(57)【要約】【課題】ｎｍ以下の高い測定分解能を維持し、併せて広い範囲の測定も行うことができ、狭域で高分解能測定を行いながら必要に応じて切り換えて走査範囲を拡大し広い範囲を測定することができる走査型プローブ顕微鏡を提供する。【解決手段】この走査型プローブ顕微鏡は、探針２０と、試料１６と探針に相対的変位を与えるＸＹＺ微動機構１８と、顕微鏡ステージ１１ａの基準面の上に設けられかつ上面に試料を搭載し基準面上を移動するＸＹ移動部１２およびＸＹ移動部を基準面に沿った方向に移動させるＸＹアクチュエータ１３からなる移動機構を備える。ＸＹＸ微動機構は、高さ方向微動機構と、表面方向微動機構とからなる。上記の構成で、探針で試料を測定するために探針で前記試料の表面を走査するとき、表面方向微動機構と、移動機構のうちいずれか一方が使用され、これにより試料の表面特性が測定される。【選択図】図１
2007147652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面に対して配置される探針と、前記試料と前記探針に相対的変位を与える微動機構を備え、前記探針で前記試料の表面を走査するとき、前記試料と前記探針の間に生じる相互作用が一定状態に保持されるように制御し、前記試料の表面特性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、
顕微鏡ステージの基準面の上に設けられ、上面に前記試料を搭載し前記基準面上を移動する移動部と、前記移動部を前記基準面に沿った方向に移動させる駆動機構とからなる移動機構を備え、
前記微動機構は、前記試料の表面に対する前記探針の高さ位置を変化させる高さ方向微動機構と、前記試料と前記探針の間で前記試料に沿った方向の相対的位置を変化させる表面方向微動機構とからなり、
前記探針で前記試料を測定するために前記探針で前記試料の表面を走査するとき、前記表面方向微動機構と、前記移動機構のうちいずれか一方が使用され、これにより前記試料の表面特性が測定されることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記表面方向微動機構による走査と前記移動機構による走査のいずれの場合にも、前記測定には前記高さ方向微動機構の制御が用いられることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記表面方向微動機構の動作と前記移動機構の動作の切換えを行う切換え器を備えることを特徴とする請求項１または２記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
前記移動部は底面を静圧案内されて前記基準面上を移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項５】
前記移動機構に基づく走査による測定は、前記試料の表面での広い範囲に関する測定であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査型プローブ顕微鏡に関し、特に、試料表面で微小領域の走査による測定と広域走査による測定を行える走査型プローブ顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡は、原子オーダ（ナノメータ（ｎｍ）以下）の測定分解能を有するものであり、表面の形状計測を始め、各種分野に適用されつつある。検出に利用する物理量に依存して、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）などに分かれ、応用範囲も広がりつつある。特に原子間力顕微鏡は、試料表面の凹凸形状を高分解能で検出するのに適しており、半導体、ディスクなどの分野で実績をあげている。以下では、原子間力顕微鏡の例について説明する。
【０００３】
図６に従来の原子間力顕微鏡の一例を示す。フレーム１０１の下部に試料ステージ１０１ａが形成され、試料ステージ１０１ａの上に測定対象である試料１０２が配置されている。試料１０２は静止状態にあり、その位置は変化しない。フレーム１０１の上部には探針接近用機構（粗動機構）１０３が固定され、探針接近用機構１０３の下側にＸＹＺ微動機構１０４が固定されている。
【０００４】
試料１０２の上方位置にはカンチレバー１０５が配置され、その先端に設けられた探針１０６は、試料１０２の表面に臨んでいる。試料１０２の表面を測定する際、探針１０６は、試料との間で原子間力が生じる程度の距離で試料１０２に対して接近させて配置される。カンチレバー１０５は、その基端が、ＸＹＺ微動機構１０４の下端に固定されている。カンチレバー１０５は、所定の柔軟性を有し、探針・試料間の距離の変化に伴う原子間力の変化に応じてたわみ変形を生じるという特性を有している。
【０００５】
図６に示した構成はカンチレバー１０５の側を移動させる方式である。上記探針接近用機構１０３は、測定を行う前に探針１０６を試料１０２に対して迅速に接近させるときに使用され、比較的に大きな距離の移動（粗動）に使用される。上記ＸＹＺ微動機構１０４には圧電素子を利用して構成されたトライポッド型微動機構あるいはチューブ型微動機構が使用される。トライポッド型微動機構は、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向の微動動作を生じるためのＸ，Ｙ，Ｚの各アクチュエータによって構成される。ＸＹＺ微動機構１０４にトライポッド型微動機構が使用される場合、測定を行う際に、カンチレバー１０５は、ＸＹＺ微動機構１０４に含まれるＸアクチュエータとＹアクチュエータの動作によって走査動作を行い、Ｚアクチュエータの動作で試料１０２と探針１０６の間の距離が調整される。
【０００６】
上記カンチレバー１０５に対してカンチレバーの変位を検出する変位検出器１０７が設けられる。変位検出器１０７には光てこ式検出光学系や干渉法を利用した検出器が使用される。光てこ式検出光学系は、レーザ光を発する光源と、レーザ光を受ける光検出器から構成される。光源から出射されたレーザ光は、カンチレバーの背面の反射面で反射され、光検出器に入射される。カンチレバーのたわみ変形量に応じてレーザ光の入射位置が変化することから、探針と試料の間の距離の変化を検出できる。
【０００７】
上記構成において、探針接近用機構１０３により探針１０６と試料１０２の距離を約１ｎｍ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１０５にたわみ変形が生じるようになる。そのたわみ角を変位検出器１０７で検出する。変位検出器１０７から出力される検出信号は、加算器１０８に入力される。加算器１０８では、当該検出信号と基準値Ｖref が比較され、偏差信号Ｖｄが出力される。この偏差信号Ｖｄは、制御部１０９に入力される。制御部１０９では一般的に比例−積分補償（ＰＩ制御）が行われ、その出力信号（Ｖｚ）はＸＹＺ微動機構１０４のＺアクチュエータに与えられ、探針１０６と試料１０２の間の距離を変化させる。探針１０６と試料１０２の間の距離は予め基準値Ｖref によって設定された一定距離に保持されている。
【０００８】
上記構成によって探針１０６と試料１０２の距離を一定に保つ制御が実現される。ＸＹ走査回路１１０の出力信号（Ｖｘ，Ｖｙ）は、ＸＹＺ微動機構１０４のＸおよびＹのアクチュエータに与えられる。ＸＹ走査回路１１０から出力される走査信号（Ｖｘ，Ｖｙ）によって、探針１０６は試料１０２の表面をＸＹ方向に平面走査する。この平面走査の間、上記のごとく探針１０６と試料１０２の間の距離が一定に保持される。
【０００９】
Ｚアクチュエータの移動量に相当するデータＶｚと、ＸＹ走査回路１１０の出力信号に係るデータ（Ｖｘ，Ｖｙ）はメモリに格納される。これらのデータを利用して必要な処理を行い、表示装置１１１に画像表示を行う。これにより試料１０２の表面形状を観察することができる。以上のような原理に基づき測定動作を行う原子間力顕微鏡では、原子オーダの分解能があり、測定視野を数ｎｍから数１００μｍまで切り換えて観察することを容易に実現できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記構成の従来装置では、その測定範囲がＸＹＺ微動機構１０４による移動可能範囲によって制約される。ＸＹＺ微動機構１０４は、原子配列オーダの分解能を確保する上で前述の通り圧電素子等の固体アクチュエータを用いることが必須となっている。その結果、移動範囲は約１００μｍが限界となる。あえて移動範囲を拡大すべくストロークを大きくしても、分解能が低下するという不具合が生じる。従って、実用上では、約１０μｍ程度の微小領域で走査範囲を設定するのが一般的であった。
【００１１】
他方、原子間力顕微鏡等のｎｍ以下の高い測定分解能を有する顕微鏡であっても、例えばシリコンウェハの表面のうねりなどの広い範囲の表面形状を測定したいという必要性も高くなっている。測定分解能が高い走査型プローブ顕微鏡で、場合に応じて測定範囲を拡大できれば、顕微鏡としての利用価値を非常に高めることができる。
【００１２】
さらに、上記走査型プローブ顕微鏡はプローブとして探針１０６を利用した構成のみを有するものであったが、この走査型プローブ顕微鏡では、例えば超音波顕微鏡やレーザ顕微鏡等の他の形式のプローブと複合して使用したい場合も多い。このような複合構成を実現するにあたって、その他の形式のプローブを利用した顕微鏡は原子間力顕微鏡等と比較して測定分解能が低いので、走査の移動範囲を拡大できる構成を付加することは必須となる。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題に鑑みて、ｎｍ以下の高い測定分解能を維持し、併せて広い範囲の測定も行うことができ、狭域で高分解能測定を行いながら必要に応じて切り換えて走査範囲を拡大し広い範囲を測定することができる走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る走査型プローブ顕微鏡は、上記目的を達成するため、次のように構成される。
【００１５】
第１の走査型プローブ顕微鏡（請求項１に対応）は、試料の表面に対して配置される探針と、試料と探針に相対的変位を与えるＸＹＺ微動機構を備え、探針で試料の表面を走査するとき、試料と探針の間に生じる相互作用が一定状態に保持されるように制御し、試料の表面特性を測定する走査型プローブ顕微鏡であり、顕微鏡ステージの基準面の上に設けられかつ上面に試料を搭載し基準面上を移動するＸＹ移動部とＸＹ移動部を基準面に沿った方向に移動させる駆動機構（ＸＹアクチュエータ）とからなる移動機構を備え、また上記のＸＹＺ微動機構は、試料の表面に対する探針の高さ位置を変化させる高さ方向微動機構と、試料と探針の間で試料に沿った方向の相対的位置を変化させる表面方向微動機構とからなる。上記の走査型プローブ顕微鏡で、探針で試料を測定するために探針で試料の表面を走査するとき、上記の表面方向微動機構と移動機構のうちいずれか一方が使用され、これにより試料の表面特性が測定される。
【００１６】
上記の構成では、高い測定分解能を可能にする、試料と探針に対して相対的変位を与えるＸＹＺ微動機構とは別に、移動部と駆動機構からなる移動機構を併設する。この移動機構は、広い範囲を測定するときに用いられる。移動機構が動作状態になるとき、ＸＹＺ微動機構では高さ方向微動機構を能動状態に維持しかつ表面方向微動機構を停止させ、移動機構を利用して試料を広い範囲で測定する。これにより、ｎｍオーダでの観察が可能であると共に、数ｍｍあるいは数百ｍｍの広範囲測定も可能になる。広範囲測定の後、或る特定箇所をより高い分解能で観察・測定したい場合には、高分解能測定に切り換える。移動機構によって、観察したい箇所に移動部を移動させ、位置決めを行い、当該移動機構の動作を停止させ、この状態で、走査型プローブ顕微鏡のＸＹＺ微動機構で測定を行うと、ｎｍ以下の高い分解能で試料の表面形状等を測定できる。
【００１７】
第２の走査型プローブ顕微鏡（請求項２に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、表面方向微動機構による走査と移動機構による走査のいずれの場合にも、測定には高さ方向微動機構の制御が用いられる。
【００１８】
第３の走査型プローブ顕微鏡（請求項３に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、表面方向微動機構の動作と移動機構の動作の切換えを行う切換え器を備える。
【００１９】
第４の走査型プローブ顕微鏡（請求項４に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、移動部は底面を静圧案内されて基準面上を移動することを特徴とする。
【００２０】
第５の走査型プローブ顕微鏡（請求項５に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、移動機構に基づく走査による測定は、試料の表面での広い範囲に関する測定であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
上記の本発明によれば、原子間力顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡において、粗動を行える移動機構を設け、当該移動機構で走査動作を行いながら測定を行えるように構成したため、走査型プローブ顕微鏡として１ｎｍ以下の高い測定分解能を維持できる一方、必要に応じて切換え、移動機構を利用して走査範囲を拡大して広い範囲を測定することができる。移動機構を利用した広域測定と、高分解能測定とを組み合わせ、これにより比較的広い試料情報と、特徴点のある極めて狭い範囲の詳細な試料情報を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１〜図３を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態で便宜上原子間力顕微鏡の例を説明するが、本発明が適用される走査型プローブ顕微鏡はこれに限定されない。
【００２４】
１１は、原子間力顕微鏡の装置機構を形成するフレームである。フレーム１１の下部に顕微鏡ステージ１１ａが形成されている。顕微鏡ステージ１１ａの上面は基準面となっている。顕微鏡ステージ１１ａの基準面上には、ＸＹ移動部１２が配置され、かつこのＸＹ移動部１２をＸＹ方向に移動させるためのＸＹアクチュエータ（駆動機構）１３が固定されている。図２に示されるように、ＸＹアクチュエータ１３はＸ方向用アクチュエータ（１３ｘ）とＹ方向用アクチュエータ（１３ｙ）から構成されており、それぞれのアクチュエータ１３ｘ，１３ｙとＸＹ移動部１２とは連結部１４ｘ，１４ｙで連結されている。ＸＹアクチュエータ１３としては、電磁コイル式モータ（ボイスコイルモータ）、電磁モータ、圧電モータ、変位拡大機構、その他の各種のものが用いられる。
【００２５】
また上記構成では、ＸＹ移動部１２をＸＹ方向に移動させる機構としてアクチュエータ１３ｘ，１３ｙと連結部１４ｘ，１４ｙからなる機構を用いたが、ＸＹ移動部１２およびその駆動機構の構成は任意である。例えば通常のころがり案内機構とボールネジ等を組み合わせて駆動機構を構成することもできる。さらに、例えば、本発明者らが先に特願平９−２９０３２５号によって提案した移動ステージ装置を用いることもできる。
【００２６】
ＸＹ移動部１２の内部には高圧の圧力流体（高圧空気または高圧油等）を流す流路１２ａが形成されている。この流路１２ａの導入口はＸＹ移動部１２の側壁に形成され、排出口はその底面に形成されている。流路１２ａの導入口には、高さ位置制御部１５の出力管が接続されている。高さ位置制御部１５は、ＸＹ移動部１２の流路１２ａに高圧流体を供給する機能を有する。高さ位置制御部１５から流路１２ａに供給された圧力流体は、ＸＹ移動部１２の底面の排出口から吹き出される。ＸＹ移動部１２の底面の排出口から圧力流体が吹き出されると、顕微鏡ステージ１１ａの基準面に対してＸＹ移動部１２の配置位置（高さ位置）が上昇して高くなり、ＸＹ移動部１２が浮いた状態となる。すなわちＸＹ移動部１２の底面から排出される圧力流体によって、ＸＹ移動部１２と顕微鏡ステージ１１ａの基準面の間には静圧軸受けが形成され、ＸＹ移動部１２は静圧案内の下で当該基準面に沿ってＸＹ方向に移動することが可能になる。当該静圧軸受けは、各種の分野で利用され、高圧の圧力流体でＸＹ移動部１２を支持することにより、装置機構の剛性を十分に高いものに保持できる。以上のごとく、ＸＹ移動部１２とＸＹアクチュエータ１３と高さ位置制御部１５によって静圧案内式のＸＹ移動機構が構成される。
【００２７】
上記の高さ位置制御部１５に基づく圧力流体の供給動作は、測定オペレータの操作に基づき、必要に応じて選択的に実行される。高さ位置制御部１５からＸＹ移動部１２の流路１２ａに対して圧力流体が供給されない場合には、底面の排出口から圧力流体が排出されないので、ＸＹ移動部１２は顕微鏡ステージ１１ａの基準面に接触した状態で配置される。この場合、装置機構の剛性はより高いものになる。試料１６は上記ＸＹ移動部１２の上面に配置される。
【００２８】
また上記フレーム１１の上部には探針接近用機構（粗動機構）１７が固定されており、探針接近用機構１７の下側にＸＹＺ微動機構１８が固定されている。探針接近用機構１７とＸＹＺ微動機構１８の構成は従来装置の構成と実質的に同じである。ＸＹＺ微動機構１８には、例えば、圧電素子を利用して構成されたトライポッド型微動機構あるいはチューブ型微動機構、または平行平板型微動機構等が使用される。このＸＹＺ微動機構１８は、探針の走査動作（試料と探針の間で表面に沿った方向の相対的位置を変化させる動作）に関係するＸＹ微動機構（表面方向微動機構）と、試料の表面に対する探針の高さ位置を変化させるＺ微動機構（高さ方向微動機構）とから構成されている。さらにＸＹ微動機構は圧電素子を利用して作られたＸアクチュエータとＹアクチュエータからなり、Ｚ微動機構は圧電素子を利用して作られたＺアクチュエータからなる。
【００２９】
試料１６の上方位置にはカンチレバー１９が配置され、その先端に設けられた探針２０は試料１６の表面に臨んでいる。試料１６の表面を測定する際、探針２０は、試料との間で原子間力が生じる程度の距離で試料１６に対して接近させ、配置される。カンチレバー１９は、その基端が、ＸＹＺ微動機構１８の下端に固定されている。カンチレバー１９は、所定の柔軟性を有し、探針・試料間の距離の変化に伴う原子間力の変化に応じてたわみ変形を生じるという特性を有している。
【００３０】
上記の探針接近用機構１７は、測定を行う前に探針２０を試料１６に対して迅速に接近させるときに使用され、比較的に大きな距離の移動（粗動）に使用される。
【００３１】
上記カンチレバー１９に対してカンチレバーの変位を検出する変位検出器２１が設けられる。変位検出器２１には従来の光てこ式検出光学系や干渉法を利用した検出器が使用される。
【００３２】
上記構成において、探針接近用機構１７により探針２０と試料１６の距離を約１ｎｍ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１９にたわみ変形が生じるようになる。そのたわみ角を変位検出器２１で検出する。変位検出器２１から出力される検出信号は、加算器２２に入力される。加算器２２では、当該検出信号と基準値Ｖref が比較され、偏差信号Ｖｄが出力される。この偏差信号Ｖｄは、制御部２３に入力される。制御部２３では一般的に比例−積分補償（ＰＩ制御）が行われ、その出力信号（Ｖｚ）はＸＹＺ微動機構１８のＺアクチュエータに与えられ、探針２０と試料１６の間の距離を変化させる。探針２０と試料１６の間の距離は予め基準値Ｖref によって設定された一定距離に保持される。こうして探針２０と試料１６の間の距離、基準値Ｖref で決まる一定値に保つ制御系が形成される。
【００３３】
試料１６を静止状態に保ちＸＹＺ微動機構１８を用いて試料１６の表面を走査しながら高い分解能で測定を行うとき、ＸＹ走査回路２４から出力される走査信号（Ｖｘ，Ｖｙ）はＸＹＺ微動機構１８のＸおよびＹのアクチュエータに与えられ、この走査信号（Ｖｘ，Ｖｙ）によって探針２０は試料１６の表面をＸＹ方向に平面走査する。この平面走査の間、上記制御系によって探針２０と試料１６の間の距離は一定に保持される。
【００３４】
ＸＹＺ微動機構１８を利用した高分解能の測定において得られたＺアクチュエータの移動量に相当するデータＶｚとＸＹ走査回路２４の出力信号に係るデータ（Ｖｘ，Ｖｙ）をメモリに格納し、さらに信号処理部でこれらのデータを利用して必要な処理を行い、表示装置２５に画像表示を行う。これにより試料１６の表面形状を原子間力顕微鏡の本来の高い分解能で観察・測定することができる。以上のような原理に基づき測定動作を行う原子間力顕微鏡では、原子オーダのｎｍ以下の高い分解能で観察できる。
【００３５】
上記ＸＹ走査回路２４には選択部２４ａが内蔵される。この選択部２４ａの切換え動作によれば、上記走査信号（Ｖｘ，Ｖｙ）をＸＹＺ微動機構１８のＸＹ微動機構に送ること、または他の走査信号（Ｖｘ１，Ｖｙ１）を上記ＸＹアクチュエータ１３に送ることのいずれか一方を選択することが可能となる。ＸＹ走査回路２４の走査制御に基づく走査動作は、前述した従来通りのＸＹＺ微動機構１８で行う場合と、付設された静圧案内式のＸＹ移動機構を利用して行う場合の２通りが用意され、そのいずれか選択されるように構成される。
【００３６】
図３を参照してＸＹＺ微動機構１８を利用して走査動作を行う場合と、静圧案内式のＸＹ移動機構を利用して走査動作を行う場合を説明する。図３で（ａ）は静圧案内式のＸＹ移動機構を利用して走査動作を行う場合を示し、（ｂ）はＸＹＺ微動機構１８を利用して走査動作を行う場合を示している。
【００３７】
図３（ｂ）では、高さ位置制御部１５からＸＹ移動部１２の流路１２ａに圧力流体が供給されない状態にあり、ＸＹ移動部１２は、顕微鏡ステージ１１ａの上に接触配置されている。静止状態にある試料１６の表面の所定箇所に探針２０がセットされ、ＸＹＺ微動機構１８を動作させ、探針２０を例えばＡ方向に移動させる。上記制御系の制御の下でのＸＹＺ微動機構１８に基づく前述の走査動作によって、１ｎｍ以下の高分解能での観察・測定が行われる。以上において、ＸＹ走査回路２４の選択部２４ａは走査信号Ｖｘ，Ｖｙが出力されるように切り換えられている。
【００３８】
一方、図３（ａ）では、高さ位置制御部１５からＸＹ移動部１２の流路１２ａに圧力流体Ｂが供給された状態にあり、ＸＹ移動部１２は静圧案内で保持された状態にある。ＸＹ移動部１２はＺ方向に比較的に高い剛性に維持される。基準面に対して浮いた状態にあるＸＹ移動部１２はＸアクチュエータ１３ｘとＹアクチュエータ１３ｙによってＸＹ方向（例えばＣ方向）に移動させる。探針２０は試料１６の表面に臨むようにセットされ、カンチレバー１９を支持するＸＹＺ微動機構１８のうちＺアクチュエータおよび前述の制御系は能動状態にある。またＸＹ走査回路２４の選択部２４ａは走査信号Ｖｘ１，Ｖｙ１が出力されるように切り換えられている。探針２０が試料１６の表面をなぞることにより、１ｎｍ程度の分解能で試料表面の形状等を観察・測定することが可能となる。表示装置２５に画像を表示するときにはデータＶｚと走査信号Ｖｘ１，Ｖｙ１が使用される。図３（ａ）に示された走査動作による測定では、ＸＹアクチュエータ１３として移動量の制約を受けないので、原子間力顕微鏡としての測定範囲を数ｍｍ、数百ｍｍまで拡大することができ、試料１６の表面において広い範囲を観察・測定できる。またＸＹ移動部１２の移動では静圧案内を利用しているため、移動時の摩擦が発生せず、滑らかな走査を行うことができる。
【００３９】
図３（ａ）に示した走査動作による測定と、図３（ｂ）に示した走査動作による測定の関係では、通常、（ａ）に示すように試料を広域走査して測定を行い試料の広域の情報を得、或る特徴点が観察できた段階で、（ｂ）に示すように静圧案内を解除して１ｎｍ以下の分解能で測定を行う。静圧案内を解除してＸＹ移動部１２を基準面に当接させるとき、装置機構の剛性は最大となる。このため１ｎｍ以下という本来の原子間力顕微鏡の分解能での測定が可能になる。
【００４０】
上記実施形態の説明では、広範囲の測定と高分解能の測定を両立して行うことができる。広域測定における測定分解能は、理想のものに比較して低下することになるが、実用上１ｎｍ付近の分解能を確保でき、広域であることを考慮すると、十分に実用性が高いものである。またＸＹ移動部１２とＸＹアクチュエータ１３と高さ位置制御部１５からなるＸＹ移動機構は、その後の高分解能測定のための位置決め機構としても用いられる。
【００４１】
次に図４を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態において、第１実施形態で説明した要素と実質的に同じ要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。第２実施形態における特徴的構成を説明する。この原子間力顕微鏡では他の形式の異種顕微鏡（異種プローブ）３１が併設されている。異種顕微鏡３１としては超音波顕微鏡（超音波プローブ）やレーザ顕微鏡等が用いられる。異種顕微鏡３１の分解能は約１μｍ、サブμｍ程度であり、必要とされる走査範囲は１００μｍから数ｍｍである。
【００４２】
異種顕微鏡３１を利用して試料１６の表面や内部の情報を得る場合において、試料表面を走査するときには、前述した静圧案内式のＸＹ移動機構を利用して走査動作を行う。異種顕微鏡３１の分解能からみて、静圧案内式のＸＹ移動機構によれば十分な機構剛性である。異種顕微鏡３１によって特徴点が観察できたときには、その部分を原子間力顕微鏡で観察することになる。かかる動作は、第１実施形態で説明した動作と同じである。
【００４３】
装置構成上、制御部２３と表示装置２５の間には選択部３２が設けられる。選択部３２は、制御部２３から出力されるデータＶｚと異種顕微鏡３１から出力される測定データのうちいずれかを選択し、表示装置２５に供給する。
【００４４】
上記第２実施形態によれば、原子間力顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡と異種顕微鏡を複合し、当該異種顕微鏡によって別の観点から試料を観察することができ、利用価値を高めた走査型プローブ顕微鏡を実現することができる。
【００４５】
次に図５を参照して、前述した静圧案内式のＸＹ移動機構の例について説明する。図５で、（ａ）は平面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は動作状態を示す側面図である。このＸＹ移動機構は、ＸＹ移動部１２と、顕微鏡ステージ１１ａの基準面に固定されたＬ字型の支持部４１と、ＸＹ移動部１２と支持部４１の間に位置するＸアクチュエータ４２ｘおよびＹアクチュエータ４２ｙと、これらを連結する連結部４３ｘおよび連結部４３ｙとから構成されている。
【００４６】
本実施形態の連結部４３ｘ，４３ｙは丸棒状部材で形成され、その軸方向以外には自由に移動できるように各部に連結されている。連結部４３ｘ，４３ｙにはその他にヒンジ等の構造を採用することもできる。
【００４７】
図５（ｂ）に示すように、高さ位置制御部１５を圧力流体供給の動作状態にすると、ＸＹ移動体１２は顕微鏡ステージ１１ａの基準面から浮上する。この状態で（ｃ）に示すようにＸアクチュエータ４２ｘを伸縮させると、ＸＹ移動部１２を静圧案内の状態でＸ方向に移動させることができる。また図５（ｄ）に示すように高さ位置制御部１５による静圧案内を解除すると、ＸＹ移動部１２はその底面が基準面に接触し、静止状態で基準面上に配置される。
【００４８】
図５に示したＸＹ移動機構においても、前述のごとく、ＸＹ移動部１２のＸＹ方向の移動を案内する機構として、通常のころがり案内機構とボールネジを組み合わせて構成された機構を用いることができるのは勿論であり、さらに、Ｚ方向の案内についても板バネ機構やころがり案内機構を利用することができる。前述の特願平９−２９０３２５号によって提案された移動ステージ装置を用いることができるのは勿論である。
【００４９】
前述の各実施形態において、探針接近機構１７をＸＹＺ微動機構１８側に設けたが、これはＸＹ移動部１２内に設けることもできる。その場合にくさび機構を利用した昇降機構にすると、極めて高い剛性を実現できる。さらに異種顕微鏡と複合した構成を示したが、単独構成として交換して使用し、一種の顕微鏡として構成することもできる。
【００５０】
上記の実施形態で説明された構成、形状、大きさ、材質、および配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】第１実施形態における要部構成を示す平面図である。
【図３】第１実施形態における２形式の走査動作を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す構成図である。
【図５】静圧案内式の移動機構の構成例と動作例を説明する図である。
【図６】従来の走査型プローブ顕微鏡の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１       フレーム
１１ａ     顕微鏡ステージ
１２       ＸＹ移動部
１２ａ      流路
１３       ＸＹアクチュエータ
１５       高さ位置制御部
１６       試料
１７       探針接近用機構
１８       ＸＹＺ微動機構
１９       カンチレバー
２０       探針
３１       異種顕微鏡
【図１】
2007147652.tif 000003
【図２】
2007147652.tif 000004
【図３】
2007147652.tif 000005
【図４】
2007147652.tif 000006
【図５】
2007147652.tif 000007
【図６】
2007147652.tif 000008