JPH08166395A - Sensor-part device of ultra-high-vacuum microscope, attachment thereof and microscope apparatus - Google Patents

Abstract

PURPOSE: To make it possible to utilize an interatomic force microscope (FAM) even in ultra-high vacuum by performing the repalcement and the optical-axis adjustment of a cantilever at the outside, and performing conveyance in the vacuum. CONSTITUTION: The beam of a laser diode 7 becomes the downward reflected light 37 and hits the rear surface of a cantilever 5. The reflected light 38/39 is cast on a binary splitting photodiode 8. When the lever 5 is deflected, the direction of the reflected light 38/39 is fluctuated, and the hitting position at the diode 8 is moved up and down. The up-and-down movement is detected by the relative ratio of the incident amount for the binary split part. At this time, the beam is adjusted by each rotating stage and XY stages so that the reflected light 39 at the deflection center of the lever 5 is cast into the center of the diode 8. The replacement and the adjustment of the lever 5 are performed at the outside of a vacuum device. After the adjustment, a slider 13 of a sensor part device 12 is held and conveyed in the horizontal direction by a transfer rod and mounted on the measuring position from the opening of the outer-frame mounting part of an apparatus vacuum chamber. Then, the lever 5 is brought close to the sample, and the sample is measured by an FAM.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超高真空において用い
ることのできるカンチレバ−の撓み検出機構の構造に関
する。カンチレバ−は原子間力顕微鏡のセンサ部をなす
ものである。本発明のカンチレバ−構造は単独の原子間
力顕微鏡にも勿論利用することができる。さらに走査型
トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
と走査型静電容量顕微鏡（ＳＣａＭ）を結合した複合顕
微鏡のカンチレバ−の構造としても利用することができ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a cantilever deflection detecting mechanism which can be used in an ultrahigh vacuum. The cantilever is a sensor part of an atomic force microscope. The cantilever structure of the present invention can of course be used for a single atomic force microscope. Furthermore, scanning tunneling microscope (STM), atomic force microscope (AFM)
It can also be used as a structure of a cantilever of a compound microscope in which a scanning capacitance microscope (SCaM) is combined with

【０００２】複合顕微鏡について始めに説明する。走査
型トンネル顕微鏡は探針と試料との間に流れるトンネル
電流を測定して試料表面の凹凸や電子状態を調べる顕微
鏡である。原子間力顕微鏡は試料表面の凹凸を原子単位
で観察できる顕微鏡である。静電容量顕微鏡は探針と試
料表面の静電容量の微細な変化を測定するための顕微鏡
である。これらは目的や原理が異なる顕微鏡である。し
かしいずれも半導体の表面などの微細な構造、組成など
を観察するための手段として極めて有力である。そこで
本発明者はこれらの顕微鏡の機能を結合して複合的な装
置を開発しようとしている。A compound microscope will be described first. A scanning tunneling microscope is a microscope that measures the tunnel current flowing between a probe and a sample to check the surface roughness and electronic state of the sample. The atomic force microscope is a microscope that can observe the unevenness of the sample surface in atomic units. The capacitance microscope is a microscope for measuring minute changes in capacitance of the probe and the sample surface. These are microscopes with different purposes and principles. However, both are extremely effective means for observing the fine structure and composition of the surface of a semiconductor. Therefore, the present inventor intends to combine the functions of these microscopes to develop a composite device.

【０００３】[0003]

【従来の技術】［原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）］近接し
た原子の間に働く原子間力を検出することにより試料表
面の凹凸の情報を得る顕微鏡である。具体的には、絶縁
性の撓み易い部材を試料に接近させ、この部材原子と試
料原子の間に働く原子間力による部材の撓みを、光学的
或いは静電的に検出する。撓みの量が原子間力に比例す
る。原子間力は短距離力であるから、原子間力より試料
の微細な凹凸を知ることができる。試料とセンサ部材の
相対的な移動のためには圧電素子を利用する。圧電素子
の一端面は装置に固着され、他の端面にはセンサ部材を
固着する。圧電素子には３軸方向に電極が形成されてお
り、３軸方向に電圧を印加することによって圧電素子を
変位させる。圧電素子の印加電圧により、試料を微小変
位させて走査することができる。2. Description of the Related Art [Atomic force microscope (AFM)] This is a microscope for obtaining information on the unevenness of a sample surface by detecting an atomic force acting between adjacent atoms. Specifically, an insulating flexible member is brought close to the sample, and the bending of the member due to the atomic force acting between the member atom and the sample atom is detected optically or electrostatically. The amount of bending is proportional to the atomic force. Since the atomic force is a short-range force, it is possible to know the fine irregularities of the sample from the atomic force. A piezoelectric element is used for relative movement between the sample and the sensor member. One end surface of the piezoelectric element is fixed to the device, and the sensor member is fixed to the other end surface. Electrodes are formed on the piezoelectric element in the triaxial directions, and the piezoelectric elements are displaced by applying voltages in the triaxial directions. The sample can be finely displaced and scanned by the applied voltage of the piezoelectric element.

【０００４】原子間力を検出するための部材は板ばねと
いうこともある。かたもちばりであり、よく撓むので、
この部材をカンチレバーと呼ぶこともある。カンチレバ
ーは絶縁性で撓み易いのが条件である。Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、Ｓ
ｉＯ₂ 、Ｓｉ等のヤング率の低い材料の薄膜を用いる。
カンチレバーは、板バネとも、バネとも言われる。探針
を試料表面に接近させると、試料原子とカンチレバーの
先に力が生じるのでこの力を測定する。電気的な機構を
用いないので、カンチレバ−は絶縁性でよい。The member for detecting the atomic force may be a leaf spring. It's a hard bead and bends well, so
This member is sometimes called a cantilever. The cantilever must be insulative and flexible. Si ₃ N ₄ , S
A thin film of a material having a low Young's modulus such as iO ₂ or Si is used.
The cantilever is also called a leaf spring or a spring. When the probe is brought close to the sample surface, a force is generated at the tip of the sample atom and the cantilever, and this force is measured. Since no electrical mechanism is used, the cantilever may be insulating.

【０００５】カンチレバーの撓みは、例えば光てこによ
って検出される。光てこというのは、光源、カンチレバ
−、複数の受光素子よりなる機構である。光源は指向性
に優れたレ−ザを用いることが多い。レ−ザ光をカンチ
レバ−の背面に当て、反射させ、この光の変位を複数の
受光素子入力の相対変化によって求める。レ−ザダイオ
−ドや受光素子は顕微鏡装置の適当な部位に固定され
る。The deflection of the cantilever is detected by, for example, an optical lever. The light means a light source, a cantilever, and a plurality of light receiving elements. A laser with excellent directivity is often used as the light source. The laser light is applied to the back surface of the cantilever and is reflected, and the displacement of this light is obtained by the relative change of the inputs of a plurality of light receiving elements. The laser diode and the light receiving element are fixed to appropriate portions of the microscope apparatus.

【０００６】［走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）］圧
電素子に取り付けた導電性の探針を試料に接近させ、両
者の間に電圧を印加するとトンネル電流が流れる。トン
ネル電流が一定になるように探針を走査させると、試料
表面の凹凸が分かる。また試料表面の電子状態をも調べ
ることができる。[Scanning Tunneling Microscope (STM)] A tunneling current flows when a conductive probe attached to a piezoelectric element is brought close to a sample and a voltage is applied between them. When the probe is scanned so that the tunnel current is constant, the irregularities on the sample surface can be seen. The electronic state of the sample surface can also be investigated.

【０００７】［走査型静電容量顕微鏡（ＳＣａＭ）］
導電性の探針を試料に接近させ、探針と試料表面の電荷
との間で形成される静電容量を測定し、試料表面の静電
容量分布を検出するものである。センサ部は、金属の短
い探針である。センサ部は撓む必要はない。試料と探針
の間に交流電圧を加えて容量センサによって試料と探針
の間の静電容量を測る。これによって半導体の空乏層の
分布や厚みを調べることができる。探針は当然導電性の
ものである。[Scanning capacitance microscope (SCaM)]
A conductive probe is brought close to the sample, the capacitance formed between the probe and the charge on the sample surface is measured, and the capacitance distribution on the sample surface is detected. The sensor part is a short probe made of metal. The sensor part does not need to bend. An AC voltage is applied between the sample and the probe, and the capacitance between the sample and the probe is measured by the capacitance sensor. This makes it possible to investigate the distribution and thickness of the depletion layer of the semiconductor. The probe is naturally conductive.

【０００８】本発明者は、これらの走査型トンネル顕微
鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）と走査型静電
容量顕微鏡（ＳＣａＭ）等を結合した顕微鏡を開発しよ
うとしている。第１図によって複合顕微鏡の例を簡単に
説明する。これはＳＴＭ、ＡＦＭ、ＳＣａＭを複合した
顕微鏡の概略構成図である。試料１は走査用ピエゾ（圧
電素子）２の上に固定される。走査用圧電素子２はＸ方
向、Ｙ方向、Ｚ方向の３方向に電極対が取付けられてい
る。電圧をそれぞれの電極に印加すると所定の方向に圧
電素子を歪ませることができる。これによって試料１の
位置を微小変位させることができる。試料の走査はこの
場合、試料を固定した圧電素子の変形によって行なう。The inventor of the present invention intends to develop a microscope combining these scanning tunneling microscope (STM), atomic force microscope (AFM) and scanning capacitance microscope (SCaM). An example of a compound microscope will be briefly described with reference to FIG. This is a schematic configuration diagram of a microscope that combines STM, AFM, and SCaM. The sample 1 is fixed on a scanning piezo (piezoelectric element) 2. Electrode pairs are attached to the scanning piezoelectric element 2 in three directions of X direction, Y direction, and Z direction. When a voltage is applied to each electrode, the piezoelectric element can be distorted in a predetermined direction. As a result, the position of the sample 1 can be slightly displaced. In this case, the sample is scanned by the deformation of the piezoelectric element to which the sample is fixed.

【０００９】サ−ボ回路３が圧電素子２の電極に適当な
電圧を加えることにより、所望の変位を与える。試料１
の表面に沿って導電性のカンチレバ−５が設けられる。
これはホルダ−６に方持ち支持されている。ホルダ−６
は導電性であり、カンチレバ−も導電性である。これは
ＳＴＭあるいはＳＣａＭとするための工夫である。単に
ＡＦＭとする場合は、カンチレバ−は絶縁性のもので良
い。レ−ザ７は上方からカンチレバ−の先端に光を照射
する。反射光は斜め上方に設けられた検出器８によって
検出する。検出器は分割されておりカンチレバ−が撓む
と分割された検出器の相対入力が変わるから、撓み量を
求めることができるのである。このような光てこはＡＦ
Ｍとしての機能を果たすために必要である。The servo circuit 3 applies a suitable voltage to the electrodes of the piezoelectric element 2 to give a desired displacement. Sample 1
A conductive cantilever 5 is provided along the surface of the.
This is supported by a holder-6. Holder-6
Is conductive, and the cantilever is also conductive. This is a device for making STM or SCaM. When simply using the AFM, the cantilever may be an insulating one. The laser 7 irradiates the tip of the cantilever with light from above. The reflected light is detected by the detector 8 provided obliquely above. Since the detector is divided and the relative input of the divided detector changes when the cantilever bends, the amount of deflection can be obtained. Such an optical lever is AF
It is necessary to fulfill the function as M.

【００１０】ホルダ−６は切り替えスイッチ９を介し
て、容量センサ１０と電流検出回路１１のいずれかに接
続される。電流検出回路に接続される時は、電圧を印加
して試料とカンチレバ−先端の探針の間のトンネル電流
を測定し、ＳＴＭとして機能させる。表面状態、特に電
子状態が分かる。容量センサ１０に接続した時は、交流
電圧を試料と探針の間に印加して静電容量を測定する。
この時はＳＣａＭとして機能し、表面の静電容量分布を
求めることができる。本発明は、原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）のみ、或いはＡＦＭ、ＳＴＭ、ＳＣａＭの複合顕微
鏡のセンサ部の構造に関する改良である。The holder 6 is connected to either the capacitance sensor 10 or the current detection circuit 11 via the changeover switch 9. When connected to the current detection circuit, a voltage is applied to measure the tunnel current between the sample and the probe at the tip of the cantilever to function as the STM. The surface state, especially the electronic state is known. When connected to the capacitance sensor 10, an AC voltage is applied between the sample and the probe to measure the capacitance.
At this time, it functions as SCaM, and the electrostatic capacitance distribution on the surface can be obtained. The present invention relates to an atomic force microscope (AF
This is an improvement in the structure of the sensor unit of the M) only or the compound microscope of AFM, STM, and SCaM.

【００１１】[0011]

【発明が解決しようとする課題】多くの他の測定法と異
なり、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は試料が真空にあるこ
とを要求しない。大気圧下であっても測定を行なうこと
のできる数少ない測定手段ということすらできよう。大
気圧下で測定できれば非常に多くの対象をそのまま観察
でき、極めて有効である。試料を真空中に置いてＡＦＭ
観察することは少ない。それだけに原子間力顕微鏡を超
高真空において利用するという前提での改良が、これま
で殆どなされていない。Unlike many other measurement methods, atomic force microscopy (AFM) does not require the sample to be in a vacuum. It could even be said to be one of the few measuring means that can measure even under atmospheric pressure. If it can be measured under atmospheric pressure, a large number of objects can be observed as they are, which is extremely effective. AFM by placing the sample in a vacuum
There are few things to observe. For that reason, little improvement has been made so far on the premise that the atomic force microscope is used in an ultrahigh vacuum.

【００１２】それだけに超高真空中において、原子間力
単独であるいは、複合顕微鏡として試料の物性などを測
定する場合に、様々な問題が発生する。ここではカンチ
レバ−の取り付け構造を問題にする。従来例のカンチレ
バ−は圧電素子に取り付けられて３次元的な微動を行な
うことができるようになっている。For that reason, various problems occur when measuring the physical properties of a sample by an atomic force alone or as a compound microscope in an ultrahigh vacuum. Here, the mounting structure of the cantilever is a problem. The conventional cantilever is attached to a piezoelectric element to enable three-dimensional fine movement.

【００１３】 原子間力顕微鏡では、カンチレバ−の
撓みを検出するために光てこが用いられる。光てこの光
源には、レ−ザダイオ−ドを使う。レ−ザは強い収束光
を出すので、受光素子面において高い輝度が得られるか
らである。これは例えばＧａＡｌＡｓレ−ザである。６
７０ｎｍ程度の波長の光を出す。大気圧で用いる場合は
これで良い。しかし超高真空で用いる場合に問題があ
る。チャンバを超高真空に引くには単に真空排気装置で
ガスを吸引排除すれば良いというものではない。チャン
バの壁面や器具、装置面にガスが吸着されているが、こ
れらは吸引しただけではなかなか取れない。そこでチャ
ンバの全体を加熱して吸着ガスを放出させる。加熱する
ことをベ−キングという。これは容器内部を超高真空に
引く場合には不可欠である。ところが光てこのレ−ザダ
イオ−ドはベ−キングの高熱に耐えることができない。
高温にするとレ−ザが破壊される。In the atomic force microscope, an optical lever is used to detect the deflection of the cantilever. A laser diode is used for the light source of the optical lever. This is because the laser emits a strong convergent light, so that high brightness can be obtained on the light receiving element surface. This is, for example, a GaAlAs laser. 6
It emits light with a wavelength of about 70 nm. This is sufficient when using at atmospheric pressure. However, there are problems when used in ultra-high vacuum. To draw the chamber to an ultra-high vacuum, it is not enough to simply suck and remove the gas with a vacuum exhaust device. Gas is adsorbed on the wall of the chamber, the equipment, and the surface of the device, but it is difficult to remove these just by sucking them. Therefore, the entire chamber is heated to release the adsorbed gas. Heating is called baking. This is indispensable when drawing the inside of the container to an ultrahigh vacuum. However, this laser diode cannot shine due to the high heat of baking.
The laser breaks when exposed to high temperatures.

【００１４】ベ−キングが不可欠とすれば、超高真空Ａ
ＦＭはレ−ザダイオ−ドを光てこの光源として用いるこ
とができないことになろう。光てこの光源を装置の外部
に設置し、光ファイバによって光を装置の内部に導くと
いうことが考えられよう。これはもちろん可能であろう
が、光ファイバの振動による光の揺れなどが問題になろ
う。なるべくなら光源を装置内に設置して光てこ検出を
したいものである。これは解き難い問題であるように見
える。If baking is essential, ultra high vacuum A
The FM would not be able to illuminate the laser diode and be used as this light source. It is conceivable that the light lever is installed outside the device and the light is guided inside the device by an optical fiber. This may be possible, of course, but the shaking of light due to the vibration of the optical fiber will be a problem. If possible, we would like to install a light source inside the device to detect the optical lever. This seems to be a difficult problem to solve.

【００１５】 試料またはカンチレバ−を走査させる
ために、圧電素子を用いる。例えばカンチレバ−を圧電
素子に固着し、圧電素子の電圧を変化させて、圧電素子
を三次元的に動かす。圧電素子はチタン酸バリウム、チ
タン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛などのセラミックで作
られているが、いずれも熱に弱い。加熱することにより
劣化する。もしもベ−キングをするなら、これらの圧電
素子には熱をかけないようにしなければならない。例え
ば１５０度以下に抑える必要がある。しかしこれは難し
いことである。とに述べたものはカンチレバ−とは
直接に関係のないことである。A piezoelectric element is used to scan the sample or the cantilever. For example, a cantilever is fixed to the piezoelectric element, the voltage of the piezoelectric element is changed, and the piezoelectric element is moved three-dimensionally. The piezoelectric element is made of ceramics such as barium titanate, lead zirconate titanate, and lead titanate, but they are all vulnerable to heat. It deteriorates when heated. If baking is done, these piezoelectric elements must be kept out of heat. For example, it is necessary to keep it below 150 degrees. But this is difficult. What has been said to have nothing to do with cantilever directly.

【００１６】 カンチレバ−は長時間使用している
と、先端が摩耗する。摩耗すると分解能が低下する。そ
こでカンチレバ−は随時交換する必要がある。カンチレ
バ−は小さい部品である。これを交換する機構を真空チ
ャンバ内に作る必要がある。カンチレバ−の交換のため
には、作業者が手をチャンバ内に差し入れて細かい手作
業をする必要がある。When the cantilever is used for a long time, the tip is worn. When worn, the resolution is reduced. Therefore, the cantilever needs to be replaced at any time. The cantilever is a small part. It is necessary to make a mechanism for exchanging this in the vacuum chamber. In order to replace the cantilever, it is necessary for an operator to insert his / her hand into the chamber and perform fine manual work.

【００１７】またカンチレバ−を交換したあと調整しな
ければならない。レ−ザ光がカンチレバ−の先端の所定
の部位に当たり、これが反射されて検出器の中心に当た
るように設定する。これらの設定は人が装置に手を入れ
て行なうというわけにはゆかない。真空に引いた後、装
置の外側から調整しないといけない。遠隔操作をするた
めには極めて複雑な機構を真空チャンバ内に設けなけれ
ばならない。装置が甚だ複雑で高価になってしまう。そ
れだけでなく複雑になると剛性が低下する。ために振動
などの影響を受け易くなるのである。さらに装置が大型
化することによって、温度ドリフトによるノイズが大き
くなるという難点もある。顕微鏡装置は小型であること
が望ましい。Also, the cantilever must be adjusted after replacement. It is set so that the laser light strikes a predetermined portion of the tip of the cantilever and is reflected to hit the center of the detector. These settings cannot be done by one's hands on the device. After evacuating, you have to adjust from the outside of the device. A very complicated mechanism must be provided in the vacuum chamber for remote control. The equipment is extremely complicated and expensive. Not only that, but when it becomes complicated, the rigidity decreases. Therefore, it is easily affected by vibration and the like. Furthermore, there is also a problem that noise due to temperature drift increases as the device becomes larger. It is desirable that the microscope device be small.

【００１８】上記の問題を解決し、超高真空においても
ＡＦＭ顕微鏡、複合顕微鏡を利用できるようにしたカン
チレバ−の撓み検出機能を与えることを目的とする。つ
まり圧電素子やレ−ザダイオ−ドを劣化させることな
く、超高真空にするためのベ−キングを行なえるように
したカンチレバ−撓み検出機構を提供することが本発明
の第１の目的である。さらにカンチレバ−の交換を容易
にしたカンチレバ−撓み検出機構を提供することが本発
明の第２の目的である。またカンチレバ−交換後の調整
も容易にしたカンチレバ−検出機構を提供することが本
発明の第３の目的である。It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide a function of detecting deflection of a cantilever so that an AFM microscope and a compound microscope can be used even in an ultrahigh vacuum. That is, it is a first object of the present invention to provide a cantilever deflection detection mechanism capable of performing baking for obtaining an ultrahigh vacuum without deteriorating a piezoelectric element and a laser diode. . Further, it is a second object of the present invention to provide a cantilever deflection detecting mechanism which facilitates replacement of the cantilever. A third object of the present invention is to provide a cantilever detecting mechanism which facilitates adjustment after replacement of the cantilever.

【００１９】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、光源、受光素
子、カンチレバ−、圧電素子をひとつのユニットに収容
してセンサ部ユニットとする。センサ部ユニットは、搬
送装置によって真空中を装着位置と待機位置の間で搬送
できるようになっている。待機位置は別のセンサ部ユニ
ット導入チャンバ（真空チャンバ）の中に設定されてお
り、ここからセンサ部ユニットを外部に取り出すことが
できる。分析チャンバと導入チャンバの間にはゲ−トバ
ルブがあって、両者を遮断することができる。According to the present invention, a light source, a light receiving element, a cantilever, and a piezoelectric element are housed in one unit to form a sensor unit. The sensor unit is configured so that it can be transported in a vacuum between a mounting position and a standby position by a transport device. The standby position is set in another sensor unit unit introduction chamber (vacuum chamber) from which the sensor unit unit can be taken out. A gate valve is provided between the analysis chamber and the introduction chamber to shut off both.

【００２０】搬送装置は、ゲ−トバルブを越えて、カン
チレバ−導入チャンバと分析チャンバの間を往復するこ
とができる。搬送装置は、待機位置にセンサ部ユニット
を運び、ここの待機台にセンサ部ユニットを置くことも
できる。搬送装置は、試験位置にセンサ部ユニットを運
び、着装部に固定することもできる。The transfer device can be moved back and forth between the cantilever introduction chamber and the analysis chamber over the gate valve. The carrier device can also carry the sensor unit unit to the standby position and place the sensor unit unit on the standby stand. The carrier device can also carry the sensor unit to the test position and fix it to the wearing part.

【００２１】[0021]

【作用】チャンバのユニット取付け部からセンサ部ユニ
ットを切り離した状態で、チャンバをベ−キングし超高
真空に引く。圧電素子、レ−ザダイオ−ドは加熱されな
いので劣化しない。十分にべ−キングでき真空に引いて
から、センサ部ユニットを、取付け部に装着する。カン
チレバ−の交換は、センサ部ユニットを外部に取り外し
た状態で行なう。ねじを外したり取付けたりする操作が
極めて楽になる。それだけではない。カンチレバ−交換
後、レ−ザの光を反射させて、受光素子の中心に反射光
が当たるようにする調整も随分と容易になる。With the sensor unit separated from the unit mounting portion of the chamber, the chamber is baked and pulled to an ultrahigh vacuum. The piezoelectric element and laser diode are not heated and therefore do not deteriorate. After sufficient baking is performed and the vacuum is drawn, mount the sensor unit on the mounting part. The replacement of the cantilever is performed with the sensor unit unit removed to the outside. It is extremely easy to remove and install the screws. That is not all. After the replacement of the cantilever, the adjustment of reflecting the laser light so that the reflected light strikes the center of the light receiving element becomes very easy.

【００２２】[0022]

【実施例】第２図は本発明の実施例に係るセンサ部ユニ
ットの一部の縦断面図である。これはカンチレバ−５、
レ−ザダイオ−ド７、２分割フォトダイオ−ド８、圧電
素子１８などを一体化したものである。これらの素子を
直接にチャンバに固定するのではなくて、センサ部ユニ
ット１２に集合的に装備させ、センサ部ユニットを所定
の測定位置と待機位置の間で移動させるようになってい
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a part of a sensor unit according to an embodiment of the present invention. This is Cantilever-5,
The laser diode 7, the two-divided photodiode 8 and the piezoelectric element 18 are integrated. Instead of directly fixing these elements to the chamber, they are collectively mounted on the sensor unit 12 and the sensor unit is moved between a predetermined measurement position and a standby position.

【００２３】センサ部ユニット１２の最も上部には金
属、セラミックなどよりなるスライダ−１３がある。こ
れは平行な上面１４、下面１５と、平行な前端面１６、
後端面１７、側面などを持つ直方体状である。チュ−ブ
型ピエゾ（圧電素子）１８の頂部１９がスライダ−１３
の下面１５に固着される。圧電素子１８は円筒形であっ
て頂部１９と底部２０を持つ。壁面には、電極２１、２
２、２３、２４などが設けられる。これらはＸ方向、Ｙ
方向、Ｚ方向に電界を加えることによって圧電素子をそ
の方向に歪ませることができる。Ｚ方向に変位させる
と、カンチレバ−と試料との接触状態を変化させること
ができる。Ｘ方向、Ｙ方向に圧電素子を微小変位させて
カンチレバ−を走査することができる。At the top of the sensor unit 12, there is a slider 13 made of metal, ceramic or the like. This is a parallel upper surface 14, a lower surface 15 and a parallel front end surface 16,
It has a rectangular parallelepiped shape having a rear end surface 17, side surfaces and the like. The top portion 19 of the tube type piezo (piezoelectric element) 18 has a slider 13
Is fixed to the lower surface 15 of the. The piezoelectric element 18 is cylindrical and has a top portion 19 and a bottom portion 20. On the wall, electrodes 21, 2
2, 23, 24, etc. are provided. These are X direction, Y
The piezoelectric element can be distorted in that direction by applying an electric field in the Z direction. Displacement in the Z direction can change the contact state between the cantilever and the sample. The cantilever can be scanned by slightly displacing the piezoelectric element in the X and Y directions.

【００２４】圧電素子１８の底部２０には直方体のハウ
ジング２５が固着される。ハウジング２５は上壁２６、
側壁２７、２８、底壁２９などを有する。底壁２９には
中央部に開口３０が穿孔されている。一方の側壁２７に
は、光源であるレ−ザダイオ−ド７が固定される。レ−
ザの前にはフォ−カスレンズ３１があり、レ−ザ光を集
光し平行光にする。レ−ザの前方にはミラ−３２が回転
ステ−ジ３３によって上壁２６に取付けられる。A rectangular parallelepiped housing 25 is fixed to the bottom portion 20 of the piezoelectric element 18. The housing 25 has an upper wall 26,
It has side walls 27, 28, a bottom wall 29, and the like. The bottom wall 29 has an opening 30 at its center. A laser diode 7, which is a light source, is fixed to one side wall 27. Ray
In front of the laser, there is a focus lens 31, which collects the laser light and collimates it. A mirror 32 is attached to the upper wall 26 by a rotating stage 33 in front of the laser.

【００２５】さらにそのミラ−３２の前には第２のミラ
−３４が回転ステ−ジ３５によって上壁２６に取付けら
れている。レ−ザダイオ−ド７に対向する位置におい
て、２分割フォトダイオ−ド８がＸＹステ−ジ４０を介
して側壁２８に固定されている。スライダ−１３には軸
方向にネジ穴５６が穿孔される。In front of the mirror 32, a second mirror 34 is attached to the upper wall 26 by a rotary stage 35. A two-divided photodiode 8 is fixed to the side wall 28 via an XY stage 40 at a position facing the laser diode 7. A screw hole 56 is bored in the slider 13 in the axial direction.

【００２６】レ−ザ７から出射されたビ−ムはレンズ３
１によって水平平行光３６になり、ミラ−３２によって
反射されて下向き光３７となる。これが、下方のカンチ
レバ−５の背面に当たる。カンチレバ−５の背面におい
て反射された光３８は第２のミラ−３４によってさらに
反射される。反射光３９は２分割フォトダイオ−ド８に
入射する。カンチレバ−５、はＸＹステ−ジ４１によっ
て底壁２９の下面に固定されている。カンチレバ−５は
撓み易い材料によって製作される。これが撓むと反射光
３８、３９の方向が変動する。光線３９がフォトダイオ
−ド８に当たる位置が上下する。フォトダイオ−ドは上
下方向に２分割されているから、反射光の上下はフォト
ダイオ−ドの２分割部分の入射量の相対比によって検出
できる。The beam emitted from the laser 7 is the lens 3
1 produces horizontal parallel light 36, which is reflected by the mirror 32 to form downward light 37. This hits the back surface of the lower cantilever 5. The light 38 reflected on the back surface of the cantilever 5 is further reflected by the second mirror 34. The reflected light 39 enters the two-divided photodiode 8. The cantilever 5 is fixed to the lower surface of the bottom wall 29 by an XY stage 41. The cantilever 5 is made of a flexible material. When this bends, the directions of the reflected lights 38 and 39 change. The position where the light beam 39 hits the photodiode 8 moves up and down. Since the photodiode is vertically divided into two, the upper and lower sides of the reflected light can be detected by the relative ratio of the incident amounts of the two divided portions of the photodiode.

【００２７】カンチレバ−５の撓みの中心において、反
射光３９が２分割フォトダイオ−ドの中心に入射するよ
うにセットするのが望ましい。このためにミラ−３２、
３４の回転ステ−ジ３３、３５、カンチレバ−のＸＹス
テ−ジ４１、２分割フォトダイオ−ド８のＸＹステ−ジ
４０によってビ−ム調整をする。It is desirable to set the reflected light 39 so as to enter the center of the two-divided photodiode at the center of bending of the cantilever 5. For this, Mira-32,
Beam adjustment is carried out by the rotary stages 33 and 35 of 34, the XY stage 41 of the cantilever, and the XY stage 40 of the two-divided photodiode 8.

【００２８】このような調整は、真空装置の外部におい
て行なうことができるので極めて使い勝手が良い。カン
チレバ−が摩耗した時も、カンチレバ−の交換を真空装
置の外部で行なうことができる。取り替えた後もこれら
の機構を再調整する必要がある。さらにまたベ−キング
もこのようにハウジングを外部に退避させた状態で行な
うことができる。ためにハウジング内の圧電素子、レ−
ザダイオ−ド、フォトダイオ−ドなどを熱によって損な
うことがない。Since such adjustment can be performed outside the vacuum apparatus, it is extremely convenient. Even when the cantilever is worn, the cantilever can be replaced outside the vacuum device. After replacement, these mechanisms will need to be readjusted. Further, baking can also be performed with the housing retracted to the outside in this way. In order to
The diode and photo diode are not damaged by heat.

【００２９】図３〜図６によって、センサ部ユニット１
２の搬送、着脱について説明する。センサ部ユニット１
２を固定するべき装着部外枠４２が、試料を検査分析す
るべき装置の真空室の壁４３に固定されている。装着部
外枠４２は上壁４４、側壁４５、底壁４６、端壁４７な
どを含む筐体である。一方向が開口４８になっている。
開口４８からセンサ部ユニット１２のスライダ−１３を
抜き差しすることができる。装着部４２の底壁４６には
スライド用レ−ル５５が形成される。スライダ−１３の
下面には溝５９が切ってある。溝５９がレ−ル５５に填
まり込むので、スライダ−１３をスム−ズに底壁上に滑
らせることができる。Referring to FIGS. 3 to 6, the sensor unit 1
The conveyance and the attachment / detachment of No. 2 will be described. Sensor unit 1
A mounting part outer frame 42 to which 2 is to be fixed is fixed to a wall 43 of a vacuum chamber of an apparatus for inspecting and analyzing a sample. The mounting portion outer frame 42 is a housing including an upper wall 44, a side wall 45, a bottom wall 46, an end wall 47, and the like. The opening 48 is formed in one direction.
The slider 13 of the sensor unit 12 can be inserted and removed through the opening 48. A slide rail 55 is formed on the bottom wall 46 of the mounting portion 42. A groove 59 is cut on the lower surface of the slider 13. Since the groove 59 fits in the rail 55, the slider 13 can be slid smoothly on the bottom wall.

【００３０】スライダ−１３の前端にはコネクタ４９が
設けられる。装着部外枠４２の端壁４７にはピン付きの
コネクタ５０が固定してある。端壁４７には通し孔５１
がありここにコネクタ５０の端子が挿通される。端子は
外部リ−ド５２に接続されている。これらは内部の電子
回路に電流を供給したり、信号電流を取り出したりする
ためのものである。A connector 49 is provided at the front end of the slider-13. A connector 50 with a pin is fixed to the end wall 47 of the mounting portion outer frame 42. A through hole 51 is formed in the end wall 47.
The terminal of the connector 50 is inserted there. The terminal is connected to the external lead 52. These are for supplying a current to an internal electronic circuit and extracting a signal current.

【００３１】スライダ−１３の搬送はトランスファロッ
ド５３によって行なう。これは水平に長く伸びる棒であ
って、スライダ−１３を保持し水平方向に搬送すること
ができる。トランスファロッド５３の先端には雄ねじ５
４が形成されている。雄ねじ５４を、スライダ−１３の
ネジ穴５６にねじ込む事によって、トランスファロッド
５３とスライダ−１３を結合することができる。装着部
外枠４２の上壁４４の内面には板バネ５７があって、ス
ライダ−１３の上面を押さえる。The transfer of the slider 13 is performed by the transfer rod 53. This is a horizontally long rod that can hold the slider 13 and can be transported in the horizontal direction. A male screw 5 is attached to the tip of the transfer rod 53.
4 are formed. The transfer rod 53 and the slider 13 can be connected by screwing the male screw 54 into the screw hole 56 of the slider 13. A leaf spring 57 is provided on the inner surface of the upper wall 44 of the mounting portion outer frame 42 to press the upper surface of the slider-13.

【００３２】トランスファロッド５３の雄ねじ５４をネ
ジ穴５６にねじ込んだ状態で、スライダ−を軸方向に運
ぶことができる。着装部４２にスライダ−を差し込んで
押すと、コネクタ４９がコネクタ５０に填まり込む。板
バネ５７が上方からスライダ−を押さえるからガタつか
ない。これでセンサ部ユニット１２が定位置に装着され
たことになる。トランスファロッドを回してネジを外し
て、ロッドを後退させる。その後、試料にカンチレバ−
を接近させて、原子間力顕微鏡、或いは複合顕微鏡とし
て試料の物性を測定をする。With the male screw 54 of the transfer rod 53 screwed into the screw hole 56, the slider can be carried in the axial direction. When the slider is inserted into the mounting portion 42 and pushed, the connector 49 fits into the connector 50. Since the leaf spring 57 presses the slider from above, it does not rattle. With this, the sensor unit 12 is mounted in the fixed position. Turn the transfer rod, remove the screw, and retract the rod. After that, cantilever the sample.
To measure the physical properties of the sample as an atomic force microscope or a compound microscope.

【００３３】図５の斜視図にはトランスファロッド５３
とスライダ−１３が分離された状態が表されている。実
際にはトランスファロッドは常に真空中にあり、センサ
部ユニット１２はトランスファロッドによって真空中を
搬送されるだけである。カンチレバ−の取り替えやべ−
キングのために、センサ部ユニットは外部に取り出すこ
とができる。そのためには、センサ部ユニットを真空中
に導入したり、真空中から取り出したりするための真空
室がもう一つ存在する。図６によって説明する。The transfer rod 53 is shown in the perspective view of FIG.
And the slider 13 are separated. In practice, the transfer rod is always in vacuum, and the sensor unit 12 is only transported in vacuum by the transfer rod. Cantilever replacement
The sensor unit unit can be taken out for the king. For that purpose, there is another vacuum chamber for introducing the sensor unit unit into a vacuum or taking it out of the vacuum. This will be described with reference to FIG.

【００３４】分析チャンバ６１は、空間６３の中央部に
試料台６２を備えた真空室である。超高真空に引くため
の真空排気装置（図示せず）を備える。さらにまたベ−
キングのための加熱機構（図示せず）をも設けてある。
分析チャンバ６１は、一方に開口した連絡部６４を有す
る。センサ部ユニット１２を大気から真空中へ或いは真
空中から大気へ取り出すために、センサ部ユニット導入
チャンバ６５が設けられる。これも真空室であり、セン
サ部ユニットを出入するための扉を持っている。このチ
ャンバも独自の真空排気装置を持つ。The analysis chamber 61 is a vacuum chamber having a sample table 62 in the center of the space 63. An evacuation device (not shown) for drawing an ultrahigh vacuum is provided. Again
A heating mechanism (not shown) for the king is also provided.
The analysis chamber 61 has a communication part 64 which is open to one side. A sensor unit unit introduction chamber 65 is provided to take out the sensor unit unit 12 from the atmosphere into a vacuum or from the vacuum into the atmosphere. This is also a vacuum chamber and has a door for entering and exiting the sensor unit. This chamber also has its own vacuum exhaust system.

【００３５】分析チャンバ６１の連絡部６４は連絡管６
７、ゲ−トバルブ６８、連絡管６９によって、センサ部
ユニット導入チャンバ６５につながっている。チャンバ
６５の側方にはトランスファロッド外管６６が取付けて
ある。この内部も真空であって、ここを前述のトランス
ファロッドが平行移動するようになっている。マグネッ
ト７０などによって、非接触で内部のロッドを動かすよ
うになっている。The connecting portion 64 of the analysis chamber 61 is the connecting pipe 6
7, a gate valve 68, and a connecting pipe 69 connect to the sensor unit introduction chamber 65. A transfer rod outer tube 66 is attached to the side of the chamber 65. The inside of this is also a vacuum, and the transfer rod described above moves in parallel there. The magnet 70 or the like moves the internal rod in a non-contact manner.

【００３６】分析チャンバに試料１を設置する。センサ
部ユニットを導入チャンバの外部に取り出した状態で、
分析チャンバの内部を真空に引きべ−キングする。この
時ゲ−トバルブ６８は閉じている。チャンバ６５の扉も
閉じている。ベ−キングを終了し分析チャンバの内部を
十分に真空に引いてから、センサ部ユニット導入チャン
バ６５を開いてセンサ部ユニットをここに入れる。扉を
閉じてセンサ部ユニット導入チャンバの内部を真空に引
く。トランスファロッド５３の先端を、スライダ−のネ
ジ穴５６にねじ込む。The sample 1 is placed in the analysis chamber. With the sensor unit taken out of the introduction chamber,
Vacuum the interior of the analysis chamber. At this time, the gate valve 68 is closed. The door of the chamber 65 is also closed. After the baking is completed and the inside of the analysis chamber is sufficiently evacuated, the sensor unit unit introduction chamber 65 is opened and the sensor unit unit is inserted therein. Close the door and evacuate the inside of the sensor unit unit introduction chamber. The tip of the transfer rod 53 is screwed into the screw hole 56 of the slider.

【００３７】ゲ−トバルブを開いてスライダ−を分析チ
ャンバに運ぶ。これを着装外枠４２に差し入れる。板バ
ネ５７がスライダ−の上面を押さえる。前方のコネクタ
４９が、端壁４７のコネクタ５０にぴったりと填まり込
む。これによってセンサ部ユニットが正しく測定位置に
固定される。トランスファロッド５３を引き戻す。ゲ−
トバルブ６８を閉じる。さらに分析チャンバ６１を超高
真空に引く。この後所定の測定を行なう。The gate valve is opened to bring the slider into the analysis chamber. This is inserted into the wearing outer frame 42. The leaf spring 57 presses the upper surface of the slider. The front connector 49 fits snugly into the connector 50 on the end wall 47. As a result, the sensor unit is correctly fixed at the measurement position. Pull back the transfer rod 53. Gee
The valve 68 is closed. Further, the analysis chamber 61 is pulled to an ultrahigh vacuum. After that, a predetermined measurement is performed.

【００３８】カンチレバ−の先端が摩耗した時は、セン
サ部ユニットの全体を外部に取り出す。外部でカンチレ
バ−を新しいものに取り替える。レ−ザ光から出た光
が、ミラ−、カンチレバ−によって反射されて正しく受
光素子に入るように、ミラ−３２、ミラ−３４、カンチ
レバ−５、フォトダイオ−ドの位置を調整する。この調
整も大気圧下で行うことができるから極めて容易であ
る。When the tip of the cantilever is worn, the entire sensor unit is taken out. Externally replace the cantilever with a new one. The positions of the mirror 32, the mirror 34, the cantilever 5 and the photo diode are adjusted so that the light emitted from the laser light is reflected by the mirror and the cantilever and correctly enters the light receiving element. This adjustment can be performed under atmospheric pressure, which is extremely easy.

【００３９】[0039]

【発明の効果】本発明は、カンチレバ−、レ−ザダイオ
−ド、圧電素子、フォトダイオ−ドなどを直接に真空装
置に取付けず、センサ部ユニットにまとめている。セン
サ部ユニットは独立しており、真空装置から取り外した
り、真空装置の所定位置に取付けたりすることができ
る。センサ部ユニットを外部に取り出して、分析チャン
バをベ−キングして真空に引くから、熱によってレ−
ザ、圧電素子、フォトダイオ−ドを損なわない。べ−キ
ングは超高真空にするには絶対に必要なのであるから、
本発明によって初めて超高真空の原子間力顕微鏡が実現
できるということができる。According to the present invention, the cantilever, the laser diode, the piezoelectric element, the photo diode, etc. are not directly attached to the vacuum device but are integrated in the sensor unit. The sensor unit is independent and can be removed from the vacuum device or attached to a predetermined position of the vacuum device. The sensor unit is taken out to the outside, and the analysis chamber is baked and evacuated.
The piezoelectric element and the photodiode are not damaged. Baking is absolutely necessary to make an ultra-high vacuum,
It can be said for the first time that an ultrahigh vacuum atomic force microscope can be realized by the present invention.

【００４０】さらにまた、カンチレバ−の探針（先端
部）は摩滅するので、ときどき交換する必要がある。真
空室に直接カンチレバ−を取付けるとすれば、複雑な構
造の装置の一角にあるカンチレバ−取付け部に手を入れ
てネジ回し操作をする必要がある。しかし本発明では外
部に取り出したセンサ部ユニットに対してカンチレバ−
を交換するのであるから、極めて勝手が良い。さらにま
た交換後、ミラ−やフォトダイオ−ドの調整をする必要
があるが、これも甚だ容易になる。Furthermore, the probe (tip) of the cantilever is worn out, and it is necessary to replace it occasionally. If the cantilever is directly attached to the vacuum chamber, it is necessary to put a hand into the cantilever attachment portion at one corner of the apparatus having a complicated structure and screw it. However, in the present invention, the cantilever is attached to the sensor unit unit taken out.
It's very easy to exchange. Furthermore, after the replacement, it is necessary to adjust the mirror and the photodiode, which is also very easy.

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

【図１】原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、静電容量顕微鏡
（ＳＣａＭ）、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を統合
した複合顕微鏡の概略構成原理図。FIG. 1 is a schematic configuration principle diagram of a compound microscope in which an atomic force microscope (AFM), a capacitance microscope (SCaM), and a scanning tunnel microscope (STM) are integrated.

【図２】本発明において用いるセンサ部ユニットの縦断
面図。FIG. 2 is a vertical sectional view of a sensor unit used in the present invention.

【図３】センサ部ユニットを真空装置内の装着部に取付
けた状態において軸方向に切断した状態の縦断面図。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a state in which the sensor unit is attached to a mounting portion in a vacuum device and is axially cut.

【図４】センサ部ユニットを真空装置内の装着部に取付
けた状態において軸直垂直方向に切断した状態の縦断面
図。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of a state in which the sensor unit is attached to a mounting portion in a vacuum device and is cut in a direction perpendicular to an axis.

【図５】センサ部ユニットとこれを搬送するためのトラ
ンスファロッドの分離した状態の斜視図。FIG. 5 is a perspective view of a sensor unit and a transfer rod for transporting the sensor unit in a separated state.

【図６】センサ部ユニットを真空装置に導入し装着部に
取付ける様子を説明するための分析チャンバ、センサ部
導入チャンバ、トランスファロッドなどの概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an analysis chamber, a sensor unit introduction chamber, a transfer rod, etc. for explaining how the sensor unit unit is introduced into a vacuum device and attached to a mounting portion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 試料 ２ 走査用圧電素子（ピエゾ） ３ サ−ボ回路 ４ バイアス電源 ５ 導電性カンチレバ− ６ ホルダ− ７ レ−ザダイオ−ド ８ ２分割フォトダイオ−ド ９ 切り替えスイッチ １０ 容量センサ １１ 電流検出回路 １２ センサ部ユニット １３ スライダ− １４ 上面 １５ 下面 １６ 前端面 １７ 後端面 １８ チュ−ブ型圧電素子 ２５ ハウジング（検出機構） ３１ フォ−カスレンズ ３２ ミラ− ３３ 回転ステ−ジ ３４ ミラ− ３５ 回転ステ−ジ ４０ ＸＹステ−ジ ４１ ＸＹステ−ジ ４２ 装着部外枠 ４３ チャンバ壁 ４８ 開口 ４９ コネクタ ５０ コネクタ ５３ トランスファロッド ５４ 雄ねじ ５５ スライド用レール ５６ ネジ穴 ５７ 板バネ ６１ 分析チャンバ ６２ 試料台 ６３ 空間 ６４ 連絡部 ６５ センサ部ユニット導入チャンバ ６６ トランスファロッド外管 ６７ 連絡管 ６８ ゲ−トバルブ ６９ 連絡管 1 Sample 2 Scanning Piezoelectric Element (Piezo) 3 Servo Circuit 4 Bias Power Supply 5 Conductive Cantilever 6 Holder 7 Laser Diode 8 2-Division Photodiode 9 Changeover Switch 10 Capacitance Sensor 11 Current Detection Circuit 12 Sensor unit 13 Slider 14 Upper surface 15 Lower surface 16 Front end surface 17 Rear end surface 18 Tube type piezoelectric element 25 Housing (detection mechanism) 31 Focus lens 32 Miller 33 Rotation stage 34 Miller 35 Rotation stage 40 XY stage 41 XY stage 42 Mounting part outer frame 43 Chamber wall 48 Opening 49 Connector 50 Connector 53 Transfer rod 54 Male screw 55 Sliding rail 56 Screw hole 57 Leaf spring 61 Analysis chamber 62 Sample stand 63 Space 64 Contact part 65 Sensor unit introduction chamber 66 Transfer rod outer tube 67 Communication tube 68 Gate valve 69 Communication tube

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 原子間力顕微鏡または、原子間力顕微
鏡、静電容量顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡を合体した
複合顕微鏡のカンチレバ−の撓みを検出するセンサ部で
あって、分析チャンバ内の所定の位置に設けた装着部外
枠に嵌合するスライダ−と、スライダ−に一端を固定し
た三次元変位可能な圧電素子と、圧電素子の他の面に固
定したハウジングと、ハウジングに固定され検出のため
の光を発生する発光素子と、発光素子から出た光をカン
チレバ−の背面に導くミラ−と、カンチレバ−の背面で
反射された光をさらに反射するミラ−と、ミラ−によっ
て反射された光を受光してカンチレバ−のたわみに応じ
た比率の出力を与える複数に分割された受光素子と、ミ
ラ−の回転ステ−ジと、受光素子または発光素子の位置
を調整するためのステ−ジと、カンチレバ−の位置を調
整するためのステ−ジと、スライダ−に形成された搬送
装置との結合機構を含み、真空チャンバの外部に取り出
すことができ、外部においてカンチレバ−を交換し光軸
の調整を行い、搬送装置によって保持されて真空中を搬
送できるようになっていることを特徴とする超高真空顕
微鏡のセンサ部ユニット。1. A sensor unit for detecting deflection of a cantilever of an atomic force microscope or a compound microscope combining an atomic force microscope, a capacitance microscope and a scanning tunnel microscope, which is a predetermined unit in an analysis chamber. A slider fitted to the outer frame of the mounting portion provided at a position, a three-dimensionally displaceable piezoelectric element having one end fixed to the slider, a housing fixed to the other surface of the piezoelectric element, and a housing fixed to the housing for detection. For emitting light, a mirror for guiding the light emitted from the light emitting element to the back surface of the cantilever, a mirror for further reflecting the light reflected on the back surface of the cantilever, and a mirror for reflecting the light. A light receiving element divided into a plurality of parts for receiving light and providing an output at a ratio according to the deflection of the cantilever, a rotating stage of the mirror, and a step for adjusting the position of the light receiving element or the light emitting element. -, A stage for adjusting the position of the cantilever, and a mechanism for coupling the transfer device formed on the slider, which can be taken out of the vacuum chamber and the cantilever can be replaced outside. A sensor unit unit of an ultra-high vacuum microscope, characterized in that the optical axis is adjusted and held by a carrying device so that it can be carried in a vacuum. 【請求項２】 スライダ−と、スライダ−に一端を固定
した三次元変位可能な圧電素子と、圧電素子の他の面に
固定したハウジングと、ハウジングに固定され検出のた
めの光を発生する発光素子と、発光素子から出た光をカ
ンチレバ−の背面に導くミラ−と、カンチレバ−の背面
で反射された光をさらに反射するミラ−と、ミラ−によ
って反射された光を受光してカンチレバ−のたわみに応
じた比率の出力を与える複数に分割された受光素子と、
ミラ−の回転ステ−ジと、受光素子または発光素子の位
置を調整するためのステ−ジと、カンチレバ−の位置を
調整するためのステ−ジと、スライダ−に形成された搬
送装置との結合機構を含み、原子間力顕微鏡または複合
顕微鏡のカンチレバ−の撓みを検出するためのセンサ部
ユニットを、真空搬送装置によって顕微鏡の分析チャン
バ内に設けた装着位置と、センサ部ユニット導入チャン
バの待機位置の間を往復搬送し、センサ部ユニットが待
機位置にある時、分析チャンバとセンサ部ユニット導入
チャンバの間のバルブを閉じて、分析チャンバのみをベ
−キングして超高真空に引き、真空に引いたセンサ部ユ
ニット導入チャンバからセンサ部ユニットを搬送装置に
よって分析チャンバの着装位置に運びこれに固定するよ
うにしたことを特徴とする超高真空顕微鏡のセンサ部ユ
ニット取り付け方法。2. A slider, a three-dimensionally displaceable piezoelectric element whose one end is fixed to the slider, a housing fixed to the other surface of the piezoelectric element, and light emission which is fixed to the housing and generates light for detection. An element, a mirror that guides the light emitted from the light emitting element to the back surface of the cantilever, a mirror that further reflects the light reflected on the back surface of the cantilever, and a cantilever that receives the light reflected by the mirror. A plurality of divided light receiving elements that give an output of a ratio according to the deflection of
The rotation stage of the mirror, the stage for adjusting the position of the light receiving element or the light emitting element, the stage for adjusting the position of the cantilever, and the transfer device formed on the slider. A sensor unit unit including a coupling mechanism for detecting the deflection of the cantilever of an atomic force microscope or a compound microscope, is installed in the analysis chamber of the microscope by a vacuum transfer device, and the sensor unit unit introduction chamber is on standby. When reciprocating between positions, when the sensor unit is in the standby position, the valve between the analysis chamber and the sensor unit introduction chamber is closed, and only the analysis chamber is baked and evacuated to an ultra high vacuum. A special feature is that the sensor unit unit is carried from the sensor unit unit introduction chamber pulled to the above position to the mounting position of the analysis chamber by the transfer device and fixed thereto. The sensor section unit mounting method of an ultra-high vacuum microscope to. 【請求項３】 スライダ−と、スライダ−に一端を固定
した三次元変位可能な圧電素子と、圧電素子の他の面に
固定したハウジングと、ハウジングに固定され検出のた
めの光を発生する発光素子と、発光素子から出た光をカ
ンチレバ−の背面に導くミラ−と、カンチレバ−の背面
で反射された光をさらに反射するミラ−と、ミラ−によ
って反射された光を受光してカンチレバ−のたわみに応
じた比率の出力を与える複数に分割された受光素子と、
ミラ−の回転ステ−ジと、受光素子または発光素子の位
置を調整するためのステ−ジと、カンチレバ−の位置を
調整するためのステ−ジと、スライダ−に形成された搬
送装置との結合機構を含むセンサ部ユニットと、試料を
置いてカンチレバ−を接触させて物性を測定するべき空
間である分析チャンバと、分析チャンバをベ−キングす
るための加熱機構と、分析チャンバを真空に引くための
真空排気装置と、分析チャンバに接続されるセンサ部ユ
ニット導入チャンバと、センサ部ユニット導入チャンバ
を真空に引く第２の真空排気装置と、分析チャンバとセ
ンサ部ユニット導入チャンバをつなぐ連絡管の途中に設
けられるゲ−トバルブと、センサ部ユニット導入チャン
バと分析チャンバの間を往復しセンサ部ユニットを両者
の間に搬送するための搬送装置と、分析チャンバに設け
られる試料台と、分析チャンバの試料台の上方に設けら
れセンサ部ユニットのスライダを保持できる装着部外枠
とよりなり、分析チャンバのベ−キングの際は、センサ
部ユニットをセンサ部ユニット導入チャンバに退避させ
て、分析チャンバを加熱できるようにしたことを特徴と
する顕微鏡装置。3. A slider, a three-dimensionally displaceable piezoelectric element having one end fixed to the slider, a housing fixed to the other surface of the piezoelectric element, and light emission which is fixed to the housing and generates light for detection. An element, a mirror that guides the light emitted from the light emitting element to the back surface of the cantilever, a mirror that further reflects the light reflected on the back surface of the cantilever, and a cantilever that receives the light reflected by the mirror. A plurality of divided light receiving elements that give an output of a ratio according to the deflection of
The rotation stage of the mirror, the stage for adjusting the position of the light receiving element or the light emitting element, the stage for adjusting the position of the cantilever, and the transfer device formed on the slider. A sensor unit unit including a coupling mechanism, an analysis chamber which is a space for placing a sample and contacting a cantilever to measure physical properties, a heating mechanism for baking the analysis chamber, and drawing a vacuum in the analysis chamber. For evacuation, a sensor unit unit introduction chamber connected to the analysis chamber, a second vacuum evacuation device for evacuating the sensor unit unit introduction chamber, and a connecting pipe connecting the analysis chamber and the sensor unit unit introduction chamber. The gate valve provided on the way and the sensor unit unit introduction chamber and the analysis chamber are reciprocated to convey the sensor unit unit between them. Of the carrier, a sample table provided in the analysis chamber, and an outer frame of a mounting part that is provided above the sample table of the analysis chamber and can hold the slider of the sensor unit, and when baking the analysis chamber, A microscope apparatus characterized in that the sensor unit unit is retracted into the sensor unit unit introduction chamber so that the analysis chamber can be heated.