JPH0631642Y2 - 精密位置決め機構 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は走査型トンネル顕微鏡の精密位置決め機構に関
し、詳しくは精密位置決め機構の自動化に関する。

〔考案の概要〕

本考案は、探針と試料の位置合わせを１軸方向に行うた
めの精密位置決め機構に関し、精密位置決めを行うマイ
クロメータヘッドに動力伝達機構を介してステップモー
タを結合して自動的に深針と試料の位置合わせを行い、
位置合わせ後、ステップモータを逆転させることにより
動力伝達機構を外すことを特徴とする。

〔従来の技術〕

試料表面と探針先端部間のトンネル電流を検出して表面
荒さや原子構造を観察する走査型トンネル顕微鏡におい
ては、トンネル電流が流れ始める間隙値（約１０Ａ）ま
で試料表面と探針先端部を近づけるための精密位置決め
機構が必要であり、従来は手動で位置合わせを行う精密
位置決め機構が知られていた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

従来の技術では、試料に対して探針をトンネル電流が流
れる領域まで位置合わせする場合、顕微鏡で両者の近接
状態を確認しながら位置合わせを手動で行い、試料に対
して探針が近接後トンネル電流が流れ始めるまで、該ト
ンネル電流値をモニタしながら少しづつ探針を試料に対
して手動による精密位置決め機構で近づけていた。この
場合、手動によるため時間が掛かり非常に位置合わせが
困難であり、探針が試料に衝突する場合が少なくない等
不具合点があった。特に探針が試料に衝突すると、探針
形状が損なわれ原子像が得られなくなる場合が多い。
又、試料が傷つくことにより安定な原子像が得られなく
なることもある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案では、精密位置決めをステップモータを用いて行
い、トンネル電流が流れたことを検出して前記ステップ
モータを自動的に止め、更に逆回転して動力伝達機構で
接続を外す構成とすることにより、探針送りを自動化し
操作を安易にするとともに、試料に探針が衝突すること
を防止するようにした。

〔作用〕

本考案では精密位置決め機構であるマイクロメータヘッ
ドに動力伝達機構を介してステップモータを直結し、微
動素子のＺ軸方向移動範囲よりも十分に小さい、例えば
1/10の移動量で１ステップ精密送りを行えるようにし、
探針と試料間のトンネル電流が流れたか否かを検出し、
該トンネル電流が流れた場合にはステップモータを停止
させ、更に数ステップ逆回転させ動力伝達機構の接続を
切ることにより外部振動による影響に変化なく、該探針
と試料の位置合わせを自動的に行うことができるように
した。

〔実施例〕

本実施例は走査型トンネル顕微鏡に関し、本考案に係る
精密位置決め機構の自動化に関する部分を以下図面に基
づいて説明する。

第１図は本考案の実施例を示す説明図であり、微動素子
４でねじ込み固定された探針１は、該微動素子４で架体
３に固定された試料２に対して３軸方向に駆動される。
前記微動素子４は、該微動素子４を１軸方向に摺動位置
決めするための精密位置決め素子であるマイクロメータ
ヘッドの先端に固定され、前記架体３で１軸方向にガイ
ドされて摺動するガイドブロック５に固定保持されてい
る。前記マイクロメータヘッドの回転つまみ部分には、
２ケ所ベアリング等で構成された回転可能なピン８が形
成され、ステップモータ９に直結した回転伝達ピン７と
で動力伝達機構を構成し駆動力を伝達している。前記回
転伝達ピン７と前記ステップモータ９とは真ズレを吸収
するためカップリング13で結合されている。上記精密位
置決め機構は、スタック式の除振台10上に構成され、該
除振台10は、机12上にエアー等による除振台11を介して
保持されている。本構成では前記マイクロメータヘッド
６には、前記探針１を前記試料２に対して数百Ａ精度で
位置決めするため、差動方式のマイクロメータヘッド６
を使用したが、該マイクロメータヘッド６の回転つまみ
部分は、Ａ方向に数十mm移動するため、前記回転可能な
ピン８を用いることにより、スムーズに前記ステップモ
ータ９で駆動できるようにした。又、第２図で示す如く
位置合わせが終了した場合、前記ステップモータを逆転
することにより、前記ピン８と前記回転伝達ピン７とで
構成された動力伝達機構16の接続を外すことにより、こ
れを介して伝達する外乱（音響，熱等）による影響の増
加を防止するようにした。なお、前記回転伝達ピン７は
駆動時対角方向の２本が前記ピン８に当たり駆動する構
成であるが、これは前記マイクロメータヘッド６に側圧
が加わらない構造のためであり、４本構成でなく、２本
構成でも可能である。

他の実施例を第３図，第４図に示す。第３図では、ステ
ップモータ９と回転伝達ピン７とを一体としたものであ
り、防振台の上部を記載したものである。第４図では、
防振台10の最下部板にステップモータ９を取り付けた構
成で前記防振台10に加わる重量を減らしたものである。
前記ステップモータ９で自動送りを行う場合、爪14で防
振台10を固定し、位置合わせ後、該防振台10の前記爪14
による固定を解除する。この場合、前記防振台10の上下
動は、マイクロメータヘッド６のピン８と回転伝達ピン
７で構成される動力伝達機構の隙間内に抑える必要があ
る。上述の実施例では、横型の走査型トンネル顕微鏡を
示したが、縦型も同じように構成することができる。

以上説明した構成によれば、走査型トンネル顕微鏡の粗
動送りを自動化することが出来、試料に探針が当たる等
の不具合を除くことができる。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案によれば、粗動機構であるマ
イクロメータヘッドに動力伝達機構を介してステップモ
ータを直結し、深針と試料間のトンネル電流を検出し、
該トンネル電流が流れたらステップモータを停止させ、
更に少し逆回転し、クラッチを外して該探針と試料の位
置合わせを自動的に行うことにより、外乱による影響の
増加なしに容易に位置合わせを行い、しかも試料を探針
がつつくことを防止できる精密送り機構を供給すること
ができ、産業上非常に有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例を示す側面図、第２図はクラッチ部分
の斜視図、第３図，第４図は本考案に係る他の実施例を
示す側面図、第５図は従来の例を示す側面図である。 ６……マイクロメータヘッド ９……ステップモータ 16……動力伝達機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 脇山 茂 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内 (72)考案者 坂井 文樹 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内 審査官 飯高 勉 (56)参考文献 実開 昭59−152657（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】探針と試料の位置合わせを１軸方向に行う
   ための精密位置決め機構において、該位置決め機構が、
   前記探針又は前記試料を固定した微動素子を微細移動す
   るマイクロメータヘッドと、該マイクロメータヘッド側
   面に付加されたピンと、該ピンに動力を伝え該マイクロ
   メータヘッドを回転させるための回転伝達ピンとからな
   って、該回転伝達ピンは、前記軸に平行方向に固定さ
   れ、かつ該マイクロメータヘッドを回転しない状態にあ
   っては該ピンを離間して挟む動力伝達機構と、該動力伝
   達機構に直結したモータとからなることを特徴とする精
   密位置決め機構。