JPH0794966B2 - 固体表面計測装置 - Google Patents

固体表面計測装置

Info

Publication number
JPH0794966B2
JPH0794966B2 JP61127916A JP12791686A JPH0794966B2 JP H0794966 B2 JPH0794966 B2 JP H0794966B2 JP 61127916 A JP61127916 A JP 61127916A JP 12791686 A JP12791686 A JP 12791686A JP H0794966 B2 JPH0794966 B2 JP H0794966B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
probe
current
needle
secondary electron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP61127916A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS62285005A (ja
Inventor
啓二 ▲高▼田
茂行 細木
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP61127916A priority Critical patent/JPH0794966B2/ja
Publication of JPS62285005A publication Critical patent/JPS62285005A/ja
Publication of JPH0794966B2 publication Critical patent/JPH0794966B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体表面計測装置に係り、特に試料の表面付近
の状態を詳しく調べることができる固体表面計測装置に
関する。
〔従来の技術〕
従来の装置は、例えば、フィジカル レビュ レターズ
(RHYSICAL REVIEW LETTERS)ボリュウム49、ナンバー
1頁57−61に紹介されたサーフェイス スタディズ バ
イ スキャニング トンネリング マイクロスコピィ
(Surface Studies by Scanning Tunneling Microscop
y)のFig.1に示すように、トンネル電流JTを一定に保つ
ように探索針(metal tip)と試料間の距離を調節し表
面のトポグラフイーを得る。しかし、探索針のZ軸方向
の動きが試料形状に依るもの(A)か、試料の仕事関数
の変化に依るもの(B)かを判別することは困難であつ
た。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、トンネル電流の変化による探索針のZ
軸方向すなわち試料垂直方向の動きが、試料の幾何学的
形状の変化によるものかあるいは仕事関数の変化による
ものかを判別することについては考慮されていなかつ
た。
本発明の目的は、かかる問題点を解決し、試料の表面付
近の状態を知るために、試料表面からより多くの情報を
得ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、試料からの2次電子あるいは反射電子ある
いはオージエ電子を測定することにより達成される。
たとえば、清浄かつ平担な試料面の限定された場所に特
定の原子が1原子層吸着して仕事関数が低下している状
態を考える。走査型トンネル電子顕微鏡(STM)あるい
はトポグラフアイナーで清浄表面から吸着表面にかけて
探索針を1次元的に走査して得られる情報は、両者の間
で探索針のZ軸方向の位置が異なるということのみであ
る。しかし試料に入射する電界放射電流により発生する
2次電子線強度は、境界で特徴的に変化し、さらに清浄
表面と吸着表面とでは差がある。この情報により初めて
上記の試料表面状態が理解できる。また試料への入射電
子のエネルギーを1keV以上にすることによりオージエ電
子による表面原子の組成分析も可能である。
〔作用〕
第1図において、試料から放出された2次電子あるいは
反射電子の一部分は検出器により検出される。次に探索
針を試料面上で走査することにより2次電子像あるいは
反射電子像を得る。この2次電子像あるいは反射電子像
を、トポグラフイーと対比させることにより、試料の表
面状態を詳しく知ることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。3次
元的に精密に移動するステージ13上に試料14が固定され
ている。この試料14に対して垂直方向に先端を鋭利に尖
がらせた探索針3があり、これを支持するように、x,y,
z軸圧電素子6,7,8が、ステージとは別途に固定されてい
る。試料垂直方向をZ軸にとり、各圧電素子6,7,8は互
いに直行している。探索針3周辺には2次電子検出器4,
5が対向するように配置されている。これら一連のシス
テムが10-10Torr程度の真空度が保たれている真空容器
(図示せず)の中に設置されている。
探索針3を試料14と平行平面内で走査させるXY走査回路
10、探索針3と試料14間に流れる電流を一定に保たせる
ように探索針3と試料14間の距離を調整させ、同時にZ
軸圧電素子8に印加されている電圧に相当する信号を出
力するZ軸制御回路9、及び試料14のトポグラフイーと
2次電子像を表示する表示装置11,12が大気中に設置さ
れている。
次に動作を説明する。ステージ13の移動により、試料14
を探索針3に対して1mm程度にまで近接させる。Z軸制
御回路9により、探索針3と試料14との間に1mA程度の
電流1が流れるよう電圧を印加する。次にステージ13及
びZ軸圧電素子8を用いて、探索針3と試料14間距離を
数十Åまで近づけると同時に電流1が一定となるように
探索針3と試料14との間に印加する電圧を減少させてい
く。20Åの間隔で印加電圧10V程度である。
第2図は、この状態でのエネルギー準位及びポテンシヤ
ル曲線を示す。左側から試料,真空,探索針3を示し、
Efはフエルミ準位である。探索針3はタングステンを用
いた場合を示している。タングステンのEf近傍の電子が
真空中のポテンシヤル障壁をトンネルし真空中を通り試
料へ入射する。この状態においては、約5eVのエネルギ
ーをもつ電子が入射したことになる。すなわち印加電圧
から探索針3の物質の仕事関数分を差し引いたエネルギ
ーを持つ電子線が入射する。
この1次電子線1により、試料14から放出される2次電
子線2を2次電子検出器4,5により検出する。1次電子
線のエネルギーが真空レベルよりも低い場合において
も、多くの電流を探索針3と試料14間に流すことにより
微量ではあるが2次電子2は発生し、これを静電場によ
り検出器4,5へ導くか、あるいは検出器4,5を試料14近傍
に配置することにより検出は可能である。
この2次電子線の強度信号を表示装置12に入力し、ブラ
ウン管上の輝度あるいは色彩として表示する。一方x軸
圧電素子6及びy軸圧電素子7により探索針3を試料14
と平行平面内で2次元的に走査すると同時に、電流1で
Z軸圧電素子8にフイードバツクをかけることにより電
流1を一定に保つよう探索針3と試料14間との距離を調
整する。X−Y走査信号を表示装置12のブラウン管のX
−Y走査と同期させることにより20Å以下の高分解能2
次電子線像が得られる。また同時に、Z軸圧電素子8に
印加されている電圧に相当する信号を表示装置11に入力
し、ブラウン管上の輝度あるいは色彩として表示するこ
とにより、試料表面のトポグラフイーが得られる。
本実施例によれば、2次電子検出器4,5を2個対向させ
て設置しているため、それぞれの信号強度を比較するこ
とにより表面形状を容易に類推することができる。試料
測定位置を中心に、4個の検出器がそれぞれ90゜の角度
をなすように配置し各々の検出器信号を比較すれば、さ
らに有効である。
第3図は、2次電子検出部の詳細図である。試料14より
放出された2次電子2は、検出器5の電場により収束さ
れ検出部に入射する。検出器5は探索針3及び試料14と
は独立に固定されており、この検出器5の検出範囲内で
探索針は10μm2走査できる。より広い範囲の試料観察は
試料の移動により行う。検出器5からのパルスハイトあ
るいは、検出部のエネルギーアナライザーにより、オー
ジエ電子分析を行う。
第4図は探索針3近傍にチヤンネルプレート15を取り付
けた一例である。この方法によると、探索針3を広範囲
に走査させても2次電子検出効率は不変である。また2
次電子発生領域に対して大きな立体角を占めるため電場
による収束が不必要であり、このため探索針3と試料14
との間の電場に2次電子検出器の電場が影響を与えるこ
とがない。
第5図および第6図は、試料からのX線あるいは光を検
出するための一実施例を示す。第5図において、試料か
ら放出されたX線はシンチレータ16を発光させる。この
光を光フアイバー17で光電子増倍管18へと導く。シンチ
レータ16のかわりに半導体検出器を用いれば直接電圧信
号として検出が可能である。試料から光が放出される場
合は、直接光フアイバー束19から分光器20を通して光電
子増倍管21へ導く(第6図)。本実施例では分光器20を
設けたため、試料14からの放出光の波長分析が可能であ
る。
第7図は試料及び探索針の精密移動に関する一実施例で
ある。機械的にx,y,z方向に移動するステージ13上に、
試料側x,y軸圧電素子22,23を組み試料側z軸圧電素子24
を支持している。試料14を保持した試料台25がこの上に
取り付けられている。一方ステージとは別途に固定され
ているx,y,z軸圧電素子6,7,8により探索針3が支持され
ている。
試料14を観察する際、まずステージ13の動作により試料
14を走査しトポグラフイー及び2次電子像を得る。この
際の探索針及び試料間距離は100μm〜1μmであり、
探索針3から試料14へ流れる電界放射電流を一定に保つ
ようステージ13の動作により調節する。これにより、広
い領域を低い分解能で観察する。この観察領域内の一部
分をより高い分解能で観る際は、試料側x,y,z軸圧電素
子22,23,24を用いる。各素子22,23,24は50μm伸縮し、
探索針3と試料14との距離は10μm〜100μmである。
さらに分解能を高めた測定を行う際はx,y,z軸圧電素子
6,7,8を用いる。各素子6,7,8は1μm伸縮し、100μ秒
以下の応答速度で高精度に探索針3を走査する。試料14
との距離は100nm〜0.5nm程度であり、ほぼこの距離と同
程度の分解能が得られる。1nm程度の距離では、探索針
3から試料14へ流れる電流は、Fowler−Nordheim則に従
う電界放射電流ではなく、距離と共に指数関数的に変化
するトンネル電流となり、トンネル電子顕微鏡(STM)
像が得られる。しかし2次電子放出量は著しく低下す
る。試料側x,y軸圧電素子22,23による走査と、試料側z
軸圧電素子24及びz軸圧電素子8による距離調節とを組
み合わせることにより、広い領域を高い分解能で観察で
きる。
本実施例によると広い範囲にわたり倍率を変えることが
できる。そのため、試料14を観測しながら、その任意の
場所の高分解能観測が可能である。また従来のSTMでは
大きな障害となつている試料面の大きな段差による計測
不能という事態も未然に防止できる。
第8図に、磁場による走査例を示す。x軸偏向コイル25
及びy軸偏向コイル(図示せず)により、x軸及びy軸
方向に偏向磁場を発生させる。この磁場により探索針3
及び試料14を移動させることなく2次電子像を得ること
ができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、2次電子,反射電子,オージエ電子さ
らには光,X線を検出できるので試料表面から、より多く
の情報が得られ状態を適確に把握することができる。特
に絶録物のような電気的不良導体の存在する試料の場
合、試料電位が大きく変動するためトポグラフイーは大
きく乱れるが、2次電子像では暗い部分として表示され
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す斜視図、第2図は電流
1に関するエネルギー準位図、第3,4,5,6図は2次電子
検出部に関する実施例を示す概略図、第7図は駆動系に
関する実施例を示す斜視図、第8図はビーム走査に関す
る実施例を示す概略図である。 1……電流、2……2次電子、3……探索針、4……2
次電子検出器、5……2次電子検出器、6……x軸圧電
素子、7……y軸圧電素子、8……z軸圧電素子、9…
…z軸圧電素子、10……XY走査回路、11……表示装置、
12……表示装置、16……シンチレータ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】先端を鋭利に尖がらせた探索針と、該探索
    針を試料に接近させ試料面を走査させる走査手段と、該
    探索針と試料面との間にながれる電流を検出し両者の距
    離を調整する機構と、該探索針または該試料の動きある
    いは前記電流値を表示する手段を備え、かつ、前記電流
    によって前記試料より二次的に放出される光子を検出す
    る手段を備えたことを特徴とする固体表面計測装置。
  2. 【請求項2】前記探索針と試料面との間にながれる電流
    がほぼ一定になるように制御されることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の固体表面計測装置。
  3. 【請求項3】先端を鋭利に尖がらせた探索針と、該探索
    針と試料面との間にながれる電流を検出し両者の距離を
    調整する機構と、該探索針または該試料の動きあるいは
    前記電流値を表示する手段を備え、かつ、前記電流によ
    って前記試料より二次的に放出されるものを検出する手
    段と、該探索針を試料に接近させ試料面を走査させる複
    数の走査手段とを備えたことを特徴とする固体表面計測
    装置。
JP61127916A 1986-06-04 1986-06-04 固体表面計測装置 Expired - Fee Related JPH0794966B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61127916A JPH0794966B2 (ja) 1986-06-04 1986-06-04 固体表面計測装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61127916A JPH0794966B2 (ja) 1986-06-04 1986-06-04 固体表面計測装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62285005A JPS62285005A (ja) 1987-12-10
JPH0794966B2 true JPH0794966B2 (ja) 1995-10-11

Family

ID=14971811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61127916A Expired - Fee Related JPH0794966B2 (ja) 1986-06-04 1986-06-04 固体表面計測装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0794966B2 (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62285005A (ja) 1987-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4618767A (en) Low-energy scanning transmission electron microscope
JP3287858B2 (ja) 電子顕微鏡装置及び電子顕微方法
EP0206016B1 (en) Apparatus and method for displaying hole-electron pair distributions induced by electron bombardment
US4724320A (en) Method of observing the arrangement of atoms on a surface and apparatus therefor
JP4717481B2 (ja) 走査型プローブ顕微鏡システム
JPS6298544A (ja) 荷電粒子線装置
US5155359A (en) Atomic scale calibration system
US9336983B2 (en) Scanning particle microscope and method for determining a position change of a particle beam of the scanning particle microscope
US5936244A (en) Electron microscope and electron microscopy method
US20050061971A1 (en) Method and apparatus for observing inside structures, and specimen holder
JP4537891B2 (ja) 回路パターンの検査装置および検査方法
US20100158189A1 (en) Mossbauer spectrometer
JPH0794966B2 (ja) 固体表面計測装置
US10784078B2 (en) Electron diffraction imaging system for determining molecular structure and conformation
JPH06277205A (ja) X線診断装置
JP2748956B2 (ja) 走査形電子顕微鏡
JP2000292380A (ja) 陽電子消滅分析装置
JP3288972B2 (ja) 3次元原子配列観察方法及び装置
Gopinath Voltage measurement in the scanning electron microscope
JP2560271B2 (ja) 走査形電子顕微鏡
JP3762993B2 (ja) 原子間遷移エネルギー分析走査プローブ顕微鏡法および原子間遷移エネルギー分析走査プローブ顕微鏡
JP2691460B2 (ja) トンネル電流検出装置
JPH07170456A (ja) 撮像装置
JP3002221B2 (ja) 走査プローブ型顕微鏡
JPH0676771A (ja) 走査型撮像装置及び撮像方法並びにそれに使用する 撮像板

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees