KR20110135392A

KR20110135392A - 환경 제어 장치

Info

Publication number: KR20110135392A
Application number: KR1020117020732A
Authority: KR
Inventors: 바딤 발-크발라보프; 자바드 엠. 바킬; 존 이. 부싼; 제프리 알. 렌드렌; 마이클 알. 넬슨; 존 모스칼
Original assignee: 나노잉크, 인크.
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-12-16
Also published as: EP2404116A1; WO2010102231A1; CA2753281A1; JP2012519825A; AU2010221146A1; US20100256824A1

Abstract

본 발명에 따르면, 개선된 나노리소그래피, 이미지 형성, 검출 및 가공을 위한 개선된 환경 제어 시스템이 제공된다. 적어도 1개의 환경 챔버와; 환경 챔버와 기체 소통되도록 구성되는 적어도 1개의 조절 챔버로서, 조절 챔버는 팬 등의 적어도 1개의 기체 운반 장치, 선택적으로 적어도 1개의 온도 프로브 그리고 동작 시에 저온측 및 고온측을 제공하는 열전 장치 등의 적어도 1개의 가열-냉각 장치를 포함하는, 적어도 1개의 조절 챔버와; 적어도 1개의 수증기 공급원과; 적어도 1개의 온도 센서와; 적어도 1개의 습도 센서를 포함하고, 팬, 열전 장치, 수증기 공급원, 온도 센서 및 습도 센서는 온도 제어 및 습도 제어 기체 유동에 맞게 구성된다. 2개의 팬이 사용될 수 있고, 팬은 동일 방향으로 또는 반대 방향으로 공기를 운반할 수 있다.

Description

환경 제어 장치{ENVIRONMENTAL CONTROL DEVICE}

본 출원은 그 전체가 참조로서 본원에 포함되어 있는 미국 가출원 제61/158,291호[출원일: 2009년 3월 6일, 출원인: 발-크발라보프(Val-Khvalabov)]의 우선권을 주장한다.

이미지 형성(imaging), 검출(detection) 및 가공(fabrication)을 위한 기구 및 방법이 점차로 마이크로스케일(microscale) 및 나노스케일(nanoscale)에서의 상업적 적용이 가능하도록 개선되어 왔다.

그러나, 이들 진보에도 불구하고, 이미지 형성 및 패턴 형성(patterning) 등의 개선된 제어 작업을 가능케 하는 온도 제어 및 습도 제어 등의 이미지 형성 및 가공을 위한 공정 및 기구에서의 기체 환경의 더 양호한 제어에 대한 필요성이 존재한다. 구체적으로, 나노리소그래픽 가공 공정(nanolithographic fabrication process)을 개선할 필요성이 존재한다.

본원에서 설명된 실시예는 예컨대 물품(article), 장치(device), 계기(apparatus), 기구(instrument), 소프트웨어, 제조 방법 및 사용 방법을 포함한다.

하나의 실시예는, 적어도 1개의 환경 챔버(environment chamber)와; 환경 챔버와 기체 소통되도록 구성되는 적어도 1개의 조절 챔버(conditioning chamber)로서, 조절 챔버는 적어도 1개의 기체 운반 장치와, 동작 시에 저온측 및 고온측을 제공하는 적어도 1개의 가열-냉각 장치를 포함하는, 적어도 1개의 조절 챔버와; 적어도 1개의 수증기 공급원과; 적어도 1개의 온도 센서와; 적어도 1개의 습도 센서를 포함하고, 기체 운반 장치, 가열-냉각 장치, 수증기 공급원, 온도 센서 및 습도 센서는 환경 챔버 내의 온도 제어 및 습도 제어 기체 유동에 맞게 구성되는, 물품을 제공한다.

가열-냉각 장치는 열전 장치(thermoelectric device)를 포함할 수 있다. 기체 운반 장치는 팬(fan)을 포함할 수 있다. 수증기 공급원은 물 가열기를 포함할 수 있다. 수증기 공급원은 물 가열기 저장조와 유체 소통되는 물 가열기 증발 챔버(water heater evaporation chamber)를 포함할 수 있고, 물 가열기 증발 챔버는 온도 스위치에 전기적으로 연결되는 저항 가열 요소를 추가로 포함한다. 조절 챔버는 팬인 적어도 1개의 기체 운반 장치 그리고 열전 가열기인 적어도 1개의 가열-냉각 장치를 포함할 수 있다. 조절 챔버는 적어도 2개의 기체 운반 장치 즉 팬 그리고 적어도 2개의 가열-냉각 장치 즉 열전 가열기를 포함할 수 있다. 환경 챔버 및 조절 챔버는 기체 소통을 제공하는 적어도 1개의 기체 커넥터에 의해 연결될 수 있다. 환경 챔버 및 조절 챔버는 기체 소통을 각각 제공하는 적어도 2개의 기체 커넥터에 의해 연결될 수 있다. 기체 커넥터는 환경 챔버와 조절 챔버 사이의 진동 차단(vibration isolation)을 제공하도록 가요성 재료로 제조될 수 있다. 조작 장치가 환경 챔버 내에 배치될 수 있고, 조작 장치에는 환경 챔버 내의 온도 제어 및 습도 제어 기체 유동이 적용될 수 있다. 환경 챔버는 기밀 밀봉되지(hermetically sealed) 않을 수 있고, 조절 챔버는 기밀 밀봉되지 않을 수 있다. 온도 센서는 고해상도 온도 센서일 수 있다. 조절 챔버는 기체 유동 내의 습도를 감소시키도록 구성되는 적어도 1개의 밸브를 포함할 수 있다. 패턴 형성, 나노리소그래피, 검출, 이미지 형성 또는 이들의 조합에 맞게 구성될 수 있는 조작 장치가 환경 챔버 내에 배치될 수 있다. 환경 챔버는 제거 가능한 커버를 포함할 수 있다. 환경 챔버 및 조절 챔버가 함께 약 200 cc(입방 센티미터) 미만의 체적을 포함할 수 있다. 물품은 환경 챔버와 조절 챔버 사이에서의 실질적으로 연속의 기체 교환에 맞게 구성될 수 있다. 물품은 냉각 모드에서의 공기의 유동 그리고 가열 모드에서의 공기의 유동에 맞게 구성할 수 있다. 물품은 컴퓨터 및 사용자 인터페이스와 함께 기능하도록 구성될 수 있다. 온도 센서 및 습도 센서는 환경 챔버 내에 배치될 수 있다. 제1 기체 운반 장치 및 제2 기체 운반 장치가 제1 가열-냉각 장치와 제2 가열-냉각 장치 사이에 각각 배치될 수 있다. 조절 챔버는 팬인 적어도 8개의 기체 운반 장치 그리고 열전 가열기인 적어도 4개의 가열-냉각 장치를 포함할 수 있고, 이 때에 8개의 팬 중 4개가 내부 팬이고, 다른 4개의 팬은 외부 팬이다. 온도 프로브(temperature probe)가 적어도 4개의 열전 가열기의 각각에 부착될 수 있다. 온도 프로브가 적어도 4개의 열전 가열기 중 2개에 부착될 수 있다. 온도 스위치가 적어도 4개의 열전 가열기의 각각에 부착될 수 있다. 온도 스위치가 적어도 4개의 열전 가열기 중 2개에 부착될 수 있다. 온도 프로브들 중 2개 그리고 온도 스위치들 중 2개가 조절 챔버의 내부 또는 내부 부분에 배치될 수 있고, 온도 프로브들 중 2개가 조절 챔버의 외부 또는 외부 부분에 배치될 수 있다.

또 다른 실시예는, 적어도 1개의 환경 챔버와; 환경 챔버와 기체 소통되도록 구성되는 적어도 1개의 조절 챔버로서, 조절 챔버는 적어도 1개의 기체 운반 장치와, 동작 시에 저온측 및 고온측을 제공하는 적어도 1개의 가열-냉각 장치를 포함하는, 적어도 1개의 조절 챔버와; 적어도 1개의 수증기 공급원과; 적어도 1개의 온도 센서와; 적어도 1개의 습도 센서를 포함하고, 기체 운반 장치, 가열-냉각 장치, 수증기 공급원, 온도 센서 및 습도 센서는 환경 챔버 내의 온도 제어 기체 유동에 맞게 구성되는, 물품을 제공한다.

또 다른 실시예는, 적어도 1개의 환경 챔버와; 환경 챔버와 기체 소통되도록 구성되는 적어도 1개의 조절 챔버로서, 조절 챔버는 적어도 1개의 기체 운반 장치와, 동작 시에 저온측 및 고온측을 제공하는 적어도 1개의 가열-냉각 장치를 포함하는, 적어도 1개의 조절 챔버와; 적어도 1개의 수증기 공급원과; 적어도 1개의 온도 센서와; 적어도 1개의 습도 센서를 포함하고, 기체 운반 장치, 가열-냉각 장치, 수증기 공급원, 온도 센서 및 습도 센서는 환경 챔버 내의 습도 제어 기체 유동에 맞게 구성되는, 물품을 제공한다.

또 다른 실시예는, 적어도 1개의 환경 챔버와; 환경 챔버와 기체 소통되도록 구성되는 적어도 1개의 조절 챔버로서, 조절 챔버는 적어도 1개의 팬 그리고 적어도 1개의 열전 장치를 포함하는, 적어도 1개의 조절 챔버와; 환경 챔버 또는 조절 챔버 내에 배치될 수 있는 적어도 1개의 수증기 공급원과; 환경 챔버 내에 배치되는 적어도 1개의 온도 센서와; 환경 챔버 내에 배치되는 적어도 1개의 습도 센서를 포함하고, 환경 챔버는 환경 챔버 내에 배치되는 적어도 1개의 작업 영역과 함께 기능하도록 구성되고; 팬, 열전 장치, 수증기 공급원, 온도 센서 및 습도 센서는 환경 챔버 내의 작업 영역에서의 온도 제어 및 습도 제어 기체 유동에 맞게 구성되는, 물품을 제공한다.

물품은 적어도 2개의 팬을 포함할 수 있다. 물품은 적어도 2개의 열전 장치 그리고 2개의 열전 장치와 관련되는 적어도 2개의 온도 프로브를 포함할 수 있다. 물품은 적어도 8개 팬을 포함할 수 있고, 이 때에 8개의 팬 중 4개가 외부 팬이고, 다른 4개의 팬은 내부 팬이다. 물품은 온도 프로브 및 온도 스위치에 부착되는 적어도 4개의 열전 가열기를 포함할 수 있다. 조작 장치가 환경 챔버 내에 배치될 수 있고, 조작 장치에는 온도 및 습도 제어 기체 유동이 적용될 수 있다. 물품은 나노리소그래피 기구와 사용되도록 구성될 수 있다. 물품은 컴퓨터 및 사용자 인터페이스와 함께 기능하도록 구성될 수 있다. 조합된 환경 챔버 및 조절 챔버의 체적은 약 200 ㏄ 이하일 수 있다. 열전 장치는 제1 전기 극성으로 동작될 때에 가열기로서 그리고 제2 전기 극성으로 동작될 때에 냉각기로서 작용할 수 있고, 제2 전기 극성은 제1 전기 극성과 반대이다.

또 다른 실시예는, 적어도 1개의 조절 챔버와; 적어도 1개의 환경 챔버와; 적어도 1개의 온도 제어 시스템과; 적어도 1개의 습도 제어 시스템과; 작업 영역을 포함하고, 챔버 및 시스템은 작업 영역에서의 작업 중에 온도 및 습도를 제어하도록 소프트웨어를 통한 폐쇄형 루프 제어에 맞게 구성되는, 기구를 제공한다.

기구는 현미경을 포함하는 시스템과 함께 기능하도록 구성될 수 있다. 기구는 패턴 형성 시스템과 함께 기능하도록 구성될 수 있다. 기구는 나노리소그래피 시스템과 함께 기능하도록 구성될 수 있다.

또 다른 실시예는, 작업 영역 그리고 작업 영역 위에서의 기체 유동을 제공하는 단계로서, 기체 유동은 작업 영역의 온도 및 습도를 제어하고, 기체 유동은 냉각 및 가열을 위해 연속 동작으로 적어도 1개의 기체 운반 장치에 의해 제공되고, 적어도 1개의 가열-냉각 장치 그리고 적어도 1개의 수증기 공급원과 함께 기능하도록 구성되는, 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

기체 유동은 2개의 팬에 의해 제공될 수 있고, 2개의 팬 중 단지 1개가 소정 시간에 동작되고, 2개의 팬의 각각이 동작 시에 반대 방향으로 기체 유동을 제공한다. 또는, 기체 유동은 2개의 팬에 의해 제공될 수 있고, 2개의 팬은 동시에 동작되고, 2개의 팬의 각각이 동작 시에 동일 방향으로 기체 유동을 제공한다. 기체 유동은 1개의 팬에 의해 제공될 수 있고, 팬은 제1 전기 극성으로 동작될 때에 제1 방향으로 기체 유동을 제공할 수 있고, 팬은 제2 전기 극성으로 동작될 때에 제2 방향으로 기체 유동을 제공할 수 있고, 제2 극성은 제1 극성과 반대이다.

하나의 실시예에서, 건조 질소 기체 등의 건조 기체 공급원이 또한 습도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 솔레노이드 밸브(solenoid valve)가 건조 질소 기체 또는 다른 기체의 유동을 제어하는 데 사용될 수 있다.

적어도 1개의 실시예에 대한 적어도 1개의 장점은 더 양호한 가공, 패턴 형성, 검출 및/또는 이미지 형성을 제공할 수 있는 가공, 패턴 형성, 검출 및/또는 이미지 형성 등의 작업 중의 더 양호한 온도 제어 및/또는 더 양호한 습도 제어를 포함한다.

적어도 1개의 추가 장점은 밀봉이 요구될 필요가 없으므로 비교적 적은 비용이 소요된다는 것이다.

적어도 1개의 추가 장점은 작업 중의 비교적 적은 노이즈이다.

적어도 1개의 실시예에 대한 적어도 1개의 추가 장점은 연속 공기 교환과 함께 구체적으로 더 작은 제어 환경에 대한 제어 환경의 더 높은 안정성이다.

적어도 1개의 실시예에 대한 적어도 1개의 추가 장점은 단일 방향 기체 유동으로 인한 더 양호한 진동 차단을 포함한다.

적어도 1개의 실시예에 대한 적어도 1개의 추가 장점은 지질 멤브레인 성장(lipid membrane growth)을 위한 더 높은 습도 제어 그리고 큰 작업 영역을 제공하는 것을 포함한다.

도 1은 조절 챔버 및 환경 챔버를 포함하는 환경 제어 장치를 위한 하나의 실시예의 단면도이다.
도 2는 조절 챔버를 위한 하나의 실시예의 사시도이다.
도3은 조절 챔버를 위한 하나의 실시예의 내부측의 절결 사시도이다.
도4는 환경 챔버 및 조절 챔버를 포함하는 환경 제어 장치를 포함하는 기구를 위한 하나의 실시예의 사시도이다.
도 5는 자동 모드를 위한 사용자 인터페이스를 위한 하나의 실시예를 도시하고 있다.
도 6은 수동 모드를 위한 사용자 인터페이스를 위한 하나의 실시예를 도시하고 있다.
도 7은 오프 모드를 위한 사용자 인터페이스를 위한 하나의 실시예를 도시하고 있다.
도 8은 조절 챔버 및 환경 챔버를 포함하는 환경 제어 장치를 위한 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 9는 또 다른 조절 챔버 실시예의 사시도이다.
도 10은 도 9의 조절 챔버의 절결 사시도이다.
도 11은 조절 챔버 및 환경 챔버를 포함하는 환경 제어 장치를 포함하는 기구를 위한 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 12는 조절 챔버 및 환경 챔버를 포함하는 환경 제어 장치를 포함하는 기구를 위한 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 13은 수동 모드에서의 제어 장치 시동 중의 사용자 인터페이스를 위한 또 다른 실시예를 도시하고 있다.
도 14는 수동 모드를 위한 사용자 인터페이스를 위한 또 다른 실시예를 도시하고 있다.
도 15는 자동 모드를 위한 사용자 인터페이스를 위한 또 다른 실시예를 도시하고 있다.

서론

본원에서 인용된 모든 참조 문헌은 전체가 참조로서 포함되어 있다.

TEC는 열전 냉각기를 의미한다.

하나의 실시예는 예컨대 소프트웨어를 통한 폐쇄형 루프 제어, 소프트웨어를 통한 온도 및 습도 표시, 가열 온도 범위, 냉각 온도 범위, 온도 안정성, 습도 범위 그리고 습도 안정성을 포함하는 기능을 제공할 수 있는 환경 제어 시스템을 제공한다.

환경 제어 시스템은 적어도 2개의 챔버, 환경 챔버 및 조절 챔버를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 챔버는 연속 순환을 갖는 폐쇄형 시스템을 형성하는 2개의 공기 유로 등의 복수개의 가요성 공기 유로에 의해 연결될 수 있다.

기구

환경 제어 장치에 대해 본원에서 설명된 실시예의 사용에 맞게 구성될 수 있는 기구의 예는 도면, 실시예 및 다른 섹션을 포함하는 전체가 참조로서 본원에 포함되어 있는 미국 특허 공개 제2009/0023607호[출원일: 2008년 5월 9일, 출원인: 로즈혹(Rozhok) 등, 발명의 명칭: "컴팩트 나노가공 장치(Compact Nanofabrication Apparatus)"]이다. 나노포지셔닝(nanopositioning) 및 나노리소그래피가 기재되어 있다. 나노포지셔닝의 예는 나노포지셔닝 북(The Nanopositioning Book)의 나노미터보다 양호한 오차로의 이동 및 측정(Moving and Measuring to Better than a Nanometre)[힉스(Hicks) 등, 2000]에서 찾아볼 수 있다.

기구는 패턴 형성 기구일 수 있고, 2차원 어레이의 팁 및/또는 고밀도 어레이의 팁 등의 장치를 포함할 수 있다. 장치의 예가 도면, 실시예 및 다른 섹션을 포함하는 전체가 참조로서 본원에 포함되어 있는 미국 특허 공개 제2009/0325816호[출원일: 2007년 12월 12일, 출원인: 머킨(Mirkin), 발명의 명칭: "2-차원 펜 어레이를 갖는 대규모 평행 리소그래피(Massively Parallel Lithography With Two-Dimensional Pen Arrays)"]에 기재되어 있다.

다른 나노리소그래피 기구가 예컨대 나노잉크, 인크.(NanoInk, Inc.)(미국 일리노이주 스토키)에 의해 제공될 수 있다. 리소그래피 및 나노리소그래피는 예컨대 당업계에 공지되어 있는 것과 같은 더 부드러운 중합체 팁을 사용하는 중합체 펜 리소그래피에 의해 수행될 수 있다.

예시 실시예: 도 1 내지 도4

도 1은 본원에서 언급되고 추가로 설명되는 특징 및 요소를 포함하는 대표 실시예의 단면도이다. 도 1에 도시된 것과 같은 실시예는 가공, 검출 또는 이미지 형성을 위한 더 큰 기구와 함께 기능하도록 구성될 수 있다.

도 1에 도시된 요소는 다음의 요소를 포함한다. 즉,

환경 챔버와 함께 기능하도록 구성되는 조절 챔버로서, 기체 소통이 가요성 기체 또는 공기 커넥터에 의해 2개의 챔버 사이에 수립되는 조절 챔버. 조절 챔버는 체적부를 제공할 수 있고; 환경 챔버는 체적부를 제공할 수 있다. 가요성 기체 또는 공기 커넥터의 체적은 최소화될 수 있다.

TEC 1은 동작 시에 고온측 및 저온측을 제공하는 가열-냉각 장치 이러한 경우에 열전 장치이다. 도 1에서, TEC 1은 고온측을 제공한다. 가열기 온도 프로브가 TEC 1과 함께 기능한다. 열 흡수원(heat sink)[핀(fin)]이 또한 제공된다.

TEC 1의 고온측 위로 기체 또는 공기를 통과시키도록 기능하는 팬 1이 또한 기체 운반 장치의 예로서 도시되어 있다.

TEC 2는 동작 시에 저온측 및 고온측을 제공하는 가열-냉각 장치 이러한 경우에 열전 장치이다. 도 1에서, TEC 2는 저온측을 제공한다. 냉각기 온도 프로브가 TEC 1과 함께 기능한다. 열 흡수원(핀)이 또한 제공된다.

TEC 2의 저온측 위로 기체 또는 공기를 통과시키도록 기능하는 팬 2가 또한 기체 운반 장치의 예로서 도시되어 있다.

습도가 감소되도록 더 낮은 습도에 대해 작동될 수 있는 솔레노이드 밸브 등의 밸브가 도시되어 있다. 챔버 공기가 밸브를 통해 외부 공급원으로부터 질소 등의 기체로 교체된다.

화살표에 의해 도시된 것과 같이 제1 방향 또는 제2 방향으로의 기체의 유동이 적용될 수 있는 작업 테이블이 도시되어 있고, 기체는 조절 챔버와 환경 챔버 사이에서 순환한다. 화살표는 냉각 모드에서의 공기의 유동 그리고 가열 모드에서의 공기의 유동을 도시하고 있다. 작업 테이블은 나노리소그래피 또는 나노스코픽 이미지 형성과 같은 공정의 현장일 수 있다.

2개의 팬은 동일 방향 또는 반대 방향으로 기체를 운반할 수 있다.

작업 테이블 주위의 환경을 감지할 수 있는 온도 습도 센서가 또한 도시되어 있다.

물 히터가 또한 습도 제어를 돕도록 기체의 유동 내에 위치될 수 있다.

환경 챔버는 제거 가능한 커버를 포함할 수 있다.

이들 및 다른 요소가 이후에서 더 상세하게 설명될 것이다.

도 2는 조절 챔버의 사시도를 제공한다. 조절 챔버를 위치 및 안정화시키도록 조절 챔버 아래에 사용될 수 있는 지지부가 도시되어 있다.

도3은 팬 및 열전 장치를 포함하는 조절 챔버의 내부측 내로의 도면을 제공한다.

도4는 환경 챔버 및 조절 챔버와 함께 기능하도록 구성될 수 있는 더 큰 기구를 도시하고 있다. 기구는 예컨대 시편을 관찰하는 광학 현미경 그리고 현미경에 대해 시편을 조종하는 위치 설정 테이블을 포함할 수 있다.

예시 실시예: 도 8 내지 도 12

도 8은 본원에서 언급되고 추가로 설명되는 특징 및 요소를 포함하는 또 다른 대표 실시예의 단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같은 실시예는 가공, 검출 또는 이미지 형성을 위한 더 큰 기구와 함께 기능하도록 구성될 수 있다.

도 8에 도시된 요소는 다음의 요소를 포함한다. 즉,

TEC 1, TEC 2, TEC 3, TEC 4는 동작 시에 고온측 및 저온측을 제공하는 가열-냉각 장치 이러한 경우에 열전 장치이다. 이들 열전 장치에는 대향 장치들 사이에서 기체의 가열 또는 냉각 중 어느 한쪽을 수행하도록 극성이 제공된다. 가열기 온도 프로브가 장치 TEC 1 내지 TEC 4의 각각과 함께 기능한다. 열전 장치의 각각에는 예컨대 내부 및/또는 외부 열 흡수원으로서 적어도 1개의 열 흡수원(핀)이 또한 제공된다. 적어도 1개의 온도 스위치가 열전 장치 중 적어도 1개 예컨대 TEC 1 내지 TEC 4 중 적어도 1개와 함께 기능할 수 있다. 온도 스위치는 최대 설정점 온도 한계가 도달될 때에 열전 장치들 중 적어도 1개로의 전류를 차단하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 온도 스위치는 온도가 85℃ 이상일 때에 온도 스위치가 부착되는 열전 장치로의 전류를 차단하도록 구성될 수 있다.

4개의 내부 팬 그리고 4개의 외부 팬이 조절 챔버와 함께 포함될 수 있다. 하나의 실시예에서, 내부 팬은 (위로부터 관찰될 때에) 실질적으로 시계 방향으로 조절 챔버로부터 환경 챔버를 통해 그리고 조절 챔버로 재차 기체 유동을 제공하는 기체 운반 장치로서 역할을 수행한다. 하나의 실시예에서, 내부 팬에 의해 제공되는 기체 운반은 도면에서 점선 화살표에 의해 표시된 것과 같이 실질적으로 단일 방향이다. 하나의 실시예에서, 단일 방향 기체 유동은 환경 챔버 내의 기체 유동이 예컨대 환경 챔버 내에서 층류이고 조절 챔버 내에서 난류이도록 팬에 의해 제공된다. 외부 팬은 외부 열 흡수원을 횡단하는 기체 유동 예컨대 공기 유동을 제공한다.

열전 장치 상에서 극성을 역전시키는 것은 가열 및 냉각을 전환하지만, 공기의 순환 방향을 역전시키지 않는다.

물 히터가 또한 습도 제어를 돕기 위해 기체의 유동 내에 위치될 수 있다.

환경 챔버는 제거 가능한 커버를 포함할 수 있다.

이들 및 다른 요소가 이후에서 더 상세하게 설명될 것이다.

도 9는 또 다른 조절 챔버 실시예의 사시도를 제공한다. 조절 챔버를 위치 및 안정화시키도록 조절 챔버 아래에 사용될 수 있는 지지부가 도시되어 있다. 조절 챔버의 가요성 공기 커넥터 및 다른 특징은 이 도면에서 관찰 가능하지 않다.

도 10은 내부 팬 및 가요성 공기 커넥터를 포함하는 외부를 갖는 도 9의 조절 챔버의 내부측 내로의 도면을 제공한다. 외부 팬이 또한 관찰 가능하다.

도 11은 환경 챔버 및 조절 챔버와 함께 기능하도록 구성될 수 있는 또 다른 기구를 도시하고 있다. 기구는 예컨대 시편을 관찰하는 광학 현미경, 현미경에 대해 시편을 조종하는 위치 설정 테이블 그리고 진동 차단 지지부를 포함할 수 있다.

도 12는 내부 팬, 열전(TEC) 장치, 가요성 공기 커넥터, 온도 스위치, 물 가열기 증발 챔버 등의 증기 공급원, 온도/습도 센서, 작업 테이블 및 진동 차단 지지부를 포함하는 도 11의 기구의 내부측 내로의 도면을 제공한다.

조절 챔버

조절 챔버는 당업계에 일반적으로 공지되어 있다. 예가 도 1에 도시되어 있다. 또 다른 예가 도 8에 도시되어 있다. 조절 챔버는 환경 챔버에 대한 순환을 위해 1개 이상의 방향으로 기체 유동을 제공할 수 있고, 온도 및 습도 제어를 용이하게 한다. 조절 챔버는 기체 운반 장치 및 가열-냉각 장치 등의 아래에서 더 상세하게 설명되는 것과 같은 추가의 요소를 포함할 수 있다. 팬 등의 기체 운반 장치는 외부 또는 내부에 있을 수 있고, 내부 장치 및 팬이 외부 장치로 유동을 유도하는 데 사용될 수 있고, 외부 장치 및 팬이 열 흡수원으로부터의 열의 제거와 같은 다른 목적에 사용될 수 있다. 조절 챔버는 조절 챔버 체적부를 특징으로 할 수 있고, 체적이 최소화될 수 있다.

환경 챔버

환경 챔버는 당업계에 일반적으로 공지되어 있다. 예가 도 1에 도시되어 있다. 또 다른 예가 도 8에 도시되어 있다. 또한, 미국 특허 공개 제2009/0023607호[출원일: 2008년 5월 9일, 출원인: 로즈혹]를 참조하기 바란다. 환경 챔버는 패턴 형성 실험, 주사 프로브 실험, AFM 실험 또는 나노리소그래피 등의 작업에서 그 주위의 분위기를 제어할 수 있다. 예컨대 미국 특허 공개 제2009/0023607호(출원일: 2008넌 5월 9일); 미국 특허 제6,737,646호[쉬바르츠(Schwartz)]; 제7,060,977호[크루촌-듀페이라트(Cruchon-Dupeyrat)]; 제7,344,832호[헨더슨(Henderson)]; PCT 공개 제WO 2006/076302호(헨더슨)를 참조하기 바란다. 환경 챔버는 펜 조립체 및 기판을 포위하도록 구성될 수 있다. 챔버는 투명할 수 있고, 플라스틱 또는 유리와 같은 재료로 제조될 수 있다. 나노스코픽 및 AFM 팁으로부터 기판으로의 재료의 피착이 실행될 수 있고, 환경 챔버 내에서 제어될 수 있다. 기체 조성물이 또한 제어될 수 있다. 환경 챔버는 최소화될 수 있는 환경 챔버 체적을 포함할 수 있다.

기체 소통

조절 챔버 및 환경 챔버는 기체 소통 상태에 있을 수 있다. 예컨대, 개구 및/또는 통로가 챔버들을 연결할 수 있고, 챔버에 대한 기체의 이동을 가능케 한다. 시스템은 진동을 최소화하기 위해 가요성 재료로 설치될 수 있다. 예가 도 1에 도시되어 있다. 또 다른 예가 도 8에 도시되어 있다.

환경 챔버 및 조절 챔버는 요구에 따라 가요성일 수 있고 기체 소통을 제공하는 적어도 1개의 기체 또는 공기 커넥터에 의해 연결될 수 있다. 환경 챔버 및 조절 챔버는 요구에 따라 가요성일 수 있고 기체 소통을 각각 제공하는 적어도 2개의 기체 또는 공기 커넥터에 의해 연결될 수 있다.

조절 및 환경 챔버는 비교적 작은 체적을 포위할 수 있다. 예는 500 ㏄ 이하, 200 ㏄ 이하 또는 100 ㏄ 이하를 포함한다. 조합된 체적의 표면적이 최소화될 수 있다.

기체 운반 장치/팬

예컨대 팬 등의 기체 운반 장치는 당업계에 공지되어 있고, 연속 동작으로 기능할 수 있다. 팬은 열전 장치 등의 가열-냉각 장치와 함께 기능하도록 구성될 수 있다. 제2의 상이한 팬이 제2의 상이한 열전 장치와 함께 기능하도록 구성될 수 있다. 추가의 팬이 추가의 열전 장치들 중 하나와 함께 기능하도록 구성될 수 있다.

하나의 실시예에서, 적어도 2개의 팬이 가열-냉각 장치 위에서 동일 방향으로 기체를 운반한다. 2개의 팬이 동시에 함께 작업할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 제1 팬이 하나의 방향으로 기체를 운반할 수 있고; 특히 제1 팬이 기체를 운반 중이지 않을 때에, 제2 팬이 반대 방향으로 기체를 운반할 수 있다.

하나의 실시예에서, 단일 팬이 2개의 반대 방향으로 예컨대 제1 유동 방향으로 기체 유동을 제공하도록 제1 방향으로 그리고 제1 유동 방향과 반대인 제2 유동 방향으로 기체 유동을 제공하도록 제2 방향과 반대인 제2 방향으로 동작되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 2개의 반대 방향으로 동작될 수 있는 단일 팬은 가열기로서 작용하는 제1 열전 장치 그리고 냉각기로서 작용하는 제2 열전 장치와 함께 기능하도록 구성될 수 있다. 하나의 동작 모드에서, 단일 팬은 제1 열전 장치를 향해 제1 유동 방향으로 기체 유동을 제공하도록 제1 방향으로 동작한다. 또 다른 동작 모드에서, 단일 팬은 제2 열전 장치를 향해 제2 유동 방향으로 기체 유동을 제공하도록 동작한다. 이러한 대체 실시예에서, 제1 및 제2 열전 장치는 단일 팬의 대향 측면들 상에 각각 위치된다. 가변 속도 팬이 가열 및 냉각의 속도를 제어하는 데 사용될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 조절 챔버는 팬인 적어도 8개의 기체 운반 장치을 포함할 수 있고, 이 때에 8개의 팬 중 4개가 외부 팬이고, 다른 4개의 팬은 내부 팬이다. 팬은 조절 챔버로부터 환경 챔버로 실질적으로 단일 방향의 기체 유동을 제공하도록 구성될 수 있다.

적어도 1개의 기체 운반 장치, 제1 체적부 및 제2 체적부는 조절 챔버 내에서의 속도와 상이한 속도로 환경 챔버 내에 기체 유동을 제공하도록 구성된다.

가열-냉각 장치/열전 장치

가열 및 냉각 장치는 기체 매체를 가열 및 냉각하도록 구성될 수 있는 다양한 형태의 열 교환기를 포함할 수 있다. 양호한 실시예에서, 가열-냉각 장치들 중 적어도 1개는 예컨대 열전 장치를 포함할 수 있다. 예컨대 열전 냉각기를 포함하는 열전 장치가 당업계에 공지되어 있거나, 펠티어 다이오드(Peltier diode) 또는 펠티어 열 펌프(Peltier heat pump)로서 알려져 있다. 가열-냉각 장치 및 열전 장치는 동작 시에 고온측 및 저온측을 가질 수 있다. 하나의 열전 장치가 가열하도록 기능할 수 있고; 또 다른 열전 장치가 냉각하도록 기능할 수 있다. 열전 장치의 고온측 및 저온측은 인가 전압의 극성을 역전시킴으로써 역전될 수 있다. 바꿔 말하면, 열전 장치는 제1 극성으로 동작될 때에 가열기로서 그리고 제1 극성과 반대인 제2 극성으로 동작될 때에 냉각기로서 작용하도록 구성될 수 있다. 핀이 열 교환을 용이하게 할 수 있다.

조절 챔버 내의 온도 프로브/센서

저해상도 및 고해상도 온도 프로브를 포함하는 온도 프로브 및 센서는 당업계에 공지되어 있다. 하나의 실시예에서, 하나의 온도 프로브가 예컨대 과도한 가열을 검출하여 과도한 온도 안전 조건에 대해 경고를 제공하고 예컨대 경보를 발생시키도록 열전 장치 등의 하나의 가열-냉각 장치와 함께 기능할 수 있다. 또 다른 온도 프로브는 냉각을 용이하게 하도록 열전 장치 등의 또 다른 가열-냉각 장치와 함께 기능할 수 있다. 이들은 저해상도 온도 프로브일 수 있다.

하나의 실시예에서, 제1 온도 프로브가 열전 장치 등의 가열-냉각 장치의 고온측에 매설될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 제2 온도 프로브가 열전 장치 등의 가열-냉각 장치의 고온측에 매립될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 온도 프로브가 제1 및 제2 열전 장치 등의 제1 및 제2 가열-냉각 장치의 고온측에 매립될 수 있다.

수증기 공급원

수증기 공급원이 습도 수준의 제어를 돕는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 수증기 공급원이 환경 챔버 내에 배치될 수 있다. 수증기 공급원으로는 작동될 때에 열 유도 표면 증발 및/또는 비등에 의해 습도를 증가시킬 수 있는 물 가열기가 사용될 수 있다. 가열기는 온도 스위치에 연결될 수 있다.

환경 챔버 내의 온도 프로브/센서

온도 프로브 또는 센서가 환경 챔버 내에 배치될 수 있다. 온도 프로브 또는 센서는 작업 영역 내의 상태에 대한 피드백(feedback)을 제공할 수 있다. 이러한 온도 프로브는 요구된 열 상태를 성취하도록 가열-냉각 장치를 구동하는 데 사용될 수 있다. 이러한 프로브는 고해상도 온도 프로브일 수 있다. 환경 챔버 내의 온도 프로브 또는 센서는 온도 및 습도 프로브 또는 센서로서 또한 동작할 수 있다.

조작 장치

작업 테이블을 포함하는 조작 장치가 환경 챔버 내에 배치될 수 있고, 조작 장치에는 온도 제어 및 습도 제어 기체 유동이 적용될 수 있다. 테이블 등의 조작 장치는 가공, 나노리소그래피, 검출, 이미지 형성 그리고 본원에서 설명된 다른 기능 및 적용을 실행하도록 구성될 수 있다. 테이블은 3차원으로 또는 상이한 각도로 이동될 수 있다.

작업 영역

작업 영역이 패턴 형성, 리소그래피, 이미지 형성 또는 다른 종류의 가공 및 분석 등의 기능을 실행하도록 환경 챔버 내에 지정될 수 있다. 작업 영역은 등록 상표 DPN 인쇄를 포함하는 직접 기록 나노리소그래피(direct write nanolithography)를 포함하는 직접 기록 나노리소그래피에 맞게 구성될 수 있다.

습도 센서

습도 센서가 환경 챔버 내에 배치될 수 있다. 습도 센서는 작업 영역 내의 상태에 대한 피드백을 제공할 수 있다. 습도 센서는 온도 및 습도 센서로서 또한 동작할 수 있다.

밸브

예컨대 외부 공급원으로부터의 질소 또는 건조 질소 등의 기체로 시스템을 세척하는 솔레노이드 밸브 등의 밸브가 사용될 수 있다. 밸브는 도 1 및 도 8에 도시된 것과 같이 조절 챔버 내에 있을 수 있다.

온도 제어

환경 챔버 내의 작업 영역을 포위하는 환경은 온도 면에서 제어될 수 있다.

예컨대, 환경 챔버는 예컨대 주위 온도 내지 +20℃일 수 있는 가열 온도 범위를 제공할 수 있다. 바꿔 말하면, 환경 챔버는 예컨대 주위 온도 내지 주위 온도보다 20℃만큼 높은 온도일 수 있는 가열 온도 범위를 제공할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 환경 챔버는 예컨대 주위 온도 내지 주위 온도보다 40℃만큼 높은 온도일 수 있는 가열 온도 범위를 제공할 수 있다. 주위 온도는 예컨대 20℃ 또는 25℃일 수 있다.

또는, 환경 챔버는 예컨대 주위 온도 내지 -2℃일 수 있는 냉각 온도 범위를 제공할 수 있다. 바꿔 말하면, 환경 챔버는 예컨대 주위 온도 내지 주위 온도보다 2℃만큼 낮은 온도일 수 있는 냉각 온도 범위를 제공할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 환경 챔버는 예컨대 주위 온도 내지 주위 온도보다 15℃만큼 낮은 온도일 수 있는 냉각 온도 범위를 제공할 수 있다.

환경 챔버는 예컨대 ±0.5℃일 수 있는 온도 안정성을 제공할 수 있다.

하나의 실시예에서, 환경 챔버의 온도 제어가 조절 챔버를 통해 공기를 순환시킴으로써 성취될 수 있다. 예컨대, 가열이 요구되면, 열전 장치 등의 가열-냉각 장치가 팬 등의 기체 운반 장치와 연계하여 동작할 수 있다. 냉각이 요구되면, 열전 장치가 팬과 연계하여 동작할 수 있다. 가열로부터 냉각으로의 전환이 환경 챔버 내에서의 공기의 순환 방향을 역전시킬 수 있다.

하나의 실시예에서, 온도의 제어는 2개의 모드 즉 수동 및 자동 중 하나로 수행될 수 있다.

습도 제어

환경 챔버 내의 작업 영역에는 습도 제어가 또한 적용될 수 있다.

습도 제어를 위한 장치 및 개념은 당업계에 공지되어 있다. 예컨대, 미국 특허 제7,008,769호(헨더슨)를 참조하기 바란다.

환경 챔버는 예컨대 5% 내지 90% 상대 습도(비응축)일 수 있는 습도 범위를 제공할 수 있다.

환경 챔버는 예컨대 ±2.5% 상대 습도일 수 있는 습도 범위를 제공할 수 있다.

습도 안정성을 자동 또는 수동으로 제어될 수 있다. 더 높은 습도에 대해, 열 유도 표면 증발 및/또는 비등에 의해 습도를 증가시킬 수 있는 물 가열기가 작동될 수 있다. 더 낮은 습도에 대해, 외부 공급원으로부터의 질소 또는 건조 질소 등의 기체로 챔버 공기를 교체함으로써 습도를 감소시키는 솔레노이드 밸브 등의 밸브가 작동될 수 있다.

본원에서 설명된 상이한 요소는 온도, 습도 또는 이들 양쪽 모두에 대해 우수한 제어를 제공하도록 사용자 인터페이스와 결합될 수 있다.

소프트웨어 및 사용자 인터페이스

소프트웨어 및 사용자 인터페이스 그리고 다른 컴퓨터 도구가 적합할 수 있고, 이들은 당업계에 공지되어 있다. 사용자 인터페이스는 온도 및/또는 습도 제어를 포함하는 상이한 동작 모드를 갖도록 설계될 수 있다. 예컨대, 하나의 실시예에서, 오프 모드, 수동 모드 및 자동 모드를 포함하는 3개의 동작 모드가 소프트웨어 및 사용자 인터페이스 내로 구축된다.

사용자 인터페이스는 예컨대 다음 중 임의의 1개 이상 등의 현재 상태를 표시하는 제어를 제공한다. 즉,

- 환경 챔버 내의 온도

- 환경 챔버 내의 습도

- 제1 팬(기체 운반 장치) 속도

- 제2 팬(기체 운반 장치) 속도

- 제1 열전 장치(가열-냉각 장치) 내의 온도

- 제2 열전 장치(가열-냉각 장치) 내의 온도

팬 속도가 동시에 또는 별개로 제어될 수 있다.

사용자 인터페이스 제어가 시스템 제어에 이용될 수 있다.

- 오프모드, 수동 모드, 자동 모드와 같은 모드들 간의 스위칭 제어

- 가열 및 냉각을 전환하는 제어

- 자동 모드에 대해 타겟 온도를 입력하는 제어

- 수동 모드에 있을 때에 출력 수준을 입력하는 제어

- 수동 모드에 대해 팬 속도를 설정하는 제어

- 밸브를 온 및 오프하는 제어

- 물 가열기를 온 및 오프하는 제어

도 5 내지 도 7은 상이한 모드에 대한 사용자 인터페이스의 예를 도시하고 있다. 이들 실시예는 도 1에 도시된 시스템과 함께 기능하는 데 사용될 수 있다. 도 13 내지 도 15는 상이한 모드에 대한 사용자 인터페이스의 예를 도시하고 있다. 이들 실시예는 도 8에 도시된 시스템과 함께 기능하는 데 사용될 수 있다. 화면은 예컨대 현재 온도 및 습도 수치; 오프, 수동 또는 자동 등의 시스템이 진입되어 있는 모드; 가열 또는 냉각 및 타겟 온도 등의 온도 제어 그리고 밸브 및 가열기 기능을 포함하는 습도 제어를 보여줄 수 있다. 가열 및 냉각 온도 그리고 가열 및 냉각 팬 속도와 같은 추가 수치가 선택적으로 표시 또는 은폐될 수 있다.

일부 실시예에서, 온도 제어가 자동 모드에서 실행될 수 있다. 예컨대 도 5 및 도 15를 참조하기 바란다. 하나의 단계에서, 사용자가 자동 모드로 시스템을 전환할 수 있다. 또 다른 단계에서, 사용자가 타겟 온도를 설정할 수 있다. 또 다른 단계에서, 시스템은 예컨대 환경 챔버 온도가 안정화될 때가지 타겟까지 온도를 상승시킬 수 있다. 하나의 실시예에서, 환경 챔버의 온도는 환경 챔버의 온도가 타겟 온도의 0.1℃도 내에 있고 온도 제어 루프 파생물(temperature control loop derivative)이 작을 때에 안정화된 것으로 간주된다. 일단 안정화되면, 내부 팬 속도가 타겟으로 온도를 유지하도록 소정 최소치까지 감소될 수 있다. 이러한 상승 기간 동안에, 열전 장치에 대한 열 차이와 팬 속도 사이의 균형이 더 낮은 속도에 대해 실행될 수 있다. 또 다른 단계에서, 시스템은 최소로 가능한 수준의 팬 속도로 타겟 온도를 유지할 수 있다. 이러한 유지 기간 동안에, 팬 속도가 필요하지 않으면 최소로 변경되거나 전혀 변경되지 않을 수 있다.

PID 루프가 측정된 공정 변수와 요구된 설정점 사이의 오차를 수정하고 그에 따라 공정을 조정할 수 있는 수정 작업을 계산한 다음에 출력함으로써 제어 루프 피드백을 제공할 수 있다. 예컨대, PID 루프는 타겟 지점에서 측정된 온도 및 습도 수치들 사이의 제어 루프 피드백을 제공할 수 있고, 컴퓨터 등의 제어기가 열전 가열기 및 냉각기 장치로의 팬 속도 및 출력을 제어한다. 그에 의해, PID 루프가 유도 열 차이에 대해 실행될 수 있다. 시스템은 타겟 온도가 변경될 때까지 또는 자동 모드가 오프될 때까지 타겟 온도를 유지할 수 있다.

일부 실시예에서, 온도 제어는 수동 모드로 실행될 수 있다. 예컨대 도 6 및 도 14를 참조하기 바란다. 예컨대, 하나의 단계에서, 사용자가 수동 모드로 시스템을 전환할 수 있다. 사용자는 가열 또는 냉각 모드를 선택할 수 있다. 또 다른 단계에서, 사용자는 열전 장치에 인가되는 백분율 등의 출력의 수준을 설정할 수 있다. 또 다른 단계에서, 사용자는 팬 속도를 설정할 수 있다. 또 다른 단계에서, 시스템은 설정 파라미터가 변경될 때까지 또는 수동 모드가 오프될 때까지 설정 파라미터를 유지할 수 있다.

하나의 실시예에서, 온도 제어가 오프 모드에서 실행될 수 있다. 예컨대 도 7을 참조하기 바란다. 본원에서, 시스템은 현재 온도를 표시한다.

하나의 실시예에서, 사용자는 온도 제어를 시작하도록 시스템을 시동할 수 있다. 예컨대, 하나의 단계에서, 사용자가 시동 단계로 시스템을 전환할 수 있고, 시스템은 수동 모드에서 시작된다. 예컨대 도 13을 참조하기 바란다. 시스템이 시동될 때에, 외부 및 내부 팬의 양쪽 모두가 시동될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 습도 제어가 실행될 수 있다. 하나의 단계에서, 습도 센서로부터의 수치가 사용자에게 제공될 수 있다. 또 다른 단계에서, 사용자가 습도를 증가시키도록 수조에 열을 제공할 수 있다. 어떠한 폐쇄형 루프 제어도 존재할 수 없다. 또 다른 단계에서, 사용자가 습도를 감소시키도록 질소, 건조 질소 또는 다른 기체로 챔버를 세척한다. 어떠한 폐쇄형 루프 제어도 존재할 수 없다.

제조 방법

구성 요소들이 당업계에 공지된 방법에 의해 조립될 수 있다. 구성 요소는 완성된 장치를 형성하도록 개별적으로 제공된 다음에 조립될 수 있다. 완성된 장치가 더 큰 기구와 사용되도록 조립될 수 있다.

사용 방법 및 적용 분야

하나의 사용 방법은 작업 영역 그리고 작업 영역 위에서의 기체 유동을 제공하는 단계로서, 기체 유동은 작업 영역의 온도 및 습도를 제어하고, 기체 유동은 냉각 및 가열을 위해 연속 동작으로 적어도 1개의 팬에 의해 제공되고, 적어도 1개의 열전 장치 그리고 적어도 1개의 수증기 공급원과 함께 기능하도록 구성되는, 단계를 포함한다. 하나의 단계에서, 기체가 가열 중인 동안에, 기체 유동이 작업 영역 위에서 발생될 수 있다. 그 다음에, 기체가 냉각 중인 동안에, 기체 유동이 작업 영역 위에서 반대 방향으로 발생될 수 있다. 유동이 가열 및 냉각 모드들 사이에서 전후로 전환될 수 있다.

하나의 실시예에서, 고온측 및 저온측을 제공하는 열전 장치 등의 가열-냉각 장치가 사용될 수 있고, 극성은 저온측 및 고온측이 전환됨에 따라 전환될 수 있다. 극성이 전환되면, 하나의 가열-냉각 장치가 사용될 수 있다.

환경 제어 장치에 대해 본원에서 설명된 실시예에 사용되도록 구성될 수 있는 사용 방법 및 적용 분야의 다른 예가 미국 특허 제7,361,310호[출원일: 2008년 4월 22일, 출원인: 머킨 등, 발명의 명칭: "나노스코픽 팁으로부터의 핵산의 직접 기록 나노리소그래픽 피착(Direct Write Nanolithographic Deposition of Nucleic Acids From Nanoscopic Tips)"], 미국 특허 출원 공개 제2003-0068446호[출원일: 2002년 10월 2일, 출원인: 머킨 등, 발명의 명칭: "프로틴 및 펩티드 나노어레이(Protein and Peptide Nanoarrays)"], 미국 특허 출원 공개 제2005-0009206호[출원일: 2004년 3월 1일, 출원인: 머킨 등, 발명의 명칭: "펩티드 및 프로틴 어레이 그리고 펩티드 및 프로틴의 직접-기록 리소그래픽 인쇄(Peptide and Protein Arrays and Direct-Write Lithographic Printing of Peptides and Proteins)"] 그리고 미국 특허 제7569340호[허여일: 2009년 8월 4일, 허여인: 머킨 등, 발명의 명칭: "단일 바이러스 입자의 나노어레이 그리고 그 가공 및 사용을 위한 방법 및 기구(Nanoarrays of Single Virus Particles, Methods and Instrumentation for the Fabrication and Use Thereof)"]에 기재되어 있고, 이들 모두는 전체가 참조로서 본원에 포함되어 있다.

검출/이미지 형성

주사 프로브 현미경을 이용하는 것들 등의 주사 프로브 방법을 포함하는 예컨대 현미경 등의 광학 장치 그리고 프로브-기반 장치 등의 비광학 장치를 포함하는 검출 및 이미지 형성 방법이 당업계에 공지되어 있다. 주사 프로브 현미경(SPM: scanning probe microscope)이 개별의 원자 및 분자의 크기까지 확장된 감도로 표면의 형상 또는 다른 특징의 극히 미세한 분석을 얻는 데 사용될 수 있다. SPM은 샘플 표면 위에서 프로브를 스캐닝할 수 있고, 샘플 표면의 성질의 국부 측정을 수행할 수 있다. 여러 개의 구성 요소가 실제로 모든 주사 프로브 현미경에 공통적이다. 현미경의 중요한 구성 요소가 샘플 표면에 밀접하게 위치되고 팁의 형상 그리고 표면으로의 그 근접에 의해 주로 결정되는 해상도로 그 형상 또는 일부 다른 물리 파라미터의 측정을 제공하는 초소형 프로브이다. 주사 힘 현미경(SFM)에서, 프로브는 캔틸레버의 단부로부터 돌출하는 팁을 포함한다. 전형적으로, 팁은 팁의 단부로 힘 상호 작용을 국한시킴으로써 최대 측면 방향 해상도를 성취하도록 매우 예리하다. SPM의 하나의 공통 예가 주사 힘 현미경(SFM)으로서 또한 공지된 원자력 현미경(AFM: atomic force microscope)이다. 캔틸레버의 자유 단부의 운동, 위치 또는 각도를 측정함으로써, 표면 형상, 국부 부착, 마찰, 탄성, 자기장 또는 전기장의 존재 등을 포함하는 표면의 많은 성질이 결정될 수 있다. 동작 시에, AFM은 전형적으로 예컨대 일정하게 프로브의 레버 부분의 편향을 유지하도록 상향으로 또는 하향으로 레버의 기부 또는 샘플의 어느 한쪽을 이동시킴으로써 일정하게 표면 상에서의 팁의 힘을 유지하면서 샘플 위에서 프로브의 팁을 스캐닝할 것이다. 그러므로, 샘플의 형상이 표면 형상의 3차원 영상을 형성하도록 이러한 수직 운동에 대한 데이터로부터 얻어질 수 있다. SPM의 추가의 세부 사항은 예컨대 그 전체 개시 내용이 참조로서 본원에 포함되어 있는 미국 특허 제5,025,658호 및 제5,224, 20 376호에 기재되어 있다.

패턴 형성/가공

패턴 형성 및 조립 방법이 당업계에 공지되어 있고, 예컨대 나노리소그래피에서 사용된다. 마이크로가공(Microfabrication)이 기판의 박막 또는 미가공부의 일부를 선택적으로 제거하는 재료를 추가하는 데 사용될 수 있다. 공정은 광이 기판 상에 형성되는 포토리지스트로서 알려져 있는 감광성 화학 약품으로 전달되게 하는 제거될 재료 위에 위치되는 포토마스크를 이용한다. 일련의 화학 처리가 그 다음에 포토리지스트 아래의 재료 내로 노광 패턴을 새긴다. 포토리소그래픽 방법 및 장치가 "재료의 전자 성질(Electronic properties of materials)"[험멜, 알(Hummel, R.).; 제3판; 스프링거-페어라그 뉴욕, 인크.(Springer-Verlag New York, Inc.); 2001] 그리고 또한 "VLSI 시대를 위한 실리콘 처리 Vol. 1, 프로세스 기술(Silicon processing for the VLSI era. Vol. 1, Process technology)"[울프(Wolf) 외; 제2판; 래티스 프레스(Lattice Press); 1999]에 기재되어 있다.

패턴 형성/나노리소그래피

직접-기록 기술 등의 패턴 형성 및 나노리소그래프 방법이 당업계에 공지되어 있고, 딥 펜 나노리소그래피(등록 상표 DPN: dip pen nanolithography)를 포함한다. DPN 및 DIP PEN NANOLITHOGRAPHY는 나노잉크, 인크.의 상표이고, 그에 따라 본원에서 사용된다. DPN 인쇄 공정에서, 잉크가 팁으로부터 기판으로 전달된다. 전달된 잉크는 요구에 따라 추가의 제조를 위한 템플레이트(template)로서 사용될 수 있다. DPN 인쇄에 대한 장점 및 적용 분야는 많고 이들 참고 문헌에 기재되어 있다. DPN 인쇄는 우수한 제어 및 다양성으로 나노미터 수준으로 가공 및 리소그래피를 수행하게 하는 유망한 나노가공/나노리소그래픽 기술이다. 본 실시예는 손쉬운 제어로 나노미터 크기 및 나노미터 해상도로 불연속 촉매 재료로 패터닝되는 표면의 준비를 가능케 한다. DPN 인쇄는 다른 방법에 의해 제공되지 않는 패턴 형성의 미세 제어를 제공한다. 그러나, DPN 인쇄는 또한 급속 제조를 제공하도록 자동화될 수 있다. 더욱이, DPN 인쇄는 촉매가 단지 물리적으로 흡수되거나 기계적으로 로킹되지 않고 기판에 공유 결합되거나 화학적으로 흡착되게 하므로, DPN 인쇄에 의해 제조된 구조물은 일반적으로 안정하다. DPN 인쇄는 기판 표면이 기계 로크 내에 촉매를 수용하도록 다공성으로 형성될 것을 요구하지 않는다. 그 대신에, DPN 인쇄에 의해 소정 위치에서 화학적으로 결합되는 전략적으로 패터닝된 촉매 재료는 그 다음에 기판 상의 소정 위치에서 예컨대 탄소 나노튜브(carbon nanotube) 등의 요구 재료를 성장시키는 데 사용된다. 딥 펜 나노리소그래픽 기술에 대한 추가의 정보가 전체가 참조로서 본원에 포함되어 있는 "주사 힘 현미경의 팁에 의해 유기 재료의 피착(Deposition of Organic Material by the Tip of a Scanning Force Microscope)"[재쉬케 엠(Jaschke M) 등, 랭뮤어(Langmuir), 1995, 11, 1061-1064] 그리고 "딥 펜 나노리소그래피(Dip Pen Nanolithography)"[파이너(Piner) 등, 사이언스, 1999, 283, 661-663]에서 찾아볼 수 있다. 또한 미국 특허 제6,827,979호(머킨 등)를 참조하기로 한다.

사용의 또 다른 예가 참조로서 본원에 포함되어 있고 주목할 만한 참고 문헌이 그 내에 인용되어 있는 "이질적인 지지 인지질 다층 패턴의 대량 평행 딥-펜 나노리소그래피(Massively Parallel Dip-Pen Nanolithography of Heterogeneous Supported Phospholipid Multilayer Patterns)"[레너트(Lenhert) 등, 스몰(Small), 2007, 3, No. 1, 71-75]에서 찾아볼 수 있다.

예

그러므로, 본 출원에서 설명된 실시예는 예컨대 e-빔 직접 기록(EBDW: e-beam direct writing), 집속 이온 빔(FIB: focused ion beam) 등의 나노리소그래피 방법; DIP PEN NANO LITHOGRAPHYTM(DPN) 인쇄(나노리소그래피와 관련된 자문, 제품 및 용역을 제공하는 미국 일리노이주 스토키의 나노잉크, 인크.의 소유 마크) 등의 프로브-기반 나노리소그래피; 그리고 주사 터널링 현미경(STM: scanning tunneling microscopy)-기반 나노리소그래피; 그리고 또한 종래의 광학 리소그래피 등의 마이크론-수준 리소그래피 방법을 포함하는 리소그래피 기술 등의 방법을 합체하는 것들을 포함하는 시스템을 보완하도록 구성될 수 있는 물품을 제공한다.

실시예가 보완하도록 구성되는 기구의 추가의 예는 원자력 현미경(AFM), 주사 터널링 현미경 등의 프로브 나노조작기 또는 (미국 일리노이주 시카고의 나노잉크, 인크.로부터 이용 가능한) 나노잉크 DPN 기록기 P100 및 그 부속물 등의 나노리소그래피에 전적으로 사용되는 도구 그리고 레이스(Raith), 레오(LEO), 제올(Jeol), 히다찌(Hitachi), 페이(FEI) 및 비코(Veeco)의 브랜드를 갖는 도구를 포함하는 주사 전자 현미경(SEM: scanning electron microscope), (주사) 투과 전자 현미경(transmission electron microscope), 집속 이온 빔 밀(focused ion beam mill) 등의 전자- 또는 이온-기반 리소그래피 수단을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는다. 기구는 종래의 광학 리소그래피 장치 등의 마이크론 수준 리소그래픽 장치를 또한 포함할 수 있다.

Claims

적어도 1개의 환경 챔버와;
환경 챔버와 기체 소통되도록 구성되는 적어도 1개의 조절 챔버로서, 조절 챔버는 적어도 1개의 기체 운반 장치와, 동작 시에 저온측 및 고온측을 제공하는 적어도 1개의 가열-냉각 장치를 포함하는, 적어도 1개의 조절 챔버와;
적어도 1개의 수증기 공급원과;
적어도 1개의 온도 센서와;
적어도 1개의 습도 센서를 포함하고,
기체 운반 장치, 가열-냉각 장치, 수증기 공급원, 온도 센서 및 습도 센서는 환경 챔버 내의 온도 제어 및 습도 제어 기체 유동에 맞게 구성되는 물품.
제1항에 있어서, 가열-냉각 장치는 열전 장치를 포함하는 물품.
제1항에 있어서, 기체 운반 장치는 팬을 포함하는 물품.
제1항에 있어서, 수증기 공급원은 물 가열기를 포함하는 물품.
제1항에 있어서, 조절 챔버는 팬인 적어도 1개의 기체 운반 장치 그리고 열전 가열기인 적어도 1개의 가열-냉각 장치를 포함하는 물품.
제1항에 있어서, 조절 챔버는 적어도 2개의 기체 운반 장치 즉 팬 그리고 적어도 2개의 가열-냉각 장치 즉 열전 가열기를 포함하는 물품.
제1항에 있어서, 환경 챔버 및 조절 챔버는 기체 소통을 제공하는 적어도 1개의 기체 커넥터에 의해 연결되는 물품.
제1항에 있어서, 환경 챔버 및 조절 챔버는 기체 소통을 각각 제공하는 적어도 2개의 기체 커넥터에 의해 연결되는 물품.
제1항에 있어서, 조작 장치가 환경 챔버 내에 배치되고, 조작 장치에는 환경 챔버 내의 온도 제어 및 습도 제어 기체 유동이 적용되는, 물품.
제1항에 있어서, 환경 챔버는 기밀 밀봉되지 않고, 조절 챔버는 기밀 밀봉되지 않는, 물품.
제1항에 있어서, 온도 센서는 고해상도 온도 센서인 물품.
제1항에 있어서, 조절 챔버는 기체 유동 내의 습도를 감소시키도록 구성되는 적어도 1개의 밸브를 포함하는 물품.
제1항에 있어서, 패턴 형성, 나노리소그래피, 검출, 이미지 형성 또는 이들의 조합에 맞게 구성되는 조작 장치가 환경 챔버 내에 배치되는 물품.
제1항에 있어서, 환경 챔버는 제거 가능한 커버를 포함하는 물품.
제1항에 있어서, 환경 챔버 및 조절 챔버가 함께 약 200 cc 미만의 체적을 포함하는 물품.
제1항에 있어서, 물품은 환경 챔버와 조절 챔버 사이에서의 실질적으로 연속의 기체 교환에 맞게 구성되는 물품.
제1항에 있어서, 물품은 냉각 모드에서의 공기의 유동 그리고 가열 모드에서의 공기의 유동에 맞게 구성되는 물품.
제1항에 있어서, 물품은 컴퓨터 및 사용자 인터페이스와 함께 기능하도록 구성되는 물품.
제1항에 있어서, 온도 센서 및 습도 센서는 환경 챔버 내에 배치되는 물품.
제1항에 있어서, 제1 기체 운반 장치 및 제2 기체 운반 장치가 제1 가열-냉각 장치와 제2 가열-냉각 장치 사이에 각각 배치되는 물품.
적어도 1개의 환경 챔버와;
환경 챔버와 기체 소통되도록 구성되는 적어도 1개의 조절 챔버로서, 조절 챔버는 적어도 1개의 기체 운반 장치와, 동작 시에 저온측 및 고온측을 제공하는 적어도 1개의 가열-냉각 장치를 포함하는, 적어도 1개의 조절 챔버와;
적어도 1개의 수증기 공급원과;
적어도 1개의 온도 센서와;
적어도 1개의 습도 센서를 포함하고,
기체 운반 장치, 가열-냉각 장치, 수증기 공급원, 온도 센서 및 습도 센서는 환경 챔버 내의 온도 제어 기체 유동에 맞게 구성되는 물품.
적어도 1개의 환경 챔버와;
환경 챔버와 기체 소통되도록 구성되는 적어도 1개의 조절 챔버로서, 조절 챔버는 적어도 1개의 기체 운반 장치와, 동작 시에 저온측 및 고온측을 제공하는 적어도 1개의 가열-냉각 장치를 포함하는, 적어도 1개의 조절 챔버와;
적어도 1개의 수증기 공급원과;
적어도 1개의 온도 센서와;
적어도 1개의 습도 센서를 포함하고,
기체 운반 장치, 가열-냉각 장치, 수증기 공급원, 온도 센서 및 습도 센서는 환경 챔버 내의 습도 제어 기체 유동에 맞게 구성되는,
물품.
적어도 1개의 환경 챔버와;
환경 챔버와 기체 소통되도록 구성되는 적어도 1개의 조절 챔버로서, 조절 챔버는 적어도 1개의 팬 그리고 적어도 1개의 열전 장치를 포함하는, 적어도 1개의 조절 챔버와;
환경 챔버 또는 조절 챔버 내에 배치될 수 있는 적어도 1개의 수증기 공급원과;
환경 챔버 내에 배치되는 적어도 1개의 온도 센서와;
환경 챔버 내에 배치되는 적어도 1개의 습도 센서를 포함하고,
환경 챔버는 환경 챔버 내에 배치되는 적어도 1개의 작업 영역과 함께 기능하도록 구성되고;
팬, 열전 장치, 수증기 공급원, 온도 센서 및 습도 센서는 환경 챔버 내의 작업 영역에서의 온도 제어 및 습도 제어 기체 유동에 맞게 구성되는 물품.
제23항에 있어서, 물품은 적어도 2개의 팬을 포함하는 물품.
제23항에 있어서, 물품은 적어도 2개의 열전 장치, 및 2개의 열전 장치와 관련되는 적어도 2개의 온도 프로브를 포함하는 물품.
제23항에 있어서, 조작 장치가 환경 챔버 내에 배치되고, 조작 장치에는 온도 및 습도 제어 기체 유동이 적용되는 물품.
제23항에 있어서, 물품은 나노리소그래피 기구와 사용되도록 구성되는 물품.
제23항에 있어서, 물품은 컴퓨터 및 사용자 인터페이스와 함께 기능하도록 구성되는 물품.
제23항에 있어서, 조합된 환경 챔버 및 조절 챔버의 체적은 약 200 ㏄ 이하인 물품.
제23항에 있어서, 열전 장치는 제1 전기 극성으로 동작될 때에 가열기로 작용하고 제2 전기 극성으로 동작될 때에 냉각기로 작용할 수 있고, 제2 전기 극성은 제1 전기 극성과 반대인 물품.
적어도 1개의 조절 챔버와;
적어도 1개의 환경 챔버와;
적어도 1개의 온도 제어 시스템과;
적어도 1개의 습도 제어 시스템과;
작업 영역을 포함하고,
상기 챔버들과 시스템들은 작업 영역에서의 작업 중에 온도 및 습도를 제어하도록 소프트웨어를 통한 폐쇄형 루프 제어에 맞게 구성되는 기구.
제31항에 있어서, 기구는 현미경을 포함하는 시스템과 함께 기능하도록 구성되는 기구.
제31항에 있어서, 기구는 패턴 형성 시스템과 함께 기능하도록 구성되는 기구.
제31항에 있어서, 기구는 나노리소그래피 시스템과 함께 기능하도록 구성되는 기구.
작업 영역과, 작업 영역 위에서의 기체 유동을 제공하는 단계로서, 기체 유동은 작업 영역의 온도 및 습도를 제어하고, 기체 유동은
적어도 1개의 수증기 공급원 및 적어도 1개의 가열-냉각 장치와 함께 기능하도록 구성되고 냉각 및 가열을 위해 연속 동작으로 적어도 1개의 기체 운반 장치에 의해 제공되는 단계를 포함하는 방법.
제35항에 있어서, 기체 유동은 2개의 팬에 의해 제공되고, 상기 2개의 팬 중 단지 1개가 소정 시간에 동작되고, 상기 2개의 팬의 각각은 동작 시에 반대 방향으로 기체 유동을 제공하는 방법.
제35항에 있어서, 기체 유동은 2개의 팬에 의해 제공되고, 2개의 팬은 동시에 동작되고, 2개의 팬의 각각은 동작 시에 동일 방향으로 기체 유동을 제공하는 방법.
제35항에 있어서, 기체 유동은 1개의 팬에 의해 제공되고, 팬은 제1 전기 극성으로 동작될 때에 제1 방향으로 기체 유동을 제공할 수 있고, 팬은 제2 전기 극성으로 동작될 때에 제2 방향으로 기체 유동을 제공할 수 있고, 제2 극성은 제1 극성과 반대인 방법.
제1항의 물품과 함께 기능하도록 구성되는 사용자 인터페이스.
제1항에 있어서, 조절 챔버는 팬인 적어도 8개의 기체 운반 장치 그리고 열전 가열기인 적어도 4개의 가열-냉각 장치를 포함하고, 팬들 중 4개가 내부 팬이고, 팬들 중 4개는 외부 팬인 물품.
제1항에 있어서, 조절 챔버는 제1 체적부를 제공하고, 환경 챔버는 제1 체적부와 기체 소통되는 제2 체적부를 제공하고;
적어도 1개의 기체 운반 장치, 제1 체적부 및 제2 체적부는 조절 챔버 내에서의 속도와 다른 속도로 환경 챔버 내에 기체 유동을 제공하도록 구성되는 물품.
제1항에 있어서, 생체 분자를 인쇄하도록 구성되는 조작 장치가 환경 챔버 내에 배치되는 물품.