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課題

本発明の目的は、振動の影響を受けにくい光顕同軸走査型プローブ顕微鏡を提供することである。また、本発明の他の目的は、所望の複数の検鏡法での測定し得る光学顕微鏡と、前記光学顕微鏡と自由に組み合わし得る走査型プローブ顕微鏡とを有している光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡を提供することである。

解決手段

本発明の走査型プローブ顕微鏡は、探針20と、カンチレバー21と、3次元スキャナ30と、変位検出機構40と、照明機構50と、観察機構60と、SPM本体70と、XYステージを有している。照明機構50の照明用光源51は、LEDにより構成されており、前記SPM本体に収容され得る寸法を有しており、ファイバーなどの導線を必要としない。

概要

背景

走査型プローブ顕微鏡(SPM)は、先端のったプローブすなわち探針を、試料に対してnm(ナノメータ)のオーダーで接近させるとともに、前記試料の表面上を走査させ、探針と試料との間に生じる原子間力などによる探針の変位等を測定することにより、試料の表面の形状等の特性を測定するための装置である。このため、前記走査型プローブ顕微鏡は、前記探針と、前記探針を走査するための走査部と、前記探針の変位を測定する変位検出機構とを有している。

前記走査型プローブ顕微鏡は、試料表面における測定範囲は、最大でも数10μmである。従って、例えば光ディスク等の大きな試料において1つのアドレスビット細部の異常をチェックするような場合、そのような微小な部分に探針の先端を目視で合せることは非常に困難である。そこで、通常、走査型プローブ顕微鏡では、試料を平面内、例えば直交するX軸とY軸で定義されるXY平面内で相対的に大きな変位量で変位させるためのXYステージと、走査型プローブ顕微鏡の測定範囲よりも大きな測定領域を有する観察機構、例えば光学顕微鏡が備えられている。なお、前記走査型プローブ顕微鏡は、前述の探針、走査部、変位検出機構、及び観察機構を、収容するSPM本体を有している。

前記観察機構は、自身の光軸と前記探針の位置とが一致するように構成され、光学顕微鏡によって試料と探針とを真上から観察し得る。上記構成により、前記走査型プローブ顕微鏡は、目的とする測定対象箇所に対して、前記探針を、正確に位置合せし得る。このように、観察機構の光軸と前記探針の位置とが実質的に一致するように構成された走査型プローブ顕微鏡は、特に、光顕同軸走査型プローブ顕微鏡と言われている。

前記光顕同軸走査型プローブ顕微鏡は、前記観察機構により、試料及び探針を観察するために、前記試料及び探針を照明する照明機構を有している。

前記照明機構は、前記観察機構の光軸と一致する経路を通り、前記試料及び探針に照明用光照射する照明用光源を有している。

前記走査型プローブ顕微鏡は、近年、前記探針により試料の表面を測定するのみならず、複数の検鏡法を有している光学顕微鏡と組み合わせて、複数の検鏡法により同一測定部位を観察し得るように構成されるものが出てきている。このような走査型プローブ顕微鏡は、光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡と呼ばれている。前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、例えば、特開平9−203740号公報により開示されている。

前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、前記探針により試料の表面を測定するプローブ顕微鏡部と、前記プローブ顕微鏡部から所定距離離間した箇所に前記光学顕微鏡部とを備えている。前記プローブ顕微鏡部と前記光学顕微鏡部とは、一体的に構成されている。また、前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、前記試料を前記プローブ顕微鏡部と、前記汎用光学顕微鏡部との間移動させるためのXYステージをさらに有している。

前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、前記光学顕微鏡部で試料の表面を観察する。続いて、XYステージが、前記光学顕微鏡部で観察した観察位置に、前記プローブ顕微鏡部の探針を配置するように、前記試料を移動させる。そして、前記光学顕微鏡部により、前記観察位置を測定する。このように、前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、前記光学顕微鏡部と前記プローブ顕微鏡部とを切替えることにより、試料表面上の目的とする測定対象箇所を観察し、測定する構成を有する

概要

本発明の目的は、振動の影響を受けにくい光顕同軸走査型プローブ顕微鏡を提供することである。また、本発明の他の目的は、所望の複数の検鏡法での測定し得る光学顕微鏡と、前記光学顕微鏡と自由に組み合わし得る走査型プローブ顕微鏡とを有している光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡を提供することである。

本発明の走査型プローブ顕微鏡は、探針20と、カンチレバー21と、3次元スキャナ30と、変位検出機構40と、照明機構50と、観察機構60と、SPM本体70と、XYステージを有している。照明機構50の照明用光源51は、LEDにより構成されており、前記SPM本体に収容され得る寸法を有しており、ファイバーなどの導線を必要としない。

目的

上記課題を鑑みて、本発明の目的は、振動の影響を受けにくい走査型プローブ顕微鏡を提供することである。

また、本発明の他の目的は、所望の複数の検鏡法での測定し得る光学顕微鏡と、前記光学顕微鏡と自由に組み合わし得る走査型プローブ顕微鏡とを有している光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

前記試料の表面を測定するように設けられた探針と、前記探針を備えるカンチレバーと、前記カンチレバーを支持し、前記探針に前記試料の表面を走査させる3次元スキャナと、前記3次元スキャナに支持され、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出機構と、前記探針が自身の光軸上に配置された状態で、前記探針及び前記試料を観察する観察機構と、前記探針が自身の光軸上に配置された状態で、前記探針及び前記試料に対して照明用光照射する照明機構と、前記3次元スキャナ、観察機構、及び、照明機構を支持するSPM本体と、を具備し、前記照明機構は、前記SPM本体に収容され得る寸法を有しており、前記SPM本体に配置されていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡

請求項2

前記照明機構は、照明用光源を有しており、前記照明用光源は、LEDであ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。

請求項3

前記変位検出機構は、前記カンチレバーに対して測定用光を照射する測定用光源と、前記カンチレバーから反射した測定用光を受光し、前記カンチレバーの変位を検出する受光部とを有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の走査型プローブ顕微鏡。

請求項4

前記照明機構は、照明用光源の光量を制御する光量制御部を有していることを特徴とする請求項3に記載の走査型プローブ顕微鏡。

請求項5

前記変位検出機構は、測定用光源の発光波長域の光のみを透過する光学フィルターを有していることを特徴とする請求項3又は4に記載の走査型プローブ顕微鏡。

請求項6

前記照明機構は、照明用光源の出射する光のうち測定用光源の発光波長域以外の光のみを透過する光学フィルターを有していることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。

請求項7

前記照明機構の照明用光源は、前記測定用光源の発光波長域以外の光のみを出射することを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。

請求項8

前記観察機構は、前記カンチレバーと前記試料とに焦点を合わす焦点調整部と、前記焦点調整部により焦点が合っている前記カンチレバー又は前記試料を表示する為の表示部と、前記カンチレバーに焦点を合わした際に、前記探針の位置を記憶する位置記憶部とを有しており、前記表示部は、前記焦点調整部により前記試料に焦点がある際に、前記試料の表面とともに前記位置記憶部により記録された前記探針の位置を表示することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。

請求項9

探針を有しており、前記探針を用いて前記試料の表面を測定する走査型プローブ顕微鏡と、少なくとも1つ以上の検鏡法を有する光学顕微鏡と、を具備しており、前記走査型プローブ顕微鏡は、自身を前記光学顕微鏡に接続するための顕微鏡接続部を有し、前記顕微鏡接続部は、前記光学顕微鏡に対して着脱自在に構成されていることを特徴とする光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡。

請求項10

前記走査型プローブ顕微鏡は、前記顕微鏡接続部により、前記光学顕微鏡自身の部品を取り付ける取り付け部に着脱自在に取り付けられることを特徴とする請求項9に記載の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡。

請求項11

前記走査型プローブ顕微鏡は、前記試料及び探針を観察するための観察機構を有しており、前記観察機構は、自身の光軸上に前記探針が配置された状態で、前記光学顕微鏡で観察した部位と同一の部位と、前記走査型プローブ顕微鏡の前記探針の位置とを位置あわせするための前記試料の表面の観察に用いることを特徴とする請求項9又は10に記載の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡。

請求項12

前記走査型プローブ顕微鏡は、前記探針及び前記試料に対して照明用光を照射する照明機構を有しており、前記照明機構は、照明用光源を有し、前記照明用光源は、LEDであることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡。

技術分野

0001

本発明は、例えば原子オーダー分解能試料の表面を測定するための走査型プローブ顕微鏡に関し、特に試料を観察する観察部と走査型プローブ顕微鏡の探針とが同軸である光顕同軸走査型プローブ顕微鏡に関している。

0002

また、本発明は、光学顕微鏡と、走査型プローブ顕微鏡とを有している光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡に関している。

背景技術

0003

走査型プローブ顕微鏡(SPM)は、先端のったプローブすなわち探針を、試料に対してnm(ナノメータ)のオーダーで接近させるとともに、前記試料の表面上を走査させ、探針と試料との間に生じる原子間力などによる探針の変位等を測定することにより、試料の表面の形状等の特性を測定するための装置である。このため、前記走査型プローブ顕微鏡は、前記探針と、前記探針を走査するための走査部と、前記探針の変位を測定する変位検出機構とを有している。

0004

前記走査型プローブ顕微鏡は、試料表面における測定範囲は、最大でも数10μmである。従って、例えば光ディスク等の大きな試料において1つのアドレスビット細部の異常をチェックするような場合、そのような微小な部分に探針の先端を目視で合せることは非常に困難である。そこで、通常、走査型プローブ顕微鏡では、試料を平面内、例えば直交するX軸とY軸で定義されるXY平面内で相対的に大きな変位量で変位させるためのXYステージと、走査型プローブ顕微鏡の測定範囲よりも大きな測定領域を有する観察機構、例えば光学顕微鏡が備えられている。なお、前記走査型プローブ顕微鏡は、前述の探針、走査部、変位検出機構、及び観察機構を、収容するSPM本体を有している。

0005

前記観察機構は、自身の光軸と前記探針の位置とが一致するように構成され、光学顕微鏡によって試料と探針とを真上から観察し得る。上記構成により、前記走査型プローブ顕微鏡は、目的とする測定対象箇所に対して、前記探針を、正確に位置合せし得る。このように、観察機構の光軸と前記探針の位置とが実質的に一致するように構成された走査型プローブ顕微鏡は、特に、光顕同軸走査型プローブ顕微鏡と言われている。

0006

前記光顕同軸走査型プローブ顕微鏡は、前記観察機構により、試料及び探針を観察するために、前記試料及び探針を照明する照明機構を有している。

0007

前記照明機構は、前記観察機構の光軸と一致する経路を通り、前記試料及び探針に照明用光照射する照明用光源を有している。

0008

前記走査型プローブ顕微鏡は、近年、前記探針により試料の表面を測定するのみならず、複数の検鏡法を有している光学顕微鏡と組み合わせて、複数の検鏡法により同一測定部位を観察し得るように構成されるものが出てきている。このような走査型プローブ顕微鏡は、光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡と呼ばれている。前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、例えば、特開平9−203740号公報により開示されている。

0009

前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、前記探針により試料の表面を測定するプローブ顕微鏡部と、前記プローブ顕微鏡部から所定距離離間した箇所に前記光学顕微鏡部とを備えている。前記プローブ顕微鏡部と前記光学顕微鏡部とは、一体的に構成されている。また、前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、前記試料を前記プローブ顕微鏡部と、前記汎用光学顕微鏡部との間移動させるためのXYステージをさらに有している。

0010

前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、前記光学顕微鏡部で試料の表面を観察する。続いて、XYステージが、前記光学顕微鏡部で観察した観察位置に、前記プローブ顕微鏡部の探針を配置するように、前記試料を移動させる。そして、前記光学顕微鏡部により、前記観察位置を測定する。このように、前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、前記光学顕微鏡部と前記プローブ顕微鏡部とを切替えることにより、試料表面上の目的とする測定対象箇所を観察し、測定する構成を有する

発明が解決しようとする課題

0011

前記光顕同軸走査型プローブ顕微鏡において、前記照明機構は、前記照明用光を照射する照明用光源に、ハロゲンランプなどを利用し、前記照明用光源をSPM本体から離れた場所に配置している。このため、前記照明機構は、前記照明用光源からファイバーなどを前記SPM本体中に挿入し、前記照明用光を導く必要がある。

0012

このため、前記光顕同軸走査型プローブ顕微鏡は、前記SPM本体に、前記ファイバーから振動伝わり、試料の測定に悪影響を及ぼす欠点を有している。また、ハロゲンランプなどの比較的大きい光源を使用しているため装置の小型化が難しい。さらに、上記光顕同軸走査型プローブ顕微鏡は、前記ファイバーを引き回すためのスペースを前記SPM本体の周辺に必要とするため、小型化が困難であった。

0013

前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、前記プローブ顕微鏡部と前記光学顕微鏡部とは、一体的に構成されているため、製造コストがかかり、非常に高価である。また、前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、前記プローブ顕微鏡部による測定と、前記光学顕微鏡部が有している検鏡法以外の検鏡法との組み合わせで、試料を測定することが困難である。そのため、前記光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、別の検鏡法の光学顕微鏡部と、前記プローブ顕微鏡部とを組み合わせるためには、新しい別の装置を製造する必要がある。

0014

上記課題を鑑みて、本発明の目的は、振動の影響を受けにくい走査型プローブ顕微鏡を提供することである。

0015

また、本発明の他の目的は、所望の複数の検鏡法での測定し得る光学顕微鏡と、前記光学顕微鏡と自由に組み合わし得る走査型プローブ顕微鏡とを有している光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡を提供することである。

課題を解決するための手段

0016

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、下記の如く構成されている。

0017

本発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記試料の表面を測定するように設けられた探針と、前記探針を備えるカンチレバーと、前記カンチレバーを支持し、前記探針に前記試料の表面を走査させる3次元スキャナと、前記3次元スキャナに支持され、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出機構と、前記探針が自身の光軸上に配置された状態で、前記探針及び前記試料を観察する観察機構と、前記探針が自身の光軸上に配置された状態で、前記探針及び前記試料に対して照明用光を照射する照明機構と、前記3次元スキャナ、観察機構、及び、照明機構を支持するSPM本体と、を具備し、前記照明機構は、前記SPM本体に収容され得る寸法を有しており、前記SPM本体に配置されていることを特徴とする。

0018

上記構成により、第1の発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記照明機構をSPM本体に収容し得るため、SPM本体に照明用光を導くためのファイバーを必要としない。このため、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記ファイバーにより振動を受けず、試料を安定して測定し得る。また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記ファイバーを有していないため、前記SPM本体の周辺に、ファイバー引き回しのためのスペースを必要としない。

0019

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、下記の如く構成されている。

0020

本発明の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、探針を有しており、前記探針を用いて前記試料の表面を測定する走査型プローブ顕微鏡と、少なくとも1つ以上の検鏡法を有する光学顕微鏡と、を具備しており、前記走査型プローブ顕微鏡は、自身を前記光学顕微鏡に接続するための顕微鏡接続部を有し、前記顕微鏡接続部は、前記光学顕微鏡に対して着脱自在に構成されていることを特徴とする。

0021

上記構成により、本発明の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、前記走査型プローブ顕微鏡を前記光学顕微鏡に対して着脱自在に構成しているため、前記走査型プローブ顕微鏡を取り付ける前記光学顕微鏡の種類を任意に選定し得る。このため、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記走査型プローブ顕微鏡による表面の測定と、任意の検鏡法による観察とを自由に組み合わせることが出来る。また、本発明の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡は、光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡とが一体的に構成されていないため、安価に製造し得る。

発明を実施するための最良の形態

0022

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。

0023

(第1の実施の形態)まず、第一の実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡1について図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡1を示す概略的な断面図である。

0024

本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡1は、探針20と、カンチレバー21と、3次元スキャナ30と、変位検出機構40と、照明機構50と、観察機構60と、SPM本体70と、XYステージを有している。

0025

前記XYステージ(図示せず)には、試料90が載せられる。前記XYステージは、試料90を、試料90の表面に沿った方向に移動させる。前記XYステージを移動させることで、探針20に対して、試料90を所望の位置に移動し得る。

0026

探針20は、試料90の特性を測定し得るように、先端が試料90の表面と対面する位置に配置されており、試料90に向けて延びている。探針20は、前記試料90と前記先端とが、退避状態では、所定の距離離間するように配置されている。なお、前記退避状態とは、探針20と、試料90との間隔が、測定可能な間隔まで達していない初期状態を指している。

0027

カンチレバー21は、一端が探針20を固定しており、他端が3次元スキャナ30に支持されている。また、カンチレバー21は、水平面に対して傾斜して配置されている。

0028

3次元スキャナ30は、支持部31と駆動部32(例えば圧電体)と探針位置決め機構33とを有している。支持部31は、探針位置決め機構33を支持しているとともに、カンチレバー21の変位を検出する変位検出機構40を支持している。

0029

駆動部32は、一端が支持部31を固定しており、他端がSPM本体70に固定されている。駆動部32は、探針20に試料90の表面上を走査するとともに、前記試料90の表面と直交する方向の位置を調整し得るように、3次元的に駆動する。より詳しくは、駆動部32は、試料90の表面に沿った方向ならびに前記表面に直交する方向に駆動する。

0030

探針位置決め機構33は、一端が支持部31に固定されており、他端にカンチレバー21の他端を固定している。また、探針位置決め機構33は、駆動部32と同一の方向に駆動することが出来、探針20の位置を確定し得る。

0031

変位検出機構40は、前記カンチレバーに対して測定用光を照射する測定用光源41(例えばレーザーダイオード)と、カンチレバー21から反射した測定用光を受光し、前記カンチレバーの変位を検出するポジションディテクタである受光部42とを有している。変位検出機構40は、測定用光源41から照射された測定用光を、カンチレバー21に照射するために、ミラー44と、ハーフミラー45とを有している。上記構成により、測定用光源41から出射された測定用光は、前記ミラー44により反射され、ハーフミラー45を透過して、カンチレバー21の試料90の反対側の面に、照射される。なお、測定用光源41は、自身の光軸と直交する方向に位置調整し得るように、測定用光源位置調整機構43を有している。このため、測定用光源41は、カンチレバー21の面に照射された測定用光のスポットを、所望の位置に調整し得る。

0032

受光部42は、カンチレバー21の面で反射した測定用光を受光し、カンチレバー21の変位を検出する。なお、自身の光軸と直交する方向に位置調整し得るように、受光部位置調整機構46を有している。このため、前記受光部42は、測定用光のスポットを自身の基準位置(自身の略中央部)に照射されるように、位置を調整し得る。

0033

上述の構成により、変位検出機構40は、測定用光源41と、受光部42とによりカンチレバー21の変位を検出する光テコセンサを構成している。

0034

照明機構50は、SPM本体70に固定されている。照明機構50は、試料90及びカンチレバー21を照明する照明用光を照射する照明用光源51を有している。照明機構50は、試料90及びカンチレバー21に照明用光を導くために、レンズ52,ハーフミラー53,対物レンズ54,ミラー55を有している。照明用光源51から出射された照明用光は、レンズ52により平行光にされ、ハーフミラー53に反射され、対物レンズを透過し、ミラー55により反射される。ミラー55により反射された照明用光は、ハーフミラー45により反射され、試料90及びカンチレバー21に照射される。なお、照明用光源51は、LEDにより構成されており、SPM本体に収容され得る寸法を有している。

0035

観察機構60は、撮像部61と、表示部62とを有している。撮像部61は、一端がSPM本体70に固定されている。撮像部61は、撮像素子にCCDが用いられている。撮像部61は、自身の光軸と、探針20の位置とが実質的に略一致するように配置され、探針20及び試料90を観察する。なお、上記観察法のことを、自身の光軸と、探針20の位置とが略一致しているため同軸観察という。本実施の形態においては、撮像部61の光軸は、探針20の先端を通るように配置されている。観察機構60は、前記同軸観察をするために、結像レンズ65を有している。前記撮像部61は、試料90及び/又はカンチレバー21で反射した照明用光を受光して、試料90及び/又はカンチレバー21を撮像する。撮像部61に入射する照明用光は、具体的には、以下のように進む。試料90及び/又はカンチレバー21を反射した前記照明用光は、ハーフミラー45により反射され、続いてミラー55により反射され、対物レンズ54を透過し、ハーフミラー53を透過する。ハーフミラーを透過した前記照明用光は、結像レンズ65を透過して、撮像部61で結像する。表示部62は、撮像部61に接続されており、撮像部61で撮像した像を表示する。また、観察機構60は、試料90とカンチレバー21との観察を選択的に行えるように、焦点調節機構63を有している。前記焦点調節機構63は、対物レンズ54をこの対物レンズ54の光軸に沿って(紙面において上下方向に)移動させることにより焦点を調節する。具体的には、焦点調節機構63の駆動により、観察機構60は、カンチレバー21に焦点を合わしたり、試料90に焦点を合わしたり出来る。

0036

以下に本実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡1の動作について説明する。

0037

走査型プローブ顕微鏡1は、試料90の表面の測定をする前に、変位検出機構40の初期設定をする。前記初期設定は、まず、観察機構60をカンチレバー21に焦点を合わせ、観察しながら、測定用光源位置調整機構43若しくは探針位置決め機構33により、カンチレバー21上の測定用光のスポットの位置を所定の位置に調整する。そして、前記初期設定では、受光部位置調整機構46により、と受光部42上のスポット位置を調整する。

0038

前記初期設定が終了の後、続いて、測定部位確定工程を行う。測定部位確定工程は、観察機構60を試料90に焦点を合わせ、前記XYステージを用いて、試料90の所望の測定部位を探針20の先端の位置に合せる。なお、上記構成に示すように、観察機構60の光軸は、探針の先端を通るため、表示部62の略中心に探針20が位置する。このため、探針20の位置と、試料90の測定部位との位置合わせを容易に行うことが出来る。なお、このとき、探針20は、試料90を測定し得る位置まで、試料90の表面に近接されていない退避状態である。

0039

前記測定部位確定工程が終了後、探針20は、退避状態から、試料90の表面に対して測定可能の距離まで近接されるアプローチ工程を行う。探針20と、試料90とは、測定可能な状態であるときをアプローチ状態とする。なお、探針20を前記アプローチ状態にすることをアプローチするという。また、探針20を、前記アプローチ状態から退避状態にすることを退避行動をするという。

0040

このアプローチ工程が終了すると、試料90の表面の測定である測定工程を行う。なお、本実施の形態において、前記照明機構をSPM本体に収容しているため、SPM本体に照明用光を導くためのファイバーがない。このため、走査型プローブ顕微鏡1は、前記ファイバーにより振動を受けず、試料を安定して測定し得る。また、光源に小型のもの、例えばLEDを使用しているため、装置の小型化も実現している。また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記ファイバーを有していないため、前記SPM本体の周辺に、ファイバー引き回しのためのスペースを必要としない。

0041

なお、本実施の形態において、照明機構は、同軸観察の照明用光として明視野照明を用いているが、暗視野照明にしたり、撮像部61の光軸に対して斜めに照射するような斜照明にしたりすることも可能であり、所望の観察がし得るならば照明方法において限定されることはない。

0042

また、本実施の形態において、撮像部61の撮像素子は、CCDが用いられているが、CMOSセンサなどの他の撮像素子を使用することも可能であり、所望の所望の観察がし得るならば照明方法において限定されることはない。

0043

また、本実施の形態において、変位検出機構40は、光テコセンサに構成されているが、光干渉方式等を用いることも可能であり、カンチレバー21の変位が検出し得るならば構成において限定されることはない。

0044

なお、本実施の形態において、走査型プローブ顕微鏡1は、AFM(atomic force microscope)により測定を行うように構成されているが、MFM(magneticforce microscope),STM(scanning tunneling microscope)等により構成されることも可能であり、前記照明機構がSPM本体70中に収容し得るように構成されるならば限定されることはない。

0045

(第2の実施の形態)以下に、第2の実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡11について説明する。なお、本実施の形態において、前述した本発明の第1の実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡1と同じ構成部材は、この走査型プローブ顕微鏡1の同じ構成部材を指摘した参照符号を使用して指摘し、詳細な説明は省略する。

0046

本実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡11は、照明機構50’の構成が異なっている。照明機構50’は、図示しない照明用光源駆動回路を有している。前記照明用光源駆動回路は、前記照明用光源の光量を調節する光量制御部である。このため、本実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡11は、前述の試料90の表面の測定時及び探針20の前記アプローチ工程時に、自動的に照明光の光量を減じる/又は消灯させ得る。

0047

上記構成により、本実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡11は、試料90の測定中及びアプローチ中に、前記照明用光が受光部42に入射することを防ぎ、より確実に前記測定並びにアプローチが行える。

0048

なお、前記照明用光駆動回路は、手動により光量を調整し得るように構成することも可能であり、前述の試料90の表面の測定時及び探針20の前記アプローチ工程時に、手動により、前記観察用光を所望の光量に調節又は消灯し得るように構成することも可能である。

0049

(第3の実施の形態)以下に、第3の実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡12を図2を参照して説明する。なお、本実施の形態において、前述した本発明の第1の実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡1と同じ構成部材は、この走査型プローブ顕微鏡1の同じ構成部材を指摘した参照符号を使用して指摘し、詳細な説明は省略する。

0050

図2は、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡12を示す概略的な断面図である。本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡12は、第1の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡1の構成部材に加えて、さらに、変位検出機構40は、光学フィルター47を有しており、照明機構50は、光フィルター56を有している。

0051

光学フィルター47は、受光部42の前に配置されている。光学フィルター47は、測定用光源41の出射する測定用光の波長域の光のみを通すように構成されている。具体的には、例えば、測定用光の発光波長が680nmの場合、光学フィルター47は、660nm以上のみの発光波長を透過する性質を有すように構成する。

0052

光学フィルター56は、照明用光源51の出射口の前に配置されている。光学フィルター56は、測定用光源41の出射する測定用光の波長域以外の光のみを通すように構成されている。具体的には、例えば、測定用光の発光波長が680nmの場合、光学フィルター56は、660nm以下のみの発光波長を透過する性質を有すように構成する。

0053

上記構成により、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡12は、光学フィルター47により、カンチレバー21で反射した照明用光の迷光などの外乱光が受光部42に入射することが防がれる。また、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡12は、光学フィルター56を有しているため、さらに受光部42に照明用光の迷光などの外乱光が入射することが防がれる。従って、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡12は、安定してカンチレバー21の変位検出を行うことが出来る。

0054

なお、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡12は、光学フィルター47,56を有しているが、少なくともどちらか一方を有しているだけでも、カンチレバーの変位検出の安定性を向上させ得るが、好ましくは両方を有する。

0055

また、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡12は、測定用光の発光波長が680nmの場合において説明しているが、他の発光波長の場合においても受光部42に外乱光が入射することを防ぐように光学フィルター47,56を構成し得れば他の発光波長に対応させ得ることはいうまでもない。

0056

また、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡12は、照明用光の発光波長のうち、測定光発光波長域を取り除くために光学フィルター56を有しているが、照明用光源51自体の特性を変更して、光学フィルター56を省略することも可能である。具体的には、測定用光の発光波長が680nmの場合、照明用光源51は、660nm以上の発光波長を含まない発光特性を有すように構成される。例えば、上記特性を有している照明用光源51は、緑色LEDである。

0057

(第4の実施の形態)以下に、第4の実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡13を図3及び図4(a)(b)を参照して説明する。なお、本実施の形態において、前述した本発明の第1の実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡1と同じ構成部材は、この走査型プローブ顕微鏡1の同じ構成部材を指摘した参照符号を使用して指摘し、詳細な説明は省略する。

0058

図3は、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡13を示す概略的な断面図である。図4(a)(b)は、表示部を示す概略図である。

0059

本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡13は、第1の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡1の構成部材に加えて、さらに、クロスライン発生器66を有している。

0060

クロスライン発生器66は、表示部62に、図4(a)(b)に示すような2つの破線が交わっているクロスラインを表示する。

0061

以下に、本実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡13の動作について説明する。本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡13は、第1の実施の形態に示すように前記初期設定を行う。このとき、観察機構60の焦点は、焦点調整機構63により、退避状態のカンチレバー21に合わされている。続いて行う前記測定部確定工程の前に、探針20の位置を記憶する位置記憶工程を行う。

0062

前記位置記憶工程は、図4(a)中に示すように、前記初期設定により確定した探針20の位置に前記クロスラインの中心(前記2つの破線の交点)を合せる。なお、図4中において、測定用光のスポットの位置を参照符号80、クロスラインを参照符号57aで指摘している。このことにより、表示部62には、明示的に探針の位置が示される(即ち、探針の位置が記憶される)。このように、クロスライン発生器66は、前記探針の位置を記憶できるため、位置記憶部であるといえる。このとき観察機構60の焦点は、カンチレバー21に合わされている。なお、クロスラインの中心は、探針20の先端の位置にすることが好ましい続いて、前記測定部位確定工程が行われる。このとき、観察機構60の焦点は、カンチレバー21から試料90の表面に変更されている。なお、図4(b)中において、所望の測定部位を円81で示している。このため、表示部62には、図4(b)中に示すように、カンチレバー21は映らず、試料90の表面のみが表示される。しかし、前述のようにして探針20の位置がクロスラインにより示されているため、探針20の位置と、試料90の所望の測定部位との位置合わせを容易に行うことが出来る。

0063

なお、本実施の形態において、探針20の位置を記憶するために、表示部62にクロスラインを印として表示するように構成されているが、探針の先端を示すように、点などの印を表示することも可能であり、探針20の位置を記憶し得れば、表示する印の形状において限定されることはない。

0064

(第5の実施の形態)以下に、第5の実施の形態に従った光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200を図5及び図6を参照して説明する。なお、本実施の形態において、前述した本発明の第1の実施の形態に従った走査型プローブ顕微鏡1と同じ構成部材は、この走査型プローブ顕微鏡1の同じ構成部材を指摘した参照符号を使用して指摘し、詳細な説明は省略する。

0065

図5は、光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200を示す概略的な斜視図である。図6は、光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200を示す概略的な斜視図である。

0066

光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、光学顕微鏡100と、走査型プローブ顕微鏡14とを有している。

0067

図5中に示されている光学顕微鏡100は、公知の光学顕微鏡である。光学顕微鏡100は、対物レボルバー110,3眼鏡筒120,鏡基130、XYステージ150,及びZステージ160を有している。

0068

対物レボルバー110は、複数の検鏡法で試料90の観察が行い得るように複数の対物レンズを有しており、前記対物レンズを選択的に使用し得る。

0069

3眼鏡筒120は、CCDなどの撮像機構121が取り付けられている。前記撮像機構121は、表示装置122に接続され、光学顕微鏡100により観察された観察部位を表示する。

0070

鏡基130は、前記対物レボルバー110を接続する対物レボルバー接続部111、3眼鏡筒120を接続する3眼鏡筒接続部124、及びDICプリズム(図示せず)を接続するプリズム接続部140を有している。

0071

3眼鏡筒接続部124は、丸アリを有している。3眼鏡筒接続部124は、この丸アリにより、3眼鏡筒120と接続されている。

0072

XYステージ150は、Zステージ160により支持されており、光学顕微鏡100の対物レンズと対面する位置に配置されている。XYステージ150には、試料90が配置される。XYステージ150は、試料90を試料90の表面に沿った方向に移動し得る。

0073

Zステージ160は、XYステージ150の試料90が配置される面と反対側(紙面において下)に配置されている。Zステージ160は、XYステージ150を介して試料90を、XYステージ150の試料90が配置される面に対して直交する方向(紙面において上下方向)に移動させるように駆動する。このZステージ160の駆動により、SPM本体70は、XYステージ150との間隔を調整する。前記間隔の調整により、探針20は、試料90にアプローチ及び退避行動を行い得る。

0074

走査型プローブ顕微鏡14は、第1の実施の形態で説明した探針20と、カンチレバー21と、3次元スキャナ30と、変位検出機構40と、照明機構50と、観察機構60と、SPM本体70とを有している。さらに、走査型プローブ顕微鏡14は、Zステージ72と、顕微鏡接続部73とを有している。

0075

Zステージ72は、一側面が走査型プローブ顕微鏡14のSPM本体70を固定しており、他側面が顕微鏡接続部73に固定されている。Zステージ72は、Zステージ160と同様に、上下方向に駆動する。この駆動は、Zステージ160の駆動と同様に、探針20を、試料90にアプローチ及び退避行動を行わせ得る。

0076

顕微鏡接続部73は、一端がZステージ72を固定しており、他端が取り付けアリフレーム74を有している。取り付けアリフレーム74は、3眼鏡筒接続部124と接続可能な丸アリを有している。取り付けアリフレーム74は、3眼鏡筒接続部124と、3眼鏡筒120との間に配置され、鏡基130に取り付けられる。この取り付けにより、探針20は、光学顕微鏡100の測定位置に対して所定の間隔を有するように配置される。この顕微鏡接続部73により、図6中に示すように、光学顕微鏡100と、走査型プローブ顕微鏡14とは、接続される。前記接続は、取り外し可能になされている。

0077

以下に、本実施の形態に従った光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200の動作について説明する。

0078

試料90は、光学顕微鏡100により、所望の検鏡法で観察される。本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、この光学顕微鏡100による観察のち、XYステージ150を駆動させ、走査型プローブ顕微鏡14の探針20の位置に、光学顕微鏡100での観察部位を移動させる。この際、走査型プローブ顕微鏡14は、観察機構60により試料90の表面を観察し、確実に、探針20の位置と、光学顕微鏡100での観察部位とを位置合わせし得る。

0079

上記構成により、本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、走査型プローブ顕微鏡14を光学顕微鏡100に対して着脱自在に構成しているため、走査型プローブ顕微鏡14を取り付ける光学顕微鏡の種類を任意に選定し得る。このため、光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、走査型プローブ顕微鏡14による試料90の表面の測定と、接続された光学顕微鏡の種類に従った任意の検鏡法による観察とを自由に組み合わせることが出来る。また、本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、光学顕微鏡100と走査型プローブ顕微鏡14とが一体的に構成されていないため、安価に製造し得る。

0080

なお、本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、走査型プローブ顕微鏡14を光学顕微鏡100に接続するために、光学顕微鏡100自身の部品を取り付ける既存の取り付け部である3眼鏡筒取り付け部124を利用しているため、光学顕微鏡100に特別な加工をすることなく、所望の種類の光学顕微鏡と組み合わせて使用し得る。

0081

また、本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、走査型プローブ顕微鏡14を光学顕微鏡100に接続するために、上記のように既存の取り付け部を利用しているが、光学顕微鏡100に、走査型プローブ顕微鏡を取り付けのための専用の取り付け部を設けて、走査型プローブ顕微鏡を取り付けることが可能であることは言うまでもない。

0082

なお、本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡14において、照明機構50の照明用光源は、SPM本体に収容し得る小型のもの、例えばLEDを使用することが好ましい。前記照明用光源にLEDなどの小型の光源を利用した場合、走査型プローブ顕微鏡14は、小型化が可能であるとともに、測定中に振動が受けにくく構成され得る。この結果、上記構成の走査型プローブ顕微鏡14を有している光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、小型化が可能であるとともに、測定中に振動が受けにくく構成され得る。

0083

また、本実施の形態に従った光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、走査型プローブ顕微鏡14のZステージ72を、電動で駆動し、探針20の試料90へのアプローチ並びに退避行動を行い得る。

0084

なお、本実施の形態に従った光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、XYステージ150を位置座標指示可能な電動ステージで構成することにより、光学顕微鏡100の光軸と、光顕同軸の走査型プローブ顕微鏡14の光軸(探針20の位置)との光軸間相対座標を記憶させて、探針20の位置と、光学顕微鏡100での観察部位とをより精度良く位置決めし得る。

0085

また、本実施の形態に従った光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、図9に示すような、光軸間移動機構151を有することも可能である。光軸間移動機構151は、基台152と、試料台153とを有している。基台152は、XYステージ150上に配置されており、試料台153を所定の方向でかつ所定距離移動可能に支持している。試料台153は、試料90が載せられる。光顕同軸の走査型プローブ顕微鏡の光軸(探針20の位置)とが、所定の間隔で配置されている場合、光軸間移動機構151により、探針20の位置と、光学顕微鏡100での観察部位とは、容易に位置決めし得る。また、光軸間移動機構151は、カンチレバーの交換により、前記光軸間のずれを補正する微調整機構を有することで、さらに再現よく前記位置決めをし得る。

0086

また、本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、落射倒立、透過、明視野暗視野微分干渉位相差共焦点、等の検鏡法を有している光学顕微鏡100と、走査型プローブ顕微鏡14とを組み合わせ得ることはもちろんのこと、測定顕微鏡レーザー走査顕微鏡、紫外光観察顕微鏡などにも走査型プローブ顕微鏡14を組み合わせ得る。

0087

また、本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200において、走査型プローブ顕微鏡14は、光学顕微鏡100に取り付けた状態で出荷することも可能であるし、出荷後に取り付けて利用することも可能である。また、走査型プローブ顕微鏡14が取り外された光学顕微鏡100が、通常通り使用し得ることはいうまでもない。

0088

なお、本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200において、において、走査型プローブ顕微鏡14は、AFM(atomic force microscope)により測定を行うように構成されているが、MFM(magnetic force microscope),STM(scanning tunneling microscope)等により構成されることも可能であり、光軸顕微鏡100と着脱自在に接続し得るように構成されるならば限定されることはない。

0089

以下に本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200の変形例を示す。

0090

(変形例1)本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200において、走査型プローブ顕微鏡14の顕微鏡接続部73は、3眼鏡筒接続部124に接続し得るように構成したが、本変形例の走査型プローブ顕微鏡15は、図7(a)中に示すように、顕微鏡接続部73aを対物レボルバー接続部111に接続し得るように構成している。具体的には、顕微鏡接続部73aの取り付けアリフレーム74aは、対物レボルバー接続部111に接続し得る形状を有している。

0091

(変形例2)本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200において、本変形例の走査型プローブ顕微鏡16は、図7(b)中に示すように、顕微鏡接続部73bをプリズム接続部140に接続し得るように構成している。具体的には、顕微鏡接続部73bの取り付け穴フレーム74bは、DICプリズムが取り付けられ得るプリズム接続部140に接続し得る形状を有している。

0092

なお、上記変形例1及び2において、光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、光学顕微鏡100自身の部品を取り付ける対物レボルバー接続部111並びにプリズム接続部140を、走査型プローブ顕微鏡15,16の接続のために利用している。しかし、光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200は、プリズム接続部140にDICプリズムを接続し、対物レボルバー接続部111に走査型プローブ顕微鏡15を接続するなどのように、光学顕微鏡100の本来の機能を損なうことなく利用し得る。

0093

また、本実施の形態及び変形例1,2の走査型プローブ顕微鏡14,15,16は、上記3眼鏡筒接続部124,対物レボルバー接続部111.プリズム接続部140を利用して接続されているが、上記3つの接続部に限らず、光学顕微鏡100の各機構、各部材の取り付け機構を利用して、光学顕微鏡100に接続することも可能である。

0094

(変形例3)また、本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200において、図5及び図6中に示されている光学顕微鏡100は、鏡基130に対物レボルバー110が支持される構成となっているが、レーザー顕微鏡や測定顕微鏡のように、図7(c)中に示されるような対物レボルバー110を上下し得るZステージ131が設けられている光学顕微鏡も存在する。このとき、対物レボルバー110並びに3眼鏡筒120は、Zステージ131により移動される移動本体132に接続されている。光学顕微鏡100が前述のような構成の場合、走査型プローブ顕微鏡17は、移動本体132に接続される。

0095

上記構成により、本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200において、走査型プローブ顕微鏡17は、探針20の試料90へのアプローチ並びに退避行動にZステージ131を用いることが出来、Zステージ72を省略することが可能である。

0096

なお、図5及び図6中に示されている光学顕微鏡100は、Zステージ160を用いて試料90へ焦点を合せるが、前記構成の光学顕微鏡100は、試料90への焦点を合せるために、Zステージ160ではなく、Zステージ131を用い得る。

0097

(変形例4)本実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡200において、本変形例の走査型プローブ顕微鏡18は、図8(a)及び(b)中に示すように、Zステージ160を介して光学顕微鏡100に接続されている。走査型プローブ顕微鏡18の顕微鏡接続部73cは、ベースプレート154と、XYステージ155と、支持フレーム156とを有している。

0098

ベースプレート154は、光学顕微鏡100のZステージ160に固定されている。また、ベースプレート154には、XYステージ155と支持フレーム156が固定されている。支持フレーム156は、3つの柱を有しており、前記3つの柱によりZステージ72を介して走査型プローブ顕微鏡18を支持している。ベースプレート154において、前記3つの柱に囲まれた領域に、XYステージ155が配置されている。支持フレーム156に支持された走査型プローブ顕微鏡18は、XYステージ155と対面する位置に位置しており、退避状態において、XYステージ155と所定の間隔(高さ方向の間隔)があけられている。

0099

XYステージ155は、本実施の形態で説明したXYステージ150と同様に、動作し、観察機構60を用いて、探針20の位置と、光学顕微鏡100での観察部位とを位置合わせし得る。

0100

これまで、いくつかの実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。

発明の効果

0101

本発明は、振動の影響を受けにくい光顕同軸走査型プローブ顕微鏡を提供する。

0102

また、本発明は、所望の複数の検鏡法での測定し得る光学顕微鏡と、前記光学顕微鏡と自由に組み合わし得る走査型プローブ顕微鏡とを有している光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡を提供することである。

図面の簡単な説明

0103

図1図1は、第1の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡を示す概略的な断面図である。
図2図1は、第3の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡を示す概略的な断面図である。
図3図3は、第4の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡を示す概略的な断面図である。
図4図4(a)は、表示部を示す概略図である。図4(b)は、表示部を示す概略図である。
図5図5は、第4の実施の形態に従った光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡を示す概略的な分解斜視図である。
図6図6は、図5の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡を示す概略的な斜視図である。
図7図7(a)は、顕微鏡接続部の変形例を示す斜視図である。図7(b)は、顕微鏡接続部の変形例を示す斜視図である。図7(c)は、第4の実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡の変形例を示す斜視図である。
図8図8(a)は、第4の実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡の変形例を示す分解斜視図である。図8(b)は、第4の実施の形態の光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡の変形例を示す斜視図である。
図9図9は、光軸間移動機構を示す斜視図である。

--

0104

1、11,12,13,14,15,16,17,18走査型プローブ顕微鏡
20探針
21カンチレバー
30 3次元スキャナ
40変位検出機構
41測定用光源
42受光部
47、56光学フィルター
50照明機構
51照明用光源
60観察機構
70 SPM本体
72 Zステージ
73、73a、73b、73c顕微鏡接続部
74、74a 取り付けアリフレーム
74b取り付け穴フレーム
90試料
100光学顕微鏡
110対物レボルバー
120 3眼鏡筒
130 鏡基
150 XYステージ
160 Zステージ
200光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡

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