JPH0458102A - 光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡とその探針の位置合わせ方法 - Google Patents
光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡とその探針の位置合わせ方法Info
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- JPH0458102A JPH0458102A JP16844490A JP16844490A JPH0458102A JP H0458102 A JPH0458102 A JP H0458102A JP 16844490 A JP16844490 A JP 16844490A JP 16844490 A JP16844490 A JP 16844490A JP H0458102 A JPH0458102 A JP H0458102A
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Microscoopes, Condenser (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)
この発明に係る光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡と
その探針の位置合せ方法は、走査型トンネル顕微鏡(S
canning Tunneling Microsc
ope 。
その探針の位置合せ方法は、走査型トンネル顕微鏡(S
canning Tunneling Microsc
ope 。
以下、場合により単にSTMとする。)に光学式顕微鏡
を付設すると共に、探針の取付誤差に基づく光学式顕微
鏡と探針との偏差を測定可能とする事で、測定すべき物
質の表面に探針を近接させる作業の容易化を図るもので
ある。
を付設すると共に、探針の取付誤差に基づく光学式顕微
鏡と探針との偏差を測定可能とする事で、測定すべき物
質の表面に探針を近接させる作業の容易化を図るもので
ある。
(従来の技術)
大規模集積回路(LSI)に関する技術進歩等により、
シリコン、ガリウム砒素等の単結晶材料、或は各種化学
物質等の表面を、原子レベルで)−′□ 観察する必要が生じている。
シリコン、ガリウム砒素等の単結晶材料、或は各種化学
物質等の表面を、原子レベルで)−′□ 観察する必要が生じている。
この様に材料の表面を原子レベルで観察する場合、従来
はX線や粒子線の回折像によったり、高分解能の電子顕
微鏡を用いていたが、これら従来の観察方法は、原子が
数十乃至数百個以上規則正しく重なっている状態で、そ
の重なりの影を見る為、単結晶材料の表面しか観察出来
ず、原子像が逆数で描かれる為データ処理が面倒であっ
たり(前者の場合)、鮮明な像を得難く、しかも電子線
による材料の損傷も考えられる(後者の場合)等、必ず
しも満足出来る観察方法とは言えなかった。
はX線や粒子線の回折像によったり、高分解能の電子顕
微鏡を用いていたが、これら従来の観察方法は、原子が
数十乃至数百個以上規則正しく重なっている状態で、そ
の重なりの影を見る為、単結晶材料の表面しか観察出来
ず、原子像が逆数で描かれる為データ処理が面倒であっ
たり(前者の場合)、鮮明な像を得難く、しかも電子線
による材料の損傷も考えられる(後者の場合)等、必ず
しも満足出来る観察方法とは言えなかった。
この様な不都合を生じる事なく材料表面の単原子層(乃
至3列ぐらい)レベルの凹凸の状態を観察出来る方法と
して、STMを用いる方法が近年ン主目されている。
至3列ぐらい)レベルの凹凸の状態を観察出来る方法と
して、STMを用いる方法が近年ン主目されている。
STMの原理と作用とは、例えば工業技術院電子技術総
合研究所で発行している電総研ニュース1986年6月
号等に記載されているが、先ずこのSTMの原理と作用
とに就いて、上記電総研ニュースの記載をもとに、第1
0〜11図にヨリ説明する。
合研究所で発行している電総研ニュース1986年6月
号等に記載されているが、先ずこのSTMの原理と作用
とに就いて、上記電総研ニュースの記載をもとに、第1
0〜11図にヨリ説明する。
第11図に示す様に、先端に原子が1個程度しか存在し
ない様な掻く尖った金属製の探針1の先端を、表面を観
察すべぎ物質2の表面にlnm(ナノメートル、IXI
O−9m)程度に迄近付けた場合、探針1の先端に存在
する金属原子1aの回りに存在する電子と物質2の表面
の原子2aの回りに存在する電子との波動関数が重なる
。
ない様な掻く尖った金属製の探針1の先端を、表面を観
察すべぎ物質2の表面にlnm(ナノメートル、IXI
O−9m)程度に迄近付けた場合、探針1の先端に存在
する金属原子1aの回りに存在する電子と物質2の表面
の原子2aの回りに存在する電子との波動関数が重なる
。
この様に両原子1a、2aの電子同士の波動関数が重な
った状態に於いて、探針1と物x2との間に10mV程
度の電圧を加えると、両者1.2の間に10nA(ナノ
アンペア、1nA=IX10−9A)程度のトンネル電
流が流れる。このトンネル電流の大きさは、上記両原子
1a、2aの距離に応じて指数関数的に変化する為、ト
ンネル電流を一定に保つ様に探針1をZ方向に上下させ
つつ、この探針1をX、X方向に移動させれば、物質2
の表面の原子配列を求める事が出来る。この場合に於け
る測定精度は、垂直方向(Z方向)で0゜01nm程度
、水平方向(XX方向)で0.2〜0.3rv程度とな
る。
った状態に於いて、探針1と物x2との間に10mV程
度の電圧を加えると、両者1.2の間に10nA(ナノ
アンペア、1nA=IX10−9A)程度のトンネル電
流が流れる。このトンネル電流の大きさは、上記両原子
1a、2aの距離に応じて指数関数的に変化する為、ト
ンネル電流を一定に保つ様に探針1をZ方向に上下させ
つつ、この探針1をX、X方向に移動させれば、物質2
の表面の原子配列を求める事が出来る。この場合に於け
る測定精度は、垂直方向(Z方向)で0゜01nm程度
、水平方向(XX方向)で0.2〜0.3rv程度とな
る。
探針1をX、Y、Zの三次元方向に駆動するのは、例え
ば互いに直角に配列された3木のピエゾ素子3.4.5
から成る、圧電アクチュエータと呼ばれる駆動装置によ
り行なう。ピエゾ素子とは、チタン酸ジルコン酸鉛(P
b (Ti 、Zr) Os)又は成る種のセラミック
の様に、電圧を加えると加えた電圧に比例して変形し、
その全長を変えるものである。
ば互いに直角に配列された3木のピエゾ素子3.4.5
から成る、圧電アクチュエータと呼ばれる駆動装置によ
り行なう。ピエゾ素子とは、チタン酸ジルコン酸鉛(P
b (Ti 、Zr) Os)又は成る種のセラミック
の様に、電圧を加えると加えた電圧に比例して変形し、
その全長を変えるものである。
上述の様なピエゾ素子3.4.5を組み込んだSTMに
より物x2の表面を観察する場合、XY走査回路6から
の信号に基づき、X方向ピエゾ素子3、Y方向ピエゾ素
子4に加える電圧を変化させ、両ピエゾ素子3.4の交
点下側に設けた探針1を二次元方向に移動させる事で、
物質2の表面を走査する。実際の場合は、Y方向ピエゾ
素子4を固定したままX方向ピエゾ素子3を伸縮させ、
探針1を一定長さだけ直線的に移動させた後、X方向ピ
エゾ素子3を固定したままY方向ピエゾ素子4を少し伸
縮させる作業を繰り返し行なう。
より物x2の表面を観察する場合、XY走査回路6から
の信号に基づき、X方向ピエゾ素子3、Y方向ピエゾ素
子4に加える電圧を変化させ、両ピエゾ素子3.4の交
点下側に設けた探針1を二次元方向に移動させる事で、
物質2の表面を走査する。実際の場合は、Y方向ピエゾ
素子4を固定したままX方向ピエゾ素子3を伸縮させ、
探針1を一定長さだけ直線的に移動させた後、X方向ピ
エゾ素子3を固定したままY方向ピエゾ素子4を少し伸
縮させる作業を繰り返し行なう。
X方向、Y方向両ピエゾ素子3.4を二次元方向に移動
させた場合、物質2の表面に凹凸があると、そのままで
は探針1の先端の原子1aと物質2表面の原子2aとの
距離が変化し、更には探針1が物質2の表面に衝突する
が、この距離が変化した場合、探針1と物質2との間に
流れるトンネル電流が変化する。このトンネル電流は、
トンネル電流増幅器11を介してZ方向ピエゾ素子5に
印加する電流を制御する為のサーボ回路7に入力され、
このサーボ回路7は、Z方向ピエゾ素子5に印加する電
圧を変化させ、このZ方向ピエゾ素子5を伸縮させる事
で、探針1の先端の原子1aと物質2表面の原子2aと
の距離を一定に保つ X方向、Y方向、Z方向の各ピエゾ素子3.4.5に印
加した電圧はメモリ8に記憶され、この記憶値に基づい
てマイクロコンピュータ9が物質2の表面の凹凸を求め
る。この様にして求められた凹凸形状は、CRT等の表
示装置10に表示される。
させた場合、物質2の表面に凹凸があると、そのままで
は探針1の先端の原子1aと物質2表面の原子2aとの
距離が変化し、更には探針1が物質2の表面に衝突する
が、この距離が変化した場合、探針1と物質2との間に
流れるトンネル電流が変化する。このトンネル電流は、
トンネル電流増幅器11を介してZ方向ピエゾ素子5に
印加する電流を制御する為のサーボ回路7に入力され、
このサーボ回路7は、Z方向ピエゾ素子5に印加する電
圧を変化させ、このZ方向ピエゾ素子5を伸縮させる事
で、探針1の先端の原子1aと物質2表面の原子2aと
の距離を一定に保つ X方向、Y方向、Z方向の各ピエゾ素子3.4.5に印
加した電圧はメモリ8に記憶され、この記憶値に基づい
てマイクロコンピュータ9が物質2の表面の凹凸を求め
る。この様にして求められた凹凸形状は、CRT等の表
示装置10に表示される。
(発明が解決しようとする課題)
ところで、上述の様に構成され作用するSTMにより、
物質表面の所望部分を原子レベルで観察する場合、−度
に観察出来る範囲は限られている(例えば10μm角の
範囲)為、探針1の先端を、表面を測定すべき物質2の
表面所望部分に対向させなければならない。
物質表面の所望部分を原子レベルで観察する場合、−度
に観察出来る範囲は限られている(例えば10μm角の
範囲)為、探針1の先端を、表面を測定すべき物質2の
表面所望部分に対向させなければならない。
この為、例えば実開昭64−48862号公報に開示さ
れている様に、光学式顕微鏡とSTMとを組み合わせる
事によって、STMの探針を表面を測定すべき物質(以
下試料とする。)表面の所定部分に対向させる試みが為
されているが、光学式顕微鏡が試料表面を斜め方向から
見るものであった為、探針を観察したい部分に厳密に対
向させる事が難しく、必ずしも使い易いものではなかっ
た。
れている様に、光学式顕微鏡とSTMとを組み合わせる
事によって、STMの探針を表面を測定すべき物質(以
下試料とする。)表面の所定部分に対向させる試みが為
されているが、光学式顕微鏡が試料表面を斜め方向から
見るものであった為、探針を観察したい部分に厳密に対
向させる事が難しく、必ずしも使い易いものではなかっ
た。
STMと光学式顕微鏡とを、試料台に対して平行B動す
る阜−の移動台に、所定寸法だけ間隔を開けて設置し、
光学式顕微鏡で試料表面を観察してから上記B動台を所
定寸法だけ平行移動させ、それ迄光学式顕微鏡で観察し
ていた試料表面にSTMを対向させる様にすれば、ST
Mの探針を試料表面の所定部分に対向させる作業が容易
になるが、この場合に於いても、次に述べる様な問題を
生じる。
る阜−の移動台に、所定寸法だけ間隔を開けて設置し、
光学式顕微鏡で試料表面を観察してから上記B動台を所
定寸法だけ平行移動させ、それ迄光学式顕微鏡で観察し
ていた試料表面にSTMを対向させる様にすれば、ST
Mの探針を試料表面の所定部分に対向させる作業が容易
になるが、この場合に於いても、次に述べる様な問題を
生じる。
即ち、STMの探針は、その先端が極めて尖った形状で
ある為、傷み易く、度々交換する必要があるが、交換に
伴なって生じる取付誤差に起因して探針の先端位置が、
10分の1 mm単位でずれる事が避けられない。
ある為、傷み易く、度々交換する必要があるが、交換に
伴なって生じる取付誤差に起因して探針の先端位置が、
10分の1 mm単位でずれる事が避けられない。
前述の様に、STMにより一度に観察出来る範囲は10
μm程度である為、探針の先端位置が10分の1mm(
100μm)単位でずれた(変位した)場合、光学式顕
111[鏡で観察していた部位と、STMで観察する部
位とが完全にずれてしまう。
μm程度である為、探針の先端位置が10分の1mm(
100μm)単位でずれた(変位した)場合、光学式顕
111[鏡で観察していた部位と、STMで観察する部
位とが完全にずれてしまう。
本発明の光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡とその探
針の位置合わせ方法は、探針の取付誤差に基づく光学式
顕微鏡と探針との偏差を測定可能とする事で、上述の様
な不都合を解消するものである。
針の位置合わせ方法は、探針の取付誤差に基づく光学式
顕微鏡と探針との偏差を測定可能とする事で、上述の様
な不都合を解消するものである。
(課題を解決する為の手段)
本発明の光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡とその探
針の位置合わせ方法の内、請求項1に記載された光学式
顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡の発明は、水平なX方向
に亙る移動自在な移動テーブルと、この移動テーブル上
に支持され、下端部にピエゾ素子によって三次元方向に
駆動される探針な設けた走査型トンネル顕微鏡と、上記
移動テーブルに支持され、試料表面を観察自在な上部光
学式顕微鏡と、少なくとも水平なX方向に亙る移動自在
で、上記探針を下方から観察自在な下部光学式顕微鏡と
、X方向に亙る移動自在に設けられた試料台と、この試
料台の側部に設けられ、上記上部光学式顕微鏡!鏡の対
物レンズと上記下部光学式顕微鏡の対物レンズとの間に
進入自在で、中央部に基準クロスラインを設けた透明板
と、下部光学式顕微鏡の視野中心と探針との変位を表わ
すXY位置表示カウンターとから構成されている。
針の位置合わせ方法の内、請求項1に記載された光学式
顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡の発明は、水平なX方向
に亙る移動自在な移動テーブルと、この移動テーブル上
に支持され、下端部にピエゾ素子によって三次元方向に
駆動される探針な設けた走査型トンネル顕微鏡と、上記
移動テーブルに支持され、試料表面を観察自在な上部光
学式顕微鏡と、少なくとも水平なX方向に亙る移動自在
で、上記探針を下方から観察自在な下部光学式顕微鏡と
、X方向に亙る移動自在に設けられた試料台と、この試
料台の側部に設けられ、上記上部光学式顕微鏡!鏡の対
物レンズと上記下部光学式顕微鏡の対物レンズとの間に
進入自在で、中央部に基準クロスラインを設けた透明板
と、下部光学式顕微鏡の視野中心と探針との変位を表わ
すXY位置表示カウンターとから構成されている。
又、請求項2に記載された光学式顕微鏡付走査型トンネ
ル顕ra鏡の探針の位置合わせ方法の発明は、上述の様
な請求項1に記載の光学式R微鏡付走査型トンネル顕微
鏡を使用して試料表面の特定部分を観察する為、上部光
学式顕微鏡の観察中心と探針の先端との偏差を求める方
法であって、透明板を上部光学式顕微鏡の対物レンズと
下部光学式顕微鏡の対物レンズとの間に進入させ、上部
、下部、両光学式顕微鏡の視野中心を上記透明板の基準
クロスラインに一致させる事により、上記両光学式顕微
鏡の光軸を一致させた状態で、XY位置表示カウンター
を、x=0、Y=Oとした後、試料台をX方向に移動さ
せて、透明板を下部光学式顕微鏡の上方から退避させる
と共に、移動テーブルをX方向に移動させる事によって
、走査型トンネル顕微鏡の探針を下部光学式顕微鏡の上
方に移動させた後、X=0、Y=Oである下部光学式顕
微鏡の視野中心と探針の先端とのX方向の偏差x1とX
方向の偏差Y、とを、それぞれ上部光学式顕微鏡の観察
中心と探針との偏差として求め、この偏差を、探針を試
料表面の所定位置に対向させる際の補正項として加える
。
ル顕ra鏡の探針の位置合わせ方法の発明は、上述の様
な請求項1に記載の光学式R微鏡付走査型トンネル顕微
鏡を使用して試料表面の特定部分を観察する為、上部光
学式顕微鏡の観察中心と探針の先端との偏差を求める方
法であって、透明板を上部光学式顕微鏡の対物レンズと
下部光学式顕微鏡の対物レンズとの間に進入させ、上部
、下部、両光学式顕微鏡の視野中心を上記透明板の基準
クロスラインに一致させる事により、上記両光学式顕微
鏡の光軸を一致させた状態で、XY位置表示カウンター
を、x=0、Y=Oとした後、試料台をX方向に移動さ
せて、透明板を下部光学式顕微鏡の上方から退避させる
と共に、移動テーブルをX方向に移動させる事によって
、走査型トンネル顕微鏡の探針を下部光学式顕微鏡の上
方に移動させた後、X=0、Y=Oである下部光学式顕
微鏡の視野中心と探針の先端とのX方向の偏差x1とX
方向の偏差Y、とを、それぞれ上部光学式顕微鏡の観察
中心と探針との偏差として求め、この偏差を、探針を試
料表面の所定位置に対向させる際の補正項として加える
。
(作 用)
上述の様に構成される本発明の光学式顕微鏡付走査型ト
ンネル顕微鏡とその位置合わせ方法の場合、探針の取付
誤差に基づく、上部光学式顕微鏡の観察中心と探針の先
端との偏差を求める事が出来る為、探針の取付誤差に拘
らず、試料表面の所定部分を観察する事が出来る。
ンネル顕微鏡とその位置合わせ方法の場合、探針の取付
誤差に基づく、上部光学式顕微鏡の観察中心と探針の先
端との偏差を求める事が出来る為、探針の取付誤差に拘
らず、試料表面の所定部分を観察する事が出来る。
即ち、走査型トンネル顕微鏡(STM)の探針を交換し
た場合、STMの使用に先立って予め偏差を求め、その
結果を制御部分に記憶させておく。
た場合、STMの使用に先立って予め偏差を求め、その
結果を制御部分に記憶させておく。
試料表面の所定部分を観察する場合には、先ず上部光学
式顕微鏡で試料表面の所定部分を観察した後、移動テー
ブルをX方向に、下部光学式顕微鏡とSTMとの間隔分
だけ移動させて、STMの探針を上記所定部分のほぼ上
方に移動させる。
式顕微鏡で試料表面の所定部分を観察した後、移動テー
ブルをX方向に、下部光学式顕微鏡とSTMとの間隔分
だけ移動させて、STMの探針を上記所定部分のほぼ上
方に移動させる。
但し、車に移動テーブルを上部光学式顕微鏡とSTMと
の間隔分だけX方向に移動させただけでは、それ迄上部
光学式顕微鏡により観察していた部位の中心と、STM
の探針の先端とが、探針の取付誤差に伴なう偏差(x+
、Yl )分だけずれる為、上記移動テーブルの移動
量にX+分だけ補正を゛加えると共に、試料台をYlだ
け、X方向に移動させる。
の間隔分だけX方向に移動させただけでは、それ迄上部
光学式顕微鏡により観察していた部位の中心と、STM
の探針の先端とが、探針の取付誤差に伴なう偏差(x+
、Yl )分だけずれる為、上記移動テーブルの移動
量にX+分だけ補正を゛加えると共に、試料台をYlだ
け、X方向に移動させる。
この結果、それ迄上部光学式顕微鏡により観察していた
部位の中心と、STMの探針の先端とが、探針の取付誤
差に拘らず一致し、探針の取付誤差に拘らず、試料表面
の所定部分を観察する事が出来る。
部位の中心と、STMの探針の先端とが、探針の取付誤
差に拘らず一致し、探針の取付誤差に拘らず、試料表面
の所定部分を観察する事が出来る。
(実施例)
次に、図示の実施例を説明しつつ本発明を更に詳しく説
明する。
明する。
第1〜4図は本発明の光学式顕微鏡付STMの実施例を
示しており、第1図は正面図、第2図は平面図、第3図
は上部、下部光学式顕微鏡を省略して示す右側面図、第
4図はSTMと試料台とを省略して示す右側面図である
。
示しており、第1図は正面図、第2図は平面図、第3図
は上部、下部光学式顕微鏡を省略して示す右側面図、第
4図はSTMと試料台とを省略して示す右側面図である
。
12はO動テーブルで、基台13の上面奥部に水平方向
に互って配設されたガイドレール14.14に沿って、
X方向(第1〜2図の左右方向)に亙る水平移動自在で
ある。又、この移動テープル12の水平移動は、図示し
ない精密ボール螺子機構、或はリニアモータ等により行
なわれ、その移動量がμm単位乃至はサブμm単位L位
で検出され、図示しない制御器に人力される様にしてい
る。この制御器には、下部光学式顕微fi17の視野中
心と37M15の探針の先端との変位を表わすXY位置
表示カウンターが付属している。
に互って配設されたガイドレール14.14に沿って、
X方向(第1〜2図の左右方向)に亙る水平移動自在で
ある。又、この移動テープル12の水平移動は、図示し
ない精密ボール螺子機構、或はリニアモータ等により行
なわれ、その移動量がμm単位乃至はサブμm単位L位
で検出され、図示しない制御器に人力される様にしてい
る。この制御器には、下部光学式顕微fi17の視野中
心と37M15の探針の先端との変位を表わすXY位置
表示カウンターが付属している。
上記移動テーブル12の上面には、前述の様な構成を有
し、下端部に探針を設けた37M15と、試料表面を観
察自在な上部光学式顕微鏡16とが、互いに間隔をあけ
て固定されている。これら37M15の測定位置(探針
の先端位置)と上部光学式顕微鏡160光軸との距in
<第1図)は、μm単位乃至はサブμm111位迄規
制され、その数値は、予め上記制御器に記憶されている
。
し、下端部に探針を設けた37M15と、試料表面を観
察自在な上部光学式顕微鏡16とが、互いに間隔をあけ
て固定されている。これら37M15の測定位置(探針
の先端位置)と上部光学式顕微鏡160光軸との距in
<第1図)は、μm単位乃至はサブμm111位迄規
制され、その数値は、予め上記制御器に記憶されている
。
又、前記基台13の上面手前左部には、上記STM15
の探針を下方から観察自在な下部光学式顕微鏡17を設
けている。この下部光学式顕微鏡17は、摘み18.1
9.20の操作に基づき、X方向、Y方向(第1図の表
裏方向、第2図の上下方向)、z方向(鉛直方向)に亙
る移動を自在としている。
の探針を下方から観察自在な下部光学式顕微鏡17を設
けている。この下部光学式顕微鏡17は、摘み18.1
9.20の操作に基づき、X方向、Y方向(第1図の表
裏方向、第2図の上下方向)、z方向(鉛直方向)に亙
る移動を自在としている。
又、前記基台13の上面手前右部には、上面が水平な試
料台22が、ガイドレール21.21に沿ってY方向に
亙る移動自在に設けられている。
料台22が、ガイドレール21.21に沿ってY方向に
亙る移動自在に設けられている。
この試着台22の水平移動は、やけりモータ23により
駆動される精密ボール螺子機構等により行なわれ、その
移動量がμm単位乃至はサブμm単位で検出され、図示
しない制御器に入力される。
駆動される精密ボール螺子機構等により行なわれ、その
移動量がμm単位乃至はサブμm単位で検出され、図示
しない制御器に入力される。
上記試料台22の側部にはガラス板等の透明板24が、
マイクロメータヘッド25により若干の昇降自在に設け
られている。この透明板24には、その中央部に、エツ
チング等により、後述する第5図(a)に示す様な基準
クロスライン26が描かれている。又、この透明板24
は、試料台22のY方向に亙る移動に伴なって、前記上
部光学式顕微鏡16の対物レンズ27と前記下部光学式
顕微鏡17の対物レンズ28との間に進入自在である。
マイクロメータヘッド25により若干の昇降自在に設け
られている。この透明板24には、その中央部に、エツ
チング等により、後述する第5図(a)に示す様な基準
クロスライン26が描かれている。又、この透明板24
は、試料台22のY方向に亙る移動に伴なって、前記上
部光学式顕微鏡16の対物レンズ27と前記下部光学式
顕微鏡17の対物レンズ28との間に進入自在である。
更に、前記上部光学式顕微鏡16と下部光学式顕微鏡1
7との画像は、それぞれ小型テレビカメラにより宇最影
し、それぞれのテレヒ゛カメラにより撮影された画像を
、第5〜9図Ca)(b)に示した様なテレビモニタ2
9.30に映し出せる様にしている。
7との画像は、それぞれ小型テレビカメラにより宇最影
し、それぞれのテレヒ゛カメラにより撮影された画像を
、第5〜9図Ca)(b)に示した様なテレビモニタ2
9.30に映し出せる様にしている。
上述の様に構成される本発明の光学式顕微鏡付STMに
於いて、探針の取付誤差に基づく上部光学式顕微鏡と探
針との偏差を測定する場合、次の様にして行なう。
於いて、探針の取付誤差に基づく上部光学式顕微鏡と探
針との偏差を測定する場合、次の様にして行なう。
尚、第5〜9図(a)(b)は、偏差測定の際に於ける
、上部、下部光学式顕微鏡16.17の視野を示すテレ
ビモニタ29.3oの画面を示しているが、各図(a)
は上部光学式顕微鏡16の視野を、各図(b)は下部光
学式顕微鏡17の視野を、それぞれ表わしている。
、上部、下部光学式顕微鏡16.17の視野を示すテレ
ビモニタ29.3oの画面を示しているが、各図(a)
は上部光学式顕微鏡16の視野を、各図(b)は下部光
学式顕微鏡17の視野を、それぞれ表わしている。
先ず、ガイドレール21.21に沿って、試料台22を
Y方向に移動させる事により、透明板24を上部光学式
顕微[16の対物レンズ27と下部光学式顕微鏡17の
対物レンズ28との間に進入させる。
Y方向に移動させる事により、透明板24を上部光学式
顕微[16の対物レンズ27と下部光学式顕微鏡17の
対物レンズ28との間に進入させる。
この状態で、先ず、上部光学式顕微鏡16の視野中心を
上記透明板24の基準クロスライン26に一致させる。
上記透明板24の基準クロスライン26に一致させる。
この作業は、移動テーブル12をX方向に、試料台22
を介して透明板24をY方向に、それぞれ水平移動させ
る事により行なう。
を介して透明板24をY方向に、それぞれ水平移動させ
る事により行なう。
この作業は、上部光学式顕微鏡16の視野を表わすテレ
ビモニタ29を見ながら行なうが、上部光学式顕微鏡1
6の視野中心と上記透明板24の基準クロスライン26
とが一致した状態では、第5図(a)に示す様に、上記
基準クロスライン26が、テレビモニタ29のカーソル
31と一致する。尚、上部光学式顕微鏡16のピントが
基準クロスライン26に合わない場合、マイクロメータ
ヘッド25によって透明板24を昇降させる。
ビモニタ29を見ながら行なうが、上部光学式顕微鏡1
6の視野中心と上記透明板24の基準クロスライン26
とが一致した状態では、第5図(a)に示す様に、上記
基準クロスライン26が、テレビモニタ29のカーソル
31と一致する。尚、上部光学式顕微鏡16のピントが
基準クロスライン26に合わない場合、マイクロメータ
ヘッド25によって透明板24を昇降させる。
上部光学式顕微鏡16の視野中心と上記透明板24の基
準クロスライン26とを一致させたならば、次いで、透
明板24を動かす事なく、下部光学式顕微鏡17の視野
中心を上記透明板24の基準クロスライン26に一致さ
せる。この作業は、摘み18.19によって、下部光学
式顕微鏡17をXX方向に移動させる事で行なう。又、
下部光学式顕微鏡17のピントが基準クロスライン26
に合わない場合、摘み20によって下部光学式顕微鏡1
7を昇降させる。
準クロスライン26とを一致させたならば、次いで、透
明板24を動かす事なく、下部光学式顕微鏡17の視野
中心を上記透明板24の基準クロスライン26に一致さ
せる。この作業は、摘み18.19によって、下部光学
式顕微鏡17をXX方向に移動させる事で行なう。又、
下部光学式顕微鏡17のピントが基準クロスライン26
に合わない場合、摘み20によって下部光学式顕微鏡1
7を昇降させる。
上述の様に、上部光学式顕微鏡16と下部光学式顕微f
i17との視野中心を、それぞれ透明板24の基準クロ
スライン26に一致させる事により、上記両光学式顕徹
鏡16.17の光軸が一致する。この際に於けるテレビ
モニタ29,30の画面は、第6図(a)(b)の様に
なる。
i17との視野中心を、それぞれ透明板24の基準クロ
スライン26に一致させる事により、上記両光学式顕徹
鏡16.17の光軸が一致する。この際に於けるテレビ
モニタ29,30の画面は、第6図(a)(b)の様に
なる。
そこで、この状態で制御器に付属したXY位置表示カウ
ンターをリセットし、x=0、Y=Oとする。
ンターをリセットし、x=0、Y=Oとする。
その後、ガイドレール21.21に沿って試料台22を
X方向に移動させる事により、第4図に示す様に、透明
板24を下部光学式顕微鏡17の上方から退避させると
共に、ガイドレール14.14に沿って移動テーブル1
2をX方向に、37M15の測定位置(探針の先端位置
)と上部光学式顕微鏡16の光軸との距1lIiIl(
第1図)分だけ、厳密に移動させる。
X方向に移動させる事により、第4図に示す様に、透明
板24を下部光学式顕微鏡17の上方から退避させると
共に、ガイドレール14.14に沿って移動テーブル1
2をX方向に、37M15の測定位置(探針の先端位置
)と上部光学式顕微鏡16の光軸との距1lIiIl(
第1図)分だけ、厳密に移動させる。
このB勅の結果、37M15の探針が、下部光学式顕微
鏡17の対物レンズ28の上方に移動する。この際、探
針の取付誤差に基づく上部光学式顕微鏡16と探針との
変位がなければ、探針は下部光学式顕微鏡17の視野の
中心に移動するが、実際の場合には、上記取付誤差の存
在に基づぎ、第7図(b)に示す様に、下部光学式顕微
鏡】7の視野の中心(X=0、Y=O)からずれた位置
に、探針が存在する様になる。
鏡17の対物レンズ28の上方に移動する。この際、探
針の取付誤差に基づく上部光学式顕微鏡16と探針との
変位がなければ、探針は下部光学式顕微鏡17の視野の
中心に移動するが、実際の場合には、上記取付誤差の存
在に基づぎ、第7図(b)に示す様に、下部光学式顕微
鏡】7の視野の中心(X=0、Y=O)からずれた位置
に、探針が存在する様になる。
そこで、上記取付誤差に基づく偏差(X+Yl)を求め
るべく、探針を下部光学式顕微鏡17の視野の中心に移
動させる。
るべく、探針を下部光学式顕微鏡17の視野の中心に移
動させる。
即ち、先ず移動テーブル12をX方向にX、たけ移動さ
せる事により、探針をテレビモニタ30のカーソル32
のX軸上に移動させる。この際の移動量XIは、移動テ
ーブル12の精密駆動手段からの信号により知る事が出
来る為、この移動量x1をXY位置表示カウンターに記
憶させる。
せる事により、探針をテレビモニタ30のカーソル32
のX軸上に移動させる。この際の移動量XIは、移動テ
ーブル12の精密駆動手段からの信号により知る事が出
来る為、この移動量x1をXY位置表示カウンターに記
憶させる。
又、探針のX方向へのずれは、テレビモニタ30の画面
を観察しつつ、摘み19を勅かし、下部光学式顕微鏡1
7をX方向に移動させる事により解消する。
を観察しつつ、摘み19を勅かし、下部光学式顕微鏡1
7をX方向に移動させる事により解消する。
この際、摘み19によるX方向の移動量Y1が解れば、
直ちにその値をXY位置表示カウンターに記憶させれば
良いが、図示の実施例の場合、手動により下部光学式顕
微鏡17を動かす為、上記移動量Y1を正確に知る事が
難しい。
直ちにその値をXY位置表示カウンターに記憶させれば
良いが、図示の実施例の場合、手動により下部光学式顕
微鏡17を動かす為、上記移動量Y1を正確に知る事が
難しい。
そこで、図示の実施例の場合、再びガイドレール14.
14に沿って移動テーブル12をX方向に、前記圧l1
l(第1図)分だけ厳密に移動させる(戻す)と共に、
透明板24を下部光学式顕微鏡17の対物レンズ28の
上方に移動させる。透明板24の移動量も厳密に制御し
、上部、下部、両光学式顕徴ut16.17の光軸を一
致させる作業を行なったのと同じ位置に移動させる。
14に沿って移動テーブル12をX方向に、前記圧l1
l(第1図)分だけ厳密に移動させる(戻す)と共に、
透明板24を下部光学式顕微鏡17の対物レンズ28の
上方に移動させる。透明板24の移動量も厳密に制御し
、上部、下部、両光学式顕徴ut16.17の光軸を一
致させる作業を行なったのと同じ位置に移動させる。
この移動の結果、下部光学式顕微鏡17の視野中には、
第9図(b)に示す様に、透明板24の基準クロスライ
ン26が映り込むが、この基準クロスライン26の中心
とテレビモニタ30のカーソル32とは、探針のX方向
へのずれを修正すべく、摘み19を勅かし、下部光学式
顕微鏡17をX方向に13動させた71分だけずれる。
第9図(b)に示す様に、透明板24の基準クロスライ
ン26が映り込むが、この基準クロスライン26の中心
とテレビモニタ30のカーソル32とは、探針のX方向
へのずれを修正すべく、摘み19を勅かし、下部光学式
顕微鏡17をX方向に13動させた71分だけずれる。
そこでこの状態から、テレビモニタ30のカーソル32
を基準クロスライン26に向けて電気的に移動させ、そ
の際の移動量から上記Y、を求める。
を基準クロスライン26に向けて電気的に移動させ、そ
の際の移動量から上記Y、を求める。
そして、この様にして求めたX方向の偏差X1とX方向
の偏差Y1とを、それぞれ上部光学式顕微鏡16の観察
中心と37M15の探針との偏差として求め、この偏差
を、探針を試料表面の所定位置に対向させる際の補正項
として加える。
の偏差Y1とを、それぞれ上部光学式顕微鏡16の観察
中心と37M15の探針との偏差として求め、この偏差
を、探針を試料表面の所定位置に対向させる際の補正項
として加える。
上述の様に構成される本発明の光学式顕微鏡付走査型ト
ンネル顕m鏡とその位置合わせ方法の場合、37M15
の探針の取付誤差に基づく、上部光学式顕微鏡16の観
察中心と37M15の探針の先端との偏差を求める事が
出来る為、探針の取付誤差に拘らず、試料台22の上面
に載置した試料表面の所定部分を観察する事が出来る。
ンネル顕m鏡とその位置合わせ方法の場合、37M15
の探針の取付誤差に基づく、上部光学式顕微鏡16の観
察中心と37M15の探針の先端との偏差を求める事が
出来る為、探針の取付誤差に拘らず、試料台22の上面
に載置した試料表面の所定部分を観察する事が出来る。
即ち、37M15の探針を交換した場合、37M15の
使用に先立って予め偏差(xIYl)を求め、その結果
を制御部分に記憶させておく。
使用に先立って予め偏差(xIYl)を求め、その結果
を制御部分に記憶させておく。
試料表面の所定部分を観察する場合には、先ず上部光学
式顕微鏡16で試料表面の所定部分を観察した後、ガイ
ドレール14.14に沿って移動テーブル12をX方向
に、上部光学式顕微鏡16の光軸と37M15の探針と
の間隔り分だけ移動させて、37M15の探針を上記所
定部分のほぼ上方に移動させる。
式顕微鏡16で試料表面の所定部分を観察した後、ガイ
ドレール14.14に沿って移動テーブル12をX方向
に、上部光学式顕微鏡16の光軸と37M15の探針と
の間隔り分だけ移動させて、37M15の探針を上記所
定部分のほぼ上方に移動させる。
但し、単に移動テーブル12を上部光学式顕微鏡16の
光軸と37M15の探針との間隔で分だけX方向に移動
させただけでは、それ迄上部光学式顕微鏡16により観
察していた部位の中心と、37M15の探針の先端とが
、探針の取付誤差に基づく偏差(X+、Yl)分だけず
れる。
光軸と37M15の探針との間隔で分だけX方向に移動
させただけでは、それ迄上部光学式顕微鏡16により観
察していた部位の中心と、37M15の探針の先端とが
、探針の取付誤差に基づく偏差(X+、Yl)分だけず
れる。
この為、上記移動テーブル12の移動量にx1分だけ補
正を加え、上部光学式顕微鏡16による観察後に於ける
移動テーブル12の移動量をに±X、とすると共に、試
料台22をYlだけ、Y方向に移動させる。
正を加え、上部光学式顕微鏡16による観察後に於ける
移動テーブル12の移動量をに±X、とすると共に、試
料台22をYlだけ、Y方向に移動させる。
この結果、それ迄上部光学式顕微鏡16により観察して
いた部位の中心と、37M15の探針の先端とが、探針
の取付誤差に拘らず一致し、探針の取付誤差に拘らず、
試料表面の所定部分を観察する事が出来る。
いた部位の中心と、37M15の探針の先端とが、探針
の取付誤差に拘らず一致し、探針の取付誤差に拘らず、
試料表面の所定部分を観察する事が出来る。
(発明の効果)
本発明の光学式顕微鏡付STMとその探針の位置合わせ
方法は、以上に述べた通り構成され作用する為、探針の
取付誤差に拘らず、この探針を試料表面の所定部分に対
向させる作業を、高い精度で容易且つ確実に行なう事が
出来る。
方法は、以上に述べた通り構成され作用する為、探針の
取付誤差に拘らず、この探針を試料表面の所定部分に対
向させる作業を、高い精度で容易且つ確実に行なう事が
出来る。
第1〜4図は本発明の光学式顕微鏡付STMの実施例を
示しており、第1図は正面図、第2図は平面図、第3図
は上部、下部両光学式顕微鏡を省略して示す右側面図、
第4図はSTMと試料台とを省略して示す右側面図、第
5〜9図(a)(b)は、偏差測定の際に於ける、上部
、下部両光学式顕微鏡の視野を示すテレビモニタの画面
を表わしており、各図(a)は上部光学式顕微鏡の視野
を、各図(b)は下部光学式顕微鏡の視野を、それぞれ
表わす正面図、第10図はSTMの原理を示すブロック
図、第11図は第10図のA部の原子状態を示す超拡大
図である。 1:探針、1a:原子、2:物質、2a;原子、3;x
方向ピエゾ素子、4:Y方向ピエゾ素子、5:Z方向ピ
エゾ素子、6:XY走査回路、7:サーボ回路、8:メ
モリ、9:マイクロコンピュータ、10:表示装置、1
にトンネル電流増幅器、12:移動テーブル、13:基
台、14ニガイドレール、15 : STM、16:上
部光学式顕微鏡、17:下部光学式顕微鏡、18.19
.20:摘み、21ニガイドレール、22:試料台、2
3:モータ、24:透明板、25:マイクロメータヘッ
ド、26:基準クロスライン、27.28二対物レンズ
、29.30:テレビモニタ、31.32:カーソル。
示しており、第1図は正面図、第2図は平面図、第3図
は上部、下部両光学式顕微鏡を省略して示す右側面図、
第4図はSTMと試料台とを省略して示す右側面図、第
5〜9図(a)(b)は、偏差測定の際に於ける、上部
、下部両光学式顕微鏡の視野を示すテレビモニタの画面
を表わしており、各図(a)は上部光学式顕微鏡の視野
を、各図(b)は下部光学式顕微鏡の視野を、それぞれ
表わす正面図、第10図はSTMの原理を示すブロック
図、第11図は第10図のA部の原子状態を示す超拡大
図である。 1:探針、1a:原子、2:物質、2a;原子、3;x
方向ピエゾ素子、4:Y方向ピエゾ素子、5:Z方向ピ
エゾ素子、6:XY走査回路、7:サーボ回路、8:メ
モリ、9:マイクロコンピュータ、10:表示装置、1
にトンネル電流増幅器、12:移動テーブル、13:基
台、14ニガイドレール、15 : STM、16:上
部光学式顕微鏡、17:下部光学式顕微鏡、18.19
.20:摘み、21ニガイドレール、22:試料台、2
3:モータ、24:透明板、25:マイクロメータヘッ
ド、26:基準クロスライン、27.28二対物レンズ
、29.30:テレビモニタ、31.32:カーソル。
Claims (4)
- (1)水平なX方向に亙る移動自在な移動テーブルと、
この移動テーブル上に支持され、下端部にピエゾ素子に
よって三次元方向に駆動される探針を設けた走査型トン
ネル顕微鏡と、上記移動テーブルに支持され、試料表面
を観察自在な上部光学式顕微鏡と、少なくとも水平なY
方向に亙る移動自在で、上記探針を下方から観察自在な
下部光学式顕微鏡と、Y方向に亙る移動自在に設けられ
た試料台と、この試料台の側部に設けられ、上記上部光
学式顕微鏡の対物レンズと上記下部光学式顕微鏡の対物
レンズとの間に進入自在で、中央部に基準クロスライン
を設けた透明板と、下部光学式顕微鏡の視野中心と探針
との変位を表わすXY位置表示カウンターとから成る、
光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡。 - (2)請求項1に記載の光学式顕微鏡付走査型トンネル
顕微鏡を使用して試料表面の特定部分を観察する為、上
部光学式顕微鏡の観察中心と探針の先端との偏差を求め
る、光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡の探針の位置
合わせ方法であって、透明板を上部光学式顕微鏡の対物
レンズと下部光学式顕微鏡の対物レンズとの間に進入さ
せ、上部、下部、両光学式顕微鏡の視野中心を上記透明
板の基準クロスラインに一致させる事により、上記両光
学式顕微鏡の光軸を一致させた状態で、XY位置表示カ
ウンターを、X=0、Y=0とした後、試料台をY方向
に移動させて、透明板を下部光学式顕微鏡の上方から退
避させると共に、移動テーブルをX方向に移動させる事
によって、走査型トンネル顕微鏡の探針を下部光学式顕
微鏡の上方に移動させた後、X=0、Y=0である下部
光学式顕微鏡の視野中心と探針の先端とのX方向の偏差
X_1とY方向の偏差Y_1とを、それぞれ上部光学式
顕微鏡の観察中心と探針との偏差として求め、この偏差
を、探針を試料表面の所定位置に対向させる際の補正項
として加える、光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡の
探針の位置合わせ方法。 - (3)走査型トンネル顕微鏡の探針を下部光学式顕微鏡
の上方に移動させた後、X方向には移動テーブルを移動
させる事により、Y方向には下部光学式顕微鏡を移動さ
せる事により、探針の先端を下部光学式顕微鏡の視野中
心に移動させ、この際に於ける移動テーブルの移動量を
X_1、下部光学式顕微鏡の移動量をY_1とする、請
求項2に記載の光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡の
探針の位置合わせ方法。 - (4)走査型トンネル顕微鏡の探針を下部光学式顕微鏡
の上方に移動させた後、移動テーブルをX方向に移動さ
せる事によりX_1を求めると共に、下部光学式顕微鏡
をY方向に移動させる事により、探針の先端を下部光学
式顕微鏡の視野中心に移動させた後、透明板を上部光学
式顕微鏡の対物レンズと下部光学式顕微鏡の対物レンズ
との間に進入させ、下部光学式顕微鏡の視野を示すモニ
タ画面上で基準クロスラインをモニタ画面の中心に移動
させ、このモニタ画面上での移動量をY_1とする、請
求項2に記載の光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡の
探針の位置合わせ方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16844490A JPH0458102A (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡とその探針の位置合わせ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16844490A JPH0458102A (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡とその探針の位置合わせ方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0458102A true JPH0458102A (ja) | 1992-02-25 |
Family
ID=15868230
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16844490A Pending JPH0458102A (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 光学式顕微鏡付走査型トンネル顕微鏡とその探針の位置合わせ方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0458102A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0829354A (ja) * | 1993-06-08 | 1996-02-02 | Mitsubishi Electric Corp | 微小異物の検出および検査方法、それに用いられる走査型プローブ顕微鏡ならびにこれらを用いた半導体素子または液晶表示素子の製法 |
JP2007033934A (ja) * | 2005-07-27 | 2007-02-08 | Olympus Corp | ステージユニット |
US8495759B2 (en) | 2008-07-31 | 2013-07-23 | Sii Nanotechnology Inc. | Probe aligning method for probe microscope and probe microscope operated by the same |
-
1990
- 1990-06-28 JP JP16844490A patent/JPH0458102A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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