KR101263033B1 - 진동형 캔틸레버 홀더 및 스캐닝 프로브 현미경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선단부에 프로브를 가지며 그 기단에서만 주몸체부에 지지되고, 샘플에 대하여 캔틸레버를 고정하기 위한 진동형 캔틸레버 홀더에 관한 것이다. 상기 홀더는: 캔틸레버가 샘플에 대하여 소정의 각도로 경사져 있는 상태에서 주몸체부에 놓여져 고정되는 캔틸레버 부착 스탠드와; 캔틸레버 부착 스탠드에 고정되어 소정의 파형 신호에 따라 일정 상과 진폭으로 진동하게 하는 제 1 진동원과; 상기 제 1 진동원이 고정되는 홀더 주몸체와; 홀더 주몸체의 적어도 한 위치에 고정되어 있으며, 제 1 진동원으로부터 캔틸레버 부착 스탠드와 홀더 주몸체로 전달되어 편차 진동시키도록 진동을 발생시키는 제 2 진동원을 포함한다. 상기 홀더는 부가적인 진동을 상쇄시켜 캔틸레버만의 진동 특성에 따라 캔틸레버가 진동하게 한다.

Description

진동형 캔틸레버 홀더 및 스캐닝 프로브 현미경{VIBRATION-TYPE CANTILEVER HOLDER AND SCANNING PROBE MICROSCOPE}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스캐닝 프로브 현미경의 블록 다이어그램.

도 2는 도 1에 도시된 스캐닝 프로브 현미경의 구성 부분을 이루는, 본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더의 측면도.

도 3은 도 2에 도시된 진동형 캔틸레버 홀더에 의해 고정되어 있는 캔틸레버의 공명 진동 특성을 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스캐닝 프로브 현미경의 블록 다이어그램.

도 5는 도 4에 도시된 스캐닝 프로브 현미경의 구성 부분을 이루는, 본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더의 측면도.

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 스캐닝 프로브 현미경의 블록 다이어그램.

도 7은 종래의 진동형 캔틸레버 홀더에 의해 고정되어 있는 캔틸레버의 공명 진동 특성을 도시한 도면.

도 8은 도 2에 도시된 진동형 캔틸레버 홀더의 변형으로서, 개구가 형성되어 있지 않은 진동형 캔틸레버 홀더를 도시한 도면.

도 9는 도 1에 도시된 스캐닝 프로브 현미경의 변형으로서, 캔틸레버가 3차원 방향으로 이동하는 캔틸레버-스캔형 스캐닝 프로브 현미경을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 스캐닝 프로브 현미경 2 : 캔틸레버 홀더

3 : 캔틸레버 4 : 스테이지

5 : 구동 유니트 6 : 측정 유니트

7 : 전원 공급장치 8 : 제어 유니트

10 : 경사 블록 11 : 진동원

12 : 홀더 주몸체 26 : 광조사부

본 발명은 소정의 주파수와 진폭으로 진동하는 선단부에 프로브를 갖는 캔틸레버를 고정하는 진동형 캔틸레버 홀더 및 진동형 캔틸레버를 갖는 스캐닝 프로브 현미경에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 바와 같이, SPM(스캐닝 프로브 현미경, Scanning Probe Microscope)은 금속, 반도체, 세라믹, 수지, 고분자, 바이오물질, 절연체 등의 샘플을 마이크로 규모의 영역으로 측정하는 장치 및 샘플의 표면 형상이나 샘플의 점탄성을 포함하는 물리적 특성 정보 등의 관측을 수행하는 장비로 알려져 있다. 이 러한 SPM에는, 측정 목표에 따라 여러 가지의 측정 모드가 있다. 이러한 것 중의 하나로서, 캔틸레버 홀더에 고정된 캔틸레버를 진동시켜 측정을 행하는 진동 모드 SPM이 알려져 있다(JP-A-2003-42931 참조).

이러한 진동 모드 SPM은: 프로브와 샘풀 간의 거리가 공명 진동하는 캔틸레버의 진동 진폭이 안정되도록 제어되면서 스캔이 수행되는 DFM(다이내믹 포스 모드 현미경, Dynamic Force Mode Microscpoe)과; 점탄성의 분포를 샘플이 샘플 표면에 수직인 Z방향으로 작은 진동으로 구동될 때, 또는 캔틸레버가 AFM의 동작 시간 동안에 캔틸레버에 주기적인 힘을 가하여 샘플 표면에 수직인 Z방향으로 작은 진동으로 구동될 때에 캔틸레버의 굴곡, 진폭의 사인 성분 및 코사인 성분을 검출하여 측정하는 VE-AFM(점탄성 AFM, Viscoelastice AFM)과; 마찰력의 분포를 샘플 또는 캔틸레버가 AFM 동작 기간 동안에 샘플 표면에 평행한 수평 방향에서 측방향 진동으로 구동될 때, 캔틸레버의 토션 진동의 진폭을 검출하여 측정하는 IM-FFM(래터럴 포스 변조 마찰력 현미경, Lateral Force Modulation Friction Force Microscope)을 포함한다.

그러나, 상기한 종래의 진동 모드 SPM에 의한 측정치는 하기한 바와 같은 문제점을 가진다.

통상적으로, 캔틸레버를 진동시키는 데에는, 소스를 진동시키기 위해 소정의 전압이 캔틸레버 홀더에 장착되어 있는 진동원에 적용되며, 그런 다음에 진동은 캔틸레버에 전달되고, 이에 의해 캔틸레버는 소정의 주파수와 진폭으로 진동하게 된다. 그러나, 진동원의 진동은 캔틸레버 이외의 주변 구조물에 전달되어 주변 구조 물을 또한 진동시킨다. 이들 진동은 캔틸레버의 진동 특성에 영향을 주며, 이에 의해 진동 특성은 이상적인 진동 특성과 다르게 된다.

그 결과, Q커브(캔틸레버의 공명 진동 특성을 나타내는 커브) 측정이 수행될 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 캔틸레버의 공명 진동(A)에 부가하여, 부가적인 공명 진동인 다른 병행 공명 진동(B)이 측정된다. 이 때문에, 결과적인 특성은 캔틸레버 이외의 주변 구조물로부터 나오는 진동 특성을 포함하고, 이는 캔틸레버의 공명 진동 특성을 정확하게 구별해내는 것을 곤란하게 한다. 그러므로, 몇몇 경우에, 진동 주파수, 진폭 및 상(phase)의 진동 특성에 대하여 정확한 설정이 곤란하다.

또한, 몇몇 경우에, 캔틸레버의 공명 진동 특성은 샘플에 접근할 때, 영향을 받으며, 이에 의해 프로브를 측정 영역 가까이 가져갈 수 없거나, 프로브를 측정 영역에 지나치게 가까이 가져가게 되고, 그 결과로 샘플과 충돌하여 최적의 측정 조건을 변하게 하기도 한다.

또한, 몇몇 경우에, 캔틸레버의 공명 진동 특성은 스캔 중에 영향을 받으며, 이에 의해 최적의 측정 조건이 변하여 안정되고 정확한 측정을 계속하기 곤란해지기도 한다.

본 발명은 이러한 상황을 고려하여 창안해 낸 것으로서, 그 목적은 부수적인 진동을 차단(또는 상쇄)해 내어 캔틸레버가 캔틸레버의 진동 특성만을 나타내도록 캔틸레버를 진동시키는 진동형 캔틸레버 홀더와, 이러한 캔틸레버 홀더를 구비한 스캐닝 프로브 현미경을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 수단을 구비한다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더는: 선단부에 프로브를 갖고 그 기단에서만 주몸체부에 지지되고 샘플에 대하여 캔틸레버를 고정하는 진동형 캔틸레버로서, 캔틸레버가 샘플에 대하여 소정의 각도로 경사져 있는 상태에서 주몸체부가 위치되어 고정되어 있는 캔틸레버 부착 스탠드와; 캔틸레버 부착 스탠드에 고정되어 소정의 파형 신호에 따른 상과 진폭으로 진동하게 하는 제 1 진동원과; 상기 제 1 진동원이 고정되는 홀더 주몸체와; 홀더 주몸체의 적어도 한 위치에 고정되어 있으며, 제 1 진동원으로부터 전달되는 편차 진동을 상쇄시키는 캔틸레버 부착 스탠드와 홀더 주몸체에 진동을 발생시키는 제 2 진동원을 포함한다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더에서, 캔틸레버는 제 1 진동원을 사이에 두고 홀더 주몸체에 고정된 캔틸레버 부착 스탠드상에 캔틸레버 주몸체부를 위치시키고 고정하여 샘플에 대향되도록 고정된다. 이때, 캔틸레버 부착 스탠드는 캔틸레버를 샘플에 대하여 소정 각도 캔틸레버를 경사지게 하고, 이 상태에서 캔틸레버가 고정된다. 캔틸레버가 고정된 후에, 제 1 진동원은 소정의 파형 신호에 따라 진동하게 한다. 이러한 진동은 캔틸레버 부착 스탠드를 통하여 캔틸레버에 전달된다. 그러므로, 캔틸레버는 일정 진폭으로 진동하고 제 1 진동원에 입력되는 파형 신호에 따라 지연된 상과 진폭으로 진동한다.

한편, 제 1 진동원의 의해 발생된 진동은 캔틸레버를 진동하게 할 뿐만아니라 캔틸레버 부착 스탠드와 홀더 주몸체로 또한 전달되게 하며, 이에 의해 켄틸레버 부착 스탠드와 홀더 주몸체를 동시에 진동시킨다. 그러나, 제 2 진동원이 홀더 주몸체상의 적어도 한 위치에 고정되기 때문에, 제 1 진동원으로부터 전달되는 원하지 않는 진동은 제 1 진동원과 함께 동시에 제 2 진동원의 작동에 의해 상쇄할 수 있으며, 이에 의해 홀더 주몸체와 캔틸레버 부착 스탠드는 가능한한 진동을 방지할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 진동원을 같이 작동시켜 제 1 및 제 2 진동원에 의해 발생된 진동이 서로 상쇄되게 하며, 이에 의해 캔틸레버 이외의 주변 구조물에 전달되는 원하지 않는 진동을 차단할 수 있다. 그러므로, 종래의 캔틸레버 홀더와는 다르게, 캔틸레버만을 진동하게 하고, 이에 의해 캔틸레버만의 진동 특성을 얻을 수 있다.

그러므로, Q 커브를 측정하는데 있어서, 캔틸레버의 공명 진동 특성을 정확하게 분리해 낼 수 있고, 이에 의해 캔텔레버의 진동 주파수, 진폭, 상 등의 진동 특성에 대한 정확한 설정을 할 수 있다. 그러므로, 진동 모드 SPM에 의한 측정은 항상 정확하게 행할 수 있다. 이는 측정의 정확성을 개선을 할 수 있고, 진동 모드 SPM에 의한 측정을 용이하게 하며, 이는 편리성을 향상시키는데 기여한다.

또한, 종래의 SPM과는 다르게, 캔틸레버만의 진동 특성을 신뢰성 있게 얻을 수 있음으로써, 프로브는, 프로브를 샘플에 근접하게 가져가야 할 때, 원하는 측정 영역에 정확하게 가져 갈 수 있다. 또한, 이러한 관점에서 보면, 측정의 정확도가 증가된다. 더욱이, 캔틸레버의 공명 진동 특성이 스캔하는 동안에 변하지 않기 때문에 안정된 측정을 계속하여 행할 수 있다.

결국, 하나 이상의 제 2 진동원이 홀더 주몸체에 고정될 수도 있다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더는, 상기한 진동형 캔틸레버 홀더로서, 제 1 진동원에 입력되는 소정의 파형 신호와 제 1 진동원에 대한 상대 위치에 의거하여 적어도 조절된 상의 파형 신호를 받아 제 2 진동원이 진동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더에 있어서, 제 2 진동원은 제 1 진동원에 입력되는 파형 신호와 제 1 진동원에 따른 상대 위치에 의거하여 조절된 적어도 하나의 상(즉, 신호가 상으로 반전)의 파형 신호를 받아 진동한다. 따, 제 2 진동원이 고정된 곳에서 홀더 주몸체의 위치에 관계없이, 원하지 않는 진동은 제 1 진동원으로부터 캔틸레버 이외의 주변 구조물로 전달되어 상쇄될 수 있으며, 이에 의해 캔틸레버의 공명 진동 이외의 다른 진동을 최소화할 수 있다.

제 2 진동원은 진폭과 함께 상을 조절하여 적기에 진동시킬 수 있다. 이러한 조절의 결과로서, 제 2 진동원은 제 1 진동원에 입력된 것과 동일한 신호를 수용한다.

제 2 진동원이 고정되는 위치는 상기한 바와 같이, 자유롭게 선택할 수 있기 때문에, 설계의 자유도가 향상된다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더는 상기한 바와 같은 진동형 캔틸레버 홀더로서 제 2 진동원을 홀더 주몸체 쪽으로 밀어주기 위한 중량 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더로서, 제 2 진동원을 홀더 주몸체 쪽으로 밀어주는 중량 부재가 중력을 이용하기 때문에, 그 힘을 용이하게 전달될 수 있다. 그러므로, 제 2 진동원으로부터 발생된 진동은 홀더 주몸체로 효과적으로 전달 할 수 있다. 환언하면, 진동이 더 전달되면, 원하지 않는 진동은 캔틸레버 이외의 주변 구조물로 전달되어 더욱 신뢰할 수 있게 상쇄되게 된다. 그러므로, 캔틸레버의 진동 특성을 보다 정확하게 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더는 상기한 바와 같은 진동형 캔틸레버 홀더로서, 다음 세가지의 특성을 가진다. 첫째로는, 홀더 주몸체는 서로 대향하는 제 1 및 제 2 면을 갖는 관형상으로 형성되는 것이고, 둘째로는, 제 1 및 제 2 진동원이 홀더 주몸체를 사이에 두고 서로 대향되도록 각각 제 1 및 제 2 면에 고정되는 것이고, 셋째로는, 제 2 진동원이 제 1 진동원의 소정의 파형 신호와 동일한 소정의 파형 신호를 받아 진동하는 것이다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더에서, 제 1 및 제 2 진동원은 각각 제 1 및 제 2 면상에 고정되어 홀더 주몸체를 사이에 두고 서로 대향되어 있다. 제 1 진동원에 입력된 동일한 파형 신호의 수신에 의해 제 2 진동원은 제 1 진동원과 같은 진폭 및 상으로 진동한다. 그러므로, 두 진동원에서 발생된 신호는 서로 상쇄되어 제 1 진동원으로부터 캔틸레버 이외의 주변 구조물로 전달되는 원하지 않는 진동은 더욱 신뢰성 있게 상쇄된다.

특히, 제 2 진동원으로 입력되는 파형이 특별히 조절된 신호가 아니고 제 1 진동원에 입력되는 것과 동일한 신호이기 때문에, 복잡한 동작 제어는 필요치 않고 그 구조가 단순해 질 수 있다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더는 상기한 진동형 캔틸레버 홀더로서, 제 2 진동원을 홀더 주몸체에 대하여 밀어주는 중량 부재를 더 포함하는 것을 특징 으로 한다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더에 있어서, 제 2 진동원을 홀더 주몸체쪽으로 밀어주는 중량 부재가 중력을 이용하기 때문에, 상기 힘이 용이하게 전달된다. 그러므로, 제 2 진동원에 의해 발생된 진동은 홀더 주몸체로 효과적으로 전달될 수 있다. 환언하면, 진동의 전달이 더욱 전달되면, 원하지 않는 진동은 캔틸레버 이외의 주변 구조물로 전달되어 더욱 신뢰성 있게 상쇄된다. 그러므로, 캔틸레버의 진동 특성을 더 정확하게 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더는, 상기한 진동형 캔틸레버 홀더일 수로소, 중량 부재가 캔틸레버 부착 스탠드와 형상 및 중량이 동일한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더에 있어서, 중량 부재가 캔틸레버 부착 스탠드와 형상 및 중량이 동일하기 때문에 홀더 주몸체의 양 대향 측면에 구비되는 두 개의 동일한 캔틸레버 부착 스탠드를 채용할 수도 있다. 그러므로, 캔틸레버 이외의 주변 구조물로 전달되는 원하지 않는 진동은 더욱 신뢰성 있게 상쇄될 수 있다. 그러므로, 캔틸레버의 진동 특성을 더욱 신뢰성 있게 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 스캐닝 프로브 현미경은: 상기한 하나의 진동형 캔틸레버 홀더와; 선단부에 프로브를 가지며 그 기단에서만 주몸체부에 지지되어 있고, 상기 주몸체부는 진동형 캔틸레버 홀더에 고정되어 있는 캔틸레버와; 프로브에 대하여 샘플이 놓여지는 스테이지와; 스캔시 샘플 표면에 평행한 방향을 따라 프로브와 샘플을 상대적으로 이동시키고 샘플 표면에 수직 방향을 따라 샘플과 프로브를 상대 이동시키는 구동 유니트와; 캔틸레버의 진동 상태의 변위량을 측정하는 측정 유니트와; 측정 유니트에 의해 측정된 결과에 의거하여 구동 유니트를 제어하고 이에 의해 프로브와 샘플 사이의 거리를 제어하며 캔틸레버의 진동 상태를 스캔하는 동안 안정되게 하고 측정 결과를 수집하는 제어 유니트를 포함한다.

본 발명에 따른 스캐닝 프로브 현미경에 있어서, 샘플에 따른 캔틸레버가 우선 선택되고, 주몸체부는 캔틸레버 부착부상에 올려 놓아져 고정된다. 그러므로, 캔틸레버는 샘플에 대하여 소정 각도로 경사진 상태에서 진동형 캔틸레버 홀더에 고정된다. 따라서, 제 1 및 제 2 진동원은 동시에 진동하며 이에 의해 켄틸레버를 진동하게 한다. 그 후, 프로브를 샘플표면에 접촉되게 또는 근접시킨다. 이 상태에서, 프로브와 샘플은 구동 유니트에 의해 스캔이 실행되도록 상대적으로 이동한다. 이 단계에서, 제어 유니트는 구동 유니트가, 캔틸레버의 진동운동, 즉 진동 진폭(또는 자기 여자 진동 시의 주파수)이 일정하게 되도록 측정 유니트에 의해 측정된 결과에 기초하여 캔틸레버와 샘플(또는 샘플에 대하여 캔틸레버의 높이) 사이의 거리를 조절하게 한다. 그러므로, 관측 데이터, 즉 높이, 상의 변경과 같은 관련 데이터를 검출하는 것이 가능하며 이에 의해 여러 가지의 물리적 특성(자력, 전위 등) 등의 데이터의 측정이 가능하다.

특히, 스캐닝 프로브 현미경이 캔틸레버 단독의 진동만에 의해 캔틸레버의 공명 진동 특성을 정확하게 분별할 수 있는 진동형 캔틸레버 홀더를 포함하기 때문에 진동 모드 SPM에 의한 측정은 측정 결과의 정확도 및 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

Q값이 캔틸레버의 Q값을 제어하여 선택도가 증가되는 기술을 사용하는 경우에, 선택도는 통상적으로 기대되는 것보다 캔틸레버의 진동이 측정 에러를 증가시키는 요인보다 개선될 수 있다.

본 발명에 따른 스캐닝 프로브 현미경은 상기한 스캐닝 프로브 현미경으로서, 측정 유니트의 측정 결과로부터, 캔틸레버의 진동으로부터 나오는 진폭과 상 이외의 진폭과 상으로 진동하는 부가적인 파형 신호를 검출하기 위한 검출부와: 검출부에 의해 검출된 부가적인 파형 신호와 상쇄되도록 제 2 진동원에 대하여 적어도 진폭과 상이 조절된 조절 신호를 입력하는 진동원 전용의 전원장치를 더포함한다.

본 발명에 따른 스캐닝 프로브 현미경에 있어서, 검출부는 측정 유니트에 의한 측정의 결과로부터 캔틸레버의 진동으로부터 나오는 진폭과 상과 다른 진폭과 상으로 진동하는 부가적인 파형을 검출한다. 즉, 검출부는 제 1 진동원으로부터 홀더 주몸체와 같은 주변 구조물로 전달되는 원하지 않는 진동의 파형을 검출한다. 그 후, 진동원 전용의 전원 공급장치는 원하지 않는 진동의 파형을 제거하도록 상쇄되어 제 2 진동원에 적어도 조정된 진폭과 상의 조절 신호를 입력하고 피드백한다. 다른 주파수의 결합에 의해 합성되는 파형은 조정 신호로 사용될 수도 있다.

제 1 진동원으로부터 캔틸레버 이외의 주변 구조물로 전달되는 원하지 않는 진동을 상쇄시키는 것을 신뢰성 있게 할 수 있다. 그러므로, 캔틸레버의 공명 진동 특성은 더 바르게 분별하고 측정의 정밀도를 더욱 개선시켜 준다.

본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더에 있어서, 제 1 및 제 2 진동원의 병 렬 작동은 진동원들에 의해 발생된 진동이 서로 상호 상쇄하게 하며, 이에 의해 캔틸레버 이외의 주변 구조물로 전달되는 진동을 차단할 수 있다. 그러므로, 캔틸레버의 공명 진동 특성은 정확하게 분별할 수 있으며, 진동 모드 SPM에 의한 정확한 측정은 항상 가능하며, 이에 의해 측정의 정밀도가 개선된다. 또한, 진동 모드 SPM을 사용하여 측정하는 것이 용이하며, 이는 편리성을 향상시켜준다.

본 발명에 따른 스캐닝 프로브 현미경에 있어서, 캔틸레버의 공명 진동 특성을 정확하게 분별해내는 진동형 캔틸레버 홀더를 포함하기 때문에, 진동 모드 SPM에 의한 측정은 정밀하게 행할 수 있으며 측정 결과의 신뢰성이 증가될 수 있다.

[실시예]

본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동형 캔틸레버 홀더와 상기 캔틸레버 홀더를 가진 스캐닝 프로브 현미경을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 3차원 방향을 따라 샘플이 이동되는 샘플-스캔 방법을 예로서 설명한다는 것을 알아야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 스캐닝 프로브 현미경은: 진동형 캔틸레버 홀더와; 선단부에 프로브(3a)를 가지며 그 기단에서만 주몸체부(3b)상에 지지되어 있고, 주몸체부(3b)에 의해 진동형 캔틸레버 홀더(2)에 고정되어 있는 캔틸레버(3)와; 샘플이 프로브에 대하여 샘플이 놓이도록 하는 스테이지(4)와; 샘플 표면을 스캔하도록 샘플 표면(S1)과 평행하게 X 및 Y방향으로 프로브(3a)와 샘플(S)을 상태 이동시키고, 샘플 표면(S1)에 수직인 Z방향으로 프로브(3a)와 샘플(S)을 상대 이동시키는 구동 유니트(5)와; 캔틸레버(3)의 진동 상태의 변위를 측 정하는 측정 유니트(6)와; 캔틸레버(3) 프로브(3a)의 진동 조건을 스캔하며 관찰 데이터를 수집하는 동안 샘플 표면(S1)에 대하여 일정하게 되도록 측정 유니트(6)에 의해 측정 결과에 의거하여 구동 유니트(5)를 제어하는 제어 유니트(8)를 포함한다. 여기에서, 본 실시예에서, 캔틸레버(3)의 진동의 진폭이 일정하게 되도록 제어 유니트(8)가 구동 유니트(5)를 제어하는 경우를 예로서 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 진동형 캔틸레버 홀더는: 캔틸레버(3)가 샘플(S)에 대하여 소정의 각도로 경사져 있는 상태에서, 주몸체(3b)가 위치되어 고정되는 캔틸레버 부착면(10a)을 가진 경사 블록(10, 캔틸레버 부착 스탠드)과; 경사 블록(10)에 고정되어 소정의 파형 신호에 따라 상과 진폭을 가지고 진동하는 진동원(11, 제1 진동원)과; 진동원(11)이 고정되어 있는 홀더 주몸체(12)와; 홀더 주몸체(12) 상의 적어도 하나의 위치에 고정되어 있으며 진동원(11)으로부터 경사 블록(10)과 주몸체(12)로 전달되는 진동을 상쇄시키는 대향하는 진동원(13, 제 2 진동원)을 포함한다.

홀더 주몸체(12)는 서로 대향하는 제 1 면(12a)과 제 2 면(12b)을 갖는 관형상으로 형성되어 있고, 제 1 면(12a)은 샘플(S) 쪽을 향하도록 배치되어 있다. 또한, 홀더 주몸체(12)는 구멍(12C)을 가지며, 이 구멍을 통하여 후술할 레이저광(L)이 고정된 캔틸레버(3)의 반사면(도시안함)에 도달하여 레이저광(L)이 반사되며, 반사면은 반사되어 나가게 한다.

진동원(11)은 제 1 면(12a)에 고정되고, 도 1에 도시된 바와 같이 진동원 전용 전원 공급장치로부터 나온 파형 신호에 따라 소정의 상 및 진폭을 가지고 진동 하도록 배치되어 있다.

경사 블록(10)은 캔틸레버 부착면(11a)이 샘플(S)에 대향되도록 진동원(11)의 하부면에 고정된다. 캔틸레버(3)의 주몸체부(3b)는 캔틸레버 부착면(10a)에 위치하고, 와이어(도시안함)에 의해 경사 블록에 고정된다.

대향하는 진동원(13)은 홀더 주몸체(12)가 사이에 개재하여 있는 상태에서 진동원(11)에 대향(대면)하는 위치에 고정된다. 대향하는 진동원(13)은 진동원(11)이 받는 것과 동일하며, 진동원(11)과 같은 상 및 진폭으로 진동하는 진동원 전용 전원 공급 장치로부터 파형 신호를 수용하도록 배치되어 있다.

또한, 본 실시예에 따른 진동형 캔틸레버 홀더(2)는 홀더 주몸체(12) 쪽으로 대향하는 진동원(13)을 밀어주는 중량부(14)를 포함한다. 중량부(14)는 경사 블록(10)과 동일한 형상 및 중량을 가지도록 형성되어 대향하는 진동원(13)에 장착된다.

이렇게 구성된 진동형 캔틸레버 홀더(2)는 도 1에 도시된 바와 같이, 샘플(S) 위의 대좌에 고정된다. 스테이지(4)는 XY 스캐너(20) 상에 위치한다. XY 스캐너는 Z 스캐너(21) 상에 위치한다. 또한, Z 스캐너(21)는 방진 테이블(도시안함)상에 위치한다.

XY 스캐너(20)와 Z 스캐너(21)는 압전 장치이며, XY 구동부(22)와 Z 구동부(23)에 각각 전압이 인가될 때, 적정한 방향으로 짧은 거리를 이동하도록 배치되어 있다. 환언하면, XY 스캐너(20)와 Z 스캐너(21)와 XY 구동부(22)와 Z 구동부(23)는 구동 유니트(5)를 구성한다.

또한, 상기 진동형 캔틸레버 홀더(2)는 광조사부(26)와 광검출부(28)를 구비한다. 광조사부(26)는 레이저광(L)으로 캔틸레버(3)의 후방면에 형성된 반사면(도시안함)으로 방사하는 미러(25)를 사용한다. 광검출부(28)는 반사면으로부터 반사되는 레이저광(L)을 수용하는 미러(27)를 사용한다. 광조사부(26)로부터 방사된 레이저광(L)은 홀더 주몸체(12)의 구멍(12c)을 통하여 반사면에 도달되도록 진행하여 반사면에 의해 반사된다. 그 후, 레이저광(L)은 다시 구멍(12c)을 통하여 진행하여 광검출부(28)로 들어간다.

광검출기인 광검출부(27)는 레이저광(L)의 입사위치에 관하여 캔틸레버(3)의 진동 상태(즉, 진폭)를 검출한다. 그런 다음에, 광검출부(28)는 캔틸레버(3)의 검출된 진동 상태의 변위를 DIF 신호로서 프리앰프(29)로 출력한다. 환언하면, 광조사부(26), 미러(25 및 27), 광검출부(28)는 측정 유니트(6)를 구성한다.

광검출부(28)로부터 출력된 DIF 신호는 프리앰프(29)로 증폭되어, AC-DC 변환 회로(30)로 보내지어 거기에서 DC 신호로 변환되고, Z 전압 피드맥 회로(31)로 보내진다. Z 전압 피드백 회로(31)는 DC 변환이 된 후의 DIF 신호가 항상 일정하게 되도록 Z 구동부(23)의 피드백을 제어한다. 그러므로, 프로브(3a)와 샘플 표면(S1) 사이의 거리는 캔틸레버(3)의 진동 상태가 안정, 즉 진폭은, 스캔이 구동 유니트(5)에 의해 수행될 때, 안정되도록 제어할 수 있다.

또한, Z 전압 피드백 회로(31)는 제어부(32)와 연결되어 있다. 그러므로, 제어부(31)는 DC 변환후에 DIF 신호에 기초한 샘플(S)의 표면 형상을 측정하고, 상의 변화를 검출하고, 이에 의해 물리적 특성(즉, 자력, 전압 등)에 관한 여러 가지 종 류의 측정을 한다.

환언하면, Z 전압 피드백 회로(31)와 제어부(32)는 제어 유니트(8)를 구성한다. 결국, 제어 유니트(8)는 상기 구성부를 전적으로 제어하는 기능을 가진다.

이렇게 배치된 진동형 캔틸레버 홀더(2)와 스캐닝 프로브 현미경(1)을 사용하여 하나의 진동 모드 SPM인 DFM에서 샘플(S)을 측정하는 경우를 이하에서 설명한다.

우선, 측정을 하기 위하여 초기 설정을 한다. 특히, 최적의 캔틸레버(3)가 측정할 목표물인 샘플에 따라 선택된다. 캔틸레버(3)가 진동형 캔틸레버 홀더(2)에 고정된다. 이어서, 샘플(S)이 스테이지(4) 상에 놓여지고, 광조사부(26)와 광검출부(28)의 위치와, 캔틸레버(3) 등의 장착 조건은 레이저광(L)이 캔틸레버(3)의 반사면에서 신뢰성 있게 충돌하고 반사된 후, 레이저광(L)이 광검출부(28)로 확실하게 들어가도록 조절된다.

그 후, 진동원 전용 전원 공급장치(7)는 진동원(11)과 대향하는 진동원(13)에 동시에 동일한 파형 신호를 출력하며, 이에 의해 진동원(11)과 대향하는 진동원(13)은 동일한 진폭과 상으로 진동하게 된다. 진동원(11)에 의해 발생된 진동은 경사 블록(10)을 거쳐 캔틸레버(3)로 전달되고, 캔틸레버(3)는 파형 신호에 따른 진폭과 상이 지연되어 진동한다. 또한, 진동은 캔틸레버(3)에게 힘을 줄뿐 만아니라 경사 블록(10)과 홀더 주몸체(12)로 전달되며, 이에 의해 주변 구조물을 동시에 진동하게 한다.

그러나, 홀더 주몸체(12)가 사이에 개재된 상태에서 진동원(11)에 대향되어 있는 대향하는 진동원(13)으로부터 나온 진동이 홀더 주몸체(12)와 경사 블록(10)으로 전달되고, 진동원(11)으로부터 전달되는 진동은 서로 상쇄된다. 그 결과로서, 진동원(11)으로부터 나오는 원하지 않는 진동은 홀더 주몸체(12)와 경사 블록(10)이 진동되는 것을 방지하도록 상쇄될 수 있다. 즉, 진동원(11)과 대향하는 진동원(13)의 병진 작동은 진동원들에 의해 발생되는 진동을 서로 상쇄되게 하며, 캔틸레버(3) 이외의 주변 구조물로 전달되는 원하지 않는 진동을 차단할 수 있다. 그러므로, 종래의 캔틸레버 홀더와는 다르게, 캔틸레버(3) 만이 진동하게 할수 있으며, 캔틸레버(3)의 진동 특성은 독립적으로 얻을 수 있다.

따라서, 캔틸레버(3)를 적용되는 진동의 최적 주파수로 Q커브 측정 및 작동점의 설정에 따라 진동하게 할 수 있다. 이 단계에 있어서, 상기 한바와 같이, 대향하는 진동원(13)이 캔틸레버(3) 이외의 구성부(즉, 주변 구조물)가 진동되는 것을 방지하기 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이, 캔틸레버(3)의 공명 진동 이외의 부수적인 공명 진동을 생성하기 어렵다. (도 7에 도시된 것에 비해 부수적인 공명 진동(B)이 발생되는 것이 확실히 적다). 그러므로, 캔틸레버(3)의 공명 진동특성이 바르게 분별되고, 이에 따라 캔틸레버(3)의 진동 주파수, 진폭, 상 등의 진동 특성에 관한 바른 설정을 하는 것이 가능하게 된다.

상기한 바와 같은 초기 설정이 완료된 후에 샘플(S)의 측정을 행한다.

특히, 측정 목표물인 샘플(S)의 표면과 프로브(3a) 사이의 거리는 진폭이 일정하게 되도록 제어된다. 이러한 조건에서, XY 스캐너(20)는 XY 구동부(22)로 이동하고 샘플(S)의 스캔이 행해진다. 스캔하는 동안에, 캔틸레버(3)의 진폭은 넓어지 는 경향과 샘플 표면(S1)의 거칠기에 따라 좁아지는 경향이 있고, 광검출부(28, 즉 레이저광이 반사면에서 반사)로 들어가는 레이저광(L)의 진폭은 변한다.광검출부(28)는 프리앰프(29)의 진폭에 따른 DIF 신호를 출력한다. 출력 DIF 신호는 프리앰프(29)에 의해 증폭되고, AC-DC 변환회로(30)에 의해 DC 신호로 변환되고, 그 후, Z 전압 피드백 회로(31)로 보내진다.

Z 전압 피드백 회로(31)는 DC 변환 후에 DIF 신호가 항상 일정, 즉 캔틸레버의 진폭을 안정되게 하도록 Z 구동부(23)를 짧은 거리 Z 방향으로 이동하는 동안에 피드백 제어를 수행한다. 프로브(3a)와 측정 목표물인 샘플(S)의 표면 사이의 거리가 일정하게 제어되는 조건하에서 스캔을 행할 수 있다. 또한, Z 전압 피드백 회로(31)에 의해 등락하게 할 수 있는 신호에 의거하여 제어부(32)는 샘플(S)의 표면 형상을 측정한다.

특히, 캔틸레버(3)의 진동 특성에 대하여 바른 설정이 진동형 캔틸레버 홀더(2)에 의해 행해졌을 때, DFM에 의한 측정은 Q 커브의 측정에 있어서 항상 바르게 행할 수 있으며, 이에 의해 측정 정밀도가 향상된다. 또한, DFM에 의한 측정치는 사용하기 좋고, 이는 편리성을 향상시키는데 기여한다.

더욱이, 캔틸레버(3) 만의 진동 특성이 신뢰성 있게 얻을 수 있으므로, 프로브(3a)를 샘플(S)에 가까이 가져갈 때, 프로브(3a)는 원하는 측정 영역에 신뢰성 있게 근접하게 가져 갈 수 있다. 또한, 이 경우에, 측정 정밀도가 향상된다. 또한, 캔틸레버(3)의 공명 진동 특성은 스캔하는 동안에 변화하지 않기 때문에, 계속적으로 안정된 측정을 행할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에 따른 스캐닝 프로브 현미경(1)은 캔틸레버(3)가 개별적으로 진동하는 진동형 캔틸레버 홀더(2)를 포함하며, 이에 의해 캔틸레버(3)의 공명 진동 특성을 바르게 분별가능하다. 그러므로, DFM에 의한 측정은 바르게 실행되며, 측정 결과의 신뢰성이 증가된다.

또한, 대향하는 진동원(13)에 입력되는 파형 신호는 특별히 조절되지 않은 신호로서 진동원(11)에 입력된 신호와 동일한 신호이기 때문에, 진동원 전용 전원 공급장치(7)는 다른 파형 신호를 출력하지 않는다. 그러므로, 복잡한 제어가 불필요하고, 그 구성도 단순화할 수 있다.

또한, 중량부(14)가 대향하는 진동원(3)은 중력을 이용하여 홀더 주몸체(12) 쪽으로 밀어주기 때문에 힘이 용이하게 전달된다. 그러므로, 대향하는 진동원(13)에 의해 발생되는 진동은 홀더 주몸체(12)로 효율적으로 전달될 수 있다. 환언하면, 진동의 전달이 더해질 때, 진동원(11)으로부터 캔틸레버(3) 이외의 다른 구성부로 전달되는 원하지 않는 진동은 더 신뢰성 있게 상쇄된다. 그러므로, 캔틸레버(3)의 진동 특성을 바르고 쉽게 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서, 중량부(14)가 형상과 중량에서 경사 블록(10)과 동일하기 때문에, 두 개의 동일한 경사 블록(10)이 홀더 주몸체(12)의 대향 측면에 구비되는 장치를 고려해 볼 수 있다. 그러므로, 진동원으로부터 캔틸레버(3) 이외의 구성부로 전달되는 원하지 않는 진동은 더욱 신뢰성 있게 상쇄되고, 캔틸레버(3)의 진동 특성은 고절밀도로 얻어진다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 진동형 캔틸레버 홀더와 상기 캔틸레버 홀더 를 구비한 스캐닝 프로브 현미경을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 여기에서, 제 2 실시예에서 같은 부분에 대하여 제 1 실시예와 같은 도면 부호를 사용하며, 그 설명을 생략한다.

제 2 실시예는 제 1 실시예와 다음과 같이 다르다. 즉, 제 1 실시예의 대향하는 진동원(13)은 진동원(11)에 대향되도록 홀더 주몸체(12)의 제 2 면(12b)에 고정되어 있고, 제 2 실시예에 따른 스캐닝 프로브 현미경(40)은 진동형 캔틸레버 홀더(41)를 포함하며, 여기에서 대향하는 진동원(13)은 도 4에 도시된 바와 같이, 진동원(11)에 대향하지 않는다.

특히, 본 실시예에서, 진동형 캔틸레버 홀더(41)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 면(12b)의 단부 부분에 고정되어 있다. 대향하는 진동원(13)에는 제 1 실시예에서와 같이, 대향하는 진동원(13)을 홀더 주몸체(12) 쪽으로 밀어주기 위한 중량부(42)가 장착되어 있다. 그러나, 제 1 실시예의 중량부(14)와는 다르게, 중량부(42)는 크기와 중량이 다르게 형성되며, 이는 경사 블록(10)과 다르다.

본 실시예에 있어서, 대향하는 진동원(13)은 진동원(11)에 입력된 파형 신호와 진동원(11)의 상대 위치 관계에 의거한 적어도 미리 조절된 상의 파형 신호를 받아 진동하도록 배열되어 있다. 특히, 진동원 전용 전원 공급장치(7)에 의해 진동원(11)에 입력된 신호 파형의 상에 관하여 반전된 상을 가진 신호는 대향하는 진동원(13)에 입력되고, 이에 의해 대향하는 진동원(13)을 진동시킨다. 그러므로, 대향하는 진동원(13)이 고정된 경우에 홀더 주몸체(12) 상의 위치에 관계없이, 진동원(11)으로부터 캔틸레버(3) 이외의 구성부로 전달되는 원하지 않는 진동이 상쇄되 며, 이에 의해 캔틸레버(3)의 공명 진동 이외의 진동은 감소시킬 수 있다.

더욱이, 진동형 캔틸레버 홀더(41)가 제 1 실시예와 같이 중량부(42)를 포함하기 때문에, 대향하는 진동원(13)에 의해 야기되는 진동은 홀더 주몸체(12)로 효율적으로 전달된다.

결국, 본 실시예에 있어서, 대향하는 진동원(13)은 상과 함께 진폭을 적기에 조절하여 진동(또는 상황에 따라 다른 주파수의 결합으로 나오는 다른 파형을 동기화하여)하게 할 수도 있다. 또한, 진동원(11)에 입력되는 신호를 조절하여 최적의 신호로 할 수 있는 것을 고려할 수 있다.

특히, 본 실시예에 따른 진동형 캔틸레버 홀더(41)에 있어서, 대향하는 진동원(13)이 고정되는 위치를 자유롭게 선택할 수 있어서 설계 유연성이 향상된다.

다음으로, 본 발명에 따른 진동형 캔틸레버 홀더와 상기 캔틸레버 홀더를 구비한 스캐닝 프로브 현미경을 도 6을 참조하여 설명한다. 여기에서, 제 3 실시예에서 같은 부분에는 제 2 실시예와 같은 도면 부호로 지시하며, 그 설명은 생략한다.

제 3 실시예가 제 2 실시예와 다른 점은 다음과 같다. 즉, 제 2 실시예에서, 신호는 대향하는 진동원(13)에 입력된 상이 적어도 미리 조절되고, 제 3 실시에에 따른 스캐닝 프로브 현미경은 캔틸레버(3) 이외의 진동을 제외한 다른 진동을 측정하며 대향하는 진동원(13)이 측정 결과에 의거하여 진동하게 한다.

특히, 제 3 실시예에 따른 스캐닝 프로브 현미경(50)은: 측정 유니트(6)에 의한 측정의 결과로부터 캔틸레버(3) 진동 이외의 진폭과 상을 가지고 진동하는 파형 신호를 검출하는 컷 필터(검출부)와; 컷 필터(51)에 의해 검출된 다른 파형 신 호를 상쇄시키도록 적어도 자체 진폭과 상으로 조절되는(또는 상황에 따라 다른 주파수의 결합에 의해 동기화된 파형을 가지는) 조절 신호를 진동원 전용 전원 공급장치(7)에 출력하는 조절 회로(52)를 포함한다. 또한, 진동원 전용 전원 공급장치(7)는 조절 회로(52)로부터 보내진 조절 신호에 의거하여 대향하는 진동원(13)을 진동시킨다.

컷 필터(51)는 프리앰프(29)에 의해 증폭된 DIF 신호 중에서 캔틸레버(3)의 공명 진동 주파수만을 차단하고, 그 이외의 신호(다른 파형 신호)를 검출한다. 조절 회로(52)는 입력 신호의 상을 반전시키고 다른 파형 신호가 최적으로 검출되도록 신호의 게인을 조절하고, 진폭 조절을 받은 조절 신호로서 진동원 전원 공급장치(7)에 상이 반전된 신호를 출력한다.

그런 다음에, 진동원 전용 전원 공급장치(7)는 조절 신호에 따른 상과 진폭으로 대향하는 진동원(13)을 진동시킨다. 그러므로, 진동원(11)으로부터 캔틸레버(3) 이외의 구성부로 전달되는 원하지 않는 진동을 더욱 신뢰성 있게 상쇄시킬 수 있다.

그러므로, 캔틸레버(3)의 공명 진동 특성은 더욱 바르게 분별할 수 있고, 이에 따라 측정 정밀도가 개선될 수 있다.

본 발명의 기술 영역은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고 여러 가지의 수정 및 변경을 할 수도 있다.

제 1 실시예에서, 중량부는 경사 블록과 동일 형상 및 중량을 가지고 있으나 이에 한정되지 않는다. 중량부의 크기 및 중량은 자유롭게 설정할 수 있다. 또한, 중량부는 본질적인 것이 아니며 꼭 구비해야만 하는 것은 아니다. 그러나, 이러한 중량부를 구비하는 것은 대향하는 진동원의 진동을 홀더 주몸체로 효율적으로 전달되도록 해주기 때문에 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 실시예에서와 같이, 중량부는 경사 블록과 같은 형상 및 중량을 구비하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 제 2 및 제 3 실시예에 있어서, 대향하는 진동원은 홀더 주몸체의 제 2 면에 고정되어 있으나, 대향하는 진동원의 위치는 이러한 위치에 한정되지 않는다. 대향하는 진동원은 진동원의 경우에서와 같이 제 1 면에 고정 또는 홀더 주몸체의 측표면에 고정될 수도 있다. 또한, 하나 이상의 대향하는 진동원이 고정될 수도 있고 대향하는 진동원의 갯수는 하나에 한정되지 않는다.

또한, 상기한 실시예들은 홀더 주몸체 내에 형성된 구멍을 통하여 레이저광이 지나가도록 배열되어 있어 캔틸레버에 충돌하여 반사된 레이저광은 구멍을 통하여 밖으로 나간다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 홀더 주몸체(12)는 도 8에 도시된 바와 같이, 구멍(12c)을 제거하도록 광투과성 물질(즉, 유리)로 제조될 수도 있다.

이 경우에 있어서, 광조사부(26)에 의해 방사된 레이저광(L)은 홀더 주몸체의 제 2 면(12b)에 직각으로 홀더 주몸체(12)로 들어가고 캔틸레버(3)의 반사면과 충돌한다. 그런 다음에, 반사면으로부터 반사된 레이저광(L)은 경사지게 홀더 주몸체(12)의 제 1 면(12a)으로 입사되고, 굴절을 반복하고, 광검출부(28) 쪽으로 진행한다. 그러므로, 구멍(12c)은 광투과성 물질로 홀더 주몸체(12)를 형성하여 제거할 수 있으며, 그러므로 구멍(12c)을 형성하는데 들어가는 시간과 노동력을 절약할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서, 프로브와 샘플 간의 거리는 캔틸레버의 진동 진폭이 스캔하는 동안에 일정하게 되도록 제어된다. 그러나, 진동 진폭은 한정되지 않으며, 프로브와 샘플 사이의 거리는 캔틸레버의 진동 상태를 안정되게 되도록 제어할 수도 있다. 예를 들면, 거리는 캔틸레버의 주파수 또는 각도가 일정하게 되도록 제어할 수도 있다.

더욱이, 실시예들은 샘플이 3차원 방향으로 이동하는 샘플-스캔 방법을 예를 들어 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 캔틸레버가 3차원 방향을 따라 이동하는 캔틸레버-스캔 방법이 채용될 수도 있다.

예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 스캐닝 프로브 현미경(60)에 있어서, 진동형 캔틸레버 홀더(2)는 좌대(도시안함)를 통하여 XY 스캐너(20)의 후방면의 측면에 고정된다. XY 스캐너(20)는 Z 스캐너(21)의 후방면 상에 고정된다. 샘플(S)은 고정 스테이지(4)에 올려져 있다. 그러므로, XY 스캐너(20)와 Z 스캐너(21)가 XY 구동부(22)와 Z 구동부(23)에 의해 작동될 때, 프로브(3a)와 샘플(S)은 세 방향 중의 하나의 방향을 따라 상대적으로 이동할 수 있다.

또한, XY 스캐너(20) 후방면의 측면 상에는 광조사부(26)와 광검출부(28)가 진동형 캔틸레버 홀더(2)에 함께 고정되어 있다. 그러므로, 레이저광(L)은 캔틸레버(3)의 반사면과 항상 충동할 수 있다.

또한, 이렇게 구성된 스캐닝 프로브 현미경(60)은 제 1 실시예에 따른 스캐 닝 프로브 현미경(1)에 의해 달성되는 것과 동일한 효과와 잇점을 얻을 수 있다. 이들 현미경은 단지 스캐닝 방법만 다를 뿐이다.

샘플(S)과 캔틸레버(3)가 세 방향을 따라 이동될 수 있는 장치를 채용할 수도 있다.

진동 모드 SPM의 예로서 DFM에 의해 측정이 수행되는 실시예를 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 자기 재질의 샘플의 자기 분포 및 자기 도메인 구조 등에 의해 측정하는 MFM(Magnetic Force Microscope)이 같은 방법으로 자력을 감지할 수 있는 프로브를 가진 캔틸레버를 진동시켜 수행되고, 이 시간 동안에 캔틸레버의 만곡되는 진폭 및 상을 검출하며, 또한 같은 효과와 잇점을 가져다준다.

또한, MFM뿐만아니라 SMM(Scanning Maxwell-stress Microscope), KFM(L\Kelvin Probe Force Microscope)도 샘플 표면의 전위 분포에 관한 측정은 프로브와 샘플의 용량성 커플링에 의해 캔틸레버가 진동하도록 AC 전압 바이어스를 캔틸레버와 샘플 사이에 인가하는 전도성 프로브(캔틸레버)의 만곡 진폭을 센싱하여 실행되고, 같은 효과와 잇점을 가져다준다.

또한, 예를 들면, AFM의 작동 시간동안에 샘플 표면에 평행하게 수평 방향으로 샘플이나 캔틸레버가 측방 진동이 구동될 때, 캔틸레버의 토션 진동의 진폭을 검출하여 마찰력의 분포를 측정하는 LM-FFM(Lateral Force Modulation Friction Microscope)와; 샘플(S)이 샘플 표면(S1)에 수직인 Z 방향으로 작은 진동으로 구동될 때, 또는 캔틸레버가 샘플 표면에 수직인 Z 방향으로 작은 운동으로 구동되고 이에 의해 AFM 작동 중에 캔틸레버에 주기적인 힘을 가하여 캔틸레버가 구부러지는 진폭과 사인 성분과 코사인 성분을 검출하여 점탄성 분포를 측정하는 VE-AFM(Viscoelastic AFM)과 같은 현미경이 같은 효과와 잇점을 가져다준다.

더욱이, 상기 실시예들 있어서, 캔틸레버의 변위는 측정 유니트로서 광학 레버 기술을 사용하여 검출할 수도 있으며, 본 발명은 광학 레버 기술에 한정되지 않는다. 예를 들면, 캔틸레버 자체가 변위를 검출하는 기능을 가지도록 피에조레지스터 요소가 구비되어 있는 자기 감지 기술을 채용할 수도 있다.

Claims (18)

1. 샘플에 대향 배치되고, 선단부에 프로브를 가지며 기단에서만 주몸체부에 지지되어 있는 캔틸레버를 고정하는 진동형 캔틸레버 홀더로서,

   상기 캔틸레버가 상기 샘플에 대하여 소정 각도로 경사져 있는 상태에서 주몸체부가 위치되어 고정되는 캔틸레버 부착 스탠드와,

   상기 캔틸레버 부착 스탠드에 고정되어 있고 소정의 파형 신호에 따라 상(Phase) 및 진폭으로 진동하는 제 1 진동원과,

   상기 제 1 진동원이 고정되는 홀더 주몸체와,

   상기 홀더 주몸체의 상기 제 1 진동원과 반대측의 면, 또한, 상기 제 1 진동원과 대향하지 않는 위치에 배치된 제 2 진동원과,

   상기 소정의 파형 신호에서 상기 제 1 진동원을 제어함과 함께, 상기 제 2 진동원에 대해 상기 파형 신호의 적어도 상을 조절한 제 2 파형 신호에서 상기 제 1 진동원을 기원으로 하는 홀더 주몸체의 진동을 상쇄하도록 제어하는 제어 유니트를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 진동형 캔틸레버 홀더.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 2 진동원을 상기 홀더 주몸체쪽으로 밀어주는 중량부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 진동형 캔틸레버 홀더.
3. 청구항 1 또는 청구항 2 중 어느 한 항에 기재된 진동형 캔틸레버 홀더를 구비한 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브 현미경.
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