JPH02212701A - 走査型トンネル顕微鏡およびその探針位置出し方法およびその装置 - Google Patents
走査型トンネル顕微鏡およびその探針位置出し方法およびその装置Info
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- JPH02212701A JPH02212701A JP3306789A JP3306789A JPH02212701A JP H02212701 A JPH02212701 A JP H02212701A JP 3306789 A JP3306789 A JP 3306789A JP 3306789 A JP3306789 A JP 3306789A JP H02212701 A JPH02212701 A JP H02212701A
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- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 6
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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。
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〕
本発明は走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）装置と他の測
定機器とを組み合わせ、希望する測定位置を走査型トン
ネル顕微鏡で測定できることを目的とする複合３７Ｍ装
置で、探針の位置出し、さらには探針と他の測定機器の
両者の観察位置のズレ量を補正するための位置出し方法
及びその装置に関する。
定機器とを組み合わせ、希望する測定位置を走査型トン
ネル顕微鏡で測定できることを目的とする複合３７Ｍ装
置で、探針の位置出し、さらには探針と他の測定機器の
両者の観察位置のズレ量を補正するための位置出し方法
及びその装置に関する。
５７Ｍ装置は、超精密３次元形状から原子レベルの凹凸
まで、高分解能で測定できることで知られている。この
装置は高倍率測定ができる反面、測定領域の拡大が困難
で現時点では１０μ程度が最大測定範囲となっている。
まで、高分解能で測定できることで知られている。この
装置は高倍率測定ができる反面、測定領域の拡大が困難
で現時点では１０μ程度が最大測定範囲となっている。
このため、試料の所望部分を測定するためには、目標位
置に探針が来るように概略見当をつけてセットして３７
Ｍ測定し、所望の場所でなければ少し試料を移動させて
別の位置を３７Ｍ測定するというように試行錯誤で位置
合わせを行っていた。そのため、刃先のような一方向に
長いものの先端に探針を位置合わせして３７Ｍ測定する
場合には、どうにか位置合わせすることができたが、数
／！Ｉｎ領域のパターン等に位置合わせすることは実際
上不可能であった。
置に探針が来るように概略見当をつけてセットして３７
Ｍ測定し、所望の場所でなければ少し試料を移動させて
別の位置を３７Ｍ測定するというように試行錯誤で位置
合わせを行っていた。そのため、刃先のような一方向に
長いものの先端に探針を位置合わせして３７Ｍ測定する
場合には、どうにか位置合わせすることができたが、数
／！Ｉｎ領域のパターン等に位置合わせすることは実際
上不可能であった。
ところが近年３７Ｍ装置が精密３次元形状測定に応用さ
れるに従って、希望する位置で３７Ｍ測定したいという
要求が高まってきている。そこで、他の測定手段と３７
Ｍ装置を複合化して、所望の位置を測定することが考え
られている。しかし、３７Ｍ装置では、測定するための
探針先端は非常に鋭利でなければならず、このため探針
の交換が頻繁に行われる。ところが、探針の取換により
、装置の構造上前の先端位置とズレが生じてしまう。
れるに従って、希望する位置で３７Ｍ測定したいという
要求が高まってきている。そこで、他の測定手段と３７
Ｍ装置を複合化して、所望の位置を測定することが考え
られている。しかし、３７Ｍ装置では、測定するための
探針先端は非常に鋭利でなければならず、このため探針
の交換が頻繁に行われる。ところが、探針の取換により
、装置の構造上前の先端位置とズレが生じてしまう。
そのため複合装置では、３７Ｍ測定領域と他の手段によ
る観察領域の位置関係を測定し補正することが必要にな
る。しかも、探針を交換するたび、これを行う必要があ
る。
る観察領域の位置関係を測定し補正することが必要にな
る。しかも、探針を交換するたび、これを行う必要があ
る。
そこで本発明は、測定探針のような測定軸が交換のたび
にズしたり、測定位置が頻繁に変化しても容易に３７Ｍ
測定領域と他の手段による観察領域の相対位置を求める
ことができるようにすることを目的とする。
にズしたり、測定位置が頻繁に変化しても容易に３７Ｍ
測定領域と他の手段による観察領域の相対位置を求める
ことができるようにすることを目的とする。
（課題を解決するだめの手段〕
上記目的を達成するため、本発明では直線が交叉するパ
ターンをもつ試料を用い、そのパターンの交点が内側に
含まれるように試料移動ステージ、あるいは微動素子を
用いて試料と相対的に探針を移動させ、微動素子のＺ軸
変位量あるいはＺ軸ステージのＺ軸変位量から探針がパ
ターンを横切る位置を求め、この位置からパターンの中
心位置を求めることができるようにした。
ターンをもつ試料を用い、そのパターンの交点が内側に
含まれるように試料移動ステージ、あるいは微動素子を
用いて試料と相対的に探針を移動させ、微動素子のＺ軸
変位量あるいはＺ軸ステージのＺ軸変位量から探針がパ
ターンを横切る位置を求め、この位置からパターンの中
心位置を求めることができるようにした。
上記手段によれば、直線が交叉するパターンの交点を内
側に含むように試料と相対的に探針を移動し、微動素子
のＺ軸変位量あるいはＺ軸ステージの移動量から探針が
パターンの縦横の綿を横切る位置（座標）を試料移動ス
テージの座標あるいは微動素子の移動量から求めること
ができる。この座標からパターンの交点位置座標が求ま
りステ−ジをこの値に移動させることで、パターンの交
点に探針の先端位置をもってくることができる。
側に含むように試料と相対的に探針を移動し、微動素子
のＺ軸変位量あるいはＺ軸ステージの移動量から探針が
パターンの縦横の綿を横切る位置（座標）を試料移動ス
テージの座標あるいは微動素子の移動量から求めること
ができる。この座標からパターンの交点位置座標が求ま
りステ−ジをこの値に移動させることで、パターンの交
点に探針の先端位置をもってくることができる。
次に、他の測定手段で試料を観察し、パターンの交点を
見出すことでお互いの測定領域の相対関係を求めること
ができる。
見出すことでお互いの測定領域の相対関係を求めること
ができる。
以下図面に基づいて実施例を説明する。
第２図は複合３７Ｍ装置として光学顕微鏡２（以下、先
頭という）と３７Ｍ装置を複合化した例である。ＳＴＭ
検出部１は第３図に示す如く、レボルバ３にねじ止めさ
れ着脱可能な支持台３１に止めねじ３２により支持され
るようになっている。
頭という）と３７Ｍ装置を複合化した例である。ＳＴＭ
検出部１は第３図に示す如く、レボルバ３にねじ止めさ
れ着脱可能な支持台３１に止めねじ３２により支持され
るようになっている。
又、対物レンズ４は通常の顕微鏡同様に前記レボルバ３
に装着されている。レボルバ３、先頭２．１／Ｖアンプ
１９はアーム９に支持されている。ＳＴＭ検出部１から
は微動素子１０１を駆動するための配線１１ａ及び探針
１０２からの信号線１１ｂが前記レボルバ３の穴１０か
ら引き出され、巻き取り機構１２で巻き取られている。
に装着されている。レボルバ３、先頭２．１／Ｖアンプ
１９はアーム９に支持されている。ＳＴＭ検出部１から
は微動素子１０１を駆動するための配線１１ａ及び探針
１０２からの信号線１１ｂが前記レボルバ３の穴１０か
ら引き出され、巻き取り機構１２で巻き取られている。
第３図中破線１１．Ｘ、 ＩＩＹ。
１１２は微動素子をｘ、ｙ、ｚ方向に駆動する電圧を印
加するだめの電極である。試料５はレボルバ３に対向し
て配置されたＸテーブル８、Ｙテーブル７．２テーブル
６で構成されたステージの最上部に電気的（＝ｌ ｋｎ
、 ｋｇされた状態で固定され、バイアス電圧が供給さ
れている。
加するだめの電極である。試料５はレボルバ３に対向し
て配置されたＸテーブル８、Ｙテーブル７．２テーブル
６で構成されたステージの最上部に電気的（＝ｌ ｋｎ
、 ｋｇされた状態で固定され、バイアス電圧が供給さ
れている。
この試料５には表面に直線が交叉する形状でパターンが
形成されている。本実施例では一例として十字状のパタ
ーンを用いている。
形成されている。本実施例では一例として十字状のパタ
ーンを用いている。
３７Ｍ装置による３７Ｍ測定は、探針を試料のトンネル
領域まで接近させ、トンネル電流を探針で検出しながら
試料表面を移動して試料表面の観察を行うもので、上述
した試料５上のパターンもこのようにして検出される。
領域まで接近させ、トンネル電流を探針で検出しながら
試料表面を移動して試料表面の観察を行うもので、上述
した試料５上のパターンもこのようにして検出される。
Ｘ、Ｙ、Ｚテーブルからなるステージは、ステージコン
トローラ２１でパルスモータ等を駆動制御して駆動され
る。ステージコントローラ２１からのＸ、Ｙテーブルの
ｘ、Ｙ位置信号は記憶装置２２、演算装置２３に入力さ
れ、処理されてデイスプレィ２４にその処理結果が表示
されるようになっている。
トローラ２１でパルスモータ等を駆動制御して駆動され
る。ステージコントローラ２１からのＸ、Ｙテーブルの
ｘ、Ｙ位置信号は記憶装置２２、演算装置２３に入力さ
れ、処理されてデイスプレィ２４にその処理結果が表示
されるようになっている。
一方、ＳＴＭ検出部１の微動素子１０１は、微動素子コ
ントローラ２５により駆動制御される。そして、微動素
子コントローラ２５からのＸ、Ｙ位置信号も演算装置２
３に入力されるようになっていて、テーブルの位置信号
と微動素子の位置信号の一方あるいは双方を使用できる
ようになっている。
ントローラ２５により駆動制御される。そして、微動素
子コントローラ２５からのＸ、Ｙ位置信号も演算装置２
３に入力されるようになっていて、テーブルの位置信号
と微動素子の位置信号の一方あるいは双方を使用できる
ようになっている。
本装置では、また前述したようにレボルバ３に対物レン
ズ４とＳＴＭ検出部１が装着されているので、レボルバ
３を回転することで、光顕測定および５７Ｍ測定を行う
ことができる。
ズ４とＳＴＭ検出部１が装着されているので、レボルバ
３を回転することで、光顕測定および５７Ｍ測定を行う
ことができる。
次に、本装置で先頭測定領域と３７Ｍ測定領域との相対
位置ズレ量を求める方法について述べる。
位置ズレ量を求める方法について述べる。
第１図は本発明による方法の実施例を説明する図で試料
上の十字パターンを５７Ｍ測定して交点の位置を求める
方法を示す。５ａ、５ｂは試料５上に描かれた十字パタ
ーンである。同図に示すように、例えば■−■→■→■
→■の順にｘ、Ｙステージを移動させ測定し、パターン
を横切る部分ＡＢ、Ｃ，Ｄのステージ座標（ＸＡ、Ｙａ
）１（Ｘｓ、 ＹＢ ） （Ｘｃ、Ｙｃ ）＋ （
Ｘｏ、Ｙｎ ）を記憶する。直線ＡＣは、 χ４− Ｘｃ ＸＡ Ｘｃ直線ＢＤ
は Ｘ！ｌ ＸＤ ＸＩ Ｘ。
上の十字パターンを５７Ｍ測定して交点の位置を求める
方法を示す。５ａ、５ｂは試料５上に描かれた十字パタ
ーンである。同図に示すように、例えば■−■→■→■
→■の順にｘ、Ｙステージを移動させ測定し、パターン
を横切る部分ＡＢ、Ｃ，Ｄのステージ座標（ＸＡ、Ｙａ
）１（Ｘｓ、 ＹＢ ） （Ｘｃ、Ｙｃ ）＋ （
Ｘｏ、Ｙｎ ）を記憶する。直線ＡＣは、 χ４− Ｘｃ ＸＡ Ｘｃ直線ＢＤ
は Ｘ！ｌ ＸＤ ＸＩ Ｘ。
（１１，＋２１式から交点、即ちパターンの中心の座標
が求められる。これらの手順は、例えばＡ、Ｂ、Ｃ。
が求められる。これらの手順は、例えばＡ、Ｂ、Ｃ。
Ｄのステージ座標をパルスモータ等によるＸ、 Ｙステ
ージの送り量から求め記憶装置に入力し、さらに演算装
置で求めることもできる。
ージの送り量から求め記憶装置に入力し、さらに演算装
置で求めることもできる。
（Ｘ Ｏ＋ Ｙ ｏ）は以下の通り求められる。
この値（ｘｏ、ｙｏ）
にステージ座標を移動することで、探針１０２の先端位
置に試料５の十字パターンの中心を位置合わせすること
ができる。次に光顕測定で前記試料５の十字パターンを
例えばクロスカーソル位置に一 くるようにステージで該試料５を移動させる。この座標
を＜ｘ ｌ、 Ｙ Ｉ ）とすると光軸と探針１０２の
位置ずれ量は（Ｘｏ Ｘ＋、Ｙｏ ’／＋ ）とし
て求めることができる。なお、第１図に示す測定する順
番Φ〜■−■は、第４図に示す如くステージのバックラ
ッシュの影響を除去するため、Ｘ、７両方向とも決めら
れた一方向、つまり■〜■の順で測定すると、更に位置
決め精度が向上する。
置に試料５の十字パターンの中心を位置合わせすること
ができる。次に光顕測定で前記試料５の十字パターンを
例えばクロスカーソル位置に一 くるようにステージで該試料５を移動させる。この座標
を＜ｘ ｌ、 Ｙ Ｉ ）とすると光軸と探針１０２の
位置ずれ量は（Ｘｏ Ｘ＋、Ｙｏ ’／＋ ）とし
て求めることができる。なお、第１図に示す測定する順
番Φ〜■−■は、第４図に示す如くステージのバックラ
ッシュの影響を除去するため、Ｘ、７両方向とも決めら
れた一方向、つまり■〜■の順で測定すると、更に位置
決め精度が向上する。
上記した例は、十字パターンの直交精度は不問でよいが
、直交度がよい試料では、パターンを横切る部分３ケ所
の座標が求まれば中心座標を求めることができる。例え
ば第１図においてＡ、Ｂ。
、直交度がよい試料では、パターンを横切る部分３ケ所
の座標が求まれば中心座標を求めることができる。例え
ば第１図においてＡ、Ｂ。
Ｃの３点の座標が求まると、（１）式で求まる直線ＡＣ
と、点Ｂを通り（１）式に直交する直線が（５）式とし
て求まる。
と、点Ｂを通り（１）式に直交する直線が（５）式とし
て求まる。
ＸＡ Ｘｃ
４１１式、（５）式の交点として（飢（４１が求まる。
上述の説明ではパターン走査はステージを用いて行った
が、探針１０２のＸ、Ｙ移動量は微動素子１０１にかか
っている電圧から求めることができ、微動素子１０１で
探針１０２を走査しても座標を求めることができる。
が、探針１０２のＸ、Ｙ移動量は微動素子１０１にかか
っている電圧から求めることができ、微動素子１０１で
探針１０２を走査しても座標を求めることができる。
さらに又、微動素子とステージを併用することもできる
。微動素子とステージの併用では例えば１ｐ間隔でサン
プリングを行いＺ軸移動量の変化からパターン部か否か
をチエツクしながら走査する場合、微動素子の移動範囲
が１０癖あれば、ステージを１０屑ピツチで動かし、そ
の間を微動素子で走査することもできる。通常ステージ
移動よりも微動素子移動の方が高速にできるので、後者
の方が高速にパターン部検出を行うことができる。
。微動素子とステージの併用では例えば１ｐ間隔でサン
プリングを行いＺ軸移動量の変化からパターン部か否か
をチエツクしながら走査する場合、微動素子の移動範囲
が１０癖あれば、ステージを１０屑ピツチで動かし、そ
の間を微動素子で走査することもできる。通常ステージ
移動よりも微動素子移動の方が高速にできるので、後者
の方が高速にパターン部検出を行うことができる。
なお、パターン部の検出はパターンの両側のエツジ付近
２ケ所で可能であるが、パターンの中心出しはどちらの
座標を用いても、あるいは平均して用いてもよい。第５
図に示すように平均したものではパターンの中心５Ｃ近
傍であり、例えば片側だけを用いたものは５ｄ近傍を位
置決め点として用いるだけのことである。又、第６図ｆ
ａ）に示すように、各走査ラインがパターンの１つのラ
インだけを切る、即ち、パターンの軸とステージ移動軸
がある程度一致している場合は、同図（ｂｌに示す如く
、パターン位置を検出（片側あるいはエツジの両側）し
た後は、次の走査ポイントヘジャンブすることも可能で
ある。
２ケ所で可能であるが、パターンの中心出しはどちらの
座標を用いても、あるいは平均して用いてもよい。第５
図に示すように平均したものではパターンの中心５Ｃ近
傍であり、例えば片側だけを用いたものは５ｄ近傍を位
置決め点として用いるだけのことである。又、第６図ｆ
ａ）に示すように、各走査ラインがパターンの１つのラ
インだけを切る、即ち、パターンの軸とステージ移動軸
がある程度一致している場合は、同図（ｂｌに示す如く
、パターン位置を検出（片側あるいはエツジの両側）し
た後は、次の走査ポイントヘジャンブすることも可能で
ある。
本例ではパターンの走査は四角に行ったが、第７図に示
すように円形に走査し、パターン位置を求めてもよい。
すように円形に走査し、パターン位置を求めてもよい。
以上述べたように、本構成では非常に安易に探針位置を
直線が交叉するパターンを用いて求めることができる。
直線が交叉するパターンを用いて求めることができる。
例えば、ＳＴＭの最大走査範囲が１０１ｍであれば、数
−巾の直線２本でクロスパターンとし、中心の周囲を測
定して、パターンを横切る位置からパターンの中心位置
を求めることができる。この位置が探針位置となる。又
、十字パターンであれば、ステージ移動方向とパターン
の向きは関係ないのでセントも楽であり、測定時間もわ
ずかであり、非常に有効である。
−巾の直線２本でクロスパターンとし、中心の周囲を測
定して、パターンを横切る位置からパターンの中心位置
を求めることができる。この位置が探針位置となる。又
、十字パターンであれば、ステージ移動方向とパターン
の向きは関係ないのでセントも楽であり、測定時間もわ
ずかであり、非常に有効である。
第１図は本発明の詳細な説明図、第２図は本発明の実施
例の装置を示す図、第３図はＳＴＭ検出部を示す断面図
、第４図はバンクラッシュ除去を考慮した例の説明図、
第５図はパターン位置合わせ部詳細図、第６図は他のパ
ターン部検出を示す概念図、第７図は他のパターン走査
を示す概念図である。 ・・・・ＳＴＭ検出部 ・・・・微動素子 ・・・・探針 ・・・・試料 ・・・・Ｚ軸テーブル ・・・・Ｙテーブル ・・・Ｘテーブル 以上 出願人 セイコー電子工業株式会社 代理人 弁理士 林 敬 之 助２１２７０１（
５ン バックラッシュ壱に表と考慮しは有りの説明図第４図
例の装置を示す図、第３図はＳＴＭ検出部を示す断面図
、第４図はバンクラッシュ除去を考慮した例の説明図、
第５図はパターン位置合わせ部詳細図、第６図は他のパ
ターン部検出を示す概念図、第７図は他のパターン走査
を示す概念図である。 ・・・・ＳＴＭ検出部 ・・・・微動素子 ・・・・探針 ・・・・試料 ・・・・Ｚ軸テーブル ・・・・Ｙテーブル ・・・Ｘテーブル 以上 出願人 セイコー電子工業株式会社 代理人 弁理士 林 敬 之 助２１２７０１（
５ン バックラッシュ壱に表と考慮しは有りの説明図第４図
Claims (2)
- （１）走査型トンネル顕微鏡の測定用探針の位置を求め
るため、直線が交叉するパターンをもつ試料を用い、パ
ターンの交点を内側に含むように試料と相対的に探針を
移動させ、探針が少なくとも上記パターンの３ケ所を横
切る位置からパターンの交点に探針がくる位置を求める
ことを特徴とする走査型トンネル顕微鏡の探針位置出し
方法。 - （２）走査型トンネル顕微鏡の探針と試料ステージ上の
試料とを相対的に移動させ、試料に形成された直線が交
叉するパターンを、上記探針が検知したときの位置が入
力されるとともに、この位置より上記交点を演算する演
算装置を備えたことを特徴とする走査型トンネル顕微鏡
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3306789A JPH02212701A (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | 走査型トンネル顕微鏡およびその探針位置出し方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3306789A JPH02212701A (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | 走査型トンネル顕微鏡およびその探針位置出し方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02212701A true JPH02212701A (ja) | 1990-08-23 |
Family
ID=12376387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3306789A Pending JPH02212701A (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | 走査型トンネル顕微鏡およびその探針位置出し方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02212701A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011237578A (ja) * | 2010-05-10 | 2011-11-24 | Olympus Corp | 複合顕微鏡および複合顕微鏡のケーブル支持装置 |
-
1989
- 1989-02-13 JP JP3306789A patent/JPH02212701A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011237578A (ja) * | 2010-05-10 | 2011-11-24 | Olympus Corp | 複合顕微鏡および複合顕微鏡のケーブル支持装置 |
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