JPH0875757A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

走査型プローブ顕微鏡

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JPH0875757A
JPH0875757A JP6208973A JP20897394A JPH0875757A JP H0875757 A JPH0875757 A JP H0875757A JP 6208973 A JP6208973 A JP 6208973A JP 20897394 A JP20897394 A JP 20897394A JP H0875757 A JPH0875757 A JP H0875757A
Authority
JP
Japan
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probe
scanner
connector
cable
holder
Prior art date
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Pending
Application number
JP6208973A
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English (en)
Inventor
Kenichi Sato
健一 佐藤
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】走査型プローブ顕微鏡で、プローブ6を保持す
るプローブホルダ7とスキャナ3をユニット化し、該ユ
ニットを本体フレームに着脱可能に取り付けた(第1発
明)。第2発明は、更にプローブを走査するスキャナと
これを駆動するコントローラ11を結ぶ信号ケーブルを
コネクタ10を介してスキャナケーブル9aと本体ケー
ブル9bに分け、前者側をユニット化し、後者側を本体
フレームに取り付た。 【効果】第1発明では、観察者がプローブを交換しても
プローブホルダとスキャナ位置関係がずれない。第2発
明では、それに加え、観察者がプローブを交換したとき
に、コネクタの接続を忘れることがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型プローブ顕微鏡
及びそれの構成部品であるユニットに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】通常の光学顕微鏡は、試料を対物レン
ズ、接眼レンズを通して拡大し、そのまま2次元画像と
して観察する。それに対して、走査型プローブ顕微鏡
は、プローブ(探針)によって試料の一地点の情報を検
知する。この場合、プローブを介して先に試料にエネル
ギーを与えることもある。一つの地点の情報を検知した
ら、次にスキャナでプローブを微小距離動かして、次の
地点の情報を検知する。以下、この動作を繰り返し、試
料の多点の情報を検知する。その上で、各点での情報を
マップ化することにより、試料の2次元画像又は3次元
画像を得る。
【0003】情報としては、光学的な情報、例えば、吸
収、透過、反射、発光、エバネッセント波などに限ら
ず、高さ、原子間力、静電容量、フォトンエコー、音波
などがある。 これらの情報の種類に応じて、顕微鏡
は、走査型トンネル顕微鏡(STM)、原子間力顕微鏡
(AFM)、ニヤフィールド顕微鏡(NFM)などと呼
ばれる。
【0004】従って、これらの走査型プローブ顕微鏡
は、主として、プローブ、該プローブを保持するプロー
ブホルダ、該プローブホルダを介して前記プローブを保
持し、かつ、前記プローブをして試料表面を走査させる
スキャナ、該スキャナを駆動するコントローラ、該コン
トローラと前記スキャナを結ぶ信号ケーブル(以下、単
にケーブルと言う)、前記スキャナを取り付けた本体フ
レーム、及び前記プローブを介して試料の情報を検出す
る検出系からなる。
【0005】スキャナの一般的なものは圧電素子を使っ
た駆動系であり、一般にX、Y、Z方向に走査すること
ができる。そのため、スキャナを駆動するコントローラ
(電気系)及び両者の間をつなぐケーブル(電気配線)
が必要になる。スキャナは、走査範囲が限られるので、
試料の大きさに応じて交換される。得たい情報によって
プローブ、スキャナの一方又は両方が交換される。交換
のため、ケーブルはコネクタによって分断されており、
スキャナ側をスキャナケーブル、コントローラ側を本体
ケーブルと呼ぶ。コネクタはコネクタA、B(それぞれ
半部材)に2分でき、両者を接続(コネクト)すると、
スキャナケーブルと本体ケーブルは導通し、分離すると
絶縁となる。接続、分離は、人手により容易に繰り返し
実行できる。
【0006】走査する場合、プローブを固定しておい
て試料を動かすタイプと試料を固定しておいてプロー
ブを動かすタイプとの2種ある。今のところ前者が普
及している。図5は、従来の後者に当たるAFMの主
な構成を示す。これは、プローブ6(板バネ)、プロー
ブホルダ7、該プローブホルダを取り付けたスキャナ
3、該スキャナを駆動するコントローラ11、該コント
ローラと前記スキャナを結ぶケーブル(9a、9b)、
前記スキャナを取り付けた本体フレーム(8a〜8d)
及び検出系からなる。本体フレームは、分解すると、水
平台8a、これを貫いて上に突き抜けたネジ8b、この
ネジの上に乗った垂直部8c、垂直部に支持された水平
な架台8dからなり、スキャナ3は架台8dに固定さ
れ、そこから懸垂している。ネジ8bを回すことによっ
て、架台8dを上下に微動させることができる。
【0007】ケーブルは、コネクタ10を介してスキャ
ナケーブル9aと本体ケーブル9bに分かれている。コ
ネクタ10は、半部材A(オス型またはメス型のいずれ
か一方)と半部材B(オス型又はメス型のいずれか他
方)からなり、半部材Aはスキャナケーブル9aの一端
に取り付けられ、半部材Bは本体ケーブル9bの一端に
取り付けられる。半部材A、半部材Bの一方を手で持ち
他方に差し込むことにより接続し、その結果、ケーブル
は導通する。手で一方を持ち他方から分離するとにより
分離し、その結果、ケーブルは断線する。
【0008】試料1は試料ステージ2の上に載せられ
る。その上でネジ8bを回すことによってスキャナ3及
びその下端に取り付けられたプローブ6を下げ、プロー
ブ6を試料1に触れさせる。次にコントローラ11によ
ってプローブ6をXY方向に走査する。プローブ6の先
端は、試料1との間に原子間力が働いて所定の反発力又
は吸引力を受ける。この反発力又は吸引力をどの地点で
も常に一定になるようにプローブ6をZ方向に動かす。
このZ位置はX位置Y位置と共にコントローラ11によ
って数値として読み取られ、メモリーされる。 メモリ
ーされた数値は、別途コンピュータでマップ化され、プ
ロッターによって観察画像として出力される。
【0009】所定の反発力又は吸引力を受けているか否
かは、プローブ6の撓み具合によって判る。光源12a
からの光をプローブ6に照射し、そこで反射された光を
検出器12bで受光する。プローブ6の撓み具合によっ
て受光位置が異なるので、プローブ6が所定の反発力又
は吸引力を受けているか否かが判る。検出系は、ここで
は光源12a、検出器12b及びコントローラ11の一
部からなる。
【0010】プローブ6はプローブホルダ7に対し交換
可能に取り付けられている。STM用の交換可能なプロ
ーブに関しては、例えば、特開平5−40,006号を参照さ
れたい。交換する場合、まず、コネクタA、Bの接続を
外す。これによりケーブルはスキャナケーブル9aと本
体ケーブル9bが断線する。次いで、スキャナ3を架台
8dから外す。スキャナ3とプローブホルダ7は別体で
あるので、プローブホルダ7をスキャナ3から外し、そ
れから、プローブ6をプローブホルダ7から外す。プロ
ーブ6を交換後、逆の順に取り付ける。プローブ6はど
んな情報を検知したいか、その希望によって種類を変え
る必要がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来、観察者がプロー
ブを交換すると、鮮明な画像が得られないと言う第1の
問題点があった。本発明の第1は、第1の問題点を解決
することを目的とする。また、スキャナ3とコネクタ1
0が無関係であるので、スキャナ3を交換したとき、コ
ネクタの接続を忘れると言う第2の問題点があった。
【0012】本発明の第2は、第2の問題点を解決する
ことを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】第1の問題点を解決する
ため、その原因について研究した結果、スキャナ3とプ
ローブホルダ7は別体であるので、プローブ交換の後、
観察者がプローブホルダ7をスキャナ3に取り付けたと
き多少ずれていることにあった。走査型プローブ顕微鏡
は、高分解能(STM、AFMの場合、現在1nm以
下)を示す訳であるから、取り付けには極めて厳密さが
要求され、顕微鏡を操作する観察者には取り付けは難し
い。
【0014】そのため、本発明の第1は、「プローブ、
該プローブを保持するプローブホルダ、該プローブホル
ダを介して前記プローブを保持し、かつ、前記プローブ
をして試料表面を走査させるスキャナ、該スキャナを駆
動するコントローラ、該コントローラと前記スキャナを
結ぶケーブル、前記スキャナを取り付けた本体フレー
ム、及び前記プローブを介して試料の情報を検出する検
出系からなる走査型プローブ顕微鏡において、前記プロ
ーブホルダと前記スキャナをユニット化し、該ユニット
を前記本体フレームに着脱可能に取り付けたことを特徴
とする走査型プローブ顕微鏡(請求項1)」並びに「少
なくともプローブホルダとスキャナとからなるユニット
(請求項3)」を提供する。
【0015】本発明の第2は、「プローブ、該プローブ
を保持するプローブホルダ、該プローブホルダを介して
前記プローブを保持し、かつ、前記プローブをして試料
表面を走査させるスキャナ、該スキャナを駆動するコン
トローラ、該コントローラと前記スキャナを結ぶケーブ
ル、前記スキャナを取り付けた本体フレーム、及び前記
プローブを介して試料の情報を検出する検出系からなる
走査型プローブ顕微鏡において、前記ケーブルをコネク
タを介してスキャナケーブルと本体ケーブルに分け、前
記プローブホルダと前記スキャナと前記スキャナケーブ
ルと前記コネクタの半部材に当たるコネクタAとをユニ
ット化し、前記本体フレームに前記コネクタの残り半部
材に当たるコネクタBを取り付け、このユニットを前記
本体フレームに着脱可能に取り付けると同時にコネクタ
AとコネクタBの接続が完了することを特徴とする走査
型プローブ顕微鏡(請求項2)」並びに「少なくともプ
ローブホルダとスキャナとスキャナケーブルとコネクタ
の半部材に当たるコネクタAとからなるユニット(請求
項4)」を提供する。
【0016】
【作用】本発明の第1によれば、プローブホルダとスキ
ャナをユニット化したので、顕微鏡を操作する観察者は
両者を分解できない。そのため、再び組み立てることも
ないので、プローブホルダのスキャナへの取り付けが狂
うこともない訳である。スキャナホルダは本発明にとっ
て必須のものではないが、スキャナホルダを含めてユニ
ット化してもよい。以下の実施例はその例である。
【0017】本発明の第2によれば、プローブホルダと
スキャナとスキャナケーブルとコネクタの半部材に当た
るコネクタAをユニット化し、本体フレームに前記コネ
クタの残り半部材に当たるコネクタBを取り付けたの
で、このユニットを本体フレーム側に取り付けと同時に
コネクタの接続が完了することから、プローブ又はスキ
ャナを交換した後、コネクタの接続を忘れることもない
し、接続作業自体もなくなる。
【0018】以下、実施例により本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
【0019】
【実施例1】図1の(a)は垂直断面を見た本実施例
(請求項3)のユニットである。ガラス管からなるNF
M用プローブ6が、プローブホルダ7に交換可能に取り
付けてある(差し込み式)。プローブホルダ7はスキャ
ナ3に接着固定されている。スキャナ3はスキャナホル
ダ4に接着固定されており、プローブホルダ7、スキャ
ナ3及びスキャナホルダ4が一つのユニットを構成す
る。プローブ6は、スキャナ3の内部を通ってプローブ
ホルダ7に挿着される。
【0020】このユニットは、例えば、アリ式又はネジ
式の取り付け部材を介して、本体フレーム側に取り付け
られる。
【0021】
【実施例2】図1の(b)は垂直断面を見た本実施例
(請求項3)のユニットである。板バネからなるAFM
用プローブ6(板バネ)が、プローブホルダ7に交換可
能に取り付けてある。プローブホルダ7は、スキャナ3
の先端に接着固定されている。スキャナ3は、スキャナ
ホルダ4に接着固定されており、プローブホルダ7、ス
キャナ3及びスキャナホルダ4が一つのユニットを構成
する。プローブ6は、プローブホルダ7にネジで外付け
されている。
【0022】このユニットは、例えば、アリ式又はネジ
式の取り付け部材を介して、本体フレーム側に取り付け
られる。
【0023】
【実施例3】図2は上から見た本実施例のユニット(請
求項4)である。図2には、コネクタ10B、本体ケー
ブル9b、コントローラ11も図示してある。本ユニッ
トは、実施例1のユニット(図1の(a)図)にコネク
タAとスキャナケーブル(図2では見えない)を付加し
たものである。
【0024】
【実施例4】図3は正面から見た本実施例(請求項1、
2)のNFMである。本体フレームは、主として、水平
台8a、これの上に建てられた4本(図3では手前の2
本を省いた・4本ではなく3本でもよい)の垂直柱8
e、垂直柱8eに支持された水平な架台8dからなる。
架台8dの下側に取り付け部材8fが取り付けてあり
(固定)、これにコの字形部材8g(上から見たときコ
の字形)が上下にスライド可能に取り付けてある。コの
字形部材8gは、取り付け部材8fのハンドル8hを回
すことにより、上下にスライドする。
【0025】コの字形部材8gは、上から見たとき、コ
の字形をしており、図3に向かって左方から実施例3
(図2)のユニットを装着可能である。コの字形部材8
gは、図4に示すようにアリが切ってあり、このアリに
沿って実施例3(図2)のユニットをコの字形部材8g
に装着することができる。装着と同時に、ユニットの一
部となっているコネクタ10A(ユニット側)とコネク
タ10B(コの字形部材8gの上に配設されている)の
接続が完了する。従って、プローブを交換したとき、コ
ネクタ10Aとコネクタ10Bの接続を忘れることもな
い。
【0026】図3には検出系を省いてある。検出系を簡
単に説明すると、光源(レーザー)があり、この光源か
らの光をライトガイド(光ファイバー)でプローブまで
誘導する。プローブの先端には光源光の波長より小さい
径の孔が開いており、そこから、エバネッセント波が出
射する。出射したエバネッセント波は試料を照明し、そ
の透過光又は反射光を光検出器で検出する。検出した信
号(情報)は、コンピュータでマップ化され、プロッタ
ーによって観察画像として出力される。
【0027】
【発明の効果】以上の通り、本発明(請求項1、3)に
よれば、プローブホルダとスキャナをユニット化したの
で、観察者がプローブを交換しても両者の位置関係がず
れることがない。そのため、プローブを交換しても鮮明
な観察画像が得られる。また、本発明の第2(請求項
2、4)によれば、プローブホルダとスキャナとスキャ
ナケーブルとコネクタの半部材に当たるコネクタAとを
ユニット化したので、観察者がプローブを交換したとき
に、コネクタの接続を忘れることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】の(a)は、本発明の実施例1にかかるユニッ
トを左方から見た垂直断面図であり、(b)は、本発明
の実施例2にかかるユニットを左方から見た垂直断面図
である。
【図2】は、本発明の実施例3にかかるユニットの上面
図である。
【図3】は、本発明の実施例4にかかる顕微鏡の正面図
である。
【図4】は、図3のX−Y矢視断面図である。
【図5】は、従来の顕微鏡の正面図である。
【符号の説明】
1・・・・試料 2・・・・試料ステージ 3・・・・スキャナ 4・・・・スキャナホルダ 5・・・・欠番 6・・・・プローブ 7・・・・プローブホルダ 8a〜8h・・・・本体フレーム 9a・・・スキャナケーブル 9b・・・本体ケーブル 10・・・コネクタ 11・・・コントローラ 以上

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プローブ、該プローブを保持するプロー
    ブホルダ、該プローブホルダを介して前記プローブを保
    持し、かつ、前記プローブをして試料表面を走査させる
    スキャナ、該スキャナを駆動するコントローラ、該コン
    トローラと前記スキャナを結ぶ信号ケーブル、前記スキ
    ャナを取り付けた本体フレーム、及び前記プローブを介
    して試料の情報を検出する検出系からなる走査型プロー
    ブ顕微鏡において、 前記プローブホルダと前記スキャナをユニット化し、該
    ユニットを前記本体フレームに着脱可能に取り付けたこ
    とを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
  2. 【請求項2】 プローブ、該プローブを保持するプロー
    ブホルダ、該プローブホルダを介して前記プローブを保
    持し、かつ、前記プローブをして試料表面を走査させる
    スキャナ、該スキャナを駆動するコントローラ、該コン
    トローラと前記スキャナを結ぶ信号ケーブル、前記スキ
    ャナを取り付けた本体フレーム、及び前記プローブを介
    して試料の情報を検出する検出系からなる走査型プロー
    ブ顕微鏡において、 前記ケーブルをコネクタを介してスキャナケーブルと本
    体ケーブルに分け、前記プローブホルダと前記スキャナ
    と前記スキャナケーブルと前記コネクタの半部材に当た
    るコネクタAとをユニット化し、前記本体フレームに前
    記コネクタの残り半部材に当たるコネクタBを取り付
    け、このユニットを前記本体フレームに着脱可能に取り
    付けると同時にコネクタAとコネクタBの接続が完了す
    ることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
  3. 【請求項3】 少なくともプローブホルダとスキャナと
    からなるユニット。
  4. 【請求項4】 少なくともプローブホルダとスキャナと
    スキャナケーブルとコネクタの半部材に当たるコネクタ
    Aとからなるユニット。
JP6208973A 1994-09-01 1994-09-01 走査型プローブ顕微鏡 Pending JPH0875757A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006349459A (ja) * 2005-06-15 2006-12-28 Jeol Ltd 走査形プローブ顕微鏡
JP2007033117A (ja) * 2005-07-25 2007-02-08 Sii Nanotechnology Inc 走査型プローブ顕微鏡
CN111796122A (zh) * 2019-04-04 2020-10-20 株式会社岛津制作所 表面分析装置

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