JP2001228071A - 表面測定器と組み合わされた走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
表面測定器と組み合わされた走査型プローブ顕微鏡Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
- G01Q30/02—Non-SPM analysing devices, e.g. SEM [Scanning Electron Microscope], spectrometer or optical microscope
- G01Q30/025—Optical microscopes coupled with SPM
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
- E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
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- E05Y2900/40—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for gates
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Abstract
(57)【要約】
【課題】測定所要時間が短縮された走査型プローブ顕微
鏡を提供する。 【解決手段】走査型プローブ顕微鏡は、試料Sをxy方
向に移動し得るxyステージ104と、自由端にプロー
ブ106を有するカンチレバー108を備えている。カ
ンチレバー108を支持するヘッド114は、これをz
方向に移動し得るz圧電体124と、xy方向に移動し
得るxy走査機構126を介して、SPM用zステージ
130に支持されている。同装置は、試料Sの表面を光
学的に測定し得る表面測定器を含んでおり、その対物レ
ンズ134はレボルバー138を介して表面測定器用z
ステージ138に支持されている。コントローラー14
4は、表面測定器用zステージ138の移動量に基づい
て試料Sとプローブ106の間のz方向の距離を測定し
得るとともに、表面測定器の測定中心とプローブ106
の先端の間のxy方向の距離を測定し得る。
鏡を提供する。 【解決手段】走査型プローブ顕微鏡は、試料Sをxy方
向に移動し得るxyステージ104と、自由端にプロー
ブ106を有するカンチレバー108を備えている。カ
ンチレバー108を支持するヘッド114は、これをz
方向に移動し得るz圧電体124と、xy方向に移動し
得るxy走査機構126を介して、SPM用zステージ
130に支持されている。同装置は、試料Sの表面を光
学的に測定し得る表面測定器を含んでおり、その対物レ
ンズ134はレボルバー138を介して表面測定器用z
ステージ138に支持されている。コントローラー14
4は、表面測定器用zステージ138の移動量に基づい
て試料Sとプローブ106の間のz方向の距離を測定し
得るとともに、表面測定器の測定中心とプローブ106
の先端の間のxy方向の距離を測定し得る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面測定器と組み
合わされた走査型プローブ顕微鏡に関する。
合わされた走査型プローブ顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】特開平6−82249号は、金属顕微鏡
と組み合わされた走査型プローブ顕微鏡を開示してい
る。
と組み合わされた走査型プローブ顕微鏡を開示してい
る。
【0003】この装置では、金属顕微鏡と走査型プロー
ブ顕微鏡とが、所定の間隔をおいて一定の位置に配置さ
れている。試料は、xy方向に移動可能な粗動ステージ
に載置され、粗動ステージによりxy方向に移動され
て、金属顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡のいずれか一方
の下方に選択的に配置される。
ブ顕微鏡とが、所定の間隔をおいて一定の位置に配置さ
れている。試料は、xy方向に移動可能な粗動ステージ
に載置され、粗動ステージによりxy方向に移動され
て、金属顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡のいずれか一方
の下方に選択的に配置される。
【0004】測定手順は、まず、金属顕微鏡によって試
料の表面が光学的に観察され、走査型プローブ顕微鏡に
よる観察箇所が特定される。次に、粗動ステージによっ
て試料が走査型プローブ顕微鏡の下方に配置される。そ
の後、プローブが試料に対して接近(アプローチ)された
後、走査型プローブ顕微鏡による測定が行なわれる。
料の表面が光学的に観察され、走査型プローブ顕微鏡に
よる観察箇所が特定される。次に、粗動ステージによっ
て試料が走査型プローブ顕微鏡の下方に配置される。そ
の後、プローブが試料に対して接近(アプローチ)された
後、走査型プローブ顕微鏡による測定が行なわれる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の装置で
は、試料とプローブの間のz方向の距離すなわち間隔は
常に不明である。このため、プローブの損傷を防ぐた
め、試料のxy方向の移動は、プローブが試料から十分
に離された状態で行なわれるとともに、アプローチ動作
は、最初から低速で行なわれる。アプローチの速度を
0.03mm/秒程度、プローブと試料の間隔を3mmと
すると、アプローチは100秒の時間を要してしまう。
これは、そのまま測定時間の増大を招く原因となってい
る。
は、試料とプローブの間のz方向の距離すなわち間隔は
常に不明である。このため、プローブの損傷を防ぐた
め、試料のxy方向の移動は、プローブが試料から十分
に離された状態で行なわれるとともに、アプローチ動作
は、最初から低速で行なわれる。アプローチの速度を
0.03mm/秒程度、プローブと試料の間隔を3mmと
すると、アプローチは100秒の時間を要してしまう。
これは、そのまま測定時間の増大を招く原因となってい
る。
【0006】また、金属顕微鏡の視野中心と走査型プロ
ーブ顕微鏡のプローブの先端の間の距離が不明である。
このため、金属顕微鏡による観察の際に視野中心に位置
した点を走査型プローブ顕微鏡のプローブの先端の真下
に配置するには、試行錯誤を繰り返し、多くの時間を要
してしまう。特に、プローブの位置はカンチレバーを交
換する度に微妙にずれるため、この位置合わせはプロー
ブ交換毎に行なわなければならない。これは、やはり、
測定時間の増大を招く原因となっている。
ーブ顕微鏡のプローブの先端の間の距離が不明である。
このため、金属顕微鏡による観察の際に視野中心に位置
した点を走査型プローブ顕微鏡のプローブの先端の真下
に配置するには、試行錯誤を繰り返し、多くの時間を要
してしまう。特に、プローブの位置はカンチレバーを交
換する度に微妙にずれるため、この位置合わせはプロー
ブ交換毎に行なわなければならない。これは、やはり、
測定時間の増大を招く原因となっている。
【0007】さらに、金属顕微鏡の測定中心と走査型プ
ローブ顕微鏡の測定中心が離れているため、二つの測定
中心の間で試料を移動させる粗動ステージは大きなスト
ロークが必要である。これは、装置の大型化を招き、そ
の結果として、メカニカルな剛性の低下、従って、分解
能の低下を招く原因となっている。また、装置の設置面
積の増大も招いている。
ローブ顕微鏡の測定中心が離れているため、二つの測定
中心の間で試料を移動させる粗動ステージは大きなスト
ロークが必要である。これは、装置の大型化を招き、そ
の結果として、メカニカルな剛性の低下、従って、分解
能の低下を招く原因となっている。また、装置の設置面
積の増大も招いている。
【0008】本発明の主な目的は、測定所要時間が短縮
された走査型プローブ顕微鏡を提供することである。
された走査型プローブ顕微鏡を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、表面測定器と
組み合わされた走査型プローブ顕微鏡であって、表面測
定器のz粗動機構と、試料表面とプローブの間のz方向
の距離を測定するz方向距離測定手段と、表面測定器の
視野中心とプローブの先端の間のxy方向の距離を測定
するxy方向距離測定手段と、試料をxy方向に移動す
るための試料移動手段とを備えており、z方向距離測定
手段により測定されるz方向の距離に基づいて、試料に
対するプローブの接近動作を行なうとともに、xy方向
距離測定手段により測定されるxy方向の距離に基づい
て、試料移動手段により試料を移動させて、表面測定器
の測定中心とプローブの先端の位置合わせを行なう。
組み合わされた走査型プローブ顕微鏡であって、表面測
定器のz粗動機構と、試料表面とプローブの間のz方向
の距離を測定するz方向距離測定手段と、表面測定器の
視野中心とプローブの先端の間のxy方向の距離を測定
するxy方向距離測定手段と、試料をxy方向に移動す
るための試料移動手段とを備えており、z方向距離測定
手段により測定されるz方向の距離に基づいて、試料に
対するプローブの接近動作を行なうとともに、xy方向
距離測定手段により測定されるxy方向の距離に基づい
て、試料移動手段により試料を移動させて、表面測定器
の測定中心とプローブの先端の位置合わせを行なう。
【0010】
【発明の実施の形態】[第一実施形態]図1〜図3を用
いて本発明の第一実施形態について説明する。
いて本発明の第一実施形態について説明する。
【0011】[構成]本実施形態の走査型プローブ顕微
鏡は、図1に示されるように、試料Sが載置されるxy
ステージ104を備えている。xyステージ104は、
試料Sを図の左右方向と図の紙面に垂直な方向すなわち
xy方向に移動し得る。xyステージ104は、顕微鏡
本体102のベース部の上に設けられている。
鏡は、図1に示されるように、試料Sが載置されるxy
ステージ104を備えている。xyステージ104は、
試料Sを図の左右方向と図の紙面に垂直な方向すなわち
xy方向に移動し得る。xyステージ104は、顕微鏡
本体102のベース部の上に設けられている。
【0012】本装置は、自由端にプローブ106を有す
るカンチレバー108を備えている。カンチレバー10
8は、レバーホルダー110に、ある程度位置決めされ
て接着固定されている。レバーホルダー110はヘッド
114に取り付けられている。
るカンチレバー108を備えている。カンチレバー10
8は、レバーホルダー110に、ある程度位置決めされ
て接着固定されている。レバーホルダー110はヘッド
114に取り付けられている。
【0013】ヘッド114は円筒形状のz圧電体124
に支持されており、z圧電体124は図の上下方向すな
わちz方向に伸縮可能であり、従ってヘッド114をz
方向に移動し得る。z圧電体124はxy走査機構12
6に支持されており、xy走査機構126はz圧電体1
24をxy方向に移動し得る。
に支持されており、z圧電体124は図の上下方向すな
わちz方向に伸縮可能であり、従ってヘッド114をz
方向に移動し得る。z圧電体124はxy走査機構12
6に支持されており、xy走査機構126はz圧電体1
24をxy方向に移動し得る。
【0014】xy走査機構126はSPM用zステージ
130に支持されており、SPM用zステージ130は
ステッピングモータ132により図の上下方向すなわち
z方向に移動可能であり、従ってxy走査機構126を
z方向に移動し得る。SPM用zステージ130は、顕
微鏡本体102の支柱部に固定されている。
130に支持されており、SPM用zステージ130は
ステッピングモータ132により図の上下方向すなわち
z方向に移動可能であり、従ってxy走査機構126を
z方向に移動し得る。SPM用zステージ130は、顕
微鏡本体102の支柱部に固定されている。
【0015】本装置は、試料Sの表面を光学的に測定し
得る表面測定器を含んでいる。表面測定器としては、レ
ーザー顕微鏡や通常の光学顕微鏡等があげられる。
得る表面測定器を含んでいる。表面測定器としては、レ
ーザー顕微鏡や通常の光学顕微鏡等があげられる。
【0016】表面測定器による上方からの試料の測定を
可能にするため、ヘッド114とxy走査機構126
は、それぞれ、開口122と開口128を有している。
可能にするため、ヘッド114とxy走査機構126
は、それぞれ、開口122と開口128を有している。
【0017】表面測定器は、少なくとも一つの対物レン
ズ134を有している。この対物レンズ134は、ヘッ
ド114の開口122とxy走査機構126の開口12
8の内側の空間に配置される。
ズ134を有している。この対物レンズ134は、ヘッ
ド114の開口122とxy走査機構126の開口12
8の内側の空間に配置される。
【0018】好ましくは、表面測定器は、倍率の切り替
えのために、倍率の異なる複数の対物レンズ134と、
それらを保持するとともにそれらのうちの任意の一つを
光路上に配置し得るレボルバー138とを有している。
えのために、倍率の異なる複数の対物レンズ134と、
それらを保持するとともにそれらのうちの任意の一つを
光路上に配置し得るレボルバー138とを有している。
【0019】表面測定器は、図には示されていないが、
対物レンズ134の他に、様々な光学要素や、オートフ
ォーカス機構を含んでいる。
対物レンズ134の他に、様々な光学要素や、オートフ
ォーカス機構を含んでいる。
【0020】レボルバー138は表面測定器用zステー
ジ138に支持されており、表面測定器用zステージ1
38はステッピングモータ140により図の上下方向す
なわちz方向に移動可能であり、従ってレボルバー13
8をz方向に移動し得る。表面測定器用zステージ13
8は、顕微鏡本体102の支柱部に固定されている。
ジ138に支持されており、表面測定器用zステージ1
38はステッピングモータ140により図の上下方向す
なわちz方向に移動可能であり、従ってレボルバー13
8をz方向に移動し得る。表面測定器用zステージ13
8は、顕微鏡本体102の支柱部に固定されている。
【0021】レバーホルダー110は、ヘッド114に
対して図の左右方向に移動し得るように、板バネ116
の弾性力によってヘッド114に保持されている。ヘッ
ド114は、その先端にボール120が固定されたバネ
118を備えており、ボール120はレバーホルダー1
10を常に図の下方向に押している。また、レバーホル
ダー110は、ボール120と係合し得る二つの溝11
2を有している。
対して図の左右方向に移動し得るように、板バネ116
の弾性力によってヘッド114に保持されている。ヘッ
ド114は、その先端にボール120が固定されたバネ
118を備えており、ボール120はレバーホルダー1
10を常に図の下方向に押している。また、レバーホル
ダー110は、ボール120と係合し得る二つの溝11
2を有している。
【0022】この構造的特徴のため、レバーホルダー1
10は、いずれかの溝112にボール120が丁度収ま
った位置で、安定に保持される。つまり、レバーホルダ
ー110は、図の左右方向に関して、二ヵ所で正確に位
置決めされる。これに伴い、レバーホルダー110に固
定されたカンチレバー108も二ヵ所で位置決めされ
る。
10は、いずれかの溝112にボール120が丁度収ま
った位置で、安定に保持される。つまり、レバーホルダ
ー110は、図の左右方向に関して、二ヵ所で正確に位
置決めされる。これに伴い、レバーホルダー110に固
定されたカンチレバー108も二ヵ所で位置決めされ
る。
【0023】その位置決めされた一方の位置において
は、カンチレバー108のプローブ106は、理想的に
は、表面測定器の光軸上に位置する。また、位置決めさ
れた他方の位置においては、カンチレバー108のプロ
ーブ106は、表面測定器の光路から外れている。
は、カンチレバー108のプローブ106は、理想的に
は、表面測定器の光軸上に位置する。また、位置決めさ
れた他方の位置においては、カンチレバー108のプロ
ーブ106は、表面測定器の光路から外れている。
【0024】装置はさらに、全体を制御するコントロー
ラー144を有している。コントローラー144は、表
面測定器による測定や走査型プローブ顕微鏡による測定
のために装置全体を制御する機能を有している。
ラー144を有している。コントローラー144は、表
面測定器による測定や走査型プローブ顕微鏡による測定
のために装置全体を制御する機能を有している。
【0025】コントローラー144は、さらに、表面測
定器の合焦を判定する機能と、表面測定器用zステージ
138の移動量を測定する機能を有している。表面測定
器用zステージ138の移動量を測定する機能は、より
具体的には、表面測定器用zステージ138を駆動する
ステッピングモータ140のステップ数をカウントする
機能を含んでおり、カウントしたステップ数に基づいて
表面測定器用zステージ138の移動量を求める。
定器の合焦を判定する機能と、表面測定器用zステージ
138の移動量を測定する機能を有している。表面測定
器用zステージ138の移動量を測定する機能は、より
具体的には、表面測定器用zステージ138を駆動する
ステッピングモータ140のステップ数をカウントする
機能を含んでおり、カウントしたステップ数に基づいて
表面測定器用zステージ138の移動量を求める。
【0026】コントローラー144は、さらに、表面測
定器の測定中心と、表面測定器の視野内に配置されたプ
ローブ106の先端との間のxy方向の距離(ずれ)を測
定する機能と、測定されたずれ量に基づいてxyステー
ジ104を制御する機能を有している。
定器の測定中心と、表面測定器の視野内に配置されたプ
ローブ106の先端との間のxy方向の距離(ずれ)を測
定する機能と、測定されたずれ量に基づいてxyステー
ジ104を制御する機能を有している。
【0027】[作用]以下、図2を参照して、本装置の
動作について説明する。
動作について説明する。
【0028】最初、図2(a)に示されるように、対物レ
ンズ134とカンチレバー108は共に試料Sから十分
に退避されている。また、カンチレバー108は、表面
測定器の視野からはずされている。所望の観察点Aは、
図では、対物レンズ134の視野からはずれている。
ンズ134とカンチレバー108は共に試料Sから十分
に退避されている。また、カンチレバー108は、表面
測定器の視野からはずされている。所望の観察点Aは、
図では、対物レンズ134の視野からはずれている。
【0029】次に、オートフォーカス機構に従って、ス
テッピングモーター140が駆動され表面測定器用zス
テージ138が下降されて対物レンズ134が下降さ
れ、図2(b)に示されるように、試料Sの表面に焦点が
合わせられる。コントローラー144は、この合焦状態
におけるステッピングモーター140の回転角を記憶し
ておく。
テッピングモーター140が駆動され表面測定器用zス
テージ138が下降されて対物レンズ134が下降さ
れ、図2(b)に示されるように、試料Sの表面に焦点が
合わせられる。コントローラー144は、この合焦状態
におけるステッピングモーター140の回転角を記憶し
ておく。
【0030】試料Sが光学的に観察される。所望の観察
点Aが表面測定器の測定中心から外れているときには、
観察点Aが表面測定器の測定中心に来るように、xyス
テージ104が駆動され試料Sが移動される。続いて、
所望の観察点Aが表面測定器の測定中心に位置している
状態で、再び試料Sの光学的観察が行なわれ、その画像
が取得される。
点Aが表面測定器の測定中心から外れているときには、
観察点Aが表面測定器の測定中心に来るように、xyス
テージ104が駆動され試料Sが移動される。続いて、
所望の観察点Aが表面測定器の測定中心に位置している
状態で、再び試料Sの光学的観察が行なわれ、その画像
が取得される。
【0031】次に、レバーホルダー110の位置が切り
替えられ、図2(c)に示されるように、カンチレバー1
08が表面測定器の視野内に挿入される。その結果、カ
ンチレバー108の自由端のプローブ106が、表面測
定器の光軸に対して同軸に配置される。プローブ106
の先端は、理想的には、表面測定器の視野中心すなわち
測定中心に配置されるが、通常は機械的な位置決め精度
のために、そこから1〜100μm程度ずれて配置され
る。ここでは、この二次元的なずれ量を(x,y)とす
る。
替えられ、図2(c)に示されるように、カンチレバー1
08が表面測定器の視野内に挿入される。その結果、カ
ンチレバー108の自由端のプローブ106が、表面測
定器の光軸に対して同軸に配置される。プローブ106
の先端は、理想的には、表面測定器の視野中心すなわち
測定中心に配置されるが、通常は機械的な位置決め精度
のために、そこから1〜100μm程度ずれて配置され
る。ここでは、この二次元的なずれ量を(x,y)とす
る。
【0032】その後、ステッピングモーター140が駆
動され表面測定器用zステージ138が上昇されて対物
レンズ134が上昇され、図2(d)に示されるように、
カンチレバー108の上面に焦点が合わせられる。コン
トローラー144は、この上昇の間にステッピングモー
タ140に与えたパスル数をカウントしておく。このパ
スル数に基づいて表面測定器用zステージ138の上昇
量が求められる。ここでは、この上昇量をzとする。
動され表面測定器用zステージ138が上昇されて対物
レンズ134が上昇され、図2(d)に示されるように、
カンチレバー108の上面に焦点が合わせられる。コン
トローラー144は、この上昇の間にステッピングモー
タ140に与えたパスル数をカウントしておく。このパ
スル数に基づいて表面測定器用zステージ138の上昇
量が求められる。ここでは、この上昇量をzとする。
【0033】続いて、カンチレバー108の上面に合焦
した状態で、光学的観察が行なわれる。その観察像が図
3に示される。プローブ106は、好ましくは、ほぼ一
定の厚さのカンチレバー108の構成材料が図の紙面の
裏側に突出した部分で構成されている。このため、図の
紙面の表側から見て、プローブ106の部分は窪んでお
り、その先端の位置は上面からの観察でも特定され得
る。コントローラー144は、表面測定器の測定中心
(この時点では観察点Aと一致している)とプローブ10
6の先端との間のxy方向のずれ量(x,y)を測定す
る。ずれ量の測定は、例えば、二点間の画素数をカウン
トすることにより簡単に行なわれる。
した状態で、光学的観察が行なわれる。その観察像が図
3に示される。プローブ106は、好ましくは、ほぼ一
定の厚さのカンチレバー108の構成材料が図の紙面の
裏側に突出した部分で構成されている。このため、図の
紙面の表側から見て、プローブ106の部分は窪んでお
り、その先端の位置は上面からの観察でも特定され得
る。コントローラー144は、表面測定器の測定中心
(この時点では観察点Aと一致している)とプローブ10
6の先端との間のxy方向のずれ量(x,y)を測定す
る。ずれ量の測定は、例えば、二点間の画素数をカウン
トすることにより簡単に行なわれる。
【0034】測定された表面測定器の測定中心とプロー
ブ106の先端との間のずれ量(x,y)に従って、xy
ステージ104により試料Sが移動され、図2(e)に示
されるように、観察点Aがプローブ106の先端の真下
に配置される。
ブ106の先端との間のずれ量(x,y)に従って、xy
ステージ104により試料Sが移動され、図2(e)に示
されるように、観察点Aがプローブ106の先端の真下
に配置される。
【0035】その後、カンチレバー108が下降され
て、プローブ106の試料Sへのアプローチが行なわれ
る。アプローチは高速と低速の二段階で行なわれる。前
述したように、表面測定器用zステージ138を上昇さ
せる際にステッピングモータ140に与えたパスル数に
基づいて、試料Sとプローブ106の間のz方向の距離
zは分かっている。この距離zは、通常、カンチレバー
交換時のプローブ破損防止のため3mm程度に設定され
ている。以下では、距離zが3mmであるとして、話を
進める。
て、プローブ106の試料Sへのアプローチが行なわれ
る。アプローチは高速と低速の二段階で行なわれる。前
述したように、表面測定器用zステージ138を上昇さ
せる際にステッピングモータ140に与えたパスル数に
基づいて、試料Sとプローブ106の間のz方向の距離
zは分かっている。この距離zは、通常、カンチレバー
交換時のプローブ破損防止のため3mm程度に設定され
ている。以下では、距離zが3mmであるとして、話を
進める。
【0036】アプローチは、3mmのうちの最初の2.
95mmが、高速で行なわれ、続いて、残りの0.05
mmが、プローブを破損しないように、低速で行なわれ
る。アプローチの速度が0.03mm/秒以下であれば、
プローブ106の先端は実質的に破損しないことが実験
的に分かっている。この事実を考慮して、例えば、低速
アプローチの速度を0.03mm/秒とし、高速アプロー
チの速度を3mm/秒とすると、アプローチの所要時間
は全体で(2.95/3)+(0.05/0.03)=2.7秒と
なる。これは、従来技術に比べて、大幅に短縮されてい
る。
95mmが、高速で行なわれ、続いて、残りの0.05
mmが、プローブを破損しないように、低速で行なわれ
る。アプローチの速度が0.03mm/秒以下であれば、
プローブ106の先端は実質的に破損しないことが実験
的に分かっている。この事実を考慮して、例えば、低速
アプローチの速度を0.03mm/秒とし、高速アプロー
チの速度を3mm/秒とすると、アプローチの所要時間
は全体で(2.95/3)+(0.05/0.03)=2.7秒と
なる。これは、従来技術に比べて、大幅に短縮されてい
る。
【0037】その後、図2(g)に示されるように、カン
チレバー108が走査され、所望の観察点Aを走査の中
心として走査型プローブ顕微鏡による測定が行われる。
この測定の具体的な手順は、公知であるので、ここでは
その詳しい説明は省略する。
チレバー108が走査され、所望の観察点Aを走査の中
心として走査型プローブ顕微鏡による測定が行われる。
この測定の具体的な手順は、公知であるので、ここでは
その詳しい説明は省略する。
【0038】[効果]以上の説明から分かるように、本
実施形態の装置は、試料Sとプローブ106の間のz方
向の距離を測定しており、その測定結果に基づいて、プ
ローブ106が試料Sから比較的離れている間は高速ア
プローチを行ない、十分に接近した後は低速アプローチ
を行なっているので、アプローチの所要時間が短縮され
る。
実施形態の装置は、試料Sとプローブ106の間のz方
向の距離を測定しており、その測定結果に基づいて、プ
ローブ106が試料Sから比較的離れている間は高速ア
プローチを行ない、十分に接近した後は低速アプローチ
を行なっているので、アプローチの所要時間が短縮され
る。
【0039】また、表面測定器の視野中心とプローブ1
06の先端とのxy方向のずれ量を測定するため、表面
測定器の視野中心とプローブ106の先端との位置合わ
せを短時間で行なえる。従って、検鏡法の切り替えの際
の位置決めが短時間で行なえる。これにより、測定時間
が短縮される。
06の先端とのxy方向のずれ量を測定するため、表面
測定器の視野中心とプローブ106の先端との位置合わ
せを短時間で行なえる。従って、検鏡法の切り替えの際
の位置決めが短時間で行なえる。これにより、測定時間
が短縮される。
【0040】さらに、表面測定器の視野中心とプローブ
106がほぼ同軸上に配置されるので、従来技術のよう
に、ステージストロークに無駄が生じない。従って、装
置全体がコンパクトな構造になり、装置の設置面積が小
さくなる。また、装置全体の固有振動数が増大するの
で、装置の分解能が向上する。
106がほぼ同軸上に配置されるので、従来技術のよう
に、ステージストロークに無駄が生じない。従って、装
置全体がコンパクトな構造になり、装置の設置面積が小
さくなる。また、装置全体の固有振動数が増大するの
で、装置の分解能が向上する。
【0041】[第二実施形態]図4を用いて本発明の第
二実施形態について説明する。
二実施形態について説明する。
【0042】[構成]本実施形態の走査型プローブ顕微
鏡は、第一実施形態の装置に非常に似た構成をしてお
り、図4において、第一実施形態の部材と同じ参照符号
で示された部材は同等の部材を示しており、その詳しい
説明は省略する。以下、相違点について述べる。
鏡は、第一実施形態の装置に非常に似た構成をしてお
り、図4において、第一実施形態の部材と同じ参照符号
で示された部材は同等の部材を示しており、その詳しい
説明は省略する。以下、相違点について述べる。
【0043】表面測定器用zステージ138は、その移
動方向に沿って透過率が一定の周期で変化する光学パタ
ーンたとえば明暗の縞を有するガラススケール152
と、ガラススケール152を間に挟んで対向して配置さ
れた光源たとえばレーザーダイオード(LD)154と光
検出器たとえばフォトダイオード(PD)156からなる
フォトセンサーとを備えている。このガラススケール1
52とフォトセンサーの複合体は、いわゆる光学式エン
コーダーを構成している。
動方向に沿って透過率が一定の周期で変化する光学パタ
ーンたとえば明暗の縞を有するガラススケール152
と、ガラススケール152を間に挟んで対向して配置さ
れた光源たとえばレーザーダイオード(LD)154と光
検出器たとえばフォトダイオード(PD)156からなる
フォトセンサーとを備えている。このガラススケール1
52とフォトセンサーの複合体は、いわゆる光学式エン
コーダーを構成している。
【0044】ガラススケール152はその移動方向に沿
って透過率が一定の周期で変化しているため、表面測定
器用zステージ138の移動に対応して、フォトダイオ
ード(PD)156で検出される光量が周期的に変化す
る。例えば、表面測定器用zステージ138の一定速度
での移動に対して、フォトダイオード(PD)156はほ
ぼ正弦波信号を出力する。従って、周期的に変化するフ
ォトダイオード(PD)156の出力信号のピークの数を
測定することにより、表面測定器用zステージ138の
移動量が求められる。
って透過率が一定の周期で変化しているため、表面測定
器用zステージ138の移動に対応して、フォトダイオ
ード(PD)156で検出される光量が周期的に変化す
る。例えば、表面測定器用zステージ138の一定速度
での移動に対して、フォトダイオード(PD)156はほ
ぼ正弦波信号を出力する。従って、周期的に変化するフ
ォトダイオード(PD)156の出力信号のピークの数を
測定することにより、表面測定器用zステージ138の
移動量が求められる。
【0045】より好ましくは、更に高い測定精度のため
に、ガラススケール152は、移動方向に沿って透過率
が共に一定の周期で変化し、互いの位相が1/4周期ず
れている一対の光学パターンを有している。これに対応
して、光源154は一対のレーザーダイオード(LD)を
有し、光検出器156は一対のフォトダイオード(PD)
を有している。このような構成は、光学式エンコーダー
の分野では公知な技術であり、その詳細は省略する。
に、ガラススケール152は、移動方向に沿って透過率
が共に一定の周期で変化し、互いの位相が1/4周期ず
れている一対の光学パターンを有している。これに対応
して、光源154は一対のレーザーダイオード(LD)を
有し、光検出器156は一対のフォトダイオード(PD)
を有している。このような構成は、光学式エンコーダー
の分野では公知な技術であり、その詳細は省略する。
【0046】同様に、xyステージ104は、その移動
方向に沿って透過率が一定の周期で変化する光学パター
ンを有する一対のガラススケール162と、ガラススケ
ール162の各々を間に挟んで対向して配置された一対
の光源たとえばレーザーダイオード(LD)164と一対
の光検出器たとえばフォトダイオード(PD)166から
なる一対のフォトセンサーとを備えている。なお、図に
は、その一方のみが概略的に図示されている。
方向に沿って透過率が一定の周期で変化する光学パター
ンを有する一対のガラススケール162と、ガラススケ
ール162の各々を間に挟んで対向して配置された一対
の光源たとえばレーザーダイオード(LD)164と一対
の光検出器たとえばフォトダイオード(PD)166から
なる一対のフォトセンサーとを備えている。なお、図に
は、その一方のみが概略的に図示されている。
【0047】コントローラー144は、表面測定器用z
ステージ138の移動量を測定する機能を有しており、
具体的には、表面測定器用zステージ138に設けられ
た光検出器156の出力信号に基づいて表面測定器用z
ステージ138の移動量を求める。
ステージ138の移動量を測定する機能を有しており、
具体的には、表面測定器用zステージ138に設けられ
た光検出器156の出力信号に基づいて表面測定器用z
ステージ138の移動量を求める。
【0048】コントローラー144は、表面測定器の測
定中心と、表面測定器の視野内に配置されたプローブ1
06の先端との間のxy方向のずれ量を測定する機能を
有しており、具体的には、xyステージ104に設けら
れた光検出器166の出力信号に基づいてずれ量を求め
る。
定中心と、表面測定器の視野内に配置されたプローブ1
06の先端との間のxy方向のずれ量を測定する機能を
有しており、具体的には、xyステージ104に設けら
れた光検出器166の出力信号に基づいてずれ量を求め
る。
【0049】[作用]測定動作は、表面測定器用zステ
ージ138の移動量の測定の手法と、表面測定器の測定
中心とプローブ106の先端との間のxy方向のずれ量
を測定する手法を除いては、第一実施形態と同じであ
る。
ージ138の移動量の測定の手法と、表面測定器の測定
中心とプローブ106の先端との間のxy方向のずれ量
を測定する手法を除いては、第一実施形態と同じであ
る。
【0050】本実施形態では、表面測定器用zステージ
138の移動量は、表面測定器用zステージ138に設
けられた光検出器156の出力信号に基づいて求められ
る。
138の移動量は、表面測定器用zステージ138に設
けられた光検出器156の出力信号に基づいて求められ
る。
【0051】また、表面測定器による観察の際に測定中
心に位置していた点がプローブ106の先端の真下に来
るように試料Sを移動させる際、xyステージ104の
移動が、xyステージ104に設けられた光検出器16
6の出力信号に基づいて制御される。これにより、試料
S上の所望の観察点がプローブ106の先端の真下に精
度良く配置される。
心に位置していた点がプローブ106の先端の真下に来
るように試料Sを移動させる際、xyステージ104の
移動が、xyステージ104に設けられた光検出器16
6の出力信号に基づいて制御される。これにより、試料
S上の所望の観察点がプローブ106の先端の真下に精
度良く配置される。
【0052】[効果]本実施形態は、ステッピングモー
ターに与えられるパルス数の変動の影響を受けないとい
う利点を有している。つまり、モーターが何らかの原因
で脱ちょうしても、その影響を受けず、表面測定器用z
ステージ138の移動量を正確に測定することができ
る。また、スケール材質の線膨張係数をステージ材質の
線膨張係数と同じにしておけば、熱膨張の影響を受けな
くてよい。
ターに与えられるパルス数の変動の影響を受けないとい
う利点を有している。つまり、モーターが何らかの原因
で脱ちょうしても、その影響を受けず、表面測定器用z
ステージ138の移動量を正確に測定することができ
る。また、スケール材質の線膨張係数をステージ材質の
線膨張係数と同じにしておけば、熱膨張の影響を受けな
くてよい。
【0053】これまで、いくつかの実施の形態について
図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上
述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。
図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上
述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。
【0054】従って、本発明の走査型プローブ顕微鏡に
ついて、以下のことが言える。
ついて、以下のことが言える。
【0055】1. 表面測定器と組み合わされた走査型
プローブ顕微鏡において、表面測定器のz粗動機構と、
試料表面とプローブの間のz方向の距離を測定するz方
向距離測定手段と、表面測定器の視野中心とプローブの
先端の間のxy方向の距離(ずれ)を測定するxy方向距
離測定手段と、試料をxy方向に移動するための試料移
動手段とを備えており、z方向距離測定手段により測定
されるz方向の距離に基づいて、試料に対するプローブ
の接近動作を行なうとともに、xy方向距離測定手段に
より測定されるxy方向の距離に基づいて、試料移動手
段により試料を移動させて、表面測定器の測定中心とプ
ローブの先端の位置合わせを行なう、走査型プローブ顕
微鏡。
プローブ顕微鏡において、表面測定器のz粗動機構と、
試料表面とプローブの間のz方向の距離を測定するz方
向距離測定手段と、表面測定器の視野中心とプローブの
先端の間のxy方向の距離(ずれ)を測定するxy方向距
離測定手段と、試料をxy方向に移動するための試料移
動手段とを備えており、z方向距離測定手段により測定
されるz方向の距離に基づいて、試料に対するプローブ
の接近動作を行なうとともに、xy方向距離測定手段に
より測定されるxy方向の距離に基づいて、試料移動手
段により試料を移動させて、表面測定器の測定中心とプ
ローブの先端の位置合わせを行なう、走査型プローブ顕
微鏡。
【0056】2. 表面測定器と組み合わされた走査型
プローブ顕微鏡において、表面測定器のz粗動機構と、
試料表面とプローブの間のz方向の距離を測定するz方
向距離測定手段とを備えており、z方向距離測定手段に
より測定されるz方向の距離に基づいて、試料に対する
プローブの接近動作を行なう、走査型プローブ顕微鏡。
プローブ顕微鏡において、表面測定器のz粗動機構と、
試料表面とプローブの間のz方向の距離を測定するz方
向距離測定手段とを備えており、z方向距離測定手段に
より測定されるz方向の距離に基づいて、試料に対する
プローブの接近動作を行なう、走査型プローブ顕微鏡。
【0057】3. 表面測定器と組み合わされた走査型
プローブ顕微鏡において、表面測定器の視野中心とプロ
ーブの先端の間のxy方向の距離(ずれ)を測定するxy
方向距離測定手段と、試料をxy方向に移動するための
試料移動手段とを備えており、xy方向距離測定手段に
より測定されるxy方向の距離に基づいて、試料移動手
段により試料を移動させて、表面測定器の測定中心とプ
ローブの先端の位置合わせを行なう、走査型プローブ顕
微鏡。
プローブ顕微鏡において、表面測定器の視野中心とプロ
ーブの先端の間のxy方向の距離(ずれ)を測定するxy
方向距離測定手段と、試料をxy方向に移動するための
試料移動手段とを備えており、xy方向距離測定手段に
より測定されるxy方向の距離に基づいて、試料移動手
段により試料を移動させて、表面測定器の測定中心とプ
ローブの先端の位置合わせを行なう、走査型プローブ顕
微鏡。
【0058】4. 第1項または第2項において、z方
向距離測定手段が、表面測定器の合焦判定手段と、表面
測定器のz粗動機構移動量モニター手段とを備えてい
る、走査型プローブ顕微鏡。
向距離測定手段が、表面測定器の合焦判定手段と、表面
測定器のz粗動機構移動量モニター手段とを備えてい
る、走査型プローブ顕微鏡。
【0059】5. 第4項において、z粗動機構移動量
モニター手段が、ステッピングモータのパスル数をカウ
ントする手段を備えており、カウントしたパスル数に基
づいてz方向距離を測定する、走査型プローブ顕微鏡。
モニター手段が、ステッピングモータのパスル数をカウ
ントする手段を備えており、カウントしたパスル数に基
づいてz方向距離を測定する、走査型プローブ顕微鏡。
【0060】6. 第4項において、z粗動機構移動量
モニター手段が、移動方向に沿って透過率が一定の周期
で変化するガラススケールと、ガラススケールを間に挟
んで対向して配置された光源と光検出器とを備えて、光
検出器の出力信号に基づいてz方向距離を測定する、走
査型プローブ顕微鏡。
モニター手段が、移動方向に沿って透過率が一定の周期
で変化するガラススケールと、ガラススケールを間に挟
んで対向して配置された光源と光検出器とを備えて、光
検出器の出力信号に基づいてz方向距離を測定する、走
査型プローブ顕微鏡。
【0061】7. 第3項において、xy方向距離測定
手段が、移動方向に沿って透過率が一定の周期で変化す
るガラススケールと、ガラススケールを間に挟んで対向
して配置された光源と光検出器とを備えている、走査型
プローブ顕微鏡。
手段が、移動方向に沿って透過率が一定の周期で変化す
るガラススケールと、ガラススケールを間に挟んで対向
して配置された光源と光検出器とを備えている、走査型
プローブ顕微鏡。
【0062】8. 第1項〜第7項において、表面測定
器がレーザー顕微鏡である、走査型プローブ顕微鏡。
器がレーザー顕微鏡である、走査型プローブ顕微鏡。
【0063】9. 第1項〜第7項において、表面測定
器が光学顕微鏡である、走査型プローブ顕微鏡。
器が光学顕微鏡である、走査型プローブ顕微鏡。
【0064】
【発明の効果】本発明によれば、測定所要時間が短縮さ
れた走査型プローブ顕微鏡が提供される。
れた走査型プローブ顕微鏡が提供される。
【図1】本発明の第一実施形態による走査型プローブ顕
微鏡を概略的に示している。
微鏡を概略的に示している。
【図2】図1に示される走査型プローブ顕微鏡による測
定の手順を示している。
定の手順を示している。
【図3】カンチレバーの上面に合焦した状態における表
面測定による観察像を模式的に示している。
面測定による観察像を模式的に示している。
【図4】本発明の第二実施形態による走査型プローブ顕
微鏡を概略的に示している。
微鏡を概略的に示している。
104 xyステージ 106 プローブ 108 カンチレバー 124 z圧電体 126 xy走査機構 130 SPM用zステージ 134 対物レンズ 138 表面測定器用zステージ 144 コントローラー
Claims (3)
- 【請求項1】 表面測定器と組み合わされた走査型プロ
ーブ顕微鏡において、 表面測定器のz粗動機構と、 試料表面とプローブの間のz方向の距離を測定するz方
向距離測定手段と、 表面測定器の視野中心とプローブの先端の間のxy方向
の距離を測定するxy方向距離測定手段と、 試料をxy方向に移動するための試料移動手段とを備え
ており、 z方向距離測定手段により測定されるz方向の距離に基
づいて、試料に対するプローブの接近動作を行なうとと
もに、 xy方向距離測定手段により測定されるxy方向の距離
に基づいて、試料移動手段により試料を移動させて、表
面測定器の測定中心とプローブの先端の位置合わせを行
なう、走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項2】 表面測定器と組み合わされた走査型プロ
ーブ顕微鏡において、 表面測定器のz粗動機構と、 試料表面とプローブの間のz方向の距離を測定するz方
向距離測定手段とを備えており、 z方向距離測定手段により測定されるz方向の距離に基
づいて、試料に対するプローブの接近動作を行なう、走
査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項3】 表面測定器と組み合わされた走査型プロ
ーブ顕微鏡において、 表面測定器の視野中心とプローブの先端の間のxy方向
の距離を測定するxy方向距離測定手段と、 試料をxy方向に移動するための試料移動手段とを備え
ており、 xy方向距離測定手段により測定されるxy方向の距離
に基づいて、試料移動手段により試料を移動させて、表
面測定器の測定中心とプローブの先端の位置合わせを行
なう、走査型プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000035461A JP2001228071A (ja) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | 表面測定器と組み合わされた走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000035461A JP2001228071A (ja) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | 表面測定器と組み合わされた走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001228071A true JP2001228071A (ja) | 2001-08-24 |
Family
ID=18559656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000035461A Withdrawn JP2001228071A (ja) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | 表面測定器と組み合わされた走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001228071A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004074816A1 (ja) * | 2003-01-30 | 2004-09-02 | Hitachi, Ltd. | 走査プローブ顕微鏡およびこれを用いた試料観察方法並びに半導体デバイス製造方法 |
JP2006125910A (ja) * | 2004-10-27 | 2006-05-18 | Olympus Corp | 走査型ブローブ顕微鏡 |
JP2008281535A (ja) * | 2007-05-14 | 2008-11-20 | Hitachi High-Technologies Corp | プローブ付き顕微鏡及びプローブ駆動方法 |
CN107850620A (zh) * | 2015-06-25 | 2018-03-27 | 布鲁克纳米公司 | 用于扫描探针显微镜的样本容器保持器 |
WO2024014186A1 (ja) * | 2022-07-14 | 2024-01-18 | 株式会社島津製作所 | 走査型プローブ顕微鏡、および制御方法 |
-
2000
- 2000-02-14 JP JP2000035461A patent/JP2001228071A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN107850620A (zh) * | 2015-06-25 | 2018-03-27 | 布鲁克纳米公司 | 用于扫描探针显微镜的样本容器保持器 |
CN107850620B (zh) * | 2015-06-25 | 2020-11-17 | 布鲁克纳米公司 | 用于扫描探针显微镜的样本容器保持器 |
WO2024014186A1 (ja) * | 2022-07-14 | 2024-01-18 | 株式会社島津製作所 | 走査型プローブ顕微鏡、および制御方法 |
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