JPH04215008A - トンネル顕微鏡用交換機構 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】　　本発明は、試料及び若しくは
探針を交換する為のトンネル顕微鏡用交換機構に関し、
特に、簡単で安価な構造のトンネル顕微鏡用交換機構に
関する。

【０００２】

【従来の技術】　　走査形トンネル顕微鏡に於いては、
観測試料表面の原子レベルの分解能を得る為に、探針先
端の形状を尖鋭化する事が要求されている。その為、該
探針先端は電界研磨法等によって形成された探針先端に
原子が１つある様な１原子尖端とされている。

【０００３】さて、走査形トンネル顕微鏡に於ける試料
観察で、探針尖端と試料表面との間の距離を１ｎｍ程度
まで接近させる必要があるが、その接近動作中に該試料
と探針尖端とが接触して該探針の原子尖端が破損したり
、又は試料が破損したりする場合がある。この様な原子
尖端の破損した探針では原子レベルの分解能が得られな
い為、正常な探針との交換が必要である。また、試料が
破損した場合にも、正常な試料との交換が必要となる。 更に異種試料を同時装着し観察することも可能となる。

【０００４】しかし、トンネル顕微鏡が収容される超真
空状態に排気された観察室内の真空を破って、その都度
探針及び若しくは試料の交換を行った場合、該探針及び
若しくは試料の交換後、再排気を行った上で観測を再開
する為に、莫大な時間を要してしまう。

【０００５】そこで、観察室の隣に仕切弁を介して移送
室を設け、該移送室内に複数の探針ソケット及び複数の
試料ホルダーが装着可能な保持器を有する移動棒を設け
、該移動棒を、探針及び試料を装着する為の位置と、探
針及び試料を観察室へ挿入する為の位置との間を移動可
能に成し、前記装着位置で複数の探針及び試料を前記保
持器に装着し、前記挿入位置で交換棒で前記保持器に保
持された探針及び試料を受けて前記観察室に仕切弁を介
して移送する事により、超真空を維持した状態で探針及
び試料を交換する交換機構が提案されている（特願平１
−１７０００３号）。

【０００６】しかし乍、前記移動棒及び交換棒の移動に
は、ガイドの外側に移動可能に配置されたマグネット、
及び、ガイドの内側に移動棒及び交換棒各々に設けられ
た磁性部材から成る磁気結合移動装置が使用されている
為、費用が掛り、又、機構も複雑化する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】　　本発明はこの様な
問題を解決する事を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】　　本発明のトンネル顕
微鏡用交換機構は、着脱可能に装着された探針を駆動す
るユニット及び着脱可能にセットされた試料筒を収容す
るメインチャンバー、該メインチャンバーに仕切弁を介
して接続されたサブチャンバーを有し、該サブチャンバ
ー内に、前記ユニット方向に移動可能で先端にチャック
部を有する昇降手段、該昇降手段の移動方向に垂直な方
向に移動可能で複数の探針，複数の試料ホルダー，探針
クランプ部材，試料クランプ部材，試料筒がセットされ
た移動台を備え、前記探針クランプ部材は前記昇降手段
のチャック部にチャッキングされる部分と前記探針をチ
ャッキングするチャック部を有し、前記試料クランプ部
材は前記昇降手段のチャック部にチャッキングされる部
分と前記試料をチャッキングする為の前記試料筒をチャ
ッキングするチャック部を有して成る。

【０００９】

【実施例】　　図１は本発明の一実施例として示した交
換機構を備えたトンネル顕微鏡の概略図である。

【００１０】図中１は架台、２は排気装置、３は除振マ
ウント、４はベース、５はメインチャンバ、６は支柱、
７はベース、８はトンネル顕微鏡ユニット、９は探針、
１０はステージ、１１は試料筒、１２はパルスモータ、
１３はステージ移動駆動部、１４はゲートバルブ、１５
は排気装置、１６はＬ形弁、１７はサブチャンバ、１８
は回転導入部、１９はギヤ、２０はワイヤー、２１は回
転体、２２は移動台、２３Ａ，２３Ｂはローラ、２４Ａ
，２４Ｂはピン、２５，２６はゲートバルブ、２７，２
８は排気装置、２９は昇降機構である。

【００１１】前記架台１の上に前記除振マウント３を介
して前記ベース４が固定されている。該ベースの上には
、前記メインチャンバ５が設置されている。該メインチ
ャンバ内に、前記支柱６を介して前記ベース７が固定さ
れ、該ベースに前記トンネル顕微鏡ユニット８が取付け
られている。該トンネル顕微鏡ユニットの上部にはピン
ジャック（図示せず）が設けられており、該ピンジャッ
ク内に前記探針９が挿入されている。前記ベース７の上
にはＸ，Ｙ方向に移動可能な前記ステージ１０が取付け
られており、その内部に前記試料筒１１が挿入されてい
る。該ステージは前記ステージ移動駆動部１３を通じて
前記パルスモータ１２によって駆動される。　　尚、前
記メインチャンバ５は前記排気装置２によって高真空に
排気される。

【００１２】前記メインチャンバ５の上部は、ゲートバ
ルブ１４によって前記サブチャンバ１７と仕切られてい
る。該サブチャンバ内には、前記回転導入部１８の回転
動を直線動に変えて前記ワイヤ１９に伝導する前記ギヤ
１９が設けられている。該ワイヤは前記移動台２２のピ
ン２４Ａ，２４Ｂに繋がれているので、前記回転導入部
１８の回転により該移動台は左右に移動する。該サブチ
ャンバの上に取付けられた前記昇降機構２９は、回転導
入部３０，該回転導入部の回転を軸３２に伝導するギヤ
３１、該軸の回転により、棒３３と共に上下動するネジ
３４、サブチャンバ内と外部とを仕切り且つ該棒の上下
動を可能にするベローズＢから成る。尚、該サブチャン
バは前記排気装置２７，２８により高真空に排気されて
いる。

【００１３】２図及び３図は前記サブチャンバ１７内の
移動台２２の主要部分を示したもので、該移動台には、
探針３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ及び試料ホルダ３
６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄが装填されている。又、
該試料台には、探針クランプ部材３７、試料クランプ部
材３８及び試料筒３９がセットされている。更に、該試
料台には、探針クランプリセット工具４０及び試料クラ
ンプリセット工具４１が固定されている。尚、図中４２
は移動台２２に取付けられたローラ２３Ａ，２３Ｂが滑
走するレール、４３は移動台本体、４４は工具ベース、
４５は試料ホルダステージ、４６は試料加熱部材である
。

【００１４】さて、探針装填時、前記ゲートバルブ１４
を開くと共に、前記昇降機構２９の棒３３を下方に下げ
、その先端部を前記探針クランプ部材３７の頸部の高さ
に位置させる。該棒の先端部は図４の４７に示す様に、
チャック部４８を有するフック４９、ブッシュ５０、ス
トッパー５１、コイルバネ５２から成る。又、前記探針
クランプ部材３７は、図５に示す様に、頸部５３を有す
る本体部５４、クランプ本体部５５、ブッシュ５６、ク
ランプ爪５７、板バネ５８、コイルバネ５９から成る。 そして、移動台２２を移動させる事により、前記棒３３
の先端のチャック部４８に前記探針クランプ部材３７の
頸部５３を嵌合させる。そして、一旦、棒３３を上方に
上げ、この状態で、移動台２２を移動させ、探針の１つ
（例えば、３５Ａ）が前記探針クランプ部材３７の先端
の真下に来る様にする。そして、棒３３を下方に移動さ
せる事により、該探針３５Ａを前記探針クランプ部材３
７にセットする。図５は該セットされた状態を示してい
る。そして、棒３３を一旦上方へ移動させ、前記移動台
２２を端部に移動させる。この状態で、該棒を下方へ移
動させて、前記トンネル顕微鏡ユニット８の上部のピン
ジャック（図示せず）内に前記探針３５Ａをセットする
。この際、探針３５Ａをピンジャックに押し付けてセッ
トするので、ブッシュ５６が頸部５３側に移動して板バ
ネ５８が開き、その為に、クランプ爪５７の部分も外側
に開いた状態となる。この状態で、棒３３はゲートバル
ブ１４を介してサブチャンバー１７内に戻され、更に、
探針クランプ部材３７は前記移動台２２の探針クランプ
部材のセット位置に戻される。

【００１５】次に、試料筒の装填時、前記棒３３を移動
させ、その先端部が前記試料クランプ部材３８の頸部の
高さに位置させる。該試料クランプ部材は、図４の６０
に示す様に、先端に頸部６１を有するボディー６２、ブ
ッシュ６３、心金６４、クランプ爪６５、板バネ６６、
コイルバネ６７から成る。そして、移動台２２を移動さ
せる事により、前記棒３３の先端のチャック部４８に前
記試料クランプ部材３８の頸部６１を嵌合させる。そし
て、一旦、棒３３を上方に上げ、該試料クランプ部材３
８の頸部６１の先端の真下に試料筒３９が来る様に移動
台２２を移動させる。該試料筒は、図７に示す様に、サ
ポート６８、頸部を有するサポート６９、ケースホルダ
ー７０、絶縁プレート７１，７２、ストッパー７３、ガ
イドネジ７４、コイルバネ７５から成る。そして、棒３
３を下方に移動させ、図４に示す様に、試料クランプ部
材３８に試料筒３９をセットする。次に、一旦、棒３３
を上方へ移動させ、試料を有する試料ホルダ（例えば、
３６Ａ）の真横に移動させる。試料ホルダーは図７に示
す様に、試料ケース７６、押し捩子７７、バックシート
７８、リング７９から成り、試料Ｓが保持されている。 そして、前記試料筒３９のケースホルダー７０の先端部
が試料ホルダー３６Ａを嵌合する様に移動台２２を移動
させる。そして、一旦、前記試料筒のセット位置に該試
料ホルダー３６Ａを戻す。該試料筒のセット位置には電
気的試料加熱部材が設けられており、ここで、試料は加
熱処理される。該処理後、前記探針をトンネル顕微鏡ユ
ニット８の上部のピンジャック（図示せず）にセットし
た様に前記棒３３を移動させて、試料ステージ１０に試
料ホルダー３６Ａを保持した試料筒３９をセットする。 この際、試料筒３９をステージ１０のセット位置に押し
付けてセットするので、試料クランプ部材３８のブッシ
ュ６３が頸部６１側に移動して板バネ６６が開き、その
為に、クランプ爪６５の部分も外側に開いた状態となる
。この状態で、棒３３はゲートバルブ１４を介してサブ
チャンバー１７内に戻され、更に、試料クランプ部材３
８は前記移動台２２の試料クランプ部材のセット位置に
戻される。そして、ゲートバルブ１４を閉じて、試料表
面の観察等が行われる。

【００１６】さて、例えば、試料を交換する場合には、
前記棒３３の先端のチャック部４８に前記試料クランプ
部材３８の頸部６１を嵌合させ、前記棒３３が試料クラ
ンプリセット工具４１の真下に来る様に移動台２２を移
動させ、該棒３３を下方へ移動させる。すると、該試料
クランプリセット工具４１の頭部が試料クランプ部材３
８のクランプ爪６５に当たって、該爪を更に外側に広げ
る事により、前記ブッシュ６３がコイルバネ６７の力に
より戻って来て、該爪が元の開きの無い状態に戻る。こ
の状態で、ゲートバルブ１４を開いて、棒３３を移動さ
せ、ステージ１０にセットされている試料筒を試料クラ
ンプ部材３８でクランプし、サブチャンバーに戻す。そ
して、試料ホルダーを元の位置に戻してから、別の試料
ホルダーを前記一連の工程の様に操作して前記ステージ
１０へセットする。

【００１７】又、別の探針に交換する場合には、一旦試
料筒をステージ１０から取り除いてから行う。（但し、
該ステージ１０の試料筒セット箇所と別な該ステージ箇
所に適宜な孔を開け、該ステージを移動させる事により
、該孔が棒が移動する通路に位置する様に成せば、一々
試料筒をステージから取り除く必要が無い。）前記棒３
３の先端のチャック部４８に前記探針クランプ部材３７
の頸部５３を嵌合させ、前記棒３３が探針クランプリセ
ット工具４０の真下に来る様に移動台２２を移動させ、
該棒３３を下方へ移動させる。すると、図６に示す様に
、該探針クランプリセット工具４０の頭部が探針クラン
プ部材３７のクランプ爪５７に当たって、該爪を更に外
側に広げる事により、コイルバネ５９の力により前記ブ
ッシュ５６が戻って来て、該爪が元の開きの無い状態に
戻る。この状態で、前記別の探針を前記一連の工程の様
に操作して前記トンネル顕微鏡ユニット８のピンジャッ
ク（図示せず）にセットする。

【００１８】

【発明の効果】　　本発明のトンネル顕微鏡用交換機構
は、着脱可能に装着された探針を駆動するユニット及び
着脱可能にセットされた試料筒を収容するメインチャン
バー、該メインチャンバーに仕切弁を介して接続された
サブチャンバーを有し、該サブチャンバー内に、前記ユ
ニット方向に移動可能で先端にチャック部を有する昇降
手段、該昇降手段の移動方向に垂直な方向に移動可能で
複数の探針，複数の試料ホルダー，探針クランプ部材，
試料クランプ部材，試料筒がセットされた移動台を備え
、前記探針クランプ部材は前記昇降手段のチャック部に
チャッキングされる部分と前記探針をチャッキングする
チャック部を有し、前記試料クランプ部材は前記昇降手
段のチャック部にチャッキングされる部分と前記試料を
チャッキングする為の前記試料筒をチャッキングするチ
ャック部を有して成るので、先に提案された交換機構の
様に、高価で複雑な機構の磁気結合移動装置と異なり、
費用が掛からず、又、機構も単純である。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例として示した交換機構を
備えたトンネル顕微鏡の概略図である。

【図２】　　サブチャンバ内の移動台の主要部分の一例
を示したものである。

【図３】　　サブチャンバ内の移動台の主要部分の一例
を示したものである。

【図４】　　棒の先端部と試料クランプ部材の一例を示
したものである。

【図５】　　探針クランプ部材の一例を示したものであ
る。

【図６】　　探針クランプリセット工具の動作を示した
ものである

【図７】　　試料筒の一例を示したものである。

【符号の説明】

１：架台　　　　２：排気装置　　　　３：除振マウン
ト　　　　４：ベース　　　　５：メインチャンバ　　
　　６：支柱　　　　７：ベース　　　　８：トンネル
顕微鏡ユニット　　　　９：探針　　　　１０：ステー
ジ　　　　１１：試料筒　　　　１２：パルスモータ　
　　　１３：ステージ移動駆動部　　　　１４：ゲート
バルブ　　　　１５：排気装置１６：Ｌ形弁　　　　１
７：サブチャンバ　　　　１８：回転導入部　　　　１
９：ギヤ２０：ワイヤー　　　　２１：回転体　　　　
２２：移動台　　　　２３Ａ，２３Ｂ：ローラ　　　　
２４Ａ，２４Ｂ：ピン　　　　２５，２６：ゲートバル
ブ　　２７，２８：排気装置　　　　２９：昇降機構３
０：回転導入部　　　　３１：ギヤ　　　　３２：軸３
３：棒　　　　３４：ネジ　　　　Ｂ：ベローズ　　　
　３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ：探針　　　　３６
Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ：試料ホルダ　　　　３７
：探針クランプ部材　　　　３８：試料クランプ部材　
　　　３９：試料筒　　　　Ｓ：試料　　　　４０：探
針クランプリセット工具　　　　４１：試料クランプリ
セット工具　　　　４２：レール　　　　４３：移動台
本体　　　　４４：工具ベース　　　　４５：試料ホル
ダステージ４６：試料加熱機構　　　　４８：チャック
部　　　　４９：フック　　　　５０：ブッシュ　　　
　５１：ストッパー　　　　５２：コイルバネ　　　　
５３：頸部　　　　５４：本体部　　　　５５：クラン
プ本体部　　　　５６：ブッシュ　　　　５７：クラン
プ爪　　　　５８：板バネ　　　　５９：コイルバネ　
　　　６１：頸部　　　　６２：ボディー６３：ブッシ
ュ　　　　６４：心金　　　　６５：クランプ爪　　６
６：板バネ　　　　６７：コイルバネ６８：サポート　
　　　６９：サポート　　　　７０：ケースホルダー　
　　　７１，７２：絶縁プレート　　　　７３：ストッ
パー　　　　７４：ガイドネジ　　　　７５：コイルバ
ネ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　着脱可能に装着された探針を駆動する
   ユニット及び着脱可能にセットされた試料筒を収容する
   メインチャンバー、該メインチャンバーに仕切弁を介し
   て接続されたサブチャンバーを有し、該サブチャンバー
   内に、前記ユニット方向に移動可能で先端にチャック部
   を有する昇降手段、該昇降手段の移動方向に垂直な方向
   に移動可能で複数の探針，複数の試料ホルダー，探針ク
   ランプ部材，試料クランプ部材，試料筒がセットされた
   移動台を備え、前記探針クランプ部材は前記昇降手段の
   チャック部にチャッキングされる部分と前記探針をチャ
   ッキングするチャック部を有し、前記試料クランプ部材
   は前記昇降手段のチャック部にチャッキングされる部分
   と前記試料をチャッキングする為の前記試料筒をチャッ
   キングするチャック部を有して成るトンネル顕微鏡用交
   換機構。