WO2016052776A1 - 간단한 구조의 3축구동 전자현미경 홀더 - Google Patents

간단한 구조의 3축구동 전자현미경 홀더 Download PDF

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WO2016052776A1
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driver
sample
electron microscope
coupled
rotary
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PCT/KR2014/009146
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Inventor
정종만
김윤중
김진규
김종구
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한국기초과학지원연구원
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/20—Means for supporting or positioning the objects or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes

Definitions

  • the present invention relates to a simple holder (Transfer holder) that can replace the existing sample stage in the electron microscope.
  • Electron microscopy includes transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, projection scanning electron microscopy, reflective electron microscopy, and low voltage electron microscopy.
  • TEM is a microscope using electron beam and electron lens instead of light source and light source lens.
  • the principle of operation is the same as that of an optical microscope, but the light source of TEM is an accelerated electron beam. This is to control the operation of the electronic lens to the full length to transmit the light and control the magnification of the image.
  • the accelerating electron is generated smaller than the wavelength of the material to be observed and transmitted through the medium, the difference in the intensity of the electron beam that can be transmitted is generated depending on the degree of crystal plane or defect, etc. It appears in contrast on the detecting plate.
  • a scanning electron microscope is a secondary electron that has the highest probability of generating various signals from a sample when an electron beam is scanned on a specimen or sample surface. Or by detecting the back scattered electron (back scattered electron) is a device that can observe the surface of the sample in three dimensions.
  • the TEM or SEM operates while the sample is placed on the sample holder or stage at the tip of the holder.
  • the other part of the electron microscope is fixed and the holder or stage is moved in a straight line in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and rotationally in the R-axis and T-axis directions so that various portions of the sample can be observed.
  • Such a sample holder or stage is provided in a high vacuum stage chamber, an example of which is shown in FIG. 1 (public patent 10-2013-0120564).
  • the conventional sample stage includes a sample stage 100 that is inclined and rotated by the rotating means 50, 60, 80, and 90 and the tilting means 70, thereby providing the rotating means and the tilting means. It is operated to observe the sample while tilting or rotating the sample stage.
  • STEM scanning transmitting electron microscope
  • STEM also uses the same sample stage as in SEM (or more complex).
  • a sample holder or stage applied to an electron microscope has difficulty in manufacturing and operating because complex motors and gears must be precisely arranged in three dimensions and mounted in a small space (stage chamber) for plane movement-rotation-tilting. have.
  • the present invention for achieving the above object is (A) a sample cradle is formed with a beam transmission hole in the center; A support plate on which the sample cradle seat; sample mounting including a part: (B) the sample mount portion having an opening which is inherent with a predetermined clearance base part: (C) the horizontal rotation to the said base portion, each of said support plate A pair of rotation mounts coupled to each other; A driver fixedly coupled to the one side rotation mount; It relates to an electron microscope holder comprising: at least two sets of driving parts , including: a driving rod coupled to the driver so as to be horizontally movable and linearly moved by the operation of the driver, and one end of which is fixedly coupled to the other rotating mount.
  • the electron microscope holder according to the present invention can replace a conventional electron microscope, in particular, a sample stage applied to SEM / STEM, and the sample is simple in configuration and small in size to several tens to 100 times smaller than the existing stage. Because of the plane movement-rotation-tilting of the manufacturing and maintenance costs compared to the conventional, it is possible to simplify the electron microscope operation method.
  • the present invention significantly reduces the volume of the conventional stage chamber by replacing the electron microscope sample stage with a simple and small equipment, and therefore, the time required for [vacuum shared vacuum release sample replacement vacuum shared common paper] of the sample loading space each time the sample is replaced.
  • the cost can be significantly reduced.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a conventional SEM sample stage.
  • Figure 2a is a plan view showing the concept of the device applied to the electron microscope holder according to the present invention.
  • Figure 2b is a plan view of another example showing the concept of a device applied to the electron microscope holder according to the present invention.
  • Figure 2c is a perspective view of one example of a device applied to the electron microscope holder according to the present invention.
  • FIG. 2D is a state diagram showing that in the example of FIG. 2A, the position of the sample can be adjusted by controlling the actuator.
  • FIG. 2D is a state diagram showing that in the example of FIG. 2A, the position of the sample can be adjusted by controlling the actuator.
  • Figure 3a is an exploded perspective view of an example of a device applied to the electron microscope holder according to the present invention.
  • Figure 3b is an exploded perspective view showing a base portion and a rotating portion in one device applied to the electron microscope holder according to the present invention.
  • Figure 3c is an exploded perspective view showing a drive unit in one example of a device applied to the electron microscope holder according to the present invention.
  • Figure 3d is an exploded perspective view showing a driven support in one example of a device applied to the electron microscope holder according to the present invention.
  • Figure 3e is an exploded perspective view showing an example of the mount in the device applied to the electron microscope holder according to the present invention.
  • Figure 3f is an exploded perspective view showing the structure of fixing the driver, the structure of another mount in one device applied to the electron microscope holder according to the present invention.
  • Figure 4 is a conceptual perspective view to give the inside of the electron microscope equipped with an electron microscope holder according to the present invention.
  • the present invention relates to an electron microscope holder having a small and simple structure including a sample holder 10, a base 20, and a driver 30.
  • FIG. 2A and 2B are plan views showing the concept of the device applied to the electron microscope holder according to the present invention
  • FIG. 2C is a perspective view of one example of the device applied to the electron microscope holder according to the present invention.
  • FIG. 4 for example, the tip (end) portion of the electron microscope holder is mounted
  • FIG. 2A is a form in which the tip (end) portion of the holder functions as the base portion 20.
  • 2B and 2C show that the base portion 20 is separate and the base portion 20 is mounted to the tip (end) of the holder (not shown).
  • FIG. 2A is a conceptually simplified diagram wherein a red arc with arrows at both ends means that the corresponding component rotates on a horizontal plane, i.e., rotates about a vertical axis, and a red segment with arrows at both ends corresponds to the corresponding configuration. Indicates that the element can move horizontally.
  • FIG. 3A is a partial exploded perspective view of the device illustrated in FIG. 2C in terms of components, and a partial exploded perspective view of each component in detail is illustrated in FIGS. 3B to 3F.
  • FIGS. 3B to 3F a partial exploded perspective view of each component in detail is illustrated in FIGS. 3B to 3F.
  • 3A to 3F each component is expressed in a common language, but a person skilled in the art can easily determine which component corresponds to which component in the apparatus according to the present invention.
  • the sample holder 10 includes a sample cradle 11 having a beam transmission hole formed at the center thereof, and a support plate 12 on which the sample cradle 11 is seated.
  • the sample cradle 11 is a place where the sample (or grid loaded with the sample) is seated, it is preferable that it is circular.
  • the sample cradle 11 is seated on the support plate 12, but the shape thereof is not limited but is preferably circular.
  • An exemplary exploded perspective view of the sample holder 10 is shown in FIG. 3B.
  • the base portion 20, as described above as an element having the opening 21 in which the sample placement portion 10 has a predetermined clearance may be a holder tip formed with the opening 21 It may be a physically independent element (as in FIG. 2A) (as in FIGS. 2B and 2C).
  • the opening 21 is also not limited in shape but is preferably circular.
  • the sample placement portion 10 is located at the opening 21 of the base portion 20, both of which are indirectly connected by two or more sets of the driving portion 30.
  • the drive unit 30 the base portion 20, a pair of rotary mounts (m) coupled to each of the support plate 12 so as to be horizontally rotated (ie, rotated about a vertical axis), a pair It is coupled to the driver 31 and the driver 31 and the other rotary mount (m) fixedly coupled to any one of the rotary mount (m) of the by the operation of the driver 31 and the driver 31 It includes a drive rod 32 for changing the distance between the other side mount (m).
  • the driver 31 is preferably a fine motor or piezo element finely controlled.
  • the coupling relationship between the driver 31, the driving rod 32, the rotation mount (m) may be variously selected.
  • the driver 31 is a motor
  • the vicinity of one end of the driving rod 32 is coupled to the driver 31 so as to be movable horizontally, and the linear movement is performed by the operation of the driver 31.
  • It is fixedly coupled to the other side rotation mount (m), or one end of the driving rod 32 is coupled coaxially with the rotation axis of the driver 31, the other end is screwed with the other rotation mount (m)
  • one end of the driving rod 32 may be screwed coaxially with the rotation axis of the driver 31, the other end may be fixedly coupled to the other rotation mount (m).
  • the driver 31 is a piezoelectric element that is stretched and contracted by a voltage
  • one end of the driving rod 32 may be fixedly coupled to the expansion and contraction portion of the piezoelectric element, and the other end to the other rotation mount m.
  • 3C is an exploded perspective view of the rotating mount m, the driver 31 and the driving rod 32, and an exploded perspective view of still another example of the rotating mount m in FIGS. 3E and 3F.
  • the driver 30 serves to move the sample holder 10 to an arbitrary position of the base opening 21 by the operation of the driver 31, and finely adjusts the operation of the driver 31. As a result, it becomes possible to finely control the position of the sample mounted on the sample cradle (11).
  • the clearance between the sample placement unit 10 and the opening 21 is largely displayed for better understanding, but the diameter of the observation area of the grid mounted on the actual sample cradle 11 is within several mm.
  • the observation area where a mesh is formed except a rim in a commonly used ⁇ 3.05 mm TEM sample grid is about ⁇ 2 mm. Therefore, in this case, the driving range of the driving rod 32 is about ⁇ 1mm.
  • the drive unit 30 should be at least two sets. 2A, when the driving unit 30 has two sets, when the sample cradle 11 is positioned at the center of the opening 21 of the base unit 20, a pair of rotation mounts of each driving unit 30 ( It is preferable that the straight line passing through m) intersects at 70 ° to 140 °, that is, the angle formed by the two sets of drive units 30 is 70 ° to 140 °. In FIG. 2A, the angle formed by the two sets of driving units 30 is set to 120 °. When the drive unit 30 is three or more sets, the drive unit 30 may be set to have a radial constant angle.
  • the driving unit 30 When the driving unit 30 is two sets, the sample mounting unit 10 may be inclined unevenly due to the weight of the sample mounting unit 10.
  • the driving unit 30 has two sets (D) a pair of rotation mounts (m) coupled to the base unit 20 and the support plate 12 so as to be horizontally rotatable, and the one side rotation.
  • One or two coupled to the mount (m) to move horizontally passively linear movement by the operation of the driver 31, one end includes a driven support rod (41) fixedly coupled to the other rotation mount (m)
  • the set of driven members 40 is additionally mounted at an angle to an obtuse region formed by the two sets of driving units 30.
  • FIG. 2A shows an example in which two driving units 30 and one driven support unit 40 are radially disposed at 120 ° angles
  • FIG. 2C shows two driving units 30 and two driven support units 40 having 90 ° angles. This is an example of radial placement. In any case, it is not preferable that any two driving units 30 are disposed at positions facing each other. In FIG. 2C, two driving units 30 are disposed adjacent to each other. An exploded perspective view of the driven support portion 40 is attached to FIG. 3D.
  • FIG. 2D illustrates a state in which the position of the sample holder 10 is changed by the operation of the driving unit 30 in the conceptual diagram shown in FIG. 2A.
  • the operator can arbitrarily adjust the position of the sample.
  • the electron microscope holder according to the present invention (E) is rotated together with the rotary driver 51 fixedly coupled to the support plate 12 and the rotary shaft of the rotary driver 51, the sample cradle 11 Rotating portion 50 including a rotating rod 52 which is geared with the side of the ) can be further mounted.
  • the rotary driver 51 is also preferably a fine motor or piezo element finely controlled.
  • the rotary part 50 is conceptually illustrated in FIG. 2A, the rotary driver 51 may protrude toward the base part 20 as in FIG. 2C.
  • FIG. 3B An example of the coupling relationship between the sample placing part 10 and the rotating part 50 is shown in FIG. 3B.
  • the electron microscope holder according to the present invention as described above is used to be mounted on the electron microscope barrel as shown in the conventional TR-holder or sample stage.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

본 발명은 전자현미경에서 기존의 시료 스테이지를 대신할 수 있는 간단한 구조의 홀더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (A) 중심에 빔투과공이 형성되어 있는 시료 크레들; 상기 시료 크레들이 안착되는 지지판;을 포함하는 시료거치부: (B) 상기 시료거치부가 소정의 유격을 가지고 내재되는 개방구를 가지는 베이스부: (C) 상기 베이스부와, 상기 지지판 각각에 수평회전 가능하도록 결합된 한 쌍의 회전마운트; 상기 일측 회전마운트에 고정결합된 구동기; 상기 구동기에 수평이동 가능하도록 결합되어 상기 구동기의 작동에 의해 직선운동하며, 일말단이 타측 회전마운트에 고정결합된 구동봉;을 포함하는 두 세트 이상의 구동부:를 포함하는 전자현미경 홀더에 관한 것이다.

Description

간단한 구조의 3축구동 전자현미경 홀더
본 발명은 전자현미경에서 기존의 시료 스테이지를 대신할 수 있는 간단한 구조의 홀더(Transfer holder)에 관한 것이다.
전자현미경(electron microscope)은 광원과 광원렌즈 대신 유사한 기능을 하는 전자선과 전자 렌즈를 사용한 현미경으로서 통상 수십만배 이상의 배율을 가지며, 물질의 미소 구조를 보는 데 이용한다. 전자현미경으로는 투과전자현미경, 주사전자현미경, 투사주사전자현미경, 반사전자현미경, 저전압전자현미경 등이 있다.
투과전자현미경(Transmision Electron Microscope, TEM)은 광원과 광원 렌즈 대신에 전자빔과 전자 렌즈를 사용한 현미경으로서, 그 작동원리는 광학 현미경과 같으나 광학현미경의 광원이 빛인데 반하여 TEM의 광원은 가속 전자빔으로 시편을 투과하고 상의 배율 조절을 위해 전자 렌즈의 작용을 전장으로 조절하는 것이다. 즉, 관찰하고자 하는 재료의 파장보다 작은 가속 전자를 발생하여 매질에 투과시키면 결정면이나 결함 등의 정도에 따라 투과할 수 있는 전자빔의 강도차가 발생하게 되는데, 이때 투과된 빔강도 차이가 형광스크린(=검출판, detecting plate)에서 명암으로 나타나는 것이다.
주사전자현미경(scanning electron microscope, 이하 "SEM"이라 함)은 전자빔이 시편 또는 시료면 위를 주사(scanning)할 때 시료에서 발생되는 여러 가지 신호 중 그 발생 확률이 가장 많은 이차전자(secondary electron) 또는 반사전자(back scattered electron)를 검출하는 것으로 대상 시료의 표면을 입체적으로 관찰할 수 있는 장비이다.
이러한 TEM 또는 SEM은 시료를 홀더의 팁 부분에 있는 시료거치대 또는 스테이지에 올려놓은 상태에서 동작한다. 통상적으로, 전자현미경의 다른 부분은 고정되어 있고 홀더 또는 스테이지가 X축, Y축, Z축 방향으로의 직선 및 R축 방향과 T축 방향으로의 회전 이동하여 시료의 다양한 부분이 관찰되도록 한다. 이러한 시료 홀더 또는 스테이지는 고진공의 스테이지 챔버(stage chamber) 내에 구비되는데, 그의 일예(공개특허 10-2013-0120564)를 도 1에 도시하였다. 도시한 바와 같이 종래의 시료 스테이지는 회전수단(50, 60, 80, 90)과 틸팅수단(70)에 의해 기울어지고 회전하는 시료대(100)를 포함하여 구성되어, 상기 회전수단과 틸팅수단을 작동시켜 시료대를 기울이거나 회전시키면서 시료를 관찰하게 된다.
한편, 간단히 표현하여, 통상의 SEM과 같은 장비에서 시료 그리드의 아래에 TEM에서와 같은 검출판(detecting plate)을 설치하고, SEM에서 보다는 얇고(thin) TEM에서 보다는 넓은(bulk) 시료에 대한 주사모드 이미지와 투과모드 이미지를 동시에 얻을 수 있는 개념의 주사투과전자현미경(scanning transmitting electron microscope; STEM)이 알려져 있다. STEM은 복수개의 검출기(detectors)를 적용함으로써 한 번의 실험으로 가능한 많은 정보를 동시에 얻을 수 있다는 장점이 있기 때문에 관심이 대상이 되고 있다.
STEM도 SEM에서와 같은(혹은 더 복잡한) 시료 스테이지가 이용되고 있다.
이렇듯 전자현미경에 적용되는 시료 홀더 또는 스테이지는, 평면이동-회전-틸팅을 위해 복잡한 모터와 기어들이 정밀하게 3차원상에 배치되고 작은 공간(스테이지 챔버) 내에 장착되어야하기 때문에 제작 및 운용에 어려움이 있다.
본 발명은 종래 전자현미경의 시료 스테이지에 비해 단순하고 소형이면서도 시료의 평면이동-회전-틸팅이 가능한 새로운 개념의 전자현미경 홀더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 (A) 중심에 빔투과공이 형성되어 있는 시료 크레들; 상기 시료 크레들이 안착되는 지지판;을 포함하는 시료거치부: (B) 상기 시료거치부가 소정의 유격을 가지고 내재되는 개방구를 가지는 베이스부: (C) 상기 베이스부와, 상기 지지판 각각에 수평회전 가능하도록 결합된 한 쌍의 회전마운트; 상기 일측 회전마운트에 고정결합된 구동기; 상기 구동기에 수평이동 가능하도록 결합되어 상기 구동기의 작동에 의해 직선운동하며, 일말단이 타측 회전마운트에 고정결합된 구동봉;을 포함하는 두 세트 이상의 구동부:를 포함하는 전자현미경 홀더에 관한 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의한 전자현미경 홀더는 종래 전자현미경, 특히 그중에서 SEM/STEM에 적용되는 시료 스테이지를 대체할 수 있으며, 구성이 간단하고 크기가 기존 스테이지에 비해 수십~100배 이상 작으면서도 시료의 평면이동-회전-틸팅이 가능하기 때문에 종래에 비해 제작 및 관리비용이 저렴할 뿐 아니라 전자현미경 운용방법도 단순하게 할 수 있게 된다.
또한 본 발명은, 간단하고 작은 장비로 전자현미경 시료 스테이지를 대체함으로써 종래 스테이지 챔버의 부피를 대폭 줄이고, 따라서 시료 교체시마다 시료적재공간의 [진공유지진공해제시료교체진공화진공유지]에 소요되는 시간과 비용을 현저하게 줄일 수 있게 된다.
도 1은 종래 SEM 시료 스테이지를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2a는 본 발명에 의한 전자현미경 홀더에 적용되는 장치의 개념을 보여주는 평면도.
도 2b는 본 발명에 의한 전자현미경 홀더에 적용되는 장치의 개념을 보여주는 다른 예의 평면도.
도 2c는 본 발명에 의한 전자현미경 홀더에 적용되는 장치 일예의 사시도.
도 2d는 도 2a의 예에서, 구동기를 제어함으로써 시료의 위치를 조절할 수 있음을 보여주는 상태도.
도 3a는 본 발명에 의한 전자현미경 홀더에 적용되는 장치 일예의 분해 사시도.
도 3b는 본 발명에 의한 전자현미경 홀더에 적용되는 장치 일예에서, 베이스부와 회전부를 보여주는 분해 사시도.
도 3c는 본 발명에 의한 전자현미경 홀더에 적용되는 장치 일예에서, 구동부를 보여주는 분해 사시도.
도 3d는 본 발명에 의한 전자현미경 홀더에 적용되는 장치 일예에서, 피동지지부를 보여주는 분해 사시도.
도 3e는 본 발명에 의한 전자현미경 홀더에 적용되는 장치에서, 마운트의 일예를 보여주는 분해 사시도.
도 3f는 본 발명에 의한 전자현미경 홀더에 적용되는 장치 일예에서, 구동기를 고정하는 구조, 또 다른 마운트의 구조를 보여주는 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 전자현미경 홀더가 장착된 전자현미경 내부를 부여주는 개념적 사시도.
- 부호의 설명 -
m. 마운트(도 2a에서 작은 원으로 표시)
10. 시료거치부
11. 크레들 12. 지지판
20. 베이스부
21. 개방구
30. 구동부
31. 구동기 32. 구동봉
40. 피동지지부
41. 피동지지봉
50. 회전부
51. 회전구동기 52. 회전봉
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명은 시료거치부(10), 베이스부(20) 및 구동부(30)를 포함하는 소형이면서 단순한 구조의 전자현미경 홀더에 관한 것이다.
도 2a, 2b에 본 발명에 의한 전자현미경 홀더에 적용되는 장치의 개념을 보여주는 평면도를, 도 2c에 본 발명에 의한 전자현미경 홀더에 적용되는 장치 일예의 사시도를 도시하였다. 도시된 부분은 도 4에서 볼 수 있듯이, 예를 들면 전자현미경 홀더의 팁(말단)부분에 장착되는데, 도 2a는 홀더의 팁(말단) 부분이 베이스부(20)로서 기능을 하는 형태이며, 도 2b와 2c는 베이스부(20)가 별도로 있고 이 베이스부(20)가 도시되지 않은 홀더의 팁(말단)에 장착되는 것이다. 도 2a는 개념적으로 단순화한 도면으로서, 양단에 화살표가 있는 적색 원호는 해당하는 구성요소가 수평면상에서 회전한다는 것 즉, 수직축에 대하여 회전한다는 것을 의미하며, 양단에 화살표가 있는 적색 선분은 해당하는 구성요소가 수평으로 이동할 수 있음을 나타낸다.
도 2c에 예시된 장치를 일부 구성요소들로 분해한 일부 분해사시도를 도 3a에, 각 구성요소들을 세부 구성요소로 분해한 부분 분해사시도를 도 3b~3f에 도시하였다. 도 3a~3f에서 각 부품들을 상용어로 표현하였으나 당업자라면 각 부품이 본 발명에 의한 장치에서 어떤 구성요소에 대응되는 것인지 용이하게 판별할 수 있을 것이다.
이하 혼동을 방지하기 위하여 평면도 기준으로 설명한다.
본 발명에서 상기 시료거치부(10)는, 중심에 빔투과공이 형성되어 있는 시료 크레들(11)과, 상기 시료 크레들(11)이 안착되는 지지판(12);을 포함하고 있다. 이때 상기 시료 크레들(11)은 시료(또는 시료가 로딩된 그리드)가 안착되는 곳으로서, 원형인 것이 바람직하다. 지지판(12)에는 시료 크레들(11)이 안착되는데, 그 형태는 제한이 없으나 원형인 것이 바람직하다. 시료거치부(10)의 예시적 분해사시도를 도 3b에 도시하였다.
본 발명에서 상기 베이스부(20)는, 상기 시료거치부(10)가 소정의 유격을 가지고 내재되는 개방구(21)를 가지는 요소로서 앞에서 설명하였듯이, 개방구(21)가 형성된 홀더 팁일 수도 있고(도 2a에서처럼) 물리적으로 독립된 요소일 수도 있다(도 2b, 2c에서처럼). 이때 상기 개방구(21)도 형태는 제한이 없으나 원형인 것이 바람직하다.
상기 시료거치부(10)는 베이스부(20)의 개방구(21)에 위치하게 되는데, 양자는 두 세트 이상의 구동부(30)에 의해 간접적으로 연결되어 있다. 본 발명에서 상기 구동부(30)는, 상기 베이스부(20)와, 상기 지지판(12) 각각에 수평회전(즉, 수직축에 대하여 회전) 가능하도록 결합된 한 쌍의 회전마운트(m), 한 쌍의 회전마운트(m) 중 어느 하나에 고정결합된 구동기(31) 및 상기 구동기(31) 및 상기 타측 회전마운트(m)와 결합되어 있어 상기 구동기(31)의 작동에 의해 상기 구동기(31)와 상기 타측 회전마운트(m) 사이의 거리를 변경시키는 구동봉(32)을 포함한다. 이때 상기 구동기(31)는 미세하게 제어되는 정밀모터 또는 피에조 소자인 것이 바람직하다.
이때 상기 구동기(31)-구동봉(32)-회전마운트(m) 사이의 결합관계는 다양하게 선택할 수 있을 것이다. 예를 들면, 구동기(31)가 모터인 경우 구동봉(32)의 일측 말단 부근이 상기 구동기(31)에 수평이동 가능하도록 결합되어 상기 구동기(31)의 작동에 의해 직선운동하며, 타측 말단이 타측 회전마운트(m)에 고정결합되어 있거나, 구동봉(32)의 일측 말단이 상기 구동기(31)의 회전축과 동축으로 결합되어 있고, 타측 말단 부근이 상기 타측 회전마운트(m)와 나사결합되어 있거나, 구동봉(32)의 일측 말단이 상기 구동기(31)의 회전축과 동축으로 나사결합되어 있고, 타측 말단이 타측 회전마운트(m)에 고정결합되어 있을 수 있다. 구동기(31)가 전압에 의해 신축하는 피에조 소자인 경우 구동봉(32)의 일측 말단을 피에조 소자의 신축부에, 타측 말단을 타측 회전마운트(m)에 고정결합시킬 수 있다.
상기 구동기(31)와 구동봉(32)은 수평회전 가능한 회전마운트(m)에 고정결합되므로 결국 구동기(31)와 구동봉(32)도 회전마운트(m)와 함께 수평회전이 가능하다. 도 3c에 회전마운트(m)와 구동기(31) 및 구동봉(32)의 분해사시도를, 도 3e, 3f에 회전마운트(m)의 또 다른 예의 분해사시도를 예시적으로 도시하였다.
상기 구동부(30)는 구동기(31)의 작동에 의해 상기 시료거치부(10)를 베이스 개방구(21)의 임의의 위치로 이동시키는 역할을 하게 되는데, 구동기(31)의 작동을 미세하게 조절함으로써 궁극적으로 시료 크레들(11)에 장착된 시료의 위치를 미세하게 제어할 수 있게 되는 것이다. 도 2a에서는 이해를 돕기 위해 시료거치부(10)와 개방구(21) 변까지의 유격을 크게 표시하였으나 실제 시료 크레들(11)에 장착되는 그리드의 관찰영역의 직경은 수 mm 이내이다. 따라서 [상기 구동봉(32)의 구동범위 = 시료거치부(10)의 구동범위 = 시료 크레들(11)의 구동범위 = 시료거치부(10)와 개방구(21) 변까지의 평균 거리]는 관찰영역 직경의 1/2 이내에 불과한 것이다. 예를 들면 통상 사용되는 Φ3.05mm 짜리 TEM 시료 grid에서 림(Rim)을 제외한 메쉬(mesh)가 형성된 관찰영역은 Φ2mm 내외이다. 따라서 이 경우 상기 구동봉(32)의 구동범위는 ±1mm 정도인 것이다.
상기 구동부(30)는 최소한 두 세트 이상이어야 한다. 도 2a에서처럼 구동부(30)가 두 세트인 경우, 상기 시료 크레들(11)이 상기 베이스부(20)의 개방구(21) 중앙에 위치하였을 때, 각 구동부(30)의 한 쌍의 회전마운트(m)를 통과하는 직선이 70°~140°로 교차하는 것, 즉 두 세트의 구동부(30)가 이루는 각이 70°~140°인 것이 바람직하다. 도 2a에서는 두 세트의 구동부(30)가 이루는 각이 120°가 되도록 하였다. 구동부(30)가 세 세트 이상인 경우 상기 구동부(30)는 방사상으로 일정한 각도가 되도록 하는 것이 좋다.
구동부(30)가 두 세트인 경우, 시료거치부(10)의 무게 때문에 시료거치부(10)가 불균일하게 기울어질 염려가 있다. 이를 방지하기 위하여 구동부(30)가 두 세트인 경우 (D) 상기 베이스부(20)와, 상기 지지판(12) 각각에 수평회전 가능하도록 결합된 한 쌍의 회전마운트(m)와, 상기 일측 회전마운트(m)에 수평이동 가능하도록 결합되어 상기 구동기(31)의 작동에 의해 수동적으로 직선운동하며, 일말단이 타측 회전마운트(m)에 고정결합된 피동지지봉(41)을 포함하는 하나 또는 두 세트의 피동지지부(40)를 상기 두 세트의 구동부(30)가 이루는 둔각영역에 일정한 각도로 추가로 장착하는 것이 좋다. 도 2a는 두 개의 구동부(30)와 하나의 피동지지부(40)가 120°각도로 방사상으로 배치된 예이며, 도 2c는 두 개의 구동부(30)와 두 개의 피동지지부(40)가 90°각도로 방사상으로 배치된 예이다. 어떠한 경우라도 어느 두 구동부(30)가 서로 마주보는 위치에 배치되는 것은 바람직하지 않다. 도 2c에서는 두 개의 구동부(30)를 인접하여 배치하였다. 도 3d에 피동지지부(40)의 분해사시도를 첨부하였다.
도 2a에 도시된 개념도에서 구동부(30)의 작동에 의해 시료거치부(10)의 위치가 변경된 상태를 도 2d에 도시하였다. 오퍼레이터가 단지 두 개의 구동기(31)를 정밀하게 제어함으로써 시료의 위치를 임의로 조절할 수 있게 되는 것이다.
한편, 전자현미경으로 시료를 관찰할 때 시료의 위치를 조절할 뿐 아니라 시료를 회전시킬 필요성도 있다. 이를 위해 본 발명에 의한 전자현미경 홀더에 (E) 상기 지지판(12)에 고정결합된 회전구동기(51)와, 상기 회전구동기(51)의 회전축에 연장 연결되어 함께 회전하며, 상기 시료 크레들(11)의 측면과 기어결합되어 있는 회전봉(52)을 포함하는 회전부(50)를 추가로 장착할 수 있다. 상기 회전구동기(51) 역시 미세하게 제어되는 정밀모터 또는 피에조 소자인 것이 바람직하다. 도 2a에서 상기 회전부(50)를 작게 개념적으로 도시하였으나 실제로는 도 2c에서처럼 회전구동기(51)가 베이스부(20) 쪽으로 돌출될 수 있다. 시료거치부(10)와 회전부(50)의 결합관계의 예를 도 3b에 도시하였다.
이상과 같은 본 발명에 의한 전자현미경 홀더는 도 4에 도시된 것처럼 통상의 TR-홀더나 시료 스테이지처럼 전자현미경 경통에 장착되어 사용되는 것이다.

Claims (6)

  1. (A) 중심에 빔투과공이 형성되어 있는 시료 크레들;
    상기 시료 크레들이 안착되는 지지판;을 포함하는 시료거치부:
    (B) 상기 시료거치부가 소정의 유격을 가지고 내재되는 개방구를 가지는 베이스부:
    (C) 상기 베이스부와, 상기 지지판 각각에 수평회전 가능하도록 결합된 한 쌍의 회전마운트;
    상기 한 쌍의 회전마운트 중 어느 하나에 고정결합된 구동기;
    상기 구동기 및 상기 타측 회전마운트와 결합되어 있어 상기 구동기의 작동에 의해 상기 구동기와 상기 타측 회전마운트 사이의 거리를 변경시키는 구동봉;을 포함하는 두 세트 이상의 구동부:
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자현미경 홀더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는 두 세트이며,
    상기 시료 크레들이 상기 베이스부의 개방구 중앙에 위치하였을 때, 각 구동부의 한 쌍의 회전마운트를 통과하는 직선이 70°~140°로 교차하는 것을 특징으로 하는 전자현미경 홀더.
  3. 제 2 항에 있어서,
    (D) 상기 베이스부(20)와, 상기 지지판(12) 각각에 수평회전 가능하도록 결합된 한 쌍의 회전마운트(m);
    상기 일측 회전마운트(m)에 수평이동 가능하도록 결합되어 상기 구동기의 작동에 의해 수동적으로 직선운동하며, 일말단이 타측 회전마운트(m)에 고정결합된 피동지지봉;을 포함하는 하나 또는 두 세트의 피동지지부가 상기 두 세트의 구동부가 이루는 둔각영역에 일정한 각도로 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전자현미경 홀더.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (E) 상기 지지판(12)에 고정결합된 회전구동기;
    상기 회전구동기의 회전축과 연결되어 함께 회전하며, 상기 시료 크레들의 측면과 기어결합되어 있는 회전봉;을 포함하는 회전부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자현미경 홀더.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스부는 상기 홀더의 말단인 것을 특징으로 하는 전자현미경 홀더.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동기는 소형 모터이거나 피에조 소자인 것을 특징으로 하는 전자현미경 홀더.
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