KR20090010771A - Stage unit of sem - Google Patents

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Abstract

A stage unit of the miniature scanning electron microscope is provided to drive the stage for the sample loading to the X-axis, the Y-axis, the Z-axis and the rotational direction with minimum size. A chamber door(10) opens and closes the sample chamber. A support base(20) enters and leaves into/from the sample chamber while opening and shutting the sample chamber by the chamber door. The X-Y translation stage(30) is moved to the X-Y axis comparing to the support base. A sample holder(40) moves up and down to Z axial direction comparing to the X-Y translation stage and rotates comparing to the Z-axis. Z shaft driving part(50) moves the sample holder up and down to the Z-axis direction.

Description

소형 전자주사현미경의 스테이지유닛{Stage unit of SEM}Stage unit of small electron scanning microscope

본 발명은, 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장치의 구성을 간단하게 하면서 스테이지를 X, Y, Z, 회전 방향으로 구동시킬 수 있는 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛에 관한 것이다. The present invention relates to a stage unit of a small electron scanning microscope, and more particularly, to a stage unit of a small electron scanning microscope capable of driving a stage in X, Y, Z, and rotation directions while simplifying the configuration of the apparatus. will be.

근래 초미세 가공 기술의 발달에 따라 소정의 시료를 나노(nano : n,nm)치수로 가공 할 수 있는 나노가공장치들이 지속적으로 개발되고 있으며, 이와 함께, 나노가공장치에서 가공된 초미세 가공품을 측정하기 위한 장비로서 나노계측기인 전자주사현미경(Scanning Electron Microscope : SEM)의 기술 개발 역시 지속적으로 발전하고 있다. 또한, 이들은 장치의 구성을 간단하게 하면서 장치의 부피를 줄일 수 있도록 그 소형화에 대한 기술이 개발되고 있는 실정이다. Recently, with the development of ultra-fine processing technology, nano-processing devices that can process predetermined samples with nano (nano: n, nm) dimensions have been continuously developed. In addition, ultra-processed products processed in nano-processing devices are continuously developed. The development of the technology of the scanning electron microscopy (SEM), a nanometer as a device for measuring, is also continuously developing. In addition, they are being developed a technology for miniaturization to simplify the configuration of the device to reduce the volume of the device.

이 중 전자주사현미경(SEM)은 계측장비로서 이동성과 공간활용성을 극대화하기 위해서 소형화가 적극적으로 이루어지고 있다. Among these, the electron scanning microscope (SEM) has been actively miniaturized to maximize mobility and space utilization as a measuring device.

종래 소형 전자주사현미경의 간략한 구성이 도 1에 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛 사시도에 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 종래 소형 전자주사현미경(101)은 전자빔 주사를 위한 부품들의 설치공간을 형성하는 하우징(110)과, 하우징(110) 하부영역에 진공의 시료 측정공간을 형성하는 시료챔버(120)와, 시료챔버(120) 내에 출입 가능하게 설치되며 시료를 X-Y방향으로 이동 가능하게 적재하는 스테이지유닛(130)과, 하우징(110) 내에 설치되어 스테이지유닛(130)에 적재된 시료를 향해 전자빔을 주사하는 전자주사유닛(140)과, 전자주사유닛(140)에서 주사된 전자빔이 시료에 충돌하여 발생된 2차 전자를 검출하여 이미지신호로 처리하는 측정유닛(150)을 포함한다.A simplified configuration of a conventional small electron scanning microscope is shown in FIG. 1, and FIG. 2 is shown in a perspective view of a stage unit of the small electron scanning microscope of FIG. 1. As shown in these figures, the conventional small electron scanning microscope 101 has a housing 110 that forms an installation space of components for electron beam scanning, and a sample that forms a vacuum sample measurement space in the lower region of the housing 110. A chamber 120, a stage unit 130 installed in the sample chamber 120 to be accessible and accessible, and a sample mounted in the housing 110 and loaded in the housing 110 in such a way as to move the sample in the XY direction. An electron scanning unit 140 for scanning the electron beam toward and a measurement unit 150 for detecting secondary electrons generated by the electron beam scanned by the electron scanning unit 140 colliding with the sample and processing the secondary electrons into an image signal. .

이러한 소형 전자주사현미경(101)은 하우징(110)에 설치된 전자총(111)과 집속렌즈(113) 및 주사코일(115)과 대물렌즈(117)로 이루어진 전자주사유닛(140)의 구동에 의해 전자빔이 스테이지유닛(130)의 시편홀더(131)에 적재된 시료로 조사되면, 전자빔이 시료와 충돌하면서 2차 전자를 발생하고, 이 2차 전자를 측정유닛(150)이 이미지신호로 처리하여 디스플레이장치 및 컴퓨터 등에서 표시 및 측정되도록 구성되어 있다. The small electron scanning microscope 101 is an electron beam driven by the electron scanning unit 140 formed of the electron gun 111 and the focusing lens 113 and the scanning coil 115 and the objective lens 117 installed in the housing 110. When the sample loaded on the specimen holder 131 of the stage unit 130 is irradiated, the electron beam collides with the sample to generate secondary electrons, and the measurement unit 150 processes the secondary electrons as an image signal for display. It is configured to display and measure in devices, computers, and the like.

이때, 전자주사유닛(140)의 대물렌즈(117)로부터 시료로 조사되는 전자빔은 그 초점이 미리 설정되어 있는 것으로서, 스테이지유닛(130)의 X-Y이동스테이지(133)를 움직여 시료가 적재된 시편홀더(131)을 X-Y방향으로 이동시켜가면서 전자빔의 초점을 시료에 포커싱한다. At this time, the electron beam irradiated to the sample from the objective lens 117 of the electron scanning unit 140 is a focal point is set in advance, the specimen holder on which the sample is loaded by moving the XY moving stage 133 of the stage unit 130 The focus of the electron beam is focused on the specimen by moving 131 in the XY direction.

그런데, 이러한 종래의 소형 전자주사현미경에 있어서는 그 구성을 간단하게 하고 장치의 부피를 소형화하기 위해서, 스테이지유닛이 X-Y방향으로만 이동 가능 하기 때문에, 시료의 측정과정에서 시료의 측정영역 이동이 X-Y 방향으로만 한정되는 문제점이 있었다. In the conventional small electron scanning microscope, however, the stage unit can be moved only in the XY direction in order to simplify its configuration and reduce the volume of the device. There was an issue limited to only.

이에 의해, 시료의 측정영역을 Z축 방향이나 회전방향(이하 "R방향")으로 이동시키기 위해서는 측정을 중지하고, 스테이지유닛을 시료챔버로부터 인출하여 시료를 별도의 Z축보정시료대에 적재하거나 회전시키는 불편함을 감수해야 하는 문제점이 발생하였다. Thus, in order to move the measurement area of the sample in the Z-axis direction or in the rotational direction (hereinafter referred to as "R direction"), the measurement is stopped, the stage unit is taken out of the sample chamber, and the sample is loaded on a separate Z-axis calibration sample table. There is a problem that must take the inconvenience of rotating.

따라서, 본 발명의 목적은, 장치의 구성이 간단하고 최소한의 크기로 시료적재용 스테이지를 X축 및 Y축과 Z축 및 회전 방향으로 구동시킬 수 있는 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛을 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a stage unit of a small electron scanning microscope capable of driving the sample loading stage in the X-axis, Y-axis, Z-axis, and rotational directions with a simple configuration and minimum size of the device. .

상기 목적은, 본 발명에 따라, 시료챔버를 개폐하는 챔버도어와, 상기 챔버도어의 후방에 마련되어 시료챔버 내부로 출입하는 지지베이스와, 상기 지지베이스 상에 X-Y축 방향으로 이동 가능하게 마련되는 X-Y이동스테이지와, 상기 챔버도어 전방에 마련되어 상기 X-Y이동스테이지의 이동을 조작하는 X축조작부 및 Y축조작부를 갖는 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛에 있어서, 상기 X-Y이동스테이지에 회전가능하게 결합되는 회전체와, 상기 회전체에 대해 상하 승강 가능하게 결합되는 승강체를 갖는 시편홀더와; 상기 회전체를 회전시키는 회전구동부와; 상기 승강체를 Z축방향으로 승강시키는 Z축구동부와; 상기 챔버도어 전방에 마련되어 상기 회전구동부의 구동을 조작하는 회전조작부와; 상기 챔버도어 전방에 마련되어 상기 Z축구동부의 구동을 조작하는 Z축조작부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛에 의해 달성된다.According to the present invention, the object is a chamber door for opening and closing the sample chamber, a support base provided at the rear of the chamber door to enter and exit the sample chamber, and XY movably provided on the support base in the XY axis direction. A stage unit of a small electron scanning microscope having a moving stage and an X-axis operating portion and a Y-axis operating portion provided in front of the chamber door to manipulate movement of the XY moving stage, the rotating body being rotatably coupled to the XY moving stage. A specimen holder having a lifting body coupled to the rotating body so as to be movable up and down; A rotation driving unit for rotating the rotating body; A Z-axis driving unit for elevating the lifting body in the Z-axis direction; A rotation manipulation unit provided in front of the chamber door to manipulate driving of the rotation driving unit; It is achieved by a stage unit of a compact electron scanning microscope provided in front of the chamber door and comprises a Z-axis operation unit for manipulating the drive of the Z-axis driving unit.

여기서, 상기 시편홀더의 회전체는 하부에 상기 X-Y이동스테이지에 자유 회전 가능하게 결합되는 회전결합축이 형성되어 있고, 상부 중심에는 각형상의 승강축결합구가 형성되어 있으며; 상기 시편홀더의 승강체 하부에는 상기 회전체의 승 강축결합구에 승강 가능하게 결합되는 각형의 승강축이 형성되어 있는 것이 바람직하다. Here, the rotating body of the specimen holder is formed at the bottom of the rotating coupling shaft is rotatably coupled to the X-Y moving stage, the upper center is formed with a square lifting shaft coupling sphere; It is preferable that a square lifting shaft is formed below the lifting body of the specimen holder to be lifted and coupled to the lifting shaft coupling hole of the rotating body.

그리고, 상기 회전체는 외주면에 원주방향으로 웜휠이 형성되어 있는 원통형상을 가지며; 상기 회전구동부는 상기 회전체의 웜휠에 맞물려 회전하는 웜기어와, 양단부가 상기 웜기어와 상기 회전조작부를 연결하는 회전조작링크를 갖는 것이 효과적이다. The rotating body has a cylindrical shape in which a worm wheel is formed in the circumferential direction on an outer circumferential surface thereof; It is effective that the rotary drive unit has a worm gear that rotates in engagement with the worm wheel of the rotating body, and a rotary operation link connecting both ends of the worm gear and the rotary control unit.

또한, 상기 승강체의 외주면에는 상하방향으로 승강래크가 형성되어 있으며; 상기 Z축구동부는 상기 승강체의 승강래크에 맞물려 회전하는 승강피니언과, 양단부가 상기 승강피니언과 상기 Z축조작부를 연결하는 Z축조작링크를 갖는 것이 보다 바람직하다. In addition, the lifting rack is formed on the outer peripheral surface of the lifting body in the vertical direction; More preferably, the Z-axis driving unit has a lifting pinion that is engaged with the lifting rack of the lifting body and both ends thereof have a Z-axis operating link connecting the lifting pinion and the Z-axis control unit.

이때, 상기 승강체를 사이에 두고 상기 승강래크의 타측에 맞물린 상태로 자유회전 가능하게 마련되는 승강가이드피니언을 더 포함하는 것이 보다 효과적이다. At this time, it is more effective to further include an elevating guide pinion which is provided to be freely rotated while being engaged with the other side of the elevating rack with the elevating body therebetween.

한편, 상기 회전조작링크와 상기 Z축조작링크는 굴곡영역이 유니버셜 조인트 구조인 다관절 링크 샤프트로 마련되는 것이 바람직하다. On the other hand, the rotary operation link and the Z-axis operation link is preferably provided with a multi-joint link shaft having a bent region of the universal joint structure.

그리고, 상기 X축조작부와 상기 Y축조작부 및 상기 Z축조작부와 상기 회전조작부는 회전노브 형태로 마련되거나 전기적으로 구동제어가 가능한 모터로 마련되는 것이 효과적이다. The X-axis manipulation unit, the Y-axis manipulation unit, and the Z-axis manipulation unit and the rotation manipulation unit may be provided in the form of a rotary knob or may be provided as a motor capable of electrically driving control.

본 발명에 따르면, 장치의 구성이 간단하고 최소한의 크기로 시료적재용 스테이지를 X축 및 Y축과 Z축 및 회전 방향으로 구동시킬 수 있는 소형 전자주사현미 경의 스테이지유닛이 제공된다. According to the present invention, there is provided a stage unit of a small electron scanning microscope capable of driving the sample loading stage in the X-axis and Y-axis, the Z-axis, and the rotational direction with a simple configuration and a minimum size.

도 3은 본 발명에 따른 스테이지유닛을 갖는 소형 전자주사현미경의 사시도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛을 좌우측에서 바라본 사시도이며, 도 5는 도 4a 및 도 4의 스테이지유닛의 시편홀드 영역 분해사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛 횡단면도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛 좌우측면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛(1)은 시료챔버(5)를 개폐하는 챔버도어(10)와, 챔버도어(10)의 시료챔버(5) 개폐시 시료챔버(5)내부로 출입하는 지지베이스(20)와, 지지베이스(20)에 대해 X-Y축으로 이동되는 X-Y이동스테이지(30)와, X-Y이동스테이지(30)에 대해 Z축방향으로 상하 이동하고 Z축에 대해 회전하는 시편홀더(40)와, 시편홀더(40)를 Z축 방향으로 상하 이동시키는 Z축구동부(50)와, 시편홀더(40)를 회전시키는 회전구동부(60)를 포함한다. Figure 3 is a perspective view of a small electron scanning microscope having a stage unit according to the present invention, Figures 4a and 4b is a perspective view of the stage unit of the small electron scanning microscope according to the present invention viewed from the left and right sides, Figure 5 is a view 4a and Figure 4 is an exploded perspective view of a specimen holding area of the stage unit of FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the stage unit of the small electron scanning microscope according to the present invention, and FIGS. 7 and 8 are left and right side views of the stage unit of the small electron scanning microscope according to the present invention. As shown in these drawings, the stage unit 1 of the small electron scanning microscope according to the present invention includes a chamber door 10 for opening and closing the sample chamber 5 and a sample chamber 5 opening and closing of the chamber door 10. Up and down in the Z-axis direction with respect to the support base 20 entering and exiting the sample chamber 5, the XY moving stage 30 moved in the XY axis with respect to the support base 20, and the XY moving stage 30. A specimen holder 40 that moves and rotates about the Z axis, a Z axis driver 50 that vertically moves the specimen holder 40 in the Z-axis direction, and a rotation driver 60 that rotates the specimen holder 40. Include.

챔버도어(10)는 시료챔버(5)로부터 개폐방향으로 인장 및 축소되는 개폐가이드(11)에 지지되어 시료챔버(5)의 전면개구를 개폐하도록 설치될 수 있다. 이 챔버도어(10)의 외측면에는 외부에서 X-Y구동부 및 Z축구동부(50)와 회전구동부(60)의 구동을 조작하기 위한 스테이지구동조작수단(13)이 설치되어 있다. 스테이지구동조작수단(13)의 구체적인 구성은 후술한다. The chamber door 10 may be installed to open and close the front opening of the sample chamber 5 by being supported by the opening and closing guide 11 which is tensioned and reduced in the opening and closing direction from the sample chamber 5. On the outer side of the chamber door 10, a stage driving operation means 13 for controlling the drive of the X-Y driving unit, the Z axis driving unit 50 and the rotation driving unit 60 from the outside is provided. The specific configuration of the stage driving operation means 13 will be described later.

지지베이스(20)는 시료챔버(5) 내부를 향하는 챔버도어(10)의 배면에 수평으로 설치되어 있다. 이 지지베이스(20) 상에는 후술할 X-Y이동스테이지(30)와 시편홀더(40) 및 Z축구동부(50)와 회전구동부(60) 등이 설치된다. The support base 20 is horizontally installed on the rear surface of the chamber door 10 facing the inside of the sample chamber 5. On the support base 20, an X-Y moving stage 30, a specimen holder 40, a Z-axis driving unit 50, a rotating driving unit 60, and the like, which will be described later, are provided.

X-Y이동스테이지(30)는 지지베이스(20)에 대해 X축방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 X축이동스테이지(31)와, 지지베이스(20)에 대해 Y축방향으로 왕복이동 가능하게 설치되는 Y축이동스테이지(35)와, 후술할 스테이지구동조작수단(13)의 X축조작부(13a)의 조작에 따라 X축이동스테이지(31)를 X축방향으로 왕복이동 시키는 X축구동부(33)와, 후술할 스테이지구동조작수단(13)의 Y축조작부(13b)의 조작에 따라 Y축이동스테이지(35)를 Y축방향으로 왕복이동 시키는 Y축구동부(37)를 가지고 있다. The XY moving stage 30 is installed on the X-axis moving stage 31 so as to reciprocate in the X-axis direction with respect to the support base 20, and reciprocally moved in the Y-axis direction with respect to the support base 20. X-axis driving section 33 for reciprocating the X-axis moving stage 31 in the X-axis direction according to the operation of the Y-axis moving stage 35 and the X-axis operating section 13a of the stage driving operation means 13 to be described later. And the Y-axis driving unit 37 for reciprocating the Y-axis moving stage 35 in the Y-axis direction according to the operation of the Y-axis operating unit 13b of the stage driving operation means 13 which will be described later.

여기서, Y축이동스테이지(35)는 지지베이스(20) 상에 대해 Y축방향으로 왕복 슬라이딩 이동 가능하게 슬라이더 등의 결합구조로 결합되어 있고, Y축구동부(37)는 Y축이동스테이지(35) 하부에 Y축방향으로 배치된 이송스크류 구조로 마련될 수 있다. 이때, 스테이지구동조작수단(13)의 Y축조작부(13b)는 이송스크류를 회전시키는 구성으로 마련된다. Here, the Y-axis moving stage 35 is coupled in a coupling structure such as a slider to enable reciprocating sliding movement in the Y-axis direction with respect to the support base 20, and the Y-axis driving unit 37 is the Y-axis moving stage 35. It may be provided with a transport screw structure disposed in the Y-axis direction at the bottom. At this time, the Y-axis operation part 13b of the stage drive operation means 13 is provided with the structure which rotates a conveyance screw.

그리고, X축이동스테이지(31)는 Y축이동스테이지(35) 상에 대해 X축방향으로 왕복 슬라이딩 이동 가능하게 슬라이더 등의 결합구조로 결합되어 있고, X축구동부(33)는 X축이동스테이지(31) 하부에 X축방향으로 배치된 래크(33a)와, 래크(33a) 에 맞물림 회전하는 피니언(33b)의 구조로 마련될 수 있다. 이때, 스테이지구동조작수단(13)의 X축조작부(13a)는 피니언(33b)을 회전시키는 구성으로 마련된다. In addition, the X-axis moving stage 31 is coupled in a coupling structure such as a slider to enable reciprocating sliding movement in the X-axis direction with respect to the Y-axis moving stage 35, and the X-axis driving unit 33 is the X-axis moving stage. (31) can be provided in the structure of the rack 33a disposed in the X-axis direction and the pinion (33b) to rotate in engagement with the rack (33a). At this time, the X-axis operation part 13a of the stage drive operation means 13 is provided with the structure which rotates the pinion 33b.

물론, X축이동스테이지(31)를 지지베이스(20) 상에 배치하고 X축구동부(33)를 이송스크류구조로 하고, Y축이동스테이지(35)를 X축이동스테이지(31) 상에 배치하고 Y축구동부(37)를 래크와 피니언 구조로 할 수 있다. Of course, the X-axis moving stage 31 is disposed on the support base 20, the X-axis driving unit 33 is the feeding screw structure, and the Y-axis moving stage 35 is disposed on the X-axis moving stage 31. The Y axis drive portion 37 can have a rack and pinion structure.

이 X-Y이동스테이지(30) 중 상측에 위치하는 X축이동스테이지(31)(Y축이동스테이지(35)가 상측에 배치될 수도 있음)의 중앙역역에는 시편홀더(40)를 회전가능하게 지지하는 시편홀더회전지지구(39)가 형성되어 있다. 이 시편홀더회전지지구(39)에는 후술할 시편홀더(40)의 회전체(41)가 회전 가능하게 결합된다. Of the XY moving stage 30, the specimen holder 40 is rotatably supported at the central station of the X-axis moving stage 31 (the Y-axis moving stage 35 may be disposed on the upper side). A specimen holder rotating support 39 is formed. The specimen holder rotation support 39 is rotatably coupled to the rotating body 41 of the specimen holder 40 to be described later.

한편, 시편홀더(40)는 X-Y이동스테이지(30)에 회전가능하게 결합되어 회전구동부(60)의 구동에 의해 회전하는 회전체(41)와, 회전체(41)에 대해 Z축방향으로 상하 승강가능하게 결합되어 Z축구동부(50)의 구동에 의해 승강하는 승강체(43)를 가지고 있다. On the other hand, the specimen holder 40 is rotatably coupled to the XY moving stage 30 is rotated by the drive of the rotary drive unit 60 and the upper and lower in the Z axis direction relative to the rotating body 41 It has a lifting body 43 which is coupled so that it can be lifted and lowered by the drive of the Z-axis drive part 50.

회전체(41)는 원통형상을 가지고 있으며, 회전체(41)의 외주면에는 원주방향으로 웜휠(41a)이 형성되어 있다. 웜휠(41a)은 후술할 회전구동부(60)의 웜기어(61)에 맞물린 상태에서 스테이지구동조작수단(13)의 회전조작부(13d)의 조작에 의한 웜기어(61)의 회전에 맞물려 회전한다. The rotating body 41 has a cylindrical shape, and a worm wheel 41a is formed in the circumferential direction on the outer circumferential surface of the rotating body 41. The worm wheel 41a is engaged with the rotation of the worm gear 61 by the operation of the rotary operation unit 13d of the stage driving operation means 13 while being engaged with the worm gear 61 of the rotary drive unit 60 to be described later.

또한, 회전체(41)의 하부에는 X-Y이동스테이지(30)의 시편홀더회전지지구(39)에 자유 회전 가능하게 결합되는 회전결합축(41b)이 형성되어 있으며, 회전 체(41)의 상부 중심에는 후술할 승강체(43)의 승강축(43a)이 결합되는 각형상의 승강축결합구(41c)가 형성되어 있다. In addition, the lower portion of the rotating body 41 is formed with a rotating coupling shaft 41b freely rotatable to the specimen holder rotating support 39 of the XY moving stage 30, the upper portion of the rotating body 41 In the center, a square lifting shaft coupling tool 41c to which the lifting shaft 43a of the lifting body 43 to be described later is coupled is formed.

승강체(43)는 원통형상을 가지고 있으며, 그 하부에 회전체(41)의 승강축결합구(41c)에 승강 가능하게 결합되는 각형의 승강축(43a)이 형성되어 있다. 이때, 승강축(43a)과 승강축결합구(41c)의 형성 위치는 각각 회전체(41)와 승강체(43)에 형성될 수도 있음은 물론이다. The lifting body 43 has a cylindrical shape, and a lower lifting shaft 43a is formed in the lower portion thereof so as to be lifted and coupled to the lifting shaft coupling hole 41c of the rotating body 41. At this time, the formation position of the lifting shaft 43a and the lifting shaft coupling port 41c may be formed in the rotating body 41 and the lifting body 43, of course.

또한, 승강체(43)의 외주면에는 상하방향으로 승강래크(43c)가 형성되어 있다. 승강래크(43c)는 회전체(41)의 회전을 고려하여 승강체(43)의 외주면 전 둘레에 형성된다. 이 승강래크(43c)는 후술할 Z축구동부(50)의 승강피니언(51)에 맞물린 상태에서 스테이지구동조작수단(13)의 Z축조작부(13c)의 조작에 의한 승강피니언(51)의 회전에 맞물려 상대적으로 상하 이동한다. 이에 의해, 승강체(43)가 회전체(41)에 대해 Z축방향으로 승강된다. Moreover, the lifting rack 43c is formed in the up-down direction on the outer peripheral surface of the lifting body 43. As shown in FIG. The lifting rack 43c is formed around the outer circumferential surface of the lifting body 43 in consideration of the rotation of the rotating body 41. The lifting rack 43c rotates the lifting pinion 51 by the operation of the Z-axis operating portion 13c of the stage driving operation means 13 while being engaged with the lifting pinion 51 of the Z-axis driving portion 50 which will be described later. It moves up and down relatively in mesh with. Thereby, the lifting body 43 moves up and down with respect to the rotating body 41 in the Z-axis direction.

여기서, 시편홀더(40)는 측정대상이 시료를 적재하는 것으로서, 승강체(43)의 상부면이 시료적재면으로 형성될 수 있다. 또는, 시편홀더(40)의 승강체(43) 상부에 별도의 시료 적재용 시료테이블을 결합하여 시료를 적재할 수도 있다. Here, the specimen holder 40 is to load the sample, the upper surface of the lifting body 43 may be formed as a sample loading surface. Alternatively, a sample may be loaded by combining a separate sample loading sample table on the lifting body 43 of the specimen holder 40.

한편, Z축구동부(50)는 시편홀더(40)의 승강체(43)에 형성된 승강래크(43c)의 일측에 맞물려 회전하는 승강피니언(51)과, 승강체(43)를 사이에 두고 승강래크(43c)의 타측에 맞물림 회전하도록 설치된 승강가이드피니언(53)과, 스테이지구동조작수단(13)의 Z축조작부(13c)와 승강피니언(51)을 연결하는 Z축조작링크(55)를 갖는다. On the other hand, the Z-axis driving unit 50 is lifted by the lifting pinion 51 and the lifting body 43 interposed between the lifting pinion 51 rotated in engagement with one side of the lifting rack 43c formed on the lifting body 43 of the specimen holder 40. Lifting guide pinion 53 installed to engage and rotate to the other side of the rack 43c, and Z-axis operation link 55 connecting the Z-axis operating portion 13c and the lifting pinion 51 of the stage driving operation means 13 to each other. Have

여기서, 승강피니언(51)과 승강가이드피니언(53)은 X-Y이동스테이지(30) 상의 피니언지지대(53a)에 회전 가능하게 지지되어 있다. Here, the lifting pinion 51 and the lifting guide pinion 53 are rotatably supported by the pinion support 53a on the X-Y moving stage 30.

그리고, Z축조작링크(55)는 설치공간의 최소화를 위해서 굴곡영역이 유니버셜 조인트 구조인 다관절 링크 샤프트로 마련되는 것이 바람직하다. 이 Z축조작링크(55)는 양단부가 각각 승강피니언(51)의 중심축과 후술할 스테이지구동조작수단(13)의 Z축조작부(13c)에 연결되어 있다. In addition, the Z-axis operating link 55 is preferably provided with a multi-joint link shaft having a bent area of the universal joint structure in order to minimize the installation space. Both ends of the Z-axis operation link 55 are connected to the central axis of the elevating pinion 51 and the Z-axis operation portion 13c of the stage driving operation means 13 to be described later.

한편, 회전구동부(60)는 시편홀더(40)의 회전체(41)에 형성된 웜휠(41a)의 일측에 맞물려 회전하는 웜기어(61)와, 스테이지구동조작수단(13)의 회전조작부(13d)와 웜기어(61)를 연결하는 회전조작링크(63)를 갖는다. Meanwhile, the rotation driving unit 60 is engaged with one side of the worm wheel 41a formed on the rotating body 41 of the specimen holder 40 and rotates with the worm gear 61 and the rotation operation unit 13d of the stage driving operation means 13. And a rotation operation link 63 connecting the worm gear 61.

웜기어(61)는 X-Y이동스테이지(30) 상의 웜지지대(61a)에 회전 가능하게 지지되어 있으며, 회전조작링크(63)는 Z축조작링크(55)와 마찬가지로 굴곡영역이 유니버셜 조인트 구조인 다관절 링크 샤프트로 마련되어 양단부가 각각 웜기어(61)의 중심축과 후술할 스테이지구동조작수단(13)의 회전조작부(13d)에 연결되어 있다. The worm gear 61 is rotatably supported by the worm support 61a on the XY moving stage 30, and the rotary operation link 63 is a joint joint structure in which the bent region is a universal joint structure like the Z axis operation link 55. It is provided as a link shaft, and both ends are respectively connected to the central axis of the worm gear 61 and the rotating operation portion 13d of the stage driving operation means 13 to be described later.

한편, 스테이지구동조작수단(13)은 챔버도어(10)의 외측면에 마련되어 각각 X축구동부(33)와 Y축구동부(37) 및 Z축구동부(50)와 회전구동부(60)의 구동을 조작하는 X축조작부(13a)와 Y축조작부(13b) 및 Z축조작부(13c)와 회전조작부(13d)를 갖는다. On the other hand, the stage driving operation means 13 is provided on the outer surface of the chamber door 10 to drive the X-axis driving unit 33, the Y-axis driving unit 37, the Z-axis driving unit 50 and the rotation driving unit 60, respectively. It has the X-axis operation part 13a, the Y-axis operation part 13b, the Z-axis operation part 13c, and the rotation operation part 13d to operate.

여기서, 각 조작부는 회전노브 형태로 마련되어 각각의 노브축이 X축구동부(33)의 피니언(33b) 중심축과 Y축구동부(37)의 이송스크류 중심축 및 Z축조작링크(55)와 회전조작링크(63)와 연결되어 있는 구조를 가질 수 있다. 이에 의해, 챔버도어(10)의 외측에서 각 조작부를 회전 조작하면 그 회전력이 해당 구동부로 전달되어 X축이동스테이지(31)의 X축 방향으로의 이동이나 Y축이동스테이지(35)의 Y축 방향으로의 이동 또는 시편홀더(40)의 Z축 방향으로의 승강이나 시편홀더(40)의 승강 이동이 이루어진다. Here, each operation part is provided in the form of a rotary knob, each knob axis is rotated with the central axis of the pinion (33b) of the X-axis drive unit 33 and the feed screw central axis and the Z-axis operation link 55 of the Y-axis drive unit 37. It may have a structure connected to the operation link (63). Thereby, when each operation part is rotated outside the chamber door 10, the rotation force is transmitted to the said drive part, and the X-axis movement stage 31 moves to the X-axis direction, or the Y-axis movement stage 35 is Y-axis. Direction or lifting of the specimen holder 40 in the Z-axis direction and lifting and lowering of the specimen holder 40 are made.

물론, 각 조작부는 도시하지는 않았지만 전기적으로 구동제어가 가능한 모터 등의 구동력자동전달장치로 마련되어 각 구동부를 구동시킬 수 있다. Of course, each operation unit may be provided as a driving force automatic transmission device, such as a motor capable of electrically driving control, although not shown, to drive each driving unit.

이러한 구성에 의해서, 본 발명에 따른 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛(1)의 구동과정을 살펴본다. With this configuration, the driving process of the stage unit 1 of the small electron scanning microscope according to the present invention will be described.

챔버도어(10)의 개방 상태에서 스테이지유닛(1)의 시편홀더(40) 상에 시편을 적재하고 챔버도어(10)를 폐쇄하면 스테이지유닛(1)은 시료챔버(5) 내부에 위치하게 된다. 이 상태에서 전자주사유닛(7)의 초점 영역에 시료가 위치할 수 있도록 스테이지구동조작수단(13)을 조작하여 시료를 적재하고 있는 시편홀더(40)를 X축 방향과 Y축 방향 및 Z축방향과 회전 방향으로 이동시키게 된다. When the specimen is loaded on the specimen holder 40 of the stage unit 1 in the open state of the chamber door 10 and the chamber door 10 is closed, the stage unit 1 is positioned inside the sample chamber 5. . In this state, the stage holder operating means 13 is operated so that the specimen holder 40 can be placed in the focal region of the electron scanning unit 7 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis. Direction and rotation direction.

먼저, 시료를 X축 방향으로 이동시키는 경우에는 X축조작부(13a)를 회전 조작한다. X축조작부(13a)의 회전력은 X축구동부(33)의 피니언(33b)으로 전달되어 피니언(33b)이 회전하게 되고, 피니언(33b)의 회전운동이 X축이동스테이지(31) 하 부에 형성되어 있는 래크(33a)에 전달되면서 X축이동스테이지(31)를 X축 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, X-Y이동스테이지(30) 상에 결합되어 있는 시편홀더(40) 역시 X축 방향으로 이동하여 시편홀더(40)에 적재된 시료가 전자주사유닛(7)의 초점영역을 향해 X축 방향으로 이동할 수 있다. First, when moving a sample to an X-axis direction, the X-axis operation part 13a is rotated. The rotational force of the X-axis operating portion 13a is transmitted to the pinion 33b of the X-axis driving portion 33 so that the pinion 33b rotates, and the rotational movement of the pinion 33b is below the X-axis moving stage 31. The X-axis moving stage 31 is moved in the X-axis direction while being transmitted to the formed rack 33a. As a result, the specimen holder 40 coupled to the XY moving stage 30 also moves in the X-axis direction so that the sample loaded in the specimen holder 40 moves toward the focal region of the electron scanning unit 7 in the X-axis direction. Can be moved.

그리고, 시료를 Y축 방향으로 이동시키는 경우에는 Y축조작부(13b)를 회전 조작한다. Y축조작부(13b)의 회전력에 의해 Y축구동부(37)의 이송스크류가 회전하게 되고, 이송스크류의 회전운동이 Y축이동스테이지(35)를 Y축 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, X-Y이동스테이지(30) 상에 결합되어 있는 시편홀더(40) 역시 Y축 방향으로 이동하여 시편홀더(40)에 적재된 시료가 전자주사유닛(7)의 초점영역을 향해 Y축 방향으로 이동할 수 있다. And when moving a sample to a Y-axis direction, the Y-axis operation part 13b is rotated. The feeding screw of the Y-axis driving part 37 rotates by the rotational force of the Y-axis operating part 13b, and the rotational movement of the feeding screw moves the Y-axis moving stage 35 to the Y-axis direction. As a result, the specimen holder 40 coupled to the XY moving stage 30 also moves in the Y-axis direction so that the sample loaded in the specimen holder 40 moves toward the focal region of the electron scanning unit 7 in the Y-axis direction. Can be moved.

또한, 시료를 Z축 방향으로 이동시키는 경우에는 Z축조작부(13c)를 회전 조작한다. Z축조작부(13c)의 회전력은 Z축구동부(50)의 Z축조작링크(55)를 통해 Z축구동부(50)의 승강피니언(51)을 회전시키게 되고, 승강피니언(51)의 회전에 의해 승강피니언(51)과 맞물린 승강체(43)의 승강래크(43c)의 승강에 의해 시편홀더(40)의 승강체(43)가 Z축 방향으로 승강 이동될 수 있다. 이에 의해, 시편홀더(40)에 적재된 시료가 전자주사유닛(7)의 초점영역을 향해 Z축 방향으로 이동할 수 있다. In addition, when moving a sample to a Z-axis direction, the Z-axis operation part 13c is rotated. The rotational force of the Z-axis operating portion 13c rotates the elevating pinion 51 of the Z-axis driving portion 50 through the Z-axis operating link 55 of the Z-axis driving portion 50, and the rotation of the elevating pinion 51. As a result of the elevating of the elevating rack 43c of the elevating body 43 engaged with the elevating pinion 51, the elevating body 43 of the specimen holder 40 can be moved up and down in the Z-axis direction. As a result, the sample loaded in the specimen holder 40 can move in the Z-axis direction toward the focal region of the electron scanning unit 7.

한편, 시료를 Z축을 중심으로 회전시키는 경우에는 회전조작부(13d)를 회전 조작한다. 회전조작부(13d)의 회전력은 회전구동부(60)의 회전조작링크(63)를 통해 회전구동부(60)의 윔기어를 회전시키게 되고, 웜기어(61)의 회전에 의해 웜기어(61)와과 맞물린 회전체(41)의 웜휠(41a)의 회전에 시편홀더(40)의 회전체(41)가 Z축을 중심으로 회전한다. 이때, 회전체(41)와 승강체(43)는 각형의 승각축결합구와 승강축(43a)의 결합구조를 가지고 있기 때문에 승강체(43)가 임으로 회전하지는 않고 회전체(41)의 회전에 의해서만 승강체(43)가 회전하게 된다. 이에 의해, 시편홀더(40)에 적재된 시료가 전자주사유닛(7)의 초점영역을 향해 Z축을 중심으로 회전할 수 있다. On the other hand, when the sample is rotated about the Z axis, the rotation operation part 13d is rotated. The rotational force of the rotary manipulator 13d rotates the worm gear of the rotary maneuver 60 through the rotary maneuver link 63 of the rotary maneuver 60, and is engaged with the worm gear 61 by the rotation of the worm gear 61. As the worm wheel 41a of the whole 41 rotates, the rotating body 41 of the specimen holder 40 rotates about the Z axis. At this time, since the rotating body 41 and the lifting body 43 have a coupling structure of a square lifting shaft coupling hole and the lifting shaft 43a, the lifting body 43 does not rotate arbitrarily, and thus the rotating body 41 does not rotate. Only the lifting body 43 rotates. As a result, the sample loaded on the specimen holder 40 can rotate about the Z axis toward the focal region of the electron scanning unit 7.

이와 같이, 본 발명에 따른 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛은 시료를 X-Y방향과 Z축방향 및 Z축을 중심으로 회전시킬 수 있기 때문에, 소형 전자주사현미경을 이용한 시료측정이 매우 편리해지며, 시료측정을 중단하지 않고도 시료를 원하는 위치로 이동시킬 수 있다. Thus, since the stage unit of the small electron scanning microscope according to the present invention can rotate the sample about the XY direction, the Z axis direction and the Z axis, the measurement of the sample using the small electron scanning microscope becomes very convenient, and the sample measurement The sample can be moved to the desired position without interruption.

그리고, X-Y방향과 Z축방향 및 회전을 위한 장치의 구성이 래크와 피니언 및 웜기어 등의 기어구조로 이루어져 있기 때문에, 간단한 구성과 설치공간을 최소화하면서 4축 구동 스테이지유닛을 마련할 수 있다. In addition, since the configuration of the device for X-Y direction and Z-axis direction and rotation is made of a gear structure such as a rack, pinion and worm gear, it is possible to provide a four-axis drive stage unit with a simple configuration and minimizing the installation space.

도 1은 종래 소형 전자주사현미경의 전체 사시도, 1 is an overall perspective view of a conventional small electron scanning microscope,

도 2는 도 1의 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛 사시도, Figure 2 is a perspective view of the stage unit of the small electron scanning microscope of Figure 1,

도 3은 본 발명에 따른 스테이지유닛을 갖는 소형 전자주사현미경의 사시도, 3 is a perspective view of a small electron scanning microscope having a stage unit according to the present invention,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛을 좌우측에서 바라본 사시도, 4A and 4B are perspective views of the stage unit of the small electron scanning microscope according to the present invention viewed from the left and right sides;

도 5는 도 4a 및 도 4의 스테이지유닛의 시편홀드 영역 분해사시도, 5 is an exploded perspective view of a specimen holding area of the stage unit of FIGS. 4A and 4;

도 6은 본 발명에 따른 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛 횡단면도,6 is a cross-sectional view of a stage unit of a small electron scanning microscope according to the present invention;

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛 좌우측면도, 7 and 8 are left and right side views of the stage unit of the small electron scanning microscope according to the present invention;

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

13 : 스테이지구동조작수단 20 : 지지베이스13 stage driving operation means 20 support base

30 : X-Y이동스테이지 31 : X축이동스테이지30: X-Y moving stage 31: X-axis moving stage

33 : X축구동부 35 : Y축이동스테이지33: X axis drive part 35: Y axis move stage

37 : Y축구동부 40 : 시편홀더37: Y-axis drive part 40: specimen holder

41 : 회전체 43 : 승강체41: rotating body 43: lifting body

50 : Z축구동부 60 : 회전구동부 50: Z axis drive unit 60: rotation drive unit

Claims (7)

시료챔버를 개폐하는 챔버도어와, 상기 챔버도어의 후방에 마련되어 시료챔버 내부로 출입하는 지지베이스와, 상기 지지베이스 상에 X-Y축 방향으로 이동 가능하게 마련되는 X-Y이동스테이지와, 상기 챔버도어 전방에 마련되어 상기 X-Y이동스테이지의 이동을 조작하는 X축조작부 및 Y축조작부를 갖는 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛에 있어서, A chamber door for opening and closing a sample chamber, a support base provided at the rear of the chamber door to enter and exit the sample chamber, an XY moving stage provided on the support base so as to be movable in the XY axis direction, and in front of the chamber door A stage unit of a small electron scanning microscope provided with an X-axis operating portion and a Y-axis operating portion for manipulating the movement of the XY moving stage, 상기 X-Y이동스테이지에 회전가능하게 결합되는 회전체와, 상기 회전체에 대해 상하 승강 가능하게 결합되는 승강체를 갖는 시편홀더와;A specimen holder having a rotating body rotatably coupled to the X-Y moving stage, and a lifting body coupled up and down with respect to the rotating body; 상기 회전체를 회전시키는 회전구동부와;A rotation driving unit for rotating the rotating body; 상기 승강체를 Z축방향으로 승강시키는 Z축구동부와;A Z-axis driving unit for elevating the lifting body in the Z-axis direction; 상기 챔버도어 전방에 마련되어 상기 회전구동부의 구동을 조작하는 회전조작부와;A rotation manipulation unit provided in front of the chamber door to manipulate driving of the rotation driving unit; 상기 챔버도어 전방에 마련되어 상기 Z축구동부의 구동을 조작하는 Z축조작부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛.And a Z-axis manipulation unit provided in front of the chamber door to manipulate driving of the Z-axis driving unit. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 시편홀더의 회전체는 하부에 상기 X-Y이동스테이지에 자유 회전 가능하게 결합되는 회전결합축이 형성되어 있고, 상부 중심에는 각형상의 승강축결합구가 형성되어 있으며;The rotating body of the specimen holder is formed at the bottom of the rotating coupling shaft is rotatably coupled to the X-Y moving stage, the upper center is formed with a square lifting shaft coupling sphere; 상기 시편홀더의 승강체 하부에는 상기 회전체의 승강축결합구에 승강 가능하게 결합되는 각형의 승강축이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛.The stage unit of the compact electron scanning microscope, characterized in that the lifting shaft of the square is formed in the lower portion of the lifting member of the specimen holder to be able to be lifted and lowered to the lifting shaft coupling hole of the rotating body. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 회전체는 외주면에 원주방향으로 웜휠이 형성되어 있는 원통형상을 가지며;The rotating body has a cylindrical shape with a worm wheel is formed in the circumferential direction on the outer circumferential surface; 상기 회전구동부는 상기 회전체의 웜휠에 맞물려 회전하는 웜기어와, 양단부가 상기 웜기어와 상기 회전조작부를 연결하는 회전조작링크를 갖는 것을 특징으로 하는 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛.The rotary drive unit is a stage unit of a small electron scanning microscope, characterized in that it has a worm gear that rotates in engagement with the worm wheel of the rotating body, both ends of the rotary operation link connecting the worm gear and the rotary control unit. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 승강체의 외주면에는 상하방향으로 승강래크가 형성되어 있으며;Lifting racks are formed in the vertical direction on the outer circumferential surface of the lifting body; 상기 Z축구동부는 상기 승강체의 승강래크에 맞물려 회전하는 승강피니언과, 양단부가 상기 승강피니언과 상기 Z축조작부를 연결하는 Z축조작링크를 갖는 것을 특징으로 하는 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛.And the Z-axis driving unit has a lifting pinion which is engaged with the lifting rack of the lifting body and rotates, and a Z-axis operating link connecting both of the lifting pinion and the Z-axis control unit. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 승강체를 사이에 두고 상기 승강래크의 타측에 맞물린 상태로 자유회전 가능하게 마련되는 승강가이드피니언을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 전자 주사현미경의 스테이지유닛.And a lifting guide pinion provided freely rotatable in engagement with the lifting rack, with the lifting body interposed therebetween. 제3항 또는 제4항에 있어서, The method according to claim 3 or 4, 상기 회전조작링크와 상기 Z축조작링크는 굴곡영역이 유니버셜 조인트 구조인 다관절 링크 샤프트로 마련되는 것을 특징으로 하는 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛.The rotating operation link and the Z-axis operation link is a stage unit of a small electron scanning microscope, characterized in that the bent region is provided with a multi-joint link shaft having a universal joint structure. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 X축조작부와 상기 Y축조작부 및 상기 Z축조작부와 상기 회전조작부는 회전노브 형태로 마련되거나 전기적으로 구동제어가 가능한 모터로 마련되는 것을 특징으로 하는 소형 전자주사현미경의 스테이지유닛.And the X-axis manipulation unit, the Y-axis manipulation unit, and the Z-axis manipulation unit and the rotation manipulation unit are provided in the form of a rotary knob or a motor capable of electrically driving control.
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