WO2017069343A1 - 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총 및 이를 포함하는 전자현미경 - Google Patents

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조복래
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Definitions

  • the present invention relates to an electron microscope and an electron gun, and more particularly to a metal material for maintaining a vacuum when the filament block of the electron gun or the central axis of the electron point source is mechanically displaced from the central axis of the anode and the focusing lens.
  • the present invention relates to an electron microscope including an easy-to-position electron gun including an improved vacuum structure to move a filament block or an electron point source of an electron gun in a simple structure and easy to assemble and disassemble without having a bellows.
  • Scanning Electron Microscope scans the electron beam two-dimensionally in the sample to detect secondary electrons from the sample and then image them. It is composed of a light source, a converging lens, and an objective lens, and is similar to an optical microscope for making an image using light reflected from a sample surface.
  • the electron gun which corresponds to the light source of the optical microscope, generates and accelerates electrons and supplies a group of electrons used in the form of an electron beam.
  • the electron gun of the electron microscope is classified into an electron emission method, it can be classified into a thermal electron gun and a field emission electron gun.
  • the filament used as the cathode in the thermal emission is bent in the shape of a hairpin with a V-shaped tip mainly with a tungsten wire, the diameter is about 100 ⁇ m.
  • Tungsten is widely used as a filament because its work function is not as high as 4.5 eV and its melting point is very high at 3,650K.
  • the tungsten is heated to about 2,200K by applying a current directly to the filament.
  • LaB 6 (lanthanium hexaboride) is used to increase the generated electron density, and heated to a temperature of 1800K.
  • LaB 6 has to maintain high vacuum because it has a problem that the electron emission property is significantly reduced when atomic adsorption on the surface.
  • the thermal radiation gun has a filament at the top, a Wennelt cylinder wrapped around the filament, and an anode plate that serves as an acceleration electrode at the bottom.
  • a Wennelt cylinder (Wehnelt cylinder) is formed a voltage having a negative value more than the negative filament as a bias voltage, so that the electrons emitted from the filament is repulsed and focused in the center. It is accelerated by the voltage difference applied between the filament, which is the cathode, and the positive electrode plate, and accelerates the electrons emitted from the filament to radiate downward to form an electron beam.
  • a field emission electron gun is composed of a tip, a primary anode and a secondary anode, which are cathodes.
  • the clerk makes tungsten sharp with a radius of curvature of about 600 to 2000 A, reducing the thickness of the potential barrier when a strong electric field is applied, so that electrons can easily protrude from the tungsten surface due to tunneling. To be able. Since the field emission electron gun obtains a uniform energy electron beam from a point source, very high electron beam brightness and a small crossing point can be formed, and high resolution can be obtained.
  • the primary anode applies a high voltage of several kV to emit electrons from the tip, and the secondary anode accelerates electrons.
  • An acceleration voltage of several tens of kV is applied between the secondary anode and the tip.
  • Field emission can be classified into a cold cathode field emitter (CFE), a thermally assisted field emitter (TFE), and a Schottky field emitter (SE).
  • CFE cold cathode field emitter
  • TFE thermally assisted field emitter
  • SE Schottky field emitter
  • the central axis of the electron beam emitted from the filament block or filament block including the filament and the Benelt cylinder, and the electron beam emitter including the primary anode and the primary anode is the positive plate or the field radiation of the thermal radiation gun. It should be aligned with the secondary anode of the electron gun and the central axis of the focusing lens. When these axes are shifted from each other, there is a problem in electron beam alignment as well as the number of electrons reaching the sample decreases, resulting in aberration in the magnetic field lens and inferior sample resolution.
  • the prior art is vacuum sealed using a metal gasket, which requires a new metal gasket for disassembly and assembly, which is expensive and expensive to manufacture metal bellows.
  • a metal gasket In order to seal with a metal gasket, more than a certain force must be applied, and a large number of assembly screws are required, which causes troublesome disassembly and assembly.
  • US Patent 4,663,525 discloses a technique for a method for electron gun alignment in an electron microscope.
  • the invention disclosed in the patent has a problem that the structure is complicated, such as inserting the bellows inside the electron gun to maintain the vacuum of the filament connection when mechanically adjusting the position.
  • the inside of the gun must maintain a vacuum so that the flow of the electron beam does not collide with the internal gas, and the thermal electron gun requires a high vacuum of about 10 -3 Pa to 10 -5 Pa, and a high resolution electron Field emission electron guns, which emit high density electron beams (high brightness) required for the microscope, operate at about 10 ⁇ 6 Pa or less, which is very high vacuum than thermal radiation electron guns.
  • Cold field emission electron guns of field emission electron guns in particular require a vacuum of 10 -7 Pa or less. Therefore, as a container for ultra-high vacuum maintenance of these field emission electron guns for high-density electron beam emission, stainless steel (STS), which is advantageous for high vacuum common materials, is mainly used because of its relatively low outgassing rate.
  • Korean Patent No. 10-0473691 discloses a technique related to an aluminum-based (Al or Al alloy) vacuum chamber member.
  • the invention disclosed in this patent relates to a member that exhibits excellent corrosion resistance against corrosive gas or plasma, and thus is far from materials for vacuum chamber implementation that can prevent stray magnetic fields while maintaining high vacuum.
  • the present invention is to solve the above problems, without the need to install a complex structure such as a bellows inside the electron gun, the vacuum holding seal so that the central axis of the electron beam can be easily aligned with the central axis of the positive electrode or secondary anode, and the focusing lens Electron gun including an electron gun and a chamber composed of a material capable of maintaining ultra-high vacuum and shielding stray magnetic field so that the movement of the electron beam is stabilized without installing a separate shielding structure to prevent stray magnetic field inflow inside the electron gun.
  • the present inventors use a double O-ring or a magnetic fluid seal to seal the top plate with an electron beam generating vacuum chamber and an electron beam generating vacuum chamber to move the top plate economically and easily.
  • the discovery of the possibility of alignment led to the completion of the present invention.
  • the present invention is an electron microscope for easy position adjustment
  • the electron gun is a tubular side portion having a first vacuum exhaust pipe;
  • a flat upper surface portion having an electron beam generating portion in contact with the upper rim surface of the tubular side portion via a double O-ring and facing toward the inside of the tubular space;
  • An inner flat plate in contact with the lower inner surface of the tubular side portion, the first lower surface portion having an electron beam passing hole at a position opposite to the electron emission direction of the electron beam generating portion;
  • a tubular side extension portion having a second vacuum exhaust pipe while the tubular side portion extends past a position in contact with the first lower surface portion;
  • An inner flat plate in contact with the lower inner surface of the tubular side extension, the second lower surface part having an electron beam passing hole at a position opposed to the electron beam passing hole in the first lower surface part, wherein the tubular side part and the flat plate
  • An upper surface portion and the first lower surface portion form a first vacuum chamber, wherein the first lower surface portion, the tubular side extension
  • the present invention also provides an electron microscope for easy position adjustment, the electron gun is a tubular side portion having a magnetic field generating portion on the first vacuum exhaust pipe and the upper edge surface; A flat upper surface portion having an electron beam generating portion in contact with an upper rim surface of the tubular side portion and an annular magnetic fluid seal, and directed toward the inside of the tubular space; An inner flat plate in contact with the lower inner surface of the tubular side portion, the first lower surface portion having an electron beam passing hole at a position opposite to the electron emission direction of the electron beam generating portion; A tubular side extension portion having a second vacuum exhaust pipe while the tubular side portion extends past a position in contact with the first lower surface portion; An inner flat plate in contact with the lower inner surface of the tubular side extension, the second lower surface part having an electron beam passing hole at a position opposed to the electron beam passing hole in the first lower surface part, wherein the tubular side part and the flat plate An electron microscope for easy position adjustment, wherein an upper surface portion and the first lower surface portion form a first vacuum chamber,
  • the present invention also provides an electron microscope for easy position adjustment, wherein the plurality of third vacuum exhaust pipes are connected to the second vacuum chamber.
  • the present invention also provides an electron microscope for easy position adjustment, wherein the flat upper surface portion further comprises a knob for horizontal movement.
  • the electron beam generating unit is a field emission electron source
  • the tubular side portion, the plate upper surface portion and the tubular side extension material is mild steel of less than 0.2% by weight carbon, the mild steel is to prevent oxidation or corrosion
  • an electron microscope for position control that is easy to adjust, in which a nickel or chromium antioxidant film is formed on the surface.
  • the present invention also provides an electron microscope for easy position adjustment, the vacuum degree of the first vacuum chamber and the second vacuum chamber is different.
  • the present invention also provides an electron microscope for easy position control, the magnetic field generating unit is a permanent magnet.
  • the present invention also provides an electron microscope comprising the electron gun.
  • the position-adjustable electron gun of the present invention has a bellows that surrounds and seals the electron beam generator to align the central axis of the electron beam with a positive electrode plate or a field emission electron source facing the Bennett cylinder and a secondary anode disposed in parallel with the primary anode.
  • the top plate on the double o-ring seals or magnetic fluid seals can be moved without installation, making electron beam alignment easier, as well as a simplified structure and ease of assembly and disassembly compared to the use of bellows, and reusable rubber o-rings.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an electron gun maintaining a vacuum with a double O-ring between an upper portion of a tubular side portion and a plate upper surface portion according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual view illustrating an electron gun having a structure in which a first O and a second space are connected by a third vacuum tube while maintaining a vacuum between the upper side of the tubular side part and the upper surface of the plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an electron gun maintaining a vacuum with a magnetic fluid sealing portion between an upper portion of a tubular side portion and a plate upper surface portion according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an electron gun maintaining a vacuum with a double O-ring between an upper portion of a tubular side portion and a plate upper surface portion according to an embodiment of the present invention.
  • the tubular side portion 10 having a first vacuum exhaust pipe (7);
  • a flat upper surface portion (5) having an electron beam generating portion (1) at the center thereof in contact with the upper rim surface of the tubular side portion and the double O-rings (21, 22);
  • a first lower surface portion 9 having an inner plate contacting the lower inner surface of the tubular side portion and having an electron beam passing hole 35 at a position opposite to the electron emission direction of the electron beam generating portion;
  • a tubular side extension (11) having a second vacuum exhaust pipe (8) while the tubular side portion (10) extends beyond a position in contact with the first lower surface portion (9);
  • a second lower surface portion 19 having an inner plate contacting the lower inner surface of the tubular lateral extension 11 and having an electron beam passing hole 36 at a position opposite to the hole for
  • the tubular side portion 10, the flat upper surface portion 5, and the first lower surface portion 9 form a first vacuum chamber 2 and the first lower surface portion 9.
  • the tubular side extension portion 11 and the second lower surface portion 19 form a second vacuum chamber 3, wherein the double o-ring is in contact with an inner side of the rim surface.
  • a second O-ring 22 is in contact with the outer side of the surface, and a plurality of third vacuum exhaust pipe 6 connecting the space between the first O-ring and the second O-ring is located.
  • the third vacuum exhaust pipe 6 may be directly evacuated with a vacuum pump or may be used in conjunction with a vacuum exhaust pump of a sample chamber.
  • a plurality of third vacuum exhaust pipes may be connected to the second vacuum chamber. The vacuum can also be exhausted from the second vacuum chamber through the second vacuum exhaust pipe.
  • the electron source located in the first vacuum chamber 2 is a field emission electron source (thermal field emission electron source), a cold field emission electron source, a photoelectron emission electron source, etc., which is a Schottky electron source.
  • Electron microscopy electron sources that require ultra-high vacuum can be used. When the electron source requiring the ultra high vacuum is used, the degree of vacuum of the first vacuum chamber through the first exhaust line may be lower than the vacuum of the second vacuum chamber through the second exhaust line.
  • the electrons emitted from the electron source form an electron beam 30 to sequentially pass through the electron beam passing hole 19 of the first lower surface portion 9 and the electron beam passing hole 29 of the second lower surface portion 19. Proceeds to the electron beam control column 4.
  • the position of the upper plate portion 5 in the planar direction (x, y direction) for the alignment of the electron beam the vacuum is maintained in the double O-ring (21, 22) even during the movement for positioning the first vacuum chamber (2)
  • a device for maintaining a vacuum of the electron source such as a bellows inside.
  • the mechanical force is not largely required to move in a plane while maintaining a vacuum.
  • the present invention may be provided with a handle (knob) for horizontal movement to precisely the plane movement.
  • a measuring device capable of measuring the electron beam current at the sample position according to the degree of electron beam alignment, the measuring device may be used any one used in electron microscopy techniques.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an electron gun maintaining a vacuum with a magnetic fluid sealing portion between an upper portion of a tubular side portion and a plate upper surface portion according to an embodiment of the present invention.
  • Electron microscope for easy position adjustment according to another embodiment of the present invention the first vacuum exhaust pipe (7) and the tubular side portion having a magnetic field generating portion 26 on the upper rim surface;
  • a flat upper surface portion 5 having an upper portion of the tubular side portion 10 and an annular magnetic fluid seal 25 interposed therebetween and having an electron beam generating portion at its center facing the inside of the tubular space;
  • a first lower surface portion 9 having an inner plate contacting the lower inner surface of the tubular side portion and having an electron beam passing hole 35 at a position opposite to the electron emission direction of the electron beam generating portion;
  • a tubular lateral extension (11) having a second vacuum exhaust pipe (8) while the tubular lateral portion extends beyond a position in contact with the first lower surface portion (9);
  • the tubular side portion 10, the flat upper surface portion 5, and the first lower surface portion 19 form a first vacuum chamber 2 and the first lower surface portion 19.
  • the tubular side extension part 11 and the second lower surface part 29 form a second vacuum chamber 3.
  • the electron beam generating unit is a field emission electron source requiring ultra-high vacuum
  • the tubular side part, the plate upper surface part, and the tubular side extension part are made of an electron gun employing the field emission electron source.
  • the mild steel forms a nickel or chromium antioxidant film on the surface to prevent oxidation or corrosion.
  • Steel refers to iron combined with 2% or less of carbon.
  • Mainly carbon is an alloy element, and carbon or carbon steel is added to other alloy elements.
  • 'mild steel' is defined as low carbon steel to which no alloying element is added.
  • Carbon steel is generally divided into less than 0.25% of mild steel or low carbon steel, 0.25 ⁇ 0.60% of medium carbon steel, and more than 0.60% of high carbon steel. Since low carbon steel has good formability with a tensile strength of 5 MPa or less, it is variously used for steel sheets, fabrics, rivets, and the like, which do not require much strength.
  • Alloy steel is the addition of an appropriate amount of other metals to give special properties to the carbon steel, stainless steel (3) is representative, contains nickel, chromium, etc., low carbon content and excellent corrosion resistance. Stainless steel has good mechanical properties and shows the same strength with 1/3 thickness of aluminum plate. It has high electrical resistance and low thermal conductivity.
  • Stainless steel (3) has low outgassing rate (10 hours after vacuum evacuation to 10 -8 Pa m 3 s -1 m -2 , after heat treatment at 100 to 200 ° C-10 -9 Pa m 3 s -1 m -2 ) It is mainly used as a chamber material for ultra-high vacuum, but mu-metal (Mu-), which has a high relative permeability, is relatively small (1 to 10) because of its relative permeability ( ⁇ r ). Separate magnetic field shielding was required with metals (20,000 to 50,000) or permalloy (8,000).
  • Mild steel is widely used to prevent stray magnetic fields due to its high specific permeability (100 to 5,000), but its gas release rate is 10 -5 to 10 -6 Pa m 3 s -1 m - after 10 hours of vacuum exhaust. 2 furnaces have been questioned for use as ultra-high vacuum chamber materials because they are 100 to 1000 times larger than stainless steel. Therefore, it was generally used as a material such as a sample chamber having a relatively low degree of vacuum. According to the literature, the gas release rates of mild steel and chromium-plated mild steel after heat treatment at 300 ° C are 2.6 ⁇ 10 -8 Pa m 3 s -1 m -2 and 8 ⁇ 10 -9 Pa m 3 s -1 m -2, respectively (Y.
  • the mild steel is used by forming a nickel or chromium antioxidant film on the surface to prevent oxidation or corrosion. Since the gas release rate is sufficiently low, the plating is not to improve the vacuum performance but to prevent oxidation or corrosion of the surface.
  • the ultra-high vacuum pump is an ion pump
  • the exhaust pipe of the first vacuum chamber may further include a non evaporable getter pump (NEG).
  • the non-evaporable getter pump may reduce the degree of vacuum temporarily at the moment of operation, but may help improve the degree of vacuum.
  • Magnetic fluid is a "liquid-responsive liquid” material developed by NASA's space program as a "transportation of spacecraft liquid fuel in space-space-gravity” in the early 1960s.
  • the components are magnetic particles (mainly iron oxide) having a particle diameter of about 10 nm, surfactants and dispersion mediums (Base liquid) adsorbed on the surface of the magnetic particles, and the particles in the dispersion medium are not aggregated and stabilized by adsorbing the surfactants on the particle surface. It becomes a colloidal state.
  • the dispersion medium of the magnetic fluid water, ethers, esters, fluorocarbons, etc. may be used depending on the application to be used and the environment to be used.
  • Magnetic fluid is a simple liquid without magnetism in the absence of a magnetic field, but becomes magnetic when a magnetic field is applied from the outside, and disappears when the magnetic field is removed. That is, the magnetic fluid does not have residual magnetism and does not have hysteresis, and this property is called superparamagnetism.
  • the magnetization of the magnetic fluid is proportional to the amount of magnetic particles contained in the magnetic fluid per unit volume and is saturated at the saturation magnetization value.
  • a magnetic fluid seal is a component used to prevent the leakage of liquids or gases by using such a magnetic fluid.
  • the strength in which the magnetic fluid is maintained is determined by the magnetic force, and the magnetic fluid does not generate particles due to friction between two solids interposed therebetween, and can be used in an extremely high vacuum region and has a long service life.
  • the electrons emitted from the electron source form an electron beam 30 to sequentially pass through the electron beam passing hole 19 of the first lower surface portion 9 and the electron beam passing hole 29 of the second lower surface portion 19. Proceeds to the electron beam control column 4.
  • the position of the upper surface of the flat plate 5 in the planar direction (x, y direction) for the electron beam alignment the vacuum is maintained by the magnetic fluid sealing portion 25 and the magnetic field generating portion 26 during the movement for positioning Therefore, a device for maintaining the vacuum of the electron source such as a bellows in the first vacuum chamber 2 is unnecessary.
  • due to the characteristics of the magnetic fluid sealing portion 25, a mechanical force is not largely required to move in a plane while maintaining a vacuum.
  • the magnetic field generating unit may use an electromagnet or a permanent magnet, and may have a shielding function so that the magnetic field does not affect the electron beam path.
  • the measuring device may be used any one used in electron microscopy techniques.
  • the electron gun is employed as an electron gun of the electron microscope, and the electron microscope includes the electron gun, the electron beam control column, and the sample chamber.
  • the electron beam generated by the electron gun passes through the electron beam passing hole 29 of the second lower surface portion 19 and proceeds to the electron beam control column, and the electron beam focused in the electron beam control column is incident on the sample chamber, such as secondary electrons and reflected electrons. And generate an electron microscope image with the secondary electrons and the reflected electrons.

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Abstract

본 발명은 전자총의 필라멘트블록(filament block) 또는 전자 점원의 중심축이 양극 및 집속렌즈의 중심축과 기계적으로 어긋나 있을 때 진공을 유지하기 위한 벨로우즈를 구비하지 않고도 용이하게 전자총의 필라멘트블록 또는 전자점원을 이동시킬 수 있도록 진공구조를 개선한 위치조절이 용이한 전자총과 이를 포함하는 전자현미경에 관한 것으로, 전자빔의 중심축을 베넬트 실린더와 마주보는 양극판 또는 전계방출 전자원 및 1차 양극과 나란히 배치된 2차 양극과 정렬시키기 위하여 전자빔 발생부를 둘러싸며 밀봉하는 벨로우즈를 설치하지 않고도 2중 오링 밀봉부 또는 자성유체 밀봉부 상의 상면 평판을 이동할 수 있어서 전자빔 정렬이 용이할 뿐 아니라 간소화된 구조와 조립 및 분해가 용이하며 재사용이 가능한 고무 오링을 사용하며, 스테인레스 강에 비해 초고진공유지에서 차이가 없으며 비투자율 값이 큰 연강을 챔버로 사용하여 뮤-메탈이나 퍼몰로이 등 전자빔 발생부를 둘러싸는 추가적인 구성을 설치하지 않고도 표유자계의 유입을 방지할 수 있어서 제조가 용이할 뿐 아니라 복잡한 구성을 채택하지 않아 경제적이다.

Description

위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총 및 이를 포함하는 전자현미경
본 발명은 전자현미경과 전자총에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자총의 필라멘트블록(filament block) 또는 전자 점원의 중심축이 양극 및 집속렌즈의 중심축과 기계적으로 어긋나 있을 때 진공을 유지하기 위한 금속재질의 벨로우즈를 구비하지 않고도 구조가 단순하고 조립 및 분해가 용이하게 전자총의 필라멘트블록 또는 전자점원을 이동시킬 수 있도록 진공구조를 개선한 위치조절이 용이한 전자총 및 이를 포함하는 전자현미경에 관한 것이다.
주사형 전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)은 전자빔을 시료에 2차원적으로 주사하여 시료에서 나온 이차전자를 검출한 뒤 이를 영상화한다. 이는 광원과 수렴렌즈, 대물렌즈로 구성되어 시료 표면에서 반사된 빛을 사용하여 영상을 만드는 광학현미경과 유사한 구성이다. 광학현미경의 광원에 해당하는 전자총은 전자를 발생시키고 가속하는 역할을 하며, 전자빔의 형태로 사용되는 전자의 군을 공급한다.
원자 내의 전자는 원자핵과의 전기력 작용에 의하여 특정 에너지 궤도에서 일정한 에너지를 가지고 있으므로 전자가 외부에서 에너지가 주어지지 않는 이상 원자를 벗어나 방출되는 일은 거의 일어나지 않지만, 에너지 장벽(일함수; work function) 이상의 에너지가 주어지면 밖으로 튀어나오게 된다. 즉, 전자총의 필라멘트로 사용되는 텅스텐과 같은 금속을 높은 온도로 가열하면, 표면의 원자에 구속되어 있던 전자들이 원자핵의 속박에서 벗어나 진공 중으로 이탈된다.
전자현미경의 전자총을 전자방출 방식으로 구분하면 열방사형(thermionic electron gun)과 전계방사형(field emission electron gun)으로 나눌 수 있다. 열방사형(thermal emission)에서 음극으로 사용되는 필라멘트는 주로 텅스텐 선으로 끝이 V자 모양을 가진 머리핀 모양으로 구부러지고 지름은 약 100㎛이다. 텅스텐은 일함수 값이 4.5 eV로 크지 않고, 융점은 3,650K로 매우 높기 때문에 필라멘트로 많이 사용되며, 필라멘트에 직접 전류를 가하여 약 2,200K까지 가열한다. 고급 전자현미경에서는 발생되는 전자 밀도를 높이기 위해서 LaB6(lanthanium hexaboride)를 사용하며, 1800K의 온도로 가열하여 사용한다. LaB6는 표면에 원자흡착이 되면 전자방출성이 현저히 떨어지는 문제가 있으므로 고진공을 유지하여야 한다.
열방사형 전자총은 윗부분에 필라멘트가 있고, 필라멘트 주위를 베넬트 실린더(Wehnelt cylinder)가 감싸고 있으며, 아래쪽에 가속전극 역할을 하는 양극판(anode plate)으로 구성되어 있다. 베넬트 실린더(Wehnelt cylinder)에는 바이어스 전압으로 음극인 필라멘트보다 더 음의 값을 가지는 전압이 형성되고, 이로 인해 필라멘트에서 방출된 전자는 척력을 받아 가운데로 집속된다. 음극인 필라멘트와 양극판 사이에 가해지는 전압차이에 의해서 가속되게 되며 필라멘트에서 방출된 전자를 가속하여 아래 방향으로 방사하면서 전자빔을 형성하도록 한다.
전계방사형(field emission) 전자총은 음극인 점원(tip), 1차 양극 및 2차 양극으로 구성된다. 점원은 텅스텐을 약 600~2000 A의 곡률반경을 가지도록 뾰족하게 제작하여 강한 전기장이 가해졌을 때 포텐셜(potential) 장벽의 두께가 줄어들도록 하여 전자가 텅스텐 표면으로부터 터널링 현상으로 확률적으로 쉽게 튀어나올 수 있도록 한다. 전계방사형 전자총은 점원으로부터 균일한 에너지의 전자선이 얻어지므로 대단히 높은 전자선 밝기와 작은 교차점을 형성할 수 있어서 고해상도를 얻을 수 있다. 1차 양극은 수 kV의 고전압을 가하여 팁으로부터 전자를 방출하게 하고 2차 양극은 전자를 가속시키는 역할을 하는데 2차 양극과 팁 사이에는 수십 kV의 가속전압이 가해지게 된다. 전계방사형은 열을 가하지 않는 상온형(CFE; cold cathode field emitter), 고온형(TFE; thermally assisted field emitter), 그리고 쇼트키형(SE; Schottky field emitter)으로 나눌 수 있다.
열방사형 전자총에서 필라멘트와 베넬트 실린더를 포함하는 필라멘트 블록(filament block) 또는 전계방사형 전자총의 점원부와 1차 양극을 포함하는 전자빔방출부에서 방출된 전자빔의 중심축은 열방사형 전자총의 양극판 또는 전계방사형 전자총의 2차 양극, 및 집속렌즈의 중심축과 정렬되어야 한다. 이 축이 서로 어긋나 있을 때는 전자빔 정렬에 문제가 생김은 물론 시료에 도달하는 전자의 수도 줄어들게 되어, 자기장렌즈에서 수차가 발생하고 시료관찰 분해능이 떨어지게 된다. 또한 종래 기술은 금속 가스킷을 사용하여 진공 밀폐를 하여 이는 분해 및 조립시에 새로운 금속 가스킷을 사용해야 하므로 비용이 많이 소모되며 금속 벨로우즈 제작비용도 고비용이다. 금속 가스킷으로 밀폐를 하기 위해서는 일정힘 이상을 가해야하며 많은 수의 조립나사가 필요하여 분해 및 조립시에 번거로운 문제점이 있다.
미국 등록특허 4,663,525는 전자현미경에서 전자총 정렬을 위한 방법에 관한 기술을 개시한다. 그러나 상기 특허에 개시된 발명은 기계적으로 위치를 조절할 때 필라멘트 연결부의 진공을 유지하기 위해 전자총부 내부에 벨로우즈를 삽입하는 등 구조가 복잡해지는 문제가 있다.
전자총 내부는 전자빔의 흐름이 내부기체와 충돌하여 교란되지 않도록 진공을 유지하여야 하는데, 열방사형 전자총(thermionic electron gun)은 약 10-3Pa에서 10-5Pa 정도의 고진공을 필요로 하며, 고분해능 전자현미경에 요구되는 고밀도 전자빔(고휘도)을 방출하는 전계방사형 전자총(field emission electron gun)은 열방사형 전자총보다 초고진공인 약 10-6Pa 이하에서 작동한다. 전계방사형 전자총 중 상온 전계방사형 전자총(cold field emission electron gun)은 특히 10-7Pa 이하의 진공도를 요구한다. 따라서 고밀도 전자빔 방출을 위한 이들 전계방사형 전자총의 초고진공 유지를 위한 용기로는 기체방출율(outgassing rate)이 상대적으로 낮아 고진공유지에 유리한 스테인레스 강(stainless steel, STS)이 주로 사용된다.
전자의 흐름이 교란되지 않기 위해서는 고진공 유지와 함께 전자총 외부로부터 스며드는 표유자계(stray magnetic field)도 막아야 한다. 이는 전자가 하전입자이며 질량이 가벼워 자기장에 민감하게 반응하기 때문이다. 자기장을 차폐하기 위해서는 투자율이 높은 재료를 사용해야 하는데, 스테인레스 강은 상대적으로 비투자율(relative permeability, μr)이 작기(1~10) 때문에 종래 기술에서는 비투자율 값이 큰 뮤-메탈(Mu-metal)(20,000~50,000)이나 퍼멀로이(permalloy)(8,000)로 전자빔 방출원을 둘러싸서 자기장 차폐를 해 왔다. 이와 같은 퍼멀로이나 뮤-메탈은 값이 비싸고 가공비도 많이 들기 때문에, 고진공유지가 가능하도록 기체방출율이 낮으면서 비투자율 값도 큰 재료를 사용하게 되면 경제성과 제작용이성을 확보할 수 있다.
한국 등록특허 10-0473691호는 알루미늄계(Al 또는 Al 합금제) 진공 챔버부재에 관한 기술을 개시한다. 그러나 상기 특허에 개시된 발명은 부식성 가스나 플라즈마에 대하여 우수한 내식성을 발휘하는 부재에 관한 것이어서 고진공을 유지하면서도 표유자계를 막을 수 있는 진공 챔버구현을 위한 재료와는 거리가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 전자총 내부에 벨로우즈 등 복잡한 구조를 설치하지 않고도 전자빔의 중심축을 양극판 또는 2차 양극, 및 집속렌즈의 중심축과 용이하게 정렬할 수 있도록 진공유지 밀봉부가 개선되고, 전자총 내부에 표유자계 유입을 방지하기 위한 별도의 차폐구조를 설치하지 않고도 전자빔의 움직임이 안정되도록 초고진공 유지와 표유자계 차폐가 가능한 재질로 챔버를 구성한 전자총 및 이를 포함하는 전자현미경을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 이중 오링 또는 자성유체 밀봉부(seal)를 사용하여 전자빔 발생부를 구비한 상면 평판과 전자빔 발생 진공실 사이를 기밀접합하여 상면 평판을 이동하면 경제적이면서도 용이하게 전자빔을 정렬할 수 있음을 발견해 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총으로, 상기 전자총은 제1 진공배기관을 구비한 관형 측면부; 상기 관형 측면부의 상부 테두리면과 이중 오링(O-ring)을 개재하여 접하고, 관형 공간 내부를 향하는 전자빔 발생부를 그 중심에 구비한 평판 상면부; 상기 관형 측면부의 하부 내면과 접하는 내부 평판으로, 상기 전자빔 발생부의 전자 방출방향과 대향하는 위치에 전자빔통과용 구멍(hole)을 구비한 제1 하면부; 상기 관형 측면부가 상기 제1 하면부와 접한 위치를 지나 연장되면서 제2 진공배기관을 구비한 관형 측면 연장부; 상기 관형 측면 연장부의 하부 내면과 접하는 내부 평판으로, 상기 제1 하면부의 전자빔통과용 구멍과 대향하는 위치에 전자빔통과용 구멍(hole)을 구비한 제2 하면부를 포함하고, 상기 관형 측면부, 상기 평판 상면부, 및 상기 제1 하면부는 제1 진공실을 형성하며, 상기 제1 하면부, 상기 관형 측면 연장부, 및 상기 제2 하면부는 제2 진공실을 형성하고, 상기 이중 오링은 상기 테두리면의 안쪽에 접하는 제1 오링과 상기 테두리면의 바깥쪽에 접하는 제2 오링을 포함하며, 상기 제1 오링과 상기 제2 오링 사이의 공간을 연결하는 복수개의 제3 진공배기관을 구비하는, 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총을 제공한다.
본 발명은 또한, 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총으로, 상기 전자총은 제1 진공배기관과 상부 테두리면에 자기장 발생부를 구비한 관형 측면부; 상기 관형 측면부의 상부 테두리면과 고리모양 자성유체 밀봉부(seal)를 개재하여 접하고, 관형 공간 내부를 향하는 전자빔 발생부를 그 중심에 구비한 평판 상면부; 상기 관형 측면부의 하부 내면과 접하는 내부 평판으로, 상기 전자빔 발생부의 전자 방출방향과 대향하는 위치에 전자빔통과용 구멍(hole)을 구비한 제1 하면부; 상기 관형 측면부가 상기 제1 하면부와 접한 위치를 지나 연장되면서 제2 진공배기관을 구비한 관형 측면 연장부; 상기 관형 측면 연장부의 하부 내면과 접하는 내부 평판으로, 상기 제1 하면부의 전자빔통과용 구멍과 대향하는 위치에 전자빔통과용 구멍(hole)을 구비한 제2 하면부를 포함하고, 상기 관형 측면부, 상기 평판 상면부, 및 상기 제1 하면부는 제1 진공실을 형성하며, 상기 제1 하면부, 상기 관형 측면 연장부, 및 상기 제2 하면부는 제2 진공실을 형성하는, 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 복수개의 제3 진공배기관은 상기 제2 진공실과 연결되는, 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 평판 상면부는 수평이동용 손잡이(knob)를 더 포함하는, 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전자빔 발생부는 전계방출 전자원이고, 상기 관형 측면부, 상기 평판 상면부 및 상기 관형 측면 연장부의 재질은 탄소 중량비가 0.2%이하의 연강이고, 상기 연강은 산화 또는 부식을 막기 위해 표면에 니켈 또는 크롬 산화방지막을 형성한, 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 제1 진공실과 상기 제2 진공실의 진공도는 서로 다른, 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 자기장 발생부는 영구자석인, 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전자총을 포함하는, 전자현미경을 제공한다.
본 발명의 위치조절이 용이한 전자총은 전자빔의 중심축을 베넬트 실린더와 마주보는 양극판 또는 전계방출 전자원 및 1차 양극과 나란히 배치된 2차 양극과 정렬시키기 위하여 전자빔 발생부를 둘러싸며 밀봉하는 벨로우즈를 설치하지 않고도 2중 오링 밀봉부 또는 자성유체 밀봉부 상의 상면 평판을 이동할 수 있어서 전자빔 정렬이 용이할 뿐 아니라 벨로우즈 사용에 비해 간소화된 구조와 조립 및 분해가 용이하며 재사용이 가능한 고무 오링을 사용하며, 스테인레스 강에 비해 초고진공유지에서 차이가 없으며 비투자율 값이 큰 연강을 챔버로 사용하여 뮤-메탈이나 퍼몰로이 등 전자빔 발생부를 둘러싸는 추가적인 구성을 설치하지 않고도 표유자계의 유입을 방지할 수 있어서 제조가 용이할 뿐 아니라 복잡한 구성을 채택하지 않아 경제적이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른, 관형 측면부 상부와 평판 상면부 사이에 이중 오링으로 진공을 유지하는 전자총을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른, 관형 측면부 상부와 평판 상면부 사이에 이중 오링으로 진공을 유지하며 제1 공간과 제2 공간이 제3 진공관에 의해 연결된 구조의 전자총을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른, 관형 측면부 상부와 평판 상면부 사이에 자성유체 밀봉부로 진공을 유지하는 전자총을 나타내는 개념도이다.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 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.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른, 관형 측면부 상부와 평판 상면부 사이에 이중 오링으로 진공을 유지하는 전자총을 나타내는 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총은, 제1 진공배기관(7)을 구비한 관형 측면부(10); 상기 관형 측면부의 상부 테두리면과 이중 오링(O-ring)(21, 22)을 개재하여 접하고, 관형 공간 내부를 향하는 전자빔 발생부(1)를 그 중심에 구비한 평판 상면부(5); 상기 관형 측면부의 하부 내면과 접하는 내부 평판으로, 상기 전자빔 발생부의 전자 방출방향과 대향하는 위치에 전자빔통과용 구멍(hole)(35)을 구비한 제1 하면부(9); 상기 관형 측면부(10)가 상기 제1 하면부(9)와 접한 위치를 지나 연장되면서 제2 진공배기관(8)을 구비한 관형 측면 연장부(11); 상기 관형 측면 연장부(11)의 하부 내면과 접하는 내부 평판으로, 상기 제1 하면부의 전자빔통과용 구멍과 대향하는 위치에 전자빔통과용 구멍(hole)(36)을 구비한 제2 하면부(19)를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 관형 측면부(10), 상기 평판 상면부(5), 및 상기 제1 하면부(9)는 제1 진공실(2)을 형성하며, 상기 제1 하면부(9), 상기 관형 측면 연장부(11), 및 상기 제2 하면부(19)는 제2 진공실(3)을 형성하고, 상기 이중 오링은 상기 테두리면의 안쪽에 접하는 제1 오링(21)과 상기 테두리면의 바깥쪽에 접하는 접하는 제2 오링(22)을 포함하며, 상기 제1 오링과 상기 제2 오링 사이의 공간을 연결하는 복수개의 제3 진공배기관(6)이 위치한다. 상기 제3 진공배기관(6)은 진공펌프로 직접 진공 배기 하거나 또는 시료실의 진공 배기펌프와 맞물려 사용할 수 있으며, 한 구현예에서 도 2와 같이 복수개의 제3 진공배기관은 상기 제2 진공실과 연결되어 제2 진공실에서 제2 진공 배기관을 통해서도 진공배기할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 제1 진공실(2)에 위치하는 전자원은 쇼트키(Schottky) 전자원인 전계방출 전자원(열전계방출 전자원), 냉전계방출 전자원, 광전자방출 전자원 등 초고진공이 필요한 전자현미경용 전자원이 사용될 수 있다. 상기 초고진공이 필요한 전자원이 사용될 경우 제1 배기라인을 통한 제1 진공실의 진공도는 제2 배기라인을 통한 제2 진공실의 진공보다 더 낮은 압력일 수 있다.
상기 전자원에서 방출된 전자는 전자빔(30)을 형성하여 제1 하면부(9)의 전자빔통과용 구멍(19) 및 제2 하면부(19)의 전자빔통과용 구멍(29)을 차례로 통과하여 전자빔 제어 칼럼(4)으로 진행한다. 이때 전자빔 정렬을 위해 상기 평판 상면부(5)를 평면방향(x, y 방향)으로 위치조절하는데, 위치조절을 위한 이동 중에도 이중 오링(21, 22)으로 진공이 유지되므로 제1 진공실(2) 안에 별도의 벨로우즈 등 전자원의 진공을 유지하기 위한 장치가 불필요하게 된다. 또한, 오링의 특성상 진공을 유지하면서 평면으로 미끄러지는 이동에 기계적 힘이 크게 소요되지 않는다. 본 발명의 일 구현예에서는 상기 평면 이동을 정밀하게 하기 위해서 수평이동용 손잡이(knob)를 구비할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서는 전자빔 정렬정도에 따라 시료 위치에서 전자빔 전류를 측정할 수 있는 계측장치를 구비할 수 있으며, 상기 계측장치는 전자현미경 기술에서 사용되는 것이면 어느 것이든 사용 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른, 관형 측면부 상부와 평판 상면부 사이에 자성유체 밀봉부로 진공을 유지하는 전자총을 나타내는 개념도이다. 본 발명의 다른 구현예에 따른 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총은 제1 진공배기관(7)과 상부 테두리면에 자기장 발생부(26)를 구비한 관형 측면부(10); 상기 관형 측면부(10)의 상부 테두리면과 고리모양 자성유체 밀봉부(seal)(25)를 개재하여 접하고, 관형 공간 내부를 향하는 전자빔 발생부를 그 중심에 구비한 평판 상면부(5); 상기 관형 측면부의 하부 내면과 접하는 내부 평판으로, 상기 전자빔 발생부의 전자 방출방향과 대향하는 위치에 전자빔통과용 구멍(hole)(35)을 구비한 제1 하면부(9); 상기 관형 측면부가 상기 제1 하면부(9)와 접한 위치를 지나 연장되면서 제2 진공배기관(8)을 구비한 관형 측면 연장부(11); 상기 관형 측면 연장부의 하부 내면과 접하는 내부 평판으로, 상기 제1 하면부(9)의 전자빔통과용 구멍(35)과 대향하는 위치에 전자빔통과용 구멍(hole)(36)을 구비한 제2 하면부(19)를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 관형 측면부(10), 상기 평판 상면부(5), 및 상기 제1 하면부(19)는 제1 진공실(2)을 형성하며, 상기 제1 하면부(19), 상기 관형 측면 연장부(11), 및 상기 제2 하면부(29)는 제2 진공실(3)을 형성한다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 전자빔 발생부는 초고진공을 요구하는 전계방출 전자원이고, 상기 전계방출 전자원이 채용된 전자총에서 상기 관형 측면부, 상기 평판 상면부 및 상기 관형 측면 연장부의 재질은 탄소 중량비가 0.2%이하의 연강이며, 상기 연강은 산화 또는 부식을 막기 위해 표면에 니켈 또는 크롬 산화방지막을 형성한다.
철강은 2% 이하의 탄소가 합해진 철을 말하며, 주로 탄소만을 합금 원소로 삼은 것을 탄소강, 탄소강에 다른 합금 원소를 첨가한 것을 특수강 또는 합금강이라 한다. 본 발명의 명세서에서 ‘연강’은 합금 원소가 첨가되지 않은 저탄소강으로 정의한다. 탄소강은 탄소량의 포함 정도에 따라서 기계적 성질이 크게 변화하기 때문에 일반적으로 0.25%이하를 연강 또는 저탄소강, 0.25~0.60%를 중탄소강, 0.60%이상을 고탄소강으로 나눈다. 저탄소강은 인장강도가 5MPa이하로 성형성이 양호하기 때문에, 별로 강도가 요구되지 않는 강판, 조재(條材), 리벳(rivet)등에 다양하게 사용된다. 합금강은 탄소강에 특수한 성질을 주기 위하여 다른 금속을 적당량 첨가한 것으로 스테인레스강(3)이 대표적이고 니켈, 크롬 등을 함유하며 탄소량이 적고 내식성이 우수하다. 스테인레스강은 기계적 성질이 좋아 알루미늄판의 1/3 두께로 같은 강도를 보이며 전기저항이 크고 열전도율이 낮다. 스테인레스강(3)은 기체방출율(outgassing rate)이 낮아(10시간 진공배기후~10-8 Pa m3 s-1 m-2, 100~200℃ 열처리후~10-9 Pa m3 s-1 m-2) 초고진공용 챔버 재료로 주로 사용되지만, 전자총용 챔버재료로 사용하기에는 상대적으로 비투자율(relative permeability, μr)이 작기(1~10) 때문에 비투자율이 큰 뮤-메탈(Mu-metal)(20,000~50,000)이나 퍼멀로이(permalloy)(8,000)로 별도 자기장 차폐를 해야 했다.
연강은 비투자율이 크기(100~5,000) 때문에 표유자계(stray magnetic field)를 막는데 널리 쓰이지만, 10시간 진공배기 후 기체방출율이 10-5 ~10-6Pa m3 s-1 m-2로 스테인레스강보다 100배 내지 1000배 이상 크기 때문에 초고진공용 챔버재료로 사용하는데는 의문이 있어 왔다. 따라서 상대적으로 진공도가 낮은 시료 챔버 등의 재질로 사용되는 것이 일반적이었다. 문헌상으로는 300℃ 열처리후 연강과 크롬도금 연강의 기체방출율은 각각 2.6×10-8 Pa m3 s-1 m-2과 8×10-9 Pa m3 s-1 m-2이다(Y. Ishimori, N. Yoshimura, S. Hasegawa and H. Oikawa, J. Vac. Soc. Jpn. 14, 295 (1971)). 본 발명의 일 구현예에서는 상기 전자총의 초고진공 챔버재질을 연강으로 사용하여 뮤-메탈 또는 퍼말로이를 이용한 별도 차폐장치없이 전자현미경을 구성한다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 연강은 산화 또는 부식을 막기 위해 표면에 니켈 또는 크롬 산화방지막을 형성하여 사용한다. 기체방출율이 충분히 낮기 때문에 상기 도금은 진공성능을 개선하기 위한 것이 아니라 표면의 산화나 부식을 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 초고진공 펌프는 이온펌프이고, 상기 제1 진공실의 배기관은 비증발형 게터펌프(non evaporable getter pump: NEG)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 비증발형 게터펌프는 작동되는 순간에 일시적으로 진공도를 떨어뜨리기도 하지만 진공도 개선에 도움이 된다.
자성유체는 1960년대 초 “우주공간 무중력 상태 속에서 우주선 액체연료 이송을 위한 방안”으로 미국 항공우주국(NASA)의 우주개발계획(space program)에서 개발한 ‘자석에 반응하는 액체’재료이다. 구성 성분은 입자 지름이 10 nm 정도인 자성 미립자(주로 산화철), 상기 자성 미립자 표면에 흡착된 계면활성제 및 분산매(Base 액체)로, 입자표면에 계면활성제를 흡착시킴으로써 분산매 안의 입자는 응집되지 않고 안정된 콜로이드 상태가 된다. 상기 자성유체의 분산매는 응용될 용도와 사용될 환경에 따라 물, 에테르류, 에스테르류, 불화탄소류 등이 사용된다.
자성유체는 자계가 없을 때는 자성이 없는 단순한 액체이나, 외부로부터 자기장이 가해지면 자성을 띠고 자기장을 제거하면 자성이 사라진다. 즉, 자성유체는 잔류자기가 남지 않아 히스테레시스(Hysteresis) 특성을 가지지 않고, 이러한 성질을 초상자성이라고 한다. 자성유체의 자성화는 단위부피당 자성유체 안에 함유된 자성입자의 양에 비례하고, 포화자성화값에서 포화된다. 이와 같은 자성유체를 이용하여 액체나 기체의 누출을 방지위해 사용되는 부품이 자성유체 밀봉재(seal)이다. 자성유체가 유지되는 강도는 자력에 의해 결정되며, 자성유체가 사이에 개재된 두 고체 사이의 마찰에 의한 입자를 발생시키지 않고, 극 고진공영역에서도 사용이 가능할 뿐 아니라 수명이 긴 장점이 있다.
상기전자원에서 방출된 전자는 전자빔(30)을 형성하여 제1 하면부(9)의 전자빔통과용 구멍(19) 및 제2 하면부(19)의 전자빔통과용 구멍(29)을 차례로 통과하여 전자빔 제어 칼럼(4)으로 진행한다. 이때 전자빔 정렬을 위해 상기 평판 상면부(5)를 평면방향(x, y 방향)으로 위치조절하는데, 위치조절을 위한 이동 중에도 자성유체 밀봉부(25)와 자기장 발생부(26)로 진공이 유지되므로 제1 진공실(2) 안에 별도의 벨로우즈 등 전자원의 진공을 유지하기 위한 장치가 불필요하게 된다. 또한, 자성유체 밀봉부(25)의 특성상 진공을 유지하면서 평면으로 미끄러지는 이동에 기계적 힘이 크게 소요되지 않는다. 본 발명의 일 구현예에서는 상기 평면 이동을 정밀하게 하기 위해서 수평이동용 손잡이(knob)를 구비할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 자기장 발생부는 전자석 또는 영구자석이 사용가능하며, 자기장이 전자빔 경로에 영향을 미치지 않도록 차폐기능을 구비할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서는 전자빔 정렬정도에 따라 시료 위치에서 전자빔 전류를 측정할 수 있는 계측장치를 구비할 수 있으며, 상기 계측장치는 전자현미경 기술에서 사용되는 것이면 어느 것이든 사용 가능하다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 전자총은 전자현미경의 전자총으로 채용되며, 상기 전자현미경은 상기 전자총, 상기 전자빔 제어칼럼 및 시료실을 포함하다. 상기 전자총에서 발생된 전자빔은 제2 하면부(19)의 전자빔통과용 구멍(29)을 통과하여 전자빔 제어칼럼으로 진행하며, 전자빔 제어칼럼에서 집속된 전자빔은 시료실로 입사하여 이차전자 및 반사전자 등을 발생시키고 상기 이차전자 및 반사전자 등으로 전자현미경 영상을 획득하게 된다.
이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
[부호의 설명]
1. 전자빔발생부
2. 제1 진공실
3. 제2 진공실
4. 전자빔 제어 칼럼
5. 평판 상면부
6. 제3 진공배기관
7. 제1 진공배기관
8. 제2 진공배기관
9. 제1 하면부
10. 관형 측면부
11. 측면 연장부
19. 제2 하면부
21. 제1 오링
22. 제2 오링
25. 자성유체 밀봉부
26. 자기장 발생부
30. 전자빔
35. 전자빔통과용 구멍
36. 전자빔통과용 구멍

Claims (8)

  1. 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총으로,
    상기 전자총은 제1 진공배기관을 구비한 관형 측면부;
    상기 관형 측면부의 상부 테두리면과 이중 오링(O-ring)을 개재하여 접하고, 관형 공간 내부를 향하는 전자빔 발생부를 그 중심에 구비한 평판 상면부;
    상기 관형 측면부의 하부 내면과 접하는 내부 평판으로, 상기 전자빔 발생부의 전자 방출방향과 대향하는 위치에 전자빔통과용 구멍(hole)을 구비한 제1 하면부;
    상기 관형 측면부가 상기 제1 하면부와 접한 위치를 지나 연장되면서 제2 진공배기관을 구비한 관형 측면 연장부;
    상기 관형 측면 연장부의 하부 내면과 접하는 내부 평판으로, 상기 제1 하면부의 전자빔통과용 구멍과 대향하는 위치에 전자빔통과용 구멍(hole)을 구비한 제2 하면부를 포함하고,
    상기 관형 측면부, 상기 평판 상면부, 및 상기 제1 하면부는 제1 진공실을 형성하며,
    상기 제1 하면부, 상기 관형 측면 연장부, 및 상기 제2 하면부는 제2 진공실을 형성하고,
    상기 이중 오링은 상기 테두리면의 안쪽에 접하는 제1 오링과 상기 테두리면의 바깥쪽에 접하는 제2 오링을 포함하며, 상기 제1 오링과 상기 제2 오링 사이의 공간을 연결하는 복수개의 제3 진공배기관을 구비하는,
    위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총.
  2. 위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총으로,
    상기 전자총은 제1 진공배기관과 상부 테두리면에 자기장 발생부를 구비한 관형 측면부;
    상기 관형 측면부의 상부 테두리면과 고리모양 자성유체 밀봉부(seal)를 개재하여 접하고, 관형 공간 내부를 향하는 전자빔 발생부를 그 중심에 구비한 평판 상면부;
    상기 관형 측면부의 하부 내면과 접하는 내부 평판으로, 상기 전자빔 발생부의 전자 방출방향과 대향하는 위치에 전자빔통과용 구멍(hole)을 구비한 제1 하면부;
    상기 관형 측면부가 상기 제1 하면부와 접한 위치를 지나 연장되면서 제2 진공배기관을 구비한 관형 측면 연장부;
    상기 관형 측면 연장부의 하부 내면과 접하는 내부 평판으로, 상기 제1 하면부의 전자빔통과용 구멍과 대향하는 위치에 전자빔통과용 구멍(hole)을 구비한 제2 하면부를 포함하고,
    상기 관형 측면부, 상기 평판 상면부, 및 상기 제1 하면부는 제1 진공실을 형성하며,
    상기 제1 하면부, 상기 관형 측면 연장부, 및 상기 제2 하면부는 제2 진공실을 형성하는,
    위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 제3 진공배기관은 상기 제2 진공실과 연결되는,
    위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 평판 상면부는 수평이동용 손잡이(knob)를 더 포함하는,
    위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전자빔 발생부는 전계방출 전자원이고,
    상기 관형 측면부, 상기 평판 상면부 및 상기 관형 측면 연장부의 재질은 탄소 중량비가 0.2%이하의 연강이고,
    상기 연강은 산화 또는 부식을 막기 위해 표면에 니켈 또는 크롬 산화방지막을 형성한,
    위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 진공실과 상기 제2 진공실의 진공도는 서로 다른,
    위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 자기장 발생부는 영구자석인,
    위치조절이 용이한 전자현미경용 전자총.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 전자총을 포함하는,
    전자현미경.
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