KR20060101267A - 캔틸레버 홀더 및 주사형 탐침 현미경 - Google Patents

Abstract

본체부를 견고하게 고정함으로써 캔틸레버의 진동상태에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해서, 전단에 탐침을 갖고 베이스 단측이 본체부에 단일 지지 상태로 지지된 캔틸레버를, 착탈가능하게 고정하는 캔틸레버 홀더로서, 상기 본체부를 소정 위치에 위치 결정한 상태로 장착하는 장착부를 갖는 베이스부재와, 상기 본체부를 상기 장착부에 장착한 상태로 적어도 상기 본체부의 표면에 접촉가능하게 이루어지고, 상기 캔틸레버의 길이 방향(축선 A 방향)에 사실상 직교하는 방향으로 연장된 유지부재와, 상기 유지부재의 양단을 상기 베이스부재를 향해 소정의 압력으로 가압하여, 상기 유지부재에 의해 상기 본체부를 상기 장착부에 고정하고, 가압으로부터 해제함으로써 상기 유지부재를 상기 본체부의 표면으로부터 이격시킬 수 있는 가압수단을 포함하고, 상기 유지부재가 수지성 재료로 형성된다.

Description

캔틸레버 홀더 및 주사형 탐침 현미경{CANTILEVER HOLDER AND SCANNING PROBE MICROSCOPE}

도 1은 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경의 제1 실시형태를 도시하는 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시하는 주사형 탐침 현미경의 구성품으로서, 본 발명에 따른 캔틸레버 홀더의 평면도이다.

도 3은 도 2에 도시하는 캔틸레버 홀더의 장착부 주변의 확대도이다.

도 4는 도 3에 도시하는 캔틸레버 홀더의 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 캔틸레버 홀더의 제2 실시형태를 도시하는 평면도이다.

도 6은 도 5에 도시하는 캔틸레버 홀더의 단면도이다.

도 7은 도 6에 도시하는 캔틸레버 홀더의 와이어에 의해 본체부를 고정하고 있는 상태를 도시하는 확대 단면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 캔틸레버 홀더의 제3 실시형태를 도시하는 평면도이다.

도 9는 도 8에 도시하는 캔틸레버 홀더의 단면도이다.

도 10은 도 9에 도시하는 캔틸레버 홀더의 유지판에 의해 본체부를 고정하는 상태를 도시하는 확대 단면도이다.

도 11은 종래기술의 캔틸레버 홀더의 와이어에 의해 캔틸레버를 고정하는 상태를 도시한 도면으로서, 도 11(a)는 측면도, 도 11(b)는 와이어와 본체부의 장착 관계를 도시하는 확대 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

A : 캔틸레버의 축선 S : 시료

1 : 주사형 탐침 현미경 2, 30, 40 : 캔틸레버 홀러

3 : 탐침 4 : 본체부

4a : 본체부의 표면 5 : 캔틸레버

6 : 스테이지 7 : XY 스캐너

8 : Z 스캐너 9 : 이동수단

10 : 측정수단 11 : 장착부

12 : 베이스부재 13 : 시트(유지부재)

14, 32 : 가압수단 31 : 와이어(유지부재)

41 : 유지판(판 형상부재) 42 : 수지성 막

본 발명은, 전단에 탐침(stylus)을 갖는 캔틸레버를 착탈가능하게 고정하는 캔틸레버 홀더, 및 이 캔틸레버 홀더를 갖는 주사형 탐침 현미경에 관한 것이다.

AFM(Atomic Force Microscope; 원자력 현미경) 등의 캔틸레버를 이용하는 형태의 SPM(Scanning Probe Microscope; 주사형 탐침 현미경)에서는, 시료에 따라 최적의 캔틸레버를 이용하기 위해서, 해당 캔틸레버는 캔틸레버 홀더에 그리고 캔틸레버 홀더로부터 착탈가능하게 고정되고 교환가능하도록 이루어져 있다. 캔틸레버를 캔틸레버 홀더에 고정하기 위해서, 통상적으로, 캔틸레버의 베이스 단부측을 단일 지지상태로 지지하는 본체부가 캔틸레버 홀더의 부착부에 설정되며, 이 본체부가 각종의 홀딩부재에 의해 유지됨으로써 부착부에 고정되고 있다.

각종 홀딩부재가 제안되고 있지만, 통상적으로, 와이어(예컨대, 일본국 특허공개2003-121335호 공보 참조)나 판스프링(예컨대, 일본국 특허공개2000-249714호 공보 참조)가 채용되고 있다. 또, 이들 와이어나 판스프링은, 캔틸레버를 확실하게 고정하기 위해서 일반적으로 금속재료가 사용되고 있다.

그러나, 상술한 종래 기술의 캔틸레버 홀더에 의하면, 이하의 문제점이 발생하고 있었다.

즉, SPM에서, 시료를 보다 다양하게 관찰하기 위해서, 각종 측정 모드가 준비되어 있고, 관찰자는 그 목적에 따라서 최적의 측정 모드를 선택함으로써 시료를 관찰하고 있다.

예컨대, 캔틸레버를 소정의 주파수(공진 주파수 또는 그 근방)로 진동시켜, 탐침과 시료 사이의 거리를 일정하게 제어하면서 주사를 실행하는 AC 모드 AFM 이 있다.

이 AC 모드 AFM에 의해 측정을 실행할 때, 종래기술의 캔틸레버 홀더에 의해 본체부를 견고하게 고정할 수 없는 경우가 있고, 그 결과, 해당 캔틸레버를 소정의 주파수로 진동시키는데 영향을 행사할 수 있는 경우가 있다.

즉, 와이어를 이용하여 캔틸레버를 고정하는 방법에서는, 예컨대 도 11(a) 및 도 11(b)에 도시하는 바와 같이, 본체부(4)는 와이어(43)에 의해 캔틸레버 홀더(2)에 가압되고 있지만, 와이어(43)가 금속제의 경도를 갖는 선재이기 때문에, 캔틸레버 홀더(2)의 외형 형상에 따라 와이어가 변형하지 않고, 본체부(4)의 양단부에서 2점 접촉한 상태로 되는 경우가 있었다. 따라서, 이 경우, 본체부(4)를 캔틸레버 홀더(2)에 견고하게 고정할 수 없다.

또, 판 스프링을 이용하여 캔틸레버를 고정하는 방법에서는, 판 스프링과 본체부가 외관상 서로 면 접촉 상태로 캔틸레버를 고정하고 있지만, 판 스프링 및 본체부의 표면은 미소한 요철형상으로 되어 있기 때문에, 판 스프링과 본체부가 상기 와이어를 이용하는 고정방법의 경우와 유사한 점 접촉 상태가 되어 버리는 경우가 있었다. 이 경우에는 다점 접촉이 유발되기 때문에, 상기 와이어를 이용한 고정방법에서의 2점 접촉보다 견고하게 고정하지만, 그러나 본체부를 견고하게 고정하는 것이 어렵다.

이와 같이, 종래기술의 방법에서는, 본체부를 견고하게 고정할 수가 없기 때문에, 캔틸레버의 진동에 따라, 본체부도 진동하고 있었다. 따라서, 캔틸레버의 진동 상태에 영향을 미치고 캔틸레버가 소정의 주파수로 진동될 수 없었다.

또한, 캔틸레버 홀더의 진동이 본체부에 전달되는 경우가 있지만, 이 경우에도, 전달된 진동에 의해서 본체부가 진동하여 이 진동이 또한 캔틸레버에 전달된 다. 즉, 본체부가 견고하게 고정되지 않기 때문에, 캔틸레버 홀더의 진동이 본체부를 통해 캔틸레버까지 전달되어 캔틸레버를 소정의 주파수로 진동시킬 수 없었다.

따라서, Q 곡선(가진주파수의 최적치(동작점)를 결정하기 위한 공진특성곡선)을 측정할 때에, 측정에 영향(예컨대, 공진점이 어긋나고, 진동 진폭의 크기 등이 변화한다)을 미쳐 Q 곡선을 안정적으로 측정할 수가 없다는 단점이 있었다. 그 결과, AC 모드 AFM에 의한 측정을 정확하게 실행할 수 없었다.

본 발명은, 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 본체부를 견고하게 고정하여, 캔틸레버의 진동상태에 영향을 미치는 일이 없는 캔틸레버 홀더, 및 해당 캔틸레버 홀더를 갖는 주사형 탐침 현미경을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 제공하고 있다.

본 발명에 따른 캔틸레버 홀더는, 전단에 탐침을 갖고 베이스 단측(base end side)이 평판형상의 본체부에 단일 지지 상태로 지지된 캔틸레버를, 착탈가능하게 고정하는 캔틸레버 홀더로서, 상기 본체부를 소정 위치에 위치 결정한 상태로 장착하는 장착부를 갖는 베이스부재와, 상기 본체부를 상기 장착부에 장착한 상태로 적어도 상기 본체부의 표면에 접촉가능하게 이루어지고, 상기 캔틸레버의 길이 방향에 사실상 직교하는 방향으로 연장된 유지부재와, 상기 유지부재의 양단을 상기 베이스부재를 향해 소정의 압력으로 가압하여, 상기 유지부재에 의해 상기 본체부를 상기 장착부에 고정하고 상기 유지부재의 양단을 가압으로부터 해제함으로써 상 기 유지부재를 상기 본체부의 표면으로부터 이격시킬 수 있는 가압수단을 포함하고, 상기 유지부재가 수지성 재료로 형성된다.

본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 본체부를 베이스부재의 장착부에 장착함으로써, 본체부가 소정 위치에 위치 결정 상태로 된다. 이어서, 가압수단에 의해, 캔틸레버의 길이방향에 사실상 직교하는 방향으로 연장된 유지부재의 양단을 상기 베이스부재를 향해 소정의 압력으로 가압하여, 유지부재가 적어도 본체부의 표면을 가압한다. 이에 따라, 유지부재를 통해 본체부를 장착부에 가압하여 고정할 수 있다. 따라서, 본체부에 의해 캔틸레버가 고정될 수 있다.

또한, 유지부재의 가압을 해제함으로써 유지부재를 본체부의 표면으로부터 이격시킬 수 있고, 캔틸레버는 장착부로부터 분리될 수 있다.

특히, 유지부재가 수지성 재료로 형성되며, 따라서 유지부재는 자신의 탄성에 의해 변형되기 쉽다. 따라서, 가압수단에 의해 가압될 때, 유지부재는 본체부의 표면의 미소한 요철 및 본체부의 외형 형상에 따라서 변형된다. 따라서, 종래 기술의 점 접촉과 달리, 유지부재와 본체부 사이에 간극이 없는 상태로 되어 접촉면적이 증가한다. 따라서, 본체부는 장착부에 확실하게 가압하여 고정될 수 있다.

따라서, AC 모드 AFM에 의해 캔틸레버가 진동된 때에, 캔틸레버의 진동을 전달하여 본체부가 진동하는 것을 억제할 수 있으므로, 캔틸레버의 진동 상태에 영향을 주지 않고, 캔틸레버를 소정의 주파수로 확실하게 진동시킬 수 있다. 그 결과, Q 곡선을 정확하고 안정적으로 측정할 수 있어, AC 모드 AFM에 의한 측정 결과의 신뢰성을 향상할 수 있고 그 취급성이 용이하게 된다.

특히, 유지부재가 수지성 재료로 형성되기 때문에, 자신의 탄성에 의해 진동을 감쇠(댐핑)시킬 수 있으므로, 캔틸레버의 진동 상태에 영향을 주지 않는다.

또, 본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 본 발명의 캔틸레버 홀더에서, 상기 유지부재가 띠 형상의 시트로 이루어진다.

본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 유지부재는 수지성 재료로 이루어지는 띠형상의 시트이므로, 시트가 본체부의 표면의 요철 및 본체부의 외형 형상에 따라서 변형하여, 면 접촉 상태로 밀착하여 본체부를 장착부에 확실하게 가압한다. 따라서, 본체부는 안정적으로 장착부에 고정될 수 있다.

또, 본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 본 발명의 캔틸레버 홀더에서, 상기 유지부재가 와이어이다.

또, 본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 유지부재가 수지성 재료로 이루어지는 와이어이기 때문에, 시트가 본체부의 표면의 요철 및 본체부의 외형 형상에 따라서 변형하여, 견고하게 선 접촉 상태로 밀착하여 본체부를 장착부에 가압한다. 따라서, 본체부는 안정적으로 장착부에 고정될 수 있다.

또, 본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 본 발명의 캔틸레버 홀더에서, 상기 와이어는, 내부에 금속성 재료로 이루어지는 가요성의 축심(axis core)을 포함한다.

또, 본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 상기 와이어가 금속성 재료로 이루어지는 가요성의 축심을 포함하고, 와이어가 보다 견고하게 되어 가압수단부터의 가압력을 효과적으로 본체부에 전달할 수 있다. 따라서, 본체부는 보다 안정적으 로 견고하게 장착부에 고정될 수가 있다.

또한, 와이어의 양단을 고정할 때에, 수지 부분에 가능한 한 작게 영향을 주지 않도록 내부에서 축심을 이용하여 양단을 고정하는 것이 가능하다. 이에 따라, 수지 부분에 양단으로부터의 인장력이 작용하는 것을 방지할 수 있으므로, 인장력에 기인하는 수지 부분의 연신을 유발하는 일이 없다. 따라서, 수지 부분의 내구성을 향상할 수 있는 동시에, 자신의 탄성을 확실하게 유지할 수 있다.

또, 본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 본 발명의 캔틸레버 홀더에서, 상기 수지성 재료는 도전성 수지 재료이다.

본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 상기 유지부재가 도전성 수지 재료로 형성되므로, 캔틸레버의 대전을 방지하거나, 대전된 정전기를 제거할 수 있다. 또한, 이에 따라, 전기장이나 자기장으로부터 받는 영향을 가능한 한 작게 저감할 수가 있다. 따라서, 측정 결과의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또, 도전성 수지 재료로서, 수지성 재료 자체가 도전성을 갖는 것을 이용할 수 있거나, 또는 도전성을 갖고 있지 않은 수지성 재료에, 예컨대, 카본 나노튜브 등의 탄소재료나 금속재료를 혼합하여 얻어진 재료를 이용할 수도 있다.

또한, 본 발명의 캔틸레버 홀더는, 전단측에 탐침을 갖고, 베이스 단측이 평판형상의 본체부에 단일 지지 상태로 지지된 캔틸레버를, 착탈가능하게 고정하는 캔틸레버 홀더로서, 상기 본체부를 소정 위치에 위치 결정한 상태로 장착하는 장착부를 갖는 베이스부재와, 상기 본체부를 상기 장착부에 장착한 상태로 적어도 상기 본체부의 표면에 접촉가능하게 이루어진 판 형상부재와, 상기 판 형상부재를 상기 본체부의 표면을 향해 소정의 압력으로 가압하여, 상기 판 형상부재를 상기 베이스부재를 향해 소정의 압력으로 가압하여, 상기 판 형상부재를 가압으로부터 해제함으로써 상기 판 형상부재를 상기 본체부의 표면으로부터 이격시킬 수 있는 가압수단을 포함하고, 상기 판 형상부재에는, 상기 본체부의 표면과 접촉하는 영역에 수지성 막이 형성되어 있다.

본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 본체부를 베이스부재의 장착부에 장착함으로써, 본체부가 소정 위치에 위치 결정된 상태로 된다. 이어서, 가압수단에 의해, 적어도 본체부의 표면을 향해 소정의 압력으로 판 형상부재를 가압한다. 이에 따라, 판 형상부재에 의해 본체부를 장착부에 고정하도록 가압할 수 있다. 따라서, 캔틸레버를 본체부에 의해 고정할 수가 있다.

또, 판 형상부재를 가압으로부터 해제함으로써 본체부의 표면으로부터 판 형상부재를 이격시킬 수 있고 캔틸레버가 장착부로부터 분리될 수 있다.

특히, 판 형상부재에는, 본체부의 표면과 접촉하는 영역에 수지성 막이 형성되므로, 가압수단에 의해 가압된 때에, 본체부의 표면의 미소한 요철 및 본체부의 외형 형상에 따라서 수지성 막이 변형하여 밀착 접촉 상태로 접촉한다. 즉, 종래 기술의 점 접촉과는 달리, 판 형상부재와 본체부 사이에 간극이 없는 상태로 되어, 접촉 면적이 증가한다. 따라서, 본체부를 장착부에 가압하여 견고하게 고정할 수가 있다.

따라서, AC 모드 AFM에 의해 캔틸레버를 진동시킨 때에, 해당 캔틸레버의 진동이 전달되어 본체부가 진동하는 것을 억제할 수 있으므로, 해당 캔틸레버의 진동 상태에 영향을 주지 않고, 캔틸레버를 소정의 주파수로 확실하게 진동시킬 수 있다. 그 결과, Q 곡선을 정확하고 안정적으로 측정할 수가 있어, AC 모드 AFM 에 의한 측정결과의 신뢰성을 향상할 수 있는 동시에 취급도 용이하게 된다.

또한, 수지성 막은, 자신의 탄성에 의해 진동을 감쇠(댐핑)시킬 수 있으므로, 캔틸레버의 진동상태에 영향을 주지 않는다.

또, 본 발명의 캔틸레버의 홀더는, 전단에 탐침을 갖고 베이스 단측이 평판형상의 본체부에 단일 지지 상태로 지지된 캔틸레버를, 착탈가능하게 고정하는 캔틸레버 홀더로서, 상기 본체부를 소정 위치에 위치 결정한 상태로 장착부를 장착하는 베이스부재와, 상기 본체부를 상기 장착부에 장착한 상태로 적어도 상기 본체부의 표면을 소정 압력으로 가압하여 상기 본체부를 상기 장착부에 고정시킬 수 있는 판 스프링을 구비하고, 상기 판 스프링에는, 상기 본체부의 표면과 접촉하는 영역에 수지성 막이 형성되어 있다.

본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 본체부를 베이스부재의 장착부에 장착함으로써, 본체부가 소정 위치에 위치 결정 상태로 된다. 이어서, 판 스프링에 의해, 장착부를 향해 적어도 본체부의 표면을 자신의 탄성력을 이용하여 소정의 압력으로 가압한다. 이에 따라, 본체부는 장착부에 가압하여 고정할 수 있다. 따라서, 본체부에 의해 캔틸레버가 고정될 수 있다.

또한, 판 스프링을 상승시켜 판 스프링의 가압을 해제함으로써, 캔틸레버는 장착부로부터 분리될 수 있다.

특히, 판 스프링이 본체부의 표면과 접촉하는 영역에 수지성 막으로 형성되 므로, 자신의 탄성에 의해 본체부를 가압할 때, 수지성 막은 밀접한 접촉 상태를 유지하면서 본체부의 표면의 미소한 요철 및 본체부의 외형 형상에 따라 변형된다. 즉, 종래 기술의 점 접촉과 달리, 판 스프링과 본체부 사이에 간극이 없는 상태로 되어 접촉 면적이 증가한다. 따라서, 본체부를 장착부에 확실하게 가압하여 고정할 수 있다.

따라서, AC 모드 AFM에 의해 캔틸레버가 진동된 때에, 캔틸레버의 진동을 전달하여 본체부가 진동하는 것을 억제할 수 있으므로, 캔틸레버의 진동 상태에 영향을 주지 않고, 캔틸레버를 소정의 주파수로 확실하게 진동시킬 수 있다. 그 결과, Q 곡선을 정확하고 안정적으로 측정할 수 있어, AC 모드 AFM에 의한 측정 결과의 신뢰성을 향상할 수 있고 그 취급성이 용이하게 된다.

또, 수지성 막이, 자신의 탄성에 의해 진동을 감쇠(댐핑)시킬 수 있으므로, 캔틸레버의 진동 상태에 영향을 주지 않는다.

또, 본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 본 발명의 캔틸레버 홀더에서, 상기 수지성 재료가 도전성 재료로 형성된다.

본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 수지성 막이 도전성 수지 재료로 형성되므로, 캔틸레버의 대전을 방지하거나, 대전된 정전기를 제거할 수 있다. 또한, 이에 따라, 전기장이나 자기장으로부터 받는 영향을 가능한 한 작게 저감할 수가 있다. 따라서, 측정 결과의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또, 도전성 수지 재료로서, 수지성 재료 자체가 도전성을 갖는 것을 이용할 수 있거나, 또는 도전성을 갖고 있지 않은 수지성 재료에, 예컨대, 카본 나노튜브 등의 탄소재료나 금속재료를 혼합하여 얻어진 재료를 이용할 수도 있다.

또, 본 발명의 주사형 탐침 현미경은, 본 발명의 어느 한 항 기재에 따른 캔틸레버 홀더를 포함하고, 전단에 탐침을 갖고, 베이스 단측이 평판형상의 본체부에 단일 지지 상태로 지지된 캔틸레버를, 본체부에 의해 캔틸레버 홀더에 착탈가능하게 고정하는 캔틸레버와, 시료를 장착하고 상기 시료를 상기 탐침에 대향 배치시킬 수 있는 스테이지와, 상기 탐침과 상기 시료를 시료 표면에 평행한 방향으로 상대 이동시키는 이동수단과, 상기 캔틸레버의 변위를 측정하는 측정수단을 포함한다.

본 발명의 주사형 탐침 현미경에 따르면, 먼저 시료에 따라 캔틸레버가 선택되고 본체부에 의해 캔틸레버 홀더에 고정된다. 이어서, 캔틸레버 전단에 탐침을, 시료 표면에 접촉 또는 비접촉하도록 한 상태에서 시료의 표면 형상, 점탄성 등의 각종 물성 정보를 측정하기 시작한다. 예컨대, 캔틸레버를 소정의 주파수로 진동시킨 상태로, 이동수단에 의해 탐침과 시료를 상대 이동시켜 주사하여, 측정수단에 의해 주사하는 동안 캔틸레버의 변위 즉, 캔틸레버의 진동상태의 변위를 측정하여, 시료의 표면 형상을 측정한다.

특히, 캔틸레버 홀더에 따르면, 종래 기술의 점 접촉에 의한 캔틸레버와 달리, 유지부재와 본체부 사이에 간극이 없는 상태로 되어 양 부재를 서로 밀착시켜, 본체부를 장착부에 견고하게 가압하여 고정하므로, 캔틸레버의 진동 상태에 영향을 주는 일 없이, 해당 캔틸레버를 소정의 주파수로 확실하게 진동시킬 수 있다. 따라서, 시료의 표면 형상 등을 정확히 측정할 수 있고, 측정 결과의 신뢰성을 향상할 수가 있다.

본 발명의 캔틸레버 홀더에 의하면, 유지부재가 수지성 재료로 형성되며, 따라서 유지부재는 본체부의 표면의 미소한 요철 및 본체부의 외형 형상에 따라서 변형되어 밀접한 접촉 상태를 이루게 된다. 즉, 유지부재와 본체부 사이에 간극이 없는 상태로 되어, 접촉면적이 증가하므로, 본체부는 장착부에 견고하게 가압하여 고정할 수 있다. 따라서, 캔틸레버를 소정의 주파수로 확실하게 진동시킴으로써 Q 곡선을 정확하고 안정적으로 측정할 수 있어, AC 모드 AFM에 의한 측정 결과의 신뢰성을 향상할 수 있고 그 취급성이 용이하게 된다.

또, 본 발명의 주사형 탐침 현미경에 따르면, 주사형 탐침 현미경은 캔틸레버의 진동상태에 영향을 미치는 일이 없이 견고하게 고정시킬 수 있는 캔틸레버 홀더를 포함하므로, 시료를 보다 정확하게 측정할 수 있고 측정 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 캔틸레버 홀더 및 주사형 탐침 현미경의 제1 실시형태를, 도 1 내지 도 4를 참조로 설명한다.

본 실시형태의 주사형 탐침 현미경(1)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 캔틸레버 홀더(2)와, 전단에 탐침(3)을 갖고, 베이스 단부가 평판 형상의 본체부(4)에 의해 단일 유지 상태로 지지되어, 해당 본체부(4)를 통해 캔틸레버 홀더(2)에 착탈가능하게 고정되는 캔틸레버(5)와, 시료(S)를 장착하고 해당 시료(S)를 탐침(3)에 대향 배치시킬 수 있는 스테이지(6)와, 탐침(3)과 시료(S)를 시료 표면에 평행한 XY 방향으로 서로 상대 이동시키고, 시료 표면에 수직한 Z방향으로 서로 상대 이동시 키는 XY 스캐너(7) 및 Z 스캐너(8)로 이루어지는 이동수단(9)과, 캔틸레버(5)의 변위를 측정하는 측정수단(10)을 구비하고 있다.

또, 본 실시형태에 따르면, 캔틸레버(5)를 소정의 주파수로 진동시켜, 시료(S)의 표면 형상을 측정하는 경우의 실시예로 설명한다.

상기 캔틸레버 홀더(2)는, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 캔틸레버(5)의 축선 A와 수평면에 의해 이루어진 각도 θ1가 소정의 각도를 이루도록, 본체부(4)를 소정의 위치에 위치 결정한 상태로 장착부(11)를 장착하는 베이스부재(12)와, 본체부(4)를 장착부(11)에 장착한 상태로 적어도 본체부(4)의 표면(4a)에 접촉가능하게 되고, 축선 A 방향(캔틸레버(5)의 길이 방향)으로 대략 직교하는 방향으로 연장된 띠 형상의 시트(유지부재)(13)와, 해당 시트(13)의 양단을 베이스부재(12)를 향해 소정의 압력으로 가압하여, 시트(13)를 통해 본체부(4)를 장착부(11)에 고정하고, 가압을 해제함으로써 시트(13)를 본체부(4)의 표면(4a)에서 이격시킬 수 있는 가압수단(14)을 구비하고 있다.

베이스부재(12)는, 예컨대 상부 투시시 대략 U자 형상으로 형성되어 있고, 도 1에 도시하는 바와 같이 부착벽(W)에 고정되어 있다. 또, 도 2에 도시하는 바와 같이, 개구부 근방에 장착부(11)가 설치된다. 이 장착부(11)는, 본체부(4)의 이면(탐침(3)이 설치되는 반대측의 면)(4b) 및 본체부(4)의 후단부(4c)에 접촉하고 있다. 이에 따라, 도 4에 도시하는 바와 같이, 캔틸레버(5)는 수평면에 대하여 소정 각도 θ1만큼 경사진 상태로, 이들 사이에 위치 어긋나지 않고 장착부(11)에 장착할 수 있도록 되어 있다.

또한, 베이스부재(12)에는, 장착부(11)로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 스테이부(15)가 설치되어 있고, 해당 스테이부(15)의 상부에는 핀 접합된 금속성의 유지판(16)이 요동가능하게 장착되고 있다. 즉, 유지판(16)은, 핀(17)을 중심으로 회전하고 있다.

이 유지판(16)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 전단측이 상부 투시시 U자 형상으로 형성되어 있고 베이스 단측이 상부 투시시 사각형상으로 형성되어 있다. 그리고, 유지판(16)은, 전단측의 개구부 내에 상기 장착부(11)가 위치하도록 배치되고 있다. 즉, 2개의 돌기부(16a)가, 장착부(11)를 사이에 개재하도록 양측에 배열되어 있다.

또, 도 4에 도시하는 바와 같이, 유지판(16)의 베이스 단측과 베이스부재(12) 사이에는, 베이스 단측을 베이스부재(12)로부터 이간시키도록 해당 베이스부재(12)를 부세(탄성가압)하는 스프링(18)이 설치된다. 이에 따라, 유지판(16)은, 항상 핀(17)을 중심으로 회전하여 선단측이 베이스부재(12)를 향하여 부세되고 있다.

상기 시트(13)는, 예컨대, 폴리이미드나 폴리아미드 등의 수지성 재료로 형성되어 있고, 양단이 상기 2개의 돌기부(16a)에 스크류부재(19)에 의해 고정되어 있다. 즉, 시트(13)는, 상기 본체부(4)의 표면(4a)(탐침(3)이 설치되는 측의 면)에 접촉한 상태로 2개의 돌기부(16a)의 사이에 가설되어 있다.

여기서, 전술한 바와 같이 유지판(16)의 전단측이 항상 베이스부재(12)를 향하여 부세되어 있기 때문에, 2개의 돌기부(16a)에 고정된 시트(13)도 유사하게 베 이스부재(12)를 향하여 부세되고 있다. 즉, 시트(13)를 통해 적어도 본체부(4)의 표면(4a)이 장착부(11)를 향하여 가압할 수 있도록 이루어져 있다.

즉, 이들 유지판(16), 스테이부(15) 및 스프링(18)은, 상기 가압수단(14)을 구성하고 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 본체부(4)를 통해 캔틸레버(5)를 소정의 주파수로 진동시키는 압전소자(20)가 장착부(11)와 본체부(4) 사이에 설치된다. 이 압전소자(20)는, 가진전원(21)으로부터 인가된 전압에 따라서 진동하고 있다.

또한, 상기 스테이지(6)는, XY 스캐너(7) 상에 장착되어 있고, 해당 XY 스캐너(7)는 상기 Z 스캐너(8) 상에 장착되어 있다. 또한, Z 스캐너(8)는, 도시하지 않은 방진 베이스 상에 장착되어 있다. 이 XY 스캐너(7) 및 Z 스캐너(8)는, 예컨대, 압전소자를 포함하고, 각각 XY 제어부(22) 및 Z 제어부(23)로부터 전압을 인가하여 각각의 방향으로 미소 이동하도록 이루어져 있다.

또한, 시료(S) 상에는, 캔틸레버(5)의 도시하지 않은 반사면을 향하여 레이저광(L)을 조사하는 광조사부(24)와, 반사면에서 반사된 레이저광(L)을 수광하는 광검출부(25)가 배치되고 있다. 이 광검출부(25)는, 예컨대, 4분할의 광검출기로 구성되고, 레이저광(L)의 입사위치로부터 캔틸레버(5)의 변위, 즉, 진동상태를 검출하고 있다. 그리고, 광검출부(25)는, 검출한 캔틸레버(5)의 진동상태의 변위를 DIF 신호로서, 출력하고 있다.

그리고, 제어부(26)는, 출력되는 DIF 신호에 기초한 피드백 제어에 따라서, 상기 Z 제어부(23)를 제어하여, 탐침(3)과 시료(S) 사이의 거리가 항상 일정하도록 제어하고 있다. 또한, 동시에 DIF 신호에 따라서 시료(S)의 표면형상을 측정할 수 있도록 되어 있다. 즉, 상기 광조사부(24) 및 광검출부(25)는, 상기 측정수단(10)을 구성하고 있다.

또, 제어부(26)는, 전술한 각 구성품을 종합적으로 제어하는 기능을 갖고 있다.

이와 같이 구성된 캔틸레버 홀더(2) 및 주사형 탐침 현미경(1)에 의해, 시료(S)의 표면 형상을 측정하는 경우에 관해서, 이하에 설명한다.

우선, 시료(S)를 스테이지(6) 상에 장착하고, 시료(S)에 따른 캔틸레버(5)를 선택하여, 해당 캔틸레버(5)를 캔틸레버 홀더(2)에 장착한다. 캔틸레버(5)를 고정한 후, 해당 캔틸레버(5)의 반사면에 레이저광(L)이 조사되도록, 또한, 반사한 레이저광(L)이 광검출부(25)에 확실하게 입사하도록, 광조사부(24) 및 광검출부(25)의 위치 등을 조정한다. 이어서, 가진전원(21)으로부터 압전소자(20)에 소정의 전압을 인가하여 캔틸레버(5)를 진동시켜, Q 곡선을 측정하고 동작점(가진주파수의 최적치)을 설정한다.

상기 초기 설정을 종료한 후, 시료(S)의 표면형상을 측정한다. 즉, 탐침(3)과 시료(S) 사이의 거리를 일정 거리로 설정한 상태에서, XY 제어부(22)에 의해 XY 스캐너(7)를 이동시켜, 시료(S)를 주사한다. 이 경우에, 시료 표면의 요철에 따라서 캔틸레버(5)가 절곡되므로, 따라서, 광검출부(25)에 입사하는 레이저광(L)(반사면에서 반사한 레이저광)의 입사 위치가 다르다. 또, 광검출부(25)는, 이 입 사위치에 따른 DIF 신호를 제어부(26)로 출력한다. 제어부(26)는, 이 DIF 신호에 따라서 시료(S)의 표면 형상을 측정하고, Z 제어부(23)에 의해 Z 스캐너(8)를 이동시켜, 탐침(3)과 시료(S) 사이의 거리가 항상 일정하도록 피드백 제어한다. 이에 따라, 시료(S)의 표면 형상을 측정할 수가 있다.

여기서, 캔틸레버(5)의 고정방법에 관해서, 이하에 보다 상세히 설명한다.

먼저, 유지판(16)의 베이스 단측은 스프링(18)의 스프링력에 대한 힘에 의해 베이스부재(12)를 향해 가압된다. 이에 따라, 유지판(16)은, 핀(17)을 중심으로 회전하여 전단측이 베이스부재(12)로부터 이격되도록 이동한다. 이 상태에서, 캔틸레버(5)의 본체부(4)는 장착부(11) 상에 장착된다. 이 경우, 본체부(4)의 이면(4b) 및 후단부(4c)가 장착부(11)에 접촉하여, 따라서 본체부(4)가 위치 어긋나지 않고서 확실하게 위치 결정한 상태로 된다. 또한, 이 장착 상태에서, 캔틸레버(5)의 축선 A와 수평면이 이루는 각도 θ1가 소정의 각도로 유지된 상태로 된다.

본체부(4)의 장착이 완료한 후, 유지판(16)의 베이스 단측의 가압력(누르는 힘)이 점차로 해제된다. 가압력을 해제하면, 유지판(16)의 베이스 단측은 스프링(18)에 의해 항상 부세되므로, 유지판(16)의 전단측이 베이스부재(12)로 점차로 이동하기 시작하며, 시트(13)는 본체부(4)의 표면(4a)에 접촉하기 시작한다. 또, 유지판(16)을 추가로 이동함으로써, 본체부(4)는 시트(13)의 양단을 베이스부재(12)에 가압하여 고정되도록 장착부(11)를 향해 가압될 수 있다.

특히, 시트(13)가 수지성 재료로 이루어지므로, 자신의 탄성에 의해 변형하기 쉽다. 따라서, 시트(13)는, 본체부(4)의 표면(4a)의 미소한 요철 및 본체부(4) 의 외형 형상에 따라서 변형하여, 밀착한 상태로 밀착 접촉하게 된다. 즉, 종래 기술의 점 접촉과 달리, 시트(13)와 본체부(4) 사이에 간극이 없는 상태로 되어 접촉면적이 증가한다. 따라서, 본체부(4)를 장착부(11)에 가압하여 견고하게 고정할 수 있다.

따라서, 캔틸레버(5)를 진동시킨 후에, 해당 캔틸레버(5)의 진동을 전달하여 본체부(4)가 진동하는 것을 억제할 수 있으므로, 캔틸레버(5)의 진동상태에 영향을 받는 일이 없고, 캔틸레버(5)를 소정의 주파수로 확실하게 진동시킬 수 있다. 그 결과, Q 곡선을 정확하고, 또한, 안정적으로 측정할 수 있고, 측정 결과의 신뢰성을 향상할 수 있는 동시에 취급이 용이하게 된다. 또한, 시트(13)를 이용하기 때문에, 본체부(4)와의 접촉이 면 접촉으로 되어, 고정이 보다 확실하게 된다. 또한, 자신의 탄성에 의한 감쇠(댐핑) 효과도 작용하고, 따라서 캔틸레버(5)의 진동상태에 영향을 주지 않는다.

또한, 유지판(16)의 베이스 단측을 다시 가압함으로써, 유지판(16)의 전단측을 베이스부재(12)로부터 이간시킬 수 있으므로, 캔틸레버(5)를 교환할 수 있다.

또, 수지성 재료로서 폴리이미드나 폴리아미드를 채용함으로써, 연신은 가능한 한 작게 이루어질 수 있으므로, 장기간 사용해도, 사용 개시시와 같은 상태로 본체부(4)를 통해 캔틸레버(5)를 견고하게 고정할 수 있다. 따라서, 신뢰성을 향상할 수 있다.

다음에, 본 발명에 따른 캔틸레버 홀더의 제2 실시형태를, 도 5로부터 도 7을 참조로 설명한다. 또, 이 실시형태에 의하면, 제1 실시형태에 있어서의 구성요 소와 동일한 요소에는, 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

제2 실시형태와 제1 실시형태와의 다른 점은, 제1 실시형태에서는 시트(13)를 이용하여 본체부(4)를 고정하였지만, 제2 실시형태의 캔틸레버 홀더는 수지성 재료로 형성되는 와이어를 이용하여 본체부(4)를 고정하는 점이다.

즉, 본 실시형태의 캔틸레버 홀더(30)는, 본체부(4)를 장착부(11)에 장착한 상태로 적어도 본체부(4)의 표면(4a)에 접촉가능하고, 축선 A 방향으로 대략 직교하는 방향으로 연장된 와이어(유지부재)(31)와, 해당 와이어(31)의 양단을 베이스부재(12)를 향하여 소정의 압력으로 가압하여, 와이어(31)를 통해 본체부(4)를 장착부(11)에 고정하고, 가압을 해제하여 와이어(31)를 본체부(4)의 표면(4a)에서 이간시킬 수 있는 가압수단(32)을 구비하고 있다.

또, 본 실시형태에 따르면, 베이스부재(12)는, 상부 투시시 사각형상으로 형성되어 있다.

상기 베이스부재(12)에는, 캔틸레버(5)의 축선 A 방향에 직교하는 방향에 와이어(31)의 일단을 고정하는 스크류부재(33)가 설치된다. 와이어(31)의 일단측은, 이 스크류부재(33)의 주위에 권회됨으로써 고정되고 있다. 또한, 베이스부재(12)에는, 장착부(11)를 끼워 스크류부재(33)의 반대측에 와이어(31)의 축선을 따라, 상부면 및 측면에 각각 개구(34a, 34b)를 갖는 관통공(34)이 형성되어 있다.

또한, 측면의 개구(34b)에서 관통공(34)의 내부를 향해 플러그(35)가 관통공(34) 내로 이동가능하게 삽입되어 있다. 또한, 관통공(34) 내에는 스프링(36)이 배치되어 있고, 플러그(35)의 베이스 단측을 외측을 향하여 부세하고 있다.

그리고, 상기 와이어(31)의 타단측은, 상부면의 개구(34a)를 통해 관통공(34) 내로 유입하여, 플러그(35)의 베이스 단측에 접속되어 있다. 이에 따라, 와이어(31)는, 항상 당겨진 상태로 되어, 장착부(11)에 장착된 본체부(4)를 베이스부재(12)를 향하여 누르고 있다.

즉, 상기 스크류부재(33), 관통공(34), 플러그(35) 및 스프링(36)은, 가압수단(32)을 구성하고 있다.

이와 같이 구성된 캔틸레버 홀더(30)에 의해 캔틸레버(5)를 고정하는 경우에 관해서, 이하에 설명한다.

먼저, 플러그(35)를 스프링(36)의 힘에 저항하는 힘으로 관통공(34) 내부에 밀어 가압하여, 와이어(31)를 헐렁하게 한다. 이 상태에서, 캔틸레버(5)의 본체부(4)를 장착부(11) 상에 장착한다. 이 경우에, 본체부(4)의 이면(4b) 및 후단부(4c)가 장착부(11)에 접촉하므로, 본체부(4)가 위치 어긋나지 않고서 위치 결정된 상태로 된다. 또한, 캔틸레버(5)의 축선 A와 수평면이 이루는 각도가 소정의 각도 θ1로 유지된 상태로 된다.

본체부(4)의 장착이 종료된 후, 플러그(35)를 서서히 가압하는 것을 헐렁하게 한다. 이에 따라, 와이어(31)의 타단측이 플러그(35)에 의해 당겨지고, 와이어(31)가 본체부(4)의 표면(4a)에 접촉하기 시작한다. 그리고, 플러그(35)의 추가 이동에 의해, 와이어(31)의 양단을 베이스부재(12)를 향하여 소정의 압력으로 가압하여, 와이어(31)를 통해 본체부(4)는 장착부(11)에 가압될 수 있다.

특히, 와이어(31)는, 수지성 재료로 이루어지기 때문에, 자신의 탄성에 의해 변형하기 쉽다. 따라서, 도 7에 도시한 바와 같이, 와이어(31)는 본체부(4)의 표면(4a)의 미소한 요철 및 본체부(4)의 외형 형상에 따라서 변형하여, 밀착한 상태로 선 접촉한다. 즉, 종래기술의 점 접촉과 달리, 와이어(31)와 본체부(4) 사이에 간극이 없는 상태로 되어, 접촉 면적이 증가한다. 따라서, 견고하게 본체부(4)를 장착부(11)에 가압하여 고정할 수 있다.

따라서, 전술한 제1 실시형태와 유사하게, 캔틸레버(5)를, 진동상태에 영향을 주는 일 없이 고정할 수가 있으므로, Q 곡선을 정확하고 안정적으로 측정할 수 있고, 측정 결과의 신뢰성을 향상할 수가 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 와이어(31)의 내부에 금속제재료로 이루어지는 가요성의 축심을 설치할 수도 있다. 이에 따라, 와이어(31)가 보다 견고하게 되어, 가압력이 본체부(4)에 더욱 효과적으로 전달될 수 있다. 따라서, 보다 안정적으로 또한 견고하게 본체부(4)를 고정할 수가 있다.

다음에, 본 발명에 따른 캔틸레버 홀더의 제3 실시형태를, 도 8로부터 도 10을 참조하여 설명한다. 또, 이 실시형태에 의하면, 제1 실시형태의 구성요소와 동일한 부분에는, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.

제3 실시형태와 제1 실시형태의 다른 점은, 제1 실시형태에서는, 시트(13)를 이용하여 본체부(4)를 고정하였지만, 제3 실시형태의 캔틸레버 홀더(40)는, 유지판(판 형상부재)(41) 자신으로 본체부(4)를 고정하는 점이다.

즉, 본 실시형태의 캔틸레버 홀더(40)는, 도 8 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 본체부(4)를 장착부(11)에 장착한 상태로, 적어도 본체부(4)의 표면(4a)에 접 촉하는 유지판(41)을 구비하고 있다.

이 유지판(41)은, 상부 투시시 사각형상으로 형성되고, 스테이부(15)에 핀 접합되어 있다. 또한, 유지판(41)의 전단측이 본체부(4)의 표면(4a)에 접촉하고 있고, 베이스 단측이 스프링(18)에 의해 부세되어 있다. 또한, 유지판(41)에는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 본체부(4)의 표면(4a)과 접촉하는 영역(전단측)에 수지성 막(42)이 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 캔틸레버 홀더(40)에 캔틸레버(5)를 고정하는 경우에 관해서, 이하에 설명한다.

우선, 유지판(41)의 베이스 단측을 스프링(18)의 힘에 저항하는 힘으로 베이스부재(12)를 향하여 가압한다. 이에 따라, 유지판(41)은, 핀(17)을 중심으로 회전하여 전단측이 베이스부재(12)로부터 이격되도록 이동한다. 이 상태에서, 캔틸레버(5)의 본체부(4)를 장착부(11) 상에 장착한다.

본체부(4)의 장착이 종료한 후, 유지판(41)의 베이스 단측의 가압력을 서서히 해제한다. 이에 따라, 유지판(41)의 전단측이 점차로 베이스부재(12)를 향하여 이동하여, 수지성 막(42)이 본체부(4)의 표면(4a)에 접촉하기 시작한다. 그리고, 유지판(41)의 추가 이동에 의해, 유지판(41)의 전단측은, 수지성 막(42)을 통해 본체부(4)를 장착부(11)에 소정의 힘으로 가압하여 고정할 수가 있다.

특히, 유지판(41)과 본체부(4)를 서로 접촉하는 영역에는 수지성 막(42)이 설치되므로, 가압시 본체부(4)의 표면(4a)의 미소한 요철 및 본체부(4)의 외형 형상에 따라서 변형하여, 밀착한 상태로 접촉한다. 요컨대, 종래의 점 접촉과 달리, 수지성 막(42)과 본체부(4) 사이에 간극이 없는 상태로 되어, 접촉 면적이 증가한다. 따라서, 본체부(4)를 장착부(11)에 가압하여 견고하게 고정할 수가 있다.

따라서, 상기 제1 실시형태와 유사하게, 캔틸레버(5)를, 진동상태에 영향을 주는 일 없이 고정할 수가 있으므로, Q 곡선을 정확하고 안정적으로 측정할 수 있고, 측정 결과의 신뢰성을 향상할 수 있다.

또, 상기 제3 실시형태에서는, 유지판(41)의 베이스 단측을 스프링(18)에 의해 부세함으로써, 본체부(4)를 장착부(11)에 가압하여 고정하였지만, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 스프링 등을 사용하지 않고, 판 스프링을 이용한 캔틸레버 홀더로 구성될 수도 있다.

즉, 본체부(4)를 소정 위치에 위치 결정한 상태로 장착하는 장착부(11)를 갖는 베이스부재(12)와, 본체부(4)를 장착부(11)에 장착한 상태로 적어도 해당 본체부(4)의 표면(4a)을 소정의 압력으로 가압하여, 본체부(4)를 장착부(11)에 고정하는 판 스프링으로 캔틸레버를 구성할 수도 있다. 또한, 이 경우에는, 상기 제3 실시형태와 유사하게, 판 스프링을 본체부(4)의 표면(4a)과 접촉하는 영역에 수지성 막(42)을 설치할 수도 있다.

이와 같이 구성함으로써, 판 스프링 자신의 탄성에 의해 본체부를 장착부에 가압하여 고정할 수가 있으므로, 한층 더 구성을 간략화할 수 있고 그 제조가 용이해진다. 또한, 판 스프링을 이용하였다고 해도, 상기 제3 실시형태와 유사하게, 수지성 막(42)을 갖기 때문에, 캔틸레버(5)를 진동상태에 영향을 주지 않고 견고하게 고정할 수가 있다.

또, 본 발명의 기술범위는, 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않은 범위에 있어서, 각종 변경이 가능하다.

예컨대, 상기 각 실시형태에서는, 캔틸레버를 소정의 주파수로 진동시켜, 시료의 표면형상을 측정하는 경우를 예로 기술하였지만, 본 발명은 이 경우에 한정되지 않고, 예컨대, AC 모드 AFM과 유사한 자기를 검출할 수 있는 탐침을 갖는 캔틸레버를 진동시켜, 이 때의 캔틸레버를 절곡하는 진폭이나 위상을 검출함으로써 자기 시료의 자기 분포, 자기 영역 구조 등의 측정하는 MFM(Magnetic Force Microscope: 자기력 현미경)에서도 유사한 동작과 효과를 달성할 수 있다.

또한, 상술한 MFM 뿐만 아니라, 예컨대, 도전성 탐침(캔틸레버)과 시료 사이에 AC 부세 전압을 인가하여, 탐침과 시료와의 정전 결합에 의해서 캔틸레버를 진동시켜, 이 때의 캔틸레버를 절곡하는 진폭을 검출함으로써 시료의 표면 전위 분포 등의 측정하는 KFM(Kelvin Prove Force Microscope: 켈빈 프로브 힘 현미경)이나 SMM (Scanning Maxwel1-stress Microscope: 주사형 맥스웰-응력 현미경)에서도 유사한 동작과 효과를 달성할 수 있다.

또한, AFM 동작중에 시료를 시료 표면에 평행한 수평방향에서 횡방향으로 진동시켜, 이 때의 캔틸레버의 비틀림 진동 진폭을 검출함으로써 마찰력 분포를 측정하는 LM-FFM (Lateral Force Modulation Friction Force Microscope : 횡력 모듈화 마찰력 현미경)이나, AFM 동작중에, 시료를 시료 표면에 수직한 Z 방향으로 미소하게 진동시켜 주기적인 힘을 인가하여, 이 때의 캔틸레버를 절곡하는 진폭이나, 사인성분, 코사인성분을 검출함으로써 점탄성 분포를 측정하는 V-AFM(Viscoelastic AFM: 점탄성 측정-원자력 현미경) 등에 있어서도 유사한 동작과 효과를 달성할 수 있다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 캔틸레버를 진동시키는 구성으로 구성하였지만, 캔틸레버가 진동하지 않을 수도 있다. 이 경우에서도, 본체부가 진동하지 않도록 캔틸레버 홀더가 견고하게 고정되므로, 예컨대, 바닥로부터 전달되는 진동이나 외부에서 전달되는 소리에 기인하는 진동 등이 전달되어도, 본체부가 진동하는 것을 억제할 수 있고, 또한, 캔틸레버 홀더에 의한 댐핑효과(감쇠효과)도 작용하므로, 캔틸레버에 이 진동이 전달되지 않는다. 따라서, 이 경우에서도, 측정 결과의 신뢰성을 향상할 수가 있다.

또한, 상기 각 실시형태에 따르면, 측정수단이 옵티컬 레버(optical lever) 방식에 의해 캔틸레버의 변위를 검출하였지만, 옵티컬 레버 방식에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 캔틸레버 자신에 변위검출기능(예컨대, 압전저항소자 등에 의한)을 갖는 자기검출방식을 채용할 수도 있다.

더욱이, 상기 각 실시형태에 있어서, 유지부재 및 수지성 막이 도전성을 갖도록, 예컨대, 도전성 수지 재료를 이용하여 형성할 수도 있다.

또한, 캔틸레버의 대전을 방지하거나, 대전된 정전기를 제거할 수 있다. 또한, 이에 따라, 전기장이나 자기장으로부터 받는 영향을 가능한 한 작게 저감할 수가 있다. 따라서, 측정 결과의 신뢰성을 더욱 향상할 수 있다.

또, 도전성 수지 재료로서는, 수지성 재료 자체가 도전성을 갖는 것을 이용할 수도 있고, 도전성을 갖고 있지 않은 수지성 재료에, 예컨대, 카본 나노 튜브 (carbon nano tube) 등의 탄소재료나 금속재료를 혼합하여 얻어진 것을 이용할 수도 있다.

또한, 상기 각 실시형태에서는 측정 환경에 관해서 언급하지 않지만, 본 발명은 측정환경에 관해서 그 적용을 한정하지 않는다. 대기 뿐만 아니라, 가스, 진공, 액체 등에 주사형 탐침 현미경을 적용할 수 있는 측정 환경이라면, 본 발명은 적용가능하다. 저온, 고온 등의 온도제어환경이나, 습도제어환경 등에서도 동일하게 적용가능하다. 그리고, 이 경우 중 임의의 경우에 동일한 동작과 작용 효과가 달설될 수 있다.

본 발명에 따른 캔틸레버 홀더에 의하면, 유지부재가 수지성 재료로 형성되어 있기 때문에, 가압된 때에, 본체부의 표면의 미소한 요철 및 본체부의 외형 형상에 따라서 변형하여 밀착한 상태로 접촉한다. 요컨대, 가압부재와 본체부 사이에 간극이 없는 상태가 되어 접촉면적이 증가하기 때문에, 견고하게 본체부를 장착부에 가압하여 고정할 수가 있다. 따라서, 캔틸레버를 소정의 주파수로 확실하게 진동시켜, Q 곡선을 정확하고 안정적으로 측정할 수 있고, AC 모드 AFM 에 의한 측정 결과의 신뢰성을 향상할 수가 있다.

또한, 본 발명에 따른 주사형 탐침 현미경에 의하면, 캔틸레버의 진동상태에 영향을 주는 일 없이, 견고하게 고정할 수가 있는 캔틸레버 홀더를 구비하고 있기 때문에, 시료를 보다 정확히 측정할 수 있고, 측정 결과의 신뢰성을 향상할 수가 있다.

Claims (9)

1. 전단에 탐침을 갖고 베이스 단측(base end side)이 평판형상의 본체부에 단일 지지 상태로 지지된 캔틸레버를, 착탈가능하게 고정하는 캔틸레버 홀더로서,

   상기 본체부를 소정 위치에 위치 결정한 상태로 장착하는 장착부를 갖는 베이스부재와,

   상기 본체부를 상기 장착부에 장착한 상태로 적어도 상기 본체부의 표면에 접촉가능하게 이루어지고, 상기 캔틸레버의 길이 방향에 직교하는 방향으로 연장된 유지부재와,

   상기 유지부재의 양단을 상기 베이스부재를 향해 소정의 압력으로 가압하여, 상기 유지부재에 의해 상기 본체부를 상기 장착부에 고정하고 상기 유지부재의 양단을 가압으로부터 해제함으로써 상기 유지부재를 상기 본체부의 표면으로부터 이격시킬 수 있는 가압수단을 포함하고,

   상기 유지부재가 수지성 재료로 형성되는 캔틸레버 홀더.
2. 제1항에 있어서, 상기 유지부재가 띠 형상의 시트인 캔틸레버 홀더.
3. 제1항에 있어서, 상기 유지부재가 와이어인 캔틸레버 홀더.
4. 제3항에 있어서, 상기 와이어는, 내부에 금속성 재료로 이루어지는 가요성의 축심(axis core)을 포함하는 캔틸레버 홀더.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지성 재료는 도전성 수지 재료인 캔틸레버 홀더.
6. 전단에 탐침을 갖고 베이스 단측이 평판형상의 본체부에 단일 지지 상태로 지지된 캔틸레버를, 착탈가능하게 고정하는 캔틸레버 홀더로서,

   상기 본체부를 소정 위치에 위치 결정한 상태로 장착하는 장착부를 갖는 베이스부재와,

   상기 본체부를 상기 장착부에 장착한 상태로 적어도 상기 본체부의 표면에 접촉가능하게 이루어진 판 형상부재와,

   상기 판 형상부재를 상기 본체부의 표면을 향해 소정의 압력으로 가압하여 상기 본체부를 상기 장착부에 고정하고, 상기 판 형상부재를 가압으로부터 해제함으로써 상기 판 형상부재를 상기 본체부의 표면으로부터 이격시킬 수 있는 가압수단을 포함하고,

   상기 판 형상부재에는, 상기 본체부의 표면과 접촉하는 영역에 수지성 막이 형성되는 캔틸레버 홀더.
7. 전단에 탐침을 갖고 베이스 단측이 평판형상의 본체부에 단일 지지 상태로 지지된 캔틸레버를, 착탈가능하게 고정하는 캔틸레버 홀더로서,

   상기 본체부를 소정 위치에 위치 결정한 상태로 장착하는 장착부를 갖는 베이스부재와,

   상기 본체부를 상기 장착부에 장착한 상태로 적어도 상기 본체부의 표면을 소정 압력으로 가압하여 상기 본체부를 상기 장착부에 고정시킬 수 있는 판 스프링을 구비하고,

   상기 판 스프링에는, 상기 본체부의 표면과 접촉하는 영역에 수지성 막이 형성되어 있는 캔틸레버 홀더.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 수지성 막이 도전성 수지 재료로 형성되는 캔틸레버 홀더.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재의 캔틸레버 홀더와,

   전단에 탐침을 갖고, 베이스 단측이 평판형상의 본체부에 단일 지지 상태로 지지된 캔틸레버를, 상기 본체부를 통해 상기 캔틸레버 홀더에 착탈가능하게 고정하는 캔틸레버와,

   시료를 장착하고 상기 시료를 상기 탐침에 대향 배치시킬 수 있는 스테이지(stage)와,

   상기 탐침과 상기 시료를 시료 표면에 평행한 방향으로 상대 이동시키는 이동수단과,

   상기 캔틸레버의 변위를 측정하는 측정수단을 포함하는 주사형 탐침 현미경.

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