(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気を検出するＳＱＵＩＤと、
前記ＳＱＵＩＤを固定する弾性材料からなるデバイス実装板と、
前記デバイス実装板を所定の角度で保持するホルダーと、
前記デバイス実装板を介して前記ＳＱＵＩＤを冷却する第１の冷却装置と、
前記ＳＱＵＩＤと試料を相対的に移動させる走査ステージと、
から構成されるＳＱＵＩＤ顕微鏡。
【請求項２】
前記デバイス実装板と前記ＳＱＵＩＤとの固定は、前記ＳＱＵＩＤの一部分が前記デバイス実装部と接触していることを特徴とする請求項１記載のＳＱＵＩＤ顕微鏡。
【請求項３】
前記ＳＱＵＩＤと同等の熱膨張係数を有し、かつ前記ＳＱＵＩＤと同一形状に加工されたチップを、前記デバイス実装板の前記ＳＱＵＩＤ固定部分の裏面に固定したことを特徴とする請求項１記載のＳＱＵＩＤ顕微鏡。
【請求項４】
前記デバイス実装板は，少なくとも一部分に穴を有することを特徴とする請求項１記載のＳＱＵＩＤ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁性材料や半導体材料、超伝導材料などの試料表面を走査し、試料の磁気分布を計測するＳＱＵＩＤ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＱＵＩＤ顕微鏡は、ＳＱＵＩＤの磁場検出面積を小さくし、試料との距離を短くすることにより、試料から得られる磁場分布を高空間分解能に測定する装置である。 図２は従来型ＳＱＵＩＤ顕微鏡の測定チャンバーの一例を示すブロック図である。測定チャンバー５０は液体ヘリウムを溜めたクライオスタットに挿入して使用される。点線で囲んだ部分がＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー１０である。ＳＱＵＩＤ顕微鏡の測定チャンバー５０は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１、デバイス実装板１２、ヒンジ１３、プローブ２０、ＸＹＺ走査ステージ３０、測定チャンバー５０で構成される。測定チャンバー５０に設けられたプローブ２０にＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー１０が設置される。ＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー１０はＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１、デバイス実装板１２、ヒンジ１３で構成される。 ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１はデバイス実装板１２に固定され、ヒンジ１３を介してプローブ２０に設置される。ＸＹＺ走査ステージ３０は試料４０を設置し、ＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー１０と試料４０との相対位置を変えるための機構である。試料４０をＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー１０に近づけて接触させると、ヒンジ１３によりデバイス実装板の角度θが変わり、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１が上昇することで、ＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー１０と試料４０が接触した状態においても大きな力が加わらない構造としている。また、ＸＹ走査時に試料表面の凹凸によりＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー１０と試料４０間に距離変化が生じた場合でも、ヒンジ１３の角度が変わることで常にＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー１０と試料４０が接触する構造としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のＳＱＵＩＤ顕微鏡では、 ヒンジ１３の冷却に伴う収縮によりヒンジの動きが悪くなり、ＤＣ−ＳＱＵＩＤと試料が接触した際の圧力が大きくなり、ＤＣ−ＳＱＵＩＤや試料を破損する場合があるという問題があった。またヒンジに付着した水分や窒素等が冷却に伴い固体化することにより、ヒンジ１３の角度が変わらなくなり、ＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー１０や試料４０が破損する場合があるという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（第１の手段）
本発明は、上記の課題を解決するために、ＤＣ−ＳＱＵＩＤを実装するデバイス実装板に弾性材料を使用し、デバイス実装板を直接ホルダーに固定する構造としたものである。
【０００５】
（第２の手段）
第１の手段にさらに、デバイス実装板の一部分を細くする構造とした。
（第３の手段）
第１の手段にさらに、デバイス実装板の一部分を薄くする構造とした。
（第４の手段）
第１の手段にさらに、デバイス実装板のＤＣ−ＳＱＵＩＤとの接触部分の厚みを厚くする構造とした。
【０００６】
（第５の手段）
第１の手段にさらに、デバイス実装板をプリント回路基板で作製する構造とした。
（第６の手段）
第１の手段にさらに、ＤＣ−ＳＱＵＩＤとデバイス実装板の固定を一部分の接着により行う構造とした。
【０００７】
（第７の手段）
第１の手段にさらに、ＤＣ−ＳＱＵＩＤを接着したデバイス実装板の裏面にＤＣ−ＳＱＵＩＤと同一材料で同一形状のチップを固定する構造とした。
（第８の手段）
第１の手段にさらに、デバイス実装板の一部分に穴をあける構造とした。
【０００８】
第１の手段によるＳＱＵＩＤ顕微鏡の構造によれば、ＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサーの可動部分に、冷却による収縮が起きた場合、または、付着していた水滴が凍った場合においても、ＤＣ−ＳＱＵＩＤと試料が接触した際の接触圧力をデバイス実装板の弾性により緩和できるため、ＤＣ−ＳＱＵＩＤおよび試料が破損することを防止できる。また、試料の硬さに応じてデバイス実装板の厚さや幅、長さを変えることで容易に接触圧力を設定できる。
【０００９】
第２、３、８の手段により、デバイス実装板の一部分の断面積を減少させることができるため、ＤＣ−ＳＱＵＩＤと試料を押し当て、デバイス実装板を同様に曲げた場合、ＤＣ−ＳＱＵＩＤと試料の接触圧力をより小さくでき、 ＤＣ−ＳＱＵＩＤや試料が破損することを防止できる。
第４の手段により、ＤＣ−ＳＱＵＩＤとデバイス実装板の熱膨張係数の違いによる接着部分の反りが軽減されるため、ＤＣ−ＳＱＵＩＤの割れを防止できる。
【００１０】
第５の手段により、デバイス実装板に配線パターンを作製できるため、ＤＣ−ＳＱＵＩＤの配線を容易にできる。
第６の手段により、ＤＣ−ＳＱＵＩＤと接着剤とデバイス実装板との熱膨張係数の違いによる剥離や割れを防止できる。
第７の手段により、ＤＣ−ＳＱＵＩＤとデバイス実装板との熱膨張係数の違いによる接着部分の反りが軽減されるため、ＤＣ−ＳＱＵＩＤの割れを防止できる。
【００１１】
第８の手段により、ＤＣ−ＳＱＵＩＤと試料を接触させ、デバイス実装板の固定端から自由端の向きに対して直交方向に走査させる場合、デバイス実装板のねじれが減少できるため、試料に対するＤＣ−ＳＱＵＩＤの位置決め精度が向上でき、より正確な測定結果を得ることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１を示すＳＱＵＩＤ顕微鏡のＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー周辺の構造を示した図である。点線で囲んだ部分がＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー１０である。
【００１３】
従来のＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサーでは可動手段としてヒンジを用いていたが、本発明では弾性材料で作製したデバイス実装板を可動手段として採用した。
デバイス実装板１２は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１と端子台１６を実装してホルダー１４に固定される。デバイス実装板１２の形状設計は、デバイス実装板の材料やＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１と試料４０の許容接触圧力を考慮して行う。本実施の形態におけるデバイス実装板１２は、４ｍｍ×１０ｍｍで厚さ０．１ｍｍのリン青銅製の板を用いたが、その他の寸法やベリリウム銅などその他の材料でも良い。
【００１４】
ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１はＮｂ系のＬｏｗ−Ｔｃ−ＳＱＵＩＤを用いたが、イットリウム系等のＨｉ−Ｔｃ−ＳＱＵＩＤを用いても良い。ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１の磁気検出部分は、φ１０μｍの検出コイルで構成される。デバイス実装板１２へのＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１の実装は接着により行った。ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１は、デバイス実装板１２およびホルダー１４を介して、第１の冷却装置２１により熱伝導で冷却される。第１の冷却装置２１は無酸素銅で作製され、内部に冷媒を通すことで冷却される。
【００１５】
端子台１６はＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１へ配線を行うための端子で、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１との接続はアルミワイヤーによるボンディングにより行った。デバイス実装板１２への端子台１６の実装は接着剤により行ったが、ネジ止め等その他の固定方法でもよい。端子台１６はFRP製のプリント基板にて作製したが、フレキシブルプリント基板でもよい。
【００１６】
ホルダー１４は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１および端子台１６を実装した、デバイス実装板１２を適当な角度を保って保持し、第１の冷却装置２１へ固定するために用いる。デバイス実装板１２を保持する角度θは、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１と端子台１６間のボンディングワイヤーと試料４０との位置関係等により決定する。本実施の形態においては角度θ＝１５゜とした。デバイス実装板１２はネジ１５にて保持する構造とした。ホルダー１４は無酸素銅にて作製した。
【００１７】
一方、試料４０は、走査ステージ３０の上に設置された第２の冷却装置２２の上に、銅ペーストや銀ペーストにて固定される。第２の冷却装置２２は、第１の冷却装置２１と同様の冷却方式を採用した。試料４０を冷却する必要がある場合は、第２の冷却装置２２で冷却を行う。
磁気分布の測定は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１と試料４０を接触させて、走査ステージ３０により試料４０を走査してデータ収録を行う。
【００１８】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２を示すＳＱＵＩＤ顕微鏡のデバイス実装板の周辺を、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ実装面の方向より示した図である。
デバイス実装板１２の形状以外の構成は実施の形態１となんら変わるところはない。
【００１９】
デバイス実装板１２の一部分の幅をＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１および端子台１６の幅よりも細い構造とした。
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３を示すＳＱＵＩＤ顕微鏡のデバイス実装板の周辺を、デバイス実装板の側面より示した図である。
【００２０】
デバイス実装板１２の形状以外の構成は実施の形態１となんら変わるところはない。
デバイス実装板１２の一部分の厚みを、DC−ＳＱＵＩＤ１１を保持する強度を保てる程度に薄くする構造とした。
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４を示すＳＱＵＩＤ顕微鏡のデバイス実装板の周辺を、デバイス実装板の側面より示した図である。
【００２１】
デバイス実装板１２の形状以外の構成は実施の形態１となんら変わるところはない。
デバイス実装板１２へのＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１の実装部分を、DC−ＳＱＵＩＤ１１とデバイス実装板１２の熱膨脹係数に差が存在した場合であっても、反りが生じない程度の強度が得られる厚みとした。実際には、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１の形状３ｍｍ×３ｍｍ、厚み０．５ｍｍに対して、リン青銅で作製したデバイス実装板１２のＤＣ−ＳＱＵＩＤ実装部の厚みを１ｍｍとした。
【００２２】
（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５を示すＳＱＵＩＤ顕微鏡のデバイス実装板の周辺を、デバイス実装板の側面より示した図である。
デバイス実装板１２の構成および端子台１６が必要無いこと以外には実施の形態１となんら変わるところはない。
【００２３】
デバイス実装板１２は両面に銅箔が施されたフレキシブルプリント基板にて作製した。ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１を実装する面の銅箔は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１へ配線を行うためのパターンが設けられており、一方の裏面にはパターンは施されていない。フレキシブルプリント基板のパターンおよびベースのポリイミド基板で、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１を保持するために必要な強度と、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１を冷却するために必要な熱伝導が得られる場合は、裏面に銅箔が施されていないフレキシブルプリント基板でも良い。
【００２４】
（実施の形態６）
ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１とデバイス実装板１２の接着方法以外には実施の形態１となんら変わるところはない。
ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１とデバイス実装板１２の固定は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１の裏面の一部分に着けた接着材にて行う。接着剤としてはワニスや銀ペーストが好ましい。
【００２５】
（実施の形態７）
図７は本発明の実施の形態７を示すＳＱＵＩＤ顕微鏡のデバイス実装板の周辺を、デバイス実装板の側面より示した図である。
デバイス実装板１２にチップ１７が装着されている以外の構成は実施の形態１となんら変わるところはない。
【００２６】
チップ１７はＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１を作製したウェハーと同一材料、かつ同一形状に作製され、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１と同様の方法によりデバイス実装板１２に接着される。本実施の形態ではシリコンウェハーのチップを用いた。ただし、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１を作製したウェハーと同等の熱膨張係数をもつ材料であればその他の材料でも良い。
【００２７】
（実施の形態８）
図８は本発明の実施の形態８を示すＳＱＵＩＤ顕微鏡のデバイス実装板の周辺を、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ実装面の方向より示した図である。
デバイス実装板１２の形状以外には実施の形態１となんら変わるところはない。
【００２８】
デバイス実装板１２の一部分に穴を設けた形状とした。穴の位置は、長さ方向ではＤＣ−ＳＱＵＩＤ１１と試料４０が接触した際に歪みが集中する固定端付近で、幅方向では図８中のＡとＢが同一となるようにデバイス実装板の中心に設けた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサーの可動部分に、冷却による収縮が起きた場合、または、水滴が付着していた場合においても、ＤＣ−ＳＱＵＩＤと試料が接触した際の接触圧力をデバイス実装板の弾性により緩和できるため、ＤＣ−ＳＱＵＩＤおよび試料が破損することを防止できる。また、ＤＣ−ＳＱＵＩＤとデバイス実装板の熱膨張係数の違いによる接着部分の反りが軽減されるため、ＤＣ−ＳＱＵＩＤの割れを防止できる。また、デバイス実装板に配線パターンを作製できるため、ＤＣ−ＳＱＵＩＤの配線を容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかわるＳＱＵＩＤ顕微鏡のＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー周辺の構造を示す図である。
【図２】従来のＳＱＵＩＤ顕微鏡の測定チャンバーの一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかわるＳＱＵＩＤ顕微鏡のデバイス実装板の周辺を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３にかかわるＳＱＵＩＤ顕微鏡のデバイス実装板の周辺を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態４にかかわるＳＱＵＩＤ顕微鏡のデバイス実装板の周辺を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態５にかかわるＳＱＵＩＤ顕微鏡のデバイス実装板の周辺を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態７にかかわるＳＱＵＩＤ顕微鏡のデバイス実装板の周辺を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態８にかかわるＳＱＵＩＤ顕微鏡のデバイス実装板の周辺を示す図である。
【符号の説明】
１０  ＳＱＵＩＤ顕微鏡用センサー
１１  ＤＣ−ＳＱＵＩＤ
１２  デバイス実装板
１３  ヒンジ
１４  ホルダー
１５  ネジ
１６  端子台
１７  チップ
２０  プローブ
２１  第１の冷却装置
２２  第２の冷却装置
３０  走査ステージ
４０  試料
５０  測定チャンバー
【図１】
0004201913.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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【図８】
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