KR100527967B1 - 프로브현미경의탐침주사장치 - Google Patents

Abstract

제1 보이스 코일 모터에 의해 z축 방향의 힘을 받는 스핀들(8)의 시료 측 단부에, 용수철(41)이 결합되고, 그 용수철(41)의 선단에 탐침(45)이 장착되어 있다. 스핀들(8)은 용수철(11)에 의해 내부통(13)에 지지되어 있다. 스핀들(8)의 움직임은, 용수철(41)에 의해 확대되어 탐침(45)에 전달되고, 이것에 의해 그 탐침(45)의 변위는 증폭된다. 이 때문에, 상기 제1 보이스 코일 모터의 가동자, 스핀들(8), 용수철(11), 용수철(41), 및 탐침(45)으로 이루어지는 시스템의 공진주파수(f0)를 증대할 수 있다. 상기 용수철(41)을 2단의 용수철로 하면, 비교적 콤팩트한 구성으로, 상기 시스템의 공진주파수(f0)를 증대하는 것이 가능하게 된다.

Description

탐침주사장치

본 발명은 프로브 현미경에 관한 것으로, 특히 탐침주사기구(probe scanning apparatus)의 공진주파수를 높게 할 수 있도록 한 프로브 현미경에 관한 것이다.

종래의 주사형 프로브 현미경의 탐침주사장치의 일례로서, 피에조-스캐너(piezo-scanner)를 사용한 것이 있다. 이 피에조-스캐너는, 피에조 소자의 전극으로의 인가 전압과 그 변위량의 관계(인가 전압-변위 특성)가 비선형이고, 그래서 그 변위량을 보다 크게 취할 수 없다는 문제가 있었다. 또한, 수백 볼트 내지 수천 볼트 정도의 고전압을 상기 전극에 인가하는 것이 필요하여, 그 주변에 대한 차폐나, 장치의 덮개를 열면 전압을 낮추도록 하는 보호 회로가 필요하다는 등의 이유로 피에조 소자의 취급이 어렵다는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명의 출원인은, z축 방향의 조동 기구인 펄스 모터 및 나사 등을 점성체가 넣어진 하우징과 히터 기구와 보이스 코일 기구로 대체하고, z축 방향의 미동 소자인 피에조 소자 역시 용수철 소자로 대체한 시료 위치결정 장치를 개발하였다.

이 시료 위치결정 장치에 의하면, 종래의 피에조-스캐너가 갖고 있는 상기 문제점을 모두 해소할 수 있지만, z축 방향의 조동 기구와 z축 방향의 미동 기구를 일체화한 장치를 제공할 뿐이며, 이들 기구에 x축 및 y축 방향의 주사 기구를 일체화하여야 한다는 필요성에 대한 고려가 이루어지지 못하였다. 또한, 종래의 기술에 기초한 시료 위치결정 장치는 시료 스캔에 사용될 뿐이며, 프로브 스캔에 사용될 수 있는 가능성에 대한 고려는 이루어지지 못하였다.

그래서, 본 출원인은, 도 9에 도시되어 있는 바와 같은 탐침주사장치를 개발하였다. 도면으로부터 명백히 알 수 있듯이, 탐침주사장치는 몸체(1)의 상부 내부에, 축부(3)를 갖는 자석(2), 그 주위에 코일(6)이 권회되어 있는 가동자(4), 및 멤브레인(5)으로 이루어지는 제1 보이스 코일 모터(포이즈(poise) 코일 모터)가 장착되어 있다. 또한, 그 가동자(4)에는, z축 방향으로 뻗어 나온 스핀들(8)이 고착되어 있다. 이 스핀들(8)의 하측 단부에는 변위 검출기(9)가 장착되고, 또한 그 변위검출기(9)에는 캔틸레버(cantilever) 및 탐침(칩)(10)이 장착되어 있다.

한편, 몸체(1)는 시료실로 돌출하는 세관부(細管部)(14)와 이것에 연결되는 굵은 관부(15)를 가지며, 굵은 관부(15)의 안쪽에는 점성체(17)에 의해 내부통(13)이 지지되어 있다. 또한, 스핀들(8)은 그 내부통에 유지되어 있는 제1 및 제2 용수철(11, 12)에 의해 탄성적으로 지지되어 있다. 가열용 코일(16)은, 탐침(10)의 z축 방향으로 조동시에 점성체(17)를 연화시키기 위해서 통전된다.

또한, 그 몸체(1)의 측면 내부에는, 축부(22)를 갖는 자석(21), 그 주위에 코일(25)이 권회되어 있는 가동자(23), 및 멤브레인(24)으로 이루어지는 제2 보이스 코일 모터가 장착되어 있다. 그 가동자(23)에는, x축 방향으로 뻗어 나온 스핀들(27)이 고착되며, 그 스핀들(27)의 자유단은 상기 굵은 관부(15)의 일부(15a)에 세선(26)을 통해 고착되어 있다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 그 제2 보이스 코일 모터와 90°다른 방향의 측면의 내부에는 제3 보이스 코일 모터가 장착되어 있고, 도시되어 있지 않은 세선과 스핀들을 통해 제3 보이스 코일 모터의 가동자와 상기 굵은 관부(15)가 서로 접속되어 있다. 그리고, 상기 제2 및 제3 보이스 코일 모터를 구동함으로써, 상기 탐침(10)에 의해 x축과 y축 방향의 주사가 실행된다.

상기 탐침(10)과 대향하는 위치에는 시료대(31)가 설치되고, 그 시료대(31)상에 검사해야 할 시료(32)가 놓여진다. 또한, 그 시료대(31)는 조동을 위해 x, y, 및 z축 방향의 스테이지(33) 위에 설치되어 있다.

그런데, 상술한 바와 같은 구성의 탐침주사장치에서는, 상기 제1 보이스 코일 모터, 스핀들(8), 변위 검출기(9), 및 탐침(10)으로 이루어지는 z축 방향의 미동 기구의 공진주파수(f0)를 높게 할 수 없다. 일반적으로, 프로브 현미경의 탐침주사장치는, 시료의 관측시에, 그 z축 방향의 주사주파수가 z축 방향의 미동 기구의 공진주파수(f0)의 1/5 또는 1/10 이하의 범위에서만 사용할 수 있다는 것이 알려져 있다. 따라서, 도 9의 탐침주사장치에서는 z축 방향의 미동 기구의 공진주파수(f0)를 높게 할 수 없으므로, 탐침을 고속 주사하여 시료를 관찰할 수 없었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 상술한 종래 기술의 문제점을 제거하여, 탐침주사장치의 공진주파수(f0)를 높게 할 수 있는 프로브 현미경을 제공하는 것에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 탐침으로 고속 주사할 수 있는 프로브 현미경을 제공하는 것에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 시료 표면의 형상 또는 물리량을 계측하기 위해서 시료의 표면에 근접 또는 접촉시켜 사용되는 탐침 주사장치를 구비한 프로브 현미경에 있어서, 탄성 부재에 의해 지지되며, 적어도 상기 시료 표면에 대해 수직인 방향인 z축 방향으로 구동되는 스핀들과, 그 스핀들의 상기 시료 표면 측의 단부에, 상기 스핀들의 움직임에 의해 변위를 확대하는 변위 확대 부재를 통해서 지지된 탐침 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 탐침 부재가 상기 변위 확대 부재를 통해 지지되어 있기 때문에, 그 탐침주사장치의 공진주파수를 높게 할 수 있다.

이하, 관련 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다. 우선, 도 9의 탐침주사장치에서, 탐침(10)이 시료 표면에 수직인 방향인 z축 방향으로 구동되는 경우의 공진주파수(f0)에 관해서 도 4 및 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한다.

도 4는, 도 9의 탐침주사장치의 스핀들(8)의 하측 단부에 설치되어 있는 탐침(45)의 장착 구조의 일례를 도시한 도면이다. 이 예에서는, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 스핀들(8)의 하측 단부에 탐침(45)이 직접 장착되어 있다. 또, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 프로브 현미경이 원자간력(Inter-atomic force) 현미경인 경우에 탐침은 캔틸레버에 장착되어 있다는 것에 유의해야 한다.

도 5a 및 도 5b는 도 4의 시스템의 등가도이다. 상기 제1 및 제2 용수철(11, 12)의 합계 용수철 상수(K)는 상기 제1 보이스 코일 모터의 최대 추력(推力)(F^*)으로 소정의 길이(d)만큼 변위하도록 용수철 상수(K)를 선정한다. 상기 제1 보이스 코일 모터의 가동부의 질량과 스핀들(8)의 질량의 합계 질량을 m, 탐침(45)의 질량과 용수철(11, 12)의 등가 질량의 합계를 M이라고 하면, 시스템의 운동방정식은 다음과 같이 된다.

F = ( m + M ) d²z / dt² + Kz

따라서, 상기 시스템의 공진수파수(f01)는, 다음과 같이 얻어진다.

[수식 1]

여기서, K 는 F^*/d 와 같기 때문에 (K = F^*/d), 상기 식은 다음과 같이 된다.

[수식 2]

다음에, 본 발명의 제1 실시예에 관해서 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 구성을 도시하는 도면이다. 도면에서, 참조부호 41은 캔틸레버 형식의 용수철, 참조부호 45는 탐침을 나타내고, 다른 참조부호는 도 8과 동일 또는 동등물을 나타낸다. 탐침(45)은 캔틸레버에 장착되어 있는 경우도 있지만, 그 경우가 도면에는 도시되어 있지 않다.

도 2는 본 실시예의 주요부를 확대한 도면이고, 도면 중의 참조부호는, 도 1과 동일물을 도시한다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 스핀들(8)과 용수철(41)의 결합점을 P로 하고, 캔틸레버 형식의 용수철(41)에 의한 확대율을 s로 하면, s=b/a가 된다. 즉, P 점이 z축 방향으로 움직인 변위의 s배만큼 탐침(45)은 z축 방향으로 움직인다. 여기서, b는 용수철(41)의 길이로, 상수이다.

다음에, 본 실시예에 의한 탐침주사장치의 z축 방향의 미동 기구의 공진주파수(f02)에 관해서 검토한다.

본 실시예에서는, 상기 제1 보이스 코일 모터에 의한 힘(F)이 P 점에 인가되면, 탐침(45)은 그 힘(F)의 방향에 의해 +z축 방향 또는 -z축 방향으로 변위한다. 따라서, 상기 제1 보이스 코일 모터의 최대 추력(F^*)으로 소정의 길이(d)만큼 탐침(45)이 변위하도록 용수철 상수(K₀)(단위는 토크/각도)를 선정하면, 용수철(41)은 d/b 라디안만큼 진동하기 때문에, 다음 식이 얻어진다.

a×F^* = K₀×d/b

따라서, 용수철(41)의 용수철 상수(K₀)는, 다음과 같이 얻어진다.

K₀ = a b F^*/d … (2)

또한, 운동방정식은, 다음과 같이 얻어진다.

aF = (I+a ² m)d ² θ/dt ² +K ₀ θ … (3)

여기서, I는 용수철(41)의 관성 모멘트로 탐침 및 탐침의 장착 기구를 포함한 값이고, θ는 용수철(41)의 진동각이며, m은 보이스 코일 모터의 가동부(4, 6)와 스핀들(8)의 합계 질량이다. 도 2에 도시된 시스템의 공진주파수(f02)는 다음의 수식 3으로부터 얻어진다.

[수식 3]

이 식으로부터, 같은 보이스 코일 모터를 사용하고, 같은 질량(m), 관성 모멘트(I)를 이용한 경우에는, s가 { m/(I/b²)}^1/2 일 때에 f02는 최대치 f02^*가 되어, 다음과 같이 나타낼 수 있는 것을 알 수 있다.

[수식 4]

여기서, M' = (I/b)² 이라 하면, 상기 수식에 대입되어, 다음 식이 얻어진다.

[수식 5]

M'은 식(1)의 M과 같거나 작고, m은 일반적으로 M'나 M에 비교하여 매우 크기 때문에, f02^*는 식(1)의 f01보다 커진다.

현실적으로는, m이 5g 정도, M'는 50mg 정도로 하는 것은 가능하므로, 예를 들면, m = 5g, M'= M = 50mg으로 하면, (m/M')^1/2의 값은 10으로 된다. s를 10으로 하는 것은 제작상 가능하므로, s = 10으로 하면, 도 2에 도시된 시스템의 공진주파수(f02)는 상기 식(4)으로부터 다음과 같이 얻어진다.

[수식 6]

이것은, 식(5)에서, 그 값들을 m = 5g, M'= 50mg으로 설정하여 얻어지는 f02^* 과 같다. 비교로서, 도 4의 시스템의 공진주파수를 상기 식(1)을 통해 구하면, 다음 식이 얻어진다. 도 4의 시스템은 그 구성이 다르기 때문에, m과 M의 값은 도 2의 시스템의 m값과 M값의 각각의 값과 엄밀하게는 다르지만, 실제상 거의 같으므로 지장이 없다. 따라서, 도 4의 시스템의 공진주파수(f01)는 상기 식(1)으로부터 다음과 같이 얻어진다.

[수식 7]

따라서, f02 / f01 = (5.05) ^1/2로 되며, 공진주파수(f02)는 공진주파수(f01)에 비해 약 2.2배 이상이 된다. 상술한 바와 같이, 확대 레버의 작용을 이용하는 구성에 의해, 같은 보이스 코일 모터를 사용하더라도, 같은 변위량(d)을 얻는 시스템의 공진주파수를 높게 할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제2 실시예에 대해 도 3을 참조하여 설명한다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 스핀들(8)과 제1 용수철의 결합점을 P로 하고, 캔틸레버 형식의 제1 용수철에 의한 확대율을 s1으로 하면, s1 = b1/a1이다. 즉, P 점이 z 방향으로 움직인 변위의 s1배만큼 세선(42)은 z축 방향으로 움직인다. 마찬가지로, 캔틸레버 형식의 제2 용수철(43)에 의한 확대율을 s2로 하면, s2 = b2/a2이다. 즉, 세선(42)이 z축 방향으로 움직인 변위의 s2배만큼 탐침은 z축 방향으로 움직인다. 이 때, 합계 확대율(s)은 s = s1 ×s2이다. 세선(42)의 위치가 변화되면, 즉 b1의 길이를 길게(짧게)하는 만큼, a2의 길이를 짧게(길게) 함으로써, 확대율(s)을 적당히 선정할 수 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 도 2의 실시예와 비교해서, 비교적 콤팩트한 구성으로 광범위의 확대율(s)을 선정할 수 있다. 또한, 스핀들(8)과 탐침(45)과 내부통(13)을, 동심 상에 구성할 수 있게 된다. 본 실시예에서는, 상기 a1과 b2를 상수로 하여, b1과 a2의 합이 일정하다고 생각할 수 있다.

다음에, 이 실시예에 의한 탐침주사장치의 z축 방향의 미동 기구의 공진주파수(f03)에 관해서 검토한다. 본 실시예에서는, 상기 제 1보이스 코일 모터에 의한 힘(F)이 P 점에 인가되면, 탐침(45)은 그 힘(F)의 방향에 따라 +z축 방향 또는 -z축 방향으로 변위한다. 따라서, 상기 제1 보이스 코일 모터의 최대 추력(F^*)으로 소정의 길이(d)만큼 탐침(45)이 변위하도록, 용수철(41)의 용수철 상수(K1)(단위는 토크/각도)와 용수철(43)의 용수철 상수(K2)(단위는 토크/각도)를 선정하면, 용수철(41)은 d/b1 라디안만큼 진동하므로 식은 다음과 같다.

[수식 8]

이 식을 변형하면, 식은 다음과 같이 얻어진다.

[수식 9]

또한, 운동방정식은 다음과 같이 얻어진다.

a1F = (I1 + a1²m) d²θ1/dt² + K1 θ1

+ (I2 × d²θ2/dt² + K2 θ2) b1/a2

여기서, I1은 용수철(41)의 관성 모멘트로 세선(42)을 포함한 값이고, I2는 용수철(43)의 관성 모멘트로 탐침 및 탐침의 장착 기구도 포함한 값이고, θ1은 용수철(41)의 진동각, θ2는 용수철(43)의 진동각이며, m은 보이스 코일 모터의 가동부(4, 6)와 스핀들(8)의 합계 질량이다. θ1과 θ2는 b1 ×θ1 = a2 ×θ2의 관계에 있으므로, 운동방정식은 다음과 같이 된다.

[수식 10]

상기 식에 식(6)을 대입하면, 다음 식이 얻어진다.

[수식 11]

따라서, 시스템의 공진주파수(f03)는 다음과 같이 얻어진다.

[수식 12]

이 식으로부터, 같은 보이스 코일 모터를 사용하고, 같은 질량(m), 관성 모멘트(I1, I2)를 이용한 경우에는, s가 다음 식으로 될 때에, 시스템의 공진주파수(f03)는 최대치 f03^*이 되어, 다음과 같이 표시된다.

[수식 13]

여기서, M1'= I1/a1², M2' = I2 / b2²라고 하면, 상기 식은 다음과 같이 변화된다.

[수식 14]

M1'과 M2'는 (1)식의 M과 같거나 작고, m은 일반적으로 M1', M2'이나 M에 비교하여 매우 크기 때문에, f03^* 이 식(1)의 f01보다 커지는 것은, 제1 실시예에서와 동일하다. 상술한 바와 같이, 확대 레버의 작용을 이용하는 구성에 의해, 같은 보이스 코일 모터를 사용하더라도 같은 변위량(d)을 얻는 시스템의 공진주파수를 높게 할 수 있다.

다음으로 본 발명의 제3 실시예가 도 6을 참조하여 설명된다. 이 실시예는, 상기 제1과 제2 용수철(41, 43)을 내부통(13)에 각기 결합하는 부분의 근방에, 오목부(41a, 43a)가 제공되어, 확대 레버의 작용이 보다 효과적으로 이용될 수 있다. 도면 중의 도 2와 동일한 참조부호에는, 동일 또는 동등물이 부여되는 것에 유의해야 한다. 이 실시예에 의해, 상기의 각 실시예와 마찬가지로, 시스템의 공진주파수(f03)를 보다 크게 할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제4 실시예가 도 7을 참조하여 설명된다. 이 실시예는, 3단의 확대 레버의 작용을 이용하는 구성이 채용된다. 도면에서, 참조부호 46은 세선, 47은 제3 용수철을 나타내며, 다른 부호는 도 6과 동일 또는 동등물을 나타낸다. 또한, 본 발명은 상기한 2단 또는 3단의 레버에 한정되는 것은 아니라는 점에 유의해야 한다.

상기의 설명은, 탐침주사장치의 스핀들(8)이 z 축 방향으로 움직이는 경우를 설명하였지만, 그 탐침주사장치를 x축 또는 y축 방향으로 움직여 주사한 경우에도, 시스템의 공진주파수를 높게 할 수 있다. x축 및 y축 방향으로의 주사 시스템은 각기 동일 또는 동등의 구성을 갖고 있으므로, x축 방향의 주사 시스템을 대표로 들어, 도 1 및 도 8을 참조하여 설명한다. 여기서, 도 8은 도 1의 주요부의 등가도로, 도 1에 대응하는 부재에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다.

x축 방향의 주사 시스템은, 축부(22)를 갖는 자석(21), 그 주위에 코일(25)이 권회되어 있는 가동자(23), 및 멤브레인(24)으로 이루어지는 제2 보이스 코일 모터와, 스핀들(27)과, 세선(26)으로 구성되어 있다. 제2 보이스 코일 모터가 작동하면, 상기 가동자(23)로부터의 힘(F)이 스핀들(27) 및 세선(26)을 통해, 굵은 관부(15)의 일부(15a)에 인가된다. 그 굵은 관부(15)의 일부(15a)에 상기 힘이 인가되면, 굵은 관부(15), 내부통(13), 제1 용수철, 및 탐침(45)으로 이루어지는 시스템은, 몸체(1)와 그 굵은 관부(15)를 접속하는 세관부(14)와 몸체(1)의 접속점부근을 지점으로 하여 요동하고, 그 결과, 탐침(45)은 그 힘(F)의 방향에 따라 +x축 방향 또는 -x축 방향으로 변위한다. 따라서, 상기 제2 보이스 코일 모터의 최대 추력(F^*)으로 소정의 길이(d')만큼 탐침(45)이 변위하도록, 용수철 상수(K')(단위는 토크/각도)를 선정하면, 용수철(41)은 d'/b' 라디안만큼 진동하기 때문에 K'의 값은 a'xF^*= K' ×d'/b'로부터, 다음과 같이 얻어진다.

K' = a'b' F^*/d' … (10)

또한, 운동방정식은 다음과 같이 얻어진다.

[수식 15]

여기서, I' 는 굵은 관부(15), 점성체(17), 내부통(17), 제1과 제2 용수철(41, 43), 및 탐침(45)으로 이루어지는 통형상의 요동체가 요동할 때의 관성 모멘트, θ' 는 통형상의 요동체의 진동각, m' 은 보이스 코일 모터의 가동부(23)와 아암(26, 27)의 합계 질량이다. 식(11)로부터 도 8에 도시된 시스템의 공진주파수(f)는 아래의 식에 의해 얻어진다.

[수식 16]

여기서, s'= b' / a' 이다. 식(10), (11), (12)은 식(2), (3), (4)과 완전히 같은 형을 하고 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예는, 상기 시료 표면에 수직인 방향인 z축 방향으로 탐침이 구동되는 제1 실시예와 동일하게 취급할 수 있다. 따라서, 이 식의 경우에는, f'를 최대로 하기 위해서는, s'이 다음과 같이 설정되어야 한다.

s' = m' × a'²

즉, 식은 다음과 같이 설정되면 된다.

I' = m' × a'²

실제로는, m'은 5g 정도이고, b'가 50 mm 정도일 때, I'는 3000 내지 4000(g·mm²) 정도로 할 수 있고, 이 때문에, a'를 25 mm 정도로 설정하면, 최고의 공진주파수를 얻을 수 있다.

이상의 설명으로부터 명백히 알 수 있듯이, 본 발명에 의하면, 종래와 비교해 프로브 현미경의 탐침주사장치의 공진주파수를 대폭 크게 할 수 있다. 이 때문에, 시료의 관측시의 탐침주사장치의 구동주파수를 크게 올릴 수 있고, 이것에 의해 결과적으로 고속 주사가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 구성도,

도 2는 도 1의 주요부의 확대도,

도 3은 제2 실시예에 의한 탐침주사장치의 시스템의 등가도,

도 4는 탐침주사장치의 일례의 구성도,

도 5a 내지 도 5c는 각각 도 4의 시스템의 등가도,

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 주요부의 구성도,

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 주요부의 구성도,

도 8은 x, y 방향으로 구동되는 탐침주사장치의 시스템의 등가도,

도 9는 본 발명의 출원인에 의해 개발된 프로브 현미경의 탐침주사장치의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 몸체 2, 21 : 자석

3, 22 : 축부 4, 23 : 가동자

5, 24 : 멤브레인 6, 25 : 코일

26, 42, 46 : 세선 8, 27 : 스핀들

9 : 변위 검출기 10, 45 : 탐침

11, 12 : 제1 및 제2 용수철 13 : 내부통

14 : 세관부 15 : 굵은 관부

16 : 가열용 코일 17 : 점성체

31 : 시료대 32 : 시료

41, 43, 47 : 용수철

Claims (9)

1. 시료 표면의 형상 또는 물리량을 계측하기 위해서 시료의 표면에 근접 또는 접촉시켜 사용되는 탐침주사장치에 있어서,

   탄성부재에 의해 지지되며, 적어도 상기 시료 표면에 수직인 방향인 z축 방향으로 구동되는 스핀들; 및

   상기 스핀들의 상기 시료 표면 측 단부에, 상기 스핀들의 변위를 확대하는 변위 확대 부재를 통해 지지되는 탐침 부재를 구비하여, 그 공진주파수를 높게 하는 것을 특징으로 하는 탐침주사장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스핀들은, 상기 스핀들에 수직인 평면 내에 있는 x축 방향 및 y축 방향으로 전진 또는 후퇴하는 탄성 부재에 의해 구동되는 통형상의 요동체를 통해, x축 방향 및 y축 방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 탐침주사장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스핀들을 지지 또는 구동하는 부재는 보이스 코일 모터의 가동부이고, 상기 변위 확대 부재는 캔틸레버 형식의 탄성 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 탐침주사장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 캔틸레버 형식의 탄성 부재의 고정단과 상기 스핀들로부터 힘을 받는 점(P)까지의 길이를 a, 상기 고정단과 그 자유단의 상기 탐침 부재 장착 위치까지의 길이를 b(정수)로 하였을 때, b/a를 아래의 식으로 결정되는 값 또는 그 근방의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 탐침주사장치.

   b/a= { m/(I/b²) } ^1/2

   여기서, m은 상기 보이스 코일 모터의 가동부의 질량과 상기 스핀들의 질량의 합계 질량, I는 상기 탄성 부재 및 상기 탐침의 관성 모멘트이다.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스핀들을 지지 또는 구동하는 부재는 보이스 코일 모터의 가동부이고, 상기 변위 확대 부재는 캔틸레버 형식의 탄성 부재를 복수단으로 접속하여, 최종단의 변위량을 확대한 것을 특징으로 하는 탐침주사장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 변위 확대 부재는 캔틸레버 형식의 탄성 부재의 선단과 다음 단의 탄성 부재의 고정단 근방을 딱딱한 세선으로 접속한 것을 특징으로 하는 탐침주사장치.
7. 제6항에 있어서, 제1 단의 탄성 부재의 고정단과 상기 스핀들로부터 힘을 받는 점(P)까지의 길이를 a1(정수); 상기 고정단과 상기 세선까지의 길이를 b1; 제2 단의 탄성 부재의 고정단과 상기 세선까지의 길이를 a2; 및 상기 고정단과 그 자유단의 상기 탐침 부재 장착 위치까지의 길이를 b2(정수)로 하였을 때, b1/a1×b2/a2(=s)의 값을 아래의 식으로 결정되는 값 또는 그 근방의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 탐침주사장치.

   S = {(I1/a1² + m)/(I2/b2²)}^1/2

   여기서, m은 상기 보이스 코일 모터의 가동부의 질량과 상기 스핀들의 질량의 합계 질량, I1은 상기 제1 단의 탄성 부재와 상기 세선의 관성 모멘트, I2는 상기 제2 단의 탄성 부재와 상기 탐침의 관성 모멘트이다.
8. 제2항에 있어서, 상기 통형상의 요동체의 고정단과 상기 탄성부재로부터 힘을 받는 점 P'까지의 길이를 a', 상기 통형상의 요동체의 고정단과 그 자유단의 상기 탐침 부재 장착 위치까지의 길이를 b'(정수)로 하였을 때, b'/a' 를 아래의 식으로 결정되는 값 또는 그 근방의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 탐침주사장치.

   b' /a'= {m' /(I'/b' ²)}^1/2

   여기서, m' 은 상기 x축 방향 및 y축 방향으로 전진 또는 후퇴하는 탄성 부재의 질량과 상기 탄성 부재에 의해서 생성된 힘을 상기 통형상의 요동체에 전달하는 힘 전달 부재의 질량의 합계 질량, I' 는 상기 통형상의 요동체의 관성 모멘트이다.
9. 제2항에 있어서, 상기 스핀들의 상기 시료표면 측의 단부에 장착된 변위 확대부재는 캔틸레버 형식의 탄성부재로 구성되고,

   상기 스핀들을 지지 또는 구동하는 부재는 보이스 코일 모터의 가동부이며, 상기 변위 확대부재는 캔틸레버 형식의 탄성부재이며,

   상기 캔틸레버 형식의 탄성 부재의 고정단과 상기 스핀들로부터 힘을 받는 점(P)까지의 길이를 a, 상기 고정단과 그 자유단의 상기 탐침 부재 장착 위치까지의 길이를 b(정수)로 하였을 때, m은 상기 보이스 코일 모터의 가동부의 질량과 상기 스핀들의 질량의 합계 질량, I는 상기 탄성 부재 및 상기 탐침의 관성 모멘트로 한 경우에, b/a가

   b/a = {m/(I/b ²) } ^1/2

   의 식으로 결정되는 값 또는 그 근방의 값이 되고,

   상기 통형상의 요동체의 고정단과 상기 탄성부재로부터 힘을 받는 점 P'까지의 길이를 a' , 상기 통형상의 요동체의 고정단과 그 자유단의 상기 탐침 부재 장착 위치까지의 길이를 b' (정수)로 하였을 때, m' 은 상기 x축 방향 및 y축 방향으로 전진 또는 후퇴하는 탄성 부재와 상기 탄성 부재에 의해서 생성된 힘을 상기 토형상의 요동체에 전달하는 힘 전달 부재의 질량의 합계 질량, I' 는 상기 통형상의 요동체의 관성 모멘트로 한 경우에, b' /a' 가

   b' /a'= {m'/(I' /b' ²)}^1/2

   의 식으로 결정되는 값 또는 그 근방의 값이 되는 것을 특징으로 하는 탐침주사장치.

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