JP6214475B2 - 顕微鏡システム、較正方法、及び、高さ測定方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

特開２００８−２２４５８７号公報 特開２０１０−７８５８２号公報 特開２００４−３７３２５号公報 特開２００６−６４４５９号公報 特開平８−２３３８３６号公報

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。

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。

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。

本発明の一態様は、共焦点顕微鏡または白色干渉顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡を備える顕微鏡装置と、前記共焦点顕微鏡または前記白色干渉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。

本発明の別の態様は、共焦点顕微鏡または白色干渉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、前記共焦点顕微鏡または前記白色干渉顕微鏡で試料の高さを測定し、前記共焦点顕微鏡または前記白色干渉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。

本発明の更に別の態様は、共焦点顕微鏡または白色干渉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、前記共焦点顕微鏡または前記白色干渉顕微鏡で試料の高さを測定し、前記共焦点顕微鏡または前記白色干渉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。

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。

実施例１に係る顕微鏡システムの構成を例示した図である。 実施例１に係る光学顕微鏡の構成を例示した図である。 実施例１に係るＳＰＭの構成を例示した図である。 実施例１に係る演算装置の構成を例示した図である。 実施例１に係る顕微鏡システムで行われる事前準備処理を示すフローチャートである。 実施例１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。 実施例２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。 実施例３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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (9)

1. 共焦点顕微鏡または白色干渉顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡を備える顕微鏡装置と、
   前記共焦点顕微鏡または前記白色干渉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。
2. 請求項１に記載の顕微鏡システムにおいて、
   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。
3. 請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡システムにおいて、
   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。
4. 請求項２に記載の顕微鏡システムにおいて、
   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。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の顕微鏡システムにおいて、
   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。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の顕微鏡システムにおいて、さらに、
   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。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の顕微鏡システムにおいて、さらに、
   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。
8. 共焦点顕微鏡または白色干渉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、
   前記共焦点顕微鏡または前記白色干渉顕微鏡で試料の高さを測定し、
   前記共焦点顕微鏡または前記白色干渉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。
9. 共焦点顕微鏡または白色干渉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、
   前記共焦点顕微鏡または前記白色干渉顕微鏡で試料の高さを測定し、
   前記共焦点顕微鏡または前記白色干渉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。

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