JP2002323426A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
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- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
- G01Q30/02—Non-SPM analysing devices, e.g. SEM [Scanning Electron Microscope], spectrometer or optical microscope
- G01Q30/025—Optical microscopes coupled with SPM
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- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学顕微鏡を備えた走査型プローブ顕微鏡に
おいて、プローブを試料表面へ接近させる時間を短縮し
た機能を有する走査型プローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】 測定試料およびプローブを観察すること
ができる光学顕微鏡を備えた走査型プローブ顕微鏡にお
いて、光学顕微鏡像をデジタル画像として取り込むため
の撮像素子と、取り込まれた画像を処理することのでき
る処理装置と、光学顕微鏡の焦点位置を変更することが
できる駆動機構と、プローブと試料表面の間隔を変更す
ることができるZステージ機構を備える。
おいて、プローブを試料表面へ接近させる時間を短縮し
た機能を有する走査型プローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】 測定試料およびプローブを観察すること
ができる光学顕微鏡を備えた走査型プローブ顕微鏡にお
いて、光学顕微鏡像をデジタル画像として取り込むため
の撮像素子と、取り込まれた画像を処理することのでき
る処理装置と、光学顕微鏡の焦点位置を変更することが
できる駆動機構と、プローブと試料表面の間隔を変更す
ることができるZステージ機構を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡に関する。特に、光学顕微鏡を備えた走査型プロー
ブ顕微鏡装置に関する。
微鏡に関する。特に、光学顕微鏡を備えた走査型プロー
ブ顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、走査型プローブ顕微鏡は、先端
が微細なプローブを、対象とする試料表面の極近傍に接
近させ、プローブ先端と試料表面の間に働く相互作用を
検知しながら、プローブを試料表面に対して機械的に走
査させることで、試料表面の形状や物理的性質をナノメ
ートルオーダーの高分解能で観察することのできる顕微
鏡である。
が微細なプローブを、対象とする試料表面の極近傍に接
近させ、プローブ先端と試料表面の間に働く相互作用を
検知しながら、プローブを試料表面に対して機械的に走
査させることで、試料表面の形状や物理的性質をナノメ
ートルオーダーの高分解能で観察することのできる顕微
鏡である。
【０００３】このような走査型プローブ顕微鏡において
は、プローブをもちいた観察は微小な範囲であるため、
あらかじめ別の観察手段を用いて、観察したい場所にプ
ローブの位置を合わせる必要がある。そのため、実用的
な用途においては、多くの走査型プローブ顕微鏡は位置
合わせのための光学顕微鏡を備えている。
は、プローブをもちいた観察は微小な範囲であるため、
あらかじめ別の観察手段を用いて、観察したい場所にプ
ローブの位置を合わせる必要がある。そのため、実用的
な用途においては、多くの走査型プローブ顕微鏡は位置
合わせのための光学顕微鏡を備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の走査
型プローブ顕微鏡においては、光学顕微鏡による試料お
よびプローブの観察、および位置合わせはオペレータが
手動で行う必要があり、一連の測定操作を自動化する上
での障害となっていた。
型プローブ顕微鏡においては、光学顕微鏡による試料お
よびプローブの観察、および位置合わせはオペレータが
手動で行う必要があり、一連の測定操作を自動化する上
での障害となっていた。
【０００５】また、走査型プローブ顕微鏡で測定するた
めには、プローブを観察試料表面の極近傍まで接近させ
る必要があるのに対し、試料やプローブを交換する際に
は、試料やプローブを損傷しないように、間隔を十分離
した状態にする必要がある。
めには、プローブを観察試料表面の極近傍まで接近させ
る必要があるのに対し、試料やプローブを交換する際に
は、試料やプローブを損傷しないように、間隔を十分離
した状態にする必要がある。
【０００６】プローブ先端は微細でかつ、微小な力を検
知して測定を行うために、プローブが試料表面に接近さ
せる際には、プローブが損傷しないように十分遅いスピ
ードで接近する必要がある。そのため、従来の装置で
は、プローブと試料を近づけるのに1分程度の長い時間
がかかっていたという問題があった。
知して測定を行うために、プローブが試料表面に接近さ
せる際には、プローブが損傷しないように十分遅いスピ
ードで接近する必要がある。そのため、従来の装置で
は、プローブと試料を近づけるのに1分程度の長い時間
がかかっていたという問題があった。
【０００７】走査型プローブ顕微鏡の観察を行うために
は、プローブと試料表面間の距離が10ナノメートル程度
になるまで接近させる必要があることから、Zステージ
はナノメートルオーダーの高精度な位置制御を行う必要
があるが、機械的なステージでは、ギアのバックラッシ
ュや原点の位置ずれが避けられず、また機構部品の熱膨
張、収縮などにもとづく絶対位置の経時変化がある。従
来、ステージの位置再現性を確保するために、Zステー
ジの位置を検出する位置センサーを外部に設置して、Z
ステージの位置を常に監視する方法が提案されている
が、装置が高価になるという問題点があった。
は、プローブと試料表面間の距離が10ナノメートル程度
になるまで接近させる必要があることから、Zステージ
はナノメートルオーダーの高精度な位置制御を行う必要
があるが、機械的なステージでは、ギアのバックラッシ
ュや原点の位置ずれが避けられず、また機構部品の熱膨
張、収縮などにもとづく絶対位置の経時変化がある。従
来、ステージの位置再現性を確保するために、Zステー
ジの位置を検出する位置センサーを外部に設置して、Z
ステージの位置を常に監視する方法が提案されている
が、装置が高価になるという問題点があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、光学顕微鏡
の焦点位置を連続的に繰り返し走査させて、プローブお
よび試料表面の焦点位置から、プローブと試料表面の間
隔を断続的に測定する。光学顕微鏡像を元にして間隔を
測定することで、Zステージの位置再現性のばらつきを
補正することができる。
の焦点位置を連続的に繰り返し走査させて、プローブお
よび試料表面の焦点位置から、プローブと試料表面の間
隔を断続的に測定する。光学顕微鏡像を元にして間隔を
測定することで、Zステージの位置再現性のばらつきを
補正することができる。
【０００９】本発明における自動焦点機構については、
光学顕微鏡による画像をCCD素子（Charge Coupled Devi
ce、電荷結合素子）などの撮像素子を用いてデジタル信
号として取り込むとともに、デジタル画像処理によって
焦点の度合いを評価して、焦点位置の駆動機構を組み合
わせることで自動焦点機構を実現する。
光学顕微鏡による画像をCCD素子（Charge Coupled Devi
ce、電荷結合素子）などの撮像素子を用いてデジタル信
号として取り込むとともに、デジタル画像処理によって
焦点の度合いを評価して、焦点位置の駆動機構を組み合
わせることで自動焦点機構を実現する。
【００１０】画像処理には汎用のマイクロコンピュー
タ、あるいは信号処理プロセッサを利用することで、焦
点位置検出のための専用の光学系を不要にし、装置構成
の簡略化による低価格化および調整作業の削減を実現す
る。
タ、あるいは信号処理プロセッサを利用することで、焦
点位置検出のための専用の光学系を不要にし、装置構成
の簡略化による低価格化および調整作業の削減を実現す
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図1は、本発明の一実施形態の走査型プ
ローブ顕微鏡について、本発明に関係する主要部の構成
を示した図である。
細に説明する。図1は、本発明の一実施形態の走査型プ
ローブ顕微鏡について、本発明に関係する主要部の構成
を示した図である。
【００１２】本実施例においては、走査型プローブ顕微
鏡の一種である原子間力顕微鏡（AFM、Atomic Force Mi
croscope）が組み込まれた装置が示されている。走査型
プローブ顕微鏡の測定は、微小な力を検知するカンチレ
バープローブ101が、XYZスキャナ104によって試料102の
表面を走査されることで行われる。
鏡の一種である原子間力顕微鏡（AFM、Atomic Force Mi
croscope）が組み込まれた装置が示されている。走査型
プローブ顕微鏡の測定は、微小な力を検知するカンチレ
バープローブ101が、XYZスキャナ104によって試料102の
表面を走査されることで行われる。
【００１３】試料102は、試料台103に設置されており、
XYZスキャナ104が試料台103を駆動して微動走査を行う
ことで、プローブ顕微鏡の測定が行なわれる。
XYZスキャナ104が試料台103を駆動して微動走査を行う
ことで、プローブ顕微鏡の測定が行なわれる。
【００１４】装置内には対物レンズ111、光源106などか
ら構成される光学顕微鏡が組み込まれており、試料102
やカンチレバープローブ101の観察を行うことができ
る。顕微鏡の画像はCCD素子108によって撮像され、デジ
タル画像として画像処理装置109に取り込まれる。ま
た、光学顕微鏡には焦点位置を変更することのできる駆
動装置110が組み込まれており、コンピュータを通して
制御されている。
ら構成される光学顕微鏡が組み込まれており、試料102
やカンチレバープローブ101の観察を行うことができ
る。顕微鏡の画像はCCD素子108によって撮像され、デジ
タル画像として画像処理装置109に取り込まれる。ま
た、光学顕微鏡には焦点位置を変更することのできる駆
動装置110が組み込まれており、コンピュータを通して
制御されている。
【００１５】XYZスキャナと試料台は、Zステージ105に
よって上下に移動させることができ、カンチレバープロ
ーブと試料表面の間隔を調整する粗動機構として使用さ
れる。
よって上下に移動させることができ、カンチレバープロ
ーブと試料表面の間隔を調整する粗動機構として使用さ
れる。
【００１６】以上に述べた構成の走査型プローブ顕微鏡
において、以下に示す手順によって測定が行われる。
において、以下に示す手順によって測定が行われる。
【００１７】走査型プローブ顕微鏡による測定を行う前
の準備段階として、試料の試料台への設置、あるいはカ
ンチレバープローブの装置への装着を行う。これを行う
際に、カンチレバープローブと試料が互いに接触して損
傷することを防ぐために、Zステージを下げて、試料表
面とカンチレバーの間隔を十分（本実施例においては20
mm以上）離した状態にする。
の準備段階として、試料の試料台への設置、あるいはカ
ンチレバープローブの装置への装着を行う。これを行う
際に、カンチレバープローブと試料が互いに接触して損
傷することを防ぐために、Zステージを下げて、試料表
面とカンチレバーの間隔を十分（本実施例においては20
mm以上）離した状態にする。
【００１８】試料及びカンチレバープローブを取付けた
後、Zステージを上昇させて、カンチレバープローブと
試料表面の距離がG 1±ΔG1となる地点まで接近させ
る。G1±ΔG1の値は、光学顕微鏡の焦点位置が調節でき
る範囲に収まるような値とする。本実施例においては、
焦点調節範囲が5mmであることから、G1を4mmに設定し
て、ΔG1については、Zステージの位置再現性や、カン
チレバーの取付け位置の再現性、設置するサンプル厚さ
のばらつきなどを考慮して、本実施例では0.5mmに設定
する。カンチレバープローブと試料表面の距離をG1±Δ
G1にまで接近させても、カンチレバーと試料表面が衝突
する危険性は十分低いことから、ステージを移動させる
速度は、このあとの接近段階に比較して十分高速に設定
することができ、従来の装置より短時間で手順をすすめ
ることができる。
後、Zステージを上昇させて、カンチレバープローブと
試料表面の距離がG 1±ΔG1となる地点まで接近させ
る。G1±ΔG1の値は、光学顕微鏡の焦点位置が調節でき
る範囲に収まるような値とする。本実施例においては、
焦点調節範囲が5mmであることから、G1を4mmに設定し
て、ΔG1については、Zステージの位置再現性や、カン
チレバーの取付け位置の再現性、設置するサンプル厚さ
のばらつきなどを考慮して、本実施例では0.5mmに設定
する。カンチレバープローブと試料表面の距離をG1±Δ
G1にまで接近させても、カンチレバーと試料表面が衝突
する危険性は十分低いことから、ステージを移動させる
速度は、このあとの接近段階に比較して十分高速に設定
することができ、従来の装置より短時間で手順をすすめ
ることができる。
【００１９】つづいて、光学顕微鏡の焦点位置を可動範
囲内で上下に繰り返し走査させる。
囲内で上下に繰り返し走査させる。
【００２０】走査の方法は、たとえば三角波的な駆動
や、鋸歯状波、正弦波的などのいずれかの駆動波形で行
うことができる。このように焦点位置を絶えず移動させ
ながら、断続的に光学顕微鏡の画像を取り込み、各焦点
位置での画像の焦点度合いを繰り返し評価する。この段
階では、焦点の調節可能範囲内にカンチレバープローブ
と、試料表面が存在しており、焦点位置を走査したとき
の焦点度合いの評価値は図2でしめすような依存性とな
る。図2における2つのピークはそれぞれカンチレバープ
ローブならびに試料表面に焦点が合っていることをあら
わしており、それぞれのピークに対応する地点が、カン
チレバープローブならびに試料表面のある位置である。
や、鋸歯状波、正弦波的などのいずれかの駆動波形で行
うことができる。このように焦点位置を絶えず移動させ
ながら、断続的に光学顕微鏡の画像を取り込み、各焦点
位置での画像の焦点度合いを繰り返し評価する。この段
階では、焦点の調節可能範囲内にカンチレバープローブ
と、試料表面が存在しており、焦点位置を走査したとき
の焦点度合いの評価値は図2でしめすような依存性とな
る。図2における2つのピークはそれぞれカンチレバープ
ローブならびに試料表面に焦点が合っていることをあら
わしており、それぞれのピークに対応する地点が、カン
チレバープローブならびに試料表面のある位置である。
【００２１】この走査によって、2つの焦点位置の距離
から、カンチレバープローブと試料表面との間隔を測定
することができる。カンチレバープローブと試料表面が
衝突しないように間隔を連続的に監視しながら、さらに
Zステージを用いてカンチレバープローブと試料表面の
間隔をG2±ΔG2の距離まで接近させる。G2±ΔG2の値
は、XYZスキャナのZ軸駆動可能範囲に収まるような値に
設定する。XYZスキャナのZ軸駆動可能範囲は本実施例で
は10μmである。G2の値は、Zズテージ位置の繰り返し再
現性を考慮して2μmと設定する。ΔG2の値は、光学顕微
鏡の焦点深度、光学顕微鏡画像から焦点の度合いを測定
する際の誤差、焦点位置制御の精度、Zステージの高さ
分解能などから十分実現可能な値を設定することができ
る。本実施例では、0.2μmとする。
から、カンチレバープローブと試料表面との間隔を測定
することができる。カンチレバープローブと試料表面が
衝突しないように間隔を連続的に監視しながら、さらに
Zステージを用いてカンチレバープローブと試料表面の
間隔をG2±ΔG2の距離まで接近させる。G2±ΔG2の値
は、XYZスキャナのZ軸駆動可能範囲に収まるような値に
設定する。XYZスキャナのZ軸駆動可能範囲は本実施例で
は10μmである。G2の値は、Zズテージ位置の繰り返し再
現性を考慮して2μmと設定する。ΔG2の値は、光学顕微
鏡の焦点深度、光学顕微鏡画像から焦点の度合いを測定
する際の誤差、焦点位置制御の精度、Zステージの高さ
分解能などから十分実現可能な値を設定することができ
る。本実施例では、0.2μmとする。
【００２２】また、この段階でZステージの速度は、焦
点位置の駆動周波数、光学顕微鏡画像とりこみや焦点度
合い評価にかかる時間、Zステージの駆動装置の応答速
度、などを元にして設定することができる。図3に示す
ように、カンチレバープローブと試料表面の間隔を断続
的に監視しながら接近動作を行うので、動作中、外部か
らの振動ノイズなどにより、突然カンチレバープローブ
と試料表面が接近するようなことがあっても、Zステー
ジを離す制御を行うことによって衝突を未然に防ぐこと
ができ、従来の装置に比べてカンチレバープローブや測
定試料が破損する危険性が減少するという利点がある。
衝突の危険性が低減することから、Zステージの接近速
度を従来装置よりも速く設定することができ、接近にか
かる時間を短縮できるという利点もある。
点位置の駆動周波数、光学顕微鏡画像とりこみや焦点度
合い評価にかかる時間、Zステージの駆動装置の応答速
度、などを元にして設定することができる。図3に示す
ように、カンチレバープローブと試料表面の間隔を断続
的に監視しながら接近動作を行うので、動作中、外部か
らの振動ノイズなどにより、突然カンチレバープローブ
と試料表面が接近するようなことがあっても、Zステー
ジを離す制御を行うことによって衝突を未然に防ぐこと
ができ、従来の装置に比べてカンチレバープローブや測
定試料が破損する危険性が減少するという利点がある。
衝突の危険性が低減することから、Zステージの接近速
度を従来装置よりも速く設定することができ、接近にか
かる時間を短縮できるという利点もある。
【００２３】なお、本実施例においては、カンチレバー
プローブの位置は固定で、試料のほうをカンチレバープ
ローブに接近させることから、カンチレバープローブの
位置は接近前に1度だけ測定し、その後の接近動作の過
程においては、移動する試料表面位置だけを追跡して測
定する方法をとることもできる。その際には、測定前に
一度だけ焦点位置可動範囲全体で大きく走査することで
試料表面位置を捕捉し、その後の接近動作では、試料表
面位置から微小な上下範囲に走査範囲を狭くして走査を
行うことで試料表面位置を連続的に追跡して把握するこ
とができる。
プローブの位置は固定で、試料のほうをカンチレバープ
ローブに接近させることから、カンチレバープローブの
位置は接近前に1度だけ測定し、その後の接近動作の過
程においては、移動する試料表面位置だけを追跡して測
定する方法をとることもできる。その際には、測定前に
一度だけ焦点位置可動範囲全体で大きく走査することで
試料表面位置を捕捉し、その後の接近動作では、試料表
面位置から微小な上下範囲に走査範囲を狭くして走査を
行うことで試料表面位置を連続的に追跡して把握するこ
とができる。
【００２４】カンチレバープローブが試料表面の距離が
目標値G2±ΔG2まで接近したら、Zステージによる接近
動作を停止させ、そのあとはXYZスキャナを用いてカン
チレバープローブを試料表面の近傍まで接近させる。カ
ンチレバープローブが探針と試料表面の間に働く相互作
用力を検知できる間隔（数10nm）まで接近したら、接近
動作は完了となり、以降は走査型プローブ顕微鏡による
測定が可能になる。
目標値G2±ΔG2まで接近したら、Zステージによる接近
動作を停止させ、そのあとはXYZスキャナを用いてカン
チレバープローブを試料表面の近傍まで接近させる。カ
ンチレバープローブが探針と試料表面の間に働く相互作
用力を検知できる間隔（数10nm）まで接近したら、接近
動作は完了となり、以降は走査型プローブ顕微鏡による
測定が可能になる。
【００２５】以上述べたような手順を踏むことで、カン
チレバープローブと試料表面が比較的近接していて衝突
の危険性が高い段階において、カンチレバープローブと
試料表面の距離は常に把握されているので、経年変化や
環境の変化にともなうZステージの位置制御のばらつき
や、外部からの振動ノイズなどによる距離の変動に影響
されることがない。そのため、Zステージのばらつきを
見込まずにすむような、従来よりも近接した地点まで高
速に接近させることができる。その結果、従来よりも接
近動作全体にかかる時間が短くなる上、人手を介さず自
動的に接近動作を行っても衝突する危険性は低減される
という利点がある。
チレバープローブと試料表面が比較的近接していて衝突
の危険性が高い段階において、カンチレバープローブと
試料表面の距離は常に把握されているので、経年変化や
環境の変化にともなうZステージの位置制御のばらつき
や、外部からの振動ノイズなどによる距離の変動に影響
されることがない。そのため、Zステージのばらつきを
見込まずにすむような、従来よりも近接した地点まで高
速に接近させることができる。その結果、従来よりも接
近動作全体にかかる時間が短くなる上、人手を介さず自
動的に接近動作を行っても衝突する危険性は低減される
という利点がある。
【００２６】また、光学顕微鏡の画像をもとにして間隔
を把握することから、Zステージ自体に高精度な位置再
現性を持たせたり、Zステージに距離センサーを設置せ
ずに、これらの利点が得られるという特徴がある。
を把握することから、Zステージ自体に高精度な位置再
現性を持たせたり、Zステージに距離センサーを設置せ
ずに、これらの利点が得られるという特徴がある。
【００２７】また、本実施例においては、CCDで画像を
デジタルデータとして取り込んだうえ、取り込まれた画
像をデジタル的に画像処理することで焦点の度合いを評
価している。従来より、専用の光学系を用いた自動焦点
機構を備えた顕微鏡が提案されており、本発明において
もそのような機構を利用した装置を実現することができ
るが、本実施例では、焦点度合いの評価をコンピュータ
のソフトウェアで実現しており、自動焦点機構のための
新たな光学系やハードウェアが不要であるため、装置の
構成が複雑にならず、専用光学系を備えた場合に必要な
調整作業も不要であり、従来よりも簡便で安価に装置を
実現することが可能になるという利点がある。
デジタルデータとして取り込んだうえ、取り込まれた画
像をデジタル的に画像処理することで焦点の度合いを評
価している。従来より、専用の光学系を用いた自動焦点
機構を備えた顕微鏡が提案されており、本発明において
もそのような機構を利用した装置を実現することができ
るが、本実施例では、焦点度合いの評価をコンピュータ
のソフトウェアで実現しており、自動焦点機構のための
新たな光学系やハードウェアが不要であるため、装置の
構成が複雑にならず、専用光学系を備えた場合に必要な
調整作業も不要であり、従来よりも簡便で安価に装置を
実現することが可能になるという利点がある。
【００２８】焦点度合いの評価については、とりこまれ
た画像データに対し、ソーベルフィルタまたは微分処理
といったエッジ強調処理を施したあと、得られた画像の
平均輝度を評価することで、焦点の度合いを相対的に求
めることができる。この手法は、従来より実際に焦点度
合いの評価に利用されており、本発明においてもその手
法を利用することができる。
た画像データに対し、ソーベルフィルタまたは微分処理
といったエッジ強調処理を施したあと、得られた画像の
平均輝度を評価することで、焦点の度合いを相対的に求
めることができる。この手法は、従来より実際に焦点度
合いの評価に利用されており、本発明においてもその手
法を利用することができる。
【００２９】別の評価方法として、カンチレバープロー
ブや、シリコンウェハの位置合わせマークといった、あ
らかじめ形状のわかっている物体を対象にする場合は、
パターン認識技術を用いることで、焦点合せをおこなう
ことができる。たとえば、パターン認識技術の一種の手
法であるテンプレートマッチングを利用することを例に
挙げる。この場合、対象物体に焦点がもっとも合った画
像をあらかじめテンプレート画像として登録しておく。
焦点度合いを評価するには、とりこまれた顕微鏡画像に
対して、登録された画像をテンプレートとしてテンプレ
ートマッチングを行う。
ブや、シリコンウェハの位置合わせマークといった、あ
らかじめ形状のわかっている物体を対象にする場合は、
パターン認識技術を用いることで、焦点合せをおこなう
ことができる。たとえば、パターン認識技術の一種の手
法であるテンプレートマッチングを利用することを例に
挙げる。この場合、対象物体に焦点がもっとも合った画
像をあらかじめテンプレート画像として登録しておく。
焦点度合いを評価するには、とりこまれた顕微鏡画像に
対して、登録された画像をテンプレートとしてテンプレ
ートマッチングを行う。
【００３０】顕微鏡の焦点位置を少しづつ動かしなが
ら、テンプレートマッチング処理を行うことで、焦点の
最も合った状態で、テンプレートマッチングマッチング
の相関係数が最も高くなることから、自動焦点機構を実
現することができる。
ら、テンプレートマッチング処理を行うことで、焦点の
最も合った状態で、テンプレートマッチングマッチング
の相関係数が最も高くなることから、自動焦点機構を実
現することができる。
【００３１】カンチレバープローブへの自動焦点機構に
パターン認識技術を用いることで、自動焦点動作を行う
際に、カンチレバープローブではなく観察試料表面に焦
点を合わせてしまう誤動作の可能性がなくなるという利
点がある。また、焦点合せ機能に加えて、試料平面内に
おける場所も特定できることから、XYステージを組み合
わせることでカンチレバープローブの位置合わせが同時
に行えるという利点がある。
パターン認識技術を用いることで、自動焦点動作を行う
際に、カンチレバープローブではなく観察試料表面に焦
点を合わせてしまう誤動作の可能性がなくなるという利
点がある。また、焦点合せ機能に加えて、試料平面内に
おける場所も特定できることから、XYステージを組み合
わせることでカンチレバープローブの位置合わせが同時
に行えるという利点がある。
【００３２】さらに、カンチレバープローブにパターン
認識技術を用いることで、形状や大きさが異なる複数種
類のカンチレバープローブを交換しながら使い分ける場
合に、装着されたカンチレバープローブの種別を自動的
に判別することが可能である。カンチレバープローブの
種類を判別することによって、走査型プローブ顕微鏡の
測定条件をそれぞれの種類のカンチレバープローブに最
適なものに切り換えることが可能になり、従来よりも高
度な測定自動化を行うことができるという利点がある。
認識技術を用いることで、形状や大きさが異なる複数種
類のカンチレバープローブを交換しながら使い分ける場
合に、装着されたカンチレバープローブの種別を自動的
に判別することが可能である。カンチレバープローブの
種類を判別することによって、走査型プローブ顕微鏡の
測定条件をそれぞれの種類のカンチレバープローブに最
適なものに切り換えることが可能になり、従来よりも高
度な測定自動化を行うことができるという利点がある。
【００３３】
【発明の効果】本発明により、以下のような効果が得ら
れる。
れる。
【００３４】プローブを試料表面に接近させる際に、接
近動作の過程で断続的にプローブと試料表面の間隔が測
定されていることから、従来よりも衝突の危険性が低
く、自動的かつ従来よりも短時間で接近を完了させるこ
とができ。測定全体にかかる人手や時間を削減すること
ができる。
近動作の過程で断続的にプローブと試料表面の間隔が測
定されていることから、従来よりも衝突の危険性が低
く、自動的かつ従来よりも短時間で接近を完了させるこ
とができ。測定全体にかかる人手や時間を削減すること
ができる。
【図１】本発明の一実施形態の走査型プローブ顕微鏡に
ついて、本発明に関係する主要部の構成を示した図であ
る。
ついて、本発明に関係する主要部の構成を示した図であ
る。
【図２】焦点位置を走査したときの焦点度合いの評価値
を示す図である。
を示す図である。
【図３】カンチレバープローブと試料表面の間隔の時間
変化を示す模式図である。
変化を示す模式図である。
101 カンチレバープローブ 102 試料 103 試料台 104 XYZスキャナ 105 Zステージ 106 光源 107 ハーフミラー 108 CCD素子 109 画像処理装置 110 焦点位置駆動部 111 対物レンズ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 21/26 Ｇ０２Ｂ 21/26 Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA22 DD06 FF10 JJ03 JJ09 JJ26 PP12 PP24 2F112 AB10 BA05 CA07 CA20 DA15 FA03 FA07 FA27 FA32 FA38 2H052 AA07 AC04 AD06 AD19 AF02 AF25
Claims (4)
- 【請求項１】 プローブ及び測定試料表面を観察するこ
とのできる光学顕微鏡と、 光学顕微鏡の焦点位置を制御することのできる駆動装置
と、 光学顕微鏡の画像をデジタルデータとして取り込み、処
理を行うことのできる画像処理装置と、 プローブと試料の間隔を変更するためのZ方向に可動な
試料ステージを備える走査型プローブ顕微鏡において、 プローブを試料表面に接近させる際に、光学顕微鏡の焦
点位置をZ方向に繰り返し走査しながら、画像処理装置
が取り込まれた光学顕微鏡の画像に対して焦点度合いの
評価を行い、プローブまたは試料表面、あるいはプロー
ブと試料表面療法のそれぞれの地点に焦点が一致する位
置を調べることにより、プローブと試料の間隔を断続的
に測定する手順を有することを特徴とする走査型プロー
ブ顕微鏡。 - 【請求項２】 プローブ及び測定試料表面を観察するこ
とができ、自動焦点機能を有する光学顕微鏡と、 光学顕微鏡の焦点位置を制御することのできる駆動装置
と、 プローブと試料の間隔を変更するためのZ方向に可動な
試料ステージを備える走査型プローブ顕微鏡において、 プローブを試料表面に接近させる際に、光学顕微鏡の焦
点位置をZ方向に繰り返し走査しながら観察を行い、プ
ローブまたは試料表面、あるいはプローブと試料表面の
双方に焦点が一致するそれぞれの高さから、プローブと
試料の間隔を連続的に測定する手順を有することを特徴
とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項３】 あらかじめモデル画像として登録された
プローブの画像をもとにして、テンプレートマッチング
処理を行うことによって取り込まれた光学顕微鏡画像の
中からプローブ像を抽出し、テンプレートマッチングの
結果得られた相関係数からカンチレバープローブの焦点
度合いの評価を行うことで、カンチレバープローブへの
自動焦点機能を有す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４】プローブ及び測定試料表面を観察すること
のできる光学顕微鏡と、 光学顕微鏡の焦点位置を制御することのできる駆動装置
と、 光学顕微鏡の画像をデジタルデータとして取り込み、処
理を行うことのできる画像処理装置と、 プローブと試料の間隔を変更するためのZ方向に可動な
試料ステージを備える走査型プローブ顕微鏡において、 あらかじめモデル画像として登録されたプローブの画像
をもとにして、テンプレートマッチング処理を行うこと
によって取り込まれた光学顕微鏡画像の中からプローブ
像を抽出し、テンプレートマッチングの結果得られた相
関係数からカンチレバープローブの焦点度合いの評価を
行うことで、カンチレバープローブへの自動焦点機能を
有することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001126417A JP2002323426A (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001126417A JP2002323426A (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002323426A true JP2002323426A (ja) | 2002-11-08 |
Family
ID=18975461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001126417A Pending JP2002323426A (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002323426A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2001
- 2001-04-24 JP JP2001126417A patent/JP2002323426A/ja active Pending
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