試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット、位置調整台、アトムプローブ、並びに試料及び電極の装置への組付方法
【課題】試料と電極との相互の位置調整を容易に行う。
【解決手段】保持した試料に電極を介して電界をかけて加工または分析する装置に用いられ、かつ、装置本体から取り外し可能とされた試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを用いる。この試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットは、試料を固定する試料ホルダ２１と、電極５を固定する電極ホルダ２２と、試料ホルダにより固定される試料と電極ホルダにより固定される電極との間の相対的な位置決めを行う位置決め機構とを備える。
【解決手段】保持した試料に電極を介して電界をかけて加工または分析する装置に用いられ、かつ、装置本体から取り外し可能とされた試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを用いる。この試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットは、試料を固定する試料ホルダ２１と、電極５を固定する電極ホルダ２２と、試料ホルダにより固定される試料と電極ホルダにより固定される電極との間の相対的な位置決めを行う位置決め機構とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット、位置調整台、アトムプローブ、並びに試料及び電極の装置への組付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子のトンネル現象を利用した最初の高分解能顕微鏡は、針状試料の鋭い針先から電子を放射させ、拡大投映させた放射電子像を観察する電界放射顕微鏡（ＦＥＭ：Ｆｉｅｌｄ
Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ)である。この顕微鏡は真空状態の下で強電界をかけると、量子力学的トンネル効果により金属導体表面から表面ポテンシャルの障壁を越えて電子が放出される電界放射現象を利用したものであり、針状に形成された金属試料の先端表面から強電界の作用で蛍光体が塗布されたスクリーンに向けて電子放射がなされるように構成することによって、蛍光スクリーン上に放出金属表面の拡大像を映し出させるというものである。ＦＥＭの分解能は約１ｎｍと低いので原子は見えないが、針に印加した負電圧と放射電流のＩ−Ｖ特性から針先の半球面上の微細な結晶面の仕事関数が求まる。針への印加電圧を負から正に切り替え、鏡体内に低圧の不活性ガスを導入すると、ＦＥＭは電界イオン顕微鏡（ＦＩＭ：Ｆｉｅｌｄ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ)として作動し、針先の原子配列を直接観察できるようになる。ＦＩＭには、電界蒸発現象により針先の表面原子を陽イオンとして順序正しく脱離させることができる特性がある。脱離イオンを逐一検出同定すると針先の組成を原子レベルで解析できる。この発想にもとづいて、単一イオンを検出できる質量分析器とＦＩＭとの複合器であるアトムプローブ（ＡＰ：Ａｔｏｍ Ｐｒｏｂｅ）が開発された。アトムプローブは、針先の電子状態・原子配列・組成分布を解析できる唯一の装置である。電界蒸発は表面第1層から原子層ごと順序正しく進行するので、アトムプローブによって層ごとの組成や界面の組成分布、さらには電子状態変化を調べることができる（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平2002-42715号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし，従来のアトムプローブにおいて、針状試料の針先の表面から原子を電界蒸発させるには、針先の電界を電界放射現象よりもはるかに高くする必要がある。そのため、アトムプローブの中には針先付近に円輪状の微小引出電極を設置し、局所的に高電界を発生させるものがある。微小引出電極を用いる場合、針先と微小引出電極の開口部の円の中心が同軸上となるように位置合わせする必要がある。また、針先と電極の距離は近づければ針先に高電界が発生するが、近づけすぎると電極から針先に電界放射し試料を傷つける可能性があり、シミュレーションによって計算された距離に両者を設置する必要がある。通常、針先の局率半径が５０nm程度、微小引出電極の開口部の直径が最大１００μｍ程度であるため、真空中で行うには、遠隔操作によって試料の針先と電極との３次元的な位置調整を行わなければならず、このため複雑で高価な機構及び手順が必要となる。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、試料と電極との相互の位置調整が容易に行える、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットが組みつけられて試料と電極の相互の位置調整を行う位置調整台、アトムプローブ、並びに試料及び電極の装置への組付方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットは、保持した試料に電極を介して電界をかけて加工または分析する装置に用いられ、かつ、装置本体から取り外し可能とされた試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットであって、前記試料を固定する試料ホルダと、前記電極を固定する電極ホルダと、前記試料ホルダにより固定される前記試料と前記電極ホルダにより固定される前記電極との間の相対的な位置決めを行う位置決め機構と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットによれば、装置本体から取り外した状態で、試料を固定する試料ホルダと電極を固定する電極ホルダとを相対的に移動させながらそれら相互の位置決めを行うことにより、例えば試料の針先と漏斗状の電極とを同軸状となるように配置することができる。また、それら試料と電極相互間の距離をシミュレーションによって計算された距離に正確に配置できる。また、装置本体から取り外した状態で位置決めを行うため、顕微鏡下での位置決めが可能となり、高精度の位置決めが可能になる。
【０００７】
本発明の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットは、前記位置決め機構が、共通基台に対して前記試料ホルダが互いに直交する軸Ｘ、Ｙ、Ｚのうちの一つの軸であるＸ軸に沿って移動調整された後その位置で固定可能とされ、かつ、前記共通基台に対して前記電極ホルダが残る軸であるＹ軸及びＺ軸に沿った方向へそれぞれ移動調整された後その位置で固定可能とされる構成であることが好ましい。
この場合、試料ホルダをＸ軸に沿った方向へ移動させて位置決めするとともに、電極ホルダをＹ軸に沿った方向及びＺ軸に沿った方向へそれぞれ移動させて位置決めすることで、結果的に、試料ホルダに固定される試料と電極ホルダに固定される電極とは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸にそれぞれ沿った方向の３次元の位置決めが可能になる。またこのような構成は、試料ホルダと電極ホルダを個々に３次元の位置決め調整を行う場合に比べて、構成の簡素化が図れる。
【０００８】
本発明の位置調整台は、請求項２記載の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットが組み付けられて前記試料ホルダ及び前記電極ホルダのそれぞれの位置を調整する位置調整台であって、前記共通基台を固定するフレームと、該フレームに設けられ、前記試料ホルダを前記Ｘ軸に沿った方向へ移動調整する試料ホルダ調整機構と、前記フレームに設けられ、前記電極ホルダを前記Ｙ軸及びＺ軸に沿った方向へそれぞれ移動調整する電極ホルダ調整機構とを備えることを特徴とする。
本発明の位置調整台によれば、装置本体から取り外した試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを試料調整台に固定し、この状態で、試料ホルダ調整機構によって試料ホルダをＸ軸に沿った方向へ移動調整し、また、電極ホルダ調整機構によって電極ホルダをＹ、Ｚ軸に沿った方向へそれぞれ移動調整する。そして、それらの移動調整が終了したら、位置決め機構によって試料ホルダ及び電極ホルダを共通基台に固定する。
【０００９】
本発明のアトムプローブは、請求項１または２記載の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを備えたことを特徴とする。
本発明のアトムプローブは、請求項１または２に係る発明と同様な作用効果を奏する。
【００１０】
本発明の試料及び電極の装置への組付方法は、装置本体から、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを取り外す工程と、取り外した前記試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットの試料ホルダに試料を取り付けて固定する工程と、前記試料ホルダと電極ホルダを相対的に移動させることにより前記試料ホルダに固定した試料と前記電極ホルダに固定してある電極との相対位置を調整した後、前記試料ホルダと前記電極ホルダを共通基台に固定する工程と、前記試料ホルダ及び前記電極ホルダが固定された前記試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを装置本体に戻してセットする工程を備えることを特徴とする。
本発明の試料及び電極の装置への組付方法によれば、装置本体から、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを取り外した状態で、試料ホルダ及び電極ホルダの位置決めを行うため、前記請求項１に係る発明と同様に、例えば、試料の針先と漏斗状の電極とを同軸状となるように配置することと、それら相互間の距離をシミュレーションによって計算された距離に正確に配置することが容易かつ高精度で行える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例えば試料の針先と漏斗状の電極とを同軸状に配置することと、それら相互間の距離をシミュレーションによって計算された距離に正確に配置できることとが容易かつ高精度で行える。また、試料ホルダ等の位置調整を装置外で行えることから、それら位置決めのための真空チャンバ内外の複雑な機構及び手順が一切必要なくなる。このことにより，真空装置が簡略化され，小型化，汎用性につながり，経済的負担も小さくて済むこととなった。
また，真空中で試料と電極の位置を合わせる手順がなくなるため，試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを真空チャンバ内に設置後すぐに分析を開始できる。さらに，分析中に、次の分析対象となる試料に対し試料と電極相互間の位置調整ができるため、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを交換するだけで、次の分析が可能となる。つまり連続分析が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。図１は本発明に係わるアトムプローブの主要の構成要素を表す概略図である。アトムプローブ１は、針状試料２等を収容するチャンバ３と、チャンバ３内を真空排気する真空ポンプ４と、針状試料２を保持するとともに針状試料２との間に電位差を生じさせる漏斗状の引出電極５を保持する試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６と、針状試料２にレーザーＬを照射するレーザー発振器７と、針状試料２から発生したイオンＭを検出する２次元イオン検出器８と、これらアトムプローブ１の主要の構成要素をそれぞれ制御する制御部９とを備える。
【００１３】
試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６は、アトムプローブ１のフレーム１１から取り外し可能となっている。具体的には、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６は、チャンバ３に対し扉１２を介して隔てられた箇所である試料待機室１３にセットされ、そこから扉１２をあけた状態で、フレーム１１に設けられたレール１１ａを介してチャンバ３内に導かれ、チャンバ３内の所定位置に、図示せぬ位置決め手段で位置決めされるようになっている。なお、試料待機室１３は、チャンバ３ほどの真空度は得られないものの、大気からは遮断されていて、ある程度の真空度が維持できるようになっている。
【００１４】
試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６について図２〜図５を参照しながら説明する。図２は試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６の正面から見た断面図、図３は図２のIII矢視図、図４は図２のIV矢視図、図５は図２のVーV線に沿う断面図である。
図２において符号２０Ａは横フレーム、２０Ｂは縦フレームをそれぞれ表す。これらフレームは互いに直交するように組み付けられていて、針状試料２を保持固定する試料ホルダ２１及び電極５を保持固定する電極ホルダ２２が、それぞれ位置決めされた状態で固定される共通基台２０を構成する。横フレーム２０Ａの下側には、前記アトムプローブのフレーム１１に設けられるレール１１ａに嵌合するあり溝２３が設けられている（図４参照）。
【００１５】
横フレーム２０Ａの上側には基台上に円筒部が取り付けたれた形状の絶縁体２４が固定され、この絶縁体２４内には試料移動台２５が図示せぬボルト等の固定手段によって固定されている。試料移動台２５の上側には溝２５ａがX方向に延びるように設けられ（図４参照）、この溝２５aにはホルダ固定部材２６が嵌合される。ホルダ固定部材２６は溝２５ａに沿ってＸ方向へ移動可能であるが、試料移動台２５の上側に配置された蓋部材２８がボルト２７により試料移動台２５に向けて締め付けられると、蓋部材２８と試料移動台２５との間に挟みこまれて固定される（図２、図５参照）。また、ホルダ固定部材２６には、針状試料２を保持する試料ホルダ２１がボルト２９によって固定される。また、ホルダ固定部材２６には下方に向けて被押圧部材３０が取り付けられていて、この被押圧部材３０は、バネ３１及びバネ３１の先端に取り付けられたボール３２からなる押圧手段３３によって図２において左方へ付勢される。また、ホルダ固定部材２６は、図５に示すように、側方から押圧手段３４によって溝２５aの一方の側壁面に向けて押し付けられていて、図３におけるY方向の正確な位置決めがなされている。なお、押圧手段３４は前記押圧手段３３と同様な構成である。なお、試料ホルダ２１及び試料移動台２５等は前記絶縁体２４によって覆われている。
ここで、前述した試料移動台２５、ボルト２７及び蓋部材２８は、横フレーム２０Ａに対して試料ホルダ２１をＸ方向に移動調整された後その位置で固定する、X方向位置決め機構を構成する。
【００１６】
図２に示すように、縦フレーム２０Ｂは円板状に形成され、その中央に孔４０が形成されている。一方、電極ホルダ２２は、縦フレーム２０Bに対応する円板状に形成されていて、中央には側方へ突出する円柱状の突部４１が設けられている。突部４１には前記引出電極５がボルト４２によって固定されている。また、電極ホルダ２２の中央には、突部４１が設けられた側から他側に向けて拡径するテーパー状の孔４３が形成されている。この孔４３は、針状試料２の先端から飛び出るイオンMが通るためのものである。そして、電極ホルダ２２は、突部４１が孔４０にはめ込まれ対向する面同士を接合された状態で、外周部に設けられた複数のボルト４４により、突部４１の先端に取り付けた電極５が針状試料２を向くように前記縦フレーム２０Bに固定される。
【００１７】
ここで、前記突部４１の外径は孔４０の内径よりも小に設定されている。また、電極ホルダ２２に形成されたボルト挿通孔２２aはボルト４４の外径より大に設定されている。したがって、ボルト４４によって締め付けられる前の状態においては、突部４１と孔４０との間の隙間並びにボルト挿通孔２２aとボルト４４の隙間の分だけ、電極ホルダ２２が縦フレーム２０Bに対しその接合面に沿って、つまりY・Z方向に沿って移動調整可能となっている。
【００１８】
縦フレーム２０Bには、バネ４５及びボール４６からなる押圧手段４７が、中心から図３における斜め左下方に向くように組み込まれており、これにより、電極ホルダ２２は、斜め上方に向けて付勢されている。
【００１９】
また、前述したボルト４４は、縦フレーム２０Bに対して電極ホルダ２１をY・Z方向に移動調整された後その位置で固定するY・Z方向位置決め機構を構成する。
【００２０】
上記構成の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６は、試料ホルダ２１及び電極ホルダ２２の相対的な位置、具体的には共通基台に対する位置を調整する際、専用の位置調整台５０に組み付けられて調整される。
位置調整台５０について図６〜図８を参照しながら説明する。図６は位置調整台の正面から見た断面図、図７は図６のVII矢視図。図８は図６のVIII矢視図である。
これらの図において符号５１は調整台フレームである。この調整台フレーム５１は底板５１Ａ、底板５１Ａに直交する側板５１Ｂ及び後板５１Ｃ、並びに底板５１Ａに平行となる上板５１Ｄからなっている。底板５１Ａには、前記試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６が横フレーム２０Ａの下面を底板５１Ａの上面に当接された状態で、かつ試料ホルダ２１が後述するマイクロメータ５２と平行となりしかも電極ホルダ２２が後述するマイクロメータ５３、５４の軸線によって形成される面に平行となるように、ボルト等の適宜固定手段で固定される。つまり、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６のＸ・Ｙ・Ｚ軸が、位置調整台５０の座標軸であるＸ・Ｙ・Ｚ軸に合致するように、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６が位置調整台５０に固定される。そして、側板５１Ｂにはマイクロメータ５２が直交するように組み付けられている。マイクロメータ５２は、試料ホルダ２１の後端に当接して試料ホルダ２１のＸ方向の位置を調整する試料ホルダ調整機構を構成する。
【００２１】
また、後板５１Ｃにはマイクロメータ５３が直交するように、また上板５１Ｄにはマイクロメータ５４が直交するようにそれぞれ組み付けられている。それらマイクロメータ５３，５４は、電極ホルダ２２の側面にそれぞれ当接して電極ホルダ２２のＹ方向及びＺ方向の位置を調整する電極ホルダ調整機構を構成する。
なお、図６において符号５５は、電極ホルダの位置決めを行うときに用いられる顕微鏡の対物レンズの位置を示す。また、図７において符号５６は、試料ホルダ２１の位置決めを行うときに用いられる顕微鏡の対物レンズの位置を示す。
【００２２】
次に、上記構成のアトムプローブ並びに位置調整台の作用について説明する。
アトムプローブ１によって針状試料２の先端の分析を行うには、まず、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６を装置本体であるフレーム１１から取り外す（図９におけるステップ：Ｓ１）。つまり、扉１２を開いた状態とし、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６をフレーム１１のレール１１ａに沿わせて、チャンバ３から試料待機室１３まで移動させる。そこから、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６を取り外す。
【００２３】
続いて、試料ホルダ固定用のボルト２９を緩め、予め針状試料を取り付けた試料ホルダ２１をホルダ固定部材２６にセットし、ボルト２９を締め付ける。これにより、試料ホルダ２１をホルダ固定部材２６に固定する（ステップ：Ｓ２）。
【００２４】
続いて、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６を図６〜図８に示すように、位置調整台５０にセットし固定する（ステップ：Ｓ３）。
【００２５】
続いて、ボルト４４を緩めて、縦フレーム２０Ｂに対する電極ホルダ２２のＹ方向及びＺ方向の移動を可能にする。この状態で、マイクロメータ５３を操作し、このマイクロメータの先端で押圧することにより、電極ホルダ２２をＹ方向へ移動させてその位置を調整する。また、マイクロメータ５４を操作し、このマイクロメータの先端で押圧することにより、電極ホルダ２２をＺ方向へ移動させてその位置を調整する。このとき、電極ホルダは、マイクロメータ５３、５４の先端並びに押圧手段４７の先端のボール４６による、３点支持の状態でその位置調整が行われる。
これによって、針状試料２の針先と漏斗状の引出電極５の中心とを同軸状に配置させることができる。
【００２６】
また、このような操作と並行してボルト２７を緩めて、試料移動台２５に対するホルダ固定部材２６のＸ方向の移動を可能にする。この状態で、マイクロメータ５２を作動させ、このマイクロメータの先端での押圧位置を調整することにより、試料ホルダ２１をホルダ固定部材２６と一体的にＸ方向へ移動させてその位置を調整する。つまり、マイクロメータ５２の先端を前進させると（図２において右方へ移動させると）、ホルダ固定部材２６を介して試料ホルダ２１と一体的に移動する被押圧部材３０に押圧されて押圧手段３３のバネ３１が収縮し、試料ホルダ２１の同方向への移動を許容する。また、マイクロメータ５２の先端を後退させると（図２において左方へ移動させると）、押圧手段３３のバネが伸張して被押圧部材３０を図２において左方へ押圧し、試料ホルダ２１を同方向へ移動させる。
これによって、針状試料２と引出電極５との距離がシミュレーションによって計算された距離となるように、針状試料２を配置できる（ステップ：Ｓ４）。
【００２７】
前述したように共通基台２０に対し電極ホルダ２２をＹ・Ｚ方向へそれぞれ移動させての位置調整、並びに試料ホルダ２１をＸ方向へ移動させての位置調整をそれぞれ完了した後、ボルト４４、…を締め付けることで、電極ホルダ２２をその位置に固定し、ボルト２７を締め付けることで、蓋部材２８と試料移動台２５との間にホルダ固定部材２６を強く挟み込んで、試料ホルダ２１をその位置に固定する（ステップ：Ｓ５）。
【００２８】
このような針状試料２及び引出電極５の位置調整は、装置本体から外部へ引き出して行い、しかも、専用の位置調整治具である位置調整台５０に組み付けて行うので、その調整作業がきわめて容易である。加えて、専用の位置調整台５０に組み付けて行う際に、図６及び図７に示すように、顕微鏡を利用して行うことができるので、高精度の位置調整が可能である。
【００２９】
続いて、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６を位置調整台５０から取り外し（ステップ：Ｓ６）、アトムプローブに再びセットする。そして、針状試料２の先端に対する分析を開始する（ステップ：Ｓ７）。
【００３０】
すなわち、真空ポンプ４によりチャンバ３内の空気を排気した後で、制御部９により、針状試料２と引出電極５との間に高電圧を印加し強電界を発生させる。次に、レーザー発振器７により、パルス幅が約１００フェムト秒程度のレーザーＬを針状試料２の先端に照射する。すると、電界蒸発により針状試料２の先端の原子がイオンＭとなって飛び出し、引出電極５に導かれて、２次元イオン検出器８に当たる。
【００３１】
制御部９は、イオンＭが発生してから２次元イオン検出器８に到達するまでに要した時間を計測し、計測した所要時間からイオンＭの質量を求める。
また、制御部９は、２次元イオン検出器８で検出されたイオンＭが当たった位置からイオンＭが針状試料２の先端から飛び出した位置を求める。
こうして、アトムプローブ１により針状試料２の先端における、３次元の微小領域の物質の構造及び組織を分析することができる。
【００３２】
上記構成のアトムプローブによれば、例えば針状試料２の先端と漏斗状の引出電極５とを同軸状に配置することと、それら相互間の距離をシミュレーションによって計算された距離に正確に配置できることとが容易かつ高精度で行える。また、試料ホルダ２１及び電極ホルダ２２の位置調整を装置外で行えることから、それら位置調整のための真空用のチャンバ内外の複雑な機構及び手順を一切不要にすることができる。またこれにより、真空装置が簡略化され，小型化，汎用性につながり，経済的負担も小さくて済む。
【００３３】
また，真空中で針状試料２と引出電極５の位置を合わせる手順がなくなるため、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６をチャンバ３内に設置後すぐに分析を開始できる。さらに，分析中に、次の分析対象となる針状試料２に対し該針状試料２と引出電極５相互間の位置調整ができるため、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６を交換するだけで、次の分析が可能となる。つまり連続分析が可能になる。
【００３４】
なお、本発明は前記実施形態に限られることなく、必要に応じて適宜設計変更可能である。
例えば、前記実施形態では、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６を装置本体外に取り出して針状試料２と引出電極５との間の位置調整を行うことを、アトムプローブ１を例に挙げて説明したが、これに限られることなく、前記位置調整に係る発明は、電界放射顕微鏡や電界イオン顕微鏡等の他の装置にも適用可能である。
また、前記位置調整台５では、手動で動かすマイクロメータを利用して試料ホルダ調整機構並びに電極ホルダ調整機構を構成したが、これに限られることなく、これらの調整機構は、電動で動く螺子機構を利用したものであっても、あるいはピエゾ素子を利用したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係わるアトムプローブの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】前記アトムプローブで用いられる試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットの正面から見た断面図である。
【図３】図３は図２のIII矢視図である。
【図４】図４は図２のIV矢視図である。
【図５】図５は図２のVーV線に沿う断面図である。
【図６】図６は位置調整台の正面から見た断面図である。
【図７】図７は図６のVII矢視図である。
【図８】図８は図６のVIII矢視図である。
【図９】図９は試料をアトムプローブにセットする手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１ アトムプローブ
２ 針状試料
５ 引出電極
６ 試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット
９ 制御部
１２ 扉
２０ 共通基台
２０Ａ 横フレーム
２０Ｂ 縦フレーム
２１ 試料ホルダ
２２ 電極ホルダ
２５ 試料移動台（X方向位置決め機構）
２７ ボルト（X方向位置決め機構）
２８ 蓋部材（X方向位置決め機構）
４４ ボルト（Y・Z方向位置決め機構）
５０ 位置調整台
５２ マイクロメータ（試料ホルダ調整機構）
５３ マイクロメータ（電極ホルダ調整機構）
５４ マイクロメータ（電極ホルダ調整機構）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット、位置調整台、アトムプローブ、並びに試料及び電極の装置への組付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子のトンネル現象を利用した最初の高分解能顕微鏡は、針状試料の鋭い針先から電子を放射させ、拡大投映させた放射電子像を観察する電界放射顕微鏡（ＦＥＭ：Ｆｉｅｌｄ
Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ)である。この顕微鏡は真空状態の下で強電界をかけると、量子力学的トンネル効果により金属導体表面から表面ポテンシャルの障壁を越えて電子が放出される電界放射現象を利用したものであり、針状に形成された金属試料の先端表面から強電界の作用で蛍光体が塗布されたスクリーンに向けて電子放射がなされるように構成することによって、蛍光スクリーン上に放出金属表面の拡大像を映し出させるというものである。ＦＥＭの分解能は約１ｎｍと低いので原子は見えないが、針に印加した負電圧と放射電流のＩ−Ｖ特性から針先の半球面上の微細な結晶面の仕事関数が求まる。針への印加電圧を負から正に切り替え、鏡体内に低圧の不活性ガスを導入すると、ＦＥＭは電界イオン顕微鏡（ＦＩＭ：Ｆｉｅｌｄ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ)として作動し、針先の原子配列を直接観察できるようになる。ＦＩＭには、電界蒸発現象により針先の表面原子を陽イオンとして順序正しく脱離させることができる特性がある。脱離イオンを逐一検出同定すると針先の組成を原子レベルで解析できる。この発想にもとづいて、単一イオンを検出できる質量分析器とＦＩＭとの複合器であるアトムプローブ（ＡＰ：Ａｔｏｍ Ｐｒｏｂｅ）が開発された。アトムプローブは、針先の電子状態・原子配列・組成分布を解析できる唯一の装置である。電界蒸発は表面第1層から原子層ごと順序正しく進行するので、アトムプローブによって層ごとの組成や界面の組成分布、さらには電子状態変化を調べることができる（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平2002-42715号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし，従来のアトムプローブにおいて、針状試料の針先の表面から原子を電界蒸発させるには、針先の電界を電界放射現象よりもはるかに高くする必要がある。そのため、アトムプローブの中には針先付近に円輪状の微小引出電極を設置し、局所的に高電界を発生させるものがある。微小引出電極を用いる場合、針先と微小引出電極の開口部の円の中心が同軸上となるように位置合わせする必要がある。また、針先と電極の距離は近づければ針先に高電界が発生するが、近づけすぎると電極から針先に電界放射し試料を傷つける可能性があり、シミュレーションによって計算された距離に両者を設置する必要がある。通常、針先の局率半径が５０nm程度、微小引出電極の開口部の直径が最大１００μｍ程度であるため、真空中で行うには、遠隔操作によって試料の針先と電極との３次元的な位置調整を行わなければならず、このため複雑で高価な機構及び手順が必要となる。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、試料と電極との相互の位置調整が容易に行える、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットが組みつけられて試料と電極の相互の位置調整を行う位置調整台、アトムプローブ、並びに試料及び電極の装置への組付方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットは、保持した試料に電極を介して電界をかけて加工または分析する装置に用いられ、かつ、装置本体から取り外し可能とされた試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットであって、前記試料を固定する試料ホルダと、前記電極を固定する電極ホルダと、前記試料ホルダにより固定される前記試料と前記電極ホルダにより固定される前記電極との間の相対的な位置決めを行う位置決め機構と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットによれば、装置本体から取り外した状態で、試料を固定する試料ホルダと電極を固定する電極ホルダとを相対的に移動させながらそれら相互の位置決めを行うことにより、例えば試料の針先と漏斗状の電極とを同軸状となるように配置することができる。また、それら試料と電極相互間の距離をシミュレーションによって計算された距離に正確に配置できる。また、装置本体から取り外した状態で位置決めを行うため、顕微鏡下での位置決めが可能となり、高精度の位置決めが可能になる。
【０００７】
本発明の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットは、前記位置決め機構が、共通基台に対して前記試料ホルダが互いに直交する軸Ｘ、Ｙ、Ｚのうちの一つの軸であるＸ軸に沿って移動調整された後その位置で固定可能とされ、かつ、前記共通基台に対して前記電極ホルダが残る軸であるＹ軸及びＺ軸に沿った方向へそれぞれ移動調整された後その位置で固定可能とされる構成であることが好ましい。
この場合、試料ホルダをＸ軸に沿った方向へ移動させて位置決めするとともに、電極ホルダをＹ軸に沿った方向及びＺ軸に沿った方向へそれぞれ移動させて位置決めすることで、結果的に、試料ホルダに固定される試料と電極ホルダに固定される電極とは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸にそれぞれ沿った方向の３次元の位置決めが可能になる。またこのような構成は、試料ホルダと電極ホルダを個々に３次元の位置決め調整を行う場合に比べて、構成の簡素化が図れる。
【０００８】
本発明の位置調整台は、請求項２記載の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットが組み付けられて前記試料ホルダ及び前記電極ホルダのそれぞれの位置を調整する位置調整台であって、前記共通基台を固定するフレームと、該フレームに設けられ、前記試料ホルダを前記Ｘ軸に沿った方向へ移動調整する試料ホルダ調整機構と、前記フレームに設けられ、前記電極ホルダを前記Ｙ軸及びＺ軸に沿った方向へそれぞれ移動調整する電極ホルダ調整機構とを備えることを特徴とする。
本発明の位置調整台によれば、装置本体から取り外した試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを試料調整台に固定し、この状態で、試料ホルダ調整機構によって試料ホルダをＸ軸に沿った方向へ移動調整し、また、電極ホルダ調整機構によって電極ホルダをＹ、Ｚ軸に沿った方向へそれぞれ移動調整する。そして、それらの移動調整が終了したら、位置決め機構によって試料ホルダ及び電極ホルダを共通基台に固定する。
【０００９】
本発明のアトムプローブは、請求項１または２記載の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを備えたことを特徴とする。
本発明のアトムプローブは、請求項１または２に係る発明と同様な作用効果を奏する。
【００１０】
本発明の試料及び電極の装置への組付方法は、装置本体から、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを取り外す工程と、取り外した前記試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットの試料ホルダに試料を取り付けて固定する工程と、前記試料ホルダと電極ホルダを相対的に移動させることにより前記試料ホルダに固定した試料と前記電極ホルダに固定してある電極との相対位置を調整した後、前記試料ホルダと前記電極ホルダを共通基台に固定する工程と、前記試料ホルダ及び前記電極ホルダが固定された前記試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを装置本体に戻してセットする工程を備えることを特徴とする。
本発明の試料及び電極の装置への組付方法によれば、装置本体から、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを取り外した状態で、試料ホルダ及び電極ホルダの位置決めを行うため、前記請求項１に係る発明と同様に、例えば、試料の針先と漏斗状の電極とを同軸状となるように配置することと、それら相互間の距離をシミュレーションによって計算された距離に正確に配置することが容易かつ高精度で行える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例えば試料の針先と漏斗状の電極とを同軸状に配置することと、それら相互間の距離をシミュレーションによって計算された距離に正確に配置できることとが容易かつ高精度で行える。また、試料ホルダ等の位置調整を装置外で行えることから、それら位置決めのための真空チャンバ内外の複雑な機構及び手順が一切必要なくなる。このことにより，真空装置が簡略化され，小型化，汎用性につながり，経済的負担も小さくて済むこととなった。
また，真空中で試料と電極の位置を合わせる手順がなくなるため，試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを真空チャンバ内に設置後すぐに分析を開始できる。さらに，分析中に、次の分析対象となる試料に対し試料と電極相互間の位置調整ができるため、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを交換するだけで、次の分析が可能となる。つまり連続分析が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。図１は本発明に係わるアトムプローブの主要の構成要素を表す概略図である。アトムプローブ１は、針状試料２等を収容するチャンバ３と、チャンバ３内を真空排気する真空ポンプ４と、針状試料２を保持するとともに針状試料２との間に電位差を生じさせる漏斗状の引出電極５を保持する試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６と、針状試料２にレーザーＬを照射するレーザー発振器７と、針状試料２から発生したイオンＭを検出する２次元イオン検出器８と、これらアトムプローブ１の主要の構成要素をそれぞれ制御する制御部９とを備える。
【００１３】
試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６は、アトムプローブ１のフレーム１１から取り外し可能となっている。具体的には、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６は、チャンバ３に対し扉１２を介して隔てられた箇所である試料待機室１３にセットされ、そこから扉１２をあけた状態で、フレーム１１に設けられたレール１１ａを介してチャンバ３内に導かれ、チャンバ３内の所定位置に、図示せぬ位置決め手段で位置決めされるようになっている。なお、試料待機室１３は、チャンバ３ほどの真空度は得られないものの、大気からは遮断されていて、ある程度の真空度が維持できるようになっている。
【００１４】
試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６について図２〜図５を参照しながら説明する。図２は試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６の正面から見た断面図、図３は図２のIII矢視図、図４は図２のIV矢視図、図５は図２のVーV線に沿う断面図である。
図２において符号２０Ａは横フレーム、２０Ｂは縦フレームをそれぞれ表す。これらフレームは互いに直交するように組み付けられていて、針状試料２を保持固定する試料ホルダ２１及び電極５を保持固定する電極ホルダ２２が、それぞれ位置決めされた状態で固定される共通基台２０を構成する。横フレーム２０Ａの下側には、前記アトムプローブのフレーム１１に設けられるレール１１ａに嵌合するあり溝２３が設けられている（図４参照）。
【００１５】
横フレーム２０Ａの上側には基台上に円筒部が取り付けたれた形状の絶縁体２４が固定され、この絶縁体２４内には試料移動台２５が図示せぬボルト等の固定手段によって固定されている。試料移動台２５の上側には溝２５ａがX方向に延びるように設けられ（図４参照）、この溝２５aにはホルダ固定部材２６が嵌合される。ホルダ固定部材２６は溝２５ａに沿ってＸ方向へ移動可能であるが、試料移動台２５の上側に配置された蓋部材２８がボルト２７により試料移動台２５に向けて締め付けられると、蓋部材２８と試料移動台２５との間に挟みこまれて固定される（図２、図５参照）。また、ホルダ固定部材２６には、針状試料２を保持する試料ホルダ２１がボルト２９によって固定される。また、ホルダ固定部材２６には下方に向けて被押圧部材３０が取り付けられていて、この被押圧部材３０は、バネ３１及びバネ３１の先端に取り付けられたボール３２からなる押圧手段３３によって図２において左方へ付勢される。また、ホルダ固定部材２６は、図５に示すように、側方から押圧手段３４によって溝２５aの一方の側壁面に向けて押し付けられていて、図３におけるY方向の正確な位置決めがなされている。なお、押圧手段３４は前記押圧手段３３と同様な構成である。なお、試料ホルダ２１及び試料移動台２５等は前記絶縁体２４によって覆われている。
ここで、前述した試料移動台２５、ボルト２７及び蓋部材２８は、横フレーム２０Ａに対して試料ホルダ２１をＸ方向に移動調整された後その位置で固定する、X方向位置決め機構を構成する。
【００１６】
図２に示すように、縦フレーム２０Ｂは円板状に形成され、その中央に孔４０が形成されている。一方、電極ホルダ２２は、縦フレーム２０Bに対応する円板状に形成されていて、中央には側方へ突出する円柱状の突部４１が設けられている。突部４１には前記引出電極５がボルト４２によって固定されている。また、電極ホルダ２２の中央には、突部４１が設けられた側から他側に向けて拡径するテーパー状の孔４３が形成されている。この孔４３は、針状試料２の先端から飛び出るイオンMが通るためのものである。そして、電極ホルダ２２は、突部４１が孔４０にはめ込まれ対向する面同士を接合された状態で、外周部に設けられた複数のボルト４４により、突部４１の先端に取り付けた電極５が針状試料２を向くように前記縦フレーム２０Bに固定される。
【００１７】
ここで、前記突部４１の外径は孔４０の内径よりも小に設定されている。また、電極ホルダ２２に形成されたボルト挿通孔２２aはボルト４４の外径より大に設定されている。したがって、ボルト４４によって締め付けられる前の状態においては、突部４１と孔４０との間の隙間並びにボルト挿通孔２２aとボルト４４の隙間の分だけ、電極ホルダ２２が縦フレーム２０Bに対しその接合面に沿って、つまりY・Z方向に沿って移動調整可能となっている。
【００１８】
縦フレーム２０Bには、バネ４５及びボール４６からなる押圧手段４７が、中心から図３における斜め左下方に向くように組み込まれており、これにより、電極ホルダ２２は、斜め上方に向けて付勢されている。
【００１９】
また、前述したボルト４４は、縦フレーム２０Bに対して電極ホルダ２１をY・Z方向に移動調整された後その位置で固定するY・Z方向位置決め機構を構成する。
【００２０】
上記構成の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６は、試料ホルダ２１及び電極ホルダ２２の相対的な位置、具体的には共通基台に対する位置を調整する際、専用の位置調整台５０に組み付けられて調整される。
位置調整台５０について図６〜図８を参照しながら説明する。図６は位置調整台の正面から見た断面図、図７は図６のVII矢視図。図８は図６のVIII矢視図である。
これらの図において符号５１は調整台フレームである。この調整台フレーム５１は底板５１Ａ、底板５１Ａに直交する側板５１Ｂ及び後板５１Ｃ、並びに底板５１Ａに平行となる上板５１Ｄからなっている。底板５１Ａには、前記試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６が横フレーム２０Ａの下面を底板５１Ａの上面に当接された状態で、かつ試料ホルダ２１が後述するマイクロメータ５２と平行となりしかも電極ホルダ２２が後述するマイクロメータ５３、５４の軸線によって形成される面に平行となるように、ボルト等の適宜固定手段で固定される。つまり、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６のＸ・Ｙ・Ｚ軸が、位置調整台５０の座標軸であるＸ・Ｙ・Ｚ軸に合致するように、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６が位置調整台５０に固定される。そして、側板５１Ｂにはマイクロメータ５２が直交するように組み付けられている。マイクロメータ５２は、試料ホルダ２１の後端に当接して試料ホルダ２１のＸ方向の位置を調整する試料ホルダ調整機構を構成する。
【００２１】
また、後板５１Ｃにはマイクロメータ５３が直交するように、また上板５１Ｄにはマイクロメータ５４が直交するようにそれぞれ組み付けられている。それらマイクロメータ５３，５４は、電極ホルダ２２の側面にそれぞれ当接して電極ホルダ２２のＹ方向及びＺ方向の位置を調整する電極ホルダ調整機構を構成する。
なお、図６において符号５５は、電極ホルダの位置決めを行うときに用いられる顕微鏡の対物レンズの位置を示す。また、図７において符号５６は、試料ホルダ２１の位置決めを行うときに用いられる顕微鏡の対物レンズの位置を示す。
【００２２】
次に、上記構成のアトムプローブ並びに位置調整台の作用について説明する。
アトムプローブ１によって針状試料２の先端の分析を行うには、まず、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６を装置本体であるフレーム１１から取り外す（図９におけるステップ：Ｓ１）。つまり、扉１２を開いた状態とし、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６をフレーム１１のレール１１ａに沿わせて、チャンバ３から試料待機室１３まで移動させる。そこから、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６を取り外す。
【００２３】
続いて、試料ホルダ固定用のボルト２９を緩め、予め針状試料を取り付けた試料ホルダ２１をホルダ固定部材２６にセットし、ボルト２９を締め付ける。これにより、試料ホルダ２１をホルダ固定部材２６に固定する（ステップ：Ｓ２）。
【００２４】
続いて、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６を図６〜図８に示すように、位置調整台５０にセットし固定する（ステップ：Ｓ３）。
【００２５】
続いて、ボルト４４を緩めて、縦フレーム２０Ｂに対する電極ホルダ２２のＹ方向及びＺ方向の移動を可能にする。この状態で、マイクロメータ５３を操作し、このマイクロメータの先端で押圧することにより、電極ホルダ２２をＹ方向へ移動させてその位置を調整する。また、マイクロメータ５４を操作し、このマイクロメータの先端で押圧することにより、電極ホルダ２２をＺ方向へ移動させてその位置を調整する。このとき、電極ホルダは、マイクロメータ５３、５４の先端並びに押圧手段４７の先端のボール４６による、３点支持の状態でその位置調整が行われる。
これによって、針状試料２の針先と漏斗状の引出電極５の中心とを同軸状に配置させることができる。
【００２６】
また、このような操作と並行してボルト２７を緩めて、試料移動台２５に対するホルダ固定部材２６のＸ方向の移動を可能にする。この状態で、マイクロメータ５２を作動させ、このマイクロメータの先端での押圧位置を調整することにより、試料ホルダ２１をホルダ固定部材２６と一体的にＸ方向へ移動させてその位置を調整する。つまり、マイクロメータ５２の先端を前進させると（図２において右方へ移動させると）、ホルダ固定部材２６を介して試料ホルダ２１と一体的に移動する被押圧部材３０に押圧されて押圧手段３３のバネ３１が収縮し、試料ホルダ２１の同方向への移動を許容する。また、マイクロメータ５２の先端を後退させると（図２において左方へ移動させると）、押圧手段３３のバネが伸張して被押圧部材３０を図２において左方へ押圧し、試料ホルダ２１を同方向へ移動させる。
これによって、針状試料２と引出電極５との距離がシミュレーションによって計算された距離となるように、針状試料２を配置できる（ステップ：Ｓ４）。
【００２７】
前述したように共通基台２０に対し電極ホルダ２２をＹ・Ｚ方向へそれぞれ移動させての位置調整、並びに試料ホルダ２１をＸ方向へ移動させての位置調整をそれぞれ完了した後、ボルト４４、…を締め付けることで、電極ホルダ２２をその位置に固定し、ボルト２７を締め付けることで、蓋部材２８と試料移動台２５との間にホルダ固定部材２６を強く挟み込んで、試料ホルダ２１をその位置に固定する（ステップ：Ｓ５）。
【００２８】
このような針状試料２及び引出電極５の位置調整は、装置本体から外部へ引き出して行い、しかも、専用の位置調整治具である位置調整台５０に組み付けて行うので、その調整作業がきわめて容易である。加えて、専用の位置調整台５０に組み付けて行う際に、図６及び図７に示すように、顕微鏡を利用して行うことができるので、高精度の位置調整が可能である。
【００２９】
続いて、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６を位置調整台５０から取り外し（ステップ：Ｓ６）、アトムプローブに再びセットする。そして、針状試料２の先端に対する分析を開始する（ステップ：Ｓ７）。
【００３０】
すなわち、真空ポンプ４によりチャンバ３内の空気を排気した後で、制御部９により、針状試料２と引出電極５との間に高電圧を印加し強電界を発生させる。次に、レーザー発振器７により、パルス幅が約１００フェムト秒程度のレーザーＬを針状試料２の先端に照射する。すると、電界蒸発により針状試料２の先端の原子がイオンＭとなって飛び出し、引出電極５に導かれて、２次元イオン検出器８に当たる。
【００３１】
制御部９は、イオンＭが発生してから２次元イオン検出器８に到達するまでに要した時間を計測し、計測した所要時間からイオンＭの質量を求める。
また、制御部９は、２次元イオン検出器８で検出されたイオンＭが当たった位置からイオンＭが針状試料２の先端から飛び出した位置を求める。
こうして、アトムプローブ１により針状試料２の先端における、３次元の微小領域の物質の構造及び組織を分析することができる。
【００３２】
上記構成のアトムプローブによれば、例えば針状試料２の先端と漏斗状の引出電極５とを同軸状に配置することと、それら相互間の距離をシミュレーションによって計算された距離に正確に配置できることとが容易かつ高精度で行える。また、試料ホルダ２１及び電極ホルダ２２の位置調整を装置外で行えることから、それら位置調整のための真空用のチャンバ内外の複雑な機構及び手順を一切不要にすることができる。またこれにより、真空装置が簡略化され，小型化，汎用性につながり，経済的負担も小さくて済む。
【００３３】
また，真空中で針状試料２と引出電極５の位置を合わせる手順がなくなるため、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６をチャンバ３内に設置後すぐに分析を開始できる。さらに，分析中に、次の分析対象となる針状試料２に対し該針状試料２と引出電極５相互間の位置調整ができるため、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６を交換するだけで、次の分析が可能となる。つまり連続分析が可能になる。
【００３４】
なお、本発明は前記実施形態に限られることなく、必要に応じて適宜設計変更可能である。
例えば、前記実施形態では、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット６を装置本体外に取り出して針状試料２と引出電極５との間の位置調整を行うことを、アトムプローブ１を例に挙げて説明したが、これに限られることなく、前記位置調整に係る発明は、電界放射顕微鏡や電界イオン顕微鏡等の他の装置にも適用可能である。
また、前記位置調整台５では、手動で動かすマイクロメータを利用して試料ホルダ調整機構並びに電極ホルダ調整機構を構成したが、これに限られることなく、これらの調整機構は、電動で動く螺子機構を利用したものであっても、あるいはピエゾ素子を利用したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係わるアトムプローブの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】前記アトムプローブで用いられる試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットの正面から見た断面図である。
【図３】図３は図２のIII矢視図である。
【図４】図４は図２のIV矢視図である。
【図５】図５は図２のVーV線に沿う断面図である。
【図６】図６は位置調整台の正面から見た断面図である。
【図７】図７は図６のVII矢視図である。
【図８】図８は図６のVIII矢視図である。
【図９】図９は試料をアトムプローブにセットする手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１ アトムプローブ
２ 針状試料
５ 引出電極
６ 試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット
９ 制御部
１２ 扉
２０ 共通基台
２０Ａ 横フレーム
２０Ｂ 縦フレーム
２１ 試料ホルダ
２２ 電極ホルダ
２５ 試料移動台（X方向位置決め機構）
２７ ボルト（X方向位置決め機構）
２８ 蓋部材（X方向位置決め機構）
４４ ボルト（Y・Z方向位置決め機構）
５０ 位置調整台
５２ マイクロメータ（試料ホルダ調整機構）
５３ マイクロメータ（電極ホルダ調整機構）
５４ マイクロメータ（電極ホルダ調整機構）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持した試料に電極を介して電界をかけて加工または分析する装置に用いられ、かつ、装置本体から取り外し可能とされた試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットであって、
前記試料を固定する試料ホルダと、
前記電極を固定する電極ホルダと、
前記試料ホルダにより固定される前記試料と前記電極ホルダにより固定される前記電極との間の相対的な位置決めを行う位置決め機構と、
を備えることを特徴とする試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット。
【請求項２】
前記位置決め機構は、共通基台に対して前記試料ホルダが互いに直交する軸Ｘ、Ｙ、Ｚのうちの一つの軸であるＸ軸に沿って移動調整された後その位置で固定可能とされ、かつ、前記共通基台に対して前記電極ホルダが残る軸であるＹ軸及びＺ軸に沿った方向へそれぞれ移動調整された後その位置で固定可能とされる構成であることを特徴とする試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット。
【請求項３】
請求項２記載の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットが組み付けられて前記試料ホルダ及び前記電極ホルダのそれぞれの位置を調整する位置調整台であって、
前記共通基台を固定するフレームと、
該フレームに設けられ、前記試料ホルダを前記Ｘ軸に沿った方向へ移動調整する試料ホルダ調整機構と、
前記フレームに設けられ、前記電極ホルダを前記Ｙ軸及びＺ軸に沿った方向へそれぞれ移動調整する電極ホルダ調整機構とを備えることを特徴とする位置調整台。
【請求項４】
請求項１または２記載の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを備えたことを特徴とするアトムプローブ。
【請求項５】
装置本体から、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを取り外す工程と、
取り外した前記試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットの試料ホルダに試料を取り付けて固定する工程と、
前記試料ホルダと電極ホルダを相対的に移動させることにより前記試料ホルダに固定した試料と前記電極ホルダに固定してある電極との相対位置を調整した後、前記試料ホルダと前記電極ホルダを共通基台に固定する工程と、
前記試料ホルダ及び前記電極ホルダが固定された前記試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを前記装置本体に戻してセットする工程を備えることを特徴とする試料及び電極の装置への組付方法。
【請求項１】
保持した試料に電極を介して電界をかけて加工または分析する装置に用いられ、かつ、装置本体から取り外し可能とされた試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットであって、
前記試料を固定する試料ホルダと、
前記電極を固定する電極ホルダと、
前記試料ホルダにより固定される前記試料と前記電極ホルダにより固定される前記電極との間の相対的な位置決めを行う位置決め機構と、
を備えることを特徴とする試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット。
【請求項２】
前記位置決め機構は、共通基台に対して前記試料ホルダが互いに直交する軸Ｘ、Ｙ、Ｚのうちの一つの軸であるＸ軸に沿って移動調整された後その位置で固定可能とされ、かつ、前記共通基台に対して前記電極ホルダが残る軸であるＹ軸及びＺ軸に沿った方向へそれぞれ移動調整された後その位置で固定可能とされる構成であることを特徴とする試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニット。
【請求項３】
請求項２記載の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットが組み付けられて前記試料ホルダ及び前記電極ホルダのそれぞれの位置を調整する位置調整台であって、
前記共通基台を固定するフレームと、
該フレームに設けられ、前記試料ホルダを前記Ｘ軸に沿った方向へ移動調整する試料ホルダ調整機構と、
前記フレームに設けられ、前記電極ホルダを前記Ｙ軸及びＺ軸に沿った方向へそれぞれ移動調整する電極ホルダ調整機構とを備えることを特徴とする位置調整台。
【請求項４】
請求項１または２記載の試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを備えたことを特徴とするアトムプローブ。
【請求項５】
装置本体から、試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを取り外す工程と、
取り外した前記試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットの試料ホルダに試料を取り付けて固定する工程と、
前記試料ホルダと電極ホルダを相対的に移動させることにより前記試料ホルダに固定した試料と前記電極ホルダに固定してある電極との相対位置を調整した後、前記試料ホルダと前記電極ホルダを共通基台に固定する工程と、
前記試料ホルダ及び前記電極ホルダが固定された前記試料ホルダ電極ホルダ一体化ユニットを前記装置本体に戻してセットする工程を備えることを特徴とする試料及び電極の装置への組付方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１１０７１３（Ｐ２００９−１１０７１３Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７９３１８（Ｐ２００７−２７９３１８）
【出願日】平成１９年１０月２６日（２００７．１０．２６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年９月１３日 独立行政法人 日本学術振興会主催の「マイクロビームアナリシス 第１４１委員会 第１２９回研究会」に文書をもって発表
【出願人】（５０７３５５４６７）
【出願人】（５０７３５５４７８）
【出願人】（５０７３５５４９０）
【出願人】（５０７３５５５１５）
【出願人】（５０３４６０３２３）エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 (330)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２６日（２００７．１０．２６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年９月１３日 独立行政法人 日本学術振興会主催の「マイクロビームアナリシス 第１４１委員会 第１２９回研究会」に文書をもって発表
【出願人】（５０７３５５４６７）
【出願人】（５０７３５５４７８）
【出願人】（５０７３５５４９０）
【出願人】（５０７３５５５１５）
【出願人】（５０３４６０３２３）エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 (330)
【Ｆターム（参考）】
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