JP4037576B2

JP4037576B2 - 蒸着装置を備えた走査形プローブ顕微鏡

Info

Publication number: JP4037576B2
Application number: JP27862299A
Authority: JP
Inventors: 木進青
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001107222A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸着装置に関し、走査形プローブ顕微鏡などに使用される蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査形トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの走査形プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、現在、表面観察装置として必要不可欠な装置となっている。
【０００３】
そして最近では、たとえばＳｉ基板上に金や銅などの金属を蒸着させた直後の原子構造の並びを、走査形プローブ顕微鏡で観察したいという要求が高まっており、ＳＰＭ本体が配置されている試料室の中に蒸着装置を備えた走査形プローブ顕微鏡の開発が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、走査形プローブ顕微鏡の探針などに上述した蒸着が行われると、探針と試料間に流れるトンネル電流や、探針と試料間に働く原子間力が蒸着の前後で変化してしまい、試料観察が正確に行われなくなる。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みて成されたもので、その目的は、試料表面のみに蒸着を行う蒸着装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成する本発明の蒸着装置を備えた走査形プローブ顕微鏡は、真空チャンバーと、該真空チャンバー内に配置され、探針を有する走査形プローブ顕微鏡本体と、前記真空チャンバー内に配置された蒸着源取付部と、該蒸着源取付部に取り付けられる蒸着源を蒸発させる手段と、前記蒸着源が蒸発して生成される蒸着物質を通過させる蒸着口を有し、前記蒸着源取付部を覆うように前記真空チャンバー内に配置された蒸着源カバーと、前記真空チャンバー内であって、前記蒸着口を通過した蒸着物質の通路上に配置された試料ステージを備え、前記走査形プローブ顕微鏡本体は、前記探針が前記試料ステージから遠ざかることが可能に構成されていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
図１は、本発明の蒸着装置の一例を示した図であり、蒸着装置を備えた走査形トンネル顕微鏡を示した図である。
【０００９】
図１の装置構成について説明すると、１は蒸着容器である真空チャンバーであり、真空チャンバー１の内部、すなわち試料室２は図示しない排気装置により超高真空に排気されている。
【００１０】
３は、試料室２に配置された基台であり、基台３は真空チャンバー１の内壁に固定されている。基台３上には走査形トンネル顕微鏡本体４が配置されており、走査形トンネル顕微鏡本体４は、基台３上に配置されたＺ方向駆動機構５と、Ｚ方向駆動機構５に固定された圧電走査素子６と、圧電走査素子６に取り付けられた探針ホルダ７と、探針ホルダ７に保持された探針８とから構成されている。前記Ｚ方向駆動機構５はＺ軸方向に移動可能であり、前記圧電走査素子６はＸ，ＹおよびＺ軸方向に移動可能である。
【００１１】
また、基台３上には、試料ステージであるＸＹステージ９が配置されており、ＸＹステージ９はＸおよびＹ軸方向に移動可能である。このＸＹステージ９には試料ホルダ１０が取り付けられており、試料１１が試料ホルダ１０にセットされている。試料１１は前記探針８に対向している。
【００１２】
１２は、基台３に開けられた蒸着物質通過孔であり、通過孔１２は、Ｚ方向駆動機構５とＸＹステージ９の間に設けられている。
【００１３】
基台３を挟んで、前記走査形トンネル顕微鏡本体４の反対側には、蒸着装置１３が配置されており、以下に蒸着装置１３の構成について説明する。
【００１４】
１４は支持手段である真空フランジであり、真空フランジ１４は、真空チャンバー１の取付孔（図示せず）に取り付けられている。この真空フランジ１４には、真空側と大気側とを電気的に接続するための電流端子１５，１６が固定されており、電流端子１５の真空側端部１５ａにはタングステンフィラメント１７の一端が固定され、電流端子１６の真空側端部１６ａにはタングステンフィラメント１８の一端が固定されている。
【００１５】
そして、タングステンフィラメント１７と１８の他端には蒸着源取付部１９が固定されており、蒸着源取付部１９は、タングステンフィラメント１７，１８と電流端子１５，１６を介して真空フランジ１４に支持されている。この蒸着源取付部１９は、タングステンフィラメントで籠状に編まれたものであり、その中に蒸着源である金２０が入れられている。
【００１６】
２１は円筒状の蒸着防止カバーであり、蒸着防止カバー２１は、前記真空側端部１５ａ，１６ａを除いて電流端子１５，１６の真空側部分を覆うように、真空フランジ１４の真空側に固定されている。
【００１７】
また、２２は円筒状の蒸着源カバーであり、蒸着源カバー２２は、蒸着源取付部１９、タングステンフィラメント１７，１８および蒸着防止カバー２１を覆うように、真空フランジ１４の真空側に取り付けられている。
【００１８】
この蒸着源カバー２２は二重底となっており、外底２３には円形の蒸着口２４が開けられており、内底２５には円形の蒸着口２６が開けられている。これらの蒸着口２４，２６は、前記蒸着源２０が蒸発して生成される蒸着物質を試料１１の方へ通過させるためのものである。
【００１９】
２７は蒸着源取付部加熱電源であり、加熱電源２７は、電流端子１５の大気側端部１５ｂと、電流端子１６の大気側端部１６ｂに接続されている。
【００２０】
以上、図１の装置構成について説明したが、次に、このような装置において、試料１１の表面に金蒸着を行う場合について説明する。
【００２１】
まず、オペレータは、蒸着源２０を蒸着源取付部１９に取り付け、蒸着源カバー２２を真空フランジ１４に取り付けてから真空フランジ１４を真空チャンバー１に固定し、前記排気装置を動作させる。
【００２２】
そして、オペレータは、探針８が試料１１から遠ざかるようにＺ方向駆動機構５を移動させ、試料室２が超高真空に排気されると、蒸着源取付部１９に数Ａ程度の電流が流れるように加熱電源２７を制御する。
【００２３】
この制御により蒸着源取付部１９は通電加熱され、その中に入っている蒸着源２０は加熱蒸発し、この蒸発によって生成された蒸着物質のうち、蒸着口２６を通過してさらに蒸着口２４を通過した蒸着物質は、蒸着装置１３から試料１１の方へ放出される。そして、蒸着装置１３から放出された蒸着物質は、基台３の蒸着物質通過孔１２を通過して、蒸着物質の進路上に配置された試料ステージ上の試料１１に到達し、試料１１の表面に金の薄膜が形成される。
【００２４】
以上、図１の装置について説明したが、図１の蒸着装置においては、蒸着源は蒸着源カバーで覆われており、蒸着物質は、蒸着源と試料とを結ぶ直線上に位置する蒸着源カバーの蒸着口から試料の方へ放出されるので、蒸着物質は走査形トンネル顕微鏡本体に当たることなく試料に到達する。この結果、走査形トンネル顕微鏡本体に対してまったく蒸着が行われず、試料蒸着後においても正確にＳＴＭ観察を行うことができる。
【００２５】
また、図１の蒸着装置においては、蒸着源カバーに２つの蒸着口が設けられて蒸着口が二段構造となっているので、蒸着装置から放出される蒸着物質の広がりは蒸着口１つの場合に比べて抑えられ、このような構成とすることも、走査形トンネル顕微鏡本体への蒸着を防ぐために重要である。
【００２６】
また、図１の蒸着装置においては、生成された蒸着物質は、蒸着防止カバー２１によってそのカバー内に入らない。このため、真空フランジ１４の真空側部分に蒸着膜が形成されることはなく、電流端子１５と電流端子１６がその蒸着膜によって導通することはない。なお、電流端子１５の真空側端部１５ａと蒸着防止カバー間、および電流端子１６の真空側端部１６ａと蒸着防止カバー間にはわずかな隙間があるので、蒸着防止カバーに蒸着膜が形成されても、電流端子１５と電流端子１６がその蒸着膜によってつながることはない。
【００２７】
次に、本発明の他の例を挙げる。
【００２８】
図２は、本発明の蒸着装置の他の例を示した図である。図２において、図１と同一の構成要素には図１と同じ番号が付けられており、その説明を省略する。
【００２９】
図２の蒸着装置の構成について説明すると、２８は支持手段であり、支持手段２８は、真空チャンバー１の取付孔（図示せず）に取り付けられている。
【００３０】
この支持手段２８には、真空側と大気側とを電気的に接続するための電流端子２９，３０が固定されており、電流端子２９の真空側端部２９ａにはタングステンフィラメント１７が固定され、電流端子３０の真空側端部３０ａにはタングステンフィラメント１８が固定されている。また、加熱電源２７が、電流端子２９の大気側端部と、電流端子３０の大気側端部に接続されている。
【００３１】
３１は、支持手段２８に設けられた覗き窓である。
【００３２】
３２は円筒状の蒸着防止カバーであり、蒸着防止カバー３２は、前記真空側端部２９ａ，３０ａを除いて電流端子２９，３０の真空側部分を覆うように、支持手段２８に固定されている。
【００３３】
この蒸着防止カバー３２の底部の中心には、覗き穴３３が開けられており、覗き穴３３は、カバー３２の外側から、すなわち蒸着源側から透明板３４で塞がれている。透明板３４は、ガラスあるいはテフロンなどの超高真空中でガス放出の少ない透明な板で出来ている。
【００３４】
図３は、透明板３４の蒸着防止カバー３２への固定方法を説明するために示した図であり、図３（ａ）は、前記蒸着防止カバー３２の底部を蒸着源側から見た図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。
【００３５】
図３において、３５は板バネであり、板バネ３５は止めネジ３６によって蒸着防止カバー３２に固定されている。そして、透明板３４は、板バネ３５でカバー３２に押し付けられて蒸着防止カバー３２に固定されている。なお、３７は電流端子２９の貫通孔であり、３８は電流端子３０の貫通孔である。
【００３６】
また、図２に示すように、前記蒸着源カバー２２は、支持手段２８の真空側に取り付けられている。
【００３７】
以上、図２の装置構成について説明したが、このような装置において、オペレータは覗き窓３１を覗くと、覗き穴３３から透明板３４の向こう側の蒸着源取付部１９を観察することができる。このため、オペレータは、蒸着源２０が蒸着源取付部１９にどのくらい残っているか、あるいは、蒸着源２０が蒸着源取付部１９から落下していないかどうかを確認でき、蒸着源が無くなった時には直ちに蒸着源を取付部１９に取り付けることができる。
【００３８】
また、図２の装置において、放射温度計などを覗き窓３１の前に配置すれば、蒸着源２０の温度を測定することができるので、蒸着源取付部１９に電流を流し過ぎて蒸着源２０を短時間にすべて飛ばしてしまうことがなくなる。
【００３９】
また、従来においては、実際に蒸着源が何度に加熱されていたか分からなかったので、加熱電流を少しずつ増やしていき、試料に蒸着が行われたかどうかをＳＴＭ、ＡＦＭあるいはＳＥＭなどにより観察しながら判断していたが、図２の装置を用いれば、放射温度計などにより蒸着源の温度がわかるので、それから試料に蒸着が行われたかどうかを容易に判断することができる。
【００４０】
なお、前記透明板３４によって、覗き窓３１への蒸着が防止されているが、透明板３４が蒸着によって透明度が落ちた場合には、支持手段２８を真空チャンバー１から取り外し、蒸着源カバー２２を支持手段２８から外して透明板を新しいものに取り替えればよい。
【００４１】
以上、図２の蒸着装置について説明したが、図２の装置においては透明板３４が蒸着防止カバー３２に固定されているが、それに代えて、覗き穴３３を塞ぐように開閉可能な遮蔽板を蒸着防止カバー３２に取り付けるようにしてもよい。そして、覗き窓３１から蒸着源２０を観察するときには、遮蔽板が覗き穴３３を塞がないように遮蔽板を開け、また、蒸着源２０を観察しないときは、遮蔽板が覗き穴３３を塞ぐように遮蔽板を閉じればよい。
【００４２】
また、図４に示すように、真空チャンバー１に覗き窓３９を設け、その覗き窓３９から蒸着源２０が観察できるように、蒸着源カバー４０に透明板４１を取り付けるようにしてもよい。透明板４１のカバー４０への取り付け方は、前記図３に示した板バネ式などがある。なお、図４において、図１と同一の構成要素には図１と同じ番号が付けられている。
【００４３】
また、図４の透明板４１の位置に覗き穴を設け、その覗き穴を塞ぐように開閉可能な遮蔽板を蒸着源カバー４０に取り付けるようにしてもよい。そして、覗き窓３９から蒸着源２０を観察するときには、遮蔽板が覗き穴を塞がないように遮蔽板を開け、また、蒸着源２０を観察しないときは、遮蔽板が覗き穴を塞ぐように遮蔽板を閉じればよい。
【００４４】
また、上記例においては、走査形トンネル顕微鏡本体が配置されているが、これに代えて、原子間力顕微鏡本体を配置するようにしてもよい。
【００４５】
また、上記例においては、蒸着源取付部は、タングステンフィラメントで籠状に編まれて形成されているが、タングステンフィラメントをＶの字に曲げたものを蒸着源取付部として用い、そのＶ字状の取付部に蒸着源を引っ掛けるようにしてもよい。
【００４６】
また、上記例においては、蒸着源を通電加熱して蒸発させるようにしたが、蒸着源に電子ビームを照射して蒸着源を加熱し、蒸着源を蒸発させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸着装置の一例を示した図である。
【図２】本発明の蒸着装置の一例を示した図である。
【図３】透明板の蒸着防止カバーへの固定方法を説明するために示した図である。
【図４】本発明の蒸着装置の一例を示した図である。
【符号の説明】
１…真空チャンバー、２…試料室、３…基台、４…走査形トンネル顕微鏡本体、５…Ｚ方向駆動機構、６…圧電走査素子、７…探針ホルダ、８…探針、９…ＸＹステージ、１０…試料ホルダ、１１…試料、１２…蒸着物質通過孔、１３…蒸着装置、１４…真空フランジ、１５、１６、２９、３０…電流端子、１５ａ、１６ａ、２９ａ、３０ａ…真空側端部、１７、１８…タングステンフィラメント、１９…蒸着源取付部、２０…蒸着源、２１、３２…蒸着防止カバー、２２、４０…蒸着源カバー、２３…外底、２４、２６…蒸着口、２５…内底、２７…加熱電源、２８…支持手段、３１、３９…覗き窓、３３…覗き穴、３４、４１…透明板、３５…板バネ、３６…止めネジ、３７、３８…電流端子貫通孔

Claims

真空チャンバーと、
該真空チャンバー内に配置され、探針を有する走査形プローブ顕微鏡本体と、
前記真空チャンバー内に配置された蒸着源取付部と、
該蒸着源取付部に取り付けられる蒸着源を蒸発させる手段と、
前記蒸着源が蒸発して生成される蒸着物質を通過させる蒸着口を有し、前記蒸着源取付部を覆うように前記真空チャンバー内に配置された蒸着源カバーと、
前記真空チャンバー内であって、前記蒸着口を通過した蒸着物質の通路上に配置された試料ステージを備え、
前記走査形プローブ顕微鏡本体は、前記探針が前記試料ステージから遠ざかることが可能に構成されている
ことを特徴とする蒸着装置を備えた走査形プローブ顕微鏡。
前記真空チャンバーに取り付けられた支持手段を更に備え、前記蒸着源取付部は該支持手段に支持され、前記蒸着源カバーは該支持手段に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の蒸着装置を備えた走査形プローブ顕微鏡。
前記蒸着源取付部を前記真空チャンバーの外側から観察する手段を更に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸着装置を備えた走査形プローブ顕微鏡。
前記支持手段に設けられた覗き窓と、該覗き窓と前記蒸着源取付部の間に配置された透明板を更に備えたことを特徴とする請求項２記載の蒸着装置を備えた走査形プローブ顕微鏡。
前記支持手段に設けられた覗き窓と、該覗き窓と前記蒸着源取付部の間に配置された開閉可能な遮蔽板を更に備えたことを特徴とする請求項２記載の蒸着装置を備えた走査形プローブ顕微鏡。
前記真空チャンバーに設けられた覗き窓と、該覗き窓から前記蒸着源取付部が観察できるように、前記蒸着源カバーに取り付けられた透明板を更に備えたことを特徴とする請求項２記載の蒸着装置を備えた走査形プローブ顕微鏡。
前記真空チャンバーに設けられた覗き窓と、該覗き窓から前記蒸着源取付部が観察できるように、前記蒸着源カバーに開閉可能に取り付けられた遮蔽板を更に備えたことを特徴とする請求項２記載の蒸着装置を備えた走査形プローブ顕微鏡。