KR102236590B1 - High-speed atomic force microscope - Google Patents

High-speed atomic force microscope Download PDF

Info

Publication number
KR102236590B1
KR102236590B1 KR1020190102291A KR20190102291A KR102236590B1 KR 102236590 B1 KR102236590 B1 KR 102236590B1 KR 1020190102291 A KR1020190102291 A KR 1020190102291A KR 20190102291 A KR20190102291 A KR 20190102291A KR 102236590 B1 KR102236590 B1 KR 102236590B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
scanner
atomic force
force microscope
coupling device
speed atomic
Prior art date
Application number
KR1020190102291A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210022917A (en
Inventor
이영중
박상준
루크 오두어르 오티에노
버나드 오우마 알룬다
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020190102291A priority Critical patent/KR102236590B1/en
Publication of KR20210022917A publication Critical patent/KR20210022917A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102236590B1 publication Critical patent/KR102236590B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/38Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders

Abstract

고속 원자힘 현미경이 개시된다. 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경은 평면 방향의 변위의 조절이 가능한 제1 스캐너; 상기 평면 방향과 수직한 방향의 변위의 조절이 가능한 제2 스캐너;를 포함하고, 상기 제1 스캐너로 조절되는 변위와 상기 제2 스캐너로 조절되는 변위는 서로 독립적일 수 있다. 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경은 상기 제1 스캐너 상에 배치되는 샘플에 레이저를 포커싱하는 대물렌즈;를 더 포함하고, 상기 제2 스캐너는 상기 대물렌즈에 결합 장치를 통해 결합될 수 있다. 상기 제1 스캐너는 상기 제2 스캐너와 물리적으로 분리될 수 있고, 상기 결합 장치의 일 측면에는 상기 제2 스캐너가 장착될 수 있는 홈이 형성될 수 있고, 상기 결합 장치에 홈이 형성된 측면과 다른 측면에는 상기 제1 스캐너에 샘플이 배치되는 면과 평행한 면을 가지도록 형성될 수 있다. A high-speed atomic force microscope is disclosed. A high-speed atomic force microscope according to the present invention comprises: a first scanner capable of adjusting displacement in a plane direction; A second scanner capable of adjusting a displacement in a direction perpendicular to the plane direction; and a displacement controlled by the first scanner and a displacement controlled by the second scanner may be independent of each other. The high-speed atomic force microscope according to the present invention further includes an objective lens for focusing a laser on a sample disposed on the first scanner, and the second scanner may be coupled to the objective lens through a coupling device. The first scanner may be physically separated from the second scanner, a groove in which the second scanner can be mounted may be formed on one side of the coupling device, and a side different from the side where the groove is formed in the coupling device The side surface may be formed to have a surface parallel to a surface on which the sample is disposed on the first scanner.

Description

고속 원자힘 현미경{HIGH-SPEED ATOMIC FORCE MICROSCOPE}High-speed atomic force microscope {HIGH-SPEED ATOMIC FORCE MICROSCOPE}

본 발명은 고속 원자힘 현미경에 관한 발명이다. The present invention relates to a high-speed atomic force microscope.

매우 작은 탐침(Probe)를 이용하여 시료의 표면을 관측하는 장비를 주사 탐침 현미경(Scanning Probe Microscope, SPM)이라 한다. 주사 탐침 현미경은 관측하는 방식에 따라 주사 터널링 현미경(Scanning Tunneling Microscope, STM)과 원자힘 현미경(Atomic Force Microscope, AFM) 등으로 나뉘어진다. A device that observes the surface of a sample using a very small probe is called a scanning probe microscope (SPM). Scanning probe microscopes are divided into scanning tunneling microscopes (STM) and atomic force microscopes (AFM), depending on how they are observed.

원자힘 현미경은 주사 터널링 현미경의 단점을 보완하기 위해 만들어진 장비로, 미세 탐침을 시료에 근접시켜 시료와 탐침 끝 사이의 미세한 원자간 상호 작용을 이용하여 표면 형상을 비롯한 다양한 특성을 측정할 수 있는 장치이다. 현미경의 캔틸레버에 달린 매우 작은 팁이 표면을 긁으며 측정하는 접촉 모드(Contact mode), 팁이 표면을 두드리며 측정하는 탭핑 모드(Tapping mode), 팁과 원자간의 반 데르 발스 힘을 이용하여 측정하는 비접촉 모드(Non-contact mode)가 있다.Atomic force microscope is a device made to compensate for the shortcomings of a scanning tunneling microscope.It is a device that can measure various properties including surface shape by using a micro-atomic interaction between the sample and the tip of the probe by bringing a fine probe close to the sample. to be. Contact mode for measuring by scratching the surface of a very small tip attached to the microscope's cantilever, tapping mode for measuring by tapping the surface of the tip, and non-contact measuring using van der Waals force between the tip and the atom. There is a non-contact mode.

도 1은 기존의 고속 원자힘 현미경의 스캐너의 구조를 나타내는 예시이다. 보다 상세하게는, 기존의 고속 원자힘 현미경에서의 X-Y-Z 축 스캐너가 도시된다.1 is an example showing the structure of a scanner of a conventional high-speed atomic force microscope. More specifically, an X-Y-Z axis scanner in a conventional high-speed atomic force microscope is shown.

도 1에 따르면 기존의 고속 원자힘 현미경에서는 AFM 헤드와 스캐너 부분을 따로 분리한 구조로 제공됨으로써, X-Y-Z 축 스캐너가 일체형으로 제공되거나, X-Y 축 스캐너와 Z 축 스캐너를 분리하여 사용하더라도 물리적으로 결합된 형태로 사용되는 구조를 사용하였다.According to FIG. 1, in the conventional high-speed atomic force microscope, the AFM head and the scanner are provided in a separate structure, so that the XYZ axis scanner is provided as an integrated unit, or even if the XY axis scanner and the Z axis scanner are used separately, they are physically combined. The structure used in the form was used.

기존의 고속 원자힘 현미경에서는 이로 인한 크로스 커플링 문제가 존재하였다. 크로스 커플링(Cross coupling, Cross talk)이란 한 축에서 변위가 발생하였을 때 다른 축에서도 영향을 받는 것을 의미한다. 예를 들어 X-Y 축 스캐너에서는 X축 압전 액츄에이터에 전압이 인가되면 액츄에이터에서 팽창이 일어나고 샘플 포지션 영역은 X축 방향으로만 변위가 발생하여야 하나, 크로스 커플링 문제 때문에 Y축으로도 미세하게 변위가 발생한다.In the conventional high-speed atomic force microscope, there was a cross-coupling problem due to this. Cross coupling (cross talk) means that when displacement occurs in one axis, it is affected by the other axis as well. For example, in an XY-axis scanner, when a voltage is applied to the X-axis piezoelectric actuator, the actuator expands and the sample position area must be displaced only in the X-axis direction, but due to the cross-coupling problem, slight displacement occurs in the Y-axis. do.

기존의 고속 원자힘 현미경에서의 X-Y-Z 축 스캐너에서는 X, Y, Z축 간의 크로스 커플링 현상이 발생한다. 즉 X-Y 축, Y-Z 축, X-Z 축 간의 크로스 커플링 현상이 발생한다. 이로 인해 X-Y 축 크로스 커플링의 경우 이미지의 측면(lateral) 방향의 정보가 왜곡되며, X-Z 축 또는 Y-Z 축 크로스 커플링의 경우 이미지의 높이(height) 방향의 정보가 왜곡될 수 있다. 이로 인해 정확한 관찰이 어렵게 되며, 이미지 왜곡 현상이 존재하는 문제점이 있었다. In the X-Y-Z axis scanner in the conventional high-speed atomic force microscope, cross-coupling between the X, Y, and Z axes occurs. In other words, cross-coupling occurs between the X-Y axis, Y-Z axis, and X-Z axis. Accordingly, in the case of X-Y axis cross coupling, information in the lateral direction of the image may be distorted, and in the case of X-Z axis or Y-Z axis cross coupling, information in the height direction of the image may be distorted. This makes it difficult to accurately observe, and there is a problem in that an image distortion phenomenon exists.

본 발명에서는 크로스 커플링 문제를 해결할 수 있는 고속 원자힘 현미경을 개시하고자 한다.In the present invention, it is intended to disclose a high-speed atomic force microscope capable of solving the cross-coupling problem.

본 발명에서는 크로스 커플링 문제를 해결할 수 있는 고속 원자힘 현미경의 결합 구조를 개시하고자 한다.In the present invention, it is intended to disclose a bonding structure of a high-speed atomic force microscope capable of solving the cross coupling problem.

본 발명에서는 제2 스캐너를 현미경 상에 장착할 수 있는 결합 장치를 제안하고자 한다. In the present invention, it is intended to propose a coupling device capable of mounting a second scanner on a microscope.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above. Other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

고속 원자힘 현미경이 개시된다.A high-speed atomic force microscope is disclosed.

본 발명의 일 실시예에 따른 고속 원자힘 현미경은 평면 방향의 변위의 조절이 가능한 제1 스캐너; 상기 평면 방향과 수직한 방향의 변위의 조절이 가능한 제2 스캐너;를 포함하고, 상기 제1 스캐너로 조절되는 변위와 상기 제2 스캐너로 조절되는 변위는 서로 독립적일 수 있다.A high-speed atomic force microscope according to an embodiment of the present invention includes: a first scanner capable of adjusting displacement in a plane direction; A second scanner capable of adjusting a displacement in a direction perpendicular to the plane direction; and a displacement controlled by the first scanner and a displacement controlled by the second scanner may be independent of each other.

상기 고속 원자힘 현미경은 상기 제1 스캐너 상에 배치되는 샘플에 레이저를 포커싱하는 대물렌즈;를 더 포함하고, 상기 제2 스캐너는 상기 대물렌즈에 결합 장치를 통해 결합될 수 있다.The high-speed atomic force microscope further includes an objective lens for focusing a laser on a sample disposed on the first scanner, and the second scanner may be coupled to the objective lens through a coupling device.

상기 제1 스캐너는 상기 제2 스캐너와 물리적으로 분리될 수 있다. The first scanner may be physically separated from the second scanner.

상기 결합 장치의 일 측면에는 상기 제2 스캐너가 장착될 수 있는 홈이 형성될 수 있다. A groove in which the second scanner may be mounted may be formed on one side of the coupling device.

상기 결합 장치에 홈이 형성된 측면과 다른 측면에는 상기 제1 스캐너에 샘플이 배치되는 면과 평행한 면을 가지도록 형성될 수 있다. The coupling device may be formed to have a surface parallel to a surface on which the sample is disposed on the first scanner on a side other than the side where the groove is formed.

상기 제2 스캐너는 270kHz 이상의 공진주파수를 가지는 압전 칩을 포함하도록 구성될 수 있다. The second scanner may be configured to include a piezoelectric chip having a resonant frequency of 270 kHz or higher.

상기 제2 스캐너에는 캔틸레버를 포함하는 AFM 프로브;가 장착되고, 상기 AFM 프로브는 상기 AFM 프로브가 장착된 제2 스캐너의 공진주파수가 50kHz 이상의 공진주파수를 가지도록 조절된 질량을 가질 수 있다. An AFM probe including a cantilever is mounted on the second scanner, and the AFM probe may have a mass adjusted so that the resonance frequency of the second scanner on which the AFM probe is mounted has a resonance frequency of 50 kHz or more.

상기 AFM 프로브는 상기 결합 장치로부터 돌출되어 제공될 수 있다.The AFM probe may be provided to protrude from the coupling device.

본 발명에서는 크로스 커플링 문제가 해결된 고속 원자힘 현미경 및 결합 구조가 개시됨으로써, 보다 정확한 현미경 관찰 결과를 얻을 수 있다.In the present invention, a high-speed atomic force microscope and a bonding structure in which the cross-coupling problem is solved are disclosed, so that more accurate microscopic observation results can be obtained.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects. Effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the present specification and the accompanying drawings.

도 1은 기존의 고속 원자힘 현미경의 스캐너의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 원자힘 현미경의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경의 광학 요소 배치를 나타내는 다이어그램이다.
도 4(a) 내지 도 4(d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 장치 및 AFM 프로브를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경에 결합 장치가 결합되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6(a) 내지 도 6(b)는 본 발명의 고속 원자힘 현미경의 결합 구조를 측면에서 바라본 도면이다.
1 is a perspective view showing the structure of a scanner of a conventional high-speed atomic force microscope.
2 is a side view of a high-speed atomic force microscope according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the arrangement of optical elements of a high-speed atomic force microscope according to the present invention.
4(a) to 4(d) are views showing a coupling device and an AFM probe according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a structure in which the coupling device is coupled to the high-speed atomic force microscope according to the present invention.
6(a) to 6(b) are views as viewed from the side of the bonding structure of the high-speed atomic force microscope of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in describing a preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions.

어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다."Including" a certain component means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. Specifically, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features or It is to be understood that the presence or addition of numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude the possibility of preliminary exclusion.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first and second may be used to describe various constituent elements, but the constituent elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation.

도 1은 기존의 고속 원자힘 현미경의 스캐너의 구조를 나타낸 도면이다. 전술한 바와 같이, 기존의 고속 원자힘 현미경에서는 X-Y-Z 축 스캐너가 분리되지 아니하고 일체형으로 제공되어, 어느 한 방향으로 움직이는 경우에도 나머지 방향의 변위에 영향을 받게 되는 크로스 커플링 현상으로 인해 정확한 결과를 얻을 수 없는 문제점이 있었다.1 is a diagram showing the structure of a scanner of a conventional high-speed atomic force microscope. As described above, in the conventional high-speed atomic force microscope, the XYZ axis scanner is not separated but provided as an integral unit, so that even when moving in one direction, accurate results can be obtained due to the cross-coupling phenomenon that is affected by the displacement in the other direction. There was a problem that could not be.

본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경은 평면 방향의 변위를 발생시키는 제1 스캐너와, 평면 방향과 수직한 방향으로 변위를 발생시키는 제2 스캐너를 포함하도록 구성되며, 제1 스캐너로 조절되는 변위와 제2 스캐너로 조절되는 변위는 서로 독립적으로 제공됨으로써 종전의 고속 원자힘 현미경에서 존재했던 크로스 커플링 문제를 개선할 수 있다. 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경의 제1 스캐너와 제2 스캐너는 물리적으로 분리되도록 제공되며, 제2 스캐너는 별도의 결합 장치를 통해 고속 원자힘 현미경에 결합될 수 있다. 이 때 제1 스캐너는 X-Y 스캐너, 제2 스캐너는 Z 스캐너일 수 있다. 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경의 제2 스캐너는 별도의 결합 장치를 통해 대물 렌즈에 결합됨으로써 제1 스캐너와 제2 스캐너의 완전한 분리 구조를 얻을 수 있으며, 이로 인해 제1 스캐너와 제2 스캐너는 독립적으로 동작할 수 있다. 제2 스캐너는 최소한의 부품만 포함하도록 제공됨으로써 불필요한 질량을 줄이도록 구성되어, 높은 공진주파수를 확보할 수 있다. 이로 인해 제2 스캐너의 고속 스캔을 확보할 수 있는 효과가 있다.The high-speed atomic force microscope according to the present invention is configured to include a first scanner that generates displacement in a plane direction, and a second scanner that generates displacement in a direction perpendicular to the plane direction. 2 The displacement controlled by the scanner can be provided independently of each other, thereby improving the cross-coupling problem that existed in the previous high-speed atomic force microscope. The first scanner and the second scanner of the high-speed atomic force microscope according to the present invention are provided to be physically separated, and the second scanner may be coupled to the high-speed atomic force microscope through a separate coupling device. In this case, the first scanner may be an X-Y scanner, and the second scanner may be a Z scanner. The second scanner of the high-speed atomic force microscope according to the present invention is coupled to the objective lens through a separate coupling device, thereby obtaining a complete separation structure of the first scanner and the second scanner, whereby the first scanner and the second scanner are Can operate independently. The second scanner is configured to reduce unnecessary mass by being provided to include only a minimum number of parts, so that a high resonant frequency can be secured. For this reason, there is an effect of securing a high-speed scan of the second scanner.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경의 구조에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 이하에서 자세한 구조를 서술하기 이전에, 본 발명의 적용 기술분야에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings, the structure of the high-speed atomic force microscope according to the present invention will be described in detail. However, before describing the detailed structure in the following, a detailed description will be given of the field of application of the present invention.

본 발명은 고속 원자힘 현미경의 구조에 관한 발명이다. 이는 기존의 원자힘 현미경과는 일부 차이가 존재한다.The present invention relates to the structure of a high-speed atomic force microscope. This is somewhat different from the conventional atomic force microscope.

기존의 원자힘 현미경의 경우 낮은 대역폭을 가지며, 폐루프 제어를 통해 스캐너의 변위를 실시간으로 측정하며 보정하여 정확한 위치 이동이 가능하였으며, 수 Hz 이하의 스캔 스피드로 작동하는 특징이 있다. Conventional atomic force microscopes have a low bandwidth, and through closed-loop control, the displacement of the scanner can be measured and corrected in real time to enable accurate position movement, and operates at a scan speed of several Hz or less.

본 발명의 기술 영역인 고속 원자힘 현미경에서는 높은 대역폭을 가지며, 수백Hz 이하의 스캔 스피드로 작동할 수 있다. The high-speed atomic force microscope, which is the technical field of the present invention, has a high bandwidth and can operate at a scan speed of several hundred Hz or less.

기존 원자힘 현미경의 스캐너에서는 스캐너들의 공진 주파수가 최대로 높더라도 3kHz 수준에서 형성되는 것으로 확인된다. 따라서 기존 원자힘 현미경에서는 공진 주파수에 의해 스캔 속도가 제한을 받으므로 보다 느린 속도로 스캔이 수행되는 특징이 있었다.In the scanners of the existing atomic force microscope, it is confirmed that the scanners are formed at the 3 kHz level even if the resonance frequency of the scanners is the highest. Therefore, in the conventional atomic force microscope, since the scan speed is limited by the resonance frequency, the scan is performed at a slower speed.

그러나 고속 원자힘 현미경의 스캐너의 경우 X-Y 스캐너의 공진 주파수가 5kHz 이상으로 제공되는 것으로 확인되는 점에서 차이가 있다.However, in the case of a scanner of a high-speed atomic force microscope, there is a difference in that it is confirmed that the resonance frequency of the X-Y scanner is provided at 5 kHz or more.

원자힘 현미경에서의 스캔 시의 최대 스캔 속도는 스캔할 샘플 면적의 폭과, 프레임이 가지는 라인 숫자, 피드백 대역폭 등에 영향을 받을 수 있다. 최대 스캔 속도는 피드백 대역폭에 비례하는 특징을 가지며, 피드백 대역폭은 제어(controller) 대역폭과 감지(detector) 대역폭, Z-스캐너의 대역폭 및 캔틸레버의 대역폭을 모두 고려하여 결정될 수 있다.The maximum scan speed when scanning in an atomic force microscope can be affected by the width of the sample area to be scanned, the number of lines in the frame, and the feedback bandwidth. The maximum scan rate has a characteristic proportional to the feedback bandwidth, and the feedback bandwidth may be determined in consideration of all of a controller bandwidth and a detector bandwidth, a bandwidth of a Z-scanner, and a bandwidth of a cantilever.

기존의 원자힘 현미경의 경우 대역폭이 상대적으로 작게 형성된다. 일 예시에 따르면, 기존의 원자힘 현미경의 전압증폭기의 경우 대역폭은 50kHz 미만으로 확인된다. 반면 고속 원자힘 현미경의 전압증폭기의 대역폭은 약 8MHz 정도로 확인된다.In the case of the conventional atomic force microscope, the bandwidth is formed relatively small. According to an example, in the case of a voltage amplifier of a conventional atomic force microscope, the bandwidth is confirmed to be less than 50 kHz. On the other hand, the bandwidth of the voltage amplifier of the high-speed atomic force microscope is confirmed to be about 8 MHz.

전술한 바와 같은 측면에서 기존의 원자힘 현미경과 고속 원자힘 현미경의 차이가 존재한다. 본 발명은 고속으로 스캐닝이 가능한 고속 원자힘 현미경에 대한 발명임을 전제로 하여 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경의 구조를 이하에서 설명한다.In the aspect as described above, there is a difference between the conventional atomic force microscope and the high-speed atomic force microscope. The structure of the high-speed atomic force microscope according to the present invention will be described below on the premise that the present invention relates to a high-speed atomic force microscope capable of scanning at high speed.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 원자힘 현미경의 측면도를 나타내는 도면이다. 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경은 다양한 일 구성요소들을 포함할 수 있다.2 is a view showing a side view of a high-speed atomic force microscope according to an embodiment of the present invention. The high-speed atomic force microscope according to the present invention may include a variety of components.

도 2에 따르면, 고속 원자힘 현미경은 카메라(1), 비구면 렌즈(2), 리드아웃 서킷(3), PSPD(4), 제1 필터(5), 제1 빔 스플리터(6), 제1 거울(7), 제2 빔 스플리터(8), 편광판(9), 제2 거울(10), 대물 렌즈(11), 결합 장치(12), 제2 스캐너 마운트(13'), 제2 스캐너(13), AFM 프로브 마운트(14'), AFM 프로브(14) 및 제1 스캐너(15)를 포함할 수 있다.According to FIG. 2, the high-speed atomic force microscope includes a camera 1, an aspherical lens 2, a readout circuit 3, a PSPD 4, a first filter 5, a first beam splitter 6, and a first Mirror (7), second beam splitter (8), polarizing plate (9), second mirror (10), objective lens (11), coupling device (12), second scanner mount (13'), second scanner ( 13), an AFM probe mount 14', an AFM probe 14, and a first scanner 15.

상기 실시 예는 고속 원자힘 현미경의 일 실시예에 해당하며, 일 구성요소는 동일한 기능을 하는 다른 구성요소로 대체될 수 있음은 자명하다. 본 발명의 기술분야의 통상의 기술자가 변경할 수 있는 범위에서 고속 원자힘 현미경의 일 구성요소는 변경되어 제공될 수 있다. 고속 원자힘 현미경에 포함되는 각 구성요소의 역할은 이하와 같이 설명될 수 있다.It is obvious that the above embodiment corresponds to an embodiment of a high-speed atomic force microscope, and that one component can be replaced with another component having the same function. One component of the high-speed atomic force microscope may be provided with a change within the range that can be changed by a person skilled in the art. The role of each component included in the high-speed atomic force microscope can be described as follows.

카메라(1)를 이용하여 제1 스캐너(15) 상에 위치하는 샘플 및 캔틸레버의 뒷표면과 초점이 맺힌 블루 레이저 및 레드 레이저를 쉽게 관찰할 수 있다. 이는 광학 정렬 시 활용할 수 있다. 카메라(1)는 CCD 카메라일 수 있다. CCD 카메라(1)의 근접한 부분에는 비구면 렌즈(Aspheric lens)(2)가 장착될 수 있다. 비구면 렌즈(2)는 CCD 카메라(1) 상에 이미지를 형성할 수 있다.Using the camera 1, the sample positioned on the first scanner 15 and the blue laser and the red laser in focus with the rear surface of the cantilever can be easily observed. This can be used for optical alignment. The camera 1 may be a CCD camera. An aspheric lens 2 may be mounted at a portion adjacent to the CCD camera 1. The aspherical lens 2 can form an image on the CCD camera 1.

리드아웃 서킷(readout circuit)(3)은 포토 다이오드로부터 나오는 전류 신호를 전압 신호로 변환한 후, AFM 피드백 기능에 관련된 좌우 / 상하 편향 정도에 따른 신호 및 합산 신호를 계산하는데 사용된다.The readout circuit (3) is used to convert the current signal from the photodiode into a voltage signal, and then calculate the signal and sum signal according to the degree of left/right deflection related to the AFM feedback function.

PSPD(Position sensitive photo diode)(4)는 PSPD 표면에 입사되는 레드 레이저의 위치를 감지하기 위해 사용되는 센서일 수 있다.The position sensitive photo diode (PSPD) 4 may be a sensor used to detect a position of a red laser incident on the surface of the PSPD.

제1 필터(5)는 550nm의 컷 오프(cut-off) 파장을 가진다. 즉 550nm 미만의 파장은 차단시킬 수 있다. 제1 필터는 옐로우 필터(Yellow Filter)일 수 있다. 제1 필터(5)는 반사된 레드 레이저 이외의 다른 원하지 않는 빛이 PSPD(4)에 입사되는 것을 방지할 수 있다.The first filter 5 has a cut-off wavelength of 550 nm. That is, wavelengths less than 550 nm can be blocked. The first filter may be a yellow filter. The first filter 5 may prevent unwanted light other than the reflected red laser from entering the PSPD 4.

제1 빔 스플리터(6)는 반사되어 들어오는 레드 레이저를 분할하여 일부는 카메라(1)로 향하게 하고, 나머지는 PSPD(4)로 향하게 한다. 제1 빔 스플리터(6)는 유리일 수 있다. 제1 빔 스플리터(6)는 비-편광 빔 스플리터(non-polarizing beam splitter)일 수 있다.The first beam splitter 6 splits the reflected and incoming red laser so that part of it is directed to the camera 1 and the rest is directed to the PSPD 4. The first beam splitter 6 may be glass. The first beam splitter 6 may be a non-polarizing beam splitter.

제1 거울(7)은 레드 레이저를 반사시켜 PSPD(4)의 방향으로 향하게 한다.The first mirror 7 reflects the red laser and directs it in the direction of the PSPD 4.

제2 빔 스플리터(8)는 레드 레이저를 S파와 P파로 분광한다. 제2 빔 스플리터(8)는 분광된 레드 레이저에서 S파는 반사시키고 P파는 투과시킨다. 제 2 빔 스플리터(8)는 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)일 수 있다.The second beam splitter 8 splits the red laser into S-waves and P-waves. The second beam splitter 8 reflects the S wave and transmits the P wave from the spectroscopic red laser. The second beam splitter 8 may be a polarizing beam splitter.

편광판(9)은 레드 레이저의 편광방향을 45도만큼 바꾸는 역할을 한다. 편광판(9)으로 입사되는 S파는 편광판(9)을 통과한 후 편광 방향이 45도만큼 바뀐 후 캔틸레버를 향한다. 그 후 캔틸레버에 반사되어 돌아오는 레드 레이저는 다시 편광판(9)을 통과하며 편광 방향이 45도만큼 바뀌어 P파로 바뀌어진다. 바뀌어진 P파는 편광판(9) 위에 구성하는 제2 빔 스플리터(8)에서 투과 되어 제1 거울(7) 방향으로 향한다.The polarizing plate 9 serves to change the polarization direction of the red laser by 45 degrees. The S wave incident on the polarizing plate 9 passes through the polarizing plate 9 and then changes the polarization direction by 45 degrees and then goes toward the cantilever. After that, the red laser reflected by the cantilever and returned passes through the polarizing plate 9 again, and the polarization direction is changed by 45 degrees to change to a P wave. The changed P wave is transmitted from the second beam splitter 8 configured on the polarizing plate 9 and is directed toward the first mirror 7.

제2 거울(10)은 다이크로익 미러(Dichroic mirror)일 수 있다. 제2 거울(10)은 특정 파장의 빛을 반사 또는 투과 시키는 성질을 가진다. 본 발명에 따른 제2 거울(10)은 레드 레이저는 통과시키고 블루 레이저는 반사시킬 수 있다.The second mirror 10 may be a dichroic mirror. The second mirror 10 has a property of reflecting or transmitting light of a specific wavelength. The second mirror 10 according to the present invention may pass the red laser and reflect the blue laser.

대물 렌즈(11)는 레드 레이저와 블루 레이저를 포커싱 하는 데 사용된다. 포커스 된 두 레이저는 캔틸레버의 뒷면에 초점을 형성하게 된다. 이 때, 40마이크로미터 미만의 직경을 가지는 스팟이 맺혀질 수 있다.The objective lens 11 is used to focus the red laser and the blue laser. The two focused lasers are focused on the back of the cantilever. At this time, spots having a diameter of less than 40 micrometers may be formed.

결합 장치(12)는 제2 스캐너(13)와 대물 렌즈(11)를 물리적으로 연결할 수 있다. 결합 장치(12)에는 제2 스캐너 마운트(13'), 제2 스캐너(13), AFM 프로브 마운트(14') 및 AFM 프로브(14)가 장착될 수 있다. 결합 장치(12)와 제2 스캐너(13)의 사이에는 제2 스캐너 마운트(13')가 장착될 수 있다. AFM 프로브(14)는 홀더(14a), 캔틸레버(14b) 및 팁(14c)으로 구성될 수 있다. AFM 프로브(14)와 제2 스캐너(13)의 사이에는 AFM 프로브 마운트(14')가 장착될 수 있다. 결합 장치(12)의 보다 자세한 구조는 도 4에서 후술한다.The coupling device 12 may physically connect the second scanner 13 and the objective lens 11. The coupling device 12 may be equipped with a second scanner mount 13 ′, a second scanner 13, an AFM probe mount 14 ′, and an AFM probe 14. A second scanner mount 13 ′ may be mounted between the coupling device 12 and the second scanner 13. The AFM probe 14 may be composed of a holder 14a, a cantilever 14b, and a tip 14c. An AFM probe mount 14 ′ may be mounted between the AFM probe 14 and the second scanner 13. A more detailed structure of the coupling device 12 will be described later in FIG. 4.

제2 스캐너(13)는 고속 원자힘 현미경의 작동 중 일정한 피드백 파라미터를 유지하기 위해 수직방향으로 미세한 변위를 동작시킬 수 있다. 제2 스캐너(13)는 Z 축 스캐너일 수 있다.The second scanner 13 may operate a fine displacement in the vertical direction to maintain a constant feedback parameter during operation of the high-speed atomic force microscope. The second scanner 13 may be a Z-axis scanner.

AFM 프로브(14)에는 캔틸레버 끝단에 뾰족한 팁(14c)이 형성될 수 있다. AFM 프로브(14)는 캔틸레버(14b)의 끝단의 팁(14c)을 통해 샘플과 상호작용을 수행할 수 있다. 샘플은 제1 스캐너(15)의 상부 면에 위치할 수 있다. AFM probe (14) at the end of the cantilever A pointed tip 14c may be formed. The AFM probe 14 may interact with the sample through the tip 14c at the end of the cantilever 14b. The sample may be located on the upper surface of the first scanner 15.

제1 스캐너(15)는 스캔 중 평면 방향의 미세한 변위 이동을 동작시킬 수 있다. 제1 스캐너(15)는 X-Y 축 스캐너일 수 있다.The first scanner 15 may operate a fine displacement movement in a plane direction during scanning. The first scanner 15 may be an X-Y axis scanner.

전술한 바와 같이 고속 원자힘 현미경은 다양한 구성요소를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경에서 특징이 있는 구성요소에 대해 이하에서 부가적으로 설명한다.As described above, a high-speed atomic force microscope can include a variety of components. Components characterized in the high-speed atomic force microscope according to the present invention will be additionally described below.

본 발명에 따른 리드아웃 서킷(3)은 고 대역폭을 가지도록 설정될 수 있다. 본 발명에 따른 리드아웃 서킷(3)은 고속 원자힘 현미경의 속도에 대응되는 대역폭을 가지도록 설정될 수 있다. 리드아웃 서킷(3)은 고속 원자힘 현미경의 속도에 대응되는 대역폭을 가지도록 설정됨으로써, 고속 원자힘 현미경의 신호를 보다 신속하게 처리할 수 있는 효과가 있다.The readout circuit 3 according to the present invention can be set to have a high bandwidth. The readout circuit 3 according to the present invention may be set to have a bandwidth corresponding to the speed of a high-speed atomic force microscope. The readout circuit 3 is set to have a bandwidth corresponding to the speed of the high-speed atomic force microscope, thereby having the effect of processing the signal of the high-speed atomic force microscope more quickly.

본 발명에 따른 제2 스캐너(13)는 일정한 공진주파수 이상을 가지는 압전 칩을 포함할 수 있다. 제2 스캐너(13)는 270kHz 이상의 공진주파수를 가지는 압전 칩을 포함할 수 있다. 제2 스캐너(13)는 다른 구성요소는 포함하지 아니하고 압전 칩만을 포함할 수 있다. The second scanner 13 according to the present invention may include a piezoelectric chip having a certain resonance frequency or more. The second scanner 13 may include a piezoelectric chip having a resonant frequency of 270 kHz or higher. The second scanner 13 may not include other components and may include only a piezoelectric chip.

제2 스캐너(13)에 결합된 다른 요소의 질량이 증가하는 경우 제2 스캐너(13)의 공진주파수는 감소한다. 즉, 제2 스캐너(13)에 결합된 다른 요소의 질량이 감소할수록 제2 스캐너(13)의 공진 주파수는 높아지게 되어 고속 스캔이 가능한 효과가 존재한다.When the mass of other elements coupled to the second scanner 13 increases, the resonant frequency of the second scanner 13 decreases. That is, as the mass of other elements coupled to the second scanner 13 decreases, the resonant frequency of the second scanner 13 increases, thereby enabling high-speed scanning.

고속 원자힘 현미경에서의 스캔 속도는 제2 스캐너(13)의 하부에 장착되는 AFM 프로브 마운트(14')와 AFM 프로브(14)의 질량에 영향을 받을 수 있다. 따라서 고속 원자힘 현미경에서의 제2 스캐너(13)는 고속 스캔이 가능하도록 하기 위한 질량 감소가 요구된다.The scan speed in the high-speed atomic force microscope may be affected by the mass of the AFM probe mount 14 ′ and the AFM probe 14 mounted under the second scanner 13. Therefore, the second scanner 13 in the high-speed atomic force microscope is required to reduce the mass to enable high-speed scanning.

기존의 원자힘 현미경에서의 Z축 스캐너는 금속 구조물의 형태이다. Z 축 스캐너의 세부 모델에 따라 2~3 kHz 정도의 공진 주파수를 가지도록 제공될 수 있다. 기존의 원자힘 현미경의 Z 축 스캐너의 내부에는 압전 소자가 장착되어 있을 수 있다. 상용화된 원자힘 현미경의 Z축 스캐너의 일 예시로 P-752.21C 모델이 사용될 수 있다. 상기 P-752.21C 모델 내부에는 PICMA® P-885 압전 액츄에이터가 포함되어 제공될 수 있다. 상기 Z축 스캐너 모델은 높은 변위 스트로크가 가능하며, 전기 용량성(capacitive) 센서가 탑재되어 있어 정확한 위치 이동을 할 수 있다. 그러나 구조적인 측면에서 발생하는 질량의 증가 때문에 Z축 스캐너의 공진 주파수가 낮아지게 되어, 고속 스캔의 경우 적합하지 아니하였다.Z-axis scanners in conventional atomic force microscopes are in the form of metal structures. Depending on the detailed model of the Z-axis scanner, it can be provided to have a resonant frequency of 2 to 3 kHz. A piezoelectric element may be mounted inside the Z-axis scanner of a conventional atomic force microscope. As an example of a commercially available Z-axis scanner of an atomic force microscope, the P-752.21C model may be used. In the P-752.21C model, a PICMA® P-885 piezoelectric actuator may be included and provided. The Z-axis scanner model is capable of a high displacement stroke and is equipped with a capacitive sensor, so that accurate position movement can be performed. However, the resonant frequency of the Z-axis scanner decreases due to the increase in mass generated from the structural aspect, and thus, it is not suitable for high-speed scanning.

또한 Z축 스캐너의 외부에는 부가적으로 AFM 프로브 등의 부품이 장착되어, 더욱 공진주파수가 낮아지게 되는 문제가 있다. 이는 일반 원자힘 현미경에는 적합하나, 기계적인 구조로 인한 낮은 공진주파수 때문에 고속 원자힘 현미경 용으로는 부적합하였다.In addition, components such as an AFM probe are additionally mounted on the outside of the Z-axis scanner, so that the resonance frequency is further lowered. This is suitable for general atomic force microscopy, but it is not suitable for high speed atomic force microscopy due to the low resonance frequency due to the mechanical structure.

고속 원자힘 현미경의 구현을 위해서는 기계적인 부품과 함께 연결된 전자 장비들도 모두 고속을 이루어야 한다. 고속 원자힘 현미경에서는 관찰 대상이 되는 샘플의 굴곡을 빠른 속도로 쫓아가야 하나, Z 축 스캐너의 동작 속도가 느리면 샘플 표면 형상을 제대로 읽을 수 없다. 종래 기술에서 원자힘 현미경을 고속으로 구동 시 문제되었던 부분 중 하나가 Z 스캐너의 피드백 문제이다.In order to implement a high-speed atomic force microscope, all electronic equipment connected together with mechanical components must achieve high speed. In a high-speed atomic force microscope, the curve of the sample to be observed needs to be followed at a high speed, but if the Z-axis scanner is running slowly, the shape of the sample surface cannot be read properly. One of the problems in the prior art when driving the atomic force microscope at high speed is the feedback problem of the Z scanner.

즉 고속 원자힘 현미경에서는 빠른 피드백 컨트롤이 요구되며, 빠른 피드백으로 인한 캔틸레버의 공진현상을 피하기 위해서는 캔틸레버의 공진주파수가 충분히 높아야 한다.That is, in a high-speed atomic force microscope, fast feedback control is required, and the resonance frequency of the cantilever must be sufficiently high in order to avoid the resonance phenomenon of the cantilever due to fast feedback.

본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경의 제2 스캐너(13)는 270kHz의 공진주파수를 가지는 압전 칩을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 제2 스캐너(13)에서는 AFM 프로브(14) 및 AFM 프로브 마운트(14')의 질량을 조절함으로써, 제2 스캐너(13)에 AFM 프로브(14) 및 AFM 프로브 마운트(14')가 장착된 상태에서 50kHz 이상의 공진주파수를 가질 수 있다. AFM 프로브(14) 및 AFM 프로브 마운트(14')가 제2 스캐너(13)의 하부에 장착되더라도, AFM 프로브(14) 및 AFM 프로브 마운트(14')의 질량을 최대한 가볍게 선택함으로써 공진주파수를 일정 수준의 공진 주파수 이상으로 유지하여 고속 스캔을 확보할 수 있다. 일정 수준의 공진 주파수는 50kHz 일 수 있다. 또한 제2 스캐너(13)에 별도의 구조물을 부가하지 아니함으로써 컴팩트하고 심플한 구조를 확보할 수 있다.The second scanner 13 of the high-speed atomic force microscope according to the present invention may include a piezoelectric chip having a resonant frequency of 270 kHz. In the second scanner 13 according to the present invention, by adjusting the mass of the AFM probe 14 and the AFM probe mount 14', the AFM probe 14 and the AFM probe mount 14' in the second scanner 13 It can have a resonant frequency of 50kHz or more when is mounted. Even if the AFM probe 14 and AFM probe mount 14' are mounted under the second scanner 13, the resonant frequency is constant by selecting the masses of the AFM probe 14 and AFM probe mount 14' as light as possible. High-speed scan can be secured by maintaining it above the level of resonant frequency. The resonant frequency of a certain level may be 50 kHz. In addition, a compact and simple structure can be secured by not adding a separate structure to the second scanner 13.

본 발명의 일 실시예에 따르면 AFM 프로브 마운트(14')와 AFM 프로브(14)의 질량은 549mg으로 측정될 수 있다. 270kHz의 공진주파수를 가지는 압전 칩, 즉 제2 스캐너(13)의 하부에 AFM 프로브 마운트(14') 및 AFM 프로브(14)를 장착하면 질량의 증가에 대한 영향으로 공진주파수가 하강한다. 제2 스캐너(13)는 압전 칩 만으로 구성됨으로써, 기타 기계적인 구조물이 장착되지 아니하여 그 자체로 높은 공진주파수를 확보할 수 있으며, 부가적으로 AFM 프로브(14) 및 AFM 프로브 마운트(14')가 장착되더라도 50kHz 이상의 공진주파수를 확보함으로써 고속 스캔이 가능한 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, the masses of the AFM probe mount 14 ′ and the AFM probe 14 may be measured as 549 mg. When the AFM probe mount 14' and the AFM probe 14 are mounted on a piezoelectric chip having a resonance frequency of 270 kHz, that is, under the second scanner 13, the resonance frequency decreases due to an increase in mass. Since the second scanner 13 is composed of only a piezoelectric chip, other mechanical structures are not mounted, and thus a high resonant frequency can be secured by itself, and additionally, the AFM probe 14 and the AFM probe mount 14' Even if is installed, high-speed scanning is possible by securing a resonant frequency of 50 kHz or more.

본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경의 제2 스캐너(13)는 오픈 루프로 제어됨으로써 신속한 처리가 가능한 효과가 존재한다.The second scanner 13 of the high-speed atomic force microscope according to the present invention has an effect of enabling rapid processing by being controlled by an open loop.

도 3은 도 2에서 설명된 고속 원자힘 현미경의 구성요소들을 바탕으로, 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경이 어떠한 방식으로 샘플을 관찰 가능한지 설명하기 위한 광학 요소들을 나타내는 다이어그램이다. 도 3에는 도 2에 따른 고속 원자힘 현미경의 구성요소가 간략하게 도시되었다. 제2 빔 스플리터(8)와, 제2 거울(10)과 같은 높이 상에는 각각 제1 레이저(20) 및 제2 레이저(30)가 인가될 수 있다. 제1 레이저(20)는 레드 레이저일 수 있다. 제2 레이저(30)는 블루 레이저일 수 있다. 레드 레이저는 635nm 파장의 레이저로서, 감지(detection) 용도로 사용될 수 있다. 블루 레이저는 405nm 파장의 레이저로서, 여기(excitation) 시키는 용도로 사용될 수 있다. 블루 레이저는 광열 여기 특성을 활용하여 캔틸레버를 강제로 진동시킬 수 있다. 접촉 모드(contact mode)로 사용할 경우에는 레드 레이저를 사용하고, 비접촉 모드(non-contact mode) 및 탭핑 모드(tapping mode)로 사용할 경우에는 레드 레이저 및 블루 레이저를 모두 사용할 수 있다.3 is a diagram showing optical elements for explaining how a sample can be observed by the high-speed atomic force microscope according to the present invention based on the components of the high-speed atomic force microscope described in FIG. 2. 3 schematically shows the components of the high-speed atomic force microscope according to FIG. 2. The first laser 20 and the second laser 30 may be applied respectively on the same height as the second beam splitter 8 and the second mirror 10. The first laser 20 may be a red laser. The second laser 30 may be a blue laser. The red laser is a laser with a wavelength of 635 nm and can be used for detection. The blue laser is a laser with a wavelength of 405 nm and can be used for excitation. The blue laser can force the cantilever to vibrate by utilizing the photothermal excitation property. When used in a contact mode, a red laser can be used, and when used in a non-contact mode and a tapping mode, both a red laser and a blue laser can be used.

이하에서는 레드 레이저를 이용하여 샘플을 관찰하는 경우를 가정하여 설명한다. 레드 레이저는 제2 빔 스플리터(8)를 향해 레드 레이저를 인가할 수 있다. 제2 빔 스플리터(8)는 레드 레이저를 S파와 P파로 분광하고, S파는 편광판(9) 방향으로 반사 될 수 있다. 편광판(9)으로 입사된 레드 레이저는 편광 방향이 일정 각도 변화하여 캔틸레버를 향해 인가될 수 있다. 제2 거울(10)은 레드 레이저는 통과시키고, 블루 레이저는 반사시킬 수 있다. 대물 렌즈(11)는 제2 거울(10)로부터 인가된 레드 레이저 및 블루 레이저를 포커싱 하고, 캔틸레버의 뒷면에 초점을 형성한다. 제2 스캐너(13) 및 제1 스캐너(15)는 캔틸레버를 이용한 스캔 중 미세한 변위를 조절할 수 있다.Hereinafter, it is assumed that a sample is observed using a red laser. The red laser may apply a red laser toward the second beam splitter 8. The second beam splitter 8 speculates the red laser into S waves and P waves, and the S waves may be reflected in the direction of the polarizing plate 9. The red laser incident on the polarizing plate 9 may be applied toward the cantilever by changing the polarization direction by a predetermined angle. The second mirror 10 may pass the red laser and reflect the blue laser. The objective lens 11 focuses the red laser and blue laser applied from the second mirror 10 and forms a focus on the back side of the cantilever. The second scanner 13 and the first scanner 15 may adjust minute displacement during scanning using a cantilever.

AFM 프로브(14)는 끝단에 위치한 팁(14c)을 이용하여 샘플 표면에 접촉하거나 혹은 비접촉 모드, 탭핑 모드를 이용하여 샘플을 인지한다. 샘플 표면의 원자와 캔틸레버의 끝에 달린 팁(14c) 사이의 원자력은 캔틸레버를 아래 또는 위로 휘게 하고, 캔틸레버의 각도 변위는 캔틸레버에서 반사되는 레이저 광선의 각도를 편향시킨다. 캔틸레버에서 반사되는 레이저 빔의 편향 정도를 포토다이오드(PSPD)(4)로 측정함으로써 샘플 표면의 굴곡을 알아낼 수 있다.The AFM probe 14 contacts the sample surface using a tip 14c located at the tip, or recognizes the sample using a non-contact mode or a tapping mode. Nuclear power between the atoms on the sample surface and the tip 14c attached to the end of the cantilever deflects the cantilever downward or upward, and the angular displacement of the cantilever deflects the angle of the laser beam reflected from the cantilever. By measuring the degree of deflection of the laser beam reflected from the cantilever with a photodiode (PSPD) 4, it is possible to find out the curvature of the sample surface.

도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명에 따른 결합 장치(12)의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도 4(a)는 본 발명에 따른 결합 장치(12)의 측면도이다. 도 4(b)는 도 4(a)의 결합 장치(12)를 B축으로 자른 단면도이다. 도 4(c)는 본 발명에 따른 결합 장치(12)의 사시도이다. 도 4(d)는 본 발명에 따른 AFM 프로브(14)의 사시도이다. 4(a) to 4(c) are views showing an embodiment of the coupling device 12 according to the present invention. Fig. 4(a) is a side view of a coupling device 12 according to the invention. Fig. 4(b) is a cross-sectional view of the coupling device 12 of Fig. 4(a) taken along the B axis. Fig. 4(c) is a perspective view of a coupling device 12 according to the present invention. 4(d) is a perspective view of the AFM probe 14 according to the present invention.

이해를 돕기 위해 도 4에서의 결합 장치(12)는 본 발명에 따른 결합 장치(12)에 제2 스캐너(13), 제2 스캐너 마운트(13'), AFM 프로브 마운트(14') 및 AFM 프로브(14)가 결합된 상태로 도시되었다. 그러나 결합 장치(12)는 제2 스캐너(13), 제2 스캐너 마운트(13'), AFM 프로브 마운트(14') 및 AFM 프로브(14)와 분리된 객체일 수 있다.For better understanding, the coupling device 12 in FIG. 4 includes a second scanner 13, a second scanner mount 13', an AFM probe mount 14', and an AFM probe in the coupling device 12 according to the present invention. (14) is shown combined. However, the coupling device 12 includes a second scanner 13, a second scanner mount 13', an AFM probe mount 14', and an AFM. It may be an object separate from the probe 14.

도 4(a)에 따르면 결합 장치(12)의 상부면은 대물 렌즈(11)에 나사 형태로 결합될 수 있도록 대물 렌즈(11)에 대응하는 직경을 가지는 상부 홈이 형성될 수 있다. 결합 장치(12)의 상부 면에는 대물 렌즈(11)와 물리적으로 결합하기 위한 상부 홈이 형성될 수 있다. 결합 장치(12)의 상부 면의 직경은 대물 렌즈(11)보다 큰 직경을 가지도록 구성될 수 있다. 결합 장치(12)는 대물 렌즈(11)와 결합 구조를 형성할 때 대물 렌즈(11)를 감싸는 형상으로 형성될 수 있다.According to FIG. 4A, an upper groove having a diameter corresponding to the objective lens 11 may be formed so that the upper surface of the coupling device 12 may be coupled to the objective lens 11 in the form of a screw. An upper groove for physically coupling with the objective lens 11 may be formed on the upper surface of the coupling device 12. The diameter of the upper surface of the coupling device 12 may be configured to have a larger diameter than that of the objective lens 11. The coupling device 12 may be formed in a shape surrounding the objective lens 11 when forming a coupling structure with the objective lens 11.

결합 장치(12)의 하부 면에는 제2 스캐너(13)가 장착될 수 있는 홈(120)이 형성될 수 있다. 결합 장치(12)의 하부 면에 형성되는 홈(120)은 제2 스캐너(13)의 수직 방향 길이에 대응하는 깊이만큼 파여져 형성될 수 있다. 결합 장치(12)의 하부 면에 형성되는 홈(120)은 제2 스캐너(13) 및 제2 스캐너 마운트(13')의 수직 방향 길이에 대응하는 깊이만큼 파여져서 형성될 수 있다. 결합 장치(12)의 하부 면에 형성되는 홈(120)의 깊이는 대물 렌즈의 초점 거리(focal length)에 대응하는 깊이일 수 있다.A groove 120 into which the second scanner 13 can be mounted may be formed on the lower surface of the coupling device 12. The groove 120 formed on the lower surface of the coupling device 12 may be formed by being dug to a depth corresponding to a length in the vertical direction of the second scanner 13. The groove 120 formed on the lower surface of the coupling device 12 may be formed by being dug to a depth corresponding to the length of the second scanner 13 and the second scanner mount 13 ′ in the vertical direction. The depth of the groove 120 formed on the lower surface of the coupling device 12 may be a depth corresponding to a focal length of the objective lens.

도 4(b)는 도 4(a)의 결합 장치(12)를 B축으로 자른 단면도이다. 결합 장치(12)는 나사(16)를 통해 대물 렌즈(11)와 결합할 수 있다. 결합 장치(12)의 하부 면에는 홈(120)이 형성되며, 하부 면에 형성된 홈(120)과 인접한 측면에는 절단된 일 측면(121)이 형성될 수 있다. 결합 장치(12)의 하부 면에 형성된 홈(120)은, 결합 장치(12)의 중심축을 기준으로 어느 한쪽 방향에 형성될 수 있다. 절단된 일 측면(121)은, 결합 장치(12)의 중심축을 기준으로 홈(120)이 형성된 측면과 다른 방향에 형성될 수 있다.Fig. 4(b) is a cross-sectional view of the coupling device 12 of Fig. 4(a) taken along the B axis. The coupling device 12 may be coupled to the objective lens 11 through a screw 16. A groove 120 may be formed on a lower surface of the coupling device 12, and a cut side surface 121 may be formed on a side adjacent to the groove 120 formed on the lower surface. The groove 120 formed on the lower surface of the coupling device 12 may be formed in either direction with respect to the central axis of the coupling device 12. The cut side surface 121 may be formed in a direction different from the side surface in which the groove 120 is formed based on the central axis of the coupling device 12.

결합 장치(12)는 하부 면에 형성된 홈(120)을 통해 제2 스캐너(13)를 장착할 수 있다. 홈(120)은 결합 장치의 하부 면에 형성되고, 제2 스캐너(13)는 결합 장치(12)에 형성된 홈(120)에 장착되어 결합 구조를 형성할 수 있다.The coupling device 12 may mount the second scanner 13 through the groove 120 formed on the lower surface. The groove 120 may be formed on the lower surface of the coupling device, and the second scanner 13 may be mounted on the groove 120 formed in the coupling device 12 to form a coupling structure.

제2 스캐너(13)는 제2 스캐너 마운트(13')를 통해 결합 장치(12)와 연결될 수 있다. 제2 스캐너 마운트(13')는 결합 장치(12)의 홈의 가장 안쪽에 장착되어, 제2 스캐너를 결합 장치(12)에 연결하는 역할을 수행할 수 있다. 제2 스캐너(13)의 하부 면에는 AFM 프로브 마운트(14')가 장착될 수 있고, AFM 프로브 마운트(14')에는 AFM 프로브(14)가 결합될 수 있다. AFM 프로브(14)의 일 실시 예는 도 4(d)에 도시된다. 도 4(d)에 따르면 AFM 프로브(14)는 홀더(14a), 캔틸레버(14b) 및 팁(14c)을 포함할 수 있다. AFM 프로브 마운트(14')는 AFM 프로브(14)와 연결되어 지지 및 고정을 하는 역할을 수행할 수 있다.The second scanner 13 may be connected to the coupling device 12 through the second scanner mount 13 ′. The second scanner mount 13 ′ is mounted on the innermost side of the groove of the coupling device 12, and may serve to connect the second scanner to the coupling device 12. The AFM probe mount 14 ′ may be mounted on the lower surface of the second scanner 13, and the AFM probe 14 may be coupled to the AFM probe mount 14 ′. An embodiment of the AFM probe 14 is shown in FIG. 4(d). According to FIG. 4D, the AFM probe 14 may include a holder 14a, a cantilever 14b, and a tip 14c. The AFM probe mount 14 ′ is connected to the AFM probe 14 to support and fix the AFM probe 14.

결합 장치(12)의 하부 면에 형성되는 절단된 일 측면(121)은 결합 장치(12)가 대물 렌즈(11)에 결합했을 때, 일 측면(121)과 제1 스캐너(15) 상에 샘플이 배치되는 면이 서로 평행한 구조를 가지는 각도로 절단되어 형성될 수 있다. 결합 장치(12)가 대물 렌즈(11)에 결합된 상태에서 제1 스캐너(15)에 샘플이 배치되는 면과 평행한 면(121)을 가지도록 결합 구조를 형성함으로써, 제1 스캐너(15)의 상면에 위치한 샘플과의 거리를 평행하게 유지할 수 있다. When the coupling device 12 is coupled to the objective lens 11, the cut one side 121 formed on the lower surface of the coupling device 12 is a sample on one side 121 and the first scanner 15. The disposed surfaces may be cut at an angle having a structure parallel to each other to be formed. In a state in which the coupling device 12 is coupled to the objective lens 11, by forming a coupling structure to have a surface 121 parallel to the surface on which the sample is placed on the first scanner 15, the first scanner 15 The distance to the sample located on the upper surface of the can be kept parallel.

도 4(c)는 본 발명에 따른 결합 장치(12)의 사시도이다. 도 4(c)의 결합 장치(12)의 사시도에 따르면, AFM 프로브(14)는 결합 장치(12)의 하부 면으로부터 돌출되어 형성될 수 있다. 도 4(c)의 결합 장치(12)의 사시도에 따르면, 제2 스캐너(13)는 결합 장치(12)로부터 일정 부분 돌출되어 형성될 수 있다. 또는, 제2 스캐너(13)는 결합 장치(12)로부터 돌출되지 않고 형성될 수 있다. AFM 프로브(14)가 결합 장치(12)의 하부 면으로 돌출되어 형성됨으로써 샘플에 접근이 보다 용이할 수 있다.Fig. 4(c) is a perspective view of a coupling device 12 according to the present invention. According to the perspective view of the coupling device 12 of FIG. 4C, the AFM probe 14 may be formed to protrude from the lower surface of the coupling device 12. According to the perspective view of the coupling device 12 of FIG. 4C, the second scanner 13 may be formed to protrude from the coupling device 12 by a certain portion. Alternatively, the second scanner 13 may be formed without protruding from the coupling device 12. Since the AFM probe 14 is formed to protrude toward the lower surface of the coupling device 12, the sample may be more easily accessed.

전술한 바에서, 도 4는 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 결합 장치(12)의 구조를 도시하였다. 그러나 결합 장치(12)의 일 실시 예는 이에 한정되지 아니하며, 제2 스캐너(13)를 대물 렌즈(11)에 결합하도록 구성될 수 있으며, 결합 했을 때 제1 스캐너(15)와의 완전한 분리가 이루어지는 구조라면 통상의 기술자의 지식 수준에서 변경 가능한 범위로 설계될 수도 있다.In the foregoing, Fig. 4 shows the structure of the coupling device 12 according to an embodiment of the present invention. However, one embodiment of the coupling device 12 is not limited thereto, and may be configured to couple the second scanner 13 to the objective lens 11, and when combined, complete separation from the first scanner 15 is achieved. If it is a structure, it may be designed in a range that can be changed at the level of knowledge of a person skilled in the art.

도 5는 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경에서의 결합 장치(12)가 대물 렌즈(11)에 결합되는 구조를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따른 결합 장치(12)는 대물 렌즈(11)에 나사 방식을 통해 결합될 수 있다.5 is a view for explaining a structure in which the coupling device 12 is coupled to the objective lens 11 in a high-speed atomic force microscope according to the present invention. The coupling device 12 according to the present invention may be coupled to the objective lens 11 through a screw method.

결합 장치(12)가 대물 렌즈(11)에 결합되는 구조에서, 결합 장치(12)의 절단된 일 측면(121)이 제1 스캐너(15) 상에 샘플이 위치하는 면과 평행하는 위치에서 결합될 수 있다. 결합 장치(12)가 대물 렌즈(11)에 결합되는 구조적 위치에서, 결합 장치(12)의 중심축을 기준으로, 절단된 일 측면(121)은 홈(120)과 비교하여 제1 스캐너(15) 상에 위치하는 샘플과 더 가까운 위치에 위치할 수 있으며, 홈(120)은 절단된 일 측면(121)과 비교하여 제1 스캐너(15) 상에 위치하는 샘플과 더 먼 위치에 위치하도록 결합 구조가 형성될 수 있다. 샘플과 더 가까운 위치 및 더 먼 위치를 결정하는 기준은 샘플과 절단된 일 측면(121), 샘플과 홈(120) 간의 수직 거리를 기준으로 판단할 수 있다. In the structure in which the coupling device 12 is coupled to the objective lens 11, the cut side 121 of the coupling device 12 is coupled at a position parallel to the surface on which the sample is placed on the first scanner 15. Can be. At the structural position where the coupling device 12 is coupled to the objective lens 11, the cut side 121 is compared with the groove 120 with respect to the central axis of the coupling device 12 as the first scanner 15 It can be located closer to the sample located on the image, The groove 120 may have a coupling structure so as to be positioned farther from the sample positioned on the first scanner 15 compared to the cut side 121. A criterion for determining a position closer to and further away from the sample may be determined based on a vertical distance between the sample and the cut side surface 121 and the sample and the groove 120.

즉 측면에서 바라보았을 때, 샘플과 절단된 일 측면(121) 간의 수직 거리는, 샘플과 홈(120) 간의 수직 거리보다 가깝도록 결합 장치(12)는 대물 렌즈(11)에 결합될 수 있다. 샘플과 홈(120) 간의 수직 거리를 측정할 때는, 홈(120)이 형성되는 표면과 샘플 간의 거리로 측정할 수 있다. 이 때 샘플과의 수직 거리를 측정할 때의 샘플의 높이는 모두 일정한 것으로 가정한다.That is, when viewed from the side, the coupling device 12 may be coupled to the objective lens 11 so that the vertical distance between the sample and the cut side 121 is closer than the vertical distance between the sample and the groove 120. When measuring the vertical distance between the sample and the groove 120, the distance between the sample and the surface on which the groove 120 is formed may be measured. In this case, it is assumed that the height of the sample when measuring the vertical distance to the sample is all constant.

결합 장치(12)가 대물 렌즈(11)에 결합되었을 때, 홈(120)에 결합되는 제2 스캐너(13)의 하부에는 AFM 프로브 마운트(14') 및 AFM 프로브(14)가 결합될 수 있다. AFM 프로브(14)는 홀더(14a), 캔틸레버(14b) 및 팁(14c)을 포함할 수 있다. 캔틸레버(14b)의 끝단의 팁(14c)은 샘플을 향한 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. When the coupling device 12 is coupled to the objective lens 11, the AFM probe mount 14' and the AFM probe 14 may be coupled to the lower portion of the second scanner 13 coupled to the groove 120. . The AFM probe 14 may include a holder 14a, a cantilever 14b, and a tip 14c. Of the end of the cantilever 14b The tip 14c may be formed to extend in a direction toward the sample.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 결합 장치(12)의 일 측면(121)과 결합 장치(12)의 홈(120)에 장착된 제2 스캐너(13)의 하부의 AFM 프로브(14)에 포함된 캔틸레버의 팁(14c)까지의 수직 거리는 3.2mm일 수 있다. 본 발명에서는 AFM 프로브(14)와 제2 스캐너(13)가 장착되는 결합 장치(12)가 대물 렌즈(11)에 타이트하게 결합됨으로써 모니터를 통해 캔틸레버를 쉽게 찾을 수 있다. 또한, 광학적 정렬 역시 용이한 효과가 존재한다.According to an embodiment of the present invention, included in the AFM probe 14 under the second scanner 13 mounted on one side 121 of the coupling device 12 and the groove 120 of the coupling device 12 The vertical distance to the tip 14c of the cantilever may be 3.2 mm. In the present invention, the coupling device 12 on which the AFM probe 14 and the second scanner 13 are mounted is tightly coupled to the objective lens 11, so that the cantilever can be easily found through the monitor. In addition, optical alignment also has an easy effect.

도 6은 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경을 측면에서 바라본 도면이다.6 is a side view of a high-speed atomic force microscope according to the present invention.

도 6(a)는 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경을 나타낸 도면이며, 도 6(b)는 도 6(a)의 고속 원자힘 현미경을 C축으로 자른 단면도를 나타낸다. 도 6(b)에서와 같이, 본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경은 구조의 특성상 대물 렌즈(11)는 제1 스캐너(15)와 수직한 축을 기준으로 일정 각도로 기울어진 채로 제공될 수 있다. 결합 장치(12)는 기울어진 대물 렌즈(11)의 끝단에 결합되므로, 결합될 경우 제1 스캐너(15)와 수직한 축을 기준으로 일정 각도만큼 기울어져 제공될 수 있다. 결합 장치(12)는 전술한 바와 같이 대물 렌즈(11)의 끝단에 결합되어, 결합 장치(12)의 하부 면에 형성된 홈(120)에 제2 스캐너 마운트(13') 및 제2 스캐너(13)가 장착될 수 있다. 제2 스캐너(13)의 하부에 장착되는 AFM 프로브(14)의 팁(14c)은 제1 스캐너(15)의 샘플의 위치와 가까운 쪽으로 연장되어 형성될 수 있다. 결합 장치(12)의 일 측면(121)은 제1 스캐너(15)와 평행한 각도를 가지도록 형성될 수 있다. 결합 장치(12)의 일 측면(121)은 대물 렌즈(11)에 결합 시에 제1 스캐너(15)와 평행한 각도를 가지도록 형성됨으로써 샘플과의 불필요한 접촉을 방지할 수 있는 효과가 있다. Figure 6 (a) is a view showing a high-speed atomic force microscope according to the present invention, Figure 6 (b) is a cross-sectional view of the high-speed atomic force microscope of Figure 6 (a) cut along the C axis. As shown in FIG. 6(b), in the high-speed atomic force microscope according to the present invention, due to the characteristics of the structure, the objective lens 11 may be provided while inclined at a predetermined angle with respect to an axis perpendicular to the first scanner 15. Since the coupling device 12 is coupled to the end of the inclined objective lens 11, when coupled, the coupling device 12 may be provided at an inclined angle with respect to an axis perpendicular to the first scanner 15. The coupling device 12 is coupled to the end of the objective lens 11 as described above, and the second scanner mount 13 ′ and the second scanner 13 are inserted into the groove 120 formed on the lower surface of the coupling device 12. ) Can be installed. The tip 14c of the AFM probe 14 mounted under the second scanner 13 may be formed to extend toward a position close to the position of the sample of the first scanner 15. One side 121 of the coupling device 12 may be formed to have an angle parallel to the first scanner 15. One side 121 of the coupling device 12 is formed to have an angle parallel to the first scanner 15 when it is coupled to the objective lens 11, thereby preventing unnecessary contact with the sample.

본 발명에 따른 고속 원자힘 현미경에서는 제1 스캐너(15)와 제2 스캐너(13)를 완전히 분리하는 구조를 통해, 제1 스캐너(15)와 제2 스캐너(13) 사이의 크로스 커플링 문제를 해결할 수 있다. 이로 인해 제1 스캐너(15)와 제2 스캐너(13) 사이의 크로스 커플링 문제는 해결되나, 두 개의 축이 공존하는 제1 스캐너(13) 상의 크로스 커플링 문제는 일부 남아 있을 수 있다. 본 발명에서는 컴퓨터 코딩을 통한 피드백 회로를 활용하여 제1 스캐너(13) 상의 크로스 커플링 문제를 보상할 수 있다. In the high-speed atomic force microscope according to the present invention, the cross-coupling problem between the first scanner 15 and the second scanner 13 is solved through a structure that completely separates the first scanner 15 and the second scanner 13. Can be solved. As a result, the cross-coupling problem between the first scanner 15 and the second scanner 13 is solved, but a cross-coupling problem on the first scanner 13 in which two axes coexist may remain. In the present invention, a cross-coupling problem on the first scanner 13 may be compensated by using a feedback circuit through computer coding.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.It is to be understood that the above embodiments have been presented to aid understanding of the present invention, do not limit the scope of the present invention, and various deformable embodiments from this also fall within the scope of the present invention. The technical protection scope of the present invention should be determined by the technical idea of the claims, and the technical protection scope of the present invention is not limited to the literal description of the claims itself, but a scope that has substantially equal technical value. It should be understood that it extends to the invention of.

11 : 대물 렌즈
12 : 결합 장치
13 : 제2 스캐너
13' : 제2 스캐너 마운트
14 : AFM 프로브
14' : AFM 프로브 마운트
15 : 제1 스캐너
11: objective lens
12: coupling device
13: second scanner
13': 2nd scanner mount
14: AFM probe
14': AFM probe mount
15: first scanner

Claims (8)

평면 방향의 변위의 조절이 가능한 제1 스캐너;
상기 제1 스캐너 상에 배치되는 샘플에 레이저를 포커싱하는 대물 렌즈;
상기 평면 방향과 수직한 방향의 변위의 조절이 가능한 제2 스캐너;를 포함하고,
상기 제1 스캐너로 조절되는 변위와 상기 제2 스캐너로 조절되는 변위는 서로 독립적이며,
상기 제2 스캐너는 상기 대물 렌즈에 결합 장치를 통해 결합되고,
상기 결합 장치의 상부면의 직경은 상기 대물 렌즈의 하부면의 직경보다 크며 상기 결합 장치의 상부 면에는 상기 대물 렌즈와 물리적으로 결합하기 위한 상부 홈이 형성되며,
상기 제2 스캐너는 상기 결합 장치의 하부면에 형성된 홈에 장착되는 고속 원자힘 현미경.
A first scanner capable of adjusting displacement in a plane direction;
An objective lens for focusing a laser on a sample disposed on the first scanner;
Including; a second scanner capable of adjusting the displacement in a direction perpendicular to the plane direction;
The displacement controlled by the first scanner and the displacement controlled by the second scanner are independent of each other,
The second scanner is coupled to the objective lens through a coupling device,
The diameter of the upper surface of the coupling device is larger than the diameter of the lower surface of the objective lens, and an upper groove for physically coupling with the objective lens is formed on the upper surface of the coupling device,
The second scanner is a high-speed atomic force microscope mounted in a groove formed on a lower surface of the coupling device.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 스캐너는 상기 제2 스캐너와 물리적으로 분리된 것을 특징으로 하는 고속 원자힘 현미경.
The method of claim 1,
The first scanner is a high-speed atomic force microscope, characterized in that the physical separation from the second scanner.
제1항에 있어서,
상기 제2 스캐너가 장착되는 상기 결합 장치의 하부면에 형성된 홈의 깊이는 상기 대물 렌즈의 초점 거리에 대응하는 깊이로 형성되는 고속 원자힘 현미경.
The method of claim 1,
A high-speed atomic force microscope in which the depth of the groove formed on the lower surface of the coupling device on which the second scanner is mounted is formed to a depth corresponding to a focal length of the objective lens.
제1항에 있어서,
상기 결합 장치에 홈이 형성된 측면과 다른 측면에는
상기 제1 스캐너에 샘플이 배치되는 면과 평행한 면을 가지도록 형성되는 고속 원자힘 현미경.
The method of claim 1,
On the side where the groove is formed in the coupling device and on the other side
A high-speed atomic force microscope formed to have a plane parallel to a plane on which the sample is disposed on the first scanner.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 스캐너는 270kHz 이상의 공진주파수를 가지는 압전 칩을 포함하는 고속 원자힘 현미경.
The method according to any one of claims 3 to 5,
The second scanner is a high-speed atomic force microscope including a piezoelectric chip having a resonant frequency of 270 kHz or more.
제6항에 있어서,
상기 제2 스캐너에는 캔틸레버를 포함하는 AFM 프로브;가 장착되고,
상기 AFM 프로브는 상기 AFM 프로브가 장착된 제2 스캐너의 공진주파수가 50kHz 이상의 공진주파수를 가지도록 조절된 질량을 가지는 것을 특징으로 하는 고속 원자힘 현미경.
The method of claim 6,
The second scanner is equipped with an AFM probe including a cantilever;
The AFM probe has a mass adjusted to have a resonant frequency of 50 kHz or more of a resonant frequency of the second scanner equipped with the AFM probe.
제7항에 있어서,
상기 AFM 프로브는 상기 결합 장치로부터 돌출되어 제공되는 고속 원자힘 현미경.
The method of claim 7,
The AFM probe is a high-speed atomic force microscope provided protruding from the coupling device.
KR1020190102291A 2019-08-21 2019-08-21 High-speed atomic force microscope KR102236590B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190102291A KR102236590B1 (en) 2019-08-21 2019-08-21 High-speed atomic force microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190102291A KR102236590B1 (en) 2019-08-21 2019-08-21 High-speed atomic force microscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210022917A KR20210022917A (en) 2021-03-04
KR102236590B1 true KR102236590B1 (en) 2021-04-06

Family

ID=75174893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190102291A KR102236590B1 (en) 2019-08-21 2019-08-21 High-speed atomic force microscope

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102236590B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102622581B1 (en) * 2021-09-28 2024-01-09 (주)엘립소테크놀러지 Optical Critical Dimension metrology apparatus equipped with microspot spectroscopic ellipsometer

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05157554A (en) * 1991-12-09 1993-06-22 Olympus Optical Co Ltd Probe microscope incorporated with optical micsroscope
JPH0961441A (en) * 1995-08-29 1997-03-07 Olympus Optical Co Ltd Scanning probe
US6677567B2 (en) * 2002-02-15 2004-01-13 Psia Corporation Scanning probe microscope with improved scan accuracy, scan speed, and optical vision
US8166567B2 (en) * 2007-03-16 2012-04-24 Bruker Nano, Inc. Fast-scanning SPM scanner and method of operating same
GB201201640D0 (en) * 2012-01-31 2012-03-14 Infinitesima Ltd Photothermal probe actuation

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210022917A (en) 2021-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102461129B1 (en) Scanning probe microscope
RU2512674C2 (en) System of detection of probe
US5616916A (en) Configuration measuring method and apparatus for optically detecting a displacement of a probe due to an atomic force
JP2659429B2 (en) Photoacoustic signal detection method and apparatus, and semiconductor element internal defect detection method
CN103529243B (en) A kind of pencil tracing formula afm scan gauge head
JP2012506049A (en) Module atomic force microscope
US7581438B2 (en) Surface texture measuring probe and microscope utilizing the same
KR102236590B1 (en) High-speed atomic force microscope
US7962966B2 (en) Scanning probe microscope having improved optical access
EP1927845A1 (en) Cantilever holder and scanning probe microscope including the same
CN1587981A (en) Light-spot tracking device of atomic force microscope
CN215910517U (en) Atomic force microscope
CN215910518U (en) Atomic force microscope
CN113484322B (en) Optical tweezers super-resolution imaging method and system capable of feeding back axial optical trap position in real time
JPH07174768A (en) Scanning type probe microscope
JPH0553059A (en) Confocal scanning microscope
KR100287957B1 (en) Transmission method of Atomic Force Microscope Probe through Optical Fiber
JPH03282253A (en) Method and apparatus for detecting photo-acoustic signal and method for detecting defect in semiconductor element
JP2003207436A (en) Method of measuring optical spot and method of manufacturing optical pickup
JP2004333334A (en) Scanning probe microscope
KR100961881B1 (en) A confocal microscope using a optical fiber
JP4500033B2 (en) Near-field optical microscope
JPH0835973A (en) Scanning probe microscope
JP2000234994A (en) Method for measuring displacement of cantilever in scanning probe microscope
JP2016070790A (en) Scanning probe microscope

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant