JP2003050191A - 冷却加熱用試料ホルダおよび試料観察装置 - Google Patents

冷却加熱用試料ホルダおよび試料観察装置

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JP2003050191A
JP2003050191A JP2001238725A JP2001238725A JP2003050191A JP 2003050191 A JP2003050191 A JP 2003050191A JP 2001238725 A JP2001238725 A JP 2001238725A JP 2001238725 A JP2001238725 A JP 2001238725A JP 2003050191 A JP2003050191 A JP 2003050191A
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cooling
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Katsuyuki Suzuki
木 克 之 鈴
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Jeol Ltd
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Jeol Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料を効率よく一様に冷却できる冷却加熱用
試料ホルダおよび試料観察装置を提供すること。 【解決手段】 試料22を冷却する場合には、冷却手段
17により、ヒートコンダクタ16を介して試料ホルダ
固定部15が冷却される。こうして冷却された試料ホル
ダ固定部15の熱は、熱伝導性の高い試料ホルダベース
19を介して試料22に伝わり、試料22は冷却され
る。このように本発明の冷却加熱用試料ホルダにおいて
は、試料22は試料ホルダベース19上に直接セットさ
れ、試料22の裏面全体が試料ホルダベース19に接し
ているので、従来に比べ、試料を効率よく一様に冷却す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、試料を冷却およ
び加熱するための冷却加熱用試料ホルダ、および、この
冷却加熱用試料ホルダを備えた走査プローブ顕微鏡など
の試料観察装置に関する。
【0002】
【従来の技術】 原子間力顕微鏡などの走査プローブ顕
微鏡は、現在、試料表面を高分解能で観察できる装置と
して注目されている。そして、この走査プローブ顕微鏡
においては、試料は、冷却されたり加熱されたりして観
察される場合がある。
【0003】このように試料を冷却する目的は、冷却に
よる試料表面の組成変化を観察したり、試料中の原子の
振動を止めて像観察を行ったりするためである。一方、
試料を加熱する目的は、加熱による試料表面の組成変化
を観察したり、試料の清浄面を出すためである。
【0004】図1は、従来の、走査プローブ顕微鏡にお
ける冷却加熱用試料ホルダを示した図である。
【0005】図1に示すように、冷却加熱用試料ホルダ
1の試料ホルダベース2は、走査プローブ顕微鏡の試料
室に配置された試料ホルダ固定部3に装着されている。
そして、電極ベース4aと4bが前記試料ホルダベース
2に固定されている。この試料ホルダベース2は、電気
絶縁性が高く、かつ熱伝導性が高い性質の材料で形成さ
れているので、2つの電極ベース4a,4bは電気的に
絶縁されている。
【0006】試料5は、電極ベース4a,4b間を橋渡
しするように、電極ベース4a,4b上にセットされて
いる。この試料5は、試料押さえ6a,6bで電極ベー
ス4a,4bに押しつけられており、それらの試料押さ
え6a,6bは固定ねじ7a,7bで電極ベース4a,
4bにそれぞれ取り付けられている。
【0007】また、図1において、8aと8bは板バネ
である。これらの板バネ8a,8bは前記試料ホルダ固
定部3に取り付けられており、試料ホルダ1の試料ホル
ダ固定部3への装着によって、板バネ8a,8bは前記
電極ベース4a,4bにそれぞれ接触するようになって
いる。
【0008】9はヒートコンダクタであり、ヒートコン
ダクタ9の一端は前記試料ホルダ固定部3に接続され、
その他端は、冷媒容器または冷却装置(図示せず)に接
続されている。
【0009】このような構成において、試料5を加熱す
る場合には、板バネ8a,8bに接続された通電加熱電
源(図示せず)が制御されて、板バネ8a,8bと電極
ベース4a,4bを介して試料5に電流が流される。こ
の通電により、試料5は高温に加熱される。
【0010】一方、試料5を冷却する場合には、前記冷
媒または冷却装置により、ヒートコンダクタ9を介して
試料ホルダ固定部3が冷却される。こうして冷却された
試料ホルダ固定部3の熱は、試料ホルダベース2と電極
ベース4a,4bを介して試料5に伝わり、試料5は冷
却される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】 上述したように、図
1の冷却加熱用試料ホルダ1においては、試料5と、冷
媒などによって冷却される試料ホルダ固定部3との間に
は、試料ホルダベース2と電極ベース4a,4bが介在
している。さらに、電極ベース4a,4bと接触する試
料面は、試料面の極く一部である。このため、従来の冷
却加熱用試料ホルダにおいては、試料5を効率よく一様
に冷却することはできなかった。
【0012】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
ので、その目的は、試料を効率よく一様に冷却できる冷
却加熱用試料ホルダおよび試料観察装置を提供すること
にある。
【0013】
【課題を解決するための手段】 この目的を達成する本
発明の冷却加熱用試料ホルダは、冷却され、試料が直接
載せられる試料ホルダベースと、前記試料ホルダベース
上に設けられた試料加熱用電極を備えている。
【0014】
【発明の実施の形態】 以下、図面を用いて本発明の実
施の形態について説明する。
【0015】図2は、本発明の冷却加熱用試料ホルダの
一例を示した図であり、その冷却加熱用試料ホルダを備
えた走査プローブ顕微鏡を示した図である。
【0016】図2において、11は真空容器である。こ
の真空容器11の内部、すなわち試料室12は、図示し
ていない排気装置により排気されている。
【0017】13はスキャナであり、試料室12に配置
されたスキャナ13は、xyおよびz方向に移動可能に
構成されている。スキャナ13上には、熱絶縁部材14
を介して試料ホルダ固定部15が取り付けられている。
【0018】前記試料ホルダ固定部15は、熱伝導性が
高い材料、たとえば銅で形成されている。そして、試料
ホルダ固定部15は、ヒートコンダクタ16を介して、
真空容器外の冷却手段17に接続されている。冷却手段
17としては、液体窒素などを封入した冷媒容器や、極
低温冷凍機などが用いられる。
【0019】そして、本発明の冷却加熱用試料ホルダ1
8が前記試料ホルダ固定部15に装着されている。
【0020】冷却加熱用試料ホルダ18について詳しく
説明すると、19は試料ホルダベースであり、試料ホル
ダベース19は試料ホルダ固定部15に装着されてい
る。この試料ホルダベース19は、その上面に凸部20
が形成されるように加工されており、図3は試料ホルダ
ベース19の上面図である。試料ホルダベース19は、
電気絶縁性が高く、かつ熱伝導性が高い性質の材料、た
とえばアルミナやサファイアなどで形成されている。
【0021】また、冷却加熱用試料ホルダ18におい
て、電極ベース21aと21bが、前記凸部20の両側
に分かれて、前記試料ホルダベース19上に固定されて
いる。これらの電極ベース21a,21bは、電気伝導
性を有し、かつ融点の高い性質の材料、たとえばタンタ
ルやモリブデンなどで形成されている。上述したよう
に、試料ホルダベース19は電気絶縁物なので、2つの
電極ベース21a,21bは電気的に絶縁されている。
【0022】そして、試料22が、試料ホルダベース1
9の凸部20上に直接載せられている。試料22は、試
料押さえ23a,23bで凸部20に押しつけられてお
り、それらの試料押さえ23a,23bは固定ねじ24
a,24bで電極ベース21a,21bにそれぞれ取り
付けられている。これらの試料押さえ23a,23b
は、電気伝導性を有し、かつ融点の高い性質の材料、た
とえばタンタルやモリブデンなどで形成されている。な
お、図2の冷却加熱用試料ホルダ18においては、前記
電極ベース21a,21bと前記試料押さえ23a,2
3bで、本発明における試料加熱用電極が構成されてい
る。
【0023】また、図2において、25aと25bは板
バネである。これらの板バネ25a,25bは、電気絶
縁物26を介して前記試料ホルダ固定部15に取り付け
られており、冷却加熱用試料ホルダ18の試料ホルダ固
定部15への装着によって、板バネ25a,25bは前
記電極ベース21a,21bにそれぞれ接触するように
なっている。
【0024】また、図2において、27はSPMヘッド
である。カンチレバを備えたSPMヘッド27は、試料
上に配置されたカンチレバの変位を検出して試料表面情
報を検出するものである。28は通電加熱電源(加熱手
段)であり、通電加熱電源28は、前記板バネ25a,
25bに電気的に接続されている。
【0025】このような構成において、試料22を冷却
する場合には、前記冷却手段17により、ヒートコンダ
クタ16を介して試料ホルダ固定部15が冷却される。
こうして冷却された試料ホルダ固定部15の熱は、熱伝
導性の高い試料ホルダベース19を介して試料22に伝
わり、試料22は冷却される。
【0026】このように本発明の冷却加熱用試料ホルダ
においては、試料22は試料ホルダベース19上に直接
セットされ、試料22の裏面全体が試料ホルダベース1
9に接しているので、従来に比べ、試料を効率よく一様
に冷却することができる。
【0027】一方、試料22を加熱する場合には、通電
加熱電源28が制御されて、板バネ25a,25bと電
極ベース21a,21bと試料押さえ23a,23bを
介して試料22に電流が流される。この通電により、試
料22は加熱される。
【0028】以上、本発明の一例を説明したが、次に、
本発明の他の例を図を用いて説明する。
【0029】図4は、本発明の冷却加熱用試料ホルダの
他の例を示した図である。図4において、図2と同じ構
成要素には図2と同じ番号が付けられており、その説明
を省略する。
【0030】図4に示す本発明の冷却加熱用試料ホルダ
29において、30は試料ホルダベースであり、試料ホ
ルダベース30は試料ホルダ固定部15に装着されてい
る。この試料ホルダベース30は、円盤状に形成されて
いる。そして、試料ホルダベース30は、電気絶縁性が
高く、かつ熱伝導性が高い性質の材料、たとえばアルミ
ナやサファイアなどで形成されている。
【0031】また、前記電極ベース21aと21bが、
前記試料ホルダベース30上に固定されている。
【0032】そして、熱伝導板31が試料ホルダベース
30上に置かれており、その熱伝導板31の上に、前記
試料22が載せられている。この熱伝導板31は、電気
絶縁性が高く、かつ熱伝導性が高い性質の材料、たとえ
ばアルミナやサファイアなどで形成されている。
【0033】前記試料22は、試料押さえ23a,23
bで熱伝導板31に押しつけられている。このように、
試料22と熱伝導板31は、試料押さえ23a,23b
と試料ホルダベース30で挟まれて一緒に固定されてい
る。
【0034】このような構成において、試料22を冷却
する場合には、前記冷却手段17により、ヒートコンダ
クタ16を介して試料ホルダ固定部15が冷却される。
こうして冷却された試料ホルダ固定部15の熱は、熱伝
導性の高い試料ホルダベース30と熱伝導板31を介し
て試料22に伝わり、試料22は冷却される。
【0035】このように図4の冷却加熱用試料ホルダに
おいては、試料22は、熱伝導性の高い熱伝導板31上
に直接セットされ、試料22の裏面全体が熱伝導板31
に接しているので、従来に比べ、試料を効率よく一様に
冷却することができる。
【0036】また、厚さの厚い試料22を観察する場合
には、図5に示すように、図4の熱伝導板よりも厚さの
薄い熱伝導板31を使用することで、試料表面の高さ調
整(観察面の高さ調整)のために試料表面の高さを大き
く変化させる必要はなく、容易に試料観察を行うことが
できる。
【0037】逆に、厚さの薄い試料を観察する場合に
は、厚さの厚い熱伝導板31を使用することで、試料を
しっかりと、試料押さえと熱伝導板の間に固定すること
ができる。さらに、この場合も、試料表面の高さ調整の
ために試料表面の高さを大きく変化させる必要はなく、
容易に試料観察を行うことができる。
【0038】以上、例をあげて本発明を説明したが、本
発明は上述した例に限定されるものではない。
【0039】たとえば、本発明は走査プローブ顕微鏡に
限らず、走査電子顕微鏡や、試料分析を行う試料観察装
置などにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の冷却加熱用試料ホルダを示した図であ
る。
【図2】 本発明の冷却加熱用試料ホルダの一例を示し
た図である。
【図3】 図2の試料ホルダベース19の上面図であ
る。
【図4】 本発明の冷却加熱用試料ホルダの他の例を示
した図である。
【図5】 本発明の冷却加熱用試料ホルダの他の例を示
した図である。
【符号の説明】
1…冷却加熱用試料ホルダ、2…試料ホルダベース、3
…試料ホルダ固定部、4a,4b…電極ベース、5…試
料、6a,6b…試料押さえ、7a,7b…固定ねじ、
8a,8b…板バネ、9…ヒートコンダクタ、11…真
空容器、12…試料室、13…スキャナ、14…熱絶縁
部材、15…試料ホルダ固定部、16…ヒートコンダク
タ、17…冷却手段、18…冷却加熱用試料ホルダ、1
9…試料ホルダベース、20…凸部、21a,21b…
電極ベース、22…試料、23a,23b…試料押さ
え、24a,24b…固定ねじ、25a,25b…板バ
ネ、26…電気絶縁物、27…SPMヘッド、28…通
電加熱電源、29…冷却加熱用試料ホルダ、30…試料
ホルダベース、31…熱伝導板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷却され、試料が直接載せられる試料ホ
    ルダベースと、前記試料ホルダベース上に設けられた試
    料加熱用電極を備えたことを特徴とする冷却加熱用試料
    ホルダ。
  2. 【請求項2】 前記試料は、前記試料加熱用電極により
    試料ホルダベースに押しつけられることを特徴とする請
    求項1記載の冷却加熱用試料ホルダ。
  3. 【請求項3】 冷却される試料ホルダベースと、前記試
    料ホルダベース上に載置され、試料が載せられる熱伝導
    板と、前記試料ホルダベース上に設けられた試料加熱用
    電極を備えたことを特徴とする冷却加熱用試料ホルダ。
  4. 【請求項4】 前記試料は、前記試料加熱用電極により
    熱伝導板に押しつけられることを特徴とする請求項3記
    載の冷却加熱用試料ホルダ。
  5. 【請求項5】 次の(a)(b)の構成を有する冷却加熱用試
    料ホルダと、 (a)冷却され、試料が直接載せられる試料ホルダベース (b)前記試料ホルダベース上に設けられた試料加熱用電
    極 試料室に配置され、前記試料ホルダベースが装着される
    試料ホルダ固定部と、前記試料ホルダ固定部を冷却する
    ための冷却手段と、前記試料加熱用電極に電気的に接続
    された加熱手段を備えたことを特徴とする試料観察装
    置。
  6. 【請求項6】 次の(a)(b)(c)の構成を有する冷却加熱
    用試料ホルダと、(a)冷却される試料ホルダベースと、
    (b)前記試料ホルダベース上に載置され、試料が載せら
    れる熱伝導板と、(c)前記試料ホルダベース上に設けら
    れた試料加熱用電極試料室に配置され、前記試料ホルダ
    ベースが装着される試料ホルダ固定部と、前記試料ホル
    ダ固定部を冷却するための冷却手段と、前記試料加熱用
    電極に電気的に接続された加熱手段を備えたことを特徴
    とする試料観察装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006030144A (ja) * 2004-07-21 2006-02-02 Kajikkusu Trading:Kk 試料管保温トレー及びマルチウエルプレート用保温箱
WO2010027054A1 (ja) * 2008-09-05 2010-03-11 国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学 カンチレバー加熱機構、それを用いたカンチレバーホルダ、及び、カンチレバー加熱方法
KR101160003B1 (ko) 2010-09-29 2012-06-25 현대제철 주식회사 큐어링 기능을 갖는 냉간 진공 성형 홀더 및 이를 구비한 냉간 진공 성형 장치
WO2015128679A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Oxford Instruments Nanotechnology Tools Limited Sample holding system

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