JPH0549921B2 - - Google Patents
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- JPH0549921B2 JPH0549921B2 JP63214104A JP21410488A JPH0549921B2 JP H0549921 B2 JPH0549921 B2 JP H0549921B2 JP 63214104 A JP63214104 A JP 63214104A JP 21410488 A JP21410488 A JP 21410488A JP H0549921 B2 JPH0549921 B2 JP H0549921B2
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- G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
- G01Q60/22—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
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- B82—NANOTECHNOLOGY
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Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
この発明は例えば半導体構造等の微小な観察対
象物を観察する顕微鏡装置の改良に関する。
象物を観察する顕微鏡装置の改良に関する。
(従来の技術)
近時、微小な観察対象物を観察する顕微鏡装置
として例えば原子を観察できる程度に分解能が高
い走査型トンネル顕微鏡(以下STMと称する)
が開発されている。これは、顕微鏡本体に設けら
れた探針の先端を探針先端の原子の電子雲と観察
対象物の原子の電子雲とが重なり合う1nm程度ま
で観察対象物に近づけ、この状態で探針と観察対
象物との間に電圧をかけた場合に流れるトンネル
電流の大きさを測定し、この測定結果にもとづい
て探針と観察対象物との間の距離を超精密に測定
するようにしたものである。この場合、トンネル
電流の大きさは探針と観察対象物との間の距離に
応じて指数関数的に変化する。そのため、STM
ではこのトンネル電流の距離依存性を利用して探
針の先端を観察対象物に1nm程度まで近づけた状
態でこの探針で観察対象物の表面を2次元的に走
査し、この観察対象物表面の各測定点でトンネル
電流の大きさを測定して各測定点における探針と
観察対象物との間の距離を超精密に測定し、各測
定点で測定した距離をプロツトすることにより、
観察対象物の表面の3次元像を得るものである。
なお、実際の測定では探針と観察対象物との間の
距離を高精度に検出することは難しいので、トン
ネル電流が一定になるように探針を観察対象物の
表面の凹凸に倣つて上下動作させながら走査さ
せ、この探針の上下動作にもとづいて観察対象物
の表面の3次元像を得るようになつている。
として例えば原子を観察できる程度に分解能が高
い走査型トンネル顕微鏡(以下STMと称する)
が開発されている。これは、顕微鏡本体に設けら
れた探針の先端を探針先端の原子の電子雲と観察
対象物の原子の電子雲とが重なり合う1nm程度ま
で観察対象物に近づけ、この状態で探針と観察対
象物との間に電圧をかけた場合に流れるトンネル
電流の大きさを測定し、この測定結果にもとづい
て探針と観察対象物との間の距離を超精密に測定
するようにしたものである。この場合、トンネル
電流の大きさは探針と観察対象物との間の距離に
応じて指数関数的に変化する。そのため、STM
ではこのトンネル電流の距離依存性を利用して探
針の先端を観察対象物に1nm程度まで近づけた状
態でこの探針で観察対象物の表面を2次元的に走
査し、この観察対象物表面の各測定点でトンネル
電流の大きさを測定して各測定点における探針と
観察対象物との間の距離を超精密に測定し、各測
定点で測定した距離をプロツトすることにより、
観察対象物の表面の3次元像を得るものである。
なお、実際の測定では探針と観察対象物との間の
距離を高精度に検出することは難しいので、トン
ネル電流が一定になるように探針を観察対象物の
表面の凹凸に倣つて上下動作させながら走査さ
せ、この探針の上下動作にもとづいて観察対象物
の表面の3次元像を得るようになつている。
ところで、この種のSTMの観察領域は一般に
数10nm〜1μm角程度である。そのため、例えば
規則正しく配列された原子等の観察のように観察
対象物の観察面全面が略一様な形状の場合には観
察対象物のどの場所を観察しても望みの観察像が
得られるので、格別に観察対象物の観察領域を選
択する必要がないが、例えば幅1μm、高さ0.4μm
程度の線状のパターンがウエハ上に配設されてい
る半導体の断面形状を観察する場合のように観察
対象物の観察面の形状が観察場所によつて異なる
場合には特定の観察場所を精度よく位置決めする
必要がある。しかしながら、従来のSTMでは特
定の観察場所を精度よく位置決めすることができ
ない問題があつた。
数10nm〜1μm角程度である。そのため、例えば
規則正しく配列された原子等の観察のように観察
対象物の観察面全面が略一様な形状の場合には観
察対象物のどの場所を観察しても望みの観察像が
得られるので、格別に観察対象物の観察領域を選
択する必要がないが、例えば幅1μm、高さ0.4μm
程度の線状のパターンがウエハ上に配設されてい
る半導体の断面形状を観察する場合のように観察
対象物の観察面の形状が観察場所によつて異なる
場合には特定の観察場所を精度よく位置決めする
必要がある。しかしながら、従来のSTMでは特
定の観察場所を精度よく位置決めすることができ
ない問題があつた。
また、STMを走査型電子顕微鏡(SEM)と一
体化したものが開発されている。しかしながら、
SEMは真空中で観察対象物を観察する構成にな
つているので、この場合には大気中や水中で観察
対象物を観察することができない問題があつた。
体化したものが開発されている。しかしながら、
SEMは真空中で観察対象物を観察する構成にな
つているので、この場合には大気中や水中で観察
対象物を観察することができない問題があつた。
なお、STMの斜め後方に光学顕微鏡を配設し、
この光学顕微鏡によつてSTMの探針と観察対象
物との間の距離を観察する構成にしたものも開発
されている。しかしながら、この距離観察用の光
学顕微鏡では倍率が低いうえ、斜め方向から観察
対象物を観察するようになつているので、観察像
が見にくく、観察対象物を正確に観察することが
できない問題があつた。
この光学顕微鏡によつてSTMの探針と観察対象
物との間の距離を観察する構成にしたものも開発
されている。しかしながら、この距離観察用の光
学顕微鏡では倍率が低いうえ、斜め方向から観察
対象物を観察するようになつているので、観察像
が見にくく、観察対象物を正確に観察することが
できない問題があつた。
(発明が解決しようとする課題)
従来のSTMでは半導体の断面形状のように観
察対象物の観察面の形状が観察場所によつて異な
る場合に特定の観察場所を精度よく位置決めする
ことができない問題があつた。また、STMを
SEMと一体化した場合には大気中や水中で観察
対象物を観察することができない問題があつた。
さらに、STMの斜め後方に光学顕微鏡を配設し、
この光学顕微鏡によつてSTMの探針と観察対象
物との間の距離を観察する構成にした場合には光
学顕微鏡の倍率が低いうえ、斜め方向から観察対
象物を観察するようになつているので、観察像が
見にくくなり、観察像を正確に観察することがで
きない問題があつた。
察対象物の観察面の形状が観察場所によつて異な
る場合に特定の観察場所を精度よく位置決めする
ことができない問題があつた。また、STMを
SEMと一体化した場合には大気中や水中で観察
対象物を観察することができない問題があつた。
さらに、STMの斜め後方に光学顕微鏡を配設し、
この光学顕微鏡によつてSTMの探針と観察対象
物との間の距離を観察する構成にした場合には光
学顕微鏡の倍率が低いうえ、斜め方向から観察対
象物を観察するようになつているので、観察像が
見にくくなり、観察像を正確に観察することがで
きない問題があつた。
この発明は上記事情に着目してなされたもの
で、特定の観察場所を精度よく位置決めすること
ができるとともに、観察対象物の微細構造を高倍
率で精度よく観察することができる顕微鏡装置を
提供することを目的とするものである。
で、特定の観察場所を精度よく位置決めすること
ができるとともに、観察対象物の微細構造を高倍
率で精度よく観察することができる顕微鏡装置を
提供することを目的とするものである。
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
請求項第1項の発明は光学顕微鏡装置本体の対
物レンズに微小電流検出用の探針を一体的に設け
るとともに、光学顕微鏡装置本体の観察対象物と
探針との相対位置を変位させる相対位置変位機構
を設けたものである。
物レンズに微小電流検出用の探針を一体的に設け
るとともに、光学顕微鏡装置本体の観察対象物と
探針との相対位置を変位させる相対位置変位機構
を設けたものである。
請求項第2項の発明は光学顕微鏡装置本体の対
物レンズと観察対象物との間に結像された光学像
を変化させない透光性部材を配設し、この透光性
部材に微小電流検出用の探針を一体的に設けると
ともに、光学顕微鏡装置本体の観察対象物と探針
との相対位置を変位させる相対位置変位機構を設
けたものである。
物レンズと観察対象物との間に結像された光学像
を変化させない透光性部材を配設し、この透光性
部材に微小電流検出用の探針を一体的に設けると
ともに、光学顕微鏡装置本体の観察対象物と探針
との相対位置を変位させる相対位置変位機構を設
けたものである。
(作用)
請求項第1項の発明では光学顕微鏡装置本体に
よつて目視により観察対象物を観察しながら、探
針を光学顕微鏡装置本体の視野内の特定の観察場
所に精度よく位置決めし、この状態で観察対象物
と探針との相対位置を変位させながら探針によつ
て検出される微小なトンネル電流にもとづいて観
察対象物の特定領域を精度よく観察するようにし
たものである。
よつて目視により観察対象物を観察しながら、探
針を光学顕微鏡装置本体の視野内の特定の観察場
所に精度よく位置決めし、この状態で観察対象物
と探針との相対位置を変位させながら探針によつ
て検出される微小なトンネル電流にもとづいて観
察対象物の特定領域を精度よく観察するようにし
たものである。
請求項第2項の発明では光学顕微鏡装置本体に
よつて目視により観察対象物を観察しながら、探
針を光学顕微鏡装置本体の視野内の特定の観察場
所に精度よく位置決めし、この状態で観察対象物
と探針との相対位置を変位させながら探針によつ
て検出される微小なトンネル電流にもとづいて観
察対象物の特定領域を精度よく観察するととも
に、対物レンズと観察対象物との間に配設された
透光性部材に探針を一体的に設けることにより、
製作の容易化および探針損傷時の交換作業の容易
化を図るようにしたものである。
よつて目視により観察対象物を観察しながら、探
針を光学顕微鏡装置本体の視野内の特定の観察場
所に精度よく位置決めし、この状態で観察対象物
と探針との相対位置を変位させながら探針によつ
て検出される微小なトンネル電流にもとづいて観
察対象物の特定領域を精度よく観察するととも
に、対物レンズと観察対象物との間に配設された
透光性部材に探針を一体的に設けることにより、
製作の容易化および探針損傷時の交換作業の容易
化を図るようにしたものである。
(実施例)
以下、この発明の第1の実施例を第1図乃至第
3図を参照して説明する。第1図は顕微鏡装置の
要部の概略構成を示すもので、1は垂直落射照明
方式の明視野式の光学顕微鏡装置本体である。ま
た、2はこの光学顕微鏡装置本体1の鏡筒、3は
この鏡筒2の下端部に配設された対物レンズ、4
は鏡筒2の上端部に配設された接眼部である。こ
の光学顕微鏡装置本体1の接眼部4には工業用テ
レビカメラ(ITVカメラ)5が接続されている。
さらに、鏡筒2の中途部にはハーフミラー6が配
設されているとともに、このハーフミラー6の側
方に照明装置7が装着されている。また、対物レ
ンズ3の下方には試料台8が離間対向配置されて
いる。そして、光学顕微鏡装置本体1の使用時に
は照明装置7からの照明光がハーフミラー6を介
して下方向に屈曲され、試料台8上の観察対象物
9に照射されるとともに、この観察対象物9の像
が対物レンズ3を介して接眼部4側に結像され、
ITVカメラ5を介して観察できるようになつて
いる。
3図を参照して説明する。第1図は顕微鏡装置の
要部の概略構成を示すもので、1は垂直落射照明
方式の明視野式の光学顕微鏡装置本体である。ま
た、2はこの光学顕微鏡装置本体1の鏡筒、3は
この鏡筒2の下端部に配設された対物レンズ、4
は鏡筒2の上端部に配設された接眼部である。こ
の光学顕微鏡装置本体1の接眼部4には工業用テ
レビカメラ(ITVカメラ)5が接続されている。
さらに、鏡筒2の中途部にはハーフミラー6が配
設されているとともに、このハーフミラー6の側
方に照明装置7が装着されている。また、対物レ
ンズ3の下方には試料台8が離間対向配置されて
いる。そして、光学顕微鏡装置本体1の使用時に
は照明装置7からの照明光がハーフミラー6を介
して下方向に屈曲され、試料台8上の観察対象物
9に照射されるとともに、この観察対象物9の像
が対物レンズ3を介して接眼部4側に結像され、
ITVカメラ5を介して観察できるようになつて
いる。
また、この光学顕微鏡装置本体1の対物レンズ
3の外面には導電膜部10が全面に亙り塗布され
ているとともに、この対物レンズ3の外面中央に
は微小電流検出用の探針11が一体的に固定され
ている。この場合、対物レンズ3外面の導電膜部
10は例えば金等の導電性材料がスパツタリング
等の手段によつて数10Å程度の厚さで対物レンズ
3外面に塗布されたものである。さらに、探針1
1は例えば長さ数mm〜数10mm、直径数mm以下のタ
ングステンや白金等のチツプの先端を電解研磨や
機械加工(グラインデイング)等の手段によつて
直径0.1μm以下程度まで鋭利に加工したもので、
この探針11の基端部が例えばロウ付けやボンデ
イング等の手段によつて対物レンズ3外面の導電
膜部10に固着されている。
3の外面には導電膜部10が全面に亙り塗布され
ているとともに、この対物レンズ3の外面中央に
は微小電流検出用の探針11が一体的に固定され
ている。この場合、対物レンズ3外面の導電膜部
10は例えば金等の導電性材料がスパツタリング
等の手段によつて数10Å程度の厚さで対物レンズ
3外面に塗布されたものである。さらに、探針1
1は例えば長さ数mm〜数10mm、直径数mm以下のタ
ングステンや白金等のチツプの先端を電解研磨や
機械加工(グラインデイング)等の手段によつて
直径0.1μm以下程度まで鋭利に加工したもので、
この探針11の基端部が例えばロウ付けやボンデ
イング等の手段によつて対物レンズ3外面の導電
膜部10に固着されている。
また、光学顕微鏡装置本体1の対物レンズ3の
レンズホルダ12にはレンズホルダ12全体を対
物レンズ3および探針11とともにx軸方向、y
軸方向およびz軸(光学顕微鏡装置本体1の光軸
または探針11の軸方向)方向にそれぞれ微動さ
せて光学顕微鏡装置本体1の観察対象物9と探針
11との相対位置を微小変位させるピエゾ部(相
対位置変位機構)13が設けられている。このピ
エゾ部13は第2図に示すように円筒状の圧電セ
ラミツクス14の内周面に電極G、外周面に電極
x,y,−x,−y,Zがそれぞれ貼着されたチユ
ーブスキヤナによつて形成されている。さらに、
第3図はピエゾ部13の制御回路を示すものであ
る。第3図中で、15は例えばマイクロコンピユ
ータおよびその周辺回路によつて形成された制御
部である。この制御部15にはxy走査回路16、
サーボ回路17および表示器18がそれぞれ接続
されている。また、xy走査回路16にはピエゾ
部13の電極G,x,y,−x,−yがそれぞれ接
続されている。さらに、サーボ回路17にはピエ
ゾ部13の電極G,Zがそれぞれ接続されている
とともに、トンネル電流増幅器19が接続されて
いる。また、このトンネル電流増幅器19には対
物レンズ3の導電膜部10が接続されているとと
もに、電源20を介して試料台8上の観察対象物
9が接続されるようになつている。この場合、
xy走査回路16は特に探針11をx,y軸方向
に走査させるためのx,y走査電圧をピエゾ部1
3に出力するための制御回路である。また、トン
ネル電流増幅器19は試料台8上の観察対象物9
と探針11との間に数10mV〜数100mV程度の電
圧Vを印加してトンネル電流ATを検出し、増幅
するものである。さらに、サーボ回路17は検出
されたトンネル電流ATを一定に保ように探針1
1をZ軸方向に沿つて変位させるフイードバツク
電圧をピエゾ部13に出力するものである。ま
た、制御部15はx,y走査電圧とZ軸フイード
バツク電圧とを図示しないインターフエース等を
介して入力し、この入力値にもとづいて観察対象
物9の表面の凹凸状態に関する情報を処理するも
のである。さらに、表示器18はxyプロツター
や濃度表示のための画像メモリ等を有するCRT
等によつて形成されており、この制御部15によ
つて処理された情報、すなわち観察対象物9の表
面の凹凸状態がこの表示器18に表示されるよう
になつている。
レンズホルダ12にはレンズホルダ12全体を対
物レンズ3および探針11とともにx軸方向、y
軸方向およびz軸(光学顕微鏡装置本体1の光軸
または探針11の軸方向)方向にそれぞれ微動さ
せて光学顕微鏡装置本体1の観察対象物9と探針
11との相対位置を微小変位させるピエゾ部(相
対位置変位機構)13が設けられている。このピ
エゾ部13は第2図に示すように円筒状の圧電セ
ラミツクス14の内周面に電極G、外周面に電極
x,y,−x,−y,Zがそれぞれ貼着されたチユ
ーブスキヤナによつて形成されている。さらに、
第3図はピエゾ部13の制御回路を示すものであ
る。第3図中で、15は例えばマイクロコンピユ
ータおよびその周辺回路によつて形成された制御
部である。この制御部15にはxy走査回路16、
サーボ回路17および表示器18がそれぞれ接続
されている。また、xy走査回路16にはピエゾ
部13の電極G,x,y,−x,−yがそれぞれ接
続されている。さらに、サーボ回路17にはピエ
ゾ部13の電極G,Zがそれぞれ接続されている
とともに、トンネル電流増幅器19が接続されて
いる。また、このトンネル電流増幅器19には対
物レンズ3の導電膜部10が接続されているとと
もに、電源20を介して試料台8上の観察対象物
9が接続されるようになつている。この場合、
xy走査回路16は特に探針11をx,y軸方向
に走査させるためのx,y走査電圧をピエゾ部1
3に出力するための制御回路である。また、トン
ネル電流増幅器19は試料台8上の観察対象物9
と探針11との間に数10mV〜数100mV程度の電
圧Vを印加してトンネル電流ATを検出し、増幅
するものである。さらに、サーボ回路17は検出
されたトンネル電流ATを一定に保ように探針1
1をZ軸方向に沿つて変位させるフイードバツク
電圧をピエゾ部13に出力するものである。ま
た、制御部15はx,y走査電圧とZ軸フイード
バツク電圧とを図示しないインターフエース等を
介して入力し、この入力値にもとづいて観察対象
物9の表面の凹凸状態に関する情報を処理するも
のである。さらに、表示器18はxyプロツター
や濃度表示のための画像メモリ等を有するCRT
等によつて形成されており、この制御部15によ
つて処理された情報、すなわち観察対象物9の表
面の凹凸状態がこの表示器18に表示されるよう
になつている。
次に、上記構成の顕微鏡装置の操作について説
明する。
明する。
まず、一端が電源20に接続されたトンネル電
流検出用の導線21の他端を観察対象物9に接続
する。次に、この観察対象物9を試料台8上にセ
ツトする。この状態で、試料台8を上昇させて観
察対象物9を光学顕微鏡装置本体1の対物レンズ
3に近づけ、ITVカメラ5によつて撮影される
画像を見ながら光学顕微鏡装置本体1の光学系の
焦点を合わせる。この場合、予め光学顕微鏡装置
本体1の光学系の焦点深度の内側にトンネル電流
が検出できる領域(STMの焦点深度)を設定し
ておく。一般に、光学顕微鏡装置本体1の光学系
の焦点深度は照明装置7が光学倍率に応じて変化
するが、例えば光学倍率が40倍の場合には数
10μm以下程度である。これに対し、トンネル電
流の検出領域は1nm程度であり、光学系の焦点深
度の約1/1000〜1/10000である。そのため、光学
顕微鏡装置本体1の光学系の焦点深度の内側にト
ンネル電流の検出領域を設定する作業は容易に行
なうことができる。
流検出用の導線21の他端を観察対象物9に接続
する。次に、この観察対象物9を試料台8上にセ
ツトする。この状態で、試料台8を上昇させて観
察対象物9を光学顕微鏡装置本体1の対物レンズ
3に近づけ、ITVカメラ5によつて撮影される
画像を見ながら光学顕微鏡装置本体1の光学系の
焦点を合わせる。この場合、予め光学顕微鏡装置
本体1の光学系の焦点深度の内側にトンネル電流
が検出できる領域(STMの焦点深度)を設定し
ておく。一般に、光学顕微鏡装置本体1の光学系
の焦点深度は照明装置7が光学倍率に応じて変化
するが、例えば光学倍率が40倍の場合には数
10μm以下程度である。これに対し、トンネル電
流の検出領域は1nm程度であり、光学系の焦点深
度の約1/1000〜1/10000である。そのため、光学
顕微鏡装置本体1の光学系の焦点深度の内側にト
ンネル電流の検出領域を設定する作業は容易に行
なうことができる。
次に、ITVカメラ5によつて撮影される光学
顕微鏡装置本体1の観察対象物9の像を観察しな
がら観察対象物9をx軸方向およびy軸方向に移
動させて探針11(STM)で観察しようとする
部分を光学顕微鏡装置本体1の視野内の中央部位
または予め設定された設定部位に位置決めする。
そして、この状態でピエゾ部13の電極G,Z間
に電圧を印加して探針11をZ軸方向に変位さ
せ、探針11の先端を観察対象物9の表面に1nm
程度の距離まで接近させる。
顕微鏡装置本体1の観察対象物9の像を観察しな
がら観察対象物9をx軸方向およびy軸方向に移
動させて探針11(STM)で観察しようとする
部分を光学顕微鏡装置本体1の視野内の中央部位
または予め設定された設定部位に位置決めする。
そして、この状態でピエゾ部13の電極G,Z間
に電圧を印加して探針11をZ軸方向に変位さ
せ、探針11の先端を観察対象物9の表面に1nm
程度の距離まで接近させる。
なお、ピエゾ部13の電極G,Zに電圧を印加
するとピエゾ部13がZ軸方向に変位するので、
このピエゾ部13とともに対物レンズ3および探
針11をZ軸方向に変位させることができる。さ
らに、同様の探針11をx軸方向に変位させる場
合にはピエゾ部13の電極Gと電極xとの間に電
圧+Vx、電極Gと電極−xとの間に電圧−xを
印加する。また、探針11を−x方向に微動させ
る場合にはピエゾ部13の電極Gと電極−xとの
間に電圧+Vx、電極Gと電極−xとの間に電圧
+Vxを印加する。さらに、探針11をy軸方向
に変位させる場合にも同様である。
するとピエゾ部13がZ軸方向に変位するので、
このピエゾ部13とともに対物レンズ3および探
針11をZ軸方向に変位させることができる。さ
らに、同様の探針11をx軸方向に変位させる場
合にはピエゾ部13の電極Gと電極xとの間に電
圧+Vx、電極Gと電極−xとの間に電圧−xを
印加する。また、探針11を−x方向に微動させ
る場合にはピエゾ部13の電極Gと電極−xとの
間に電圧+Vx、電極Gと電極−xとの間に電圧
+Vxを印加する。さらに、探針11をy軸方向
に変位させる場合にも同様である。
したがつて、上記のようにピエゾ部13の各電
極G,x,y,−x,−y,Zに電圧を印加するこ
とにより、x軸方向、y軸方向、Z軸方向にそれ
ぞれ独立に探針11を変位させることができ、
STMによる観察対象物9の表面観察を行なうこ
とができる。なお、ピエゾ部13の変位動作にと
もない探針11とともに対物レンズ3も一体的に
変位するので、光学顕微鏡装置本体1の観察対象
物9の像も微動するが、この微動量は数10μm〜
数100μm以下程度であるため、光学系の倍率を適
当に選択することにより、光学顕微鏡装置本体1
の視野全体に比べて例えば視野全体の1/10〜1/10
0程度に充分に小さくすることができ、観察対象
物9の像が極端に乱れて観察不能になることを防
止することができる。
極G,x,y,−x,−y,Zに電圧を印加するこ
とにより、x軸方向、y軸方向、Z軸方向にそれ
ぞれ独立に探針11を変位させることができ、
STMによる観察対象物9の表面観察を行なうこ
とができる。なお、ピエゾ部13の変位動作にと
もない探針11とともに対物レンズ3も一体的に
変位するので、光学顕微鏡装置本体1の観察対象
物9の像も微動するが、この微動量は数10μm〜
数100μm以下程度であるため、光学系の倍率を適
当に選択することにより、光学顕微鏡装置本体1
の視野全体に比べて例えば視野全体の1/10〜1/10
0程度に充分に小さくすることができ、観察対象
物9の像が極端に乱れて観察不能になることを防
止することができる。
そこで、上記構成のものにあつては光学顕微鏡
装置本体1の対物レンズ3に微小電流検出用の探
針11を一体的に設けるとともに、光学顕微鏡装
置本体1の観察対象物9と探針11との相対位置
を変位さえるピエゾ部13を設けたので、光学顕
微鏡装置本体1によつて目視により観察対象物9
を観察しながら、探針11を光学顕微鏡装置本体
1の視野内の特定の観察場所に精度よく位置決め
し、この状態で観察対象物9と探針11との相対
位置を変位させながら探針11によつて検出され
る微小なトンネル電流にもとづいて観察対象物9
の特定領域を精度よく観察することができる。そ
のため、半導体の断面形状のように観察対象物9
の観察面の形状が観察場所によつて異なる場合で
あつても簡単に特定の観察場所を精度よく位置決
めすることができ、従来のSTMに比べて観察対
象物9の特定の観察場所の位置決め作業能率を著
しく向上させることができる。
装置本体1の対物レンズ3に微小電流検出用の探
針11を一体的に設けるとともに、光学顕微鏡装
置本体1の観察対象物9と探針11との相対位置
を変位さえるピエゾ部13を設けたので、光学顕
微鏡装置本体1によつて目視により観察対象物9
を観察しながら、探針11を光学顕微鏡装置本体
1の視野内の特定の観察場所に精度よく位置決め
し、この状態で観察対象物9と探針11との相対
位置を変位させながら探針11によつて検出され
る微小なトンネル電流にもとづいて観察対象物9
の特定領域を精度よく観察することができる。そ
のため、半導体の断面形状のように観察対象物9
の観察面の形状が観察場所によつて異なる場合で
あつても簡単に特定の観察場所を精度よく位置決
めすることができ、従来のSTMに比べて観察対
象物9の特定の観察場所の位置決め作業能率を著
しく向上させることができる。
さらに、光学顕微鏡装置本体1の対物レンズ3
に微小電流検出用の探針11を一体的に設けてい
るので、大気中や水中、或いは液体窒素等の液中
であつても観察対象物9を観察することができ
る。そのため、STMをSEMと一体化した場合の
ように観察環境が真空中に限定される場合に比べ
て簡単に観察対象物9の微細構造を高倍率で精度
よく観察することができる。さらに、STMを
SEMと一体化した場合のように真空引き用の高
価な装置を不要にすることができるので、装置全
体のコスト低下を図ることができるとともに、真
空引きに要する時間を省略することもでき、観察
対象物9の観察時間の短縮を図ることもできる。
に微小電流検出用の探針11を一体的に設けてい
るので、大気中や水中、或いは液体窒素等の液中
であつても観察対象物9を観察することができ
る。そのため、STMをSEMと一体化した場合の
ように観察環境が真空中に限定される場合に比べ
て簡単に観察対象物9の微細構造を高倍率で精度
よく観察することができる。さらに、STMを
SEMと一体化した場合のように真空引き用の高
価な装置を不要にすることができるので、装置全
体のコスト低下を図ることができるとともに、真
空引きに要する時間を省略することもでき、観察
対象物9の観察時間の短縮を図ることもできる。
なお、この発明は上記実施例に限定されるもの
ではない。例えば、上記実施例では対物レンズ3
の外面中央に微小電流検出用の探針11を一体的
に固定した構成のものを示したが、第4図に示す
第2の実施例のように対物レンズ3の外面中央位
置から外れた任意の位置に探針11を固定する構
成にしてもよい。この場合には照明装置7から照
射される照明光が探針11によつて遮られて光学
顕微鏡装置本体1の観察像が暗くなることを防止
することができる。
ではない。例えば、上記実施例では対物レンズ3
の外面中央に微小電流検出用の探針11を一体的
に固定した構成のものを示したが、第4図に示す
第2の実施例のように対物レンズ3の外面中央位
置から外れた任意の位置に探針11を固定する構
成にしてもよい。この場合には照明装置7から照
射される照明光が探針11によつて遮られて光学
顕微鏡装置本体1の観察像が暗くなることを防止
することができる。
また、第5図に示す第3の実施例のように対物
レンズ3に貫通孔31を形成し、この貫通孔31
内に探針11の基端部11aを貫通させて接着す
るとともに、この対物レンズ3の内部側に突出さ
れた突出端部11aにトンネル電流増幅器19と
の間を接続する導線32を接続させる構成にして
もよい。この場合には探針11の支持強度を高め
ることができるとともに、対物レンズ3の外面の
導電膜部10を省略することもできる。また、対
物レンズ3の内面側に導電膜部10を装着し、対
物レンズ3の内部側に突出された突出端部11a
をこの導電膜部10に接続させる構成にしてもよ
い。
レンズ3に貫通孔31を形成し、この貫通孔31
内に探針11の基端部11aを貫通させて接着す
るとともに、この対物レンズ3の内部側に突出さ
れた突出端部11aにトンネル電流増幅器19と
の間を接続する導線32を接続させる構成にして
もよい。この場合には探針11の支持強度を高め
ることができるとともに、対物レンズ3の外面の
導電膜部10を省略することもできる。また、対
物レンズ3の内面側に導電膜部10を装着し、対
物レンズ3の内部側に突出された突出端部11a
をこの導電膜部10に接続させる構成にしてもよ
い。
さらに、第6図に示す第4の実施例のようにピ
エゾ部13は円筒状の圧電セラミツクス41の内
周面に電極G、外周面に電極x,y,−x,−yを
それぞれ貼着させたチユーブスキヤナによつて形
成してもよい。この場合、ピエゾ部13をZ軸方
向に変位させるには電極G,x間、G,−x間、
G,y間、G,−y間にそれぞれ電圧Vzを印加す
ればよく、ピエゾ部13をx,y軸方向に変位さ
せるには第1の実施例と同様である。
エゾ部13は円筒状の圧電セラミツクス41の内
周面に電極G、外周面に電極x,y,−x,−yを
それぞれ貼着させたチユーブスキヤナによつて形
成してもよい。この場合、ピエゾ部13をZ軸方
向に変位させるには電極G,x間、G,−x間、
G,y間、G,−y間にそれぞれ電圧Vzを印加す
ればよく、ピエゾ部13をx,y軸方向に変位さ
せるには第1の実施例と同様である。
また、第7図および第8図に示す第5の実施例
のようにピエゾ部13は円筒状の圧電セラミツク
ス51の上面および下面に電極G,Zをそれぞれ
貼着させた縦効果形のチユーブスキヤナによつて
形成して探針11をZ軸方向のみに微動させると
ともに、試料台8にxy方向駆動機構54を装着
し、このxy方向駆動機構54によつて試料台8
上の観察対象物9をxy軸方向に走査させる構成
にしてもよい。この場合にはチユーブスキヤナに
よつてxy軸方向に走査させる場合に比べて走査
領域を大幅に拡大させることができる。
のようにピエゾ部13は円筒状の圧電セラミツク
ス51の上面および下面に電極G,Zをそれぞれ
貼着させた縦効果形のチユーブスキヤナによつて
形成して探針11をZ軸方向のみに微動させると
ともに、試料台8にxy方向駆動機構54を装着
し、このxy方向駆動機構54によつて試料台8
上の観察対象物9をxy軸方向に走査させる構成
にしてもよい。この場合にはチユーブスキヤナに
よつてxy軸方向に走査させる場合に比べて走査
領域を大幅に拡大させることができる。
さらに、第5の実施例のような縦効果形のチユ
ーブスキヤナに変えて第9図に示す第6の実施例
のように円筒状の圧電セラミツクス61の内周面
および外周面に電極G,Zをそれぞれ貼着させた
横効果形のチユーブスキヤナによつてピエゾ部1
3を形成して探針11をZ軸方向のみに微動させ
る構成にしてもよい。
ーブスキヤナに変えて第9図に示す第6の実施例
のように円筒状の圧電セラミツクス61の内周面
および外周面に電極G,Zをそれぞれ貼着させた
横効果形のチユーブスキヤナによつてピエゾ部1
3を形成して探針11をZ軸方向のみに微動させ
る構成にしてもよい。
また、第5,6の実施例では探針11をZ軸方
向のみに微動させるピエゾ部13を示したが、探
針11をZ軸およびx軸の2方向、あるいはZ軸
およびy軸の2方向に微動させる構成にしてもよ
い。さらに、光学顕微鏡装置本体1側の微動機構
(ピエゾ部)を省略して試料台8側に観察対象物
9をxyZ方向に駆動する機構を装着してもよい。
向のみに微動させるピエゾ部13を示したが、探
針11をZ軸およびx軸の2方向、あるいはZ軸
およびy軸の2方向に微動させる構成にしてもよ
い。さらに、光学顕微鏡装置本体1側の微動機構
(ピエゾ部)を省略して試料台8側に観察対象物
9をxyZ方向に駆動する機構を装着してもよい。
さらに、第10図に示す第7の実施例のように
対物レンズ3を保持するレンズホルダ71の外周
部位に略円筒状の探針保持用金具72の一方の開
口端部を取付け、この探針保持用金具72の他方
の開口端部に探針付きガラス板73を取付ける構
成にしてもよい。この場合、探針付きガラス板7
3の中央には対物レンズ3の光軸方向と同方向に
向けて配置された探針11の基端部がこのガラス
板73内に貫通された状態で固定されている。し
たがつて、この場合には探針11の基端部をガラ
ス板73内に貫通状態で固定させているので、探
針11の取付け強度を高めることができるととも
に、対物レンズ3自体に特殊な加工を加える必要
がないので、製作を容易化することができる。さ
らに、この場合にはSTMの測定時に万一、探針
11が曲がる等の故障が発生した際に探針付きガ
ラス板73を交換するだけで済むので、対物レン
ズ3全体を交換する場合に比べてその交換作業を
容易化することができる。
対物レンズ3を保持するレンズホルダ71の外周
部位に略円筒状の探針保持用金具72の一方の開
口端部を取付け、この探針保持用金具72の他方
の開口端部に探針付きガラス板73を取付ける構
成にしてもよい。この場合、探針付きガラス板7
3の中央には対物レンズ3の光軸方向と同方向に
向けて配置された探針11の基端部がこのガラス
板73内に貫通された状態で固定されている。し
たがつて、この場合には探針11の基端部をガラ
ス板73内に貫通状態で固定させているので、探
針11の取付け強度を高めることができるととも
に、対物レンズ3自体に特殊な加工を加える必要
がないので、製作を容易化することができる。さ
らに、この場合にはSTMの測定時に万一、探針
11が曲がる等の故障が発生した際に探針付きガ
ラス板73を交換するだけで済むので、対物レン
ズ3全体を交換する場合に比べてその交換作業を
容易化することができる。
また、この第7の実施例の探針保持用金具72
に探針付きガラス板73の取付け位置を調整する
調整ねじを設けてもよく、この場合には対物レン
ズ3の光軸方向と探針11の向きとを一致させる
調整作業を容易化することができるとともに、探
針11の先端部を光学系の焦点面内に置いたり、
或いは任意の位置に設置する等の作業を容易化す
ることもできる。
に探針付きガラス板73の取付け位置を調整する
調整ねじを設けてもよく、この場合には対物レン
ズ3の光軸方向と探針11の向きとを一致させる
調整作業を容易化することができるとともに、探
針11の先端部を光学系の焦点面内に置いたり、
或いは任意の位置に設置する等の作業を容易化す
ることもできる。
さらに、第11図乃至第13図は第8の実施例
を示すものである。これは、第7の実施例のよう
に光学顕微鏡装置本体1の対物レンズ3等の光学
系80と観察対象物9との間に透光性の探針付き
ガラス板(透光性部材)81を設け、このガラス
板81の中央に探針11の基端部を固定するとと
もに、この第8の実施例ではさらに探針11を微
動させるピエゾ部83を光学顕微鏡装置本体1の
光学系80とは独立して設けており、探針11を
微動させても光学像は微動しない構成になつてい
る。この場合、ピエゾ部82には上下のピエゾ素
子保持部材82a,82bとこれらの上下のピエ
ゾ素子保持部材82a,82b間に配設されたピ
エゾ素子82cとがそれぞれ設けられており、こ
れらの部材が光学系80のレンズホルダ83の外
周面に沿つて上下方向に移動可能に装着されてい
る。さらに、この上部ピエゾ素子保持部材82a
の上部には光学顕微鏡装置本体1側の固定部84
に形成された雌ねじ部85に螺合される雄ねじ部
86が形成されている。また、下部ピエゾ素子保
持部材82bの下端部には探針付きガラス板81
のガラスホルダ87が固定されている。さらに、
ピエゾ素子82cには第12図に示すように上下
の電極z1,z2が設けられている。また、ガラス板
81の下面には第13図に示すように例えば金や
白金等の導電性の薄膜によつて形成された電通路
88が形成されている。この電通路88の内端部
は探針11をガラス板81に固定する導電性接着
剤89を介して探針11に接続されているととも
に、外端部はリード線90の一端が接続されてい
る。このリード線90の他端は探針11と観察対
象物9との間に流れるトンネル電流の増幅器91
に接続されている。なお、第12図中で、92は
探針11と観察対象物9との間に流れるトンネル
電流が一定になるように制御する制御部、93は
この制御部92からの制御信号にもとづいてピエ
ゾ素子82cを駆動る駆動部、94は制御部92
からの制御信号にもとづいて観察対象物9の
STM像を表示する表示部である。
を示すものである。これは、第7の実施例のよう
に光学顕微鏡装置本体1の対物レンズ3等の光学
系80と観察対象物9との間に透光性の探針付き
ガラス板(透光性部材)81を設け、このガラス
板81の中央に探針11の基端部を固定するとと
もに、この第8の実施例ではさらに探針11を微
動させるピエゾ部83を光学顕微鏡装置本体1の
光学系80とは独立して設けており、探針11を
微動させても光学像は微動しない構成になつてい
る。この場合、ピエゾ部82には上下のピエゾ素
子保持部材82a,82bとこれらの上下のピエ
ゾ素子保持部材82a,82b間に配設されたピ
エゾ素子82cとがそれぞれ設けられており、こ
れらの部材が光学系80のレンズホルダ83の外
周面に沿つて上下方向に移動可能に装着されてい
る。さらに、この上部ピエゾ素子保持部材82a
の上部には光学顕微鏡装置本体1側の固定部84
に形成された雌ねじ部85に螺合される雄ねじ部
86が形成されている。また、下部ピエゾ素子保
持部材82bの下端部には探針付きガラス板81
のガラスホルダ87が固定されている。さらに、
ピエゾ素子82cには第12図に示すように上下
の電極z1,z2が設けられている。また、ガラス板
81の下面には第13図に示すように例えば金や
白金等の導電性の薄膜によつて形成された電通路
88が形成されている。この電通路88の内端部
は探針11をガラス板81に固定する導電性接着
剤89を介して探針11に接続されているととも
に、外端部はリード線90の一端が接続されてい
る。このリード線90の他端は探針11と観察対
象物9との間に流れるトンネル電流の増幅器91
に接続されている。なお、第12図中で、92は
探針11と観察対象物9との間に流れるトンネル
電流が一定になるように制御する制御部、93は
この制御部92からの制御信号にもとづいてピエ
ゾ素子82cを駆動る駆動部、94は制御部92
からの制御信号にもとづいて観察対象物9の
STM像を表示する表示部である。
したがつて、上記構成のものにあつては探針1
1を微動させても光学像は微動しない構成になつ
ており、光学顕微鏡装置本体1側の光学像が探針
11の微動にともない変化するようなことがない
ので、光学像を見ながら作業を行なうのに適して
いる。また、ピエゾ部82によつて作動させる部
位が探針付きガラス板81のみであり、他の実施
例のように光学顕微鏡装置本体1の光学系80の
質量を考慮する必要がないので、周波数特性が向
上し、探針11の微調整を極めて容易に行なうこ
とができる。
1を微動させても光学像は微動しない構成になつ
ており、光学顕微鏡装置本体1側の光学像が探針
11の微動にともない変化するようなことがない
ので、光学像を見ながら作業を行なうのに適して
いる。また、ピエゾ部82によつて作動させる部
位が探針付きガラス板81のみであり、他の実施
例のように光学顕微鏡装置本体1の光学系80の
質量を考慮する必要がないので、周波数特性が向
上し、探針11の微調整を極めて容易に行なうこ
とができる。
また、光学顕微鏡装置本体1は垂直落射照明方
式の明視野式の光学顕微鏡に限定されるものでは
なく、暗視野式の光学顕微鏡、或いはノマルスキ
式の干渉顕微鏡であつてもよい。
式の明視野式の光学顕微鏡に限定されるものでは
なく、暗視野式の光学顕微鏡、或いはノマルスキ
式の干渉顕微鏡であつてもよい。
さらに、その他のこの発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々変形実施できることは勿論である。
範囲で種々変形実施できることは勿論である。
[発明の効果]
請求項第1項の発明によれば光学顕微鏡装置本
体の対物レンズに微小電流検出用の探針を一体的
に設けるとともに、光学顕微鏡装置本体の観察対
象物と探針との相対位置を変位させる相対位置変
位機構を設けたので、特定の観察場所を精度よく
位置決めすることができ、かつ観察対象物の微細
構造を高倍率で精度よく観察することができる。
体の対物レンズに微小電流検出用の探針を一体的
に設けるとともに、光学顕微鏡装置本体の観察対
象物と探針との相対位置を変位させる相対位置変
位機構を設けたので、特定の観察場所を精度よく
位置決めすることができ、かつ観察対象物の微細
構造を高倍率で精度よく観察することができる。
請求項第2項の発明によれば光学顕微鏡装置本
体の対物レンズと観察対象物との間に結像された
光学像を変化させない透光性部材を配設し、この
透光性部材に微小電流検出用の探針を一体的に設
けるとともに、光学顕微鏡装置本体の観察対象物
と探針との相対位置を変位させる相対位置変位機
構を設けたので、特定の観察場所を精度よく位置
決めすることができ、かつ観察対象物の微細構造
を高倍率で精度よく観察することができるととも
に、製作の容易化および探針損傷時の交換作業の
容易化を図ることができる。
体の対物レンズと観察対象物との間に結像された
光学像を変化させない透光性部材を配設し、この
透光性部材に微小電流検出用の探針を一体的に設
けるとともに、光学顕微鏡装置本体の観察対象物
と探針との相対位置を変位させる相対位置変位機
構を設けたので、特定の観察場所を精度よく位置
決めすることができ、かつ観察対象物の微細構造
を高倍率で精度よく観察することができるととも
に、製作の容易化および探針損傷時の交換作業の
容易化を図ることができる。
第1図乃至第3図はこの発明の第1の実施例を
示すもので、第1図は顕微鏡装置の要部の概略構
成を示す縦断面図、第2図はピエゾ部を示す斜視
図、第3図はピエゾ部の制御回路を示す概略構成
図、第4図はこの発明の第2の実施例を示す要部
の縦断面図、第5図はこの発明の第3の実施例を
示す要部の縦断面図、第6図はこの発明の第4の
実施例を示す要部の斜視図、第7図はこの発明の
第5の実施例を示す要部の縦断面図、第8図は第
5の実施例のピエゾ部を示す要部の斜視図、第9
図はこの発明の第6の実施例を示す要部の斜視
図、第10図はこの発明の第7の実施例を示す要
部の縦断面図、第11図乃至第13図はこの発明
の第8の実施例を示すもので、第11図は要部の
縦断面図、第12図はピエゾ部の制御回路を示す
概略構成図、第13図は探針の取付け状態を示す
要部の斜視図である。 1……光学顕微鏡装置本体、3……対物レン
ズ、9……観察対象物、11,31……探針、1
3……ピエゾ部(相対位置変位機構)。
示すもので、第1図は顕微鏡装置の要部の概略構
成を示す縦断面図、第2図はピエゾ部を示す斜視
図、第3図はピエゾ部の制御回路を示す概略構成
図、第4図はこの発明の第2の実施例を示す要部
の縦断面図、第5図はこの発明の第3の実施例を
示す要部の縦断面図、第6図はこの発明の第4の
実施例を示す要部の斜視図、第7図はこの発明の
第5の実施例を示す要部の縦断面図、第8図は第
5の実施例のピエゾ部を示す要部の斜視図、第9
図はこの発明の第6の実施例を示す要部の斜視
図、第10図はこの発明の第7の実施例を示す要
部の縦断面図、第11図乃至第13図はこの発明
の第8の実施例を示すもので、第11図は要部の
縦断面図、第12図はピエゾ部の制御回路を示す
概略構成図、第13図は探針の取付け状態を示す
要部の斜視図である。 1……光学顕微鏡装置本体、3……対物レン
ズ、9……観察対象物、11,31……探針、1
3……ピエゾ部(相対位置変位機構)。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 光学顕微鏡装置本体の対物レンズに微小電流
検出用の探針を一体的に設けるとともに、前記光
学顕微鏡装置本体の観察対象物と前記探針との相
対位置を変位させる相対位置変位機構を設けたこ
とを特徴とする顕微鏡装置。 2 光学顕微鏡装置本体の対物レンズと観察対象
物との間に結像された光学像を変化させない透光
性部材を配設し、この透光性部材に微小電流検出
用の探針を一体的に設けるとともに、前記光学顕
微鏡装置本体の観察対象物と前記探針との相対位
置を変位させる相対位置変位機構を設けたことを
特徴とする顕微鏡装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63214104A JPH0216403A (ja) | 1988-03-04 | 1988-08-29 | 顕微鏡装置 |
DE68916667T DE68916667T2 (de) | 1988-03-04 | 1989-03-01 | Mikroskop. |
EP89103590A EP0331148B1 (en) | 1988-03-04 | 1989-03-01 | Microscope apparatus |
US07/317,465 US4914293A (en) | 1988-03-04 | 1989-03-01 | Microscope apparatus |
KR1019890002708A KR920005446B1 (ko) | 1988-03-04 | 1989-03-03 | 현미경 장치 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63-50891 | 1988-03-04 | ||
JP5089188 | 1988-03-04 | ||
JP63214104A JPH0216403A (ja) | 1988-03-04 | 1988-08-29 | 顕微鏡装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0216403A JPH0216403A (ja) | 1990-01-19 |
JPH0549921B2 true JPH0549921B2 (ja) | 1993-07-27 |
Family
ID=12871357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63214104A Granted JPH0216403A (ja) | 1988-03-04 | 1988-08-29 | 顕微鏡装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0216403A (ja) |
KR (1) | KR920005446B1 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69226554T2 (de) * | 1991-03-15 | 1999-03-04 | Nikon Corp., Tokio/Tokyo | Mikroskop bestehend aus Rastertunnelmikroskop kombiniert mit optischem Mikroskop |
JPH0540009A (ja) * | 1991-08-08 | 1993-02-19 | Nikon Corp | 走査型トンネル顕微鏡 |
US5952562A (en) * | 1995-11-22 | 1999-09-14 | Olympus Optical Co., Ltd. | Scanning probe microscope incorporating an optical microscope |
JP6159244B2 (ja) * | 2013-12-16 | 2017-07-05 | 日本電信電話株式会社 | 端面観察装置 |
JP6162627B2 (ja) * | 2014-03-10 | 2017-07-12 | 日本電信電話株式会社 | 端面観察装置 |
DE102022129094B4 (de) * | 2022-11-03 | 2024-06-27 | push4impact GmbH | Mikroskopobjektiv sowie Objektivrevolver und Mikroskop umfassend ein solches Mikroskopobjektiv |
-
1988
- 1988-08-29 JP JP63214104A patent/JPH0216403A/ja active Granted
-
1989
- 1989-03-03 KR KR1019890002708A patent/KR920005446B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR920005446B1 (ko) | 1992-07-04 |
KR890015048A (ko) | 1989-10-28 |
JPH0216403A (ja) | 1990-01-19 |
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Legal Events
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