JPH0534143A - 試料表面のモニタ装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 走査型トンネル顕微鏡や粗さ測定器等で表面
形状を測定する場合探針等を正確に試料表面の測定位置
に位置決めする。 【構成】 光電変換可能な撮像カメラ３２を試料片４８
の表面に対して傾斜して配置し、移動手段３４で撮像カ
メラ３２を試料片４８に対して平行方向に又は光軸方向
に移動すると共に撮像カメラ３２の変位を検知センサ３
６で検知する。検知された撮像カメラ３２の変位と予め
設定された試料片４８の各々の映像読込み位置（Ｘ１、
Ｘ２、Ｘ３…Ｘｎ）とを制御部３８で比較し、検知変位
が各々の映像読込み位置に一致したとき撮像カメラ３２
から出力されている画像を読込む。読込まれた画像中の
焦点の合った画像に対応する走査線上の画像は制御メモ
リ回路６２の画像表示用メモリに記録される。そして、
記録された走査線上の画像は表示手段４０の同一画面上
にまとめて一度に表示されるので、試料片４８の表面が
鮮明にモニタされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は試料表面のモニタ装置及
びその方法に係り、特に表面形状を測定する走査型トン
ネル顕微鏡等の探針と試料表面とを同時に観察する試料
表面のモニタ装置及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡の原理は、先端の
細い探針と圧電素子を用いてトンネル電流が一定となる
ように測定面に垂直なＺ方向の圧電素子を駆動すると、
探針先端と測定面との間隙を一定に保つことができる。
この状態で探針をＸ─Ｙ方向に駆動し、Ｚ方向の圧電素
子に加えた電圧変化から測定面の表面形状を知ることが
出来る。

【０００３】一方、このような走査型トンネル顕微鏡
は、例えば１０μ×１０μという極めて微小範囲の表面
形状を測定するものなので、測定する場合には予め光学
顕微鏡で測定範囲を観察して走査型トンネル顕微鏡の探
針を測定位置に位置決めする必要がある。そして、走査
型トンネル顕微鏡で表面形状を測定する場合その探針が
測定位置の上方に配置されているので、光学顕微鏡は測
定表面の斜め方向に配置される。従って光学顕微鏡の光
軸は測定表面に対して傾斜している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光軸が
測定表面に対して傾斜した光学顕微鏡で測定表面を観察
すると、光軸と測定表面とが交わる点を含んだ直線での
み焦点が合うので、この直線上の像しか観察することが
できず、走査型トンネル顕微鏡の探針を測定位置に正確
に位置決めすることが困難であるという欠点がある。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、走査型トンネル顕微鏡等で表面形状を測定する
場合探針等を正確に位置決めすることが出来る試料表面
のモニタ装置及びその方法を提案することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する為に、試料表面に対して傾斜して配置されて、光
軸と試料表面とが交差する線上で合焦し、撮影した被写
体像を電気信号に変換する撮像カメラと、撮像カメラを
試料表面に平行に移動又は光軸方向に移動する撮像カメ
ラ移動手段と、撮像カメラの変位量を検知する手段と、
撮像カメラの移動速度と試料表面の各々の映像読込み位
置が予め入力され、入力された移動速度に基づいて撮像
カメラの移動信号を出力すると共に、検出手段で検知さ
れた撮像カメラの変位量が予め入力された試料表面の各
々の映像読込み位置と一致した時映像読込み信号を出力
する制御手段と、撮像カメラが撮影した各々の映像読込
み位置の試料表面の画像中の焦点の合った画像に対応す
る走査線上の画像を記録する記録手段と、記録された各
々の映像読込み位置の前記走査線上の画像をまとめて一
度に同一画面上に表示する表示手段と、から成ることを
特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明によれば、光電変換可能な撮像カメラを
試料片の表面に対して傾斜して配置し、移動手段で撮像
カメラを試料片の表面に対して平行方向に又は光軸方向
に移動すると共に撮像カメラの変位を検知手段で検知す
る。検知された撮像カメラの変位と予め設定された試料
片表面の各々の映像読込み位置とを制御手段で比較し、
検知変位が各々の映像読込み位置に一致したとき撮像カ
メラから出力されている画像データを読込む。

【０００８】そして各々の映像読込み位置で読込まれた
画像データ中の焦点の合った画像に対応する走査線上の
画像を記録手段に記録し、記録された各々の撮影位置の
走査線上の画像を表示手段の同一画面上にまとめて一度
に表示する。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面に従って本発明に係る試料表
面のモニタ装置及びその方法の好ましい実施例を詳説す
る。図１に示すように試料表面及び探針の観察装置３０
は撮像カメラ３２、移動手段３４、検知手段３６、制御
手段３８及び表示手段４０から構成されている。撮像カ
メラ３２の筒体４２の前方にはレンズ４４が設けられて
いて、レンズ４４の光軸上後方には固体撮像素子（以下
ＣＣＤと称す。）４６が設けられている。そしてレンズ
４４は試料表面４８とレンズ４４の光軸とが交わる線上
で焦点を結ぶ位置に配置されている。すなわち、試料表
面４８に対して傾斜して配置された撮像カメラ３２は光
軸と試料表面４８との交点を含んだ線Ｘ（撮像カメラ３
２で撮影した画像のＸ本目の走査線に相当する線）で合
焦するように調整される（図１参照）。

【００１０】撮像カメラ３２は移動体５０の傾斜部に設
けられていて、移動体５０はガイド面５４に沿って移動
可能に支持されている。移動体５０にはモータ等の駆動
装置５２が連結されていて、移動体５０と駆動装置５２
とは移動手段３４を構成する。そして駆動装置５２が作
動すると移動体５０を介して撮像カメラ３２は図２に示
すように光軸が傾斜した状態で試料表面４８に沿って移
動する。検知手段３６は位置検出センサを使用し、位置
検出センサ３６は撮像カメラ３２の変位を検知して検知
信号を出力する。

【００１１】制御手段３８のマイクロコンピュータ５６
には予め撮像カメラ３２の移動速度（Ｖ）と試料表面４
８の各々の撮影位置（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３…Ｘｎ）（図２
参照）とが設定されている。マイクロコンピュータ５６
は予め設定された撮像カメラ３２の移動速度（Ｖ）に基
づいて移動信号を出力する。出力された信号はモータ駆
動回路５８を介して駆動装置５２に入力する。

【００１２】また、マイクロコンピュータ５６は位置検
出センサ３６で検知された撮像カメラ３２の位置信号を
位置検出回路６０を介して受入れて、この位置が予め設
定された試料表面４８の各々の映像読込み位置（Ｘ１、
Ｘ２、Ｘ３…Ｘｎ）に達した時映像を読込む信号を出力
する。制御メモリ回路６２は固体素子カメラコントロー
ル回路、画像読込用メモリ回路、及び画像表示用メモリ
回路から成り、固体素子カメラコントロール回路は画像
読込コントロール回路と画像出力コントロール回路とを
有している。前記画像読込用メモリ回路は画像読込コン
トロール回路を介して出力された映像読込み信号に基づ
いてその信号の出力時の映像信号を取り込こんで画像デ
ータとして記録する。これにより撮像カメラ３２が映像
読込み位置の試料表面４８を撮影したことになる。

【００１３】更に、制御メモリ回路６２の画像表示用メ
モリ回路は、前記画像読込用メモリ回路に記録された画
像データの中からＸ本目の走査線（すなわち焦点が合っ
た画像データ）のみをコピーする。そして、表示手段４
０は、制御メモリ回路６２の画像出力コントロール回路
を介して画像表示用メモリ回路に記録された試料表面４
８の各々の映像読込み位置（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３…Ｘｎ）
の画像データ中のＸ本目の走査線（すなわち焦点が合っ
た画像）を合成した画面を表示する。

【００１４】尚、図１上で６６は照明用光ファイバ、６
８は集光レンズ、７０は走査型トンネル顕微鏡の探針で
ある。前記の如く構成された本発明に係る試料表面のモ
ニタ装置の好ましい実施例を詳説する。先ず、撮像カメ
ラ３２を試料表面４８に対して傾斜して配置し、撮像カ
メラ３２を光軸と試料表面４８との交点を含んだ線Ｘ
（すなわち、撮像カメラ３２で撮影した画像のＸ本目の
走査線に相当する線）で合焦するように調整する（図１
参照）。そして撮像カメラ３２が試料表面４８の映像読
込み位置（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３…Ｘｎ）に達した時、撮像
カメラ３２から出力された画像データを制御メモリ回路
６２の画像読込用メモリ回路に記録し、記録された画像
データ中のＸ本目の走査線のみを制御メモリ回路６２の
画像表示用メモリ回路にコピーするように設定する。

【００１５】次に、撮像カメラ３２の移動速度（Ｖ）及
び試料表面４８の映像読込み位置（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３…
Ｘｎ）（図２参照）を制御手段３８のマイクロコンピュ
ータ５６に入力し、入力完了後マイクロコンピュータ５
６から撮像カメラ３２の移動信号を出力する。出力され
た移動信号はモータ駆動回路５８を介して駆動装置５２
に入力する。これにより、駆動装置５２が駆動して図２
に示すように試料表面４８に対して傾斜して配置された
撮像カメラ３２が試料表面４８と平行に右方向に速度Ｖ
で移動する。

【００１６】この場合位置検出センサ３６が撮像カメラ
３２の位置を検知して検知信号をマイクロコンピュータ
５６に伝達する。マイクロコンピュータ５６は位置信号
と予め入力されている試料表面４８の各々の映像読込み
位置（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３…Ｘｎ）とを比較して、位置信
号が予め設定された試料表面４８の各々の映像読込み位
置（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３…Ｘｎ）に一致した時画像データ
を記録する信号を出力する。

【００１７】これにより、記録された試料表面４８の各
々の映像読込み位置（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３…Ｘｎ）の画像
データのＸ本目の走査線のみが制御メモリ回路６２の画
像表示用メモリ回路にコピーされる。そして結果とし
て、コピーされた各々の映像読込み位置（Ｘ１、Ｘ２、
Ｘ３…Ｘｎ）の画像データのＸ本目の走査線が同一画面
上に合成されて表示手段４０の同一画面に一度に表示さ
れる（図３参照）。即ち、各々の映像読込み位置（Ｘ
１、Ｘ２、Ｘ３…Ｘｎ）の合焦する線Ｘが同一画面上に
表示されるので、試料表面４８及び走査型トンネル顕微
鏡の探針７０の影７０Ａの鮮明な映像を得ることができ
る。

【００１８】前記実施例では撮像カメラ３２を試料表面
４８に対して平行方向に移動して試料表面４８及び走査
型トンネル顕微鏡の探針を観察したが、撮像カメラ３２
を撮像カメラ３２の光軸方向に移動しても同様の効果を
奏することが出来、また試料片を試料表面４８に平行に
移動しても同様の効果を奏することができる。但し、試
料片を試料表面４８に平行に移動する場合には走査型ト
ンネル顕微鏡の探針７０等を一時退避させる必要があ
る。

【００１９】前記実施例では撮像カメラ３２にＣＣＤを
使用したが、これに限らず、その他の撮像手段を使用し
てもよい。前記実施例では走査型トンネル顕微鏡の探針
７０で試料表面４８の形状を測定する場合の探針７０の
位置決めのためのモニタリングについて説明したが、こ
れに限らず、粗さ測定器の触針等のモニタリングにも利
用できる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る試料表
面のモニタ装置及びその方法によれば、各々の映像読込
み位置位置で読込まれた画像データ中の焦点の合った画
像に対応する走査線上の画像データを記録して同一画面
上にまとめて一度に表示する。このように各々の撮影位
置の合焦する線上の画像が同一画面上にまとめて一度に
表示されるので、試料表面を鮮明にモニタすることがで
きる。従って走査型トンネル顕微鏡等で表面形状を測定
する場合探針等を正確に試料表面の測定位置に位置決め
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る試料表面のモニタ装置の概略図

【図２】本発明に係る試料表面のモニタ装置の撮像カメ
ラを試料表面に沿って移動している状態を説明する図

【図３】本発明に係る試料表面のモニタ装置のモニタ部
に、試料表面の各々の撮影位置で撮影された画像の中の
試料表面に合焦している画像のみを表示した状態を示す
正面図

【符号の説明】

３０…試料表面のモニタ装置 ３２…撮像カメラ ３４…移動手段 ３６…検知手段 ３８…制御手段 ４０…表示手段 ４８…試料表面 ６２…制御メモリ回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料表面に対して傾斜して配置されて、
   光軸と試料表面とが交差する線上で合焦し、撮影した被
   写体像を電気信号に変換する撮像カメラと、 撮像カメラを試料表面に平行に移動又は光軸方向に移動
   する撮像カメラ移動手段と、 撮像カメラの変位量を検知する手段と、 撮像カメラの移動速度と試料表面の各々の映像読込み位
   置が予め入力され、入力された移動速度に基づいて撮像
   カメラの移動信号を出力すると共に、検出手段で検知さ
   れた撮像カメラの変位量が予め入力された試料表面の各
   々の映像読込み位置と一致した時映像読込み信号を出力
   する制御手段と、 撮像カメラが撮影した各々の映像読込み位置の試料表面
   の画像中の焦点の合った画像に対応する走査線上の画像
   を記録する記録手段と、 記録された各々の映像読込み位置の前記走査線上の画像
   をまとめて一度に同一画面上に表示する表示手段と、 から成る試料表面のモニタ装置。
2. 【請求項２】 試料表面に対して傾斜して配置されて、
   光軸と試料表面とが交差する線上で合焦し、撮影した被
   写体像を電気信号に変換する撮像カメラと、 試料片を試料表面に平行に移動する試料片移動手段と、 試料片の変位量を検知する手段と、 試料片の移動速度と試料表面の各々の映像読込み位置が
   予め入力され、予め入力された試料片の移動速度に基づ
   いて移動信号を出力すると共に、検出手段で検知された
   試料片の変位量が予め入力された試料表面の各々の映像
   読込み位置に達した時映像読込み信号を出力する制御手
   段と、 撮像カメラが撮影した各々の映像読込み位置の試料表面
   の画像中の焦点の合った画像に対応する走査線上の画像
   を記録する記録手段と、 記録された各々の映像読込み位置の前記走査線上の画像
   をまとめて一度に同一画面上に表示する表示手段と、 から成る試料表面のモニタ装置。
3. 【請求項３】 試料片の表面に対して傾斜して配置され
   た撮像カメラを光軸と試料表面とが交差する線上で合焦
   するように設定する工程と、 試料表面を撮像カメラで撮影して撮影した光像を光電変
   換すると共に撮像カメラを試料表面に平行に又は光軸方
   向に移動する工程と、 撮像カメラの変位量が予め設定された試料表面の各々の
   映像読込み位置と一致した時各々の映像読込み位置の映
   像を読込むと共に読込まれた画像中の焦点の合った画像
   に対応する走査線上の画像を記録する工程と、 記録された各々の撮影位置の前記走査線上の画像をまと
   めて一度に同一画面上に表示する工程と、 から成る試料表面のモニタ方法。
4. 【請求項４】 試料片の表面に対して傾斜して配置され
   た撮像カメラを光軸と試料表面とが交差する線上で合焦
   するように設定する工程と、 試料表面を撮像カメラで撮影して撮影した光像を光電変
   換すると共に試料片を試料表面に平行に移動する工程
   と、 試料片の変位量が予め設定された試料表面の各々の映像
   読込み位置と一致した時各々の映像読込み位置の映像を
   読込むと共に読込まれた画像中の焦点の合った画像に対
   応する走査線上の画像を記録する工程と、 記録された各々の撮影位置の前記走査線上の画像を同一
   画面上に表示する工程と、 から成る試料表面のモニタ方法。