KR20130136384A - 특히 코팅에서 샘플을 준비하기 위한 장치 - Google Patents

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KR20130136384A
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파울 부르징거
안톤 랑
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라이카 미크로시스테메 게엠베하
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Abstract

본 발명은 견본을 코팅하는 장치(100, 200)에 관한 것이고, 본 장치는:
- 금속 용기 형태의 진공 챔버(105, 205),
- 상기 진공 챔버(105, 205)와 연결된, 코팅 재료의 적어도 하나의 소스,
- 적어도 하나의 샘플을 진공 챔버(105, 205) 내에 샘플 위치에 준비되게 배치하도록 구성된 적어도 하나의 샘플 홀더(120),
- 전자 제어 시스템,
- 상기 전자 제어 시스템을 위한 명령어를 입력하기 위한 작동 콘솔(103, 203), 및
- 적어도 상기 진공 챔버(105, 205) 및 상기 전자 제어 시스템을 둘러싸는 하우징(101, 201)을 포함하고,
상기 하우징(101, 201)은 상기 진공 챔버(105, 205)의 폭(b')에 실질적으로 대응하는 폭(b, b")을 가지고, 상기 진공 챔버(105, 205)는 상기 챔버의 전면에 존재하는 도어(106, 206)를 포함하고, 상기 작동 콘솔(103, 203)은 상기 진공 챔버(105, 205) 아래에 배치된 하우징(101, 201)의 베이스부(102, 202) 내에 또는 앞에 위치하고, 상기 적어도 하나의 소스는 상기 진공 챔버(105, 205)의 상면에 설치가능하다.

Description

특히 코팅에서 샘플을 준비하기 위한 장치{APPARATUS FOR PREPARING, IN PARTICULAR COATING, SAMPLES}
본 발명은, 예컨대, 후속한 전자 현미경 조사를 위해 견본을 코팅하는 장치에 관한 것으로, 이 장치는:
- 금속 용기로 이루어진 진공 챔버,
- 진공 챔버와 연결된, 코팅 재료의 적어도 하나의 소스,
- 진공 챔버 내의 샘플 위치에 준비되어야 할 적어도 하나의 샘플을 위치시키도록 구성된 적어도 하나의 샘플,
- 전자 제어 시스템,
- 전자 제어 시스템을 위한 명령어를 입력하기 위한 작동 콘솔(operating console), 및
- 적어도 진공 챔버와 전자 제어 시스템을 둘러싸는 하우징을 포함한다.
언급된 종류의 준비 장치는 광범위한 실시예에서 주지되어 있고, 그중에서도 전자 현미경 견본에 얇은 도전재료 층을 코팅하기 위하여 고진공 및 미세진공 대기하에서 샘플 및 기판을 코팅하기 위해 사용된다. 캐소드 스퍼터링(cathode sputtering)("스퍼터 코팅(sputter coating")이라고도 함)에서, 고에너지 이온은 통상적으로 활성화된 영족가스(noble gas) 플라즈마 또는 영족가스 이온 빔은 목표를 벗어나게끔 (백금 또는 금과 같은) 금속 원소를 변위시키고, 이들은 샘플 상에 증착되어 샘플 위에 층을 형성한다. 또한, 증발물질을 전류를 이용한 열적 가열에 의해 증발시키는 진공 증착 장치가 널리 알려져 있다. 주지된 카본 스레드(thread) 증발, 카본 로드(rod) 증발, 새거(sagger) 또는 코일로부터의 금속 증발, 및 전자 빔에 의한 증발 방법은 전자 현미경, 특히 투과형 전자 현미경을 위한 임프레션 필름(impression film) 및 강화 필름(reinforcing film) 및 주사형 전자 현미경 샘플을 위한 매우 얇은 도전성 표면층의 제조에 널리 사용된다. 또한, 복수의 상이한 샘플 준비 기술의 조합을 가능하게 하는 다양한 장치들이 사용된다. 극저온 주사형 전자 현미경(cryo-SEM: cryo-scanning electron microscopy) 또는 투과형 전자 현미경(TEM: transmission electron microscopy)에 대하여, 샘플은 (다른 기술 중에서) 높은 진공하의 동결 파단 유닛(freeze fracture unit) 및 동결 에칭 유닛(freeze etching unit) 내에 준비되고, 동결 파단 또는 동결 에칭을 위해 각각 필요한 프로세싱 도구들이 또한 이러한 유닛의 진공 챔버 내에 코팅을 위해 제공된 컴포넌트들과 함께 배치된다.
전자 현미경 샘플의 준비를 위한 주지된 장치들은, 예컨대, 'Cressington', 'Quorum Technologies', 'Denton Vacuum', 및 'Gatan' 회사에 의해 제조된다. 가장 일반적인 실시예에서, 주지된 장치는 실질적으로, 예컨대, 샘플 스테이지 형태로 샘플이 샘플 홀더 상에 배치되어 있는 제거가능한 유리 실린더; 코팅 재료의 소스를 포함하는 유리 실린더를 위한 커버; 및 전자 제어 시스템, 진공 펌프, 및 유리 실린더용 리셉터클(receptacle)을 가진 베이스로 구성된다. 몇몇 장치에서 진공 챔버는 금속 용기이다. 더 큰 유닛은 또한 전면 도어(door)를 포함한다.
주지된 유닛은 아래의 단점을 가진다.
- 이 유닛은 통상적으로 매우 넓고, 실험실 내에 넓은 설치면적을 차지한다. 그러므로 (통상적으로 제한적인) 실험실 공간은 효과적으로 사용될 수 있다.
- 제거가능한 유리 실린더는 치핑(chipping)에 의해 밀봉면이 쉽게 손상되어 진공의 견고함에 관한 문제를 일으킬 수 있다.
- 통상적으로 기울어질 수 있게(tiltably) 설치된 코팅 재료의 소스를 포함하는 커버는 종종 진공의 견고함에 대한 문제가 있다.
- 샘플을 제거하기 위해, 커버가 열린 때 커버에 통합된 코팅 소스를 이동시킬 것이 요구된다. 불완전하게 증발된 물질(예컨대, 카본 스레드)의 잔여물, 또는 소스 부근에서 떨어진 코팅 입자가 샘플로 떨어질 수 있다.
- 내파(implosion)의 위험으로 인해, 유리 실린더 둘레에 섀터 쉴드(shatter shield)가 안전을 위해 필요로 된다.
- 샘플을 위한(예컨대, 저온 전자 현미경(cryo-electron microscopy)을 사용하여 후속한 조사를 위해 준비되어야할 동결 고정된(cryo-fixed) 샘플을 위한) 진공 전달 장치를 연결하기 위해, 측면 플랜지(flange)를 가진 금속 실린더로 유리 실린더를 교체하는 것이 필요하다. 취급의 번거로움을 차치하더라도, 이는 훨씬 더 많은 연구실 공간을 필요로 한다.
- 특히 유리 실린더를 가진 유닛의 경우에, 사용자를 위한 인체공학적인 동작이 어렵다(위로부터의 동작).
EP 1 531 189 A1은 크린룸의 내부로부터 접근가능한 증기 증착 장치를 서술한다. 문헌 US 4,311,725는 진공 챔버가 벨(bell) 형상인 박막 증착 장치에 관한 것인데, 챔버를 둘러싼 하우징은 언급되지 않았다. JP 2009-132966 A는 진공 챔버의 측벽이 제거가능한 필름 증착 시스템을 서술한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 앞서 언급한 단점을 해소하는 것이고, 실험실 내에 작은 설치 면적, 인체공학적 작동, 및 데스크탑 기기로서 사용가능한 것과 같은 향상된 모듈러 디자인의 이점을 가진 장치를 사용 가능하게끔 하는 것이다. 다른 목적은 진공 밀봉 및 샘플 오염에 관하여 주지된 장치가 가진 문제점을 해소하는 것이다.
언급된 목적은, 예컨대, 앞서 언급한 종류의, 후속한 전자 현미경 조사를 위한 견본 코팅 장치에 의해 달성되는데, 본 발명에 따른 장치에서, 하우징은 진공 챔버의 폭에 실질적으로 대응하는 폭을 가지고, 진공 챔버는 챔버의 전면에 존재하는 도어를 포함하고, 작동 콘솔은 진공 챔버 아래에 배치된 하우징의 베이스부 내에 또는 그 앞에 위치하고, 적어도 하나의 소스는 진공 챔버의 상면에 설치되거나 설치되도록 구성된다.
이러한 접근법은 언급된 목적을 특히 효과적으로 달성할 수 있다. 진공 챔버의 폭에 의해 실질적으로 형성되는, 장치의 좁은 폭은 연구소 표면 공간의 최대 사용을 가능하게 한다. 진공 챔버가 금속, 예컨대, 스테인리스 강 또는 알루미늄으로 이루어져 있고 전면에 위치하는 도어를 가지기 때문에, 내파의 경우에 유리 파편은 챔버 내에서 끝나고, 그 결과 본 장치는 유리 실린더를 가진 앞서 언급한 주지된 장치와 달리, 안전에 대하여 치명적이지 않다. 본 발명에 따른 장치는 또한 전면에 도어를 설치한 것이 샘플에 대한 인체공학적으로 유리한 액세스를 제공하기 때문에 운전자에게 상당한 이점을 가진다, 더욱 상세하게는, 샘플이 소스를 먼저 이동시키지 않고도 제거될 수 있다. 진공 챔버 아래에 배치된 하우징의 베이스 부 내에 또는 그 앞에 작동 콘솔을 설치한 것은 또한 인체공학적으로 유리하다.
용어 "전면"은 사용자와 대향하는 유닛(장치)의 면으로 이해되어야 한다. 용어 "세로 방향"은 전면에 수직으로 뻗은 수평 방향이다. "깊이"는 세로 방향을 따른 (최대) 연장 길이(extension dimension)이다. 용어 "폭"은 세로 방향에 수직인 수평 방향(즉 전면과 평행한 방향)의 (최대) 연장 길이를 의미한다.
본 발명에 따라, 하우징은 진공 챔버의 폭과 실질적으로 대응하는 폭을 가진다. 용어 "실질적으로"는 본 장치의 하우징이 (생산 오차를 감안하여) 필수 설치 공간 보다 크지 않는 금속 진공 챔버(금속 용기)의 바깥 테두리(rim)로부터 일정 거리에 있음을 의미한다. 금속 용기의 외부 폭은 필수 벽 두께 및 전면 도어 및 임의의 센서를 위한 고정 수단 및 클로저 수단의 설치를 위한 공간과 동등한 크기만큼 내부에 대하여 증가된다.
당업자들은 복수의 코팅 재료 소스, 및 재료 코팅을 적용하기 위한 대응하는 방법을 사용가능하다. 하나의 형태로서, 이러한 소스는 증발 소스 내에 수용되고, 앞서 서술한 바와 같이 전류를 통한 가열에 의해 증발되는 스레드 또는 로드 형상의 증발 재료를 가진 증발 소스일 수 있다. 스레드 또는 로드 형상의 증발 재료는, 예컨대, 카본 스레드 또는 카본 로드이다. 이러한 소스는 또한 앞서 서술한 바와 같이, 고에너지 이온, 전형적으로 영족가스 플라즈마 또는 영족가스 이온 빔이 타겟을 벗어나도록 금속 원소(금, 백금 등)를 변위시키기 위해 사용되고, 그 다음 금속 원소들이 샘플 상에 증착되고 그 위에 층을 형성하는, 주지된 캐소드 스퍼터링 방법("스퍼터 코팅"이라고도 함)을 위해 설계될 수 있다. 이 소스는 또한 코팅 재료의 전자 빔 증발을 위해 구성될 수 있다. 하나의 형태로서, 본 장치는 코팅될 샘플 표면의 표면처리 및 세척을 위한 코로나 방전 장치를 장착할 수 있다.
본 장치는 하나 이상의 소스를 수반할 수 있다. 본 장치는 전형적으로 앞서 언급한 소스를 최대 두개 수반한다. 본 발명에 따른 장치의 좁은 폭 덕분에, 추가적인 코팅 방법을 위한 필요가 존재한다면 복수의 장치가 공간 절약 방식으로 서로 옆에 설치될 수 있다.
적어도 하나의 샘플은 샘플 홀더 내에 수용된다. 충분히 주지된 다양한 샘플 홀더들이 일반적으로 사용가능한 현재 기술로부터 당업자들에게 사용가능하다. 적어도 하나의 샘플 홀더는, 예컨대, 샘플 스테이지(sample stage)로서, 사용될 수 있고, 마찬가지로 샘플 스테이지의 구성에 관하여 당업자들에게 매우 다양한 것들이 사용가능한데, 예를 들면, 기울임 가능한 및 회전가능한 샘플 스테이지, 핀 샘플 스테이지, 또는 평평한 회전 스테이지이다. 가장 높은 가능성의 모듈성을 가능하게 하기 위해, 샘플 스테이지는 교체가능할 수 있다.
용기의 벽은 제거가능한 패널 또는 다른 보호 장치를 사용하여 코팅으로부터 보호되는 것이 유리하다. 이러한 패널은 설치되지 않은 상태에서 쉽게 세척될 수 있다. 그러므로, 용기의 힘든 세척은 더이상 필요하지 않다. 또한, 다양한 세트의 보호 패널이 상이한 코팅 방법을 위해 사용될 수 있다. 이는 하나의 코팅 작업이 다른 코팅 작업, 예컨대, 벽으로부터 이차적인 스퍼터링에 의해 영향을 받는 것을 최소화한다.
하나의 형태로서, 본 장치는 미세 진공(최대 10-3mbar)에서 샘플을 준비하기 위해 사용될 수 있고, 다른 형태에서, 고진공(최대 10-7mbar, 특수한 경우에 최대 10-8mbar)에서 샘플을 준비하기 위해 사용될 수 있다. 용어 "샘플"은 과학적 실험 또는 조사, 예컨대, 전자 현미경을 통한 조사를 위한 견본을 의미한다. 이러한 조사를 위해, 샘플은 대부분의 경우에 전자 현미경 샘플 캐리어 상에 놓이는데, 용어 "샘플 캐리어"는 전자 현미경 및 전자 현미경 샘플 준비에 적합한 모든 캐리어를 의미한다. 이들의 예는 주로 TEM은 물론 SEM에서 주로 사용되는 그리드이고 충분히 주지되어 있는데, 이는 다양한 형상의 홀(벌집, 슬롯, 등) 또는 정해진(defined) 메시(mesh) 크기의 그리드를 포함한다. SEM에서, 예컨대, 실리콘 웨이퍼, 그라파이트 디스크, 및 도전성 양면 접착 탭도 사용될 수 있다.
본 발명의 하나의 형태에 따라, 진공 챔버의 전면은 개구부를 가진 평평한 면이고, 도어는 개구부의 가장자리에서 바깥쪽으로 고정된 판으로 구성되고, 이 개구부는 진공 기밀 방식으로 밀봉가능하다. 이는 특히 우수한 밀봉(sealing)을 가능하게 하고, 밀봉 문제를 해소한다. 부수적인 형태로서, 진공 챔버는 기본적인 직육면체 형상을 가지고, 직육면체의 한면이 전면을 형성한다.
도어는 진공 챔버 내에서 일어나는 프로세스를 감시할 수 있도록 관찰 윈도우를 가지는 것이 바람직하다.
전자 현미경 샘플의 준비, 및 본 장치로부터 전자 현미경으로 샘플의 후속적인 운반을 위해, 본 장치가 전자 현미경에서의 후속한 조사를 위해 샘플의 준비를 위해 설계된다면, 그리고 적어도 하나의 샘플이 샘플 홀더에 탈착가능하게 고정가능한 샘플 리셉터클 내에서 샘플 홀더 상에 수용한다면 유용할 것이다. 이는 샘플 스테이지로부터 적어도 하나의 샘플이 수용되어 있는 샘플 리셉터클의 분리를 가능하게 하고, 후속한 전자 현미경 조사를 위해 전자 현미경으로 그것을 운반하는 것을 가능하게 한다. 이러한 목적으로, 전자 현미경은 샘플 리셉터클을 위한 대응한 홀더를 포함한다.
소스의 교체 및/또는 세척을 위해, 적어도 하나의 소스 각각이 제거가능한 피드쓰루 내에 수용되고 진공 챔버의 상면 상에 고정될 수 있다면 유용할 것이다.
안전상의 이유로, 보호 후드가 적어도 하나의 소스 위에 배치되고, 보호 후드의 개방시 활성화하고, 적어도 하나의 소스의 파워 서플라이를 위한 인터럽터에 연결되어 있는 스위치 부재를 포함하는 것이 유리하다. 보호 후드는 안전 스위치가 장착된, 교환 소스 위에 배치된 액세스 커버(access cover)로 구현되는 것이 유리하다. 보호 후드가 개방되면, 소스는 교체 및/또는 세척을 위해 간편하고 안전하게 제거될 수 있다. 매우 좁은 폭 및 그로 인해 연구실 설치면적의 최적의 사용을 가능하게 하기 위해, 하우징은 진공 챔버의 최대 측방향 길이에서 진공 챔버와 측방향으로 접하는 것이 유리하고; 신뢰성 있는 설치를 위해 필요한 허용오차 간격만 나타내는 것이 유리할 수 있다.
작동 콘솔은 주지된 종류의 터치스크린으로 구현되는 것이 바람직하다. 하나의 형태에서, 전자 제어 시스템은 진공 챔버 아래 및/또는 뒤에 배치된다. 그러나, 바람직하게는, 전자 제어 시스템은 진공 챔버 아래에 배치되는데, 이는 그것이 진공 챔버를 높아지게 하여 운전자에 대한 향상된 인체공학을 제공하기 때문이다.
다양한 애플리케이션 및 준비 방법에 대하여, 진공 챔버에 부속품을 연결하는 것이 요구될 수 있다. 그러므로, 추가적인 형태로서, 본 장치는 진공 챔버에 측방향으로 위치하는 플랜지(flange)를 포함하고, 그 위에 하우징을 통해 피딩되는 부속품, 더욱 상세하게는 운반 장치, 운반 로크(lock), 또는 극저온유체(cryogen)를 위한 용기를 가진 냉각장치가 부착될 수 있다. 본 장치의 좁은 폭 및 그와 연관된 날씬한 구성으로 인해, 연구실 설치공간을 과도하게 차지하지 않고 좌측 또는 우측의 측방향 플랜지를 통해 부속품을 연결하는 것이 가능하다. 예컨대, 얼음 결정의 형성을 막기 위해 매우 급속하게 냉각된 동결고정된(cryofixed) 샘플은 다른 샘플 준비를 위해 본 발명에 따른 장치로 냉각된 상태에서 운반되어야 한다. 이러한 저온고정된 샘플의 운반은 습한 공기와 접촉하면 샘플이 즉시 얼음 결정으로 덮이게 되기 때문에 매우 중요하다. 그러므로, 운반은 특수한(진공) 운반 장치, 예컨대, 'Leica EM VCT 100' 진공 저온운반 장치의 도움으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 그 안에 샘플을 수용하는 냉각되지 않은 샘플 홀더는 운반 로크를 통해 장치의 진공 챔버로 운반될 수 있다. 부수적인 형태로서, 냉각 장치, 예컨대, 액체 질소를 담은 용기가 또한, 저온펌프와 유사하게 기능하는 용기의 차가운 표면으로 인해 진공을 향상시키기 위해, 그리고/또는 냉각 벨트를 통해 진공 챔버 내에 존재하는 샘플을 냉각시키기 위해 부착될 수 있다.
특히 공간 절약적인 변형으로서, 진공 챔버는 진공 서플라이를 위한 커넥터를 포함하는데, 이 커넥터는 진공 챔버의 후면에 배타적으로 설치된다.
본 발명의 개선으로서, 샘플 저온준비(cryopreparation), 더욱 상세하게는 동결 파단(freeze fracturing), 동결 에칭, 동결 건조, 및 임프레션(impression) 기술을 위한 장치가 진공 챔버 내부에 설치된다는 것이 제공된다. 이러한 개선점은 단일 장치에서 10-7 mbar의 고진공 하에서 하나 이상의 코팅 기술(예컨대, 금속 코팅 및/또는 카본 코팅)과 조합하여, 샘플 저온준비를 이용한 샘플 준비를 가능하게 한다. 저온준비를 위해 필수적이고 충분히 주지된 프로세싱 도구, 예컨대, 콜드 나이프(cold knife)가 진공 챔버 내에 대응하게 배치된다. 유용한 관찰 윈도우를 포함하고 진공 챔버의 전방에 위치하는 도어는 샘플의 조종 동안 운전자에게 인체공학적 자세를 제공할 수 있게 한다.
많은 전자 현미경 애플리케이션에 대하여, 샘플 위에 증착되는 재료층이 어떠한 허용공차 범위를 초과하거나 범위 아래로 떨어지지 않아야 하는 특정 두께를 가지는 것이 매우 중요하다. 이러한 이유로 증착된 코팅 재료층의 두께를 측정하기 위한 석영 오실레이터가 진공 챔버 내에 설치되는 것이 유리하다. 이러한 종류의 석영 오실레이터는 해당 분야의 당업자들에게 충분히 주지되어 있고, 샘플 바로 옆에 배치되는 것이 전형적이다.
본 발명은 추가적인 세부사항 및 이점과 함께 두가지 예시적인 실시예, 즉, 미세 진공에서의 샘플 준비 장치, 및 고진공에서의 샘플 준비 장치를 참조하여 아래에 더욱 상세하게 서술될 것인데, 이는 첨부된 각각의 도면에 개략적인 형태로 도시되어 있다.
도 1은 미세 진공에서의 샘플 준비를 위한 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예의 좌측 상단에서 본 투시도이다.
도 2는 도 1의 장치의 우측 상단에서 본 투시도이다.
도 3은 도 1의 장치의 측면도이다.
도 4는 도 1의 장치의 후면도이다.
도 5의 도어가 열려 있고, 하우징, 전자 콘솔 시스템, 및 작동 콘솔이 없는 도 1의 장치의 진공 챔버의 투시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 진공 챔버의 전면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 진공 챔버의 뒷부분의 투시도이다.
도 8은 고진공에서의 샘플 준비를 위한 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예의 좌측 상단에서 본 투시도이다.
도 9는 도 8의 장치의 우측 상단에서 본 투시도이다.
도 10은 도 8의 장치의 측면도이다.
도 11은 도 8의 장치의 후면도이다.
도 1은 미세 진공, 즉 10-3mbar 이하의 진공에서의 샘플 준비를 위해 제공되는 장치(100)의 좌측 상단에서 본 투시도이다. 도 2는 장치(100)의 우측 상단에서 본 투시도이다. 금속으로 이루어진 진공 챔버(105), 및 도 1에 도시되지 않은 전자 제어 시스템이 하우징(101) 내부에 배치된다. 전자 제어 시스템은 진공 챔버(105) 뒤쪽 아래 부분의 베이스 부(102)에 위치한다. 베이스 부(102)는 또한 진공 챔버(105)의 하단 가장자리 아래에 위치하는 부분이다. 하우징(101)의 베이스 부(102)의 앞에 터치 스크린(104)을 가진 작동 콘솔(103)이 위치한다. 샘플은 진공 챔버(105) 내의 샘플 스테이지(120) 상에 위치한다(도 5 및 6 참조). 진공 챔버(105)는 그 앞면에 진공 챔버(105) 내에서 일어나는 준비 동작의 시각적 감시를 위해, 유리판으로 구성된 오목한 관찰 윈도우(107)가 있는 도어(106)를 가진다. 관찰 윈도우(107)를 둘러싸는 프레임(108)은 시일 또는 가스켓(109)으로 관찰 윈도우(107)를 안내한다(도 5 및 6 참조). 진공 챔버(105)는 도어(106)를 마개(112)로 닫음으로써 진공 기밀 식으로 밀폐된다. 하우징(101)은 그 안에 수용된 진공 챔버(105)의 폭, b'에 실질적으로 대응하는 폭, b을 가진다. 용어 "실질적으로"는 하우징(101)이 (생산 공차를 감안한) 필수 설치 공간보다 크지 않은 금속 진공 챔버(105)의 바깥 테두리로부터 일정 거리에 있음을 의미한다. 진공 챔버(105)의 바깥 폭, b'은 도어(106) 및 임의의 센서를 위한 홀딩 수단 및 클로저 수단(예컨대, 마개(112))의 설치를 위한 공간과, 그리고 필수적인 벽 두께와 동등한 크기만큼 진공 챔버(105)의 내부(110)(도 5 참조)에 대하여 증가될 수 있다. 코팅 재료의 적어도 하나의 소스, 예컨대, 금, 백금 등으로 이루어진 스퍼터(sputter) 타겟을 가지는 스퍼터 소스 또는, 예컨대, 카본 스레드용의 증발 소스는 진공 챔버(105)의 상면에 배치된다. 소스를 교체 및/또는 세척하기 위해 진공 챔버(105)에 접근하는 것은 하우징(101)의 액세스 커버(111)에 의해 이루어지는데, 도 5 및 6에서 아래에 더욱 상세하게 서술된 바와 같이 진공 챔버(105) 자체는 그 상면에 적어도 하나의 소스를 수용하기 위한 제거가능한 피드쓰루(feedthrough)를 가진다.
도 3은 장치(100)의 측면도이다. 또한, 도 4는 하우징(101)의 뒷부분(113)을 보여주는, 장치(100)의 후면도이다. 필수적인 장비 커넥터는 물론, 특히, 진공 커넥터(114), 파워 커넥터(115), 및 LAN 커넥터(116)와 더불어, 온/오프 스위치(117) 및 프로세스 가스(예컨대, 아르곤, 산소 등과 같은 비활성 가스)를 위한 공급호스용 패스쓰루(118)가 뒷부분(113)에 위치한다.
도 5는 도어(106)가 열려있어 내부(110)를 볼 수 있고, 진공 챔버(105)를 볼 수 있게 하기 위해 하우징(101), 전자 제어 시스템, 및 작동 콘솔(103)은 제거되어 있는, 도 1의 장치의 진공 챔버(105)의 투시도이다. 관찰 윈도우(107)를 둘러싼 프레임(108)은 시일(109)로 관찰 윈도우(107)를 안내한다. 앞서 이미 언급한 바와 같이, 전자 제어 시스템은 금속 진공 챔버(105) 뒤쪽 아래, 특히, 지지 핏(118)으로 구성된 비어있는 베이스 부(102)에 설치된다. 진공 챔버(105)의 바닥부(119)에 탈착가능하게 고정된 샘플 스테이지(120)가 진공 챔버(105) 내부에 놓여진다. 샘플 스테이지는 수직으로 조절가능하며 교체가능하고, 샘플의 더 쉬운 고정을 위해 진공 챔버(105)로부터 제거될 수 있다. 샘플을 수용하기 위한 수개의 샘플 리셉터클(121)이 샘플 스테이지(120)에 설치될 수 있고, 샘플은 통상적으로 그 다음 도입부에서 앞서 설명한 바와 같이 적절한 샘플 캐리어상에 설치된다. 진공 챔버는 앞서 이미 서술한 바와 같이 폭, b'을 가지고, 하우징(101)은 진공 챔버(105)의 폭, b'과 실질적으로 대응하는 폭, b을 가진다. 코팅 재료의 적어도 하나의 소스, 예컨대, 금, 백금 등으로 이루어진 스퍼터 타겟을 가지는 적어도 하나의 스퍼터 소스 및/또는, 예컨대, 카본 스레드용의 적어도 하나의 증발 소스는 진공 챔버(105)의 내부 상면에 배치된다. 이러한 소스는 각각 진공 챔버에 진공 기밀 방식으로 탈착가능하게 연결된 피드쓰루 내에 수용된다. 이에 상응하여, 진공 챔버(105)는 그 상면 상에 그리고 천장부(122) 내에 피드쓰루를 이용하여 진공 기밀 방식으로 폐쇄될 수 있는 개구부(123)를 포함한다. 소스를 위한 제거가능한 피드쓰루 덕분에, 후자는 세척을 위해 쉽게 교체 또는 제거될 수 있다. 안전을 위해, 보호 후드(111)의 개방시 활성화되고, 예컨대, 안전 스위치 형태로, 소스의 파워 서플라이에 대한 인터럽터(interruptor)에 연결되어 있는 스위치 엘리먼트를 포함하는 보호 후드(111)(도 1 내지 3)가 피드쓰루 위에 배치된다. 보호 후드(111)가 개방된 후, 소스는 쉽고 안전하게 교체 및/또는 세척을 위해 제거될 수 있다. 또한, 장치(100) 외부에 위치하는 진공 펌프에 진공 챔버(105)를 연결하기 위한 진공 연결 튜브(124) 및 프로세스 가스를 위한 공급 호스(125)가 도 5에서 볼 수 있다.
도 6은 개방된 진공 챔버(105)의 내부(110)를 직접 볼 수 있는, 도 5에 도시된 진공 챔버(105)의 전면도이다. 챔버의 바닥부(119)에 연결된, 샘플 스테이지(120)를 위한 수용 메커니즘(130)이 여기 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 이 스테이지는 수동적으로 수직 조절가능하고, 널 나사(knurled screw)(131)에 의해 고정될 수 있다. 그러나, 수직 조절은 모터 및 연결 메커니즘 및 대응하는 진공 피드쓰루가 간단한 리셉터클(130)을 대체하는 경우에, 예컨대, 스핀들 드라이브를 통해 모터구동 방식으로 동일하게 이루어질 수도 있다. 도 6은 또한 소스 세척 및 점화 동작 환경에서 임의의 오염으로부터 샘플을 보호하기 위해 소스와 샘플 사이에서 피벗할 수 있는 셔터(132)를 도시한다. 도시된 실시예에서, 셔터(132)는 암(133)과 함께 모터구동 방식으로 미끄러져 비켜나고, 암(133)이 뒤로 회전할 때 (도시되지 않은) 스프링을 사용하여 소스와 샘플 사이에 위치한다. 또한, (도시되지 않은) 층 두께 측정 헤드, 예컨대, 수정 센서를 위한 리셉터클(134)이 챔버의 좌측 상단에서 볼 수 있다. 리셉터클(134)의 각각의 가장자리는 동시에 소스로부터 특정한 사전결정된 거리를 마크하여 샘플 스테이지(120)에 수용된 샘플과 코팅 소스 사이의 거리가 쉽게 조절될 수 있다.
도 7은 언급한 바와 같이 진공, 파워 서플라이, 및 프로세스 가스를 위한 커넥터가 설치되어 있는, 도 5에 도시된 진공 챔버(105)의 후면부의 투시도이다. 또한 여기에 프로세스 가스를 제어하고, 챔버(105)를 통풍시키기 위한 밸브(135)가 설치된다. 앞서 서술한 바와 같이, 셔터(132)는 모터(136)에 의해 작동되는 암(133)을 통해 작동된다. 모든 이러한 커넥터 및 제어 엘리먼트가 후면부 뒤쪽 바깥쪽으로 뻗어 있기 때문에, 진공 챔버(105)의 폭, b' 및 결과적으로 장치(100)의 폭, b은 매우 좁게 유지된다.
도 8은 고진공에서, 즉, 10-3mbar 내지 10-7mbar, 가능하다면 10-8mbar 보다 우수한 진공에서의 샘플 준비를 위한 장치(200)의 다른 실시예의 좌측 상단에서 본 투시도이다. 도 9는 장치(200)의 우측 상단에서 본 투시도이다. 미세 진공에서의 샘플 준비를 위한 도 1 내지 7에 도시된 장치와 유사하게, 장치(200)와 함께 금속으로 이루어진 진공 챔버(205) 및 (도시되지 않은) 전자 제어 시스템이 하우징(201) 내에 배치된다. 전자 제어 시스템은 물론, 필수적인 펌프, 예컨대, 터보 분자 펌프(turbomolecular pump) 및 프리시딩 멤브레인 펌프(preceding membrane pump)가 진공 챔버(105)의 뒤쪽 아래쪽에, 바람직하게는 하우징(201)의 베이스 부(202) 내에 배치된다. 하우징의 베이스 부(202) 앞에 터치 스크린(204)을 가진 작동 콘솔(203)이 배치된다. 샘플은 진공 챔버(205) 내에 위치하고, 장치(100)와 유사하게 샘플 스테이지에 배열된다. 진공 챔버(205)는 그 전면에 진공 챔버(205) 내에서 일어나는 준비 동작의 시각적 감시를 위해, 유리판으로 구성된 오목한 관찰 윈도우(207)가 있는 도어(206)를 가진다. 관찰 윈도우(207)를 둘러싸는 프레임(208)은 관찰 윈도우(207)를 시일로 안내한다. 진공 챔버(205)는 마개(212)로 도어를 닫음으로써 진공 기밀 방식으로 폐쇄된다. 장치(100)와 유사하게, 장치(200)의 하우징(201)은 또한 그 내에 수용되는 진공 챔버(205)의 폭에 실질적으로 대응하는 폭, b"을 가진다. 코팅 재료의 적어도 하나의 소스, 예컨대, 금, 백금 등으로 이루어진 스퍼터 타겟을 가지는 스퍼터 소스 또는, 예컨대, 카본 스레드용의 증발 소스가 진공 챔버(205)의 상면에 배치된다. 소스의 교체 및/또는 세척을 위한 진공 챔버(205)의 접근은 하우징(201)의 액세스 커버(211)를 이용하여 이루어지고; 앞서 서술한 진공 챔버(105)와 유사하게, 진공 챔버(205) 자체가 배치된 각각의 소스에 대한 액세스 커버(211) 아래에 각각 제거가능한 피드쓰루를 포함한다. 커버(111)와 유사하게, 액세스 커버(211)는 또한 보호 후드의 기능을 수행한다. 또한, 도면에서, 블라인드 플랜지(215(도 8) 및 216(도 9))에 의해 닫혀있는 플랜지가 진공 챔버(205) 상에 측방향으로 배치된다. 하우징(201)을 통해 피딩되는 부속물, 상세하게는, 운반 장치(transfer device), 운반 고정장치(transfer lock), 또는 극저온유체를 위한 저장소를 가진 냉각장치가 이러한 플렌지에 부착될 수 있다. 장치(200)의 좁은 폭, 및 그와 관련된 좁은 구성으로 인해, 연구소 설치공간을 과도하게 차지하지 않고 좌측 또는 우측에 있는 측면 플랜지를 통해 부속물을 연결하는 것이 가능하다. 예를 들어, 얼음 결정의 형성을 막기 위해 매우 급속하게 냉각된 동결고정된(cryofixed) 샘플은 다른 샘플의 준비 단계(예컨대, 동결 파단(freeze fracturing), 동결 에칭, 동결 건조 등)를 위해 본 발명에 따른 장치 내로 냉각된 상태로 이동된다. 동결고정된 샘플의 이러한 이동은 샘플이 습한 공기와 접촉하자마자 얼음 결정으로 덮여질 수 있기 때문에 매우 중요하다. 그러므로 이동은 특수한(진공) 운반 장치, 예컨대, 'Leica EM VCT 100' 진공 동결 운반 장치의 도움으로 달성된다. 동결 준비(예컨대, 동결 파단, 동결 에칭)를 위한 프로세스 도구 및 장치가 이러한 목적으로 진공 챔버(205)에 제공된다. 또한, 수용된 샘플을 가진 비냉각식 샘플 홀더가 본 장치의 진공 챔버로의 운반 로크를 통해 운반될 수 있다. 또한, 냉각 밸트를 통해 진공 챔버 내에 있는 샘플을 냉각시키기 위해, 그리고/또는 저온펌프(cryopump)와 유사하게 기능하는, 용기의 차가운 면의 결과로 진공을 향상시키기 위해, 냉각장치, 예컨대, 액체 질소로 채워진 듀어병(dewar vessel)이 부착될 수 있다.
도 10은 장치(200)의 측면도이다. 도 11은 또한 하우징(201) 및 장치(200)의 뒷부분(213)을 보여주는 장치(200)의 후면도이다. 프로세스 가스, 파워, 및 LAN 커넥터와 같은 필수 장치 커넥터는 뒷부분(213)에 배타적으로 위치하는데, 그 결과 장치(200)의 폭, b''은 매우 좁게 유지될 수 있다.

Claims (12)

  1. 견본을 코팅하는 장치(100, 200)로서,
    - 금속 용기 형태의 진공 챔버(105, 205),
    - 상기 진공 챔버(105, 205)와 연결된, 코팅 재료의 적어도 하나의 소스,
    - 적어도 하나의 샘플을 상기 진공 챔버(105, 205) 내의 샘플 위치에 준비되게 배치하도록 구성된 적어도 하나의 샘플 홀더(120),
    - 전자 제어 시스템,
    - 상기 전자 제어 시스템을 위한 명령어를 입력하기 위한 작동 콘솔(103, 203), 및
    - 적어도 상기 진공 챔버(105, 205) 및 상기 전자 제어 시스템을 둘러싸는 하우징(101, 201)을 포함하고,
    상기 하우징(101, 201)은 상기 진공 챔버(105, 205)의 폭(b')에 실질적으로 대응하는 폭(b, b")을 가지고,
    상기 진공 챔버(105, 205)는 상기 챔버의 전면에 있는 도어(106, 206)를 포함하고,
    상기 작동 콘솔(103, 203)은 상기 진공 챔버(105, 205) 아래에 배치된 하우징(101, 201)의 베이스부(102, 202) 내에 또는 앞에 위치하고,
    상기 적어도 하나의 소스는 상기 진공 챔버(105, 205)의 상면에 설치가능한 것을 특징으로 하는 견본을 코팅하는 장치(100, 200).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 진공 챔버(105, 205)의 상기 전면은 상기 진공 챔버(105, 205) 내부에 형성된 개구부를 가진 평평한 면을 포함하고, 상기 도어(106, 206)는 상기 개구부의 가장자리에 바깥쪽으로 지탱되는 판으로서 구현되고, 상기 개구부는 진공 기밀 방식으로 밀봉가능한 것을 특징으로 하는 견본을 코팅하는 장치(100, 200).
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 진공 챔버(105, 205)는 직육면체의 기본 형상을 가지고, 상기 직육면체의 한면은 상기 전면을 형성하는 것을 특징으로 하는 견본을 코팅하는 장치(100, 200).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 샘플은 상기 샘플 홀더 상에 탈착가능하게 고정가능한 샘플 리셉터클 내에서, 상기 샘플 홀더(120)에 수용가능한 것을 특징으로 하는 견본을 코팅하는 장치(100, 200).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 소스 각각은 제거가능한 피드쓰루(feedthrough) 내에 수용되고, 상기 진공 챔버(105, 205)의 상기 상면에 고정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 견본을 코팅하는 장치(100, 200).
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 소스 위에 보호 후드(111, 211)가 설치되고, 상기 보호 후드(111, 211)는 보호 후드(111, 211)의 개방시 활성화하고 상기 적어도 하나의 소스의 파워 서플라이에 대한 인터럽터에 연결되어 있는 스위치 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 견본을 코팅하는 장치(100, 200).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(101)은 상기 진공 챔버(105, 205)의 최대 측방향 길이에서 상기 진공 챔버(105, 205)와 측방향으로 맞닿는 것을 특징으로 하는 견본을 코팅하는 장치(100, 200).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 제어 시스템은 상기 진공 챔버(105, 205) 아래 및/또는 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 견본을 코팅하는 장치(100, 200).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 챔버(205) 상에 측방향으로 플랜지가 위치하고, 그 위에 상기 하우징을 통해 피딩되는 부속품, 상세하게는 운반 장치, 운반 로크, 또는 극저온유체(cryogen)를 위한 용기를 구비한 냉각장치가 부착될 수 있는 것을 특징으로 하는 견본을 코팅하는 장치(100, 200).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 챔버(105, 205)는 진공 서플라이를 위한 커넥터(114, 124)를 포함하고, 상기 커넥터는 상기 진공 챔버(105, 205)의 뒷면(113)에 배타적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 견본을 코팅하는 장치(100, 200).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 챔버(105, 205) 내부에 샘플 극저온 동결 준비(cryopreparation)를 수행하기 위한 장치가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 견본을 코팅하는 장치(100, 200).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 챔버(105, 205) 내에 증착되는 코팅 재료층의 두께를 측정하기 위한 석영 오실레이터가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 견본을 코팅하는 장치(100, 200).
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