KR101878752B1 - 탐침 헤드 및 이를 채용한 주사탐침현미경 - Google Patents

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Abstract

탐침 헤드 및 이를 적용한 주사탐침현미경이 개시된다. 탐침 헤드는, 끝에 탐침을 구비하는 복수의 캔틸레버가 장착되는 홀더와, 홀더가 회전 가능하게 결합되며 홀더를 지지하는 지지부를 포함한다. 이러한 탐침 헤드는 홀더를 회전시켜 시료와 마주하는 캔틸레버를 교환한다.

Description

탐침 헤드 및 이를 채용한 주사탐침현미경{Probe head and scanning probe microscope employing the same}
탐침 헤드 및 이를 채용한 주사탐침현미경에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전식으로 캔틸레버를 바꾸어가면서 사용할 수 있도록 된 교환 가능한 탐침 헤드 및 이를 채용한 주사탐침현미경에 관한 것이다.
주사탐침현미경(Scanning Probe Microscope: SPM)은 탐침(probe)을 이용하여 시료 표면의 형상 및 물리적 특성을 조사할 수 있는 장비이다. 이러한 주사탐침현미경은 센싱 방식과 탐침의 종류, 측정하는 물리량 등에 따라 여러 모드가 있다. 가장 기본이 되는 형태는 원자힘현미경(Atom Force Microscope: AFM)으로, 캔틸레버(cantilever) 끝에 탐침이 부착되어 있고, 이 캔틸레버의 휨을 측정하여 탐침이 받는 힘을 측정하는 방식을 이용한다.
캔틸레버의 탐침은 사용할수록 뭉툭해지고 손상되기 쉬운 소모품적인 성격을 가지고 있다. 캔틸레버의 교환, 이 캔틸레버의 교환 후 레이저의 정렬 및 접근 프로세스(approach process)는 주사탐침현미경 사용에 있어서, 가장 번거롭고 시간이 많이 소요되는 작업중 하나이다.
특히, 산업용 장비의 경우, 공정의 자동화를 위해서는 자동탐침교환 기능이 필수적으로 요구된다.
현재 시판되는 상용 장비의 자동탐침교환 방식은 주사탐침현미경 헤드(head)를 사용하지 않은 탐침이 위치한 곳으로 이동하여 탐침을 교환하는 방식이다. 이러한 방식은 사람이 직접 탐침을 교환하는 것보다 시간이 많이 소요되고, 탐침을 교환하기 전 스캐닝하던 지점으로 다시 정확히 돌아오기가 쉽지 않다.
따라서, 빠르고 쉽게 스캐닝 위치나 레이저 정렬(laser alignment) 변화없이 캔틸레버를 교환할 수 있는 방법은 주사탐침현미경에 있어서, 매우 중요하고 편의성을 높이며, 특히 탐침을 자주 교환해야 하며, 원격으로 작동해야하는 산업용 주사탐침현미경에서는 반드시 요구되는 기능이다.
탐침 홀더 부분을 회전식으로 제작하여, 빠르고 쉽게 스캐닝 위치나 광 정렬 변화 없이 캔틸레버를 교환하도록 된 탐침 헤드 및 이를 채용한 주사탐침현미경을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 탐침 홀더는, 탐침을 구비하는 복수의 캔틸레버; 상기 복수의 캔틸레버를 장착하는 홀더;를 포함하며, 상기 홀더를 회전시켜 시료와 마주하는 캔틸레버를 교환하도록 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드는 끝에 탐침을 구비하는 복수의 캔틸레버가 장착되는 홀더와; 상기 홀더가 회전 가능하게 결합되며, 상기 홀더를 지지하는 지지부;를 포함하며, 상기 홀더를 회전시켜 시료와 마주하는 캔틸레버를 교환하도록 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 주사탐침현미경은, 탐침 헤드와; 상기 탐침 헤드가 결합되는 스테이지;를 포함하며, 상기 탐침 헤드는, 끝에 탐침을 구비하는 복수의 캔틸레버가 장착되는 홀더와; 상기 홀더가 회전 가능하게 결합되며, 상기 홀더를 지지하는 지지부;를 구비하며, 상기 홀더를 회전시켜 시료와 마주하는 캔틸레버를 교환하도록 마련될 수 있다.
상기 복수의 캔틸레버는 상기 홀더에 착탈 가능하게 장착될 수 있다.
상기 복수의 캔틸레버는 상기 홀더에 그 회전축으로부터 동일 거리에 위치하도록 장착될 수 있다.
상기 홀더는 상기 지지부에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
상기 홀더에 장착되는 복수의 캔틸레버에는 적어도 두 종류 이상의 서로 다른 물질적 특성을 측정할 수 있는 복수 종류의 탐침이 구비될 수 있다.
상기 탐침 헤드는, 주사탐침현미경의 스테이지에 결합되며, 상기 스테이지는, 시료와 마주하는 캔틸레버의 탐침과 시료 사이의 간격을 조정하는 스테이지를 포함할 수 있다.
시료와 마주하도록 위치되는 캔틸레버의 휨을 측정하도록, 광을 출사하는 광원과, 상기 광원으로부터 출사되고 상기 캔틸레버로부터 반사된 광을 광검출기를 구비하며, 상기 광원과 광검출기는 상기 홀더로부터 이격되게 설치될 수 있다.
상기 지지부에 설치된 반사미러;를 더 구비하며, 상기 반사미러에 의해 상기 광원쪽에서 입사되는 광이 시료와 마주하도록 위치되는 캔틸레버로 향하거나, 상기 캔틸레버에서 반사된 광이 상기 광검출기로 향하도록 마련될 수 있다.
상기 홀더는, 상기 홀더의 회전에 의해 시료와 마주하는 캔틸레버를 바꾸어가면서 장착된 복수의 캔틸레버를 모두 사용한 후에 상기 지지부로부터 분리될 수 있다.
상기 광원 및 광검출기는 상기 탐침 헤드에 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드 및 주사탐침현미경에 따르면, 대량의 캔틸레버를 탐침 헤드에 장착할 수 있으며, 탐침 홀더 부분을 회전식으로 제작하여, 빠르고 쉽게 스캐닝 위치나 광 정렬 변화 없이 캔틸레버를 교환할 수 있다. 또한, 스캐닝 위치 변화가 없으므로, 탐침 홀더에 다양한 종류의 탐침을 장착하고 기능별로 탐침을 교환하면서 같은 위치에 여러 물리적 성질을 스캐닝할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드를 적용한 주사탐침현미경의 주요부분을 개략적으로 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드의 구성을 개략적으로 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드의 탐침 홀더 부분을 발췌하여 보인 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드의 구조를 보인 사시도이다.
주사탐침현미경은 헤더에 하나의 탐침만을 장착하는 것이 일반적이다. 주사탐침현미경에는 터널전류를 측정하는 주사터널링 현미경(Scanning Tunneling Microscope:STM), 반데르발스힘(Van der Waals force)을 이용해 표면 형상(surface morphology)을 검출하는 원자힘현미경(Atomic Force Microscope:AFM), 마찰력(friction force)에 의해 표면 차이를 검출하는 측방향힘현미경(Lateral force Microscope:LFM), 자기장(magnetic field)의 특성을 자성을 띈 탐침을 이용해 검출하는 자기힘현미경(Magnetic Force Microscope), 시료와 탐침 사이에 전압을 걸어서 전기장을 측정하는 전기장힘현미경(Electrostatic force microscope) 등, 다양한 종류가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드에 따르면, 헤드의 탐침 장착 부분 즉, 탐침 홀더를 회전형으로 만들어, 끝에 탐침이 부착되어 있는 캔틸레버를 여러개 적재하고, 교환시에는 탐침 홀더를 회전시켜, 빠르고 쉽게 탐침이 뭉툭해진 캔틸레버를 새로운 캔틸레버로 교환할 수 있는 방식을 제시한다.
홀더에 장착할 수 있는 캔틸레버의 숫자는 시료에 접근시, 인근의 캔틸레버가 시료에 닿지 않을 정도의 간격만 있으면, 특별한 제약이 없으며, 원형 홀더의 원주는 지름에 비례하므로, 회전형 탐침 홀더의 지름을 크게 하면 할수록, 더 많은 수의 캔틸레버를 장착할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드는, 주사탐침현미경 뿐만 아니라, 탐침이 적용되는 다양한 장치에 적용될 수 있다. 이하의 설명에서는, 구체적인 일예로서, 본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드를 주사탐침현미경 예컨대, 원자힘현미경에 적용한 경우를 예를 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드를 적용한 주사탐침현미경의 주요부분을 개략적으로 보인 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드의 구성을 개략적으로 보여준다. 도 2에서는 탐침 헤드가 원자힘현미경에 적합하도록 마련된 예를 보여준다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드의 탐침 홀더 부분을 발췌하여 보인 사시도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드의 구조를 보인 사시도이다. 도 4는 지지부에 탐침 홀더가 결합된 상태를 보여주며, 도 5는 탐침 홀더를 지지부에서 이탈시킨 상태를 보여준다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 주사탐침현미경(1)은, 탐침 헤드(10)와, 이 탐침 헤드(10)가 결합되는 스테이지((50)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드(10)는, 복수의 캔틸레버(31)가 장착되는 탐침 홀더(34)와, 이 탐침 홀더(34)가 회전 가능하게 결합되는 지지부(25)를 포함한다. 상기 탐침 홀더(34)는 복수의 캔틸레버(31)를 장착하기 위한 홀더만을 의미하거나, 홀더에 장착된 복수의 캔틸레버(31)까지 포함하는 의미일 수 있다. 상기 캔틸레버(31)는 끝에 탐침(33)이 부착되어 있다. 상기 탐침 헤드(10)는 상기 탐침 홀더(34)를 회전시켜 시료(40)와 마주하는 캔틸레버(35)를 교환하도록 마련된다. 여기서, 캔틸레버(31)의 끝에 탐침(33)을 부착하는 대신에, 탐침(33)은 캔틸레버(31)와 일체형으로 형성될 수 있다. 편의상, 시료(40)와 마주하는 캔틸레버 및 거기에 마련된 탐침은 참조번호 35 및 37로 나타낸다.
상기 탐침 헤드(10)에 장착되는 복수의 캔틸레버(31)에는 서로 다른 기능의 탐침이 장착될 수 있다. 예를 들어, 복수의 캔틸레버(31)에 도체적 성질의 탐침과 자성 물질이 코팅된 탐침 등을 장착하여, 동일 지점의 서로 다른 물리적 특성 예컨대, 전기적 성질 및 자기적 성질을 측정할 수도 있다.
지지부(25)는 헤드 구조체(20)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1, 도 4 및 도 5에서와 같이, 헤드 구조체(20)를 전체적으로 꺾쇠 형태로 형성하고, 이 꺾쇠의 마주하는 양 내측면(20a)(20b) 중 일 내측면(20a)에 돌출되게 지지부(25)를 형성할 수 있다.
상기 탐침 홀더(34)는 지지부(25)에 회전 가능하게 결합되며, 예를 들어, 스텝핑 모터 등를 이용하여 정밀하게 회전을 조절할 수 있도록 마련될 수 있다. 상기 탐침 홀더(34)에는 그 회전축으로부터 동일 거리에 위치하도록 복수의 캔틸레버(31)가 장착될 수 있다. 또한, 탐침 홀더(34) 회전에 대해 복수의 캔틸레버(31)는 예를 들어, 등간격으로 장착될 수 있다.
도 2 내지 도 5에서는 탐침 홀더(34)를 원통형으로 구성하고, 이 탐침 홀더(34)의 외주면에 복수의 캔틸레버(31)를 예컨대, 등간격으로 장착한 예를 보여준다.
다른 예로서, 탐침 홀더(34)를 다각형 예를 들어, 육각형 또는 팔각형 형상으로 형성하고, 그 다각형 변의 중심에 캔틸레버(31)가 위치하도록 복수의 캔틸레버(31)를 장착할 수 있다.
이와 같이, 복수의 캔틸레버(31)를 탐침 홀더(34)의 회전축으로부터 동일 거리에 위치하도록 장착할 수 있기만 하면, 탐침 홀더(34)의 형상은 제약 없이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이러한 탐침 홀더(34)에 장착할 수 있는 캔틸레버(31)의 숫자는 시료(40)에 접근시, 인근의 캔틸레버가 시료(40)에 닿지 않을 정도의 간격만 있으면, 특별한 제약이 없으며, 회전형 탐침 홀더(34)의 유효 지름을 크게 하면 할수록, 더 많은 수의 캔틸레버(31)를 장착할 수 있다. 여기서, 회전형 탐침 홀더(34)의 유효 지름은, 회전축에서 캔틸레버(31)가 장착되는 위치까지의 거리에 해당한다.
상기와 같이, 탐침 홀더(34)에 그 회전축으로부터 동일 거리에 위치하도록 복수의 캔틸레버(31)를 장착하면, 탐침 홀더(34)에 장착된 캔틸레버(31)를 모두 사용할 때까지는, 단순히 탐침 홀더(34)만을 회전시켜, 캔틸레버(31) 교환 즉, 탐침(33) 교환이 이루어질 수 있다. 이때, 스캐닝 위치나 광원 정렬(alignment) 변화 없이 캔틸레버(31) 교환이 가능하다. 따라서, 캔틸레버(31) 교환, 보다 정확히는 탐침(33)의 교환이 빠르고 쉽게 이루어질 수 있다.
한편, 상기 복수의 캔틸레버(31)는 탐침 홀더(34)에 착탈 가능하게 장착될 수 있다. 예를 들어, 탐침 홀더(34)에 클립 구조를 만들고, 캔틸레버(31)를 이 클립 구조에 끼우는 구조로 만들면, 쉽게 캔틸레버(31)를 탐침 홀더(34)에 장착하거나, 탐침 홀더(34)에서 분리해낼 수 있다.
또한, 탐침 홀더(34)는 상기 지지부(25)에 회전 가능하게 결합됨과 동시에, 지지부(25)에 착탈 가능하게 결합되거나 고정결합될 수 있다.
탐침 홀더(34)가 지지부(25)에 착탈 가능하게 결합되도록 마련되는 경우, 탐침 홀더(34)에 탑재된 복수의 캔틸레버(31)의 탐침(33)을 모두 사용하여, 캔틸레버(31)를 교체하고자 할 때, 탐침 홀더(34)를 지지부(25)에서 분리해 낼 수 있다. 이때, 캔틸레버 교체는, 탐침 홀더(34)를 사용하지 않은 캔틸레버를 탑재한 탐침 홀더로 통째로 교환하거나, 탐침 홀더(34)를 지지부(25)에서 분리한 상태에서 이 탐침 홀더(34)에 사용한 캔틸레버는 제거하고, 사용하지 않은 캔틸레버를 결합시키는 방식으로 이루어질 수 있다.
다른 예로서, 탐침 홀더(34)는 상기 지지부(25)에 회전 가능하게 결합됨과 동시에, 착탈 가능하게 결합되고, 복수의 캔틸레버(31)는 탐침 홀더(34) 고정될 수도 있다. 이 경우, 복수의 캔틸레버(31)를 모두 사용하면 탐침 홀더(34)는 지지부(25)로부터 분리하여 제거하고, 사용하지 않은 복수의 캔틸레버가 장착된 새로운 탐침 홀더를 지지부(25)에 장착할 수 있다.
또한, 탐침 홀더(34)를 지지부(25)에서 분리하는 일 없이 캔틸레버(31)만 교체할 수도 있다.
상기와 같은 탐침 헤드(10)에 따르면, 시료(40)와 마주하는 캔틸레버(35)의 탐침(37)으로 시료(40) 표면을 스캔하여, 탐침(37)의 팁이 뭉툭해지면, 탐침 홀더(34)를 회전시켜 예컨대, 다음에 위치되는 캔틸레버(31)의 탐침(33)이 시료(40)와 마주하도록 위치시킨 상태에서 다시 시료(40) 표면 스캔 동작을 수행할 수 있다.
이때, 탐침 홀더(34)에 탐침(33)을 가지는 캔틸레버(31)를 여러개 대량으로 적재하고, 탐침 홀더(34)를 회전시켜 캔틸레버(31) 교환이 이루어질 수 있으므로, 탐침(33) 교환 동작이 쉬우며 빠르다. 또한, 탐침 홀더(34)의 회전만으로 탐침(33) 교환이 이루어질 수 있는데, 예컨대, 스텝핑 모터 등을 이용하면 탐침 홀더(34) 회전을 정밀하게 조절할 수 있으므로, 탐침 홀더(34)를 회전시켜서 새로운 탐침(33)의 위치를 이전 탐침(33) 위치와 거의 동일하게 조절할 수 있어, 스캐닝 위치나 광원 정렬 변화 없이 캔틸레버(31)를 빠르고 쉽게 교환할 수 있다.
한편, 주사탐침현미경(1)은, 캔틸레버(31)의 끝에 부착되어 있는 탐침(33)을 이용하여 시료(40) 표면의 형상 및 물리적 특성 등을 조사한다. 예를 들어, 캔틸레버(31)는 수십 내지 수백 μm의 길이와 폭을 가지도록 휨이 가능하게 형성되고, 그 끝에 예컨대, 피라미드 형태의 날카로운 팁(tip)을 가지는 탐침(33)이 부착된다. 주사탐침현미경(1)이 원자힘현미경인 경우, 반데르발스 힘에 의해 휘어지는 캔틸레버(31)를 이용하여, 시료(40)의 토폴로지(topology)를 측정하게 된다. 즉, 탐침(33)의 팁을 측정하려는 시료(40)에 접근시키면, 팁 끝의 원자와 시료(40)의 원자 사이에 척력이나 인력이 작용하게 되는데, 이러한 힘을 반데르발스 힘이라 하며, 이 힘에 의해 캔틸레버(31)가 휘어지게 되므로, 이를 이용하여 시료(40)의 토폴로지(topology)를 측정하게 된다.
이러한 캔틸레버(31)의 휨을 측정하는 방법에는 여러 가지가 있다. 예를 들어, 도 2에서와 같이 광원(25)과 광검출기(27)를 이용하여 캔틸레버(31)의 휘는 정도를 측정할 수 있다. 피드백 제어를 이용하여 탐침 헤드(10)가 탑재된 스테이지((50)를 이용하여 측정 시료(40)와 캔틸레버(31)의 탐침(33) 팁 사이의 간격을 일정하게 유지하면서, 캔틸레버(31)의 휨을 계속해서 측정하면, 이것이 측정하려는 시료(40)의 표면 정보가 된다.
상기 광원(25)으로부터 출사된 광은 시료(40)와 마주하도록 위치되는 캔틸레버(31)의 상면 즉, 탐침(33)이 부착된 면과 반대면에 조사된다. 광검출기(27)는 이 광원(25)으로부터 출사되고 캔틸레버(31)로부터 반사된 광을 검출하여, 시료(40)와 마주하도록 위치되는 캔틸레버(31)의 휨을 측정한다. 상기 광원(25)과 광검출기(27)는 탐침 홀더(34)로부터 이격되게 설치된다.
이 광원(25)과 광검출기(27) 배치를 보다 쉽게 하기 위해, 지지부(25)에는 반사미러(29)를 더 설치할 수 있다. 이 반사미러(29)는 탐침 홀더(30)의 회전축 상에 위치하도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 광원(25)에서 출사되는 광은 반사미러(29)에서 반사되어, 시료(40)와 마주하는 캔틸레버(31)의 상면에 조사되고, 이 캔틸레버(31)에서 반사된 광은 바로 광검출기(27)로 향하도록 배치될 수 있다.
여기서, 반사미러(29)를 설치하는 대신에, 그 자리에 광검출기(27)로서 위치 센싱 광검출기(PSPD:position sensitive photodetector)를 직접 설치할 수도 있다.
한편, 광원(25) 및 광검출기(27)와 탐침 홀더(34)의 상대적인 위치는 변화가 없어야 하므로, 이를 위해, 상기 광원(25) 및 광검출기(27)는 지지부(25)가 형성된 헤드 구조체(20)에 설치될 수 있다.
예를 들어, 도 1, 도 4 및 도 5에서와 같이, 헤드 구조체(20)를 전체적으로 꺾쇠 형태로 형성하고, 이 꺾쇠의 마주하는 양 내측면(20a)(20b) 중 일 내측면(20a)에 돌출되게 지지부(25)를 형성하는 경우, 다른 내측면(20b)쪽에 광원(25) 및 광검출기(27)를 설치할 수 있다. 헤드 구조체(20)의 형상 및 광원(25) 및 광검출기(27)의 배치는 다양하게 변형될 수 있다.
시료(40) 표면을 스캔하기 위해서는, 시료(40)와 마주하는 캔틸레버(35)의 탐침(37)과 시료(40) 사이의 간격 조정이 가능해야 한다.
이를 위해, 스테이지((50)는, 시료(40)와 마주하는 캔틸레버(35)의 탐침(37)과 시료(40) 사이의 간격 조정이 가능한 스테이지((50) 즉, z축 스테이지((51)를 포함할 수 있다. 탐침 헤드(10)는 스테이지((50)의 z축 스테이지((51)에 결합될 수 있는데, 실질적으로는 헤드 구조체(20)가 z축 스테이지((51)에 결합된다.
스테이지((50)는 시료(40) 또는 탐침 헤드(10)를 x축 및 y축 방향으로 이동시켜, 캔틸레버(31)의 탐침(33)에 의해 시료(40) 표면을 xy 평면내에서 스캔하도록 xy 스테이지((53)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, xy스테이지((53) 상에 시료 홀더(55)를 위치시키고, 이 시료 홀더(55) 상에 시료(40)를 놓은 상태에서, 탐침 헤드(10)가 결합된 z축 스테이지((51)에 대해 xy스테이지((53)를 움직이면서, 캔틸레버(35)의 끝에 부착되어 있는 탐침(37)으로 시료(40) 표면을 스캔할 수 있다.
여기서, 시료 홀더(55)를 적어도 상기 스테이지((50)에 의해서는 움직이지 않는 베이스(미도시) 상에 고정시킨 상태에서, 탐침 헤드(10)가 결합되는 스테이지(51)를 xyz 스테이지로 구성하여, 탐침 헤드(10)를 x축 및 y축 방향으로도 이동시키면서, 캔틸레버(35)의 끝에 부착되어 있는 탐침(37)으로 시료(40) 표면을 스캔할 수도 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드(10)에 따르면, 탐침 헤드(10)의 탐침 장착 부분 즉, 탐침 홀더(30)를 회전형으로 만들어, 주위에 끝에 탐침(33)이 부착되어 있는 캔틸레버(31)를 여러개 적재하고, 교환시에는 탐침 홀더(30)를 회전시켜, 빠르고 쉽게 탐침이 뭉툭해진 캔틸레버를 사용하지 않은 탐침을 가지는 캔틸레버로 교환할 수 있다.
이때, 탐침 홀더(30)의 회전을 스텝핑 모터 등을 이용하여 정밀하게 조절할 수 있으므로, 탐침 홀더(30)를 회전시켜서 새로운 탐침 위치를 이전 탐침 위치와 거의 동일하게 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 탐침 헤드(10) 및 이를 채용한 주사탐침현미경(1)에 따르면, 대량의 캔틸레버(31)를 탐침 헤드(10)에 적재할 수 있다. 또한, 캔틸레버(31) 교환을 위해, 단순히 탐침 홀더(30)만을 회전시키면 되므로, 캔틸레버(31) 교체 속도를 매우 빠르게 할 수 있다. 또한, 탐침 헤드(10)와 스테이지(50) 특히, xy 스테이지(53) 사이의 거리 변화가 거의 없으므로, 탐침 교체전 스캐닝하던 위치의 이동이 거의 없도록 할 수 있다. 또한, 스텝핑 모터 등을 이용하여 회전형 탐침 홀더(30)의 각도를 정밀히 조절할 수 있으므로, 캔틸레버(31)의 휨을 빔 바운스(beam bounce) 방식을 이용하여 검출하는 경우에도, 광 정렬 조절을 보다 쉽게 할 수 있다. 또한, 스캐닝 위치 변화가 없으므로, 탐침 홀더(30)에 다양한 종류의 탐침을 장착하고 기능별로 탐침을 교환하면서 같은 위치에 여러 물리적 성질을 스캐닝하기가 쉬워질 수 있다. 예를 들어, 도체형 탐침으로 전기적 성질 측정후, 자성 물질로 코팅된 탐침으로 자기적 성질을 측정할 수도 있다.
1...주사탐침현미경 10...탐침 헤드
20...헤드 구조체 25...광원
27...광검출기 30...탐침 홀더
31,35...캔틸레버 33,37...탐침
40...시료 50...스테이지
55...시료 홀더

Claims (25)

  1. 탐침을 구비하는 복수의 캔틸레버;
    상기 복수의 캔틸레버를 장착하는 홀더;를 포함하며, 상기 홀더를 회전시켜 시료와 마주하는 캔틸레버를 교환하도록 마련되고,
    반사 미러가 상기 홀더의 회전 축에 설치된 탐침 홀더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 캔틸레버는 상기 홀더에 착탈 가능하게 장착되는 탐침 홀더.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 캔틸레버는 상기 홀더에 그 회전축으로부터 동일 거리에 위치하도록 장착되는 탐침 홀더.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 캔틸레버는 상기 홀더에 그 회전축으로부터 동일 거리에 위치하도록 장착되는 탐침 홀더.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀더에 장착되는 복수의 캔틸레버에는 적어도 두 종류 이상의 서로 다른 물질적 특성을 측정할 수 있는 복수 종류의 탐침이 구비되는 탐침 홀더.
  6. 끝에 탐침을 구비하는 복수의 캔틸레버가 장착되는 홀더와;
    상기 홀더가 회전 가능하게 결합되며, 상기 홀더를 지지하는 지지부;를 포함하며, 상기 홀더를 회전시켜 시료와 마주하는 캔틸레버를 교환하도록 마련되며,
    시료와 마주하도록 위치되는 캔틸레버의 휨을 측정하도록, 광을 출사하는 광원과, 상기 광원으로부터 출사되고 상기 캔틸레버로부터 반사된 광을 광검출기를 구비하며, 상기 광원과 광검출기는 상기 홀더로부터 이격되게 설치되며,
    상기 지지부에 설치된 반사미러;를 구비하며, 상기 반사미러에 의해 상기 광원쪽에서 입사되는 광이 시료와 마주하도록 위치되는 캔틸레버로 향하거나, 상기 캔틸레버에서 반사된 광이 상기 광검출기로 향하도록 된 탐침 헤드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 캔틸레버는 상기 홀더에 착탈 가능하게 장착되는 탐침 헤드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 캔틸레버는 상기 홀더에 그 회전축으로부터 동일 거리에 위치하도록 장착되는 탐침 헤드.
  9. 제6항에 있어서, 상기 복수의 캔틸레버는 상기 홀더에 그 회전축으로부터 동일 거리에 위치하도록 장착되는 탐침 헤드.
  10. 제6항에 있어서, 상기 홀더는 상기 지지부에 착탈 가능하게 결합되는 탐침 헤드.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀더에 장착되는 복수의 캔틸레버에는 적어도 두 종류 이상의 서로 다른 물질적 특성을 측정할 수 있는 복수 종류의 탐침이 구비되는 탐침 헤드.
  12. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탐침 헤드는, 주사탐침현미경의 스테이지에 결합되며,
    상기 스테이지는, 시료와 마주하는 캔틸레버의 탐침과 시료 사이의 간격을 조정하는 스테이지를 포함하는 탐침 헤드.
  13. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사미러는 상기 홀더의 회전축에 설치되는 탐침 헤드.
  14. 삭제
  15. 탐침 헤드와;
    상기 탐침 헤드가 결합되는 스테이지;를 포함하며,
    상기 탐침 헤드는,
    끝에 탐침을 구비하는 복수의 캔틸레버가 장착되는 홀더와;
    상기 홀더가 회전 가능하게 결합되며, 상기 홀더를 지지하는 지지부;를 구비하며, 상기 홀더를 회전시켜 시료와 마주하는 캔틸레버를 교환하도록 마련되고,
    시료와 마주하도록 위치되는 캔틸레버의 휨을 측정하도록, 광을 출사하는 광원과, 상기 광원으로부터 출사되고 상기 캔틸레버로부터 반사된 광을 광검출기를 구비하며, 상기 광원과 광검출기는 상기 홀더로부터 이격되게 설치되며,
    상기 탐침 헤드는, 상기 지지부에 설치된 반사미러;를 더 구비하며, 상기 반사 미러에 의해 상기 광원쪽에서 입사되는 광이 시료와 마주하도록 위치되는 캔틸레버로 향하거나, 상기 캔틸레버에서 반사된 광이 상기 광검출기로 향하도록 된 주사탐침현미경.
  16. 제15항에 있어서, 상기 복수의 캔틸레버는 상기 홀더에 착탈 가능하게 장착되는 주사탐침현미경.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복수의 캔틸레버는 상기 홀더에 그 회전축으로부터 동일 거리에 위치하도록 장착되는 주사탐침현미경.
  18. 제15항에 있어서, 상기 복수의 캔틸레버는 상기 홀더에 그 회전축으로부터 동일 거리에 위치하도록 장착되는 주사탐침현미경.
  19. 제15항에 있어서, 상기 홀더는 상기 지지부에 착탈 가능하게 결합되는 주사탐침현미경.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀더에 장착되는 복수의 캔틸레버에는 적어도 두 종류 이상의 서로 다른 물질적 특성을 측정할 수 있는 복수 종류의 탐침이 구비되는 주사탐침현미경.
  21. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이지는, 시료와 마주하는 캔틸레버의 탐침과 시료 사이의 간격 조정을 조정하는 스테이지를 포함하는 주사탐침현미경.
  22. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀더는, 상기 홀더의 회전에 의해 시료와 마주하는 캔틸레버를 바꾸어가면서 장착된 복수의 캔틸레버를 모두 사용한 후에 상기 지지부로부터 분리되는 주사탐침현미경.
  23. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사미러는 상기 홀더의 회전축에 설치되는 주사탐침현미경.
  24. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원 및 광검출기는 상기 탐침 헤드에 설치되는 주사탐침현미경.
  25. 삭제
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