JPH10142238A - Combined microscope - Google Patents
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- JPH10142238A JPH10142238A JP8337757A JP33775796A JPH10142238A JP H10142238 A JPH10142238 A JP H10142238A JP 8337757 A JP8337757 A JP 8337757A JP 33775796 A JP33775796 A JP 33775796A JP H10142238 A JPH10142238 A JP H10142238A
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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
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は複合型顕微鏡に関
し、特に、走査型プローブ顕微鏡に対して光学顕微鏡等
の第２の顕微鏡を複合化させ、さらに観察者に２つの顕
微鏡を意識させることなく１つの顕微鏡として使用させ
ることのできる複合型顕微鏡に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compound microscope, and more particularly, to combining a scanning probe microscope with a second microscope, such as an optical microscope, and further observing the two microscopes without making an observer aware of the two microscopes. The present invention relates to a compound microscope that can be used as one microscope.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３に従来の複合型顕微鏡の構成例を示
す。この複合型顕微鏡では分解能（観察倍率）が高い原
子間力顕微鏡と相対的に分解能が低い光学顕微鏡とが複
合されている。なお原子間力顕微鏡は、原子レベルのオ
ーダの分解能を有する走査型プローブ顕微鏡の一種であ
る。走査型プローブ顕微鏡は、表面の形状計測など各種
の分野に利用される。上記原子間力顕微鏡は、探針と試
料表面間に生じる原子間力を利用して測定を行い、試料
表面の形状を高分解能で検出するに適しており、半導
体、ディスクの表面計測などの分野で実績を上げてい
る。2. Description of the Related Art FIG. 3 shows a configuration example of a conventional compound microscope. In this compound microscope, an atomic force microscope having a high resolution (observation magnification) and an optical microscope having a relatively low resolution are combined. The atomic force microscope is a kind of a scanning probe microscope having a resolution of an atomic level. Scanning probe microscopes are used in various fields such as surface shape measurement. The atomic force microscope is suitable for detecting the shape of the sample surface with high resolution by using the atomic force generated between the probe and the sample surface, and is suitable for the field of semiconductor, disk surface measurement, etc. Has achieved results.
【０００３】図３において、２１１〜２１４が光学顕微
鏡の構成部分であり、その他の部分が原子間力顕微鏡に
関連する部分である。[0003] In FIG. 3, reference numerals 211 to 214 denote constituent parts of an optical microscope, and other parts relate to an atomic force microscope.
【０００４】原子間力顕微鏡では、トライポッド型また
はチューブ型といった一般的なバルク型圧電素子による
微動機構が使用される。試料台として機能するＸＹＺ微
動機構１１１の上に被測定試料１１２が載置される。こ
こでＸ，Ｙ，Ｚは直交する３軸を意味する。Ｘ軸とＹ軸
で決まるＸＹ平面は試料台の載置面に平行であり、Ｚ軸
方向はＸＹ平面に垂直である。試料１１２の上方位置に
カンチレバー１１３が配置される。カンチレバー１１３
の基端はカンチレバー接近機構１１４に固定され、先端
には探針１１５が設けられる。カンチレバー接近機構１
１４は、カンチレバー１１３をＺ軸方向に昇降させる。
探針１１５の先端は試料１１２の観察表面に臨む。また
カンチレバー１１３の上側位置にはレーザ光発振器（図
示せず）と、レーザ光検出器１１６が配置される。レー
ザ光発振器から出射されたレーザ光１１７は、カンチレ
バー１１３の背面に設けられた鏡面部（反射面）で反射
され、レーザ光検出器１１６に入射される。In the atomic force microscope, a fine movement mechanism using a general bulk type piezoelectric element such as a tripod type or a tube type is used. A sample 112 to be measured is placed on the XYZ fine movement mechanism 111 functioning as a sample stage. Here, X, Y, and Z mean three orthogonal axes. An XY plane determined by the X axis and the Y axis is parallel to the mounting surface of the sample table, and the Z axis direction is perpendicular to the XY plane. A cantilever 113 is arranged above the sample 112. Cantilever 113
Is fixed to a cantilever approaching mechanism 114, and a probe 115 is provided at the distal end. Cantilever approach mechanism 1
14 raises and lowers the cantilever 113 in the Z-axis direction.
The tip of the probe 115 faces the observation surface of the sample 112. A laser light oscillator (not shown) and a laser light detector 116 are arranged above the cantilever 113. The laser light 117 emitted from the laser light oscillator is reflected by a mirror (reflection surface) provided on the back surface of the cantilever 113 and is incident on the laser light detector 116.
【０００５】上記の構成において、カンチレバー接近機
構１１４により、探針１１５と試料１１２の間隔を約１
ｎｍ（ナノメータ）にまで近づけると両者の間に原子間
力が作用し、カンチレバー１１３にたわみ変形が生じる
ようになる。たわみ変形におけるたわみ角（変位量）
を、上記レーザ光１１７によって光てこの原理に従って
検出する。測定開始前に、試料１１２と探針１１５の間
は原子間力が作用する所定の距離に保持される。In the above configuration, the distance between the probe 115 and the sample 112 is reduced by about 1 by the cantilever approach mechanism 114.
When the distance approaches nm (nanometer), an interatomic force acts between the two, and the cantilever 113 bends and deforms. Deflection angle during deflection (displacement)
Is detected by the laser beam 117 according to the principle of leverage. Before the start of measurement, the distance between the sample 112 and the probe 115 is maintained at a predetermined distance at which an atomic force acts.
【０００６】試料表面を測定するときには、ＸＹＺ微動
機構１１１のＸＹ微動部によって試料１１２をＸとＹの
各方向に走査し、この走査の間、ＸＹＺ微動機構１１１
に含まれるＺ微動部によってカンチレバー１１３のたわ
み角が所定の角度になるようにする。ＸＹＺ微動機構１
１１のＺ微動部の移動量をモニタすることによって、試
料１１２の表面形状を測定し観察することができる。When measuring the sample surface, the sample 112 is scanned in the X and Y directions by the XY fine movement section of the XYZ fine movement mechanism 111, and during this scanning, the XYZ fine movement mechanism 111 is moved.
Is set so that the deflection angle of the cantilever 113 becomes a predetermined angle. XYZ fine movement mechanism 1
The surface shape of the sample 112 can be measured and observed by monitoring the amount of movement of the Z fine movement portion 11.
【０００７】レーザ光検出器１１６の検出信号を取り込
み、当該制御手段にフィードバックする機構、ＸＹＺ微
動機構１１１の動作を制御する制御機構、Ｚ微動部の移
動量に関する信号を取り出し、表面形状を演算し表示す
る機構を概略的に説明する。上記のレーザ光検出器１１
６から出力される検出信号（検出電圧）は増幅器１１８
で増幅され、加算器１１９に入力される。加算器１１９
では、さらに基準電圧（電圧値Ｖref ）が入力されてお
り、検出電圧と基準値が比較され、その結果、検出電圧
に関する偏差信号Ｖｄが出力される。偏差信号Ｖｄは制
御器１２０に入力される。制御器１２０では比例・積分
補償（ＰＩ制御のための信号補償）が行われ、ここから
Ｚ軸方向制御信号Ｖｚが出力され、Ｚ方向微動用の増幅
器１２１に入力される。増幅器１２１の出力信号は、Ｘ
ＹＺ微動機構１１１に含まれるＺ微動部に与えられる。
これにより、Ｚ微動部を動作させ、探針１１５と試料１
１２との相対的な距離を変化させる。上記の構成によ
り、探針・試料間の距離が一定に保たれる制御が行われ
る。また１２２はＸＹ走査回路である。ＸＹ走査回路１
２２の出力は増幅器１２３を介してＸＹＺ微動機構１１
１に含まれるＸＹ微動部に入力し、試料１１２をＸＹ方
向に平面走査させる。ＸＹ走査回路１２２のＸＹ平面走
査のための出力信号Ｖｘ，Ｖｙと制御器１２０から出力
されるＺ微動部の移動量に相当するＶｚとを記憶部１２
４に格納し、これらの信号を組合せて画像信号を作成
し、測定した形状の画像をモニタ１２５に表示する。こ
れにより、モニタ１２５によって試料１１２の表面の微
細な凹凸形状を観察できる。A mechanism for taking in the detection signal of the laser beam detector 116 and feeding it back to the control means, a control mechanism for controlling the operation of the XYZ fine movement mechanism 111, a signal relating to the amount of movement of the Z fine movement section are taken out, and the surface shape is calculated. The mechanism for displaying is schematically described. The above laser light detector 11
The detection signal (detection voltage) output from the
And is input to the adder 119. Adder 119
In this example, a reference voltage (voltage value Vref) is further input, the detected voltage is compared with the reference value, and as a result, a deviation signal Vd relating to the detected voltage is output. The deviation signal Vd is input to the controller 120. The controller 120 performs proportional / integral compensation (signal compensation for PI control), from which a Z-axis direction control signal Vz is output and input to the Z-direction fine movement amplifier 121. The output signal of the amplifier 121 is X
This is given to a Z fine movement unit included in the YZ fine movement mechanism 111.
Thereby, the Z fine movement part is operated, and the probe 115 and the sample 1 are moved.
The relative distance to the position 12 is changed. With the above configuration, control is performed to keep the distance between the probe and the sample constant. Reference numeral 122 denotes an XY scanning circuit. XY scanning circuit 1
The output of the XYZ fine movement mechanism 11 is output via the amplifier 123 via the amplifier 123.
The sample 112 is input to the XY fine movement section included in 1 and the sample 112 is scanned in the XY directions in a plane. The storage unit 12 stores the output signals Vx and Vy for XY plane scanning of the XY scanning circuit 122 and Vz corresponding to the movement amount of the Z fine movement unit output from the controller 120.
4 to generate an image signal by combining these signals, and display an image of the measured shape on the monitor 125. This allows the monitor 125 to observe fine irregularities on the surface of the sample 112.
【０００８】上記のごとく、原子間力顕微鏡では、ＸＹ
平面内で、試料１１２の観察表面を機械的に走査すると
同時に、試料１１２の観察表面と探針１１５の間隔を一
定に保つようにＺ軸方向の動作を機械的に制御する。上
記動作原理に基づく原子間力顕微鏡では、数ｎｍから数
１００μｍまで観察視野を切り替えて容易に観察でき
る。原子間力顕微鏡の観察倍率としては約１０8 （一億
倍）から１０3 （千倍）に対応する。As described above, in an atomic force microscope, XY
In the plane, the observation surface of the sample 112 is mechanically scanned, and at the same time, the operation in the Z-axis direction is mechanically controlled so as to keep the distance between the observation surface of the sample 112 and the probe 115 constant. In an atomic force microscope based on the above operation principle, observation can be easily performed by switching the observation field of view from several nm to several hundred μm. The observation magnification of the atomic force microscope corresponds to about 10 8 (100 million times) to 10 3 (1000 times).
【０００９】一方、光学顕微鏡の構成に関し、試料１１
２の上方であって、探針１１５およびカンチレバー１１
３の一部が視野に入るように光学顕微鏡２１１が配置さ
れる。この光学顕微鏡２１１には観察カメラ２１２が付
設され、光学顕微鏡２１１で得られる観察像を画像信号
に変換し、光学顕微鏡用の制御器２１３で制御して、モ
ニタ２１４に当該観察像を表示させる。On the other hand, regarding the configuration of the optical microscope,
2 and above the probe 115 and the cantilever 11
The optical microscope 211 is arranged so that a part of 3 is in the field of view. An observation camera 212 is attached to the optical microscope 211, converts an observation image obtained by the optical microscope 211 into an image signal, and controls the controller 213 for the optical microscope to display the observation image on a monitor 214.
【００１０】上記原子間力顕微鏡では観察視野が最大で
も数百μｍと狭いので、より広範囲な測定を行うために
上記光学顕微鏡の構成が複合化される。光学顕微鏡によ
って試料１１２の表面における広い視野を観察し、その
中の観察したい箇所を原子間力顕微鏡（カンチレバー／
探針）で観察する。このような複合化の構成で、広い視
野から原子間力顕微鏡による高倍率測定までを連続的に
観察できる。Since the field of view of the atomic force microscope is as narrow as several hundred μm at the maximum, the configuration of the optical microscope is combined to perform a wider range of measurement. A wide field of view on the surface of the sample 112 is observed with an optical microscope, and a portion to be observed in the wide field is observed with an atomic force microscope (cantilever /
Observe with a probe). With such a composite structure, it is possible to continuously observe from a wide field of view to high magnification measurement with an atomic force microscope.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上記の複合型顕微鏡で
は、原子間力顕微鏡による観察像はモニタ１２５に、光
学顕微鏡による観察像はモニタ２１４にそれぞれ表示さ
れ、原子間力顕微鏡と光学顕微鏡は独立に観察表示され
るように構成されていた。換言すれば、上記複合型顕微
鏡は、光学顕微鏡付き原子間力顕微鏡であり、光学顕微
鏡はあくまで原子間力顕微鏡の観察場所を特定するため
の補助手段という位置付けで使用されていた。In the above-mentioned compound microscope, an image observed by the atomic force microscope is displayed on the monitor 125, and an image observed by the optical microscope is displayed on the monitor 214. The atomic force microscope and the optical microscope are independent. It was configured to be observed and displayed. In other words, the composite microscope is an atomic force microscope with an optical microscope, and the optical microscope has been used as an auxiliary means for specifying an observation position of the atomic force microscope.
【００１２】図４に各顕微鏡の観察像の例を示す、図４
（ａ）は光学顕微鏡の観察像であり、同じ軸上に配置さ
れる探針１１５（およびカンチレバー１１３）と試料１
１２の表面の像１１５Ａ，１１２Ａが同一視野２１４ａ
内に映し出される。図４（ｂ）は原子間力顕微鏡の観察
像１２５ａである。光学顕微鏡の観察倍率は１０００倍
以下、原子間力顕微鏡は前述の通り１０００倍から一億
倍ぐらいである。光学顕微鏡はあくまで原子間力顕微鏡
の補助手段であるため、観察対象ではない探針１１５等
の像１１５Ａが観察すべき試料表面を隠してしまうな
ど、光学顕微鏡としての本来的機能を阻害している。FIG. 4 shows an example of an observation image of each microscope.
(A) is an observation image of the optical microscope, in which the probe 115 (and the cantilever 113) and the sample 1 arranged on the same axis are arranged.
Twelve surface images 115A and 112A are in the same visual field 214a.
It is projected inside. FIG. 4B is an observation image 125a of an atomic force microscope. The observation magnification of the optical microscope is 1000 times or less, and that of the atomic force microscope is about 1000 times to 100 million times as described above. Since the optical microscope is merely an auxiliary means of the atomic force microscope, the image 115A of the probe 115 or the like, which is not the observation target, hides the surface of the sample to be observed. .
【００１３】さらに、観察者は光学顕微鏡と原子間力顕
微鏡の各々の顕微鏡の観察倍率（観察視野）を別々に設
定し、別々のモニタ１２５，２１４で観察することにな
るため、使い勝手が悪いシステムとなっている。観察者
としては、観察したい試料１１２を或る観察倍率で観察
することが目的であるから、２つの顕微鏡の切換えは観
察時間がかかるばかりでなく、視点を２つのモニタの間
で移動しなければならないので極めて使い勝手が悪い。Further, the observer sets the observation magnification (observation field) of each of the optical microscope and the atomic force microscope separately and observes them on the separate monitors 125 and 214. It has become. As an observer, the objective is to observe the sample 112 to be observed at a certain observation magnification, so switching between the two microscopes not only takes an observation time, but also requires moving the viewpoint between the two monitors. It is extremely inconvenient to use.
【００１４】また１つのモニタに、光学顕微鏡と原子間
力顕微鏡の各観察像を映し出すことは容易に実現できる
が、従来の考え方のままでは、２つの顕微鏡の倍率コン
トロール、表示切換えは別々に操作する必要があり、図
３に示す構成と何ら変わるものではない。Although it is easy to display the observation images of the optical microscope and the atomic force microscope on one monitor, the magnification control and display switching of the two microscopes are separately operated according to the conventional concept. It is not different from the configuration shown in FIG.
【００１５】本発明の目的は、上記問題を解決すること
にあり、観察倍率が異なる２台の顕微鏡を複合する場合
において、各々の顕微鏡の測定性能が他の顕微鏡によっ
て阻害されることなく、観察倍率あるいは観察視野を指
定するのみで容易に観察像を得ることができ、２台の顕
微鏡があたかも１台の顕微鏡として扱える複合型顕微鏡
を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem. When two microscopes having different observation magnifications are combined, the observation performance of each microscope is not hindered by another microscope. An object of the present invention is to provide a compound microscope in which an observation image can be easily obtained only by specifying a magnification or an observation field, and two microscopes can be treated as one microscope.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
複合型顕微鏡は、上記の目的を達成するため、次のよう
に構成される。The compound microscope according to the present invention is configured as follows to achieve the above object.
【００１７】第１の複合型顕微鏡（請求項１に対応）
は、相対的に高い第１の観察倍率範囲を有し試料の表面
物理量を測定する走査型プローブ顕微鏡と、相対的に低
い第２の観察倍率範囲を有し試料の表面を観察する他の
顕微鏡と、走査型プローブ顕微鏡と他の顕微鏡の両方に
共通な表示手段（モニタ）と、観察倍率を指示する指示
手段と、指示手段で指示された観察倍率を判定して走査
型プローブ顕微鏡と他の顕微鏡のいずれかを選択し、選
択された顕微鏡を用いてかつ指示された観察倍率によっ
て測定・観察を行い、表示手段に観察像を表示する制御
手段とを備えるように構成される。A first compound microscope (corresponding to claim 1)
Is a scanning probe microscope that has a relatively high first observation magnification range and measures the surface physical quantity of a sample, and another microscope that has a relatively low second observation magnification range and observes the surface of the sample. Display means (monitor) common to both the scanning probe microscope and other microscopes; instruction means for instructing the observation magnification; and determining the observation magnification instructed by the instruction means to determine the scanning probe microscope and other microscopes. Control means for selecting one of the microscopes, performing measurement / observation using the selected microscope and at the instructed observation magnification, and displaying an observation image on the display means.
【００１８】上記の複合型顕微鏡では、指示手段で観察
倍率を指示するだけで、制御手段が自動的に観察倍率に
対応する顕微鏡を選択し、選択された顕微鏡が自動的に
試料の観察を行い、得られた観察像を表示手段に表示す
る。観察倍率を変更して指示すると、再び同様に選択さ
れた顕微鏡による観察が行われ、観察像が同じ表示手段
に表示される。従って、観察者は、走査型プローブ顕微
鏡あるいは他の顕微鏡を意識することなく、複合された
顕微鏡をあたかも１台の顕微鏡のごとく扱い、観察を行
うことが可能となる。走査型プローブ顕微鏡と光学顕微
鏡は互いに干渉しあうことなく別々に独自に測定・観察
を行えると共に、特定の関連付けを行うことにより、観
察倍率の高い観察において、観察倍率の低い他の顕微鏡
で得られた観察像を利用することもできる。In the above-mentioned compound microscope, the control means automatically selects the microscope corresponding to the observation magnification only by instructing the observation magnification by the instruction means, and the selected microscope automatically observes the sample. Then, the obtained observation image is displayed on the display means. When the observation magnification is changed and the instruction is given, the observation is performed again by the selected microscope, and the observation image is displayed on the same display means. Therefore, the observer can treat and observe the combined microscope as if it were a single microscope, without being conscious of the scanning probe microscope or another microscope. Scanning probe microscopes and optical microscopes can perform independent measurements and observations independently of each other without interfering with each other. Observed images can also be used.
【００１９】第２の複合型顕微鏡（請求項２に対応）
は、上記第１の構成において、好ましくは、走査型プロ
ーブ顕微鏡が、試料に対向する探針を有するカンチレバ
ーと、試料と探針の間に相対的位置を変化させるＸＹＺ
微動機構と、カンチレバーの変位を検出する変位検出手
段を備え、探針・試料間に作用する力によりカンチレバ
ーにたわみ変形が生じることを利用し、試料の表面物理
量を測定するように構成されることを特徴とする。原子
間力等の構成で走査型プローブ顕微鏡を実現することに
より、走査型プローブ顕微鏡で相対的に非常に高い、原
子レベルの微細の表面形状の測定を可能にする。Second compound microscope (corresponding to claim 2)
Preferably, in the first configuration, the scanning probe microscope preferably includes a cantilever having a probe facing the sample, and an XYZ that changes a relative position between the sample and the probe.
Equipped with a fine movement mechanism and displacement detection means for detecting the displacement of the cantilever, and configured to measure the surface physical quantity of the sample by utilizing the fact that the cantilever bends and deforms due to the force acting between the probe and the sample. It is characterized by. By realizing a scanning probe microscope with a configuration such as an atomic force, it is possible to measure a relatively very high atomic-level fine surface shape with a scanning probe microscope.
【００２０】第３の複合型顕微鏡（請求項３に対応）
は、上記第１または第２の構成において、好ましくは、
他の顕微鏡が光学顕微鏡であることを特徴とする。光学
顕微鏡によって相対的に高い観察倍率で独自に観察を行
うことができる。また光学顕微鏡による観察像を、その
後の走査型プローブ顕微鏡による測定に利用することも
できる。Third compound microscope (corresponding to claim 3)
Is preferably in the first or second configuration,
The other microscope is an optical microscope. Observation can be performed independently at a relatively high observation magnification with an optical microscope. In addition, an image observed by an optical microscope can be used for subsequent measurement by a scanning probe microscope.
【００２１】第４の複合型顕微鏡（請求項４に対応）
は、上記のいずれかの構成において、好ましくは、制御
手段が、指示手段の出力する観察倍率指示信号を入力
し、顕微鏡を選択する倍率判定・切換え手段と、選択さ
れた顕微鏡と表示手段とを接続する画像切換え手段を含
むことを特徴とする。Fourth compound microscope (corresponding to claim 4)
In any of the above configurations, preferably, the control means inputs an observation magnification instruction signal output from the instruction means, and the magnification determination / switching means for selecting a microscope, and the selected microscope and display means. It is characterized by including image switching means for connection.
【００２２】第５の複合型顕微鏡（請求項５に対応）
は、上記第２の構成において、好ましくは、指示された
観察倍率に従って走査型プローブ顕微鏡が選択されたと
き、探針の接近動作およびＸＹ走査並びにＺ方向情報を
取り込む動作を自動的に行われることを特徴とする。こ
れにより走査型プローブ顕微鏡による観察を自動的に行
うことができる。Fifth compound microscope (corresponding to claim 5)
Preferably, in the second configuration, when the scanning probe microscope is selected according to the indicated observation magnification, the operation of approaching the probe, the XY scanning, and the operation of capturing the Z direction information are automatically performed. It is characterized by. Thereby, observation with a scanning probe microscope can be performed automatically.
【００２３】第６の複合型顕微鏡（請求項６に対応）
は、上記第３の構成において、好ましくは、指示された
観察倍率に従って光学顕微鏡が選択されたとき、走査型
プローブ顕微鏡を光学顕微鏡の観察視野から離し、観察
視野にカンチレバーが映らないようにしたことを特徴と
する。これにより、光学顕微鏡によって試料の表面を観
察するときに、走査型プローブ顕微鏡が邪魔になるのを
防止し、干渉を排除することができる。A sixth compound microscope (corresponding to claim 6)
Preferably, in the third configuration, when the optical microscope is selected according to the indicated observation magnification, the scanning probe microscope is separated from the observation field of the optical microscope so that the cantilever is not reflected in the observation field. It is characterized by. Accordingly, when observing the surface of the sample with the optical microscope, it is possible to prevent the scanning probe microscope from being in the way and to eliminate interference.
【００２４】第７の複合型顕微鏡（請求項７に対応）
は、上記第１の構成において、好ましくは、走査型プロ
ーブ顕微鏡と他の顕微鏡を同じ軸に一致するように配置
し、試料の同一箇所を観察するようにしたことを特徴と
する。この構成では、観察倍率を変更することにより、
顕微鏡を変更する場合に、観察視野を動かすことなく、
同一箇所を異なる観察倍率で観察することができる。Seventh compound microscope (corresponding to claim 7)
Is characterized in that, in the first configuration, preferably, the scanning probe microscope and another microscope are arranged so as to coincide with the same axis, and the same portion of the sample is observed. In this configuration, by changing the observation magnification,
When changing the microscope, without changing the observation field of view,
The same part can be observed at different observation magnifications.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００２６】図１は本発明に係る複合型顕微鏡の代表的
構成を示す。この複合型顕微鏡は、走査型プローブ顕微
鏡と光学顕微鏡が複合化されている。走査型プローブ顕
微鏡としては一例として原子間力顕微鏡が用いられてい
る。原子間力顕微鏡と光学顕微鏡の各々の基本的な構成
部分は前述した従来の装置構成と同じである。まず、原
子間力顕微鏡と光学顕微鏡の基本的な構成部分を説明す
る。FIG. 1 shows a typical configuration of a compound microscope according to the present invention. In this compound microscope, a scanning probe microscope and an optical microscope are combined. As an example of the scanning probe microscope, an atomic force microscope is used. The basic components of each of the atomic force microscope and the optical microscope are the same as those of the conventional apparatus described above. First, basic components of the atomic force microscope and the optical microscope will be described.
【００２７】原子間力顕微鏡の構成を説明する。試料台
としてのＸＹＺ微動機構１１上に試料１２が配置され
る。ＸＹＺ微動機構１１にはチューブ型、トライポッド
型の圧電素子が使用される。Ｘ，Ｙ，Ｚは直交する３軸
である。ＸＹ軸で決まるＸＹ平面と、ＸＹ平面に垂直な
Ｚ軸が定義される。試料１２の上側にカンチレバー接近
機構１４に固定されたカンチレバー１３が配置される。
カンチレバー１３の先端には探針（プローブ）１５が設
けられる。カンチレバー接近機構１４によってカンチレ
バー１３を昇降（接近・退避）される。探針１５の先端
は試料１２の観察表面に臨む。カンチレバー１３に対し
てレーザ光発振器（図示せず）とレーザ光検出器１６か
らなる光てこ方式の検出系が配置される。カンチレバー
１３のたわみ変形による変位量はレーザ光検出器１６に
入射されるレーザ光１０の入射位置で検出される。原子
間力顕微鏡で試料１２の表面を観察（測定）するとき、
カンチレバー接近機構１４によって試料と探針の間は原
子間力が作用する距離に設定される。また試料１２の表
面を測定するときには、ＸＹＺ微動機構１１内のＸＹ微
動部によって試料１２をＸとＹの各方向に走査し、この
走査の間、ＸＹＺ微動機構１１内のＺ微動部によってカ
ンチレバー１３のたわみ角が所定角度になるように制御
する。Ｚ微動部の移動量をモニタすることによって試料
１２の表面形状を測定することができる。The structure of the atomic force microscope will be described. A sample 12 is arranged on an XYZ fine movement mechanism 11 as a sample stage. For the XYZ fine movement mechanism 11, a tube type or tripod type piezoelectric element is used. X, Y, and Z are three orthogonal axes. An XY plane determined by the XY axes and a Z axis perpendicular to the XY plane are defined. A cantilever 13 fixed to a cantilever approach mechanism 14 is arranged above the sample 12.
A probe 15 is provided at the tip of the cantilever 13. The cantilever 13 is moved up and down (approach / retreat) by the cantilever approach mechanism 14. The tip of the probe 15 faces the observation surface of the sample 12. An optical lever type detection system including a laser light oscillator (not shown) and a laser light detector 16 is arranged for the cantilever 13. The amount of displacement of the cantilever 13 due to the bending deformation is detected at the incident position of the laser light 10 incident on the laser light detector 16. When observing (measuring) the surface of the sample 12 with an atomic force microscope,
The distance between the sample and the probe is set by the cantilever approach mechanism 14 to a distance at which an atomic force acts. When the surface of the sample 12 is measured, the sample 12 is scanned in each of the X and Y directions by the XY fine movement section in the XYZ fine movement mechanism 11, and during this scanning, the cantilever 13 is moved by the Z fine movement section in the XYZ fine movement mechanism 11. Is controlled so that the deflection angle becomes a predetermined angle. The surface shape of the sample 12 can be measured by monitoring the movement amount of the Z fine movement part.
【００２８】レーザ光検出器１６からの検出信号は増幅
器１７で増幅され、加算器１８に入力される。加算器１
８では基準電圧（Ｖref ）が入力され、検出信号と基準
値の偏差信号Ｖｄが出力される。偏差信号Ｖｄは制御器
１９に入力される。制御器１９では比例・積分補償（Ｐ
Ｉ制御の信号補償）が行われ、Ｚ軸方向制御信号Ｖｚが
出力され、Ｚ方向微動用の増幅器２１に入力される。増
幅器２１の出力信号は、ＸＹＺ微動機構１１内のＺ微動
部に与えられる。これによりＺ微動部を動作させ、探針
と試料の間の距離（間隔）を変化させる。こうして探針
・試料間の距離が一定に保たれる。２２はＸＹ走査回路
である。ＸＹ走査回路２２の出力は増幅器２３を介して
ＸＹＺ微動機構１１内のＸＹ微動部に入力され、試料１
２をＸＹ方向に平面走査させる。ＸＹ走査回路２２のＸ
Ｙ平面走査のための出力信号（Ｖｘ，Ｖｙ）と制御器１
９から出力される信号Ｖｚ（Ｚ微動部の移動量に相当す
る）が、その後の試料表面の観察に利用される。The detection signal from the laser light detector 16 is amplified by the amplifier 17 and input to the adder 18. Adder 1
At 8, a reference voltage (Vref) is input, and a deviation signal Vd between the detection signal and the reference value is output. The deviation signal Vd is input to the controller 19. The controller 19 performs proportional / integral compensation (P
I-control signal compensation) is performed, and a Z-axis direction control signal Vz is output and input to the amplifier 21 for Z-direction fine movement. The output signal of the amplifier 21 is provided to a Z fine movement unit in the XYZ fine movement mechanism 11. As a result, the Z fine movement unit is operated to change the distance (interval) between the probe and the sample. Thus, the distance between the probe and the sample is kept constant. Reference numeral 22 denotes an XY scanning circuit. The output of the XY scanning circuit 22 is input to the XY fine movement unit in the XYZ fine movement mechanism 11 via the amplifier 23, and the sample 1
2 is scanned in the X and Y directions. X of the XY scanning circuit 22
Output signal (Vx, Vy) for Y plane scanning and controller 1
The signal Vz (corresponding to the amount of movement of the Z fine movement portion) output from 9 is used for subsequent observation of the sample surface.
【００２９】なおカンチレバーの長さは例えば１００μ
ｍ程度、厚みは１μｍ程度である。またカンチレバーの
変位量は、光てこ方式の代わりに、光干渉法を利用した
方式、カンチレバーにピエゾ抵抗素子や薄膜圧電素子を
用いた方式を用いることもできる。The length of the cantilever is, for example, 100 μm.
m and a thickness of about 1 μm. The displacement of the cantilever may be replaced by a method using an optical interference method instead of the optical lever method, or a method using a piezoresistive element or a thin film piezoelectric element for the cantilever.
【００３０】光学顕微鏡の構成を説明する。光学顕微鏡
３１はカンチレバー１３の上側に配置され、その対物レ
ンズは試料１２の観察表面に臨んでいる。光学顕微鏡３
１の視野では、カンチレバー１３は退避しているので、
当該カンチレバー１３や探針１５を含まない。光学顕微
鏡３１には観察カメラ３２が付設される。観察カメラ３
２は、光学顕微鏡３１で得られた観察像を映像信号に変
換して出力する。また光学顕微鏡３１は倍率可変器３３
を内蔵する。倍率可変器３３は光学顕微鏡３１の倍率を
調整でき、通常、ズーム光学系のコントローラで構成さ
れる。The configuration of the optical microscope will be described. The optical microscope 31 is arranged above the cantilever 13, and its objective lens faces the observation surface of the sample 12. Optical microscope 3
In the field of view 1, since the cantilever 13 is retracted,
It does not include the cantilever 13 or the probe 15. An observation camera 32 is attached to the optical microscope 31. Observation camera 3
Reference numeral 2 converts an observation image obtained by the optical microscope 31 into a video signal and outputs the video signal. The optical microscope 31 is a variable magnification device 33.
Built-in. The magnification changer 33 can adjust the magnification of the optical microscope 31 and is usually constituted by a controller of a zoom optical system.
【００３１】次に特徴的な構成を説明する。この実施形
態による複合型顕微鏡は、上記の原子間力顕微鏡と光学
顕微鏡の両方に対して共通の１台のモニタ（表示装置）
３４を備える。原子間力顕微鏡および光学顕微鏡とモニ
タ３４との間にはコントローラ３５が介設される。コン
トローラ３５には、機能部として、画像切換え部３６と
倍率判定・切換え部３７と記憶部３８が設けられる。Next, a characteristic configuration will be described. The compound microscope according to this embodiment is a single monitor (display device) common to both the atomic force microscope and the optical microscope.
34. A controller 35 is provided between the monitor 34 and the atomic force microscope and the optical microscope. The controller 35 includes, as functional units, an image switching unit 36, a magnification determination / switching unit 37, and a storage unit 38.
【００３２】画像切換え部３６のブロック内に示された
スイッチは、切換え手段としての機能を概念的に示した
ものである。画像切換え部３６の当該スイッチによれ
ば、モニタ３４の入力端子を、原子間力顕微鏡の制御器
１９の出力端子（信号Ｖｚ）と光学顕微鏡３１の観察カ
メラ３２の出力端子のうちのいずれかに接続する機能を
有する。画像切換え部３６のスイッチの切換え動作は、
倍率判定・切換え部３７から与えられる切換え信号によ
って行われる。またコントローラ３５にはＸＹ走査回路
２２の出力信号Ｖｘ，Ｖｙが入力される。コントローラ
３５の記憶部３８では、ＸＹ平面走査のための出力信号
Ｖｘ，Ｖｙと出力信号Ｖｚが関連づけて記憶される。画
像切換え部３６によって、モニタ３４の画面における表
示内容に関して、原子間力顕微鏡による観察像と光学顕
微鏡による観察像を切り換えることができる。The switches shown in the blocks of the image switching section 36 conceptually show the function as switching means. According to the switch of the image switching unit 36, the input terminal of the monitor 34 is connected to one of the output terminal (signal Vz) of the controller 19 of the atomic force microscope and the output terminal of the observation camera 32 of the optical microscope 31. Has the function of connecting. The switching operation of the switch of the image switching unit 36 is as follows.
This is performed by a switching signal provided from the magnification determining / switching unit 37. Output signals Vx and Vy of the XY scanning circuit 22 are input to the controller 35. In the storage unit 38 of the controller 35, the output signals Vx and Vy for XY plane scanning and the output signal Vz are stored in association with each other. The image switching unit 36 can switch the observation image by the atomic force microscope and the observation image by the optical microscope with respect to the display content on the screen of the monitor 34.
【００３３】記憶部３８に記憶されたＸＹ平面走査のた
めの出力信号Ｖｘ，Ｖｙと出力信号Ｖｚは、組合せて画
像信号が作成され、原子間力顕微鏡で測定した試料の表
面の微細な凹凸形状の画像をモニタ３４に表示する。ま
た光学顕微鏡３１で得られた観察像は、観察カメラ３２
で映像信号に変換され、コントローラ３５に入力され、
モニタ３４に表示される。The output signals Vx, Vy and the output signal Vz for XY plane scanning stored in the storage unit 38 are combined to form an image signal, and the fine irregularities on the surface of the sample measured by an atomic force microscope are measured. Is displayed on the monitor 34. The observation image obtained by the optical microscope 31 is
Is converted to a video signal and input to the controller 35.
It is displayed on the monitor 34.
【００３４】また倍率判定・切換え部３７は、下記の倍
率指示信号を入力し、指示倍率に対応する顕微鏡を上記
画像切換え部３６を用いて選択すると共に、原子間力顕
微鏡が選択されている場合にはカンチレバー接近機構１
４とＸＹ走査回路２２に対して倍率切換えに関する設定
信号を出力し、光学顕微鏡が選択されている場合には上
記倍率可変器３３に対して設定信号を出力する機能を有
する。The magnification determining / switching unit 37 receives the following magnification instruction signal, selects a microscope corresponding to the instruction magnification using the image switching unit 36, and selects an atomic force microscope when the atomic force microscope is selected. Has a cantilever approach mechanism 1
4 and a function of outputting a setting signal to the XY scanning circuit 22 relating to magnification switching, and outputting a setting signal to the magnification varying unit 33 when the optical microscope is selected.
【００３５】上記の画像切換え部３６と倍率判定・切換
え部３７は、電子回路によりハード的に機能を有する回
路を作ることもできるし、プログラムを組んでソフトウ
ェア的に機能を実現することもできる。The image switching unit 36 and the magnification determining / switching unit 37 can be implemented by a circuit having a hardware function by an electronic circuit, or by implementing a program to realize a function by software.
【００３６】また本実施形態では、モニタ３４の画面の
表示内容の中に倍率指示部３９を設けている。この倍率
指示部３９、例えばタッチセンサ、画面に座標系が設定
されたディジタイザ、あるいはソフトウェア的なスイッ
チとして構成することが可能である。また倍率指示部３
９は、機能的に、モニタ３４の画面に設ける必要性はな
く、別途に電気的ダイヤルを外付けしてもよいし、キー
ボードによる入力、制御盤による入力など任意の入力手
段を利用することができる。In this embodiment, a magnification instructing section 39 is provided in the display content of the screen of the monitor 34. The magnification instructing unit 39 can be configured as, for example, a touch sensor, a digitizer in which a coordinate system is set on a screen, or a software switch. Magnification instruction unit 3
No. 9 does not need to be functionally provided on the screen of the monitor 34, and an external electric dial may be separately provided, or an arbitrary input means such as an input using a keyboard or an input from a control panel may be used. it can.
【００３７】上記の倍率指示部３９がオペレータによっ
て操作され、特定の倍率が指示された場合には、その倍
率指示信号は倍率判定・切換え部３７に入力される。倍
率判定・切換え部３７は、倍率指示部３９から倍率指示
信号を受けると、指示信号の内容に基づいて前述のごと
く各顕微鏡において指定された倍率に関する設定を行
う。When the magnification instructing section 39 is operated by the operator and a specific magnification is instructed, the magnification instruction signal is input to the magnification judging / switching section 37. Upon receiving the magnification instruction signal from the magnification instructing section 39, the magnification determining / switching section 37 makes settings relating to the magnification designated in each microscope as described above based on the contents of the instruction signal.
【００３８】次に、上記図１および図２のフローチャー
トを参照して上記の複合型顕微鏡の動作を説明する。Next, the operation of the compound microscope will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
【００３９】まず初期設定を行い、倍率指示部３９によ
り観察倍率を指示する（ステップＳ１１）。倍率指示部
３９から入力された観察倍率に関する指示信号は、コン
トローラ３５に入力される。コントローラ３５内の倍率
判定・切換え部３７は、倍率指示部３９から与えられた
観察倍率を判断し、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）と光学顕
微鏡（光顕）のうちのいずれかを選択する（ステップＳ
１２）。換言すれば、倍率判定・切換え部３７は、観察
倍率がＡＦＭ倍率か光顕倍率であるか否かを判断し、切
換え信号を倍率判定・切換え部３７に与える。通常、光
学顕微鏡は１０００倍以下の観察倍率に対応し、原子間
力顕微鏡は１０００倍から一億倍の観察倍率に対応して
いる。従って、例えば、倍率指示部３９で１００００倍
の倍率が指示されたすると、原子間力顕微鏡の観察モー
ドに設定される。First, initial setting is performed, and an observation magnification is instructed by the magnification instructing section 39 (step S11). The instruction signal related to the observation magnification input from the magnification instruction unit 39 is input to the controller 35. The magnification determining / switching unit 37 in the controller 35 determines the observation magnification given from the magnification instructing unit 39, and selects one of an atomic force microscope (AFM) and an optical microscope (light microscope) (Step S).
12). In other words, the magnification determining / switching unit 37 determines whether the observation magnification is the AFM magnification or the optical microscope magnification, and provides a switching signal to the magnification determining / switching unit 37. Usually, an optical microscope corresponds to an observation magnification of 1000 times or less, and an atomic force microscope corresponds to an observation magnification of 1000 to 100 million times. Therefore, for example, when a magnification of 10000 is instructed by the magnification instructing section 39, the observation mode of the atomic force microscope is set.
【００４０】観察モードが原子間力顕微鏡に設定される
と、同時に倍率判定・切換え部３７はカンチレバー接近
機構１４に指令を送り、探針１５と試料１２の間の距離
を約１ｎｍにまで近づける（ステップＳ１３）。この状
態で、カンチレバー１３の変位を検出するレーザ光検出
器１６の出力値が基準値Ｖref と一致するように、探針
・試料間の距離を一定に保つ制御が行われる。ＸＹ走査
回路２２によりＸＹ走査を行いながら、その時のＺ方向
微動部の移動量に相当するＶｚを検出することで試料１
２の表面形状等を観察する（ステップＳ１４）。コント
ローラ３５の画像切換え部３６により原子間力顕微鏡の
信号が選択され、モニタ３４に原子間力顕微鏡の観察像
が表示される（ステップＳ１５）。この状態で、倍率指
示部３９に新たな入力がされるまで、最初に指示された
上記倍率による原子間力顕微鏡測定が繰り返される（ス
テップＳ１６，Ｓ１４，Ｓ１５）。When the observation mode is set to the atomic force microscope, at the same time, the magnification judging / switching unit 37 sends a command to the cantilever approach mechanism 14 to make the distance between the probe 15 and the sample 12 close to about 1 nm ( Step S13). In this state, control is performed to keep the distance between the probe and the sample constant so that the output value of the laser light detector 16 that detects the displacement of the cantilever 13 matches the reference value Vref. While performing XY scanning by the XY scanning circuit 22, the sample 1 is detected by detecting Vz corresponding to the movement amount of the Z-direction fine movement portion at that time.
The surface shape and the like of No. 2 are observed (step S14). The signal of the atomic force microscope is selected by the image switching unit 36 of the controller 35, and the observation image of the atomic force microscope is displayed on the monitor 34 (step S15). In this state, until a new input is made to the magnification instructing section 39, the atomic force microscope measurement at the magnification instructed first is repeated (steps S16, S14, S15).
【００４１】次に倍率指示部３９で例えば５００倍が選
択されたとする。倍率変更の判断ステップＳ１６と倍率
選択の判断ステップＳ１２を経由して、光学顕微鏡によ
る観察が選択される。すなわち倍率判定・切換え部３７
は、倍率指示部３９から与えられる観察倍率に基づいて
切換え信号を画像切換え部３６を与え、光学顕微鏡によ
る画像が選択される。また倍率判定・切換え部３７はカ
ンチレバー接近機構１４に指令を送り、探針１５を試料
表面から退避させる（ステップＳ１７）。この状態で、
光学顕微鏡３１の倍率可変器３３に指令を与え、指定さ
れた倍率を設定し、光学顕微鏡３１による観察を行う
（ステップＳ１８）。観察カメラ３２から出力された映
像信号は、画像切換え部３６を通ってモニタ３４に与え
られ、その画面に表示される（ステップＳ１９）。光学
顕微鏡による観察像は、先の原子間力顕微鏡の観察像が
表示された同じ画面内に表示される。Next, it is assumed that the magnification instructing section 39 selects, for example, 500 times. Through the magnification change determination step S16 and the magnification selection determination step S12, observation using an optical microscope is selected. That is, the magnification determining / switching unit 37
Supplies a switching signal to the image switching unit 36 based on the observation magnification provided from the magnification instructing unit 39, and an image by the optical microscope is selected. Further, the magnification determining / switching unit 37 sends a command to the cantilever approach mechanism 14 to retract the probe 15 from the sample surface (step S17). In this state,
A command is given to the variable magnification device 33 of the optical microscope 31, the designated magnification is set, and observation is performed by the optical microscope 31 (step S18). The video signal output from the observation camera 32 is provided to the monitor 34 through the image switching unit 36, and is displayed on the screen (step S19). The image observed by the optical microscope is displayed in the same screen on which the image observed by the atomic force microscope is displayed.
【００４２】上記の状態で、倍率指示部３９に新たな入
力がされるまで、最初に指示された上記倍率による原子
間力顕微鏡測定が繰り返される（ステップＳ２０，Ｓ１
８，Ｓ１９）。新たな観察倍率が入力される場合には、
ステップＳ２０を経由して判断ステップＳ１２に移り、
観察倍率に応じて原子間力顕微鏡による観察または光学
顕微鏡による観察が行われる。In the above state, the atomic force microscope measurement at the initially specified magnification is repeated until a new input is made to the magnification instructing section 39 (steps S20 and S1).
8, S19). If a new observation magnification is entered,
Moving to the decision step S12 via the step S20,
Observation with an atomic force microscope or observation with an optical microscope is performed according to the observation magnification.
【００４３】なお実際には図示してはいないが、ＸＹＺ
微動機構１１の下部には通常試料位置決め用のＸＹステ
ージが設けられる。光学顕微鏡による観察では、例えば
１００倍程度の低倍率で観察し、観察領域を定めなが
ら、その後、順次一億倍まで観察倍率を段階的に上げて
測定を繰り返す。なお、光学顕微鏡のフォーカス調整機
構などの付属機構の説明は省略したが、当然ながら整備
されていることはいうまでもない。Although not shown in the figure, XYZ
An XY stage for sample positioning is usually provided below the fine movement mechanism 11. In the observation with an optical microscope, observation is performed at a low magnification of, for example, about 100 times, and an observation area is determined. Thereafter, the observation magnification is sequentially increased to 100 million times, and the measurement is repeated. The description of the attached mechanisms such as the focus adjustment mechanism of the optical microscope has been omitted, but it goes without saying that the optical microscope has been provided.
【００４４】原子間力顕微鏡と光学顕微鏡の２台の顕微
鏡が複合化された顕微鏡装置では、１台の共通のモニタ
３４の画面に各々の観察像を切り換えて表示される。操
作者は、観察可能に設定された複合型顕微鏡において、
倍率指示部３９を用いて観察倍率を指定するだけで、コ
ントローラ３５の倍率判定・切換え部３７と画像切換え
部３６の働きによって自動的に観察倍率に対応する顕微
鏡が選択され、選択された当該顕微鏡による観察が行わ
れ、得られた観察像がモニタ３４に表示される。従っ
て、操作者から見ると、複合型顕微鏡において原子間力
顕微鏡を用いるとか、光学顕微鏡を用いるとかというこ
とを意識することなく、観察倍率を指定するだけで望む
観察像をモニタ３４に得ることができる。In a microscope device in which two microscopes, an atomic force microscope and an optical microscope, are combined, each observation image is switched and displayed on the screen of one common monitor 34. The operator, in the compound microscope set to be observable,
The microscope corresponding to the observation magnification is automatically selected by the operation of the magnification determination / switching unit 37 and the image switching unit 36 of the controller 35 simply by specifying the observation magnification using the magnification instructing unit 39, and the selected microscope is selected. Is observed, and the obtained observation image is displayed on the monitor 34. Therefore, from an operator's point of view, a desired observation image can be obtained on the monitor 34 only by specifying an observation magnification without being conscious of using an atomic force microscope or an optical microscope in the compound microscope. it can.
【００４５】上記の複合型顕微鏡では、原子間力顕微鏡
の観察倍率の範囲と光学顕微鏡の観察倍率の範囲がオー
バラップしないように設定されているが、両者の観察倍
率の範囲においてオーバラップが存在する場合には、原
子間力顕微鏡と光学顕微鏡のいずれかを選択するための
他の選択基準を設ける必要がある。この選択基準を設け
ることによって、同様に上記の自動化を達成することが
できる。In the above-mentioned compound microscope, the range of the observation magnification of the atomic force microscope and the range of the observation magnification of the optical microscope are set so as not to overlap with each other. If so, it is necessary to provide another selection criterion for selecting between the atomic force microscope and the optical microscope. By providing this selection criterion, the above-mentioned automation can be similarly achieved.
【００４６】またモニタ３４の画面における原子間力顕
微鏡の観察像と光学顕微鏡の観察像の関係は、探針１５
と光学顕微鏡３１の位置関係に基づいて決められる。探
針と光学顕微鏡の位置に関して特別に関係を持たせない
ときには、原子間力顕微鏡と光学顕微鏡はそれぞれ無関
係に観察・測定が行われる。このような構成によれば、
各顕微鏡は独立に観察を行うことができる。一方、位置
的関係として、例えば、原子間力顕微鏡の探針１５の位
置を光学顕微鏡３１で得られる観察視野の中心位置に合
わせる、換言すれば、原子間力顕微鏡と光学顕微鏡を同
じ軸に一致するように配置すれば、試料の同一箇所を観
察することができ、例えば光学顕微鏡３１で得られたモ
ニタ３４での観察像において、高い観察倍率を指定する
と、原子間力顕微鏡によって当該観察像の中心部を拡大
した観察像を得ることができる。かかる構成によれば、
原子間力顕微鏡と光学顕微鏡を関連づけることができ、
例えば光学顕微鏡を原子間力顕微鏡の補助的手段として
利用することもできる。The relationship between the observation image of the atomic force microscope and the observation image of the optical microscope on the screen of the monitor 34 is based on the relationship between the probe 15
Is determined on the basis of the positional relationship between the optical microscope 31 and the optical microscope 31. When there is no particular relationship between the position of the probe and the position of the optical microscope, observation and measurement are performed independently of the atomic force microscope and the optical microscope. According to such a configuration,
Each microscope can observe independently. On the other hand, as a positional relationship, for example, the position of the probe 15 of the atomic force microscope is adjusted to the center position of the observation field of view obtained by the optical microscope 31, in other words, the atomic force microscope and the optical microscope coincide with the same axis. In this case, the same position of the sample can be observed. For example, when a high observation magnification is specified in the observation image obtained by the optical microscope 31 on the monitor 34, the observation image of the observation image can be obtained by the atomic force microscope. An observation image in which the center is enlarged can be obtained. According to such a configuration,
Atomic force microscope and light microscope can be related,
For example, an optical microscope can be used as an auxiliary means of the atomic force microscope.
【００４７】モニタ３４の画面における原子間力顕微鏡
の観察像と光学顕微鏡の観察像との間の関係に関して
は、さらに自由度を持たせることもできる。つまり、モ
ニタ３４の画面に光学顕微鏡３１の観察像が表示されて
いる場合において、当該観察像の画面の上にカーソルを
表示させ、当該カーソルは入力装置（図示せず）によっ
て画面上に自由に移動させるように構成し、さらに当該
カーソルの位置を探針１５の位置と対応させるように構
成する。従って、モニタ３４の画面に表示された光学顕
微鏡の観察像において、原子間力顕微鏡による拡大観察
像を得たい場所を上記カーソルを移動し、観察倍率を指
定し、原子間力顕微鏡による拡大観察像をモニタ３４の
画面に表示することができる。The relationship between the observation image of the atomic force microscope and the observation image of the optical microscope on the screen of the monitor 34 can have more flexibility. That is, when the observation image of the optical microscope 31 is displayed on the screen of the monitor 34, a cursor is displayed on the screen of the observation image, and the cursor is freely displayed on the screen by an input device (not shown). The cursor is moved, and the position of the cursor is made to correspond to the position of the probe 15. Therefore, in the observation image of the optical microscope displayed on the screen of the monitor 34, the cursor is moved to a place where an enlarged observation image by the atomic force microscope is to be obtained, the observation magnification is designated, and the enlarged observation image by the atomic force microscope is designated. Can be displayed on the screen of the monitor 34.
【００４８】上記実施形態の構成によれば、原子間力顕
微鏡と例えば光学顕微鏡を組み合わせてなる複合型顕微
鏡において、倍率の異なる２つの顕微鏡を意識すること
なく低倍率から高倍率までの観察を容易に行うことでき
る。また光学顕微鏡による観察の際には原子間力顕微鏡
のカンチレバー１３と探針１５を退避させるようにした
ので、光学顕微鏡での観察の際、光学顕微鏡の視野内に
カンチレバーが投影されることも回避できる。例えば、
カンチレバー１３を試料１２の表面から数１００μｍ離
すと、光学顕微鏡の倍率が５００〜１０００倍であれば
カンチレバー１３に焦点を結ばなくなり、カンチレバー
１３の下側の試料１２を光学顕微鏡で観察できる。According to the configuration of the above-described embodiment, in a compound microscope formed by combining an atomic force microscope and, for example, an optical microscope, observation from low magnification to high magnification can be easily performed without being aware of two microscopes having different magnifications. Can be done. In addition, since the cantilever 13 and the probe 15 of the atomic force microscope are retracted during observation with an optical microscope, the cantilever is prevented from being projected in the field of view of the optical microscope during observation with the optical microscope. it can. For example,
When the cantilever 13 is separated from the surface of the sample 12 by several 100 μm, if the magnification of the optical microscope is 500 to 1000 times, the focus is not focused on the cantilever 13 and the sample 12 below the cantilever 13 can be observed with the optical microscope.
【００４９】光学顕微鏡としては、レーザを用いた３次
元形状が計測できるタイプにすると原子間力顕微鏡の３
次元計測機能とのマッチングが良くなり好適である。ま
た、原子間力顕微鏡の代わりに他の走査型プローブ顕微
鏡を用いることができる。走査型プローブ顕微鏡として
例えば磁気間力顕微鏡を用いた場合には、偏光型光学顕
微鏡とすることで、共に磁気観察が可能であるというメ
リットを活かせる。その他、各種走査型プローブ顕微鏡
をマッチングのとれた顕微鏡と組合せが可能であること
は当然のことである。さらに第２の顕微鏡としてもちろ
ん電子顕微鏡と組み合わせることも可能である。As the optical microscope, if it is of a type that can measure a three-dimensional shape using a laser, the atomic force microscope can be used.
This is suitable because the matching with the dimension measurement function is improved. Further, another scanning probe microscope can be used instead of the atomic force microscope. When, for example, a magnetic force microscope is used as the scanning probe microscope, a polarizing optical microscope can be used to take advantage of magnetic observation. In addition, it is natural that various scanning probe microscopes can be combined with a matched microscope. Further, it is of course possible to combine the second microscope with an electron microscope.
【００５０】また観察視野は観察倍率と対応関係が存在
するので、観察視野を指示することにより観察倍率を指
示するように構成することもできる。また予め観察倍率
または観察視野を複数用意しておいて、これらの観察倍
率からいずれかを選択するように構成することもでき
る。Since the observation visual field has a correspondence with the observation magnification, the observation magnification may be designated by designating the observation visual field. A plurality of observation magnifications or observation visual fields may be prepared in advance, and any one of these observation magnifications may be selected.
【００５１】上記構成を有する複合型顕微鏡は、特に、
走査型プローブ顕微鏡による観察に要する時間が短縮さ
れ、観察が高速化されるときには、さらに望ましいもの
となる。The compound microscope having the above configuration is
It becomes even more desirable when the time required for observation with a scanning probe microscope is reduced and the observation is accelerated.
【００５２】[0052]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、高い観察倍率を有する走査型プローブ顕微鏡と低
い観察倍率を有する光学顕微鏡等の他の顕微鏡を複合し
て形成された複合化装置において、観察者は観察倍率あ
るいは観察視野を指示するだけ所望の観察像を得ること
ができるため、各顕微鏡を意識することなく使用するこ
とができ、その使い易さを向上することができる。また
各々の顕微鏡の測定性能が他の顕微鏡によって阻害され
ることなく、２台の顕微鏡があたかも１台の顕微鏡とし
て扱える。As is apparent from the above description, according to the present invention, there is provided a composite formed by combining a scanning probe microscope having a high observation magnification with another microscope such as an optical microscope having a low observation magnification. In the apparatus, an observer can obtain a desired observation image only by instructing the observation magnification or the observation visual field, so that each microscope can be used without being conscious, and the ease of use can be improved. Moreover, two microscopes can be treated as one microscope without the measurement performance of each microscope being hindered by the other microscopes.
【図１】本発明に係る複合型顕微鏡の代表的な実施形態
を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a typical embodiment of a compound microscope according to the present invention.
【図２】複合型顕微鏡の動作を示すフローチャートであ
る。FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the compound microscope.
【図３】従来の複合型顕微鏡の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional compound microscope.
【図４】従来の複合型顕微鏡で得られる観察像を示す図
である。FIG. 4 is a view showing an observation image obtained by a conventional compound microscope.
１１ ＸＹＺ微動機構 １２ 試料 １３ カンチレバー １４ カンチレバー接近機構 １５ 探針 １６ レーザ光検出器 １９ 制御器 ２２ ＸＹ走査回路 ３１ 光学顕微鏡 ３２ 観察カメラ ３３ 倍率可変器 ３４ モニタ ３５ コントローラ ３６ 画像切換え部 ３７ 倍率判定・切換え部 ３８ 記憶部 ３９ 倍率指示部 Reference Signs List 11 XYZ fine movement mechanism 12 Sample 13 Cantilever 14 Cantilever approach mechanism 15 Probe 16 Laser light detector 19 Controller 22 XY scanning circuit 31 Optical microscope 32 Observation camera 33 Magnification variable unit 34 Monitor 35 Controller 36 Image switching unit 37 Magnification judgment / switching Unit 38 Storage unit 39 Magnification instruction unit
Claims (7)
し、試料の表面物理量を測定して観察する走査型プロー
ブ顕微鏡と、 相対的に低い第２の観察倍率範囲を有し、前記試料の表
面を観察する他の顕微鏡と、 前記走査型プローブ顕微鏡と前記他の顕微鏡の各々に共
通な表示手段と、 観察倍率を指示する指示手段と、 前記指示手段で指示された前記観察倍率を判定して前記
走査型プローブ顕微鏡と前記他の顕微鏡のいずれかを選
択し、選択された顕微鏡を用いてかつ指示された前記観
察倍率によって観察を行い、前記表示手段に観察像を表
示する制御手段とを備えることを特徴とする複合型顕微
鏡。A scanning probe microscope having a relatively high first observation magnification range and measuring and observing a surface physical quantity of a sample; and a relatively low second observation magnification range, Another microscope for observing the surface of the sample, display means common to each of the scanning probe microscope and the other microscope, instruction means for instructing an observation magnification, and the observation magnification instructed by the instruction means. Control means for determining and selecting one of the scanning probe microscope and the other microscope, performing observation using the selected microscope and at the indicated observation magnification, and displaying an observation image on the display means And a compound microscope comprising:
に対向する探針を有するカンチレバーと、前記試料と前
記探針の間に相対的位置を変化させるＸＹＺ微動機構
と、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出手段を
備え、探針・試料間に作用する力によりカンチレバーに
たわみ変形が生じることを利用し、前記試料の表面物理
量を測定するように構成されることを特徴とする請求項
１記載の複合型顕微鏡。2. A scanning probe microscope, comprising: a cantilever having a probe facing the sample; an XYZ fine movement mechanism for changing a relative position between the sample and the probe; and detecting a displacement of the cantilever. 2. The apparatus according to claim 1, further comprising a displacement detecting unit configured to measure a physical quantity of the surface of the sample by utilizing a fact that a bending deformation occurs in the cantilever due to a force acting between the probe and the sample. Compound microscope.
を特徴とする請求項１または２記載の複合型顕微鏡。3. The compound microscope according to claim 1, wherein the other microscope is an optical microscope.
る観察倍率指示信号を入力して顕微鏡を選択する倍率判
定・切換え手段と、選択された顕微鏡と前記表示手段を
接続する画像切換え手段を含むことを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１項に記載の複合型顕微鏡。4. The control means includes: a magnification determining / switching means for inputting an observation magnification instruction signal output from the instruction means and selecting a microscope; and an image switching means for connecting the selected microscope to the display means. The compound microscope according to claim 1, further comprising:
査型プローブ顕微鏡が選択されたとき、前記探針の接近
動作およびＸＹ走査並びにＺ方向情報を取り込む動作を
自動的に行うことを特徴とする請求項２記載の複合型顕
微鏡。5. The method according to claim 1, wherein when the scanning probe microscope is selected in accordance with the specified observation magnification, an approach operation of the probe, an XY scan, and an operation of taking in Z-direction information are automatically performed. Item 3. The compound microscope according to Item 2.
学顕微鏡が選択されたとき、前記走査型プローブ顕微鏡
を前記光学顕微鏡の観察視野から離し、前記観察視野に
前記カンチレバーが映らないようにしたことを特徴とす
る請求項３記載の複合型顕微鏡。6. When the optical microscope is selected in accordance with the indicated observation magnification, the scanning probe microscope is separated from the observation field of the optical microscope so that the cantilever is not reflected in the observation field. The compound microscope according to claim 3, wherein:
微鏡を同じ軸に一致するように配置し、前記試料の同一
箇所を観察するようにしたことを特徴とする請求項１記
載の複合型顕微鏡。7. The compound microscope according to claim 1, wherein the scanning probe microscope and the other microscope are arranged so as to coincide with the same axis, and the same portion of the sample is observed. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8337757A JPH10142238A (en) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | Combined microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8337757A JPH10142238A (en) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | Combined microscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10142238A true JPH10142238A (en) | 1998-05-29 |
Family
ID=18311681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8337757A Pending JPH10142238A (en) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | Combined microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10142238A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004063723A1 (en) * | 2003-01-09 | 2004-07-29 | Kanazawa University | Scanning type probe microscope, and method of observing changes in molecular structure |
| JP2006084610A (en) * | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Olympus Corp | Microscopic device |
| JP2007139557A (en) * | 2005-11-17 | 2007-06-07 | Olympus Corp | Compound microscope |
-
1996
- 1996-11-08 JP JP8337757A patent/JPH10142238A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004063723A1 (en) * | 2003-01-09 | 2004-07-29 | Kanazawa University | Scanning type probe microscope, and method of observing changes in molecular structure |
| US7556968B2 (en) | 2003-01-09 | 2009-07-07 | Kanazawa University Kanazawa-shi | Scanning probe microscope and molecular structure change observation method |
| JP2006084610A (en) * | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Olympus Corp | Microscopic device |
| JP2007139557A (en) * | 2005-11-17 | 2007-06-07 | Olympus Corp | Compound microscope |
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