懸臂安裝夾具及具備該懸臂安裝夾具的掃描探針顯微鏡的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及懸臂安裝夾具及具備該懸臂安裝夾具的掃描探針顯微鏡，特別是涉及以原子力顯微鏡(AFM)等為代表的掃描探針顯微鏡。
【背景技術】
[0002]掃描探針顯微鏡通過使試樣和與該試樣相對配置的探針相接近，并對探針或試樣進行掃描，從而檢測在探針與試樣表面之間的相互作用下產(chǎn)生的物理量，以原子級別的分辨率測量試樣表面的形狀，掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)等屬于該掃描探針顯微鏡。
[0003]原子力顯微鏡(AFM)通過使由懸臂等支承的探針靠近試樣表面，從而測量探針頂端的原子與試樣表面的原子之間產(chǎn)生的微小的原子力，并利用原子力根據(jù)探針與試樣之間的距離而唯一地確定這樣的性質(zhì)，在沿著試樣表面進行掃描的同時以使該原子力恒定的方式調(diào)整探針與試樣之間的距離，從而根據(jù)探針或試樣在高度方向上的軌跡來測量試樣表面的凹凸形狀。
[0004]另外，掃描隧道顯微鏡(STM)通過在試樣和與該試樣相對配置的探針之間施加電壓，并以使在兩者之間流動的隧道電流恒定的方式對探針或試樣進行掃描，從而以原子級別的分辨率觀察試樣表面的形狀。即，利用隧道電流根據(jù)探針與試樣之間的距離而唯一地確定這樣的性質(zhì)，以使該隧道電流恒定的方式利用壓電元件等的精密驅(qū)動機構控制探針或試樣的高度，并測量該控制量，從而測量試樣表面的凹凸。
[0005]在此，圖7是表示通常的原子力顯微鏡(AFM)的結構的概略圖。另外，將與地面水平的一個方向設定為X方向(左右方向)，將與地面水平且與X方向垂直的方向設定為Y方向(前后方向)，將與X方向和Y方向垂直的方向設定為Z方向(上下方向)。
[0006]另外，圖8是通常的懸臂保持件20的俯視圖，圖9是圖8所示的C-C線的剖視圖。另夕卜，圖9的(a)是完成了在懸臂保持件20上安裝懸臂I時的圖，圖9的(b)是在懸臂保持件20上安裝懸臂I時的圖。
[0007]原子力顯微鏡(AFM)包括用于支承懸臂I的懸臂保持件20、用于測量懸臂I的位移的位移測量部3、4、5、6、用于載置試樣S的圓板狀的載置臺8、上表面安裝有載置臺8的壓電掃描器(掃描單元)7以及控制部(未圖示)。
[0008]控制部存儲有接觸模式、恒定高度接觸模式、非接觸模式以及動態(tài)模式等各種測量模式。
[0009]“接觸模式”是控制部在以使作用于懸臂I與試樣S之間的排斥力恒定的方式進行反饋控制的同時對試樣S的表面進行掃描，并根據(jù)反饋量測量高度的模式。另外，“恒定高度接觸模式”是在將懸臂I的高度保持為恒定的同時對試樣S的表面進行掃描，并根據(jù)懸臂I的撓曲量測量高度的模式。另外，“非接觸模式”是在以使作用于試樣S與在諧振點附近振動的懸臂I之間的引力恒定的方式進行反饋控制的同時對試樣S的表面進行掃描，并根據(jù)反饋量測量高度的模式。另外，“動態(tài)模式”是在以使作用于試樣S與在諧振點附近振動的懸臂I之間的排斥力恒定的方式進行反饋控制的同時對試樣S的表面進行掃描，并根據(jù)反饋量測量高度的模式。
[00?0]懸臂I例如是長度為ΙΟΟμπι、厚度為0.8μηι的板狀體，在懸臂I的頂端部的表面形成有尖銳的探針la。而且，懸臂I的另一端部安裝于懸臂保持件20的規(guī)定位置。
[0011 ]位移測量部3?6包括:激光光源3，其用于照射出激光束;分束器4，其使照射出的激光束朝向懸臂I的背面;反射鏡5，其用于調(diào)節(jié)由懸臂I的背面反射來的激光束的方向；以及光電二極管6，其用于檢測反射激光束。由此，在上述的各種測量模式中，利用來自懸臂I的背面的反射光的反射方向根據(jù)懸臂I的撓曲(位移)而變化這一點，檢測試樣S的表面的形狀。
[0012]載置臺8例如俯視呈直徑為15mm的圓形狀，側(cè)視厚度為4mm。
[0013]在壓電掃描器7的上表面一體地安裝有載置臺8，使用壓電元件在X方向、Y方向以及Z方向上對載置臺8進行掃描。也就是說，能夠利用控制部在X、Y、Z方向上對載置于載置臺8的試樣S進行掃描。
[0014]然而，測量者在利用原子力顯微鏡測量試樣S表面的凹凸形狀之前，根據(jù)試樣S、測量目的，從收納于懸臂箱的多種懸臂I中選擇一個懸臂I進行使用。即，測量者需要將所選擇的懸臂I的另一端部安裝于懸臂保持件20的規(guī)定位置(后述的安裝部21)。
[0015]懸臂保持件20包括:主體部22，其具有供懸臂I安裝的安裝部21;以及把持部23，其在測量者將懸臂保持件20安裝于原子力顯微鏡等時供測量者進行把持。
[0016]主體部22形成為日文假名3字狀，該主體部22具有左側(cè)主體部22a、右側(cè)主體部22b以及將左側(cè)主體部22a的后部和右側(cè)主體部22b的后部在X方向上連結起來的后側(cè)主體部22c，在左側(cè)主體部22a的中部的上表面形成有安裝部21。
[0017]安裝部21具有長方體形狀(例如2mmX4mmX3mm)的安裝臺21a、Y字形狀的板簧(按壓構件)21b以及沿Z方向配置的圓柱形狀的上推構件(上推機構)21c(例如參照專利文獻
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[0018]另外，安裝臺21a的上表面成為朝向-X方向去逐漸降低的傾斜面，該傾斜面的角度例如為7° ο
[0019]板簧21b的右端部形成為日文假名=?字狀，該板簧21b的右端具有后側(cè)板狀體、前側(cè)板狀體、將后側(cè)板狀體的左部和前側(cè)板狀體的左部在Y方向上連結起來的左側(cè)板狀體。前側(cè)板狀體與后側(cè)板狀體之間的距離例如為3mm，在該后側(cè)板狀體的右部與前側(cè)板狀體的右部之間配置有將它們在Y方向上連結起來的一根絲線21e(例如直徑0.3mmX長度5mm)。另一方面，板簧21b的左端部利用螺絲21d固定于左側(cè)主體部22a的上表面，通過板簧21b以板簧21b的左端部為軸線彎曲，從而使板簧21b的右端部能夠向上方(Z方向)移動。另外，板簧21b的右端部的絲線21e以在板簧21b的彈力的作用下被按壓于安裝臺21a的上表面的方式配置。
[0020]另外，在左側(cè)主體部22a的位于板簧21b的中部下方的位置的內(nèi)部形成有沿Z方向貫通的圓柱形狀的貫通孔22d，在貫通孔22d內(nèi)配置有圓柱形狀的上推構件21c。上推構件21c的高度大于貫通孔22d的高度，通過使上推構件21c的上端部自左側(cè)主體部22a的上表面突出，從而將板簧2Ib的中部向上方(Z方向)推壓。即，通過將板簧2Ib的中部向上方(Z方向)推壓，從而在安裝臺21a的上表面與絲線21e的下表面之間形成用于配置懸臂I的間隙。另夕卜，在上推構件21c的上端部未自左側(cè)主體部22a的上表面突出時，上推構件21c的下端部自左側(cè)主體部22a的下表面突出。
[0021]接著，說明將懸臂I安裝于懸臂保持件20的安裝方法。首先，測量者根據(jù)試樣S的大小等選擇最合適的種類的懸臂I，接著，以懸臂保持件20的上表面位于上方的方式將懸臂保持件20放置在桌子上。此時，由于上推構件21c的下端部自左側(cè)主體部22a的下表面突出，因此，懸臂保持件20的上表面成為相對于水平面(桌子的表面)傾斜的狀態(tài)。接著，用左手的手指將懸臂保持件20的左側(cè)主體部22a的前部的上表面和后部的上表面向下方按壓。由此，懸臂保持件20的上表面與水平面平行，上推構件21c的下端部被桌子的表面向上方推壓，隨著上推構件21c自左側(cè)主體部22a的上表面突出，板簧21b的右端部向上方移動。也就是說，在安裝臺21a的上表面與絲線21e的下表面之間形成間隙(參照圖9的(b))。
[0022]在該狀態(tài)下，由右手把持鑷子(未圖示)，將所選擇的懸臂I用鑷子捏住。然后，將用鑷子捏住的懸臂I插入到安裝臺21a的上表面與絲線21e的下表面之間的間隙并進行配置。此時，以懸臂I的位置和角度沒有偏移的方式對懸臂I進行定位。
[0023]最后，在對懸臂I進行了定位的狀態(tài)下，緩慢地停止用左手的手指將懸臂保持件20的左側(cè)主體部22a的前部的上表面和后部的上表面向下方按壓這一操作，從而以將懸臂I夾在安裝臺21a的上表面與絲線21e的下表面之間的方式固定懸臂1(參照圖9的(a))。
[0024]現(xiàn)有技術文獻
[0025]專利文獻
[0026]專利文獻I:日本特開平8-146013號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

_7] 發(fā)明要解決的問題
[0028]然而，將懸臂I安裝于上述那樣的懸臂保持件20的作業(yè)對于初學者(測量者)而言非常難以操作。
[0029]用于解決問題的方案
[0030]為了解決上述課題，本發(fā)明的發(fā)明人對將懸臂I安裝于懸臂