JP2016003919A - Microscope system, calibration method, and height measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高さ測定可能な光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡とを備える顕微鏡システム、その較正方法及び高さ測定方法に関する。 The present invention relates to a microscope system including an optical microscope capable of measuring height and a scanning probe microscope, a calibration method thereof, and a height measurement method.
原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope、以降、AFMと記す)に代表される走査型プローブ顕微鏡(Scanning Probe Microscope、以降、SPMと記す)は、探針と試料の間に働く様々な物理量を画像化する顕微鏡であり、例えば、試料の高さ測定などに用いられる。 Scanning probe microscopes (hereinafter referred to as SPM), represented by atomic force microscopes (hereinafter referred to as AFM), image various physical quantities that act between the probe and the sample. For example, it is used for measuring the height of a sample.
SPMは、一般にピエゾ素子などの微小な駆動が可能な駆動素子を用いて、試料と探針の間の距離を変化させるが、この駆動素子はヒステリシスを有している。このため、正確な高さ情報を得るために、SPMでは、キャリブレーション(較正)が行われるのが通常である。SPMの較正に関連する技術は、例えば、特許文献1から特許文献5に記載されている。
SPM generally uses a driving element that can be driven minutely, such as a piezo element, to change the distance between the sample and the probe, and this driving element has hysteresis. For this reason, in order to obtain accurate height information, calibration (calibration) is usually performed in SPM. Techniques related to SPM calibration are described in, for example, Patent Document 1 to
特許文献1には、ピエゾ素子とは別の駆動手段であるZステージで探針が設けられたカンチレバーを変位させて、カンチレバーの変位量(即ち、試料の高さ)を測定することで、ピエゾ素子を備える測定器を較正する技術が記載されている。また、特許文献2から特許文献5には、較正に用いる標準試料に関する技術が記載されている。 In Patent Document 1, a cantilever provided with a probe is displaced by a Z stage, which is a driving means different from the piezoelectric element, and the displacement amount of the cantilever (that is, the height of the sample) is measured. Techniques for calibrating measuring instruments with elements are described. Patent Documents 2 to 5 describe techniques related to standard samples used for calibration.
特許文献1から特許文献5に記載される技術では、較正時に試料が探針で走査される。このため、測定前に試料を傷つけてしまう可能性がある。
In the techniques described in Patent Document 1 to
さらに、特許文献1に記載される技術では、較正のために探針で試料が2度走査される。また、特許文献2から特許文献5に記載される技術では、較正が必要となる度に測定対象である試料と標準試料の交換が生じる。このため、いずれの文献に記載された技術を用いた場合であっても、較正作業に手間がかかり、測定者は決して小さくない負担を強いられることになる。
Furthermore, in the technique described in Patent Document 1, a sample is scanned twice with a probe for calibration. In the techniques described in Patent Document 2 to
以上のような実情を踏まえ、本発明は、試料を傷つけることなく、容易に走査型プローブ顕微鏡を較正する技術を提供することを課題とする。 Based on the above situation, an object of the present invention is to provide a technique for easily calibrating a scanning probe microscope without damaging a sample.
本発明の一態様は、光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡を備える顕微鏡装置と、前記光学顕微鏡での高さ測定により得られる前記試料の第1の高さ情報と、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定により生じる測定誤差を補正するための予め取得された補正値であって対象物の高さ毎の補正値とに基づいて、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定で使用される補正値を決定する演算装置と、を備える顕微鏡システムを提供する。 One embodiment of the present invention includes a microscope apparatus including an optical microscope and a scanning probe microscope, first height information of the sample obtained by height measurement with the optical microscope, and height with the scanning probe microscope. Correction value used in height measurement with the scanning probe microscope based on a correction value acquired in advance for correcting a measurement error caused by height measurement and for each height of the object A microscope system comprising: an arithmetic device for determining
本発明の別の態様は、光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡を備える顕微鏡装置の較正方法であって、前記光学顕微鏡で試料の高さを測定し、前記光学顕微鏡での高さ測定により得られる前記試料の第1の高さ情報と、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定により生じる測定誤差を補正するための予め取得された補正値であって対象物の高さ毎の補正値とに基づいて、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定で使用される補正値を決定する較正方法を提供する。 Another aspect of the present invention is a method for calibrating a microscope apparatus comprising an optical microscope and a scanning probe microscope, wherein the height of a sample is measured with the optical microscope and obtained by measuring the height with the optical microscope. Based on the first height information of the sample and a correction value acquired in advance for correcting a measurement error caused by the height measurement with the scanning probe microscope and for each height of the object Thus, a calibration method for determining a correction value used in height measurement with the scanning probe microscope is provided.
本発明の更に別の態様は、光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡を備える顕微鏡装置の高さ測定方法であって、前記光学顕微鏡で試料の高さを測定し、前記光学顕微鏡での高さ測定により得られる前記試料の第1の高さ情報と、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定により生じる測定誤差を補正するための予め取得された補正値であって対象物の高さ毎の補正値とに基づいて、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定で使用される補正値を決定し、決定した前記補正値を使用して前記走査型プローブ顕微鏡で前記試料の高さを測定して、前記試料の高さを算出する高さ測定方法を提供する。 Still another aspect of the present invention is a method for measuring a height of a microscope apparatus including an optical microscope and a scanning probe microscope, wherein the height of a sample is measured with the optical microscope, and the height measurement with the optical microscope is performed. First height information of the obtained sample and a correction value acquired in advance for correcting a measurement error caused by height measurement with the scanning probe microscope, for each height of the object And determining a correction value used in height measurement with the scanning probe microscope, and measuring the height of the sample with the scanning probe microscope using the determined correction value, A height measurement method for calculating the height of the sample is provided.
本発明によれば、試料を傷つけることなく、容易に走査型プローブ顕微鏡を較正する技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique for easily calibrating a scanning probe microscope without damaging a sample.
図1は、本実施例に係る顕微鏡システム100の構成を例示した図である。顕微鏡システム100は、顕微鏡装置400と、複数のコントローラ(コントローラ500、SPMコントローラ600)と、演算装置700と、モニタ800と、入力装置900とを備えている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a
顕微鏡装置400は、それぞれ試料の高さ測定が可能な光学顕微鏡200とSPM300とを単一の装置内に備える複合型顕微鏡装置である。SPM300は、光学顕微鏡200のレボルバ201に装着されている。光学顕微鏡200は、コントローラ500によって制御され、SPM300は、SPMコントローラ600によって制御される。
The
演算装置700は、ステージ203上に配置された試料Sの高さを算出する装置であり、試料Sの高さは、光学顕微鏡200とSPM300での高さ測定により得られる試料Sの高さ情報に基づいて算出される。
The
モニタ800は、例えば、液晶ディスプレイ装置、有機ELディスプレイ装置、CRTディスプレイ装置である。入力装置900は、例えば、マウスやキーボードなどである。入力装置900は、モニタ800の画面上に配置されたタッチセンサであってもよい。
The
以上のように構成された顕微鏡システム100は、光学顕微鏡200で試料Sの高さを測定し、その結果に基づいてSPM300を較正することで、試料Sの高さをSPM300で高精度に測定することができる。
The
以下では、図2を参照しながら、光学顕微鏡200について詳細に説明する。光学顕微鏡200は、試料Sの明視野観察と共焦点観察が可能な顕微鏡装置であり、それぞれの観察法で、試料Sの高さを測定し高さ情報を取得することができる。
Hereinafter, the
光学顕微鏡200は、レーザ光源204と、偏光ビームスプリッタ(以降、PBSと記す)205、試料Sを走査する光走査部206、1/4λ板207、試料Sに光を照射する対物レンズ202、結像レンズ208、ピンホール板209、光検出器210、AD変換器211、レボルバ201(図1参照)、ステージ203(図1参照)、白色光源212、結像レンズ213、及び、CCDカメラ214を備えている。
The
図1に示すレボルバ201は、対物レンズ202を切り替える手段であるとともに、対物レンズ202と試料Sとの間の相対距離を変化させるZ位置変更手段でもある。また、ステージ203は、試料Sを対物レンズ202に対して対物レンズ202の光軸と直交する方向に移動させるXY位置変更手段である。なお、レボルバ201の代わりにステージ203がZ位置変更手段として機能してもよい。
The
レーザ光源204から出射したレーザ光は、例えば、単波長のレーザ光であり、PBS205を透過した後、光走査部206に入射する。光走査部206は、例えばガルバノミラーである。光走査部206で偏向されたレーザ光は、1/4λ板207で直線偏光から円偏光に変換された後に、レボルバ201に装着されている対物レンズ202を経由して試料Sへ照射される。
Laser light emitted from the
光学顕微鏡200では、光走査部206は対物レンズ202の瞳位置と光学的に共役な位置又はその近傍に配置されている。このため、光走査部206がレーザ光を偏向させることで、レーザ光の集光位置が対物レンズ202の焦点面上をXY方向に移動し、これによって、試料Sがレーザ光で二次元に走査される。
In the
ここで、光走査部206による二次元走査と、レボルバ201の回転駆動により光学顕微鏡200の光路上に配置される対物レンズ202の切替と、対物レンズ202の光軸方向(Z方向)へのレボルバ201(又はステージ203)の駆動と、対物レンズ202の光軸と直交する方向(XY方向)へのステージ203の駆動は、コントローラ500によって制御される。なお、光走査部206による二次元走査の手法としては、例えば、共焦点顕微鏡で一般的に使用されている、ラスタスキャンを採用する。
Here, two-dimensional scanning by the
試料Sの表面で反射したレーザ光(以降、反射光と記す)は、対物レンズ202を経由して入射する1/4λ板207で円偏光から直線偏光に変換された後に、光走査部206を経由してPBS205に入射する。このとき、PBS205に入射する反射光は、レーザ光源204側からPBS205に入射するレーザ光の偏光面とは直交する偏光面を有しているため、PBS205で反射して、結像レンズ208に導かれる。
Laser light reflected on the surface of the sample S (hereinafter referred to as reflected light) is converted from circularly polarized light to linearly polarized light by a ¼λ
結像レンズ208は、PBS205で反射した反射光を集光させる。PBS205からの反射光路上に設けられたピンホール板209には、対物レンズ202の焦点面に形成されるレーザ光の集光位置と光学的に共役な位置にピンホールが形成されている。このため、試料S表面のある部位が対物レンズ202によるレーザ光の集光位置にある場合には、この部位からの反射光は、ピンホールに集光されて当該ピンホールを通過する。その一方、試料S表面のある部位が対物レンズ202によるレーザ光の集光位置からずれている場合には、この部位からの反射光は、ピンホールに集光しないので、ピンホールを通過せず、ピンホール板209によって遮断される。
The
ピンホールを通過した光は、光検出器210で検出される。光検出器210は、例えば、光電子増倍管(PMT)である。光検出器210は、このピンホールを通過した光、すなわち、試料Sの表面のうち対物レンズ202によるレーザ光の集光位置に位置する部位のみからの反射光を受光し、その受光光量に応じた大きさの検出信号を、当該部位の輝度を示す輝度信号として出力する。アナログ信号であるこの輝度信号は、AD変換器211でアナログ−デジタル変換された上で、当該部位の輝度を示す輝度値情報としてコントローラ500に入力される。コントローラ500は、この輝度値情報と、光走査部206による二次元走査における走査位置の情報とに基づき、試料Sの共焦点画像データを生成する。
The light that has passed through the pinhole is detected by the
一方、白色光源212から出射した光(白色光)は、レボルバ201に装着されている対物レンズ202の瞳位置に集光して、その後、試料Sに照射される。これにより、ケーラー照明により試料Sが照明される。試料S表面で反射した反射光は、結像レンズ213へ入射し、結像レンズ213は、この反射光をCCD(結合素子)カメラ214の受光面に集光する。
On the other hand, the light (white light) emitted from the
CCDカメラ214は、対物レンズ202の焦点面と光学的に共役な位置に受光面を有するカメラである。CCDカメラ214は受光面に集光された反射光により試料Sを撮像して、試料Sの非共焦点画像データを生成する。生成された非共焦点画像データはコントローラ500に送られる。
The
光学顕微鏡200及びコントローラ500は、Z位置変更手段で対物レンズ202と試料Sとの間の相対距離を変化させて、Z位置毎に共焦点画像データ又は非共焦点画像データを生成することで、試料の高さ情報(以降、第1の高さ情報と記す)を取得し、演算装置700に出力する。
The
次に、図3を参照しながら、SPM300について詳細に説明する。SPM300は、レボルバ201に装着可能な単一のユニットとして構成されていて、レボルバ201の回転により対物レンズ202と切り替えて使用される。
Next, the
SPM300は、探針301が設けられたカンチレバー302、ピエゾ素子303、レーザダイオード304、レンズ305、及び、4分割フォトダイオード306を備えている。
The
ピエゾ素子303は、カンチレバー302を移動させる手段であり、ステージ203に平行なXY方向にカンチレバー302を動かすピエゾ素子303aと、ステージ203に直交するZ方向にカンチレバー302を動かすピエゾ素子303bと、を含んでいる。ピエゾ素子303bは、探針301と試料Sの間の相対的な距離を変化させる駆動素子として機能する。なお、ピエゾ素子303は、SPMコントローラ600によって制御される。
The
レーザダイオード304、レンズ305、及び、4分割フォトダイオード306は、カンチレバー302とともに、光てこ部を構成する。レーザダイオード304から出射した光はレンズ305によりカンチレバー302に照射されて、その反射光が4分割フォトダイオード306で検出される。そして、検出結果は、SPMコントローラ600に出力される。
The
SPMコントローラ600は、ピエゾ素子303aにカンチレバー302をXY方向へ移動させて、探針301に試料Sを走査させることにより、試料Sの高さを測定する。このときに、SPMコントローラ600は、探針301の位置を試料Sの高さ変化に追従させるため、4分割フォトダイオード306の検出結果に対してフィードバック制御を実行する。例えば、SPMコントローラ600は、カンチレバー302の撓み量が一定になるよう、つまり、試料Sと探針301の間の距離が一定に維持されるように、ピエゾ素子303bを制御する。
The
SPM300及びSPMコントローラ600は、走査中にピエゾ素子303a及びピエゾ素子303bへ入力する信号に基づいて、試料Sの画像データを生成する。そして、画像データから試料Sの高さ情報(以降、第2の高さ情報と記す)を取得し、演算装置700に出力する。
The
次に、図4を参照しながら、演算装置700について詳細に説明する。演算装置700は、光学顕微鏡200による高さ測定によって取得された第1の高さ情報と、SPM300での高さ測定により生じる測定誤差を補正するための補正値と、に基づいて、試料Sの高さを算出する。
Next, the
演算装置700は、例えば、一般的なコンピュータである。演算装置700は、図4に示すように、CPU701、メモリ702、記憶装置703、読取装置704、表示IF705、入力IF706、通信IF707を備えていて、これらはバス708により互いに接続されている。
The
CPU701は、メモリ702を利用して高さ測定プログラムを実行することにより、SPM300を較正し、さらに、試料Sの高さを算出する。メモリ702は、例えば半導体メモリであり、RAM領域およびROM領域を含んで構成される。
The
記憶装置703は、例えばハードディスク装置であり、高さ測定プログラムや後述する測定対象物の高さ毎の補正値などを格納する。なお、記憶装置703は、フラッシュメモリ等の半導体メモリであってもよい。また、記憶装置703は、外部記録装置であってもよい。
The
読取装置704は、CPU701の指示に従って可搬記録媒体709にアクセスする。可搬記録媒体709は、たとえば、半導体デバイス(USBメモリ等)、磁気的作用により情報が入出力される媒体(磁気ディスク等)、光学的作用により情報が入出力される媒体(CD−ROM、DVD等)などにより実現される。
The
表示IF705は、例えば、モニタ800へCPU701の指示に従ってデータを出力するインタフェース装置である。入力IF706は、例えば、入力装置900からデータを受信するインタフェース装置であり、ユーザからの指示を受け付ける装置である。通信IF707は、対物レンズ202の指示に従ってネットワークを介して外部機器とデータを送受信するインタフェース装置である。
The display IF 705 is an interface device that outputs data to the
なお、高さ測定プログラムは、例えば、記憶装置703に予めインストールされていてもよく、可搬記録媒体709経由又はネットワーク経由で演算装置700に提供されてもよい。
For example, the height measurement program may be installed in the
以下、本実施例に係る顕微鏡システム100で試料の高さを測定する方法について具体的に説明する。まず、任意の試料の高さを高精度に測定するために、例えば、工場から製品(顕微鏡システム)を出荷する前などに予め行われる処理(以降、事前準備処理)について、図5を参照しながら説明する。
Hereinafter, a method for measuring the height of the sample with the
図5に示す事前準備処理は、測定対象物の高さ毎に、SPM300での高さ測定で生じる測定誤差を補正する補正値(キャリブレーション値ともいう)を取得して、記憶する処理である。
The advance preparation process shown in FIG. 5 is a process for acquiring and storing a correction value (also referred to as a calibration value) for correcting a measurement error caused by the height measurement in the
上述したように、SPM300に用いられるピエゾ素子303にはヒステリシスが存在する。このため、ピエゾ素子303への入力(印加電圧)と駆動量が正確には比例せず、比例関係を前提にピエゾ素子303への入力から駆動量を算出すると、実際の駆動量との間で誤差が生じてしまう。その結果、ピエゾ素子303の駆動量から算出される試料の高さに測定誤差が生じてしまう。図5で取得される補正値は、これを補正するためのものである。この補正値は、SPM300での高さ測定により得られた試料の高さ情報(第2の高さ情報)を補正するものであってもよい。また、この補正値は、SPM300での高さ測定でピエゾ素子303への入力(印加電圧)を補正するものであってもよい。前者はヒステリシスに起因して測定結果に含まれる誤差を直接補正するものである。後者は測定結果自体が誤差を含まないようにヒステリシスを考慮してピエゾ素子303への入力を補正するものである。
As described above, the
なお、ヒステリシスに起因する測定誤差は、駆動量(つまり、高さ)に応じて変化し、その変化率も一定ではない。このため、補正値は、測定対象物の高さ毎に取得されることが望ましい。具体的には、製品の仕様として定められているSPM300の高さ方向の測定精度が保証される高さ間隔で補正値が取得されることが望ましい。
Note that the measurement error due to hysteresis changes according to the drive amount (that is, height), and the rate of change is not constant. For this reason, it is desirable that the correction value be acquired for each height of the measurement object. Specifically, it is desirable that the correction values be acquired at a height interval that guarantees the measurement accuracy in the height direction of the
ステップS1では、補正値を算出する高さ間隔を決定する。ここでは、製品の仕様として、SPM300での高さ測定で許容される許容誤差が±3%、SPM300のヒステリシス特性が±5%/100nm、SPM300で測定し得る測定対象物の高さ限界が2μm、と定められている場合について説明する。この場合、ヒステリシスに起因する測定誤差を±3%以内に収めるためには、±3/5×100=±60nm以内の高さ間隔で補正値を算出すればよい。従って、補正値を算出する高さ間隔は、例えば、120nmに決定される。
In step S1, the height interval for calculating the correction value is determined. Here, as a product specification, an allowable error allowed by the height measurement by the
ステップS2では、ステップS1で算出された高さ間隔だけ高さの異なる複数の標準試料を準備する。例えば、0nmから測定対象物の高さ限界である2μmまでの間で、120nmずつ高さの異なる複数の標準試料を準備する。なお、標準試料とは、原子レベルで高さが保証され、トレーサビリティが保証されている高さが既知なサンプルのことである。標準試料は、例えば、厳密に管理された環境で一元的に保管されている。 In step S2, a plurality of standard samples having different heights by the height interval calculated in step S1 are prepared. For example, a plurality of standard samples having different heights of 120 nm each from 0 nm to 2 μm, which is the height limit of the measurement object, are prepared. The standard sample is a sample whose height is guaranteed at the atomic level and whose height is known and whose traceability is guaranteed. The standard sample is stored centrally in a strictly controlled environment, for example.
次に、ステップS2で準備した複数の標準試料から一の標準試料を選択し(ステップS3)、SPM300でその標準試料を走査して、標準試料の高さを所定の補正値を使用して測定する(ステップS4)。さらに、ステップS4での測定により算出した高さと、既知である標準試料の高さとを比較して、測定誤差を算出する(ステップS5)。その後、測定誤差が所定範囲内にあるか否かを判定する(ステップS6)。ここで、所定範囲内の値は、SPM300での高さ測定で許容される許容誤差に対して十分に小さな値である。
Next, one standard sample is selected from the plurality of standard samples prepared in step S2 (step S3), the standard sample is scanned by SPM300, and the height of the standard sample is measured using a predetermined correction value. (Step S4). Furthermore, the measurement error is calculated by comparing the height calculated by the measurement in step S4 with the known standard sample height (step S5). Thereafter, it is determined whether or not the measurement error is within a predetermined range (step S6). Here, the value within the predetermined range is a sufficiently small value with respect to the allowable error allowed in the height measurement by the
測定誤差が所定範囲外である場合には、ステップS4で使用される補正値を調整して(ステップS7)、ステップS4以降の処理を繰り返す。そして、測定誤差が所定範囲内に収まると、標準試料の高さとそのとき設定されている補正値を関連付けて、記憶装置703に記憶させる(ステップS8)。 If the measurement error is outside the predetermined range, the correction value used in step S4 is adjusted (step S7), and the processes in and after step S4 are repeated. When the measurement error falls within the predetermined range, the height of the standard sample and the correction value set at that time are associated with each other and stored in the storage device 703 (step S8).
その後、ステップS2で準備したすべての標準試料を測定済みか否かについて判定する(ステップS9)。そして、測定していない別の標準試料がある場合には、その別の標準試料を選択して(ステップS10)、ステップS4以降の処理を繰り返す。すべての標準試料の測定が終了すると、図5の事前準備処理が完了する。 Thereafter, it is determined whether or not all the standard samples prepared in step S2 have been measured (step S9). If there is another standard sample that has not been measured, the other standard sample is selected (step S10), and the processes in and after step S4 are repeated. When the measurement of all the standard samples is completed, the preparation process in FIG. 5 is completed.
これにより、SPM300での高さ測定により生じる測定誤差を補正するための補正値であって対象物の高さ毎の補正値が予め取得され、記憶装置703に記憶される。
Accordingly, a correction value for correcting a measurement error caused by height measurement in the
次に、製品(顕微鏡システム)を出荷した後に行われる、任意の試料Sの高さを測定する処理について、図6を参照しながら説明する。なお、ここでは、SPM300での高さ測定により得られた試料の高さ情報を補正する補正値を用いる例について説明する。
Next, processing for measuring the height of an arbitrary sample S performed after the product (microscope system) is shipped will be described with reference to FIG. Here, an example using a correction value for correcting the height information of the sample obtained by the height measurement in the
顕微鏡システム100は、光学顕微鏡200で試料Sの高さを測定する(ステップS11)。ここでは、例えば、共焦点観察によって試料Sの高さが測定され、第1の高さ情報が演算装置700に出力される。
The
そして、演算装置700は、図5の事前準備処理により記憶装置703に予め記憶された高さ毎の補正値を記憶装置703から取得し(ステップS12)、取得した高さ毎の補正値と、ステップS11での測定により得られた第1の高さ情報に基づいて、SPM300での高さ測定で使用される補正値を決定する(ステップS13)。
Then, the
具体的には、演算装置700は、例えば、記憶装置703に記憶されている対象物の高さ毎の補正値から、第1の高さ情報で特定される高さに最も近い高さと関連付けて記憶されている補正値を選択し、SPM300での高さ測定で使用される補正値として決定する。また、演算装置700は、例えば、記憶装置703に記憶されている対象物の高さ毎の補正値から補間により、第1の高さ情報で特定される高さの補正値を算出し、算出した補正値をSPM300での高さ測定で使用される補正値として決定してもよい。
Specifically, for example, the
その後、顕微鏡システム100は、SPM300で試料Sの高さを測定する(ステップS14)。その結果、第2の高さ情報が演算装置700に出力される。
Thereafter, the
最後に、演算装置700は、ステップS13で決定した補正値で、ステップS14での測定により得られた第2の高さ情報を補正し、試料Sの高さを算出する(ステップS15)。
Finally, the
顕微鏡システム100によれば、試料Sの高さに応じた補正値でSPM300が較正されるため、ピエゾ素子303が有するヒステリシスが測定に及ぼす影響を大幅に軽減して、高い精度で試料Sの高さを算出することができる。また、光学顕微鏡200で試料Sの高さを測定した結果に基づいて、容易にSPM300を較正することができる。このため、SPM300を較正するために、測定する試料毎に試料を探針301で走査する必要がないため、測定前に試料Sや探針301を傷つけることを防止することができる。また、対象物の高さ毎の補正値を取得した後は、較正に標準試料を必要としないため、標準試料の保守管理の負担も排除できる。
According to the
以上では、第2の高さ情報を補正する補正値を用いる例について説明した。つまり、SPM300での測定結果を補正することで精度の高い測定結果を得るというものである。このような補正値の代わりに、ピエゾ素子303への印加電圧を補正する補正値が用いられてもよい。つまり、SPM300への入力を補正することで精度の高い測定結果を得るというものである。この場合、ステップS14で演算装置700へ出力される第2の高さ情報は、測定誤差が補正された高さ情報である。
In the above, the example using the correction value for correcting the second height information has been described. That is, a highly accurate measurement result is obtained by correcting the measurement result in the
図7は、本実施例に係る顕微鏡システムで行われる試料の高さ測定処理を示すフローチャートである。以下、図6に示す高さ測定処理との相違点を中心に、図7に示す高さ測定処理について説明する。なお、本実施例に係る顕微鏡システムは、実行する高さ測定プログラムが異なる点を除き、顕微鏡システム100と同様である。従って、本実施例に係る顕微鏡システムの構成要素については、実施例1と同一の符号で参照する。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a sample height measurement process performed by the microscope system according to the present embodiment. Hereinafter, the height measurement process shown in FIG. 7 will be described focusing on differences from the height measurement process shown in FIG. The microscope system according to the present embodiment is the same as the
図7に示すステップS21からステップS23の処理は、図6に示すステップS1からステップS3の処理と同様である。演算装置700は、ステップS23で決定した補正値をモニタ800に表示させる(ステップS24)。そして、表示された補正値をSPM300での高さ測定に使用するか否かについて、顕微鏡システムの利用者からの指示を受け付ける。
The processing from step S21 to step S23 shown in FIG. 7 is the same as the processing from step S1 to step S3 shown in FIG. The
利用者により入力装置900を用いて補正値を使用する指示が入力されると(ステップS25YES)、その後、微鏡システム100は、SPM300で試料Sの高さを測定する(ステップS26)。そして、演算装置700は、ステップS26で出力された第2の高さ情報をステップS23で決定した補正値で補正して、試料の高さを算出する(ステップS27)。一方、補正値を使用しない指示が入力されると(ステップS25NO)、その後、顕微鏡システム100は、SPM300で試料Sの高さを測定する(ステップS28)。そして、演算装置700は、ステップS23で決定した補正値を用いることなく、ステップS26で出力された第2の高さ情報から試料の高さを算出する(ステップS29)。
When an instruction to use the correction value is input by the user using the input device 900 (step S25 YES), the
本実施例に係る顕微鏡システムによっても、実施例1に係る顕微鏡システム100と同様の効果を得ることができる。また、本実施例に係る顕微鏡システムによれば、演算装置700が決定した補正値を利用者が使用するかを決定することができる。なお、本実施例に係る顕微鏡システムは、ピエゾ素子303への印加電圧を補正する補正値が用いられてもよい点については、実施例1に係る顕微鏡システム100と同様である。
Also by the microscope system according to the present embodiment, the same effects as those of the
図8は、本実施例に係る顕微鏡システムで行われる試料の高さ測定処理を示すフローチャートである。以下、図6に示す高さ測定処理との相違点を中心に、図8に示す高さ測定処理について説明する。なお、本実施例に係る顕微鏡システムは、実行する高さ測定プログラムが異なる点を除き、顕微鏡システム100と同様である。従って、本実施例に係る顕微鏡システムの構成要素については、実施例1と同一の符号で参照する。
図8に示すステップS31の処理は、図6に示すステップS1の処理と同様である。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a sample height measurement process performed by the microscope system according to the present embodiment. Hereinafter, the height measurement process shown in FIG. 8 will be described focusing on differences from the height measurement process shown in FIG. The microscope system according to the present embodiment is the same as the
The process of step S31 shown in FIG. 8 is the same as the process of step S1 shown in FIG.
ステップS32では、演算装置700は、ステップS31での高さ測定により得られた第1の高さ情報に対応する高さが、SPM300の測定性能が保証される高さ範囲(以降、保証範囲)内にあるか否かを判定する。なお、保証範囲はSPM300の仕様により予め決定されていて、例えば、記憶装置703に記憶されている。
In step S32, the
ステップS32での判定結果に基づき、第1の高さ情報に対応する高さが保証範囲内であると判断されると、演算装置700は、ステップS33からステップS36の処理を実行する。なお、図8に示すステップS33からステップS36の処理は、図6に示すステップS12からステップS15の処理と同様である。
When it is determined based on the determination result in step S32 that the height corresponding to the first height information is within the guaranteed range, the
一方、ステップS32での判定結果に基づき、第1の高さ情報に対応する高さが保証範囲外であると判断されると、演算装置700は、その旨をモニタ800に表示し(ステップS27)、高さ測定処理を終了する。
On the other hand, when it is determined that the height corresponding to the first height information is outside the guaranteed range based on the determination result in step S32, the
本実施例に係る顕微鏡システムによっても、実施例1に係る顕微鏡システム100と同様の効果を得ることができる。また、本実施例に係る顕微鏡システムによれば、測定性能が保証できない試料の高さ測定を防止することができる。このため、SPM300による無駄の測定によって試料Sや探針301が傷つくことを防止することができる。なお、本実施例に係る顕微鏡システムは、ピエゾ素子303への印加電圧を補正する補正値が用いられてもよい点については、実施例1に係る顕微鏡システム100と同様である。
Also by the microscope system according to the present embodiment, the same effects as those of the
上述した各実施例は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。顕微鏡システム、較正方法、及び高さ測定方法は、特許請求の範囲により規定される本発明の思想を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。 The above-described embodiments are specific examples for facilitating understanding of the invention, and the present invention is not limited to these embodiments. The microscope system, the calibration method, and the height measurement method can be variously modified and changed without departing from the concept of the present invention defined by the claims.
図5では、高さ毎の補正値を取得する事前準備処理の一例として、標準試料を使用する例が示されているが、高さ毎の補正値は別の方法によって取得されてもよい。例えば、光学的測長器を使用して、高さ毎の補正値を取得してもよい。この場合、ピエゾ素子303bへ入力した印加電圧毎に、カンチレバー302の移動量を測長器によって測定し、印加電圧から算出される移動量と測長器で測定した移動量とを比較することによって、高さ(移動量)毎の補正値を算出してもよい。測長器は、少なくとも特定の環境において、精度及び再現性が保証されたものであることが望ましい。
In FIG. 5, an example of using a standard sample is shown as an example of a preparation process for acquiring a correction value for each height. However, the correction value for each height may be acquired by another method. For example, you may acquire the correction value for every height using an optical length measuring device. In this case, for each applied voltage input to the
図1には、SPMコントローラ600と演算装置700とが別体として構成された例が示されているが、SPMコントローラ600が演算装置として機能してもよい。実施例1では、SPMコントローラ600とは別体の演算装置700が、補正値を決定し、決定した補正値で第2の高さ情報を補正して試料の高さを算出する例が示されている。しかしながら、これらの処理は、演算装置700ではなくSPMコントローラ600によって行われてもよい。例えば、演算装置700が決定した補正値をSPMコントローラ600に設定し、SPMコントローラ600がその補正値で第2の高さ情報を補正して試料の高さを算出してもよい。また、SPMコントローラ600が補正値を決定し、SPMコントローラ600がその補正値に基づいて試料の高さを算出してもよい。この場合、第1の高さ情報はコントローラ500からSPMコントローラ600に出力される。このように、SPMコントローラ600が演算装置700の役割を担ってもよい。さらに、図4に示す記憶装置703に高さ毎の補正値が記憶されている例を示したが、高さ毎の補正は、SPMコントローラ600内の記憶装置に記憶されていてもよい。
Although FIG. 1 shows an example in which the
図2に示す光学顕微鏡200は、共焦点観察を行うことができる共焦点顕微鏡として構成されている。しかしながら、光学顕微鏡200は、高さを光学的に非接触で測定できればよく、例えば、白色干渉顕微鏡であってもよい。
The
実施例3には、第1の高さ情報に対応する高さがSPM300の保証範囲外の高さである場合に、モニタ800にエラーメッセージを表示する例が示されている。しかしながら、第1の高さ情報に対応する高さが保証範囲外であることを報知する報知部は、モニタ800に限られない。例えば、音声や振動で報知してもよい。
In the third embodiment, an example in which an error message is displayed on the
100 顕微鏡システム
200 光学顕微鏡
201 レボルバ
202 対物レンズ
203 ステージ
204 レーザ光源
205 PBS
206 光走査部
207 1/4λ板
208 結像レンズ
209 ピンホール板
210 光検出器
211 AD変換器
212 白色光源
213 結像レンズ
214 CCDカメラ
300 SPM
301 探針
302 カンチレバー
303、303a、303b ピエゾ素子
304 レーザダイオード
305 レンズ
306 4分割フォトダイオード
400 顕微鏡装置
500 コントローラ
600 SPMコントローラ
700 演算装置
701 CPU
702 メモリ
703 記憶装置
704 読取装置
705 表示IF
706 入力IF
707 通信IF
708 バス
709 可搬記録媒体
800 モニタ
900 入力装置
S 試料
DESCRIPTION OF
206
702
706 Input IF
707 Communication IF
708 Bus 709
Claims (9)
前記光学顕微鏡での高さ測定により得られる試料の第1の高さ情報と、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定により生じる測定誤差を補正するための予め取得された補正値であって対象物の高さ毎の補正値とに基づいて、前記試料に対する前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定で使用される補正値を決定する演算装置と、を備える
ことを特徴とする顕微鏡システム。 A microscope apparatus comprising an optical microscope and a scanning probe microscope;
The first height information of the sample obtained by the height measurement with the optical microscope and a correction value acquired in advance for correcting the measurement error caused by the height measurement with the scanning probe microscope. A microscope system comprising: an arithmetic unit that determines a correction value used in height measurement of the sample with the scanning probe microscope based on a correction value for each height of an object.
前記走査型プローブ顕微鏡は、前記試料を走査する探針と、前記探針と前記試料の間の相対的な距離を変化させる駆動素子と、を備え、
前記演算装置は、前記第1の高さ情報と、前記駆動素子が有するヒステリシスと前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定で許容される許容誤差とに基づいて決定された高さ間隔で予め取得された対象物の高さ毎の前記補正値とに基づいて、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定で使用される前記補正値を決定する
ことを特徴とする顕微鏡システム。 The microscope system according to claim 1, wherein
The scanning probe microscope includes a probe that scans the sample, and a drive element that changes a relative distance between the probe and the sample,
The arithmetic unit obtains in advance at height intervals determined based on the first height information, the hysteresis of the drive element, and the allowable error allowed for height measurement with the scanning probe microscope. The microscope system, wherein the correction value used in the height measurement with the scanning probe microscope is determined based on the correction value for each height of the target object.
前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定で使用される補正値は、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定により得られる前記試料の第2の高さ情報を補正する補正値である
ことを特徴とする顕微鏡システム。 The microscope system according to claim 1 or 2,
The correction value used in the height measurement with the scanning probe microscope is a correction value for correcting the second height information of the sample obtained by the height measurement with the scanning probe microscope. A microscope system.
前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定で使用される補正値は、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定で前記駆動素子への入力を補正する補正値である
ことを特徴とする顕微鏡システム。 The microscope system according to claim 2,
The microscope system according to claim 1, wherein the correction value used in the height measurement with the scanning probe microscope is a correction value for correcting an input to the driving element by the height measurement with the scanning probe microscope.
前記演算装置は、前記第1の高さ情報に基づいて、対象物の高さ毎の前記補正値から前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定で使用される前記補正値を選択する
ことを特徴とする顕微鏡システム。 The microscope system according to any one of claims 1 to 4,
The arithmetic device selects the correction value used in height measurement with the scanning probe microscope from the correction value for each height of the object based on the first height information. A microscope system.
対象物の高さ毎の前記補正値を記憶する記憶装置を備える
ことを特徴とする顕微鏡システム。 The microscope system according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
A microscope system comprising a storage device that stores the correction value for each height of an object.
前記第1の高さ情報に対応する高さが前記走査型プローブ顕微鏡の測定性能が保証される高さ範囲外であることを報知する報知部を備える
ことを特徴とする顕微鏡システム。 The microscope system according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
A microscope system comprising: a notification unit that notifies that a height corresponding to the first height information is outside a height range in which the measurement performance of the scanning probe microscope is guaranteed.
前記光学顕微鏡で試料の高さを測定し、
前記光学顕微鏡での高さ測定により得られる前記試料の第1の高さ情報と、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定により生じる測定誤差を補正するための予め取得された補正値であって対象物の高さ毎の補正値とに基づいて、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定で使用される補正値を決定する
ことを特徴とする較正方法。 A method for calibrating a microscope apparatus comprising an optical microscope and a scanning probe microscope,
Measure the height of the sample with the optical microscope,
The first height information of the sample obtained by the height measurement with the optical microscope and a correction value acquired in advance for correcting a measurement error caused by the height measurement with the scanning probe microscope. A calibration method, wherein a correction value used in height measurement with the scanning probe microscope is determined based on a correction value for each height of an object.
前記光学顕微鏡で試料の高さを測定し、
前記光学顕微鏡での高さ測定により得られる前記試料の第1の高さ情報と、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定により生じる測定誤差を補正するための予め取得された補正値であって対象物の高さ毎の補正値とに基づいて、前記走査型プローブ顕微鏡での高さ測定で使用される補正値を決定し、
決定した前記補正値を使用して前記走査型プローブ顕微鏡で前記試料の高さを測定して、前記試料の高さを算出する
ことを特徴とする高さ測定方法。
A method for measuring the height of a microscope apparatus comprising an optical microscope and a scanning probe microscope,
Measure the height of the sample with the optical microscope,
The first height information of the sample obtained by the height measurement with the optical microscope and a correction value acquired in advance for correcting a measurement error caused by the height measurement with the scanning probe microscope. Based on the correction value for each height of the object, determine the correction value used in the height measurement with the scanning probe microscope,
A height measurement method comprising: calculating the height of the sample by measuring the height of the sample with the scanning probe microscope using the determined correction value.
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