JPH10160740A

JPH10160740A - 走査型近接場光学顕微鏡

Info

Publication number: JPH10160740A
Application number: JP8322897A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Onada; 毅小灘
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 1998-06-19
Also published as: US5994691A

Abstract

(57)【要約】【課題】３次元のデータが必要な試料の測定が一度の
走査で可能な走査型近接場光学顕微鏡を提供する。【解決手段】本発明の走査型近接場光学顕微鏡は、プ
ローブ２が試料１の表面近傍に配置され、このプローブ
２により試料１の表面を走査しながら光をもって試料１
の表面近傍を測定するものである。特に、走査時に試料
１の表面に対し略垂直な方向にプローブ２を振動させる
プローブ用スキュナ３と、試料１の表面とプローブ２と
の間の距離を検出するためのプローブ位置検出用光検出
器８と、試料１の表面に対し略垂直な方向への走査によ
って検出された信号をサンプリングテーブルに従って形
成される２つ以上からなる測定データ列として保存する
ためのデータ保存機構１２とを備えたことにより、試料
１表面上の３次元データの取得を可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プローブを試料の
表面近傍に配置し、そのプローブを試料表面に対して走
査させながら光をもって試料の表面近傍を測定する走査
型近接場光学顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型近接場光学顕微鏡（Near-Field S
canning Optical Microscope：以下、ＮＳＯＭと略称す
る）は、回折限界により分解能が制約される光学顕微鏡
に比べ、開口若しくは先端の曲率半径が測定に用いられ
る光の波長よりも小さいプローブを試料の表面近傍に配
設し、このプローブをその試料表面に対し走査させて試
料の微小領域の光学特性を測定するものである。このよ
うなＮＳＯＭは、プローブ先端の外径の大きさ（〜数十
nm）程度の分解能まで得られるため、特に工業，医学分
野での応用が期待されている。

【０００３】ところで、ＮＳＯＭには構造上いくつかの
類型がある。例えば、光情報を取り込む方法に限って
も、試料裏面から照明光を入射しその試料表面に生じる
エバネッセント光等をプローブから取り入れる構造のも
のや、試料表面から照明光を入射させその試料による散
乱光を微小開口のプローブから取り入れる構造のもの、
微小開口のプローブから照明光を試料に向けて射出しそ
の試料の透過光や散乱光を取り入れる構造のもの等があ
る。又、試料の表面近傍を走査する際の試料表面とプロ
ーブとの間の距離計測には、エバネッセント光が有する
その進行方向と垂直な方向における強度減衰曲線を利用
し、試料裏面から照明光を入射させることで試料表面側
に生じるエバネッセント光を検出する方法や、ＡＦＭ
（原子間力顕微鏡）等を利用し試料とプローブとの間に
働く力により生じるプローブの変位等を検出する方法が
用いられる。

【０００４】このような機構を有するＮＳＯＭは、試料
表面とプローブとの間の距離を一定に保ち若しくはプロ
ーブを一定の高さにしたまま、又は検出されている光強
度を一定に保ちながら試料の表面近傍を走査することに
よって、一般の光学顕微鏡では測定することができない
オーダーの試料形状や光学定数（吸収率，屈折率等）の
差異を測定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光を利用す
るデバイス等で形状オーダーが小さくなってくるもの
（例えば近年さかんに研究されている光スイッチ等の光
集積デバイスや、微小発光素子の放射強度の指向性パタ
ーン等の角度成分パラメータを有するもの等）を測定す
る場合には、その表面上の３次元情報が必要となる。し
かし、従来のＮＳＯＭでは、試料近傍の試料表面と略平
行な２次元平面の測定しか行うことができない。従っ
て、従来のＮＳＯＭで３次元情報が必要な試料を測定す
る場合には、プローブを走査する高さ等を変えて複数回
の測定が必要となるうえ、夫々の測定結果を総合して判
断しなければならない。このように、何回もプローブの
高さを変えて測定をしなければならない分、従来装置で
は測定に余分な時間がかかってしまうという問題があ
る。更に、形状を含む試料特性が時間的に一定しない
（即ち、形状が常に一定していない）物質を測定する場
合等は、各回の測定で得たデータの関連性が保てなくな
ってしまうという欠点もある。

【０００６】そこで、本発明は上記のような従来技術の
問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、３次元
のデータが必要となる、光スイッチ等の光集積デバイス
の導波路部分のモード測定や、微小発光素子の放射強度
の指向性パターン等の角度成分パラメータを有する試料
の測定が一度の走査により可能となるＮＳＯＭを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるＮＳＯＭは、プローブを試料の表面近
傍に配置し、前記プローブをその試料の表面に対して略
平行な方向に走査しながら光をもって前記試料の表面近
傍を測定する走査型近接場光学顕微鏡において、走査時
に前記試料の表面に対し略垂直な方向に前記プローブを
振動させる機構と、前記試料の表面とプローブとの間の
距離を検出する機構と、前記試料の表面に対し略垂直な
方向への走査によって検出された信号をサンプリングテ
ーブルに従って形成される２つ以上からなる測定データ
列として保存する機構とを備え、前記試料面上の３次元
データを取得するようにしたことを特徴とする。但し、
前記サンプリングテーブルは、時間情報，高さ情報，信
号強度情報の何れか１つ、若しくはこれらを組み合わせ
たものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のＮＳＯＭは、試料の表面
近傍のある一平面を測定するのみでなく、試料表面と略
垂直な方向にプローブを走査することにより、試料表面
と略平行な方向と共に、試料表面と略垂直な方向の測定
もでき、試料の３次元データを取得することが可能にな
る。又、本発明のＮＳＯＭでは、プローブを試料表面に
対し略垂直な方向に走査している間に取り込まれる検出
信号が、サンプリングテーブルによってデータ化された
後に保存される。このとき、試料表面に対して略垂直な
方向のプローブ位置は試料表面とプローブとの間の距離
を検出する機構により検出する等してプローブ位置の制
御が行われるようになっている。

【０００９】ここで、サンプリングテーブルが時間情報
を含んでいる場合、例えばサンプリング間隔を一定時間
毎とし、プローブを数往復させて１つの垂直方向のデー
タを取得するようにすれば、サンプリング間隔を長く設
定することも可能になる。又、サンプリングテーブルに
高さ情報を含めれば、例えば一定の高さ毎のサンプリン
グ間隔でデータを取得する等、後のデータ処理を容易と
するサンプリングが行える。更に、サンプリングテーブ
ルに信号強度情報を加味すれば、光強度変化の激しい部
分を測定する場合においても、比較的高い測定精度を維
持することができる。又、時間情報，高さ情報及び信号
強度情報のうちの２つ以上を組み合わせてサンプリング
テーブルを形成すれば、測定部位によりサンプリング方
法を変えた方が望ましいような場合にも対応できる。例
えば、部分的に光強度が急変する部分と殆ど変化しない
部分とを有する試料であっても、良好に測定することが
可能になる。

【００１０】尚、プローブ位置の制御にＡＦＭの機構を
用いれば、前述したエバネッセント光による制御では難
しいとされる光学的に不均一な物質等の測定において
も、安定したデータが得られる。又、試料表面と略垂直
な方向にプローブを振動させる際、走査時間よりも十分
短い周期の振動運動にした方がよいのは勿論であるが、
このとき、固有振動数で振動させればゲインが大きくと
れ、加振し易いという利点がある。更に、プローブの振
動の振幅を可変とすれば、測定領域の広狭に影響されず
に良好な測定が可能となる。

【００１１】更に、本発明のＮＳＯＭでは、前述のよう
にして得られたデータは保存機構に保存されるため、後
に種々のデータ処理を容易に行うことができる。よっ
て、試料の多元的な測定を可能にし、従来技術の欠点を
克服することができる。

【００１２】このようにして、本発明のＮＳＯＭでは、
光スイッチ等の光集積デバイスの導波路部分のモード測
定や、微小発光素子の放射強度の指向性パターン等の角
度成分パラメータを有する試料等の３次元データを取得
することができる。

【００１３】以下、図示した実施例に基づき本発明を詳
細に説明する。

【００１４】第１実施例図１は本実施例にかかるＮＳＯＭの構成を示す図であ
る。本実施例では、プローブ２をカンチレバーと呼ばれ
る微小な片持ち梁の先端に数μｍの高さを有する錐状の
針が設けられているものにより構成する。これは、ＡＦ
Ｍに用いられているものと同様であるが、ＮＳＯＭに使
用するために、試料側に位置する部分に金属コートが施
してあり、針の先端部分のみかかる金属コートが取り除
かれ、そこに測定に用いられる光の波長より小さい微小
開口が形成されている。又、本実施例のＮＳＯＭでは、
測定対象物である試料１とプローブ２との間の距離の検
出機構に、ＡＦＭで一般に用いられているカンチレバー
の傾きから高さを測る光てこ方式を採用している。この
検出機構は、プローブ位置検出用レーザ７及びプローブ
位置検出用光検出機８により構成されている。

【００１５】本実施例のＮＳＯＭでは、プローブ２と試
料１とを互いに略平行な方向に移動させるために、試料
１の下側に配置された走査用スキャナ１１が用いられ
る。この走査用スキャナ１１は、水平方向は勿論この方
向と垂直な方向にも駆動可能なものである。まず、本実
施例のＮＳＯＭでは、走査用スキャナ１１を駆動させる
ことにより試料１を水平方向に移動させる。このとき、
プローブ２の位置を把握すべく、まずプローブ位置検出
用レーザ７から射出されプローブ２の上面により反射さ
れたレーザ光をプローブ位置検出用光検出機８で受光
し、ここでプローブ位置検出のための電気信号が生成さ
れた後、コントローラ１０を経てスキャナコントローラ
９へ送信される。このスキャナコントローラ９では、プ
ローブ２の試料１の表面に対する垂直方向の位置を把握
した後、試料１の表面とプローブ２との間の距離を一定
に保つべく、走査用スキャナ１１に対し更に試料１表面
の凹凸に応じた上下方向の駆動も加えるように制御信号
を送信する。尚、ここでは、走査のために試料１を移動
させたが、プローブ２を移動させて走査するように構成
してもよい。

【００１６】ＮＳＯＭとしての動作は、まず、走査用ス
キャナ１１により試料１を水平方向に移動させながら、
試料１の裏面からの入射光により生じた試料１の表面近
傍の光をプローブ２の微小開口から取り入れ、顕微鏡の
対物レンズ等を用いた集光光学系４によって集める。そ
して、集められた光からプローブ２の微小開口以外の部
分から侵入した散乱光等をカットするためのピンホール
５を有する共焦点検出系によって、プローブ２の微小開
口からの検出光のみを取り込み、光倍増管等からなる光
検出器６によって検出光を電気信号に変換する。

【００１７】次に、３次元データを得るために、試料１
の走査と同時にスキャナコントローラ９により駆動され
るプローブ用スキャナ３によって、プローブ２を試料１
の表面に対し略垂直な方向に振動させる。プローブ２と
試料１表面との距離は、前述のように、プローブ位置検
出用光検出器８の出力から検出する。ここで、プローブ
２の振動数を固有振動数とすると、加振時に他の振動数
よりゲインが大きいため安定した振動が得られる。又、
このときＡＦＭにおける所謂タッピングモード（プロー
ブ２が試料１に近づくと試料１との力により振動の振幅
が小さくなることや、加振入力とプローブ２の振動との
位相がずれることを利用して試料１表面とプローブ２と
の間の距離の制御を行う方法。プローブ２の振動数に固
有振動数等Ｑ値（Quarity factor）を大きくとれる周波
数を採用すると、検出系の感度を向上させることができ
る。）を採用すれば、より効果的である。

【００１８】本実施例のＮＳＯＭでは、データを取得す
る際のサンプリング間隔には、ＡＦＭにおいて用いられ
ている試料１の表面とプローブ２との間の距離制御方法
を採用している。即ち、決められた時間毎，高さ毎或い
は検出される信号が一定比率で変化する毎にデータを取
得する方法が採用されている。更に、サンプリングテー
ブルを予め前記サンプリング間隔のうちのどれか若しく
はそれらを複数組み合わせて形成し、コンピュータ１３
に組み込まれたソフトフェアを介してコントローラ１０
においてデータのサンプリングが行われる。以下、取得
データのサンプリング方法を述べる。

【００１９】時間によりデータ列を取得するものとして
は、ある測定開始点を基準として一定時間毎にサンプリ
ングする方法がある。一般に、カンチレバータイプのプ
ローブ２の固有振動数は数十ＫＨｚ程度のオーダーであ
り、これに対する走査スピードは１ラインについて数Ｋ
Ｈｚ程度である。よって、例えば試料１表面と略平行な
方向を走査する際に１ライン５００点程度のデータを取
得する場合、各点当たりではプローブ２が垂直方向に数
十往復の振動を行っていることになる。このため、プロ
ーブ２が１往復する間にその点の垂直方向のデータを全
てとる必要はなく、垂直方向に数往復する間に全てのデ
ータを取得すれば十分である。更に、垂直方向のデータ
を多数取得したい場合にも、サンプリング時間の間隔を
それほど短くする必要はなくなるので技術的にも実現が
容易になる。

【００２０】尚、取得されたデータは一定時間毎にサン
プリングされたものである。よって、プローブ２の空間
的位置との対応を決定づけるためには、コンピュータ１
３によりサンプリング開始点の位置及びサンプリング時
間と振幅等から計算して３次元データを作成することが
必要になる。本実施例のＮＳＯＭでは、正弦波振動を一
定時間毎にデータ列化しているため、データ毎の高さ間
隔は一定とはならないが、データのサンプリング間隔の
調整を行うことで中間の高さデータを算出することがで
きる。勿論、試料１表面とプローブ２との間の距離を、
一定の高さ毎にサンプリングできるように、サンプリン
グの時間間隔を変化させたサンプリングテーブルを使用
することも可能である。但し、この場合、サンプリング
テーブルは走査前にプローブ２の振動周波数，振幅等の
パラメータを基にコンピュータ１３において計算，作成
する必要がある。

【００２１】一方、時間毎のサンプリングは略垂直方向
のデータを多く取得する場合に有効な方法であるが、プ
ローブ２の振動数や振幅の制御の過程で誤差を生じると
いう欠点もある。サンプリングを高さ毎に行う場合、プ
ローブ２の高さをプローブ位置検出用光検出器８により
検出し、一定の高さや走査前に決められたいくつかの測
定高さが書き込まれたサンプリングテーブルと比較し、
同一になった時点でサンプリングすることでデータ列を
作成することになる。この方法は、時間毎にデータのサ
ンプリングを行う方法に比べ、得られるデータの精度は
直接検出しているため正確であり、３次元データである
正方格子状としても又後の計算処理に最適な格子形状と
してもデータの取得が可能であるため、好ましい。

【００２２】信号強度比較毎のサンプリングは、試料１
が空間的に光強度を急変させるものであると予想される
場合に行われ、高さ毎若しくは時間毎のサンプリングで
は取得後の各データ間の補正が正確に行われない虞があ
る場合に用いる。サンプリングテーブルの例として対数
等を用いれば、かなり変化の激しい測定値であっても比
較的正確なデータが得られる。又、データ列としては、
測定開始位置を基準として、光検出信号の強度がデータ
テーブルに示されたものの数倍になった場所の高さと強
度若しくは前記開始位置の強度との比率を記録する。モ
ニタ１４に表示する必要がある場合には、前記記録デー
タから計算処理を行い表示する。

【００２３】実際の測定では、前述のサンプリング方法
を組み合わせて実行してもよく、例えば時間毎のサンプ
リングでデータ列を作成しながら、高さ方向での検出信
号の変化率がある一定数以上になったときに、以後のサ
ンプリングには検出信号の強度比毎のデータサンプリン
グに切り換えるというようにコンピュータ１３内のソフ
トウェアで対応できるようにしてもよい。

【００２４】サンプリングされたデータ列は、順次、デ
ータ保存機構１２内に保存される。このデータ保存機構
１２はＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成さ
れている。ここで、本実施例のＮＳＯＭにおけるデータ
取得に関して、例えば試料１と略平行な１面を５１２×
５１２個の点からなるものと仮定し、高さデータ，光デ
ータを夫々２バイトで表すとすると、データ保存機構１
２には１Ｍバイトの容量が必要となる。これを踏まえ
て、更に試料１表面の略垂直方向に６４点のデータ取得
を可能にするためには、計６４ＭバイトのＲＡＭが必要
となる。尚、サンプリングテーブルによるサンプリング
条件の演算が光検出信号等に対して遅い場合には、サン
プリング用にデータバッファを設ける等により対応する
とよい。

【００２５】以上のような方法によりに取得されたデー
タを基に、実施例のＮＳＯＭでは試料１の表面上の３次
元光強度を画像表示することができるが、このときの様
子を図２及び図３に示す。図２はサンプリングテーブル
を試料１の表面に対し略垂直な方向の一定の高さ毎に設
定した場合に、モニタ１４上に表示されるデータ取得例
を示す図である。又、図３はそのとき得られた各データ
をコンピュータ１３によって補正処理した後に、コンピ
ュータ１３に接続された処理画像用モニタ１５に鳥瞰図
として表示される３次元光強度を示す図である。尚、双
方の図において、検出された光検出信号の強弱の程度は
濃淡で表されている。

【００２６】更に、本実施例のＮＳＯＭでは、試料１の
表面近傍に配置されるプローブ２の高さを一定に保持し
て試料１の表面の走査を行うコンスタントハイトモード
測定Ａと、試料１の表面とプローブ２との距離を一定に
保持して試料１の表面の走査を行うコンスタントディス
タンスモード測定Ｂとを１回の走査によって行うことも
できる（通常は夫々個別に求める）。図４はこの測定の
様子を示している。

【００２７】この測定を行う際のデータサンプリング方
法には、まず第１に、前述のような試料１の表面と一定
の距離をなす平行な平面のデータを取得し（コンスタン
トディスタンスモード測定）、このデータをコンピュー
タ１３によって処理することによりコンスタントハイト
モード測定のデータを得るという方法がある。又、第２
の方法として、「試料１の表面からの距離」＝一定（コンスタントディ
スタンスモード測定）及び、「ＡＦＭによる試料１の表面の表面プロファイルの高
さ」＋「試料１の表面からの距離」＝一定（コンスタン
トハイトモード測定）の条件式を同時に満足するようなサンプリングテーブル
を設定してデータを取得してもよい。

【００２８】更に、前述のしたように、プローブ２を振
動させる際にその振動を固有振動数（数十ＫＨｚ程度）
にすれば、プローブ２を垂直方向に振らずに試料１の走
査を行う場合と比較して、殆ど変わらない走査時間で測
定することができ、試料１の形状を含んだ特性が時間的
に変化してしまう場合等にも２つのモード測定の結果の
比較が可能になる。

【００２９】第２実施例図５は本実施例にかかるＮＳＯＭの構成を説明するため
の図である。本実施例のＮＳＯＭでは、グレーティング
上の空間での光強度の測定のためにファイバプローブ２
１が用いられており、更にこのファイバプローブ２１は
直接光検出器６と接続されている。ファイバプローブ２
１は、エッチングや加熱により先端を尖らせた光ファイ
バに金属コートを施した後、先端部のみの金属コートを
取り除き微小開口を設けることにより構成される。これ
以外の構成は第１実施例のＮＳＯＭと同様である。

【００３０】本実施例のＮＳＯＭでは、ファイバプロー
ブ２１と試料１の表面との間の距離制御をファイバプロ
ーブ２１をプローブ用スキャナ３によって試料１の表面
に対して平行な方向に振動させることによって行い、第
１実施例で延べたタッピングモードと同様な原理である
シアフォース検出と称される方式により試料１の測定が
行われる。更に、これと同時にプローブ用スキャナ３は
ファイバプローブ２１を試料１の表面と略垂直な方向に
も振動させることで、３次元データの取得を可能にして
いる。

【００３１】ここで、グレーティングには、特有の角度
で光を入射すると反射率が低下するアノーマリーという
現象がある。これは、図５に示されているように、グレ
ーティングの溝の中にエバネッセント場が生じること
で、入射光のエネルギーが前記溝の中に局在してしまう
ことが原因であると云われている。この現象は、数値シ
ュミレーションで検討されているが、グレーティングの
周期が小さいこと等もあって、実験ではグレーティング
表面上にどのような光強度分布が発生するかは測定でき
ない。

【００３２】しかし、本実施例のＮＳＯＭは、前述のよ
うな構成を備えたことにより、３次元のデータを取得し
てグレーティングの溝中での光強度の位置，場所等を測
定することが可能となった。尚、従来のＮＳＯＭではグ
レーティング表面のごく近傍の光強度についてのみ測定
可能なものであった。

【００３３】第３実施例図６は本実施例にかかるＮＳＯＭの構成を説明するため
の図である。本実施例のＮＳＯＭも、グレーティング溝
内の光強度分布を測定することができる。本実施例のＮ
ＳＯＭには、光散乱量が大きい金属針等からなる散乱プ
ローブ２２が備えられている。これ以外の構成は第１実
施例のものと同様である。

【００３４】散乱プローブ２２の場合、第１，第２実施
例に示したような開口プローブと比べて多量の光検出信
号量を取り入れることが可能である。更に、開口をプロ
ーブの先端部に設ける必要がないため、プローブ先端を
尖らせることができるという利点もある。一般に、ＮＳ
ＯＭはＡＦＭと組み合わせて用いられることが多く、Ａ
ＦＭとしてのみ使用する場合には分解能を向上させるこ
とが必要となることから、散乱プローブ２２は優れたプ
ローブであると云える。一方、この散乱プローブ２２
は、プローブ先端から取り入れた散乱光にそれ以外の部
分から侵入した散乱光が混入してしまうという欠点も有
している。例えば、図６に示されているように、グレー
ティングの溝部分の光強度分布を測定する場合に、散乱
プローブ２２の先端以外の部分からも散乱光を拾ってし
まうことになり、測定精度の劣化を招く。

【００３５】そこで、本実施例のＮＳＯＭでは、試料１
に関する３次元データを取得しこのデータをコンピュー
タ１３によって処理することにより不要な散乱光の影響
を取り除いている。即ち、図６において、所望の散乱光
量は、散乱プローブ２２を試料１の溝に差し込んだ際
に、プローブの先端から前記溝の入口までの部分から取
り込まれる散乱光の総量である。よって、散乱プローブ
２２の先端を試料１の溝の入口から距離Δｄだけ内部に
入った位置に置いた場合に得られる散乱光の総量と、前
記溝の入口に散乱プローブ２２の先端を置いた場合に得
られる散乱光の総量との差分を求めれば、前記溝の入口
から距離Δｄまでの領域中に存在する散乱光の総量を求
めることが可能になる。そこで、散乱プローブ２２でか
かる溝を走査した際に得られる前記２つの領域の散乱光
量の増加分を夫々求め、それらの差分を求めることがで
きれば、所望のグレーティング溝内の光強度分布を測定
することができる。そこで、本実施例のＮＳＯＭでは、
試料１に関する３次元データを取得し、試料１の表面に
対し垂直な方向の隣合う２つ領域の散乱光量の増加分を
夫々求め、これにより得られた値をコンピュータ１３に
おいて処理することで、前記溝内の光強度分布を測定す
ることを可能にした。

【００３６】第４実施例図７は本実施例にかかるＮＳＯＭの構成を説明するため
の図である。本実施例のＮＳＯＭは、プローブ２の先端
より光を試料１に照射し、試料１の表面により反射若し
くは透過された光を測定するエミッションタイプ（イル
ミネーションタイプ）として構成されたものである。特
に、図７に示されているのは、試料１の表面により反射
された光を検出する反射モードタイプとして構成され、
プローブ２を介して戻ってきた光を検出するＮＳＯＭで
ある。本実施例のＮＳＯＭでは、プローブ２に第２実施
例に示したものと同様な光ファイバにより構成したもの
を用いているが、第１実施例に示したカンチレバータイ
プのものを用いてもよい。尚、本実施例のＮＳＯＭにお
いて、プローブ２が直接光検出器６と接続されている点
以外は、第１実施例のものと同様に構成されている。

【００３７】通常、ＮＳＯＭでは、プローブ２の微小開
口から光を射出するとき、伝搬光としての射出光と共に
プローブ２近傍にエバネッセント光が発生する。プロー
ブ２の特性にもよるが、エバネッセント光は伝搬光の波
長の数分の１程度の距離離れただけでも（場合によって
はそれ以下でも）、殆ど検出されなくなってしまう。そ
こで、本実施例のＮＳＯＭは、このような伝搬光とエバ
ネッセント光との距離による検出可能な強度の差を利用
している。具体的には、プローブ２を使用光の波長程度
の振幅で振動させ、プローブ２を試料１に近づけた状態
で伝搬光及びエバネッセント光が試料１に照射した場合
に得られるデータと、プローブ２を試料１から遠ざけた
状態で伝搬光のみを試料１に照射した場合に得られるデ
ータとを比較することで、エバネッセント光の有無によ
り試料１に現れる影響の差異を測定している。

【００３８】例えば、試料１の一部分に金属薄膜が蒸着
されている場合等では、金属薄膜部分においてエバネッ
セント光により金属自由電子が励起されて所謂表面プラ
ズモンが発生し、ここに伝搬光を照射すると前記金属薄
膜部分からの反射光に変化が生じる。そこで、本実施例
のＮＳＯＭによれば、このような試料１を測定する場
合、プローブ２を試料１の表面に対して近づけたり遠ざ
けたりすることで、エバネッセント光の有無により生じ
る伝搬光の反射光等の変化を測定し、金属薄膜の位置等
を判別することができる。

【００３９】以上説明したように、本発明による走査型
近接場光学顕微鏡は、特許請求の範囲に記載された特徴
と併せ、以下の（１）〜（３）に示すような特徴も備え
ている。

【００４０】（１）上記プローブを試料表面に対し略垂
直な方向に振動させる機構は、上記プローブを固有振動
数付近で振動させるようにしたものであることを特徴と
する請求項１又は２に記載の走査型近接場光学顕微鏡。

【００４１】（２）上記プローブを試料表面に対し略垂
直な方向に振動させる機構により得られる上記プローブ
の振動の振幅は可変であることを特徴とする上記（１）
に記載の走査型近接場光学顕微鏡。

【００４２】（３）上記試料表面とプローブとの間の距
離制御には原子間力顕微鏡が用いられていることを特徴
とする請求項１乃至２又は上記（１）乃至（２）の何れ
かに記載の走査型近接場光学顕微鏡。

【００４３】

【発明の効果】上述のように、本発明の走査型近接場光
学顕微鏡によれば、３次元のデータが必要となる、光ス
イッチ等の光集積デバイスの導波路部分のモード測定
や、微小発光素子の放射強度の指向性パターン等の角度
成分パラメータを有する試料の測定が一度の走査により
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例にかかる走査型近接場光学顕微鏡の
構成を示す図である。

【図２】第１実施例の走査型近接場光学顕微鏡におい
て、サンプリングテーブルを試料１の表面に対し略垂直
な方向の一定の高さ毎に設定した場合に得られるデータ
取得例を示す図である。

【図３】図２に示されたデータをコンピュータ１３によ
り補正処理した後に、処理画像用モニタ１５に鳥瞰図と
して表示される３次元光強度を示す図である。

【図４】第１実施例の走査型近接場光学顕微鏡におい
て、コンスタントハイトモード測定と、コンスタントデ
ィスタンスモード測定とを一度の走査によって行う方法
を説明するための図である。

【図５】第２実施例にかかる走査型近接場光学顕微鏡の
構成を説明するための図である。

【図６】第３実施例にかかる走査型近接場光学顕微鏡の
構成を説明するための図である。

【図７】第４実施例にかかる走査型近接場光学顕微鏡の
構成を説明するための図である。

【符号の説明】

１試料２，２１，２２プローブ３プローブ用スキャナ４集光光学系５ピンホール６光検出器７プローブ位置検出用レーザ８プローブ位置検出用光検出器９スキャナコントローラ１０コントローラ１１走査用スキャナ１２データ保存機構１３コンピュータ１４モニタ１５処理画像用モニタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プローブを試料の表面近傍に配置し、前
記プローブを該試料の表面に対し略平行な方向に走査し
ながら光をもって前記試料の表面近傍を測定する走査型
近接場光学顕微鏡において、走査時に前記試料の表面に対し略垂直な方向に前記プロ
ーブを振動させる機構と、前記試料の表面とプローブと
の間の距離を検出する機構と、前記試料の表面に対し略
垂直な方向への走査によって検出された信号をサンプリ
ングテーブルに従って形成される２つ以上からなる測定
データ列として保存する機構とを備え、前記試料表面上
の３次元データを取得するようにしたことを特徴とする
走査型近接場光学顕微鏡。
【請求項２】前記サンプリングテーブルは、時間情
報，高さ情報，信号強度情報の何れか１つ、若しくはこ
れらの組み合わせによるものであることを特徴とする請
求項１に記載の走査型近接場光学顕微鏡。