JPH01159954A

JPH01159954A - 透過型電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡

Info

Publication number: JPH01159954A
Application number: JP31720387A
Authority: JP
Inventors: Koro Oi; 公郎大井; Yoshiyasu Harada; 原田　嘉晏
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-06-22
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPH0616410B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は走査トンネル顕微鏡に係わり、特に透過型電子
顕微鏡に組め込むようにした走査トンネル顕微鏡に関す
るものである。

〔従来の技術〕

一般に、探針先端の原子と試料の原子の電子雲とが重な
り合うｌｎｍ程度まで探針を試料に近づけ、この状態で
探針と試料との間に電圧をかけると電流が流れる。この
電流は１〜ンネル電流と呼ばれ、電圧が数ｍＶのとき、
１〜ＬＯｎＡ程度である。

このトンネル電流の大きさは、試料と探針との間の距離
により変化し、トンネル電流の大きさを測定することに
より試料と探針との間の距離を超精密測定することがで
き、探針位置が既知であれば試料の表面形状を原子レベ
ルで求めることができる。またトンネル電流が一定にな
るように探針位置を制御すれば探針位置軌跡により同様
に試料の表面形状を測定することができる。

このような原理に基づく走査型トンネル顕微鏡（Ｓｃａ
ｎｎｉｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｌｉｎｇ　　Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｅ　、略してＳＴＭ）は、大気中、液体中、真空
中などどのような状態ででも使用できるため、近年、各
方面で開発が行われている。

このうようなＳＴＭを走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）の中
に組み込み、二次電子像とＳＴＭ像を得ることを目的に
したものの報告がある。

〔発明が解決すべき問題点〕

ところで、Ｓ’ＦＭで像を観察したり評価しようとする
と、ＳＴＭ単体では試料のどの位置を観察しているか分
からないという問題がある。そこで、ＳＥＭとＳＴＭを
組み合わせ、ＳＥＭで視野探しを行わせるようにするこ
とが考えられる。

ＳＥＭでの観察は、凹凸の変化の大きい試料には非常に
有効であるが、凹凸の小さい試料では二次電子の発生度
合の違いが小さく、そのため観察が難しい。このため、
ＳＴＭに必要な平らな面を探すことばにはあまり向いて
いない。

またＳＥＭによる観察では、高分解能像を得るためには
、ビームを絞らねばならず、試料ダメージ、コンタミネ
ーションが問題となり、表面状態を変えてしまう可能性
が大で、この点でもＳＴＭには不向きである。

一方、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）においてもＳＴＭ像
を得ることが望まれていた。しかしながら、ＴＥＭはＳ
ＥＭより分解能が高いため、対物レンズポールピースの
ギャップが狭く、ＳＴＭ走査部が入らないことや、試料
と針を近づける手段、試料の良い視野に針を移動させる
手段、試料にヘーク、茎着等の加工を施した時、針に蒸
気や金属が付着するのを防止する手段等がなく、またＳ
ＴＭ走査部の剛性を上げて耐振性を良くする方法がない
ためにＴＥＭにＳＴＭを組め込むことはできなかった。

本発明は上記問題点を解決するだめのもので、ＴＥＭに
ＳＴＭを組み込め、試料の電子顕微鏡による観察と１〜
ンネル現象を利用した超精密測定とを可能にした透過型
電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明の透過型電子顕微鏡用走査Ｉ・ンネル
顕微鏡は、試料表面が光軸に直角になるように試料を保
持した試料ホルダー中に、探針を備えた走査トンネル顕
微鏡走査機構を配置した透過型電子顕微鏡用走査トンネ
ル顕微鏡であって、試料に電子線を照射して透過像を得
ると共に、走査トンネル顕微鏡により試料表面の観察を
行うようにしたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の透過型電子顕微鏡用走査ｉ・ンネル顕微鏡は、
透過電子顕微鏡法により透過像を得、これを利用して視
野探しを行い、さらに走査トンネル顕微鏡により試料表
面の超精密観察を行うものであり、また探針の透過像、
即ち試料像上の探針の影により探針位置を知ることがで
きる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照して説明する。

第１図は電子顕微鏡用走査１−ンネル顕微鏡により透過
像を得る場合の本発明の実施例を示す図で１はホルダー
、２は試料、３は試料固定台、４はＳＴＭ走査部、５は
ＳＴＭ針、６は対物レンズ（ＯＬ）ポールピース、７は
光軸、８．９は固定用ネジである。

ホルダー１　（詳細は後述する）は、図示しないサイド
エントリゴニオメータにより移動させられて試料２を所
定位置にセントするようになっている。このホルダー１
内には、試料２が試料固定台３にネジ８．９により図示
のように取りつけられ、またピエゾ素子からなるＳＴＭ
走査走査部数納され、ＳＴＭ針５が図示のように角度を
もって試料１に対向して設けられている。このＳＴＭ走
査走査部数約１　、　６　ｕｉ　Ｘ　３　ｔＩＩＸ　５
１程度のもので、ホルダー１内に十分収納可能なように
構成されている。

このような構成において、電子線が試料面に直角に照射
され、その透過像が図示しない感光面状に結像され、こ
の透過像により試料を観察することができる。この透過
像では試料表面の微小な凹凸までは観察できない。そこ
で、この凹凸の程度はＳＴＭ走査走査部数動してＳＴＭ
走査針５により超精密に測定される。この場合、前述し
たようにＳＴＭの分解能は原子レベルであるので、ＳＴ
Ｍ針の許容される振動の振幅は０．１Å以下であるが、
本発明においては試料と針とが１つのホルダー内に固定
されているため耐振上極めて有利となる。

また、ＳＴＭ針で試料面上を走査する場合、どの位置を
観察しているのか分からないという問題があるが、試料
と共に探針の透過像を得るようにすれば、探針の影が試
料像上に観察されるので、容易に観察位置を知ることが
できる。

第２図は本発明におけるホルダーの一実施例を示す図で
、同図（イ）は試料観察状態を示す図、同図（ロ）はＳ
ＴＭ走査部を試料から離した状態を示す図で、第１図と
同一番号は同一内容を示している。なお、ＩＡＸ　ＩＢ
は窓、１１はアーム、１２は球、１３．１４．１５は○
リング溝、１６はバー、１７は内筒、１８はダイアル、
１９はロック部材、２０はネジ、２１はネジ、２２はノ
ブ、２３は導線、２４はハーメチックシール部、２５は
くさび、２６はピエゾ素子、２７はピン、２８はネジ、
２９はハネ、３０は導線収納空間、３１は貫通孔である
。

本発明のホルダー構成は、ホルダー１の中に、）、Ｙ、
Ｚ３軸の試料移動機構を設け、そこにＳＴＭ走査走査部
子５を設げたものである。

ホルダー１内には、試料固定台３が固定され、また内筒
１７がホルダー軸方向に摺動可能なように内面に接して
設けられている。試料２は、その面がボルダ−１の中心
軸に一致するように試料固定台３に固定され、これに対
向して針５がＳＴＭ走査走査部子端に取りイ」けられ、
ＳＴＭ走査走査部子−ム１１に固定されている。内筒１
７の先端部には真空シール用のＯリング溝１３を設けた
テーパ部が設けられ、アーム１１と一体の球１２を気密
状態を保持して回動自在に受けるようになっている。そ
して球１２にはバー１６が一体に設けられ、その先端は
フリーで、バネ２８により上方へ付勢されると共に、ネ
ジ２１で下方へ押下げられるようになっている。したが
って、ネジ２１を回してバー１６の自由端を上下に動か
すことにより、球１２を支点としてアーム１１を動かす
ことができ、針５を試料に近づけたり離したりすること
ができる。また紙面に垂直にネジ２１と同様のネジ（図
示せず）が設けてあり、このネジを操作することにより
針５を試料面に沿って移動でき、視野探しを行うことが
できる。

これらアーム１１、球１２、バー１６は、ボルダ−１の
中心軸から外れた偏心位置（図では上側）に設けられ、
その下方に導線２３の収納空間３０を形成するようにし
ている。また内筒１７とホルダー１との間は真空シール
用の０リング溝１４が形成され、これとＯリング溝１３
とにより試料側を真空に保持し、また、ＳＴＭ走査走査
動駆動用トンネル電流取り出し用の導線２３の為のハー
メチックシール部２４が形成されている。また内筒１７
は、ダイアル１日のネジ部と噛み合うネジ２０を有し、
ダイアル１８を回すと内筒１７はピン２７により回転で
きないため、軸方向に移動する。この移動により試料の
軸方向の視野探しを行うことができる。また内筒１７の
内面にはテーパ状先端部が球１２の所まで伸びると共に
、ネジ２１が貫通ずる貫通孔３１が設りられたロック部
材１９が設けられ、また後端部には、ノブ２２が取イ」
けられるネジ２８が設けられ、ロック部材の後端と接し
ている。そして、ノブ２２を回し、ロック部材１９を押
ずことにより、ロック部材先端のテーパが球１２を押圧
して固定し、アーム１１を動き難くシて剛性を上げられ
るようになっている。

また内筒１７のホルダー１との接触面の一部にテーパを
持った溝が設けられ、この溝にはくさび２５と、くさび
を押す積層型のピエゾ素子２６が設けられ、ピエゾ素子
２６を駆動して伸ばすことによりくさび２５を押し、内
筒１７とホルダー１との間に圧入させることにより内筒
１７をロックして剛性を上げる構造となっている。

このような構成において、図示しないサイドエントリゴ
ニオメータにホルダー１を挿入し、ホルダーを移動させ
ることにより試料移動を行って視野探しを行い、ＴＥＭ
法により試料面を観察する。

こうして得られた透過像の中でさらにＳＴＭにより観察
したい領域を設定し、ダイアル１８で軸方向移動、ネジ
２１で試料との接近、ネジ２１と同様の図示しない紙面
に直交するネジで試料面に沿った方向の針の移動を行う
。試料移動を行う場合、ＴＥＭ法で試料と針の像を観察
すれば、試料像」二の針の影から観察位置を容易に知る
ことができる。

こうして、針の七ノドを行った後、ノブ２２を回してロ
ック部材１９を押して球１２、アーム１１を固定し、さ
らにピエゾ素子２６を駆動して内筒１７を固定すること
により全体として剛性を上げて３７Ｍ走査の耐振性を良
くしてＳＴＭ法による超精密測定を行う。

なお、ホルダー１内での試料の加工を行う場合には、ネ
ジ２１を回して針５を試料２から離し、周囲に当たらな
くなる状態にしてダイアル１８を回すことにより内筒１
７を引き込んで第２図（口に示す状態とし、この状態で
試料のヘーク、蒸着等を行えば、針が試料面から離れて
いるので金属や蒸気が針に付着する等の悪影響を防止す
ることができる。

なお、上記実施例では針の移動、ロック等をネジによる
駆動力を使用して行う例について説明したが、てこの原
理を使用したり、またピエゾ素子を用いて行う等、駆動
機構はどのような手段を使用してもよい。

〔発明の効果〕以上のように本発明によれば、試料表面が光軸に直角に
なるように試料を保持した試料ボルダー中に、走査Ｉ−
ンネル顕ｉ敦鏡走査機構を配置することにより、透過電
子顕微鏡法により試料像を観察して視野探しを行って後
、さらに走査ｌ・ン不ル顕微鏡により超精密に試料面の
観察を行うことができ、また探針をＴＥＭ法で観察して
試料像上の針の影の位置から、容易に探針位置を知るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１０は電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡により透過像
を得る場合の本発明の実施例を示す図、第２図は本発明
におけるボルダ−の一実施例を示す図で、同図（イ）は
試料観察状態を示す図、同図（ロ）はＳＴＭ走査部を試
料から離した状態を示す図である。 ■・・・ホルダー、２・・・試料、３・・・試料固定台
、４・・・ＳＴＭ走査部、５・・・ＳＴＭ針、６・・・
対物レンズ（ＯＬ）ポールピース、７・・・光軸、１１
・・・アーム、１２・・・球、１６・・・バー、１７・
・・内筒、１８・・・ダイアル、１９・・・ロック部材
、２２・・・ノブ、２３・・・導線、２８・・・ネジ。出　　願　　人　　日本電子株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料表面が光軸に直角になるように試料を保持し
た試料ホルダー中に、探針を備えた走査トンネル顕微鏡
走査機構を配置した透過型電子顕微鏡用走査トンネル顕
微鏡であって、試料に電子線を照射して透過像を得ると
共に、走査トンネル顕微鏡により試料表面の観察を行う
ようにしたことを特徴とする透過型電子顕微鏡用走査ト
ンネル顕微鏡。
（２）試料像上の探針の影により探針位置を求める特許
請求の範囲第１項記載の透過型電子顕微鏡用走査トンネ
ル顕微鏡。