KR100408415B1

KR100408415B1 - 시료 홀더, 시료 홀더 내에 시료 고정을 위한 보조장치 및이들을 이용한 시료 고정방법

Info

Publication number: KR100408415B1
Application number: KR10-2001-0035111A
Authority: KR
Inventors: 구본세; 정호형; 김대중
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-12-06
Also published as: JP4202620B2; JP2003007242A; US20040237670A1; KR20020096551A; DE10210739B4; DE10210739A1; US6779410B2; US20020194938A1

Abstract

탄성체를 이용함으로써 시료의 브로컨을 방지할 수 있으며, 시료 고정 작업을 용이하게 수행할 수 있는 시료 홀더와, 시료 고정 보조장치 및 이들을 이용한 시료 고정 방법이 개시된다. 본 발명의 시료 홀더는, 선단부에 시료를 장착하여 고정시킬 수 있는 시료 고정부가 형성되어 있으며, 길이방향으로 연장된 홀더 몸체를 포함한다. 상기 시료 고정부에서 상기 시료를 상측으로부터 삽입하여 유지시킬 수 있도록 상측이 개방된 홈 형태로 상기 홀더 몸체의 길이방향으로 연장된 제1 공간부가 형성되어 있으며, 상기 제1 공간부내에 장착되는 시료의 일측과 접촉하면서 탄성력에 의해 상기 시료를 상기 제1 공간부내에 압착시켜 고정시킬 수 있는 탄성 지지부재를 포함한다. 본 발명의 시료 고정을 위한 보조장치는, 기판과, 상기 기판 상에 일정한 높이로 형성되어 있으며, 전단부에 시료 고정부가 형성된 막대봉 형상의 시료 홀더를 그 상부 표면상에 받쳐줄 수 있는 제1 홀더 지지대와, 상기 기판 상에서 상기 제1 홀더 지지대와 이격되어 있으며, 상기 제1 홀더 지지대에 대응하여 상기 시료 홀더를 수평으로 받쳐줄 수 있는 제2 홀더 지지대를 포함한다.

Description

시료 홀더, 시료 홀더 내에 시료 고정을 위한 보조장치 및 이들을 이용한 시료 고정방법{Sample holder, auxiliary apparatus for holding sample in the sample holder and Method of holding sample using the same}

본 발명은 시료의 표면분석을 위한 수직 주사전자현미경(Vertical SEM)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버티컬 셈 내의 시료 홀더에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 시료 홀더 내에 시료를 고정하기 위한 보조장치 및 이를 이용하여 시료 홀더 내에 시료를 고정하는 방법에 관한 것이다.

반도체 집적회로의 제조과정은 웨이퍼상에 반도체층 패턴, 절연층 패턴 및 도전층 패턴을 다층으로 형성시키면서 설계된 회로를 실현하는 과정이다. 이때 각 공정단계에서 수행된 패턴을 검사하고 분석하기 위해 전자빔을 이용한 주사전자현미경이 주로 사용된다. 이러한 분석을 위해 웨이퍼를 적당한 크기로 절단하여 시료를 제작한 후 웨이퍼의 표면 및 단면을 분석하게 되며, 이러한 시료를 주사전자현미경 내의 정해진 위치에 장착하기 위해 시료 홀더가 사용된다.

도 1은 종래의 일반적인 수직 주사전자현미경(100)의 기본적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 주사전자현미경이란 전자빔을 광원으로 하여 여러 개의전자 렌즈를 거쳐서 전자빔을 아주 작은 점으로 만든 후 시료의 일정 부위를 주사하여 이때 시료에서 나오는 2차 전자, 후방산란 전자 또는 X선 등의 여러 신호를 검출하여 영상화하는 장비이다.

도 1을 참조하면, 주사전자현미경(100)은 크게 분석하고자 하는 시료(10)가 놓이는 시료챔버(104)와, 상기 시료챔버(104) 내로 전자빔을 발생시켜 공급하는 칼럼부(102)로 구성된다. 상기 칼럼부(102)에는 전자빔(132)을 발생시키는 전자총(108)과, 상기 전자총(108)으로부터 발생된 전자빔을 원하는 방향으로 안내하기 위한 전자빔 가이드(110)가 형성되며, 그 아래로 전자빔(132)을 가속시킬 수 있는 애노드(112), 집속렌즈(114), 편향코일(116) 및 대물렌즈(118)가 차례로 형성된다. 상기 전자총(108)의 선단부는 전자빔을 발생시키는 필라멘트 팁으로 구성된다.

상기 대물렌즈(118)의 하단에는 전자빔(132)의 공급을 조절할 수 있는 개폐가능한 셔터(도시안됨)가 위치하며, 전자총(108)으로부터 발생된 전자빔(132)이 가속 및 집속된 후, 대물렌즈(118) 내의 대물렌즈 조리개(도시안됨)에 의해 초점심도가 조정된 후 시료 홀더(200)상에 장착된 시료(10)상으로 주사된다. 시료(10)로부터 발생된 2차 전자(134)등이 검출기(120)를 통하여 검출되며, 검출된 전자신호는 증폭기(122)에서 증폭된 후, 음극선관(126)으로 전달되고, 음극선관(126)내의 편향코일(도시안됨)에 의해 편향각이 조절되면서 내부의 형광면에 주사되어 시료의 표면에 대한 이미지를 형성하게 된다.

한편, 주사전자현미경(100)에서는 시료(10)의 주사면을 섬세한 화소로 분해해서 각 화소단위로 검출된 전자신호를 시계열적으로 전송하여 화면을 구성하며, 이를 실현하기 위해 상기 증폭기(122)를 거친 전자신호를 주사회로(124)로 전송하여 상기 칼럼부(102)의 편향코일(116)에서 상기 전자빔(132)의 편향각을 제어할 수 있도록 한다. 또한 상기 증폭기(122)를 거친 전자신호는 이미지 전송부(128)로 전송되어 이미지가 표시되어질 수 있다.

한편, 상기 시료챔버(104)의 하단에는 터보펌프(130)가 설치되어 시료챔버 (104)를 진공으로 유지시켜 주고 있으며, 시료챔버(104)의 측면에는 예비챔버(106)가 설치되어 시료 홀더(200)를 시료챔버(104)내로 로딩 또는 언로딩할 때 시료챔버(104)의 진공이 원활히 유지될 수 있도록 해준다.

도 2는 종래의 시료 홀더(200)를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 일본 히다치사의 제품(모델명; S-5000)을 나타내며, 도 3은 도 2의 III-III'선을 따라 절단한 단면도를 나타낸다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 시료 홀더(200)의 몸체는 대체적으로 원형의 막대봉 형상으로 구성되며, 그 선단부에는 시료를 삽입하여 고정할 수 있는 시료 고정부가 형성되며, 그 후단부에는 손잡이(206)가 형성된다. 상기 선단부의 말단에는 사파이어 팁(210)이 형성되며, 상기 홀더 몸체는 상기 시료 고정부가 형성되는 제1 몸체(202)와 이보다 두꺼운 제2 몸체(204)로 구성되며, 서로 분리, 결합이 가능하도록 구성되어 있다.

상기 제1 몸체(202)의 선단부에 형성되는 시료 고정부는 상기 원형의 막대봉 형상으로 된 홀더 몸체(202)의 일부가 수평적으로 제거되어 평탄한 수평면을 포함하고 있으며, 그 수평면의 외곽에는 일정한 높이를 갖는 댐이 더 형성될 수 있으며, 그 수평면내에는 시료를 삽입하여 고정시킬 수 있는 일정한 깊이를 갖는 시료 삽입홈(212)이 형성되어 있다. 상기 시료 삽입홈(212)의 양측면에는 핀셋을 사용하여 시료(10)를 삽입 및 제거할 때 작업의 용이성을 위한 시료삽입 보조홈(214)이 형성되어 있다. 또한, 상기 시료 삽입홈(212)의 일측벽에는 스크류홀(220)이 관통되어 있다.

상기 종래의 시료 홀더(200)에서 시료(10)는 도 2 및 도 3에서 보여지듯이, 상기 시료 삽입홈(212)내의 일측에 시료(10)가 삽입되어 있고, 시료(10)의 측면과 접촉되도록 알루미늄으로 된 스페이서(216)가 삽입되어 있으며, 상기 스페이서(216)의 측벽에는 구리성분으로 된 2개의 세트 스크류(218)가 상기 스페이서(216)를 시료(10) 방향으로 밀착시켜 시료(10)를 고정하고 있다.

종래의 시료 홀더(200)에 시료(10)를 고정하는 방법을 살펴보면, 먼저 분석을 원하는 위치에서 웨이퍼를 절단하여 예를 들어, 5 내지 10 mm x 4 내지 6 mm의 크기를 갖는 시료를 제작한 후, 시료(10)를 핀셋을 사용하여 상기 시료 삽입홈(212)의 중앙에 수직으로 세워놓는다. 이어서, 상기 알루미늄 스페이서(216)를 시료(10)의 측면에 같은 방법으로 삽입시킨 후, 스크류홀(220)을 통하여 스크류(218)를 전진시켜 상기 스페이서(216)로 하여금 시료(10)를 시료 삽입홈(212)의 일 측벽에 밀착 고정시킨다. 상기 스크류(218)는 후면에 일자홈이 형성된 일자형 스크류이며, 상기 스크류(218)는 스크류홀(220)을 통하여 일자형 드라이버를 삽입시킨 후 회전운동시킴으로써 전진된다.

그러나, 상기 종래의 시료 홀더(200)의 경우 스크류(218)를 이용하여 시료(10)를 고정하기 때문에 다음과 같은 문제점이 발생된다.

첫째, 스크류(218)에 가해지는 드라이버의 조이는 힘이 스페이서(216)를 거쳐 시료(10)에 전달되어 시료(10)가 브로컨(broken)되기 쉽다. 따라서, 브로컨된 파티클은 고진공으로 유지되는 도 1의 시료챔버(104)내의 각종 오링에 리크를 유발하게 되며, 이로 인하여 외부공기가 시료챔버(104)내로 유입되어 시료챔버(104)의 진공도가 저하되고 동시에 터보 펌프(130)의 성능을 저하시키게 된다. 또한, 시료챔버(104)내로 유입된 외부의 가스분자는 칼럼부(102)로 이동되고, 이동된 외부 가스분자는 전자총(108)의 말단에 형성된 필라멘트 팁에 흡착된다. 이러한 팁에 흡착된 가스분자를 제거하기 위해 팁을 가열하여 플래싱(flashing)을 하게 되며, 이때 팁에 가해지는 플래싱 전류(flashing current)가 팁의 끝을 마모시켜 팁의 수명을 단축시키게 된다. 팁 수명의 단축은 또한 팁의 교체주기가 짧아지는 것으로써 설비의 운휴시간을 증가시키는 원인이 되기도 한다.

둘째, 종래의 시료 홀더(200)에 시료(10)를 고정하기 위해서는 작업자가 양손에 드라이버와 핀셋을 번갈아 잡으면서 작업을 하고, 그 작업공수도 10여 단계에 이르기 때문에 작업자의 숙련도가 매우 요구되어진다. 또한 스크류(218)를 조이는 힘이 일정치 않기 때문에 조이는 힘의 강도에 따라 시료의 파손 또는 시료의 이탈이 발생될 가능성이 높다.

셋째, 스크류(218)의 열화로 인하여 주기적 교체가 불가피하기 때문에 소모성 부품의 수급 비용이 증가하게 된다.

넷째, 스크류(218)를 스크류홀(220)을 통하여 반복하여 전후진시키기 때문에 스크류 및 스크류홀(220)의 내벽이 마모되어, 파티클의 발생요인이 되는 동시에 스크류의 조임력이 떨어져 시료의 이탈이 발생될 수 있다.

본 발명의 목적은, 종래기술의 상기 문제점들을 개선하기 위해 스크류 대신에 일정한 탄성력을 갖는 탄성체를 이용하여 시료를 고정시킴으로써 시료의 브로컨을 방지할 수 있는 시료 홀더를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 시료의 삽입 및 제거 작업이 매우 단순화되어 작업공수를 줄일 수 있는 시료 홀더를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 본 발명의 시료 홀더에 시료를 매우 용이하게 삽입 및 제거할 수 있는 시료 고정 보조장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 본 발명의 시료 홀더와 시료 고정 보조장치를 이용하여 시료 홀더내에 시료를 고정하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 일반적인 시료 홀더가 장착된 버티컬 SEM의 구조를 나타내는 개략도이다.

도 2는 종래의 시료 홀더를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2의 III-III'선을 따라 절단한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 홀더를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5는 도 4의 시료 장착부위를 확대한 사시도이다.

도 6은 도 4의 VI-VI'선을 따라 절단한 단면도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 고정 보조장치를 개략적으로 나타낸 측면도이다.

도 8은 도 7의 시료 고정 보조장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도 9는 도 7의 시료 고정 보조장치상에 시료 고정을 위해 시료 홀더를 장착한 단계를 나타낸 도면이다.

도 10은 도 9에서 시료 홀더를 전진시켜 시료를 시료 홀더내에 삽입시킨 단계를 나타낸 도면이다.

도 11은 도 10에서 시료 홀더내에 시료를 삽입시킨 후 시료 홀더를 후진시켜 시료를 고정시킨 단계를 나타낸다.

도 12 내지 도 15는 도 7의 시료 고정 보조장치를 사용하여 시료 홀더내에 시료를 고정시키는 방법을 각 단계별로 나타낸 개략적인 평면도이다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 시료 홀더는, 선단부에 시료를 장착하여 고정시킬 수 있는 시료 고정부가 형성되어 있으며, 길이방향으로 연장된 홀더 몸체를 포함한다. 상기 시료 고정부에서 상기 시료를 상측으로부터 삽입하여 유지시킬 수 있도록 상측이 개방된 홈 형태로 상기 홀더 몸체의 길이방향으로 연장된 제1 공간부가 형성되어 있으며, 상기 제1 공간부내에 장착되는 시료의 일측과 접촉하면서 탄성력에 의해 상기 시료를 상기 제1 공간부내에 압착시켜 고정시킬 수 있는 탄성 지지부재를 포함한다. 상기 홀더 몸체는 대체로 원형의 막대봉 형상으로 되어 있으며, 선단부에 형성된 상기 시료 고정부는 상기 막대봉의 일부가 수평적으로 제거되어 평탄한 수평면을 포함할 수 있다.

또한, 상기 탄성 지지부재가 길이방향으로 전후진 운동을 할 수 있도록 상기 제1 공간부의 일측과 인접되며, 상기 홀더 몸체 내에 길이방향으로 연장되며 상측이 개방된 홈 형태의 제2 공간부와, 상기 제1 공간부내에 시료를 삽입 및 제거가 용이하도록 상기 제1 공간부의 측면을 따라 상측이 개방된 홈 형태로 제3 공간부가 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 탄성 지지부재는, 상기 제2 공간부내에서 길이방향으로 전후진 운동이 가능한 시료 지지체 및 상기 시료 지지체와 결합하여 상기 시료 지지체로 하여금 상기 제1 공간부내에 장착되는 시료를 상기 제1 공간부내에 압착 고정시킬 수 있는 탄성체를 포함한다.

상기 제2 공간부의 폭이 상기 제1 공간부의 폭보다 넓을 수 있으며, 상기 시료 지지체는 상기 시료를 상기 제1 공간부내에 길이방향으로 지지할 수 있는 본체와 반경방향으로 지지할 수 있는 돌출부를 구비하여 평면형상이 전체적으로 "L"자 형태일 수 있으며, 상기 시료 지지체의 상기 돌출부의 표면 높이가 상기 본체의 표면 높이보다 낮아진 단차가 형성된 것이 바람직하며, 상기 시료 지지체의 상기 본체 표면 상에 제1 돌기가 형성되어 있으며, 상기 시료 홀더 몸체의 외표면 상에 제2 돌기가 형성된 것이 바람직하다.

한편, 상기 탄성체는 압축력을 이용한 압축 탄성체 또는 인장력을 이용한 인장 탄성체일 수 있으며, 압축 탄성체를 이용하는 경우에 상기 홀더 몸체에는 상기 제2 공간부와 연통되는 탄성체삽입홈이 더 형성되어 있으며, 상기 압축 탄성체의 일단이 상기 탄성체 삽입홈에 삽입되고, 타단이 상기 시료 지지체와 접촉하여 상기 시료 지지체를 전후진 운동할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시료 홀더 내에 시료 고정을 위한 보조장치는, 기판과, 상기 기판 상에 일정한 높이로 형성되어 있으며, 전단부에 시료 고정부가 형성된 막대봉 형상의 시료 홀더를 그 상부 표면상에 받쳐줄 수 있는 제1 홀더 지지대와, 상기 기판 상에서 상기 제1 홀더 지지대와 이격되어 있으며, 상기 제1 홀더 지지대에 대응하여 상기 시료 홀더를 수평으로 받쳐줄 수 있는 제2 홀더 지지대를 포함한다. 또한, 상기 제1 홀더 지지대의 상측 표면상에서 상기 시료 홀더의 전단부로부터 일정 길이 이상의 전진 운동을 방지해주는 제1 스토퍼가 형성되어 있으며, 상기 기판 상에 설치되며, 상기 제1 홀더 지지대 및 제2 홀더 지지대 상에 놓이는 시료 홀더의 후진운동을 방지해주는 제2 스토퍼가 형성된다.

상기 제1 스토퍼는 상기 시료 홀더의 전단부 일부가 관통될 수 있는 관통홀을 구비하며, 상기 제1 홀더 지지대의 상측 표면에서 상기 시료 홀더에 형성되는 제1 돌기가 상기 관통홀의 입구에 걸리는 형태로 상기 시료 홀더의 전진운동을 방지해주도록 구성되어 있으며, 상기 제2 스토퍼는 상기 시료 홀더의 전진 방향으로 상향하는 경사면과 상기 경사면의 말단부로부터 하향하는 걸림턱을 구비하며, 상기 제1 홀더 지지대의 상측 표면에서 상기 시료 홀더에 형성되는 제2 돌기가 상기 걸림턱에 걸리는 형태로 상기 시료 홀더의 후진운동을 방지해주도록 구성되어 있다.

또한, 상기 제2 스토퍼는 압축 탄성체를 내장하고 있으며, 상기 시료 홀더가 전진 운동시 상기 시료 홀더의 제2 돌기가 상기 경사면을 따라 이동하면서 상기 제2 스토퍼를 압축하여 하향시키며, 상기 경사면을 통과한 후 상기 압축 탄성체의 탄성력에 의해 상기 제2 스토퍼가 상향되어 상기 제2 돌기가 상기 걸림턱에 걸리는 형태로 상기 시료 홀더의 후진운동을 방지해주도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상기 본 발명의 시료 고정을 위한 보조장치를 이용하여, 전단부에 시료를 장착하여 고정시킬 수 있는 시료 고정부가 형성되어 있으며 외표면상에 제2 돌기가 형성되어 있는 길이방향으로 연장된 홀더 몸체와, 상기 시료 고정부에서 상기 시료를 상측으로부터 삽입하여 유지시킬 수 있도록 상측이 개방되며 상기 홀더 몸체의 길이방향으로 연장된 제1 공간부 및 상기 제1 공간부내에 장착되는 시료의 일측과 접촉하면서 탄성력에 의해 상기 시료를 상기 제1 공간부내에 압착시켜 고정시킬 수 있는 제1 돌기를 갖는 탄성 지지부재를 포함하는 시료 홀더 내에 시료를 고정하는 방법에 있어서, 상기 제1 홀더 지지대 및 제 2 홀더 지지대 상에 상기 시료 홀더를 장착시키는 단계; 상기 시료 홀더의 제1 돌기가 상기 제1 스토퍼에 의해 걸리면서 상기 탄성 지지부재를 후진시키고, 동시에 제2 돌기가 상기 제2 스토퍼의 걸림턱에 걸리면서 상기 시료 홀더의 후진 운동을 방지시킬 수 있도록 상기 시료 홀더를 상기 제1 홀더 지지대 및 제2 홀더 지지대상에서 전진 위치시키는 단계; 상기 후진된 탄성 지지부재에 의해 확보된 제1 공간부내에 시료를 장착시키는 단계; 및 상기 제2 스토퍼의 걸림턱과 상기 시료 홀더의 제2 돌기의 걸림을 해제시키면서 상기 시료 홀더를 후진시키는 동시에 상기 탄성 지지부재의 탄성력에 의해 상기 제1 공간부내에 장착된 시료를 고정시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 스크류에 가해지는 작업자의 조임력이 일정치 않은 종래 기술에 비하여 탄성체가 갖는 일정한 탄성력에 의해 시료를 압착 고정시킬 수 있기 때문에 시료의 브로컨이 방지되고, 시료 홀더로부터 시료의 이탈이 효과적으로 방지된다.

또한, 본 발명에 따르면, 드라이버를 사용하여 작업자가 일일이 스크류를 조여서 시료를 고정시키는 대신에 본 발명의 보조장치를 이용함으로써 용이하게 시료 고정 작업을 수행할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

다음에 설명되는 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 홀더를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4의 시료 고정부를 확대한 사시도이며, 도 6은 도 4의 VI-VI'선을 따라 절단한 단면도로써, 제1 공간부내에 시료(20)가 장착된 경우를 표현하고 있다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예의 시료 홀더(300)의 홀더 몸체는 대체적으로 원형의 막대봉 형상으로 구성되며, 그 선단부에는 시료를 삽입하여 고정할 수 있는 시료 고정부가 형성되며, 그 후단부에는 손잡이(306)가 형성된다. 상기 홀더 몸체는 선단부에 시료 고정부가 형성되어 있는 제1 홀더 몸체(302)와 후단부에 손잡이(306)가 형성되는 제2 홀더 몸체(304)가 서로 체결 또는 분리될 수 있도록 구성되어 있다. 상기 제1 홀더 몸체(302)에 비하여 제2 홀더 몸체(304)가 약간 두꺼운 형태로 구성되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 홀더 몸체(302)의 선단부의 말단에는 사파이어로 된 팁(310)이 형성되어 있으며, 상기 제2 홀더 몸체(304)의 중간에는 제2 돌기(308)이 형성되어 있다. 상기 제2 돌기(308)는 상기 시료 홀더(300)가 도 1에서 보여지는 시료챔버(104) 내로 로딩 또는 언로딩될 때 시료챔버(104) 내에 시료 홀더(300)가 정확히 장착되었는 지 여부를 예비챔버(106)내에 설치된 감지부(도시안됨)와의 접촉여부로 확인해준다.

한편, 상기 제1 홀더 몸체(302)의 선단부에 형성되는 시료 고정부는 상기 원형의 막대봉 형상으로 된 제1 홀더 몸체(302)의 일부가 수평적으로 제거되어 대략적으로 평탄한 수평면을 포함하고 있으며, 그 수평면의 외곽에는 일정한 높이를 갖는 댐이 잔류하는 형태로 구성되어 있다. 물론, 상기 시료 고정부를 둘러싸는 댐이 존재하지 않고 외곽까지 수평면으로 이루어 질 수도 있다.

한편, 시료 고정부에는 그 수평면내에 시료를 삽입하여 고정시킬 수 있는 일정한 깊이를 가지며 시료 홀더(300)의 길이방향으로 연장된 홈 형태의 상측이 개방된 제1 공간부(312)가 형성되어 있다. 상기 제1 공간부(312)의 폭(도 6의 "T2")은 본 실시예에서 시료의 두께(도 6의 "T1"으로써, 약 0.8 mm)를 고려하여 약 0.9 mm 정도가 되도록 형성되어 있다. 상기 제1 공간부(312)의 폭과 깊이는 분석하고자 하는 시료의 크기에 따라 적절히 선택하여 형성할 수 있다. 한편, 상기 제1 공간부(312)의 길이는 후술하는 바와 같이 시료의 크기에 따라 탄성 지지부재의 전진 또는 후진에 의해 적절하게 확보되어질 수 있다.

한편, 상기 제1 공간부(312)와 접하는 그리고 일부 중첩되는 상측이 개방된 제2 공간부(322)가 형성되어 있다. 제2 공간부(322)는 시료 홀더(300)의 길이방향으로 연장된 홈 형태의 공간으로써, 제2 공간부(322)내에는 탄성 지지부재가 위치하게 된다. 상기 탄성 지지부재는 탄성력에 의해 시료(20)를 제1 공간부(312)내에 압축지지하는 것으로써, 평면형상이 대체적으로 "L"자 형태가 되도록 구성된 시료 지지체(316)와 상기 시료 지지체(316)에 탄성력을 가하는 압축 스프링으로 된 탄성체(320)로 구성된다.

상기 시료 지지체(316)는 사면체 형상의 본체와 그의 측면에 상기 본체의 높이보다 낮은 높이를 갖는 돌출부를 갖는 형태로 구성되기 때문에, 제1 공간부(312) 내에 장착되는 시료(20)를 시료 홀더(300)의 길이방향과 반경방향으로 동시에 압축지지하게 해준다. 상기 시료 지지체(316)에서 돌출부는 반드시 형성되어야 하는 것은 아니지만, 시료(20)를 양 방향에서 압축해줄 수 있기 때문에 보다 견고하게 시료(20)를 고정시킬 수 있어 바람직하다.

한편, 상기 시료 지지체(316)의 측면 돌출부는 주사전자현미경 내에서 시료의 분석을 위한 틸팅(Tilting)시 전자빔의 주사를 방해하지 않도록 시료 지지체(316)의 본체의 높이 보다 낮도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 시료 지지체(316)의 본체 상측에는 제1 돌기(318)가 일정한 높이로 형성되어 있으며, 상기 제1 홀더 몸체(302) 내에는 상기 탄성체(320)가 삽입될 수 있는 탄성체 삽입홈이 더 형성되어 있다. 상기 탄성체(320)는 상기 탄성체 삽입홈의 전단방향에서 삽입할 수도 있으며, 제2 홀더 몸체(304)를 분리시킨 후, 후단방향에서 삽입할 수도 있다.

한편, 본 실시예에서는 상기 탄성체(320)로써 압축 스프링을 사용하였지만, 제1 홀더 몸체(302)의 선단부측의 일정한 위치에 고정점을 갖는 인장 스프링을 사용하여 상기 시료 지지체(316)에 인장력을 부여함으로써 시료(20)를 제1 공간부(312)내에 압축 고정시킬 수도 있음은 물론이다.

상기 제2 공간부(322)의 반대쪽에는 제1 공간부(312)와 접하는 제3 공간부(314)가 시료 홀더(300)의 길이방향으로 상측이 개방된 홈 형태로 형성되어 있다. 상기 제3 공간부(314)는 핀셋을 사용하여 시료(20)를 상기 제1 공간부(312)내로 삽입 또는 제거시 작업을 용이하게 할 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한, 제3 공간부(314)의 깊이는 도 6에서 보여지듯이 제1 공간부(312)의 깊이 보다 낮지만, 핀셋을 이용하여 제1 공간부(412)내에 시료(20) 원할히 삽입시킬 수 있는 정도에서 적절히 선택할 수 있다. 또한, 제1 공간부(312)와 제3 공간부(314)가 접하는 부분에서는 웨이퍼가 용이하게 삽입될 수 있도록 제3 공간부(314)의 바닥의 모서리부가 적절한 각(도 6에서 "θ")으로 모따기되어 있다. 상기 모서리부는 둥근 라운드 형상으로 처리될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 시료 홀더(300) 내에 시료를 장착하기 위해 사용될 수 있는 시료 고정 보조장치(400)를 개략적으로 나타낸 측면도이며, 도 8은 도 7의 시료 고정 보조장치(400)를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 예를 들어, 플라스틱으로 된 일정한 넓이를 갖는 기판(402) 상에 일정한 높이를 갖는 제1 지지대(404), 제2 지지대(408) 및 제3 지지대(406)이 서로 일정한 간격을 두고 이격되도록 각기 볼트로 지지되어 있다. 상기 제1 지지대(404), 제2 지지대(408) 및 제3 지지대(406)의 상부 표면 중앙상에는 도 4의 원형 막대봉 형상을 갖는 시료 홀더(300)를 그 위에 안정적으로 지지해주기 위하여 반원형의 홈들이 각기 형성되어 있다.

도면상에서 상기 제1 지지대(404)의 상부표면의 좌측 선단부는 시료 홀더(300)의 사파이어 팁(310)이 더 이상 전진되지 않도록 벽체로 구성되며, 상부 표면의 우측 단부상에는 내부에 관통홀을 갖는 제1 스토퍼(412)가 볼트로 지지되어 있다. 상기 제1 스토퍼의 관통홀의 상측부위는 도 4의 시료 홀더(300)가 도면의 우측에서 좌측으로 전진할 때 상기 시료 지지체(316)의 상부 표면상에 형성된 제1 돌기(318)가 걸릴 수 있도록 반원상의 걸림홈(420)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1 스토퍼(412)에 대응하여 상기 벽체의 안쪽으로 보조 스토퍼(410)가 더 설치될 수도 있다. 제2 지지대(408) 및 제3 지지대(406)는 거의 동일한 형상을 하며, 역시 상기 기판(402)상에 볼트로 지지될 수 있다. 중앙에 위치하는 상기 제3 지지대(406)는 반드시 선택적인 것으로써 반드시 필수적으로 구비되어야 하는 것은 아니다.

한편, 상기 제2 지지대(408)와 제3 지지대(406) 사이의 상기 기판(402) 상에는 제2 스토퍼(414)가 형성되어 있으며, 역시 볼트로 지지되어 있다. 상기 제2 스토퍼(414)는 도면의 우측에서 좌측으로 상향하는 경사면과 상기 경사면으로부터 수직 하향하는 걸림턱을 구비하며, 도 4의 시료 홀더(300) 외측 표면상에 형성된 제2 돌기(308)가 상기 제2 스토퍼(414)의 상기 걸림턱에 걸려 도면의 우측으로 후진하는 것을 방지시켜주기 위한 것이다. 상기 제2 스토퍼(414)의 내부에는 압축 스프링으로 된 압축 탄성체(418)가 내장되어 상기 제2 스토퍼(414)를 상하방향으로 운동할 수 있도록 해준다. 또한 상기 제2 스토퍼(414)의 외측면에는 상기 제2 스토퍼(414)를 강제적으로 하향시키기 위한 하향 손잡이(416)가 형성되어 있다. 상기 하향 손잡이(416)는 선택적인 것으로써 반드시 필수적인 것은 아니다.

도 7의 시료 고정 보조장치(400)를 사용하여 도 4의 시료 홀더(300) 내에 시료를 장착하여 고정시키는 방법을 도 9 내지 도 11을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 9는 도 7의 시료 고정 보조장치(400) 상에 시료 고정을 위해 도 4의 시료 홀더(300)를 장착한 단계를 나타낸 도면이며, 도 10은 도 9에서 시료 홀더(300)를 전진시켜 시료를 시료 홀더(300) 내에 삽입시킨 단계를 나타낸 도면이며, 도 11은 도 10에서 시료 홀더(300) 내에 시료를 삽입시킨 후 시료 홀더(300)를 후진시켜 시료를 고정시킨 단계를 나타낸다.

도 9를 참조하면, 제1 지지대(404), 제2 지지대(408) 및 제3 지지대(406)의 상부 표면상에 형성된 반원형의 홈상에 제1 홀더 몸체(302)의 선단부에 형성된 시료 고정부가 상향하도록 상기 시료 홀더(300)를 장착한다. 이때, 상기 시료 고정부의 일부는 상기 제1 지지대(404)의 표면상에 설치된 제1 스토퍼(412) 내에 형성된 관통홀내로 일부 삽입되어 있다.

이어서, 도 10을 참조하면, 시료 홀더(300)를 좌측방향으로 전진 운동시켜 시료 홀더(300)를 시료 고정 보조장치(400) 상에 고정시킨다. 보다 구체적으로 살펴보면, 작업자가 손잡이(306)를 잡고 상기 시료 홀더(300)를 좌측방향으로 전진시키면, 시료 홀더(300)의 제2 홀더 몸체(304)의 외측면상에 설치된 제2 돌기(308)가 제2 스토퍼(414)의 경사면을 따라 이동하게 되며, 이때 제2 돌기(308)의 전진하는 힘에 의해 상기 제2 스토퍼(414)를 누르면서 하향시킨다. 제2 돌기(308)가 경사면의 말단부를 통과하면 제2 돌기(308)가 제2 스토퍼(414)를 누르는 힘이 해제되어, 상기 제2 스토퍼(414)는 내부에 내장된 압축 탄성체(418)의 탄성력을 받아 원래 위치로 상향된다. 따라서, 제2 돌기(308)는 상기 제2 스토퍼(414)의 수직하는 걸림턱에 걸려서 시료 홀더(300)가 도면의 우측방향으로 후진되는 것이 방지된다.

한편, 제2 돌기(308)가 상기 제2 스토퍼(414)의 걸림턱에 걸려서 시료 홀더(300)가 후진되는 것이 방지되는 동시에, 제1 홀더 몸체(302)의 시료 지지체(316)의 상부 표면상에 형성된 제1 돌기(318)는 제1 지지대(404) 상에 형성된 제1 스토퍼(412)의 걸림홈(420)에 걸리게 된다. 따라서, 상기 시료 홀더(300)는 전진 운동하지만 상기 시료 지지체(316)는 상기 제1 홀더 몸체(302) 내에 삽입되어 있는 압축 탄성체(320)를 압축시키면서 후진 운동하게 된다. 상기 시료 지지체(316)가 후진됨에 따라 제1 홀더 몸체(302) 내에 형성된 제1 공간부(312)가 시료를 삽입하기에 충분한 길이로 확보된다. 이어서, 작업자는 핀셋을 사용하여 상기 제1 공간부(312)에 시료를 삽입한다.

이어서, 도 11을 참조하면, 작업자는 제2 스토퍼(414)의 외측면에 형성된 하향 손잡이(416)를 누르면서 상기 제2 돌기(308)를 제2 스토퍼(414)의 걸림턱으로부터 해제시킨 후, 상기 시료 홀더(300)를 우측방향으로 후진시킨다. 이때, 상기 시료 지지체(316)는 압축 탄성체(320)의 탄성력에 의해 좌측방향으로 전진운동하게 되며, 시료 지지체(316)에 의해 제1 공간부(312) 내에 삽입된 시료를 압착 고정하게 된다. 이렇게 시료(20)가 시료 홀더(300) 압착고정된 후, 도 1에 도시된 시료 챔버(104) 내로 시료 홀더(300)를 로딩시킨 후, 원하는 시료 분석작업을 수행하게 된다.

도 12 내지 도 15는 도 7의 시료 고정 보조장치(400)를 사용하여 시료 홀더(300) 내에 시료(20)를 고정시키는 방법을 각 단계별로 나타낸 개략적인 평면도로써, 시료 고정 보조장치(400)의 제1 지지대(404)와 시료 홀더(300)의 제1 홀더 몸체(302)의 선단부에 형성된 시료 고정부 부분을 상세히 도시한 도면들이다.

도 12를 참조하면, 압축 탄성체(320)의 압축력에 의해 시료 지지체(316)가 시료 지지체(316)가 전후진 운동하는 제2 공간부(322) 내에서 좌측으로 최대로 이동하여 시료가 삽입된 제1 공간부(312)의 길이가 최소화되어 있다.

이어서, 도 13을 참조하면, 시료 홀더(300)를 도 12의 화살표 방향인 좌측으로 전진 운동시키면, 전술한 도 10에서와 같이 제2 돌기(308)와 제2 스토퍼((414)에 의해 시료 홀더(300)의 후진 운동이 방지되는 동시에 상기 제1 돌기(318)가 제1 스토퍼(412)의 걸림홈(420)에 걸려서 시료 지지체(316)는 더 이상 전진 운동이 되지 않으면서 제1 공간부(312)의 길이가 화살표에 표시된 바와 같이 시료가 삽입될 만큼 충분히 확보된다. 도 14를 참조하면, 작업자는 핀셋을 사용하여 상기 제1 공간부(312) 내에 시료(20)를 삽입시킨다.

이어서, 도 15를 참조하면, 도 11에서 보여지는 바와 같이 제2 스토퍼(414)의 하향 손잡이(416)을 누르면서 시료 홀더(300)를 화살표와 같이 후진 운동시킨다. 이때 압축 탄성체(320)의 압축력에 의해 상기 시료 지지체(316)는 좌측방향으로 전진되어 시료(20)를 제1 공간부(312) 내에 압착하여 고정시킨다.

이상 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술적 사상 내에서 당업자에 의해 많은 변형 및 개량이 가능하다. 특히, 본 실시예에서 상기 시료 지지체(316)는 압축 탄성체(320)에 의해 전후진 운동을 하도록 구성되어 있으나, 탄성체의 고정점을 시료 지지체(316)가 전후진 운동하는 제2 공간부(322)의 좌측에 위치시킴으로써 인장 탄성체를 사용하여 상기 시료 지지체(316)를 전후진 운동시킬 수 있음은 물론이다. 또한 본 실시예에서는 비록 제2 스토퍼(414)는 압축 탄성체(418)를 이용하여 상하운동을 하는 것으로써 구성하여 설명하였지만, 제2 스토퍼는 내부에 탄성체가 내장되어 있지 않은 고정 스토퍼로 구성한 후, 시료 홀더(300)를 시료 고정 보조장치(400) 상에 고정시키기 위해 전진 운동시킬 때 시료 홀더(300)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킨 후 전진시키고, 이어서 제2 돌기(308)가 제2 스토퍼(414)의 걸림턱을 지난 후 시료 홀더(300)를 원위치로 회전시켜 고정시킬 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따르면, 스크류와 드라이버를 사용하여 시료를 고정시키지 않고 탄성체의 압축력에 의해 시료를 고정시키기 때문에 시료의 고정력이 항상 일정하게 유지되고 나아가 시료의 크기에 따라 탄성체의 탄성력이 자동적으로 조절될 수 있어서 시료의 브로컨이 방지될 수 있다. 따라서, 주사전자현미경의 시료챔버(104)내의 각종 오링에 발생되던 리크가 방지되어 시료챔버(104)의 진공도의 성능이 저하되지 않고 장시간 사용할 수 있으며, 외부 가스분자의 유입이 차단되어 전자총(108)의 필라멘트 팁의 수명이 훨씬 길어지게 되었다.

또한, 본 발명에 따르면, 종래 시료 홀더 내에 시료 고정을 위한 작업공수가 10여 단계에 이르렀으나 본 발명의 시료 고정 보조장치를 이용하면 작업공수가 4단계로 단축되어 시료 교체작업이 매우 용이하게 되었으며, 나아가 휴먼 에러의 발생이 현저히 감소하게 되었다.

또한, 본 발명에 따르면, 스크류와 같은 소모성 부품을 사용하지 않기 때문에 부품 수급비용이 현저히 감소되었다.

Claims

선단부에 시료를 장착하여 고정시킬 수 있도록 평탄한 수평면을 포함하는 시료 고정부가 형성되어 있으며, 대체로 원형의 막대봉 형상으로 길이방향으로 연장된 홀더 몸체;

상기 시료 고정부에서 상기 시료를 상측으로부터 삽입하여 유지시킬 수 있도록 상측이 개방된 홈 형태로 상기 홀더 몸체의 길이방향으로 연장된 제1 공간부;

상기 제1 공간부의 일측과 인접되며, 상기 홀더 몸체 내에 길이방향으로 연장되며 상측이 개방된 홈 형태의 제2 공간부;

상기 제2 공간부내에서 상기 제1 공간부 내에 장착되는 시료의 측면과 접촉하면서 길이방향으로 전후진 운동이 가능한 시료 지지체; 및

상기 시료 지지체와 결합하여 상기 시료 지지체로 하여금 상기 제1 공간부 내에 장착되는 시료를 상기 제1 공간부 내에 압착 고정시킬 수 있는 탄성체를 포함하는 시료 홀더.
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제 1 항에 있어서,

상기 제1 공간부내에 시료를 삽입 및 제거가 용이하도록 상기 제1 공간부의 측면을 따라 상측이 개방된 홈 형태로 제3 공간부가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
제 4 항에 있어서,

상기 제1 공간부의 바닥의 깊이보다 제3 공간부의 바닥의 깊이가 더 낮으며, 제1 공간부와 접하는 상기 제3 공간부의 단부가 라운드 또는 모따기되어 있는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
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제 1 항에 있어서, 상기 제2 공간부의 폭이 상기 제1 공간부의 폭보다 넓으며, 상기 시료 지지체는 상기 시료를 상기 제1 공간부내에 길이방향으로 지지할 수 있는 본체와 반경방향으로 지지할 수 있는 돌출부를 구비하여 평면형상이 전체적으로 "L"자 형태인 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
제 7 항에 있어서, 상기 시료 지지체의 상기 돌출부의 표면 높이가 상기 본체의 표면 높이보다 낮아진 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
제 8 항에 있어서, 상기 시료 지지체의 상기 본체 표면 상에 제1 돌기가 더형성되어 있으며, 상기 시료 홀더 몸체의 외표면 상에 제2 돌기가 더 형성된 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
제 8 항에 있어서, 상기 시료 지지체의 상기 돌출부의 말단부가 라운드진 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
제 1 항에 있어서, 상기 탄성체는 압축력을 이용한 압축 탄성체인 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
제 11 항에 있어서, 상기 홀더 몸체에는 상기 제2 공간부와 연통되는 탄성체삽입홈이 더 형성되어 있으며, 상기 압축 탄성체의 일단이 상기 탄성체 삽입홈에 삽입되고, 타단이 상기 시료 지지체와 접촉하여 상기 시료 지지체를 전후진 운동할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
제 1 항에 있어서, 상기 탄성체는 인장력을 이용한 인장 탄성체인 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
기판;

상기 기판 상에 일정한 높이로 형성되어 있으며, 전단부에 시료 고정부가 형성된 막대봉 형상의 시료 홀더를 그 상부 표면상에 받쳐줄 수 있는 제1 홀더 지지대;

상기 기판 상에서 상기 제1 홀더 지지대와 이격되어 있으며, 상기 제1 홀더 지지대에 대응하여 상기 시료 홀더를 수평으로 받쳐줄 수 있는 제2 홀더 지지대;

상기 제1 홀더 지지대의 상측 표면상에서 상기 시료 홀더의 전단부로부터 일정 길이 이상의 전진 운동을 방지해주는 제1 스토퍼; 및

상기 기판 상에 설치되며, 상기 제1 홀더 지지대 및 제2 홀더 지지대 상에 놓이는 시료 홀더의 후진운동을 방지해주는 제2 스토퍼를 포함하는 시료 홀더 내에 시료 고정을 위한 보조장치.
제 14 항에 있어서, 상기 제1 홀더 지지대 및 제2 홀더 지지대 상측 표면상에는 상기 막대봉 형상의 시료 홀더를 장착하기 위한 둥근 홈이 더 형성된 것을 특징으로 하는 시료 홀더 내에 시료 고정을 위한 보조장치.
제 14 항에 있어서, 상기 제1 스토퍼는 상기 시료 홀더의 전단부 일부가 관통될 수 있는 관통홀을 구비하며, 상기 제1 홀더 지지대의 상측 표면에서 상기 시료 홀더에 형성되는 제1 돌기가 상기 관통홀의 입구에 걸리는 형태로 상기 시료 홀더의 전진운동을 방지해주는 것을 특징으로 하는 시료 홀더 내에 시료 고정을 위한 보조장치.
제 14 항에 있어서, 상기 제2 스토퍼는 상기 시료 홀더의 전진 방향으로 상향하는 경사면과 상기 경사면의 말단부로부터 하향하는 걸림턱을 구비하며, 상기 제1 홀더 지지대의 상측 표면에서 상기 시료 홀더에 형성되는 제2 돌기가 상기 걸림턱에 걸리는 형태로 상기 시료 홀더의 후진운동을 방지해주는 것을 특징으로 하는 시료 홀더 내에 시료 고정을 위한 보조장치.
제 17 항에 있어서, 상기 제2 스토퍼는 압축 탄성체를 내장하고 있으며, 상기 시료 홀더가 전진 운동시 상기 시료 홀더의 제2 돌기가 상기 경사면을 따라 이동하면서 상기 제2 스토퍼를 압축하여 하향시키며, 상기 경사면을 통과한 후 상기 압축 탄성체의 탄성력에 의해 상기 제2 스토퍼가 상향되어 상기 제2 돌기가 상기 걸림턱에 걸리는 형태로 상기 시료 홀더의 후진운동을 방지해주는 것을 특징으로 하는 시료 홀더 내에 시료 고정을 위한 보조장치.
제 18 항에 있어서, 상기 제2 스토퍼의 측면에는 상기 제2 스토퍼를 강제적으로 하향시킬 수 있는 하향 손잡이가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 시료 홀더 내에 시료 고정을 위한 보조장치.
제 14 항의 보조장치를 이용하여, 전단부에 시료를 장착하여 고정시킬 수 있는 시료 고정부가 형성되어 있으며 외표면상에 제2 돌기가 형성되어 있는 길이방향으로 연장된 홀더 몸체와, 상기 시료 고정부에서 상기 시료를 상측으로부터 삽입하여 유지시킬 수 있도록 상측이 개방되며 상기 홀더 몸체의 길이방향으로 연장된제1 공간부 및 상기 제1 공간부내에 장착되는 시료의 일측과 접촉하면서 탄성력에 의해 상기 시료를 상기 제1 공간부내에 압착시켜 고정시킬 수 있는 제1 돌기를 갖는 탄성 지지부재를 포함하는 시료 홀더 내에 시료를 고정하는 방법에 있어서,

상기 제1 홀더 지지대 및 제 2 홀더 지지대 상에 상기 시료 홀더를 장착시키는 단계;

상기 시료 홀더의 제1 돌기가 상기 제1 스토퍼에 의해 걸리면서 상기 탄성 지지부재를 후진시키고, 동시에 제2 돌기가 상기 제2 스토퍼의 걸림턱에 걸리면서 상기 시료 홀더의 후진 운동을 방지시킬 수 있도록 상기 시료 홀더를 상기 제1 홀더 지지대 및 제2 홀더 지지대상에서 전진 위치시키는 단계;

상기 후진된 탄성 지지부재에 의해 확보된 제1 공간부내에 시료를 장착시키는 단계; 및

상기 제2 스토퍼의 걸림턱과 상기 시료 홀더의 제2 돌기의 걸림을 해제시키면서 상기 시료 홀더를 후진시키는 동시에 상기 탄성 지지부재의 탄성력에 의해 상기 제1 공간부내에 장착된 시료를 고정시키는 단계를 포함하는 시료 홀더 내에 시료를 고정하는 방법.