JPH03135701A - チップ交換装置 - Google Patents

チップ交換装置

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JPH03135701A
JPH03135701A JP27405789A JP27405789A JPH03135701A JP H03135701 A JPH03135701 A JP H03135701A JP 27405789 A JP27405789 A JP 27405789A JP 27405789 A JP27405789 A JP 27405789A JP H03135701 A JPH03135701 A JP H03135701A
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actuator
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Kazuo Yokoyama
和夫 横山
Masatoshi Takao
高尾 正敏
Hideyuki Tanaka
英行 田中
Kunyu Sumita
住田 勲勇
Tomihiro Hashizume
富博 橋詰
Toshio Sakurai
桜井 利夫
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は走査トンネル顕微鏡などに使用するチップ交換
装置に関するものであも ・従来の技術 走査トンネル顕微鏡(STM)ζ戴 物質表面の構造を
原子オーダの分解能で観察できる装置として近年急速に
発展してきていも まず走査トンネル顕微鏡の測定原理
について述べも 測定したい試料表面へ 極めて鋭くて
尖らせた金属探針を10人程度の距離まで近付ζす、試
料と探針の間に10mV〜2Vのバイアス電圧を加える
と、数nAのトンネル電流が流れも この電流は試料と
探針の間の距離に極めて敏感であるので帰還制御を用い
てこの距離を一定に保つことができ&  −X探針は3
軸方向に微動するピエゾ素子よりなるアクチュエータに
取りつけてあり、xy方向にラスタースキャンするとき
に2方向に帰還制御のために印加する電圧が表面の凹凸
をあられすことになこのような走査トンネル顕微鏡の技
術1よ 原子開力顕微鏡(AFM)、近接視野光学顕微
鏡(NFOM)などの観察装置 さらに原子、分子操作
を可能とする超微細加工機などの周辺技術を生み出しつ
つある。これらの技術は探針(チップ)を原子オーダの
距離でなぞることが共通しており、観察装置においては
これらを、近接視野顕微鏡(NFM)あるいは走査プロ
ーブ顕微鏡(SPM)と総称している。
本発明はこれらの装置においてアクチュエータに取りつ
けられたチップを交換する装置に関するものである。
チップを原子オーダの距離でなぞるためにはこの距離の
変動に影響する機械振動をまず徹底して除去する必要が
ある。本発明のチップ交換装置についてもまず第一にこ
の観点からの考慮が要請される。さらに物質の表面物性
の研究 半導体のプロセス解析、原子オーダの材料創製
などには超高真空中で走査トンネル顕微鏡技術を駆使す
る必要があり、真空中での機構に制約のある中でチップ
交換にも信頼性のある機構方式が要請される。
これに対して最近 超高真空用STMに適用するチップ
ホルダの例として、探針のホルダをアクチュエータにき
っためねじにねじ込む機構(杉原ら: 応用物理学会講
演予稿i4a  檗*V−2(1988))、探針を溶
接した板状のホルダを、アクチュエータにとりつけた板
バネに挟み込む機構(富取ら: 応用物理学会講演予稿
14a−N3  (+989))などが発表されている
発明が解決しようとする課題 しかしながら上記の機構で(よ チップホルダの剛性を
保って小弧 軽量化するには限度があり、高い共振周波
数と高速応答性を要求されるチップホルダとして課題が
残っているとともく チップホルダをアクチュエータに
装着する動きが複雑で超高真空用STMに適用するに当
たって機構を構成するのに制約があったり、装着動作が
確実でないなどの課題があっ九 本発明はこれらの課題に鑑収 これを解決して超高真空
用STMに適用して、高速走査時の機械的安定性が高く
、機構構成上の制約が少なく動作が確実なチップ交換装
置を提供するものである。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明(友 一端にチップを
固定した段付きピンよりなるチップホルダを、その軸方
向に移動させる手段と、当接部材と薄板バネにより上記
チップホルダをアクチュエタの可動部に挟持する手段を
有し 挿入時には上記薄板バネの先端が段付きピンの溝
部に落ち込むラチェット動作をし 引抜き時には突起に
よりラチェットを解除しつつピンの溝部で引っかけてチ
ップホルダを引抜くことにより、一軸方向の運動のみで
チップホルダの着脱を可能とする構成を備えたものであ
る。
さらに 上記当接部材がV溝構造であり、チップホルダ
ピンをこのV溝に薄板バネで押圧する構成とする。
作用 本発明は上記した構成によってチップホルダをピン構造
とすることにより、チップホルダとクランプ部を含めた
アクチュエータの可動部を、高い剛性を保って手肌 軽
量化することができ、この結果 (1)共振周波数が高く、メカニカルノイズ(Mech
anical No1se)に強1.%(2)高速応答
性に優れる。
(3)チップホルダが誘導ノイズを受けにくく、エレク
トリカルノイズ(Electrical No1se)
に強(t という効果があるとともに 段付きピンと薄板バネによ
るラチェット機構により、一方向のみ(ピンの軸方向)
の運動でチップの着脱ができるた八特に機構の構成上制
約のある超高真空中用STMに適用して有用であるとと
もく 特別のスキルを要することなくチップの着脱が確
実にできもさらにチップホルダをV溝に薄板バネで押圧
する構成のた取 チップホルダを安定でかつ高い剛性で
保持することができるととも?Q  チップ交換に伴う
チップホルダの位置再現性が良1.%実施例 以下本発明の一実施例のチップ交換装置について、図面
を参照しながら説明する。
第5図は本発明のチップ交換装置を適用したSTMユニ
ットを示す。このSTMユニットは超高真空中での表面
研究を目的に考案されたSTM機構であって、デムース
型(Demuth型)STM機構と呼ばれている。 (
J、E、Demuth、et al:J、Vac、sc
i、Technol、A4(3)、1320(1986
) (デムース等: ジャーナル オブ バキューム 
サイエンス アンドチクノロシイ A4(3)、132
0(1986)) )15図(a)において、x、  
y走査用ピエゾアクチュエータlおよびZ駆動用ピエゾ
アクチュエータ2がトライポット状にブロック3および
ブロック4に取りつけられており、さらにアクチュエー
タ上に探針5が取り付けられている。一方、試料6は試
料ホルダ7に取りつけられ さらにこのホルダーは試料
アーム8に取りつけられる。試料アーム8は軸9の回り
に回転し ベースプレート10に取りつけられたボール
ブツシュ11に摺動するキャリッジロッド12の上下に
より試料を探針に近付けたり、遠道けたりすることがで
きム即板 キャリッジロッド12が上方に移動すると、
試料アーム8はキャッチ13に当たって第5図(b)の
ように試料6は探針5から遠道かも またキャリッジロ
ッド12が下方に移動すると試料アーム8はストッパ1
4に当たった後、試料6は下方に並行移動しなから探針
5に近づき、フット15に当接する。試料6がフット1
5に当接した徽さらにキャリッジロッド12を下方に移
動させると、試料アーム8はストッパ14から離れ 試
料6とフット15の当接点を支点として縮小テコ微動機
構により試料6は探針5に接近する。
試料ホルダ7はドブテイル型スライダ16により試料ア
ーム8に取りつける。この取りつけ取り外しは真空装置
に設けたフィードスルーにより真空中で行われる。
次に 第1図(a)および(b)は本発明のチップ交換
装置のチップ取りつけ用治具の断面図および側面図を示
す。例えばタングステン〈111〉または<110>方
向の単結晶の先端を尖らせた細い針をチップ(探針)2
0とし これを段付きのロッド状のチップホルダ21に
取りつけである。チップホルダ21に(よ チップホル
ダの取りつけ、取り外しの際に 治具の薄板バネでチク
ホルダ21を引っかけるための溝22と、薄板バネでチ
ップホルダをアクチュエータに取りつけるための溝23
を設けである。チップホルダ21(よドブテイル型スラ
イダ24にナツト25で取りつけたチップホルダ保持用
円筒部材26と、この円筒部材にネジ27で取りつけら
れた薄板バネ28により挟持されている。
第2図(a)、  (b)、 (c)および(d)は上
記第1図で説明したチップ取りつけ用治具でチップホル
ダ21をアクチュエータに取りつける動作の説明図であ
る。同図(a)はチップ取りつけ用治具にセットされた
チップホルダ21がアクチュエータ上のチップ取りつけ
部に接近するとこへ同(b)は取りつけられた瞬肌 同
(c)は取りつけを終わって治具が離れて行く様子を示
している。同(d)はアクチュエータ上のチップ取りっ
け部の平面図である。
アクチュエータ上にはチップホルダ21を保持するため
にV溝29を切った当接部材30と、薄板バネ31をね
じ32で取りつけたブロック33と力(ベース板34の
上に接着してあa 同(a)図のようにチップホルダ2
1がアクチュエータ上のチップ取りつけ部に近づき、同
(b)図のようにチップホルダの先端がベース板34ま
で到達すると、チップホルダ取りつけ用薄板バネ31が
チップホルダの溝23に落ち込へ ラチェットアクショ
ンをしてチップホルダ21を引き抜けない状態にすると
とも番へ  薄板ばね31がチップホルダ21を当接部
材30のV溝29の側壁に強く押しつけ、チップホルダ
を強固に保持する。この眞治具を上記の挿入方向と逆に
移動させると、同(C)図のように治具のチップホルダ
を保持していた薄板バネ28ζ上 チップホルダの溝2
2から外れ チップホルダがアクチュエータ上に取りつ
けられた状態となも 以上の操作!友 it図に示したチップ取りつけ用治具
を、第5図に示した試料ホルダの代わりに試料アーム8
に取りつけることにより、デムース型のSTM機構を使
って行うことができる。
次に第3図(a)および(b)は本発明のチップ交換装
置のチップホルダ取り外し用治具の断面図および側面図
を示す。同図では第1図に示した部材と同一の形状およ
び機能を持つ部材には同じ番号を付記してあり、チップ
ホルダ取り外し用の薄板バネ35のみが第1図と構造を
異にしている。
第4図(a)、 (b)および(c)はチップホルダ取
り外し用治具によってチップホルダをアクチュエータか
ら取り外す動作の説明図である。同図(a)の如く、チ
ップホルダ取り外し用治具がアクチュエータ上のチップ
ホルダ取りつけ部に接近し 同図(b)のようにチップ
ホルダ21の先端がベース板34に到達すると、チップ
取り外し用薄板バネ35の先端36がアクチュエータの
チップホルダ取りつけ用薄板バネ31をチップホルダの
溝23から押し除けるとともへ チップホルダ取り外し
用の薄板バネ35のチップホルダ引き抜き用引っかけ部
37がチップホルダの溝22に落ち込む。この結果 同
(C)図に示す様にチップホルダ取り外し用治具をアク
チュエータから引き離すとチップホルダ21は上記引っ
かけ部37で引っかけられてチップ取り外し治具に回収
される。
以上の操作(戴 チップ取りつけの場合と同様第3図に
示したチップ取り外し用治具を、第5図に示した試料ホ
ルダの代わりに試料アーム8に取りつけることにより、
デムース型のSTM機構を使って行うことができる。
このようにチップ交換治具と試料ホルダに互換性を持た
せることにより、新たな機構を付加することなくチップ
交換することができる。
以上の実施例の如く、チップホルダをピン構造とするこ
とにより、チップホルダとクランプ部を含めたアクチュ
エータの可動部を、高い剛性を保って小駁 軽量化する
ことができも 実施例ではチップホルダピンとして直径
1.5mm、  長さ7mmのステンレスロッドを用い
た この結果 (1)共振周波数が高く、メカニカルノイズ
(Mechanical No1se)に強Lx  (
2)高速応答性に優れべ (3)チップホルダが誘導ノ
イズを受けにくく、エレクトリカルノイズ(Elect
rical No1se)に強いという効果が得られ丸
さらに以上詳細に説明したように 段付きピンと薄板バ
ネによるラチェット機構により、一方向のみ(ピンの軸
方向)の運動でチップの着脱ができるた八 特に機構の
構成上制約のある超高真空中用STMに適用して有用で
あム また 特別のスキルを要することなくチップの着
脱が確実にできも さらにチップホルダをV溝に薄板バネで押圧する構成の
た八 チップホルダを安定でかつ高い剛性で保持するこ
とができるとともへ チップ交換に伴うチップホルダの
位置再現性が良t、X。
本チップ交換装置ζ表 電界イオン顕微鏡複合型STM
 (FI−3TM)に適用することによりさらに大きな
効果を発揮すも すなわちF Il−3TではSTMに
用いる針状チップの先端の原子構造を観焦 キャラクタ
ライズすることは勿1 電界蒸発によりチップ先端を原
子オーダで加工することができ、本チップ交換機構と併
用して超高真空中で望み通りのチップを使用することを
可能とし 効果は絶大である。
鑞 以上の説明でζよ 主に走査トンネル顕微鏡(ST
M)に適用するチップ交換装置について述べたIJ<、
STMから派生しつつある各種の観察装置 加工装置の
チップ交換装置として有効なことは勿論であも 発明の効果 本発明によれl′L  比較的簡単な動きで確実にチッ
プ交換でき、機械的ノイズ、電気的ノイズに強く安定頓
 STM技術用のチップ交換装置を提供することができ
【図面の簡単な説明】
第1図(a)および(b)は本発明の一実施例における
チップ交換装置を構成するチップ取りつけ用治具の断面
図および側面諷 第2図(a)。 (b)および(c)は同チップ取りつけ用治具の動作を
説明する断面医 同(d)はアクチュエータ上のチップ
取りっけ部の平面医 第3図(a)および(b)は本発
明の一実施例におけるチップ交換装置を構成するチップ
ホルダ取り外し用治具の断面図および側面医 第4図(
a)、 (b)および(c)は同チップ取り外し治具の
動作を説明する断面医 第5図(a)および(b)は本
発明を適用したSTM機構を示す側面図である。 20・・・・チップ、 21・・・・チップホルダ(ピ
ン)22、23・・・・チップホルダの7X 30・・
・・当接部材、 31・・・・薄板バ*、 29・・・
・当接部材のV胤

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一端にチップを固定した段付きピンよりなるチッ
    プホルダをその軸方向に移動させる手段と、当接部材と
    薄板バネにより上記チップホルダをアクチュエータの可
    動部に挟持する手段を有し、挿入時には前記薄板バネの
    先端が前記段付きピンの溝部に落ち込むラチェット動作
    をし、引抜き時には突起によりラチェットを解除しつつ
    前記段付きピンの溝部との係合を介してチップホルダを
    引抜くことにより、一軸方向の運動のみでチップホルダ
    の着脱が可能なよう構成したことを特徴とするチップ交
    換装置。
  2. (2)当接部材がV溝構造であり、チップホルダピンを
    このV溝に薄板バネで押圧するよう構成したことを特徴
    とする請求項1に記載のチップ交換装置。
JP27405789A 1989-10-20 1989-10-20 チップ交換装置 Expired - Lifetime JPH0795071B2 (ja)

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JPH0795071B2 JPH0795071B2 (ja) 1995-10-11

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1130573A (ja) * 1997-05-20 1999-02-02 Jeol Ltd ホルダ保持装置
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JP2019083179A (ja) * 2017-11-01 2019-05-30 日本電子株式会社 試料ホルダ

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