JPH09153338A - 試料冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料ステージに設けたヒートコンダクタへの
試料ホルダの押圧力を大きくすることおよび振動は伝え
難く、熱流入が少ないヒートコンダクタを提供するこ
と。 【解決手段】 試料側熱シールド４１，４１′および冷
熱源側熱シールド３７，３７′の相対的移動距離を所定
値以下に制限する相対移動制限手段と、ヒートコンダク
タ挿通口が対向配置された前記冷熱源側熱シールド空間
Ｒ1，Ｒ1′および試料側熱シールド空間Ｒ2，Ｒ2′に配
置され、試料側ヒートコンダクタ２６，２６′および冷
熱源側ヒートコンダクタ３６，３６′間の熱伝導を行う
フレキシブルヒートコンダクタ３８，３８′と、試料ホ
ルダＨの挿入方向の後面に設けられ、前記ホルダ挿入口
２２aから挿入された試料ホルダＨが挿入方向に沿う軸
回りに回転されたときに試料ホルダＨを挿入方向前方に
押圧する力を発生する押圧力発生係合面とを有する試料
冷却装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ＳＴＭ（Scanning
Tunneling Microscope、走査トンネル顕微鏡）、ＡＦ
Ｍ（Atomic Force Microscope、原子間力顕微鏡）、Ｍ
ＦＭ（Magnetic Force Microscope、磁気力顕微鏡）、
ＳＩＣＭ（Scanning Ion-Conductance Microscope、走
査型イオンコンダクタンス顕微鏡）等の走査プローブ顕
微鏡により、試料ステージに装着された試料ホルダに保
持された試料を観察する際に使用する試料冷却装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】前記ＳＴＭ、ＡＦＭ等の走査プローブ顕
微鏡装置で使用される試料ステージはスキャナ先端部に
支持される部材であり、一般にＸＹ平面（２次元空間）
内でスキャンされる。前記試料ホルダは試料を保持し且
つ前記試料ステージに保持される部材であり、試料を保
持した状態で前記試料ステージと一体的にＸＹ平面（２
次元空間）内でスキャンされる。前記試料ステージ、試
料ホルダなどにおいて、試料の冷却を行えるようにした
ものが従来市販されている。冷却状態の試料を走査プロ
ーブ顕微鏡装置で観察できれば、常温状態では柔らかい
試料を基板等に固定して形状をくずすことなく、観察す
ることができるようになる。また、試料を冷却すること
により常温にくらべて原子の熱振動による影響を小さく
した状態で像観察ができる。また、超伝導材料等に対し
て転移温度前後で像観察、分析を行うことにより超伝導
現象の解明に有効な手段となる。試料ステージおよび試
料ホルダに保持された試料を冷却するため、冷熱源と試
料ステージとの間は一般に直列に連結された複数のヒー
トコンダクタを介して接続される。

【０００３】前記冷熱源は、液体ヘリウム、液体窒素等
の冷熱媒を収容した熱媒タンクにより構成され、固定さ
れている。ところが、前記冷却状態の試料を走査プロー
ブ顕微鏡装置で観察する場合、試料を保持するステージ
またはプローブ（探針）のいずれかを走査のために移動
させる必要がある。前記固定された冷熱源と移動する試
料ステージとを接続するヒートコンダクタには、試料へ
の外部からの振動伝達を少なくするために柔軟性（フレ
キシビリティ）が必要であるため、熱伝導率の高い金属
箔を重ねたヒートコンダクタを使用することが一般的で
ある。金属箔を使用したヒートコンダクタを使用するこ
とにより、冷熱源および試料ステージ間の熱伝導を行う
と同時に、振動をカットすることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記金属箔を使用した
ヒートコンダクタは、装置のセットアップや調整中に容
易に切れ易い。高熱伝導と強度を上げるためにはヒート
コンダクタの断面積を大きくする。このため、金属箔を
重ね合わせるが、枚数が多すぎると熱伝導は良くなるが
硬くなって走査プローブ顕微鏡の観察像に振動によるノ
イズが入り易くなる。金属箔の枚数が少なすぎると、振
動は伝え難くなるが、断面積に対して表面積が大きく、
熱流入が大きくなり、冷却効率が低下する。したがっ
て、振動は伝え難く、熱流入が少ないヒートコンダクタ
の出現が望まれている。

【０００５】また試料ホルダに保持された試料を冷却す
るためには、試料ステージに試料ホルダを装着した際、
試料ステージに設けられたヒートコンダクタに試料ホル
ダを接触させる必要がある。従来は、スプリングリーフ
を用いて試料ホルダをヒートコンダクタに押圧してい
る。この試料ホルダをヒートコンダクタに押圧する力が
大きい程、それらの接触面積が大きくなり、冷却効率が
高くなる。しかしながら、従来のスプリングリーフを用
いる構成では前記押圧力を充分な大きさとすることがで
きなかった。

【０００６】本発明は、前述の事情に鑑み、下記の記載
内容を課題とする。 （Ｏ01）試料冷却装置において、試料の冷却効率を高め
る。 （Ｏ02）振動は伝え難く、熱流入が少ないヒートコンダ
クタを提供すること。 （Ｏ03）試料ステージに設けたヒートコンダクタへの試
料ホルダの押圧力を大きくすること。

【０００７】

【課題を解決するための手段】次に、前記課題を解決す
るために案出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。

【０００８】（第１発明）前記課題を解決するために、
本出願の第１発明の試料冷却装置は、下記の要件を備え
たことを特徴とする、（Ｙ01）試料ホルダ（Ｈ）が装着
される試料ステージ（Ｓ）に一端部が連結された試料側
ヒートコンダクタ（２６，２６′）、（Ｙ02）前記試料
側ヒートコンダクタ（２６，２６′）の他端部（２６
c，２６c′）に基端部が連結されて先端部にヒートコン
ダクタ挿通口の有る試料側熱シールド空間（Ｒ2，Ｒ
2′）を形成する試料側熱シールド（４１，４１′）、
（Ｙ03）冷熱源（３４）に接続された冷熱源側ヒートコ
ンダクタ（３６，３６′）に基端部が接続されるととも
に先端部にヒートコンダクタ挿通口の有る冷熱源側熱シ
ールド空間（Ｒ1，Ｒ1′）を形成する冷熱源側熱シール
ド（３７，３７′）、（Ｙ04）前記試料側熱シールド
（４１，４１′）および冷熱源側熱シールド（３７，３
７′）の各ヒートコンダクタ挿通口が対向配置された状
態で、前記試料側熱シールド（４１，４１′）および冷
熱源側熱シールド（３７，３７′）の相対的移動距離を
所定値以下に制限する相対移動制限手段（３７b＋３９
＋４１b＋４１c＋４２）、（Ｙ05）前記各ヒートコンダ
クタ挿通口が対向配置された前記冷熱源側熱シールド空
間（Ｒ1，Ｒ1′）および試料側熱シールド空間（Ｒ2，
Ｒ2′）に配置され、前記試料側ヒートコンダクタ（２
６，２６′）および冷熱源側ヒートコンダクタ（３６，
３６′）間の熱伝導を行い且つ伝達される振動を減衰す
るフレキシブルヒートコンダクタ（３８，３８′）。

【０００９】（第１発明の実施態様１）前記本出願の第
１発明の試料冷却装置の実施態様１は、前記第１発明に
おいて下記の要件（Ｙ001）を備えたことを特徴とす
る、（Ｙ001）試料ホルダ（Ｈ）と接触するホルダ接触
部（２６a）を一端部に有する前記試料側ヒートコンダ
クタ（２６）。

【００１０】（第２発明）また、本出願の第２発明の試
料冷却装置は、下記の要件を備えたことを特徴とする、
（Ｙ06）試料ホルダ（Ｈ）が挿入可能な形状のホルダ挿
入口を有するホルダ装着孔（２２）と、挿入された試料
ホルダ（Ｈ）の挿入方向の前面側部分を支持するヒート
コンダクタ（２６）と、挿入された試料ホルダ（Ｈ）が
挿入方向に沿う軸回りに回転されたときに前記試料ホル
ダ（Ｈ）の挿入方向の後面を支持する後面支持部（２２
f）とを有する試料ステージ（Ｓ）、（Ｙ07）前記試料
ホルダ（Ｈ）の挿入方向の後面に設けられ、前記ホルダ
挿入口（２２a）から挿入された試料ホルダ（Ｈ）が挿
入方向に沿う軸回りに回転されたときに前記後面支持部
（２２f）と係合しながら回転して試料ホルダ（Ｈ）を
挿入方向前方に押圧する力を発生する押圧力発生係合面
（６２）。

【００１１】

【作用】次に、前述の特徴を備えた本発明の作用を説明
する。 （第１発明の作用）前述の特徴を備えた本出願の第１発
明の試料冷却装置では、冷熱源に接続された冷熱源側ヒ
ートコンダクタ（３６，３６′）と試料ホルダ（Ｈ）に
接触するホルダ接触部（２６a）を一端部に有する試料
側ヒートコンダクタ（２６，２６′）との間の熱伝導
は、フレキシブルヒートコンダクタ（３８，３８′）に
より行われる。フレキシブルヒートコンダクタ（３８，
３８′）は、前記各ヒートコンダクタ挿通口が対向配置
された冷熱源側熱シールド（３７，３７′）空間および
試料側熱シールド空間（Ｒ2，Ｒ2′）内に配置される。
したがって、フレキシブルヒートコンダクタ（３８，３
８′）への外部からの熱流入は少ない。相対移動制限手
段（３７b＋３９＋４１b＋４１c＋４２）は、前記試料
側熱シールド（４１，４１′）および冷熱源側熱シール
ド（３７，３７′）の前記各ヒートコンダクタ挿通口が
対向配置された状態で、前記試料側熱シールド（４１，
４１′）および冷熱源側熱シールド（３７，３７′）の
相対的移動距離を所定値以下に制限する。したがって、
冷熱源側熱シールド（３７，３７′）に連結された冷熱
源側ヒートコンダクタ（３６，３６′）および試料側熱
シールド（４１，４１′）に連結された試料側ヒートコ
ンダクタ（２６，２６′）の相対的移動距離も所定値以
下に制限される。したがって、冷熱源側ヒートコンダク
タ（３６，３６′）および試料側ヒートコンダクタ（２
６，２６′）間の熱伝導を行うフレキシブルヒートコン
ダクタ（３８，３８′）は、前記相対的移動距離以上引
っ張られることはないので、切れることが無くなる。ま
た、フレキシブルヒートコンダクタ（３８，３８′）
は、フレキシブルであるため、振動を伝達し難い。

【００１２】（第１発明の実施態様１の作用）また、前
記本出願の第１発明の試料冷却装置の実施態様１では、
前記試料側ヒートコンダクタ（２６）が試料ホルダ
（Ｈ）と接触するホルダ接触部（２６a）を一端部に有
するので、試料ホルダ（Ｈ）への冷熱の伝達を効率良く
行うことができる。

【００１３】（第２発明の作用）また、本出願の第２発
明の試料冷却装置では、試料ステージのホルダ装着孔
（２２）のホルダ挿入口から試料ホルダ（Ｈ）を挿入す
る。前記ホルダ装着孔（２２）に挿入された試料ホルダ
（Ｈ）の挿入方向の前面部分は、ヒートコンダクタに支
持される。前記ホルダ装着孔（２２）に挿入された試料
ホルダ（Ｈ）が挿入方向に沿う軸回りに回転されたとき
に前記試料ホルダ（Ｈ）の挿入方向の後面は試料ステー
ジの後面支持部（２２f）に支持される。前記試料ホル
ダ（Ｈ）の挿入方向の後面に設けられた押圧力発生係合
面（６２）は、前記ホルダ挿入口から挿入された試料ホ
ルダ（Ｈ）が挿入方向に沿う軸回りに回転されたときに
前記後面支持部（２２f）と係合しながら回転して試料
ホルダ（Ｈ）を挿入方向前方に押圧する力を発生する。
したがって、試料ホルダ（Ｈ）の前面部分は試料ステー
ジのヒートコンダクタに強く押圧されるので、試料ホル
ダ（Ｈ）の前面部分とヒートコンダクタとの接触面積が
大きくなり、冷却効率が高くなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に図面を参照しながら、本発明
の試料冷却装置の実施の形態の例（実施例）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。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面にお
いて互いに直交する座標軸Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義し、
矢印Ｘ方向を前方、矢印Ｙ方向を左方、 矢印Ｚ方向を
上方とする。この場合、Ｘ方向と逆向き（−Ｘ方向）は
後方、Ｙ方向と逆向き（−Ｙ方向）は右方、Ｚ方向と逆
向き（−Ｚ方向）は下方となる。また、Ｘ方向及び−Ｘ
方向を含めて前後方向又はＸ軸方向といい、Ｙ方向及び
−Ｙ方向を含めて左右方向又はＹ軸方向といい、Ｚ方向
及び−Ｚ方向を含めて上下方向又はＺ軸方向ということ
にする。さらに図中、「○」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。

【００１５】（実施例）次に、図１〜１１により本発明
の試料冷却装置の実施例を説明する。図１は本発明の試
料冷却装置の一実施例を備えた試料ステージの正面図で
ある。図２は前記図１の要部拡大図である。図３は前記
図２のIII−III線断面図である。図４は前記図２のIＶ
−IＶ線断面図である。図５は前記図３，４の矢印Ｖか
ら見た図である。図６は前記図３，４の矢印ＶIから見
て、リングプレート２８およびヒートコンダクタ支持部
材２７を省略した図である。図７は前記図１に示すヒー
トコンダクタの説明図であり、図７Ａは前記図１に示す
ヒートコンダクの拡大説明図、図７Ｂは前記図７Ａの矢
印ＶIIＢから見た図、図７Ｃは従来のヒートコンダクタ
の説明図で前記図７Ａに対応する図、図７Ｄは前記図７
Ｃの矢印ＶIIＤから見た図である。図８は前記図１に示
す試料ステージに装着される試料ホルダの説明図で、図
８Ａは試料ホルダを試料保持側から見た図、すなわち、
試料ステージのホルダ装着孔に挿入される試料ホルダの
挿入方向前面側を示す図、図８Ｂは前記図８Ａの矢印Ｖ
IIIＢから見た図、図８Ｃは前記図８Ｂの矢印ＶIIIＣか
ら見た図、すなわち、試料ステージのホルダ装着孔に挿
入される試料ホルダの挿入方向前面側を示す図である。
図９は前記図８Ｂの矢印IＸから見た図である。図１０
は前記図８に示す試料ホルダの一部の構成要素の分解斜
視図である。図１１は前記図８に示す押圧力発生係合面
を有する押圧力発生部材の説明図である。

【００１６】図１において、走査プローブ顕微鏡装置の
試料ステージＳは、ステージ本体１を有している。ステ
ージ本体１は、後面（−Ｘ側の面すなわち、図１の紙面
の裏側の面）にわずかに凹んだ３箇所の位置決め部材当
接部２，３，４（図２，３，５参照）が形成されてい
る。前記ステージ本体１の後面側（−Ｘ側）には、前記
各位置決め部材当接部２，３，４に対向して位置決め部
材前端部２′，３′，４′（図２，３，５参照）が配置
されている。また、前記ステージ本体１には３箇所の引
張バネ連結部６，７，８が設けられており、前記各引張
バネ連結部６，７，８は引張バネ６′，７′，８′によ
り後方（−Ｘ方向）に引っ張られている。

【００１７】そして、前記各引張バネ６′，７′，８′
により引張バネ連結部６，７，８が後方（−Ｘ方向）に
引っ張られるステージ本体１は、前記位置決め部材当接
部２，３，４が前記位置決め部材前端部２′，３′，
４′に当接することによりＸ軸方向の所定位置に保持さ
れているが、ＹＺ面内では位置調節可能である。前記ス
テージ本体１の前面には上下位置調節用の２個の位置調
節用突起９，９が設けられており、これらの位置調節用
突起９，９はそれぞれ回動アーム１１，１１によって下
面を支持されている。前記回動アーム１１は、前記ステ
ージ本体１に隣接した位置において図示しないフレーム
部材により固定支持されたブラケット１２に、軸１３回
りに回動自在に支持されている。前記ブラケット１２は
ＹＺ面に平行な平板部１２aおよび前記平板部１２aの外
周部から前方（Ｘ方向すなわち、紙面の前面方向）に突
出する側壁部１２bを有しており、前記軸１３は前記平
板部１２aに設けられている。

【００１８】前記ブラケット１２の側壁部１２bに設け
られたネジ孔には、位置調整用ネジ１４が螺合してお
り、位置調整用ネジ１４は回転すると軸方向に移動する
ようになっている。位置調整用ネジ１４の内端部にはボ
ール１４aが保持されている。前記ボール１４aは前記回
動アーム１１の下端部に当接している。前記回動アーム
１１には、図示しない引張バネにより常時前記位置調節
用突起９から離れる方向の回動力が作用しているが、前
記ボール１４aは前記回動アーム１１下端部に当接して
前記回動力に対向する力を発生している。そして、前記
アーム１１下端部に当接するボール１４aが前記図示し
ない引張バネによるアーム１１の回動を阻止している。

【００１９】前記ブラケット１２の側壁部１２bの外側
部には、モータ１６およびアイドラギヤ１７が支持され
ている。モータ１６の出力軸に装着された出力ギヤ１６
aはアイドラギヤ１７の大径ギヤ１７aと噛み合ってお
り、前記大径ギヤ１７aと一体に回転する小径ギヤ１７b
は前記位置調整用ネジ１４の外端部に固着されたギヤ１
４bと噛み合っている。そして、前記モータ１６が回転
するとギヤ１６a，１７a，１７bおよび１４bが順次回転
することにより位置調整用ネジ１４が回転するようにな
っている。そして、位置調整用ネジ１４はその回転に伴
い内外（内方はステージ本体１に接近する方向であり、
外方はステージ本体１から離れる方向を意味するものと
する）に移動する。そして、位置調整用ネジ１４が内方
に移動すると、ボール１４aは回動アーム１１下端部を
内方に押して回動アーム１１を回動させる。その回動ア
ーム１１の回動により前記ステージ本体１の位置調節用
突起９は上方に移動するようになっている。したがっ
て、前記位置調整用ネジ１４を内外に移動させることに
より、前記位置調節用突起９の上下位置を調節でき、結
局ステージ本体１の上下位置を調節できるようになって
いる。

【００２０】図２〜５において、ステージ本体１は、ス
テージ基板２１を有している。ステージ基板２１は図２
に示す前面（Ｘ側の面）２１aおよび図５，６に示す後
面（−Ｘ側の面）２１bを有している。ステージ基板２
１にはその中央部にホルダ装着孔２２が形成されてい
る。図３，４においてホルダ装着孔２２は、前面２１a
側（Ｘ側）のホルダ挿入口２２a、このホルダ挿入口２
２aの後側の大径円形部２２b、および前記後面２１b側
の鍵形孔２２c（図６参照）を有している。そして、図
２において前記ホルダ挿入口２２aにはその外周部から
外方に広がる一対のプローブ電極挿入部分２２d，２２d
および一対の温度制御電極挿入部分２２e，２２eが形成
されている。また図３，４において、前記ホルダ挿入口
２２aの後側面２２fは、ホルダ装着孔２２に後述の試料
ホルダＨが挿入され且つ挿入（前後方向）方向に沿う軸
回りに回転されたときに前記試料ホルダの挿入方向の後
面を支持する後面支持部２２fを構成している。

【００２１】図３、図４、図６において前記鍵形孔２２
e内には、試料側ヒートコンダクタ２６およびヒートコ
ンダクタ支持部材２７が配置されている。ヒートコンダ
ク２６は、図６から分かるようにリング状プレート部
（ホルダ接触部）２６a、直線状プレート部２６b、およ
び連結部２６cを有している。前記ヒートコンダクタ支
持部材２７は図３、図４に示すように、リング状プレー
ト部２７aおよびこのリング状プレート部２７aの外周縁
に接続する円筒部分２７bを有している。前記円筒部分
２７bには切欠２７c（図４参照）が設けられている。こ
の切欠２７cは前記ヒートコンダクタ２６の直線状プレ
ート部２６bが前記円筒部分２７bを内外に突き抜けるた
めの切欠である。

【００２２】前記ステージ基板２１の鍵形孔２２e内に
配置された前記試料側ヒートコンダクタ２６およびヒー
トコンダクタ支持部材２７は、図４、図５に示すリング
プレート２８および角形プレート２９によりステージ基
板２１に固定保持される。図２〜図４において、前記ス
テージ基板２１の前面側には９０°間隔で合計４個のス
プリング挿入孔３１が形成されている。前記ステージ基
板２１の前面には各スプリング挿入孔３１に対応してそ
れぞれ、スプリング支持ブロック３２およびスプリング
リーフ３３が固定されている。スプリングリーフ３３は
前記スプリング挿入孔３１を貫通しており、スプリング
リーフ３３先端はホルダ装着孔２２内の前記試料側ヒー
トコンダクタ２６を後方に押圧している。

【００２３】図１において、前記試料側ヒートコンダク
タ２６の連結部２６cに低温を伝達するための冷熱源と
しての液体ヘリウムタンク３４は、その外側が液体窒素
温度シールド３５により熱シールドされている。前記液
体ヘリウムタンク３４に連結された冷熱源側ヒートコン
ダクタ３６の先端部には冷熱源側熱シールド３７の基端
部が連結されている。図１および図７Ａ、図７Ｂにおい
て、冷熱源側熱シールド３７は基端部から先端側に向け
て平行に延びる一対のシールドプレート３７a，３７aを
有しており、前記一対のシールドプレート３７a，３７a
の間の空間により冷熱源側熱シールド空間Ｒ1が形成さ
れている。前記冷熱源側熱シールド空間Ｒ1には積層さ
れた金属箔により構成されたフレキシブルヒートコンダ
クタ３８が配置されており、フレキシブルヒートコンダ
クタ３８の基端部は冷熱源側熱シールド３７の基端部に
連結されている。

【００２４】前記フレキシブルヒートコンダクタ３８の
基端部と冷熱源側熱シールド３７の基端部との連結手段
としては従来公知の固着手段を採用可能であるが、例え
ば、フレキシブルヒートコンダクタ３８の基端部をビス
（図示せず）により冷熱源側熱シールド３７に固着する
手段を採用可能である。前記冷熱源側熱シールド空間Ｒ
1の先端側は開口しており、前記フレキシブルヒートコ
ンダクタ３８の挿通口を形成している。前記冷熱源側熱
シールド空間Ｒ1を形成する一対のシールドプレート３
７a，３７aの先端にはボルト支持部３７b，３７bが外側
に広がるように設けられている。前記ボルト支持部３７
b，３７bにはそれぞれ先端側に延びるボルト３９が螺合
により固定されている。

【００２５】前記試料側ヒートコンダクタ２６（図２参
照）の連結部２６cには、試料側熱シールド４１（図
２，図１参照）の一端部が連結されている。図１および
図７Ａ、図７Ｂにおいて、試料側熱シールド４１は前記
連結部２６cに連結された一端部から他端側に向けて平
行に延びる一対のシールドプレート４１a，４１aを有し
ており、前記一対のシールドプレート４１a，４１aの間
の空間により試料側熱シールド空間Ｒ2が形成されてい
る。前記試料側熱シールド空間Ｒ2の他端側は開口して
おり、前記フレキシブルヒートコンダクタ３８の挿通口
を形成している。前記冷熱源側熱シールド空間Ｒ1およ
び試料側熱シールド空間Ｒ2の開口部は対向して配置さ
れており、その開口部を通って前記両空間内に配置され
た前記フレキシブルヒートコンダクタ３８の先端部は前
記試料側熱シールド４１の一端部に連結されている。前
記フレキシブルヒートコンダクタ３８は、冷熱源側熱シ
ールド３７から試料側熱シールド４１への熱伝達は行う
が振動は伝達しない機能を有している。

【００２６】前記試料側熱シールド空間Ｒ2を形成する
一対のシールドプレート４１a，４１aの先端には貫通孔
形成部４１b，４１bが外側に広がるように設けられてい
る。前記貫通孔形成部４１b，４１bにはそれぞれ前記ボ
ルト３９のボルト貫通孔４１c，４１cが形成されてい
る。冷熱源側熱シールド３７の前記ボルト支持部３７
b，３７bに支持されたボルト３９，３９の先端部は前記
ボルト貫通孔４１c，４１cを非接触状態で貫通してお
り、そのボルト３９，３９の先端には抜け止め用のナッ
ト４２，４２が螺着されている。したがって、冷熱源側
熱シールド３７および試料側熱シールド４１の間隔は、
それらが離れる方向に移動した場合、前記ボルト３９に
螺着されたナット４２が前記ボルト貫通孔４１cに当接
すると、それ以上離れることはない。したがって、前記
ボルト支持部３７b、ボルト３９、貫通孔形成部４１b、
ボルト貫通孔４１c、ナット４２により、前記試料側熱
シールド４１および冷熱源側熱シールド３７の相対的移
動距離を所定値以下に制限する相対移動制限手段（３７
b＋３９＋４１b＋４１c＋４２）が構成されている。

【００２７】図７Ｃ、図７Ｄは前記図７Ａ、図７Ｂに示
す本実施例と比較するために示した従来技術である。こ
の従来技術は冷熱源側熱シールド０３７から試料側熱シ
ールド０４１に冷熱源側の振動が伝達されるのを防止す
るために金属箔ヒートコンダクタ０３８を用いている
が、冷熱源側熱シールド０３７および試料側熱シールド
０４１の距離を制限する部材が用いられていないので、
フレキシブルヒートコンダクタ３８が引っ張られて切断
される事故が発生することがあった。しかしながら、図
７Ａ、図７Ｂに示す本実施例では、前記冷熱源側熱シー
ルド３７および試料側熱シールド４１に連結されたフレ
キシブルヒートコンダクタ３８は、引っ張られて切断さ
れるようなことはない。図１、図７において、前記符号
３７〜４２等で示した要素は外側熱シールド４３により
囲まれて、外部の熱が冷熱源側熱シールド３７、試料側
熱シールド４１、およびフレキシブルヒートコンダクタ
３８等に伝達されないように構成されている。

【００２８】図１において、前記液体窒素温度シールド
３５には前記冷熱源側熱シールド３７とほぼ同様の冷熱
源側熱シールド３７′が連結され、また、前記ステージ
基板２１には棒状のヒートコンダクタ２６′の一端部２
６a′が連結されている。前記棒状のヒートコンダクタ
２６′の他端部２６c′には一対のシールドプレートに
より構成された試料側熱シールド４１′が連結されてい
る。前記冷熱源側熱シールド３７′の一対のシールドプ
レートにより冷熱源側熱シールド空間Ｒ1′が形成さ
れ、前記試料側熱シールド４１′の一対のシールドプレ
ートに試料側熱シールド空間Ｒ2′が形成されている。
そして、前記フレキシブルヒートコンダクタ３８と同様
のフレキシブルヒートコンダクタ３８′は、前記冷熱源
側熱シールド空間Ｒ1および試料側熱シールド空間Ｒ2内
に配置されており、フレキシブルヒートコンダクタ３
８′の両端は前記冷熱源側熱シールド３７′および試料
側ヒートコンダクタ２６′にそれぞれ連結されている。
そしてまた、前記冷熱源側熱シールド３７′および試料
側熱シールド４１′は前記冷熱源側熱シールド３７およ
び試料側熱シールド４１と同様に、ボルト３９′および
ナット４２′により一定距離以上離れないように構成さ
れている。そして、前記符号３７′〜４２′で示された
要素は冷熱源側熱シールド３７′から試料側熱シールド
４１′への熱伝達は行うが振動は伝達しない機能を有し
ている。

【００２９】次に図８〜図１１により、前記ステージ基
板２１のホルダ装着孔２２に装着する試料ホルダＨにつ
いて説明する。図８は試料ホルダＨの説明図で、図８Ａ
は試料ホルダＨを試料装着面側から見た図、図８Ｂは前
記図８Ａの矢印ＶIIIＢ−ＶIIIＢから見た図、図８Ｃは
前記図８ＡのＶIIIＣ−ＶIIIＣから見た図である。図９
は前記図８Ｂの矢印IＸから見た図である。図１０は試
料ホルダＨのプローブ電極および温度制御電極を支持す
る部材（電極支持部材）の説明図である。図１１は試料
ホルダＨのホルダ挿入方向の後面に設けられる押圧力発
生部材の説明図である。

【００３０】前記図８〜図１１に示す試料ホルダＨは、
前記図１〜図４に示すステージ基板２１のホルダ装着孔
２２に装着する際、ステージ基板２１の前方側（Ｘ側）
から後方側（−Ｘ側）に挿入して装着されるように構成
されている。すなわち、試料ホルダＨの挿入方向は後方
（−Ｘ方向）であるので、試料ホルダＨの挿入方向前端
はステージ基板２１の後側端となる。以後、挿入方向と
記載しない場合はステージ基板２１を基準とした前後方
向を意味するものとする。図８、図９において、試料ホ
ルダＨは、ホルダ支持ロッド５１の後端（−Ｘ側端、す
なわち、ホルダ挿入方向前端）に固定された金属製のホ
ルダ本体５２を有している。ホルダ本体５２は図８Ａ、
図８Ｃ、図１０から分かるように、有底円筒部材の外周
部に一対のプローブ電極装着用切除部５２a，５２aおよ
び温度制御電極装着用切除部５２b，５２bを有してい
る。前記ホルダ本体５２内面には円板状の絶縁部材５３
が複数のネジ５４（図８Ｃ参照）により固定されてい
る。

【００３１】前記絶縁部材５３の後面（−Ｘ側の面、す
なわち、ホルダ挿入方向前面）には、前記プローブ電極
装着用切除部５２a，５２aに対応して一対のプローブ電
極５６，５６がネジ５７（図８参照）および前記ネジ５
４により固定されている。また、前記絶縁部材５３の後
面（−Ｘ側の面、すなわち、ホルダ挿入方向前面）に
は、前記温度制御電極装着用切除部５２b，５２bに対応
して一対の温度制御電極５８，５８がネジ５９，５９
（図８参照）により固定されている。前記プローブ電極
５６，５６の先端間には試料Ｔが固定されており、この
試料Ｔには図示しない電源から前記プローブ電極５６，
５６を介して測定用のプローブ電流が供給されるように
構成されている。なお、この実施例では試料Ｔの温度を
測定しないので、温度制御電極５８，５８は使用してい
ない。しかしながら、試料Ｔの温度測定を行ったり、ヒ
ータによる温度制御を行う場合には、前記温度制御用電
極５８，５８に必要な部材を装着して使用することがで
きる。なお、前記ホルダ本体５２、プローブ電極５６お
よび温度制御電極５８等の構成は、従来周知の種々の構
成を採用することが可能である。

【００３２】図８Ｂ、図８Ｃ、図９および図１１におい
て、一対の押圧力発生部材６１は、外方に張り出す押圧
力発生係合面６２を有しており、前記押圧力発生係合面
６２はその両端部に設けた傾斜面６２a，６２aを有して
いる。前記押圧力発生部材６１は、前記温度制御電極装
着用切除部５２b，５２bに対応する位置において、前記
ホルダ本体５２の前面（Ｘ側面、すなわち、ホルダ挿入
方向後面）にネジ６３，６３により固定されている。前
記押圧力発生部材６１の押圧力発生係合面６２は、前後
方向（Ｘ軸方向）から見た場合に前記温度制御電極５８
と重なる位置に、前記温度制御電極５８の前側（Ｘ側）
に隣接して配置されている。また、前記押圧力発生係合
面６２は、前記有底円筒部材を切除して構成された前記
ホルダ本体５２の外周に沿って配置されており、その両
端に前記傾斜面６２a，６２aが形成されている。

【００３３】（実施例の作用）次に図１２〜図１４によ
り、前述の構成を備えた前記実施例の作用を説明する。
図１２は前記図１に示す試料ステージに前記図８に示す
試料ホルダＨを装着する際の装着方法の説明図で、装着
前の側面図である。図１３は前記図１に示す試料ステー
ジに前記図８に示す試料ホルダを装着する際の装着方法
の説明図で、正面図である。図１４は前記図１に示す試
料ステージに前記図８に示す試料ホルダを装着する際の
装着方法の説明図で、装着後の側面図である。図１２に
おいて、前記走査プローブ顕微鏡装置の試料ステージＳ
のステージ本体１のホルダ装着孔２２の前面に、試料ホ
ルダＨの後面（挿入方向前面）を対向させる。この位置
で試料ステージＳの前面（Ｘ側面）から見た試料ホルダ
Ｈの前面（挿入方向後面）の状態は図１３Ａで示され
る。

【００３４】図１３Ａにおいて、試料ホルダＨのプロー
ブ電極５６，５６および温度制御電極５８，５８は、前
記ホルダ挿入口２２aのプローブ電極挿入部分２２d，２
２dおよび温度制御電極挿入部分２２e，２２eの位置と
対応して配置されている。この状態で試料ホルダＨを挿
入方向（−Ｘ方向）に前進させると試料ホルダＨは前記
ホルダ挿入口２２aを通ってホルダ装着孔２２に挿入さ
れる。その状態で、図１３Ａに示す矢印Ａ方向に試料ホ
ルダＨを４５°回転させると、試料ホルダＨは図１３Ｂ
に示す状態となる。前記図１３Ａの状態から図１３Ｂの
状態に試料ホルダＨを４５°回転させるとき、前記押圧
力発生係合面６２の傾斜面６２aは前記後面支持部２２f
（図１２参照）に係合して挿入方向前方（−Ｘ方向）に
押圧されるので、前記試料ホルダＨは挿入方向前方（−
Ｘ方向）に押圧される。そして、試料ホルダＨが４５°
回転して図１３Ｂの状態になったときには、前記押圧力
発生係合面６２の中央部（両端の傾斜面６２a，６２aの
間の部分）が前記後面支持部２２fに係合して挿入方向
前方（−Ｘ方向）に押圧され、前記試料ホルダＨは挿入
方向前方（−Ｘ方向）に押圧される。

【００３５】この場合、前記プローブ電極５６，５６お
よび温度制御電極５８，５８は、前記スプリングリーフ
３３先端と前記試料側ヒートコンダクタ２６との間に進
入し、スプリングリーフ３３によってホルダ挿入方向
（−Ｘ方向）に押される。そして、前記スプリングリー
フ３３に接続された図示しない給電ケーブルから、スプ
リングリーフ３３を介してプローブ電極５６，５６およ
び温度制御電極５８，５８に給電が行われる。前記スプ
リングリーフによる押圧力により試料ホルダＨはホルダ
挿入方向（−Ｘ方向）に押圧されているが、この押圧力
よりも、前記押圧力発生係合面６２および前記後面支持
部２２fによる押圧力の方が大きい。したがって、試料
ホルダＨは、前記押圧力をスプリングリーフ３３のみに
よって得ている従来技術に比較して、大きな押圧力によ
りホルダ挿入方向に押圧される。このため、前記プロー
ブ電極５６，５６および温度制御電極５８，５８は従来
よりも大きな押圧力によりヒートコンダクタ２６に押圧
されることとなり、プローブ電極５６，５６および温度
制御電極５８，５８と前記ヒートコンダクタ２６との接
触面積が大きくなる。このため、前記各電極５６，５８
とヒートコンダクタ２６との伝熱効率が向上する。

【００３６】また前記実施例では、フレキシブルヒート
コンダクタ３８は冷熱源側熱シールド３７および試料側
熱シールド４１と、外側熱シールド４３とにより、二重
に熱シールドされることになるため、フレキシブルヒー
トコンダクタ３８への外部からの輻射熱は少なくなる。

【００３７】（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。本発明の変更
実施例を下記に例示する。 （Ｈ01）前記実施例では押圧力発生係合面６２を有する
押圧力発生部材６１をホルダ本体５２の温度制御電極装
着用切除部５２b，５２bに対応する位置に設けたが、プ
ローブ電極装着用切除部５２a，５２aに対応する位置に
設けることが可能である。その場合、前記押圧力発生係
合面６２を有する外方への張出部分は前記プローブ電極
挿入部分２２d，２２dを通過してホルダ装着口２２内に
挿入されることになる。また押圧力発生部材６１は、ホ
ルダ本体５２の他の任意の部分に設けることも可能であ
る。その場合には、押圧力発生係合面６２を有する張出
部分を前記ホルダ挿入口２２aから挿入するためにホル
ダ挿入口２２aに外方へ広がる切除部を別途設ける必要
がある。 （Ｈ02）前記実施例では押圧力発生係合面６２に設けた
傾斜面２２aは、試料ホルダＨをその挿入軸回りに回転
させたときの前記後面支持部２２fとの係合を滑らかに
行わせるのに役立っているが、前記傾斜面２２aを省略
して、前記後面支持部２２fに傾斜面を形成することも
可能である。すなわち、押圧力発生係合面６２および後
面支持部２２fのいずれかに傾斜面を設けることによ
り、それらの面の係合を滑らかに行わせることができ
る。また、前記押圧力発生係合面６２および後面支持部
２２fの滑らかな係合は、前記傾斜面を設ける変わり
に、いずれか一方の面に球状の突起を設けることにより
行うことが可能である。 （Ｈ03）前記フレキシブルヒートコンダクタ３８，３８
の両端を前記冷熱源側ヒートコンダクタ３６，３６′お
よび試料側ヒートコンダクタ２６，２６′に接続する方
法は、直接接続したり、複数の中間ヒートコンダクタを
介して接続したり、また、前記冷熱源側熱シールド３
７、３７′または試料側熱シールド４１，４１′を介し
て接続することが可能である。

【００３８】

【発明の効果】前述の本発明の試料処理装置は、下記の
効果を奏することができる。 （Ｅ01）試料ステージに設けたヒートコンダクタへの試
料ホルダの押圧力を大きくすることができるので、試料
冷却装置において、試料の冷却効率を高めることができ
る。 （Ｅ02）振動は伝え難く、熱流入が少ないヒートコンダ
クタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の一実施例の試料ホルダが装着
される試料ステージの正面図である。

【図２】 図２は前記図１の要部拡大図である。

【図３】 図３は前記図２のIII−III線断面図である。

【図４】 図４は前記図２のIＶ−IＶ線断面図である。

【図５】 図５は前記図４の矢印Ｖから見た図である。

【図６】 図６は前記図４の矢印ＶIから見て、リング
プレート２８およびヒートコンダクタ支持部材２７を省
略した図である。

【図７】 図７は前記図１に示すヒートコンダクタの説
明図であり、図７Ａは前記図１に示すヒートコンダクの
拡大説明図、図７Ｂは前記図７Ａの矢印ＶIIＢから見た
図、図７Ｃは従来ヒートコンダクタの説明図で前記図７
Ａに対応する図、図７Ｄは前記図７Ｃの矢印ＶIIＤから
見た図である。

【図８】 図８は前記図１に示す試料ステージに装着さ
れる本発明の一実施例の試料ホルダの説明図で、図８Ａ
は試料ホルダを試料保持側から見た図、すなわち、試料
ステージのホルダ装着孔に挿入される試料ホルダ挿入方
向前面側を示す図、図８Ｂは前記図８Ａの矢印ＶIIIＢ
から見た図、図８Ｃは前記図８Ｂの矢印ＶIIIＣから見
た図、すなわち、試料ステージのホルダ装着孔に挿入さ
れる試料ホルダ挿入方向前面側を示す図である。

【図９】 図９は前記図８Ｂの矢印IＸから見た図であ
る。

【図１０】 図１０は前記図８に示す試料ホルダの一部
の構成要素の分解斜視図である。

【図１１】 図１１は前記図８に示す押圧力発生係合面
を有する押圧力発生部材の説明図である。

【図１２】 図１２は前記図１に示す試料ステージに前
記図８に示す試料ホルダを装着する際の装着方法の説明
図で、装着前の側面図である。

【図１３】 図１３は前記図１に示す試料ステージに前
記図８に示す試料ホルダを装着する際の装着方法の説明
図で、正面図である。

【図１４】 図１４は前記図１に示す試料ステージに、
前記図８に示す試料ホルダを装着する際の装着方法の説
明図で、装着後の側面図である。

【符号の説明】

Ｈ…試料ホルダ、Ｒ1，Ｒ1′…冷熱源側熱シールド空
間、Ｒ2，Ｒ2′…試料側熱シールド空間、Ｓ…試料ステ
ージ、２２…ホルダ装着孔、２２a…ホルダ挿入口、２
２f…後面支持部、２６，２６′…試料側ヒートコンダ
クタ、２６a…ホルダ接触部、２６c，２６c′…試料側
ヒートコンダクタの他端部、３４…冷熱源、３６，３
６′…冷熱源側ヒートコンダクタ、３７，３７′…冷熱
源側熱シールド、３８，３８′…フレキシブルヒートコ
ンダクタ、４１，４１′…試料側熱シールド、６２…押
圧力発生係合面、（３７b＋３９＋４１b＋４１c＋４
２）…相対移動制限手段、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の要件を備えたことを特徴とする試
   料冷却装置、（Ｙ01）試料ホルダが装着される試料ステ
   ージに一端部が連結された試料側ヒートコンダクタ、
   （Ｙ02）前記試料側ヒートコンダクタの他端部に基端部
   が連結されて先端部にヒートコンダクタ挿通口の有る試
   料側熱シールド空間を形成する試料側熱シールド、（Ｙ
   03）冷熱源に接続された冷熱源側ヒートコンダクタに基
   端部が接続されるとともに先端部にヒートコンダクタ挿
   通口の有る冷熱源側熱シールド空間を形成する冷熱源側
   熱シールド、（Ｙ04）前記試料側熱シールドおよび冷熱
   源側熱シールドの各ヒートコンダクタ挿通口が対向配置
   された状態で、前記試料側熱シールドおよび冷熱源側熱
   シールドの相対的移動距離を所定値以下に制限する相対
   移動制限手段、（Ｙ05）前記各ヒートコンダクタ挿通口
   が対向配置された前記冷熱源側熱シールド空間および試
   料側熱シールド空間に配置され、前記試料側ヒートコン
   ダクタおよび冷熱源側ヒートコンダクタ間の熱伝導を行
   い且つ伝達される振動を減衰するフレキシブルヒートコ
   ンダクタ。
2. 【請求項２】 下記の要件を備えたことを特徴とする試
   料冷却装置、（Ｙ06）試料ホルダが挿入可能な形状のホ
   ルダ挿入口を有するホルダ装着孔と、挿入された試料ホ
   ルダの挿入方向の前面側部分を支持するヒートコンダク
   タと、挿入された試料ホルダが挿入方向に沿う軸回りに
   回転されたときに前記試料ホルダの挿入方向の後面を支
   持する後面支持部とを有する試料ステージ、（Ｙ07）前
   記試料ホルダの挿入方向の後面に設けられ、前記ホルダ
   挿入口から挿入された試料ホルダが挿入方向に沿う軸回
   りに回転されたときに前記後面支持部と係合しながら回
   転して試料ホルダを挿入方向前方に押圧する力を発生す
   る押圧力発生係合面。