JPH10239224A - ヒートコンダクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目 的】 試料ステージおよび試料ホルダに保持され
た試料の冷却および加熱を迅速に且つ熱効率良く行い、
試料の温度調節を容易にすること。 【構 成】 試料ホルダが装着される試料ステージに接
続されるステージ側端部および冷熱源側に接続される冷
熱源接続側端部２６cを有するステージ側ヒートコンダ
クタと、冷熱源３９に接続される冷熱源側端部４２aお
よびステージ側に接続されるステージ接続側端部４２b
を有し、ステージ接続側端部４２bがステージ側ヒート
コンダクタの冷熱源接続側端部２６cから離れて配置さ
れた冷熱源側ヒートコンダクタ４２と、前記離れて配置
された冷熱源接続側端部２６cおよびステージ接続側端
部４２bのうちの一方の接続側端部に一端が接続され、
他方の接続側端部に着脱可能な連結部材４６に他端が接
続されたフレキシブルヒートコンダクタ４４とから構成
されるヒートコンダクタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＳＴＭ（Scanning
Tunneling Microscope、走査トンネル顕微鏡）、ＡＦ
Ｍ（Atomic Force Microscope、原子間力顕微鏡）、Ｍ
ＦＭ（Magnetic Force Microscope、磁気力顕微鏡）、
ＳＩＣＭ（Scanning Ion-Conductance Microscope、走
査型イオンコンダクタンス顕微鏡）等の走査プローブ顕
微鏡により、試料ステージに装着された試料ホルダに保
持された試料を観察する際に、前記試料と熱媒（液体ヘ
リウム等）との間で熱伝達を行うために使用するヒート
コンダクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】前記ＳＴＭ、ＡＦＭ等の走査プローブ顕
微鏡装置で使用される試料ステージ、試料ホルダにおい
て、試料の加熱および冷却を行えるようにしたものが従
来市販されている。このような、走査プローブ顕微鏡に
おいて前記試料ステージおよび試料ホルダに保持された
試料を加熱する場合、試料を直接通電したり、試料付近
に配置した発熱体による傍熱、電子衝撃等により加熱す
る方法と、試料ホルダを通電することより加熱して保持
されている試料を加熱する方法がある。

【０００３】また、前記試料ステージおよび試料ホルダ
に保持された試料を冷却する場合、冷却用の冷熱源と試
料ステージとの間をヒートコンダクタを介して接続して
いる。前記冷熱源は、液体ヘリウム、液体窒素等の冷熱
媒を収容した熱媒タンクにより構成され、固定されてい
る。前記ヒートコンダクタは冷熱源の冷熱を試料ステー
ジに伝導させ、試料ホルダを冷却することにより、試料
ホルダに保持されている試料を冷却している。一般に、
前記ヒートコンダクタは冷熱を効率良く伝導させるため
に熱伝導率の高いものが使用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな走査プローブ顕微鏡装置では、前記試料ステージお
よび試料ホルダに保持された試料を加熱する場合、前記
ヒートコンダクタの熱伝導率が高いためヒートコンダク
タから熱が流出してしまい試料を高温にすることが困難
になる問題がある。このような問題に対し、試料または
試料を保持している試料ステージおよび試料ホルダを通
電する際の通電電流、前記発熱体への供給電流等を大き
くすれば試料を高温にすることが可能である。しかしな
がら、通電または供給できる電流には物理的限界があ
る。また、前記試料ホルダ、発熱体等は高温にするとガ
スが発生し装置内の真空度を低下させる。なるべく試料
以外の部分は高温にしないことが、より清浄な試料面の
ために必要である。また、例えば冷熱源がヒートコンダ
クタを介して常に前記試料ステージまたは試料ホルダに
接続されている場合、試料は常に冷却状態に保持され
る。その冷却状態の試料の温度を上昇させようとして試
料を加熱しても、熱量がヒートコンダクタを介して冷熱
源に逃げるので、試料の温度調節が難しく、特に、試料
の温度を上昇させ難い。この場合、作業効率および熱効
率が悪く、時間およびエネルギの無駄である。

【０００５】本発明は、前述の事情に鑑み、下記の記載
内容を課題とする。（Ｏ01）試料ステージおよび試料ホ
ルダに保持された試料の冷却および加熱を迅速に且つ熱
効率良く行えるようすること。（Ｏ02）試料ステージお
よび試料ホルダに保持された試料の加熱、冷却時の試料
の温度調節を容易にすること。

【０００６】

【課題を解決するための手段】次に、前記課題を解決す
るために案出した本発明を説明するが、本発明の要素に
は、後述の実施例の要素との対応を容易にするため、実
施例の要素の符号をカッコで囲んだものを付記する。ま
た、本発明を後述の実施例の符号と対応させて説明する
理由は、本発明の理解を容易にするためであり、本発明
の範囲を実施例に限定するためではない。

【０００７】（第１発明）前記課題を解決するために、
本出願の第１発明のヒートコンダクタは、下記の要件を
備えたことを特徴とする、（Ａ01）試料ホルダ（Ｈ）が
装着される試料ステージ（Ｓ）に接続されるステージ側
端部（２６a＋２６b）および冷熱源側に接続される冷熱
源接続側端部（２６c）を有するステージ側ヒートコン
ダクタ（２６）、（Ａ02）冷熱源（３９）に接続される
冷熱源側端部（４２a）およびステージ側に接続される
ステージ接続側端部（４２b）を有し、前記ステージ接
続側端部（４２b）が前記ステージ側ヒートコンダクタ
（２６）の冷熱源接続側端部（２６c）から離れて配置
された冷熱源側ヒートコンダクタ（４２）、（Ａ03）前
記離れて配置された冷熱源接続側端部（２６c）および
ステージ接続側端部（４２b）のうちの一方の接続側端
部に一端が接続され、他方の接続側端部に着脱可能な連
結部材（４６）に他端が接続されたフレキシブルヒート
コンダクタ（４４）。

【０００８】（第１発明の作用）前述の特徴を備えた本
出願の第１発明のヒートコンダクタでは、試料ホルダ
（Ｈ）が装着される試料ステージ（Ｓ）には、ステージ
側ヒートコンダクタ（２６）のステージ側端部（２６a
＋２６b）が接続される。したがって、試料ステージ
（Ｓ）の熱は前記ステージ側端部（２６a＋２６b）から
ステージ側ヒートコンダクタ（２６）の冷熱源接続側端
部（２６c）に伝導される。冷熱源（３９）には冷熱源
側ヒートコンダクタ（４２）の冷熱源側端部（４２a）
が接続される。したがって、冷熱源（３９）の熱〔冷
熱〕は前記冷熱源側端部（４２a）から前記冷熱源側ヒ
ートコンダクタ（４２）のステージ接続側端部（４２
b）に伝導される。前記ステージ側ヒートコンダクタ
（２６）の冷熱源接続側端部（２６c）と、前記冷熱源
側ヒートコンダクタ（４２）の前記ステージ接続側端部
（４２b）とは互いに離れて配置されている。フレキシ
ブルヒートコンダクタ（４４）の一端は前記離れて配置
された冷熱源接続側端部（２６c）およびステージ接続
側端部（４２b）のうちの一方の接続側端部（４２b）に
接続されている。前記フレキシブルヒートコンダクタ
（４４）の他端は連結部材（４６）に接続されている。
前記連結部材（４６）は、前記冷熱源接続側端部（２６
c）およびステージ接続側端部（４２b）のうちの他方の
接続側端部（２６c）に着脱可能である。

【０００９】前記離れて配置された冷熱源接続側端部
（２６c）およびステージ接続側端部（４２b）は、前記
連結部材（４６）を前記他方の接続側端部（２６c）に
装着した状態では、前記フレキシブルヒートコンダクタ
（４４）により接続されるので、熱伝導が行われる。こ
の場合、前記冷熱源（３９）と試料ステージ（Ｓ）との
間で熱伝導が行われる。前記離れて配置された冷熱源接
続側端部（２６c）およびステージ接続側端部（４２b）
は、前記連結部材（４６）を前記他方の接続側端部（２
６c）から離脱させた状態では、熱伝導が行われない。
この場合、前記冷熱源（３９）と試料ステージ（Ｓ）と
の間で熱伝導が行われない。この冷熱源（３９）と試料
ステージ（Ｓ）との間で熱伝導が行われない状態では、
試料ステージ（Ｓ）の試料（Ｔ）を加熱しても、試料ス
テージ（Ｓ）の熱量が前記冷熱源（３９）に逃げないの
で、迅速且つ熱効率良く試料（Ｔ）を加熱することがで
きる。

【００１０】（第２発明）前記課題を解決するために、
本出願の第２発明のヒートコンダクタは、下記の要件を
備えたことを特徴とする、（Ｂ01）試料ホルダ（Ｈ）が
装着される試料ステージ（Ｓ）に接続されるステージ側
端部（２６a＋２６b）および冷熱源側に接続される冷熱
源接続側端部（２６c）を有するステージ側ヒートコン
ダクタ（２６）、（Ｂ02）冷熱源（３９）に接続される
冷熱源側端部（４２a）およびステージ側に接続される
ステージ接続側端部（４２b）を有し、前記ステージ接
続側端部（４２b）が前記ステージ側ヒートコンダクタ
（２６）の冷熱源接続側端部（２６c）から離れて配置
された冷熱源側ヒートコンダクタ（４２）、（Ｂ03）前
記離れて配置された冷熱源接続側端部（２６c）または
ステージ接続側端部（４２b）にそれぞれ着脱可能な連
結部材（４６，４３）に両端が接続されたフレキシブル
ヒートコンダクタ（４４）。

【００１１】（第２発明の作用）前述の特徴を備えた本
出願の第２発明のヒートコンダクタでは、フレキシブル
ヒートコンダクタ（４４）の両端はそれぞれ連結部材
（４６，４３）に接続されている。前記連結部材（４
６）は、前記冷熱源接続側端部（２６c）に着脱可能で
あり、前記連結部材（４３）は、前記ステージ接続側端
部（４２b）に着脱可能である。

【００１２】前記離れて配置された冷熱源接続側端部
（２６c）およびステージ接続側端部（４２b）は、前記
連結部材（４６，４３）をそれぞれ前記接続側端部（２
６c，４２b）に装着した状態では、前記フレキシブルヒ
ートコンダクタ（４４）により接続されるので、熱伝導
が行われる。この場合、前記冷熱源（３９）と試料ステ
ージ（Ｓ）との間で熱伝導が行われる。前記離れて配置
された冷熱源接続側端部（２６c）およびステージ接続
側端部（４２b）は、前記連結部材（４６，４３）のい
ずれかを前記接続側端部（２６c，４２b）から離脱させ
た状態では、熱伝導が行われない。この場合、前記冷熱
源（３９）と試料ステージ（Ｓ）との間で熱伝導が行わ
れない。この冷熱源（３９）と試料ステージ（Ｓ）との
間で熱伝導が行われない状態では、試料ステージ（Ｓ）
の試料（Ｔ）を加熱しても、試料ステージ（Ｓ）の熱量
が前記冷熱源（３９）に逃げないので、迅速且つ熱効率
良く試料（Ｔ）を加熱することができる。

【００１３】（第３発明）前記課題を解決するために、
本出願の第３発明のヒートコンダクタは、下記の要件を
備えたことを特徴とする、（Ｃ01）試料ホルダ（Ｈ）が
装着される試料ステージ（Ｓ）に接続されるステージ側
端部（２６a＋２６b）および冷熱源側に接続される冷熱
源接続側端部（２６c）を有するステージ側ヒートコン
ダクタ（２６）、（Ｃ02）冷熱源（３９）に接続される
冷熱源側端部（４２a）およびステージ側に接続される
ステージ接続側端部（４２b）を有し、前記ステージ接
続側端部（４２b）が前記ステージ側ヒートコンダクタ
（２６）の冷熱源接続側端部（２６c）から離れて配置
された冷熱源側ヒートコンダクタ（４２）、（Ｃ03）前
記上下に離れて配置された冷熱源接続側端部（２６c）
およびステージ接続側端部（４２b）のうちの上方に配
置された接続側端部に上端が接続され、下端が連結部材
（４６）に接続されたフレキシブルヒートコンダクタ
（４４）、（Ｃ04）前記連結部材（４６）に回転自在に
支持された連結ネジ（４９）、（Ｃ05）前記上下に離れ
て配置された冷熱源接続側端部（２６c）およびステー
ジ接続側端部（４２b）のうちの下方に配置された接続
側端部（２６c）に形成され且つ前記連結ネジ（４９）
が螺合するネジ孔（５１）、（Ｃ06）前記連結ネジ（４
９）が前記ネジ孔（５１）に螺合したときに前記下方に
配置された接続側端部（２６c）に連結され且つ前記連
結ネジ（４９）が前記ネジ孔（５１）から離脱したとき
に前記下方に配置された接続側端部（２６c）から離れ
る前記連結部材（４６）。

【００１４】（第３発明の作用）前述の特徴を備えた本
出願の第３発明のヒートコンダクタでは、前記フレキシ
ブルヒートコンダクタ（４４）下端に接続された連結部
材（４６）は連結ネジ（４９）を回転可能に支持する。
前記連結ネジ（４９）は、前記上下に離れて配置された
冷熱源接続側端部（２６c）およびステージ接続側端部
（４２b）のうちの下方に配置された接続側端部（２６
c）に形成されたネジ孔（５１）に螺合する。前記連結
部材（４６）は、前記連結ネジ（４９）が前記ネジ孔
（５１）に螺合したときに前記下方に配置された接続側
端部（２６c）に連結され且つ前記連結ネジ（４９）が
前記ネジ孔（５１）から離脱したときに前記下方に配置
された接続側端部（２６c）から離れる。前記試料ホル
ダ（Ｈ）に保持された試料を加熱する場合、前記連結部
材（４６）を前記下方に配置された接続側端部（２６
c）から離脱させることにより、前記上下に離れて配置
された接続側端部間の熱伝導を遮断することができる。
この冷熱源（３９）と試料ステージ（Ｓ）との間で熱伝
導が行われない状態では、試料ステージ（Ｓ）の試料
（Ｔ）を加熱しても、試料ステージ（Ｓ）の熱量が前記
冷熱源（３９）に逃げないので、迅速且つ熱効率良く試
料（Ｔ）を加熱することができる。

【００１５】

【実施例】次に図面を参照しながら、本発明のヒートコ
ンダクタの一実施例を備えた走査プローブ顕微鏡装置を
説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるもので
はない。なお、以後の説明の理解を容易にするために、
図面において、互いに直交する座標軸Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
を定義し、矢印Ｘ方向を前方、矢印Ｙ方向を左方、 矢
印Ｚ方向を上方とする。この場合、Ｘ方向と逆向き（−
Ｘ方向）は後方、Ｙ方向と逆向き（−Ｙ方向）は右方、
Ｚ方向と逆向き（−Ｚ方向）は下方となる。また、Ｘ方
向及び−Ｘ方向を含めて前後方向又はＸ軸方向といい、
Ｙ方向及び−Ｙ方向を含めて左右方向又はＹ軸方向とい
い、Ｚ方向及び−Ｚ方向を含めて上下方向又はＺ軸方向
ということにする。さらに図中、「○」の中に「・」が
記載されたもの（矢の先端を前から見た図）は紙面の裏
から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記
載されたもの（矢の羽根を後ろから見た図）は紙面の表
から裏に向かう矢印を意味するものとする。

【００１６】（実施例）次に、図１〜７により本発明の
ヒートコンダクタの一実施例を備えた走査プローブ顕微
鏡装置を説明する。図１は、本発明のヒートコンダクタ
の一実施例を備えた試料ステージの正面図である。図２
は、本発明の一実施例のヒートコンダクタの拡大説明図
で、連結部材がステージ接続側端部に装着されている状
態を示す図である。図３は、本発明の一実施例のヒート
コンダクタの拡大説明図で、連結部材がステージ接続側
端部から離脱している状態を示す図である。図４は、前
記図１の試料ステージおよび試料ステージに装着される
試料ホルダの説明図で、図４Ａは試料ステージのホルダ
装着孔に挿入される試料ホルダの挿入方向後面を示す図
で、図４Ｂは前記図１の試料ステージを示す図で、図４
Ｃは前記図４Ａに示す試料ホルダが試料ステージに装着
された状態を示す図である。図５は、試料ステージおよ
び試料ステージに装着される試料ホルダの説明図で、図
５Ａは前記図４Ｂに示すステージ本体のＶＡ−ＶＡ線断
面図およびステージ本体に装着される前の試料ホルダを
示す図で、図５Ｂは前記図５Ａの試料ステージに試料ホ
ルダが装着された状態を示す図である。図６は、前記図
５Ａの矢印ＶIから見た図である。図７は前記図５Ａの
矢印ＶIIから見て、リングプレート２８およびヒートコ
ンダクタ支持部材２７を省略した図である。

【００１７】図１において、走査プローブ顕微鏡装置の
真空チャンバ壁Ｖに囲まれた試料ステージＳは、ステー
ジ本体１を有している。ステージ本体１は、後面（−Ｘ
側の面すなわち、図１の紙面の裏側の面）にわずかに凹
んだ３箇所の位置決め部材当接部２，３，４（図４〜７
参照）が形成されている。前記ステージ本体１の後面側
（−Ｘ側）には、前記各位置決め部材当接部２，３，４
に対向して位置決め部材前端部２′，３′，４′（図
４，５参照）が配置されている。また、前記ステージ本
体１には３箇所の引張バネ連結部６，７，８が設けられ
ており、前記各引張バネ連結部６，７，８は引張バネ
６′，７′，８′により後方（−Ｘ方向）に引っ張られ
ている（図１，４，５参照）。

【００１８】そして、前記各引張バネ６′，７′，８′
により引張バネ連結部６，７，８が後方（−Ｘ方向）に
引っ張られるステージ本体１は、前記位置決め部材当接
部２，３，４が前記位置決め部材前端部２′，３′，
４′に当接することによりＸ軸方向の所定位置に保持さ
れているが、ＹＺ面内では位置調節可能である。前記ス
テージ本体１の前面には上下位置調節用の２個の位置調
節用突起９，９が設けられており、これらの位置調節用
突起９，９はそれぞれ回動アーム１１，１１によって下
面を支持されている。前記回動アーム１１は、前記ステ
ージ本体１に隣接した位置において図示しないフレーム
部材により固定支持されたブラケット１２に、軸１３回
りに回動自在に支持されている。前記ブラケット１２は
ＹＺ面に平行な平板部１２aおよび前記平板部１２aの外
周部から前方（Ｘ方向すなわち、紙面の前面方向）に突
出する側壁部１２bを有しており、前記軸１３は前記平
板部１２aに設けられている。

【００１９】前記ブラケット１２の側壁部１２bに設け
られたネジ孔には、位置調整用ネジ１４が螺合してお
り、位置調整用ネジ１４は回転すると軸方向に移動する
ようになっている。位置調整用ネジ１４の内端部にはボ
ール１４aが保持されている。前記ボール１４aは前記回
動アーム１１の下端部に当接している。前記回動アーム
１１には、図示しない引張バネにより常時前記位置調節
用突起９から離れる方向の回動力が作用しているが、前
記ボール１４aは前記回動アーム１１下端部に当接して
前記回動力に対向する力を発生している。そして、前記
アーム１１下端部に当接するボール１４aが前記図示し
ない引張バネによるアーム１１の回動を阻止している。

【００２０】前記ブラケット１２の側壁部１２bの外側
部には、モータ１６およびアイドラギヤ１７が支持され
ている。モータ１６の出力軸に装着された出力ギヤ１６
aはアイドラギヤ１７の大径ギヤ１７aと噛み合ってお
り、前記大径ギヤ１７aと一体に回転する小径ギヤ１７b
は前記位置調整用ネジ１４の外端部に固着されたギヤ１
４bと噛み合っている。そして、前記モータ１６が回転
するとギヤ１６a，１７a，１７bおよび１４bが順次回転
することにより位置調整用ネジ１４が回転するようにな
っている。そして、位置調整用ネジ１４はその回転に伴
い内外（内方はステージ本体１に接近する方向であり、
外方はステージ本体１から離れる方向を意味するものと
する）に移動する。そして、位置調整用ネジ１４が内方
に移動すると、ボール１４aは回動アーム１１下端部を
内方に押して回動アーム１１を回動させる。その回動ア
ーム１１の回動により前記ステージ本体１の位置調節用
突起９は上方に移動するようになっている。したがっ
て、前記位置調整用ネジ１４を内外に移動させることに
より、前記位置調節用突起９の上下位置を調節でき、結
局ステージ本体１の上下位置を調節できるようになって
いる。

【００２１】図４，５において、ステージ本体１は、ス
テージ基板２１を有している。ステージ基板２１は図４
Ｂに示す前面（Ｘ側の面）２１aおよび後面（−Ｘ側の
面）２１bを有している（図５〜７参照）。ステージ基
板２１にはその中央部にホルダ装着孔２２が形成されて
いる。図５においてホルダ装着孔２２は、前面２１a側
（Ｘ側）のホルダ挿入口２２a、このホルダ挿入口２２a
の後側の大径円形部２２b、および前記後面２１b側の鍵
形孔２２c（図７参照）を有している。そして、図４Ｂ
において前記ホルダ挿入口２２aにはその外周部から外
方に広がる一対のプローブ電極挿入部分２２d，２２dお
よび一対の温度制御電極挿入部分２２e，２２eが形成さ
れている。また図５において、前記ホルダ挿入口２２a
の後側面２２fは、ホルダ装着孔２２に後述の試料ホル
ダＨが挿入され且つ挿入（前後方向）方向に沿う軸回り
に回転されたときに前記試料ホルダＨの挿入方向の後面
を支持する後面支持部２２fを構成している。

【００２２】図５，７において前記鍵形孔２２c内に
は、ステージ側ヒートコンダクタ２６およびヒートコン
ダクタ支持部材２７が配置されている。ステージ側ヒー
トコンダク２６は、図７から分かるようにステージ側端
部としてのリング状プレート部（ホルダ接触部）２６a
および直線状プレート部２６b、冷熱源接続側端部２６c
を有している。前記ヒートコンダクタ支持部材２７は図
５に示すように、リング状プレート部２７aおよびこの
リング状プレート部２７aの外周縁に接続する円筒部分
２７bを有している。前記円筒部分２７bには前記ヒート
コンダクタ２６の直線状プレート部２６bが前記円筒部
分２７bを内外に突き抜けるための切欠（図示せず）が
設けられている。

【００２３】前記ステージ基板２１の鍵形孔２２c内に
配置された前記ステージ側ヒートコンダクタ２６および
ヒートコンダクタ支持部材２７は、図６に示すリングプ
レート２８および角形プレート２９によりステージ基板
２１に固定保持される。図４，５において、前記ステー
ジ基板２１の前面側には９０°間隔で合計４個のスプリ
ング挿入孔３１が形成されている。前記ステージ基板２
１の前面には各スプリング挿入孔３１に対応してそれぞ
れ、スプリング支持ブロック３２およびスプリングリー
フ３３が固定されている。スプリングリーフ３３は前記
スプリング挿入孔３１を貫通しており、スプリングリー
フ３３先端はホルダ装着孔２２内の前記ステージ側ヒー
トコンダクタ２６を後方に押圧している（図５Ａ参
照）。

【００２４】次に、前述の試料ホルダＨについて説明す
る。図４，５において、試料ホルダＨは、前記ステージ
基板２１のホルダ装着孔２２に装着する際、ステージ基
板２１の前方側（Ｘ側）から後方側（−Ｘ側）に挿入し
て装着されるように構成されている。図４Ａ、図４Ｃ、
図５Ａにおいて、試料ホルダＨは、ホルダ支持ロッド３
４の後端（−Ｘ側端、すなわち、ホルダ挿入方向前端）
に固定された金属製のホルダ本体３６を有している。前
記ホルダ本体３６には、一対のプローブ電極３７，３７
が固定されている。また、ホルダ本体３６には、前記一
対のプローブ電極３７，３７と直交する一対の温度制御
電極３８，３８が固定されている。

【００２５】図５Ａにおいて、試料ホルダＨに保持され
た試料Ｔには図示しない電源から前記プローブ電極３
７，３７を介して測定用のプローブ電流が供給されるよ
うに構成されている。また、前記試料Ｔの加熱を行う場
合は前記温度制御電極３８，３８を介してヒータ（図示
せず）に加熱電流を供給するように構成されている。前
記ホルダ本体３６、プローブ電極３７および温度制御電
極３８等の構成は、従来周知の種々の構成を採用するこ
とが可能である。

【００２６】次に、前記試料ホルダＨを試料ステージＳ
に装着する方法について説明する。図４Ａ、図４Ｂおよ
び図５Ａにおいて、前記プローブ電極３７，３７および
温度制御電極３８，３８は、ぞれぞれ前記ホルダ挿入口
２２aのプローブ電極挿入部分２２d，２２dおよび温度
制御電極挿入部分２２e，２２eの位置と対応して配置さ
れている。この状態で試料ホルダＨを挿入方向（−Ｘ方
向）に前進させると試料ホルダＨは前記ホルダ挿入口２
２aを通ってホルダ装着孔２２に挿入される（図５Ｂ参
照）。その状態で、図４Ａに示す矢印Ａ方向に試料ホル
ダＨを４５°回転させると、試料ホルダＨが試料ステー
ジＳに装着される（図４Ｃ、図５Ｂ参照）。この場合、
前記プローブ電極３７，３７および温度制御電極３８，
３８が、前記スプリングリーフ３３先端と前記試料側ヒ
ートコンダクタ２６との間に進入し、スプリングリーフ
３３によってホルダ挿入方向（−Ｘ方向）に押される。
そして、前記スプリングリーフ３３に接続された図示し
ない給電ケーブルから、スプリングリーフ３３を介して
プローブ電極３７，３７および温度制御電極３８，３８
に給電が行われる。なお、前記試料ステージＳおよび試
料ホルダＨは特願平７−３１２４３５に詳細に説明され
ている。

【００２７】図１において、前記試料側ヒートコンダク
タ２６の冷熱源接続側端部２６cに低温を伝達するため
の冷熱源としての液体ヘリウムタンク３９は、その外側
が液体窒素温度シールド４１により熱シールドされてい
る。前記液体ヘリウムタンク３９には冷熱源側ヒートコ
ンダクタ４２の冷熱源側端部４２aが接続されている。
また、冷熱源側ヒートコンダクタ４２は、先端部にステ
ージ接続側端部４２bを有している。ステージ接続側端
部４２bには、冷熱源側連結部材４３が着脱可能に連結
されている。冷熱源側連結部材４３には、フレキシブル
ヒートコンダクタ４４の一端（上端）が接続されてい
る。フレキシブルヒートコンダクタ４４他端（下端）
は、連結部材４６に接続されている。

【００２８】図２，３において、連結部材４６は、プレ
ート４７を有している。プレート４７にはボルト貫通孔
４８が形成されている。また、連結部材４６には、前記
ボルト貫通孔４８を貫通する連結ネジ４９が支持されて
いる。連結ネジ４９はネジ部４９a、六角孔が形成され
た頭部４９b、およびネジ部４９aと頭部４９bの間に設
けられたストッパ４９cを有している。前記冷熱源接続
側端部２６cには連結ネジ４９のネジ部４９aが螺合する
ネジ孔５１が形成されている。前記プレート４７とスト
ッパ４９cの間には押圧バネ５２が配置されている。前
記プレート４７には、軸ずれ防止ガイド５３が固定され
ている。軸ずれ防止ガイド５３には前記連結ネジ４９の
頭部４９bが貫通する軸ガイド孔５３aが形成されてい
る。図３に示すように連結ネジ４９が前記ネジ孔５１か
ら離脱したとき、連結ネジ４９はストッパ４９cが押圧
バネ５２により外方（図３において左方、すなわちＹ方
向）に押圧され移動される。このとき、頭部４９bが前
記軸ガイド孔５３aを貫通し軸方向にガイドされる。

【００２９】図１において、前記符号２６c，４２〜５
３により示される要素は外側熱シールド５４に囲まれて
おり、外部の熱が冷熱源側ヒートコンダクタ４２、冷熱
源側連結部材４３、フレキシブルヒートコンダクタ４
４、および連結部材４６等に伝達されないように構成さ
れている。図１〜３において、走査プローブ顕微鏡装置
の真空チャンバ壁Ｖの連結部材４６に対応する位置に回
転導入機５７が配置されている。図２，３において、回
転導入機５７は前記真空チャンバ壁Ｖに形成された孔５
６に接続される円筒形の取付部５８を有している。ま
た、回転導入機５７は操作部５９を有している。操作部
５９内部には、図示しない正逆回転可能のモータが配置
されている。モータの回転軸には六角レンチ６１が接続
されており前記モータの回転軸の回転が六角レンチ６１
に伝達されるようになっている。なお、本実施例では、
六角レンチ６１を操作部５９内部の図示しないモータで
回転させるように構成されているが、前記六角レンチ６
１を操作部５９に固定して、手動で操作部５９を回転さ
せて六角レンチ６１を回転させる構成も可能である。

【００３０】六角レンチ６１は、前記円筒形の取付部５
８、孔５６、および外側熱シールド５４に形成された孔
５４aを貫通しており、その先端が前記連結ネジ４９の
頭部４９bに形成された図示しない六角孔に嵌合するよ
うになっている。前記操作部５９にはベローズ支持部材
６２が固定されており、ベローズ支持部材６２と前記取
付部５８との間にはベローズ６３が設けられている。前
記ベローズ６３により、回転導入機５７の前記六角レン
チ６１先端部を移動させることができる。

【００３１】図１において、前記液体窒素温度シールド
４１にはフレキシブルヒートコンダクタ６４の上端が接
続されている。フレキシブルヒートコンダクタ６４下端
は前記試料ステージＳのステージ基板２１に固定されて
いる。フレキシブルヒートコンダクタ６４はフレキシブ
ルヒートコンダクタ４４と同様の構成を持ち、フレキシ
ブルヒートコンダクタ４４側の構成要素と同じ構成要素
には符号に「′」を付けてある。前記の構成により試料
ステージＳからフレキシブルコンダクタ６４も着脱可能
になっている。これにより、フレキシブルヒートコンダ
クタ６４から逃げる熱の量は少なくなる。

【００３２】（実施例の作用）次に、前述の構成を備え
た前記実施例の作用を説明する。図７において、試料ホ
ルダＨが装着される試料ステージＳの熱はステージ側ヒ
ートコンダクタ２６により冷熱源側に伝導される。図１
において、ステージ側ヒートコンダクタ２６の冷熱源接
続側端部２６cに伝導された熱は、フレキシブルヒート
コンダクタ４４を介して冷熱源側ヒートコンダクタ４２
に伝導される。冷熱源側ヒートコンダクタ４２に伝導さ
れた熱は、液体ヘリウムタンク３９に伝導される。

【００３３】前記試料ホルダＨに保持された試料Ｔを加
熱する場合、図２において、連結部材４６が冷熱源接続
側端部２６cに装着されている状態で、前記回転導入機
５７の操作部５９を操作して六角レンチ６１先端部を連
結ネジ４９の頭部４９bに形成された六角孔（図示せ
ず）に嵌合させる。六角レンチ６１先端部が前記連結ネ
ジ４９の頭部４９bに形成された六角孔（図示せず）に
係合した状態で前記操作部５９内部の図示しないモータ
を回転させて連結ネジ４９を前記ネジ孔５１から離脱さ
せる。このとき、連結部材４６が冷熱源接続側端部２６
cから離れた状態になり（図３参照）、前記冷熱源接続
側端部２６cとステージ接続側端部４２bとの間の熱伝導
を遮断することができる。このため、試料ホルダＨおよ
び試料ステージＳから熱が流出し、試料Ｔの温度が低下
してしまうことを防止できる。図３において、冷熱源接
続側端部２６cから離脱した連結部材４６は重力の作用
で前記フレキシブルヒートコンダクタ４４にぶら下がっ
た状態となり、図２に示す状態よりも僅かに下方且つ左
方に移動する。すなわち、前記ステージ接続側端部４２
bの位置より−Ｙ方向にある冷熱源接続側端部２６cに接
触しないことになる。この状態では、試料ホルダＨに保
持された試料Ｔを加熱しても、熱が前記冷熱源側に逃げ
ないので、試料Ｔの温度制御を迅速容易に行うことがで
きる。

【００３４】前記試料ホルダＨに保持された試料Ｔを冷
却する場合、連結部材４６を冷熱源接続側端部２６cに
装着する。連結部材４６を冷熱源接続側端部２６cに装
着する場合は、図３において、前記回転導入機５７の操
作部５９を操作して六角レンチ６１先端部を連結ネジ４
９の頭部４９bに形成された六角孔（図示せず）に係合
させて、連結部材４６を連結ネジ４９が前記ネジ孔５１
に螺合する位置に移動させる。このとき、前記六角レン
チ６１は、前記ベローズ６３により上下方向、左右方
向、および冷熱源接続側端部２６cに対して進退移動が
可能である。連結部材４６を連結ネジ４９が前記ネジ孔
５１に螺合する位置に移動させた後、前記操作部５９内
部の図示しないモータを回転させて連結ネジ４９を前記
ネジ孔５１に螺合させ、連結部材４６を冷熱源接続側端
部２６cに装着する（図２参照）。この状態では、フレ
キシブルヒートコンダクタ４４によりステージ側ヒート
コンダクタ２６および冷熱源側ヒートコンダクタ４２が
接続されるので、試料ホルダＨの熱は前記各ヒートコン
ダクタ２６，４４，４２等を介して冷熱源である液体ヘ
リウムタンクに伝達される。このため、試料ホルダＨに
保持された試料を冷却することができる。また、連結部
材４６を外した状態で試料Ｔを加熱し、試料Ｔが高温に
加熱されたら連結部材４６を接続して試料Ｔを冷却すれ
ば、物質の物理特性の１つである、高温加熱から急冷さ
せた場合の試料Ｔの表面構造や特性を調べられる。

【００３５】（変更例）以上、本発明の実施例を詳述し
たが、本発明は、前記実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内
で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更
実施例を下記に例示する。 （Ｈ01）本実施例において、フレキシブルヒートコンダ
クタ６４は前記フレキシブルヒートコンダクタ４４より
逃げる熱量が少ないので、前記フレキシブルヒートコン
ダクタ６４を試料ステージＳに着脱自在に接続する構成
は省略可能である。 （Ｈ02）本実施例においては、連結部材４６を冷熱源接
続側端部２６cへ着脱させる際に、連結部材４６の下面
を支持するガイド部材または左右を支持するガイド部材
を設けて離脱した連結部材４６を冷熱源接続側端部２６
cに対し進退移動させることが可能である。 （Ｈ03）本実施例においてフレキシブルヒートコンダク
タ４４およびフレキシブルヒートコンダクタ６４は、両
端のうちの一方のみを着脱可能に構成したり、両方を着
脱可能に構成したりすることが可能である。

【００３６】

【発明の効果】前述の本発明のヒートコンダクタは、下
記の効果を奏することができる。 （Ｅ01）試料ステージおよび試料ホルダに保持された試
料の冷却および加熱を迅速に且つ熱効率良く行うことが
できる。 （Ｅ02）試料ステージおよび試料ホルダに保持された試
料の加熱、冷却時の試料の温度調節を容易に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明のヒートコンダクタの一実施
例を備えた試料ステージの正面図である。

【図２】 図２は、本発明の一実施例のヒートコンダク
タの拡大説明図で、連結部材がステージ接続側端部に装
着されている状態を示す図である。

【図３】 図３は、本発明の一実施例のヒートコンダク
タの拡大説明図で、連結部材がステージ接続側端部から
離脱している状態を示す図である。

【図４】 図４は、前記図１の試料ステージおよび試料
ステージに装着される試料ホルダの説明図で、図４Ａは
試料ステージのホルダ装着孔に挿入される試料ホルダの
挿入方向後側面を示す図で、図４Ｂは前記図１の試料ス
テージを示す図で、図４Ｃは前記図４Ａに示す試料ホル
ダが試料ステージに装着された状態を示す図である。

【図５】 図５は、試料ステージおよび試料ステージに
装着される試料ホルダの説明図で、図５Ａは前記図４Ｂ
に示すステージ本体のＶＡ−ＶＡ線断面図およびステー
ジ本体に装着される前の試料ホルダを示す図で、図５Ｂ
は前記図５Ａの試料ステージに試料ホルダが装着された
状態を示す図である。

【図６】 図６は、前記図５Ａの矢印ＶIから見た図で
ある。

【図７】 図７は前記図５Ａの矢印ＶIIから見て、リン
グプレート２８およびヒートコンダクタ支持部材２７を
省略した図である。

【符号の説明】

Ｈ…試料ホルダ、Ｓ…試料ステージ。２６…ステージ側
ヒートコンダクタ、（２６a＋２６b）…ステージ側端
部、２６c…冷熱源接続側端部、３９…冷熱源、４２…
冷熱源側ヒートコンダクタ、４２a…冷熱源側端部、４
２b…ステージ接続側端部、４４…フレキシブルヒート
コンダクタ、４６…連結部材、４９…連結ネジ、５１…
ネジ孔。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の要件を備えたことを特徴とするヒ
   ートコンダクタ、（Ａ01）試料ホルダが装着される試料
   ステージに接続されるステージ側端部および冷熱源側に
   接続される冷熱源接続側端部を有するステージ側ヒート
   コンダクタ、（Ａ02）冷熱源に接続される冷熱源側端部
   およびステージ側に接続されるステージ接続側端部を有
   し、前記ステージ接続側端部が前記ステージ側ヒートコ
   ンダクタの冷熱源接続側端部から離れて配置された冷熱
   源側ヒートコンダクタ、（Ａ03）前記離れて配置された
   冷熱源接続側端部およびステージ接続側端部のうちの一
   方の接続側端部に一端が接続され、他方の接続側端部に
   着脱可能な連結部材に他端が接続されたフレキシブルヒ
   ートコンダクタ。
2. 【請求項２】 下記の要件を備えたことを特徴とするヒ
   ートコンダクタ、（Ｂ01）試料ホルダが装着される試料
   ステージに接続されるステージ側端部および冷熱源側に
   接続される冷熱源接続側端部を有するステージ側ヒート
   コンダクタ、（Ｂ02）冷熱源に接続される冷熱源側端部
   およびステージ側に接続されるステージ接続側端部を有
   し、前記ステージ接続側端部が前記ステージ側ヒートコ
   ンダクタの冷熱源接続側端部から離れて配置された冷熱
   源側ヒートコンダクタ、（Ｂ03）前記離れて配置された
   冷熱源接続側端部またはステージ接続側端部にそれぞれ
   着脱可能な連結部材に両端が接続されたフレキシブルヒ
   ートコンダクタ。
3. 【請求項３】 下記の要件を備えたことを特徴とするヒ
   ートコンダクタ、（Ｃ01）試料ホルダが装着される試料
   ステージに接続されるステージ側端部および冷熱源側に
   接続される冷熱源接続側端部を有するステージ側ヒート
   コンダクタ、（Ｃ02）冷熱源に接続される冷熱源側端部
   およびステージ側に接続されるステージ接続側端部を有
   し、前記ステージ接続側端部が前記ステージ側ヒートコ
   ンダクタの冷熱源接続側端部から離れて配置された冷熱
   源側ヒートコンダクタ、（Ｃ03）前記上下に離れて配置
   された冷熱源接続側端部およびステージ接続側端部のう
   ちの上方に配置された接続側端部に上端が接続され、下
   端が連結部材に接続されたフレキシブルヒートコンダク
   タ、（Ｃ04）前記連結部材に回転自在に支持された連結
   ネジ、（Ｃ05）前記上下に離れて配置された冷熱源接続
   側端部およびステージ接続側端部のうちの下方に配置さ
   れた接続側端部に形成され且つ前記連結ネジが螺合する
   ネジ孔、（Ｃ06）前記連結ネジが前記ネジ孔に螺合した
   ときに前記下方に配置された接続側端部に連結され且つ
   前記連結ネジが前記ネジ孔から離脱したときに前記下方
   に配置された接続側端部から離れる前記連結部材。