JP3589630B2 - Scanning probe microscope - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子間力顕微鏡(AFM)等の走査型プローブ顕微鏡に関し、特にそのプローブ保持機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
走査型プローブ顕微鏡は、試料とこれに対向配置した探針とを近接させて、探針又は試料を走査することにより、探針と試料表面との間の相互作用で生じる物理量を検出して試料表面の形状を原子レベルの分解能で測定するもので、原子間力顕微鏡(AFM)がこれに該当する。
【0003】
原子間力顕微鏡は、カンチレバー等によって支持される探針を試料表面に近づけることによって、探針先端の原子と試料表面の原子との間に生じる微小な原子間力を測定し、上記原子間力が探針と試料との距離によって一義的に定まるという性質を利用し、試料表面に沿って走査しながらその原子間力が一定となるように探針と試料との間の距離を調整して、探針又は試料の高さ方向の軌跡により試料表面の凹凸形状を測定するものである。
【0004】
このような走査型プローブ顕微鏡の性能は探針の微妙な形状に敏感に影響される一方で、探針が試料面内を走査することにより探針の破損や劣化が生じ、この探針、主に先端形状の変形は測定精度に多大な悪影響を及ぼし、装置の信頼性及び分解能に問題を生じる。そのため探針が劣化する前に交換する必要がある。その場合、探針を支持するカンチレバーを取り付けたプローブごと交換することが行われている。
【0005】
従来より、このような探針をもつプローブの保持方式として、バキュームチャック式、マグネット式、ワイヤ固定式等が、特許第2900945号公報、特許第2853585号公報、特開平10−267948号公報、特開平11−211734号公報により公知である。しかしながら、これらの従来の方式は、バキューム源がダウンすると保持不能となることや、バキューム源が必要であるためコストがかかることや、試料が磁界の影響を受けることや、高精度な保持精度が確保できず、プローブを保持した後に光学系でその精度を補償するようにしていたためその調整に時間を要する等の問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、高精度な保持精度が確保できて、光学系でのアライメントを必要とすることなく再現性良くプローブを着脱できると共に、プローブ保持機構の省スペース化が計れ、電源断時等における保持不能の不具合の生じることのないプローブ保持機構を具備した走査型プローブ顕微鏡を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の走査型プローブ顕微鏡を提供する。
請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡は、先端に探針を設けたカンチレバーを精度補償して固着した略直方体状の、プローブを、プローブの下面に形成された傾斜面にレバーを作用させることで、クランプ本体下面の3つのクランプ面にプローブを押し付けて保持するプローブ保持機構を具備したものであり、プローブの位置を高精度に保持することができ、保持後の光学系でのアライメントを不要としている。
【0008】
請求項2の該顕微鏡は、直方体のプローブの下面に、該下面の一方の稜線から約45°の傾斜角度でV字状にカットしてV字切欠部を設け、この切欠部の面をレバーにより押圧することで、クランプ本体下面に形成された3つの壁面にレバーの押圧力がそれぞれ約45°の角度で等しく作用するようにしたものであり、単純な機構で3つの面に等しい押圧力を働かすことができる。
請求項3の該顕微鏡は、クランプ本体下面の3つの壁面にその一部の表面を露出する形で微小な径の球を埋め込んだものであり、これにより、壁面の粗さに影響されることなく、点接触によりプローブを高精度に位置付けして保持することができる。
【0009】
請求項4の該顕微鏡は、3つの壁面に埋め込まれる球の数を規定したものであり、合計6つの球による点接触とレバーによる押圧点の7つの点接触によってプローブを保持するものである。
請求項5の該顕微鏡は、プローブ保持機構の構成を具体化したものであり、レバーの回動動作によりプローブを保持できるので、保持部分の省スペース化を計れ、劣化対策用として予備プローブが多数配列された場合でも、取り出すことが容易である。
【0010】
請求項6の該顕微鏡は、レバーを駆動する駆動機構が、レバーをロック状態から解放位置へと駆動するエアシリンダと、レバーをロック位置に戻すためのスプリングによって付勢される押圧棒とを有していることを規定したものであり、プローブはバネ圧によってクランプ本体に保持される。
請求項7の該顕微鏡は、レバーの先端を半球状としたものであり、レバーは点接触でプローブを押圧することで押圧力が効率良くプローブに作用する。
【0011】
請求項8の該顕微鏡は、プローブの探針をX,Y,Z方向に微調整することができる微調整機構を更に備えるようにしたもので、原子間力顕微鏡等の光学的手法で微少変位を検出する際に、微調整機構を小型・軽量化することで慣性モーメントによる影響を低減し、測定精度の向上が可能となる。
請求項9の該顕微鏡は、プローブと接触するレバー及びクランプ本体の接触部を磁性材により形成したものであり、これにより、プローブとの当接により発生するゴミ、パーティクル等をこの磁性材の部分に付着させて、落ちて散らばらないようにしている。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡のプローブ保持機構について説明する。図1は、本発明の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡のプローブ保持機構の側面図である。図1は、プローブ保持機構Aと、これに保持される直前のプローブBと、顕微鏡の対物レンズCとの関係を示している。この図では対物レンズCが傾斜して配置されているように見えるが、実際は対物レンズCが垂直に配置され、これに対してプローブBがやや傾斜して保持されるものである。なお、前記保持機構Aは、支持体Dにボルト等で固定されている。
【0013】
図1〜4に示されるように保持機構Aは、基本的にクランプ本体1、レバーの回動軸2、テコ部材3、及びテコ部材3を回動する駆動機構4とから構成されている。クランプ本体1は、回動軸2を挿入するための垂直方向に貫通する孔11と、側面がコの字状に切り込まれたスラスト軸受22の受入れ部12と、プローブBの3つの面が当接するように受け入れるための下面に凹設された、クランプ面を構成する凹部13とが形成されている。クランプ本体1の受入れ部12に配置されるスラスト軸受22には、挿入される回動軸2がスラスト方向に移動しないようにするためのロックネジ24が設けられている。クランプ本体1の下面に形成された、クランプ面を構成する凹部13は、プローブBと当接するための底壁13aと2つの側壁13b,13cとを有し、他の2の側壁は除去されている。これらの底壁及び側壁には、プローブBと点接触させるためにサファイア(アルミナ)製の約0.5mm程の径の球14が、その一部の表面が露出する形で、底壁13aに3個所、長手方向の側壁13bに2個所、他の側壁13cに1個所埋め込まれている。
【0014】
クランプ本体1内を挿通する回動軸2の先端部には、先端が半球状に形成されたレバー21が設けられている。回動軸2は、クランプ本体1のスラスト軸受22の上下にそれぞれ配設されたラジアル軸受23に回動自在に軸支されている。したがって、回動軸2の回動にともなって、図4に示すようにレバー21が、プローブBをロックする位置と、ロックを解放する位置との間で、例えば約90°、回動する。この回動軸2は、クランプ本体1の上部に載置された、後に詳述するテコ部材3を挿通している。
【0015】
テコ部材3には、回動軸2が挿入される孔31と、この孔につながっているスリット部32と、被押圧部材34を軸支するために上部と下部に設けられた2股状の支承部33とが形成されている。スリット部32には、回動軸2を締め込むための締め込みネジ35が設けられており、このネジ34を締め込むことで、テコ部材3と回動軸2とはしっかりと固定される。
【0016】
図3に示されるように支持体Dには、テコ部材3を回動するための駆動機構4が取り付けられている。この駆動機構4は、テコ部材3に軸支された被押圧部材34を押圧してテコ部材3を回動させ、図4に示されるようにレバー21をロックからの開放位置へと動かすためのエアシリンダ41と、テコ部材3に関してエアシリンダ41と反対側にバネ力によって被押圧部材34を押圧しテコ部材3をエアシリンダ41による回動とは逆方向に回動させ、レバー21をロック位置へと動かすための押圧棒42と、を有している。図5に示されるように、押圧棒42は、調整ネジ43内に摺動可能に挿入され、この押圧棒42と調整ネジ43との間にスプリング44が配置されている。したがって、調整ネジ43のナット部を回すことにより、スプリング44の付勢力が調整できる。符号45は、調整ネジ43を固定する止めネジである。
【0017】
図6は、前記保持機構Aに保持されるプローブBを示している。プローブBは、探針5が設けられたカンチレバー6と、このカンチレバー6を接着等により取り付けるカンチレバーホルダ7とから構成されている。カンチレバーホルダ7には、その先端の下面には、カンチレバー6を接着する接着剤の流れを良くするための溝71が形成されると共に、直方体部分の下面の一方の稜線から約45°の角度でV字状にカットされたV状切欠部72が形成されている。したがって、V状切欠部72の面72aは、カンチレバーホルダ7の上面及び2つの側面に対し、等しく約45°傾斜している。このカンチレバーホルダ7が前述のクランプ本体1に保持されるとき、レバー21がV状切欠部72内に入り込んで切欠部72の約45°の面72aを押圧することにより、このカンチレバーボルダ7の上面及び2つの側面(切欠部72が形成されていない側面と後側の側面)が、クランプ本体1のクランプ面を形成する凹部13の底壁及び2つの側壁に埋め込まれた6つの球14にそれぞれ当接し、クランプ面に対し等しい力で作用している。また、プローブBと接触するレバー21及びクランプ本体1の接触部を磁性材で形成してもよい。これにより、プローブBとの当接により発生するゴミ、パーティクル等がこの磁性材の部分に付着し、落ちて散らばることがない。
【0018】
図7,8,9は、プローブBの探針をX,Y,Z方向に微調整する微調整機構8を示している。この微調整機構8は、プローブ保持機構Aを固定している支持体Dと、対物レンズCを保持しているホルダ9との間に設けられており、この間にXスライダ81とYスライダ82とが介在している。ホルダ9とXスライダ81とは、X方向に摺動可能で、Y,Z方向には拘束される形で嵌合している。ホルダ9にはY方向に長穴9aが開孔され、Xスライダ81には長穴9aに対しやや傾斜した傾斜長溝81aが設けられ、この長穴9aと傾斜長溝81aに渡って円柱軸10aが配置されている。ホルダ9には、調整ネジ9dが長穴9aの長手方向に横断して配置される。この調整ネジ9bは、円柱軸10aと直交し、これを貫通する形で円柱軸10aと螺嵌している。従って、調整ネジ9dの回動により円柱軸10aがY方向に移動すると、Xスライダ81の傾斜長溝81aにも円柱軸10aが到達しているため、Xスライダ81はY方向の拘束により、X方向に摺動する。これにより、X方向の微調整が行える。
【0019】
同様に、Xスライダ81とYスライダ82とは、Y方向に摺動可能で、X,Z方向には拘束される形で嵌合している。Xスライダ81には、Z方向に長穴81bが開孔され、Yスライダ82には、この長穴81bに対しやや傾斜した傾斜長溝82bが設けられ、この長穴81bと傾斜長溝82bに渡って円柱軸10bが配置されている。Xスライダ81には、調整ネジ81dが長穴81bの長手方向に横断して配置され、この調整ネジ81dは、円柱軸10bと直交し、これを貫通する形で円柱軸10bと螺嵌している。従って調整ネジ81dの回動により円柱軸10bがZ方向に移動すると、円柱軸10bがYスライダ82の傾斜長溝82bに達しているために、Yスライダ82は、Z方向は拘束されているためY方向に摺動する。これにより、Y方向の微調整が行える。
【0020】
同様に、Yスライダ82と、プローブ保持機構Aを固定している支持体Dとは、Z方向に摺動可能で、X,Y方向に拘束される形で嵌合している。Yスライダ82には、Y方向に長穴82cが開孔され、支持体Dには、この長穴82cにやや傾斜して傾斜長溝Dcが設けられ、この長穴82cと傾斜長溝Dcとに渡って円柱軸10cが配置されている。Yスライダ82には、調整ネジ82dが長穴82cの長手方向に横断して配置され、この調整ネジ82dは、円柱軸10cと直交し、これを貫通する形で円柱軸10cと螺嵌している。従って、調整ネジ82dの回動により円柱軸10cがY方向に移動すると、円柱軸10cは支持体Dの傾斜長溝Dcに達しているために、支持体DはY方向に拘束されているためZ方向に摺動する。これにより、Z方向の微調整が行える。
【0021】
なお、ホルダ9とXスライダ81、Xスライダ81とYスライダ82、及びYスライダ82と支持体Dとは、互いにボルト等により支持される。
このように、本発明の走査型プローブ顕微鏡のプローブ探針のX,Y,Z方向の位置の微調整機構8は、コンパクトで軽量化できるため、この顕微鏡の光学的手法で微少変位を検出する際に、慣性モーメントによる影響を低減し、測定精度の向上が可能である。
【0022】
以上のように構成されたプローブ保持機構Aの作動について説明する。プローブBがプローブ保持機構Aに保持されていない初期状態においては、エアシリンダ41によって、スプリング44の付勢力に抗してテコ部材3と回動軸2とは約90°反時計方向に回動してレバー21は解放状態である長手方向を向いている。この状態で、プローブBが図示されていない供給機構により、図1に示されるようなセット位置に運ばれクランプ本体1の下面に近接して配置される。次いでエアシリンダ41による押圧力が解除され、スプリング44の付勢力によりテコ部材3と回動軸2とは時計方向に約90°回動し、これによりレバー21は、図4に示されるようにプローブBのロック位置(長手方向に直角な方向)へと回動し、カンチレバーボルダ7に形成されたV状切欠部72の面にその先端が当接して、これを押圧し、プローブBをクランプ本体1の下面で保持する。したがって、スプリング44の付勢力がプローブBの保持力となっている。
プローブBを保持機構Aから解放するには、スプリングの付勢力に抗してエアシリンダ41を作動させ、レバー21を反時計方向に約90°回動することで行われる。
【0023】
以上説明したように、本発明の走査型プローブ顕微鏡のプローブ保持機構においては、レバーの回動によってプローブのロック及び解放を行っているために保持機構の省スペース化が計れると共に、プローブを点接触によって保持しているために、保持面の面粗度に影響されることなく高精度にプローブを自動交換することができる。また、バキュームを使用していないのでバキュームダウンの恐れがなく、かつ磁力によらないので磁気の影響を受けることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡のプローブ保持機構の側面図である。
【図2】本発明の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡のプローブ保持機構の正面図である。
【図3】本発明の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡のプローブ保持機構の上面図である。
【図4】本発明の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡のプローブ保持機構の下面図である。
【図5】本発明のプローブ保持機構の駆動機構を示す図である。
【図6】本発明のプローブ保持機構に使用されるプローブの側面図と平面図である。
【図7】本発明のプローブ保持機構に使用される微調整機構の正面図である。
【図8】図7の微調整機構の側面図である。
【図9】図7の微調整機構の平面図である。
【符号の説明】
A…プローブ保持機構
B…プローブ
C…対物レンズ
1…クランプ本体
14…球
2…回動軸
21…レバー
3…テコ部材
4…駆動機構
41…エアシリンダ
42…押圧棒
43…調整ネジ
44…スプリング
8…微調整機構
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanning probe microscope such as an atomic force microscope (AFM), and particularly to a probe holding mechanism thereof.
[0002]
[Prior art]
The scanning probe microscope scans the probe or the sample by bringing the sample close to the probe arranged opposite thereto, and detects a physical quantity generated by the interaction between the probe and the sample surface to detect the sample. It measures the shape of a surface at an atomic level resolution, and corresponds to an atomic force microscope (AFM).
[0003]
The atomic force microscope measures the minute interatomic force generated between the atom at the tip of the probe and the atom on the sample surface by bringing the probe supported by a cantilever or the like close to the sample surface. Utilizes the property that is uniquely determined by the distance between the probe and the sample, and adjusts the distance between the probe and the sample so that the atomic force is constant while scanning along the sample surface. In this method, the irregular shape of the sample surface is measured by a probe or a locus of the sample in the height direction.
[0004]
While the performance of such a scanning probe microscope is sensitively influenced by the delicate shape of the probe, the probe scans within the sample surface, causing damage or deterioration of the probe. However, the deformation of the tip shape has a great adverse effect on the measurement accuracy and causes problems in the reliability and resolution of the device. Therefore, it is necessary to replace the probe before the probe deteriorates. In that case, the entire probe to which the cantilever supporting the probe is attached is exchanged.
[0005]
Conventionally, as a method of holding a probe having such a probe, a vacuum chuck type, a magnet type, a wire fixed type, and the like are disclosed in Japanese Patent No. 2990045, Japanese Patent No. 2853585, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-267948, This is known from Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 11-211734. However, these conventional methods cannot maintain the vacuum source when the vacuum source goes down, require a vacuum source to be expensive, require the sample to be affected by a magnetic field, and have a high precision of holding. Since the accuracy cannot be secured and the accuracy is compensated by the optical system after holding the probe, there is a problem that it takes time to adjust the accuracy.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, it is an object of the present invention to secure a highly accurate holding accuracy, to attach and detach a probe with high reproducibility without requiring alignment in an optical system, and to reduce the space required for a probe holding mechanism. Another object of the present invention is to provide a scanning probe microscope provided with a probe holding mechanism that does not cause a problem of holding failure when power is turned off.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a scanning probe microscope described in each of the claims as means for solving the above problems.
The scanning probe microscope according to claim 1, wherein a substantially rectangular parallelepiped probe to which a cantilever provided with a probe at the tip is accurately compensated and fixed is made to act on an inclined surface formed on the lower surface of the probe. With a probe holding mechanism that presses and holds the probe against the three clamp surfaces on the lower surface of the clamp body , it can hold the position of the probe with high accuracy, eliminating the need for alignment in the optical system after holding And
[0008]
The microscope according to claim 2, wherein a V-shaped notch is provided on the lower surface of the rectangular parallelepiped probe by cutting the probe into a V-shape at an inclination angle of about 45 ° from one ridge line of the lower surface, and the surface of the notch is levered. , The pressing force of the lever is applied equally to the three wall surfaces formed on the lower surface of the clamp body at an angle of about 45 °, and the pressing force is equal to the three surfaces by a simple mechanism. Can work.
In the microscope according to the third aspect, a sphere having a small diameter is embedded in the three wall surfaces of the lower surface of the clamp body so as to expose a part of the surface, thereby being affected by the roughness of the wall surface. In addition, the probe can be positioned and held with high accuracy by point contact.
[0009]
In the microscope according to the fourth aspect, the number of spheres embedded in the three wall surfaces is defined, and the probe is held by a total of six point contact points of six spheres and seven point contact points pressed by the lever.
In the microscope according to the fifth aspect, the configuration of the probe holding mechanism is embodied, and the probe can be held by rotating the lever, so that a space for the holding portion can be saved, and a large number of spare probes are provided for measures against deterioration. Even when arranged, it is easy to take out.
[0010]
In the microscope according to the sixth aspect, the drive mechanism for driving the lever includes an air cylinder for driving the lever from the locked state to the release position, and a pressing rod urged by a spring for returning the lever to the locked position. The probe is held on the clamp body by spring pressure.
In the microscope according to claim 7, the tip of the lever has a hemispherical shape, and the lever presses the probe with point contact, so that the pressing force acts on the probe efficiently.
[0011]
The microscope according to claim 8, further comprising a fine adjustment mechanism capable of finely adjusting a probe of the probe in the X, Y, and Z directions. When detecting, the effect of the moment of inertia is reduced by reducing the size and weight of the fine adjustment mechanism, and measurement accuracy can be improved.
In the microscope according to the ninth aspect, the contact portion of the lever and the clamp body that comes into contact with the probe is formed of a magnetic material, so that dust, particles, and the like generated by the contact with the probe are removed from the magnetic material. To prevent falling and scattering.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a probe holding mechanism of a scanning probe microscope according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of a probe holding mechanism of a scanning probe microscope according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a relationship between a probe holding mechanism A, a probe B immediately before being held by the probe holding mechanism A, and an objective lens C of a microscope. In this figure, the objective lens C appears to be arranged at an angle, but in reality, the objective lens C is arranged vertically, and the probe B is held at an angle to this. The holding mechanism A is fixed to the support D with bolts or the like.
[0013]
As shown in FIGS. 1 to 4, the holding mechanism A basically includes a clamp body 1, a rotating shaft 2 of a lever, a lever member 3, and a driving mechanism 4 for rotating the lever member 3. The clamp body 1 has a vertically penetrating hole 11 for inserting the rotating shaft 2, a receiving portion 12 of a thrust bearing 22 whose side surface is cut in a U shape, and three surfaces of the probe B. A concave portion 13 is formed in the lower surface for receiving the contact so as to abut, and the concave portion 13 constitutes a clamp surface. The thrust bearing 22 arranged in the receiving portion 12 of the clamp body 1 is provided with a lock screw 24 for preventing the inserted rotating shaft 2 from moving in the thrust direction. The concave portion 13 forming the clamp surface formed on the lower surface of the clamp body 1 has a bottom wall 13a for contacting the probe B and two side walls 13b and 13c, and the other two side walls are removed. I have. A sphere 14 made of sapphire (alumina) having a diameter of about 0.5 mm is formed on the bottom wall 13a of the bottom wall and the side wall so as to make a point contact with the probe B, with a part of the surface exposed. It is embedded in three places, two places in the longitudinal side wall 13b, and one place in the other side wall 13c.
[0014]
A lever 21 having a hemispherical tip is provided at the tip of the rotating shaft 2 that passes through the inside of the clamp body 1. The rotating shaft 2 is rotatably supported by radial bearings 23 disposed above and below a thrust bearing 22 of the clamp body 1. Therefore, with the rotation of the rotation shaft 2, the lever 21 rotates between the position where the probe B is locked and the position where the lock is released, for example, about 90 ° as shown in FIG. The rotating shaft 2 passes through a lever member 3 mounted on the upper part of the clamp body 1 and described later in detail.
[0015]
The lever member 3 has a hole 31 into which the rotating shaft 2 is inserted, a slit portion 32 connected to the hole, and a bifurcated shape provided at the upper and lower portions for supporting the pressed member 34. A bearing 33 is formed. The slit portion 32 is provided with a tightening screw 35 for tightening the rotating shaft 2. By tightening the screw 34, the lever member 3 and the rotating shaft 2 are firmly fixed.
[0016]
As shown in FIG. 3, a drive mechanism 4 for rotating the lever member 3 is attached to the support D. The driving mechanism 4 presses the pressed member 34 pivotally supported by the lever member 3 to rotate the lever member 3 and move the lever 21 to the release position from the lock as shown in FIG. The air cylinder 41 and the lever member 3 are pressed against the pressed member 34 by a spring force on a side opposite to the air cylinder 41 with respect to the lever member 3 to rotate the lever member 3 in a direction opposite to the rotation by the air cylinder 41, and the lever 21 is locked. And a pressing rod 42 for moving the As shown in FIG. 5, the pressing rod 42 is slidably inserted into the adjusting screw 43, and a spring 44 is arranged between the pressing rod 42 and the adjusting screw 43. Therefore, the turning force of the spring 44 can be adjusted by turning the nut of the adjusting screw 43. Reference numeral 45 denotes a set screw for fixing the adjustment screw 43.
[0017]
FIG. 6 shows a probe B held by the holding mechanism A. The probe B includes a cantilever 6 provided with a probe 5 and a cantilever holder 7 to which the cantilever 6 is attached by bonding or the like. On the lower surface of the tip of the cantilever holder 7, a groove 71 for improving the flow of an adhesive for bonding the cantilever 6 is formed, and at an angle of about 45 ° from one ridge line of the lower surface of the rectangular parallelepiped portion. A V-shaped notch 72 cut in a V-shape is formed. Therefore, the surface 72 a of the V-shaped notch 72 is equally inclined by about 45 ° with respect to the upper surface and the two side surfaces of the cantilever holder 7. When the cantilever holder 7 is held by the clamp body 1 described above, the lever 21 enters the V-shaped notch 72 and presses a surface 72 a of about 45 ° of the notch 72, whereby the upper surface of the cantilever bolder 7 is formed. And the two side surfaces (the side surface on which the notch portion 72 is not formed and the rear side surface) are respectively provided on the bottom wall and the six spheres 14 embedded in the two side walls of the concave portion 13 forming the clamp surface of the clamp body 1. Abuts and acts with equal force on the clamping surface. Further, the contact portion between the lever 21 and the clamp body 1 that contacts the probe B may be formed of a magnetic material. As a result, dust, particles, and the like generated due to the contact with the probe B do not adhere to the magnetic material portion, and do not fall and scatter.
[0018]
7, 8, and 9 show a fine adjustment mechanism 8 for finely adjusting the probe of the probe B in the X, Y, and Z directions. The fine adjustment mechanism 8 is provided between a support D that fixes the probe holding mechanism A and a holder 9 that holds the objective lens C, between which the X slider 81 and the Y slider 82 Is interposed. The holder 9 and the X slider 81 are slidable in the X direction and fitted so as to be restricted in the Y and Z directions. The holder 9 is provided with a long hole 9a in the Y direction, and the X slider 81 is provided with an inclined long groove 81a slightly inclined with respect to the long hole 9a, and the cylindrical shaft 10a extends over the long hole 9a and the inclined long groove 81a. Are located. An adjusting screw 9d is arranged on the holder 9 so as to cross the elongated hole 9a in the longitudinal direction. The adjusting screw 9b is orthogonal to the cylindrical shaft 10a and is screwed to the cylindrical shaft 10a so as to penetrate therethrough. Therefore, when the cylindrical shaft 10a moves in the Y direction by the rotation of the adjusting screw 9d, the cylindrical shaft 10a reaches the inclined elongated groove 81a of the X slider 81, and the X slider 81 is constrained in the Y direction. To slide. Thereby, fine adjustment in the X direction can be performed.
[0019]
Similarly, the X slider 81 and the Y slider 82 are slidable in the Y direction and fitted so as to be restricted in the X and Z directions. The X slider 81 has an elongated hole 81b in the Z direction, and the Y slider 82 has an inclined elongated groove 82b slightly inclined with respect to the elongated hole 81b, and extends over the elongated hole 81b and the inclined elongated groove 82b. A cylindrical shaft 10b is arranged. On the X slider 81, an adjusting screw 81d is disposed to traverse the longitudinal direction of the elongated hole 81b, and the adjusting screw 81d is orthogonal to the cylindrical shaft 10b and is screwed to the cylindrical shaft 10b so as to penetrate therethrough. I have. Therefore, when the cylindrical shaft 10b moves in the Z direction due to the rotation of the adjusting screw 81d, the Y slider 82 is restricted in the Z direction because the cylindrical shaft 10b reaches the inclined elongated groove 82b of the Y slider 82, so that Y Slide in the direction. This allows fine adjustment in the Y direction.
[0020]
Similarly, the Y slider 82 and the support D that fixes the probe holding mechanism A are slidable in the Z direction and fitted so as to be restricted in the X and Y directions. A long hole 82c is formed in the Y slider 82 in the Y direction, and a slanted long groove Dc is provided in the support D at a slight angle to the long hole 82c, and extends over the long hole 82c and the slanted long groove Dc. A cylindrical shaft 10c is disposed. On the Y slider 82, an adjusting screw 82d is disposed to traverse the longitudinal direction of the elongated hole 82c. The adjusting screw 82d is orthogonal to the cylindrical shaft 10c, and is screwed to the cylindrical shaft 10c so as to penetrate therethrough. I have. Therefore, when the cylindrical shaft 10c moves in the Y direction by the rotation of the adjusting screw 82d, the cylindrical shaft 10c reaches the oblong elongated groove Dc of the support D, and the support D is restrained in the Y direction. Slide in the direction. This allows fine adjustment in the Z direction.
[0021]
The holder 9 and the X slider 81, the X slider 81 and the Y slider 82, and the Y slider 82 and the support D are supported by bolts or the like.
As described above, since the fine adjustment mechanism 8 for the X, Y, and Z directions of the probe tip of the scanning probe microscope of the present invention can be made compact and lightweight, the micro displacement is detected by the optical method of this microscope. In this case, the influence of the moment of inertia can be reduced, and the measurement accuracy can be improved.
[0022]
The operation of the probe holding mechanism A configured as described above will be described. In an initial state in which the probe B is not held by the probe holding mechanism A, the lever member 3 and the rotation shaft 2 are rotated by about 90 ° counterclockwise by the air cylinder 41 against the urging force of the spring 44. As a result, the lever 21 faces the longitudinal direction in the released state. In this state, the probe B is carried to a set position as shown in FIG. 1 by a supply mechanism (not shown), and is arranged near the lower surface of the clamp body 1. Next, the pressing force by the air cylinder 41 is released, and the lever member 3 and the rotating shaft 2 are rotated about 90 ° clockwise by the urging force of the spring 44, whereby the lever 21 is moved as shown in FIG. The probe B is rotated to a lock position (a direction perpendicular to the longitudinal direction), and its tip comes into contact with the surface of a V-shaped notch 72 formed in the cantilever boulder 7, which is pressed to clamp the probe B. It is held on the lower surface of the main body 1. Therefore, the urging force of the spring 44 is the holding force of the probe B.
The probe B is released from the holding mechanism A by operating the air cylinder 41 against the urging force of the spring and rotating the lever 21 counterclockwise by approximately 90 °.
[0023]
As described above, in the probe holding mechanism of the scanning probe microscope of the present invention, the locking and releasing of the probe is performed by rotating the lever, so that the space of the holding mechanism can be saved, and the probe is brought into point contact. The probe can be automatically replaced with high accuracy without being affected by the surface roughness of the holding surface. Further, since no vacuum is used, there is no danger of vacuum down, and since there is no magnetic force, there is no influence of magnetism.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a probe holding mechanism of a scanning probe microscope according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of a probe holding mechanism of the scanning probe microscope according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a top view of a probe holding mechanism of the scanning probe microscope according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a bottom view of a probe holding mechanism of the scanning probe microscope according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a driving mechanism of the probe holding mechanism of the present invention.
FIG. 6 is a side view and a plan view of a probe used in the probe holding mechanism of the present invention.
FIG. 7 is a front view of a fine adjustment mechanism used in the probe holding mechanism of the present invention.
FIG. 8 is a side view of the fine adjustment mechanism of FIG. 7;
FIG. 9 is a plan view of the fine adjustment mechanism of FIG. 7;
[Explanation of symbols]
A ... Probe holding mechanism B ... Probe C ... Objective lens 1 ... Clamp body 14 ... Ball 2 ... Rotating shaft 21 ... Lever 3 ... Lever member 4 ... Drive mechanism 41 ... Air cylinder 42 ... Press rod 43 ... Adjustment screw 44 ... Spring 8 Fine adjustment mechanism

Claims (9)

試料と探針とを近接して対向配置し、そのどちらかを走査させることで探針と試料表面との間の相互作用により生じる物理量を検出して試料表面の形状を原子レベルの分解能で測定する走査型プローブ顕微鏡において、
先端に探針を設けたカンチレバーが固着され、下面の一方の稜線から所定の角度でカットされた下面に傾斜面を有する略直方体状のプローブと、
前記プローブを保持するための3つのクランプ面を有するプローブ本体と、前記3つのクランプ面に前記プローブを押圧するレバーとを含んでいるプローブ保持機構と、を具備していて、
前記レバーを前記プローブの傾斜面に作用させて、前記プローブを前記3つのクランプ面に押し付けることで前記プローブを保持することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The sample and the probe are placed in close proximity to each other, and by scanning either one of them, the physical quantity generated by the interaction between the probe and the sample surface is detected, and the shape of the sample surface is measured with atomic resolution. Scanning probe microscope
A substantially rectangular parallelepiped probe having a cantilever provided with a probe at the tip fixed thereto and having an inclined surface on a lower surface cut at a predetermined angle from one ridge line on the lower surface,
A probe main body including a probe body having three clamp surfaces for holding the probe, and a lever for pressing the probe on the three clamp surfaces,
A scanning probe microscope , wherein the probe is held by applying the lever to an inclined surface of the probe and pressing the probe against the three clamp surfaces .
前記クランプ本体の前記クランプ面が、前記クランプ本体の下面に形成された3つの壁面であり、該3つの壁面に対して、前記レバーにより生じる押圧力がそれぞれ約45°の角度で等しく作用するように、前記略直方体状のプローブの下面に形成された傾斜面が、約45°の傾斜角度でカットされたV字切欠部より構成されていることを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。 The clamp surfaces of the clamp body are three wall surfaces formed on the lower surface of the clamp body, and the pressing forces generated by the lever equally act on the three wall surfaces at angles of about 45 °. 2. The scanning type according to claim 1, wherein the inclined surface formed on the lower surface of the substantially rectangular parallelepiped probe is formed by a V-shaped notch cut at an inclination angle of about 45 °. Probe microscope. 前記クランプ本体の下面に形成された3つの壁面に微小な径の球が表面が露出する形で埋め込まれていることを特徴とする請求項2に記載の走査型プローブ顕微鏡。The scanning probe microscope according to claim 2, wherein spheres having a small diameter are embedded in three wall surfaces formed on a lower surface of the clamp body so that the surfaces are exposed. 前記クランプ本体下面の3つの壁面のうち、底壁に3個、長手方向の側壁に2個、後の側壁に1個の微小な径の球がそれぞれその一部の表面を露出するように埋め込まれていることを特徴とする請求項3に記載の走査型プローブ顕微鏡。Of the three walls on the lower surface of the clamp body, three small diameter spheres are embedded on the bottom wall, two on the longitudinal side wall, and one on the rear side wall so as to expose a part of the surface. The scanning probe microscope according to claim 3, wherein the scanning probe microscope is provided. 前記プローブ保持機構が、前記プローブを受け入れる前記クランプ本体と、前記レバーを取り付けた回動軸と、該回動軸を回動させるテコ部材と、該テコ部材に作用する駆動機構とより構成されていることを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。The probe holding mechanism includes the clamp body that receives the probe, a rotation shaft to which the lever is attached, a lever member that rotates the rotation shaft, and a drive mechanism that acts on the lever member. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein: 前記駆動機構が、前記レバーをロック状態からの解放位置に駆動するためのエアシリンダと、前記レバーをロック位置に戻すためのスプリングによって付勢される押圧棒とを有していることを特徴とする請求項5に記載の走査型プローブ顕微鏡。The drive mechanism has an air cylinder for driving the lever to a release position from a locked state, and a pressing rod urged by a spring for returning the lever to the lock position. The scanning probe microscope according to claim 5, wherein 前記レバーの先端が半球状であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡。The scanning probe microscope according to claim 1, wherein a tip of the lever is hemispherical. 前記プローブの探針を、X,Y,Z方向に微調整することができる微調整機構を更に備えていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡。The scanning probe microscope according to any one of claims 1 to 6, further comprising a fine adjustment mechanism capable of finely adjusting a probe of the probe in X, Y, and Z directions. . 前記プローブと接触する前記レバー及び前記クランプ本体の接触部が磁性材により形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡。The scanning probe microscope according to any one of claims 1 to 4, wherein a contact portion of the lever and the clamp body that contacts the probe is formed of a magnetic material.
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