DE69117215T2 - Rastertunnelmikroskop - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Rastertunnelmikroskop und insbesondere ein Rastertunnelmikroskop, das so ausgelegt ist, daß eine Stelle eines gewünschten Bereichs der mit dem Rastertunnelmikroskop zu beobachtenden Probe unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops vorpositioniert wird, so daß eine Beobachtung in bezug auf den positionierten Bereich vorgenommen werden kann.
• Eine durch Kombinieren eines Rastertunnelmikroskops (im folgenden, wenn anwendbar, vereinfachend als "STM" bezeichnet) mit einem Rasterelektronenmikroskop (im folgenden, wenn anwendbar, vereinfachend als "SEM" bezeichnet) gebildete Vorrichtung aus dem Stand der Technik ist in einem Artikel "Review of Scientific Instruments 60", April 1989, 5. 789-791 beschrieben. Bei der in diesem Artikel beschriebenen Vorrichtung ist eine Probe so auf einem Probenhalter angebracht, daß ihre Oberfläche einen Winkel von 45º mit dem Elektronenstrahl des SEM bildet. Die Probe wird dann über einen als Inchwurm bezeichneten Grobbewegungsmechanismus unter Verwendung eines piezoelektrischen Stellglieds, der dazu dient, eine Probe linear in einer Richtung senkrecht zum Elektronenstrahl zu bewegen, so in Richtung einer Sonde des STM bewegt, daß sie sich einer Stelle in einer vorbestimmten Entfernung von der Sonde nähert, bei der der Tunneleffekt erzeugt wird. Die Sonde des STM ist an einem als Piezo-Dreiachsenmechanismus bezeich neten Feinbewegungsmechanismus befestigt, womit sie bei einem Abtastvorgang entlang der Probenoberfläche bewegt wird. Die erwähnten, das STM bildenden Bauteile sind an einem Tisch des SEM in einer Probenkammer des SEM angebracht.
• Ein die Merkmale aus dem Oberbegriff von Anspruch 1 aufweisendes, mit einem SEM kombiniertes STM ist in "Review of Scientific Instruments 57", Februar 1986, S. 221-224, offenbart.
• In der obenbeschriebenen Vorrichtung aus dem Stand der Technik ist lediglich der Grobbewegungsmechanismus vorgesehen, der dazu dient, die Probe linear der Sonde zu nähern, so daß sie in einem Bereich liegt, in dem der Tunneleffekt wirksam wird, und es ist auch nicht klar, ob die Anordnung einen SEM- Tisch zum Aufsuchen der Sonde unter Verwendung des SEMs enthält.
• JP-A-63-116349 und JP-A-63-298951 offenbaren, daß ein Bereich einer Probe, der mit einem STM beobachtet werden soll, unter Verwendung eines SEM vorpositioniert wird und daß eine Probe in zweidimensionaler Weise entlang ihrer Oberfläche bewegt werden kann, wobei die Oberfläche um 45º gegenüber einem Elektronenstrahl geneigt ist (der hier verwendete Begriff JP-A bedeutet, daß die Patentschrift offengelegt, aber noch nicht geprüft ist).
• Darüber hinaus offenbart JP-A-64-79603 ein Mikroskop, das dafür ausgelegt ist, daß eine Probe bei niedriger Vergrößerung mit einem SEM beobachtet wird und dieselbe Probe bei hoher Vergrößerung mit einem STM beobachtet wird.
• Im obenbeschriebenen Stand der Technik ist offenbart, daß eine mit höherer Vergrößerung unter Verwendung eines STM zu beobachtende Stelle mit einem SEM festgelegt wird und die Beobachtung daraufhin mit dem STM durchgeführt wird. Es ist jedoch beim Betrieb der Vorrichtung, selbst wenn die Position der Probe so festgelegt ist, daß eine durch das SEM festgelegte Beobachtungsposition auf eine vorbestimmte Stelle innerhalb des Gesichtsfelds eines Elektronenmikroskops des SEM gelegt wird, nicht unbedingt einfach, dafür zu sorgen, daß die Sonde des STM genau die durch das SEM festgelegte Beobachtungsstelle abtastet, da die Position der Sonde des STM nicht genau bezüglich eines Bildes des SEM festgelegt ist.
• Die mit dem SEM festgelegte Stelle kann mit anderen Worten nur dann mit hoher Vergrößerung mit dem STM genau beobachtet werden, wenn die Beziehung zwischen der Probe, der Sonde und dem Elektronenstrahl genau festgelegt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Es ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Rastertunnelmikroskop zu schaffen, das so ausgelegt ist, daß eine Stelle, die mit dem STM beobachtet werden soll, unter Verwendung eines SEM festgelegt wird und die Stelle daraufhin mit dem STM beobachtet wird, wobei ein Bild der STM-Sonde innerhalb eines SEM-Bildes gezeigt wird, so daß eine durch die Sonde bezeichnete Stelle mit dem STM beobachtet werden kann.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein STM folgende Gegebenheiten: Einen darin vorgesehenen Probentisch, der unter einem vorbestimmten Winkel gegenüber einem Elektronenstrahl geneigt ist und der dazu geeignet ist, eine Probe in zweidimensionaler Weise entlang einer Oberfläche der Probe zu bewegen; ein STM-System zum Messen eines STM-Bildes durch Bewegen einer senkrecht zur Oberfläche der Probe gehaltenen Sonde in zwei Richtungen, wobei eine Richtung senkrecht zur Oberfläche der Probe steht und eine andere Richtung hierzu parallel ist; und einen SEM-Tisch, auf dem der Probentisch und das STM-System befestigt sind und mit dem diese in zwei Richtungen senkrecht zum Elektronenstrahl bewegt werden. Der SEM- Tisch wird so justiert, daß ein Bild einer Sondenspitze in einem SEM-Bild mit einer geringen Vergrößerung in die Bildmitte läuft, und dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die Vergrößerung des SEM-Bildes maximal ist. Auf diese Weise ist es möglich, ein Bild der Sondenspitze im SEM-Bild mit der höheren Vergrößerung zu zeigen, ohne das Bild der Sondenspitze zu verlieren. Daher kann ein vergrößertes STM-Bild an einer gewünschten Stelle erhalten werden, wenn der Probentisch so bewegt wird, daß sich eine Stelle, die mit dem STM beobachtet werden soll, der von der Sonde angegebenen Stelle nähert.
• Wie vorausgehend beschrieben, kann der SEM-Tisch beim STM der vorliegenden Erfindung in einer zu einem Elektronenstrahl senkrechten Ebene bewegt werden, wobei sich die Sonde unter Verwendung des Grobbewegungsmechanismus und des Feinbewegungsmechanismus einer Stelle in geeigneter Entfernung zur Probe nähert. Der SEM-Tisch kann daher willkürlich bewegt werden, ohne daß sich eine Entfernung zwischen einer Objektivlinse und der Probe oder der Sonde (Arbeitsabstand) ändert, und es kann durch Bewegen des Probentisches eine willkürliche Stelle des SEM-Bildes ausgewählt werden, während ein klares SEM-Bild erhalten bleibt. Darüber hinaus kann die Probe ohne Änderung des Arbeitsabstands bewegt werden, da der Probentisch innerhalb eine Ebene bewegt werden kann, die unter einem Winkel zum Elektronenstrahl steht, ein Bereich, der mit dem STM beobachtet werden soll, kann willkürlich ausgewählt werden, während ein klares SEM-Bild der Probe erhalten bleibt und ein auszumessender, innerhalb des Probenbildes gewählter Bereich kann bis zum Bild der Sondenspitze bewegt werden, das innerhalb des SEM-Bildes feststehend ist.
• Darüber hinaus sind der Probentisch und der Grobbewegungsmechanismus, die mit der Sonde bereitgestellt sind, beim STM der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, daß sie sich in zwei einander senkrecht schneidenden Ebenen der STM-Basis befinden, und der Kopfbereich der Objektivlinse und dergleichen können eine konische Form aufweisen. Der Arbeitsabstand zwischen der Probe und der Objektivlinse kann daher verkürzt und die Auflösung erhöht sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
• Fig. 1 ist eine Vorderansicht, die das Aussehen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der ein STM in ein SEM eingebaut ist;
• Fig. 2 ist eine Vorderansicht, die einen inneren Aufbau einer Probenkammer zeigt;
• Fig. 3 ist eine Seitenansicht, die den inneren Aufbau der Probenkammer zeigt;
• Fig. 4 ist eine Draufsicht, die einen Probentisch zeigt;
• Fig. 5 ist eine entlang der Linie V-V aus Fig. 4 vorgenommene Querschnittsdarstellung; und
• Fig. 6 ist eine Draufsicht, die Hauptbereiche der in Fig. 3 gezeigten Probenkammer zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
• Fig. 1 ist eine Vorderansicht, die das Aussehen eines Mikroskops zeigt, in das gemäß der vorliegenden Erfindung ein STM eingebaut ist. Allgemein ausgedrückt zeigt das Mikroskop ein SEM, in das ein STM eingebaut ist. Die Bezugszahl 1 bezeichnet ein Untergestell, auf dem der Mikroskopkörper aufgebaut ist. Der Mikroskopkörper umfaßt einen Zylinder 2 einer Elektronenkanone des SEM, eine Elektronenkanone 2S, eine Probenkammer 3, einen Sekundärelektronendetektor 4, der sich in einer Seitenwand der Probenkammer 3 befindet und ein sich in der Probenkammer 3 befindendes Verschlußstück 5 zum Öffnen oder Schließen. Das Verschlußstück 5 ist von einer Schiene 6 geführt, die aus einer Linearführung oder ähnlichem aufgebaut ist und die dafür vorgesehen ist, zu dieser Seite in Fig. 1 in bezug auf die Probenkammer 3 herausgenommen zu werden. Das STM befindet sich in der Probenkammer 3 und ist mit einer innerhalb des Verschlußstücks 5 gebildeten Vorrichtung verbunden und auf diese Weise montiert. Die Konstruktion des Teilstücks zum Befestigen des STM innerhalb des Verschlußstücks 5 wird später erklärt. Die Einrichtung, an dem das STM befestigt ist, weist einen SEM-Tisch auf, der in zwei Dimensionen (X, Y) bewegt wird, sowie einen Probentisch des STM, der in zwei Dimensionen (x, y) bewegt wird, und eine STM-Basis ist auf dem SEM-Tisch bereitgestellt. Bei einem solchen Aufbau ist das Verschlußstück 5 mit einem x-Verstellgriff 7 und einem y- Verstellgriff 8 versehen, die zum Bewegen des Probentisches des STM in x- bzw. y-Richtung verwendet werden sowie einem Feststellgriff 9 für das Befestigen der STM-Basis zum mechanischen Feststellen des Probentisches, einem X-Verstellgriff 10 und einem Y-Verstellgriff 11, die zum Bewegen des SEM-Tisches in X- bzw. Y-Richtung verwendet werden, einem Beobachtungsloch 12 sowie luftdicht abgeschlossenen Anschlüssen 13 zum Weiterschalten von Eingabe-/Ausgabeleitungen des STM. Die bei den Messungen vom SEM und vom STM erzeugten Signale werden von einer SEM-Anzeigeeinheit D1 bzw. einer darin abgebildeten STM- Anzeigeeinheit D2 bildlich aufbereitet.
• Im folgenden ist die Konstruktion des innerhalb des Verschlußstücks 5 der Probenkammer 3 bereitgestellten Teilstücks zum Befestigen des STM beschrieben. Fig. 2 ist eine Vorderansicht, die einen inneren Aufbau bei Betrachtung der Probenkammer 3 von der Vorderseite von Fig. 1 aus zeigt, wobei mit den Verstellgriffen 8 bis 11 verbundene Teilstücke zum Zwecke einer übersichtlichen Darstellung nicht eingezeichnet sind. Fig. 3 ist eine Seitenansicht, in der der innere Aufbau bei Betrachtung der Probenkammer 3 von der rechten Seite in Fig. 1 aus gezeigt ist. Wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, ist ein unteres Teilstück des Zylinders 2 der Elektronenkanone, in dem sich eine Objektivlinse 21 des SEM befindet, mit einer oberen Wand der Probenkammer 3 verbunden. An einer unteren Stelle der Objektivlinse 21 befindet sich die Vorrichtung zum Befestigen des STM. Die Bezugszahl 22 bezeichnet eine Hauptbasis, die fest an einer inneren Oberfläche des Verschlußstücks 5 angebracht ist, und die Vorrichtung zum Befestigen des STM ist an der Hauptbasis 22 angebracht. Das Teilstück zum Befestigen des STM ist so aufgebaut, daß sich ein SEM-Tisch 23 auf der Hauptbasis 22 befindet und eine STM-Basis 24 befindet sich auf dem SEM-Tisch 23.
• Die Konstruktion der STM-Basis 24 ist zuerst beschrieben.
• Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist die STM-Basis 24 zwei Flächen 24a und 24b auf, die sich senkrecht schneiden. An der Fläche 24a ist ein Probentisch 25 angebracht. Der Probentisch besteht aus einem x-Tisch 26, einem Lager 27 mit gekreuzten Rollen zum Führen des x-Tisches, einem y-Tisch 28 und einem Lager 29 mit gekreuzten Rollen zum Führen des y-Tisches. Der x-Tisch 26 wird durch den x-Verstellgriff 7 in einer x- Richtung (der zur Zeichnung aus Fig. 2 senkrechten Richtung) bewegt, und der y-Tisch 28 wird durch den y-Verstellgriff 8 in einer y-Richtung (der zur Zeichnung parallelen Richtung, d.h. der geneigten Richtung der Fläche 24a; die x- und y-Richtungen schneiden sich senkrecht) bewegt. Die Einzelheiten des Bewegungsmechanismus werden später beschrieben. An einer oberen Fläche des y-Tisches 28 ist ein Haltergestell 30 fest angebracht, an dem ein Halter 31 mit einer durch Haftung daran befestigten Probe 33 über eine Druckstangenfeder 32 befestigt ist.
• Da die Fläche 24a der STM-Basis 24 einen Winkel von 45º mit einem von einer Spitze der Objektivlinse 21 emittierten Elektronenstrahl 34 einschließt, kann die parallel zur Fläche 24a angeordnete Probe 33 über den x-Tisch 26 und den y-Tisch 28 zweidimensional in einer Ebene bewegt werden, die einen Winkel von 45º mit dem Elektronenstrahl 45 einschließt. Daher wird ein Abstand zwischen der feststehenden Objektivlinse 21 und der Stelle auf der Probenoberfläche 33, die vom Elektronenstrahl 34 bestrahlt wird, also ein Arbeitsabstand, selbst dann konstant gehalten, wenn der Probentisch 25 frei in der x- und y-Richtung bewegt wird.
• Anderseits sind an der Oberfläche 24b STM-Bauteile einschließlich einer Sonde, eines dazugehörigen Feinbewegungsmechanismus, eines dazugehörigen Grobbewegungsmechanismus und dergleichen angebracht. Die Bezugszahl 41 bezeichnet eine Sonde, die senkrecht zur Probenoberfläche 33 angebracht ist. Die Sonde 41 ist durch eine Schraube 43 an einem Sondenhalter 42 befestigt. Die Bezugszahlen 44 und 45 bezeichnen Füße eines Inchwurms, dem Grobbewegungsmechanismus, der dazu dient, die Sonde 41 einer Stelle in einer vorbestimmten Entfernung von der Probe 33 zu nähern, bei der der Tunneleffekt erzeugt wird. Die Füße 44 und 45 befinden sich auf der Fläche 24b. Der Inchwurm wird folgendermaßen durch den Mechanismus der Füße 44 und 45 bewegt. Eine geeignete Spannung wird an das piezoelektrische Stellglied 46 angelegt, so daß eine elastische Kraft einer Zugfeder 47 überwunden wird und eine Klemmvorrichtung 48 ausgedehnt wird. Auf diese Weise wird die Klemmvorrichtung 48 vom Fuß 44 gelöst und es wird ein nichtklemmender Zustand bereitgestellt. Der Fuß 45 wird durch Ausschalten einer an ein piezoelektrisches Stellglied 50 für eine Klemmvorrichtung 49 angelegten Spannung geklemmt, und eine Zugfeder 51 wird in ihren Ursprungszustand zurückversetzt. In diesem Klemmzustand wird das piezoelektrische Stellglied 52, das die Füße 44 und 45 verbindet, gestreckt. Wenn daraufhin die an das piezoelektrische Stellglied 52 angelegte Spannung ausgeschaltet wird, nachdem der Mechanismus des Fußes 44 in den Klemmzustand versetzt wurde und der des Fußes 45 in den nichtklemmenden Zustand versetzt wurde, zieht sich das piezoelektrische Stellglied 52 zusammen und veranlaßt jeden der Füße 44 und 45, sich um einen Schritt weiterzubewegen. Durch Wiederholen des obengenannten Vorgangs kann sich der Inchwurm voranbewegen. Dieser sich voranbewegende Antrieb ermöglicht, daß sich die auf dem Inchwurm bereitgestellte Sonde 41 der Probe 33 nähert. Darüber hinaus wird die umgekehrte Vorgangssteuerung für jeden der Mechanismen der Füße 44 und 45 des Inchwurms vorgenommen, wodurch sich der Inchwurm zurückbewegt. Nebenbei bemerkt werden die Füße 44 und 45 durch in der zu bewegenden Oberfläche 24b gebildete Nuten 57 geführt. Der obenbeschriebene Inchwurm ist wohlbekannt, und es ist auch ein Inchwurm mit einem anderen Aufbau als dem obenbeschriebenen bekannt.
• Eine Basis 53 eines Dreiachsenmechanismus ist am Fuß 44 angebracht. Die Basis 53 des Dreiachsenmechanismus ist mit einem Kopf 54 des Dreiachsenmechanismus versehen, an dem der obenerwähnte Sondenhalter 42 durch eine Druckstangenfeder 58 befestigt ist. Der Kopf 54 des Dreiachsenmechanismus ist auf der Basis 53 des Dreiachsenmechanismus durch drei piezoelektrische Stellglieder für die Feinbewegung gehalten. Eines von ihnen, d.h. das piezoelektrische Verstellglied 55, dient dazu, die Sonde 41 der Probe zu nähern oder sie von dieser fortzubewegen. Die beiden weiteren piezoelektrischen Stellglieder dienen dazu, die Sonde 41 abtastend entlang der Oberfläche der Probe 33 zu bewegen, jedoch ist in der Figur nur ein piezoelektrisches Stellglied 56 allein typisch gezeigt. Die obengenannten Bauteile bilden einen piezoelektrischen Dreiachsenmechanismus, der dazu dient, die Sonde 41 so zu bewegen, daß sie die Oberfläche der Probe 33 abtastet und dabei einen vorbestimmten Abstand einhält und bilden den Feinbewegungsmechanismus zur Erzeugung einen STM-Bildes. Nebenbei bemerkt ist ein solcher Dreiachsenmechanismus wohlbekannt, und es wurden verschieden Typen sich vorn obenbeschriebenen unterscheidender Dreiachsenmechanismen vorgeschlagen.
• Im folgenden ist der Aufbau des SEM-Tisches 23 beschrieben. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der SEM-Tisch 23 so aufgebaut, daß sich auf einem fest an der Hauptbasis 22 angebrachten Basisgestell 60 ein in einer zur Zeichnung aus Fig. 1 senkrechten Richtung bewegbarer X-Tisch 61, ein Lager 62 mit gekreuzten Rollen zum Führen des X-Tisches, ein Y-Tisch 63, der horizontal und in die rechte und linke Richtung aus Fig. 1 bewegbar ist und ein Lager 64 mit gekreuzten Rollen zum Führen des Y-Tisches befinden. Zusammen mit dem SEM-Tisch 23 ermöglicht ein solcher Aufbau das Bewegen der STM-Basis 24 in einer zum Elektronenstrahl 34 senkrechten Ebene. Die obenerwähnte, mit dem Probentisch 25 und den Bauteilen des STM versehene STM-Basis 24 ist über drei Metallplatten 65, 66 und 67 auf dem Y-Tisch 63 des SEM-Tisches 23 angebracht. Um zu verhindern, daß Schwingungen von der Probenkammer 3 auf die STM-Basis 24 übertragen werden, sind Gummistücke 68 zwischen dem Y-Tisch 63, den Metallplatten 65 bis 67 und der STM-Basis 24 eingefügt.
• Beim obenbeschriebenen Aufbau kann durch Betätigen des Probentisches 25 ein beliebiger Bereich auf der Probenoberfläche 33 ausgewählt und bei Konstanthaltung des Arbeitsabstands als klares Bild gezeigt werden. Darüber hinaus können die Proben 33 und die Sonde 41 bei Konstanthaltung des Arbeitsabstands durch Betätigen des SEM-Tisches 23 gemeinsam bewegt werden. Da die Lage der Sondenspitze als klares Bild gezeigt werden kann und das Bild der Sondenspitze zu einer gewünschten Stelle innerhalb des Gesichtsfeldes des SEMs bewegt werden kann, selbst wenn die Vergrößerung des SEM- Bildes erhöht ist, kann das Bild der Sonde im SEM-Bild auf diese Weise klar gezeigt werden, ohne verloren zu gehen. Demgemäß kann das Bild der Sonde bei der höchsten Vergrößerung klar im SEM-Bild gezeigt werden, und daher kann ein Bereich der Probenoberfläche, von dem ein STM-Bild gemacht werden soll, durch Betätigen des Probentisches zur durch die Probenspitze angezeigten Stelle gebracht werden. Hierdurch kann ein gewünschtes STM-Bild genau erfaßt werden.
• In diese Hinsicht kann das Bild der Sondenspitze im SEM- Bild im Hinblick auf eine Position eines Bereichs der mit dem STM zu messenden Probenoberfläche im wesentlichen als Meßposition angesehen werden, wenn die Sonde 41 auf die Probenoberfläche 33 zubewegt wird, bis der Tunneleffekt in der Probe auftritt. Wenn die Sonde 41 sich von der Probenoberfläche 33 entfernt befindet, kann der Abstand über die an die piezoelektrischen Stellglieder 52 und 53 angelegte Spannung bestimmt werden. Dieser Abstand kann daher aus einem Abstand zwischen dem im SEM-Bild gezeigten Bild der Sondenspitze und der Probenoberfläche bestimmt werden, wenn man die Vergrößerung des SEM-Bildes in Betracht zieht.
• Im folgenden ist der Aufbau zum Bewegen des x-Tisches 26 und des y-Tisches 28 des Probentisches 25 und des X-Tisches 61 und des Y-Tisches 63 des SEM-Tisches 23 sowie des Bewegungsverfahrens für diese Tische beschrieben.
• Die Beschreibung ist zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 3 für den in Fig. 2 gezeigten Probentisch 25 gegeben. Der x- Tisch 26 (in Fig. 3 nicht gezeigt) wird durch Drehen des x- Verstellgriffes 7 bewegt. Mit einer Achse 71 des x- Verstellgriffes 7 ist ein Universalgelenk 72 verbunden, mit dem ein anderes Universalgelenk 73 verbunden ist. Eine Ausdehnungsvorrichtung 74 zum Ausgleich einer Abstandsänderung ist zwischen den Universalgelenken 72 und 73 bereitgestellt. Mit dem Universalgelenk 73 ist eine Verbindungswelle 75 verbunden, die von Lagern 77 und 78 gehalten ist, die an einer Stützplatte 76 angebracht sind. Die Stützplatte 76 ist fest mit dem Y-Tisch 63 des SEM-Tisches 23 verbunden. Die Spitze der Verbindungswelle 75 ist mit einem dazu senkrechten Stab 79 versehen, der zu einem Gabelstück 80a einer Antriebswelle 80 paßt und die Antriebswelle 80 dreht. Bei Umkehrung der Drehung der Verbindungswelle 75 tritt ein Zwischenraum auf. Dieser Zwischenraum sorgt dafür, daß zwischen dem Stab 79 und dem Gabelstück 80a keine direkte Verbindung besteht, und es ist daher möglich, die Übertragung von Schwingungen vom Verschlußstück 5 auf den Probentisch zu vermeiden. Die Randfläche der Antriebswelle ist mit einem Gewinde ausgestattet und bildet eine Schraube 80b mit Außengewinde, die in einen an der STM- Basis 24 befestigten Schraubenhalter 81 mit Innengewinde eingeschraubt ist. Wenn die Antriebswelle 80 durch den Schraubmechanismus gedreht wird und in Achsrichtung bewegt wird, drückt das Endteil der Antriebswelle gegen den x-Tisch 26 und bewegt ihn in x-Richtung. Andererseits wird die Antriebswelle 80 umgekehrt betrieben und vollführt auf Grund der elastischen Kraft einer Feder (nicht eingezeichnet) die entgegengesetzte Bewegung. Darüber hinaus sorgt der Zwischenraum dafür, daß zwischen dem Stab 79 und dem Gabelstück 80a keine direkte Verbindung besteht, so daß die Übertragung von Schwingungen von der Probenkammer 3 auf den Probentisch 25 vermieden wird.
• Der y-Tisch 28 wird durch Betätigen des y-Verstellgriffes 8 bewegt. Mit dem Aufbau eines Verbindungsstücks zum Bewegen des y-Tisches, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ist der Aufbau bis auf ein Teilstück, an dem ein Stab in ein Gabelstück 82a eingreift, gleich dem im Falle des x-Tisches 26. Der übrige Teil des Aufbaus unterscheidet sich wie in Fig. 4 gezeigt davon. Fig. 4 ist eine teilweise als Schnitt gezeigte Draufsicht, wenn der in Fig. 2 gezeigte Probentisch 25 aus der Richtung eines Pfeils A betrachtet wird. In Fig. 4 bezeichnet die Bezugszahl 24a eine Oberfläche der STM-Basis 24, die Bezugszahl 28 den y-Tisch, die Bezugszahl 30 das Haltergestell, die Bezugszahl 31 den Probenhalter, die Bezugszahl 32 die Druckstangenfeder und die Bezugszahl 33 die Probe. Weiterhin bezeichnet die Bezugszahl 80 die Antriebswelle zum Bewegen des x-Tisches 26, die Bezugszahl 80a das Gabelstück der Antriebswelle, die Bezugszahl 80b die Schraube mit Außengewinde und die Bezugszahl 81 den Schraubenhalter mit Innengewinde. Die Antriebswelle 82 ist von zwei Lagern 83 und 84 gehalten und ist fest an der Seite eines x-Tisches 26 angebracht. Ein anderes Endstück der Antriebswelle 82 ist mit einem Kegelradgetriebe 85 versehen, das in ein Kegelradgetriebe 89 an einem Endstück einer Übertragungswelle 88 eingreift, die von zwei Lagern 83 und 84 gehalten ist und fest am x-Tisch 26 angebracht ist. Ein anderes Endstück der Übertragungswelle 88 ist mit einem Gewinde versehen und bildet eine Schraube 88a mit Außengewinde, die in einen Schraubenhalter 91 mit Innengewinde eingreift, der über eine Federscheibe 90 am y-Tisch 28 befestigt ist. Wenn die Übertragungswelle 88 durch das Eingreifen der Schraube 88a mit Außengewinde der Übertragungswelle 88 und des Schraubenhalters 91 mit Innengewinde gedreht wird, kann der y-Tisch 28 in der y-Richtung bewegt werden. Fig. 5 ist eine entlang einer Linie V-V aus Fig. 4 vorgenommene Querschnittsdarstellung. In dieser Figur ist die Verbindung des y- Tisches 28 und des Schraubenhalters 91 mit Innengewinde über die Federscheibe 90 klar dargestellt.
• Darüber hinaus kann, wie in Fig. 3 dargestellt ist, ein Feststellstab 92 zusammen mit der STM-Basis 24 infolge des Eingreifens eines in der Trägerplatte 76 ausgebildeten (nicht dargestellten) Schraublochs und einer Schraube 92a mit Außengewinde des Feststellstab 92 durch das Drehen des Feststellgriffs 9 in Richtung einer Achse bewegt werden. Durch diese Bewegung kann die STM-Basis 24 zwischen der Spitze des Feststellstabs 92 und einem fest am Y-Tisch 673 des SEM-Tisches 23 angebrachten Haltestücks 93 angebracht und befestigt werden. Dieser Aufbau wird verwendet, um eine Bildunschärfe durch das Schwingen der Probe 33 und der Sonde in bezug auf die Objektivlinse 21 beim Beobachten mit dem SEM zu verhindern.
• Der SEM-Tisch 23 ist nachfolgend beschrieben. Die Vorrichtung zum Bewegen des X-Tisches 61 besteht, wie in Fig. 3 dargestellt ist, aus dem X-Verstellgriff 10 und den Universalgelenken 101 und 102. Diese Vorrichtung dient dazu, eine Antriebswelle 103 durch Drehen des X-Verstellgriffes 10 über ein Verbindungsstück zu drehen. Der Aufbau des Verbindungsstücks einschließlich der Universalgelenke 101 und 102 ist ebenso wie der in bezug auf den x-Verstellgriff 7 beschriebene. Die Randfläche der Antriebswelle 103 ist mit einem Gewinde ausgestattet und bildet eine Schraube mit Außengewinde, die in einen Schraubenhalter 104 mit Innengewinde, der an der Hauptbasis 22 befestigt ist, eingeschraubt ist. Die Antriebswelle 103 wird durch diesen Schraubmechanismus in Richtung einer Achse bewegt und bewegt den X-Tisch 61. Bei der entgegengesetzten Bewegung wird der X-Verstellgriff 10 so gedreht, daß sich die Bewegung der Antriebswelle 103 umgekehrt und sich der X-Tisch in der entgegengesetzten Richtung bewegt, da sich eine Feder (nicht eingezeichnet) im gestreckten Zustand befindet.
• Bei der Vorrichtung zum Bewegen des Y-Tisches 63 sind die einzelnen Bauteile der Vorrichtung, mit der eine Antriebswelle 105 gedreht wird, die gleichen wie im Fall des X-Tisches. Die Randfläche der Antriebswelle 105 ist mit einem Gewinde versehen und bildet eine Schraube mit Außengewinde, die in ein Schraubloch eingedreht ist, das, wie in Fig. 6 gezeigt ist, in einem Endstück eines Hebels 106 ausgebildet ist. Der Hebel 106 ist drehbar an einer Welle 108 befestigt, die sich in einem am X-Tisch 61 befestigten Halteblock 107 befindet. Wenn sich die Antriebswelle 105 entsprechend der Drehung des Y-Verstellgriffes 11 dreht, wird der Hebel 106 durch das Eingreifen der Schraube mit Außengewinde und des Schraublochs mit Innengewinde um die Welle 108 herum gedreht, und ein am anderen Endstück des Hebels 106 bereitgestelltes vorstehendes Stück 109 schiebt den Y-Tisch 63 in der Y-Richtung. Im Falle der entgegengesetzten Bewegung wird der Y-Tisch in gleicher Weise wie beim X-Tisch durch eine elastische Kraft einer Feder (nicht eingezeichnet) zurückgeführt.
• Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die STM-Basis 24 so aufgebaut, daß der Probentisch und die STM-Bauteile an den sich senkrecht schneidenden Flächen 24a und 24 angebracht sind, wie vorausgehend bereits beschrieben ist. Die Objektivlinse 21 des SEM ist so angeordnet, daß sie der STM-Basis 24 gegenübersteht. Da das Kopfstück der Objektivlinse 21 jedoch kegelförmig ausgebildet ist, ist es möglich, dafür zu sorgen, das sich das Kopfstück der Objektivlinse 21 in der Nähe der Probe 33 befindet. Durch diese Anordnung ist der Arbeitsabstand verringert, die Auflösung ist für einer Beobachtung der Probe 33 und der Sonde 41 mit dem SEM verbessert, und ein mit dem STM auszumessender Bereich kann genau ausgewählt werden.
• Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, sind bei der vorliegenden Erfindung der Probentisch mit der daran befestigten Probe sowie STM-Bauteile einschließlich der Sonde, des Inchwurms und ähnlichem auf dem SEM-Tisch in der Probenkammer des SEM angebracht, und der Probentisch bzw. der SEM- Tisch sind so aufgebaut, daß sie sich in den Ebenen 23 bewegen, die vorbestimmte Winkel mit dem Elektronenstrahl einschließen, und die Probe und die Sonde sind so ausgelegt, daß sie unabhängig voneinander bewegt werden können und der Arbeitsabstand dabei konstant bleibt. Ein zu beobachtender Bereich auf der Oberfläche der Probe kann daher genau ausgewählt werden. Darüber hinaus wird die Beobachtung bei geringer Vergrößerung mit dem SEM durchgeführt. Die Beobachtung kann mit dem STM bei einer um eine oder zwei Größenordnungen höheren maximalen Vergrößerung als mit dem SEM durchgeführt werden, und die Beobachtung kann daher bei hoher Vergrößerung mit dem STM durchgeführt werden. Ein solcher Aufbau ermöglicht auf diese Weise die Beobachtung desselben Bereichs der Probe unter Verwendung eines weiten Bereichs von Vergrößerungen.

Claims (5)

1. Mit einem Rasterelektronenmikroskop kombiniertes Rastertunnelmikroskop, umfassend

einen in einer Probenkammer (3) eines Rasterelektronenmikroskops vorgesehenen Rasterelektronenmikroskop-Tisch (3) mit einem in einer zum Elektronenstrahl (34) des Rasterelektronenmikroskops senkrechten Ebene bewegbaren Mechanismus (60-64),

einen auf dem Rasterelektronenmikroskop-Tisch vorgesehenen Probentisch (25) mit einem Mechanismus (26-28) zur Aufnahme einer Probe (33) derart, daß ihre Oberfläche unter einem Winkel zum Elektronenstrahl steht, sowie zur Bewegung der Probe (33) in einer zu der Probenoberfläche parallelen xy- Ebene,

ein auf dem Rasterelektronenmikroskop-Tisch (23) vorgesehenes Rastertunnelmikroskop (41-57) mit einer im wesentlichen senkrecht zur Probenoberfläche gehaltenen Sonde (41) und einen Sonden-Feinbewegungsmechanismus (53-56) zum Abtasten der Probenoberfläche mit der Sonde (41),

einen Sonden-Grobbewegungsmechanismus (44-52), der Relativbewegungen zwischen der Sonde (41) und der Probe (33) bewirkt, und

mindestens eine Anzeigeeinheit (D1, D2) zur Anzeige eines Bildes der Probenoberfläche zusammen mit einem Bild der Sonde aufgrund von Signalen, die von einem in der Probenkammer (3) vorgesehenen Sekundärelektronen-Detektor (4) stammen, sowie Ausgangssignalen des Sonden-Feinbewegungsmechanismus (53-56),

dadurch gekennzeichnet, daß der Sonden-Grobbewegungsmechanismus (44-52) so ausgelegt ist, daß er die Sonde (41) längs einer zur in der z-Richtung stationären Probenoberfläche senkrechten Richtung bewegt.

2. Mit einem Rasterelektronenmikroskop kombiniertes Rastertunnelmikroskop nach Anspruch 1, ferner umfassend eine an dem Rasterelektronenmikroskop-Tisch (23) befestigte Rastertunnelmikroskop-Basis (24), die den Probentisch (25) und den Rastertunnelmikroskop-Abtastmechanismus (41-57) hält.

3. Mit einem Rasterelektronenmikroskop kombiniertes Rastertunnelmikroskop nach Anspruch 2, wobei die Rastertunnelmikroskop-Basis (24) zwei im wesentlichen senkrecht zueinander stehende Flächen (24a, 24b) aufweist, die so ausgebildet sind, daß sie einer Objektivlinse (21) des Rasterelektronenmikroskop gegenüberstehen, und wobei der Probentisch (25) an der einen Oberfläche (24a) und der Rastertunnelmikroskop-Abtastmechanismus (41-57) an der anderen Oberfläche (24b) vorgesehen ist, so daß bei Bewegung des Rasterelektronenmikroskop-Tisches die Probe auf dem Probentisch und die von dem Rastertunnelmikroskop-Abtastmechanismus gehaltene Sonde unter Beibehaltung einer festen gegenseitigen Stellung miteinander bewegt werden.

4. Mit einem Rasterelektronenmikroskop kombiniertes Rastertunnelmikroskop nach Anspruch 3, wobei die Objektivlinse (21) eine konische äußere Form mit in Richtung des Rastertunnelmikroskop-Basis (24) abnehmendem Durchmesser hat.

5. Mit einem Rasterelektronenmikroskop kombiniertes Rastertunnelmikroskop nach Anspruch 1, wobei der Sonden-Feinbewegungsmechanismus (53-56) des Rastertunnelmikroskop-Abtastmechanismus die Sonde hält und an einem bewegbaren Teil (53) des Sonden-Grobbewegungsmechanismus (44-52) vorgesehen ist.