JP2815196B2 - 微細表面形状計測装置 - Google Patents
微細表面形状計測装置Info
- Publication number
- JP2815196B2 JP2815196B2 JP1257523A JP25752389A JP2815196B2 JP 2815196 B2 JP2815196 B2 JP 2815196B2 JP 1257523 A JP1257523 A JP 1257523A JP 25752389 A JP25752389 A JP 25752389A JP 2815196 B2 JP2815196 B2 JP 2815196B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- probe
- unit
- surface shape
- scanning
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/10—STM [Scanning Tunnelling Microscopy] or apparatus therefor, e.g. STM probes
- G01Q60/16—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
- G01Q30/02—Non-SPM analysing devices, e.g. SEM [Scanning Electron Microscope], spectrometer or optical microscope
- G01Q30/025—Optical microscopes coupled with SPM
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
- G01Q30/08—Means for establishing or regulating a desired environmental condition within a sample chamber
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
- G01Q30/18—Means for protecting or isolating the interior of a sample chamber from external environmental conditions or influences, e.g. vibrations or electromagnetic fields
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/86—Scanning probe structure
- Y10S977/868—Scanning probe structure with optical means
- Y10S977/869—Optical microscope
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、原子的レベルでの試料面の形状計測を可
能とする微細表面形状計測装置に関する。
能とする微細表面形状計測装置に関する。
［従来の技術］ 走査型トンネル顕微鏡（STM）は、1982年にビニッヒ
（Binnig）らによって米国特許第４、343、993号におい
て提案された微細表面形状計測装置である。鋭く尖った
探針を試料表面に近づけ、探針と試料との間にバイアス
電圧を印加すると、探針と試料との間にトンネル電流が
流れる。探針・試料間の距離が１Å程度変化すると、ト
ンネル電流はほぼ１桁変化する。STMは、このトンネル
電流の性質を利用することによって、原子的レベルでの
試料面の形状計測を可能としている。例えば、トンネル
電流の値を一定に保つように探針・試料間の距離を制御
しながら、探針を試料面に沿って走査し、このときの探
針の位置を記録することによって、試料面の凹凸をÅレ
ベルで反映する像が得られる。
（Binnig）らによって米国特許第４、343、993号におい
て提案された微細表面形状計測装置である。鋭く尖った
探針を試料表面に近づけ、探針と試料との間にバイアス
電圧を印加すると、探針と試料との間にトンネル電流が
流れる。探針・試料間の距離が１Å程度変化すると、ト
ンネル電流はほぼ１桁変化する。STMは、このトンネル
電流の性質を利用することによって、原子的レベルでの
試料面の形状計測を可能としている。例えば、トンネル
電流の値を一定に保つように探針・試料間の距離を制御
しながら、探針を試料面に沿って走査し、このときの探
針の位置を記録することによって、試料面の凹凸をÅレ
ベルで反映する像が得られる。
このようなSTMは分解能が非常に高いので、低倍率に
よる広範囲な試料面の観察には適していない。そこで、
試料面を光学的に観察する光学系を備える光学顕微鏡一
体型STMが使用されるに至った。
よる広範囲な試料面の観察には適していない。そこで、
試料面を光学的に観察する光学系を備える光学顕微鏡一
体型STMが使用されるに至った。
［発明が解決しようとする課題］ 微細表面形状計測装置の一つとして提案された、探針
を試料表面に近づけて試料面の形状を計測する光学顕微
鏡一体型STMは、通常の光学顕微鏡が流用されることが
多い。例えば、複数の対物レンズが取り付けられる回転
可能なレボルバーを備え、このレボルバーを回転して対
物レンズを切り換える光学顕微鏡を流用し、対物レンズ
の代わりに、探針と探針走査機構を備えるSTMユニット
をレボルバーに取り付けた光学顕微鏡一体型STMがあ
る。
を試料表面に近づけて試料面の形状を計測する光学顕微
鏡一体型STMは、通常の光学顕微鏡が流用されることが
多い。例えば、複数の対物レンズが取り付けられる回転
可能なレボルバーを備え、このレボルバーを回転して対
物レンズを切り換える光学顕微鏡を流用し、対物レンズ
の代わりに、探針と探針走査機構を備えるSTMユニット
をレボルバーに取り付けた光学顕微鏡一体型STMがあ
る。
このような光学顕微鏡一体型STMにおいては、試料台
を載せる昇降ステージ及びSTMユニットは、それぞれ片
持ち構造で顕微鏡本体に支持されるので、その構造上、
外的な振動の影響を受け易いとともに、探針と試料との
間に相対的な移動が存在するという問題がある。また、
探針と試料との間は解放状態にあるので、空気の流れや
外的な電気ノイズ、磁気ノイズなどの影響を受け易いと
いう問題がある。
を載せる昇降ステージ及びSTMユニットは、それぞれ片
持ち構造で顕微鏡本体に支持されるので、その構造上、
外的な振動の影響を受け易いとともに、探針と試料との
間に相対的な移動が存在するという問題がある。また、
探針と試料との間は解放状態にあるので、空気の流れや
外的な電気ノイズ、磁気ノイズなどの影響を受け易いと
いう問題がある。
この発明は、表面形状計測に影響するノイズや振動等
に強い微細表面形状計測装置を提供することを目的とす
る。
に強い微細表面形状計測装置を提供することを目的とす
る。
［課題を解決するための手段］ この発明の微細表面形状計測装置は、探針と、試料を
載置する試料台と、少なくとも対物レンズを含み、前記
試料を光学観察する観察光学系と、前記探針もしくは試
料台を走査させると共に、前記探針と前記試料との距離
を制御する移動機構と、前記探針と共にユニットを構成
し、前記試料台と係合することで装置構造に起因する振
動を抑える振動抑制手段と、前記ユニットと前記対物レ
ンズとを保持する保持手段とを有する。
載置する試料台と、少なくとも対物レンズを含み、前記
試料を光学観察する観察光学系と、前記探針もしくは試
料台を走査させると共に、前記探針と前記試料との距離
を制御する移動機構と、前記探針と共にユニットを構成
し、前記試料台と係合することで装置構造に起因する振
動を抑える振動抑制手段と、前記ユニットと前記対物レ
ンズとを保持する保持手段とを有する。
また、この発明の微細表面形状計測装置は、探針と、
試料を載置する試料台と、少なくとも対物レンズを含
み、前記試料を光学観察する観察光学系と、前記探針も
しくは試料台を走査させると共に、前記探針と前記試料
との距離を制御する移動機構と、前記探針と共にユニッ
トを構成し、前記試料台と係合することで装置構造に起
因する前記探針と前記試料との間の相対的な移動を抑え
る振動抑制手段と、前記ユニットと前記対物レンズとを
保持する保持手段とを有する。
試料を載置する試料台と、少なくとも対物レンズを含
み、前記試料を光学観察する観察光学系と、前記探針も
しくは試料台を走査させると共に、前記探針と前記試料
との距離を制御する移動機構と、前記探針と共にユニッ
トを構成し、前記試料台と係合することで装置構造に起
因する前記探針と前記試料との間の相対的な移動を抑え
る振動抑制手段と、前記ユニットと前記対物レンズとを
保持する保持手段とを有する。
また、この発明の微細表面形状計測装置は、探針と、
試料を載置する試料台と、少なくとも対物レンズを含
み、前記試料を光学観察する観察光学系と、前記探針も
しくは試料台を走査させると共に、前記探針と前記試料
との距離を制御する移動機構と、前記探針と共にユニッ
トを構成し、前記試料台と係合することで計測に影響を
与えるノイズを遮断するノイズ遮断手段と、前記ユニッ
トと前記対物レンズとを保持する保持手段とを有する。
試料を載置する試料台と、少なくとも対物レンズを含
み、前記試料を光学観察する観察光学系と、前記探針も
しくは試料台を走査させると共に、前記探針と前記試料
との距離を制御する移動機構と、前記探針と共にユニッ
トを構成し、前記試料台と係合することで計測に影響を
与えるノイズを遮断するノイズ遮断手段と、前記ユニッ
トと前記対物レンズとを保持する保持手段とを有する。
［作用］ 上記構成により、この発明の微細表面形状計測装置
は、振動に対する耐性が高まる。また、空気の流れ、電
気ノイズ、磁気ノイズ、音響ノイズを遮断する。
は、振動に対する耐性が高まる。また、空気の流れ、電
気ノイズ、磁気ノイズ、音響ノイズを遮断する。
［実施例］ この発明の微細表面形状計測装置について、以下、走
査型トンネル顕微鏡を用いて説明する。第１実施例につ
いて、第１図を参照して説明する。顕微鏡本体10は、対
物レンズ12及びSTMユニット14を保持するレボルバー16
と、上下方向に移動可能な昇降ステージ18を備える。昇
降ステージ18には試料台20が載置される。試料台20は、
凹部を有する基部22、凹部に収容設置される積層型圧電
アクチュエーター24、及び積層型圧電アクチュエーター
24の上に設けられる試料ステージ26を備える。試料28は
試料ステージ26の上に載置され、STM測定の際に積層型
圧電アクチュエーター24によって上下方向に粗動され
る。STMユニット14は、トンネル電流を検出する探針30
と、探針30を底部に備える円筒型３次元圧電アクチュエ
ーター32を有する。円筒型３次元圧電アクチュエーター
32は、円筒内面に共通電極、円筒外周面に４分割電極を
備え、これらの電極に印加される電圧が制御され、探針
30は３次元方向に走査される。STMユニット14は、円筒
型圧電アクチュエーター32の外周を覆う円筒状の支持部
材34を更に備える。
査型トンネル顕微鏡を用いて説明する。第１実施例につ
いて、第１図を参照して説明する。顕微鏡本体10は、対
物レンズ12及びSTMユニット14を保持するレボルバー16
と、上下方向に移動可能な昇降ステージ18を備える。昇
降ステージ18には試料台20が載置される。試料台20は、
凹部を有する基部22、凹部に収容設置される積層型圧電
アクチュエーター24、及び積層型圧電アクチュエーター
24の上に設けられる試料ステージ26を備える。試料28は
試料ステージ26の上に載置され、STM測定の際に積層型
圧電アクチュエーター24によって上下方向に粗動され
る。STMユニット14は、トンネル電流を検出する探針30
と、探針30を底部に備える円筒型３次元圧電アクチュエ
ーター32を有する。円筒型３次元圧電アクチュエーター
32は、円筒内面に共通電極、円筒外周面に４分割電極を
備え、これらの電極に印加される電圧が制御され、探針
30は３次元方向に走査される。STMユニット14は、円筒
型圧電アクチュエーター32の外周を覆う円筒状の支持部
材34を更に備える。
試料28を光学的に観察する場合、レボルバー16を回転
させることによって対物レンズ12が試料28の上方に配置
される。この状態で、昇降ステージ18を上下方向に移動
させ、フォーカス調整して、試料面の光学的観察を行
う。
させることによって対物レンズ12が試料28の上方に配置
される。この状態で、昇降ステージ18を上下方向に移動
させ、フォーカス調整して、試料面の光学的観察を行
う。
STMによる試料観察を行う際、レボルバー16を回転さ
せてSTMユニット14が試料28の上方に配置されるととも
に、昇降ステージ18を上昇させて支持部材34と試料台20
を接触させ、STMユニット14と試料台20が一体化され
る。次に積層型圧電アクチュエーター24からなる粗動機
構を用いて、トンネル電流が流れ得る距離まで、試料28
が探針30に近づけられる。探針30と試料28との間にバイ
アス電圧を印加してトンネル電流を発生させ、トンネル
電流値を一定に保つように円筒型３次元圧電アクチュエ
ーター32の印加電圧を制御しながら、探針30を試料面に
沿って走査することにより試料面のSTM像が得られる。
せてSTMユニット14が試料28の上方に配置されるととも
に、昇降ステージ18を上昇させて支持部材34と試料台20
を接触させ、STMユニット14と試料台20が一体化され
る。次に積層型圧電アクチュエーター24からなる粗動機
構を用いて、トンネル電流が流れ得る距離まで、試料28
が探針30に近づけられる。探針30と試料28との間にバイ
アス電圧を印加してトンネル電流を発生させ、トンネル
電流値を一定に保つように円筒型３次元圧電アクチュエ
ーター32の印加電圧を制御しながら、探針30を試料面に
沿って走査することにより試料面のSTM像が得られる。
この実施例によれば、STM観察の際、STMユニット14と
試料台20が一体化されるので、探針30と試料28との間の
相対的な移動が抑えられるとともに、支持部材34によっ
て、外部からの電気ノイズ、磁気ノイズ、音響ノイズ、
さらに空気の流れが遮断されるので、安定したSTM観察
が行える。もちろん、試料28や探針30の交換、及び試料
28の光学的観察を容易に行えるという、この種の光学顕
微鏡一体型STMに特有な特徴を損なうことはない。
試料台20が一体化されるので、探針30と試料28との間の
相対的な移動が抑えられるとともに、支持部材34によっ
て、外部からの電気ノイズ、磁気ノイズ、音響ノイズ、
さらに空気の流れが遮断されるので、安定したSTM観察
が行える。もちろん、試料28や探針30の交換、及び試料
28の光学的観察を容易に行えるという、この種の光学顕
微鏡一体型STMに特有な特徴を損なうことはない。
この実施例において、試料台20には粗動機構としての
積層型圧電アクチュエーター24を備えるものを用いた
が、他の粗動機構を有する試料台が使用されてもよい。
例えば、第２図に示されるように、いわゆるインチワー
ムと呼ばれる粗動機構を有する試料台20が使用されても
よい。試料台20の基部22は凹部を有し、凹部内におい
て、下部スライダー36は、その側面に固定された下部支
持用圧電アクチュエーター38が凹部内面を押圧すること
によって支持される。下部スライダー36の上面には移動
用圧電アクチュエーター40が固定され、移動用圧電アク
チュエーター40の上端に上部スライダー42（試料ステー
ジ）が固定される。上部スライダー42は側面に上部支持
用圧電アクチュエーター44を備え、上部圧電アクチュエ
ーター44が凹部の内面を押圧することにより上部スライ
ダー42を支持する。試料28は上部スライダー42に載置さ
れる。試料28は、上部及び下部支持用圧電アクチュエー
ター38及び44の固定を交互に解除するとともに、移動用
圧電アクチュエーター40を断続的に伸縮させることによ
って、上下方向に移動される。
積層型圧電アクチュエーター24を備えるものを用いた
が、他の粗動機構を有する試料台が使用されてもよい。
例えば、第２図に示されるように、いわゆるインチワー
ムと呼ばれる粗動機構を有する試料台20が使用されても
よい。試料台20の基部22は凹部を有し、凹部内におい
て、下部スライダー36は、その側面に固定された下部支
持用圧電アクチュエーター38が凹部内面を押圧すること
によって支持される。下部スライダー36の上面には移動
用圧電アクチュエーター40が固定され、移動用圧電アク
チュエーター40の上端に上部スライダー42（試料ステー
ジ）が固定される。上部スライダー42は側面に上部支持
用圧電アクチュエーター44を備え、上部圧電アクチュエ
ーター44が凹部の内面を押圧することにより上部スライ
ダー42を支持する。試料28は上部スライダー42に載置さ
れる。試料28は、上部及び下部支持用圧電アクチュエー
ター38及び44の固定を交互に解除するとともに、移動用
圧電アクチュエーター40を断続的に伸縮させることによ
って、上下方向に移動される。
あるいは、第３図に示されるように、マイクロメータ
ー46による粗動機構を備える試料台が使用されてもよ
い。試料台20の基部22の凹部内において、両端が試料台
に固定された板バネ48が設けられ、板バネ48の上面に試
料28を載せる試料ステージ26が固定され、上下に移動す
るクサビ形の上部スライダー50が固定されている。基部
22は側面にマイクロメーター46を備え、マイクロメータ
ー46の作用軸54の先端は左右に移動可能なクサビ形の下
部スライダー54に接している。下部スライダー54の上面
及び下面には、下部スライダー54が円滑に移動できるよ
うにニードル軸受け56が設けてある。マイクロメーター
46を操作することによって、下部スライダー54は左右に
移動され、下部スライダー54の移動は上部スライダー50
を上下方向に移動させる。これにより、試料28が上下方
向に移動される。
ー46による粗動機構を備える試料台が使用されてもよ
い。試料台20の基部22の凹部内において、両端が試料台
に固定された板バネ48が設けられ、板バネ48の上面に試
料28を載せる試料ステージ26が固定され、上下に移動す
るクサビ形の上部スライダー50が固定されている。基部
22は側面にマイクロメーター46を備え、マイクロメータ
ー46の作用軸54の先端は左右に移動可能なクサビ形の下
部スライダー54に接している。下部スライダー54の上面
及び下面には、下部スライダー54が円滑に移動できるよ
うにニードル軸受け56が設けてある。マイクロメーター
46を操作することによって、下部スライダー54は左右に
移動され、下部スライダー54の移動は上部スライダー50
を上下方向に移動させる。これにより、試料28が上下方
向に移動される。
次にこの発明の第２実施例について第４図を参照しな
がら説明する。この実施例において、STMユニット14は
ゴムなどの弾性部材58を介してレボルバー16に取り付け
られる。STMユニット14の支持部材34は下端にテーパー
部を有し、これに係合するテーパー部が、試料28が載置
される試料台20の凹部の縁にも設けてある。探針30を備
える円筒型３次元圧電アクチュエーター32は積層型圧電
アクチュエーター64を介して、支持部材34の円筒内に固
定されている。積層型圧電アクチュエーター64は、探針
30を上下方向に移動させる粗動機構として機能する。
がら説明する。この実施例において、STMユニット14は
ゴムなどの弾性部材58を介してレボルバー16に取り付け
られる。STMユニット14の支持部材34は下端にテーパー
部を有し、これに係合するテーパー部が、試料28が載置
される試料台20の凹部の縁にも設けてある。探針30を備
える円筒型３次元圧電アクチュエーター32は積層型圧電
アクチュエーター64を介して、支持部材34の円筒内に固
定されている。積層型圧電アクチュエーター64は、探針
30を上下方向に移動させる粗動機構として機能する。
この実施例によれば、STMユニット14とレボルバー16
との間に弾性部材58が設けられるので、支持部材34を試
料台20に押し当てる際の力の調整が不要あるいは容易に
なる。さらに、支持部材34の下端にテーパー部が設けら
れるとともに、これに係合するテーパー部が試料台20に
も設けられるので、位置合わせが容易になる。
との間に弾性部材58が設けられるので、支持部材34を試
料台20に押し当てる際の力の調整が不要あるいは容易に
なる。さらに、支持部材34の下端にテーパー部が設けら
れるとともに、これに係合するテーパー部が試料台20に
も設けられるので、位置合わせが容易になる。
第３実施例が第５図に示される。この実施例のSTMユ
ニット14は、支持部材34に対して上下方向に移動可能に
設けられた取付部材66を有し、取付部材66が、例えば螺
合によってレボルバー16に固定される。取付部材66の回
りにはコイルバネ68が配置され、支持部材34とレボルバ
ー16の間に弾性を与える。探針30を走査する円筒型圧電
アクチュエーター32は、第２実施例と同様に、積層型圧
電アクチュエーター64を介して、支持部材34の円筒内に
固定される。この実施例ではコイルバネ68が弾性を与え
ることにより、第２実施例と同様の効果、すなわち、支
持部材34を試料台20に押し当てる際の力の調整が不要あ
るいは容易になるという効果が得られる。
ニット14は、支持部材34に対して上下方向に移動可能に
設けられた取付部材66を有し、取付部材66が、例えば螺
合によってレボルバー16に固定される。取付部材66の回
りにはコイルバネ68が配置され、支持部材34とレボルバ
ー16の間に弾性を与える。探針30を走査する円筒型圧電
アクチュエーター32は、第２実施例と同様に、積層型圧
電アクチュエーター64を介して、支持部材34の円筒内に
固定される。この実施例ではコイルバネ68が弾性を与え
ることにより、第２実施例と同様の効果、すなわち、支
持部材34を試料台20に押し当てる際の力の調整が不要あ
るいは容易になるという効果が得られる。
第４実施例について第６図を参照して説明する。探針
30を備える円筒型圧電アクチュエーター32は、粗動用の
積層型圧電アクチュエーター64を介して、支持部材34の
円筒内に固定される。試料台20は、資料28を載せる試料
ステージ26と基部22との間にコイルバネ70を備える。コ
イルバネ70は、支持部材34が試料ステージ26に押し付け
られた際の力調整を不要にする。コイルバネ70の代わり
に、板バネを用いた試料台の構成が第７図に示される。
試料台20は、基部22の凹部にわたされて固定される板バ
ネ72を備え、板バネ72の上に試料ステージ26が設けられ
る。この構成では、板バネ72が、コイルバネ70と同様
に、支持部材34が試料ステージ26に押し付けられた際の
力調整に不要にする。
30を備える円筒型圧電アクチュエーター32は、粗動用の
積層型圧電アクチュエーター64を介して、支持部材34の
円筒内に固定される。試料台20は、資料28を載せる試料
ステージ26と基部22との間にコイルバネ70を備える。コ
イルバネ70は、支持部材34が試料ステージ26に押し付け
られた際の力調整を不要にする。コイルバネ70の代わり
に、板バネを用いた試料台の構成が第７図に示される。
試料台20は、基部22の凹部にわたされて固定される板バ
ネ72を備え、板バネ72の上に試料ステージ26が設けられ
る。この構成では、板バネ72が、コイルバネ70と同様
に、支持部材34が試料ステージ26に押し付けられた際の
力調整に不要にする。
第８図を参照しながら第５実施例について説明する。
支持部材34は下端部にネジ部を備え、試料台は試料ステ
ージ26の周りで回転可能に設けられた固定部材74を備え
る。固定部材74は、支持部材のネジ部と螺合するネジ部
を開口部側面に備える。この構成は成就の実施例と組み
合わせて使用され、STMユニットと試料台は螺合によっ
てより強固に一体化されるので、探針と試料との間の相
対的な移動の防止を助長する。
支持部材34は下端部にネジ部を備え、試料台は試料ステ
ージ26の周りで回転可能に設けられた固定部材74を備え
る。固定部材74は、支持部材のネジ部と螺合するネジ部
を開口部側面に備える。この構成は成就の実施例と組み
合わせて使用され、STMユニットと試料台は螺合によっ
てより強固に一体化されるので、探針と試料との間の相
対的な移動の防止を助長する。
光学的観察と同時にSTM観察が行える光学顕微鏡完全
一体型走査型トンネル顕微鏡（PCT/J88/00804）にこの
発明を適用した第６実施例が第９図に示される。STMユ
ニット14は下端が開口した円筒状の支持部材34を備え
る。支持部材34は上壁内面中央にネジ穴を有し、このネ
ジ穴に対物レンズ76が上端で螺合されている。対物レン
ズ76の外周面と支持部材34の内周面との間には円筒状の
枠78が設けられている。この枠78は、上下に互いに所定
間隔を有して位置する１対の支持部78aと、この支持部
間に支持され、上下方向に伸縮可能な圧電素子78bを備
える。これら支持部78aは、支持部材34の周壁に上下に
離間して設けられた１対の上方支持部固定用圧電体80a
及び下方支持部固定用圧電体80bによって、それぞれが
固定される。これら各対の２個の圧電体80は互いに180
度離間して設けられている。上方の支持部78aには、枠7
8と対物レンズ76との間に、対物レンズ76と同心的に位
置する円筒型３次元圧電アクチュエーター32の上端が固
定されている。この円筒型圧電アクチュエーター32は、
上方支持部固定用圧電体80aと下方支持部固定用圧電体8
0bによる固定を交互に解除し、この解除に応じて圧電素
子78bを断続的に伸縮させる、いわゆるインチワーム方
式によって上下に移動される。円筒型圧電アクチュエー
ター32の下端には、中央に円形開口を有する円形の金属
枠82が周縁で固定されている。このときの金属枠82の固
定は、交換可能なように、例えば、ネジのような手段に
より行なうのが好ましい。この金属枠82は、円形開口を
塞ぐカバーガラスからなる探針ホルダー84を備え、探針
ホルダー84の中心部に探針30が設けられている。
一体型走査型トンネル顕微鏡（PCT/J88/00804）にこの
発明を適用した第６実施例が第９図に示される。STMユ
ニット14は下端が開口した円筒状の支持部材34を備え
る。支持部材34は上壁内面中央にネジ穴を有し、このネ
ジ穴に対物レンズ76が上端で螺合されている。対物レン
ズ76の外周面と支持部材34の内周面との間には円筒状の
枠78が設けられている。この枠78は、上下に互いに所定
間隔を有して位置する１対の支持部78aと、この支持部
間に支持され、上下方向に伸縮可能な圧電素子78bを備
える。これら支持部78aは、支持部材34の周壁に上下に
離間して設けられた１対の上方支持部固定用圧電体80a
及び下方支持部固定用圧電体80bによって、それぞれが
固定される。これら各対の２個の圧電体80は互いに180
度離間して設けられている。上方の支持部78aには、枠7
8と対物レンズ76との間に、対物レンズ76と同心的に位
置する円筒型３次元圧電アクチュエーター32の上端が固
定されている。この円筒型圧電アクチュエーター32は、
上方支持部固定用圧電体80aと下方支持部固定用圧電体8
0bによる固定を交互に解除し、この解除に応じて圧電素
子78bを断続的に伸縮させる、いわゆるインチワーム方
式によって上下に移動される。円筒型圧電アクチュエー
ター32の下端には、中央に円形開口を有する円形の金属
枠82が周縁で固定されている。このときの金属枠82の固
定は、交換可能なように、例えば、ネジのような手段に
より行なうのが好ましい。この金属枠82は、円形開口を
塞ぐカバーガラスからなる探針ホルダー84を備え、探針
ホルダー84の中心部に探針30が設けられている。
また、別の光学顕微鏡完全一体型走査型トンネル顕微
鏡にこの発明を適用した第７実施例が第10図に示され
る。STMユニットは、円筒型３次元圧電アクチュエータ
ーの代わりに、上下方向にのみ伸縮可能な、中央に円形
開口部を有する円板状のバイモルフ圧電体86が下方の支
持部78aに周縁で固定されている。円形開口部には、探
針30を備えるカバーガラスからなる探針ホルダー84が設
けられる。試料台20は、基部22と、基部22に収容される
試料ステージ26を備え、基部22と試料ステージ26の間に
は、試料ステージ26をxy面内で移動するための圧電体88
が設けられている。STM測定の際、バイモルフ圧電体86
によって探針30が上下方向に移動されるとともに、圧電
体88により試料28はxy面内で移動される。
鏡にこの発明を適用した第７実施例が第10図に示され
る。STMユニットは、円筒型３次元圧電アクチュエータ
ーの代わりに、上下方向にのみ伸縮可能な、中央に円形
開口部を有する円板状のバイモルフ圧電体86が下方の支
持部78aに周縁で固定されている。円形開口部には、探
針30を備えるカバーガラスからなる探針ホルダー84が設
けられる。試料台20は、基部22と、基部22に収容される
試料ステージ26を備え、基部22と試料ステージ26の間に
は、試料ステージ26をxy面内で移動するための圧電体88
が設けられている。STM測定の際、バイモルフ圧電体86
によって探針30が上下方向に移動されるとともに、圧電
体88により試料28はxy面内で移動される。
これらの実施例において、前述の実施例と同様に、電
気ノイズ、磁気ノイズ、及び音響ノイズがカットされる
とともに、空気の流れが遮断されるので、安定性の良い
光学顕微鏡完全一体型走査型トンネル顕微鏡が得られ
る。
気ノイズ、磁気ノイズ、及び音響ノイズがカットされる
とともに、空気の流れが遮断されるので、安定性の良い
光学顕微鏡完全一体型走査型トンネル顕微鏡が得られ
る。
さらに別の実施例が第11図に示される。この実施例に
おいて、支持部材34は、内外面に導電性材料膜92を備え
る円筒形の絶縁性部材90で形成され、下端に突出する電
極ピン94を備える。電極ピン94は、絶縁性部材90内で上
下方向に移動可能に設けられ、コイルバネ96の力によっ
て電極ピン94の下端部が突出させられている。電極ピン
96はリード線98により、探針30と電気的に接続される。
また、試料台20は、電極ピン96と接触する位置に、絶縁
材102を介して電極板100が設けられている。電極板100
はリード線104によって、試料台20の内部に設けられた
プリアンプ106に接続されている。STM測定の際、支持部
材34は、その下端が試料台20に完全に接触するまで近づ
けられる。このとき、電極ピン94と電極板100が接触
し、結果として探針30とプリアンプ106とが電気的に接
続される。この実施例によれば、プリアンプにトンネル
電流を最短距離で導くことができるとともに、リード線
が電気的にシールドされた部分を通るので、ノイズに対
して敏感な微弱トンネル電流をノイズに影響されること
なくプリアンプに導くことができる。
おいて、支持部材34は、内外面に導電性材料膜92を備え
る円筒形の絶縁性部材90で形成され、下端に突出する電
極ピン94を備える。電極ピン94は、絶縁性部材90内で上
下方向に移動可能に設けられ、コイルバネ96の力によっ
て電極ピン94の下端部が突出させられている。電極ピン
96はリード線98により、探針30と電気的に接続される。
また、試料台20は、電極ピン96と接触する位置に、絶縁
材102を介して電極板100が設けられている。電極板100
はリード線104によって、試料台20の内部に設けられた
プリアンプ106に接続されている。STM測定の際、支持部
材34は、その下端が試料台20に完全に接触するまで近づ
けられる。このとき、電極ピン94と電極板100が接触
し、結果として探針30とプリアンプ106とが電気的に接
続される。この実施例によれば、プリアンプにトンネル
電流を最短距離で導くことができるとともに、リード線
が電気的にシールドされた部分を通るので、ノイズに対
して敏感な微弱トンネル電流をノイズに影響されること
なくプリアンプに導くことができる。
また、第12図に示されるように、電極ピン94及び電極
板100を用いる代わりに、導電性の支持部材34及び試料
台20を接触させ、探針30とプリアンプ106とを導通させ
ることによっても同様の効果が得られる。
板100を用いる代わりに、導電性の支持部材34及び試料
台20を接触させ、探針30とプリアンプ106とを導通させ
ることによっても同様の効果が得られる。
［発明の効果］ この発明によれば、表面形状計測に影響するノイズや
振動等を抑えることができ、結果、安定性に優れた微細
表面形状計測装置を得られる。
振動等を抑えることができ、結果、安定性に優れた微細
表面形状計測装置を得られる。
第１図はこの発明の第１実施例の構成を示す図、第２図
は第１実施例において使用される別の試料台の構成を示
す図、第３図は第１実施例において使用される更に別の
試料台の構成を示す図、第４図はこの発明の第２実施例
の構成を示す図、第５図はこの発明の第３実施例を説明
する図、第６図はこの発明の第４実施例の構成を示す
図、第７図は第４実施例における別の試料台の構成を示
す図、第８図はこの発明の第５実施例の構成を説明する
図、第９図はこの発明の第６実施例の構成を示す図、第
10図はこの発明の第７実施例の構成を示す図、第11図は
この発明の第８実施例を示す図、第12図は第８実施例に
代わる別の構成を示す図である。 14……STMユニット、16……レボルバー、20……試料
台、30……探針、34……支持部材。
は第１実施例において使用される別の試料台の構成を示
す図、第３図は第１実施例において使用される更に別の
試料台の構成を示す図、第４図はこの発明の第２実施例
の構成を示す図、第５図はこの発明の第３実施例を説明
する図、第６図はこの発明の第４実施例の構成を示す
図、第７図は第４実施例における別の試料台の構成を示
す図、第８図はこの発明の第５実施例の構成を説明する
図、第９図はこの発明の第６実施例の構成を示す図、第
10図はこの発明の第７実施例の構成を示す図、第11図は
この発明の第８実施例を示す図、第12図は第８実施例に
代わる別の構成を示す図である。 14……STMユニット、16……レボルバー、20……試料
台、30……探針、34……支持部材。
フロントページの続き (72)発明者 大田 浩子 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 宮本 裕史 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 国際公開89／1603（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 7/34 G01B 21/30 G01N 37/00
Claims (13)
- 【請求項１】探針と、 試料を載置する試料台と、 少なくとも対物レンズを含み、前記試料を光学観察する
観察光学系と、 前記探針もしくは試料台を走査させると共に、前記探針
と前記試料との距離を制御する移動機構と、 前記探針と共にユニットを構成し、前記試料台と係合す
ることで装置構造に起因する振動を抑える振動抑制手段
と、 前記ユニットと前記対物レンズとを保持する保持手段と
を有することを特徴とする微細表面形状計測装置。 - 【請求項２】前記振動抑制手段は前記探針を囲む筒状部
材であって、その一端は前記保持手段に支持され、その
他端は前記試料台に接することを特徴とする請求項１に
記載の微細表面形状計測装置。 - 【請求項３】探針と、 試料を載置する試料台と、 少なくとも対物レンズを含み、前記試料を光学観察する
観察光学系と、 前記探針もしくは試料台を走査させると共に、前記探針
と前記試料との距離を制御する移動機構と、 前記探針と共にユニットを構成し、前記試料台と係合す
ることで装置構造に起因する前記探針と前記試料との間
の相対的な移動を抑える振動抑制手段と、 前記ユニットと前記対物レンズとを保持する保持手段と
を有することを特徴とする微細表面形状計測装置。 - 【請求項４】探針と、 試料を載置する試料台と、 少なくとも対物レンズを含み、前記試料を光学観察する
観察光学系と、 前記探針もしくは試料台を走査させると共に、前記探針
と前記試料との距離を制御する移動機構と、 前記探針と共にユニットを構成し、前記試料台と係合す
ることで計測に影響を与えるノイズを遮断するノイズ遮
断手段と、 前記ユニットと前記対物レンズとを保持する保持手段と
を有することを特徴とする微細表面形状計測装置。 - 【請求項５】前記ノイズ遮断手段は、少なくとも空気の
流れ、電気ノイズ、磁気ノイズ、音響ノイズのいずれか
を遮断する請求項４に記載の微細表面形状計測装置。 - 【請求項６】前記保持手段は、前記ユニットと前記対物
レンズとの少なくとも一方を前記試料の上方に配置させ
る切り換え手段であることを特徴とする請求項１乃至５
のいずれかに記載の微細表面形状計測装置。 - 【請求項７】前記切り換え手段は、前記ユニットと前記
対物レンズとを取り付けるためのレボルバーであること
を特徴とする請求項６に記載の微細表面形状計測装置。 - 【請求項８】前記観察光学系は複数の対物レンズを含
み、これら複数の対物レンズ内の一つが前記ユニツトと
一体的に設けられ、前記探針を光学的に観察可能である
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の微
細表面形状計測装置。 - 【請求項９】前記移動機構は、試料面に沿って前記探針
を走査する走査部材と、この走査方向と直交する方向に
前記試料を移動する部材とからなる請求項１乃至７のい
ずれかに記載の微細表面形状計測装置。 - 【請求項１０】前記走査部材は前記ユニットに一体的に
設けられていることを特徴とする請求項９に記載の微細
表面形状計測装置。 - 【請求項１１】前記移動機構は、前記探針と前記試料と
の間隔を制御するように前記探針を移動する部材と、前
記探針を移動する方向と直交する平面方向に試料を走査
する走査部材とからなる請求項１乃至８のいずれかに記
載の微細表面形状計測装置。 - 【請求項１２】前記移動機構は、前記探針を試料面に沿
って走査すると共に、その走査方向と直交する方向に移
動する３次元アクチュエータである請求項１乃至８のい
ずれかに記載の微細表面形状計測装置。 - 【請求項１３】前記３次元アクチュエータは前記ユニッ
トに一体的に設けられていることを特徴とする詩求項12
に記載の微細表面形状計測装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1257523A JP2815196B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 微細表面形状計測装置 |
| EP90118880A EP0421355B1 (en) | 1989-10-02 | 1990-10-02 | Scanning tunneling microscope |
| DE69015942T DE69015942T2 (de) | 1989-10-02 | 1990-10-02 | Raster-Tunnel-Mikroskop. |
| US07/821,123 US5296704A (en) | 1989-10-02 | 1992-01-14 | Scanning tunneling microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1257523A JP2815196B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 微細表面形状計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03120401A JPH03120401A (ja) | 1991-05-22 |
| JP2815196B2 true JP2815196B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=17307480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1257523A Expired - Fee Related JP2815196B2 (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 微細表面形状計測装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5296704A (ja) |
| EP (1) | EP0421355B1 (ja) |
| JP (1) | JP2815196B2 (ja) |
| DE (1) | DE69015942T2 (ja) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5157251A (en) * | 1991-03-13 | 1992-10-20 | Park Scientific Instruments | Scanning force microscope having aligning and adjusting means |
| US5155361A (en) * | 1991-07-26 | 1992-10-13 | The Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Acting For And On Behalf Of Arizona State University | Potentiostatic preparation of molecular adsorbates for scanning probe microscopy |
| US5317153A (en) * | 1991-08-08 | 1994-05-31 | Nikon Corporation | Scanning probe microscope |
| US5260577A (en) * | 1992-11-09 | 1993-11-09 | International Business Machines Corp. | Sample carriage for scanning probe microscope |
| JP3258120B2 (ja) * | 1993-03-25 | 2002-02-18 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | プローブ顕微鏡 |
| US5689063A (en) * | 1993-07-15 | 1997-11-18 | Nikon Corporation | Atomic force microscope using cantilever attached to optical microscope |
| US5440920A (en) * | 1994-02-03 | 1995-08-15 | Molecular Imaging Systems | Scanning force microscope with beam tracking lens |
| US5515719A (en) * | 1994-05-19 | 1996-05-14 | Molecular Imaging Corporation | Controlled force microscope for operation in liquids |
| US5866805A (en) * | 1994-05-19 | 1999-02-02 | Molecular Imaging Corporation Arizona Board Of Regents | Cantilevers for a magnetically driven atomic force microscope |
| US5753814A (en) * | 1994-05-19 | 1998-05-19 | Molecular Imaging Corporation | Magnetically-oscillated probe microscope for operation in liquids |
| US5513518A (en) * | 1994-05-19 | 1996-05-07 | Molecular Imaging Corporation | Magnetic modulation of force sensor for AC detection in an atomic force microscope |
| GB2290656B (en) * | 1994-06-23 | 1998-03-25 | Grongar Wynn Lloyd | A scanning probe and an approach mechanism therefor |
| US5750989A (en) * | 1995-02-10 | 1998-05-12 | Molecular Imaging Corporation | Scanning probe microscope for use in fluids |
| US5621210A (en) * | 1995-02-10 | 1997-04-15 | Molecular Imaging Corporation | Microscope for force and tunneling microscopy in liquids |
| US5675154A (en) * | 1995-02-10 | 1997-10-07 | Molecular Imaging Corporation | Scanning probe microscope |
| US5874668A (en) * | 1995-10-24 | 1999-02-23 | Arch Development Corporation | Atomic force microscope for biological specimens |
| US5654546A (en) * | 1995-11-07 | 1997-08-05 | Molecular Imaging Corporation | Variable temperature scanning probe microscope based on a peltier device |
| US5821545A (en) * | 1995-11-07 | 1998-10-13 | Molecular Imaging Corporation | Heated stage for a scanning probe microscope |
| US5970167A (en) * | 1995-11-08 | 1999-10-19 | Alpha Innotech Corporation | Integrated circuit failure analysis using color voltage contrast |
| US5764409A (en) * | 1996-04-26 | 1998-06-09 | Alpha Innotech Corp | Elimination of vibration by vibration coupling in microscopy applications |
| US5847387A (en) * | 1996-09-10 | 1998-12-08 | Burleigh Instruments, Inc. | Support device and stage assembly for a scanned-probe microscope |
| US6197455B1 (en) | 1999-01-14 | 2001-03-06 | Advanced Micro Devices, Inc. | Lithographic mask repair using a scanning tunneling microscope |
| US6731327B1 (en) | 1999-02-12 | 2004-05-04 | Hypervision, Inc. | Dynamic structural coupling mechanism for reducing optical degradation in vibrating environments |
| US6394409B1 (en) * | 2000-01-14 | 2002-05-28 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Real time observable sample mounting fixture |
| FR2808888B1 (fr) * | 2000-05-15 | 2003-06-20 | Trophos | Dispositif d'observation sequentielle d'echantillons et procedes l'utilisant |
| US6894518B1 (en) * | 2002-03-29 | 2005-05-17 | Advanced Micro Devices, Inc. | Circuit analysis and manufacture using electric field-induced effects |
| JP4903377B2 (ja) * | 2004-09-15 | 2012-03-28 | オリンパス株式会社 | 顕微鏡装置 |
| US7414250B1 (en) | 2004-11-30 | 2008-08-19 | Northwestern University | Cryogenic variable temperature vacuum scanning tunneling microscope |
| JP4498285B2 (ja) * | 2006-02-01 | 2010-07-07 | キヤノン株式会社 | 走査型プローブ装置 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH643397A5 (de) * | 1979-09-20 | 1984-05-30 | Ibm | Raster-tunnelmikroskop. |
| US4762996A (en) * | 1987-04-20 | 1988-08-09 | International Business Machines Corporation | Coarse approach positioning device |
| US6127681A (en) * | 1987-08-12 | 2000-10-03 | Olympus Optical Co., Ltd. | Scanning tunnel microscope |
| DE68916667T2 (de) * | 1988-03-04 | 1995-01-12 | Toshiba Kawasaki Kk | Mikroskop. |
| US4841148A (en) * | 1988-03-21 | 1989-06-20 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Variable temperature scanning tunneling microscope |
| US4999495A (en) * | 1988-08-31 | 1991-03-12 | Seiko Instruments Inc. | Scanning tunneling microscope |
| US5041783A (en) * | 1989-02-13 | 1991-08-20 | Olympus Optical Co., Ltd. | Probe unit for an atomic probe microscope |
| JP2821005B2 (ja) * | 1989-10-02 | 1998-11-05 | オリンパス光学工業株式会社 | 微細表面形状計測装置 |
| US4992728A (en) * | 1989-12-21 | 1991-02-12 | International Business Machines Corporation | Electrical probe incorporating scanning proximity microscope |
-
1989
- 1989-10-02 JP JP1257523A patent/JP2815196B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-10-02 DE DE69015942T patent/DE69015942T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-10-02 EP EP90118880A patent/EP0421355B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-01-14 US US07/821,123 patent/US5296704A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0421355B1 (en) | 1995-01-11 |
| EP0421355A2 (en) | 1991-04-10 |
| DE69015942T2 (de) | 1995-09-07 |
| EP0421355A3 (en) | 1991-06-12 |
| US5296704A (en) | 1994-03-22 |
| DE69015942D1 (de) | 1995-02-23 |
| JPH03120401A (ja) | 1991-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2815196B2 (ja) | 微細表面形状計測装置 | |
| EP0331148B1 (en) | Microscope apparatus | |
| US5448399A (en) | Optical system for scanning microscope | |
| US7566884B2 (en) | Specimen holder for electron microscope | |
| JP2821005B2 (ja) | 微細表面形状計測装置 | |
| US5508517A (en) | Scanning probe type microscope apparatus | |
| US5952657A (en) | Atomic force microscope with integrated optics for attachment to optical microscope | |
| US5861624A (en) | Atomic force microscope for attachment to optical microscope | |
| EP0746857A1 (en) | Scanning probe microscope | |
| JP2005517911A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| JPH032503A (ja) | 探触針ユニット及び探触針ユニットの製造方法 | |
| JP3133307B2 (ja) | 電子顕微鏡 | |
| US5214342A (en) | Two-dimensional walker assembly for a scanning tunneling microscope | |
| JPH05157554A (ja) | 光学顕微鏡組込型プローブ顕微鏡 | |
| JPH0579814A (ja) | 走査プローブ型顕微鏡装置 | |
| JPH0264401A (ja) | 精密３次元形状測定装置 | |
| JPH01287403A (ja) | 走査型トンネル顕微鏡 | |
| JPH034102A (ja) | 走査型トンネル顕微鏡 | |
| JPH02163601A (ja) | 走査型トンネル顕微鏡 | |
| JPH05256642A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JPH07134133A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| JPH0835972A (ja) | 簡易型ｓｐｍ装置 | |
| JPH032604A (ja) | 徴小位置決め装置 | |
| JPH02297003A (ja) | 検出部位置決機構、圧電素子微動機構およびこれらを用いた走査型トンネル顕微鏡 | |
| JPH0334250A (ja) | 光学顕微鏡複合走査型トンネル顕微鏡 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |