KR20060041871A

KR20060041871A - 주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구

Info

Publication number: KR20060041871A
Application number: KR1020050011640A
Authority: KR
Inventors: 마사토 이요키; 아키히코 히다카; 가즈토시 와타나베
Original assignee: 에스아이아이 나노 테크놀로지 가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2005-02-11
Publication date: 2006-05-12
Also published as: DE102005003684B4; US20050231066A1; DE102005003684A1; JP4546108B2; CN100485311C; JP2005227170A; US7288762B2; KR101122371B1; CN1654920A

Abstract

본 발명은 좁은 공간에서도 설치가 가능한 스트레인 게이지식 변위 센서를 온도 보상이 가능하도록 배치하는 것에 의해, 강성이 높고, 측정 정밀도가 높은 주사형 프로브 현미경용의 미세 변동기구를 제공한다. 압전소자에 의해 구성되는 미세 변동기구에, 적어도 2분할이상의 전극을 설치한다. 그 중 1개의 전극부는 전압을 인가하지 않도록 더미전극으로서 구성한다. 다른 전극은 전압을 인가하는 것에 의해 변형률을 발생하는 액티브 전극으로서 구성한다. 액티브전극과 더미전극에 각각 1개, 또는 2개의 저항체를 설치하고, 저항체에 의해 브릿지회로를 구성하였다.

Description

주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구{FINE-ADJUSTMENT MECHANISM FOR SCANNING PROBE MICROSCOPY}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 원통형 압전소자로 형성된 주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구의 외관도이다.

도 2는 도 1에 도시한 미세 변동기구의 전개도이다.

도 3은 도 2에 도시한 미세 변동기구의 각 축의 전극에 부착된 스트레인 게이지(strain gauge)의 접속용 회로도이다.

도 4는 도 1에 도시한 미세 변동기구를 이용하여 구성한 원자력 현미경의 개관도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원통형 압전소자로 형성된 주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구의 전개도이다.

도 6은 도 5에 도시한 미세 변동기구의 XY 전극에 부착된 스트레인 게이지의 접속용 회로도이다.

도 7은 도 5에 도시한 미세 변동기구의 Z 전극에 부착된 스트레인 게이지의 접속용 회로도이다.

도 8은 종래의 원통형 압전소자로 형성된 주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구를 도시하는 도면이고, 도 8a는 단면도, 도 8b는 구동상태를 도시하는 정면도 이다.

도 9는 도 8에 도시한 종래의 미세 변동기구의 전개도이다.

도 10은 스트레인 게이지의 출력을 검출하기 위한 브릿지회로의 접속용 회로도이다.

도 11은 압축/인장 변형률(compression/extension strain)을 검출하기 위한 종래의 1 게이지법을 도시하는 도면이고, 도 11a는 게이지의 부착 방법을 도시하는 도면, 도 11b는 접속용 회로도이다.

도 12는 압축/인장 변형률을 검출하기 위한 종래의 2 게이지법(온도 보상 있음)를 도시하는 도면이고, 도 12a는 게이지의 부착 방법을 도시하는 도면, 도 12b는 접속용 회로도이다.

도 13은 압축/인장 변형률을 검출하기 위한 종래의 2 게이지법(온도 보상 있음)를 도시하는 도면이고, 도 13a는 게이지의 부착 방법을 도시하는 도면, 도 13b는 접속용 회로도이다.

도 14는 압축/인장 변형률을 검출하기 위한 종래의 4 게이지법(온도 보상있음)를 도시하는 도면이고, 도 14a는 게이지의 부착 방법을 도시하는 도면, 도 14b는 접속용 회로도이다.

도 15는 압축/인장 변형률을 검출하기 위한 종래의 액티브-더미법을 도시하는 도면이고, 도 15a는 게이지의 부착 방법을 도시하는 도면, 도 15b는 접속용 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 원통형 압전소자 2 : Z 전극

3 : 더미전극 4 : XY 전극

5 : 내부전극 6 : 스트레인 게이지

13 : 샘플 스테이지 14 : 샘플

15 : 프로브 홀더 16 : 캔틸레버

19 : 광 레버 20 : 거친 변동기구

81 : 원통형 압전소자 82 : 내부전극

83 : Z 전극 84 : XY 전극

본 발명은, 탐침과 샘플을 미세 변동기구에 의해 상대 위치를 조절하여 샘플을 스캔하여, 샘플 표면의 거칠기(roughness)나 물리적 특성의 측정이나, 샘플 표면의 가공, 또는, 탐침에 의해 샘플 표면의 물질의 이동 등을 행하기 위한 주사형 프로브 현미경의 미세 변동기구에 관한 것이다.

종래의 주사형 프로브 현미경의 미세 변동기구로서는, 예컨대, 도 8, 도 9에 도시한 것 같은 원통형 압전소자가 사용되고 있다(예컨대, 일본 특허 제2598665호 공보(제4페이지, 도 1) 참조.). 도 8a는 원통형 압전소자의 단면도, 도 9은 외주면의 전개도이다. 이 종래 기술에서는, 중공 원통형상으로 형성된 압전소자(81)의 안쪽에 공통전극(82)을 설치하고, 외측전극을 2단 구조로 형성하여, 1단에 원주면을 따라 띠 형상 전극(83)을 설치하고, 2단에 원주형상을 4등분한 전극(84)을 설치한 구조로 되어있다.

이 원통형 압전소자(81)의 띠 형상전극(83)에는, 내측전극(82)으로부터 외측전극(83)을 향해서 균일하게 폴링(poling) 처리가 행해지고 있고, 4분할전극(84)에는, 중심축에 대하여 마주 대하는 2세트 전극(84a, 84c) 및 (84b, 84d)에 관해서, 내측전극(82)에 대하여 반대 극성을 갖도록 처리되고 있다. 도 8a에 지시한 화살표는, 각각의 전극에서의 폴링방향이고, 도 9의 플러스, 마이너스 기호는 외주면 방향에서의 폴링의 극성을 가리킨다.

내측전극(82)과 1단의 띠 형상전극(83) 사이에 전위차가 발생한 경우, 띠 형상전극(83)이 설치된 영역에서 전체 원주에 걸쳐 두께 방향으로 변형률이 발생하고, 그 결과, 원통형 압전소자(81)는 중심 축방향(이후, Z 방향이라고 부른다)으로 변위한다.

또한, 2단에 설치된 4분할 전극(84) 중, 대향하는 2 전극 사이(84a, 84c) 및 (84b, 84d)에 전원(86, 87)으로부터 전압을 인가할 때, 도 8b에 도시한 것 같이 한편의 전극은 축방향으로 신장하고, 다른 한편의 전극은 축소하여, 결과로서, 원통형 압전소자는 축방향에 대하여 변형이 생긴다. 원통형 압전소자의 말단(81a)을 고정단으로 하고, 선단(81b)을 자유단으로 자유롭게 한 경우, 선단부분(81b)은 도 8b의 원호형상의 화살표로 도시하는 방향으로 원호형상으로 변위한다. 변형률 각이 미소한 경우에는, 선단은 근사적으로 중심축과 직교하는 면 내에서의 이동한다. 따라서, 4분할전극(84)에 의해, 2차원 평면내(이후 XY 방향이라고 부른다)에서의 변위를 얻을 수 있다. 통상적으로, 4분할전극(84)은 고정단측에 설치되고, 띠 형상전극(83)의 길이 만큼, 출력 변위가 증가되도록 구성된다.

주사형 프로브 현미경에서는, 이 원통형 압전소자의 선단부분에 샘플, 또는 탐침을 부착시켜, Z방향의 거리를 제어하면서 XY 방향으로 스캔시키는 것에 의해 샘플 표면의 거칠기나 물리적 특성의 측정이나, 샘플 표면의 가공, 혹은, 탐침에 의한 샘플 표면의 물질의 이동 등을 하는 것이 가능해진다.

이러한 원통형 압전소자에 의해 주사형 프로브 현미경의 미세 변동기구를 구성하는 것에 의해, 이하와 같은 장점이 얻어진다.

(1) 압전소자에 의해 서브 나노미터 정도의 정밀도가 높은 정밀도에서의 미세 변동이 가능해진다.

(2) 압전소자를 원통형으로 형성하는 것에 의해 소자 유니트의 강성이 크게 되고, XYZ 방향으로 미세 변동기구를 일체화시키는 것으로, 장치 전체가 소형화하고, 장치 강성이 커지게 된다. 그 결과, 내진동성이나 주사 속도를 향상시킬 수 있다.

그러나, 압전소자에 의해 형성된 탐침과 샘플 사이를 상대적으로 이동시키는 경우, 압전소자의 히스테리시스나 크리프 특성에 따라 비선형 동작이 발생되어, 변위 오차를 발생한다.

이 때문에, 압전소자의 히스테리시스 곡선을 미리 구한 후 계산에 의해 보정을 하는 방법이나, 변위 센서에 의해 압전소자의 변위를 직접 계측하는 방법이 행하여지고 있다.

따라서, 계산에 의해 보정하는 경우에는, 압전소자의 동작을 결정하는 요인으로서, 소자마다의 가공의 편차나, 주위의 온도, 주사범위, 주사 스피드, 주사방향 등 여러가지의 파라미터가 발생하기 때문에, 이들 모든 파라미터를 고려하여 보정 공식을 구하는 것은 곤란하고, 충분한 측정 정밀도가 얻어지지 않는다.

한편, 변위 센서를 일체화한 경우, 정전용량식(capacitance type) 변위센서, 광학식 변위 센서, 차동 트랜스식(linear variable transformer) 변위 센서, 와전류식(eddy current) 변위 센서 등이 이용되지만, 이것들의 센서는 모두 대형이고 넓은 설치 공간이 필요하므로, 장치 전체가 대형화한다. 그 결과, 장치의 강성이 저하하여, 분해능이나 주사 속도가 악화한다. 또한, 변위센서 자체의 비용도 비싸다.

좁은 공간에서 구성이 가능하고 간단히 변위를 검출하는 방법으로서는, 스트레인 게이지를 이용한 방법이 알려져 있다(예컨대, 다카하시 쇼, 가와이 마사야스 저「개정 신판 스트레인 게이지를 이용한 변형률 측정 입문」, 대성사, 평성13년 6월1일, P63, P 95∼P97 참조.).

일반적으로 스트레인 게이지는 금속성 저항체가 이용된다. 스트레인 게이지를 사용하는 경우에는, 미소한 변형률 측정시 S/N 비의 악화에 의해 높은 분해능이 얻어지지 않은 것과, 온도에 의한 저항치의 변화가 크고 측정 오차가 커지는 문제점이 있었다.

그래서, 일반적으로는 4개의 저항체로 브릿지회로를 구성하고, 온도 보상과 동시에 출력의 증폭이 행하여지고 있다.

도 10은, 변형률 측정에 쓰이는 브릿지회로를 도시하는 도면이다. 저항체 R1로부터 R4의 각각의 변형률을 ε₁로부터 ε₄로 표시하여, 회로에 미리 E의 전압을 인가한 경우의 출력 e은 이하의 식으로 표현된다.

e= Ks/4· (ε₁-ε₂+ ε₃-ε₄) · E (1)

여기서, Ks는 게이지율이라고 불리는 것으로, 스트레인 게이지의 종류마다 고유의 값이다. 브릿지회로를 구성하는 경우 동일의 게이지율의 스트레인 게이지를 선택해야 한다.

압축/인장 방향의 변형률의 검출시, 도 11 내지 도 15에 도시하는 것 같이 스트레인 게이지를 부착시켜, 브릿지회로를 구성한다. 이하의 설명에서는, 소자에 발생하는 변형률을 ε, 온도변화에 의해 게이지에 발생하는 온도 변형률을 ε_T로 한다. 또한, 스트레인 게이지로의 배선은 도시하지 않는다.

도 11은 1 게이지법이라고 언급한다. 도 11a는 스트레인 게이지의 부착방법, 도 11b는 스트레인 게이지의 배선방법을 도시한다. 도 11a와 같이, 화살표로 도시하는 것 같은 중심 축방향으로 신축하여, 압축/인장 변형률을 발생하는 부재(111)에 중심 축방향으로 스트레인 게이지(112)가 부착된다. 스트레인 게이지(112)에는 중심 축방향으로 저항체(113)가 형성되어, 도 11b와 같은 브릿지회로를 형성한다. R1 이외는 고정 저항체로 한다. 이 고정 저항체의 변형량은 0이기 때문에, 출력은 식(1)에서,

e= Ks/4· (ε+ ε_T) ·E (2)

로 된다. 따라서, 1게이지법의 경우에는, 브릿지회로에 의한 온도 보상은 할 수 없다.

도 12는 2 게이지법이라고 언급된다. 도 12a는 스트레인 게이지의 부착방법, 도 12b는 스트레인 게이지의 배선방법을 도시한다. 여기서 도 12a에 도시한 바와 같이, 화살표로 도시하는 것 같은 축방향으로 신축하여, 압축/인장 변형률을 발생하는 부재(121)에, 스트레인 게이지(122, 123)의 저항체(124, 125)가 중심 축방향과 중심 축방향에 직교하는 방향으로 지향되도록 부착하여, 도 12b와 같은 브릿지회로를 구성하였다. 여기서, 저항체 R3, R4는 스트레인 게이지와 동일 값의 저항치를 가지는 고정 저항체를 나타낸다. 이 경우, 재료의 포아송 비를 υ로 하여, 중심 축방향의 변형률을 ε로 하면,

e= Ks /4·(1+υ) ε·E (3)

으로 된다. 즉, 온도 보상이 행하여짐과 동시에, 출력은 1+υ배로 증폭된다.

도 13은 2 게이지법이고, 도 13a는 스트레인 게이지의 부착 방법, 도 13b는 스트레인 게이지의 배선방법을 도시한다. 여기서 도 13a와 같이, 화살표로 도시하는 것 같은 중심 축방향으로 신축하여, 압축/인장 변형률을 발생하는 부재(131)에, 스트레인 게이지(132, 133)의 저항체(134, 135)가 중심 축방향과 평행하게 연장되도록 부착되어, 도 13b와 같은 브릿지회로를 구성하였다. 여기서, 저항체 R2, R4는 스트레인 게이지와 동일 값의 저항치를 가지는 고정 저항체를 나타낸다. 이 경우의 출력은,

e= Ks/4·2 (ε+ ε_T) ·E (4)

로 된다. 즉, 출력은 2배로 되지만, 온도에 의한 변형량도 2배로 된다. 따라서, 온도 보상은 행하여지지 않는다.

도 14는 4 게이지법이라고 언급된다. 도 14a는 스트레인 게이지의 부착 방법, 도 14b는 스트레인 게이지의 배선방법을 도시한다. 여기서 도 14a과 같이, 화살표에 도시하는 것 같은 중심 축방향으로 신축하여, 압축/인장 변형률을 발생하는 부재(141)에, 스트레인 게이지(142, 144)의 저항체(146, 148)가 중심 축방향으로 지향되어, 스트레인 게이지(143, 145)의 저항체(147, 149)가 중심축과 직교하는 방향으로 지향되도록 스트레인 게이지(142-144)가 부착하여, 도 14b와 같은 브릿지회로를 구성하였다. 이 경우의 출력은 아래와 같이 된다.

e= Ks / 4·2 (1+υ)ε·E (5)

즉, 온도 보상이 행하여짐과 동시에, 출력은 2(1+υ)배로 증폭된다.

도 15는, 2 게이지법의 액티브-더미 방식이라고 언급된 방식으로, 도 15a는 스트레인 게이지의 부착 방법, 도 15b는 스트레인 게이지의 배선방법을 도시한다. 여기서 도 15a에 도시한 바와 같이, 화살표로 가리키는 것 같이 중심 축방향으로 신축하여, 압축/인장 변형률을 발생하는 부재(151)에, 스트레인 게이지(153)의 저항체(154)가 중심 축방향과 평행하게 지향되도록 스트레인 게이지(153)를 부착하고, 부재(151)와 동일의 부재로 구성된 부재(152)에도 스트레인 게이지(155)의 저항체(156)가 중심 축방향과 평행하게 되도록 붙여, 도 15b와 같은 브릿지회로를 구 성하였다. 여기서, 저항체 R₃, R₄는 스트레인 게이지와 같은 저항치의 고정 저항체로 한다. 이 방식에서는, 변형률을 발생하는 소자(151)의 스트레인 게이지(153)가 액티브 게이지로서 동작하여, 그 소자와 같은 재료의 부재로 구성된 별도부재(152)에 부착된 스트레인 게이지(155)가 더미 게이지로 동작된다. 액티브 게이지와 더미 게이지를 동일의 환경 하에 놓아 둔 경우에는 양자의 온도에 의한 변형량은 거의 같게 되어, 온도에 의한 변형률이 상쇄되어, 브릿지회로의 출력은,

e= Ks/4·ε·E (6)

로 된다.

압전소자를 이용한 미세 변동기구의 경우, 변형량은 대단히 미소하고, 주사형 프로브 현미경과 같이 서브 나노미터 정도의 정밀도를 요구하는 경우에는, 스트레인 게이지의 온도의 영향에 의한 측정 오차는 무시할 수 없고, 온도 보상을 실행할 필요가 있다.

그 경우에는, 전술한 측정법 중, 도 12, 도 14, 도 15에 도시한 하나의 방법에 의해 온도 보상을 하는 것이 필수적이다.

더욱이, 서브 나노미터 정도의 정밀도를 얻기 위해서는 금속 게이지에서는 출력이 불충분하고, S/N 비가 낮고 필요한 출력을 얻을 수 없다. 따라서, 금속 게이지보다도 큰 게이지율 Ks을 갖는 반도체 재료로 저항체를 형성한 스트레인 게이지가 이용된다.

반도체 게이지는, 게이지율이 큰 반면, 온도에 의한 변형률도 크고, 브릿지 회로에 의한 온도 보상이 필수적이다.

그러나, 반도체 게이지는 금속 게이지에 비해 최대 허용 변형률이 작다. 따라서, 곡면에 반도체 게이지를 부착한 경우, 최대 허용 변형량을 초과하여, 측정을 할 수 없다. 따라서, 도 12 또는 도 14에 도시하는 것 같이, 원통형 압전소자의 원주방향으로의 부착이 불가능하여, 온도 보상이 불가능해진다.

또한, 도 15의 액티브-더미방식에서는, 각각의 검출대상을 동일한 환경 하에 놓을 필요가 있다. 주사형 프로브 현미경에서는, 더미 게이지 부착용의 부재를 미세 변동 소자와 동일 환경 하에 배치하기 때문에, 미세 변동기구에 될 수 있는 한 가까운 위치에 부재를 배치해야 한다. 그러나, 더미 게이지용 부재를 설치하는 배치 공간을 주사형 현미경의 유니트 내에 확보하면, 장치 전체가 대형화되어, 강성이 저하하여 측정 정밀도가 악화된다. 또한, 유니트 외부에 더미게이지용 부재를 배치한 경우에는, 설치 환경의 차이가 발생한다. 주사형 프로브 현미경에서는, 환경의 미세한 차이라도 측정 정밀도에 크게 영향을 준다. 더욱이, 미세 변동 기구의 재료로서 압전소자는, 가공방법에 기인하는 기계적 특성에 차이가 있기 때문에, 액티브 게이지 부착부와 더미 게이지 부착부의 부재의 특성을 가능한 동일하게 형성할 필요가 있다.

따라서, 본 발명은, 좁은 공간에서도 설치가 가능한 스트레인 게이지식 변위 센서를 온도 보상이 가능하도록 배치하는 것에 의해, 강성이 높고, 측정 정밀도가 높은 주사형 프로브 현미경용의 미세 변동기구를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구에서는, 피측정물(샘플)의 표면을 탐침으로 주사하여 상기 피측정물의 거칠기 또는 물리적 특성을 측정하기 위해서, 상기 피측정물과 상기 탐침 사이의 상대 위치를 미세 변화시키는 주사형 프로브 현미경용의 미세 변동기구에 있어서, 상기 미세 변동기구가 압전소자로 구성되고, 이 압전소자에 전압을 인가하기 위한 적어도 2개 이상의 전극이 설치되고, 그 중 적어도 1개의 전극은 전압을 인가하지 않은 더미전극으로 구성되고, 다른 전극은 전압을 인가시 압전소자에 변형률을 발생하는 액티브 전극으로서 구성되고, 상기 액티브 전극에, 각각 1개 또는 2개 위치에 변형률 검출용의 1개 또는 2개의저항체를 설치하고, 상기 더미전극에 1개 또는 복수 개의 저항체를 설치하고, 상기 액티브 전극의 저항체에 의해 변형률 검출을 할 때에, 더미 전극의 저항체에 의해 온도 보상을 행하도록 액티브 전극과 더미 전극 사이의 각 저항체를 접속하여 브릿지회로를 구성하였다.

또한, 상기 미세 변동기구에 2개 이상 설치된 액티브 전극의 각 저항체가 더미 전극상의 동일의 온도 보상용 저항체를 공유하여 브릿지회로를 구성하였다.

또한, 본 발명에서는, 상기 미세 변동기구를, 중공 원통형 압전소자로 구성되어, 상기 원통 내부에 공통전극을 설치되고, 그 외부에 2개 이상의 전극을 설치하며, 그 중 적어도 1개를 더미전극으로서 사용하도록 구성하였다.

또한, 상기 저항체를, 선형 패턴의 반도체에 의해 구성하고, 액티브 전극과 더미 전극에 각각 설치된 상기 선형 패턴의 저항체의 길이방향이 원통형 압전소자의 중심 축방향과 평행하게 연장되도록 배치하였다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 관해서, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

[제1 실시예]

본 발명의 주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구의 제1 실시예를 도 1 내지 도 4에 도시한다. 도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 원통형 압전소자로 형성된 미세 변동기구의 외관도이다.

이 제1 실시예에서는, 도 1에 도시하는 것 같이 압전소자를 중공 원통형으로 형성하여 원통형 압전소자(1)를 형성하였다. 이 원통형 압전소자(1)의 내부에는, 공통전극(5)을 설치하였다. 또한, 이 원통형 압전소자(1)의 외주부는, 선단(1b)에서 말단(1a)까지 전체를 제1단(상단), 제2단(중단), 제3단(하단)의 3단으로 나누었다. 제1단과 제2단의 2단에는, 원통의 중심 축방향으로 변형률을 발생하기 위해서 액티브 전극으로서 사용하는 Z전극(2)과, 더미 전극으로서 이용하는 더미전극(3)을 각각 원통의 외주를 따라 띠 형상으로 설치하였다. 더욱이, 말단부의 하단의 제3단에는, 원주형상을 원주방향으로 4등분한 4분할 전극(4)을 설치하였다.

도 2는, 도 1에 도시한 원통형 압전소자(1)의 외주면의 전개도이고, 각 전극의 변형률을 측정하기 위한 저항체로서 이용하는 스트레인 게이지의 부착방법, 폴링의 극성, 및 각 전극으로 인가하는 전압용의 배선을 가리키고 있다.

이 원통형 압전소자(1)의 띠 형상의 Z전극(2) 및 더미전극(3)에 관해서는, 원통의 내측전극(공통전극(5))부터 외측전극(띠 형상의 Z전극(2), 더미전극(3))을 향해서 균일하게 폴링처리가 행해지고 있다. 4분할전극(4a, 4b, 4c, 4d)에 관해서는, 공통전극(5)에 대하여 극성이 서로 반대가 되도록 내측전극(공통전극(5))부터 4분할전극(4a, 4b, 4c, 4d)을 향해서 폴링 처리가 행해지고 있다. 폴링에 의한 극성은, 도 2의 각 전극에 플러스 및 마이너스의 참조기호로 나타내고 있다. 띠 형상의 Z전극(2)은 플러스극성, 띠 형상의 더미전극(3)은 플러스극성, 4분할전극(4a, 4b, 4c, 4d) 중 X전극(4a)과 Y전극(4b)은 각각 플러스극성, X전극(4c)과 Y전극(4d)은 각각 마이너스극성으로 하였다.

제1단과 제2단의 띠 형상의 Z 전극(2), 더미전극(3)에는, 스트레인 게이지(6)가 각각 2장씩 합계 4장 접착 고정되어 있다. 이 스트레인 게이지(6)는, 절연용 종이와 페놀에폭시수지를 선형 패턴으로 형성하는 베이스재(8) 상에 N형 실리콘으로 이루어지는 반도체(7)를 선형 패턴으로 형성한 것이다. 띠 형상의 Z전극(2) 및 더미전극(3)에 스트레인 게이지(6)를 접착 고정하는 때에는, 반도체(7)의 선형 패턴의 길이방향이 원통의 중심축과 평행(즉, 동일방향)하게 연장되도록 접착 고정한다.

또한, 4분할 전극(4a, 4b, 4c, 4d) 상에는, 띠 형상의 전극(2, 3)에 접착 고정한 상기 스트레인 게이지(6)와 동일 사양의 스트레인 게이지(6)가, 선형 패턴 패턴의 길이방향이 원통의 중심축과 평행하게 되도록 각 전극에 각각 2장씩 합계 8장 접착 고정되어 있다.

본 제1 실시예에서는, 출력 전압을 증폭하여 미소 변형률의 측정을 가능하게 하기 위해서, 반도체 저항체를 가지는 스트레인 게이지(6)를 합계 12장 사용하였 다.

이 미세 변동 소자의 공통전극(5)은 접지되어 있고, 또한, 도 2에 도시하는 것 같이, 제1단의 띠 형상의 Z전극(2)이 전원(9)에 접속되고, 제2단의 띠 형상의 더미전극(3)은 "GND"(GROUND의 약칭)로 도시하도록 접지된다.

또한, 제3단에 설치된 4분할전극(4) 중, 대향하는 2 전극 사이(4a, 4c) 및 (4b, 4d)에는 각각 전원(10, 11)이 접속되어 있다.

대향하는 2전극에 동일의 전압을 인가한 경우에는, 폴링방향에 각각 압축, 인장의 변형률이 생긴다. 이 때, 폴링방향과 직교하는 방향에도 변형률이 생긴다. 그 결과, 한편의 전극은 축방향으로 신장하고, 다른 한편의 전극은 축방향으로 수축하여, 결과로서, 원통형 압전소자(1)는 중심축과 직교하는 방향으로 변형한다.

원통형 압전소자(1)의 말단(1a)을 고정단으로 할 때, 선단(1b)을 자유단으로 한 경우에는, 도 8b의 종래예와 같이, 선단(1b) 부분이 도 8b의 원호형상의 화살표로 도시하는 것 같은 방향에 원호형상으로 변위한다. 변형 각이 미소한 경우에는, 선단은 근사적으로 중심축과 직교하는 면내에서의 운동을 행한다. 따라서, 4분할전극(4)에 의해, 2차원 평면 내에서의 변위를 얻을 수 있다. 4분할전극(4)은 고정단측에 설치되고 있기 때문에, 띠 형상전극(2, 3)의 길이에 대응하는 양 만큼, 출력 변위가 증가되도록 구성된다.

여기서, 제1단의 띠 형상의 Z전극(2)에 부착된 2장의 스트레인 게이지(6)를, 각각 Rl, R3로 하고, 제2단의 띠 형상의 더미전극(3)에 부착된 2장의 스트레인 게이지(6)를, 각각 R2, R4로 한다. 2단의 띠 형상의 Z전극(2)과 더미전극(3)에 부착 된 합계 4장의 스트레인 게이지 Rl, R2, R3, R4는, 선형 패턴의 반도체(7)의 저항체의 양단이 서로 전기적으로 접속되어 브릿지회로로 구성된다.

도 3은, 도 2에 도시한 각 축의 전극에 부착된 스트레인 게이지의 접속방법을 도시하는 도면이다. 도 3에 있어서의 저항체의 번호 R1, R2, R3, R4는, 도 2의 띠 형상의 Z전극(2), 더미전극(3)의 스트레인 게이지 번호 R1, R2, R3, R4에 각각 해당한다.

도 3에 도시하는 것 같이, 브릿지회로는, 저항체 R1와 저항체 R4 사이와, 저항체 R2와 저항체 R3 사이에 전압 E의 직류전압이 인가되어 있고, 각 저항체 Rl, R2, R3, R4의 변형률에 의한 저항치의 변화에 의해, 저항체 R1와 저항체 R2 사이와, 저항체 R3와 저항체 R4 사이로부터의 출력전압 e가 검출할 수 있는 구성으로 되어있다.

일반적으로, 스트레인 게이지에는 개개의 차이에 의해 초기 저항치에 차이가 발생하기 때문에, 그 초기 저항치의 편차를 상쇄시키기 위해서, 가변저항을 추가하여 조정한다. 도 3에 도시하는 브릿지회로에서는, 3접점식의 가변저항(12)을 사용한 예를 게시하여, 각 저항체 R1, R2, R3, R4에 변형률이 생기지 않은 상태에서 가변저항(12)의 저항치를 변화시켜, 출력 e이 0V가 되도록 조정하여 놓는다.

이러한 상태에서, 제1단의 전극(2)에 전압을 인가하여, 제1단에 Z방향의 변형률 ε_z를 생기게 한다. 또한, 온도 등의 환경 변화에 의한 스트레인 게이지의 변화를 ε_T로 한다. 각 스트레인 게이지가 부착되고 있는 Z 전극(2)과 더미전극(3) 은 동일 재료로 형성되고, 더욱이 동일의 원통형 압전소자 상에 병치 방식으로 배치되어 있기 때문에, 각 스트레인 게이지가 노출되는 환경은 같고, 온도변화에 의한 변형량은 동일하게 된다.

따라서, 식(1)에 의해, 출력은,

e = Ks /4·(ε₁-ε₂+ε₃-ε₄)·E

= Ks /4·{(ε_Z+ε_T) - (ε_T) +(ε_Z+ε_T) - (ε_T)}·E

= Ks /4·2ε_Z·E (7)

로 된다. 결과적으로, 온도에 의한 변형률이 상쇄되고, 2배로 증폭된 변형률을 얻을 수 있다.

일반적으로, 반도체 저항체를 가지는 스트레인 게이지는 최대 허용 변형률이 작다. 따라서, 반도체 스트레인 게이지를 원통면에 붙인 경우에는 최대 허용 변형량을 초과하여, 측정을 할 수 없다. 그러나, 본 실시예에서는, 선형 패턴의 게이지의 길이방향을 중심축과 평행한 방향으로 부착되고 있기 때문에, 저항체의 부착 방향은 곡면이 아니라 평면 형상으로 되어, 최대 허용 변형량을 초과하는 문제는 생기지 않는다.

4분할전극(4a, 4b, 4c, 4d)의 각 전극에 2장씩 부착된 스트레인 게이지 R1, R2, R3, R4에 관해서도, 도 3에 도시하는 것 같은 브릿지회로가 구성된다. 즉, X축방향으로 구동시키기 위한 X전극(4a 및 4c)에서의 스트레인 게이지 R1, R3 및 R2, R4가, 도 3에 도시하는 브릿지회로에서의 저항체(Rl, R3) 및 (R2, R4)에 각각 해당 한다. 또한, Y축방향으로 구동시키기 위한 Y 전극(4b 및 4d)에서의 스트레인 게이지 R1, R3 및 R2, R4가, 도 3에 도시하는 브릿지회로에서의 저항체 R1, R3 및 R2, R4에 각각 해당한다.

X축방향으로 구동시키기 위한 X전극(4a, 4c)에 관해서 설명하면, 각 전극에 전압이 인가되어, 한편의 전극측(4a)에 중심축과 평행한 연신 변형률 + ε_X이 발생한 경우, 대항하는 전극(4c)에는 절대치가 같고, 반대 극성의 압축 변형률 -ε_X이 발생하여, 결과로서, 원통형 압전소자는 말단의 고정단(1a)을 중심으로 만곡한다. 각 스트레인 게이지의 부착 환경이 같기 때문에, 각 스트레인 게이지에는, 값이 같은 온도에 의한 변형량ε이 발생한다. 이 때의 출력은, 식(1)에서 아래와 같이 얻어진다.

e = Ks /4·(ε₁-ε₂+ε₃-ε₄)·E

= Ks /4·{(ε_X+ε_T) - (-ε_X+ε_T) +(ε_X+ε_T) - (-ε_X+ε_T)}·E

= Ks /4·4ε_X·E (8)

즉, 온도에 의한 변형률이 상쇄되어, 4배까지 증폭된 변형률이 얻어진다.

여기서, 식(7), 식(8)을 참조하면, 출력 전압 e는, 게이지율(Ks)과 브릿지회로에 인가된 전압 E에 비례한다. 즉, 게이지율 Ks와 인가전압(E)이 클 수록 큰 출력을 얻을 수 있다. 시판되는 스트레인 게이지로서는 금속 저항체를 쓴 저항치 120Ω, 게이지율 Ks= 2의 것이 가장 일반적이지만, 본 실시예로 이용한 반도체 스 트레인 게이지의 특성은, 저항치 2 kΩ, 게이지율 Ks= 170의 특성을 갖는다.

따라서, 반도체 게이지가, 금속 저항체를 이용한 게이지보다도 게이지율이 85배 크고, 더욱이 저항체의 값도 약 17배 크기 때문에, 저항체에 인가하는 전압, 즉 E를 크게 할 수 있어, 증폭율을 증가시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 출력신호의 S/N 비가 증가하여 변형률이 미소한 경우에도 정밀도가 높은 변형 측정을 하는 것이 가능해진다. 반도체 저항체의 온도에 대한 변형량이 금속 저항체보다 크고, 측정 정밀도가 저하한다. 그러나, 본 실시예에서는 브릿지회로에 의해 온도 보상이 실행되기 때문에, 반도체 저항체를 이용하더라도 측정 정밀도의 저하는 방지된다.

다음에, 상기 원통형 압전소자(1)로 형성된 미세 변동기구를 사용한 주사형 프로브 현미경에 관해서 설명한다. 여기서는, 주사형 프로브 현미경의 일예로서, 원자력 현미경의 경우에 관해서 설명한다.

도 4는, 도 1에 도시한 원통형 압전소자(1)로 형성된 미세 변동기구를 이용하여 구성한 원자력 현미경의 개관도이다.

미세 변동기구(1)는, 말단(1a)이 거친 변동기구(20)의 상면에 고정되어 있고, 선단부(1b)에는 샘플 스테이지(13)가 설치된다. 샘플 스테이지(13) 상에 놓여진 샘플(14)과 대항하는 위치에, 프로브 홀더(15)가 배치되고, 선단에 미소한 탐침을 갖는 캔틸레버(16, cantilever)가 고정된다. 캔틸레버(16)의 변위는, 반도체 레이저(17)와 4분할 검출기(18)에 의해 구성되는 광 레버(optical lever)(19)에 의해 계측된다. 원통형 압전소자(1)로 형성된 미세 변동기구는 거친 변동기구(20) 상 에 배치되어, 샘플(14)을 탐침(16) 부근에 근접시킨다.

샘플(14)과 탐침(16)을 원자력이 작용하는 영역까지 서로 근접시킨 경우, 탐침과 샘플 사이에 작용하는 힘은 이들 사이의 거리에 의존한다. 따라서, 캔틸레버(16)의 휘어짐이 광 레버(19)에 의해 검출하고, 설정된 휨량이 얻어지도록 Z 전극(2)에 의한 원통형 압전소자(1)의 미세 변동기구의 Z축방향 변위에 의해 거리 조정을 하는 것에 의해, 탐침과 샘플 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 이 때, 원통형 압전소자(1)에 의한 미세 변동기구의 4분할전극(4)에 의해 XY축방향으로 샘플(14)을 레이저 스캔시키면, 샘플 표면의 거칠기 이미지를 얻을 수 있다.

이 때, 각 전극에 부착된 스트레인 게이지(도시생략)의 출력을 모니터하는 것에 의해 XYZ 방향의 변위량을 알 수 있다. 상기 실시예에서는 브릿지회로에 직류 전압을 인가하였다. 그러나, 여기서는 S/N 비를 향상시키기 때문에 교류전압을 인가하여, 출력을 증폭기(도시생략)로 증폭한 후, 로크-인 증폭기(lock-in amplifier)(도시생략)로 검출한다.

XY 방향에 관해서는, 스트레인 게이지의 출력을 제어회로(도시생략)에 입력하여, XY 방향이 선형성을 유지하도록 폐루프 제어된다.

Z 방향 미세 변동기구에 관해서도 폐루프로 구성할 수 있다. 그러나, 원자력 현미경의 경우에는, Z 방향 미세 변동기구는 통상, 절대 변위가 필요하기 때문에, 개루프로 하여, 스트레인 게이지의 출력에 의해 얻어지는 절대 변위를 표시하도록 구성하였다. 이와 방식으로, Z방향 미세 변동기구를 개루프로 구성하는 것으로, Z축방향의 응답성이 향상한다.

[제2 실시예]

다음에, 본 발명의 주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구의 제2 실시예를 도 5, 도 6, 도 7을 참조하여 설명한다. 한편, 제1 실시예에 설명한 각 구성요소와 공통의 요소에는 같은 부호를 붙여 도시하고, 각 요소 사이의 구성이나 동작에 관해서 공통하는 내용에 관해서는, 그 상세한 설명을 생략한다.

제2 실시예의 미세 변동기구도 도 1에 도시한 제1 실시예와 같은 형상의 원통형 압전소자(1)를 이용한다. 도 5는, 원통형 압전소자의 외주면의 전개도이고, 스트레인 게이지의 부착을 도시하고, 폴링의 극성(플러스 및 마이너스의 기호), 각 전극으로 인가하는 고전압용의 배선을 도시하고 있다.

제2 실시예에서는, Z 방향 미세 변동용의 띠 형상의 Z 전극(2)에 2장의 스트레인 게이지 Rz1, Rz3를 부착하고, XY 방향 미세 변동용의 X전극(4a, 4c) 및 Y전극(4b, 4d)에는 각각 1장의 스트레인 게이지 Rx1, Rx2, Ryl, Ry2을 부착하고, 띠 형상의 더미전극(3)에는, 4장의 스트레인 게이지 Rc1, Rc2, Rc3, Rc4를 부착한다. 즉, 합계 10장의 스트레인 게이지를 붙인 구성이다.

도 6은, X전극(4a, 4c) 및 Y전극(4b, 4d)의 스트레인 게이지의 배선도이다. 도 6에 도시하는 저항체(Rx1, Rx2, Ry1, Ry2)는, 각각 도 5에 있어서의 X전극(4a, 4c) 및 Y전극(4b, 4d)에 부착된 스트레인 게이지 Rx1, Rx2, Ry1, Ry2에 해당하고, 도 6에 도시하는 저항체 Rc3, Rc4는, 도 5에 있어서의 띠 형상의 더미전극(3)에 부착된 4장 중 2장의 스트레인 게이지 Rc3, Rc4에 각각 해당한다.

또한, 도 7은, 띠 형상의 Z전극(2)의 스트레인 게이지의 배선도이다. 도 7에 도시하는 저항체 Rz1, Rz3는, 도 5에 있어서의 띠 형상의 Z 전극(2)에 부착된 스트레인 게이지 Rz1, Rz3에 각각 해당한다. 또한, 도 7에 도시하는 저항체 Rc1, Rc2는, 도 5에 있어서의 띠 형상의 더미전극(3)에 부착된 4장 중의 2장의 스트레인 게이지 Rc1, Rc2에 각각 해당한다.

제2 실시예에서는, Z 전극(2)에 부가하여, XY 전극(4)에 관해서도, 더미전극(3)에 붙인 스트레인 게이지로 4 게이지법에 의한 브릿지회로를 구성하였다. 즉, XYZ 모든 전극으로 액티브-더미전극을 사용한 4 게이지법에 의한 온도 보상이 가능한 구성으로 되어 있다.

여기서, XY전극(4)의 더미전극용의 스트레인 게이지는, 동일의 게이지 Rc3, Rc4를 공유하는 구성으로 하여, Rx1, Rx2, Ry1, Ry2의 4장의 게이지와 조합하여, 도 6에 도시하는 브릿지회로를 구성하였다. 즉, 게이지 Rc3, Rc4는, 온도 보상용 저항체로서 2개의 브릿지회로 사이에서 공유된다. 4 게이지법을 이용한 경우에는, 증폭율이 상승하여, 온도 보상도 할 수 있지만, 배선이 복잡화한다. 그러나, 더미용의 스트레인 게이지를 2개의 브릿지회로 사이에서 공유하는 것으로, 게이지나 배선의 개수를 감소하는 것이 가능하다.

또한, Z 전극(2)의 스트레인 게이지 Rz1, Rz3도, XY와 동일의 더미전극(3)에 설치된 스트레인 게이지 Rc1, Rc2와 조합하여, 도 7에 도시한 것 같은 브릿지회로를 구성하였다. 이와 같이, 스트레인 게이지를 부착하는 더미전극을 공유하는 것으로, 설치 공간이 유효하게 활용할 수 있다.

또, 더미전극의 스트레인 게이지는, 더미전극의 영역에 XY의 각 전극마다 별 도로 붙이는 것도 가능하다.

이와 같이 구성하는 것으로, 4 게이지법에 의한 온도 보상을 하는 것이 가능하다. 따라서, 측정 정밀도가 향상되면서 동시에, 미세 변동소자나 장치가 소형화되어 유니트의 강성이 향상한다.

본 발명은 상기 제1, 제2 실시예에 한정되는 것이 아니다.

상기 실시예에서는, 4 게이지법에 관해서 설명하였지만, 예를들면, Z 방향은 도 3에 있어서, R1, R3만, XY 방향은, 도 3에 있어서 R1, R2만에 부착하여 2게이지법으로 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 얻어지는 출력은 4 게이지법의 반이 되지만, 온도에 의한 변형률의 영향은 상쇄된다.

또한, 저항체의 종류는 반도체에 한정되지 않는다. 그 외에도 금속 스트레인 게이지나 압전체를 이용한 스트레인 게이지를 이용하는 것도 가능하다. 가장 일반적으로 보급되고 있는 금속성 스트레인 게이지의 경우에는, 게이지율이 2이고, 실시예의 반도체 스트레인 게이지에 비해 2자리수 정도 작고, 또 저항치는 120Ω과 1자리수 정도 작고, 그 결과 브릿지회로에 인가할 수 있는 전압도 작게 된다. 그 결과, 출력이 크게 저하한다. 그러나, 반도체 게이지에 비교하여, 저가이고 온도 특성이 좋다고 하는 특징이 있다.

더욱이, 본 실시예에서는 원통형 압전소자의 Z 전극에 적용하였지만, 다른 형상의 압전소자나 적층형 압전소자 등도 전부 본 발명에 포함된다.

또한, 상기 실시예에서는 샘플측을 미세 변동기구로 구동시키었지만, 탐침측을 구동시키는 것도 가능하다.

더욱이, 본 발명의 미세 변동기구의 적용범위는 원자력 현미경에 한정되지 않고, 마찰력 현미경, 캔틸레버 진동 방식의 원자력 현미경, 자기력 현미경, 주사형 근시야(近視野) 현미경 등, 모든 주사형 프로브 현미경에 적용가능하다. 또한, 근년, 주사형 프로브 현미경은, 샘플의 가공이나, 샘플의 조작 등에도 응용되어 있다. 이것들의 응용으로서는 미세 변동소자의 위치 결정 정밀도가 요구되고, 본 발명의 주사형 프로브 현미경용의 미세 변동기구는 대단히 유효하다.

상기한 바와 같이 구성한 주사형 프로브 현미경용의 미세 변동기구에서는, 저항체에 의해 변형률이 측정가능하기 때문에, 압전소자가 갖는 히스테리시스나 크리프의 영향에 좌우되지 않고, 선형성이 좋은 액츄에이터로서 동작하여 측정 정밀도가 향상한다. 또한, 변위의 측정을 위해서 스트레인 게이지를 쓰는 것에 의해, 다른 변위계에 비교하여 설치 공간이 작게 되어, 장치가 소형화하여, 강성이 향상한다.

일반적으로 저항체에 의한 스트레인 게이지의 경우에는, 온도에 의한 저항체 자체에 변형률이 발생하고, 이것에 의해 측정 정밀도가 저하한다. 본 발명에서는 압전소자에 의해 미세 변동기구를 구성하여, 이 압전소자에 전압을 인가하기 위한 전극을 적어도 2개이상 설치하여, 그 중 적어도 1개의 전극은 전압을 인가하지 않은 더미전극으로써 사용하고, 다른 전극은 전압을 인가하는 것에 의해 압전소자에 변형률을 생기는 액티브 전극으로써 사용하고, 상기 액티브 전극에, 각각 1개, 또는 2개의 변형 검출용의 저항체를 설치하여, 상기 더미 전극 상에 1개 또는 복수 개의 저항체를 설치하여, 상기 액티브 전극의 저항체에 의해 변형 검출을 할 때에, 더미전극의 저항체에 의해 온도 보상을 하도록 액티브 전극과 더미전극 사이의 각 저항체를 접속하여 브릿지회로를 구성하였다. 이 결과, 온도 드리프트의 영향이 상쇄되어 측정정밀도가 향상한다.

이 경우, 액티브 전극과 더미전극을 동일의 압전소자 상에 설치하기 때문에, 각각의 저항체의 설치 환경, 설치 상태가 거의 같은 조건으로 비교할 수 있고, 온도 보상의 정밀도가 향상한다.

더욱이, 액티브 전극을 2개 이상 설치하여, 액티브 전극의 각 저항체가, 더미전극 상의 동일의 온도 보상용 저항체를 공유하여 브릿지회로를 구성하였다.

이것에 의해, 더미전극상으로의 저항체의 설치 공간을 효율적으로 사용하는 것이 가능해져, 결과적으로, 더미전극 상의 저항체의 개수가 줄어 배선이 적어진다. 이 결과, 장치 전체가 소형화할 수 있어, 유니트의 강성이 향상한다.

또한, 원통형 압전소자에 의해 미세 변동기구를 구성하는 것에 의해, 더욱이 장치를 소형화할 수 있어, 장치의 강성이 향상한다.

더욱이, 액티브, 더미 전극 각각에 2개의 저항체를 설치하여, 브릿지회로에 의해 출력을 집어낸 경우에는, 각각 1개의 저항체를 집어내는 경우에 비교하여 출력이 2배로 되어, 출력의 S/N 비가 향상한다.

저항체에 반도체를 사용하기 때문에, 금속에 의한 저항체의 경우에 비교하여 미소한 변형 측정이 가능해져, 주사형 프로브 현미경의 미세 변동기구의 변위 측정 정밀도가 더욱 향상한다.

Claims

피측정물(샘플)의 표면을 탐침으로 주사하여 상기 피측정물의 거칠기 또는 물리적 특성을 측정하기 위해서, 상기 피측정물과 상기 탐침 사이의 상대 위치를 미세 변화시키는 주사형 프로브 현미경용의 미세 변동기구에 있어서,

상기 미세 변동기구가 압전소자로 구성되고,

이 압전소자에 전압을 인가하기 위한 적어도 2개 이상의 전극이 설치되고, 그 중 적어도 1개의 전극은 전압을 인가하지 않은 더미전극으로 구성되고, 다른 전극은 전압을 인가시 압전소자에 변형률을 발생하는 액티브 전극으로서 구성되고,

상기 액티브 전극에, 각각 1개 또는 2개 위치에 변형률 검출용의 1개 또는 2개의 저항체를 설치하고,

상기 더미전극에 1개 또는 복수 개의 저항체를 설치하고,

상기 액티브 전극의 저항체에 의해 변형률 검출을 할 때에, 더미 전극의 저항체에 의해 온도 보상을 행하도록 액티브 전극과 더미 전극 사이의 각 저항체를 접속하여 브릿지회로를 구성한 것을 특징으로 하는 주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구.
제1항에 있어서, 상기 미세 변동기구가 액티브 전극을 2개 이상 구비하고, 이 액티브 전극의 각 저항체가 더미 전극상의 동일의 온도 보상용 저항체를 공유하여 브릿지회로를 구성하는 주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구.
제1항에 있어서, 상기 미세 변동기구가, 중공 원통형 압전소자로 구성되어, 상기 원통 내부에 공통전극을 설치하고, 그 외부에 2개 이상의 전극을 설치하며, 그 중 적어도 1개를 더미전극으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구.
제2항에 있어서, 상기 미세 변동기구가, 중공 원통형 압전소자로 구성되어, 상기 원통 내부에 공통전극을 설치하고, 외부에 2개 이상의 전극을 설치하며, 그 중 적어도 1개를 더미전극으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구.
제4항에 있어서, 상기 저항체가, 선형 패턴의 반도체에 의해 구성되고, 액티브 전극과 더미 전극에 각각 설치된 상기 선형 패턴의 저항체의 길이방향이 원통형 압전소자의 중심 축방향과 평행하게 연장되도록 배치된 주사형 프로브 현미경용 미세 변동기구.