KR102700231B1 - 지지 표면 상에 스캔 헤드를 포지셔닝하기 위한 포지셔닝 암 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면에 대해 스캐닝 프로브 현미경 장치와 같은, 표면 스캐닝 특정 장치의 스캔 헤드를 위치시키기 위한 포지셔닝 암에 관한 것이다. 포지셔닝 암은 베이스를 갖는 암을 정적 기준 구조에 장착하기 위해, 포지셔닝 암의 제 1 단부에 베이스를 포함한다. 포지셔닝 암은 베이스로부터 연장하는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재를 더 포함하고, 제 2 암 부재는 제 1 암 부재에 평행하게 연장된다. 암은 암의 제 2 단부에서 브릿지 부재를 포함하고, 브릿지 부재는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재를 연결한다. 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재는 힌지 연결에 의해 상기 베이스 및 상기 브릿지 부재 중 어느 하나에 각각 연결된다. 포지셔닝 암은 측 방향 변위를 가로지르는 방향으로 포지셔닝 암의 제 2 단부를 스윙시키기 위해, 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재의 길이 방향에 있어서 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재의 상대 변위를 유도하기 위한 액츄에이터를 더 포함한다. 브릿지 부재는 스캔 헤드를 지지하는 지지부를 포함한다.

Description

지지 표면 상에 스캔 헤드를 포지셔닝하기 위한 포지셔닝 암 및 방법

본 발명은 표면에 대한 표면 스캐닝 측정 장치의 스캔 헤드의 포지셔닝을 위한 포지셔닝 암에 관한 것으로, 포지셔닝 암은 베이스를 갖는 암을 정적 기준 구조에 장작하기 위해 제 1 단부에 베이스를 포함한다. 본 발명은 또한 표면에 대한 스캐닝 프로브 현미경 장치의 스캔 헤드의 포지셔닝의 방법에 관한 것이다.

전술한 바와 같은 원자력 현미경(AFM, atomic force microscopy)과 같은 스캐닝 프로브 현미경(SPM, scanning probe microscopy) 장치들은, 예를 들어, 반도체 산업에서 표면 상에 반도체 토폴로지들의 스캐닝에 적용된다. 이 기술은 다른 용도로는 생의학 산업, 나노 기술 및 과학 응용 분야에서 찾아볼 수 있다. 특히, AFM은 임계 결함 계측(CD-metrology), 입자 스캐닝, 응력-거칠기 측정들에 사용될 수 있다. AFM 현미경은 매우 높은 정확도로 표면들을 시각화할 수 있으므로, 나노 미터 이하의 분해능으로 표면 요소들을 시각화할 수 있다. 다른 표면 스캐닝 측정 장치는, 예를 들어, 광학 근접 필드 스캐닝 장치를 포함한다.

많은 SPM 장치들은 기준 표면 또는 기준 프레임과 같은 표면에 대해 스캔 헤드를 정확하게 포지셔닝하기 위해 포지셔닝 암들을 적용한다. 이해되는 바와 같이, SPM의 측정 정확도는 스캔 헤드가 포지션되는 정확도에 의해 직접적으로 영향을 받는다. 예를 들어, 포지셔닝 암들은 표면 위의(또는 아래의) 특정 거리에서 스캔 헤드까지 연장된 다음 스캔 헤드를 원하는 위치로 스윙시킨다.

정확한 포지셔닝은 SPM 시스템들의 센서들, 피드백 및 제어 유닛들에 의해 인증될 수 있다. 이러한 방식으로 많은 응용 분야에서 허용 가능한 정확도가 달성될 수 있지만, 스캐닝 프로브 현미경이 종종 수행되는 치수들의 일반적인 척도에 대해 추가적인 정확성 향상은 환영받을 수 있다.

본 발명의 목적은 스캐닝 프로브 현미경 시스템에서 스캔 헤드의 포지셔닝의 정확도를 향상시키는 것이다.

이를 위해, 본원에서는 표면에 대한 표면 스캐닝 측정 장치의 스캔 헤드의 포지셔닝을 위한 포지셔닝 암이 제공되고, 상기 포지셔닝 암은 베이스를 갖는 상기 암을 정적 기준 구조에 장착하기 위해, 상기 포지셔닝 암의 제 1 단부에 상기 베이스를 포함하고, 상기 포지셔닝 암은 상기 베이스로부터 연장하는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재를 더 포함하고, 상기 제 2 암 부재는 상기 제 1 암 부재에 평행하게 연장하고, 상기 포지셔닝 암은 상기 포지셔닝 암의 제 2 단부에 브릿지 부재를 포함하고, 상기 브릿지 부재는 상기 포지셔닝 암의 상기 제 2 단부에서 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재를 연결하고, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재의 각각은 힌지 연결에 의해 상기 베이스 및 상기 브릿지 부재의 각각에 연결되고, 상기 포지셔닝 암은, 측 방향 변위를 가로지르는 방향으로 상기 포지셔닝 암의 상기 제 2 단부를 스윙시키기 위해, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재의 길이 방향에 있어서 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재의 상대 변위를 유도하기 위한 액츄에이터를 더 포함하고, 상기 브릿지 부재는 상기 스캔 헤드를 지지하기 위한 지지부를 포함한다.

본원 전반에 걸쳐서, 표면 스캐닝 측정 장치라는 용어는 특히 스캐닝 프로브 현미경 장치를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 발명은 본 개시에서 의미하는 표면 스캐닝 측정 장치인 광학 근거리 스캐닝 장치들에도 적용될 수 있다. 광학 근거리 스캐닝 장치들은 특히 현미경 검사를 수행하기 위해 적용될 수 있다. 본원은 많은 경우 스캐닝 프로브 현미경 장치들, 시스템들 및 방법들을 언급할 것이지만, 본원의 교시들이 광학 근거리 필드 스캐닝 장치들에도 마찬가지로 적용될 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 본문이 '스캐닝 프로브 현미경 장치(또는 시스템)'를 구체적으로 언급하는 많은 경우에서, 이 용어는 본원에서 벗어남 없이 종종 '광학 근거리 스캐닝 장치(또는 시스템)'라는 용어와 상호 교환적으로 사용될 수 있다.

전술한 '힌지 연결(hingeable connection)'이라는 용어는 적어도 표면을 가로지르는 회전축을 중심으로 힌지 결합 가능한 연결을 의미한다. 바람직하게, 임의의 다른 방향으로의 회전이 요구되지 않는 경우, 힌지 연결들 중 적어도 하나는 표면을 가로지르는 회전축을 중심으로만 힌지 가능하다. 보다 바람직하게, 표면을 가로지르는 축을 중심으로 회전 이외의 임의의 회전 방향으로 충분히 정적으로 하기 위해, 베이스, 제 1 암 부재, 브릿지 및 제 2 암 부재 사이의 모든 힌지 연결들이 표면을 가로지르는 회전 축을 중심으로한 회전으로만 제한된다.

본 발명에서, 액츄에이터는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 상대 변위(relative displacement)를 유도한다. 이러한 상대 변위는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재의 길이 방향을 향해, 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재를 서로 평행하게 이동시킨다. 예를 들어, 베이스가 제 1 암 부재와의 힌지 연결 및 제 2 암 부재와의 추가 힌지 연결을 갖는 것을 고려할 수 있다. 제 1 암 부재를 제 1 암 부재에 대해 그 길이 방향으로 변위시킴으로써, 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재에 대한 베이스의 각 배향(angled orientation)이 변경될 것이다. 베이스를 정적 기준 구조에 고정시킴으로써, 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 상대 변위를 길이 방향으로 유도함으로써, 베이스가 정적 기준 구조에 고정되므로, 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재는 양 암 부재들에 대한 베이스의 각 배향 변경으로 인해 동일한 방향으로 스윙한다. 또한, 제 1 암 부재와 힌지 연결하고, 제 2 암 부재와 추가 힌지 연결하는 브릿지 부재는, 베이스의 각 배향과 같이 항상 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재에 대해 동일한 각을 이룰 것이다. 이 원리는 직사각형의 긴 변들이 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재를 개략적으로 나타내는 직사각형을 그리는 것으로 용이하게 이해할 수 있고, 직사각형의 짧은 변들은 각각 베이스 및 브릿지 부재를 나타낸다(예를 들어, 이하에서 더 설명되는 도 2a 및 도 2b 참조). 직사각형의 긴 변 중 하나의 변을 다른 쪽의 긴 변에 대해 길이 방향으로 변위 시킴으로써, 힌지 연결들이 직사각형의 네 구석들에 위치하는 것을 고려하면, 직사각형은 평행 사변형으로 바뀐다. 짧은 변들(베이스) 중 하나를 예를 들어 벽에 고정시킴으로써, 직사각형의 긴 변들 사이의 동일한 변위는 암 부재들의 동일한 방향으로 스윙할 것이다. 그러나, 브릿지 부재, 즉 직사각형/평행 사변형의 다른 짧은 변은 베이스인 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재에 대해 항상 동일한 각 배향을 유지할 것이다. 다시 말해, 브릿지 부재는 항상 베이스와 평행을 이룬다(이들이 처음부터 평행했다는 가정 하에).

따라서, 포지셔닝 암의 액츄에이터가 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재의 길이 방향으로의 상대 변위를 유도함으로써, 본 발명의 포지셔닝 암은 그 표면에 수직인 회전축을 중심으로 스윙하고, 브릿지 부재는 항상 동일한 방향을 유지한다. 이 원리는 표면에 대한 스캐닝 프로브 현미경의 스캔 헤드의 매우 정확한 포지셔닝을 허용하기 위해, 본 발명의 포지셔닝 암에 사용된다. 스캔 헤드가 브릿지 부재에 의해 지지되거나, 브릿지 부재에 부착되면, 이러한 방식으로 포지셔닝 암의 스윙은 정확하게 제어될 수 있고, 스윙하는 동안 스캔 헤드의 방향을 변화시키지 않는다. 예를 들어, 스캔 헤드가 기준 표면에 대해 포지셔닝되는 경우, 예를 들어, 원자력 현미경을 수행하기 위한 매우 정확한 기준 격자를 제공하는 표면인 경우, 포지셔닝 암의 스윙은 기준 프레임 상의 기준들에 대한 스캔 헤드의 방향을 변화시키지 않고, 스캔 헤드를 수직인 방향으로 이동시키는 것을 허용한다. 포지셔닝 동안 고정된 스캔 헤드의 방향을 유지함으로써, 종래의 포지셔닝 암에서와 같이, 스윙 동안 스캔 헤드와 기준 프레임 사이의 방향의 변화에 기인한 에러의 원인은 배제된다. 따라서, 본 발명의 포지셔닝 암을 이용하여, 보다 정밀도 졸게 스캔 헤드의 포지셔닝을 행하여 확인할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 포지셔닝 암은 제 1 암 및 제 2 암 사이의 상기 상대 변위를 제어하기 위해, 상기 액츄에이터의 작동을 제어하기 위한, 상기 액츄에이터와 협동하는 제어부를 더 포함한다. 제어부는 포지셔닝 암 자체에 위치하거나, 또는 액츄에이터를 정확하게 제어하기 위해(무선 또는 유선 연결을 통해) 암에 통신 가능하게 연결된 외부 컨트롤러 또는 제어 수단일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제어부는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 상대 변위량(amount of the relative displacement)을 얻고, 제어부는 상대 변위량에 기초하여, 즉 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 상대 변위에 기초하여, 포지셔닝 암을 가로지르는 방향으로, 브릿지의 가로 변위(transverse displacement)를 계산한다. 인식할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 포지셔닝 암에서, 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재에 대한 베이스의 각 배향의 변화(및 브릿지 부재의 각 배향의 변화와 유사함)는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재의 상대 변위에 기초할 수 있다. 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 상대 변위와 제어부에 대한 베이스 또는 브릿지 부재의 각 배향 사이의 관계에 관한 이용 가능한 데이터를 저장하거나 이용함으로써, 제어부는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 상대 변위를 직접적으로 제어(및 인지)함으로써, 포지셔닝 암의 가로변위(transverse displacement)를 정확하게 제어할 수 있다. 통상의 기술자는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 상대 변위량을 알고, 이용하는데 다양한 가능성들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 이러한 정보는, 액츄에이터의 일부가 될 수 있는 스테퍼 모터에 의해 취해진 회전 단계들을 카운팅함으로써, 제어부에 사용 가능할 수 있다. 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 상대 변위는 어느 방향으로든, 스텝들의 수를 추적하여, 원칙적으로 제어부에 알려진다. 이해할 수 있듯이, 이는 스텝 수를 카운팅하지 않거나, 카운트 트랙을 잃어버릴 위험 때문에 충분히 정확하지 않을 수 있다.

따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 포지셔닝 암은 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 상대 변위를 측정하고, 상대 변위를 나타내는 센서 신호를 제어부에 제공하기 위한 센서 유닛을 더 포함할 수 있다. 센서에 의한 상대 변위를 간단하게 감지함으로써, 상대 변위를 직접적으로 측정하고, 제어부에서 사용할 수 있다. 대안적으로, 제어부는 상대 변위를 직접적으로 측정하는 센서 유닛을 통해(예를 들어, 스텝 모터의 스텝을 카운팅함으로써), 상대 변위 자체를 추적할 수 있다.

본 발명의 일부 실시 예들에 따르면, 포지셔닝 암의 액츄에이터는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이에 배치되고, 상기 액츄에이터는 상기 제 1 암 부재 또는 제 2 암 부재에 고정 장착되는 제 1 액츄에이터 파트를 포함하고, 상기 액츄에이터는, 사용 시, 상기 액츄에이터의 작동에 의해 상기 제 1 액츄에이터 파트에 대해 이동 가능한 적어도 하나의 제 2 액츄에이터 파트를 포함하고, 상기 제 2 액츄에이터 파트는, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상기 상대 변위를 유도하기 위해 상기 제 2 암 부재에 작용한다. 이러한 실시 예들에 따른 포지셔닝 암은 제 2 암 부재에 작용하면서, 제 1 암 부재에 고정되는 컴팩트한 설계를 포함한다. 액츄에이터는, 예를 들어, 스핀들 타입 액츄에이터와 같이, 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 큰 거리 길이방향의 변위를 가능하게 하기 위한 큰 스트로크 액츄에이터 요소, 또는 피에조 타입 액츄에이터와 같이, 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 작은 거리 길이방향의 변위를 가능하게 하기 위한 작은 스트로크 액츄에이터 요소를 포함한다. 특히, 큰 스트로크 액츄에이터 요소 및 작은 스트로크 액츄에이터 요소를 모두 포함함으로써, 암을 가로지르는 방향으로의 포지셔닝 암의 스윙이 정확하게 제어될 수 있다. 스캔 헤드의 정확한 포지셔닝은 기준 표면이 지나갈 때 기준 표면들을 모니터링하는 피드백 시스템을 사용하여 모니터링할 수 있다.

또 다른 실시 예에 따르면, 큰 스트로크 액츄에이터 요소는 상기 큰 스트로크 액츄에이터 요소는 스핀들을 포함하고, 상기 스핀들은 상기 제 2 액츄에이터 파트에 의해 구성되고, 상기 제 1 액츄에이터 파트와 협동하여 상기 제 1 액츄에이터부 파트에 대해 이동 가능하고, 상기 제 2 액츄에이터 파트는, 상기 스핀들의 팁 상에 장착되고, 작은 스트로크 액츄에이터를 형성하는 피에조 타입 액츄에이터를 더 포함한다. 이 실시 예에서, 작은 스트로크들이 피에조 타입 액츄에이터를 작동시킴으로써 달성되는 동안, 스핀들 및 피에조 타입 액츄에이터는 중첩되어(즉, 서로 뻗어서) 스핀들을 작동시킴으로써(예를 들어, 스텝퍼 모터를 사용하여) 큰 스트로크가 달성될 수 있는 방식으로 협동한다. 상대 변위는 예를 들어, 앞서 언급한 센서 유닛을 사용하여 정확하게 결정될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 액츄에이터의 제 1 단부는 제 1 암 부재에 고정될 수 있고, 제 2 단부는 제 2 암 부재에 고정될 수 있고, 액츄에이터의 작동은 제 1 암 부재에 대해 제 2 암 부재를 변위시킨다. 그러나, 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 복원 스프링(return spring)은 제 2 암 부재 상의 구조적 요소가 제 2 액츄에이터 파트의 단부와 접촉 상태를 유지하도록 보장하는 동안, 대안적으로 예를 들어, 제 2 액츄에이터 파트의 단부는 제 2 암 부재 상의 구조적 요소에 단순하게 접할 수 있다(abut, 즉 고정이 없을 수 있음).

베이스 및 제 1 암 부재와, 제 1 암 부재 및 브릿지와, 브릿지 및 제 2 암 부재와, 제 2 암 부재와 베이스 사이의 힌지 연결들은, 통상의 기술자에게 공지된 임의의 적합한 유형일 수 있다. 본 발명의 포지셔닝 암에 적용될 수 있는 바람직한 힌지 연결 유형은 하버랜드 타입 힌지일 수 있다. 하버랜드 힌지(Haberland hinge)는 상대적인 각 변위를 위해 2개의 부재들을 연결하는 유연한 조인트이다. 따라서, 이 유형의 힌지에는 베어링들이 필요하지 않다. 또한, 하버랜드 힌지는 요구되는 힘 대 휨(deflection)의 관점에서 높은 수준의 재현성(reproducibility)을 포함한다. 베어링들의 부재는 힌지의 작동 동안, 이로부터 발생하는 오염을 제거한다.

일부 실시 예들에 따르면, 포지셔닝 암은 액츄에이터의 적어도 일부를 둘러싸는 커버를 더 포함한다. 암 상에 있는 액츄에이터의 일부 또는 전부를 감싸는 커버는 사용중인 액츄에이터에 의해 실수로 우연히(inadvertently) 발생한 오염을 포착한다. 인식할 수 있는 바와 같이, 포지셔닝 암의 어떤 파트로부터의 오염은 측정 시스템의 정확성을 파괴할 수 있다. 이들 실시 예들 중 일부에 따르면, 커버는 벨로우즈(bellows), 가요성 커버 요소(flexible cover element), 슬리브(sleeve), 옷감(cloth) 또는 용기 요소를 포함하는 그룹 중 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다.

제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 상대 변위를 측정하기 위한 센서 유닛은, 간섭계(interferometer)와 같은 광학 거리 센서(optical distance sensor) 및 용량성 센서(capacitive sensor) 또는 유도성 센서(inductive sensor)와 같은 전기 근접 센서(electrical proximity sensor)를 포함하는 그룹 중 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 스캐닝 프로브 현미경 장치 또는 광학 근거리 필드 스캐닝 장치와 같은, 표면 스캐닝 측정 장치가 제공되고, 스캐닝 프로브 현미경 장치의 스캔 헤드를 표면에 대해 위치시키는 전술한 실시 예들 중 어느 하나에 따른 포지셔닝 암을 포함한다.

본 발명의 제 3 양태에 따르면, 지지 표면에 대한 표면 스캐닝 측정 장치의 스캔 헤드의 포지셔닝 방법이 제공되고, 상기 스캔 헤드의 배치를 수행하기 위해, 포지셔닝 암이 사용되고, 상기 포지셔닝 암은 상기 포지셔닝 암의 제 1 단부에 베이스를 포함하고, 상기 베이스는 정적 기준 구조에 장착되고, 상기 포지셔닝 암은 상기 베이스로부터 연장하는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재를 더 포함하고, 상기 제 2 암 부재는 상기 제 1 암 부재에 평행하게 연장하고, 상기 포지셔닝 암은 상기 포지셔닝 암의 제 2 단부에 브릿지 부재를 포함하고, 상기 브릿지 부재는 상기 포지셔닝 암의 상기 제 2 단부에서 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재를 연결하고, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재의 각각은, 힌지 연결에 의해, 상기 베이스 및 상기 브릿지 부재의 각각에 연결되고, 상기 방법은, 상기 포지셔닝 암의 상기 브릿지에 연결된 지지 구조로부터 상기 스캔 헤드를 지지하는 단계; 및 상기 상대 변위를 가로지르는 방향으로 상기 포지셔닝 암의 상기 제 2 단부를 스윙시키기 위해, 상기 포지셔닝 암에 포함된 액츄에이터를 통해, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재의 길이 방향으로 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상대 변위를 유도함으로써 상기 지지 구조를 이동시키는 단계를 포함한다.

일부 실시 예에 따른, 상기 방법은, 상기 액츄에이터와 협동하는 제어부에 의해, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상기 상대 변위를 제어하기 위한 액츄에이터의 작동을 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 제어 단계는, 상기 제어부를 통해, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상기 상대 변위량을 얻는 단계; 및 상기 제어부를 통해, 상기 상대 변위량에 기초하여, 상기 포지셔닝 암을 가로지르는 방향으로, 상기 브릿지의 가로변위를 계산하는 단계를 포함한다.

다른 실시 예들에 따르면, 상기 방법은, 센서 유닛을 사용하여, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상기 상대 변위를 측정하는 단계; 및 상기 센서 유닛 및 상기 제어부를 통해, 상기 상대 변위를 나타내는 센서 신호를 제공하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시 예들에서, 상기 방법은, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재의 오프셋 위치를 향한 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 복원력을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 복원력은 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이에 장착된 스프링 부재에 의해 제공된다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 몇몇 특정 실시 예들의 설명에 의해 더 설명될 것이다. 상세한 설명은 본 발명의 가능한 구현의 예를 제공하지만, 범위에 속하는 유일한 실시 예를 설명하는 것으로 간주되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 청구범위에 정의되어 있으며, 이 설명은 제한되는 것이 아닌 예시적인 것으로 간주하여야 한다.
도 1은 스캐닝 프로브 현미경의 스캔 헤드를 포지셔닝하기 위한 종래의 포지셔닝 암을 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 포지셔닝 암을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 스캐닝 프로브 현미경 장치의 포지셔닝 암의 측면도이다.
도 4는 각각 본 발명의 포지셔닝 암의 평면도와, 그 액츄에이터의 확대도를 도시한다.
도 5는 도 4(b)를 개략적으로 확대 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 포지셔닝 암의 작동을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 포지셔닝 암의 액츄에이터의 CAD 도면을 도시한다.
도 8은 본 발명의 방법을 개략적으로 도시한다.

스캐닝 프로브 현미경 장치의 종래의 포지셔닝 암(1)은 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 포지셔닝 암(1)의 관련 파트들만이 도 1에 도시되어 있다. 암(1)은 일반적으로 X 및 Y 방향으로 암의 단부에서 스캔 헤드(4, scan head)의 이동을 허용하고, 여기서 X 방향은 암(3)의 길이 방향으로 정의될 수 있고, Y 방향은 암의 표면을 가로지르는 암의 길이 방향에 대해 가로지르는 방향(즉, 측 방향(lateral direction))으로 정의될 수 있다. 도 1은 또한 기준 격자(6, reference grid)를 포함하는 표면에 대한 스캔 헤드(4)의 정확한 위치를 추적하기 위해, 광학 피드백 시스템(optical feedback system)에 사용될 수 있는 기준 격자(6)를 개략적으로 도시한다.

종래의 암(1)은 그 단부에 스캔 헤드(4)가 위치할 수 있는 암 부재(3, arm member)를 포함할 수 있다. 스캔 헤드(4)는 임의의 종류의 지지 구조 또는 캐리어에 의해 지지될 수 있다. 암 부재(3)는 힌지(5)를 통해 고정 베이스(2)에 연결될 수 있다. 베이스(2)는 힘 프레임 또는 메트롤로지 프레임(미도시)과 같은 스캐닝 프로브 현미경 장치의 정적 기준 구조(static reference structure)에 고정될 수 있다. 힌지(5)는 기준 격자(6)가 있는 표면을 가로지르는 회전축을 중심으로 암 부재(3)를 회전시킨다. 스캔 헤드(4)를 Y 방향, 즉 암 부재(3)에 대하여 측 방향으로 이동시키기 위해, 암 부재(3)는 힌지(5)와 함께 회전축을 중심으로 회전한다. 예를 들어, 암 부재(3)는 도 1의 점선으로 도시된 위치(3')에 있을 수 있다. 이 위치에서, 스캔 헤드(4)는 도 1에 도시된 위치(4')에 있다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 스캔 헤드(4)가 오프셋 위치에 대해 측 방향으로 변위될 뿐만 아니라, 스캔 헤드의 위치(4)에 대한 배향 각도(orientation angle)는 위치(4')에서 배향 각도와 상이하다. 정적 기준 격자(6)에 대한 상이한 배향 각도 때문에, 부정확성은 위치(4')에서의 스캔 헤드(4)의 결정 위치에서 발생된다. 이해되는 바와 같이, 스캐닝 프로브 현미경 시스템은 고도의 정확도로 현미경 관찰을 수행할 수 있으므로, Y 방향으로의 스캔 헤드(4)의 변위에 의해 야기되는 부정확성은 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 포지셔닝 암의 원리가 도 2a 내지 도 2d에 개략적으로 도시되어 있다. 도 2a는 본 발명에 따른 포지셔닝 암(8)을 개략적으로 도시한다. 고도로 개략화된 도면은 직사각형의 긴 변들을 형성하는 제 1 암 부재(10) 및 제 2 암 부재(20)를 포함하는 직사각형을 도시한다. 암(8)은 그 최종 단부들에서 베이스(12) 및 브릿지 부재(13)를 더 포함한다. 베이스(12), 제 1 암 부재(10), 브릿지 부재(13) 및 제 2 암 부재(11)는 힌지들(17, 18, 19, 20)에 의해 형성된 힌지 연결들에 의해 상호 연결된다. 힌지들(17, 18, 19, 20)의 회전 축들은 도 2a의 도면의 종이에 대해 수직하다. 포지셔닝 암(8)의 적용에 따라, 통상의 기술자는 힌지들(17, 18, 19, 20)이 그 용도에 따라 부가적인 자유도 또는 회전축을 선택적으로 포함할 수 있음을 이해할 수 있다. 본 발명에서 적어도 도 2a의 종이에 수직인 회전 축은 힌지들(17, 18, 19, 20)에 의해 허용되어야 한다. 많은 적용들에 있어서, 포지셔닝 암(8)은 한 방향으로의 회전을 허용해야 하지만, 다른 방향의 회전은 종종 바람직하지 않다. 이 경우, 도 2a의 포지셔닝 암(8) 및 힌지들(17, 18, 19, 20)은 종이에 수직한 회전축을 중심으로한 회전을 허용할 수 있다.

도 2a는 시작 위치(starting position)를 도시하고, 베이스(12) 및 제 1 암 부재(10)와, 제 1 암 부재(10) 및 브릿지 부재(13)와, 브릿지 부재(13) 및 제 2 암 부재(11)와, 제 2 암 부재(11) 및 베이스(12) 사이의 각도들의 각각은 직각이다. 제 2 암 부재(11)가, 도 2b에 도시된 바와 같이, 길이 방향으로 제 1 암 부재(10)에 대해 변위되면, 직사각형은 도시된 바와 같이 평행 사변형으로 변환된다. 이 상태에서, 베이스(12) 및 제 1 암 부재(10)와, 브릿지 부재(13) 및 제 2 암 부재(11) 사이의 각도들은 90도 보다 작을 수 있고, 제 1 암 부재(10) 및 브릿지 부재(13)와, 제 2 암 부재(11) 및 베이스(12) 사이의 각도들은 90도 보다 클 수 있다. 도 2b의 예시에서, 제 2 암 부재(11)는 제 1 암 부재(10)에 대해 길이 방향으로 거리(d)에 걸쳐 상대적으로 변위된다.

도 2c는 베이스(12)가 정적 기준 구조(22)에 고정된 상황을 도시한다. 벽 형상의 정적 기준 구조(22)는 제 1 및 제 2 암 부재들(10, 11), 베이스(12) 및 브릿지 부재(13) 사이의 각도들과 관계없이 베이스(12)를 제 위치에 유지시킨다. 제 1 암 부재(10) 및 제 2 암 부재(11) 사이의 동일한 상태 변위(d)가 가해지는 경우, 베이스(12)가 정적 기준 구조(22)에 고정됨으로써, 포지셔닝 암(8)은 도 2c에 도시된 각도(α)로 회전된다. 각도(α)의 회전은 브릿지 부재(13)가 거리 또는 스트로크(S)에 대해 변위되게 한다. 스트로크 또는 휨(S)의 크기는 피타고라스의 정리를 사용하여 결정될 수 있다. 도 2c로부터 다음과 같이, 회전 각도(α)가 무엇이든, 베이스(12) 및 브릿지 부재913)는 항상 서로 평행한다. 따라서, 브릿지 부재(13)에 의해 스캔 헤드가 부착 또는 지지되는 경우, 본 발명의 포지셔닝 암(8)은 스캔 헤드를 Y 방향(즉, 포지셔닝 암(8)에 대한 측 방향)으로 변위시키고, 모든 상황들에서 배향 각도를 동일하게 유지한다. 이것은 종래의 포지셔닝 암의 사용으로 인한 각 배향(angled orientation)의 변경으로 인한 부정확성을 제거한다. 암(8)의 회전을 허용하기 위해 필요한 것은, 제 1 암 부재(10) 및 제 2 암 부재(11) 사이의 길이 방향으로의 상대 변위를 유도할 수 있는 메커니즘이다.

이해되는 바와 같이, 스캔 헤드(42)의 Y 방향으로의 변위를 제어할 수 있도록, 제 1 및 제 2 암 부재(10, 11) 사이의 상대 변위를 제어하고, 모니터링하는 것이 바람직하다. 따라서, 포지셔닝 암(8)은 작동을 제어하기 위해 액츄에이터(25)에 연결되는 제어부(33)를 포함할 수 있다. 포지셔닝 암(8)은 제 1 암 부재(10) 및 제 2 암 부재(11) 사이의 정확한 상대 변위를 결정할 수 있게 하는 센서 유닛(26)을 더 포함할 수 있다. 센서 유닛(26)은 요소(30) 상에 존재하는 거울 반사 표면에 레이저 빔(27)을 보내는 광학 센서 유닛일 수 있다. 리턴 빔은 제 1 암 부재(10) 및 제 2 암 부재(11) 사이의 상대 변위를 정확하게 특정하는 간섭계에 의해 포착될 수 있다. 대안적으로, 센서 유닛(26)은 전기 타입 센서 유닛(예를 들어, 용량성 센서 또는 유도성 센서)와 같은 다른 타입의 센서 유닛일 수 있다. 센서 유닛(26)은 제 1 암 부재(10) 및 제 2 암 부재(11) 사이의 결정된 상대 변위를 입력으로 사용하여, 암(8)의 회전 각도를 계산하는 센서 신호를 제어부(33)에 제공한다. 예를 들어, 메모리(34)는 검출된 상대 변위 및 암(8)의 회전 각도 사이의 관계에 관한 데이터를 제공할 수 있다.

포지셔닝 암(8)의 측면도가 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 포지셔닝 암(8)은 베이스(12)를 정적 기준 구조(50) 상의 레일(51)과 협동함으로써, X 방향(화살표 53으로 지시된 방향)으로 암(8)의 연장을 허용하는 또 다른 액츄에이터(52)에 장착될 수 있다. 브릿지 부재(13)로부터 연장하여, 캐리어(44)는 스캔 헤드(42)를 지지한다. 스캔 헤드(42)가 기준 표면(55)에 대해 정확하게 위치되는 경우(이는 표면(55) 상에 기준 격자를 모니터링 함으로써 검출), 스캔 헤드(42)는 기준(45) 상에 피드(46)를 조심스럽게 포지셔닝할 수 있다. 그 다음, 스캔 헤드(42)는 포지셔닝 암(8)으로부터 기계적으로 자유롭다. 다음으로, 스캐닝 프로브 현미경 관찰을 수행함으로써 프로브(55)가 웨이퍼 표면을 감지할 수 있을 때까지, 스캐닝될 웨이퍼가 위에서부터 하강될 수 있다(미도시).

도 4는 본 발명의 포지셔닝 암(8)의 개략적인 평면도를 도시한다. 도 4는 제 1 암 부재(10), 제 2 암 부재(11), 베이스(12) 및 브릿지 부재(13)를 도시한다. 베이스(12)는 정적 기준 구조(22)에 장착된다. 힌지들(17, 18, 19, 20)은 하버랜드 힌지들로 알려진 가요성 힌지들이다. 하버랜드 힌지들은 적용된 힘에 비례하여 휨 각도의 높은 재현성을 제공한다. 이러한 힘은 제 1 암 부재(10) 및 제 2 암 부재(11) 각각의 구조 요소들(29, 30) 사이에서 각각 변위를 유도하는 액츄에이터(25)에 의해 적용될 수 있다. 도 4(a)에서 원으로 둘러싼 부분의 확대는 액츄에이터(25)를 보다 상세하게 도시하는 도 4(b)에 제공된다. 도 4(b)는 도 5에서 더 확대된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(25)는 큰 스트로크 및 작은 스트로크를 유도하기 위한 몇 개의 액츄에이터 파트들을 포함한다. 제 1 암 부재(10) 및 제 2 암 부재(11) 사이의 큰 스트로크 상대 변위를 유도하기 위해, 요소(61) 내에서 회전하는 스핀들(60)에 의해 큰 스트로크 액츄에이터 파트가 제공된다. 스핀들(60)의 단부에서, 피에조 타입 액츄에이터(65)는 제 1 dak 부재(10) 및 제 2 암 부재(11) 사이의 작은 스트로크 변위를 유도한다. 알 수 있는 바와 같이, 제 1 암 부재(10) 및 제 2 암 부재(11) 사이의 작은 스트로크 또는 큰 스트로크 변위들을 사용하기 위해 상이한 유형의 액츄에이터들이 적용될 수 있다. 구조 요소(30)의 방향으로 스핀들(60)을 연장시키는 작동은, 제 1 암 부재(10) 및 제 2 암 부재(11) 각각에 힘들(67, 68)을 유도한다. 이는 제 1 및 제 2 암 부재들(10, 11) 사이의 상대 변위들을 초래하고, 따라서 본 발명의 포지셔닝 암(8)의 회전에 의해 달성된다. 도 5는 상대 변위의 정확한 결정을 위해 거울면 반사 표면(specular reflective surface)에 레이저 빔(27)을 제공하는 광학 센서 유닛(26)을 도시한다.

요소(61)를 포함하는 스핀들(60) 및 피에조 액츄에이터(65)는 액츄에이터(25)의 작동으로 인한 임의의 오염이 포지셔닝 암 아래의 표면 상에 떨어지는 것을 방지하기 위해 커버(58, 벨로우즈) 내부에 위치된다. 이해되는 바와 같이, 스캐닝 프로브 현미경 장치가 작동되는 상황 하에서, 가장 작은 오염일지라도 표면의 부정확한 측정을 유발할 수 있다. 이는 커버(58)에 의해 움직이는 파트들을 커버함으로써 방지된다. 도 5는 제 1 암 부재910)에 대해 제 2 암 부재(11)를 바이어스(bias)하여 구조 부재(30)가 항상 액츄에이터(25)의 단부에 접촉하도록 하는 리턴 스프링(40)을 도시한다.

도 6은 본 발명의 포지셔닝 암(8)의 작동을 개략적으로 도시한다. 도 6에서, 구조 요소들(29, 30)에 작용하는 액츄에이터(25)에 의해 유도된 제 1 암 부재(10) 및 제 2 암 부재(11) 사이의 상대 변위는 스캔 헤드(42)를 측 방향으로 변위시키기 위해 포지셔닝 암(8)에서 회전을 일으킨다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 브릿지 부재(13)는 암(8)의 회전 각도에 관계없이 베이스(12)에 평행한 채로 있다. 이는 스캔 헤드(42)의 배치 및 스캔 헤드(42)가 배치되는 표면(55) 상에 위치한 기준 그리드 상에 그 위치의 정확한 검증을 허용한다. 도 6은 또한 하버랜드 힌지들(17, 18, 19, 20)의 작동을 도시한다.

도 7은 본 발명의 포지셔닝 암에 적용된 액츄에이터의 확대된 CAD 이미지를 제공한다. 암(8)은 2개의 복원 스프링들(40-1, 40-2)를 포함한다. 액츄에이터는 스핀들(60) 및 벨로우즈 형태의 커버(58)로 둘러싸인 피에조 타입 액츄에이터(65)를 포함한다. 요소(26')는 전기적 타입의 센서 유닛이다. 이 경우, 센서 유닛(26')은 제 1 및 제 2 암 부재들(10, 11) 각각의 상대 변위를 정확하게 결정할 수 있는 유도형 센서 유닛(inductor type sensor unit)이다.

도 8은 스캐닝 프로브 현미경 장치에서 표면에 대한 스캔 헤드의 포지셔닝을 제어하기 위한 본 발명의 방법을 개략적으로 도시한다. 단계(80)에서 시작하고, 제어부는 단계(82)에서 표면에 대한 새로운 원하는 XY 위치를 수신할 수 있다. 새로운 위치를 수신하면, 제어부(33)는 단계(84)에서 센서 헤드(26)를 동작시켜 스캔 헤드의 현재 Y 위치를 결정할 수 있다. 이해되는 바와 같이, 단계(84) 이전, 도중 또는 후에, 또는 심지어 도 8의 방법의 끝을 향하여, 제어부(33)는 또한 X 위치를 조정할 수 있다. 도 3을 참조하면, X 위치의 조정은, 요구되는 위치에 기초하여, 포지셔닝 암(8)을 연장하거나, 추적함으로써 통상적으로 달성될 수 있다. 스캔 헤드(42)의 현재 X 위치의 조정은 본 발명과 관련하여 고려되지 않기 때문에, 도 8의 방법에는 도시하지 않았다.

Y 위치를 조정하기 위해, 단계(84)에서, 센서 유닛(26)은 제어부(33)에 의해 동작되어 현재 Y 위치를 결정한다. 단계(86)에서, 제어부(83)는 센서 유닛(26)으로부터 현재 Y 위치를 수신한다. 다음으로, 단계(88)에서, 제어부는 현재 Y 위치가 수신된 새로운 XY 위치와 비교함으로써 정확한 Y 위치인지 여부를 결정한다. 표면에 대한 스캔 헤드(82)의 현재 Y 위치가 부정확한 경우, 제어부(33)에 의해 액츄에이터(90)를 작동시킴으로써 방법이 계속된다. 액츄에이터(90)를 작동시키기 위해, 제어부(33)는 작은 스트로크 또는 큰 스트로크 액츄에이터 파트들 중 하나를 작동시킬 수 있고, 제 1 암 부재(10) 및 제 2 암 부재(11) 사이의 상대 변위와 포지셔닝 암(8)의 회전 각도(α) 사이의 관계를 정의하는 메모리(34)로부터 데이터를 검색함으로써 작은 스트로크 또는 큰 스트로크 액츄에이터 파트들 중 하나를 작동시킬 수 있다. 원하는 양의 변위를 유도하기 위해 액츄에이터를 작동시킨 후에, 액츄에이터는 단계(84)로 되돌아 가서 센서 유닛(26)이 현재 Y 위치를 결정하도록 작동된다. 제어부(33)는 단계(86)에서 현재 Y 위치를 수신한 후, 다시 수신된 Y 위치가 올바른지 검사한다.

단계(88)에서, 단계(86)에서 검출된 Y 위치가 실제로 단계(82)의 수신된 새로운 XY 위치의 원하는 Y 위치라고 결정되면, 방법은 단계(92)에서 계속되고, 여기서 현재 Y 위치는 메모리(34)에 저장될 수 있다(이 단계는 선택적임). 그 후, 단계(94)에 지시된 바와 같이, 제어부에 의해, 예를 들어, 새로운 XY 위치가 수신될 때, 방법은 끝난다.

본 발명은 몇몇 실시 예들의 관점에서 기재되었다. 도면들에 도시되고 본원에서 기술된 실시 예들은 예시된 목적으로만 의도되었으며, 본 발명을 제한하려는 의도 또는 수단에 의한 것이 아님을 이해할 것이다. 여기에서 논의된 본 발명의 내용은 단지 첨부된 청구 범위에 의해 제한된다.

Claims (15)

1. 표면에 대한 스캐닝 프로브 현미경 장치의 스캔 헤드의 포지셔닝을 위한 포지셔닝 암에 있어서,
   상기 포지셔닝 암은 베이스를 갖는 상기 암을 정적 기준 구조에 장착하기 위해, 상기 포지셔닝 암의 제 1 단부에 상기 베이스를 포함하고,
   상기 포지셔닝 암은 상기 베이스로부터 연장하는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재를 더 포함하고,
   상기 제 2 암 부재는 상기 제 1 암 부재에 평행하게 연장하고,
   상기 포지셔닝 암은 상기 포지셔닝 암의 제 2 단부에 브릿지 부재를 포함하고,
   상기 브릿지 부재는 상기 포지셔닝 암의 상기 제 2 단부에서 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재를 연결하고,
   상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재의 각각은 힌지 연결에 의해 상기 베이스 및 상기 브릿지 부재의 각각에 연결되고,
   상기 포지셔닝 암은, 상대 변위를 가로지르는 측 방향으로 상기 포지셔닝 암의 상기 제 2 단부를 스윙시키기 위해, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재의 길이 방향에 있어서 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상대 변위가 가능하도록 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재에 작용하는 액츄에이터를 더 포함하고,
   상기 브릿지 부재는 상기 스캔 헤드를 지지하기 위한 지지부를 포함하는 포지셔닝 암.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 암 및 상기 제 2 암 사이의 상기 상대 변위를 제어하기 위해, 상기 액츄에이터의 작동을 제어하기 위한, 상기 액츄에이터와 협동하는 제어부를 더 포함하는 포지셔닝 암.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 상대 변위량을 얻고,
   상기 제어부는 상기 상대 변위량에 기초하여 상기 포지셔닝 암을 가로지르는 방향으로, 상기 브릿지의 가로 변위를 계산하는 포지셔닝 암.
   
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상기 상대 변위를 측정하고, 상기 상대 변위를 나타내는 센서 신호를 상기 제어부에 제공하기 위한 센서 유닛을 더 포함하는 포지셔닝 암.
   
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액츄에이터는 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이에 배치되고,
   상기 액츄에이터는 상기 제 1 암 부재 또는 제 2 암 부재에 고정 장착되는 제 1 액츄에이터 파트를 포함하고,
   상기 액츄에이터는, 사용 시, 상기 액츄에이터의 작동에 의해 상기 제 1 액츄에이터 파트에 대해 이동 가능한 적어도 하나의 제 2 액츄에이터 파트를 포함하고,
   상기 제 2 액츄에이터 파트는, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상기 상대 변위를 유도하기 위해 상기 제 2 암 부재에 작용하는 포지셔닝 암.
   
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액츄에이터는,
   스핀들 타입 액츄에이터와 같이, 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 큰 거리 길이방향의 변위를 가능하게 하기 위한 제1 액츄에이터 요소, 또는
   피에조 타입 액츄에이터와 같이, 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재 사이의 작은 거리 길이방향의 변위를 가능하게 하기 위한 제2 액츄에이터 요소를 포함하는 포지셔닝 암.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제1 액츄에이터 요소는 스핀들을 포함하고,
   상기 스핀들은 상기 제 2 액츄에이터 파트에 의해 구성되고, 상기 제 1 액츄에이터 파트와 협동하여 상기 제 1 액츄에이터 파트에 대해 이동 가능하고,
   상기 제 2 액츄에이터 파트는, 상기 스핀들의 팁 상에 장착되고, 제2 액츄에이터를 형성하는 피에조 타입 액츄에이터를 더 포함하는 포지셔닝 암.
   
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 암 부재에 대해 상기 제 2 암 부재의 오프셋 위치를 향하는 방향으로, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이에 복원력을 제공하기 위해, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이에 장착되는 스프링 부재를 포함하는 포지셔닝 암.
   
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액츄에이터의 적어도 일부를 둘러싸는 커버를 더 포함하는 포지셔닝 암.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 커버는, 벨로우즈, 가요성 커버 요소, 슬리브, 옷감 또는 용기 요소를 포함하는 그룹 중 적어도 하나의 요소를 포함하는 포지셔닝 암.
    
11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상기 상대 변위를 측정하고, 상기 상대 변위를 나타내는 센서 신호를 제어부에 제공하기 위한 센서 유닛을 더 포함하고,
    상기 센서 유닛은, 간섭계와 같은 광학 거리 센서 및 용량성 센서 또는 유도성 센서와 같은 전기 근접 센서를 포함하는 그룹 중 적어도 하나의 요소를 포함하는 포지셔닝 암.
    
12. 지지 표면에 대한 스캐닝 프로브 현미경 장치의 스캔 헤드의 포지셔닝 방법에 있어서,
    상기 스캔 헤드의 배치를 수행하기 위해, 포지셔닝 암이 사용되고, 상기 포지셔닝 암은 상기 포지셔닝 암의 제 1 단부에 베이스를 포함하고, 상기 베이스는 정적 기준 구조에 장착되고, 상기 포지셔닝 암은 상기 베이스로부터 연장하는 제 1 암 부재 및 제 2 암 부재를 더 포함하고, 상기 제 2 암 부재는 상기 제 1 암 부재에 평행하게 연장하고, 상기 포지셔닝 암은 상기 포지셔닝 암의 제 2 단부에 브릿지 부재를 포함하고, 상기 브릿지 부재는 상기 포지셔닝 암의 상기 제 2 단부에서 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재를 연결하고, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재의 각각은, 힌지 연결에 의해, 상기 베이스 및 상기 브릿지 부재의 각각에 연결되고,
    상기 방법은,
    상기 포지셔닝 암의 상기 브릿지에 연결된 지지 구조로부터 상기 스캔 헤드를 지지하는 단계; 및
    상대 변위를 가로지르는 방향으로 상기 포지셔닝 암의 상기 제 2 단부를 스윙시키기 위해, 상기 포지셔닝 암에 포함되고 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재에 작용하는 액츄에이터를 통해, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재의 길이 방향으로 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상대 변위를 유도함으로써 상기 지지 구조를 이동시키는 단계;
    를 포함하는 방법.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 액츄에이터와 협동하는 제어부에 의해, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상기 상대 변위를 제어하기 위한 액츄에이터의 작동을 제어하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제어 단계는,
    상기 제어부를 통해, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상대 변위량을 얻는 단계; 및
    상기 제어부를 통해, 상기 상대 변위량에 기초하여, 상기 포지셔닝 암을 가로지르는 방향으로, 상기 브릿지의 가로변위를 계산하는 단계;
    를 포함하는 방법.
    
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    센서 유닛을 사용하여, 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 상기 상대 변위를 측정하는 단계; 및
    상기 센서 유닛 및 제어부를 통해, 상기 상대 변위를 나타내는 센서 신호를 제공하는 단계;
    를 더 포함하는 방법.
    
15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재의 오프셋 위치를 향한 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이의 복원력을 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복원력은 상기 제 1 암 부재 및 상기 제 2 암 부재 사이에 장착된 스프링 부재에 의해 제공되는 방법.