JP4163447B2 - スキャナ保持装置および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。
【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。
【０００３】
従来のＳＰＭ（Scanning Probe Microscope、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。
【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。
【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０９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。
【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０１０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０１２には試料Ｗ表面に略接触して検査を行うプローブ０１３が設けられている。
【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。
【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０１７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〜０１１ｃ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０１′，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。
【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。
【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（０２，０７；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。
【００１１】
図１８において、ＹスライドユニットＳＵｙ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。
【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０１３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。
【００１３】
前記ガタやズレの程度はレール（０２，０７；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。
【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。
【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ＳＰＭ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。
【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。
【００１７】
本発明は前述の事情に鑑み、下記（Ｏ01），（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。
【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。
【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（３６；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′）。
【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（３６；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。
【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（３６ｄ；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。
【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；６４，６９）やスキャナ（５２）の基端部の振動がプローブ（５４）先端または試料（Ｗ）表面で増幅することを防止できる。
【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。
【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。
【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（Ultra High Vacuum）−ＳＴＭ（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。
【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。
【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１１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ＭＧＬ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。
【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（Magnetic Loader）ＭＧＬが構成されている。
【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。
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IIIＥ−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。
【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。
【００３１】
前記支持装置側端子プレート１７は前記ＳＴＭ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。
【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１９ａの短径方向の両側部分の下面には、前記円筒部材１８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。
【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。
【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２４ｄ，２４ｄが形成されている。
【００３５】
次に、図１、図３を参照しながら前記ＳＴＭ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２４を９０°回転させる。この時、前記ピン貫通長孔２３ｃ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ＭＧＬ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１７ｂと保持部材側端子プレート２２の電気接続端子２２ａ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。
【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６Ｃは図６ＢのＶＩＣ方向から見た図である。
【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２６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。
【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。
【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３２ｂ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。
【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３２ａ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。
【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２８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。
【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３６ｂ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。
【００４３】
図４において、前記Ｙ軸調節部材装着孔３８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。
【００４４】
図４において、前記Ｙ軸押圧部材装着孔３９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。
【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。
【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。
【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。
【００４８】
前記平面スライダ４７のスライダ頂壁４７ａ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５２ａ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）３６ｄ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ＳＵｈ、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。
【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。
【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。
【００５１】
前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸粗動によってプローブ５４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５４の先端を次の走査開始位置に移動させ、順次検査を行う。
【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４８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５４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５４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ＳＰＭ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。
【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。
【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３６ｄ）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。
【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１６参照）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５２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３６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。
【００５６】
この結果、Ｘ，Ｙ，Ｚ粗動時のプローブ５４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−ＳＴＭ）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。
【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。
【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ＳＤ′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。
【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，６１ｂ′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。
【００６０】
図１０において、前記Ｘスライドベース６１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６４ｃ，６４ｃが形成されている。前記Ｘスライド部６４ｃ，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。
【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。
【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６６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６６ａ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。
【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１０Ｂ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６７（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。
【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，６９ｂ′（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，６９ｃ（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６９ｄ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。
【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４１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ＳＵｙによってスキャナ支持部材ＳＵ′が構成されている。
【００６６】
前記Ｙスライダ６９のＹスライダ頂壁６９ａ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。
【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。
【００６８】
図１１において、前記Ｘ、Ｙスライダ６４，６９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６４ｄ、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６４，６９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６９ｄ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５４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。
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。
【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。
【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（６１，６４，６６，６９）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。
【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。
【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７２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７６が設けられている。
【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。
【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８６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１３参照）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８６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。
【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。
【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９２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。
【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。
【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９９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）。
【００７９】
前記Ｚ軸粗動後、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。
【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５４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。
【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。
【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、ＳＳｙ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ＳＤ，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３６ｄ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。
【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。
【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２】 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。
【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IIIＥ−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。
【図４】 図４は実施例１のＳＴＭセルの要部断面図である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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ＩＸＢ方向から見た図である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図１６】 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】 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。
【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。
【符号の説明】
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。
【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。
【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。
【０００３】
従来のＳＰＭ（Scanning Probe Microscope、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。
【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。
【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０９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。
【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０１０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０１２には試料Ｗ表面に略接触して検査を行うプローブ０１３が設けられている。
【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。
【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０１７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〜０１１ｃ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０１′，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。
【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。
【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（０２，０７；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。
【００１１】
図１８において、ＹスライドユニットＳＵｙ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。
【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０１３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。
【００１３】
前記ガタやズレの程度はレール（０２，０７；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。
【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。
【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ＳＰＭ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。
【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。
【００１７】
本発明は前述の事情に鑑み、下記（Ｏ01），（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。
【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。
【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（３６；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′）。
【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（３６；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。
【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（３６ｄ；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。
【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；６４，６９）やスキャナ（５２）の基端部の振動がプローブ（５４）先端または試料（Ｗ）表面で増幅することを防止できる。
【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。
【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。
【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（Ultra High Vacuum）−ＳＴＭ（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。
【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。
【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１１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ＭＧＬ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。
【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（Magnetic Loader）ＭＧＬが構成されている。
【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。
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IIIＥ−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。
【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。
【００３１】
前記支持装置側端子プレート１７は前記ＳＴＭ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。
【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１９ａの短径方向の両側部分の下面には、前記円筒部材１８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。
【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。
【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２４ｄ，２４ｄが形成されている。
【００３５】
次に、図１、図３を参照しながら前記ＳＴＭ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２４を９０°回転させる。この時、前記ピン貫通長孔２３ｃ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ＭＧＬ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１７ｂと保持部材側端子プレート２２の電気接続端子２２ａ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。
【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６Ｃは図６ＢのＶＩＣ方向から見た図である。
【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２６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。
【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。
【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３２ｂ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。
【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３２ａ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。
【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２８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。
【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３６ｂ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。
【００４３】
図４において、前記Ｙ軸調節部材装着孔３８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。
【００４４】
図４において、前記Ｙ軸押圧部材装着孔３９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。
【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。
【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。
【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。
【００４８】
前記平面スライダ４７のスライダ頂壁４７ａ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５２ａ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）３６ｄ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ＳＵｈ、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。
【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。
【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。
【００５１】
前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸粗動によってプローブ５４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５４の先端を次の走査開始位置に移動させ、順次検査を行う。
【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４８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５４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５４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ＳＰＭ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。
【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。
【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３６ｄ）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。
【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１６参照）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５２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３６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。
【００５６】
この結果、Ｘ，Ｙ，Ｚ粗動時のプローブ５４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−ＳＴＭ）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。
【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。
【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ＳＤ′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。
【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，６１ｂ′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。
【００６０】
図１０において、前記Ｘスライドベース６１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６４ｃ，６４ｃが形成されている。前記Ｘスライド部６４ｃ，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。
【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。
【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６６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６６ａ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。
【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１０Ｂ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６７（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。
【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，６９ｂ′（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，６９ｃ（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６９ｄ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。
【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４１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ＳＵｙによってスキャナ支持部材ＳＵ′が構成されている。
【００６６】
前記Ｙスライダ６９のＹスライダ頂壁６９ａ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。
【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。
【００６８】
図１１において、前記Ｘ、Ｙスライダ６４，６９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６４ｄ、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６４，６９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６９ｄ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５４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。
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。
【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。
【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（６１，６４，６６，６９）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。
【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。
【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７２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７６が設けられている。
【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。
【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８６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１３参照）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８６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。
【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。
【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９２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。
【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。
【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９９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）。
【００７９】
前記Ｚ軸粗動後、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。
【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５４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。
【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。
【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、ＳＳｙ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ＳＤ，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３６ｄ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。
【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。
【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２】 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。
【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IIIＥ−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。
【図４】 図４は実施例１のＳＴＭセルの要部断面図である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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ＩＸＢ方向から見た図である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図１６】 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】 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。
【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。
【符号の説明】
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。
Claims (2)
- 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。 - 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。
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