JPH0540005A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

走査型プローブ顕微鏡

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JPH0540005A
JPH0540005A JP3198155A JP19815591A JPH0540005A JP H0540005 A JPH0540005 A JP H0540005A JP 3198155 A JP3198155 A JP 3198155A JP 19815591 A JP19815591 A JP 19815591A JP H0540005 A JPH0540005 A JP H0540005A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe microscope
sample
probe
box
scanning
Prior art date
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Pending
Application number
JP3198155A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Matsushiro
弘之 松代
Tetsuji Konuki
哲治 小貫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Priority to US07/922,505 priority patent/US5317153A/en
Priority to EP92307220A priority patent/EP0529846A1/en
Publication of JPH0540005A publication Critical patent/JPH0540005A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/18Means for protecting or isolating the interior of a sample chamber from external environmental conditions or influences, e.g. vibrations or electromagnetic fields

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外的電磁ノイズおよび外的騒音とは無関係に
原子分解能を得る。 【構成】 探針5を試料に対して相対走査して得られた
情報を電気的に処理して前記試料表面の微細形状を計測
するプローブ顕微鏡ユニット5,6,17と、前記試料
の光学像を観察するための光学顕微鏡ユニット8,10
〜16とを備え、前記プローブ顕微鏡ユニットが外部か
ら遮音および電磁シールドされた箱体9内に収容され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は走査型プローブ顕微鏡に
関する。
【0002】
【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡
等の走査型プローブ顕微鏡は、試料の局所領域における
微細な表面形状を原子レベルの分解能で測定するもので
ある。この種の走査型プローブ顕微鏡において、比較的
大きな試料を観察したり、実際に測定している個所を確
認したいという要求を満たすために、従来の光学顕微鏡
と一体になった製品が近年発表または提案されている。
【0003】例えば特開平2−163601号公報に開
示された走査型トンネル顕微鏡(以下STMという。)
は、従来の光学顕微鏡の形状を流用した支持アームを備
え、そこに光学顕微鏡の対物レンズとSTMの検出部と
が個々に取付けられた構造を有する。また特開平3−4
102公報に開示されたものは、対物レボルバに光学顕
微鏡用の対物レンズとSTM検出部とを個々に取付け、
光学顕微鏡像とSTM像とをレボルバを切り換えること
によって交互に観察するように構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のSTMは、微弱
な電流を測定するにも係わらず、STMのユニット(探
針,スキャナ,IVアンプ等)が外部に露出またはそれ
に準じた状態で装備され、外的な電磁ノイズに対して無
防備であり、また、試料を原子レベルで測定するにも係
わらず、外部の騒音がSTMのユニットに伝達し易い状
態になっているという問題点があった。
【0005】さらに、光学顕微鏡の支持アームの片持ち
構造や、対物レンズの上下動機構やレボルバ回転部など
の機械的作動部が引き起こす共振周波数の低下によっ
て、充分な剛性を得られず、顕微鏡本体の振動がSTM
の検出部まで伝わり易く、例えばその振動が原因になっ
て原子レベルの分解能を得ることが不可能に近いという
問題点もあった。
【0006】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、外的電磁ノイズおよび外的騒音とは
無関係に原子分解能を得ることができると共に、高い剛
性を維持する走査型プローブ顕微鏡を提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明における走査型プ
ローブ顕微鏡は、探針を試料に対して相対走査して得ら
れた情報を電気的に処理して前記試料表面の微細形状を
計測するプローブ顕微鏡ユニット(5,6,17)と、
前記試料の光学像を観察するための光学顕微鏡ユニット
(8,10〜16)とを備え、前記プローブ顕微鏡ユニ
ットが外部から遮音および電磁シールドされた箱体
(9)内に収容されていることを特徴とする。
【0008】また、請求項2に記載したように、前記箱
体(9)はその側面が錐体状に形成されることが好まし
く、請求項3に記載したように三角錐状に形成されるこ
とがより好ましい。さらに、請求項4に記載した走査型
プローブ顕微鏡においては、前記箱体(9)は前記プロ
ーブ顕微鏡ユニット(5,6,17)を載置した定盤
(1)の上に載置されると共に前記光学顕微鏡ユニット
(8,10〜16)を支持し、前記プローブ顕微鏡ユニ
ット(5,6,17)が前記箱体(9)の内部に該箱体
と接触することなく設けられたコラム(7)によって支
持されることを特徴とする。
【0009】
【作用】遮音および電磁シールドされた箱体は、原子レ
ベルでの分解能に悪影響を及ぼす電磁波および音からプ
ローブ顕微鏡ユニットを保護する。請求項2に記載した
側面が錐体状の箱体は、箱体内部で向かい合う平行面が
存在しないために、箱体内部での定在波の発生を防止す
る。特に三角錐状の構造は共振周波数を高めると共に剛
性も高くなる。
【0010】請求項4に記載した構造、即ちプローブ顕
微鏡ユニットを載置した定盤の上に箱体を載置し、光学
顕微鏡ユニットを箱体によって支持し、さらにプローブ
顕微鏡ユニットを前記箱体の内部に該箱体と接触するこ
となく設けられたコラムによって支持する構造は、光学
顕微鏡ユニットおよび箱体の振動がプローブ顕微鏡ユニ
ットに伝達することを防止する。
【0011】
【実施例】本発明の一実施例による走査型トンネル顕微
鏡(STM)の外観と内部構造を示す図1、および支持
構造の原理を概略的に示した図2において、三角形の定
盤1は床からの振動を取り除く除振台の上に置かれ、定
盤1の上面にXY粗動ステージ2が設けられている。X
Y粗動ステージ2の上に試料ホルダ4を取付けたZ粗動
ステージ3が載置されている。
【0012】トンネル電流を検出するための探針5を保
持した円筒状のチューブスキャナー6は、円板状の支持
枠71を介して定盤1の上に設けられた内部コラム7に
固定されている。内部コラム7は高剛性の材質および構
造を備えている。本実施例においては、円板状の支持枠
71を光透過用の貫通孔が形成された不透明な円板によ
って構成しているが、光透過性のガラスまたはプラスチ
ックによって構成してもよい。
【0013】外箱9の上部に載置された光学顕微鏡ユニ
ット10は、対物レンズ8,照明光源11,照明レンズ
12,ハーフミラー13,結像レンズ14,テレビカメ
ラ15,およびフォーカシング駆動装置16から構成さ
れる。対物レンズ8は、試料からの光束を平行光束に変
換する第1対物レンズ81と、平行光束を集光する第2
対物レンズ82と、これらを保持する鏡筒83とを備
え、外箱9の上部に穿設された開口に嵌合し、該開口内
を光軸方向に摺動自在に設けられている。第1対物レン
ズ81には光軸を中心とする貫通孔が穿設され、上記円
筒状のチューブスキャナー6は、レンズ81に接触する
ことなくこの貫通孔内に挿通されている。鏡筒83の側
面には、第1対物レンズ81と第2対物レンズ82との
間の位置に、横方向に貫通する開口84が穿設され、内
部コラム7の腕が鏡筒83に接触することなくこの開口
84から鏡筒83内に挿入し、上記円板状の支持枠71
を保持している。
【0014】フォーカシング駆動装置16は、軸91に
沿って対物レンズユニット8全体を光軸方向に上下動さ
せて、試料の光学像が撮像カメラ15の撮像面上に形成
されるように調節する。内部コラム7の側面に固定され
たIVアンプ17は、チューブスキャナー6の外側面に
貼着したPZT圧電素子に駆動電流を供給すると共に、
探針5と試料表面との間を流れるトンネル電流を増幅す
る。そして、これら探針5,チューブスキャナー6,お
よびIVアンプ17等によって本発明におけるプローブ
顕微鏡ユニットを構成する。
【0015】上記外箱9は、三角形の定盤1の周辺にそ
れぞれ一致した斜辺を有する三角錐状に形成され、外箱
9の上面は定盤1に平行な水平面で構成されている。外
箱9の内面には前面に渡って吸音材26が貼着されてお
り、これら外箱9と吸音材26とによって本発明におけ
る箱体を構成する。外部からSTMに到達しようとする
電磁波を遮断するために、外箱9は導電性および透磁性
の材質によって作製されている。外箱9に設けられた試
料交換扉92も同様の材質で製作され、上面の対物レン
ズ鏡筒83との嵌合部も電磁波に対して漏れのない構造
に構成されている。
【0016】外部の騒音を遮断する観点から、外箱9は
高密度の材質で肉厚を大きく製作されている必要があ
る。例えば、板ガラス等の比較的低密度のものでは、厚
さに無関係にほぼ一定の透過損失特性を示すが、鉄板の
ように高密度のものでは肉厚が音の透過損失に大きく影
響し、1mm厚の鉄板と5mm厚の鉄板とでは特に1k
Hz以下の振動領域において10dB以上も透過損失が
増大する。外箱の内側に貼着された吸音材26は、外箱
9の内面に到達した200Hz以上の振動数を有する音
を効果的に吸収できる。
【0017】外箱9の側面を錐体状にすることによっ
て、箱体内部での定在波の発生を防止することができる
ため、音によるSTMへの振動の影響をより完全に除去
することが可能になる。立方体や直方体のように互いに
向かい合う平行面が存在する形状に箱体を形成すると、
向かい合う面の距離に応じた波長の定在波が発生し易く
なる。そのため箱体の形状は極力平行面を避けた三角錐
もしくは球状が望ましい。また、立方体や直方体に比較
して三角錐状の構造は共振周波数を高めると共に、剛性
も高める。
【0018】STMは通常、温度ドリフトに影響されな
いようにインバー等の低熱膨張率を有する材料が選択さ
れるが、外箱9および定盤1も同様の材料を用いること
が好ましい。
【0019】
【発明の効果】本発明の走査型プローブ顕微鏡によれ
ば、プローブ顕微鏡ユニットを外部から遮音および電磁
シールドされた箱体内に収容したことによって、プロー
ブ顕微鏡の動作周波数帯(数Hz〜数kHz)における
振動や音のノイズと、数nA程度の微弱電流の検出に害
を及ぼす電磁波のノイズとからプローブ顕微鏡ユニット
を保護し、原子分解能での測定精度を周囲の環境に係わ
らず達成可能になるという効果を奏する。
【0020】また、本発明の実施例のように、探針やチ
ューブスキャナ等のSTMの構成部材と、対物レンズを
含む光学顕微鏡の構成部材とを空間的に分離したことに
よって、STMユニット自体の共振周波数を高めること
ができ、上記動作周波数帯における振動に対してより強
固な構造が得られる。さらに、本発明の実施例のよう
に、STMを載置した定盤の上に外箱を載置し、その外
箱によって光学顕微鏡を支持し、さらにSTMを外箱の
内部に該外箱と接触することなく設けられたコラムによ
って支持する構造は、光学顕微鏡ユニットおよび外箱の
振動がSTMに伝達することを防止する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による顕微鏡の内部構造を示
すために一部破断した外観斜視図である。
【図2】上記実施例による顕微鏡の支持構造の原理を概
略的に示した断面図である。
【符号の説明】 1・・・・定盤 5・・・・探針 6・・・・チューブスキャナ 7・・・・コラム 8・・・・対物レンズ 9・・・・外箱 10・・・・光学顕微鏡ユニット 15・・・・撮像カメラ 26・・・・吸音材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 探針を試料に対して相対走査して得られ
    た情報を電気的に処理して前記試料表面の微細形状を計
    測するプローブ顕微鏡ユニットと、前記試料の光学像を
    観察するための光学顕微鏡ユニットとを備えた走査型プ
    ローブ顕微鏡において、前記プローブ顕微鏡ユニットが
    外部から遮音および電磁シールドされた箱体内に収容さ
    れていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
  2. 【請求項2】 前記箱体はその側面が錐体状に形成され
    ていることを特徴とする請求項1記載の走査型プローブ
    顕微鏡。
  3. 【請求項3】 前記箱体の側面が三角錐状に形成されて
    いることを特徴とする請求項2記載の走査型プローブ顕
    微鏡。
  4. 【請求項4】 前記箱体は前記プローブ顕微鏡ユニット
    を載置した定盤の上に載置されると共に前記光学顕微鏡
    ユニットを支持し、前記プローブ顕微鏡ユニットが前記
    箱体の内部に該箱体と接触することなく設けられたコラ
    ムによって支持されることを特徴とする請求項1記載の
    走査型プローブ顕微鏡。
JP3198155A 1991-08-08 1991-08-08 走査型プローブ顕微鏡 Pending JPH0540005A (ja)

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JP3198155A JPH0540005A (ja) 1991-08-08 1991-08-08 走査型プローブ顕微鏡
US07/922,505 US5317153A (en) 1991-08-08 1992-07-31 Scanning probe microscope
EP92307220A EP0529846A1 (en) 1991-08-08 1992-08-07 Scanning probe microscope

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JP3198155A JPH0540005A (ja) 1991-08-08 1991-08-08 走査型プローブ顕微鏡

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JPH0540005A true JPH0540005A (ja) 1993-02-19

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JP (1) JPH0540005A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009069168A (ja) * 2001-07-18 2009-04-02 Regents Of The Univ Of California 原子間力顕微鏡法及び他の用途用の測定ヘッド
CN109406830A (zh) * 2018-12-07 2019-03-01 南京邮电大学 一种可分离式扫描探针显微镜镜体

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009069168A (ja) * 2001-07-18 2009-04-02 Regents Of The Univ Of California 原子間力顕微鏡法及び他の用途用の測定ヘッド
CN109406830A (zh) * 2018-12-07 2019-03-01 南京邮电大学 一种可分离式扫描探针显微镜镜体
CN109406830B (zh) * 2018-12-07 2023-12-22 南京邮电大学 一种可分离式扫描探针显微镜镜体

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