JP3553318B2 - ホルダ保持装置 - Google Patents

Description

【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）、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、原子間力顕微鏡）、ＵＨＶ（ｕｌｕｔｒａ ｈｉｇｈ ｖａｃｕｕｍ）−ＳＴＭ（超高真空走査型トンネル顕微鏡）、ＵＨＶ（ｕｒｕｔｒａ ｈｉｇｈ ｖａｃｕｕｍ）−ＡＦＭ（超高真空原子間力顕微鏡）等の走査型プローブ顕微鏡、および、ＳＡＰ（走査型アトムプローブ装置）で使用する試料ホルダまたはプローブホルダ等を着脱可能に保持するホルダ保持装置に関する。
本発明のホルダ保持装置は、円筒状の圧電体により構成されたスキャナの先端に設けられたホルダ保持部材や、このホルダ保持部材に対向して配置された第２のホルダ保持部材等を有するホルダ保持装置に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
前記ＳＴＭ、ＡＦＭ等においては、試料の位置を高精度に制御するため、試料ホルダを微小に移動させる円筒状の圧電体を用いたホルダ保持装置が使用されている。
前記ホルダ保持装置として、従来次の技術が知られている。
（Ｊ０１）図１８〜図２３に示すホルダ保持装置
図１８は従来のホルダ保持装置を備えたＡＦＭの全体説明図である。図１９はＡＦＭを用いた分析作業時に試料を保持するホルダ保持装置の説明図で、図１９Ａは前記図１８の部分拡大図、図１９Ｂは前記図１９ＡのＸＩＸＢ−ＸＩＸＢ線断面図である。図２０は前記図１８の部分拡大図でホルダ搬送装置の説明図である。図２１は試料ホルダをＡＦＭの内外間で搬送するために試料ホルダを着脱自在に保持する搬送用試料ホルダ保持部材の説明図で、図２１Ａは前記図１８の部分拡大図で、図２１Ｂは前記図２１Ａの矢印ＸＸＩＢから見た図である。図２２は前記図１９のホルダ保持装置への試料ホルダの装着方法の説明図で、図２２Ａは前記図１９のホルダ保持装置へ試料ホルダを装着する前の状態を示す図、図２２Ｂは前記図１９のホルダ保持装置へ試料ホルダを装着した状態を示す図である。図２３は前記図２１に示す試料ホルダの説明図で、図２３Ａは試料が装着された状態の試料ホルダの平面図、図２３Ｂは試料ホルダ本体の平面図、図２３Ｃは試料ホルダ本体の斜視図、図２３Ｄは前記試料ホルダ本体に固定される試料装着ブロックの斜視図、図２３Ｅは他の試料装着ブロックの斜視図である。
【０００３】
図１８、図２０、図２１において、ＡＦＭの真空室Ａ内部には図示しない搬送部材により搬入された待機位置用ホルダ保持部材１が配置されている。待機位置用ホルダ保持部材０１は図２１に示すようにホルダ載置面０２および一対のホルダ保持用押えばね０３，０３を有している。
【０００４】
図２３において、前記待機位置用ホルダ保持部材０１（図１８、図２１参照）に保持される試料ホルダＨ１は、ピン貫通孔０６ａが形成されたホルダ本体０６、前記ホルダ本体０６に固定される試料装着ブロック０７，０８を有している。試料装着ブロック０７，０８は、試料ホルダＨ１を前記待機位置用ホルダ保持部材０１に装着する際に前記押えばね０３，０３（図２１参照）に押圧される被押圧部０７ａ，０８ａを有している。
試料Ｓは前記試料装着ブロック０７，０８表面に、押圧プレート０９，０１０を用いて押圧固定されている。
【０００５】
図１８、図１９、図２２において、ＡＦＭの真空室Ａ内部にはステージ０１２が配置されている。ステージ０１２は、スライドテーブル０１２ａを有しており、ＡＦＭ走査用の試料ホルダ保持装置０１３およびプローブホルダ保持装置０１４を支持している。スライドテーブル０１２ａは、前記ステージ０１２上でスライド移動して位置調節される。
図１９において、前記試料ホルダ保持装置０１３は、前記ステージ０１２により固定支持された固定部材０１６を有し、固定部材０１６には円孔０１６ａが形成されている。前記固定部材０１６は前記円孔０１６ａの外周に沿って互いに１２０°離れて配置された３個の当接部材０１７（１個のみ図示）を支持している。前記３個の当接部材０１７に対応してそれぞれ引張ばね０１８が設けられている。
【０００６】
可動プレート０１９は、前記３個の引張ばね０１８により、前記３個の当接部材０１７に押し付けられて、固定部材０１６上に保持されている。なお、前記可動プレート０１９は円孔０１９ａを有しており、円孔０１９ａ前記円孔０１６ａに対応する位置に配置されている。可動プレート０１９は前記当接部材０１７と摩擦接触しながら移動してその位置を上下左右に調節可能である。
【０００７】
前記可動プレート０１９には円筒部材０２１の一端部が連結されており、円筒部材０２１は前記円孔０１６ａ貫通している。前記円筒部材０２１の他端部にはスキャナ支持部材０２２が支持され、スキャナ支持部材０２１により、円筒状圧電体製のスキャナ０２３の一端部（基端部）が支持されている。
前記スキャナ０２３の先端部にはホルダ装着部材０２４が支持されている。
図１８、図１９中、前記ホルダ装着部材０２４右端面に形成されたホルダ装着面０２４ａを有している。保持部材装着面０２４ａには、一対のホルダ載置面０２６，０２６およびホルダ保持用の押えばね０２７，０２７が設けられている。また、前記各押えばね０２７，０２７間には、前記試料ホルダＨ１の下端中央部を押さえる下端部押えばね０２８が設けられている。
【０００８】
図２２Ａの状態で試料ホルダＨ１を下方に移動させて保持部材装着面０２４ａに装着すると、図２２Ｂに示すように、前記被押圧部０７ａ，０８ａおよび試料ホルダＨ１下端部中央部は前記押えばね０２７，０２７および下端部押さえばね０２８により保持部材装着面０２４ａ上に保持されるように構成されている。
【０００９】
前記ステージ０１２に支持されたプローブホルダ保持装置０１４は、前記ステージ０１２上で、移動調節される前記スライドテーブル０１２ａにより支持されたホルダ装着部材０３１を有している。前記ホルダ装着部材０３１により、プローブホルダＨ２が着脱可能に保持されており、プローブホルダＨ２に保持されたプローブ（探針）は、前記保持部材装着面０２４ａ上の試料ホルダＨ１に対向して配置され、各ホルダ間の初期間隔は前記スライドテーブル０１２ａの位置調節によって調節される。
【００１０】
図１８，２０において、試料交換装置０３３は、前記試料ホルダＨ１が待機位置用ホルダ保持部材０１に保持される待機位置とＡＦＭ走査用の試料ホルダ保持装置０１３に保持される作業位置との間で、前記試料ホルダＨ１を搬送する装置である。
試料交換装置０３３は、昇降ロッド０３４の下端に支持されたスライダガイド部材０３５を有しており、スライダガイド部材０３５に沿って水平移動可能なスライダ０３６は、水平方向に位置調節可能である。
【００１１】
図２０に示す試料交換装置０３３は従来公知の技術（特願平７−２１８７６２号、特開平９−６１４４０号公報に記載された技術）であるので、次に簡単に説明する。
前記スライダ０３６には連結部材０３７が連結されている。連結部材０３７はばね収容孔０３７ａおよび下方に延びる鉛直ロッド部０３７ｂを有している。前記ばね収容孔０３７ａは上端がねじ０３８で塞がれており、内部には圧縮コイルばね０３９が収容されている。
前記連結部材０３７の鉛直ロッド部０３７ｂ下端には板ばね０４１を介して第１保持部材０４２が連結されている。第１保持部材０４２にはピン孔０４２ａが形成されている。
【００１２】
前記連結部材０３７には、軸０４３回りに回転部材０４４が回転可能に支持されている。回転部材０４４は、前記ばね収容孔０３７ａ内の圧縮コイルばね０３９によって常時時計方向に回転力を付与されるばね当接部０４４ａおよび前記鉛直ロッド部０３７ｂに沿って下方に延びるロッド部０４４ｂを有している。前記ロッド部０４４ｂ下端には板ばね０４５を介して第２保持部材０４６が連結されている。
前記第２保持部材０４６にはピン０４６ａが設けられており、ピン０４６ａは前記第１保持部材０４２のピン孔０４２ａに嵌合するように配置されている。
そして、通常は、前記圧縮コイルバネ０３９により前記回転部材０４４が時計方向に回転力を付与されているため、前記ピン０４６ａはピン孔０４２ａに嵌合するように構成されている。
【００１３】
前記連結０３７には電磁ソレノイド０４７が支持されており、電磁ソレノイド０４７が通電された場合には前記回転部材０４４が前記軸０４３回りに反時計方向に回転して、前記ピン０４６ａは前記ピン孔０４２ａが抜け出すように構成されている。
したがって、前記待機位置用ホルダ保持部材０１および、走査作業用の前記ホルダ装着部材０２４間で試料ホルダＨ１を搬送する場合には、前記ピン０４６ａをピン孔０４２ａから離脱させた状態で、前記昇降ロッド０３４およびスライダ０３６の移動により前記第１保持部材０４２および第２保持部材０４６の位置調節をする。そして、例えば前記待機位置用ホルダ保持部材０１に保持された試料ホルダＨ１のピン貫通孔０６ａ（図２３参照）および前記ピン孔０４２ａを一致させる。この状態で、前記ピン０４６ａを、ピン貫通孔０６ａに貫通させ、前記ピン０４６ａの先端部をピン孔０４２ａに挿入させる。
この状態では試料ホルダＨ１が前記第１保持部材０４２および第２保持部材０４６に保持されるので、前記待機位置用ホルダ保持部材０１から、走査作業用の前記ホルダ装着部材０２４の間で、試料ホルダを搬送することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
（前記従来技術（Ｊ０１）の問題点）
前記（Ｊ０１）の従来技術では、前記走査作業用の前記ホルダ装着部材０２４に対して試料ホルダＨ１を装着したり、離脱させたりする際に、前記第１試料保持部材０４２の下方移動時の力が前記ホルダ装着部材０２４を介して圧電体により構成されたスキャナ０２３に加えられる。このときにスキャナ０２３に加わる負荷によってスキャナ０２３が破損する事故が良く発生した。
したがって、試料ホルダＨ１のホルダ装着部材０２４への着脱作業は非常に神経を使う作業であった。
【００１５】
また、真空室Ａの外部および内部間での試料ホルダＨ１の搬送に際しては、試料ホルダＨ１のみを搬送するのではなく、試料ホルダＨ１と待機位置用ホルダ保持部材０１との２個の部材が必要であった。したがって、前記ホルダ装着部材０２４に装着される試料ホルダＨ１の交換作業時に、チャッキング動作およびアンチャッキング動作を何度も行う必要があった。前記試料ホルダＨ１は形状が小さいので、前記チャッキング動作およびアンチャッキング動作を何度も行うことは、事故発生の確率が大きく、好ましくない。
また、図１８および図２０から分かるように、試料交換装置０３３は、ステージ０１２の試料ホルダ保持装置０１３およびプローブホルダ保持装置０１４の上方に配置されるため、冷却装置、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）、Ｘ線光電子分光装置）等の重要なアタッチメントを取り付けることが困難であるという問題点もあった。
【００１６】
また、前記ＵＨＶ−ＳＴＭ、ＡＦＭ等の走査型プローブ顕微鏡の試料ホルダ交換装置として次の従来技術（Ｊ０２）が知られている。
（Ｊ０２）図２４に示す技術
図２４はＳＴＭの従来技術の説明図である。
図２４において、超高真空室Ａ内には、フランジ０５０に支持されたＳＴＭステージ０５１が配置されている。ＳＴＭステージ０５１は、第１基台０５２、前記第１基台０５２に除振器０５３，０５３を介して支持された第２基台０５４を有している。第２基台上にはＸＹステージ０５５およびＺステージ０５６が支持されている。ＸＹステージ０５５には試料ホルダＨ１が保持され、前記Ｚステージ０５６には積層型圧電体製のスキャナ０５７を介してプローブホルダＨ２が支持されている。
図２４の技術では、ＳＴＭステージ０５１が装着されるフランジ０５０に対して反対側に円筒ケース０５８を設け、前記円筒ケース０５８の外側に設けたマグネット０５９の軸方向の移動および軸回りの回転に伴い、内側をスライド移動および回転移動する交換棒０６０を操作し、試料交換およびプローブ交換を行っている。
【００１７】
（前記（Ｊ０２）の問題点）
前記従来技術（Ｊ０２）は、ＳＡＰ（走査型アトムプローブ装置）のように、前記ＳＴＭステージ０５１が装着されるフランジ０５０と反対側にスクリーンやイオン検出器等を配置する構成の装置に対しては、スクリーンやイオン検出器が邪魔になって交換棒を使用することができなくなる。したがって、前記図２４に示す従来技術（Ｊ０２）はＳＡＰでは使用することができない。
また、前記（Ｊ０２）の技術では、前記ＳＴＭステージ０５１が装着される試料真空フランジ０５０側およびその反対側（円筒ケースが設けられた側）の両側に構成部材が配置されているため、既存の真空チャンバに組み込むことが困難であるという問題点もある。
【００１８】
また、前記ＵＨＶ−ＳＴＭ、ＵＨＶ−ＡＦＭ、等の走査型プローブ顕微鏡およびＳＡＰ等の試料冷却装置として次の従来技術（Ｊ０３）が知られている。
（Ｊ０３）図２５に示す技術）
図２５は走査型プローブ顕微鏡で使用される試料冷却装置の従来例の説明図である。
図２５において前記図２４に対応する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
ＸＹステージ０５５には試料ホルダ固定機構０６１を介して試料ホルダＨ１が保持される。
前記試料ホルダ固定機構０６１はヒートコンダクタ０６２を介して冷却タンク０６３に接続されており、冷却タンク０６３には液体窒素や液体ヘリウム等の冷却液０６４が入っている。
【００１９】
試料ホルダ固定機構０６１は、図示していないがＸＹステージ０５５側部分０６１ａに熱伝導度の低い物質（例えばダイフロン）を使用し、試料ホルダＨ１側部分０６１ａには電気絶縁性が有り且つ熱伝導率の良い物質（例えばサファイヤ）を使用し、真ん中のヒートコンダクタ０６２との接続部０６１ｃには熱伝導率が良い物質（例えば銅）を使用している。ヒートコンダクタ０６２は銀または銅の箔を束ねたものか、網線等が使用されている。
前記構成により試料を電気的に絶縁し且つ十分冷やすことが可能である。
前記Ｚステージ０５６およびスキャナ０５７により試料ホルダＨ１に保持された試料にトンネル電流が流れるまでプローブホルダＨ２のプローブＰを試料ホルダＨ１に保持された試料Ｓに近づけ、その後、スキャナ０５７により走査して冷却された試料Ｓの観察（例えばＳＴＭ観察）を行う。
【００２０】
（前記（Ｊ０３）問題点）
前記従来技術（Ｊ０３）において、試料ホルダＨ１を交換する技術として、前記従来技術（Ｊ０１）を使用する場合には、前記ヒートコンダクタ０６２や冷却タンク０６３が邪魔になり、また、前記従来技術（Ｊ０２）を使用しようとしても、前記試料ホルダ固定機構０６１が邪魔になって、試料ホルダＨ１を交換することは困難である。
また、前記スクリーンやイオン検出器を使用するＳＡＰ（走査型アトムプローブ装置）ではその構成上、前記（Ｊ０３）の試料冷却装置は使用できない。
【００２１】
本発明は、前述の事情に鑑み、下記の記載内容を課題とする。
（Ｏ０１）円筒状圧電体製のスキャナの先端にホルダ保持部材を設けたホルダ保持装置において、前記スキャナに曲げ荷重を作用させることなく、ホルダ保持部材にホルダを着脱できるようにすること。
（Ｏ０２）円筒状圧電体製のスキャナの先端にホルダ保持部材を設けたホルダ保持装置において、前記ホルダ保持部材に保持された試料を冷却する新規な冷却方法を提供すること。
（Ｏ０３）円筒状圧電体製のスキャナの先端にホルダ保持部材を設けたホルダ保持装置を有するＳＡＰ（走査型アトムプローブ装置）で使用可能な、新規な試料冷却方法およびホルダ交換方法を提供すること。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
次に、前記課題を解決するために案出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。
【００２３】
（第１発明）
前記課題を解決するために、本出願の第１発明のホルダ保持装置（５６）は、下記の要件を備えたことを特徴とする、
（Ａ０１）基端部が支持され且つ先端部が自由端として構成された円筒状の圧電体により構成され、前記円筒の軸に一致する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（７１）、
（Ａ０２）前記スキャナ（７１）の基端部を支持するとともに前記基端部側から前記スキャナ（７１）内部に接続するホルダ挿入孔（６７ａ）を有するスキャナ支持部材（６７＋６８＋６９）、
（Ａ０３）前記Ｚ軸方向に移動可能で、ホルダ（Ｈ１，Ｈ２）を着脱可能に保持する先端ホルダ保持部（３７）を有し、前記先端ホルダ保持部（３７）に保持したホルダ（Ｈ１，Ｈ２）を前記ホルダ挿入孔（６７ａ）およびスキャナ（７１）内部を通って前記スキャナ（７１）先端部に搬送するホルダ搬送部材（３６）、
（Ａ０４）前記Ｚ軸方向に移動可能なホルダ搬送部材（３６）の前記先端ホルダ保持部（３７）に保持されてスキャナ（７１）先端部側に前進したホルダ（Ｈ１，Ｈ２）が着脱自在に保持されるとともに、前記スキャナ（７１）先端部に設けられたホルダ保持部材（７４）。
【００２４】
（第１発明の作用）
前記第１発明のホルダ保持装置では、スキャナ（７１）は、基端部が支持され且つ先端部が自由端として構成された円筒状の圧電体により構成される。前記スキャナ（７１）は、前記円筒の軸に一致するＺ軸方向に伸縮し、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する。
スキャナ支持部材（６７＋６８＋６９）は、前記スキャナ（７１）の基端部を支持するとともに前記基端部側から前記スキャナ（７１）内部に接続するホルダ挿入孔（６７ａ）を有する。
前記Ｚ軸方向に移動可能で、前記ホルダ（Ｈ１，Ｈ２）を着脱可能に支持する先端ホルダ保持部（３７）を有するホルダ搬送部材（３６）は、前記先端ホルダ保持部（３７）に保持したホルダ（Ｈ１，Ｈ２）を前記ホルダ挿入孔（６７ａ）およびスキャナ（７１）内部を通って前記スキャナ（７１）先端部に搬送する。
前記スキャナ（７１）先端部に設けられたホルダ保持部材（７４）には、前記Ｚ軸方向に移動可能なホルダ搬送部材（３６）の前記先端ホルダ保持部（３７）に保持され、スキャナ（７１）先端部側に前進したホルダ（Ｈ１，Ｈ２）が着脱自在に保持される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１発明の実施の形態１）
また、前記第１発明のホルダ保持装置の実施の形態１は、前記第１発明のホルダ保持装置において下記の要件を備えたことを特徴とする、
（Ａ０５）前記ホルダ保持部材（７４）に保持されるホルダ（Ｈ１，Ｈ２）とは別の第２ホルダ（Ｈ２）が貫通可能な第２ホルダ貫通孔が形成された前記ホルダ保持部材（７４）、
（Ａ０６）前記ホルダ搬送部材（３６）の先端ホルダ保持部（３７）に着脱自在に保持されて前記第２ホルダ貫通孔を貫通した前記第２ホルダ（Ｈ２）が着脱自在に保持される第２ホルダ保持部材（６１）。
【００２８】
（第１発明の実施の形態１の作用）
また、前記第１発明のホルダ保持装置の実施の形態１では、前記ホルダ保持部材（７４）は、前記ホルダ保持部材（７４）に保持されるホルダ（Ｈ１，Ｈ２）とは別の第２ホルダ（Ｈ２）が貫通可能な第２ホルダ貫通孔（７７ａ）が形成される。したがって、前記第２ホルダ（Ｈ２）は前記ホルダ保持部材（７４）を貫通して搬送可能である。
前記ホルダ搬送部材（３６）の先端ホルダ保持部（３７）に着脱自在に保持されて前記第２ホルダ貫通孔（７７ａ）を貫通した前記第２ホルダ（Ｈ２）は、第２ホルダ保持部材（６１）により着脱自在に保持される。
【００２９】
（第１発明の実施の形態２）
また、前記第１発明のホルダ保持装置の実施の形態２は、前記第１発明または第１発明の実施の形態１のホルダ保持装置において下記の要件を備えたことを特徴とする、
（Ａ００１）前記ホルダ挿入孔（６７ａ）からスキャナ（７１）内部に挿入されてスキャナ（７１）先端部側に前進したホルダ（Ｈ１，Ｈ２）が接触する前進時ホルダ接触部（７７）および、前記前進時ホルダ接触部（７７）に接触した前記ホルダ（Ｈ１，Ｈ２）を前記Ｚ軸回りに一定方向に回転した状態で前記ホルダ（Ｈ１，Ｈ２）を後退不能に保持するとともに前記後退不能のホルダ（Ｈ１，Ｈ２）を前記一定方向と反対方向に回転した状態で前記ホルダ（Ｈ１，Ｈ２）の後退を可能にする後退不能保持部材（８０）を有する前記ホルダ保持部材（７４）。
前記（Ａ００１）の「後退不能保持部材」は前記ホルダ（Ｈ１，Ｈ２）に直接接触してホルダ（Ｈ１，Ｈ２）の後退を不能にする部材や、直接接触せずに他の部材を介して後退を不能にする部材により構成することが可能である。
【００３０】
（第１発明の実施の形態２の作用）
また、前記第１発明のホルダ保持装置の実施の形態２では、前記ホルダ挿入孔（６７ａ）からスキャナ（７１）内部に挿入されてスキャナ（７１）先端部側に前進したホルダ（Ｈ１，Ｈ２）は、ホルダ保持部材（７４）の前進時ホルダ接触部（７７）に接触する。ホルダ保持部材（７４）の後退不能保持部材（８０）は、前記前進時ホルダ接触部（７７）に接触した前記ホルダ（Ｈ１，Ｈ２）を前記Ｚ軸回りに一定方向に回転した状態で前記ホルダ（Ｈ１，Ｈ２）を後退不能に保持するとともに、前記後退不能のホルダ（Ｈ１，Ｈ２）を前記一定方向と反対方向に回転した状態で前記ホルダ（Ｈ１，Ｈ２）の後退を可能とする。
したがって、ホルダ保持部材（７４）は前記ホルダ（Ｈ１，Ｈ２）を前進および後退不能に保持することができる。
【００３１】
（第１発明の実施の形態３）
また、前記第１発明のホルダ保持装置の実施の形態３は、前記第１発明のホルダ保持装置において下記の要件を備えたことを特徴とする、
（Ａ０７）前記スキャナ（７１）の先端部に断熱材および熱伝導材を介して設けられ且つ、ホルダ（Ｈ１，Ｈ２）が着脱自在に保持されるホルダ保持部材（７４）、（Ａ０８）一端が前記熱伝導材に接続され且つ他端が冷熱源に接続されたヒートコンダクタ（１１１）。
【００３２】
（第１発明の実施の形態３の作用）
前記要件（Ａ０７），（Ａ０８）を備えた第１発明のホルダ保持装置では、前記スキャナ（７１）の先端部に断熱材および熱伝導材を介して設けられたホルダ保持部材（７４）は、ホルダ（Ｈ１，Ｈ２）を着脱自在に保持する。
一端が前記熱伝導材に接続され且つ他端が冷熱源に接続されたヒートコンダクタ（１１１）は、冷熱源の冷熱を前記熱伝導材に伝達する。前記熱伝導材に伝達された例熱は、ホルダ保持部材（７４）および前記ホルダ保持部材（７４）に保持された試料に伝達される。
【００３３】
【実施例】
次に図面を参照しながら、本発明のホルダ保持装置の実施例を説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において互いに直交する矢印Ｘ，Ｙ，Ｚの方向に直交座標軸Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義し、Ｘ方向と逆向きは−Ｘ方向、Ｙ方向と逆向きは−Ｙ方向、Ｚ方向と逆向きは−Ｚ方向とする。また、Ｘ方向及び−Ｘ方向を含めてＸ軸方向といい、Ｙ方向及び−Ｙ方向を含めてＹ軸方向といい、Ｚ方向及び−Ｚ方向を含めてＺ軸方向ということにする。
さらに図中、「○」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。
【００３４】
（実施例１）
図１は本発明のホルダ保持装置の実施例１を備えたＳＴＭの全体説明図である。図２は前記図１の要部拡大図である。図３は前記図２の平面図である。図４は同実施例１の先端部に試料ホルダおよびプローブホルダを着脱自在に装着するホルダ装着部を有するホルダ搬送部材と前記試料ホルダの説明図である。図５は前記図４に示すホルダ搬送部材とプローブホルダの説明図である。図６は前記図２および図３に示すＶＩ−ＶＩ線端面図である。図７は前記図２および図３に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【００３５】
図８は実施例１の試料ホルダ保持部材の説明図であり、図８Ａは試料ホルダ保持部材の横断面図で図８ＢのＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ線断面図、図８Ｂは試料ホルダ保持部材の縦断面図で、図８ＡのＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線断面図、図８Ｃは前記図８Ｂの矢印ＶＩＩＩＣから見た図である。図９は実施例１の試料ホルダ保持部材と試料ホルダの装着方法の説明図であり、図９Ａは装着前の状態を示す図、図９Ｂは装着後の状態を示す図である。図１０は実施例１の試料ホルダ保持部材と試料ホルダの装着方法の説明図であり、図１０Ａは装着前の試料ホルダ保持部材と試料ホルダの位置関係を示す図、図１０Ｂは装着後の試料ホルダの位置を示す図である。
図１１は実施例１のホルダ搬送部材の説明図である。図１２は前記図１に示すＳＴＭ、前記ＳＴＭに接続されたパーキング、および前記パーキングでホルダの交換を行うための試料交換棒等の平面図である。図１３は前記図１２のパーキングのステージ移動機構の説明図である。
【００３６】
図１２において、真空試料室１には前記ＳＴＭが収容されている。前記真空試料室１とこれに隣接して配置された試料交換室２との間には、それらの間を密封状態で遮断する開閉可能な内部仕切弁３が設けられている。前記試料交換室２には、パーキング４が設けられている。
図１３において、前記パーキング４は、テーブル支持部材６により回転自在に支持されたターンテーブル７、このターンテーブル７上に支持された複数のホルダ支持ステージ８ａ、複数のプローブ支持ステージ８ｂ等により構成されている。前記ターンテーブル７の下部外周には回転力伝達用のギヤ７ａが形成されている。前記ホルダ支持ステージ８ａは、試料を保持する試料ホルダＨ１（図２参照）を支持するための部材である。また、前記プローブ支持ステージ８ｂは、前記ＳＴＭにおいて使用されるプローブ（探針）を交換するための交換用のプローブホルダＨ２を支持するための部材である。
【００３７】
前記テーブル支持部材６は、テーブル搬送用円筒９に固定支持されている。前記テーブル搬送用円筒９の内周面によりテーブル回転用軸１１が支持されている。前記テーブル回転用軸１１先端にはギヤ（傘歯歯車）１２が固定されている。このギヤ１２は前記テーブル支持部材６に回転自在に支持されたギヤ（傘歯歯車）１３に噛み合っている。前記ギヤ１３は前記ターンテーブル７のギヤ７ａと噛み合うように配置されている。
【００３８】
前記試料交換室２側壁にはターンテーブル作動用の円筒ケース１４がベローズ１５等を介して連結されている。前記テーブル搬送用円筒９の前記試料交換室２から突出している部分の周囲は、前記円筒ケース１４内には前記テーブル搬送用円筒９を回転可能且つスライド可能に支持するベアリング１７が設けられている。
前記テーブル搬送用円筒９およびテーブル回転用軸１１の後端（図１３で−Ｘ側端部）には永久磁石を有する円筒状の磁性部材１８および１９がそれぞれ固定されている。また、前記円筒状の磁性部材１８、１９に対応して、前記円筒ケース１４外周面には永久磁石を有する円筒状の操作部材２１、２２がスライド可能且つ回転可能に設けられている。前記操作部材２１、２２のスライドは個別または一体的に行うことが可能である。
【００３９】
前記操作部材２１を作業員が回転させると、操作部材２１の動きに対応して磁性部材１８も同時に回転するように構成されている。そして、前記磁性部材１８および前記テーブル搬送用円筒９は一体的に回転し、それに伴い前記ターンテーブル７が傾斜されるようになっている。前記磁性部材２２を作業員が回転させると、磁性部材２２の動きに対応して前記磁性部材１９も同時に回転するように構成されている。そして、前記磁性部材１９が回転すると前記テーブル回転用軸１１が回転され、前記テーブル回転用軸１１先端に設けられているギヤ（傘歯歯車）１２が回転する。そして、前記ギヤ（傘歯歯車）１２の回転に伴い前記ギヤ（傘歯歯車）１３およびギヤ７ａが回転し、前記ターンテーブル７が回転されるようになっている。また、前記操作部材２１、２２を一体的にスライドさせると、操作部材２１、２２の移動に対応して前記磁性部材１８、１９も同時にＸ軸方向に移動するようになっている。そして、磁性部材１８、１９がＸ軸方向に移動すると前記テーブル搬送用円筒９およびテーブル回転用軸１１がＸ軸方向に移動し、それに伴いターンテーブル７がＸ軸方向に移動されるようになっている。
前記ターンテーブル７は、前記ホルダ支持ステージ８ａをターンテーブル７の傾斜、回転、前後（Ｘ軸方向）動により移動させる役目を有する。
前記符号７〜２２で示された要素から本発明のステージ移動機構２３が構成されている。
【００４０】
図１２において、前記試料交換室２とこれに隣接して配置された試料導入室２５との間には、それらの間を密封状態で遮断する開閉可能な内部仕切弁２６が設けられている。前記試料導入室２５には、導入用円筒ケース２７が連結されている。前記導入用円筒ケース２７内側には試料導入棒２８が導入用円筒ケース２７の軸に沿って進退移動可能に設けられている。前記試料導入棒２８の先端には前記試料ホルダＨ１およびプローブホルダＨ２を把持するチャック２９が設けられている。
前記導入用円筒ケース２７の外側には永久磁石を有する円筒状の操作部材３１が回転およびスライド可能に支持されており、この操作部材３１のスライドおよび回転移動によりチャック２９に把持された試料ホルダＨ１またはプローブホルダＨ２を前記導入用円筒ケース２７の軸に沿ってスライドおよび回転移動させることができる。ここで、前記試料導入棒２８の軸とパーキング４とが交差する位置をそれぞれＱ１、Ｑ２とする。
【００４１】
図１２、図１１において、前記試料交換室２には試料交換用の円筒ケース３３がベローズ３４、連結ボルト３５等を介して連結されている。前記円筒ケース３３内側にはホルダ搬送部材３６が円筒ケース３３の軸に沿って進退移動可能に支持されている。
前記搬送部材３６は、図４、図５に示すように、スライド筒３６ａおよび回転軸３６ｂを有しており、前記搬送部材３６の回転軸３６ｂの−Ｚ側端部に円筒状の磁性部材（図示せず）が固定されている。前記搬送部材３６の回転軸３６ｂの先端（Ｚ側端部）には前記試料ホルダＨ１（図４、図９参照）またはプローブホルダＨ２（図５参照）を把持する先端ホルダ保持部３７が設けられている。
前記円筒ケース３３の外側には永久磁石を有する円筒状の操作部材３８がスライド可能に支持されており、この操作部材３８は前記搬送部材３６の回転軸３６ｂに固定された前記図示しない円筒状の磁性部材に対応する位置に配置されている。前記搬送部材３６のスライド筒３６ａおよび回転軸３６ｂは、前記操作部材３８のスライド移動に伴ってＺ軸方向に一体的にスライド移動する。また、前記スライド筒３６ａは図示しない回転止め部材により回転不可能であるが、回転軸３６ｂは前記操作部材３８の回転に伴い、前記スライド筒３６ａ内で回転可能である。
【００４２】
図１１に示すように、試料交換用の円筒ケース３３の前記試料交換室２との連結部近傍にはストッパ３９が固定用ビス３９ａにより固定されている。ストッパ３９には円周に沿って１２０度の間隔で３本のスライド軸４１がＺ軸方向にスライド可能に支持されている。前記スライド軸４１の−Ｚ側端部はリングプレート状スライダ４２に固定されている。前記スライド軸４１周囲には圧縮コイルバネ４３が配置されており、この圧縮コイルバネ４３は前記リングプレート状スライダ４２を常時−Ｚ側に押圧している。
したがって、前記操作部材３８がＺ方向に移動して前記リングプレート状スライダ４２に当接すると、リングプレート状スライダ４２は前記圧縮コイルバネ４３を圧縮しながらＺ方向にある距離だけ移動することができるが、その際に圧縮コイルバネ４３の反力を受けるため、操作部材３８の操作を行う作業者は移動方向の限界位置に移動したことを知ることができる。
【００４３】
図１において、前記試料交換用の円筒ケース３３（図１１、図１２参照）内部に収容された搬送部材３６の先端部の先端ホルダ保持部３７は、前記試料交換室２および内部仕切弁３を横切って、ＳＴＭを収容する真空試料室１内に移動可能である。
前記真空試料室１内にはフランジ５０に支持されたＳＴＭステージ５１が配置されている。ＳＴＭステージ５１は、第１基台５２、前記第１基台５２に複数の除振器５３を介して支持された第２基台５４を有している。第２基台５４にはＸＹステージ貫通孔５４ａが形成されている。
【００４４】
図１、図２、図３において、前記第２基台５４上には試料ホルダ保持装置５６が支持されている。試料ホルダ保持装置５６は、前記第２基台５４に支持されたＸＹステージ支持部材５７を有している。ＸＹステージ支持部材５７には、前記搬送部材３６の軸を中心とする円周に沿って互いに１２０°離れて配置された３個の当接部材５８（１個のみ図示）を支持している。前記３個の当接部材５８に対応してそれぞれ引張ばね５９が設けられている。
【００４５】
ＸＹステージ６１はその下端部（−Ｙ側の端部）が前記ＸＹステージ貫通孔５４ａより下方に配置されており、その上部は、前記３個の引張ばね５９により、前記３個の当接部材５８に押し付けられて、ＸＹステージ支持部材５７上に保持されている。このＸＹステージ６１は前記当接部材５８と摩擦接触しながら移動してその位置を上下左右に調節可能である。
図３において前記ＸＹステージ６１はＸ軸方向の両側に位置調整用突出部６１ａ，６１ａを有しており、この位置調整用突出部６１ａ，６１ａは、前記第２基台５４上に支持されたＸＹステージ位置調整部材６２，６２によりＸＹ平面内で位置調整可能である。なお、このような位置調節装置は従来公知であり、従来公知の種々の位置調節装置を使用することが可能である。
なお、前記ＸＹステージ６１はプローブホルダＨ２をねじ込んで着脱自在に装着するためのプローブホルダ装着用ねじ孔６１ｂを有している。したがって、この実施例１では、ＸＹステージ６１はプローブホルダ保持部材（第２ホルダ保持部材）として構成されている。
【００４６】
図１、図２、図３において、前記第２基台５４上にはＺステージ６４がＺ軸方向に位置調整可能に支持されている。図３から分かるように、Ｚステージ６４は、引張ばね６６により常時Ｚ方向に引っ張られている。Ｚステージ６４はＺ側を向いた端面が図示しないＺ軸方向位置調節部材に当接しており、前記Ｚ軸方向位置調節部材および前記引張ばね６６によってそのＺ軸方向の位置が調節可能である。
前記Ｚステージ６４上には−Ｚ側の端部にガイド６７（図２、図３、図６参照）が支持されている。ガイド６７にはガイド孔６７ａが形成されており、また、前記ガイド６７のＺ側の面には円筒部６７ｂがＺ側に突出して形成されている。
【００４７】
前記円筒部６７ｂには円筒状絶縁体６８が接着剤により接着されている。前記円筒状絶縁体６８により金属製の接続部材６９を介して円筒状圧電体製のスキャナ７１がはめ合い構造により接着支持されている。前記スキャナ７１内周面は前記接続部材６９と一体に形成された薄い円筒状の金属カバー６９ａにより被覆、保護されている。前記ガイド６７、円筒状絶縁体６８、および接続部材６９によりスキャナ支持部材（６７＋６８＋６９）が構成されている。前記スキャナ７１と金属カバー６９ａとの間には狭い空間が形成されており、前記空間には給電用のリード線が配置されている。
前記スキャナ７１の先端は前記円筒状の金属カバー６９ａよりもＺ方向に延びており、その先端部には円筒状絶縁部材７３を介して試料ホルダ保持部材７４が接着されている。
【００４８】
図７、図８において、試料ホルダ保持部材７４は金属製のリング状の保持部材本体７６を有している。保持部材本体７６はホルダ装着孔７６ａを有している。ホルダ装着孔７６ａのＺ側の側面にはリング状プレート（すなわち、前進時ホルダ接触部）７７が固定されている。このリング状プレート７７の−Ｚ側の面は試料ホルダＨ１が前進したときに試料ホルダＨ１が接触する前進時ホルダ接触部を構成している。リング状プレート７７の内孔（すなわち、第２ホルダ貫通孔）７７ａの直径は前記ホルダ装着孔７６ａの直径よりも小さく形成されている。前記内孔７７ａの直径は試料ホルダＨ１の直径よりも小さく形成され、前記ホルダ装着孔７６ａの直径は試料ホルダＨ１の直径よりも大きく形成されている。
したがって、前記ホルダ装着孔７６ａの−Ｚ側から挿入された試料ホルダＨ１は、前記内孔７７ａからＺ方向には通過不能である。
前記保持部材本体の−Ｚ側の側面には、９０°間隔で合計４個のスプリング支持ブロック７８およびスプリングリーフ７９が固定されている。スプリングリーフ７９先端はホルダ装着孔７６ａ内のリング状プレート７７の−Ｚ側の側面を押圧している。前記リーフスプリング７９の−Ｚ側の面に隣接して配置された負荷受けピン（後退不能保持部材）８０は前記スプリング支持ブロック７８に固定支持されている。
【００４９】
図４、図５において、前記搬送部材３６の回転軸３６ｂ先端に設けた先端ホルダ保持部３７は、先端側に開口するホルダ装着孔８１を有している。ホルダ装着孔８１は試料ホルダＨ１およびプローブホルダＨ２の被装着部が着脱自在に挿入される孔である。前記ホルダ装着孔８１の先端部には上下にローラ８２，８２が回転可能に支持されている。前記ローラ８２，８２はホルダ装着孔８１の内周面側に突出しているため、ホルダ装着孔８１に装着される試料ホルダＨ１およびプローブホルダＨ２の被装着部の形状は、図５から分かるように、前記ローラ８２，８２に対応した部分が平坦に切除された形状となっている。図９Ｂにおいて試料ホルダＨ１の平坦な切除部Ｈ１ａが示されている。
また、前記ローラ８２，８２の両端のローラ軸８２ａ，８２ａは、板ばね８３，８３により外側から内側に向けて押されている。したがって、前記ホルダ装着孔８１に試料ホルダＨ１、またはプローブホルダＨ２が挿入される場合には、前記ローラ８２，８２は外側に押されるが、前記板ばね８３，８３の弾性力により内側に押されている。この板ばね８３，８３の弾性力により、前記試料ホルダＨ１およびプローブホルダＨ２は、ホルダ装着孔８１内に保持される。
【００５０】
ローラ８２，８２に対応した部分が平坦に切除された試料ホルダＨ１およびプローブホルダＨ２は、その被装着部が図５に示すホルダ装着孔８１に、その先端側から嵌合状態で挿入されたとき、回転不能に嵌合する。
前記ホルダ装着孔８１内部には緩衝ばね８４が収容されており、試料ホルダＨ１およびプローブホルダＨ２が急に押し込まれた場合に衝撃を緩和する機能を有している。
【００５１】
図４に示す試料ホルダＨ１は試料Ｓを保持する部材で、外方に突出する４個の端子プレート８６，８６および８７，８７を有している。
前記図４の試料ホルダＨ１をＺ方向に前進させる際の前記試料ホルダＨ１と前記試料ホルダ保持部材７４のＺ軸回りの位置関係は図１０Ａに示す通りである。この場合Ｚ軸方向の位置関係は図１０Ａに示されている。但し、図１０Ａにおいては試料ホルダＨ１および試料ホルダ保持部材７４のＺ軸方向の位置関係を示すだけで、Ｚ軸回りの位置関係は正しく示していない。
前記試料ホルダＨ１をホルダ装着孔７６ａに挿入すると、前記外方に突出する４個の端子プレート８６，８６および８７，８７が図９Ｂに示すように、リング状プレート７７に当接する。前記端子プレート８６，８６および８７，８７が前記リング状プレート７７に当接したときに試料ホルダＨ１を図１０Ａに示す位置から反時計方向に４５度回転させて図１０Ｂの状態にすると、前記端子プレート８６，８６および８７，８７がスプリングリーフ７９によりリング状プレート７７に押圧されて固定されるように構成されている。図７に示すように前記端子プレート８７には、スプリングリーフ７９を介して導線（図７の２点鎖線参照）が接続されている。
【００５２】
前記試料ホルダＨ１をホルダ装着孔７６ａに装着した状態で前記搬送部材３６および先端保持部３７を後退させた場合（−Ｚ方向に移動させた場合）前記スプリングリーフ７９に負荷が作用して、破損するおそれがあるが、本実施例１では、負荷受けピン８０がスプリングリーフ７９の−Ｚ側の側面に隣接して配置されているため、負荷は前記負荷受けピン８０によって受けられる。このため、スプリングリーフ７９の破損が防止される。前記負荷受けピン８０は、前記前進時ホルダ接触部７７に接触した前記ホルダＨ１を前記Ｚ軸回りに一定方向に回転した状態で前記ホルダＨ１を後退不能に保持するとともに前記後退不能のホルダＨ１を前記一定方向と反対方向に回転した状態でその後退を可能にする後退不能保持部材８０としての機能を有している。
前記試料ホルダＨ１をホルダ装着孔７６ａから抜き出す際には、搬送部材３６を前進させて試料ホルダＨ１の被装着部に先端保持部３７のホルダ装着孔８１を嵌合させて時計方向に４５度回転させてから、搬送部材３６を後退させればよい。
【００５３】
前記試料ホルダ保持装置５６の試料ホルダ保持部材７４に試料ホルダＨ１が保持されていない状態では、前記先端保持部３７のホルダ装着孔８１にプローブホルダＨ２を装着して、前記ホルダ装着孔７６ａおよびリング状プレート７７の内孔７７ａを貫通させることにより、プローブホルダＨ２を前記プローブホルダ装着用ねじ孔６１ｂに対して着脱することができる。
【００５４】
（実施例１の作用）
前記ホルダ保持装置５６では、スキャナ支持部材（６７＋６８＋６９）は、前記スキャナ７１の基端部を支持する。前記スキャナ７１の先端部は、自由端として構成されており、前記円筒の軸に一致するＺ軸方向に伸縮し、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する。
前記スキャナ支持部材（６７＋６８＋６９）には、前記スキャナ基端部側から前記スキャナ７１内部に接続するホルダ挿入孔６７ａを有する。
前記スキャナ７１先端部に設けられたホルダ保持部材７４に試料ホルダＨ１が装着されていない場合に、試料ホルダＨ１を装着する方法は次のとおりである。前記Ｚ軸方向に移動可能なホルダ搬送部材３６の前記先端ホルダ保持部３７に試料ホルダＨ１を保持した状態で、前記円筒ケース３３にスライド可能および回転可能に装着された永久磁石を有する操作部材３８をＺ方向にスライド移動させる。
【００５５】
このスライド移動により、ホルダ搬送部材３６は円筒ケース３３内側をスライド移動する。このとき、ホルダ搬送部材３６の先端ホルダ保持部３７に保持された試料ホルダＨ１は、前記ホルダ挿入孔６７ａからスキャナ７１の内側に進入し、スキャナ７１内部を通って前記スキャナ７１先端部に搬送される。
前記ホルダ挿入孔６７ａからスキャナ７１内部に挿入されてスキャナ７１先端部側に前進した試料ホルダＨ１はホルダ保持部材７４のリング状プレート（前進時ホルダ接触部）７７に当接する。
この状態で前記操作部材３８を回転させて、搬送部材３６の回転軸３６ｂを回転させると、前記試料ホルダＨ１は図１０Ａの状態から図１０Ｂの状態となる。この状態で前記操作部材３８を後退させた場合（−Ｚ方向に移動させた場合）前記スプリングリーフ７９に負荷が作用するが本実施例１では、負荷受けピン８０がスプリングリーフ７９の−Ｚ側の側面に隣接して配置されているため、負荷は前記負荷受けピン８０によって受けられる。このため、スプリングリーフ７９の破損が防止される。
このとき前記負荷受けピン８０は、試料ホルダＨ１を後退不能に保持するので、前記搬送部材３６のみが後退する（−Ｚ方向に移動する）。
したがって、試料ホルダＨ１は前記スキャナ７１先端部のホルダ保持部材７４に装着される。
【００５６】
前記ホルダ装着部材７４に装着された試料ホルダを離脱させて前記パーキング４に搬送する場合の作用は次のとおりである。
前記搬送部材３６をＺ方向に前進させて前記先端ホルダ保持部３７のホルダ装着孔８１に前記試料ホルダＨ１を装着させて、試料ホルダＨ１を前記図１０Ｂ状態から図１０Ａの状態に回転させる。この状態で前記搬送部材３６を後退させて前記パーキング４に搬送する。
【００５７】
前記ホルダ保持部材７４には、前記搬送部材３６に保持されたプローブホルダＨ２が貫通可能な内孔（プローブホルダ貫通孔、第２ホルダ貫通孔）７７ａが形成されている。
したがって、前記プローブホルダ（第２ホルダ）Ｈ２は前記ホルダ保持部材７４を貫通して搬送可能である。
前記ホルダ搬送部材３６の先端ホルダ保持部３７に着脱自在に保持されて前記内孔（第２ホルダ貫通孔）７７ａを貫通した前記プローブホルダ（第２ホルダ）Ｈ２は、ＸＹステージ（すなわち、プローブホルダ保持部材、第２ホルダ保持部材）６１により着脱自在に保持される。
【００５８】
（実施例２）
図１４は本発明の実施例２の説明図であり、本発明の実施例１のホルダ保持装置をＳＡＰ（走査型アトムプローブ装置）に適用した場合の概略説明図である。図１４において、ＳＡＰの超高真空室Ａ内には、フランジ９１に支持されたＳＰＭステージ９２が配置されている。ＳＰＭステージ９２は、第１基台９３、前記第１基台９３に除振器９４，９４を介して支持された第２基台９５を有している。第２基台上にはＸＹステージ９６およびＺステージ９７が支持されている。ＸＹステージ９６はアパーチャホルダ保持部材として構成され、アパーチャホルダＨ２が保持される。前記Ｚステージ９７には円筒状圧電体製のスキャナ９８が支持され、スキャナ９８の先端部にはホルダ保持部材９９を介して試料ホルダＨ１が支持されている。前記スキャナ９８およびホルダ保持部材９９は前記実施例１のスキャナ７１およびホルダ保持部材７４と同様に構成されている。
【００５９】
前記アパーチャホルダＨ２には、プローブホール付の引き出し電極Ｅが保持されている。また、前記アパーチャホルダＨ２のＺ側にはスクリーン１０１およびイオン検出器１０２が配置されている。
試料Ｓに高電圧を印加し試料Ｓ先端から放出された電子またはイオンをスクリーンに映し出し、さらに、試料Ｓ先端から電界蒸発したイオンをイオン検出器１０２で検出し、質量分析を行う。
試料搬送部材１０３およびその先端に設けた先端ホルダ保持部１０４は、前記実施例１の試料搬送部材３６および先端ホルダ保持部３７と同様に構成されている。前記試料搬送部材１０３および先端ホルダ保持部３７により、前記ＳＰＭステージ９２と試料交換室１０６のパーキングとの間で、前記円筒状圧電体製のスキャナ９８内側を通って、試料ホルダＨ１およびアパーチャホルダＨ２の搬送を行う。
【００６０】
（実施例３）
図１５は本発明の実施例３の説明図である。なお、この実施例３の説明において、前記実施例２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。
スキャナ９８先端部には、円筒状熱絶縁部１０７、熱伝導部１０８、電気絶縁部１０９を介してホルダ保持部材９９が、それぞれエポキシ系接着剤により取り付けられている。前記スキャナ９８先端部、円筒状熱絶縁部１０７、熱伝導部１０８、電気絶縁部１０９およびホルダ保持部材９９の接着は強度を持たせるために嵌め合いになっている。
熱伝導部１０８は、ヒートコンダクタ１１１を介して液体窒素、液体ヘリウム等が入った冷却タンク１１２に接続されており、試料Ｓの冷却が可能となっている。
【００６２】
前記電気絶縁部１０９は熱伝導が良く、曲げ強度の大きいＰＢＮ（パイロリティクボロンナイトライド）で作られている。これにより、試料Ｓに１０ＫＶまで高電圧を印加可能である。
前記熱絶縁部１０７は熱伝導の悪い物質を使用すれば良いが、マコールで作成した場合、冷却するだけで、マコールが破損してしまう。強度を強くするためには金属を使用することが考えられるが、スキャナ９８が冷却されることになる。この場合、冷熱が試料Ｓに伝達されないので、試料温度を十分に下げることができなくなる。また、スキャナ（圧電体）が冷却されると、感度が落ちてしまう。いろいろ検討した結果前記熱絶縁部１０７は、熱伝導率が悪く、しかも強度の強いグラスファイバーを使用している。
前記熱伝導部１０８は熱伝導性の良い金属（銅等）で作られている。
また、前記ヒートコンダクタ１１１は、銀または銅の箔を束ねた（重ねた）ものか、網線等が使用される。
このような構成により、試料を電気的に絶縁し且つ十分冷やすことができ、スキャナ（圧電体）は冷えないようにすることができる。
【００６３】
（実施例４）
図１６は本発明の実施例４の説明図である。なお、この実施例４の説明において、前記実施例３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。
この実施例４は試料加熱用電源により、試料Ｓを通電加熱することが可能となっている。
ＳＡＰとして使用する時には、試料加熱用電源と高電圧電源２８を手動により切り換えて使用する。
【００６４】
（実施例５）
図１７は本発明の実施例５の説明図である。なお、この実施例５の説明において、前記図１５に示す実施例３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。
この実施例５はＵＨＶ−ＳＴＭ（超高真空走査型トンネル顕微鏡）に適用した例である。ＳＴＭの場合には、試料Ｓの耐電圧は、数１００Ｖ以下で良いので、電気絶縁部１０９の長さは短くても良い。
【００６５】
（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。本発明の変更実施例を下記に例示する。
【００６６】
（Ｈ０１）スキャナ先端部に試料ホルダＨ１を保持する代わりにプローブホルダＨ２を保持し、ＸＹステージ（第２ホルダ保持部材）６１にプローブホルダＨ２を保持する代わりに試料ホルダＨ１を保持することが可能である。
（Ｈ０２）本発明は、実施例に示した、ＳＴＭ、ＳＡＰの代わりに、ＵＨＶ−ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）等の他のＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）にも適用可能であり、また、超高真空でなくても、高真空用にも適用可能である。
（Ｈ０３）冷却タンク１１２の代わりに機械式冷凍機を使用することが可能である。
（Ｈ０４）熱絶縁部１０７は、グラスファイバーの代わりに、強度の高いステンレスを使用することが可能であり、その際、熱伝導率の良い分長さを長くしたり、形を変えたり、厚さを薄くしたりして、熱伝導率を調整して熱絶縁部１０７を構成することが可能である。
【００６７】
【発明の効果】
前述の本発明のホルダ保持装置は、下記の効果を奏することができる。
（Ｅ０１）円筒状圧電体製のスキャナの先端にホルダ保持部材を設けたホルダ保持装置において、前記スキャナに曲げ荷重を作用させることなく、ホルダ保持部材にホルダを着脱できるようにすること。
（Ｅ０２）円筒状圧電体製のスキャナの先端にホルダ保持部材を設けたホルダ保持装置において、前記ホルダ保持部材に保持された試料を冷却する新規な冷却方法を提供すること。
（Ｅ０３）円筒状圧電体製のスキャナの先端にホルダ保持部材を設けたホルダ保持装置を有するＳＡＰ（走査型アトムプローブ装置）で使用可能な、新規な試料冷却方法およびホルダ交換方法を提供すること。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のホルダ保持装置の実施例１を備えたＳＴＭの全体説明図である。
【図２】図２は前記図１の要部拡大図である。
【図３】図３は前記図２の平面図である。
【図４】図４は同実施例１の先端部に試料ホルダおよびプローブホルダを着脱自在に装着するホルダ装着部を有するホルダ搬送部材と前記試料ホルダの説明図である。
【図５】図５は前記図４に示すホルダ搬送部材とプローブホルダの説明図である。
【図６】図６は前記図２および図３に示すＶＩ−ＶＩ線端面図である。
【図７】図７は前記図２および図３に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図８は実施例１の試料ホルダ保持部材の説明図であり、図８Ａは試料ホルダ保持部材の横断面図で図８ＢのＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ線断面図、図８Ｂは試料ホルダ保持部材の縦断面図で図８ＡのＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線断面図、図８Ｃは前記図８Ｂの矢印ＶＩＩＩＣから見た図である。
【図９】図９は実施例１の試料ホルダ保持部材と試料ホルダの装着方法の説明図であり、図９Ａは装着前の状態を示す図、図９Ｂは装着後の状態を示す図である。
【図１０】図１０は実施例１の試料ホルダ保持部材と試料ホルダの装着方法の説明図であり、図１０Ａは装着前の試料ホルダ保持部材と試料ホルダの位置関係を示す図、図１０Ｂは装着後の試料ホルダの位置を示す図である。
【図１１】図１１は実施例１のホルダ搬送部材の説明図である。
【図１２】図１２は前記図１に示すＳＴＭ、前記ＳＴＭに接続されたパーキング、および前記パーキングでホルダの交換を行うための試料交換棒等の平面図である。
【図１３】図１３は前記図１２のパーキングのステージ移動機構の説明図である。
【図１４】図１４は本発明の実施例２の説明図であり、本発明の実施例１のホルダ保持装置をＳＡＰ（走査型アトムプローブ装置）に適用した場合の概略説明図である。
【図１５】図１５は本発明の実施例３の説明図である。
【図１６】図１６は本発明の実施例４の説明図である。
【図１７】図１７は本発明の実施例５の説明図である。
【図１８】図１８は従来のホルダ保持装置を備えたＡＦＭの全体説明図である。
【図１９】図１９はＡＦＭを用いた分析作業時に試料を保持するホルダ保持装置の説明図で、図１９Ａは前記図１８の部分拡大図、図１９Ｂは前記図１９ＡのＸＩＸＢ−ＸＩＸＢ線断面図である。
【図２０】図２０は前記図１８の部分拡大図でホルダ搬送装置の説明図である。
【図２１】図２１は試料ホルダをＡＦＭの内外間で搬送するために試料ホルダを着脱自在に保持する搬送用試料ホルダ保持部材の説明図で、図２１Ａは前記図１８の部分拡大図で、図２１Ｂは前記図２１Ａの矢印ＸＸＩＢから見た図である。
【図２２】図２２は前記図１９のホルダ保持装置への試料ホルダの装着方法の説明図で、図２２Ａは前記図１９のホルダ保持装置へ試料ホルダを装着する前の状態を示す図、図２２Ｂは前記図１９のホルダ保持装置へ試料ホルダを装着した状態を示す図である。
【図２３】図２３は前記図２１に示す試料ホルダの説明図で、図２３Ａは試料が装着された状態の試料ホルダの平面図、図２３Ｂは試料ホルダ本体の平面図、図２３Ｃは試料ホルダ本体の斜視図、図２３Ｄは前記試料ホルダ本体に固定される試料装着ブロックの斜視図、図２３Ｅは他の試料装着ブロックの斜視図である。
【図２４】図２４はＳＴＭの従来技術の説明図である。
【図２５】図２５は走査型プローブ顕微鏡で使用される試料冷却装置の従来例の説明図である。
【符号の説明】
Ｈ１…ホルダ（試料ホルダ）、Ｈ２…ホルダ（第２ホルダ、プローブホルダ）、３６…ホルダ搬送部材、３７…先端ホルダ保持部、５６…ホルダ保持装置、６１…第２ホルダ保持部材（ＸＹステージ）、６７ａ…ホルダ挿入孔、７１…スキャナ、７４…ホルダ保持部材、７７…リング状プレート（前進時ホルダ接触部）、７７ａ…第２ホルダ貫通孔、８０…負荷受けピン（後退不能保持部材）、１１１…ヒートコンダクタ、（６７＋６８＋６９）…スキャナ支持部材、

Claims (3)

1. 下記の要件（Ａ０１）〜（Ａ０４）を備えたことを特徴とするホルダ保持装置、
   （Ａ０１）基端部が支持され且つ先端部が自由端として構成された円筒状の圧電体により構成され、前記円筒の軸に一致する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とともに前記基端部側から前記スキャナ内部に接続するホルダ挿入孔を有するスキャナ支持部材、
   （Ａ０３）前記Ｚ軸方向に移動可能で、ホルダを着脱可能に保持する先端ホルダ保持部を有し、前記先端ホルダ保持部に保持したホルダを前記ホルダ挿入孔およびスキャナ内部を通って前記スキャナ先端部に搬送するホルダ搬送部材、
   （Ａ０４）前記Ｚ軸方向に移動可能なホルダ搬送部材の前記先端ホルダ保持部に保持されてスキャナ先端部側に前進したホルダが着脱自在に保持されるとともに、前記スキャナ先端部に設けられたホルダ保持部材。
2. 下記の要件（Ａ０５），（Ａ０６）を備えたことを特徴とする請求項１記載のホルダ保持装置、
   （Ａ０５）前記ホルダ保持部材に保持されるホルダとは別の第２ホルダが貫通可能な第２ホルダ貫通孔が形成された前記ホルダ保持部材、
   （Ａ０６）前記ホルダ搬送部材の先端ホルダ保持部に着脱自在に保持されて前記第２ホルダ貫通孔を貫通した前記第２ホルダが着脱自在に保持される第２ホルダ保持部材。
3. 下記の要件（Ａ０７），（Ａ０８）を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のホルダ保持装置、
   （Ａ０７）前記スキャナの先端部に断熱材および熱伝導材を介して設けられ且つ、ホルダが着脱自在に保持されるホルダ保持部材、
   （Ａ０８）一端が前記熱伝導材に接続され且つ他端が冷熱源に接続されたヒートコンダクタ。

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