JP2696106B2 - 走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents

走査型トンネル顕微鏡

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JP2696106B2 JP32018488A JP32018488A JP2696106B2 JP 2696106 B2 JP2696106 B2 JP 2696106B2 JP 32018488 A JP32018488 A JP 32018488A JP 32018488 A JP32018488 A JP 32018488A JP 2696106 B2 JP2696106 B2 JP 2696106B2
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千加良 宮田
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セイコーインスツルメンツ株式会社
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、他の測定手段で試料の測定位置合わせを行
い、走査型トンネル顕微鏡測定する走査型トンネル顕微
鏡(STM装置)に関するもので、詳しくは、光学的な観
察手段とSTM検出部を複合化したSTM装置に関する。
〔従来の技術〕 STM装置は原子レベルの分解能をもつ装置であるが、
近年、ミクロンメートル領域における表面微細形状の観
察に用いられ始めている。STM装置は分解能が高い反
面、最大観察領域が10μm程度と狭いという特徴があ
る。このため、STM装置だけでは試料の観察したい場所
(例えばキズ等)に観察領域を合わせるのが非常に困難
である。精密試料移動テーブル付のSTM装置(例えば昭
和63年精密工学会秋季大会学術講演論文集907頁〜の
「試料移動ステージ付STM装置の開発」)でも、斜横か
ら概略の位置合わせを行い、後は精密移動テーブルで試
料を微少移動してSTM測定を操り返し、試行錯誤的に位
置合わせを行わざるを得なかった。このため、光学的な
観察手段で試料の希望する測定位置を位置合わせし、こ
の位置へSTM測定領域を位置合わせすることが必要にな
ってきている。
このようなことから、光学的な試料観察手段とSTMと
を複合化して希望する測定位置へ位置合わせできるSTM
装置として、第5図に示すものが知られている。この装
置は、、光学顕微鏡(以下光顕という)のレボルバ3に
対物レンズ4とSTM検出部1とが支持されており、レボ
ルバ3を回して対物レンズ4の倍率を順次上げながら、
光学顕微鏡2内のクロスカーソルで位置合わせを行な
う。更にレボルバ3を回すとSTM検出部1が試料5の真
上に来てSTM測定が行えるようになる。第6図にSTM検出
部1の断面図を示す。探針ホルダ104は微動素子101に固
定され、探針102は前記探針ホルダ104に着脱可能にネジ
込み固定されている。カバー103は支持台105にねじ込ま
れ、ブロックを構成している。そしてこのブロックの支
持台105がレボルバ3に装着された取付け台106に取付け
ネジ107に押圧固定される。探針102の先端の振れや、固
体差による探針先端の位置ずれの影響は、光顕像内のど
の位置にSTM像があり、クロスカーソルからどれだけず
れているか求め、その量だけSTM測定を始める直前にX,Y
テーブル7,8で試料5を移動させて補正することで、取
り除くことができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上で述べたように従来の装置では、レボルバ3に対物
レンズ4,STM検出部1が支持されている。STM検出部1は
第6図に示すように、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が必要である。とこ
ろで、レボルバ3に取付けられたSTM検出部1からの配
線11をレボルバ3内からアーム9,光顕2等の内部を経由
して取り出すと、レボルバ3の回転の際に、配線か光顕
の視野を遮ったりする不具合がしょじる。そこで、これ
らの配線11は第5図に示すように、レボルバ3の1つの
穴10から外へ引き出される。レボルバ3を回すと引き出
し穴10の位置も変わるので、配線11の長さも変化する。
このため配線11を巻き取り、常に張力を掛ける機構12が
必要である。第7図に概略構造を示す。第7図(a)は
平面図、(a)は断面図である。プーリー13はベアリン
グ14の外輪に固定されている。前記ベアリング14の内輪
はコマ15で固定され、コマ15の内側にトーションバネ16
の一端が固定されている。他端は前記プーリー13上の板
17とバネ押え18で固定され、プーリー13に配線11を巻き
取る力を付与している。配線11はプーリー13に巻き取ら
れ、前記板17の中心、つまりプーリー13の回転中心から
引き出すことで、これ以降の配線11の長さが変化しない
ようにしてある。この機構12で、レボルバ3を回転して
も配線11が常に張られた状態にすることができる。な
お、張力をかけないと配線11がたれ下り、試料5にさわ
る、対物レンズ4の焦点側を遮る、見栄えが悪い、STM
検出部1先端の探針102に当たり探針102を曲げる、配線
11を引っ掛ける場合がある等の問題が生じる。しかし、
張力を掛けることで、レボルバ3の位置決め精度に悪
影響を与える可能性がある。この構成では、探針102
からの信号線11bが巻き取り機構12を介してI/Vアンプ19
に接続されるので、信号線11bの長さが長くなる。この
ため、インピーダンスが高くなりS/Nが低下する。レ
ボルバ3はフリーで回転できると配線11が対物レンズ4
等により巻き取られ、断線等を生ずるので、レボルバ3
が1回転以上できないように回転止めを付ける必要があ
る。レボルバ3に加わる張力と、レボルバ3の回転角
の規制により自動化がしずらい等の不具合点がある。
〔課題を解決するための手段〕
前述の問題点を解決するために、移動機構に対物レン
ズとSTM検出部及びI/Vアンプが支持されている構成のST
Mとした。
〔作用〕
上記構成によれば、STM検出部の配線を測定に影響な
く設置することができ、また一軸テーブルを移動するこ
とで、光顕測定とSTM測定を切り換えることができる。
光顕測定とSTM測定での位置ずれは、従来の技術で述べ
た方法をそのまま使うことで補正することができる。こ
の場合、一軸テーブルを移動して光顕位置、あるいはST
M位置にしたとき、位置の再現性が補正誤差となるが、
クリックを用いた位置決め等でレボルバと同等以上の精
度を出すことができる。
〔実施例〕
第1図に本発明に係る実施例を示す。装置のアーム9
は光顕2と移動機構の一例の一軸テーブル20が固定さ
れ、該一軸テーブル20にはレボルバ3とSTM検出部1及
びI/Vアンプ19が支持されている。即ち、一軸テーブル2
0には、取付け台25が設置され、この取付け台25に取付
けネジ107によりSTM検出部1が固定される。STM検出部
内の配線と取付け台とは端子ピンとソケート等により着
脱可能に電気的接続がなされる。そして、取付け台25の
近傍にはI/Vアンプ19が一軸テーブルに支持され、取付
け台25とI/Vアンプも電気的接続がなされている。前記
レボルバ3には対物レンズ4が取り付けてある。一軸テ
ーブル20は矢印方向に移動可能で、2つの点で位置決め
される。1つは第1図に示す状態、つまり、光顕2の光
軸21と測定位置にある対物レンズ4の中心軸22が一致し
ている状態であり、他の一点は光軸21とSTM検出部1の
中心軸23とが一致する位置である。同図には位置決め手
段の1つの例が示されている。一軸テーブル20はアリ9a
とアリ溝20aでアーム9に一軸方向に摺動可能に支持さ
れている。アーム9には位置決め用のV溝9bが形成さ
れ、一軸テーブル側には2ヶ所にクリックボール24がス
プリングにより上方に付勢され、V溝にクリックボール
が押圧され位置決めを行う。第1図でSTM測定をする場
合は、対物レンズ4で試料5の所定箇所を観察し、光顕
内のクロスカーソルにその位置を合わす。レボルバ3を
回し、対物レンズのついていない位置(穴10の位置)に
セットした状態で、一軸テーブル20でSTMポジションへ
移動させる。この状態でXテーブル7,Yテーブル8で、
予め得ている対物レンズ4の中心軸22とSTM検出部1の
中心軸23とのズレ量の位置補正を行い、Zテーブル6で
トンネル電流を検出するまでオートアプローチする。位
置補正は従来の技術で述べた通りである。本構成によれ
ばI/Vアンプ19をSTM検出部1の近くに置き、信号線11b
を短くし、S/N比を向上させることができる。又、配線1
1は一軸移動するだけなので、巻き取り機構が不用で張
力もほとんど加わらず、一軸移動テーブル20の位置決め
再現性も向上することができる。更に、レボルバ3は回
転角を規制する必要がなく、自動化も容易に行なうこと
ができる。
第2図は本発明の第2実施例の側面図で一軸テーブル
20に直接対物レンズ4が支持された構成である。第3図
は第3実施例の側面図でSTM検出部を2つ(1a,1b)一軸
テーブル20に装着した構成のものである。第4図は、第
4実施例の側面図で一軸テーブル20に対物レンズ用のレ
ボルバ3とSTM検出部用のレボルバ3aとが装着された構
成例である。このように、レボルバに多数個のSTM検出
部が具備できると、原子用STM検出部、形状測定用STM検
出部を各々備えることができる。又、同じ種類のSTM検
出部を複数個備えることで、例えばぶつけたなどで探針
102がおかしくなった場合、すぐ変えることができる。
なお、第4図においてレボルバ3aからの配線11の引き出
しは、レボルバ3aの回転軸の中心を通して行なう。従来
の例を示す第1図でレボルバの回転軸を通して配線11を
引き出せないのは、光軸を遮ってしまうからである。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本構成によれば、STM検出部とI/V
アンプ間の信号線を短くすることでS/N比を向上させる
ことができる、配線の巻き取り機構が不用で構造が簡潔
になる、配線に張力が加わらないので位置決め時の再現
性が向上する、自動化も容易に行える等非常に効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の側面図、第2図は第2実
施例の側面図、第3図は第3実施例の側面図、第4図は
第4実施例の側面図、第5図は従来例を示す側面図、第
6図はSTM検出部の断面図、第7図(a)は巻き取り機
構の平面図、第7図(b)は巻き取り機構の断面図であ
る。 1……STM検出部 3……レボルバ 4……対物レンズ 5……試料 11……配線 12……I/Vアンプ 20……一軸テーブル(移動機構)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光学的な観察手段で試料の測定位置を合わ
    せて走査型トンネル顕微鏡(STM)測定する装置で、対
    物レンズとSTM検出部が位置決めできる移動機構に支持
    されている走査型トンネル顕微鏡において、対物レンズ
    を複数個固定できるレボルバ部が移動機構に支持されて
    いることを特徴とする走査型トンネル顕微鏡。
  2. 【請求項2】STM検出部が複数個、移動機構に支持され
    ていることを特徴とする請求項1記載の走査型トンネル
    顕微鏡。
  3. 【請求項3】STM検出部が複数個、移動機構にレボルバ
    を介し、回転、位置決め可能に支持されていることを特
    徴とする請求項1及び2に記載の走査型トンネル顕微
    鏡。
  4. 【請求項4】光学的な観察手段で試料の測定位置を合わ
    せて走査型トンネル顕微鏡(STM)測定する装置におい
    て、対物レンズと、微動素子及びその端部に取りつけら
    れる探針を有するSTM検出部とが一軸方向に移動可能な
    移動機構に前記一軸方向に離間して支持され、前記移動
    機構を移動することにより、移動した各点において、光
    学的観察手段の光軸が、対物レンズの中心軸又はSTM検
    出部の中心軸のいずれか一方に一致することを特徴とす
    る走査型トンネル顕微鏡。
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