KR20130120564A - Scanning electron microscope - Google Patents

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KR20130120564A
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Abstract

The present invention relates to an electron microscope which observes a sample while straightly moving and rotating the sample using a position control unit within a chamber and the electron microscope comprises; a first position control unit which straightly linearly moves the sample through the drive of a motor positioned within the chamber; a second position control unit which rotates the sample through the drive of the motor positioned within the chamber; a third position control unit which vertically penetrates to a lower end of the chamber from an outer side of the lower end of the chamber and is combined to an lower end of the first position control unit and pulls up and down the sample in a Z-shaft direction; a controller which controls the drive of the each motor. According to the present invention, manufacturing costs is reduced, because the power structure is simple and the design and production are easy, and the performance of a product is improved because, vacuum sealing is easy.

Description

주사전자현미경 스테이지{SCANNING ELECTRON MICROSCOPE}{SCANNING ELECTRON MICROSCOPE}

본 발명은 전자현미경 스테이지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 시료를 X축, Y축, R축 및 T축 위치 조정을 위한 동력전달 수단을 챔버 내부에 설치하고, Z축 위치 조정 유닛만을 챔버 하단의 외부에 설치함으로써 챔버 내부의 진공 상태 유지를 용이하며 장치 구성 간소화 및 챔버 사이즈의 컴팩트화를 이룰 수 있는 주사전자현미경 스테이지에 관한 것이다. The present invention relates to an electron microscope stage, and more particularly to an electron microscope stage in which a power transmitting means for adjusting a position of a sample in X-axis, Y-axis, R-axis and T- The present invention relates to a scanning electron microscope stage capable of easily maintaining a vacuum state inside a chamber and simplifying the structure of the apparatus and reducing the size of the chamber.

전자현미경은 진공챔버 내에 있는 관찰 대상 시료에 전자를 가속 충돌시켜 발생하는 이차전자를 포집하여 그 수를 음영으로 표시, 영상으로 변환하여 관찰하는 장치로서, 빛 대신 전자를 사용하여 시료의 확대된 이미지를 표시할 수 있다. The electron microscope captures secondary electrons generated by accelerating and colliding electrons with the sample to be observed in the vacuum chamber, converts the number of the secondary electrons into shaded images, and observes the converted image. The magnified image of the sample Can be displayed.

이러한 전자현미경은 방식에 따라서 투과 전자현미경(TEM), 주사 전자현미경(SEM), 반사 전자현미경(REM), 투사주사 전자현미경(STEM), 저전압 전자현미경(LVEM) 등으로 구분될 수 있다.Such an electron microscope can be classified into a transmission electron microscope (TEM), a scanning electron microscope (SEM), a reflection electron microscope (REM), a projection scanning electron microscope (STEM), a low voltage electron microscope (LVEM)

전자현미경은 시료를 수십만 배 이상 확대하여 표시할 수 있어 생명, 나노 등 각종 기술분야에서 사용되고 있다.Electron microscopes are used in various technical fields such as life and nano because samples can be enlarged by several hundred thousand times or more.

전자현미경은 시료인 시료를 스테이지에 올려놓은 상태에서 동작한다. 통상적으로, 전자현미경의 다른 부분은 고정되어 있고 스테이지가 이동하여 시료의 다양한 부분이 관찰되도록 한다. 즉, 스테이지가 X축, Y축, Z축 방향으로의 직선 및 R축 방향과 T축 방향으로의 회전 이동하여 조작자가 원하는 지점이 관찰될 수 있도록 함을 의미한다.The electron microscope operates with the sample, which is the sample, placed on the stage. Typically, other parts of the electron microscope are fixed and the stage moves to allow the various parts of the sample to be observed. That is, it means that the stage moves in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, and in the R-axis direction and the T-axis direction so that a desired point can be observed by the operator.

이러한 직선 및 회전 이동이 이루어지는 스테이지에 관한 기술로서 한국등록특허 제 0890001호 "소형 전자주사현미경의 스테이지유닛"이 개시된바 있다. Korean Patent No. 0890001 "A stage unit of a small-sized scanning electron microscope" has been disclosed as a technique relating to a stage on which linear and rotational movements are performed.

한국등록특허 제 0890001호에 따르면 시편 홀더가 안착되는 각 스테이지의 X축, Y축, Z축, R축 및 T축 방향으로 이동시키기 위한 조작부가 챔버 도어의 외부에 설치되어 있으며, 스테이지를 다양한 방향으로 이동시키기 위해서는 복잡한 링크 및 기어가 결합되어 있다. According to Korean Patent No. 0890001, an operation portion for moving the stage in the X-axis, Y-axis, Z-axis, R-axis and T-axis directions of each stage on which the specimen holder is placed is provided outside the chamber door. A complex link and a gear are combined.

이러한 종래의 전자현미경은 복잡한 구조의 위치조정유닛으로 인하여, 컴팩트한 사이즈의 전자현미경에 대한 설계에 제약이 있고 고가이며 유지보수가 쉽지 않다. Such a conventional electron microscope has a complicated structure of the positioning unit, which limits the design of the electron microscope of a compact size, is expensive, and is not easy to maintain.

또한, 종래의 전자현미경은 직선 및 회전 이동 조작을 위한 조작부가 도어에 연결된 상태로 챔버 내부의 동력 전달부와 연결되므로, 시료 교체시에 챔버도어와 함께 조립된 스테이지 시스템이 외부에 노출되므로 외부환경에 쉽게 오염되는 단점이 있다.In addition, since the conventional electron microscope is connected to the power transmission part inside the chamber in a state where the operating part for linear and rotational movement operation is connected to the door, the stage system assembled together with the chamber door is exposed to the outside during sample exchange, It is easily contaminated.

아울러, 도어 외부의 다수의 조작부가 챔버 내부의 동력 전달부와 연결되므로 챔버 내부를 통과하는 구멍이 많아 진공 유지가 어려운 단점이 있다.In addition, since a large number of operating parts outside the door are connected to the power transmitting part inside the chamber, there are many holes passing through the inside of the chamber, which makes vacuum holding difficult.

배경기술의 단점을 해소하기 위한 본 발명은 시료를 X축, Y축, R축 및 T축 위치 조정 유닛을 도어와 연결된 복잡한 링크 및 기어를 이용하지 않고 챔버 내부에서 모터 결합시키고, Z축 위치 조정 유닛만을 챔버 하단의 외부에 설치함으로써, 챔버 내부의 동력 전달 수단을 최소화하고 챔버 내부를 관통하는 홀의 개수를 최소화할 수 있도록 하는 주사전자현미경 스테이지를 제공함에 있다.In order to solve the disadvantages of the background art, the present invention relates to a method for adjusting a position of a sample by motor-coupling a sample in an X-axis, Y-axis, R-axis and T- Only the unit is provided outside the lower end of the chamber to minimize the power transmission means inside the chamber and to minimize the number of holes passing through the inside of the chamber.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 측면에 따르면, 챔버 내부에서 위치 조정 유닛을 이용하여 시료를 직선이동 및 회전시키면서 관찰하는 전자현미경에 있어서, 상기 챔버 내부에 위치한 모터의 구동을 통해 시료를 평면 직선 이동시키는 제 1 위치조정유닛, 상기 챔버 내부에 위치한 모터의 구동을 통해 시료를 회전 이동시키는 제 2 위치조정유닛, 상기 챔버의 하단 외부로부터 상기 챔버 저면을 수직 관통하여 상기 제 1 위치조정유닛의 하단에 결합되며, 모터 구동을 통해 시료를 Z축 방향으로 승강시키는 제 3 위치조정유닛 및 상기 각 모터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경 스테이지가 제공된다.According to a preferred aspect of the present invention, there is provided an electron microscope for observing a sample while linearly moving and rotating the sample using a position adjusting unit in a chamber, A second position adjusting unit for rotating the sample through driving of a motor located inside the chamber, a second position adjusting unit for vertically penetrating the bottom face of the chamber from outside the lower end of the chamber, A third position adjusting unit coupled to the lower end of the adjusting unit, for elevating and lowering the sample in the Z-axis direction through motor driving, and a controller for controlling driving of each of the motors.

여기서, 상기 제 1 위치조정유닛은 상기 제 3 위치조정유닛의 상단과 결합되는 베이스 스테이지와, 상기 베이스 스테이지의 상단에 X축 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되고, 일측에 연결된 X축 모터의 구동에 의해 X축 방향으로 이동하는 X축 스테이지를 포함하는 X축 위치조정부와, 상기 X축 스테이지의 상단에 Y축 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되고, 일측에 연결된 Y축 모터의 구동에 의해 Y축 방향으로 이동하는 Y축 스테이지를 포함하는 Y축 위치조정부를 포함한다.The first position adjustment unit includes a base stage coupled with an upper end of the third position adjustment unit, and a second position adjustment unit that is installed on the upper end of the base stage to be slidable in the X- An X-axis position adjusting section including an X-axis stage moving in the X-axis direction; a Y-axis position adjusting section provided on the top of the X-axis stage and slidable in the Y- And a Y-axis position adjustment unit including a Y-axis stage.

그리고, 상기 X축 위치조정부는 상기 베이스 스테이지의 일측에 고정 설치되는 X축 모터와, 상기 X축 모터에 축결합되고, 축상에 스크류가 형성된 제 1 회전축과, 상기 제 1 회전축과 나사결합되는 제 1 관통홀이 형성되는 제 1 결합 브라켓과, 일측이 상기 제 1 결합 브라켓의 일측과 결합되어 상기 베이스 스테이지의 X축방향으로 직선이동하는 X축 스테이지를 포함하는 것이 바람직하고, 동일한 방식으로, 상기 Y축 위치조정부는 상기 X축 스테이지의 일측에 고정 설치되는 Y축 모터와, 상기 Y축 모터에 축결합되고, 축상에 스크류가 형성된 제 2 회전축과, 상기 제 2 회전축과 나사결합되는 제 2 관통홀이 형성되는 제 2 결합 브라켓과, 일측이 상기 제 2 결합 브라켓의 일측과 결합되어 상기 X축 스테이지의 Y축 방향으로 직선이동하는 Y축 스테이지를 포함하여 구성된다.The X-axis position adjustment unit includes an X-axis motor fixedly installed on one side of the base stage, a first rotation shaft that is axially coupled to the X-axis motor and has a screw on an axis, And an X-axis stage that is coupled to one side of the first coupling bracket and linearly moves in the X-axis direction of the base stage, in the same manner as the first coupling bracket, The Y-axis position adjustment unit includes a Y-axis motor fixedly installed on one side of the X-axis stage, a second rotation shaft axially coupled to the Y-axis motor and having a screw on the shaft, And a Y-axis stage in which one side is coupled to one side of the second engagement bracket and linearly moved in the Y-axis direction of the X-axis stage, .

한편, 상기 제 2 위치조정유닛은 상기 제 1 위치조정유닛 상에 수직 회전이 가능하게 설치되고 일측에 연결 틸팅축 모터의 구동에 의해 수직 회전하는 틸팅축 스테이지를 포함하는 틸팅축 위치조정부와, 상기 틸팅축 스테이지 상에 수평 회전가능하게 결합되고, 일측에 연결된 R축 모터의 구동에 의해 수평 회전하는 회전체를 포함하는 R축 위치조정부를 포함하는 것이 바람직하다.The second position adjustment unit includes a tilting axis position adjusting unit including a tilting axis stage vertically rotatable on the first position adjusting unit and vertically rotated by driving a connection tilting axis motor on one side, And an R-axis position adjusting unit coupled to the tilting shaft stage so as to be horizontally rotatable and including a rotating body that rotates horizontally by driving an R-axis motor connected to one side.

여기서, 상기 틸팅축 회동부는 틸팅축 모터와, 일측이 상기 틸팅축 모터에 축결합되고 상기 모터의 회전력을 틸팅축 방향의 회전력으로 전환하는 제 1 회전방향 전환수단과, 일측이 상기 제 1 회전방향 전환수단의 타측에 결합되어 수직방향으로 회동하는 회동 플레이트를 포함하여 구성되고, 상기 R축 회동부는 R축 모터와, 일측이 상기R축 모터에 축결합되고 상기 모터의 회전력을 R축 방향의 회전력으로 전환하는 제 2 회전방향 전환수단과, 일측이 상기 제 2 회전방향 전환수단의 타측에 결합되어 R축 방향으로 회전하는 시료대를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the tilting shaft rotating unit is a tilting shaft motor, one side is axially coupled to the tilting shaft motor and the first rotation direction switching means for converting the rotational force of the motor into the rotational force in the tilting axis direction, and one side is the first rotation direction And a rotation plate coupled to the other side of the switching means and rotating in the vertical direction, wherein the R-axis rotation part is coupled to the R-axis motor, and one side is axially coupled to the R-axis motor, and rotates the rotational force of the motor in the R-axis direction. It is preferable that the second rotation direction switching means for switching to, and one side is coupled to the other side of the second rotation direction switching means and comprises a sample stage to rotate in the R-axis direction.

또한, 상기 제 3 위치조정유닛은, 상기 챔버의 하단 외부에 설치된 Z축 모터와, 상기 Z축 모터에 축결합되고, 외주면에 스크류가 형성된 제 3 회전축과, 상기 제 3 회전축과 나사결합되는 제 3 관통홀이 형성되는 제 3 결합 브라켓과, 일단이 상기 제 3 결합 브라켓의 일측과 결합되고 타단이 상기 챔버의 저면을 관통하여 상기 제 1 위치조정유닛의 하단에 결합되는 승강축을 포함하는 것이 바람직하다.The third position adjustment unit includes a Z-axis motor provided outside the lower end of the chamber, a third rotation shaft which is axially coupled to the Z-axis motor and has a screw formed on the outer peripheral surface thereof, And an elevating shaft having one end connected to one side of the third engaging bracket and the other end passing through the bottom surface of the chamber and coupled to the lower end of the first position adjusting unit, Do.

또한, 상기 챔버의 저면에는 개구가 형성되고, 상기 개구에는 중앙에 상기 승강축이 관통결합되는 결합공이 형성되고, 일측에 전선배출공이 형성된 밀폐 플레이트가 상기 개구를 밀폐하도록 설치되는 것이 보다 바람직하다.Further, it is preferable that an opening is formed in the bottom of the chamber, a sealing hole is formed at the center of the chamber to allow the lifting shaft to be penetrated and sealed, and a sealing plate having a wire discharge hole formed at one side thereof is installed to seal the opening.

또한, 상기 밀폐 플레이트의 하부에는 상기 승강축과 상기 전선배출공을 통해 배출되는 전선을 외부로부터 밀폐시키기 위한 보호 플레이트가 수직방향으로 설치되는 것이 더욱 바람직하다.
In addition, it is more preferable that a protective plate for sealing the electric wire, which is discharged through the lifting shaft and the electric wire discharging hole, from the outside is vertically installed in the lower part of the sealing plate.

본 발명에 의하면, 동력구조가 간단하여 동력전달 손실이 없고 미세조정이 용이하며, 설계 및 제조가 용이하여 제조 원가를 절감할 수 있고, 진공밀폐가 매우 용이하여 제품 성능이 향상되는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect that the power structure is simple, there is no power transmission loss, the fine adjustment is easy, the designing and manufacturing are easy, the manufacturing cost is reduced, and the vacuum sealing is very easy.

또한, 각 축이 제어부와 구동부로부터 독립적으므로 최소한의 크기로 구현이 가능하고, 최소한의 크기로 인해 X,Y,Z 축의 스트로크 범위가 높아져 스테이지 위치 조정이 매우 용이하게 넓은 범위의 관찰이 가능한 효과도 있다.
In addition, since each axis is independent from the control unit and the driving unit, it is possible to realize the minimum size, and the stroke range of the X, Y and Z axes is increased due to the minimum size, have.

도 1은 본 발명에 따른 주사전자현미경 스테이지의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스테이지 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 3은 스테이지 시스템의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스테이지 시스템의 5축 위치조정 동작관계를 나타낸 것이다.1 is a perspective view showing an appearance of a scanning electron microscope stage according to the present invention.
2 is a perspective view showing a stage system according to the present invention.
3 is an exploded perspective view of the stage system.
Fig. 4 shows a five-axis position adjustment operation of the stage system according to the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 주사전자현미경 스테이지의 외관을 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing an appearance of a scanning electron microscope stage according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주사전자현미경 스테이지(1)는 내부에 시료와 시료 위치조정유닛을 구비하고, 내부를 진공상태로 유지하기 위해 외부와 밀폐되는 챔버(10)와 챔버(10)의 일측에 설치되는 챔버 도어(20)를 포함하여 구성되며, 챔버(10)의 하부에 시료를 Z축 방향으로 승강시키기 위한 제 3 위치조정유닛(90)이 설치되어 있다.1, the scanning electron microscope stage 1 according to the present invention includes a sample and a sample position adjusting unit, and has a chamber 10 and a chamber 10, which are hermetically sealed to the outside, And a chamber door 20 installed on one side of the chamber 10. A third position adjusting unit 90 for moving the sample up and down in the Z axis direction is provided below the chamber 10.

일반적으로 챔버 도어에 다축의 위치조정유닛이 설치되는 종래기술과 달리 본 발명에서는 챔버 도어(20)에는 조작부가 설치되어 있지 않고, 챔버 도어(20)의 하부에 Z축 방향으로 승강시키기 위한 제 3 위치조정유닛(90)만이 외부로 설치되고 나머지 4축 방향의 위치조정을 위한 유닛들이 챔버의 내부에 설치됨으로써 챔버 내부를 통과하는 구멍이 1개만이 존재하므로 진공 유지가 매우 용이하고, 회전 이동 조작을 위한 조작부가 도어에 연결되어 있지 않아 스테이지 시스템이 외부환경에 오염되지 않는 것이 특징적인 구성이다.
In the present invention, the chamber door 20 is not provided with an operating portion, and the chamber door 20 is provided with a position adjusting unit for multi- Only the position adjusting unit 90 is installed externally and the remaining units for position adjustment in the four axial directions are installed inside the chamber so that there is only one hole that passes through the inside of the chamber, Is not connected to the door so that the stage system is not contaminated by the external environment.

도 2는 본 발명에 따른 스테이지 시스템을 나타낸 사시도이고, 도 3은 스테이지 시스템의 분해 사시도이다.Fig. 2 is a perspective view showing a stage system according to the present invention, and Fig. 3 is an exploded perspective view of a stage system.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 스테이지 시스템은 크게 챔버(10) 내부에 치한 모터(52, 62)의 구동을 통해 시료대(100)를 평면 직선 이동시키는 제 1 위치조정유닛과, 챔버(10) 내부에 위치한 모터(72, 81)의 구동을 통해 시료대를 회전 이동시키는 제 2 위치조정유닛, 챔버(10)의 하단 외부로부터 챔버(10)의 저면을 수직 관통하여 제 1 위치조정유닛의 하단에 결합되며, 모터(91) 구동을 통해 시료대를 Z축 방향으로 승강시키는 제 3 위치조정유닛(90) 및 각 모터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된다. 도면에는 컨트롤러의 구성은 생략되어 있으며, 제 1 ~ 제 3 위치조정유닛의 구조를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the drawings, a stage system according to the present invention mainly includes a first position adjusting unit for moving a sample table 100 in a plane and straight line through driving motors 52 and 62 positioned in a chamber 10, A second position adjusting unit for rotating the sample table by driving the motors 72 and 81 located inside the chamber 10; a second position adjusting unit for vertically penetrating the bottom surface of the chamber 10 from outside the lower end of the chamber 10, A third position adjusting unit 90 for moving the sample table in the Z-axis direction by driving the motor 91, and a controller for controlling the driving of each motor. The structure of the controller is omitted in the drawing, and the structure of the first to third position adjusting units will be described in more detail as follows.

제 1 위치조정유닛은 제 3 위치조정유닛(90)의 상단과 결합되는 베이스 스테이지(40)와, 베이스 스테이지(40)의 상단에 X축 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되고, 일측에 연결된 X축 모터(52)의 구동에 의해 X축 방향으로 이동하는 X축 스테이지(51)를 포함하는 X축 위치조정부(50)와, X축 스테이지(51)의 상단에 Y축 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되고, 일측에 연결된 Y축 모터(62)의 구동에 의해 Y축 방향으로 이동하는 Y축 스테이지(61)를 포함하는 Y축 위치조정부(60)를 포함한다.The first position adjusting unit includes a base stage 40 coupled to an upper end of the third position adjusting unit 90, an X-axis motor 40 slidably mounted on the upper end of the base stage 40 in the X- Axis position adjusting section 50 including an X-axis stage 51 that moves in the X-axis direction by driving of the X-axis stage 52, And a Y-axis position adjusting unit 60 including a Y-axis stage 61 that moves in the Y-axis direction by driving a Y-axis motor 62 connected to one side.

보다 상세하게는, X축 위치조정부(50)는 베이스 스테이지(40)의 일측에 고정 설치되는 X축 모터(52)와, X축 모터(52)에 축결합되고, 축상에 스크류가 형성된 제 1 회전축(53)과, 제 1 회전축(53)과 나사결합되는 제 1 관통홀이 형성되는 제 1 결합 브라켓(54)과, 일측이 제 1 결합 브라켓(54)의 일측과 결합되어 베이스 스테이지(40)를 따라 직선이동하는 X축 스테이지(51)를 포함하여 구성된다.More specifically, the X-axis position adjustment unit 50 includes an X-axis motor 52 fixedly installed on one side of the base stage 40, a first shaft 42 coupled to the X-axis motor 52, A first coupling bracket 54 having a rotation shaft 53 and a first through hole to be screwed with the first rotation shaft 53 and a second coupling bracket 54 having one side connected to one side of the first coupling bracket 54, And an X-axis stage 51 that linearly moves along the X-axis stage 51.

베이스 스테이지(40)의 상면에는 X축 방향으로 LM 가이드(41)가 설치되고, X축 스테이지(51)가 LM 가이드(41)에 슬라이딩 가능하도록 결합된다. 따라서, X축 모터(52)의 회전구동력에 의해 제 1 회전축(53)이 회전할 때, X축 모터(52)가 고정 브라켓(55)을 통해 베이스 스테이지(40)에 고정설치되어 있으므로 제 1 회전축(53)에 나사결합된 제 1 결합 브라켓(54)이 제 1 회전축(53)을 따라 직선이동하게 되고, 그에 따라 제 1 결합 브라켓(54)에 결합된 X축 스테이지(51)가 LM 가이드(41)를 따라 슬라이딩 이동하게 된다.An LM guide 41 is provided on the upper surface of the base stage 40 in the X axis direction and the X axis stage 51 is slidably coupled to the LM guide 41. Therefore, when the first rotary shaft 53 is rotated by the rotational driving force of the X-axis motor 52, since the X-axis motor 52 is fixed to the base stage 40 through the fixing bracket 55, The first engaging bracket 54 screwed to the rotating shaft 53 linearly moves along the first rotating shaft 53 so that the X axis stage 51 coupled to the first engaging bracket 54 is guided by the LM guide (41).

그리고, Y축 위치조정부(60)는 X축 스테이지(51)의 일측에 고정 설치되는 Y축 모터(62)와, Y축 모터(62)에 축결합되고, 축상에 스크류가 형성된 제 2 회전축(63)과, 제 2 회전축(63)과 나사결합되는 제 2 관통홀이 형성되는 제 2 결합 브라켓(64)과, 일측이 제 2 결합 브라켓(64)의 일측과 결합되어 X축 스테이지(51)의 Y축 방향으로 직선이동하는 Y축 스테이지(61)를 포함하여 구성된다.In addition, the Y-axis position adjusting unit 60 is axially coupled to the Y-axis motor 62 and Y-axis motor 62 fixedly installed at one side of the X-axis stage 51, and has a second rotating shaft having a screw formed on the shaft ( 63), a second coupling bracket 64 having a second through hole which is screwed with the second rotation shaft 63, and one side thereof is coupled with one side of the second coupling bracket 64 so that the X-axis stage 51 It comprises a Y-axis stage 61 which moves linearly in the Y-axis direction.

X축 스테이지(51)의 상면에는 Y축 방향으로 LM 가이드(56)가 설치되고, Y축 스테이지(61)가 LM 가이드(56)에 슬라이딩 가능하도록 결합된다. 따라서, Y축 모터(62)의 회전구동력에 의해 제 2 회전축(63)이 회전할 때, Y축 모터(62)가 고정 브라켓(65)을 통해 X축 스테이지(51)에 고정설치되어 있으므로 제 2 회전축(63)에 나사결합된 제 2 결합 브라켓(64)이 제 2 회전축(63)을 따라 직선이동하게 되고, 그에 따라 제 2 결합 브라켓(64)에 결합된 Y축 스테이지(61)가 LM 가이드(56)를 따라 슬라이딩 이동하게 된다.
An LM guide 56 is provided on the upper surface of the X-axis stage 51 in the Y-axis direction and the Y-axis stage 61 is slidably coupled to the LM guide 56. Accordingly, when the second rotary shaft 63 is rotated by the rotational driving force of the Y-axis motor 62, the Y-axis motor 62 is fixed to the X-axis stage 51 through the fixing bracket 65, The second engaging bracket 64 screwed to the second rotary shaft 63 is linearly moved along the second rotary shaft 63 so that the Y-axis stage 61 coupled to the second engaging bracket 64 is moved to the LM Thereby sliding along the guide 56.

그리고, 제 2 위치조정유닛은 Y축 스테이지(61) 상에 수직 회전이 가능하게 설치되고 일측에 연결된 틸팅축 모터(72)의 구동에 의해 수직 회전하는 틸팅축 스테이지(71)를 포함하는 틸팅축 위치조정부(70)와, 틸팅축 스테이지(71) 상에 수평 회전가능하게 결합되고, 일측에 연결된 R축 모터(81)의 구동에 의해 수평 회전하는 회전체를 포함하는 R축 위치조정부(80)를 포함하여 구성된다.The second position adjustment unit includes a tilting axis stage 71 that is vertically rotatable on the Y axis stage 61 and includes a tilting axis stage 71 that is vertically rotated by driving a tilting axis motor 72 connected to one side, An R-axis position adjusting unit 80 including a position adjusting unit 70, a rotating body that is horizontally rotatable on the tilting shaft stage 71 and rotates horizontally by driving an R-axis motor 81 connected to one side, .

보다 상세하게는, 틸팅축 회동부(70)는 틸팅축 모터(72)와, 일측이 틸팅축 모터(72)에 축결합되고 모터(72)의 회전력을 틸팅축 방향의 회전력으로 전환하는 제 1 회전방향 전환수단(73, 74)과, 일측이 제 1 회전방향 전환수단(73, 74)의 타측에 결합되어 수직방향으로 회동하는 회동 플레이트(71)를 포함한다.More specifically, the tilting shaft rotating unit 70 is a tilting shaft motor 72, one side is axially coupled to the tilting shaft motor 72, the first to convert the rotational force of the motor 72 to the rotational force in the tilting axis direction Rotational direction switching means (73, 74), and one side is coupled to the other side of the first rotational direction switching means (73, 74) includes a rotation plate 71 that rotates in the vertical direction.

여기서, 제 1 회전방향 전환수단은 틸팅축 모터(72)에 축결합되는 웜기어(73)와 웜기어(73)와 직교방향으로 나사결합되고 수직방향으로 설치되는 나사기어(74)로 구성될 수 있다. 이러한 제 1 회전방향 전환수단에 의해 틸팅축 모터(72)의 수평방향 회전력이 수직방향 회전력으로 전환되어 회동 플레이트(71)가 상하방향으로 회동하게 되어 틸팅축을 구현하게 된다.The first rotation direction switching means may be composed of a worm gear 73 that is shaft-coupled to the tilting shaft motor 72 and a screw gear 74 that is screwed in a direction orthogonal to the worm gear 73 and installed in a vertical direction . By this first rotation direction switching means, the horizontal rotation force of the tilting axis motor 72 is converted into the vertical rotation force, and the rotation plate 71 is rotated in the vertical direction to realize the tilting axis.

그리고, R축 회동부(80)는 R축 모터(81)와, 일측이 R축 모터(81)에 축결합되고 모터(81)의 회전력을 R축 방향의 회전력으로 전환하는 제 2 회전방향 전환수단(82, 83)과, 일측이 제 2 회전방향 전환수단(82, 83)의 타측에 결합되어 R축 방향으로 회전하는 시료대(100)를 포함하여 구성된다.In addition, the R-axis rotating unit 80 is coupled to the R-axis motor 81 and one side is axially coupled to the R-axis motor 81 to switch the second rotational direction to convert the rotational force of the motor 81 into the rotational force in the R-axis direction. Means 82 and 83, and one side is coupled to the other side of the second rotation direction switching means (82, 83) comprises a sample stage 100 to rotate in the R-axis direction.

여기서, 제 2 회전방향 전환수단은 R축 모터(81)에 축결합되는 웜기어(82)와 웜기어(73)와 직교방향으로 나사결합되고 수평방향으로 설치되는 나사기어(83)로 구성될 수 있다. 이러한 제 2 회전방향 전환수단에 의해 R축 모터(81)의 수평방향 회전력이 R 방향 회전력으로 전환되어 시료대(100)가 R 방향으로 회전하게 되어 R축을 구현하게 된다.
The second rotation direction switching means may be constituted by a worm gear 82 which is axially coupled to the R-axis motor 81 and a screw gear 83 which is screwed in a direction orthogonal to the worm gear 73 and installed horizontally . By this second rotation direction switching means, the horizontal rotation force of the R-axis motor 81 is converted into the R-direction rotation force so that the sample stage 100 rotates in the R direction to realize the R-axis.

마지막으로, 제 3 위치조정유닛(90)은 챔버(10)의 하단 외부에 설치된 Z축 모터(91)와, Z축 모터(91)에 축결합되고, 외주면에 스크류가 형성된 제 3 회전축(92)과, 제 3 회전축(92)과 나사결합되는 제 3 관통홀이 형성되는 제 3 결합 브라켓(93)과, 일단이 제 3 결합 브라켓(93)의 일측과 결합되고 타단이 챔버(10)의 저면을 관통하여 베이스 스테이지(40)의 하단에 결합되는 승강축(94)을 포함하여 구성된다. 챔버(10)의 저면 상측에는 Z축 모터(91)가 고정 취부되고, 제 3 회전축(92), 제 3 결합 브라켓(93) 및 승강축(94)을 보호하기 위한 보호 플레이트(110)가 설치된다.Finally, the third position adjustment unit 90 includes a Z-axis motor 91 installed on the outside of the lower end of the chamber 10, a third rotation shaft 92 having a screw formed on the outer peripheral surface thereof, A third coupling bracket 93 having one end connected to one side of the third coupling bracket 93 and the other end connected to one side of the chamber 10, And an elevation shaft 94 coupled to the lower end of the base stage 40 through the bottom surface. A Z-axis motor 91 is fixedly mounted on the bottom surface of the chamber 10 and a protection plate 110 for protecting the third rotation shaft 92, the third engagement bracket 93 and the elevation shaft 94 is installed do.

챔버(10)의 하부 일측에는 Z축 방향으로 LM 가이드(121)가 형성된 Z축 지지 플레이트(120)가 설치되고, 가이드 플레이트(122)가 LM 가이드(121)에 슬라이딩 가능하도록 결합된다. 여기서, 가이드 플레이트(122)의 일측에는 제 3 결합 브라켓(93)이 결합되는 결합구(123)가 형성되어 있다. 따라서, Z축 모터(91)의 회전구동력에 의해 제 3 회전축(92)이 회전할 때, Z축 모터(52)가 보호 플레이트(110)에 고정설치되어 있으므로 제 3 회전축(92)에 나사결합된 제 3 결합 브라켓(93)이 제 3 회전축(92)을 따라 상하이동하게 되고, 그에 따라 제 3 결합 브라켓(93)에 결합된 승강축(94)이 상하로 이동하게 되며, 이때, 제 3 결합 브라켓(93)에 연결된 가이드 플레이트(122)가 LM 가이드(41)를 따라 슬라이딩 이동하면서 승강축(94)의 상하이동을 가이드하게 된다.A Z-axis support plate 120 having an LM guide 121 formed in the Z-axis direction is provided at a lower side of the chamber 10, and the guide plate 122 is slidably coupled to the LM guide 121. Here, a coupling hole 123 to which the third coupling bracket 93 is coupled is formed on one side of the guide plate 122. Therefore, when the third rotary shaft 92 is rotated by the rotary driving force of the Z-axis motor 91, since the Z-axis motor 52 is fixed to the protection plate 110, the third rotary shaft 92 is screwed The third coupling bracket 93 is moved up and down along the third rotary shaft 92 so that the elevation shaft 94 coupled to the third coupling bracket 93 moves up and down. The guide plate 122 connected to the engaging bracket 93 slides along the LM guide 41 to guide the up and down movement of the lifting shaft 94.

그리고, 베이스 스테이지(40)의 원활한 승강을 위하여 베이스 스테이지(40)의 양측에 수직방향으로 가이드 플레이트(35)가 설치되고, 가이드 플레이트(35)에는 Z축 방향으로 LM 가이드(36)가 형성되어 있다. 베이스 스테이지(40)의 양측은 브라켓 등을 통해 가이드 플레이트(35)의 LM 가이드(36)에 슬라이딩 가능하도록 결합되어 승강축(94)의 승하강 이동시에 베이스 스테이지(40)가 LM 가이드(36)를 따라 가이드되면서 Z축을 승강하게 된다.
A guide plate 35 is vertically provided on both sides of the base stage 40 for smoothly lifting and lowering the base stage 40 and an LM guide 36 is formed on the guide plate 35 in the Z- have. Both sides of the base stage 40 are slidably coupled to the LM guide 36 of the guide plate 35 through a bracket or the like so that the base stage 40 is moved in the LM guide 36 when the lifting shaft 94 is moved up and down. And the Z axis is moved up and down.

한편, 챔버의 저면에는 개구가 형성되고, 상기 개구에는 중앙에 승강축(94)이 관통결합되는 결합공(31)이 형성되고, 일측에 전선배출공(32)이 형성된 밀폐 플레이트(30)가 개구를 밀폐하도록 설치된다. 밀폐 플레이트(30)는 밀폐력을 높이기 위해 외측에 단차가 형성된 환턱 구조를 갖는 것이 바람직하다.An opening is formed in the bottom of the chamber and a sealing plate 30 having a coupling hole 31 through which the lifting shaft 94 is coupled at the center is formed at the center and a wire discharge hole 32 is formed at one side And is installed to seal the opening. It is preferable that the sealing plate 30 has a tapered structure having a step on its outer side in order to increase the sealing force.

전선 배출공(32)은 챔버(10) 내부에 설치된 모터(52, 62, 72, 81)의 전원을 공급하기 위한 전선을 외부로 인출하기 위한 것으로서, 외부로 인출된 배선은 보호 플레이트(110)를 통해 외부와 격리되어 챔버(10) 내부의 진공상태를 유지하게 된다.
The wire discharge hole 32 is for discharging the electric wire for supplying power to the motors 52, 62, 72 and 81 installed inside the chamber 10, So that the vacuum state inside the chamber 10 is maintained.

도 4는 본 발명에 따른 스테이지 시스템의 5축 위치조정 동작관계를 나타낸 것으로서, 도 4에는 각 축방향으로의 이동동작 및 회전동작이 화살표로 표시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전기모터를 이용하여 각 축의 직선 이동 또는 회전 이동을 제어함으로써 간단한 동력 구조를 통해 동력전달 손실이 없는 미세조정이 가능하고, 각 축이 제어부와 구동부로부터 컴팩트한 크기로 구현이 가능하고, 최소한의 크기로 인해 X,Y,Z 축의 스트로크 범위가 높아져 스테이지 위치 조정이 매우 용이하게 넓은 범위의 관찰이 가능하게 됨을 알 수 있다.
Fig. 4 shows the five-axis position adjusting operation of the stage system according to the present invention. In Fig. 4, movement and rotation in each axis direction are indicated by arrows. As shown in FIG. 4, by controlling the linear movement or the rotational movement of each axis by using an electric motor, it is possible to perform fine adjustment without power transmission loss through a simple power structure, and each axis can be compactly It can be realized that the stroke range of the X, Y and Z axes is increased due to the minimum size, so that it is possible to perform a wide range of observation with very easy adjustment of the stage position.

10 : 챔버 20 : 챔버 도어
30 : 밀폐 플레이트 40 : 베이스 스테이지
50 : X축 위치조정부 60 : Y축 위치조정부
70 : 틸팅축 회동부 80 : R축 회전부
90 : 제 3 위치조정유닛 100 : 시료대
110 : 보호 플레이트 120 : Z축지지 플레이트10: chamber 20: chamber door
30: sealing plate 40: base stage
50: X-axis position adjustment unit 60: Y-axis position adjustment unit
70: tilting shaft rotating part 80: R-axis rotating part
90: Third position adjustment unit 100:
110: protection plate 120: Z-axis support plate

Claims (11)

챔버 내부에서 위치 조정 유닛을 이용하여 시료를 직선이동 및 회전시키면서 관찰하는 전자현미경에 있어서,
상기 챔버 내부에 위치한 모터의 구동을 통해 시료를 평면 직선 이동시키는 제 1 위치조정유닛;
상기 챔버 내부에 위치한 모터의 구동을 통해 시료를 회전 이동시키는 제 2 위치조정유닛;
상기 챔버의 하단 외부로부터 상기 챔버 저면을 수직 관통하여 상기 제 1 위치조정유닛의 하단에 결합되며, 모터 구동을 통해 시료를 Z축 방향으로 승강시키는 제 3 위치조정유닛; 및
상기 각 모터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경 스테이지.An electron microscope for observing a sample while linearly moving and rotating the sample using a position adjusting unit in a chamber,
A first position adjusting unit for moving the sample in a plane linear direction through driving of a motor located inside the chamber;
A second position adjusting unit for rotating the sample through driving of a motor located inside the chamber;
A third position adjusting unit coupled to the lower end of the first position adjusting unit vertically through the bottom of the chamber from the outside of the lower end of the chamber and elevating the sample in the Z axis direction through motor driving; And
And a controller for controlling the driving of each of the motors. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 위치조정유닛은
상기 제 3 위치조정유닛의 상단과 결합되는 베이스 스테이지와,
상기 베이스 스테이지의 상단에 X축 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되고, 일측에 연결된 X축 모터의 구동에 의해 X축 방향으로 이동하는 X축 스테이지를 포함하는 X축 위치조정부와,
상기 X축 스테이지의 상단에 Y축 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되고, 일측에 연결된 Y축 모터의 구동에 의해 Y축 방향으로 이동하는 Y축 스테이지를 포함하는 Y축 위치조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경 스테이지.
The method of claim 1,
The first position adjustment unit
A base stage coupled to an upper end of the third position adjustment unit,
An X-axis position adjusting unit slidably mounted on an upper end of the base stage and including an X-axis stage moving in the X-axis direction by driving an X-axis motor connected to one side;
And a Y-axis position adjusting unit provided on the upper end of the X-axis stage and slidable in the Y-axis direction and including a Y-axis stage moving in the Y-axis direction by driving a Y-axis motor connected to one side Scanning electron microscope stage.
제 2항에 있어서,
상기 X축 위치조정부는
상기 베이스 스테이지의 일측에 고정 설치되는 X축 모터와,
상기 X축 모터에 축결합되고, 축상에 스크류가 형성된 제 1 회전축과,
상기 제 1 회전축과 나사결합되는 제 1 관통홀이 형성되는 제 1 결합 브라켓과,
일측이 상기 제 1 결합 브라켓의 일측과 결합되어 상기 베이스 스테이지의 X축방향으로 직선이동하는 X축 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경 스테이지.
3. The method of claim 2,
The X-axis position adjustment unit
An X-axis motor fixedly installed on one side of the base stage,
A first rotating shaft which is axially coupled to the X-axis motor and on which an axial screw is formed,
A first engaging bracket formed with a first through hole to be screwed with the first rotation shaft,
And an X-axis stage having one side coupled to one side of the first coupling bracket and linearly moving in the X-axis direction of the base stage.
제 2항에 있어서,
상기 Y축 위치조정부는
상기 X축 스테이지의 일측에 고정 설치되는 Y축 모터와,
상기 Y축 모터에 축결합되고, 축상에 스크류가 형성된 제 2 회전축과,
상기 제 2 회전축과 나사결합되는 제 2 관통홀이 형성되는 제 2 결합 브라켓과,
일측이 상기 제 2 결합 브라켓의 일측과 결합되어 상기 X축 스테이지의 Y축 방향으로 직선이동하는 Y축 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경 스테이지.
3. The method of claim 2,
The Y-axis position adjustment unit
A Y-axis motor fixed to one side of the X-axis stage,
A second rotation shaft axially coupled to the Y-axis motor and having a screw on an axis,
A second engaging bracket formed with a second through hole to be screwed with the second rotation shaft,
And a Y-axis stage having one side engaged with one side of the second engagement bracket and linearly moving in the Y-axis direction of the X-axis stage.
제 1항에 있어서,
상기 제 2 위치조정유닛은
상기 제 1 위치조정유닛 상에 수직 회전이 가능하게 설치되고 일측에 연결 틸팅축 모터의 구동에 의해 수직 회전하는 틸팅축 스테이지를 포함하는 틸팅축 위치조정부와,
상기 틸팅축 스테이지 상에 수평 회전가능하게 결합되고, 일측에 연결된 R축 모터의 구동에 의해 수평 회전하는 회전체를 포함하는 R축 위치조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경 스테이지.
The method of claim 1,
The second position adjustment unit
A tilting axis position adjusting unit including a tilting axis stage vertically rotatable on the first position adjusting unit and vertically rotating by driving a connection tilting axis motor on one side,
And an R-axis position adjusting unit coupled to the tilting shaft stage so as to be horizontally rotatable and including a rotatable body that rotates horizontally by driving an R-axis motor connected to one side of the R-axis position adjusting unit.
제 5항에 있어서,
상기 틸팅축 회동부는
틸팅축 모터와,
일측이 상기 틸팅축 모터에 축결합되고 상기 모터의 회전력을 틸팅축 방향의 회전력으로 전환하는 제 1 회전방향 전환수단과,
일측이 상기 제 1 회전방향 전환수단의 타측에 결합되어 수직방향으로 회동하는 회동 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경 스테이지.
6. The method of claim 5,
The tilting shaft rotating part
A tilting axis motor,
A first rotation direction switching means having one side axially coupled to the tilting shaft motor and converting the rotational force of the motor into a rotational force in the tilting axis direction;
And a pivoting plate having one side coupled to the other side of the first rotation direction switching means and rotating in a vertical direction.
제 5항에 있어서,
상기 R축 회동부는
R축 모터와,
일측이 상기R축 모터에 축결합되고 상기 모터의 회전력을 R축 방향의 회전력으로 전환하는 제 2 회전방향 전환수단과,
일측이 상기 제 2 회전방향 전환수단의 타측에 결합되어 R축 방향으로 회전하는 시료대를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경 스테이지.
6. The method of claim 5,
The R-axis rotation unit
An R-axis motor,
A second rotation direction switching means, one side of which is axially coupled to the R-axis motor and converts the rotational force of the motor into a rotational force in the R-axis direction;
And a sample stage having one side coupled to the other side of the second rotation direction switching means and rotating in the R axis direction.
제 6항 또는 7항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 회전방향 전환수단은 웜기어와 상기 웜기어와 나사결합되는 나사기어인 것을 특징으로 하는 주사전자현미경 스테이지.
7. The method according to claim 6 or 7,
The first and second rotation direction switching means is a scanning electron microscope stage, characterized in that the worm gear and the screw gear screwed with the worm gear.
제 1항에 있어서,
상기 제 3 위치조정유닛은,
상기 챔버의 하단 외부에 설치된 Z축 모터와,
상기 Z축 모터에 축결합되고, 외주면에 스크류가 형성된 제 3 회전축과,
상기 제 3 회전축과 나사결합되는 제 3 관통홀이 형성되는 제 3 결합 브라켓과,
일단이 상기 제 3 결합 브라켓의 일측과 결합되고 타단이 상기 챔버의 저면을 관통하여 상기 제 1 위치조정유닛의 하단에 결합되는 승강축을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경 스테이지.
The method of claim 1,
And the third position adjustment unit comprises:
A Z-axis motor installed outside the lower end of the chamber,
A third rotating shaft which is axially coupled to the Z-axis motor and has a screw formed on an outer circumferential surface thereof,
A third engaging bracket formed with a third through hole to be screwed with the third rotation shaft,
Scan electron microscope stage, characterized in that one end is coupled to one side of the third coupling bracket and the other end is coupled to the lower end of the first positioning unit through the bottom of the chamber.
제 1 항에 있어서,
상기 챔버의 저면에는 개구가 형성되고,
상기 개구에는 중앙에 상기 승강축이 관통결합되는 결합공이 형성되고, 일측에 전선배출공이 형성된 밀폐 플레이트가 상기 개구를 밀폐하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경 스테이지.
The method of claim 1,
An opening is formed in the bottom surface of the chamber,
Wherein the opening is provided with a coupling hole through which the lifting shaft is coupled at a center, and a sealing plate having a wire discharge hole formed at one side thereof to seal the opening.
제 10 항에 있어서,
상기 밀폐 플레이트의 하부에는 상기 승강축과 상기 전선배출공을 통해 배출되는 전선을 외부로부터 밀폐시키기 위한 보호 플레이트가 수직방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경 스테이지.11. The method of claim 10,
And a protection plate for vertically sealing the electric wire, which is discharged through the lifting shaft and the electric wire discharging hole, from the outside is installed in the lower portion of the sealing plate.
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