KR102465470B1 - Cp 융합 전자현미경의 시료대 로딩 구조와, 이에 구비되는 이송 유닛, 및 시료대 홀더 - Google Patents

Cp 융합 전자현미경의 시료대 로딩 구조와, 이에 구비되는 이송 유닛, 및 시료대 홀더 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 CP 융합 전자현미경의 시료대 로딩 구조는 CP유닛에 의해 이온 밀링이 완료된 후 시료대를 자동으로 SEM 유닛의 시료대 홀더에 안착시킬 수 있다. 특히, 시료대와 이송유닛이 단순하면서도 견고하게 체결되므로 시료대가 이송되는 도중에 분리되는 것이 방지되고, 시료대 홀더와 시료대 사이에 약간의 오차가 있더라도 시료대가 시료대 홀더에 안착된다는 특징을 갖는다.

Description

CP 융합 전자현미경의 시료대 로딩 구조와, 이에 구비되는 이송 유닛, 및 시료대 홀더 {Specimen mount loading structure of electron microscope provided with cross-section polisher, transfer unit and specimen mount holder provided therein}
본 발명은 CP 융합 전자현미경의 시료대 로딩 구조에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는 CP 유닛에 의해 이온 밀링이 완료된 후 시료대를 자동으로 SEM 유닛의 시료대 홀더에 안착시킬 수 있고 특히, 시료대와 이송 유닛이 단순하면서도 견고하게 체결되므로 시료대가 이송되는 도중에 분리되는 것이 방지되고 시료대 홀더와 시료대 사이에 약간의 오차가 있더라도 시료대가 시료대 홀더에 안착되는 로딩 구조에 대한 것이다.
아울러, 본 발명은 이러한 로딩 구조에 구비되는 이송 유닛과 시료대 홀더에 대한 것이기도 하다.
일반적으로, 주사전자 현미경은 전자빔을 시료에 주사하고 시료에서 발생되는 이차 전자(secondary electron) 또는 반사 전자(back scattered electron) 등을 검출하여 대상 시료의 영상을 획득한다. 주사전자 현미경을 이용하여 시료를 관찰하기 위해서는 시료를 전처리해야 하는데, 이를 위해 이온 밀링(ion milling)을 한다.
이온 밀링은 본래 화학적 연마가 어려운 세라믹이나 반도체 시료를 연마하기 위해 시작되었으나, 현재는 이들 소재는 물론이고 금속 등 여러 재료들의 연마에 이용되는 가장 일반적인 방법이다. 이차전지, 커넥터, MLCC 등과 같이 다양한 소재의 연구개발에서 단면 관찰은 필수적인 것으로서, 이를 분석하기 위해 이온빔 연마가 더욱 증가하고 있다.
이러한 이온 밀링 기능을 갖는 CP 융합 전자현미경이 있는데, CP 융합 전자현미경은 단면 식각 제작 장치(CP 유닛)와 주사 전자현미경(SEM 유닛)이 일체로 된 장비로서, 시편 제작 후 이를 대기 중에 노출시키지 않고 시편에 대한 온도제어와 이온 코팅작업을 거쳐서 SEM으로 관찰할 수 있는 장비이다.
도 1은 CP 융합 전자현미경(CP-SEM)을 보여주는 사시도이고, 도 2는 CP 융합 전자현미경(CP-SEM)을 보여주는 평면도이다. CP 융합 전자현미경(CP-SEM)은 CP 유닛과 SEM 유닛을 포함한다.
CP 유닛은 이온 건과 챔버와 시료대 및 스테이지 등으로 구성되어 있다. CP 유닛은 이온 건으로부터 방사된 이온 빔을 시편(시료, 샘플 등)에 입사시켜 식각하고, 시편의 종류에 따라 이온 빔에 의하여 발생되는 열에 의한 손상을 막기 위하여 냉각장치(도면에 미도시)를 이용하여 시편에 대한 온도 제어를 한다.
이와 같이 이온 빔으로 가공된 시편을, SEM으로 관찰할 수 있도록 전처리를 위하여, 이송 유닛을 이용하여 시료대에서 시편을 분리한 다음 ~10-1 Torr 정도의 진공 상태에서 이온 코터부로 시편을 이송하여 이온 코팅을 실시한다.
이온 코터부와 SEM 유닛 사이에 진공 분리가 가능하도록 게이트 밸브가 설치되어 있는데, 상기 이온 코팅 후 SEM으로의 시편 이송을 위하여 SEM의 챔버 진공을 ~10-1 Torr 범위로 유지시킨 후 게이트 밸브를 열고 이송 유닛을 이용하여 이온 코터에서 SEM 유닛으로 시편을 이송한다. 이어서, SEM 관찰을 위한 고진공을 형성하기 위하여 게이트 밸브를 닫고 ~10-6 Torr 범위의 진공 상태에서 시편을 관찰한다.
도 3a~3b는 SEM 유닛 또는 CP 유닛에 설치된 시료대 홀더에 시료대가 설치되는 과정을 보여준다.
도면에 나타난 바와 같이, 로딩 장치의 봉의 끝단에 운반 걸쇠가 설치되고, 이 운반 걸쇠에 시료대가 착탈 가능하게 설치된다. 그리고, 봉의 회전에 의해 시료대가 시료대 홀더에 안착하게 된다.
그러나, 상기 시료대는 카본 테이프를 이용하여 시편을 시료대에 탈부착하므로 마스크와 시편의 높이 조절을 정밀하게 할 수 없으며 단면 식각률이 낮고 샘플 표면이 매끄럽지 못하다는 문제점을 갖고 있다.
그리고, 상기 장착 구조는 시료대 홀더가 정확한 위치에 있어야만 시료대가 시료대 홀더에 안착할 수 있고 약간의 오차만 있어도 안착이 불가능하다는 문제점이 있다. 또한, 이 구조는 운반 걸쇠와 시료대가 볼 플런저에 의해 체결되는 방식을 갖는데, 스테이지의 움직임에 대해 불안하다는 문제점도 갖고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, CP 유닛에 의해 이온 밀링이 완료된 후, 시료대(100)를 자동으로 SEM 유닛의 시료대 홀더(300)에 안착시킬 수 있고 특히, 시료대(100)와 이송 유닛(200)이 단순하면서도 견고하게 체결되므로 시료대(100)가 이송되는 도중에 분리되는 것이 방지되고 시료대 홀더(300)와 시료대(100) 사이에 약간의 오차가 있더라도 시료대(100)가 시료대 홀더(300)에 안착되는 로딩 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 시료대(100)가 시료대 홀더(300a)에 설치된 상태로 이온 밀링이 이루어지고, 이온 밀링이 완료되면 이 상태에서 시료대 홀더(300a)를 SEM 유닛을 향하도록 회전시킨 후, 이송 유닛(200)을 이용하여 시료대(100)를 SEM 유닛의 시료대 홀더(300)에 슬라이딩시켜서 안착시키는 로딩 구조를 제공하는데 있다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은 이러한 로딩 구조에 구비되는 이송 유닛(200)과 시료대 홀더(300)(300a)를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로딩 구조는, 시료대(100)의 일측면에 구비된 장착부(180); 장착부(180)에 착탈 가능하게 결합되는 이송 유닛(200); 및, SEM 유닛에 설치되고, 이송 유닛(200)에 의해 이동된 시료대(100)가 슬라이딩되면서 장착되는 시료대 홀더(300);를 포함한다.
이송 유닛(200)은 CP 유닛에 위치한 시료대(100)를 SEM 유닛으로 이동시켜서 시료대 홀더(300)에 장착한다.
이송 유닛(200)의 선단에는 전,후진 이동 및 회전이 가능한 걸쇠(210)가 설치되고, 걸쇠(210)가 장착부(180)에 삽입되어 된 후 회전되는 것에 의해 걸쇠(210)가 장착부(180)에 결합되며, 걸쇠(210)가 상기 회전과 반대되는 방향으로 회전된 후 후진되는 것에 의해 장착부(180)와 분리될 수 있다.
이송 유닛(200)은, 걸쇠(210)가 그 선단에 설치되고 시료대(100)와 시료대 홀더(300)에 대해 전,후진 이동되는 메인 봉(220); 메인 봉(220)을 전,후진 이동시키기 위한 제1 구동부(230); 걸쇠(210)를 회전시키기 위한 제2 구동부(240); 및, CP유닛에 의한 이온 밀링이 완료되면 걸쇠(210)가 장착부(180)에 삽입 및 회전되어 장착부(180)에 체결되도록 하고, 이어서 메인 봉(220)을 전진시켜 시료대(100)를 시료대 홀더(300)에 슬라이딩시켜서 장착하며, 상기 장착이 완료되면 걸쇠(210)를 상기 회전 방향과 반대로 회전시킨 후 후진하도록 하여 장착부(180)와 분리시키는 제어부;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 장착부(180)는, 시료대(100)의 일측면에 구비된 체결홈(181); 및, 체결홈(181)에 삽입되어 설치된 탄성 클립(186);을 포함할 수 있다.
탄성 클립(186)은 탄성 복원력을 갖도록 소정 간격(s)으로 이격된 제1,2 레그(187)(188)를 포함하며, 탄성 클립(186)은 체결홈(181)의 길이 방향과 교차되는 방향으로 삽입되어 설치될 수 있다.
걸쇠(210) 선단의 단면 높이(h)와 단면 폭(w) 중에서 어느 하나는 제1,2 레그(187)(188) 사이의 간격(s) 보다 좁고 나머지 어느 하나는 간격(s) 보다 넓을 수 있다. 걸쇠(210)가 체결홈(181)에 삽입될 때에는 상기 나머지 어느 하나가 제1,2 레그(187)(188)와 평행하게 되도록 하여 걸쇠(210)가 제1,2 레그(187)(188) 사이를 통과하고, 상기 통과 후에는 상기 나머지 어느 하나가 제1,2 레그(187)(188)와 수직이 되도록 걸쇠(210)가 회전될 수 있다.
장착부(180)는 시료대(100)의 일측면에서 돌출되도록 형성되고, 상기 체결홈(181)은 장착부(180)의 길이 방향을 따라 장착부(180)의 내부에 형성되며, 장착부(180)의 측면에는 상기 길이 방향과 수직되는 방향으로 절개홈(182)이 형성될 수 있다.
탄성클립(186)은 절개홈(182)에 설치된 U 형상의 클립일 수 있다.
상기 시료대 홀더(300)는, 베드부(310); 및, 베드부(310)의 양측에 형성된 가이드 측벽(320);을 포함할 수 있다.
가이드 측벽(320)의 내측면에는 시료대(100)의 돌기(111)를 가이드하기 위한 가이드 홈(321)이 상기 슬라이딩 방향으로 길게 형성될 수 있다.
시료대(100)가 양측의 가이드 측벽(320) 사이로 용이하게 삽입되도록 가이드 홈(321)의 입구(322)의 높이는 끝단(323)의 높이 보다 높고 양측 가이드 홈(321)의 입구(322) 사이의 거리는 끝단(323) 사이의 거리 보다 넓은 것이 바람직하다.
베드부(310)의 내부에는 제1 관통공(331)과 제2 관통공(332)이 각각 형성될 수 있다. 제1 관통공(331)과 제2 관통공(332)은 상기 슬라이딩 방향과 교차되는 방향, 바람직하게는 상기 슬라이딩 방향과 수직되는 방향으로 베드부(310)를 관통하도록 형성될 수 있다.
제1 관통공(331)에는 양측 가이드 측벽(320)을 연결하는 탄성 스프링(334)이 설치될 수 있고, 제2 관통공(332)에는 가이드 바(335)가 설치될 수 있다.
탄성 스프링(334)은 양측의 가이드 측벽(320)이 시료대(100)의 측면에 밀착되도록 하는 탄성력을 인가할 수 있다.
본 발명에 따른 로딩 구조는, CP 유닛에 설치되고 시료대(100)가 장착되는 시료대 홀더(300a);를 포함할 수 있다.
상기 시료대 홀더(300a)는, 베드부(310); 및, 베드부(310)의 양측에 형성된 가이드 측벽(320);을 포함할 수 있다. 가이드 측벽(320)의 내측면에는 시료대(100)의 돌기(111)를 가이드하기 위한 가이드 홈(321)이 가이드 측벽(320)의 길이 방향을 따라 길게 형성되며, 돌기(111)는 가이드 홈(321)의 입구(322)를 통해 삽입되어 가이드 홈(321)의 끝단(323)에 안착될 수 있다.
이온 밀링이 이루어지는 동안에는 시료가 이온 건을 향하도록 시료대 홀더(300a)가 배치되고, 이온 밀링이 완료되면 가이드 홈(321)의 입구(322)가 시료대 홀더(300)를 향하도록 시료대 홀더(300a)가 회전되며, 이어서 이송 유닛(200)이 시료대 홀더(300a)에 위치한 시료대(100)를 시료대 홀더(300)로 이동시킨다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, CP 유닛에 의해 이온 밀링이 완료된 후 시료대(100)를 자동으로 SEM 유닛의 시료대 홀더(300)에 안착시킬 수 있고 특히, 시료대(100)와 이송 유닛(200)이 단순하면서도 견고하게 체결되므로 시료대(100)가 이송되는 도중에 분리되는 것이 방지되고 시료대 홀더(300)와 시료대(100) 사이에 약간의 오차가 있더라도 시료대(100)가 시료대 홀더(300)에 안착되는 로딩 구조를 제공한다.
둘째, 시료대(100)가 CP 유닛의 시료대 홀더(300a)에 설치된 상태로 이온 밀링이 이루어지고, 이온 밀링이 완료되면 이 상태에서 시료대 홀더(300a)가 SEM 유닛을 향하도록 회전된 후, 이송 유닛(200)에 의하여 시료대(100)가 SEM 유닛의 시료대 홀더(300)에 슬라이딩되어 안착될 수 있다.
셋째, 이러한 로딩 구조에 구비되는 이송 유닛(200)과 시료대 홀더(300)(300a)를 제공한다.
도 1은 종래 기술에 따른 CP 융합 전자현미경을 보여주는 사시도.
도 2는 도 1의 CP 융합 전자현미경을 보여주는 평면도.
도 3a~3b는 도 1의 CP 융합 전자현미경에서 시료대가 시료대 홀더에 안착되는 것을 순차적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로딩 구조의 시료대와 이송 유닛 및 시료대 홀더를 보여주는 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로딩 구조의 시료대와 이송 유닛 및 시료대 홀더를 보여주는 분해 사시도.
도 6은 시료대를 보여주는 분해 사시도.
도 7a는 탄성 클립을 보여주는 사시도.
도 7b는 탄성 클립이 장착부의 절개홈에 끼워진 것을 보여주는 단면도.
도 8은 이송 유닛을 보여주는 사시도.
도 9는 이송 유닛의 선단에 설치되는 걸쇠를 보여주는 사시도.
도 10a는 걸쇠가 장착부에 삽입된 것을 보여주는 단면도.
도 10b는 걸쇠가 장착부에 삽입된 후 회전된 것을 보여주는 단면도.
도 11은 시료대 홀더를 보여주는 사시도.
도 12는 도 11의 시료대 홀더의 가이드 측벽을 보여주는 단면도.
도 13은 도 11의 A-A' 단면도.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 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.
한편, 아래 도면에서 동일한 도면 참조부호는 동일하거나 실질적으로 동일한 구성요소를 나타낸다. 그리고, 도면에서 x, y, z축은 도면의 이해와 설명의 편의를 위해 기재된 카르테시안 좌표축으로서, x, y, z축은 서로에 대해 수직을 이룬다.
그리고, CP 유닛(cross sectional polisher unit)은 원래 단면 밀링을 위한 장치를 의미하지만 본 명세서와 청구범위에서는 단면 밀링 뿐만 아니라 플랫 밀링(flat milling)도 수행할 수 있는 장치를 의미하는 것으로 사용된다. 따라서, 본 발명은 단면 밀링과 플랫 밀링에 모두 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 시료대(100)는 시료를 고정하는 것으로서, 시료대(100)가 시료대 홀더(300a)에 설치된 상태에서 CP 유닛에 의해 이온 밀링(ion milling)이 이루어지고, 이어서 이 상태에서 시료대 홀더(300a)가 SEM 유닛의 시료대 홀더(300)를 향하도록 회전된 후 이송 유닛(200)에 의해 이송되어 시료대 홀더(300)에 슬라이딩 되어 결합된다.
도 4는 이송 유닛(200)과 시료대(100) 및 시료대 홀더(300a)를 보여주는 분해 사시도로서, CP 유닛에서 이온 밀링(ion milling)이 완료된 후 시료대 홀더(300a)가 SEM 유닛의 시료대 홀더(300)를 향하도록 회전된 상태일 때의 결합 관계를 보여준다.
그리고, 도 5는 시료대(100)가 이송유닛(200)에 의해 SEM 유닛으로 이동하여 시료대 홀더(300)에 안착되는 것을 보여주는 분해 사시도이다. 도 6은 시료대(100)를 보여주는 분해 사시도이다.
도면에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 로딩 구조는 시료(도면에 미도시)를 고정하는 시료대(100)와, 시료대(100)를 시료대 홀더(300)로 이송하는 이송 유닛(200)과, 시료대(100)가 안착되는 시료대 홀더(300)(300a)를 포함한다.
시료대(100)는 시료를 고정하는 홀더(120)와, 홀더(120)가 착탈 가능하게 결합되는 시료대 몸체(130)를 포함한다.
홀더(120)는 상단에 설치된 누름편(122) 및, 이온 빔을 차단하는 마스크(123)를 포함한다.
누름편(122)의 양쪽 단부는 볼트(124) 등에 의해 홀더(120)의 상단 양쪽에 결합된다. 마스크(123)와 시료(도면에 미도시)는 누름편(122)과 홀더 사이에 설치되는데, 볼트(124)에 의해서 누름편(122)의 위치가 조절되는 것에 의해 마스크(123)와 시료가 고정될 수 있다.
그리고, 시료는 마스크(123) 보다 위로 약간 돌출되도록 설치된다. 그리고, 이 돌출된 부분이 이온 빔에 의해 가공되는데, 시료와 마스크(123)의 높이 조절은 계단형 지그(도면에 미도시)를 이용하여 이루어질 수 있다. 즉, 계단형 지그는 계단턱을 중심으로 서로 평행한 두 면을 갖는데, 한 면이 시료의 상단에 접하고 다른 면이 마스크의 상단에 접하도록 하면 계단턱의 높이만큼 시료가 돌출되므로 높이 조절이 정확하게 이루어질 수 있다.
마스크(123)는 자석에 부착될 수 있는 재질로 이루어지는데, 마스크(123)가 시료대 몸체(130)의 자석(도 6의 143)에 부착되는 것에 의해 홀더(120)가 시료대 몸체(130)에 결합된다.
시료대 몸체(130)는 베이스부(160)와, 승하강 가능하도록 베이스부(160)에 설치된 안착부(140)와, 안착부(140)를 승하강 시키는 승하강 스크류(150)와, 베이스부(160)의 아래에 설치된 레일부(110) 및, 베이스부(160)의 뒷면에 설치된 장착부(180)를 포함할 수 있다.
베이스부(160)는 레일부(110)의 위에 수직으로 설치되되 안착부(140)의 후방에 설치된다.
안착부(140)는 홀더(120)가 부착되는 부분으로서, 레일부(110)의 위에 승하강이 가능하도록 설치된다. 베이스부(160)는 레일부(110)에 그 위치와 높이가 고정되도록 설치되고 승하강 스크류(150)는 베이스부(160)와 안착부(140)를 수직으로 관통하도록 설치된다. 따라서, 승하강 스크류(150)가 회전되면 안착부(140)가 상하로 승하강될 수 있다.
안착부(140)는 수평면(141)과 수직면(142) 및 자석(143)을 포함한다. 홀더(120)는 수평면(141)에 지지된 상태에서 마스크(123)가 자석(143)과 결합되는 것에 의해 시료대 몸체(130)와 결합될 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 홀더(120)는 수평면(141)과 소정 간격으로 이격된 상태에서 마스크(123)가 자석(143)과 결합되는 것에 의해 시료대 몸체(130)와 결합될 수도 있다.
레일부(110)는 안착부(140)와 베이스부(160)의 아래에 설치된 것으로서, 하부의 스테이지(도면에 미도시)와 체결되기 위한 레일홈(112)을 갖는다. 상기 체결은 시료대(100)를 슬라이딩 시키면서 이루어질 수 있다.
그리고, 레일부(110)의 양쪽 측면에는 돌기(111)가 형성된다. 돌기(111)는 시료대(100)가 시료대 홀더(300)(300a)에 체결될 때 시료대(100)의 슬라이딩을 가이드하는데, 이에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다.
장착부(180)는 베이스부(160)의 뒷면에 돌출되도록 구비될 수 있다. 도 4~5 및 도 7b에 나타난 바와 같이, 장착부(180)는 입구가 개방되고 내부에는 그 길이 방향(y축 방향)을 따라 체결홈(181)이 형성될 수 있다. 체결홈(181)의 입구는 걸쇠(210)가 용이하게 삽입되도록 경사면(183)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
장착부(180)에는 절개홈(182)이 형성될 수 있다. 절개홈(182)은 상기 길이 방향(y축 방향)과 교차되는 방향, 바람직하게는 상기 길이 방향과 수직되는 방향으로 형성될 수 있다.
절개홈(182)은 장착부(180)의 원주 방향을 따라 형성된 상부 절개홈(182a)과 하부 절개홈(182b)으로 이루어질 수 있고, 상부 절개홈(182a)과 하부 절개홈(182b)은 소정 간격으로 이격된다. 상기 이격된 부분은 절개홈(182)이 형성되지 않은 부분으로서, 비절개부(182c)이다.
절개홈(180)에는 탄성 클립(186)이 끼워져서 설치된다. 탄성 클립(186)은 제1 레그(187)와 제2 레그(188) 및 연결부(189)를 포함할 수 있다. 제1 레그(187)는 연결부(189)의 한쪽 끝단에서 연장되어 형성되고, 제2 레그(188)는 연결부(189)의 다른쪽 끝단에서 연장되어 형성되며, 제1,2 레그(187)(188)는 서로 평행하게 일정 간격(s)을 유지하면서 동일한 방향으로 연장된다. 따라서, 제1,2 레그(187)(188)와 연결부(189)는 U 형상을 이룰 수 있다.
연결부(189)는 제1,2 레그(187)(188)에 탄성 복원력을 제공한다. 제1 레그(187)가 상부 절개홈(182a)과 하부 절개홈(182b) 중의 어느 하나에 삽입되고 제2 레그(188)가 나머지 어느 하나에 삽입되면 제1,2 레그(187)(188)는 연결부(189)가 제공하는 탄성 복원력에 의해 비절개부(182c)를 누르게 되므로 절개홈(182)에 고정될 수 있다.
이송 유닛(200)은 CP 유닛에 의해 이온 밀링이 완료된 후 시료를 적재한 시료대(100)를 시료대 홀더(300a)에서부터 시료대 홀더(300, SEM 유닛에 설치되어 있음)까지 이송하고 SEM 관찰이 완료되면 시료대(100)를 시료대 홀더(300)로부터 제거하여 꺼낸다. 이를 위해, 이송 유닛(200)은 시료대 홀더(300)(300a)에 대해 각각 전,후진 이동이 가능하다.
이송 유닛(200)은 걸쇠(210)와, 걸쇠(210)가 선단에 설치된 메인 봉(220)과, 메인봉(220)과 걸쇠(210)를 전,후진시키기 위한 제1 구동부(230)와, 걸쇠(210)를 정,역방향으로 회전시키기 위한 제2 구동부(240)와, 제1,2 구동부(230)(240)를 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
걸쇠(210)는, 도 4와 도 9에 나타난 바와 같이, 몸체(211)와, 몸체(211)의 앞쪽에 형성된 삽입부(213)와, 몸체(211)의 뒤쪽에 형성된 체결부(215)를 포함할 수 있다.
삽입부(213)는, 도 10a~10b에 나타난 바와 같이, 체결홈(181)에 삽입되는 부분이다. 삽입부(213) 선단의 단면 높이(h)와 단면 폭(w) 중에서 어느 하나는 나머지 어느 하나 보다 크다. 예를 들어, 단면 높이(h)는 단면 폭(w) 보다 크다. 그리고, 단면 폭(w)은 제1,2 레그(187)(188) 사이의 간격(s) 보다 약간 작고 단면 높이(h)는 간격(s) 보다 크되 체결공(181)의 내경 보다는 작다. 이에 따라, 걸쇠(210)가 체결홈(181)에 삽입될 때에는 단면 높이(h)의 방향이 제1,2 레그(187)(188)와 평행하게 되도록 하여 걸쇠(210)가 제1,2 레그(187)(188) 사이를 통과하고, 상기 통과 후에는 단면 높이(h)의 방향이 제1,2 레그(187)(188)와 수직이 되도록 걸쇠(210)가 회전되면 걸쇠(218)가 탄성 클립(186)에 걸려서 체결된다.
그리고, 걸쇠(210)를 체결홈(181)과 분리시키고자 할 경우에는 단면 높이(h)의 방향이 제1,2 레그(187)(188)와 평행하게 되도록 걸쇠(210)를 회전시킨 후 걸쇠(210)를 후진시켜 체결홈(181)에서 분리한다.
한편, 삽입부(213) 선단의 단면 높이(h) 보다 단면 폭(w)이 큰 경우에도 위와 동일한 방식으로 작동될 수 있다.
체결부(215)는 메인 봉(220)과의 결합을 위한 부분으로서, 몸체(211)의 후방에 형성된다. 바람직하게, 체결부(215)는 외주면에 형성된 나사산을 포함하고, 이 나사산은 메인 봉(220)의 나사공에 나사 결합된다.
제1 구동부(230)는 고정 지지대(237)와, 고정 지지대(237)에 설치된 구동 모터(231)와, 구동 모터(231)에 의해 회전되는 이송 스크류(233) 및, 이송 스크류(233)에 의해서 전,후진되는 이동 지지대(236)를 포함할 수 있다.
고정 지지대(237)는 바닥면(도면에 미도시)에 고정되도록 설치된다. 메인 봉(220)은 고정 지지대(237)를 관통하여 슬라이딩 가능하도록 설치된다. 구동 모터(231)는 제어부의 신호에 대응하여 정방향 또는 역방향으로 작동된다. 구동 모터(231)의 구동력은 벨트 또는 체인(도면에 미도시)에 의해 풀리(232)에 전달되어 풀리(232)를 회전시킨다. 풀리(232)가 회전되면 이송 스크류(233)가 회전되고, 이송 스크류(233)가 회전되면 이동 지지대(236)가 전진 또는 후진된다.
제1 구동부(230)는 이동 지지대(236)의 전, 후진을 가이드하기 위한 보조 봉(234)을 더 포함할 수 있다. 보조 봉(234)은 고정 지지대(237)와 이동 지지대(236)를 연결하되, 이동 지지대(236)를 관통하여 슬라이딩 가능하도록 설치될 수 있다. 이에 따라, 구동 모터(231)가 작동되면 이동 지지대(236)는 보조 봉(234)을 따라 전,후진한다.
제2 구동부(240)는 이동 지지대(236)에 설치된다. 바람직하게, 제2 구동부(240)는 메인 봉(220)을 정,역방향으로 회전시키는 스텝 모터이다. 제어부의 신호에 따라, 스텝 모터가 정방향으로 90° 회전되면 삽입부(213) 선단의 단면 높이(h) 방향이 제1,2 레그(187)(188)와 평행하게 되어 삽입부(213) 선단이 제1,2 레그(187)(188) 사이에 삽입되고, 이어서 스텝 모터가 역방향으로 90° 회전되면 삽입부(213) 선단의 단면 높이(h) 방향이 제1,2 레그(187)(188)와 수직을 이루기 때문에 삽입부(213)가 탄성 클립(186)과 체결하게 된다.
시료대 홀더(300a)는 CP 유닛에 설치되어 시료대(100)를 고정하고, 시료대 홀더(300)는 SEM 유닛에 설치되어 시료대(100)를 고정한다. 시료대 홀더(300)와 시료대 홀더(300a)는 설치 위치만 다를 뿐이고 그 구조는 동일하다.
도 11~13에 나타난 바와 같이, 시료대 홀더(300)(300a)는 베드부(310)와, 베드부(310)의 양측에 설치된 가이드 측벽(320)과, 양측의 가이드 측벽(320)을 연결하는 탄성 스프링(334), 및 가이드 바(335)를 포함한다.
베드부(310)는, 시료대(100)가 시료대 홀더(300)에 설치된 경우, 레일부(110)를 지지하는 부분이다. 시료대(100)는 슬라이딩되면서 베드부(310)에 설치되는데, 슬라이딩이 이루어질 때 레일부(110)가 베드부(310)에 걸리는 것을 줄이기 위해 베드부(310)의 입구는 아래로 경사진 것이 바람직하다.
베드부(310)의 아랫면에는 고정부(390)가 설치된다. 고정부(390)는 시료대 홀더(300)(300a)를 스테이지(도면에 미도시)에 고정한다.
그리고, 베드부(310)는 제1 관통공(331)과 제2 관통공(332)을 포함한다. 제1 관통공(331)은 베드부(310)를 폭 방향(x 방향)으로 관통하도록 형성된다. 제1 관통공(331)에는 탄성 스프링(334)이 설치된다.
탄성 스프링(334)은 그 양쪽 끝단이 양측 가이드 측벽(320)의 고리(326)에 연결된다. 그리고, 탄성 스프링(334)은 양측 가이드 측벽(320)이 베드부(310)에 밀착되도록 하는 탄성력을 인가한다. 따라서, 시료대(100)가 베드부(310)에 설치된 경우, 탄성 스프링(334)에 의해서 양측 가이드 측벽(320)이 시료대(100)의 양측에 밀착되므로 시료대(100)의 진동을 방지할 수 있다.
제2 관통공(332)은 베드부(310)의 폭 방향(x 방향)으로 형성된다. 바람직하게, 제2 관통공(332)은 베드부(310)를 폭 방향(x 방향)으로 관통하도록 형성될 수 있다. 제2 관통공(332)의 내주면에는 계단턱(333)이 형성될 수 있다.
제2 관통공(332)에는 가이드 바(335)가 설치된다. 가이드 바(335)는 가이드 측벽(320)에 결합된 것으로서, 제2 관통공(332)에 설치되어 가이드 측벽(320)이 x 방향으로 슬라이딩되는 것을 가이드한다. 즉, 시료대(100)가 베드부(310)에 설치될 때, 시료대(100)의 폭이 베드부(310)의 폭 보다 큰 경우에 양측의 가이드 측벽(320)이 벌어지는데, 이 때 가이드 바(335)는 가이드 측벽(320)이 x 방향으로 슬라이딩되는 것을 가이드한다.
바람직하게, 가이드 바(335)의 외주면에는 링(336)이 고정될 수 있다. 링(336)은 계단턱(333)에 걸리는 것에 의해 가이드 바(335)의 전진을 제한한다.
가이드 측벽(320)은 베드부(310)의 양측에 설치되어 시료대(100)의 슬라이딩을 가이드한다. 가이드 측벽(320)은, 탄성 스프링(334)에 의해서, 베드부(310)의 양측면에 밀착된다.
가이드 측벽(320)의 내측면에는 시료대(100)의 슬라이딩을 가이드하기 위한 가이드 홈(321)이 슬라이딩 방향(y축 방향)으로 길게 연장되도록 형성되어 있다. 가이드 홈(321)에는 시료대(100)의 돌기(111)가 삽입되어 슬라이딩될 수 있다. 돌기(111)는 입구(322)를 통해 삽입된 후 끝단(323)까지 슬라이딩된다. 즉, 돌기(111)가 가이드 홈(321)의 끝부분에 닿도록 시료대(100)를 슬라이딩시키서 시료대 홀더(300)에 안착시킬 수 있다.
가이드 홈(321)은 그 입구(322)의 높이가 끝단(323)의 높이 보다 높다. 그리고, 양측 가이드 홈(321)의 입구(322) 사이의 거리는 양측 가이드 홈(321)의 끝단(323) 사이의 거리 보다 넓다. 이를 위해, 입구(322)와 끝단(323)을 연결하는 경사면(324)(325)이 형성된다. 즉, 입구(322) 사이의 거리를 넓게 하여 시료대(100)가 용이하게 삽입되도록 하되 경사면(324)(325)을 이용하여 시료대(100)가 정위치에 안착되도록 가이드하며, 탄성 스프링(334)에 의해서 가이드 측벽(320)이 시료대(100)의 양측면에 밀착되도록 하여 시료대(100)의 진동을 방지할 수 있다.
[로딩 구조의 작동 과정]
그러면, 아래에서는 이러한 로딩 구조의 작동 과정을 설명하기로 한다.
먼저, 시료(도면에 미도시)를 홀더(120)에 설치한다. 시료는 마스크(123)의 뒷면에 밀착되도록 설치되는데, 계단형 지그(도면에 미도시)를 이용해서 시료의 돌출 높이를 조절할 수 있다. 이어서, 마스크(123)를 자석(143)에 부착하여 홀더(120)를 시료대 몸체(130)에 고정한다.
다음으로, 작업자가 수동으로 시료대(100)를 시료대 홀더(300a)에 장착한다. 상기 장착 후에는 시료대 홀더(300a)가 이온 건을 향하도록 시료대 홀더(300a)를 회전시키고, 이어서 이온 빔을 조사하여 이온 밀링을 한다.
상기 이온 밀링이 완료되면(또는 이온밀링과 이온 코팅이 완료되면), 시료대 홀더(300a)의 입구(322)가 SEM 유닛의 시료대 홀더(300)를 향하도록 시료대 홀더(300a)를 90° 회전시킨다. 이 회전에 의해서, 시료대 홀더(300a)의 입구(322)와 시료대 홀더(300)의 입구(322)가 동일선상에서 서로 마주보도록 배치된다. 바람직하게는 시료대 홀더(300a)의 입구(322)와 시료대 홀더(300)의 입구(322)가 동일한 높이에서 동일한 직선상에 위치한다. 따라서, 이송 유닛(200)의 걸쇠(210)가 단순 직선운동만 하더라도 시료대 홀더(300a)에 설치된 시료대(100)를 시료대 홀더(300)에 안착시킬 수 있게 된다.
이를 구체적으로 설명하면, 이송 유닛(200)을 전진시켜 걸쇠(210)가 장착부(180)에 고정되도록 한다. 도 10a에 나타난 바와 같이 걸쇠(210)의 삽입부(213)를 제1,2 레그(187)(188) 사이에 삽입한 후, 도 10b에 나타난 바와 같이 90° 회전시켜서 삽입부(213)가 탄성 클립(186)에 체결되도록 한다.
이어서, CP 유닛과 SEM 유닛 사이의 진공 게이트 밸브를 개방한 후, 이송 유닛(200)을 전진시켜 시료대(100)를 시료대 홀더(300)에 슬라이딩시켜 안착시킨다. 상기 안착 후에는 걸쇠(210)를 반대 방향으로 90° 회전시킨 후 후진시켜서 삽입부(213)를 탄성 클립(186)에서 분리시킨다.
다음으로, 이송 유닛(200)을 후진시켜 원래 위치로 복귀시키고, 진공 게이트 밸브를 닫는다.
100 : 시료대 110 : 베이스부
111 : 돌기 112 : 레일 홈
120 : 홀더 122 : 누름편
123 : 마스크 124 : 볼트
130 : 시료대 몸체 140 : 안착부
141 : 수평면 142 : 수직면
143 : 자석 150 : 승강용 스크류
160 : 베이스부 180 : 장착부
181 : 체결홈 182 : 절개홈
182a : 상부 절개홈 182b : 하부 절개홈
182c : 비절개부
183 : 경사면 186 : 탄성 클립
187 : 제1 레그 188 : 제2 레그
189 : 연결부 200 : 이송 유닛
210 : 걸쇠 211 : 걸쇠의 몸체
213 : 삽입부 215 : 체결부
220 : 메인 봉 230 : 제1 구동부
231 : 구동모터 232 : 풀리
233 : 이송 스크류 234 : 보조 봉
236 : 이동 지지대 240 : 제2 구동부
300 : SEM 유닛에 설치된 시료대 홀더
300a : CP 유닛에 설치된 시료대 홀더
310 : 베드부
320 : 가이드 측벽 321 : 가이드 홈
322 : 가이드 홈의 입구 323 : 가이드 홈의 끝단
324 : 경사면 325 : 경사면
326 : 고리 331 : 제1 관통공
332 : 제2 관통공 333 : 계단턱
334 : 탄성 스프링 335 : 가이드 바
390 : 고정부 s : 제1,2 레그 사이의 거리
h : 삽입부(213)의 선단에서 단면 높이
w : 삽입부(213)의 선단에서 단면 폭

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 시료대(100)의 일측면에 구비된 장착부(180);
    장착부(180)에 착탈 가능하게 결합되는 이송 유닛(200); 및,
    SEM 유닛에 설치되고, 이송 유닛(200)에 의해 이동된 시료대(100)가 슬라이딩되면서 장착되는 시료대 홀더(300);를 포함하고,
    이송 유닛(200)은 CP 유닛에 위치한 시료대(100)를 SEM 유닛으로 이동시켜서 시료대 홀더(300)에 장착하며,
    이송 유닛(200)의 선단에는 전,후진 이동 및 회전이 가능한 걸쇠(210)가 설치되고, 걸쇠(210)가 장착부(180)에 삽입된 후 회전되는 것에 의해 걸쇠(210)가 장착부(180)에 결합되며, 걸쇠(210)가 상기 회전과 반대되는 방향으로 회전된 후 후진되는 것에 의해 장착부(180)와 분리되고,
    이송 유닛(200)은,
    걸쇠(210)가 선단에 설치되고, 시료대(100)와 시료대 홀더(300)에 대해 전,후진 이동되는 메인 봉(220);
    메인 봉(220)을 전,후진 이동시키기 위한 제1 구동부(230);
    걸쇠(210)를 회전시키기 위한 제2 구동부(240); 및,
    CP유닛에 의한 이온 밀링이 완료되면 걸쇠(210)가 장착부(180)에 삽입 및 회전되어 장착부(180)에 체결되도록 하고, 이어서 메인 봉(220)을 전진시켜 시료대(100)를 시료대 홀더(300)에 슬라이딩시켜서 장착하며, 상기 장착이 완료되면 걸쇠(210)를 상기 회전 방향과 반대로 회전시킨 후 후진하도록 하여 장착부(180)와 분리시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, CP 융합 전자현미경의 시료대 로딩 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    장착부(180)는,
    시료대(100)의 일측면에 구비된 체결홈(181); 및,
    체결홈(181)에 삽입되어 설치된 탄성 클립(186);을 포함하고,
    탄성 클립(186)은 탄성 복원력을 갖도록 소정 간격으로 이격된 제1,2 레그(187)(188)를 포함하며, 탄성 클립(186)은 체결홈(181)의 길이 방향과 교차되는 방향으로 삽입되어 설치되며,
    걸쇠(210) 선단의 단면 높이(h)와 단면 폭(w) 중에서 어느 하나는 제1,2 레그(187)(188) 사이의 간격(s) 보다 좁고 나머지 어느 하나는 간격(s) 보다 넓으며,
    걸쇠(210)가 체결홈(181)에 삽입될 때에는 상기 나머지 어느 하나가 제1,2 레그(187)(188)와 평행하게 되도록 하여 걸쇠(210)가 제1,2 레그(187)(188) 사이를 통과하고, 상기 통과 후에는 상기 나머지 어느 하나가 제1,2 레그(187)(188)와 수직이 되도록 걸쇠(210)가 회전되는 것을 특징으로 하는, CP 융합 전자현미경의 시료대 로딩 구조.
  4. 제3항에 있어서,
    장착부(180)는 상기 일측면에서 돌출되도록 형성되고, 상기 체결홈(181)은 장착부(180)의 길이 방향을 따라 장착부(180)의 내부에 형성되며, 장착부(180)의 측면에는 상기 길이 방향과 수직되는 방향으로 절개홈(182)이 형성되고,
    탄성클립(186)은 절개홈(182)에 설치된 U 형상의 클립인 것을 특징으로 하는, CP 융합 전자현미경의 시료대 로딩 구조.
  5. 시료대(100)의 일측면에 구비된 장착부(180);
    장착부(180)에 착탈 가능하게 결합되는 이송 유닛(200); 및,
    SEM 유닛에 설치되고, 이송 유닛(200)에 의해 이동된 시료대(100)가 슬라이딩되면서 장착되는 시료대 홀더(300);를 포함하고,
    이송 유닛(200)은 CP 유닛에 위치한 시료대(100)를 SEM 유닛으로 이동시켜서 시료대 홀더(300)에 장착하며,
    이송 유닛(200)의 선단에는 전,후진 이동 및 회전이 가능한 걸쇠(210)가 설치되고, 걸쇠(210)가 장착부(180)에 삽입된 후 회전되는 것에 의해 걸쇠(210)가 장착부(180)에 결합되며, 걸쇠(210)가 상기 회전과 반대되는 방향으로 회전된 후 후진되는 것에 의해 장착부(180)와 분리되고,
    시료대 홀더(300)는,
    베드부(310); 및,
    베드부(310)의 양측에 형성된 가이드 측벽(320);을 포함하고,
    가이드 측벽(320)의 내측면에는 시료대(100)의 돌기(111)를 가이드하기 위한 가이드 홈(321)이 상기 슬라이딩 방향으로 길게 형성되며,
    시료대(100)가 양측의 가이드 측벽(320) 사이로 용이하게 삽입되도록 가이드 홈(321)의 입구(322)의 높이는 끝단(323)의 높이 보다 높고 양측 가이드 홈(321)의 입구(322) 사이의 거리는 끝단(323) 사이의 거리 보다 넓은 것을 특징으로 하는, CP 융합 전자현미경의 시료대 로딩 구조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬라이딩 방향과 교차되는 방향으로 베드부(310)를 관통하도록 제1 관통공(331)과 제2 관통공(332)이 각각 형성되고,
    제1 관통공(331)에는 양측 가이드 측벽(320)을 연결하는 탄성 스프링(334)이 설치되며,
    제2 관통공(332)에는 가이드 바(335)가 설치되고,
    탄성 스프링(334)은 양측 가이드 측벽(320)이 시료대(100)의 측면에 밀착되도록 하는 탄성력을 인가하는 것을 특징으로 하는, CP 융합 전자현미경의 시료대 로딩 구조.
  7. 시료대(100)의 일측면에 구비된 장착부(180);
    장착부(180)에 착탈 가능하게 결합되는 이송 유닛(200); 및,
    SEM 유닛에 설치되고, 이송 유닛(200)에 의해 이동된 시료대(100)가 슬라이딩되면서 장착되는 시료대 홀더(300);를 포함하고,
    이송 유닛(200)은 CP 유닛에 위치한 시료대(100)를 SEM 유닛으로 이동시켜서 시료대 홀더(300)에 장착하며,
    이송 유닛(200)의 선단에는 전,후진 이동 및 회전이 가능한 걸쇠(210)가 설치되고, 걸쇠(210)가 장착부(180)에 삽입된 후 회전되는 것에 의해 걸쇠(210)가 장착부(180)에 결합되며, 걸쇠(210)가 상기 회전과 반대되는 방향으로 회전된 후 후진되는 것에 의해 장착부(180)와 분리되고,
    CP 유닛에 설치되고 시료대(100)가 장착되는 시료대 홀더(300a);를 포함하고,
    시료대 홀더(300a)는,
    베드부(310); 및,
    베드부(310)의 양측에 형성된 가이드 측벽(320);을 포함하고,
    가이드 측벽(320)의 내측면에는 시료대(100)의 돌기(111)를 가이드하기 위한 가이드 홈(321)이 가이드 측벽(320)의 길이 방향을 따라 길게 형성되며, 돌기(111)는 가이드 홈(321)의 입구(322)를 통해 삽입되어 가이드 홈(321)의 끝단(323)에 안착되며,
    이온 밀링이 이루어지는 동안에는 시료가 이온 건을 향하도록 시료대 홀더(300a)가 배치되고, 이온 밀링이 완료되면 가이드 홈(321)의 입구(322)가 시료대 홀더(300)를 향하도록 시료대 홀더(300a)가 회전되며, 이어서 이송 유닛(200)이 시료대 홀더(300a)에 위치한 시료대(100)를 시료대 홀더(300)로 이동시키는 것을 특징으로 하는, CP 융합 전자현미경의 시료대 로딩 구조.
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  11. CP 유닛에서 이온 밀링(ion milling)된 시료를 SEM 유닛으로 이동시키기 위한 이송 유닛(200)이고,
    걸쇠(210)가 선단에 설치되고 전,후진이 가능한 메인 봉(220);
    메인 봉(220)을 상기 전,후진 이동시키기 위한 제1 구동부(230);
    걸쇠(210)를 회전시키기 위한 제2 구동부(240); 및,
    CP 유닛에 의한 이온 밀링이 완료되면 메인 봉(220)을 전진시켜 걸쇠(210)가 시료대(100)의 장착부(180)에 체결되도록 하고, 이어서 메인 봉(220)을 전진시켜 시료대(100)를 SEM 유닛의 시료대 홀더(300)에 슬라이딩시켜 장착하며, 상기 장착이 완료되면 걸쇠(210)를 장착부(180)에서 분리한 후 후진시키는 제어부;를 구비하고,
    장착부(180)에는 탄성 클립(186)이 설치되되 탄성 클립(186)은 장착부(180)의 길이 방향과 수직이 되도록 장착부(180)에 끼워지며,
    걸쇠(210) 선단의 단면 높이(h)와 단면 폭(w) 중에서 어느 하나는 탄성 클립(186)의 제1,2 레그(187)(188) 사이의 간격(s) 보다 좁고 나머지 어느 하나는 간격(s) 보다 넓으며,
    걸쇠(210)가 장착부(180)에 삽입될 때에는 상기 나머지 어느 하나의 방향이 제1,2 레그(187)(188)와 평행하게 되도록 하여 걸쇠(210)가 제1,2 레그(187)(188) 사이를 통과하고, 상기 통과 후에는 상기 나머지 어느 하나의 방향이 제1,2 레그(187)(188)와 수직이 되도록 걸쇠(210)가 회전되는 것을 특징으로 하는 CP 융합 전자현미경용 이송 유닛.
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