KR101476808B1 - Scanner apparatus and atomic force microscope including the same - Google Patents

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안병운
박상일
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파크시스템스 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a scanner apparatus capable of preventing unnecessary resonance, and an atomic force microscope including the same. A scanner apparatus according to an embodiment of the present invention includes a fixing body which is fixed on the outside; a driving part which relatively moves with regard to the fixing body; an actuator which has one end supported by the fixing body and the other end operating the driving part; and a main connection part and a sub connection part which have a structure of flexure mechanism and connect the fixing body and the driving part. The main connection part and the sub connection part are positioned so that a change in the distance between the fixing body and the driving part according to the driving of the driving part in the position of the main connection part is greater than a change in the distance between the fixing body and the driving part according to the driving of the driving part in the position of the sub connection part.

Description

스캐너 장치 및 이를 포함하는 원자현미경{SCANNER APPARATUS AND ATOMIC FORCE MICROSCOPE INCLUDING THE SAME}[0001] SCANNER APPARATUS AND ATOMIC FORCE MICROSCOPE INCLUDING THE SAME [0002]

본 발명은 스캐너 장치 및 이를 포함하는 원자현미경에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 불필요한 공진을 방지하고 공진 주파수를 높일 수 있는 스캐너 장치 및 이를 포함하는 원자현미경에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanner device and an atomic force microscope including the same, and more particularly, to a scanner device capable of preventing unnecessary resonance and increasing a resonance frequency, and an atomic force microscope including the same.

주사탐침현미경 (SPM, Scanning Probe Microscope) 은 MEMS 공정 등을 통하여 제작된 미세한 프로브를 시료의 표면 위로 훑고 지나가게 하면서 (Scanning), 그 시료의 표면 특성을 측정하여 3D 이미지로 보여주는 현미경을 말한다. 이러한 주사탐침 현미경은 측정 방식에 따라, 원자현미경 (AFM, Atomic Force Microscope), 주사터널링현미경 (STM, Scanning Tunneling Microscope) 등으로 세분화되는데, 프로브와 시료 간의 상대적인 움직임을 만드는 스캐닝이 필수적이므로, 스캐너 장치가 공통적으로 사용된다.Scanning Probe Microscope (SPM) is a microscope that scans microscopic probes produced through MEMS processes, etc., and scans the surface of the specimens, and displays the 3D surface images of the specimens. Such a scanning probe microscope is subdivided into an AFM (Atomic Force Microscope), a Scanning Tunneling Microscope (STM), and the like depending on a measurement method. Since scanning to make relative movement between the probe and the sample is essential, Are commonly used.

스캐너 장치는, 튜브 형상의 피에조 (Piezo) 를 사용하여 XY 방향의 스캔과 Z 방향의 피드백을 동시에 행하는 튜브 스캐너 (Tube Scanner) 가 일반적으로 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 튜브 스캐너의 경우, X 방향과 Y 방향의 움직임이 서로 상관관계 (커플링) 에 있어, X 방향으로의 움직임이 Y 방향의 움직임에 직접적으로 영향을 미치게 된다. 이로 인하여, XY 스캔의 선형성을 기대할 수 없어, 정확한 측정 데이터를 얻을 수 없다는 치명적인 단점이 있다.[0003] As a scanner device, a tube scanner that uses a tube-shaped piezo to scan in the X and Y directions and feedback in the Z direction has been generally used. However, in the case of such a tube scanner, the movement in the X direction directly affects the movement in the Y direction in the correlation (coupling) between the movement in the X direction and the movement in the Y direction. As a result, the linearity of the XY scan can not be expected and there is a fatal disadvantage that accurate measurement data can not be obtained.

이러한 문제점을 해결하기 위해 플렉셔 (flexure) 구조를 이용하여 XY 스캐너를 구성하고, Z 스캐너를 이와 분리한 원자현미경이 개발되었다 (특허문헌 1 참조).In order to solve these problems, an atomic microscope in which an XY scanner is constructed using a flexure structure and a Z scanner is separated therefrom has been developed (see Patent Document 1).

도 1은 종래의 XY 스캐너와 Z 스캐너가 분리된 원자현미경의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 Z 스캐너의 구조를 개략적으로 나타낸 정면도이다.FIG. 1 is a schematic perspective view of an atomic microscope in which a conventional XY scanner and a Z scanner are separated, and FIG. 2 is a front view schematically showing the structure of the Z scanner of FIG.

도 1을 참조하면, 원자현미경 (10) 은, 측정 대상 (1) 의 표면을 접촉 또는 비접촉 상태로 따르는 캔틸레버 (11) 와, 측정 대상을 XY 평면에서 X 방향 및 Y 방향으로 스캔하는 XY 스캐너 (12) 와, 캔틸레버 (11) 와 연결되어 캔틸레버 (11) 를 Z 방향으로 상대적으로 작은 변위로 이동시키는 Z 스캐너 (13) 와, 캔틸레버 (11) 와 Z 스캐너 (13) 를 상대적으로 큰 변위로 Z 방향으로 이동시키는 Z 스테이지 (14) 와, XY 스캐너 (12) 와 Z 스테이지 (14) 를 고정하는 고정 프레임 (15) 을 포함하여 구성된다.1, the atomic force microscope 10 includes a cantilever 11 that follows a surface of a measurement target 1 in contact or noncontact state, an XY scanner (not shown) that scans an object to be measured in the XY plane in X and Y directions A Z scanner 13 connected to the cantilever 11 to move the cantilever 11 at a relatively small displacement in the Z direction and a Z scanner 13 connected to the cantilever 11 to move the cantilever 11 and the Z scanner 13 at a relatively large displacement Z And a stationary frame 15 for fixing the XY scanner 12 and the Z stage 14. The XY scanner 14 and the XY scanner 14 are fixed to each other.

원자현미경 (10) 은 측정 대상 (1) 의 표면을 캔틸레버 (11) 로 스캔하여 토포그래피 등의 이미지를 얻는다. 측정 대상 (1) 의 표면과 캔틸레버 (11) 의 상대 이동은 XY 스캐너 (12) 에 의해 행하여질 수 있으며, 측정 대상 (1) 의 표면을 따르도록 캔틸레버 (11) 를 상하로 이동시키는 것은 Z 스캐너 (13) 에 의해 행하여질 수 있다.The atomic force microscope 10 scans the surface of the measurement target 1 with the cantilever 11 to obtain an image such as a topography. The relative movement between the surface of the measurement target 1 and the cantilever 11 can be performed by the XY scanner 12. Moving the cantilever 11 up and down along the surface of the measurement target 1 can be performed by the Z scanner (13).

도 2를 참조하면, Z 스캐너 (13) 는 고정 바디 (21) 와, 당해 고정 바디 (21) 에 대해 상대 운동하는 구동부 (22) 와, 상기 고정 바디 (21) 에 일단이 지지되어 타단이 상기 구동부 (22) 를 구동시키는 액츄에이터 (23) 를 포함하며, 상기 고정 바디 (21) 와 상기 구동부 (22) 는 플렉셔 구조 (flexure mechanism) 의 연결부 (24) 를 통해 연결되어 있다.Referring to FIG. 2, the Z scanner 13 includes a fixed body 21, a driving unit 22 that moves relative to the fixed body 21, one end supported by the fixed body 21, And an actuator 23 for driving the driving part 22. The fixed body 21 and the driving part 22 are connected to each other through a connection part 24 of a flexure mechanism.

고정 바디 (21) 는 고정 홀 (25) 을 통해 원자현미경 (10) 의 헤드 (head, 미도시) 부분 또는 외부 프레임 등에 고정 장착되며, 구동부 (22) 에는 단부에 캔틸레버 (11) 를 장착시키는 프로브 암 (probe arm, 도 1의 16) 이 고정된다. 즉, 구동부 (22) 는 프로브 암 (16) 을 통해 캔틸레버 (11) 를 상하 (즉, Z 방향) 로 이동시킬 수 있다.The fixed body 21 is fixedly mounted on the head (not shown) of the atomic force microscope 10 or the outer frame through the fixing hole 25 and the probe 22 for mounting the cantilever 11 The probe arm (16 in Fig. 1) is fixed. That is, the driving unit 22 can move the cantilever 11 up and down (that is, in the Z direction) through the probe arm 16.

한편, 액츄에이터 (23) 의 길이가 증가하면, 연결부 (24) 의 연결판 들이 휘면서 구동부 (22) 가 도 2의 하측으로 이동되며, 액츄에이터 (23) 의 길이가 감소하면, 예압 스프링 (미도시) 의 반력에 의해 연결판 들이 반대측으로 회복되면서 구동부 (22) 가 도 2의 상측으로 이동된다. When the length of the actuator 23 is increased, the driving plates 22 are moved to the lower side of FIG. 2 while the connecting plates of the connecting plates 24 are bent. When the length of the actuator 23 is decreased, The connecting plates are returned to the opposite side and the driving unit 22 is moved to the upper side of Fig.

원자현미경 (10) 은, 캔틸레버 (11) 가 측정 대상 (1) 의 표면과 일정한 상호 작용력 (예를 들어, 반데르발스 힘, 자기력 등) 을 가지도록 Z 스캐너 (13) 에 의해 피드백을 행함으로써 토포그래피 (topography) 등의 이미지를 얻는데, XY 스캐너 (12) 에 의해 측정 대상 (1) 의 해당 표면에 대해 XY 스캔을 행하여야 하므로, 측정 속도가 전자현미경 등과 같은 다른 측정 장치에 비해 낮은 단점이 있다. 이를 극복하고자 XY 스캔의 속도를 높일 경우에는 Z 스캐너 (13) 가 빠른 속도로 피드백이 될 수 있어야 하며, 이러한 빠른 피드백은 Z 스캐너 (13) 의 진동 제어에 의해 달성될 수 있다. 특히, Z 스캐너 (13) 에서 공진이 발생할 경우에는 적정한 피드백을 행할 수 없게 되므로, 원하는 이미지를 얻을 수 없게 된다.The atomic force microscope 10 performs feedback by the Z scanner 13 such that the cantilever 11 has a constant interaction force (for example, Van der Waals force, magnetic force, etc.) with the surface of the measurement target 1 It is necessary to perform an XY scan on the surface of the object 1 to be measured by the XY scanner 12 so that the measurement speed is lower than other measurement devices such as an electron microscope have. When the speed of the XY scan is increased to overcome this, the Z scanner 13 must be capable of feedback at a high speed, and such quick feedback can be achieved by the vibration control of the Z scanner 13. [ In particular, when resonance occurs in the Z scanner 13, appropriate feedback can not be performed, so that a desired image can not be obtained.

따라서, Z 스캐너 (13) 의 불필요한 공진을 방지할 필요가 있으며, 공진이 발생한다면, 최대한 공진 주파수를 높이는 것이 바람직하다.Therefore, unnecessary resonance of the Z scanner 13 needs to be prevented. If resonance occurs, it is desirable to increase the resonance frequency as much as possible.

(특허문헌 1) (Patent Document 1)

한국등록특허 제10-0646441호 Korean Patent No. 10-0646441

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 불필요한 공진을 제거하여 응답 특성을 높인 스캐너 장치 및 이를 이용한 원자현미경을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a scanner device which removes unnecessary resonance to enhance response characteristics and an atomic microscope using the same.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너 장치는, 외측에 고정되는 고정 바디; 상기 고정 바디에 대해 상대 운동하는 구동부; 상기 고정 바디에 일단이 지지되어, 타단이 상기 구동부를 구동시키는 액츄에이터 (actuator); 및 플렉셔 구조 (flexure mechanism) 의 형태를 가지며, 상기 고정 바디와 상기 구동부를 연결하는 메인 연결부와 서브 연결부; 를 포함하며, 상기 메인 연결부의 위치에서 상기 구동부의 구동에 따른 상기 고정 바디와 상기 구동부 간의 거리 변동량은, 상기 서브 연결부의 위치에서 상기 구동부의 구동에 따른 상기 고정 바디와 상기 구동부 간의 거리 변동량보다 크도록, 상기 메인 연결부와 상기 서브 연결부를 위치시키는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a scanner device including: a stationary body fixed to the outside; A driving unit that moves relative to the fixed body; An actuator having one end supported by the fixed body and the other end driving the driving unit; A main connection part and a sub connection part having a shape of a flexure mechanism and connecting the fixed body and the driving part; Wherein a variation amount of the distance between the fixed body and the driving part due to the driving of the driving part at the position of the main connection part is larger than a variation amount of the distance between the fixed body and the driving part due to the driving of the driving part at the position of the sub- The main connection part and the sub connection part are positioned so that the main connection part and the sub connection part are positioned.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 구동부의 형상은 사각형이며, 상기 메인 연결부는, 상기 구동부의 구동 방향에 수직한, 상기 구동부의 변에 위치하고, 상기 서브 연결부는, 상기 구동부의 구동 방향에 평행한, 상기 구동부의 변에 위치하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, the shape of the driving unit is a rectangle, the main connection unit is located at a side of the driving unit perpendicular to the driving direction of the driving unit, and the sub connection unit is parallel to the driving direction of the driving unit , And is located at a side of the driving unit.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 서브 연결부는 상기 구동부의 두 변에 각각 한 쌍씩 형성된 연결판에 의해 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, the sub connection unit is formed of a coupling plate formed on each of two sides of the driving unit.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 연결판은 상기 구동부의 모서리 부분에 인접하도록 서로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, the connection plates are spaced apart from each other so as to be adjacent to edge portions of the driving unit.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 액츄에이터는 적층된 피에조 (stacked piezo) 이며, 상기 구동부에는 상기 적층된 피에조의 신장 방향과 반대 방향으로 예압이 인가되어 있는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, the actuator is a stacked piezo, and a preload is applied to the driving unit in a direction opposite to the stretching direction of the laminated piezo.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 액츄에이터와 상기 고정 바디 사이에는 연결핀이 개재되어, 상기 액츄에이터와 상기 핀 간 및 상기 핀과 상기 고정 바디 간은 각각 선접촉되어 있는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a connection pin is interposed between the actuator and the fixed body, and between the actuator and the pin, and between the pin and the fixed body are in line contact with each other.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 원자현미경은, 상술한 스캐너 장치를 Z 스캐너로 이용하여, 캔틸레버의 Z 방향의 구동을 행하는 것을 특징으로 한다.An atomic force microscope according to an embodiment of the present invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that the above-described scanner device is used as a Z scanner and the cantilever is driven in the Z direction.

본 발명에 따른 스캐너 장치에 따르면, 불필요한 공진을 방지할 수 있어, 진동 특성이 우수하다. 이에 따라, 이러한 스캐너 장치를 이용한 원자현미경은, 고속의 스캔을 행하더라도 응답 특성이 우수하므로, 토포그래피 등의 이미지를 빠른 시간 내에 얻을 수 있고, 노이즈가 적은 이미지를 얻을 수 있다.According to the scanner device of the present invention, unnecessary resonance can be prevented, and the vibration characteristic is excellent. Accordingly, the atomic microscope using such a scanner device can obtain an image such as a topography in a short period of time and obtain an image with low noise because the response characteristic is excellent even when high-speed scanning is performed.

도 1은 종래의 XY 스캐너와 Z 스캐너가 분리된 원자현미경의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 Z 스캐너의 구조를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너 장치가 포함된 Z 스캐너의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 스캐너 장치의 개략적인 정면도이다.
도 5는 도 3의 스캐너 장치의 개략적인 배면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 3 내지 도 5의 스캐너 장치와 다른 형태의 구동부와 메인 연결부와 서브 연결부를 가지는 스캐너 장치의 개략적인 배면도이다.
도 7은 도 3의 구동부의 진동 모드를 설명하기 위한 Z 스캐너의 개략적인 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 5의 서브 연결부를 다른 위치에 구비한 변형례를 나타낸 스캐너 장치의 배면도이다.
1 is a schematic perspective view of an atomic force microscope in which a conventional XY scanner and a Z scanner are separated.
Fig. 2 is a front view schematically showing the structure of the Z scanner of Fig. 1;
3A and 3B are exploded perspective views of a Z scanner including a scanner device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic front view of the scanner device of Figure 3;
Figure 5 is a schematic rear view of the scanner device of Figure 3;
FIGS. 6A and 6B are schematic rear views of a scanner device having a driving unit, a main connecting unit, and a sub-connecting unit, which are different from the scanner unit of FIGS.
FIG. 7 is a schematic perspective view of a Z scanner for explaining a vibration mode of the driving unit of FIG. 3. FIG.
FIGS. 8A and 8B are rear views of a scanner device in which the sub-connection portions of FIG. 5 are provided at different positions.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. It is to be understood that elements or layers are referred to as being "on " other elements or layers, including both intervening layers or other elements directly on or in between.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various components, it goes without saying that these components are not limited by these terms. These terms are used only to distinguish one component from another. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the technical scope of the present invention.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.The sizes and thicknesses of the individual components shown in the figures are shown for convenience of explanation and the present invention is not necessarily limited to the size and thickness of the components shown.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.It is to be understood that each of the features of the various embodiments of the present invention may be combined or combined with each other partially or entirely and technically various interlocking and driving is possible as will be appreciated by those skilled in the art, It may be possible to cooperate with each other in association.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 스캐너 장치 및 이를 이용한 원자현미경에 대해 설명한다.Hereinafter, a scanner device according to the present invention and an atomic force microscope using the same will be described with reference to the accompanying drawings.

참고로, 본 발명에 따른 스캐너 장치는, 이하에서는 도 1과 같은 원자현미경의 Z 스캐너 (13) 에 포함되어 사용되는 것을 예시하여 설명하나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다.The scanner device according to the present invention will be described below with reference to an example of the scanner device used in the Z scanner 13 of the atomic force microscope shown in FIG. 1, but the present invention is not limited thereto .

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너 장치가 포함된 Z 스캐너의 분해 사시도이며, 도 4는 도 3의 스캐너 장치의 개략적인 정면도이며, 도 5는 도 3의 스캐너 장치의 개략적인 배면도이다.3 is an exploded perspective view of a Z scanner including a scanner device according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic front view of the scanner device of FIG. 3, and FIG. 5 is a schematic Respectively.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, Z 스캐너 (1000) 는, 스캐너 장치 (100) 와, 프로브 암 (200) 을 포함하여 구성된다.3A and 3B, the Z scanner 1000 includes a scanner device 100 and a probe arm 200. The Z-

프로브 암 (200) 은 그 단부에 캔틸레버를 고정할 수 있도록 하여, 캔틸레버를 구동부 (120) 의 이동에 의해 상하로 이동하게끔, 캔틸레버와 구동부 (120) 를 연결한다. 이러한 프로브 암 (200) 은 구동부 (120) 에 슬라이드되면서 끼워 맞춰지고, 복수의 볼트에 의해 고정될 수 있다. 프로브 암 (200) 과 구동부 (120) 의 결합은 공지의 방법을 사용하면 되므로, 자세한 설명은 생략한다.The probe arm 200 can fix the cantilever at the end thereof and connect the cantilever and the driving unit 120 to move the cantilever up and down by the movement of the driving unit 120. The probe arm 200 is fitted to the driving unit 120 while being slid, and can be fixed by a plurality of bolts. The coupling between the probe arm 200 and the driving unit 120 may be performed by a known method, and thus a detailed description thereof will be omitted.

도 3a, 도 3b, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예의 스캐너 장치 (100) 는, 고정 바디 (110) 와, 구동부 (120) 와, 액츄에이터 (130) 와, 메인 연결부 (140) 와, 서브 연결부 (150) 와, 예압 장치 (160) 를 포함하여 구성된다.3A, 3B, 4 and 5, the scanner apparatus 100 of the present embodiment includes a fixed body 110, a driving unit 120, an actuator 130, a main connecting unit 140, A sub connection unit 150, and a preload device 160. [

고정 바디 (110) 는 후술할 구동부 (120) 를 둘러싸고 있으며, 외측에 형성된 고정홀 (111) 을 통해 외부와 고정된다. 고정 바디 (110) 는 예를 들어, 헤드 (head) 장치에 고정될 수 있다. 헤드 장치란, 캔틸레버의 휨 정도를 측정할 수 있는 레이저 장치 및 포토 다이오드 센서를 포함하며, 예를 들어 본 명세서의 출원인인 ㈜ 파크 시스템스의 XE-100, XE-150 등에 장착되는 헤드 장치일 수 있다. 헤드 장치의 자세한 구성은 ㈜ 파크 시스템스의 홈페이지 (http://www.parkafm.com) 에서 확인할 수 있다.The fixed body 110 surrounds the driving unit 120, which will be described later, and is fixed to the outside through a fixing hole 111 formed on the outer side. The fixed body 110 may be fixed to, for example, a head device. The head device includes a laser device and a photodiode sensor capable of measuring the degree of bending of the cantilever and may be a head device mounted on XE-100 or XE-150 of PARK SYSTEMS Co., Ltd., the applicant of the present specification . Detailed configuration of the head device can be found on the website of Park Systems Inc. (http://www.parkafm.com).

고정 바디 (110) 의 내측에는 구동부 (120) 가 위치한다. 구동부 (120) 는 고정 바디 (110) 와 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 레이저 가공에 의해 형성된 얇은 관통선 (101) 에 의해 고정 바디 (110) 와 분리됨과 함께, 후술할 메인 연결부 (140) 와 서브 연결부 (150) 에 의해 서로 연결된다.The driving unit 120 is located inside the fixed body 110. The driving unit 120 may be formed of the same material as the fixed body 110 and may be separated from the fixed body 110 by a thin through-hole 101 formed by laser processing, for example, 140 and the sub-connection unit 150. The sub-

구동부 (120) 의 중앙 부분에는 액츄에이터 (130) 가 안착되는 안착홈 (121) 이 형성된다. 안착홈 (121) 의 하측에는 액츄에이터 (130) 의 일단이 접촉하여 구동부 (120) 에 힘을 가하는 구동부측 접촉면 (122) 이 형성되고, 안착홈 (121) 의 상측에는 액츄에이터 (130) 의 타단이 후술할 연결핀 (102) 을 매개로 하여 고정 바디 (110) 에 고정되는 고정 바디측 접촉면 (123) 이 형성된다.In the central part of the driving part 120, a seating groove 121 in which the actuator 130 is seated is formed. A contact portion 122 is formed on the lower side of the seating groove 121 so as to contact one end of the actuator 130 and apply a force to the driving portion 120. The other end of the actuator 130 is disposed on the upper side of the seating groove 121 And a fixed body side contact surface 123 fixed to the fixed body 110 is formed via a connection pin 102 to be described later.

한편, 고정 바디 (110) 와 구동부 (120) 는 SUS 계열의 합금으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Meanwhile, the fixed body 110 and the driving unit 120 may be made of an alloy of SUS series, but the present invention is not limited thereto.

액츄에이터 (130) 는 상술한 안착홈 (121) 에 삽입되며, 그 일단이 구동부측 접촉면 (122) 에 접촉하고, 타단이 연결핀 (102) 을 매개로 고정 바디측 접촉면 (123) 에 고정된다. 액츄에이터 (130) 로서는, 적층된 피에조 (stacked piezo) 가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 직선으로 변위를 발생시킬 수 있다면, 어느 것이라도 사용 가능하다.One end of the actuator 130 is in contact with the contact surface 122 of the drive portion and the other end of the actuator 130 is fixed to the contact surface 123 of the fixed body via the connection pin 102. [ As the actuator 130, a stacked piezo may be used, but it is not limited thereto, and any actuator can be used as long as it can generate a displacement in a straight line.

액츄에이터 (130) 가 신장되면, 그 일단이 구동부 (120) 를 밀게 되고, 그에 따라 구동부 (120) 가 도 3a, 도 3b, 도 4 및 도 5의 하측으로 이동된다. 이에 따라 구동부 (120) 와 프로브 암 (200) 에 의해 연결된 캔틸레버가 하측으로 이동될 수 있다.When the actuator 130 is extended, one end of the actuator 130 pushes the driving unit 120, and the driving unit 120 moves to the lower side of FIGS. 3A, 3B, 4, and 5. Accordingly, the cantilever connected by the driving unit 120 and the probe arm 200 can be moved downward.

한편, 구동부 (120) 와 프로브 암 (200) 간의 고정 방법은 볼트 체결, 접착 등의 공지의 방법에 의해 자유롭게 행하여질 수 있으며, 본 실시예에서는 자세한 방법을 생략하였다. 또한, 프로브 암 (200) 의 형태도 다양하게 설정될 수 있다.On the other hand, the fixing method between the driving unit 120 and the probe arm 200 can be freely performed by a known method such as bolt fastening, adhesion, etc., and a detailed method is omitted in the present embodiment. In addition, the shape of the probe arm 200 may be variously set.

이와 반대로 액츄에이터 (130) 가 축소되면, 메인 연결부 (140) 와 서브 연결부 (150) 의 탄성에 의해 구동부 (120) 도 상측으로 이동되지만, 그 힘이 충분하지 않아 즉각적으로 구동부 (120) 가 상측으로 복귀되기 어렵다. 따라서, 구동부 (120) 에 상측으로 인가되는 예압을 인가해주는 것이 바람직하다.On the contrary, when the actuator 130 is contracted, the driving unit 120 is also moved upward due to the elasticity of the main connection unit 140 and the sub connection unit 150. However, since the force is not sufficient, It is difficult to return. Therefore, it is preferable to apply a preload applied to the driving unit 120 upward.

예압 장치 (160) 는 구동부 (120) 에 예압을 인가해주기 위한 장치로서, 본 실시예에서는 볼트 (161) 와 예압 스프링 (165) 을 포함하여 구성된다. 예압 스프링 (165) 에 의해, 액츄에이터 (130) 가 신장되는 방향과 반대방향으로 예압을 인가할 수 있다.The preload device 160 is a device for applying a preload to the driving part 120 and comprises a bolt 161 and a preload spring 165 in this embodiment. The preload can be applied in the direction opposite to the direction in which the actuator 130 is extended by the preload spring 165. [

한편, 액츄에이터 (130) 의 타단은 연결핀 (102) 을 통해 고정 바디 (110) 에 고정되는데, 이는 액츄에이터 (130) 와 고정 바디 (110) 간의 선 접촉을 유도하기 위함이다. 상술한 것과 같이 적층된 피에조인 액츄에이터 (130) 에 예압을 가하게 되면, 히스테리시스 거동 (hysteresis motion) 이 발생할 수 있는데, 이러한 선 접촉에 의해 그 정도를 완화할 수 있어, 바람직하다.The other end of the actuator 130 is fixed to the fixed body 110 through the connection pin 102 to induce line contact between the actuator 130 and the fixed body 110. [ As described above, when a preload is applied to the actuator 130, which is a laminated piezoelectric actuator, hysteresis motion may occur, which can be mitigated by such line contact.

메인 연결부 (140) 는 고정 바디 (110) 와 구동부 (120) 를 연결하고 있는 부분으로서, 플렉셔 구조를 가지며, 상하측에 각각 1개씩 2개가 배치된다. 메인 연결부 (140) 는 레이저 가공 등에 의해 형성된 연결판의 강성을 이용하는 것이다. 메인 연결부 (140) 는 구동부 (120) 의 상하측 방향의 이동에 주된 탄성을 제공하며 구동부 (120) 의 이동을 가이드한다.The main connecting part 140 connects the fixed body 110 and the driving part 120, and has a flexure structure, and two pieces are arranged on the upper and lower sides, respectively. The main connection part 140 utilizes the rigidity of the connection plate formed by laser machining or the like. The main connection part 140 provides the main elasticity in the upward and downward movement of the driving part 120 and guides the movement of the driving part 120.

다르게 말하면, 메인 연결부 (140) 는 액츄에이터 (130) 의 구동에 의해 구동부 (120) 와 고정 바디 (110) 사이의 거리가 변동되는 부분에 위치한다. 또 다르게 말하면, 메인 연결부 (140) 는 구동부 (120) 의 구동 방향에 수직한 구동부 (120) 의 변에 위치한다. 즉, 메인 연결부 (140) 는 구동부 (120) 의 구동 방향 상에 위치한다고 볼 수 있다. 이렇듯, 메인 연결부 (140) 의 위치가 결정될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니며, 서브 연결부 (150) 와의 관계에서 결정되는 위치 관계는 후술하기로 한다.In other words, the main connection portion 140 is located at a portion where the distance between the driving portion 120 and the fixed body 110 is varied by the driving of the actuator 130. In other words, the main connection part 140 is located on the side of the driving part 120 perpendicular to the driving direction of the driving part 120. That is, the main connection part 140 may be positioned in the driving direction of the driving part 120. As described above, the position of the main connection unit 140 can be determined, but the present invention is not limited thereto, and the positional relationship determined in relation to the sub connection unit 150 will be described later.

서브 연결부 (150) 는, 메인 연결부 (140) 와 마찬가지로 고정 바디 (110) 와 구동부 (150) 를 연결하고 있는 부분으로서, 본 실시예에서는 좌우측에 각각 한 쌍이 배치된다. 다르게 말하면, 서브 연결부 (150) 는 구동부 (120) 와 고정 바디 (110) 사이의 거리가 변동되지 않는 부분에 위치하며, 또 다르게 말하면, 구동부 (120) 의 구동 방향에 평행한 구동부 (120) 의 변에 위치한다.The sub connection unit 150 connects the fixed body 110 and the driving unit 150 in the same manner as the main connection unit 140. In the present embodiment, In other words, the sub connection unit 150 is located at a position where the distance between the driving unit 120 and the fixed body 110 does not vary. In other words, the driving unit 120, which is parallel to the driving direction of the driving unit 120, .

한편, 서브 연결부 (150) 는 연결판 (151) 에 의해 구성될 수 있는데, 연결판 (151) 사이의 간격 d는 다양하게 설정할 수 있다. 연결판 (151) 사이의 간격 d의 최적화 부분에 대해서는 후술하기로 한다.Meanwhile, the sub-connection unit 150 can be configured by the connection plate 151, and the interval d between the connection plates 151 can be variously set. The optimization of the interval d between the connection plates 151 will be described later.

도 6a 및 도 6b는 도 3 내지 도 5의 스캐너 장치와 다른 형태의 구동부와 메인 연결부와 서브 연결부를 가지는 스캐너 장치의 개략적인 배면도이다.FIGS. 6A and 6B are schematic rear views of a scanner device having a driving unit, a main connecting unit, and a sub connecting unit, which are different from the scanner unit of FIGS.

도 6a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐너 장치 (100a) 에서 구동부 (120a) 는 대략적으로 6각형 형상이며, 메인 연결부 (140a) 는 상하측의 변에 서브 연결부 (150a) 는 측부의 모서리에 각각 하나씩 위치한다. 여기서, 서브 연결부 (150a) 는 측부의 변에 각각 한 쌍씩 위치하여도 무방하다.Referring to FIG. 6A, in the scanner device 100a according to another embodiment of the present invention, the driving unit 120a has a substantially hexagonal shape, and the main connection unit 140a has upper and lower sides and the sub connection unit 150a, One at each corner. Here, the pair of sub connection parts 150a may be located on the sides of the side part.

또한, 도 6b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스캐너 장치 (100b) 에서 구동부 (120b) 는 8각형 형상이며, 메인 연결부 (140b) 는 상하측의 변에 하나씩 위치하고, 서브 연결부 (150b) 는 측부의 변에 각각 하나씩 위치한다.6B, in the scanner device 100b according to another embodiment of the present invention, the driving part 120b has an octagonal shape, and the main connection part 140b is positioned one by one on the upper and lower sides, 150b are positioned one on each side of the side.

이외의 다른 구성, 즉 고정 바디 (110a, 110b) 등의 구성은 도 3의 고정 바디 (110) 등의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Other configurations, that is, configurations of the fixed bodies 110a and 110b and the like are the same as those of the fixed body 110 of FIG. 3, and therefore, detailed description thereof will be omitted.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 메인 연결부 (140a, 140b) 와 서브 연결부 (150a, 150b) 의 위치는, 메인 연결부 (140a, 140b) 의 위치에서 구동부 (120a, 120b) 의 구동에 따른 고정 바디 (110a, 110b) 와 상기 구동부 (120a, 120b) 간의 거리 변동량은, 서브 연결부 (150a, 150b) 의 위치에서 구동부 (120a, 120b) 의 구동에 따른 고정 바디 (110a, 110b) 와 구동부 (120a, 120b) 간의 거리 변동량보다 크도록 정해진다. 이는 도 3의 스캐너 장치 (100) 에도 적용된 것이다.6A and 6B, the positions of the main connection parts 140a and 140b and the sub connection parts 150a and 150b are determined by the positions of the main connection parts 140a and 140b, The amount of distance between the driving units 120a and 120b and the driving units 120a and 120b is determined by the distance between the fixed bodies 110a and 110b driven by the driving units 120a and 120b and the driving units 120a and 120b at the positions of the sub- 120b, respectively. This is also applied to the scanner device 100 of FIG.

즉, 메인 연결부 (140, 140a, 140b) 만으로도 구동부 (120a 120a, 120b) 의 구동은 가능한 것이며, 서브 연결부 (150, 150a, 150b) 는 Z 축을 중심으로 한 구동부 (120, 120a, 120b) 의 회전 운동을 방지하고자 설치되는 것이다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.That is, the driving units 120a and 120b can be driven by only the main connecting units 140, 140a and 140b, and the sub connecting units 150, 150a and 150b are driven by the rotation of the driving units 120, 120a and 120b It is installed to prevent movement. This will be described later.

이하에서는 상술한 구성을 가진 스캐너 장치 (100, 100a, 100b) 의 진동 특성의 향상에 대해 설명한다.Hereinafter, improvement of the vibration characteristics of the scanner devices 100, 100a, and 100b having the above-described configuration will be described.

도 7은 도 3의 구동부의 진동 모드를 설명하기 위한 Z 스캐너의 개략적인 사시도이다.FIG. 7 is a schematic perspective view of a Z scanner for explaining a vibration mode of the driving unit of FIG. 3. FIG.

도 7을 참조하여 구동부 (120) 의 진동 모드를 크게 구분하면, 구동부 (120) 가 상하로 진동하는 모드 (이하 '제1 모드'라 함), 구동부 (120) 가 X 축을 중심으로 하여 회전하며 진동하는 모드 (이하 '제2 모드'라 함) 및 구동부 (120) 가 Z 축을 중심으로 하여 회전하며 진동하는 모드 (이하 '제3 모드'라 함) 로 구분할 수 있다.7, when the vibration mode of the driving unit 120 is largely divided, the driving unit 120 is rotated about the X axis (hereinafter, referred to as 'first mode') in which the driving unit 120 vibrates vertically (Hereinafter, referred to as a 'second mode') and a mode in which the driving unit 120 rotates and oscillates about the Z axis (hereinafter referred to as a 'third mode').

여기서, 제1 모드는 스캐너 장치 (100) 에 삽입되는 액츄에이터 (130) 의 강성에 의해 완화 또는 제거될 수 있으며, 또한 예압 장치 (160) 에 의해 구동부 (120) 에 인가되는 예압의 크기를 조절함으로써 공진 주파수를 조절할 수 있다. 제2 모드 또한, 구동부 (120) 에 인가되는 예압에 의해 완화시킬 수 있다. 그러나, 제3 모드는 구동부 (120) 에 인가되는 예압에 의해 완화되는 정도가 약하다.Here, the first mode can be alleviated or eliminated by the rigidity of the actuator 130 inserted into the scanner device 100, and by adjusting the magnitude of the preload applied to the driver 120 by the preload device 160 The resonant frequency can be adjusted. The second mode can also be mitigated by the preload applied to the driving unit 120. [ However, the degree to which the third mode is relaxed by the preload applied to the driving unit 120 is weak.

이러한 제3 모드의 진동을 방지하기 위해서 본 발명에서는 서브 연결부 (150, 150a, 150b) 를 채택하고 있다. 서브 연결부 (150, 250, 350) 는 제3 모드의 진동을 연결판 (151) 에 의해 구속함으로써, 제3 모드를 완화시킨다. 또한, 서브 연결부 (150, 150a, 150b) 를 어떻게 배치하느냐에 따라 불가피하게 발생하는 제3 모드의 공진 주파수를 조절할 수도 있다.In order to prevent the vibration of the third mode, the present invention adopts the sub connection units 150, 150a and 150b. The sub connection portions 150, 250 and 350 relax the third mode by restricting the vibration of the third mode by the connection plate 151. [ Also, it is possible to adjust the resonance frequency of the third mode which is inevitably generated depending on how the sub connection portions 150, 150a, 150b are disposed.

도 8a 및 도 8b는 도 5의 서브 연결부를 다른 위치에 구비한 변형례를 나타낸 스캐너 장치의 배면도이다. 도 8a의 서브 연결부 (150) 는 연결판 (151) 을 도 3의 연결판 간의 간격 d보다 작은 간격으로 유지하여 구동부 (120) 의 중앙 부분에 위치시킨 것이며, 도 8b의 서브 연결부 (150) 는 연결판 (151) 을 도 3의 연결판 간의 간격 d보다 작은 간격으로 유지하여 구동부 (120) 의 하측으로 편향하여 위치시킨 것이다.FIGS. 8A and 8B are rear views of a scanner device in which the sub-connection portions of FIG. 5 are provided at different positions. The sub connecting portion 150 of FIG. 8A is disposed at a center portion of the driving portion 120 while keeping the connecting plate 151 at an interval smaller than the distance d between the connecting plates of FIG. 3, and the sub connecting portion 150 of FIG. The connecting plate 151 is held at an interval smaller than the distance d between the connecting plates of FIG.

각 서브 연결부 (150) 의 배치에 따라 제3 모드의 공진 주파수가 어느 수치를 가지는지에 대해 컴퓨터 시뮬레이션을 행하였다. 여기서, 컴퓨터 시뮬레이션은 다양한 프로그램으로 행할 수 있으나, 본 컴퓨터 시뮬레이션은 앤시스 워크벤치 (Ansys workbench) 를 사용하여 행하였다.A computer simulation was performed to determine which value the resonance frequency of the third mode has according to the arrangement of the sub connection portions 150. [ Here, the computer simulation can be performed by various programs, but the computer simulation is performed using the Ansys workbench.

먼저 도 5와 같이 서브 연결부 (150) 를 위치한 경우에는, 제3 모드의 공진 주파수는 19.9 kHz로 시뮬레이션되었다. 또한, 메인 연결부 (140) 의 강성, 즉 탄성 계수를 동일하게 유지하고, 서브 연결부 (150) 의 연결판 (151) 의 두께 및 길이를 동일하게 유치한 채 위치를 각각 도 8a 및 도 8b와 같이 조정하고, 재료 등의 다른 조건은 동일하게 유지한 후, 시뮬레이션을 행하였다.When the sub connection unit 150 is located as shown in FIG. 5, the resonance frequency of the third mode is simulated at 19.9 kHz. 8A and 8B, while maintaining the same stiffness, i.e., elastic modulus, of the main connection portion 140 and maintaining the same thickness and length of the connection plate 151 of the sub connection portion 150, And other conditions such as material were kept the same, and then simulation was performed.

그 결과, 도 8a의 스캐너 장치 (100') 의 구동부 (120) 의 경우에 제3 모드의 공진 주파수는 15 kHz를 나타내어, 도 5의 스캐너 장치 (100) 에 비해 더 낮은 공진 주파수 값이 시뮬레이션되었다. 또한, 도 8b의 스캐너 장치 (100'') 의 구동부 (120) 의 경우에 제3 모드의 공진 주파수는 12.5 kHz를 나타내어, 도 5의 스캐너 장치 (100) 및 도 8a의 스캐너 장치 (100') 에 비해 가장 낮은 공진 주파수 값이 시뮬레이션되었다.As a result, in the case of the driving unit 120 of the scanner device 100 'of FIG. 8A, the resonance frequency of the third mode is 15 kHz, and a lower resonance frequency value is simulated as compared with the scanner device 100 of FIG. 5 . In the case of the driving unit 120 of the scanner device 100 '' of FIG. 8B, the resonance frequency of the third mode is 12.5 kHz, and the scanner device 100 of FIG. 5 and the scanner device 100 'of FIG. The lowest resonance frequency value was simulated.

상술한 바와 같은 컴퓨터 시뮬레이션 결과에 따르면, 서브 연결부 (150) 를 어느 한 쪽으로 편향시켜 위치시키는 것은 제3 모드의 공진 주파수를 낮추며, 서브 연결부 (150) 를 구동부 (120) 의 중심에 대하여 대칭으로 위치시키는 것이 제3 모드의 공진 주파수를 높이며, 그 간격을 넓히는 것이 제3 모드의 공진 주파수를 높일 수 있다는 점을 알 수 있다.According to the computer simulation results described above, the positioning of the sub connection part 150 in either direction lowers the resonance frequency of the third mode, and the sub connection part 150 is positioned symmetrically with respect to the center of the driving part 120 The resonance frequency of the third mode is increased and the resonance frequency of the third mode is increased by increasing the interval.

본 발명에 따른 스캐너 장치를 도 1과 같이 XY 스캐너 (12) 와 Z 스캐너 (13) 가 분리된 원자현미경 (10) 에 Z 스캐너로서 사용하는 경우에, XY 스캐너 (12) 의 스캔 속도를 높여 측정 속도를 높이기 위해서는 Z 스캐너 (13) 의 공진 주파수를 높일 필요가 있으므로, 도 3 내지 도 5와 같이 서브 연결부 (150) 를 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 서브 연결부 (150) 의 연결판 (151) 을 구동부 (120) 의 모서리 부분에 인접하도록 배치하여 그 간격 d를 넓히는 것이 바람직하다.When the scanner device according to the present invention is used as a Z scanner in the atomic microscope 10 in which the XY scanner 12 and the Z scanner 13 are separated as shown in FIG. 1, the scanning speed of the XY scanner 12 is increased Since it is necessary to increase the resonance frequency of the Z scanner 13 in order to increase the speed, it is preferable to dispose the sub connection unit 150 as shown in FIG. 3 to FIG. That is, it is preferable to dispose the connection plate 151 of the sub connection unit 150 adjacent to the edge of the driving unit 120 to widen the distance d.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

예를 들어, 본 명세서에는 서브 연결부 (150) 를 양측에 한 쌍씩 배치하고 있는 것을 설명하고 있으나, 서브 연결부 (150) 는 양측에 하나씩 배치하거나, 어느 한쪽에 하나만 배치하여도 된다. 반대로, 서브 연결부 (150) 를 양측에 각각 세개 이상 배치하여도 된다.For example, although it is described in the present specification that a pair of sub-connection portions 150 are arranged on both sides, one sub-connection portion 150 may be disposed on either side, or only one sub-connection portion 150 may be disposed on either side. Conversely, three or more sub connection portions 150 may be disposed on both sides.

102…연결핀 110, 110a, 110b…고정 바디
120, 120a, 120b…구동부 121…안착홈
130…액츄에이터 140, 140a, 140b…메인 연결부
150, 150a, 150b…서브 연결부 151…연결판
160…예압 장치 161…볼트
165…예압 스프링 200…프로브 암
100, 100a, 100b, 100', 100''…본 발명에 따른 스캐너 장치
1000…Z 스캐너
102 ... The connection pins 110, 110a, 110b ... Fixed body
120, 120a, 120b ... The driving unit 121 ... Seat groove
130 ... The actuators 140, 140a, 140b ... Main connection part
150, 150a, 150b ... Sub-connection 151 ... Connecting plate
160 ... Preload device 161 ... volt
165 ... Preload spring 200 ... Probe arm
100, 100a, 100b, 100 ', 100 " The scanner device
1000 ... Z Scanner

Claims (7)

외측에 고정되는 고정 바디;
상기 고정 바디에 대해 상대 운동하는 구동부;
상기 고정 바디에 일단이 지지되어, 타단이 상기 구동부를 구동시키는 액츄에이터 (actuator); 및
플렉셔 구조 (flexure mechanism) 의 형태를 가지며, 상기 고정 바디와 상기 구동부를 연결하는 메인 연결부와 서브 연결부; 를 포함하며
상기 메인 연결부의 위치에서 상기 구동부의 구동에 따른 상기 고정 바디와 상기 구동부 간의 거리 변동량은, 상기 서브 연결부의 위치에서 상기 구동부의 구동에 따른 상기 고정 바디와 상기 구동부 간의 거리 변동량보다 크도록, 상기 메인 연결부와 상기 서브 연결부를 위치시킴으로써, 상기 구동부의 구동 방향을 따르는 축을 중심으로 회전하는 상기 구동부의 진동 모드를 완화시키는 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
A fixed body fixed to the outside;
A driving unit that moves relative to the fixed body;
An actuator having one end supported by the fixed body and the other end driving the driving unit; And
A main connection part and a sub connection part having a shape of a flexure mechanism and connecting the fixed body and the driving part; And it includes a
Wherein a distance variation amount between the fixed body and the driving unit according to the driving of the driving unit at the position of the main connection unit is larger than a variation amount of distance between the fixed body and the driving unit due to the driving of the driving unit at the position of the sub- Wherein the vibrating mode of the driving unit that rotates about an axis along the driving direction of the driving unit is relaxed by positioning the connection unit and the sub connection unit.
제1 항에 있어서,
상기 구동부의 형상은 사각형이며,
상기 메인 연결부는, 상기 구동부의 구동 방향에 수직한, 상기 구동부의 변에 위치하고,
상기 서브 연결부는, 상기 구동부의 구동 방향에 평행한, 상기 구동부의 변에 위치하는 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
The method according to claim 1,
The shape of the driving portion is a square,
Wherein the main connection part is located on a side of the driving part perpendicular to a driving direction of the driving part,
Wherein the sub-connection portion is located at a side of the driving portion, which is parallel to a driving direction of the driving portion.
제2 항에 있어서,
상기 서브 연결부는 상기 구동부의 두 변에 각각 한 쌍씩 형성된 연결판에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the sub connection unit comprises a connection plate formed on each of two sides of the driving unit.
제3 항에 있어서,
상기 연결판은 상기 구동부의 모서리 부분에 인접하도록 서로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐너 장치..
The method of claim 3,
Wherein the connecting plate is spaced apart from each other so as to be adjacent to a corner of the driving unit.
제1 항에 있어서,
상기 액츄에이터는 적층된 피에조 (stacked piezo) 이며,
상기 구동부에는 상기 적층된 피에조의 신장 방향과 반대 방향으로 예압이 인가되어 있는 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
The method according to claim 1,
The actuator is a stacked piezo,
Wherein a preload is applied to the driving unit in a direction opposite to the stretching direction of the laminated piezo.
제1 항에 있어서,
상기 액츄에이터와 상기 고정 바디 사이에는 연결핀이 개재되어, 상기 액츄에이터와 상기 핀 간 및 상기 핀과 상기 고정 바디 간은 각각 선접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 스캐너 장치.
The method according to claim 1,
Wherein a connection pin is interposed between the actuator and the fixed body so that the actuator and the pin and the pin and the fixed body are in line contact with each other.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 기재된 스캐너 장치를 Z 스캐너로 이용하여, 캔틸레버의 Z 방향의 구동을 행하는 것을 특징으로 하는 원자현미경.An atomic force microscope characterized by driving the cantilever in the Z direction using the scanner device according to any one of claims 1 to 6 as a Z scanner.
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