WO2018093157A1 - 교환가능한 전자현미경용 전자총 및 이를 포함하는 전자현미경 - Google Patents

교환가능한 전자현미경용 전자총 및 이를 포함하는 전자현미경 Download PDF

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    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes

Definitions

  • the present invention relates to an electron gun and an electron microscope employing the same. More particularly, the present invention relates to an electron gun including an electron gun and a replaceable electron gun, which seals the connection portion of the vacuum exhaust line after vacuum exhaust and includes a getter inside the electron gun to maintain vacuum. will be.
  • 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 value is not as high as 4.5 eV and its melting point is very high at 3,650 K.
  • the tungsten is heated to about 2,200 K by applying a current directly to the filament.
  • LaB 6 lanthanium hexaboride
  • 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 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.
  • 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.
  • 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 filament block and the anode plate including the filament and the Benelt cylinder and in the field radiation gun, the central axis and the secondary anode of the electron beam emitted from the electron beam emitter including the point source and the primary anode. It should be aligned with 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 generally a configuration in which the electron gun and the electron beam path are integrated and the vacuum pump and the vacuum exhaust line are connected together. Therefore, when replacing, disassembling or assembling the electron gun, a metal gasket for sealing is used and the beam alignment process is complicated.
  • U.S. Patent No. 8,492,716 is a patent for a vacuum device and a scanning electron microscope, which discloses a technique related to an electron gun and a detector integrated device detachable from a magnetic lens barrel.
  • the invention disclosed in this patent is only an electron gun connected to a vacuum pump and including a detector, which makes the electron beam propagation path detachable from the electromagnetic lens structure.
  • the invention also provides an electron microscope having a replaceable electron gun, said electron microscope comprising the electron gun of claim 1; An electron beam barrel provided with an incident hole on the upper surface of the electron gun passing through the pass-through film of the lower surface portion of the electron gun; A sample chamber in which the electron beam passing through the barrel is incident; A vacuum pump for evacuating the barrel and the vacuum in the sample chamber; And an interconnection part connected to a feedthrough exposed to the upper surface of the electron gun, wherein the lower surface plate of the electron gun and the upper surface of the electron beam barrel are fastened to each other through a fastening part. to provide.
  • 3 is a conceptual diagram of a state in which an electron gun is separated from an electron microscope according to an embodiment of the present invention.
  • 3 (a) is a conceptual view of the electron beam generator 10 is separated from the electron gun provided on the lower portion of the upper plate 70
  • Figure 3 (b) is the electron beam generator 10 is the lower surface plate
  • 80 is a conceptual diagram of a state in which the electron gun provided above is separated.

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Abstract

본 발명은 진공배기 후에 진공배기라인 연결부를 밀봉하고 게터를 전자총 내부에 포함시켜 진공을 유지하며 교환 가능한 전자총 및 이를 포함하는 전자현미경에 관한 것으로, 진공배기 후에 진공배기라인 연결부를 밀봉하고 게터를 전자총 내부에 포함시켜 진공을 유지하며, 전자현미경용 전자총을 전자빔 칼럼에서 분리 가능하여 손쉽게 교체가 가능하고, 전자빔 광학계와 함께 전자현미경을 구성하거나, 기존의 전자현미경의 전자총 교체용품으로 사용이 가능하여 경제적이다.

Description

교환가능한 전자현미경용 전자총 및 이를 포함하는 전자현미경
본 발명은 전자총 및 이를 채용한 전자현미경에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공배기 후에 진공배기라인 연결부를 밀봉하고 게터를 전자총 내부에 포함시켜 진공을 유지하며 교환 가능한 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 3,650 K로 매우 높기 때문에 필라멘트로 많이 사용되며, 필라멘트에 직접 전류를 가하여 약 2,200 K까지 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. 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.
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 전자총에서는 필라멘트와 베넬트 실린더를 포함하는 필라멘트 블록(filament block)과 양극판이, 전계방사형 전자총에서는 점원부와 1차 양극을 포함하는 전자빔방출부에서 방출된 전자빔의 중심축과 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. 종래 기술은 전자총과 전자빔 경로가 일체화되고 진공펌프 및 진공 배기라인이 함께 연결되어 있는 구성이 일반적이다. 따라서, 전자총을 교환하거나 분해 또는 조립하는 경우에는 밀봉을 위한 금속 가스켓 등이 사용되며 빔 정렬과정도 복잡하다.
미국 등록특허 US 8,492,716은 진공장치와 주사 전자현미경에 대한 특허로, 자기렌즈 경통으로부터 탈착가능한 전자총과 검출기 일체형 장치에 관한 기술을 개시한다. 그러나 상기 특허에 개시된 발명은 진공펌프에 연결되고 검출기가 포함된 전자총으로, 전자빔 진행 경로를 전자기 렌즈 구조로부터 탈착가능하게 만든 것에 지나지 않는다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 미국 등록특허 US 8,492,716호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 쉽게 교환할 수 있는 전자총 제작을 위하여, 박막 전자빔 출구를 가지며 진공배기 후에 진공배기라인 연결부를 밀봉하고 게터(getter)를 내부에 포함시켜 진공이 유지되도록 한 전자총과 이를 이용한 주사 전자현미경을 제공하고자 한다.
본 발명은 교환가능한 전자현미경용 전자총으로, 상기 전자총은 진공 유지를 위한 게터(getter)를 내부 공간에 포함하고, 진공배기용 배기관을 구비한 관형 측면부; 상기 관형 측면부 상부와 일체로 구성되거나 밀봉 연결된 상면부 평판; 상기 상면부 평판의 아래쪽에 위치하며 전자빔을 방출하는 전자빔 발생부; 상기 상면부 평판을 통과하여 일 단부가 상기 전자빔 발생부와 전기적으로 연결되고, 타 단부가 외부 배선부로 연결되는 피드스루(feedthrough); 및 상기 관형 측면부와 일체로 구성되거나 밀봉 연결되고, 상기 전자빔 발생부의 전자 방출방향과 대향하는 위치에 전자빔 통과박막을 구비한 하면부 평판을 포함하고, 상기 진공배기용 배기관은 진공배기 후에 밀봉되는, 교환가능한 전자현미경용 전자총을 제공한다.
본 발명은 또한, 교환가능한 전자현미경용 전자총으로, 상기 전자총은 진공 유지를 위한 게터(getter)를 내부 공간에 포함하고, 진공배기용 배기관을 구비한 관형 측면부; 상기 관형 측면부 상부와 일체로 구성되거나 밀봉 연결되는 상면부 평판; 상기 관형 측면부와 일체로 구성되거나 밀봉 연결되고, 전자빔 통과박막을 구비한 하면부 평판; 상기 하면부 평판의 위쪽에 위치하며, 상기 전자빔 통과박막과 대향하는 위치로 전자빔을 방출하는 전자빔 발생부; 및 상기 하면부 평판을 통과하여 일 단부가 상기 전자빔 발생부와 전기적으로 연결되고, 타 단부가 외부 배선부로 연결되는 피드스루(feedthrough)를 포함하고, 상기 진공배기용 배기관은 진공배기 후에 밀봉되는, 교환가능한 전자현미경용 전자총을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전자빔 발생부는 재료가 텅스텐, LaB6(lanthanium hexaboride) 또는 CeB6(Cerium hexaboride)인 열방사형 전자원; 전계방사형(field emission) 전자원; 또는 상온 전계방사형(cold field emission) 전자원인, 교환가능한 전자현미경용 전자총.을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 게터는 상기 관형 측면부의 내벽에 위치하는, 교환가능한 전자현미경용 전자총을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전자빔 통과박막은 질화실리콘(Si3N4)이고 두께가 20 내지 200nm인, 교환가능한 전자현미경용 전자총을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전자빔 통과박막은 상기 하면부의 중심에 위치하는, 교환가능한 전자현미경용 전자총을 제공한다.
본 발명은 또한, 교환가능한 전자총을 구비한 전자현미경으로, 상기 전자현미경은 제 1항의 전자총; 상기 전자총 하면부 평판의 상기 통과박막을 통과한 전자빔이 입사하는 입사공을 상면에 구비한 전자빔 경통; 상기 경통을 통과한 전자빔이 입사하는 시료실; 상기 경통과 상기 시료실의 진공을 배기하는 진공펌프; 및 상기 전자총 상면부에 노출된 피드스루(feedthrough)와 연결되는 배선부를 포함하고, 상기 전자총의 하면부 평판과 상기 전자빔 경통의 상면은 체결부를 통해 서로 체결되는, 교환가능한 전자총을 구비한 전자현미경을 제공한다.
본 발명은 또한, 교환가능한 전자총을 구비한 전자현미경으로, 상기 전자현미경은 제 2항의 전자총; 상기 전자총 하면부 평판의 상기 통과박막을 통과한 전자빔이 입사하는 입사공을 상면에 구비한 전자빔 경통; 상기 경통을 통과한 전자빔이 입사하는 시료실; 상기 경통과 상기 시료실의 진공을 배기하는 진공펌프; 및 상기 전자총 하면부에 노출된 피드스루(feedthrough)와 연결되는 배선부를 상기 상면에 포함하고, 상기 전자총의 하면부 평판과 상기 전자빔 경통의 상면은 체결부를 통해 서로 체결되는, 교환가능한 전자총을 구비한 전자현미경을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 체결부는 요철구조, 고정용 리벳, 고정 나사 및 탈착 고리를 포함하는 체결부재 중 하나이상인, 교환가능한 전자총을 구비한 전자현미경을 제공한다.
본 발명은 진공배기 후에 진공배기라인 연결부를 밀봉하고 게터를 전자총 내부에 포함시켜 진공을 유지하며, 전자현미경용 전자총을 전자빔 칼럼에서 분리 가능하여 손쉽게 교체가 가능하고, 전자빔 광학계와 함께 전자현미경을 구성하거나, 기존의 전자현미경의 전자총 교체용품으로 사용이 가능하여 경제적이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 전자빔 발생부가 상면부 평판의 아래쪽에 구비된 전자총의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라 전자빔 발생부가 하면부 평판의 위쪽에 구비된 전자총의 개념도이다.
도 3(a)는 전자빔 발생부가 상면부 평판의 아래쪽에 구비된 전자총이 분리되는 모습의 개념도이다.
도 3(b)는 전자빔 발생부가 하면부 평판의 위쪽에 구비된 전자총이 분리되는 모습의 개념도이다.
도 4는 전자빔 발생부가 상면부 평판의 아래쪽에 구비된 전자총을 구비한 전자현미경의 개념도이다.
도 5는 전자빔 발생부가 하면부 평판의 위쪽에 구비된 전자총을 구비한 전자현미경의 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 따라 전자빔 발생부(10)가 상면부 평판(70)의 아래쪽에 구비된 전자총의 개념도이다.
한 양태에서 본 발명은 교환가능한 전자현미경용 전자총으로, 상기 전자총은 진공 유지를 위한 게터(30)(getter)를 내부 공간에 포함하고, 진공배기용 배기관(40)을 구비한 관형 측면부(20); 상기 관형 측면부(20) 상부와 일체로 구성되거나 밀봉 연결된 상면부 평판(70); 상기 상면부 평판(70)의 아래쪽에 위치하며 전자빔을 방출하는 전자빔 발생부(10); 상기 상면부 평판(70)을 통과하여 일 단부가 상기 전자빔 발생부(10)와 전기적으로 연결되고, 타 단부가 외부 배선부(90)로 연결되는 피드스루(60)(feedthrough); 및 상기 관형 측면부(20)와 일체로 구성되거나 밀봉 연결되고, 상기 전자빔 발생부(10)의 전자 방출방향과 대향하는 위치에 전자빔 통과박막(50)을 구비한 하면부 평판(80)을 포함한다. 상기 진공배기용 배기관(40)은 진공배기 후에 밀봉하고, 게터(30)를 전자총 내부에 포함시켜 진공을 유지한다.
상기 피드스루(60)는 금속이며, 상면부 평판(70)을 통과하여 외부 배선부(90)로 연결되고, 상기 통과한 지점은 금속-세라믹 또는 금속-유리로 브레이징(brazing)한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라 전자빔 발생부(10)가 하면부 평판(80)의 위쪽에 구비된 전자총의 개념도이다.
또 다른 양태에서 본 발명은 교환가능한 전자현미경용 전자총으로, 상기 전자총은 진공 유지를 위한 게터(30)(getter)를 내부 공간에 포함하고, 진공배기용 배기관(40)을 구비한 관형 측면부(20); 상기 관형 측면부(20) 상부와 일체로 구성되거나 밀봉 연결되는 상면부 평판(70); 상기 관형 측면부(20)와 일체로 구성되거나 밀봉 연결되고, 전자빔 통과박막(50)을 구비한 하면부 평판(80); 상기 하면부 평판(80)의 위쪽에 위치하며, 상기 전자빔 통과박막(50)과 대향하는 위치로 전자빔을 방출하는 전자빔 발생부(10); 및 상기 하면부 평판(80)을 통과하여 일 단부가 상기 전자빔 발생부(10)와 전기적으로 연결되고, 타 단부가 외부 배선부(90)로 연결되는 피드스루(60)(feedthrough)를 포함한다. 상기 진공배기용 배기관(40)은 진공배기 후에 밀봉하고, 게터(30)를 전자총 내부에 포함시켜 진공을 유지한다.
상기 피드스루(60)는 금속이며, 하면부 평판(80)을 통과하여 외부 배선부(90)로 연결되고, 상기 통과한 지점은 금속-세라믹 또는 금속-유리로 브레이징(brazing)한다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 전자빔 발생부(10)는 재료가 텅스텐, LaB6(lanthanium hexaboride) 또는 CeB6(Cerium hexaboride)인 열방사형 전자원; 전계방사형(field emission) 전자원; 또는 상온 전계방사형(cold field emission) 전자원이다. 상기 텅스텐은 일함수 값이 4.5 eV로 크지 않고, 융점은 3,650 K로 매우 높기 때문에 필라멘트로 많이 사용되며, 필라멘트에 직접 전류를 가하여 약 2,200 K까지 가열한다. 고급 전자현미경에서는 발생되는 전자 밀도를 높이기 위해서 LaB6(lanthanium hexaboride)를 사용하며, 1800K의 온도로 가열하여 사용한다.
또한 본 발명의 일 구현예에서 상기 게터(30)는 상기 관형 측면부(20)의 내벽에 위치한다. 상기 게터(30)(getter)란 흡착 펌프로, 티타늄(Ti)과 같이 화합물 형성이 쉬운 물질을 필라멘트나 덩어리 형태로 가열하여 진공 펌프 벽에 증착하면, 펌프내로 들어온 가스와 수소(hydride), 산소(oxide), 질소(nitride) 등의 화합물을 형성하면서 기체 분자를 제거하게 되는데 이러한 원리에 의해 작동하는 펌프를 의미한다. 게터(30)는 위와 같이 증착 막을 이용하는 경우와 재생이 가능한 zirconium-vanadium 또는 iron의 합금을 bulk 상태로 이용하는 경우가 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 전자총이 전자현미경과 분리되는 모습의 개념도이다. 도 3(a)는 전자빔 발생부(10)가 상면부 평판(70)의 아래쪽에 구비된 전자총이 분리되는 모습의 개념도이고, 도 3(b)는 전자빔 발생부(10)가 하면부 평판(80)의 위쪽에 구비된 전자총이 분리되는 모습의 개념도이다.
본 발명의 교환가능한 전자총이 전자현미경과 분리될 때 진공배기 후 상기 진공배기용 배기관(40)은 밀봉하고, 하면부에 전자빔 통과박막(50)를 구비하여 진공을 유지한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 전자빔 통과박막(50)은 질화실리콘(Si3N4)이고 두께가 20 내지 200nm이며, 상기 하면부의 중심에 위치한다. 또한 상기 전자빔 통과박막(50)은 복수개 일 수 있고, 비진공 환경과 밀봉된 전자총 하우징 내에 유지되는 진공 환경 사이의 압력차를 유지하며, Air-SEM용 박막과 동일한 박막을 사용할 수 있다.
도 4는 전자빔 발생부(10)가 상면부 평판(70)의 아래쪽에 구비된 전자총을 구비한 전자현미경의 개념도이다.
또 다른 양태에서 본 발명은 교환가능한 전자총을 구비한 전자현미경으로, 상기 전자현미경은 제 1항의 전자총; 상기 전자총 하면부 평판(80)의 상기 통과박막(50)을 통과한 전자빔이 입사하는 입사공을 상면에 구비한 전자빔 경통; 상기 경통을 통과한 전자빔이 입사하는 시료실(150); 상기 경통과 상기 시료실(150)의 진공을 배기하는 진공펌프; 및 상기 전자총 상면부에 노출된 피드스루(60)(feedthrough)와 연결되는 배선부(90)를 포함하고, 상기 전자총의 하면부 평판(80)과 상기 전자빔 경통의 상면은 체결부를 통해 서로 체결된다.
상기 전자빔 경통은 집속렌즈(110), 진공실(120), 대물렌즈(130)를 포함하고, 상기 시료실(150)은 시료(160)와 검출기(140)를 구비한다. 상기 경통과 시료실(150)의 진공을 배기하는 진공펌프는 로터리(rotary)펌프, 스크롤(Scroll)펌프, 터보(Turbo)펌프 등 1×10-2 Torr 이하로 배기시키는 펌프면 어느 것이든 가능하다.
상기 로터리 펌프란 일반적으로 실험실에서 저 진공 용도로 가장 많이 사용되는 펌프로, 정지자(stator), 회전자(rotator) 그리고 Vane에 의해 흡입(A) 압축(B,C) 배기(D)의 과정을 거쳐서 작동한다. Vane과 회전자에 의해 압축된 가스의 압력이 배출밸브를 열기에 충분할 정도로 높아지면, 밸브가 열리면서 가스가 배출된다. 상기 스크롤 펌프는 고정 및 선회 두 스크롤이 있으며, 선회 스크롤이 움직이면 펌프의 유입구에 공간이 만들어져 가스를 빨아들이고, 로터가 움직이면서 가스가 압축되어 배출된다. 상기 터보 펌프는 블레이드의 회전에 의해 분자에 momentum transfer가 일어나고 이때 분자가 원하는 방향으로 튀어 나감으로써 배기가 이루어진다.
도 5는 전자빔 발생부(10)가 하면부 평판(80)의 위쪽에 구비된 전자총을 구비한 전자현미경의 개념도이다.
또 다른 양태에서 본 발명은 교환가능한 전자총을 구비한 전자현미경으로, 상기 전자현미경은 제 2항의 전자총; 상기 전자총 하면부 평판(80)의 상기 통과박막(50)을 통과한 전자빔이 입사하는 입사공을 상면에 구비한 전자빔 경통; 상기 경통을 통과한 전자빔이 입사하는 시료실(150); 상기 경통과 상기 시료실(150)의 진공을 배기하는 진공펌프; 및 상기 전자총 하면부에 노출된 피드스루(60)(feedthrough)와 연결되는 배선부(90)를 상기 상면에 포함하고, 상기 전자총의 하면부 평판(80)과 상기 전자빔 경통의 상면은 체결부를 통해 서로 체결된다.
상기 전자빔 경통은 집속렌즈(110), 진공실(120), 대물렌즈(130)를 포함하고, 상기 시료실(150)은 시료(160)와 검출기(140)를 구비한다. 상기 경통과 시료실(150)의 진공을 배기하는 진공펌프는 로터리(rotary)펌프, 스크롤(Scroll)펌프, 터보(Turbo)펌프 등 1×10-2 Torr 이하로 배기시키는 펌프면 어느 것이든 가능하다.
상기 전자총의 하면과 상기 전자빔 경통의 상면은 체결부를 통해 서로 체결하는 상기 체결부는 요철구조, 고정용 리벳, 고정 나사 및 탈착 고리를 포함하는 체결부재 중 하나이상이며, 또 다른 일반적인 체결 방식도 모두 가능하다.
본 발명은 진공배기 후에 진공배기라인 연결부를 밀봉하고 게터(30)를 전자총 내부에 포함시켜 진공을 유지하며, 전자현미경용 전자총을 전자빔 칼럼에서 분리 가능하여 손쉽게 교체가 가능하여, 1회용 전자총으로도 사용이 가능하며, 전자원이 망가지면 전자현미경 전체를 교환해야 하는 종래 기술과는 달리 전자총만 따로 교환할 수 있어 경제적이다.
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]
10. 전자빔 발생부 20. 관형 측면부
30. 게터 40. 배기관
50. 전자빔 통과박막 60. 피드스루
70. 상면부 평판 80. 하면부 평판
90. 배선부 110. 집속렌즈
120. 진공실 130. 대물렌즈
140. 검출기 150. 시료실
160. 시료

Claims (9)

  1. 교환가능한 전자현미경용 전자총으로,
    상기 전자총은 진공 유지를 위한 게터(getter)를 내부 공간에 포함하고, 진공배기용 배기관을 구비한 관형 측면부;
    상기 관형 측면부 상부와 일체로 구성되거나 밀봉 연결된 상면부 평판;
    상기 상면부 평판의 아래쪽에 위치하며 전자빔을 방출하는 전자빔 발생부;
    상기 상면부 평판을 통과하여 일 단부가 상기 전자빔 발생부와 전기적으로 연결되고, 타 단부가 외부 배선부로 연결되는 피드스루(feedthrough); 및
    상기 관형 측면부와 일체로 구성되거나 밀봉 연결되고, 상기 전자빔 발생부의 전자 방출방향과 대향하는 위치에 전자빔 통과박막을 구비한 하면부 평판을 포함하고,
    상기 진공배기용 배기관은 진공배기 후에 밀봉되는,
    교환가능한 전자현미경용 전자총.
  2. 교환가능한 전자현미경용 전자총으로,
    상기 전자총은 진공 유지를 위한 게터(getter)를 내부 공간에 포함하고, 진공배기용 배기관을 구비한 관형 측면부;
    상기 관형 측면부 상부와 일체로 구성되거나 밀봉 연결되는 상면부 평판;
    상기 관형 측면부와 일체로 구성되거나 밀봉 연결되고, 전자빔 통과박막을 구비한 하면부 평판;
    상기 하면부 평판의 위쪽에 위치하며, 상기 전자빔 통과박막과 대향하는 위치로 전자빔을 방출하는 전자빔 발생부; 및
    상기 하면부 평판을 통과하여 일 단부가 상기 전자빔 발생부와 전기적으로 연결되고, 타 단부가 외부 배선부로 연결되는 피드스루(feedthrough)를 포함하고,
    상기 진공배기용 배기관은 진공배기 후에 밀봉되는,
    교환가능한 전자현미경용 전자총.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전자빔 발생부는 재료가 텅스텐, LaB6(lanthanium hexaboride) 또는 CeB6(Cerium hexaboride)인 열방사형 전자원;
    전계방사형(field emission) 전자원; 또는
    상온 전계방사형(cold field emission) 전자원인,
    교환가능한 전자현미경용 전자총.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 게터는 상기 관형 측면부의 내벽에 위치하는,
    교환가능한 전자현미경용 전자총.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전자빔 통과박막은 질화실리콘(Si3N4)이고 두께가 20 내지 200nm인,
    교환가능한 전자현미경용 전자총.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전자빔 통과박막은 상기 하면부의 중심에 위치하는,
    교환가능한 전자현미경용 전자총.
  7. 교환가능한 전자총을 구비한 전자현미경으로,
    상기 전자현미경은 제 1항의 전자총;
    상기 전자총 하면부 평판의 상기 통과박막을 통과한 전자빔이 입사하는 입사공을 상면에 구비한 전자빔 경통;
    상기 경통을 통과한 전자빔이 입사하는 시료실;
    상기 경통과 상기 시료실의 진공을 배기하는 진공펌프; 및
    상기 전자총 상면부에 노출된 피드스루(feedthrough)와 연결되는 배선부를 포함하고,
    상기 전자총의 하면부 평판과 상기 전자빔 경통의 상면은 체결부를 통해 서로 체결되는,
    교환가능한 전자총을 구비한 전자현미경.
  8. 교환가능한 전자총을 구비한 전자현미경으로,
    상기 전자현미경은 제 2항의 전자총;
    상기 전자총 하면부 평판의 상기 통과박막을 통과한 전자빔이 입사하는 입사공을 상면에 구비한 전자빔 경통;
    상기 경통을 통과한 전자빔이 입사하는 시료실;
    상기 경통과 상기 시료실의 진공을 배기하는 진공펌프; 및
    상기 전자총 하면부에 노출된 피드스루(feedthrough)와 연결되는 배선부를 상기 상면에 포함하고,
    상기 전자총의 하면부 평판과 상기 전자빔 경통의 상면은 체결부를 통해 서로 체결되는,
    교환가능한 전자총을 구비한 전자현미경.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 체결부는 요철구조, 고정용 리벳, 고정 나사 및 탈착 고리를 포함하는 체결부재 중 하나이상인,
    교환가능한 전자총을 구비한 전자현미경.
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