(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査プローブ顕微鏡のためのプローブシステム（１００）であって、
ａ．プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）のためのレセプタクル装置（１１０、２１１０）と、
ｂ．前記走査プローブ顕微鏡のための少なくとも１つのプローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）を供給するプローブストレージ（１２０）と、
を有し、
ｃ．前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）、前記プローブストレージ（１２０）、及び前記レセプタクル装置（１１０、２１１０）は、該プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）が、該プローブストレージ（１２０）との解除可能な第１の接続（２１５、４１５、８１５）と該レセプタクル装置（１１０、２１１０）との解除可能な第２の接続（５６５）とを形成することができ、該第１の接続（２１５、４１５）及び／又は該第２の接続（５６５）が磁力を使用するように具現化され、
ｄ．前記レセプタクル装置（１１０、２１１０）及び前記プローブストレージ（１２０）は、前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）の受け入れに関して、該プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）が、いかなる与えられた時においても、該プローブストレージ（１２０）又は該レセプタクル装置（１１０、２１０）のいずれかに接続されるように、前記第１の接続（２１５、４１５、８１５）が解除される前に該プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）が前記第２の接続（５６５）を形成するように互いに対して動くことができる、
ことを特徴とするプローブシステム（１００）。
【請求項２】
前記レセプタクル装置（１１０、２１１０）及び前記プローブストレージ（１２０）は、前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）の配置に関して前記第２の接続（５６５）が解除される前に該プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）が前記第１の接続（２１５、４１５、８１５）を形成するように互いに対して動くことができることを特徴とする請求項１に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項３】
前記プローブストレージ（１２０）、及び／又は前記レセプタクル装置（１１０、２１１０）、及び／又は前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）は、少なくとも１つの永久磁石（１４５、１５０、２４５、２４７、５４５）を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項４】
前記プローブストレージ（１２０）、及び／又は前記レセプタクル装置（１１０、２１１０）、及び／又は前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）は、少なくとも１つの軟質強磁性材料を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項５】
前記解除可能な第１の接続（２１５、４１５）及び／又は前記解除可能な第２の接続（５６５）にそれが影響を及ぼすことができるように配置された少なくとも１つの電気コイル（５５０）を更に有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの永久磁石（１４５、１５０、２３５、２３７）は、０．０１テスラ−２．０テスラの範囲に最大磁束密度を有することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のプローブシステム（１００）。
【請求項７】
前記プローブ（２２７０）及び／又は前記プローブストレージ（１２０）に対する前記レセプタクル装置（２１１０）の位置を決定するための少なくとも１つの磁場センサ（１６３０、２１３０、２２３０）を更に有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項８】
前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）が前記プローブストレージ（１２０）への前記第１の接続（２１５、４１５、８１５）を形成したか否かを決定するように具現化された第１の電気測定システム（３８０）を更に有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項９】
前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）が前記レセプタクル装置（１１０、２１１０）への前記第２の接続（５６５）を形成したか否かを決定するように具現化された第２の電気測定システム（３８０）を更に有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項１０】
前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）は、少なくとも２つの側部（１５２０、１５６０）を有し、
前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）は、該プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）の同じ前記側部（１５２０）を通じて、それぞれ前記プローブストレージ（１２０）及び前記レセプタクル装置（１１０、２１１０）への前記第１の接続（２１５、４１５、８１５）及び前記第２の接続（５６５）を確立するように具現化される、
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項１１】
前記レセプタクル装置（１１０、２１１０）は、前記走査プローブ顕微鏡の測定ヘッド（１１２０）に取り付けられることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項１２】
前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）は、少なくとも１つの測定先端（１３３０）と、少なくとも１つのカンチレバー（１３２０）と、前記第１の接続（２１５、４１５、８１５）及び／又は前記第２の接続（５６５）のための少なくとも１つの固定区域（１５２０）とを含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項１３】
前記プローブストレージ（１２０）は、前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）のための少なくとも１つの角度付きホルダ（１３５、１４０、２３５、５５５）を含み、
前記角度付きホルダ（１３５、１４０、２３５、５５５）の少なくとも一部分は、前記第１の接続（２１５、４１５、８１５）を形成するように具現化される、
ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項１４】
前記プローブストレージ（１２０）は、前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）への前記第１の接続（２１５、４１５、８１５）を形成するための少なくとも２つの角度付きホルダ（１３５、１４０、２３５）を含むことを特徴とする請求項１３に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項１５】
前記２つの角度付きホルダ（１３５、１４０、２３５）間の最短距離（２９０）が、前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）の固定区域（１５２０）の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１４に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項１６】
前記２つの角度付きホルダ（１３５、１４０、２３５）間の最短距離が、前記レセプタクル装置（１１０、２１１０）を該２つの角度付きホルダ（１３５、１４０、２３５）間で動かすことができるように該レセプタクル装置（１１０、２１１０）の固定区域の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項１７】
前記少なくとも２つの角度付きホルダ（１３５、１４０、２３５）は、前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）を該２つの角度付きホルダ（１３５、１４０、２３５）から離れる方向に前記レセプタクル装置（１１０、２１１０）によって動かすことができるように配置されることを特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項１８】
前記プローブストレージ（１２０）が配置された試料台（１９０）を更に有し、
前記試料台（１９０）は、該試料台（１９０）を少なくとも試料台平面内で変位させるように具現化された少なくとも１つの変位ユニットを含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載のプローブシステム（１１０）。
【請求項１９】
プローブシステム（１００）によって走査プローブ顕微鏡のプローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）を受け入れる方法であって、
ａ．プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）とプローブストレージ（１２０）の間に第１の解除可能な接続（２１５、４１５、８１５）を与える段階、
ｂ．前記第１の解除可能な接続（２１５、４１５、８１５）を解除する前に、前記プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）が、いかなる与えられた時においても、前記プローブストレージ（１２０）又はレセプタクル装置（１１０、２１０）のいずれかに接続されるように、該プローブ（１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０）と該レセプタクル装置（１１０、２１０）の間に第２の解除可能な接続（５６５）を与える段階、及び
ｃ．前記プローブストレージ（１２０）に対する前記レセプタクル装置（１１０、２１１０）の移動と共に前記第１の解除可能な接続（２１５、４１５、８１５）を解除する段階であって、該第１の接続（２１５、４１５）及び／又は前記第２の接続（５６５）が磁力を含む前記解除する段階、
のシーケンス、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載のプローブシステム（１００）を用いて実施されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査プローブ顕微鏡のプローブを受け入れるためのプローブシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査プローブ顕微鏡は、試料又はその面をプローブで走査し、それによって試料の特質の表現を生成する。下記では、走査プローブ顕微鏡をＳＰＭと略記する。プローブの測定先端と試料面の間の相互作用タイプに依存して異なるＳＰＭタイプが区別される。多くの場合に、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、又は走査力顕微鏡（ＳＦＭ）が使用される。これらの従来のＳＰＭタイプに加えて、例えば、磁力顕微鏡又は光学及び音響近視野走査顕微鏡のような特定の適用分野に対して使用される多数の更なる器具タイプがある。試料面を分析することに加えて試料を修正するようにも設計された特殊な走査プローブ顕微鏡プローブが開発されている。
【０００３】
上述の走査プローブ顕微鏡のためのプローブは、作動中に摩耗に頻繁に露出され、汚れる可能性があり、又は損傷する。すなわち、例えば、走査トンネル顕微鏡又は走査力顕微鏡のための先端は、鈍頭になるか又はいずれかの他の原因で使用不能になる可能性がある。従って、プローブを迅速にかつ多くの費用を伴わずに置換することができることが必要である。
【０００４】
プローブ交換（ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ）は、その目的でシステムを通気しなければならない場合に、特に真空環境に使用される走査プローブ顕微鏡に対して困難である。従って、従来技術は、多数のプローブを有するプローブアレイの使用を開示している。その例は、文献ＷＯ  ０２／０８０  １８７  Ａ１、ＷＯ  ２００８／０５３  ２１７  Ａ１、ＵＳ  ２０１３／０  ０１４  ２９６  Ａ１、及びＵＳ  ２０１３／０  １１１  ６３５  Ａ１に記載されている。しかし、プローブアレイ又はプローブ配置の生産は複雑である。更に、それらの使用オプションは、プローブアレイの空間要件及び／又はそれらの大きい質量に起因して制限される可能性がある。
【０００５】
論文「ＡＦＭ先端のための電磁交換器（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｈａｎｇｅｒ  ｆｏｒ  ＡＦＭ  ｔｉｐｓ）」では、著者Ｂ．Ｇｏｊ、Ｎ．Ｖｏｒｂｒｉｎｇｅｒ−Ｄｏｒｏｚｈｏｖｅｔｓ、Ｃ．Ｗｙｓｔｕｐ、Ｍ．Ｈｏｆｆｍａｎｎ、及びＥ．Ｍａｎｓｋｅは、Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ  Ｅｕｒｏｐｅ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ２０１２会報、ＩＳＢＮ：９７８−３−９３８８４３−７１−０（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｔｕ−ｉｌｍｅｎａｕ．ｄｅ／ｅｎ／ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−ｓｙｓｔｅｍｓ−ｇｒｏｕｐ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／ｃｏｎ−ｆｅｒｅｎｃｅｓ）において、電磁保持装置の設計に関して報じており、それによってプローブは、走査力（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）顕微鏡のヘッドに解除可能に固定することができる。
【０００６】
ＵＳ  ２００７／０  ０２２  ８０４  Ａ１は、プローブの自動交換を容易にする装置を記載している。プローブは、バネ、空気、重力により、電気機械的に、又は真空駆動式配置機構によってストレージ空間に保持される。
【０００７】
米国特許第５  ７０５  ８１４号明細書は、自動プローブ交換に関して走査プローブ顕微鏡を記載している。この目的に対して、ＳＰＭは、複数のプローブを配置することができるプローブのためのストレージカセットを有する。プローブは、真空ベース、機械的、静電気的、磁気的、又は電磁気的クランピング（ｃｌａｍｐｉｎｇ）によってストレージカセットに保持される。スキャナの自由端は、プローブホルダを有する。後者は、負圧、又は機械的、磁気的、静電気的、又は電磁気的クランピングを用いて、又は弱い接着剤を用いてプローブを保持することができる。
【０００８】
プローブの磁気ホルダの場合に、プローブと永久磁石の間の接触は、通例では、磁石の強度に依存して数ミリメートルまでの距離に打ち勝つことができるプローブの急な移動によって達成される。その結果、粒子が頻繁に放出され、これらの粒子は、検査される試料に達する可能性があり、有意な汚染問題を引き起こす可能性がある。更に、この移動は制御されず、従って、プローブホルダに対するプローブのアラインメントは、少なくとも部分的に不明であることになる。この問題を回避するために、米国特許第５  ７０５  ８１４号明細書は、プローブをプローブホルダに係止する目的で磁気ホルダの代わりに調節可能電磁ホルダの使用を提案している。
【０００９】
特許ＵＳ  ８  ０９９  ７９３  Ｂ２は、永久磁石に基づく自動プローブ交換システムを記載している。走査プローブ顕微鏡のプローブホルダとプローブ容器のプローブホルダとの間にＳＰＭのプローブホルダからプローブ容器のプローブホルダまで又はその逆にプローブを移送する差動磁気力を確立するために、プローブ容器の永久磁石は垂直方向に移動される。これは、プローブ容器の移動に加えて、その永久磁石も複雑な移動機構を用いてプローブ容器に対して移動しなければならないので、上述の特許文献に記載の方法の欠点である。更に、プローブ容器からＳＰＭまで又はその逆のプローブの移送位置の複雑かつ正確な議論が必要である。移送位置が間違って決定された場合に、複合ＡＦＭヘッドの交換機構又は繊細な構成要素への損傷のリスクがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ  ０２／０８０  １８７  Ａ１
【特許文献２】ＷＯ  ２００８／０５３  ２１７  Ａ１
【特許文献３】ＵＳ  ２０１３／０  ０１４  ２９６  Ａ１
【特許文献４】ＵＳ  ２０１３／０  １１１  ６３５  Ａ１
【特許文献５】ＵＳ  ２００７／０  ０２２  ８０４  Ａ１
【特許文献６】米国特許第５  ７０５  ８１４号明細書
【特許文献７】ＵＳ  ８  ０９９  ７９３  Ｂ２
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】論文「ＡＦＭ先端のための電磁交換器（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｈａｎｇｅｒ  ｆｏｒ  ＡＦＭ  ｔｉｐｓ）」、著者Ｂ．Ｇｏｊ、Ｎ．Ｖｏｒｂｒｉｎｇｅｒ−Ｄｏｒｏｚｈｏｖｅｔｓ、Ｃ．Ｗｙｓｔｕｐ、Ｍ．Ｈｏｆｆｍａｎｎ、及びＥ．Ｍａｎｓｋｅ、Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ  Ｅｕｒｏｐｅ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ２０１２会報、ＩＳＢＮ：９７８−３−９３８８４３−７１−０（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｔｕ−ｉｌｍｅｎａｕ．ｄｅ／ｅｎ／ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−ｓｙｓｔｅｍｓ−ｇｒｏｕｐ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／ｃｏｎ−ｆｅｒｅｎｃｅｓ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明は、上述の欠点を少なくとも部分的に回避する走査プローブ顕微鏡のプローブを受け入れるためのプローブシステム及び方法を指定する問題に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の例示的実施形態により、この問題は、請求項１に記載のプローブシステムによって解決される。一実施形態では、走査プローブ顕微鏡のためのプローブシステムは、（ａ）プローブのためのレセプタクル装置と、（ｂ）走査プローブ顕微鏡のための少なくとも１つのプローブを供給するプローブストレージとを有し、（ｃ）プローブ、プローブストレージ、及びレセプタクル装置は、プローブがプローブストレージとの解除可能な第１の接続及びレセプタクル装置との解除可能な第２の接続を形成することができ、第１の接続及び／又は第２の接続が磁力を使用するように具現化され、（ｄ）レセプタクル装置及びプローブストレージは、プローブの受け入れに関して第１の接続が解除される前にプローブが第２の接続を形成するように互いに対して動くことができる。
【００１４】
本発明によるセンサシステムは、磁力の作用下であっても、プローブがプローブストレージ又はレセプタクル装置のいずれかに常に接続されることを確実にする。これは、２つの接続の断続的な重複によって達成される。その結果、磁力が存在する時に発生する場合があるプローブの無制御移動が回避される。その結果、プローブをプローブストレージからレセプタクルデバイスまで移送する時に汚染粒子がそれ程又は全く生成されない。更に、プローブのアラインメントは、プローブストレージからレセプタクル装置まで又はその逆方向のプローブの移送工程中に実質的に維持される。
【００１５】
更なる態様では、レセプタクル装置及びプローブストレージは、プローブの配置に関して第２の接続が解除される前にプローブが第１の接続を形成するように互いに対して動くことができる。
【００１６】
プローブストレージからのプローブの受け入れとプローブストレージ内のプローブの配置とは、上述したプローブシステムに関するこの例示的実施形態では実質的に対称な工程である。本発明によるプローブシステムの上述の利点は、その結果、プローブをプローブストレージ内に配置する時にも得られる。
【００１７】
更なる態様により、プローブストレージ、及び／又はレセプタクル装置、及び／又はプローブは、少なくとも１つの永久磁石を有する。
【００１８】
不均一磁束密度分布を生成するために、１又は２以上の永久磁石が使用される。永久磁石は、非常に多くの実施形態に生産することができる。更に、その磁束密度分布は調節可能である。一例示的実施形態では、プローブストレージ及びレセプタクル装置のいずれも能動機械的（すなわち、可動）構成要素を持たない。従って、装置は、費用効果的な方式で生産することができ、その作動は単純である。
【００１９】
好ましい態様では、プローブストレージ、及び／又はレセプタクル装置、及び／又はプローブは、少なくとも１つの軟質強磁性材料を有する。
【００２０】
軟質強磁性材料は、不均一磁束密度分布により、増加する磁束密度の方向、すなわち、磁石の極のうちの一方の方向に引き付けられる。従って、不均一磁束密度分布は、軟質強磁性材料に対して力、すなわち、上述の力を作用する。
【００２１】
軟質強磁性材料は、それぞれの所期用途に対して最適化することができる。上記で定めたプローブシステムでは、１又は２以上の永久磁石は、共通最適化工程において軟質強磁性材料と共に要求される保持機能の目的に対して設計することができる。
【００２２】
プローブをプローブストレージ内及び／又はレセプタクル装置上に保持するために軟質強磁性材料と組み合わせた永久磁石の使用は、更に、保持力を生成するための給電ラインが不要である点で有利である。
【００２３】
更なる態様では、プローブシステムは、更に、解除可能な第１の接続及び／又は解除可能な第２の接続に影響を及ぼすことができるように配置された少なくとも１つの電気コイルを有する。
【００２４】
電気コイルの使用は、コイル電流を変化させることによって磁力を調節することを可能にする。その結果、プローブとレセプタクル装置の間の接続の形成とこの接続の解除との柔軟な設計が存在する可能性がある。これは、プローブストレージとプローブの間の解除可能な接続にも適用することができる。更に、プローブストレージから又はプローブストレージまでのプローブの移送工程は、コイル電流を調節することによって調整方式で実施することができる。コイル内のエネルギ消費は、コイルを通る電流がプローブ交換工程中にのみ必要とされる場合に低いままに留まり、その結果、真空環境の強い加熱が防止される。
【００２５】
別の態様では、少なくとも１つの永久磁石は、０．０１テスラ（ｔｅｓｌａ）−２．０テスラ、好ましくは０．０５テスラ−１．０テスラ、より好ましくは０．１テスラ−０．５テスラ、最も好ましくは０．２テスラ−０．４テスラの範囲に最大磁束密度を有する。
【００２６】
好都合な態様により、レセプタクル装置は、少なくとも１つの第１の永久磁石を有し、プローブストレージは、少なくとも１つの第２の永久磁石を有し、プローブは、少なくとも１つの軟質強磁性材料を含む。
【００２７】
格納されたプローブを磁力によって保持するプローブストレージは、プローブストレージが搬送される時の格納されたプローブの変位又は滑脱を確実に防止する。その結果、プローブストレージの搬送中に粒子が全く又は僅かな量しか発生しない。更に、格納されたプローブを損傷するリスクがこのように回避される。
【００２８】
別の好ましい態様では、プローブシステムは、更に、プローブ及び／又はプローブストレージに対するレセプタクル装置の位置を決定するための少なくとも１つの磁場センサを有する。
【００２９】
１又は２以上の永久磁石によって生成された磁束密度分布は、磁場センサを用いて測定することができる。磁場センサは、次に、磁束密度分布の変化からレセプタクル装置とプローブストレージの間の距離の変化を決定し、又は距離の変化の決定を少なくとも支援するのに使用することができる。
【００３０】
更なる好都合な態様では、第１の電気測定システムは、プローブがプローブストレージへの第１の接続を形成したか否かを決定するように具現化される。別の好ましい態様により、第２の電気測定システムは、プローブがレセプタクル装置への第２の接続を形成したか否かを決定するように具現化される。
【００３１】
１又は２以上の電気測定システムは、解除可能な接続の一方又は両方が形成されたか又は解除されたか否かを決定するための追加のオプションを利用可能にする。これらのデータは、プローブ移送工程を調整させるのに使用することができる。更に、それらは、プローブ受け入れ工程又はプローブ配置（ｐｒｏｂｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ）工程中の故障の検出を可能にする。
【００３２】
別の好ましい態様では、レセプタクル装置は、走査プローブ顕微鏡の測定ヘッドに取り付けられる。
【００３３】
従って、走査プローブ顕微鏡の測定ヘッドは、プローブストレージからプローブを直接に受け入れ、試料に対して検査を実施し、及び／又は試料を処理し、その後にプローブをプローブストレージ内に再配置することができる。しかし、レセプタクル装置も、プローブを遠くのプローブカートリッジから走査プローブ顕微鏡の測定ヘッドの近くにあるプローブストレージ内に搬送するか又は欠陥プローブをプローブカートリッジから又はプローブストレージから別の場所、例えば、ゴミ容器まで搬送する搬送装置に取り付けることができる。更に、レセプタクル装置を有する搬送装置がプローブをエアロック（ａｉｒｌｏｃｋ）を通して走査プローブ顕微鏡の真空環境内に誘導する（ｃｈａｎｎｅｌ）ように想定することができる。
【００３４】
別の態様では、プローブは、少なくとも１つの測定先端と、少なくとも１つのカンチレバー（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）と、第１の接続及び／又は第２の接続のための少なくとも１つの固定区域とを含む。
【００３５】
好都合な効果により、プローブストレージは、プローブのための少なくとも１つの角度付きホルダを含み、角度付きホルダの少なくとも一部分は、第１の接続を形成するように具現化される。更なる態様により、プローブストレージは、プローブへの第１の接続を形成するための少なくとも２つの角度付きホルダを含む。別の態様により、２つの角度付きホルダは、ホルダの角度付き部分が互いに向けて指向するように配置される。別の態様では、２つの角度付きホルダ間の距離は、プローブの固定区域の寸法よりも小さい。好ましい態様により、２つの角度付きホルダ間の距離は、レセプタクル装置を２つの角度付きホルダ間で移動することができるようにレセプタクル装置の固定区域の寸法よりも大きい。好都合な態様では、少なくとも２つの角度付きホルダは、プローブを２つの角度付きホルダから離れる方向にレセプタクル装置によって移動することができるように配置される。
【００３６】
別の有利な態様により、少なくとも１つの角度付きホルダの角度付き部分は、少なくとも１つの永久磁石を有する。好ましくは、永久磁石は、角度付きホルダの角度付き部分の端部領域に収容される。
【００３７】
別の態様により、プローブシステムは、更に、プローブストレージが配置された試料台（ｓｐｅｃｉｍｅｎ  ｓｔａｇｅ）を有し、試料台は、試料台を少なくとも試料台平面内で変位させるように具現化された少なくとも１つの変位ユニットを含む。
【００３８】
本発明の更なる例示的実施形態により、上述の問題は、プローブシステムによって走査プローブ顕微鏡のプローブを受け入れる方法によって解決される。実施形態では、本方法は、（ａ）プローブとプローブストレージの間に第１の解除可能な接続を与える段階、（ｂ）プローブとレセプタクル装置の間に第２の解除可能な接続を与える段階、及び（ｃ）プローブストレージに対するレセプタクル装置の移動と共に第１の接続を解除する段階のシーケンスを含み、第１の接続及び／又は第２の接続は、磁力を含む。
【００３９】
更なる態様により、本方法は、上述の特許請求の範囲のいずれか１つに主張するようなプローブシステムを用いて実施される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
以下の詳細説明は、図面を参照して本発明の現時点で好ましい例示的実施形態を説明するものである。
【００４１】
【図１】プローブシステムの一部の重要な構成要素の概略図である。
【図２】２つの角度付きホルダ（ｔｗｏ  ａｎｇｌｅｄ  ｈｏｌｄｅｒｓ）によって形成されたプローブストレージレセプタクルの概略拡大図である。
【図３】両方の角度付きホルダが永久磁石を有し、電気測定システムがプローブと角度付きホルダ間の接続の形成及び解除を検出する図２のレセプタクルの再現図である。
【図４】両方の角度付きホルダが永久磁石を有し、プローブと角度付きホルダの間にプラスチックフィルムが配置された図２のレセプタクルの再現図である。
【図５】永久磁石とコイルの組合せを含有する角度付きホルダを通る概略断面図である。
【図６】３つの角度付きホルダによって形成されたレセプタクルの概略拡大図である。
【図７】１つの角度付きホルダのみを有するレセプタクルの概略拡大図である。
【図８】プローブが重力の作用下で第１の解除可能な接続を形成するレセプタクルの概略図である。
【図９】プローブが重力の作用によって保持されるレセプタクルの第２の実施形態の概略図である。
【図１０】レセプタクル装置の概略図である。
【図１１】走査プローブ顕微鏡の測定ヘッドに取り付けられたレセプタクルユニットを通る概略断面図である。
【図１２】レセプタクル装置がプローブへの解除可能な磁気接続を形成した場合の図１１の再現図である。
【図１３】測定プローブの概略図である。
【図１４】取り付けられた測定プローブを有するプローブの概略図である。
【図１５】プローブの概略平面図である。
【図１６】プローブストレージの磁束密度分布を決定するための配置の概略図である。
【図１７】プローブをプローブストレージのレセプタクルの近くに搬送する段階の概略図である。
【図１８】プローブをプローブストレージのレセプタクル内に搬送する段階の概略図である。
【図１９】プローブとプローブストレージのレセプタクルの間の第１の磁気接続の形成を示す図である。
【図２０】プローブとレセプタクル装置の間の第２の磁気接続の解除を示す図である。
【図２１】２つの磁場センサを有するレセプタクル装置の第２の実施形態の概略図である。
【図２２】２つの磁場センサを有するプローブの実施形態の概略図である。
【図２３】プローブストレージからプローブを受け入れる段階を再現する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
下記では、本発明によるプローブシステムの現時点で好ましい実施形態及び本発明による方法を走査プローブ顕微鏡に関してより詳述に説明する。特許請求の範囲に定めるプローブシステム及び特許請求の範囲に定める方法は、以下に示す例示的実施形態に限定されないことは自明である。言い換えれば、これらのシステム及び方法は、交換可能プローブを有するプローブ顕微鏡に対して一般的に使用することができる。更に、本説明の方法は、軟質磁性材料又は更なる永久磁石を有する物体の磁力によって引き起こされる無制御移動を回避するのに使用することができる。
【００４３】
図１は、プローブシステム１００又はプローブ交換システムの一部の重要な構成要素を示している。プローブシステム１００は、レセプタクル装置１１０を含む。レセプタクル装置１１０の可能な実施形態に対して図１０、図１１、及び図１２を参照して下記で説明する。更に、プローブシステム１００は、プローブストレージ１２０を含む。図１に示す例では、プローブストレージ１２０は、レセプタクル装置１１０からプローブ１７０を受け入れるための及び／又はレセプタクル装置１１０にプローブ１７０を配置するための９つの対になった角度付きホルダ１３５、１４０がその上に取り付けられた基板１２５又は底板１２５を含む。下記では、プローブ１７０のためのレセプタクル可能性をレセプタクル１５５とも記す。図１に示す例では、プローブ１７０は、軟質強磁性材料を有する。プローブ１７０の例示的実施形態に対して下記で図１４、図１６、及び図２２の関連で説明する。
【００４４】
プローブストレージ１２０の材料は、望むように選択することができる。しかし、底板１２５及び角度付きホルダ１３５、１４０の材料が硬質強磁性材料を実質的に含まないことに注意を払わなければならない。本明細書を通じて「実質的に」という表現は、従来技術の測定器具を使用する場合の誤差限度内の変動の表示を表している。
【００４５】
上記にも関わらずプローブストレージ１２０の底板１２５及び角度付きホルダ１３５、１４０が有意な分量の硬質強磁性材料を有する場合にもプローブシステム１００を使用することは可能であるが、この材料を有する結果として、その使用はより困難になる場合がある。
【００４６】
プローブストレージ１２０のプローブ１７０のためのレセプタクル１５５の形態、寸法、及び個数は、それぞれの走査プローブ顕微鏡の使用に適応させることができる。プローブストレージ１２０のレセプタクル１５５の個数は、１個のプローブ１７０から数十個のプローブ１７０の範囲を含むことができる。プローブストレージ１２０の形態は、走査プローブ顕微鏡内の条件、例えば、試料台１９０の形態及び寸法に適応させることができる。真空環境内で作動する走査プローブ顕微鏡内でプローブシステム１００を使用する場合に、プローブストレージ１２０の寸法に関して、プローブストレージ１２０を問題なくＳＰＭ内に誘導することができるということに注意を払うだけでよい。一例として、プローブストレージ１２０は、走査プローブ顕微鏡の真空環境内に搬送システム（図１に示している）を用いて自動方式で誘導することができる。
【００４７】
図１の例では、プローブストレージ１２０の底板１２５は、４つの孔の形態にある固定（ｆａｓｔｅｎｉｎｇ）オプション１６０を有する。試料台は突起又はスパイク（図１には例示していない）を有し、それを用いてプローブストレージ１２０を試料台１９０に係止することができる。他の固定オプションが可能である（図１には例示していない）。試料台１９０は、例えば、微小変位要素の形態にある１又は２以上の変位ユニットなどを用いて１つの方向に（例えばｚ方向、すなわち、試料台１９０の平面と垂直に）、２つの方向に（例えばｘ方向とｙ方向、すなわち、試料台１９０の平面内で）、又は３つの方向に動けるようにすることができる（図１には示していない）。現時点では、試料台１９０をその平面内で変位可能であるように具現化することが好ましい。
【００４８】
図１に示すプローブストレージ１２０内では、対になった角度付きホルダ１３５、１４０の各々が永久磁石１４５、１５０を有する。角度付きホルダ１３５、１４０、レセプタクル１５５、又は永久磁石１４５、１５０の配置のいずれも、図１に示す例に限定されない。図２は、プローブ１７０を保持するために、角度付きホルダ２３５が２つの永久磁石２４５及び２４７を有し、１つの永久磁石１５０が角度付きホルダ１４０に装備されたレセプタクル２５５を示している。
【００４９】
永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７は、好ましくは、円盤状の形態を有し、好ましくは、軸対称の磁束密度分布を生成する。しかし、異なる形態、例えば、矩形又は正方形の形態を有する永久磁石を使用することができる。更に、永久磁石の磁束密度分布は、プローブ１７０のアラインメントが自己調節によって簡略化されるように選択又は調節することができる。更に、軸対称ではない磁束密度分布を有する永久磁石を使用することができる。しかし、この磁束密度分布は、レセプタクル２５５に対するプローブ１７０の位置決めをより困難にする場合がある。
【００５０】
磁束密度分布の軸が円盤状永久磁石１４５，１５０、２４５、及び２４７の軸に実質的に対応する場合が好都合である。円盤状永久磁石１４５，１５０、２４５、及び２４７は、好ましくは、角度付きホルダ１３５及び１４０の角度付き部分２６０及び２６５内に設けられ、正確に言えば磁束密度分布の軸が角度付き部分２６０及び２６５の面に対して実質的に垂直であり、従って、プローブストレージ１２０の底板１２５に対しても垂直であるように設けられる。その結果、永久磁石１４５、１５０、２３５、及び２３７によって生成される力、すなわち、上述の磁力が最大にされる。レセプタクル１５５に関しては、２つの永久磁石１４５、１５０のうちの一方におけるＮ極がプローブストレージ１２０の底板１２５の方向を指向し、他方の永久磁石が、そのＳ極でこの方向を指向する場合に有利である。角度付きホルダ２３５に関しては、永久磁石２４５及び２４７の極が逆平行様式で立っていることが好都合である。この配置の結果として、永久磁石１４５、１５０、２４５、２４７の漂遊磁場（ｓｔｒａｙ  ｆｉｅｌｄ）が最小になる。
【００５１】
永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７の強度は、軟質強磁性材料とプローブ１７０の質量とを考慮して、１又は複数の永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７によって引き起こされる磁力が、プローブ１７０をプローブストレージ１２０のレセプタクル２５５内に安全に保持するように設計される。この目的に対して、例えば、１又は複数の永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７は、プローブ１７０に対して作用する磁力が重力を安全率だけ、例えば、２倍だけ超えるように設計される。その一方、永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７の磁力が不要に大きくなると、レセプタクル装置１１０によるプローブ１７０の受け入れが必要以上に困難になるので、そうならないように磁力を設計することが好都合である。
【００５２】
円盤状永久磁石１４５，１５０、２４５、及び２４７の直径は、ミリメートル以下の範囲から数ミリメートルの範囲にわたる。永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７の高さは、同じ範囲を含む。原理的に、全ての硬質強磁性材料を永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７に対する材料として使用することができる。永久磁石を生産するための従来材料の現在の例は、鉄、ホウ素、及びネオジウムの合金を含む。永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７は、角度付きホルダ１３５、１４０、２３５の角度付き部分２６０、２６５に取り付けられる。好ましくは、永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７は、垂直様式で角度付きホルダ１３５、１４０、２３５の垂直部分から可能な限り分離するように角度付き部分２６０、２６５内に嵌合（ｆｉｔｔｅｄ  ｉｎ）される。一例として、嵌合は、圧縮又は接着結合によって達成することができる。
【００５３】
図１及び図２に示す例では、プローブ１７０は、矩形形態を有する。しかし、プローブ１７０は、あらゆる形態を有することができる。角度付きホルダ１３５、１４０、２３５間の距離は、プローブ１７０の寸法に適応される。この場合に、角度付きホルダ１３５、１４０、２３５間の距離は、プローブ１７０が両方の角度付きホルダ１３５、１４０から予め決められた距離を維持するように選択され、この距離は、レセプタクル２５５からプローブ１７０を受け入れるための及びプローブストレージ１２０のレセプタクル２５５内に配分するための遊びとして機能する。プローブストレージ１２０の底板１２５と角度付きホルダ１３５、１４０、２３５の角度付き部分２６０、２６５の下面との間の空隙は、プローブ１７０の厚みに適合される。更に、角度付きホルダ１３５、１４０、２３５の高さを設計する際には、プローブ１７０の下面がプローブストレージ１２０の底板１２５に接触することなくプローブ１７０を角度付き部分２６０、２６５の下で端から端まで楽に移動することができることに注意が払われる。角度付きホルダ１３５、１４０、２３５の幅２８５は、プローブ１７０の質量に適合される（ｇｅａｒｅｄ）。
【００５４】
角度付きホルダ１３５、１４０、２３５の角度付き部分２６０、２６５の長さ２８０は、第１にプローブ１７０が角度付きホルダ１３５、１４０、２３５への確実な解除可能な接続２１５を形成することができ、第２に開口部２９０を通してレセプタクル装置１１０を予め決められた安全距離で案内することができるように寸法決めされる。
【００５５】
図２の模式図２００では、角度付きホルダ２３５及び１４０間で磁力によって引き起こされるプローブ１７０の第１の磁気接続２１５は、これらの要素間の直接の機械的接触を生成する。プローブ２７０は、典型的に金属導電性を有する。２つの角度付きホルダ２３５及び１４０が金属から形成される場合に、第１の磁気接続２１５の存在又は形成は、電気測定システムによって決定することができる。
【００５６】
上述の電気測定は、図３の模式図３００に示している。図３は、図２に示すホルダ２５５を再度示しており、角度付きホルダ１３５が１つの永久磁石１４５を含有するだけであるという相違点を有する。角度付きホルダ１４０は、プローブストレージ１２０の底板１２５（図３には例示していない）から電気絶縁層３７０によって絶縁される。底板１２５が、単に非常に低い導電率を有する材料から構成される場合に、電気絶縁層３７０を省くことができる。図３の例では、電気測定システム３８０は、電源３８５と、それと並列に接続された抵抗測定器具３９０とを含む。一例として、電気測定システム３８０は、デジタルマルチメーターの形態に具現化することができる。給電ライン３７５は、角度付きホルダ１３５、１４０を電気測定システム３８０に接続する。図３の例では金属接触の形成又は解除を有する磁気接続２１５の形成又は解除が行われる時に、電気測定システム３８０の抵抗測定器具３９０の表示の変化がある。本出願では、磁気接続の形成は、機械的抵抗が、永久磁石へのプローブの更なる接近又は軟質強磁性材料への永久磁石の更なる接近を阻止することを意味する。すなわち、磁気接続は、機械的な力が磁束密度分布によるプローブの移動を阻止する場合に存在する。
【００５７】
図４の模式図４００は、磁気接続の形成が、プローブ１７０と角度付きホルダ１３５及び１４０の角度付き部分２６０及び２６５との間の直接機械的接触を必要としないことを図解している。角度付き部分２６０、２６５の下面にはプラスチックフィルム４８０、好ましくは、ポリイミドフィルムが取り付けられる。一例として、プラスチックフィルム４８０は、角度付き部分２６０、２６５に接着結合によって固定することができる。プラスチックフィルム４８０は、解除可能な磁気接続４１５の形成及び解除を抑制する。好ましくは、プラスチックフィルムの厚みは、１マイクロメートルから数百マイクロメートルの範囲にある。永久磁石１４５及び１５０を設計する時にプラスチックフィルム４８０及びその厚みを考慮することが好都合である。この例では、解除可能な磁気接続４１５は、角度付きホルダ１３５、１４０の角度付き部分２６０、２６５の下面からプラスチックフィルム４８０を貫通してプローブ１７０まで延びる。
【００５８】
図４に示す例では、プラスチックフィルム４８０は、角度付き部分２６０、２６５の下面に実質的にその全区域にわたって取り付けられる。プラスチックフィルム４８０は、角度付き部分２６０、２６５の下面の一部分にのみ適用することができる。この部分適用は、特に、プローブ１７０と角度付きホルダ１３５及び１４０の間の電気接触（図４には例示していない）を確立するために開放状態のままに留まる角度付き部分２６０、２６５の下面の部分を必要とする場合に好都合である。一例として、電気接続は、接触バネを用いて与えることができる。一般的に、接触バネは、角度付きホルダ１３５及び１４０の各々に取り付けられる。しかし、接触バネは、プローブ１７０に取り付けることも可能である。
【００５９】
図５の模式図５００は、永久磁石５４５と電気コイル５５０の組合せを含有する角度付き部分２６０を有する角度付きホルダ５３５を通る断面を表している。永久磁石５４５は、永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７のうちの１つとすることができる。電気コイル５５０は、永久磁石５４５の上方に配置される。コイル５５０の軸と永久磁石５４５の軸が正確に重なる図５に示す構成は、コイル５５０を通る電流を変化させることによる永久磁石５４５の磁束密度分布への最大限可能な影響を可能にすることで好ましい。図５では、コイル５５０に対する給電ラインが隠れている。
【００６０】
プローブ１７０に対して作用する磁力は、コイル５５０を通る電流の方向によって増加又は低減させることができる。コイル５５０の磁束密度分布との組合せで、永久磁石５４５の磁力は、角度付きホルダ５３５とプローブ１７０の間に第１の解除可能な磁気接続２１５を生成する。原理的には、コイル５５０及び永久磁石５４５の順番を逆転させることができる。その結果、コイル５５０と永久磁石５４５の組合せから生成される磁束密度分布に対するコイル５５０の影響効果、従って、第１の解除可能な磁気接続２１５に対して作用する磁力を最大にすることができる。しかし、この場合に、永久磁石５４５が自力でプローブ１７０を保持しなければならない時に、永久磁石５４５と第１の磁気接続２１５の間の大きい距離を補償するために大きく強い永久磁石５４５を用いなければならない。
【００６１】
図５は、プローブ１７０との第２の解除可能な磁気接続５６５を形成しているレセプタクル装置１１０の一部を示している。第１の磁気接続２１５の解除を容易にするために、永久磁石５４５とコイル５５０の組合せによって生成される磁力がコイル５５０を用いて定められた方式で低減されることを好都合とすることができる。その結果、第１の磁気接続は、殆ど力を費やさずに解除することができる。
【００６２】
図１から図４では、互いに向けて指向する角度付き部分２６０及び２６５を有する２つの角度付きホルダ１３５、１４０、及び２３５が、各々プローブ１７０に対するホルダ１５５及び２５５を形成している。図６は、３つの角度付きホルダ１３５、１４０、及び６３７がレセプタクル６５５を形成するプローブストレージ１２０の実施形態を示している。レセプタクル６５５は、磁力をプローブ１７０の面にわたってより均一に分布させる。更に、レセプタクル６５５は、プローブ１７０に対する止め具の実現を可能にする（図５には例示していない）。第２に、レセプタクル６５５は、レセプタクル１５５及び２５５と比較してレセプタクル６５５に対するプローブ１７０の移動を制限する。
【００６３】
図７の模式図７００は、１つの角度付きホルダ２３５のみを有するプローブストレージ１２０のレセプタクル７５５を表している。図７の例では、角度付きホルダ２３５の角度付き部分２６０は、２つの永久磁石２４５及び２４７を有する。しかし、角度付きホルダ２３５は、１つの永久磁石１４５だけを有するように、又は２よりも多い永久磁石を有するように具現化することができる。レセプタクル７５５は、プローブストレージ１２０を生産する際の費用を最小にする。同時に、レセプタクル７５５は、角度付きホルダ２３５に対するプローブ１７０の移動オプションを最適化する。その一方、レセプタクル７５５におけるプローブ１７０のホルダの安定性は、レセプタクル１５５、２５５、及び５５５と比較して低下する。
【００６４】
図１から図４、図６、及び図７に示すプローブ１７０のためのレセプタクル１５５、２５５、６５５、及び７５５に加えて、プローブストレージ１２０のための多数の更なるレセプタクルが生成可能である。特に、角度付きホルダ１３５、１４０、２３５の形態、並びに永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７の個数を変化させることができる。下記では、プローブストレージ１２０のレセプタクルが、磁力を含まずにプローブに対する解除可能な接続を形成する２つの例示的実施形態を示している。
【００６５】
図８の模式図８００は、プローブストレージ１２０の底板１２５の下面（図８には例示していない）に取り付けられた２つの角度付きホルダ８３５、８４０を有するレセプタクル８５５を示している。プローブ８７０は、２つの角度付き部分８６０、８６５上に載っている。重力は、角度付きホルダ８３５及び８４０とプローブ８７０の間に解除可能な接続８１５を確立する。プローブ８７０を交換するために、レセプタクル装置１１０は、図８の例では下からプローブ８７０に接近する（図８には示していない）。
【００６６】
図９に再現している模式図９００では、角度付きホルダ９３５、９４０は、図１から図７の場合と同じくプローブストレージ１２０の底板１２５の上面に取り付けられる。２つの角度付きホルダ９３５及び９４０の高さは、プローブ８７０のレセプタクル装置１１０が、プローブストレージ１２０の底板１２５（図８には例示していない）又はプローブ８７０に接触することなく下から接近することができる程大きいように選択される。重力によって保持された状態で、プローブ８７０は、ホルダ９５５の角度付き部分８６０、８６５の上に載る。図８の場合のように、角度付きホルダ９３５、９４０とプローブ８７０の間の解除可能な接続８１５は、磁力の作用なく形成される。
【００６７】
図８及び図９で例示した例示的実施形態の解除可能な接続８１５を検出するために、図３で記述した電気測定システムを使用することができる。更に、プローブ８７０とレセプタクル８５５、９５５の角度付き部分８６０、８６５との間には、図４に関して記述したプラスチックフィルム４８０を配置することができる。更に、図８及び図９で記述した修正により、図６で提示したレセプタクル６５５も同じく磁力の作用なくプローブ８７０への解除可能な接続を形成することができる。図８及び図９で解説した構成に則してプローブストレージ１２０を搬送するために、プローブ８７０を滑脱に対して固定することが好都合である。一例として、これは、機械的クランピングによって達成することができる（図８及び図９には例示していない）。
【００６８】
図１０の模式図１０００は、レセプタクル装置１１０の例示的実施形態を示している。図１０の上側部分は、下から見た図を表しており、下側部分は、線１０５０に沿ってレセプタクル装置１１０を通る断面を示している。図１０で図解する例では、レセプタクル装置１１０は、矩形断面１０６０を有するリング１０１０の形態を有する。リング１０１０内には４つの永久磁石１０４５が等距離間隔で挿入される。永久磁石１０４５は円盤の形態を有し、その磁束密度分布の軸は、円盤平面に対して実質的に垂直である。永久磁石１０４５は、レセプタクル装置１１０のリング１０１０内に圧縮又は接着結合によって固定することができる。漂遊磁場を最小にするためには、永久磁石１０４５のＮ極（ｎｏｒｔｈ  ｐｏｌｅｓ）とＳ極（ｓｏｕｔｈ  ｐｏｌｅｓ）のアラインメントがリング１０１０に沿って交替する場合が好都合である。
【００６９】
図１０の下側部分に図解しているように、永久磁石１０４５の下面がレセプタクル装置のリング１０１０の下面に対して実質的に平面方式で位置合わせする場合が好都合である。その結果、永久磁石１０４５は、プローブ１７０に対して最大の磁力を生成し、一方、同時にレセプタクル装置１１０のリング１０１０によってプローブ１７０を可能な最良の範囲まで案内する。レセプタクル装置１１０内の永久磁石１０４５の個数は４に限定されない。レセプタクル装置１１０を用いたプローブ１７０の良好な案内の目的では少なくとも２つの永久磁石１０４５を用いなければならない。レセプタクル装置１１０を生産するための費用及びコストは、永久磁石の個数の増加と共に増加する。一方、リング１０１０の区域にわたる磁力のより均一な分布は、より多くの個数の永久磁石１０４５によって得られる。
【００７０】
図１０の例示的実施形態では、レセプタクル装置１１０は、リング１０１０の形態を有する。しかし、レセプタクル装置の形態は、図１０に示すリング形態１０１０に限定されない。言い換えれば、レセプタクル装置１１０は、円盤又は例えば矩形の形態（図１０には例示していない）を有することができる。
【００７１】
永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７に対する要件と第１の磁気接続２１５、４１５を形成するための様々な修正との両方を図１から図５までの関連で詳細に記述した。上述した実施形態も、同じくレセプタクル装置１１０を生成するのに使用することができる。
【００７２】
図１１の模式図１１００は、図１０に示すリング形態１０１０を有して走査プローブ顕微鏡の測定ヘッド１１２０に取り付けられたレセプタクル装置１１０を通る断面を示している。一例として、測定ヘッド１１２０とレセプタクル装置１１０の間の接続は、ネジ留め又は接着結合によって確立することができる。レセプタクル装置１１０をＳＰＭの測定ヘッド１１２０に取り付けることにより、レセプタクル装置１１０は、測定ヘッド１１２０の移動オプションを達成する。一般的に、ＳＰＭの測定ヘッド１１２０は、試料台１９０の平面内（低速及び高速の走査方向、又はｘｙ平面内）で及び試料台１９０の平面に対して垂直に、すなわち、ｚ方向に移動することができる。
【００７３】
図１１に示す例では、ＳＰＭの測定ヘッド１１２０とレセプタクル装置１１０とは垂直方向に正確に重なる。これは必要ではない。保証されることが必要なのは、レセプタクル装置１１０と潜在的に測定ヘッド１１２０の下側部分とが、間隔２９０を有する角度付きホルダ１３５、１４０、２３５の間に適合することだけである。
【００７４】
レセプタクル装置１１０は、必ずしもＳＰＭの測定ヘッド１１２０に取り付ける必要はない。一例として、レセプタクル装置１１０は、プローブ１７０に対する搬送装置（図１１には例示していない）に固定することができる。
【００７５】
図１２の模式図１２００は、レセプタクル装置１１０が磁気接続５６５を用いてプローブ１７０を係止する場合の図１１の測定ヘッド１１２０とレセプタクル装置１１０の組合せを図解している。上述のように、プローブ１７０は、永久磁石１０４５によって生成される磁力がプローブ１７０をレセプタクル装置１１０に対して保持するように軟質強磁性材料を有する。すなわち、プローブ１７０は、永久磁石１０４５の磁力によってレセプタクル装置１１０と解除可能な磁気接続５６５を形成する。
【００７６】
図１３の模式図１３００は、測定プローブ１３５０のｘｙ平面内及びｙｚ平面内の断面を提示している。測定プローブ１３５０は、試料又はその面を検査するのに使用する先端１３３０を含む。先端１３３０は、当業技術の慣例に従って下記ではカンチレバー１３２０とも記すバーに固定される。カンチレバー１３２０は、図１３に示す例ではＶ字形実施形態を有する。しかし、カンチレバー１３２０は、単一バーの形態（図１３には例示していない）に具現化することができる。カンチレバー１３２０と測定プローブ１３５０の基板１３１０とは、一般的に一体的な実施形態を有する。同じくカンチレバー１３２０と先端１３３０は、一片の材料、例えば、シリコンのような半導体又はシリコン窒化物のような化合物半導体から形成することができる。別の例示的実施形態では、先端１３３０は、異なる材料、例えば、カーボン製ナノチューブで生産することができ、かつカンチレバー１３２０に固定することができる（図１３には例示していない）。更に、カンチレバー１３２０又は基板１３１０と先端１３３０の間の高さ距離が増大するように、又は先端のみが最小高さ、すなわち、測定プローブ１３５０のｚ方向の最小値を有するように、測定プローブ１３５０は、図１４に示すようにカンチレバー１３２０が実質的に水平に保持される静止位置からｚ方向の反対方向に折り曲げることができる。カンチレバー１３２０は、測定プローブ１３５０の作動中に振動させることができる。カンチレバー１３２０のこの偏向は、例えば、レーザシステム及び四象限フォトダイオードを用いて測定することができ、それは、この作動方法における測定プローブ１３５０の測定信号を形成する（図１３には例示していない）。試料面の１次元輪郭又は２次元輪郭を決定するために、測定プローブ１３５０の先端１３３０は、試料にわたって走査することができる。
【００７７】
図１４の模式図１４００は、プローブ１４７０内への測定プローブ１３５０の統合を示している。主な構成部分として、プローブ１４７０は、測定プローブ１３５０と、矩形断面を有するリング１４１０とを有する。図１４の上側部分は、下から見たプローブ１４７０の図を表しており、図１４の下側部分は、線１４５０に沿ってリング１４１０を通る断面を示している。図１４の例では、リング１４１０は、実質的に軟質の強磁性材料を含む。パーマロイ（ニッケルと鉄の合金）は、軟質強磁性材料の例である。プローブ１４７０のリング１４２０の上面は、レセプタクル装置１１０及びプローブストレージ１２０のレセプタクル１５５、２５５、６５５、７５５、８５５、９５５へのプローブ１４７０の固定区域１４２０である。
【００７８】
測定プローブ１３５０は、プローブ１４７０のリング１４１０の図１４には例示していない凹部内に固定される。一例として、これは、ネジ留め、接着結合、圧縮、又は半田付けによって達成することができる。リング１４１０内の凹部の結果として、プローブ１４７０が下面１４６０上に置かれた時に、測定プローブ１３５０の静止位置で測定プローブ１３５０の先端がプローブ１４７０の最低点を形成しないことを確実にすることができる。一方、測定プローブ１３５０が凹部なしでリング１４１０に取り付けられた場合に、プローブ１４７０の作動距離、すなわち、先端１３３０とリング１４１０の下面１４６０との間の高低差は最大である。しかし、この配置の代償は、このプローブ実施形態における取り扱いを最大の注意を払って実施しなければならないことである。
【００７９】
図１４に示す例では、測定プローブ１３５０の先端１３３０は、リング１４１０の内部の中を指向する。この実施形態の利点は、プローブ１４７０が搬送される時に測定プローブ１３５０が保護されることである。更に、プローブ１４７０の内側材料不在領域は、走査プローブ顕微鏡の測定ヘッド１１２０の内側領域も同じく材料がない場合にプローブ１４７０の作動中にカンチレバー１３２０の偏向を検出するための測定システムを設置するのに使用することができる。しかし、測定プローブ１３５０は、その先端１３３０が外側を向くようにリング１４１０に固定することができる。この場合に、プローブ１４７０をプローブストレージ１２０から取り出す時及びプローブストレージ１２０内に配置する時により細かい注意を必要とする。更に、個々に又は組合せで作動させることができる２又は３以上の測定プローブ１３５０をプローブ１４７０のリング１４１０に取り付けることができる。
【００８０】
図１４の例示的プローブ１４７０では、軟質磁性材料、従って、固定区域１４２０はリング形状１４１０を有する。しかし、固定区域１４２０は、プローブ１４７０が、レセプタクル装置１１０との第２の解除可能な磁気接続５６５を形成し、プローブストレージ１２０のレセプタクルとの第１の解除可能な接続２１５、４１５、又は８１５を形成する限り、いかなる設計も有することができる。これに加えて、プローブストレージ１２０のレセプタクル１５５、２５５、６５５、７５５、８５５、９５５に関して上記で解説した幾何学的制約が適用される。
【００８１】
図１５の模式図１５００は、軟質強磁性材料の好ましい実施形態を表すプローブ１５７０の平面図を示している。図１４とは異なり、軟質強磁性材料がリング１５１０全体を形成しない。リング１５１０は、実質的に全く強磁性材料を持たない。言い換えれば、図１０のレセプタクル１１０の永久磁石１０４５の位置に対応する軟質強磁性材料製のインサート１５９０がリング１５１０内に嵌め込まれている。軟質強磁性材料１５８０製のインサートの空間的な向きは、図１の角度付きホルダ１３５、１４０の永久磁石１４５及び１５０の位置に対応する。軟質強磁性材料をインサート１５８０及び１５９０に集中させることにより、図１０のレセプタクル装置１１０及び図１のプローブストレージ１２０のレセプタクル１５５に対するプローブ１５７０のアラインメントが改善する（自己アラインメント）。インサート１５８０と１５９０を互いに対して回転させることにより（図１５には例示しておらず、図２１及び図２２を参照されたい）、自己アラインメントの効果を更に改善することができる。
【００８２】
これまでに記述した例示的実施形態では、レセプタクル装置１１０は、少なくとも１つの永久磁石１０４５を有し、プローブ１７０、１４７０、１５７０は、軟質強磁性材料を有し、プローブストレージ１２０のレセプタクルは、１又は２以上の永久磁石を有することができる。プローブが少なくとも１つの永久磁石を有し、レセプタクル装置が軟質強磁性材料を含み、プローブストレージのレセプタクルも同じく軟質強磁性材料を含むことができるようにセンサシステム１００を具現化することができる。
【００８３】
図１６の構成１６００は、ホルダ１５５、２５５、５５５、６５５によって生成される磁束密度分布を３次元測定することを可能にするためのシステムを例示的に図解している。図１０と同様に、レセプタクル装置１１０は、ＳＰＭの測定ヘッド１１２０に固定される。レセプタクル装置１１０は、その自由端に磁束密度分布を測定するための測定装置１６１０を担持する。測定装置１６１０は円盤１６２０を含む。少なくともレセプタクル装置１１０の縁部まで遠くに延びる円盤１６２０の内側領域１６２５は、レセプタクル装置１１０の永久磁石１０４５によって生成される磁束密度分布を実質的に遮断する軟質強磁性材料を有する。レセプタクル装置１１０を超えて延びる円盤１６２０の外側非強磁性端部１６５０において、例えば、ホールプローブの形態にあるそれぞれ１つの磁場センサ１６３０が測定装置１６１０に取り付けられる。測定装置１６１０をホルダ１５５の間を通して案内することができるように、円盤１６２０の厚みがプローブ１７０、１４７０、１５７０よりも厚くない場合が好都合である。
【００８４】
測定装置１６１０を、プローブストレージ１２０にわたって様々な高さにおいて案内又は走査することができる。これを用いて、プローブストレージ１２０の磁束密度の３次元分布を発生させることができる。図１６に示す測定装置１６１０の円盤１６２０の横寸法１６９０がプローブ１７０、１４７０、１５７０のものよりも大きくない場合に、永久磁石１４５、１５０、２４５、及び２４７の磁束密度は、これらの永久磁石がプローブ１７０、１４７０、１５７０との第１の磁気接続２１５、４１５を形成する領域内で決定することができる。測定された磁束密度分布は、プローブストレージ１２０内への配置に向けてプローブ１７０、１４７０、１５７０を位置合わせするのに使用することができる。磁束密度分布をサンプリングするために、測定ヘッド１１２０の移動オプションを用いて測定装置１６１０をプローブストレージ１２０にわたって案内することができ、又は試料台１９０が、プローブストレージ１２０を測定装置１６１０の下で案内することができる。更に、例えば、ｘｙ平面内の試料台１９０の移動と、例えば、ｚ方向の測定装置１６１０の移動との組合せ移動が可能である。
【００８５】
以下の図は、プローブストレージ１２０のレセプタクル１５５内にプローブ１７０、１４７０、１５７０を配置する工程を例示的に図解している。図１７の模式図１７００は、図１に記載のプローブストレージ１２０と、そのレセプタクル１５５のうちの１つの中に配置されるプローブ１７０、１４７０、１５７０とを示している。組合せ１７１０は、レセプタクル装置１１０がその上に取り付けられたＳＰＭの測定ヘッド１１２０又はその下端を象徴している。プローブ１７０、１４７０、１５７０は、組合せ１７１０のレセプタクル装置１１０との磁気接続（第２の磁気接続５６５）を有し、その結果、プローブ１７０、１４７０、１５７０は、組合せ１７１０のレセプタクル装置１１０によって保持される。初期位置１７２０において、プローブ１７０、１４７０、１５７０は、試料（図１７には例示していない）を検査することができる。第１の段階で、プローブ１７０、１４７０、１５７０と検査される試料（図１７には例示していない）の面との間に距離が生じるように、組合せ１７１０の測定ヘッド１１２０がｚ方向に移動する。
【００８６】
段階Ａにおいて、試料台をｙ方向に変位させるか、又は組合せ１７１０の測定ヘッド１１２０を負のｙ軸の方向に移動するかのいずれかにより、プローブ１７０、１４７０、１５７０は、プローブストレージ１２０に沿ってｙ方向に移動される。段階Ｂにおいて、プローブ１７０、１４７０、１５７０は、プローブ１７０、１４７０、１５７０がｘ方向に関してプローブストレージ１２０のレセプタクル１５５のうちの１つに位置合わせされるまでｘ方向に変位される。段階Ｃにおいて、プローブ１７０、１４７０、１５７０は、プローブ１７０がプローブストレージ１２０の底板１２５に接触しないが、同時に角度付きホルダ１３５、１４０の角度付き部分２６０、２６５の下に適合するように引き下げられる。段階Ｄにおいて、プローブ１７０、１４７０、１５７０は、レセプタクル１５５に対して位置合わせされ、そこではプローブ１７０、１４７０、１５７０は、ｙ方向の変位によって配置されるべきである。図１７の例では、これは、プローブストレージ１２０の左行（ｒｏｗ）にある中間のレセプタクル１５５である。
【００８７】
図１８の模式図１８００は、段階Ｄを実施した後の角度付きホルダ１３５、１４０に対するプローブ１７０、１４７０、１５７０の位置を図解している。次いで、プローブ１７０、１４７０、１５７０をプローブ１７０、１４７０、１５７０が角度付きホルダ１３５、１４０の角度付き部分２６０、２６５の永久磁石１４５、１５０との第１の磁気接続２１５、４１５を形成するまで持ち上げる段階Ｅが実施される。（これに代えて、プローブは、レセプタクル８５５、９５５との第１の機械接続８１５を形成することができる（図８及び図９を参照されたい）。）段階Ｅを実施した後のプローブ１７０、１４７０、１５７０の位置を図１９の模式図１９００に例示している。第１の磁気接続２１５、４１５の存在は、図３で記述した電気測定システム３８０を用いて検出することができる。プローブ１７０、１４７０、１５７０と永久磁石１４５、１５０又はレセプタクル８５５、９５５との間に第１の磁気接続２１５、４１５又は機械接続８１５を形成する工程中に、プローブ１７０は、第１の磁気接続２１５、４１５又は機械接続８１５を形成する間にプローブ１７０、１４７０、１５７０がいかなる無制御移動も行うことができないように定められた方式で第２の磁気接続５６５によって案内される。
【００８８】
最後に、プローブ１７０と組合せ１７１０のレセプタクル装置１１０との間の第２の磁気接続５６５は、組合せ１７１０の更なるｚ方向持ち上げによって解除される（段階Ｆ）。図２０の模式図２０００は、段階Ｆを実施した後にプローブストレージ１２０内のレセプタクル１５５内に配置されたプローブ１７０、１４７０、１５７０を示している（図８及び図９に示す例示的実施形態では、磁気接続５６５は、レセプタクル装置１１０を下向き方向、すなわち、負のｚ方向に変位させることによって解除される）。第２の磁気接続５６５の解除中に、第１の磁気接続２１５、４１５又は機械接続８１５が、プローブ１７０、１４７０、１５７０をその位置に保ち、それによって解除工程中のプローブ１７０、１４７０、１５７０の無制御移動を防止する。
【００８９】
図３に示す電気コイル５５０と永久磁石５４５の組合せによる直列接続が永久磁石１０４５の代わりにレセプタクル装置１１０内に設けられる場合に、第２の磁気接続５６５の解除工程は、レセプタクル装置１１０に対して作用する磁力の定められた低減によって支援することができる。その結果、プローブストレージ１２０のレセプタクル１５５内にプローブ１７０、１４７０、１５７０を配置する時に粒子は生成されない。
【００９０】
プローブストレージ１２０のレセプタクル１５５からプローブ１７０、１４７０、１５７０を受け入れる段階は、段階Ａから段階Ｆまでのシーケンスを逆シーケンス（図１７から図２０までには例示していない）で実行することによって達成される。
【００９１】
プローブ１７０、１４７０、１５７０とプローブストレージ１２０のレセプタクル１５５との間の相対移動（段階Ａから段階Ｅまで）又はプローブ１７０、１４７０、１５７０と組合せ１７１０のレセプタクル装置１１０との間の相対移動（段階Ｇ）は、プローブストレージ１２０がその上に配置された試料台１９０を変位させることによって達成することができる。これらの相対移動は、組合せ１７１０の測定ヘッド１１２０によって実施することができる。試料台１９０が、プローブストレージ１２０を変位させることによって上述のｘｙ平面内移動を実施し、ＳＰＭの測定ヘッド１１２０が、レセプタクル装置１１０のｚ方向の相対移動を実施する場合が現時点では好ましい。
【００９２】
段階Ａから段階Ｆの移動を実施する段階は、カメラによってモニタすることができる。更に、プローブ１７０、１４７０、１５７０に対して組合せ１７１０のレセプタクル装置１１０を位置合わせするために、又はプローブストレージ１２０のレセプタクル１５５に対してプローブ１７０、１４７０、１５７０を位置合わせするために（図１７から図２０には例示していない）、プローブストレージ１２０の角度付きホルダ１３５、１４０上及び／又は底板１２５上のマーク付けを使用することができる。これに加えて又はこれに代えて、プローブストレージ１２０のレセプタクル１５５、プローブ１７０、１４７０、１５７０、及びレセプタクル装置１１０という３つの構成要素を互いに対して位置合わせするために、四象限（ｆｏｕｒ−ｑｕａｄｒａｎｔ）フォトダイオードを垂直レーザビームとの組合せで使用することができる。更に、この目的に対して、位置を決定するための更なる光学系、例えば、フォトダイオードベースのシステム、又は例えば容量性位置検出器のような電気システムを使用することができる。これに加えて又はこれに代えて、プローブ１７０をｘ方向に配置するために機械センサ及び／又は光センサを使用することができる。レセプタクルがプローブ１７０、１４７０、１５７０を有するか否か、又はそれが空であるか否かを決定するために、カメラ又は電気測定システム３８０を使用することができる。
【００９３】
本出願で説明するセンサシステム１００の実質的な利点は、レセプタクル装置１１０及びプローブストレージ１２０のレセプタクル１５５、２５５、６５５、７５５によって生成される磁束密度分布を使用して、レセプタクル装置１１０をプローブ１７０、１４７０、１５７０に対して位置合わせし、かつプローブ１７０、１４７０、１５７０をレセプタクル１５５、２５５、６５５、７５５に対して位置合わせすることができるということである。レセプタクル１５５、２５５、６５５、７５５が発生させる３次元磁束密度分布の測定に関しては、図１６の関連で上述している。図２１の模式図２１００は、図１５の例に対して４５°（４５度）だけ回転された４つの永久磁石１０４５を有する例示的レセプタクル装置２１１０を下から示している。断面線２１５０に沿うリング２１１５の外側端部には、例えば、ホールセンサの形態にある２つの磁場センサ２１３０が取り付けられる。磁場センサ２１３０をレセプタクル装置２１１０のリング２１１５内のプローブ１７０、１４７０、１５７０の静止が妨害を受けないようにリング２１１５に入れるのが好都合である。
【００９４】
プローブストレージ１２０のレセプタクル１５５からプローブ１７０、１４７０、１５７０を受け入れる目的で、レセプタクル装置２１１０は、角度付きホルダ１３５、１４０に上方から接近する。レセプタクル装置２１１０の磁場センサ２１３０は、角度付きホルダ１３５、１４０内の永久磁石１４５、１５０が発生させる磁束密度分布を検出する。センサ１６３０によって検出された永久磁石１４５、１５０の不均一磁束密度分布の変化は、レセプタクル１５５内に配置されたプローブ１７０、１４７０、１５７０に対してレセプタクル装置２１１０を位置合わせするのに使用することができる。一実施形態では、これは、センサ２１３０によって決定された磁束密度を磁場センサ１６３０を用いて測定されたそれぞれの場所における磁束密度と比較することによって実施される。
【００９５】
図２２の模式図２２００は、レセプタクル装置２１１０に装着され、線２２５０に沿って２つの磁場センサ２２３０を有するプローブ２２７０を図解している。このプローブ２２７０に関する詳細に関しては図１５の解説の範囲で記述した。ここでもまた、磁場センサ２２３０は、ホールセンサとして具現化することができる。レセプタクル装置２１１０上へのプローブ２２７０の着座の障害を防止するために、２つのセンサ２２３０をリング２２１０の凹部（図２２には例示していない）に入れるのが有利である。
【００９６】
プローブ２２７０をプローブストレージ１２０のレセプタクル１５５内に配置する時に、磁場センサ２２３０は、角度付きホルダ１３５、１４０へのプローブ２２７０の接近を決定することができる。この場合に、センサ２２３０は、プローブ２２７０のｙ方向とｚ方向との両方の移動を検出することができる。磁場センサ２２３０が発生させた測定信号は、それ単独で又は上述した測定システムのうちの１又は２以上との組合せでレセプタクル１５５に対するプローブ２２７０のアラインメントを決定するのに使用することができる。
【００９７】
最後に、図２３はプローブストレージからプローブを受け入れる方法の実施形態の流れ図２３００を再現している。本方法は、２３１０で始まる。最初の段階２３２０において、プローブは、プローブストレージのレセプタクルとの第１の解除可能な接続を形成する。第１の解除可能な接続は、プローブ１７０、１４７０、１５７０、２２７０と角度付きホルダ１３５、１４０との間の第１の磁気接続２１５、４１５の形態で形成することができ、又はそれは、プローブ８７０によって機械接続８１５の形態で形成することができる。段階２３３０において、レセプタクル装置１１０、２１１０は、プローブ１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０に対して位置合わせされる。段階２３４０において、プローブ１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０とレセプタクル装置１１０、２３４０との間の相対移動を実施することにより、プローブ１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０とレセプタクル装置１１０、２１１０との間に第２の磁気接続５６５が形成される。最後の段階２３５０において、プローブ１７０、８７０、１４７０、１５７０、２２７０とプローブストレージ１２０のレセプタクル１５５との間の相対移動により、第１の磁気接続２１５、４１５又は機械接続８１５が解除される。本方法は、段階２３６０で終了する。
【符号の説明】
【００９８】
１３５、１４０  角度付きホルダ
１４５、１５０  永久磁石
１５５  レセプタクル
２１５  第１の解除可能な磁気接続
５６５  第２の解除可能な磁気接続
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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