JPH0413904A - 走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents
走査型トンネル顕微鏡Info
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- JPH0413904A JPH0413904A JP2118058A JP11805890A JPH0413904A JP H0413904 A JPH0413904 A JP H0413904A JP 2118058 A JP2118058 A JP 2118058A JP 11805890 A JP11805890 A JP 11805890A JP H0413904 A JPH0413904 A JP H0413904A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
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- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring 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に関し、特に試料の測定
箇所の選択を走査型電子顕微鏡を利用して行うように構
成した走査型トンネル顕微鏡に関するものである。
箇所の選択を走査型電子顕微鏡を利用して行うように構
成した走査型トンネル顕微鏡に関するものである。
従来の走査型トンネル顕微鏡（以下ではＳＴＭという）
と走査型電子顕微鏡（以下ではＳＥＭという）を組み合
わせた装置については、レビュー・オブ・サイエンティ
フィック・インスツルメンツ６０，４月（１９８９年）
第７８９頁から第７９１頁において論じられている。こ
の文献に記載された装置では、試料は、その試料面がＳ
ＥＭの電子ビームと４５°の角度をなすように試料ホル
ダに取り付けられ、且つ電子ビームと直角となる方向に
１次元的に試料を移動させるピエゾアクチュエータを利
用したインチワームと呼ばれる粗動機構によって、ＳＴ
Ｍの探針に向かって移動させられ、トンネル効果が生じ
る距離まで接近させられる。ＳＴＭの探針はピエゾトラ
イボッドと呼ばれる微動機構に取付けられ、これにより
試料表面に沿って移動を行い、走査を行う。以上のＳＴ
Ｍを構成する要素はＳＥＭの試料室内のＳＥＭのステー
ジに装備されている。
と走査型電子顕微鏡（以下ではＳＥＭという）を組み合
わせた装置については、レビュー・オブ・サイエンティ
フィック・インスツルメンツ６０，４月（１９８９年）
第７８９頁から第７９１頁において論じられている。こ
の文献に記載された装置では、試料は、その試料面がＳ
ＥＭの電子ビームと４５°の角度をなすように試料ホル
ダに取り付けられ、且つ電子ビームと直角となる方向に
１次元的に試料を移動させるピエゾアクチュエータを利
用したインチワームと呼ばれる粗動機構によって、ＳＴ
Ｍの探針に向かって移動させられ、トンネル効果が生じ
る距離まで接近させられる。ＳＴＭの探針はピエゾトラ
イボッドと呼ばれる微動機構に取付けられ、これにより
試料表面に沿って移動を行い、走査を行う。以上のＳＴ
Ｍを構成する要素はＳＥＭの試料室内のＳＥＭのステー
ジに装備されている。
前記の従来装置では、トンネル電流が生じる領域まで試
料を探針に接近させるための１次元方向の粗動機構しか
備えておらず、またＳＥＭを利用して探針を探すための
ＳＥＭステージの構成も明らかではない。更に、試料と
探針を電子ビームに対して自由に移動できるような構成
について配慮されておらず、ＳＴＭで測定したい試料の
箇所を任意に選択することができないという不具合が存
在した。
料を探針に接近させるための１次元方向の粗動機構しか
備えておらず、またＳＥＭを利用して探針を探すための
ＳＥＭステージの構成も明らかではない。更に、試料と
探針を電子ビームに対して自由に移動できるような構成
について配慮されておらず、ＳＴＭで測定したい試料の
箇所を任意に選択することができないという不具合が存
在した。
本発明の目的は、ＳＴＭで測定する試料の箇所をＳＥＭ
を用いて任意に選択することができ、更に試料における
測定箇所選択を高い精度で行うことができるＳＴＭを提
供することにある。
を用いて任意に選択することができ、更に試料における
測定箇所選択を高い精度で行うことができるＳＴＭを提
供することにある。
本発明に係る第１のＳＴＭは、ＳＥＭの試料室内に設け
られたＳＥＭステージの上に、探針と、この探針を試料
に対し例えばトンネル電流が流れる程度の距離まで接近
させることのできる粗動機構と、試料の表面を走査させ
るため前記探針を移動させる微動機構とを配設したＳＴ
Ｍにおいて、試料を取付ける試料ステージを備え、この
試料ステージはＳＥＭの電子ビームと所定の角度をなす
面内で試料を移動させる構造を有し、ＳＥＭステージは
電子ビームと直角をなす面内で移動する構造を有するこ
とを特徴点として有する。
られたＳＥＭステージの上に、探針と、この探針を試料
に対し例えばトンネル電流が流れる程度の距離まで接近
させることのできる粗動機構と、試料の表面を走査させ
るため前記探針を移動させる微動機構とを配設したＳＴ
Ｍにおいて、試料を取付ける試料ステージを備え、この
試料ステージはＳＥＭの電子ビームと所定の角度をなす
面内で試料を移動させる構造を有し、ＳＥＭステージは
電子ビームと直角をなす面内で移動する構造を有するこ
とを特徴点として有する。
本発明に係る第２のＳＴＭは、ＳＥＭの試料室内に設け
られたＳＥＭステージの上に、探針と、この探針を試料
に対し例えばトンネル電流が流れる程度の距離まで接近
させることのできる粗動機構と、試料の表面を走査させ
るため前記探針を移動させる微動機構とを配設したＳＴ
Ｍにおいて、試料を取付け、ＳＥＭの電子ビームと所定
の角度をなす面内で試料を移動させる構造を有する試料
ステージと、探針を取付けた記微動機構を備える前記粗
動機構と、ＳＥＭの対物レンズに対向するように配置さ
れた直交する２つの面を有し、一方の面に試料ステージ
が配置され、他方の面に粗動機構が配置されたＳＴＭベ
ースと、このＳＴＭベースを載置し、電子ビームと直角
をなす面内で移動する構造を有するＳＥＭステージとか
らなることを特徴点として有する。
られたＳＥＭステージの上に、探針と、この探針を試料
に対し例えばトンネル電流が流れる程度の距離まで接近
させることのできる粗動機構と、試料の表面を走査させ
るため前記探針を移動させる微動機構とを配設したＳＴ
Ｍにおいて、試料を取付け、ＳＥＭの電子ビームと所定
の角度をなす面内で試料を移動させる構造を有する試料
ステージと、探針を取付けた記微動機構を備える前記粗
動機構と、ＳＥＭの対物レンズに対向するように配置さ
れた直交する２つの面を有し、一方の面に試料ステージ
が配置され、他方の面に粗動機構が配置されたＳＴＭベ
ースと、このＳＴＭベースを載置し、電子ビームと直角
をなす面内で移動する構造を有するＳＥＭステージとか
らなることを特徴点として有する。
本発明による第１及び第２のＳＴＭによれば、粗動機構
及び微動機構を駆動して探針を試料に対して適当な距離
に近づけた状態において、ＳＥＭステージは電子ビーム
と直角な平面内を移動することができるので、試料及び
探針と対物レンズとの距離（ワーキングデイスタンス）
を変えることなく任意に移動させることができ、探針の
ＳＥＭ像を明瞭に保ったままＳＥＭ画像中の任意の位置
に捕捉することができる。また試料ステージは電子ビー
ムに対し所定の角度をなす面内を移動できるので、ワー
キングデイスタンスを変えることなく試料を移動するこ
とができ、試料のＳＥＭ像を明瞭に保ったままＳＴＭで
観察したい箇所を任意に選択することができ、更にＳＥ
Ｍ画像中において固定された探針像の先端部まで、試料
像における選択した測定予定箇所を移動させることがで
きる。
及び微動機構を駆動して探針を試料に対して適当な距離
に近づけた状態において、ＳＥＭステージは電子ビーム
と直角な平面内を移動することができるので、試料及び
探針と対物レンズとの距離（ワーキングデイスタンス）
を変えることなく任意に移動させることができ、探針の
ＳＥＭ像を明瞭に保ったままＳＥＭ画像中の任意の位置
に捕捉することができる。また試料ステージは電子ビー
ムに対し所定の角度をなす面内を移動できるので、ワー
キングデイスタンスを変えることなく試料を移動するこ
とができ、試料のＳＥＭ像を明瞭に保ったままＳＴＭで
観察したい箇所を任意に選択することができ、更にＳＥ
Ｍ画像中において固定された探針像の先端部まで、試料
像における選択した測定予定箇所を移動させることがで
きる。
本発明による第２のＳＴＭによれば、更に、試料ステー
ジと、探針を備える粗動機構とを、ＳＴＭベースの直交
する２つの面のそれぞれに配設するように構成したため
、また対物レンズの先部等はコニカル上に形成されてい
るため、試料と対物レンズとのワーキングデイスタンス
を小さくすることができ、分解能を高めることができる
。
ジと、探針を備える粗動機構とを、ＳＴＭベースの直交
する２つの面のそれぞれに配設するように構成したため
、また対物レンズの先部等はコニカル上に形成されてい
るため、試料と対物レンズとのワーキングデイスタンス
を小さくすることができ、分解能を高めることができる
。
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。
。
第１図は本発明に係るＳＴＭが組み込まれた顕微鏡の外
観正面図を示し、この顕微鏡は全体的にＳＥＭを示し、
このＳＥＭの中にＳＴＭが組み込まれる。１は架台であ
り、この架台１上に顕微鏡部分が設置される。顕微鏡部
分において２はＳＥＭの銃筒、３は試料室、４は試料室
３の側壁部に設けられた２次電子検出器である。５は試
料室３に設けられた開閉自在な蓋部であり、蓋部５はリ
ニアベアリング等によって構成されたレール６によって
案内され、試料室３に対して第１図中手前側に引き出さ
せるように構成されている。ＳＴＭは試料室３内に配設
され、且つ蓋部５の内側に形成された構造部分に連結し
て組み付けられる。蓋部５の内側のＳＴＭ組付は部分の
構造については後で詳述される。ＳＴＭが組付けられる
構造部分は、（ｘ、 ｙ）の２次元で移動する８８Ｍス
テージと（ｘ、 ｙ）の２次元で移動するＳＴＭの試
料ステージを有し、８８Ｍステージの上にＳＴＭベース
を配設している。このような構造に対応して、蓋部５に
は、ＳＴＭの試料ステージをＸ＋’ｌの方向に動かすＸ
摘み７及びｙ摘み８、試料ステージを機械的に止める目
的でＳＴＭベースを固定するためのロック摘み９．８８
ＭステージをＸ、 Ｙの方向に動かすＸ摘み１０及びＹ
摘み１１、更に覗き窓１２とＳＴＭの入出力線を中継す
るハーメ端子１３が設けられている。
観正面図を示し、この顕微鏡は全体的にＳＥＭを示し、
このＳＥＭの中にＳＴＭが組み込まれる。１は架台であ
り、この架台１上に顕微鏡部分が設置される。顕微鏡部
分において２はＳＥＭの銃筒、３は試料室、４は試料室
３の側壁部に設けられた２次電子検出器である。５は試
料室３に設けられた開閉自在な蓋部であり、蓋部５はリ
ニアベアリング等によって構成されたレール６によって
案内され、試料室３に対して第１図中手前側に引き出さ
せるように構成されている。ＳＴＭは試料室３内に配設
され、且つ蓋部５の内側に形成された構造部分に連結し
て組み付けられる。蓋部５の内側のＳＴＭ組付は部分の
構造については後で詳述される。ＳＴＭが組付けられる
構造部分は、（ｘ、 ｙ）の２次元で移動する８８Ｍス
テージと（ｘ、 ｙ）の２次元で移動するＳＴＭの試
料ステージを有し、８８Ｍステージの上にＳＴＭベース
を配設している。このような構造に対応して、蓋部５に
は、ＳＴＭの試料ステージをＸ＋’ｌの方向に動かすＸ
摘み７及びｙ摘み８、試料ステージを機械的に止める目
的でＳＴＭベースを固定するためのロック摘み９．８８
ＭステージをＸ、 Ｙの方向に動かすＸ摘み１０及びＹ
摘み１１、更に覗き窓１２とＳＴＭの入出力線を中継す
るハーメ端子１３が設けられている。
次に試料室３の蓋部５の内側に構成されたＳＴＭ組付は
部分の構造を説明する。第２図は試料室３を正面側から
見て示した内部構造図であり、第３図は試料室３を側面
側から見て示した内部構造図である。第２図及び第３図
に示されるように、試料室３の上壁には銃筒２の下端部
が接続され、その下端部にはＳＥＭの対物レンズ２１が
設けられる。この対物レンズ２１の下側の位置にＳＴＭ
組付は構造部分が配置される。２２は蓋部５の内面に固
設されたメインベースであり、このメインベース２２の
上にＳＴＭ組付は部分が設置される。
部分の構造を説明する。第２図は試料室３を正面側から
見て示した内部構造図であり、第３図は試料室３を側面
側から見て示した内部構造図である。第２図及び第３図
に示されるように、試料室３の上壁には銃筒２の下端部
が接続され、その下端部にはＳＥＭの対物レンズ２１が
設けられる。この対物レンズ２１の下側の位置にＳＴＭ
組付は構造部分が配置される。２２は蓋部５の内面に固
設されたメインベースであり、このメインベース２２の
上にＳＴＭ組付は部分が設置される。
ＳＴＭ組付は部分は、メインベース２２上にＳＥＭステ
ージ２３を配設し、このＳＥＭステージ２３の上に３１
Ｍベース２４を配設するように構成される。
ージ２３を配設し、このＳＥＭステージ２３の上に３１
Ｍベース２４を配設するように構成される。
先ず、３１Ｍベース２４の構造から説明する。
第２図に示されるように、３１Ｍベース２４は直交する
ように配置された２つの面２４ａと２４ｂを有するよう
に形成さ゛れ、面２４ａには試料ステージ２５が設置さ
れる。試料ステージ２５は、Ｘステージ２６とこれを案
内するクロストローラベアリング２７、Ｘステージ２８
とこれを案内するクロストベアリング２９で構成されて
いる。Ｘステージ２６は前記のＸ摘み７によってＸ方向
（第２図中紙面に直角な方向）に移動自在であり、Ｘス
テージ２８は前記のｙ摘み８によってＸ方向（面２４ａ
の傾斜方向；Ｘ方向とＸ方向は直交している）に移動自
在である。可動機構の詳細については後述される。Ｘス
テージ２８の上面にはホルダ台３０が固設され、ホルダ
台３０の上には、試料３３を接着により取付けたホルダ
３１が、押えバネ３２で固定されている。
ように配置された２つの面２４ａと２４ｂを有するよう
に形成さ゛れ、面２４ａには試料ステージ２５が設置さ
れる。試料ステージ２５は、Ｘステージ２６とこれを案
内するクロストローラベアリング２７、Ｘステージ２８
とこれを案内するクロストベアリング２９で構成されて
いる。Ｘステージ２６は前記のＸ摘み７によってＸ方向
（第２図中紙面に直角な方向）に移動自在であり、Ｘス
テージ２８は前記のｙ摘み８によってＸ方向（面２４ａ
の傾斜方向；Ｘ方向とＸ方向は直交している）に移動自
在である。可動機構の詳細については後述される。Ｘス
テージ２８の上面にはホルダ台３０が固設され、ホルダ
台３０の上には、試料３３を接着により取付けたホルダ
３１が、押えバネ３２で固定されている。
３１Ｍベース２４の面２４ａは、対物レンズ２１の先部
から出力される電子ビーム３４に対して４５°の角度を
有しているため、面２４ａに平行に配設される試料３３
は、前記のＸステージ２６及びＸステージ２８によって
電子ビーム３４に対し４５°の角度をなす面内において
２次元的に移動できる。また試料ステージ２５の構成上
、固定された対物レンズ２１と、試料３３の表面におけ
る電子ビーム３４の照射位置との距離、すなわちワーキ
ングデイスタンスは一定に保持される。
から出力される電子ビーム３４に対して４５°の角度を
有しているため、面２４ａに平行に配設される試料３３
は、前記のＸステージ２６及びＸステージ２８によって
電子ビーム３４に対し４５°の角度をなす面内において
２次元的に移動できる。また試料ステージ２５の構成上
、固定された対物レンズ２１と、試料３３の表面におけ
る電子ビーム３４の照射位置との距離、すなわちワーキ
ングデイスタンスは一定に保持される。
一方、面２４ｂには、探針やその微動機構及び粗動機構
等からなるＳＴＭの構成部分が設置される。試料３３の
表面に対し直角に配置された４１は探針であり、この探
針はネジ４３で探針ホルダ４２に固定される。４４と４
５は、トンネル電流が生じる距離まで探針４１を試料３
３に近づけるための粗動機構であるインチワームの足で
あり、面２４ｂに配置されている。インチワームは、足
４４と４５の機構により次のように移動する。ピエゾア
クチュエータ４６にバネ４７に打勝つように電圧を印加
し、クランパ４８を延ばし、足４４からクランパ４８を
離してアンクランプ状態にする。足４５については、ク
ランパ４９のピエゾアクチュエータ５０の電圧をオフに
し、バネ５１で引き戻すことによりクランプ状態にする
。この状態において、足４４と４５を連結するピエゾア
クチュエータ５２に電圧を印加するとピエゾアクチュエ
ータ５２が伸びる。次に、足４４の機構をクランプ状態
に切替え且つ足４５の機構をアンクランプ状態に切替え
ると共にピエゾアクチュエータ５２の電圧をオフにする
と、ピエゾアクチュエータ５２が縮み、足４４と４５を
それぞれ１歩前進させる。以上の動作制御を繰り返すこ
とにより、インチワームは前進することができ、この前
進動作によりインチワームの上に配設される探針４１を
試料３３に近づけることができる。また、インチワーム
の足４４と４５の各機構に対し反対の動作制御を行うこ
とにより後退することができる。
等からなるＳＴＭの構成部分が設置される。試料３３の
表面に対し直角に配置された４１は探針であり、この探
針はネジ４３で探針ホルダ４２に固定される。４４と４
５は、トンネル電流が生じる距離まで探針４１を試料３
３に近づけるための粗動機構であるインチワームの足で
あり、面２４ｂに配置されている。インチワームは、足
４４と４５の機構により次のように移動する。ピエゾア
クチュエータ４６にバネ４７に打勝つように電圧を印加
し、クランパ４８を延ばし、足４４からクランパ４８を
離してアンクランプ状態にする。足４５については、ク
ランパ４９のピエゾアクチュエータ５０の電圧をオフに
し、バネ５１で引き戻すことによりクランプ状態にする
。この状態において、足４４と４５を連結するピエゾア
クチュエータ５２に電圧を印加するとピエゾアクチュエ
ータ５２が伸びる。次に、足４４の機構をクランプ状態
に切替え且つ足４５の機構をアンクランプ状態に切替え
ると共にピエゾアクチュエータ５２の電圧をオフにする
と、ピエゾアクチュエータ５２が縮み、足４４と４５を
それぞれ１歩前進させる。以上の動作制御を繰り返すこ
とにより、インチワームは前進することができ、この前
進動作によりインチワームの上に配設される探針４１を
試料３３に近づけることができる。また、インチワーム
の足４４と４５の各機構に対し反対の動作制御を行うこ
とにより後退することができる。
なお足４４及び４５は面２４ｂに形成された溝５７に案
内されて移動する。
内されて移動する。
足４４の上にはトライボッドベース５３が取付けられる
。トライボッドベース５３はトライボッドヘッド５４を
備え、前記の探針ホルダ４２は押えバネ５８によってト
ライボッドヘッド５４に固定される。このトライボッド
ヘッド５４は、トライボッドベース５３において３本の
微動用ピエゾアクチュエータで支持される。そのうちの
１本であるピエゾアクチュエータ５５は探針４１を試料
３３に対し接近させ又は離れさせる。残りの２本のピエ
ゾアクチュエータは探針４１を試料３３の表面上で走査
させるためのもので、図中５６で１本のピエゾアクチュ
エータのみを示している。以上の構成部分によってピエ
ゾトライボッドが形成され、このピエゾトライボッドは
、探針４１を試料３３の表面に沿って所定の間隔を保持
した状態で走査するように移動させ、ＳＴＭ像を作成す
るための微動機構を構成する。
。トライボッドベース５３はトライボッドヘッド５４を
備え、前記の探針ホルダ４２は押えバネ５８によってト
ライボッドヘッド５４に固定される。このトライボッド
ヘッド５４は、トライボッドベース５３において３本の
微動用ピエゾアクチュエータで支持される。そのうちの
１本であるピエゾアクチュエータ５５は探針４１を試料
３３に対し接近させ又は離れさせる。残りの２本のピエ
ゾアクチュエータは探針４１を試料３３の表面上で走査
させるためのもので、図中５６で１本のピエゾアクチュ
エータのみを示している。以上の構成部分によってピエ
ゾトライボッドが形成され、このピエゾトライボッドは
、探針４１を試料３３の表面に沿って所定の間隔を保持
した状態で走査するように移動させ、ＳＴＭ像を作成す
るための微動機構を構成する。
次にＳＥＭステージ２３の構造を説明する。
第２図に示されるように、ＳＥＭステージ２３は、メイ
ンベース２２に固設された基台６０の上に、第１図中紙
面に直交する方向に移動自在なＸステージ６１及びこれ
を案内するクロストローラベアリング６２と、第１図中
の水平左右方向に移動自在なＸステージ６３及びこれを
案内するクロストローラベアリング６４とを設けること
により構成される。ＳＥＭステージ２３では、かかる構
造によって、電子ビーム３４に直交する面内における移
動を可能にする。試料ステージ２５とＳＴＭ構成部分と
を備えた前記のＳＴＭベース２４は、３枚の金属板６５
，６６．６７を介してＳＥＭステージ２３のＸステージ
６３の上に設置される。
ンベース２２に固設された基台６０の上に、第１図中紙
面に直交する方向に移動自在なＸステージ６１及びこれ
を案内するクロストローラベアリング６２と、第１図中
の水平左右方向に移動自在なＸステージ６３及びこれを
案内するクロストローラベアリング６４とを設けること
により構成される。ＳＥＭステージ２３では、かかる構
造によって、電子ビーム３４に直交する面内における移
動を可能にする。試料ステージ２５とＳＴＭ構成部分と
を備えた前記のＳＴＭベース２４は、３枚の金属板６５
，６６．６７を介してＳＥＭステージ２３のＸステージ
６３の上に設置される。
Ｘステージ６３、金属板６５〜６７、ＳＴＭベース２４
のそれぞれの間には、試料室３からＳＴＭベース２４に
振動が伝わるのを防ぐ目的で、ゴム部材６８が介設され
ている。
のそれぞれの間には、試料室３からＳＴＭベース２４に
振動が伝わるのを防ぐ目的で、ゴム部材６８が介設され
ている。
上記の構成によれば、ワーキングデイスタンスを一定に
保持したまま探針４１を移動させることができ、これに
よりＳＥＭ画像中において試料３３の表面の任意の箇所
及び探針４１を明瞭な像状態にて捕らえることができる
。更に、前述したように試料ステージ２５によって試料
３３をワーキングデイスタンスを一定に保持したまま任
意に移動することができるので、試料３３のＳＥＭ像を
明瞭に保持したままＳＴＭで測定したい試料３３の測定
箇所を任意に探針４１の先端部位置まで移動させること
ができる。従って、ＳＴＭで測定しようとする試料表面
上の箇所の選択をＳＥＭを用いて精度良く且つ容易に行
うことができる。
保持したまま探針４１を移動させることができ、これに
よりＳＥＭ画像中において試料３３の表面の任意の箇所
及び探針４１を明瞭な像状態にて捕らえることができる
。更に、前述したように試料ステージ２５によって試料
３３をワーキングデイスタンスを一定に保持したまま任
意に移動することができるので、試料３３のＳＥＭ像を
明瞭に保持したままＳＴＭで測定したい試料３３の測定
箇所を任意に探針４１の先端部位置まで移動させること
ができる。従って、ＳＴＭで測定しようとする試料表面
上の箇所の選択をＳＥＭを用いて精度良く且つ容易に行
うことができる。
またＳＴＭで測定しようきする試料表面の箇所の位置に
関しては、探針４１を試料３３の表面にトンネル効果が
生じるまで接近させた時にはＳＥＭ画像中の探針像の先
端をほぼ測定位置とみなすことができ、探針４１を試料
３３の表面から離したときには、離した距離はピエゾア
クチュエータ５２．５５への印加電圧から求めることが
できるので、この距離と、ＳＥＭ画像の倍率を考慮して
ＳＥＭ画像中で得られる探針像の先端と試料表面との距
離とから求めることができる。
関しては、探針４１を試料３３の表面にトンネル効果が
生じるまで接近させた時にはＳＥＭ画像中の探針像の先
端をほぼ測定位置とみなすことができ、探針４１を試料
３３の表面から離したときには、離した距離はピエゾア
クチュエータ５２．５５への印加電圧から求めることが
できるので、この距離と、ＳＥＭ画像の倍率を考慮して
ＳＥＭ画像中で得られる探針像の先端と試料表面との距
離とから求めることができる。
次に、試料ステージ２５のＸステージ２６及びＸステー
ジ２８、ＳＥＭステージ２３のＸステージ６１及びＹス
テージ６３のそれぞれを動かすための構造及び動かし方
を説明する。
ジ２８、ＳＥＭステージ２３のＸステージ６１及びＹス
テージ６３のそれぞれを動かすための構造及び動かし方
を説明する。
先ず試料ステージ２５について説明する。第３図に示さ
れるように、Ｘステージ２６はＸ摘み７の回転によって
動かされる。Ｘ摘み７は、その軸７１にユニバーサルジ
ヨイント７２を結合し、このユニバーサルジヨイント７
２に他のユニバーサルジヨイント７３を結合する。ユニ
バーサルジヨイント７２と７３の間には距離の変化を吸
収する伸縮機構７４が設けられる。ユニバーサルジヨイ
ント７３には連結軸７５が結合され、連結軸７５は、支
持板７６に装着されたベアリング７７及び７８によって
支持されている。支持板７６はＳＥＭステージ２３のＹ
ステージ６３に固設されている。連結軸７５の先端には
バー７９が備えられ、駆動軸８０のフォーク部８０ａに
バー７９を係合させて駆動軸８０を回転させる。駆動軸
８０の外周面には雄ネジ８０ｂが形成され、これが８１
Ｍベース２４に固定された雌ネジ台８１の雌ネジと螺合
し、これらの螺合関係により駆動軸８０が回転して軸方
向に移動しＸステージ２６を押すことによってＸ方向に
移動させる。反対方向への移動は図示しないバネによっ
て行う。また、ＳＴＭによる測定を行っている最中には
、バー７９とフォーク部８０ａとを離しておき、試料室
３から試料ステージ２５に伝わる振動を遮断しておく。
れるように、Ｘステージ２６はＸ摘み７の回転によって
動かされる。Ｘ摘み７は、その軸７１にユニバーサルジ
ヨイント７２を結合し、このユニバーサルジヨイント７
２に他のユニバーサルジヨイント７３を結合する。ユニ
バーサルジヨイント７２と７３の間には距離の変化を吸
収する伸縮機構７４が設けられる。ユニバーサルジヨイ
ント７３には連結軸７５が結合され、連結軸７５は、支
持板７６に装着されたベアリング７７及び７８によって
支持されている。支持板７６はＳＥＭステージ２３のＹ
ステージ６３に固設されている。連結軸７５の先端には
バー７９が備えられ、駆動軸８０のフォーク部８０ａに
バー７９を係合させて駆動軸８０を回転させる。駆動軸
８０の外周面には雄ネジ８０ｂが形成され、これが８１
Ｍベース２４に固定された雌ネジ台８１の雌ネジと螺合
し、これらの螺合関係により駆動軸８０が回転して軸方
向に移動しＸステージ２６を押すことによってＸ方向に
移動させる。反対方向への移動は図示しないバネによっ
て行う。また、ＳＴＭによる測定を行っている最中には
、バー７９とフォーク部８０ａとを離しておき、試料室
３から試料ステージ２５に伝わる振動を遮断しておく。
Ｘステージ２８はｙ摘み８によって動かされ、その構造
について、第３図に示されるように駆動軸８２のフォー
ク部８２ａと係合する所までの構造は前記のＸステージ
２６の場合の構造と同じである。その先の構造は第４図
に示されるように異なる。第４図は、第２図に示した試
料ステージ２５の部分断面平面図である。第３図におい
て、２４ａは８１Ｍベース２４の１つの面、２８はｙス
テージ、３０はホルダ台、３１は試料のホルダ、３２は
押えバネ、３３は試料である。また、８０はＸステージ
２６を動かすための駆動軸、８０ａはそのフォーク部、
８０ｂは雄ネジであり、８１は雌ネジ台である。前記の
駆動軸８２は２個のベアリング８３と８４で支持され、
Ｘステージ２６の側面に固設される。駆動軸８２の他方
の端部にかさ歯車８５が設けられ、このかさ歯車８５は
、ベアリング８６と８７で支持されてＸステージ２６に
固設された変換軸８８の端部のかさ歯車８９に係合され
る。変換軸８８の他方の端部には雄ネジ８８ａが形成さ
れ、この雄ネジ８８ａは、板バネ９０を介してＸステー
ジ２８に固定された雌ネジ台９１に係合している。変換
軸８８の雄ネジ８８ａと雌ネジ台９１の螺合作用によっ
て変換軸８８が回転するとＸステージ２８をＸ方向に移
動させることができる。第５図は第４図中の■−ｖ線断
面図であるが、この図によれば、板バネ９０によるＸス
テージ２８と雌ネジ台９１の取付は関係が明確である。
について、第３図に示されるように駆動軸８２のフォー
ク部８２ａと係合する所までの構造は前記のＸステージ
２６の場合の構造と同じである。その先の構造は第４図
に示されるように異なる。第４図は、第２図に示した試
料ステージ２５の部分断面平面図である。第３図におい
て、２４ａは８１Ｍベース２４の１つの面、２８はｙス
テージ、３０はホルダ台、３１は試料のホルダ、３２は
押えバネ、３３は試料である。また、８０はＸステージ
２６を動かすための駆動軸、８０ａはそのフォーク部、
８０ｂは雄ネジであり、８１は雌ネジ台である。前記の
駆動軸８２は２個のベアリング８３と８４で支持され、
Ｘステージ２６の側面に固設される。駆動軸８２の他方
の端部にかさ歯車８５が設けられ、このかさ歯車８５は
、ベアリング８６と８７で支持されてＸステージ２６に
固設された変換軸８８の端部のかさ歯車８９に係合され
る。変換軸８８の他方の端部には雄ネジ８８ａが形成さ
れ、この雄ネジ８８ａは、板バネ９０を介してＸステー
ジ２８に固定された雌ネジ台９１に係合している。変換
軸８８の雄ネジ８８ａと雌ネジ台９１の螺合作用によっ
て変換軸８８が回転するとＸステージ２８をＸ方向に移
動させることができる。第５図は第４図中の■−ｖ線断
面図であるが、この図によれば、板バネ９０によるＸス
テージ２８と雌ネジ台９１の取付は関係が明確である。
また第３図に示されるように、８１Ｍベース２４はロッ
ク摘み９を回転することにより、支持板７６に形成され
た雌ネジ（図示せず）とロック棒９２の雄ネジ９２ａと
の螺合作用に基づきロック棒９２を軸方向に移動させる
ことができる。この作用によって、このロック棒９２の
先端、！：ＳＥＭステージ２３のＹステージ６３に固設
したストッパ部材９３とによって、８１Ｍペース２４を
挟ミ、８１Ｍベース２４を固定することができる。この
構成は、ＳＥＭで観察を行うときに試料３３と探針の揺
れに起因する像のぼけをなくすために採用されるもので
ある。
ク摘み９を回転することにより、支持板７６に形成され
た雌ネジ（図示せず）とロック棒９２の雄ネジ９２ａと
の螺合作用に基づきロック棒９２を軸方向に移動させる
ことができる。この作用によって、このロック棒９２の
先端、！：ＳＥＭステージ２３のＹステージ６３に固設
したストッパ部材９３とによって、８１Ｍペース２４を
挟ミ、８１Ｍベース２４を固定することができる。この
構成は、ＳＥＭで観察を行うときに試料３３と探針の揺
れに起因する像のぼけをなくすために採用されるもので
ある。
次にＳＥＭステージ２３について説明する。Ｘステージ
６１を動かす構造は、第３図に示すようにＸ摘み１０と
ユニバーサルジヨイント１０１及び１０２とによって構
成され、Ｘ摘み１ｏを回転させることにより連結部分を
介して駆動軸１０３を回転させる。ユニバーサルジヨイ
ント１０１及び１０２による連結部分の構成は前記のＸ
摘み７で説明した構成と同じである。駆動軸１−０３の
外周面には雄ネジが形成され、この雄ネジがメインベー
ス２２に固定された雌ネジ台１０４に螺合している。こ
の螺合関係により駆動軸１０３を軸方向に移動させ、Ｘ
ステージ６１を押してこれを移動させる。反対方向に移
動させるときには、図示しないバネで引張状態にしであ
るので、駆動軸１０３が逆回転するようにＸ摘み１０を
回転させることにより行うことができる。
６１を動かす構造は、第３図に示すようにＸ摘み１０と
ユニバーサルジヨイント１０１及び１０２とによって構
成され、Ｘ摘み１ｏを回転させることにより連結部分を
介して駆動軸１０３を回転させる。ユニバーサルジヨイ
ント１０１及び１０２による連結部分の構成は前記のＸ
摘み７で説明した構成と同じである。駆動軸１−０３の
外周面には雄ネジが形成され、この雄ネジがメインベー
ス２２に固定された雌ネジ台１０４に螺合している。こ
の螺合関係により駆動軸１０３を軸方向に移動させ、Ｘ
ステージ６１を押してこれを移動させる。反対方向に移
動させるときには、図示しないバネで引張状態にしであ
るので、駆動軸１０３が逆回転するようにＸ摘み１０を
回転させることにより行うことができる。
Ｙステージ６３を動かすための構造については、駆動軸
１０５を回転させるまでの構造はＸステージの場合と同
じである。駆動軸１０５の外周面には雄ネジが形成され
、この雄ネジは第６図に示されるようにてこ１０６の一
端に形成された酸ネジ部に螺合されている。てこ１０６
はＸステージ６１に固定された支持ブロック１０７に設
けられた軸１０８に嵌合されている。駆動軸１０５がＹ
摘み１１の回転に対応して回転すると、雄ネジと雌ネジ
の螺合作用によりてこ１−０６は軸１０８の回りに回転
し、てこ１０６の他端に設けられた突起部１０９で押し
てＹステージ６３をＹ方向に移動させる。反対方向に移
動させる場合にはＸステージの場合と同様に図示しない
バネで引き戻すように構成される。
１０５を回転させるまでの構造はＸステージの場合と同
じである。駆動軸１０５の外周面には雄ネジが形成され
、この雄ネジは第６図に示されるようにてこ１０６の一
端に形成された酸ネジ部に螺合されている。てこ１０６
はＸステージ６１に固定された支持ブロック１０７に設
けられた軸１０８に嵌合されている。駆動軸１０５がＹ
摘み１１の回転に対応して回転すると、雄ネジと雌ネジ
の螺合作用によりてこ１−０６は軸１０８の回りに回転
し、てこ１０６の他端に設けられた突起部１０９で押し
てＹステージ６３をＹ方向に移動させる。反対方向に移
動させる場合にはＸステージの場合と同様に図示しない
バネで引き戻すように構成される。
第２図に示すように、８１Ｍベース２４では前記で説明
した通り直角に交わる２つの面２４ａ及び２４ｂのそれ
ぞれに試料ステージとＳＴＭ構成部分を設置した構成に
している。この８１Ｍベース２４に対してＳＥＭの対物
レンズ２１は臨むように配設されるが、対物レンズ２１
の先部はコニカル形状に形成されているため、対物レン
ズ２１の先部を試料３３に接近させて配置することがで
きる。この配置構造によりワーキングデイスタンスは小
さくなり、試料３３及び探針４１に対するＳＥＭによる
観察の分解能が高くなり、ＳＴＭによる測定箇所の選択
が精度良く行うことができる。
した通り直角に交わる２つの面２４ａ及び２４ｂのそれ
ぞれに試料ステージとＳＴＭ構成部分を設置した構成に
している。この８１Ｍベース２４に対してＳＥＭの対物
レンズ２１は臨むように配設されるが、対物レンズ２１
の先部はコニカル形状に形成されているため、対物レン
ズ２１の先部を試料３３に接近させて配置することがで
きる。この配置構造によりワーキングデイスタンスは小
さくなり、試料３３及び探針４１に対するＳＥＭによる
観察の分解能が高くなり、ＳＴＭによる測定箇所の選択
が精度良く行うことができる。
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、ＳＥＭ
の試料室において、試料を取付けた試料ステージと探針
やインチワーム等からなるＳＴＭの構成部分とをＳＥＭ
ステージ上に配設し、試料ステージ及びＳＥＭステージ
をＳＥＭの電子ビームに対しそれぞれ所定角度の面内で
移動できるように構成し且つワーキングデイスタンスを
一定に保持したまま試料及び探針をそれぞれ独立に且つ
任意に移動させることができるように構成したため、試
料表面上のＳＴＭで観察したい箇所を容易に且つ精度良
く選択することができる。また比較的に小さい倍率では
ＳＥＭにより観察し、またＳＴＭはＳＥＭの最高倍率の
１桁又は２桁大きい倍率で試料を観察することができる
ので高い倍率による観察はＳＴＭで行うようにし、かか
る構成によって試料の同じ箇所を広い範囲の倍率を利用
して観察することができる。
の試料室において、試料を取付けた試料ステージと探針
やインチワーム等からなるＳＴＭの構成部分とをＳＥＭ
ステージ上に配設し、試料ステージ及びＳＥＭステージ
をＳＥＭの電子ビームに対しそれぞれ所定角度の面内で
移動できるように構成し且つワーキングデイスタンスを
一定に保持したまま試料及び探針をそれぞれ独立に且つ
任意に移動させることができるように構成したため、試
料表面上のＳＴＭで観察したい箇所を容易に且つ精度良
く選択することができる。また比較的に小さい倍率では
ＳＥＭにより観察し、またＳＴＭはＳＥＭの最高倍率の
１桁又は２桁大きい倍率で試料を観察することができる
ので高い倍率による観察はＳＴＭで行うようにし、かか
る構成によって試料の同じ箇所を広い範囲の倍率を利用
して観察することができる。
第１図は本発明の一実施例を示すＳＴＭを組み込んだＳ
ＥＭの正面を示す外観図、第２図は試料室の内部構造を
示す正面図、第３図は試料室の内部構造を示す側面図、
第４図は試料ステージの平面図、第５図は第４図中のＶ
−Ｖ線断面図、第６図は第３図中の要部平面図である。 〔符号の説明〕 ２・・・・・ ３・・−・會 ５・・・・・ ７・・・ｅ・ ８・・・・φ ９・・−−・ １−０・・・− １１・・・・ ２」−・・・・ ２２・・φ・ ２３・・・・ ２４４・・・ ２５・・・・ ３３・・・・ ３４鳴・・− ４１・・・ψ ・銃筒 ・試料室 ・架台 ・Ｘ摘み ・ｙ摘み ・ロック摘み ・Ｘ摘み ・Ｙ摘み ・対物レンズ ・メインベース ・ＳＥＭステージ 拳ＳＴＭベース ・試料ステージ ・試料 ・電子ビーム ・探針
ＥＭの正面を示す外観図、第２図は試料室の内部構造を
示す正面図、第３図は試料室の内部構造を示す側面図、
第４図は試料ステージの平面図、第５図は第４図中のＶ
−Ｖ線断面図、第６図は第３図中の要部平面図である。 〔符号の説明〕 ２・・・・・ ３・・−・會 ５・・・・・ ７・・・ｅ・ ８・・・・φ ９・・−−・ １−０・・・− １１・・・・ ２」−・・・・ ２２・・φ・ ２３・・・・ ２４４・・・ ２５・・・・ ３３・・・・ ３４鳴・・− ４１・・・ψ ・銃筒 ・試料室 ・架台 ・Ｘ摘み ・ｙ摘み ・ロック摘み ・Ｘ摘み ・Ｙ摘み ・対物レンズ ・メインベース ・ＳＥＭステージ 拳ＳＴＭベース ・試料ステージ ・試料 ・電子ビーム ・探針
Claims (2)
- （１）走査型電子顕微鏡の試料室内に設けられた走査型
電子顕微鏡ステージの上に、探針と、この探針を試料に
対し所定の距離まで接近させる粗動機構と、前記試料の
表面を走査させるため前記探針を移動させる微動機構と
を配設した走査型トンネル顕微鏡において、前記試料を
取付ける試料ステージを備え、この試料ステージは前記
走査型電子顕微鏡の電子ビームと所定の角度をなす面内
で前記試料を移動させる構造を有し、前記走査型電子顕
微鏡ステージは前記電子ビームと直角をなす面内で移動
する構造を有することを特徴とする走査型トンネル顕微
鏡。 - （２）走査型電子顕微鏡の試料室内に設けられた走査型
電子顕微鏡ステージの上に、探針と、この探針を試料に
対し所定の距離まで接近させる粗動機構と、前記試料の
表面を走査させるため前記探針を移動させる微動機構と
を配設した走査型トンネル顕微鏡において、前記試料を
取付け、前記走査型電子顕微鏡の電子ビームと所定の角
度をなす面内で前記試料を移動させる構造を有する試料
ステージと、前記探針を取付けた前記微動機構を備える
前記粗動機構と、前記走査型電子顕微鏡の対物レンズに
対向するように配置された直交する２つの面を有し、一
方の面に前記試料ステージが配置され、他方の面に前記
粗動機構が配置された走査型トンネル顕微鏡ベースと、
この走査型トンネル顕微鏡ベースを載置し、前記電子ビ
ームと直角をなす面内で移動する構造を有する前記走査
型電子顕微鏡ステージとからなることを特徴とする走査
型トンネル顕微鏡。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2118058A JP2549746B2 (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | 走査型トンネル顕微鏡 |
| US07/696,787 US5256876A (en) | 1990-05-08 | 1991-05-07 | Scanning tunnel microscope equipped with scanning electron microscope |
| DE69117215T DE69117215T2 (de) | 1990-05-08 | 1991-05-08 | Rastertunnelmikroskop |
| EP91107547A EP0461393B1 (en) | 1990-05-08 | 1991-05-08 | Scanning tunnel microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2118058A JP2549746B2 (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0413904A true JPH0413904A (ja) | 1992-01-17 |
| JP2549746B2 JP2549746B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=14726974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2118058A Expired - Lifetime JP2549746B2 (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5256876A (ja) |
| EP (1) | EP0461393B1 (ja) |
| JP (1) | JP2549746B2 (ja) |
| DE (1) | DE69117215T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP3184675B2 (ja) * | 1993-09-22 | 2001-07-09 | 株式会社東芝 | 微細パターンの測定装置 |
| US5455420A (en) * | 1994-07-12 | 1995-10-03 | Topometrix | Scanning probe microscope apparatus for use in a scanning electron |
| JP3537194B2 (ja) * | 1994-10-17 | 2004-06-14 | オリンパス株式会社 | 光学顕微鏡 |
| US5726454A (en) * | 1996-05-03 | 1998-03-10 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Tripod for polishing a sample and for viewing the sample under a microscope |
| US6369397B1 (en) | 1999-01-04 | 2002-04-09 | International Business Machines Corporation | SPM base focal plane positioning |
| DE102004058483B4 (de) * | 2003-12-05 | 2009-12-17 | Hitachi High-Technologies Corp. | Vorrichtung zur Untersuchung von Produkten auf Fehler, Messfühler-Positionierverfahren und Messfühler-Bewegungsverfahren |
| CN101625303B (zh) * | 2009-04-14 | 2012-06-06 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种真空原子力显微镜及其使用方法 |
| RU2419089C1 (ru) * | 2009-08-11 | 2011-05-20 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Способ формирования изображения топографии поверхности объекта |
| USD695801S1 (en) * | 2012-01-11 | 2013-12-17 | Mark J. Hagmann | Test fixture for scanning probe microscopy |
| DE112014002974T5 (de) | 2013-06-24 | 2016-06-09 | Dcg Systems, Inc. | Sondenbasierendes Datensammelsystem mit adaptiver Sonden-Untersuchung gesteuert durch lokale Eigenschaften der Probe |
| WO2015200724A1 (en) | 2014-06-25 | 2015-12-30 | Dcg Systems, Inc. | Apparatus and method for nanoprobing of electronic devices |
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| JPS643502A (en) * | 1987-06-25 | 1989-01-09 | Seiko Instr & Electronics | Scanning type tunnel microscope |
| JPS6459954A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-07 | Nec Corp | Semiconductor integrated circuit |
| JPH01110204A (ja) * | 1987-10-23 | 1989-04-26 | Jeol Ltd | 電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡 |
| JPH0687003B2 (ja) * | 1990-02-09 | 1994-11-02 | 株式会社日立製作所 | 走査型トンネル顕微鏡付き走査型電子顕微鏡 |
-
1990
- 1990-05-08 JP JP2118058A patent/JP2549746B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-05-07 US US07/696,787 patent/US5256876A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-08 DE DE69117215T patent/DE69117215T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-08 EP EP91107547A patent/EP0461393B1/en not_active Expired - Lifetime
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| JPS63228556A (ja) * | 1987-03-18 | 1988-09-22 | Hitachi Ltd | 走査電子顕微鏡およびその試料台移動方法 |
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| JPH01159954A (ja) * | 1987-12-15 | 1989-06-22 | Jeol Ltd | 透過型電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5256876A (en) | 1993-10-26 |
| JP2549746B2 (ja) | 1996-10-30 |
| DE69117215T2 (de) | 1997-01-23 |
| DE69117215D1 (de) | 1996-03-28 |
| EP0461393B1 (en) | 1996-02-21 |
| EP0461393A1 (en) | 1991-12-18 |
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