JP2003315238A - Alignment method for measurement, cantilever and scanning probe microscope - Google Patents
Alignment method for measurement, cantilever and scanning probe microscopeInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、走査形プローブ顕微鏡
に関し、特に、光学系を用いた測定位置合わせを行う走
査形プローブ顕微鏡に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope, and more particularly to a scanning probe microscope for performing measurement alignment using an optical system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】走査形プローブ顕微鏡は、探針を金属、
半導体、絶縁体、高分子材料又は生体等の試料表面に接
近させ、探針と試料表面に生ずるトンネル電流や原子間
力等が一定になるよう試料表面をなぞることにより原子
レベルの表面形状及び物性を測定する顕微鏡である。探
針を試料表面の測定したい場所に移動させる場合、例え
ば１４インチモニタにおいて数百倍から千数百倍の可変
倍率ズーム式ＣＣＤカメラシステム等の光学式検出器を
用いる。試料ステージ上面と同一方向をＸＹ方向、試料
ステージ上面に直交する方向をＺ方向とすると、まず、
Ｚ軸粗動駆動機構によってトンネル電流や原子間力等が
検出できるまで、探針を試料表面に近づける。この時の
距離は数ｎｍと非常に小さいため、ズーム式ＣＣＤカメ
ラシステム等でカンチレバ上面及び試料表面の両方に焦
点が合い、同時に観察できる。図１１は、その時のモニ
タ画像である。この状態で試料をＸＹ方向に移動し、測
定したい試料表面をカンチレバの下に移動させる。2. Description of the Related Art A scanning probe microscope uses a metal probe as a probe.
Surface shape and physical properties at the atomic level by approaching the sample surface such as semiconductor, insulator, polymer material or living body and tracing the sample surface so that tunnel current and atomic force generated between the probe and sample surface become constant Is a microscope for measuring. When the probe is moved to a place on the sample surface where measurement is desired, for example, an optical detector such as a variable magnification zoom CCD camera system with a magnification of several hundreds to several hundreds of times is used in a 14-inch monitor. Assuming that the same direction as the upper surface of the sample stage is the XY direction and the direction orthogonal to the upper surface of the sample stage is the Z direction, first,
The probe is brought close to the sample surface until the tunnel current, atomic force, etc. can be detected by the Z-axis coarse drive mechanism. Since the distance at this time is as small as several nm, it is possible to focus on both the upper surface of the cantilever and the sample surface with a zoom CCD camera system or the like, and observe them at the same time. FIG. 11 is a monitor image at that time. In this state, the sample is moved in the XY directions, and the surface of the sample to be measured is moved below the cantilever.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、可変倍
率ズーム式ＣＣＤカメラシステム等で同じ焦点位置にあ
る試料表面とカンチレバ上面を同時に観察すると、カン
チレバ下の試料表面はカンチレバで隠れるため、試料表
面の測定したい位置をカンチレバ先端に設置されている
探針下に精度良く配置することができなかった。However, when the sample surface at the same focal position and the upper surface of the cantilever are simultaneously observed with a variable magnification zoom CCD camera system or the like, the sample surface under the cantilever is hidden by the cantilever, and therefore the measurement of the sample surface is performed. The desired position could not be accurately arranged under the probe installed at the tip of the cantilever.
【０００４】本発明が解決しようとする課題は、カンチ
レバ下の試料表面の観察を行いながら、試料表面の測定
したい位置にカンチレバ先端に設置された探針を精度良
く配置することである。The problem to be solved by the present invention is to precisely arrange a probe installed at the tip of the cantilever at a position to be measured on the sample surface while observing the sample surface under the cantilever.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】第１の発明は、先端に探
針を有するカンチレバを試料に対向配置し、試料とカン
チレバとを光学的に同一軸で観察し、観察する像が基準
位置を持ち、焦点位置が変化自在な観察光学系を備え
た、走査形プローブ顕微鏡における測定位置合わせ方法
であって、前記探針と前記試料を所定間隔離して前記カ
ンチレバに前記観察光学系の焦点を合わせ、前記観察光
学系の基準位置と前記カンチレバの位置を、両者の相対
位置を変位させる手段により合わせる第１のステップ
と、前記試料に前記観察光学系の焦点を合わせ、前記カ
ンチレバと前記観察光学系の基準位置を合わせたまま、
前記試料の測定位置と前記観察光学系の基準位置を、両
者の相対位置を変位させる手段により合わせる第２のス
テップと、前記探針と前記試料の間隔が測定間隔になる
よう変位させる第３のステップと、からなる走査形プロ
ーブ顕微鏡における測定位置合わせであることを特徴と
する。According to a first aspect of the present invention, a cantilever having a probe at its tip is arranged to face a sample, the sample and the cantilever are optically observed on the same axis, and the image to be observed has a reference position as a reference position. A measuring position alignment method in a scanning probe microscope, which comprises an observation optical system having a variable focus position, wherein the probe and the sample are separated by a predetermined distance to focus the observation optical system on the cantilever. A first step of adjusting a reference position of the observation optical system and a position of the cantilever by means of displacing a relative position between the reference position and the cantilever; and focusing the observation optical system on the sample, the cantilever and the observation optical system. With the reference position of
A second step of adjusting the measurement position of the sample and the reference position of the observation optical system by means for displacing the relative position between the two, and a third step of displacing the probe and the sample so that the distance between them is the measurement interval. It is characterized in that it is a measurement alignment in a scanning probe microscope comprising steps.
【０００６】第２の発明は、前記観察光学系が移動して
前記カンチレバの位置と前記観察光学系の基準位置を合
わせ、前記試料が移動して前記試料の測定位置と前記観
察光学系の基準位置を合わせることを特徴とする。In a second aspect of the invention, the observation optical system moves to align the position of the cantilever with a reference position of the observation optical system, and the sample moves to move the measurement position of the sample and the reference of the observation optical system. It is characterized by aligning the positions.
【０００７】第３の発明は、試料と測定手段を光学的に
同一軸で観察する光学系を用いた、測定手段と試料の測
定位置合わせ方法であって、前記試料から所定間隔離れ
た前記測定手段に前記光学系の焦点を合わせ、前記測定
手段の位置と前記光学系の基準位置を合わせる第１のス
テップと、前記試料に前記光学系の焦点を合わせ、前記
測定手段と前記光学系の基準位置を合わせたまま、前記
光学系の基準位置と前記試料の測定位置を合わせる第２
のステップと、からなる測定位置合わせであることを特
徴とする。A third aspect of the present invention is a method for measuring and aligning a measuring means and a sample by using an optical system for observing the sample and the measuring means optically on the same axis. First step of focusing the optical system on the means, and aligning the position of the measuring means and the reference position of the optical system; and focusing the optical system on the sample, the reference of the measuring means and the optical system. A second position in which the reference position of the optical system and the measurement position of the sample are aligned while the positions are aligned.
It is characterized in that it is a measurement alignment consisting of the steps of.
【０００８】第４の発明は、探針と、先端に前記探針が
設置された探針取り付板を備えた走査形プローブ顕微鏡
に用いるカンチレバであって、前記探針取り付板の前記
探針が設置されている位置の反対面に光の乱反射する手
段が設置されている走査形プローブ顕微鏡に用いるカン
チレバであることを特徴とする。A fourth aspect of the present invention is a cantilever for use in a scanning probe microscope equipped with a probe and a probe mounting plate having the probe installed at the tip thereof, wherein the probe of the probe mounting plate is used. It is a cantilever used for a scanning probe microscope in which means for irregularly reflecting light is installed on the surface opposite to the position where the needle is installed.
【０００９】第５の発明は、第１の発明又は第２の発明
に記載した測定位置合わせ方法を用いた走査形プローブ
顕微鏡であって、第４の発明に記載したカンチレバを用
いる走査形プローブ顕微鏡であることを特徴とする。A fifth invention is a scanning probe microscope using the measuring alignment method described in the first invention or the second invention, wherein the scanning probe microscope uses the cantilever described in the fourth invention. Is characterized in that.
【００１０】[0010]
【実施例】本発明の実施例を、図１に示す。試料ステー
ジ４の上面と同一方向をＸＹ方向、試料ステージ４の上
面に直交する方向をＺ方向とする。ＸＹ方向に位置調整
自在な試料ステージ４は架台１２に設置されており、試
料ステージ４の上面には試料３が固定されている。先端
に探針１が設置されているカンチレバ２は試料３に対向
するよう配置されており、３次元方向に微動自在なスキ
ャナ６を介して、Ｚ軸方向に粗動自在なＺ軸粗動駆動機
構５に設置されている。Ｚ軸粗動駆動機構５は架台１２
に設置されている。反射ミラー７はスキャナ６の下面に
設置され、試料３からの光をＣＣＤカメラシステム８の
光軸１１方向に反射して、試料３表面とカンチレバ２を
直上観察できるように構成している。ＣＣＤカメラシス
テム８はＣＣＤカメラ観察位置調整機構９に設置されて
おり、観察位置を調整できるようになっている。ＣＣＤ
カメラ観察位置調整機構９は焦点調整機構１０に設置し
ており、ＣＣＤカメラシステム８の焦点が調整できるよ
うになっている。ＣＣＤカメラ観察位置調整機構９はス
キャナ６が設置されているＺ軸粗動駆動機構５に設置さ
れている。このため、ＣＣＤカメラシステム８と反射ミ
ラー７はＺ軸方向に同期して移動し、光軸１１がずれる
ことがない。ＣＣＤカメラシステム８において観察した
像は、架台１２の近傍にあるモニタ１３によって表示す
る。EXAMPLE An example of the present invention is shown in FIG. The same direction as the upper surface of the sample stage 4 is the XY direction, and the direction orthogonal to the upper surface of the sample stage 4 is the Z direction. A sample stage 4 whose position can be adjusted in the XY directions is installed on a gantry 12, and the sample 3 is fixed on the upper surface of the sample stage 4. A cantilever 2 having a probe 1 installed at its tip is arranged so as to face the sample 3, and a Z-axis coarse movement drive that allows coarse movement in the Z-axis direction via a scanner 6 that can finely move in the three-dimensional direction. It is installed in the mechanism 5. The Z-axis coarse drive mechanism 5 is a pedestal 12
It is installed in. The reflection mirror 7 is installed on the lower surface of the scanner 6, and is configured to reflect the light from the sample 3 in the direction of the optical axis 11 of the CCD camera system 8 so that the surface of the sample 3 and the cantilever 2 can be directly observed. The CCD camera system 8 is installed in the CCD camera observation position adjustment mechanism 9 so that the observation position can be adjusted. CCD
The camera observation position adjusting mechanism 9 is installed in the focus adjusting mechanism 10 so that the focus of the CCD camera system 8 can be adjusted. The CCD camera observation position adjustment mechanism 9 is installed in the Z-axis coarse movement drive mechanism 5 in which the scanner 6 is installed. Therefore, the CCD camera system 8 and the reflection mirror 7 move in synchronization with each other in the Z-axis direction, and the optical axis 11 does not shift. The image observed in the CCD camera system 8 is displayed on the monitor 13 near the gantry 12.
【００１１】次に、上記のような構成の装置の動作を説
明する。最初に、Ｚ軸粗動駆動機構５によってカンチレ
バ２を、試料３とカンチレバ２の両方にＣＣＤカメラシ
ステム８の焦点が合わないような所定の位置に離してお
く。この位置は、試料３表面から３ｍｍ以上が好まし
い。焦点調整機構１０によってカンチレバ２の上面に焦
点を合わせて、カンチレバ２の先端に設置された探針１
の位置が、例えばモニタ１３の画面中央にある基準位置
になるようにＣＣＤカメラ観察位置調整機構９で位置調
整する。この時のモニタ１３の画面表示は図８に示した
ようにカンチレバ像１６とモニタ基準位置表示１７のみ
が表示される。次に、焦点調整機構１０によって試料３
表面上に焦点を合わせて、測定したい位置がモニタ１３
の画面中央にあるモニタ基準位置表示１７に合うよう
に、試料３位置を試料ステージ４で調整する。図９は、
この時のモニタ１３の画面表示である。試料表面上に焦
点を合わせた時、カンチレバ２がボケて見えなくなり、
光はカンチレバの後ろまで回り込むためカンチレバ２下
の試料３の表面が観察できる。このため、試料３表面上
の測定位置１８を見ながら位置合わせでき、探針１を試
料３の測定位置１８に、精度良く、合わせることが出来
る。その後、Ｚ軸粗動機構５によって、カンチレバ２を
試料３が測定出来る位置まで移動する。但し、ＣＣＤカ
メラシステム８の基準位置はモニタ１３の中央でなくて
も良く、モニタ基準位置表示は線が直交したものに限ら
ない。また、ＣＣＤカメラシステム８は、他の光学的検
出システムでもよい。Next, the operation of the apparatus having the above configuration will be described. First, the Z-axis coarse drive mechanism 5 separates the cantilever 2 to a predetermined position so that the CCD camera system 8 does not focus on both the sample 3 and the cantilever 2. This position is preferably 3 mm or more from the surface of the sample 3. The focus adjusting mechanism 10 focuses on the upper surface of the cantilever 2, and the probe 1 installed at the tip of the cantilever 2.
The position is adjusted by the CCD camera observation position adjusting mechanism 9 so that the position of is the reference position at the center of the screen of the monitor 13, for example. The screen display of the monitor 13 at this time displays only the cantilever image 16 and the monitor reference position display 17, as shown in FIG. Next, the sample 3 is
Focus on the surface and monitor 13
The position of the sample 3 is adjusted by the sample stage 4 so as to match the monitor reference position display 17 at the center of the screen. Figure 9
It is a screen display of the monitor 13 at this time. When focusing on the surface of the sample, the cantilever 2 is out of focus,
Since the light goes around to the back of the cantilever, the surface of the sample 3 below the cantilever 2 can be observed. For this reason, it is possible to align the probe 1 with the measurement position 18 of the sample 3 with high accuracy while observing the measurement position 18 on the surface of the sample 3. Then, the Z-axis coarse movement mechanism 5 moves the cantilever 2 to a position where the sample 3 can be measured. However, the reference position of the CCD camera system 8 does not have to be the center of the monitor 13, and the monitor reference position display is not limited to the one in which the lines are orthogonal. Also, the CCD camera system 8 may be another optical detection system.
【００１２】本発明の他の実施例を図２に示す。試料ス
テージ４の上面と同一方向をＸＹ方向、試料ステージ４
の上面に直交する方向をＺ方向とする。ＸＹ方向に位置
調整自在な試料ステージ４は、架台１２に設置されてお
り、試料ステージ４の上面には試料３が固定されてい
る。先端に探針１が設置されているカンチレバ２は、試
料３に対向するよう配置されており、３次元方向に微動
自在なスキャナ６を介して、Ｚ軸方向に粗動自在なＺ軸
粗動駆動機構５に設置されている。Ｚ軸粗動駆動機構５
は架台１２に設置されている。ＣＣＤカメラシステム８
の光軸１１は、試料３表面とカンチレバ２を直上観察で
きるように構成されている。ＣＣＤカメラシステム８
は、ＸＹ方向に位置調整自在なＣＣＤカメラ観察位置調
整機構９に設置されており、ＣＣＤカメラの観察位置が
調整できるようになっている。ＣＣＤカメラ観察位置調
整機構９は、Ｚ軸方向に移動自在な焦点調整機構１０に
設置されており、ＣＣＤカメラシステム８の焦点が調整
できるようになっている。焦点調整機構１０は、スキャ
ナ６が設置されているＺ軸粗動機構５に設置されてい
る。このため、カンチレバ２とＣＣＤカメラシステム８
が同時にＺ軸方向に移動する。ＣＣＤカメラシステム８
において観察した像は、架台１２の近傍にあるモニタ１
３によって表示する。Another embodiment of the present invention is shown in FIG. The same direction as the upper surface of the sample stage 4 is the XY direction, and the sample stage 4
The direction orthogonal to the upper surface of is the Z direction. The sample stage 4 whose position can be adjusted in the XY directions is installed on the gantry 12, and the sample 3 is fixed on the upper surface of the sample stage 4. A cantilever 2 having a probe 1 installed at its tip is arranged so as to face the sample 3, and a Z-axis coarse movement that is coarsely movable in the Z-axis direction via a scanner 6 that can be finely moved in the three-dimensional direction. It is installed in the drive mechanism 5. Z-axis coarse drive mechanism 5
Is installed on the pedestal 12. CCD camera system 8
The optical axis 11 of is configured so that the surface of the sample 3 and the cantilever 2 can be observed directly above. CCD camera system 8
Is installed in a CCD camera observation position adjustment mechanism 9 whose position can be adjusted in the XY directions, and the observation position of the CCD camera can be adjusted. The CCD camera observation position adjusting mechanism 9 is installed in the focus adjusting mechanism 10 that is movable in the Z-axis direction, and the focus of the CCD camera system 8 can be adjusted. The focus adjustment mechanism 10 is installed in the Z-axis coarse movement mechanism 5 in which the scanner 6 is installed. Therefore, the cantilever 2 and the CCD camera system 8
Move in the Z-axis direction at the same time. CCD camera system 8
The image observed on the monitor 1 is near the mount 12.
Display by 3.
【００１３】次に、上記のような構成の装置の動作を説
明する。カンチレバ２を、試料３とカンチレバ２の両方
にＣＣＤカメラシステム８の焦点が合わないような所定
の位置に離しておく。この位置は、試料３表面から３ｍ
ｍ以上が好ましい。まず、焦点調整機構１０によってカ
ンチレバ２の上面に焦点を合わせて、カンチレバ２の先
端に設置された探針１の位置が、例えばモニタ１３の画
面中央にある基準位置に合うようにＣＣＤカメラ観察位
置調整機構９で調整する。この時のモニタ１３の画面表
示は図８に示したようにカンチレバ像１６とモニタ基準
位置表示１７のみが表示される。次に、焦点調整機構１
０によって試料３表面上に焦点を合わせて測定位置１８
がモニタ１３の画面中央にあるモニタ基準位置表示１７
に合うように試料ステージ４で調整する。図９は、この
時のモニタ１３の画面表示である。試料３表面上に焦点
を合わせた時カンチレバ２が見えなくなり、カンチレバ
２下の試料表面が観察できる。このため、試料３の測定
位置１８を見ながら位置合わせでき、探針１を試料表面
の測定位置１８に、精度良く、合わせることが出来る。
その後、Ｚ軸粗動機構５によって、カンチレバ２を試料
３が測定出来る位置まで移動する。但し、ＣＣＤカメラ
システム８の基準位置は、モニタ１３の中央でなくても
良く、モニタ基準位置表示は線が直交したものに限らな
い。また、ＣＣＤカメラシステム８は、他の光学的検出
システムでもよい。さらに、ＣＣＤカメラシステムの基
準位置とカンチレバの探針位置の像を合わせる際、ＣＣ
Ｄカメラシステムを固定し、カンチレバ移動手段を設置
してカンチレバを移動させてもよい。Next, the operation of the apparatus having the above configuration will be described. The cantilever 2 is separated from a predetermined position such that the CCD camera system 8 is not focused on both the sample 3 and the cantilever 2. This position is 3m from the surface of sample 3
m or more is preferable. First, the focus adjustment mechanism 10 focuses on the upper surface of the cantilever 2, and the CCD camera observation position is adjusted so that the position of the probe 1 installed at the tip of the cantilever 2 is aligned with, for example, the reference position in the center of the screen of the monitor 13. It adjusts with the adjustment mechanism 9. The screen display of the monitor 13 at this time displays only the cantilever image 16 and the monitor reference position display 17, as shown in FIG. Next, the focus adjustment mechanism 1
0 to focus on the surface of sample 3
Is the monitor reference position display 17 at the center of the screen of the monitor 13.
The sample stage 4 is adjusted so that FIG. 9 is a screen display of the monitor 13 at this time. When focusing on the surface of the sample 3, the cantilever 2 disappears and the sample surface under the cantilever 2 can be observed. Therefore, the position of the sample 3 can be aligned while looking at the measurement position 18, and the probe 1 can be aligned with the measurement position 18 of the sample surface with high accuracy.
Then, the Z-axis coarse movement mechanism 5 moves the cantilever 2 to a position where the sample 3 can be measured. However, the reference position of the CCD camera system 8 does not have to be the center of the monitor 13, and the monitor reference position display is not limited to the one in which the lines are orthogonal. Also, the CCD camera system 8 may be another optical detection system. Furthermore, when aligning the images of the reference position of the CCD camera system and the probe position of the cantilever, CC
The D camera system may be fixed and the cantilever moving means may be installed to move the cantilever.
【００１４】本発明の他の実施例を図３に示す。試料ス
テージ４の上面と同一方向をＸＹ方向、試料ステージ４
の上面に直交する方向をＺ方向とする。ＸＹ方向に移動
自在な試料ステージ４は、架台１２に設置されており、
試料ステージ４の上面には試料３が固定されている。先
端に探針１が設置されているカンチレバ２は、試料３に
対向するよう配置されており、３次元方向に微動自在な
スキャナ６を介して、Ｚ軸方向に粗動自在なＺ軸粗動駆
動機構５に設置されている。Ｚ軸粗動駆動機構５は架台
１２に設置されている。ＣＣＤカメラシステム８の光軸
１１は、試料３とカンチレバ２を直上観察できるように
構成している。ＣＣＤカメラシステム８は、ＸＹ方向に
移動自在なＣＣＤカメラ観察位置調整機構９に設置され
ており、ＣＣＤカメラの観察位置が調整できるようにな
っている。ＣＣＤカメラ観察位置調整機構９は、Ｚ軸方
向に移動自在な焦点調整機構１０に固定しており、ＣＣ
Ｄカメラシステム８の焦点が調整できるようになってい
る。焦点調整機構１０は、架台１２に固定されている。
ＣＣＤカメラシステム８において観察した像は、架台１
２の近傍にあるモニタ１３によって表示する。Another embodiment of the present invention is shown in FIG. The same direction as the upper surface of the sample stage 4 is the XY direction, and the sample stage 4
The direction orthogonal to the upper surface of is the Z direction. The sample stage 4 movable in the XY directions is installed on the pedestal 12,
The sample 3 is fixed on the upper surface of the sample stage 4. A cantilever 2 having a probe 1 installed at its tip is arranged so as to face the sample 3, and a Z-axis coarse movement that is coarsely movable in the Z-axis direction via a scanner 6 that can be finely moved in the three-dimensional direction. It is installed in the drive mechanism 5. The Z-axis coarse drive mechanism 5 is installed on the pedestal 12. The optical axis 11 of the CCD camera system 8 is configured so that the sample 3 and the cantilever 2 can be observed directly above. The CCD camera system 8 is installed in a CCD camera observation position adjustment mechanism 9 that is movable in the XY directions, and the observation position of the CCD camera can be adjusted. The CCD camera observation position adjusting mechanism 9 is fixed to a focus adjusting mechanism 10 which is movable in the Z-axis direction,
The focus of the D camera system 8 can be adjusted. The focus adjustment mechanism 10 is fixed to the mount 12.
The image observed in the CCD camera system 8 is the mount 1.
It is displayed by the monitor 13 in the vicinity of 2.
【００１５】次に、上記のような構成の装置の動作を説
明する。カンチレバ２を、試料３とカンチレバ２の両方
にＣＣＤカメラシステム８の焦点が合わないような所定
の位置に離しておく。この位置は、試料３表面から３ｍ
ｍ以上が好ましい。まず、焦点調整機構１０によってカ
ンチレバ２の上面に焦点を合わせて、カンチレバ２の先
端に設置された探針１の位置が、例えばモニタ１３の画
面中央にある基準位置に合うようにＣＣＤカメラ観察位
置調整機構９で調整する。この時のモニタ１３の画面表
示は図８に示したようにカンチレバ像１６とモニタ基準
位置表示１７のみが表示される。次に、焦点調整機構１
０によって試料３表面上に焦点を合わせて測定位置１８
がモニタ１３の画面中央にあるモニタ基準位置表示１７
に合うように試料ステージ４で調整する。図９は、この
時のモニタ１３の画面表示である。試料３表面上に焦点
を合わせた時、カンチレバ２が見えなくなってカンチレ
バ２下の試料３表面が観察できる。このため、試料３の
測定位置１８を見ながら位置合わせでき、探針１を試料
表面の測定位置１８に、精度良く、合わせることが出来
る。その後、Ｚ軸粗動機構５によって、カンチレバ２を
試料３が測定出来る位置まで移動する。但し、ＣＣＤカ
メラシステム８の基準位置はモニタ１３の中央でなくて
も良く、モニタ基準位置表示は線が直交したものに限ら
ない。また、ＣＣＤカメラシステム８は、他の光学的検
出システムでもよい。Next, the operation of the apparatus having the above configuration will be described. The cantilever 2 is separated from a predetermined position such that the CCD camera system 8 is not focused on both the sample 3 and the cantilever 2. This position is 3m from the surface of sample 3
m or more is preferable. First, the focus adjustment mechanism 10 focuses on the upper surface of the cantilever 2, and the CCD camera observation position is adjusted so that the position of the probe 1 installed at the tip of the cantilever 2 is aligned with, for example, the reference position in the center of the screen of the monitor 13. It adjusts with the adjustment mechanism 9. The screen display of the monitor 13 at this time displays only the cantilever image 16 and the monitor reference position display 17, as shown in FIG. Next, the focus adjustment mechanism 1
0 to focus on the surface of sample 3
Is the monitor reference position display 17 at the center of the screen of the monitor 13.
The sample stage 4 is adjusted so that FIG. 9 is a screen display of the monitor 13 at this time. When focusing on the surface of the sample 3, the cantilever 2 disappears and the surface of the sample 3 below the cantilever 2 can be observed. Therefore, the position of the sample 3 can be aligned while looking at the measurement position 18, and the probe 1 can be aligned with the measurement position 18 of the sample surface with high accuracy. Then, the Z-axis coarse movement mechanism 5 moves the cantilever 2 to a position where the sample 3 can be measured. However, the reference position of the CCD camera system 8 does not have to be the center of the monitor 13, and the monitor reference position display is not limited to the one in which the lines are orthogonal. Also, the CCD camera system 8 may be another optical detection system.
【００１６】本発明の他の実施例を図４に示す。試料ス
テージ４の上面と同一方向をＸＹ方向、試料ステージ４
の上面に直交する方向をＺ方向とする。Ｚ軸方向に粗動
自在なＺ軸粗動駆動機構５は、架台１２に設置されてお
り、Ｚ軸粗動駆動機構５の上面にはＸＹ方向に移動自在
なＸＹステージ１４が設置されている。ＸＹステージ１
４の上面には、３次元方向に微動自在なスキャナ６が設
置されており、スキャナ６の上面には試料３が固定さて
いる。先端に探針１が設置されているカンチレバ２は、
試料３に対向するように配置されており、架台１２に設
置されている。ＣＣＤカメラシステム８の光軸１１は、
試料３表面とカンチレバ２を直上観察できるように構成
されている。ＣＣＤカメラシステム８は、ＸＹ方向に移
動自在なＣＣＤカメラ観察位置調整機構９に設置されて
おり、ＣＣＤカメラの観察位置が調整できるようになっ
ている。ＣＣＤカメラ観察位置調整機構９は、Ｚ軸方向
に移動自在な焦点調整機構１０に固定しており、ＣＣＤ
カメラシステム８の焦点が調整できるようになってい
る。焦点調整機構１０は架台１２に設置されている。Ｃ
ＣＤカメラシステム８において観察した像は、架台１２
の近傍にあるモニタ１３によって表示する。Another embodiment of the present invention is shown in FIG. The same direction as the upper surface of the sample stage 4 is the XY direction, and the sample stage 4
The direction orthogonal to the upper surface of is the Z direction. The Z-axis coarse movement drive mechanism 5 that is capable of coarse movement in the Z-axis direction is installed on the frame 12, and the XY stage 14 that is movable in the XY directions is installed on the upper surface of the Z-axis coarse movement drive mechanism 5. . XY stage 1
A scanner 6 that can be moved in a three-dimensional direction is installed on the upper surface of the sample 4, and the sample 3 is fixed on the upper surface of the scanner 6. The cantilever 2 with the probe 1 installed at the tip is
It is arranged so as to face the sample 3, and is installed on the pedestal 12. The optical axis 11 of the CCD camera system 8 is
The surface of the sample 3 and the cantilever 2 can be observed directly above. The CCD camera system 8 is installed in a CCD camera observation position adjustment mechanism 9 that is movable in the XY directions, and the observation position of the CCD camera can be adjusted. The CCD camera observation position adjusting mechanism 9 is fixed to a focus adjusting mechanism 10 which is movable in the Z-axis direction,
The focus of the camera system 8 can be adjusted. The focus adjustment mechanism 10 is installed on the mount 12. C
The image observed in the CD camera system 8 is the pedestal 12
It is displayed by the monitor 13 in the vicinity of.
【００１７】次に、上記のような構成の装置の動作を説
明する。カンチレバ２を、試料３とカンチレバ２の両方
にＣＣＤカメラシステム８の焦点が合わないような所定
の位置に離しておく。この位置は、試料３表面から３ｍ
ｍ以上が好ましい。まず、焦点調整機構１０によってカ
ンチレバ２の上面に焦点を合わせて、カンチレバ２の先
端に設置された探針１の位置が、例えばモニタ１３の画
面中央にある基準位置に合うようにＣＣＤカメラ観察位
置調整機構９で調整する。この時のモニタ１３の画面表
示は図８に示したようにカンチレバ像１６とモニタ基準
位置表示１７のみが表示される。次に、焦点調整機構１
０によって試料３表面上に焦点を合わせて測定位置１８
がモニタ１３の画面中央にあるモニタ基準位置表示１７
に合うように試料ステージ４で調整する。図９は、この
時のモニタ１３の画面表示である。試料３表面上に焦点
を合わせた時、カンチレバ２が見えなくなってカンチレ
バ２下の試料３表面が観察できる。このため、試料３の
測定位置１８を見ながら位置合わせでき、探針１を試料
３の測定位置１８に、精度良く、合わせることが出来
る。その後、試料３をＺ軸粗動機構５によって、試料３
がカンチレバ２によって測定出来る位置まで移動する。
但し、ＣＣＤカメラシステム８の基準位置は、モニタ１
３の中央でなくても良く、モニタ基準位置表示は線が直
交したものに限らない。また、ＣＣＤカメラシステム８
は、他の光学的検出システムでもよい。Next, the operation of the apparatus having the above configuration will be described. The cantilever 2 is separated from a predetermined position such that the CCD camera system 8 is not focused on both the sample 3 and the cantilever 2. This position is 3m from the surface of sample 3
m or more is preferable. First, the focus adjustment mechanism 10 focuses on the upper surface of the cantilever 2, and the CCD camera observation position is adjusted so that the position of the probe 1 installed at the tip of the cantilever 2 is aligned with, for example, the reference position in the center of the screen of the monitor 13. It adjusts with the adjustment mechanism 9. The screen display of the monitor 13 at this time displays only the cantilever image 16 and the monitor reference position display 17, as shown in FIG. Next, the focus adjustment mechanism 1
0 to focus on the surface of sample 3
Is the monitor reference position display 17 at the center of the screen of the monitor 13.
The sample stage 4 is adjusted so that FIG. 9 is a screen display of the monitor 13 at this time. When focusing on the surface of the sample 3, the cantilever 2 disappears and the surface of the sample 3 below the cantilever 2 can be observed. For this reason, it is possible to align the probe 3 with the measuring position 18 of the sample 3 and to accurately align the probe 1 with the measuring position 18 of the sample 3. Then, the sample 3 is moved by the Z-axis coarse movement mechanism 5 to
Moves to a position where cantilever 2 can measure.
However, the reference position of the CCD camera system 8 is the monitor 1
The display position of the monitor reference position is not limited to the one in which the lines are orthogonal to each other. Also, CCD camera system 8
May be other optical detection systems.
【００１８】図５乃至図７で示す本発明は、図１乃至図
４における実施例に用いられるカンチレバ２の断面図
で、カンチレバ２の先端に設置されている探針１の反対
面である上面にマークが設置されている。図５のマーク
１５は半球状の突起で、図６のマーク１５’は半球状の
穴で、また、図７のマーク１５’’は四角錐状の穴であ
る。マークで照射光が散乱されるため、ＣＣＤカメラシ
ステム８でカンチレバ２の上面に焦点を合わせた時、マ
ークの部分は明るく表示される。図１０は、モニタ１３
に表示された画面である。マーク像１９は明るく表示さ
れて、それ以外のカンチレバ２の上面のカンチレバ像１
６は暗く表示されている。このマーク像１９は探針位置
を示すため、このマーク像１９を用いることで、さらに
精度良く、探針１の位置をモニタ１３の画面の基準位置
に、ＣＣＤカメラ観察位置調整機構９を用いて合わせる
ことが出来る。但し、マークの形状は、図５乃至図７以
外の形状でもよく、光が乱反射する塗料等の物質等でも
よい。The present invention shown in FIGS. 5 to 7 is a sectional view of the cantilever 2 used in the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, and is an upper surface opposite to the probe 1 installed at the tip of the cantilever 2. The mark is set on. The mark 15 in FIG. 5 is a hemispherical protrusion, the mark 15 ′ in FIG. 6 is a hemispherical hole, and the mark 15 ″ in FIG. 7 is a quadrangular pyramid hole. Since the irradiation light is scattered by the mark, when the CCD camera system 8 focuses on the upper surface of the cantilever 2, the mark portion is displayed brightly. FIG. 10 shows the monitor 13
It is the screen displayed in. The mark image 19 is displayed brightly, and the other cantilever images 1 on the upper surface of the cantilever 2 are displayed.
6 is displayed dark. Since the mark image 19 indicates the probe position, by using the mark image 19, the position of the probe 1 is set to the reference position of the screen of the monitor 13 with higher accuracy by using the CCD camera observation position adjusting mechanism 9. Can be matched. However, the shape of the mark may be a shape other than those shown in FIGS. 5 to 7, and may be a substance such as paint that diffusely reflects light.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上説明したように本発明により、カン
チレバと試料表面をＣＣＤカメラシステムの焦点が同時
に合わない距離に離しておき、まず、カンチレバの上面
に焦点を合わせてＣＣＤカメラシステムの基準位置とカ
ンチレバの探針位置の像を合わせ、次に、試料に焦点を
合わせてＣＣＤカメラシステムの基準位置と試料の測定
位置の像を合わせることで、試料の測定位置の映像を見
ながら、精度良く、位置合わせをすることができる。As described above, according to the present invention, the cantilever and the sample surface are separated from each other by a distance such that the CCD camera system cannot be focused at the same time, and first, the upper surface of the cantilever is focused and the reference position of the CCD camera system is adjusted. And the image of the probe position of the cantilever are aligned, and then the image of the reference position of the CCD camera system and the image of the measurement position of the sample are aligned by focusing on the sample. , Can be aligned.
【図１】反射ミラーを用いた本発明の実施例である。FIG. 1 is an embodiment of the present invention using a reflection mirror.
【図２】ＣＣＤカメラシステムが試料を直上方向から観
察でき、ＣＣＤカメラシステムとカンチレバが同一のＺ
軸粗動駆動機構に設置されている、本発明の実施例であ
る。[Fig. 2] The CCD camera system can observe the sample from directly above, and the CCD camera system and the cantilever have the same Z.
It is an Example of this invention installed in the shaft coarse movement drive mechanism.
【図３】ＣＣＤカメラシステムが試料を直上方向から観
察でき、ＣＣＤカメラシステムが架台に設置されてい
る、本発明の実施例である。FIG. 3 is an embodiment of the present invention in which the CCD camera system can observe the sample from directly above and the CCD camera system is installed on the pedestal.
【図４】ＣＣＤカメラシステムが試料を直上方向から観
察でき、ＣＣＤカメラシステム及びカンチレバが架台に
設置されており、試料がＺ軸粗動駆動機構に設置されて
いる、本発明の実施例である。FIG. 4 is an embodiment of the present invention in which the CCD camera system can observe the sample from directly above, the CCD camera system and the cantilever are installed on the mount, and the sample is installed on the Z-axis coarse drive mechanism. .
【図５】半球状の突起のマークが形成されているカンチ
レバ断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a cantilever in which a hemispherical protrusion mark is formed.
【図６】半球状の穴のマークが形成されているカンチレ
バ断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a cantilever in which a hemispherical hole mark is formed.
【図７】四角錐状の穴のマークが形成されているカンチ
レバ断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a cantilever in which a square pyramidal hole mark is formed.
【図８】カンチレバ上面にＣＣＤカメラシステムの焦点
を合わせた場合の、モニタ画面である。FIG. 8 is a monitor screen when the CCD camera system is focused on the upper surface of the cantilever.
【図９】試料表面にＣＣＤカメラシステムの焦点を合わ
せた場合の、モニタ画面である。FIG. 9 is a monitor screen when the CCD camera system is focused on the sample surface.
【図１０】マークの設置されたカンチレバ上面にＣＣＤ
カメラシステムの焦点を合わせた場合の、モニタ画面で
ある。FIG. 10: CCD on the upper surface of the cantilever with marks
It is a monitor screen at the time of focusing the camera system.
【図１１】カンチレバ上面と試料表面の両方にＣＣＤカ
メラシステムの焦点を合わせた場合の、従来技術によ
る、モニタ画面である。FIG. 11 is a monitor screen according to the prior art when the CCD camera system is focused on both the upper surface of the cantilever and the surface of the sample.
１ 探針 ２ カンチレバ ３ 試料 ４ 試料ステージ ５ Ｚ軸粗動駆動機構 ６ スキャナ ７ 反射ミラー ８ ＣＣＤカメラシステム ９ ＣＣＤカメラ観察位置調整機構 １０ 焦点調整機構 １１ 光軸 １２ 架台 １３ モニタ １４ ＸＹステージ １５ マーク １５’ マーク １５’’ マーク １６ カンチレバ像 １７ モニタ基準位置 １８ 測定位置 １９ マーク像 ２０ 試料像 1 probe 2 cantilever 3 samples 4 Sample stage 5 Z-axis coarse drive mechanism 6 scanner 7 reflection mirror 8 CCD camera system 9 CCD camera observation position adjustment mechanism 10 Focus adjustment mechanism 11 optical axis 12 mounts 13 monitors 14 XY stage 15 mark 15 'mark 15 ″ mark 16 Cantileva Statue 17 Monitor reference position 18 measurement position 19 mark statue 20 sample image
Claims (5)
向配置し、試料とカンチレバとを光学的に同一軸で観察
し、観察する像が基準位置を持ち、焦点位置が変化自在
な観察光学系を備えた、走査形プローブ顕微鏡における
測定位置合わせ方法であって、前記探針と前記試料を所
定間隔離して前記カンチレバに前記観察光学系の焦点を
合わせ、前記観察光学系の基準位置と前記カンチレバの
位置を、両者の相対位置を変位させる手段により合わせ
る第１のステップと、前記試料に前記観察光学系の焦点
を合わせ、前記カンチレバと前記観察光学系の基準位置
を合わせたまま、前記試料の測定位置と前記観察光学系
の基準位置を、両者の相対位置を変位させる手段により
合わせる第２のステップと、前記探針と前記試料の間隔
が測定間隔になるよう変位させる第３のステップと、か
らなる走査形プローブ顕微鏡における測定位置合わせ方
法。1. An observation optical system in which a cantilever having a probe at its tip is arranged to face a sample, the sample and the cantilever are optically observed on the same axis, and an image to be observed has a reference position and a focal position is variable. A measuring position alignment method in a scanning probe microscope including a system, wherein the probe and the sample are separated by a predetermined distance and the observation optical system is focused on the cantilever, and the reference position of the observation optical system and the The first step of adjusting the position of the cantilever by means for displacing the relative position between the two, the observation optical system is focused on the sample, and the cantilever and the reference position of the observation optical system are kept in alignment with each other. Second step of adjusting the measurement position and the reference position of the observation optical system by means for displacing the relative position between the two, and the interval between the probe and the sample becomes the measurement interval. Third step and, measuring alignment method in a scanning probe microscope comprising a to cormorants displaced.
の位置と前記観察光学系の基準位置を合わせ、前記試料
が移動して前記試料の測定位置と前記観察光学系の基準
位置を合わせることを特徴とした請求項１に記載した走
査形プローブ顕微鏡における測定位置合わせ方法。2. The observation optical system moves to align the position of the cantilever with the reference position of the observation optical system, and the sample moves to align the measurement position of the sample with the reference position of the observation optical system. The measuring position alignment method in the scanning probe microscope according to claim 1.
る光学系を用いた、測定手段と試料の測定位置合わせ方
法であって、前記試料から所定間隔離れた前記測定手段
に前記光学系の焦点を合わせ、前記測定手段の位置と前
記光学系の基準位置を合わせる第１のステップと、前記
試料に前記光学系の焦点を合わせ、前記測定手段と前記
光学系の基準位置を合わせたまま、前記光学系の基準位
置と前記試料の測定位置を合わせる第２のステップと、
からなる測定位置合わせ方法。3. A method for measuring and aligning a measuring means and a sample by using an optical system for observing the sample and the measuring means optically on the same axis, wherein the measuring means is spaced apart from the sample by a predetermined distance. The first step of adjusting the focus of the system and adjusting the position of the measuring means and the reference position of the optical system, and adjusting the focus of the optical system to the sample, and adjusting the reference position of the measuring means and the optical system As it is, a second step of adjusting the reference position of the optical system and the measurement position of the sample,
Measurement alignment method consisting of.
取り付板を備えた走査形プローブ顕微鏡に用いるカンチ
レバであって、前記探針取り付板の前記探針が設置され
ている位置の反対面に光の乱反射する手段が設置されて
いる走査形プローブ顕微鏡に用いるカンチレバ。4. A cantilever for use in a scanning probe microscope equipped with a probe and a probe mounting plate having the probe installed at the tip, wherein the probe of the probe mounting plate is installed. A cantilever for use in a scanning probe microscope in which a means for irregularly reflecting light is installed on the surface opposite to the position where it is located.
合わせ方法を用いた走査形プローブ顕微鏡であって、請
求項４に記載したカンチレバを用いることを特徴とした
走査形プローブ顕微鏡。5. A scanning probe microscope using the measuring alignment method according to claim 1 or 2, wherein the cantilever according to claim 4 is used.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002125692A JP2003315238A (en) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | Alignment method for measurement, cantilever and scanning probe microscope |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
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|---|---|
| JP2003315238A true JP2003315238A (en) | 2003-11-06 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2002
- 2002-04-26 JP JP2002125692A patent/JP2003315238A/en active Pending
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