JPH0335102A - 走査形トンネル顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野３ 本発明は、試料に探針を近付けてトンネル電流を検出、
し、試料表面の凹凸像を出力する走査形トンネル顕微鏡
の探針及び試料の交換装置に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］走査形
トンネル顕微鏡においては、観測試料表面の原子レベル
の分解能を得るために、探針先端の形状を尖鋭化するこ
とが要求されている。そのため、讃探針先端は電界研磨
法等によって形成された探針先端に原子が１つあるよう
な１原子尖端とされている。

さて、走査形トンネル顕微鏡における試料観測で、探針
先端と試料表面との間にトンネル電流を得るためには、
該探針先端と試料表面との間の距離をｌｎｍ程度まで接
近させる必要があるが、その接近動作中に該試料と探針
先端とが接触して該探針の原子尖端が破損したり、また
は試料が破損したりする場合がある。このよ゛うな、原
子尖端の破損した探針では原子レベルの分解能が得られ
ないため、正常な探針との交換が必要である。また、試
料が破損された場合においても、正常な試料との交換が
必要である。

しかし、トンネル顕微鏡が収容される超高真空状態に排
気された観察室内の真空を破って、その都度探針及び試
料の交換を行った場合、該探針及び試料の交換の後、再
排気を行なった上で観測を再開するためには美大な時間
を要するため、問題とされている。

本発明は、上述した問題点を考慮し、探針及び試料の交
換を超高真空を維持した状態で迅速に行うことのできる
探針及び試料の交換装置を提供することを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ 第１の本発明は、着脱可能に装着された探針を駆動する
探針駆動ユニットを収容する観察室と、該観察室に第１
の仕切弁を介して接続された移送室と、該移送室に第２
の仕切弁を介して接続された予備室と、該予備室及び第
２の仕切弁を通して前記移送室に交換用探針を挿入する
ための挿入棒と、該挿入棒によって挿入された複数の交
換用探針を装着可能であって、該装着を行うための第１
の位置と前記交換用探針を前記観察室へ挿入するための
第２の位置間を移送室内において移動可能な移動部材と
、前記第２の位置に位置した移動部材から交換用探針を
受けて前記観察室に第２の仕切弁を通して移送するため
の交換棒を備えたことを特徴としている。

第２の本発明は、前記移動部材として前記第１の位置と
前記１２の位置間を移送室内において移動可能な移送棒
を設け、該移送棒の軸の周りに放射状に複数の交換用探
針を着脱可能に装着するようにした請求項１記載の走査
形トンネル顕微鏡を特徴としている。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例を説明するための装置構成図、第
２図は第１図のＡ−Ａ矢視図、第３図は第１図のＢ−Ｂ
矢視図である。

第１図において、１は観察室、２は移送室、３は予備室
、４，５は仕切弁、６はトンネル顕微鏡基台、７は探針
駆動機構、８は探針９の固着された探針ソケット、１０
は試料ステージ、１１は試料ホルダ、１２は交換棒、１
３ａ、１３ｂはチャック、１４は導入棒、１５は移送棒
、１６は探針ソケット及び試料ホルダを複数個保持可能
な保持具、１７　ａ、　　１７　ｂ、　　１７　ｃは磁
器結合移動装置であり、ガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃ
の外側（真空外）に移動可能に配置されたマグネット１
つ及び前記ガイド内側（真空内）の交換棒１２゜導入棒
１４．移送棒１５の各々に設けられた磁性部材２０とに
よって構成されている。Ｓは試料である。また、０は前
記移送棒１５と交換棒１２が交差する探針ソケット及び
試料ホルダの受は渡し位置であり、Ｐは前記移送棒１５
と移送棒１４が交差する探針ソケット及び試料ホルダの
受は渡し位置である。

同図において、観察室１内、移送室２内及び予備室３内
は各々が図示しない排気装置によって真空排気されてお
り、特に、観察室１内及び移送室２内は超高真空状態に
排気されている。

第２図に示す第１図のＡ−Ａ矢視図に基づいて、走査形
トンネル顕微鏡の探針及び試料の交換機構及び交換作業
について説明する。

第２図において観察室１内で除振器２１上に基台６が配
置され、該基台６上に探針駆動機構７及び試料ステージ
１０が配置されている。該探針駆動機構７の先端に雄捩
子部７ａが設けられており、該雄捩子部７ａに前記探針
ソケット８が螺合されている。また、試料ステージ１ｏ
には開口部１゜ａが設けられており、該開口部１０ａに
前記試料ホルダ１１が嵌合されている。ここで、前記探
針９と試料Ｓ表面との高さ方向を２方向（Ｚ軸）とする
とき、該２軸に沿って移動可能な交換棒１２が挿入され
ている。該交換棒１２の先端部には試料ホルダ及び探針
ソケットを保持するチャック１３ａが設けられている。

以下、探針ソケット及び試料ホルダの交換（装着）作業
について説明する。

先ず、探針ソケットの交換を行なう場合は、該チャック
１３によって保持された探針ソケット８が試料ステージ
１０の該開口部１０ａを通して探針駆動機構５の先端部
まで移動される。そして、該交換棒１２を磁器結合移動
装置１７ａを用いて回転することによって該駆動機構７
の先端部に設けられた雄捩子部７ａに探針ソケット８が
螺合されて固定される。探針ソケット８固定後、交換棒
１２は移送室２まで引き戻される。試料ホルダの交換を
行なう場合は、同様に前記チャック１３ａによって保持
された試料ホルダが交換棒１２によって試料ステージ１
０の該開口部１０ａまで移動され、該開口部１０ａに嵌
合される。そして、試料ホルダ１１は試料ステージ１０
に設けられた固定ピンなどによる固定機構（図示せず）
によってステージ１０に固定される。その後、交換棒１
２は移送室２まで引き戻される。そして、観察室１と移
送室２の間に設けられた仕切弁４が閉鎖されて、観察室
１内が図示しない排気装置によって超高真空状態に排気
された後に、検鏡が行なわれる。

なお、該探針ソケット８を探針駆動機構から外す場合及
び試料ホルダを試料ステージから外す場合には上述した
作業を逆順序で行なえば良い。

さて、上述した探針ソケット及び試料ホルダの交換を超
高真空状態を維持したまま迅速に行うために、本発明に
おいては、移送室２内の位置Ｏと位置４間で移動可能な
移送棒１５を備えると共に、この移送棒１５の先端部に
放射状に複数の探針ソケット及び試料ホルダを着脱可能
に保持する保持具１６が設けられている。該保持具１６
の周囲には雄板子が放射状に設けられており、該雄板子
に前記探針ソケット８が螺合されて保持されている。

また、保持具の周囲には複数の開口部２５が設けられて
おり、各開口部に試料ホルダが嵌合されている。

第３図は第１図のＢ−Ｂ矢視図であり、該保持具１６の
探針ソケット保持部の断面図が示されている。第３図に
おいて、移動棒１５に取り付けられた保持具１６の周囲
には雄捩子部２４ａ〜２４ｆが放射状に設けられており
、該雄捩子部に前記探針ソケット８ｂ〜８ｆが螺合され
て保持されている。

ここで、導入棒１４は前記交換棒１２と同方向（Ｚ軸方
向）から挿入されており、該導入棒１４の先端部には試
料ホルダ及び探針ソケットを保持するチャック１３ｂが
設けられている。同図においては、該チャック１３ｂに
よって探針ソケット８ａが保持されている状態が示され
ている。図に示すように、導入棒１４先端のチャック１
３にはローラ２２及び該ローラの軸２２ａを押さえるス
プリングリーフ２３からなる押さえ部が設けられており
、該押さえ部によって探針ソケット８ａが保持されてい
る。

前記保持具１６への探針ソケットの装着は次のような手
順で行われる。

まず、移送室２と予備室３の間に設けられた仕切弁５が
閉鎖された状態で、該予備室３側で導入棒１４のチャッ
ク１３ｂに探針ソケットが取り付けられる。そして、予
備室３内が図示しない排気装置によって高真空乃至超高
真空状態に排気された後に前記仕切弁５が開放される。

該仕切弁５の開放後、導入棒１４により該導入棒先端の
チャック１３ｂに保持された探針ソケット８ａが予備室
３側より移送室２内の位置Ｐまで導入される。ここで、
該チャック１３ｂによって保持された探針ソケット８ａ
が、移送室２内の位置Ｐにおいて待機する保持具１６の
雄捩子部２１ｇの位置まで移動される。そして、該導入
棒１４を磁器結合移動装置１７ｂによって回転すること
により、雄捩子部２４ｍに探針ソケット８ａが螺合され
て固定される。

探針ソケット８ａ固定後、導入棒１４は予備室３まで引
き戻される。そして、移送室２と予備室３の間に設けら
れた仕切弁５が閉鎖された後に、移送室２内が図示しな
い排気装置によって超高真空状態に排気される。

前記複数の探針ソケット及び試料ホルダがセットされた
保持具１６は、移送棒１５により位置Ｐから位置Ｏへ移
送室２内を移送される。

該位置Ｏには前記交換棒１２の先端部に設けられたチャ
ック１３ａが配置されており、該チャック１３ａによっ
て前記保持具１６にセットされた複数の探針ソケットの
うち、いずれかがチャックされる。ここで、該探針ソケ
ットの選択は移送棒１５の軸を回転させて所望の探針ソ
ケットの先端部をチャックの挿入方向に向けることによ
って行なわれる。

そして、該チャック１３ａに保持された探針ソケットは
該移送室２から仕切弁４を介して観察室１内へ導入され
て、前述した駆動機構７の先端部に設けられた雄捩子部
７ａに螺合されて固定される。なお、交換棒１２が観察
室１内へ導入される際には前記保持具１６は移動棒１５
によって位置Ｐまで後退されている。

試料ホルダも同様の操作により保持具１６から選択的に
チャックされ、導入棒１３ａによって観察室１内に１導
入され前述した試料ホルダ１０の開口部１０ａに嵌合さ
れる。その後、交換棒１２は移送室２まで引き戻される
。そして、観察室１と移送室２の間に設けられた仕切弁
４が閉鎖されて、観察室１内が図示しない排気装置によ
って超高真空状態に排気された後、検鏡が行なわれる。

なお、上述した実施例は本発明の一実施例に過ぎず、本
発明は種々変形して実施することができる。例えば、上
述した実施例においては、導入棒１４によって、移送棒
１５の先端に取り付けられた保持具１６に探針ソケット
及び試料ホルダを１つずつ装着するようにしたが、あら
かじめ複数の探針ソケット及び試料ホルダが装着された
保持具を導入棒１４によって導入して、該保持具を移送
棒に取り付けるようにしても良い。

また、上述した実施例においては、移送室２内の位置Ｏ
と位置４間で移動可能な移送棒１５を設けたが、該移送
棒に代えて、該位置Ｏと位置Ｐを含む面内で回転可能な
円盤等を設は該円盤の円周上に複数の探針ソケット及び
試料ホルダを着脱可能に保持するようにしても良い。

さらに、移送室２内の該位置Ｏにおいて、交換棒１２の
チャックに保持された探針ソケット先端の探針及び試料
ホルダの試料面を見込む位置にイオンスパッタリング装
置や蒸着装置等を設けることにより、探針や試料表面の
予備処理を行なうことができる。また、前記保持具に電
気接点を設けて通電することにより、探針や試料のベー
キングを行なうことができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、第１の本発明によれば
、着脱可能に装着された探針を駆動する探針駆動ユニッ
トを収容する観察室と、該観察室に第１の仕切弁を介し
て接続された移送室と、該移送室に第２の仕切弁を介し
て接続された予備室と、該予備室及び第２の仕切弁を通
して前記移送室に交換用探針を挿入するための挿入棒と
、該挿入棒によって挿入された複数の交換用探針を装着
可能であって、該装着を行うための第１の位置と前記交
換用探針を前記観察室へ挿入するための第２の位置間を
移送室内において移動可能な移動部材と、前記第２の位
置に位置した移動部材から交換用探針を受けて前記観察
室に第２の仕切弁を通して移送するための交換棒を備え
たことにより、探針及び試料の交換を超高真空を維持し
た状態で迅速に行うことのできる。

また、第２の本発明によれば、前記移動部材として前記
第１の位置と前記第２の位置間を移送室内において移動
可能な移送棒を設け、該移送棒の軸の周りに放射状に複
数の交換用探針を着脱可能に装着するようにしたことに
より、複数の探針を超高真空内で交換することができる
ので、従来のように、再排気のために美大な時間を要す
ることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための装置構成図
、第２図はチャックによって探針ソケットを保持した状
態を示す図、第３図はチャックによって試料ホルダを保
持した状態を示す図である。 １：観察室　　　　　２：移送室 ３：予備室　　　４．５：仕切弁 ６：トンネル顕微鏡基台 ７：探針駆動機構　　８：探針ソケット１０：試料ステ
ージ　１１：試料ホルダ１２：交換棒　　　　１３ａ、
１３ｂ：チャック１４：導入棒　　　　１５：移送棒 １６：保持具 １７ａ、１７ｂ、１７ｃ：磁器結合移動装置１８ニガイ
ド　　　　１９：マグネット２０：磁性部材　　　　Ｓ
：試料 ２４ａ〜２４ｆ：雄捩子部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）着脱可能に装着された探針を駆動する探針駆動ユ
   ニットを収容する観察室と、該観察室に第１の仕切弁を
   介して接続された移送室と、該移送室に第２の仕切弁を
   介して接続された予備室と、該予備室及び第２の仕切弁
   を通して前記移送室に交換用探針を挿入するための挿入
   棒と、該挿入棒によって挿入された複数の交換用探針を
   装着可能であって、該装着を行うための第１の位置と前
   記交換用探針を前記観察室へ挿入するための第２の位置
   間を移送室内において移動可能な移動部材と、前記第２
   の位置に位置した移動部材から交換用探針を受けて前記
   観察室に第２の仕切弁を通して移送するための交換棒を
   備えたことを特徴とする走査形トンネル顕微鏡。
2. （２）前記移動部材として前記第１の位置と前記第２の
   位置間を移送室内において移動可能な移送棒を設け、該
   移送棒の軸の周りに放射状に複数の交換用探針を着脱可
   能に装着するようにしたことを特徴とする請求項１記載
   の走査形トンネル顕微鏡。