대되고 있는 실정이다.Therefore, there is an increasing need for a device capable of cooling the heat of the electron lens quickly and effectively during operation of the electron microscope.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The background art described above is possessed or acquired by the inventors in the process of deriving the present invention, and is not necessarily a known technology disclosed to the public before the application of the present invention.
일 실시 예의 목적은 열전달 모델 예측 기법 기반의 전자 현미경 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.An object of an embodiment is to provide an electron microscope and a control method based on the heat transfer model prediction technique.
일 실시 예에 따르면 전자 현미경은, 전자 렌즈 블록; 상기 전자 렌즈 블록을 냉각시키기 위한 냉각부; 상기 전자 렌즈 블록의 온도를 계측하는 온도 센서; 및 상기 전자 렌즈 블록에 인가되는 시험 전류 및 상기 온도 센서에서 계측되는 온도 사이의 시간 지연 특성에 기초하여 제 1 열 교환 전달 함수를 도출하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 전자 현미경의 조작 신호를 감지하여 상기 전자 렌즈 블록에 인가될 전류 값을 결정하고, 결정된 전류 값에 의해 상기 전자 렌즈 블록에서 발생될 열량을 상기 제 1 열 교환 전달 함수를 통해 계산하고, 상기 전자 렌즈 블록의 온도가 변화하지 않도록 상기 냉각부의 냉각량을 제어할 수 있다.According to an embodiment, the electron microscope includes an electron lens block; A cooling unit for cooling the electronic lens block; A temperature sensor for measuring a temperature of the electronic lens block; And a control unit for deriving a first heat exchange transfer function based on a time delay characteristic between a test current applied to the electron lens block and a temperature measured by the temperature sensor, wherein the control unit receives an operation signal of an electron microscope. Detect and determine a current value to be applied to the electronic lens block, calculate the amount of heat to be generated in the electronic lens block by the determined current value through the first heat exchange transfer function, and do not change the temperature of the electronic lens block. It is possible to control the cooling amount of the cooling unit.
상기 제 1 열 교환 전달 함수는 하기의 수학식과 같이 1차 시간 지연 시스템으로 계산될 수 있다.The first heat exchange transfer function may be calculated with a first order time delay system as shown in the following equation.
(수학식)(Mathematical formula)
(여기서, G1(s)는 제 1 열 교환 전달 함수, U1(s)는 시간 영역에서 전자 렌즈 블록에 인가되는 전류 입력 값의 함수인 u1(t)의 라플라스 변환 함수, Y1(s)는 시간 영역에서 온도 센서의 출력 온도 값의 함수인 y1(t)의 라플라스 변환 함수, K는 출력 신호의 입력 신호에 대한 진폭비(게인), T는 열의 입력에 대한 온도 변화율, L은 열 전달에 대한 딜레이)(Where G 1 (s) is the first heat exchange transfer function, U 1 (s) is the Laplace transform function of u 1 (t), which is a function of the current input value applied to the electronic lens block in the time domain, Y 1 ( s) is the Laplace transform function of y 1 (t), which is a function of the output temperature value of the temperature sensor in the time domain, K is the amplitude ratio (gain) for the input signal of the output signal, T is the rate of change of the heat input, and L is Delay for heat transfer)
상기 냉각부는, 냉매를 냉각시키기 위한 냉매 공급 장치; 상기 전자 렌즈 블록의 내부에 형성되어 상기 전자 렌즈 블록을 냉각시키기 위한 냉각 단부; 및 상기 냉매 공급 장치 및 냉각 단부 사이에서 냉매를 순환시키기 위한 냉매 유로를 포함할 수 있다.The cooling unit, a refrigerant supply device for cooling the refrigerant; A cooling end formed in the electronic lens block to cool the electronic lens block; And a refrigerant passage for circulating the refrigerant between the refrigerant supply device and the cooling end.
상기 냉각부는, 상기 냉매 유로 중 상기 냉각 단부의 입구 부분에 설치되는 펠티어 소자를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 전자 렌즈 블록에 인가되는 전류 및 상기 제 1 열 교환 전달 함수에 기초하여 상기 펠티어 소자에 인가되는 전류 값을 조절할 수 있다.The cooling unit further includes a Peltier element installed at an inlet of the cooling end of the coolant flow path, and the controller is configured to supply the Peltier element based on a current applied to the electronic lens block and the first heat exchange transfer function. The current value applied can be adjusted.
상기 제어부는, 상기 전자 렌즈 블록에 공급되는 냉각량 및 상기 온도 센서에서 계측되는 온도 사이의 시간 지연 특성에 기초하여 제 2 열 교환 전달 함수를 도출하고, 상기 제 2 열 교환 전달 함수는 하기의 수학식과 같이 1차 시간 지연 시스템으로 계산될 수 있다.The control unit derives a second heat exchange transfer function based on a time delay characteristic between a cooling amount supplied to the electronic lens block and a temperature measured by the temperature sensor, and the second heat exchange transfer function is represented by the following equation. It can be calculated with the first time delay system as
(수학식)(Mathematical formula)
(여기서, G2(s)는 제 2 열 교환 전달 함수, U2(s)는 시간 영역에서 전자 렌즈 블록에 공급되는 냉각량의 함수인 u2(t)의 라플라스 변환 함수, Y2(s)는 시간 영역에서 온도 센서의 출력 온도 값의 함수인 y2(t)의 라플라스 변환 함수, K는 출력 신호의 입력 신호에 대한 진폭비(게인), T는 열의 입력에 대한 온도 변화율, L은 열 전달에 대한 딜레이)(Where G 2 (s) is the second heat exchange transfer function, U 2 (s) is the Laplace transform function of u 2 (t), which is a function of the amount of cooling supplied to the electronic lens block in the time domain, Y 2 (s ) Is the Laplace transform function of y 2 (t), which is a function of the output temperature value of the temperature sensor in the time domain, K is the amplitude ratio (gain) for the input signal of the output signal, T is the rate of change of the heat input, and L is the heat Delay for delivery)
일 실시 예에 따르면, 전자 렌즈 블록 및 상기 전자 렌즈 블록을 냉각하기 위한 냉각부를 구비하는 전자 현미경의 제어 방법은, 상기 전자 렌즈 블록에 인가된 시험 전류 값과 온도 사이의 시간 지연 특성에 기초하여 제 1 열 교환 전달 함수를 도출하는 제 1 냉각 동특성 측정 단계; 및 상기 전자 현미경의 조작 신호에 따라서 상기 전자 렌즈 블록에 인가될 전류 값을, 상기 제 1 열 교환 전달 함수에 대입하여, 계산된 상기 전자 렌즈 블록에서 발생될 열량을 기초로, 상기 냉각부의 냉각량을 조절하는 제 1 동특성 냉각 수행 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a method of controlling an electron microscope including an electron lens block and a cooling unit for cooling the electron lens block may be based on a time delay characteristic between a test current value applied to the electron lens block and a temperature. A first cooling dynamics measurement step of deriving one heat exchange transfer function; And a cooling amount of the cooling unit based on the amount of heat to be generated in the electron lens block calculated by substituting the current value to be applied to the electron lens block according to the operation signal of the electron microscope into the first heat exchange transfer function. It may comprise the step of performing a first dynamic cooling to adjust the.
상기 제 1 냉각 동특성 측정 단계는, 미리 설정된 패턴을 갖는 시험 전류를 상기 전자 렌즈 블록에 인가하는 제 1 동적 시험 전류 인가 단계; 상기 전자 렌즈 블록의 온도를 계측하는 제 1 출력 온도 계측 단계; 및 상기 전자 렌즈 블록에 입력된 시험 전류와, 상기 전자 렌즈 블록의 온도 사이의 시간 지연 특성을 고려한 제 1 열 교환 전달 함수를 도출하는 제 1 열 교환 전달 함수 도출 단계를 포함할 수 있다.The first cooling dynamics measuring step may include: applying a first dynamic test current to a test lens having a predetermined pattern to the electronic lens block; A first output temperature measuring step of measuring a temperature of the electronic lens block; And a first heat exchange transfer function deriving step of deriving a first heat exchange transfer function in consideration of a time delay characteristic between a test current input to the electronic lens block and a temperature of the electronic lens block.
상기 시험 전류는, 전류의 크기 및 인가 시간 중 적어도 하나 이상이 서로 상이한 복수 개의 스텝 전류를 포함할 수 있다.The test current may include a plurality of step currents in which at least one or more of the magnitude and the application time of the current are different from each other.
상기 제 1 열 교환 전달 함수는 아래의 수학식과 같이 1 차 시간 지연 시스템으로 계산될 수 있다.The first heat exchange transfer function may be calculated with a first order time delay system as shown in the following equation.
(수학식)(Mathematical formula)
(여기서, G1(s)는 제 1 열 교환 전달 함수, U1(s)는 시간 영역에서 전자 렌즈 블록에 인가되는 전류 입력 값의 함수인 u1(t)의 라플라스 변환 함수, Y1(s)는 시간 영역에서 온도 센서의 출력 온도 값의 함수인 y1(t)의 라플라스 변환 함수, K는 출력 신호의 입력 신호에 대한 진폭비(게인), T는 열의 입력에 대한 온도 변화율, L은 열 전달에 대한 딜레이)(Where G 1 (s) is the first heat exchange transfer function, U 1 (s) is the Laplace transform function of u 1 (t), which is a function of the current input value applied to the electronic lens block in the time domain, Y 1 ( s) is the Laplace transform function of y 1 (t), which is a function of the output temperature value of the temperature sensor in the time domain, K is the amplitude ratio (gain) for the input signal of the output signal, T is the rate of change of the heat input, and L is Delay for heat transfer)
상기 냉각부는 펠티어 소자를 포함하고, 상기 제 1 동특성 냉각 수행 단계는, 상기 전자 렌즈 블록에 인가될 전류 값을 상기 제 1 열 교환 전달 함수에 대입하여 계산되는 온도 변화 예측값에 기초하여 상기 펠티어 소자에 인가되는 전류 값을 결정할 수 있다.The cooling unit includes a Peltier element, and the performing of the first dynamic characteristic cooling may be performed on the Peltier element based on a temperature change prediction value calculated by substituting a current value to be applied to the electronic lens block into the first heat exchange transfer function. The current value applied can be determined.
상기 전자 현미경의 제어 방법은, 상기 펠티어 소자에 인가되는 시험 전류 값과 상기 전자 렌즈 블록의 온도 사이의 시간 지연 특성에 기초하여 제 2 열 교환 전달 함수를 도출하는 제 2 냉각 동특성 측정 단계; 및 상기 전자 렌즈 블록에 공급될 냉각량을 상기 제 2 열 교환 전달 함수에 대입하여, 계산된 상기 전자 렌즈 블록의 예상 냉각량을 기초로, 상기 냉각부의 냉각량을 조절하는 제 2 동특성 냉각 수행 단계를 더 포함할 수 있다.The control method of the electron microscope includes: a second cooling dynamics measurement step of deriving a second heat exchange transfer function based on a time delay characteristic between a test current value applied to the Peltier element and a temperature of the electron lens block; And performing a second dynamic cooling operation by adjusting the cooling amount of the cooling unit based on the estimated cooling amount of the electronic lens block by substituting the cooling amount to be supplied to the electronic lens block into the second heat exchange transfer function. It may further include.
상기 제 2 열 교환 전달 함수는 아래의 수학식과 같이 1 차 시간 지연 시스템으로 계산될 수 있다.The second heat exchange transfer function may be calculated with a primary time delay system as shown in the following equation.
(수학식)(Mathematical formula)
(여기서, G2(s)는 제 2 열 교환 전달 함수, U2(s)는 시간 영역에서 전자 렌즈 블록에 공급되는 냉각량의 함수인 u2(t)의 라플라스 변환 함수, Y2(s)는 시간 영역에서 온도 센서의 출력 온도 값의 함수인 y2(t)의 라플라스 변환 함수, K는 출력 신호의 입력 신호에 대한 진폭비(게인), T는 열의 입력에 대한 온도 변화율, L은 열 전달에 대한 딜레이)(Where G 2 (s) is the second heat exchange transfer function, U 2 (s) is the Laplace transform function of u 2 (t), which is a function of the amount of cooling supplied to the electronic lens block in the time domain, Y 2 (s ) Is the Laplace transform function of y 2 (t), which is a function of the output temperature value of the temperature sensor in the time domain, K is the amplitude ratio (gain) for the input signal of the output signal, T is the rate of change of the heat input, and L is the heat Delay for delivery)
일 실시 예의 전자 현미경 및 그 제어 방법에 의하면, 렌즈 블록에서 측정되는 온도에 기초하여 사후적으로 냉각시키는 방식 대신, 렌즈 블록에 인가될 전류 값을 입력으로 하는 동특성 모델을 기반으로, 렌즈 블록에 인가될 열량에 대응하는 냉각량을 미리 제공할 수 있으므로, 렌즈 블록의 온도 변화를 방지할 수 있다. 따라서, 전자 현미경을 이용하여 장기간의 관찰이 요구되는 경우, 전자 현미경의 시야로부터 관측 대상이 벗어나는 드리프트 문제를 방지할 수 있으므로, 관찰자가 지속적으로 전자 현미경의 시야를 체크하지 하여야 하는 번거로움을 해소할 수 있다.According to an electron microscope and a control method thereof according to an embodiment, instead of a method of post-cooling based on a temperature measured in the lens block, the electron microscope is applied to the lens block based on a dynamic model that inputs a current value to be applied to the lens block. Since the cooling amount corresponding to the amount of heat to be provided can be provided in advance, it is possible to prevent the temperature change of the lens block. Therefore, when long-term observation is required using an electron microscope, the drift problem of observing an object deviated from the field of the electron microscope can be prevented, thereby eliminating the trouble that the observer should not constantly check the field of the electron microscope. Can be.
일 실시 예의 전자 현미경 및 그 제어 방법에 의하면, 전자 렌즈 블록에 인가되는 전류 값과 그에 따른 전자 렌즈 블록의 온도 변화 사이의 동특성을 기반으로 운용 중 변화하는 전자 렌즈 블록에 가해지는 냉각량을 조절할 수 있기 때문에, 전자 렌즈 블록의 온도 변화를 기존의 냉각 방식에 비해 신속하고 효과적으로 감소시킬 수 있다.According to an electron microscope and a control method thereof, an amount of cooling applied to an electronic lens block that is changed during operation may be adjusted based on a dynamic characteristic between a current value applied to the electronic lens block and a temperature change of the electronic lens block. Therefore, the temperature change of the electronic lens block can be reduced quickly and effectively as compared with the conventional cooling method.
일 실시 예의 전자 현미경 및 그 제어 방법에 의하면, 냉각 반응 속도가 빠른 펠티어 소자와 전자 렌즈 블록의 온도 변화 사이의 동특성을 추가적으로 적용함으로써, 전자 렌즈 블록들 사이에 온도의 전파가 일어나기 전에 냉각을 수행할 수 있다.According to an electron microscope and a control method thereof, cooling is performed before temperature propagation occurs between electronic lens blocks by additionally applying dynamic characteristics between a Peltier element having a fast cooling reaction rate and a temperature change of the electronic lens block. Can be.
도 1은 일 실시 예에 따른 전자 현미경의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 전자 현미경의 냉각부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 전자 현미경의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 제 1 냉각 동특성 측정 단계를 나타내는 순서도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 제 2 냉각 동특성 측정 단계를 나타내는 순서도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 냉각 수행 단계를 나타내는 순서도이다.
도 7은 열 교환 전달 함수를 도출하는 과정을 개략적으로 도시하는 도면이다.1 is a view showing the configuration of an electron microscope according to an embodiment.
2 is a diagram illustrating a configuration of a cooling unit of an electron microscope according to an embodiment.
3 is a flowchart illustrating a method of controlling an electron microscope according to an exemplary embodiment.
4 is a flowchart illustrating a first cooling dynamics measurement step according to an exemplary embodiment.
5 is a flowchart illustrating a second cooling dynamics measuring step according to an exemplary embodiment.
6 is a flowchart illustrating a cooling step according to an embodiment.
7 is a diagram schematically illustrating a process of deriving a heat exchange transfer function.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible even though they are shown in different drawings. In addition, in describing the embodiments, when it is determined that a detailed description of a related well-known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there is another component between each component. It will be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in any one embodiment and components including common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless stated to the contrary, the description in any one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions thereof will be omitted in the overlapping range.
도 1은 일 실시 예에 따른 전자 현미경의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 전자 현미경의 냉각부의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of an electron microscope according to an embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a cooling unit of an electron microscope according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 전자 현미경(1)은 전자 렌즈 블록에 인가되는 전류 값과 그에 따른 전자 렌즈 블록의 온도 변화 사이의 동특성(dynamic characteristics)을 기반으로 전자 렌즈 블록(112)에 공급되는 냉각량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 전자 현미경(1)의 종류는 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM), 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 또는 그 외의 전자 빔을 집속하기 위한 전자 렌즈를 구비하는 전자 현미경일 수 있다. 전자 현미경(1)은 컬럼부(11), 냉각부(13) 및 제어부(12)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an
컬럼부(11)는, 내부에 수용된 시료를 향해 전자 빔을 조사하는 진공의 챔버로 형성될 수 있다. 예를 들어, 컬럼부(11)는 전자 빔 생성부(111), 복수 개의 전자 렌즈 블록(112), 시료 홀더(113) 및 온도 센서(114)를 포함할 수 있다.The
전자 빔 생성부(111)는 컬럼부(11)의 상측에 형성되어 하측의 시료 홀더(113)를 향해 전자 빔을 조사할 수 있다.The electron
복수 개의 전자 렌즈 블록(112)은 컬럼부(11)의 상하 방향을 따라서 복수 개로 이격되어 형성될 수 있다. 복수 개의 전자 렌즈 블록(112)은 인가되는 전류 값에 따라서, 전자 빔 생성부(111)에서 생성된 전자 빔의 초점을 조절할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 전자 현미경(1)의 이미지를 확대 또는 축소시키거나, 초점을 조절하는 조작 신호를 입력하면, 입력된 조작 신호에 대응하여 복수 개의 전자 렌즈 블록(112)에 각각 인가될 전류 값이 제어부(12)에 의해 결정될 수 있다. 전자 렌즈 블록(112)에 인가되는 전류 값이 높을수록 전자 렌즈 블록(112)에서 발생되는 열량은 증가하게 된다.The plurality of electronic lens blocks 112 may be formed to be spaced apart from each other along the vertical direction of the
시료 홀더(113)는, 복수 개의 전자 렌즈 블록(112)을 따라서 집속되는 전자 빔의 경로 상에 설치되어 시료를 지지할 수 있다.The
온도 센서(114)는 복수 개의 전자 렌즈 블록(112)마다 설치되어 각각의 전자 렌즈 블록(112)의 온도를 계측할 수 있다.The
냉각부(13)는 복수 개의 전자 렌즈 블록(112)을 냉각시키기 위해 복수 개의 전자 렌즈 블록(112)의 내부를 순환하는 냉매를 공급할 수 있다. 예를 들어, 냉각부(13)는, 매니폴드식 유로 및 복수 개의 밸브 등 다양한 방식을 통하여, 복수 개의 전자 렌즈 블록(112)을 각각 독립적으로 냉각시킬 수도 있다. 냉각부(13)는 냉매 공급 장치(131), 냉매 유로(133) 및 냉각 단부(132)를 포함할 수 있다.The cooling
냉매 공급 장치(131)는, 예를 들어, 압축기 등을 사용하여 냉매를 냉각시킬 수 있고, 냉매 유로(133)를 통해 냉매를 순환시킬 수 있다. 한편, 냉매 공급 장치(131)는, 내부에 수용된 냉매가 항상 일정한 온도를 유지할 수 있도록, 냉매의 온도를 측정하기 위한 냉매 온도 센서와, 냉매의 온도를 조절하기 위한 온도 조절부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도 조절부는 다양한 공지된 수단의 가열 수단 및/또는 냉각 수단을 포함할 수 있다. 이와 같은 온도 센서 및 온도 조절부에 의하면, 냉매 공급 장치(131)의 내부에 수용된 냉매의 온도를 항상 일정하게 유지시켜 줌으로써, 결과적으로 후술할 열 교환 전달 함수 모델에 기초하여 전자 렌즈 블록(112)을 냉각시킴에 있어서, 제어 편의성을 향상시킬 수 있다.The
냉매 유로(133)는, 냉매 공급 장치(131) 및 냉각 단부(132) 사이에서 냉매를 순환하는 유로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 냉매 유로(133)는 냉매 공급 장치(131)로부터 냉각 단부(132)로 냉매를 안내하는 공급 유로(133a)와, 냉각 단부(132)로부터 토출되는 냉매를 냉매 공급 장치(131)로 안내하는 토출 유로(133b)를 포함할 수 있다.The
냉각 단부(132)는, 전자 렌즈 블록(112)의 내부에서 냉매를 순환시킴으로써, 전자 렌즈 블록(112)에서 발생하는 열을 흡수시킬 수 있다. 예를 들어, 냉각 단부(132)는 순환 유로(1321) 및 펠티어 소자(1322)를 포함할 수 있다.The cooling
순환 유로(1321)는 전자 렌즈 블록(112)의 내부를 순환하는 유로일 수 있다. 예를 들어, 순환 유로(1321)는 전자 렌즈 블록(112)의 전자석 코일(1121)의 내부 또는 인접한 위치에 설치될 수 있다. 결과적으로, 순환 유로(1321)를 유동하는 냉매는 전자석 코일(1121)에 전류가 인가되어 발생하는 열을 흡수함으로써, 전자 렌즈 블록(112)을 냉각시킬 수 있다.The
펠티어 소자(1322)는 공급 유로(133a)가 순환 유로(1321)에 연결되는 입구 부분에 설치되어 순환 유로(1321)로 공급되는 냉매에 추가적인 냉각을 제공할 수 있다. 예를 들어, 펠티어 소자(1322)에 전류가 인가되어 발생하는 흡열 반응을 통해 순환 유로(1321)의 유입단에서 곧바로 차가운 냉매를 만들어 공급할 수 있다.The
제어부(12)는, 전자 현미경(1)의 운용을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 전자 빔 생성부(111)를 통해 시료 홀더(113)를 향해 조사되는 전자 빔을 형성할 수 있고, 복수 개의 전자 렌즈 블록(112)에 전류를 인가함으로써, 전자 빔을 시료를 향해 집속시킬 수 있다.The
제어부(12)는 전자 현미경(1)의 운용 중 냉각부(13)의 구동을 통해 복수 개의 전자 렌즈 블록(112)의 냉각을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 냉매 공급 장치(131)를 구동하여 전자 렌즈 블록(112)으로 냉매를 순환시킬 수 있고, 동시에 냉매의 온도를 조절할 수 있다.The
예를 들어, 제어부(12)는 온도 센서(114)를 통해 전자 렌즈 블록(112)의 온도를 계측할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 펠티어 소자(1322)에 전류를 인가하여 순환 유로(1321)로 유입되는 냉매의 냉각을 수행할 수 있다.For example, the
예를 들어, 제어부(12)는 전자 렌즈 블록(112)에 인가되는 전류와, 온도 센서(114)에서 계측되는 온도 사이의 시간 지연 특성에 기초하여 제 1 열 교환 전달 함수를 도출하고, 전자 렌즈 블록(112)에 인가되는 전류 및 상기 제 1 열 교환 전달 함수에 기초하여 냉각부(13)를 통해 전자 렌즈 블록(112)에 공급할 냉각량을 조절할 수 있다.For example, the
예를 들어, 제어부(12)는 제 1 열 교환 전달 함수를 통해 계산된 냉각량에 기초하여 냉매 공급 장치(131)의 구동을 제어할 수 있다.For example, the
예를 들어, 제어부(12)는 전자 렌즈 블록(112)에 인가되는 전류 및 제 1 열 교환 전달 함수에 기초하여 펠티어 소자(1322)에 인가되는 전류 값을 조절할 수 있다.For example, the
예를 들어, 제어부(12)는 펠티어 소자(1322)에 인가되는 전류 및 온도 센서(114)에서 계측되는 온도 사이의 시간 지연 특성에 기초하여 제 2 열 교환 전달 함수를 도출하고, 제 1 열 교환 전달 함수를 통해 계산된 냉각량과, 제 2 열 교환 전달 함수에 기초하여 펠티어 소자(1322)의 구동을 제어할 수 있다.For example, the
제 1 열 교환 전달 함수 및 제 2 열 교환 전달 함수를 도출하는 과정은 도 3 내지 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.Deriving the first heat exchange transfer function and the second heat exchange transfer function will be described later with reference to FIGS. 3 to 7.
일 실시 예에 따른 전자 현미경(1)에 의하면, 전자 렌즈 블록(112)에 인가되는 전류 값과 그에 따른 전자 렌즈 블록(112)의 온도 변화 사이의 동특성을 기반으로 운용 중 전자 렌즈 블록(112)에 인가되는 전류 값에 따라 냉각부(13)의 구동을 조절하기 때문에, 일반적인 냉각 방식보다 빠르고 효율적인 냉각을 수행할 수 있다.According to the
또한, 전자 렌즈 블록(112)을 순환하는 순환 유로(1321)의 유입부에 빠른 응답 속도로 냉각을 수행할 수 있는 펠티어 소자(1322)를 설치함으로써, 냉각 반응 속도를 보다 향상시킬 수 있다.In addition, by installing the
더 나아가, 펠티어 소자(1322)에 인가되는 전류 및 온도 센서에서 계측되는 온도 사이의 동특성을 추가적으로 적용함으로써, 전자 렌즈 블록(112)에 인가되는 전류 값에 기반하여 냉매 공급 장치(131) 및 펠티어 소자(1322)의 냉각 제공량을 능동적으로 조절할 수 있기 때문에, 보다 더 빠른 냉각 반응 속도를 기대할 수 있다.Further, by additionally applying dynamic characteristics between the current applied to the
도 3은 일 실시 예에 따른 전자 현미경의 제어 방법을 나타내는 순서도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 제 1 냉각 동특성 측정 단계를 나타내는 순서도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 제 2 냉각 동특성 측정 단계를 나타내는 순서도이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 냉각 수행 단계를 나타내는 순서도이고, 도 7은 열 교환 전달 함수를 도출하는 과정을 개략적으로 도시하는 도면이다.3 is a flowchart illustrating a method for controlling an electron microscope according to an embodiment, FIG. 4 is a flowchart illustrating a first cooling dynamics measurement step according to an embodiment, and FIG. 5 is a second cooling dynamics measurement according to an embodiment. 6 is a flowchart illustrating a step of performing cooling according to an embodiment, and FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a process of deriving a heat exchange transfer function.
도 3 내지 도 7을 참조하여, 일 실시 예에 따른 전자 현미경의 제어 방법을 설명하기로 한다. 전자 현미경의 제어 방법은, 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 전자 현미경(1)의 전자 렌즈 블록(112)을 냉각시키기 위한 냉각부(13)를 제어하는 방법일 수 있다. 전자 현미경의 제어 방법은, 제 1 냉각 동특성 측정 단계(31), 제 2 냉각 동특성 측정 단계(32), 냉각 수행 단계(33) 및 냉각 중단 확인 단계(34)를 포함할 수 있다.3 to 7, a method of controlling an electron microscope according to an exemplary embodiment will be described. The control method of the electron microscope may be, for example, a method of controlling the cooling
제 1 냉각 동특성 측정 단계(31)는 전자 렌즈 블록(112)에 인가되는 전류와, 온도 센서에서 계측되는 온도 사이의 시간 지연 특성에 기초하여 제 1 열 교환 전달 함수를 도출하는 단계일 수 있다.The first cooling
예를 들어, 제 1 냉각 동특성 측정 단계(31)는 제 1 동적 시험 전류 인가 단계(311), 제 1 출력 온도 계측 단계(312) 및 제 1 열 교환 전달 함수 도출 단계(313)를 포함할 수 있다.For example, the first cooling
제 1 동적 시험 전류 인가 단계(311)는, 제어부(12)가 전자 렌즈 블록(112)에 미리 설정된 패턴을 갖는 시험 전류를 인가하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 제 1 동적 시험 전류 인가 단계(311)에서, 제어부(12)는 도 7의 하측의 그래프와 같이 전류의 크기 및 인가 시간 중 적어도 하나 이상이 서로 상이한 복수 개의 스텝 전류(step current)를 전자석 코일(1121)에 인가할 수 있다.The first dynamic test current applying
제 1 출력 온도 계측 단계(312)는, 전자 렌즈 블록(112)에 시험 전류를 인가한 이후, 온도 센서(114)를 통해 계측되는 전자 렌즈 블록(112)의 온도를 실시간으로 계측하는 단계일 수 있다.The first output
제 1 열 교환 전달 함수 도출 단계(313)는, 전자석 코일(1121)에 입력된 전류 값 대비 전자 렌즈 블록(112)의 온도 값의 상관 관계에 대한 제 1 열 교환 전달 함수 "G1(s)"를, 1차 시간 지연 시스템(First Order Time Delay System)으로 근사된 열 교환 전달 함수 모델(Transfer function model of heat exchanger)을 이용하여 도출하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 제 1 열 교환 전달 함수 G1(s)는 복수 개의 전자 렌즈 블록(112) 마다 각각 계산될 수 있다. 다른 예로, 제 1 열 교환 전달 함수 G1(s)는 복수 개의 전자 렌즈 블록(112) 중 시료 홀더(113)에 가장 인접한 전자 렌즈 블록(112)에 대하여만 계산될 수도 있다.The first heat exchange transfer
예를 들어, 도 7의 하측에 도시된 바와 같은 시험 전류를 인가할 경우, 제어부(12)는, 이하의 수학식 2 내지 수학식 5를 통해 구해진 값을 기초로, 수학식 1과 같은 열 교환 전달 함수 모델을 구할 수 있다.For example, when a test current as shown in the lower side of FIG. 7 is applied, the
(여기서, G1(s)는 제 1 열 교환 전달 함수, U1(s)는 시간 영역에서 전자 렌즈 블록에 인가되는 전류 입력 값의 함수인 u1(t)의 라플라스 변환 함수, Y1(s)는 시간 영역에서 온도 센서의 출력 온도 값의 함수인 y1(t)의 라플라스 변환 함수, K는 출력 신호의 입력 신호에 대한 진폭비(게인), T는 열의 입력에 대한 온도 변화율, L은 열 전달에 대한 딜레이)(Where G 1 (s) is the first heat exchange transfer function, U 1 (s) is the Laplace transform function of u 1 (t), which is a function of the current input value applied to the electronic lens block in the time domain, Y 1 ( s) is the Laplace transform function of y 1 (t), which is a function of the output temperature value of the temperature sensor in the time domain, K is the amplitude ratio (gain) for the input signal of the output signal, T is the rate of change of the heat input, and L is Delay for heat transfer)
예를 들어, 제어부(12)는 도 7 하측에 도시한 시간 영역에서 전류 입력 값의 함수인 u1(t)와 같이 전류의 크기가 각각 "A", "0", "μA" 및 "0"으로 형성되고, 인가되는 시점이 각각 "0", "D", "D+△" 및 "2D+△"로 구분되는 패턴을 갖는 시험 전류를 전자 렌즈 블록(112)에 인가할 수 있다. 이상의 패턴을 갖는 시험 전류는 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 4개의 전원에서 각각, "0", "D", "D+△" 및 "2D+△"인 시점에, "A", "-A", "μA" 및 "-μA"의 크기를 갖는 스텝 전류(step current)를 인가함으로써, 이와 같은 패턴을 갖는 시험 전류를 형성할 수 있다.For example, the
이와 같은 패턴을 갖는 시험 전류가 인가될 경우, 전자 렌즈 블록(112)에 대한 시간 영역에서 출력 온도 값은 도 7 상측의 그래프 y1(t)와 같은 패턴으로 측정됨을 확인할 수 있었다.When a test current having such a pattern is applied, it can be seen that the output temperature value in the time domain for the
측정된 그래프 y1(t)에서 기울기가 불연속적인 3개의 지점(t = ta, tb 및 tc인 지점) 및 각각의 지점에서의 출력 온도의 계측 값 "y1a", "y1b" 및 "y1c"를 이용하면, 아래의 수학식 2와 같은 방정식이 얻어질 수 있다.In the measured graph y 1 (t), three points of discontinuous slope (t = t a , t b and t c ) and the measured values of the output temperature at each point "y 1a ", "y 1b " And "y 1c ", an equation such as Equation 2 below can be obtained.
수학식 2에서 도출한 관계식으로부터 열의 입력에 대한 온도 변화율(T), 출력 신호의 입력 신호에 대한 진폭비(K) 및 열 전달에 대한 딜레이(L) 각각은 다음의 수학식 3, 4 및 5와 같이 계산될 수 있다.From the relation derived from Equation 2, the temperature change rate (T) for the input of heat, the amplitude ratio (K) for the input signal of the output signal, and the delay (L) for heat transfer, respectively, Can be calculated as:
수학식 3, 4 및 5를 통해 계산한 T, K 및 L값을 다시 수학식 1의 우변에 대입함으로써, 결과적으로 전자 렌즈 블록(112)에 인가되는 전류와, 온도 센서에서 계측되는 온도 사이의 동특성에 의한 제 1 열 교환 전달 함수를 도출할 수 있다. 이상 도출된 제 1 열 교환 전달 함수를 이용하면, 전자 렌즈 블록(112)에 인가되는 전류 값에 따라서, 시간의 흐름에 따라 전자 렌즈 블록(112)에서 발생될 열량을 미리 계산할 수 있다. 따라서, 제어부(12)는, 사용자의 조작 신호에 기초하여 전자 렌즈 블록(112)에 전류를 인가함과 동시에, 전자 렌즈 블록(112)의 온도가 변화하지 않도록 냉각부(13)의 냉각량을 시간의 흐름에 따라 제어하여 전자 렌즈 블록(112)을 예측 냉각시킬 수 있다.By substituting the T, K, and L values calculated through Equations 3, 4, and 5 again on the right side of
제 2 냉각 동특성 측정 단계(32)는, 냉매 및/또는 펠티어 소자(1322)에 의해 전자 렌즈 블록(112)으로 공급되는 냉각량과, 전자 렌즈 블록(112)의 온도 값을 1차 시간 지연 시스템으로 근사된 열 교환 전달 함수 모델에 대입함으로써, 제 2 열 교환 전달 함수 "G2(s)"를 도출하는 단계일 수 있다.In the second cooling
예를 들어, 제 2 냉각 동특성 측정 단계(32)는, 제 2 동적 시험 냉각량 공급 단계(321)와, 전자 렌즈 블록(112)의 온도를 계측하는 제 2 출력 온도 계측 단계(322)와, 제 2 열 교환 전달 함수 도출 단계(323)를 포함할 수 있다.For example, the second cooling
제 2 동적 시험 냉각량 공급 단계(321)는, 전자 렌즈 블록(112)에 냉매 및/또는 펠티어 소자(1322)를 제어하여 시험 냉각량을 공급하는 단계일 수 있다. 한편, 펠티어 소자(1322)의 빠른 응답성을 고려하여, 제 2 동적 시험 냉각량 공급 단계(321)는, 펠티어 소자(1322)에 입력되는 시험 전류를 조절하는 것으로 단순화할 수 있다. 이 경우, 수학식 6에 기재된 u2(t)는 시간 영역에서 펠티어 소자(1322)에 공급되는 전류 입력 값의 함수인 것으로 이해될 수 있다.The second dynamic test cooling
제 2 열 교환 전달 함수 도출 단계(323)는, 전자 렌즈 블록(112)에 공급된 냉각량 대비 전자 렌즈 블록(112)에서 측정되는 온도 값의 상관 관계에 대한 제 2 열 교환 전달 함수 "G2(s)"를 도출하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 제 2 열 교환 전달 함수 G2(s)는 복수 개의 전자 렌즈 블록(112) 마다 각각 계산될 수 있다. 다른 예로, 제 2 열 교환 전달 함수 G2(s)는 복수 개의 전자 렌즈 블록(112) 중 시료 홀더(113)에 가장 인접한 전자 렌즈 블록(112)에 대하여만 계산될 수도 있다.The second heat exchange transfer
(여기서, G2(s)는 제 2 열 교환 전달 함수, U2(s)는 시간 영역에서 전자 렌즈 블록에 공급되는 냉각량의 함수인 u2(t)의 라플라스 변환 함수, Y2(s)는 시간 영역에서 온도 센서의 출력 온도 값의 함수인 y2(t)의 라플라스 변환 함수, K는 출력 신호의 입력 신호에 대한 진폭비(게인), T는 열의 입력에 대한 온도 변화율, L은 열 전달에 대한 딜레이)(Where G 2 (s) is the second heat exchange transfer function, U 2 (s) is the Laplace transform function of u 2 (t), which is a function of the amount of cooling supplied to the electronic lens block in the time domain, Y 2 (s ) Is the Laplace transform function of y 2 (t), which is a function of the output temperature value of the temperature sensor in the time domain, K is the amplitude ratio (gain) for the input signal of the output signal, T is the rate of change of the heat input, and L is the heat Delay for delivery)
제 2 열 교환 전달 함수를 도출하는 과정은, 전술한 수학식 1 내지 수학식 5를 통해 제 1 열 교환 전달 함수를 도출하는 과정과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Since the process of deriving the second heat exchange transfer function is the same as the process of deriving the first heat exchange transfer function through
한편, 제 1 냉각 동특성 측정 단계(31) 및 제 2 냉각 동특성 측정 단계(32)를 통해, 열 교환 전달 함수들을 도출하는 과정은, 실제 전자 현미경(1)을 통한 관측을 진행하기 전에 미리 수행될 수 있다. 또한, 외부 환경 변화에 따른 열 교환 전달 함수가 변경될 가능성을 고려하여, 전자 현미경(1)의 유휴시에 수행되거나, 미리 설정된 주기에 따라 자동으로 수행될 수도 있다. 또한, 전자 현미경(1)의 위치 이동이나, 재설치 이후 초기에 동작시키기 전에 초기 값 설정 과정에서 수행될 수도 있다.Meanwhile, the process of deriving the heat exchange transfer functions through the first cooling
냉각 수행 단계(33)는, 제 1 냉각 동특성 측정 단계(31) 및 제 2 냉각 동특성 측정 단계(32)에서 도출한 제 1 열 교환 전달 함수 및 제 2 열 교환 전달 함수에 기초하여 냉매 공급 장치(131) 및 펠티어 소자(1322)의 구동을 제어하는 단계일 수 있다. 냉각 수행 단계(33)는 제 1 동특성 냉각 수행 단계(331) 및 제 2 동특성 냉각 수행 단계(332)를 포함할 수 있다.The performing
제 1 동특성 냉각 수행 단계(331)는, 제어부(12)가 전자 렌즈 블록(112)에 인가되는 전류 값을 제 1 열 교환 전달 함수에 대입하여 전자 렌즈 블록(112)의 온도 변화 예측값을 도출하고, 해당 온도 변화 예측 값에 따라 냉각부(13)의 냉각량을 조절하는 단계일 수 있다. 제어부(12)는 예측되는 전자 렌즈 블록(112)의 온도 변화에 기초하여 냉매 공급 장치(131) 및/또는 펠티어 소자(1322)의 냉각량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 전자 렌즈 블록(112) 각각에 대하여 구해진 열 교환 전달 함수에 기초하여, 복수 개의 전자 렌즈 블록(112)에 공급되는 냉각량을 각각 제어할 수도 있다.In the performing of the first
제 2 동특성 냉각 수행 단계(332)는, 전자 렌즈 블록(112)의 보다 빠르고 정확한 냉각 응답 속도를 달성하기 위해, 냉각량의 냉각 지연까지 고려한 제 2 열 교환 전달 함수를 제 1 동특성 냉각 수행 단계(331)에서 추가적으로 반영함으로써 전자 렌즈 블록(112)의 냉각을 수행할 수 있다. 제 2 동특성 냉각 수행 단계(332)에 의하면, 냉각량의 전달 지연시간까지 고려할 수 있으므로, 전자 렌즈 블록(112)의 온도를 보다 빠르고 정확하게 제어될 수 있다.In order to achieve a faster and more accurate cooling response speed of the
예를 들어, 제어부(12)는 냉매 공급 장치(131) 및 펠티어 소자(1322)의 냉각량의 비율을 미리 설정할 수 있고, 제 1 동특성 냉각 수행 단계(331)에서 계산한 전자 렌즈 블록(112)의 온도 변화 예측값에 기초하여 냉매 공급 장치(131) 및/또는 펠티어 소자(1322) 각각이 담당하는 냉각 비율에 따라서 각각의 냉각량을 조절할 수 있다.For example, the
예를 들어, 제어부(12)는 펠티어 소자(1322)에 할당된 냉각량에 해당하는 전자 렌즈 블록(112)의 온도 변화 예측값을 제 2 열 교환 전달 함수에 대입하여 펠티어 소자(1322)에 인가할 전류의 값을 미리 계산할 수 있고, 계산된 전류 값을 통해 펠티어 소자(1322)를 구동할 수 있다.For example, the
제 2 동특성 냉각 수행 단계(332)에 의하면, 빠른 냉각 응답 특성을 갖는 펠티어 소자(1322)의 냉각 반응 속도를 극대화할 수 있기 때문에, 전자 렌즈 블록(112)의 냉각을 매우 빠르게 수행할 수 있다.According to the second
예를 들어, 제 2 동특성 냉각 수행 단계(332)는 제 2 동특성 냉각 수행 단계(332)를 제외하고 제 1 동특성 냉각 수행 단계(331)만 단독으로 수행될 수도 있다.For example, the second dynamic
이상과 같이 제 1 및 제 2 동특성 냉각 수행 단계(331, 332)는 미리 구해진 열 교환 전달 함수를 이용하여 개루프 제어에 의해 냉각시키는 것을 목적으로 하며, 이를 통해 전자 렌즈 블록(112)의 온도가 상승되기 전에 미리 열량 및/또는 냉각량의 전달 지연시간을 고려하여 냉각을 수행할 수 있다. 한편, 냉각 수행 단계(33)는, 온도 센서(114)에서 감지된 온도가 설정 편차를 벗어나는 경우, 해당 설정 편차에 기초하여 냉각량을 수정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다시 말하면, 냉각 수행 단계(33)는 폐루프 방식의 제어 단계를 보조적으로 더 포함할 수도 있다.As described above, the first and second dynamic
냉각 중단 확인 단계(34)는, 냉각부(13)를 통한 전자 렌즈 블록(112)의 냉각을 중단할지 여부를 결정하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 사용자가 전자 렌즈 블록(112)의 냉각의 중단을 명령하기 전까지 제어부(12)는 전술한 냉각 수행 단계(33)를 지속적으로 수행할 수 있다.The cooling
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although embodiments have been described with reference to the accompanying drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described structure, apparatus, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or may be combined with other components or equivalents. Appropriate results can be achieved even if they are replaced or substituted.
Claims (12)
상기 전자 렌즈 블록을 냉각시키기 위한 냉각부;
상기 전자 렌즈 블록의 온도를 계측하는 온도 센서; 및
상기 전자 렌즈 블록에 인가되는 시험 전류 및 상기 온도 센서에서 계측되는 온도 사이의 시간 지연 특성에 기초하여 제 1 열 교환 전달 함수를 도출하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는, 전자 현미경의 조작 신호를 감지하여 상기 전자 렌즈 블록에 인가될 전류 값을 결정하고, 결정된 전류 값에 의해 상기 전자 렌즈 블록에서 발생될 열량을 상기 제 1 열 교환 전달 함수를 통해 계산하고, 상기 전자 렌즈 블록의 온도가 변화하지 않도록 상기 냉각부의 냉각량을 제어하고,
상기 제 1 열 교환 전달 함수는 하기의 수학식과 같이 1차 시간 지연 시스템으로 계산되는 전자 현미경.
(수학식)
(여기서, G1(s)는 제 1 열 교환 전달 함수, U1(s)는 시간 영역에서 전자 렌즈 블록에 인가되는 전류 입력 값의 함수인 u1(t)의 라플라스 변환 함수, Y1(s)는 시간 영역에서 온도 센서의 출력 온도 값의 함수인 y1(t)의 라플라스 변환 함수, K는 출력 신호의 입력 신호에 대한 진폭비(게인), T는 열의 입력에 대한 온도 변화율, L은 열 전달에 대한 딜레이)
Electronic lens blocks;
A cooling unit for cooling the electronic lens block;
A temperature sensor for measuring a temperature of the electronic lens block; And
A control unit for deriving a first heat exchange transfer function based on a time delay characteristic between a test current applied to the electronic lens block and a temperature measured by the temperature sensor,
The controller detects an operation signal of an electron microscope to determine a current value to be applied to the electron lens block, and calculates an amount of heat to be generated in the electron lens block through the first heat exchange transfer function based on the determined current value. The amount of cooling of the cooling unit is controlled so that the temperature of the electronic lens block does not change.
Wherein said first heat exchange transfer function is calculated with a first order time delay system as in the following equation.
(Mathematical formula)
(Where G 1 (s) is the first heat exchange transfer function, U 1 (s) is the Laplace transform function of u 1 (t), which is a function of the current input value applied to the electronic lens block in the time domain, Y 1 ( s) is the Laplace transform function of y 1 (t), which is a function of the output temperature value of the temperature sensor in the time domain, K is the amplitude ratio (gain) of the output signal to the input signal, T is the rate of change of the heat input, and L is Delay for heat transfer)
상기 냉각부는,
냉매를 냉각시키기 위한 냉매 공급 장치;
상기 전자 렌즈 블록의 내부에 형성되어 상기 전자 렌즈 블록을 냉각시키기 위한 냉각 단부; 및
상기 냉매 공급 장치 및 냉각 단부 사이에서 냉매를 순환시키기 위한 냉매 유로를 포함하는 전자 현미경.
The method of claim 1,
The cooling unit,
A refrigerant supply device for cooling the refrigerant;
A cooling end formed in the electronic lens block to cool the electronic lens block; And
And a coolant flow path for circulating a coolant between the coolant supply device and the cooling end.
상기 냉각부는, 상기 냉매 유로 중 상기 냉각 단부의 입구 부분에 설치되는 펠티어 소자를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 전자 렌즈 블록에 인가되는 전류 및 상기 제 1 열 교환 전달 함수에 기초하여 상기 펠티어 소자에 인가되는 전류 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 전자 현미경.
The method of claim 3, wherein
The cooling unit further includes a Peltier element installed in the inlet portion of the cooling end of the refrigerant passage,
And the control unit adjusts a current value applied to the Peltier element based on the current applied to the electron lens block and the first heat exchange transfer function.
상기 제어부는, 상기 전자 렌즈 블록에 공급되는 냉각량 및 상기 온도 센서에서 계측되는 온도 사이의 시간 지연 특성에 기초하여 제 2 열 교환 전달 함수를 도출하고,
상기 제 2 열 교환 전달 함수는 하기의 수학식과 같이 1차 시간 지연 시스템으로 계산되는 전자 현미경.
(수학식)
(여기서, G2(s)는 제 2 열 교환 전달 함수, U2(s)는 시간 영역에서 전자 렌즈 블록에 공급되는 냉각량의 함수인 u2(t)의 라플라스 변환 함수, Y2(s)는 시간 영역에서 온도 센서의 출력 온도 값의 함수인 y2(t)의 라플라스 변환 함수, K는 출력 신호의 입력 신호에 대한 진폭비(게인), T는 열의 입력에 대한 온도 변화율, L은 열 전달에 대한 딜레이)
The method of claim 4, wherein
The controller derives a second heat exchange transfer function based on a time delay characteristic between a cooling amount supplied to the electronic lens block and a temperature measured by the temperature sensor,
And said second heat exchange transfer function is calculated with a first order time delay system as in the following equation.
(Mathematical formula)
(Where G 2 (s) is the second heat exchange transfer function, U 2 (s) is the Laplace transform function of u 2 (t), which is a function of the amount of cooling supplied to the electronic lens block in the time domain, Y 2 (s ) Is the Laplace transform function of y 2 (t), which is a function of the output temperature value of the temperature sensor in the time domain, K is the amplitude ratio (gain) for the input signal of the output signal, T is the rate of change of the heat input, and L is the heat Delay for delivery)
상기 전자 렌즈 블록에 인가된 시험 전류 값과 온도 사이의 시간 지연 특성에 기초하여 제 1 열 교환 전달 함수를 도출하는 제 1 냉각 동특성 측정 단계; 및
상기 전자 현미경의 조작 신호에 따라서 상기 전자 렌즈 블록에 인가될 전류 값을, 상기 제 1 열 교환 전달 함수에 대입하여, 계산된 상기 전자 렌즈 블록에서 발생될 열량을 기초로, 상기 냉각부의 냉각량을 조절하는 제 1 동특성 냉각 수행 단계를 포함하고,
상기 제 1 냉각 동특성 측정 단계는,
미리 설정된 패턴을 갖는 시험 전류를 상기 전자 렌즈 블록에 인가하는 제 1 동적 시험 전류 인가 단계;
상기 전자 렌즈 블록의 온도를 계측하는 제 1 출력 온도 계측 단계; 및
상기 전자 렌즈 블록에 입력된 시험 전류와, 상기 전자 렌즈 블록의 온도 사이의 시간 지연 특성을 고려한 제 1 열 교환 전달 함수를 도출하는 제 1 열 교환 전달 함수 도출 단계를 포함하는 전자 현미경의 제어 방법.
An electron microscope control method comprising an electron lens block and a cooling unit for cooling the electron lens block,
A first cooling dynamics measurement step of deriving a first heat exchange transfer function based on a time delay characteristic between temperature and a test current value applied to the electronic lens block; And
Based on the amount of heat to be generated in the electron lens block calculated by substituting the current value to be applied to the electron lens block according to the operation signal of the electron microscope into the first heat exchange transfer function, the cooling amount of the cooling unit is determined. A first dynamic cooling step of adjusting;
The first cooling dynamics measurement step,
A first dynamic test current applying step of applying a test current having a preset pattern to the electronic lens block;
A first output temperature measuring step of measuring a temperature of the electronic lens block; And
And a first heat exchange transfer function deriving step for deriving a first heat exchange transfer function in consideration of a time delay characteristic between a test current input to the electron lens block and a temperature of the electron lens block.
상기 시험 전류는, 전류의 크기 및 인가 시간 중 적어도 하나 이상이 서로 상이한 복수 개의 스텝 전류를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 현미경의 제어 방법.
The method of claim 6,
The test current control method of an electron microscope, characterized in that the at least one or more of the magnitude and the application time of the current includes a plurality of step currents different from each other.
상기 제 1 열 교환 전달 함수는 아래의 수학식과 같이 1 차 시간 지연 시스템으로 계산되는 전자 현미경의 제어 방법.
(수학식)
(여기서, G1(s)는 제 1 열 교환 전달 함수, U1(s)는 시간 영역에서 전자 렌즈 블록에 인가되는 전류 입력 값의 함수인 u1(t)의 라플라스 변환 함수, Y1(s)는 시간 영역에서 온도 센서의 출력 온도 값의 함수인 y1(t)의 라플라스 변환 함수, K는 출력 신호의 입력 신호에 대한 진폭비(게인), T는 열의 입력에 대한 온도 변화율, L은 열 전달에 대한 딜레이)
The method of claim 6,
And the first heat exchange transfer function is calculated with a first order time delay system as in the following equation.
(Mathematical formula)
(Where G 1 (s) is the first heat exchange transfer function, U 1 (s) is the Laplace transform function of u 1 (t), which is a function of the current input value applied to the electronic lens block in the time domain, Y 1 ( s) is the Laplace transform function of y 1 (t), which is a function of the output temperature value of the temperature sensor in the time domain, K is the amplitude ratio (gain) of the output signal to the input signal, T is the rate of change of the heat input, and L is Delay for heat transfer)
상기 전자 렌즈 블록에 인가된 시험 전류 값과 온도 사이의 시간 지연 특성에 기초하여 제 1 열 교환 전달 함수를 도출하는 제 1 냉각 동특성 측정 단계; 및
상기 전자 현미경의 조작 신호에 따라서 상기 전자 렌즈 블록에 인가될 전류 값을, 상기 제 1 열 교환 전달 함수에 대입하여, 계산된 상기 전자 렌즈 블록에서 발생될 열량을 기초로, 상기 냉각부의 냉각량을 조절하는 제 1 동특성 냉각 수행 단계를 포함하고,
상기 제 1 동특성 냉각 수행 단계는, 상기 전자 렌즈 블록에 인가될 전류 값을 상기 제 1 열 교환 전달 함수에 대입하여 계산되는 온도 변화 예측값에 기초하여 상기 펠티어 소자에 인가되는 전류 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 전자 현미경의 제어 방법.
An electron microscope control method comprising an electron lens block and a cooling unit including a Peltier element for cooling the electron lens block.
A first cooling dynamics measurement step of deriving a first heat exchange transfer function based on a time delay characteristic between temperature and a test current value applied to the electronic lens block; And
Based on the amount of heat to be generated in the electron lens block calculated by substituting the current value to be applied to the electron lens block according to the operation signal of the electron microscope into the first heat exchange transfer function, the cooling amount of the cooling unit is determined. A first dynamic cooling step of adjusting;
In the performing of the first dynamic cooling, the current value applied to the Peltier element is determined based on a temperature change predicted value calculated by substituting the current value to be applied to the electronic lens block into the first heat exchange transfer function. The control method of an electron microscope.
상기 펠티어 소자에 인가된 시험 전류 값과 상기 전자 렌즈 블록의 온도 사이의 시간 지연 특성에 기초하여 제 2 열 교환 전달 함수를 도출하는 제 2 냉각 동특성 측정 단계; 및
상기 전자 렌즈 블록에 공급될 냉각량을, 상기 제 2 열 교환 전달 함수에 대입하여, 계산된 상기 전자 렌즈 블록의 예상 냉각량을 기초로, 상기 냉각부의 냉각량을 조절하는 제 2 동특성 냉각 수행 단계를 더 포함하는 전자 현미경의 제어 방법.
The method of claim 10,
A second cooling dynamics measurement step of deriving a second heat exchange transfer function based on a time delay characteristic between a test current value applied to the Peltier element and a temperature of the electronic lens block; And
Performing a second dynamic cooling step of adjusting the cooling amount of the cooling unit based on the estimated cooling amount of the electronic lens block by substituting the cooling amount to be supplied to the electronic lens block into the second heat exchange transfer function. Control method of the electron microscope further comprising.
상기 제 2 열 교환 전달 함수는 아래의 수학식과 같이 1 차 시간 지연 시스템으로 계산되는 전자 현미경의 제어 방법.
(수학식)
(여기서, G2(s)는 제 2 열 교환 전달 함수, U2(s)는 시간 영역에서 전자 렌즈 블록에 공급되는 냉각량의 함수인 u2(t)의 라플라스 변환 함수, Y2(s)는 시간 영역에서 온도 센서의 출력 온도 값의 함수인 y2(t)의 라플라스 변환 함수, K는 출력 신호의 입력 신호에 대한 진폭비(게인), T는 열의 입력에 대한 온도 변화율, L은 열 전달에 대한 딜레이)
The method of claim 11,
And the second heat exchange transfer function is calculated with a first order time delay system as in the following equation.
(Mathematical formula)
(Where G 2 (s) is the second heat exchange transfer function, U 2 (s) is the Laplace transform function of u 2 (t), which is a function of the amount of cooling supplied to the electronic lens block in the time domain, Y 2 (s ) Is the Laplace transform function of y 2 (t), which is a function of the output temperature value of the temperature sensor in the time domain, K is the amplitude ratio (gain) for the input signal of the output signal, T is the rate of change of the heat input, and L is the heat Delay for delivery)
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