JPH01316602A - 電子顕微鏡組込型走査トンネル顕微鏡 - Google Patents
電子顕微鏡組込型走査トンネル顕微鏡Info
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- JPH01316602A JPH01316602A JP63151018A JP15101888A JPH01316602A JP H01316602 A JPH01316602 A JP H01316602A JP 63151018 A JP63151018 A JP 63151018A JP 15101888 A JP15101888 A JP 15101888A JP H01316602 A JPH01316602 A JP H01316602A
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- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 25
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Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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。
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、圧電素子の印加電圧を制御することによって
試料面に探針を近づけて走査しトンネル電流を検出する
走査トンネル顕微鏡に関する。
試料面に探針を近づけて走査しトンネル電流を検出する
走査トンネル顕微鏡に関する。
探針先端の原子と試料の原子の電子雲とが重なり合うｌ
ｎｍ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トンネル電流が流れる。この
トンネル電流は、電圧が数ｍＶ〜数■のとき、１〜１０
ｍＡ程度になり、試料と探針との間の距離により変化す
る。そこで、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求めること
ができる。
ｎｍ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トンネル電流が流れる。この
トンネル電流は、電圧が数ｍＶ〜数■のとき、１〜１０
ｍＡ程度になり、試料と探針との間の距離により変化す
る。そこで、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求めること
ができる。
走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）は、トンネル電流が一定
になるように探針位置を制御し、探針位置軌跡により試
料の表面形状を観察するものであり、表面原子配列を解
析する上で注目されている装置である。トンネル電流に
より試料の表面形状（凹凸像）を観察する場合には、ま
ず、粗動により探針を０．１μｍ程度まで試料に近づけ
、そして微動により０．１μｍからさらにｌｎｍまで探
針を試料に近づけ、ｎｍオーダーでの制御が行われる。
になるように探針位置を制御し、探針位置軌跡により試
料の表面形状を観察するものであり、表面原子配列を解
析する上で注目されている装置である。トンネル電流に
より試料の表面形状（凹凸像）を観察する場合には、ま
ず、粗動により探針を０．１μｍ程度まで試料に近づけ
、そして微動により０．１μｍからさらにｌｎｍまで探
針を試料に近づけ、ｎｍオーダーでの制御が行われる。
このように走査トンネル顕微鏡は、オングストロームオ
ーダーの表面原子配列を解析するものであり、微小領域
の観察になるため、試料の視野探しが難しいという問題
がある。また、表面の原子が動き安定していなかったり
、表面原子の拡散現象により、試料表面の原子像が得ら
れても、不安定であったり再現性がなかったりするのが
常である。そこで、このような問題を補完するため、例
えば電子顕微鏡に走査トンネル顕微鏡を組み込み使用し
て同視野観察を行う方法が採用される。
ーダーの表面原子配列を解析するものであり、微小領域
の観察になるため、試料の視野探しが難しいという問題
がある。また、表面の原子が動き安定していなかったり
、表面原子の拡散現象により、試料表面の原子像が得ら
れても、不安定であったり再現性がなかったりするのが
常である。そこで、このような問題を補完するため、例
えば電子顕微鏡に走査トンネル顕微鏡を組み込み使用し
て同視野観察を行う方法が採用される。
その例を示したのが第３図であり、トンネル電流を検出
しながら圧電素子を駆動し、試料の表面の凹凸像を得る
全体のシステム概略構成を示したのが第４図である。
しながら圧電素子を駆動し、試料の表面の凹凸像を得る
全体のシステム概略構成を示したのが第４図である。
第３図は走査トンネル顕微鏡を組み込んだ電子顕微鏡の
構成概要を示す図、第４図は走査トンネル顕微鏡の概略
構成を示す図である。図中、２１は３７Ｍユニット、２
２は試料、２３は探針、２４はヘッド、２６．２日と２
９は圧電素子、２５と２７は絶縁板、３１はポールピー
ス、３２は試料ホルダー、３３は駆動機構、３４は光軸
、３５はスクリーン、３６は電子ビーム、４１は電極、
４２はＸＹ走査回路、４３はサーボ回路、４４はトンネ
ル電流増幅器、４５はバイアス電源、４６はメモリ、４
７はＭＰＬＩ、４８は表示装置を示す。
構成概要を示す図、第４図は走査トンネル顕微鏡の概略
構成を示す図である。図中、２１は３７Ｍユニット、２
２は試料、２３は探針、２４はヘッド、２６．２日と２
９は圧電素子、２５と２７は絶縁板、３１はポールピー
ス、３２は試料ホルダー、３３は駆動機構、３４は光軸
、３５はスクリーン、３６は電子ビーム、４１は電極、
４２はＸＹ走査回路、４３はサーボ回路、４４はトンネ
ル電流増幅器、４５はバイアス電源、４６はメモリ、４
７はＭＰＬＩ、４８は表示装置を示す。
第３図において、電子顕微鏡用の試料ホルダー３２は、
３７Ｍユニット２１を組み込んでポールピース３１の間
に配設されたものであり、光軸３４付近に探針２３と試
料２２も同時に取り付けられ、その断面図を示したのが
同図［有］）であり、試料ホルダー３２を上から見た図
を示したのが同図（Ｃ）である。このような構成では、
同図い）に示すように電子顕微鏡により試料２２の表面
に成る角度でスポット状に電子線３６を照射し、そこで
反射像をスクリーン３５に投影させることによって試料
面を観察することができ、さらに探針２３を走査するこ
とによって表面細部を超精密に観察することができる。
３７Ｍユニット２１を組み込んでポールピース３１の間
に配設されたものであり、光軸３４付近に探針２３と試
料２２も同時に取り付けられ、その断面図を示したのが
同図［有］）であり、試料ホルダー３２を上から見た図
を示したのが同図（Ｃ）である。このような構成では、
同図い）に示すように電子顕微鏡により試料２２の表面
に成る角度でスポット状に電子線３６を照射し、そこで
反射像をスクリーン３５に投影させることによって試料
面を観察することができ、さらに探針２３を走査するこ
とによって表面細部を超精密に観察することができる。
第４図において、３７Ｍユニット２１は、ヘッド２４に
探針２３が装着され、ヘッド２４が絶縁板２５．２７及
び圧電素子２６．２８．２９により支持されている。圧
電素子２６．２８．２９は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる
３次元アクチュエータを構成し、圧電素子２６がＺ軸、
圧電素子２８がＸ軸、圧電素子２９がＹ軸を駆動するも
のである。
探針２３が装着され、ヘッド２４が絶縁板２５．２７及
び圧電素子２６．２８．２９により支持されている。圧
電素子２６．２８．２９は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる
３次元アクチュエータを構成し、圧電素子２６がＺ軸、
圧電素子２８がＸ軸、圧電素子２９がＹ軸を駆動するも
のである。
３次元アクチュエータを構成する圧電素子２６．２８．
２９のそれぞれ両側に配置された電極４１には、駆動電
圧が印加され、この電極間の電圧がＭＰＵ４７、メモリ
４６を通して制御される。すなわち、３次元アクチュエ
ータの制御では、ＸＹ走査回路４２によりＸ軸、Ｙ軸方
向圧電素子２日、２９に対する印加電圧を掃引すること
により探針２３をＸ軸、Ｙ軸方向に移動させて走査し、
この走査をしながらトンネル電流が一定になるようにサ
ーボ回路４３を通してＺ軸方向圧電素子２６に対する電
圧を制御する。そこで、この制御電圧値をＭＰＵ４７に
読み込み表示装置４８に表示することによって、試料２
２の表面形状（凹凸像）を観察することができる。
２９のそれぞれ両側に配置された電極４１には、駆動電
圧が印加され、この電極間の電圧がＭＰＵ４７、メモリ
４６を通して制御される。すなわち、３次元アクチュエ
ータの制御では、ＸＹ走査回路４２によりＸ軸、Ｙ軸方
向圧電素子２日、２９に対する印加電圧を掃引すること
により探針２３をＸ軸、Ｙ軸方向に移動させて走査し、
この走査をしながらトンネル電流が一定になるようにサ
ーボ回路４３を通してＺ軸方向圧電素子２６に対する電
圧を制御する。そこで、この制御電圧値をＭＰＵ４７に
読み込み表示装置４８に表示することによって、試料２
２の表面形状（凹凸像）を観察することができる。
このように走査トンネル顕微鏡を電子顕微鏡に組み込む
メリットとしては、上記探針のアプローチを電子顕微鏡
の観察下で行えると同時に、反射電子線回折（ＲＥＭ）
法との併用が可能となり、ＲＥＭ像による観察下で同一
場所のＳＴＭ像を観察することが可能となることである
。
メリットとしては、上記探針のアプローチを電子顕微鏡
の観察下で行えると同時に、反射電子線回折（ＲＥＭ）
法との併用が可能となり、ＲＥＭ像による観察下で同一
場所のＳＴＭ像を観察することが可能となることである
。
［発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上記のような走査トンネル顕微鏡を電子顕微鏡
に組み込んだ装置では、走査トンネル顕微鏡の探針が試
料ホルダーと一体になっているため、走査トンネル顕微
鏡の探針と試料とを相対的に動かすことができない。ま
た、一体となっているために試料と探針を交換する場合
にも、作業がしにくかったり、通常の透過電子顕微鏡と
しての使用が制限されたり、試料ホルダーの振動の影響
を受けたりするという種々の問題が生じる。
に組み込んだ装置では、走査トンネル顕微鏡の探針が試
料ホルダーと一体になっているため、走査トンネル顕微
鏡の探針と試料とを相対的に動かすことができない。ま
た、一体となっているために試料と探針を交換する場合
にも、作業がしにくかったり、通常の透過電子顕微鏡と
しての使用が制限されたり、試料ホルダーの振動の影響
を受けたりするという種々の問題が生じる。
本発明は、上記の課題を解決するものであって、試料ホ
ルダーの振動の影響や電子顕微鏡としての使用への制限
がない電子顕微鏡組込型走査トンネル顕微鏡を提供する
ことを目的とするものである。
ルダーの振動の影響や電子顕微鏡としての使用への制限
がない電子顕微鏡組込型走査トンネル顕微鏡を提供する
ことを目的とするものである。
そのために本発明は、圧電素子の印加電圧を制御するこ
とによって試料面に探針を近づけて走査しトンネル電流
を検出する走査トンネル顕微鏡において、探針を試料ホ
ルダーとは独立に直接電子顕微鏡試料ステージに取り付
け、また、探針側に微動機構と粗動機構とを設け、微動
機構にピエゾ素子を用いたことを特徴とする。
とによって試料面に探針を近づけて走査しトンネル電流
を検出する走査トンネル顕微鏡において、探針を試料ホ
ルダーとは独立に直接電子顕微鏡試料ステージに取り付
け、また、探針側に微動機構と粗動機構とを設け、微動
機構にピエゾ素子を用いたことを特徴とする。
本発明の電子顕微鏡組込型走査トンネル顕微鏡では、探
針を試料ホルダーとは独立に直接電子顕微鏡ステージに
取り付けるので、試料と探針とを独立に動かして相対的
に位置を選択することができる。また、探針側に微動機
構と粗動機構とを設け、微動機構にピエゾ素子を用いる
ことにより、探針の電子ビームに対する位置合わせも容
易に行うことができる。
針を試料ホルダーとは独立に直接電子顕微鏡ステージに
取り付けるので、試料と探針とを独立に動かして相対的
に位置を選択することができる。また、探針側に微動機
構と粗動機構とを設け、微動機構にピエゾ素子を用いる
ことにより、探針の電子ビームに対する位置合わせも容
易に行うことができる。
以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。
第１図は本発明に係る電子顕微鏡組込型走査トンネル顕
微鏡の１実施例構成を示す図である。図中、ｌはＴＥＭ
試料ステージ、２は試料、３は試料ホルダー、４は探針
（チップ）、５は積層ピエゾ（微動機構）、６は粗動機
構、７はゴニオメータ−を示す。
微鏡の１実施例構成を示す図である。図中、ｌはＴＥＭ
試料ステージ、２は試料、３は試料ホルダー、４は探針
（チップ）、５は積層ピエゾ（微動機構）、６は粗動機
構、７はゴニオメータ−を示す。
第１図において、ＳＴＭ探針４は、試料ホルダー３とは
独立にＴＥＭ試料試料ステージ数り付けられ、積層ピエ
ゾ（微動機構）５と粗動機構６によりＸ、Ｙ、Ｚの各方
向に移動させることができるようになっている。積層ピ
エゾ（微動機構）５は、ズリの動きを利用することによ
ってオングストロームオーダーの動きを制御するもので
あり、粗動機構６は、アパーチャ粗動機構と同様なＸ。
独立にＴＥＭ試料試料ステージ数り付けられ、積層ピエ
ゾ（微動機構）５と粗動機構６によりＸ、Ｙ、Ｚの各方
向に移動させることができるようになっている。積層ピ
エゾ（微動機構）５は、ズリの動きを利用することによ
ってオングストロームオーダーの動きを制御するもので
あり、粗動機構６は、アパーチャ粗動機構と同様なＸ。
Ｙ、Ｚ移動機構を用い、電子ビームに対する位置合わせ
をするものである。
をするものである。
例えば半導体検出器（ＥＤＳ）の横方向取り出し口の部
分をＳＴＭ探針４の挿入口として使用すると取り付けが
筒便である。この取り付は位置によれば、試料ホルダー
３に対して９０°方向がＳＴＭの信号取り出し口となる
。
分をＳＴＭ探針４の挿入口として使用すると取り付けが
筒便である。この取り付は位置によれば、試料ホルダー
３に対して９０°方向がＳＴＭの信号取り出し口となる
。
上記構成により３７Ｍ観察を行う場合には、試料を傾斜
させ、粗動機構６により電子ビームに対する位置合わせ
を行うと共に、探針４と試料２との間の粗動はゴニオメ
ータ−７で行う。従って、例えばＴＥＭ像では、探針４
と試料２の位置を観察して視野探しを行い、みたい領域
を確認して３７Ｍ観察を行うことができる。
させ、粗動機構６により電子ビームに対する位置合わせ
を行うと共に、探針４と試料２との間の粗動はゴニオメ
ータ−７で行う。従って、例えばＴＥＭ像では、探針４
と試料２の位置を観察して視野探しを行い、みたい領域
を確認して３７Ｍ観察を行うことができる。
第２圓はＴＥＭ試料ステージ部の横からの外観を示す図
であり、８はレンズコア、９はコイル、１０は光軸、１
１は２次電子検出器を示す。コイル９の励磁によってレ
ンズコア８の中央部にレンズのポールピースが取り付け
られ、その間に試料、探針がセフ）される。２次電子検
出器１１は、試料に電子線を照射したときに試料から放
射される２次電子を検出するものであり、これを使用す
ることによって試料のＳＥＩ像（２次電子像）が得られ
る。
であり、８はレンズコア、９はコイル、１０は光軸、１
１は２次電子検出器を示す。コイル９の励磁によってレ
ンズコア８の中央部にレンズのポールピースが取り付け
られ、その間に試料、探針がセフ）される。２次電子検
出器１１は、試料に電子線を照射したときに試料から放
射される２次電子を検出するものであり、これを使用す
ることによって試料のＳＥＩ像（２次電子像）が得られ
る。
上記のように２次電子検出器１１も使用することにより
ＴＥＭ像（透過像）、ＲＥＭ像（反射電子回折像）だけ
でなくＳＥＩ像のいずれかと対応付けたＳＴＭ像の視野
探しを行うことができる。
ＴＥＭ像（透過像）、ＲＥＭ像（反射電子回折像）だけ
でなくＳＥＩ像のいずれかと対応付けたＳＴＭ像の視野
探しを行うことができる。
また、試料と探針とを独立に試料ステージに取り付ける
ことにより、それぞれの交換をスムーズに行うことがで
き、２次電子検出器や半導体Ｘ線検出器等のアタッチメ
ントも無理なく取り付けることができる。通常の７２Ｍ
使用に際してもＴＥＭやＳ”ＦＭとしての機能も）員な
うことがない。
ことにより、それぞれの交換をスムーズに行うことがで
き、２次電子検出器や半導体Ｘ線検出器等のアタッチメ
ントも無理なく取り付けることができる。通常の７２Ｍ
使用に際してもＴＥＭやＳ”ＦＭとしての機能も）員な
うことがない。
走査トンネル顕微鏡は、先に説明したように表面の原子
配列構造を観るため、表面が綺麗でなければならない。
配列構造を観るため、表面が綺麗でなければならない。
従って、真空度が低いと残留ガスが表面に付着し安定し
たＳＴＭ像が得られなくなる。そこで、ＳＴＭ像の観察
では、超高真空（ＵＨＶ）仕様や試料を加熱して表面を
清浄化する試料プロバレージョン機構の仕様等をグレー
ドアップする必要が生しることもある。このような場合
には本発明によれば問題なく対応できる。
たＳＴＭ像が得られなくなる。そこで、ＳＴＭ像の観察
では、超高真空（ＵＨＶ）仕様や試料を加熱して表面を
清浄化する試料プロバレージョン機構の仕様等をグレー
ドアップする必要が生しることもある。このような場合
には本発明によれば問題なく対応できる。
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば試料の観たいとこ
ろにＳＴＭ探針を移動させるのみならず、ゴニオメータ
−のＸＹ試料移動により試料の方を動かすようにしても
よい。
く、種々の変形が可能である。例えば試料の観たいとこ
ろにＳＴＭ探針を移動させるのみならず、ゴニオメータ
−のＸＹ試料移動により試料の方を動かすようにしても
よい。
〔発明の効果］
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、従来
より非常に困難とされていた粗動をＴＥＭ像やＳＥＩ像
を見ながら行うことができ、ＴＥＭ像やＳＥＩ像のモニ
ターにより同視野観察が可能になり、試料の見たい位置
に３７Ｍ探針を移動させることができる。従って、ＳＴ
Ｍ像の観たい位置を自由に選ぶことができる。また、試
料ホルダーと別に独立して３７Ｍ探針をＴＥＭ試料ステ
ージに取り付けるので、通常のＴＥＭ使用に何ら制限を
加えることなくＳＴＭ機能への拡張が可能になり、３７
Ｍ探針の交換もスムーズに行うことができる。さらには
、３７Ｍ探針をＴＥＭ試料ステージに直接取り付けるの
で、振動問題も解決することができる。
より非常に困難とされていた粗動をＴＥＭ像やＳＥＩ像
を見ながら行うことができ、ＴＥＭ像やＳＥＩ像のモニ
ターにより同視野観察が可能になり、試料の見たい位置
に３７Ｍ探針を移動させることができる。従って、ＳＴ
Ｍ像の観たい位置を自由に選ぶことができる。また、試
料ホルダーと別に独立して３７Ｍ探針をＴＥＭ試料ステ
ージに取り付けるので、通常のＴＥＭ使用に何ら制限を
加えることなくＳＴＭ機能への拡張が可能になり、３７
Ｍ探針の交換もスムーズに行うことができる。さらには
、３７Ｍ探針をＴＥＭ試料ステージに直接取り付けるの
で、振動問題も解決することができる。
第１図は本発明に係る電子顕微鏡組込型走査トンネル顕
微鏡の１実施例構成を示す図、第２図はＴＥＭ試料ステ
ージ部の横からの外観を示す図、第３図は走査トンネル
顕微鏡を組み込んだ電子顕微鏡の構成概要を示す図、第
４図は走査トンネル顕微鏡の概略構成を示す図である。 １・・・ＴＥＭ試料ステージ、２・・・試料、３・・・
試料ホルダー、４・・・探針（チップ）、５・・・積層
ピエゾ（微動機構）、６・・・粗動機構、７・・・ゴニ
オメータＯ 出 願 人 日本電子株式会社 代理人 弁理士 阿 部 龍 吉（外４名）第１図 第３図 （ａ） （ｂ） 第４図
微鏡の１実施例構成を示す図、第２図はＴＥＭ試料ステ
ージ部の横からの外観を示す図、第３図は走査トンネル
顕微鏡を組み込んだ電子顕微鏡の構成概要を示す図、第
４図は走査トンネル顕微鏡の概略構成を示す図である。 １・・・ＴＥＭ試料ステージ、２・・・試料、３・・・
試料ホルダー、４・・・探針（チップ）、５・・・積層
ピエゾ（微動機構）、６・・・粗動機構、７・・・ゴニ
オメータＯ 出 願 人 日本電子株式会社 代理人 弁理士 阿 部 龍 吉（外４名）第１図 第３図 （ａ） （ｂ） 第４図
Claims (2)
- （１）圧電素子の印加電圧を制御することによって試料
面に探針を近づけて走査しトンネル電流を検出する走査
トンネル顕微鏡において、探針を試料ホルダーとは独立
に直接電子顕微鏡試料ステージに取り付けたことを特徴
とする電子顕微鏡組込型走査トンネル顕微鏡。 - （２）探針側に微動機構と粗動機構とを設け、微動機構
にピエゾ素子を用いたことを特徴とする請求項１記載の
電子顕微鏡組込型走査トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63151018A JPH01316602A (ja) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | 電子顕微鏡組込型走査トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63151018A JPH01316602A (ja) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | 電子顕微鏡組込型走査トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01316602A true JPH01316602A (ja) | 1989-12-21 |
Family
ID=15509500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63151018A Pending JPH01316602A (ja) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | 電子顕微鏡組込型走査トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01316602A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005520281A (ja) * | 2001-07-13 | 2005-07-07 | ナノファクトリー インストルメンツ アーベー | 顕微鏡のひずみの影響を低減するためのデバイス |
-
1988
- 1988-06-16 JP JP63151018A patent/JPH01316602A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005520281A (ja) * | 2001-07-13 | 2005-07-07 | ナノファクトリー インストルメンツ アーベー | 顕微鏡のひずみの影響を低減するためのデバイス |
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