(57)【要約】【課題】  短時間に、精度の高いＳＰＭ測定を行うことができる複合型顕微鏡を提供する。【解決手段】  プローブにより試料３表面を走査し物性値の力を検出し画像化可能にしたＳＰＭ６、試料３の表面形状の３次元情報を取得可能にしたＬＳＭを有し、ＬＳＭにより取得された３次元情報に基づいて制御部１１によりＳＰＭ６の走査軌道情報を求め、該走査軌道情報に基づいてプローブの走査軌道を制御する。【選択図】      図１
2007139557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブにより試料表面を走査し物性値の力を検出し、画像化可能にしたプローブ顕微鏡と、
前記プローブ顕微鏡に比べ短時間に前記試料の表面形状の３次元情報を取得可能にした３次元情報取得手段と、
前記３次元情報取得手段により取得された３次元情報に基づいて前記プローブ顕微鏡のプローブの走査軌道情報を求め、該走査軌道情報に基づいて前記プローブの走査軌道を制御可能にした制御手段と
を具備したことを特徴とする複合型顕微鏡。
【請求項２】
前記制御手段は、前記３次元情報取得手段により取得された３次元情報を保存する保存手段と、該保存手段に保存されている前記試料の表面形状の３次元情報に基づいて前記プローブ顕微鏡のプローブの走査軌道情報を算出する演算手段を具備することを特徴とする請求項１記載の複合型顕微鏡。
【請求項３】
前記試料の高さ方向の傾きを調整する傾き調整手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記３次元情報取得手段により取得された３次元情報に基づいて前記試料の傾きを算出し、前記傾き調整手段により前記試料表面と前記プローブによる走査面が平行になるように前記試料の傾きを調整することを特徴とする請求項１又は２記載の複合型顕微鏡。
【請求項４】
前記プローブ顕微鏡のプローブは、あらかじめ磁化され、該プローブの前記試料に対する距離条件を設定するとともに、前記軌道情報に基づいて前記プローブの走査軌道が制御され前記試料の磁気力を検出可能としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の複合型顕微鏡。
【請求項５】
前記３次元情報取得手段は、対物レンズを介して前記試料面で光ビームを２次元走査し、前記試料面からの検出光より求められる２次元情報と、前記試料と前記対物レンズとの相対距離から求められる高さ情報に基づいて前記試料の表面形状の３次元情報を取得するレーザ走査型顕微鏡であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の複合型顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料表面形状の３次元情報を取得可能な例えばレーザ走査型顕微鏡(以下、ＬＳＭと称する。)と走査型プローブ顕微鏡(以下、ＳＰＭと称する。)を複合した複合型顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ＳＰＭは、プローブ径が数ｎｍ程度と微小なプロープ有し、このプローブにより原子間力やトンネル電流、磁気力といった試料の物性値の力を検出し、それを画像化できる応用性の高い顕微鏡である。
【０００３】
しかし、ＳＰＭは、プローブを走査する面と試料との間に傾きが生じていると、ＳＰＭのプロープを走査する面と試料との間隔を一定に保つのが難しく、走査位置により間隔が一定でなくなるためＳＰＭ測定することが困難になる。
【０００４】
例えば、磁気力（磁束）の検出の場合、微量の磁気力を検出する必要がある。この磁気力は、試料表面からある一定距離間離れた位置に発生するため、ＳＰＭのプローブの走査面は試料表面から一定距離離れた既知位置の走査軌道をとる事が好ましい。しかし、仮に試料とＳＰＭのプローブの走査面に傾きが生じていると、プローブをＸ，Ｙ方向に走査した場合に試料表面とプローブ間のＺ方向の距離が変化するため、正確に磁気力を検出できないという問題を生じることがある。
【０００５】
このような問題に対し、従来、特許文献１に開示されるように、まず試料表面形状をＳＰＭで取得し、磁気特性等の形状への依存性の低い試料の物性値を検出し、画像を取得する際には、先に取得した試料表面形状の情報を使用し、カンチレバーの探針と試料表面位置の関係が例えば一定になようにＳＰＭの走査軌道を決定し、２回目のＳＰＭ測定で磁気特性を安定して検出し、画像を取得するようにしたものがある。
【特許文献１】特許第２８３７０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような特許文献１のものは、最初に試料表面形状の情報を得るためにＳＰＭ測定を行うようにしているが、かかるＳＰＭ測定は、走査速度が非常に遅いため、測定に多大な時間が掛かってしまうという問題を生じる。また、最初のＳＰＭ測定に、消耗品であるプロープが用いられるため、この測定によりプロープ先端が磨耗し先端径が大きくなってしまうことがあり、このため実際の測定を行う際に、測定の検出分解能が大幅に低下してしまうという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、短時間に、精度の高いＳＰＭ測定を行うことができる複合型顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、プローブにより試料表面を走査し物性値の力を検出し、画像化可能にしたプローブ顕微鏡と、前記プローブ顕微鏡に比べ短時間に前記試料の表面形状の３次元情報を取得可能にした３次元情報取得手段と、前記３次元情報取得手段により取得された３次元情報に基づいて前記プローブ顕微鏡のプローブの走査軌道情報を求め、該走査軌道情報に基づいて前記プローブの走査軌道を制御可能にした制御手段とを具備したことを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記３次元情報取得手段により取得された３次元情報を保存する保存手段と、該保存手段に保存されている前記試料の表面形状の３次元情報に基づいて前記プローブ顕微鏡のプローブの走査軌道情報を算出する演算手段を具備することを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記試料の高さ方向の傾きを調整する傾き調整手段をさらに有し、前記制御手段は、前記３次元情報取得手段により取得された３次元情報に基づいて前記試料の傾きを算出し、前記傾き調整手段により前記試料表面と前記プローブによる走査面が平行になるように前記試料の傾きを調整することを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記プローブ顕微鏡のプローブは、あらかじめ磁化され、該プローブの前記試料に対する距離条件を設定するとともに、前記軌道情報に基づいて前記プローブの走査軌道が制御され前記試料の磁気力を検出可能としたことを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記３次元情報取得手段は、対物レンズを介して前記試料面で光ビームを２次元走査し、前記試料面からの検出光より求められる２次元情報と、前記試料と前記対物レンズとの相対距離から求められる高さ情報に基づいて前記試料の表面形状の３次元情報を取得するレーザ走査型顕微鏡であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、短時間に、精度の高いＳＰＭ測定を行うことができる複合型顕微鏡を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る複合顕微鏡の概略構成を示している。
【００１６】
図１において、１は顕微鏡フレームで、このフレーム１は、水平に配置されたベース部１ａが設けられている。このベース部１ａには、直立した胴部１ｂが設けられている。また、胴部１ｂの先端には、ベース部１ａに対し平行に配置されるアーム部１ｃが設けられている。
【００１７】
ベース部１ａには、試料ステージ２が設けられている。試料ステージ２には、試料３が載置される。この試料ステージ２は、ＸＹ方向に移動可能になっている。試料ステージ２は、使い勝手によっては高さ（Ｚ軸）方向の移動も可能にしたＸ−Ｙ−Ｚ、さらに傾き角度θを調整可能にしたＸ−Ｙ−Ｚ−θステージであってもよい。
【００１８】
アーム部１ｃ下部には、Ｚレボルバ４が設けられている。Ｚレボルバ４には、対物レンズ５とＳＰＭ６が搭載されている。これら対物レンズ５とＳＰＭ６は、Ｚレボルバ４の操作により選択的に試料ステージ２上の試料３と対向する位置に配置されるようになっている。この場合、対物レンズ５が試料３と対向配置された状態で、試料３の表面形状の情報を３次元で取得するＬＳＭモードが設定され、ＳＰＭ６が試料３と対向配置された状態で、ＳＰＭ測定モードが設定される。また、Ｚレボルバ４は、対物レンズ５を光軸に沿ってＺ軸方向に移動させるＺレボルバ移動機構７及び対物レンズ５の光軸に沿った移動によるＺ位置、つまり試料３と対物レンズ５との相対距離を計測するＺスケール８を有している。
【００１９】
一方、アーム部１ｃ上部には、光源部９及びＬＳＭユニット１０が配置されている。光源部９は、ＬＳＭモードの際に光のビームを発生する。ＬＳＭユニット１０は、詳細を後述するが、光源部９からの光のビームを試料３上で２次元走査させる走査手段や前記試料３からの反射光を検出する光検出手段などが設けられている。
【００２０】
光源部９及びＬＳＭユニット１０は、制御部１１に接続されている。この制御部１１には、さらにＺレボルバ４及びＳＰＭ６が接続されている。制御部１１は、主制御部１２、メモリ部１３、演算部１４及びＳＰＭ制御部１５を有している。ここで、主制御部１２は、Ｚレボルバ４のＺレボルバ移動機構７に対し制御指令を出力するとともに、Ｚスケール８で計測されたＺ位置のデータを取り込む。また、主制御部１２は、ＬＳＭユニット１０の光検出手段を構成する後述の光検出器２２からの電気信号と、走査手段を構成する後述の２次元走査機構１６からの光スポットのＸＹ位置情報から２次元画像を生成し、さらにＺスケール８によるＺ位置の計測データを用いて試料３の表面形状の３次元情報を生成する。メモリ部１３は、主制御部１２で生成された試料３の表面形状の３次元情報を保存する。演算部１４は、メモリ部１３に保存された試料３の表面形状の３次元情報に基づいて、ＳＰＭ６の走査位置に対応するＸ−Ｙ−Ｚの位置情報と試料３から検出したい物性値の力に適した試料３表面からの既知の距離量とを加算演算してＳＰＭ走査軌道情報を求める。ＳＰＭ制御部１５は、演算部１４により求められたＳＰＭ走査軌道情報に基づいてＳＰＭ６の走査軌道を制御する。
【００２１】
図２は、ＬＳＭをさらに説明するためのもので、図１と同一部分には、同符号を付している。この場合、ＬＳＭは、光のビームを発する光源部９と、光源部９からの光のビームを２次元的に走査する２次元走査機構１６と、２次元走査される光のビームを収束させて試料３の内部に光スポットを形成する対物レンズ５と、光源部９と２次元走査機構１６との間の光路上に配置されるＰＢＳ(偏光ビームスプリッター)１７、２次元走査機構１６と対物レンズ５との間の光路上に配置される瞳投影レンズ１８、結像レンズ１９及び１／４波長板２０を有している。ここで、ＰＢＳ１７は、１／４波長板２０と共働して試料３からの反射光のビームを、試料３に向かう光のビームから偏光に基づいて選択的に分離する。２次元走査機構１６は、例えば高速スキャンが可能な、２つのガルバノミラーを組み合わせて構成される。また、２次元走査機構１６は、対物レンズ５の瞳と共役な位置に配置されている。１／４波長板２０は、光源部９から射出される直線偏光の光を円偏光に変換し、試料３で反射された円偏光の光を再び直線偏光の光に変換する。
【００２２】
ＰＢＳ１７で分離された光の光路には、ＰＢＳ１７で反射される試料３からの光を収束する収束レンズ２１、収束レンズ２１で収束された反射光を検出する光検出器２２が配置されている。光検出器２２は、収束レンズ２１の集光位置に実質的に微小開口として機能する大きさの受光面を有するもので、この受光面を試料３内部に形成される光スポットに対して共焦点の位置（対物レンズ５による集光位置と光学的に共役な位置）に配置している。これにより、図２に示す光学系は、共焦点光学系を構成している。この場合、収束レンズ２１の収束位置に、対物レンズ５による集光位置と光学的に共役な関係にあるピンホールを配置し、このピンホールを通過した光だけを光検出器により検出するようにしてもよい。
【００２３】
光検出器２２には、制御部１１が接続されている。この制御部１１には、２次元走査機構１６、Ｚレボルバ４に設けられるＺレボルバ移動機構７及びＺスケール８が接続されている。制御部１１は、上述した通りのもので、ここでの説明は省略する。
【００２４】
図３は、ＳＰＭ６の概略構成を示している。この場合、試料３の表面に対向してプローブ３２が配置されている。プローブ３２は、例えば、円筒圧電体や積層圧電体により構成されるＸ−Ｙ−Ｚ駆動部３３が設けられ、このＸ−Ｙ−Ｚ駆動部３３により試料３表面上のＳＰＭ走査軌道３４に沿ってプローブ３２を走査させる。また、プローブ３２の上方には、検出器３２が配置されている。検出器３２には、図示しないレーザ光源と光検出器が設けられている。レーザ光源からの光をプローブ３２上に照射し、その反射光を検出することでプローブ３２の変位を検出する。
【００２５】
このような構成において、光源部９から光が発せられると、光のビーム４１は、ＰＢＳ１７を透過し、２次元走査機構１６により２次元的に走査される。２次元走査機構１６を経た光のビームは、瞳投影レンズ１８、結像レンズ１９及び１／４波長板２０を透過した後、対物レンズ５によって試料３表面に集光され、光スポットを形成する。試料３の内部に形成された光スポットは、２次元走査機構１６によるビームの二次元走査に対応して、光軸に直交する平面内で走査される。
【００２６】
この状態で、試料３からの反射光のビームは、試料３への入射時の光路を逆に戻り、対物レンズ５、１／４波長板２０、結像レンズ１９、瞳投影レンズ１８を透過し、さらに２次元走査機構１６を経て、ＰＢＳ１７に到達する。この場合、光源部９から射出される光は直線偏光であり、この光は試料３表面に到達する途中で１／４波長板２０を通過することにより円偏光に変換される。試料３で反射された光は、ＰＢＳ１７に到達する間に１／４波長板２０を再び通過することにより、円偏光から直線偏光に変換される。この直線偏光は、光源部９からの射出された直後の直線偏光に対して直交しているこのため、試料３表面からの反射光のビームは、ＰＢＳ１７で反射され、試料３に向かう光のビーム４１から選択的に分離され、検出光のビーム４２となる。検出光のビーム４２は、収束レンズ２１によって収束され、光検出器２２に入射する。
【００２７】
光検出器２２は、実質的に微小開口として機能する大きさの受光面を有し、その受光面は、試料３の内部に形成された光スポットに対して共焦点の位置に配置されている。つまり、図２に示される光学系は、共焦点光学系を構成している。
【００２８】
光検出器２２は、受光面で受光した光強度に対応した電気信号を出力する。光検出器２２からの電気信号は、制御部１１に取り込まれる。制御部１１は、主制御部１２において、光検出器２２からの電気信号と、２次元走査機構１６からの光スポットのＸＹ位置情報から２次元画像を生成する。
【００２９】
ところで、ＬＳＭにおける、対物レンズ５と試料３の相対位置(Ｚ)と光検出器２２の出力すなわち光強度(Ｉ)との関係を考えると図４に示すグラフで表わすことができる。このグラフは、一般にＩ−Ｚカーブと呼ばれ、Ｚ座標対光強度のグラフである。図４では、比較のため、通常の非共焦点顕微鏡におけるＺ座標対光強度のグラフも一緒に示してある。同図（ａ）は、非共焦点顕微鏡におけるＺ座標対光強度のグラフを示しており、同図からも分かるように、合焦位置から外れたＺ位置からの反射光の強度も高く、場合によっては合焦位置からの反射光の強度よりも高い場合もある。このため、不必要なノイズ光が多く、光のビームが観察対象に合焦していても、鮮明な画像を得るのは難しい。それに対して、同図（ｂ）は、共焦点顕微鏡におけるＺ座標対光強度のグラフを示しており、同図からも分かるように、合焦位置からの反射光の強度は高いが、合焦から外れたＺ位置からの反射光の強度は極端に小さい。このため、ノイズ光が少なく、合焦面すなわち光スポットが位置する平面の鮮明な画像が得られる。
【００３０】
ＬＳＭでは、このような共焦点光学系の特性を利用し、光検出器２２で検出される光強度が最大となるように、Ｚレボルバ移動機構７により、試料３に対する対物レンズ５の光軸に沿った位置を調整することにより、光スポットの光軸に沿った位置すなわち合焦位置を所望の観察対象に合わせることが可能である。これにより、試料３表面にて光検出器２２で検出される光強度が最大となるように対物レンズ５の光軸に沿った位置を調整することにより光スポットが常に試料３表面上に配置され、さらに平面上において２次元走査機構１６により光スポットを走査することにより、試料３表面の鮮明な画像を得ることができる。
【００３１】
このようなＬＳＭの動作において、Ｚレボルバ移動機構７による対物レンズ５の光軸に沿った移動量がＺスケール８により計測され、試料３表面のＺ位置が検出される。このＺスケール８の測定データは、制御部１１の主制御部１２に入力される。これにより、主制御部１２は、上述した光検出器２２からの電気信号と２次元走査機構１６からの光スポットのＸＹ位置情報に、さらに上記Ｚスケール８のＺ位置の計測データを用いて、試料３の表面形状のＸ−Ｙ−Ｚ情報、つまり３次元情報を生成する。この試料３の表面形状の３次元情報は、メモリ部１３に保存する。
【００３２】
ここで、ＬＳＭで取得した試料３の表面形状に凹凸が少ない場合は、表面データ中の少なくとも３個所の座標を用いて最小自乗法などによる平面方式への回帰演算から仮想平面を求め、この仮想面を、試料３の表面形状として保存しても良い。
【００３３】
次に、Ｚレボルバ４によりＳＰＭ６を試料３と対向する位置に切替える。
【００３４】
この状態でメモリ部１３に保存された試料３の表面形状の３次元情報を呼び出し、演算部１４に与える。演算部１４は、メモリ部１３から呼び出された３次元情報に基づいて、ＳＰＭ６の走査位置に対応するＸ−Ｙ−Ｚの位置情報に、試料３から検出したい物性値の力に適した試料３表面からの既知の距離量を加算演算してＳＰＭ走査軌道情報を求める。
【００３５】
演算部１４で求められたＳＰＭ走査軌道情報は、ＳＰＭ制御部１５に送られる。ＳＰＭ制御部１５は、ＳＰＭ走査軌道情報に応じた制御信号を生成して図３に示すＳＰＭ６のＸ−Ｙ−Ｚ駆動部３３に与える。Ｘ−Ｙ−Ｚ駆動部３３は、ＳＰＭ制御部１５の制御信号によりＳＰＭ走査軌道情報に基づくＳＰＭ走査軌道３４をプローブ３２がトレースするように、該プローブ３２を駆動する。また、これと同時にプローブ３２の変位を検出器３１により検出し、この検出されたプローブ３２の変位量から試料３の物性値を取得する。
【００３６】
なお、ここでは、ＳＰＭ走査軌道３４をトレースするため、プローブ３２をＸ−Ｙ−Ｚ駆動部３３により駆動するようにしたが、例えば、試料ステージ２側を制御してＳＰＭ走査軌道３４をトレースさせるようにしてもよい。つまり、試料３とプローブ３２の位置がＳＰＭ走査軌道３４の関係となるように制御できるのであればよく、本発明はこの構成のみに限定されない。また、試料３から検出したい物性値の力に適した試料３表面からの距離は既知としているが、ＳＰＭモードで画像取得する際に一番感度の高い試料３表面からの距離を検出し、その量としてもよい。
【００３７】
したがって、このようにすれば、ＬＳＭの共焦点光学系の特性を利用して、あらかじめ試料３の表面形状の３次元情報を取得し、この表面形状の３次元情報を利用してＳＰＭ６の走査軌道を決定するようにしており、この場合、ＬＳＭを適用することでコントラストが良く、ＳＰＭに比べ格段に速い走査速度により試料表面形状の情報が得られるので、ＳＰＭ６の走査軌道を速やかに決定することができ、その後のＳＰＭ測定による画像取得までの所要時間を大幅に短縮することができ、効率のよいＳＰＭ測定を実現できる。また，ＳＰＭの走査軌道の決定にＬＳＭを使用することで、従来のように最初のＳＰＭ測定に消耗品であるプロープが用いられることがなく、プロープ先端を不要に磨耗させるようなことが無くなるので、ＳＰＭ測定の際の検出分解能の低下を回避でき精度の高い測定を実現することもできる。
【００３８】
(第２の実施の形態)
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３９】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る複合顕微鏡の概略構成を示すもので、第１の実施の形態と同一部分には同符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
この第２の実施の形態では、図１で述べた試料ステージ２に代えて傾き調整手段としてアオリ機能を有するアオリステージ４４が設けられている。図６は、アオリステージ４４の概略構成を示すもので、フレーム１のベース部１ａ上に基台４４１が設けられ、この基台４４１上に傾き調整機構４４２を介して試料３を載置するステージ本体４４３が配置されている。傾き調整機構４４２は、基台４４１とステージ本体４４３との間の、例えば図示Ｘ方向の両端部に配置される支点４４２ａと上下動機構４４２ｂを有するもので、上下動機構４４２ｂを上下動させることにより、支点４４２ａを中心にステージ本体４４３を回動させ、試料３表面の角度を変えるようになっている。また、制御部１１には、アオリステージ４４の上下動機構４４２ｂを制御するアオリステージ制御部４５が設けられている。
【００４１】
その他は、図１と同様である。
【００４２】
このような構成においても、上述と同様にＬＳＭの共焦点光学系の特性を利用して、あらかじめ試料３の表面形状の３次元情報を取得し、次いで、Ｚレボルバ４によりＳＰＭ６を試料３と対向する位置に切替える。
【００４３】
次に、メモリ部１３に保存された試料３の表面形状の３次元情報を呼び出し、演算部１４に与える。この場合、演算部１４は、試料３の表面データ中の少なくとも３個所の座標を用いて最小自乗法などによる平面方式への回帰演算から仮想平面を求め、ここで求めた仮想面を試料３の表面とする。そして、演算部１４では、この表面とＳＰＭ６の走査面との角度のズレ量（傾き）を算出する。
【００４４】
この演算部１４で求められたズレ量は、アオリステージ制御部４５に送られる。アオリステージ制御部４５は、ズレ量に応じた制御信号を生成して図６に示すアオリステージ４４の上下動機構４４２ｂに与える。上下動機構４４２ｂは、アオリステージ制御部４５の制御信号により上下動してステージ本体４４３を回動させ、ステージ本体４４３上の試料３表面とＳＰＭ走査面が平行になるように位置調整する。そして、ＳＰＭ制御部１５により、図３に示すＸ−Ｙ−Ｚ駆動部３３を制御して、試料３表面とプローブ３２を、試料３から検出したい物性値の力に適した既知の距離量分だけ離れるようにしたのち、上述したＳＰＭ走査軌道情報に基づいてＳＰＭ走査を行ない、さらにプローブ３２の変位を検出器３１により検出し、この検出されたプローブ３２の変位量から試料３の物性値を取得する。
【００４５】
なお、上述のアオリステージ４４は、説明を簡単にするため基台４４１とステージ本体４４３との間の、図示Ｘ方向の両端部に１組の支点４４２ａと上下動機構４４２ｂを配置するようにしたが、図示Ｘ方向と直交するＹ方向にも１組の支点と上下動機構（ともに不図示）を配置して、２方向でアオリ動作を可能にしたものを使用することもできる。また、傾き調整機構４４２は、電動式に限らず手動式にしてもよい。この場合、例えばモニタを設けて試料３の傾きをモニタに表示し、この表示内容を確認しながら手動によりＳＰＭ走査面と試料３の傾きを平行に調整するようにしてもよい
したがって、このようにすれば、第１の実施の形態の効果に加え、メカ的に試料３表面とＳＰＭ走査面を平行に調整できるので、一般的にＳＰＭ６に設けられている微小なＸ−Ｙ−Ｚ駆動部３３のＺストロークを有効に使用することができ、試料３表面の凹凸の高さに対応可能な範囲を広げることができる。
【００４６】
(第３の実施の形態)
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００４７】
第３の実施の形態が適用される複合顕微鏡は、第１の実施の形態の図１乃至図３と同様なので、これら図面を援用するものとする。
【００４８】
この場合、ＳＰＭ６のプローブ３２は、ある極性で磁化されたものを使用する。
【００４９】
このような構成においても、上述と同様にＬＳＭの共焦点光学系の特性を利用して、あらかじめ試料３の表面形状の３次元情報を取得し、次いで、Ｚレボルバ４によりＳＰＭ６を試料３と対向する位置に切替える。
【００５０】
この状態からメモリ部１３に保存された試料３の表面形状の３次元情報を呼び出し、演算部１４に与える。演算部１４は、メモリ部１３から呼び出された３次元情報に基づいて、ＳＰＭ走査軌道情報を決定する。
【００５１】
次に、Ｘ−Ｙ−Ｚ駆動部３３のＺ駆動を使用し、試料３表面にプローブ３２を接触させ、次にプローブ３２を徐々に試料３表面から遠ざける。そのとき、検出器３１によりプローブ３２の反応が最も良い試料３表面からの距離(プローブ３２と試料３からの磁気極性が同じであれば反発し、極性が異なれば引き合う)を見つけ出し、その位置をプローブ３２の初期位置とする。そして、ＳＰＭ制御部１５により、前記ＳＰＭ走査軌道情報に基づくＳＰＭ走査軌道３４をプローブ３２がトレースするようにＸ−Ｙ−Ｚ駆動部３３を制御する。即ち、前記初期位置を考慮して試料３から一定の距離を保ってＳＰＭ走査を行うようにＸ−Ｙ−Ｚ駆動部３３を制御し、プローブ３２の変位を検出器３１により検出し、この検出したプローブ３２の変位量から試料３の磁気力を算出し、試料３の磁気力値を取得する。
【００５２】
したがって、このようにすれば、プローブ３２として、ある極性で磁化されたものを使用し、このプローブ３２により試料３に対し最良の距離条件（初期位置）を見つけ、この距離に基づいて試料３から一定距離の間隔を保ってＳＰＭ走査するようにしたので、磁気力の強い箇所をＳＰＭ走査することができ、磁気力という難しい力を安定して検出でき、良好な画像が取得することができる。
【００５３】
なお、このような第３の実施の形態は、上述した第２の実施の形態にも適用できる。この場合、第２の実施の形態では、ＳＰＭ走査面と試料３の傾きを平行調整しているため、プローブ３２が試料３から一定の距離を保つようにＸ−Ｙ−Ｚ駆動部３３を制御し、プローブ３２の変位を検出器３１により検出し、この検出した変位量から試料３の磁気力を算出し、試料３の磁気力値を取得する。また、検出器３１により検出されるプローブ３２の反応が一番良かった試料３からの距離情報はメモリ部１３に保存しておけば、その後、同じ物性の試料３を計測する際に、これを読み出してプローブ３２の初期位置を決定するための情報として利用することもできる。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、ＳＰＭに比べ短時間で試料表面形状の３次元情報が得られる手段としてＬＳＭを適用する例を述べたが、ＳＰＭより短時間で試料表面形状の３次元情報が得られるものであれば、ＬＳＭに限らず、例えば自己干渉法を利用した手段など他の方法を適用することもできる。
【００５５】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る複合顕微鏡の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態に用いられるＬＳＭの概略構成を示す図。
【図３】第１の実施の形態に用いられるＳＰＭの概略構成を示す図。
【図４】ＬＳＭのＩ−Ｚカーブを説明する図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る複合顕微鏡の概略構成を示す図。
【図６】第２の実施の形態に用いられるアオリステージの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００５７】
１…フレーム、１ａ…ベース部、１ｂ…胴部
１ｃ…アーム部、２…試料ステージ
３…試料、４…Ｚレボルバ
５…対物レンズ、６…ＳＰＭ
７…Ｚレボルバ移動機構、８…Ｚスケール
９…光源部、１０…ＬＳＭユニット
１１…制御部、１２…主制御部
１３…メモリ部、１４…演算部、１５…ＳＰＭ制御部
１６…２次元走査機構、１７…ＰＢＳ
１８…瞳投影レンズ、１９…結像レンズ
２０…１／４波長板、２１…収束レンズ
２２…光検出器、３１…検出器
３２…プローブ、３３…Ｘ−Ｙ−Ｚ駆動部
３４…ＳＰＭ走査軌道、４１、４２…ビーム
４４…アオリステージ、４４１…基台
４４２…傾き調整機構、４４２ａ…支点
４４２ｂ…上下動機構、４４３…ステージ本体
４５…アオリステージ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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