KR102185170B1 - 칩 캐리어의 자동 교환이 가능한 원자 현미경 및 제어 방법 - Google Patents

칩 캐리어의 자동 교환이 가능한 원자 현미경 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프로브 핸드에 장착된 칩 캐리어를 제거하고 새로운 칩 캐리어를 공급하여 칩 캐리어의 자동 교환이 가능한 원자 현미경 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자 현미경은, 적어도 Z 방향으로 변위 가능한 스캐너와 연결되는 프로브 핸드의 단부에 착탈 가능하게 고정되는 칩 캐리어에 부착된 프로브 표면을 확대하여 보여줄 수 있도록 구성되는 비젼 장치를 포함한다. 상기 원자 현미경은, 상기 비젼 장치로부터의 광의 경로를 변경시키는 적어도 하나의 반사수단; 을 포함하며, 상기 적어도 하나의 반사수단은 상기 비젼 장치로부터의 광이 상기 프로브 핸드에 장착된 칩 캐리어의 표면에 도달할 수 있도록 형상 및 배치가 결정된다.
본 발명의 원자 현미경 및 그 제어방법에 따르면, 프로브 핸드에 장착된 칩 캐리어를 제거하고 새로운 칩 캐리어를 공급하여 칩 캐리어의 자동 교환이 가능하며, 충돌 등의 사고를 미연에 방지할 수 있다.

Description

칩 캐리어의 자동 교환이 가능한 원자 현미경 및 제어 방법{ATOMIC FORCE MICROSCOPE CAPABLE OF AUTO CHIP CARRIER EXCHANGE AND CONTROL METHOD}
본 발명은 원자 현미경 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 프로브 핸드에 장착된 칩 캐리어를 제거하고 새로운 칩 캐리어를 공급하여 칩 캐리어의 자동 교환이 가능한 원자 현미경 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
주사탐침현미경 (SPM, Scanning Probe Microscope) 은 MEMS공정 등을 통하여 제작된 미세한 프로브를 시료의 표면 위로 훑고 지나가게 하면서 (Scanning), 그 시료의 표면 특성을 측정하여 3D 이미지로 보여주는 현미경을 말한다. 이러한 주사탐침 현미경은 측정 방식에 따라, 원자현미경 (AFM, Atomic Force Microscope), 주사터널링현미경 (STM, Scanning Tunneling Microscope) 등으로 세분화될 수 있다.
프로브의 경우 다양한 제조사들에 의해 생산되는데, 이러한 프로브는 다양한 주사탐침현미경의 제조사들의 장비에 쓰이게 된다. 주사탐침현미경의 제조사들은 프로브를 활용하기 위해 프로브를 장비에 장착해야 할 필요성이 있다. 하나의 장비에서도 다양한 프로브를 사용해야 하기 때문에, 프로브를 현미경에 장착하기 위해 캐리어 (carrier) 를 활용한다. 즉, 프로브가 직접 주사탐침현미경에 장착되는 것이 아니라, 프로브는 캐리어에 부착되고, 캐리어가 주사탐침현미경에 고정됨으로써, 프로브가 측정에 활용될 수 있는 것이다.
한편, 프로브는 측정에 따라 닳게 되어 교환이 필요한 소모품이다. 프로브는 일정 정도의 시간 또는 일정 정도의 이미지 품질 저하가 발생되면 교환되어야 하는데, 캐리어와 함께 교환된다. 프로브의 교환은 일반적으로 수작업을 통해 행하여져 왔다.
그러나, 이러한 프로브의 교환은 자동화된 현미경 장비에서의 비효율성을 야기해왔기 때문에, 산업계에서는 프로브의 교환을 자동화하고자 하는 요구가 꾸준히 있어 왔다.
이에 따라, 본 출원인은 자동화된 프로브 교환 방식 (모드명칭 : ATX ; Auto Tip ExchangeTM) 을 개발하였고, 특허를 출원하여 등록받은바 있다 (특허문헌 1 참조).
그러나, 이러한 ATX 모드를 활용할 때, 주사탐침현미경에 사용된 칩 캐리어가 장착되어 있음에도 불구하고, 새로운 칩 캐리어와의 교환 작업을 행하여 칩 캐리어 간의 충돌이 발생하는 문제점을 지니고 있었다. 실제로 이러한 충돌이 발생하면 공정에서의 시간 손실이 상당하고, 충돌 가능성은 자동화의 걸림돌로 작용한다.
(특허문헌 1)
한국 등록특허 제10-0825985호 (발명의 명칭 : 자동으로 탐침 교환이 가능한 주사 탐침 현미경)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 프로브 핸드에 장착된 칩 캐리어를 제거하고 새로운 칩 캐리어를 공급하여 칩 캐리어의 자동 교환이 가능한 원자 현미경 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 현미경은, 적어도 Z 방향으로 변위 가능한 스캐너와 연결되는 프로브 핸드의 단부에 착탈 가능하게 고정되는 칩 캐리어에 부착된 프로브 표면을 확대하여 보여줄 수 있도록 구성되는 비젼 장치를 포함한다. 상기 원자 현미경은, 상기 비젼 장치로부터의 광의 경로를 변경시키는 적어도 하나의 반사수단; 을 포함하며, 상기 적어도 하나의 반사수단은 상기 비젼 장치로부터의 광이 상기 프로브 핸드에 장착된 칩 캐리어의 표면에 도달할 수 있도록 형상 및 배치가 결정된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 반사수단은 상기 비젼 장치로부터의 광의 경로를 변경시키는 제1 반사수단과, 상기 제1 반사수단에 의해 변경된 광의 경로를 다시 변경시키는 제2 반사수단으로 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 프로브 핸드에서의 상기 칩 캐리어의 장착 유무를 판정하는 판정부; 를 더 구비하고, 상기 판정부는 상기 칩 캐리어의 표면으로부터의 반사광의 정도에 의해 상기 칩 캐리어의 장착 유무를 판정하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 칩 캐리어를 보관하고, 상기 프로브 핸드로부터 사용한 칩 캐리어를 받고, 보관되어 있던 칩 캐리어를 상기 프로브 핸드에 공급하도록 구성되는 칩 캐리어 교환 장치; 를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 칩 캐리어 교환 장치의 특정 위치 상에서의 칩 캐리어의 존재 유무를 판정하는 판정부; 를 더 구비하고, 상기 판정부는 상기 칩 캐리어 교환 장치의 특정 위치 상에서의 칩 캐리어의 표면으로부터의 반사광에 정도에 의해 상기 특정 위치 상에서의 칩 캐리어의 존재 유무를 판정하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 판정부는 상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 프로브 핸드에서의 상기 칩 캐리어의 장착 유무를 더 판정하도록 구성되고, 상기 판정부에 의한 판정에 따라 상기 프로브 핸드에 칩 캐리어를 장착하거나 교환하는 제어를 수행하는 제어부를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 판정부가 상기 프로브 핸드에 장착된 칩 캐리어가 없다고 판정한 경우에만 상기 제어부가 상기 프로브 핸드에서의 칩 캐리어의 교환을 행하도록 제어한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 상술한 원자 현미경에서, 칩 캐리어가 장착된 프로브 핸드에서 상기 칩 캐리어 교환 장치로 장착된 칩 캐리어를 전달하는 방법으로서, 상기 프로브 핸드를 상기 반사수단 상에 위치시키는 단계; 상기 판정부가 상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 프로브 핸드에서의 칩 캐리어의 장착 유무를 판정하는 단계; 상기 판정부가 상기 프로브 핸드에 칩 캐리어가 장착되어 있다고 판정한 경우, 상기 칩 캐리어 교환 장치의 기설정된 교환 위치 상에 상기 프로브 핸드를 위치시키는 단계; 상기 판정부가 상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 기설정된 교환 위치 상에 장착 대상인 칩 캐리어가 존재하는지 판정하는 단계; 및 상기 판정부가 상기 기설정된 교환 위치 상에 칩 캐리어가 존재하지 않는다고 판정한 경우, 상기 제어부가 상기 프로브 핸드로부터 장착된 칩 캐리어를 상기 교환 위치 상에 놓도록 제어를 행하는 단계; 를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 상술한 원자 현미경에서, 칩 캐리어가 장착되지 않은 프로브 핸드에 상기 칩 캐리어 교환 장치에 보관된 칩 캐리어를 장착하기 위한 방법으로서, 상기 프로브 핸드를 상기 반사수단 상에 위치시키는 단계; 상기 판정부가 상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 프로브 핸드에서의 칩 캐리어의 장착 유무를 판정하는 단계; 상기 판정부가 상기 프로브 핸드에 칩 캐리어가 장착되어 있지 않다고 판정한 경우, 상기 칩 캐리어 교환 장치의 기설정된 교환 위치 상에 상기 프로브 핸드를 위치시키는 단계; 상기 판정부가 상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 기설정된 교환 위치 상에 장착 대상인 칩 캐리어가 존재하는지 판정하는 단계; 및 상기 판정부가 상기 기설정된 교환 위치 상에 장착 대상인 칩 캐리어가 존재한다고 판정한 경우, 상기 제어부가 상기 프로브 핸드에 상기 장착 대상인 칩 캐리어를 장착하는 제어를 행하는 단계; 를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 상술한 원자 현미경을 제어하는 방법으로서, 상기 판정부가 상기 프로브 핸드에 칩 캐리어가 장착되어 있는지 판정하는 단계; 상기 판정부가 상기 칩 캐리어 교환 장치의 교환 위치 상에 칩 캐리어가 존재하고 있는지 판정하는 단계; 및 상기 판정부의 판정에 의거하여, 상기 제어부가 상기 원자 현미경을 제어하는 단계; 를 포함하며, 상기 제어하는 단계는, 상기 프로브 핸드에 칩 캐리어가 장착되었다고 판정된 경우에는 상기 프로브 핸드로부터 장착된 칩 캐리어를 상기 칩 캐리어 교환 장치의 교환 위치 중 칩 캐리어가 존재하지 않는다고 판정된 교환 위치에 상기 장착된 칩 캐리어를 내려 놓도록 제어하고, 상기 프로브 핸드에 칩 캐리어가 장착되지 않았다고 판정된 경우에는 상기 교환 위치 중 칩 캐리어가 존재한다고 판정된 교환 위치로부터 칩 캐리어를 공급받도록 제어함으로써 수행된다.
본 발명의 원자 현미경 및 그 제어방법에 따르면, 프로브 핸드에 장착된 칩 캐리어를 제거하고 새로운 칩 캐리어를 공급하여 칩 캐리어의 자동 교환이 가능하며, 충돌 등의 사고를 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 캐리어 교환 장치가 포함된 원자 현미경을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 원자 현미경의 헤드의 개략적인 측면도 및 프로브 핸드의 저면도이다.
도 3은 칩 캐리어의 평면도이다.
도 4는 칩 캐리어 교환 장치의 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4의 칩 캐리어 교환 장치의 측단면도이다.
도 6은 온 상태와 오프 상태를 나타낸 영구자석와 자기흐름연결부의 개략적인 측면도이다.
도 7은 다른 실시 형태의 구동부를 포함하는 캐리어 교환 장치의 측면도를 도시한다.
도 8은 다양한 변형례의 자기흐름연결부의 개략적인 사시도이다.
도 9는 칩 캐리어 교환 장치를 상측에서 본 개략적인 상면도이다.
도 10은 칩 캐리어 교환 장치의 특정 교환 위치에서 칩 캐리어가 존재하는지 여부를 판정하는 방식을 설명한 개략적인 측면도이다.
도 11은 4가지 상황 별로 얻어진 화상 데이터이다.
도 12는 프로브 핸드에 칩 캐리어가 장착되어 있는지 여부를 판정하는 방식을 설명한 개략적인 측면도이다.
도 13은 각 상황에 따른 비젼 장치로부터의 화상 데이터이다.
도 14는 프로브 핸드로부터 장착된 칩 캐리어를 제거하는 방법에 대한 순서도이다.
도 15는 프로브 핸드에 칩 캐리어 교환 장치의 칩 캐리어를 장착하는 방법에 대한 순서도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예의 원자 현미경의 예시적인 유저 인터페이스를 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 아울러, 제1 코팅 후 제2 코팅을 행한다 기재하였더라도, 그 반대의 순서로 코팅을 행하는 것도 본 발명의 기술적 사상 내에 포함되는 것은 물론이다.
본 명세서에서 도면부호를 사용함에 있어, 도면이 상이한 경우라도 동일한 구성을 도시하고 있는 경우에는 가급적 동일한 도면부호를 사용한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 원자 현미경의 실시예에 대해 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 원자 현미경에 포함되는 기본적 구성 및 칩 캐리어 교환 장치에 대해 설명한다.
도 1은 캐리어 교환 장치가 포함된 원자 현미경을 도시한 개략적인 사시도이며, 도 2는 도 1의 원자 현미경의 헤드의 개략적인 측면도 및 프로브 핸드의 저면도이고, 도 3은 칩 캐리어의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 원자 현미경 (1000) 은, 원자 현미경 본체 (1100) 와, 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 를 포함한다.
원자 현미경 본체 (1100) 는 공지의 원자 현미경의 구성을 가진다. 도 1의 예시에서, 원자 현미경 본체 (1100) 는, 헤드 (1110) 와, XY 스캐너 (1120) 와, XY 스테이지 (1130) 와, Z 스테이지 (1140) 와, 고정 프레임 (1150) 과, 비젼 장치 (1160) 를 포함하여 구성된다.
헤드 (1110) 는, 도 2를 참조하면, Z-스캐너 (1111) 와, 프로브 핸드 (1112) 를 포함한다. Z-스캐너 (1111) 는 프로브 핸드 (1112) 를 상하로 변위시키며, 액추에이터로서는 피에조 스택이 활용될 수 있다. 프로브 핸드 (1112) 는 Z-스캐너 (1111) 의 구동을 단부에 고정되는 칩 캐리어 (10) 에 전달한다.
프로브 핸드 (1112) 는 칩 캐리어 (10) 를 고정하는데, 본 실시예에서는 3개의 볼 (1213~1215) 및 영구자석 (1216) 이 사용된다. 칩 캐리어 (10) 의 캐리어 (11) 는 영구자석 (1116) 에 붙을 수 있는 자성체 재질로 이루어진다. 이에 따라 영구자석 (1116) 에 의해 고정될 수 있다.
한편, 영구자석 (1116) 과 칩 캐리어 (10) 가 접촉하는 것은 바람직하지 않기 때문에, 전도성 재질의 제1 볼 (1113), 비전도성 재질의 제2 볼 (1114) 및 제3 볼 (1115) 에 의해 칩 캐리어 (10) 는 영구자석 (1116) 으로부터 떨어진다. 제2 볼 (1114) 및 제3 볼 (1115) 은 루비, 사파이어 등의 재질로 이루어질 수 있다.
도 3을 참조하면, 칩 캐리어 (10) 는 캐리어 (11) 및 프로브 (14, 캔틸레버라고도 불림) 를 포함한다. 캐리어 (11) 에는 제2 볼 (1114) 및 제3 볼 (1115) 중 어느 하나가 안착되는 원형공 (12) 과 다른 하나가 안착되는 장공 (13) 이 형성된다. 제1 볼 (1113) 은 캐리어 (11) 표면에 접촉된다.
캐리어 (11) 는 영구자석에 붙을 수 있는 자성체 재질로 이루어지며, 빛의 반사도가 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 캐리어 (11) 는 금속으로 이루어지고 니켈 도금과 같은 전도성 도금이 행해질 수 있기 때문에, 보통 반사도가 높은 재질로 이루어진다.
이외에 헤드 (1110) 에는 레이저 장치 (미도시), 이 레이저 장치를 통해 만들어진 레이저 광을 프로브 (14) 의 캔틸레버 면에 정렬하기 위한 얼라인 (align) 수단 (미도시) 등의 공지 구성이 더 포함될 수 있으나, 도면의 도시 및 설명은 생략한다. 구체적으로 본 출원인인 파크 시스템스의 NXTM 시리즈 등에 적용된 비젼 장치가 예시될 수 있다.
다시 도 1로 돌아오면, XY 스캐너 (1120) 는 측정 대상 (1) 을 XY 평면에서 X 방향 및 Y 방향으로 스캔하도록 구성된다. 또한, XY 스테이지 (1130) 는 측정 대상 (1), XY 스캐너 (1120) 및 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 를 상대적으로 큰 변위로 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키도록 구성된다.
또한, Z 스테이지 (1140) 는 헤드 (1110) 를 상대적으로 큰 변위로 Z 방향으로 이동시키도록 구성된다. 또한, 고정 프레임 (1150) 은 XY 스테이지 (1130) 와 Z 스테이지 (1140) 를 고정하도록 구성된다.
비젼 장치 (1160) 는 프로브 (14) 의 캔틸레버 상에 배치되어, 칩 캐리어 (10) 에 부착된 캔틸래버 표면을 확대하여 보여줄 수 있도록 구성된다. 비젼 장치 (1160) 는 도 1에서 간략화하여 도시하였으나, 경통, 대물렌즈, 광공급장치 및 CCD 카메라를 포함하여, 광공급장치로부터 광을 공급받아 대물렌즈에 의해 확대되어진 화상을 CCD 카메라에서 시인 가능하게 변환하여 별도의 디스플레이 장치에 의해 보여질 수 있도록 구성된다.
또한, 비젼 장치 (1160) 는 고정 프레임 (1150) 에 고정될 수 있다. 그러나, 이와는 달리 고정 프레임 (1150) 에 고정되지 않고 다른 부재에 의해 고정될 수도 있다.
또한, 비젼 장치 (1160) 는 Z 축으로 이동될 수 있도록 구성되어, 캔틸레버 상을 보이게 하거나, 샘플 (1) 의 표면을 보이게 할 수도 있다. 즉, 비젼 장치 (1160) 의 초점은 Z 축을 따라 변경될 수 있다.
앞서도 언급했으나, 이러한 구성은 일반적인 원자 현미경의 구성에 해당된다.
칩 캐리어 교환 장치 (1200) 는 XY 스캐너 (1120) 와 다른 위치에 XY 스테이지 (1130) 상에 배치된다. 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 는 프로브 (14) 의 교환 필요 시에 XY 스테이지 (1130) 가 구동하여 비어있는 교환 위치로 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 를 이동시켜 사용한 칩 캐리어 (10) 를 놓고, 채워져 있는 교환 위치로 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 를 이동시켜 사용하지 않은 칩 캐리어 (10) 를 장착하는 방식으로 칩 캐리어 (10) 를 교환한다. 구체적인 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 구성은 이하에서 후술한다.
한편, Z-스캐너 (1211) 는 피에조 스택이 내장되어 프로브 핸드 (1112) 를 Z-방향으로만 구동시키는 경우를 예시하였으나, 튜브 스캐너가 내장되어 X-방향, Y-방향 및 Z-방향으로 모두 구동시키도록 구성될 수 있다. 도 1의 원자 현미경 장치의 경우 XY 스캐너 (1120) 를 별도로 가지고 있으므로, Z-스캐너 (1111) 가 Z 방향으로만 구동되도록 구성될 수 있다 (XY 스캔과 Z 스캔을 분리함). 그러나, 별도의 XY 스캐너를 가지지 않고, Z-스캐너가 튜브 스캐너를 내장함으로써 프로브 (14) 를 XY 평면 방향 뿐만 아니라 Z-방향으로 스캔하도록 구성될 수도 있다.
한편, 프로브 핸드 (1112) 는 상술한 방식 이외에 다양한 방식으로 칩 캐리어 (10) 를 고정할 수 있다. 예를 들어, 클립을 사용하여 칩 캐리어 (10) 를 기계적으로 고정할 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 프로브 핸드 (1112) 와 칩 캐리어 (10) 의 고정 방식은 예시에 불과하다. 즉, 프로브 핸드 (1112) 의 형상 및 칩 캐리어 (10) 의 형상 등은 다양하게 변형될 수 있음에 유의해야 한다.
도 4는 칩 캐리어 교환 장치의 개략적인 사시도이고, 도 5는 도 4의 칩 캐리어 교환 장치의 측단면도이며, 도 6은 온 상태와 오프 상태를 나타낸 영구자석와 자기흐름연결부의 개략적인 측면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 는, 자성체 재질의 캐리어 (11) 에 측정 수단 (14, 본 실시예에서는 프로브) 을 부착하여 구성되는 칩 캐리어 (10) 를 사용하여 측정을 행하는 주사탐침현미경 (본 명세서에서는 원자 현미경으로 예시) 의 헤드 (1110) 로부터 사용한 칩 캐리어 (10) 를 받고, 헤드 (1110) 에 새로운 칩 캐리어 (10) 를 공급한다.
칩 캐리어 교환 장치 (1200) 는, 영구자석 (1210) 과, 자기흐름연결부 (1220) 와, 구동부 (1230) 를 포함하여 구성된다.
영구자석 (1210) 은 N극 또는 S극이 자기흐름연결부 (1220) 를 향하도록 자기흐름연결부 (1220) 의 하측에 배치된다.
자기흐름연결부 (1220) 는 자기흐름이 통할 수 있는 자성체로 이루어지며, 캐리어 (11) 에 자기적인 영향을 미쳐 캐리어 (11) 를 고정할 수 있도록 구성된다. 자기흐름연결부 (1220) 의 재질로는 순철이 적합하나, 이외에도 다양한 재질이 선정될 수 있다.
자기흐름연결부 (1220) 는 하우징 (1201) 에 의해 고정될 수 있다. 하우징 (1201) 은 장치 (1200) 의 외측면을 형성한다. 도 4를 특히 참조하면, 자기흐름연결부 (1220) 는 그 단부만 외부에 드러나도록 구성되며, 자기흐름연결부 (1220) 와 캐리어 (11) 가 직접 접촉하지 못하도록 볼들 (1203, 1204) 이 배치된다. 볼들 (1203, 1204) 은 프로브 핸드 (1212) 의 단부의 제2 볼 (1114) 또는 제3 볼 (1115) 과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 칩 캐리어 (10) 가 보관될 때, 프로브 (14) 가 안착되는 제1 안착홈 (1205) 및 제2 안착홈 (1206) 이 형성되는 것이 바람직하다.
칩 캐리어 (10) 가 보관될 때, 원형공 (12) 및 장공 (13) 은 각각 볼들 (1203, 1204) 에 안착됨으로써, 칩 캐리어 (10) 의 위치가 결정되며, 안착 시 프로브 (14) 는 제1 안착홈 (1205) 및 제2 안착홈 (1206) 에 의해 손상없이 보존될 수 있다.
구동부 (1230) 는 영구자석 (1210) 을 구동시킴으로써, 캐리어 (11) 와 자기흐름연결부 (1220) 간의 자기력의 변화를 야기시킨다. 구동부 (1230) 는 본 실시예에서와 같이 영구자석 (1210) 에 대해 직선 운동을 일으킬 수도 있고, 회전 운동을 일으킬 수도 있다.
도 6을 특히 참조하면, 구동부 (1230) 는 온 상태와 오프 상태 사이에서 영구자석 (1210) 을 직선 구동한다. 도 6의 (a) 와 같이, 온 상태에서, 영구자석 (1210) 이 자기흐름연결부 (1220) 와 대면함에 따라 영구자석 (1210) 으로부터 야기되는 자기흐름이 캐리어 (11) 로 전달된다. 도 6의 (b) 와 같이, 오프 상태는 영구자석 (1210) 과 자기흐름연결부 (1220) 가 가장 멀리 떨어진 상태를 의미하며, 영구자석 (1210) 과 자기흐름연결부 (1220) 가 전혀 대면하지 않는 상태 뿐만 아니라, 일부 대면하는 상태를 포함한다. '가장 멀리 떨어진 상태'란 영구자석 (1210) 과 자기흐름연결부 (1220) 가 중심이 일치하는 상태 (온 상태) 를 벗어나, 중심이 일치하지 않음에 따라 자기흐름연결부 (1220) 를 통과하는 자기흐름이 저하된 상태를 포괄한다. 영구자석 (1210) 과 자기흐름연결부 (1220) 사이의 거리가 멀어질수록 급격히 (거리의 제곱에 비례하여) 캐리어 (11) 에 작용하는 자기력이 저하되는데, 캐리어 (11) 를 떼어내기 충분할 정도로 영구자석 (1210) 을 자기흐름연결부 (1220) 와 떨어뜨린 상태를 오프 상태라고 지칭할 수 있다. 즉, 오프 상태는 캐리어 (11) 에 대해 전혀 자기력을 작용하지 못하도록 하는 상태는 아님에 유의해야 한다.
한편, 오프 상태인 경우에도 도 6에서와 같이 자기흐름연결부 (1220) 가 영구자석 (1210) 에 일부 대면함으로써, 캐리어 (11) 에 약한 인력을 작용시키는 경우, 캐리어 (11) 가 프로브 핸드 (1112) 에 옮겨지기 전 오프 상태 시에 발생될 수 있는 예상치 못한 충격, 외부 자기력 등에 의한 캐리어 (11) 의 이탈을 방지할 수 있다.
구동부 (1230) 는 본 실시예에서와 같이 영구자석 (1210) 을 직선 구동할 경우, 모터가 사용될 수 있다. 리드 스크류 등에 의해 모터가 야기하는 회전 운동을 직선 운동으로 변환할 수 있다. 이외에도 구동부 (1230) 는 유압 실린더, 리니어 모터 등 다양한 방식이 채용될 수도 있다.
본 실시예에서, 다수의 칩 캐리어 (10) 의 고정을 제어하도록 자기흐름연결부 (1220) 와 영구자석 (1210) 은 일렬로 배치된다. 구동부 (1230) 는 배열 방향 (도 6에서는 좌우 방향) 으로 영구자석 (1210) 을 직선 이동시키는데, 이와는 달리 영구자석 (1210) 을 상하로 이동시킬 수도 있다. 영구자석 (1210) 을 상하로 이동시키더라도 캐리어 (11) 에 대한 자기력을 제어할 수 있다. 그러나, 이러한 배치는 장치 (1200) 의 두께를 증가시키고, 영구자석 (1210) 을 이동시키는데 더 많은 힘을 들이게 되어 구동부 (1230) 의 요구치가 높아지게 되는 단점을 지닌다. 하지만, 두꺼워져도 상관없고, 구동부 (1230) 의 세기가 증가되어도 상관없다면 이러한 변형 실시도 충분히 가능하다.
한편, 하우징 (1201) 에는 슬라이드 이동 가능하도록 결합되는 커버 (1202) 가 구비되는 것이 바람직하다. 미작동시에는 커버 (1202) 로 보관된 칩 캐리어 (10) 를 가림으로써 칩 캐리어 (10) 를 안전하게 보호할 수 있다.
도 7은 다른 실시 형태의 구동부를 포함하는 캐리어 교환 장치의 측면도를 도시한다.
도 7을 참조하면, 구동부 (미도시) 는 영구자석 (1210') 을 회전시킴으로써 온 상태와 오프 상태를 제어할 수도 있다. 온 상태 (도 7의 (a)와 같은 상태) 에서, 영구자석 (1210') 의 N극 또는 S극이 자기흐름연결부 (1220) 와 대면하고, 오프 상태 (도 7의 (b)와 같은 상태) 에서 영구자석 (1210') 의 어떠한 자극도 자기흐름연결부와 대면하지 않게 배치된다.
도 8은 다양한 변형례의 자기흐름연결부의 개략적인 사시도이다.
도 8과 같이 자기흐름연결부 (1220', 1220'', 1220''') 는 다양한 형태로 가공되어 사용될 수 있다. 자기흐름연결부 (1220', 1220'', 1220''') 는 순철로 가공성이 좋아, 영구자석 자체를 가공하는 것에 비해 큰 정밀도를 얻을 수 있는 장점이 있다. 따라서, 캐리어 (11) 와의 간격을 정밀하게 조정할 수 있다는 장점을 가진다.
자기흐름연결부 (1220', 1220'', 1220''') 는 영구자석 (1210) 과 대면하는 면과 캐리어 (11) 를 향하는 면 사이에 도 8의 (a) 와 같이 각진 부분이 존재하게 구성될 수도 있고, 도 8의 (b) 및 (c) 와 같이 점진적으로 두께가 변하는 부분 (T) 이 존재하게 구성될 수도 있다.
도 8의 (a) 와 같이 각진 부분이 존재하면, 영구자석 (1210) 으로부터의 자기흐름이 캐리어 (11) 측으로 온전히 전달되지 않고 자기 손실이 발생한다. 따라서, 영구자석 (1210) 으로부터의 자기흐름을 더 좋은 효율로 전달하기 위해서는 도 8의 (b) 및 (c) 와 같이 영구자석 (1210) 으로부터 캐리어 (11) 로의 자기흐름의 방향을 따라 그 두께가 점진적으로 변화하도록 외관 형상이 형성되는 것이 바람직하다.
도 8의 (b) 와 같이 영구자석 (1210) 과 대면하는 면에 비해 캐리어 (11) 와 대면하는 면이 크게 형성될 수도 있고, 도 8의 (c) 와 같이 작게 형성될 수도 있다. 이러한 비율의 결정은 설계 사양에 맞춰 적절히 이루어질 수 있다.
상술한 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 및 이를 포함하는 원자 현미경 장치 (1000) 에 따르면, 온 상태와 오프 상태 간의 변경 시 필요한 로드를 줄임으로써 장치의 소형화를 이룰 수 있고, 가공성이 좋은 순철을 사용하고 표준품의 영구자석을 사용함으로써 불량률을 획기적으로 줄여 생산비용을 절감할 수 있다.
한편, 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 구성은 예시에 불과하고, 다른 구성을 가진 칩 캐리어 교환 장치가 본 발명의 원자 현미경에 비제한적으로 사용될 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 원자 현미경의 구성에 대해 더 설명한다.
도 9는 칩 캐리어 교환 장치를 상측에서 본 개략적인 상면도이다.
도 9를 참조하면, 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 상면에는 복수개의 교환 위치가 배치된다. 여기서 '교환 위치'란, 칩 캐리어 (10) 가 보관될 수 있게 설정된 특정 위치들을 나타내며, 도 4에서와 같이 최소한 볼들 (1203, 1204) 및 자기흐름연결부 (1220) 의 조합을 포함하는 위치들을 의미한다.
이러한 교환 위치들의 개수나 배치는 다양하게 설정될 수 있는데, 도 9에서는 총 12개의 교환 위치들이 3행, 4열로 배치된 것을 예시한다.
교환 위치들은 크게 칩 캐리어 (10) 가 장착된 교환 위치와 장착되지 않은 교환 위치로 그 상태가 나뉠 수 있으며, 도 9에서는 ⑤, ⑨~⑫의 교환 위치는 비어 있고, ①~④ 및 ⑥~⑧은 채워져 있는 것을 예시한다. 칩 캐리어 (10) 가 장착된 , ①~④ 및 ⑥~⑧의 칩 캐리어 (10) 는 이미 사용된 것일 수도 있고, 사용될 것일 수도 있다.
도 10은 칩 캐리어 교환 장치의 특정 교환 위치에서 칩 캐리어가 존재하는지 여부를 판정하는 방식을 설명한 개략적인 측면도이고, 도 11은 4가지 상황 별로 얻어진 화상 데이터이다.
도 10과 같이, 비젼 장치 (1160) 가 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 특정 교환 위치 상에 위치하도록 XY 스테이지 (1130) 를 조작한다. 이때, 프로브 핸드 (1112) 에 장착되어 있는 프로브 (14) 가 특정 교환 위치에 배치된 칩 캐리어 (10) 의 프로브 (14) 의 안쪽에 위치하여, 비젼 장치 (1160) 의 초점이 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 에 장착된 칩 캐리어 (10) 의 캐리어 (11) 상에 위치하도록 조작한다. 여기서 Y는 1000~2000㎛일 수 있고, 바람직하게는 1500㎛일 수 있다.
Z 스테이지 (1140) 는 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 칩 캐리어 (10) 와 프로브 핸드 (1112) 의 칩 캐리어 (10) 간의 거리가 Z 만큼 떨어지게 조작된다. 여기서 Z는 1500~2500㎛일 수 있고, 바람직하게는 2000㎛일 수 있다.
비젼 장치 (1160) 의 초점은 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 칩 캐리어 (10) 의 상측에 맺히도록 비젼 장치 (1160) 를 조작함이 바람직하며, 프로브 핸드 (1112) 에 장착된 칩 캐리어 (10) 의 프로브 (14) 로부터 하측으로 F만큼 떨어진 위치에 초점이 맺히도록 한다. 여기서 F는 Z보다 작아야 하는데, F는 Z의 70% 내지 90%인 것이 바람직하다.
Y, F 및 Z 의 설정은 설계에 따라 적합하게 정할 수 있다. Y, F 및 Z 값이 설정되면, 자동으로 XY 스테이지 (1130), Z 스테이지 (1140) 및 비젼 장치 (1160) 의 Z 방향 변위 장치 (미도시) 를 구동시켜, 칩 캐리어 (10) 가 존재하는지를 검사하고 싶은 특정 교환 위치 상에 도 10과 같이 프로브 핸드 (1112) 및 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 를 배치할 수 있다.
이러한 조작에 의해, 만약 칩 캐리어 (10) 가 도 9와 같이 특정 교환 위치 상에 존재하면, 칩 캐리어 (10) 표면에서 비젼 장치 (1160) 에서의 조명이 반사되어 비젼 장치 (1160) 로부터 얻어지는 화상 데이터를 디스플레이할 경우 밝은 화면이 얻어지게 된다. 이와는 달리, 칩 캐리어 (10) 가 특정 교환 위치 상에 존재하지 않으면 비젼 장치 (1160) 는 어두운 화면을 출력하게 된다.
도 11의 (a) 및 (b) 를 참조하면, 칩 캐리어 (10) 가 프로브 핸드 (1112) 에 장착되었는지 유무에 관계없이 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 특정 교환 위치에 칩 캐리어 (10) 가 존재할 경우, 밝은 화상 데이터가 얻어지는 것을 알 수 있다. 광 강도 히스토그램 (light intensity histogram) 을 보면 평균 255를 나타내어 강한 광 강도를 나타냄을 알 수 있다.
도 11의 (c) 및 (d) 를 참조하면, 칩 캐리어 (10) 가 프로브 핸드 (112) 에 장착되었는지 유무에 관계없이 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 특정 위치에 칩 캐리어 (10) 가 존재하지 않을 경우, 상대적으로 어두운 화상 데이터가 얻어지는 것을 알 수 있다. 광 강도 히스토그램을 보면 프로브 핸드 (1112) 에 칩 캐리어 (10) 가 장착된 경우에는 평균 120을 나타내고, 장착되지 않은 경우에는 평균 123을 나타냄을 알 수 있다.
이렇듯 비젼 장치 (1160) 를 특정 교환 위치 상에 위치 시키면, 비젼 장치 (1160) 로부터 얻어지는 화상 데이터 (예를 들어, 광 강도 등) 에 의해 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 특정 교환 위치에 칩 캐리어 (10) 가 존재하는지, 즉 칩 캐리어 (10) 가 로딩이 될 수 있는 상태에 있는지 확인할 수 있다.
도 12는 프로브 핸드에 칩 캐리어가 장착되어 있는지 여부를 판정하는 방식을 설명한 개략적인 측면도이며, 도 13은 각 상황에 따른 비젼 장치로부터의 화상 데이터이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 원자 현미경은 비젼 장치 (1160) 로부터의 광의 경로를 변경시키는 적어도 하나의 반사수단 (1310, 1320) 을 포함한다. 반사수단 (1310, 1320) 은 비젼 장치 (1160) 로부터의 광이 프로브 핸드 (1112) 에 장착된 칩 캐리어 (10) 의 표면에 도달할 수 있도록 형상 및 배치가 결정된다.
본 실시예에서 반사수단은 제1 반사수단 (1310) 과 제2 반사수단 (1320) 으로 구성되는 것을 예시한다. 제1 반사수단 (1310) 은 비젼 장치 (1160) 로부터의 광의 경로를 변경시키고, 제2 반사수단 (1320) 은 제1 반사수단 (1310) 에 의해 변경된 광의 경로를 다시 변경시킨다.
구체적으로 제1 반사수단 (1310) 및 제2 반사수단 (1320) 은 비젼 장치 (1160) 로부터의 조명용 광을 두번 반사시켜 프로브 핸드 (1112) 에 장착된 칩 캐리어 (10) 의 하면을 비추게 하고, 이 칩 캐리어 (10) 로부터 반사된 광을 다시 반사하여 비젼 장치 (1160) 에 전달하는 역할을 수행한다.
제1 반사수단 (1310) 및 제2 반사수단 (1320) 은 반사율이 높은 재질, 예를 들어 거울, 합성수지재 반사판 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 칩 캐리어 (10) 로부터의 반사광을 직접 받는 제2 반사수단 (1320) 은 오목한 외측 형상 (오목거울) 으로 형성되는 것이 반사광을 제1 반사수단 (1310) 으로 집중시킬 수 있어 바람직하다. 제1 반사수단 (1310) 도 오목한 형상으로 형성될 수도 있으나, 제2 반사수단 (1320) 이 오목한 형상인 경우 제1 반사수단 (1310) 까지 오목한 형상일 필요는 없다.
한편, 반사수단 (1310, 1320) 은 1개 일수도, 3개 이상일수도 있다. 다양한 변형 실시예들이 가능하며, 칩 캐리어 (10) 의 하단 표면으로부터의 반사광을 비젼 장치 (1160) 만 전달할 수 있으면 된다.
판정부 (미도시) 는 비젼 장치 (1160) 로부터의 데이터에 의하여 프로브 핸드 (1112) 에서의 칩 캐리어 (10) 의 장착 유무를 판정한다. 판정부는 컴퓨팅 장치, 별도의 컨트롤러일 수 있다. 판정부는 칩 캐리어 (10) 표면으로부터의 반사광의 정도에 의해 칩 캐리어 (10) 의 장착 유무를 판정하도록 구성된다.
도 13을 참조하면, 칩 캐리어 (10) 가 프로브 핸드 (1112) 에 장착되어 있지 않으면 어두운 화상 데이터가 얻어졌고 (도 13의 (a) 참조), 프로브 핸드 (1112) 에 장착되어 있으면 밝은 화상 데이터가 얻어졌다 (도 13의 (b) 참조). 반면, 프로브 핸드 (1112) 에 칩 캐리어 (10) 가 장착되어 있더라도 잘못된 상대 위치로 프로브 핸드 (1112) 와 반사수단들 (1310, 1320) 이 위치하면 어두운 화상 데이터가 얻어졌다 (도 13의 (c) 참조).
판정부는 비젼 장치 (1160) 로부터 얻어진 광의 세기 (intensity) 를 비교하여 프로브 핸드 (1112) 에 칩 캐리어 (10) 가 장착되었는지 판정할 수 있다. 도 13에서는 광의 세기는 (a) 내지 (c) 의 경우에 따라 각각 16.275, 140.653, 11.367임을 알 수 있다.
도 14는 프로브 핸드로부터 장착된 칩 캐리어를 제거하는 방법에 대한 순서도이고, 도 15는 프로브 핸드에 칩 캐리어 교환 장치의 칩 캐리어를 장착하는 방법에 대한 순서도이다.
도 14를 참조하면, 상술한 구성을 가지는 원자 현미경에서, 칩 캐리어 (10) 가 장착된 프로브 핸드 (1112) 에서 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 로 장착된 칩 캐리어 (10) 를 전달하는 방법이 일렬의 순서로 전개된다.
먼저, 도 12와 같이 프로브 핸드 (1112) 를 반사수단 (1310, 1320) 상에 위치시킨다 (S110). 프로브 핸드 (1112) 및 반사수단 (1310, 1320) 중 적어도 하나를 이동시킬 수 있으나, 도 1과 같은 장치에 따르면, 반사수단 (1310, 1320) 이 XY 스테이지 (1130) 에 배치됨에 따라, 반사수단 (1310, 1320) 이 이동될 수 있다.
다음으로, 판정부가 비젼 장치 (1160) 로부터의 데이터에 의하여 프로브 핸드 (1112) 에서의 칩 캐리어 (10) 의 장착 유무를 판정한다 (S120). 본 실시예에서는 광 강도를 측정함으로써, 특정값을 넘으면 칩 캐리어 (10) 가 장착되었다고 판정하고, 넘지 않으면 미장착되었다고 판정한다.
만약, 미장착되었다고 판정될 경우, 제거할 칩 캐리어 (10) 가 존재하지 않으므로, 오류 처리 한다 (S130).
그러나, 장착되었다고 판정될 경우, 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 기설정된 교환 위치 상에 프로브 핸드 (1112) 를 위치시킨다 (S140). 교환 위치 중 어느 위치를 특정할 것인지는 사용자의 수동 설정에 의해 정해질 수 있고, 미리 설정된 로직에 따라 자동으로 설정될 수 있다.
다음으로, 판정부가 비젼 장치 (1160) 로부터의 데이터에 의하여 기설정된 교환 위치 상에 장착 대상인 칩 캐리어 (10) 가 존재하는지 여부를 판정한다 (S150). 본 실시예에서는 광 강도를 측정함으로써, 특정값을 넘으면 칩 캐리어 (10) 가 존재한다고 판정하고, 넘지 않으면 미존재한다고 판정한다.
만약, 존재한다고 판정될 경우, 칩 캐리어 (10) 를 놓을 위치가 채워져 있기 때문에, 오류 처리 한다 (S160).
그러나, 미존재한다고 판정될 경우, 제어부는 프로브 핸드 (1112) 로부터 장착된 칩 캐리어 (10) 를 교환 위치 상에 놓도록 제어를 행한다 (S170). 즉, 기설정된 교환 위치 상에 칩 캐리어 (10) 를 전달한다.
상술한 일련의 단계에 의해 안전하게 프로브 핸드 (1112) 에 장착된 칩 캐리어 (10) 가 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 로 전달되어 제거될 수 있다.
도 15를 참조하면, 상술한 구성을 가지는 원자 현미경에서, 칩 캐리어 (10) 가 장착되지 않은 프로브 핸드 (1112) 에 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 에 보관된 칩 캐리어 (10) 를 장착하는 방법이 일렬의 순서로 전개된다.
먼저, 도 12와 같이 프로브 핸드 (1112) 를 반사수단 (1310, 1320) 상에 위치시킨다 (S210). 이 단계 (S210) 는 상술한 S110 단계와 동일하므로, 설명은 생략한다.
다음으로, 판정부가 비젼 장치 (1160) 로부터의 데이터에 의하여 프로브 핸드 (1112) 에서의 칩 캐리어 (10) 의 장착 유무를 판정한다 (S220). 이 단계 (S220) 는 상술한 S120 단계와 동일하므로, 설명은 생략한다.
만약, 장착되었다고 판정될 경우, 프로브 핸드 (1112) 에 새로운 칩 캐리어 (10) 를 장착할 수 없으므로, 오류 처리 한다 (S230).
그러나, 미장착되었다고 판정될 경우, 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 기설정된 교환 위치 상에 프로브 핸드 (1112) 를 위치시킨다 (S240). 이 단계 (S240) 는 상술한 S140 단계와 동일하므로, 설명은 생략한다.
만약, 미존재한다고 판정될 경우, 장착할 칩 캐리어 (10) 가 존재하지 않기 때문에, 오류 처리 한다 (S260).
그러나, 존재한다고 판정될 경우, 제어부는 프로브 핸드 (1112) 에 장착 대상인 칩 캐리어 (10) 를 장착하는 제어를 행한다 (S270). 즉, 기설정된 교환 위치 상의 칩 캐리어 (10) 를 전달받는다.
상술한 일련의 단계에 의해 안전하게 비어있는 프로브 핸드 (1112) 에 칩 캐리어 (10) 를 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 로부터 전달받아 장착할 수 있다.
도 14 및 도 15의 일련의 제어들은, 아래와 같은 단계들로 요약될 수 있다.
판정부가 프로브 핸드 (1112) 에 칩 캐리어 (10) 가 장착되어 있는지 판정하는 단계, 판정부가 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 교환 위치 상에 칩 캐리어 (10) 가 존재하고 있는지 판정하는 단계 및 판정부의 판정에 의거하여, 제어부가 원자 현미경을 제어하는 단계에 의해, 칩 캐리어 (10) 가 교환될 수 있다.
구체적으로, 상술한 제어하는 단계는, 프로브 핸드 (1112) 에 칩 캐리어 (10) 가 장착되었다고 판정된 경우에는 프로브 핸드 (1112) 로부터 장착된 칩 캐리어 (10) 를 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 교환 위치 중 칩 캐리어 (10) 가 존재하지 않는다고 판정된 교환 위치에 장착된 칩 캐리어 (10) 를 내려 놓도록 제어하고, 프로브 핸드 (1112) 에 칩 캐리어 (10) 가 장착되지 않았다고 판정된 경우에는 교환 위치 중 칩 캐리어 (10) 가 존재한다고 판정된 교환 위치로부터 칩 캐리어 (10) 를 공급받도록 제어함으로써 수행된다.
즉, 프로브 핸드 (1112) 에 칩 캐리어 (10) 가 존재하는지 여부 및 칩 캐리어 교환 장치 (1200) 의 특정 교환 위치에 칩 캐리어 (10) 가 존재하는 여부를 판정부에 의해서 확인한 후, 칩 캐리어 (10) 의 교환을 행한다. 이에 의해, 칩 캐리어 (10) 가 충돌하여 파손되거나, 장착되지 않는 경우를 미연에 방지할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예의 원자 현미경의 예시적인 유저 인터페이스를 나타낸다.
도 16을 참조하면, “NCHR”과 같이 프로브의 종류를 패턴 ID로 저장하고 각 교환 위치 (1~12) 에 프로브를 포함하는 칩 캐리어가 존재하는지 표시할 수 있다. 비어있는 것 (EMPTY), 사용하지 않은 프로브가 부착된 칩 캐리어 존재 (NEW), 사용한 프로브가 부착된 칩 캐리어 존재 (USED) 및 불량의 프로브가 부착된 칩 캐리어 존재 (BAD) 등으로 분류하여 색으로 표시할 수 있다.
이러한 유저 인터페이스는 예시에 불과하며, 다양하게 변형 실시가 가능함은 물론이다.
상술한 원자 현미경 및 그 제어 방법에 따르면, 프로브의 교환을 자동으로 행함과 함께, 충돌 등에 의한 사고를 방지할 수 있다. 이에 따라, 보다 개선된 원자 현미경의 자동화를 제공할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1100…원자 현미경
1110…헤드
1111…Z 스캐너
1112…프로브 핸드
1120…XY 스테이지
1130…XY 스캐너
1140…Z 스테이지
1150…고정 프레임
1160…비젼 장치
1200…칩 캐리어 교환 장치
1210…영구자석
1220, 1220', 1220'', 1220'''…자기흐름연결부
1230…구동부
1310…제1 반사수단
1320…제2 반사수단

Claims (10)

  1. 적어도 Z 방향으로 변위 가능한 스캐너와 연결되는 프로브 핸드의 단부에 착탈 가능하게 고정되는 칩 캐리어에 부착된 프로브 표면을 확대하여 보여줄 수 있도록 구성되는 비젼 장치를 포함하는 원자 현미경에 있어서,
    상기 비젼 장치로부터의 광의 경로를 변경시키는 적어도 하나의 반사수단; 을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 반사수단은 상기 비젼 장치로부터의 광이 상기 프로브 핸드에 장착된 칩 캐리어의 하면에 도달할 수 있도록 형상 및 배치가 결정되는, 원자 현미경.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반사수단은 상기 비젼 장치로부터의 광의 경로를 변경시키는 제1 반사수단과, 상기 제1 반사수단에 의해 변경된 광의 경로를 다시 변경시키는 제2 반사수단으로 구성되는, 원자 현미경.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 프로브 핸드에서의 상기 칩 캐리어의 장착 유무를 판정하는 판정부; 를 더 구비하고,
    상기 판정부는 상기 칩 캐리어의 표면으로부터의 반사광의 정도에 의해 상기 칩 캐리어의 장착 유무를 판정하도록 구성되는, 원자 현미경.
  4. 제1 항에 있어서,
    칩 캐리어를 보관하고, 상기 프로브 핸드로부터 사용한 칩 캐리어를 받고, 보관되어 있던 칩 캐리어를 상기 프로브 핸드에 공급하도록 구성되는 칩 캐리어 교환 장치; 를 더 포함하는, 원자 현미경.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 칩 캐리어 교환 장치의 특정 위치 상에서의 칩 캐리어의 존재 유무를 판정하는 판정부; 를 더 구비하고,
    상기 판정부는 상기 칩 캐리어 교환 장치의 특정 위치 상에서의 칩 캐리어의 표면으로부터의 반사광에 정도에 의해 상기 특정 위치 상에서의 칩 캐리어의 존재 유무를 판정하도록 구성되는, 원자 현미경.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 판정부는 상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 프로브 핸드에서의 상기 칩 캐리어의 장착 유무를 더 판정하도록 구성되고,
    상기 판정부에 의한 판정에 따라 상기 프로브 핸드에 칩 캐리어를 장착하거나 교환하는 제어를 수행하는 제어부를 더 포함하는, 원자 현미경.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 판정부가 상기 프로브 핸드에 장착된 칩 캐리어가 없다고 판정한 경우에만 상기 제어부가 상기 프로브 핸드에서의 칩 캐리어의 교환을 행하도록 제어하는, 원자 현미경.
  8. 상기 제6 항에 따른 원자 현미경에서, 칩 캐리어가 장착된 프로브 핸드에서 상기 칩 캐리어 교환 장치로 장착된 칩 캐리어를 전달하는 방법으로서,
    상기 프로브 핸드를 상기 반사수단 상에 위치시키는 단계;
    상기 판정부가 상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 프로브 핸드에서의 칩 캐리어의 장착 유무를 판정하는 단계;
    상기 판정부가 상기 프로브 핸드에 칩 캐리어가 장착되어 있다고 판정한 경우, 상기 칩 캐리어 교환 장치의 기설정된 교환 위치 상에 상기 프로브 핸드를 위치시키는 단계;
    상기 판정부가 상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 기설정된 교환 위치 상에 장착 대상인 칩 캐리어가 존재하는지 판정하는 단계; 및
    상기 판정부가 상기 기설정된 교환 위치 상에 칩 캐리어가 존재하지 않는다고 판정한 경우, 상기 제어부가 상기 프로브 핸드로부터 장착된 칩 캐리어를 상기 교환 위치 상에 놓도록 제어를 행하는 단계; 를 포함하는, 프로브 핸드로부터 칩 캐리어를 칩 캐리어 교환 장치로 전달하기 위한 방법.
  9. 상기 제6 항에 따른 원자 현미경에서, 칩 캐리어가 장착되지 않은 프로브 핸드에 상기 칩 캐리어 교환 장치에 보관된 칩 캐리어를 장착하기 위한 방법으로서,
    상기 프로브 핸드를 상기 반사수단 상에 위치시키는 단계;
    상기 판정부가 상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 프로브 핸드에서의 칩 캐리어의 장착 유무를 판정하는 단계;
    상기 판정부가 상기 프로브 핸드에 칩 캐리어가 장착되어 있지 않다고 판정한 경우, 상기 칩 캐리어 교환 장치의 기설정된 교환 위치 상에 상기 프로브 핸드를 위치시키는 단계;
    상기 판정부가 상기 비젼 장치로부터의 데이터에 의하여 상기 기설정된 교환 위치 상에 장착 대상인 칩 캐리어가 존재하는지 판정하는 단계; 및
    상기 판정부가 상기 기설정된 교환 위치 상에 장착 대상인 칩 캐리어가 존재한다고 판정한 경우, 상기 제어부가 상기 프로브 핸드에 상기 장착 대상인 칩 캐리어를 장착하는 제어를 행하는 단계; 를 포함하는, 프로브 핸드에 칩 캐리어를 장착하기 위한 방법.
  10. 상기 제6 항에 따른 원자 현미경을 제어하는 방법으로서,
    상기 판정부가 상기 프로브 핸드에 칩 캐리어가 장착되어 있는지 판정하는 단계;
    상기 판정부가 상기 칩 캐리어 교환 장치의 교환 위치 상에 칩 캐리어가 존재하고 있는지 판정하는 단계; 및
    상기 판정부의 판정에 의거하여, 상기 제어부가 상기 원자 현미경을 제어하는 단계; 를 포함하며,
    상기 제어하는 단계는, 상기 프로브 핸드에 칩 캐리어가 장착되었다고 판정된 경우에는 상기 프로브 핸드로부터 장착된 칩 캐리어를 상기 칩 캐리어 교환 장치의 교환 위치 중 칩 캐리어가 존재하지 않는다고 판정된 교환 위치에 상기 장착된 칩 캐리어를 내려 놓도록 제어하고, 상기 프로브 핸드에 칩 캐리어가 장착되지 않았다고 판정된 경우에는 상기 교환 위치 중 칩 캐리어가 존재한다고 판정된 교환 위치로부터 칩 캐리어를 공급받도록 제어함으로써 수행되는, 원자 현미경을 제어하는 방법.
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