DE3732426C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rastertunnelmikroskop das in ein Rasterelektronenmikroskop eingebaut ist, gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 4.

Aus der Literaturstelle US-Z: Rev. Sci. Instrum. Bd. 56, No. 8, 1965, S. 1573-1576 ist ein Rastertunnelmikroskop der vorstehend genannten Art bekannt. Hierbei ist eine Sondenbewegungseinrichtung vorhanden, welche bewegliche Blöcke und piezoelektrische Elemente oberhalb von festen Blöcken aufweist, die an vier Ecken einer Grundplatte angeordnet sind. Diese piezoelektrischen Elemente sind in Z-Richtung expandierbar und zusammenziehbar und sind dann in vier Ecken der Grundplatte angeordnet. Die beweglichen Blöcke sind einzeln an diesen piezoelektrischen Elementen angebracht. Der dort vorgesehene Mittelblock ist mittels X-richtungs-und Y-richtungspiezoelektrischen Elementen gelagert, die in Form einer Gitterstruktur auf den Blöcken angeordnet sind. Die piezoelektrischen Elemente und die beweglichen Blöcke sind hierbei auf gedrängtem Raum oberhalb der Probe angeordnet, die der an dem Mittelblock angebrachten Sonde gegenüberliegt. Die Probe kann hierbei an einer Stelle in der Nähe der Spitze der Sonde nicht mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops beobachtet und untersucht werden.

Aus der Literaturstelle US-Z: Rev. Sci. Instrum., Bd. 57, No. 2, 1986, S. 221-224 ist bei einem Rastertunnelmikroskop, das in ein Rasterelektronenmikroskop eingebaut ist, eine Sondenbewegungseinrichtung mit piezoelektrischen Elementen in Form einer Dreifußkonfiguration bekannt. Bei einer derartigen Dreifußkonfiguration wird die Positionierung ungenau, da bei der Expansion oder dem Zusammenziehen eines der piezoelektrischen Elemente sich auch die jeweils anderen zugeordneten piezoelektrischen Elemente verformen. Auch die Probenbewegungseinrichtung für ein Rastertunnelmikroskop, die aus der Literaturstelle US-Z: IBM J. Res. Develop, Bd. 30, No. 5, 1986, S. 492-498 bekannt ist, ermöglicht keine genaue Feineinstellung eines Probenträgers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rastertunnelmikroskop der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, bei dem der Abtastbereich des Rasterelektronenmikroskops im wesentlichen uneingegrenzt ist und das eine genaue und zuverlässige Beobachtung und Untersuchung gestattet.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Rastertunnelmikroskop mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen im Kennzeichen desselben sowie bei einem Rastertunnelmikroskop mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 4 in Verbindung mit den Merkmalen im Kennzeichen desselben gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Rastertunnelmikroskop gemäß der Auslegungsform nach Patentanspruch 1 liegen die beweglichen Blöcke und die piezoelektrischen Elemente nicht oberhalb der festen Blöcke, die an den vier Ecken der Grundplatte vorgesehen sind. Dadurch wird erreicht, daß oberhalb der vier Ecken der Grundplatte Räume vorhanden sind, über die der Elektronenstrahl des Rasterelektronenmikroskops die Probe erreichen kann und ein von der Probe abgegebener Sekundärelektronenstrahl abgetastet und detektiert werden kann. Daher sind die dem Tunnelmikroskop und dem Rasterelektronenmikroskop zugeordneten Bilder gleichzeitig erhältlich, wodurch sich eine genauere Probenuntersuchung vornehmen läßt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Gegenstands des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb der Sondenbewegungseinrichtung sind in den Ansprüchen 2 und 3 wiedergegeben.

Die bei dem erfindungsgemäßen Rastertunnelmikroskop, das in ein Rasterelektronenmikroskop eingebaut ist, nach Patentanspruch 4 vorgesehene Probenbewegungseinrichtung ist derart ausgelegt, daß der Probentisch in X- und Y- Richtung feineinstellbar ist. Wenn ein Rastertunnelmikroskop in ein Rasterelektronenmikroskop eingebaut ist, ist es nämlich erforderlich, daß eine Probe um eine beträchtliche Wegstrecke zum Auswechseln der Probe oder zu ähnlichen Zwecken bewegbar sein muß. Andererseits muß aber auch die Probe mittels Feineinstellung genau die zur Beobachtung bestimmte Position einnehmen. Diese Bewegungen werden unabhängig von einer Grobeinstellbewegung oder einer Feineinstellbewegung in die X-, Y- und Z-Richtungen vorgenommen. Die Grobeinstellung und die hierbei erforderliche Grobbewegung in X- und Y-Richtungen erfolgt dadurch, daß der Probentisch auf einer Probeneinstelleinrichtung des Rasterelektronenmikroskops angebracht ist. Die Grobeinstellung der Probe in Z-Richtung relativ zur Sonde des Rastertunnelmikroskops läßt sich jedoch nicht mit der Probeneinstelleinrichtung vornehmen, da die Sonde an dieser Einrichtung angebracht ist. Diese Einstellung des Probentisches in Z-Richtung sowie Feineinstellungen in X- und Y-Richtung werden durch gemäß dem Anspruch 4 ausgebildete Probenbewegungseinrichtung ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Rastertunnelmikroskops, das in ein Rasterelektronenmikroskop eingebaut ist, der im Patentanspruch 4 umrissenen Art sind in den Ansprüchen 5 und 6 wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Probenkammer eines Rasterelektronenmikroskops in Schnittansicht in der ein Rastertunnelmikroskop angeordnet ist,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Sondenbewegungseinrichtung, die im Rastertunnelmikroskop nach Fig. 1 vorgesehen ist,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Sondenbewegungseinrichtung,

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 3 zur Verdeutlichung der Sondenbewegungseinrichtung,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels der bekannten Sondenbewegungseinrichtung,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung eines beweglichen Körpers einer Probenbewegungs­ einrichtung, die in dem Mikroskop nach Fig. 1 vorgesehen ist,

Fig. 7 ein schematisches Schaltungsdiagramm für eine Steuereinrichtung zum Steuern der piezoelektri­ schen Elemente der Probenbewegungseinrichtung, und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung einer weiteren Ausbildungsform einer Probenbewe­ gungseinrichtung nach der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 hat ein Rasterelektronenmikro­ skop eine Probenkammer, in der sich ein Grundteil 10 be­ findet. Das Grundteil 10 ist innerhalb einer X-Y-Ebene be­ wegbar, die senkrecht zur Zeichenebene nach Fig. 1 ist und der Antrieb erfolgt mit Hilfe einer Sondenpositionier­ einstelleinrichtung, die aus zwei senkrecht zueinander an­ geordneten Vorschubspindeleinrichtungen 12 und 14 besteht. Auf dem Grundteil bzw. Basisteil 10 ist eine Probenbewegungs­ einrichtung 16 angebracht, die von einer zylindrischen Füh­ rung 18 und einem beweglichen Körper 20 gebildet wird, der in der Führung 18 aufgenommen ist. Piezoelektrische Klemm­ elemente 22 und 24 sind an einem stationären Teil eines Gestells des Elektronenmikroskops angebracht und derart an­ geordnet, daß sie die Führung 18 in irgendeiner gewünsch­ ten Position in der X-Y-Ebene festlegen. Ein Tisch 26 ist auf der Oberseite des beweglichen Körpers 20 vorgesehen, der eine Probe 28 darauf trägt.

Eine Sondenbewegungseinrichtung 30 ist an der oberen Fläche der Führung 18 zur Feineinstellung der Position einer Sonde 32 eines Rastertunnelmikroskops in X- und Y-Richtung sowie in Z-Richtung angebracht, die senkrecht zu den X- und Y-Richtungen ist. Die Einrichtung 30 wird von einer Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen gebil­ det, die individuell expandierbar und zusammenziehbar in den Richtungen X, Y und Z sind.

Die Sonde 32 befindet sich in einem Bereich, in dem ihre Spitze durch einen Elektronenstrahl 36 über eine Objektiv­ linse 34 des Rasterelektronenmikroskops bestrahlbar ist. Se­ kundärelektronen 38 werden von der Probe 28 durch den Elek­ tronenstrahl 36 freigesetzt und sie werden mit Hilfe eines Sekundärelektrodendetektors 40 des Rasterelektronenmikroskops de­ tektiert.

Wie in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt ist, umfaßt die Sonden­ bewegungseinrichtung 30 eine Basis 42, die im allgemeinen eine viereckige Form hat. Blöcke 44, 46, 48 und 50 sind je­ weils fest an einer der vier Ecken des Grundteils 42 an­ gebracht. X-Richtungsbewegungsblöcke 52 und 54 sind beweglich zwischen den festen Blöcken 44 und 50 und zwischen den festen Blöcken 46 und 48 jeweils angeordnet, die individuell X-Rich­ tungsseiten definieren. Der bewegliche Block 52 ist mit den festen Blöcken 44 und 50 mit Hilfe von jeweils X-richtungs­ piezoelektrischen Elementen X₁ und X₂ verbunden, die jeweils in X-Richtung expandier- und zusammenziehbar sind. In ähnli­ cher Weise ist der bewegliche Block 54 mit den festen Blöc­ ken 46 und 48 jeweils mit Hilfe von X-richtungspiezoelektri­ schen Elementen X₃ und X₄ verbunden, die in X-Richtung ex­ pandierbar und zusammenziehbar sind. Alle diese piezoelek­ trischen Elemente X₁ bis X₄ sind untereinander gleich und an ihnen liegt derselbe Spannungspegel an. Jedoch ist die an den piezoelektrischen Elementen X₁ und X₃ und die an den piezoelektrischen Elementen X₂ und X₄ anliegende Spannung, die jeweils den Elementen X₁ und X₃ benachbart sind, in entgegengesetzter Richtung polarisiert. Wenn daher die piezoelektrischen Elemente X₁ und X₃ expandiert werden, ihre zugeordneten piezoelektrischen Elemente X₂ und X₄ sich um dieselbe Größe zusammenziehen, wird bewirkt, daß sich die Blöcke 52 und 54 sich gleichzeitig um ein und die­ selbe Größe bewegen. Insbesondere dienen die piezoelektri­ schen Elemente X₁ bis X₄ als erste X-richtungspiezoelektri­ sche Elemente, die derart beschaffen und ausgelegt sind, daß sich die beweglichen Blöcke 52 und 54 in X-Richtung be­ wegen.

Y-Richtungsbewegungsblöcke 56 und 58, die jeweils in Y- Richtung bewegbar sind, sind zwischen den festen Blöcken 44 und 46 und zwischen den festen Blöcken 48 und 50 je­ weils angeordnet, die Y-Richtungsseiten definieren, die senkrecht zu den vorstehend genannten X-Richtungsseiten sind. Der bewegliche Block 56 ist mit den festen Blöcken 44 und 46 jeweils durch Y-richtungspiezoelektrische Ele­ mente Y₁ und Y₂ verbunden, die in Y-Richtung expandierbar und zusammenziehbar sind. Der andere bewegliche Block 58 ist mit den festen Blöcken 50 und 48 jeweils durch Y-rich­ tungspiezoelektrische Elemente Y₃ und Y₄ verbunden. Diese piezoelektrischen Elemente Y₁ bis Y₄ sind ähnlich wie X₁ bis X₄ untereinander gleich und an ihnen liegt der gleiche Spannungspegel abgesehen vom Unterschied der Polarität an, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit den piezoelektri­ schen Elementen X₁ bis X₄ erläutert worden ist. Wenn daher die piezoelektrischen Elemente Y₁ und Y₃ expandiert werden, ziehen sich ihre zugeordneten piezoelektrischen Elemente Y₂ und Y₄ um dieselbe Größe zusammen. Auf diese Weise die­ nen die piezoelektrischen Elemente Y₁ bis Y₄ als erste Y- richtungspiezoelektrische Elemente, die derart beschaffen und ausgelegt sind, daß sie die beweglichen Blöcke 56 und 58 gleichzeitig um dieselbe Bewegungsgröße in Y-Richtung bewegen.

Erste Z-richtungspiezoelektrische Elemente Z₁ und Z₂ sind jeweils an den X-Richtungsbewegungsblöcken 52 und 54 vor­ gesehen und sie sind jeweils in Z-Richtung expandierbar und zusammenziehbar, die senkrecht zu den Richtungen X und Y ist. Zweite Z-richtungspiezoelektrische Elemente Z₃ und Z₄ sind jeweils an den Y-Richtungsbewegungsblöcken 56 und 58 angebracht und sie sind jeweils in Z-Richtung expan­ dierbar und zusammenziehbar. Diese piezoelektrischen Ele­ mente Z₁ bis Z₄ sind identisch zueinander ausgebildet und an ihnen liegt dieselbe Spannung an und sie expandieren und ziehen sich in Z-Richtung unter denselben Bedingungen zu­ sammen, d. h. gleichzeitig und um dieselbe Größe.

An den Enden der ersten Z-richtungspiezoelektrischen Elemente Z₁ und Z₂ sind jeweils X-Z-Richtungsbewegungsblöcke 60 und 62 angebracht und an den Enden der zweiten Z-richtungspiezo­ elektrischen Elemente Z₃ und Z₄ sind jeweils Y-Z-Richtungs­ bewegungsblöcke 64 und 66 angebracht. Bei dieser Auslegung sind die beweglichen Blöcke 60 und 62 und die beweglichen Blöcke 64 und 66 jeweils auf den beweglichen Blöcken 52 und 54 und den beweglichen Blöcken 56 und 58 gelagert und sie werden jeweils durch die ersten Z-richtungspiezoelektrischen Elemente Z₁ und Z₂ und die zweiten Z-richtungspiezoelektri­ schen Elemente Z₃ und Z₄ unter denselben Bedingungen in Z- Richtung bewegt.

Ein Mittelblock 68 ist zwischen den gegenüberliegenden X-Z- Richtungsbewegungsblöcken 60 und 62 und zwischen den gegen­ überliegenden Y-Z-Richtungsbewegungsblöcken 64 und 66 vor­ gesehen. Der Mittelblock 68 ist mit den beweglichen Blöcken 64 und 66 jeweils durch die zweiten X-richtungspiezoelektri­ schen Elemente X₅ und X₆ verbunden, die jeweils in X-Rich­ tung verformbar sind und mit den beweglichen Blöcken 60 und 62 jeweils durch die zweiten Y-richtungspiezoelektrischen Elemente Y₅ und Y₆ verbunden, die in Y-Richtung verformbar sind. Die zweiten X-richtungspiezoelektrischen Elemente X₅ und X₆ sind hinsichtlich des Aufbaus übereinstimmend mit den ersten piezoelektrischen Elementen X₁ und X₂ und X₃ und X₄ ausgelegt. Insbesondere sind die piezoelektri­ schen Elemente X₅ und X₆ untereinander gleich. An dem Ele­ ment X₅ liegt dieselbe Spannung wie an den Elementen X₁ und X₃ an und an dem Element X₆ liegt eine Spannung an, die hinsichtlich des Pegels die gleiche wie jene Spannung ist, die an dem Element X₅ anliegt, die aber die entgegen­ gesetzte Polarität hat. Die zweiten Y-richtungspiezoelektri­ schen Elemente Y₅ und Y₆ sind auf dieselbe Weise wie die ersten piezoelektrischen Elemente Y₁ und Y₂ sowie jeweils die Elemente Y₃ und Y₄ ausgelegt. Bei dieser Auslegung wird der Mittelblock 68 in X-Richtung unter denselben Be­ dingungen wie die X-Richtungsbewegungsblöcke 52 und 54 be­ wegt und in Y-Richtung in derselben Richtung wie die Y-Rich­ tungsbewegungsblöcke 56 und 58 bewegt. Ein piezoelektrisches Steuerelement Z₀, das in Z-Richtung expandierbar und zusammen­ ziehbar ist, ist an dem Mittelblock 68 angebracht. Die Sonde 32 ist mittels eines Halters 70 festgehalten, der an dem Ende des piezoelektrischen Steuerelementes Z₀ angebracht ist. Die Basis 42 ist in einer Öffnung 72 zur Aufnahme des Tisches 26 versehen, auf die den Pro­ be 28 gelegt ist.

Wenn bei der Sondenbewegungseinrichtung 30, die den vor­ stehend genannten Aufbau hat, eine vorbestimmte Spannung an die ersten und zweiten Z-richtungspiezoelektrischen Ele­ mente Z₁ bis Z₄ angelegt wird, verformen sich die Elemente Z₁ bis Z₄ jeweils um eine vorbestimmte Größe und sie bewegen ihrerseits die X-Z-Richtungsbewegungsblöcke 60 und 62 und die Y-Z-Richtungsbewegungsblöcke 64 und 66 in Z-Richtung um dieselbe Bewegungsgröße. Eine solche Bewegung in Z-Richtung hat daher keinen Einfluß auf die X- und Y-richtungspiezoelek­ trischen Elemente, d. h. die zweiten X-piezoelektrischen Ele­ mente X₅ und X₆ und die zweiten Y-richtungspiezoelektrischen Elemente Y₅ und Y₆ werden parallel zu den ersten X-rich­ tungspiezoelektrischen Elementen X₁ bis X₄ und den ersten Y-richtungspiezoelektrischen Elementen Y₁ bis Y₄ jeweils gehalten. Als Folge hiervon wird der Mittelblock 68 in Z- Richtung zusammen mit den X-Z-Richtungsbewegungsblöcken 60 und 62 und den Y-Z-Richtungsbewegungsblöcken 64 und 66 be­ wegt, so daß die Position der Sonde 32 in Z-Richtung, d. h. in Richtung der Höhe, verändert wird.

Wenn man annimmt, daß eine vorbestimmte Spannung an den er­ sten und zweiten X-piezoelektrischen Elementen X₁ bis X₆ anliegt und die Sonde 32 in einer gewünschten Höhe wie vor­ stehend angegeben, gehalten wird, und dann die piezoelek­ trischen Elemente X₁, X₃ und X₅ beispielsweise um eine vor­ bestimmte Größe expandiert werden und die anderen piezoelek­ trischen Elemente X₂, X₄ und X₆ sich um dieselbe Größe zu­ sammenziehen, so wird bewirkt, daß hierbei die X-Richtungs­ bewegungsblöcke 52 und 54 und der Mittelblock 68 um dieselbe Größe in X-Richtung bewegt werden. Die X-Z-Richtungsbewegungs­ blöcke 60 und 62 werden ebenfalls der Bewegung der bewegli­ chen Blöcke 52 und 54 jeweils folgend bewegt. Hierdurch wer­ den die Y- und Z-Richtungen in keiner Weise beeinflußt. Auf diese Weise wird die Sonde 32 um eine vorbestimmte Größe in X-Richtung bewegt. Wenn in ähnlicher Weise eine vorbestimmte Spannung an den ersten und zweiten Y-richtungspiezoelektri­ schen Elementen Y₁ bis Y₆ anliegt, wird die Sonde 32 in Y- Richtung um einen vorbestimmten Betrag bewegt.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß die Sonde 32 die X-Y- Ebene dadurch abtasten kann, daß in entsprechender Weise die Spannung variiert wird, die an den X-richtungspiezoelektri­ schen Elementen X₁ bis X₆ anliegt und jene, die an den Y- richtungspiezoelektrischen Elementen Y₁ bis Y₆ anliegt.

Die Sondenbewegungseinrichtung 30 der vorstehend gezeig­ ten und beschriebenen Art kann kleiner als 2,5 cm an je­ der Seite ausgelegt sein, wenn der Abtastbereich in der Größenordnung von 1 Mikrometer ist und sich um 1 Mikrome­ ter ändert. Daher ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, die Einrichtung 30 so ausreichend klein, daß sie in der Proben­ kammer des Rasterelektronenmikroskops aufgenommen werden kann. Die Blöcke 44 bis 68 und das Grundteil 42 können je­ weils aus Aluminium oder einer ähnlichen Leichtmetallegie­ rung hergestellt sein, um das Gesamtgewicht der Einrichtung 30 zu reduzieren und daher die spezifische Schwingungsfre­ quenz auf bis zu etwa 20 kHz zu erhöhen. Eine derartig hohe spezifische Schwingungsfrequenz der Einrichtung 30 würde ermöglichen, daß eine Antioszillationseinrichtung des Rasterelek­ tronenmikroskops den Einfluß von extern einwirkenden Vibra­ tionen unterdrücken kann, ohne daß eine gesonderte Einrich­ tung hierfür vorgesehen sein muß. Da ferner die Probenkammer des Rasterelektronenmikroskops evakuiert ist, kann durch Anordnen der Einrichtung 30 in der Probenkammer der Wärmeeinfluß der Sonde 32 effektiv eliminiert werden.

Das Grundteil der Sondenbewegungseinrichtung 30 ist an der Oberseite der zylindrischen Führung 18 der Probenbewegungs­ einrichtung 16 angebracht. Die Auslegung ist derart getrof­ fen, daß der Elektronenstrahl 36, der von der Objektivlinse 34 des Rasterelektronenmikroskops kommt, auf die Oberfläche der Probe 28 in der Nähe der Spitze der Sonde 32, von oben her von den festen Blöcken 44 bis 50 der Einrichtung 30 gesehen, auftrifft und in irgendeinen der Räume geht, die zwischen den zweiten X-richtungspiezoelektrischen Elementen X₅ und X₆ und den zweiten Y-richtungspiezoelektrischen Elementen Y₅ und Y₆ definiert werden und zwar derart, daß die Sekundär­ elektronen 38, die von der Probe 28 freigesetzt werden, den Sekundärelektronendetektor 40 über den Raum erreichen, der dem vorstehend genannten Raum gegenüberliegt. Diese Räume sind fest vorbestimmt, da die X-richtungspiezoelektrischen Elemente X₅ und X₆ und die Y-richtungspiezoelektrischen Ele­ mente Y₅ und Y₆ kreuzweise einfach miteinander verknüpft sind.

Im Gegensatz hierzu, wie in Fig. 5 gezeigt ist, enthält die aus der erstgenannten Literaturstelle bekannte Sondenbewegungseinrichtung sechs X-richtungs­ piezoelektrische Elemente X′₁ bis X′₆ und sechs Y-rich­ tungspiezoelektrische Elemente Y′₁ bis Y′₆, die in Gitter­ konfiguration angeordnet sind. Eine Sonde 32′ ist auf einem Mittelblock 68′ unter Zwischenlage eines Z-richtungssteuer­ piezoelektrischen Elementes Z′₀ gelagert. Die gesamte An­ ordnung wird durch vier Z-richtungspiezoelektrische Elemente Z′₁ bis Z′₄ gestützt. Bei einer solchen Auslegung sind Räume für die Ausbreitung eines Elektronenstrahls von einem Rasterelek­ tronenmikroskop und für die Ausbreitung der Sekundärelektro­ nen von einer Probe nicht verfügbar.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Führung 18 der Proben­ bewegungseinrichtung 16 fest mit dem Grundteil 10 verbunden. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, enthält der bewegliche Körper 20, der in der Führung 18 untergebracht ist, eine obere Klemmeinrichtung 74 und eine untere Klemmeinrichtung 76, die jeweils eine scheibenähnliche Auslegung haben. Auf der oberen Klemmeinrichtung 74 erstrecken sich erste piezoelek­ trische Elemente X₁₁ und X₁₂ von den gegenüberliegenden Sei­ ten in X-Richtung weg und zweite piezoelektrische Elemente Y₁₁ und Y₁₂ erstrecken sich von den gegenüberliegenden Sei­ ten in Y-Richtung weg. Die ersten piezoelektrischen Elemente X₁₁ und X₁₂ sind in Gegenrichtung zueinander auf einer Linie expandierbar und zusammenziehbar, die in X-Richtung verläuft, während die zweiten piezoelektrischen Elemente Y₁₁ und Y₁₂ in Gegenrichtung zueinander auf einer Linie verformbar sind, die in Y-Richtung verläuft. An der unteren Klemmeinrichtung 76 sind dritte piezoelektrische Elemente X₁₃ und X₁₄ ange­ bracht, die ähnlich den piezoelektrischen Elementen X₁₁ und X₁₂ ausgelegt sind und vierte piezoelektrische Elemente Y₁₃ und Y₁₄, die ähnlich wie die piezoelektrischen Elemente Y₁₁ und Y₁₂ ausgelegt sind.

Wenn bei der vorstehend beschriebenen Auslegungsform die ersten und zweiten piezoelektrischen Elemente X₁₁ und X₁₂ und Y₁₁ und Y₁₂ expandiert werden, werden sie gegen den Innenumfang der Führung 18 gedrückt, um die obere Klemm­ einrichtung 74 an der Führung 18 festzulegen. Wenn in ähn­ licher Weise die dritten und vierten piezoelektrischen Ele­ mente X₁₃ und X₁₄ und Y₁₃ und Y₁₄ expandiert werden, werden sie gegen den Innenumfang der Führung 18 gedrückt, um die untere Klemmeinrichtung 76 fest mit der Führung 18 zu ver­ binden. Wenn alle piezoelektrischen Elemente X₁₁ bis X₁₄ und Y₁₁ bis Y₁₄ sich zusammenziehen, können sich die Klemm­ einrichtungen 74 und 76 frei nach oben und unten relativ zur Führung 18 bewegen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 ist eine Steuereinrichtung zum Anlegen einer Spannung an die piezoelektrischen Elemente X₁₁ bis X₁₄ und Y₁₁ bis Y₁₄ in Form einer schematischen Schal­ tung gezeigt. Wie gezeigt ist, liegt ein Potential von +V über einen Schalter S_{x 1} an dem positiven Anschluß des ersten piezoelektrischen Elementes X₁₁ an, während zugleich ein Potential von -V über einen Schalter S_{x 2} an dem negativen Anschluß des anderen ersten piezoelektrischen Elementes X₁₂ anliegt. Ein Feineinstellungsbewegungssteuerpotential ΔV_x liegt an dem negativen Anschluß des piezoelektrischen Elemen­ tes X₁₁ an und an dem positiven Anschluß des piezoelektrischen Elementes X₁₂. Das Steuerpotential ΔV_x ist innerhalb eines vorbestimmten Bereiches variabel, dessen Mittelwert Null ist. Somit liegen Spannungen V - ΔV_x und V + ΔV_x an den piezo­ elektrischen Elementen X₁₁ und X₁₂ jeweils an.

Die zweiten piezoelektrischen Elemente Y₁₁ und Y₁₂, die dritten piezoelektrischen Elemente X₁₃ und X₁₄ und die vier­ ten piezoelektrischen Elemente Y₁₃ und Y₁₄ sind auf dieselbe Weise wie die piezoelektrischen Elemente X₁₁ und X₁₂ ge­ schaltet. Das gleiche Feineinstellungsbewegungssteuerpoten­ tial ΔV_x, wie an den piezoelektrischen Elementen X₁₁ und X₁₂ liegt an den piezoelektrischen Elementen X₁₃ und X₁₄ an.

Ein Feineinstellungsbewegungssteuerpotential ΔV_y, das an den piezoelektrischen Elementen Y₁₁ und Y₁₂ anliegt, liegt an den piezoelektrischen Elementen Y₁₃ und Y₁₄ ebenfalls an. Ferner werden die Schalter S_{y 1} und S_{y 2}, die den piezoelektrischen Elementen Y₁₁ und Y₁₂ zugeord­ net sind, jeweils durch ein und dasselbe Steuersignal u₁ geöffnet und geschlossen und zwar wie jenes, das die Schalter S_{x 1} und S_{x 2} öffnet und schließt. Die Schalter S_{x 3} und S_{x 4}, die den jeweiligen piezoelektrischen Elemen­ ten X₁₃ und X₁₄ zugeordnet sind und die Schalter S_{y 3} und S_{y 4}, die den piezoelektrischen Elementen Y₁₃ und Y₁₄ je­ weils zugeordnet sind, werden mit ein und demselben Steuer­ signal u₂ geöffnet und geschlossen.

Wie in den Fig. 1 und 6 gezeigt ist, sind die obere Klemmeinrichtung 74 und die untere Klemmeinrichtung 76 mit­ einander durch ein fünftes piezoelektrisches Element Z₁₁ verbunden, das in Z-Richtung verformbar ist. Eine Steuer­ spannung von der Steuereinrichtung wird an das piezoelek­ trische Element Z₁₁ zu einer vorgegebenen Zeit relativ zu einem Zeitpunkt der Spannungsanlegung an die piezoelektri­ schen Elemente X₁₁, X₁₂, Y₁₁ und Y₁₂ oder jener der Span­ nungsanlegung an die piezoelektrischen Elemente X₁₃, X₁₄, Y₁₃ und Y₁₄ angelegt.

Der Tisch 26 für die Auflage der Probe 28 ist an der Oberseite der oberen Klemmeinrichtung 74 vorgesehen. Beim Arbeiten zum Betrachten der Probe 28 wird die Probe auf den Schlitten 26 gelegt, wobei der be­ wegliche Körper 20 der Probenbewegungseinrichtung 16 abge­ senkt wird. Dann werden die Schalter S_{x 1}, S_{x 2}, S_{y 1} und S_{y 2} geöffnet und die Schalter S_{x 3}, S_{x 4}, S_{y 3} und S_{y 4} werden ge­ schlossen. Zu diesem Zeitpunkt werden beide Feineinstellungs­ bewegungssteuerpotentiale ΔV_x und ΔV_y zu Null gemacht. So­ mit ziehen sich die ersten und zweiten piezoelektrischen Elemente X₁₁, X₁₂, Y₁₁ und Y₁₂ zusammen, während zugleich die dritten und vierten piezoelektrischen Elemente X₁₃, X₁₄, Y₁₃ und Y₁₄ expandiert werden. Als Folge hiervon läßt sich die obere Klemmeinrichtung 74 frei bewegen und die untere Klemmeinrichtung 76 ist an der Führung 18 festge­ legt. Dann wird eine Spannung an das fünfte piezoelektri­ sche Element Z₁₁ angelegt, das sich dann expandiert, um die obere Klemmeinrichtung 74 anzuheben. Im Anschluß daran werden die Schalter S_{x 1}, S_{x 2}, S_{y 1} und S_{y 2} geschlossen, wäh­ rend zugleich die Schalter S_{x 3}, S_{x 4}, S_{y 3} und S_{y 4} geöffnet werden. Hierdurch wird bewirkt, daß sich die ersten und zweiten piezoelektrischen Elemente X₁₁, X₁₂, Y₁₁ und Y₁₂ expandieren, so daß die obere Klemmeinrichtung 74 an der Führung 18 festgelegt ist, während bewirkt wird, daß die dritten und vierten piezoelektrischen Elemente X₁₃, X₁₄, Y₁₃ und Y₁₄ sich zusammenziehen, um zu erreichen, daß die untere Klemmeinrichtung 76 frei bewegbar ist. Unter diesen Umständen wird die an das piezoelektrische Element Z₁₁ an­ gelegte Spannung unterbrochen, wodurch sich das Element Z₁₁ zusammenzieht, um die untere Klemmeinrichtung 76 anzuheben. Dann wird die untere Klemmeinrichtung 76 an der Führung 18 wiederum festgelegt, und zugleich wird die obere Klemmein­ richtung 74 freigegeben. Im Anschluß daran expandiert sich das piezoelektrische Element Z₁₁, um die obere Klemmeinrich­ tung 74 wieder anzuheben.

Der vorstehend genannte Ablauf wird wiederholt, um sequen­ tiell den Tisch 26 und somit die Probe 28 in Richtung der Sonde 32 zu heben. Die an dem piezoelektrischen Ele­ ment Z₁₁ angelegte Spannung ist beispielsweise niedrig, damit sie zum anderen die Expansions- oder Kontraktions­ größe des Elementes Z₁₁ klein halten kann, um eine Feinein­ stellung zu bewirken.

Wenn die Oberfläche der Probe 28 eine Position erreicht, an der sie durch das Rasterelektronenmikroskop beobachtet werden kann, werden alle piezoelektrischen Elemente X₁₁ bis X₁₄ und Y₁₁ bis Y₁₄ expandiert, um die obere und untere Klemmeinrichtung 74 und 76 jeweils an der Führung 18 fest­ zulegen. Die Probe 28 kann dann durch das Rasterelektronenmikro­ skop betrachtet werden.

Um die Betrachtungsposition der Probe 28 zu verändern, wird das Grundteil 10 des Rasterelektronenmikroskops in der X-Y- Ebene bewegt, um den Schlitten 26 in dieser Ebene zu bewe­ gen.

Wenn es erwünscht ist, die Probe 28 während der Betrachtung zu verstellen, wird das Grundteil 10 derart positio­ niert, daß der Teil der zu betrachtenden Probe 28 im wesent­ lichen mit der Spitze der Sonde 32 fluchtet und dann werden die zur Klemmung dienenden piezoelektrischen Elemente 22 und 24 betätigt, um die Führung 18 an Ort und Stelle festzu­ legen. Im Anschluß daran wird die Steuerspannung ΔV_x, die an den ersten und dritten piezoelektrischen Elementen X₁₁ bis X₁₄ anliegt und die Steuerspannung ΔV_y, die an den zwei­ ten und vierten piezoelektrischen Elementen Y₁₁ bis Y₁₄ an­ liegt, in entsprechender Weise geändert, so daß sich die ersten und dritten piezoelektrischen Elemente X₁₁ und X₁₃ und die anderen ersten und dritten piezoelektrischen Ele­ mente X₁₂ und X₁₃ um unterschiedliche Beträge zueinander ex­ pandieren. Anschließend werden die zweiten und vierten piezo­ elektrischen Elemente Y₁₁ und Y₁₃ und die anderen zweiten und vierten piezoelektrischen Elemente Y₁₂ und Y₁₄ in ent­ sprechender Weise beaufschlagt. Als Folge hiervon wird der Tisch 26 unter Ausführung einer Feineinstellbewegung in der X-Y-Ebene bewegt, wobei die oberen und unteren Klemm­ einrichtungen 74 und 76 an der Führung 18 festgelegt sind. Auf diese Weise kann ein spezieller Teil der Probe 28, der zu vergrößern ist, genau an der Spitze der Sonde 32 positio­ niert werden.

Unter den vorstehend genannten Bedingungen liegt ein Vor­ belastungsstrom an der Sonde 32 und der Probe 28 an, um zu bewirken, daß ein Tunnelstrom zwischen diesen fließt. Dann wird eine Spannung an die Z-richtungspiezoelektrischen Elemente Z₁ bis Z₄ der Sondenbewegungseinrichtung 30 ange­ legt, um die Position der Sonde 32 in Z-Richtung derart fein­ einzustellen, daß der Tunnelstrom sich auf einem vorbestimm­ ten Wert einpendelt. Anschließend wird die Sonde 32 in der X-Y-Ebene bewegt, wobei ihre Position zu diesem Zeitpunkt als Mittelpunkt verwendet wird, um hierbei die Oberfläche der Probe 28 abzutasten. Dies wird dadurch bewirkt, daß ent­ sprechende Abtastspannungen an die X-richtungspiezoelektri­ schen Elemente X₁ bis X₆ und die Y-richtungspiezoelektrischen Elemente Y₁ bis Y₆ der Sondenbewegungseinrichtung 30 ange­ legt werden. Während des Abtastvorganges wird eine Steuer­ spannung an das piezoelektrische Steuerelement Z₀ angelegt, so daß der zwischen der Sonde 32 und der Probe 28 fließende Tunnelstrom konstant bleibt. Wenn diese Steuerspannung und die Abtastspannungen, die an den piezoelektrischen Elementen X₁ bis X₆ und Y₁ bis Y₆ angelegt sind, mit Hilfe eines geeig­ neten Bildprozessors verarbeitet werden, der nicht gezeigt ist, läßt sich ein durch das Tunnelmikroskop betrachtetes Bild erzeugen.

Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann dieselbe Posi­ tion derselben Probe sowohl durch ein Rasterelektronenmi­ kroskop als auch durch ein Rastertunnelmikroskop betrachtet werden. Die in den Fig. 1 und 6 gezeigte Probenbewegungs­ einrichtung 16 ist vorteilhaft dahingehend, daß der Tisch 26 in Z-Richtung über eine beträchtliche Strecke beweg­ bar ist, die der Länge der Führung 18 entspricht und daß die Position der Probe 28 in Z-Richtung in einem solchen Ausmaß steuerbar ist, daß ein Tunnelstrom zwischen der Sonde 32 und der Probe 28 fließt, d. h, daß eine Erfassung in Größen­ ordnung von Nanometer möglich ist. Die Position der Probe 28 in X-Richtung und Y-Richtung ist ebenfalls fein regelbar in der Größenordnung von Nanometer. Da ferner die Führung 18 zylindrisch ist und die oberen und unteren Klemmeinrich­ tungen 74 und 76 scheibenförmig sind, können sie mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden, um eine genaue Positions­ steuerung zu ermöglichen. Da ferner die zylindrische Füh­ rung 18 in dem beweglichen Körper 20 aufgenommen ist, läßt sich die Gesamtauslegung der Einrichtung 16 mit kleinen Bau­ abmessungen ausbilden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird eine alternative Ausle­ gungsform der Probenbewegungseinrichtung gezeigt. In Fig. 8 weist die Probenbewegungseinrichtung 80 eine säulen­ förmige Führung 82 und eine ringförmige obere Klemmeinrich­ tung 84 sowie eine ringförmige untere Klemmeinrichtung 86 auf, die jeweils die Führung 82 umgeben. Zwei erste piezo­ elektrische Elemente X₂₁ und X₂₂ stehen von dem inneren Um­ fang der oberen Klemmeinrichtung 84 auf einer Linie vor, die in X-Richtung verläuft. In ähnlicher Weise stehen zwei zweite piezoelektrische Elemente Y₂₁ und Y₂₂ von dem inneren Umfang der oberen Klemmeinrichtung 84 auf einer Linie vor, die in Y-Richtung geht. Diese piezoelektrischen Elemente X₂₁, X₂₂, Y₂₁ und Y₂₂ sind gleichzeitig in Richtung auf die Füh­ rung 82 und von dieser weg verformbar, die sich in der Mitte befindet. Insbesondere wenn diese sich expandieren, werden diese an der Führung 82 festgelegt und wenn sie sich zusammen­ ziehen, werden sie von der Führung 82 gelöst, so daß sie frei bewegbar sind. An der unteren Klemmeinrichtung 86 sind dritte piezoelektrische Elemente X₂₃ und X₂₄ vorgesehen, die ähnlich wie die piezoelektrischen Elemente X₂₁ und X₂₂ ausgelegt sind und ferner sind vierte piezoelektrische Ele­ mente Y₂₃ und Y₂₄ vorgesehen, die ähnlich den piezoelektri­ schen Elementen Y₂₁ und Y₂₂ ausgelegt sind. Die oberen und unteren Klemmeinrichtungen 84 und 86 sind jeweils über eine Mehrzahl von (bei dieser Ausbildungsform zwei) fünften piezo­ elektrischen Elementen Z₂₁ und Z₂₂ verbunden, die in Z-Rich­ tung verformbar sind.

Die untere Klemmeinrichtung 86 ist fest mit dem Grund­ teil 10 verbunden. Die Führung 82 ist bewegbar und hat eine obere Fläche, die als Schlitten 26 dient. Der rest­ liche Teil der Auslegungsform entspricht im wesentlichen der Auslegungsform nach den Fig. 1, 6 und 7, abgesehen davon, daß bei der Auslegung nach Fig. 8 die Sondenbewe­ gungseinrichtung 30 von der Basis 10 mittels eines Trägers gestützt ist, der hängend an der Führung 82 angebracht ist.

Bei der Probenbewegungseinrichtung 80 ziehen sich die piezoelektrischen Elemente X₂₁, X₂₂, Y₂₁ und Y₂₂ an der oberen Klemmeinrichtung 84 zusammen, um die Klemmeinrich­ tung 84 freizugeben und zugleich expandieren sich die piezo­ elektrischen Elemente X₂₃, X₂₄, Y₂₃ und Y₂₄ an der unteren Klemmeinrichtung 86, um die Klemmeinrichtung 86 an der Füh­ rung 82 festzulegen. Dann ziehen sich die piezoelektrischen Elemente Z₂₁ und Z₂₂ zusammen, so daß die obere Klemmein­ richtung 82 abgesenkt wird, wobei die Führung 82 unbeweg­ lich bleibt. Im Anschluß daran wird die obere Klemmeinrich­ tung 84 an der Führung 82 festgelegt, während zugleich die untere Klemmeinrichtung 86 von der Führung 82 freikommt. Im Anschluß daran expandieren sich die piezoelektrischen Elemente Z₂₁ und Z₂₂, um die obere Klemmeinrichtung 84 und hierdurch die Führung 82 anzuheben. Der vorstehend beschrie­ bene Arbeitsablauf wird wiederholt, um den Tisch 26 um einen beträchtlichen Betrag zu heben, wie bei den Ausbil­ dungsformen nach den Fig. 1 und 6. Die an die piezoelek­ trischen Elemente Z₂₁ und Z₂₂ angelegte Spannung ist zur Feineinstellung der Position des Tisches 26 in Z-Rich­ tung steuerbar. Wenn man ferner unterschiedliche Spannungen an die X-richtungspiezoelektrischen Elemente X₂₁ und X₂₂ und die piezoelektrischen Elemente X₂₂ und X₂₄ und unter­ schiedliche Spannungen an die Y-richtungspiezoelektrischen Elemente Y₂₁ und Y₂₃ und die piezoelektrischen Elemente Y₂₂ und Y₂₄ anlegt, so kann man die Position des Tisches 26 in den X- und Y-Richtungen fein einstellen.

Die Probenbewegungseinrichtung 80 der vorstehend be­ schriebenen Art macht es überflüssig, die Führung 82 mit einer beträchtlichen Länge an der Basis 10 festzu­ legen, so daß man eine Verminderung des Gewichts ober­ halb der Grundplatte erhält. Hierdurch läßt sich in effektiver Weise der begrenzte zur Verfügung stehende Raum in der Probenkammer eines Rasterelektronenmikroskops ausnutzen. Da die Klemmeinrichtungen 84 und 86 und die piezoelektri­ schen Elemente X₂₁ bis X₂₄, Y₂₁ bis Y₂₄ und Z₂₁ und Z₂₂ von dem Grundteil 10 getragen werden, läßt sich das Verhältnis der Freiheit hinsichtlich der Auslegung und unter Berück­ sichtigung des Gewichts verbessern. Die Führung 82 kann aus Aluminium oder einer ähnlichen Leichtmetallegierung be­ stehen, um eine gleichförmige Bewegung zu erzielen und hier­ durch eine Genauigkeit bei der Positionssteuerung zu ermög­ lichen.

Bei der Ausbildungsform nach den Fig. 1 und 6, bei der die Klemmeinrichtungen 74 und 76 in der Führung 18 aufgenommen sind, kann eine solche Auslegung getroffen wer­ den, daß die Führung 18 bewegbar ist, die untere Klemmein­ richtung 76 an der Grundplatte festgelegt ist und der Tisch 26 auf der Führung 18 vorgesehen ist, wie dies bei der Ausbil­ dungsform nach Fig. 8 der Fall ist. Umgekehrt kann bei der Ausbildungsform nach Fig. 8, bei der die Führung 82 in den Klemmeinrichtungen 84 und 86 aufgenommen ist, die Führung 82 fest mit der Grundplatte 10 verbunden sein, wobei sich die Klemm­ einrichtungen 84 und 86 längs der Führung 82 bewegen, wie dies bei der Ausbildungsform nach den Fig. 1 und 6 der Fall ist.

Claims (8)

1. Rastertunnelmikroskop, das in ein Rasterelektronen­ mikroskop eingebaut ist, mit

• - einem Tisch (26), der in einer Probenkammer des Rasterelektronenmikroskops zur Aufnahme einer Probe (28) aufgenommen ist,
• - einer Sonde (32) in der Nähe einer Oberfläche der auf dem Tisch angeordneten Probe (28) zur Registrierung eines Tunnelstroms, der zwischen der Oberfläche der Probe (28) und der Sonde (32) fließt,
• - einer Sondenbewegungseinrichtung (30) zur Feinbewegung der Sonde (32) in einer X-Y-Ebene, die im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Probe (28) ist, sowie in eine Z-Richtung, die senkrecht zur X-Y-Ebene,
• - einem Bildprozessor zur Bildverarbeitung mittels eines Steuersignals für die Sondenbewegungseinrichtung (30), und zur Bilderzeugung mittels eines Signals, das von einem von einer Objektivlinse (34) des Rasterelektro­ nenmikroskops kommenden Elektronenstrahl (36) erzeugt wird, durch den der der Spitze der Sonde (32) zuge­ wandte Bereich der Oberfläche der Probe (28) be­ strahlt wird, und
• - einer Probenbewegungseinrichtung (12; 14, 16) des Rasterelektronenmikroskops zum Bewegen des Tisches (26) in der X-Y-Ebene und der Z-Richtung,
• - bei dem die Sondenbewegungseinrichtung vier unbewegliche Blöcke (44, 46, 48, 50), die jeweils fest mit einer Basis (42) an einer der vier Ecken eines Vierecks verbunden sind, das in X-Richtung und Y-Richtung verlaufende Seiten hat, X- Richtungsbewegungsblöcken (52, 54), die mittels X-richtungspiezoelektrischen Elementen (X₁, X₂; X₃, X₄) bewegbar sind, Y- Richtungsbewegungsblöcke (56, 58), die mittels Y-richtungspiezoelektrischen Elementen (Y₁, Y₂, Y₃, Y₄) bewegbar sind, und einen Mittelblock (68) aufweist, der die Sonde (32) trägt,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Sondenbewegungseinrichtung so aufgebaut ist, daß die X-Richtungsbewegungsblöcke (52, 54) jeweils an einer der zugeordneten X-Richtungsseiten zwischen den unbeweglichen Blöcken (44, 46, 48, 50) vorgesehen sind und mittels jeweils zwei in X-Richtung expandier- und zusammenziehbaren X- richtungspiezoelektrischen Element (X₁, X₂, X₃, X₄) mit den unbeweglichen Blöcken verbunden sind,
daß die Y-Richtungsbewegungsblöcke (56, 58) jeweils an einer der zugeordneten Y-Richtungsseiten zwischen den unbeweglichen Blöcken (44, 46, 48, 50) vorgesehen sind und mittels jeweils zwei in Y-Richtung expandier- und zusammenziehbaren Y-richtungspiezoelektrischen Elementen (Y₁, Y₂, Y₃, Y₄) mit den unbeweglichen Blöcken verbunden sind,
daß X-Z-Richtungsbewegungsblock (60, 62) vorgesehen sind, die jeweils von dem zugeordneten X- Richtungsbewegungsblöcken (52, 54) mittels ersten Z-richtungspiezoelektrischen Elementen (Z₁, Z₂) in Z-Richtung bewegbar getragen sind, die in Z- Richtung expandier- und zusammenziehbar sind,
daß wenigstens Y-Z-Richtungsbewegungsblöcke (64, 66) vorgesehen sind, die jeweils von dem zugeordneten Y- Richtungsbewegungsblöcken (56, 58) mittels zweiter Z-richtungspiezoelektrischen Elementen (Z₃, Z₄) in Z-Richtung bewegbar getragen sind, die unter denselben Bedingungen wie die erste Z- richtungspiezoelektrische Elemente (Z₁, Z₂) in Z- Richtung expandier- und zusammenziehbar sind,
daß der Mittelblock (68) mit den Z-Y- Richtungsbewegungsblöcken (64, 66) durch zweite zweite X-richtungspiezoelektrische Elemente (X₅, X₆) verbunden sind, die in X-Richtung unter denselben Bedingungen wie die ersten X- richtungspiezoelektrischen Elemente expandier- und zusammenziehbar sind, und mit den X-Z-Bewegungsblöcken (60, 62) durch zwei zweite Y- richtungspiezoelektrische Elemente (Y₅, Y₆) verbunden sind, die in Y-Richtung unter denselben Bedingungen wie die ersten Y-richtungspiezoelektrischen Elemente expandierbar und zusammenziehbar sind.

2. Rastertunnelmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (32) an dem Mittelblock (68) mittels eines steuerbaren piezoelektrischen Elements (Z₀) angebracht ist, das in Z-Richtung expandier- und zusammenziehbar ist, und daß mittels der an den steuerbaren Z-richtungspiezoelektrischen Elementen anliegenden Steuerspannung (ΔV_z) der Abstand zwischen der Sonde (32) und der Oberfläche der Probe (28) einstellbar ist.

3. Verfahren zum Betrieb einer Sondenbewegungseinrichtung eines Rastertunnelmikroskops nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den X- richtungs- und Y-richtungspiezoelektrischen Elementen (X₁, X₂, X₃, X₄, X₅, X₆; Y₁, Y₂, Y₃, Y₄, Y₅, Y₆) jeweils die auf einer Seite des Mittelblocks (68) angeordneten piezoelektrischen Elemente sich zusammenziehen, während die auf der anderen Seite des Mittelblocks (68) angeordneten piezoelektrischen Elemente um dieselbe Größe expandieren.

4. Rastertunnelmikroskop, das in ein Rasterelektronen­ mikroskop eingebaut ist, mit

• - einem Tisch (26), der in einer Probenkammer des Rasterelektronenmikroskops zur Aufnahme einer Probe (28) aufgenommen ist,
• - einer Sonde (32) in der Nähe einer Oberfläche der auf dem Tisch (26) angeordneten Probe (28) zur Registrierung eines Tunnelstroms, der zwischen der Oberfläche der Probe (28) und der Sonde (32) fließt,
• - einer Sondenbewegungseinrichtung (30) zur Feinbewegung der Sonde (32) in einer X-Y-Ebene, die im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Probe (28) ist, sowie in eine Z-Richtung senkrecht zur X-Y-Ebene,
• - einem Bildprozessor zur Bilderzeugung mittels eines Steuersignals für die Sondenbewegungseinrichtung (30) und zur Bilderzeugung mittels eines Signals, das von einem von einer Objektivlinse (34) des Rasterelektro­ nenmikroskops kommenden Elektronenstrahl (36) erzeugt wird, durch den der der Spitze der Sonde (32) zuge­ wandte Bereich der Oberfläche der Probe (28) be­ strahlt wird, und
• - einer Probenbewegungseinrichtung (12, 14, 16, 80) des Rasterelektronenmikroskops zum Bewegen des Tisches (26) in der X-Y-Ebene und der Z-Richtung,
  bei dem die Sondenbewegungseinrichtung vier unbewegliche Blöcke (44, 46, 48, 50), die jeweils fest mit einer Basis (42) an einer der vier Ecken eines Vierecks verbunden sind, das in X-Richtung und Y-Richtung verlaufende Seiten hat, X-Richtungsbewegungsblöcke (52, 54), die mittels X-richtungspiezoelektrischen Elementen (X₁, X₂; X₃, X₄) bewegbar sind, Y-Richtungsbewegungsblöcke (56, 58), die mittels Y-richtungspiezoelektrischen Elementen (Y₁, Y₂; Y₃, Y₄) bewegbar sind, und einen Mittelblöck (68) aufweist, der die Sonde (32) trägt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Probenbewegungseinrichtung (16, 80) aufweist:

• - eine der Probe (28) zugewandte obere Klemmeinrichtung (74, 84), die mit einem Paar von ersten piezoelektri­ schen Elementen (X₁₁, X₁₂; X₂₁, X₂₂) versehen ist, die in Gegenrichtung zueinander auf einer Linie in X-Richtung expandierbar und zusammenziehbar sind, und die mit einem Paar von zweiten piezoelektrischen Elemen­ ten (Y₁₁, Y₁₂; Y₂₁, Y₂₂) versehen ist, die in Gegen­ richtung zueinander auf einer Linie in Y-Richtung senkrecht zur X-Richtung expandierbar und zusammen­ ziehbar sind,
• - eine von der Probe (28) abgewandte untere Klemmein­ richtung (76, 86), die mit dritten piezoelektrischen Elementen (X₁₃, X₁₄; X₂₃, X₂₄) ähnlich den ersten piezoelektrischen Elementen und mit vierten piezoelek­ trischen Elementen (Y₁₃, Y₁₄; Y₂₃, Y₂₄) ähnlich den zweiten piezoelektrischen Elementen versehen ist, wobei die untere Klemmeinrichtung (76, 86) mit der oberen Klemmeinrichtung (74, 84) durch mindestens ein fünftes piezoelektrisches Element (Z₁₁; Z₂₁, Z₂₂) verbunden ist, das in Z-Richtung expandierbar und zusammenziehbar ist,
• - eine Führung (18, 82) zum selektiven Fixieren der oberen und unteren Klemmeinrichtungen (74, 76; 84, 86) mit Hilfe der ersten und zweiten piezoelektrischen Elemente und der dritten und vierten piezoelektrischen Elemente, und
• - eine Steuereinrichtung zum Steuern der an den ersten bis fünften piezoelektrischen Elementen anliegenden Spannung.

5. Rastertunnelmikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (18) fest mit einer Grundplatte (10) verbunden ist, und daß die obere Klemmein­ richtung (74) mit dem Tisch (26) zur Aufnahme der Probe (28) versehen ist (Fig. 6).

6. Rastertunnelmikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Klemmeinrichtung (86) an einer Grundplatte (10) festgelegt ist, und daß die Führung (82) bewegbar und mit dem Tisch (26) zur Aufnahme der Probe (28) versehen ist (Fig. 8).