JP2000283909A - 表面観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＳＴＭにおいて、試料の広い範囲の凹凸像を得
る。 【解決手段】試料２の広い範囲の凹凸像を観察する場
合、探針１の先端と試料２の表面との距離は、探針１と
試料２との間にフィールドエミッション電流が流れる距
離となされる。試料２は走査機構６によって２次元走査
される。その走査中、位置検出装置７は、現在探針１が
走査範囲のどの位置にあるかを検出して制御装置１０に
渡す。電流検出装置８は試料２に流れるフィールドエミ
ッション電流を検出し、制御装置１０はそれを取り込
む。制御装置１０は、位置検出装置７からの位置データ
と、電流検出装置８で検出されたフィールドエミッショ
ン電流とに基づいて走査範囲の試料表面の凹凸像を形成
して表示装置１１に表示すると共に、位置データに基づ
いて、現在の探針１の走査位置を示す画像を形成して表
示装置１１に表示する。この二つの画像を観察すること
によって、オペレータは詳細に観察したい箇所を容易に
探すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料表面を観察す
る表面観察装置に係り、特に試料表面の比較的広い範囲
の表面の凹凸像を短い時間で観察することができる表面
観察装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】試料表
面の凹凸像を観察するものとして走査型トンネル顕微鏡
（以下、ＳＴＭと称す）が知られている。そして、ＳＴ
Ｍで試料表面を観察しようとする場合には、まず試料の
どの箇所を観察するかを探す必要がある。

【０００３】そのために、まず試料表面の比較的広い範
囲について概略の凹凸像を得、その凹凸像を観察して詳
細に観察したい領域を決定するようにすることが考えら
れるが、ＳＴＭでは探針の走査は圧電走査素子によって
行っているため、一時の２次元走査で走査できる範囲は
最大でも一辺が数μｍの矩形の範囲であり、例えば、試
料表面の４ｍｍ×４ｍｍの領域の凹凸像を得ようとする
と、一辺が数μｍの矩形の範囲で探針を走査して凹凸像
を得るという操作を、探針の位置を手動で移動させなが
ら繰り返し何回も行わなければならないので、非常に時
間が掛かり、非効率である。

【０００４】また、上述したようにして、一辺が数μｍ
の矩形の範囲で探針を走査して凹凸像を得るという操作
を探針の位置を移動させながら繰り返し行うようにする
と、試料表面に突起部がある場合には探針が当該突起部
に衝突して、探針がダメージを受ける可能性も大きくな
る。

【０００５】なお、本明細書において、試料表面の比較
的広い範囲というのは、探針を圧電走査素子によって２
次元走査するときの走査範囲に比較して十分に広いとい
う意味である。

【０００６】そこで、本発明は、試料表面の比較的広い
範囲の凹凸像を、従来より短い時間で得ることができる
表面観察装置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の表面観察装置は、試料を２次元走
査する走査機構と、試料を２次元走査しているときに、
探針が当該走査範囲のどの位置にあるかを検出する位置
検出装置と、試料を２次元走査しているときに試料に流
れるフィールドエミッション電流あるいはトンネル電流
を検出する電流検出装置と、位置検出装置で検出された
位置データと、電流検出装置で検出されたフィールドエ
ミッション電流あるいはトンネル電流とに基づいて走査
範囲の試料表面の凹凸像を形成して表示装置に表示する
制御装置とを備えることを特徴とする。請求項２記載の
表面観察装置は、請求項１記載の表面観察装置におい
て、前記試料の２次元走査におけるライン走査は一方向
ではなく、隣接する走査ラインではライン走査は逆方向
に行われることを特徴とする。請求項３記載の表面観察
装置は、引き出し電極と、チャンネルプレートを備える
スクリーンと、引き出し電極を２次元走査する走査機構
と、引き出し電極を２次元走査しているときに、引き出
し電極が当該走査範囲のどの位置にあるかを検出する位
置検出装置と、引き出し電極を２次元走査しているとき
に、引き出し電極に流れる電流を検出する第１の電流検
出装置と、引き出し電極を２次元走査しているときに、
スクリーンのチャンネルプレートに流れる電流を検出す
る第２の電流検出装置と、位置検出装置で検出された位
置データと、第１の電流検出装置で検出された電流及び
／または第２の電流検出装置で検出された電流に基づい
て走査範囲の試料表面の凹凸像を形成して表示装置に表
示する制御装置とを備えることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明に係る表面観
察装置の第１の実施形態を示す図であり、図中、１は探
針、２は試料、３は電源、４は圧電素子、５は移動機
構、６は走査機構、７は位置検出装置、８は電流検出装
置、９は操作装置、１０は制御装置、１１は表示装置を
示す。なお、以下、図の上下方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸
方向に直交する面をＸ−Ｙ平面とする。

【０００９】圧電素子４は、探針１のＺ軸方向の位置を
可変させるためのものであり、その位置の可変量は制御
装置１０からの制御電圧によって制御される。移動機構
５は、探針１及び圧電素子４を一体としてＺ軸方向の位
置を可変させるためのものであり、例えばモータで構成
される。そして、その可変量は制御装置１０からの制御
信号によって制御される。従って、探針１のＺ軸方向位
置を大きく変える場合には制御装置１０は移動機構５を
駆動し、探針１のＺ軸方向位置を微小量変える場合には
制御装置１０は圧電素子４を駆動する。

【００１０】走査機構６は、試料２をＸ−Ｙ平面内で２
次元走査を行うためのものであり、モータで構成され
る。走査を行う走査範囲のサイズは制御装置１０から与
えられる。走査には、図２に示すような４つの走査モー
ドが定められている。図２（ａ）は上から下に走査して
いくモード、図２（ｂ）は上から下に走査していくモー
ド、図２（ｃ）は左から右に走査していくモード、図２
（ｄ）は右から左に走査していくモードであり、何れの
走査モードにおいても、１ラインの走査が終了したとき
には、元に戻って次のライン走査位置から同方向にライ
ン走査を行うのではなく、ライン走査が終了した位置か
らライン走査の位置を所定の幅だけ変更して、逆方向に
走査するようになされている。このような走査を行うこ
とによって、走査時間の短縮化を図っている。

【００１１】また、図２（ａ）〜（ｄ）に示すような４
つのモードを設けるのは、試料表面内の詳細に観察した
い領域がどのような位置にあるかが予め予測できる場
合、その位置に応じてできるだけ速く凹凸像が得られる
ようにするためである。例えば、図３に示すように、探
針１が左下にある場合、詳細に観察したい領域が試料２
の楕円で囲まれる領域にあると予測できる場合には、図
２（ａ）に示す走査モードで走査を行えば、図２（ｂ）
〜（ｄ）に示す走査モードにより走査する場合に比較し
て、より速く当該領域の凹凸像を得ることができること
になる。

【００１２】位置検出装置７は、走査を行っていると
き、現在走査範囲のどの位置が探針１と対向している
か、その位置を検出するものである。これは、現在、探
針１が走査範囲のどの位置にあるか、その位置を検出す
ることに他ならない。

【００１３】電流検出装置８は、試料２に流れるフィー
ルドエミッション電流、あるいはトンネル電流を検出す
るものである。

【００１４】操作装置９は、２次元走査を行う範囲、及
び走査モードの設定、詳細な像観察モードか、広い範囲
の像観察モードかの設定等の種々の設定を行うためのも
のである。ここで、走査を行う範囲の設定の手法として
は、例えば走査の中心位置の座標と、その中心位置から
±Ｘ方向及び±Ｙ方向のサイズを設定することで行って
もよく、あるいは、走査範囲の矩形の一つの頂点の座標
と、Ｘ方向及びＹ方向のサイズを設定することで行って
もよく、または、走査範囲の矩形の対角となる二つの頂
点の座標を設定することで行ってもよい。

【００１５】制御装置１０は、操作装置９によって設定
された走査範囲及び走査モードを走査機構６に与えると
共に、位置検出装置７からの位置データと電流検出装置
８からのフィールドエミッション電流値に基づいて画像
を形成して、表示装置１１に表示する処理等の所定の処
理を実行する。このように、電流値から画像を形成する
手法は周知であるので詳細な説明は省略するが、例え
ば、電流値を輝度値に対応させることによって画像化す
る手法を用いればよい。

【００１６】さて、いま操作装置９で広い範囲の像観察
モード、走査範囲及び走査モードが設定されると、制御
装置１０は、移動機構５に対して予め定められている所
定のＺ軸方向位置を与える。これにより、移動機構５
は、探針１と圧電素子４とを当該Ｚ軸方向位置に位置す
るように移動する。このＺ軸方向位置は、探針１と試料
２との間にフィールドエミッション電流が流れるような
位置であり、通常、探針１と試料２との間の距離が数μ
ｍ程度となる位置である。そして、探針１は、広い範囲
の像観察モードが終了するまでこのＺ軸方向位置に固定
される。

【００１７】また、このとき、制御装置１０は、操作装
置９で設定された走査範囲と走査モードを走査機構６に
渡し、走査の開始を指示する。

【００１８】なお、電源３の電圧について説明すると次
のようである。広い範囲の像観察モード時では電源３と
しては負の数ｋＶの電圧が必要であり、詳細な像観察モ
ード時には負の数Ｖの電圧となる。従って、電源３が、
負の数Ｖ〜数ｋＶまでの広範囲の電圧を発生させること
ができる電源であれば、制御装置１０により、広い範囲
の像観察モード時には負の数ｋＶとなるように、詳細な
像観察モード時には負の数Ｖとなるように自動制御を行
うことが可能であるが、そうでない場合には、広い範囲
の像観察モード時と、詳細な像観察モード時とで切り換
えスイッチによて予め電源電圧の切り換えを行っておく
必要がある。ここでは、電源３として、予め負の数ｋＶ
の電圧を発生する電源が接続されており、切り換えスイ
ッチによって電圧を切り換えるものとする。

【００１９】走査機構６は、制御装置１０からの指示に
よって、設定された走査範囲を、設定された走査モード
２次元走査するが、その走査位置は位置検出装置７によ
って検出され、制御装置１０に渡される。また、各走査
位置において、試料２には、探針１と試料２の表面との
距離に応じたフィールドエミッション電流が流れ、この
フィールドエミッション電流は電流検出装置８で検出さ
れ、制御装置１０に渡される。

【００２０】そして、制御装置１０は、位置検出装置７
からの位置データと、電流検出装置８からのフィールド
エミッション電流値に基づいて画像を形成して、表示装
置１１の所定の領域に表示すると共に、操作装置９によ
って設定された走査範囲と、位置検出装置７からの位置
データに基づいて、現在探針１が走査範囲のどのような
位置にあるか、その走査位置を示す画像を表示装置１１
の所定の領域に表示する。

【００２１】ここで、前者のフィールドエミッション電
流値に基づいて形成された画像は、当該画像の各画素の
輝度値は当該走査位置でのフィールドエミッション電流
値に対応したものであり、このフィールドエミッション
電流値は探針１の先端と試料表面との距離に対応したも
のであるから、結局、当該画像は走査範囲の試料表面の
凹凸を表している画像に他ならない。従って、当該画像
を観察することによって詳細に観察したい領域を探し出
すことができる。

【００２２】また、後者の現在の探針１の走査位置を示
す画像の例を図４に示す。図４は、走査範囲の設定を、
走査の中心位置の座標と、その中心位置から±Ｘ方向及
び±Ｙ方向のサイズを設定することで行った場合を示し
ており、図中の黒点が現在の探針１の走査位置を示して
おり、下側には、その走査位置のＸ、Ｙの座標値が表示
されている。この座標値は、設定された走査の中心位置
からのずれ量として表示されている。なお、図中のＲ、
Ｌ、Ｕ、Ｄは、それぞれ右（right ）、左（left）、上
（up）、下（down）を意味している。

【００２３】このような二つの画像が表示されることに
より、オペレータは、詳細に観察したい領域がどのよう
な位置にあるかを容易に知ることができる。なお、この
ように表示装置１１に二つの画像を表示するためには、
表示装置１１の表示領域を二つに分割して表示すればよ
い。

【００２４】走査機構６は、走査範囲を１回走査する
と、走査を終了する。即ち、例えば図２（ａ）で示す走
査モードで走査した場合には、図２（ａ）の左下端から
走査を行っていき、左上端に至ると走査は終了となる。
その他の走査モード時も同様である。広い範囲の像観察
モードでは、試料表面の凹凸の概略が分かればよいの
で、走査は１回だけでよいのである。

【００２５】そして、制御装置１０は、位置検出装置７
からの位置データによって走査が終了したことを検知す
ると、この広い範囲の像観察モードの処理を終了する。

【００２６】フィールドエミッション電流値に基づいて
形成された画像と、探針１の現在の走査位置を示す画像
とによって詳細に観察したい領域が決まったら、オペレ
ータは操作装置９により、詳細な像観察モード、走査範
囲を設定して、像観察を行う。この詳細な像観察モード
は、従来のＳＴＭでの試料表面の像観察と同じである。
この詳細な像観察モードは周知であり、本発明において
本質的なものではないので、詳細な説明は省略するが、
概略次のようである。

【００２７】この詳細な像観察モード時には、電源３は
負の数Ｖとなされ、制御装置１０は、電流検出装置８か
らのトンネル電流値が一定となるように、圧電素子４に
与える制御電圧を制御して、探針１と試料２の表面との
距離を一定に保つ動作を行い、試料２の表面の凹凸像を
形成して表示装置１１に表示する。

【００２８】以上のようであるので、この表面観察装置
によれば、モータで構成される走査機構６によって試料
２を走査するので、探針１を圧電走査素子によって走査
する場合に比べて、試料表面の比較的広い範囲を走査す
ることができる。また、広い範囲の像観察モードでは、
探針１は試料２の表面から数μｍの距離に置かれるの
で、探針１の先端が試料２の突起部と衝突する可能性は
非常に小さいものである。更に、フィールドエミッショ
ン電流値に基づいて形成された画像と、探針１の現在の
走査位置を示す画像とが表示されるので、オペレータ
は、詳細に観察したい領域を容易に探索することができ
る。更に、複数の走査モードを設けたので、効率よく任
意の場所の凹凸像が得られる。また更に、広い範囲の像
観察モード時のライン走査は一方向ではなく、隣接する
走査ラインではライン走査は逆方向に行われるので、走
査時間を短縮することができる。

【００２９】以上、第１の実施形態について説明した
が、次に、第２の実施形態について説明する。

【００３０】上述した第１の実施形態では、広い範囲の
像観察モード時には、試料２に流れるフィールドエミッ
ション電流を検出するものとしたが、この第２の実施形
態では、トンネル電流を検出する。その構成例を図５に
示す。図５に示す構成は図１に示すものと同じである
が、この実施形態では、広い範囲の像観察モード時にも
電流検出装置８ではトンネル電流を検出する点で上述し
た第１の実施形態と異なっている。従って、この実施形
態では広い範囲の像観察モード時には、探針１のＺ軸方
向位置は、試料２との間の距離が数ｎｍ程度となる位置
になされ、電源３は負の数Ｖとなされる。その他の点は
第１の実施形態におけると同じである。

【００３１】以上のようであるので、この表面観察装置
によれば、第１の実施形態と同様に、試料表面の比較的
広い範囲を走査することができる。また、トンネル電流
値に基づいて形成された画像と、探針１の現在の走査位
置を示す画像とが表示されるので、オペレータは、詳細
に観察したい領域を容易に探索することができる。

【００３２】ただ、この第２の実施形態では、探針１と
試料２との距離は数ｎｍ程度であり、第１の実施形態の
場合と比べてかなり近いので、探針１と試料２との衝突
を避けるために、制御装置１０においてトンネル電流が
増加したときに圧電素子４を制御して、探針１を図の上
方向に移動させる制御を行う必要がある。

【００３３】次に、第３の実施形態について説明する。
上述した第１、第２の実施形態ではＳＴＭにおいて試料
の比較的広い範囲の凹凸像を観察する場合について説明
したが、このように、まず試料の比較的広い範囲の像を
得、その像を観察して詳細に観察したい箇所を探すとい
う作業はＳＴＭに限らず要求される。

【００３４】例えば、最近、走査探針等の先端の尖った
突起部の先端の組成分布及び電子状態を原子レベルで評
価することを目的とした走査アトムプローブ装置（以
下、ＳＡＰと称す）の研究開発が進められている。この
ＳＡＰ装置を用いた突起部の分析の原理について概略説
明すると次のようである。図６に示すように、試料２０
の突起部の先端近傍に、漏斗型の引き出し電極２１を配
置し、試料２０に正の高電圧を印加する。これにより、
試料２０の突起部の先端からイオンが飛び出す。このイ
オンの一部は、チャンネルプレート２３を備えるスクリ
ーン２２に衝突し、チャンネルプレート２３により電流
に変換されて、図示しない電流検出器によって検出され
るが、その他のイオンは、スクリーン２２及びチャンネ
ルプレート２３の中心に開けられているプローブホール
２４を通過して、図示しない質量分析計により質量分析
される。そして、チャンネルプレート２３で検出された
電流、質量分析の結果等を総合的に分析することによっ
て、当該突起部の先端の組成分布及び電子状態を評価す
ることができる。

【００３５】さて、このようなＳＡＰ装置においては、
試料のどの箇所に突起部があるかを調べる必要がある
が、引き出し電極２１を手動により試行錯誤的に移動さ
せているのが現状である。

【００３６】そこで、ＳＡＰ装置においても、まず試料
の比較的広い範囲の凹凸像を得、その凹凸像を観察して
詳細に分析したい突起部を探すことができれば、所望の
位置に引き出し電極を自動的に移動させることができる
ので、分析効率を向上させることができる。

【００３７】第３の実施形態は、ＳＡＰ装置において、
試料の比較的広い範囲を走査して凹凸像を得ることを目
的とするものであり、その構成例を図７に示す。図７に
おいて、２０は試料、２１は引き出し電極、２２はスク
リーン、２３はチャンネルプレート、２４はプローブホ
ール、２５は圧電素子、２６は移動機構、２７は電源、
２８は走査機構、２９は電流検出装置、３０は位置検出
装置、３１は電流検出装置、３２は制御装置、３３は表
示装置、３４は操作装置を示す。なお、この実施形態で
は、図の左右方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交する
面をＸ−Ｙ平面とする。

【００３８】圧電素子２５は、試料２０のＺ軸方向の位
置を可変させるためのものであり、その位置の可変量は
制御装置３２からの制御電圧によって制御される。図７
では制御信号線は省略している。移動機構２６は、試料
２０及び圧電素子２５を一体としてＺ軸方向の位置を可
変させるためのものであり、例えばモータで構成され
る。そして、その可変量は制御装置１０からの制御信号
によって制御される。図７では制御信号線は省略してい
る。従って、試料２０のＺ軸方向位置を大きく変える場
合には制御装置３２は移動機構２６を駆動し、試料２０
のＺ軸方向位置を微小量変える場合には制御装置３２は
圧電素子２５を駆動する。

【００３９】走査機構２８は、引き出し電極２１をＸ−
Ｙ平面内で２次元走査を行うためのものであり、モータ
で構成される。走査を行う走査範囲のサイズは制御装置
３２から与えられる。引き出し電極２１の２次元走査に
は、上述した実施形態と同じに図２に示す４つの走査モ
ードが定められており、走査時間の短縮化が図られてい
る。

【００４０】位置検出装置３０は、引き出し電極２１の
走査を行っているとき、現在引き出し電極２１が走査範
囲のどの位置にあるか、その位置を検出するものであ
る。

【００４１】電流検出装置２９は、引き出し電極２１に
流れる電流Ｉ_e （この電流を引き出し電極電流と称す）
を検出するものである。電流検出装置３１はチャンネル
プレート２３で変換された電流Ｉ_s （この電流をスクリ
ーン電流と称す）を検出するものである。

【００４２】操作装置３４は、２次元走査を行う範囲、
及び走査モードの設定、詳細な分析モードか、広い範囲
の像観察モードかの設定等の種々の設定を行うためのも
のである。ここで、走査を行う範囲の設定の手法として
は、例えば走査の中心位置の座標と、その中心位置から
±Ｘ方向及び±Ｙ方向のサイズを設定することで行って
もよく、あるいは、走査範囲の矩形の一つの頂点の座標
と、Ｘ方向及びＹ方向のサイズを設定することで行って
もよく、または、走査範囲の矩形の対角となる二つの頂
点の座標を設定することで行ってもよい。

【００４３】制御装置３２は、操作装置３４によって設
定された走査範囲及び走査モードを走査機構２８に与え
ると共に、位置検出装置３０からの位置データと電流検
出装置２９からの引き出し電極電流Ｉ_e に基づいて、ま
た、位置検出装置３０からの位置データと電流検出装置
３１からのスクリーン電流Ｉ_s に基づいて、画像を形成
して、表示装置３３に表示する処理等の所定の処理を実
行する。

【００４４】さて、いま操作装置３４で広い範囲の像観
察モード、走査範囲及び走査モードが設定されると、制
御装置３２は、移動機構２６に対して予め定められてい
る所定のＺ軸方向位置を与える。これにより、移動機構
２６は、試料２０と圧電素子２５とを当該Ｚ軸方向位置
に位置するように移動する。このＺ軸方向位置は適宜に
設定されていてよい。また、このとき、制御装置３２
は、操作装置３４で設定された走査範囲と走査モードを
走査機構２８に渡し、走査の開始を指示する。

【００４５】なお、電源２７の電圧について説明すると
次のようである。上述したように、試料２０の突起部を
詳細に分析する場合には、電源２７は正の高電圧となさ
れるが、広い範囲の像観察モード時には電源２７は負の
高電圧になされる。この詳細な分析モード時と、広い範
囲の像観察モード時での電源電圧の切り換えは適宜な方
法により行うことができる。

【００４６】走査機構２８は、制御装置３２からの指示
によって、設定された走査範囲を、設定された走査モー
ドで２次元走査するが、その走査位置は位置検出装置３
０によって検出され、制御装置３２に渡される。また、
各走査位置において、試料２０の引き出し電極２１と対
向する表面からは、試料２０の表面と引き出し電極２１
との距離に応じた量の電子が放出され、その一部は引き
出し電極２１に取り込まれ、その他の引き出し電極２１
を通過した電子はスクリーン２２に取り込まれるので、
引き出し電極２１、及びチャンネルプレート２３には、
それぞれ、試料２０の表面と引き出し電極２１との距離
に応じた引き出し電極電流Ｉ_e 、及びスクリーン電流Ｉ
_s が流れ、それぞれ電流検出装置２９、３１で検出さ
れ、制御装置３２はそれを取り込む。

【００４７】そして、制御装置３２は、位置検出装置３
１からの位置データと、電流検出装置２９からの引き出
し電極電流Ｉ_e 、及び位置データと電流検出装置３１か
らのスクリーン電流Ｉ_s に基づいて画像を形成して、そ
れぞれ表示装置３３の所定の領域に表示すると共に、操
作装置３４によって設定された走査範囲と、位置検出装
置３１からの位置データに基づいて、現在引き出し電極
２１が走査範囲のどのような位置にあるか、その走査位
置を示す画像を表示装置３３の所定の領域に表示する。

【００４８】ここで、引き出し電極電流Ｉ_e に基づいて
形成された画像、及びスクリーン電流Ｉ_s に基づいて形
成された画像は、共に、その画像の各画素の輝度値は当
該走査位置での試料２０の表面と引き出し電極２１との
距離に対応したものであるから、結局、これら二つの画
像は走査範囲の試料表面の凹凸を表している画像に他な
らない。従って、当該画像を観察することによって、突
起部がどのような位置にあるかを探し出すことができ
る。また、現在の引き出し電極２１の走査位置を示す画
像は、第１の実施形態におけると同様に、図４に示すよ
うに表示される。

【００４９】このような画像が表示されることにより、
オペレータは、詳細に分析したい試料の突起部がどのよ
うな位置にあるかを容易に知ることができる。

【００５０】走査機構２８は、走査範囲を１回走査する
と、走査を終了する。広い範囲の像観察モードでは、試
料表面の凹凸の概略が分かればよいので、走査は１回だ
けでよいのである。

【００５１】そして、制御装置３２は、位置検出装置３
０からの位置データによって走査が終了したことを検知
すると、この広い範囲の像観察モードの処理を終了す
る。

【００５２】引き出し電極電流Ｉ_e に基づいて形成され
た画像、スクリーン電流Ｉ_s に基づいて形成された画
像、引き出し電極２１の現在の走査位置を示す画像とに
よって詳細に分析したい位置が決まったら、オペレータ
は操作装置３４により、詳細な分析モード、分析位置を
設定して、分析を行う。この詳細な分析モードは、上述
したと同じである。

【００５３】なお、以上の説明では、引き出し電極電流
Ｉ_e に基づいて形成された画像と、スクリーン電流Ｉ_s
に基づいて形成された画像とを表示するものとしたが、
何れか一方の画像だけを表示してもよいものである。

【００５４】以上のようであるので、この表面観察装置
によれば、モータで構成される走査機構２８によって引
き出し電極２１を走査するので、試料表面の比較的広い
範囲を走査することができる。また、引き出し電極電流
Ｉ_e に基づいて形成された画像、スクリーン電流Ｉ_sに
基づいて形成された画像、引き出し電極２１の現在の走
査位置を示す画像が表示されるので、オペレータは、詳
細に分析したい試料の突起部の位置を容易に探し出すこ
とができ、分析効率を向上させることができる。更に、
複数の走査モードを設けたので、効率よく任意の場所の
凹凸像が得られる。また更に、広い範囲の像観察モード
時のライン走査は一方向ではなく、隣接する走査ライン
ではライン走査は逆方向に行われるので、走査時間を短
縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る表面観察装置の第１の実施形態
を示す図である。

【図２】 走査機構６の走査モードを示す図である。

【図３】 図２に示す４つの走査モードを設ける意味を
説明するための図である。

【図４】 現在の探針１の走査位置を示す画像の例を示
す図である。

【図５】 本発明に係る表面観察装置の第２の実施形態
を示す図である。

【図６】 走査アトムプローブ（ＳＡＰ）装置を用いた
分析の原理の概略を説明するための図である。

【図７】 本発明に係る表面観察装置の第３の実施形態
を示す図である。

【符号の説明】

１…探針、２…試料、３…電源、４…圧電素子、５…移
動機構、６…走査機構、７…位置検出装置、８…電流検
出装置、９…操作装置、１０…制御装置、１１…表示装
置、２０…試料、２１…引き出し電極、２２…スクリー
ン、２３…チャンネルプレート、２４…プローブホー
ル、２５…圧電素子、２６…移動機構、２７…電源、２
８…走査機構、２９…電流検出装置、３０…位置検出装
置、３１…電流検出装置、３２…制御装置、３３…表示
装置、３４…操作装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料を２次元走査する走査機構と、 試料を２次元走査しているときに、探針が当該走査範囲
   のどの位置にあるかを検出する位置検出装置と、 試料を２次元走査しているときに試料に流れるフィール
   ドエミッション電流あるいはトンネル電流を検出する電
   流検出装置と、 位置検出装置で検出された位置データと、電流検出装置
   で検出されたフィールドエミッション電流あるいはトン
   ネル電流とに基づいて走査範囲の試料表面の凹凸像を形
   成して表示装置に表示する制御装置とを備えることを特
   徴とする表面観察装置。
2. 【請求項２】前記試料の２次元走査におけるライン走査
   は一方向ではなく、隣接する走査ラインではライン走査
   は逆方向に行われることを特徴とする請求項１記載の表
   面観察装置。
3. 【請求項３】引き出し電極と、 チャンネルプレートを備えるスクリーンと、 引き出し電極を２次元走査する走査機構と、 引き出し電極を２次元走査しているときに、引き出し電
   極が当該走査範囲のどの位置にあるかを検出する位置検
   出装置と、 引き出し電極を２次元走査しているときに、引き出し電
   極に流れる電流を検出する第１の電流検出装置と、 引き出し電極を２次元走査しているときに、スクリーン
   のチャンネルプレートに流れる電流を検出する第２の電
   流検出装置と、 位置検出装置で検出された位置データと、第１の電流検
   出装置で検出された電流及び／または第２の電流検出装
   置で検出された電流に基づいて走査範囲の試料表面の凹
   凸像を形成して表示装置に表示する制御装置とを備える
   ことを特徴とする表面観察装置。