JP2003344043A - Scanner-retaining apparatus and scanning probe microscope - Google Patents

Scanner-retaining apparatus and scanning probe microscope

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JP2003344043A
JP2003344043A JP2002148318A JP2002148318A JP2003344043A JP 2003344043 A JP2003344043 A JP 2003344043A JP 2002148318 A JP2002148318 A JP 2002148318A JP 2002148318 A JP2002148318 A JP 2002148318A JP 2003344043 A JP2003344043 A JP 2003344043A
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scanner
axis
slider
slide
probe
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Jeol Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain amplification in the inclination of a scanner fixing stand due to the backlash and deviation of a slide rail, and the vibration of the scanner fixing stand due to external factors. <P>SOLUTION: A scanner support member (SU) is composed of a piezoelectric body where a tip section retaining a probe (54) or a workpiece (W) is composed as a free end, and comprises a scanner (52) that can be stretched in a Z direction where the tip section can travel in the directions of X and Y axes, a slider (47) for supporting the base edge section of the scanner (52), and a slide base (36) for slidably supporting the slider (47). The scanner-retaining apparatus comprises a slide surface (36d) that is vertical to the direction of Z axis while the slider (47) is in contact with the slide base (36), and the scanner support member (SU) where the tip of the probe (54) and the surface of the workpiece (W) are arranged nearly at the same positions to the direction of the Z axis. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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】本発明は、STM(Scanning
Tunneling Microscope、走査型トンネル顕微鏡)、A
FM(Atomic Force Microscope、原子間力顕微鏡)、
UHV(Ultra High Vacuum)−STM(超高真空走
査型トンネル顕微鏡)、UHV(Ultra High Vacuu
m)−AFM(超高真空原子間力顕微鏡)等の走査型プ
ローブ顕微鏡(SPM:Scanning Probe Microscope)
に関し、特に、スキャナを粗動させた時のスキャナ支持
部材の傾斜に基づくスキャナ先端の変位量を減少させ且
つスキャナ支持部材の振動に基づくスキャナ先端の振幅
を減少させるスキャナ保持装置及び走査型プローブ顕微
鏡に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to STM (Scanning).
Tunneling Microscope), A
FM (Atomic Force Microscope),
UHV (Ultra High Vacuum) -STM (Ultra High Vacuum Scanning Tunnel Microscope), UHV (Ultra High Vacuu
m) -AFM (Ultra High Vacuum Atomic Force Microscope) and other scanning probe microscopes (SPM: Scanning Probe Microscope)
In particular, the present invention relates to a scanner holding device and a scanning probe microscope that reduce the amount of displacement of the scanner tip due to the inclination of the scanner support member when the scanner is roughly moved and reduce the amplitude of the scanner tip due to the vibration of the scanner support member. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】図16は従来のX、Yスライダを備えた
SPM(走査型プローブ顕微鏡)のスキャナ部分の説明
図であり、図16Aは部分断面図、図16Bは図16A
のXVIB−XVIBから見た図である。図17は従来
の平面スライダを備えたSPMのスキャナ部分の説明図
であり、図17Aは部分断面図、図17Bは図17Aの
XVIIBから見た図である。なお、以後の説明の理解を
容易にするために、図面において、前後方向をX軸方
向、右左方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とし、矢
印X,−X,Y,−Y,Z,−Zで示す方向または示す
側をそれぞれ、前方、後方、右方、左方、上方、下方、
または、前側、後側、右側、左側、上側、下側とする。
また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙
面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に
「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印
を意味するものとする。
2. Description of the Related Art FIGS. 16A and 16B are explanatory views of a scanner portion of a conventional SPM (scanning probe microscope) provided with X and Y sliders, FIG. 16A being a partial sectional view, and FIG. 16B being FIG. 16A.
It is the figure seen from XVIB-XVIB. 17A and 17B are explanatory views of a scanner portion of an SPM having a conventional plane slider, FIG. 17A is a partial cross-sectional view, and FIG. 17B is a view seen from XVIIB of FIG. 17A. In order to facilitate understanding of the following description, in the drawings, the front-back direction is the X-axis direction, the left-right direction is the Y-axis direction, and the up-down direction is the Z-axis direction, and arrows X, -X, Y, -Y, The directions indicated by Z and -Z are indicated as front, rear, right, left, upper, lower, respectively.
Alternatively, the front side, the rear side, the right side, the left side, the upper side, and the lower side.
In addition, in the figure, "○" in "○" means an arrow from the back of the paper to the front, and "○" in "○" indicates the front of the paper. Shall mean the arrow from to the back.

【0003】従来のSPM(Scanning Probe Microscop
e、走査型プローブ顕微鏡)のスキャナ保持装置におい
て試料検査時の粗動を行う機構として、X、Yスライダ
によるもの(図16に示す粗動機構)と、平面スライダ
によるもの(図17に示す粗動機構)が知られている。
Conventional SPM (Scanning Probe Microscop)
e, a scanner holding device of a scanning probe microscope) as a mechanism for performing coarse movement at the time of inspecting a sample, one using X and Y sliders (coarse movement mechanism shown in FIG. 16) and one using a plane slider (coarse movement shown in FIG. 17). Dynamic mechanism) is known.

【0004】(図16に示す粗動機構)図16におい
て、Xスライドベース01が図示しないSPM本体に固
定支持されている。前記Xスライドベース01のY軸方
向両端部にはX軸に平行な一対のXスライドレール02
が固定支持され、Xスライドベース01の中央部にはX
スライダ引張バネ03の一端が固定支持されている。前
記Xスライダ引張バネ03の他端はXスライダ04に固
定支持されており、Xスライダ引張バネ03はXスライ
ダをXスライドベース01側に引張っている。したがっ
て、前記Xスライダ04はXスライドレール02に当接
して位置決めされ、且つ、Xスライドレール02上をX
軸方向にスライド移動可能に支持されている。前記符号
01〜04によって示された部材によってXスライダユ
ニットSUxが構成されている。
(Coarse movement mechanism shown in FIG. 16) In FIG. 16, an X slide base 01 is fixedly supported by an SPM main body (not shown). A pair of X slide rails 02 parallel to the X axis are provided at both ends of the X slide base 01 in the Y axis direction.
Is fixedly supported, and the X slide base 01 has an X
One end of the slider tension spring 03 is fixedly supported. The other end of the X slider tension spring 03 is fixedly supported by the X slider 04, and the X slider tension spring 03 pulls the X slider toward the X slide base 01 side. Therefore, the X-slider 04 is positioned by abutting on the X-slide rail 02, and moves on the X-slide rail 02 along the X-axis.
It is supported so as to be slidable in the axial direction. The X slider unit SUx is configured by the members indicated by the reference numerals 01 to 04.

【0005】前記Xスライダ04の下面には、Xスライ
ダ04と一体的に移動するYスライドベース06が固着
されている。前記Yスライドベース06のX軸方向両端
部にはY軸に平行な一対のYスライドレール07が固定
支持されている。前記Yスライドベース06の中央部に
はYスライダ引張バネ08の一端が固定支持されてい
る。前記Yスライダ引張バネ08の他端はYスライダ0
9に固定支持され、Yスライダ引張バネ08はYスライ
ダ09をYスライドベース06側に引張っている。した
がって、前記Yスライダ09はYスライドレール07と
当接して位置決めされ、且つ、Yスライドレール07上
をY軸方向にスライド移動可能に支持されている。前記
符号06〜09により示された部材によってYスライダ
ユニットSUyが構成されている。前記Xスライダユニ
ットSUxおよびYスライダユニットSUyによってス
キャナ支持部材SUが構成されている。
A Y slide base 06, which moves integrally with the X slider 04, is fixed to the lower surface of the X slider 04. A pair of Y slide rails 07 parallel to the Y axis are fixedly supported at both ends of the Y slide base 06 in the X axis direction. One end of a Y slider tension spring 08 is fixedly supported at the center of the Y slide base 06. The other end of the Y slider tension spring 08 has a Y slider 0
9 is fixed and supported, and a Y slider tension spring 08 pulls the Y slider 09 toward the Y slide base 06 side. Therefore, the Y slider 09 is positioned in contact with the Y slide rail 07, and is supported so as to be slidable in the Y axis direction on the Y slide rail 07. The members indicated by the reference numerals 06 to 09 form a Y slider unit SUy. The X slider unit SUx and the Y slider unit SUy form a scanner support member SU.

【0006】前記Yスライダ09の下面にはスキャナ固
定台010が固着されており、前記スキャナ固定台01
0には円筒状の圧電体と複数の電極とによって構成され
たスキャナ011が固定支持されている。前記スキャナ
011はX方向微動用のXスキャナ011a、Y方向微
動用のYスキャナ011b、Z方向微動用のZスキャナ
011cとを有する。前記スキャナ011の下面にはプ
ローブホルダ012が固定支持され、プローブホルダ0
12には試料W表面に略接触して検査を行うプローブ0
13が設けられている。
A scanner fixing base 010 is fixed to the lower surface of the Y slider 09, and the scanner fixing base 01 is fixed.
At 0, a scanner 011 composed of a cylindrical piezoelectric body and a plurality of electrodes is fixedly supported. The scanner 011 has an X scanner 011a for fine movement in the X direction, a Y scanner 011b for fine movement in the Y direction, and a Z scanner 011c for fine movement in the Z direction. A probe holder 012 is fixedly supported on the lower surface of the scanner 011 and
Reference numeral 12 is a probe 0 that is in contact with the surface of the sample W for inspection.
13 are provided.

【0007】図16に示すX、Yスライダ04、09を
備えた従来のSPMでは、図示しない粗動部材によって
X、Yスライダ04,09をX,Y,Z方向に移動(粗
動)させてプローブ013を検査開始位置に移動させ
る。そして、前記スキャナ011をX,Y,Z軸方向に
微動させながら、プローブ013の先端部により試料W
の表面を走査し、試料W表面の検査を行う。
In the conventional SPM having the X, Y sliders 04, 09 shown in FIG. 16, the coarse moving member (not shown) moves the X, Y sliders 04, 09 in the X, Y, Z directions (coarse movement). The probe 013 is moved to the inspection start position. Then, while the scanner 011 is finely moved in the X, Y, and Z axis directions, the sample W is moved by the tip of the probe 013.
The surface of the sample W is scanned to inspect the surface of the sample W.

【0008】(図17に示す粗動機構)図17におい
て、円板状のスライドベース01′が図示しないSPM
本体に固定支持されている。前記スライドベース01′
は外周側の薄板部01a′と内周側の厚板部01b′と
を有する。前記薄板部01a′には3つのスライダ引張
りバネ016の一端が固定支持されている。前記スライ
ダ引張りバネ016の他端にはXY平面内で移動する平
面スライダ017が固定支持されており、前記平面スラ
イダ017の前記厚板部01b′と対向する面には、3
つのスライドボール018が埋め込まれている。前記平
面スライダ017は、スライダ引張りバネ016によっ
てスライドベース01′側に引張られているので、前記
スライドボール018は厚板部01b′に押し付けられ
ながら当接する。したがって、前記平面スライダ017
はスライドベース01′に対して、位置決めされ且つス
ライド移動可能に支持されている。前記平面スライダ0
17の下面には、スキャナ固定台010が固着されてお
り、前記スキャナ固定台010には、圧電体と電極とに
よって構成されたX、Y、Zスキャナ011a〜011
cを有するスキャナ011が固定されている。そして、
前記スキャナ011の下面にはプローブホルダ012を
介してプローブ013が支持されている。前記符号0
1′,016〜018により示された部材によって、平
面スライドユニット(スキャナ支持部材)SUhが構成
されている。
(Coarse movement mechanism shown in FIG. 17) In FIG. 17, a disc-shaped slide base 01 'is not shown in the figure and is an SPM.
It is fixedly supported by the body. The slide base 01 '
Has a thin plate portion 01a 'on the outer peripheral side and a thick plate portion 01b' on the inner peripheral side. One ends of three slider tension springs 016 are fixedly supported on the thin plate portion 01a '. A plane slider 017 that moves in the XY plane is fixedly supported at the other end of the slider tension spring 016, and a plane slider 017 having a surface opposite to the thick plate portion 01b 'has three plane sliders 017.
Two slide balls 018 are embedded. Since the plane slider 017 is pulled toward the slide base 01 'by the slider tension spring 016, the slide ball 018 abuts against the thick plate portion 01b' while being pressed. Therefore, the plane slider 017
Is supported with respect to the slide base 01 'so as to be positioned and slidably movable. The plane slider 0
A scanner fixing base 010 is fixedly attached to the lower surface of 17, and the scanner fixing base 010 has X, Y, and Z scanners 011a to 011 composed of a piezoelectric body and electrodes.
The scanner 011 having c is fixed. And
A probe 013 is supported on the lower surface of the scanner 011 via a probe holder 012. The code 0
A flat slide unit (scanner support member) SUh is configured by the members 1 ', 016 to 018.

【0009】図17に示す平面スライダ017を備えた
従来のSPMでは、図示しない粗動部材によって、平面
スライダ017をX、Y、Z方向に粗動させ、プローブ
013の先端を走査開始位置に移動させる。そして、前
記スキャナ011をX,Y,Z軸方向に微動させなが
ら、プローブ013の先端部により試料の表面を走査
し、試料Wの検査を行う。
In the conventional SPM having the plane slider 017 shown in FIG. 17, the plane slider 017 is coarsely moved in the X, Y, and Z directions by a coarse movement member (not shown), and the tip of the probe 013 is moved to the scanning start position. Let Then, while slightly moving the scanner 011 in the X, Y, and Z axis directions, the tip of the probe 013 scans the surface of the sample to inspect the sample W.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図18は従来のスライ
ダを有するSPMの粗動時の作用を示す図で、図18A
は図16のSPMのYスライドユニットとスキャナ部分
の説明図、図18Bは粗動時の作用説明図、図18Cは
前記図18A、図18Bに示すスキャナ固定台の傾斜角
θとプローブ先端の変位δdとの角度関係の説明図であ
る。前記図16及び図17に示した従来の粗動機構を備
えたSPMでは、スライダ(04,09;017)を使
用してスキャナ固定台010を移動させている。工学的
には完全にフラットな(平滑な)面はありえないので、
スライダ(04,09;017)とスライドレール(0
2,07;018)との接触面であるスライド面には必
ず凹凸が存在する。
FIG. 18 is a view showing the action of a conventional SPM having a slider during coarse movement.
Is an explanatory view of the Y slide unit of the SPM of FIG. 16 and the scanner portion, FIG. 18B is an explanatory view of the action at the time of coarse movement, and FIG. 18C is the inclination angle θ of the scanner fixing base and the displacement of the probe tip shown in FIGS. It is explanatory drawing of the angular relationship with (delta) d. In the SPM having the conventional coarse movement mechanism shown in FIGS. 16 and 17, the scanner fixing base 010 is moved by using the slider (04, 09; 017). Since there is no perfect flat (smooth) surface in engineering,
Slider (04,09; 017) and slide rail (0
2, 07; 018), there is always unevenness on the slide surface that is the contact surface.

【0011】図18において、YスライドユニットSU
yのYスライダ09がスライド移動した時、Yスライド
レール07やYスライダ09の表面の凹凸によってガタ
やズレが生じ、プローブ013の先端は設定された中心
線からずれて傾斜する(図18B参照)。このようなス
ライダ(04,09;017)を使用する粗動機構を採
用する以上は、粗動時(スライド時)に、スライド面の
凹凸等によるガタやズレが必ず生じ、スキャナ011は
傾斜する。この結果、プローブ013の先端は目標位置
(図18A、図18B、図18Cにおいて破線で示され
た位置)からずれてしまう。
In FIG. 18, the Y slide unit SU
When the y-slider 09 of y slides, the surface of the Y-slide rail 07 and the Y-slider 09 causes backlash and displacement, and the tip of the probe 013 deviates from the set center line and inclines (see FIG. 18B). . As long as a coarse movement mechanism using such a slider (04, 09; 017) is adopted, rattling or deviation due to unevenness of the slide surface is always caused during coarse movement (during slide), and the scanner 011 tilts. . As a result, the tip of the probe 013 is displaced from the target position (the position indicated by the broken line in FIGS. 18A, 18B, and 18C).

【0012】この傾斜やスキャナ固定台の振動(後述)
によるプローブ013先端の目標位置からのズレ(変
位)をδd(図18C参照)、スキャナ固定台010傾
斜角度をθとし、Yスライドレール07とプローブ01
3の先端との距離をL(図18A、図18C参照)と置
くと、これらの関係は、近似的に次式(1)により表さ
れる。 δd=L・sinθ …………………………………… (1) 前記式(1)からスキャナ011やプローブ013の長
さが長くなるとLが大きくなり、ズレδdも大きくなる
ことが分かる。なお、これらの関係はYスライドユニッ
トSUyだけでなく、XスライドユニットSUxや平面
スライドユニットSUhにおいても同様に成立する。
This tilt and vibration of the scanner fixing base (described later)
The displacement (displacement) of the tip of the probe 013 from the target position by δd (see FIG. 18C), the inclination angle of the scanner fixing base 010 by θ, and the Y slide rail 07 and the probe 01.
When the distance from the tip of 3 is L (see FIGS. 18A and 18C), these relationships are approximately represented by the following equation (1). δd = L · sin θ …………………………………… (1) From equation (1), when the length of the scanner 011 and the probe 013 becomes long, L becomes large and the deviation δd becomes large. I understand. Note that these relationships are similarly established not only in the Y slide unit SUy but also in the X slide unit SUx and the plane slide unit SUh.

【0013】前記ガタやズレの程度はレール(02,0
7;018)の精度や平行度、スライド面の平滑度、固
定台010を含めた各部材の設計精度、各部材の組み方
によっても変化する。しかし、どんなに精度や平滑度を
高めたとしても、スライド移動する構造である以上必ず
ガタやズレが存在し、スキャナ固定台010は傾斜して
しまう。前記スキャナ固定台010が傾斜すると、プロ
ーブ013先端の位置は目標位置からずれる。プローブ
013の先端が目標位置からずれた状態では、プローブ
013と試料(走査対象物)との距離が変化し、走査開
始位置もずれるため、走査(微動)を行っても、結果に
誤差が発生したり目的の走査範囲を走査できない。
The degree of backlash and displacement is determined by the rail (02,0).
7; 018) accuracy, parallelism, smoothness of slide surface, design accuracy of each member including the fixing base 010, and how to assemble each member. However, no matter how the accuracy or smoothness is improved, there is always backlash or deviation as long as the structure is such that it slides, and the scanner fixing base 010 tilts. When the scanner fixing base 010 is tilted, the position of the tip of the probe 013 is displaced from the target position. When the tip of the probe 013 deviates from the target position, the distance between the probe 013 and the sample (scan object) changes and the scanning start position also deviates, so that an error occurs in the result even if scanning (fine movement) is performed. Or the target scan range cannot be scanned.

【0014】また、外部から伝達される音や振動等の外
的な要因によってスキャナ固定台010が振動すると、
前記式(1)より、スキャナ固定台010の振幅が増幅
されて、スキャナ011に支持されるプローブ013の
先端は大きな振幅δdで振動する。前記プローブ013
の先端の振幅が大きくなると、試料Wの表面のSPM像
の精度が低下してしまい、試料Wの検査を本来の精度で
行うことができない。
When the scanner fixing base 010 vibrates due to external factors such as sound and vibration transmitted from the outside,
According to the equation (1), the amplitude of the scanner fixing base 010 is amplified, and the tip of the probe 013 supported by the scanner 011 vibrates with a large amplitude δd. The probe 013
If the amplitude of the tip of the sample W increases, the accuracy of the SPM image on the surface of the sample W decreases, and the inspection of the sample W cannot be performed with the original accuracy.

【0015】図16、図17に示すように、従来の粗動
機構を備えたSPMのスキャナ011は圧電体を用いて
構成されている。この圧電体によるスキャナ011はそ
の長さが長いほど同じ電圧に対する走査の範囲が広くな
る。このため、広い範囲のSPM像(検査結果)を得る
には長いスキャナ011を必要とする。また、圧電体は
その温度が低下するほど同じ電圧に対する変形量が小さ
くなるので、スキャナ011を低温で使用すると走査範
囲は狭くなる。したがって、スキャナ011を低温SP
Mで使用する場合、必要な走査範囲を得るために、スキ
ャナ011は長くしなければならない。ところが、前記
式(1)から、スキャナ011の長さLを長くすると、
プローブ013先端の傾斜の変位や振動の振幅δdは増
幅されるため、得られるSPM像の精度が低下してしま
う。
As shown in FIGS. 16 and 17, an SPM scanner 011 provided with a conventional coarse movement mechanism is constructed by using a piezoelectric material. The longer the length of the scanner 011 using the piezoelectric body, the wider the scanning range for the same voltage. Therefore, a long scanner 011 is required to obtain a wide range of SPM images (inspection results). Further, the lower the temperature of the piezoelectric body, the smaller the deformation amount with respect to the same voltage. Therefore, when the scanner 011 is used at a low temperature, the scanning range becomes narrow. Therefore, the scanner 011 is set to the low temperature SP.
When used with M, the scanner 011 must be lengthened to obtain the required scan range. However, from the above formula (1), if the length L of the scanner 011 is increased,
Since the displacement of the inclination of the tip of the probe 013 and the amplitude δd of the vibration are amplified, the accuracy of the obtained SPM image is reduced.

【0016】さらに、低温SPMでは液体ヘリウム等の
冷媒を使用するため、冷媒の沸騰による振動によって、
スキャナ固定台010が振動し、振動の振幅がプローブ
013の先端部で増幅されることがある。したがって、
スキャナ011で広範囲の走査を行う場合や、スキャナ
011を低温SPMで使用する場合では、発生した振動
がSPM像に与える影響は大きくなり、高い精度が要求
されるSPM像の精度低下を引き起こしてしまう。
Further, since a low temperature SPM uses a refrigerant such as liquid helium, the vibration caused by the boiling of the refrigerant causes
The scanner fixing base 010 may vibrate, and the amplitude of the vibration may be amplified at the tip of the probe 013. Therefore,
When the scanner 011 scans a wide range or when the scanner 011 is used at a low temperature SPM, the generated vibration has a great influence on the SPM image, and causes a decrease in the accuracy of the SPM image that requires high accuracy. .

【0017】本発明は前述の事情に鑑み、下記(O0
1),(O02)の記載内容を技術的課題とする。 (O01)スライドレールのガタやズレによるスキャナ固
定台の傾斜や、外的な要因によるスキャナ固定台の振動
がスキャナ先端で増幅することを抑えること。 (O02)スキャナ先端の振動を抑えることによって、精
度の高いSPM像を得ることのできるSPM(走査型プ
ローブ顕微鏡)を提供すること。
In view of the above circumstances, the present invention provides the following (O0
The contents of 1) and (O02) are considered to be technical issues. (O01) To suppress amplification of vibration of the scanner fixing base due to external factors such as inclination of the scanner fixing base due to backlash or displacement of the slide rail at the scanner tip. (O02) To provide an SPM (scanning probe microscope) capable of obtaining a highly accurate SPM image by suppressing the vibration of the scanner tip.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】次に、前記課題を解決し
た本発明を説明するが、本発明の要素には、後述の実施
例の要素との対応を容易にするため、実施例の要素の符
号をカッコで囲んだものを付記する。また、本発明を後
述の実施例の符号と対応させて説明する理由は、本発明
の理解を容易にするためであり、本発明の範囲を実施例
に限定するためではない。
The present invention, which has solved the above-mentioned problems, will now be described. Elements of the present invention include elements of the embodiment in order to facilitate correspondence with the elements of the embodiment described later. Add the ones in parentheses. Further, the reason why the present invention is described in association with the reference numerals of the embodiments described later is to facilitate understanding of the present invention and not to limit the scope of the present invention to the embodiments.

【0019】(本発明)前記課題を解決するために、本
発明のスキャナ保持装置は下記の構成要件(A01),
(A02)を備えたことを特徴とする。 (A01)基端部が支持され且つプローブ(54)または
試料(W)を保持する先端部が自由端として構成された
圧電体により構成され、前記基端部及び先端部の両端部
を結ぶZ軸方向に伸縮可能、且つ前記Z軸に垂直で且つ
互いに垂直なX軸およびY軸方向に前記先端部が移動可
能なスキャナ(52)、(A02)前記スキャナ(52)
の基端部を支持するスライダ(47;64,69)と、
前記スライダ(47;64,69)をスライド可能に支
持するスライドベース(36;61,66)とを有する
スキャナ支持部材(SU,SU′)であって、前記スラ
イダ(47;64,69)が前記スライドベース(3
6;61,66)に接触してスライド移動するZ軸方向
に垂直なスライド面(36d;64d,69d)と、前
記プローブ(54)先端または試料(W)表面とがZ軸
方向に対して略同じ位置に配置された前記スキャナ支持
部材(SU,SU′)。
(Invention) In order to solve the above-mentioned problems, the scanner holding device of the present invention has the following structural requirements (A01),
(A02) is provided. (A01) A piezoelectric body having a base end supported and a tip end holding a probe (54) or a sample (W) formed as a free end, and connecting both ends of the base end and the tip end. Scanners (52), (A02), which are axially expandable and contractible, and whose tip portion is movable in X-axis and Y-axis directions perpendicular to the Z-axis and perpendicular to each other (A02).
A slider (47; 64, 69) for supporting the base end of
A scanner supporting member (SU, SU ') having a slide base (36; 61, 66) slidably supporting the slider (47; 64, 69), wherein the slider (47; 64, 69) is The slide base (3
6; 61, 66) and a slide surface (36d; 64d, 69d) perpendicular to the Z-axis direction that slides and moves, and the tip of the probe (54) or the surface of the sample (W) with respect to the Z-axis direction. The scanner support members (SU, SU ') arranged at substantially the same position.

【0020】(本発明の作用)前記構成要件を備えた本
発明のスキャナ保持装置では、スキャナ(52)はZ軸
方向に伸縮可能且つZ軸に垂直で且つ互いに垂直なX軸
およびY軸方向に先端部が移動可能な圧電体によって構
成されているので、前記スキャナ(52)先端部に保持
されたプローブ(54)または試料(W)が、前記X,
Y,Z軸方向に移動(微動)できる。そして、前記スラ
イダ(47;64,69)が前記スライドベース(3
6;61,66)に接触してスライド移動するZ軸方向
に垂直なスライド面(36d;64d,69d)と、前
記プローブ(54)先端または試料(W)表面とが、Z
軸方向に対して略同じ位置に配置されている。
(Operation of the Present Invention) In the scanner holding device of the present invention having the above-mentioned requirements, the scanner (52) is extendable in the Z-axis direction, perpendicular to the Z-axis, and perpendicular to each other in the X-axis and Y-axis directions. Since the tip part is composed of a movable piezoelectric body, the probe (54) or sample (W) held at the tip part of the scanner (52) is
It can be moved (finely moved) in the Y and Z axis directions. The slider (47; 64, 69) is connected to the slide base (3
6; 61, 66) and a sliding surface (36d; 64d, 69d) perpendicular to the Z-axis direction that slides and moves, and the tip of the probe (54) or the surface of the sample (W) is Z.
They are arranged at substantially the same position with respect to the axial direction.

【0021】したがって、前記スライダ(47;64,
69)がスライド移動(粗動)したときにスライド面
(36d;64d,69d)のガタやズレ等によって、
スライダ(47;64,69)が傾斜しても、プローブ
(54)先端または試料(W)表面がスライド面(36
d;64d,69d)とZ方向に対して略同じ位置に配
置されているので、前記プローブ(54)先端または試
料(W)表面の変位はほとんどない。即ち、本発明のス
キャナ保持装置は、スライダ(47;64,69)が傾
斜したときのプローブ(54)先端または試料(W)表
面の変位量を抑えることができる。
Therefore, the sliders (47; 64,
69) when the slide movement (coarse movement) of the slide surface (36d; 64d, 69d) occurs,
Even if the slider (47; 64, 69) tilts, the tip of the probe (54) or the surface of the sample (W) slides on the slide surface (36
d; 64d, 69d) and substantially the same position in the Z direction, there is almost no displacement of the tip of the probe (54) or the surface of the sample (W). That is, the scanner holding device of the present invention can suppress the amount of displacement of the tip of the probe (54) or the surface of the sample (W) when the slider (47; 64, 69) is tilted.

【0022】また、外的な要因によって前記スライドベ
ース(36;61,66)が振動した場合でも、スライ
ド面(36d;64d,69d)とプローブ(54)先
端または試料(W)表面とがZ軸方向に対して略同じ位
置に配置されているので、スライダ(47;64,6
9)やスキャナ(52)の基端部の振動がプローブ(5
4)先端または試料(W)表面で増幅することを防止で
きる。
Even when the slide base (36; 61, 66) vibrates due to external factors, the slide surface (36d; 64d, 69d) and the tip of the probe (54) or the surface of the sample (W) become Z. Since the sliders (47; 64, 6) are arranged at substantially the same position in the axial direction,
9) and the vibration of the base end of the scanner (52)
4) It is possible to prevent amplification at the tip or the surface of the sample (W).

【0023】また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、
前記構成要件(A01),(A02)を備えたスキャナ保持
装置(SD,SD′)を備えたことを特徴とする。前記
構成要件を備えたスキャナ保持装置(SD,SD′)を
備えた本発明の走査型プローブ顕微鏡では、前記スライ
ド面(36d;64d,69d)における傾斜や外的要
因による振動によって、スライダ(47;64,69)
に支持されたプローブ(54)先端または試料(W)表
面の変位(傾斜)や振動はほとんど生じず、変位量や振
幅が増幅されない。したがって、本発明の走査型プロー
ブ顕微鏡は、プローブ(54)先端と試料(W)表面と
を略接触させて、プローブ(54)先端または試料
(W)表面を走査することによって得られるSPM像が
劣化せず、精度の高いSPM像が得られる。
Further, the scanning probe microscope of the present invention is
A scanner holding device (SD, SD ') having the above-mentioned structural requirements (A01), (A02) is provided. In the scanning probe microscope of the present invention equipped with the scanner holding device (SD, SD ′) having the above-mentioned requirements, the slider (47) is caused by the inclination of the slide surface (36d; 64d, 69d) and the vibration due to external factors. 64, 69)
Almost no displacement (tilt) or vibration of the tip of the probe (54) or the surface of the sample (W) supported by is generated, and the displacement amount and amplitude are not amplified. Therefore, the scanning probe microscope of the present invention provides an SPM image obtained by scanning the tip of the probe (54) or the surface of the sample (W) by making the tip of the probe (54) and the surface of the sample (W) substantially in contact with each other. An SPM image with high accuracy can be obtained without deterioration.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】次に図面を参照しながら、本発明
の実施例の試料ホルダ支持装置を説明するが、本発明は
以下の実施例に限定されるものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, a sample holder supporting device of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiment.

【0025】(実施例1)図1は本発明の走査型プロー
ブ顕微鏡の実施例1の説明図で、図1Aは走査型プロー
ブ顕微鏡のSTMセルが試料交換位置にある状態を示す
図、図1BはSTMセルが試料観察位置にある状態を示
す図である。図1において、実施例1の走査型プローブ
顕微鏡としての低温UHV(UltraHigh Vacuum)−ST
M(Scanning Tunneling Microscope)、即ち、低温超
高真空走査型トンネル顕微鏡SPMは、除震部材1を介
して支持されたクライオスタット2を有している。前記
クライオスタット2の内部には、UHVインナチャンバ
3が形成されている。前記インナチャンバ3は、試料検
査時、クライオスタット2内の液体ヘリウム等の冷媒に
よって冷却され、図示しない真空ポンプによって高真空
状態に保持される。前記インナチャンバ3の底部の試料
観察位置P1にはSTMセル支持装置4が配置されてい
る。前記STMセル支持装置4は、STMセルSをクラ
イオスタット2内部に固定支持するための装置である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an explanatory view of Embodiment 1 of a scanning probe microscope of the present invention, FIG. 1A is a view showing a state in which an STM cell of the scanning probe microscope is at a sample exchange position, and FIG. 1B. FIG. 6 is a diagram showing a state in which the STM cell is at a sample observation position. In FIG. 1, low temperature UHV (UltraHigh Vacuum) -ST as a scanning probe microscope of Example 1
An M (Scanning Tunneling Microscope), that is, a low temperature ultra-high vacuum scanning tunneling microscope SPM has a cryostat 2 supported via a vibration isolation member 1. A UHV inner chamber 3 is formed inside the cryostat 2. During the sample inspection, the inner chamber 3 is cooled by a coolant such as liquid helium in the cryostat 2 and kept in a high vacuum state by a vacuum pump (not shown). An STM cell support device 4 is arranged at a sample observation position P1 on the bottom of the inner chamber 3. The STM cell supporting device 4 is a device for fixedly supporting the STM cell S inside the cryostat 2.

【0026】前記インナチャンバ3の上方には試料交換
チャンバ6が設けられており、前記試料交換チャンバ6
の左右(Y軸方向)両側面には試料交換口6a、6bが
形成されている。前記試料交換チャンバ6内に設定され
た試料交換位置P2において、図示しないSTMセル交
換装置によって、試料交換口6a、6bを通じてSTM
セルSが交換される。
A sample exchange chamber 6 is provided above the inner chamber 3, and the sample exchange chamber 6 is provided.
Sample exchange ports 6a and 6b are formed on both left and right sides (Y-axis direction) of the. At the sample exchange position P2 set in the sample exchange chamber 6, an STM cell exchange device (not shown) is used to pass the STM through the sample exchange ports 6a and 6b.
The cell S is replaced.

【0027】前記試料交換チャンバ6の上側面には、上
方に伸びる円筒状の搬送ロッド収容部7が設けられてい
る。前記搬送ロッド収容部7の内部には、STMセル搬
送部材としてのMGL搬送ロッド8がスライド移動可能
且つ回転可能に支持されている。前記MGL搬送ロッド
8の上端部には、複数のロッド磁石9が固着されてい
る。また、前記MGL搬送ロッド8の下端部には、水平
方向に伸びるSTMセル着脱保持ピン8a(図3A,図
3D参照)が設けられている。前記搬送ロッド収容部7
の外側面には、MGL搬送部材11がスライド移動可能
且つ回転可能に支持されている。前記MGL搬送部材1
1は、前記ロッド磁石9と同数の搬送磁石12を有して
おり、前記搬送磁石12とロッド磁石9との間には引張
り合う磁力が発生している。即ち、前記MGL搬送部材
11を上下移動や回転移動させることにより、前記MG
L搬送ロッド8を上下移動や回転移動させることができ
る。
On the upper side surface of the sample exchange chamber 6, there is provided a cylindrical transport rod accommodating portion 7 extending upward. An MGL transport rod 8 as an STM cell transport member is slidably and rotatably supported inside the transport rod accommodating portion 7. A plurality of rod magnets 9 are fixed to the upper end of the MGL transport rod 8. Further, an STM cell attachment / detachment holding pin 8a (see FIGS. 3A and 3D) extending in the horizontal direction is provided at the lower end of the MGL transport rod 8. The transport rod accommodating portion 7
An MGL transport member 11 is slidably and rotatably supported on the outer surface of the. The MGL transport member 1
1 has the same number of carrier magnets 12 as the rod magnets 9, and a tensile magnetic force is generated between the carrier magnets 12 and the rod magnets 9. That is, by vertically moving or rotating the MGL transport member 11, the MG
The L transport rod 8 can be moved up and down and rotated.

【0028】したがって、前記MGL搬送ロッド8は、
その下端の着脱保持ピン8aによって保持したSTMセ
ルSを試料交換位置P2(図1A参照)と前記試料観察
位置P1(図1B参照)との間で搬送することができ
る。また、前記STMセルSが試料観察位置P1に搬送
された状態で、MGL搬送部材11を回転させ、MGL
搬送ロッド8を回転させることにより、STMセルSを
STMセル支持装置4に装着することができる。前記搬
送ロッド収容部7、MGL搬送ロッド8、ロッド磁石
9、搬送磁石11及びMGL搬送部材12等によって、
STMセル着脱装置としてのマグネティックローダ(Ma
gnetic Loader)MGLが構成されている。
Therefore, the MGL transport rod 8 is
The STM cell S held by the attachment / detachment holding pin 8a at the lower end can be conveyed between the sample exchange position P2 (see FIG. 1A) and the sample observation position P1 (see FIG. 1B). Further, while the STM cell S is transported to the sample observation position P1, the MGL transport member 11 is rotated to move the MGL.
By rotating the transport rod 8, the STM cell S can be mounted on the STM cell supporting device 4. With the transport rod accommodating portion 7, the MGL transport rod 8, the rod magnet 9, the transport magnet 11, the MGL transport member 12, and the like,
Magnetic loader (Ma
(gnetic Loader) MGL is configured.

【0029】図2は実施例1の走査型プローブ顕微鏡の
STMセルの説明図で、図2Aは正面図、図2Bは前記
図2Aの矢印IIBから見た図、図2Cは前記図2AのII
C−IIC線から見た図、図2Dは前記図2AのIID−II
D線断面図、図2Eは前記図2Dに示す着脱用レバーの
斜視図、図2Fは前記図2Dに示すレバー支持部材の斜
視図である。図3はSTMセル支持装置へのSTMセル
の装着方法の説明図で、図3AはSTMセルをSTMセ
ル支持装置に搬送した状態を示す図、図3BはSTMセ
ルをSTMセル着脱用ロッドでSTMセル支持装置に押
圧した状態を示す図、図3CはSTMセル着脱用ロッド
を回転させてSTMセルをSTMセル支持装置に装着し
た状態を示す図、図3DはSTMセル着脱用ロッドを上
方に離脱させた状態を示す図、図3Eは前記図3AのII
IE−IIIE線から見た図、図3Fは前記図3AのIIIF
−IIIF線断面図、図3Gは前記図3CのIIIG−IIIG
線から見た図、図3Hは前記図3DのIIIH−IIIH線断
面図、である。
2A and 2B are explanatory views of the STM cell of the scanning probe microscope according to the first embodiment. FIG. 2A is a front view, FIG. 2B is a view seen from an arrow IIB in FIG. 2A, and FIG. 2C is II in FIG. 2A.
A view seen from the line C-IIC, and FIG. 2D is the line IID-II of FIG. 2A.
2D is a perspective view of the attachment / detachment lever shown in FIG. 2D, and FIG. 2F is a perspective view of the lever support member shown in FIG. 2D. 3A and 3B are explanatory views of a method for mounting the STM cell on the STM cell supporting device, FIG. 3A is a diagram showing a state in which the STM cell is conveyed to the STM cell supporting device, and FIG. 3B is an STM cell attaching / detaching rod for the STM cell. FIG. 3C is a view showing a state where the STM cell attaching / detaching rod is rotated, and FIG. 3C is a view showing a state where the STM cell attaching / detaching rod is attached to the STM cell attaching / detaching device. FIG. 3E is a view showing the state of being let
A view seen from the line IE-IIIE, and FIG. 3F is the IIIF of FIG. 3A.
-IIIF line sectional view, FIG. 3G is the IIIG-IIIG of FIG. 3C.
FIG. 3H is a sectional view taken along the line IIIH-IIIH in FIG. 3D.

【0030】図2、図3において、前記STMセル支持
装置4は、円筒状のケース16(図3参照)と、ケース
16の上端に固定された支持装置側端子プレート17
と、支持装置側端子プレート17の上面に設けた円筒部
材18と、その上面に設けた上端プレート19とを有し
ている。図3において、前記ケース16は円筒状内周面
を有するSTMセル収容部16aと、前記STMセル収
容部16aの左右(Y軸方向)両側に形成された粗動部
材挿入溝16b、16b(図3E、図3G参照)と、後
部(−X側部分)に形成されたX粗動部材挿入溝16c
(図3E〜図3H参照)とを有している。
2 and 3, the STM cell supporting device 4 includes a cylindrical case 16 (see FIG. 3) and a supporting device side terminal plate 17 fixed to the upper end of the case 16.
And a cylindrical member 18 provided on the upper surface of the supporting device side terminal plate 17, and an upper end plate 19 provided on the upper surface. In FIG. 3, the case 16 has an STM cell housing portion 16a having a cylindrical inner peripheral surface, and coarse movement member insertion grooves 16b, 16b formed on both left and right sides (Y axis direction) of the STM cell housing portion 16a (see FIG. 3E and FIG. 3G) and the X coarse movement member insertion groove 16c formed in the rear portion (the -X side portion).
(See FIGS. 3E to 3H).

【0031】前記支持装置側端子プレート17は前記S
TMセル収容部16aよりやや小径の円形孔17aを有
しており、その上面の右前部(+X+Y部)及び左後部
(−X−Y部)の両側部分にはそれぞれ複数の電気接続
端子17b(図3A参照)が設けられている。前記円筒
部材18の内周面18aは前記円形孔17aよりも大径
であり、前記電気接続端子17bの上方には空間が形成
されている。
The terminal plate 17 on the supporting device side is the S
It has a circular hole 17a having a diameter slightly smaller than that of the TM cell accommodating portion 16a, and a plurality of electric connection terminals 17b (on the both sides of the right front portion (+ X + Y portion) and the left rear portion (−X−Y portion) of its upper surface). (See FIG. 3A). An inner peripheral surface 18a of the cylindrical member 18 has a diameter larger than that of the circular hole 17a, and a space is formed above the electric connection terminal 17b.

【0032】前記上端プレート19は長円孔19aを有
しており、長円孔19aの長径は前記円筒部材18の内
周面18aと同径(図3E、図3G参照)で、前記電気
接続端子17bの上方が外部に開口するように(上端プ
レート19の上方から電気接続端子17bが見えるよう
に)形成されている。前記上端プレート19の長円孔1
9aの短径方向の両側部分の下面には、前記円筒部材1
8の内周面18aよりも内方に突出するSTMセル係止
部19bが設けられている。そして、前記上端プレート
19には、前記粗動部材挿入溝16b、16bに対応し
て、粗動部材挿入溝19c、19cが形成されている。
したがって、上方(+Z方向)から前記粗動部材挿入溝
19c、19c及び粗動部材挿入溝16b、16bを通
って、Y軸粗動ロッドRy(後述、図1、図4〜図7参
照)及びZ軸粗動ロッドRz(後述、図1、図4〜図7
参照)がケース16の内部に挿入できる。
The upper end plate 19 has an elliptical hole 19a, and the elliptical hole 19a has the same major axis as the inner peripheral surface 18a of the cylindrical member 18 (see FIGS. 3E and 3G), so that the electrical connection can be made. It is formed so that the upper side of the terminal 17b is opened to the outside (the electric connection terminal 17b can be seen from above the upper end plate 19). Oval hole 1 in the upper end plate 19
The cylindrical member 1 is provided on the lower surface of both side portions of 9a in the minor axis direction.
8 is provided with an STM cell locking portion 19b that projects inward from the inner peripheral surface 18a. Further, the upper end plate 19 is formed with coarse movement member insertion grooves 19c and 19c corresponding to the coarse movement member insertion grooves 16b and 16b.
Therefore, from above (+ Z direction), the Y-axis coarse movement rod Ry (described later, see FIGS. 1 and 4 to 7) and the coarse movement member insertion grooves 19c, 19c and the coarse movement member insertion grooves 16b, 16b are passed. Z-axis coarse movement rod Rz (described later, FIGS. 1 and 4 to 7)
Can be inserted inside the case 16.

【0033】(STMセル)図2、図3において、実施
例1のSTMセルSは、円筒状のスキャナ収容ケースC
と、その上端に設けた平面図で長円形のセル側端子プレ
ート22と、前記セル側端子プレート22の上面に設け
たレバー支持部材23と、前記レバー支持部材23に回
転可能に支持された着脱用レバー24(被係止部材、図
2E参照)とを有している。前記長円形のセル側端子プ
レート22の長手方向両端部の下面にそれぞれ複数の導
電性部材を介して電気接続端子22aが設けられてい
る。図3A、図3Bにおいて、セル側端子プレート22
は前記STMセル支持装置4の上端プレート19の長円
孔19aおよび円筒部材18を上側から下側に通過し
て、支持装置側端子プレート17上面に支持される。そ
のとき、支持装置側端子プレート17上面の電気接続端
子17bと保持部材側端子プレート22の電気接続端子
22aとが接続されるようになっている。また、前記保
持部材側端子プレート22の後部には、前記X粗動部材
挿入溝16cに対応して、後述のX軸粗動ロッドRxを
挿入させるための貫通孔22b(図3E、図3G参照)
が形成されている。
(STM Cell) In FIGS. 2 and 3, the STM cell S of the first embodiment is a cylindrical scanner housing case C.
And an elliptical cell-side terminal plate 22 provided on an upper end thereof in a plan view, a lever support member 23 provided on an upper surface of the cell-side terminal plate 22, and a detachable member rotatably supported by the lever support member 23. Lever 24 (locked member, see FIG. 2E). Electrical connection terminals 22a are provided on the lower surfaces of both ends in the longitudinal direction of the oval cell-side terminal plate 22 via a plurality of conductive members. 3A and 3B, the cell-side terminal plate 22
Passes through the oblong hole 19a and the cylindrical member 18 of the upper end plate 19 of the STM cell supporting device 4 from the upper side to the lower side, and is supported on the upper surface of the supporting device side terminal plate 17. At that time, the electrical connection terminals 17b on the upper surface of the supporting device side terminal plate 17 and the electrical connection terminals 22a of the holding member side terminal plate 22 are connected. Further, in the rear portion of the holding member side terminal plate 22, a through hole 22b for inserting an X-axis coarse movement rod Rx, which will be described later, corresponding to the X coarse movement member insertion groove 16c (see FIGS. 3E and 3G). )
Are formed.

【0034】図2において、前記レバー支持部材23
は、着脱用レバー24を鉛直軸回りに90°の範囲で回
転可能に支持する下側部分23a(図2F参照)と、下
側部分23aに支持された前記着脱用レバー24の上方
への抜け止めのために前記下側部分23aの上面に固定
された円板状の上側部分23b(図2A、図2B参照)
とを有している。そして、前記上側部分23bの中央部
にはピン貫通長孔23cが形成されている。前記着脱用
レバー24は図2Eに示すように、中央円形部24aと
その両側に突出する突出部24b,24bとを有してい
る。前記中央円形部24aにはピン挿入口24cが形成
されており、前記突出部24b,24bには傾斜面24
d,24dが形成されている。
In FIG. 2, the lever support member 23
Is a lower portion 23a (see FIG. 2F) that rotatably supports the attachment / detachment lever 24 in the range of 90 ° about the vertical axis, and the detachment of the attachment / detachment lever 24 supported by the lower portion 23a to the upper side. A disc-shaped upper portion 23b fixed to the upper surface of the lower portion 23a for stopping (see FIGS. 2A and 2B).
And have. A pin penetrating elongated hole 23c is formed in the center of the upper portion 23b. As shown in FIG. 2E, the attachment / detachment lever 24 has a central circular portion 24a and protruding portions 24b, 24b protruding on both sides thereof. A pin insertion opening 24c is formed in the central circular portion 24a, and an inclined surface 24 is formed in the protruding portions 24b, 24b.
d and 24d are formed.

【0035】次に、図1、図3を参照しながら前記ST
MセルSのSTMセル支持装置4への装着の方法を説明
する。前記試料交換位置P2(図1参照)において、前
記MGL搬送ロッド8のSTMセル着脱保持ピン8aを
レバー支持部材23のピン貫通長孔23c及び着脱用レ
バー24のピン挿入口24cに挿入し、着脱用レバー2
4を90°回転させる。この時、前記ピン貫通長孔23
cとピン挿入口24cとは、図3Eに示すような互いに
交差した状態となる。このとき、前記STMセル着脱保
持ピン8aが前記レバー支持部材23の上側部分23b
の下面に当接するので、前記MGL搬送ロッド8によっ
てSTMセルSが保持される(図1Aの状態)。この状
態で、前記MGL搬送ロッド8を操作して、STMセル
Sを前記試料観察位置P1に搬送する(図1B、図3A
の状態)。そして、前記STMセルSのセル側端子プレ
ート22を前記STMセル支持装置4の支持装置側端子
プレート17に載せた状態(図3Aの状態)で、前記M
GL搬送ロッド8を下方に押圧する(図3Bの状態)。
その後、MGL搬送ロッド8を90°回転させると、前
記着脱用レバー24の突出部24b,24bの各傾斜面
24dがSTMセル係止部19b下面に当接し、STM
セルSが下方に押圧される(図3Cの状態)。このと
き、支持装置側端子プレート17上面の電気接続端子1
7bと保持部材側端子プレート22の電気接続端子22
aとがしっかりと接続される。そして、このとき、前記
前記ピン貫通長孔23cとピン挿入口24cとが連通し
た状態(図3G参照)になるので、前記MGL搬送ロッ
ド8をピン貫通孔23c及びピン挿入口24cから上方
(Z方向)に離脱させることができる(図3D参照)。
なお、STMセルSをSTMセル支持装置4から取り外
す時は、逆の手順を行うことで、取り外すことができ
る。
Next, referring to FIG. 1 and FIG.
A method of mounting the M cell S on the STM cell supporting device 4 will be described. At the sample exchange position P2 (see FIG. 1), the STM cell attachment / detachment holding pin 8a of the MGL transport rod 8 is inserted into the pin penetrating elongated hole 23c of the lever support member 23 and the pin insertion port 24c of the attachment / detachment lever 24 to attach / detach. Lever 2
Rotate 4 90 °. At this time, the pin penetrating elongated hole 23
c and the pin insertion opening 24c are in a state of intersecting with each other as shown in FIG. 3E. At this time, the STM cell attachment / detachment holding pin 8a is connected to the upper portion 23b of the lever supporting member 23.
The MGL transport rod 8 holds the STM cell S because it abuts the lower surface of the SGL (state of FIG. 1A). In this state, the MGL transport rod 8 is operated to transport the STM cell S to the sample observation position P1 (FIGS. 1B and 3A).
State). Then, the cell side terminal plate 22 of the STM cell S is placed on the supporting device side terminal plate 17 of the STM cell supporting device 4 (state of FIG. 3A), and the M
The GL transport rod 8 is pressed downward (state of FIG. 3B).
Then, when the MGL transport rod 8 is rotated 90 °, the inclined surfaces 24d of the protrusions 24b, 24b of the attachment / detachment lever 24 come into contact with the lower surface of the STM cell locking portion 19b, and the STM
The cell S is pressed downward (state of FIG. 3C). At this time, the electrical connection terminals 1 on the upper surface of the support device side terminal plate 17
7b and holding member side terminal plate 22 electrical connection terminal 22
and a are firmly connected. Then, at this time, the pin through-hole 23c and the pin insertion port 24c are in communication with each other (see FIG. 3G), so that the MGL transport rod 8 is moved upward from the pin through hole 23c and the pin insertion port 24c (Z. Direction) (see FIG. 3D).
When removing the STM cell S from the STM cell supporting device 4, it can be removed by performing the reverse procedure.

【0036】図4は実施例1のSTMセルの要部断面図
である。図5は図4のV−V線断面図であり、図5Aは
V−V線断面のギアを省略した図、図5BはV−V線断
面のギアを記載した図である。図6は実施例1のSTM
セルのスキャナ保持装置の要部説明図であり、図6Aは
断面図、図6Bは図6AのVIB方向から見た図、図6
Cは図6BのVIC方向から見た図である。
FIG. 4 is a sectional view of the essential part of the STM cell of the first embodiment. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4, FIG. 5A is a view in which a gear taken along the line VV is omitted, and FIG. 5B is a view illustrating a gear taken along the line VV. FIG. 6 shows the STM of the first embodiment.
6A and 6B are an explanatory view of a main part of a cell scanner holding device, FIG. 6A is a cross-sectional view, FIG. 6B is a view seen from the VIB direction of FIG.
6C is a diagram viewed from the VIC direction in FIG. 6B.

【0037】図4において、前記スキャナ収容ケースC
は、下端側(−Z端側)の試料ホルダ保持壁C1と、前
記試料ホルダ保持壁C1の上部に嵌合するスキャナ保持
装置支持壁C2と、前記スキャナ保持壁C2の上部に嵌
合する上壁C3とを有する。前記試料ホルダ保持壁C1
は、円錘状の外形を有し、その内部には試料ホルダ26
が着脱可能に保持するホルダ装着溝(図示せず)が形成
されている。前記試料ホルダ26は、試料Wを保持する
ホルダ本体26aと、前記ホルダ保持壁C1のホルダ装
着溝(図示せず)と係合するホルダ装着部材26bと、
試料ホルダ26を着脱・搬送する時にホルダ搬送部材
(図示せず)に保持される被保持部材26cとを有す
る。前記試料ホルダ26は、STMセルSがインナチャ
ンバ3の内部に搬送される前に、ホルダ保持壁C1に装
着される。なお、前記ホルダ保持壁C1に試料ホルダ2
6を着脱する機構やホルダ搬送部材は従来公知であり、
例えば、特開2001−272324号公報や、特開平
9−153338号公報等に記載されているので詳細な
説明は省略する。
In FIG. 4, the scanner housing case C is shown.
Is a lower end side (-Z end side) of the sample holder holding wall C1, a scanner holding device support wall C2 fitted to the upper part of the sample holder holding wall C1, and an upper part of the scanner holding wall C2. It has a wall C3. The sample holder holding wall C1
Has a conical outer shape, and the sample holder 26
A holder mounting groove (not shown) for detachably holding the is formed. The sample holder 26 includes a holder body 26a that holds the sample W, a holder mounting member 26b that engages with a holder mounting groove (not shown) of the holder holding wall C1, and a holder mounting member 26b.
It has a held member 26c which is held by a holder carrying member (not shown) when the sample holder 26 is attached and detached and carried. The sample holder 26 is mounted on the holder holding wall C1 before the STM cell S is transported into the inner chamber 3. The sample holder 2 is attached to the holder holding wall C1.
A mechanism for attaching and detaching 6 and a holder conveying member are conventionally known,
For example, since it is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-272324, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-153338, etc., detailed description will be omitted.

【0038】前記スキャナ保持壁C2は、下部の薄肉円
筒部27と、上部の厚肉円筒部28と、上端部のZ軸粗
動部材支持部29とを有している。図5において、前記
薄肉円筒部27の上端部の後方(−X軸側)には、X軸
粗動部材貫通長孔27a(図5参照)が形成され、左方
(−Y軸側)にはY軸粗動部材貫通長孔27b(図4、
図5参照)が形成されている。前記Z軸粗動部材支持部
29は、上端側に形成された円筒状の周面を有する大径
孔H1と、前記大径孔H1の下方に形成され且つ前記大
径孔H1より小径の中径孔H2と、前記中径孔H2の下
方に形成され且つ中径孔H2より小径の小径孔H3とを
有しており、前記小径孔H3は前記厚肉円筒部28内部
に連通している。また、前記Z軸粗動部材支持部29の
右側(+Y側)には、大径孔H1に連通する伝達ギア支
持部29d(図5A参照)が形成されている。そして、
前記スキャナ収容ケースCの上壁C3の中央部には、前
記Z軸粗動部材支持部29の中径孔H2と同径の上側中
径孔H2′(図4参照)が形成されている。
The scanner holding wall C2 has a lower thin-walled cylindrical portion 27, an upper thick-walled cylindrical portion 28, and an upper end Z-axis coarse movement member support portion 29. In FIG. 5, an X-axis coarse movement member penetrating elongated hole 27a (see FIG. 5) is formed at the rear (−X axis side) of the upper end of the thin-walled cylindrical portion 27, and on the left side (−Y axis side). Is a Y-axis coarse movement member penetrating elongated hole 27b (see FIG.
5) is formed. The Z-axis coarse movement member support portion 29 has a large diameter hole H1 having a cylindrical peripheral surface formed on the upper end side, and a medium diameter smaller than the large diameter hole H1 and formed below the large diameter hole H1. It has a small diameter hole H2 and a small diameter hole H3 formed below the medium diameter hole H2 and having a smaller diameter than the middle diameter hole H2. The small diameter hole H3 communicates with the inside of the thick-walled cylindrical portion 28. . A transmission gear support 29d (see FIG. 5A) communicating with the large diameter hole H1 is formed on the right side (+ Y side) of the Z-axis coarse movement member support 29. And
An upper middle-diameter hole H2 ′ (see FIG. 4) having the same diameter as the middle-diameter hole H2 of the Z-axis coarse movement member support portion 29 is formed in the central portion of the upper wall C3 of the scanner housing case C.

【0039】図4、図5において、前記Z軸粗動部材支
持部29の大径孔H1、中径孔H2及び上壁C3の上側
中径孔H2′によって囲まれる空間内部にはZ軸粗動ギ
ア32が配置されている。前記Z軸粗動ギア32は、前
記大径孔H1に収容されるギア部32aと、前記中径孔
H2及び上側中径孔H2′内に収容されるコア部32b
とを有し、前記コア部32bの中心部にはネジ溝が形成
された貫通孔32cが形成されている。前記コア部32
bは中径孔H2及び上側中径孔H2′にベアリングを介
して回転可能に支持されている。
In FIGS. 4 and 5, the Z-axis rough movement member supporting portion 29 has a Z-axis rough movement inside the space surrounded by the large diameter hole H1, the medium diameter hole H2 and the upper middle diameter hole H2 'of the upper wall C3. The moving gear 32 is arranged. The Z-axis coarse movement gear 32 includes a gear portion 32a housed in the large diameter hole H1 and a core portion 32b housed in the medium diameter hole H2 and the upper middle diameter hole H2 '.
And a through hole 32c having a thread groove is formed at the center of the core portion 32b. The core portion 32
b is rotatably supported in the medium diameter hole H2 and the upper medium diameter hole H2 'via bearings.

【0040】前記伝達ギア支持部29dには、軸G0a
(図4参照)中心に回転可能に支持された伝達ギアG0
が配置されており、前記伝達ギアG0は、前記ギア部3
2aと噛合っている。前記伝達ギアG0の右部はスキャ
ナ収容ケースCの外部に突出して配置されており、突出
した部分にはZ軸粗動ロッドRzの下端部に固着された
ギアRz1(図4参照)が噛合っている。前記Z軸粗動
ロッドRzはクライオスタット2内で、回転可能且つス
ライド移動可能に支持されている。前記Z軸粗動ロッド
Rzの上端部の外側にはベローズB1(図1A参照)が
配置され、Z軸粗動ロッドRzの上端はベローズB1上
端に固定されたプレートを気密に貫通している。前記Z
軸粗動ロッドRzを回転させることによって、前記伝達
ギアG0及びZ軸粗動ギア32を回転させることができ
る。前記Z軸粗動ギア32、伝達ギアG0及びZ軸粗動
ロッドRz等によってZ軸粗動装置SSzが構成されて
いる。
The transmission gear support 29d has a shaft G0a.
(See FIG. 4) Transmission gear G0 rotatably supported at the center
And the transmission gear G0 is
It meshes with 2a. The right part of the transmission gear G0 is arranged so as to project to the outside of the scanner housing case C, and a gear Rz1 (see FIG. 4) fixed to the lower end of the Z-axis coarse movement rod Rz meshes with the protruding part. ing. The Z-axis coarse movement rod Rz is rotatably and slidably supported in the cryostat 2. A bellows B1 (see FIG. 1A) is arranged outside the upper end portion of the Z-axis coarse movement rod Rz, and the upper end of the Z-axis coarse movement rod Rz airtightly penetrates a plate fixed to the upper end of the bellows B1. Z
By rotating the shaft coarse movement rod Rz, the transmission gear G0 and the Z axis coarse movement gear 32 can be rotated. The Z-axis coarse movement gear 32, the transmission gear G0, the Z-axis coarse movement rod Rz and the like constitute a Z-axis coarse movement device SSz.

【0041】図4において、前記スキャナ保持装置支持
壁C2の薄肉円筒部27及び厚肉円筒部28の内部には
スキャナ保持装置SDが配置されている。前記スキャナ
保持装置SDは、前記小径孔H3を貫通して上方に伸び
る被保持部34と、前記厚肉円筒部28の内径と略同じ
外径を有する円筒状のスライドベース36とを有してい
る。前記被保持部34の外周面にはネジ溝34aが形成
されており、このネジ溝34aがZ軸粗動ギア32の貫
通孔32cのネジ溝に噛合っている。前記スライドベー
ス36は、前記被保持部34と一体に形成されており、
ベース頂壁36aと、前記ベース頂壁36aの下方に接
続する円筒状のベース筒壁36bとを有している。前記
ベース頂壁36aの下面には3つのベース側バネ支持孔
36c(図6B参照)が形成されている。また、前記ス
ライドベース36のベース筒壁36bの外周面には図示
しない回り止め溝が形成されており、前記厚肉円筒部2
8内壁に形成された図示しない回り止めピンと回り止め
溝が係合することによって、前記スライドベース36は
回転不能に保持されている。したがって、前記Z軸粗動
ロッドRzを回転させることによって、前記Z軸粗動ギ
ア32は回転するが、スライドベース36は回転不能な
ので、スライドベース36は上下方向(Z軸方向)に移
動(Z軸粗動)する。前記ベース筒壁36bの下端部に
は、中心角120°毎(計3ヶ所)に半径方向にスライ
ド溝(スライド面)36d(図6B、図6C参照)が形
成されている。
In FIG. 4, the scanner holding device SD is arranged inside the thin-walled cylindrical portion 27 and the thick-walled cylindrical portion 28 of the scanner holding device supporting wall C2. The scanner holding device SD has a held portion 34 that extends upward through the small diameter hole H3 and a cylindrical slide base 36 having an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the thick-walled cylindrical portion 28. There is. A thread groove 34a is formed on the outer peripheral surface of the held portion 34, and the thread groove 34a meshes with the thread groove of the through hole 32c of the Z-axis coarse movement gear 32. The slide base 36 is formed integrally with the held portion 34,
It has a base top wall 36a and a cylindrical base cylinder wall 36b connected below the base top wall 36a. Three base side spring support holes 36c (see FIG. 6B) are formed on the lower surface of the base top wall 36a. In addition, a rotation preventing groove (not shown) is formed on the outer peripheral surface of the base cylindrical wall 36b of the slide base 36, and the thick cylindrical portion 2 is formed.
The non-illustrated detent pin formed on the inner wall of the No. 8 engages the detent groove to prevent the slide base 36 from rotating. Therefore, by rotating the Z-axis coarse movement rod Rz, the Z-axis coarse movement gear 32 rotates, but the slide base 36 cannot rotate, so the slide base 36 moves in the vertical direction (Z-axis direction) (Z Axis coarse movement). A slide groove (slide surface) 36d (see FIGS. 6B and 6C) is formed in the lower end portion of the base cylinder wall 36b in the radial direction at every central angle of 120 ° (a total of three places).

【0042】次に、X軸粗動装置及びY軸粗動装置の構
成の説明を行うが、両装置は同様の構成をしているの
で、Y軸粗動装置についてのみ説明を行いX軸粗動装置
についての詳細な説明は省略する。前記ベース筒壁36
bの上下方向(Z軸方向)中央部の左側(−Y側)には
断面四角形状のY軸調節部材装着孔38(図4参照)が
形成され、右側(+Y側)には断面円形のY軸押圧部材
装着孔39が形成されている。前記Y軸調節部材装着孔
38は、外側の小径孔部38a(図4参照)と内側の大
径孔部38bとを有している。前記押圧部材装着孔39
は、外側の大径孔部39aと内側の小径孔部39bとを
有し、前記大径孔部39aの外端部にメスネジ39cが
形成されている。
Next, the configurations of the X-axis coarse movement device and the Y-axis coarse movement device will be described. Since both devices have the same configuration, only the Y-axis coarse movement device will be described and the X-axis coarse movement device will be described. A detailed description of the moving device will be omitted. The base tube wall 36
A b-shaped Y-axis adjusting member mounting hole 38 (see FIG. 4) having a quadrangular cross section is formed on the left side (−Y side) of the central portion in the up-down direction (Z-axis direction) and a circular cross section is formed on the right side (+ Y side). A Y-axis pressing member mounting hole 39 is formed. The Y-axis adjusting member mounting hole 38 has an outer small diameter hole 38a (see FIG. 4) and an inner large diameter hole 38b. The pressing member mounting hole 39
Has an outer large-diameter hole 39a and an inner small-diameter hole 39b, and a female screw 39c is formed at the outer end of the large-diameter hole 39a.

【0043】図4において、前記Y軸調節部材装着孔3
8には、Y軸調節部材41が装着されている。前記Y軸
調節部材41は、Y軸調節部材装着孔38の外側の小径
孔部に嵌合する角柱状外部41aと、大径孔部38bに
嵌合する角柱状内部41bとが一体に形成されている。
そして、前記角柱状外部41aの外端部には外方に行く
に従って下方に傾斜する当接傾斜面41cが形成されて
いる。前記Y軸調節部材41の角柱状内部41bの内端
面は球面状に形成されている。また、前記Y軸調節部材
41の外端部は前記Y軸粗動部材貫通長孔27bを貫通
して、スキャナ収容ケースCの外方に突出している。そ
して、外方に突出した当接傾斜面41cには、インナチ
ャンバ3内に上下方向にスライド移動可能に支持された
Y軸粗動ロッドRy(図1、図4参照)の下端部が当接
する。前記Y軸粗動ロッドRyの上端部の外側には、前
記Z軸粗動ロッドRzと同様に、ベローズB2(図1参
照)が配置され、Y軸粗動ロッドRyの上端はベローズ
B2上端に固定されたプレートを気密に貫通している。
In FIG. 4, the Y-axis adjusting member mounting hole 3
A Y-axis adjusting member 41 is attached to the unit 8. The Y-axis adjusting member 41 is integrally formed with a prism-shaped outer portion 41a that fits in a small-diameter hole portion outside the Y-axis adjusting member mounting hole 38 and a prism-shaped inner portion 41b that fits in a large-diameter hole portion 38b. ing.
A contact slant surface 41c is formed at the outer end of the prismatic outer portion 41a so as to slant downward as it goes outward. An inner end surface of the prismatic interior 41b of the Y-axis adjusting member 41 is formed into a spherical shape. The outer end portion of the Y-axis adjusting member 41 penetrates the Y-axis coarse movement member penetrating elongated hole 27b and projects to the outside of the scanner housing case C. Then, the lower end portion of the Y-axis coarse movement rod Ry (see FIGS. 1 and 4), which is slidably supported in the inner chamber 3 in the vertical direction, abuts on the abutting inclined surface 41c protruding outward. . A bellows B2 (see FIG. 1) is arranged outside the upper end portion of the Y-axis coarse movement rod Ry, like the Z-axis coarse movement rod Rz, and the upper end of the Y-axis coarse movement rod Ry is located at the upper end of the bellows B2. Airtightly penetrates the fixed plate.

【0044】図4において、前記Y軸押圧部材装着孔3
9には、Y軸押圧部材42が装着されている。前記Y軸
押圧部材42は、前記Y軸押圧部材装着孔39(図4参
照)の外側の大径孔部39aのメスネジ39cと螺合す
る装着ネジ42aと、前記装着ネジ42aに一端が支持
される押圧バネ42bと、前記押圧バネ42bの他端に
よって内側に押圧される円筒状のキャップ42cとから
なっている。前記キャップ42cは、Y軸押圧部材装着
孔39の小径孔部39bに嵌合する内端側の球面状押圧
部42c1と、大径孔部39aに嵌合する外端側のスト
ッパ部42c2とを有する。前記Y軸調節部材41、Y
軸押圧部材42及びY軸粗動ロッドRy等によってY軸
粗動装置SSyが構成されている。
In FIG. 4, the Y-axis pressing member mounting hole 3
A Y-axis pressing member 42 is attached to the unit 9. The Y-axis pressing member 42 has one end supported by a mounting screw 42a screwed into the female screw 39c of the large-diameter hole 39a outside the Y-axis pressing member mounting hole 39 (see FIG. 4), and the mounting screw 42a. And a cylindrical cap 42c that is pressed inward by the other end of the pressing spring 42b. The cap 42c has a spherical pressing portion 42c1 on the inner end side that fits into the small diameter hole portion 39b of the Y-axis pressing member mounting hole 39, and a stopper portion 42c2 on the outer end side that fits into the large diameter hole portion 39a. Have. The Y-axis adjusting member 41, Y
A Y-axis coarse movement device SSy is configured by the shaft pressing member 42, the Y-axis coarse movement rod Ry and the like.

【0045】X軸粗動装置SSxは、前記Y軸粗動装置
SSyと同様に、前記ベース筒壁36bの後側(−X
側)に形成された断面四角形状のX軸調節部材装着孔
(図示せず)に装着されたX軸調節部材43(図5参
照)と、ベース筒壁36bの前側(+X側)に形成され
た断面円形のX軸押圧部材装着孔(図示せず)に装着さ
れたX軸押圧部材44(図6B参照)と、前記X軸調節
部材43の当接傾斜面43c(図5参照)に当接するX
軸粗動ロッドRx等によって構成されている。前記X軸
粗動ロッドRxは、前記セル側端子プレート22に形成
された前記貫通孔22b(図3E、図3G参照)及びX
粗動部材挿入溝16cを通ってX軸調節部材43の当接
傾斜面43c(図5参照)に当接している。
The X-axis coarse movement device SSx is similar to the Y-axis coarse movement device SSy in the rear side (-X) of the base cylindrical wall 36b.
Formed on the front side (+ X side) of the base cylinder wall 36b, and the X-axis adjusting member 43 (see FIG. 5) mounted in the X-axis adjusting member mounting hole (not shown) having a quadrangular cross section. The X-axis pressing member 44 (see FIG. 6B) mounted in the X-axis pressing member mounting hole (see FIG. 6) having a circular cross section and the contact inclined surface 43c (see FIG. 5) of the X-axis adjusting member 43 are contacted with each other. X to touch
It is composed of a shaft coarse movement rod Rx and the like. The X-axis coarse movement rod Rx includes the through hole 22b (see FIGS. 3E and 3G) formed in the cell-side terminal plate 22 and X.
It contacts the contact inclined surface 43c (see FIG. 5) of the X-axis adjusting member 43 through the coarse movement member insertion groove 16c.

【0046】図4において、前記スライドベース36の
内部には円筒状の平面スライダ47が配置されている。
前記平面スライダ47は、スライダ頂壁47a及びスラ
イダ筒壁47bとを有しており、スライダ頂壁47aの
上面中央部にはスライダ側バネ支持孔47cが形成され
ている。前記スライダ筒壁47bの下端部には、前記ス
ライド溝36dに対応して、3つのスライダ脚部47d
が外方に突出して形成されており、前記各スライダ脚部
47dの上面側には、球状のスライドボール48が埋め
込まれている。
In FIG. 4, a cylindrical flat slider 47 is arranged inside the slide base 36.
The flat slider 47 has a slider top wall 47a and a slider cylinder wall 47b, and a slider side spring support hole 47c is formed in the center of the upper surface of the slider top wall 47a. At the lower end of the slider cylinder wall 47b, three slider legs 47d are formed corresponding to the slide groove 36d.
Are formed so as to project outward, and spherical slide balls 48 are embedded in the upper surfaces of the slider legs 47d.

【0047】前記平面スライダ47は、前記ベース側バ
ネ支持孔36c及びスライダ側バネ支持孔47cに両端
が固定支持された引張バネ49によって、上方(スライ
ドベース36側)に付勢されている(引張られてい
る)。これにより、前記スライドボール48の球面がス
ライド面36dに押圧されながら接触する(圧接され
る)。したがって、平面スライダ47は上下方向(Z軸
方向)に位置決めされ且つ前後左右(XY方向、即ちZ
軸に垂直な方向)にスライド移動可能に支持される。そ
して、前記平面スライダ47の外周面の前後左右には、
前記X軸調節部材43、X軸押圧部材44、Y軸調節部
材41及びY軸押圧部材42が当接している。したがっ
て、前記X軸粗動ロッドRx及びY軸粗動ロッドRyを
上下方向(Z軸方向)に操作・調節すると、前記X軸調
節部材43及びY軸調節部材41がそれぞれ前後方向
(X軸方向)及び左右方向(Y軸方向)に進退移動する
ので、前記平面スライダ47をX軸方向及びY軸方向に
移動(X軸粗動、Y軸粗動)させることができる。前記
スライドベース36、平面スライダ47、スライドボー
ル48及び引張バネ49等によって平面スライドユニッ
トSUh(スキャナ支持部材SU)が構成されている。
The flat slider 47 is urged upward (toward the slide base 36) by a tension spring 49 having both ends fixedly supported by the base side spring support hole 36c and the slider side spring support hole 47c. Have been). As a result, the spherical surface of the slide ball 48 comes into contact (press contact) with the slide surface 36d while being pressed. Therefore, the plane slider 47 is positioned in the up-down direction (Z-axis direction) and in the front-rear, left-right (XY direction, that is, Z
It is supported so as to be slidable in the direction (perpendicular to the axis). And, to the front, back, left and right of the outer peripheral surface of the plane slider 47,
The X-axis adjusting member 43, the X-axis pressing member 44, the Y-axis adjusting member 41, and the Y-axis pressing member 42 are in contact with each other. Therefore, when the X-axis coarse movement rod Rx and the Y-axis coarse movement rod Ry are operated and adjusted in the vertical direction (Z-axis direction), the X-axis adjustment member 43 and the Y-axis adjustment member 41 are respectively moved in the front-back direction (X-axis direction). ) And in the left-right direction (Y-axis direction), the plane slider 47 can be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction (X-axis coarse movement, Y-axis coarse movement). The slide base 36, the plane slider 47, the slide ball 48, the tension spring 49, and the like constitute a plane slide unit SUh (scanner support member SU).

【0048】前記平面スライダ47のスライダ頂壁47
aの下面には、円筒状のスキャナ固定台51が固着され
ている。前記スキャナ固定台51の下面には、圧電体と
複数の電極とによって構成された円筒状のスキャナ52
が固定支持されている。前記スキャナ52は、通電時に
X方向及びY方向に微動可能な上部のXYスキャナ52
aと、通電時にZ方向に伸縮(Z軸方向の微動)可能な
下部のZスキャナ52bとを有している。前記スキャナ
52の下端部は固定されておらず自由端として構成され
ているので、通電によって下端部がX,Y,Z軸方向に
微動する。前記スキャナ52の下面には、プローブホル
ダ53を介して試料表面検査用のプローブ54が設けら
れている。前記プローブ54の先端の上下方向(Z軸方
向)に対する位置は、前記スライド面(スライド溝)3
6dの上下方向(Z軸方向)の位置とほぼ同じになるよ
うに設定されている。前記平面スライドユニットSU
h、スキャナ固定台51、スキャナ52、プローブホル
ダ53及びプローブ54等によってスキャナ保持装置S
Dが構成されている。
The slider top wall 47 of the plane slider 47
A cylindrical scanner fixing base 51 is fixed to the lower surface of a. On the lower surface of the scanner fixing base 51, a cylindrical scanner 52 composed of a piezoelectric body and a plurality of electrodes is provided.
Is fixedly supported. The scanner 52 is an upper XY scanner 52 that can be finely moved in the X and Y directions when energized.
a and a lower Z scanner 52b that can expand and contract in the Z direction (fine movement in the Z axis direction) when energized. Since the lower end portion of the scanner 52 is not fixed and is configured as a free end, the lower end portion is slightly moved in the X, Y, and Z axis directions by energization. A probe 54 for inspecting a sample surface is provided on the lower surface of the scanner 52 via a probe holder 53. The position of the tip of the probe 54 in the vertical direction (Z-axis direction) is determined by the slide surface (slide groove) 3
It is set to be substantially the same as the position of 6d in the vertical direction (Z-axis direction). The flat slide unit SU
h, the scanner holding device S by the scanner fixing base 51, the scanner 52, the probe holder 53, the probe 54, and the like.
D is configured.

【0049】(実施例1の作用)前記構成を備えた低温
高真空走査型トンネル顕微鏡(低温UHV−STM;実
施例1の走査型プローブ顕微鏡)SPMでは、試料ホル
ダ26が装着されたSTMセルSは、前述したように、
前記試料交換位置P2において、STMセルSはMGL
搬送ロッド8に保持され、試料観察位置P1に搬送され
て、インナチャンバ3底部のセル支持装置4に装着され
る。
(Operation of Embodiment 1) In the low-temperature high-vacuum scanning tunneling microscope (low-temperature UHV-STM; scanning probe microscope of Embodiment 1) SPM having the above structure, the STM cell S equipped with the sample holder 26 is mounted. As mentioned above,
At the sample exchange position P2, the STM cell S is MGL.
It is held by the transport rod 8, transported to the sample observation position P1, and mounted on the cell support device 4 at the bottom of the inner chamber 3.

【0050】前記STMセルSがSTMセル支持装置4
に装着された後、前記各粗動ロッドRx〜Rzを操作
し、前記X軸粗動ロッドRx及びY軸粗動ロッドRyを
それぞれ、X軸調節部材42の当接傾斜部42c及びY
軸調節部材43の当接傾斜部43cに当接させ、Z軸粗
動ロッドRzのギアRz1を伝達ギアG0に係合させ
る。そして、前記X軸粗動ロッドRx及びY軸粗動ロッ
ドRyを上下方向に操作・調節してX軸調節部材43及
びY軸調節部材41を、それぞれX軸方向及びY軸方向
に沿って進退移動させる。これにより、前記平面スライ
ダ47を前後左右(X軸、Y軸方向)に移動調節し、プ
ローブ54先端の位置を移動(X軸粗動、Y軸粗動)さ
せる。前記X軸粗動及びY軸粗動終了後、Z軸粗動ロッ
ドRzを回転操作して前記伝達ギアG0を回転させる。
これにより、スキャナ保持装置SDを上下方向に移動
(Z軸粗動)させて、プローブ54先端を試料W表面に
アプローチさせる(近接させる)。なお、本実施例で
は、プローブ54先端の粗動範囲(調節可能範囲)は、
X、Y軸方向それぞれ±3mm程度、Z軸方向5mm程
度に設定されている。
The STM cell S is the STM cell supporting device 4
, The coarse movement rods Rx to Rz are operated, and the X-axis coarse movement rod Rx and the Y-axis coarse movement rod Ry are respectively attached to the abutting inclined portions 42c and Y of the X-axis adjusting member 42.
The abutting inclined portion 43c of the shaft adjusting member 43 is brought into contact with the gear Rz1 of the Z-axis coarse movement rod Rz and the transmission gear G0. Then, the X-axis coarse movement rod Rx and the Y-axis coarse movement rod Ry are operated and adjusted in the vertical direction to move the X-axis adjustment member 43 and the Y-axis adjustment member 41 back and forth along the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. To move. As a result, the plane slider 47 is moved forward and backward (left and right) (X-axis, Y-axis direction), and the position of the tip of the probe 54 is moved (X-axis coarse movement, Y-axis coarse movement). After the completion of the X-axis coarse movement and the Y-axis coarse movement, the Z-axis coarse movement rod Rz is operated to rotate the transmission gear G0.
As a result, the scanner holding device SD is moved in the vertical direction (Z-axis coarse movement) so that the tip of the probe 54 approaches (closes) the surface of the sample W. In this embodiment, the coarse movement range (adjustable range) of the tip of the probe 54 is
It is set to about ± 3 mm in each of the X and Y axis directions and about 5 mm in the Z axis direction.

【0051】前記X,Y,Z軸粗動によってプローブ5
4先端が走査開始位置に移動した状態で、前記スキャナ
52をX、Y、Z軸方向に微動させながらプローブ54
の先端により試料W表面走査する。なお、本実施例で
は、前記プローブ54の先端の微動範囲(走査可能範
囲)は、X、Y軸方向それぞれ±10μm程度、Z軸方
向6μm程度に設定されている。前記粗動範囲及び微動
範囲は、用途、機能等に応じて変更可能である。前記ス
キャナ52で走査可能な範囲の検査終了後、再び前記各
粗動ロッドRx,Ry,Rzを操作し、前記プローブ5
4の先端を次の走査開始位置に移動させ、順次検査を行
う。
The probe 5 is moved by the coarse movement of the X, Y and Z axes.
4 With the tip moved to the scanning start position, the probe 54 is moved while finely moving the scanner 52 in the X, Y, and Z axis directions.
The surface of the sample W is scanned by the tip of the. In this embodiment, the fine movement range (scannable range) of the tip of the probe 54 is set to about ± 10 μm in each of the X and Y axis directions and about 6 μm in the Z axis direction. The coarse movement range and the fine movement range can be changed according to the application, function and the like. After the inspection of the range scannable by the scanner 52 is completed, the coarse movement rods Rx, Ry, Rz are operated again to move the probe 5
The tip of 4 is moved to the next scanning start position, and the inspection is sequentially performed.

【0052】図7は実施例1のスキャナ保持装置の要部
拡大図であり、図7Aは通常時の説明図、図7Bは粗動
による傾斜時の説明図である。図7において、前記X軸
粗動及びY軸粗動を行う時(図7Aの状態)、平面スラ
イダ47は前記スライドベース36のスライド面(スラ
イド溝)36dと平面スライダ47のスライドボール4
8との接触面に沿ってスライド移動(粗動)する。この
とき、前記スライド面36dやスライドボール48の表
面上の微小な凹凸によって、ガタやズレが生じることが
ある。このガタやズレによって、走査開始位置で平面ス
ライダ47は傾斜または振動(傾斜を繰り返す振動)す
る場合がある(図7B参照)。しかし、この傾斜の中心
(支点)の位置であるスライド溝36d(スライド面)
とスライドボール48との接触部分は、前記プローブ5
4の先端と上下方向に対してほぼ同じ位置に設定されて
いる。したがって、前記支点(傾斜の中心)とプローブ
54先端とのZ軸方向の距離L(図18参照)はほぼ0
となる。即ち、前記式(1)(δd=L・sinθ)よ
り、傾斜や振動の変位δdもほぼ0となり、プローブ5
4の先端部はほとんど変位または振動しない(図7B参
照)。したがって、実施例1の走査型プローブ顕微鏡S
PMでは、走査開始時にプローブ54の先端が走査開始
位置からずれることが防止され、目的の走査範囲の走査
が可能となる。また、プローブ54の先端が走査開始位
置からずれることによって発生する検査結果(SPM
像)の誤差の発生や分析位置のズレの発生を防止でき
る。
7A and 7B are enlarged views of the main part of the scanner holding device according to the first embodiment. FIG. 7A is an explanatory view in a normal state, and FIG. 7B is an explanatory view in a tilted state due to coarse movement. In FIG. 7, when the X-axis coarse movement and the Y-axis coarse movement are performed (state of FIG. 7A), the plane slider 47 is a slide surface (slide groove) 36d of the slide base 36 and the slide ball 4 of the plane slider 47.
Slide along the contact surface with 8 (coarse movement). At this time, play or displacement may occur due to minute unevenness on the surface of the slide surface 36d or the slide ball 48. Due to this backlash or deviation, the plane slider 47 may tilt or vibrate (vibrate repeatedly inclining) at the scanning start position (see FIG. 7B). However, the slide groove 36d (slide surface) which is the position of the center (fulcrum) of this inclination
The contact portion between the slide ball 48 and the slide ball 48 is
It is set at substantially the same position as the tip of No. 4 in the vertical direction. Therefore, the distance L (see FIG. 18) in the Z-axis direction between the fulcrum (center of inclination) and the tip of the probe 54 is almost zero.
Becomes That is, according to the equation (1) (δd = L · sin θ), the displacement δd of the inclination or the vibration becomes almost 0, and the probe 5
The tip of 4 hardly displaces or vibrates (see FIG. 7B). Therefore, the scanning probe microscope S of the first embodiment
In PM, the tip of the probe 54 is prevented from being displaced from the scanning start position at the start of scanning, and scanning in the target scanning range becomes possible. In addition, the inspection result (SPM) generated when the tip of the probe 54 is displaced from the scanning start position
It is possible to prevent the occurrence of error in the image) and the deviation of the analysis position.

【0053】また、例えば、前記クライオスタット2内
の冷媒として液体ヘリウムを使用した場合、液体ヘリウ
ムの沸騰時の振動によって、スライドベース36や平面
スライダ47が共振して振動することがある。この他に
も、音の伝達や低温UHV−STMが設置された部屋の
振動等に共振して振動することがある。しかし、このよ
うな粗動以外の外的な要因による振動の場合でも、振動
の支点であるスライド面(スライド溝36d)がプロー
ブ54とほぼ同じ位置に設定されているので、振動がプ
ローブ54先端で増幅されることを防止できる。したが
って、外的な要因による振動によってプローブ54が試
料W表面を走査した時に得られるSPM像の精度の低下
を防止することができる。
Further, for example, when liquid helium is used as the refrigerant in the cryostat 2, the slide base 36 and the plane slider 47 may resonate and vibrate due to the vibration of the liquid helium during boiling. In addition to this, it may resonate and vibrate due to sound transmission, vibration of the room in which the low temperature UHV-STM is installed, and the like. However, even in the case of vibration caused by an external factor other than such coarse movement, since the slide surface (slide groove 36d) which is the fulcrum of vibration is set at substantially the same position as the probe 54, the vibration is generated at the tip of the probe 54. Can be prevented from being amplified by. Therefore, it is possible to prevent the accuracy of the SPM image obtained when the probe 54 scans the surface of the sample W from being lowered by the vibration caused by an external factor.

【0054】さらに、インナチャンバ3内において検査
を行う低温UHV−SPMの場合では、低温のため圧電
体の微動の範囲が狭くなるので、必要な走査範囲(微動
範囲)を得るためにスキャナを長くしなければならな
い。従来は、スキャナの長さが長くなるほど、平面スラ
イダ47の傾斜・振動によるプローブ先端の変位・振幅
が増幅されて大きくなっていた。しかし、実施例1のス
キャナ保持装置SDでは、スライド面(スライド溝36
d)がプローブ54の先端とほぼ同じ位置に設定されて
いるので、スキャナ52が長くなってもプローブ54先
端の振動を抑えることができる。
Further, in the case of the low temperature UHV-SPM in which the inspection is performed in the inner chamber 3, the range of the fine movement of the piezoelectric body is narrowed due to the low temperature, so that the scanner is lengthened to obtain the necessary scanning range (fine movement range). Must. Conventionally, as the length of the scanner becomes longer, the displacement / amplitude of the probe tip due to the inclination / vibration of the plane slider 47 is amplified and becomes larger. However, in the scanner holding device SD of the first embodiment, the slide surface (slide groove 36
Since d) is set at substantially the same position as the tip of the probe 54, vibration of the tip of the probe 54 can be suppressed even if the scanner 52 becomes long.

【0055】また、実施例1の低温UHV−SPMで検
査が行われる超高真空状態では、プローブ54や試料W
とその周囲との輻射熱の伝導は、距離に関係なく温度差
の4乗に比例する。前記従来のスキャナ保持装置(図1
6参照)ではスキャナ011、プローブ013及び試料
Wが露出しているので、外部の温度の変動によってプロ
ーブ013や試料Wの温度の変動が大きくなりやすく、
検査結果に悪影響(SPM像の精度低下)を及ぼしてい
た。実施例1のスキャナ保持装置SDでは、スキャナ5
2の全体が、平面スライダ47及びスライドベース36
によって2重に覆われている。したがって、平面スライ
ダ47及びスライドベース36を熱伝導性の良い材料で
構成した場合、プローブ54や試料Wは、平面スライダ
47によって外部からの輻射熱に対して熱的にシールド
される上に、前記平面スライダ47がスライドベース3
6によってさらに熱的にシールドされる。この結果、前
記プローブ54及び試料Wは2重に熱シールドされる。
このような2重の熱シールドにより、プローブ54や試
料Wの温度の変動が抑えられるので、その温度は安定
し、精度の高いSPM像を得ることができる。したがっ
て、実施例1の低温UHV−STMの場合、円筒状の平
面スライダ47及びスライドベース36は、傾斜・振動
をプローブ54先端で増幅させないだけでなく、プロー
ブ54と外部との間の熱シールドとして作用する。ま
た、実施例1では、前述した2重の熱シールドにより、
外部からの試料Wへの熱流入を小さく抑えることができ
るので、試料を効率的に冷却でき、従来より試料を低温
に保持できる。また、この2重の熱シールドにより、効
率的に冷却できるので、冷媒の液体ヘリウムの消費量も
抑えることができる。
In the ultra-high vacuum state where the inspection is performed by the low temperature UHV-SPM of the first embodiment, the probe 54 and the sample W are used.
The conduction of radiant heat between and the surroundings is proportional to the fourth power of the temperature difference regardless of the distance. The conventional scanner holding device (see FIG.
6), since the scanner 011 and the probe 013 and the sample W are exposed, the temperature variation of the probe 013 and the sample W is likely to be large due to the variation of the external temperature.
This adversely affected the inspection result (decrease in accuracy of SPM image). In the scanner holding device SD of the first embodiment, the scanner 5
2 includes a plane slider 47 and a slide base 36.
Is doubly covered by. Therefore, when the flat slider 47 and the slide base 36 are made of a material having good heat conductivity, the probe 54 and the sample W are thermally shielded by the flat slider 47 against radiant heat from the outside, and the flat surface is also flat. Slider 47 is slide base 3
Further thermally shielded by 6. As a result, the probe 54 and the sample W are doubly heat shielded.
By such double heat shield, fluctuations in the temperature of the probe 54 and the sample W are suppressed, so that the temperature is stable and a highly accurate SPM image can be obtained. Therefore, in the case of the low temperature UHV-STM of the first embodiment, the cylindrical flat slider 47 and the slide base 36 not only amplify the tilt and vibration at the tip of the probe 54, but also serve as a heat shield between the probe 54 and the outside. To work. Further, in the first embodiment, due to the double heat shield described above,
Since the heat flow into the sample W from the outside can be suppressed small, the sample can be efficiently cooled and the sample can be kept at a lower temperature than in the past. Further, since the double heat shield enables efficient cooling, consumption of liquid helium as a refrigerant can be suppressed.

【0056】この結果、X,Y,Z粗動時のプローブ5
4先端の傾斜及び振動を防止でき、且つ、スライドベー
ス36及び平面スライダ47による熱シールドによって
プローブ54及び試料Wの温度の変動が抑えられるの
で、実施例1の走査型プローブ顕微鏡(低温UHV−S
TM)SPMは、精度の高いSPM像を得ることができ
る。なお、実施例1では、スライド面としてのスライド
溝36dを形成したが、スライド溝36dを形成せず、
ベース頂壁36bのリング状の下端面をスライド面とす
ることも可能である。
As a result, the probe 5 at the time of coarse movement of X, Y and Z
4 Inclination and vibration of the tip can be prevented, and fluctuations in temperature of the probe 54 and the sample W can be suppressed by the heat shield by the slide base 36 and the plane slider 47. Therefore, the scanning probe microscope (low temperature UHV-S
The TM) SPM can obtain a highly accurate SPM image. Although the slide groove 36d as the slide surface is formed in the first embodiment, the slide groove 36d is not formed,
The ring-shaped lower end surface of the base top wall 36b can be used as a slide surface.

【0057】(実施例2)図8は実施例2のスキャナ保
持装置の分解斜視図である。図9は実施例2のスキャナ
保持装置の要部拡大図であり、図9Aは側面図、図9B
は図9AのIXB方向から見た図である。図10は実施
例2のスキャナ保持装置の要部断面図であり、図10A
は図9BのXA−XA線断面図、図10Bは図10Aの
XB−XB線断面図である。なお、この実施例2のスキ
ャナ保持装置の説明において、前記実施例1のスキャナ
保持装置の構成要素に対応する構成要素には同一の符号
を付して、その詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment) FIG. 8 is an exploded perspective view of a scanner holding device according to a second embodiment. FIG. 9 is an enlarged view of a main part of the scanner holding device according to the second embodiment, FIG. 9A is a side view, and FIG.
FIG. 9B is a view seen from the IXB direction in FIG. 9A. FIG. 10 is a sectional view of a main part of the scanner holding device according to the second embodiment.
Is a sectional view taken along line XA-XA of FIG. 9B, and FIG. 10B is a sectional view taken along line XB-XB of FIG. 10A. In the description of the scanner holding device according to the second embodiment, constituent elements corresponding to those of the scanner holding device according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0058】実施例2のスキャナ保持装置SD′は、前
記実施例1のスキャナ保持装置SDの平面スライダ47
に替えてXYスライダを使用した実施例である。図8〜
図10において、角筒状の内壁を有するSTMセル(図
示せず)内部に配置された角筒状のスキャナ保持装置S
D′は、Xスライドベース61(図8参照)を有してい
る。前記Xスライドベース61は、Xベース頂壁61a
と、Xベース頂壁61aの左右(Y軸方向)両端に接続
する左端壁(−Y端壁)61b及び右端壁(+Y端壁)
61b′とを有する。前記Xベース頂壁61aにはネジ
溝34aが形成された被保持部34が一体に形成されて
いる。そして、前記Xスライドベース61の前後両端
(+X端及び−X端)のZ軸方向中央部には、一対の板
状のX軸調節部材支持部61c(図8、図10A参照)
及びX軸押圧部材支持部61d(図9B、図10A参
照)が設けられている。
The scanner holding device SD 'of the second embodiment is a flat slider 47 of the scanner holding device SD of the first embodiment.
In this embodiment, an XY slider is used instead of the above. Figure 8 ~
In FIG. 10, a rectangular tube-shaped scanner holding device S arranged inside an STM cell (not shown) having an inner wall of a rectangular tube shape.
D'has an X slide base 61 (see FIG. 8). The X slide base 61 is an X base top wall 61a.
And a left end wall (-Y end wall) 61b and a right end wall (+ Y end wall) connected to both left and right (Y axis direction) ends of the X base top wall 61a.
61b '. A held portion 34 having a screw groove 34a is integrally formed on the X base top wall 61a. Then, a pair of plate-shaped X-axis adjusting member support portions 61c (see FIGS. 8 and 10A) are provided at the central portions in the Z-axis direction at the front and rear ends (+ X end and −X end) of the X slide base 61.
And an X-axis pressing member support portion 61d (see FIGS. 9B and 10A).

【0059】図10Aにおいて、前記X軸調節部材支持
部61cにはX軸調節部材装着孔38′が形成されてお
り、前記X軸押圧部材支持部61dにはX軸押圧部材装
着孔39′が形成されている。前記X軸調節部材装着孔
38′及びX軸押圧部材装着孔39′は、それぞれ実施
例1のY軸調節部材装着孔38及びY軸押圧部材装着孔
39と同様に構成されている。そして、前記X軸調節部
材装着孔38′にはX軸調節部材43が前後方向(X軸
方向)に進退移動可能に支持されており、前記X軸押圧
部材装着孔39′にはX軸押圧部44が進退移動可能に
支持されている。図8〜図10において、前記Xスライ
ダ61の左右両端壁(Y端壁及び−Y端壁)61b,6
1b′の下面(−Z面)には、前後方向(X軸方向)に
伸びる一対のXスライドレール62,62が固定支持さ
れている。また、前記右端壁(+Y端壁)61b′に
は、Y軸調節部材41の角柱状外部41aが貫通するた
めのXベース長孔61e(図8、図9A参照)が形成さ
れている。そして、前記Xベース頂壁61aの下面(−
Z面)中央部には、Xスライダ引張バネ63の一端が支
持されている。
In FIG. 10A, an X-axis adjusting member mounting hole 38 'is formed in the X-axis adjusting member supporting portion 61c, and an X-axis pressing member mounting hole 39' is formed in the X-axis pressing member supporting portion 61d. Has been formed. The X-axis adjusting member mounting hole 38 'and the X-axis pressing member mounting hole 39' are configured similarly to the Y-axis adjusting member mounting hole 38 and the Y-axis pressing member mounting hole 39 of the first embodiment, respectively. An X-axis adjusting member 43 is supported in the X-axis adjusting member mounting hole 38 'so as to be movable back and forth (X-axis direction), and the X-axis pressing member mounting hole 39' is pressed in the X-axis pressing member mounting hole 39 '. The portion 44 is supported so as to be movable back and forth. 8 to 10, left and right end walls (Y end wall and -Y end wall) 61b, 6 of the X slider 61 are shown.
A pair of X slide rails 62, 62 extending in the front-rear direction (X axis direction) are fixedly supported on the lower surface (-Z surface) of 1b '. Further, the right end wall (+ Y end wall) 61b 'is formed with an X base elongated hole 61e (see FIGS. 8 and 9A) through which the prismatic outer portion 41a of the Y axis adjusting member 41 penetrates. The lower surface of the X base top wall 61a (-
One end of the X slider tension spring 63 is supported at the center of the (Z plane).

【0060】図10において、前記Xスライドベース6
1の内部にはXスライダ64が配置されている。前記X
スライダ64はXスライダ頂壁64aと、Xスライダ頂
壁64aの左右両端(−Y端及び+Y端)に接続する一
対のXスライダ側壁64b,64b′とを有する。前記
一対のスライダ側壁64b,64b′のそれぞれの下端
部(−Z端部)には、外方に突出するXスライド部64
c,64cが形成されている。前記Xスライド部64
c,64cには前記一対のXスライドレール62、62
に係合する段差が形成されており、上面(+Z面)には
Xスライド面64d、64d(図8、図10B参照)が
設けられている。
In FIG. 10, the X slide base 6
An X slider 64 is arranged inside the unit 1. The X
The slider 64 has an X slider top wall 64a and a pair of X slider side walls 64b and 64b 'connected to both left and right ends (-Y end and + Y end) of the X slider top wall 64a. An X slide portion 64 protruding outward is provided at a lower end portion (-Z end portion) of each of the pair of slider side walls 64b and 64b '.
c, 64c are formed. The X slide unit 64
c and 64c include the pair of X slide rails 62, 62.
Is formed, and X slide surfaces 64d and 64d (see FIGS. 8 and 10B) are provided on the upper surface (+ Z surface).

【0061】前記Xスライダ頂壁64aの上面(+Z
面)には、前記Xスライダ引張バネ63の他端が固定支
持されており、Xスライダ64が上方(Xスライドベー
ス61側)に引張られている。したがって、前記Xスラ
イド面64dに前記Xスライドレール62が押圧されて
接触している(圧接されている)。したがって、前記X
スライド面64dとXスライドレール62との接触によ
り、Xスライダ64は、Z軸方向が位置決めされ、且
つ、X軸方向にスライド移動可能に支持されている。そ
して、図8に示すように、右側(+Y側)のXスライダ
側壁64b′には、前記Xスライドベース61の右端壁
(+Y端壁)62b′と同様に、Y軸調節部材41の角
柱状外部41a(図10B参照)が貫通するXスライダ
長孔64e(図8、図10B参照)が形成されている。
前記符号61〜64によって示された部材等によってX
スライドユニットSUxが構成されている。
The upper surface of the X slider top wall 64a (+ Z
The other end of the X slider tension spring 63 is fixedly supported on the surface), and the X slider 64 is pulled upward (on the X slide base 61 side). Therefore, the X slide rail 62 is pressed and contacted (pressed) to the X slide surface 64d. Therefore, the X
Due to the contact between the slide surface 64d and the X slide rail 62, the X slider 64 is positioned in the Z axis direction and supported so as to be slidable in the X axis direction. Then, as shown in FIG. 8, on the right side (+ Y side) of the X slider side wall 64b ', like the right end wall (+ Y end wall) 62b' of the X slide base 61, the prismatic shape of the Y-axis adjusting member 41 is formed. An X slider long hole 64e (see FIGS. 8 and 10B) through which the outside 41a (see FIG. 10B) passes is formed.
X by the members indicated by the reference numerals 61 to 64
The slide unit SUx is configured.

【0062】図8、図10において、前記Xスライダ頂
壁64aの下面(−Z面)にはYスライドベース66が
固着されており、Xスライダ64とYスライドベース6
6は一体的に移動する。前記Yスライドベース66はY
ベース頂壁66a(図8参照)と、前記Yベース頂壁6
6aの前後端(+X端及び−X端)に接続する前後一対
のYベース側壁66b,66b′とを有する。そして、
図10Aに示すように、Yベース前側壁66bには、前
記X軸調節部材43が当接し、Yベース後側壁66b′
にはX軸押圧部材44が当接している。したがって、X
軸粗動ロッドRxを上下方向(Z方向)に出し入れ・調
節することによって、前記X軸調節部材43が前後方向
(X軸方向)に進退移動し、Yスライドベース66及び
Xスライダ64をX軸方向に移動(X軸粗動)させるこ
とができる。
In FIGS. 8 and 10, a Y slide base 66 is fixed to the lower surface (-Z surface) of the X slider top wall 64a, and the X slider 64 and the Y slide base 6 are attached.
6 moves integrally. The Y slide base 66 is Y
Base top wall 66a (see FIG. 8) and the Y base top wall 6
6a has a pair of front and rear Y base side walls 66b and 66b 'connected to the front and rear ends (+ X end and -X end). And
As shown in FIG. 10A, the Y-base front side wall 66b is in contact with the X-axis adjusting member 43, and the Y-base rear side wall 66b 'is formed.
The X-axis pressing member 44 is in contact with. Therefore, X
By moving in and out the axial coarse movement rod Rx in the vertical direction (Z direction), the X-axis adjusting member 43 is moved forward and backward (X-axis direction) to move the Y slide base 66 and the X slider 64 in the X axis. Direction (X-axis coarse movement).

【0063】図8、図10において、前記Yスライドベ
ース66の左右両端(−Y軸端及び+Y軸端)のZ軸方
向中央部には、Y軸押圧部材支持部66c(図8、図1
0B参照)及びY軸調節部材支持部66d(図10B参
照)が形成されている。そして、前記Y軸押圧部材支持
部66cには、Y軸押圧部材装着孔39が形成され、Y
軸調節部材支持部66dにはY軸調節部材装着孔38が
形成されている。そして、前記Y軸押圧部材装着孔39
にはY軸押圧部材42がY軸方向に進退移動可能に支持
されており、前記Y軸調節部材支持部66dにはY軸調
節部材41がY軸方向に進退移動可能に支持されてい
る。前記Y軸押圧部材装着孔39、Y軸調節部材装着孔
38、Y軸押圧部材42及びY軸調節部材41は、それ
ぞれ実施例1のそれと同様に構成されている。前記一対
のYベース側壁66b,66b′の下端面(−Z端面)
には左右方向(Y軸方向)に伸びるYスライドレール6
7(図8、図10A参照)が固定支持されている。前記
Yスライドレール67の上下方向(Z軸方向)の位置
は、前記Xスライドレール62の上下方向の位置とほぼ
同じ位置に設定されている。そして、前記Yベース頂壁
66aの下面(−Z面)中央部には、Yスライダ引張バ
ネ68(図10参照)の一端が固定支持されている。
In FIGS. 8 and 10, Y-axis pressing member supporting portions 66c (FIGS. 8 and 1) are provided at the central portions in the Z-axis direction at the left and right ends (-Y axis end and + Y axis end) of the Y slide base 66.
0B) and a Y-axis adjusting member support portion 66d (see FIG. 10B). Then, a Y-axis pressing member mounting hole 39 is formed in the Y-axis pressing member supporting portion 66c.
A Y-axis adjusting member mounting hole 38 is formed in the shaft adjusting member supporting portion 66d. Then, the Y-axis pressing member mounting hole 39
The Y-axis pressing member 42 is supported so as to be movable back and forth in the Y-axis direction, and the Y-axis adjusting member 41 is supported by the Y-axis adjusting member support portion 66d so as to be movable forward and backward in the Y-axis direction. The Y-axis pressing member mounting hole 39, the Y-axis adjusting member mounting hole 38, the Y-axis pressing member 42, and the Y-axis adjusting member 41 are respectively configured similarly to those of the first embodiment. Lower end surfaces (-Z end surfaces) of the pair of Y base side walls 66b and 66b '.
Y slide rail 6 that extends in the left-right direction (Y-axis direction)
7 (see FIGS. 8 and 10A) are fixedly supported. The vertical position (Z-axis direction) of the Y slide rail 67 is set to be substantially the same as the vertical position of the X slide rail 62. Further, one end of a Y slider tension spring 68 (see FIG. 10) is fixedly supported at the central portion of the lower surface (−Z surface) of the Y base top wall 66a.

【0064】図8、図10において、前記Yスライドベ
ース66の内部にはYスライダ69が配置されている。
前記Yスライダ69はYスライダ頂壁69a(図8参
照)と、Yスライダ頂壁69aの前後両端(+X端及び
−X端)に連結する一対のYスライダ側壁69b,69
b′(図8、図10A参照)とを有する。前記一対のス
ライダ側壁69b,69b′のそれぞれの下端部(−Z
端部)には、外方に突出するYスライド部69c,69
c(図8,図10A参照)が形成されている。前記Yス
ライド部69c,69cには前記一対のYスライドレー
ル67,67に係合する段差が形成されており、Yスラ
イド部69cの上面(+Z面)側のYスライド面69d
でYスライドレール67に当接している。前記Yスライ
ダ頂壁69aの上面(+Z面)には前記Yスライダ引張
バネ68が固定支持されており、前記Yスライダ引張り
バネ68によってYスライダ69が上方(+Z軸方向)
に引張られている。したがって、前記Yスライド面69
dは前記Yスライドレール67に押圧されながら接触し
ている。これにより、前記Yスライダ69は、上下方向
(Z軸方向)が位置決めされ、且つ、Y軸方向にスライ
ド移動可能に支持されている。
In FIGS. 8 and 10, a Y slider 69 is arranged inside the Y slide base 66.
The Y slider 69 includes a Y slider top wall 69a (see FIG. 8) and a pair of Y slider side walls 69b and 69 connected to both front and rear ends (+ X end and -X end) of the Y slider top wall 69a.
b ′ (see FIGS. 8 and 10A). The lower end portions of the pair of slider side walls 69b and 69b '(-Z
Y slide portions 69c, 69 protruding outward are provided at the end portions).
c (see FIGS. 8 and 10A) is formed. The Y slide portions 69c, 69c are formed with steps for engaging the pair of Y slide rails 67, 67, and the Y slide surface 69d on the upper surface (+ Z surface) side of the Y slide portion 69c.
Is in contact with the Y slide rail 67. The Y slider tension spring 68 is fixedly supported on the upper surface (+ Z surface) of the Y slider top wall 69a, and the Y slider 69 is moved upward (+ Z axis direction) by the Y slider tension spring 68.
Has been pulled to. Therefore, the Y slide surface 69
d is in contact with the Y slide rail 67 while being pressed. As a result, the Y slider 69 is positioned in the vertical direction (Z-axis direction) and is supported so as to be slidable in the Y-axis direction.

【0065】図8、図10Bにおいて、前記Yスライダ
69の左右両端(−Y端及び+Y端)のZ方向中央部に
は、左右一対の被押圧部69e,69e′が固定支持さ
れている。図10Bに示すように、右側(−Y側)の被
押圧部69eには前記Y軸押圧部材42が当接し、左側
(+Y側)の被押圧部69e′には前記Y軸調節部材4
1が当接している。したがって、Y軸粗動ロッドRyを
上下方向(Z軸方向)に出し入れ・調節することによっ
て、前記Y軸調節部材41が左右方向(Y軸方向)に移
動し、Yスライダ69が左右方向に移動(Y軸粗動)す
る。前記符号66〜69によって示された部材等によっ
てYスライドユニットSUyが構成されている。前記X
スライドユニットSUxおよびYスライドユニットSU
yによってスキャナ支持部材SU′が構成されている。
In FIGS. 8 and 10B, a pair of left and right pressed portions 69e, 69e 'are fixedly supported at the Z direction central portions of the left and right ends (-Y end and + Y end) of the Y slider 69. As shown in FIG. 10B, the Y-axis pressing member 42 abuts on the right side (−Y side) pressed portion 69e, and the Y axis adjusting member 4 contacts the left side (+ Y side) pressed portion 69e ′.
1 is in contact. Therefore, when the Y-axis coarse movement rod Ry is moved in and out in the vertical direction (Z-axis direction) and adjusted, the Y-axis adjusting member 41 moves in the horizontal direction (Y-axis direction) and the Y slider 69 moves in the horizontal direction. (Y axis coarse movement). The Y slide unit SUy is configured by the members indicated by the reference numerals 66 to 69. The X
Slide unit SUx and Y slide unit SU
The scanner support member SU ′ is constituted by y.

【0066】前記Yスライダ69のYスライダ頂壁69
aの内側には、実施例1と同様に、円柱状のスキャナ固
定台51、円筒状のスキャナ52、プローブホルダ53
及びプローブ54が支持されている。前記スキャナ支持
部材SU′、スキャナ固定台51、スキャナ52、プロ
ーブホルダ53及びプローブ54等によってスキャナ保
持装置SD′が構成されている。なお、実施例2のスキ
ャナ保持装置SD′では、実施例1のスキャナ保持装置
SDと異なり、大きな試料を観察したり、プローブ54
のアプローチポイント(プローブ54と試料Wとが近接
する位置)を外部から観察できるようにするために、前
記プローブ54の先端部分のZ軸方向に対する位置は、
前記Xスライド面64d及びYスライド面69dのZ軸
方向の位置から若干突出するように設定されている。そ
して、このプローブ先端の突出に対応して試料Wの位置
も下方に移動している。
The Y slider top wall 69 of the Y slider 69
A cylindrical scanner fixing base 51, a cylindrical scanner 52, and a probe holder 53 are provided inside a as in the first embodiment.
And a probe 54 is supported. The scanner supporting member SU ′, the scanner fixing base 51, the scanner 52, the probe holder 53, the probe 54 and the like constitute a scanner holding device SD ′. In the scanner holding device SD ′ of the second embodiment, unlike the scanner holding device SD of the first embodiment, a large sample can be observed and the probe 54 can be used.
In order to allow the approach point (the position where the probe 54 and the sample W are close) to be observed from the outside, the position of the tip portion of the probe 54 in the Z-axis direction is
It is set so as to slightly project from the positions of the X slide surface 64d and the Y slide surface 69d in the Z axis direction. Then, the position of the sample W is also moved downward corresponding to the protrusion of the tip of the probe.

【0067】(実施例2の作用)図11は実施例2のス
キャナ保持装置の要部拡大図であり、図11Aは通常時
の説明図、図11Bは粗動による傾斜時の説明図であ
る。前記構成を備えたスキャナ保持装置SD′を備えた
実施例2の走査型プローブ顕微鏡SPMでは、X,Y軸
粗動ロッドRx,Ryによって前記Xスライダ62及び
Yスライダ69を移動(X軸粗動、Y軸粗動)させる。
そして、実施例1と同様にZ軸粗動ロッドRzによっ
て、スキャナ保持装置SD′を上下方向に移動(Z軸粗
動)させて、プローブ54の先端を試料Wの検査開始位
置(走査開始位置)に移動させる。X,Y,Z軸粗動
後、スキャナ52をX、Y、Z軸方向に微動させること
により、プローブ54の先端を試料W表面に沿って走査
させて、試料W表面の検査を行う。
(Operation of Embodiment 2) FIG. 11 is an enlarged view of a main part of the scanner holding device of Embodiment 2, FIG. 11A is an explanatory view at a normal time, and FIG. 11B is an explanatory view at a time of inclination due to coarse movement. . In the scanning probe microscope SPM of the second embodiment including the scanner holding device SD ′ having the above-described configuration, the X slider 62 and the Y slider 69 are moved (X axis coarse movement) by the X, Y axis coarse movement rods Rx, Ry. , Y-axis coarse movement).
Then, similarly to the first embodiment, the scanner holding device SD ′ is moved in the vertical direction (Z-axis coarse movement) by the Z-axis coarse movement rod Rz, and the tip of the probe 54 is moved to the inspection start position (scan start position) of the sample W. ) To. After the X, Y, and Z axis coarse movement, the scanner 52 is finely moved in the X, Y, and Z axis directions to scan the tip of the probe 54 along the sample W surface, and the sample W surface is inspected.

【0068】図11において、前記X、Yスライダ6
4,69の粗動時に、前記Xスライド面64d及びYス
ライド面69dの表面の凹凸や、X,Yスライド面64
d、69dとX,Yスライドレール62,67との間の
ガタやズレによってXスライダ64及びYスライダ69
が傾斜したり、外的要因によって、X,Yスライダ6
4,69が振動することがある。実施例2のスキャナ保
持装置SD′は、プローブ54の先端の位置が、振動の
支点であるXスライド面64dおよびYスライド面69
dの位置に対して、Z軸方向に若干突出した位置(L≠
0)に設定されているので、プローブ54の先端が若干
傾斜・振動する(図11B参照)。しかし、プローブ5
4の先端とX,Yスライド面64d,69dとのZ軸方
向の距離L(即ち、プローブ54の先端の突出量)が、
従来の粗動機構に比べ十分0に近いのでプローブ54先
端の振動は従来に比べ飛躍的に抑えることができる。こ
の結果、試料WがYスライダ69の内径よりも大きく、
プローブ54の先端をX,Yスライダ64,69の下端
よりも突出させなければならない場合でも、従来のSP
Mよりもプローブ54の先端における振動を抑えること
ができる。この突出量は、プローブ54先端の振動に影
響し、SPM像に誤差として現れるので、許される誤差
の範囲内で突出量は任意に設定可能である。
In FIG. 11, the X and Y sliders 6 are
During the coarse movement of 4, 69, the unevenness of the surface of the X slide surface 64d and the Y slide surface 69d, and the X, Y slide surface 64
The X-slider 64 and the Y-slider 69 are caused by the backlash and the deviation between the d, 69d and the X, Y slide rails 62, 67.
Tilts, or due to external factors, the X, Y slider 6
4,69 may vibrate. In the scanner holding device SD ′ of the second embodiment, the position of the tip of the probe 54 is the X slide surface 64d and the Y slide surface 69, which are fulcrums of vibration.
A position slightly protruding in the Z-axis direction from the position of d (L ≠
Since it is set to 0), the tip of the probe 54 slightly tilts and vibrates (see FIG. 11B). But probe 5
The distance L in the Z-axis direction between the tip of No. 4 and the X, Y slide surfaces 64d, 69d (that is, the amount of protrusion of the tip of the probe 54) is
Since it is sufficiently close to 0 as compared with the conventional coarse movement mechanism, the vibration at the tip of the probe 54 can be dramatically suppressed as compared with the conventional case. As a result, the sample W is larger than the inner diameter of the Y slider 69,
Even if the tip of the probe 54 has to be projected more than the lower ends of the X, Y sliders 64, 69, the conventional SP
The vibration at the tip of the probe 54 can be suppressed more than M. This protrusion amount affects the vibration of the tip of the probe 54 and appears as an error in the SPM image, so that the protrusion amount can be arbitrarily set within the allowable error range.

【0069】したがって、実施例2のスキャナ保持装置
SD′を有する走査型プローブ顕微鏡SPMでは、X,
Yスライダ64,69の粗動時のプローブ54先端の傾
斜及び外的要因による振動を抑えることができるので、
従来に比べ精度の高いSPM像を得ることができる。
Therefore, in the scanning probe microscope SPM having the scanner holding device SD 'of the second embodiment, X,
Since it is possible to suppress the inclination of the tip of the probe 54 during the coarse movement of the Y sliders 64 and 69 and vibration due to external factors,
It is possible to obtain an SPM image with higher accuracy than before.

【0070】なお、実施例2のスキャナ保持装置SD′
は、Xスライドベース61、Xスライダ64、Yスライ
ドベース66及びYスライダ69によって四方を囲まれ
ている。したがって、スキャナ保持装置SD′によって
スキャナ52やプローブ54は2重に囲まれているの
で、前記Xスライドベース61、Xスライダ64、Yス
ライドベース66及びYスライダ69を熱伝導性の良い
材料で形成すると、XYスライド部材(61,64,6
6,69)を熱シールドとして利用できる。したがっ
て、実施例2のスキャナ保持部材SD′も、実施例1の
スキャナ保持装置SDと同様に、高い熱シールド効果が
得られる。なお、実施例2において、試料ホルダをYス
ライダ69の中に配置できる場合、実施例1と同様に、
プローブ54の先端の位置とスライド面64dの位置が
Z軸方向に対してほぼ同じ位置になるように設定するこ
とも可能である。
Incidentally, the scanner holding device SD 'of the second embodiment.
Are surrounded on all sides by an X slide base 61, an X slider 64, a Y slide base 66, and a Y slider 69. Therefore, since the scanner 52 and the probe 54 are doubly surrounded by the scanner holding device SD ', the X slide base 61, the X slider 64, the Y slide base 66, and the Y slider 69 are formed of a material having good thermal conductivity. Then, the XY slide members (61, 64, 6
6,69) can be used as a heat shield. Therefore, the scanner holding member SD ′ according to the second embodiment also has a high heat shield effect, as in the scanner holding device SD according to the first embodiment. In the second embodiment, when the sample holder can be arranged in the Y slider 69, as in the first embodiment,
It is also possible to set the position of the tip of the probe 54 and the position of the slide surface 64d to be substantially the same position in the Z-axis direction.

【0071】(実施例3)図12は本発明の走査型プロ
ーブ顕微鏡の実施例3の全体説明図である。図13は実
施例3のステージユニットの要部拡大図である。図14
は実施例3のステージユニットの拡大平面図で、図12
の矢印XIVから見た図である。図15は実施例3のス
ライドベースの位置決め部材の説明図である。なお、こ
の実施例3のスキャナ保持装置の説明において、前記実
施例2のスキャナ保持装置SD′の構成要素に対応する
構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省
略する。
(Embodiment 3) FIG. 12 is an overall explanatory view of Embodiment 3 of the scanning probe microscope of the present invention. FIG. 13 is an enlarged view of a main part of the stage unit according to the third embodiment. 14
12 is an enlarged plan view of the stage unit of Example 3, and FIG.
It is the figure seen from arrow XIV. FIG. 15 is an explanatory diagram of a slide base positioning member according to the third embodiment. In the description of the scanner holding device according to the third embodiment, constituent elements corresponding to those of the scanner holding device SD ′ according to the second embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0072】図12において、実施例3の走査型プロー
ブ顕微鏡SPMは、試料室A1を有している。前記試料
室A1を形成する外壁71には、+Z側部分に仕切弁7
2を介して試料交換室A2が接続され、−Z側部分にス
テージ支持フランジ73が設けられ、+X側に観察窓7
6が設けられている。
In FIG. 12, the scanning probe microscope SPM of the third embodiment has a sample chamber A1. On the outer wall 71 forming the sample chamber A1, the sluice valve 7 is provided on the + Z side portion.
2 is connected to the sample exchange chamber A2, the stage support flange 73 is provided on the −Z side portion, and the observation window 7 is provided on the + X side.
6 is provided.

【0073】前記試料交換室A2の外壁(図示せず)に
は、試料ホルダ搬送部材77がZ軸方向に進退移動可能
に支持されている。前記ホルダ搬送部材77は、前記仕
切弁72を通って試料室A1および試料交換室A2間
で、試料ホルダ26を搬送する。図12、図13におい
て、前記試料室A1内に配置された大ベース78は前記
ステージ支持フランジ73の内側に支持されている。前
記大ベース78上に、4個の防振ユニット79を介して
小ベース80が支持されている。大ベース78および小
ベース80にはそれぞれ位置決め部材貫通口78aおよ
び80a(図13参照)が形成されている。
A sample holder transfer member 77 is supported on the outer wall (not shown) of the sample exchange chamber A2 so as to be movable back and forth in the Z-axis direction. The holder transfer member 77 transfers the sample holder 26 between the sample chamber A1 and the sample exchange chamber A2 through the sluice valve 72. 12 and 13, the large base 78 arranged in the sample chamber A1 is supported inside the stage support flange 73. A small base 80 is supported on the large base 78 via four vibration isolation units 79. Positioning member through holes 78a and 80a (see FIG. 13) are formed in the large base 78 and the small base 80, respectively.

【0074】(試料ステージ)図12〜図14に示すよ
うに、前記小ベース80の先端部(Z側端部)には、小
ベース80と一体に構成された試料ステージ支持部材8
6が設けられている。試料ステージ支持部材86は、中
央部に形成された1個の試料ホルダ貫通孔86a(図1
3参照)と、その外側に形成された3個のステージ支持
孔86bとを有している。前記試料ステージ支持部材8
6の−Z側には試料ステージTが配置されている。前記
試料ステージTは前記ステージ支持孔86bに嵌合する
ステージ支持脚87及び試料ステージ本体88を有して
おり、前記試料ステージTは前記試料ステージ支持部材
86に固定支持されている。前記ステージ本体88には
中央に試料ホルダ装着孔88aが形成されている。
(Sample Stage) As shown in FIGS. 12 to 14, a sample stage support member 8 integrally formed with the small base 80 is provided at the tip (Z side end) of the small base 80.
6 is provided. The sample stage support member 86 has one sample holder through hole 86a (FIG.
3)) and three stage support holes 86b formed on the outside thereof. The sample stage support member 8
A sample stage T is arranged on the −Z side of 6. The sample stage T has a stage support leg 87 that fits into the stage support hole 86b and a sample stage body 88, and the sample stage T is fixedly supported by the sample stage support member 86. A sample holder mounting hole 88a is formed in the center of the stage body 88.

【0075】(プローブステージ)前記小ベース80に
はZ軸方向に延びるレール(図示せず)によりZスライ
ドベース91(図14参照)が移動可能に支持されてい
る。前記Zスライドベース91はその−Z側端部が連結
レバー92に連結されており、前記連結レバー92はベ
ース移動用ロッド93に連結されている。ベース移動用
ロッド93は手動操作部材94によりZ軸方向に移動可
能である。前記Zスライドベース91は、2本の引張バ
ネ96,96(図14参照)により+Z方向に引張ら
れ、且つ、前記Zスライドベース91の前端面に当接す
る位置決め部材97(図15参照)により位置決めされ
ている。図15において、前記位置決め部材97は、上
端部のU字型部分97aとその中央部から下方に延びる
直線状ロッド部分97bとを有しており、その直線状ロ
ッド部分97b上端部のヒンジ連結部97cが設けられ
ている。
(Probe Stage) A Z slide base 91 (see FIG. 14) is movably supported on the small base 80 by a rail (not shown) extending in the Z axis direction. The −Z side end of the Z slide base 91 is connected to the connecting lever 92, and the connecting lever 92 is connected to the base moving rod 93. The base moving rod 93 can be moved in the Z-axis direction by the manual operation member 94. The Z slide base 91 is pulled in the + Z direction by two tension springs 96, 96 (see FIG. 14) and positioned by a positioning member 97 (see FIG. 15) that abuts on the front end surface of the Z slide base 91. Has been done. In FIG. 15, the positioning member 97 has a U-shaped portion 97a at the upper end portion and a linear rod portion 97b extending downward from the central portion thereof, and the hinge connecting portion at the upper end portion of the linear rod portion 97b. 97c is provided.

【0076】図13、図15において、小ベース80の
下面の位置決め部材貫通口80aに対応する位置に一対
のヒンジ連結部材98,98が固定されている。前記位
置決め部材97は前記一対のヒンジ連結部材98,98
によりヒンジ連結された前記ヒンジ連結部97cを揺動
中心として、Z軸方向に揺動可能である。前記位置決め
部材97のU字型部分97aの両端部は、前記Zスライ
ドベース91の+Z方向を向いた端面に当接しており、
下端部は大ベース78の位置決め部材貫通口78a(図
13、図15参照)を貫通してスライドベース位置制御
ロッド99の先端部(Z側の端部)に当接している。前
記スライドベース位置制御ロッド99は、前記ステージ
支持フランジ73の外側面に支持されたベース位置制御
モータユニットMZ(図12参照)によりZ軸方向に移
動・調節(Z軸粗動)可能である。なお、前記連結レバ
ー92、ベース移動用ロッド93及び手動操作部材94
はZ軸方向に自由に移動できるようになっており、前記
ベース位置制御モータユニットMZによってZスライド
ベース91をZ軸方向に粗動する際、前記連結レバー9
2等によって妨げられることなくZ軸粗動を行うことが
できる。
In FIGS. 13 and 15, a pair of hinge connecting members 98, 98 are fixed to the lower surface of the small base 80 at positions corresponding to the positioning member through holes 80a. The positioning member 97 includes the pair of hinge connecting members 98, 98.
It is possible to swing in the Z-axis direction with the hinge connecting portion 97c connected by the hinge as the swing center. Both ends of the U-shaped portion 97a of the positioning member 97 are in contact with the end surface of the Z slide base 91 facing the + Z direction,
The lower end portion penetrates the positioning member through hole 78a (see FIGS. 13 and 15) of the large base 78 and is in contact with the tip portion (Z-side end) of the slide base position control rod 99. The slide base position control rod 99 can be moved and adjusted (Z axis coarse movement) in the Z axis direction by a base position control motor unit MZ (see FIG. 12) supported on the outer surface of the stage support flange 73. In addition, the connecting lever 92, the base moving rod 93, and the manual operation member 94.
Can freely move in the Z-axis direction, and when the Z slide base 91 is roughly moved in the Z-axis direction by the base position control motor unit MZ, the connecting lever 9
It is possible to perform Z-axis coarse movement without being hindered by 2 or the like.

【0077】図13、図14において、前記Zスライド
ベース91上に保持装置支持部材100がボルトで固定
支持されており、保持装置支持部材100の+Z側端部
の連結部100aに角筒状のスキャナ保持装置SD″の
Xベース頂壁64aが固定支持されている。前記スキャ
ナ保持装置SD″は、以下の3点以外は前記実施例2の
スキャナ保持装置SD′と同様に構成されているので、
詳細な説明は省略する。 (1)被保持部34を省略した点。 (2)プローブ54の先端をX,Yスライダ64,69
のスライド面から外方に突出させた点。 (3)スキャナ52の先端部と基端部とを結ぶZ軸を横
方向に配置した点。
In FIGS. 13 and 14, the holding device supporting member 100 is fixedly supported by bolts on the Z slide base 91, and the connecting device 100a at the + Z side end of the holding device supporting member 100 has a rectangular tubular shape. The X base top wall 64a of the scanner holding device SD ″ is fixedly supported. The scanner holding device SD ″ has the same configuration as the scanner holding device SD ′ of the second embodiment except for the following three points. ,
Detailed description is omitted. (1) The retained portion 34 is omitted. (2) Attach the tip of the probe 54 to the X, Y sliders 64, 69.
The point that protrudes outward from the slide surface of. (3) The Z-axis connecting the front end and the base end of the scanner 52 is arranged laterally.

【0078】(実施例3の作用)前記構成を備えた実施
例3のスキャナ保持装置SD″を備えた走査型プローブ
顕微鏡SPMでは、試料を保持した試料ホルダ26はホ
ルダ搬送部材77により搬送され、試料室A1に配置さ
れた試料ステージTに装着される。試料ホルダ26を試
料ステージTに装着した後、前記ベース位置制御モータ
ユニットMZによってスライドベース位置制御ロッド9
9を調節して、Zスライドベース91をZ軸方向に移動
させ、プローブ54の先端と試料Wの表面との間隔を設
定された間隔にする(Z軸粗動)。
(Operation of the Third Embodiment) In the scanning probe microscope SPM including the scanner holding device SD ″ of the third embodiment having the above-described structure, the sample holder 26 holding the sample is conveyed by the holder conveying member 77, It is mounted on the sample stage T arranged in the sample chamber A1. After mounting the sample holder 26 on the sample stage T, the slide base position control rod 9 is moved by the base position control motor unit MZ.
9 is adjusted to move the Z slide base 91 in the Z axis direction so that the distance between the tip of the probe 54 and the surface of the sample W becomes a set distance (Z axis coarse movement).

【0079】前記Z軸粗動後、X,Y軸粗動ロッドR
x,Ryによって、前記Xスライダ62及びYスライダ
69を移動(X軸粗動、Y軸粗動)させて、プローブ5
4の先端を試料Wの検査開始位置(走査開始位置)に移
動させる。X,Y,Z粗動後、スキャナ52をX、Y、
Z軸方向に微動させながらプローブ54の先端により試
料Wを走査し、試料W表面の検査を行う。
After the Z axis coarse movement, the X and Y axis coarse movement rods R
The X slider 62 and the Y slider 69 are moved (X axis coarse movement, Y axis coarse movement) by x and Ry, and the probe 5 is moved.
The tip of 4 is moved to the inspection start position (scanning start position) of the sample W. After the coarse movement of X, Y and Z, the scanner 52 is moved to X, Y and
While slightly moving in the Z-axis direction, the tip of the probe 54 scans the sample W to inspect the surface of the sample W.

【0080】実施例3のスキャナ保持装置SD″は、前
記実施例2のスキャナ保持装置SD′と同様に、プロー
ブ54の先端が傾斜や振動の支点であるX,Yスライド
面64d,69dのZ軸方向に対して若干突出した位置
(L≠0)に設定されているが、プローブ54の先端と
X,Yスライド面64d,69dとのZ軸方向の距離L
が、従来の粗動機構に比べ十分0に近いのでプローブ5
4先端の傾斜や振動の変位を従来に比べ飛躍的に抑える
ことができる。この結果、実施例3のような、試料Wが
Yスライダ69の内径よりも大きく、プローブ54の先
端をスライド面よりも突出させなければならない場合で
も、従来のSPMよりもプローブ54の先端における振
動を抑えることができる。
The scanner holding device SD ″ of the third embodiment is similar to the scanner holding device SD ′ of the second embodiment in that the tip of the probe 54 is the fulcrum of inclination and vibration, and the Z of the X and Y slide surfaces 64d and 69d. Although it is set at a position (L ≠ 0) slightly protruding with respect to the axial direction, the distance L in the Z-axis direction between the tip of the probe 54 and the X, Y slide surfaces 64d, 69d.
However, since it is close to 0 compared to the conventional coarse movement mechanism, probe 5
4 The inclination of the tip and the displacement of vibration can be dramatically suppressed compared to the conventional case. As a result, even when the sample W is larger than the inner diameter of the Y slider 69 and the tip of the probe 54 needs to be projected more than the slide surface as in the third embodiment, vibration at the tip of the probe 54 is larger than that of the conventional SPM. Can be suppressed.

【0081】したがって、実施例3のスキャナ保持装置
SD″を有する走査型プローブ顕微鏡SPMでは、X,
Yスライダ64,69の粗動時のプローブ54先端の傾
斜や振動の変位量を抑えることができるので、従来に比
べ精度の高いSPM像を得ることができる。なお、実施
例3において、試料ホルダ26をYスライダ69の中に
配置できる場合、実施例1と同様に、プローブ54の先
端の位置とスライド面64dの位置がZ軸方向に対して
ほぼ同じ位置になるように設定することも可能である。
Therefore, in the scanning probe microscope SPM having the scanner holding device SD ″ of the third embodiment, X,
Since it is possible to suppress the inclination of the tip of the probe 54 and the amount of displacement of vibration when the Y sliders 64 and 69 are coarsely moved, it is possible to obtain an SPM image with higher accuracy than in the past. In the third embodiment, when the sample holder 26 can be arranged in the Y slider 69, the position of the tip of the probe 54 and the position of the slide surface 64d are substantially the same in the Z-axis direction as in the first embodiment. It is also possible to set so that

【0082】(変更例)以上、本発明の実施例を詳述し
たが、本発明は、前記実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内
で、種々の変更を行うことが可能である。以下に変更例
を例示する。 (H01)前記各実施例において、粗動部材SSx、SS
yの各部材の形状、配置位置及び構成は各実施例の構成
に限定されず、スライダの位置を調節できる任意の粗動
装置を使用可能である。 (H02)前記各実施例において、スキャナ保持装置S
D,SD′,SD″のスキャナ52の先端部に試料ホル
ダ26を装着し、プローブ54を固定して、試料ホルダ
26をスキャナ52によって走査させて試料W表面の検
査を行うことも可能である。 (H03)前記各実施例において、プローブ54をX,Y
粗動させ、試料ホルダ26をZ粗動させる等の構成とす
ることも可能である。 (H04)前記実施例1において、スライド面36dとプ
ローブ54の先端とがZ軸方向に対してほぼ同じ位置に
なるように設定したが、これを実施例2,3と同様にプ
ローブ54の先端がスライド面36dよりも下方に突出
するように設定することも可能である。 (H05)前記各実施例において、プローブ54の先端
が、スライド面36dよりも上方に位置する(プローブ
54先端がスライダ47内部に収容される)ように設定
することも可能である。この場合でも、スライド面36
dとプローブ54先端とのZ軸方向の距離Lが十分小さ
いので、実施例2,3で説明した理由と同様の理由によ
りプローブ54の先端における振動を従来に比べ飛躍的
に抑えることができる。 (H06)前記各実施例において、スライダ引張バネによ
ってスライダを位置決め及びスライド移動可能する構成
としたが、スライダをスライドベースに押し当てて位置
決め及びスライド移動可能とする任意の構成を使用可能
である。すなわち、電界や磁力を利用してスライダを引
張る構成や外部からスライダをスライドベースに押し付
ける構成とすることも可能である。
(Modifications) Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but is within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Thus, various changes can be made. A modified example is illustrated below. (H01) In each of the above embodiments, the coarse movement members SSx, SS
The shape, arrangement position, and configuration of each member of y are not limited to the configuration of each embodiment, and any coarse movement device that can adjust the position of the slider can be used. (H02) In each of the above embodiments, the scanner holding device S
It is also possible to mount the sample holder 26 on the tip of the scanner 52 of D, SD ′, SD ″, fix the probe 54, and scan the sample holder 26 by the scanner 52 to inspect the surface of the sample W. (H03) In each of the above embodiments, the probe 54 is set to X, Y.
It is also possible to have a configuration in which the sample holder 26 is coarsely moved and the sample holder 26 is roughly Z-moved. (H04) In the first embodiment, the slide surface 36d and the tip of the probe 54 are set to be substantially at the same position in the Z-axis direction. However, this is the same as in the second and third embodiments. It is also possible to set so as to project below the slide surface 36d. (H05) In each of the above-described embodiments, the tip of the probe 54 can be set to be located above the slide surface 36d (the tip of the probe 54 is housed inside the slider 47). Even in this case, the slide surface 36
Since the distance L in the Z-axis direction between d and the tip of the probe 54 is sufficiently small, the vibration at the tip of the probe 54 can be dramatically suppressed as compared with the conventional one for the same reason as described in the second and third embodiments. (H06) In each of the above-described embodiments, the slider tension spring is used to position and slide the slider. However, it is possible to use any structure in which the slider is pressed against the slide base to be positioned and slidable. That is, it is also possible to adopt a configuration in which the slider is pulled by utilizing an electric field or magnetic force, or a configuration in which the slider is pressed against the slide base from the outside.

【0083】[0083]

【発明の効果】前述の本発明のスキャナ保持装置及び走
査型プローブ顕微鏡は、下記の効果を奏することができ
る。 (E01)スライドレールのガタやズレや、外的な振動を
スキャナ固定台に伝達しないことにより、プローブ先端
の振動を抑えることができる。 (E02)プローブ先端の振動を抑えることによって、精
度の高いSPM像を得ることのできるSPM(走査型プ
ローブ顕微鏡)を提供することができる。 (E03)プローブがスキャナ保持装置によって熱シール
ドされるので、プローブ付近の温度変化を抑えることが
でき、SPM像の精度を高めることができる。
The scanner holding device and the scanning probe microscope of the present invention described above can achieve the following effects. (E01) The vibration of the tip of the probe can be suppressed by not transmitting rattling or deviation of the slide rail or external vibration to the scanner fixing base. (E02) By suppressing the vibration of the probe tip, it is possible to provide an SPM (scanning probe microscope) capable of obtaining a highly accurate SPM image. (E03) Since the probe is heat shielded by the scanner holding device, it is possible to suppress the temperature change near the probe and improve the accuracy of the SPM image.

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

【図1】 図1は本発明の走査型プローブ顕微鏡の実施
例1の説明図で、図1Aは走査型プローブ顕微鏡のST
Mセルが試料交換位置にある状態を示す図、図1BはS
TMセルが試料観察位置にある状態を示す図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a first embodiment of a scanning probe microscope of the present invention, and FIG. 1A is an ST of the scanning probe microscope.
FIG. 1B is a diagram showing a state in which the M cell is at the sample exchange position, and FIG.
It is a figure which shows the state in which a TM cell exists in a sample observation position.

【図2】 図2は実施例1の走査型プローブ顕微鏡のS
TMセルの説明図で、図2Aは正面図、図2Bは前記図
2Aの矢印IIBから見た図、図2Cは前記図2AのIIC
−IIC線から見た図、図2Dは前記図2AのIID−IID
線断面図、図2Eは前記図2Dに示す着脱用レバーの斜
視図、図2Fは前記図2Dに示すレバー支持部材の斜視
図である。
2 is an S of the scanning probe microscope of Example 1. FIG.
2A is a front view, FIG. 2B is a view seen from an arrow IIB in FIG. 2A, and FIG. 2C is a IIC in FIG. 2A.
2D is a view seen from the line -IIC, and FIG. 2D is the line IID-IID of FIG. 2A.
FIG. 2E is a perspective view of the attachment / detachment lever shown in FIG. 2D, and FIG. 2F is a perspective view of the lever support member shown in FIG. 2D.

【図3】 図3はSTMセル支持装置へのSTMセルの
装着方法の説明図で、図3AはSTMセルをSTMセル
支持装置に搬送した状態を示す図、図3BはSTMセル
をSTMセル着脱用ロッドでSTMセル支持装置に押圧
した状態を示す図、図3CはSTMセル着脱用ロッドを
回転させてSTMセルをSTMセル支持装置に装着した
状態を示す図、図3DはSTMセル着脱用ロッドを上方
に離脱させた状態を示す図、図3Eは前記図3AのIII
E−IIIE線から見た図、図3Fは前記図3AのIIIF−
IIIF線断面図、図3Gは前記図3CのIIIG−IIIG線
から見た図、図3Hは前記図3DのIIIH−IIIH線断面
図、である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method of mounting the STM cell on the STM cell supporting device, FIG. 3A is a diagram showing a state in which the STM cell is transported to the STM cell supporting device, and FIG. 3B is an STM cell attaching / detaching process. FIG. 3C is a view showing a state in which the STM cell supporting device is pressed by the operating rod, FIG. 3C is a view showing a state in which the STM cell attaching / detaching rod is rotated and the STM cell is attached to the STM cell supporting device, and FIG. 3D is an STM cell attaching / detaching rod. Showing the state of being detached upward, and FIG. 3E is a view of III of FIG. 3A.
FIG. 3F is a view seen from the line E-IIIE, and FIG.
FIG. 3G is a sectional view taken along line IIIF-IIIG in FIG. 3C, and FIG. 3H is a sectional view taken along line IIIH-IIIH in FIG. 3D.

【図4】 図4は実施例1のSTMセルの要部断面図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional view of essential parts of an STM cell of Example 1.

【図5】 図5は図4のV−V線断面図であり、図5A
はV−V線断面のギアを省略した図、図5BはV−V線
断面のギアを記載した図である。
5 is a sectional view taken along line VV of FIG. 4, and FIG.
FIG. 5B is a view in which the gear of the VV line cross section is omitted, and FIG. 5B is a view in which the gear of the VV line cross section is described.

【図6】 図6は実施例1のSTMセルのスキャナ保持
装置の要部説明図であり、図6Aは断面図、図6Bは図
6AのVIB方向から見た図、図6Cは図6BのVIC
方向から見た図である。
6A and 6B are explanatory views of a main part of the scanner holding device for the STM cell according to the first embodiment. FIG. 6A is a sectional view, FIG. 6B is a view seen from the VIB direction of FIG. 6A, and FIG. 6C is a view of FIG. 6B. VIC
It is the figure seen from the direction.

【図7】 図7は実施例1のスキャナ保持装置の要部拡
大図であり、図7Aは通常時の説明図、図7Bは粗動に
よる傾斜時の説明図である。
7A and 7B are enlarged views of a main part of the scanner holding device according to the first embodiment. FIG. 7A is an explanatory diagram of a normal state, and FIG. 7B is an explanatory diagram of an inclined state due to coarse movement.

【図8】 図8は実施例2のスキャナ保持装置の分解斜
視図である。
FIG. 8 is an exploded perspective view of a scanner holding device according to a second embodiment.

【図9】 図9は実施例2のスキャナ保持装置の要部
拡大図であり、図9Aは側面図、図9Bは図9AのIX
B方向から見た図である。
9A and 9B are enlarged views of a main part of the scanner holding device according to the second embodiment. FIG. 9A is a side view and FIG. 9B is IX of FIG. 9A.
It is the figure seen from the B direction.

【図10】 図10は実施例2のスキャナ保持装置の要
部断面図であり、図10Aは図9BのXA−XA線断面
図、図10Bは図10AのXB−XB線断面図である。
10 is a cross-sectional view of a main part of a scanner holding device according to a second embodiment, FIG. 10A is a cross-sectional view taken along line XA-XA of FIG. 9B, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line XB-XB of FIG. 10A.

【図11】 図11は実施例2のスライドベースの位置
決め部材の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a slide base positioning member according to a second embodiment.

【図12】 図12は本発明の走査型プローブ顕微鏡の
実施例3の全体説明図である。
FIG. 12 is an overall explanatory diagram of a scanning probe microscope according to a third embodiment of the present invention.

【図13】 図13は実施例3のステージユニットの要
部拡大図である。
FIG. 13 is an enlarged view of a main part of a stage unit according to a third embodiment.

【図14】 図14は実施例3のステージユニットの拡
大平面図で、図12の矢印XIVから見た図である。
FIG. 14 is an enlarged plan view of a stage unit according to a third embodiment, which is a view as seen from an arrow XIV in FIG.

【図15】 図15は実施例3のスライドベースの位置
決め部材の説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram of a slide base positioning member according to a third embodiment.

【図16】 図16は従来のX、Yスライダを備えたS
PM(走査型プローブ顕微鏡)のスキャナ部分の説明図
であり、図16Aは部分断面図、図16Bは図16Aの
XVIB−XVIBから見た図である。
FIG. 16 is a schematic diagram of an S including a conventional X and Y slider.
16A is an explanatory view of a scanner portion of a PM (scanning probe microscope), FIG. 16A is a partial cross-sectional view, and FIG. 16B is a view seen from XVIB-XVIB of FIG. 16A.

【図17】 図17は従来の平面スライダを備えたSP
Mのスキャナ部分の説明図であり、図17Aは部分断面
図、図17Bは図17AのXVIIBから見た図である。
FIG. 17 is an SP equipped with a conventional planar slider.
17A is an explanatory view of a scanner portion of M, FIG. 17A is a partial sectional view, and FIG. 17B is a view seen from XVIIB of FIG. 17A.

【図18】 図18は従来のスライダを有するSPMの
粗動時の作用を示す図で、図18Aは図16のSPMの
Yスライドユニットとスキャナ部分の説明図、図18B
は粗動時の作用説明図、図18Cは前記図18A、図1
8Bに示すスキャナ固定台の傾斜角θとプローブ先端の
変位δdとの角度関係の説明図である。
FIG. 18 is a diagram showing an operation of a conventional SPM having a slider during coarse movement; FIG. 18A is an explanatory diagram of a Y slide unit and a scanner portion of the SPM of FIG. 16;
Is an explanatory view of the action during coarse movement, and FIG. 18C is the same as FIG. 18A and FIG.
8B is an explanatory diagram of an angular relationship between the tilt angle θ of the scanner fixing base and the displacement δd of the probe tip shown in FIG. 8B. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

SD,SD′…スキャナ保持装置、SU,SU′…スキ
ャナ支持部材、W…試料、36;61,66…スライド
ベース、36d;64d,69d…スライド面、47;
64,69…スライダ、52…スキャナ、54…プロー
ブ。
SD, SD '... Scanner holding device, SU, SU' ... Scanner support member, W ... Sample, 36; 61, 66 ... Slide base, 36d; 64d, 69d ... Sliding surface, 47;
64, 69 ... Sliders, 52 ... Scanners, 54 ... Probes.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記の構成要件(A01),(A02)を備
えたことを特徴とするスキャナ保持装置、(A01)基端
部が支持され且つプローブまたは試料を保持する先端部
が自由端として構成された圧電体により構成され、前記
基端部及び先端部の両端部を結ぶZ軸方向に伸縮可能、
且つ前記Z軸に垂直で且つ互いに垂直なX軸およびY軸
方向に前記先端部が移動可能なスキャナ、(A02)前記
スキャナの基端部を支持するスライダと、前記スライダ
をスライド可能に支持するスライドベースとを有するス
キャナ支持部材であって、前記スライダが前記スライド
ベースに接触してスライド移動するZ軸方向に垂直なス
ライド面と、前記プローブ先端または試料表面とがZ軸
方向に対して略同じ位置に配置された前記スキャナ支持
部材。
1. A scanner holding device having the following constituent features (A01) and (A02), wherein (A01) a base end is supported and a tip end holding a probe or a sample is a free end. It is composed of a piezoelectric body configured and is expandable and contractable in the Z-axis direction connecting both ends of the base end portion and the tip end portion,
A scanner in which the tip portion is movable in the X-axis and Y-axis directions that are perpendicular to the Z axis and perpendicular to each other, (A02) A slider that supports the base end portion of the scanner, and a slider that slidably supports the slider. A scanner supporting member having a slide base, wherein a slide surface perpendicular to the Z-axis direction in which the slider contacts the slide base and slides, and the probe tip or the sample surface are substantially in the Z-axis direction. The scanner support member arranged at the same position.
【請求項2】 請求項1記載のスキャナ保持装置を備え
た走査型プローブ顕微鏡。
2. A scanning probe microscope provided with the scanner holding device according to claim 1.
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