JP3002221B2 - 走査プローブ型顕微鏡 - Google Patents
走査プローブ型顕微鏡Info
- Publication number
- JP3002221B2 JP3002221B2 JP2053359A JP5335990A JP3002221B2 JP 3002221 B2 JP3002221 B2 JP 3002221B2 JP 2053359 A JP2053359 A JP 2053359A JP 5335990 A JP5335990 A JP 5335990A JP 3002221 B2 JP3002221 B2 JP 3002221B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- electron beam
- electrode
- hole
- 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
Links
Description
本発明は、電子顕微鏡に係り、特に、物質の表面状態
をミクロの空間分解能で計測できる走査プローブ型顕微
鏡に関する。
をミクロの空間分解能で計測できる走査プローブ型顕微
鏡に関する。
走査型トンネル電子顕微鏡(Scanning Tunnel Micros
cope)は、導電性試料の表面に、先端の太さが電子1個
乃至数個のオーダーの非常に細い針状電極を近付け、こ
れと試料間に低電圧を印加したときに流れるトンネル電
流を測定し、且つ、この針状電極を、圧電素子を用い
て、試料表面に沿って二次元方向に走査することによ
り、原子オーダーの空間分解能で、試料表面像を得るも
のである。 即ち、電圧をかけた針状電極をトンネル電流が流れ出
すまで試料表面に接近させ、その後、針状電極の先端を
予め決められたパターンに沿って走査させ、このとき、
トンネル電流は試料表面に凹凸があると変化するので、
フィードバック機構により凹凸に応じて針状電極を上下
動させ、このときの針状電極先端の動きが試料表面像に
変換されるものである。
cope)は、導電性試料の表面に、先端の太さが電子1個
乃至数個のオーダーの非常に細い針状電極を近付け、こ
れと試料間に低電圧を印加したときに流れるトンネル電
流を測定し、且つ、この針状電極を、圧電素子を用い
て、試料表面に沿って二次元方向に走査することによ
り、原子オーダーの空間分解能で、試料表面像を得るも
のである。 即ち、電圧をかけた針状電極をトンネル電流が流れ出
すまで試料表面に接近させ、その後、針状電極の先端を
予め決められたパターンに沿って走査させ、このとき、
トンネル電流は試料表面に凹凸があると変化するので、
フィードバック機構により凹凸に応じて針状電極を上下
動させ、このときの針状電極先端の動きが試料表面像に
変換されるものである。
一般に、試料表面から放出された電子は、その量の大
小だけでなく、例えば試料表面の電位、放出されたとき
の電子の初速度分布(角度及び速さの絶対値の分布)、
スピン等の情報を持っている。 しかしながら、上記従来の走査型トンネル電子顕微鏡
(以下STMという)では、トンネル電流の大小のみを測
定しているので、本来電子が有するその他の情報を観察
することができない。 又トンネル電流量のみを測定する場合でも、試料表面
の状態が、ピコ秒のオーダーで変化し、この表面から放
出される電子流がピコ秒のオーダーで時間的に変化して
も、針状電極からの電流を検出する際に、その増幅回路
の周波数特性における限界があるために、ピコ秒の応答
特性が得られないという問題点がある。 更に、試料表面から放出される電子数が数十個以内と
非常に少ないときも、検出部と増幅器のノイズに埋もれ
て検出ができないという問題点がある。 又、第13図に示されるように、試料1の表面に光2を
照射したり、試料1を加熱したりしたときに放出される
電流を測定する場合、陽極を形成する針状電極3の全体
に電流が流れてしまうので、針先の大きさでの空間分解
能を得ることができないという問題点もある。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので
あって、試料表面から放出された電子の有する電流量以
外の情報をも観察できると共に、ピコ秒オーダーで電流
量を検出でき、更に試料表面から放出される電子数が少
ない場合もSN比良くこれを検出でき、又、試料表面を光
で照射したり加熱したりして放出電流を測定する場合で
も、高空間分解能を得ることができるようにした走査プ
ローブ型顕微鏡を提供することを目的とする。
小だけでなく、例えば試料表面の電位、放出されたとき
の電子の初速度分布(角度及び速さの絶対値の分布)、
スピン等の情報を持っている。 しかしながら、上記従来の走査型トンネル電子顕微鏡
(以下STMという)では、トンネル電流の大小のみを測
定しているので、本来電子が有するその他の情報を観察
することができない。 又トンネル電流量のみを測定する場合でも、試料表面
の状態が、ピコ秒のオーダーで変化し、この表面から放
出される電子流がピコ秒のオーダーで時間的に変化して
も、針状電極からの電流を検出する際に、その増幅回路
の周波数特性における限界があるために、ピコ秒の応答
特性が得られないという問題点がある。 更に、試料表面から放出される電子数が数十個以内と
非常に少ないときも、検出部と増幅器のノイズに埋もれ
て検出ができないという問題点がある。 又、第13図に示されるように、試料1の表面に光2を
照射したり、試料1を加熱したりしたときに放出される
電流を測定する場合、陽極を形成する針状電極3の全体
に電流が流れてしまうので、針先の大きさでの空間分解
能を得ることができないという問題点もある。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので
あって、試料表面から放出された電子の有する電流量以
外の情報をも観察できると共に、ピコ秒オーダーで電流
量を検出でき、更に試料表面から放出される電子数が少
ない場合もSN比良くこれを検出でき、又、試料表面を光
で照射したり加熱したりして放出電流を測定する場合で
も、高空間分解能を得ることができるようにした走査プ
ローブ型顕微鏡を提供することを目的とする。
この発明は、真空中で、試料からわずかに離れた位置
で該試料の表面を走査する部材であって、その内側に、
先端から出力方向に向かって形成された貫通孔を備えた
プローブと、前記貫通孔の後方に配置され、前記試料か
ら放出され、前記貫通孔を通った後の電子ビームの持つ
情報を得るための電子ビーム検出装置とを有してなる走
査プローブ型顕微鏡により上記目的を達成するものであ
る。 又、請求項2においては、前記プローブを針状電極と
し、前記貫通孔は針状電極の中心を軸方向に貫通するよ
うにして上記目的を達成するものである。 又請求項3においては、前記プローブにおける貫通孔
の先端を該貫通孔と直交する薄膜により被い、該薄膜に
は少なくとも1個の孔を形成することにより上記目的を
達成するものである。 又、請求項4においては、前記電子ビーム検出装置
を、試料から放出された電子の加速電極及び電子増倍器
を含んで構成し上記目的を達成するものである。 又、請求項5においては、前記電子ビーム検出装置
を、試料から放出された電子の加速電極、マイクロチャ
ンネルプレート及び出力アノードを含んで構成し上記目
的を達成するものである。 更に、請求項6においては、前記電子ビーム検出装置
を、試料から放出された電子の加速電極と電子打込み半
導体とを含んで構成し上記目的を達成するものである。 又、請求項7においては、前記電子ビーム検出装置
を、加速電極、集束電極、偏向電極及び位置分解能をも
つ電子ビーム検出部を含んで構成することにより上記目
的を達成するものである。 又請求項8においては、前記電子ビーム検出装置を、
試料から放出された電子の加速電極、集束電極、偏向電
極及びアパーチャ電極を含んで構成し上記目的を達成す
るものである。 請求項9においては、前記電子ビーム検出装置を、前
記貫通孔を通った電子ビームを捕捉して電子分光を行う
電子光学系を含んで構成することにより上記目的を達成
するものである。 又、請求項10においては、前記電子ビーム検出装置
を、前記貫通孔を通った電子のスピン方向を検出する電
子光学系を含んで構成することにより上記目的を達成す
るものである。 又、請求項11においては、前記プローブの先端におけ
る貫通孔とは異なる個所に流入する電流に基づき、該プ
ローブと前記試料間の距離を制御するようにして上記目
的を達成するものである。 又、請求項12においては、前記プローブの先端に更に
針状電極を設け、この針状電極に前記距離制御用電流が
流入するようにして上記目的を達成するものである。
で該試料の表面を走査する部材であって、その内側に、
先端から出力方向に向かって形成された貫通孔を備えた
プローブと、前記貫通孔の後方に配置され、前記試料か
ら放出され、前記貫通孔を通った後の電子ビームの持つ
情報を得るための電子ビーム検出装置とを有してなる走
査プローブ型顕微鏡により上記目的を達成するものであ
る。 又、請求項2においては、前記プローブを針状電極と
し、前記貫通孔は針状電極の中心を軸方向に貫通するよ
うにして上記目的を達成するものである。 又請求項3においては、前記プローブにおける貫通孔
の先端を該貫通孔と直交する薄膜により被い、該薄膜に
は少なくとも1個の孔を形成することにより上記目的を
達成するものである。 又、請求項4においては、前記電子ビーム検出装置
を、試料から放出された電子の加速電極及び電子増倍器
を含んで構成し上記目的を達成するものである。 又、請求項5においては、前記電子ビーム検出装置
を、試料から放出された電子の加速電極、マイクロチャ
ンネルプレート及び出力アノードを含んで構成し上記目
的を達成するものである。 更に、請求項6においては、前記電子ビーム検出装置
を、試料から放出された電子の加速電極と電子打込み半
導体とを含んで構成し上記目的を達成するものである。 又、請求項7においては、前記電子ビーム検出装置
を、加速電極、集束電極、偏向電極及び位置分解能をも
つ電子ビーム検出部を含んで構成することにより上記目
的を達成するものである。 又請求項8においては、前記電子ビーム検出装置を、
試料から放出された電子の加速電極、集束電極、偏向電
極及びアパーチャ電極を含んで構成し上記目的を達成す
るものである。 請求項9においては、前記電子ビーム検出装置を、前
記貫通孔を通った電子ビームを捕捉して電子分光を行う
電子光学系を含んで構成することにより上記目的を達成
するものである。 又、請求項10においては、前記電子ビーム検出装置
を、前記貫通孔を通った電子のスピン方向を検出する電
子光学系を含んで構成することにより上記目的を達成す
るものである。 又、請求項11においては、前記プローブの先端におけ
る貫通孔とは異なる個所に流入する電流に基づき、該プ
ローブと前記試料間の距離を制御するようにして上記目
的を達成するものである。 又、請求項12においては、前記プローブの先端に更に
針状電極を設け、この針状電極に前記距離制御用電流が
流入するようにして上記目的を達成するものである。
この発明においては、内側に、先端から出力方向に向
かって形成された貫通孔を備えたプローブによって試料
表面から放出された電子ビームを、該貫通孔を通ってそ
の背後の電子ビーム検出装置に導き、ここで該電子ビー
ムの持つ種々の特性を検出することができるので、電流
量の大小だけでなく、例えば試料表面の電位、放出され
たときの電子の初速度分布、スピン等の、電子ビームの
持つ種々の特性を検出することができ、又、放出電流の
ピコ秒オーダーの変化も検出でき、更には、光照射等に
より試料表面全体から電子が放出される場合でも、貫通
孔を通り抜けた電子のみが電子ビーム検出装置に導かれ
るので、この場合でも優れた高空間分解能を得ることが
できる。
かって形成された貫通孔を備えたプローブによって試料
表面から放出された電子ビームを、該貫通孔を通ってそ
の背後の電子ビーム検出装置に導き、ここで該電子ビー
ムの持つ種々の特性を検出することができるので、電流
量の大小だけでなく、例えば試料表面の電位、放出され
たときの電子の初速度分布、スピン等の、電子ビームの
持つ種々の特性を検出することができ、又、放出電流の
ピコ秒オーダーの変化も検出でき、更には、光照射等に
より試料表面全体から電子が放出される場合でも、貫通
孔を通り抜けた電子のみが電子ビーム検出装置に導かれ
るので、この場合でも優れた高空間分解能を得ることが
できる。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 この実施例に係る走査プローブ型顕微鏡10は、プロー
ブ12と、このプローブ12を保持する保持台14と、この保
持台14をXYZ方向に微動させる圧電微動走査素子16と、
この圧電微動走査素子16を駆動する駆動回路18と、前記
プローブ12の背後に設けられた電子ビーム検出装置20と
を備えて構成されている。 前記プローブ12は、圧電微動走査素子16によって、そ
の先端が試料22からわずかに離れた位置で該試料22の表
面を走査するように構成されている。 又このプローブ12は、図に示されるように、先端から
出力方向に向かって形成された貫通孔24を備えている。 この実施例においては、プローブ12は、Si基板12A上
につけたSiO2膜12Bを、エッチングすることにより貫通
孔24を形成し、表面に例えば100Å程度の膜厚の金蒸着
膜12Cを形成して構成されている。 前記電子ビーム検出装置20は、電子光学系20Aと、こ
の電子光学系20Aによって処理あるいは増幅された電子
を検出する電子ビーム検出部20Bとから構成されてい
る。 図の符号21は出力信号処理部、26は圧電微動走査素子
16のX方向の制御をするためのX方向走査電圧発生回
路、28は同じくY方向制御のためのY方向走査電圧発生
回路、30はZ方向の位置制御即ちプローブ12の先端と試
料22表面との距離を制御するためのZ軸サーボ増幅器、
31は試料22とプローブ12間にバイアス電圧を印加するた
めの電源をそれぞれ示す。 このZ軸サーボ増幅器30は、従来と同様のものであ
り、トンネル電流を検出して、前記圧電微動走査素子16
により試料22表面とプローブ12の先端との間の距離を調
節するものである。 前記電子光学系20Aは、第2図に拡大して示されるよ
うに、前記貫通孔24を通った電子を加速するための、中
心にアパーチャが形成された加速電極32と、この加速電
極32によって加速された電子が入射する電子増倍器(エ
レクトロンマルチプライヤー)34とから構成されてい
る。 ここで、前記電子ビーム検出部20は、電子増倍管34に
おけるアノード34Aと、これに入力する1個1個の信号
電子毎に発生するパルスを計数するパルスカウンター36
とにより構成されている。 この実施例においては、前記プローブ12の針状電極先
端部の外径は0.2μm、貫通孔24の直径が0.1μm、貫通
孔24の長さは2μm、貫通孔24の出側(電子ビーム検出
装置20側)の内径は1μmとされている。 次に上記実施例の作用について説明する。 前記プローブ12の先端と試料22の表面の間の距離即ち
Z軸方向の距離は、試料22から適当なトンネル電流を放
出させるために設定される。 例えば第1図において、試料22とプローブ12先端との
距離を500Åに近付け、両者間に数Vの電圧を印加すれ
ば、フィールドエミッションにより試料22の表面から電
子が放出され、これが、プローブ12の貫通孔24中に導か
れる。 貫通孔24中に導かれた放出電子は、加速電極32により
例えば数百Vで加速され、加速電極32の中心のアパーチ
ャを通過して、電子増倍管34に入射する。 電子増倍管34においては、電子が増倍され、アノード
34Aに入射し、その入射電子数は、1個1個の信号電子
毎に発生されるパルスをカウントするパルスカウンター
36によって計数される。 従って、試料22の表面からの放出電流が非常に微弱で
もこれを検出することができる。 更に、プローブ12の先端を、圧電微動走査素子16によ
ってXY方向に試料表面に沿って走査すれば、放出電流の
空間分布を略々貫通孔の先端部の内径0.1μmに等しい
空間分解能で得ることができる。 なお上記実施例において、貫通孔24を備えたプローブ
12は、SiO2膜12Bをエッチングにより加工したものであ
るが、本発明はこれに限定されるものでなく、他の手段
によって貫通孔を形成するものであってもよい。 従って、例えば中空ガラス管を溶融し、引張って中空
針状に形成したり、コアとしてエッチングされ易いガラ
スを、又、エッチングされ難いガラスをクラッドとし
て、それぞれ用い、これらを溶融し引張って細くした
後、コアガラスをエッチングして取り除きここに貫通孔
を形成し、更に金属を表面に薄く蒸着して形成すること
もできる。 更に、上記実施例において、プローブ12は中空針状に
形成されているが、これは、例えば第3図に示されるよ
うに、先細り状のプローブ38における貫通孔24の先端
の、内径0.2μmの開口に、500Å程度の厚さの薄膜38A
を形成し、これに、例えば500Å程度の孔38Bを形成し、
且つこの薄膜38Aの表面に100Å程度の薄い金属膜を蒸着
するようにしてもよい。 このようにすると、試料22の表面と、プローブ38先端
との間により均一な電界を形成し、且つ、より高分解能
を得ることができる。 前述のように薄膜を形成しこれに孔を設ける他の構成
としては、例えばプローブ38の先端開口に有機フィルム
を貼り、この上にアルミニュウムを100Å程度蒸着し、
その後加熱して、有機フィルムを除去し、アルミニュウ
ム薄膜を形成し、その後アルミニュウム薄膜の上にレジ
スト膜を形成し、電子ビームで50Å程度の孔が形成され
るようにレジストを電子ビーム露光してエッチングする
ようにしてもよい。 ここで、前記プローブ38は先細り形状とされている
が、この形状に限定されるものでなく、例えば第4図
(A)に示されるように、パイプ状プローブ13Aを、孔3
8Bを有する薄膜38Aで被った構成でもよい。又、第4図
(B)に示されるように、平板状プローブ13Bの貫通孔2
4を、同様の薄膜38Aで被って構成してもよい。 更に、プローブ38の先端形状としては、例えば第5図
に示されるように、プローブ38の貫通孔24の先端に薄い
金属膜38Cを設け、これに多くの孔38Dを形成し、試料22
との間の電界を均一にすると同時に、多くの電流を孔38
Dに導くようにしてもよい。 なお上記各実施例においては、プローブが圧電微動走
査素子16によって移動される構成であるが、本発明はこ
れに限定されるものでなく、試料22を圧電微動走査素子
16によって移動するようにしてもよい。 次に、前記プローブ12、13A、13B、あるいは38の後部
に配置される電子ビーム検出装置20の他の実施例につい
て説明する。 第6図の実施例は、加速電極32に加え、エレクトロン
マルチプライヤーとしてマイクロチャンネルプレート
(以下MCPという)40を用い、マイクロチャンネルプレ
ート40で増倍された電子が入射するアノード40Aに接続
された電流計42により出力を測定するようにしたもので
ある。 この場合、電流計42に代えて、前記第2図の実施例の
ように、パルスカウンターを設けるようにしてもよい。 更に放出される電子流が同時に放出される数に分布の
ある場合は、出力信号パルスをパルスハイトアナライザ
ーに入力することによって電子の放出分布を得ることが
できる。 第7図の実施例は、加速電極32を通過した電子が打込
まれる電子打込み半導体44を設けたものである。 この電子打込み半導体44は、逆バイアスされたpn接合
であって、加速電極32によって10KV程度に加速された電
子を打込むことにより、多くの電子、正孔対を発生し、
増倍された信号を出力パルスとして得ることができる。 次に第8図に示される実施例について説明する。 この実施例は、試料22の表面がピコ秒オーダーで表面
状態が変化する場合も、これを検出できるようにしたも
のである。 例えば試料22がLSIの場合、LSIを駆動させたとき、LS
Iを形成する回路の一部がピコ秒のオーダーで電圧が変
化し、その時間的変化を、この実施例によって求めるこ
とができる。 この実施例の電子ビーム検出装置は、プローブ12の背
後に、メッシュ状の加速電極46、集束電極48、陽極50、
偏向電極52、MCP40及び蛍光面54とをこの順で配置して
構成したものである。 前記偏向電極52には、斜状掃引電圧発生回路56から掃
引電圧が印加され、この斜状掃引電圧発生回路56に対し
ては、LSI駆動電源58から出力される同期信号パルス
が、遅延回路60を経て入力されるようになっている。 この実施例においては、試料22表面から放出された電
子ビームは、加速電極46で加速された後、集束電極48で
偏向電極52間を通るように集束される。 このとき、LSI駆動電源58から、LSI(試料22)の駆動
に同期して斜状掃引電圧発生回路56から掃引電圧を偏向
電極52に印加すれば、放出電子流のピコ秒オーダーの変
化を蛍光面54上の掃引方向の輝度分布に変換してその情
報を得ることができる。 従って、予め試料22とプローブ12先端間のトンネル電
流値と電圧の関係を求めておけば、得られた輝度分布か
ら現在注目している個所のピコ秒オーダーの電圧の変化
波形を得ることができる。 なおこの場合、電子流の大きさが十分であればMCP40
は不要である。 又上記実施例における蛍光面54の代わりに例えば電子
打込みCCDを用いてもよい。 このようにして順次所要個所で電圧の変化波形を得る
ことによって、試料22の表面全体の電圧の分布及びその
変化状態を知ることができる。 この第8図の実施例における電子ビーム検出装置は、
いわゆるストリーク管に用いられる電子レンズ系と電子
ビーム検出部と同等のものであるが、上記に代えて、サ
ンプリングストリーク管に用いられる電子光学系、即
ち、出力の電子ビーム検出部の前に設けられるアパーチ
ャ電極を用い、掃引した電子ビームのうちある時刻の電
子ビームのみ出力側に取出し、蛍光面を光らせ、PMTで
検出するようにしてもよい。 この場合、掃引のタイミングをLSIの駆動に対して少
しづつずらしていくことにより、全体の電圧波形を得る
ことができる。 又前記第5図〜第7図における実施例においても、同
様に、出力部に発生するパルスとLSIの駆動タイミング
の時間差を検出することにより、パルス電圧波形を得る
こともできる。 次に第9図の実施例について説明する。 この実施例は、試料22の表面を光で照射し、このとき
試料22表面から放出された光電子のうち、プローブ12の
貫通孔24を通った光電子のみを、電子分光を行う電子光
学系62に導き、電子分光を行い、放出された光電子のエ
ネルギー分布を測定するものである。 この電子光学系には、MCP40とアノード40Aが含まれて
いる。 次に第10図の実施例について説明する。 この実施例は、試料22表面から放出され、プローブ12
を通った光電子を、加速電極46によって加速した後、金
属薄膜64に衝突させ、反射してくる電子の角度分布を、
金属薄膜64に対して角度位置可変のアノード66により捕
捉することによって、電子の角度分布を得、これによっ
て電子のスピン方向の情報を得るようにしたものであ
る。 次に第11図の実施例について説明する。 この実施例は、試料22表面の測定したい個所からのト
ンネル電流は貫通孔24に導き、貫通孔24以外のプローブ
12先端に導かれるトンネル電流を捕らえ、このトンネル
電流を測定することによって、プローブ12のZ軸方向の
位置制御を行うようにしたものである。 なお、第9図の実施例の場合のように、試料22表面を
光照射するような場合は、プローブの位置決めに際して
は、一旦光照射を止めてその状態でのトンネル電流を利
用してプローブ12のZ軸方向の位置決め制御を行う。 次に第12図の実施例について説明する。 この実施例は、プローブ12の先端に、貫通孔24からわ
ずかに離れた位置に針状電極68を取付け、ここに流れ込
むトンネル電流によって、プローブ12のZ軸方向の位置
制御を行うようにしたものである。
ブ12と、このプローブ12を保持する保持台14と、この保
持台14をXYZ方向に微動させる圧電微動走査素子16と、
この圧電微動走査素子16を駆動する駆動回路18と、前記
プローブ12の背後に設けられた電子ビーム検出装置20と
を備えて構成されている。 前記プローブ12は、圧電微動走査素子16によって、そ
の先端が試料22からわずかに離れた位置で該試料22の表
面を走査するように構成されている。 又このプローブ12は、図に示されるように、先端から
出力方向に向かって形成された貫通孔24を備えている。 この実施例においては、プローブ12は、Si基板12A上
につけたSiO2膜12Bを、エッチングすることにより貫通
孔24を形成し、表面に例えば100Å程度の膜厚の金蒸着
膜12Cを形成して構成されている。 前記電子ビーム検出装置20は、電子光学系20Aと、こ
の電子光学系20Aによって処理あるいは増幅された電子
を検出する電子ビーム検出部20Bとから構成されてい
る。 図の符号21は出力信号処理部、26は圧電微動走査素子
16のX方向の制御をするためのX方向走査電圧発生回
路、28は同じくY方向制御のためのY方向走査電圧発生
回路、30はZ方向の位置制御即ちプローブ12の先端と試
料22表面との距離を制御するためのZ軸サーボ増幅器、
31は試料22とプローブ12間にバイアス電圧を印加するた
めの電源をそれぞれ示す。 このZ軸サーボ増幅器30は、従来と同様のものであ
り、トンネル電流を検出して、前記圧電微動走査素子16
により試料22表面とプローブ12の先端との間の距離を調
節するものである。 前記電子光学系20Aは、第2図に拡大して示されるよ
うに、前記貫通孔24を通った電子を加速するための、中
心にアパーチャが形成された加速電極32と、この加速電
極32によって加速された電子が入射する電子増倍器(エ
レクトロンマルチプライヤー)34とから構成されてい
る。 ここで、前記電子ビーム検出部20は、電子増倍管34に
おけるアノード34Aと、これに入力する1個1個の信号
電子毎に発生するパルスを計数するパルスカウンター36
とにより構成されている。 この実施例においては、前記プローブ12の針状電極先
端部の外径は0.2μm、貫通孔24の直径が0.1μm、貫通
孔24の長さは2μm、貫通孔24の出側(電子ビーム検出
装置20側)の内径は1μmとされている。 次に上記実施例の作用について説明する。 前記プローブ12の先端と試料22の表面の間の距離即ち
Z軸方向の距離は、試料22から適当なトンネル電流を放
出させるために設定される。 例えば第1図において、試料22とプローブ12先端との
距離を500Åに近付け、両者間に数Vの電圧を印加すれ
ば、フィールドエミッションにより試料22の表面から電
子が放出され、これが、プローブ12の貫通孔24中に導か
れる。 貫通孔24中に導かれた放出電子は、加速電極32により
例えば数百Vで加速され、加速電極32の中心のアパーチ
ャを通過して、電子増倍管34に入射する。 電子増倍管34においては、電子が増倍され、アノード
34Aに入射し、その入射電子数は、1個1個の信号電子
毎に発生されるパルスをカウントするパルスカウンター
36によって計数される。 従って、試料22の表面からの放出電流が非常に微弱で
もこれを検出することができる。 更に、プローブ12の先端を、圧電微動走査素子16によ
ってXY方向に試料表面に沿って走査すれば、放出電流の
空間分布を略々貫通孔の先端部の内径0.1μmに等しい
空間分解能で得ることができる。 なお上記実施例において、貫通孔24を備えたプローブ
12は、SiO2膜12Bをエッチングにより加工したものであ
るが、本発明はこれに限定されるものでなく、他の手段
によって貫通孔を形成するものであってもよい。 従って、例えば中空ガラス管を溶融し、引張って中空
針状に形成したり、コアとしてエッチングされ易いガラ
スを、又、エッチングされ難いガラスをクラッドとし
て、それぞれ用い、これらを溶融し引張って細くした
後、コアガラスをエッチングして取り除きここに貫通孔
を形成し、更に金属を表面に薄く蒸着して形成すること
もできる。 更に、上記実施例において、プローブ12は中空針状に
形成されているが、これは、例えば第3図に示されるよ
うに、先細り状のプローブ38における貫通孔24の先端
の、内径0.2μmの開口に、500Å程度の厚さの薄膜38A
を形成し、これに、例えば500Å程度の孔38Bを形成し、
且つこの薄膜38Aの表面に100Å程度の薄い金属膜を蒸着
するようにしてもよい。 このようにすると、試料22の表面と、プローブ38先端
との間により均一な電界を形成し、且つ、より高分解能
を得ることができる。 前述のように薄膜を形成しこれに孔を設ける他の構成
としては、例えばプローブ38の先端開口に有機フィルム
を貼り、この上にアルミニュウムを100Å程度蒸着し、
その後加熱して、有機フィルムを除去し、アルミニュウ
ム薄膜を形成し、その後アルミニュウム薄膜の上にレジ
スト膜を形成し、電子ビームで50Å程度の孔が形成され
るようにレジストを電子ビーム露光してエッチングする
ようにしてもよい。 ここで、前記プローブ38は先細り形状とされている
が、この形状に限定されるものでなく、例えば第4図
(A)に示されるように、パイプ状プローブ13Aを、孔3
8Bを有する薄膜38Aで被った構成でもよい。又、第4図
(B)に示されるように、平板状プローブ13Bの貫通孔2
4を、同様の薄膜38Aで被って構成してもよい。 更に、プローブ38の先端形状としては、例えば第5図
に示されるように、プローブ38の貫通孔24の先端に薄い
金属膜38Cを設け、これに多くの孔38Dを形成し、試料22
との間の電界を均一にすると同時に、多くの電流を孔38
Dに導くようにしてもよい。 なお上記各実施例においては、プローブが圧電微動走
査素子16によって移動される構成であるが、本発明はこ
れに限定されるものでなく、試料22を圧電微動走査素子
16によって移動するようにしてもよい。 次に、前記プローブ12、13A、13B、あるいは38の後部
に配置される電子ビーム検出装置20の他の実施例につい
て説明する。 第6図の実施例は、加速電極32に加え、エレクトロン
マルチプライヤーとしてマイクロチャンネルプレート
(以下MCPという)40を用い、マイクロチャンネルプレ
ート40で増倍された電子が入射するアノード40Aに接続
された電流計42により出力を測定するようにしたもので
ある。 この場合、電流計42に代えて、前記第2図の実施例の
ように、パルスカウンターを設けるようにしてもよい。 更に放出される電子流が同時に放出される数に分布の
ある場合は、出力信号パルスをパルスハイトアナライザ
ーに入力することによって電子の放出分布を得ることが
できる。 第7図の実施例は、加速電極32を通過した電子が打込
まれる電子打込み半導体44を設けたものである。 この電子打込み半導体44は、逆バイアスされたpn接合
であって、加速電極32によって10KV程度に加速された電
子を打込むことにより、多くの電子、正孔対を発生し、
増倍された信号を出力パルスとして得ることができる。 次に第8図に示される実施例について説明する。 この実施例は、試料22の表面がピコ秒オーダーで表面
状態が変化する場合も、これを検出できるようにしたも
のである。 例えば試料22がLSIの場合、LSIを駆動させたとき、LS
Iを形成する回路の一部がピコ秒のオーダーで電圧が変
化し、その時間的変化を、この実施例によって求めるこ
とができる。 この実施例の電子ビーム検出装置は、プローブ12の背
後に、メッシュ状の加速電極46、集束電極48、陽極50、
偏向電極52、MCP40及び蛍光面54とをこの順で配置して
構成したものである。 前記偏向電極52には、斜状掃引電圧発生回路56から掃
引電圧が印加され、この斜状掃引電圧発生回路56に対し
ては、LSI駆動電源58から出力される同期信号パルス
が、遅延回路60を経て入力されるようになっている。 この実施例においては、試料22表面から放出された電
子ビームは、加速電極46で加速された後、集束電極48で
偏向電極52間を通るように集束される。 このとき、LSI駆動電源58から、LSI(試料22)の駆動
に同期して斜状掃引電圧発生回路56から掃引電圧を偏向
電極52に印加すれば、放出電子流のピコ秒オーダーの変
化を蛍光面54上の掃引方向の輝度分布に変換してその情
報を得ることができる。 従って、予め試料22とプローブ12先端間のトンネル電
流値と電圧の関係を求めておけば、得られた輝度分布か
ら現在注目している個所のピコ秒オーダーの電圧の変化
波形を得ることができる。 なおこの場合、電子流の大きさが十分であればMCP40
は不要である。 又上記実施例における蛍光面54の代わりに例えば電子
打込みCCDを用いてもよい。 このようにして順次所要個所で電圧の変化波形を得る
ことによって、試料22の表面全体の電圧の分布及びその
変化状態を知ることができる。 この第8図の実施例における電子ビーム検出装置は、
いわゆるストリーク管に用いられる電子レンズ系と電子
ビーム検出部と同等のものであるが、上記に代えて、サ
ンプリングストリーク管に用いられる電子光学系、即
ち、出力の電子ビーム検出部の前に設けられるアパーチ
ャ電極を用い、掃引した電子ビームのうちある時刻の電
子ビームのみ出力側に取出し、蛍光面を光らせ、PMTで
検出するようにしてもよい。 この場合、掃引のタイミングをLSIの駆動に対して少
しづつずらしていくことにより、全体の電圧波形を得る
ことができる。 又前記第5図〜第7図における実施例においても、同
様に、出力部に発生するパルスとLSIの駆動タイミング
の時間差を検出することにより、パルス電圧波形を得る
こともできる。 次に第9図の実施例について説明する。 この実施例は、試料22の表面を光で照射し、このとき
試料22表面から放出された光電子のうち、プローブ12の
貫通孔24を通った光電子のみを、電子分光を行う電子光
学系62に導き、電子分光を行い、放出された光電子のエ
ネルギー分布を測定するものである。 この電子光学系には、MCP40とアノード40Aが含まれて
いる。 次に第10図の実施例について説明する。 この実施例は、試料22表面から放出され、プローブ12
を通った光電子を、加速電極46によって加速した後、金
属薄膜64に衝突させ、反射してくる電子の角度分布を、
金属薄膜64に対して角度位置可変のアノード66により捕
捉することによって、電子の角度分布を得、これによっ
て電子のスピン方向の情報を得るようにしたものであ
る。 次に第11図の実施例について説明する。 この実施例は、試料22表面の測定したい個所からのト
ンネル電流は貫通孔24に導き、貫通孔24以外のプローブ
12先端に導かれるトンネル電流を捕らえ、このトンネル
電流を測定することによって、プローブ12のZ軸方向の
位置制御を行うようにしたものである。 なお、第9図の実施例の場合のように、試料22表面を
光照射するような場合は、プローブの位置決めに際して
は、一旦光照射を止めてその状態でのトンネル電流を利
用してプローブ12のZ軸方向の位置決め制御を行う。 次に第12図の実施例について説明する。 この実施例は、プローブ12の先端に、貫通孔24からわ
ずかに離れた位置に針状電極68を取付け、ここに流れ込
むトンネル電流によって、プローブ12のZ軸方向の位置
制御を行うようにしたものである。
第1図は本発明に係る走査プローブ型顕微鏡の実施例を
示す一部ブロック図を含む断面図、第2図は、同実施例
における電子ビーム検出装置を示す略示断面図、第3図
乃至第5図は、本発明におけるプローブの他の形状を示
す断面図、第6図及び第7図は本発明における走査プロ
ーブ型顕微鏡の電子ビーム検出装置の他の実施例を示す
略示断面図、第8図は本発明に係る走査プローブ型顕微
鏡の更に他の実施例を示す一部ブロック図を含む略示断
面図、第9図及び第10図は電子ビーム検出装置の更に他
の実施例を示す略示断面図、第11図は走査プローブ型顕
微鏡の他の実施例を示す一部ブロック図を含む略示断面
図、第12図はプローブ先端形状の他の実施例を示す断面
図、第13図は従来の走査プローブ型顕微鏡におけるプロ
ーブを示す断面図である。 10……走査プローブ型顕微鏡、 12、13A、13B、38……プローブ、 16……圧電微動走査素子、 20……電子ビーム検出装置、 20A、62……電子光学系、 20B……電子ビーム検出部、 22……試料、 24……貫通孔、 32、46……加速電極、 34……電子増倍器、 34A、40A……アノード、 36……パルスカウンター、 38A……薄膜、 38B、38D……孔、 38C……金属膜、 40……マイクロチャンネルプレート(MCP)、 44……電子打込み半導体、 48……集束電極、 50……陽極、 52……偏向電極、 54……蛍光面、 56……斜状掃引電圧発生回路、 64……金属薄膜、 68……針状電極。
示す一部ブロック図を含む断面図、第2図は、同実施例
における電子ビーム検出装置を示す略示断面図、第3図
乃至第5図は、本発明におけるプローブの他の形状を示
す断面図、第6図及び第7図は本発明における走査プロ
ーブ型顕微鏡の電子ビーム検出装置の他の実施例を示す
略示断面図、第8図は本発明に係る走査プローブ型顕微
鏡の更に他の実施例を示す一部ブロック図を含む略示断
面図、第9図及び第10図は電子ビーム検出装置の更に他
の実施例を示す略示断面図、第11図は走査プローブ型顕
微鏡の他の実施例を示す一部ブロック図を含む略示断面
図、第12図はプローブ先端形状の他の実施例を示す断面
図、第13図は従来の走査プローブ型顕微鏡におけるプロ
ーブを示す断面図である。 10……走査プローブ型顕微鏡、 12、13A、13B、38……プローブ、 16……圧電微動走査素子、 20……電子ビーム検出装置、 20A、62……電子光学系、 20B……電子ビーム検出部、 22……試料、 24……貫通孔、 32、46……加速電極、 34……電子増倍器、 34A、40A……アノード、 36……パルスカウンター、 38A……薄膜、 38B、38D……孔、 38C……金属膜、 40……マイクロチャンネルプレート(MCP)、 44……電子打込み半導体、 48……集束電極、 50……陽極、 52……偏向電極、 54……蛍光面、 56……斜状掃引電圧発生回路、 64……金属薄膜、 68……針状電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 37/00 H01J 37/28 H01J 37/244 G01B 7/34 G01B 21/30 JICSTファイル(JOIS)
Claims (12)
- 【請求項1】真空中で、試料からわずかに離れた位置で
該試料の表面を走査する部材であって、その内側に、先
端から出力方向に向かって形成された貫通孔を備えたプ
ローブと、前記貫通孔の後方に配置され、前記試料から
放出され、前記貫通孔を通った後の電子ビームの持つ情
報を得るための電子ビーム検出装置と、を有してなる走
査プローブ型顕微鏡。 - 【請求項2】請求項1において、前記プローブは針状電
極であって、前記貫通孔は、該針状電極の中心を軸方向
に貫通することを特徴とする走査プローブ型顕微鏡。 - 【請求項3】請求項1又は2において、前記プローブに
おける貫通孔の先端は、該貫通孔と直交する薄膜により
被われ、該薄膜には少なくとも1個の孔が形成されたこ
とを特徴とする走査プローブ型顕微鏡。 - 【請求項4】請求項1、2又は3において、前記電子ビ
ーム検出装置は、試料から放出された電子の加速電極及
び電子増倍器を含んで構成されたことを特徴とする走査
プローブ型顕微鏡。 - 【請求項5】請求項1、2又は3において、前記電子ビ
ーム検出装置は、試料から放出された電子の加速電極、
マイクロチャンネルプレート及び出力アノードを含んで
構成されたことを特徴とする走査プローブ型顕微鏡。 - 【請求項6】請求項1、2又は3において、前記電子ビ
ーム検出装置は、試料から放出された電子の加速電極
と、電子打込み半導体とを含んで構成されたことを特徴
とする走査プローブ型顕微鏡。 - 【請求項7】請求項1、2又は3において、前記電子ビ
ーム検出装置は、加速電極、集束電極、偏向電極及び位
置分解能をもつ電子ビーム検出部を含んで構成されたこ
とを特徴とする走査プローブ型顕微鏡。 - 【請求項8】請求項1、2又は3において、前記電子ビ
ーム検出装置は、試料から放出された電子の加速電極、
集束電極、偏向電極及びアパーチャ電極を含んで構成さ
れたことを特徴とする走査プローブ型顕微鏡。 - 【請求項9】請求項1、2又は3において、前記電子ビ
ーム検出装置は、前記貫通孔を通った電子ビームを捕捉
して電子分光を行う電子光学系を含んで構成されたこと
を特徴とする走査プローブ型顕微鏡。 - 【請求項10】請求項1、2又は3において、前記電子
ビーム検出装置は、前記貫通孔を通った電子のスピン方
向を検出する電子光学系を含んで構成されたことを特徴
とする走査プローブ型顕微鏡。 - 【請求項11】請求項1乃至10のうちのいずれかにおい
て、前記プローブの先端における前記貫通孔とは異なる
個所に流入する電流に基づき、該プローブと前記試料間
の距離を制御するようにしたことを特徴とする走査プロ
ーブ型顕微鏡。 - 【請求項12】請求項11において、前記プローブの先端
には、更に針状電極が設けられ、この針状電極に前記距
離制御用電流が流入するようにされたことを特徴とする
走査プローブ型顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2053359A JP3002221B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 走査プローブ型顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2053359A JP3002221B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 走査プローブ型顕微鏡 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03254056A JPH03254056A (ja) | 1991-11-13 |
JP3002221B2 true JP3002221B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=12940610
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2053359A Expired - Fee Related JP3002221B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 走査プローブ型顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3002221B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102159124B1 (ko) * | 2019-02-25 | 2020-10-14 | (주)조명건설 | 건축물의 스프레이 도장용 방진막 전용 부스 |
-
1990
- 1990-03-05 JP JP2053359A patent/JP3002221B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102159124B1 (ko) * | 2019-02-25 | 2020-10-14 | (주)조명건설 | 건축물의 스프레이 도장용 방진막 전용 부스 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03254056A (ja) | 1991-11-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3456999B2 (ja) | 高アスペクト比測定用検出システム | |
EP0113746B1 (en) | An elektrode system of a retarding-field spectrometer for a voltage measuring electron beam apparatus | |
US4694154A (en) | Instruments for measuring light pulses clocked at high repetition rate and electron tube devices therefor | |
US4292519A (en) | Device for contact-free potential measurements | |
US6552338B1 (en) | Ion photon emission microscope | |
Lieber | Nanosecond gating of proximity focused channel plate intensifiers | |
US5278406A (en) | Apparatus for detecting information contained in electrons emitted from sample surface | |
JP3002221B2 (ja) | 走査プローブ型顕微鏡 | |
Cai et al. | Development of an ultrafast detector and demonstration of its oscillographic application | |
EP0474502A1 (en) | Streak tube having an arrangement for suppressing travel time spread of photoelectrons | |
JP2001148232A (ja) | 走査形電子顕微鏡 | |
US6567497B2 (en) | Method and apparatus for inspecting a structure using X-rays | |
JP2678059B2 (ja) | 電子ビーム装置 | |
JP2999127B2 (ja) | 極微領域表面の分析装置 | |
JP2764505B2 (ja) | 電子分光方法とこれを用いた電子分光装置 | |
JP2875370B2 (ja) | 荷電粒子測定装置および光強度波形測定装置 | |
US6677581B1 (en) | High energy electron diffraction apparatus | |
US7049588B2 (en) | Device for measuring the emission of X-rays produced by an object exposed to an electron beam | |
Chen et al. | Delineation of the impact on temporal behaviors of off-axis photoemission in an ultrafast electron microscope | |
JP2730229B2 (ja) | 荷電粒子ビーム照射型分析装置 | |
US20240274422A1 (en) | Single electron and photon radio frequency timer | |
JP2629594B2 (ja) | X線光電子分光装置 | |
CN118748863A (zh) | 一种宽量程高精密分幅相机 | |
US3385949A (en) | Ion gun apparatus for treatment of surfaces with beams of very small size | |
JP2861153B2 (ja) | 荷電粒子ビーム照射型分析装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |