(57)【要約】【課題】本発明は、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope；AFM）に用いられるＡＦＭプローブに関し、より詳しくは、マイクロ単位またはナノ単位のサイズを有する微小構造物の形状及び機械的物性試験に共用可能なＡＦＭプローブを提供すること。【解決手段】  本発明によるＡＦＭプローブは、一軸線上に固定端と可動端を有する弾性変形可能な中空フレームと、可動端に支持され、試験片に対抗して軸線方向に移動可能なＡＦＭチップと、中空フレームの内側面に設けられ、ＡＦＭチップの軸線方向への移動を決められた範囲内で規制するストッパーと、を備える。【選択図】  図１
2008197086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一軸線上に固定端と可動端を有する弾性変形可能な中空フレームと、
前記可動端に支持され、試験片に対抗して前記軸線方向に移動可能なＡＦＭチップと、
前記中空フレームの内側面に設けられ、前記ＡＦＭチップの移動を決められた範囲内で規制するストッパーと、
を備えることを特徴とするＡＦＭプローブ。
【請求項２】
前記中空フレームは、前記固定端側の第１の部分と前記可動端側の第２の部分とからなり、前記ストッパーは、前記第１の部分と前記第２の部分との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項３】
前記ストッパーは、前記第１の部分と前記第２の部分に設けられ、向かい合っている少なくとも１対のストッパー部材を有することを特徴とする請求項２に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項４】
前記ストッパーは、前記第１の部分または第２の部分に設けられ、前記中空フレームの内側面と向かい合う少なくとも一つのストッパー部材を有することを特徴とする請求項２に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項５】
前記ストッパーは、前記軸線上に位置することを特徴とする請求項２に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項６】
前記ストッパーは、前記ＡＦＭチップの前記移動範囲の調節のために、前記軸線と垂直をなす方向へ位置変化するように構成されることを特徴とする請求項２に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項７】
前記ストッパーは、前記軸線を中心として、互いに反対側に設置されたまま、互いに平行をなす２対のストッパー部材を有することを特徴とする請求項６に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項８】
前記ストッパーは、互いに平行に設置され、互いに異なる剛性を有する複数のストッパー部材を有することを特徴とする請求項２に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項９】
前記複数のストッパー部材のそれぞれは、前記第１の部分に設置されたまま、前記第２の部分に設置された他の複数のストッパー部材のそれぞれと対をなし、前記対のストッパー部材の間隔は、互いに異なって予め決められることを特徴とする請求項８に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項１０】
前記複数のストッパー部材のうち、前記ＡＦＭチップの移動を先に規制するストッパー部材の剛性が、前記ＡＦＭチップの移動を後で規制するストッパー部材の剛性よりも小さいことを特徴とする請求項８に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項１１】
前記軸線に近いストッパー部材が、前記ＡＦＭチップの移動を先に規制することを特徴とする請求項１０に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項１２】
前記ＡＦＭチップの変位測定のために、前記ストッパーには、圧電材料が設けられることを特徴とする請求項２に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項１３】
前記圧電材料は、前記第１の部分に設置されたストッパー部材の先端部に設けられ、前記第２の部分と離隔していることを特徴とする請求項１２に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項１４】
前記圧電材料は、前記第１の部分に設置されたストッパー部材の先端部に設けられ、前記第２の部分と接触していることを特徴とする請求項１２に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項１５】
前記ＡＦＭチップは、導電性材料からなることを特徴とする請求項１に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項１６】
前記中空フレームは、前記軸線に対して対称形構造からなることを特徴とする請求項２に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項１７】
前記中空フレームは菱形であることを特徴とする請求項１６に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項１８】
前記ストッパーは、向かい合う面に対して線接触または面接触する形状の先端部を有するストッパー部材を有することを特徴とする請求項１に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項１９】
前記ストッパーは、前記軸線を中心として互いに対称をなすストッパー部材を有することを特徴とする請求項２に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項２０】
前記ストッパーは、先端の圧電材料と、該圧電材料を支持する同一の材質のストッパー部材とを有し、前記圧電材料が位置したストッパーの先端の角度調節を通じて、試験片の押し込み試験に要求される剛性を調節するように構成されることを特徴とする請求項２に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項２１】
前記ストッパーは、前記軸線と一致する位置で向かい合うように、前記第１の部分と前記第２の部分のそれぞれに設けられた第１及び第２のストッパー部材を有し、前記第２のストッパー部材は、前記中空フレームの弾性変形により、前記第１のストッパー部材と接触する接触部と、前記接触部から前記中空フレームの第２の部分に傾斜してかつ互いに対称して連結される１対の支持部とを有し、前記１対の支持部の傾斜角度調節により試験片の押し込み試験に要求される剛性が調節されるように構成されることを特徴とする請求項２に記載のＡＦＭプローブ。
【請求項２２】
前記ストッパー部材は、中空フレームの構造からなることを特徴とする請求項３に記載のＡＦＭプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope；AFM）に用いられるＡＦＭプローブに関し、より詳しくは、マイクロ単位またはナノ単位のサイズを有する微小構造物の形状及び機械的物性試験に好適なＡＦＭプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロまたはナノ単位のサイズを有する微小構造物は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）素子、微小電子素子または光電子素子等に用いられている。これらの素子の設計及び作製のためには、それらに用いられる微小構造物の形状とその微小構造物の機械的物性試験が要求される。
【０００３】
本来、原子間力顕微鏡、すなわち、ＡＦＭは、微小構造物からなる試験片の表面形状を測定するために開発されたものであるが、微小構造物の微小荷重と変位の高分解能テストが可能であることが認識されながら、機械的物性試験機能、特に、ナノ押し込み試験機能が追加された。このようなナノ押し込み試験機能がＡＦＭに追加されることにより、既存のいかなる試験機器でも測定できなかった微小サイズの試験片について、弾性係数または硬度のような機械的物性を測定することができるようになった。
【０００４】
通常、ナノ押し込み試験機能を有するＡＦＭには、固定端から可動端まで傾斜して延長され、その可動端にＡＦＭチップが設置されたＡＦＭカンチレバーが用いられる。このようなＡＦＭカンチレバーは、傾斜した構造のため、試験片により押圧されるＡＦＭチップが垂直方向への変位の他、水平方向への不要な変位を引き起こすようにする。試験片の表面形状試験の場合、上記ＡＦＭチップの水平方向変位が大きく問題視されないが、試験片の押し込み試験の場合は、機械的物性の測定値、すなわち、試験片の硬度または弾性係数等に大きな誤差を引き起こす。また、上記ＡＦＭカンチレバーは、固定された剛性を有するが、これは、ＡＦＭカンチレバーの小さな剛性が要求される試験片の表面形状試験と、ＡＦＭカンチレバーの大きな剛性が要求される試験片の押し込み試験との両方を満たすことができない原因となる。
【０００５】
本出願人により出願され特許登録された韓国特許第６１２５９５号公報（特許文献１）には、垂直方向へのＡＦＭチップの変位を許容するが、水平方向へのＡＦＭチップの変位を抑制する構造のＡＦＭプローブの技術が開示されている。開示された従来技術は、一つの軸線に対して対称構造をなし、その軸線が通る可動端にＡＦＭチップが設置された中空フレームを備えるＡＦＭプローブの構造を提案する。
【特許文献１】韓国特許第６１２５９５号公報
【０００６】
従来技術によると、ＡＦＭチップが、試験片により水平方向に変位することを防ぎ、その水平方向変位により引き起こされ得る試験片押し込み試験の機械的物性測定値の誤差を大きく減らすことができる。しかしながら、上記した従来技術もまた、中空フレームの剛性が固定されるので、小さな剛性のＡＦＭプローブが要求される試験片の表面形状試験と、大きな剛性が要求される試験片の押し込み試験との両方に共用されるのには限界があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、中空フレームの弾性変形と、これによるＡＦＭチップの移動を決められた範囲内で規制する手段の採用を通じて、試験片の機械的物性試験（特に、ナノ押し込み試験）と試験片の形状表面試験の際に互いに異なる剛性で試験可能なＡＦＭプローブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の一側面によるＡＦＭプローブは、一軸線上に固定端と可動端を有する弾性変形可能な中空フレームと、前記可動端に支持され、試験片に対抗して前記軸線方向に移動可能なＡＦＭチップと、前記中空フレームの内側面に設けられ、前記ＡＦＭチップの移動を決められた範囲内で規制するストッパーと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記中空フレームは、前記固定端側の第１の部分と前記可動端側の第２の部分とからなり、前記ストッパーは、前記第１の部分と前記第２の部分との間に設けられる。また、前記ストッパーは、点接触または線接触可能な形状を先端部に有することが好ましいが、前記点接触可能な形状は、球形であってもよく、前記線接触可能な形状は、円筒の側面状であってもよい。
【００１０】
前記ストッパーは、前記第１の部分と前記第２の部分に設けられ、向かい合っている少なくとも１対のストッパー部材を有し、または、前記第１の部分または第２の部分に設けられ、前記中空フレームの内側面と向かい合う少なくとも１つのストッパー部材を有してもよい。このとき、前記ストッパーは、前記軸線上に位置する１つまたは２つのストッパー部材と、前記軸線を基準として互いに対称をなすストッパー部材を有してもよい。
【００１１】
また、前記ストッパーは、前記ＡＦＭチップの前記移動範囲の調節のために、前記軸線と垂直をなす方向へ位置変化するように構成されてもよい。好ましくは、前記ストッパーは、前記軸線を中心として、互いに反対側に設置されたまま、互いに平行をなす２対のストッパー部材を有してもよい。
【００１２】
また、前記ストッパーは、互いに平行に設置され、互いに異なる剛性を有する複数のストッパー部材を有してもよい。好ましくは、前記複数のストッパー部材のそれぞれは、前記第１の部分に設置されたまま、前記第２の部分に設置された他の複数のストッパー部材のそれぞれと対をなし、前記対のストッパー部材の間隔は、互いに異なって予め決められる。より好ましくは、前記複数のストッパー部材のうち、前記ＡＦＭチップの移動を先に規制するストッパー部材の剛性が、前記ＡＦＭチップの移動を後で規制するストッパー部材の剛性よりも小さく、このとき、前記軸線に近いストッパー部材が、前記ＡＦＭチップの移動を先に規制することが好ましい。
【００１３】
また、前記ＡＦＭチップの変位測定のために、前記ストッパーには、圧電材料を設けてもよい。前記圧電材料は、前記第１の部分に設置されたストッパー部材の先端部に設けられ、前記第２の部分と離隔しており、または、前記第２の部分と接触していてもよい。
【００１４】
さらに、前記ＡＦＭチップは、導電性材料からなることが好ましい。また、前記中空フレームは、前記軸線に対して対称形構造からなることが好ましく、より好ましくは、前記中空フレームは菱形からなる。
【００１５】
本発明の他の実施の形態によるＡＦＭプローブは、前記ストッパーは、前記軸線と一致する位置で向かい合うように、前記第１の部分と前記第２の部分のそれぞれに設けられた第１及び第２のストッパー部材を有し、前記第２のストッパー部材は、前記中空フレームの弾性変形により、前記第１のストッパー部材と接触する接触部と、前記接触部から前記中空フレームの第２の部分に傾斜してかつ互いに対称して連結される１対の支持部とを有し、前記１対の支持部の傾斜角度調節により試験片の押し込み試験に要求される剛性が調節されるように構成されることを特徴とする。
【００１６】
本発明の他の目的及び利点は、以下の実施の形態の説明からさらに明確に理解されるだろう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、ＡＦＭプローブの剛性が試験の種類に応じて可変されることもあるので、小さな剛性が要求される試験片の表面形状試験と大きな剛性が要求される試験片の押し込み試験との両方に、前記ＡＦＭプローブが共用され得るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態によるＡＦＭプローブを説明するための図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、前記ＡＦＭプローブ１００は、中空フレーム１１０とＡＦＭチップ１２０を有する。前記中空フレーム１１０は、一つの軸線、すなわち、Ｚ軸線を基準として左右対称形の菱形構造で形成される。前記中空フレーム１１０の上端部、すなわち、固定端は、ＡＦＭの一部であるプローブ支持台２に固定され、下端部、すなわち、可動端には、ＡＦＭチップ１２０が設置されている。このとき、前記固定端と前記移動端は、前記Ｚ軸線上に位置している。前記ＡＦＭチップ１２０は、３軸スキャナー、すなわち、ＸＹＺスキャナー４上の試験片６の表面に向かっている。図１では、該ＡＦＭチップ１２０が、試験片６と接触しているものと示されている。
【００２０】
前記中空フレーム１１０は、ＡＦＭチップ１２０と前記試験片６との間に相互作用力が発生するとき、前記ＡＦＭチップ１２０の垂直移動または垂直変位を許容する方向に弾性変形する。このとき、前記中空フレーム１１０は、ＡＦＭチップ１２０の水平移動または水平変位を許容しないが、これは、中空フレーム１１０が、Ｚ軸線を基準として対称形構造からなり、その固定端と可動端が前記Ｚ軸線上に位置することにより可能である。前記ＡＦＭチップ１２０と試験片６との間の相互作用力は、ＸＹＺスキャナー４がＺ軸線方向に上向き移動し、またはＡＦＭプローブ１００がＺ軸線方向に下向き移動することにより発生され得るものである。
【００２１】
前記中空フレーム１１０の材質は、中空構造により弾性変形を許容する、例えば、金属または合成樹脂のいずれの材質でも可能であるが、好ましくは、他の材質に比べ、弾性係数及び強度が大きな金属材質（特に、ステンレス材質）からなる。また、前記ＡＦＭチップ１２０は、ダイヤモンドまたは金属のような導電性材料からなってもよい。特に、導電性材質からなるＡＦＭチップ１２０は、電流が印加された状態で、試験片、特に、導電性試験片の表面と接触する時点に電気信号を発生させることができ、この電気信号は、試験片の押し込み試験のような機械的物性試験の際に、ＡＦＭチップ１２０と試験片６の表面との間の接触を容易に認知可能にする。
【００２２】
前記中空フレーム１１０は、固定端側の第１の部分１１２と可動端側の第２の部分１１４を有する。本実施の形態の説明において、前記第１の部分１１２と第２の部分１１４は、中空フレーム１１０の左右の頂点を結ぶ仮想線Ｉを基準として分けられる上部と下部であると定義する。
【００２３】
前記第１の部分１１２の外部の左側面には、ＡＦＭの光源（図示せず）から発せられた光を反射させる鏡１３０が装着されている。前記鏡１３０で反射された光は、ＡＦＭに設置された受光素子（図示せず）に向かう。３軸スキャナー４を用いて試験片をＺ軸線方向に移動させ、または、ＡＦＭプローブ１００をＺ軸線方向に移動させ、試験片押し込み試験を行う場合、前記受光素子が光を受け入れる位置から、試験片に対するＡＦＭチップ１２０の移動量が分かり、その移動量からＡＦＭチップ１２０が試験片６に押し込まれた深さを測定することができる。
【００２４】
このような押し込み試験の場合、ＡＦＭプローブ１００は、試験片６を押し込むことができる剛性を有しなければならない。これに対して、３軸スキャナー４を用いて試験片６をＸ軸線またはＹ軸線方向に移動させ、試験片の表面形状を試験しようとする場合は、ＡＦＭプローブ１００の剛性が小さなければならない。このような相反する両条件を満たすために、本実施の形態のＡＦＭプローブ１００は、中空フレーム１１０の弾性変形及びそれによるＡＦＭチップ１２０のＺ軸線方向への移動を決められた範囲内で規制するストッパー１４０を有する。
【００２５】
本実施の形態で、前記ストッパー１４０は、中空フレーム１１０の略中央、すなわち、Ｚ軸線上に位置したまま、前記第１の部分１１２と第２の部分１１４に設置された１対のストッパー部材１４１ａ、１４１ｂを有する。前記１対のストッパー部材１４１ａ、１４１ｂは、一定の間隔で離隔しているので、前記ＡＦＭプローブ１００は、図１に示すように、ストッパー部材１４１ａ、１４１ｂが互いに接しない範囲内で相対的に小さな剛性を有して、試験片の表面形状試験に適切に利用され得る。また、前記ストッパー部材１４１ａ、１４１ｂは、図２に示すように、互いに接している状態で、前記ＡＦＭプローブ１００の剛性を増加させ、この状態で、前記ＡＦＭプローブ１００は、試験片の押し込み試験に適切に利用され得る。
【００２６】
前記ストッパー部材１４１ａ、１４１ｂは、互いに接する位置において、前記中空フレーム１１０の弾性変形を完全に抑制する剛性を有してもよく、これとは異なり、前記中空フレーム１１０の弾性変形を少しでも許容する剛性を有してもよい。
【００２７】
図３は、図２のＡを拡大して示す図であって、前記ストッパー部材１４１ａ、１４１ｂの好適な形態を示す。図３を参照すると、前記上部ストッパー部材１４１ａの先端部が略球形からなる。これにより、前記上部ストッパー部材１４１ａは、下部ストッパー部材１４１ｂの平面と略点接触することができ、このようなストッパー部材１４１ａまたは１４１ｂ間の点接触は、接する両面の平滑度誤差により引き起こされる試験片押し込み試験の不正確性を防止しまたは減少させることができる。前記ストッパー部材の先端部の形状を、球形の代わりに、円筒の側面に相応する形状としてもよいが、この場合、ストッパー部材の先端部は、それと面する部分に線接触することができる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態によるＡＦＭプローブを説明するための図である。図４に示す本実施の形態のＡＦＭプローブ１００は、ストッパー１４０の構成を除いた残りの構成は、上述した第１の実施の形態と同様である。第１の実施の形態とは異なり、本実施の形態のストッパー１４０は、中空フレーム１１０の第１の部分１１２に設置された一つのストッパー部材１４２ａのみを有する。このストッパー部材１４２ａも、第１の実施の形態と同様に、Ｚ軸線上に位置している。また、前記ストッパー部材１４２ａは、中空フレーム１１０の内側面、より具体的には、第２の部分１１４の端部の内側の平滑面１４２ｂと向かい合っている。したがって、前記ストッパー部材１４２ａが、前記平滑面１４２ｂと接触した状態で、中空フレーム１１０の剛性は、そうでない状態に比べ増加し、したがって、この状態で、前記ＡＦＭプローブ１００は、試験片の押し込み試験に要求される充分な剛性を有するようになる。
【００２９】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態によるＡＦＭプローブを説明するための図である。図５に示す本実施の形態のＡＦＭプローブ１００は、ストッパー１４０が、ストッパー部材１４３ａの先端に圧電材料１４３ｃを設けることを除いては、上述した第２の実施の形態とその構成が同じである。前記圧電材料１４３ｃは、ストッパー部材１４３ａの先端において、前記中空フレーム１１０の可動端の内側面と接触する部分であり、前記圧電材料１４３ｃは、前記ストッパー部材１４３ａが大きな剛性で中空フレーム１１０の弾性変形を規制する前に、前記圧電材料１４３ｃが先に中空フレーム１１０の内側面に接して、弾性変形が行われ得る。前記圧電材料１４３ｃは、電流が印加された状態で、自体変形量の変化による他の電圧信号を出力することができ、これを用いると、ＡＦＭチップ１２０の変位を算出することができる。
【００３０】
図５に示すように、前記中空フレーム１１０の変形が行われる前の初期状態で、圧電材料１４３ｃと中空フレーム１１０の内側面を離隔させて配置することができるが、これとは異なり、初期状態で、圧電材料と中空フレーム１１０の内側面が互いに接触して配置されてもよい。初期状態で、前記圧電材料が中空フレームの内側面に接触していると、ＡＦＭチップ１２０と試験片６との間に作用力が発生することと殆ど同じ瞬間に、その圧電材料が変形を始め、これは、ＡＦＭプローブ１００を用いて試験片の表面を認識するのに便利に利用され得る。圧電材料１４３ｃの素材を、ストッパー部材１４３ａと同じ材料とすると、圧電材料１４３ｃとストッパー部材１４３ａが一つのストッパー１４０をなすことができ、このとき、ストッパー１４０の下端部の角度を調節すると、試験片の押し込み試験に要求されるＡＦＭプローブ１００の剛性を調節することができる。
【００３１】
（第４の実施の形態）
図６は、本発明の第４の実施の形態によるＡＦＭプローブを説明するための図である。図６を参照すると、中空フレーム１１０の内側面に２対のストッパー部材１４４ａ、１４４ｂ、及び１４５ａ、１４５ｂが設置される。これらのうち、１対のストッパー部材１４４ａ、１４４ｂは、Ｚ軸線を基準として左側に位置されたまま、中空フレーム１１０の上側の第１の部分１１２と中空フレーム１１０の下側の第２の部分１１４に、互いに向かい合って設置されている。残りの１対のストッパー部材１４５ａ、１４５ｂは、Ｚ軸線を基準として右側に位置されたまま、中空フレーム１１０の上側の第１の部分１１２と中空フレーム１１０の下側の第２の部分１１４に、互いに向かい合って設置されている。
【００３２】
このとき、第１のストッパー部材対１４４ａ、１４４ｂと第２のストッパー部材対１４５ａ、１４５ｂを、中空フレーム１１０の内側面に沿って移動させ、これらの間の左右間隔を調節すると、互いに上下を向かい合っているストッパー部材間の間隔も調節される。このような間隔調節により、試験片試験の際に、ＡＦＭプローブ１００の剛性が変化する時点及び位置を調節することができる。このとき、第１及び第２のストッパー部材の対１４４ａ、１４４ｂ、及び１４５ａ、１４５ｂは、常時、Ｚ軸線を基準として互いに対称をなすように位置する。ここで、ストッパー部材の間隔調節は、そのストッパー部材を中空フレームの内側面に沿って摺動させ、または、ストッパー部材を中空フレームの内側面から取り外し、他の位置にさらに取り付ける方式で具現され得る。
【００３３】
本実施の形態では、２対のストッパー部材１４４ａ、１４４ｂ、及び１４５ａ、１４５ｂを有するＡＦＭプローブ１００について説明したが、それ以上の対からなるストッパー部材を有するＡＦＭプローブも可能であり、また、間隔調節機能を有しない複数対のストッパー部材を有するＡＦＭプローブも、本発明の範囲に属するものである。
【００３４】
（第５の実施の形態）
図７は、本発明の第５の実施の形態によるＡＦＭプローブを説明するための図である。図７を参照すると、Ｚ軸線を中心として、中空フレーム１１０の第１及び第２の部分１１２、１１４のそれぞれに複数のストッパー部材１４６ａ、１４６ｂ、１４７ａ、１４７ｂ、１４８ａ、１４８ｂが互いに対称をなして設置されている。すなわち、第１の部分１１２には、上部ストッパー部材１４６ａ、１４７ａ、１４８ａが設置され、第２の部分１１４には、下部ストッパー部材１４６ｂ、１４７ｂ、１４８ｂが、対応する上部ストッパー部材１４６ａ、１４７ａ、１４８ａと向かい合うように設置されている。
【００３５】
このとき、前記ストッパー部材は、Ｚ軸線から遠ざかるほど、小さな剛性を有するように設計される。すなわち、Ｚ軸と最も近い第１のストッパー部材対１４６ａ、１４６ｂの剛性が最も大きく、Ｚ軸線と最も遠い第３のストッパー部材対１４８ａ、１４８ｂの剛性が最も小さい。第２のストッパー部材対１４７ａ、１４７ｂの剛性は、第１のストッパー部材対１４６ａ、１４６ｂの剛性よりも小さく、第３のストッパー部材対１４８ａ、１４８ｂの剛性よりも大きな剛性を有する。また、前記ストッパー部材対のそれぞれの間隔ｔ１、ｔ２、ｔ３も相違して決定される。すなわち、第１のストッパー部材対１４６ａ、１４６ｂ間の間隔ｔ３が最も大きく、第３のストッパー対１４８ａ、１４８ｂ間の間隔ｔ１が最も小さい。
【００３６】
本実施の形態によると、中空フレーム１１０が弾性変形し、Ｚ軸線方向にＡＦＭチップ１２０の移動を許容する間、前記ＡＦＭプローブ１００は、先ず、第１のストッパー部材対１４６ａ、１４６ｂが接する位置で剛性が変わり、その後、第２のストッパー部材対１４７ａ、１４７ｂが接する位置で剛性が変わり、その後、第３のストッパー部材対１４８ａ、１４８ｂが接する位置で剛性が変わる。このとき、各ストッパー部材の剛性は、一定となり、各対のストッパー部材間の間隔のみを異にしても、上述した多段剛性変換が可能であるが、これは、同一の剛性のストッパー部材が中空フレームの弾性変形規制に関与するほど、ＡＦＭプローブ１００の剛性が増加するためである。
【００３７】
また、図示していないが、複数のストッパー部材が中空フレームの第１の部分または第２の部分に設置されたまま、その複数のストッパー部材と、それに接する中空フレームの内側面との間の間隔を異にしても、ＡＦＭプローブの多段剛性変換が具現され得る。
【００３８】
（第６の実施の形態）
図８は、本発明の第６の実施の形態によるＡＦＭプローブを説明するための図である。図８を参照すると、Ｚ軸線を中心として、中空フレーム１１０の第１及び第２の部分１１２、１１４のそれぞれに、互いに向かい合う第１及び第２のストッパー部材１４９ａ、１４９ｂが設けられる。また、前記第１のストッパー部材１４９ａと前記第２のストッパー部材１４９ｂは共に、Ｚ軸線上に位置している。
【００３９】
前記第１のストッパー部材１４９ａは、前記中空フレーム１１０の第１の部分１１２と連結された上端からその下端まで全体的に垂直になる構造からなり、全ての部分が前記Ｚ軸線と一致する。これに対して、前記第２のストッパー部材１４９ｂは、前記第１のストッパー部材１４９ａと直接接触して作用する接触部１４９２ｂと、中空フレーム１１０の第２の部分１１４に連結されたまま、前記接触部１４９２ｂを可変支持する１対の支持部１４９４ｂ、１４９４ｂを有する。前記接触部１４９２ｂは、常時、Ｚ軸線と一致する位置に存在し、前記１対の支持部１４９４ｂ、１４９４ｂは、前記接触部１４９２ｂから前記第２の部分１１４までに傾斜して連結されている。また、前記１対の支持部１４９４ｂ、１４９４ｂは、Ｚ軸線を中心として互いに対称して配置され、その対称を維持しながら、前記Ｚ軸線を中心として傾斜角度が調節され得る。
【００４０】
上記傾斜角度の調節構造により、前記第２のストッパー部材１４９ｂの高さが可変され、その高さの可変を通じて、前記第１のストッパー部材１４９ａと前記第２のストッパー部材１４９ｂとの間の間隔、及びそれと連関したＡＦＭプローブの剛性の調節が可能となる。このとき、前記第１のストッパー部材１４９ａは、可能な限り、短い長さで設けられることが好ましい。これは、前記第２のストッパー部材１４９ｂの支持部１４９４ｂ、１４９４ｂの傾斜角度調節に必要な前記下部ストッパー部材１４９の高さ調節範囲を広くするのに寄与する。
【００４１】
（第７の実施の形態）
図９は、本発明の第７の実施の形態によるＡＦＭプローブを説明するための図である。図９を参照すると、前記中空フレーム１１０の第１の部分１１２に設けられたストッパー部材１４０ａが、中空型のフレーム構造からなる。前記ストッパー部材１４０ａは、Ｚ軸線上に位置し、その下端は、前記中空フレーム１１０の第２の部分１１４の下端と所定の距離で離隔している。また、前記ストッパー部材１４０ａは、中空型フレームの構造を通じて、その下端部が前記中空フレーム１１０の第２の部分１１４に押圧され、一定の範囲内で弾性変形され得る。一般に、中空フレーム構造のストッパー部材１４０ａの剛性は、外部の中空フレーム１１０の剛性に比べ大きく、前記ストッパー部材１４０ａは、フレーム構造の長さ、厚さ、形状等を調節することにより、所望の剛性を有するように設計され得る。
【００４２】
上述した実施の形態で説明されてはいないが、前記中空フレーム１１０は、菱形の他、円形、楕円形、または他の対称形の中空フレーム構造からなってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＡＦＭプローブを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるＡＦＭプローブの作用を説明するための図である。
【図３】図２のＡを拡大して示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態によるＡＦＭプローブを示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態によるＡＦＭプローブを示す図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態によるＡＦＭプローブを示す図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態によるＡＦＭプローブを示す図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態によるＡＦＭプローブを示す図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態によるＡＦＭプローブを示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００  ＡＦＭプローブ
１１０  中空フレーム
１２０  ＡＦＭチップ
１４０  ストッパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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