JPH0341304A - 走査形トンネル顕微鏡 - Google Patents

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、試料に探針を近トｊけてトンネル電流を検出
し、試料表面の凹凸像を出力する走査形トンネル顕微鏡
に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］走査形
トンネル顕微鏡においては、観測試料表面の原子レベル
の分解能を得るために、探針先端の形状を尖鋭化するこ
とが要求されている。そのため、該探針先端は電界研磨
法等によって形成された探針先端に原子が１つあるよう
な１原子尖端とされている。

このような形状の探針を備えた走査形トンネル顕微鏡に
おいて試料観測を行なう場合には、該探針先端と試料表
面との間にトンネル電流を得る必要があるため、該探針
先端と試料表面との間の距離はｌｎｍ程度まで接近され
て配置されている。

ところで、走査形トンネル顕微鏡において表面分析を行
なう前には、試料表面を清浄化する必要があるため、該
試料を１２００℃程度に加熱処理して、試料表面の汚染
物質を除去することが行われる他、イオンスパッタ等に
より試料表面の処理を行なうことがある。

しかし、このような加熱処理等を行なった場合には、試
料から蒸発した汚染物質が探針先端に付着したり、該試
料からの輻射熱により探針先端が破損したりする場合が
ある。

本発明は、上述した問題点を考慮し、試料処理時に探針
を試料から後退させるための機構を備えた走査形トンネ
ル顕微鏡を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、試料に探針を近付けて３次元に駆動してトン
ネル電流を検出する走査形トンネル顕微鏡において、前
記試料を保持する試料ステージと前記探針を駆動する圧
電素子駆動機構とを基台上に配置すると共に、前記探針
と試料面との高さ方向をＺ方向とするとき、前記駆動機
構を基台上の前記試料に近接する第１の位置と前記試料
から後退した第２の位置との間でＺ方向に移動するため
の移動手段を設けると共に、前記第１の位置において該
移動手段が駆動機構より切離されていることを特徴とし
ている。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例を説明するための装置構成図、第
２図は動作を説明するための図である。

第１図及び第２図において、１は観察室、２は基台、３
は探針駆動機構、４は探針、５は試料ステージ、６は試
料ホルダ、７は除振器、８はローラー、９は支点、１０
はばね、１１はストッパ、１２はフック、１３は移動棒
、１４は爪、１５はレバー、１６は支点、１７はピン、
１８はレバーホルダ、Ｓは試料である。

観察室１内及び予備室２内は図示しない排気装置によっ
て高真空乃至超高真空状態に排気されている。観察室１
内で除振器７上に基台２が配置されており、該基台２上
に探針駆動機構３及び試料ステージ５が配置されている
。ここで、該探針駆動機構３の基台２に接する部分には
、ローラー８が設けられており、前記探針４と試料Ｓ表
面との高さ方向をＺ方向とするとき、前記探針駆動機構
３は基台２上でＺ軸に沿って移動可能に配置されている
。また、該探針駆動機構３は基台２に設けられた支点９
との間に設けられたばね１０によって試料ステージ方向
へ引張られている。このとき、該探針駆動機構３は基台
２に設けられたストッパ１１に当接して位置Ａに停止さ
れる。この位置Ａは探針４と試料Ｓ表面との間にトンネ
ル電流が流れる位置、即ち観測位置であり、その距離は
数ｎｍ程度である。

また、観察室１に接続されたレバーホルダ１８内には２
方向に移動可能な移動棒１３が挿入されている。この該
移動棒１３の駆動機構側端部には爪１４が設けられると
共に、移動棒１３一方の端部にはピン１７が設けられて
いる。

レバーホルダ１８に設けられた支点１６について回動す
るレバー１５が設けられており、該レバー１５に設けら
れた長穴部に前記移動棒１３に設けられたピン１７が係
合されている。

さらに、該移動棒１３とレバーホルダ１８との間はベロ
ーズなど可撓性を有するシール部材に１９より接続され
て観察室１内の真空が保たれている。

ここで、第１図に示すような探針駆動機構３が位置Ａ（
観測位置）に停止されている状態では、移動棒１３の先
端部の爪１４は該探針駆動機構３に設けられたフック１
２に係合しない位置で停止されている。

さて、試料ホルダに取り付けられた試料Ｓを図示しない
試料加熱装置によって加熱する場合には、第２図に示す
ように前記レバー１５が支点１６について回動される。

前記レバー１５の回動に伴いピン１７が図面右方向に移
動されるため、移動棒１３もＺ軸に沿って図面右方向に
移動される。この移動棒１３の移動により、該移動棒１
３の先端部の爪１４は探針駆動機構３に設けられたフッ
ク１２に係合される。そのため、該駆動機構３は位置Ｂ
まで移動されて停止される。このように、駆動機構３を
移動して、探針４と試料Ｓ表面との距離を大きく離すこ
とにより、試料の加熱処理等を行なった際に、試料から
蒸発した汚染物質が探針先端に付着することを防止する
ことができると共に、該試料からの輻射熱による探針先
端の破損を防止することかできる。

試料の加熱処理完了後は、第１図に示すように前記レバ
ー１５が支点１６について回動される。

こごて、探針駆動機構３は基台２に設けられた支点９と
の間に設（すられたばねコ、０によって試料ステージ５
方向へ引張られているため、該駆動機構３は試料方向へ
移動され、基台２に設けられたストッパ１１に当接して
位置Ａ（観察位置）に停止される。そのため、試料観察
時に該観測室１の壁面から挿入される移動棒］３を介し
て探針駆動機構３へ振動が伝わることはない。

なお、上述した実施例は、本発明の一実施例に過ぎず、
本発明は種々変形して実施することができる。例えば、
上述した実施例においては探針駆動機構３を基台２に設
けられた支点９との間に設けられたばね１０によって試
料ステージ方向へ引張り、該探針駆動機構３をストッパ
１］に当接して位置Ａに停止するようにしているが、探
針駆動機構を試料方向へ押すためのばねを設け、該探針
駆動機構をストッパ１１に当接して位置Ａに停止するよ
うにしても良い。

また、上述した実施例においては、レバーによって移動
棒を２軸に沿って移動させるようにしたが、該移動棒の
移動はマイクロメータ等のねじこみ式の移動機構によっ
てＺ軸に沿って移動させるようにしても良い。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、試料
に探針を近付けて３次元に駆動してトンネル電流を検出
する走査形トンネル顕微鏡において、前記試料を保持す
る試料ステージと前記探針を駆動する圧電素子駆動機構
とを基台上に配置すると共に、前記探針と試料面との高
さ方向をＺ方向とするとき、前記駆動機構を基台上の前
記試料に近接する第１の位置と前記試料から後退した第
２の位置との間でＺ方向に移動するための移動手段を設
けると共に、荊記第１の位置において該移動手段を駆動
機構より切離すようにしたことにより、試料処理時には
探針を試料から後退させることができる。また、探針を
試料に接近させて試料観察を行なう場合には、該駆動機
構から移動手段が切離されるため、該移動手段を介して
駆動機構に振動が伝わることが防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための装置構成図
、第２図は動作を説明するための図である。 １：観察室　　　　　　２：基台 ３：探針駆動機構　　　４・探針 ５：試料ステージ　　　６：試料ホルダ７：除振器　　
　　　　８：ローラー ９：支点　　　　　　１０：ばね １１：ストツパ　　　　１２：フック １３：移動棒　　　　　１４：爪 １５ニレバー　　　　　１６：支点 １７：ピン　　　　　　１８ニレバーホルダＳ：試料　
　　　　　１９、ベローズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試料に探針を近付けて３次元に駆動してトンネル電流を
   検出する走査形トンネル顕微鏡において、前記試料を保
   持する試料ステージと前記探針を駆動する圧電素子駆動
   機構とを基台上に配置すると共に、前記探針と試料面と
   の高さ方向をＺ方向とするとき、前記駆動機構を基台上
   の前記試料に近接する第１の位置と前記試料から後退し
   た第２の位置との間でＺ方向に移動するための移動手段
   を設けると共に、前記第１の位置において該移動手段が
   駆動機構より切離されていることを特徴とする走査形ト
   ンネル顕微鏡。