JPH10253641A - 走査型プローブ顕微鏡用の探針ホルダ - Google Patents

走査型プローブ顕微鏡用の探針ホルダ

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JPH10253641A
JPH10253641A JP5292997A JP5292997A JPH10253641A JP H10253641 A JPH10253641 A JP H10253641A JP 5292997 A JP5292997 A JP 5292997A JP 5292997 A JP5292997 A JP 5292997A JP H10253641 A JPH10253641 A JP H10253641A
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JP
Japan
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holding
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Application number
JP5292997A
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English (en)
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Susumu Aoki
青木進
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Jeol Ltd
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Jeol Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】探針ホルダまで電子衝撃による加熱を行わな
く、小さい電力で探針のみを電子衝撃により十分に加熱
する。 【構成】探針ホルダ1は、探針固定用ナット4の表面に
セラミックコーティング部11が形成されている。ホル
ダ本体3の探針保持部3aの溝孔に探針2を挿入した
後、この探針用固定ナット4を探針保持部3aに締結す
ることで、探針2が探針保持部3aに保持される。した
がって、フィラメントから放出された熱電子は、探針固
定用ナット4の表面がセラミックコーティング部11で
覆われているため、熱電子のほとんどは探針2のみに衝
突し、この電子衝撃により、探針2のみが効率よく高温
に加熱される。しかも、セラミックコーティング部11
は熱伝導率が悪いので、探針保持部3aおよび探針固定
用ナット4を通して探針2の熱が逃げ難くなるので、探
針2のみを更に一層効果的に高温にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば超高真空中
においてトンネル効果の原理を利用して試料の観察を行
う超高真空走査型トンネル顕微鏡(UHV−STM)等
の探針を有する走査型プローブ顕微鏡の技術分野に属
し、特に、探針を熱電子衝撃による加熱でクリーニング
することのできるように保持する走査型プローブ顕微鏡
用の探針ホルダの技術分野に属するものである。
【0002】
【従来の技術】UHV−STMにおいて従来から用いら
れている、探針を保持する探針ホルダの一つに、図5に
示すような探針ホルダがある。図中、1は探針ホルダ、
2は探針、3は探針2を保持するホルダ本体、4はホル
ダ本体3に螺合されて探針2を固定する探針固定用ナッ
トである。
【0003】このような探針ホルダ1に探針2を保持す
る場合は、ホルダ本体3の探針保持部3aの溝孔に探針
2を挿入した後、探針用固定ナット4を探針保持部3a
に螺合しかつ締結することにより、探針保持部3aの傾
斜面3bと探針用固定ナット4の傾斜面4aとの間のく
さび効果により、探針2を挟圧、保持するようになって
いる。その場合、ホルダ本体3および探針固定用ナット
4は、ステンレスやタンタル等の金属から形成されてお
り、探針ホルダ1と探針2とはすべての部分において、
電気的に導通した状態となっている。
【0004】ところで、試料を測定するにあたっては、
探針2表面に汚染分子が吸着あるいは付着していること
があるため、従来は探針2をクリーニングしてこれらの
汚染分子を取り除いている。このような探針2をクリー
ニングするためのクリーニング装置として、従来、例え
ば特開平8−226927号公報等に開示されているよ
うに、探針を熱電子衝撃による加熱でクリーニングする
ようにしたクリーニング装置がある。
【0005】図6は、このような熱電子衝撃によるクリ
ーニング装置の一例を示す図である。図中、5はクリー
ニング装置、6は内部が超高真空に保持される超高真空
処理室、7は熱電子eを放出するフィラメント、8はフ
ィラメント7を加熱するためのフィラメント加熱用電
源、9は探針ホルダ1が取り付けられる導電材製のパー
キング、10は探針印加用電源である。
【0006】このようなクリーニング装置6において
は、探針2を保持させた探針ホルダ1を超高真空処理室
6内のパーキング9に取り付ける。その後、図示しない
排気装置により超高真空処理室6内を超高真空状態に設
定するとともに、フィラメント加熱用電源8により、フ
ィラメント7に電流を流して加熱するとともに、探針印
加用電源10により、探針2にパーキング9および探針
ホルダ1を通して、フィラメント7に対して500V〜1
kV程度の正の電位を探針2に印加する。これにより、フ
ィラメント7から熱電子eが放出され、この熱電子e
は、正電位の探針1に衝突する。このため、探針2が高
温に加熱され、探針2の表面に着いている汚染分子が取
り除かれる。このように、フィラメント7からの熱電子
eを探針2に熱電子衝撃させることにより、探針2がク
リーニングされるようになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
探針2のクリーニング装置6においては、探針2のクリ
ーニング中は、探針2、探針固定用ナット4、およびホ
ルダ本体3がいずれも同電位となっているとともに、探
針2よりも探針固定用ナット4の方が体積も大きく、フ
ィラメント7からあまり遠くないので、フィラメント7
からの熱電子は、探針2よりもむしろ探針固定用ナット
4の方に多く到達するようになる。このため、ホルダ本
体3および探針固定用ナット4が必要以上に加熱されて
しまい、その結果、電力を必要以上に消費してしまうば
かりでなく、超高真空処理室6内の真空度を低下させた
り、探針ホルダ1を電気的に絶縁するためのパーキング
の絶縁体などの絶縁性を低下させてしまうという問題が
生じる。
【0008】また、逆に探針2の温度を十分に高温にす
ることはできなく、せいぜい800℃程度が限界であ
り、このため探針2のクリーニングを確実に行うことが
できなくなるという問題がある。
【0009】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、探針ホルダまで電子衝撃に
よる加熱を行わなく、小さい電力で探針のみを電子衝撃
により十分に加熱することのができる走査型プローブ顕
微鏡用の探針ホルダを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項1の発明は、探針を熱電子衝撃により加熱
することができるように保持する走査型プローブ顕微鏡
用の探針ホルダにおいて、前記探針を保持する探針保持
部を有するホルダ本体と、このホルダ本体の少なくとも
前記探針保持部を覆う電気絶縁部と、前記探針と前記ホ
ルダ本体とを固定するための固定手段とを備えているこ
とを特徴としている。
【0011】また請求項2の発明は、前記電気絶縁部
が、セラミックコーティング部等の絶縁コーティング部
またはセラミック等の電気絶縁体からなることを特徴と
している。
【0012】更に請求項3の発明は、前記固定手段が、
前記探針保持部に螺合されるナットであり、このナット
が締結されることにより前記探針保持部が前記探針を挟
持することを特徴としている。
【0013】更に請求項4の発明は、前記固定手段が、
前記探針保持部に螺入されるねじであり、このねじが前
記探針保持部にねじ込まれることにより、前記探針が前
記探針保持部に固定されることを特徴としている。
【0014】
【作用】このような構成をした請求項1ないし4の各発
明の走査型プローブ顕微鏡用の探針ホルダにおいては、
金属製の探針ホルダのなかの、少なくとも探針を保持す
る探針保持部が電気的絶縁部で覆われるようになる。こ
れにより、フィラメントから放出された熱電子は探針保
持部を電子衝撃することができなくなる。このため、熱
電子のほとんどは探針のみに衝突し、この電子衝撃によ
り、探針のみが効率よく高温に加熱されるようになる。
【0015】そして、本来加熱する必要のない探針ホル
ダの加熱を抑えることができるので、電力が小さい電力
で済むようになる。また、探針のみが効率的に加熱され
るようになることから、加熱中の超高真空処理室の真空
度の低下や、探針ホルダを電気的に絶縁しているパーキ
ング等の絶縁性の低下が防止されるようになる。
【0016】特に、請求項2の発明においては、電気絶
縁部にセラミックコーティング部またはセラミックを用
いることにより、これらのセラミックは熱伝導率が悪い
ので、探針保持部を通して探針の熱が逃げ難くなる。し
たがって、探針のみが更に一層効果的に高温に加熱され
るようになる。
【0017】更に、探針保持部を覆う電気絶縁部は、探
針を電子衝撃加熱ではなく、単なる傍熱加熱する場合に
も、探針の熱を逃げ難くし、探針の温度を高温にするの
に有効である。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図1は本発明にかかる走査型プロー
ブ顕微鏡用の探針ホルダを示す、図5と同様の断面図で
ある。なお、前述の従来の走査型プローブ顕微鏡用の探
針ホルダおよびクリーニング装置と同じ構成要素には同
じ符号を付すことにより、その詳細な説明は省略する。
【0019】図1に示すように、この例の探針ホルダ1
は、探針固定用ナット4の表面にセラミックコーティン
グ部11がコーティングされている。探針固定用ナット
4の表面へのセラミックコーティング部11のコーティ
ング方法としては、例えばCVD法(化学気相蒸着法)
や液相法等が用いることができるとともに、コーティン
グ材としては、Sio2やAl23等が用いることがで
きる。また、コーティングの厚さとしては、耐電圧の必
要性から20μm程度以上必要である。この例の探針ホ
ルダ1の他の構成は、前述の図5に示す探針ホルダ1の
構成と同じである。
【0020】このような構成をした本例の探針ホルダ1
においては、前述の図5の探針ホルダ1の場合と同様
に、ホルダ本体3の探針保持部3aの溝孔に探針2を挿
入した後、表面にセラミックコーティング部11が形成
された探針用固定ナット4を探針保持部3aに螺合しか
つ締結することにより、探針2が探針保持部3aに挟
圧、保持される。
【0021】そして、この探針2を保持した探針ホルダ
1を、図2に示すようにクリーニング装置5の超高真空
処理室9内のパーキング9に取り付ける。その後、図示
しない排気装置により超高真空処理室6内を超高真空状
態に設定するとともに、フィラメント加熱用電源8によ
り、フィラメント7に数Aの電流を流して加熱するとと
もに、探針印加用電源10により、探針2にパーキング
9および探針ホルダ1を通して、フィラメント7に対し
て500V〜1kV程度の正の電位を探針2に印加する。こ
れにより、フィラメント7から熱電子eが放出され、こ
の熱電子eは、探針2および探針ホルダ1の方に向かう
ようになる。
【0022】しかし、探針固定用ナット4の表面が、絶
縁体であるセラミックコーティング部11で覆われてい
るため、熱電子eは、探針ホルダ1の探針固定用ナット
4を電子衝撃することができない。このため、熱電子e
のほとんどは探針2のみに衝突し、この電子衝撃によ
り、探針2のみが効率よく高温に加熱されるようにな
る。しかも、セラミックコーティング部11は熱伝導率
が悪いので、探針保持部3aおよび探針固定用ナット4
を通して探針2の熱が逃げ難くなるので、探針2のみを
更に一層効果的に高温にすることができるようになる。
【0023】更に、セラミックコーティング部11は、
探針2を電子衝撃加熱ではなく、単なる傍熱加熱する場
合にも、探針2の熱を逃げ難くし、探針2の温度を高温
にするのに有効である。
【0024】このように本例の探針ホルダ1によれば、
本来加熱する必要のない探針ホルダ1の加熱を抑えるこ
とができるので、従来800℃位が限度であった探針2
の加熱温度を1200℃以上の高温に上昇させることが
できるようになる。また、電力も数10W以上必要であ
ったものが10W以下の小さい電力に抑えることができ
るようになる。
【0025】また、探針2のみを効率的に加熱すること
ができるので、加熱中の超高真空処理室6の真空度の低
下や、探針ホルダ2を電気的に絶縁しているパーキング
等の絶縁性の低下を防止できる。
【0026】なお、図2に二点鎖線で示すように制御電
極15を設け、この制御電極15により、フィラメント
7で発生した熱電子eを探針2に向けて集束させること
により、より大量の熱電子eを探針2に照射するように
することもできる。このようにすれば、探針2を更に一
層効果的に高温に加熱することができる。
【0027】図3は、本発明の実施の形態の他の例を示
す、図1と同様の断面図である。なお、前述の図1に示
す例の探針ホルダと同じ構成要素には同じ符号を付すこ
とにより、その詳細な説明は省略する。
【0028】前述の図1の例では、セラミックコーティ
ン部11が形成された探針固定用ナット4をホルダ本体
3の探針保持部3aに螺合、締結することにより、探針
2を探針保持部3aに固定しているが、この例の探針ホ
ルダ1は、図3に示すように探針固定用ナット4が省略
されている。
【0029】そして、ホルダ本体3の探針保持部3aの
全表面にわたってセラミックコーティン部11が形成さ
れているとともに、探針保持部3aに螺合した探針固定
用ねじ12により、探針2が探針保持部3aに固定され
ている。この例の探針ホルダ1によれば、探針保持部3
aの形状および探針2の探針保持部3aへの取付構造が
ともに簡単になる。
【0030】この例の探針ホルダ1の他の構成は、図1
の探針ホルダ1と同様であるとともにこの例の探針ホル
ダ1の、作用効果は、図1の探針ホルダ1と同様であ
る。なお、図1および図2に示す各例の探針ホルダ1で
は、セラミックコーティング部11を設けるものとして
いるが、本発明はこれに限定されるものではなく、セラ
ミック以外の絶縁材の絶縁コーティング部を設けるよう
にすることもできる。
【0031】図4は、本発明の実施の形態の更に他の例
を示す、図3と同様の断面図である。なお、前述の図3
に示す例の探針ホルダと同じ構成要素には同じ符号を付
すことにより、その詳細な説明は省略する。
【0032】前述の図3の例では、ホルダ本体3の探針
保持部3aの全表面にわたってセラミックコーティン部
11で覆うようにしているが、本例の探針ホルダ1は、
図4に示すようにセラミック等の筒状の絶縁体13がホ
ルダ本体3の探針保持部3aに被されているとともに、
絶縁体固定用ねじ14により、この絶縁体13は探針保
持部3aに固定されている。
【0033】この例の探針ホルダ1の他の構成は、図3
の探針ホルダ1と同様であるとともにこの例の探針ホル
ダ1の作用効果も、図3の探針ホルダ1と同様である。
また、本発明は、前述の実施の形態の各例に限定される
ものではなく、種々の設計変更が可能であることは言う
までもない。
【0034】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の走査型プローブ顕微鏡用の探針ホルダによれば、金属
製の探針ホルダのなかの、少なくとも探針を保持する探
針保持部を電気的絶縁部で覆うようにしているので、電
子衝撃加熱を行う際、探針ホルダまでは電子衝撃加熱が
行われなくなる。したがって、電子衝撃により、探針の
みを効率よく高温に加熱できるようになり、探針を効果
的にクリーニングできるようになる。
【0035】そして、本来加熱する必要のない探針ホル
ダの加熱を抑えることができるので、探針の加熱を小さ
い電力で済むようになる。したがって、消費電力を抑制
することができ、試料測定のコストを低減できる。
【0036】また、探針のみが効率的に加熱されるよう
になることから、加熱中の超高真空処理室の真空度の低
下や、探針ホルダを電気的に絶縁しているパーキング等
の絶縁性の低下を防止できる。
【0037】特に、請求項2の発明によれば、電気絶縁
部にセラミックコーティング部またはセラミックを用い
ることにより、針保持部を通して探針の熱が逃げるのを
抑制することができる。したがって、探針のみを更に一
層効果的に高温に加熱でき、その分、更に消費電力を小
さくできる。更に、探針保持部を覆うセラミックコーテ
ィング部またはセラミックにより、探針を電子衝撃加熱
ではなく、単なる傍熱加熱する場合にも、探針の熱を逃
げ難くし、探針の温度を高温にするのに有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡用の探
針ホルダの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図2】 図1に示す例の探針ホルダのクリーニングを
行うためのクリーニング装置を示す図である。
【図3】 本発明の実施の形態の他の例を示す断面図で
ある。
【図4】 本発明の実施の形態の更に他の例を示す断面
図である。
【図5】 従来の走査型プローブ顕微鏡用の探針ホルダ
の一例を示す断面図である。
【図6】 従来の、探針ホルダのクリーニングを行うた
めのクリーニング装置を示す図である。
【符号の説明】
1…探針ホルダ、2…探針、3…ホルダ本体、3a…探
針保持部、4…探針固定用ナット、5…クリーニング装
置、6…超高真空処理室、7…フィラメント、8…フィ
ラメント加熱用電源、9…パーキング、10…探針印加
用電源、11…セラミックコーティング部、12…探針
固定用ねじ、13…絶縁体、14…絶縁体固定用ねじ、
e…熱電子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 探針を熱電子衝撃により加熱することが
    できるように保持する走査型プローブ顕微鏡用の探針ホ
    ルダにおいて、 前記探針を保持する探針保持部を有するホルダ本体と、
    このホルダ本体の少なくとも前記探針保持部を覆う電気
    絶縁部と、前記探針と前記ホルダ本体とを固定するため
    の固定手段とを備えていることを特徴とする走査型プロ
    ーブ顕微鏡用の探針ホルダ。
  2. 【請求項2】 前記電気絶縁部は、セラミックコーティ
    ング部等の絶縁コーティング部またはセラミック等の電
    気絶縁体からなることを特徴とする請求項1記載の走査
    型プローブ顕微鏡用の探針ホルダ。
  3. 【請求項3】 前記固定手段は、前記探針保持部に螺合
    されるナットであり、このナットが締結されることによ
    り前記探針保持部が前記探針を挟持することを特徴とす
    る請求項1または請求項2記載の走査型プローブ顕微鏡
    用の探針ホルダ。
  4. 【請求項4】 前記固定手段は、前記探針保持部に螺入
    されるねじであり、このねじが前記探針保持部にねじ込
    まれることにより、前記探針が前記探針保持部に固定さ
    れることを特徴とする請求項1または請求項2記載の走
    査型プローブ顕微鏡用の探針ホルダ。
JP5292997A 1997-03-07 1997-03-07 走査型プローブ顕微鏡用の探針ホルダ Withdrawn JPH10253641A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1627938A1 (en) 2004-08-20 2006-02-22 Leica Microsystems Ltd. Shanghai Ceramic coating for parts of a microscope
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Effective date: 20040511