KR102627721B1 - 대기 비개방형 시료대 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 대기 비개방형 시료대는 에어락 챔버를 포함하고, 에어락 챔버는 하부 챔버; 및 상기 하부 챔버의 상부에 개폐가능하게 결합되는 상부 챔버를 포함하고, 상기 에어락 챔버가 닫힌 상태에서 상기 상부 챔버에 접촉하는 상기 하부 챔버의 접촉면은 측면상에서 상기 하부 챔버의 바닥면에 대해 10 ~ 15도 상향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

대기 비개방형 시료대{Sample stage of atmospheric non-opening type}
본 발명은 대기 비개방형 시료대에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자현미경으로 관찰하고자 하는 시료의 면을 미세하게 가공하는 단면 시편 준비장치에 적용되는 대기 비개방형 시료대에 관한 것이다.
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 단면 시편 준비장치가 필요하다.
단면 시편 준비장치는 전자현미경으로 관찰하고자 하는 시료의 면을 기계적 방식이 아닌 이온을 사용하여 미세하게 가공할 수 있는데, 배터리, 커넥터, MLCC 등과 같이 다양한 소재에서 단면을 손상 없이 보기 위한 장치이다. 이런 단면 시편 가공기술은 특히 전자 현미경이나 TEM(Transmission Electron Microscope) 시편 제작에 필수적인 요소이다. 특히 관찰 대상이 아주 미세하여 시편을 기계적으로 폴리싱할 경우 관찰이 되지 않는 것은 필수적으로 이온빔을 이용하여 시편을 제작해야 한다.
이온빔 연마(ion milling)는 본래 화학적 연마가 어려운 세라믹이나 반도체 시료를 연마하기 위해 시작되었으나, 현재는 이들 소재는 물론이고 금속 등 여러 재료들의 연마에 이용되는 가장 일반적인 방법이다. 특히, 이차전지, 커넥터, MLCC 등과 같이 다양한 소재의 연구개발에서 단면 관찰은 필수적인 것으로서, 이를 분석하기 위해 이온빔 연마가 더욱 증가하고 있다.
이온빔 연마는 이온건에서 발생된 이온빔을 시료에 조사하여 이루어지고, 시료는 시료대에 설치된다.
시료가 설치된 시료대가 단면 시편 준비장치에 장착되어 이온빔에 의한 식각 및 관측이 이루어지는데, 기존 시료대의 경우 도어 열림구조가 수작업으로 직접 여닫는 구조로 이루어져 복잡한 로드락 챔버를 별도로 만들어야 하는 문제점이 있고, 시료대에서 도어를 정확하게 최소한으로 개방하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 에어락 챔버가 최소한으로 열림으로써 이온(밀리)에 의한 식각 및 시료관측이 가능하고, 자동 개폐 구조를 가지는 대기 비개방형 시료대를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대기 비개방형 시료대는 시료대가 내부에 장착되는 에어락 챔버를 포함하고, 상기 에어락 챔버는 하부 챔버; 및 상기 하부 챔버의 상부에 개폐가능하게 결합되는 상부 챔버를 포함하고, 상기 에어락 챔버가 닫힌 상태에서 상기 상부 챔버에 접촉하는 상기 하부 챔버의 접촉면은 측면상에서 상기 하부 챔버의 바닥면에 대해 10 ~ 15도 상향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에어락 챔버의 후면에 배치되어 상기 상부 챔버를 상기 하부 챔버로부터 개방 또는 폐쇄하기 위한 모터; 상기 모터에 연결되는 회전축; 하단에 상기 회전축이 결합되고 상단에 상기 상부 챔버의 후면이 연결되는 회동아암을 더 포함한다.
또한, 상기 에어락 챔버는 닫힘 동작시 상기 상부 챔버가 상기 하부 챔버에 접촉을 감지하는 리미트 센서를 더 포함한다.
또한, 상기 에어락 챔버는 진공 게이지 센서를 더 포함한다.
또한, 상기 에어락 챔버는 상기 하부 챔버의 하부에 결합되는 하부결합부; 상기 하부결합부에서 상측으로 절곡되어 상기 에어락 챔버의 측면에 결합되는 측면결합부; 및 상기 측면결합부에서 상기 상부 챔버로 절곡되는 상부결합부를 포함하는 운반용 지그를 더 포함한다.
또한, 상기 운반용 지그는 상기 에어락 챔버에 탈부착가능하게 결합된다.
또한, 상기 운반용 지그는 상기 상부결합부에 나사결합되는 나사고정부를 더 포함한다.
또한, 상기 에어락 챔버는 그 외면에 펌프를 탈부착가능하게 연결할 수 있는 진공 커넥터를 더 포함한다.
또한, 상기 진공 커넥터에는 푸쉬 버튼 스위치가 배치된다.
또한, 상기 하부 챔버의 상단 테두리에는 상기 에어락 챔버가 닫힌 상태에서 대기를 차단하기 위한 오링이 배치된다.
본 발명에 따르면 에어락 챔버가 최소한으로 열림으로써 이온에 의한 식각 및 시료관측이 가능하고, 자동 개폐 구조를 가지는 대기 비개방형 시료대가 제공된다.
도1은 본 발명에 따른 대기 비개방형 시료대의 사시도이고,
도2는 본 발명의 대기 비개방형 시료대를 다른 각도에서 바라본 사시도이며,
도3은 본 발명의 대기 비개방형 시료대가 개방된 상태를 도시한 사시도이고,
도4는 본 발명의 대기 비개방형 시료대가 개방된 상태의 측면도이며,
도5는 본 발명에서 오링의 단면도이다.
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. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 그에 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대기 비개방형 시료대를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 대기 비개방형 시료대의 사시도이고, 도2는 본 발명의 대기 비개방형 시료대를 다른 각도에서 바라본 사시도이며, 도3은 본 발명의 대기 비개방형 시료대가 개방된 상태를 도시한 사시도이고, 도4는 본 발명의 대기 비개방형 시료대가 개방된 상태의 측면도이며, 도5는 본 발명에서 오링의 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대기 비개방형 시료대는 하부 챔버(210), 및 하부 챔버(210)의 상부에 개폐 가능하게 결합되는 상부 챔버(250)를 포함하는 에어락 챔버(200)를 포함한다. 에어락 챔버(200)의 내부에는 시료를 고정하는 시료대(100)가 설치될 수 있다.
본 발명의 대기 비개방형 시료대는 대기가 차단된 상태에서 진공 챔버 내에서 시료를 식각 및 관측하기 위한 것으로, 리튬 이온 배터리와 같이 공기와 반응하는 시료의 관찰을 위한 전처리 절차와 전자현미경을 통해 시료를 관찰할 수 있도록 단면 시편 준비장치에 적용되는 장치 중 하나이다.
본 발명의 대기 비개방형 시료대에서 상기 에어락 챔버(200)는 자동 개폐 구조를 갖추고 진공 중에 공기 차폐 윈도우를 개폐할 수 있도록 되어 있다.
구체적으로, 에어락 챔버(200)는 하부 챔버(210) 및 하부 챔버(210)의 상부에 결합되는 상부 챔버(220)를 포함한다.
하부 챔버(210)의 내부에는 시료가 안착된 시료대(100)가 수용되고, 상부 챔버(220)가 하부 챔버(210)의 상부에 개폐가능하게 결합된다.
본 발명에서는 상부 챔버(250)의 자동개폐를 위해 에어락 챔버(200)의 후면에 모터(230), 모터(230)에 연결되는 회전축(231), 및 회동아암(232)이 각각 배치된다.
모터(230)는 하부 챔버(210)의 후면에 배치되어 상부 챔버(250)를 개방하기 위한 회전력을 발생시키고, 회전축(231)이 모터(230)에 축결합되어 모터(230)의 작동에 따라 회전축(231)이 회전하게 된다. 본 실시예에서 모터(230)는 기어드 스텝모터가 적용된다.
회동아암(232)은 회전축(231)이 회전함에 따라 상부 챔버(250)를 하부 챔버(210)로부터 개방 또는 폐쇄하기 위한 것으로 회동아암(232)의 일단에 회전축(231)이 결합되고 회동아암(232)의 타단에 상부 챔버(250)의 후면이 연결된다.
따라서, 에어락 챔버(200)가 닫힌 상태에서 모터(230)를 작동시키면 회전축(231)이 회전하게 되고 이에 따라 회동아암(232)이 회전하여 상부 챔버(250)가 하부 챔버(210)로부터 분리되어 개방된다. 반대로 에어락 챔버(200)가 개방된 상태에서 모터(230)가 회전축(231)을 반대방향으로 회전시키면 이에 따라 회동아암(232)이 반대로 회전하여 상부 챔버(250)가 하부 챔버(210)에 접촉하여 에어락 챔버(200)가 닫힌 상태로 된다.
그리고, 본 발명에서는 도4에 도시된 바와 같이 회전축(231)이 회동아암(232)의 하단에 결합되고, 회동아암(232)의 상단이 상부 챔버(250)의 후면 하단에 결합된다. 본 실시예에서 회동아암(232)에서 회전축(231)이 결합되는 위치는 하부 챔버(210)의 바닥면(211)에서 하부 챔버(210) 후면 중간 아래에 위치한다.
즉, 본 발명에서는 회전축(231)의 위치가 일반적인 상,하부 부재의 사이가 아니라, 회동아암(232)의 하단에 회전축(231)이 결합되고, 회동아암(232)의 상단이 상부 챔버(250)에 연결되어 편심 회전되게 되는데 이에 의해 회전축(231)의 작은 회전으로도 시료관찰 최소 이격거리를 신속하게 확보할 수 있게 된다.
그리고, 에어락 챔버(200)가 닫힌 상태에서 하부 챔버(210) 및 상부 챔버(250)의 접촉면은 하부 챔버(210)의 바닥면에 대해 10 ~ 15도( 각도(θ) 상향 경사지게 형성된다.
도4를 참조하여 보다 상세하게 설명하면 상부 챔버(250)가 하부 챔버(210)에 닫힐 때 상부 챔버(250)의 하단면에 접촉하는 하부 챔버(210)의 상단면(212)은 측면상에서 회전축(231)이 배치되는 후면으로부터 전방으로 10 ~ 15도 상향 경사지게 형성된다.
전자 빔은 시료대(100)를 향해 상측에서 수직으로 조사되고 이온빔은 시료대(100)를 향해 측방향에서 수평으로 조사된다(전자 빔의 방향과 이온 빔의 방향은 수직을 이룰 수 있다.).
이와 같이 본 발명에서는 하부 챔버(210)의 상단면(212)이 후면으로부터 전방으로 10 ~ 15도 상향 경사지게 형성됨으로써 동일한 각도로 상부 챔버(250) 개방시 도4에 도시된 바와 같이 하부 챔버(210)의 상단면(212)이 바닥면(211)과 평행한 경우보다 시료 관찰 이격거리가 약 10% 정도 증가하게 되고 이에 의해 전자빔에 의한 간섭 영향이 줄어들게 된다.
한편, 상기 상향 경사가 15도를 초과하면 이온빔이 하부 챔버(210)의 선단에 간섭될 가능성이 있으므로 바람직하지 못하고, 상기 상향 경사가 10도 미만이면 상기 이격거리 증가가 충분하지 못하여 상부 챔버(250)의 개방 각도가 더 커져야 하므로 바람직하지 못하다.
그리고, 하부 챔버(210)의 상단 테두리에는 오링(220)이 배치될 수 있다. 오링(220)은 하부 챔버(210)의 상단 테두리에 배치되어 대기를 차단하기 위한 것이다.
도5(a)는 오링홈(221)을 도시한 것으로, 오링홈(221)은 사다리꼴 단면 형태의 홈(도브테일 단면 형상의 홈)이다. 홈(221)은 하부로 갈수록 양측면이 점차 옆으로 벌어지도록 형성된다.
따라서, 도5(b)에 나타난 바와 같이, 홈(221)에 오링(220)이 억지끼움되면 에어락 챔버(200)의 열림 또는 닫힘 동작 중에 오링(220)이 밀리거나 자리 이탈을 하지 않게 된다. 오링(220)의 일 예는 더브테일 오링이 있다.
도5(b)는 오링(220)이 홈(221)에 억지끼움되기 전을 나타낸 것으로서, 오링(220)이 홈(221)에 억지끼움되면 변형되면서 억지끼움된다. 한편, 원형 단면의 오링(220)을 대신하여, 홈(221)과 대응되는 사다리꼴 단면을 갖는 오링이 홈(221)에 억지끼움될 수도 있다.
에어락 챔버(200)의 외부에는 하부 챔버(210)에 리미트 센서(241)가 설치된다. 개방상태에서 상부 챔버(250)가 하부 챔버(210)에 닫힐 때 상부 챔버(250)에 배치되는 접촉블록(251)이 리미트 센서(241)에 접촉하고 리미트 센서(241)가 이를 감지하면 제어부(미도시)에 의해 모터(230)의 작동이 정지된다.
또한, 에어락 챔버(200)에는 진공 커넥터(260)와 진공 게이지 센서(240)가 배치된다.
진공 커넥터(260)는 상부 챔버(250)의 후면에 배치되어 러핑 펌프(미도시)가 착탈가능하게 연결되는 것으로, 러핑 펌프를 연결하여 에어락 챔버(200)의 내부를 진공화하게 된다. 진공 커넥터(260)는 평상시에는 닫힘 상태를 유지하게 된다.
또한, 진공 커넥터(260)에는 푸쉬 버튼 스위치(261)가 배치되고, 푸쉬 버튼 스위치(261)를 통해 커넥터(260)를 통한 열림 또는 닫힘 상태를 확인할 수 있게 된다. 러핑 펌프를 연결하면서 푸쉬 버튼 스위치(261)가 눌려져 열림되고, 러핑 펌프 연결을 해제할 때 푸쉬 버튼 스위치(261)를 다시 눌러 연결을 해제하면서 닫힘 위치로 된다.
그리고, 진공 게이지 센서(240)를 통해 챔버 내부 압력을 측정하게 된다.
또한, 에어락 챔버(200)에는 운반용 지그(300)가 결합된다.
운반용 지그(300)는 에어락 챔버(200)에 탈부착 가능하게 결합되는 것으로, 하부 챔버(210)의 하부에 배치되는 하부결합부(310)와, 하부결합부(310)에서 상측으로 절곡되어 에어락 챔버(200)의 측면에 배치되는 측면결합부(320)와, 측면결합부(320)에서 상부 챔버(250)로 절곡되는 상부결합부(330)가 일체로 형성되어 이루어지고 대략 'ㄷ'자 형태를 이룬다.
또한, 상부 결합부(330)에는 나사고정부(331)가 나사결합된다. 나사고정부(331)는 상부 결합부(330)에 나사결합되어 운반용 지그(300)를 에어락 챔버(200)에 고정할 때 나사고정부(331)를 일방향으로 회전시켜 운반용 지그(300)를 에어락 챔버(200)에 고정하고, 나사고정부(331)를 반대방향으로 회전시켜 운반용 지그(300)의 고정을 해제한다.
따라서, 에어락 챔버(200)에 운반용 지그(300)를 결합, 고정하여 미사용시 또는 운반시 에어락 챔버(200)의 열림을 방지하고, 사용시에 운반용 지그(300)를 분리시키게 된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 수 있을 것이다.
100 : 시료대 200 : 에어락 챔버
210 : 하부 챔버 220 : 오링
230 : 모터 231 : 회전축
232 : 회동아암 240 : 진공 게이지 센서
241 : 리미트 센서 250 : 상부 챔버
251 : 접촉블록 260 : 진공 커넥터
300 : 운반용 지그

Claims (10)

  1. 시료를 고정하는 시료대(100)가 내부에 장착되는 에어락 챔버(200)를 포함하고,
    상기 에어락 챔버(200)는
    하부 챔버(210); 및
    상기 하부 챔버(210)의 상부에 개폐가능하게 결합되는 상부 챔버(250)를 포함하고,
    상기 에어락 챔버(200)가 닫힌 상태에서 상부 챔버(250)에 접촉하는 하부 챔버(210)의 접촉면은 측면상에서 하부 챔버(210)의 바닥면에 대해 10 ~ 15도 상향 경사지게 형성되고,
    상부 챔버(250)가 개방된 상태에서, 전자 빔은 시료가 고정된 시료대(100)를 향해 상측에서 조사되고 이온빔은 시료대(100)를 향해 측방향에서 조사되는, 대기 비개방형 시료대.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에어락 챔버(200)의 후면에 배치되어 상기 상부 챔버(250)를 상기 하부 챔버(210)로부터 개방 또는 폐쇄하기 위한 모터(230);
    상기 모터(230)에 연결되는 회전축(231); 및
    하단에 상기 회전축(231)이 결합되고 상단에 상기 상부 챔버(250)의 후면이 연결되는 회동아암(232)을 더 포함하는 대기 비개방형 시료대.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에어락 챔버(200)는 닫힘 동작시 상기 상부 챔버(250)가 상기 하부 챔버(210)에 접촉되는 것을 감지하는 리미트 센서(241)를 더 포함하는 대기 비개방형 시료대.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에어락 챔버(200)는 진공 게이지 센서(240)를 더 포함하는 대기 비개방형 시료대.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에어락 챔버(200)는
    상기 하부 챔버(210)의 하부에 배치되는 하부결합부(310);
    상기 하부결합부(310)에서 상측으로 절곡되어 상기 에어락 챔버(200)의 측면에 배치되는 측면결합부(320); 및
    상기 측면결합부(320)에서 상기 상부 챔버(250)로 절곡되는 상부결합부(330)를 포함하는 운반용 지그(300)를 더 포함하는 대기 비개방형 시료대.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 운반용 지그(300)는 상기 에어락 챔버(200)에 탈부착가능하게 결합되는 대기 비개방형 시료대.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 운반용 지그(300)는 상기 상부결합부(330)에 나사결합되는 나사고정부(331)를 더 포함하는 대기 비개방형 시료대.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에어락 챔버(200)는 그 외면에 펌프를 탈부착가능하게 연결할 수 있는 진공 커넥터(260)를 더 포함하는 대기 비개방형 시료대.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 진공 커넥터(260)에는 푸쉬 버튼 스위치(261)가 배치되는 대기 비개방형 시료대.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하부 챔버(210)의 상단 테두리에는 상기 에어락 챔버(200)가 닫힌 상태에서 대기를 차단하기 위한 오링(220)이 배치되는 대기 비개방형 시료대.
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