KR101551339B1 - 회전형 단면 시편 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주사 전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope) 분석용 시편을 제조할 수 있는 회전형 단면 시편 제조 장치에 관한 것으로서, 내부에 수용 공간이 형성되는 챔버; 상기 챔버에 설치되고, 회전축을 기준으로 방사선상에 복수개의 시편이 등각 배치되어 상기 시편이 상기 수용 공간 안에서 상기 회전축을 중심으로 회전 경로를 따라 여러 각도로 회전 이동될 수 있도록 상기 시편을 지지하는 회전 장치; 및 상기 회전 경로를 따라 회전 이동된 복수개의 시편의 일면에 각각 빔을 조사할 수 있도록 상기 챔버에 설치되는 복수개의 밀링기;를 포함할 수 있다.

Description

회전형 단면 시편 제조 장치{Rotary type specimen preparation apparatus}
본 발명은 회전형 단면 시편 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주사 전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope) 분석용 시편을 제조할 수 있는 회전형 단면 시편 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판 상에 전기적 특성을 갖는 패턴을 형성하기 위한 막 형성, 식각, 확산, 금속 배선 등의 단위 공정을 반복적으로 수행함으로서 제조된다. 최근, 이러한 반도체 장치는 고용량 및 고속의 응답 속도 등을 구현하기 위해 고집적화, 미세화 되어가고 있으며, 이에 따라 보다 미세한 영역의 구조적, 화학적 분석에 필요한 분석 장치 또는 기술의 중요성이 부각되고 있다.
특히, 여러 가지 분석 장치 중에서, 주사 전자현미경(SEM)은 나노 미터 급의 해상도를 가지고 마이크로 스케일 이하에 대한 매우 작은 성분을 영상화 하는데 대단히 유용하다. 따라서, 다양한 SEM 시스템이 공학 및 계측학용 반도체 산업에 사용된다.
최근에, 반도체 회로에 대한 결함 연구에 SEM의 사용에 대한 관심이 집중되고 있는데, 결함의 크기가 설계의 축소와 더불어 계속 축소되면서, SEM으로 얻어지는 영상 분야의 발전이 계속적으로 요구되기 때문이다.
또한, SEM을 이용하여 반도체 소자는 물론, 이차 전지, 태양 전지, LED 등의 특성 및 불량 분석을 수행하기 위해서는 SEM 분석용 단면 시편의 제작이 요구된다.
특히 이러한 분야에서 사용되어지는 물질은 화합물이 많으며 일반적인 방법으로 SEM 분석용 단면 시편을 제작하면 다면이 매끈하지 않아 Charging 및 Defocus등의 문제로 SEM분석이 어려울 수 있다. 이 때, 사용되어 지는 SEM 시편의 제작을 위해 일반적으로 이온 밀링기(이온 건 또는 단면 폴리싱 장치: Cross-section Polishing 또는 이온 빔 집속 장치: Focused ion beam)가 이용되고 있는데, 이러한 이온 밀링기는 일정한 크기로 절단된 시편의 일부분에 아르곤 이온 빔 등의 이온 빔을 주사하는 것에 의해 시편의 소정 부위를 에칭하는 장치의 일종이다.
그러나, 종래의 이온 밀링기는 단순히 하나의 시편만을 제작하거나 챔버 내부에서 단일 속도로 한가지 공정만 진행할 수 있어서, 시편 제작 시간 및 비용이 많이 소요되어 생산성이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명의 사상은, 복수개의 시편을 번갈아 각회전시키면서 동시에 고속 러프 밀링, 중속 일반 밀링, 저속 정밀 밀링 등 다양한 밀링 공정을 하나의 챔버 내부에서 동시 진행할 수 있어서, 시편 제작 시간 및 비용을 크게 단축시키고, 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 하는 회전형 단면 시편 제조 장치를 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치는, 내부에 수용 공간이 형성되는 챔버; 상기 챔버에 설치되고, 회전축을 기준으로 방사선상에 복수개의 시편이 등각 배치되어 상기 시편이 상기 수용 공간 안에서 상기 회전축을 중심으로 회전 경로를 따라 여러 각도로 회전 이동될 수 있도록 상기 시편을 지지하는 회전 장치; 및 상기 회전 경로를 따라 회전 이동된 복수개의 시편의 일면에 각각 빔을 조사할 수 있도록 상기 챔버에 설치되는 복수개의 밀링기;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 밀링기는, 제 1 전압 또는 제 1 전류로 구동되어 제 1 밀링 속도를 갖는 제 1 밀링기; 제 2 전압 또는 제 2 전류로 구동되어 제 2 밀링 속도를 갖는 제 2 밀링기; 및 제 3 전압 또는 제 3 전류로 구동되어 제 3 밀링 속도를 갖는 제 3 밀링기;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제 1 밀링기는, 1 내지 8 kV 이상의 고전압 또는 고전류로 구동되는 적어도 하나의 고속 러프 밀링기이고, 상기 제 2 밀링기는, 1 내지 10kV 미만의 중전압 또는 중전류로 구동되는 적어도 하나의 중속 일반 밀링기이고, 상기 제 3 밀링기는, 100 V 내지 8kV 미만의 저전압 또는 저전류로 구동되는 적어도 하나의 저속 정밀 밀링기일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제 1 밀링기는, 상기 제 1 시편에 제 1 빔을 조사하고, 상기 제 2 밀링기는, 상기 제 2 시편에 제 2 빔을 조사하며, 상기 제 3 밀링기는, 상기 제 3 시편에 제 3 빔을 조사하고, 상기 제 1 밀링기의 상기 제 1 빔의 조사 각도를 조절하는 제 1 각도 조절 장치; 상기 제 2 밀링기의 상기 제 2 빔의 조사 각도를 조절하는 제 2 각도 조절 장치; 및 상기 제 3 밀링기의 상기 제 3 빔의 조사 각도를 조절하는 제 3 각도 조절 장치;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제 1 밀링기는, 상기 제 1 시편에 제 1 빔을 조사하고, 상기 제 2 밀링기는, 상기 제 2 시편에 제 2 빔을 조사하며, 상기 제 3 밀링기는, 상기 제 3 시편에 제 3 빔을 조사하고, 상기 제 1 밀링기의 상기 제 1 빔의 조사 높이를 조절하는 제 1 높이 조절 장치; 상기 제 2 밀링기의 상기 제 2 빔의 조사 높이를 조절하는 제 2 높이 조절 장치; 및 상기 제 3 밀링기의 상기 제 3 빔의 조사 높이를 조절하는 제 3 높이 조절 장치;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제 1 밀링기, 상기 제 2 밀링기 및 상기 제 3 밀링기는, 이온 빔 밀링기 또는 레이져 밀링기일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 회전 장치는, 상기 챔버의 외부에 설치되고, 상기 회전축을 회전시키는 회전 모터; 상기 챔버의 내부에 설치되고, 위에서 볼 때, 상기 회전축을 기준으로 상기 회전축으로부터 방사선상으로 120도 등각 돌출되는 3개의 회전암들; 상기 회전암들의 선단에 각각 설치되는 마운트들; 상기 마운트들에 설치되고, 상기 시편들이 각각 안착되는 마운트 헤드들; 및 상기 시편과 상기 밀링기 사이에 설치되도록 상기 마운트 헤드에 고정되는 마스크들;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 마운트 헤드들은, 옆에서 볼 때, 상기 시편들이 아래를 향하여 기울임 각도로 경사지도록 설치되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 마운트 헤드들은 고정구를 이용하여 상기 마운트들에 착탈가능하게 고정되고, 높이조절이 가능하도록 높이조절장치가 설치되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치는, 상기 회전 장치에 제 1 각도 회전 제어 신호를 인가하고, 이어서 상기 밀링기에 1차 구동 제어 신호를 인가하며, 상기 회전 장치에 제 2 각도 회전 제어 신호를 인가하고, 이어서 상기 밀링기에 2차 구동 제어 신호를 인가하며, 상기 회전 장치에 제 3 각도 회전 제어 신호를 인가하고, 이어서 상기 밀링기에 3차 구동 제어 신호를 인가하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 복수개의 시편을 회전축을 중심으로 등각 배치하여 번갈아 각회전시키면서 동시에 복수개의 밀링기들을 이용하여 고속 러프 밀링, 중속 일반 밀링, 저속 정밀 밀링 등 다양한 밀링 공정을 하나의 챔버 내부에서 동시 진행할 수 있어서, 시편 제작 시간 및 비용을 크게 단축시키고, 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 회전형 단면 시편 제조 장치의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치의 일부를 확대하여 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치의 회전 장치의 일례를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 회전형 단면 시편 제조 장치의 회전 장치를 나타내는 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치(100)를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 회전형 단면 시편 제조 장치(100)의 측단면도이다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치(100)는, 크게 챔버(10)와, 회전 장치(20) 및 밀링기(M1)(M2)(M3)들을 포함할 수 있다.
여기서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(10)는, 내부에 진공 환경 또는 가공 환경이 형성될 수 있도록 수용 공간(A)이 형성되는 진공 챔버일 수 있다.
이러한, 상기 챔버(10)는, 전체적으로 하나의 장비를 이루도록 외관을 형성하는 패널이나 프레임 등으로 이루어지는 하나의 장비 구조물로 설치될 수 있다. 즉, 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)들은 상기 챔버(10)에 설치될 수 있고, 상기 수용 공간(A) 역시 하나로 장비 내에 형성될 수 있다.
또한, 상기 챔버(10)는 도시하지 않았지만, 각종 진공 펌프나, 공정 가스나, 파티클 제거 장치나, 세척 장치나, 게이트나, 로드락/언로드락 챔버 등 상기 챔버(10)를 운용하기 위한 각종 장치들이 부가적으로 설치될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회전 장치(20)는, 상기 챔버(10)에 설치되고, 회전축(21)을 기준으로 방사선상에 복수개의 시편(1)이 등각 배치되어 상기 시편(1)이 상기 수용 공간(A) 안에서 상기 회전축(21)을 중심으로 회전 경로(P)를 따라 여러 각도로 회전 이동될 수 있도록 상기 시편(1)을 지지하는 구조물 또는 조립체일 수 있다.
여기서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회전 장치(20)는, 회전 모터(22)와, 회전암(23)들과, 마운트(24)들과, 마운트 헤드(25)들 및 마스크(26)들을 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회전 모터(22)는 상기 챔버(10)의 외부에 설치되는 것으로서, 상기 수용 공간(A) 내에 부분적으로 위치되는 상기 회전축(21)을 회전시키는 회전 동력원 또는 액츄에이터의 일부분일 수 있다. 여기서, 이러한 상기 회전 모터(22)와 상기 회전축(21) 사이에는 각종 기어 박스, 기어 조합, 벨트 및 풀리 조합, 와이어 및 도르레 조합, 체인 및 스프로킷휠 조합 등 각종 동력 전달 장치가 추가로 설치될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회전암(23)은, 상기 챔버(10)의 내부에 설치되고, 위에서 볼 때, 상기 회전축(21)을 기준으로 상기 회전축(21)으로부터 방사선상으로 120도 등각 돌출되는 구조물 또는 조립체일 수 있다.
이외에도 상기 회전암(23)은 반드시 돌출된 돌기 형상에만 국한되지 않고, 원형판이나, 타원형판이나, 삼각판 형상등 매우 다양한 형태가 적용될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 마운트(24)들은, 상기 회전암(23)들의 선단에 각각 설치되는 것으로서, 상기 마운트 헤드(25)들을 착탈 가능하게 지지하는 부분일 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 마운트 헤드(25)들은, 상기 마운트(24)들에 착탈 가능하게 설치되는 것으로서, 상기 시편(1)들이 각각 안착될 수 있는 일종의 스테이지 역할을 할 수 있다. 이외에도, 상기 마운트 헤드(25)들은, 상기 마운트(24)들과 일체를 이루는 것도 가능하다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 마스트(26)들은, 상기 시편(1)과 상기 밀링기(M1)(M2)(M3) 사이에 설치되어 예컨데, 도 4의 관통창(W)을 통해서 상기 빔들이 상기 시편(1)에 선택적으로 조사될 수 있도록 상기 시편(1)과 함께 상기 마운트 헤드(25)에 역시 착탈 가능하게 고정되는 구조체일 수 있다.
따라서, 사용자는 먼저 상기 마운트(24)로부터 상기 마운트 헤드(25)를 분리한 후, 상기 마운트 헤드(25)에 상기 시편(1) 및 상기 마스크(24)를 고정시킨 다음, 다시 상기 마운트 헤드(25)를 상기 마운트(24)에 고정시켜서 상기 시편(1)을 상기 회전 장치(20)에 견고하게 고정시킬 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)들에 의해 상기 시편(1)에서 발생된 파티클이나 각종 이물질들이 중력에 의해 낙하되면서 다시 상기 시편(1)을 오염시키지 않도록 상기 마운트 헤드(25)들은, 옆에서 볼 때, 상기 시편(1)들이 아래를 향하여 기울임 각도(K)로 경사지도록 설치될 수 있다.
따라서, 상기 시편(1)이 아래를 향하여 기울어지게 경사 고정되어 있기 때문에, 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)들에 의해 빔(B1)(B2)(B3)들이 상기 시편(1)의 일면에 조사되어 파티클이 발생되더라도 상기 파티클들은 상기 시편(1)의 다른 부위를 거치지 않고 그대로 낙하될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)들은, 상기 회전 경로(P)를 따라 회전 이동된 복수개의 시편(1)의 일면에 각각 빔(B1)(B2)(B3)을 조사할 수 있도록 상기 챔버(10)에 상기 회전 장치(20)를 중심으로 방사선상에 복수개가 등각 배치 및 설치될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)는, 상기 챔버(10) 또는 상기 수용 공간(A)에 상기 회전 장치(20)의 상기 회전축(21)을 중심으로 각각 120 등각 배치되고, 제 1 전압 또는 제 1 전류로 구동되어 제 1 밀링 속도를 갖는 제 1 밀링기(M1)와, 제 2 전압 또는 제 2 전류로 구동되어 제 2 밀링 속도를 갖는 제 2 밀링기(M2) 및 제 3 전압 또는 제 3 전류로 구동되어 제 3 밀링 속도를 갖는 제 3 밀링기(M3)를 포함할 수 있다.
여기서, 예컨데, 상기 제 1 전압이 제일 크고, 상기 제 2 전압이 그 다음으로 크며, 상기 제 3 전압이 제일 작을 수 있다.
즉, 상기 제 1 밀링기(M1)는, 1 내지 8 kV 이상의 고전압 또는 고전류로 구동되는 적어도 하나의 고속 러프 밀링기일 수 있고, 상기 제 2 밀링기(M2)는, 1 내지 10kV 미만의 중전압 또는 중전류로 구동되는 적어도 하나의 중속 일반 밀링기일 수 있고, 상기 제 3 밀링기(M3)는, 100 V 내지 8kV 미만의 저전압 또는 저전류로 구동되는 적어도 하나의 저속 정밀 밀링기일 수 있다.
여기서, 이러한 상기 밀링기들의 전압 또는 전류 구동치는 이에 국한되지 않고 매우 다양한 수치나 종류나 규격으로 적용될 수 있다.
따라서, 상기 시편(1)을 특정 각도에서 순차적 또는 여러개의 시편을 동시에 투입한 후, 0도(기준 각도)에서 1차로 상기 제 1 밀링기(M1)가 상기 시편(1)을 관찰 영역 이전까지 빠른 속도로 밀링하면서 시편 제작 시간을 단축시킬 수 있다. 이어서, 120도 각회전시키면, 2차로 상기 제 2 밀링기(M2)가 상기 시편(1)을 분석 가능한 수준으로 중속 밀링하면서 시편을 2차로 가공할 수 있다. 이어서, 240도 각회전시키면, 3차로 상기 제 3 밀링기(M3)가 상기 시편(1)의 표면 데미지를 감소시키고, 연질 시편의 밀링 효과를 증대시키면서 후술될 플립 기능 등을 이용하여 상기 시편(1)의 표면을 정밀하게 폴리싱하거나 영상 컨트라스트를 증대시켜서 상기 시편(1)을 보다 정밀하게 가공할 수 있다. 이어서, 상기 시편(1)을 최초 특정 각도로 위치시켜서 외부로 순차적 또는 여러개의 시편을 동시에 인출할 수 있다.
한편, 예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 빔의 각도 및 높이를 정밀하게 조절할 수 있도록, 상기 제 1 밀링기(M1)는, 상기 제 1 시편(1)에 제 1 빔(B1)을 조사하고, 상기 제 2 밀링기(M2)는, 상기 제 2 시편(1)에 제 2 빔(B2)을 조사하며, 상기 제 3 밀링기(M3)는, 상기 제 3 시편(1)에 제 3 빔(B3)을 조사할 수 있고, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치(100)는, 상기 제 1 밀링기(M1)의 상기 제 1 빔(B1)의 조사 각도를 조절하는 제 1 각도 조절 장치(31)와, 상기 제 2 밀링기(M2)의 상기 제 2 빔(B2)의 조사 각도를 조절하는 제 2 각도 조절 장치(32) 및 상기 제 3 밀링기(M3)의 상기 제 3 빔(B3)의 조사 각도를 조절하는 제 3 각도 조절 장치(33)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 각도 조절 장치(31)와, 상기 제 2 각도 조절 장치(32) 및 상기 제 3 각도 조절 장치(33)는, 자동차의 사이드 미러 각도 조절 장치처럼 X축 방향 및 Y축 방향에 각각 설치되는 X축 구동 모터 및 Y축 구동 모터 등을 이용하는 매우 다양한 형태의 액츄에이터들이 적용될 수 있다. 이외에도 이러한 각도 조절 액츄에이터에 대한 기술은 널리 사용되는 기술로서 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치(100)는, 상기 제 1 밀링기(M1)의 상기 제 1 빔(B1)의 조사 높이(H1)를 조절하는 제 1 높이 조절 장치(41)와, 상기 제 2 밀링기의 상기 제 2 빔(B2)의 조사 높이(H2)를 조절하는 제 2 높이 조절 장치(42) 및 상기 제 3 밀링기(M3)의 상기 제 3 빔(B3)의 조사 높이(H3)를 조절하는 제 3 높이 조절 장치(43)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 높이 조절 장치(41)와, 상기 제 2 높이 조절 장치(42) 및 상기 제 3 높이 조절 장치(43)는 나사봉, 리니어 모터, 랙 앤 피니언 기어, 각종 모터 등 매우 다양한 형태의 액츄에이터들이 적용될 수 있다. 이외에도 이러한 높이 조절 액츄에이터에 대한 기술은 널리 사용되는 기술로서 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 사용자는 제어부와 연결된 모니터나 각종 프로그램을 통해서 상기 빔들의 조사 각도 및 조사 높이를 정밀하게 조절하면서 공정을 보다 정밀하게 수행할 수 있다.
한편, 더욱 구체적으로 예를 들면, 상술된 상기 제 1 밀링기(M1), 상기 제 2 밀링기(M2) 및 상기 제 3 밀링기(M3)는, 상기 시편(1)에 이온 빔을 조사하여 밀링(milling)하는 적어도 하나의 이온 건(Ion gun)이나, 단면 폴리싱 장치(Cross-section Polishing)나 이온 빔 집속 장치(Focused ion beam) 또는 레이져 빔 장치일 수 있다. 여기서, 상기 시편(1)은 상면, 하면 측면을 포함한 표면이 밀링될 수 있다.
또한, 예컨데, 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)들은, 이온주입장치를 이용하여 아르곤 등 불순물 원자를 이온화하고, 고압의 전계에서 이온을 집속 및 가속화시켜서 시료를 가공할 수 있는 건식 에칭 방법의 단면 폴리싱 장치(CP: Cross-section Polishing)일 수 있다. 여기서, 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)의 내부 또는 외부에 고압의 전계 환경의 일종으로 양극과 음극 간에 고전압을 인가하고, 높은 전계를 형성한 후, 플라즈마 환경을 형성할 수 있다.
또한, 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)들은 상기 이온 건만을 포함하거나, 상기 이온 건을 포함하는 단면 폴리싱 장치(Cross-section Polishing)나 이온 빔 집속 장치(Focused ion beam) 또는 레이져 빔 장치 전체를 포함할 수 있다.
이외에도, 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)들은 단지 외관에 따른 장치 전체를 의미하지 않고, 내부에서 이온 빔을 생성할 수 있는 부품들 일부만을 의미할 수도 있다.
즉, 이하의 도면에서는 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)들을 다만 개념적으로 예시하였을 뿐이고, 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)들은 도면에 국한되지 않으며, 다양한 형태 및 종류의 모든 이온 빔 밀링기 또는 레이져 밀링기일 수 있다.
또한, 상술된 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)들은 서로 그 형태 및 종류가 동일할 수 있다. 그러나, 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)들은 반드시 동일한 형태 및 종류인 것으로 국한되지 않는다.
예를 들면, 상기 제 1 밀링기(M1)는 단면 폴리싱 장치(CP: Cross-section Polishing)이고, 상기 제 2 밀링기(M2)나 상기 제 3 밀링기(M3)는 이온 빔 집속 장치(FIB: Focused ion beam)이거나, 상기 제 1 밀링기(M1)는 이온 빔 집속 장치(Focused ion beam)이고, 상기 제 2 밀링기(M2)나 상기 제 3 밀링기(M3)는 레이져 빔 장치일 수도 있다.
이러한, 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)들의 형태 및 종류는 시편 및 그 사용 목적에 따라 다양하게 선택적으로 활용될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치(100)는, 상기 회전 장치(20)의 상기 회전 모터(22)에 제 1 각도 회전 제어 신호를 인가하고, 이어서 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)나 각도 조절 장치(31)(32)(33)나 높이 조절 장치(41)(42)(43)들에 1차 구동 제어 신호를 인가하며, 상기 회전 장치(20)에 제 2 각도 회전 제어 신호를 인가하고, 이어서 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)나 각도 조절 장치(31)(32)(33)나 높이 조절 장치(41)(42)(43)들에 2차 구동 제어 신호를 인가하며, 상기 회전 장치(20)에 제 3 각도 회전 제어 신호를 인가하고, 이어서 상기 밀링기(M1)(M2)(M3)나 각도 조절 장치(31)(32)(33)나 높이 조절 장치(41)(42)(43)들에 3차 구동 제어 신호를 인가하는 제어부(60)를 더 포함할 수 있다.
이러한, 상기 제어부(60)는 입력장치에 의해 미리 입력된 일련의 프로그램을 수행하거나 사용자의 명령을 입력받아 상술될 각종 과정이 수행될 수 있도록 제어 신호들을 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치(200)의 일부를 확대하여 나타내는 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 밀링기(M1)나, 상기 제 2 밀링기(M2)나 상기 제 3 밀링기(M3)는 동일한 시편(1)에 2개의 빔을 조사할 수 있는 2개의 좌측 밀링기(ML) 및 우측 밀링기(MR)로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 밀링기의 개수를 변화시켜서 밀링의 속도나 품질을 보다 적합하게 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치(300)의 회전 장치의 일례를 나타내는 부품 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 회전형 단면 시편 제조 장치(300)의 회전 장치(20)를 나타내는 측단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 예컨데, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 회전형 단면 시편 제조 장치(300)의 마운트 헤드(25)들은 고정구(F)를 이용하여 상기 마운트(24)들에 착탈가능하게 고정되고, 높이조절이 가능하도록 높이조절장치(50)가 설치될 수 있다.
여기서, 상기 마운트(23)에는 슬라이딩홈부(24a)가 형성되고, 상기 마운트 헤드(25)에는 상기 슬라이딩홈부(24a)와 대응되어 슬라이딩이 가능한 슬라이딩돌기부(25a)가 형성될 수 있다.
또한, 예를 들어서, 상기 고정구(F)는 상기 마운트에 형성된 나사홀에 나사 결합되는 나사나 볼트일 수 있고, 상기 높이조절장치(50)는 상기 마운트(24)를 기준으로 상기 마운트 헤드(25)가 승하강 조절될 수 있도록 상하방향으로 길게 형성되는 장공일 수 있다.
따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 사용자는 먼저 상기 고정구(F)를 분리하여 상기 마운트(24)로부터 상기 마운트 헤드(25)를 분리한 후, 상기 마운트 헤드(25)에 적절한 높이로 상기 시편(1) 및 상기 마스크(24)를 고정시킨 다음, 다시 상기 고정구(F)를 이용하여 상기 마운트 헤드(25)를 상기 마운트(24)에 고정시켜서 상기 시편(1)을 상기 회전 장치(20)에 견고하게 고정시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 시편
10; 챔버
20: 회전 장치
M1: 제 1 밀링기
M2: 제 2 밀링기
M3: 제 3 밀링기
31: 제 1 각도 조절 장치
32: 제 2 각도 조절 장치
33: 제 3 각도 조절 장치
41: 제 1 높이 조절 장치
42: 제 2 높이 조절 장치
43: 제 3 높이 조절 장치
50: 높이조절장치
60: 제어부
100, 200, 300, 400, 500: 회전형 단면 시편 제조 장치

Claims (10)

  1. 내부에 수용 공간이 형성되는 챔버;
    상기 챔버에 설치되고, 회전축을 기준으로 방사선상에 복수개의 시편이 등각 배치되어 상기 시편이 상기 수용 공간 안에서 상기 회전축을 중심으로 회전 경로를 따라 여러 각도로 회전 이동될 수 있도록 상기 시편을 지지하는 회전 장치; 및
    상기 회전 경로를 따라 회전 이동된 복수개의 시편의 일면에 각각 빔을 조사할 수 있도록 상기 챔버에 설치되는 복수개의 밀링기;
    를 포함하고,
    상기 회전 장치는,
    상기 챔버의 외부에 설치되고, 상기 회전축을 회전시키는 회전 모터;
    상기 챔버의 내부에 설치되고, 위에서 볼 때, 상기 회전축을 기준으로 상기 회전축으로부터 방사선상으로 120도 등각 돌출되는 3개의 회전암들;
    상기 회전암들의 선단에 각각 설치되는 마운트들;
    상기 마운트들에 설치되고, 상기 시편들이 각각 안착되는 마운트 헤드들; 및
    상기 시편과 상기 밀링기 사이에 설치되도록 상기 마운트 헤드에 고정되는 마스크들;
    을 포함하는, 회전형 단면 시편 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀링기는,
    제 1 전압 또는 제 1 전류로 구동되어 제 1 밀링 속도를 갖는 제 1 밀링기;
    제 2 전압 또는 제 2 전류로 구동되어 제 2 밀링 속도를 갖는 제 2 밀링기; 및
    제 3 전압 또는 제 3 전류로 구동되어 제 3 밀링 속도를 갖는 제 3 밀링기;
    를 포함하는, 회전형 단면 시편 제조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 밀링기는, 1 내지 8 kV 이상의 고전압 또는 고전류로 구동되는 적어도 하나의 고속 러프 밀링기이고,
    상기 제 2 밀링기는, 1 내지 10kV 미만의 중전압 또는 중전류로 구동되는 적어도 하나의 중속 일반 밀링기이고,
    상기 제 3 밀링기는, 100 V 내지 8kV 미만의 저전압 또는 저전류로 구동되는 적어도 하나의 저속 정밀 밀링기인, 회전형 단면 시편 제조 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 밀링기는, 상기 제 1 시편에 제 1 빔을 조사하고,
    상기 제 2 밀링기는, 상기 제 2 시편에 제 2 빔을 조사하며,
    상기 제 3 밀링기는, 상기 제 3 시편에 제 3 빔을 조사하고,
    상기 제 1 밀링기의 상기 제 1 빔의 조사 각도를 조절하는 제 1 각도 조절 장치;
    상기 제 2 밀링기의 상기 제 2 빔의 조사 각도를 조절하는 제 2 각도 조절 장치; 및
    상기 제 3 밀링기의 상기 제 3 빔의 조사 각도를 조절하는 제 3 각도 조절 장치;
    를 더 포함하는, 회전형 단면 시편 제조 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 밀링기는, 상기 제 1 시편에 제 1 빔을 조사하고,
    상기 제 2 밀링기는, 상기 제 2 시편에 제 2 빔을 조사하며,
    상기 제 3 밀링기는, 상기 제 3 시편에 제 3 빔을 조사하고,
    상기 제 1 밀링기의 상기 제 1 빔의 조사 높이를 조절하는 제 1 높이 조절 장치;
    상기 제 2 밀링기의 상기 제 2 빔의 조사 높이를 조절하는 제 2 높이 조절 장치; 및
    상기 제 3 밀링기의 상기 제 3 빔의 조사 높이를 조절하는 제 3 높이 조절 장치;
    를 더 포함하는, 회전형 단면 시편 제조 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 밀링기, 상기 제 2 밀링기 및 상기 제 3 밀링기는, 이온 빔 밀링기 또는 레이져 밀링기인, 회전형 단면 시편 제조 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마운트 헤드들은, 옆에서 볼 때, 상기 시편들이 아래를 향하여 기울임 각도로 경사지도록 설치되는 것인, 회전형 단면 시편 제조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 마운트 헤드들은 고정구를 이용하여 상기 마운트들에 착탈가능하게 고정되고, 높이조절이 가능하도록 높이조절장치가 설치되는 것인, 회전형 단면 시편 제조 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 장치에 제 1 각도 회전 제어 신호를 인가하고, 이어서 상기 밀링기에 1차 구동 제어 신호를 인가하며, 상기 회전 장치에 제 2 각도 회전 제어 신호를 인가하고, 이어서 상기 밀링기에 2차 구동 제어 신호를 인가하며, 상기 회전 장치에 제 3 각도 회전 제어 신호를 인가하고, 이어서 상기 밀링기에 3차 구동 제어 신호를 인가하는 제어부;
    를 더 포함하는 회전형 단면 시편 제조 장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20020149321A1 (en) * 2001-03-20 2002-10-17 Advanced Electron Beams, Inc. Electron beam irradiation apparatus
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JP7027767B2 (ja) * 2017-09-29 2022-03-02 Toto株式会社 床面敷設陶板

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