KR20190089167A - 스캐닝 프로브 현미경 시스템 및 이에 대한 프로브 착탈 방법 - Google Patents

Abstract

스캐닝 프로브 현미경 시스템(1)은 프로브(2), 제 1 프로브 홀더(21)를 갖는 스캐닝 헤드(11), 제 2 프로브 홀더(22)를 갖는 프로브 교체 조작기(12), 힘 발생 시스템(31, 32), 및 프로브(2)에 작용하는 합력(72)을 제공하도록 힘 발생 시스템을 제어하기 위한 힘 제어 시스템(41, 42)을 포함한다. 상기 합력은 가스 압력 힘 성분 및/또는 정전기력 성분을 포함한다. 프로브-탈착 또는 프로브-장착 중에 프로브는 제 1 프로브 홀더(21)로부터 제 2 프로브 홀더(22)를 향해서 또는 그 반대로 각각 이동(52)하는 반면에, 제 1 프로브 홀더도 제 2 프로브 홀더도 프로브와 접촉하지 않는다. 프로브의 상기 이동은 상기 합력에 의해 구동된다. 본 발명은 고속으로 및 고정확도로 프로브를 자동으로 장착 및 탈착시킬 수 있다.

Description

스캐닝 프로브 현미경 시스템 및 이에 대한 프로브 착탈 방법

본 발명은 샘플을 스캔하는 물리적 프로브를 사용하여 표면의 이미지를 형성하는 현미경의 한 분야인 스캐닝 프로브 현미경(scanning probe microscopy: SPM)에 관련된다. 여러가지 다양한 확립된 형태의 스캐닝 프로브 현미경이 존재하며, 그 중에서 가장 보편적으로 사용되는 기술은 원자간력 현미경(atomic force microscopy: AFM)이다.

예를 들어 AFM 시스템과 같은 SPM 시스템에서는, SPM 시스템의 스캐닝 헤드에 장착되는 프로브를 다른 프로브로 자주 교체할 필요가 있다.

US2010/037360A1호의 도 5 및 도 6에는 프로브(560)가 스캐닝 헤드(510) 쪽의 자석(581) 및 프로브 저장 장치(590) 쪽의 자석(621)에 의해 제공되는 차등 자기력에 기초하여 스캐닝 헤드(510)와 프로브 저장 장치(590) 사이에서 직접 교체되는 SPM 시스템이 개시되어 있다.

또한 WO97/08733A1호는 SPM 시스템의 스캐닝 헤드와 프로브 저장 장치 사이에서의 직접적인 프로브 교체를 개시하고 있다. WO97/08733A1호에서 프로브 교체는 프로브의 한쪽과 스캐닝 헤드의 접촉 및 프로브의 다른 쪽과 프로브 저장 장치의 접촉을 동시에 이루어지게 하고 이후 이들 두 접촉 중 하나를 해제함으로써 수행된다.

본 발명의 목적은 스캔 헤드에 대한 프로브의 착탈이 고속 및 고정확도로 자동적으로 이루어질 수 있게 하는 해결책을 제공하는 것이다.

이 목적을 위해, 본 발명은 첨부된 독립 청구항 1에 따른 스캐닝 프로브 현미경 시스템 및 첨부된 독립 청구항 7에 따른 방법을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 종속 청구항 2-6 및 8-12에 의해 제공된다.

따라서, 본 발명은 프로브, 제 1 프로브 홀더를 갖는 스캐닝 헤드, 제 2 프로브 홀더를 갖는 프로브 교체 조작기, 힘 발생 시스템, 및 제 1 프로브 홀더의 방향으로 또는 제 2 프로브 홀더의 방향으로 프로브에 작용하는 합력을 제공하도록 힘 발생 시스템을 제어하기 위한 힘 제어 시스템을 포함하는 스캐닝 프로브 현미경 시스템을 제공하며,

상기 프로브 교체 조작기와 상기 스캐닝 헤드는 서로 접근하거나 멀어지도록 이동할 수 있고,

상기 스캐닝 프로브 현미경 시스템은

- 상기 힘 제어 시스템이 상기 합력을 제 1 프로브 홀더의 방향으로 프로브에 작용하도록 제어하므로 프로브가 제 1 프로브 홀더에 대해 유지되는 반면에, 프로브가 제 2 프로브 홀더와 접촉하지 않는 장착된-프로브 작동 조건;

- 상기 힘 제어 시스템이 상기 합력을 제 2 프로브 홀더의 방향으로 프로브에 작용하도록 제어하므로 프로브가 제 2 프로브 홀더에 대해 유지되는 반면에, 프로브가 제 1 프로브 홀더와 접촉하지 않는 탈착된-프로브 작동 조건;

- 프로브가 제 1 프로브 홀더로부터 제 2 프로브 홀더 쪽으로 이동하므로 스캐닝 프로브 현미경 시스템이 그 장착된-프로브 작동 조건으로부터 그 탈착된-프로브 작동 조건으로 전환되는 반면에, 제 1 프로브 홀더도 제 2 프로브 홀더도 프로브와 접촉하지 않는 프로브-탈착 작동 조건으로서, 제 1 프로브 홀더로부터 제 2 프로브 홀더 쪽으로의 프로브의 상기 이동은 상기 힘 제어 시스템의 제어 하에 제 2 프로브 홀더의 방향으로 프로브에 작용하는 상기 합력에 의해 구동되는, 프로브-탈착 작동 조건; 및

- 프로브가 제 2 프로브 홀더로부터 제 1 프로브 홀더 쪽으로 이동하므로 스캐닝 프로브 현미경 시스템이 그 탈착된-프로브 작동 조건으로부터 그 장착된-프로브 작동 조건으로 전환되는 반면에, 제 1 프로브 홀더도 제 2 프로브 홀더도 프로브와 접촉하지 않는 프로브-장착 작동 조건으로서, 제 2 프로브 홀더로부터 제 1 프로브 홀더 쪽으로의 프로브의 상기 이동은 상기 힘 제어 시스템의 제어 하에 제 1 프로브 홀더의 방향으로 프로브에 작용하는 상기 합력에 의해 구동되는, 프로브-장착 작동 조건을 갖도록 구성, 배열되고 효과적이며,

상기 합력은 가스 압력 힘 성분 및/또는 정전기력 성분을 포함한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 프로브-탈착 작동 조건에서 및 프로브-장착 작동 조건에서, 프로브는 프로브가 제 1 프로브 홀더와도 접촉하지 않고 제 2 프로브 홀더와도 접촉하지 않는다는 의미에서 비접촉식으로 그 전달 운동을 수행하고 있다. 프로브의 "플라이-오버(fly-over)" 운동의 이 비접촉 특성으로 인해, 스캔 헤드에 대한 프로브의 장착 및 스캔 헤드로부터의 프로브의 탈착은 고속으로 수행될 수 있다.

또한, 프로브-탈착 작동 조건에서 및 프로브-장착 작동 조건에서, 프로브 교체 조작기 및 스캐닝 헤드는 장착된-프로브 작동 조건과 탈착된-프로브 작동 조건 사이의 전환 도중에 프로브가 이동해야 하는 플라이-오버 거리가 예를 들어 100 마이크로미터 미만 또는 바람직하게 20 마이크로미터 미만과 같이 매우 작게 선택될 수 있다는 의미에서 서로 매우 근접하여 배치될 수 있다. 이러한 매우 작은 플라이-오버 거리는 프로브의 플라이-오버 전달 도중에 임의의 상당한 위치설정 부정확도가 발생하는 것을 방지한다. 즉, 본 발명은 프로브의 플라이-오버 전달 이후에 프로브를 유지해야 하는 타겟 프로브 홀더에 대해 프로브를 고정확도로 유지할 수 있다.

장착된-프로브 작동 조건과 탈착된-프로브 작동 조건 사이의 전환 도중에 프로브가 이동해야 하는 상기 매우 작은 플라이-오버 거리의 미리결정된 바람직한 값을 정확히 설정하기 위해 여러가지 다양한 기술이 있을 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 스캐닝 헤드에 대한 프로브 교체 조작기의 이동을 설정하는 동안, 상기 플라이-오버 거리의 미리결정된 바람직한 값이 실제로 충족되도록 제어하기 위해 예를 들어 광학적 원리, 용량성 원리, 유도성 원리, 유체 역학적 원리 등에 기초한 다양한 거리 측정 기술이 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 합력은 가스 압력 힘 성분 및/또는 정전기력 성분을 포함한다. 상기 합력을 위해 가스 압력 힘 작용 및/또는 정전기력 작용을 사용하는 것은 특히 상기 매우 작은 규모의 플라이-오버 거리에서 프로브의 전달 운동의 상기 비접촉 특성을 실현하는데 있어서 매우 효과적이고 효율적이다.

프로브 교체 작동을 수행할 때, 프로브는 프로브를 제 1 프로브 홀더에 장착하기 위해 스캐닝 헤드의 제 1 프로브 홀더를 향해서 이동하거나 프로브를 제 1 프로브 홀더로부터 탈착하기 위해 제 1 프로브 홀더로부터 멀리 이동하도록 자동으로 제어된다. 제 1 프로브 홀더에 대한 프로브의 이러한 이동이 매우 신속하고 매우 정확하게 이루어지는 것은 중요하다. 이들 속도 및 정확도 요건을 충족하기 위해서는, 프로브의 이들 상대 이동 중에, 프로브와 제 1 프로브 홀더 사이의 제 1 갭의 제 1 갭 폭의 시간-의존적으로 변동 가능한 값을, 특히 이러한 제 1 갭 폭이 1 밀리미터 미만, 100 마이크로미터 미만, 20 마이크로미터 미만, 10 마이크로미터 미만과 같이 매우 작은 이동 범위 내에서 정확하게 측정하는 것이 유용하다. 프로브의 상기 상대 이동 도중의 제 1 갭 폭의 시간-의존적으로 변동 가능한 값의 정확한 측정에 기초하여, 프로브 교체 작동은 일반적으로 속도 및 정확도에 관하여 추가로 최적화될 수 있다.

그러나, 예를 들어 AFM 시스템과 같은 SPM 시스템에서는 일반적으로 전술한 형태의 정확한 갭 폭 측정 시스템을 수용하기 위해 이용 가능한 구축 공간이 프로브와 제 1 프로브 홀더가 만나는 장소 근처에 거의 없다.

따라서, 본 발명의 추가 목적은, SPM 시스템에서의 프로브 교체 작동 중에 프로브와 제 1 프로브 홀더가 만나는 장소 근처의 SPM 시스템의 구축 공간을 거의 희생시키지 않으면서 프로브와 제 1 프로브 홀더 사이의 제 1 갭 폭의 시간-의존적으로 변동 가능한 값을 정확히 측정할 수 있는 해결책을 제공하는 것이다.

이 목적을 위해서, 본 발명에 따른 스캐닝 프로브 현미경 시스템의 바람직한 실시예에서, 스캐닝 프로브 현미경 시스템의 프로브-교체 작동 조건은 상기 프로브-장착 작동 조건 또는 상기 프로브-탈착 작동 조건인 것으로 정의되고, 스캐닝 프로브 현미경 시스템은 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 프로브와 상기 제 1 프로브 홀더 사이의 제 1 갭의 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 갭 폭의 적어도 하나의 값을 측정하기 위한 제 1 갭 폭 측정 시스템을 추가로 포함하며,

상기 제 1 갭 폭 측정 시스템은:

- 상기 제 1 가스에 미리결정된 제 1 가스 유동 여기 조건을 적용함으로써 상기 프로브-교체 작동 조건에서 제 1 가스의 제 1 가스 유동을 제어하도록 구성, 배열되고 이를 제어하는데 효과적인 제 1 가스 유동 시스템으로서, 상기 제 1 가스 유동은 적어도 상기 제 1 갭에서 발생하는, 제 1 가스 유동 시스템;

- 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 제 1 가스의 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 압력을 감지하도록 구성, 배열되고 이를 감지하는데 효과적인 적어도 하나의 제 1 압력 센서로서, 상기 감지는 상기 제 1 가스 유동의 제 1 압력 감지 유로의 적어도 하나의 미리결정된 위치에서 이루어지는, 적어도 하나의 제 1 압력 센서; 및

- 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 갭 폭의 상기 적어도 하나의 값을 적어도 상기 프로브-교체 작동 조건에서의 상기 제 1 가스의 상기 감지된 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 압력 및 상기 미리결정된 제 1 가스 유동 여기 조건에 기초하여 결정하도록 구성, 배열되고 이를 결정하는데 효과적인 제 1 평가 시스템을 포함한다.

따라서, 본 발명의 이 바람직한 실시예는 프로브와 제 1 프로브 홀더가 만나는 장소 근처에서 SPM 시스템의 구축 공간을 거의 필요로 하지 않는다. 결국, 프로브와 제 1 프로브 홀더가 만나는 장소 근처에서, 본 발명의 이 바람직한 실시예는 제 1 가스가 프로브와 제 1 프로브 홀더 사이의 제 1 갭에 접근하여 이 갭 내에서 유동할 수 있을 것을 요구할 뿐이다. 즉, 프로브와 제 1 프로브 홀더가 만나는 장소 근처에서 본 발명은 기본적으로 그 곳에서 본질적으로 이용 가능한 제 1 갭을 요구할 뿐이기 때문에 구축 공간 요건이 다소 자동적으로 충족된다.

본 발명에 따른 SPM 시스템의 제 1 갭 폭 측정 시스템의 기본적인 작동 원리는 다음과 같이 설명된다. 가스가 미리결정된 가스 유동 여기 조건 하에서 갭을 통해 유동하고 있을 때, 갭 폭의 변경은 갭에 의해 제공되는 유동 저항의 변화를 초래한다. 예를 들어, 갭이 좁아지면, 결과적으로 가스 유동 속도가 증가하고 동시에 가스 압력이 감소한다. 실제로, 상기 프로브-교체 작동 조건에서의 상기 미리결정된 제 1 가스 유동 여기 조건은 상기 제 1 가스 압력이 상기 제 1 가스 유동의 제 1 압력 감지 유로 내의 적어도 하나의 미리결정된 위치에서 측정될 때 상기 제 1 가스 압력과 상기 제 1 갭 폭 사이의 함수 관계를 함수 변수로서 결정한다. 즉, 상기 제 1 가스 압력과 상기 제 1 갭 폭 사이의 상기 함수 관계는 상기 미리결정된 제 1 가스 유동 여기 조건으로부터 유도될 수 있다. 그런 의미에서, 상기 함수 관계는 주어진 SPM 시스템 구성에 대해 연역적으로 알려져 있다고 말할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 가스 압력과 상기 제 1 갭 폭 사이의 상기 연역적으로 알려진 함수 관계에 기초하여, 제 1 갭 폭의 시간-의존적으로 변동 가능한 값은 제 1 가스의 감지된 시간-의존적으로 변동 가능한 압력 값으로부터 직접 유도될 수 있다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 상기 합력은 상기 가스 압력 힘 성분을 포함하고, 스캐닝 프로브 현미경 시스템은 상기 장착된-프로브 작동 조건에서 제 1 진공 흡입 유로를 통해서 인가되는 진공 흡입에 기초하여 프로브를 제 1 프로브 홀더에 대해 유지하기 위한 제 1 진공 흡입 시스템을 추가로 포함하며, 제 1 갭 폭 측정 시스템의 상기 제 1 압력 감지 유로와 제 1 진공 흡입 시스템의 상기 제 1 진공 흡입 유로는 적어도 부분적으로 상호 중첩된다.

제 1 진공 흡입 시스템 덕분에, 제 1 프로브 홀더는 진공 클램프로서 기능한다. 상기 제 1 갭 폭 측정 시스템과 제 1 진공 흡입 시스템의 고도로 상승작용적인 통합된 조합은 본 발명에 따른 SPM 시스템의 자동 프로브 교체 구조를 속도, 정확도 및 구축 공간과 관련하여 매우 효율적으로 만든다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 스캐닝 프로브 현미경 시스템의 프로브-교체 작동 조건은 상기 프로브-장착 작동 조건 또는 상기 프로브-탈착 작동 조건인 것으로 정의되고, 스캐닝 프로브 현미경 시스템은 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 프로브와 상기 제 2 프로브 홀더 사이의 제 2 갭의 시간-의존적으로 변동 가능한 제 2 갭 폭의 적어도 하나의 값을 측정하기 위한 제 2 갭 폭 측정 시스템을 추가로 포함하며,

상기 제 2 갭 폭 측정 시스템은:

- 상기 제 2 가스에 미리결정된 제 2 가스 유동 여기 조건을 적용함으로써 상기 프로브-교체 작동 조건에서 제 2 가스의 제 2 가스 유동을 제어하도록 구성, 배열되고 이를 제어하는데 효과적인 제 2 가스 유동 시스템으로서, 상기 제 2 가스 유동은 적어도 상기 제 2 갭에서 발생하는, 제 2 가스 유동 시스템;

- 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 제 2 가스의 시간-의존적으로 변동 가능한 제 2 압력을 감지하도록 구성, 배열되고 이를 감지하는데 효과적인 적어도 하나의 제 2 압력 센서로서, 상기 감지는 상기 제 2 가스 유동의 제 2 압력 감지 유로의 적어도 하나의 미리결정된 위치에서 이루어지는, 적어도 하나의 제 2 압력 센서; 및

- 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 시간-의존적으로 변동 가능한 제 2 갭 폭의 상기 적어도 하나의 값을 적어도 상기 프로브-교체 작동 조건에서의 상기 제 2 가스의 상기 감지된 시간-의존적으로 변동 가능한 제 2 압력 및 상기 미리결정된 제 2 가스 유동 여기 조건에 기초하여 결정하도록 구성, 배열되고 이를 결정하는데 효과적인 제 2 평가 시스템을 포함한다.

제 2 갭 폭 측정 시스템의 기본적인 작동 원리는 전술한 제 1 갭 폭 측정 시스템의 기본적인 작동 원리와 동일하다.

제 2 갭 폭 측정 시스템은 제 1 갭 폭 측정 시스템에 대해 전술한 것과 유사한 장점을 제공한다.

또한 스캐닝 프로브 현미경 시스템에서 제 1 갭 폭 측정 시스템과 제 2 갭 폭 측정 시스템을 동시에 적용하는 것은 이러한 프로브-교체 작동 조건 도중에 양 측정 시스템의 측정을 조합할 수 있게 하며, 따라서 양 측정 시스템 중 하나만 스캐닝 프로브 현미경 시스템에 적용되는 경우에 비해서 제 1 프로브에 대한 프로브의 위치 및/또는 제 2 프로브 홀더에 대한 프로브의 위치의 보다 확실한 평가를 달성할 수 있게 한다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 상기 합력은 상기 가스 압력 힘 성분을 포함하고, 스캐닝 프로브 현미경 시스템은 상기 탈착된-프로브 작동 조건에서 제 2 진공 흡입 유로를 통해서 인가되는 진공 흡입에 기초하여 프로브를 제 2 프로브 홀더에 대해 유지하기 위한 제 2 진공 흡입 시스템을 추가로 포함하며, 제 2 갭 폭 측정 시스템의 상기 제 2 압력 감지 유로와 제 2 진공 흡입 시스템의 상기 제 2 진공 흡입 유로는 적어도 부분적으로 상호 중첩된다.

제 2 진공 흡입 시스템 덕분에, 제 2 프로브 홀더는 진공 클램프로서 기능한다. 상기 제 2 갭 폭 측정 시스템과 제 2 진공 흡입 시스템의 고도로 상승작용적인 통합된 조합은 본 발명에 따른 SPM 시스템의 자동 프로브 교체 구조를 속도, 정확도 및 구축 공간과 관련하여 매우 효율적으로 만든다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 스캐닝 프로브 현미경 시스템은:

- 상기 프로브를 복수 저장하기 위한 프로브 저장 장치; 및

- 스캐닝 프로브 현미경 시스템에 의해 유지되는 샘플의 하면을 따라서 아래쪽으로부터 스캐닝 이동을 상호 독립적으로 수행하도록 구성, 배열되고 이를 수행하는데 효과적인 복수의 상기 스캐닝 헤드를 추가로 포함하며;

스캐닝 프로브 현미경 시스템은:

- 프로브 교체 조작기가 프로브 저장 장치로부터 프로브를 픽업하는 프로브-취출(fetching) 작동 조건을 추가로 가지며;

- 상기 프로브-취출 작동 조건, 상기 프로브-장착 작동 조건, 및 상기 장착된-프로브 작동 조건이 각각 그 순서로 연속적으로 실행될 수 있게 하도록 구성, 배열되고 실행될 수 있게 하는데 효과적이고,

상기 프로브-장착 작동 조건 및 상기 프로브-탈착 작동 조건 중에 프로브 교체 조작기는 스캐닝 헤드 위에 배치되며, 따라서 상기 프로브-장착 작동 조건 중에 프로브는 아래쪽으로 이동하고, 상기 프로브-탈착 작동 조건 중에 프로브는 위쪽으로 이동한다.

따라서, 이 바람직한 실시예에서 SPM 시스템은 프로브 저장 장치 및 복수의 독립적으로 이동 가능한 스캐닝 헤드를 가지며, 프로브 장착 중에 프로브 교체 조작기는 관련 스캐닝 헤드의 위에 배치된다.

WO2014/003557A1호는 특히 그 도 2, 도 3a에서, 복수의 이동 가능한 스캐닝 헤드 위에 배치되는 프로브 교체 조작기를 갖는 SPM 시스템에서의 이러한 특별한 구성의 일 예를 도시한다. WO2014/003557A1호의 상기 도 2는 복수의 동시적이고 독립적으로 이동 가능한 스캐닝 헤드를 도시하고 있다. 상기 도 3a는 샘플 캐리어(35)에 의해 유지되는 샘플(36)의 하면을 따라서 스캐닝하도록 각각 배치되는 장착된 프로브(45, 55)를 갖는 이들 스캐닝 헤드(43, 53) 중 두 개를 도시하고 있다. 스캐닝 운동을 수행하기 위해서 스캐닝 헤드(43, 53)는 각각 스캐닝 아암(41, 51)에 의해 이동 가능하다. 상기 도 2, 도 3a의 특별한 구성은 SPM 시스템이 스캐닝 헤드와 스캐닝 헤드 아래에 배치된 프로브 저장 장치 사이에서 직접적인 프로브 교체를 수행하기 위해 프로브 저장 장치를 향해서 및 그 위에서 이동하고 있는 단 하나의 스캐닝 헤드를 갖는 전통적인 방식으로 SPM 시스템을 설계하는데 있어서 매우 비실용적이다. 이 때문에, WO2014/003557A1호의 상기 도 3a는 이러한 스캐닝 헤드와 이러한 프로브 저장 장치(상기 도 3a에 도시되지 않음) 사이의 중재자로서 작용하는 두 개의 프로브 교체 조작기(37)를 추가로 도시하고 있다. 상기 도 3a에 도시되어 있듯이, 이들 프로브 교체 조작기(37)는 스캐닝 헤드(43, 53)보다 높은 수직 Z축 위치에 있다.

프로브가 그 프로브 교체 운동을 비접촉 방식으로 수행하게 되는 본 발명은 프로브 교체 조작기가 복수의 스캐닝 헤드 위에 배치되는 전술한 특별한 구성과 조합하여 특히 높은 부가 가치를 제공한다. 그 이유는 프로브-장착 중에 프로브의 비접촉 플라이-오버 운동이 중력의 혜택으로 또는 중력에 의해서만 수행될 수 있기 때문이다. 중력을 이용한다는 것은 스캐닝 헤드가 그 안에 및/또는 그것 상에 SPM 시스템의 힘 발생 시스템 및/또는 힘 제어 시스템의 요소를 거의 또는 전혀 갖지 않고 설계될 수 있음을 의미한다. 이것은 복수의 스캐닝 헤드 및 그 이동 구조를 간단하게, 경량으로 및 콤팩트하게 유지하는데 기여한다.

이하에서, 본 발명은 본 발명의 비제한적 실시예를 참조하고 첨부 도면의 개략도를 참조하여 추가로 설명되며, 첨부 도면에는 이하의 도면이 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스캐닝 프로브 현미경 시스템의 제 1 실시예의 일 예의 측단면도이며, 여기에서 스캐닝 프로브 현미경 시스템은 그 장착된-프로브 작동 조건에 있다.
도 2는 다시 도 1의 구성 및 도시를 보여주지만, 이번에는 도 1의 상황에서 시작하여 스캐닝 프로브 현미경 시스템이 그 프로브-탈착 작동 조건으로 되어 있다.
도 3은 다시 도 2의 구성 및 도시를 보여주지만, 이번에는 도 2의 상황에서 시작하여 스캐닝 프로브 현미경 시스템이 그 탈착된-프로브 작동 조건으로 되어 있다.
도 4는 다시 도 3의 구성 및 도시를 보여주지만, 이번에는 도 3의 상황에서 시작하여 스캐닝 프로브 현미경 시스템이 그 프로브-장착 작동 조건으로 되어 있다.
도 5는 본 발명에 따른 SPM 시스템의 제 2 실시예의 일 예의 측단면도이며, 여기에서 SPM 시스템은 그 프로브-교체 작동 조건에 있고, 간명함을 위해서 SPM 시스템의 프로브 교체 조작기는 도시되어 있지 않다.
도 6은 도 5의 SPM 시스템의 제 1 갭 폭 측정 시스템의 기본적인 작동 원리를 설명하기 위해, 제 1 가스의 감지된 제 1 압력(P)과 제 1 갭 폭(D) 사이의 함수 관계를 나타낸다.
도 7은 도 5의 SPM 시스템의 프로브 교체 조작기를 별개로 도 5와 유사한 측단면도로 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 SPM 시스템의 제 3 실시예의 일 예의 측단면도이며, 도 8의 SPM 시스템은 SPM 시스템이 프로브 저장 장치 및 복수의 독립적으로 이동 가능한 스캐닝 헤드를 갖고 프로브 장착 중에 프로브 교체 조작기는 관련 스캐닝 헤드 위에 배치되는 본 발명의 전술한 바람직한 실시예에 따른 것이다.

도 1 내지 도 8에서는 때때로 도 1 내지 도 8의 상이한 실시예 전체에 걸쳐서 유사한 부분 및 양태에 대해서 동일한 참조 번호가 사용되었다.

도면의 간단한 설명을 포함하는 상기 도입부 설명에 기초하여, 그리고 도면에 사용되는 참조 번호에 기초하여, 도 1 내지 도 8의 도시된 예는 최대한 쉽게 직관적이다. 이들 쉽게 명백한 자기 설명에 추가적으로, 하기의 추가 설명이 제공된다.

이제, 도 1 내지 도 4의 제 1 실시예를 먼저 참조한다.

도시된 예에서, SPM 시스템(1)의 힘 발생 시스템은 제 1 힘 발생 유닛(31)과 제 2 힘 발생 유닛(32)을 포함하며, 이들 힘 발생 유닛은 각각 스캐닝 헤드(11)에서 제 1 프로브 홀더(21) 근처에 도시되어 있고 프로브 교체 조작기(12)에서 제 2 프로브 홀더(22) 근처에 도시되어 있다(매우 개략적으로). 또한, SPM 시스템(1)의 힘 제어 시스템은 제 1 힘 제어 유닛(41)과 제 2 힘 제어 유닛(42)을 포함하며, 이들 힘 제어 유닛은 각각 스캐닝 헤드(11)에서 제 1 프로브 홀더(21) 근처에 도시되어 있고 프로브 교체 조작기(12)에서 제 2 프로브 홀더(22) 근처에 도시되어 있다(매우 개략적으로). 이것은 본 발명에 따른 SPM 시스템의 힘 발생 시스템 및 힘 제어 시스템의 힘 발생 요소 및 힘 제어 요소가 일반적으로 SPM 시스템의 스캐닝 헤드 및 프로브 교체 조작기 위에 분포될 수 있음을 도시하기 위해 이루어졌다. 그러나, 대안적으로, 본 발명에 따른 SPM 시스템의 힘 발생 시스템 및 힘 제어 시스템의 힘 발생 요소 및 힘 제어 요소는 일반적으로 스캐닝 헤드에만 배치되거나, 프로브 교체 조작기에만 배치되거나, 및/또는 SPM 시스템의 다양한 다른 부분에 배치될 수도 있다.

언급했듯이, 힘 발생 시스템에 의해 제공되는 합력은 예를 들어 가스 압력 힘 성분 및/또는 정전기력 성분을 포함할 수 있다.

예를 들어 가스 압력 힘 성분은 예를 들어 (진공) 흡입 요소에 의해서 및/또는 SPM 시스템의 힘 발생 시스템의 가스 방출 요소에 의해 제공될 수 있다. 도시된 예에서, 제 1 힘 발생 유닛(31)과 제 2 힘 발생 유닛(32)의 각각은 예를 들어 흡입/방출 요소를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1의 장착된-프로브 작동 조건에서, 프로브(2)에 작용하는 합력(61)은 제 1 힘 제어 유닛(41)의 제어 하에 제 1 힘 발생 유닛(31)에 의해 제공되는 진공 흡입에 의해 형성될 수 있다. 마찬가지로, 도 3의 탈착된-프로브 작동 조건에서, 프로브(2)에 작용하는 합력(62)은 제 2 힘 제어 유닛(42)의 제어 하에 제 2 힘 발생 유닛(32)에 의해 제공되는 진공 흡입에 의해 형성될 수 있다. 또한, 도 2의 프로브-탈착 작동 조건에서, 프로브(2)에 작용하는 합력(72)은 제 2 힘 제어 유닛(42)의 제어 하에 제 2 힘 발생 유닛(32)에 의해 제공되는 흡입력에 의해서 및/또는 제 1 힘 제어 유닛(41)의 제어 하에 제 1 힘 발생 유닛(31)에 의해 제공되는 방출력에 의해서 형성될 수 있다. 마찬가지로, 도 4의 프로브-장착 작동 조건에서, 프로브(2)에 작용하는 합력(71)은 제 1 힘 제어 유닛(41)의 제어 하에 제 1 힘 발생 유닛(31)에 의해 제공되는 흡입력에 의해서 및/또는 제 2 힘 제어 유닛(42)의 제어 하에 제 2 힘 발생 유닛(32)에 의해 제공되는 방출력에 의해서 형성될 수 있다.

보다 일반적으로, 이것은 본 발명에 의하면 힘 발생 시스템에 의해 제공되는 합력이 일반적으로 프로브와 제 1 프로브 홀더 또는 제 2 프로브 홀더 사이의 하나 이상의 인력, 프로브와 제 1 프로브 홀더 또는 제 2 프로브 홀더 사이의 하나 이상의 척력뿐 아니라, 이들 하나 이상의 인력과 이들 하나 이상의 척력의 조합을 포함할 수 있음을 명백하게 만든다. 이것은 전술한 가스 압력 힘 성분에 대해서 성립될 뿐만 아니라, 상기 정전기력 성분에 대해서 및, 힘 발생 시스템에 의해 제공되는 합력의 임의의 다른 형태의 힘 성분에 대해서도 성립된다.

다음으로, 도 5 내지 도 7의 제 2 실시예를 참조한다.

도 5에 도시된 예에서, 본 발명에 따른 SPM 시스템(101)의 제 1 가스 유동 시스템은 펌프(4), 가스 용기(5), 가스 도관(6), 가스 유동 제한기(7), 및 가스 유동 제어기(8)를 포함한다. SPM 시스템(101)의 프로브-교체 작동 조건 중에, 가스 유동 제어기(8)는 예를 들어, 제 1 가스(예를 들어 공기 또는 다른 가스)를 가스 용기(5) 밖으로 펌핑하여 가스 용기(5) 내에서 환경에 대한 제 1 가스의 특정한 연속적인 부압을 유지하도록 펌프(4)를 제어할 수 있다. 이 결과 연속적인 제 1 가스 유동이 초래되며, 이는 제 1 갭(3)을 통해서, 스캐닝 헤드(11)의 제 1 프로브 홀더(21)를 거쳐서 가스 도관(6) 내로, 가스 용기(5) 내로, 펌프(4)를 거쳐서 가스 용기(5) 밖으로 연속적으로 유동한다. 프로브-교체 작동 조건 중에 가스 유동 제어기(8)는 가스 유동 제한기(7)를 추가로 제어할 수 있음을 알아야 한다. 따라서, SPM 시스템(101)의 제 1 가스 유동 시스템이, 제 1 가스에 미리결정된 제 가스 유동 여기 조건을 적용함으로써, 어떻게 프로브-교체 작동 조건에서 제 1 가스 유동을 제어할 수 있는지가 명백하며, 여기에서 제 1 가스 유동은 적어도 제 1 갭(3) 내에서 발생한다. 제 1 압력 센서(9)는 가스 도관(6)을 따르는 어떤 지점에서, 그러므로 전술한 제 1 압력 감지 유로를 따르는 어떤 지점에서 제 1 가스의 제 1 압력을 감지하도록 구성되며, 도시된 예에서 상기 유로는 제 1 갭(3), 제 1 프로브 홀더(21), 가스 도관(6), 가스 용기(5) 및 펌프(4)에 의해 연속적으로 형성되는 것을 알아야 한다.

도 5의 상황에서, 프로브(2)는 제 1 프로브 홀더(21) 쪽으로 이동하도록 자동으로 제어된다. 프로브(2)의 이 상대 이동은 도 5에서 화살표 50으로 표시되어 있다. 도 5에서 프로브(2)의 상대 이동(50) 중의 프로브(2)의 이전 위치는 파선으로 도시되어 있는 반면에 프로브(2)의 실제 위치는 실선으로 도시되어 있다. 도 1에서 알 수 있듯이, 프로브(2)의 실제 위치에서 제 1 갭(3)의 제 1 갭 폭(D)은 D1 값을 가지며 프로브(2)의 상기 이전 위치에서 제 1 갭 폭(D)은 D2 값을 갖는다.

도 6은 도 5의 예와 관련하여, 감지된 제 1 압력(P)과 제 1 갭 폭(D) 사이의 함수 관계를 함수 변수로서 그래프로 도시한다. 여기에서, 감지된 제 1 압력(P)은 제 1 압력 센서(9)에 의해 감지된 제 1 가스의 압력을 지칭한다. 도 6에서 문자 O는 (D, P)축 시스템의 원점을 지칭하며, 이는 이 원점(O)에서 제 1 갭 폭(D) 및 감지된 제 1 압력(P)이 모두 0임을 의미한다는 것을 알아야 한다.

도 6의 함수 관계는 제 1 가스 유동 제어기(8)에 의해 부과되는 미리결정된 제 1 가스 유동 여기 조건에 의해 미리결정된다. 즉, 도 6의 함수 관계는 가스 유동 제어기(8)가 펌프(4) 및 가스 유동 제한기(7)를 얼마나 정확히 제어하느냐에 의해 미리결정된다. 그 의미에서, 상기 함수 관계는 SPM 시스템(101)의 주어진 구성에 대한 가스 유동 제어기(8)에 의해 부과되는 특정한 주어진 제 1 가스 유동 여기 조건에 대해 연역적으로 알려진다고 말할 수 있다. 상기 연역적으로 알려진 함수 관계의 연역적으로 알려진 특성은 예를 들어 SPM 시스템(101)의 상기 주어진 구성에 대한 상기 특정한 주어진 제 1 가스 유동 여기 조건에 대해 사전에 보정 작업을 수행함으로써 취득될 수 있다.

따라서, 도 6에 도시된 제 1 압력(P)과 제 1 갭 폭(D) 사이의 상기 함수 관계의 연역적으로 알려진 특성에 기초하여, 제 1 갭 폭의 시간-의존적으로 변동 가능한 값은, SPM 시스템(101)의 프로브-교체 작동 조건 중에, 제 1 가스의 감지된 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 압력 값으로부터 직접 즉시 유도될 수 있다. 도 6의 예에서는, 특정한 제 1 갭 폭 값(D1, D2)이 제 1 압력 센서(9)에 의해 각각 감지되는 제 1 압력 값(P1, P2)으로부터 유도되는 것을 알 수 있다. 도 6에서의 화살표 53은 도 6의 그래프를 따르는 코스를 도시하며, 이 코스는 도 1의 화살표 50에 따른 프로브(2)의 이동에 대응한다.

SPM 시스템(101)은 또한 본 발명에 따른 스캐닝 프로브 현미경 시스템의 전술한 바람직한 실시예의 일 예이며, 상기 합력은 상기 가스 압력 힘 성분을 포함하고, 상기 스캐닝 프로브 현미경 시스템은 스캐닝 프로브 현미경 시스템의 상기 장착된-프로브 작동 조건에서 제 1 진공 흡입 유로를 통해서 인가되는 진공 흡입에 기초하여 프로브를 제 1 프로브 홀더에 대해 유지하기 위한 제 1 진공 흡입 시스템을 추가로 포함하며, 제 1 갭 폭 측정 시스템의 상기 제 1 압력 감지 유로 및 제 1 진공 흡입 시스템의 상기 제 1 진공 흡입 유로는 적어도 부분적으로 상호 중첩된다.

즉, SPM 시스템(101)에서, 제 1 프로브 홀더(21)는 상기 제 1 진공 흡입 유로를 통해서 인가되는 진공 흡입에 기초하여 프로브(2)를 제 1 프로브 홀더(21)에 대해 유지하기 위한 진공 클램프로서 기능한다. 실제로, 도시된 예에서, 제 1 진공 흡입 시스템과 제 1 가스 유동 시스템 양자는 동일한 요소, 즉 펌프(4), 가스 용기(5), 가스 도관(6), 가스 유동 제한기(7) 및 가스 유동 제어기(8)를 포함한다. 또한, 제 1 갭 폭 측정 시스템의 제 1 압력 감지 유로와 제 1 진공 흡입 시스템의 제 1 진공 흡입 유로는 상호 중첩하는 부분으로서 제 1 프로브 홀더(21), 가스 도관(6), 가스 용기(5) 및 펌프(4)를 갖는다.

제 1 갭 폭 측정 시스템과 제 1 진공 시스템의 통합된 조합은 SPM 시스템(101)을 속도, 정확도 및 구축 공간과 관련하여 매우 효율적으로 만든다. 예를 들어, 도 5의 프로브-교체 작동 조건에 있을 때, 제 1 프로브 홀더(21)에 대한 프로브(2)의 이동(50) 중에 제 1 갭 폭(D)의 하한 임계값이 제 1 갭 폭 측정 시스템에 의해 측정되었으며, 가스 유동 제어기(8)는 이후, 스캐닝 프로브 현미경 시스템의 장착된-프로브 작동 조건에서 제 1 진공 흡입 유로를 통해서 인가되는 진공 흡입에 기초하여 프로브(2)를 제 1 프로브 홀더(21)에 대해 유지하기에 적합한 다른 제어 모드로 즉시 전환될 수 있다.

도 7은 도 5의 SPM 시스템(101)의 프로브 교체 조작기(12)를 도시한다. 도 7의 상황에서, 프로브(2)는 프로브 교체 조작기(12) 제 2 프로브 홀더(22) 쪽으로 이동하도록 자동으로 제어된다. 프로브(2)의 이 상대 이동은 도 7에서 화살표 50A로 표시되어 있다. 도 7은 본 발명의 상기 바람직한 실시예를 예시하도록 작용하며, 본 발명에 따른 SPM 시스템은 전술한 제 2 갭 폭 측정 시스템뿐 아니라 전술한 제 2 진공 흡입 시스템을 갖는다. 도 7의 구성은 도 5의 구성과 높은 유사성을 갖는 것을 알 수 있다. 도 7에서 제 2 갭 폭 측정 시스템 및 제 2 진공 흡입 시스템의 구조 및 기본 작동 원리는 도 5의 제 1 갭 폭 측정 시스템 및 제 1 진공 흡입 시스템의 구조 및 기본 작동 원리와 동일하다. 따라서, 제 2 갭 폭 측정 시스템 및 제 2 진공 흡입 시스템에 관련되고, 제 1 갭 폭 측정 시스템 및 제 1 진공 흡입 시스템에 관한 도 5의 대응 부분 및 양태와 유사한, 도 7에서의 일부 부분 및 양태는 문자 "A"가 부착된 동일한 참조 번호로 표시되었다. 따라서, 도 7에서 참조 번호 4A, 5A, 6A, 7A, 8A는 각각 펌프, 가스 용기, 가스 도관, 가스 유동 제한기, 가스 유동 제어기를 나타내며, 참조 번호 3A, 9A, 10A는 각각 제 2 갭, 제 2 압력 센서, 및 제 2 평가 시스템을 나타낸다.

다음으로, Z축이 수직 방향인 직교 XYZ-축 시스템의 YZ-평면에서 SPM 시스템(201)을 도시하는 도 8의 제 3 실시예를 참조한다. SPM 시스템(201)은 작동 시에 SPM 시스템(201)이 배치되는 환경에 대해 이동 불가능하게 배치되는 하부 프레임 부분(81) 및 상부 프레임 부분(82)을 갖는다. 도 8은 SPM 시스템(201)의 두 개의 프로브 저장 장치(80)를 도시한다. 이들 프로브 저장 장치(80)는 하부 프레임 부(81)에 고정적으로 부착된다. 도 8은 또한 SPM 시스템(201)의 네 개의 스캐닝 헤드(11) 및 네 개의 프로브 교체 조작기(12)를 도시한다. 네 개의 프로브 교체 조작기(12)는 Y-슬라이드(83)로부터 현수되며, 상기 Y-슬라이드는 상부 프레임 부분(82)으로부터 Y-축을 따라서 슬라이드 방식으로 현수된다. 도시된 상황에서 네 개의 스캐닝 헤드(11)와 네 개의 프로브 교체 조작기(12)는 하부 및 상부 프레임 부분(81, 82)에 대해 정지하고 있다. Y-슬라이드(83)로 인해 각각의 프로브 교체 조작기(12)는 프로브 저장 장치(80)들 중 하나로부터 신규 프로브(2)를 픽업하고, 이 프로브를 스캐닝 헤드(11) 쪽으로 이동시키며, 프로브(2)를 그 스캐닝 헤드(11)에 장착할 수 있다. 또한 프로브 교체 조작기(12)는 스캐닝 헤드(11)로부터 이전(old) 프로브(2)를 픽업하고 이전 프로브(2)를 폐기 위치를 향해 이동시킬 수 있다.

도 8은 복수의 프로브(2)를 도시한다. 도시된 프로브(2) 중 다섯 개는 두 개의 프로브 저장 장치(80)에 저장되어 있다. 도시된 프로브(2) 중 세 개는 스캐닝 헤드(11)에 의해 각각 유지되고 있다. 이들 세 개의 프로브(2)에 대해서는 장착된-프로브 작동 조건이 효과적이다.

도시된 프로브(2) 중 나머지 하나에 대해서 프로브-장착 작동 조건이 유효하며, 이 하나의 프로브(2)는 관련 프로브 교체 조작기(12)로부터 관련 스캐닝 헤드(11)를 향해서 아래쪽으로 이동하고 있다. 이것은 도 4의 상황에 비견될 수 있으며, 따라서 도 8에 이 하나의 프로브(2)에 작용하는 합력은 도 4에서 사용된 것과 동일한 참조 번호 71로 표시되어 있다. 이 하나의 프로브(12)의 도시된 비접촉 플라이-오버 이동은 중력의 혜택으로 이루어진다. 이 중력의 사용 덕분에, 스캐닝 헤드(11)는 그 안에 및/또는 그것 상에 SPM 시스템(201)의 힘 발생 시스템 및/또는 힘 제어 시스템의 요소를 거의 또는 전혀 갖지 않고 설계될 수 있다. 이것은 복수의 스캐닝 헤드(11) 및 그 이동 구조를 간단하게, 경량으로 및 콤팩트하게 유지하는데 기여한다.

본 발명을 상기 설명 및 도면에서 상세하게 설명 및 도시했지만, 이러한 설명 및 도시는 모범적 및/또는 예시적이며 비제한적인 것으로 간주되어야 하고; 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않는다.

개시된 실시예에 대한 다른 변형예는 도면, 명세서 및 청구범위의 검토로부터, 청구된 발명을 실시하는데 있어서 통상의 기술자에 의해 이해되고 달성될 수 있다. 청구범위에서, "포함한다"는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정관사는 복수를 배제하지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 의하면 힘 제어 시스템의 제어 하에 힘 발생 시스템에 의해 제공되는 상기 합력이 가스 압력 힘 성분 및/또는 정전기력 성분을 포함하는 것이 위에서 특정되었다. 이것은, 힘 제어 시스템의 제어 하에 힘 발생 시스템에 의해 제공되는 상기 합력이 경우에 따라서 자기 유도력 성분을 추가로 포함할 수 있음을 배제하지 않는다.

추가로, 단일 프로세서 또는 다른 유닛이 청구 범위에 기재된 몇 개의 항목의 기능을 수행할 수 있다. 명료함 및 간결한 설명을 위해, 본 명세서에서 특징부는 동일한 실시예 또는 개별 실시예의 부분으로서 개시되어 있지만, 발명의 범위는 개시된 특징부의 전부 또는 일부의 조합을 갖는 실시예를 포함할 수 있음을 알 것이다. 특정 수단이 서로 다른 종속 청구항에 기재되어 있다는 단순한 사실은 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 청구항에서의 어떠한 참조 부호도 범위를 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

도 1 내지 도 8에서 사용되는 참조 번호는 본 발명의 전술한 부분 및 양태뿐 아니라 관련 부분 및 양태를 다음과 같이 언급하고 있다.
1; 101; 201: 스캐닝 프로브 현미경(SPM) 시스템
2: 프로브 3: 제 1 갭
3A: 제 2 갭 4, 4A: 펌프
5, 5A: 가스 용기 6, 6A: 가스 도관
7, 7A: 가스 유동 제한기 8, 8A: 가스 유동 제어기
9: 제 1 압력 센서 9A: 제 2 압력 센서
10: 제 1 평가 시스템 10A: 제 2 평가 시스템
11: 스캐닝 헤드 12: 프로브 교체 조작기
21: 제 1 프로브 홀더 22: 제 2 프로브 홀더
31, 32: 힘 발생 시스템 41, 42: 힘 제어 시스템
50, 50A, 51, 52: 프로브의 이동
53: 그래프를 따르는 코스
61, 62, 71, 72: 프로브에 작용하는 합력
77: 플라이-오버 거리 80: 프로브 저장 장치
81: 하부 프레임 부분 82: 상부 프레임 부분
83: Y-슬라이드 D, D1, D2: 제 1 갭 폭
P, P1, P2: 제 1 가스의 제 1 압력

Claims (12)

1. 프로브(2), 제 1 프로브 홀더(21)를 갖는 스캐닝 헤드(11), 제 2 프로브 홀더(22)를 갖는 프로브 교체 조작기(12), 힘 발생 시스템(31, 32), 및 제 1 프로브 홀더(21)의 방향으로 또는 제 2 프로브 홀더(22)의 방향으로 프로브(2)에 작용하는 합력(61, 62, 71, 72)을 제공하도록 힘 발생 시스템을 제어하기 위한 힘 제어 시스템(41, 42)을 포함하는 스캐닝 프로브 현미경 시스템(1; 101; 201)에 있어서,
   상기 프로브 교체 조작기(12)와 상기 스캐닝 헤드(11)는 서로 접근하거나 멀어지도록 이동할 수 있고,
   상기 스캐닝 프로브 현미경 시스템(1)은
   - 상기 힘 제어 시스템이 상기 합력(61)을 제 1 프로브 홀더(21)의 방향으로 프로브에 작용하도록 제어하므로 프로브(2)가 제 1 프로브 홀더(21)에 대해 유지되는 반면에, 프로브(2)가 제 2 프로브 홀더(22)와 접촉하지 않는 장착된-프로브 작동 조건;
   - 상기 힘 제어 시스템이 상기 합력(62)을 제 2 프로브 홀더(22)의 방향으로 프로브에 작용하도록 제어하므로 프로브(2)가 제 2 프로브 홀더(22)에 대해 유지되는 반면에, 프로브가 제 1 프로브 홀더(21)와 접촉하지 않는 탈착된-프로브 작동 조건;
   - 프로브(2)가 제 1 프로브 홀더(21)로부터 제 2 프로브 홀더(22) 쪽으로 이동(52)하므로 스캐닝 프로브 현미경 시스템(1)이 그 장착된-프로브 작동 조건으로부터 그 탈착된-프로브 작동 조건으로 전환되는 반면에, 제 1 프로브 홀더도 제 2 프로브 홀더도 프로브와 접촉하지 않는 프로브-탈착 작동 조건으로서, 제 1 프로브 홀더로부터 제 2 프로브 홀더 쪽으로의 프로브의 상기 이동(52)은 상기 힘 제어 시스템의 제어 하에 제 2 프로브 홀더(22)의 방향으로 프로브에 작용하는 상기 합력(72)에 의해 구동되는, 프로브-탈착 작동 조건; 및
   - 프로브(2)가 제 2 프로브 홀더(22)로부터 제 1 프로브 홀더(21) 쪽으로 이동(51)하므로 스캐닝 프로브 현미경 시스템(1)이 그 탈착된-프로브 작동 조건으로부터 그 장착된-프로브 작동 조건으로 전환되는 반면에, 제 1 프로브 홀더도 제 2 프로브 홀더도 프로브와 접촉하지 않는 프로브-장착 작동 조건으로서, 제 2 프로브 홀더로부터 제 1 프로브 홀더 쪽으로의 프로브의 상기 이동(51)은 상기 힘 제어 시스템의 제어 하에 제 1 프로브 홀더(21)의 방향으로 프로브에 작용하는 상기 합력(71)에 의해 구동되는, 프로브-장착 작동 조건을 갖도록 구성, 배열되고 효과적이며,
   상기 합력(61, 62, 71, 72)은 가스 압력 힘 성분 및/또는 정전기력 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는
   스캐닝 프로브 현미경 시스템(101).
2. 제 1 항에 있어서,
   스캐닝 프로브 현미경 시스템의 프로브-교체 작동 조건은 상기 프로브-장착 작동 조건 또는 상기 프로브-탈착 작동 조건인 것으로 정의되고, 스캐닝 프로브 현미경 시스템은 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 프로브와 상기 제 1 프로브 홀더(21) 사이의 제 1 갭(3)의 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 갭 폭(D, D1, D2)의 적어도 하나의 값을 측정하기 위한 제 1 갭 폭 측정 시스템(4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)을 추가로 포함하며,
   상기 제 1 갭 폭 측정 시스템은:
   - 상기 제 1 가스에 미리결정된 제 1 가스 유동 여기 조건을 적용함으로써 상기 프로브-교체 작동 조건에서 제 1 가스의 제 1 가스 유동을 제어하도록 구성, 배열되고 이를 제어하는데 효과적인 제 1 가스 유동 시스템(4, 5, 6, 7, 8)으로서, 상기 제 1 가스 유동은 적어도 상기 제 1 갭(3)에서 발생하는, 제 1 가스 유동 시스템(4, 5, 6, 7, 8);
   - 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 제 1 가스의 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 압력(P)을 감지하도록 구성, 배열되고 이를 감지하는데 효과적인 적어도 하나의 제 1 압력 센서(9)로서, 상기 감지는 상기 제 1 가스 유동의 제 1 압력 감지 유로의 적어도 하나의 미리결정된 위치에서 이루어지는, 적어도 하나의 제 1 압력 센서(9); 및
   - 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 갭 폭(D, D1, D2)의 상기 적어도 하나의 값을 적어도 상기 프로브-교체 작동 조건에서의 상기 제 1 가스의 상기 감지된 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 압력(P, P1, P2) 및 상기 미리결정된 제 1 가스 유동 여기 조건에 기초하여 결정하도록 구성, 배열되고 이를 결정하는데 효과적인 제 1 평가 시스템(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는
   스캐닝 프로브 현미경 시스템(101).
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 합력(61, 62, 71, 72)은 상기 가스 압력 힘 성분을 포함하고, 스캐닝 프로브 현미경 시스템은 상기 장착된-프로브 작동 조건에서 제 1 진공 흡입 유로를 통해서 인가되는 진공 흡입에 기초하여 프로브(2)를 제 1 프로브 홀더(21)에 대해 유지하기 위한 제 1 진공 흡입 시스템(4, 5, 6, 7, 8)을 추가로 포함하며, 제 1 갭 폭 측정 시스템(4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)의 상기 제 1 압력 감지 유로와 제 1 진공 흡입 시스템(4, 5, 6, 7, 8)의 상기 제 1 진공 흡입 유로는 적어도 부분적으로 상호 중첩되는 것을 특징으로 하는
   스캐닝 프로브 현미경 시스템(101).
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   스캐닝 프로브 현미경 시스템(101)의 프로브-교체 작동 조건은 상기 프로브-장착 작동 조건 또는 상기 프로브-탈착 작동 조건인 것으로 정의되고, 스캐닝 프로브 현미경 시스템은 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 프로브와 상기 제 2 프로브 홀더(22) 사이의 제 2 갭(3A)의 시간-의존적으로 변동 가능한 제 2 갭 폭의 적어도 하나의 값을 측정하기 위한 제 2 갭 폭 측정 시스템(4A, 5A, 6A, 7A, 8A, 9A, 10A)을 추가로 포함하며,
   상기 제 2 갭 폭 측정 시스템은:
   - 상기 제 2 가스에 미리결정된 제 2 가스 유동 여기 조건을 적용함으로써 상기 프로브-교체 작동 조건에서 제 2 가스의 제 2 가스 유동을 제어하도록 구성, 배열되고 이를 제어하는데 효과적인 제 2 가스 유동 시스템(4A, 5A, 6A, 7A, 8A)으로서, 상기 제 2 가스 유동은 적어도 상기 제 2 갭(3A)에서 발생하는, 제 2 가스 유동 시스템(4A, 5A, 6A, 7A, 8A);
   - 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 제 2 가스의 시간-의존적으로 변동 가능한 제 2 압력을 감지하도록 구성, 배열되고 이를 감지하는데 효과적인 적어도 하나의 제 2 압력 센서(9A)로서, 상기 감지는 상기 제 2 가스 유동의 제 2 압력 감지 유로의 적어도 하나의 미리결정된 위치에서 이루어지는, 적어도 하나의 제 2 압력 센서(9A); 및
   - 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 시간-의존적으로 변동 가능한 제 2 갭 폭의 상기 적어도 하나의 값을 적어도 상기 프로브-교체 작동 조건에서의 상기 제 2 가스의 상기 감지된 시간-의존적으로 변동 가능한 제 2 압력 및 상기 미리결정된 제 2 가스 유동 여기 조건에 기초하여 결정하도록 구성, 배열되고 이를 결정하는데 효과적인 제 2 평가 시스템(10A)을 포함하는 것을 특징으로 하는
   스캐닝 프로브 현미경 시스템(1).
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 합력(61, 62, 71, 72)은 상기 가스 압력 힘 성분을 포함하고, 스캐닝 프로브 현미경 시스템은 상기 탈착된-프로브 작동 조건에서 제 2 진공 흡입 유로를 통해서 인가되는 진공 흡입에 기초하여 프로브(2)를 제 2 프로브 홀더(22)에 대해 유지하기 위한 제 2 진공 흡입 시스템(4A, 5A, 6A, 7A, 8A)을 추가로 포함하며, 제 2 갭 폭 측정 시스템(4A, 5A, 6A, 7A, 8A, 9A, 10A)의 상기 제 2 압력 감지 유로와 제 2 진공 흡입 시스템(4A, 5A, 6A, 7A, 8A)의 상기 제 2 진공 흡입 유로는 적어도 부분적으로 상호 중첩되는 것을 특징으로 하는
   스캐닝 프로브 현미경 시스템(101).
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   - 상기 프로브(2)를 복수 저장하기 위한 프로브 저장 장치(80); 및
   - 스캐닝 프로브 현미경 시스템에 의해 유지되는 샘플의 하면을 따라서 아래쪽으로부터 스캐닝 이동을 상호 독립적으로 수행하도록 구성, 배열되고 이를 수행하는데 효과적인 복수의 상기 스캐닝 헤드(11)를 추가로 포함하며;
   스캐닝 프로브 현미경 시스템(201)은:
   - 프로브 교체 조작기(12)가 프로브 저장 장치로부터 프로브(2)를 픽업하는 프로브-취출 작동 조건을 추가로 가지며;
   - 상기 프로브-취출 작동 조건, 상기 프로브-장착 작동 조건, 및 상기 장착된-프로브 작동 조건이 각각 그 순서로 연속적으로 실행될 수 있게 하도록
   구성, 배열되고 실행될 수 있게 하는데 효과적이고,
   상기 프로브-장착 작동 조건 및 상기 프로브-탈착 작동 조건 중에 프로브 교체 조작기(12)는 스캐닝 헤드(11) 위에 배치되며, 따라서 상기 프로브-장착 작동 조건 중에 프로브는 아래쪽으로 이동하고, 상기 프로브-탈착 작동 조건 중에 프로브는 위쪽으로 이동하는 것을 특징으로 하는
   스캐닝 프로브 현미경 시스템(201).
7. 스캐닝 프로브 현미경 시스템(1, 101, 201)에서 프로브를 장착 및 탈착하기 위한 방법에 있어서,
   스캐닝 프로브 현미경 시스템은 프로브(2), 제 1 프로브 홀더(21)를 갖는 스캐닝 헤드(11), 제 2 프로브 홀더(22)를 갖는 프로브 교체 조작기(12), 힘 발생 시스템(31, 32), 및 제 1 프로브 홀더(21)의 방향으로 또는 제 2 프로브 홀더(22)의 방향으로 프로브(2)에 작용하는 합력(61, 62, 71, 72)을 제공하도록 힘 발생 시스템을 제어하기 위한 힘 제어 시스템(41, 42)을 포함하며, 상기 프로브 교체 조작기(12)와 상기 스캐닝 헤드(11)는 서로 접근하거나 멀어지도록 이동할 수 있고, 상기 스캐닝 프로브 현미경 시스템(1)은 장착된-프로브 작동 조건, 탈착된-프로브 작동 조건, 프로브-탈착 작동 조건, 및 프로브-장착 작동 조건을 갖도록 구성, 배열되고 이들 조건을 갖는데 효과적이며,
   - 상기 장착된-프로브 작동 조건에서는, 상기 힘 제어 시스템이 상기 합력(61)을 제 1 프로브 홀더(21)의 방향으로 프로브에 작용하도록 제어하므로 프로브(2)가 제 1 프로브 홀더(21)에 대해 유지되는 반면에, 프로브(2)가 제 2 프로브 홀더(22)와 접촉하지 않고;
   - 상기 탈착된-프로브 작동 조건에서는, 상기 힘 제어 시스템이 상기 합력(62)을 제 2 프로브 홀더(22)의 방향으로 프로브에 작용하도록 제어하므로 프로브(2)가 제 2 프로브 홀더(22)에 대해 유지되는 반면에, 프로브가 제 1 프로브 홀더(21)와 접촉하지 않으며;
   - 상기 프로브-탈착 작동 조건에서는, 프로브(2)가 제 1 프로브 홀더(21)로부터 제 2 프로브 홀더(22) 쪽으로 이동(52)하므로 스캐닝 프로브 현미경 시스템(1)이 그 장착된-프로브 작동 조건으로부터 그 탈착된-프로브 작동 조건으로 전환되는 반면에, 제 1 프로브 홀더도 제 2 프로브 홀더도 프로브와 접촉하지 않고, 제 1 프로브 홀더로부터 제 2 프로브 홀더 쪽으로의 프로브의 상기 이동(52)은 상기 힘 제어 시스템의 제어 하에 제 2 프로브 홀더(22)의 방향으로 프로브에 작용하는 상기 합력(72)에 의해 구동되며;
   - 상기 프로브-장착 작동 조건에서는, 프로브(2)가 제 2 프로브 홀더(22)로부터 제 1 프로브 홀더(21) 쪽으로 이동(51)하므로 스캐닝 프로브 현미경 시스템(1)이 그 탈착된-프로브 작동 조건으로부터 그 장착된-프로브 작동 조건으로 전환되는 반면에, 제 1 프로브 홀더도 제 2 프로브 홀더도 프로브와 접촉하지 않고, 제 2 프로브 홀더로부터 제 1 프로브 홀더 쪽으로의 프로브의 상기 이동(51)은 상기 힘 제어 시스템의 제어 하에 제 1 프로브 홀더(21)의 방향으로 프로브에 작용하는 상기 합력(71)에 의해 구동되며,
   상기 합력(61, 62, 71, 72)은 가스 압력 힘 성분 및/또는 정전기력 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는
   방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   스캐닝 프로브 현미경 시스템의 프로브-교체 작동 조건은 상기 프로브-장착 작동 조건 또는 상기 프로브-탈착 작동 조건인 것으로 정의되고, 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 프로브와 상기 제 1 프로브 홀더(21) 사이의 제 1 갭(3)의 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 갭 폭(D, D1, D2)의 적어도 하나의 값은 스캐닝 프로브 현미경 시스템의 제 1 갭 폭 측정 시스템(4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)에 의해 측정되며,
   상기 제 1 갭 폭 측정 시스템은:
   - 상기 제 1 가스에 미리결정된 제 1 가스 유동 여기 조건을 적용함으로써 상기 프로브-교체 작동 조건에서 제 1 가스의 제 1 가스 유동을 제어하도록 구성, 배열되고 이를 제어하는데 효과적인 제 1 가스 유동 시스템(4, 5, 6, 7, 8)으로서, 상기 제 1 가스 유동은 적어도 상기 제 1 갭(3)에서 발생하는, 제 1 가스 유동 시스템(4, 5, 6, 7, 8);
   - 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 제 1 가스의 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 압력(P)을 감지하도록 구성, 배열되고 이를 감지하는데 효과적인 적어도 하나의 제 1 압력 센서(9)로서, 상기 감지는 상기 제 1 가스 유동의 제 1 압력 감지 유로의 적어도 하나의 미리결정된 위치에서 이루어지는, 적어도 하나의 제 1 압력 센서(9); 및
   - 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 갭 폭(D, D1, D2)의 상기 적어도 하나의 값을 적어도 상기 프로브-교체 작동 조건에서의 상기 제 1 가스의 상기 감지된 시간-의존적으로 변동 가능한 제 1 압력(P, P1, P2) 및 상기 미리결정된 제 1 가스 유동 여기 조건에 기초하여 결정하도록 구성, 배열되고 이를 결정하는데 효과적인 제 1 평가 시스템(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는
   방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 합력(61, 62, 71, 72)은 상기 가스 압력 힘 성분을 포함하고, 상기 장착된-프로브 작동 조건에서 프로브(2)는 스캐닝 프로브 현미경 시스템의 제 1 진공 흡입 시스템(4, 5, 6, 7, 8)에 의해 제 1 진공 흡입 유로를 통해서 인가되는 진공 흡입에 기초하여 제 1 프로브 홀더(21)에 대해 유지되며, 제 1 갭 폭 측정 시스템(4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)의 상기 제 1 압력 감지 유로와 제 1 진공 흡입 시스템(4, 5, 6, 7, 8)의 상기 제 1 진공 흡입 유로는 적어도 부분적으로 상호 중첩되는 것을 특징으로 하는
   방법.
10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스캐닝 프로브 현미경 시스템(101)의 프로브-교체 작동 조건은 상기 프로브-장착 작동 조건 또는 상기 프로브-탈착 작동 조건인 것으로 정의되고, 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 프로브와 상기 제 2 프로브 홀더(22) 사이의 제 2 갭(3A)의 시간-의존적으로 변동 가능한 제 2 갭 폭의 적어도 하나의 값은 스캐닝 프로브 현미경 시스템의 제 2 갭 폭 측정 시스템(4A, 5A, 6A, 7A, 8A, 9A, 10A)에 의해 측정되며,
    상기 제 2 갭 폭 측정 시스템은:
    - 상기 제 2 가스에 미리결정된 제 2 가스 유동 여기 조건을 적용함으로써 상기 프로브-교체 작동 조건에서 제 2 가스의 제 2 가스 유동을 제어하도록 구성, 배열되고 이를 제어하는데 효과적인 제 2 가스 유동 시스템(4A, 5A, 6A, 7A, 8A)으로서, 상기 제 2 가스 유동은 적어도 상기 제 2 갭(3A)에서 발생하는, 제 2 가스 유동 시스템(4A, 5A, 6A, 7A, 8A);
    - 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 제 2 가스의 시간-의존적으로 변동 가능한 제 2 압력을 감지하도록 구성, 배열되고 이를 감지하는데 효과적인 적어도 하나의 제 2 압력 센서(9A)로서, 상기 감지는 상기 제 2 가스 유동의 제 2 압력 감지 유로의 적어도 하나의 미리결정된 위치에서 이루어지는, 적어도 하나의 제 2 압력 센서(9A); 및
    - 상기 프로브-교체 작동 조건에서 상기 시간-의존적으로 변동 가능한 제 2 갭 폭의 상기 적어도 하나의 값을 적어도 상기 프로브-교체 작동 조건에서의 상기 제 2 가스의 상기 감지된 시간-의존적으로 변동 가능한 제 2 압력 및 상기 미리결정된 제 2 가스 유동 여기 조건에 기초하여 결정하도록 구성, 배열되고 이를 결정하는데 효과적인 제 2 평가 시스템(10A)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 합력(61, 62, 71, 72)은 상기 가스 압력 힘 성분을 포함하고, 프로브(2)는 상기 탈착된-프로브 작동 조건에서 스캐닝 프로브 현미경 시스템의 제 2 진공 흡입 시스템(4A, 5A, 6A, 7A, 8A)에 의해 제 2 진공 흡입 유로를 통해서 인가되는 진공 흡입에 기초하여 제 2 프로브 홀더(22)에 대해 유지되며, 제 2 갭 폭 측정 시스템(4A, 5A, 6A, 7A, 8A, 9A, 10A)의 상기 제 2 압력 감지 유로와 제 2 진공 흡입 시스템(4A, 5A, 6A, 7A, 8A)의 상기 제 2 진공 흡입 유로는 적어도 부분적으로 상호 중첩되는 것을 특징으로 하는
    방법.
12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스캐닝 프로브 현미경 시스템(201)은
    - 상기 프로브(2)를 복수 저장하기 위한 프로브 저장 장치(80); 및
    - 스캐닝 프로브 현미경 시스템에 의해 유지되는 샘플의 하면을 따라서 아래쪽으로부터 스캐닝 이동을 상호 독립적으로 수행하도록 구성, 배열되고 이를 수행하는데 효과적인 복수의 상기 스캐닝 헤드(11)를 추가로 포함하며;
    스캐닝 프로브 현미경 시스템(201)은 프로브 교체 조작기(12)가 프로브 저장 장치로부터 프로브(2)를 픽업하는 프로브-취출 작동 조건을 추가로 갖도록 구성, 배열되고 이 조건을 추가로 갖는데 효과적이며;
    상기 프로브-취출 작동 조건, 상기 프로브-장착 작동 조건, 및 상기 장착된-프로브 작동 조건은 각각 그 순서로 연속적으로 실행되고,
    상기 프로브-장착 작동 조건 및 상기 프로브-탈착 작동 조건 중에 프로브 교체 조작기(12)는 스캐닝 헤드(11) 위에 배치되며, 따라서 상기 프로브-장착 작동 조건 중에 프로브는 아래쪽으로 이동하고, 상기 프로브-탈착 작동 조건 중에 프로브는 위쪽으로 이동하는 것을 특징으로 하는
    방법.

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