JPH01130457A - 反射型電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡 - Google Patents

反射型電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡

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JPH01130457A
JPH01130457A JP62288079A JP28807987A JPH01130457A JP H01130457 A JPH01130457 A JP H01130457A JP 62288079 A JP62288079 A JP 62288079A JP 28807987 A JP28807987 A JP 28807987A JP H01130457 A JPH01130457 A JP H01130457A
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stm
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公郎 大井
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は走査トンネル顕微鏡に係わり、特に反射型電子
顕微鏡に組み込むようにした走査トンネル顕微鏡に関す
るものである。
〔従来の技術〕
一般に、探針先端の原子と試料の原子の電子雲とが重な
り合う1rv+程度まで探針を試料に近づけ、この状態
で探針と試料との間に電圧をかけると電流が流れる。こ
の電流はトンネル電流と呼ばれ、電圧が1mVのとき、
1〜10mA程度である。
このトンネル電流の大きさは、試料と探針との間の距離
により変化し、トンネル電流の大きさを測定することに
より試料と探針との間の距離を超精密測定することがで
き、探針位置が既知であれば試料の表面形状を原子レベ
ルで求めることができる。またトンネル電流が一定にな
るように探針位置を制御すれば探針位置軌跡により同様
に試料の表面形状を測定することができる。
このような原理に基づく走査型トンネル顕微鏡(Sca
nning Tunnel Microscope 、
略してSTM)は、大気中、液体中、真空中などどのよ
うな状態ででも使用できるため、近年、各方面で開発が
行われている。
このようなSTMを走査形電子顕微鏡(SEM)の中に
組み込み、二次電子像とSTM像を得ることを目的にし
たものの報告がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、STMで像を観察したり評価しようとすると
、STM単体では試料のどの位置を観察しているか分か
らないという問題がある。そこで、SEMとSTMを組
み合わせ、SEMで視野探しを行わせるようにすること
が考えられる。
SEMでの観察は、凹凸の変化の大きい試料には非常に
を効であるが、凹凸の小さい試料では二次電子の発生度
合の違いが小さく、とのため観察が難しい。このため、
STMに必要な平らな面を探すことばにはあまり向いて
いない。
またSEMによる観察では、高分解能像を得るためには
、ビームを絞らねばならず、試料ダメージ、コンタミネ
ーションが問題となり、表面状態を変えてしまう可能性
が大で、この点でもSTMには不向きである。
一方、反射型電子顕微鏡(REV)においてもSTM像
を得ることが望まれていた。しかしながら、REMはS
EMより、対物レンズポールピースのギヤ・7ブが狭く
、STM走査部が入らないことや、試料と針を近づける
手段、試料の良い視野に針を移動させる手段、試料にヘ
ーク、茎着等の加工を施した時、針に薄気や金属が付着
するのを防止する手段等がなく、またSTM走査部の剛
性を上げて耐振性を良くする方法がないためにREMに
STMを組み込むことはできなかった。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、REVに
STMを組み込み、試料の電子顕微鏡による観察とトン
ネル現象を利用した超精密測定とを可能にした反射型電
子顕微鏡用トンネル顕微鏡を提供することを目的とする
〔問題点を解決するための手段〕
そのために本発明の反射型電子顕微鏡用走査トンネル1
m鏡は、試料表面が光軸に平行になるように試料を保持
した試料ホルダー中に、探針を備えた走査トンネル顕微
鏡走査機構を配置した反射型電子顕微鏡用走査トンネル
顕微鏡であって、電子線を偏向する偏向手段を備え、偏
光手段を動作させて電子線を試料表面に当てて反射電子
顕微鏡法により試料表面像を得ると共に、走査トンネル
顕微鏡により試料表面の観察を行うようにしたことを特
徴とする。
〔作用〕
本発明の反射型電子顕微鏡用トンネル顕微鏡は、反射電
子w4微鏡法により視野探しを行い、さらに走査トンネ
ル顕微鏡により試料表面の超精密観察を行うものであり
、電子線を試料表面に平行に照射することにより探針と
試料表面との間の透過像を得ることにより探針と試料表
面間の間隔を測定することが可能となる。
(実施例〕 以下、実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の反射型電子gli微鏡微速用走査トン
ネル顕微鏡り反射像を得る場合の概略構成を示す図、第
2図は電子線の軌跡を示す図で、図中、1はホルダー、
2は試料、3は試料固定台、4はSTM走査部、5はS
TM針、6は対物レンズ(OL)ポールピース、7は光
軸、8は偏向器、8a、8bは第1、第2偏向器、9は
対物レンズである。
ホルダーl (詳細は後述する)は、図示しないサイド
エントリゴニオメータにより移動させられて試料2を所
定位置にセットするようになっている。このホルダー1
内には、試料2が試料固定台3に図示のように取りつけ
られ、またピエゾ素子からなるSTM走査走査部数納さ
れ、STM針5が試料1に対向して設けられている。こ
のSTM走査走査部数約1.6fiX3鶴×5龍程度の
もので、ホルダー1内に十分収納可能なように構成され
ている。
このような構成において、第2図に示すように光軸に沿
って試料面に平行に放出された電子線が、対物レンズ9
の前方磁場と対物レンズ上方に設置された偏向器8によ
り曲げられかつ集束されて試料面にある角度を持ってス
ポット状に照射され、そこで反射されたビームは光軸上
を通って対物しンズ下方に反射像を結像する。その反射
像が図示しない感光面状に結像されて試料面の観察が行
われる。このとき、試料面が光軸に平行であるために、
凹凸部分が電子線に対して影となるために、その形状に
対応して縞が観察される。この凹凸の程度はSTM走査
走査部子動して37M走査針5により超精密に測定され
る。この場合、前述したようにSTMの分解能は原子レ
ベルであるので、STM針の許容される振動の振幅は0
.1Å以下であるが、本発明においては試料と針とが1
つのホルダー内に固定されているため耐振上極めて有利
となる。
また、STM針を試料面に対してInm程度の間隔で走
査するので、両者が衝突しないようにする必要があるが
、電子線を試料面と平行に照射して試料面とSTM針の
透過像を得るようにすれば、両者間の間隔を測定するこ
とができ、STM針と試料面との衝突を防止することが
できる。
第3図は本発明におけるホルダーの一実施例を示す図で
、同図(イ)は試料観察状態を示す図、同図(ロ)はS
TM走査部を試料から離した状態を示す図で、第1図と
同一番号は同一内容を示している。なお、11はアーム
、12は球、13.14.15は0リング溝、16はバ
ー、17は内筒、18はダイアル、19はロック部材、
20はネジ、21はネジ、22はノブ、23は導線、2
4はハーメチックシール部、25はくさび、26はピエ
ゾ素子、27はピン、28はネジ、29はバネ、30は
導線収納空間、31は貫通孔である。
本発明のホルダー構成は、ホルダー1の中に、X、Y、
Z3軸の試料移動機構を設け、そこにSTM走査走査部
子5を設けたものである。なお、光軸は紙面に垂直方向
、即ち試料面に平行になっている。
ホルダー1内には、試料固定台3が固定され、また内筒
17がホルダー軸方向に摺動可能なように内面に接して
設けられている。試料2は、その面がホルダーlの中心
軸に一致するように試料固定台3に固定され、これに対
向して針5がSTM走査走査部子端に取り付けられ、S
TM走査走査部子−ム11に固定されている。内筒17
の先端部には真空シール用の0リング溝13を設けたテ
ーバ部が設けられ、アーム11と一体の球12を気密状
態を保持して回動自在に受けるようになっている。そし
て球12にはバー16が一体に設けられ、その先端はフ
リーで、バネ28により上方へ付勢されると共に、ネジ
21で下方へ押下げられるようになっている。したがっ
て、ネジ21を回してバー16の自由端を上下に動かす
ことにより、球12を支点としてアーム11を動かすこ
とができ、針5を試料に近づけたり離したりすることが
できる。また紙面に垂直にネジ21と同様のネジ(図示
せず)が設けてあり、このネジを操作することにより針
5を試料面に沿って移動でき、視野探しを行うことがで
きる。
これらアーム11、球12、バー16は、ホルダー1の
中心軸から外れた偏心位置(図では上側)に設けられ、
その下方に導線23の収納空間30を形成するようにし
ている。また内筒17とホルダー1との間は真空シール
用の0リング1lj14が形成され、これとOリング溝
13とにより試料側を真空に保持し、また、STM走査
走査動駆動用トンネル電流取り出し用の導線23の為の
ハーメチックシール部24が形成されている。また内筒
17は、ダイアル18のネジ部と噛み合うネジ20を有
し、ダイアル18を回すと内筒17はビン27により回
転できないため、軸方向に移動する。この移動により試
料の軸方向の視野探しを行うことができる。また内筒1
7の内面にはテーバ状先端部が球12の所まで伸びると
共に、ネジ21が貫通する貫通孔31が設けられたロッ
ク部材19が設けられ、また後端部には、ノブ22が取
付けられるネジ28が設けられ、ロック部材の後端と接
している。そして、ノブ22を回し、ロック部材19を
押すことにより、ロック部材先端のテーパが球12を押
圧して固定し、アーム11を動き難くシて剛性を上げら
れるようになっている。
また内筒17のホルダー1との接触面の一部にテーパを
持った溝が設けられ、この溝にはくさび25と、くさび
を押す積層型のピエゾ素子26が設けられ、ピエゾ素子
26を駆動して伸ばすことによりくさび25を押し、内
筒17とホルダー1との間に圧入さ廿ることにより内筒
17をロックして剛性を上げる構造となっている。
このような構成において、図示しないサイドエントリゴ
ニオメータにホルダー1を挿入し、ホルダーを移動させ
ることにより試料移動を行って視野探しを行い、反射像
観察法により試料面を観察する。こうして得られた反射
像の中でさらにSTMにより観察したい領域を設定し、
ダイアル18で軸方向移動、ネジ21で試料との接近、
ネジ21と同様の図示しない紙面に直交するネジで試料
面に沿った方向の針の移動を行う。ネジ21で針5を試
料に近づける場合、前述したようにTEM法で試料と針
のギャップを観察しながらトンネル電流を検出できる距
離まで接近させるようにすれば、針を試料に衝突させて
針と試料に損傷を与えることを防ぐことができる。こう
して、針のセットを行った後、ノブ22を回してロック
部材19を押して球12、アーム11を固定し、更にピ
エゾ素子26を駆動して内筒17を固定することにより
全体として剛性を上げて37M走査の耐振性を良くして
STM法による超精密測定を行う。
なお、ホルダー1内での試料の加工を行う場合には、ネ
ジ21を回して針5を試料2から離し、周囲に当たらな
くなる状態にしてダイアル18を回すことにより内筒1
7を引き込んで第3図(口に示す状態とし、この状態で
試料のベータ、蒸着等を行えば、針が試料面から離れて
いるので金属や蒸気が針に付着する等の悪影響を防止す
ることができる。
第4図は本発明の他の実施例を示す図で、試料とSTM
走査部を直交させて反射像を観察する意思外は、第3図
の場合と全く同様である。
なお、上記実施例では針の移動、ロック等をネジによる
駆動力を使用して行う例について説明したが、てこの原
理を使用したり、またピエゾ素子を用いて行う等、駆動
機構はどのような手段を使用してもよい。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、試料表面が光軸に平行に
なるように試料を保持した試料ホルダー中に、走査トン
ネル顕微鏡走査機構を配置することにより、反射電子s
gi微鏡法により視野探しを行って観察後、さらに、走
査トンネル顕微鏡により超精密に試料面の観察を行うこ
とができ、また試料と探針との距離をTEM法で観察し
ながら接近させることができるので、探針と試料とを衝
突させることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の反射型電子顕微鏡用走査トンネルWA
微鏡により反射像を得る場合の概略構成を示す図、第2
図は電子線の軌跡を示す図、第3図は本発明におけるホ
ルダーの一実施例を示す図で、同図(イ)は試料観察状
態を示す図、同図(ロ)はSTM走査部を試料から離し
た状態を示す図、第4図は試料とSTM走査部を直交さ
せた本発明の他の実施例を示す図である。 1・・・ホルダー、2・・・試料、3・・・試料固定台
、4・・・STM走査部、5・・・STM針、6・・・
対物レンズ(OL)ポールピース、7・・・光軸、11
・・・アーム、12・・・球、16・・・バー、17・
・・内筒、18・・・ダイアル、19・・・ロック部材
、22・・・ノブ、23・・・導線、28・・・ネジ。 出  願  人  日本電子株式会社 代理人 弁理士  蛭 川 昌 信(外3名)手続補正
書動式) 昭和63年θ月1日 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿 1、事件の表示 昭和62年特許願第288079号゛
−2、発明の名称 反射型電子顕微鏡用走査トンネル顕
微鏡3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住  所 東京都昭島市武蔵野三丁目1番2号名  称
  (427)日本電子株式会社代表者 竹 内   
隆 4、代理人 5、補正命令の日付  昭和63年 2月 3日発送日
  昭和63年 2月23日

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)試料表面が光軸に平行になるように試料を保持し
    た試料ホルダー中に、探針を備えた走査トンネル顕微鏡
    走査機構を配置した反射型電子顕微鏡用走査トンネル顕
    微鏡であって、電子線を偏向する偏向手段を備え、偏光
    手段を動作させて電子線を試料表面に当てて反射電子顕
    微鏡法により試料表面像を得ると共に、走査トンネル顕
    微鏡により試料表面の観察を行うようにしたことを特徴
    とする反射型電子顕微鏡用トンネル顕微鏡。
  2. (2)電子線を試料表面に平行に照射し、探針と試料表
    面間の透過像を得るようにした特許請求の範囲第1項記
    載の反射型電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡。
JP62288079A 1987-11-14 1987-11-14 反射型電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡 Expired - Fee Related JPH0624110B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1130573A (ja) * 1997-05-20 1999-02-02 Jeol Ltd ホルダ保持装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1130573A (ja) * 1997-05-20 1999-02-02 Jeol Ltd ホルダ保持装置

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