(57)【要約】 【課題】  試料上の観察領域に対する探針部位置合わせが簡単且つ正確に行われる走査プローブ顕微鏡を提供する。【解決手段】  探針３付きカンチレバー２と試料８を接近させて対向配置し、探針３で試料８が走査される様に成し、探針３と試料８間の相互作用に基づく試料表面の像情報を得るように成した走査プローブ顕微鏡ユニットと、試料８に光を照射し、その反射光に基づいて少なくとも探針３を含む試料像をモニター２３の画面上に表示させる光学顕微鏡ユニットとを設け、モニター２３画面上に走査プローブ顕微鏡ユニットの縦方向走査幅と横方向走査幅を表示する様に成す。【選択図】   図２
2007218752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針付きカンチレバーと試料を接近させて対向配置し、前記探針で前記試料が走査される様に成し、前記探針と前記試料間の相互作用に基づいて前記試料表面の像情報を得るように成した走査プローブ顕微鏡ユニット、及び、前記試料に光を照射し、その反射光に基づいて少なくとも前記探針を含む試料像をモニター画面に表示させる光学顕微鏡ユニットを備えた走査プローブ顕微鏡において、前記モニター画面上に前記走査プローブ顕微鏡ユニットの縦方向走査幅と横方向走査幅を表示する様に成したことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記モニター画面上に、前記探針先端位置を基準として前記走査プローブ顕微鏡ユニットの縦方向走査幅と横方向走査幅を表示する様に成したことを特徴とする請求項１記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項３】
探針付きカンチレバーと試料を接近させて対向配置し、前記探針で前記試料が走査される様に成し、前記探針と前記試料間の相互作用に基づいて前記試料表面の像情報を得るように成した走査プローブ顕微鏡ユニット、及び、前記試料に光を照射し、その反射光に基づいて少なくとも前記探針を含む試料像をモニター画面に表示させる光学顕微鏡ユニットを備えた走査プローブ顕微鏡において、縦方向カーソル及び横方向カーソル表示信号を作成し、前記モニター画面に該各カーソルを表示させるカーソル生成回路、及び、前記走査プローブ顕微鏡ユニットの倍率と縦方向及び横方向走査幅と，前記光学顕微鏡ユニットの倍率とに基づいて、前記光学顕微鏡ユニットの倍率に変換した前記走査プローブ顕微鏡ユニットの縦方向及び横方向走査幅を算出して前記モニター画面上に表示させる走査プローブ顕微鏡ユニット走査幅生成回路を設けたことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
【請求項４】
前記走査プローブ顕微鏡ユニット走査幅生成回路は、前記探針先端位置に基づいて、該探針先端部を基準位置として前記走査プローブ顕微鏡ユニットの縦方向及び横方向走査幅を前記モニター画面上に表示させる様にした請求項３記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項５】
前記被走査プローブ顕微鏡ユニット走査幅生成回路は、前記両カーソルの交点と前記探針先端位置を合わせた時の前記両カーソルの交点位置に基づいて、該交点位置を基準位置として前記走査プローブ顕微鏡ユニットの縦方向及び横方向走査幅を前記モニター画面上に表示させる様にした請求項３記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項６】
前記縦方向走査幅と横方向走査幅をまとめて四角の枠で表示する様にしたことを特徴とする請求項１若しくは３記載の走査プローブ顕微鏡。
【請求項７】
前記縦方向走査幅と横方向走査幅をまとめて四角状にハイライト表示する様にしたことを特徴とする請求項１若しくは３記載の走査プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学顕微鏡を備えた走査プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、探針付きカンチレバーと試料を接近させて対向配置し、探針により試料表面を走査することにより、探針と試料間に働く原子間力，或いは磁気力，或いは静電気力等を測定し、該測定に基づいて試料表面の凹凸像を得るように成した走査プローブ顕微鏡が注目されており、最近においては、光学顕微鏡を備えた走査プローブ顕微鏡も出現している。
【０００３】
図１は光学顕微鏡を備えた原子間力顕微鏡の如き走査プローブ顕微鏡の１概略例を示している。
【０００４】
図中１は光を発する光源（例、レーザー光源）、２は先端に探針３付けられ、前記光源１から発せられた光を反射させるカンチレバー、４は該カンチレバー２で反射された反射光を検出する光検出器（例、２分割若しくは４分割半導体光検出器）である。
【０００５】
前記光源１、カンチレバー２は、それぞれ、光源支持台５、レバー支持台６を介して容器７壁に取り付けられている。
【０００６】
８は試料載置台９に取り付けられた試料、１０は、例えば Ｘ軸方向圧電素子１０Ｘ，Ｙ軸方向圧電素子１０Ｙ及びＺ軸方向圧電素子１０Ｚから成り、前記試料載置台９を介して試料７を載置し、且つ試料載置台９を通じて試料８をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に独立して移動させるスキャナで前記容器７の下壁に取り付けられている。
【０００７】
１１は前記Ｘ，Ｙ軸方向圧電素子１０Ｘ，１０ＹにそれぞれＸ，Ｙ軸方向走査信号を発生するＸＹ軸方向走査装置である。
【０００８】
１２は前記Ｚ軸方向圧電素子１０ＺにＺ軸方向移動信号を発生するＺ軸サーボ装置で、初期設定後は、プリアンプ１３を介した前記光検出器４からの信号値と設定信号値との差に基づいた移動信号を前記Ｚ軸方向圧電素子１０Ｚに与える。
【０００９】
１４は前記制御装置で、前記ＸＹ軸方向走査装置１１や前記Ｚ軸サーボ装置１２に作動指令を送ったり、前記Ｚ軸サーボ装置１２からの信号に基づいて表示装置１５に試料の凹凸像等を表示させたりするものである。
【００１０】
１６は光学顕微鏡鏡筒で、対物レンズ１７，ハーフミラー１８，ＣＣＤカメラ１９等を備えており、前記容器７の上壁に取り付けられている。
【００１１】
２０は照明用光源で、光源支持台２１を介して前記容器７壁に取り付けられている。
【００１２】
２２は前記ＣＣＤカメラ１９の動作をコントロールしたり、該ＣＣＤカメラからの信号を処理して、モニター２３に試料表面の像を表示させたりするＣＣＤ制御装置である。  
この様な原子間力顕微鏡において、Ｚ軸サーボ装置１２からのＺ軸（図１で上下方向軸）の高さ調整信号によりスキャナ１０のＺ軸方向圧電素子１０Ｚが駆動されて、探針３と試料８の間の距離が初期設定距離ｄ（ｎｍ）に設定される。
【００１３】
一方、光源１から光が発せられ、該光はカンチレバー２の試料側と反対側の面に当たって反射し、その反射光が光検出器４によって検出される。この状態において、ＸＹ軸方向走査装置１１からの制御信号により、スキャナ１０のＸ軸方向，Ｙ軸方向圧電素子１０Ｘ，１０Ｙがそれぞれ駆動されて、試料８がＸ軸方向（図１の左右方向）及びＹ軸方向（図１で紙面に直交する方向）にそれぞれ移動される。
【００１４】
試料８の観察すべき表面には凹凸があり、該凹凸に従って探針３と観察表面との間の距離が初期設定距離ｄ（ｎｍ）からずれる為に探針３と試料８間の原子間力が変位する。この変位に合わせて、探針３はが僅かに上下動する。その為、該上下動に応じてカンチレバー２の傾きも変化するので、光検出器４に入る反射光の位置も変化する。該光検出器は、検出した反射光の位置変化を電気信号に変換してプリアンプ１３を介してＺ軸サーボ装置１２に送る。該Ｚ軸サーボ装置は、前記反射光の位置変化に対応した信号をＺ軸方向の位置変化に換算し、該換算した信号を前記Ｚ軸方向圧電素子１０Ｚに与えると同時に、前記制御装置１４に供給する。
【００１５】
この結果、スキャナ１０は常に、試料８と探針３との間の原子間力が一定に保たれる様にＺ軸方向に移動しつつＸ，Ｙ軸方向に移動する。同時に、前記制御装置１４は、前記換算した信号（画像信号）に基づいて表示装置１５に試料表面の凹凸像（三次元像）を表示させる。
【００１６】
さて、この様な原子間力顕微鏡による試料表面の三次元像観察に入る前に、通常、試料上の観察すべき領域の所定の位置（一般的に、観察すべき領域の中心近傍）に探針３の最先端位置を持って行く様にしている。
【００１７】
その為に、照明用光源２０を作動させ、該光源から照明光を放射させる。
【００１８】
該照明光はハーフミラー１８で試料方向に反射され、該反射光は対物レンズ１７によって探針３の先端付近に集光され、該探針先端を含む試料８表面上の視野全体を照明する。
【００１９】
該試料から反射される照明光は前記対物レンズ１７及びハーフミラー１８を介してＣＣＤカメラ１９に入射し、ここで映像信号に変換され、ＣＣＤ制御装置２２を介してモニター２３に送られる。この結果、該モニター２３の画面上に、少なくとも、前記探針部を含むカンチレバー２の一部が入った試料上の視野像が表示される。
【００２０】
オペレータは、この像を見ながら、例えば、入力装置（例．キーボート）から前記制御装置１４を介して前記ＸＹ軸方向走査装置１１に移動指令を送り、観察すべき領域の中心に探針部の中心（探針先端部）が来る様にスキャナ１０を移動させる。
【００２１】
【特許文献１】特開平０７−３３３２３４号公報
【特許文献２】特開２００６−０２３４４３号公報
【特許文献３】特開平０５−１５７５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
所で、前記の様にして観察すべき試料の領域の中心近傍に探針の中心を持って来た後、観察すべき領域についての三次元象を得る操作に入るのであるが、実際には、前記スキャナ１０の動作に基づいて探針３が試料表面上をＸ，Ｙ走査する範囲は事前には分からない。即ち、実際に前記スキャナ１０の動作に基づいて前記走査し、前記表示装置１５で試料の三次元像を見るまで前記走査範囲は分からない。
【００２３】
従って、前記観察領域に対する探針部位置合わせ後に得た試料の三次元像が、所望の観察領域からずれていた場合、再度、該観察領域に対する探針部位置合わせ操作を行わなければならず、多大な時間ロスが発生してしまう。
【００２４】
本発明は、この様な問題を解決する新規な走査プローブ顕微鏡を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の走査プローブ顕微鏡は、探針付きカンチレバーと試料を接近させて対向配置し、前記探針で前記試料が走査される様に成し、前記探針と前記試料間の相互作用に基づいて前記試料表面の像情報を得るように成した走査プローブ顕微鏡ユニット、及び、前記試料に光を照射し、その反射光に基づいて少なくとも前記探針を含む試料像をモニター画面に表示させる光学顕微鏡ユニットを備えた走査プローブ顕微鏡において、前記モニター画面上に前記走査プローブ顕微鏡ユニットの縦方向走査幅と横方向走査幅を表示する様に成したことを特徴とする。
【００２６】
本発明の走査プローブ顕微鏡は、探針付きカンチレバーと試料を接近させて対向配置し、前記探針で前記試料が走査される様に成し、前記探針と前記試料間の相互作用に基づいて前記試料表面の像情報を得るように成した走査プローブ顕微鏡ユニット、及び、前記試料に光を照射し、その反射光に基づいて少なくとも前記探針を含む試料像をモニター画面に表示させる光学顕微鏡ユニットを備えた走査プローブ顕微鏡において、縦方向カーソル及び横方向カーソル表示信号を作成し、前記モニター画面に該各カーソルを表示させるカーソル生成回路、及び、前記走査プローブ顕微鏡ユニットの倍率と縦方向及び横方向走査幅と，前記光学顕微鏡ユニットの倍率とに基づいて、前記光学顕微鏡ユニットの倍率に変換した前記走査プローブ顕微鏡ユニットの縦方向及び横方向走査幅を算出して前記モニター画面上に表示させる走査プローブ顕微鏡ユニット走査幅生成回路を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明においては、探針を含む試料像を表示している光学顕微鏡ユニット用モニター画面上に、走査プローブ顕微鏡ユニットの縦方向及び横方向走査幅も表示する様にしたので、試料上の観察領域に対する探針部位置合わせが簡単且つ正確に行われる様になり、該操作が短時間で済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
図２は本発明の一実施例として示した原子間力顕微鏡の如き走査プローブ顕微鏡の１概略例を示している。図中前記図１で使用された記号と同一の記号の付されたものは同一構成要素を示す。
【００３０】
図２に示す走査プローブ顕微鏡が図１で示した走査プローブ顕微鏡と構成上で異なる点は、次の２つの回路を設けたところである。
【００３１】
図中３１はカーソル生成回路で、入力装置（例えば、キーボード及び／若しくはマウス）３２からの入力を受けた制御装置１４からの指令に従って、モニター２３画面に表示させる縦方向カーソルの表示信号と横方向カーソルの表示信号を作成し、該各縦方向カーソル表示信号と横方向カーソル表示信号を前記モニター２３に供給するものである。
【００３２】
３３は走査プローブ顕微鏡ユニット走査範囲枠生成回路で、走査プローブ顕微鏡ユニット走査範囲（Ｌａ×Ｌｂ）、走査プローブ顕微鏡ユニットの倍率（Ｓ１）、光学顕微鏡ユニットの倍率（Ｓ２）及び探針３の最先端位置（中心位置）から、該探針３の最先端位置を中心とした走査プローブ顕微鏡ユニット走査範囲枠表示信号を作成し、前記モニター２３に該生成した走査枠を表示させるものである。
【００３３】
この様な回路を備えた走査プローブ顕微鏡において、次の様にして、試料上の観察すべき領域の所定の位置（一般的に、観察すべき領域の中心近傍）に探針３の最先端位置を持って行く。
【００３４】
先ず、照明用光源２０を作動させ、該光源から照明光を放射させる。
【００３５】
該照明光はハーフミラー１８で試料方向に反射され、該反射光は対物レンズ１７によって探針３の先端付近に集光され、該探針先端を含む試料８表面上の視野全体を照明する。
【００３６】
該試料から反射される照明光は前記対物レンズ１７及びハーフミラー１８を介してＣＣＤカメラ１９に入射し、ここで映像信号に変換され、ＣＣＤ制御装置２２を介してモニター２３に送られる。この結果、該モニター２３画面上に、少なくとも探針部を含むカンチレバー２の一部が入った試料上の視野像が表示される。
【００３７】
この際、オペレータは入力装置３２から縦方向カーソルの始点座標と横方向カーソルの始点座標を制御装置１４に入力する。該制御装置は該各座標位置を始点とした縦方向カーソルと横方向カーソルを表示する信号の作成指令をカーソル生成回路３１に送る。この指令により、前記カーソル生成回路３１はモニター２３画面上に表示される縦方向カーソルと横方向カーソルの表示信号を作成し、それらの表示信号をモニター２３に供給する。この結果、該モニター画面上には縦カーソルＣｖ横カーソルＣｈが表示される（図３）。
【００３８】
オペレータは、前記探針部を含むカンチレバー２の一部が入った試料上の視野像を見ながら、入力装置３２から前記制御装置１４を介して前記ＸＹ方向走査装置１１に移動指令を送り、モニター画面中心部に探針部Ｐの中心が来る様にスキャナ１０を移動させる。
【００３９】
そして、オペレータは入力装置３２を操作して、制御装置１４を介してカーソル生成回路３１にカーソル移動指令を送り、縦方向カーソルＣｖと横方向カーソルＣｈの交点がモニター画面の中心（前記探針部Ｐの中心）に来る様にする。
【００４０】
この状態において、制御装置１４の指令により、該制御装置からこの時の操作プローブユニットの倍率Ｓ１と走査範囲（Ｌａ×Ｌｂ）が、ＣＣＤ制御装置２２から光学顕微鏡ユニットの倍率Ｓ２が，前記カーソル生成回路３１からカーソルの交点座標が、それぞれ、走査プローブ顕微鏡走査範囲枠生成回路３３に供給される。
【００４１】
該走査プローブ顕微鏡走査範囲枠生成回路３３は、Ｌａ×（Ｓ２／Ｓ１）、Ｌｂ×（Ｓ２／Ｓ１）の演算により、光学顕微鏡ユニットの倍率に変換した走査プローブ顕微鏡ユニットの走査範囲（Ｌａ´×Ｌｂ´）を算出すると共に、この走査範囲の枠が前記カーソルの交点Ｏを中心として表示される様な走査枠表示信号を作成して前記モニター２３に供給する。
【００４２】
この結果、図３に示す様に、モニター２３の画面上には、カンチレバー像Ｋの探針部Ｐの中心とした走査プローブ顕微鏡ユニット走査範囲（Ｌａ´×Ｌｂ´）に対応した枠Ｑが表示される。
【００４３】
この様に光学顕微鏡用モニター２３画面上に、探針３の先端を中心とした走査プローブ顕微鏡ユニット走査範囲（Ｌａ´×Ｌｂ´）に対応した枠Ｑが表示されることにより、走査プローブ顕微鏡ユニットで観察される領域が分かるので、オペレータは走査プローブ顕微鏡ユニットによる試料表面の三次元観察に入る前に、試料上の観察すべき領域の所定の位置に探針３の最先端位置を正確且つ簡単に持って行き易くなる。
【００４４】
尚、前記縦方向カーソルＣｖと横方向カーソルＣｈの交点をモニター画面の中心（探針部Ｐの中心）に合わす際、試料載置台９若しくは光学顕微鏡鏡筒１６を移動しても良い。
【００４５】
又、操作プローブ顕微鏡ユニットの倍率Ｓ１や走査範囲（Ｌａ×Ｌｂ）、光学顕微鏡ユニットの倍率Ｓ２は入力装置３２から入力する様にしても良い。
【００４６】
又、前記例では、光学顕微鏡用モニター２３に走査プローブ顕微鏡ユニットの走査範囲を枠で表示する様にしたが、ハイライト表示させる様にしても良い。
【００４７】
又、本発明は、光学顕微鏡鏡筒１６が試料８の上方に配設され、試料表面上方から試料を観察する光学顕微鏡ユニットを備えた走査プローブ顕微鏡を例にして説明したが、光学顕微鏡鏡筒が試料の下方に配設され、試料表面下方から試料を観察する光学顕微鏡ユニットを備えた走査プローブ顕微鏡についても本発明は応用可能である。
【００４８】
又、前記実施例では原子間力顕微鏡の如き走査プローブ顕微鏡を例に上げて本発明を説明したが、他の走査プローブ顕微鏡、例えば、探針と試料間に働く原子磁気力，或いは静電気力等を測定して試料表面の凹凸像を得るように成した走査プローブ顕微鏡等にも本発明は応用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来の走査プローブ顕微鏡の一例（原子間力顕微鏡）の概略を示す。
【図２】本発明の走査プローブ顕微鏡の一例（原子間力顕微鏡）の概略を示す。
【図３】本発明の走査プローブ顕微鏡における光学顕微鏡用モニターの表示例を示す。
【符号の説明】
【００５０】
１…光源
２…カンチレバー
３…探針
４…光検出器
５…光源支持台
６…レバー支持台
７…容器
８…試料
９…試料載置台
１０…スキャナ
１１…ＸＹ軸方向走査装置
１２…Ｚ軸サーボ装置
１３…プリアンプ
１４…制御装置
１５…表示装置
１６…光学顕微鏡鏡筒
１７…対物レンズ
１８…ハーフミラー
１９…ＣＣＤカメラ
２０…照明用光源
２１…光源支持台
２２…ＣＣＤ制御装置
２３…モニター
３１…カーソル生成回路
３２…入力装置
３３…走査プローブ顕微鏡走査範囲枠生成回路
Ｃｖ…縦カーソル
Ｃｈ…横カーソル
Ｐ…探針部
Ｏ…縦カソールと横カーソルの交点
Ｑ…枠
Ｋ…カンチレバー像  
【図１】
2007218752.tif 000003
【図２】
2007218752.tif 000004
【図３】
2007218752.tif 000005