JP2002350320A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＳＰＭ像とこれに比べて低分解能の光学顕微鏡
像とを互いに関連づけて評価し得る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１００は、試料１０
８が載置されるＸＹステージ１１０と、ＳＰＭ像を得る
ためのＳＰＭユニット１２０と、光学顕微鏡像を得るた
めの光学顕微鏡ユニット１３０とを有している。さら
に、走査型プローブ顕微鏡１００は、装置全体を制御す
るためのＣＰＵ１６４と、ＳＰＭ測定領域を指定するた
めの指示入力部１６６と、試料の画像や種々の情報を表
示するための表示部１６８と、得られる情報を記憶する
ための記憶部１７０とを有している。ＣＰＵ１６４は、
画像情報メモリー１７２に保存されたＳＰＭ像のＸＹ位
置情報と、高さ情報メモリー１７４に保存されたＳＰＭ
像のＺ位置情報とに基づいてＳＰＭ像を作成し、光学顕
微鏡像のＳＰＭ測定領域と関連づける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子オーダーの分
解能で試料の表面情報を測定し得る走査型プローブ顕微
鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】日本国特許第３１２６０４７号は、走査
型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）ユニットと走査型レーザー
顕微鏡（ＬＳＭ）ユニットとを組み合わせた装置を開示
している。この装置では、まず、走査型レーザー顕微鏡
ユニットによって、レーザ光を試料に照射し、その表面
に形成されるスポットをガルバノスキャナによりラスタ
ー走査し、試料からの反射光をフォトダイオードで受光
し、その出力信号を走査信号に同期して処理して試料表
面の画像を形成し、これをＣＲＴに表示する。この表示
された画像上で、ジョイスティックやマウスで移動可能
なマーカーを用いて測定領域を指示し、指示された領域
に走査型プローブ顕微鏡ユニットの探針を配置し、原子
オーダーのＳＰＭ像を取得する。

【０００３】また、特開平６−２６５３４４は、走査型
プローブ顕微鏡ユニットと、試料表面の凹凸形状を認識
できる光学顕微鏡とを組み合わせた装置を開示してい
る。この装置では、光学顕微鏡で取得した試料表面の凹
凸形状に従って、同じ高さ部分を線で繋げた等高線を作
成し、この等高線に基づいて、探針を現在の測定点から
次の測定点まで移動させる際に、試料の凸部を回避する
径路を決定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、日本国
特許第３１２６０４７号では、ＳＰＭ測定すべき領域は
走査型レーザー顕微鏡ユニットで得られた画像上で指定
するが、指定した領域は、走査型レーザー顕微鏡ユニッ
トで得られた画像上に表示もされず、また、メモリにも
記憶されていない。このため、走査型レーザー顕微鏡ユ
ニットで得られた画像上で指定した測定領域とその測定
領域をＳＰＭ測定した画像とを関連づけて評価すること
はできない。

【０００５】また、日本国特許第３１２６０４７号で
は、走査型レーザー顕微鏡ユニットで得られる画像は、
試料表面の二次元情報を含んでいるだけで、試料の高さ
情報を含んでいない。このため、探針を試料に接近させ
る際や探針を現在の測定領域から次の測定領域まで移動
させる際には、探針と試料の衝突を避けるために、試料
の凹凸を目視や他の光学顕微鏡等の別の手段で観察しな
がら行なう必要がある。このため、その作業に多くの時
間を要すると共に測定者の多大な貧担を強いている。

【０００６】特開平６−２６５３４４号では、探針を現
在の測定領域から次の測定領域まで移動させる際、試料
の凸部との衝突を回避する径路は一般に曲線となるた
め、探針の移動に多くの時間を要する。また、現在の測
定領域が凸部で囲まれている場合には、試料の凸部との
衝突を回避し、次の測定領域まで移動させる径路を得る
ことができない。従って、この場合には、いったん探針
を試料の凸部から十分に離し、次の測定領域に移動させ
なければならない。

【０００７】また、特開平６−２６５３４４号では、試
料のある程度の凹凸情報を得ているが、その凹凸情報は
試料と探針の間隔を具体的な数値で得られるほど正確な
ものではない。このため、探針を試料に接近させる際に
も、探針と試料の衝突を避けるために、試料の凹凸を目
視や他の光学顕微鏡等の別の手段で観察しながら行なう
必要がある。このような要請は、その作業時間の短縮の
妨げになると共に測定者に多くの貧担をかける。

【０００８】本発明の目的は、ＳＰＭ像とこれに比べて
低分解能の光学顕微鏡像とを互いに関連づけて評価し得
る走査型プローブ顕微鏡を提供することである。

【０００９】本発明の別の目的は、ひとつには、試料へ
の探針の接近を短時間で行なえる走査型プローブ顕微鏡
を提供することであり、さらには、これに加えて、試料
上に想定される複数のＳＰＭ測定領域の間における探針
の移動を短時間で行なえる走査型プローブ顕微鏡を提供
することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の走査型プローブ
顕微鏡は、試料の光学顕微鏡像を取得するための光学顕
微鏡ユニットと、試料のＳＰＭ像を取得するためのＳＰ
Ｍユニットと、光学顕微鏡像の情報とＳＰＭ像の情報を
記憶するための記憶手段と、光学顕微鏡像の情報とＳＰ
Ｍ像の情報を表示するための表示手段と、表示手段に表
示された光学顕微鏡像の情報上でＳＰＭ測定領域を指示
する指示手段と、光学顕微鏡像の情報上で指示するＳＰ
Ｍ測定領域とそのＳＰＭ像の情報とを互いに関連づける
手段とを備えている。

【００１１】本発明の走査型プローブ顕微鏡は、試料の
三次元情報を含む光学顕微鏡像を取得するための光学顕
微鏡ユニットと、試料と相互作用する探針を含む、試料
のＳＰＭ像を取得するためのＳＰＭユニットと、光学顕
微鏡像の三次元情報を記憶するための記憶手段と、光学
顕微鏡像を表示するための表示手段と、光学顕微鏡像上
でＳＰＭ測定領域を指示する指示手段と、光学顕微鏡像
の三次元情報に基づいて試料への探針の接近動作を制御
する手段とを備えている。この走査型プローブ顕微鏡
は、複数の領域のＳＰＭ測定に対して、指示手段によっ
て光学顕微鏡像上で複数のＳＰＭ測定領域が指示され、
さらに、探針を複数のＳＰＭ測定領域の間で移動させる
手段と、探針を移動させる間の探針の試料からの退避量
を光学顕微鏡像の三次元情報に基づいて制御する手段と
を備えている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。

【００１３】第一実施形態 図１に示されるように、走査型プローブ顕微鏡１００
は、試料１０８が載置されるＸＹステージ１１０と、試
料１０８の走査型プローブ顕微鏡像（ＳＰＭ像）を得る
ための走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）ユニット１２０
と、試料１０８の光学顕微鏡像を得るための光学顕微鏡
ユニット１３０とを有している。

【００１４】ＸＹステージ１１０は除振台１０２の上に
設けられている。ＸＹステージ１１０は、互いに直交す
る二本の軸に沿って独立に移動し得るＸステージ１１２
とＹステージ１１４とを有している。例えば、Ｙステー
ジ１１４はＸステージ１１２の上に位置しており、Ｙス
テージ１１４の上に試料が載せられる。ＸＹステージ１
１０にはＸステージ１１２とＹステージ１１４の位置を
検出するための位置検出装置１１６が設けられている。

【００１５】ＳＰＭユニット１２０と光学顕微鏡ユニッ
ト１３０は一定の間隔をおいて除振台１０２に設けられ
た門型フレーム１０４によってＸＹステージ１１０の上
方に支持されている。例えば、ＳＰＭユニット１２０と
光学顕微鏡ユニット１３０はＸ軸に沿って離れており、
試料１０８は、Ｘステージ１１２の移動によって、ＳＰ
Ｍユニット１２０と光学顕微鏡ユニット１３０の間で搬
送される。

【００１６】ＳＰＭユニット１２０は、自由端に探針１
２２を有するカンチレバー１２４を有し、図１には見え
ないが、カンチレバー１２４をＸＹ走査すると共にＺサ
ーボ制御するためのスキャナーと、カンチレバー１２４
の変位を検出するための変位検出センサーとを内蔵して
いる。変位検出センサーは、例えば、カンチレバーに光
ビームを照射する光源と、カンチレバーで反射された光
ビームの位置を検出するための受光素子とで構成される
光てこ方式のセンサーである。

【００１７】ＳＰＭユニット１２０は、これをＺ方向に
移動させるためのＺ移動機構１２６を介して門型フレー
ム１０４に取り付けられている。Ｚ移動機構１２６に
は、ＳＰＭユニット１２０のＺ軸に沿った位置を検出す
るためのＺ位置検出装置１２８が設けられている。

【００１８】光学顕微鏡ユニット１３０は、試料１０８
の少なくとも二次元情報を取得し得る光学系を含んでお
り、より好ましくは、試料１０８の三次元情報を取得し
得る光学系を含んでいる。光学顕微鏡ユニット１３０
は、本実施形態では、試料の三次元情報を取得し得る走
査型レーザー顕微鏡ユニットである。しかし、光学顕微
鏡ユニット１３０は走査型レーザー顕微鏡ユニットに限
定されるものではなく、試料の少なくとも二次元情報を
取得し得る任意の光学系であってよい。

【００１９】走査型レーザー顕微鏡ユニット１３０は、
図２に示されるように、光ビームを射出する光源１３２
と、光源１３２からの光ビームの径を拡大するビームエ
キスパンダー１３４と、光ビームを例えばＹ軸に沿って
走査するためのガルバノミラー１３６と、光ビームをＸ
軸に沿って走査するためのガルバノミラー１３８と、光
ビームを収束させるための対物レンズ１４０とを有して
いる。対物レンズ１４０から射出された光ビームは、そ
の光軸を横切る試料表面で反射される。

【００２０】さらに、走査型レーザー顕微鏡ユニット１
３０は、試料表面からの反射光ビームを分離するための
ハーフミラー１４２と、ハーフミラー１４２からの反射
光ビームを収束させる結像レンズ１４４と、対物レンズ
１４０による光ビームの収束点と共役な位置に配置され
たピンホール１４６と、ピンホール１４６を通過した光
の強度を検出するための受光素子１４８とを有してい
る。

【００２１】また、図１に示されるように、走査型レー
ザー顕微鏡ユニット１３０には、対物レンズ１４０をＺ
軸に沿って移動させるためのＺ駆動機構１５０と、対物
レンズ１４０のＺ軸に沿った位置を検出するためのＺ位
置検出器１５２とが設けられている。

【００２２】さらに、走査型プローブ顕微鏡１００は、
ＳＰＭユニット１２０内のスキャナーを制御するスキャ
ナーコントローラー１６０と、ＸＹステージ１１０およ
びＺ駆動機構１５０を制御するステージコントローラー
１６２と、装置全体を制御するための中央演算処理部
（ＣＰＵ）１６４と、ＳＰＭ測定領域を指定したりする
ためのマウスやキーボード等の指示入力部１６６と、試
料の画像や種々の情報を表示するための表示部１６８
と、得られる情報を記憶するための記憶部１７０とを有
している。記憶部１７０は、画像情報を記憶する画像情
報メモリー１７２と、高さ情報を記憶する高さ情報メモ
リー１７４とを有している。

【００２３】以下、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡
の測定動作について説明する。

【００２４】まず、走査型レーザー顕微鏡ユニット１３
０により試料１０８の所望の領域に対して光ビームを走
査して測定を行なう。走査型レーザー顕微鏡ユニット１
３０において、光源１３２から射出された光ビームは、
ビームエキスパンダー１３４、ガルバノミラー１３６、
ガルバノミラー１３８を経て、対物レンズ１４０から試
料１０８に照射される。光ビームはガルバノミラー１３
６とガルバノミラー１３８によりラスター走査される。

【００２５】光ビームは試料１０８で反射されるが、そ
の反射光は、試料１０８の表面が光ビームの収束点近く
に位置している場合にのみピンホール１４６を通過で
き、これとは異なって、試料１０８の表面が収束点から
離れている場合にはピンホール１４６を通過できない。
このため、光ビームの収束点がちょうど試料表面近くに
来た時にだけ、受光素子１４８によって光が検出され
る。

【００２６】従って、受光素子１４８の出力を、ガルバ
ノミラー１３６とガルバノミラー１３８に基づく光ビー
ムの収束点のＸＹ位置と合わせて処理することにより、
そのときの光ビームの収束点のＺ位置すなわち高さに位
置する試料表面の光学顕微鏡像が得られる。この光学顕
微鏡像の情報は画像情報メモリー１７２に保存されると
共に、そのときのＺ位置すなわち高さの情報は高さ情報
メモリー１７４に保存される。

【００２７】一画面分のラスター走査終了毎に、Ｚ駆動
機構１５０により対物レンズ１４０を設定距離ずつＺ軸
に沿って移動し、前述の動作を繰り返して、その高さに
位置する試料表面の光学顕微鏡像の取得および画像情報
と高さ情報の保存を繰り返し行なう。これにより、様々
なＺ位置すなわち高さにおける試料１０８の表面の複数
の光学顕微鏡像が得られる。

【００２８】ＣＰＵ１６４は、記憶部１７０に保存され
ている画像情報と高さ情報に基づいて、例えば図３に示
される三次元画像や図４に示されるエクステンドフォー
カス像等を作成し、これを表示部１６８に表示させる。
ここで、エクステンドフォーカス像とは、全ての高さに
おいて焦点が合っている像を言い、これは前述の複数の
試料表面の光学顕微鏡像の合焦部分を組み合わせること
によって作成される。

【００２９】次に、走査型レーザー顕微鏡ユニット１３
０によって得られた三次元情報を含む画像上において、
図５に示されるように、ＳＰＭユニット１２０で測定し
たい領域を、指示入力部１６６を用いて例えばドラッグ
操作により四角形を描いて指定する。描ける四角形の大
きさは、ＳＰＭユニット１２０のスキャナーの走査範囲
に応じて自動的に制限されるとよい。

【００３０】ＳＰＭ測定の領域指定は、四角形を描くこ
とに限定されるものではない。×や△等の特定の記号を
視覚的に利用して点を指定し、この指定された点を基準
にして所定の範囲がＳＰＭ測定領域に特定されてもよ
い。

【００３１】ＳＰＭユニット１２０は、指定された測定
領域に対してＳＰＭ測定を行なう。ＳＰＭ像のＸＹ位置
に関する情報は画像情報メモリー１７２に保存され、ま
たＺ位置に関する情報すなわち高さ情報は高さ情報メモ
リー１７４に保存される。

【００３２】ＣＰＵ１６４は、画像情報メモリー１７２
に保存されたＳＰＭ像のＸＹ位置情報と、高さ情報メモ
リー１７４に保存されたＳＰＭ像のＺ位置情報とに基づ
いてＳＰＭ像を作成し、必要に応じてそのＳＰＭ像を画
像ファイルとして記憶部１７０に保存する。

【００３３】ＳＰＭ測定の終了後、このようにして得ら
れた走査型レーザー顕微鏡ユニット１３０による光学顕
微鏡像とＳＰＭユニット１２０によるＳＰＭ像は表示部
１６８に表示される。表示部１６８には、例えば図６に
示されるように、左上にメイン画面ウィンドウ１８２
が、左下に画像選択メニューウィンドウ１８４が、右上
に座標位置データウィンドウ１８６が、右下に光学顕微
鏡像表示ウィンドウ１８８が同時に表示される。

【００３４】図６において、右下の光学顕微鏡像表示ウ
ィンドウ１８８には、走査型レーザー顕微鏡ユニット１
３０による光学顕微鏡像が表示されており、その光学顕
微鏡像の中に三つのＳＰＭ測定領域ＡとＢとＣが四角形
で表現されている。また、左下の画像選択メニューウィ
ンドウ１８４には、光学顕微鏡像中にＳＰＭ測定領域Ａ
とＢとＣにそれぞれ対応する比較的小さいＳＰＭ像ある
いはそれらの画像ファイル名が並べて表示されている。

【００３５】図６では、ＳＰＭ測定領域は、四角形で表
現されているが、これに限定されるものでななく、点や
×等の記号で表現されてもよく、その部分だけ色が変え
られてもよく、視覚的に分かり易い任意の手法を用いて
表現されてよい。

【００３６】画像選択メニューウィンドウ１８４に表示
される各ＳＰＭ像あるいはその画像ファイルは、ＣＰＵ
１６４によって、表示部１６８の右下の光学顕微鏡像表
示ウィンドウ１８８に表示される光学顕微鏡像のＳＰＭ
測定領域と関連づけられている。例えば右下の光学顕微
鏡像表示ウィンドウ１８８のウィンドウ上で領域Ａを指
定すると、それに対応する比較的大きなＳＰＭ像がメイ
ン画面ウィンドウ１８２に表示される。つまり、ＳＰＭ
測定後も、走査型レーザー顕微鏡ユニット１３０で得ら
れた光学顕微鏡像を見ながら、所望の領域のＳＰＭ像を
瞬時に表示できる。また、走査型レーザー顕微鏡ユニッ
ト１３０で得られた光学顕微鏡像表示ウィンドウ１８８
のウィンドウ上でＳＰＭ測定したい領域を確認しながら
指定してＳＰＭ測定できる。

【００３７】勿論、メイン画面ウィンドウ１８２に表示
するＳＰＭ像は、画像選択メニューウィンドウ１８４上
で選択されてもよい。この場合、光学顕微鏡像表示ウィ
ンドウ１８８上に測定した領域が分かる様に、点滅させ
たり、色を変えることが好ましい。また、メイン画面ウ
ィンドウ１８２に表示させるＳＰＭ像の指定は、これに
限定されるものではなく、例えば、図６の右上に示され
る座標位置データウィンドウ１８６で指定してもよい。

【００３８】また、表示部１６８のレイアウトは、これ
に限定されるものではなく、メイン画面ウィンドウ１８
２に走査型レーザー顕微鏡ユニット１３０による光学顕
微鏡像が表示されたり、画像選択メニューウィンドウ１
８４は必要な時だけ表示されるなど、適宜変更されても
よい。

【００３９】なお、表示部１６８に表示される光学顕微
鏡像とＳＰＭ像は、横寸法に対する高さ寸法の比が同じ
になるように調整されていると好ましい。また、表示部
１６８には、光学顕微鏡像とＳＰＭ像と一緒に、断面計
測や粗さ解析等の様々な解析結果も表示されるとより好
ましい。さらに、光学顕微鏡像とＳＰＭ像の表示に関し
て、凹凸を表現するために陰影を利用した表示やメッシ
ュ状による表示など、様々な表示の仕方を選べるとより
好ましい。

【００４０】本実施形態の走査型プローブ顕微鏡によれ
ば、光学顕微鏡ユニット１３０によって得られる光学顕
微鏡像とＳＰＭユニット１２０によって得られるＳＰＭ
像とが互いに関連づけて保存されているので、光学顕微
鏡ユニット１３０による光学顕微鏡像上に表示されてい
る任意のＳＰＭ測定領域のＳＴＭ像を瞬時に表示させる
ことができる。また、光学顕微鏡像でＳＰＭ測定したい
領域を見ながらＳＰＭ測定領域を任意に指定し、ＳＰＭ
測定を行なうことができる。

【００４１】このような機能は、低分解能の光学顕微鏡
像に基づくサブミクロンオーダーの凹凸等の情報と高分
解能のＳＰＭ像に基づくオングストロームオーダーの凹
凸等の情報とを考慮した多角的な試料の評価に有益であ
る。

【００４２】第二実施形態 本発明の第二実施形態の形態の走査型プローブ顕微鏡に
ついて図７を参照して説明する。図７において、図１の
部材と同一の参照符号で示されている部材は同等の部材
を示しており、その詳細な説明は省略する。

【００４３】図７から分かるように、本実施形態の走査
型プローブ顕微鏡２００は、第一実施形態の走査型プロ
ーブ顕微鏡１００に類似しており、探針位置演算部２１
０を有している点においてのみ第一実施形態の走査型プ
ローブ顕微鏡１００と異なっている。

【００４４】本実施形態の走査型プローブ顕微鏡２００
では、光学顕微鏡ユニット１３０は、試料１０８の表面
の三次元情報を取得し得る光学系を含んでおり、例え
ば、第一実施形態と同様の走査型レーザー顕微鏡ユニッ
トである。

【００４５】探針位置演算部２１０は、画像情報メモリ
ー１７２に記憶されている画像情報と高さ情報メモリー
１７４に記憶されている高さ情報とに基づいて、指示入
力部１６６で指定された試料１０８のＳＰＭ測定領域と
探針１２２との位置関係を算出する機能を有している。
探針位置演算部２１０の演算結果は、ＸＹステージ１１
０およびＳＰＭユニット１２０のＺ移動機構１２６を制
御するステージコントローラー１６２に送られる。

【００４６】この走査型プローブ顕微鏡２００は、試料
１０８への探針１２２の接近動作いわゆるアプローチ動
作を短時間で行なうことができる。以下、本実施形態の
走査型プローブ顕微鏡２００の測定動作、特にアプロー
チ動作について説明する。

【００４７】走査型レーザー顕微鏡ユニット１３０によ
り、第一実施形態と同様の手法に従って、試料１０８の
三次元情報を含む光学顕微鏡像を取得する。走査型レー
ザー顕微鏡ユニット１３０によって得られた三次元情報
を含む光学顕微鏡像を表示部１６８に表示させる。

【００４８】図５に示されるように、表示部１６８に表
示された光学顕微鏡像上において、ＳＰＭ測定を行ない
たい領域を、指示入力部１６６を用いて例えばドラッグ
操作により四角形で範囲指定する。指示入力部１６６に
よる範囲指定に応じて、ステージコントローラー１６２
は、ＸＹステージ１１０を制御して、試料１０８の指定
された領域をＳＰＭユニット１２０の下方に配置する。

【００４９】探針位置演算部２１０は、走査型レーザー
顕微鏡ユニット１３０により得られた試料１０８の光学
顕微鏡像の三次元情報に基づいて、つまり画像情報メモ
リー１７２に記憶されている画像情報と高さ情報メモリ
ー１７４に記憶されている高さ情報とに基づいて、指定
された領域の試料１０８の表面最大高さを算出し、さら
に、指定された領域の試料１０８の表面最大高さと探針
１２２との位置関係を算出し、それらの演算結果をステ
ージコントローラー１６２に送る。

【００５０】ステージコントローラー１６２は、算出さ
れた位置関係（距離）に基づいて、探針１２２を試料１
０８の表面へ接近させる動作すなわちアプローチ動作を
行なう。アプローチ動作は、走査型レーザー顕微鏡ユニ
ット１３０により得られた三次元情報を用いて算出され
た探針１２２と試料１０８の間隔情報と、ＳＰＭユニッ
ト１２０のＺ位置検出装置１２８からの高さ情報とに基
づいて、探針１２２と試料１０８の間隔を監視しながら
行なう。

【００５１】最初の測定では、探針１２２と試料１０８
の間隔が不明なため、探針１２２と試料１０８は十分に
離されている。通常、その間隔は、探針破損防止のた
め、３ｍｍ程度に設定されている。以下ではこの数値に
従って具体的に説明する。

【００５２】アプローチ動作は、最初の２．９５ｍｍを
高速で行ない、続く残りの０．０５ｍｍを低速で行な
う。アプローチ速度が０．０３ｍｍ／秒以下であれば、
探針１２２の先端は実質的に破損しないことが実験的に
分かっているので、この事実を考慮して低速のアプロー
チ速度を例えば３ｍｍ／秒に設定する。この条件におい
ては、アプローチ動作の所要時間は２．７秒となる。こ
れは、探針１２２のアプローチ動作を全て低速すなわち
０．０３ｍｍ／秒で行なった場合の所領時間１００秒と
比べて非常に小さい値である。

【００５３】その後、ＳＰＭユニット１２０により試料
１０８の表面を走査してＳＰＭ像を取得する。取得した
ＳＰＭ像は表示部１６８に第一実施形態と同様の手法に
従って表示部１６８に表示される。

【００５４】以上から分かるように、本実施形態の走査
型プローブ顕微鏡２００は、走査型レーザー顕微鏡ユニ
ットによって得られた光学顕微鏡像の三次元情報を利用
することにより、試料１０８に対する探針１２２の接近
動作すなわちアプローチ動作を短時間で行なえる。つま
り、本実施形態では、試料１０８への探針１２２のアプ
ローチ動作の所要時間が大幅に短縮された走査型プロー
ブ顕微鏡２００が実現されている。

【００５５】また、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡
２００は、試料１０８の表面にＳＰＭ測定したい領域を
複数設定した場合に、複数の測定領域の間の探針の移動
を短時間で行なうこともできる。以下、二つの測定領域
の間の探針の移動について説明する。

【００５６】走査型レーザー顕微鏡ユニット１３０によ
り、第一実施形態と同様の手法に従って、試料１０８の
三次元情報を含む光学顕微鏡像を取得する。走査型レー
ザー顕微鏡ユニット１３０によって得られた三次元情報
を含む光学顕微鏡像を表示部１６８に表示させる。

【００５７】図８に示されるように、表示部１６８に表
示された光学顕微鏡像上において、ＳＰＭ測定を行ない
たい領域２２２と領域２２４を、指示入力部１６６を用
いて例えばドラッグ操作により四角形で範囲指定する。
以下では、最初に領域２２２をＳＰＭ測定し、その後に
領域２２４をＳＰＭ測定するものとして説明する。

【００５８】探針位置演算部２１０により、画像情報メ
モリー１７２に記憶されている画像情報と高さ情報メモ
リー１７４に記憶されている高さ情報とに基づいて、領
域２２２と領域２２４における試料１０８の表面最大高
さを算出する。また、領域２２２と領域２２４の最短距
離を算出し、その直線２２６を表示部１６８に表示させ
る。この直線２２６は特に表示されなくてもよい。

【００５９】探針位置演算部２１０により、さらに、直
線２２６の領域に対して、試料１０８の表面最大高さを
算出する。ここで、直線２２６の領域とは、直線２２６
が探針１２２の幅以上の幅寸法を持つと想定した場合の
領域とする。

【００６０】さらに、探針位置演算部２１０により、領
域２２２の試料１０８の表面最大高さと探針１２２との
位置関係を算出する。ステージコントローラー１６２に
より、ＸＹステージ１１０を制御して、試料１０８の領
域２２２をＳＰＭユニット１２０の下方に配置する。

【００６１】その後、探針１２２を試料１０８の表面へ
接近（アプローチ）させ、ＳＰＭ測定を行なう。その手
順は先に説明した通りである。得られたＳＰＭ像は第一
実施形態と同様の手法に従って表示部１６８に表示され
る。

【００６２】以下、領域２２２から領域２２４への探針
１２２の移動について説明する。領域２２２のＳＰＭ測
定後、探針１２２は試料１０８の表面に非常に接近した
状態である。

【００６３】まず、直線２２６の領域における試料１０
８の最大高さと、現在の探針１２２のＺ位置すなわち領
域２２２の測定直後の探針の高さ位置より、直線２２６
の領域において探針１２２が試料１０８に接触しない高
さ位置を算出する。さらに、ここで求めた探針１２２の
高さ位置と、測定領域２２４における試料１０８の最大
高さより、測定領域２２４においても探針１２２が試料
１０８に接触しない高さ位置を算出する。これにより、
直線２２６の領域と測定領域２２２のいずれにおいても
探針１２２が試料１０８と接触しない高さ位置が算出さ
れる。

【００６４】このように求めた高さ位置に従ってＺ移動
機構１２６によりＳＰＭユニット１２０を上昇させて、
探針１２２を、領域２２２の測定直後の高さ位置から、
直線２２６の領域と測定領域２２２のいずれにおいても
試料１０８と接触しない位置まで移動すなわち退避させ
る。続いて、ＸＹステージ１１０により試料１０８を移
動させることにより、探針１２２を、直線２２６の領域
に沿って移動させて、領域２２４に配置する。

【００６５】領域２２４に対して、予め求めておいた探
針１２２と試料１０８の関係より、先に説明した手法に
従って、アプローチ動作とＳＰＭ測定を行なう。得られ
たＳＰＭ像は第一実施形態と同様の手法に従って表示部
１６８に表示される。

【００６６】このようにして領域２２４に配置された探
針１２２は、最初のＳＰＭ測定時の高さ位置よりも試料
１０８の近くに位置しているので、探針１２２の試料１
０８へのアプローチ動作の所要時間は、最初のＳＰＭ測
定の時よりも更に短縮される。

【００６７】以上から分かるように、本実施形態の走査
型プローブ顕微鏡２００は、探針１２２を移動させる際
に試料１０８が退避させる量が必要最小限に抑えられる
ので、次のＳＰＭ測定領域への探針１２２の移動が短時
間で行なえる。つまり、本実施形態では、複数の測定領
域の間の探針１２２の移動の所要時間が大幅に短縮され
た走査型プローブ顕微鏡２００が実現されている。

【００６８】ここでは、予め二つのＳＰＭ測定領域を指
定する例を説明したが、一つの領域のＳＰＭ測定終了後
に、ＳＰＭ測定したい別の領域を表示部１６８に表示さ
れている光学顕微鏡像上で行なう場合にも、二つの測定
領域の間で探針を短時間で移動させる手法はそのまま適
用可能である。

【００６９】また、領域２２２の測定後に、領域２２４
と直線２２６の領域において探針１２２が試料１０８と
接触しない高さ位置を算出したが、初めに領域２２２と
領域２２４と直線２２６の各領域に対して探針１２２が
試料１０８と接触しない高さ位置を算出しておいて、そ
れらの情報に基づいて、アプローチ動作、ＳＰＭ測定、
ステージによる試料移動を行なってもよい。

【００７０】これまで、いくつかの実施形態について図
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。つま
り、上述した実施形態は本発明の要旨を逸脱しない範囲
において様々な変形が可能である。

【００７１】例えば、上述した実施形態では、ＳＰＭユ
ニット１２０と光学顕微鏡ユニット１３０は別々の駆動
機構によってＺ軸に沿って独立に移動可能な構成であっ
たが、図９に示されるように、ＳＰＭユニット１２０と
光学顕微鏡ユニット１３０が、共通のＺ駆動機構２４０
とその変位検出器２４２によって、Ｚ軸に沿って移動さ
れると共にその位置が検出される構成であってもよい。

【００７２】また、ＳＰＭユニット１２０と光学顕微鏡
ユニット１３０は、除振台１０２に設けられた門型フレ
ーム１０４によって支持されているが、これに限定され
るわけではなく、他の任意の構造体によって支持される
構成であってもよい。例えば、三次元情報を取得可能な
光学顕微鏡の中間鏡筒取付部等にＳＰＭユニットが取り
付けられた構成であってもよい。

【００７３】

【発明の効果】本発明の目的は、ＳＰＭ像とこれに比べ
て低分解能の光学顕微鏡像とを互いに関連づけて評価し
得る走査型プローブ顕微鏡を提供することである。

【００７４】本発明の別の目的は、ひとつには、試料へ
の探針の接近を短時間で行なえる走査型プローブ顕微鏡
を提供することであり、さらには、これに加えて、試料
上に想定される複数の測定領域の間における探針の移動
を短時間で行なえる走査型プローブ顕微鏡を提供するこ
とである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡
の構成を示している。

【図２】図１に示される走査型レーザー顕微鏡ユニット
の構成を示している。

【図３】図２の走査型レーザー顕微鏡ユニットによって
得られる試料の三次元画像を示している。

【図４】図３の三次元画像に対応する試料のエクステン
ドフォーカス像を示している。

【図５】走査型レーザー顕微鏡ユニットによって得られ
た試料の光学顕微鏡像を示しており、ドラッグ操作によ
り四角形で範囲指定されたＳＰＭ測定領域が描かれてい
る。

【図６】図１に示される表示部の画面のレイアウトの一
例を示している。

【図７】本発明の第二実施形態の走査型プローブ顕微鏡
の構成を示している。

【図８】走査型レーザー顕微鏡ユニットによって得られ
た試料の光学顕微鏡像を示しており、ドラッグ操作によ
り四角形で範囲指定された二つのＳＰＭ測定領域とそれ
らを最短距離で結ぶ直線が描かれている。

【図９】第二実施形態の変形例の走査型プローブ顕微鏡
の構成を示している。

【符号の説明】

１００ 走査型プローブ顕微鏡 １０８ 試料 １１０ ＸＹステージ １２０ ＳＰＭユニット １３０ 走査型レーザー顕微鏡ユニット １６４ ＣＰＵ １６６ 指示入力部 １６８ 表示部 １７０ 記憶部 １７２ 画像情報メモリー １７４ 情報メモリー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の表面情報を測定する走査型プロー
   ブ顕微鏡であって、 試料の光学顕微鏡像を取得するための光学顕微鏡ユニッ
   トと、 試料のＳＰＭ像を取得するためのＳＰＭユニットと、 光学顕微鏡像の情報とＳＰＭ像の情報を記憶するための
   記憶手段と、 光学顕微鏡像の情報とＳＰＭ像の情報を表示するための
   表示手段と、 表示手段に表示された光学顕微鏡像の情報上でＳＰＭ測
   定領域を指示する指示手段と、 光学顕微鏡像の情報上で指示するＳＰＭ測定領域とその
   ＳＰＭ像の情報とを互いに関連づける手段とを備えてい
   る、走査型プローブ顕微鏡。
2. 【請求項２】 試料の表面情報を測定する走査型プロー
   ブ顕微鏡であって、 試料の三次元情報を含む光学顕微鏡像を取得するための
   光学顕微鏡ユニットと、 試料と相互作用する探針を含む、試料のＳＰＭ像を取得
   するためのＳＰＭユニットと、 光学顕微鏡像の三次元情報を記憶するための記憶手段
   と、 光学顕微鏡像を表示するための表示手段と、 光学顕微鏡像上でＳＰＭ測定領域を指示する指示手段
   と、 光学顕微鏡像の三次元情報に基づいて試料への探針の接
   近動作を制御する手段とを備えている、走査型プローブ
   顕微鏡。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡
   であって、 指示手段によって光学顕微鏡像上で複数のＳＰＭ測定領
   域が指示され、 走査型プローブ顕微鏡は更に、 探針を複数のＳＰＭ測定領域の間で移動させる手段と、 探針を移動させる間の探針の試料からの退避量を光学顕
   微鏡像の三次元情報に基づいて制御する手段とを備えて
   いる、走査型プローブ顕微鏡。