JPH04318403A - 複合型走査トンネル顕微鏡 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複合型走査トンネル顕
微鏡に関し、特に、観察対象領域を選定するために使用
される、走査型トンネル顕微鏡よりも低倍率の走査型電
子顕微鏡等を組み合わせてなる複合型走査トンネル顕微
鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、走査型トンネル顕微鏡と相対的に
倍率が低いその他の顕微鏡を組み合わせ、当該顕微鏡で
観察対象である試料を観察し、走査型トンネル顕微鏡で
観察する対象領域を事前に選定する複合型走査トンネル
顕微鏡が提案されている。複合型走査トンネル顕微鏡の
例を、特開昭６３−２９８９５１号に基づき説明する。 この走査型トンネル顕微鏡では、例えば走査型電子顕微
鏡の対物レンズの電子線が発射される周辺箇所に、走査
型トンネル顕微鏡の構成部分を取り付けるように構成さ
れる。具体的には、前記先行技術文献の第１図に示され
るように、走査型電子顕微鏡の対物レンズの先端に、試
料を配置させるための試料台と探針および探針微動機構
を配置させるための支持部とを有した剛体を固定した構
造を有している。剛体では、試料台に配置した試料の観
察表面と、支持部に取り付けた探針の軸方向とが直交す
るような配置関係で、かつ試料と探針が接近するような
配置関係にて取り付けられる。このような試料と探針と
微動機構の取付け構造において、電子顕微鏡によれば、
試料と探針を同時に観察することができ、これによって
走査型トンネル顕微鏡で観察を行う前に当該観察対象領
域を広い視野で選択することができるという利点が生じ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記先
行技術文献に開示される複合型走査トンネル顕微鏡によ
れば、走査型電子顕微鏡の対物レンズ先端部の狭い箇所
に、試料を配置するための試料台を備えた剛体を取り付
けるようにしたため、試料台に取り付けることのできる
試料が極めて小形のものに制限されている。つまり、従
来の走査型トンネル顕微鏡では、小形の試料を観察する
ことを前提とし、例えばＬＳＩ等のシリコンウェハー等
の大型の試料については、そのままの大きさで観察でき
ることが配慮されていない。したがって、従来の複合型
走査トンネル顕微鏡で大型の試料を観察するためには、
試料台に試料を設置できるように、大型の試料を所定の
寸法にて小さく切断する必要がある。

【０００４】本発明の目的は、走査型トンネル顕微鏡と
その他の相対的に低倍率の顕微鏡を組み合わせてなる複
合型走査トンネル顕微鏡であって、大型の試料について
もそのままの形状で試料台に設置して観察できる構造を
有した複合型走査トンネル顕微鏡を提供することにある
。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る複合型走査
トンネル顕微鏡は、試料を観察するための探針を筒型微
動機構に取付け、試料の表面上で筒型微動機構により探
針を微動させて試料の表面を観察し、探針による試料で
の観察対象領域を選定するため相対的に低倍率の顕微鏡
を備えた複合型走査トンネル顕微鏡であり、筒型微動機
構と顕微鏡は顕微鏡による観察範囲が筒型微動機構の内
部空間を通して設定されるように一体的に固定され、顕
微鏡によって試料と探針の先端部が観察されるように構
成されるものである。前記の構成において、観察対象で
ある試料は広い空間に設置されることを特徴とする。そ
の結果、試料台には、大型の試料であってもそのまま設
置することができる。

【０００６】

【作用】本発明による複合型走査トンネル顕微鏡では、
試料を広い視野で観察できる低倍率の顕微鏡を備え、当
該顕微鏡の対物レンズの先端部に走査型トンネル顕微鏡
の探針および円筒型の探針微動機構を配設し、試料に対
して、探針と探針微動機構と対物レンズを一緒に移動で
きる構造とした。一方、試料は、別の試料台に取り付け
られ、試料台を探針や走査用微動機構等のユニットから
は独立した部分とし、かつ試料台は大きな試料を設置で
きる構造を有している。顕微鏡と筒型微動機構の配置関
係は、当該顕微鏡による観察領域が、筒型微動機構の内
部空間を通して得られるようになっているため、試料と
この試料に臨む探針とを前記顕微鏡で観察することがで
きる。これにより、低倍率の顕微鏡を用いて広い視野で
、観察対象領域を選択することができる。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は本発明の要部を部分的に示した側面
図である。図１において、１は走査型電子顕微鏡の対物
レンズの下部を示す。走査型電子顕微鏡は、走査型トン
ネル顕微鏡に比較し、相対的に低い倍率の顕微鏡である
。電子顕微鏡の全体構成はよく知られているので、その
図示は省略される。なお上記のような低倍率の顕微鏡で
あれば、走査型トンネル顕微鏡に併用される顕微鏡とし
ては、電子顕微鏡に限定されないが、電子顕微鏡あるい
はそれに類似した顕微鏡が望ましい。対物レンズ１の下
面には、電子ビームが出射される電子ビーム出力部２が
設けられる。そして、対物レンズ１の下面に、走査型ト
ンネル顕微鏡の探針３および探針３を移動させるための
微動機構４が取り付けられる。微動機構４は、通常圧電
素子で形成され、筒型の形状を有し、筒型であるため内
部空間を有している。微動機構４の下部開口部の内周部
に、探針３を、その先端部を下方向に向けて取り付けて
いる。微動機構４は、探針３をその軸方向に移動させる
機能、および探針３を横方向に振って走査移動させる機
能を有している。微動機構４には、その外周面および内
周面に所定の個数および配置パターンで電極が形成され
ており、これらの電極に所定の組み合わせで、所要の電
圧を印加することにより微動機構４を変形させ、前述の
各種移動動作を探針３に行わせることができる。微動機
構４については公知であるので、詳細説明を省略する。 筒型の微動機構４は、図示される如く、傾斜縁を形成す
る筒型剛体５に固定される。筒型剛体５は対物レンズ１
の下面にて、前記出力部２を囲むように配置される。筒
型剛体５の傾斜縁に固定された微動機構４は、図示され
る如く、傾斜姿勢で、配設される。その結果、探針３自
体もその軸方向が傾斜した姿勢となる。かかる取付け構
造において、探針３の先端部は、電子顕微鏡の対物レン
ズ１の電子ビームの位置に存在する。つまり対物レンズ
１の出力部２は、微動機構４の内部空間に配置されるこ
とになり、出力部２の先部が、微動機構４の内部空間を
通して、探針３の先端部および後述される試料の観察表
面に臨むことになる。６は試料ステージ台で、傾斜した
ステージ面６ａを有する。このステージ面６ａは、前記
探針３の軸方向とは直角になる角度を有している。ステ
ージ面６ａには、ＸＹＺステージ７が固定される。この
ＸＹＺステージ７は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの各軸
方向への移動を行わせることができる。各軸方向の移動
のためのアクチュエータとしてはそれぞれ圧電素子が利
用される。ＸＹＺステージ７の試料載置面７ａは、前記
ステージ面６ａに平行に形成される。したがって、この
試料載置面７ａに設置された試料８も傾斜姿勢で配置さ
れる。本実施例では、試料８は例えば大型のシリコンウ
ェハーであり、試料８の上面が観察対象となっており、
探針３の側に向けられている。試料８の観察対象である
面も、傾斜されているが、この傾斜姿勢により、試料８
の観察表面は探針３と直交するような配置関係に設置さ
れる。探針３の先端部は、試料８の表面に臨む。以上の
構成において、探針３に臨む位置に存在する対物レンズ
１の出力部２の先部は、前述の通り、探針３の先端部と
、この先端部の近傍に存在する試料８の表面領域とに臨
んでいる。したがって、走査型電子顕微鏡で対物レンズ
１を介して対象物を観察する時、微動機構４の内部空間
を通して、探針３の先端部とその周辺の試料領域を観察
することができる。走査型電子顕微鏡は、走査型トンネ
ル顕微鏡に比較し低倍率であるため、広い視野で探針３
の先端部と試料８の表面を観察することができるので、
走査型トンネル顕微鏡で観察しようとする試料表面上の
対象領域を選択することができる。走査型トンネル顕微
鏡自体は、極めて微細のものを観察することができるが
、分解能が高いことに反比例して広い領域を見ることが
困難である。そこで、走査型トンネル顕微鏡に併用され
た低倍率の走査型電子顕微鏡を用いれば、広い視野で大
きな試料８の表面上の観察対象領域を選択することがで
きる。

【０００８】また、試料８を設置する構造部分は、対物
レンズ１と走査型トンネル顕微鏡とが一体化された構造
部分とは、別構造として作られているので、広い空間を
確保でき、設置される試料８の大きさは走査型トンネル
顕微鏡の構造上の制約を受けない。したがって、大きな
寸法の試料８を試料載置面７ａにそのままの形態で設置
することができ、大きな試料を切断することなく、その
まま観察することができる。特に、電子顕微鏡の対物レ
ンズ１と走査型トンネル顕微鏡の微動機構４および探針
３とは一体化され、大型の試料８の表面上を一緒に移動
することができるので、電子顕微鏡で観察対象領域を探
しながら、それを選択すると、選択された部分を走査型
トンネル顕微鏡で細かく観察することができる。

【０００９】上記の実施例説明では、走査型トンネル顕
微鏡の一般的なシステム構成の図示およびその説明は、
よく知られていることなので、詳細な説明を省略する。

【００１０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、走査型ト
ンネル顕微鏡とこれよりも観察視野の広い低倍率の顕微
鏡とを組み合わせてなる複合型走査トンネル顕微鏡にお
いて、対物レンズと走査型トンネル顕微鏡の微動機構部
を一体化し、かつ試料を設置する構造部分を、かかる一
体化部分から独立した別構造部分としたため、設置する
試料を大型にすることでき、かつ大型の試料を、前記の
一体化部分を試料表面上で移動させることにより、その
ままの形態で容易に観察することができるという効果が
発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の要部構造を示す部分側面図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　対物レンズ ２　　　　　　　　　　電子ビーム出力部３　　　　　
　　　　　探針 ４　　　　　　　　　　走査型トンネル顕微鏡の筒型微
動機構５　　　　　　　　　　剛体 ６　　　　　　　　　　試料ステージ台７　　　　　　
　　　　ＸＹＺステージ８　　　　　　　　　　試料

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　試料を観察するための探針を筒型微動
   機構に取付け、前記試料の表面上で前記筒型微動機構に
   より前記探針を微動させて前記試料の表面を観察し、さ
   らに前記探針による前記試料での観察対象領域を選定す
   るため相対的に低倍率の顕微鏡を備えた複合型走査トン
   ネル顕微鏡において、前記筒型微動機構と前記顕微鏡は
   、前記顕微鏡による観察範囲が前記筒型微動機構の内部
   空間を通して設定されるように一体的に固定され、前記
   顕微鏡によって前記試料と前記探針の先端部が観察され
   ることを特徴とする複合型走査トンネル顕微鏡。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の複合型走査トンネル顕
   微鏡において、観察対象である前記試料は広い空間に設
   置されることを特徴とする複合型走査トンネル顕微鏡。
3. 【請求項３】　　請求項２記載の複合型走査トンネル顕
   微鏡において、前記試料は大型であることを特徴とする
   複合型走査トンネル顕微鏡。