JPH03210405A - 探針ホルダー - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、走査型トンネル顕微鏡およびその応用された
装置に用いる探針ホルダー機構に関する。

［従来の技術］ 近年、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の研究が盛んに
なっている。そのＳＴＭでは試料と探針の距離をｎｍオ
ーダーまで接近させるため振動などの外因によって両者
が接触して破損してしまうことが多くその探針を交換す
ることが不可避である。このような探針交換を行うため
に探針をこれらのアクチュエーターに固定した第２図の
ような治具を利用して接続し、電歪素子３の先端に設け
た探針１のみを交換可能としている ［　Ｆ、Ｂｅ５ｅｎｂａｃｈｅｒ、Ｅ、Ｌａｅｇｓｇａ
ａｒｄ、に、ＭｏｒｔｅｎｓｅｎＵ、Ｎ１ｅｌｓｅｎ、
ａｎｄ　１．Ｓｔｅｎｓｇａａｒｄ：Ｒｅｖ、Ｓｃｉ、
Ｉｎｓｔｒｕｗ：ｖｏｌ５９（７）、Ｊｕｌｙ　　１９
８８］。

［発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、前記従来の方法では円筒型の電歪素子３
の先端部に重量の重い部材が取り付けられるために電歪
素子と探針１を組み合せた系（走査ヘッドと称する）の
慣性モーメントが増し共振周波数が低くなるため高速の
走査が困難であり、また針状の探針をビンセットなどを
使用して直接取り替えねばならないことから、扱いにく
く取り付はミスなどにより探針が損傷することが多かっ
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、簡単な構造で軽量化を図り、高速走査および高信頼
性走査を可能とする探針ホルダーの提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明では前記目的を達成するため樹脂を用いて探針ホ
ルダーを作成しバネ機構もしくは凹凸部を探針ホルダー
のみ、または探針ホルダーと円筒型電歪素子の内部の両
方に設けている。

［作用］ 本発明構成により素子重量が減少し、またバネ式もしく
は凹凸による接続の補強方法を採用したため、共振周波
数が素子単体の共振周波数に近付き、高速の走査が可能
となる。そしてホルダーとと探針を交換する機構にした
ため取扱が容易になり、操作性が向上し簡便な試料観察
が実現する。

［実施例］ 第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明による実施例の探針ホル
ダーの各別の例を示す概略図である。各側において、ホ
ルダー本体６は樹脂材料で形成し、このホルダー本体６
の上部に探針１が装着される。（ａ）、（ｂ）は切り欠
き４を設けて圧入を補助し、これにより生じたバネ力で
固定するタイプである。（Ｃ）、（ｄ）は凸部５をホル
ダー本体６側に設けて固定するタイプである。該凸部５
に嵌合する凹部を円筒型電歪素子に設けてもよい。図中
の斜線部分２は電極取り出し用の金属部材である。本実
施例では樹脂材料としてポリカーボネイトを用いて図の
ような形状を形成する。そして、このホルダー本体６を
円筒型電歪素子（図示しない）に圧入して固定する。そ
の形成過程において樹脂が硬化する前に、探針材料であ
るタングステン（Ｗ）の線材と電極引出し用の金属２を
挿入し固める。探針部の先端形状の形成は電解研摩法や
機械研摩によって行う、また探針ホルダーの表面を探針
材料とは接続しないように金属皮膜を施しグランド電位
にしておき円筒型電歪素子の内部電極をグランド電位と
して用いることでガードリングとしての効果を持たせア
クチュエーターの駆動信号や外来ノイズなどによる測定
信号のＳＺＮ比の低下を防ぐことができる。なお本実施
例では樹脂材料にポリカーボネイトを使用したが本発明
はこれに限定するものでなく、ＡＢＳ　（アクリルニト
リルブタジェンスチレン共重合樹脂）、ふっ素樹脂、ポ
リプロピレン、メタクリル樹脂など種々の物が使用でき
る。

第３図（ａ）、（ｂ）は円筒型電歪素子の内側にも探針
ホルダーとの嵌合用の凹凸を設けた場合の実施例の概略
図である。第３図（ａ）は側面断面図、（ｂ）は斜視図
である。

探針ホルダー６側に設けられた凹部７と円筒型電歪素子
３に設けられた凸部８が噛み合い固定を強固なものとし
探針ホルダー側の切り欠き４によるバネ機構が交換時の
着脱を容易にしている。ホルダー６の樹脂材料には塩化
ビニルを使用し、円筒型電歪素子３にはＰＺＴ：チタン
酸ジルコン酸鉛＜Ｐｂ（Ｚｒ４ｉ）Ｏｓ　＞製の物を用
いた。

第４図に本発明を用いた走査型トンネル顕微鏡の側面図
を示す０円筒型電歪素子３の先端に探針１が取り付けら
れる。９は測定すべき試料である。（Ａ）は探針部の拡
大図である。１０はＺ軸粗動マイクロメータ、１１はＩ
−Ｖアンプ、１２はＺ軸ロックネジ、１３は２軸徹動マ
イクロメータ、１４はスタック型除振台を示す。

［発明の効果］ 樹脂材料を用いることで非常に軽量であり、圧入方式に
よる接続が可能で探針取り付は取り外しが、非常に簡便
な探針ホルダーが実現する。

ＳＴＭのアクチュエーター系の慣性モーメントが減少し
共振周波数が高くなり高速の走査に適した走査ヘッドが
実現する。

高速走査の可能な走査ヘッドを用いたためデータの取得
時間が短縮されたため熱ドリフトによる位置誤差および
試料の経時変化による表面の劣化に起因した解像度の低
下などが減少し安定性の高い走査型トンネル顕微鏡が実
現する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の各別の実施例の構成説
明図、 第２図は従来の探針保持機構の概略図、第３図（ａ）、
（ｂ）は本発明の別の実施例の側面図および斜視図、 第４図は本発明を用いたＳＴＭの側面図である。 １：探針、 ２：電極引出し用金属、 ３；円筒型電歪素子。 第２図 第 図 （０） （ｂ） 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒型電盃素子に嵌合する円筒形状の絶縁性樹脂
   材料からなるホルダー本体に前記円筒型電歪素子に対す
   る固定手段を設けたことを特徴とする探針ホルダー。
2. （２）前記固定手段は、前記円筒形状のホルダー本体に
   設けた軸方向の切欠からなり、該ホルダー本体を円筒型
   電歪素子に圧入することによりその弾性により、該ホル
   ダー本体を電歪内に固定保持するように構成したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の探針ホルダー。
3. （３）前記固定手段は、前記ホルダー本体および円筒型
   電歪素子の一方に設けた凸部および他方に設けた該凸部
   と嵌合する凹部からなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の探針ホルダ（４）前記ホルダー本体表面
   を導電性材料でコーティングし、該導電性材料をアース
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の探針
   ホルダー。