JPH08220109A - プローブ顕微鏡の探針先端位置特定方法 - Google Patents

プローブ顕微鏡の探針先端位置特定方法

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JPH08220109A
JPH08220109A JP7028429A JP2842995A JPH08220109A JP H08220109 A JPH08220109 A JP H08220109A JP 7028429 A JP7028429 A JP 7028429A JP 2842995 A JP2842995 A JP 2842995A JP H08220109 A JPH08220109 A JP H08220109A
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JP
Japan
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probe
cantilever
microscope
optical microscope
sample
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Application number
JP7028429A
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English (en)
Inventor
Takashi Morimoto
高史 森本
Takeshi Murayama
健 村山
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • 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
    • G01Q30/025Optical microscopes coupled with SPM

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カンチレバーにマーカを付すことなく、探針
先端位置を正確に特定することができるプローブ顕微鏡
装置を提供すること 【構成】 試料テーブル4上の反射ミラー17を、カン
チレバー6と対向する位置に位置合わせする。そのとき
カンチレバー6は反射ミラー17から鉛直上方ある距離
だけ退避した位置にある。その状態で光学顕微鏡8の焦
点を鉛直下方に移動していくと、やがて反射ミラー17
に投影されたカンチレバー6の虚像に光学顕微鏡8の焦
点が一致する。そのときは、当然カンチレバーの探針6
1側が光学顕微鏡8により観察されるので、探針61の
先端位置を直接観察することができる。したがって、探
針先端位置を光学顕微鏡8の視野内で正確に特定するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル顕微鏡や原子
間力顕微鏡等のプローブ顕微鏡と光学顕微鏡とが併用さ
れるプローブ顕微鏡装置において、プローブ顕微鏡の探
針の先端位置を特定する機能を有するプローブ顕微鏡装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】プローブ顕微鏡は、先端の尖った探針を
試料に対してナノメート(nm)オーダまで接近させ、
そのとき探針と試料との間に生じるトンネル電流や原子
間力等を測定することにより、試料表面の形状などを原
子寸法レベルで計測する装置である。このようなプロー
ブ顕微鏡の測定範囲は最大でも数10μmである。この
ため、例えば光ディスク等の大きな試料における1つの
ピットの細部の異常をチェックするような場合、そのよ
うな微少な部分に探針の先端を目視で合わせることは不
可能である。したがって、プローブ顕微鏡は、試料を移
動させるXYステージとともに、プローブ顕微鏡の測定
範囲より大きな視野を持つ測定機器、例えば光学顕微鏡
を備えているのが通常である。
【0003】このようなプローブ顕微鏡と光学顕微鏡と
を併用した装置では、光学顕微鏡によりプローブ顕微鏡
の探針を支持するカンチレバーを観察することができる
ので、探針を試料上の目的の位置に容易に位置合わせす
ることができる。しかしながら、顕微鏡で観察できるの
はカンチレバーの背面であるため、その反対側に取り付
けられた探針を直接観察することはできず、その先端位
置を正確に特定することはできない。この問題を解消
し、探針先端位置を正確に特定するための手段として、
例えば、特開平3−102209号公報に記載されてい
る装置が従来提案されている。この装置は、カンチレバ
ー背面における探針位置に対応する位置にマーカを付
し、このマーカを基準に探針先端位置を特定するように
している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記マーカを付する従
来の方式は、探針先端位置を正確に特定することができ
るが、マーカは探針に対し正確に対応した位置に作製さ
れねばならず、かつ、マーカを付す工程を付加すること
によるコストの上昇を避けることはできない。
【0005】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、カンチレバーにマーカを付すことなく、探
針先端位置を正確に特定することができるプローブ顕微
鏡装置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、互いに直行するX軸およびY軸に沿って
変位するXYステージと、このXYステージとともに変
位し試料を載置する試料テーブルと、この試料テーブル
に対向して配置される光学顕微鏡と、探針を備えかつ先
端が前記光学顕微鏡の光路内に配置されたカンチレバー
と、このカンチレバーを前記試料に対して接離させる変
位機構とを備えたプローブ顕微鏡装置において、前記試
料テーブル上に存在する反射率の高い平滑な面に投影さ
れた前記探針の虚像を、前記光学顕微鏡で観察すること
により、前記探針の先端位置を特定することを特徴とす
る。
【0007】
【作用】試料テーブル上の反射ミラーを、カンチレバー
と対向する位置に位置合わせする。そのときカンチレバ
ーは反射ミラーから鉛直上方ある距離だけ退避した位置
にある。その状態で光学顕微鏡の焦点を、カンチレバー
上面に合わせた位置から、鉛直下方に移動していくと、
やがて反射ミラーに投影されたカンチレバーの虚像に光
学顕微鏡の焦点が一致する。そのときは、当然カンチレ
バーの探針側が光学顕微鏡により観察されるので、探針
の先端位置を直接観察することができる。したがって、
正確に探針先端位置を特定することができる。
【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の探
針先端位置特定方法を使用する装置の全体構成を示す図
である。この図で、1はXYステージであり、X軸ステ
ージ1XおよびY軸ステージ1Yで構成されている。2
はXYステージ1に固定された支持部材、3は支持部材
2に支持されたトライポッド機構である。このトライポ
ッド機構3は圧電素子で構成され、X、Y、Z軸方向に
変位可能であり、特に、X、Y軸方向の変位(紙面に垂
直な面内の変位)により試料のX、Y軸方向の走査を行
う。4はトライポッド機構3に支持された試料台、5は
試料台4に載置された試料を示す。
【0009】6は試料5に対向しその測定を行うプロー
ブ顕微鏡のカンチレバー、61はカンチレバー6の先端
に固定された探針である。7はカンチレバー6をZ軸方
向(紙面上下方向)に変位させるZ軸変位機構、8は光
学顕微鏡、9はZ軸変位機構7と光学顕微鏡8とを支持
する支持台である。カンチレバー6と光学顕微鏡8と
は、カンチレバー6の先端が光学顕微鏡8の光路内に存
在する位置関係で支持台9に支持されている。又、Z軸
変位機構7としては、圧電素子を用いた周知のインチワ
ーム機構等種々の装置を用いることができる。
【0010】10は光学顕微鏡8の像を撮像するCCD
カメラ、11はCCDカメラ10からの信号に基づいて
所要の画像処理を行う画像処理装置、12は画像処理装
置11で処理された信号に基づいて所要の映像を表示す
る表示装置である。13はトライポッド機構3を例えば
XY面走査のために駆動するコントローラ、14はXY
ステージ1を駆動するコントローラ、15はZ軸変位機
構7を駆動するコントローラ、16はこれらコントロー
ラ13、14、15の駆動を制御する演算制御部であ
る。17は試料台4に載置された反射ミラーを示す。
【0011】次に、本実施例の探針61の先端位置を特
定する方法について、図2を参照して説明する。図2は
カンチレバー6、探針61、光学顕微鏡8、反射ミラー
17の位置関係を示す図である。まず、図1に示す状態
において、Z軸変位機構7を駆動して、XYステージ1
を移動しても探針61が反射ミラー17に衝突する危険
が無い位置までカンチレバー6を退避しておく。その状
態で、XYステージ1により反射ミラー17を移動し、
これをカンチレバー6の先端の探針61と対向させる。
このときの状態が図2に示されている。図2で、6′は
反射ミラー17に映ったカンチレバー6の像(虚像)、
61′は同じく探針61の像(虚像)である。これらの
像6′、61′は、反射ミラー17の面に関して、カン
チレバー6および探針61と光学的に対称な位置に存在
する。
【0012】次に、光学顕微鏡8の焦点をカンチレバー
及び探針の像6′、61′に一致させるべく焦点を下方
に移動させてゆくと、カンチレバー6の背面の像はぼや
け、又、カンチレバー6は視野の一部を遮るのみである
ので、やがて焦点が像6′、61′に一致してこれらを
観察することができる。これによりカンチレバー6の探
針61側の面の光学顕微鏡像を得ることができるので、
これを画像処理装置11で処理することにより、光学顕
微鏡8の視野内における探針の先端位置を当該視野内の
座標として特定することができる。この座標は演算制御
部16の記憶部に格納される。
【0013】現在一般的に用いられるAFM探針の形状
は、四角錐(ピラミッド型)のものが多く、上記の探針
先端位置を特定する動作においては、四角錐の稜線を観
察することができるので、これにより、探針の先端位置
を知ることができる。もちろん探針の形状が四角錐以外
の形状であっても、反射像を観察することにより探針の
光学顕微鏡像を得ることができるので、探針先端位置の
特定は可能である。
【0014】このように探針先端位置を特定すると、以
後、試料5の測定に際しては、試料5の測定対象位置を
光学顕微鏡8の視野内における探針の先端位置として特
定された位置に一致させるようにXYステージを移動さ
せればよいこととなる。
【0015】なお、上記実施例の説明では、反射ミラー
を用いる例について説明したが、観察する試料の表面が
平滑で反射率の高いもの(例えばシリコンウエハ表面
等)であり、良好な反射像が得られるものであれば、反
射ミラーを用いず、直接試料に反射した像を観察すれば
よい。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、カンチ
レバーおよび探針の虚像を観察し、探針の先端位置を特
定するようにしたので、カンチレバー上面における探針
先端位置に対応する位置にマーカを付す必要は無く、手
軽に正確な探針先端位置の特定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るプローブ顕微鏡の探針先
端位置特定方法を使用する装置の全体構成を示す図であ
る。
【図2】カンチレバー等の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
1 XYステージ 3 トライポッド機構 4 試料台座 5 試料 6 カンチレバー 7 Z軸変位機構 8 光学顕微鏡 10 CCDカメラ 17 反射ミラー 61 探針

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに直行するX軸およびY軸に沿って
    変位するXYステージと、このXYステージとともに変
    位し試料を載置する試料テーブルと、この試料テーブル
    に対向して配置される光学顕微鏡と、探針を備えかつ先
    端が前記光学顕微鏡の光路内に配置されたカンチレバー
    と、このカンチレバーを前記試料に対して接離させる変
    位機構とを備えたプローブ顕微鏡装置において、前記試
    料テーブル上に存在する反射率の高い平滑な面に投影さ
    れた前記探針の虚像を、前記光学顕微鏡で観察すること
    により、前記探針の先端位置を特定することを特徴とす
    るプローブ顕微鏡装置の探針先端位置特定方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記試料テーブル上
    に存在する反射率の高い平滑な面は、反射ミラーである
    ことを特徴とするプローブ顕微鏡装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記試料テーブル上
    に存在する反射率の高い平滑な面は、前記試料の面であ
    ることを特徴とするプローブ顕微鏡装置。
JP7028429A 1995-02-16 1995-02-16 プローブ顕微鏡の探針先端位置特定方法 Pending JPH08220109A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020105213A1 (ja) * 2018-11-20 2020-05-28 株式会社島津製作所 走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡の光軸調整方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020105213A1 (ja) * 2018-11-20 2020-05-28 株式会社島津製作所 走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡の光軸調整方法
JP2020085562A (ja) * 2018-11-20 2020-06-04 株式会社島津製作所 走査型プローブ顕微鏡の光軸調整方法
US11519936B2 (en) 2018-11-20 2022-12-06 Shimadzu Corporation Scanning probe microscope and scanning probe microscope optical axis adjustment method

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