JP2000121713A - Low temperature specimen position control equipment - Google Patents

Low temperature specimen position control equipment

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JP2000121713A
JP2000121713A JP10303402A JP30340298A JP2000121713A JP 2000121713 A JP2000121713 A JP 2000121713A JP 10303402 A JP10303402 A JP 10303402A JP 30340298 A JP30340298 A JP 30340298A JP 2000121713 A JP2000121713 A JP 2000121713A
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sensor
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cooling
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佳明 鈴木
Yasuharu Kamioka
泰晴 上岡
Narikazu Odawara
成計 小田原
Kazuo Kayane
一夫 茅根
Satoru Nakayama
哲 中山
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Seiko Instruments Inc
Taiyo Toyo Sanso Co Ltd
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Seiko Instruments Inc
Taiyo Toyo Sanso Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent deterioration of position precision due to vibration, when a specimen is measured or observed at a low temperature by using a sensor like an SQUID. SOLUTION: This control equipment is provided with a specimen stand 29 holding a specimen, a sensor stand 61 which faces the specimen of the specimen stand 29 and hold a sensor, a cooling head 35 for a specimen which cools the specimen at a low temperature, a cooling head 59 for a sensor for cooling the sensor, a specimen side thermal shield cabinet 27 for thermally shielding the specimen stand 29 and the cooling head 35 for a specimen, a sensor side thermal shield cabinet 57 for thermally shielding the sensor stand 61 and the cooling head 59 for a sensor, and a position control means 19 for position- controlling the specimen stand 29 in the three-dimensional direction. The cooling head 35 for a specimen and the specimen stand 29 are separately arranged in the specimen side thermal shield cabinet 27. The cooling head 35 for a specimen is coupled with the specimen stand 29 by using thermal conduction part member 41 having flexibility.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は各種半導体素子や
半導体材料、あるいは超電導材料、そのほか金属材料や
無機材料など、各種の素子や材料からなる試料につい
て、数K程度に至る極低温においてSQUIDなどのセ
ンサにより計測や観察を行なうにあたって、センサに対
する試料の位置をミクロン単位の微小精度で3次元方向
に制御するための装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sample made of various elements and materials, such as various semiconductor elements and semiconductor materials, a superconducting material, a metal material and an inorganic material, at a cryogenic temperature of about several K, such as a SQUID. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for controlling the position of a sample with respect to a sensor in a three-dimensional direction with a minute precision of a micron unit when performing measurement and observation with a sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近に至り、SQUID(超伝導量子干
渉計)と称される高感度磁束計が実用化され、各種素子
や材料についてSQUIDを用いた計測を行なうことが
多くなっているが、SQUIDは超伝導を利用している
ため液体ヘリウム温度程度(数K程度)の極低温に冷却
しておく必要があり、また相手方の試料についても、極
低温あるいはそれに近い低温に保持する必要がある場合
が多い。またSQUIDのほか、トンネル顕微鏡によっ
て試料の観察を行なう場合にも、トンネル顕微鏡を極低
温に冷却保持する場合があり、また相手方の試料も極低
温やそれに近い低温に保持する必要がある場合が多い。
2. Description of the Related Art Recently, a high-sensitivity magnetometer called a SQUID (superconducting quantum interferometer) has been put into practical use, and measurement using SQUIDs for various elements and materials has been increasing. Since SQUID uses superconductivity, it needs to be cooled to a very low temperature of about liquid helium temperature (about several K), and the other party's sample needs to be kept at a very low temperature or a temperature close to it. Often. In addition to the SQUID, when a sample is observed with a tunnel microscope, the tunnel microscope may be kept at a very low temperature, and the counterpart sample may need to be kept at a very low temperature or a low temperature close thereto. .

【0003】ところでSQUIDなどによる極低温での
計測や観察が普及するに従って、SQUIDやトンネル
顕微鏡などのセンサに対して試料をミクロンオーダーの
高精度で3次元方向へ微小移動させて位置制御する必要
性が高まっており、特にスキャンしながら計測や観察を
行なう場合には、高精度の位置制御が求められている。
しかしながら従来は、センサや試料を極低温に冷却保持
しながら、ミクロン単位の高精度で3次元方向へ微小位
置制御する装置は未だ実用化されていなかったのが実情
である。
With the spread of measurement and observation at extremely low temperatures using SQUIDs and the like, it is necessary to control the position of a sample such as a SQUID or a tunnel microscope by minutely moving the sample in a three-dimensional direction with high precision on the order of microns. In particular, when performing measurement or observation while scanning, high-precision position control is required.
However, conventionally, a device for controlling a micro-position in a three-dimensional direction with high accuracy in units of microns while cooling and holding a sensor or a sample at an extremely low temperature has not been put to practical use yet.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】センサや試料を極低温
に保持しながらセンサに対する試料の位置をミクロンオ
ーダーの高精度で3次元方向へ位置制御する装置を開発
するべく、本発明者等は鋭意実験・検討を行なったが、
その過程で次のような問題があることが判明した。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors diligently develop a device for controlling the position of a sample relative to a sensor in a three-dimensional direction with high precision on the order of microns while maintaining the sensor and the sample at a very low temperature. After conducting experiments and examinations,
In the process, the following problems were found.

【0005】すなわち、この種の装置としては、基本的
にはセンサおよび試料を液体ヘリウムなどの冷却用媒体
で冷却しながら、試料を3次元位置制御手段によって移
動、制御すれば良いと考えられる。しかるに液体ヘリウ
ムなどの冷却媒体を外部から導入して試料やセンサを極
低温に冷却する場合、冷却媒体の導入や排出による振
動、特に冷却媒体導入管や冷却媒体排出管の振動が試料
に伝わって、試料の位置精度が低下してしまったり、ま
た正確な計測や観察が困難となって大きな測定誤差が生
じてしまったりすることが多い。また高精度で3次元方
向へ位置制御する手段としては、圧電素子(ピエゾ素
子)を用いることが考えられるが、圧電素子は機械的な
ストレスに弱く、前述のような冷却媒体の導入、排出に
よる振動が圧電素子に加われば、圧電素子が破壊されて
しまうおそれがある。もちろん試料を剛性の高い支持部
材によって堅固に固定する構成とすれば、冷却媒体の導
入、排出による振動が試料に悪影響を及ぼすことを防止
することが可能と考えられるが、このように剛性の高い
部材で試料を堅固に固定した場合、その支持部材から試
料への熱侵入が大きくなってしまうのが通常であり、そ
のため冷却効率が低下して試料を極低温に保持すること
が困難となったり、また冷却媒体の消費量が著しく増加
してしまうなどの新たな問題が発生する。そのほか、前
述のような極低温での高精度の位置制御を実現するにあ
たっては、種々の障害が存在する。
That is, it is considered that this type of device basically needs to move and control the sample by the three-dimensional position control means while cooling the sensor and the sample with a cooling medium such as liquid helium. However, when a sample or sensor is cooled to an extremely low temperature by introducing a cooling medium such as liquid helium from the outside, the vibration caused by the introduction and discharge of the cooling medium, especially the vibration of the cooling medium introduction pipe and the cooling medium discharge pipe, is transmitted to the sample. In many cases, the positional accuracy of the sample is reduced, and accurate measurement and observation are difficult, resulting in a large measurement error. As a means for controlling the position in the three-dimensional direction with high accuracy, it is conceivable to use a piezoelectric element (piezo element). However, the piezoelectric element is vulnerable to mechanical stress, and the introduction and discharge of the cooling medium as described above. If vibration is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element may be broken. Of course, if the sample is firmly fixed by a rigid support member, it is possible to prevent the vibration caused by the introduction and discharge of the cooling medium from adversely affecting the sample. When a sample is firmly fixed with a member, the heat penetration from the support member into the sample usually becomes large, which lowers the cooling efficiency and makes it difficult to keep the sample at extremely low temperatures. Also, new problems such as a remarkable increase in the consumption of the cooling medium occur. In addition, there are various obstacles in realizing high-precision position control at extremely low temperatures as described above.

【0006】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、基本的には、試料およびセンサを低温に冷却
しながら、センサに対する試料の位置をミクロンオーダ
ーの高精度で制御し得る装置を提供することを目的とす
るものであり、またその場合において、冷却効率の低下
を招くことなく、試料に対して冷却媒体の導入、排出に
よる振動が影響を及ぼさないようにし、さらには微小位
置制御のために圧電素子の如く機械的ストレスに弱い素
子を用いた場合でも、その素子が前述の振動による機械
的ストレスによって破壊されることを有効に防止し得る
ようにすることを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and basically provides an apparatus capable of controlling the position of a sample with respect to a sensor with high precision on the order of microns while cooling the sample and the sensor to a low temperature. In that case, the vibration due to the introduction and discharge of the cooling medium is not affected on the sample without lowering the cooling efficiency, and the fine position control is also performed. Therefore, even when an element that is weak to mechanical stress such as a piezoelectric element is used, it is an object of the present invention to be able to effectively prevent the element from being broken by the mechanical stress due to the aforementioned vibration. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するため、この発明の極低温試料位置制御装置において
は、基本的には、試料を冷却するための冷却ヘッドと試
料を保持する試料台とを構造的に分離し、その間を可撓
性を有する熱伝導部材により結んで、冷却ヘッド側から
の振動等の機械的ストレスを試料の側へ影響させずに試
料を極低温に冷却保持し得るようにした。
In order to solve the above-mentioned problems, a cryogenic sample position control apparatus according to the present invention basically comprises a cooling head for cooling a sample and a sample holding the sample. The table is structurally separated from the table, and the space between them is connected by a flexible heat conductive member, and the sample is kept at a very low temperature without affecting mechanical stress such as vibration from the cooling head on the sample side. I was able to do it.

【0008】具体的には、請求項1の発明の低温試料位
置制御装置は、試料を保持する試料台と、試料台の試料
に対向してセンサを保持するセンサ台と、前記試料を低
温に冷却するための試料用冷却ヘッドと、前記センサを
冷却するためのセンサ用冷却ヘッドと、前記試料台およ
び試料用冷却ヘッドを熱遮蔽するための試料側熱シール
ド筐体と、前記センサ台およびセンサ用冷却ヘッドを熱
遮蔽するためのセンサ側熱シールド筐体と、前記試料台
を3次元方向へ位置制御するための位置制御手段とを備
え、前記試料用冷却ヘッドおよびセンサ用冷却ヘッド
は、それぞれ外部から冷却媒体が流入・排出されるよう
に構成され、かつ前記試料用冷却ヘッドおよび前記試料
台は、試料側熱シールド筐体内に互いに分離されて配置
され、かつ前記試料用冷却ヘッドと試料台との間が可撓
性を有する熱伝導部材によって結合されており、その可
撓性熱伝導部材を介して試料台および試料が低温に冷却
されるように構成されていることを特徴とするものであ
る。
Specifically, the low-temperature sample position control device according to the first aspect of the present invention includes a sample stage for holding a sample, a sensor stage for holding a sensor in opposition to the sample on the sample stage, and a low-temperature sample. A sample cooling head for cooling, a sensor cooling head for cooling the sensor, a sample side heat shield housing for thermally shielding the sample stage and the sample cooling head, the sensor stage and the sensor A sensor-side heat shield housing for heat shielding the cooling head for use, and position control means for controlling the position of the sample stage in a three-dimensional direction, wherein the sample cooling head and the sensor cooling head are respectively A cooling medium for inflow and outflow from the outside, and the sample cooling head and the sample stage are arranged separately from each other in a sample-side heat shield housing; and The cooling head and the sample stage are connected by a flexible heat conductive member, and the sample stage and the sample are configured to be cooled to a low temperature via the flexible heat conductive member. It is characterized by the following.

【0009】なおこの発明で“センサ”とは、試料の物
性や特性、試料から発生する磁束や各種放射線などを計
測するセンサのみならず、試料の表面状況を観察する装
置、例えばトンネル顕微鏡等をも含むこととする。
In the present invention, the term "sensor" means not only a sensor for measuring physical properties and characteristics of a sample, a magnetic flux generated from the sample and various radiations, but also a device for observing the surface condition of the sample, such as a tunnel microscope. Shall also be included.

【0010】また請求項2の発明の低温試料位置制御装
置は、請求項1に記載の装置において、前記位置制御手
段が、相対的に大きな移動量で3次元方向へ位置制御を
行なう第1の位置制御機構と、その第1の位置制御機構
によって位置制御されて移動する可動台と、その可動台
と試料台との間に介在しかつ相対的に小さい移動量で3
次元方向へ位置制御を行なう第2の位置制御機構とを有
してなり、前記試料用冷却ヘッドが断熱性を有するサポ
ート部材を介して前記可動台に取付けられているもので
ある。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the low-temperature sample position control apparatus according to the first aspect, wherein the position control means performs position control in a three-dimensional direction with a relatively large moving amount. A position control mechanism; a movable table whose position is controlled by the first position control mechanism to move; and a movable table interposed between the movable table and the sample table with a relatively small amount of movement.
A second position control mechanism for performing position control in the dimensional direction, wherein the sample cooling head is attached to the movable table via a heat-insulating support member.

【0011】さらに請求項3の発明の低温試料位置制御
装置は、請求項2に記載の装置において、前記第2の位
置制御機構が、圧電素子からなり、かつその圧電素子と
試料台との間に断熱性を有する中間連結部材が介在され
ているものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a low-temperature sample position control apparatus according to the second aspect, wherein the second position control mechanism comprises a piezoelectric element, and is provided between the piezoelectric element and the sample stage. An intermediate connecting member having heat insulating property is interposed in the second member.

【0012】そしてまた請求項4の発明の低温試料位置
制御装置は、請求項3に記載の装置において、前記試料
側熱シールド筐体が前記サポート部材に固定されてお
り、前記試料台が試料側熱シールド筐体に対して非接触
状態となるように試料側熱シールド筐体内に配置されて
いるものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the low-temperature sample position control apparatus according to the third aspect, wherein the sample-side heat shield housing is fixed to the support member, and the sample stage is connected to the sample side. It is arranged in the sample-side heat shield case so as not to be in contact with the heat shield case.

【0013】さらに請求項5の発明の低温試料位置制御
装置は、請求項1に記載の装置において、少なくとも前
記センサ台、センサ用冷却ヘッド、試料台および試料用
冷却ヘッドの全体を取囲む磁気シールドが設けられてい
るものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a low-temperature sample position control apparatus according to the first aspect, wherein the magnetic shield surrounds at least the entirety of the sensor stage, the sensor cooling head, the sample stage, and the sample cooling head. Is provided.

【0014】そしてまた請求項6の発明の低温試料位置
制御装置は、内部を真空に保持し得るチャンバ内に、3
次元方向へ相対的に大きな移動量で位置制御を行なう第
1の位置制御機構と、その第1の位置制御機構によって
位置制御される可動台と、その可動台に断熱性を有する
サポート部材を介して取付けられた試料側熱シールド筐
体と、その試料側熱シールド筐体内に断熱性を有する冷
却ヘッド基台を介して固定されかつ外部から冷却媒体が
導入・排出されるように構成された試料用冷却ヘッド
と、前記試料側熱シールド筐体内にその筐体に対して非
接触状態を保ちかつ試料用冷却へッドに対し分離して設
けられた試料台と、前記可動台に取付けられて3次元方
向へ相対的に小さな移動量で前記試料台の位置制御を行
なうための第2の位置制御機構と、前記試料用冷却ヘッ
ドと試料台との間を結ぶ可撓性を有する熱伝導部材と、
前記試料台に対向するセンサ台と、外部から冷却媒体が
導入・排出されて前記センサ台を冷却するためのセンサ
用冷却ヘッドと、前記センサ台およびセンサ用冷却ヘッ
ドを取囲みかつ前記試料側熱シールド筐体と分離して設
けられたセンサ側熱シールド筐体と、前記センサ台、セ
ンサ用冷却ヘッドおよびセンサ側熱シールド筐体を支持
してその位置を固定するためのセンサ側支持部材とが配
設されてなることを特徴とするものである。
Further, the low-temperature sample position control apparatus according to the invention of claim 6 is arranged such that three
A first position control mechanism for performing position control with a relatively large amount of movement in the dimensional direction, a movable table whose position is controlled by the first position control mechanism, and a support member having heat insulation properties on the movable table. A sample-side heat shield case mounted and mounted, and a sample fixed via a heat-insulating cooling head base in the sample-side heat shield case and configured so that a cooling medium is introduced and discharged from outside. Cooling head, a sample stage provided in the sample-side heat shield housing in a non-contact state with respect to the housing and separated from the sample cooling head, and attached to the movable stage. A second position control mechanism for controlling the position of the sample stage with a relatively small amount of movement in a three-dimensional direction; and a heat conducting member having flexibility connecting the sample cooling head and the sample stage. When,
A sensor base facing the sample base, a sensor cooling head for cooling the sensor base by introducing and discharging a cooling medium from the outside, and a sensor side heat source surrounding the sensor base and the sensor cooling head. A sensor-side heat shield housing provided separately from the shield housing, and a sensor-side support member for supporting the sensor base, the sensor cooling head, and the sensor-side heat shield housing to fix their positions. It is characterized by being provided.

【0015】さらに請求項7の発明の低温試料位置制御
装置は、請求項6に記載の装置において、前記第2の位
置制御機構が、圧電素子からなり、かつその圧電素子と
試料台との間に断熱性を有する中間連結部材が介在して
いるものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the low-temperature sample position control apparatus according to the sixth aspect, wherein the second position control mechanism comprises a piezoelectric element, and the second position control mechanism is provided between the piezoelectric element and the sample stage. An intermediate connecting member having heat insulating property is interposed between them.

【0016】さらにまた請求項8の発明の低温試料位置
制御装置は、請求項6に記載の装置において、前記チャ
ンバ内における、少なくともセンサ台、センサ用冷却ヘ
ッド、試料台及び試料用冷却ヘッドの全体を取囲む部分
に磁気シールドが設けられいてるものである。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the low-temperature sample position control apparatus according to the sixth aspect, wherein at least the sensor stage, the sensor cooling head, the sample stage, and the sample cooling head in the chamber. A magnetic shield is provided in a portion surrounding the magnetic shield.

【0017】そして請求項9の発明の低温試料位置制御
装置は、請求項8に記載の装置において、前記チャンバ
の外側に、前記試料用冷却ヘッドおよびセンサ用冷却ヘ
ッドに冷却媒体を供給するための冷却媒体供給装置が配
設されており、この冷却媒体供給装置は、外側容器と内
側容器とからなる少なくとも2重の構造とされて、内側
容器内に冷却媒体を貯留するように構成されるととも
に、その内側容器と外側容器との間が真空に保持し得る
ように構成され、しかもその真空部分と前記チャンバ内
の真空に保持される空間部分とが気密に隔絶された構成
とされているものである。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the low-temperature sample position control apparatus according to the eighth aspect, for supplying a cooling medium to the sample cooling head and the sensor cooling head outside the chamber. A cooling medium supply device is provided, the cooling medium supply device has at least a double structure including an outer container and an inner container, and is configured to store the cooling medium in the inner container. The inner container and the outer container are configured to be able to maintain a vacuum, and the vacuum part and the space part of the chamber that is maintained in a vacuum are hermetically isolated. It is.

【0018】そしてまた請求項10の発明の低温試料位
置制御装置は、請求項9に記載の装置において、前記冷
却媒体供給装置の内側容器から前記チャンバ内の試料用
冷却ヘッドおよびセンサ用冷却ヘッドへ供給される冷却
媒体の流量および温度を制御するための流量制御手段お
よび温度制御手段が、前記冷却媒体供給装置内に設けら
れているものである。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the low-temperature sample position control apparatus according to the ninth aspect, wherein: from the inner container of the cooling medium supply device to the sample cooling head and the sensor cooling head in the chamber. Flow rate control means and temperature control means for controlling the flow rate and temperature of the supplied cooling medium are provided in the cooling medium supply device.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

【0020】[0020]

【実施例】図1にこの発明の低温試料位置制御装置の一
例の全体構成を示し、また図2にはその低温試料位置制
御装置の一例の要部を拡大して示す。
FIG. 1 shows an entire configuration of an example of a low-temperature sample position control apparatus according to the present invention. FIG. 2 shows an enlarged view of a main part of an example of the low-temperature sample position control apparatus.

【0021】図1、図2において、チャンバ1は、下面
側を開放したチャンバ上部体1Aと上面側を開放したチ
ャンバ下部体1Bとを上下に組合わせて、全体として箱
型もしくは円筒形をなすように作られたものであって、
その内部が開示しない真空ポンプによって真空に吸引保
持されるように構成されている。またこのチャンバ1の
上部側面および上面には、外部から試料位置を目視によ
り観察するための光学窓3,5が設けられており、さら
にチャンバ1の下部側面側には、冷却媒体供給・還流用
開口部13が突出形成されている。この開口部13に
は、後述する冷却媒体供給装置7から冷却媒体としての
液体ヘリウムを導入するための2本の冷却媒体供給パイ
プ9A,9Bと、後述する冷却ヘッド35,59におい
て温度上昇して気化したヘリウムガスを冷却媒体供給装
置7へ戻すための排出用パイプ11A,11Bとが冷却
媒体供給装置7の側から挿入されている。またチャンバ
1のチャンバ上部体1Aとチャンバ下部体1Bの内側に
は、それぞれその内壁面に沿って高透磁率磁性材料から
なる内面用磁気シールド15A,15Bが配設されてい
る。一方チャンバ1内におけるチャンバ上部体1Aとチ
ャンバ下部体1Bとの境界位置には、チャンバ1内の空
間を上下に区分するように上下区分用磁気シールド15
Cが水平に設けられている。
In FIG. 1 and FIG. 2, the chamber 1 has a box shape or a cylindrical shape as a whole by vertically combining a chamber upper body 1A having an open lower surface and a chamber lower body 1B having an open upper surface. Was made as
The inside thereof is configured to be sucked and held in vacuum by a vacuum pump not disclosed. Optical windows 3 and 5 for visually observing the sample position from the outside are provided on the upper side surface and upper surface of the chamber 1, and a cooling medium supply / reflux is provided on the lower side surface side of the chamber 1. An opening 13 is formed to protrude. The opening 13 has two cooling medium supply pipes 9A and 9B for introducing liquid helium as a cooling medium from a cooling medium supply device 7 described later, and cooling heads 35 and 59 described later. Discharge pipes 11A and 11B for returning the vaporized helium gas to the cooling medium supply device 7 are inserted from the cooling medium supply device 7 side. Further, inside the chamber upper body 1A and the chamber lower body 1B of the chamber 1, magnetic shields 15A and 15B for inner surfaces made of a magnetic material having high magnetic permeability are arranged along inner wall surfaces thereof. On the other hand, the upper and lower partitioning magnetic shields 15 are arranged at the boundary positions between the upper chamber body 1A and the lower chamber body 1B in the chamber 1 so as to partition the space in the chamber 1 up and down.
C is provided horizontally.

【0022】チャンバ1内の底部(内面用磁気シールド
15A,15Bに対し内側の底部)には、ベースプレー
ト17が固定されている。そしてこのベースプレート1
7上には、パルスモータなどのX軸方向駆動装置19
A、Y軸方向駆動装置19B、Z軸方向駆動装置19C
を組合わせてなる第1の位置制御機構19が設けられて
いる。この第1の位置制御機構19は、その上側の可動
台21を3次元方向へ移動させて後述する試料台29の
3次元方向の位置制御を相対的に大きな移動量で大まか
に行なうためのものである。
A base plate 17 is fixed to the bottom of the chamber 1 (the bottom inside the inner surface magnetic shields 15A and 15B). And this base plate 1
7 has an X-axis direction driving device 19 such as a pulse motor.
A, Y-axis direction driving device 19B, Z-axis direction driving device 19C
Are provided in the first position control mechanism 19. The first position control mechanism 19 is for moving the upper movable table 21 in the three-dimensional direction to roughly control the position of the sample table 29 in the three-dimensional direction described later with a relatively large moving amount. It is.

【0023】前記可動台21上の一方の側には、試料台
29の3次元方向の位置制御を相対的に小さな移動量で
微小に行なうための第2の位置制御機構として、柱状の
圧電素子23が垂直に設けられている。前記圧電素子2
3の上端には、FRPなどの断熱効果を有する材料から
なる棒状の中間連結部材25が垂直に設けられ、この中
間連結部材25の上端部分は後述する試料側熱シールド
筐体27内に、その熱シールド筐体27の底部の開口部
27Aを介して挿入され、その熱シールド筐体27内に
おける中間連結部材25の上端に銅等の良熱伝導性材料
からなる試料台29が設けられている。この試料台29
は、計測対象あるいは観察対象となる各種素子や材料な
どの試料を上面に保持するように構成されている。
On one side of the movable table 21, a columnar piezoelectric element is provided as a second position control mechanism for finely controlling the position of the sample table 29 in the three-dimensional direction with a relatively small movement amount. 23 are provided vertically. The piezoelectric element 2
At the upper end of 3, a rod-shaped intermediate connecting member 25 made of a material having a heat insulating effect such as FRP is provided vertically, and the upper end portion of the intermediate connecting member 25 is placed in a sample-side heat shield housing 27 described later. A sample table 29 made of a good heat conductive material such as copper is provided at the upper end of the intermediate connecting member 25 in the heat shield case 27, which is inserted through an opening 27A at the bottom of the heat shield case 27. . This sample table 29
Is configured to hold a sample such as various elements or materials to be measured or observed on the upper surface.

【0024】一方可動台21上の他方の側には、FRP
などの断熱効果を有する材料からなる柱状のサポート部
材31が垂直に設けられている。そしてこのサポート部
材31の上端には、前述の試料側熱シールド筐体27が
固定されており、この試料側熱シールド筐体27内にお
ける前記サポート部材31の延長上にはFRP等の断熱
効果を有する材料からなる冷却ヘッド基台33が設けら
れている。そして冷却ヘッド基台33上には、試料用冷
却ヘッド35が配設されている。この試料用冷却ヘッド
35は銅等の良熱伝導材料によって中空なタンク状に作
られたものであって、下部から冷却媒体としての液体ヘ
リウムが冷却媒体導入パイプ37を介して導入され、か
つ上部からその液体ヘリウムが気化されてなるヘリウム
ガスが排出パイプ39を介して排出されるように構成さ
れている。そしてこの試料用冷却ヘッド35と前記試料
台29との間は、可撓性を有する熱伝導部材41、例え
ば銅線を編組してなる銅ブレードなどによって結ばれて
いる。なおこの可撓性熱伝導部材41は、常時撓んだ状
態を保つように、すなわち緊張状態とならないような充
分な長さとなっている。
On the other side of the movable table 21, an FRP
A columnar support member 31 made of a material having a heat insulating effect, such as, is vertically provided. The sample-side heat shield case 27 is fixed to the upper end of the support member 31. The extension of the support member 31 in the sample-side heat shield case 27 has a heat insulating effect such as FRP. A cooling head base 33 made of a material having the same is provided. A sample cooling head 35 is provided on the cooling head base 33. The sample cooling head 35 is made of a good heat conductive material such as copper into a hollow tank shape, and liquid helium as a cooling medium is introduced from a lower part through a cooling medium introduction pipe 37, and The helium gas obtained by vaporizing the liquid helium is discharged through a discharge pipe 39. The sample cooling head 35 and the sample table 29 are connected by a heat conductive member 41 having flexibility, for example, a copper braid formed by braiding a copper wire. The flexible heat conductive member 41 has a sufficient length so as to always maintain a bent state, that is, not to be in a tension state.

【0025】さらに試料台29およびこれを支持する中
間連結部材25は、試料側熱シールド筐体27に対して
非接触の状態を保つようになっている。したがって中間
連結部材25を挿入するために試料側熱シールド筐体2
7の底面に形成された開口部27Aは、その内径が中間
連結部材25の外径よりも充分大きくなるように定めら
てれいる。また試料側熱シールド筐体27の上面には、
試料台29の上面に対向する位置に開口部27Bが形成
されている。さらに試料側熱シールド筐体27における
試料台29に近い側の側面(前述のチャンバ1における
側面側の光学窓3に対応する位置)には、試料位置確認
用の開口部27Cが形成されており、この開口部27C
から光学窓3に向かって輻射シールドパイプ43が延出
されている。この輻射シールドパイプ43は、その内面
における熱反射を防止するように、黒色塗料の塗布や着
色等により内面を黒色化したものである。また前記試料
側熱シールド筐体27の外面には、前記試料用冷却ヘッ
ド35から導かれた排出パイプ39の一部が巻付けられ
て、試料側熱シールド筐体27をその外面側から冷却す
るための冷却コイル部45が形成されている。
Further, the sample table 29 and the intermediate connecting member 25 supporting the sample table are kept in a non-contact state with respect to the sample-side heat shield case 27. Therefore, in order to insert the intermediate connecting member 25, the sample-side heat shield housing 2
The opening 27 </ b> A formed on the bottom surface of 7 is determined so that its inner diameter is sufficiently larger than the outer diameter of the intermediate connecting member 25. On the upper surface of the sample-side heat shield case 27,
An opening 27B is formed at a position facing the upper surface of the sample table 29. Further, an opening 27C for confirming a sample position is formed on a side surface of the sample-side heat shield housing 27 closer to the sample stage 29 (a position corresponding to the optical window 3 on the side surface of the chamber 1). , This opening 27C
A radiation shield pipe 43 extends toward the optical window 3. The radiation shield pipe 43 has an inner surface blackened by applying a black paint or coloring so as to prevent heat reflection on the inner surface. A part of a discharge pipe 39 guided from the sample cooling head 35 is wound around the outer surface of the sample-side heat shield case 27 to cool the sample-side heat shield case 27 from the outer surface side. Cooling coil portion 45 is formed.

【0026】一方前記ベースプレート17の周辺部4隅
からは、その上方へ4本の支柱47A,47B(図では
手前側の2本のみを示す)が垂直に立設されており、こ
れら支柱47A,47Bの上端側には天板49が水平に
設けられている。この天板49は、上方へ跳ね上げ可能
となるように、一方の側の2本の支柱47Aの上端に支
軸51により回動可能に支持され、また他方の側の2本
の支柱47Bに対しては蝶ネジ53により容易に着脱可
能に取付けられている。上記天板49の下面には、FR
Pなどの断熱効果を作するサポート部材55を介してセ
ンサ側熱シールド筐体57が垂下されている。このセン
サ側熱シールド筐体57内には、センサ用冷却ヘッド5
9が固定され、そのセンサ側冷却ヘッド59の下面には
銅等の良熱伝導材料からなるセンサ台61が取付けられ
ている。ここで、センサ台61はSQUIDあるいはト
ンネル顕微鏡などのセンサが取付けられるものである。
またセンサ用冷却ヘッド59は、前述の試料用冷却ヘッ
ド35と同様に銅等の良熱伝導材料によって中空なタン
ク状に作られたものであって、下部から冷却媒体として
の液体ヘリウムが冷却媒体導入パイプ63を介して導入
され、かつ上部から気化したヘリウムガスが排出パイプ
65を介して排出されるように構成されている。また前
記センサ台61の下面に対応するセンサ側熱シールド筐
体57の底部には開口部57Aが形成されており、さら
にセンサ側熱シールド筐体57の外面には、前述の排出
パイプ65の一部が巻付けられて、冷却用コイル部67
が形成されている。
On the other hand, from the four corners of the peripheral portion of the base plate 17, four columns 47A and 47B (only two columns on the near side are shown in the figure) are erected vertically upward. A top plate 49 is provided horizontally on the upper end side of 47B. The top plate 49 is rotatably supported by the support shaft 51 at the upper end of two pillars 47A on one side so as to be able to jump upward, and is supported by two pillars 47B on the other side. On the other hand, it is easily detachably attached by a thumb screw 53. On the lower surface of the top plate 49, FR
A sensor-side heat shield case 57 is suspended via a support member 55 that creates a heat insulating effect such as P. The sensor-side heat shield housing 57 includes a sensor cooling head 5 therein.
9 is fixed, and a sensor base 61 made of a good heat conductive material such as copper is attached to the lower surface of the sensor-side cooling head 59. Here, the sensor base 61 has a sensor such as a SQUID or a tunnel microscope mounted thereon.
The sensor cooling head 59 is made of a good heat conductive material such as copper in the form of a hollow tank similarly to the sample cooling head 35 described above. The helium gas introduced through the introduction pipe 63 and vaporized from the upper portion is discharged through the discharge pipe 65. An opening 57A is formed at the bottom of the sensor-side heat shield case 57 corresponding to the lower surface of the sensor base 61. Is wound around the cooling coil 67
Are formed.

【0027】さらに前述の冷却媒体供給装置7について
説明する。
Next, the cooling medium supply device 7 will be described.

【0028】図1において、外側容器71の内側に間隔
をおいて内側容器73が配設されており、外側容器71
と内側容器73との間は真空に吸引されて真空断熱され
るように作られている。また外側容器71の下部側面側
には、前述のチャンバ1における冷却媒体供給・還流用
開口部13に挿入される冷却媒体供給・還流用突出部7
1A〜71Dが形成されている。前記内側容器73は冷
却媒体としての液体ヘリウムを貯留しておくためのもの
であり、その下底部からは、下方(内側容器73と外側
容器71との間の空間)へ冷却媒体供給パイプ9A,9
Bが導き出されており、これらの冷却媒体供給パイプ9
A,9Bの上端には、流量制御手段として試料側供給制
御弁75およびセンサ側供給制御弁77が設けられてい
る。これらの供給制御弁75,77の側方には内側容器
73内の液体ヘリウムが取入れられる流入ポート75
A,77Aが設けられ、またこれらの供給制御弁75,
77からは操作軸75B,77Bが上方へ延出されてい
る。
In FIG. 1, an inner container 73 is provided at an interval inside an outer container 71, and
The space between the inner container 73 and the inner container 73 is suctioned by a vacuum so as to be vacuum insulated. On the lower side surface of the outer container 71, a cooling medium supply / recirculation projection 7 inserted into the cooling medium supply / recirculation opening 13 in the chamber 1 described above.
1A to 71D are formed. The inner container 73 is for storing liquid helium as a cooling medium, and has a cooling medium supply pipe 9A, which extends downward from the lower bottom (the space between the inner container 73 and the outer container 71). 9
B has been led out and these cooling medium supply pipes 9
A sample-side supply control valve 75 and a sensor-side supply control valve 77 are provided at the upper ends of A and 9B as flow rate control means. An inflow port 75 into which liquid helium in the inner container 73 is taken is provided beside these supply control valves 75 and 77.
A, 77A, and these supply control valves 75,
From 77, operation shafts 75B, 77B extend upward.

【0029】前記冷却媒体供給パイプ9A,9Bは、前
述の冷却媒体供給・還流用突出部71B,71Dを介し
てチャンバ1内へ導かれ、一方のパイプ9Aはフレキシ
ブルパイプ79を介してサンプル側の冷却媒体導入パイ
プ37に接続され、他方のパイプ9Bはフレキシブルパ
イプ81を介してセンサ側の冷却媒体導入パイプ63に
接続されている。そしてまた冷却媒体供給パイプ9A,
9Bの中途には、チャンバ1側へ送る冷却媒体の温度を
制御するための温度制御手段として、ヒータ83A,8
3Bが設けられている。なお内側容器73の下方には、
冷却媒体供給パイプ9A,9B、ヒータ83A,83B
のほか、排出用パイプ11A,11Bが配設されてお
り、各排出用パイプ11A,11Bの一方の側は、冷却
媒体供給・還流用突出部71A,71Cを介してチャン
バ1内へ導かれ、それぞれ冷却媒体排出用パイプ39,
65にフレキシブルパイプ87,89を介して接続さ
れ、また各冷却媒体排出用パイプ11A,11Bの他方
の側の端部は外側容器71の外部へ導き出され、その先
端に外気中へヘリウムガスを排出するための排出ポート
91A,91Bが設けられている。
The cooling medium supply pipes 9A and 9B are led into the chamber 1 through the cooling medium supply / return projections 71B and 71D. One pipe 9A is connected to the sample side via a flexible pipe 79. The other pipe 9 </ b> B is connected to a cooling medium introduction pipe 63 on the sensor side via a flexible pipe 81. And also the cooling medium supply pipe 9A,
9B, heaters 83A and 83A as temperature control means for controlling the temperature of the cooling medium sent to the chamber 1 side.
3B is provided. In addition, below the inner container 73,
Cooling medium supply pipes 9A, 9B, heaters 83A, 83B
In addition, discharge pipes 11A and 11B are provided, and one side of each discharge pipe 11A and 11B is guided into the chamber 1 through the cooling medium supply / return projections 71A and 71C. Cooling medium discharge pipe 39,
65 are connected through flexible pipes 87 and 89, and the other end of each of the cooling medium discharge pipes 11A and 11B is led to the outside of the outer container 71, and the helium gas is discharged into the outside air at the tip thereof. Discharge ports 91A and 91B are provided.

【0030】以上のような図1、図2に示されるこの発
明の実施例の低温試料位置制御装置の機能、作用につい
て以下に説明する。
The function and operation of the low-temperature sample position control apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 will be described below.

【0031】試料台29上には計測対象あるいは観察対
象となる試料、例えば半導体素子等の各種素子や超電導
材料などの各種材料からなる試料が保持され、センサ台
61にはSQUIDやトンネル顕微鏡などのセンサが取
付けられる。ここで、センサおよびセンサ台61の位置
は、ベースプレート17から支柱47A,47B、天板
49等を介して固定されている。一方試料および試料台
29の位置は、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向の各駆動
装置19A,19B,19Cからなる第1の位置制御機
構19によって大まかに決定され、また第2の位置制御
機構としての圧電素子23によって高精度で決定され
る。すなわち、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向の各駆動
装置19A,19B,19Cを作動させれば、可動台2
1が3次元各方向へ相対的に大きな移動量、移動速度で
移動し、可動台21に固定されている圧電素子23、中
間連結部材25、試料台29、サポート部材31、試料
側熱シールド筐体27、試料用冷却ヘッド35も同方向
へ移動する。そして圧電素子23を駆動させれば、中間
連結部材25および試料台29のみが3次元各方向へ微
小移動することになる。ここで試料台29は、試料側熱
シールド筐体27に対して非接触の状態となり、また試
料用冷却ヘッド35との間の熱伝導部材41は可撓性を
有しているため、圧電素子23により試料台29を微小
精度で移動させることが可能となっている。
A sample to be measured or observed, for example, various elements such as a semiconductor element and a sample made of various materials such as a superconducting material are held on a sample table 29, and a sensor table 61 such as an SQUID or a tunnel microscope is held on the sample table 29. The sensor is mounted. Here, the positions of the sensor and the sensor base 61 are fixed from the base plate 17 via columns 47A and 47B, a top plate 49, and the like. On the other hand, the positions of the sample and the sample table 29 are roughly determined by a first position control mechanism 19 including driving devices 19A, 19B, and 19C in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. It is determined with high accuracy by the piezoelectric element 23 as a control mechanism. That is, by operating the driving devices 19A, 19B, and 19C in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction,
1 moves in a three-dimensional direction with a relatively large moving amount and moving speed, and a piezoelectric element 23 fixed to a movable base 21, an intermediate connecting member 25, a sample base 29, a support member 31, and a sample-side heat shield case. The body 27 and the sample cooling head 35 also move in the same direction. When the piezoelectric element 23 is driven, only the intermediate connecting member 25 and the sample table 29 move minutely in each of the three-dimensional directions. Here, the sample stage 29 is in a non-contact state with the sample-side heat shield housing 27, and the heat conducting member 41 between the sample stage 29 and the sample cooling head 35 has flexibility. 23 allows the sample table 29 to be moved with a minute precision.

【0032】一方冷却媒体供給装置7の内側容器73に
は冷却媒体として液体ヘリウムが貯留されており、この
液体ヘリウムが、試料側供給制御弁75、センサ側供給
制御弁77から冷却媒体供給パイプ9A,9B、フレキ
シブルパイプ79,81、冷却媒体導入パイプ37,6
3を介して試料用冷却ヘッド35、センサ用冷却ヘッド
59へ導入される。ここで、各冷却ヘッド35,59へ
導く液体ヘリウムの流量は、供給制御弁75,77の操
作軸75B,77Bを操作することによってそれぞれ制
御される。また各冷却ヘッド35,59へ導く液体ヘリ
ウムあるいは気化ヘリウムガスの温度は、ヒータ83
A,83Bによって制御される。例えばセンサしてSQ
UIDを用いる場合、センサ用冷却ヘッド59の温度が
4K程度となるように液体ヘリウムの流量、温度を制御
し、また試料用冷却ヘッド35の温度を、サンプルの種
類などに応じて例えば4K〜100Kの範囲内で制御す
る。なお各冷却ヘッド35,59内において温度上昇し
て気化したヘリウムガスは、排出用パイプ39,65、
フレキシブルパイプ87,89、排出用パイプ11A,
11Bを介して排出ポート91A,91Bに導かれ、大
気中へ放出される。またここで、排出用パイプ39,6
5の一部は各熱シールド筐体27,57の外面に冷却コ
イル部45,67として巻付けられているため、各冷却
ヘッド35,59から排出される比較的低温のヘリウム
ガスが各熱シールド筐体27,57を冷却するに寄与す
る。
On the other hand, liquid helium is stored as a cooling medium in the inner container 73 of the cooling medium supply device 7, and this liquid helium is supplied from the sample side supply control valve 75 and the sensor side supply control valve 77 to the cooling medium supply pipe 9A. , 9B, flexible pipes 79, 81, cooling medium introduction pipes 37, 6
The sample 3 is introduced into the sample cooling head 35 and the sensor cooling head 59 through 3. Here, the flow rate of the liquid helium guided to each of the cooling heads 35 and 59 is controlled by operating the operation shafts 75B and 77B of the supply control valves 75 and 77, respectively. The temperature of the liquid helium or vaporized helium gas guided to each of the cooling heads 35 and 59 is controlled by the heater 83.
A, 83B. For example, SQ
When the UID is used, the flow rate and the temperature of the liquid helium are controlled so that the temperature of the sensor cooling head 59 is about 4K, and the temperature of the sample cooling head 35 is set to, for example, 4K to 100K according to the type of the sample. Control within the range. The helium gas vaporized by the temperature rise in each of the cooling heads 35 and 59 is discharged to the discharge pipes 39 and 65.
Flexible pipes 87 and 89, discharge pipe 11A,
It is guided to discharge ports 91A and 91B via 11B and discharged to the atmosphere. Here, the discharge pipes 39, 6
5 is wound around the outer surfaces of the heat shield casings 27 and 57 as the cooling coil parts 45 and 67, so that the relatively low-temperature helium gas discharged from the cooling heads 35 and 59 is supplied to the respective heat shields. This contributes to cooling the housings 27 and 57.

【0033】試料側熱シールド筐体27内においては、
冷却ヘッド35から可撓性熱伝導部材41を介して試料
台29へ熱伝導がなされ、試料台29およびそれに保持
されている試料が例えば4K〜100Kの範囲内の温度
に冷却される。ここで、冷却媒体供給装置7から各パイ
プを介して試料用冷却ヘッド35に液体ヘリウムを導入
させる時には、液体ヘリウムの移動に伴なって機械的振
動が発生し、冷却ヘッド35や熱シールド筐体27も振
動することになるが、冷却へッド35と試料台29との
間を結ぶ熱伝導部材41は可撓性を有していてしかも常
時撓んでおり、かつ試料台29は熱シールド筐体27に
対し非接触状態となっているため、冷却ヘッド35およ
び熱シールド筐体27の側の振動が試料台29へ伝えら
れてしまうことが最小限に抑えられる。したがって冷却
ヘッド35、熱シールド筐体27の側の振動の影響を受
けることなく、試料の位置を高精度で制御することがで
きる。またこのように試料台29の振動が生じにくいた
め、圧電素子23に対しても振動による機械的ストレス
が加えられることが最小限に抑えられ、そのため機械的
強度が低い圧電素子23が機械的ストレスにより破壊さ
れてしまうことを有効に防止できる。
In the sample-side heat shield housing 27,
Heat is transferred from the cooling head 35 to the sample stage 29 via the flexible heat conductive member 41, and the sample stage 29 and the sample held therein are cooled to a temperature within a range of, for example, 4K to 100K. Here, when liquid helium is introduced into the sample cooling head 35 from the cooling medium supply device 7 through each pipe, mechanical vibration is generated along with the movement of the liquid helium, and the cooling head 35 and the heat shield casing are generated. 27 also vibrate, but the heat conducting member 41 connecting the cooling head 35 and the sample table 29 has flexibility and is always bent, and the sample table 29 is a heat shield case. Since it is not in contact with the body 27, the transmission of vibration on the side of the cooling head 35 and the heat shield housing 27 to the sample table 29 is minimized. Therefore, the position of the sample can be controlled with high accuracy without being affected by the vibration of the cooling head 35 and the heat shield housing 27. Further, since the vibration of the sample table 29 is unlikely to occur, the application of mechanical stress due to the vibration to the piezoelectric element 23 is minimized, so that the piezoelectric element 23 having a low mechanical strength is Can be effectively prevented from being destroyed.

【0034】なお試料の冷却について補足すれば、試料
台29と圧電素子23との間の中間連結部材25は断熱
効果を有するFRP等によって作られているため、圧電
素子23の側から試料台29の側への熱侵入が生じるこ
とが可及的に防止される。また試料側熱シールド筐体2
7は既に述べたように冷却コイル部45によって冷却さ
れており、しかもその熱シールド筐体27と可動台21
との間のサポート部材31がFRPの如く断熱効果を有
する材料によって作られているため、可動台21の側か
ら熱シールド筐体27に熱侵入が生じることを防止し
て、熱シールド筐体27を低温に維持することができ
る。さらにその試料側熱シールド筐体27内において冷
却ヘッド35はFRPの如く断熱効果を有する材料から
なる冷却ヘッド基台33によって支持されているため、
冷却ヘッド35への熱侵入も少ない。したがってこれら
の効果が相俟って、効率良く試料台29上の試料を低温
に冷却し、液体ヘリウムの消費量を少なくすることがで
きる。
To supplement the cooling of the sample, the intermediate connecting member 25 between the sample stage 29 and the piezoelectric element 23 is made of FRP or the like having a heat insulating effect. Is prevented as much as possible. In addition, the sample side heat shield case 2
7 is cooled by the cooling coil part 45 as described above, and the heat shield housing 27 and the movable base 21 are cooled.
Is formed of a material having a heat insulating effect such as FRP, thereby preventing heat from entering the heat shield housing 27 from the movable table 21 side. Can be maintained at a low temperature. Further, since the cooling head 35 is supported by the cooling head base 33 made of a material having a heat insulating effect such as FRP in the sample-side heat shield housing 27,
Heat penetration into the cooling head 35 is also small. Therefore, together with these effects, the sample on the sample stage 29 can be efficiently cooled to a low temperature, and the consumption of liquid helium can be reduced.

【0035】またセンサ側熱シールド筐体57もその外
面の冷却用コイル部67によって低温に冷却され、しか
もその熱シールド筐体57と天板49との間のサポート
部材55もFRPなどの断熱効果を有する材料によって
作られているため、センサ側熱シールド筐体57への熱
侵入を可及的に防止してセンサ側熱シールド筐体57を
低温に保持することができ、そのためセンサ台61およ
びそれに取付けられているセンサを効率良く極低温に保
持して、液体ヘリウム消費量を少なくすることができ
る。なおセンサ台61は既に述べたように天板49の側
から堅牢に固定されているため、冷却ヘッド59への液
体ヘリウムの導入による各パイプの振動がセンサ台61
を振動させてしまうおそれは少ない。
The sensor-side heat shield case 57 is also cooled to a low temperature by the cooling coil portion 67 on its outer surface, and the support member 55 between the heat shield case 57 and the top plate 49 also has a heat insulating effect such as FRP. Is made of a material having the following, heat intrusion into the sensor-side heat shield case 57 can be prevented as much as possible, and the sensor-side heat shield case 57 can be kept at a low temperature. The sensor attached to it can be efficiently kept at a cryogenic temperature to reduce the liquid helium consumption. Since the sensor base 61 is rigidly fixed from the side of the top plate 49 as described above, the vibration of each pipe due to the introduction of the liquid helium into the cooling head 59 causes the sensor base 61 to vibrate.
Is less likely to vibrate.

【0036】以上のようにして、試料およびセンサを効
率良く低温に冷却保持しながら、液体ヘリウム等の導入
・排出に伴なう試料用冷却ヘッド35の側からの振動の
影響を受けることなく、ミクロンオーダーでの高精度の
位置制御を行なうことができるのである。
As described above, while the sample and the sensor are efficiently cooled and kept at a low temperature, the sample and the sensor are not affected by the vibration from the sample cooling head 35 due to the introduction and discharge of the liquid helium or the like. High-precision position control on the order of microns can be performed.

【0037】またセンサとしてSQUIDを用いる場
合、外部磁気の影響を抑制する必要があるが、実施例の
装置ではチャンバ1の内側に磁気シールド15A,15
Bが設けられているため、外部からの磁束の侵入を抑え
ることができ、さらにチャンバ1の内部においてパルス
モータ等の駆動装置19A〜19Cからなる第1の位置
制御機構19が位置するチャンバ内下部とセンサや試料
が位置するチャンバ内上部との間も磁気シールド15C
によって隔てられているため、パルスモータ等の駆動装
置19A〜19Cによって磁束の影響をセンサや試料が
受けることを有効に防止できる。さらに、冷却媒体の温
度調整を行なうためのヒータ83A,83Bや制御弁7
5,77も電磁ノイズ、磁気ノイズの発生源となること
が多いが、実施例ではこれらのヒータ83A,83Bや
制御弁75,77はチャンバ1の外部(したがって磁気
シールド15Aの外側)の冷却媒体供給装置7の側に設
けられているから、試料やセンサがヒータ83A,83
Bや制御弁75,77による電磁ノイズ、磁気ノイズの
影響を受けることはない。なお各熱シールド筐体27,
57についても、これらを高透磁率磁性材料で作ってお
くことにより、熱シールドのみならず磁気シールドの機
能をも付与しておいても良く、このようにすれば外部磁
気の影響をより一層軽減することができる。
When the SQUID is used as a sensor, it is necessary to suppress the influence of external magnetism. In the apparatus of the embodiment, the magnetic shields 15A and 15A are provided inside the chamber 1.
B, the intrusion of magnetic flux from the outside can be suppressed, and the lower part in the chamber where the first position control mechanism 19 including the driving devices 19A to 19C such as pulse motors is located inside the chamber 1 Magnetic shield between the sensor and the upper part of the chamber where the sensor and sample are located
Therefore, it is possible to effectively prevent the sensors and the sample from being affected by magnetic flux by the driving devices 19A to 19C such as pulse motors. Further, the heaters 83A and 83B for controlling the temperature of the cooling medium and the control valve 7 are provided.
5 and 77 are often sources of electromagnetic noise and magnetic noise. In the embodiment, these heaters 83A and 83B and control valves 75 and 77 are provided with a cooling medium outside the chamber 1 (and thus outside the magnetic shield 15A). Since the sample and the sensor are provided on the side of the supply device 7, the heaters 83A and 83A
B and the control valves 75 and 77 are not affected by electromagnetic noise or magnetic noise. Each heat shield case 27,
57 can be provided with not only a heat shield but also a function of a magnetic shield by forming them from a high magnetic permeability magnetic material, thereby further reducing the influence of external magnetism. can do.

【0038】さらに実施例の装置では、試料の交換(取
付け、取外し)、あるいはセンサの交換にあたっては、
チャンバ1におけるチャンバ上部体1Aをチャンバ下部
体1Bから取外してチャンバ1を開放し、蝶ネジ53を
取外して支軸51を中心とし天板49を上方へ跳ね上げ
れば、試料部分、センサ部分が露出されるから、容易に
これらの交換を行なうことができる。ここで、チャンバ
1を開放させればチャンバ1内の真空が破られることに
なるが、冷却媒体供給装置7はチャンバ1から隔絶され
ており、その冷却媒体供給装置7の内側容器73と外側
容器71との間の真空状態はチャンバ1を開放しても破
られることはない。そのためチャンバ1の開放時にも冷
却媒体供給装置7の内側容器73内の冷却媒体としての
液体ヘリウムを蒸発させることなく、そのまま保存する
ことができる。
Further, in the apparatus according to the embodiment, when exchanging the sample (attachment / removal) or exchanging the sensor,
When the upper chamber 1A of the chamber 1 is removed from the lower chamber 1B, the chamber 1 is opened, the thumb screw 53 is removed, and the top plate 49 is flipped up around the support shaft 51, so that the sample portion and the sensor portion are exposed. Therefore, these exchanges can be easily performed. Here, when the chamber 1 is opened, the vacuum in the chamber 1 is broken, but the cooling medium supply device 7 is isolated from the chamber 1 and the inner container 73 and the outer container of the cooling medium supply device 7 are separated. The vacuum state between the vacuum chamber 71 and the vacuum chamber 71 is not broken even when the chamber 1 is opened. Therefore, even when the chamber 1 is opened, the liquid helium as the cooling medium in the inner container 73 of the cooling medium supply device 7 can be stored as it is without evaporating.

【0039】そしてまた実施例の装置の場合、試料位置
の目視による確認をチャンバ1の光学窓3と試料側熱シ
ールド筐体27の開口部27Cとを介して行なうことが
できる。そしてこのような構成では光学窓3から試料に
対して外部から輻射熱の侵入が生じやすいが、試料側熱
シールド筐体27の開口部27Cからは光学窓3へ向け
て輻射シールドパイプ43が延出しているため、光学窓
3からの輻射熱が試料まで到達してしまうおそれは少な
い。
In the case of the apparatus of the embodiment, the position of the sample can be visually checked through the optical window 3 of the chamber 1 and the opening 27C of the sample-side heat shield case 27. In such a configuration, radiant heat easily enters the sample from the outside through the optical window 3, but the radiation shield pipe 43 extends from the opening 27 </ b> C of the sample-side heat shield housing 27 toward the optical window 3. Therefore, there is little possibility that radiant heat from the optical window 3 reaches the sample.

【0040】[0040]

【発明の効果】請求項1の装置によれば、基本的には、
試料を冷却するための試料冷却用ヘッドと、試料を保持
するための試料台とが、試料側熱シールド筐体内に互い
に分離されて配置され、かつ試料用冷却ヘッドと試料台
との間が可撓性を有する熱伝導部材によって結合されて
いて、その可撓性熱伝導部材の熱伝導により試料台およ
び試料を冷却するように構成されているため、試料用冷
却ヘッドへの冷却媒体の流入、排出に伴なう冷却ヘッド
側の機械的振動が試料台および試料に伝えられることが
防止され、そのため振動の影響によって試料の位置精度
が低下してしまったり正確な計測が困難となってしまっ
たりすることを有効に防止でき、またこのように試料用
冷却ヘッドへの冷却媒体の導入、排出に伴なう振動が試
料台の側に伝達されないため、振動防止のために試料台
の支持部分の剛性を極端に高める必要がなく、そのため
外部から支持部分を介しての試料台および試料への熱侵
入を少なくすることができるから、冷却効率を高めて、
試料を充分な極低温に冷却することが可能となるととも
に冷却媒体の消費量も少なくすることができる。
According to the device of the first aspect, basically,
A sample cooling head for cooling the sample and a sample stage for holding the sample are separated from each other in the sample-side heat shield case, and the space between the sample cooling head and the sample stage is allowed. It is connected by a heat conducting member having flexibility, and is configured to cool the sample stage and the sample by heat conduction of the flexible heat conducting member, so that a cooling medium flows into the sample cooling head, The mechanical vibration of the cooling head due to the discharge is prevented from being transmitted to the sample stage and the sample, so that the influence of the vibration may reduce the position accuracy of the sample or make accurate measurement difficult. In addition, since the vibration accompanying the introduction and discharge of the cooling medium into and from the sample cooling head is not transmitted to the sample table side, the supporting portion of the sample table is prevented to prevent the vibration. rigidity Extreme is not necessary to increase, because therefore it is possible to reduce the heat penetration into the sample table and the sample through the support portion from the outside, to enhance the cooling efficiency,
The sample can be cooled to a sufficiently low temperature and the consumption of the cooling medium can be reduced.

【0041】また請求項2の発明の装置の場合、位置制
御手段が大まかな位置制御を行なうための第1の位置制
御機構と、微小位置制御を行なうための第2の位置制御
機構とによって構成されているため、位置設定、位置制
御のための時間を短縮して作業能率を高めることができ
ると同時に、著しく高い精度で微小位置制御を行なうこ
とができる。
In the apparatus according to the second aspect of the present invention, the position control means comprises a first position control mechanism for performing rough position control and a second position control mechanism for performing fine position control. Therefore, the time for the position setting and the position control can be shortened to improve the work efficiency, and at the same time, the minute position control can be performed with extremely high accuracy.

【0042】そしてまた請求項3の発明の装置は、前述
の第2の位置制御機構として機械的ストレスに対し比較
的弱い圧電素子を用いているが、既に述べたように冷却
媒体の導入、排出に伴なう振動が試料台に伝わりにく
く、そのため試料台の振動により圧電素子に機械的スト
レスが加わることも防止されるため、圧電素子が機械的
ストレスにより破壊されてしまうことを未然に防止する
ことができる。
In the apparatus according to the third aspect of the present invention, the piezoelectric element which is relatively weak against mechanical stress is used as the second position control mechanism. It is difficult for the vibration accompanying the vibration to be transmitted to the sample stage, and therefore, the mechanical stress is prevented from being applied to the piezoelectric element by the vibration of the sample stage. Therefore, the piezoelectric element is prevented from being destroyed by the mechanical stress. be able to.

【0043】さらに請求項4の発明の装置では、試料台
が試料側熱シールド筐体に対して非接触の状態となって
いるため、冷却ヘッドへの冷却媒体の導入、排出に伴な
う振動により試料側熱シールド筐体が振動するような場
合でも、その熱シールド筐体の振動が試料台へ伝えられ
てしまうことを防止できる。
Further, in the apparatus according to the fourth aspect of the present invention, since the sample stage is in non-contact with the sample side heat shield case, the vibration accompanying the introduction and discharge of the cooling medium to and from the cooling head. Accordingly, even when the sample-side heat shield case vibrates, it is possible to prevent the vibration of the heat shield case from being transmitted to the sample stage.

【0044】一方、請求項5の発明の装置の場合、試料
台やセンサ台の部分が外部側に対して磁気シールドされ
るため、SQUIDによる測定など、磁気ノイズ、電磁
ノイズの影響を嫌う測定の場合でも、外部の磁気ノイズ
や電磁ノイズの影響を受けることなく少ない誤差で高精
度の計測を行なうことができる。
On the other hand, in the case of the apparatus according to the fifth aspect of the present invention, since the sample table and the sensor table are magnetically shielded from the outside, measurement such as measurement by SQUID which dislikes the influence of magnetic noise and electromagnetic noise is performed. Even in this case, highly accurate measurement can be performed with a small error without being affected by external magnetic noise or electromagnetic noise.

【0045】また請求項6の発明においては、請求項1
の発明、請求項4の発明の場合と同様に、冷却ヘッドへ
の冷却媒体の導入、排出に伴なう振動が試料台および試
料に伝達されることとが防止され、そのため高精度での
微小位置制御が可能となるとともに、試料台を効率良く
冷却することができ、さらには請求項2の発明の場合と
同様に大まかな位置制御を第1の位置制御機構により、
また微小な位置制御を第2の位置制御機構により行なう
ことができるから、位置設定、位置制御のための時間を
短縮して作業能率を高めることができる。
According to the sixth aspect of the present invention, there is provided the first aspect.
As in the case of the invention of claim 4 and the invention of claim 4, the vibration accompanying the introduction and discharge of the cooling medium to the cooling head is prevented from being transmitted to the sample stage and the sample, and therefore, the minute precision with high precision can be prevented. The position control becomes possible, the sample stage can be cooled efficiently, and the rough position control is performed by the first position control mechanism as in the case of the second aspect of the present invention.
Further, since minute position control can be performed by the second position control mechanism, time for position setting and position control can be shortened, and work efficiency can be improved.

【0046】そしてまた請求項7の発明によれば、請求
項3の発明と同様に機械的ストレスに弱い圧電素子を微
小な位置制御のために用いているが、既に述べたように
圧電素子に機械的ストレスが加わるおそれが少なく、そ
のため圧電素子が破壊されてしまうことを未然に防止で
きる。
According to the seventh aspect of the present invention, the piezoelectric element which is susceptible to mechanical stress is used for minute position control similarly to the third aspect of the present invention. There is little possibility that mechanical stress is applied, and therefore, it is possible to prevent the piezoelectric element from being broken.

【0047】さらに請求項8の発明によれば、請求項5
の発明と同様に磁気シールドが設けられているため、外
部からの磁気ノイズ、電磁ノイズの影響を受けることな
く少ない誤差で高精度の計測を行なうことができる。
Further, according to the invention of claim 8, according to claim 5,
Since the magnetic shield is provided in the same manner as in the first aspect of the invention, highly accurate measurement can be performed with a small error without being affected by external magnetic noise and electromagnetic noise.

【0048】そしてまた請求項9の発明の装置では、チ
ャンバ内の真空空間と冷却媒体供給装置の断熱用の真空
空間とが隔絶されるため、チャンバ内の試料やセンサの
交換や取付け、取外しを行なうためにチャンバ内の真空
を破っても、冷却媒体供給装置の断熱用の真空空間はそ
のまま真空が保たれ、そのためチャンバでの前述の交換
等の作業を行なうにあたっても、冷却媒体供給装置内で
は温度上昇による冷却媒体の気化を生じさせることな
く、冷却媒体をそのまま保持することができるから、前
述の交換作業等により冷却媒体をいたずらに消費してし
まうことを有効に防止できる。
In the apparatus according to the ninth aspect of the present invention, the vacuum space in the chamber and the vacuum space for heat insulation of the cooling medium supply device are isolated from each other. Even if the vacuum in the chamber is broken to perform the operation, the vacuum space for the heat insulation of the cooling medium supply device is kept as it is, and therefore, when performing the above-described replacement or the like in the chamber, the inside of the cooling medium supply device is not changed. Since the cooling medium can be held as it is without causing the cooling medium to evaporate due to the temperature rise, it is possible to effectively prevent the cooling medium from being unnecessarily consumed by the above-described replacement work or the like.

【0049】さらに請求項10の発明の装置では、冷却
媒体の流量や温度を制御する手段が冷却媒体供給装置の
側に設けられている一方、チャンバ側のセンサや試料は
磁気シールドされているため、流量制御手段や温度制御
手段の発生する磁気ノイズや電磁ノイズが機器の計測に
悪影響を及ぼすおそれがない。
Further, in the apparatus according to the tenth aspect of the present invention, the means for controlling the flow rate and temperature of the cooling medium is provided on the side of the cooling medium supply device, while the sensors and samples on the chamber side are magnetically shielded. In addition, there is no possibility that magnetic noise or electromagnetic noise generated by the flow rate control means or the temperature control means will adversely affect the measurement of the device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の低温試料位置制御装置の一実施例の
全体構成を示す概略的な縦断面図である。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an entire configuration of an embodiment of a low-temperature sample position control device according to the present invention.

【図2】図1に示される実施例の装置の要部を拡大して
示す略解縦断面である。
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing an enlarged main part of the apparatus of the embodiment shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 チャンバ 7 冷却媒体供給装置 15A,15B 内面用磁気シールド 15C 上下区分用磁気シールド 19 第1の位置制御機構 21 可動台 23 圧電素子(第2の位置制御機構) 25 中間連結部材 27 試料側熱シールド筐体 29 試料台 31 サポート部材 33 冷却ヘッド基台 35 試料用冷却ヘッド 37 冷却媒体導入パイプ 39 冷却媒体排出パイプ 41 可撓性熱伝導部材 57 センサ側熱シールド筐体 59 センサ用冷却ヘッド 61 センサ台 63 冷却媒体導入パイプ 65 冷却媒体排出パイプ 71 外側容器 73 内側容器 75 試料側供給制御弁(流量制御手段) 77 センサ側供給制御弁(流量制御手段) 83A,83B ヒータ(温度制御手段) Reference Signs List 1 chamber 7 cooling medium supply device 15A, 15B inner surface magnetic shield 15C upper and lower section magnetic shield 19 first position control mechanism 21 movable base 23 piezoelectric element (second position control mechanism) 25 intermediate connection member 27 sample side heat shield Case 29 Sample stand 31 Support member 33 Cooling head base 35 Sample cooling head 37 Cooling medium introduction pipe 39 Cooling medium discharge pipe 41 Flexible heat conductive member 57 Sensor side heat shield case 59 Sensor cooling head 61 Sensor stand 63 Cooling medium introduction pipe 65 Cooling medium discharge pipe 71 Outer vessel 73 Inner vessel 75 Sample side supply control valve (flow rate control means) 77 Sensor side supply control valve (flow rate control means) 83A, 83B Heater (temperature control means)

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 1/28 K (72)発明者 上岡 泰晴 大阪府大阪市西区靱本町2丁目4番11号 大陽東洋酸素株式会社内 (72)発明者 小田原 成計 千葉県千葉市美浜区中瀬1−8 セイコー インスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 茅根 一夫 千葉県千葉市美浜区中瀬1−8 セイコー インスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 中山 哲 千葉県千葉市美浜区中瀬1−8 セイコー インスツルメンツ株式会社内 Fターム(参考) 2G017 AB05 AB06 AC01 AC03 AC04 AC05 AC06 AD32 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) G01N 1/28 K (72) Inventor Yasuharu Kamioka 2-4-11 Utsumotocho, Nishi-ku, Osaka-shi, Osaka Taiyo Toyo Oki Stock In-company (72) Inventor Odawara Shikei 1-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Seiko Instruments Inc. (72) Inventor Kazuo Kaine 1-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Seiko Instruments Inc. (72) Inventor Satoshi Nakayama 1-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi F-term in Seiko Instruments Inc. (reference) 2G017 AB05 AB06 AC01 AC03 AC04 AC05 AC06 AD32

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料を保持する試料台と、試料台の試料
に対向してセンサを保持するセンサ台と、前記試料を低
温に冷却するための試料用冷却ヘッドと、前記センサを
冷却するためのセンサ用冷却ヘッドと、前記試料台およ
び試料用冷却ヘッドを熱遮蔽するための試料側熱シール
ド筐体と、前記センサ台およびセンサ用冷却ヘッドを熱
遮蔽するためのセンサ側熱シールド筐体と、前記試料台
を3次元方向へ位置制御するための位置制御手段とを備
え、前記試料用冷却ヘッドおよびセンサ用冷却ヘッド
は、それぞれ外部から冷却媒体が流入・排出されるよう
に構成され、かつ前記試料用冷却ヘッドおよび前記試料
台は、試料側熱シールド筐体内に互いに分離されて配置
され、かつ前記試料用冷却ヘッドと試料台との間が可撓
性を有する熱伝導部材によって結合されており、その可
撓性熱伝導部材を介して試料台および試料が低温に冷却
されるように構成されていることを特徴とする、低温試
料位置制御装置。
1. A sample stage for holding a sample, a sensor stage for holding a sensor facing the sample on the sample stage, a sample cooling head for cooling the sample to a low temperature, and for cooling the sensor. A sensor-side cooling head, a sample-side heat shield housing for thermally shielding the sample stage and the sample cooling head, and a sensor-side heat shield housing for thermally shielding the sensor stage and the sensor cooling head. Position control means for controlling the position of the sample stage in a three-dimensional direction, wherein the sample cooling head and the sensor cooling head are configured such that a cooling medium flows in and out from the outside, respectively, and The sample cooling head and the sample stage are arranged separately from each other in a sample-side heat shield case, and a heat conducting member having flexibility between the sample cooling head and the sample stage. Characterized in that the sample stage and the sample are cooled to a low temperature via the flexible heat conducting member.
【請求項2】 前記位置制御手段が、相対的に大きな移
動量で3次元方向へ位置制御を行なう第1の位置制御機
構と、その第1の位置制御機構によって位置制御されて
移動する可動台と、その可動台と試料台との間に介在し
かつ相対的に小さい移動量で3次元方向へ位置制御を行
なう第2の位置制御機構とを有してなり、前記試料用冷
却ヘッドが断熱性を有するサポート部材を介して前記可
動台に取付けられている、請求項1に記載の低温試料位
置制御装置。
2. A first position control mechanism in which the position control means performs position control in a three-dimensional direction with a relatively large movement amount, and a movable table which is moved by being position-controlled by the first position control mechanism. And a second position control mechanism interposed between the movable table and the sample table and performing position control in a three-dimensional direction with a relatively small amount of movement. The low-temperature sample position control device according to claim 1, wherein the low-temperature sample position control device is attached to the movable base via a support member having flexibility.
【請求項3】 前記第2の位置制御機構が、圧電素子か
らなり、かつその圧電素子と試料台との間に断熱性を有
する中間連結部材が介在されている、請求項2に記載の
低温試料位置制御装置。
3. The low-temperature low-temperature apparatus according to claim 2, wherein the second position control mechanism is made of a piezoelectric element, and an intermediate connecting member having heat insulating property is interposed between the piezoelectric element and the sample table. Sample position control device.
【請求項4】 前記試料側熱シールド筐体が前記サポー
ト部材に固定されており、前記試料台が試料側熱シール
ド筐体に対して非接触状態となるように試料側熱シール
ド筐体内に配置されている、請求項3に記載の低温試料
位置制御装置。
4. The sample-side heat shield case is fixed to the support member, and the sample stage is arranged in the sample-side heat shield case so as not to be in contact with the sample-side heat shield case. The low-temperature sample position control device according to claim 3, wherein
【請求項5】 少なくとも前記センサ台、センサ用冷却
ヘッド、試料台および試料用冷却ヘッドの全体を取囲む
磁気シールドが設けられている、請求項1に記載の低温
試料位置制御装置。
5. The low-temperature sample position control device according to claim 1, further comprising a magnetic shield surrounding at least the whole of the sensor stage, the sensor cooling head, the sample stage, and the sample cooling head.
【請求項6】 内部を真空に保持し得るチャンバ内に;
3次元方向へ相対的に大きな移動量で位置制御を行なう
第1の位置制御機構と、その第1の位置制御機構によっ
て位置制御される可動台と、その可動台に断熱性を有す
るサポート部材を介して取付けられた試料側熱シールド
筐体と、その試料側熱シールド筐体内に断熱性を有する
冷却ヘッド基台を介して固定されかつ外部から冷却媒体
が導入・排出されるように構成された試料用冷却ヘッド
と、前記試料側熱シールド筐体内にその筐体に対して非
接触状態を保ちかつ試料用冷却へッドに対し分離して設
けられた試料台と、前記可動台に取付けられて3次元方
向へ相対的に小さな移動量で前記試料台の位置制御を行
なうための第2の位置制御機構と、前記試料用冷却ヘッ
ドと試料台との間を結ぶ可撓性を有する熱伝導部材と、
前記試料台に対向するセンサ台と、外部から冷却媒体が
導入・排出されて前記センサ台を冷却するためのセンサ
用冷却ヘッドと、前記センサ台およびセンサ用冷却ヘッ
ドを取囲みかつ前記試料側熱シールド筐体と分離して設
けられたセンサ側熱シールド筐体と、前記センサ台、セ
ンサ用冷却ヘッドおよびセンサ側熱シールド筐体を支持
してその位置を固定するためのセンサ側支持部材とが配
設されてなることを特徴とする、低温試料位置制御装
置。
6. In a chamber capable of maintaining a vacuum inside;
A first position control mechanism that performs position control with a relatively large movement amount in a three-dimensional direction, a movable table whose position is controlled by the first position control mechanism, and a support member having heat insulation properties on the movable table. A sample-side heat shield case attached via the heat shield case and a cooling head base having thermal insulation inside the sample-side heat shield case, and a cooling medium is introduced and discharged from the outside. A sample cooling head, a sample table provided in the sample-side heat shield housing in a non-contact state with the housing and separated from the sample cooling head, and attached to the movable table. A second position control mechanism for controlling the position of the sample stage with a relatively small amount of movement in the three-dimensional direction, and a flexible heat transfer link between the sample cooling head and the sample stage. Components,
A sensor base facing the sample base, a sensor cooling head for cooling the sensor base by introducing and discharging a cooling medium from the outside, and a sensor side heat source surrounding the sensor base and the sensor cooling head. A sensor-side heat shield housing provided separately from the shield housing, and a sensor-side support member for supporting the sensor base, the sensor cooling head, and the sensor-side heat shield housing to fix their positions. A low-temperature sample position control device, which is provided.
【請求項7】 前記第2の位置制御機構が、圧電素子か
らなり、かつその圧電素子と試料台との間に断熱性を有
する中間連結部材が介在している、請求項6に記載の低
温試料位置制御装置。
7. The low-temperature low-temperature apparatus according to claim 6, wherein the second position control mechanism comprises a piezoelectric element, and an intermediate connecting member having thermal insulation is interposed between the piezoelectric element and the sample stage. Sample position control device.
【請求項8】 前記チャンバ内における、少なくともセ
ンサ台、センサ用冷却ヘッド、試料台及び試料用冷却ヘ
ッドの全体を取囲む部分に磁気シールドが設けられいて
る、請求項6に記載の低温試料位置制御装置。
8. The low-temperature sample position control according to claim 6, wherein a magnetic shield is provided at least in a portion surrounding the sensor stage, the sensor cooling head, the sample stage, and the sample cooling head in the chamber. apparatus.
【請求項9】 前記チャンバの外側に、前記試料用冷却
ヘッドおよびセンサ用冷却ヘッドに冷却媒体を供給する
ための冷却媒体供給装置が配設されており、この冷却媒
体供給装置は、外側容器と内側容器とからなる少なくと
も2重の構造とされて、内側容器内に冷却媒体を貯留す
るように構成されるとともに、その内側容器と外側容器
との間が真空に保持し得るように構成され、しかもその
真空部分と前記チャンバ内の真空に保持される空間部分
とが気密に隔絶された構成とされている、請求項8に記
載の低温試料位置制御装置。
9. A cooling medium supply device for supplying a cooling medium to the sample cooling head and the sensor cooling head is provided outside the chamber, and the cooling medium supply device includes an outer container and a cooling medium supply device. The inner container is configured to have at least a double structure, configured to store a cooling medium in the inner container, and configured to be able to maintain a vacuum between the inner container and the outer container, 9. The low-temperature sample position control device according to claim 8, wherein the vacuum part and a space part held in the chamber in a vacuum are hermetically isolated.
【請求項10】 前記冷却媒体供給装置の内側容器から
前記チャンバ内の試料用冷却ヘッドおよびセンサ用冷却
ヘッドへ供給される冷却媒体の流量および温度を制御す
るための流量制御手段および温度制御手段が、前記冷却
媒体供給装置内に設けられている、請求項9に記載の低
温試料位置制御装置。
10. A flow rate control means and a temperature control means for controlling a flow rate and a temperature of a cooling medium supplied from an inner container of the cooling medium supply device to a sample cooling head and a sensor cooling head in the chamber. The low-temperature sample position control device according to claim 9, wherein the low-temperature sample position control device is provided in the cooling medium supply device.
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