(57)【要約】【課題】対象物の所望の位置を容易かつ迅速に観察することができる顕微鏡システム、顕微鏡システムを用いた観察方法および観察プログラムを提供する。【解決手段】顕微鏡システムにおいて、使用者は、原子間力顕微鏡の試料載置台上に試料を載置し（ステップＳ１）、光学顕微鏡による試料の観察を行う（ステップＳ２）。使用者は、光学顕微鏡による試料の観察時に光学顕微鏡の倍率の調整を行う（ステップＳ２ａ）。また、使用者は、光学顕微鏡による試料の観察時に原子間力顕微鏡による試料の観察対象領域の探索も行う（ステップＳ２ｂ）。続いて、使用者は、ステップＳ２ｂにおいて探索した観察対象領域の中から、さらに原子間力顕微鏡による試料の観察対象領域を指定する（ステップＳ３）。その後、使用者は、ステップＳ３において指定した観察対象領域について原子間力顕微鏡による試料の観察を行う（ステップＳ４）。【選択図】図５
2007170874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が載置される試料載置台と、
前記試料載置台に載置された試料の画像を第１の画像として取得する光学顕微鏡と、
前記試料載置台に載置された試料の観察対象領域を設定可能でかつ設定された観察対象領域の形状に関する情報を形状情報として取得する走査型プローブ顕微鏡と、
前記光学顕微鏡により取得された第１の画像を表示する表示手段と、
前記表示手段により表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を前記表示手段に表示させる範囲表示手段と、
前記表示手段により表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域を指定するための指定手段と、
前記指定手段により指定された試料の領域に前記観察対象領域が設定されるように前記走査型プローブ顕微鏡を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項２】
前記表示手段は、前記走査型プローブ顕微鏡により取得された前記観察対象領域の形状情報を第２の画像として表示することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡システム。
【請求項３】
前記光学顕微鏡の倍率を設定する倍率設定手段をさらに備え、
前記範囲表示手段は、前記倍率設定手段により設定された光学顕微鏡の倍率に基づいて前記第１の画像における走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を拡大または縮小して表示することを特徴とする請求項１または２記載の顕微鏡システム。
【請求項４】
前記指定手段により指定される領域の少なくとも一部が前記範囲表示手段により表示される範囲外にある場合に警告を出力する警告出力手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項５】
前記走査型プローブ顕微鏡は、探針を有し、前記試料載置台と前記探針とを相対的に移動させることにより前記探針を前記試料の表面に沿って走査させることにより、前記観察対象領域の第２の画像を取得し、
前記制御手段は、前記指定手段により指定された試料の領域に前記探針を走査させるように前記走査型プローブ顕微鏡を制御することを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項６】
光学顕微鏡と、観察対象領域を設定可能な走査型プローブ顕微鏡とを備えた顕微鏡システムを用いた観察方法であって、
試料載置台に載置された試料の画像を光学顕微鏡により第１の画像として取得するステップと、
前記光学顕微鏡により取得された第１の画像を表示するステップと、
前記表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を表示するステップと、
前記表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域を指定するステップと、
前記指定された試料の領域に前記観察対象領域が設定されるように前記走査型プローブ顕微鏡を制御するステップと、
前記試料の前記設定された観察対象領域の形状に関する情報を形状情報として取得するステップとを備えたことを特徴とする観察方法。
【請求項７】
光学顕微鏡と、観察対象領域を設定可能な走査型プローブ顕微鏡とを備えた顕微鏡システムを制御するコンピュータにより実行可能な観察プログラムであって、
試料載置台に載置された試料の画像を光学顕微鏡により第１の画像として取得する処理と、
前記光学顕微鏡により取得された第１の画像を表示する処理と、
前記表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を表示する処理と、
前記表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域を指定する処理と、
前記指定された試料の領域に前記観察対象領域が設定されるように前記走査型プローブ顕微鏡を制御する処理と、
前記試料の前記設定された観察対象領域の形状に関する情報を形状情報として取得する処理とを、
前記コンピュータに実行させることを特徴とする観察プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の観察位置を指定するための顕微鏡システム、観察方法および観察プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の光学顕微鏡または電子顕微鏡等とは全く異なる原理を利用した走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope:ＳＰＭ）が開発され、注目を浴びている。
【０００３】
走査型プローブ顕微鏡は、プローブと呼ばれる鋭く尖った探針を自由端に有するカンチレバーを備えている。上記の走査型プローブ顕微鏡の一例である原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope:ＡＦＭ）においては、探針を試料に近づけると、探針の先端を構成している原子と試料を構成している原子との間に原子間力が生じる。この原子間力によりカンチレバーの自由端が変位する。
【０００４】
このカンチレバーの自由端の変位を電気的に測定しながら、探針を試料に沿って走査させることにより、試料の表面形状を示す三次元的な情報を得ることができる。例えば、カンチレバーの自由端の変位を一定に保つように探針と試料との距離を制御しながら探針を走査させると、探針の先端は試料表面の凹凸に沿って移動するので、探針の先端の位置情報から試料の表面形状を示す三次元的な情報を得ることができる。
【０００５】
なお、走査型プローブ顕微鏡のその他の例としては、探針の原子と試料表面の原子との間に生じる原子間力を用いる代わりに、探針と試料との間に流れるトンネル電流を利用することにより試料表面の三次元的な情報を得ることも可能な走査型トンネル顕微鏡もある。
【０００６】
また、光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡とが一体化されたプローブ走査装置が開発されている。
【０００７】
ここで、従来のプローブ走査装置の概略を図面を参照しながら説明する。なお、下記に示すプローブ走査装置は、光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡の一例である原子間力顕微鏡とが一体的に構成されたものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
図２０は、従来のプローブ走査装置を示す模式図である。
【０００９】
図２０に示すように、支持台９０１には、図示しないリニアガイドを介して光学系支持台９０２が上下方向に移動可能に設けられている。
【００１０】
光学系支持台９０２には、対物レンズ９０７、変位計測光学系９０６および観察光学系９０４が取り付けられている。
【００１１】
光学系支持台９０２上に設けられた光学系支持台粗動マイクロメーター９０３を調整することにより、対物レンズ９０７、変位計測光学系９０６および観察光学系９０４を一体的に上下に移動させることができる。
【００１２】
また、光学系支持台９０２には、図示しないリニアガイドを介してスキャナ支持台９１５が上下方向に移動可能に設けられている。
【００１３】
スキャナ支持台９１５には、探針微動用円筒型圧電素子９０８が固定されている。探針微動用円筒型圧電素子９０８の下端に探針支持リング９０９が設けられている。
【００１４】
この探針支持リング９０９にカンチレバー９１８が取り付けられており、カンチレバー９１８の自由端に探針９１０が設けられている。なお、探針９１０は、探針支持リング９０９の中央の開口部分から突出するように設けられている。
【００１５】
スキャナ支持台９１５上に設けられたスキャナ支持台粗動マイクロメーター９１４を調整することにより、スキャナ支持台９１５を光学系支持台９０２に対して上下方向に移動させることができる。
【００１６】
一方、支持台９０１上には、試料走査用円筒型圧電素子９１３が固定されている。試料走査用円筒型圧電素子９１３上には試料台９１２が設けられており、試料台９１２上に試料９１１が載置される。
【００１７】
上記のような構成により、光学顕微鏡による試料の観察と走査型プローブ顕微鏡による試料の観察とを一台のプローブ走査装置により行うことができる。
【特許文献１】特開平５−１５７５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、走査型プローブ顕微鏡による試料の観察が可能な範囲は、探針が移動可能な領域内に限られる。走査型プローブ顕微鏡において探針が移動可能な領域は、最大でも数百ミクロンオーダの大きさである。
【００１９】
光学顕微鏡を有さないプローブ走査装置によれば、使用者は、試料を目視で確認することしかできなかったので、試料上の所望の領域を正確に観察するために、試料の位置合わせおよび走査型プローブ顕微鏡による試料の観察を繰り返す必要があった。
【００２０】
走査型プローブ顕微鏡による試料の観察は、上述のように、探針を試料の表面に移動させ、試料の表面上に沿うように走査させる必要があるので、光学顕微鏡による試料の観察に比べて時間がかかる。したがって、走査型プローブ顕微鏡による試料の観察は、熟練を要するとともに、迅速な作業が困難であった。
【００２１】
特許文献１のプローブ走査装置では、光学顕微鏡と原子間力顕微鏡とが一体的に構成されている。したがって、使用者は、試料台９１２に載置された試料９１１を光学顕微鏡で観察することにより、試料９１１上の所望の領域を探索することができる。
【００２２】
しかしながら、使用者は、光学顕微鏡により所望の領域が探索できても、その光学顕微鏡の観察結果から所望の領域が原子間力顕微鏡で観察可能な領域に一致するように試料９１１の位置合わせを行うことはできない。したがって、光学顕微鏡と走査型プローブ顕微鏡とが一体化されたプローブ走査装置においても、走査型プローブ顕微鏡による試料９１１の観察は、熟練を要するとともに、迅速な作業が困難であった。
【００２３】
本発明の目的は、対象物の所望の位置を容易かつ迅速に観察することができる顕微鏡システム、顕微鏡システムを用いた観察方法および観察プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
（１）第１の発明に係る顕微鏡システムは、試料が載置される試料載置台と、試料載置台に載置された試料の画像を第１の画像として取得する光学顕微鏡と、試料載置台に載置された試料の観察対象領域を設定可能でかつ設定された観察対象領域の形状に関する情報を形状情報として取得する走査型プローブ顕微鏡と、光学顕微鏡により取得された第１の画像を表示する表示手段と、表示手段により表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を表示手段に表示させる範囲表示手段と、表示手段により表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域を指定するための指定手段と、指定手段により指定された試料の領域に観察対象領域が設定されるように走査型プローブ顕微鏡を制御する制御手段とを備えたものである。
【００２５】
第１の発明に係る顕微鏡システムにおいては、試料載置台に載置された試料の画像が第１の画像として光学顕微鏡により取得され、取得された第１の画像が表示手段により表示される。
【００２６】
また、表示手段により表示された第１の画像において、走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲が範囲表示手段により表示される。
【００２７】
使用者は、表示手段により表示された第１の画像において、指定手段により走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域を指定する。
【００２８】
制御手段は、指定手段により指定された試料の領域に観察対象領域が設定されるように走査型プローブ顕微鏡を制御する。設定された観察対象領域の試料の形状に関する情報が、形状情報として走査型プローブ顕微鏡により取得される。
【００２９】
このように、使用者は、第１の画像において、走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域を容易に指定することができる。
【００３０】
それにより、指定された試料の領域に観察対象領域が設定され、設定された観察対象領域の試料の形状情報が走査型プローブ顕微鏡により取得されるので、使用者は試料の所望の位置を容易かつ迅速に走査型プローブ顕微鏡で観察することができる。
【００３１】
また、第１の画像における走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲は、観察対象領域の設定が可能な範囲である。したがって、使用者は、観察すべき試料の領域を指定する際に、走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を第１の画像により容易に確認することができる。
【００３２】
（２）  表示手段は、走査型プローブ顕微鏡により取得された観察対象領域の形状情報を第２の画像として表示してもよい。
【００３３】
この場合、走査型プローブ顕微鏡により取得された観察対象領域の形状情報が第２の画像として表示手段に表示される。それにより、使用者は試料の観察対象領域の形状を第２の画像により容易に確認することができる。
【００３４】
（３）顕微鏡システムは、光学顕微鏡の倍率を設定する倍率設定手段をさらに備え、範囲表示手段は、倍率設定手段により設定された光学顕微鏡の倍率に基づいて第１の画像における走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を拡大または縮小して表示してもよい。
【００３５】
この場合、使用者が倍率設定手段を操作することにより、第１の画像として表示手段に表示される試料の画像の領域を光学顕微鏡の倍率に応じて変化させることができる。
【００３６】
また、第１の画像における走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲が、倍率設定手段により設定される光学顕微鏡の倍率に基づいて範囲表示手段により拡大または縮小されて表示される。
【００３７】
それにより、使用者は、光学顕微鏡の倍率を変更する場合であっても、第１の画像における走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲に基づいて走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を容易に確認することができる。
【００３８】
（４）顕微鏡システムは、指定手段により指定される領域の少なくとも一部が範囲表示手段により表示される範囲外にある場合に警告を出力する警告出力手段をさらに備えてもよい。
【００３９】
この場合、第１の画像において範囲表示手段により表示される範囲外に、指定手段により指定される領域の少なくとも一部が存在するときに、警告出力手段により警告が出力される。
【００４０】
これにより、使用者が第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲外の領域を誤って設定することが防止される。
【００４１】
（５）走査型プローブ顕微鏡は、探針を有し、試料載置台と探針とを相対的に移動させることにより探針を試料の表面に沿って走査させることにより、観察対象領域の第２の画像を取得し、制御手段は、指定手段により指定された試料の領域に探針を走査させるように走査型プローブ顕微鏡を制御してもよい。
【００４２】
このように、走査型プローブ顕微鏡においては、試料載置台と探針とが相対的に移動されることにより、指定手段により指定された試料の領域で、探針が試料の表面に沿って走査される。それにより、観察対象領域の第２の画像が取得される。
【００４３】
このように、探針を試料の表面に沿って走査させることにより、探針と試料の表面との間に働く原子間力を利用して、試料表面の高さ情報を得ることができる。したがって、第２の画像として試料表面の高さの情報を表示させることが可能となる。
【００４４】
（６）第２の発明に係る観察方法は、光学顕微鏡と、観察対象領域を設定可能な走査型プローブ顕微鏡とを備えた顕微鏡システムを用いた観察方法であって、試料載置台に載置された試料の画像を光学顕微鏡により第１の画像として取得するステップと、光学顕微鏡により取得された第１の画像を表示するステップと、表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を表示するステップと、表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域を指定するステップと、指定された試料の領域に観察対象領域が設定されるように走査型プローブ顕微鏡を制御するステップと、試料の設定された観察対象領域の形状に関する情報を形状情報として取得するステップとを備えたものである。
【００４５】
第２の発明に係る観察方法においては、試料載置台に載置された試料の画像が第１の画像として光学顕微鏡により取得され、取得された第１の画像が表示される。表示された第１の画像において、走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲が表示される。また、表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域が指定され、指定された試料の領域に観察対象領域が設定されるように走査型プローブ顕微鏡が制御される。これにより、設定された観察対象領域の試料の形状に関する情報が形状情報として走査型プローブ顕微鏡により取得される。
【００４６】
このように、使用者は、第１の画像において、走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域を容易に指定することができる。
【００４７】
それにより、指定された試料の領域に観察対象領域が設定され、設定された観察対象領域の試料の形状情報が走査型プローブ顕微鏡により取得されるので、使用者は試料の所望の位置を容易かつ迅速に走査型プローブ顕微鏡で観察することができる。
【００４８】
また、第１の画像における走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲は、観察対象領域の設定が可能な範囲である。したがって、使用者は、観察すべき試料の領域を指定する際に、走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を第１の画像により容易に確認することができる。
【００４９】
（７）第３の発明に係る観察プログラムは、光学顕微鏡と、観察対象領域を設定可能な走査型プローブ顕微鏡とを備えた顕微鏡システムを制御するコンピュータにより実行可能な観察プログラムであって、試料載置台に載置された試料の画像を光学顕微鏡により第１の画像として取得する処理と、光学顕微鏡により取得された第１の画像を表示する処理と、表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を表示する処理と、表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域を指定する処理と、指定された試料の領域に観察対象領域が設定されるように走査型プローブ顕微鏡を制御する処理と、試料の設定された観察対象領域の形状に関する情報を形状情報として取得する処理とを、コンピュータに実行させるものである。
【００５０】
第３の発明に係る観察プログラムにおいては、試料載置台に載置された試料の画像が第１の画像として光学顕微鏡により取得され、取得された第１の画像が表示される。表示された第１の画像において、走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲が表示される。また、表示された第１の画像において走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域が指定され、指定された試料の領域に観察対象領域が設定されるように走査型プローブ顕微鏡が制御される。これにより、設定された観察対象領域の試料の形状に関する情報が形状情報として走査型プローブ顕微鏡により取得される。
【００５１】
このように、使用者は、第１の画像において、走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域を容易に指定することができる。
【００５２】
それにより、指定された試料の領域に観察対象領域が設定され、設定された観察対象領域の試料の形状情報が走査型プローブ顕微鏡により取得されるので、使用者は試料の所望の位置を容易かつ迅速に走査型プローブ顕微鏡で観察することができる。
【００５３】
また、第１の画像における走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲は、観察対象領域の設定が可能な範囲である。したがって、使用者は、観察すべき試料の領域を指定する際に、走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を第１の画像により容易に確認することができる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明に係る顕微鏡システム、観察方法および観察プログラムによれば、使用者は、光学顕微鏡により取得される試料の画像において、走査型プローブ顕微鏡により観察すべき試料の領域を容易に指定することができる。
【００５５】
それにより、指定された試料の領域に観察対象領域が設定され、設定された観察対象領域の試料の形状情報が走査型プローブ顕微鏡により取得されるので、使用者は試料の所望の位置を容易かつ迅速に走査型プローブ顕微鏡で観察することができる。
【００５６】
また、光学顕微鏡により取得される試料の画像における走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲は、観察対象領域の設定が可能な範囲である。したがって、使用者は、観察すべき試料の領域を指定する際に、走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲を光学顕微鏡により取得される試料の画像により容易に確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
本発明の一実施の形態に係る顕微鏡システム、観察方法および観察プログラムについて、図面を参照しつつ説明する。
【００５８】
（１）  顕微鏡システムの構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る顕微鏡システムの外観を示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係る顕微鏡システム１は、プローブ走査装置１Ａおよびパーソナルコンピュータ１Ｂからなる。プローブ走査装置１Ａおよびパーソナルコンピュータ１Ｂは、互いにケーブルｃａにより接続されている。
【００５９】
図１では、プローブ走査装置１Ａが斜視図で示され、パーソナルコンピュータ１Ｂは正面図で示されている。ここで、プローブ走査装置１Ａの斜視図において、水平面内で直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。これらのＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の定義は、後述する図２および図４においても同様である。
【００６０】
（１−ａ）  プローブ走査装置の構成
プローブ走査装置１Ａについて説明する。図２は、図１のプローブ走査装置１Ａの組立て斜視図である。
【００６１】
図１および図２に示すように、本実施の形態に係るプローブ走査装置１Ａは、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope:ＡＦＭ）１０および光学顕微鏡２０を一体的に備える。原子間力顕微鏡１０および光学顕微鏡２０は、顕微鏡連結部材４０に取り付けられ、ベース筐体部５０により保持される。
【００６２】
図２に示すように、ベース筐体部５０は、ＸＹ平面に平行となるように配置される底板５１を有する。底板５１の四隅には、Ｚ方向に延びる支持脚５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが取り付けられている。また、底板５１の四辺には、４つの支持脚５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄおよび底板５１を取り囲むように補強板５２が取り付けられている。
【００６３】
プローブ走査装置１Ａの組立て時において、４つの支持脚５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄの上端部には、それぞれ弾性部材５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが取り付けられる。
【００６４】
顕微鏡連結部材４０は、ＡＦＭ固定部材４１と光学顕微鏡固定部材４２とが一体的に形成された構造を有する。ＡＦＭ固定部材４１は、略箱形状を有し、内部に試料載置台収容空間４１ｓを有する。光学顕微鏡固定部材４２は角筒形状を有し、内部に光学顕微鏡収容空間４２ｓを有する。
【００６５】
顕微鏡連結部材４０においては、ＡＦＭ固定部材４１に原子間力顕微鏡１０が取り付けられ、光学顕微鏡固定部材４２に光学顕微鏡２０が取り付けられる。これにより、原子間力顕微鏡１０および光学顕微鏡２０が一体的に連結される。
【００６６】
顕微鏡連結部材４０への原子間力顕微鏡１０および光学顕微鏡２０の取り付けの詳細は後述する。
【００６７】
原子間力顕微鏡１０および光学顕微鏡２０が連結された状態で、ＸＹ平面内における顕微鏡連結部材４０の上端部側の四隅が被支持部４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄとして各弾性部材５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄの上端部に取り付けられる。
【００６８】
これにより、図１に示すように、顕微鏡連結部材４０により互いに連結された原子間力顕微鏡１０および光学顕微鏡２０が、ベース筐体部５０により弾性的に保持される。
【００６９】
原子間力顕微鏡１０は、ＡＦＭスキャナ１１および試料載置台３０を備える。ＡＦＭスキャナ１１は、顕微鏡連結部材４０のＡＦＭ固定部材４１上に取り付けられる。
【００７０】
具体的には、図２に示すように、ＡＦＭ固定部材４１の上端部にＡＦＭスキャナ支持部４４が形成されている。ＡＦＭスキャナ支持部４４は、平面視でＬ字状をなし、水平な上面を有する。この上面上にＡＦＭスキャナ１１が取り付けられる。
【００７１】
ＡＦＭスキャナ１１の下部には、図１に示すように、ミラーホルダ２６および図示しないカンチレバー保持部が設けられている。ミラーホルダ２６は光学顕微鏡２０のミラー２５を保持し、カンチレバー保持部は後述する探針が設けられたカンチレバーを保持する。
【００７２】
原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察時には、カンチレバーのＺ方向の変位、すなわち後述する圧電素子１１０（図４）に連結されたカンチレバー保持部のＺ方向の変位がケーブルｃａを通じてパーソナルコンピュータ１Ｂに送られる。それにより、パーソナルコンピュータ１Ｂは後述する表示装置にカンチレバーの変位に基づく画像を表示する。
【００７３】
ＡＦＭスキャナ１１のカンチレバーに設けられている探針を試料Ｍの表面に沿って走査させる構成の詳細は後述する。
【００７４】
図２に示すように、試料載置台３０は顕微鏡連結部材４０の試料載置台収容空間４１ｓに収容される。試料載置台３０は、移動プレート３０ａ、Ｚ方向移動機構３０ｂおよびＸＹ方向移動機構３０ｃを含む。
【００７５】
図２によれば、ＸＹ方向移動機構３０ｃ上にＺ方向移動機構３０ｂが設けられ、Ｚ方向移動機構３０ｂ上に移動プレート３０ａが設けられている。
【００７６】
ＸＹ方向移動機構３０ｃは２つのモータＭａ，Ｍｂを有する。また、Ｚ方向移動機構３０ｂは図示しない１つのモータを有する。これらの３つのモータは、後述の図３の動作制御部８１に接続されている。動作制御部８１には、後述の図３のＸ方向電動スイッチＳＷ１、Ｙ方向電動スイッチＳＷ２およびＺ方向電動スイッチＳＷ３が接続されている。図１および図２では、これらのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を図示しないが、実際はプローブ走査装置１Ａの正面側に各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が設けられる。
【００７７】
上記のＸ方向電動スイッチＳＷ１、Ｙ方向電動スイッチＳＷ２およびＺ方向電動スイッチＳＷ３に代えて、移動プレート下降スイッチ、最下点スイッチおよび照明スイッチを設けてもよい。
【００７８】
この場合、移動プレート下降スイッチは、試料Ｍが載置された移動プレート３０ａを下降させるために用いられる。最下点スイッチは、試料Ｍが載置された移動プレート３０ａを移動プレート３０ａがＺ方向で移動可能な最下点に移動させるために用いられる。照明スイッチは、プローブ走査装置１Ａ内に設けられる照明（図示せず）をオンまたはオフするために用いられる。
【００７９】
使用者は、Ｚ方向電動スイッチＳＷ３を操作することによりＺ方向移動機構３０ｂを動作させる。これにより、試料Ｍが載置された移動プレート３０ａをＺ方向（鉛直方向）に移動させることができる。
【００８０】
また、使用者は、Ｘ方向電動スイッチＳＷ１およびＹ方向電動スイッチＳＷ２を操作することによりＸＹ方向移動機構３０ｃを動作させる。これにより、試料Ｍが載置された移動プレート３０ａをＸ方向およびＹ方向（水平方向）に移動させることができる。
【００８１】
光学顕微鏡２０は、レンズ格納部２１、光軸変換部２２、電動ズーム鏡筒２３、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラボックス２４、ミラー２５（図１）、ミラーホルダ２６（図１）および遊動台座２７を備える。光軸変換部２２は光軸変換ミラー２２ａを内蔵する。
【００８２】
電動ズーム鏡筒２３は、後述の図３のズーム調整装置２３１およびフォーカス調整装置２３２を内蔵する。また、ＣＣＤカメラボックス２４は後述の図３のＣＣＤカメラ２４１を内蔵する。
【００８３】
光学顕微鏡２０のレンズ格納部２１は、光軸変換部２２に取り付けられ、光軸変換部２２は、電動ズーム鏡筒２３の上端部に取り付けられている。電動ズーム鏡筒２３の下端部にＣＣＤカメラボックス２４が設けられている。光軸変換部２２の内部では、光軸変換ミラー２２ａが電動ズーム鏡筒２３の軸心の延長線上に配置されている。
【００８４】
光学顕微鏡２０の電動ズーム鏡筒２３は、Ｚ方向に平行な軸に対してやや傾斜するように遊動台座２７により支持される。
【００８５】
遊動台座２７が、顕微鏡連結部材４０の光学顕微鏡固定部材４２上に取り付けられる。これにより、遊動台座２７に支持された電動ズーム鏡筒２３が光学顕微鏡収容空間４２ｓ内に収容される。
【００８６】
なお、遊動台座２７の光学顕微鏡固定部材４２上への取り付けは、接続部材４２ｃ（図１）を光学顕微鏡固定部材４２の上面にネジ止めし、固定された接続部材４２ｃに遊動台座２７をネジ止めすることにより行う。
【００８７】
遊動台座２７は、図示しない２つの移動機構を有する。一方の移動機構は、電動ズーム鏡筒２３およびそれに取り付けられた各構成部をＹ方向に移動させることができる。また、他方の移動機構は、電動ズーム鏡筒２３およびそれに取り付けられた各構成部を電動ズーム鏡筒２３の軸心に沿う方向に移動させることができる。
【００８８】
２つの移動機構は、ともに光学顕微鏡固定部材４２上に設けられる光学顕微鏡移動操作部６０に接続される。図１に示すように、光学顕微鏡移動操作部６０には、Ｙ方向操作ノブ６０ａおよび上下方向操作ノブ６０ｂが設けられている。
【００８９】
Ｙ方向操作ノブ６０ａは遊動台座２７の一方の移動機構を操作するために設けられ、上下方向操作ノブ６０ｂは遊動台座２７の他方の移動機構を操作するために設けられる。
【００９０】
これにより、使用者は、Ｙ方向操作ノブ６０ａを操作することにより光学顕微鏡２０をＹ方向に移動させることができる。また、使用者は、上下方向操作ノブ６０ｂを操作することにより光学顕微鏡２０を電動ズーム鏡筒２３の軸心に沿う方向に移動させることができる。
【００９１】
ここで、試料Ｍが試料載置台３０上に載置された状態で、ミラー２５は試料Ｍの上方に位置する。この場合、図示しない光源から発せられる照明光が試料Ｍに照射され、その試料Ｍからの反射光がミラー２５に照射される。
【００９２】
試料Ｍからの反射光は、ミラー２５により反射され、レンズ格納部２１内のレンズを通して光軸変換部２２内の光軸変換ミラー２２ａにより反射される。光軸変換ミラー２２ａによる反射光は、電動ズーム鏡筒２３を通してＣＣＤカメラボックス２４に取り込まれる。それにより、ＣＣＤカメラボックス２４内のＣＣＤカメラに試料Ｍの画像が形成される。
【００９３】
光学顕微鏡２０による試料Ｍの観察時には、ＣＣＤカメラに形成された試料Ｍの画像がケーブルｃａを通じてパーソナルコンピュータ１Ｂに送られる。それにより、パーソナルコンピュータ１Ｂは後述する表示装置に試料Ｍの画像を表示する。
【００９４】
（１−ｂ）  顕微鏡システムの制御系
顕微鏡システム１の制御系について説明する。図３は、顕微鏡システム１の制御系を説明するためのブロック図である。
【００９５】
図３に示すように、本実施の形態に係る顕微鏡システム１において、プローブ走査装置１Ａは、原子間力顕微鏡１０、光学顕微鏡２０、インターフェイス部８０、動作制御部８１、記憶部８２、Ｘ方向電動スイッチＳＷ１、Ｙ方向電動スイッチＳＷ２およびＺ方向電動スイッチＳＷ３を備える。
【００９６】
原子間力顕微鏡１０はＡＦＭスキャナ１１および試料載置台３０を含み、光学顕微鏡２０はズーム調整装置２３１、フォーカス調整装置２３２およびＣＣＤカメラ２４１を含む。
【００９７】
プローブ走査装置１Ａにおいて、上記の各構成部は互いに電気的に接続されている。インターフェイス部８０はケーブルｃａを介してパーソナルコンピュータ１Ｂに接続されている。
【００９８】
動作制御部８１は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）またはマイクロコンピュータ等を含み、プローブ走査装置１Ａ内の他の構成部の動作を制御する。
【００９９】
記憶部８２は、例えばメモリからなり、各構成部の動作に関するプログラムを記憶する。
【０１００】
試料載置台３０は、Ｘ方向移動モータ、Ｙ方向移動モータおよびＺ方向移動モータを有する。これらのモータは、それぞれ、図２のモータＭａ、モータＭｂおよびＺ方向移動機構３０ｂのモータに相当する。
【０１０１】
使用者によりＸ方向電動スイッチＳＷ１が操作されると、動作制御部８１はＸ方向移動モータを動作させる。使用者によりＹ方向電動スイッチＳＷ２およびＺ方向電動スイッチＳＷ３が操作された場合も、同様に、動作制御部８１はＹ方向移動モータおよびＺ方向移動モータを動作させる。
【０１０２】
その結果、上述のように、図１の試料Ｍが載置された移動プレート３０ａをＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させることが可能となる。
【０１０３】
図３において、光学顕微鏡２０に含まれるズーム調整装置２３１は光学顕微鏡２０の倍率を調整する。また、フォーカス調整装置２３２は光学顕微鏡２０の焦点位置を調整する。
【０１０４】
使用者が後述するパーソナルコンピュータ１Ｂの入力装置９５により光学顕微鏡２０の倍率を入力すると、パーソナルコンピュータ１Ｂから動作制御部８１に光学顕微鏡２０の倍率を示す信号が与えられる。これにより、動作制御部８１は、与えられた信号に基づいてズーム調整装置２３１を動作させる。その結果、光学顕微鏡２０の倍率が調整される。
【０１０５】
また、使用者が後述するパーソナルコンピュータ１Ｂの入力装置９５により光学顕微鏡２０の焦点位置を入力すると、パーソナルコンピュータ１Ｂから動作制御部８１に光学顕微鏡２０の焦点位置を示す信号が与えられる。これにより、動作制御部８１は、与えられた信号に基づいてフォーカス調整装置２３２を動作させる。その結果、光学顕微鏡２０の焦点位置が調整される。
【０１０６】
光学顕微鏡２０のＣＣＤカメラ２４１は、試料Ｍの画像をパーソナルコンピュータ１Ｂに出力する。これにより、後述するパーソナルコンピュータ１Ｂの表示装置９１に光学顕微鏡２０により観察される試料Ｍの画像が表示される。
【０１０７】
以下の説明において、後述する表示装置９１に表示される画像のうち、光学顕微鏡２０により観察された試料Ｍの画像を光顕画像と呼ぶ。
【０１０８】
パーソナルコンピュータ１Ｂは、インターフェイス部９０、表示装置９１、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）９２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）９３、ＣＰＵ９４、入力装置９５、記録媒体駆動装置９６および外部記憶装置９７を備える。
【０１０９】
インターフェイス部９０は、ケーブルｃａを介してプローブ走査装置１Ａに接続されている。
【０１１０】
表示装置９１は、液晶表示パネルまたはＣＲＴ（陰極線管）等からなり、原子間力顕微鏡１０により観察される試料Ｍの表面形状に基づく画像および上述の光顕画像を表示する。
【０１１１】
ＲＯＭ９２にはシステムプログラムが記憶される。記録媒体駆動装置９６は、ＣＤ（コンパクトディスク）ドライブ、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）ドライブ等からなり、ＣＤ、ＤＶＤドライブ等の記録媒体９８に対してデータの読み書きを行う。
【０１１２】
記録媒体９８には、後述する観察プログラムが記録されている。
【０１１３】
入力装置９５は、キーボードおよびマウス等からなり、使用者が種々の指令およびデータの入力をするために用いられる。本実施の形態では、例えば光学顕微鏡２０の倍率がキーボードにより入力され、原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察位置がマウスにより指定される。詳細は後述する。
【０１１４】
外部記憶装置９７は、ハードディスク装置等からなり、記録媒体駆動装置９６を介して記録媒体９８から読み込まれた観察プログラムを記憶する。
【０１１５】
ＣＰＵ９４は、外部記憶装置９７に記憶された観察プログラムをＲＡＭ９３上で実行し、パーソナルコンピュータ１Ｂの各構成部を制御するとともに、プローブ走査装置１Ａに種々の信号を出力する。
【０１１６】
なお、記録媒体９８の代わりにＲＯＭ等の半導体メモリ、ハードディスク装置等の他の記録媒体を用いてもよい。また、プログラムをインターネットを通して外部記憶装置９７にダウンロードしてもよい。
【０１１７】
（１−ｃ）  コンタクトモードを用いる原子間力顕微鏡の制御系の詳細
プローブ走査装置１Ａの原子間力顕微鏡１０の制御系の詳細を説明する。ここで、コンタクトモードとは、原子間力顕微鏡１０において、後述の探針を試料Ｍに接触する位置まで近付けて試料表面に沿って走査させる測定モードである。
【０１１８】
図４は、図１の原子間力顕微鏡１０のコンタクトモードを用いる場合の制御系を示すブロック図である。
【０１１９】
原子間力顕微鏡１０は、板バネ状のカンチレバー１００、探針１０１および圧電素子１１０を含む。
【０１２０】
カンチレバー１００の先端に探針１０１が設けられている。この探針１０１を試料Ｍに近付けると、探針１０１と試料Ｍとの間に原子間力が生じ、カンチレバー１００が上下方向にたわむ。
【０１２１】
ＡＦＭスキャナ１１内に設けられた圧電素子１１０により試料Ｍ表面に沿った探針１０１の走査が行われる。圧電素子１１０は、試料Ｍ表面に沿って探針１０１を走査させるために、カンチレバー１００をＸ方向およびＹ方向に移動させる。
【０１２２】
なお、探針１０１を固定した状態で試料載置台３０の移動プレート３０ａ（図１）をＸ方向およびＹ方向に移動させることにより、試料Ｍ表面に沿った探針１０１の走査を行ってもよい。また、圧電素子１１０の代わりにボイスコイルモータを用いてもよい。
【０１２３】
圧電素子１１０は、カンチレバー１００のたわみ量を一定に保つように、すなわち、探針１０１と試料Ｍとの間に生じる原子間力を一定に保つようにカンチレバー１００をＺ軸方向に動作させる。探針１０１と試料Ｍとの間の原子間力を一定に保つために圧電素子１１０に印加した電圧値の変化に基づいてＺ方向におけるカンチレバー１００の位置情報が取得される。この位置情報から試料Ｍの３次元的な表面形状に関する形状情報が取得される。これにより、その形状情報を画像化することが可能となる。
【０１２４】
なお、圧電素子１１０は、動作制御部８１により制御される。動作制御部８１は、ＣＰＵ１３１、変位検出部１３２、Ｚ方向サーボ回路１３３およびＸ−Ｙ方向サーボ回路１３４を含む。
【０１２５】
Ｚ方向サーボ回路１３３は、カンチレバー１００の探針１０１がＺ方向に動作するように圧電素子１１０を制御する。また、Ｘ−Ｙ方向サーボ回路１３４は、カンチレバー１００の探針１０１がＸ方向およびＹ方向に移動するように圧電素子１１０を制御する。変位検出部１３２については後述する。
【０１２６】
ここで、試料Ｍ表面の凹凸により生じるカンチレバー１００のたわみ量を一定に保つための原子間力顕微鏡１０における動作について説明する。
【０１２７】
カンチレバー１００には、例えば歪ゲージ等を含む変位センサが内蔵される。これにより、カンチレバー１００の微小な変位に応じた信号が出力される。
【０１２８】
変位センサの出力信号は、動作制御部８１の変位検出部１３２に与えられる。それにより、変位検出部１３２は、カンチレバー１００のたわみ量を検出する。
【０１２９】
動作制御部８１のＣＰＵ１３１は、変位検出部１３２により検出されたカンチレバー１００のたわみ量に基づいて、このたわみ量を一定に保つように圧電素子１１０を制御する。
【０１３０】
動作制御部８１は、図３のインターフェイス部８０を介してパーソナルコンピュータ１Ｂに接続されている。これにより、上述のように、カンチレバー１００のＺ方向の変位（カンチレバー保持部のＺ方向の変位）がケーブルｃａを通じてパーソナルコンピュータ１Ｂに送られる。それにより、パーソナルコンピュータ１Ｂの図３の表示装置９１に、試料Ｍの３次元的な形状情報に基づく画像が映し出される。
【０１３１】
以下の説明において、表示装置９１に表示される画像のうち、原子間力顕微鏡１０により観察された試料Ｍの３次元的な形状情報に基づく画像を形状画像と呼ぶ。
【０１３２】
なお、本実施の形態においては、原子間力顕微鏡１０の測定モードとして、コンタクトモードを用いているが、これに限定されるものではなく、探針１０１を試料Ｍに接触させることなく探針１０１を共振させ、試料Ｍ表面の近傍を走査させるノンコンタクトモード（ダンピングモード）を用いてもよい。
【０１３３】
上記では、カンチレバー１００のたわみ量を検出するために、カンチレバー１００に変位センサを内蔵する自己検知方式が用いられているが、レーザ光をカンチレバー１００に照射し、カンチレバー１００からの反射光を光検出器により検出してカンチレバー１００のたわみ量を検出する光てこ方式を用いてもよい。
【０１３４】
（２）  顕微鏡システムの操作手順
以下、顕微鏡システム１による試料Ｍの観察手順および使用者に提示される試料Ｍの画像について説明する。
【０１３５】
図５は、本発明の一実施の形態に係る顕微鏡システム１の操作手順の一例を示すフローチャートである。
【０１３６】
図５に示すように、使用者は、図１の試料載置台３０の移動プレート３０ａ上に試料Ｍを載置し（ステップＳ１）、光学顕微鏡２０による試料Ｍの観察を行う（ステップＳ２）。
【０１３７】
ここで、使用者は、光学顕微鏡２０による試料Ｍの観察時に光学顕微鏡２０の倍率の調整を行う（ステップＳ２ａ）。なお、本実施の形態に係る顕微鏡システム１において、使用者は光学顕微鏡２０の倍率を２５０倍〜１２５０倍の範囲で調整することができる。詳細は後述する。
【０１３８】
また、使用者は、光学顕微鏡２０による試料Ｍの観察時に原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察対象領域の探索も行う（ステップＳ２ｂ）。
【０１３９】
原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察対象領域の探索時において、使用者は例えば光学顕微鏡２０の位置調整を行う。この位置調整は、使用者が図１のＹ方向操作ノブ６０ａおよび上下方向操作ノブ６０ｂを操作することにより行われる。
【０１４０】
図６および図７は、光学顕微鏡２０の位置調整時に図３の表示装置９１に表示される光顕画像の一例である。
【０１４１】
本実施の形態に係る顕微鏡システム１においては、光学顕微鏡２０による光顕画像の観察時に、図６に示すように、光顕画像に太い実線により表される枠が表示される。この太い実線により表される枠は、原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察が可能な大きさの領域を示す。
【０１４２】
換言すれば、太い実線により表される枠は、原子間力顕微鏡１０の探針１０１（図４）が圧電素子１１０（図４）により移動可能な大きさの領域を示す。
【０１４３】
以下、この枠を取得可能領域枠と呼ぶ。本実施の形態において、取得可能領域枠は、例えば試料Ｍ上の２００μｍ×２００μｍの矩形領域を表す。
【０１４４】
この取得可能領域枠は、光学顕微鏡２０の位置および原子間力顕微鏡１０の探針１０１の実際の位置にかかわらず、光顕画像の中央に表示される。
【０１４５】
したがって、使用者は、光顕画像上の取得可能領域枠と、探針１０１が実際に試料Ｍ上で移動可能な領域とを一致させるために以下の操作を行う。
【０１４６】
図６に、取得可能領域枠と、探針１０１が実際に試料Ｍ上で移動可能な領域とが大きくずれているときに表示装置９１に表示される光顕画像が示されている。
【０１４７】
図６では、上述のように光顕画像の中央に太い実線で取得可能領域枠が示されている。取得可能領域枠から大きくずれた位置にカンチレバー１００が示されている。
【０１４８】
この場合、使用者は、カンチレバー１００の探針１０１の保持部が取得可能領域枠のほぼ中央に位置するように、図１のＹ方向操作ノブ６０ａおよび上下方向操作ノブ６０ｂを操作して光学顕微鏡２０の位置の粗調整を行う。
【０１４９】
ここで、光学顕微鏡２０の位置の粗調整が行われた場合、使用者は、さらに光学顕微鏡２０の位置の微調整を行う。
【０１５０】
図７に、光学顕微鏡２０の位置の微調整時に表示装置９１に表示される光顕画像が示されている。光学顕微鏡２０の位置の微調整時には、光学顕微鏡２０の倍率が高倍率に設定される。そこで、使用者は、カンチレバー１００の探針１０１の保持部が光顕画像の中心に位置するように、再度光学顕微鏡２０の位置調整を行う。
【０１５１】
この場合、図７に示すように、光顕画像には、その中心位置を示すように２本の太い実線が表示される。使用者は、カンチレバー１００の探針１０１の保持部が２本の太い実線の交点に位置するように原子間力顕微鏡１０を移動させる。
【０１５２】
その結果、光顕画像上の取得可能領域枠と、探針１０１が実際に試料Ｍ上で移動可能な領域とが一致する。
【０１５３】
このように、位置調整が行われることにより、光学顕微鏡２０による試料Ｍの観察時に、低倍率から高倍率へと倍率を変化させた場合でも、探針１０１が実際に試料Ｍ上で移動可能な領域が光顕画像から外れることが防止される。したがって、使用者は上記のような光学顕微鏡２０の位置調整を行うことが好ましい。
【０１５４】
なお、使用者が光学顕微鏡２０の位置調整を行う代わりに、パーソナルコンピュータ１Ｂが以下の動作を行ってもよい。
【０１５５】
例えば、パーソナルコンピュータ１Ｂは、図６に示す光顕画像上でカンチレバー１００の光顕画像上での位置を識別し、図３の外部記憶装置９７に記憶する。
【０１５６】
光学顕微鏡２０の倍率が変化する場合、パーソナルコンピュータ１Ｂは、その倍率および記憶された光顕画像上のカンチレバー１００の位置に基づいて現在の光顕画像に対するカンチレバー１００の相対位置を演算する。そして、パーソナルコンピュータ１Ｂは、算出されたカンチレバー１００の相対位置を新たな画像（ウインドウ）等により表示装置９１に表示する。
【０１５７】
これにより、使用者は、現在の光顕画像にカンチレバー１００が表示されない場合でも、実際のカンチレバー１００の位置を容易に認識することができる。
【０１５８】
図８は、光学顕微鏡２０による試料Ｍの観察時に図３の表示装置９１に表示される光顕画像の一例である。
【０１５９】
図８の光顕画像は、液晶カラーフィルタの裏面に形成された配線を観察したものであり、試料Ｍ上の１０００μｍ×７５０μｍの矩形の領域を表す。この光顕画像は、使用者が光学顕微鏡２０の倍率を２５０倍に設定したときの画像である。図８では、表示装置９１に表示される光顕画像を縮小して示している。図８において、太い破線により表される枠については後述する。
【０１６０】
ここで、上記のステップＳ２ａに示すように、使用者が光学顕微鏡２０の倍率を調整した場合、調整された倍率に応じて光顕画像上の取得可能領域枠の大きさも変化する。
【０１６１】
図９は、図８の光顕画像で示される試料Ｍの一部の領域をさらに高倍率で観察したときの光顕画像である。
【０１６２】
図９の光顕画像は、試料Ｍ上の２００μｍ×１５０μｍの矩形領域を表す。この光顕画像は、使用者が光学顕微鏡２０の倍率を１２５０倍に設定したときの画像である。図９でも、表示装置９１に表示される光顕画像を縮小して示している。
【０１６３】
上述のように、取得可能領域枠の大きさは、使用者による光学顕微鏡２０の倍率の調整値に応じて変化する。図９では、図８の取得可能領域枠内の２００μｍ×１５０μｍの矩形領域が示されている。したがって、取得可能領域枠は表示されない。図９において、太い破線により表される枠については後述する。
【０１６４】
続いて、使用者は、ステップＳ２ｂにおいて探索した観察対象領域の中から、さらに原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察対象領域を指定する（ステップＳ３）。
【０１６５】
本実施の形態において、原子間力顕微鏡１０による観察対象領域の指定は、例えば次のように行われる。
【０１６６】
上記のように、光学顕微鏡２０の観察時には、表示装置９１に光顕画像が表示される。そこで、使用者は、図３の入力装置９５を用いて表示装置９１に表示された光顕画像上で原子間力顕微鏡１０による観察対象領域を指定する。
【０１６７】
すなわち、使用者は、マウスを用いて図８の光顕画像の取得可能領域枠内で所望の位置にマウスポインタを設定し、ドラッグ操作を行う。これにより、図８および図９に示すように、光顕画像上に、太い破線により表される枠が表示される。この太い破線により表される枠は、原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察対象領域を示す。
【０１６８】
以下、この枠を観察対象領域枠と呼ぶ。本実施の形態において、観察対象領域枠は、上述の取得可能領域枠内であれば任意の大きさに作成できる。しかしながら、この観察対象領域枠は取得可能領域枠を超えて作成することはできない。
【０１６９】
例えば、使用者が取得可能領域枠から外れた位置でマウスによるドラッグ操作を行った場合には、当該位置は原子間力顕微鏡１０で観察できない旨が表示されるとともに、パーソナルコンピュータ１Ｂの図示しない音声出力部から警告音が発せられる。パーソナルコンピュータ１Ｂの警告動作の詳細は後述する。
【０１７０】
その後、使用者は、ステップＳ３において指定した観察対象領域について原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察を行う（ステップＳ４）。その結果、使用者は、図１０に示すような試料Ｍの形状画像を得ることができる。なお、図１０は、図８および図９の光顕画像により指定された試料Ｍの観察対象領域の形状画像であり、例えば試料Ｍを上方から見た場合を想定した上面視画像である。この上面視画像においては、各ピクセルの階調が試料Ｍの表面の高さに関する情報に対応する。なお、この高さに関する情報が階調の代わりに色彩で表示されてもよい。
【０１７１】
（３）  観察方法の詳細
本実施の形態に係る観察方法は、図３の表示装置９１に上述の取得可能領域枠を表示するステップ、および表示装置９１に表示された光顕画像から観察対象領域枠を作成して原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察対象領域を指定するステップからなる。
【０１７２】
（３−ａ）  光学顕微鏡の倍率の設定方法
上記の各ステップを説明する前に、理解を容易にするため顕微鏡システム１における光学顕微鏡２０の倍率の調整方法を説明する。以下の説明では、使用者が設定する光学顕微鏡２０の倍率を光学設定倍率と呼ぶ。
【０１７３】
ここで、図３のズーム調整装置２３１は、ステッピングモータおよび複数のレンズからなるズーム機構を備える。ステッピングモータに与えられるパルスの数に応じて、複数のレンズ間の距離が変化することにより光学顕微鏡２０の倍率が調整される。
【０１７４】
したがって、光学顕微鏡２０の倍率が最大となる状態からステッピングモータに与えるパルスの数を増加させると光学顕微鏡２０の倍率は減少する。この場合のパルスの数をズーム値と呼ぶ。
【０１７５】
光学顕微鏡２０の倍率とズーム値との対応関係は、倍率変換テーブルとして予め図３の外部記憶装置９７に記憶されている。図１１は、倍率変換テーブルの一例を示す図である。
【０１７６】
図１２は、光学顕微鏡２０の倍率の調整方法を示すフローチャートである。図１１では、図３の動作制御部８１およびＣＰＵ９４の動作を１つにまとめて表記している。
【０１７７】
初めに、パーソナルコンピュータ１ＢのＣＰＵ９４は、入力装置９５から光学設定倍率が入力されたか否かを判別する（ステップＳ１１）。
【０１７８】
ＣＰＵ９４は、入力装置９５から光学設定倍率が入力された場合、図１１に示す倍率変換テーブルに基づいて光学設定倍率をズーム値に変換し、変換されたズーム値を記憶部８２に記憶させる（ステップＳ１２）。
【０１７９】
さらに、ＣＰＵ９４は変換されたズーム値を動作制御部８１に与える。動作制御部８１は、与えられたズーム値に基づいてズーム調整装置２３１を動作させる（ステップＳ１３）。
【０１８０】
具体的には、動作制御部８１は、与えられたズーム値を記憶部８２に記憶させるとともに、与えられたズーム値と、前回の調整時に記憶部８２に記憶されたズーム値との差分値を算出する。
【０１８１】
そして、動作制御部８１は、得られた差分値に対応する数のパルスをズーム調整装置２３１に与える。それにより、ズーム調整装置２３１のステッピングモータに与える。それにより、光学顕微鏡２０の倍率が光学設定倍率に設定される。
【０１８２】
なお、図１１の倍率変換テーブルの倍率は５０倍ごとに設定されている。倍率変換テーブルの倍率間の倍率に対応するズーム値は補間処理により算出される。
【０１８３】
（３−ｂ）  取得可能領域の表示
図３の表示装置９１に取得可能領域枠を表示するステップを説明する。
【０１８４】
取得可能領域枠は、光学設定倍率に対応するズーム値、および外部記憶装置９７に予め記憶されるピクセル変換テーブルに基づいて表示装置９１に表示される。初めに、ピクセル変換テーブルについて説明する。
【０１８５】
図１３は、ピクセル変換テーブルを説明するための図である。本実施の形態において、ピクセル変換テーブルは、光学設定倍率ごとに、試料Ｍ上の実際の長さを表示装置９１の画面のピクセル数に換算するために用いられる。以下の説明では、表示装置９１の画面の１ピクセル当たりの試料Ｍ上の実際の長さをピクセル係数と呼ぶ。
【０１８６】
ピクセル変換テーブルのピクセル係数は、光学設定倍率ごとに観察部分の試料Ｍ上の実際の長さ（μｍ）と表示装置９１の画面上に表示される画像のピクセル数とを計測し、試料Ｍ上の実際の長さを画像のピクセル数で除算することにより算出される。
【０１８７】
ピクセル変換テーブルは、倍率変換テーブルと同様に、予め図３の外部記憶装置９７に記憶されている。
【０１８８】
図１３（ａ）にピクセル変換テーブルの一例が示されている。このピクセル変換テーブルにおいては、複数のズーム値に対応するピクセル係数が設定されている。
【０１８９】
本例では、ズーム値９００、６００、３００および０に、約０．６５、約０．４０、約０．２７および約０．１９のピクセル係数が対応している。なお、ピクセル係数の単位はμｍ／ピクセルである。
【０１９０】
図１３のピクセル変換テーブルのズーム値は３００ごとに設定されている。ピクセル変換テーブルに設定されたズーム値間のズーム値に対応するピクセル係数は補間処理により算出される。
【０１９１】
補間処理として、例えば３次曲線による補間法を用いる。ピクセル変換テーブルのズーム値間のズーム値に対応するピクセル係数を３次曲線で近似して算出する。このときの３次曲線の一例を図１３（ｂ）に示す。
【０１９２】
図１３（ｂ）では、３次曲線が太い実線で示されている。また、図１３（ａ）のピクセル変換テーブルに設定された各ズーム値に対応するピクセル係数がドットで示されている。
【０１９３】
図１４は、取得可能領域枠を表示するステップを示すフローチャートである。初めに、パーソナルコンピュータ１ＢのＣＰＵ９４は、入力装置９５から光学設定倍率が入力されたか否かを判別する（ステップＳ２１）。
【０１９４】
入力装置９５から光学設定倍率が入力された場合、ＣＰＵ９４は、上述のステップＳ１２（図１１）と同様に、光学設定倍率をズーム値に変換する（ステップＳ２２）。
【０１９５】
続いて、ＣＰＵ９４は、上述のピクセル変換テーブルを外部記憶装置９７から読み込み、ピクセル変換テーブルの補間処理を行う（ステップＳ２３）。
【０１９６】
そして、ＣＰＵ９４は、光学設定倍率から変換されたズーム値を補間処理により得られた曲線を用いてピクセル係数に変換する（ステップＳ２４）。
【０１９７】
ここで、図３の外部記憶装置９７には、予め原子間力顕微鏡１０で観察可能な試料Ｍ上の領域が設定されている。本実施の形態では、原子間力顕微鏡１０で観察可能な試料Ｍ上の領域が、縦２００μｍおよび横２００μｍの寸法値として外部記憶装置９７に記憶されている。なお、原子間力顕微鏡１０で観察可能な試料Ｍ上の領域とは、図４の探針１０１が移動可能なＸＹ平面内の領域である。
【０１９８】
次に、ＣＰＵ９４は、外部記憶装置９７から原子間力顕微鏡１０で観察可能な試料Ｍ上の領域を読み込む（ステップＳ２５）。
【０１９９】
ＣＰＵ９４は、ステップＳ２４で変換されたピクセル係数、および読み込んだ観察可能な領域の寸法値に基づいて上述の取得可能領域枠を表示装置９１に表示する（ステップＳ２６）。
【０２００】
すなわち、ＣＰＵ９４は、外部記憶装置９７に記憶された観察可能な領域の寸法値をピクセル係数で除算することにより、試料Ｍの画像を表示装置９１に表示するために必要なピクセル数を求める。
【０２０１】
それにより、使用者が入力装置９５により光学設定倍率を入力するごとに、図８に示すような取得可能領域枠がその光学設定倍率に応じた大きさで表示装置９１に表示される。
【０２０２】
なお、本実施の形態では、上述のように、取得可能領域枠は光顕画像の中央に表示されるとしているが、表示装置９１に表示される画像上の取得可能領域枠の位置（座標）は光学顕微鏡２０と原子間力顕微鏡１０との位置関係により定まってもよい。この場合、光学顕微鏡２０の光軸が光学顕微鏡移動操作部６０により移動された場合には、その移動量に応じて画像上の取得可能領域枠も移動する。
【０２０３】
（３−ｃ）  観察対象領域枠の作成
表示装置９１に表示された光顕画像から観察対象領域枠を作成して原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察対象領域を指定するステップを説明する。
【０２０４】
図１５は、光顕画像から観察対象領域枠を作成して原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察対象領域を指定するステップを示すフローチャートである。図１５では、図３の動作制御部８１およびＣＰＵ９４の動作を１つにまとめて表記している。
【０２０５】
図１５に示すように、観察対象領域を指定するステップにおいて、パーソナルコンピュータ１ＢのＣＰＵ９４は、取得可能領域枠を表示するステップと同様に、光学設定倍率が入力されたか否かの判別（ステップＳ３１）、光学設定倍率のズーム値への変換（ステップＳ３２）、ピクセル変換テーブルの読み込みおよび補間処理（ステップＳ３３）、ならびに変換されたズーム値のピクセル係数への変換（ステップＳ３４）を行う。
【０２０６】
その後、ＣＰＵ９４は、光顕画像上で入力装置９５のマウスによるドラッグ操作が行われたか否かを判別する（ステップＳ３５）。
【０２０７】
ＣＰＵ９４は、光顕画像上でマウスによるドラッグ操作が行われた場合、表示装置９１の画像上にマウスの操作に基づく観察対象領域枠を表示する（ステップＳ３６）。
【０２０８】
そして、ＣＰＵ９４は、ステップＳ３４において変換されたピクセル係数、ならびに、観察対象領域枠のピクセル数および位置（座標）に基づいて試料Ｍ上の観察対象領域の位置および寸法値を算出する（ステップＳ３７）。
【０２０９】
すなわち、ＣＰＵ９４は、表示装置９１に表示された観察対象領域枠の各辺のピクセル数をピクセル係数で乗算することにより、試料Ｍ上の実際の寸法を求める。また、表示装置９１の画面上の観察対象領域枠の位置から試料Ｍ上の実際の観察対象領域の位置を認識する。
【０２１０】
ＣＰＵ９４は、算出した試料Ｍ上の観察対象領域の位置および寸法値を図３の動作制御部８１に与える。それにより、動作制御部８１は、与えられた観察対象領域の位置および寸法値に基づいて、ＡＦＭスキャナ１１を動作させる（ステップＳ３８）。その結果、使用者は試料Ｍの所望の位置を容易に原子間力顕微鏡１０で観察することができる。
【０２１１】
本実施の形態においては、表示装置９１に上述の取得可能領域枠を表示するステップ、および表示装置９１に表示された光顕画像から観察対象領域枠を作成して原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察対象領域を指定するステップをＣＰＵ９４および動作制御部８１により実行可能な観察プログラムが、パーソナルコンピュータ１Ｂの外部記憶装置９７およびプローブ走査装置１Ａの記憶部８２に記憶されている。
【０２１２】
したがって、ＣＰＵ９４および動作制御部８１は、外部記憶装置９７および記憶部８２に記憶された観察プログラムに基づいて、上記の各ステップを実行する。
【０２１３】
（４）  観察対象領域枠が取得可能領域枠外に作成される場合
（３）の顕微鏡システムの操作手順で説明したように、使用者が取得可能領域枠から外れた位置でマウスによるドラッグ操作を行い、観察対象領域を指定した場合の詳細を説明する。
【０２１４】
図１６は、取得可能領域枠から外れた位置に観察対象領域枠が作成されたときの光顕画像の一例である。図１６の例では、太い実線で示される取得可能領域枠から外れた位置に太い破線で示される観察対象領域枠が作成されている。
【０２１５】
この場合、パーソナルコンピュータ１Ｂにおいては、例えば表示装置９１に、指定された観察対象領域内では原子間力顕微鏡１０による試料Ｍの観察ができない旨、または取得可能領域内で新たに観察対象領域を指定すべき旨等の警告が表示される。
【０２１６】
図１７は、表示装置９１に表示される警告の一例を示す図である。図１７の例では、取得可能領域内で新たに観察対象領域を指定すべき旨等の警告が表示されている。
【０２１７】
本実施の形態に係る顕微鏡システム１において、光顕画像内で取得可能領域枠から外れた位置に観察対象領域枠が作成された場合、プローブ走査装置１Ａおよびパーソナルコンピュータ１Ｂは、図１の移動プレート３０ａを移動させることにより試料ＭをＸＹ方向に移動させ、光顕画像内で指定された試料Ｍ上の観察対象領域を光顕画像の取得可能領域内に移動させてもよい。
【０２１８】
以下、プローブ走査装置１Ａおよびパーソナルコンピュータ１Ｂによるこの処理を試料移動処理と呼ぶ。
【０２１９】
以下、試料移動処理を説明する。図１８は、試料移動処理のフローチャートである。なお、以下の説明において、図１８では、図３の動作制御部８１およびＣＰＵ９４の動作を１つにまとめて表記している。
【０２２０】
初めに、ＣＰＵ９４は、光顕画像上で、使用者が入力装置９５のマウスを操作することにより作成された観察対象領域枠が、取得可能領域枠から外れた箇所に位置するか否かを判別する（ステップＳ４１）。すなわち、ＣＰＵ９４は、観察対象領域枠により指定された観察対象領域が、取得可能領域から外れるか否かを判別する。
【０２２１】
観察対象領域が取得可能領域から外れる場合、ＣＰＵ９４は、光顕画像上での観察対象領域の中心位置を外部記憶装置９７に記憶する（ステップＳ４２）。すなわち、ＣＰＵ９４は、ピクセル数で光顕画像上の観察対象領域の中心位置を記憶する。
【０２２２】
次に、ＣＰＵ９４は、光顕画像上での取得可能領域の中心位置と、観察対象領域の中心位置との間の距離（以下、中心間距離と呼ぶ。）をピクセル数で取得する（ステップＳ４３）。
【０２２３】
そこで、ＣＰＵ９４は、現在の光学設定倍率に対応するズーム値を図３の記憶部８２から取得し、そのズーム値に対応するピクセル係数を図１３のピクセル変換テーブルに基づいて取得し、取得したピクセル係数により光顕画像上での中心間距離を実際の試料Ｍ上の距離に変換する（ステップＳ４４）。
【０２２４】
ここで、図３の外部記憶装置９７には、実際の試料Ｍ上の距離に対応して試料載置台３０のＸ方向移動モータおよびＹ方向移動モータに与えるべきパルス数のテーブルが記憶されている。
【０２２５】
また、外部記憶装置９７には、Ｘ方向移動モータおよびＹ方向移動モータに１パルス与えることにより移動プレート３０ａがＸ方向およびＹ方向に移動する距離も記憶されている。本実施の形態において、１パルスあたり移動プレート３０ａが移動する距離は、例えば２μｍである。
【０２２６】
ＣＰＵ９４は、動作制御部８１を制御して、ステップＳ４４で変換された距離および上記のパルス数のテーブルに基づく数のパルスをＸ方向移動モータおよびＹ方向移動モータに与える。それにより、ＣＰＵ９４は変換された距離に基づいて試料載置台３０の移動プレート３０ａをＸ方向およびＹ方向に移動させる（ステップＳ４５）。
【０２２７】
それにより、試料Ｍが移動し、使用者により指定された試料Ｍ上の観察対象領域が、光顕画像上で取得可能領域枠の内部に移動する。
【０２２８】
最後に、ＣＰＵ９４は、ステップＳ４２において、記憶した光顕画像上の観察対象領域の中心位置を光顕画像上の取得可能領域の中心位置に再設定する（ステップＳ４６）。
【０２２９】
このように、試料移動処理が行われることにより、取得可能領域枠から外れた位置に観察対象領域枠が作成された場合でも指定された試料Ｍ上の実際の観察対象領域が取得可能領域内に移動される。したがって、使用者は光顕画像上の取得可能領域枠を考慮する必要なく、容易に観察対象領域を指定することができる。
【０２３０】
なお、上記ステップＳ４１において、観察対象領域が取得可能領域から外れない場合、ＣＰＵ９４はステップＳ４２〜Ｓ４６の動作を行わない。
【０２３１】
図１９は、図１６の光顕画像が表示された際に試料移動処理が行われた後の光顕画像の一例を示す図である。図１９に示すように、試料移動処理が行われることにより、光顕画像上では取得可能領域枠の中央に自動的に観察対象領域枠が設定される。
【０２３２】
（５）  効果
本実施の形態に係る顕微鏡システム１によれば、使用者は、光学顕微鏡２０により取得される試料Ｍの光顕画像において、原子間力顕微鏡１０により観察すべき試料Ｍの範囲を、観察対象領域枠を作成することにより容易に指定することができる。
【０２３３】
それにより、観察対象領域枠で指定された試料Ｍの領域に観察対象領域が設定され、設定された観察対象領域の試料Ｍの形状画像が表示装置９１に表示されるので、使用者は試料Ｍの所望の位置を容易かつ迅速に原子間力顕微鏡１０で観察することができる。
【０２３４】
（６）  請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以上、本発明の一実施の形態に係る顕微鏡システム、観察方法および観察プログラムにおいて、光顕画像は第１の画像に相当し、形状画像は第２の画像に相当し、原子間力顕微鏡１０は走査型プローブ顕微鏡に相当し、表示装置９１は表示手段に相当する。
【０２３５】
また、表示装置９１、入力装置９５のマウスおよび表示装置９１に表示される観察対象領域枠は指定手段に相当し、パーソナルコンピュータ１ＢのＣＰＵ９４およびプローブ走査装置１Ａの動作制御部８１は制御手段に相当する。
【０２３６】
さらに、原子間力顕微鏡１０の探針１０１（図４）は圧電素子１１０（図４）により移動可能な試料Ｍ上の領域が走査型プローブ顕微鏡により観察可能な範囲に相当し、表示装置９１および表示装置９１に表示される取得可能領域枠は範囲表示手段に相当する。
【０２３７】
また、表示装置９１および入力装置９５は倍率設定手段に相当し、表示装置９１およびパーソナルコンピュータ１Ｂの図示しない音声出力部は警告出力手段に相当する。
【産業上の利用可能性】
【０２３８】
本発明は、光学顕微鏡、原子間力顕微鏡および走査型電子顕微鏡等を用いる顕微鏡システムに有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２３９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る顕微鏡システムの外観を示す図である。
【図２】図１のプローブ走査装置の組立て斜視図である。
【図３】顕微鏡システムの制御系を説明するためのブロック図である。
【図４】図１の原子間力顕微鏡のコンタクトモードを用いる場合の制御系を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る顕微鏡システムの操作手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】光学顕微鏡の位置調整時に図３の表示装置に表示される光顕画像の一例である。
【図７】光学顕微鏡の位置調整時に図３の表示装置に表示される光顕画像の一例である。
【図８】光学顕微鏡による試料の観察時に図３の表示装置に表示される光顕画像の一例である。
【図９】図８の光顕画像で示される試料の一部の領域をさらに高倍率で観察したときの光顕画像である。
【図１０】図８および図９の光顕画像により指定された試料の観察対象領域の形状画像である。
【図１１】倍率変換テーブルの一例を示す図である。
【図１２】光学顕微鏡の倍率の調整方法を示すフローチャートである。
【図１３】ピクセル変換テーブルを説明するための図である。
【図１４】取得可能領域枠を表示するステップを示すフローチャートである。
【図１５】光顕画像から観察対象領域枠を作成して原子間力顕微鏡による試料の観察対象領域を指定するステップを示すフローチャートである。
【図１６】取得可能領域枠から外れた位置に観察対象領域枠が作成されたときの光顕画像の一例である。
【図１７】表示装置に表示される警告の一例を示す図である。
【図１８】試料移動処理のフローチャートである。
【図１９】図１６の光顕画像が表示された際に試料移動処理が行われた後の光顕画像の一例を示す図である。
【図２０】従来のプローブ走査装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【０２４０】
１  顕微鏡システム
１Ａ  プローブ走査装置
１Ｂ  パーソナルコンピュータ
１０  原子間力顕微鏡
２０  光学顕微鏡
３０  試料載置台
８１  動作制御部
９１  表示装置
９４  ＣＰＵ
９５  入力装置
１０１  探針
１１０  圧電素子
Ｍ  試料
【図１】
2007170874.tif 000003
【図２】
2007170874.tif 000004
【図３】
2007170874.tif 000005
【図４】
2007170874.tif 000006
【図５】
2007170874.tif 000007
【図６】
2007170874.tif 000008
【図７】
2007170874.tif 000009
【図８】
2007170874.tif 000010
【図９】
2007170874.tif 000011
【図１０】
2007170874.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007170874.tif 000015
【図１４】
2007170874.tif 000016
【図１５】
2007170874.tif 000017
【図１６】
2007170874.tif 000018
【図１７】
2007170874.tif 000019
【図１８】
2007170874.tif 000020
【図１９】
2007170874.tif 000021
【図２０】
2007170874.tif 000022