JPH0726730Y2 - 精密位置決め機構 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、精密送り機構に関し、詳しくは走査型トンネ
ル顕微鏡における試料と探針の位置合わせに適する精密
位置決め機構に関する。

〔考案の概要〕

本考案は、探針と試料の位置合わせを一軸方向に対して
行うための精密送り機構であり、移動板上の探針に相対
する位置に試料を固定し、該移動板を２組の移動機構
（例えばマイクロメータヘッド等から成る）でピポット
支持し、前記２組の移動機構で前記移動板を平行移動さ
せて粗動を行い、片側の移動機構で前記移動板を傾け、
テコの原理で移動量を縮小して微動を行うことを特徴と
する。

〔従来の技術〕

試料表面と探針先端部間のトンネル電流を検出して表面
荒さや原子構造を観察する走査型トンネル顕微鏡におい
ては、トンネル電流が流れ出す領域（約10Å）まで試料
表面と探針先端部を近づけるための送り機構が必要であ
り、従来は図４に示すデムースタイプの送り機構が知ら
れている。

試料２が固定されているサブアーム101は、板ばね102を
介してメインアーム103に支持されており、粗動は前記
サブアーム103が爪104に当接するまで該サブアーム101
と前記メインアーム103が一体に、支点105を回転中心と
して回動することにより行っている。更にマイクロメー
タヘッド６を介すと、前記爪104を支点としてサブアー
ム101が回動するため、テコの原理で移動量が縮小され
微動となる。測定は、原子像を得る場合には、温度ドリ
フトや音響による振動の影響を除くため、真空雰囲気中
で行われる。この場合、従来の装置では、試料２をサブ
アーム101に固定し粗動から微動へ変わる位置の調整を
爪104の位置を調整して行い、その後、真空チャンバー
へセットし、微動でトンネル電流が流れるよう調整する
ことになる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

従来の技術では、爪を支点とするテコの原理でアームを
傾け移動量を縮小して位置合わせを行っているため、試
料が傾いてしまう可能性が多い。又、傾き量が多い場
合、探針を面内方向で走査させると高さ方向の圧電アク
チュエータが伸びきったり、あるいは縮みきれず応答で
きなくなる。この場合は、爪の位置を変え、再調整する
必要がある。チャンバー内に装置を入れている場合は、
その都度チャンバーから外し調整し直すことになる。
又、試料のつけ替えでも、爪の位置合わせは必要とな
る。

以上述べたように、従来の技術では、試料が傾く可能性
が多く、又、傾きの調整が出来ないため高さ方向の圧電
アクチュエータが応答できない場合がある。更に、試料
のつけ替え時にも爪の調整が必要であり煩雑である、等
の不具合点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案では上述の問題を解決するために、２組の移動機
構で試料が固定された移動板をピポット支持することに
より、試料の傾きを調整することを可能にし、かつ安易
に調整することができるようにした。

〔作用〕

本考案では、精密位置決め機構を２組の移動機構で試料
が載置された移動板をピポット支持して構成している。
第３図に示すように、前記試料２の位置から前記移動機
構の作用点A,B（ピポット位置）までの距離をa,bとする
と、片側の移動機構、例えば、作用点Ａ側の移動機構で
前記移動板を傾けると、前記試料は該移動機構による移
動量のb/（ａ＋ｂ）だけ移動する。つまり片側の移動機
構を操作することで前記試料位置での移動量が縮小さ
れ、微動が実現される。又、両側の前記移動機構を操作
して前記移動板をほぼ平行に移動させる場合は、前記試
料の移動量も該移動機構による移動量と同等であり、粗
動となる。

次に前記試料の位置を変えずに傾きだけを変えたい場合
は、作用点Ｂに作用点Ａ側の移動量に対して、b/a倍の
移動量を逆方向に加えることで実現できる。このよう
に、２組の移動機構で移動板をピポット支持することに
より、粗動、および微動を実現でき、更に試料の傾き調
整が安易に実現できる。

〔実施例〕

本実施例は走査型トンネル顕微鏡に関するものであり、
本考案に係る精密送り機構部分を以下、図面に基づいて
説明する。

第１図は本考案を示す実施例の断面図であり、移動板
（３）上の探針（１）に対応する位置に試料（２）が保
持されている。シャーシ（４）には軸受（５）とマイク
ロメータヘッド（６）が各々２組ずつ固定され、該軸受
（５）に軸Ａ（７），軸Ｂ（８）が挿入され、前記マイ
クロメータヘッド（６）に前記軸の尾部（7a），（8a）
が当接して摺動可能に位置決めされている。第２図にピ
ポット支持部を表わす斜視図を載せるが、前記軸Ａ
（７）の頭部（7b）には１ヶ所、前記軸Ｂ（８）の頭部
（8b）には２ヶ所くぼみが形成され、前記移動板（３）
に構成されている３ヶ所のくぼみ（3b）とで剛球（９）
を介してピポット支持されている。ここで前記軸Ｂ
（８）上に構成される２ヶ所のピポット位置は前記２組
のマイクロメータヘッド（６）をつなぐ直線に対して対
称な位置に設定してあるため、前記軸Ａ（７）上に構成
されるピポットとで前記移動板（３）を３点支持して位
置決めすることができる。

更に、前記マイクロメータヘッド（６）の動きが前記軸
Ａ（７），および軸Ｂ（８）を介して前記移動板（３）
にスムーズに伝達されるように、該移動板（３）上の前
記ピポット位置を押圧する板ばね等で構成された押圧機
構（10）が前記シャーシ（４）に固定されている。

本構成においては、２組の前記マイクロメータヘッド
（６）を動かし、前記移動板（３）を平行移動させるこ
とで粗動を、又、試料（２）に近い側のピポットを支点
として他のマイクロメータヘッド（６）を駆動させ、前
記移動板（３）を傾けることにより移動量を縮小して微
動を行うことができる。この微動については、第３図に
示す如く前記探針（１）から前記軸Ａ（７）上のピポッ
ト位置、および前記軸Ｂ（８）上のピポット位置までの
距離をそれぞれa,bとすると、該軸ａ（７）側の前記マ
イクロメータヘッド（６）により前記試料（２）の移動
量は、テコの原理でｂ（ａ＋ｂ）に縮小されることにな
る。

更に、本考案によれば、試料（２）の位置を変えずに該
試料（２）の傾きを任意に調整することが可能である。
例えば第３図に示すように、試料（２）の傾きを破線で
示す如くθ傾けたい場合、先ず軸Ｂ（８）側のマイクロ
メータヘッド（６）をbtanθだげ下げ、次に軸Ａ（７）
側のマイクロメータヘッド（６）をatanθだけ上げるこ
とで前記試料（２）を探針（１）にぶつけることなく、
実現することができる。

以上述べたように、本考案によれば、微動送りを行って
試料（２）と探針（１）との位置合わせを行った後、前
記試料（２）の傾きを修正することが可能なため非常に
有益であり、かつ、位置合わせ、および傾き調整共、マ
イクロメータヘッドだけで行えるため、非常に操作性が
良く容易に調整可能となる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば、２組の移動機構
で移動板をピポット支持することにより、２組の移動機
構で移動板を平行移動させて粗動を、又、片側の移動機
構で移動板を傾けることで微動を行うことができ、更に
試料の位置を変えずに傾きを任意に調整することができ
るため、試料を交換した場合でも本機構による調整だけ
で試料の位置合わせが可能となり、非常に安易に操作す
ることが可能となる、等、産業上有益な精密送り機構を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例を示す断面図、第２図は本実施例のピ
ポット支持部分を表わす斜視図、第３図は本実施例の傾
き調整方法を示す説明図、第４図は従来の例を示す断面
図である。 １……探針 ２……試料 ３……移動板 ６……マイクロメータヘッド ７……軸Ａ ８……軸Ｂ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 坂井 文樹 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内 (72)考案者 脇山 茂 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内 審査官 田良島 潔 (56)参考文献 実開 昭52−57567（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】探針と試料の位置合わせを一軸方向に行う
   ための精密位置決め機構において、前記探針と前記軸方
   向に向かい合う前記試料を保持する移動板と、前記移動
   板の前記試料を保持した部分の両側端部付近の一方を２
   点で支持する第１の移動機構と、他方を１点で支持する
   第２の移動機構とからなり、前記第１および第２の移動
   機構の前記各支持部は前記軸方向に上げ下げ可能であ
   り、かつ、前記２点は前記２点の中点と前記１点を結ぶ
   直線に対して対称な位置に設定してあることを特徴とす
   る精密位置決め機構。
2. 【請求項２】前記第１、第２の移動機構の前記支持部、
   および前記移動板の前記支持される部分にはくぼみが形
   成してあり、前記移動板は前記くぼみにはまる剛球を介
   して支持されていることを特徴とする実用新案登録請求
   の範囲第１項記載の精密位置決め機構。