JP6000632B2 - Scanning probe microscope and operation method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、走査型プローブ顕微鏡に関する。 The present invention relates to a scanning probe microscope.
走査型プローブ顕微鏡(SPM)は、走査機構によって機械的プローブを機械的に走査して試料表面の情報を得る走査型顕微鏡であって、走査型トンネリング顕微鏡(STM)、原子間力顕微鏡(AFM)、走査型磁気力顕微鏡(MFM)、走査型近接場光顕微鏡(SNOM)などの総称である。走査型プローブ顕微鏡は、機械的プローブと試料とを相対的にXY方向にラスター走査し、機械的プローブを介して所望の試料領域の表面情報を得て、モニターTV上にマッピング表示する。 A scanning probe microscope (SPM) is a scanning microscope that obtains information on the surface of a sample by mechanically scanning a mechanical probe with a scanning mechanism, and includes a scanning tunneling microscope (STM) and an atomic force microscope (AFM). , Scanning magnetic force microscope (MFM), scanning near-field light microscope (SNOM), etc. The scanning probe microscope raster-scans the mechanical probe and the sample relatively in the XY directions, obtains surface information of a desired sample region via the mechanical probe, and displays the mapping on the monitor TV.
なかでもAFMは最も広く使用されている装置であって、機械的プローブをその自由端にもつカンチレバーと、カンチレバーの変位を検出する光学式変位センサーと、機械的プローブと試料を相対的に走査する走査機構を主要な機械機構として備えている。その光学式変位センサーとしては、構成が簡単でありかつ高い変位検出感度を有することから、光てこ式の光学式変位センサーが最も広く使われている。カンチレバー上に直径数μmから数十μmの光束を照射し、その反射光の反射方向がレバーの反りに応じて変化するのを二分割光ディテクタなどによりとらえて、カンチレバーの自由端にある機械的プローブの動作をとらえ電気信号として出力する。この出力が一定になるように走査機構をZ方向に制御しながら、同じく走査機構をXY方向に走査することにより、コンピュータのモニター上に試料表面の凹凸の状態をマッピング・表示する。 Among them, the AFM is the most widely used device, and cantilever having a mechanical probe at its free end, an optical displacement sensor for detecting the displacement of the cantilever, and relatively scanning the mechanical probe and the sample. A scanning mechanism is provided as a main mechanical mechanism. As the optical displacement sensor, an optical lever type optical displacement sensor is most widely used because of its simple structure and high displacement detection sensitivity. The cantilever is irradiated with a light beam with a diameter of several μm to several tens of μm, and the reflection direction of the reflected light changes according to the warp of the lever using a two-part optical detector, etc. The probe operation is captured and output as an electrical signal. While controlling the scanning mechanism in the Z direction so that this output is constant, the scanning mechanism is similarly scanned in the XY direction, thereby mapping and displaying the uneven state of the sample surface on the computer monitor.
このようなAFMは、一般に試料ステージ上に搭載される。AFMは、多くの場合、光学顕微鏡の試料ステージ上に搭載され、光学顕微鏡と組み合わせて使用される。これは、光学顕微鏡観察は試料の知見を得るだけでなく、試料の特定部位にカンチレバーを位置決めするときにも有効だからである。このようなAFMでは、様々な試料に対応できるように、カンチレバーをXYZに走査するレバースキャンタイプを用いることが多い。そしてレバースキャンタイプのAFMの測定ヘッドを光学顕微鏡の試料ステージに載せて、試料の同時観察を行う。 Such an AFM is generally mounted on a sample stage. In many cases, the AFM is mounted on a sample stage of an optical microscope and used in combination with the optical microscope. This is because optical microscope observation is effective not only for obtaining knowledge of a sample but also for positioning a cantilever at a specific part of the sample. In such an AFM, a lever scan type in which the cantilever is scanned in XYZ is often used so as to cope with various samples. A lever scan type AFM measuring head is placed on a sample stage of an optical microscope to simultaneously observe the sample.
試料ステージ上への試料の載置の際は、AFMの測定ヘッドを試料ステージから取り去る必要がある。またカンチレバーの取り付けの際は、AFMの測定ヘッドを裏返す必要がある。 When placing the sample on the sample stage, it is necessary to remove the AFM measuring head from the sample stage. When attaching the cantilever, it is necessary to turn over the AFM measuring head.
特表2010−521693号公報は、従来のAFMの測定ヘッドの一例を開示している。 JP-T-2010-521593 discloses an example of a conventional AFM measuring head.
従来のAFMの測定ヘッドでは、測定ヘッドを取り去る際、または測定ヘッドを裏返す際、作業しにくいばかりか、AFMの測定ヘッドを落下させる危険性がある。特に、AFMの測定ヘッドが光学顕微鏡の試料ステージに搭載されている場合は、測定ヘッドの位置が高いため危険性を増加させる。これはAFMに限らず、走査型プローブ顕微鏡全般についてもあてはまる。 In the conventional AFM measuring head, when removing the measuring head or turning the measuring head over, it is difficult to work and there is a risk of dropping the AFM measuring head. In particular, when the AFM measurement head is mounted on the sample stage of an optical microscope, the risk is increased because the position of the measurement head is high. This applies not only to AFM but also to scanning probe microscopes in general.
本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、測定ヘッドを試料ステージから安全に取り去り裏返すことができる走査型プローブ顕微鏡を提供することである。 The present invention has been made in consideration of such a situation, and an object of the present invention is to provide a scanning probe microscope that can safely remove the measuring head from the sample stage and turn it over.
本発明による走査型プローブ顕微鏡は、試料を有する試料基板が載置される試料ステージ上に搭載される測定ヘッドを備えている。前記測定ヘッドは、自由端にプローブを有するカンチレバーと、前記カンチレバーを三次元的に走査する走査機構と、前記走査機構を保持している筐体を備えている。走査型プローブ顕微鏡はまた、前記測定ヘッドを回転可能に支持する回転機構と、前記筐体に設けられた把手をさらに備えている。前記測定ヘッドは、前記回転機構を介して前記試料ステージを設置する設置台に連結される。
The scanning probe microscope according to the present invention includes a measurement head mounted on a sample stage on which a sample substrate having a sample is mounted . The measurement head includes a cantilever having a probe at a free end, a scanning mechanism that scans the cantilever three-dimensionally, and a housing that holds the scanning mechanism. The scanning probe microscope further includes a rotation mechanism that rotatably supports the measurement head, and a handle provided on the housing. The measurement head is connected to an installation table on which the sample stage is installed via the rotation mechanism.
本発明によれば、測定ヘッドを試料ステージから安全に取り去り裏返すことができる走査型プローブ顕微鏡が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the scanning probe microscope which can remove a measurement head safely from a sample stage and turn it over is provided.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第一実施形態>
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡の構成を図1と図2に示す。図1は、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡の正面図であり、図2は、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡の主要部の側面図である。
<First embodiment>
The configuration of the scanning probe microscope of the present embodiment is shown in FIGS. FIG. 1 is a front view of the scanning probe microscope of the present embodiment, and FIG. 2 is a side view of the main part of the scanning probe microscope of the present embodiment.
図1と図2に示すように、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、原子間力顕微鏡(AFM)であり、試料ステージ22上に搭載される測定ヘッド14と、測定ヘッド14を制御するコントローラ15と、測定した結果を処理するコンピュータ(PC)16を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the scanning probe microscope of the present embodiment is an atomic force microscope (AFM), and includes a
試料ステージ22は、例えば、光学顕微鏡の一部であってよい。つまり、試料ステージ22は光学顕微鏡に含まれていてよい。ここでは、光学顕微鏡は倒立型光学顕微鏡である。倒立型光学顕微鏡は、定盤等の基台26と、基台26に取り付けられた鏡体20を備えている。鏡体20と基台26は、試料ステージ22を設置する設置台を構成している。
The
倒立型光学顕微鏡は、また、対物レンズ23と、対物レンズ23を保持するレボルバー24と、接眼部21と、照明光源25を備えている。図1では、接眼部21の図示は省略している。試料ステージ22は、少なくとも1軸方向に移動可能であり、通常は2軸方向に移動可能である。試料ステージ22は、鏡体20に固定されている。対物レンズ23と接眼部21は共働して、試料1の拡大光学像を形成する観察光学系を形成する。
The inverted optical microscope also includes an
試料ステージ22上には、試料1を保持しているスライドガラス等の試料基板2が載置される。本実施形態では、AFMは、レバースキャンタイプの液中観察用AFMであり、試料基板2と測定ヘッド14の間に溶液4が保持される。
A
測定ヘッド14は、自由端にプローブを有するカンチレバー3と、カンチレバー3を保持するカンチレバーホルダ6と、カンチレバー3の変位を測定する光てこ式変位センサーを構成するレーザ光源10と集光レンズ9と光ディテクタ11と、試料1に対してカンチレバー3を三次元的に走査するXYZ走査機構を構成するZスキャナ7とXYスキャナ8と、光てこ式変位センサーとXYZ走査機構を保持している筐体12と、筐体12を試料ステージ22上に支持するための支柱13と、光てこ式変位センサーとXYZ走査機構を溶液4から保護するために筐体12に設けられた窓ガラス5を備えている。
The measuring
カンチレバー3を保持するカンチレバーホルダ6は、Zスキャナ7の自由端に取り付けられている。Zスキャナ7は、その固定端がXYスキャナ8に保持されており、XY走査される。また集光レンズ9もXYスキャナ8に保持されており、Zスキャナ7とともにXY走査される。このようにして、XYスキャナ8とZスキャナ7とカンチレバーホルダ6とカンチレバー3と集光レンズ9により、検出光追従型のレバースキャン機構を構成している。
A
集光レンズ9は、カンチレバー3上に形成されるスポット径が数μm以下となるように、NA=0.4以上の光学特性を有している。さらに、高速走査を可能にするために、集光レンズ9は小型軽量に構成され、その径は10mm以下、好ましくは5mm以下である。 The condenser lens 9 has an optical characteristic of NA = 0.4 or more so that a spot diameter formed on the cantilever 3 is several μm or less. Further, in order to enable high-speed scanning, the condensing lens 9 is configured to be small and light, and its diameter is 10 mm or less, preferably 5 mm or less.
XYZ走査機構と光てこ式変位センサーは、コントローラ15によって制御される。また測定した結果はPC16によって処理され、処理結果は、例えば、モニターTV上に表示される。
The XYZ scanning mechanism and the optical lever type displacement sensor are controlled by the
図1に示すように、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、さらに、筐体12に設けられた把手30と、測定ヘッド14を回転可能に支持する回転機構である蝶番34と、筐体12と蝶番34の回転端を連結している連結部31と、蝶番34の固定端を保持している支柱32と、裏返された測定ヘッド14を支持するための停止棒33を備えている。
As shown in FIG. 1, the scanning probe microscope according to the present embodiment further includes a
支柱32と停止棒33は共に基台26に立設されている。つまり、測定ヘッド14は、回転機構である蝶番34とこれを保持する支柱32を介して設置台に連結されている。
Both the
把手30は、例えば、図3に示すように、ハンドル形状をしている。
The
連結部31と蝶番34と支柱32の詳細構造を図4に示す。図4において、連結部31の接続面35は、筐体12との接続面を示す。蝶番34は、2つの蝶番34A、蝶番34Bから成り、それぞれの回転端が連結部31にビス固定されている。
The detailed structure of the connecting
また支柱32も2つの支柱32A、支柱32Bから成り、それぞれの上端に、蝶番34A、蝶番34Bの固定端がビス固定されている。
Moreover, the support |
蝶番34は、回転移動に抵抗を与える図示しない減衰機構を備えている。減衰機構は、バネ式、摩擦式、オイル式など、特に限定はない。
The
このように構成された本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、試料1の載置(交換を含む)および/またはカンチレバー3の取り付け(交換を含む)のために、図5に示すように、蝶番34の回転軸を中心に測定ヘッド14を回転移動させることができる。この回転移動は、把手30が停止棒33の上端33aに当接することにより停止される。つまり停止棒33は、回転機構の回転角度を制限するストッパーとしての機能を有する。このときの回転作業は、把手30を掴んで行う。このようにして、測定ヘッド14を試料ステージ22上から安全かつ容易に取り去り、測定ヘッド14を安全かつ容易に裏返して支持することができる。これにより、試料1の載置やカンチレバー3の取り付けの作業が容易に行えるようになる。また、測定ヘッド14を落下させる危険から解放される。さらに、カンチレバー3の位置ずれの発生や、光てこ式変位センサーを構成するレーザ光源10と集光レンズ9と光ディテクタ11の位置ずれの発生が軽減される。
In the scanning probe microscope of the present embodiment configured as described above, in order to place the sample 1 (including replacement) and / or attach the cantilever 3 (including replacement), as shown in FIG. The measuring
本実施形態では、蝶番34の固定端を保持するための支柱32を基台26に設ける代わりに、図6に示すように、蝶番34の固定端を保持するための支持体37を鏡体20に取り付けてもよい。つまり、測定ヘッド14は、回転機構である蝶番34とこれを保持する支持体37を介して設置台(鏡体20と基台26)に連結されている。
In this embodiment, instead of providing the
また本実施形態では、回転機構の回転角度を制限するストッパーとしての機能を蝶番34に持たせてもよい。例えば、停止棒33を設ける代わりに、図7と図8に示すように、蝶番34の固定端に停止部材40を設け、筐体12と蝶番34の回転端がそれぞれ停止部材40の面40aと面40bに当接することにより、測定ヘッド14の回転移動が停止されるようにしてもよい。
In the present embodiment, the
さらに本実施形態では、把手は、図3に示すようなハンドル形状の把手30に限定されない。例えば、図9と図10の例と同様に、ノブ形状の把手41を顕微鏡正面側の筐体12の面に設けてもよい。これは、測定ヘッド14を回転移動させるときの人の動きを小さくでき、作業がより容易になる。この場合、測定ヘッド14の回転移動の停止は、図7と図8に示す停止部材40を用いて行ってもよいし、図3に示す把手30を残しておき、把手30と停止棒33で行ってもよい。もちろん、停止棒33の上端33aが筐体12に当接して測定ヘッド14の回転移動を停止させるようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the handle is not limited to the
<第二実施形態>
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡の構成を図11に示す。図11に示すように、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、筐体12と蝶番34を連結する連結部に特徴がある。
<Second embodiment>
The configuration of the scanning probe microscope of this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 11, the scanning probe microscope of the present embodiment is characterized by a connecting portion that connects the
本実施形態の連結部は、筐体12に設けられた雄型嵌合部材51と、蝶番34に設けられた雌型嵌合部材52で構成される。雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52は互いに結合および分離可能である。雄型嵌合部材51には、受け部材53が設けられている。また雌型嵌合部材52には、掛け部材54が設けられている。受け部材53と掛け部材54は、雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52の結合を固定するためのロック機構を構成している。
The connecting portion of the present embodiment includes a
雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52が結合され、その結合が受け部材53と掛け部材54によりロックされた状態を図12に示す。
FIG. 12 shows a state in which the
雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52の結合と分離は、試料ステージ22により測定ヘッド14を移動させて行う。雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52の結合は、試料ステージ22を用いて筐体12に設けられた雄型嵌合部材51を蝶番34に設けられた雌型嵌合部材52に近づけて行くことにより行われる。雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52の結合によって、回転機構である蝶番34は、雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52を介して測定ヘッド14に連結される。その結果、測定ヘッド14は、蝶番34から成る回転機構を介して基台26に連結される。また、雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52の分離は、試料ステージ22を用いて筐体12に設けられた雄型嵌合部材51を蝶番34に設けられた雌型嵌合部材52から遠ざけることにより行われる。
The coupling and separation of the
図13に、雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52が分離された状態の詳細を示す。また図14に、雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52が結合された状態の詳細を示す。図13と図14において、雄型嵌合部材51の接続面57は、筐体12との接続面を示す。蝶番34は、2つの蝶番34A、蝶番34Bから成り、それぞれの回転端が雌型嵌合部材52にビス固定されている。また支柱32も2つの支柱32A、支柱32Bから成り、それぞれの上端に、蝶番34A、蝶番34Bの固定端がビス固定されている。
FIG. 13 shows details of a state where the
雄型嵌合部材51の結合面には、雄型嵌合部である2つの円柱状の突起55A、55Bが設けられている。また雄型嵌合部材51の上面中央には受け部材53が設けられている。
On the coupling surface of the
雌型嵌合部材52の結合面には、雌型嵌合部である2つの円形孔56A、56Bが設けられている。また雄型嵌合部材51の上面中央には掛け部材54が設けられている。
On the coupling surface of the
このような構成において、雄型嵌合部材51の2つの円柱状の突起55A、55Bが、それぞれ、雌型嵌合部材52の2つの円形孔56A、56Bに差し込まれて、雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52が結合する。その結果、測定ヘッド14と回転機構である蝶番34を連結する連結部が雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52により構成される。また、雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52から成るこの連結部を介して、回転機構である蝶番34が測定ヘッド14に連結される。
In such a configuration, the two
結合後は、受け部材53に設けられた溝に掛け部材54を引っ掛けて結合状態をロックする。
After the coupling, the
このように構成された本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、試料1の載置(交換を含む)および/またはカンチレバー3の取り付け(交換を含む)のために、図15に示すように、蝶番34の回転軸を中心に測定ヘッド14を回転移動させることができる。この回転移動は、把手30が停止棒33の上端33aに当接することにより停止される。つまり停止棒33は、回転機構の回転角度を制限するストッパーとしての機能を有する。またこのときの回転作業は、把手30を掴んで行う。このようにして、測定ヘッド14を試料ステージ22上から安全かつ容易に取り去り、測定ヘッド14を裏返して支持することができる。これにより、試料1の載置やカンチレバー3の取り付けの作業が容易に行えるようになる。また、測定ヘッド14を落下させる危険から解放される。さらに、カンチレバー3の位置ずれの発生や、光てこ式変位センサーを構成するレーザ光源10と集光レンズ9と光ディテクタ11の位置ずれの発生が軽減される。
In the scanning probe microscope of the present embodiment configured as described above, as shown in FIG. 15, in order to place the sample 1 (including replacement) and / or attach the cantilever 3 (including replacement), The measuring
さらに本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、筐体12と蝶番34の連結部は、雄型嵌合部材51と雄型嵌合部材51で構成されており、互いに分離できる。つまり、筐体12と蝶番34を切り離すことができる。その結果、AFM測定中においては、余分な機械要素を切り離すことができるため、AFMへの外乱振動ノイズの低減に効果がある。
Furthermore, in the scanning probe microscope of the present embodiment, the connecting portion of the
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、測定準備からAFM測定にかけて、図17に示すフローに従って以下のように操作される。 The scanning probe microscope of this embodiment is operated as follows from the measurement preparation to the AFM measurement according to the flow shown in FIG.
測定ヘッド14が試料ステージ22上に搭載された初期状態から、試料ステージ22を用いて測定ヘッド14を移動させて雄型嵌合部材51と雄型嵌合部材51を結合させる。その結果、測定ヘッド14と設置台(鏡体20と基台26)が回転機構である蝶番34とこれを保持する支柱32を介して連結される。
From the initial state where the
続いて、受け部材53に掛け部材54を引っ掛けて、測定ヘッド14と設置台(鏡体20と基台26と支柱32)の連結をロックする。
Subsequently, the hanging
把手30を掴んで測定ヘッド14をストッパーが働く(すなわち把手30が停止棒33に当接する)まで回転させる。その結果、測定ヘッド14は裏返された状態で支持される。
The
試料ステージ22に試料1を載置する、および/または、測定ヘッド14にカンチレバー3を取り付ける。
The sample 1 is placed on the
試料1の載置および/またはカンチレバー3の取り付けの終了後、把手30を掴んで測定ヘッド14を回転させて試料ステージ22上に測定ヘッド14を搭載する。
After placing the sample 1 and / or attaching the cantilever 3, the
掛け部材54を受け部材53から外して、測定ヘッド14と設置台(鏡体20と基台26と支柱32)の連結のロックを解除する。
The hanging
試料ステージ22を用いて測定ヘッド14を移動させて雄型嵌合部材51と雄型嵌合部材51を分離する。その結果、測定ヘッド14と設置台(鏡体20と基台26)の連結が解除される。
The
AFM測定を開始する。 AFM measurement is started.
本実施形態では、蝶番34の固定端を保持するための支柱32を基台26に設ける代わりに、図6の例と同様に、蝶番34の固定端を保持するための支持体37を鏡体20に取り付けてもよい。この構成では、雄型嵌合部材51と雄型嵌合部材51の連結により、測定ヘッド14は、雄型嵌合部材51と雄型嵌合部材51で構成された連結部と回転機構である蝶番34とこれを保持する支持体37を介して設置台(鏡体20と基台26)に連結される。
In this embodiment, instead of providing the
また本実施形態では、回転機構の回転角度を制限するストッパーとしての機能を蝶番34に持たせてもよい。例えば、停止棒33を設ける代わりに、図7と図8の例と同様に、蝶番34の固定端に停止部材40を設け、筐体12と蝶番34の回転端がそれぞれ停止部材40の面40aと面40bに当接することにより、測定ヘッド14の回転移動が停止されるようにしてもよい。
In the present embodiment, the
さらに本実施形態では、把手は、図3に示すようなハンドル形状の把手30に限定されない。例えば、図9と図10に示すように、ノブ形状の把手41を顕微鏡正面側の筐体12の面に設けてもよい。これは、測定ヘッド14を回転移動させるときの人の動きを小さくでき、作業がより容易になる。この場合、測定ヘッド14の回転移動の停止は、図7と図8に示す停止部材40を用いて行ってもよいし、図3に示す把手30を残しておき、把手30と停止棒33で行ってもよい。もちろん、停止棒33の上端33aが筐体12に当接して測定ヘッド14の回転移動を停止させるようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the handle is not limited to the
加えて本実施形態では、雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52で構成された連結部を、筐体12と蝶番34の間に設ける代わりに、蝶番34と支柱32の間に設けてもよい。すなわち、筐体12−連結部(雄型嵌合部材51−雌型嵌合部材52)−蝶番34の回転端−蝶番34の回転軸−蝶番34の固定端−支柱32という連結を、例えば図16に示すように、筐体12−蝶番34の回転端−蝶番34の回転軸−蝶番34の固定端−連結部(雌型嵌合部材52−雄型嵌合部材51)−支柱32という連結に変更しても同様の効果が得られる。いずれの場合も、測定ヘッド14は、雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52から成る連結部と回転機構である蝶番34と支柱32を介して設置台(鏡体20と基台26)が連結される。言い換えれば、回転機構である蝶番34は、雄型嵌合部材51と雌型嵌合部材52から成る連結部(および支柱32)を介して測定ヘッド14または設置台(鏡体20と基台26)に連結される。
In addition, in this embodiment, instead of providing the connecting portion constituted by the
<第三実施形態>
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡の構成を図18に示す。図18に示すように、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、回転軸60と軸受け61で構成される回転機構に特徴がある。
<Third embodiment>
The configuration of the scanning probe microscope of the present embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 18, the scanning probe microscope of the present embodiment is characterized by a rotation mechanism including a
本実施形態の連結部は、筐体12に設けられた回転軸60と、基台26に立設された支柱62に保持されている軸受け61で構成される。回転軸60と軸受け61は互いに結合および分離可能である。この構成では、設置台は、鏡体20と基台26に加えて支柱62も含む。回転軸60は、筐体12の把手30と反対側に設けられている。この形状は、例えば図3に示す把手30と同様、ハンドル型をしている。
The connecting portion of the present embodiment includes a
軸受け61は、樹脂等の弾性部材で構成され、回転軸60の軸径よりも小さい開口部を備えている。これにより、回転軸60と軸受け61の結合が外れにくくなっている。つまり、ロック状態を作り出すことができる。また、軸受け61は、回転軸60の回転時に回転軸60に抵抗を与える。すなわち、回転軸60と軸受け61で構成される回転機構は、ロック機構と減衰機構を兼ね備える。
The
回転軸60と軸受け61が結合された状態を図19に示す。
FIG. 19 shows a state where the
回転軸60と軸受け61の結合と分離は、試料ステージ22により測定ヘッド14を移動させて行う。回転軸60と軸受け61の結合は、試料ステージ22を用いて筐体12に設けられたハンドル型の回転軸60を支柱62に保持されている軸受け61に近づけて行くことにより行われる。その結果、測定ヘッド14は、回転軸60と軸受け61で構成された回転機構とこれを保持する支柱62を介して設置台(鏡体20と基台26)に連結される。また、回転軸60と軸受け61の分離は、試料ステージ22を用いて筐体12に設けられたハンドル型の回転軸60を支柱62に保持されている軸受け61から遠ざけることにより行われる。
The rotating
このように構成された本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、試料1の載置(交換を含む)および/またはカンチレバー3の取り付け(交換を含む)のために、図20に示すように、回転軸60と軸受け61が結合して構成された回転機構の回転軸を中心に、測定ヘッド14を回転移動させることができる。この回転移動は、把手30が停止棒33の上端33aに当接することにより停止される。つまり停止棒33は、回転機構の回転角度を制限するストッパーとしての機能を有する。またこのときの回転作業は、把手30を掴んで行う。このようにして、測定ヘッド14を試料ステージ22上から安全かつ容易に取り去り、測定ヘッド14を裏返して支持することができる。これにより、試料1の載置やカンチレバー3の取り付けの作業が容易に行えるようになる。また、測定ヘッド14を落下させる危険から解放される。さらに、カンチレバー3の位置ずれの発生や、光てこ式変位センサーを構成するレーザ光源10と集光レンズ9と光ディテクタ11の位置ずれの発生が軽減される。
In the scanning probe microscope of the present embodiment configured as described above, in order to place the sample 1 (including replacement) and / or attach the cantilever 3 (including replacement), as shown in FIG. The measuring
さらに本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、回転軸60と軸受け61が分離できる。つまり、筐体12と軸受け61を切り離すことができる。その結果、AFM測定中においては、余分な機械要素を切り離すことができるため、AFMへの外乱振動ノイズの低減に効果がある。
Furthermore, in the scanning probe microscope of this embodiment, the rotating
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、測定準備からAFM測定にかけて、図21に示すフローに従って以下のように操作される。 The scanning probe microscope of this embodiment is operated as follows from the measurement preparation to the AFM measurement according to the flow shown in FIG.
測定ヘッド14が試料ステージ22上に搭載された初期状態から、試料ステージ22を用いて測定ヘッド14を移動させて回転軸60と軸受け61を結合させる。その結果、測定ヘッド14と設置台(鏡体20と基台26)が回転軸60と軸受け61で構成された回転機構とこれを保持する支柱62を介して連結される。
From the initial state where the
把手30を掴んで測定ヘッド14をストッパーが働く(すなわち把手30が停止棒33に当接する)まで回転させる。その結果、測定ヘッド14は裏返された状態で支持される。
The
試料ステージ22に試料1を載置する、および/または、測定ヘッド14にカンチレバー3を取り付ける。
The sample 1 is placed on the
試料1の載置および/またはカンチレバー3の取り付けの終了後、把手30を掴んで測定ヘッド14を回転させて試料ステージ22上に測定ヘッド14を搭載する。
After placing the sample 1 and / or attaching the cantilever 3, the
試料ステージ22を用いて測定ヘッド14を移動させて回転軸60と軸受け61を分離する。その結果、測定ヘッド14と設置台(鏡体20と基台26)の連結が解除される。
The measuring
AFM測定を開始する。 AFM measurement is started.
本実施形態では、軸受け61を保持するための支柱を基台26に設ける代わりに、図6の例と同様に、軸受け61を保持するための支持体37を鏡体20に取り付けてもよい。この構成では、設置台は、鏡体20と基台26に加えて支持体37も含む。つまり、回転軸60と軸受け61の連結により、測定ヘッド14は、回転軸60と軸受け61で構成された回転機構とこれを保持する支持体37を介して設置台(鏡体20と基台26)に連結される。
In the present embodiment, instead of providing a support column for holding the bearing 61 on the
また本実施形態では、回転機構の回転角度を制限するストッパーとしての機能を軸受け61に持たせてもよい。例えば、停止棒33を設ける代わりに、図7と図8の例の停止部材40と同様の機能を果たす停止部材を軸受け61に設け、その停止部材に筐体12が当接することにより、測定ヘッド14の回転移動が停止されるようにしてもよい。
In the present embodiment, the bearing 61 may have a function as a stopper that limits the rotation angle of the rotation mechanism. For example, instead of providing the
さらに本実施形態では、把手は、図3に示すようなハンドル形状の把手30に限定されない。
Further, in the present embodiment, the handle is not limited to the
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. Also good. The various modifications and changes described here include an implementation in which the above-described embodiments are appropriately combined.
例えば、実施形態では、AFMは、液中観察用AFMであるとして説明したが、大気中用AFMであってもよく、その場合にも同様の効果を得ることができる。 For example, in the embodiment, the AFM is described as being an in-liquid observation AFM. However, the AFM may be an in-atmosphere AFM, and in this case, the same effect can be obtained.
また、走査型プローブ顕微鏡は、原子間力顕微鏡(AFM)であるとして説明したが、AFMに限定されるものではなく、AFM以外の種類の走査型プローブ顕微鏡であってもよく、その場合にも同様の効果を得ることができる。 Although the scanning probe microscope has been described as being an atomic force microscope (AFM), it is not limited to the AFM, and may be a scanning probe microscope of a type other than the AFM. Similar effects can be obtained.
連結部、蝶番、支柱、ロック機構等の数は何個であってもよい。 There may be any number of connecting parts, hinges, columns, lock mechanisms, etc.
さらに、図22に示すように、試料ステージ22を基台26に設けられた複数の支柱70で直接保持し、試料ステージ22と光学顕微鏡の鏡体20を分離させてもよい。この構成では、試料ステージ22は、基台26に立設された支柱70、支柱71に固定されている。つまり、試料ステージ22は、支柱70、支柱71を介して基台26に固定されている。このような試料ステージ22の基台26への固定は、光学顕微鏡観察時の鏡体20やレボルバー24等の操作によって生じる振動をAFMの測定ヘッド14に伝達させ難くする効果がある。
Furthermore, as shown in FIG. 22, the
図22は、試料ステージ22の基台26への固定を例えば図11に示す走査型プローブ顕微鏡に適用した例を示しているが、試料ステージ22の基台26への固定は、それ以外の走査型プローブ顕微鏡に適用されてもよい。
FIG. 22 shows an example in which the fixing of the
実施形態では、測定ヘッド14が搭載される試料ステージ22は、倒立型光学顕微鏡の試料ステージである例を示したが、これに限定されるものではなく、光学顕微鏡に包含されない他の試料ステージであってもよい。
In the embodiment, the
1…試料、2…試料基板、3…カンチレバー、4…溶液、5…窓ガラス、6…カンチレバーホルダ、7…Zスキャナ、8…XYスキャナ、9…集光レンズ、10…レーザ光源、11…光ディテクタ、12…筐体、13…支柱、14…測定ヘッド、15…コントローラ、16…コンピュータ、20…鏡体、21…接眼部、22…試料ステージ、23…対物レンズ、24…レボルバー、25…照明光源、26…基台、30…把手、31…連結部、32,32A,32B…支柱、33…停止棒、33a…上端、34,34A,34B…蝶番、35…接続面、37…支持体、40…停止部材、40a,40b…面、41…把手、51…雄型嵌合部材、52…雌型嵌合部材、53…受け部材、54…掛け部材、55A,55B…突起、56A,56B…円形孔、57…接続面、60…回転軸、61…軸受け、62…支柱、70,71…支柱。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample, 2 ... Sample substrate, 3 ... Cantilever, 4 ... Solution, 5 ... Window glass, 6 ... Cantilever holder, 7 ... Z scanner, 8 ... XY scanner, 9 ... Condensing lens, 10 ... Laser light source, 11 ... Optical detector, 12 ... housing, 13 ... support, 14 ... measuring head, 15 ... controller, 16 ... computer, 20 ... mirror, 21 ... eyepiece, 22 ... sample stage, 23 ... objective lens, 24 ... revolver, 25 ... Illumination light source, 26 ... Base, 30 ... Handle, 31 ... Connection part, 32, 32A, 32B ... Post, 33 ... Stop rod, 33a ... Upper end, 34, 34A, 34B ... Hinge, 35 ... Connection surface, 37 ... support body, 40 ... stop member, 40a, 40b ... surface, 41 ... handle, 51 ... male fitting member, 52 ... female fitting member, 53 ... receiving member, 54 ... hanging member, 55A, 55B ...
Claims (14)
前記測定ヘッドは、自由端にプローブを有するカンチレバーと、前記カンチレバーを三次元的に走査する走査機構と、前記走査機構を保持している筐体を備え、
前記測定ヘッドを回転可能に支持する回転機構と、前記筐体に設けられた把手をさらに備え、
前記測定ヘッドは、前記回転機構を介して前記試料ステージを設置する設置台に連結される、走査型プローブ顕微鏡。 A measuring head mounted on a sample stage on which a sample substrate having a sample is placed ;
The measurement head includes a cantilever having a probe at a free end, a scanning mechanism that scans the cantilever three-dimensionally, and a housing that holds the scanning mechanism.
A rotation mechanism that rotatably supports the measurement head; and a handle provided on the housing,
The measurement head is a scanning probe microscope connected to an installation base on which the sample stage is installed via the rotating mechanism.
前記試料ステージを用いて前記測定ヘッドを移動させて、前記測定ヘッドを前記設置台に前記回転機構を介して連結させ、
前記把手を掴んで前記測定ヘッドを前記回転機構の回転軸を中心に回転させて前記測定ヘッドを裏返し、
前記試料ステージに前記試料を有する前記試料基板を載置し、および/または、前記測定ヘッドに前記カンチレバーを取り付け、
前記把手を掴んで前記測定ヘッドを前記回転機構の回転軸を中心に回転させて前記測定ヘッドを前記試料ステージ上に搭載し、
前記試料ステージを用いて前記測定ヘッドを移動させて、前記設置台と前記測定ヘッドの連結を解除し、
走査型プローブ顕微鏡測定を開始する、走査型プローブ顕微鏡の操作方法。 An operation method of the scanning probe microscope according to claim 3 or 5 ,
The measurement head is moved using the sample stage, and the measurement head is connected to the installation table via the rotation mechanism,
Grasp the handle and rotate the measuring head around the rotation axis of the rotating mechanism to turn the measuring head over,
Placing the sample substrate having the sample on the sample stage, and / or attaching the cantilever to the measuring head;
The measurement head is mounted on the sample stage by gripping the handle and rotating the measurement head around the rotation axis of the rotation mechanism.
The measurement head is moved using the sample stage to release the connection between the installation table and the measurement head,
A method for operating a scanning probe microscope, in which scanning probe microscope measurement is started.
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