JPH11153609A - Probe microscope - Google Patents

Probe microscope

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JPH11153609A
JPH11153609A JP32149897A JP32149897A JPH11153609A JP H11153609 A JPH11153609 A JP H11153609A JP 32149897 A JP32149897 A JP 32149897A JP 32149897 A JP32149897 A JP 32149897A JP H11153609 A JPH11153609 A JP H11153609A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
holding member
spring element
block
holding
probe microscope
Prior art date
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Pending
Application number
JP32149897A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Wakiyama
茂 脇山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP32149897A priority Critical patent/JPH11153609A/en
Publication of JPH11153609A publication Critical patent/JPH11153609A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the probe microscope provided with a means which easily position and converges the semiconductor laser light of the probe microscope, such as an inter-atomic force microscope and a magnetic force microscope, having a displacement detection system consisting of a spring element, a photodetecting element, etc., fitted atop of a fine moving element on the tip of the spring element and a means which can replace the spring element. SOLUTION: A block 11 where holder parts 1 holding spring elements 2 can be arranged is provided in a device and the holder parts 1 and block 11 are fixed with a magnetic force; and a jig member constituted into a three- dimensional moving means (stage) constituted in the device is used to replaces the spring elements 2 held by the holder parts 1 between the block 11 and the detecting means part constituted in the device, thus constituting the probe microscope.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は物質間に働く原子
間力または磁気力といった様々な力を微小なばね要素で
変位に変換し、その変位をレーザー光をばね要素に照射
しその反射光の位置ずれとして光検出素子で検出して制
御信号とする方式の原子間力顕微鏡や磁気力顕微鏡とい
ったプロ−ブ顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention converts various forces such as an atomic force or a magnetic force acting between materials into a displacement by a minute spring element, and irradiates the displacement with a laser beam to the spring element to generate a reflected light beam. The present invention relates to a probe microscope such as an atomic force microscope or a magnetic force microscope which detects a position shift by a light detection element and generates a control signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】プロ−ブ顕微鏡の一種である原子間力顕
微鏡(Atomic Force Microscop
e)はSTMの発明者であるG.Binnigらによっ
て考案(Physical Review Lette
rs vol.56 p9301986)されて以来、
新規な絶縁性物質の表面形状観察手段として期待され、
研究が進められている。その原理は先端を充分に鋭くし
た検出チップと試料間に働く原子間力を、前記検出チッ
プが取り付けられているばね要素の変位として測定し、
前記ばね要素の変位量を一定に保ちながら前記試料表面
を走査し、前記ばね要素の変位量を一定に保つための制
御信号を形状情報として、前記試料表面の形状を測定す
るものである。ばね要素の変位検出手段としてはトンネ
ル電流を用いるSTM方式と光学的方式に大別される。
STM方式は二つの導体を数ナノメータ〜数オングス
トロームの距離に近付け電圧を印加すると電流が流れ始
めるいわゆるトンネル現象を利用するものである。ばね
要素に導電性を付与しておき、鋭利な金属針をばね要素
に1ナノメータ程度まで接近させてトンネル電流を流
し、その電流値をばね要素の変位信号として制御を行
う。光学的方式にはいわゆる干渉法そのものを使った例
(Journal ofVacuum Science
Technology A6(2)p266Mar/
Apr 1988)や、レーザー光をばね要素に照射し
その反射光の位置ずれを光検出素子で検出して変位信号
とする、光てこ方式と呼ばれる例(Journal o
f Applied Physics 65(1)、1
p164 January 1989)が報告されて
いる。
2. Description of the Related Art Atomic force microscopy, a kind of probe microscope, is known.
e) is GTM, the inventor of STM. Invented by Binnig et al. (Physical Review Lette)
rs vol. 56 p9301986)
Expected as a new means for observing the surface shape of insulating materials,
Research is ongoing. The principle is to measure the atomic force acting between the detection chip and the sample whose tip is sufficiently sharp as the displacement of the spring element to which the detection chip is attached,
The surface of the sample is scanned while keeping the displacement of the spring element constant, and the shape of the surface of the sample is measured by using a control signal for keeping the displacement of the spring element constant as the shape information. The spring element displacement detecting means is roughly classified into an STM method using a tunnel current and an optical method.
The STM method utilizes a so-called tunnel phenomenon in which a current starts to flow when a voltage is applied by bringing two conductors close to a distance of several nanometers to several angstroms. Conductivity is imparted to the spring element, and a sharp metal needle is brought close to the spring element to about 1 nanometer to flow a tunnel current, and the current value is controlled as a displacement signal of the spring element. An example using the so-called interference method itself as an optical system (Journal of Vacuum Science)
Technology A6 (2) p266Mar /
Apr. 1988), or an example called an optical lever method in which a laser beam is applied to a spring element and the displacement of the reflected light is detected by a photodetector to generate a displacement signal (Journal o).
f Applied Physics 65 (1), 1
p164 January 1989).

【0003】本発明は光てこ方式のプロ−ブ顕微鏡に係
わる。プロ−ブ顕微鏡は試料にあい対する位置に配置さ
れたプロ−ブが試料から原子間力を受けるものならば原
子間力顕微鏡と称され、磁気力ならば磁気力顕微鏡と称
される様に試料から生じる様々な力を検出して試料の状
態を観察できるものである。
The present invention relates to an optical lever type probe microscope. A probe microscope is called an atomic force microscope if a probe placed at a position facing the sample receives an atomic force from the sample, and a magnetic force microscope if the probe is a magnetic force. The state of the sample can be observed by detecting various forces generated from the sample.

【0004】プローブ顕微鏡の構成として観察試料が小
さいものでは、電圧を印加することで変形する圧電素子
を組み込んだ三次元に動作する微動機構側に試料を配置
するものが主であるが、一方ではハードデイ スクや半導
体関連のウエ ハ試料を小片にせずに観察したいというニ
ーズがある。そこで、微動機構側に変位検出系を設けた
構成のプローブ顕微鏡がある。プローブ顕微鏡は基本動
作として微動機構を面内に動作させバネ要素に構成され
た探針を試料面に対し面内に移動させる、それにより、
試料と探針間に働く物理力によるバネ要素の変形をモニ
タし微動機構を鉛直方向に動作させた結果により試料表
面形状及び状態を視覚化するものである。
In the case of a probe microscope having a small observation sample as a configuration, a sample is mainly arranged on the side of a three-dimensionally operated fine movement mechanism incorporating a piezoelectric element which is deformed by applying a voltage. There is a need to observe hard disks and semiconductor-related wafer samples without breaking them into small pieces. Therefore, there is a probe microscope having a configuration in which a displacement detection system is provided on the fine movement mechanism side. As a basic operation, a probe microscope operates a fine movement mechanism in a plane to move a probe constituted by a spring element in a plane with respect to a sample plane.
It monitors the deformation of the spring element due to the physical force acting between the sample and the probe, and visualizes the surface shape and state of the sample based on the result of operating the fine movement mechanism in the vertical direction.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】プローブ顕微鏡では基
本的に試料と探針間に働く物理力は小さいものとされて
いるが、探針が試料面内を走査することにより探針の破
損や磨耗が生じることがある。また、この探針は主に、
シリコン系物質等をエッチング加工で作製されており、
加工の初期不良もある。探針、主に先端の形状の変形は
観察結果の差として生じ同じ観察部分を見ても異なる結
果となり、装置の信頼性及び分解能に問題を生じること
になる。そのため、探針先端の観察結果をもとに探針の
異常が確認された際にはバネ要素ごと交換する必要があ
る。
In a probe microscope, the physical force acting between a sample and a probe is basically considered to be small, but the probe scans within the sample surface to damage or wear the probe. May occur. Also, this tip is mainly
It is made by etching silicon-based materials, etc.
There are also initial failures in processing. Deformation of the shape of the probe, mainly the tip, occurs as a difference in observation results, resulting in different results even when the same observation portion is viewed, and causes problems in reliability and resolution of the apparatus. Therefore, when abnormality of the probe is confirmed based on the observation result of the probe tip, it is necessary to replace the entire spring element.

【0006】この発明は、変位検出系が微動機構先端に
取り付けられた構成からなる原子間力顕微鏡や磁気力顕
微鏡といったプロ−ブ顕微鏡のばね要素の交換を所望の
位置に容易に行う手段を有する構成のプロ−ブ顕微鏡の
提供を目的とするものである。
The present invention has a means for easily exchanging a spring element of a probe microscope such as an atomic force microscope or a magnetic force microscope having a configuration in which a displacement detection system is attached to the tip of a fine movement mechanism at a desired position. It is an object of the present invention to provide a probe microscope having the configuration.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、変位検出部
が微動素子先端に取り付けられた構造において、試料を
3次元に移動させる移動手段(X、Y、Zステ−ジまた
は、R、Z、θステージ ここで、θは回転ステージを
意味する)に構成された位置合わせ用治具部を用いて、
ばね要素が付けられている保持部材(ホルダ部)を保持
部材が複数個保持可能とするブロックと変位検出部間で
受け渡しする構成にした。
According to the present invention, there is provided a moving means (X, Y, Z stage or R, Z stage) for moving a sample three-dimensionally in a structure in which a displacement detecting section is attached to the tip of a fine movement element. , Θ stage Here, θ means a rotary stage).
A configuration is adopted in which a holding member (holder portion) provided with a spring element is transferred between a block capable of holding a plurality of holding members and a displacement detection unit.

【0008】[作用]この発明は、上記の手段を講じる
ことにより、バネ要素を複数個装置内に配置することが
でき、しかも、新に位置合わせ機構を設けることなく、
本来試料を精密に移動させるため用意した移動手段
(X、Y、Zステ−ジまたは、R、Z、θステージ)を
用いて変位検出部への受け渡しが可能になる。
According to the present invention, a plurality of spring elements can be arranged in the apparatus by taking the above-described means, and further, a new positioning mechanism is not provided.
It is possible to transfer the sample to the displacement detection unit using a moving means (X, Y, Z stage or R, Z, θ stage) originally prepared for precisely moving the sample.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき実施例につい
て説明していく。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】図1は、ばね要素2を保持するホルダ部1
を示した斜視図である。また、図2はホルダ部1の中央
の断面図である。ホルダ部1は以下の構成からなる。ば
ね要素2はホルダ部1に構成された板ばね3によりベー
ス4に固定されている。ばね要素2のホルダ部1への交
換を容易にする為の構成であり、ばね要素2をホルダ部
1に接着して保持することも考えられる。ホルダ部1の
ベース4の裏面には磁石5が固定されている。また、ベ
−ス4には位置合わせ用の穴6が構成されている。ま
た、ホルダ部1の保持方法において、真空吸着や静電気
吸着を用いる場合は吸着面を確保するために前記穴6は
構成しない。
FIG. 1 shows a holder 1 for holding a spring element 2.
FIG. FIG. 2 is a sectional view of the center of the holder unit 1. The holder 1 has the following configuration. The spring element 2 is fixed to the base 4 by a leaf spring 3 formed on the holder 1. This is a configuration for facilitating replacement of the spring element 2 with the holder part 1, and it is also conceivable that the spring element 2 is adhered to the holder part 1 and held. A magnet 5 is fixed to the back surface of the base 4 of the holder 1. The base 4 has a hole 6 for positioning. In the method of holding the holder unit 1, when vacuum suction or electrostatic suction is used, the hole 6 is not formed to secure a suction surface.

【0011】図3は前記ホルダ部1を複数個収納した状
態を示した図である。ブロック11は磁性材部12と非
磁性材部13及びガイドピン14からなる。ホルダ部1
はベース4の裏面に固定された磁石5によりブロック1
1の磁性材部12に磁力により保持される。ブロック1
1の磁性材部12が一部に構成されていることによりホ
ルダ部1をガイドピン14に沿って移動させることによ
り容易にホルダ部1とブロック11を分離したり固定し
たりできる構成になっている。前記ブロック11は装置
内に配置される時にはホルダ部1が下になる向きに配置
される。また、交換は、ブロック11ごとに行なわれる
構造になっており、ブロック11を装置内に磁力やねじ
で固定する。
FIG. 3 is a view showing a state where a plurality of the holder portions 1 are stored. The block 11 includes a magnetic material portion 12, a non-magnetic material portion 13, and a guide pin. Holder part 1
Is a block 1 by a magnet 5 fixed to the back surface of the base 4.
The first magnetic material portion 12 is held by a magnetic force. Block 1
Since the one magnetic material portion 12 is partially formed, the holder portion 1 and the block 11 can be easily separated or fixed by moving the holder portion 1 along the guide pins 14. I have. When the block 11 is disposed in the apparatus, the block 11 is disposed so that the holder unit 1 faces downward. The replacement is performed for each block 11, and the block 11 is fixed in the apparatus with a magnetic force or a screw.

【0012】図4は位置合わせ用治具部を示した図であ
る。位置合わせ用治具部21は以下の構成からなる。基
盤22上にピン24が固定されたピンブロック23が固
定されている。前記ピン24はホルダ部1の前記ベ−ス
4の穴6より細くなっている。また、前記ピン24自体
を弾性材で構成するか、前記ピンブロック23を板ばね
といった弾性材25で保持することで、位置合わせ作業
時の衝撃を緩和することになる。前記基盤22には、ば
ね要素とレ−ザ光の位置合わせ状況を見るための鏡26
が固定されている。前記位置合わせ治具部21は装置内
に設けられた3軸ステージ(X、Y、Zステージまた
は、R、θ、Zステージ)上の試料ホルダに設置されて
いる。前記位置合わせ用治具部21は上下方向に移動可
能にするか、取り付け取り外しが可能な構成にするか、
試料測定において障害にならない位置に配置することで
試料測定時に前記位置合わせ用治具21が他の構成部品
に接触しない様にする構成になる。本実施例では空気シ
リンダを用いて上下移動させることにした。また、同様
な動作をさせるものとして、電磁ソレノイドを用いるこ
とも考えられる。
FIG. 4 is a view showing a positioning jig. The positioning jig 21 has the following configuration. A pin block 23 to which a pin 24 is fixed is fixed on a base 22. The pin 24 is thinner than the hole 6 of the base 4 of the holder 1. Further, by forming the pin 24 itself with an elastic material or holding the pin block 23 with an elastic material 25 such as a leaf spring, a shock at the time of the positioning operation can be reduced. The base 22 has a mirror 26 for observing the alignment of the spring element and the laser beam.
Has been fixed. The positioning jig 21 is mounted on a sample holder on a three-axis stage (X, Y, Z stage or R, θ, Z stage) provided in the apparatus. Whether the positioning jig 21 is movable in the vertical direction, or is configured to be attachable / detachable;
The arrangement is such that the positioning jig 21 does not come into contact with other components at the time of measuring the sample by arranging the positioning jig 21 at a position that does not interfere with the sample measurement. In this embodiment, the air cylinder is used to move up and down. It is also conceivable to use an electromagnetic solenoid to perform the same operation.

【0013】図5は図4に示した位置合わせ治具部にお
いてピンによる勘合ではなく、かにばさみ機構を構成し
た実施例である。かにばさみ機構としてピン31が矢印
32の方向に動作する小型なエアチャック33を用い
た。すなわち、エア供給用配管37を通してエアを供給
することにより、直方体スライド部38が矢印方向に移
動し、この移動と共にスライド部38に固定されたピン
31が矢印方向に動き、図1に示すホルダ部1の穴6へ
の嵌合を容易にする。エアチャック33は基盤34に固
定してあり、前記実施例の構造と同様にばね要素とレ−
ザ光の位置合わせ状況を見るための鏡26が基盤34に
固定されている。また、弾性材35も同様に基盤34と
板36で保持されている。また、エアチャック33には
エア供給用の配管37があり、弾性材35に負担がかか
らないように比較的柔らかい樹脂製のものを用いた。
FIG. 5 shows an embodiment in which the positioning jig shown in FIG. 4 has a pinching mechanism instead of a pin fitting. A small air chuck 33 in which the pin 31 operates in the direction of the arrow 32 was used as the pinching mechanism. That is, by supplying air through the air supply pipe 37, the rectangular parallelepiped slide part 38 moves in the direction of the arrow, and with this movement, the pin 31 fixed to the slide part 38 moves in the direction of the arrow, and the holder part shown in FIG. This facilitates fitting into the first hole 6. The air chuck 33 is fixed to a base 34, and has a spring element and a laser similarly to the structure of the above-described embodiment.
A mirror 26 for observing the alignment of the light is fixed to the base 34. The elastic member 35 is also held by the base 34 and the plate 36. The air chuck 33 has a pipe 37 for supplying air, and is made of a relatively soft resin so that no load is applied to the elastic member 35.

【0014】図6はX、Y、Zステージ41、42、4
3に構成された試料ホルダ44に位置合わせ治具を配置
した図である。Z軸ステージ43上に試料ホルダ44が
あり、前記試料ホルダ44に固定板45があり、前記固
定板45には小型の空気シリンダ46及びリニアガイド
47が固定されている。前記リニアガイドを介して前記
位置合わせ治具部21が構成されている。本実施例では
可動距離5mm程度の小型の空気シリンダを用いた。
FIG. 6 shows an X, Y, Z stage 41, 42, 4
FIG. 11 is a diagram in which a positioning jig is arranged on the sample holder 44 configured in FIG. A sample holder 44 is provided on the Z-axis stage 43, and a fixed plate 45 is provided on the sample holder 44. A small air cylinder 46 and a linear guide 47 are fixed to the fixed plate 45. The positioning jig portion 21 is configured via the linear guide. In this embodiment, a small air cylinder having a movable distance of about 5 mm was used.

【0015】また、プローブ顕微鏡の検出部として光テ
コを用いたタイプにおいては前記バネ要素と検出部に設
けられたレーザ光の位置合わせつまり、レーザ光がバネ
要素に当たる様にレーザ光またはバネ要素を位置合わせ
する必要がある。図7は本実施例のバネ要素とレーザ光
の位置合わせ状況を示した概略図である。圧電素子材か
らなる三次元動作をする微動機構51の先端に構成され
た検出部52内にはレーザ発信源53等の光学部品が構
成されている。前記検出部52先端には前記バネ要素を
保持するホルダ部1が磁力固定されている。つまり、前
記検出部52の先端には磁性材の板が固定されている。
前記ホルダ部1が前記検出部52に磁力により固定され
ていることによりステージを介し試料ホルダに構成され
た前記位置合わせ治具21を用いて前記ホルダ部1を面
内に移動させてレーザ光とバネ要素を位置合わせするこ
とになる。位置合わせ状況を見る手段は次の様な構成で
行われる。前記検出部52内にはハーフミラー54(ビ
ームスピリッター)が構成されており、前記ハーフミラ
ー54と相対する位置に鏡55を先端に付けた照明用光
ファイバ内蔵型の光学顕微鏡56がある。前記光学顕微
鏡の像は前記光学顕微鏡に固定されたCCDカメラ57
を介してモニタ58に表示して確認できる。前記検出部
52内の前記レーザ発信源53から出たレーザ光は前記
ハーフミラー54をとおり前記バネ要素側に照射され
る。本実施例では半導体レーザを用いている。前記バネ
要素及び前記レーザ光の像は前記位置合わせ治具21に
設けられて鏡26を介して確認できる構成になってい
る。
In a probe microscope using an optical lever as a detection unit, the spring element and the laser beam provided in the detection unit are aligned, that is, the laser beam or the spring element is moved so that the laser beam hits the spring element. Need to be aligned. FIG. 7 is a schematic diagram showing the state of alignment between the spring element and the laser beam according to the present embodiment. Optical components such as a laser transmission source 53 are formed in a detection unit 52 formed at the tip of a fine movement mechanism 51 made of a piezoelectric element material and performing a three-dimensional operation. A holder 1 that holds the spring element is magnetically fixed to the tip of the detection unit 52. That is, a plate made of a magnetic material is fixed to the tip of the detection unit 52.
Since the holder unit 1 is fixed to the detection unit 52 by magnetic force, the holder unit 1 is moved in-plane by using the positioning jig 21 formed on the sample holder via a stage, and the laser light and The spring elements will be aligned. The means for checking the alignment status is performed in the following configuration. A half mirror 54 (beam spiriter) is formed in the detection unit 52, and there is an optical microscope 56 with a built-in optical fiber for illumination having a mirror 55 at the tip at a position facing the half mirror 54. The image of the optical microscope is a CCD camera 57 fixed to the optical microscope.
Can be displayed on the monitor 58 for confirmation. The laser beam emitted from the laser source 53 in the detection unit 52 passes through the half mirror 54 and is applied to the spring element side. In this embodiment, a semiconductor laser is used. The image of the spring element and the laser light is provided on the positioning jig 21 and can be confirmed through a mirror 26.

【0016】以上、記載した構造部材は例えば、「 特願
平9−094120(1997年4月11日出願)」 及
び「 特願平9−099351(1997年4月16日出
願)」 に記載の装置を基本にした装置に配置されてい
る。
The structural members described above are described in, for example, "Japanese Patent Application No. 9-094120 (filed on April 11, 1997)" and "Japanese Patent Application No. 9-099351 (filed on April 16, 1997)". It is located in a device-based device.

【0017】次に動作の流れを示す。 1)前記ホルダ部1を複数個収納したブロック11を前
記ホルダ部が下向きになるようにして装置内の所定の位
置に配置する。 2)前記X、Y、Zステージ41、42、43を移動し
て、前記ホルダ部1の穴6と前記位置合わせ治具21の
ピン24が合う位置に持っていく。この位置は事前にコ
ンピュータに登録しておき、このデータをもとに操作さ
れるものである。 3)前記位置合わせ治具21を空気シリンダ46で上に
移動させる。 4)前記Z軸ステージ43を上昇させる。 5)前記Z軸ステージ43が上昇することで位置合わせ
治具21の前記ピン24と前記ホルダ部1の前記穴6と
が勘合する。 6)前記ステージを面内移動することで前記ホルダ1と
前記ブロック11の磁力結合をとり前記ホルダ1を前記
ブロック11より分離する。これにより、前記ホルダ1
は前記位置合わせ治具21側に受け渡される。 7)前記Z軸ステージ43及び空気シリンダ46を降下
させる。 8)前記X、Y、Zステージ41、42、43を移動し
て、前記ホルダ部1を前記検出部52の下に持ってい
く。この位置は事前にコンピュータに登録しておき、こ
のデータをもとに操作されるものである。 9)前記位置合わせ治具21を空気シリンダ46で上に
移動させる。 10)前記Z軸ステージ43を上昇させる。 11)前記Z軸ステージ43が上昇することで前記検出部
52に設けられた磁性板と前記ホルダ部1の前記磁石5
が引き合い、前記ホルダ部1が前記検出部52に磁力固
定される 12)前記検出部52から出ているレーザ光及びホルダ部
1のバネ要素を前記光学顕微鏡56及びCCDカメラ5
7を介してモニタ58に写し出された像として確認しな
がら前記ステージ41、42を動作させホルダ1を面内
移動させレーザ光とバネ要素の位置合わせをする。13)
前記Z軸ステージ43及び空気シリンダ46を降下させ
る。 14)前記ステージを原点に移動させる。 以上で収納されたバネ要素を検出部に取り付けることが
できる。逆の動作を行うことで同様にバネ要素を収納場
所に収納することができることは明らかである。
Next, the operation flow will be described. 1) A block 11 containing a plurality of the holders 1 is arranged at a predetermined position in the apparatus such that the holders face downward. 2) The X, Y, and Z stages 41, 42, and 43 are moved to bring the holes 6 of the holder 1 and the pins 24 of the positioning jig 21 into alignment. This position is registered in the computer in advance, and is operated based on this data. 3) The positioning jig 21 is moved upward by the air cylinder 46. 4) The Z-axis stage 43 is raised. 5) As the Z-axis stage 43 is raised, the pins 24 of the positioning jig 21 and the holes 6 of the holder 1 are fitted. 6) By moving the stage in-plane, the holder 1 and the block 11 are magnetically coupled to separate the holder 1 from the block 11. Thereby, the holder 1
Is transferred to the positioning jig 21 side. 7) Lower the Z-axis stage 43 and the air cylinder 46. 8) The X, Y, and Z stages 41, 42, and 43 are moved to bring the holder unit 1 below the detection unit 52. This position is registered in the computer in advance, and is operated based on this data. 9) The positioning jig 21 is moved upward by the air cylinder 46. 10) Raise the Z-axis stage 43. 11) When the Z-axis stage 43 is raised, the magnetic plate provided in the detection unit 52 and the magnet 5 of the holder 1 are
12) The holder unit 1 is magnetically fixed to the detection unit 52. 12) The laser beam emitted from the detection unit 52 and the spring element of the holder unit 1 are combined with the optical microscope 56 and the CCD camera 5.
The stage 41 and 42 are operated while the holder 1 is moved in the plane while confirming the image projected on the monitor 58 via 7 to align the laser beam and the spring element. 13)
The Z-axis stage 43 and the air cylinder 46 are lowered. 14) Move the stage to the origin. Thus, the stored spring element can be attached to the detection unit. Obviously, by performing the reverse operation, the spring element can be similarly stored in the storage place.

【0018】[0018]

【発明の効果】この発明はバネ要素を装置内に複数個設
けることでバネ要素の先端に構成された探針の変形に対
し交換がシステム的に外部制御で容易におこなえる。し
かも、本来精密に試料を移動させるために構成した移動
手段を用いて位置合わせを行うため十数μの大きさから
なるばね要素の先端部にレ−ザ光を位置合わせすること
が容易に行えるという効果がある。
According to the present invention, by providing a plurality of spring elements in the apparatus, the deformation of the probe formed at the tip of the spring element can be easily exchanged systematically by external control. In addition, since the positioning is performed using the moving means originally configured to precisely move the sample, the laser light can be easily positioned at the tip of the spring element having a size of about 10 μm. This has the effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例のばね要素を保持するホルダ部
を示した図である。
FIG. 1 is a view showing a holder for holding a spring element according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例のばね要素を保持するホルダ部
中央部の断面を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a cross section of a central portion of a holder unit for holding a spring element according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例のホルダ部を複数個収納した状
態を示した図である。
FIG. 3 is a view showing a state in which a plurality of holder portions according to the embodiment of the present invention are housed.

【図4】本発明の実施例の位置合わせ用治具部を示した
図である。
FIG. 4 is a diagram showing a positioning jig portion according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例の位置合わせ用治具部を示した
図である。
FIG. 5 is a view showing a positioning jig portion according to the embodiment of the present invention.

【図6】この発明の実施例の位置合わせ治具の配置を示
した図である。
FIG. 6 is a diagram showing an arrangement of a positioning jig according to the embodiment of the present invention.

【図7】この発明の実施例のバネ要素とレーザ光の位置
合わせ状況を示した概略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a state of alignment between a spring element and a laser beam according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ホルダ部 2 ばね要素 3 板ばね 4 ベース 5 磁石 6 穴 11 ブロック 12 磁性材部 13 非磁性材部 14 ガイドピン 21 位置合わせ用治具部 22、34 基盤 23 ピンブロック 24、31 ピン 25、35 弾性材 26 鏡 32 矢印 33 エアチャック 36 板 37 配管 41、42、43 X、Y、Zステージ 44 試料ホルダ 45 固定板 46 空気シリンダ 47 リニアガイド 51 微動機構 52 検出部 53 レーザ発信源 54 ハーフミラー(ビームスピリッター) 55 鏡 56 照明用光ファイバ内蔵型の光学顕微鏡 57 CCDカメラ 58 モニタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Holder part 2 Spring element 3 Leaf spring 4 Base 5 Magnet 6 Hole 11 Block 12 Magnetic material part 13 Nonmagnetic material part 14 Guide pin 21 Alignment jig part 22, 34 Base 23 Pin block 24, 31 pin 25, 35 Elastic material 26 Mirror 32 Arrow 33 Air chuck 36 Plate 37 Piping 41, 42, 43 X, Y, Z stage 44 Sample holder 45 Fixing plate 46 Air cylinder 47 Linear guide 51 Fine movement mechanism 52 Detector 53 Laser source 54 Half mirror ( Beam spiriter) 55 Mirror 56 Optical microscope with built-in optical fiber for illumination 57 CCD camera 58 Monitor

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料と試料から受ける原子間力等の物理
量を検出する機構を3次元的に相対運動させる、粗い位
置決め的な粗動機構及び微細な位置決め的な微動機構
と、前記試料と前記原子間力等の物理量を検出する機構
間を一定の距離に保つ制御手段と、設置環境からくる装
置への振動伝達を低減させる除振機構と、装置全体を制
御する制御部及びコンピュータを有し、前記物理量を検
出する機構を前記微動機構側に配置した構成からなる、
試料表面の形状及び状態を観察するプロ−ブ顕微鏡にお
いて、前記物理量を検出する機構がバネ要素からなり、
前記バネ要素を保持する保持部材を有し、前記保持部材
を複数個配置可能とするブロックを装置内に設け、前記
試料を3次元的に移動させる移動手段(ステ−ジ)に構
成した治具部材を用いて前記保持部材に保持されたバネ
要素を前記ブロックと前記検出手段部間で交換可能な構
成をにしたことを特徴とするプロ−ブ顕微鏡。
A coarse positioning coarse movement mechanism and a fine positioning fine movement mechanism for performing a three-dimensional relative movement of a sample and a mechanism for detecting a physical quantity such as an atomic force received from the sample. Control means for maintaining a constant distance between mechanisms for detecting physical quantities such as atomic forces, a vibration isolation mechanism for reducing vibration transmission from the installation environment to the device, a control unit and a computer for controlling the entire device A configuration in which a mechanism for detecting the physical quantity is arranged on the fine movement mechanism side,
In a probe microscope for observing the shape and state of the sample surface, a mechanism for detecting the physical quantity comprises a spring element,
A jig having a holding member for holding the spring element, a block capable of disposing a plurality of the holding members provided in the apparatus, and a moving means (stage) for moving the sample three-dimensionally; A probe microscope, wherein a spring element held by the holding member using a member can be exchanged between the block and the detection means.
【請求項2】 前記バネ要素を固定した前記保持部材の
裏面に磁石を有し、前記保持部材を複数個配置可能とす
るブロックを磁性材で構成し、また、前記検出手段部に
前記保持部材を固定する部分を磁性材で構成し、前記磁
石による磁力により、前記保持部材に保持されたバネ要
素を前記ブロックと前記検出手段部間で交換可能な構成
にしたことを特徴とする特許請求範囲1項に記載のプロ
−ブ顕微鏡。
2. A block having a magnet on a back surface of the holding member to which the spring element is fixed, a block capable of arranging a plurality of the holding members is formed of a magnetic material, and the holding member is provided on the detecting unit. The portion for fixing the spring element is made of a magnetic material, and the spring element held by the holding member can be exchanged between the block and the detection unit by the magnetic force of the magnet. The probe microscope according to claim 1.
【請求項3】 前記バネ要素を固定した前記保持部材の
裏面を磁性材で構成し、前記保持部材を複数個配置可能
とするブロック及び、前記検出手段部に前記保持部材を
固定する部分に磁石を有し、前記磁石による磁力によ
り、前記保持部材に保持されたバネ要素を前記ブロック
と前記検出手段部間で交換可能な構成にしたことを特徴
とする特許請求範囲1項に記載のプロ−ブ顕微鏡。
3. A block in which a back surface of the holding member to which the spring element is fixed is made of a magnetic material, a plurality of the holding members can be arranged, and a magnet is provided at a portion where the holding member is fixed to the detection means. 2. The probe according to claim 1, wherein a spring element held by said holding member is exchangeable between said block and said detection means by a magnetic force of said magnet. Microscope.
【請求項4】 前記保持部材を複数個配置可能とする前
記ブロックに一部、磁力による保持ができる構成にし、
前記保持部材を前記ステージにより、横にスライドさせ
ることで容易に磁力による固定から外せる構成を設けて
なる特許請求範囲1〜3項に記載のプロ−ブ顕微鏡。
4. A structure in which a plurality of the holding members can be held by a magnetic force in the block, in which a plurality of the holding members can be arranged;
The probe microscope according to any one of claims 1 to 3, wherein a structure is provided in which the holding member is easily slid laterally by the stage so that the holding member can be easily removed from the magnetic fixing.
【請求項5】 前記移動手段(ステージ)に構成した治
具がピン状の突起を有し、また、前記保持部材にはピン
よりやや大きい穴状構造があり、前記ピンと前記穴部を
勘合することで、前記移動手段の動きを、前記保持部材
に伝えるようにして、前記保持部材に保持されたバネ要
素を前記ブロックと前記検出手段部間で交換可能な構成
にしたことを特徴とする特許請求範囲1項に記載のプロ
−ブ顕微鏡。
5. A jig formed on the moving means (stage) has a pin-shaped projection, and the holding member has a hole-shaped structure slightly larger than a pin, and fits the pin and the hole. Thus, the movement of the moving means is transmitted to the holding member so that the spring element held by the holding member can be exchanged between the block and the detecting means. The probe microscope according to claim 1.
【請求項6】 前記移動手段(ステージ)に構成した治
具がかにばさみ状開閉可能な構造を有し、前記保持部材
を保持することで、前記移動手段の動きを、前記保持部
材に伝えるようにして、前記保持部材に保持されたバネ
要素を前記ブロックと前記検出手段部間で交換可能な構
成にしたことを特徴とてなる特許請求範囲1項に記載の
プロ−ブ顕微鏡。
6. A jig formed in said moving means (stage) has a structure capable of being opened and closed in a pinching manner, and by holding said holding member, movement of said moving means is controlled by said holding member. 2. The probe microscope according to claim 1, wherein the spring element held by the holding member is exchangeable between the block and the detection unit.
【請求項7】 前記移動手段(ステージ)に構成した治
具が真空吸着の構造を有し、前記保持部材を真空吸着で
保持することで、前記移動手段の動きを、前記保持部材
に伝えるようにして、前記保持部材に保持されたバネ要
素を前記ブロックと前記検出手段部間で交換可能な構成
にしたことを特徴とてなる特許請求範囲1項に記載のプ
ロ−ブ顕微鏡。
7. A jig included in the moving means (stage) has a vacuum suction structure, and the movement of the moving means is transmitted to the holding member by holding the holding member by vacuum suction. The probe microscope according to claim 1, wherein the spring element held by the holding member is configured to be exchangeable between the block and the detection unit.
【請求項8】 前記移動手段(ステージ)に構成した治
具が電磁石による吸着の構造を有し、前記保持部材を磁
力により保持することで、前記移動手段の動きを、前記
保持部材に伝えるようにして、前記保持部材に保持され
たバネ要素を前記ブロックと前記検出手段部間で交換可
能な構成にしたことを特徴とてなる特許請求範囲1項に
記載のプロ−ブ顕微鏡。
8. A jig formed in the moving means (stage) has a structure of attracting by an electromagnet, and by holding the holding member by magnetic force, the movement of the moving means is transmitted to the holding member. The probe microscope according to claim 1, wherein the spring element held by the holding member is configured to be exchangeable between the block and the detection unit.
【請求項9】 前記移動手段(ステージ)に構成した治
具が静電気による吸着の構造を有し、前記保持部材を静
電気力により保持することで、前記移動手段の動きを、
前記保持部材に伝えるようにして、前記保持部材に保持
されたバネ要素を前記ブロックと前記検出手段部間で交
換可能な構成にしたことを特徴とてなる特許請求範囲1
項に記載のプロ−ブ顕微鏡。
9. A jig included in the moving means (stage) has a structure of suction by static electricity, and holds the holding member by electrostatic force, so that the movement of the moving means is reduced.
2. The structure according to claim 1, wherein the spring element held by the holding member is exchangeable between the block and the detection means so as to be transmitted to the holding member.
A probe microscope according to the item.
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