KR102642140B1 - Atomic force microscope - Google Patents
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Abstract
원자 현미경의 일 실시예는, 측정대상과의 상호 작용으로 상기 측정대상의 특성에 반응하는 프로브와, 상기 프로브의 움직임을 감지하는 프로브 센싱부가 장착되어 상기 측정대상에 대한 고속 대변위 스캔을 실시하는 제1스캐너; 상기 제1스캐너의 상단에 연결되어, 상기 제1스캐너를 x-y축 평면상에서 이동시키는 제2스캐너; 상기 제2스캐너와 연결되어, 상기 제1스캐너의 프로브를 z축 방향으로 이동시켜 상기 측정대상으로 접근시키고, 외부로부터의 진동이 상기 제1스캐너와 제2스캐너로 전달되는 것을 차단하는 복수의 고정다리부; 및 상기 제1스캐너가 상기 측정대상을 스캔할 때, 측정환경을 일정한 상태로 유지해주는 측정환경 제어부를 포함한다.One embodiment of the atomic force microscope is equipped with a probe that responds to the characteristics of the measurement object through interaction with the measurement object and a probe sensing unit that detects the movement of the probe to perform a high-speed large displacement scan of the measurement object. first scanner; a second scanner connected to the top of the first scanner and moving the first scanner on an x-y axis plane; A plurality of fixtures are connected to the second scanner, move the probe of the first scanner in the z-axis direction to approach the measurement object, and block external vibration from being transmitted to the first scanner and the second scanner. leg part; and a measurement environment control unit that maintains the measurement environment in a constant state when the first scanner scans the measurement object.
Description
본 발명은 원자 현미경에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실험실이 아닌 현장에서 측정대상의 다양한 특성을 나노 미터 수준으로 정밀하게 측정할 수 있는 휴대 가능한 원자 현미경에 관한 것이다.The present invention relates to atomic force microscopy, and more specifically, to a portable atomic force microscope that can precisely measure various characteristics of measurement objects at the nanometer level in the field rather than in a laboratory.
원자현미경(atomic force microscope:AFM)은 마이크로 캔틸레버 형태의 프로브를 측정대상에 스캔하여 프로브의 굽힘 정보를 통해서 나노미터 스케일에서의 측정대상의 높이 정보를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 전기적, 화학적 현상에 반응하는 재료를 프로브에 추가하여, 측정하는 재료의 다양한 특성을 측정할 수 있어, 나노과학, 나노기술분야에서 반드시 필요한 도구로 위치하고 있다.Atomic force microscope (AFM) scans a probe in the form of a micro cantilever onto a measurement object and not only obtains information on the height of the object to be measured at the nanometer scale through bending information of the probe, but also responds to electrical and chemical phenomena. By adding the material to the probe, various characteristics of the material to be measured can be measured, making it an essential tool in the fields of nanoscience and nanotechnology.
하지만, 현재까지 원자현미경을 이용한 대부분의 측정은 측정하고자 하는 시편(측정대상)을 실험실로 가져와서 측정하는 방식으로, 측정을 위한 시편을 따로 준비하여야 하기 때문에 현장에서의 직접적인 측정의 필요성을 만족시키지 못하였다. 이는 현재까지의 원자현미경의 측정은 단열, 방진, 노이즈 차단 등으로 잘 제어된 환경에서만 이루어졌기 때문이고, 또한 이런 이유로 실험실이 아닌 현장에서의 직접적인 측정의 가능성에 대해서 생각지도 못한 점도 크다. However, to date, most measurements using atomic force microscopes are performed by bringing the specimen (measurement object) to be measured to the laboratory and measuring it, which does not satisfy the need for direct measurement in the field because the specimen for measurement must be prepared separately. I couldn't do it. This is because measurements with atomic force microscopes to date have been made only in well-controlled environments with insulation, dustproofing, and noise blocking, and for this reason, the possibility of direct measurements in the field rather than in a laboratory has not even been considered.
그러나, 실험실이 아닌 현장에서의 나노 미터 스케일에서의 측정에 대한 요구가 높아지는 상황에서 기존의 시편 제작 후, 실험실에서 측정하는 방식을 넘어서, 현장에서의 직접적인 측정에 대응할 수 있는 기술이 필요하다. However, as the demand for nanometer scale measurement in the field rather than in the laboratory increases, technology that can respond to direct measurement in the field is needed, going beyond the existing method of measuring in the laboratory after producing a specimen.
따라서, 현재의 실험실 환경을 벗어나 직접 현장에서 나노 미터 수준에서의 물질 특성측정을 가능케 하는 휴대 가능한 원자현미경을 구현하기 위해서는 환경이 측정에 미치는 영향을 최소화하기 위해서 고속으로 대변위를 스캔하는 기술과 측정환경을 제어할 수 있는 기술이 바탕이 되어야 한다.Therefore, in order to implement a portable atomic force microscope that allows measurement of material properties at the nanometer level directly in the field outside of the current laboratory environment, high-speed large-displacement scanning technology and measurement are needed to minimize the impact of the environment on the measurement. Technology that can control the environment must be the foundation.
한편, 종래 고속 스캔을 위한 기술은 도 1과 같이 탄성힌지구조를 기반으로 하는 스캔 방식과, 도 2와 같이 구조물의 공진을 이용한 스캔 방식으로 크게 분류할 수 있다.Meanwhile, conventional high-speed scanning technology can be broadly classified into a scanning method based on an elastic hinge structure, as shown in FIG. 1, and a scanning method using resonance of the structure, as shown in FIG. 2.
상기 탄성힌지구조를 기반으로 하는 스캔 방식은, 스캔속도를 조절할 수 있는 장점이 있지만, 현재까지 보고된 최대변위는 35㎛ 정도로서 대변위로 정의하기는 어렵다. 그리고 이와 같은 스캔 방식은 대부분 측정대상을 움직이면서 스캐닝하는 방식이므로 본 발명에서 목표로 하는 바와 같이 고정된 측정대상에 대해서는 적용하기가 불가능한 문제점이 있다.The scanning method based on the elastic hinge structure has the advantage of being able to control the scanning speed, but the maximum displacement reported to date is about 35㎛, making it difficult to define a large displacement. And since this type of scanning method mostly involves scanning while moving the measurement object, there is a problem in that it cannot be applied to a fixed measurement object as targeted by the present invention.
반면, 상기 구조물의 공진을 이용한 스캔 방식은, 일반적으로 높은 스캔 주파수를 얻기 위해, 마이크로미터 크기의 구조물을 이용하여 스캐너를 구성하는데, 높은 스캔 주파수를 얻을 수 있는 장점은 있지만, 스캔 속도를 변화시킬 수 없으며, 스캔 영역도 수 마이크로 미터 영역으로 제한되어 있다. 그리고, 스캐너 구조의 변경을 통해 스캔 영역을 넓힐 수는 있으나, 일반적인 프로브의 굽힘을 측정하는 방식(광지렛대 방식)으로는 원자현미경에서 프로브의 정밀한 굽힘 측정이 불가능하고, 외부의 굽힘센서 없이 굽힘센서가 포함된 프로브를 사용하는 경우 측정이미지의 분해능이 떨어지게 되는 문제점이 있다.On the other hand, the scanning method using the resonance of the structure generally constructs a scanner using a micrometer-sized structure to obtain a high scanning frequency. Although it has the advantage of obtaining a high scanning frequency, it can change the scanning speed. This is not possible, and the scan area is limited to a few micrometers. In addition, the scan area can be expanded by changing the scanner structure, but it is impossible to precisely measure the bending of the probe in an atomic force microscope using the general method of measuring the bending of the probe (wide lever method), and the bending sensor cannot be used without an external bending sensor. When using a probe containing , there is a problem in that the resolution of the measurement image is reduced.
한편, 현장에서의 측정은 임의의 구조물에서 이루어지기 때문에 원자현미경이 위치하게 되는 면이 중력방향에 수직이지 않을 수도 있고, 또한 현장에서의 측정대상은 고정되어 있기 때문에, 기존의 실험실에서 사용되는 스캔면이 지면에 평행하게 고정되어 있는 형태나 시편을 움직이는 형태의 원자현미경 구조는 현장에서 적용할 수 없다. On the other hand, because field measurements are made on arbitrary structures, the plane on which the atomic force microscope is located may not be perpendicular to the direction of gravity, and because the field measurement object is fixed, the scan method used in existing laboratories AFM structures in which the surface is fixed parallel to the ground or in which the specimen is moved cannot be applied in the field.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 환경이 제어되지 않는 실외 현장에서 고정된 측정대상의 특성을 빠른 시간 내에 측정할 수 있는 원자 현미경을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was developed to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide an atomic force microscope that can quickly measure the characteristics of a fixed measurement object in an outdoor field where the environment is not controlled.
본 발명의 다른 목적은, 측정대상의 특성을 측정하는데 있어, 측정 범위와 속도를 조절할 수 있는 원자 현미경을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an atomic force microscope capable of controlling the measurement range and speed in measuring the characteristics of a measurement object.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 원자 현미경은, 측정대상과의 상호 작용으로 상기 측정대상의 특성에 반응하는 프로브와, 상기 프로브의 움직임을 감지하는 프로브 센싱부가 장착되어 상기 측정대상에 대한 고속 대변위 스캔을 실시하는 제1스캐너; 상기 제1스캐너의 상단에 연결되어, 상기 제1스캐너를 x-y축 평면상에서 이동시키는 제2스캐너; 상기 제2스캐너와 연결되어, 상기 제1스캐너의 프로브를 z축 방향으로 이동시켜 상기 측정대상으로 접근시키고, 외부로부터의 진동이 상기 제1스캐너와 제2스캐너로 전달되는 것을 차단하는 복수의 고정다리부; 및 상기 제1스캐너가 상기 측정대상을 스캔할 때, 상기 제1스캐너의 외곽을 둘러싸도록 구비되어 측정환경을 일정한 상태로 유지해주는 측정환경 제어부;를 포함하되, 상기 제1스캐너는, 상기 프로브를 고정하는 프로브 홀더와, 상기 프로브의 z축 방향으로의 움직임을 측정하는 상기 프로브 센싱부와, 상기 프로브 홀더와 연결되어 상기 프로브 센싱부의 측정결과에 따라 상기 프로브의 움직임을 조절하는 수직 스캐너와, 상기 제2스캐너에 상기 제1스캐너를 장착함과 동시에 상기 프로브 홀더와 상기 프로브 센싱부와 상기 수직 스캐너를 포함한 헤드부를 x-y축 평면상에서 수직축인 z축에 대해 회전시키기 위한 지지대인 헤드 지지대와, 상기 헤드 지지대에 연결되는 헤드 고정대와, 상기 헤드 지지대와 상기 헤드 고정대를 상대운동시키기 위한 제1스캐너 구동기를 포함하고, 상기 제1스캐너는 상기 프로브와 상기 프로브 센싱부를 구비한 외팔보 형태의 구조물로서, 상기 제1스캐너 구동기의 y축 방향 구동에 의해 상기 측정대상의 공진주파수 또는 공진주파수 근처의 주파수로 가진하여 z축을 중심으로 x-y축 평면상에서 양방향으로 회전운동하면서 상기 측정대상에 대한 스캔을 실시하고, 상기 제1스캐너에는, 상기 외팔보 형태의 구조물에 공진주파수를 변경할 수 있는 주파수 조정기와, 상기 주파수 조정기를 x축 방향으로 이동시키는 주파수 조정기 이동부가 구비되어, 상기 주파수 조정기의 주파수 조정 및 상기 주파수 조정기 이동부의 구동에 의한 상기 주파수 조정기의 x축 방향으로의 이동에 의해 상기 구조물의 변경된 공진주파수에 따라 상기 제1스캐너 구동기의 구동력을 조절하여, 상기 제1스캐너의 가진주파수를 변경할 수 있는 것을 특징으로 한다.The atomic force microscope of the present invention for realizing the above-described purpose is equipped with a probe that reacts to the characteristics of the measurement object through interaction with the measurement object and a probe sensing unit that detects the movement of the probe to a first scanner that performs high-speed, large-displacement scanning; a second scanner connected to the top of the first scanner and moving the first scanner on an x-y axis plane; A plurality of fixtures are connected to the second scanner, move the probe of the first scanner in the z-axis direction to approach the measurement object, and block external vibration from being transmitted to the first scanner and the second scanner. leg part; and a measurement environment control unit provided to surround the outside of the first scanner to maintain the measurement environment in a constant state when the first scanner scans the measurement object, wherein the first scanner operates the probe. A probe holder for fixing, a probe sensing unit that measures movement of the probe in the z-axis direction, a vertical scanner connected to the probe holder and controlling the movement of the probe according to measurement results of the probe sensing unit, and a head supporter for mounting the first scanner on a second scanner and simultaneously rotating the head unit including the probe holder, the probe sensing unit, and the vertical scanner about the z-axis, which is a vertical axis, on an x-y axis plane, the head; It includes a head fixture connected to a support, and a first scanner driver for relative movement of the head support and the head fixture, wherein the first scanner is a cantilever-shaped structure including the probe and the probe sensing unit, 1 By driving the scanner driver in the y-axis direction, the measurement object is excited at the resonance frequency of the measurement object or a frequency near the resonance frequency, and the measurement object is scanned while rotating in both directions on the x-y axis plane around the z-axis. 1Scanner is equipped with a frequency regulator that can change the resonance frequency of the cantilever-shaped structure and a frequency regulator moving part that moves the frequency regulator in the x-axis direction to adjust the frequency of the frequency regulator and drive the frequency regulator moving part. The driving force of the first scanner driver can be adjusted according to the changed resonance frequency of the structure by moving the frequency regulator in the x-axis direction, thereby changing the excitation frequency of the first scanner.
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상기 제1스캐너는 상기 수직 스캐너에 의해 상기 측정대상의 특성에 따라 변화하는 상기 프로브의 굽힘변화를 보상할 수 있고, 상기 프로브의 보상된 굽힘변화의 정보로부터 상기 측정대상의 특성을 측정할 수 있다.The first scanner can compensate for the bending change of the probe that changes depending on the characteristics of the measurement object by the vertical scanner, and can measure the characteristics of the measurement object from information on the compensated bending change of the probe. .
상기 제1스캐너는 상기 프로브를 고정된 상태 또는 진동하는 상태에서 상기 측정대상과의 상호 작용에 의한 변화를 보상하는 것을 기반으로 상기 측정대상의 특성을 측정할 수 있다.The first scanner may measure the characteristics of the measurement object based on compensating for changes due to interaction with the measurement object while the probe is in a fixed or vibrating state.
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상기 제1스캐너는 상기 제1스캐너 구동기의 구동력을 조절하여 상기 측정대상에 대한 스캔 범위와 속도를 조절할 수 있다.The first scanner can adjust the scan range and speed for the measurement target by adjusting the driving force of the first scanner driver.
상기 제2스캐너에는, x축과 y축 방향으로의 정밀하고 안정된 이동을 안내하기 위한 제2스캐너 안내부와, 상기 제2스캐너 안내부를 x축과 y축 방향으로 이동시키기 위한 제2스캐너 구동기가 구비될 수 있다.The second scanner includes a second scanner guide for guiding precise and stable movement in the x-axis and y-axis directions, and a second scanner driver for moving the second scanner guide in the x-axis and y-axis directions. It can be provided.
상기 제2스캐너 안내부는, 상기 제2스캐너의 중앙에 구비되어 상기 제1스캐너가 장착되는 중심부와, 상기 중심부의 외측으로 이격되어 상기 제2스캐너의 외곽에 둘레방향으로 구비된 가장자리부, 및 상기 중심부와 가장자리부를 상호 연결하는 연결부로 이루어지고, 상기 제2스캐너 구동기는, 상기 가장자리부와 상기 연결부 사이에 구비되어, 상기 연결부와 중심부를 x축과 y축 방향으로 이동되도록 구동력을 제공할 수 있다.The second scanner guide portion includes a central portion provided at the center of the second scanner and on which the first scanner is mounted, an edge portion spaced apart from the central portion and provided in the circumferential direction on the outside of the second scanner, and It consists of a connection part that connects the center and the edge to each other, and the second scanner driver is provided between the edge and the connection, and can provide driving force to move the connection and the center in the x-axis and y-axis directions. .
상기 제1스캐너에는 상기 프로브를 z축 방향으로 이동시킬 수 있는 상기 수직 스캐너가 구비되고, 상기 제1스캐너의 z축을 중심으로 한 x-y축 평면상에서의 양방향 회전에 의한 라인 스캔 정보와, 상기 수직 스캐너의 z축 방향으로의 스캔 정보, 및 상기 제2스캐너의 x축 방향으로의 스캔 정보를 이용하여, 측정대상에 대한 3차원 스캔 정보를 생성할 수 있다.The first scanner is provided with the vertical scanner capable of moving the probe in the z-axis direction, line scan information generated by bidirectional rotation on the x-y axis plane centered on the z-axis of the first scanner, and the vertical scanner. Using the scan information in the z-axis direction and the scan information in the x-axis direction of the second scanner, 3D scan information about the measurement object can be generated.
상기 제2스캐너는 상기 제2스캐너 구동기의 구동에 의해 x축과 y축 방향으로의 대변위 이동이 가능하여, 상기 측정대상의 임의의 위치에서 특성측정을 할 수 있다.The second scanner is capable of moving a large displacement in the x-axis and y-axis directions by driving the second scanner driver, so that characteristic measurement can be performed at any position of the measurement object.
상기 제2스캐너에는 상기 복수의 고정다리부와의 상호작용에 의해 z축 방향으로의 이동을 가능하도록 하는 수직 안내부가 구비될 수 있다.The second scanner may be provided with a vertical guide that allows movement in the z-axis direction through interaction with the plurality of fixing legs.
상기 복수의 고정다리부는, 상기 제2스캐너의 수직 안내부와 나사결합되어 회전 운동에 의해 상기 수직 안내부를 승강 이동시키는 회전이동축과, 상기 회전이동축을 회전 구동하는 회전구동부, 및 상기 회전구동부를 지지하며 외부의 진동이 상기 회전구동부로 전달되는 것을 차단하는 진동방지부를 포함할 수 있다.The plurality of fixing legs include a rotation axis that is screwed to the vertical guide part of the second scanner and raises and lowers the vertical guide part through a rotational movement, a rotation drive unit that rotates the rotation axis, and the rotation drive unit. It may include an anti-vibration unit that supports and blocks external vibration from being transmitted to the rotation drive unit.
상기 회전구동부는, 상기 회전이동축과는 고정축결합되어 상기 회전이동축과 함께 회전되고, 상기 진동방지부와는 자유축결합되어 상기 진동방지부에 회전력을 전달하지 않도록 구비될 수 있다.The rotation drive unit may be fixedly coupled to the rotation axis to rotate together with the rotation axis, and may be coupled to the vibration prevention unit on a free axis so as not to transmit rotational force to the vibration prevention unit.
본 발명에 따른 원자 현미경에 의하면, 측정환경을 제어할 수 있는 환경제어기능과 함께 측정 범위와 속도 조절이 가능한 고속 대변위 스캔이 가능하여, 실험실이 아닌 실외 현장의 일반 환경에서 고정된 측정대상에 대하여 나노미터 분해능으로 고속 대영역 3차원 이미지 스캔이 가능해져 측정대상의 특성을 신속하고 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.According to the atomic force microscope according to the present invention, it is possible to perform high-speed, large-displacement scanning that can control the measurement range and speed along with an environmental control function to control the measurement environment. In contrast, high-speed, large-area 3D image scanning is possible with nanometer resolution, which has the effect of quickly and precisely measuring the characteristics of the measurement target.
도 1은 종래 탄성힌지 구조를 기반으로 하는 스캔 방식의 예를 나타낸 도면,
도 2는 종래 구조물의 공진을 이용하는 스캔 방식의 예를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자 현미경의 입체도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자 현미경의 사시도,
도 5는 본 발명의 원자 현미경에 구비된 제1스캐너의 저면도,
도 6은 본 발명의 원자 현미경에 구비된 제1스캐너의 측면도,
도 7은 본 발명의 원자 현미경에 구비된 제1스캐너 구동기의 구동력에 따른 공진주파수에서의 진폭의 크기를 나타낸 그래프,
도 8은 도 4의 평면도,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자 현미경의 3차원 이미지 스캔의 예를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 원자 현미경에 구비된 고정다리부의 사시도.1 is a diagram showing an example of a scanning method based on a conventional elastic hinge structure;
Figure 2 is a diagram showing an example of a scanning method using resonance of a conventional structure;
3 is a three-dimensional view of an atomic force microscope according to a preferred embodiment of the present invention;
4 is a perspective view of an atomic force microscope according to a preferred embodiment of the present invention;
Figure 5 is a bottom view of the first scanner provided in the atomic force microscope of the present invention;
Figure 6 is a side view of the first scanner provided in the atomic force microscope of the present invention;
Figure 7 is a graph showing the magnitude of the amplitude at the resonance frequency according to the driving force of the first scanner driver provided in the atomic force microscope of the present invention;
Figure 8 is a plan view of Figure 4;
9 is a diagram showing an example of a three-dimensional image scan of an atomic force microscope according to a preferred embodiment of the present invention;
Figure 10 is a perspective view of the fixing leg provided in the atomic force microscope of the present invention.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the structure and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명의 원자 현미경(1)은, 측정대상(500)과의 상호 작용으로 상기 측정대상(500)의 특성에 반응하는 프로브(111)와, 상기 프로브(111)의 움직임을 감지하는 프로브 센싱부(120)가 장착되어 상기 측정대상(500)에 대한 고속 대변위 스캔을 실시하는 제1스캐너(100), 상기 제1스캐너(100)의 상단에 연결되어, 상기 제1스캐너(100)를 x-y축 평면상에서 이동시키는 제2스캐너(200), 상기 제2스캐너(200)와 연결되어, 상기 제1스캐너(100)의 프로브(111)를 z축 방향으로 이동시켜 상기 측정대상(500)으로 접근시키고, 외부로부터의 진동이 상기 제1스캐너(100)와 제2스캐너(200)로 전달되는 것을 차단하는 복수의 고정다리부(300), 및 상기 제1스캐너(100)가 상기 측정대상(500)을 스캔할 때, 측정환경을 일정한 상태로 유지해주는 측정환경 제어부(400)를 포함한다.Referring to Figures 3 and 4, the atomic force microscope 1 of the present invention includes a probe 111 that responds to the characteristics of the measurement object 500 through interaction with the measurement object 500, and the probe 111 ) is equipped with a probe sensing unit 120 that detects the movement of the first scanner 100 to perform a high-speed large displacement scan of the measurement object 500, and is connected to the top of the first scanner 100, A second scanner 200 moves the first scanner 100 on the x-y axis plane, and is connected to the second scanner 200 to move the probe 111 of the first scanner 100 in the z-axis direction. a plurality of fixing legs 300 that allow the device to approach the measurement object 500 and block external vibration from being transmitted to the first scanner 100 and the second scanner 200, and the first scanner. When 100 scans the measurement object 500, it includes a measurement environment control unit 400 that maintains the measurement environment in a constant state.
도 5와 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고속 대변위 스캐닝을 실시하는 제1스캐너(100)는, 측정대상(500)과 반응하는 프로브(111)를 고정하는 프로브 홀더(110)와, 상기 프로브(111)의 z축 방향으로의 움직임을 측정하는 프로브 센싱부(120)와, 상기 프로브 홀더(110)와 연결되어 프로브 센싱부(120)의 측정결과에 따라 프로브(111)의 움직임을 조절하는 수직스캐너(130)와, 제2스캐너(200)에 제1스캐너(100)를 장착함과 동시에 프로브 홀더(110)와 프로브 센싱부(120)와 수직스캐너(130)를 포함한 헤드부(110,120,130)를 x-y축 평면상에서 수직축인 z축에 대해 회전시키기 위한 지지대인 헤드 지지대(140)와, 이에 연결되는 헤드 고정대(150)와, 상기 헤드 지지대(140)와 헤드 고정대(150)를 상대운동시키기 위한 제1스캐너 구동기(160,161)와, 스캔주파수를 조절할 수 있는 주파수 조정기(170)로 구성된다. Referring to Figures 5 and 6, the first scanner 100 that performs high-speed, large-displacement scanning according to a preferred embodiment of the present invention includes a probe holder ( 110), a probe sensing unit 120 that measures the movement of the probe 111 in the z-axis direction, and is connected to the probe holder 110 to detect the probe 111 according to the measurement results of the probe sensing unit 120. ), the first scanner 100 is mounted on the vertical scanner 130 and the second scanner 200, and the probe holder 110, probe sensing unit 120, and vertical scanner 130 are installed. A head support 140, which is a support for rotating the included head parts 110, 120, and 130 about the z-axis, which is a vertical axis on the ) is composed of a first scanner driver (160, 161) for relative movement, and a frequency regulator (170) that can adjust the scan frequency.
일 실시예로, 상기 제1스캐너(100)의 고속 대변위에서,‘고속’이란 제1스캐너(100)의 스캔 시 왕복운동을 기준으로 2mm 거리를 100Hz 진동수, 즉 0.01초로 스캔하는 경우 이상의 속도로 정의될 수 있다.In one embodiment, in the high-speed large displacement of the first scanner 100, 'high speed' refers to a speed greater than that of scanning a 2 mm distance at a frequency of 100 Hz, that is, 0.01 seconds, based on the reciprocating motion of the first scanner 100. can be defined.
상기 헤드 지지대(140)를 통해 연결된 헤드부(110,120,130)는 제1스캐너 구동기(160,161)의 y축 방향으로의 구동 동작을 통해, x-y축 평면상에서 z축에 대한 회전 왕복운동을 한다. 이때 헤드부(110,120,130)와 헤드 지지대(140) 및 헤드 고정대(150)는 기구적으로 외팔보의 형태로 정의가 되며, 이는 질량과 탄성요소로 이루어진 등가모델로 해석이 가능하여, z축에 대한 회전에 대해서 고유진동수가 정의된다. 따라서, 제1스캐너 구동기(160,161)를 상기 고유진동수에 맞추어 구동하는 경우, 작은 힘으로도 큰 왕복운동을 얻을 수 있으며, 고유진동수의 역수값의 시간으로 측정대상(500)을 스캔할 수 있다. The head parts 110, 120, and 130 connected through the head support 140 rotate and reciprocate about the z axis on the x-y axis plane through the driving operation of the first scanner drivers 160 and 161 in the y-axis direction. At this time, the head portions 110, 120, 130, the head support 140, and the head fixture 150 are mechanically defined in the form of a cantilever, which can be interpreted as an equivalent model composed of mass and elastic elements, allowing rotation about the z-axis. The natural frequency is defined for . Therefore, when the first scanner drivers 160 and 161 are driven according to the natural frequency, a large reciprocating motion can be obtained with a small force, and the measurement object 500 can be scanned at a time that is the reciprocal of the natural frequency.
한편, 상기 고주파 조정기(170)는 주파수 조정기 고정대(171)와 주파수 조정기 이동부(172)에 연결되어 있어, 상기 주파수 조정기 이동부(172)를 x축 방향으로 이동하는 경우, 외팔보의 특성변화로 인해 고유진동수가 바뀌고, 여기에 맞춰 제1스캐너 구동기(160,161)의 구동주파수를 함께 조정하면 최종적으로 측정대상(500)의 스캔속도 또한 조절할 수 있다. Meanwhile, the high frequency regulator 170 is connected to the frequency regulator fixture 171 and the frequency regulator moving part 172, and when the frequency regulator moving part 172 is moved in the x-axis direction, the characteristics of the cantilever change. As a result, the natural frequency changes, and by adjusting the driving frequencies of the first scanner drivers 160 and 161 accordingly, the scan speed of the measurement object 500 can also be adjusted.
이와 같이 상기 제1스캐너(100)는 프로브(111)와 프로브 센싱부(120)를 구비한 외팔보 형태의 구조물로서, 제1스캐너 구동기(160,161)의 y축 방향 구동에 의해 측정대상(500)의 공진주파수 또는 공진주파수 근처의 주파수로 가진하여 z축을 중심으로 x-y축 평면상에서 양방향으로 회전운동하면서 상기 측정대상(500)에 대한 스캔을 실시할 수 있다.In this way, the first scanner 100 is a cantilever-shaped structure equipped with a probe 111 and a probe sensing unit 120, and the measurement object 500 is measured by driving the first scanner drivers 160 and 161 in the y-axis direction. The measurement object 500 can be scanned while rotating in both directions on the x-y axis plane centered on the z-axis by exciting it at a resonance frequency or a frequency near the resonance frequency.
또한, 상기 제1스캐너(100)에는 상기 프로브(111)를 z축 방향으로 이동시킬 수 있는 수직 스캐너(130)가 구비되어, 상기 측정대상(500)의 특성에 따라 변화하는 상기 프로브(111)의 굽힘변화를 보상할 수 있고, 상기 프로브(111)의 보상된 굽힘변화의 정보로부터 상기 측정대상(500)의 특성을 측정할 수 있다.In addition, the first scanner 100 is equipped with a vertical scanner 130 that can move the probe 111 in the z-axis direction, so that the probe 111 changes depending on the characteristics of the measurement object 500. The bending change can be compensated, and the characteristics of the measurement object 500 can be measured from information on the compensated bending change of the probe 111.
이 경우 상기 제1스캐너(100)는 상기 프로브(111)를 고정된 상태 또는 진동하는 상태에서 상기 측정대상(500)과의 상호 작용에 의한 변화를 보상하는 것을 기반으로 상기 측정대상(500)의 특성을 측정할 수 있다.In this case, the first scanner 100 is based on compensating for changes due to interaction with the measurement object 500 while the probe 111 is in a fixed or vibrating state. Characteristics can be measured.
또한, 상기 제1스캐너(100)에는 상기 외팔보 형태의 구조물에 공진주파수를 변경할 수 있는 주파수 조정기(170)가 구비되어, 상기 주파수 조정기(170)의 조정에 의한 상기 구조물의 변경된 공진주파수에 따라 상기 제1스캐너 구동기(160,161)의 구동력을 조절하여, 상기 제1스캐너(100)의 가진주파수를 변경할 수 있다.In addition, the first scanner 100 is equipped with a frequency adjuster 170 that can change the resonant frequency of the cantilever-shaped structure, and the first scanner 100 is equipped with a frequency adjuster 170 that can change the resonant frequency of the structure according to the changed resonant frequency of the structure by adjusting the frequency adjuster 170. By adjusting the driving force of the first scanner drivers 160 and 161, the excitation frequency of the first scanner 100 can be changed.
이와 같이 상기 제1스캐너(100)는 상기 제1스캐너 구동기(160,161)의 구동력을 조절하여 상기 측정대상(500)에 대한 스캔 범위와 속도를 조절할 수 있다.In this way, the first scanner 100 can adjust the scan range and speed for the measurement object 500 by adjusting the driving force of the first scanner drivers 160 and 161.
도7은 외팔보 형태의 구조물에서 제1스캐너 구동기(160,161)의 작용력에 따른 공진주파수에서의 최대 변위를 나타내는데, 제1스캐너 구동기(160,161)의 작용력에 비례하여 최대 변위가 변하기 때문에, 제1스캐너 구동기(160,161)의 작용력을 조절하여 제1스캐너(100)의 스캔 범위와 속도를 변화시킬 수 있다. Figure 7 shows the maximum displacement at the resonant frequency according to the operating force of the first scanner drivers 160 and 161 in a cantilever-shaped structure. Since the maximum displacement changes in proportion to the operating force of the first scanner drivers 160 and 161, the first scanner driver 160 and 161 The scanning range and speed of the first scanner 100 can be changed by adjusting the operating force of (160, 161).
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자현미경(1)을 위에서 바라보는 모습으로 제2스캐너(200)의 모습을 나타내는데, 측정대상(500)의 3차원 정보를 얻기 위해서는 프로브(111)를 측정대상(500)에 대하여 x-y축 평면상에서 평면 스캐닝을 실시하면서 z축으로 높이 정보를 측정하여야 하는데, 도 9 (a)에서와 같이 제1스캐너(100)는 x-y축 평면상에서 z축에 대한 회전을 통해서 선형태의 스캐닝을 실시하기 때문에, 평면상에서의 정보를 얻기 위해서는 제1스캐너(100)를 x축 상으로도 스캐닝하여야 한다. 따라서, 제1스캐너(100)의 헤드 고정대(150)와 연결된 제2스캐너(200)를 x축 방향으로 도 9 (a)에 도시된 1,2,3의 순서대로 이동하여, 도 9 (b)와 같이 측정대상(500)의 3차원 정보를 얻을 수 있다. 그리고, 제1스캐너(100)의 스캔영역보다 더욱 넓은 영역에서도 측정이 가능하도록, y축으로도 이동이 가능한 형태를 가졌다. Figure 8 shows the second scanner 200 as seen from above the atomic force microscope 1 according to a preferred embodiment of the present invention. In order to obtain three-dimensional information of the measurement object 500, the probe 111 is used. Height information must be measured along the z-axis while performing planar scanning on the x-y axis plane for the measurement object 500. As shown in FIG. 9 (a), the first scanner 100 rotates about the z-axis on the x-y axis plane. Since linear scanning is performed through , the first scanner 100 must also be scanned on the x-axis in order to obtain information on a plane. Accordingly, the second scanner 200 connected to the head fixture 150 of the first scanner 100 is moved in the x-axis direction in the order of 1, 2, and 3 shown in Figure 9 (a), and the second scanner 200 is moved in the order of Figure 9 (b). ), 3D information of the measurement object 500 can be obtained. In addition, it has a shape that can be moved along the y-axis to enable measurement in a wider area than the scan area of the first scanner 100.
이와 같이 상기 제1스캐너(100)의 z축을 중심으로 한 x-y축 평면상에서의 양방향 회전에 의한 라인 스캔 정보와, 상기 수직 스캐너(130)의 z축 방향으로의 스캔 정보, 및 상기 제2스캐너(200)의 x축 방향으로의 스캔 정보를 이용하여, 측정대상(500)에 대한 3차원 스캔 정보를 생성할 수 있다.In this way, line scan information generated by bidirectional rotation on the x-y axis plane centered on the z-axis of the first scanner 100, scan information in the z-axis direction of the vertical scanner 130, and the second scanner ( Using scan information in the x-axis direction (200), three-dimensional scan information for the measurement object 500 can be generated.
상기 제2스캐너(200)에는, x축과 y축 방향으로의 정밀하고 안정된 이동을 안내하기 위한 제2스캐너 안내부(210)와, 상기 제2스캐너 안내부(210)를 x축과 y축 방향으로 이동시키기 위한 제2스캐너 구동기(220,221)가 구비된다.The second scanner 200 includes a second scanner guide 210 for guiding precise and stable movement in the x-axis and y-axis directions, and the second scanner guide 210 is installed in the x-axis and y-axis Second scanner drivers 220 and 221 are provided to move the scanner in one direction.
상기 제2스캐너 안내부(210)는, 상기 제2스캐너(200)의 중앙에 구비되어 상기 제1스캐너(100)가 장착되는 중심부(210a)와, 상기 중심부(210a)의 외측으로 이격되어 상기 제2스캐너(200)의 외곽에 둘레방향으로 구비된 가장자리부(210b), 및 상기 중심부(210a)와 가장자리부(210b)를 상호 연결하는 연결부(210c)로 이루어져 있다. 상기 제2스캐너 구동기(220,221)는, 상기 가장자리부(210b)와 상기 연결부(210c) 사이에 구비되어, 상기 연결부(210c)와 중심부(210a)를 x축과 y축 방향으로 이동되도록 구동력을 제공한다.The second scanner guide 210 is provided at the center of the second scanner 200 and is spaced apart from a center 210a on which the first scanner 100 is mounted and an outside of the center 210a. It consists of an edge portion 210b provided in the circumferential direction on the outside of the second scanner 200, and a connection portion 210c connecting the center portion 210a and the edge portion 210b. The second scanner drivers 220 and 221 are provided between the edge portion 210b and the connecting portion 210c, and provide driving force to move the connecting portion 210c and the center portion 210a in the x-axis and y-axis directions. do.
상기 제2스캐너 구동기(220,221)의 구동에 의해 중심부(210a)에 장착된 제1스캐너(100)는 x축과 y축 방향으로의 스캔 영역을 더욱 넓힐 수 있다.By driving the second scanner drivers 220 and 221, the first scanner 100 mounted on the center 210a can further expand the scan area in the x-axis and y-axis directions.
또한, 상기 제2스캐너(200)는 상기 제2스캐너 구동기(220,221)의 구동에 의해 x축과 y축 방향으로의 대변위 이동이 가능하여, 상기 측정대상(500)의 임의의 위치에서 특성측정을 할 수 있다.In addition, the second scanner 200 is capable of large displacement movement in the x-axis and y-axis directions by driving the second scanner drivers 220 and 221, and measures characteristics at any position of the measurement object 500. can do.
상기 제2스캐너(200)에는 상기 복수의 고정다리부(300)와의 상호작용에 의해 z축 방향으로의 이동을 가능하도록 하는 수직 안내부(230)가 구비될 수 있다.The second scanner 200 may be provided with a vertical guide portion 230 that enables movement in the z-axis direction through interaction with the plurality of fixing leg portions 300.
상기 수직 안내부(230)의 z축 방향으로의 승강 이동에 따라 제2스캐너(200) 또한, z축 방향으로 승강 이동하게 된다.As the vertical guide 230 moves up and down in the z-axis direction, the second scanner 200 also moves up and down in the z-axis direction.
한편, 상기 측정환경 제어부(500)는, 상기 제1스캐너(100)의 외곽을 둘러싸도록 구비되어 제1스캐너(100)가 측정대상(500)으로부터 특성을 측정할 때, 외부의 열과 음향 등의 노이즈를 막아주며, 안정적인 측정환경을 유지해주는 기능을 한다.Meanwhile, the measurement environment control unit 500 is provided to surround the outside of the first scanner 100, so that when the first scanner 100 measures characteristics from the measurement object 500, external heat and sound, etc. It prevents noise and maintains a stable measurement environment.
도 10을 참조하면, 상기 복수의 고정다리부(300)는, 상기 제2스캐너(200)의 수직 안내부(230)와 나사결합되어 회전 운동에 의해 상기 수직 안내부(230)를 승강 이동시키는 회전이동축(310)과, 상기 회전이동축(310)을 회전 구동하는 회전구동부(320), 및 상기 회전구동부(320)를 지지하며 외부의 진동이 상기 회전구동부(320)로 전달되는 것을 차단하는 진동방지부(330)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 10, the plurality of fixing leg parts 300 are screwed together with the vertical guide part 230 of the second scanner 200 to raise and lower the vertical guide part 230 through rotational movement. A rotation axis 310, a rotation drive unit 320 that rotates the rotation axis 310, and a device that supports the rotation drive unit 320 and blocks external vibration from being transmitted to the rotation drive unit 320. It is configured to include a vibration prevention unit 330.
상기 회전구동부(320)는, 상기 회전이동축(310)과는 고정축결합되어 상기 회전이동축(310)과 함께 회전되고, 상기 진동방지부(330)와는 자유축결합되어 상기 진동방지부(330)에 회전력을 전달하지 않도록 구비될 수 있다.The rotation drive unit 320 is fixedly coupled to the rotation axis 310 and rotates together with the rotation axis 310, and is freely axis coupled to the vibration prevention unit 330, so that the vibration prevention unit ( 330) may be provided so as not to transmit rotational force.
따라서, 제1스캐너(100)의 프로브(111)를 측정대상(500)으로 접근시킬 수 있으며, 외부로부터 전달되는 진동과 같은 외란을 제거하여 안정적인 3차원 스캐닝이 가능해진다. Accordingly, the probe 111 of the first scanner 100 can approach the measurement object 500, and stable three-dimensional scanning is possible by eliminating external disturbances such as vibration.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and obvious modifications can be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention as claimed in the claims. It is possible, and such modifications fall within the scope of the present invention.
1 : 원자 현미경 100 : 제1스캐너
110 : 프로브 홀더 111 : 프로브
120 : 프로브 센싱부 130 : 수직 스캐너
140 : 헤드 지지대 150 : 헤드 고정대
160,161 : 제1스캐너 구동기 170 : 주파수 조정기
171 : 주파수 조정기 고정대 172 : 주파수 조정기 이동부
200 : 제2스캐너 210 : 제2스캐너 안내부
210a : 중심부 210b : 가장자리부
210c : 연결부 220,221 : 제2스캐너 구동기
230 : 수직 안내부 300 : 고정다리부
310 : 회전이동축 320 : 회전구동부
330 : 진동방지부 400 : 측정환경 제어부
500 : 측정대상1: Atomic force microscope 100: First scanner
110: probe holder 111: probe
120: Probe sensing unit 130: Vertical scanner
140: head support 150: head fixture
160,161: first scanner driver 170: frequency regulator
171: Frequency regulator fixture 172: Frequency regulator moving part
200: second scanner 210: second scanner information section
210a: Center 210b: Edge
210c: Connection part 220,221: Second scanner driver
230: vertical guide part 300: fixed leg part
310: rotation axis 320: rotation drive unit
330: Vibration prevention unit 400: Measurement environment control unit
500: Measurement target
Claims (13)
상기 제1스캐너의 상단에 연결되어, 상기 제1스캐너를 x-y축 평면상에서 이동시키는 제2스캐너;
상기 제2스캐너와 연결되어, 상기 제1스캐너의 프로브를 z축 방향으로 이동시켜 상기 측정대상으로 접근시키고, 외부로부터의 진동이 상기 제1스캐너와 제2스캐너로 전달되는 것을 차단하는 복수의 고정다리부; 및
상기 제1스캐너가 상기 측정대상을 스캔할 때, 상기 제1스캐너의 외곽을 둘러싸도록 구비되어 측정환경을 일정한 상태로 유지해주는 측정환경 제어부;
를 포함하되,
상기 제1스캐너는, 상기 프로브를 고정하는 프로브 홀더와, 상기 프로브의 z축 방향으로의 움직임을 측정하는 상기 프로브 센싱부와, 상기 프로브 홀더와 연결되어 상기 프로브 센싱부의 측정결과에 따라 상기 프로브의 움직임을 조절하는 수직 스캐너와, 상기 제2스캐너에 상기 제1스캐너를 장착함과 동시에 상기 프로브 홀더와 상기 프로브 센싱부와 상기 수직 스캐너를 포함한 헤드부를 x-y축 평면상에서 수직축인 z축에 대해 회전시키기 위한 지지대인 헤드 지지대와, 상기 헤드 지지대에 연결되는 헤드 고정대와, 상기 헤드 지지대와 상기 헤드 고정대를 상대운동시키기 위한 제1스캐너 구동기를 포함하고,
상기 제1스캐너는 상기 프로브와 상기 프로브 센싱부를 구비한 외팔보 형태의 구조물로서, 상기 제1스캐너 구동기의 y축 방향 구동에 의해 상기 측정대상의 공진주파수 또는 공진주파수 근처의 주파수로 가진하여 z축을 중심으로 x-y축 평면상에서 양방향으로 회전운동하면서 상기 측정대상에 대한 스캔을 실시하고,
상기 제1스캐너에는, 상기 외팔보 형태의 구조물에 공진주파수를 변경할 수 있는 주파수 조정기와, 상기 주파수 조정기를 x축 방향으로 이동시키는 주파수 조정기 이동부가 구비되어, 상기 주파수 조정기의 주파수 조정 및 상기 주파수 조정기 이동부의 구동에 의한 상기 주파수 조정기의 x축 방향으로의 이동에 의해 상기 구조물의 변경된 공진주파수에 따라 상기 제1스캐너 구동기의 구동력을 조절하여, 상기 제1스캐너의 가진주파수를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 원자 현미경.A first scanner equipped with a probe that reacts to the characteristics of the measurement object through interaction with the measurement object and a probe sensing unit that detects movement of the probe to perform a high-speed large displacement scan of the measurement object;
a second scanner connected to the top of the first scanner and moving the first scanner on the xy-axis plane;
A plurality of fixtures are connected to the second scanner, move the probe of the first scanner in the z-axis direction to approach the measurement object, and block external vibration from being transmitted to the first scanner and the second scanner. leg part; and
When the first scanner scans the measurement object, a measurement environment control unit is provided to surround the outside of the first scanner and maintains the measurement environment in a constant state;
Including,
The first scanner is connected to a probe holder that fixes the probe, a probe sensing unit that measures movement of the probe in the z-axis direction, and is connected to the probe holder to detect the probe according to the measurement result of the probe sensing unit. A vertical scanner for controlling movement, mounting the first scanner on the second scanner and simultaneously rotating the head unit including the probe holder, the probe sensing unit, and the vertical scanner about the z-axis, which is the vertical axis, on the xy-axis plane. It includes a head supporter, a head fixture connected to the head supporter, and a first scanner driver for relative movement of the head supporter and the head fixture,
The first scanner is a cantilever-shaped structure equipped with the probe and the probe sensing unit, and is centered on the z-axis by exciting the resonance frequency of the measurement target or a frequency near the resonance frequency by driving the first scanner driver in the y-axis direction. The measurement target is scanned while rotating in both directions on the xy-axis plane.
The first scanner is provided with a frequency regulator that can change the resonance frequency of the cantilever-shaped structure and a frequency regulator moving part that moves the frequency regulator in the x-axis direction to adjust the frequency of the frequency regulator and move the frequency regulator. Characterized in that the excitation frequency of the first scanner can be changed by adjusting the driving force of the first scanner driver according to the changed resonance frequency of the structure by moving the frequency regulator in the x-axis direction by negative driving. Atomic Force Microscope.
상기 제1스캐너는 상기 수직 스캐너에 의해 상기 측정대상의 특성에 따라 변화하는 상기 프로브의 굽힘변화를 보상할 수 있고, 상기 프로브의 보상된 굽힘변화의 정보로부터 상기 측정대상의 특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 원자 현미경.According to paragraph 1,
The first scanner is capable of compensating for a bending change of the probe that changes depending on the characteristics of the measurement object by the vertical scanner, and measures the characteristics of the measurement object from information on the compensated bending change of the probe. Atomic force microscopy.
상기 제1스캐너는 상기 프로브를 고정된 상태 또는 진동하는 상태에서 상기 측정대상과의 상호 작용에 의한 변화를 보상하는 것을 기반으로 상기 측정대상의 특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 원자 현미경.According to paragraph 1,
An atomic force microscope, wherein the first scanner measures the characteristics of the measurement object based on compensating for changes due to interaction with the measurement object while the probe is in a fixed or vibrating state.
상기 제1스캐너는 상기 제1스캐너 구동기의 구동력을 조절하여 상기 측정대상에 대한 스캔 범위와 속도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 원자 현미경.According to paragraph 1,
The first scanner is an atomic force microscope, characterized in that the scanning range and speed of the measurement object can be adjusted by adjusting the driving force of the first scanner driver.
상기 제2스캐너에는, x축과 y축 방향으로의 정밀하고 안정된 이동을 안내하기 위한 제2스캐너 안내부와, 상기 제2스캐너 안내부를 x축과 y축 방향으로 이동시키기 위한 제2스캐너 구동기가 구비된 것을 특징으로 하는 원자 현미경.According to paragraph 1,
The second scanner includes a second scanner guide for guiding precise and stable movement in the x-axis and y-axis directions, and a second scanner driver for moving the second scanner guide in the x-axis and y-axis directions. An atomic force microscope characterized by being provided.
상기 제2스캐너 안내부는, 상기 제2스캐너의 중앙에 구비되어 상기 제1스캐너가 장착되는 중심부와, 상기 중심부의 외측으로 이격되어 상기 제2스캐너의 외곽에 둘레방향으로 구비된 가장자리부, 및 상기 중심부와 가장자리부를 상호 연결하는 연결부로 이루어지고,
상기 제2스캐너 구동기는, 상기 가장자리부와 상기 연결부 사이에 구비되어, 상기 연결부와 중심부를 x축과 y축 방향으로 이동되도록 구동력을 제공하는 것을 특징으로 하는 원자 현미경.In clause 7,
The second scanner guide portion includes a central portion provided at the center of the second scanner and on which the first scanner is mounted, an edge portion spaced apart from the central portion and provided in the circumferential direction on the outside of the second scanner, and It consists of a connection part that interconnects the center and the edges,
The second scanner driver is provided between the edge portion and the connection portion and provides driving force to move the connection portion and the center portion in the x-axis and y-axis directions.
상기 제1스캐너에는 상기 프로브를 z축 방향으로 이동시킬 수 있는 상기 수직 스캐너가 구비되고,
상기 제1스캐너의 z축을 중심으로 한 x-y축 평면상에서의 양방향 회전에 의한 라인 스캔 정보와, 상기 수직 스캐너의 z축 방향으로의 스캔 정보, 및 상기 제2스캐너의 x축 방향으로의 스캔 정보를 이용하여, 측정대상에 대한 3차원 스캔 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 원자 현미경.In clause 7,
The first scanner is provided with the vertical scanner capable of moving the probe in the z-axis direction,
Line scan information generated by bidirectional rotation on the xy-axis plane centered on the z-axis of the first scanner, scan information in the z-axis direction of the vertical scanner, and scan information in the x-axis direction of the second scanner. An atomic force microscope, characterized in that it generates three-dimensional scan information about the measurement object.
상기 제2스캐너는 상기 제2스캐너 구동기의 구동에 의해 x축과 y축 방향으로의 대변위 이동이 가능하여, 상기 측정대상의 임의의 위치에서 특성측정이 가능한 것을 특징으로 하는 원자 현미경.In clause 7,
The second scanner is capable of large displacement movement in the x-axis and y-axis directions by driving the second scanner driver, allowing characteristic measurement at any position of the measurement object.
상기 제2스캐너에는 상기 복수의 고정다리부와의 상호작용에 의해 z축 방향으로의 이동을 가능하도록 하는 수직 안내부가 구비된 것을 특징으로 하는 원자 현미경.In clause 7,
An atomic force microscope, characterized in that the second scanner is provided with a vertical guide portion that enables movement in the z-axis direction by interaction with the plurality of fixed leg portions.
상기 복수의 고정다리부는,
상기 제2스캐너의 수직 안내부와 나사결합되어 회전 운동에 의해 상기 수직 안내부를 승강 이동시키는 회전이동축과, 상기 회전이동축을 회전 구동하는 회전구동부, 및 상기 회전구동부를 지지하며 외부의 진동이 상기 회전구동부로 전달되는 것을 차단하는 진동방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자 현미경.According to clause 11,
The plurality of fixing legs,
A rotation axis that is screw-coupled with the vertical guide part of the second scanner and moves the vertical guide part up and down through rotational movement, a rotation drive part that rotates the rotation axis, and a rotation drive part that supports the rotation drive part to prevent external vibration. An atomic force microscope comprising a vibration prevention unit that blocks transmission to the rotation drive unit.
상기 회전구동부는, 상기 회전이동축과는 고정축결합되어 상기 회전이동축과 함께 회전되고, 상기 진동방지부와는 자유축결합되어 상기 진동방지부에 회전력을 전달하지 않도록 구비된 것을 특징으로 하는 원자 현미경.According to clause 12,
The rotation drive unit is fixedly coupled to the rotation axis and rotates together with the rotation axis, and is coupled to the vibration prevention unit on a free axis so as not to transmit rotational force to the vibration prevention unit. Atomic Force Microscope.
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