JPH02284006A - 探針固定機構 - Google Patents
探針固定機構Info
- Publication number
- JPH02284006A JPH02284006A JP1103452A JP10345289A JPH02284006A JP H02284006 A JPH02284006 A JP H02284006A JP 1103452 A JP1103452 A JP 1103452A JP 10345289 A JP10345289 A JP 10345289A JP H02284006 A JPH02284006 A JP H02284006A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- fixing mechanism
- electrode
- mechanism according
- fixing
- Prior art date
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- Pending
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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。
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）
本発明は、探針などの微小検出部を精度良く固定する機
構に関するものである。特に、未発明は走査型トンネル
顕微鏡の探針保持機構として通用される固定機構に関す
るものである。
構に関するものである。特に、未発明は走査型トンネル
顕微鏡の探針保持機構として通用される固定機構に関す
るものである。
実空間で物体表面を原子スケールの分解能で観察するこ
とのできる走査型トンネル顕微鏡（以後ＳＴＭと略す）
は、真空中のみならず大気中や液体中でも動作し、その
応用分野は表面粗さ計測等にはじまり半導体・生体分子
・化学反応・超微細加工など広範囲である。最近、ＳＴ
Ｍの実用化が進み幅広い分野で手軽に使用されはじめた
。
とのできる走査型トンネル顕微鏡（以後ＳＴＭと略す）
は、真空中のみならず大気中や液体中でも動作し、その
応用分野は表面粗さ計測等にはじまり半導体・生体分子
・化学反応・超微細加工など広範囲である。最近、ＳＴ
Ｍの実用化が進み幅広い分野で手軽に使用されはじめた
。
この走査トンネル顕微鏡は、導電性試料と導電性探針の
間に電圧を印加し、ｌｎｍ程度の距離まで接近させると
トンネル電流が流れ、その距茄によりトンネル電流が指
数関数的に変化することを利用したものである。その探
針として、先端を電解研摩等で非常に先鋭に仕上げたも
のを用いて導電性物質からなる試料表面との距離を一定
に保ち２次元的に走査すると表面の原子配列または凹凸
の形状によりトンネル電流が変化し、表面像を得ること
ができる（「固定物理ＪＶＯ１，２２，Ｎ。
間に電圧を印加し、ｌｎｍ程度の距離まで接近させると
トンネル電流が流れ、その距茄によりトンネル電流が指
数関数的に変化することを利用したものである。その探
針として、先端を電解研摩等で非常に先鋭に仕上げたも
のを用いて導電性物質からなる試料表面との距離を一定
に保ち２次元的に走査すると表面の原子配列または凹凸
の形状によりトンネル電流が変化し、表面像を得ること
ができる（「固定物理ＪＶＯ１，２２，Ｎ。
３．１９８７．ｐｐ１７６−１８６）。
従来のＳ Ｔ Ｍの探針固定機構は、弾性力を利用した
機構（第５図、第６図）やねじによる固定機構（第７図
）、あるいは探針をあらかじめ治具と一体化しておきそ
の治具を固定する機構（第８図）などが採用されていた
。
機構（第５図、第６図）やねじによる固定機構（第７図
）、あるいは探針をあらかじめ治具と一体化しておきそ
の治具を固定する機構（第８図）などが採用されていた
。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来例の弾性力を利用した機構では
、次のような欠点があった。（１）探針がＳＴＭ動作中
に動くことがあり、原子レベルで安定した状態の維持が
困難である。（２）弾性力と摩擦による固定のためステ
ィックスリップが起こり、固定時の探針軸方向の位置決
めが難しい。
、次のような欠点があった。（１）探針がＳＴＭ動作中
に動くことがあり、原子レベルで安定した状態の維持が
困難である。（２）弾性力と摩擦による固定のためステ
ィックスリップが起こり、固定時の探針軸方向の位置決
めが難しい。
（３）同じ条件で固定するためには、弾性力を与えるば
ねや探針自体の形状を高い精度で仕上げる必要がある。
ねや探針自体の形状を高い精度で仕上げる必要がある。
（４）弾性力を有するものには、クリープという固定に
は不都合な現象がある。
は不都合な現象がある。
また、ねじによる固定では、次のような欠点があった。
（１）ＳＴＭ動作中ねじが弛むことがあり、その結果探
針が動いてしまう。また、これを防止するためにダブル
ロック機構を用いると構造が複雑化する。（２）探針固
定部の周辺にねじを設けるために大きなスペースを必要
とする。
針が動いてしまう。また、これを防止するためにダブル
ロック機構を用いると構造が複雑化する。（２）探針固
定部の周辺にねじを設けるために大きなスペースを必要
とする。
一方、治具を用いる固定は次のような欠点があった。（
１）機構形状が大型化する。（２）探針と治具とを固定
するための組立工程が増える。
１）機構形状が大型化する。（２）探針と治具とを固定
するための組立工程が増える。
更に探針の固定は、ＳＴＭの使用者が直接手で行なわな
ければならず、操作に熟練するまで相当の時間を特徴と
する特に真空中での探針交換などでは操作性の向上が望
まれていた。
ければならず、操作に熟練するまで相当の時間を特徴と
する特に真空中での探針交換などでは操作性の向上が望
まれていた。
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであっ
て、探針の取付固定作業を容易に高精度で行うことがで
き、特に走査型トンネル顕＠鏡又はその応用装置に好適
な探針固定機構の提供を目的とする。
て、探針の取付固定作業を容易に高精度で行うことがで
き、特に走査型トンネル顕＠鏡又はその応用装置に好適
な探針固定機構の提供を目的とする。
（課題を解決するための手段）
前記目的を達成するため、本発明に係る探針固定機構は
、トンネル電流検出用探針を１定保持するための電気機
械エネルギー変換素子を備えている。
、トンネル電流検出用探針を１定保持するための電気機
械エネルギー変換素子を備えている。
電気機械エネルギー変換素子に電圧印加することにより
素子が伸縮しこの伸縮により探針を固定および固定解除
する。
素子が伸縮しこの伸縮により探針を固定および固定解除
する。
本発明によれば、電気機械エネルギー変換素子を用いた
固定機構を設けることにより、探針の固定を容易に精度
良く行なうことができる。
固定機構を設けることにより、探針の固定を容易に精度
良く行なうことができる。
また、探針と接触する部分に電極を設けることにより探
針の有無や固定状態の検知ができる。
針の有無や固定状態の検知ができる。
第１図は本発明に係る探針固定機構の探針保持状態を示
す断面図である。
す断面図である。
１は探針、３１は探針を挟む探針電極、３０は絶縁体、
２０は圧電セラミックス、２１及び２２は圧電セラミッ
クス２０に電圧を印加するための内部電極及び外部電極
である。また、第２図は固定された探針１の先端側から
見た正面図である。
２０は圧電セラミックス、２１及び２２は圧電セラミッ
クス２０に電圧を印加するための内部電極及び外部電極
である。また、第２図は固定された探針１の先端側から
見た正面図である。
探針電極３１は探針電極Ａ３２と探針電８ｉＢ３３との
二つに分割されている。それぞれの電極からは第１図に
示すように探針リード線Ａ３４、探針リード線Ｂ３５、
内部リード線２３、外部リード線２４が引き出され、不
図示の電気回路と接続されている。圧電セラミックス２
０は、電８ｉ２１及２２間の電圧印加によって円周方向
（拡がる方向）へ変位するように分極処理されている。
二つに分割されている。それぞれの電極からは第１図に
示すように探針リード線Ａ３４、探針リード線Ｂ３５、
内部リード線２３、外部リード線２４が引き出され、不
図示の電気回路と接続されている。圧電セラミックス２
０は、電８ｉ２１及２２間の電圧印加によって円周方向
（拡がる方向）へ変位するように分極処理されている。
第３図は、本発明の制御系例を示すブロック図である。
探針電極３１からの信号はリード線３４．３５を通し切
替器４に接続されている。切替器４は、探針からの信号
をＳＴＭとして使用する場合はトンネル電流測定部５と
接続し、探針を固定する場合は探針固定検知部６と接続
する働きを行なう。探針状態検知部６は、探針の状態を
検知する部分で、探針電極ＡとＢ３２，３３間のインピ
ーダンスを測ることにより探針の有無や探針が確実に固
定されているかなどを調べる。また、探針着脱時に探針
電極３１（３２又は３３）と探針１を介した導電性を有
する探針着脱治具８とのインピーダンスを測定し、探針
１と探針電極が接触したら電圧印加部７へＯＮ信号を送
る。電圧印加部７は、リード線２３．２４を通して圧電
セラミックスへ電圧を印加し変位をさせる。
替器４に接続されている。切替器４は、探針からの信号
をＳＴＭとして使用する場合はトンネル電流測定部５と
接続し、探針を固定する場合は探針固定検知部６と接続
する働きを行なう。探針状態検知部６は、探針の状態を
検知する部分で、探針電極ＡとＢ３２，３３間のインピ
ーダンスを測ることにより探針の有無や探針が確実に固
定されているかなどを調べる。また、探針着脱時に探針
電極３１（３２又は３３）と探針１を介した導電性を有
する探針着脱治具８とのインピーダンスを測定し、探針
１と探針電極が接触したら電圧印加部７へＯＮ信号を送
る。電圧印加部７は、リード線２３．２４を通して圧電
セラミックスへ電圧を印加し変位をさせる。
次に第４図を用いて、探針固定作業の手順を示す。上述
の切替器４は、探針状態検知回路６側に接続する。まず
（ａ）図では電界研磨で処理を行なった探針１を探針着
脱治具８（第３図）によってつかむ。次に（ｂ）図のよ
うに探針１を探針固定部３に接触させる。これにより前
述の探針状態検知部６（第３図）から電圧印加部７にＯ
Ｎ信号が送られる。この信号により圧電アクチュエータ
２に電圧が印加され圧電アクチュエータは（ｃ）図のよ
うに円周方向へ拡げられる。続いて（ｄ）図のように探
針１をアクチュエータ２内の所定位置まで挿入し探針着
脱治具を探針１から１龍す。これにより前述の探針状態
検知部６からＯＦＦ信号が電圧印加部７へ送られる。従
って圧電アクチュエータ２は、（ｅ）図のように円周方
向に縮み探針１を固定する。この状態で前述のように探
針状態検知部６により２分割しである探針電極間のイン
ピーダンスを測り、確実に固定されているかの確認を行
なう。そして、切替器４をトンネル電流測定部５側に切
替えて、探針固定作業か終了する。
の切替器４は、探針状態検知回路６側に接続する。まず
（ａ）図では電界研磨で処理を行なった探針１を探針着
脱治具８（第３図）によってつかむ。次に（ｂ）図のよ
うに探針１を探針固定部３に接触させる。これにより前
述の探針状態検知部６（第３図）から電圧印加部７にＯ
Ｎ信号が送られる。この信号により圧電アクチュエータ
２に電圧が印加され圧電アクチュエータは（ｃ）図のよ
うに円周方向へ拡げられる。続いて（ｄ）図のように探
針１をアクチュエータ２内の所定位置まで挿入し探針着
脱治具を探針１から１龍す。これにより前述の探針状態
検知部６からＯＦＦ信号が電圧印加部７へ送られる。従
って圧電アクチュエータ２は、（ｅ）図のように円周方
向に縮み探針１を固定する。この状態で前述のように探
針状態検知部６により２分割しである探針電極間のイン
ピーダンスを測り、確実に固定されているかの確認を行
なう。そして、切替器４をトンネル電流測定部５側に切
替えて、探針固定作業か終了する。
探針を取りはずす時は、上述の作業と逆の手順で行なえ
ば良い。
ば良い。
前述実施例に於いて、探針状態検知部６から電圧印加部
７までの部分は、Ｓ７Ｍ装置の回路を流用することも可
能である。具体的には、第３図に於いてＳ７Ｍ装置の試
料・バイアス電圧を探針着脱治具８へ印加できる形にし
、トンネル電流測定部で探針の有無状態を検知すること
ができる。また、Ｓ７Ｍ装置のトンネル電流一定モード
に於ける探針試料間距離制御の信号を圧電セラミックス
に加えることでも前述実施例と同様のことを行なえる。
７までの部分は、Ｓ７Ｍ装置の回路を流用することも可
能である。具体的には、第３図に於いてＳ７Ｍ装置の試
料・バイアス電圧を探針着脱治具８へ印加できる形にし
、トンネル電流測定部で探針の有無状態を検知すること
ができる。また、Ｓ７Ｍ装置のトンネル電流一定モード
に於ける探針試料間距離制御の信号を圧電セラミックス
に加えることでも前述実施例と同様のことを行なえる。
また、圧電セラミックスの形状や材買は、何ら上記実施
例に限定されるものではなく、目的に合わせて任意選択
ができる。例えば、低電圧で駆動できるよう積層型を用
いることができ、また四角形の断面形状を持たせ固定部
分との整合性をとることなどが可能である。
例に限定されるものではなく、目的に合わせて任意選択
ができる。例えば、低電圧で駆動できるよう積層型を用
いることができ、また四角形の断面形状を持たせ固定部
分との整合性をとることなどが可能である。
前述実施例では圧電アクチュエータを用いているが、電
気機械エネルギー変換素子ならば何でも使用可能である
。
気機械エネルギー変換素子ならば何でも使用可能である
。
以上説明したように、電気機械エネルギー変換素子を用
いた固定機構を設けることにより、探針の固定を容易に
精度良く行なうことができる。
いた固定機構を設けることにより、探針の固定を容易に
精度良く行なうことができる。
また、探針電極を探針と接触する固定部に設けることに
より、探針の有無や固定状態の把握ができる。これによ
り操作性の向上、探針の確実な固定が図られる。更に探
針の自動着脱が可能となり、真空対応ＳＴＭで特に有用
となる。
より、探針の有無や固定状態の把握ができる。これによ
り操作性の向上、探針の確実な固定が図られる。更に探
針の自動着脱が可能となり、真空対応ＳＴＭで特に有用
となる。
第１図は本発明に係る探針固定機構の探針保持状態を示
す断面図、第２図は第１図の探針固定機構の探針先端側
の正面図、第３図は本発明に係る探針固定機構の制御ブ
ロック図、第４図は本発明の探針装着作業説明図、第５
図から第８図までは各々従来の探針固定機構の断面図で
ある。 １：探針、 ２：圧電アクチュエータ、 ３：探針固定部、 ２０：圧電セラミックス、 ２１．２２：電極、 ３１．３２，３３：探針電極。
す断面図、第２図は第１図の探針固定機構の探針先端側
の正面図、第３図は本発明に係る探針固定機構の制御ブ
ロック図、第４図は本発明の探針装着作業説明図、第５
図から第８図までは各々従来の探針固定機構の断面図で
ある。 １：探針、 ２：圧電アクチュエータ、 ３：探針固定部、 ２０：圧電セラミックス、 ２１．２２：電極、 ３１．３２，３３：探針電極。
Claims (7)
- （１）トンネル電流検出用探針を固定保持するための電
気機械エネルギー変換素子を備えたことを特徴とする探
針固定機構。 - （２）前記電気機械エネルギー変換素子は圧電アクチュ
エータからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の探針固定機構。 - （３）前記圧電アクチュエータは積層型構造であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の探針固定機構
。 - （４）探針を保持した状態で該探針と接触する電極を備
えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の探針
固定機構。 - （５）前記電極は複数に分割されたことを特徴とする特
許請求の範囲第４項記載の探針固定機構。 - （６）前記電極は探針状態検知回路に接続されたことを
特徴とする特許請求の範囲第４項記載の探針固定機構。 - （７）前記探針状態検知回路は探針装着用治具と電気的
に接続されたことを特徴とする特許請求の範囲第６項記
載の探針固定機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1103452A JPH02284006A (ja) | 1989-04-25 | 1989-04-25 | 探針固定機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1103452A JPH02284006A (ja) | 1989-04-25 | 1989-04-25 | 探針固定機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02284006A true JPH02284006A (ja) | 1990-11-21 |
Family
ID=14354417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1103452A Pending JPH02284006A (ja) | 1989-04-25 | 1989-04-25 | 探針固定機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02284006A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI490499B (zh) * | 2014-01-08 | 2015-07-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 探棒固定裝置 |
-
1989
- 1989-04-25 JP JP1103452A patent/JPH02284006A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI490499B (zh) * | 2014-01-08 | 2015-07-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 探棒固定裝置 |
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