JPH05149707A - 観察位置の再現方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学顕微鏡３と走査型トンネル顕微鏡４とが
組込まれた顕微鏡装置において、一旦観察済みの観察位
置１０を正確に再現して、同一観察位置に対する詳細観
察を可能とする。 【構成】 過去に光学顕微鏡３及び走査型トンネル顕微
鏡４を用いて決定された観察位置１０の画像データを記
憶保持して、再度同一観察位置１０に対する詳細観察を
実行する場合は、移動ステージ１でもって概略の観察範
囲内へ試料２を移動させた後に測定された画像データと
記憶された画像データが一致するように移動ステージ１
位置を微調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学顕微鏡と走査型トン
ネル顕微鏡とが組込まれた顕微鏡装置に係わり、特に、
一旦走査型トンネル顕微鏡で詳細観察を行って観察位置
を移動させた後に、再度同一観察位置に対する観察を実
行するために、再度試料を元の観察位置へ戻す観察位置
の再現方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学顕微鏡より解像度が高い顕微鏡とし
て、探針と試料間のトンネル電流を基に試料の詳細形状
の観察を行う走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）が実用化
されている。

【０００３】この走査型トンネル顕微鏡は上述したよう
に、非常に解像度が高いので、試料上の目標とする観察
位置をこの走査型トンネル顕微鏡の視野内に入れる操作
は非常に繁雑である。したがって、一般的にこの走査型
トンネル顕微鏡と一般の光学顕微鏡とが一つ顕微鏡装置
に組込まれている。そして、例えば移動ステージに搭載
された試料を、この移動ステージを移動させることによ
って、試料上の大まかな観察位置を光学顕微鏡の視野内
のほぼ中心位置に入れる。しかるのち、光学顕微鏡を除
去して、代りに走査型トンネル顕微鏡でもって該当観察
位置に対する詳細観察を行う。なお、この時点において
も、移動ステージ位置を微調整して最終的に目標とする
観察位置を走査型トンネル顕微鏡の視野内に入れる。

【０００４】このような顕微鏡装置において、同一試料
上における複数の観察位置を順番に観察していく場合
に、例えば一つ前または複数前の観察位置に対する観察
を再度行いたい場合が多々ある。この場合、当然、移動
ステージを前回、又は複数回前の観察位置へ戻す必要が
ある。

【０００５】この場合、試料を前の観察位置へ能率的に
戻す手法としては、試料を搭載した移動ステージの座標
位置を測定して記憶する記憶装置を設け、試料上におけ
る各観察位置に対する各１回目の観察位置が決定した時
点で、現在の移動ステージのＸＹ座標位置を記憶させて
おく。そして、再度同一観察位置に対する走査型トンネ
ル顕微鏡を用いた観察が必要になると、この記憶された
ＸＹ座標位置へ移動ステージを移動させれば、自動的に
目標とする観察位置が走査型トンネル顕微鏡の視野内に
入る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように各観察位置における移動ステージのＸＹ座標位
置を記憶しておき、同一観察位置に対する再観察が必要
になれば、移動ステージを記憶された座標へ移動させる
ようにした観察位置の再現方法及び再現装置においては
まだ解消すべき次のような課題があった。

【０００７】すなわち、一般に顕微鏡装置等の精密測定
装置に組込まれている移動ステージの位置決精度は０．
１〜１．０μｍ程度である。（精密位置決め技術−その
設計テクニックー 井澤 寛 編集 工業調査会発行）

【０００８】一方、走査型トンネル顕微鏡における解像
度は上記位置決精度より遥かに高い。その結果、たとえ
記憶装置に記憶されているＸＹ座標位置に移動ステージ
を移動させたとしても、実際に上述した位置決精度以上
の正確さで元の観察位置へ戻るとは限らない。したがっ
て、走査型トンネル顕微鏡の視野に正確に元の画像が入
らない問題が生じる。すなわち、観察位置を正確に再現
できない。

【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、観察位置の再現のために画像データを採用
することによって、一旦記憶された座標位置に移動ステ
ージを移動させた後の微調整を自動的に実施でき、確実
にかつ正確に観察位置の再現ができる観察位置の再現方
法および再現装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明は、移動ステージに搭載された試料をこの移動
ステージを順次移動させながら、光学顕微鏡にて得られ
る試料の画像に基づいて試料上の観察範囲を設定し、そ
の後走査型トンネル顕微鏡を用いて観察範囲内の観察位
置を決定してその位置に対する詳細観察を行い、この決
定された観察位置に対応する移動ステージの移動位置を
記憶保持し、かつ観察済みの観察位置に対する再観察を
行う場合、記憶された該当観察位置に対応する移動位置
へ移動ステージを戻す観察位置の再現方法において、

【００１１】決定された各観察位置の画像データを読取
って記憶保持し、同一観察位置に対する再観察実施時
に、移動ステージを記憶された移動位置へ戻した後、移
動後に得られた画像データと記憶された画像データとが
一致するように移動ステージ位置を微調整するようにし
たものである。

【００１２】また、別の発明においては、試料を搭載す
る移動ステージと、この移動ステージによって移動中の
試料上における観察範囲を設定するための光学顕微鏡
と、観察範囲内の観察位置を決定すると共に、この決定
された観察位置に対する詳細観察を行う走査型トンネル
顕微鏡と、決定された観察位置に対応する移動ステージ
の移動位置を記憶保持する移動位置記憶手段と、観察済
みの観察位置に対する再観察を行う場合に、記憶された
該当観察位置に対応する移動位置へ移動ステージを戻す
移動ステージ移動手段とを備えた観察位置の再現装置に
おいて、

【００１３】決定された各観察位置の画像データを読取
って記憶保持する画像テータ記憶手段と、同一観察位置
に対する再観察実施時に、移動ステージを記憶された移
動位置へ戻した後、移動後に得られた画像データと記憶
された画像データとが一致するように移動ステージ位置
を微調整する移動ステージ位置微調整手段とを備えたも
のである。

【００１４】

【作用】このように構成された観察位置の再現方法及び
その装置においては、走査型トンネル顕微鏡を用いて最
終的に決定された試料上の各観察位置の画像データが記
憶保持される。もちろん、該当観察位置における移動テ
ーブルの移動位置も記憶保持されている。

【００１５】そして、一旦詳観察済みの観察位置を再度
観察する場合は、移動テーブルを記憶されている移動位
置に移動させる。そして、移動された後の画像データと
記憶されている画像データとが比較対照される。そし
て、移動後の画像テータが記憶されている画像データに
一致するように移動テーブル位置が微調整される。画像
データの画素の精度は移動ステージの機械的位置合わせ
精度に比較して格段に高いので、正確に観察位置を元の
観察位置に合わせることが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は実施例の観察位置の再現装置が組込まれた顕
微鏡装置の概略構成を示すブロック図である。

【００１７】この顕微鏡装置においては、ＸＹの二次平
面上を任意位置に移動可能な移動ステージ１上に試料２
が搭載されている。この移動ステージ１の上方に光学顕
微鏡３と走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭユニット）４が
配設されている。なお、図１においては光学顕微鏡３の
試料２を観察する場合の中心軸と、走査型トンネル顕微
鏡４の試料を観察する場合の中心軸が異なるように記載
されているが、同時に試料を観察することはなく、各顕
微鏡３，４を平行移動して同位置から試料２を観察す
る。

【００１８】光学顕微鏡３の接眼レンズ側にはＴＶカメ
ラ５が取付けられている。そして、このＴＶカメラ５で
撮影された画像データは画像処理部６内に設けられたＴ
Ｖ用画像メモリに記憶される。一方、走査型トンネル顕
微鏡４にて得られる画像データはそのまま画像処理部６
へ入力される。

【００１９】画像処理装置６は、一種のマイクロコンピ
ュータで構成されており、走査型トンネル顕微鏡４から
入力された一次元の各ラインデータを編集して二次元の
画像データに編集する。編集された二次元の画像データ
はモニタ７に表示される。したがって、観察者はこのモ
ニタ７でもって観察結果を見ることができる。また、コ
ントロール部８には操作パネル９が接続されており、操
作パネル９からの指令でもって移動ステージ１を移動し
たり、光学顕微鏡３，走査型トンネル顕微鏡４，ＴＶカ
メラ５および画像処理装置６へ動作指令を出力する。

【００２０】このような構成の顕微鏡装置において、例
えば図２に示すような多数のピット２ａを有する光ディ
スクを試料２として観察する場合を例にとって、その動
作を図３の流れ図を用いて説明する。

【００２１】まず、流れ図が開始されると、光学顕微鏡
３を観察軸に設定する。また、試料３を移動ステージ１
上に固定する。そして、移動ステージ１を移動させなが
ら、光学顕微鏡３にて直接観察するか、またはＴＶカメ
ラのモニタでもって観察する。すると例えば図４（ａ）
に示すような各ピット２ａの画像が観察できる。そし
て、移動ステージ１を移動させて観察中心位置に観察し
たい大まかな観察範囲を一致させる。

【００２２】大まかな観察範囲が設定されると、光学顕
微鏡３を移動させて、観察軸に走査型トンネル顕微鏡４
を設定する。そして、この走査型トンネル顕微鏡４でも
つて前記観察範囲を観察する。その状態で移動ステージ
１の移動位置を微調整して、最終的な観察位置１０を観
察軸に設定する。以上の操作で一つの観察位置１０が決
定した。

【００２３】観察位置が決定すると、この決定された観
察位置１０に対して詳細観察を実行する。また、観察位
置が決定すると、操作パネル９の操作でもって、今回決
定された観察位置に対して観察番号を付す。そして、走
査型トンネル顕微鏡４で観察された画像データを画像メ
モリに観察番号と共に記憶する。また、この状態におけ
る移動ステージ１の移動位置も観察番号が付されてコン
トロール部８内の移動位置メモリへ書込まれる。

【００２４】以上で、一つの観察位置に対する観察が終
了した。そして、新たな観察位置に対する観察を実行す
る場合は、図３の流れ図の先頭位置に戻り、上述した操
作を繰返す。

【００２５】そして、すでに観察番号が付された観察済
みの観察位置１０に対する再観察を実施する場合は、操
作パル９から再観察したい観察位置１０の観察番号が入
力されると、コントロール部８内の移動位置メモリから
該当観察番号に対応する移動位置を読出す。そして、移
動ステージ１を該当移動位置へ移動させる。すると、観
察軸が該当観察位置を含む観察範囲内に入ったと判断で
きる。この状態で、走査型トンネル顕微鏡４でもつて前
記観察範囲を観察する。そして、走査型トンネル顕微鏡
４でもつてその位置の画像データを取込む。

【００２６】次に、画像メモリに記憶されている該当観
察番号の画像データを読出す。読出した前回の画像デー
タと今回の画像データとを比較対照する。そして、画像
データにおいて許容限界以上の差がある場合は、その差
から移動スデージ１の移動方向及び移動量を算出する。
そして移動ステージ１を算出された方向に算出された移
動量だけ移動させる。画像データにおいて許容限界以上
の差がなければ、正確に観察位置が再現されたので、再
度観察を行う。

【００２７】よって、前述したように、画像データの画
素の精度は移動ステージの機械的位置合わせ精度に比較
して格段に高いので、正確に観察位置を元の観察位置に
合わせることが可能となる。次に、記録された画像デー
タと移動ステージを元の位置へ移動させた場合の移動後
の画像データと比較方法を説明する。

【００２８】まず、ＴＶカメラ５を用いた一般的な比較
手法を図４を用いて説明する。図４（ａ）に示す画像デ
ーテが得られたとする。まず、この画像データに対して
２値化処理を実行する。そして、２値化された画像デー
タに含まれる楕円形状を有する各ピット２ａの重心位置
１１を算出する。そして各ピット２ａの重心位置１１の
各座標（Ｘ1 Ｙ1 ），（Ｘ2 Ｙ2 ），（Ｘ3 Ｙ3 ）を一
旦記憶しておく。そして、次に、この画像データに比較
対照すべき画像データが得られると、この画像データの
各ピット２ａに対しても同様に各重心位置（Ｘ1a，Ｙ1
a），（Ｘ2a，Ｙ2a），（Ｘ3a，Ｙ3a）を求める。これ
らの各座標相互間の差を求めることによって、画像デー
タ相互間のずれ量を定量的に把握できる。

【００２９】次に、走査型トンネル顕微鏡４から出力さ
れる一次元の各ラインデータを用いて画像データ相互を
比較する手順を説明する。最終的に図５（ａ）に示すに
二次元の画像データが得られたとする。先ず、この画像
データの各水平方向のラインデータに着目する。図５
（ｂ）に示すように例えば一画面上における採用するラ
インデータの番号を設定する。そして、該当番号のライ
ンデータにおける輝度が大きく変化する位置Ｘ1 ，Ｘ2
，Ｘ3 を求める。同様に垂直方向の指定された各ライ
ンデータにおける輝度が大きく変化する位置Ｙ1 ，Ｙ2
，Ｙ3 を求める。そして、一旦これらのデータを記憶
する。そして、次に、この画像データに比較対照すべき
画像データが得られると、この画像データの水平方向及
び垂直方向の各ラインデータに対しても、同様に輝度が
大きく変化する位置Ｘ1a，Ｘ2a，Ｘ3a，、Ｙ1a，Ｙ2a，
Ｙ3aを求める。そして、これらの各位置相互間の差を求
めることによって、画像データ相互間のずれ量を定量的
に把握できる。

【００３０】また、画像データの比較手法として、ＴＶ
カメラ５による画像データと走査型トンネル顕微鏡４に
よる画像データとの両方の画像データを記憶しておき、
移動ステージ１で移動した粗調整段階におけるＴＶカメ
ラ５で得られた画像データと記憶されている走査型トン
ネル顕微鏡４による画像データとを比較して、この段階
で移動ステージ１の微調整移動量を算出してもよい。

【００３１】また、上述した実施例においては、ＴＶカ
メラ５を用いた画像データの比較では重心位置を用い、
走査型トンネル顕微鏡を用いた場合は、輝度値の変化位
置を用いたが、これらの組合わせはどの様に変更しても
よい。また、試料２の種別に応じて、どの組合わせが適
切であるかを結果を見ながら、自動的にプログラム上で
選択することも可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したような本発明の観察位置の
再現方法及び再現装置によれば、過去に光学顕微鏡及び
走査型トンネル顕微鏡を用いて決定された観察位置の画
像データを記憶保持して、再度同一観察位置に対する観
察を実行する場合は、移動ステージでもって概略の観察
範囲内へ試料を移動させた後に測定された画像データと
記憶された画像データが一致するように移動ステージ位
置を微調整している。したがって、一旦記憶された観察
位置に再観察時における観察位置を、確実にかつ正確に
一致させることが可能となる。すなわち、全く前回と同
一視野条件で観察が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係わる観察位置の再現装
置が組込まれた顕微鏡装置の概略構成を示すブロック
図、

【図２】 実施例装置で観察される試料を示す図、

【図３】 実施例装置の動作を示す流れ図、

【図４】 実施例装置におけるＴＶカメラを用いた画像
データの比較方法を示す図、

【図５】 実施例装置における走査型トンネル顕微鏡を
用いた画像データの比較方法を示す図。

【符号の説明】

１…移動ステージ、２…試料、３…光学顕微鏡、４…走
査型トンネル顕微鏡、５…ＴＶカメラ、６…画像処理装
置、７…モニタ、８…コントロール部、９…操作パネ
ル、１０…観察位置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動ステージに搭載された試料をこの移
   動ステージを順次移動させながら、光学顕微鏡にて得ら
   れる前記試料の画像に基づいて前記試料上の観察範囲を
   設定し、その後走査型トンネル顕微鏡を用いて前記観察
   範囲内の観察位置を決定してその位置に対する詳細観察
   を行い、この決定された観察位置に対応する前記移動ス
   テージの移動位置を記憶保持し、かつ観察済みの観察位
   置に対する再観察を行う場合、前記記憶された該当観察
   位置に対応する移動位置へ前記移動ステージを戻す観察
   位置の再現方法において、 前記決定された各観察位置の画像データを読取って記憶
   保持し、同一観察位置に対する再観察実施時に、前記移
   動ステージを前記記憶された移動位置へ戻した後、移動
   後に得られた画像データと前記記憶された画像データと
   が一致するように前記移動ステージ位置を微調整するこ
   とを特徴とする観察位置の再現方法。
2. 【請求項２】 試料を搭載する移動ステージと、この移
   動ステージによって移動中の試料上における観察範囲を
   設定するための光学顕微鏡と、前記観察範囲内の観察位
   置を決定すると共に、この決定された観察位置に対する
   詳細観察を行う走査型トンネル顕微鏡と、前記決定され
   た観察位置に対応する前記移動ステージの移動位置を記
   憶保持する移動位置記憶手段と、観察済みの観察位置に
   対する再観察を行う場合に、前記記憶された該当観察位
   置に対応する移動位置へ前記移動ステージを戻す移動ス
   テージ移動手段とを備えた観察位置の再現装置におい
   て、 前記決定された各観察位置の画像データを読取って記憶
   保持する画像テータ記憶手段と、同一観察位置に対する
   再観察実施時に、前記移動ステージを前記記憶された移
   動位置へ戻した後、移動後に得られた画像データと前記
   記憶された画像データとが一致するように前記移動ステ
   ージ位置を微調整する移動ステージ位置微調整手段とを
   備えた観察位置の再現装置。