KR101033352B1 - Holder apparatus with probe for muti-micromanipulating and measuring system thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 다중 미세조작이 가능한 탐침을 구비하는 홀더 장치 및 측정시스템이 개시된다. 이러한 본 발명에 따른 다중 조정이 가능한 탐침을 구비하는 홀더 장치는, 측정 대상물을 고정시키는 홀더부(100); 홀더부(100) 내부에 내장되며 연결부(210)를 통해 전달되는 기계적 제어에 의한 일방향의 운동을 반대인 타방향으로 변환하여 전달하는 제1 변환부(230); 전기적 제어를 기계적 제어로 변환하여 전달하는 제2 변환부(250); 상기 측정 대상물에 전기적 신호를 인가하는 탐침(270)을 포함하되 상기 제1 변환부(230), 상기 제2 변환부(250), 상기 탐침(270)이 일렬로 배열되어 결합된 조작부(200); 및 상기 기계적, 전기적 제어 중 어느 하나 이상을 제공하여 탐침(270)을 이동시키는 제어부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Disclosed is a holder device and a measurement system having a probe capable of multiple micromanipulations. The holder device having a multi-adjustable probe according to the present invention, the holder portion 100 for fixing the measurement object; A first conversion unit 230 which is built in the holder unit 100 and converts one direction of motion by mechanical control transmitted through the connection unit 210 to another direction opposite to the other direction; A second converter 250 that converts and transfers electrical control to mechanical control; An operation unit 200 including a probe 270 for applying an electrical signal to the measurement object, wherein the first converter 230, the second converter 250, and the probe 270 are arranged in a row and coupled to each other; ; And a controller 300 that provides one or more of the mechanical and electrical controls to move the probe 270.

압전소자, 피드스루, 홀더, 전자현미경 Piezoelectric element, feedthrough, holder, electron microscope

Description

다중 미세조작이 가능한 탐침을 구비하는 홀더 장치 및 측정시스템{HOLDER APPARATUS WITH PROBE FOR MUTI-MICROMANIPULATING AND MEASURING SYSTEM THEREOF}HOLDER APPARATUS WITH PROBE FOR MUTI-MICROMANIPULATING AND MEASURING SYSTEM THEREOF}

본 발명은 다중 미세조작이 가능한 탐침을 구비하는 홀더 장치 및 측정시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기계식 제어와 전기식 제어를 동시에 수행할 수 있는 다중 미세조작이 가능한 탐침을 구비하는 홀더 장치와 이를 이용하는 측정시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a holder device and a measurement system having a probe capable of multiple micromanipulation, and more particularly, to a holder device having a probe capable of multiple micromanipulation capable of simultaneously performing mechanical control and electrical control. It relates to a measurement system.

미세 기술이 발달함에 따라 정밀한 측정을 위한 측정시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 측정시스템 중 나노미터(㎚) 단위를 관찰할 수 있는 전자빔을 이용한 고배율의 전자현미경에 대한 수요가 증가하고 있는데, 전자현미경의 성능을 향상시키기 위해서는 측정 대상물을 실시간으로 제어할 수 있는 홀더의 기능을 개선하는 것이 중요한 과제이다.With the development of fine technology, research on the measurement system for precise measurement is being actively conducted. Among these measuring systems, there is an increasing demand for high-magnification electron microscopes using electron beams that can observe nanometer (nm) units, and in order to improve the performance of electron microscopes, the function of a holder to control a measurement object in real time Improving this is an important task.

특히, 최근에는 단순히 실시간 관찰을 넘어 탐침(Probe)을 통해 전기적인 신호를 측정 대상물에 인가하여 재료의 변화상태를 실시간으로 관찰하는 방법이 활용되고 있다.In particular, in recent years, a method of observing a change state of a material in real time by applying an electrical signal to a measurement object through a probe (Probe) beyond simply real-time observation.

이러한 탐침은 연구 목적에 따라 1nm 이하의 최소이동거리와 200um 이상의 최대이동거리를 가져야 하는데, 이를 위해서는 각각의 이동단위를 구현할 수 있는 다수개의 압전소자가 사용되었다.These probes should have a minimum travel distance of less than 1nm and a maximum travel distance of more than 200um, depending on the purpose of research. For this purpose, a plurality of piezoelectric elements capable of implementing each movement unit were used.

하지만, 이러한 방식은 마이크로미터 단위와 나노미터 단위의 조작 모두를 전압에 따라 변화하는 압전소자만으로 구현하기 때문에, 홀더 몸체 내부에는 적어도 두 개 이상의 압전소자와 이에 연결된 수 많은 배선들과 전자모듈이 포함되어 고가의 압전소자로 인한 비용 증가를 초래하게 된다.However, since this method implements both micrometer- and nanometer-scale operation with only a piezoelectric element that varies with voltage, the holder body includes at least two piezoelectric elements, numerous wirings, and electronic modules connected thereto. This results in an increase in cost due to expensive piezoelectric elements.

또한, 다수개의 압전소자들을 완벽하게 절연시키기는 것은 매우 어렵기 때문에 압전소자 사이에는 누설전류 또는 불필요한 전계가 형성되어 탐침의 조작 정밀도 저하를 초래할 수 있다.In addition, since it is very difficult to completely insulate a plurality of piezoelectric elements, a leakage current or an unnecessary electric field may be formed between the piezoelectric elements, resulting in deterioration of the operation accuracy of the probe.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 압전소자를 이용하여 단위 별로 탐침을 조작할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and its object is to be able to operate the probe for each unit using one piezoelectric element.

또한, 본 발명은 탐침의 기계식 제어와 전기식 제어를 동시에 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to simultaneously provide mechanical and electrical control of the probe.

또한, 본 발명은 측정 대상물(시편)의 관찰과 조작(제어)를 실시간으로 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide real-time observation and manipulation (control) of an object to be measured (sample).

본 발명의 상기 목적은 측정 대상물을 고정시키는 홀더부; 상기 홀더부 내부에 내장되며 연결부를 통해 전달되는 기계적 제어에 의한 일방향의 운동을 반대인 타방향으로 변환하여 전달하는 제1 변환부; 전기적 제어를 기계적 제어로 변환하여 전달하는 제2 변환부; 상기 측정 대상물에 전기적 신호를 인가하는 탐침을 포함하되 상기 제1 변환부, 상기 제2 변환부, 상기 탐침이 일렬로 배열되어 결합된 조작부; 및 상기 기계적, 전기적 제어 중 어느 하나 이상을 제공하여 상기 탐침을 이동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀더 장치에 의해 달성된다.The object of the present invention is a holder portion for fixing the measurement object; A first converting part embedded in the holder part and converting one direction of motion by mechanical control transmitted through a connecting part to another direction opposite to the other direction; A second converter converting and transferring electrical control into mechanical control; An operation unit including a probe for applying an electrical signal to the measurement object, wherein the first conversion unit, the second conversion unit, and the probe are arranged in a row and coupled to each other; And a controller for providing any one or more of the mechanical and electrical controls to move the probe.

이러한 본 발명에 있어서, 먼저, 상기 조작부는 상기 제1 변환부와 상기 제2 변환부 사이에는 제1 절연체가 구비되며, 상기 제2 변환부와 상기 탐침 사이에는 제2 절연체가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, first, the operation unit is provided with a first insulator between the first converter and the second converter, a second insulator is further provided between the second converter and the probe. It is done.

또한, 상기 연결부는 다수개의 연결대가 일렬로 결합되어 구성되되, 상기 연결대 사이에는 유니버설 조인트(universal joint)가 위치하는 것을 특징으로 한다.In addition, the connecting portion is configured by combining a plurality of connecting rods in a row, characterized in that the universal joint (universal joint) is located between the connecting rods.

또한, 상기 제1 변환부는 일단이 상기 연결부와 결합하는 결합부; 및 상기 결합부의 타단과 결합하되 상기 결합부 보다 지름이 큰 피드스루를 포함하며, 상기 피드스루는 외경에 형성된 홈에 탄성력을 가지는 탄성체가 장착되며, 상기 결합부와 접하는 반대면에는 상기 전기적 제어를 위한 배선이 통과하는 다수개의 홀이 구비되는 것을 특징으로 한다.The first converting unit may include: a coupling unit having one end coupled with the connection unit; And a feedthrough coupled to the other end of the coupling portion, the feedthrough having a larger diameter than the coupling portion, wherein the feedthrough is equipped with an elastic body having an elastic force in a groove formed at an outer diameter, and the electrical control is provided on an opposite surface of the coupling portion. It is characterized in that a plurality of holes through which the wiring passes.

또한, 상기 탄성체는 오링인 것을 특징으로 한다.In addition, the elastic body is characterized in that the O-ring.

또한, 상기 제2 변환부는 상기 전기적 제어의 전압에 따라 크기가 변하여 상기 탐침을 X, Y, Z축으로 이동시키는 압전소자인 것을 특징으로 한다.In addition, the second converter is a piezoelectric element for changing the size in accordance with the voltage of the electrical control to move the probe in the X, Y, Z axis.

또한, 상기 제1 변환부는 상기 탐침을 마이크로 단위로 이동하며, 상기 제2 변환부는 상기 탐침을 나노 단위로 이동하는 것을 특징으로 한다.The first converting unit may move the probe in micro units, and the second converting unit may move the probe in nano units.

마지막으로, 상기 탄성체의 위치가 상기 탐침에 근접할수록 상기 탐침의 이동범위는 작아지고, 상기 탐침에서 멀어질수록 상기 탐침의 이동범위는 커지는 것을 특징으로 한다.Finally, the closer the position of the elastic body is to the probe, the smaller the range of movement of the probe, and the farther from the probe, the range of movement of the probe increases.

본 발명에 의하면, 탐침을 조작을 단위 별로 할 수 있어 보다 정밀한 제어가 가능하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the probe can be manipulated on a unit-by-unit basis, so that more precise control is possible and reliability can be improved.

또한, 본 발명에 의하면, 기계식 제어와 전기식 제어를 동시에 수행 할 수 있어 보다 효율적이고 편리한 조작성을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, the mechanical control and the electric control can be performed at the same time to improve the more efficient and convenient operation.

또한, 본 발명에 의하면, 장치구조를 단순화하여 비용을 절감 할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, it is also possible to obtain the effect of reducing the cost by simplifying the device structure.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.DETAILED DESCRIPTION The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings that show, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description, therefore, is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is defined only by the appended claims, along with the full range of equivalents to which such claims are entitled. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several aspects, and length, area, thickness, and the like may be exaggerated for convenience.

[본 발명의 바람직한 실시예][Preferred Embodiments of the Invention]

홀더 장치의 구성Composition of the holder device

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 미세조작이 가능한 탐침을 구비하는 홀더 장치의 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 미세 조작이 가능한 탐침을 구비하는 홀더 장치의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 도 2의 A영역의 확대도이다.1 is an exploded perspective view of a holder device having a probe capable of multiple micromanipulation according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of a holder device having a probe capable of multiple micro manipulations according to an embodiment of the present invention. 3 is an enlarged view of region A of FIG. 2 of the present invention.

도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 홀더 장치(10)는 홀더부(100), 조작부(200) 및 제어부(300)를 포함하며 구성될 수 있다.1 to 3, the holder device 10 according to an embodiment of the present invention may include a holder unit 100, an operation unit 200, and a control unit 300.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀더부(100)는 도시되지는 않았지만 측정 대상물(시편)을 고정시켜 전자현미경과 같은 측정시스템에 정렬시키는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 홀더부(100)는 제어부(300)에 의해 미세 조작이 가능하여 실시간으로 정확한 미세 조작이 가능할 수 있다.First, although not shown, the holder part 100 according to an embodiment of the present invention may perform a function of fixing a measurement object (a specimen) to be aligned with a measurement system such as an electron microscope. In this case, the holder unit 100 may be finely manipulated by the control unit 300 to enable accurate fine manipulation in real time.

보다 상세하게 설명하면, 홀더부(100)는 원통형의 몸체(110), 몸체(110)의 일단에 위치하며 시편을 고정시키는 시편홀더(140), 몸체(110)와 시편홀더(140) 사이에 위치하며 전기적으로 절연시키기는 기능을 수행하는 홀더 절연체(130)를 포함하며 구성될 수 있다. 이러한 홀더 절연체(130)는 탐침(270)에서 인가되는 전기적인 신호가 누설되어 시편홀더(140)를 통해 몸체(110)로 흐르거나 다른 누설 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 기능을 수행할 수 있는데, 절연성질은 가지는 재질이라면 제한 없이 사용할 수 있다.In more detail, the holder portion 100 is located in the cylindrical body 110, one end of the body 110, between the specimen holder 140 for fixing the specimen, between the body 110 and the specimen holder 140 And may be configured to include a holder insulator 130 that performs a function of electrically insulating. The holder insulator 130 may perform a function to prevent the electrical signal applied from the probe 270 to leak to the body 110 through the specimen holder 140 or other leakage current flows. The insulating property can be used without limitation as long as it has a material.

또한, 본 발명에서는 탄성력을 가지는 제1 홀더 탄성체(120)를 몸체(110)와 홀더 절연체(130) 사이에 더 구비하여 홀더 장치(10)가 측정시스템에 삽입될 경우 발생되는 홀더부(100)와 측정시스템 사이의 간섭을 방지할 수 있다. 이러한 제1 홀더 탄성체(120)는 일례로, 플라스틱계 중 폴리이미드를 사용하여 탄성력과 동시에 절연성까지 보완할 수 있는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, the first holder elastic body 120 having an elastic force is further provided between the body 110 and the holder insulator 130, holder portion 100 generated when the holder device 10 is inserted into the measurement system Interference between the system and the measurement system can be prevented. For example, the first holder elastic body 120 may use polyimide among plastics to compensate for elasticity and insulation.

한편, 몸체(110)의 외부에는 홀더부(100)가 측정시스템에 삽입되었는지 여부를 감지할 수 있는 감지부(111)가 더 구비될 수 있다. 이러한 감지부(111)는 단순한 스위치 형태일 수 있으나, 광 또는 초음파를 이용한 센서일 수도 있어 홀더부(100)의 정확한 위치정보를 제공하는 기능을 수행할 수 있다. On the other hand, the outer side of the body 110 may be further provided with a detection unit 111 for detecting whether the holder unit 100 is inserted into the measurement system. The sensing unit 111 may be a simple switch, but may also be a sensor using light or ultrasonic waves to perform a function of providing accurate position information of the holder unit 100.

또한, 몸체(110)의 외경에는 탄성력을 가지는 하나 또는 다수개의 제2 홀더 탄성체(112, 113)가 더 구비되어 측정시스템에 삽입시 접촉면과의 갭(Gap)을 줄일 수 있다. 따라서, 진공을 용이하게 형성할 수 있게 되는데 제2 홀더 탄성체(112, 113)는 일례로 공지된 오링(O-ring)을 사용할 수 있다.In addition, the outer diameter of the body 110 is further provided with one or a plurality of second holder elastic body 112, 113 having an elastic force to reduce the gap (Gap) with the contact surface when inserted into the measurement system. Therefore, the vacuum can be easily formed, and the second holder elastic bodies 112 and 113 may use an O-ring, which is known as an example.

이러한 몸체(110)의 외경은 시편홀더(140) 방향으로 지름이 순차적으로 작아지는 다단구조로 이루어져서 측정시스템에 용이하게 삽입할 수 있으며, 동시에 기구적인 안정성을 구현할 수도 있다. 또한, 몸체(110)의 내경은 일정한 지름을 유지하여 내부에 내장되는 조작부(200)의 미세조작을 용이하게 할 수 있으며, 이때 조작부(200)의 미세조작이 용이하도록 몸체(110)의 내경 표면은 가능한 매끄럽게 하는 것이 바람직하다.The outer diameter of the body 110 is made of a multi-stage structure in which the diameter gradually decreases in the direction of the specimen holder 140 can be easily inserted into the measurement system, and at the same time can implement mechanical stability. In addition, the inner diameter of the body 110 may maintain a constant diameter to facilitate the micro-manipulation of the operation unit 200 embedded therein, the inner diameter surface of the body 110 to facilitate the micro-operation of the operation unit 200 It is desirable to make the silver as smooth as possible.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 조작부(200)는 제어부(300)에서 제공되는 제어(기계적 제어, 전기적 제어)를 변환하여 정렬되는 탐침의 위치를 조절하는 기능을 수행할 수 있다.Next, the operation unit 200 according to an embodiment of the present invention may perform a function of adjusting the position of the probe to be aligned by converting the control (mechanical control, electrical control) provided from the control unit 300.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 기계적인 제어의 방향을 변환하고, 전기적인 제어를 기계적인 제어로 변환하는 적어도 두 개의 변환부를 구비하여 다중 미세조작을 더 수행할 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, the microcontroller may further perform multiple micromanipulations by converting a direction of mechanical control and at least two conversion units converting electrical control into mechanical control.

보다 상세하게 설명하면, Z축 제어기(310)와 일단이 결합되는 연결부(210: 211, 212), 연결부(210)의 타단과 일단이 결합하는 제1 변환부(230), 제1 변환부(230)의 타단과 일단이 결합하는 제1 절연체(240), 제1 절연체(240)의 타단과 일단이 결합하는 제2 변환부(250), 제2 변환부(250)의 타단과 일단이 결합하는 제2 절연체(260), 제2 절연체(260)의 타단과 일단이 결합하는 탐침(270)을 포함하며 구성될 수 있다. 즉, 연결부(210), 제1 변환부(230), 제1 절연체(240), 제2 변환부(250), 제2 절연체(260) 및 탐침(270)이 일렬로 순서대로 결합된 구조일 수 있다. In more detail, the Z-axis controller 310 and one end of the coupling portion 210 (211, 212) is coupled, the other end and one end of the coupling portion 210, the first conversion unit 230, the first conversion unit ( The other end and one end of the first insulator 240 and the other end of the first insulator 240, the second end of the second insulator 250 and the second end of the second insulator 250, which are coupled to one end of the first insulator 240, are coupled. The second insulator 260, the other end of the second insulator 260 may be configured to include a probe 270 is coupled to one end. That is, the connection unit 210, the first converter 230, the first insulator 240, the second converter 250, the second insulator 260, and the probe 270 may be coupled in a row in order. Can be.

이때, 연결부(210)는 제어부(300)의 Z축 제어기(310)과 연결되어 피벗회전과 Z축 방향의 전후(前後) 이동 제어신호를 전달하는 기능을 수행할 수 있는데, 강성인 금속재질을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 기계적 제어를 전달할 수 있는 재질을 제한 없이 사용할 수 있다.At this time, the connection unit 210 may be connected to the Z-axis controller 310 of the control unit 300 to perform a function of transferring the pivot rotation and the front and rear movement control signal in the Z-axis direction, using a rigid metal material However, the present invention is not limited thereto, and a material capable of transmitting mechanical control may be used without limitation.

제1 변환부(230)는 연결부(210)를 통해 전달되는 제어신호를 탐침(270)까지 전달하되, 제어부(300)에서 전달되는 기계적 제어에 의한 일방향의 운동을 반대인 타방향으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 보다 상세한 설명은 도 4를 참조한 이하의 상세한 설명에서 의해 이해될 것이다. The first converting unit 230 transmits a control signal transmitted through the connecting unit 210 to the probe 270, and converts the motion in one direction by the mechanical control transmitted from the control unit 300 to the other direction opposite to the other. Can be performed. A more detailed description will be understood from the following detailed description with reference to FIG. 4.

제2 변환부(250)는 제1 변환부(230)를 통과하는 배선을 통해 전달되는 전기 신호에 의한 전기적 제어를 기계적 제어로 변환하여 탐침(270)까지 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 제1 변환부(230)는 기계적 제어를 수행하기 때문에 마이크로 단위로 탐침(270)을 조작할 수 있으며, 제2 변환부(250)는 전기적 제어를 수행하기 때문에 미세한 나노 단위로 탐침(270)을 조작할 수 있다.The second converter 250 may perform a function of converting the electrical control by the electrical signal transmitted through the wire passing through the first converter 230 into the mechanical control and transmitting the mechanical control to the probe 270. Since the first converter 230 performs mechanical control, the probe 270 may be operated in micro units, and the second converter 250 performs electrical control, so the probe 270 in fine nano units. Can be operated.

제1 절연체(240)와 제2 절연체(260)는 전기적 제어에 의해 제2 변환부(250)에 인가되는 전압이 다른 구성으로 누설되는 것을 방지하기 위한 절연기능을 수행하는데, 특히 제2 절연체(260)는 탐침(270)에 인가되는 전기적인 신호가 누설되는 것을 방지하는 기능을 더 수행할 수 있다. 이러한 제1 절연체(240)와 제2 절연체(260)는 홀더 절연체(130)와 동일한 재질일 수 있으나, 절연성질은 가지는 재질을 제한 없이 사용할 수 있다.The first insulator 240 and the second insulator 260 perform an insulation function to prevent the voltage applied to the second converter 250 from leaking to another configuration by electrical control. In particular, the second insulator ( 260 may further perform a function of preventing leakage of an electrical signal applied to the probe 270. The first insulator 240 and the second insulator 260 may be made of the same material as the holder insulator 130, but the insulating material may be used without limitation.

탐침(270)은 측정 대상물인 시편에 전기적인 신호를 인가함으로써 상태를 측정할 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있다.The probe 270 may perform a function of measuring a state by applying an electrical signal to a specimen that is a measurement target.

한편, 상술된 연결부(210)의 길이가 길어질수록 제어신호의 전달 효율성이 저하되기 때문에, 도시된 바와 같이 제1 연결대(211)와 제2 연결대(212)로 분할되어 구성할 수 있는데, 이때, 제1 연결대(211)와 제2 연결대(212)의 사이에는 두 축간의 각도변화에 따라 유동적으로 제어신호를 전달할 수 있는 공지된 기술인 유니버설 조인트(220)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 연결부(210)는 필요에 따라 두 개 이상으로도 분할될 수 있음은 자명할 것이다. On the other hand, since the transmission efficiency of the control signal is lowered as the length of the connection unit 210 is longer, the first connection unit 211 and the second connection unit 212, as shown, may be configured to be divided, Between the first connecting rod 211 and the second connecting rod 212 it is preferable to further include a universal joint 220, which is a known technique that can transmit a control signal in a flexible manner according to the angle change between the two axes. It will be apparent that the connection portion 210 may be divided into two or more as necessary.

마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(300)는 홀더부(100)와 조작부(200)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있는데, 소정의 단위별로 제어할 수 있는 마이크로미터와 같은 기능을 한다.Finally, the control unit 300 according to an embodiment of the present invention may perform a function of controlling the operation of the holder unit 100 and the operation unit 200, such as a micrometer that can be controlled by a predetermined unit Function

보다 상세하게 설명하면, 연결부(210)와 결합되는 Z축 제어기(310)는 조작부(200)를 Z축 방향으로 이동할 수 있는 제어를 제공하고, X, Y축 제어기(320)는 홀더부(100) 및 조작부(200)를 X, Y축 방향으로 이동할 수 있는 제어를 제공한다. 이러한 제어는 기구를 통해 전달되는 기계적 제어와 배선을 통해 전달되는 전기적 제어를 모두 제공할 수 있다. In more detail, the Z-axis controller 310 coupled with the connection unit 210 provides a control to move the operation unit 200 in the Z-axis direction, X, Y-axis controller 320 is the holder unit 100 And control unit 200 to move in the X, Y-axis direction. Such control can provide both mechanical control via the instrument and electrical control via the wiring.

이러한 Z축 제어기(310)는 제1 플레이트(331)에 의해 X, Y축 제어기(320)와 결합되어 있기 때문에, 결국, 조작부(200)는 X, Y, Z축 방향으로 모두 이동할 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 의한 홀더 장치(10)는 구성간의 결합과 조작의 편의성을 위해 제2 플레이트(332) 및 손잡이부(341, 342)가 더 구비할 수 있다. Since the Z-axis controller 310 is coupled with the X and Y-axis controller 320 by the first plate 331, the operation unit 200 may eventually move in the X, Y, and Z-axis directions. Holder device 10 according to an embodiment of the present invention may be further provided with a second plate 332 and the handle portion (341, 342) for the convenience of coupling and operation between the configuration.

제1 변환부의 구성Configuration of the first converter

이하의 상세한 설명에서는 본 발명의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 제1 변환부(230)의 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 설명한다.In the following detailed description, a configuration of the first converter 230 that performs an important function for the implementation of the present invention, and a function of each component will be described.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 변환부(230)의 상세도이다.4 is a detailed view of the first converter 230 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 변환부(230)는 연결부(210)와 일단이 결합되는 결합부(232), 결합부(232)의 타단과 연결되며 변환부 탄성체(231)가 장착되는 피드스루(feed through; 233)를 포함하며 구성될 수 있다.Referring to FIG. 4, the first converter 230 according to an embodiment of the present invention is connected to the coupling part 232, one end of which is coupled to the connection part 210, and the other end of the coupling part 232. 231 may be configured to include a feed through 233 to which it is mounted.

보다 상세하게 설명하면, 결합부(232)는 원통형으로 일단이 연결부(210)에 구비된 홈에 삽입되어 결합될 수 있다. 이러한 결합부(232)의 타단에는 피드스루(233)가 구비되는데 피드스루(233)는 결합부(232) 보다 지름이 크며 홀더부(100)의 몸체(110) 내경과 접하여 진공을 형성하기 위한 변환부 탄성체(231)가 결합될 수 있는 고리형태의 홈(233a)이 구비된다. In more detail, the coupling portion 232 may have a cylindrical shape and inserted into a groove provided at the connection portion 210. The other end of the coupling portion 232 is provided with a feedthrough 233, the feedthrough 233 is larger in diameter than the coupling portion 232 and to contact the inner diameter of the body 110 of the holder portion 100 to form a vacuum An annular groove 233a to which the converter elastic body 231 may be coupled is provided.

이때, 홈(233a)을 형성하는 양측의 경사면(233b) 각도는 5도 내지 10도를 이 루도록 형성하는 것이 바람직한데, 이는 경사가 5도 미만일 경우에는 경사면(223b)이 홀더부(231)의 내경과 충돌될 수 있기 때문이며, 10도를 초과할 경우에는 피드스루(233)의 홀(233C)을 통과하는 배선들과 간섭을 초래할 수 있기 때문이다.At this time, the angle of the inclined surface 233b of both sides forming the groove 233a is preferably formed to be 5 to 10 degrees, which is the inclined surface 223b is less than 5 degrees holder 231 This is because the internal diameter of the feedthrough 233 may cause interference with the wirings passing through the hole 233C of the feedthrough 233.

또한, 결합부(232)와 접하는 피드스루(233)의 반대면에는 제2 변환부(250)에 전기적 제어를 인가할 수 있는 배선의 통로로 다수개의 홀(233c)이 형성될 수 있다. 이러한 홀(233c)은 적어도 7개 이상 형성되는 것이 바람직하다. In addition, a plurality of holes 233c may be formed on the opposite surface of the feedthrough 233 in contact with the coupling part 232 as a passage for wiring to apply electrical control to the second conversion part 250. It is preferable that at least seven such holes 233c are formed.

한편, 변환부 탄성체(231)는 피벗회전 및 힌지 기능을 수행함과 동시에 변형이 일어나도 양호한 진공유지를 위하여 고정식인 정적 오링이 아닌 동적 오링을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 동적 오링은 공지된 기술이므로 본 명세서에서는 상세한 설명을 생략한다.On the other hand, the conversion unit elastic body 231 performs a pivot rotation and a hinge function at the same time it is preferable to use a dynamic O-ring instead of a static static O-ring to maintain a good vacuum even if deformation occurs. Since this dynamic O-ring is a known technique, detailed description thereof will be omitted.

조작부의 구동Operation of the Control Panel

이하의 상세한 설명에서는 본 발명의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 조작부(200)의 구동방법에 대하여 설명한다.In the following detailed description, a driving method of the operation unit 200 to perform an important function for the implementation of the present invention will be described.

본 발명의 실시예에 의한 조작부(200)는 연결부(210), 제1 변환부(230), 제1 절연체(240), 제2 변환부(250), 제2 절연체(260) 및 탐침(270)이 일방향으로 순차적으로 결합된 구조일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the operation unit 200 includes a connection unit 210, a first conversion unit 230, a first insulator 240, a second conversion unit 250, a second insulator 260, and a probe 270. ) May be a structure that is sequentially combined in one direction.

먼저, 기계적 제어가 제공되는 경우를 일례로 설명하면, Z축 제어기(310)와 결합되어 있는 연결부(210)를 통해 Z축 방향의 기계적 제어가 제1 변환부(230)로 전달된다. 이때, Z축 제어기(310)는 X, Y축 제어기(320)와 결합되어 있어, X, Y축 방향의 기계적 제어도 연결부(210)를 통해 전달될 수 있다.First, when the mechanical control is provided as an example, the mechanical control in the Z-axis direction is transmitted to the first converter 230 through the connection unit 210 coupled to the Z-axis controller 310. At this time, the Z-axis controller 310 is coupled to the X, Y-axis controller 320, the mechanical control in the X, Y-axis direction can also be transmitted through the connection portion 210.

이어서, 연결부(210)를 통해 전달된 기계적 제어는 제1 변환부(230)에서 전달된 기계적인 제어에 의한 일방향과 반대방향인 타방향으로 변환되어 전달된다. 즉, 연결부(210)에 의해 90도 방향의 기계적 제어를 270도 방향으로 변환하여 제1 절연체(240), 제2 변환부(250) 및 제2 절연체(260)을 거쳐 탐침(270)까지 전달됨으로, 결국, 270도 방향으로 탐침(270)을 조작할 수 있다. Subsequently, the mechanical control transmitted through the connection unit 210 is converted and transmitted in the other direction opposite to the one direction by the mechanical control transmitted from the first conversion unit 230. That is, the mechanical control in the 90-degree direction is converted to the 270-degree direction by the connector 210, and is transmitted to the probe 270 through the first insulator 240, the second converter 250, and the second insulator 260. As a result, the probe 270 can be operated in the 270 degree direction.

이는, 제1 변환부(230)의 피드스루(233)에 장착된 변환부 탄성체(231)는 Z축 방향으로 움직일 때는 몸체(110) 내부를 Z축 방향 전후로 이동하지만, 그 외에는 힌지로 기능하기 때문이다.This is because the conversion unit elastic body 231 mounted on the feed-through 233 of the first conversion unit 230 moves inside and outside the body 110 in the Z-axis direction when moving in the Z-axis direction, but otherwise serves as a hinge. Because.

따라서, 변환부 탄성체(231)의 위치에 따라 이동되는 범위가 변화될 수 있는데, 변환부 탄성체(231)의 위치가 탐침(270)에 가까울수록 이동범위는 작아지고 탐침(270)에서 멀어질수록 이동범위는 커지게 된다. 단, 홀더부(100) 몸체(110)의 내경에 의해 탐침(270)의 이동범위는 한계가 있다.Therefore, the range of movement may vary depending on the position of the transducer elastic body 231. The closer the position of the transducer elastic body 231 is to the probe 270, the smaller the movement range and the further away from the probe 270. The moving range is increased. However, the movement range of the probe 270 is limited by the inner diameter of the holder part 100 and the body 110.

다음으로, 전기적 제어신호가 제공되는 경우를 일례로 설명하면, Z축 제어기(310)에서 제공되는 Z축 방향의 전기적 제어는 배선을 통해 제2 변환부(250)로 전달된다. 이때, Z축 제어기(310)는 X, Y축 제어기(320)와도 연결되어 있어, X, Y축 방향의 전기적 제어도 같이 전달될 수 있다.Next, when the electrical control signal is provided as an example, the electrical control in the Z-axis direction provided from the Z-axis controller 310 is transmitted to the second converter 250 through the wiring. At this time, the Z-axis controller 310 is also connected to the X, Y-axis controller 320, the electrical control in the X, Y-axis direction can also be transmitted.

이어서, 전달된 전기적 제어신호는 제2 변환부(250)에서 소정의 전압으로 인가되어 3축 방향으로 기계적인 변화(크기)가 발생된다. 즉, 전기적 제어를 기계적 제어로 변환하여 탐침(270)을 움직임을 조작할 수 있다.Subsequently, the transferred electrical control signal is applied at a predetermined voltage by the second converter 250 to generate a mechanical change (size) in the three axis direction. That is, the movement of the probe 270 may be manipulated by converting electrical control into mechanical control.

본 발명의 활용 예Application Examples of the Invention

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 미세조작이 가능한 탐침을 구비하는 홀더 장치이다.5 is a holder device having a probe capable of multiple micromanipulation according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조한 본 발명의 일 실시예에 따른 홀더 장치(10)는 도시되지는 않았지만 투과전자현미경과 같이 공간이 협소하고 홀더부(100)의 지름이 작은 경우에 효율성을 극대화할 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 주사전자현미경과 같은 다른 종류의 측정 시스템과 관련된 분야전반에 본 발명에 의한 구성이 활용할 수 있음은 자명할 것이다.Although not shown, the holder device 10 according to an embodiment of the present invention with reference to FIG. 5 may maximize efficiency when the space is narrow and the diameter of the holder part 100 is small, such as a transmission electron microscope. However, the present invention is not limited thereto, and it will be apparent that the configuration according to the present invention can be utilized throughout the field related to other types of measurement systems such as scanning electron microscopes.

한편, 이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.On the other hand, the present invention has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, which is provided only to help a more general understanding of the present invention, the present invention is limited to the above embodiments However, one of ordinary skill in the art can make various modifications and variations from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, I will say.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 미세조작이 가능한 탐침을 구비하는 홀더 장치의 분해 사시도이다. 1 is an exploded perspective view of a holder device having a probe capable of multiple micromanipulation according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 미세조작이 가능한 탐침을 구비하는 홀더 장치의 단면도이다. Figure 2 is a cross-sectional view of a holder device having a probe capable of multiple micromanipulation according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 도 2의 A영역의 확대도이다.3 is an enlarged view of region A of FIG. 2 of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 변환부의 상세도이다.4 is a detailed view of a first converter according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 미세조작이 가능한 탐침을 구비하는 홀더 장치이다.5 is a holder device having a probe capable of multiple micromanipulation according to an embodiment of the present invention.

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

10: 홀더 장치 100: 홀더부10: holder device 100: holder part

110: 몸체 111: 감지부110: body 111: detector

112, 113: 제2 홀더 탄성체 120: 제1 홀더 탄성체112, 113: second holder elastic 120: first holder elastic

130: 홀더 절연체 140: 시편홀더130: holder insulator 140: specimen holder

200: 조작부 210(211, 212): 연결부200: operation unit 210 (211, 212): connection portion

220: 유니버셜 조인트 230: 제1 변환부220: universal joint 230: first conversion unit

231: 변환부 탄성체 232: 결합부 231: converting portion elastic body 232: coupling portion

233: 피드스루 240: 제1 절연체 233: feedthrough 240: first insulator

250: 제2 변환부 260: 제2 절연체 250: second conversion unit 260: second insulator

270: 탐침 300: 제어부 270: probe 300: control unit

310: Z축 제어기 320: X, Y축 제어기310: Z axis controller 320: X, Y axis controller

Claims (8)

측정 대상물을 고정시키는 홀더부; A holder part for fixing a measurement object; 상기 홀더부 내부에 내장되며 연결부를 통해 전달되는 기계적 제어에 의한 일방향의 운동을 반대인 타방향으로 변환하여 전달하는 제1 변환부;A first converting part embedded in the holder part and converting one direction of motion by mechanical control transmitted through a connecting part to another direction opposite to the other direction; 전기적 제어를 기계적 제어로 변환하여 전달하는 제2 변환부;A second converter converting and transferring electrical control into mechanical control; 상기 측정 대상물에 전기적 신호를 인가하는 탐침을 포함하되 상기 제1 변환부, 상기 제2 변환부, 상기 탐침이 일렬로 배열되어 결합된 조작부; 및An operation unit including a probe for applying an electrical signal to the measurement object, wherein the first conversion unit, the second conversion unit, and the probe are arranged in a row and coupled to each other; And 상기 기계적, 전기적 제어 중 어느 하나 이상을 제공하여 상기 탐침을 이동시키는 제어부A controller for moving the probe by providing at least one of the mechanical and electrical control 를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀더 장치.Holder device comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 조작부는,The operation unit, 상기 제1 변환부와 상기 제2 변환부 사이에는 제1 절연체가 구비되며,A first insulator is provided between the first converter and the second converter, 상기 제2 변환부와 상기 탐침 사이에는 제2 절연체가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 홀더 장치.The holder device, characterized in that the second insulator further provided between the second converter and the probe. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 연결부는 다수개의 연결대가 일렬로 결합되어 구성되되, 상기 연결대 사이에는 유니버설 조인트(universal joint)가 위치하는 것을 특징으로 하는 홀더 장치.The connecting part is a holder device, characterized in that a plurality of connecting rods are configured in a row, a universal joint is located between the connecting rods. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1 변환부는,The first converter, 일단이 상기 연결부와 결합하는 결합부; 및A coupling part having one end coupled with the connection part; And 상기 결합부의 타단과 결합하되 상기 결합부 보다 지름이 큰 피드스루를 포함하며,Combined with the other end of the coupling portion but includes a feed-through larger than the coupling portion, 상기 피드스루는 외경에 형성된 홈에 탄성력을 가지는 탄성체가 장착되며, 상기 결합부와 접하는 반대면에는 상기 전기적 제어를 위한 배선이 통과하는 다수개의 홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 홀더 장치.The feed-through holder device is characterized in that the elastic body having an elastic force is mounted in the groove formed in the outer diameter, the opposite surface in contact with the coupling portion is provided with a plurality of holes through which the wiring for the electrical control passes. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 탄성체는 오링인 것을 특징으로 하는 홀더 장치.The elastic body is a holder device, characterized in that the O-ring. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제2 변환부는,The second converter, 상기 전기적 제어의 전압에 따라 크기가 변하여 상기 탐침을 X, Y, Z축으로 이동시키는 압전소자인 것을 특징으로 하는 홀더 장치.The holder device, characterized in that the piezoelectric element for changing the size in accordance with the voltage of the electrical control to move the probe in the X, Y, Z axis. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1 변환부는 상기 탐침을 마이크로 단위로 이동하며, 상기 제2 변환부는 상기 탐침을 나노 단위로 이동하는 것을 특징으로 하는 홀더 장치.And the first converter moves the probe in micro units, and the second converter moves the probe in nano units. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 탄성체의 위치가 상기 탐침에 근접할수록 상기 탐침의 이동범위는 작아지고, 상기 탐침에서 멀어질수록 상기 탐침의 이동범위는 커지는 것을 특징으로 하는 홀더 장치.The closer the position of the elastic body is closer to the probe, the smaller the moving range of the probe, the farther away from the probe holder device, characterized in that the larger the moving range.
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