JP3822400B2 - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
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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（Ultra High Vacuum）−ＳＴＭ（超高真空走査型トンネル顕微鏡）、
ＵＨＶ（Ultra High Vacuum）−ＡＦＭ（超高真空原子間力顕微鏡）
等のＳＰＭ（Scanning Probe Microscope 走査型プローブ顕微鏡）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記ＵＨＶ（超高真空）下でのＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）等のＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）は、プローブ（探針）を試料表面に近づけることにより得られるトンネル電流を利用して表面の凹凸の情報を得たり、試料表面の原子配列等の情報を得るために使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記ＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）の性能は使用するプローブにより左右される。したがってＳＰＭの性能を向上させるためには、次の特性を有するプローブが望まれる。
(1)先端が鋭く尖ったプローブ。
(2)不純物が付着していないプローブ。
(3)電子の放出量を容易に調節できるプローブ。
【０００４】
本発明は、前述の問題点に鑑み、下記の記載内容（Ｏ01）〜（Ｏ03）を課題とする。
（Ｏ01）プローブの先端を非常に鋭く尖らせること。
（Ｏ02）プローブについた不純物を排除（クリーニング）すること。
（Ｏ03）プローブからの電子の放出量を容易に調節できるようにすること。
【０００５】
【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。
【０００６】
（本発明）
前記課題を解決するために、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、次の要件（Ａ01）〜（Ａ 06 ）を備えたことを特徴とする、
（Ａ01）試料に対して接近または離隔する方向である接近離隔方向に移動調節可能なスキャナ支持部材（４７）、
（Ａ02）前記スキャナ支持部材（４７）にスキャナ基端部が支持された圧電体製のスキャナ（５２）、
（Ａ03）前記スキャナ（５２）の先端部に碍子基端部が支持された絶縁碍子（５４）と、前記絶縁碍子（５４）先端部において互いに離れた位置に支持された一対の給電端子（５５，５６）と、前記絶縁碍子（５４）先端部に設けたホルダ装着部（５７）とを有するプローブホルダ装着部材（５３）、
（Ａ04）前記ホルダ装着部（５７）に着脱可能に装着される被装着部（６０ａ）と、前記被装着部（６０ａ）が前記ホルダ装着部（５７）に装着されたときに前記一対の給電端子（５５，５６）にそれぞれ電気的に接続されるとともに先端部にプローブ連結部（６３，６８）がそれぞれ設けられた一対の導電性ワイヤ（６２，６７）とを有するプローブホルダ（ＰＨ）、
（Ａ05）前記プローブ連結部（６３，６８）に両端部が保持された発熱用ワイヤ（Ｐ１）と、前記発熱用ワイヤ（Ｐ１）の中央部に支持されたプローブワイヤ（Ｐ２）とを有するプローブ（Ｐ）、
（Ａ 06 ）１０００℃以上に加熱した状態で前記プローブ（Ｐ）の先端部に高電圧を印加することにより前記先端部を尖らせる手段。
【０００７】
（本発明の作用）
前記構成を備えた本発明の走査型プローブ顕微鏡では、スキャナ支持部材（４７）は、試料に対して接近または離隔する方向である接近離隔方向に移動調節される。前記スキャナ支持部材（４７）は圧電体製のスキャナ（５２）のスキャナ基端部を支持する。
前記スキャナ（５２）はその先端部に、プローブホルダ装着部材（５３）の絶縁碍子（５４）の基端部を支持する。前記絶縁碍子（５４）の先端部の互いに離れた位置には一対の給電端子（５５，５６）が装着される。前記絶縁碍子（５４）先端部に設けたホルダ装着部（５７）には、プローブホルダ（ＰＨ）の被装着部（６０ａ）が着脱可能に装着される。
プローブホルダ（ＰＨ）の一対の導電性ワイヤ（６２，６７）の先端部のプローブ連結部（６３，６８）は、前記被装着部（６０ａ）が前記ホルダ装着部（５７）に装着されたときに前記一対の給電端子（５５，５６）にそれぞれ電気的に接続される。
プローブ（Ｐ）の発熱用ワイヤ（Ｐ１）の両端部は、前記プローブ連結部（６３，６８）に保持される。前記発熱用ワイヤ（Ｐ１）の中央部にはプローブワイヤ（Ｐ２）が支持される。
前記プローブ（Ｐ）の先端部を尖らせる手段は、１０００℃以上に加熱した状態で前記プローブ（Ｐ）の先端部に高電圧を印加することにより前記プローブ（Ｐ）の先端部を尖らせる。
【０００８】
したがって、前記絶縁碍子（５４）先端部に設けたホルダ装着部（５７）に、プローブホルダ（ＰＨ）の被装着部（６０ａ）を装着すると、前記給電端子（５５）は、導電性ワイヤ（６２）、プローブ（Ｐ）の発熱用ワイヤ（Ｐ１）、導電性ワイヤ（６７）、および給電端子（５６）に順次接続される。
この状態で、給電端子（５５）および（５６）間に給電することにより、プローブ（Ｐ）に給電することができる。このため、プローブ（Ｐ）の発熱用ワイヤ（Ｐ１）に電流を流して発熱させ、プローブワイヤ（Ｐ１）を加熱することができる。プローブワイヤ（Ｐ１）を１０００℃以上に加熱した状態で、１０Ｋｖ程度の高電圧や３Ｋｖ程度のパルス電圧をプローブ（Ｐ）に印加することができる。前記１０００℃以上に加熱することによりプローブ（Ｐ）のクリーニングを行うことができる。
【０００９】
また、１０００℃以上に加熱した状態で、１０Ｋｖ程度の高電圧をプローブ（Ｐ）に印加することによりプローブ（Ｐ）の先端を尖らせることができる。また、１０００℃以上に加熱した状態で、３Ｋｖ程度のパルス電圧をプローブ（Ｐ）に印加することにより電子が出易い状態とすることができるので、プローブ（Ｐ）先端の温度を変化させることにより、電子のエネルギ分布の解析ができる。
また、スキャナ（５２）は絶縁碍子（５４）によって高電圧から守られており、また、熱的にも絶縁されている。
前記プローブホルダ（ＰＨ）を支持するスキャナ（５２）はプローブホルダ（ＰＨ）に保持されたプローブ（Ｐ）の先端を、前記試料ステージに保持された試料表面に接近させて、試料の表面を走査する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施例）
次に図面を参照しながら本発明の走査型プローブ顕微鏡の実施の形態の具体例（実施例）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。
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。
【００１１】
（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の全体説明図である。
図２は実施例１のステージユニットの要部拡大図である。
図３は実施例１のステージユニットの拡大平面図で、図１の矢印 IIIから見た図である。
図４は前記図３の IＶ− IＶ線断面図である。
図５は実施例１の試料ステージの位置調整部材の説明図で図２のＶ−Ｖ線断面図である。
図６は実施例１のスライドベースの位置決め部材の説明図である。
【００１２】
図１において、走査型プローブ顕微鏡ＳＰＭを収容する真空試料室Ａ１を形成する外壁１には、Ｚ側部分に仕切弁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３が設けられ、上側に昇降ロッド支持フランジ４および観察窓６が設けられている。
【００１３】
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７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７は試料ホルダＳＨを、前記仕切弁２を通って真空試料室Ａ１および試料交換室Ａ２間で搬送する。
前記真空試料室Ａ１内に配置された大ベース８は前記ステージ支持フランジ３の内側に支持されている。前記大ベース８上に、４個の防振ユニット９を介して小ベース１０が支持されている。大ベース８および小ベース１０にはそれぞれ位置決め部材貫通口８ａおよび１０ａが形成されている。
【００１４】
（試料ステージ）
前記図２〜図４に示すように、前記小ベース１０の先端部（Ｚ側端部）には、小ベース１０と一体に構成された試料ステージ支持部材１６が設けられている。試料ステージ支持部材１６は、中央部に形成された１個の試料ホルダ貫通孔１６ａと、その外側に形成された３個のサポート挿入孔１６ｂとを有している。前記３個のサポー卜挿入孔１６ｂにはそれぞれ、−Ｚ側の側面からサポート１７が挿入されている。
また、試料ステージ支持部材１６にはその外側面に３個のバネ支持部材１８が固定されている。
前記試料ステージ支持部材１６の−Ｚ側には試料ステージＴが配置されている。試料ステージＴは試料ステージ本体２１を有しており、ステージ本体２１には中央に試料ホルダ装着孔２１ａが形成されている。
【００１５】
図４において試料ステージ本体２１のＺ側の側面には前記３個のサポート１７の先端がそれぞれ当接する３個の当接凹部２１ｂが設けられている。
またステージ本体２１の−Ｚ側の側面には、２個のレバー収容凹部２１ｃ，２１ｃが形成されている。前記レバー収容凹部２１ｃ，２１ｃの上端にはそれぞれ円柱状被支持部材２２，２２が固定されている。
【００１６】
前記ステージ本体２１の外周部には３個のバネ支持部材２３が固定されている。ステージ本体２１の３個のバネ支持部材２３および前記試料ステージ支持部材１６の３個のバネ支持部材１８はそれぞれ引張バネ２４により連結されている（図２、図３参照）。
したがって、前記試料ステージＴのステージ本体２１は、３本の前記引張バネ２４により試料ステージ支持部材１６の方向（Ｚ方向）に引張られた状態で、前記当接凹部２１ｂに当接する前記サポート１７の先端により試料ステージ支持部材１６に支持されている。そのため、試料ステージ本体２１はＺ軸に垂直な平面（ＸＹ平面）内で移動可能である。
【００１７】
図３、図４において、小ベース１０上には、前記試料ステージＴの両側に隣接してそれぞれステージ調節レバー支持部材２５，２５が配置されており、一対のステージ調節レバー支持部材２５，２５はそれぞれレバー支持部材本体２６およびそれにネジで固定されたカバー２７を有している。一対のレバー支持部材本体２６，２６は、小ベース１０（図３参照）に固定されており、また、互いに対向する面および−Ｚ側の側面に開口するレバー収容凹部２６ａ，２６ａを有している。図３においてレバー収容凹部２６ａの−Ｚ側の側面の開口はカバー２７により閉塞されている。
試料ステージ本体２１を支えるステージ調節レバー支持部材２５，２５はＺ軸方向に延びる鉛直平面に対して互いに面対称に配置されており、一方にはＸ軸用ステージ調節レバーＬＸが水平軸回りに回転可能に支持され、他方にはＹ軸用ステージ調節レバーＬＹが水平軸回りに回転可能に支持されている。
前記Ｘ軸用およびＹ軸用ステージ調節レバーＬＸ，ＬＹはＬ型レバーであり、前記レバー収容凹部２１ｃ内に延びて円柱状被支持部材２２下面を支持するステ一ジ支持部ＬＸａ，ＬＹａと下方に延びる被操作部ＬＸｂ，ＬＹｂとを有している。
【００１８】
前記ステージ調節レバーＬＸ，ＬＹの被操作部ＬＸｂ，ＬＹｂの下端部は前記小ベース１０下方に突出している。
小ベース１０の下面には水平回転レバー２８，２９（図４，図５参照）が支持されている。水平回転レバー２８，２９の操作端２８ａ，２９ａはステージ調節レバーＬＸ，ＬＹの被操作部ＬＸｂ，ＬＹｂ下端に当接している。
図５において、水平回転レバー２８の被操作部２８ｂにはＺ方向に移動するＸ軸用位置制御ロッド３１の先端が当接し、水平回転レバー２９の被操作部２９ｂにはＺ方向に移動するＹ軸用位置制御ロッド３２の先端部（Ｚ側の端部）が当接している。
前記Ｘ軸用位置制御ロッド３１およびＹ軸用位置制御ロッド３２は、前記ステージ支持フランジ３の外側面に支持されたステージ位置制御モータユニットＭＸおよびＭＹ（図３、図５参照）が回転したときにＺ軸方向に移動可能に構成されている。なお、前記ステージ位置制御モータユニットＭＸおよびＭＹが回転したときにＺ軸方向に移動可能な構成は従来周知の種々の構成を採用可能である。
【００１９】
図４において試料ステージＴは、円柱状被支持部材２２下面を支持するステージ支持部ＬＸａ，ＬＹａに支持されており、また、ステージ位置決め用引張バネ４１により大ベース８に向けて引っ張られている。
したがって図４において、ステージ位置制御モータユニットＭＸ，ＭＹの回転駆動により、前記Ｘ，Ｙ軸用位置制御ロッド３１，３２がＺ軸方向に移動すると、水平回転レバー２８，２９およびステージ調節レバーＬＸ，ＬＹが回転する。このとき、図４から分かるように、円柱状被支持部材２２下面を支持するステージ支持部ＬＸａ，ＬＹａが上下方向に回転し、試料ステージＴのＸＹ平面（Ｚ軸に垂直な平面）内の位置が調節される。
【００２０】
（プローブステージ）
前記小ベース１０にはＺ軸方向に延びるレール（図示せず）によりスライドベース３５（図３参照）が移動可能に支持されている。
前記スライドベース３５はその−Ｚ側端部が連結レバー３７に連結されており、前記連結レバー３７はベース粗動用ロッド３８に連結されている。ベース粗動用ロッド３８は手動操作部材３９によりＺ軸方向に移動（粗動）可能である。
【００２１】
スライドベース３５はそれぞれ、２本の引張バネ４１，４１によりＺ方向に引っ張られており、且つ、前記スライドベース３５に当接する位置決め部材４３により位置決めされている。
図２、図６において、小ベース１０の下面の位置決め部材貫通口１０ａに対応する位置に一対のヒンジ連結部材４２，４２が固定されている。位置決め部材４３は、上端部のＵ字型部分４３ａとその中央部から下方に延びる直線状ロッド部分４３ｂとを有しており、その直線状ロッド部分４３ｂ上端部のヒンジ連結部４３ｃは前記一対のヒンジ連結部材４２，４２によりヒンジ連結されて、Ｚ軸方向に揺動可能である。
前記位置決め部材４３のＵ字型部分４３ａの両端部は、前記スライドベース３５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８の位置決め部材貫通口８ａを貫通してスライドベース位置制御ロッド４４の先端部（Ｚ側の端部）に当接している。
スライドベース位置制御ロッド４４は、前記ステージ支持フランジ３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によりＺ軸方向に移動（微動）調節される。
【００２２】
図７は実施例１のプローブステージの要部説明図で、図８ＡのＶII−ＶII線断面図である。
図８は実施例１のプローブステージの要部説明図で、図８Ａは図７の矢印ＶIIIＡから見た図、図８Ｂは図８Ａのプローブ保持部分の拡大図である。
図９は実施例１のプローブステージの導電性ワイヤとプレートの説明図である。
図１０は実施例１のプローブステージの要部説明図で、図１０Ａは図７のＸＡ−ＸＡ線断面図、図１０Ｂは図７のＸＢ−ＸＢ線断面図である。
【００２３】
図７および図１〜図３において、前記スライドベース３５には複数の固定ネジによりスキャナ支持部材４７のスキャナ支持部材本体４８が固定されている。スキャナ支持部材４７は、スキャナ支持部材本体４８とその先端（Ｚ側の端）に連結されたスキャナ連結部材４９とを有している。スキャナ連結部材４９はフランジ４９ａおよびシールド装着用円筒面４９ｂを有している。シールド装着用円筒面４９ｂには外乱防止用の円筒状のシールド５０が支持されている。
【００２４】
スキャナ連結部材４９のＺ側の端面にはスキャナ連結プレート５１がネジにより固定され、スキャナ連結プレート５１のＺ側の側面にはスキャナ５２が固着されている。
前記スキャナ５２は圧電体ＰＺＴと電極ＤＫを交互に積層した従来公知の積層型の圧電体製のスキャナであり、その先端部（Ｚ側端部）を、Ｚ軸方向に伸縮移動させるＺ軸移動部５２Ｚ、前記Ｚ軸に垂直なＸＹ平面（図４参照）内で移動させるＸ軸移動部５２ＸおよびＹ軸移動部５２Ｙを有している。スキャナ５２は、図８から分かるようにＺ軸方向から見て正方形の形状を有している。
【００２５】
スキャナ５２先端（Ｚ側の端）には、プローブホルダ装着部材５３が支持されている。プローブホルダ装着部材５３は、スキャナ５２先端に固着された絶縁碍子５４と、絶縁碍子５４に支持された給電端子５５，５６と雄ネジ５７とを有している。給電端子５５と５６とは電気的に絶縁されており、給電端子５６と雄ネジ５７とは電気的に接続されている。また、給電端子５５のＺ側の端面は給電端子５６のＺ側の端面よりも、Ｚ方向に突出している。
前記符号５４〜５７で示された要素によりプローブホルダ装着部材５３が構成されている。
給電端子５５には導電性のケーブル５８が接続され、給電端子５６には導電性のケーブル５９が接続されている。
【００２６】
（プローブホルダＰＨ）
前記プローブホルダ装着部材５３に着脱可能に装着されるプローブホルダＰＨは、導電性材料であるステンレス製の円柱状のプローブホルダ本体６０を有しており、プローブホルダ本体６０には前記プローブホルダ装着部材５３の雄ネジ５７に螺合するネジ孔（被装着部）６０ａと、外側面においてＺ軸方向に延びる一対の凹溝６０ｂ，６０ｃと、−Ｚ側端面の外周部に形成されたリング状のワイヤ収容部６０ｄが形成されている。
【００２７】
図７〜図１０において、前記凹溝６０ｂには、絶縁性接着剤６１（図１０参照）を用いて導電性ワイヤ６２の直線部６２ａが固定されており、前記絶縁性接着剤６１により導電性ワイヤ６２は導電性のプローブホルダ本体６０から絶縁されている。図９において、導電性ワイヤ６２は、前記直線部６２ａおよびリング部６２ｂを有しており、リング部６２ｂは前記プローブホルダ本体６０のリング状のワイヤ収容部６０ｄに収容されている。導電性ワイヤ６２の直線部６２ａの先端部には導電性プレート（プローブ連結部）６３が溶接されており、導電性プレート６３にはネジ孔６３ａが形成されている。図８に示すように、ネジ孔６３ａにはワッシャ６４を貫通するビス６５が螺合するように構成されている。
【００２８】
前記凹溝６０ｃには導電性接着剤６６（図１０参照）を用いてを直線状の導電性ワイヤ６７が固定されており、前記導電性接着剤６６により導電性ワイヤ６７は導電性のプローブホルダ本体６０と導通している。図９において、直線状の導電性ワイヤ６７の先端部には導電性プレート（プローブ連結部）６８が溶接されており、導電性プレート６８にはネジ孔６８ａが形成されている。図８に示すように、ネジ孔６８ａにはワッシャ６９を貫通するビス７０が螺合するように構成されている。
前記プローブホルダＰＨは、前記符号６０〜７０で示した要素により構成されている。このプローブホルダＰＨは、プローブホルダ本体６０のネジ孔６０ａとプローブホルダ装着部材５３の雄ネジ５７とを螺合または離脱させることにより、プローブホルダ装着部材５３に対して着脱可能である。
そして、プローブホルダ装着部材５３にプローブホルダＰＨを装着した状態では、導電性ワイヤ６２のリング部６２ｂは給電端子５５に接触し、また、導電性ワイヤ６７は導電性接着剤６６、プローブホルダ本体６０、雄ネジ５７を介して給電端子５６に導通するように構成されている。
【００２９】
（プローブ）
図７において、前記プローブホルダＰＨにより支持されるプローブＰは、Ｕ字型の発熱用ワイヤＰ１とその中央部の湾曲部分にスポット熔接したプローブワイヤＰ２とを有し、プローブワイヤＰ２の先端は電解研磨により先鋭化されている。
図８、図７において、前記プローブＰの発熱用ワイヤＰ１の一端部はワッシャ６４、ビス６５（図８Ｂ参照）により導電性プレート６３に固定され、他端部はワッシャ６９、ビス７０（図８Ｂ参照）により導電性プレート６８に固定されている。
したがって図７から分かるように、前記導電性ケーブル５８は順次、給電端子５５、導電性ワイヤ６２、導電性プレート６３、発熱用ワイヤＰ１、導電性プレート６８、導電性ワイヤ６７、導電性接着剤６６（図１０参照）、プローブホルダ本体６０、雄ネジ５７および給電端子５６を介して導電性ケーブル５９に、電気的に接続している。
【００３０】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた本発明の実施例のＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）において、試料を保持した試料ホルダＳＨはホルダ搬送部材により搬送され、真空試料室Ａ１に配置された試料ステージＴに装着される。
プローブホルダＰＨにプローブＰを装着した状態で、プローブホルダ本体６０のネジ孔６０ａとプローブホルダ装着部材５３の雄ネジ５７とを螺合させて、プローブホルダ装着部材５３にプローブホルダＰＨを装着すると、導電性ワイヤ６２のリング部６２ｂが給電端子５５に接続される。
この状態では、導電性ケーブル５８は順次、給電端子５５、導電性ワイヤ６２、導電性プレート６３、プローブＰの発熱用ワイヤＰ１、導電性プレート６８、導電性ワイヤ６７、プローブホルダ本体６０、雄ネジ５７、および給電端子５６を介して導電性ケーブル５９と導通する。
【００３１】
したがって、前記導電性ケーブル５８および５９間に給電することにより、プローブＰの発熱用ワイヤＰ１に高電圧を印加することが可能であり、プローブＰを高温に加熱することも可能である。
プローブＰとスキャナ５２との間に設けた絶縁碍子５４は、プローブＰへの高電圧印加時には、印加する高電圧に対してスキャナ５２を電気的に絶縁するとともに、前記プローブＰの高温加熱時には、プローブＰの熱がスキャナ５２に伝達されるのを防止する熱絶縁材として機能する。
【００３２】
プローブＰの加熱により、プローブＰの先端部は１０００℃以上にすることができる。これによりプローブＰの先端についた不純物を排除することもできる。また、プローブを加熱した状態で、導電性ケーブル５８，５９から前記プローブＰに１０Ｋｖ程度の高電圧を印加すると、プローブＰの先端部が非常に鋭く尖った状態となる。この状態はＳＴＭ観察に非常に有利となるとともに、電子を容易にだし易くなる。このため、高分解能のＳＴＭ像を得ることができる。
【００３３】
また、プローブＰ先端部を高温（１０００℃以上）に加熱して１０Ｋｖ程度の高電圧を印加することによりプローブＰ先端を尖らせた後、プローブに対向させて、アース電位のアパーチャを配置し、３Ｋｖ程度のパルス電圧をプローブＰに印加すれば、プローブから電子を引張出すことができる。そして、アパーチャの後段にスクリーンを置けば、アパーチャを通過した電子の像、すなわち、電界電子顕微鏡像（ＦＥＭ像）を得ることができる。
この場合、プローブＰの先端部温度を変化させることによりプローブ先端部分の原子結合エネルギが変化し、引張出される電子数が変化するので、電子エネルギ分布の解析ができる。
なお、プローブに正の高電圧を印加すると、プローブからイオンを引張出すことができ、前記スクリーン上に電界イオン顕微鏡像（ＦＩＭ像）を得ることができる。
【００３４】
また、プローブに正のパルス電圧を印加して、プローブからイオンをパルス的に引張出し、前記アパーチャの後段に飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＳ）を配置すれば、プローブの質量分析を行うことができる。
したがって、本発明の走査型プローブ顕微鏡を用いることにより、先端部を非常に鋭く尖らせたプローブＰで試料表面に表面電界を印加することができ、試料表面の物性を測定することができる。
【００３５】
（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。
【００３６】
【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（Ｅ01）〜（Ｅ03）を奏することができる。
（Ｅ01）プローブを高温加熱した状態で１０Ｋｖ程度の高電圧をかけることにより、プローブの先端を非常に鋭く尖らせることができる。
（Ｅ02）プローブＰを高温加熱することにより、プローブについた不純物を排除（クリーニング）することができる。
（Ｅ03）高温加熱したプローブに電圧を重畳することによりＦＥＭ像やＦＩＭ像などを得ることができ、その場合、プローブＰの温度を可変することによりプローブからの電子やイオンの放出量を容易に調節することができるので、電子やイオンのエネルギー分布の解析ができる。また、プローブに正のパルス電圧を印加して、プローブからイオンを引き出し、ＴＯＦ−ＭＳを用いれば、プローブの質量分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の走査型プローブ顕微鏡の実施例１の全体説明図である。
【図２】 図２は実施例１のステージユニットの要部拡大図である。
【図３】 図３は実施例１のステージユニットの拡大平面図で、図１の矢印 IIIから見た図である。
【図４】 図４は前記図３の IＶ− IＶ線断面図である。
【図５】 図５は実施例１の試料ステージの位置調整部材の説明図で図２のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】 図６は実施例１のスライドベースの位置決め部材の説明図である。
【図７】 図７は実施例１のプローブステージの要部説明図で、図８ＡのＶII−ＶII線断面図である。
【図８】 図８は実施例１のプローブステージの要部説明図で、図８Ａは図７の矢印ＶIIIＡから見た図、図８Ｂは図８Ａのプローブ保持部分の拡大図である。
【図９】 図９は実施例１のプローブステージの導電性ワイヤとプレートの説明図である。
【図１０】 図１０は実施例１のプローブステージの要部説明図で、図１０Ａは図７のＸＡ−ＸＡ線断面図、図１０Ｂは図７のＸＢ−ＸＢ線断面図である。
【符号の説明】
４７…スキャナ支持部材、５２…スキャナ、５３…プローブホルダ装着部材、
５４…絶縁碍子、５５，５６…給電端子、６０ａ…被装着部（ネジ孔）、６２，６７…導電性ワイヤ、６３，６８…プローブ連結部（導電性プレート）、
Ｐ…プローブ、Ｐ１…発熱用ワイヤ、Ｐ２…プローブワイヤ、ＰＨ…プローブホルダ。
【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（Ultra High Vacuum）−ＳＴＭ（超高真空走査型トンネル顕微鏡）、
ＵＨＶ（Ultra High Vacuum）−ＡＦＭ（超高真空原子間力顕微鏡）
等のＳＰＭ（Scanning Probe Microscope 走査型プローブ顕微鏡）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記ＵＨＶ（超高真空）下でのＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）等のＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）は、プローブ（探針）を試料表面に近づけることにより得られるトンネル電流を利用して表面の凹凸の情報を得たり、試料表面の原子配列等の情報を得るために使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記ＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）の性能は使用するプローブにより左右される。したがってＳＰＭの性能を向上させるためには、次の特性を有するプローブが望まれる。
(1)先端が鋭く尖ったプローブ。
(2)不純物が付着していないプローブ。
(3)電子の放出量を容易に調節できるプローブ。
【０００４】
本発明は、前述の問題点に鑑み、下記の記載内容（Ｏ01）〜（Ｏ03）を課題とする。
（Ｏ01）プローブの先端を非常に鋭く尖らせること。
（Ｏ02）プローブについた不純物を排除（クリーニング）すること。
（Ｏ03）プローブからの電子の放出量を容易に調節できるようにすること。
【０００５】
【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。
【０００６】
（本発明）
前記課題を解決するために、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、次の要件（Ａ01）〜（Ａ 06 ）を備えたことを特徴とする、
（Ａ01）試料に対して接近または離隔する方向である接近離隔方向に移動調節可能なスキャナ支持部材（４７）、
（Ａ02）前記スキャナ支持部材（４７）にスキャナ基端部が支持された圧電体製のスキャナ（５２）、
（Ａ03）前記スキャナ（５２）の先端部に碍子基端部が支持された絶縁碍子（５４）と、前記絶縁碍子（５４）先端部において互いに離れた位置に支持された一対の給電端子（５５，５６）と、前記絶縁碍子（５４）先端部に設けたホルダ装着部（５７）とを有するプローブホルダ装着部材（５３）、
（Ａ04）前記ホルダ装着部（５７）に着脱可能に装着される被装着部（６０ａ）と、前記被装着部（６０ａ）が前記ホルダ装着部（５７）に装着されたときに前記一対の給電端子（５５，５６）にそれぞれ電気的に接続されるとともに先端部にプローブ連結部（６３，６８）がそれぞれ設けられた一対の導電性ワイヤ（６２，６７）とを有するプローブホルダ（ＰＨ）、
（Ａ05）前記プローブ連結部（６３，６８）に両端部が保持された発熱用ワイヤ（Ｐ１）と、前記発熱用ワイヤ（Ｐ１）の中央部に支持されたプローブワイヤ（Ｐ２）とを有するプローブ（Ｐ）、
（Ａ 06 ）１０００℃以上に加熱した状態で前記プローブ（Ｐ）の先端部に高電圧を印加することにより前記先端部を尖らせる手段。
【０００７】
（本発明の作用）
前記構成を備えた本発明の走査型プローブ顕微鏡では、スキャナ支持部材（４７）は、試料に対して接近または離隔する方向である接近離隔方向に移動調節される。前記スキャナ支持部材（４７）は圧電体製のスキャナ（５２）のスキャナ基端部を支持する。
前記スキャナ（５２）はその先端部に、プローブホルダ装着部材（５３）の絶縁碍子（５４）の基端部を支持する。前記絶縁碍子（５４）の先端部の互いに離れた位置には一対の給電端子（５５，５６）が装着される。前記絶縁碍子（５４）先端部に設けたホルダ装着部（５７）には、プローブホルダ（ＰＨ）の被装着部（６０ａ）が着脱可能に装着される。
プローブホルダ（ＰＨ）の一対の導電性ワイヤ（６２，６７）の先端部のプローブ連結部（６３，６８）は、前記被装着部（６０ａ）が前記ホルダ装着部（５７）に装着されたときに前記一対の給電端子（５５，５６）にそれぞれ電気的に接続される。
プローブ（Ｐ）の発熱用ワイヤ（Ｐ１）の両端部は、前記プローブ連結部（６３，６８）に保持される。前記発熱用ワイヤ（Ｐ１）の中央部にはプローブワイヤ（Ｐ２）が支持される。
前記プローブ（Ｐ）の先端部を尖らせる手段は、１０００℃以上に加熱した状態で前記プローブ（Ｐ）の先端部に高電圧を印加することにより前記プローブ（Ｐ）の先端部を尖らせる。
【０００８】
したがって、前記絶縁碍子（５４）先端部に設けたホルダ装着部（５７）に、プローブホルダ（ＰＨ）の被装着部（６０ａ）を装着すると、前記給電端子（５５）は、導電性ワイヤ（６２）、プローブ（Ｐ）の発熱用ワイヤ（Ｐ１）、導電性ワイヤ（６７）、および給電端子（５６）に順次接続される。
この状態で、給電端子（５５）および（５６）間に給電することにより、プローブ（Ｐ）に給電することができる。このため、プローブ（Ｐ）の発熱用ワイヤ（Ｐ１）に電流を流して発熱させ、プローブワイヤ（Ｐ１）を加熱することができる。プローブワイヤ（Ｐ１）を１０００℃以上に加熱した状態で、１０Ｋｖ程度の高電圧や３Ｋｖ程度のパルス電圧をプローブ（Ｐ）に印加することができる。前記１０００℃以上に加熱することによりプローブ（Ｐ）のクリーニングを行うことができる。
【０００９】
また、１０００℃以上に加熱した状態で、１０Ｋｖ程度の高電圧をプローブ（Ｐ）に印加することによりプローブ（Ｐ）の先端を尖らせることができる。また、１０００℃以上に加熱した状態で、３Ｋｖ程度のパルス電圧をプローブ（Ｐ）に印加することにより電子が出易い状態とすることができるので、プローブ（Ｐ）先端の温度を変化させることにより、電子のエネルギ分布の解析ができる。
また、スキャナ（５２）は絶縁碍子（５４）によって高電圧から守られており、また、熱的にも絶縁されている。
前記プローブホルダ（ＰＨ）を支持するスキャナ（５２）はプローブホルダ（ＰＨ）に保持されたプローブ（Ｐ）の先端を、前記試料ステージに保持された試料表面に接近させて、試料の表面を走査する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施例）
次に図面を参照しながら本発明の走査型プローブ顕微鏡の実施の形態の具体例（実施例）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。
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。
【００１１】
（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の全体説明図である。
図２は実施例１のステージユニットの要部拡大図である。
図３は実施例１のステージユニットの拡大平面図で、図１の矢印 IIIから見た図である。
図４は前記図３の IＶ− IＶ線断面図である。
図５は実施例１の試料ステージの位置調整部材の説明図で図２のＶ−Ｖ線断面図である。
図６は実施例１のスライドベースの位置決め部材の説明図である。
【００１２】
図１において、走査型プローブ顕微鏡ＳＰＭを収容する真空試料室Ａ１を形成する外壁１には、Ｚ側部分に仕切弁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３が設けられ、上側に昇降ロッド支持フランジ４および観察窓６が設けられている。
【００１３】
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７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７は試料ホルダＳＨを、前記仕切弁２を通って真空試料室Ａ１および試料交換室Ａ２間で搬送する。
前記真空試料室Ａ１内に配置された大ベース８は前記ステージ支持フランジ３の内側に支持されている。前記大ベース８上に、４個の防振ユニット９を介して小ベース１０が支持されている。大ベース８および小ベース１０にはそれぞれ位置決め部材貫通口８ａおよび１０ａが形成されている。
【００１４】
（試料ステージ）
前記図２〜図４に示すように、前記小ベース１０の先端部（Ｚ側端部）には、小ベース１０と一体に構成された試料ステージ支持部材１６が設けられている。試料ステージ支持部材１６は、中央部に形成された１個の試料ホルダ貫通孔１６ａと、その外側に形成された３個のサポート挿入孔１６ｂとを有している。前記３個のサポー卜挿入孔１６ｂにはそれぞれ、−Ｚ側の側面からサポート１７が挿入されている。
また、試料ステージ支持部材１６にはその外側面に３個のバネ支持部材１８が固定されている。
前記試料ステージ支持部材１６の−Ｚ側には試料ステージＴが配置されている。試料ステージＴは試料ステージ本体２１を有しており、ステージ本体２１には中央に試料ホルダ装着孔２１ａが形成されている。
【００１５】
図４において試料ステージ本体２１のＺ側の側面には前記３個のサポート１７の先端がそれぞれ当接する３個の当接凹部２１ｂが設けられている。
またステージ本体２１の−Ｚ側の側面には、２個のレバー収容凹部２１ｃ，２１ｃが形成されている。前記レバー収容凹部２１ｃ，２１ｃの上端にはそれぞれ円柱状被支持部材２２，２２が固定されている。
【００１６】
前記ステージ本体２１の外周部には３個のバネ支持部材２３が固定されている。ステージ本体２１の３個のバネ支持部材２３および前記試料ステージ支持部材１６の３個のバネ支持部材１８はそれぞれ引張バネ２４により連結されている（図２、図３参照）。
したがって、前記試料ステージＴのステージ本体２１は、３本の前記引張バネ２４により試料ステージ支持部材１６の方向（Ｚ方向）に引張られた状態で、前記当接凹部２１ｂに当接する前記サポート１７の先端により試料ステージ支持部材１６に支持されている。そのため、試料ステージ本体２１はＺ軸に垂直な平面（ＸＹ平面）内で移動可能である。
【００１７】
図３、図４において、小ベース１０上には、前記試料ステージＴの両側に隣接してそれぞれステージ調節レバー支持部材２５，２５が配置されており、一対のステージ調節レバー支持部材２５，２５はそれぞれレバー支持部材本体２６およびそれにネジで固定されたカバー２７を有している。一対のレバー支持部材本体２６，２６は、小ベース１０（図３参照）に固定されており、また、互いに対向する面および−Ｚ側の側面に開口するレバー収容凹部２６ａ，２６ａを有している。図３においてレバー収容凹部２６ａの−Ｚ側の側面の開口はカバー２７により閉塞されている。
試料ステージ本体２１を支えるステージ調節レバー支持部材２５，２５はＺ軸方向に延びる鉛直平面に対して互いに面対称に配置されており、一方にはＸ軸用ステージ調節レバーＬＸが水平軸回りに回転可能に支持され、他方にはＹ軸用ステージ調節レバーＬＹが水平軸回りに回転可能に支持されている。
前記Ｘ軸用およびＹ軸用ステージ調節レバーＬＸ，ＬＹはＬ型レバーであり、前記レバー収容凹部２１ｃ内に延びて円柱状被支持部材２２下面を支持するステ一ジ支持部ＬＸａ，ＬＹａと下方に延びる被操作部ＬＸｂ，ＬＹｂとを有している。
【００１８】
前記ステージ調節レバーＬＸ，ＬＹの被操作部ＬＸｂ，ＬＹｂの下端部は前記小ベース１０下方に突出している。
小ベース１０の下面には水平回転レバー２８，２９（図４，図５参照）が支持されている。水平回転レバー２８，２９の操作端２８ａ，２９ａはステージ調節レバーＬＸ，ＬＹの被操作部ＬＸｂ，ＬＹｂ下端に当接している。
図５において、水平回転レバー２８の被操作部２８ｂにはＺ方向に移動するＸ軸用位置制御ロッド３１の先端が当接し、水平回転レバー２９の被操作部２９ｂにはＺ方向に移動するＹ軸用位置制御ロッド３２の先端部（Ｚ側の端部）が当接している。
前記Ｘ軸用位置制御ロッド３１およびＹ軸用位置制御ロッド３２は、前記ステージ支持フランジ３の外側面に支持されたステージ位置制御モータユニットＭＸおよびＭＹ（図３、図５参照）が回転したときにＺ軸方向に移動可能に構成されている。なお、前記ステージ位置制御モータユニットＭＸおよびＭＹが回転したときにＺ軸方向に移動可能な構成は従来周知の種々の構成を採用可能である。
【００１９】
図４において試料ステージＴは、円柱状被支持部材２２下面を支持するステージ支持部ＬＸａ，ＬＹａに支持されており、また、ステージ位置決め用引張バネ４１により大ベース８に向けて引っ張られている。
したがって図４において、ステージ位置制御モータユニットＭＸ，ＭＹの回転駆動により、前記Ｘ，Ｙ軸用位置制御ロッド３１，３２がＺ軸方向に移動すると、水平回転レバー２８，２９およびステージ調節レバーＬＸ，ＬＹが回転する。このとき、図４から分かるように、円柱状被支持部材２２下面を支持するステージ支持部ＬＸａ，ＬＹａが上下方向に回転し、試料ステージＴのＸＹ平面（Ｚ軸に垂直な平面）内の位置が調節される。
【００２０】
（プローブステージ）
前記小ベース１０にはＺ軸方向に延びるレール（図示せず）によりスライドベース３５（図３参照）が移動可能に支持されている。
前記スライドベース３５はその−Ｚ側端部が連結レバー３７に連結されており、前記連結レバー３７はベース粗動用ロッド３８に連結されている。ベース粗動用ロッド３８は手動操作部材３９によりＺ軸方向に移動（粗動）可能である。
【００２１】
スライドベース３５はそれぞれ、２本の引張バネ４１，４１によりＺ方向に引っ張られており、且つ、前記スライドベース３５に当接する位置決め部材４３により位置決めされている。
図２、図６において、小ベース１０の下面の位置決め部材貫通口１０ａに対応する位置に一対のヒンジ連結部材４２，４２が固定されている。位置決め部材４３は、上端部のＵ字型部分４３ａとその中央部から下方に延びる直線状ロッド部分４３ｂとを有しており、その直線状ロッド部分４３ｂ上端部のヒンジ連結部４３ｃは前記一対のヒンジ連結部材４２，４２によりヒンジ連結されて、Ｚ軸方向に揺動可能である。
前記位置決め部材４３のＵ字型部分４３ａの両端部は、前記スライドベース３５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８の位置決め部材貫通口８ａを貫通してスライドベース位置制御ロッド４４の先端部（Ｚ側の端部）に当接している。
スライドベース位置制御ロッド４４は、前記ステージ支持フランジ３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によりＺ軸方向に移動（微動）調節される。
【００２２】
図７は実施例１のプローブステージの要部説明図で、図８ＡのＶII−ＶII線断面図である。
図８は実施例１のプローブステージの要部説明図で、図８Ａは図７の矢印ＶIIIＡから見た図、図８Ｂは図８Ａのプローブ保持部分の拡大図である。
図９は実施例１のプローブステージの導電性ワイヤとプレートの説明図である。
図１０は実施例１のプローブステージの要部説明図で、図１０Ａは図７のＸＡ−ＸＡ線断面図、図１０Ｂは図７のＸＢ−ＸＢ線断面図である。
【００２３】
図７および図１〜図３において、前記スライドベース３５には複数の固定ネジによりスキャナ支持部材４７のスキャナ支持部材本体４８が固定されている。スキャナ支持部材４７は、スキャナ支持部材本体４８とその先端（Ｚ側の端）に連結されたスキャナ連結部材４９とを有している。スキャナ連結部材４９はフランジ４９ａおよびシールド装着用円筒面４９ｂを有している。シールド装着用円筒面４９ｂには外乱防止用の円筒状のシールド５０が支持されている。
【００２４】
スキャナ連結部材４９のＺ側の端面にはスキャナ連結プレート５１がネジにより固定され、スキャナ連結プレート５１のＺ側の側面にはスキャナ５２が固着されている。
前記スキャナ５２は圧電体ＰＺＴと電極ＤＫを交互に積層した従来公知の積層型の圧電体製のスキャナであり、その先端部（Ｚ側端部）を、Ｚ軸方向に伸縮移動させるＺ軸移動部５２Ｚ、前記Ｚ軸に垂直なＸＹ平面（図４参照）内で移動させるＸ軸移動部５２ＸおよびＹ軸移動部５２Ｙを有している。スキャナ５２は、図８から分かるようにＺ軸方向から見て正方形の形状を有している。
【００２５】
スキャナ５２先端（Ｚ側の端）には、プローブホルダ装着部材５３が支持されている。プローブホルダ装着部材５３は、スキャナ５２先端に固着された絶縁碍子５４と、絶縁碍子５４に支持された給電端子５５，５６と雄ネジ５７とを有している。給電端子５５と５６とは電気的に絶縁されており、給電端子５６と雄ネジ５７とは電気的に接続されている。また、給電端子５５のＺ側の端面は給電端子５６のＺ側の端面よりも、Ｚ方向に突出している。
前記符号５４〜５７で示された要素によりプローブホルダ装着部材５３が構成されている。
給電端子５５には導電性のケーブル５８が接続され、給電端子５６には導電性のケーブル５９が接続されている。
【００２６】
（プローブホルダＰＨ）
前記プローブホルダ装着部材５３に着脱可能に装着されるプローブホルダＰＨは、導電性材料であるステンレス製の円柱状のプローブホルダ本体６０を有しており、プローブホルダ本体６０には前記プローブホルダ装着部材５３の雄ネジ５７に螺合するネジ孔（被装着部）６０ａと、外側面においてＺ軸方向に延びる一対の凹溝６０ｂ，６０ｃと、−Ｚ側端面の外周部に形成されたリング状のワイヤ収容部６０ｄが形成されている。
【００２７】
図７〜図１０において、前記凹溝６０ｂには、絶縁性接着剤６１（図１０参照）を用いて導電性ワイヤ６２の直線部６２ａが固定されており、前記絶縁性接着剤６１により導電性ワイヤ６２は導電性のプローブホルダ本体６０から絶縁されている。図９において、導電性ワイヤ６２は、前記直線部６２ａおよびリング部６２ｂを有しており、リング部６２ｂは前記プローブホルダ本体６０のリング状のワイヤ収容部６０ｄに収容されている。導電性ワイヤ６２の直線部６２ａの先端部には導電性プレート（プローブ連結部）６３が溶接されており、導電性プレート６３にはネジ孔６３ａが形成されている。図８に示すように、ネジ孔６３ａにはワッシャ６４を貫通するビス６５が螺合するように構成されている。
【００２８】
前記凹溝６０ｃには導電性接着剤６６（図１０参照）を用いてを直線状の導電性ワイヤ６７が固定されており、前記導電性接着剤６６により導電性ワイヤ６７は導電性のプローブホルダ本体６０と導通している。図９において、直線状の導電性ワイヤ６７の先端部には導電性プレート（プローブ連結部）６８が溶接されており、導電性プレート６８にはネジ孔６８ａが形成されている。図８に示すように、ネジ孔６８ａにはワッシャ６９を貫通するビス７０が螺合するように構成されている。
前記プローブホルダＰＨは、前記符号６０〜７０で示した要素により構成されている。このプローブホルダＰＨは、プローブホルダ本体６０のネジ孔６０ａとプローブホルダ装着部材５３の雄ネジ５７とを螺合または離脱させることにより、プローブホルダ装着部材５３に対して着脱可能である。
そして、プローブホルダ装着部材５３にプローブホルダＰＨを装着した状態では、導電性ワイヤ６２のリング部６２ｂは給電端子５５に接触し、また、導電性ワイヤ６７は導電性接着剤６６、プローブホルダ本体６０、雄ネジ５７を介して給電端子５６に導通するように構成されている。
【００２９】
（プローブ）
図７において、前記プローブホルダＰＨにより支持されるプローブＰは、Ｕ字型の発熱用ワイヤＰ１とその中央部の湾曲部分にスポット熔接したプローブワイヤＰ２とを有し、プローブワイヤＰ２の先端は電解研磨により先鋭化されている。
図８、図７において、前記プローブＰの発熱用ワイヤＰ１の一端部はワッシャ６４、ビス６５（図８Ｂ参照）により導電性プレート６３に固定され、他端部はワッシャ６９、ビス７０（図８Ｂ参照）により導電性プレート６８に固定されている。
したがって図７から分かるように、前記導電性ケーブル５８は順次、給電端子５５、導電性ワイヤ６２、導電性プレート６３、発熱用ワイヤＰ１、導電性プレート６８、導電性ワイヤ６７、導電性接着剤６６（図１０参照）、プローブホルダ本体６０、雄ネジ５７および給電端子５６を介して導電性ケーブル５９に、電気的に接続している。
【００３０】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた本発明の実施例のＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）において、試料を保持した試料ホルダＳＨはホルダ搬送部材により搬送され、真空試料室Ａ１に配置された試料ステージＴに装着される。
プローブホルダＰＨにプローブＰを装着した状態で、プローブホルダ本体６０のネジ孔６０ａとプローブホルダ装着部材５３の雄ネジ５７とを螺合させて、プローブホルダ装着部材５３にプローブホルダＰＨを装着すると、導電性ワイヤ６２のリング部６２ｂが給電端子５５に接続される。
この状態では、導電性ケーブル５８は順次、給電端子５５、導電性ワイヤ６２、導電性プレート６３、プローブＰの発熱用ワイヤＰ１、導電性プレート６８、導電性ワイヤ６７、プローブホルダ本体６０、雄ネジ５７、および給電端子５６を介して導電性ケーブル５９と導通する。
【００３１】
したがって、前記導電性ケーブル５８および５９間に給電することにより、プローブＰの発熱用ワイヤＰ１に高電圧を印加することが可能であり、プローブＰを高温に加熱することも可能である。
プローブＰとスキャナ５２との間に設けた絶縁碍子５４は、プローブＰへの高電圧印加時には、印加する高電圧に対してスキャナ５２を電気的に絶縁するとともに、前記プローブＰの高温加熱時には、プローブＰの熱がスキャナ５２に伝達されるのを防止する熱絶縁材として機能する。
【００３２】
プローブＰの加熱により、プローブＰの先端部は１０００℃以上にすることができる。これによりプローブＰの先端についた不純物を排除することもできる。また、プローブを加熱した状態で、導電性ケーブル５８，５９から前記プローブＰに１０Ｋｖ程度の高電圧を印加すると、プローブＰの先端部が非常に鋭く尖った状態となる。この状態はＳＴＭ観察に非常に有利となるとともに、電子を容易にだし易くなる。このため、高分解能のＳＴＭ像を得ることができる。
【００３３】
また、プローブＰ先端部を高温（１０００℃以上）に加熱して１０Ｋｖ程度の高電圧を印加することによりプローブＰ先端を尖らせた後、プローブに対向させて、アース電位のアパーチャを配置し、３Ｋｖ程度のパルス電圧をプローブＰに印加すれば、プローブから電子を引張出すことができる。そして、アパーチャの後段にスクリーンを置けば、アパーチャを通過した電子の像、すなわち、電界電子顕微鏡像（ＦＥＭ像）を得ることができる。
この場合、プローブＰの先端部温度を変化させることによりプローブ先端部分の原子結合エネルギが変化し、引張出される電子数が変化するので、電子エネルギ分布の解析ができる。
なお、プローブに正の高電圧を印加すると、プローブからイオンを引張出すことができ、前記スクリーン上に電界イオン顕微鏡像（ＦＩＭ像）を得ることができる。
【００３４】
また、プローブに正のパルス電圧を印加して、プローブからイオンをパルス的に引張出し、前記アパーチャの後段に飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＳ）を配置すれば、プローブの質量分析を行うことができる。
したがって、本発明の走査型プローブ顕微鏡を用いることにより、先端部を非常に鋭く尖らせたプローブＰで試料表面に表面電界を印加することができ、試料表面の物性を測定することができる。
【００３５】
（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。
【００３６】
【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（Ｅ01）〜（Ｅ03）を奏することができる。
（Ｅ01）プローブを高温加熱した状態で１０Ｋｖ程度の高電圧をかけることにより、プローブの先端を非常に鋭く尖らせることができる。
（Ｅ02）プローブＰを高温加熱することにより、プローブについた不純物を排除（クリーニング）することができる。
（Ｅ03）高温加熱したプローブに電圧を重畳することによりＦＥＭ像やＦＩＭ像などを得ることができ、その場合、プローブＰの温度を可変することによりプローブからの電子やイオンの放出量を容易に調節することができるので、電子やイオンのエネルギー分布の解析ができる。また、プローブに正のパルス電圧を印加して、プローブからイオンを引き出し、ＴＯＦ−ＭＳを用いれば、プローブの質量分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の走査型プローブ顕微鏡の実施例１の全体説明図である。
【図２】 図２は実施例１のステージユニットの要部拡大図である。
【図３】 図３は実施例１のステージユニットの拡大平面図で、図１の矢印 IIIから見た図である。
【図４】 図４は前記図３の IＶ− IＶ線断面図である。
【図５】 図５は実施例１の試料ステージの位置調整部材の説明図で図２のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】 図６は実施例１のスライドベースの位置決め部材の説明図である。
【図７】 図７は実施例１のプローブステージの要部説明図で、図８ＡのＶII−ＶII線断面図である。
【図８】 図８は実施例１のプローブステージの要部説明図で、図８Ａは図７の矢印ＶIIIＡから見た図、図８Ｂは図８Ａのプローブ保持部分の拡大図である。
【図９】 図９は実施例１のプローブステージの導電性ワイヤとプレートの説明図である。
【図１０】 図１０は実施例１のプローブステージの要部説明図で、図１０Ａは図７のＸＡ−ＸＡ線断面図、図１０Ｂは図７のＸＢ−ＸＢ線断面図である。
【符号の説明】
４７…スキャナ支持部材、５２…スキャナ、５３…プローブホルダ装着部材、
５４…絶縁碍子、５５，５６…給電端子、６０ａ…被装着部（ネジ孔）、６２，６７…導電性ワイヤ、６３，６８…プローブ連結部（導電性プレート）、
Ｐ…プローブ、Ｐ１…発熱用ワイヤ、Ｐ２…プローブワイヤ、ＰＨ…プローブホルダ。
Claims (1)
- 次の要件（Ａ01）〜（Ａ 06 ）を備えたことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡、
（Ａ01）試料に対して接近または離隔する方向である接近離隔方向に移動調節可能なスキャナ支持部材、
（Ａ02）前記スキャナ支持部材にスキャナ基端部が支持された圧電体製のスキャナ、
（Ａ03）前記スキャナの先端部に碍子基端部が支持された絶縁碍子と、前記絶縁碍子先端部において互いに離れた位置に支持された一対の給電端子と、前記絶縁碍子先端部に設けたホルダ装着部とを有するプローブホルダ装着部材、
（Ａ04）前記ホルダ装着部に着脱可能に装着される被装着部と、前記被装着部が前記ホルダ装着部に装着されたときに前記一対の給電端子にそれぞれ電気的に接続されるとともに先端部にプローブ連結部がそれぞれ設けられた一対の導電性ワイヤとを有するプローブホルダ、
（Ａ05）前記プローブ連結部に両端部が保持された発熱用ワイヤと、前記発熱用ワイヤの中央部に支持されたプローブワイヤとを有するプローブ、
（Ａ 06 ）１０００℃以上に加熱した状態で前記プローブの先端部に高電圧を印加することにより前記先端部を尖らせる手段。
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-
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