JP2003140053A - 光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微鏡

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JP2003140053A
JP2003140053A JP2001339816A JP2001339816A JP2003140053A JP 2003140053 A JP2003140053 A JP 2003140053A JP 2001339816 A JP2001339816 A JP 2001339816A JP 2001339816 A JP2001339816 A JP 2001339816A JP 2003140053 A JP2003140053 A JP 2003140053A
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    • 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
    • G01Q30/02Non-SPM analysing devices, e.g. SEM [Scanning Electron Microscope], spectrometer or optical microscope
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  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
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  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】既存の光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡とを
組み合わせて構成された光学顕微鏡別軸一体型走査型プ
ローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微
鏡100は、試料を光学的に観察するための既知の光学
顕微鏡110と、プローブ(探針)を用いて試料を観察
するための走査型プローブ顕微鏡ユニット140とを有
している。光学顕微鏡110は三眼鏡筒116と対物レ
ボルバー118とXYステージ130とZステージ12
0とを有している。光学顕微鏡別軸一体型走査型プロー
ブ顕微鏡100は、XYステージ130を移動させるた
めの移動機構150を更に有している。移動機構150
はZステージ120とXYステージ130の間に位置
し、Zステージ120に着脱自在に保持され、XYステ
ージ130を着脱自在に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原子オーダ
ーの分解能で試料の表面を測定するための走査型プロー
ブ顕微鏡に関し、特に光学顕微鏡と走査型プローブ顕微
鏡とを有している光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ
顕微鏡に関している。
【0002】
【従来の技術】特開平9−203740号は従来の光学
顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微鏡の一例を開示し
ている。その光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微
鏡を図3に示す。
【0003】図3に示されるように、光学顕微鏡別軸一
体型走査型プローブ顕微鏡は、試料13をX軸とY軸と
Z軸の三軸に沿って微小移動させるための三次元スキャ
ナ14と、試料13をX軸とY軸の二軸に沿って大きく
移動させるためのXYステージ12と、試料13を光学
的に観察するための光学顕微鏡21と、試料13をプロ
ーブを用いて観察するための走査型プローブ顕微鏡19
と、これらを支持するための装置フレーム11とを有し
ている。
【0004】光学顕微鏡21と走査型プローブ顕微鏡1
9は共に装置フレーム11の上部11aに支持されてい
る。装置フレーム11の上部11aは実質的に剛体と見
なせ、光学顕微鏡21と走査型プローブ顕微鏡19の間
隔は一定に保たれる。
【0005】XYステージ12は装置フレーム11の下
部11bの上に設けられ、三次元スキャナ14はXYス
テージ12の上に設けられている。三次元スキャナ14
の上に載置された試料13は、XYステージ12によっ
て三次元スキャナ14と共に光学顕微鏡21と走査型プ
ローブ顕微鏡19の間を移動され得る。
【0006】走査型プローブ顕微鏡19は、探針(プロ
ーブ)を自由端に備える弾性変形可能なカンチレバー
と、カンチレバーの弾性変形のたわみを光学的に検出す
るための光てこ方式等の検出光学系とを有しており、探
針試料間に発生した原子間力をカンチレバーのたわみ量
として検出する。
【0007】光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微
鏡では、試料13は以下のように観察される。
【0008】試料13は、光学顕微鏡21により観察さ
れながら、XYステージ12により移動され、目的の観
察部位が光学顕微鏡21の視野の中心に配置される。
【0009】その後、試料13は、XYステージ12に
よって、走査型プローブ顕微鏡19の探針位置と光学顕
微鏡21の光軸位置の間隔に等しい既知の距離だけ移動
される。この移動により、試料13は走査型プローブ顕
微鏡19の下方に配置される。
【0010】その後、走査型プローブ顕微鏡19の探針
が試料13の表面に近づけられ、三次元スキャナ14に
よってXY走査される。XY走査の間、例えば探針のZ
位置が、カンチレバーのたわみが一定に保たれるように
サーボ制御される。XY走査中の試料13に対する探針
のXY位置とZ位置とに基づいて、試料13の目的の観
察部位の像が得られる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の光学顕微鏡別軸
一体型走査型プローブ顕微鏡は、装置フレームとXYス
テージとが一体的に構成されているために製造コストが
かかり、非常に高価である。
【0012】また、従来の光学顕微鏡別軸一体型走査型
プローブ顕微鏡は、これに組み込まれる走査型プローブ
顕微鏡が既存の光学顕微鏡と組み合わせることができな
いため、汎用性が乏しい。
【0013】本発明の目的は、既存の光学顕微鏡と走査
型プローブ顕微鏡とを組み合わせて構成された光学顕微
鏡別軸一体型走査型プローブ顕微鏡を提供することであ
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の光学顕微鏡別軸
一体型走査型プローブ顕微鏡は、試料を光学的に観察す
るための光学顕微鏡であり、その上に載置された試料を
X軸とY軸の二軸に沿って移動させるためのXYステー
ジを含んでいる光学顕微鏡と、プローブを用いて試料を
観察するための走査型プローブ顕微鏡ユニットであり、
光学顕微鏡に取り付けられた走査型プローブ顕微鏡ユニ
ットと、XYステージを光学顕微鏡と走査型プローブ顕
微鏡ユニットの間で移動させるための移動機構であり、
光学顕微鏡に取り付けられた移動機構とを有している。
好適な移動機構は光学顕微鏡に着脱自在に保持され得
る。さらに好適な移動機構はXYステージを着脱自在に
保持し得る。
【0015】
【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。
【0016】光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微
鏡100は、試料を光学的に観察するための光学顕微鏡
110と、これに取り付けられた、プローブ(探針)を
用いて試料を観察するための走査型プローブ顕微鏡ユニ
ット140とを有している。
【0017】光学顕微鏡110は、既存の公知の光学顕
微鏡であり、ベース112とこれに立てられたアーム1
14を含む本体と、一対の接眼レンズを含む三眼鏡筒1
16と、それに取り付けられた複数の対物レンズを選択
的に光路上に配置させるための対物レボルバー118
と、その上に載置された試料180をX軸とY軸の二軸
に沿って移動させるためのXYステージ130と、XY
ステージ130の上に載置された試料180をZ軸に沿
って移動させるためのZステージ120とを有してい
る。
【0018】走査型プローブ顕微鏡ユニット140は、
例えば、探針を自由端に備える弾性変形可能なカンチレ
バーと、探針をX軸とY軸とZ軸の三軸に沿って微小移
動させ得る三次元スキャナと、試料180と探針との間
に発生した原子間力によって引き起こされるカンチレバ
ーの弾性変形を例えば光学的に検出するための検出光学
系とを含んでいる。
【0019】三眼鏡筒116と対物レボルバー118は
共にアーム114によって支持されている。また走査型
プローブ顕微鏡ユニット140もアーム114によって
支持されている。これにより、光学顕微鏡110の光軸
位置と走査型プローブ顕微鏡ユニット140の探針位置
の間隔(距離)は既存の一定値に保たれる。
【0020】XYステージ130は、連結機構によっ
て、ベース112に固定されたZステージ120に着脱
自在に取り付け可能である。連結機構は、例えば、互い
に係合し得る一対の連結部材から成り、Zステージ12
0とXYステージ130は、一対の連結部材をそれぞれ
備えている。
【0021】光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微
鏡100は、光学顕微鏡110と走査型プローブ顕微鏡
ユニット140に加えて、XYステージを少なくとも光
学顕微鏡110と走査型プローブ顕微鏡ユニット140
の間で移動させるための移動機構150を有している。
【0022】移動機構150はZステージ120とXY
ステージ130の間に配置されている。移動機構150
はZステージ120に着脱自在に保持されており、また
移動機構150はXYステージ130を着脱自在に保持
している。
【0023】移動機構150は、基台152と、その上
を直線的に移動し得るスライド台154とを有してい
る。移動機構150の基台152はZステージ120に
取り付けられ、移動機構150のスライド台154にX
Yステージ130が取り付けられる。これにより、XY
ステージ130は少なくとも光学顕微鏡110と走査型
プローブ顕微鏡ユニット140の間で移動され得る。
【0024】移動機構150は、好ましくは、スライド
台154の移動方向が、光学顕微鏡110の光軸位置と
走査型プローブ顕微鏡ユニット140の探針位置を通る
直線に平行となるように配置される。
【0025】連結機構の一対の連結部材は、例えば、丸
アリと、これに嵌まり得るホゾとで構成される。図2に
示されるように、Zステージ120と移動機構150の
スライド台154は、連結機構の一対の連結部材の一方
である丸アリを有しており、移動機構150の基台15
2とXYステージ130は、図示されていないが、連結
機構の一対の連結部材の他方であるホゾを有している。
【0026】これにより、移動機構150の基台152
はZステージ120に着脱自在に取り付けられ、移動機
構150のスライド台154にXYステージ130が着
脱自在に取り付けられる。また、前述したように、XY
ステージ130とZステージ120は、互いに着脱自在
に取り付け可能でもある。
【0027】つまり、XYステージ130とZステージ
120は、それらの間に何も介することなく、直接的に
着脱自在に取り付け可能でもあり、また、移動機構15
0を介して、間接的に着脱自在に直接取り付け可能でも
ある。
【0028】光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微
鏡100において、試料180は以下のように観察され
る。
【0029】試料180はXYステージ130の上に載
置される。XYステージ130が移動機構150によっ
て移動されて、光学顕微鏡110の対物レボルバー11
8の下方に配置される。試料180がXYステージ13
0によって移動され、試料180の観察部位が光学顕微
鏡110の光軸位置に配置される。試料180の観察部
位が光学顕微鏡110によって観察される。
【0030】光学顕微鏡110による観察の後、XYス
テージ130が移動機構150によって移動されて、走
査型プローブ顕微鏡ユニット140の下方に配置され
る。移動機構150のスライド台154は、光学顕微鏡
110の光軸位置と走査型プローブ顕微鏡ユニット14
0の探針位置の間隔に等しい距離だけ移動される。これ
により、試料180の観察部位が走査型プローブ顕微鏡
ユニット140の探針位置に自動的に配置される。従っ
て、新たに位置決めすることなく、試料180の観察部
位が走査型プローブ顕微鏡ユニット140によって観察
される。
【0031】本実施形態の光学顕微鏡別軸一体型走査型
プローブ顕微鏡は、既存の光学顕微鏡を利用しているの
で安価に作製できる。また、既存の光学顕微鏡は様々な
検鏡法に対応するための付加的ユニット等が充実してい
るので、本実施形態の光学顕微鏡別軸一体型走査型プロ
ーブ顕微鏡は、走査型プローブ顕微鏡と様々な検鏡法の
光学顕微鏡との組み合わせが可能であり、高い汎用性を
有している。
【0032】これまで、本発明の実施形態について図面
を参照しながら説明したが、本発明は、上述した実施形
態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で
様々に変形されてよい。
【0033】実施形態では、丸アリとホゾから成る連結
機構を例示的に示したが、他の任意の連結機構であって
よい。移動機構150に設けられる連結機構は、これの
適用対象である光学顕微鏡に応じて決められる。すなわ
ち、移動機構150は、これの適用対象である光学顕微
鏡のXYステージとZステージの連結機構と同じ連結機
構を有しているとよい。他の実施形態として、移動機構
150は光学顕微鏡110と走査型プローブ顕微鏡ユニ
ット140との距離が予め移動量として設定してあって
もよい。
【0034】また実施形態では、一軸に沿って移動し得
るスライド台を有する移動機構150を例示的に示した
が、移動機構は二軸に沿って移動し得るスライド台を有
していてもよい。
【0035】移動機構150は電動式であってもよく、
光学顕微鏡110の光軸位置と走査型プローブ顕微鏡ユ
ニット140の探針位置の間隔に等しい距離だけXYス
テージ130を移動するように制御されてもよい。
【0036】既存の光学顕微鏡110の部品であるXY
ステージ130とZステージ120に代えて、走査型プ
ローブ顕微鏡用の高精度XYステージと高精度Zステー
ジが使用されてもよい。
【0037】ここに述べた各種の変形はいずれも、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で行なわれており、本発明に
含まれる。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、既存の光学顕微鏡と走
査型プローブ顕微鏡とを組み合わせて構成された光学顕
微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微鏡が提供される。こ
のような光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は
既存の光学顕微鏡を利用しているので安価に作製でき
る。また、既存の光学顕微鏡は様々な検鏡法に対応する
ための付加的ユニット等が充実しているので、本発明の
光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、走査型
プローブ顕微鏡と様々な検鏡法の光学顕微鏡との組み合
わせが可能であり、高い汎用性を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の光学顕微鏡別軸一体型走査
型プローブ顕微鏡を示している。
【図2】図1に示される互いに重ねられたZステージと
移動機構とXYステージとを分解して示している。
【図3】特開平9−203740号に開示されている従
来の光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微鏡を示し
ている。
【符号の説明】
100 光学顕微鏡別軸一体型走査型プローブ顕微鏡 110 光学顕微鏡 130 XYステージ 140 走査型プローブ顕微鏡ユニット 150 移動機構 152 基台 154 スライド台

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料を光学的に観察するための光学顕微
    鏡であり、その上に載置された試料をX軸とY軸の二軸
    に沿って移動させるためのXYステージを含んでいる光
    学顕微鏡と、 プローブを用いて試料を観察するための走査型プローブ
    顕微鏡ユニットであり、光学顕微鏡に取り付けられた走
    査型プローブ顕微鏡ユニットと、 XYステージを光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡ユニ
    ットの間で移動させるための移動機構であり、光学顕微
    鏡に取り付けられた移動機構とを有している、光学顕微
    鏡別軸一体型走査型プローブ顕微鏡。
  2. 【請求項2】 請求項1において、移動機構は光学顕微
    鏡に着脱自在に保持され得る、光学顕微鏡別軸一体型走
    査型プローブ顕微鏡。
  3. 【請求項3】 請求項2において、移動機構はXYステ
    ージを着脱自在に保持し得る、光学顕微鏡別軸一体型走
    査型プローブ顕微鏡。
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