DE69215030T2 - Tunnel/Atomkraft-Rastermikroskop kombiniert mit optischem Mikroskop - Google Patents

Tunnel/Atomkraft-Rastermikroskop kombiniert mit optischem Mikroskop

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verbundmikroskop, bestehend aus einer Kombination aus einem Rastertunnelmikroskop (STM = Scanning Tunnel Microscope), einem Atomkraftmikroskop (AFM = Atomic Force Microscope) und einem optischen Mikroskop.
    • Zugehöriger Stand der Technik
  • In den vergangenen Jahren wurden durch erhebliche Aktivitäten Rastertunnelmikroskope und Atomkraftmikroskope entwickelt, bei denen eine Sonde in der Nähe der Oberfläche einer Probe gebracht, letztere abgetastet und ein Tunnelstrom oder eine zwischen Sonde und Probe wirkende Atomkraft abgetastet wird, um dadurch die Feinstruktur der Probenoberfläche zu betrachten.
  • Das Funktionsprinzip des Atomkraftmikroskops (im folgenden: AFM) nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 10 der begleitenden Zeichnungen kurz erläutert werden. Von einer Lichtquelle 71 abgegebenes Licht wird von einer Kollimatorlinse 72 gesammelt, bildet auf der reflektierenden Oberfläche eines freitragenden Arms 73 einen Fleck und wird an dieser reflektiert. Das reflektierte Licht wird von einem Detektor 74 empfangen. Eine Probe 75 wird von einem auf einer Z-Bühne 115a gelagerten Abtaster 76 in Schwingungen versetzt. Die Neigung des freitragenden Arms 73 in Bezug auf die auf einem Probenhalter 77 befindliche Probe 75, verursacht durch die Atomkraft, wird auf dem Detektor 74 als Abweichung der Lichtempfangsstelle erfaßt. Die Schwankung der Lichtempfangsstelle wird umgesetzt in eine Änderung der relativen Entfernung zwischen der Probe 75 und dem freitragenden Arm 73.
  • Die Betrachtungsfläche des AFM wird bestimmt durch den Schwingungshub des Abtasters 76 und beträgt daher nur einige µm. Um also einen speziellen Punkt auf einer breiten Probe zu untersuchen, ist es notwendig, nacheinander Meßpunkte zu bewegen, was beträchtliche Beobachtungs-Zeit bedeutet. Selbst wenn der Versuch unternommen wird, die Meßpunkte vorab mit Hilfe eines optischen Mikroskops oder dergleichen einzuschränken, wie dies aus der EP-A-0 394 962 bekannt ist, so war dies bei dem herkömmlichen AFM deshalb besonders schwierig, weil die Lichtquelle 71 und der Detektor 74 davon abhielten.
  • Andererseits wurde als zum Stand der Technik gehöriges Rastertunnelmikroskop (im folgenden: STM) gemäß Figur 11 der Zeichnung ein Koaxialtyp-Rastertunnelmikroskop mit Koaxialaufbau entwickelt, mit dem ein STM-Abtaster 116 außerhalb eines optischen Betrachtungssystems vorgesehen ist, welches mit dem Objektiv 112 eines optischen Mikroskops ausgestattet ist. Bei diesem Mikroskop wurde versucht, eine Probe 117 auf einer Z-Bühne 115b zunächst mit Hilfe einer Bildaufnahmeeinrichtung 111 des optischen Mikroskops zu betrachten und die Lage einer an einem Sondenhalter 113 des STM fixierten Sonde 114 zu ermitteln, um auf diese Weise einen Meßpunkt festzulegen.
  • Außerdem wurde gemäß Figur 12 der Zeichnungen ein Koaxialtyp-Rastertunnelmikroskop der in der US-A-4 999 495 gezeigten Art vorgeschlagen, welches einen STM-Abtaster 116 in einem Durchbrechungsloch des Objektivs 118 eines ein Durchgangsloch aufweisenden optischen Mikroskops angeordnet ist.
  • Hinsichtlich des Steuerverfahrens und des Algorithmus' für die Beobachtungsdaten sind das AFM und das STM einander sehr ähnlich, und folglich wurde gemäß Figur 13 der beigefügten Zeichnung eine Vorrichtung entwickelt, in der elektrische Steuersysteme wie zum Beispiel ein I/V-Verstärker 119, eine Rückkopplungsschaltung 120, ein Hochspannungsverstärker 121 und eine Anzeige 122 gemeinsam verwendet werden. In dieser Vorrichtung werden lediglich ein Detektorsystem und ein Treibersystem durch Schalter 123 und 124 umgeschaltet, um das STM und das AFM selektiv zu betreiben.
  • Wie oben erläutert wurde, beträgt bei dem herkömmlichen AFM die Betrachtungsfläche einige µm, und um einen Bereich von einigen µm aus einer großen Fläche herauszufinden, beispielsweise aus einer organischen Probe, war es nötig, Meßbereiche von mehreren µm nacheinander zu durchlaufen, um einen gewissen Punkt auf der Zielprobe aufzufinden. Dies nahm sehr lange Zeit in Anspruch.
  • Außerdem war bei einem Koaxialtyp-Rastertunnelmikroskop, bei dem das herkömmliche STM und ein optisches Mikroskop koaxial miteinander angeordnet waren, eine Sonde im Mittelbereich des optischen Mikroskops angeordnet, so daß die räumliche Schwierigkeit bestand, die Lichtquelle des AFM und einen Detektor anzuordnen.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verbund-Mikroskop zu schaffen, welches in der Lage ist, selektiv ein AFM oder ein STM zu verwenden, und welches die Möglichkeit bietet, eine Probe für das AFM oder das STM mit Hilfe eines optischen Mikroskops zu betrachten.
  • Erfindungsgemäß ist ein Verbund-Mikroskop so aufgebaut, daß ein Rastertunnelmikroskop mit einer austauschbaren Sonde und ein optisches Mikroskop mit einem Objektiv koaxial zueinander angeordnet sind und außerdem ein Atomkraftmikroskop mit einem freitragenden Arm vorgesehen ist, wobei die Sonde und der freitragende Arm selektiv unterhalb des Objektivs angeordnet werden.
  • Das Rastertunnelmikroskop mit der austauschbaren Sonde und das optische Mikroskop mit dem Objektiv sind koaxial derart angeordnet, daß die axiale Richtung der Sonde und die axiale Richtung des Objektivs miteinander übereinstimmen können. Außerdem befindet sich das den freitragenden Arm aufweisende Atomkraftmikroskop in einer solchen Anordnung, daß der freitragende Arm unterhalb des Objektivs liegen kann. Die Sonde und der freitragende Arm werden selektiv angeordnet. Wenn folglich das AFM im Einsatz ist, wird die Sonde entfernt und der freitragende Arm angesetzt, wodurch das AFM und das optische Mikroskop einsetzbar werden und die Probe mit Hilfe des optischen Mikroskops betrachtet und die AFM-Betrachtung eingestellt wird, woraufhin die Probe mit Hilfe des AFM betrachtet werden kann. Wenn andererseits das STM verwendet wird, wird der freitragende Arm entfernt und die Sonde angebracht, wodurch man die Probe mit Hilfe des STM betrachten und gleichzeitig auch die Probe mit dem optischen Mikroskop beobachten kann.
  • Bei einem Verbund-Mikroskop, welches ein STM oder ein AFM in Verbindung mit einem optischen Mikroskop aufweist, wie es bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, wird bevorzugt, daß eine vorbestimmte Lagebeziehung zwischen der Sonde des STM oder der Spitze des freitragenden Arms des AFM einerseits und der optischen Achse des optischen Mikroskops andererseits eingestellt wird. Beispielsweise werden in einem Verbundmikroskop mit STM und einem optischen Mikroskop die optische Achse des optischen Mikroskops und die Achse der Sonde des STM auf die gemeinsame Achse eingestellt, wodurch eine Probe und die Sonde des STM in demselben Gesichtsfeld betrachtet werden können. Folglich läßt sich die Ausrichtung der Probe und die Betrachtung der Sondenspitze einfach erreichen. Ferner werden in einem Verbundmikroskop, welches ein AFM und ein optisches Mikroskop umfaßt, die optische Achse des optischen Mikroskops und die Spitze des freitragenden Arms des AFM miteinander in Übereinstimmung gebracht, wodurch es möglich wird, die Betrachtungsfläche des AFM auf der Probe festzulegen. Hierdurch wird eine effiziente Beobachtung ermöglicht.
  • Allerdings wurde für eine solche Einstellung eine Lagerungenauigkeit im Mikrometerbereich erforderlich, was sehr schwierige Arbeit bedeutete. Insbesondere dann, wenn das AFM und das STM wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel selektiv eingesetzt werden, wird das Ansetzen oder das Absetzen des freitragenden Arms des AFM und der Sonde des STM in der oben geschilderten Weise notwendig, so daß das Erfordernis besteht, die Lagebeziehung einzustellen, wodurch die Effizienz der Anordnung sehr gering wird.
  • Im optischen Mikroskopteil ist eine Photoaufnahmeeinrichtung vorgesehen, um zumindest einen Teil eines durch die Optik des optischen Mikroskops gebildeten Abbildes zu photographieren und zu einem Betrachtungsbild zu machen, wobei eine Ausrichteinrichtung diese photo-graphische Aufnahmeeinrichtung in einer Richtung senkrecht zur Richtung der optischen Achse bewegt. Durch Bewegen der photographischen Aufnahmeein-richtung in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse des optischen Mikros-kops läßt sich das Bild der Spitze der Sonde des STM mit jeder Stellung des Betrachtungsbildes ausrichten. In der gleichen Weise läßt sich außerdem die Betrachtungsweise des AFM im Beobachtungsbild des optischen Mikroskops bestätigen.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Figur 1 zeigt den Aufbau der wesentlichen Teile eines Verbundmikroskops gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei angesetztem freitragendem Arm für ein AFM.
  • Figur 2 zeigt den Aufbau der wesentlichen Teile des Verbundmikroskops gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung bei angesetzter Sonde für ein STM.
  • Figur 3 zeigt den Aufbau der wesentlichen Teile der Grundvorrichtung des Verbundmikroskops gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • Figur 4 zeigt den Aufbau der AFM-Einheit des Verbundmikroskops gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • Figur 5 ist eine Teil-Querschnittansicht, welche die wesentlichen Teile eines Verbundmikroskops gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Figur 6 ist eine weitere Querschnittansicht, welche wesentliche Teile des Verbundmikroskops gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Figur 7 ist eine schematische Ansicht des Betrachtungsfeldes und der Spitze einer Sonde in dem Verbundmikroskop gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung.
  • Figur 8 ist eine Teil-Querschnittansicht des Aufbaus eines weiteren Beispiels des Verbundmikroskops gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung.
  • Figur 9 ist eine Querschnittansicht des Aufbaus eines weiteren Beispiels des Verbundmikroskops gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung.
  • Figur 10 zeigt den Aufbau herkömmlichen AFM.
  • Figur 11 zeigt den Aufbau eines herkömmlichen STM.
  • Figur 12 zeigt den Aufbau eines herkömmlichen STM.
  • Figur 13 zeigt den Aufbau einer herkömmlichen Apparatur, in der ein AFM und ein STM selektiv verwendet werden.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBELSPIELE
  • Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
  • Ein Verbundmikroskop gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 1, 2, 3 und 4 erläutert werden. Figur 1 zeigt den Aufbau der wesentlichen Teile des Verbundmikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wobei ein freitragender Arm 13 für das AFM in Stellung gebracht ist. Figur 2 zeigt den Aufbau der wesentlichen Teile des Verbundmikroskops, wenn eine Sonde für das STM in Stellung gebracht ist. Figur 3 zeigt den Aufbau der wesentlichen Teile der Grundvorrichtung des Verbundmikroskops. Figur 5 zeigt den Aufbau der AFM-Einheit des Verbundmikroskops. Das Verbundmikroskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist im wesentlichen aufgebaut durch Kombinieren eines optischen Mikroskops, hauptsächlich bestehend aus einer Bildaufnahmeeinrichtung 22 und einem Objektiv 21, eines STM, bestehend hauptsächlich aus einem Abtaster 18 für das STM, einem Sondenhalter 20 und einer Sonde 25, und eines AFM, hauptsächlich bestehend aus einer Lichtquelle 11, einer Kollimatorlinse 12a, einer Abbildungslinse 12b, einem freitragenden Arm 13, einem Detektor 14, einem Probenhalter 15 für das AFM, einem Abtaster 16 für das AFM und einer Z-Bühne 19.
  • Das Objektiv 21 ist mit einem Durchgangsloch 21a ausgestattet, in dem sich ein Abtaster 18 für das STM befindet. Der Abtaster 18 des STM steht in Verbindung mit dem Sondenhalter 20, an welchem die Sonde 25 abnehmbar angesetzt ist. Die Lichtquelle 11 und die Kollimatorlinse 12a für das AFM sind schräg in Bezug auf die Außenseite des Objektivs angeordnet, und der Detektor 14 befindet sich in Schräglage auf der der Lichtquelle 11 gegenüberliegenden Seite, um von dem freitragenden Arm 13 reflektiertes Licht zu empfangen. Wie in Figur 4 gezeigt ist, sind diese Elemente zu einer Einheit zusammengefaßt, die in Bezug auf die in Figur 3 gezeigte Grundvorrichtung montiert und abgenommen werden kann. Die Z-Bühne 19, welche die Probe 17 in die Nähe der Fläche bringt, in der die Atomkraft der Probe 17 auf den freitragenden Arm 13 einwirkt, ist mit einer Ausnehmung 19a ausgestattet, in der sich der Abtaster 16 für das AFM befindet. Der Abtaster 16 für das AFM bringt die auf dem Probenhalter 15 befindliche Probe 17 zum Schwingen.
  • Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Figur 1 der Vorgang beschrieben werden, wenn die Betrachtung durch das AFM und das optische Mikroskop mit Hilfe des Verbundmikroskops gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel geschieht. Hierbei befindet sich der Abtaster 18 für das STM in dem Objektiv 21 des optischen Mikroskops, wird allerdings für den AFM-Betrieb nicht verwendet. Das Objektiv 21 und die Bildaufnahmeeinrichtung 22 des optischen Mikroskops werden sowohl für den AFM-Betrieb als auch bei dem Betrachten der Probe 17 verwendet.
  • Von der Lichtquelle 11 abgegebenes Licht wird von der Kollimatorlinse 12 gebündelt und anschließend von einer Abbildungslinse zu einem Fleck geformt und auf den freitragenden Arm 13 für die AFM gelenkt, der sich an der Stelle befindet, an der sich sonst die Sonde für das STM befände. Das von dem freitragenden Arm 13 reflektierte Licht wird von dem Detektor 14 aufgenommen. Die Probe 17 befindet sich auf dem AFM-Probenhalter 15 auf dem AFM-Abtaster 16. Hierbei liegen der freitragende Arm 13 und die Probe 17 in der Brennebene des Objektivs 21 des optischen Mikroskops und können von der Bildaufnahmeeinrichtung 22 abgebildet und gleichzeitig betrachtet werden. Jede durch einen Betriebsfehler oder dergleichen verursachte Abweichung des freitragenden Arms aus der Brennebene läßt sich mit einem (nicht gezeigten) Mechanismus zum vertikalen Bewegen des Objektivs 21 auf die Brennebene nachjustieren.
  • Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Figur 2 der Vorgang erläutert werden, bei dem die Betrachtung des STM und des optischen Mikroskops mit Hilfe des Verbundmikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfolgt. Der freitragende Arm 13 wird hierzu entfernt, und die Sonde 25 des STM wird an dem Sondenhalter 20 angesetzt. Die Sonde 25 wird von dem Abtaster 18 des STM zu einer Rasterabtastung veranlaßt. Der Abtaster 16 für das AFM ist in die Z-Bühne 19 eingebettet, und indem man einen Probenhalter 26 für das STM auf der Z-Bühne 19 auflegt und darauf die Probe 17 legt, ist eine Betrachtung ohne Behinderung möglich. Man kann auch den Abtaster für das AFM entfernen.
  • Ferner bleiben die Lichtquellen 11, die Kollimatorlinse 12a, die Abbildungslinse 12b und der Detektor 14 für das AFM am Gerät angeordnet, ohne daß eine Behinderung bei der Betrachtung mit dem STM und dem optischen Mikroskop stattfindet. Natürlich können diese Teile auch entfernt werden.
  • Während der Betrachtung des STM läßt sich durch vertikales Bewegen des Objektivs 21 dessen Brennebene auf die Probe 17 und die Spitze der Sonde 25 einstellen, und man kann die Probe mit Hilfe der Bildaufnahmeeinrichtung 22 zur Betrachtung aufnehmen.
  • Wie oben ausgeführt, befindet sich bei der ersten Ausführungsform der Erfindung der Abtaster 18 für das STM in einem Durchgangsloch 21a des Objektivs 21 des optischen Mikroskops, und wenn die Sonde 25 nicht angesetzt ist, steht Raum in der Nähe des Brennpunktes des optischen Mikroskops zur Verfügung, so daß dort der freitragende Arm des AFM angeordnet werden kann.
  • Die Steuersysteme des AFM und des STM sind im wesentlichen die gleichen und können deshalb ohne nennenswerte Abänderungen gemeinsam verwendet werden.
  • Der Abtaster für das AFM in der Ausnehmung der Z-Bühne 19 stellt kein Hindernis bei der Betrachtung des STM dar.
  • Anhand der Figuren 5 und 6 wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Figur 5 ist eine Schnittansicht, die Teile eines Verbundmikroskops der vorliegenden Ausführungsform zeigt und einen Zustand darstellt, in welchem ein freitragender Arm des AFM entfernt und eine Sonde 214 für das STM angebracht ist. Im unteren Abschnitt des Verbundmikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind eine Objektivlinseneinheit 217, bestehend aus den Objektiven 217a und 217b eines optischen Mikroskops, und ein Linsentubus 217c angeordnet. Der Linsentubus 217c ist an der Stütze 218 des optischen Mikroskops befestigt. In dem Mittelteil des Objektivs 217b ist ein Durchgangsloch ausgebildet, und in diesem Loch befindet sich ein röhrchenförmiger Abtaster 216 für das STM. Dieser röhrchenförmige Abtaster 216 ist an der Stütze 219 des STM gelagert. Ein Sondenhalter 215 ist am Ende des röhrchenförmigen Abtasters 216 angesetzt, und an dem Sondenhalter 215 ist eine Sonde 214 befestigt. Die Sonde 214 wird durch den röhrchenförmigen Abtaster 216 in eine Rasterbewegung versetzt.
  • In dem oberen Abschnitt des Verbundmikroskops kann eine photographische Aufnahmeeinrichtung 201 mit einem darin befindlichen CCD-Bildaufnahmeelement 202 auf der Linsenfassung 208 durch eine Kamerahalterung 204 und ein Ausrichtglied 205 hindurch einen Abschnitt des von der Objektiveinheit 217 erzeugten Bildes aufnehmen. Die Kamerahalterung 204 der photographischen Aufnahmeeinrichtung 201 ist an dem Ausrichtglied 205 mittels einer Schraube 205a fixiert, und das Ausrichtglied 205 ist auf der Gleitfläche 208a der Linsenfassung 208 verschieblich. Das heißt: Die Gleitfläche 208a, die Kamerahalterung 204 und das Ausrichtglied 205 bilden zusammen den Verbindungsteil zwischen der Linsenfassung 208 und der photographischen Aufnahmeeinrichtung 201.
  • Figur 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Figur 7. Wie in Figur 6 gezeigt ist, wirkt auf das Ausrichtglied 205 der photographischen Aufnahmeeinrichtung 201 die Kraft einer Feder 206x über eine Einstellvorrichtung 209x ein und wird gegen eine Stellschraube 207x gedrängt, die sich auf der gegenüberliegenden Seite befindet, und sie wird von der Stellschraube 207x in x-Richtung verlagert. In ähnlicher Weise empfängt das Ausrichtglied 205 die Kraft einer Feder 206y über eine Einstelleinrichtung 209y, um gegen eine auf der gegenüberliegenden Seite befindliche Stellschraube 207y gedrängt zu werden, und sie wird durch die Verlagerung der Stellschraube 207y in y-Richtung verschoben.
  • Die Objektiveinheit 217 und die Sonde 214 sind derart ausgerichtet, daß der Brennpunkt der Objektiveinheit 217 mit dem vorderen Ende 214b der Sonde 214 zusammenfallen kann. Außerdem sind sie derart ausgerichtet, daß die optische Achse der Objektiveinheit 217 und die Achse 214a der Sonde 214 im wesentlichen zusammenfallen. Die Bilder des vorderen Endes der Sonde 214 werden von der Objektiveinheit 217 auf der Bildaufnahmefläche 203 des CCD- Bildaufnahmeelementes 202 gebildet. Das von der Objektiveinheit 217 erzeugte Bild ist größer als die Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmeelementes 202, und das Bildaufnahmeelement 202 photographiert einen Ausschnitt des erzeugten Bildes, wodurch die Vergrößerung eines angezeigten Betrachtungsbildes noch weiter gesteigert wird. Der photographierte Ausschnitt des erzeugten Bildes wird von dem Bildaufnahmeelement 202 aufgenommen und gemäß Figur 7 von einem (nicht gezeigten) Bildanzeigegerät dargestellt. In Figur 7 werden das Bild 213 der Oberfläche der Probe und das Bild 211 des vorderen Endes der Sonde in einem Betrachtungsfeld 203a reflektiert, welches von dem Bildaufnahmeelement photographiert wird. Das vordere Ende 214b der Sonde 214 rastert einen Abtastbereich 212 mit Hilfe des röhrchenförmigen Abtasters 216 ab. Wenn also gemäß Figur 7 das vordere Ende 214b der Sonde 214 und die Mitte 203b des Betrachtungsfeldes 203a geringfügig voneinander abweichen, so weicht ein Teil des Abtastbereiches 212 der Sonde 214 von dem Betrachtungsfeld 203a ab, was die Beobachtung behindert.
  • Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß Figur 7 der Abtastbereich 212 des vorderen Endes 214b der Sonde 214 von dem Betrachtungsfeld 203a abweicht, werden die oben erwähnten Stellschrauben 207x und 207y verlagert, um dadurch die photographische Aufnahmeeinrichtung 201 in x- und y-Richtung zu bewegen. Dementsprechend wird das Bildaufnahmeelement 202 in der photographischen Aufnahmeeinrichtung 201 bewegt, so daß der Ausschnitt des durch die Objektiveinheit 217 erzeugten Bildes sich ändert und folglich der Abtastbereich 212 des vorderen Endes 214b der Sonde 214 innerhalb des Betrachtungsfeldes 203a gehalten werden kann.
  • Selbst wenn also in dem Verbundmikroskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform während des Austauschs der Sonde 214 die Achse der Sonde 214 nicht völlig mit der optischen Achse 214a des Objektivs zusammenfällt, können das Zentrum 203b des Betrachtungsfeldes und das Bild 211 des vorderen Endes der Sonde miteinander dadurch in Übereinstimmung gebracht werden, daß die photographische Aufnahmeeinrichtung 201 mit Hilfe der Stellschrauben 207x und 207y bewegt wird. Beim Austausch der Sonde läßt sich also der Vorgang des Zentrierens des vorderen Sondenendes auf die Mitte des Betrachtungsfeldes, der bislang nur mühselig durch Verschieben der Sonde zu bewerkstelligen war, in einfacher Weise durch den Einsatz der Stellschrauben ausführen.
  • Wie in Figur 8 gezeigt ist, können außerdem Magnete 210x und 210y anstelle der Federn 206 vorgesehen sein, und das Ausrichtglied 205 kann an die Stellschrauben 207 durch die Kraft angelegt werden, mit der die Magnete 210x und 210y gegen die Stellschrauben 207x und 207y gezogen werden. Eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Figur 8 ist in Figur 9 dargestellt. Wie aus Figur 9 hervorgeht, wird der in x-Richtung des Ausrichtgliedes 205 angeordnete Magnet 210x gegen die Stellschraube 207x gezogen und verbindet dadurch das Ausrichtglied 205 mit der Stellschraube 207x in x-Richtung. Außerdem wird der in y- Richtung des Ausrichtgliedes 205 angeordnete Magnet 210y gegen die Stellschraube 207y gezogen, wodurch das Ausrichtglied 205 mit der Stellschraube 207y in y-Richtung gekoppelt wird. Durch Verlagern der Stellschrauben 207x und 207y läßt sich also die photographische Aufnahmeeinrichtung 201 in einfacher Weise in x- und y-Richtung bewegen.
  • Die in Figur 8 gezeigten Magnete 210a und 210b ziehen das Ausrichtglied 205 in Richtung Z, um dadurch die photographische Aufnahmeeinrichtung 201 in innigen Kontakt mit der Linsenfassung 208 zu bringen und dadurch die Schräglage der photographischen Aufnahmeeinrichtung einzustellen. In den übrigen Punkten ist der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform ähnlich der der zweiten Ausführungsform und soll daher nicht beschrieben werden.
  • Selbst wenn es zwischen der Achse der Sonde des STM und der optischen Achse des Objektivs des optischen Mikroskops zu einer Abweichung kommt, läßt sich also gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Bild des vorderen Endes der Sonde in einfacher Weise mit dem Zentrum des Betrachtungsfeldes des optischen Mikroskops ausrichten.
  • Die Lagebeziehung zwischen der Sonde des STM und dem Betrachtungsfeld des optischen Mikroskops wurde oben erläutert, und diese Erläuterung gilt auch für den Fall des AFM und des optischen Mikroskops. Im Fall des AFM kann die Spitze des freitragenden Arms mit Hilfe des optischen Mikroskops gesehen werden, wenn aber die Positionen der Spitze des freitragenden Arms und der optischen Achse des Objektivs des optischen Mikroskops in geeigneter Weise eingestellt werden, kann der mit Hilfe des AFM beobachtete Bereich bestätigt werden durch das Betrachtungsfeld des optischen Mikroskops. Wenn also irgendeine Abweichung der Lagebeziehung zwischen dem freitragenden Arm für das AFM und der optischen Achse des Objektivs von dem eingestellten Wert vorhanden ist, läßt sich die Lagebeziehung mit Hilfe der Stellschrauben in der oben erläuterten Weise mühelos nachjustieren.

Claims (7)

1. Verbundmikroskop, in welchem ein Rastertunnelmikroskop mit austauschbarer Sonde (25. 214) und ein optisches Mikroskop mit einem Objektiv (21, 217) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei das Verbundmikroskop ein Atomkraftmikroskop mit einem freitragenden Arm (13) aufweist, die Sonde (25) und der freitragende Arm (13) selektiv unterhalb des Objektivs (21, 217) angeordnet werden können, so daß entweder das Rastertunnelmikroskop oder das Atomkraftmikroskop mit dem optischen Mikroskop kombiniert werden kann.
2. Verbundmikroskop nach Anspruch 1, bei dem der freitragende Arm (13) eine reflektierende Oberfläche besitzt und in der Lage ist, gemäß der detektierten Atomkraft verlagert zu werden, und das Mikroskop außerdem aufweist:
- ein optisches Beleuchtungssystem (11, 12a, 12b) zum Bestrahlen der reflektierenden Oberfläche des freitragenden Arms (13) mit einem Lichtfleck, und
- eine Detektiereinrichtung (14), die das reflektierte Licht von dem Lichtfleck auf der reflektierenden Oberfläche des durch die Atomkraft verlagerten freitragenden Arms (13) empfängt, um das Ausmaß der Verlagerung zu erfassen, wobei das optische Beleuchtungssystem (11, 12a, 12b) derart angeordnet ist, daß es einen Lichtfleck von der Außenseite des optischen Mikroskops auf den freitragenden Arm (13) richtet.
3. Verbundmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, umfassend:
- eine photographische Aufnahmeeinheit (201) zum Photographieren zumindest eines von dem optischen Mikroskop abgebildeten Ausschnitts, der zu einem Betrachtungsbild gemacht wird, und
- eine Ausrichteinrichtung (205) zum Bewegen der photographischen Aufnahmeeinheit (201) in eine Richtung senkrecht zu der axialen Richtung der Sonde (214).
4. Verbundmikroskop nach Anspruch 3, bei dem das optische Mikroskop aufweist:
- eine Linsenfassung (208), die einen Öffnungsabschnitt (21a) aufweist,
- einen Verbindungsabschnitt (204, 205, 208a) zum Lagern der photographischen Aufnahmeeinheit (201) in dem Öffnungsabschnitt mit einem Spiel, welches der photographischen Aufnahmeeinheit (201) eine Bewegung in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Sonde (214) gestattet, und
- eine Reguliereinrichtung (206, 209, 207), die in dem Öffnungsabschnitt vorgesehen ist, um das Spiel zu regulieren und die photographische Aufnahmeeinheit (201) zu fixieren.
5. Verbundmikroskop nach Anspruch 4, bei dem die Reguliereinrichtung (206, 209, 207) die photographische Aufnahmeeinheit (201) an irgendeiner Stelle relativ zu der Linsenfassung (208) innerhalb des Bereiches des Spiels fixiert.
6. Verbundmikroskop nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Reguliereinrichtung (206, 209, 207) um den Öffnungsabschnitt herum angeordnet ist und einen Stellschraubenabschnitt (207) zur Bewegung an der photographischen Aufnahmeeinheit (201) und einen Federabschnitt (206) aufweist, mit dessen Hilfe die photographische Aufnahmeeinheit (201) gegen den Stellschraubenabschnitt (207) vorgespannt wird.
7. Verbundmikroskop nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Reguliereinrichtung (206, 209, 207) um den Öffnungsabschnitt herum angeordnet ist und einen Stellschraubenabschnitt zum Bewegen an der photographischen Aufnahmeeinheit sowie einen Magneten zum Verbinden der photographischen Aufnahmeeinheit mit dem Stellschraubenabschnitt aufweist.
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