(57)【要約】【課題】電気素子部品を加熱することなくベーキング処理を行なうことを可能とした走査型プローブ顕微鏡の提供。【解決手段】先端に微小な探針２を有するカンチレバー１と、カンチレバー１の変位を検出する変位検出手段８と、試料を移動させる試料移動手段６を備えて試料の表面形状あるいは表面物性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバーホルダ１０と真空容器１２を備えて、カンチレバーホルダ１０を真空容器１２に装着することで真空容器１２内の気密性を確保する構成とした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に微小な探針を有するカンチレバーと、該カンチレバーの変位を検出する変位検出手段と、試料を移動させる試料移動手段からなり、試料の表面形状あるいは表面物性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバーホルダと真空容器を有し、該カンチレバーホルダは前記真空容器に装着することで気密性を確保することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記カンチレバーホルダはカンチレバー振動手段と電気的に導通する第１のコンタクト部品を有し、前記真空容器は第２のコンタクト部品とを有し、前記カンチレバーホルダを前記真空容器に装着した際に前記真空容器側と第１および第２のコンタクト部品により電気的接触を得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。
【請求項３】
前記真空容器にガスを導入する手段備えた、請求項２記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
前記導入されるガスは酸素、窒素など単体あるいは混合ガスである、請求項３に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項５】
前記ガスが酸素、窒素などの単体あるいは混合ガスに水分を含ませた所望湿度の湿度ガスである、請求項４に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項６】
前記第１および第２コンタクト部品は絶縁部材により絶縁され、前記絶縁部材は表面に耐湿処理が施されていることを特徴とする請求項５記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項７】
前記絶縁部材は疎水の高分子樹脂からなることを特徴とする請求項６に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項８】
試料およびカンチレバーの取り替え時に、前記ガスを導入する手段で真空容器内に乾燥ガスを導入し、前記真空容器内を加圧状態にしてからカンチレバーホルダを取り外し、加圧された真空容器からガスが吹き出すようにして真空容器内に空気あるいは湿度が入り込むことを防ぐ請求項３記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項９】
前記真空容器をベーキング（加熱）する手段を備え、前記真空容器の加熱をすることを特徴とする請求項８記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項１０】
試料あるいはカンチレバーの取り替えを前記真空容器のベーキング後に行う請求項９に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、先端に微小な探針を有するカンチレバーと、該カンチレバーの変位を検出する変位検出手段と、試料を移動させる試料移動手段からなり、試料の表面形状あるいは表面物性を測定する走査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の走査型プローブ顕微鏡は、先端に微小な探針を有するカンチレバーと、該カンチレバーの変位を検出する変位検出手段と、試料を移動させる試料移動手段からなり、試料の表面形状あるいは表面物性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバーを取り付ける手段とカンチレバーにレーザを照射する手段と反射したレーザを検出する変位検出手段が真空容器内に設置されていた。（特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平０７−２６０８０３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の走査型プローブ顕微鏡では試料およびカンチレバーを交換する際に、真空環境下での測定後、Ｎ２リークなどで真空容器内を大気圧に戻して真空容器のフランジを開くことで行われているが、フランジを開いたり、試料およびカンチレバーを交換する際に部屋の空気湿度が真空容器内に混入し、次の真空引きのとき排気に時間がかかる欠点があった。また、真空容器内の水分子を低減するため真空容器をベーキング（加熱）することが行われているが、レーザおよび変位検出手段などの電気素子部品は耐熱性に問題があり、ベーキング（加熱）で故障するため加熱温度を上げることができないため効率よく真空引きができない欠点があった。また、真空容器内を所望のガス純度あるいは所望の湿度で一定の測定環境を保持していても、試料およびカンチレバーの交換時に部屋の空気混入あるいは湿度混入により、測定環境を一定に維持できない欠点があった。また、湿度環境下で試料を測定する際に、真空容器内にレーザおよび変位検出手段などの電気素子部品があるため、湿度による故障を避けるため、高湿度環境にすることができない欠点があった。また、湿度環境下で試料の電気測定をする際に、電気信号の経路は電気絶縁部品で絶縁されているが、湿度により電気絶縁部品の表面が濡れることで表面リーク電流が発生し、真空容器に検出電流が漏れることで試料の電気特性を正確に測定ができない欠点があった。
【０００５】
そこで本願発明は、電気素子部品を加熱することなくベーキング処理を行なうことを可能とした走査型プローブ顕微鏡を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明では、先端に微小な探針を有するカンチレバーと、該カンチレバーの変位を検出する変位検出手段と、試料を移動させる試料移動手段からなり、試料の表面形状あるいは表面物性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバーホルダと真空容器を有し、該カンチレバーホルダにシール面を有し、該真空容器に装着することで気密性が確保されるようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、図に示すように、先端に微小な探針を有するカンチレバーと、該カンチレバーの変位を検出する変位検出手段と、試料を移動させる試料移動手段からなり、試料の表面形状あるいは表面物性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバーホルダと真空容器を有し、該カンチレバーホルダにシール面を有し、該真空容器に装着することで気密性が確保されるようにし、試料およびカンチレバーの交換時に測定環境のガス純度あるいは湿度状態を一定のままにした。また、真空容器のベーキング（加熱）を可能にし、試料およびカンチレバー交換時にガス導入手段により真空容器内を加圧状態にしてホルダと真空容器のすきまにガスによるカーテンを作成し、部屋の湿度が真空容器内に混入しないようにした。また、湿度環境下での試料の電気測定において電気絶縁部品の表面の濡れによるリーク電流を無くし正確な電気測定を可能にした。
【０００８】
（実施例）
実施例について図面を参照して説明すると、図１は本発明の走査型プローブ顕微鏡における模式図である。まず図１について説明する。カンチレバー１の先端には探針２があり、カンチレバーはカンチレバー取り付け台３に装着される。試料４は試料台５の上に設置されている。試料台５は試料移動手段６に設置されている。試料移動手段６は上下方向の動作と平面方向の動作が可能である。上下方向に動作させることで針先を試料表面に対して押し付けたり離したりすることができる。平面方向の動作では探針と試料面接触位置を相対的に移動させることができる。ホルダ１０は取り付け台３とシール面１１と図示しない透明部分（例えばウインドウガラス）で構成されている。カンチレバー１にはレーザ７がホルダ１０の透明部分を通過して照射されていて反射光は変位検出手段８に到達する。反射光の変位検出手段８の到達位置によりカンチレバー１の変位が得られる。ホルダ１０を真空容器１２に装着するとシール面１１は真空容器側のシール部品１３に接触し、気密性が確保される。シール部品はゴムガスケットでも金属ガスケットでも、気密性が確保できるものであればよい。
【０００９】
図２に本発明の別の実施例を説明する。図２でホルダ１０には電気絶縁手段２１、振動手段２２を介して取り付け台２３が固定されていてカンチレバー１が装着されている。振動手段２２は例えば圧電素子などで電気絶縁手段２５によりホルダとは電気絶縁させたコンタクト２６と導通手段２４により電気的に接続されている。真空容器１２側には電気絶縁手段２７により真空容器とは電気絶縁されたコンタクト２８と電圧印加手段３１とが電気絶縁手段２９、導通手段３０により接続されている。ホルダ１０を真空容器１２に装着するとコンタクト２６とコンタクト２８が接触し電気接触がえられ、かつ、シール面１１はシール部品１３に接触し、気密性が確保される。電圧印加手段３１により交流電圧を印加すれば導通手段３０、コンタクト２８、コンタクト２６、導通手段２４を経由して振動手段２２に電圧が供給され、カンチレバー１を振動させることができる。
【００１０】
図３に本発明の別の実施例を説明する。図３でホルダ１０には電気絶縁手段２１を介して取り付け台２３が固定されていてカンチレバー１が装着されている。取り付け台２３は金属などの導電性の材質で電気絶縁手段２５によりホルダ１０とは電気絶縁させたコンタクト２６と導通手段２４により電気的に接続されている。真空容器１２側には電気絶縁手段２７により真空容器とは電気絶縁されたコンタクト２８と電流検出３４と電圧手段３３が電気絶縁手段２９、導通手段３０により接続され、また、試料台５とも接続されている。ホルダ１０を真空容器１２に装着するとコンタクト２６とコンタクト２８が接触し電気接触がえられ、かつ、シール面１１はシール部品１３に接触し、気密性が確保される。ホルダ１０を真空容器１２に装着後、試料移動手段６の上下動作により試料４を探針２に接触させて、電圧手段３３により電圧を印加すれば試料と探針間に電流が流れ、試料４の電気特性を測定することができる。
【００１１】
次に試料の電気特性を測定する際、湿度環境下での本発明の別の実施例を同じく図３で説明する。電気絶縁手段２１、２５、２７などは湿度％に応じて表面に濡れが発生し、試料４と探針２を接触させた状態で電圧を印加しても電気絶縁手段の濡れた表面を経由して電流が真空容器１２にリークしてしまうのを防止するため、電気絶縁手段の表面に耐湿処理をする。耐湿処理として疎水性の表面コートをする。電気絶縁手段の表面が湿度により濡れることが無くなるので真空容器にリークする電流を無くし、試料本来の電気特性を高分解能（例えばｐＡ、ピコアンペア精度）で測定することができる。また、電気絶縁手段を高分子樹脂など疎水性の材料で構成してもよい。
【００１２】
図４に本発明の別の実施例を説明する。図４で真空容器１２にはガス導入手段４１が取り付けられていて、真空引き後の大気圧に戻す際に、例えば乾燥窒素４２を真空容器内に導入する。次にホルダ１０を真空容器１２から取り外す前に真空容器内を加圧状態にしてからホルダ１０を取り外すと真空容器内の乾燥窒素４２はホルダ１０と真空容器１２のすきまから流れだし、ガス導入を継続すれば乾燥窒素４２によるカーテンを作ることができ、真空容器内に空気湿度などを混入することが無くなる。乾燥窒素を流し続け、試料４あるいはカンチレバー１の交換をしてホルダ１０を真空容器に装着し、ガス導入手段の導入を止めれば、真空容器内を乾燥状態の窒素で充満させることができる。さらに、真空容器内が空気湿度の無い乾燥窒素で充満されていれば、次に真空引きするとき湿度混入を防止したことで真空引きの時間短縮をする効果がある。なお、導入するガスは酸素、窒素など単体ガスあるいは混合ガスとしてもよい。また、複数のガス種を混合して、所望％の割合で導入してもよい。
【００１３】
また、乾燥窒素以外にも一定のガス純度の測定環境を維持して試料およびカンチレバーの交換をしてもよい。
【００１４】
また、空気あるいは酸素、窒素などの単体あるいは混合ガスに湿度を含ませて、一定の湿度ガスを導入することで湿度を変化させずに試料およびカンチレバーの交換をしてもよい。
【００１５】
図５に本発明の別の実施例を説明する。図５でレーザおよび変位検出手段を取り外し退避させて、真空容器１２の周囲を加熱手段５１で覆う。加熱手段５１により加熱することで真空容器１２全体を加熱することができる。レーザおよび変位検出手段は取り外しておくことで加熱による故障を防ぐことができる。また、真空容器１２には真空ポンプが接続されていて真空に引きながら真空容器全体を加熱することで真空容器内の水分子を低減することができる。また、真空容器の加熱の前に真空容器内をガス導入手段４１によりガスを充満させて真空容器を加熱すれば真空容器内の構成部品を効率よく加熱でき、引き続き真空引きすれば構成部品表面の吸着水を効率よく離脱させ、真空容器内の水分子を低減させてもよい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。先端に微小な探針を有するカンチレバーと、該カンチレバーの変位を検出する変位検出手段と、試料を移動させる試料移動手段からなり、試料の表面形状あるいは表面物性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、カンチレバーホルダと真空容器を有し、前記カンチレバーホルダを前記真空容器に装着することで真空容器内の気密性が確保されるようにした。
【００１７】
また試料およびカンチレバーを交換する際に、真空環境下での測定後、Ｎ２リークなどで真空容器内を大気圧に戻す際に部屋の空気湿度の混入を防止し、次の真空引きのとき排気に時間短縮の効果がある。
【００１８】
さらにガス純度環境でも試料およびカンチレバーの交換時に、測定環境のガス純度を一定に維持しての作業が可能となる効果がある。また、所望の湿度環境でも同じく湿度を一定に維持しての作業を可能にする効果がある。
【００１９】
また、カンチレバーホルダを真空容器に装着することで気密性を確保したときに、カンチレバーの振動手段あるいは電圧印加、電流検出などとの電気接触を同時に行うことができる効果がる。また、電気絶縁手段に耐湿処理を施すことで湿度環境下でも真空容器へのリーク電流を抑え、試料本来の電気特性を高分解能で測定できる効果がある。またレーザおよび変位検出手段を大気側にすることで、退避させた状態で真空容器全体の加熱をし、真空容器内の水分子を低減する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】走査型プローブ顕微鏡で装置構成を示す本発明の模式図。
【図２】走査型プローブ顕微鏡で気密性と電気的接触が同時の行われる構成を示す本発明の模式図。
【図３】走査型プローブ顕微鏡で気密性と電気的接触が同時に行われる構成を示す本発明の模式図。
【図４】走査型プローブ顕微鏡で試料およびカンチレバーを交換する際の本発明の実施例を示す模式図。
【図５】走査型プローブ顕微鏡で真空容器を加熱するときの本発明の実施例を示す模式図。
【符号の説明】
１  カンチレバー
２  探針
３、２３  取付け台
４  試料
５  試料台
６  試料移動手段
７  レーザ
８  変位検出手段
１０  ホルダ
１１  シール面
１２  真空容器
１３  シール部品
２１、２５、２７、２９  電気絶縁手段
２２  振動手段
２４  ３０  導通手段
２６、２８  コンタクト
３１  電圧印加手段
３３  電圧手段
３４  電流検出
４１  ガス導入手段
４２  乾燥窒素
５１  加熱手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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