JPH1090610A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

走査型プローブ顕微鏡

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JPH1090610A
JPH1090610A JP8245263A JP24526396A JPH1090610A JP H1090610 A JPH1090610 A JP H1090610A JP 8245263 A JP8245263 A JP 8245263A JP 24526396 A JP24526396 A JP 24526396A JP H1090610 A JPH1090610 A JP H1090610A
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JP
Japan
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sample stage
stage
sample
probe microscope
specimen
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JP8245263A
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Shinichirou Aizaki
紳一郎 合▲崎▼
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Olympus Corp
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Olympus Optical 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)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】周辺の雰囲気の温度ゆらぎによるステージの変
形の発生が防止された倒立型光学顕微鏡一体型走査型プ
ローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】試料を載せたスライドガラス18を載置す
る試料ステージ20の上側にSPMユニット30が配置
されている。試料ステージ20の上には、これと共働し
て試料ステージ20の上面に触れる雰囲気を外界から遮
断するカバー28が適宜設置される。試料ステージ20
の下側には、倍率の異なる複数の対物レンズ52が取り
付けられたレボルバ54が位置しており、これを回転さ
せることにより所望の倍率の対物レンズ52が光路上に
配置される。試料ステージ20は対物レンズ52による
光学観察を可能にする開口を有している。開口周辺の中
央部分は対物レンズ52の回転を妨げないようにテーパ
ー状に肉薄に作られている。このテーパー状の肉薄部分
の下面には断熱部材22が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料を光学的に観
察するための倒立型光学顕微鏡を有している走査型プロ
ーブ顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡は、探針と試料の
間の相互作用に基づいて試料の凹凸や物性値をサブμm
からサブnmオーダーの分解能で測定する装置である。
原子間力顕微鏡は、弾性体に支持された探針とこれに対
向した試料との間に働く力を探針変位として検出し、こ
れに基づいて試料の凹凸や物性値を測定する装置であ
り、走査型プローブ顕微鏡の代表的なものである。
【0003】走査型プローブ顕微鏡には、探針と試料の
間の位置決めのために光学顕微鏡を組み込んだものがあ
る。このような光学顕微鏡一体型走査型プローブ顕微鏡
は例えば特願昭63−506701号に開示されてい
る。
【0004】生物試料の光学観察は、一般に倒立型光学
顕微鏡を用いて透過照明による顕微鏡観察や落射照明に
よる蛍光顕微鏡観察により行なわれている。これに対応
して、倒立型光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡とを組
み合わせた倒立型光学顕微鏡一体型走査型プローブ顕微
鏡がある。このような装置は例えば特開平7−2808
17号に開示されている。
【0005】倒立型光学顕微鏡一体型走査型プローブ顕
微鏡の一例を図3に示す。図3に示すように、試料を載
せたスライドガラス18を載置する試料ステージ20の
上側には、SPMユニット30が配置されている。SP
Mユニット30は、zステージ32と、円筒型圧電アク
チュエーター36と、カンチレバー変位センサー40
と、カンチレバー50とで構成されている。円筒型圧電
アクチュエーター36の上端は、上下方向に移動可能な
zステージ32のスライダー34に固定されている。円
筒型圧電アクチュエーター36の下端にはカンチレバー
変位センサー40が固定されており、カンチレバー変位
センサー40の下側にカンチレバー50が取り付けられ
る。カンチレバー50はその自由端に探針を備えてお
り、この探針と試料の間に働く相互作用たとえば原子間
力を受けて変位する。
【0006】カンチレバー50の変位を計測するカンチ
レバー変位センサー40は、光てこ法を利用した光学式
変位センサーで、半導体レーザー42と、レーザー光を
平行ビームに変えるレンズ44と、平行ビームをカンチ
レバーに向けて反射するミラー46と、カンチレバーか
らの反射光を受ける二分割受光素子48とを備えてい
る。
【0007】円筒型圧電アクチュエーター36の上方に
は、その内側の空間を通して試料を照明する照明装置6
0が配置されている。照明装置60は、照明光を射出す
る光源62と、レンズ64と、位相差観察用のリング開
口68を有するスライダ66と、コンデンサ70とを有
している。リング開口68は位相差観察の際に照明光路
上に配置される。
【0008】試料ステージ20の下側には、位相差開口
に対応した位相差用対物レンズ52、対物レンズ52か
らの観察光を反射するミラー56、光学像を撮るCCD
カメラ58が配置されている。
【0009】図3には、装置構成を概略的に示す目的か
ら一個の対物レンズ52だけが描かれているが、実際
は、図4に示すように、倍率の異なる複数の対物レンズ
52がレボルバ10に取り付けられており、レボルバ5
4を回転させることより所望の倍率の対物レンズ52が
光路上に配置される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】試料ステージ20は、
図4に示すように、対物レンズ52を用いた試料の光学
観察を可能にする円形の開口を中央に有している。開口
周辺の中央部分は、レボルバ54による対物レンズ52
の回転を妨げないように、テーパー状となっており、特
に開口周縁部は非常に肉薄となっている。このため、試
料ステージ20の周辺の雰囲気に温度ゆらぎがあると、
温度変化に起因する試料ステージ20の上面と下面の熱
膨張のために、図5に示すように、試料ステージ20の
開口周縁部が変形してしまう。この試料ステージ20の
変形は温度変化に対してほとんど時間遅れなく生じる。
倒立型光学顕微鏡に通常使用されている試料ステージ2
0において、0.1℃の温度ゆらぎは開口周縁を高さ方
向に10〜30nm程度変形させる。
【0011】このようなステージの変形は走査型プロー
ブ顕微鏡による測定(SPM測定)にとっては高さ方向
の誤差となる。走査型プローブ顕微鏡は高さ方向にnm
オーダーの非常に高い分解能を有しているため、ステー
ジの変形はその測定結果を非常に不正確なものとし、結
果的に正確な試料表面の凹凸情報の取得を妨げる。
【0012】本発明はこのような現状を鑑みて成された
ものであり、その目的は周辺の雰囲気の温度ゆらぎによ
るステージの変形の発生が防止された倒立型光学顕微鏡
一体型走査型プローブ顕微鏡を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、試料を載置す
るための試料ステージと、試料ステージの上方に配置さ
れたSPM測定を行なうためのSPMユニットと、試料
を光学的に観察するための倒立型光学顕微鏡とを有する
走査型プローブ顕微鏡において、試料ステージの下面の
少なくとも一部に断熱部材が設けられており、さらに試
料ステージと共働して試料ステージの上面に触れる雰囲
気を外界から遮断するカバーを有していることを特徴と
する。
【0014】試料ステージの上側の雰囲気は、試料ステ
ージとカバーによって外界から遮断されるため、温度ゆ
らぎのないものとなる。また、試料ステージの下側の雰
囲気の温度ゆらぎは、断熱部材で吸収させるため、試料
ステージの下面に達しない。この結果、試料ステージの
上面と下面は温度ゆらぎによる変形を生じない。
【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。 〔第一の実施の形態〕本実施形態の倒立型光学顕微鏡一
体型走査型プローブ顕微鏡を図1に示す。図1は装置の
主要部を示しており、試料を照明する照明部と、試料の
光学像を撮る撮像部は省略してある。
【0016】(構成)図1に示すように、試料を載せた
スライドガラス等の透明基板18を載置する試料ステー
ジ20の上側に、SPMユニット30が配置されてい
る。SPMユニット30は、zステージ32と、円筒型
圧電アクチュエーター36、カンチレバー変位センサー
40、カンチレバー50とで構成されている。円筒型圧
電アクチュエーター36の上端は、上下方向に移動する
zステージ32のスライダー34に固定されている。円
筒型圧電アクチュエーター36の下端にはカンチレバー
変位センサー40が固定されており、カンチレバー変位
センサー40の下側にカンチレバー50が取り付けられ
る。カンチレバー50はその自由端に探針を備えてお
り、この探針と試料の間に働く相互作用たとえば原子間
力を受けて変位する。このカンチレバー50の変位はカ
ンチレバー変位センサー40によって計測される。
【0017】試料ステージ20の上にはカバー28が適
宜配置される。カバー28は試料ステージ20と共働し
て試料ステージ20の上面に触れる雰囲気を外界から遮
断する。
【0018】また、このカバー28は、試料を照明する
ための光路を確保するために、透明な部材が使用されて
いる。例えば、図3に示される円筒型圧電アクチュエー
ター36の上方から試料を照明する照明装置60を用い
た場合、透明な材質からなる窓28aを設けて、試料を
照明する。
【0019】更に、試料やカンチレバー50等の状態を
常時観察するのであれば、窓28aを含むカバー28の
全面を透明な材質で構成すればよい。試料ステージ20
の下側には、レボルバ54が配置されている。レボルバ
54には、倍率の異なる複数の対物レンズ52が取り付
けられており、レボルバ54を回転させることにより、
所望の倍率の対物レンズ52が光路上に配置される。光
路上に配置された対物レンズ52は、撮像部(図示せ
ず)と共働して光学顕微鏡を構成する。
【0020】試料ステージ20は、対物レンズ52を用
いた試料の光学観察を可能にする円形の開口を中央に有
している。開口周辺の中央部分は、レボルバ54による
対物レンズ52の回転を妨げないように、テーパー状に
肉薄に作られている。テーパー状の中央部分の下面には
断熱部材22が設けられている。断熱部材22は例えば
1mm厚のゴムシートからなる。
【0021】(作用)SPM測定に先立ち、まず、カバ
ー28を外し、試料を載せたスライドガラス18を試料
ステージ20に置く。次に、SPMユニット30をセッ
トした上で、レボルバ54を回転させ、観察に適した対
物レンズ52を光路上に配置する。続いて、光学顕微鏡
により光学観察を行ない、カンチレバー50の探針とス
ライドガラス18上の試料との間の位置決めを行なう。
位置決め後、試料ステージ20の上にカバー28を設置
する。その後、SPM測定を開始する。
【0022】試料ステージ20の上側の雰囲気は、試料
ステージ20とカバー28によって外界から遮断されて
いるため、温度ゆらぎがほとんどない。一方、試料ステ
ージ20の下側の雰囲気は外界の影響による温度ゆらぎ
がある。このため、ゴムシートの下側表面の温度は雰囲
気の影響を受けて変化しているが、下側表面の温度の変
化は断熱部材22によって減衰されるため、試料ステー
ジ20の下面には伝わらない。この結果、試料ステージ
20の下面の温度は一定に保たれる。
【0023】このように、試料ステージ20の上側の雰
囲気が外界から遮断されていることと、試料ステージ2
0の下面に断熱部材22が設けられていることとによ
り、試料ステージ20の上面と下面の温度が一定に保た
れる。この結果、周辺の雰囲気の温度ゆらぎによる試料
ステージ20の変形が防止される。
【0024】(効果)カバー28によって試料ステージ
20の上側の雰囲気の温度が一定に保たれ、試料ステー
ジ20の下面には断熱部材22が設けられているため、
試料ステージ20の上面と下面の温度が一定に保たれ、
周辺の雰囲気の温度ゆらぎによる試料ステージ20の変
形が防止される。これにより、高さ方向の誤差の少ない
高精度のSPM測定が行なえるようになる。
【0025】〔第二の実施の形態〕本実施形態は試料ス
テージ20の変形例であり、SPMユニット30とカバ
ー28は第一実施形態と同じでなので、本実施形態を示
す図2においては、これらは省略されている。
【0026】(構成)試料ステージ20は、図2に示す
ように、試料が載せたスライドガラス18が載置される
中座24と、中座24を保持するステージ26とで構成
されている。ステージ26の中央部には中座24を受け
る段差が設けられており、中座24はステージ26の中
央部に嵌め込まれる。中座24はアンバー等の低熱膨張
の材料で作られており、その下面には断熱部材22が設
けられている。
【0027】(作用)スライドガラス18が直接接触す
る中座24には、カバー28(図1参照)と断熱部材2
2によって、周辺の雰囲気の温度ゆらぎは直接伝わらな
い。中座24は低熱膨張材料で作られているため、設置
場所の温度変化に対する変形が少ない。
【0028】(効果)中座24の上面と下面の温度が一
定に保たれるため、両面の熱膨張の差による熱応力によ
る変形が防止される。この結果、高精度のSPM測定が
行なえる。さらに、中座24は低熱膨張材料で作られて
いるため、温度ゆらぎでない設置場所の温度変化に対す
る熱ドリフトを低減させることができる。
【0029】本発明は、上述の実施の形態に何等限定さ
れるものではない。発明の要旨を逸脱しない範囲で行な
われる実施は、すべて本発明に含まれる。実施形態では
断熱部材22はゴムシートであったが、断熱部材22は
ゴムシートに限らない。断熱部材22には、良好な断熱
性を有し、レボルバーの回転を妨げないものであれば、
どのようなものを用いてもよい。例えば、断熱部材22
は塗料や接着剤などあってもよい。このように断熱部材
に塗料や接着剤等を使用した場合には、製造が容易に行
なえるという利点がある。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、試料ステージの上面と
下面の温度は一定に保たれるので、周辺の雰囲気の温度
ゆらぎによる試料ステージの変形が防止される。これに
より、高さ方向の誤差の少ない高精度のSPM測定が行
なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施の形態の倒立型光学顕微鏡一体型走
査型プローブ顕微鏡の主要部を示している。
【図2】第二の実施の形態を示す図であり、図1の装置
に適用可能な試料ステージの変形例を示している。
【図3】従来の倒立型光学顕微鏡一体型走査型プローブ
顕微鏡の一例を概略的に示している。
【図4】図3の装置における試料ステージと対物レンズ
の構造を詳しく示している。
【図5】周辺の雰囲気の温度ゆらぎによる生じる試料ス
テージの変形を示している。
【符号の説明】
20 試料ステージ 22 断熱部材 28 カバー 30 SPMユニット 52 対物レンズ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料を載置するための試料ステージと、 試料ステージの上方に配置されたSPM測定を行なうた
    めのSPMユニットと、 試料を光学的に観察するための倒立型光学顕微鏡とを有
    する走査型プローブ顕微鏡において、 試料ステージの下面の少なくとも一部に断熱部材が設け
    られており、 さらに試料ステージと共働して試料ステージの上面に触
    れる雰囲気を外界から遮断するカバーを有していること
    を特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
  2. 【請求項2】試料ステージは、低熱膨張材料で作られた
    中座を有し、 断熱部材は、中座に設けられていることを特徴とする請
    求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。
JP8245263A 1996-09-17 1996-09-17 走査型プローブ顕微鏡 Withdrawn JPH1090610A (ja)

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