JPH0833405B2 - 走査顕微鏡 - Google Patents
走査顕微鏡Info
- Publication number
- JPH0833405B2 JPH0833405B2 JP62132858A JP13285887A JPH0833405B2 JP H0833405 B2 JPH0833405 B2 JP H0833405B2 JP 62132858 A JP62132858 A JP 62132858A JP 13285887 A JP13285887 A JP 13285887A JP H0833405 B2 JPH0833405 B2 JP H0833405B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scanning
- sample
- microscope
- needle
- stm
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- Expired - Lifetime
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 29
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 14
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
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- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は試料表面の構造を分析するために用いられ
る、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope,
以下SEM）、走査オージェ分析装置（Scanning Auger El
ectron Microanalyzer,以下SAM）、走査イオン顕微鏡
（Scanning ion Microscope,以下SIM）などの粒子線を
用いた顕微鏡（粒子線走査型顕微鏡とする）、及び走査
トンネル電子顕微鏡（Scanning Tunneling Microscope,
以下STM）に関し、さらに詳しくは、粒子線走査型顕微
鏡と走査トンネル電子顕微鏡（STM）を組合わせた装置
に関する。
る、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope,
以下SEM）、走査オージェ分析装置（Scanning Auger El
ectron Microanalyzer,以下SAM）、走査イオン顕微鏡
（Scanning ion Microscope,以下SIM）などの粒子線を
用いた顕微鏡（粒子線走査型顕微鏡とする）、及び走査
トンネル電子顕微鏡（Scanning Tunneling Microscope,
以下STM）に関し、さらに詳しくは、粒子線走査型顕微
鏡と走査トンネル電子顕微鏡（STM）を組合わせた装置
に関する。
（ロ）従来の技術 走査トンネル電子顕微鏡（STM）は、鋭く尖らせた針
（走査針,STMチップ）と観察試料を近付けて、両者の間
に流れるトンネル電流を捕え、この針を試料表面上で走
査して画像を作り出す。第２図は走査トンネル電子顕微
鏡の要部（STMユニット）を示すものであり、走査針13
は剛体15に支持された圧電素子14x,14y,14zにより試料1
2に対して３軸X,Y,Z各方向に走査される。STM観察は、
圧電素子14Zによって走査針13をある量のトンネル電流
が流れるまで試料に近付けつつ、圧電素子14x,14yによ
り試料表面を２次元走査し、走査針のＺ方向駆動量を出
力信号として取出し、画像を構成する。
（走査針,STMチップ）と観察試料を近付けて、両者の間
に流れるトンネル電流を捕え、この針を試料表面上で走
査して画像を作り出す。第２図は走査トンネル電子顕微
鏡の要部（STMユニット）を示すものであり、走査針13
は剛体15に支持された圧電素子14x,14y,14zにより試料1
2に対して３軸X,Y,Z各方向に走査される。STM観察は、
圧電素子14Zによって走査針13をある量のトンネル電流
が流れるまで試料に近付けつつ、圧電素子14x,14yによ
り試料表面を２次元走査し、走査針のＺ方向駆動量を出
力信号として取出し、画像を構成する。
この走査トンネル電子顕微鏡は、例えば米国特許第43
43993号公報（1982年８月10日）や「サイエンス」誌Vo
l.15,No.10,pp10〜17（1985年10月１日）に記載されて
おり、１Åあるいはそれ以下という非常に高い分解能を
持ち試料面の原子の配列まで観察できる特長を有する。
しかしこのような高分解能を得るため走査針を動かす機
構に圧電素子を用いており、高速で広い領域を走査でき
ないので、低倍率の像を得ることが困難である。
43993号公報（1982年８月10日）や「サイエンス」誌Vo
l.15,No.10,pp10〜17（1985年10月１日）に記載されて
おり、１Åあるいはそれ以下という非常に高い分解能を
持ち試料面の原子の配列まで観察できる特長を有する。
しかしこのような高分解能を得るため走査針を動かす機
構に圧電素子を用いており、高速で広い領域を走査でき
ないので、低倍率の像を得ることが困難である。
一方、粒子線走査型顕微鏡、例えば走査電子顕微鏡
（SEM）は試料表面を細く絞った電子線ビームで走査
し、試料から放出される二次電子等の信号を検出して試
料の表面観察等を行う装置であり数倍乃至10万倍の倍率
を有する実体顕微鏡として有用されているが、１Åの分
解能を得るのは困難である。
（SEM）は試料表面を細く絞った電子線ビームで走査
し、試料から放出される二次電子等の信号を検出して試
料の表面観察等を行う装置であり数倍乃至10万倍の倍率
を有する実体顕微鏡として有用されているが、１Åの分
解能を得るのは困難である。
以上のような理由から走査電子顕微鏡と走査トンネル
電子顕微鏡を組合わせてSTM像とSEM像の両方を観察する
ため、例えばSEMの試料ステージにSTMユニット（走査針
及び走査針の走査機構）を載せた装置が考案されてい
る。
電子顕微鏡を組合わせてSTM像とSEM像の両方を観察する
ため、例えばSEMの試料ステージにSTMユニット（走査針
及び走査針の走査機構）を載せた装置が考案されてい
る。
（ハ）発明が解決すべき問題点 SEM試料ステージにSTMユニットを取付けた装置では、
試料ステージを駆動してSEM観察領域を移動させてもSTM
観察領域は変わらず、従って単にSTMの観察領域の付近
をSEMにより観察できるだけである。
試料ステージを駆動してSEM観察領域を移動させてもSTM
観察領域は変わらず、従って単にSTMの観察領域の付近
をSEMにより観察できるだけである。
本発明は、このような問題点を解決して、粒子線走査
型顕微鏡とSTMの特徴を組合わせた走査顕微鏡を実現
し、広領域（低倍率）観察により任意の視野を選択して
次にその視野を高倍率のSTMにより観察できるようにす
ることを主たる目的とする。
型顕微鏡とSTMの特徴を組合わせた走査顕微鏡を実現
し、広領域（低倍率）観察により任意の視野を選択して
次にその視野を高倍率のSTMにより観察できるようにす
ることを主たる目的とする。
（ニ）問題点を解決する手段 本発明においては、走査トンネル電子顕微鏡の走査針
走査機構と試料粗動機構とを粒子線走査型顕微鏡の対物
レンズに取付ける。
走査機構と試料粗動機構とを粒子線走査型顕微鏡の対物
レンズに取付ける。
（ホ）作用 粒子線走査型顕微鏡による広領域像観察を行いSTMに
より観察する領域を選定し、試料粗動機構を用いてその
領域を中央に位置させ、次にSTM走査による観察を行う
と、目的とするSTM像が得られる。
より観察する領域を選定し、試料粗動機構を用いてその
領域を中央に位置させ、次にSTM走査による観察を行う
と、目的とするSTM像が得られる。
（ヘ）実施例 以下、粒子線走査型顕微鏡として走査電子顕微鏡（SE
M）を例にとって説明する。
M）を例にとって説明する。
第１図は、本発明の一実施例であるSEMとSTMを組合わ
せた装置の要部を示す。本図において１はSEM対物レン
ズ、２は試料、３は走査電子顕微鏡の走査針である。４
は走査針走査機構であり第２図同様３軸X,Y,Zに対応す
る３個の圧電素子から構成される。５は走査針及び走査
機構を支持する剛体であって、試料ステージ（試料粗動
機構）６の基台７も支持している。試料ステージ６は試
料２をX,Y,Zの各方向に移動する駆動装置6x,6y,6zを含
む。8a,8bは試料ステージ６の動きを基台７（又は剛体
５）に対して固定するロック機構である。９は防振材で
あって、弾性体の板と剛性の板を交互に重ねて構成され
ており、STM観察の際に外部からの振動が対物レンズ１
を介して走査針及び試料に伝わるのを防止している。こ
の防振材９があることによって、SEM対物レンズ１と試
料２の間即ち電子ビームの軸と試料の間に振動が生じる
こともあるので、SEM観察のときには剛体５とSEM対物レ
ンズ１の間を防振ロック（図示せず）により締結固定す
る。
せた装置の要部を示す。本図において１はSEM対物レン
ズ、２は試料、３は走査電子顕微鏡の走査針である。４
は走査針走査機構であり第２図同様３軸X,Y,Zに対応す
る３個の圧電素子から構成される。５は走査針及び走査
機構を支持する剛体であって、試料ステージ（試料粗動
機構）６の基台７も支持している。試料ステージ６は試
料２をX,Y,Zの各方向に移動する駆動装置6x,6y,6zを含
む。8a,8bは試料ステージ６の動きを基台７（又は剛体
５）に対して固定するロック機構である。９は防振材で
あって、弾性体の板と剛性の板を交互に重ねて構成され
ており、STM観察の際に外部からの振動が対物レンズ１
を介して走査針及び試料に伝わるのを防止している。こ
の防振材９があることによって、SEM対物レンズ１と試
料２の間即ち電子ビームの軸と試料の間に振動が生じる
こともあるので、SEM観察のときには剛体５とSEM対物レ
ンズ１の間を防振ロック（図示せず）により締結固定す
る。
本実施例装置による観察は例えば次のように行う。ま
ずSEM観察を行うときはロック機構8a,8bを解除した状態
にする。駆動装置6zにより走査針３と試料２を少し離し
て電子ビームにより試料２の表面を走査し、駆動装置6
x,6yににより視野を移動させながらSEM観察を行う。SEM
観察によりSTM観察領域を選定すれば駆動装置6x,6yの駆
動を止め、駆動装置6zにより試料２を走査針３に徐徐に
近付ける。このとき試料と走査針をぶつけないようにす
る必要があるが、SEM観察を継続することにより走査針
と試料の位置関係も観察できるので操作が容易である。
図のように走査針３の先端が対物レンズ１の光軸付近に
位置するようにSTM走査機構を対物レンズに取付けてお
り、走査針の走査により動く量は僅かであるので、走査
針がどのような走査位置にあってもその先端をSEMで観
ることができる。次にロック機構8a,8bによって試料ス
テージ６を固定し、試料と走査針の相対振動を止める。
このとき試料（視野）が若干動いた場合は、SEM観察を
続けながら必要に応じて視野補正（一旦ロック機構を解
除して試料ステージの駆動により視野を再度設定）す
る。このようにしてSTM視野が選定され、試料ステージ
をロックすれば、走査機構４によって走査針を走査して
STM観察を行うことができる。STM観察については従来技
術と同様であるので省略する。
ずSEM観察を行うときはロック機構8a,8bを解除した状態
にする。駆動装置6zにより走査針３と試料２を少し離し
て電子ビームにより試料２の表面を走査し、駆動装置6
x,6yににより視野を移動させながらSEM観察を行う。SEM
観察によりSTM観察領域を選定すれば駆動装置6x,6yの駆
動を止め、駆動装置6zにより試料２を走査針３に徐徐に
近付ける。このとき試料と走査針をぶつけないようにす
る必要があるが、SEM観察を継続することにより走査針
と試料の位置関係も観察できるので操作が容易である。
図のように走査針３の先端が対物レンズ１の光軸付近に
位置するようにSTM走査機構を対物レンズに取付けてお
り、走査針の走査により動く量は僅かであるので、走査
針がどのような走査位置にあってもその先端をSEMで観
ることができる。次にロック機構8a,8bによって試料ス
テージ６を固定し、試料と走査針の相対振動を止める。
このとき試料（視野）が若干動いた場合は、SEM観察を
続けながら必要に応じて視野補正（一旦ロック機構を解
除して試料ステージの駆動により視野を再度設定）す
る。このようにしてSTM視野が選定され、試料ステージ
をロックすれば、走査機構４によって走査針を走査して
STM観察を行うことができる。STM観察については従来技
術と同様であるので省略する。
前述のようにSTMは１Å以下の分解能を有するもので
あるから、走査針と試料相互の振動はSTM走査中は１Å
以下でなくてはならない。ところが数mm〜1cm程度試料
を移動させる試料粗動機構による試料と試料粗動機構の
基台との相互振動は数10Å以上になってしまう。それ故
本実施例では試料粗動機構の基台７と走査針走査機構を
剛体で結合し、STM走査中はロック機構８によって試料
ステージ６を基台7,剛体５に固定しているのである。
あるから、走査針と試料相互の振動はSTM走査中は１Å
以下でなくてはならない。ところが数mm〜1cm程度試料
を移動させる試料粗動機構による試料と試料粗動機構の
基台との相互振動は数10Å以上になってしまう。それ故
本実施例では試料粗動機構の基台７と走査針走査機構を
剛体で結合し、STM走査中はロック機構８によって試料
ステージ６を基台7,剛体５に固定しているのである。
（ト）効果 本発明の走査顕微鏡では、単にSEMのような粒子線走
査型顕微鏡による観察とSTM観察の双方ができるだけで
なく、粒子顕微鏡による観察で任意の視野を選択してそ
の視野をSTMにより観察することが簡単かつ確実にで
き、非常に便利である。コンパクトな構造であり、ま
た、試料を広領域に移動可能な粗動機構を有しながら防
振性に優れているので、高性能STM像を得ることが可能
となる。
査型顕微鏡による観察とSTM観察の双方ができるだけで
なく、粒子顕微鏡による観察で任意の視野を選択してそ
の視野をSTMにより観察することが簡単かつ確実にで
き、非常に便利である。コンパクトな構造であり、ま
た、試料を広領域に移動可能な粗動機構を有しながら防
振性に優れているので、高性能STM像を得ることが可能
となる。
第１図は本発明の走査顕微鏡の一実施例の要部を示す図
であり、第２図は走査トンネル電子顕微鏡の要部を示す
図（従来技術を説明するための図）である。 １……走査電子顕微鏡の対物レンズ 2,12……試料、3,13……走査針 ４……走査針走査機構 14x,14y,14z……圧電素子、5,15……剛体 ６……試料ステージ、７……試料ステージの基台 8a,8b……ロック機構、９……防振材
であり、第２図は走査トンネル電子顕微鏡の要部を示す
図（従来技術を説明するための図）である。 １……走査電子顕微鏡の対物レンズ 2,12……試料、3,13……走査針 ４……走査針走査機構 14x,14y,14z……圧電素子、5,15……剛体 ６……試料ステージ、７……試料ステージの基台 8a,8b……ロック機構、９……防振材
Claims (4)
- 【請求項１】粒子線で試料表面を走査して試料表面の２
次元像を得る粒子線走査型顕微鏡と走査トンネル電子顕
微鏡を組合わせた装置において、走査トンネル電子顕微
鏡の走査針走査機構と試料粗動機構の基台とを前記粒子
線走査型顕微鏡の対物レンズに取付けたことを特徴とす
る走査顕微鏡。 - 【請求項２】試料粗動機構の動きを固定するロック機構
を設けたことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載
の走査顕微鏡。 - 【請求項３】走査トンネル電子顕微鏡の走査針走査機構
と試料粗動機構の基台とを、防振部材を介して粒子走査
型顕微鏡の対物レンズに取付けたことを特徴とする、特
許請求の範囲第１項記載の走査顕微鏡。 - 【請求項４】走査トンネル電子顕微鏡の走査針の先端が
粒子線走査型顕微鏡の対物レンズの光軸付近に位置する
ように、走査針及び走査針走査機構を前記対物レンズに
取付けたことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載
の走査顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62132858A JPH0833405B2 (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 走査顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62132858A JPH0833405B2 (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 走査顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63298951A JPS63298951A (ja) | 1988-12-06 |
| JPH0833405B2 true JPH0833405B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=15091174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62132858A Expired - Lifetime JPH0833405B2 (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 走査顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0833405B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2824463B2 (ja) * | 1988-08-31 | 1998-11-11 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 精密３次元形状測定装置 |
| JP2565392B2 (ja) * | 1989-02-01 | 1996-12-18 | セイコー電子工業株式会社 | 走査型トンネル顕微鏡の測定方法 |
| JPH0766774B2 (ja) * | 1989-04-27 | 1995-07-19 | 株式会社島津製作所 | 試料表面分析装置 |
| JP2549746B2 (ja) * | 1990-05-08 | 1996-10-30 | 株式会社日立製作所 | 走査型トンネル顕微鏡 |
| JP3667884B2 (ja) * | 1996-06-27 | 2005-07-06 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 局所分析装置 |
| JP3865752B2 (ja) * | 2005-03-18 | 2007-01-10 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 局所分析装置 |
-
1987
- 1987-05-28 JP JP62132858A patent/JPH0833405B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63298951A (ja) | 1988-12-06 |
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