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JP2968915B2 - プローブ顕微鏡装置の位置決め方法 - Google Patents

プローブ顕微鏡装置の位置決め方法

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Publication number
JP2968915B2
JP2968915B2 JP5207851A JP20785193A JP2968915B2 JP 2968915 B2 JP2968915 B2 JP 2968915B2 JP 5207851 A JP5207851 A JP 5207851A JP 20785193 A JP20785193 A JP 20785193A JP 2968915 B2 JP2968915 B2 JP 2968915B2
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JP
Japan
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cantilever
sample
probe
tip
microscope
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JP5207851A
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JPH0755457A (ja
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高史 森本
健 村山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/04Display or data processing devices

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル顕微鏡や原子
間力顕微鏡等のプローブ顕微鏡と光学顕微鏡が併用され
るプローブ顕微鏡装置において、プローブ顕微鏡と試料
上の目的個所とを一致させるためのプローブ顕微鏡装置
の位置決め方法に関する。
【0002】
【従来の技術】プローブ顕微鏡は、先端の尖った探針
を、試料に対してナノメートル(nm)オーダまで接近
させ、そのとき探針と試料との間に生じるトンネル電流
や原子間力等を測定することにより、試料表面の形状等
を原子寸法レベルで計測する装置である。このようなプ
ローブ顕微鏡の測定範囲は最大でも数10μmである。
このため、例えば光ディスク等の大きな試料における1
つのアドレスビットの細部の異常をチェックするような
場合、そのような微小な部分に探針の先端を目視で合わ
せることは不可能である。したがって、プローブ顕微鏡
は、試料を移動させるXYステージとともに、プローブ
顕微鏡の測定範囲より大きな視野をもつ測定機器、例え
ば光学顕微鏡を備えているのが通常である。
【0003】プローブ顕微鏡の測定においては、光学顕
微鏡の視野内に、試料とプローブ顕微鏡のカンチレバー
を挿入し、試料を移動させながらこれを光学顕微鏡で観
察し、試料上の目的個所(プローブ顕微鏡の測定対象個
所)がカンチレバー先端の探針と対向したとき試料の移
動を停止し、プローブ顕微鏡による測定を行なう手段が
採用されていた。
【0004】しかし、この手段は、光学顕微鏡の視野内
で試料がカンチレバーに遮られて見えなくなり、目的個
所を正確に探針に対向させることは困難である。又、試
料を移動する場合には、試料と探針の損傷を防止するた
め探針を試料から最低数μm〜数10μm退避させなけ
ればならないが、光学顕微鏡はその倍率を高くすればす
るほど焦点深度が浅くなるため、上記両者の間隔では両
者に同時に焦点を合わせることは不可能であり、一方に
焦点を合わせれば他方がぼやけることとなって、結局、
上記と同様、目的個所を正確に探針に対向させることは
困難となる。
【0005】このような欠点を解消する手段が、特開平
3−102209号公報に記載されている。この手段
は、カンチレバー上面における探針位置に対応する位置
にマーカーを付し、光学顕微鏡の光路内におかれたレチ
クルに描かれた十字線の交点に前記マーカーが一致する
ようにカンチレバーを光学顕微鏡の視野内に挿入し、試
料観察時にはカンチレバーを視野から外して試料を移動
させ、目的個所を十字線の交点に位置させ、次いで、カ
ンチレバーを再度挿入してそのマーカーを十字線に一致
させる手段である。この手段により、探針を目的個所に
正確に一致させることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、プローブ顕
微鏡による測定は原子寸法レベルで行なわれるので、微
小な振動でも測定に悪影響を及ぼす。したがって、プロ
ーブ顕微鏡装置の固有振動数は可能な限り高くするのが
望ましい。しかし、上記従来の手段は、カンチレバーを
光学顕微鏡の視野内に挿入しかつ視野内から脱出させる
ための機構を付加しなければならず、これにより、プロ
ーブ顕微鏡装置の固有振動数は低下してしまう。
【0007】又、上記従来の手段は、再度挿入したカン
チレバーを光学顕微鏡視野内の十字線に位置合わせしな
ければならず、この位置合わせはパルスモータや周知の
トライポッドを駆動して行なわれるが、パルスモータに
はバックラッシュ等が存在し、又、トライポッドに使用
される圧電素子には大きなヒステリシスが存在するの
で、このような位置合わせは光学顕微鏡の画像処理部で
実際のマーカーの位置と十字線の位置とのずれを補償す
るフィードバック制御が必要となり、装置を複雑化する
こととなるばかりでなく、実際には、上記バックラッシ
ュやヒステリシスの存在により正確に位置合わせを行な
うのは困難である。
【0008】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、カンチレバーの挿脱や位置合わせを行なう
ことなく、探針を目的個所に容易、かつ、正確に一致さ
せることができるプローブ顕微鏡装置の位置決め方法を
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、互いに直交するX軸およびY軸に沿って
変位するXYステージと、このXYステージとともに変
位し試料を載置する試料テーブルと、この試料テーブル
に対向して配置される光学顕微鏡と、探針を備えかつ先
端が前記光学顕微鏡の光路内に配置されたカンチレバー
と、このカンチレバーを前記試料に対して接離させる変
位機構とを備えたプローブ顕微鏡装置において、前記カ
ンチレバーの先端位置を記憶し、前記変位機構により前
記カンチレバーを前記試料に対してほぼ鉛直方向結像範
囲外に離し、前記視野内における記憶された前記先端位
置に前記試料の目的個所を一致させた後、当該試料に前
記カンチレバーの先端を接近させることを特徴とする。
【0010】
【作用】カンチレバーの先端は光学顕微鏡の視野内に存
在する。この先端位置を画像処理部で記憶し、変位機構
によりカンチレバーを試料に対してほぼ鉛直方向結像範
囲外に離す。これにより、試料に焦点を合わせた場合、
カンチレバー先端が光学顕微鏡の光路内に存在しても、
その視野内において試料の像を遮ることはない。試料を
移動させて視野内における記憶された先端位置に試料の
目的個所を一致させた後、カンチレバーの先端を試料に
接近させる。
【0011】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図1は本発明の実施例に係るプローブ顕微鏡装置
の位置決め方法に使用される装置の全体構成を示す図で
ある。この図で、1はXYステージであり、X軸ステー
ジ1XおよびY軸ステージ1Yで構成されている。2は
XYステージ1に固定された支持部材、3は支持部材2
に支持されたトライポッド機構である。このトライポッ
ド機構3は圧電素子で構成され、X、Y、Z軸方向に変
位可能であり、特に、X、Y軸方向の変位(紙面に垂直
な面内の変位)により試料のX、Y軸方向の走査を行な
う。4はトライポッド機構3に支持された試料台、5は
試料台4に載置された試料を示す。
【0012】6は試料5に対向しその測定を行なうプロ
ーブ顕微鏡のカンチレバー、61はカンチレバー6の先
端に固定された探針である。7はカンチレバー6をZ軸
方向(紙面上下方向)に変位させるZ軸変位機構、8は
光学顕微鏡、9はZ軸変位機構7と光学顕微鏡8とを支
持する支持台である。カンチレバー6と光学顕微鏡8と
は、カンチレバー6の先端が光学顕微鏡8の光路内に存
在する位置関係で支持台9に支持されている。又、Z軸
変位機構7としては、圧電素子を用いた周知のインチワ
ーム機構等種々の装置を用いることができる。
【0013】10は光学顕微鏡8の像を撮像するCCD
カメラ、11はCCDカメラ10からの信号に基づいて
所要の画像処理を行なう画像処理装置、12は画像処理
装置11で処理された信号に基づいて所要の影像を表示
する表示装置である。13はトライポッド機構3を例え
ば走査のために駆動するコントローラ、14はXYステ
ージ1を駆動するコントローラ、15はZ軸変位機構7
を駆動するコントローラ、16はこれらコントローラ1
3、14、15の駆動を制御する演算制御部である。
【0014】次に、本実施例の位置決め方法を図2およ
び図3を参照しながら説明する。本実施例では試料5が
光ディスクである場合について説明する。試料台4に測
定対象試料である光ディスクを載置し、光学顕微鏡8の
焦点をカンチレバー6の上面に合わせる。この場合のカ
ンチレバー6のZ軸方向高さは限定されないが、プロー
ブ顕微鏡の測定時と同様に試料に接近させてセットする
ことが望ましい。この状態での光学顕微鏡像はCCDカ
メラ10に捉えられ、画像処理装置11で処理されて表
示装置12に表示される。この表示された像を図2に示
す。
【0015】図2は光学顕微鏡像を示す図であり、20
Aは光ディスク像、201Aは光ディスクのトラック溝
の像、202は光ディスクのピットの像、6Aはカンチ
レバー6の像、62Aはカンチレバー6の先端62の像
である。焦点がカンチレバー6に合わされているので、
光ディスクの像は実際には図示の像よりぼやけた像にな
る。なお、カンチレバー6の先端62の像62Aは視野
内のどの位置にあっても差し支えない。この状態で、画
像処理装置11によりカンチレバー6の先端62の視野
内の位置を求め、これを演算制御部16の記憶部に記憶
しておく。
【0016】次に、光学顕微鏡8の焦点を光ディスクの
表面に合わせた後、Z軸変位機構7によりカンチレバー
6を光ディスクの表面から鉛直方向(Z軸方向)に退避
させる。カンチレバー6が退避するにつれて、当該カン
チレバー6の像6A、およびその先端の像62Aは次第
にぼやけてゆき、遂にはカンチレバー6の像6Aが消
え、それまでカンチレバー6の像6Aに隠れていた部分
の光ディスクの像が観察できるようになる。図3はこの
場合の光学顕微鏡像を示す図である。この図で図2に示
す部分と同一部分には同一符号が付してある。Mは演算
制御部16に記憶されているカンチレバー6の先端62
の像62Aの位置を表示する標識であり、演算制御部1
6から画像処理装置11へ指令を出力することにより標
識Mを表示装置12に表示することができる。
【0017】次に、XYステージ1により光ディスクを
移動させながらその像201Aを観察し、光ディスクの
測定対象個所を標識Mに一致させる。次いで、カンチレ
バー6をZ軸変位機構7により上記退避時とは逆方向に
変位させて光ディスクに接近させる。これにより、光デ
ィスクの測定対象個所とカンチレバー6の先端の探針6
1とを対向させることができる。
【0018】このように、本実施例では、カンチレバー
6の先端62を光学顕微鏡8の光路内に存在させ、当該
先端62の像62Aの位置を記憶させ、カンチレバー6
を一旦退避させた後に光ディスクの像20Aを観察して
測定対象個所が先端像62Aの記憶された位置と一致す
るように光ディスクを移動させ、その後、退避させたカ
ンチレバー6を再度光ディスクに接近させるようにした
ので、カンチレバー6の光学顕微鏡視野内への挿脱や、
当該視野内における位置合わせを行なうことなく、か
つ、カンチレバー6により光ディスク像が遮られること
なく、探針を目的個所に容易かつ正確に一致させること
ができる。又、カンチレバー6の挿脱機構を設ける必要
がないので、固有振動数を高めて測定を正確に行なうこ
とができる。さらに、カンチレバー6の位置合わせの必
要がないので、演算制御部16でのフィードバック制御
の必要もなく、演算制御部16の構成の複雑化を防止す
ることができる。
【0019】なお、上記実施例の説明では、試料として
光ディスクを例示したが、他の各種試料に適用できるの
は当然である。さらに、上記実施例の説明では、画像処
理装置を用いる例について説明したが、画像処理装置は
必ずしも必要ではなく、画像処理装置を使用せずに手動
で処理することも可能である。又、プローブ顕微鏡とし
ては、さきに挙げたトンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡以
外に電気的特性や磁気的特性を測定するものや試料に加
工を施すもの等種々のものがある。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、光学顕
微鏡の視野内にあるカンチレバーの先端位置を記憶し、
変位機構によりカンチレバーを試料に対してほぼ鉛直方
向結像範囲外に離し、視野内における記憶された先端位
置に試料の目的個所を一致させた後、カンチレバーの先
端を記憶された先端位置に戻すようにしたので、カンチ
レバーの光学顕微鏡視野内への挿脱や、当該視野内にお
ける位置合わせを行なうことなく、かつ、カンチレバー
により光ディスク像が遮られることなく、探針を目的個
所に容易かつ正確に一致させることができる。又、カン
チレバーの挿脱機構を設ける必要がないので、固有振動
数を高めて測定や加工を正確に行なうことができる。さ
らに、カンチレバーの位置合わせの必要がないので、フ
ィードバック制御による制御部の構成の複雑化を防止す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るプローブ顕微鏡装置の位
置決め方法に使用される装置の全体構成を示す図であ
る。
【図2】光ディスクの光学顕微鏡像を示す図である。
【図3】光ディスクの光学顕微鏡像を示す図である。
【符号の説明】 1 XYステージ 3 トライポッド機構 4 試料台 5 試料 6 カンチレバー 61 探針 7 Z軸変位機構 8 光学顕微鏡 9 支持台 10 CCDカメラ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−13902(JP,A) 特開 平3−71001(JP,A) 特開 平2−212701(JP,A) 特開 平3−18702(JP,A) 特開 平4−171646(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 21/00 - 21/32 G01B 11/00 - 11/30 G01N 37/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに直交するX軸およびY軸に沿って
    変位するXYステージと、このXYステージとともに変
    位し試料を載置する試料テーブルと、この試料テーブル
    に対向して配置される光学顕微鏡と、探針を備えかつ先
    端が前記光学顕微鏡の光路内に配置されたカンチレバー
    と、このカンチレバーを前記試料に対して接離させる変
    位機構とを備えたプローブ顕微鏡装置において、前記カ
    ンチレバーの先端位置を記憶し、前記変位機構により前
    記カンチレバーを前記試料に対してほぼ鉛直方向結像範
    囲外に離し、前記視野内における記憶された前記先端位
    置に前記試料の目的個所を一致させた後、当該試料に前
    記カンチレバーの先端を接近させることを特徴とするプ
    ローブ顕微鏡装置の位置決め方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、記憶された前記先端
    位置は、前記光学顕微鏡像に所定の標識として表される
    ことを特徴とするプローブ顕微鏡装置の位置決め方法。
JP5207851A 1993-08-23 1993-08-23 プローブ顕微鏡装置の位置決め方法 Expired - Fee Related JP2968915B2 (ja)

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