KR102198707B1

KR102198707B1 - 착탈 가능한 컬럼을 구비하는 주사 전자 현미경 및, 이를 이용한 영상 획득 방법

Info

Publication number: KR102198707B1
Application number: KR1020190033312A
Authority: KR
Inventors: 이준희
Original assignee: (주)코셈
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2021-01-05
Also published as: CN113519038B; WO2020197099A3; WO2020197099A2; CN113519038A; US20220189732A1; KR20200113327A; US11978610B2; CN117174559A

Abstract

본 발명에 따른 주사 전자 현미경은 컬럼을 시료설치부에 착탈 가능하게 하여 컬럼과 관련된 간단한 교정, 빔의 틀어짐, 소모품의 교체 등 컬럼과 관련된 문제를 컬럼 전체를 교체하여 해결하므로 수리와 관리가 간편하고 용이하다는 장점을 갖는다.

Description

착탈 가능한 컬럼을 구비하는 주사 전자 현미경 및, 이를 이용한 영상 획득 방법{Scanning electron microscope having a removable column and, image acquisition methods using the same}

본 발명은 주사 전자 현미경에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 컬럼을 착탈 가능하게 하여 수리와 관리가 간편하고 용이하도록 한 주사 전자 현미경에 관한 것이다.

아울러, 본 발명은 이러한 주사 전자 현미경을 이용한 영상 획득 방법도 포함한다.

일반적으로, 주사전자 현미경은 전자빔을 시료에 주사하고 시료에서 발생되는 이차 전자(secondary electron) 또는 반사 전자(back scattered electron) 등을 검출하여 대상 시료의 영상을 획득한다.

주사 전자 현미경은 컬럼과 시료설치부를 구비한다. 컬럼의 내부에는 전자총, 전자를 집속하는 집속 렌즈, 전자빔의 초점을 맞추는 대물렌즈, 전자빔의 방향을 조절하는 주사 모듈 등이 설치된다. 그리고, 시료 설치부의 내부에는 시료, 시료가 놓여지는 시료대, 시료대를 이동시키는 스테이지 등이 설치된다. 시료 설치부의 내부는 진공 공간 또는 대기압 공간으로 설계 제작된다.

컬럼은 전자현미경의 핵심으로서, 전자현미경 전체의 설계, 제작은 컬럼을 중심으로 이루어진다. 최근 전자현미경의 개발 방향은 더 높은 성능을 달성하는 것 보다는, 전문지식이 없는 비전문가도 쉽게 사용할 수 있는 것을 보다 많이 요구한다. 컬럼은 아주 복잡할 뿐만 아니라 미세한 동작을 하므로 과학적, 기술적 지식이 있어야 간단한 교정, 빔의 틀어짐, 소모품의 교체가 가능하다. 이로 인해 컬럼과 관련된 간단한 교정, 빔의 틀어짐, 소모품의 교체 등에도 전문가의 도움이 필요하여 수리 시간과 비용이 증가한다는 문제점이 있다.

아울러, 컬럼 내부를 고진공으로 만드는 데 시간이 걸리므로, 작업 준비 시간이 많이 걸린다는 문제점도 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 컬럼을 시료설치부에 착탈 가능하게 하여 컬럼과 관련된 간단한 교정, 빔의 틀어짐, 소모품의 교체 등 컬럼과 관련된 문제를 컬럼 전체를 교체하여 해결하므로 수리와 관리가 간편하고 용이한 주사 전자 현미경을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 컬럼 내부를 미리 고진공으로 만듦으로써 작업 준비 시간을 단축시킬 수 있는 주사 전자 현미경을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 주사 전자 현미경을 이용한 영상 획득 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주사 전자 현미경(100)은, 착탈 수단에 의해서 컬럼(10)이 시료설치부(30)에 착탈 가능하게 설치된다.

컬럼(10)의 내부에는 전자총(11)과 집속 렌즈(12)와 대물 렌즈(13) 및 제1 진공펌프(P)가 설치되고 진공 공간(S1)이 형성된다. 그리고, 컬럼(10)의 하단에는 멤브레인(19)이 설치된다. 공기는 멤브레인(19)을 통과하지 못하고, 전자총(11)에서 발생된 전자는 멤브레인(19)을 통과하여 시료에 주사(走査)된다.

시료설치부(30)는 컬럼(10)과 연결되고, 시료가 설치하는 공간(S2)을 내부에 가지며, 프레임(50)에 결합된다.

착탈수단은 컬럼(10)을 시료설치부(30)에 착탈 가능하게 결합하되, 컬럼(10)과 시료설치부(30) 및 프레임(50)이 진동에 있어서 동일체가 되도록 한다.

컬럼(10)의 일측에는 커넥터(15)가 구비된다. 커넥터(15)는 전자총(11)과 집속 렌즈(12)와 대물 렌즈(13) 및 제1 진공 펌프(P)의 구동에 필요한 전원, 집속 렌즈(12)와 대물 렌즈(13)의 제어 신호 및, 검출기(16)의 신호 등을 전달한다.

구체적으로, 상기 착탈수단은, 컬럼(10)의 하단에서 멤브레인(19) 둘레에 설치된 제1 프레임(41); 제1 프레임(41)과 대응되도록 시료설치부(30)의 상단에 형성된 제2 프레임(45); 및, 제1,2 프레임(41)(45) 사이를 결합되도록 체결하는 체결부재(49);를 포함할 수 있다.

컬럼(10) 내부에는 메모리부가 구비될 수 있다. 메모리부는 캘리브레이션(calibration)을 통해 얻은 컬럼 보정 정보를 저장한다.

컬럼(10)의 하단에는 멤브레인 보호 커버(20)가 설치될 수 있다. 멤브레인 보호 커버(20)는 멤브레인(19)을 덮도록 설치되어 멤브레인(19)을 보호한다. 멤브레인 보호 커버(20)의 내부 공간(S3)은 진공 상태로 멤브레인(19)의 파손을 방지할 수 있다.

컬럼(10)의 내부 하단에는 BSE 검출기(back-scattered electron detector, 16)가 설치될 수 있다.

컬럼(10)에는 제1 밸브(18)가 설치되고, 제1 밸브(18)는 컬럼 외부의 고진공 펌프(예를 들어, 터보 펌프)와 연결될 수 있다. 고진공 펌프에 의해 컬럼(10)의 내부가 고진공 상태로 된 후, 제1 진공펌프(P)에 의해 상기 고진공 상태가 유지될 수 있다. 바람직하게, 제1 진공펌프(P)는 이온 펌프 또는 NEG 펌프이다.

본 발명의 또 다른 측면인, 주사 전자 현미경을 이용한 영상 획득 방법은, (a) 컬럼(10)과 시료설치부(30)가 분리된 상태에서 컬럼(10) 내부를 진공으로 만드는 단계; (b) 상기 (a) 단계 이후에, 컬럼(10)을 시료설치부(30)와 결합시키는 단계; (c) 상기 (b) 단계 이후에, 시료설치부(30)의 시료 관찰환경을 만드는 단계(즉, 시료설치부의 내부를 진공으로 만들거나 대기압으로 유지하는 단계); 및, (d) 시료의 영상을 획득하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 (a) 단계의 진공은, (a1) 외부의 고진공 펌프를 컬럼(10)에 연결된 제1 밸브(18)에 연결하여 컬럼(10) 내부를 진공으로 만드는 단계, (a2) 상기 (a1) 단계 이후에, 컬럼(10)에 내장된 제1 진공펌프(P)를 이용하여 상기 진공을 유지하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 컬럼을 시료설치부에 착탈 가능하게 설치할 수 있고, 이에 따라 컬럼과 관련된 간단한 교정, 빔의 틀어짐, 소모품의 교체 등을 전문가의 도움 없이 컬럼 자체를 교체하는 것에 의해서 해결할 수 있으므로 수리와 관리가 간편하고 용이하다.

둘째, 컬럼 내부를 미리 고진공으로 만듦으로써 작업 준비 시간을 단축시킬 수 있다.

셋째, 이러한 주사 전자 현미경을 이용한 영상 획득 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주사 전자 현미경에 착탈 가능하게 설치되는 컬럼을 보여주는 도면.
도 2a는 컬럼과 시료설치부의 결합 관계를 보여주는 도면.
도 2b는 도 2a의 A 부분을 확대한 도면.
도 3a는 컬럼이 시료설치부에 결합된 것을 보여주는 도면.
도 3b는 도 3a의 B 부분을 확대한 도면.
도 4는 주사 전자 현미경을 이용한 영상 획득 과정을 보여주는 플로우 차트.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

상술한 바와 같이, 컬럼은 전자현미경의 핵심으로서, 전자현미경 전체의 설계, 제작은 컬럼을 중심으로 이루어진다. 최근 전자현미경의 개발 방향은 더 높은 성능을 달성하는 것 보다는, 전문지식이 없는 비전문가도 쉽게 사용할 수 있는 것을 보다 많이 요구한다. 컬럼은 아주 복잡할 뿐만 아니라 미세한 동작을 하므로 과학적, 기술적 지식이 있어야 간단한 교정, 빔의 틀어짐, 소모품의 교체가 가능하다. 이로 인해 컬럼과 관련된 간단한 교정, 빔의 틀어짐, 소모품의 교체 등에도 전문가의 도움이 필요하여 수리 시간과 비용이 증가한다는 문제점이 있다.

본 출원인은, 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 컬럼을 착탈 가능하게 함으로써 컬럼과 관련된 문제가 발생한 경우에 컬럼을 교체하여 문제를 해결하도록 하였다. 컬럼은 전자 현미경의 가장 핵심 부분이므로 이를 착탈 가능하게 하는 것은 기존 기술의 단순 조합이나 단순 설계 변경이 아니라 근본적인 관점의 전환이라는 점이 진보성 판단시 고려되어야 할 것이다.

한편, 아래 도면에서 동일한 도면 참조부호는 동일하거나 실질적으로 동일한 구성요소를 나타낸다. 그리고, 도면에서 x, y, z축은 도면의 이해와 설명의 편의를 위해 기재된 카르테시안 좌표축으로서, x, y, z축은 서로에 대해 수직을 이룬다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주사 전자 현미경에 착탈 가능하게 설치되는 컬럼을 보여주는 도면이고, 도 2a는 컬럼과 시료설치부의 결합 관계를 보여주는 도면이다. 그리고, 도 2b는 도 2a의 A 부분을 확대한 도면이다.

도면에 나타난 바와 같이, 주사 전자 현미경(100)은 컬럼(10)과 시료설치부(30) 및 착탈 수단을 포함한다. 본 명세서에서 컬럼(10)은 경통(17)과, 경통(17)의 내부에 구비된 여러 구성요소들 및 커넥터(15)를 포함하는 의미로 사용된다. 따라서, 컬럼(10)을 착탈 가능하게 설치한다는 것은 경통(17)과 경통(17)의 내부에 구비된 구성요소들 및 커넥터(15)를 한꺼번에 착탈 가능하게 설치한다는 의미로 이해되어야 한다.

컬럼(10)은 그 내부에 공간(S1)을 갖는다. 그리고, 컬럼(10)에는 전자총(11), 집속 렌즈(12), 대물 렌즈(13), 주사모듈(14), 제1 진공펌프(P), 커넥터(15), 멤브레인(19), 검출기(16), 메모리부(도면에 미도시), 제1 밸브(18) 등이 설치된다.

상기 전자총(11)은 전자 빔을 발생시키는 것으로서, 텅스텐 등으로 이루어진 필라멘트를 가열하여 전자를 발생시킴으로써 전자빔을 생성하고, 생성된 전자에 전압을 걸어 약 수십 keV 정도의 에너지로 가속할 수 있다.

집속 렌즈(12)는 전자총(11)에서 발생 및 가속된 전자빔을 집속한다. 이러한 집속 렌즈(12)는 복수 개를 단계적으로 배치하여 전자빔을 단계적으로 집속할 수 있다.

대물 렌즈(13)는 집속 렌즈(12)에 의해서 집속되어 진행하는 전자빔을 주사모듈(14)에 의해 시료(1)의 특정한 지점에 주사되도록 한다.

주사모듈(14)은 주사 코일에 전류를 인가하거나 또는 주사 평판에 전압을 인가하여 전자빔을 휘게 하는데, 주사 코일에 인가된 전류의 크기 또는 주사 평판에 인가된 전압의 크기에 따라 전자빔이 휘는 정도를 조절하여 전자빔을 시료에 주사한다.

제1 진공펌프(P)는 컬럼(10)의 내부 또는 컬럼(10)의 케이스(17)에 설치된다. 제1 진공펌프(P)는 커넥터(15)를 통해서 공급된 외부 전원에 의해 작동되어 컬럼(10)의 내부를 진공으로 유지한다. 제1 진공펌프(P)로는 가스를 머금고 있는 이온 펌프, NEG 펌프(non-evaporable getter pump) 등이 사용될 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

전자빔을 발생시키기 위해 텅스텐 필라멘트가 사용된 경우에는 10^-5 Torr 이하의 진공, CeB6와 LaB6가 사용된 경우에는 10^-7Torr 이하의 진공, FE(Feild Emission)가 사용된 경우에는 10^-9 Torr 이하의 진공이 바람직하고, 제1 진공펌프(P)를 이용하여 이러한 정도의 진공을 유지한다.

커넥터(15)는 케이스(17, 경통)의 일측에 설치되고, 다수 개의 접속 콘센트 및/또는 접속 핀을 포함한다. 커넥터(15)는 전자총(11), 집속 렌즈(12), 대물 렌즈(13), 제1 진공펌프(P) 등과 같이 컬럼(10)에 설치된 구성 요소를 작동하기 위한 전원과 제어 신호 및 검출기(16)의 영상 신호를 전달한다. 커넥터(15)는 경통(10) 내부의 진공을 유지하면서 상기 전원, 제어신호 및 영상 신호 등을 전달하는데, 이러한 커넥터(15)의 구성은 공지된 것이고 시중에서 구입이 가능하므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.

멤브레인(19)은 컬럼(10)의 하단에 설치된다. 멤브레인(19)은 전자 빔이 통과할 수 있지만 공기는 통과할 수 없는 얇은 막으로서, 대략 수십 나노미터의 두께를 갖는다. 멤브레인(19)에 의해서 컬럼 내부의 진공 공간(S1)과 외부가 분리된다.

멤브레인 보호 커버(20)는 멤브레인(19)을 커버하도록 경통(10)의 하단, 예를 들어, 제1 프레임(41)에 착탈 가능하게 결합된다. 멤브레인 보호 커버(20)와 제1 프레임(41)에 의해 둘러싸인 공간(S3)은 기밀하게 되어 외부와의 공기 이동이 차단된다. 그리고, 상기 공간(S3)은 제2 밸브(22)와 연결된 제3 진공 펌프(도면에 미도시)에 의해 진공으로 될 수 있다.

멤브레인 보호 커버(20)는 착탈 가능한 컬럼(10)의 이동 중에 물리적 충격으로부터 멤브레인(19)을 보호하는 역할을 한다. 또한 컬럼(10) 내부 공간과 외부 공간의 압력 차이만큼 멤브레인(19)에 압력 스트레스를 받게 되므로 착탈 가능한 컬럼(10)의 보관 중에 멤브레인(19)이 파손될 수 있다. 이러한 멤브레인(19)의 파손을 방지하기 위해 멤브레인 보호 커버(20)를 통해 공간(S1)과 공간(S3)의 진공도 차를 최소화 할 필요가 있다.

검출기(16)는 시료(1)에 의해 발생된 2차 전자(secondary electron) 및/또는 반사 전자(BSE, back scattered electron)를 검출한다. 바람직하게, 검출기(16)는 컬럼 하부에서 설치되어 반사 전자를 검출하는 BSE detector이다.

메모리부는 컬럼(10) 내부에 설치되는 것으로서, 캘리브레이션(calibration)을 통해 얻은 컬럼 보정 정보를 저장한다. 캘리브레이션은 전자현미경 영상의 정확한 수치를 위해 컬럼(10)의 제조하는 과정 또는 물리적으로 필연적으로 발생하는 자기이력, 로렌츠 힘, 코일의 특성, 미세한 치수의 차이 등으로 인해 발생하는 오차를 보정할 수 있는 정보를 추출해 내는 과정이다. 이러한 캘리브레이션을 통해 얻은 컬럼 보정 정보는 컬럼에 따라 다르므로 컬럼과 대응하는 정보 저장방법을 가져야 한다.

시료설치부(30)는 내부에 일정 공간(S2)을 갖는 박스인데, 상기 내부 공간은 진공으로 되거나 대기압로 될 수 있다. 시료설치부(30)는 전자 현미경의 프레임(50)과 일체로 결합되는 것이 바람직하다.

시료설치부(30)의 상면 중앙은 개구부(31)이고, 개구부(31)를 통해서 전자빔이 시료(1)에 주사된다. 시료설치부(30)의 내부에는 시료(1)가 놓여지는 시료대(32)와, 시료대(32)를 x, y, z 방향으로 이동시키는 스테이지(33)가 설치된다.

시료설치부(30)의 내부 공간을 진공으로 만들고자 하는 경우, 연결관(34)을 통해 제2 진공펌프(도면에 미도시)를 연결한다. 이에 따라 시료설치부(30) 내부는 진공 상태, 바람직하는 10^-1 ~ 10^-2 Torr 정도의 저진공 상태로 될 수 있다. 제2 진공 펌프로는 로타리 펌프 등이 사용될 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

착탈 수단은 컬럼(10)과 시료설치부(30)를 착탈 가능하게 결합시키되, 컬럼(10)과 시료설치부(30) 및 프레임(50)이 일체로 되어 진동에 대해 일체로 거동하도록 한다.

그리고, 착탈 수단은 시료설치부(30)의 내부가 진공으로 될 경우, 컬럼(10)과 시료설치부(30) 사이(제1,2 프레임 사이)를 기밀되도록 함으로써 시료설치부(30) 내부의 진공이 유지되도록 한다. 구체적으로, 착탈 수단은 제1, 2 프레임(41)(45)과, 제2 프레임(45)에 설치된 오링(48) 및, 제1,2 프레임(41)(45) 사이를 기밀되도록 체결하는 체결부재(49)를 포함한다.

제1 프레임(41)은 중앙에 홀이 형성된 패널로서, 그 테두리에는 원주 방향을 따라 다수 개의 볼트공(42)이 형성된다. 상기 홀의 중앙에는 멤브레인(19)이 위치된다.

제2 프레임(45)은 제1 프레임(41)과 대응되도록 시료설치부(30)의 상단 둘레에 수평으로 형성된 패널이다. 제2 프레임(45)의 중앙에는 개구부(31)가 형성되는데, 이 개구부(31)를 통하여 전자빔이 입사된다. 그리고, 제2 프레임(45)의 테두리에는 볼트공(42)과 대응되는 볼트공(46)이 형성된다. 제2 프레임(45)의 윗면에는 개구부(31)를 중심으로 다수 개의 오링(48)이 설치된다.

도 3a ~ 3b에 나타난 바와 같이, 볼트공(42)(46)에는 체결부재, 예를 들어 볼트(49)가 삽입되어 설치된다. 이 때, 오링(48)은 제1,2 프레임(41)(45)의 사이에서 밀착됨으로써 외부 공기가 시료설치부(30) 내부로 유입되는 것을 방지한다. 도면에는 오링(48)이 제2 프레임(45)의 상면에 설치된 것으로 도시되었으나, 오링은 제1 프레임(41)의 하면에 설치되거나 제1 프레임(41)의 하면 및 제2 프레임(45)의 상면에 설치될 수도 있다.

볼트공(42)(46)에 체결부재(49)가 설치된 후, 제2 진공펌프가 작동되어 시료 설치부(30)의 내부 공간을 진공으로 만들 수 있다. 한편, 시료(1)를 대기압 상태에서 관찰하고자 하는 경우에는 진공으로 만들 필요가 없다.

그러면, 주사전자 현미경(100)을 이용한 영상획득 방법을 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 컬럼(10)과 시료설치부(30)가 분리된 상태에서 컬럼(10)의 내부를 진공으로 만든다(S10). 상기 진공은 제1 밸브(18)에 고진공 펌프(도면에 미도시. 예를 들어 터보 펌프)를 연결하고 이 고진공 펌프를 이용하여 공간(S1)을 고진공으로 만든다.

이어서, 컬럼(10)에 내장된 제1 진공펌프(P), 예를 들어 이온 펌프, NEG 펌프 등을 이용하여 상기 고진공을 유지한다(S20). 즉, 상기 고진공 상태에서 압력이 소정 압력 이상으로 높아지면 제1 진공펌프(P)를 작동하여 압력을 낮춘다.

상기 S10, S20 단계를 거침으로써 영상 획득을 위해 컬럼(10)의 고진공을 만드는 시간을 줄일 수 있다. 그리고, 상기 S10, S20 단계는 전자 현미경을 제조하는 공장에서 이루어질 수 있다.

상기 S20 과정 후에, 멤브레인 보호 커버(20)를 컬럼(10)의 하단에 결합하고 제2 밸브(22)에 제3 진공펌프를 연결한 후, 제3 진공펌프를 이용하여 공간(S3)을 진공으로 만들어 공간(S3)과 공간(S1)의 진공도 차이를 최소화 한다(S30). 한편, 상기 S30 과정은 S20 과정 후에 이루어질 수도 있지만 S20 과정과 동시에 이루어질 수도 있다.

이어서, 컬럼(10)을 제2 프레임(45)에 안착시킨다(S40). 구체적으로, 제1,2 프레임(41)(45)의 볼트공(42)(46)이 서로 대응되도록 컬럼(10)을 제2 프레임(45)에 위치시킨다.

상기 S40 단계에 이어서, 시료(1)를 진공 상태에서 관찰하고자 하는 경우에는 볼트공(42)(46)을 관통하도록 체결부재(49)를 설치하여 제1,2 프레임(41)(45) 사이가 기밀되도록 한다(S50). 체결부재(49)가 볼트공(42)(46)에 체결되면 오링(48)이 제1,2 프레임(41)(45)에 밀착됨으로써 외부 공기 유입이 방지된다.

체결부재(49)의 체결이 완료되면, 제2 진공펌프를 작동하여 시료설치부(30) 내부를 진공으로 만든다(S60). 시료설치부 내부는 컬럼 내부 보다는 낮은 진공도 예를 들어, 10^-1 ~ 10^-2 Torr 정도의 저진공 상태로 된다. 컬럼 내부는 진공도가 높을수록 전자빔의 집속률이 일정 수준 향상되므로 고진공 상태가 바람직하고, 시료설치부 내부는 시료(1)의 물리적 또는 화학적 성질이 고진공에 의해 변형될 수도 있으므로 낮은 정도의 진공 상태가 바람직하다.

이어서, 전자빔을 발생 및 집속시켜 시료(1)에 주사하여 영상을 획득한다(S70).

한편, 시료(1)를 대기압 상태에서 관찰하고자 하는 경우에는 볼트공(42)(46)을 관통하도록 체결부재(49)를 설치하여 제1,2 프레임(41)(45)을 결합하고(S150), 이어서 시료를 관찰하여 영상을 획득한다(S160).

전자총(11), 집속 렌즈(12), 대물 렌즈(13), 주사모듈(14), 검출기(16) 등의 작동과 제어, 검출기(16)에서 감지된 신호의 전달, 제1 진공펌프(P)의 작동과 제어 등은 커넥터(15)를 통해서 이루어진다.

1 : 시료 10 : 컬럼
11 : 전자총 12 : 집속 렌즈
13 : 대물 렌즈 14 : 주사모듈
15 : 커넥터 16 : 검출기
17 : 경통(케이스) 18 : 제1 밸브
19 : 멤브레인
20 : 멤브레인 보호 커버 22 : 제2 밸브
30 : 시료설치부 31 : 개구부
32 : 시료대 33 : 스테이지
34 : 연결관 41 : 제1 프레임
45 : 제2 프레임 42, 46 : 볼트공
48 : 오링 49 : 볼트
50 : 프레임 100 : 주사 전자 현미경
P : 제1 진공펌프 S1, S2, S3 : 공간

Claims

전자총(11)과 집속 렌즈(12)와 대물 렌즈(13) 및 제1 진공펌프(P)가 내부의 진공 공간(S1)에 설치되고, 하단에는 멤브레인(19)이 설치된 컬럼(10);
컬럼(10)과 연결되고, 시료가 설치하는 공간을 가지며, 프레임(50)에 결합된 시료설치부(30); 및,
컬럼(10)을 시료설치부(30)에 착탈 가능하게 결합하되, 컬럼(10)과 시료설치부(30)가 일체가 되도록 결합시키는 착탈수단;을 포함하고,
착탈 수단에 의해서 프레임(50)과 시료설치부(30) 및 컬럼(10)이 일체로 되며,
공기는 멤브레인(19)을 통과하지 못하되 전자총(11)에서 발생된 전자가 멤브레인(19)을 통과하여 시료에 주사(走査)되며,
컬럼(10)의 일측에는 커넥터(15)가 구비되고, 커넥터(15)는 전자총(11)과 집속 렌즈(12)와 대물 렌즈(13) 및 제1 진공 펌프(P)의 구동에 필요한 전원, 집속 렌즈(12)와 대물 렌즈(13)의 제어 신호 및, 검출기(16)의 신호를 전달하며,
컬럼(10)에는 제1 밸브(18)가 설치되고, 제1 밸브(18)는 컬럼(10) 외부의 고진공 펌프와 연결될 수 있으며,
컬럼(10)이 시료설치부(30)에 결합되기 이전에, 상기 고진공 펌프에 의해 진공 공간(S1)이 고진공 상태로 된 후 제1 진공펌프(P)에 의해 상기 고진공 상태가 유지되는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제1항에 있어서,
착탈수단은,
컬럼(10)의 하단에서 멤브레인(19) 둘레에 설치된 제1 프레임(41);
제1 프레임(41)과 대응되도록 시료설치부(30)의 상단에 형성된 제2 프레임(45) 및,
제1,2 프레임(41)(45) 사이를 기밀되도록 체결하는 체결부재(49);를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제1항에 있어서,
컬럼(10) 내부에는 캘리브레이션(calibration)을 통해 얻은 컬럼 보정 정보를 저장하는 메모리부가 구비된 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
컬럼(10)이 시료설치부(30)에 설치되기 전에 멤브레인(19)을 보호하기 위하여 멤브레인(19)을 덮도록 컬럼(10)의 하단에 설치되는 멤브레인 보호 커버(20)를 포함하고, 멤브레인 보호 커버(20)의 내부 공간(S3)은 진공 상태로 되며,
멤브레인 보호 커버(20)는 컬럼(10)이 시료설치부(30)에 결합되기 전에 제거되는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
제4항에 있어서,
컬럼(10)의 내부 하단에는 BSE 검출기(back-scattered electron detector, 16)가 설치된 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경.
삭제
(a) 컬럼(10)과 시료설치부(30)가 분리된 상태에서 컬럼(10) 내부를 진공으로 만드는 단계;
(b) 상기 (a) 단계 이후에, 컬럼(10)을 시료설치부(30)와 결합시키는 단계;
(c) 상기 (b) 단계 이후에, 시료설치부(30)의 내부를 진공 또는 대기압 상태로 만드는 단계; 및,
(d) 시료의 영상을 획득하는 단계;를 포함하고,
상기 컬럼(10)의 내부에는 제1 진공펌프(P)가 구비되고 컬럼(10)의 하단에는 멤브레인(19)이 설치되며, 공기는 멤브레인(19)을 통과하지 못하되 전자총(11)에서 발생된 전자가 멤브레인(19)을 통과하여 시료에 주사(走査)되고,
상기 (b) 단계의 결합에 의해서 프레임(50)과 시료설치부(30) 및 컬럼(10)이 일체로 되며,
컬럼(10)의 일측에는 커넥터(15)가 구비되고, 커넥터(15)는 전자총(11)과 집속 렌즈(12)와 대물 렌즈(13) 및 제1 진공 펌프(P)의 구동에 필요한 전원, 집속 렌즈(12)와 대물 렌즈(13)의 제어 신호 및, 검출기(16)의 신호를 전달하고,
상기 (a) 단계는,
(a1) 외부의 고진공 펌프를 컬럼(10)에 연결하여 컬럼(10) 내부를 고진공으로 만드는 단계; 및,
(a2) 상기 (a1) 단계 이후에, 제1 진공펌프(P)를 이용하여 상기 고진공 상태를 유지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 주사 전자 현미경을 이용한 영상획득 방법.
제7항에 있어서,
컬럼(10)의 하단에는 멤브레인(19)을 덮도록 멤브레인 보호 커버(20)가 설치되어 멤브레인(19)을 보호하고,
상기 (a) 단계와 (b) 단계 사이 또는 상기 (a) 단계와 함께, 멤브레인 보호 커버(20)의 내부 공간(S3)을 진공 상태로 만드는 것을 특징으로 하는, 주사 전자 현미경을 이용한 영상획득 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
컬럼(10) 내부에는 캘리브레이션(calibration)을 통해 얻은 컬럼 보정 정보를 저장하는 메모리부가 구비된 것을 특징으로 하는, 주사 전자 현미경을 이용한 영상획득 방법.
삭제
제7항 또는 제8항에 있어서,
컬럼(10)의 내부 하단에는 BSE 검출기(back-scattered electron detector, 16)가 설치된 것을 특징으로 하는, 주사 전자 현미경을 이용한 영상획득 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 (b) 단계의 결합은 착탈 수단에 의해 이루어지고, 시료 설치부(30)는 프레임(50)에 결합되며,
상기 착탈수단은,
컬럼(10)의 하단에서 멤브레인(19) 둘레에 설치된 제1 프레임(41);
제1 프레임(41)과 대응되도록 시료설치부(30)의 상단에 형성된 제2 프레임(45); 및,
제1,2 프레임(41)(45) 사이를 기밀되도록 체결하는 체결부재(49);를 포함하고,
상기 착탈수단은 컬럼(10)과 시료 설치부(30) 및 프레임(50)을 일체로 결합시키는 것을 특징으로 하는, 주사 전자 현미경을 이용한 영상획득 방법.