JPH02147803A - 走査型トンネル顕微鏡装置 - Google Patents
走査型トンネル顕微鏡装置Info
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- JPH02147803A JPH02147803A JP29968188A JP29968188A JPH02147803A JP H02147803 A JPH02147803 A JP H02147803A JP 29968188 A JP29968188 A JP 29968188A JP 29968188 A JP29968188 A JP 29968188A JP H02147803 A JPH02147803 A JP H02147803A
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- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 38
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (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、観察する試料の、傾きを修正する機構を有す
る走査型トンネル顕微鏡（ＳＣＡＮＮｉＮＧ ＴＩＮＮ
ＥＩ、［ＮＧ ？１ｌＣ１ｌＯ３ＣＯＰ）ｉ ：以下
ＳＴＭと称す、）装置に関するものである。
る走査型トンネル顕微鏡（ＳＣＡＮＮｉＮＧ ＴＩＮＮ
ＥＩ、［ＮＧ ？１ｌＣ１ｌＯ３ＣＯＰ）ｉ ：以下
ＳＴＭと称す、）装置に関するものである。
（従来技術及び発明が解決しようとする課題）５７Ｍ装
置は固体の表面形状を観察する装置である。第４図に従
来の５７Ｍ装置の概略を示す。
置は固体の表面形状を観察する装置である。第４図に従
来の５７Ｍ装置の概略を示す。
図中、１は先端を極めて鋭く尖らせた金属針からなるチ
ップ、２は観察せんとする試料、３はバイアス電源、４
は検出器、５はチップｌと試料２の距離を！Ｐ１節（チ
ップの軸方向、Ｚ方向のｉＡ節）すると同時に試料の面
（紙面に垂直な面、これをＸ。
ップ、２は観察せんとする試料、３はバイアス電源、４
は検出器、５はチップｌと試料２の距離を！Ｐ１節（チ
ップの軸方向、Ｚ方向のｉＡ節）すると同時に試料の面
（紙面に垂直な面、これをＸ。
Ｙ方向とする）に沿ってチップｌを移動させる駆動機構
（例えばピエゾ素子）、６はチップｌのＺ方向移動量を
調節するためのＺ方向駆動電源、７は三角波電圧を駆動
機構５に与えて千ツブ１をＸ方向に移動させるためのＸ
方向駆動電源、８も同じく三角波電圧を駆動機構５に与
えてチップ１をＹ方向に移動させるためのＹ方向駆動電
源である。
（例えばピエゾ素子）、６はチップｌのＺ方向移動量を
調節するためのＺ方向駆動電源、７は三角波電圧を駆動
機構５に与えて千ツブ１をＸ方向に移動させるためのＸ
方向駆動電源、８も同じく三角波電圧を駆動機構５に与
えてチップ１をＹ方向に移動させるためのＹ方向駆動電
源である。
Ｘ方向の三角波電圧とＹ方向の三角波電圧の周波数は、
それぞれ、たとえば１０＋１２とＯ，ｌＨｚのような値
に設定する。
それぞれ、たとえば１０＋１２とＯ，ｌＨｚのような値
に設定する。
この５７Ｍ装置の動作はつぎのとおりである。
バイアス電源３によってチップｌに電圧をかけると共に
、駆動電源６によって駆動機構５に電圧をかけてチップ
ト試料２間にトンネル電流が流れるまでチップｌを、試
料２の表面まで接近させる。
、駆動電源６によって駆動機構５に電圧をかけてチップ
ト試料２間にトンネル電流が流れるまでチップｌを、試
料２の表面まで接近させる。
トンネル電流は、チップト試料２間の距離の関数であり
、その距離は数人程度であるＸ方向及びＹ方向駆動電源
７．８によって駆動機構５に電圧をかけて、チップ１を
試料２の表面に沿って、Ｘ。
、その距離は数人程度であるＸ方向及びＹ方向駆動電源
７．８によって駆動機構５に電圧をかけて、チップ１を
試料２の表面に沿って、Ｘ。
Ｙ方向に走査すると、トンネル電流は、試料２の表面凹
凸に従って変化する。そこでトンネル電流が常に一定に
なるように、チップｌ−試料２間の間隔を調節するよう
にすれば、チップｌのＺ方向の動きは、試料２の表面凹
凸を忠実に再現することになる。つまりトンネル電流を
検出器４によって検出して駆動電源６にフィードバック
し、検出器４の出力が一定になるようにＺ方向駆動電源
６によって駆動機構５のＺ方向調節を行なえば、Ｚ方向
駆動型ａ！Ｘ６の出力は、チップト試料２間の距離に正
比例したものとなる。よって、Ｘ方向及びＹ方向駆動電
源７２日の出力電圧に対応して、Ｚ方向駆動電源６の出
力電圧をプロットすれば、試料２の表面の凹凸が表示さ
れることになる。これによって、試料表面の微細パター
ンあるいは原子配列の観察を行なうのが３７Ｍ装置であ
る。
凸に従って変化する。そこでトンネル電流が常に一定に
なるように、チップｌ−試料２間の間隔を調節するよう
にすれば、チップｌのＺ方向の動きは、試料２の表面凹
凸を忠実に再現することになる。つまりトンネル電流を
検出器４によって検出して駆動電源６にフィードバック
し、検出器４の出力が一定になるようにＺ方向駆動電源
６によって駆動機構５のＺ方向調節を行なえば、Ｚ方向
駆動型ａ！Ｘ６の出力は、チップト試料２間の距離に正
比例したものとなる。よって、Ｘ方向及びＹ方向駆動電
源７２日の出力電圧に対応して、Ｚ方向駆動電源６の出
力電圧をプロットすれば、試料２の表面の凹凸が表示さ
れることになる。これによって、試料表面の微細パター
ンあるいは原子配列の観察を行なうのが３７Ｍ装置であ
る。
３７Ｍ装置において、チップを試料面に平行に走査させ
ることが前提であり、これが満たされないと、観察され
る原子配列等の表面形状が、実際のものとは異なった歪
んだものとなる。しかし従来の３７Ｍ装置には、チップ
を試料面に対して平行に走査させる機構はついていなか
った。
ることが前提であり、これが満たされないと、観察され
る原子配列等の表面形状が、実際のものとは異なった歪
んだものとなる。しかし従来の３７Ｍ装置には、チップ
を試料面に対して平行に走査させる機構はついていなか
った。
本発明の目的は、３７Ｍ測定の精度を高めるために、チ
ップを試料面に対して平行に走査させる機構を有する３
７Ｍ装置を従供することにある。
ップを試料面に対して平行に走査させる機構を有する３
７Ｍ装置を従供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明は上記目的を達成するため、試料面の微細な凹凸
形状を検出するための走査型トンネル顕微鏡において、
検出用チップの駆動機構にフィードバックされるＺ方向
信号の振幅を検出するための振幅検出器と、試料台を前
記検出用チップの中心軸に平行な軸の回りに回転させ、
かつ前記振幅検出器の検出した信号が最も小さくなるよ
うに試料台の回転角を制御するための回転機構と、該回
転機構を駆動するための回転駆動電源とを具備したこと
を特徴とする走査型トンネル顕微鏡装置を要旨とする。
形状を検出するための走査型トンネル顕微鏡において、
検出用チップの駆動機構にフィードバックされるＺ方向
信号の振幅を検出するための振幅検出器と、試料台を前
記検出用チップの中心軸に平行な軸の回りに回転させ、
かつ前記振幅検出器の検出した信号が最も小さくなるよ
うに試料台の回転角を制御するための回転機構と、該回
転機構を駆動するための回転駆動電源とを具備したこと
を特徴とする走査型トンネル顕微鏡装置を要旨とする。
（実施例）
以下、図面に沿って本発明の実施例について説明する。
なお、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸
脱しない範囲で種々の変更あるいは改良を行いうること
は言うまでもない。
脱しない範囲で種々の変更あるいは改良を行いうること
は言うまでもない。
第１図は本発明の一実施例を示す図である０図中、１〜
８の符号を付した要素は第４図の従来例に対応する符号
の要素と同一の機能・機構を有するものであり、説明を
省略する。２１は試料２を載置する試料台、２２は試料
台２１を回転させる回転機構、２３は回転機構２２を駆
動する回転駆動電源、２４はＺ方向駆動電源６の出力振
幅を検出する振幅検出器である０回転機構２２は、試料
台２１をチップｌの中心軸と平行な軸のまわりに回転さ
せる。また、回転駆動電源２３は振幅検出器２４が検出
した値が最も小さくなるまで回転機構２２を回転させる
機能を有する。
８の符号を付した要素は第４図の従来例に対応する符号
の要素と同一の機能・機構を有するものであり、説明を
省略する。２１は試料２を載置する試料台、２２は試料
台２１を回転させる回転機構、２３は回転機構２２を駆
動する回転駆動電源、２４はＺ方向駆動電源６の出力振
幅を検出する振幅検出器である０回転機構２２は、試料
台２１をチップｌの中心軸と平行な軸のまわりに回転さ
せる。また、回転駆動電源２３は振幅検出器２４が検出
した値が最も小さくなるまで回転機構２２を回転させる
機能を有する。
チップｌが走査するＸ−７面の傾きは、３７Ｍ装置への
駆動機構５の取り付は方で決まるものである。一方、試
料２の傾きは、試料２の形状や、試料台２１への試料２
の載せ方などに支配される。
駆動機構５の取り付は方で決まるものである。一方、試
料２の傾きは、試料２の形状や、試料台２１への試料２
の載せ方などに支配される。
したがって試料２をＳ、ＴＭ装置に装着した時に、チッ
プｌが試料２の面に平行に走査されることは保証されて
いない。
プｌが試料２の面に平行に走査されることは保証されて
いない。
この状態の、チップｌの試料２に対する動きを拡大して
描いたのが第２図である。図中に付した符号は第１図の
対応する符号の要素と同一の機能・機構を有するもので
ある。
描いたのが第２図である。図中に付した符号は第１図の
対応する符号の要素と同一の機能・機構を有するもので
ある。
この状態での３７Ｍ装置の動作を考える。チップｌの走
査面は試料２に対してＸ方向のみが傾いている場合を考
える。試料２の表面凹凸をη（図示してないが第３図参
照）、チップｌの走査面に対する試料２の傾きをθとす
る。チップ１の走査面内の移動距離をＸ、これに対応す
る試料２の表面内の移動距離をＸ“で表す。チップ１が
走査面内をＸだけ移動すれば、走査面が傾いているため
に、チップｌは試料２から離れる。そこで３７Ｍ装置は
、駆動機構５によりチップｌをＺ方向に移動させて、チ
ップｌ−試料２間の間隔をもとの値に戻し、トンネル電
流が一定になるように動作する。そのチップｌの移動量
をＺとすれば、Ｚ−Ｘｉａｎθ十η （］）
また、 Ｘ’＝Ｘ−ｃｏｓθ （２）であるから
、 Ｚ＝Ｘ”ｔａｎθ／ＣＯ３θ＋η ここで、θが十分少さい場合には Ｚ中Ｘ”ｓｉｎθ＋η（３） となる。
査面は試料２に対してＸ方向のみが傾いている場合を考
える。試料２の表面凹凸をη（図示してないが第３図参
照）、チップｌの走査面に対する試料２の傾きをθとす
る。チップ１の走査面内の移動距離をＸ、これに対応す
る試料２の表面内の移動距離をＸ“で表す。チップ１が
走査面内をＸだけ移動すれば、走査面が傾いているため
に、チップｌは試料２から離れる。そこで３７Ｍ装置は
、駆動機構５によりチップｌをＺ方向に移動させて、チ
ップｌ−試料２間の間隔をもとの値に戻し、トンネル電
流が一定になるように動作する。そのチップｌの移動量
をＺとすれば、Ｚ−Ｘｉａｎθ十η （］）
また、 Ｘ’＝Ｘ−ｃｏｓθ （２）であるから
、 Ｚ＝Ｘ”ｔａｎθ／ＣＯ３θ＋η ここで、θが十分少さい場合には Ｚ中Ｘ”ｓｉｎθ＋η（３） となる。
第１図におけるＺ方向駆動電源６は、駆動機構５により
チップ１をＺ方向に移動させるために、（３）式に比例
した電圧を出力する。つまりＺ方向駆動ＴＬＢ６からは
、試料２０表面凹凸の信号に、Ｘ方向掃引信号が重畳し
た電圧が発生する。
チップ１をＺ方向に移動させるために、（３）式に比例
した電圧を出力する。つまりＺ方向駆動ＴＬＢ６からは
、試料２０表面凹凸の信号に、Ｘ方向掃引信号が重畳し
た電圧が発生する。
第３図は、Ｘ方向掃引を三角波電圧で行う場合について
、Ｚ方向駆動電源６の出力電圧を示したものである。振
幅検出器２４によって、Ｚ方向駆動電源６の出力の振幅
を検出し、これが最も小さくなるまで、回転駆動電源２
３によって回転機構２２に信号を与え、試料台２１を回
転させる。試料台２１の回転によって、チップ１の走査
面と試料２が平行になれば、（３）式はＸ方向掃引電圧
の重畳がなくなってηだけとなる。つまり（３）弐のＺ
の振幅が最小になったこと、すなわち、第３図の三角波
の振幅が最小になったことで、チップｌ走査面のＸ方向
と試料２が平行になったことが確認される。
、Ｚ方向駆動電源６の出力電圧を示したものである。振
幅検出器２４によって、Ｚ方向駆動電源６の出力の振幅
を検出し、これが最も小さくなるまで、回転駆動電源２
３によって回転機構２２に信号を与え、試料台２１を回
転させる。試料台２１の回転によって、チップ１の走査
面と試料２が平行になれば、（３）式はＸ方向掃引電圧
の重畳がなくなってηだけとなる。つまり（３）弐のＺ
の振幅が最小になったこと、すなわち、第３図の三角波
の振幅が最小になったことで、チップｌ走査面のＸ方向
と試料２が平行になったことが確認される。
チップｌ走査面のＸ方向と試料２が平行になり、この状
態で試料２のＸ方向の凹凸を観察すれば、（２）式から
判るとおり、試ｔＨの面内の距離とチップ１のＸ方向の
走査距離が等しくなり、ＳＴＭ像のＸ方向の寸法精度が
向上することになる。
態で試料２のＸ方向の凹凸を観察すれば、（２）式から
判るとおり、試ｔＨの面内の距離とチップ１のＸ方向の
走査距離が等しくなり、ＳＴＭ像のＸ方向の寸法精度が
向上することになる。
Ｙ方向の傾きに対しても全く同様のことが言える。
結局、上に述べた３７Ｍ装置によって、試料２のＸ方向
の傾きを正してＳＴＭ像を取り、つぎにＹ方向の傾きを
正してＳＴＭ像を取れば、Ｘ方向。
の傾きを正してＳＴＭ像を取り、つぎにＹ方向の傾きを
正してＳＴＭ像を取れば、Ｘ方向。
Ｙ方向ぞれぞれについて、像の寸法精度が補正されるこ
とになる。
とになる。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば試料面の微細な凹
凸形状を検出するための走査型トンネル顕微鏡において
、検出用チップの駆動機構にフィードバックされるＺ方
向信号の振幅を検出するための振幅検出器と、試料台を
前記検出用チップの中心軸に平行な軸の回りに回転させ
、かつ前記振幅検出器の検出した信号が最も小さくなる
ように試料台の回転角を制御するための回転機構と、該
回転機構を駆動するための回転駆動電源とを具備したこ
とにより、３７Ｍ装置は固体表面に微細パターンあるい
は原子配列などを直接観察できる手法として注目されて
いるものであり、この３７Ｍ装置においては、観察され
る像が鮮明であること、ならびに像の寸法精度の信顧性
が高いことが非常に重要な機能となる。その意味で本発
明は、ＳＴＭ￥ｉ置に不可欠な機能を付与するものであ
り、発明の効果はきわめて高い。
凸形状を検出するための走査型トンネル顕微鏡において
、検出用チップの駆動機構にフィードバックされるＺ方
向信号の振幅を検出するための振幅検出器と、試料台を
前記検出用チップの中心軸に平行な軸の回りに回転させ
、かつ前記振幅検出器の検出した信号が最も小さくなる
ように試料台の回転角を制御するための回転機構と、該
回転機構を駆動するための回転駆動電源とを具備したこ
とにより、３７Ｍ装置は固体表面に微細パターンあるい
は原子配列などを直接観察できる手法として注目されて
いるものであり、この３７Ｍ装置においては、観察され
る像が鮮明であること、ならびに像の寸法精度の信顧性
が高いことが非常に重要な機能となる。その意味で本発
明は、ＳＴＭ￥ｉ置に不可欠な機能を付与するものであ
り、発明の効果はきわめて高い。
第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は第１図の
一部を拡大して示した図、第３図は第１図のＺ方向駆動
電源の出力波形を示す回、第４図は従来の３７Ｍ装置の
動作を説明する図である。 ｌ・・・チップ ２・・・試料 ３・・・バイアス電源 ４・・・検出器 ５・・・ｘ、ｙ、ｚ方向の駆動機構 ６・・・Ｚ方向駆動電源 ７・・・Ｘ方向駆動電源 ８・・・Ｙ方向駆動電源 ２１・・・試料台 ２２・・・回転機構 ２３・・・回転駆動電源 ２４・・・振幅検出器 第 図 １−・・ 手・ノブ ２・−・ 場５デ
ζＪ’＋２１・−・固相 ２２−・回転機構 ２４−・振恰梗４ ５−扼動択槙 ２３−ｒｉＪ％を初を水
一部を拡大して示した図、第３図は第１図のＺ方向駆動
電源の出力波形を示す回、第４図は従来の３７Ｍ装置の
動作を説明する図である。 ｌ・・・チップ ２・・・試料 ３・・・バイアス電源 ４・・・検出器 ５・・・ｘ、ｙ、ｚ方向の駆動機構 ６・・・Ｚ方向駆動電源 ７・・・Ｘ方向駆動電源 ８・・・Ｙ方向駆動電源 ２１・・・試料台 ２２・・・回転機構 ２３・・・回転駆動電源 ２４・・・振幅検出器 第 図 １−・・ 手・ノブ ２・−・ 場５デ
ζＪ’＋２１・−・固相 ２２−・回転機構 ２４−・振恰梗４ ５−扼動択槙 ２３−ｒｉＪ％を初を水
Claims (1)
- 試料面の微細な凹凸形状を検出するための走査型トンネ
ル顕微鏡において、検出用チップの駆動機構にフィード
バックされるＺ方向信号の振幅を検出するための振幅検
出器と、試料台を前記検出用チップの中心軸に平行な軸
の回りに回転させ、かつ前記振幅検出器の検出した信号
が最も小さくなるように試料台の回転角を制御するため
の回転機構と、該回転機構を駆動するための回転駆動電
源とを具備したことを特徴とする走査型トンネル顕微鏡
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29968188A JPH02147803A (ja) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | 走査型トンネル顕微鏡装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29968188A JPH02147803A (ja) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | 走査型トンネル顕微鏡装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02147803A true JPH02147803A (ja) | 1990-06-06 |
Family
ID=17875681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29968188A Pending JPH02147803A (ja) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | 走査型トンネル顕微鏡装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02147803A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0487003A2 (en) * | 1990-11-20 | 1992-05-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Slope detection method, and information detection/writing apparatus using the method |
| JPH04186111A (ja) * | 1990-11-20 | 1992-07-02 | Canon Inc | 傾き調整方法 |
| US5391871A (en) * | 1991-06-05 | 1995-02-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning probe microscope |
| WO2005047818A1 (en) | 2003-11-05 | 2005-05-26 | Renishaw Plc | Method of scanning |
-
1988
- 1988-11-29 JP JP29968188A patent/JPH02147803A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0487003A2 (en) * | 1990-11-20 | 1992-05-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Slope detection method, and information detection/writing apparatus using the method |
| JPH04186111A (ja) * | 1990-11-20 | 1992-07-02 | Canon Inc | 傾き調整方法 |
| US5412597A (en) * | 1990-11-20 | 1995-05-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Slope detection method, and information detection/writing apparatus using the method |
| US5391871A (en) * | 1991-06-05 | 1995-02-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning probe microscope |
| WO2005047818A1 (en) | 2003-11-05 | 2005-05-26 | Renishaw Plc | Method of scanning |
| US7747408B2 (en) | 2003-11-05 | 2010-06-29 | Renishaw Plc | Method of scanning |
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