JP3325372B2 - プローブ顕微鏡装置の探針接近方法 - Google Patents
プローブ顕微鏡装置の探針接近方法Info
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、探針を備え、この探針
を試料に接近させて種々の測定を行う原子間力顕微鏡等
のプローブ顕微鏡において、探針を試料に接近させるた
めのプローブ顕微鏡装置の探針接近方法に関する。
を試料に接近させて種々の測定を行う原子間力顕微鏡等
のプローブ顕微鏡において、探針を試料に接近させるた
めのプローブ顕微鏡装置の探針接近方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プローブ顕微鏡装置は、先端の尖った探
針を試料にｎｍ（１／１０9 ｍ）オーダまで近づけ、
そのときに探針と試料間に生じるトンネル電流や原子間
力等を測定することで、試料表面の形状等を原子寸法レ
ベルで計測することができる装置である。
針を試料にｎｍ（１／１０9 ｍ）オーダまで近づけ、
そのときに探針と試料間に生じるトンネル電流や原子間
力等を測定することで、試料表面の形状等を原子寸法レ
ベルで計測することができる装置である。
【０００３】探針を試料に接近させるには、第１のステ
ップとして、目視等で探針と試料の距離を確認しながら
ある程度まで近づけ、その後、第２のステップとして、
例えばトンネル顕微鏡であればトンネル電流が検出され
るかどうかを常に監視しながらトンネル電流が検出され
るまで探針を接近させる方法が行われている。
ップとして、目視等で探針と試料の距離を確認しながら
ある程度まで近づけ、その後、第２のステップとして、
例えばトンネル顕微鏡であればトンネル電流が検出され
るかどうかを常に監視しながらトンネル電流が検出され
るまで探針を接近させる方法が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えばトン
ネル顕微鏡の場合であれば、トンネル電流が検出できる
領域まで探針を試料に対し接近させる必要があるが、そ
の距離は前述のとおりｎｍオーダであり、ときには数オ
ングストロームという距離まで接近させる必要がある。
しかもこの接近は、探針を試料に衝突させることなく行
わなければならない。したがって、最終的なトンネル電
流が検出される領域までの接近は、非常にゆっくりと行
う必要があり、このため、上記第２のステップの高速化
には必然的に限界がある。そのため、接近の高速化を図
るには、上記第１のステップで、衝突の危険無しに高速
でかつ可能な限り接近させ、これにより第２のステップ
で行う接近距離を短縮し、その結果として全体の接近に
要する時間を短縮することが必要になる。しかしなが
ら、目視による接近ではせいぜい数百μｍ程度までしか
接近できず、又、このような数百μｍ程度の接近でも衝
突の危険性が極めて高いという問題があった。
ネル顕微鏡の場合であれば、トンネル電流が検出できる
領域まで探針を試料に対し接近させる必要があるが、そ
の距離は前述のとおりｎｍオーダであり、ときには数オ
ングストロームという距離まで接近させる必要がある。
しかもこの接近は、探針を試料に衝突させることなく行
わなければならない。したがって、最終的なトンネル電
流が検出される領域までの接近は、非常にゆっくりと行
う必要があり、このため、上記第２のステップの高速化
には必然的に限界がある。そのため、接近の高速化を図
るには、上記第１のステップで、衝突の危険無しに高速
でかつ可能な限り接近させ、これにより第２のステップ
で行う接近距離を短縮し、その結果として全体の接近に
要する時間を短縮することが必要になる。しかしなが
ら、目視による接近ではせいぜい数百μｍ程度までしか
接近できず、又、このような数百μｍ程度の接近でも衝
突の危険性が極めて高いという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、探針が試料に衝突することなく安全に、し
かもその接近時間を短くすることができるプローブ顕微
鏡装置の探針接近方法を提供することにある。
題を解決し、探針が試料に衝突することなく安全に、し
かもその接近時間を短くすることができるプローブ顕微
鏡装置の探針接近方法を提供することにある。
【０００６】
【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、試料を搭載するための試料テーブルと、
前記試料の面に対向するように配置された探針と、この
探針を試料に対し接近および退避させるための変位機構
と、前記試料を観察する光学顕微鏡とを備えたプローブ
顕微鏡装置において、前記探針を前記光学顕微鏡の視野
内に位置せしめるとともに、前記光学顕微鏡の焦点を前
記探針と前記試料に順次合せ、それら焦点が合ったとき
の前記光学顕微鏡の各位置に基づいて前記探針と前記試
料間の距離を求め、その距離に基づいて前記探針を前記
試料に接近させることを特徴とする。
め、本発明は、試料を搭載するための試料テーブルと、
前記試料の面に対向するように配置された探針と、この
探針を試料に対し接近および退避させるための変位機構
と、前記試料を観察する光学顕微鏡とを備えたプローブ
顕微鏡装置において、前記探針を前記光学顕微鏡の視野
内に位置せしめるとともに、前記光学顕微鏡の焦点を前
記探針と前記試料に順次合せ、それら焦点が合ったとき
の前記光学顕微鏡の各位置に基づいて前記探針と前記試
料間の距離を求め、その距離に基づいて前記探針を前記
試料に接近させることを特徴とする。
【０００７】
【作用】探針を光学顕微鏡の視野内に位置せしめ、試料
と探針を同時に観察することができるようにし、光学顕
微鏡の焦点を探針に合わせたときの光学顕微鏡の位置
と、光学顕微鏡の焦点を試料に合わせたときの光学顕微
鏡の位置とを記憶し、それらの各位置、即ち光学顕微鏡
の移動量から探針と試料の距離を求める。その距離に基
づいて探針を試料から僅かに手前の位置まで接近させ
る。これにより、探針を従来の目視による方法よりさら
に近くまで、衝突することなく、高速に接近させること
ができる。その後は、例えばトンネル顕微鏡であればト
ンネル電流が検出されるまで、前記第２のステップによ
り接近を行う。
と探針を同時に観察することができるようにし、光学顕
微鏡の焦点を探針に合わせたときの光学顕微鏡の位置
と、光学顕微鏡の焦点を試料に合わせたときの光学顕微
鏡の位置とを記憶し、それらの各位置、即ち光学顕微鏡
の移動量から探針と試料の距離を求める。その距離に基
づいて探針を試料から僅かに手前の位置まで接近させ
る。これにより、探針を従来の目視による方法よりさら
に近くまで、衝突することなく、高速に接近させること
ができる。その後は、例えばトンネル顕微鏡であればト
ンネル電流が検出されるまで、前記第２のステップによ
り接近を行う。
【０００８】
【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
の全体構成図である。プローブ顕微鏡の探針１は、支持
台３により支持された接近・退避用のＺ軸変位機構２に
より支持されており、試料台５の上に搭載された試料４
に対して接近・退避を行うことができる。上記Ｚ軸変位
機構としては、例えば圧電素子を利用したインチワーム
機構を用いることができるが、それに限定されるもので
はなく、探針１を試料に対し接近させ、プローブ顕微鏡
観察を行うことができるものであればどのような機構で
も良い。なお、上記インチワーム機構は、一般的に知ら
れている機構であるので、その説明は省略する。６は試
料をＸＹ平面内で走査し、またＺ軸方向に上下するため
のトライポッド機構であり、これも走査型プローブ顕微
鏡装置では一般的に用いられる機構であるので説明を省
略する。７はＺ軸変位機構２の駆動を制御するコントロ
ーラ、８はトライポッド機構の駆動を制御するコントロ
ーラである。以上の各要素によりプローブ顕微鏡が構成
される。
する。図１は本発明の実施例に係るプローブ顕微鏡装置
の全体構成図である。プローブ顕微鏡の探針１は、支持
台３により支持された接近・退避用のＺ軸変位機構２に
より支持されており、試料台５の上に搭載された試料４
に対して接近・退避を行うことができる。上記Ｚ軸変位
機構としては、例えば圧電素子を利用したインチワーム
機構を用いることができるが、それに限定されるもので
はなく、探針１を試料に対し接近させ、プローブ顕微鏡
観察を行うことができるものであればどのような機構で
も良い。なお、上記インチワーム機構は、一般的に知ら
れている機構であるので、その説明は省略する。６は試
料をＸＹ平面内で走査し、またＺ軸方向に上下するため
のトライポッド機構であり、これも走査型プローブ顕微
鏡装置では一般的に用いられる機構であるので説明を省
略する。７はＺ軸変位機構２の駆動を制御するコントロ
ーラ、８はトライポッド機構の駆動を制御するコントロ
ーラである。以上の各要素によりプローブ顕微鏡が構成
される。
【０００９】プローブ顕微鏡による観察時には、探針１
をＺ軸変位機構２により試料表面上ｎｍオーダまで接近
させる。この接近により、例えばトンネル顕微鏡では、
試料と探針間にトンネル電流が流れる。そのトンネル電
流を図示しない電流検出回路により検出し、コントロー
ラ８の制御の下にトライポッド６により試料をＸＹ平面
内で走査し、かつ、コントローラ７の制御の下にＺ軸方
向にトンネル電流が一定になるようなサーボ制御を行
う。これにより、試料の３次元像を得ることができる。
をＺ軸変位機構２により試料表面上ｎｍオーダまで接近
させる。この接近により、例えばトンネル顕微鏡では、
試料と探針間にトンネル電流が流れる。そのトンネル電
流を図示しない電流検出回路により検出し、コントロー
ラ８の制御の下にトライポッド６により試料をＸＹ平面
内で走査し、かつ、コントローラ７の制御の下にＺ軸方
向にトンネル電流が一定になるようなサーボ制御を行
う。これにより、試料の３次元像を得ることができる。
【００１０】本実施例のプローブ顕微鏡装置は、上記プ
ローブ顕微鏡に加えて次の構成要素を有する。即ち、１
０は光学顕微鏡を示し、光学顕微鏡の上下機構１１を介
して支持台３により支持されている。本実施例では、探
針１は光学顕微鏡１０と試料４との間の光路中に位置せ
しめられ、試料４および探針１の光学顕微鏡像は、支持
台３に取り付けられたＣＣＤカメラ１２の撮像面上に結
像する。このＣＣＤカメラ１２の画像信号は、画像処理
装置１３により処理され、表示装置１４に表示される。
１５は上下機構１１の駆動を制御するコントローラ、１
６はマイクロコンピュータより成り各コントローラ７、
８、１５を制御する演算制御部である。
ローブ顕微鏡に加えて次の構成要素を有する。即ち、１
０は光学顕微鏡を示し、光学顕微鏡の上下機構１１を介
して支持台３により支持されている。本実施例では、探
針１は光学顕微鏡１０と試料４との間の光路中に位置せ
しめられ、試料４および探針１の光学顕微鏡像は、支持
台３に取り付けられたＣＣＤカメラ１２の撮像面上に結
像する。このＣＣＤカメラ１２の画像信号は、画像処理
装置１３により処理され、表示装置１４に表示される。
１５は上下機構１１の駆動を制御するコントローラ、１
６はマイクロコンピュータより成り各コントローラ７、
８、１５を制御する演算制御部である。
【００１１】次に、探針１を試料４に対し接近させると
きの方法について説明する。まず、目視により探針１を
試料４に接近させる。この段階では、目視で衝突してい
ないことが確認できる範囲内で接近させるだけでよく、
おおむね数ｍｍ位まで接近させることになる。この状態
で光学顕微鏡１０を上下させ、探針１の背面に焦点が一
致する位置に停止させ、そのときの光学顕微鏡１０の
（上下機構１１の）位置を制御演算部１６に記憶する。
一般に、光学顕微鏡１０の上下機構１１の駆動アクチュ
エータにはステッピングモータを用いるため、光学顕微
鏡１０の上下位置を容易に制御演算部１６に記憶させる
ことができる。次に、光学顕微鏡１０を下降させ、試料
４の表面に焦点が一致する位置に停止させ、そのときの
光学顕微鏡１０の（上下機構１１の）位置を制御演算部
１６に記憶させる。
きの方法について説明する。まず、目視により探針１を
試料４に接近させる。この段階では、目視で衝突してい
ないことが確認できる範囲内で接近させるだけでよく、
おおむね数ｍｍ位まで接近させることになる。この状態
で光学顕微鏡１０を上下させ、探針１の背面に焦点が一
致する位置に停止させ、そのときの光学顕微鏡１０の
（上下機構１１の）位置を制御演算部１６に記憶する。
一般に、光学顕微鏡１０の上下機構１１の駆動アクチュ
エータにはステッピングモータを用いるため、光学顕微
鏡１０の上下位置を容易に制御演算部１６に記憶させる
ことができる。次に、光学顕微鏡１０を下降させ、試料
４の表面に焦点が一致する位置に停止させ、そのときの
光学顕微鏡１０の（上下機構１１の）位置を制御演算部
１６に記憶させる。
【００１２】前記探針１に焦点を合わせたときの光学顕
微鏡１０の上下位置の記憶値と、試料４の表面に焦点を
合わせたときの光学顕微鏡１０の上下位置の記憶値とを
制御演算部１６で比較することにより、探針１と試料４
の表面との距離を求めることができる。実際に探針１を
接近させるときには、探針接近用のＺ軸変位機構２の位
置決め精度、光学顕微鏡１０の停止時のオーバーシュー
ト量などを考慮し、上述のようにして求めた探針１と試
料４との距離から適当な値を減じた距離だけ探針１を接
近させる。
微鏡１０の上下位置の記憶値と、試料４の表面に焦点を
合わせたときの光学顕微鏡１０の上下位置の記憶値とを
制御演算部１６で比較することにより、探針１と試料４
の表面との距離を求めることができる。実際に探針１を
接近させるときには、探針接近用のＺ軸変位機構２の位
置決め精度、光学顕微鏡１０の停止時のオーバーシュー
ト量などを考慮し、上述のようにして求めた探針１と試
料４との距離から適当な値を減じた距離だけ探針１を接
近させる。
【００１３】本実施例では、このような接近方法により
探針１が試料４に衝突することはなく、したがって、目
視により接近する場合に比べ、より近くまで、しかも高
速に接近させることができる。このように、より近くま
で接近させることができるため、その後の接近、即ち、
例えばトンネル顕微鏡であればトンネル電流を常に監視
しながら探針１を衝突の危険がない低い速度で接近させ
る接近に要する時間も短くなり、結局、全体の接近に要
する時間を大幅に短縮することができる。
探針１が試料４に衝突することはなく、したがって、目
視により接近する場合に比べ、より近くまで、しかも高
速に接近させることができる。このように、より近くま
で接近させることができるため、その後の接近、即ち、
例えばトンネル顕微鏡であればトンネル電流を常に監視
しながら探針１を衝突の危険がない低い速度で接近させ
る接近に要する時間も短くなり、結局、全体の接近に要
する時間を大幅に短縮することができる。
【００１４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、光学顕
微鏡の焦点を探針に合わせた位置と、光学顕微鏡の焦点
を試料に合わせた位置との間の光学顕微鏡の移動量から
探針と試料の距離を求め、その距離に基づいて探針を試
料に接近させるようにしたので、目視により接近させる
場合に比べ、より近くまで衝突の危険無しに高速に接近
させることができ、それにより、最終段階において低速
で行う接近の距離を短縮することができ、ひいては、全
体の接近に要する時間を大幅に短縮することができる。
微鏡の焦点を探針に合わせた位置と、光学顕微鏡の焦点
を試料に合わせた位置との間の光学顕微鏡の移動量から
探針と試料の距離を求め、その距離に基づいて探針を試
料に接近させるようにしたので、目視により接近させる
場合に比べ、より近くまで衝突の危険無しに高速に接近
させることができ、それにより、最終段階において低速
で行う接近の距離を短縮することができ、ひいては、全
体の接近に要する時間を大幅に短縮することができる。
【図１】本発明の実施例に係るプローブ顕微鏡装置の全
体構成図である。
体構成図である。
１ 探針 ２ Ｚ軸変位機構 ４ 試料 １０ 光学顕微鏡 １１ 上下機構 １２ ＣＣＤカメラ １３ 画像処理装置 １４ 表示装置
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G01B 7/34 G01B 21/30 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 試料を搭載するための試料テーブルと、
前記試料の面に対向するように配置された探針と、この
探針を試料に対し接近および退避させるための変位機構
と、前記試料を観察する光学顕微鏡とを備えたプローブ
顕微鏡装置において、前記探針を前記光学顕微鏡の視野
内に位置せしめるとともに、前記光学顕微鏡の焦点を前
記探針と前記試料に順次合せ、それら焦点が合ったとき
の前記光学顕微鏡の各位置に基づいて前記探針と前記試
料間の距離を求め、その距離に基づいて前記探針を前記
試料に接近させることを特徴とする走査型プローブ顕微
鏡装置の探針接近方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33661093A JP3325372B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | プローブ顕微鏡装置の探針接近方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33661093A JP3325372B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | プローブ顕微鏡装置の探針接近方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07198729A JPH07198729A (ja) | 1995-08-01 |
| JP3325372B2 true JP3325372B2 (ja) | 2002-09-17 |
Family
ID=18300945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33661093A Expired - Fee Related JP3325372B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | プローブ顕微鏡装置の探針接近方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3325372B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210333219A1 (en) * | 2020-04-27 | 2021-10-28 | Mpi Corporation | Method of determining distance between probe and wafer held by wafer probe station |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33661093A patent/JP3325372B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07198729A (ja) | 1995-08-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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