(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成（ａ）〜（ｃ）を備えた探針装着機構と、
（ａ）試料室に配置された磁化容器、
（ｂ）その磁化容器の中に配置された磁石、
（ｃ）前記磁化容器の容器開口部に取り付けられ、前記磁石による磁場を遮断する遮断部と漏洩させる漏洩部とを有する遮断板と、開口部を有して前記遮断板上をスライドする強磁性材料製の回転板と、を備え、前記回転板をスライドさせることにより前記回転板開口部が前記遮断板の遮断部又は漏洩部と選択的に重なるようになされた探針装着部、
強磁性材料で作製された吸着部を有する、探針を保持するための探針ホルダを備えた走査形プローブ顕微鏡であり、
前記探針装着部において前記回転板開口部を前記遮断板の漏洩部と一致させることで前記磁石による磁場がその外部に漏洩されて、前記探針ホルダの吸着部が探針装着部に吸着固定され、前記回転板開口部を前記遮断板の遮断部と一致させることで前記磁石による磁場が遮断され前記探針ホルダの吸着部が探針装着部に吸着固定されないことを特徴とする走査形プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記遮断板は中心位置に対称な２つの扇状遮断部を有し、
前記回転板は前記中心位置を中心に回転し、前記回転板開口部は前記中心位置に対称な２つの扇状開口部から構成される請求項１に記載の走査形プローブ顕微鏡。
【請求項３】
以下の構成（ａ）〜（ｄ）を備えた探針ホルダ機構と、
（ａ）磁化容器、
（ｂ）その磁化容器の中に配置された磁石、
（ｃ）前記磁化容器の容器開口部に取り付けられ、前記磁石による磁場を遮断する遮断部と漏洩させる漏洩部とを有する遮断板と、開口部を有して前記遮断板上をスライドする強磁性材料製の回転板と、を備え、前記回転板をスライドさせることにより前記回転板開口部が前記遮断板の遮断部又は漏洩部と選択的に重なるようになされた探針ホルダ吸着部、
（ｄ）前記磁化容器に取り付けられた探針ホルダ、
試料室に配置され、強磁性材料で作製された探針ホルダ機構装着部を備えた走査形プローブ顕微鏡であり、
前記探針ホルダ吸着部において前記回転板開口部を前記遮断板の漏洩部と一致させることで前記磁石による磁場がその外部に漏洩されて、その探針ホルダ吸着部が探針ホルダ機構装着部に吸着固定され、前記回転板開口部を前記遮断板の遮断部と一致させることで前記磁石による磁場が遮断され前記探針ホルダ吸着部が探針ホルダ機構装着部に吸着固定されないことを特徴とする走査形プローブ顕微鏡。
【請求項４】
前記遮断板は中心位置に対称な２つの扇状遮断部を有し、
前記回転板は前記中心位置を中心に回転し、前記回転板開口部は前記中心位置に対称な２つの扇状開口部から構成される請求項３に記載の走査形プローブ顕微鏡。
【請求項５】
以下の構成（ａ）〜（ｃ）を備えた試料装着機構と、
（ａ）試料室に配置された磁化容器、
（ｂ）その磁化容器の中に配置された磁石、
（ｃ）前記磁化容器の容器開口部に取り付けられ、前記磁石による磁場を遮断する遮断部と漏洩させる漏洩部とを有する遮断板と、開口部を有して前記遮断板上をスライドする強磁性材料製の回転板と、を備え、前記回転板をスライドさせることにより前記回転板開口部が前記遮断板の遮断部又は漏洩部と選択的に重なるようになされた試料装着部、
強磁性材料で作製された吸着部を有する、試料を保持するための試料ホルダを備えた走査形プローブ顕微鏡であり、
前記試料装着部において前記回転板開口部を前記遮断板の漏洩部と一致させることで前記磁石による磁場がその外部に漏洩されて、前記試料ホルダの吸着部が試料装着部に吸着固定され、前記回転板開口部を前記遮断板の遮断部と一致させることで前記磁石による磁場が遮断され前記試料ホルダの吸着部が試料装着部に吸着固定されないことを特徴とする走査形プローブ顕微鏡。
【請求項６】
前記遮断板は中心位置に対称な２つの扇状遮断部を有し、
前記回転板は前記中心位置を中心に回転し、前記回転板開口部は前記中心位置に対称な２つの扇状開口部から構成される請求項５に記載の走査プローブ形顕微鏡。
【請求項７】
以下の構成（ａ）〜（ｄ）を備えた試料ホルダ機構と、
（ａ）磁化容器、
（ｂ）その磁化容器の中に配置された磁石、
（ｃ）前記磁化容器の容器開口部に取り付けられ、前記磁石による磁場を遮断する遮断部と漏洩させる漏洩部とを有する遮断板と、開口部を有して前記遮断板上をスライドする強磁性材料製の回転板と、を備え、前記回転板をスライドさせることにより前記回転板開口部が前記遮断板の遮断部又は漏洩部と選択的に重なるようになされた試料ホルダ吸着部、
（ｄ）前記磁化容器に取り付けられた試料ホルダ、
試料室に配置され、強磁性材料で作製された試料ホルダ機構装着部を備えた走査形プローブ顕微鏡であり、
前記試料ホルダ吸着部において前記回転板開口部を前記遮断板の漏洩部と一致させることで前記磁石による磁場がその外部に漏洩されて、その試料ホルダ吸着部が試料ホルダ機構装着部に吸着固定され、
前記回転板開口部を前記遮断板の遮断部と一致させることで前記磁石による磁場が遮断され前記試料ホルダ吸着部が試料ホルダ機構装着部に吸着固定されないことを特徴とする走査形プローブ顕微鏡。
【請求項８】
前記遮断板は中心位置に対称な２つの扇状遮断部を有し、
前記回転板は前記中心位置を中心に回転し、前記回転板開口部は前記中心位置に対称な２つの扇状開口部から構成される請求項７に記載の走査形プローブ顕微鏡。
【請求項９】
前記磁化容器は、スキャナに取り付けられていることを特徴とする請求項１、２、５、６の何れかに記載の走査形プローブ顕微鏡。
【請求項１０】
前記探針ホルダ機構装着部は、スキャナに取り付けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の走査形プローブ顕微鏡。
【請求項１１】
前記試料ホルダ機構装着部は、スキャナに取り付けられていることを特徴とする請求項７または８に記載の走査形プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査形トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡などの走査形プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、走査形トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡などの走査形プローブ顕微鏡は、表面観察装置として必要不可欠な装置となっている。
【０００３】
このような走査形プローブ顕微鏡においては、探針や試料がスキャナに装着されて表面観察が行われるが、その装着方式においては、次の条件などが満たされていることが重要である。
１）探針や試料の装着／脱着が容易である。
２）超高真空にも対応できる。
３）熱の影響を受けにくい。
４）磁場を漏洩させない。
５）振動による問題を避けるために、探針や試料をしっかりと固定できる。
【０００４】
これまで、探針や試料のスキャナへの装着方式として、ねじ込み式やスプリング方式やマグネット方式などが一般的に採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したねじ込み式では、探針や試料をスキャナにしっかりと固定できるが、ねじのねじ込み過ぎにより、圧電素子で作製されたスキャナに大きな負荷がかかって、スキャナが破損する問題が起きている。
【０００６】
また、スプリング方式では、スプリングのばね力の低下によって強い固定ができなくなり、表面観察が正確に行えなくなる。
【０００７】
また、マグネット方式では、探針や試料をスキャナにしっかりと固定できるが、それらをスキャナから取り外す時に大きな負荷がスキャナにかかって、スキャナが破損する問題が起きている。さらに、走査形プローブ顕微鏡は、走査電子顕微鏡などを装着することがあるが、この場合に、走査電子顕微鏡像観察中に電子ビームがマグネットによって曲げられる問題が発生している。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みて成されたもので、その目的は、探針や試料を安全にしっかりと装着側に固定できると共に、探針や試料を安全に装着側から取り外すことができ、さらに、荷電粒子線装置を装着したときでも荷電粒子線を曲げることのない走査形プローブ顕微鏡を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成する第１の本発明の走査形顕微鏡は、以下の構成（ａ）〜（ｃ）を備えた探針装着機構と、（ａ）試料室に配置された磁化容器、（ｂ）その磁化容器の中に配置された磁石、（ｃ）前記磁化容器の容器開口部に取り付けられ、前記磁石による磁場を遮断する遮断部と漏洩させる漏洩部とを有する遮断板と、開口部を有して前記遮断板上をスライドする強磁性材料製の回転板と、を備え、前記回転板をスライドさせることにより前記回転板開口部が前記遮断板の遮断部又は漏洩部と選択的に重なるようになされた探針装着部、強磁性材料で作製された吸着部を有する、探針を保持するための探針ホルダを備えた走査形プローブ顕微鏡であり、前記探針装着部において前記回転板開口部を前記遮断板の漏洩部と一致させることで前記磁石による磁場がその外部に漏洩されて、前記探針ホルダの吸着部が探針装着部に吸着固定され、前記回転板開口部を前記遮断板の遮断部と一致させることで前記磁石による磁場が遮断され前記探針ホルダの吸着部が探針装着部に吸着固定されないことを特徴とする。
【００１０】
【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について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の走査形プローブ顕微鏡の一例として示した、走査形トンネル顕微鏡の概略図である。
【００１２】
図１において、１は試料室チャンバであり、試料室チャンバ１の内部、すなわち試料室２には試料ステージ３が配置されている。この試料ステージ３は、ｘ，ｙおよびｚ方向に移動可能に構成されており、試料ステージ３上に試料４が載置されている。
【００１３】
５は、試料室２の固定端であり、この固定端５にスキャナ６が固定されている。スキャナ６は、圧電素子で作製された円筒型のスキャナであり、ｘスキャナ７とｙスキャナ８とｚスキャナ９で構成されている。そして、探針装着機構１０が、前記ｚスキャナ９の試料側端面に取り付けられている。
【００１４】
この探針装着機構１０は、磁化容器１１と、その磁化容器１１の中に配置された永久磁石１２と、磁化容器１１の容器開口部Ｏに取り付けられた探針装着部１３で構成されている。
【００１５】
このような探針装着機構１０の各構成について詳しく説明すると、前記磁化容器１１は、ＦｅやＮｉなどの強磁性材料で作製された円筒状の容器であり、その容器の底部が前記ｚスキャナ９に取り付けられている。
【００１６】
また、前記探針装着部１３は、図２（ａ）に示すような磁場遮断板１４と、図２（ｂ）に示すような回転板１５で構成されている。この磁場遮断板１４は、扇状の遮断部１４ａと扇状の遮断部１４ｂを有しており、遮断部１４ｂには回転止め１４ｂ’が設けられている。そして、磁場遮断板１４の中心位置にピン溝１４ｃが設けられている。
【００１７】
一方、前記回転板１５は、扇状の回転部１５ａと扇状の回転部１５ｂ、および窓部１５ｃ，１５ｄを有しており、回転板１５の中心位置にピン穴１５ｅが開けられている。図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＡ−Ｂ断面図を示した図であり、回転板１５の内径ｌ1は、前記磁化容器１１の外径とほぼ同じであり、また、回転板１５の内側の高さｌ2は、前記磁場遮断板１４の厚さとほぼ同じである。この回転板１５と前記磁場遮断板１４は、いずれもＦｅやＮｉなどの強磁性材料で作製されている。
【００１８】
図３（ａ）は、図２（ａ）に示した磁場遮断板１４が、磁化容器１１の容器開口の周縁部に取り付けられた状態を試料側から見た図であり、この図３（ａ）は、図２（ｂ）に示した回転板１５が磁場遮断板１４に取り付けられる前の状態を示したものである。この図３（ａ）の状態においては、磁化容器１１の中の永久磁石１２が試料側から見えている。
【００１９】
そして、図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態から、回転板１５が磁場遮断板１４に取り付けられた状態を試料側から見た図であり、回転板１５はピン１６により磁場遮断板１４に取り付けられている。この回転板１５は、ピン１６を中心として、磁場遮断板１４上をスライドしながら回転可能であるが、その回転は前記回転止め１４ｂ’で規制される。
【００２０】
図３（ｂ）の状態は、回転板１５の回転部１５ａが回転止め１４ｂ’に当接していて、回転板１５をそれ以上右に回転できない状態であり、この状態においては、磁化容器１１の中の永久磁石１２は試料側から全く見えない。また、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＣ−Ｄ断面図を示した図である。なお、前記回転止め１４ｂ’は、回転板１５の試料に対向する面よりも試料側に突出していない。
【００２１】
以上、探針装着機構１０の各構成について説明したが、図１において１７は探針ホルダであり、図１は、探針ホルダ１７が探針装着部１３に装着される前の状態を示した図である。探針ホルダ１７は、探針１８を保持しており、また、ＦｅやＮｉなどの強磁性材料で作製された吸着部１９を有している。この吸着部１９の形状は円盤状であり、その直径は前記回転板１５の外径とほぼ同じである。
【００２２】
なお、図１における試料室２は、図示しない排気装置により超高真空に排気可能に構成されている。
【００２３】
以上、図１の装置構成について説明したが、以下に、上述した探針ホルダ１７を探針装着部１３に装着する場合について説明する。
【００２４】
なお、この探針ホルダ１７の装着前においては、探針装着部１３は図３（ｂ）に示した状態にあるものとする。
【００２５】
さて、探針ホルダ１７を探針装着部１３に装着する場合、オペレータは、図示していない探針ホルダ移送機構で探針ホルダ１７を把持し、探針ホルダ１７の吸着部１９が探針装着部１３の回転板１５に当接するように、探針ホルダ移送機構を操作する。
【００２６】
このような操作により吸着部１９が回転板１５に当接したとき、探針装着部１３は図３（ｂ）に示した状態にあるが、この図３（ｂ）の状態においては、強磁性材料でそれぞれ作製された磁場遮断板１４と回転板１５によって、磁化容器１１の容器口が完全に覆われており、この磁場遮断板１４と回転板１５と磁化容器１１で完全に閉じた磁路が形成されている。このように、前記永久磁石１２による磁場は磁場遮断板１４と回転板１５で遮断されて、探針装着部１３から外に漏れていないので、この状態では、探針ホルダ１７の強磁性材料で作製された吸着部１９は、探針装着部１３に吸着固定されない。
【００２７】
そこで、オペレータは、前記回転板１５を左に９０度ほど回転させるために、吸着部１９が回転板１５に当接した状態で探針ホルダ１７が左に９０度ほど回転するように、前記探針ホルダ移送機構を操作する。
【００２８】
このような操作により、回転板１５は、図４（ａ）に示すように９０度ほど左に回転する。この状態においては、磁場遮断板１４と回転板１５によって磁化容器口が完全に覆われなくなり、回転板１５の窓部１５ｃ，１５ｄから永久磁石１２による磁場が外に漏れる。このため、探針ホルダ１７の強磁性材料で作製された吸着部１９は、永久磁石１２による磁力によって探針装着部１３に吸着固定される。
【００２９】
そして、探針ホルダ１７が探針装着部１３に吸着固定されると、オペレータは、前記探針ホルダ移送機構による探針ホルダの把持を解除して、探針ホルダ移送機構を所定の位置に退避させる。
【００３０】
図４（ｂ）は、探針ホルダ１７が探針装着部１３に装着されたときの状態を示した図である。
【００３１】
このようにして、探針ホルダ１７が探針装着部１３に吸着固定されるが、このとき、強磁性材料でそれぞれ作製された磁場遮断板１４と回転板１５と吸着部１９によって、前記磁化容器１１の容器口が完全に覆われており、この磁場遮断板１４と回転板１５と吸着部１９と磁化容器１１で完全に閉じた磁路が形成されている。このため、探針ホルダ装着時でも、前記永久磁石１２による磁場は試料面方向などに漏れることはなく、走査電子顕微鏡を走査形プローブ顕微鏡に装着した場合でも、漏洩磁場により電子ビームが偏向されることはない。
【００３２】
なお、探針ホルダ１７を探針装着部１３から取り外すには、探針移送機構で探針ホルダ１７を把持して、今度は探針ホルダ１７を右に回転させれば良い。すると、その回転に伴って回転板１５が右に回転し、磁石による探針ホルダの吸着力が弱まって、探針ホルダ１７を探針装着部１３から取り外すことができる。
【００３３】
以上、図１に示した走査形トンネル顕微鏡について説明したが、このような装置においては、装着側を破損させずに探針を装着側にしっかりと固定でき、また、装着側を破損させずに探針を装着側から簡単に取り外すことができる。
【００３４】
なお、本発明はこの例に限定されるものではなく、以下に他の例について説明する。
【００３５】
上記例においては、スキャナに探針ホルダを装着する場合について説明したが、図５に示すような試料ホルダを図１に示したような装着側に装着するようにしても良い。図５における試料ホルダ２０は、試料２１を保持しており、また、ＦｅやＮｉなどの強磁性材料で作製された吸着部２２を有している。この吸着部２２の形状および大きさは、前記吸着部１９とほぼ同じである。この場合、前記探針装着機構１０を試料装着機構とよび、前記探針装着部１３を試料装着部とよぶ。また、試料ホルダ２０の吸着部２２がその試料装着部に吸着固定されたとき、試料ホルダ２０と対向する側に探針が配置される。
【００３６】
また、図６は、本発明の他の例として示した、走査形トンネル顕微鏡の概略図である。図６において、図１と同じ構成要素には図１と同じ番号を付けており、その詳しい説明を省略する。
【００３７】
図６において、２３は探針ホルダ機構であり、この探針ホルダ機構２３は、前記探針装着機構１０と同じ構成のものに探針ホルダ２４が取り付けられたものである。探針ホルダ２４は、磁化容器１１の底部に取り付けられており、探針を保持している。
【００３８】
２５は探針ホルダ吸着部であり、この構成は前記探針装着部１３の構成と同じである。また、２６は、前記ｚスキャナ９に取り付けられた探針ホルダ機構装着部であり、この探針ホルダ機構装着部２６は、ＦｅやＮｉなどの強磁性材料で作製された円盤状のものであり、その直径は探針ホルダ吸着部２５の回転板１５の外径とほぼ同じである。
【００３９】
このような構成においては、まず、回転板１５が前記図３（ｂ）の状態で探針ホルダ機構装着部２６に当接される。その後、回転板１５が装着部２６に当接した状態で、その回転板１５以外のホルダ機構２３が一体的に左に回転される。
【００４０】
この結果、磁場遮断板１４と回転板１５によって、磁化容器１１の容器口が完全に覆われなくなり、回転板１５の窓部１５ｃ，１５ｄから永久磁石１２による磁場が外に漏れる。このため、前記探針ホルダ吸着部２５が探針ホルダ機構装着部２６に吸着固定される。
【００４１】
なお、探針ホルダ機構２３を探針ホルダ機構装着部２６から取り外すには、探針ホルダ２４を今度は右に回転させるようにすれば良い。
【００４２】
また、図６の装置は、スキャナに探針ホルダを装着する場合のものであるが、図７に示すような試料ホルダ機構２７を図６に示したようなスキャナ側に装着するようにしても良い。図７における試料ホルダ機構２７は、前記探針ホルダ機構２３の探針ホルダ２４が試料ホルダ２８に置き換わったものであり、試料ホルダ２８は試料２９を保持している。この場合、前記探針ホルダ吸着部２５は試料ホルダ吸着部とよばれると共に、前記探針ホルダ機構装着部２６は試料ホルダ機構装着部とよばれ、また、試料ホルダ２８と対向する側に探針が配置される。
【００４３】
また、上記例においては、磁場遮断板や回転板の形状は扇状であったが、本発明はこの形状に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる形状であればスライド方式も含めどのような形状でも良い。
【００４４】
また、上記例においては、磁石として永久磁石が用いられたが、コイルを磁化容器の中に配置して、そのコイルに電流を流すようにしても良い。
【００４５】
また、上記例においては、走査形トンネル顕微鏡を例にあげて説明したが、本発明は、原子間力顕微鏡における探針や試料を装着側に装着する場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の走査形プローブ顕微鏡の一例として示した、走査形トンネル顕微鏡の概略図である。
【図２】  図１の装置を説明するために示した図である。
【図３】  図１の装置を説明するために示した図である。
【図４】  図１の装置を説明するために示した図である。
【図５】  本発明の他の例を説明するために示した図である。
【図６】  本発明の走査形プローブ顕微鏡の一例として示した、走査形トンネル顕微鏡の概略図である。
【図７】  本発明の他の例を説明するために示した図である。
【符号の説明】
１…試料室チャンバ、２…試料室、３…試料ステージ、４、２１、２９…試料、５…固定端、６…スキャナ、７…ｘスキャナ、８…ｙスキャナ、９…ｚスキャナ、１０…探針装着機構、１１…磁化容器、１２…永久磁石、１３…探針装着部、１４…磁場遮断板、１４ａ、１４ｂ…遮断部、１４ｂ’…回転止め、１４ｃ…ピン溝、１５…回転板、１５ａ、１５ｂ…回転部、１５ｃ、１５ｄ…窓部、１５ｅ…ピン穴、１６…ピン、１７…探針ホルダ、１８…探針、１９、２２…吸着部、２０…試料ホルダ、２３…探針ホルダ機構、２４…探針ホルダ、２５…探針ホルダ吸着部、２６…探針ホルダ機構装着部、２７…試料ホルダ機構、２８…試料ホルダ
【図１】
0003950610.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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