JPH0954101A

JPH0954101A - 走査型近接場光学顕微鏡

Info

Publication number: JPH0954101A
Application number: JP7228540A
Authority: JP
Inventors: Keiko Okiguchi; 圭子沖口; Hisao Osawa; 日佐雄大澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-08-14
Filing date: 1995-08-14
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】試料の形状情報と分離した試料の光学的情報
のみを得る。ＳＮ比の低下や所望の波長の光による試料
の測定を行うことができないという事態を防止する。【解決手段】探針２と試料表面との間に働く原子間力
に応じてカンチレバー１が撓む。その撓み量がカンチレ
バー１に形成されたＰＺＴ膜１２により抵抗値に変換さ
れ、これに応じた信号が検出部２２から出力される。制
御部２３及び駆動装置２１によって、前記撓み量が一定
になるようにカンチレバー１がＺ方向に移動させられつ
つ、Ｘ，Ｙ方向に探針２が試料表面を走査するようにカ
ンチレバー１が移動させられる。光検出部３０は、試料
表面で反射したエバネッセント波を検出する。処理部３
１は、制御部２３からの各制御信号及び光検出部３０の
検出信号を取り込み、試料２０の光学的情報及び形状情
報の両方を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型近接場光学
顕微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、生物学、半導体デバイス開発、表
面分析など広い分野において、非接触、非破壊の高分解
能の顕微鏡が求められている。従来利用されてきた光学
顕微鏡は、非接触、非破壊という点では優れているが、
結像光学系を用いるという原理上、回折限界による分解
能の制限のため利用分野が限られてきた。

【０００３】これらの問題を解決すべく走査型電子顕微
鏡、透過電子顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡、走査型近
接場光学顕微鏡（もしくは光学近接場走査型顕微鏡、フ
ォトン走査型トンネル顕微鏡等とも呼ばれる）等が開発
されたが、試料の光学的な性質を高い分解能で得ようと
した場合には、走査型近接場光学顕微鏡が唯一の手段で
ある。

【０００４】この種の走査型近接場光学顕微鏡として
は、特開昭５９−１２１３１０号公報に開示されたもの
等が知られている。この走査型近接場光学顕微鏡の基本
原理は、試料を照射すべく光源から放射された照射光の
波長より小さい開口によって試料の表面を走査し、表面
形状および表面の光学的性質等を測定するもので、開口
を試料から開口径よりも短い距離において走査すること
から、走査型近接場光学顕微鏡と呼ばれている。

【０００５】波動の理論からすれば、通常の光学顕微鏡
の分解能はλ／２程度で制限されるため、可視光領域で
は２００〜３００ｎｍが限度とされている。しかし上述
したような波長より小さい微小な開口に光を導くと、通
常の光のように自由空間を広がることはできないが、開
口付近にしみ出す光電場が存在する。この光電場は消滅
波（エバネッセント波）と呼ばれるもので、これで試料
表面を照射することによって高分解能の光学的測定を可
能にしている。

【０００６】また、試料の背面から試料表面で全反射条
件を満たすように照射光を入射させたときにも、試料表
面にはエバネッセント波が生じる。エバネッセント波は
試料表面からの距離と共に指数関数的に減少するため、
試料表面を非接触で走査するプローブでそのエバネッセ
ント波を検出することでも、高分解能の光学的測定を行
うことができる。

【０００７】上述のように、走査型近接場光学顕微鏡を
利用することによって、試料表面の形状及び光学的情報
を高分解能で測定することが可能である。しかし、エバ
ネッセント波の強度は試料表面からプローブまでの距離
だけではなく、試料表面における局所的な光学的性質
（反射率、屈折率、吸光度等）に大きく左右される。そ
れゆえ試料表面の形状と光学的性質が同時に測定できる
が、両者はそれぞれに分離されてはいない。よって、光
学的情報のみを得たいときには、何らかの手段を用いて
両者を分離する必要がある。

【０００８】そこで、走査型近接場顕微鏡に原子間力顕
微鏡（ＡＦＭ）の機能を組み合わせることが考えられ
た。原子間力顕微鏡は、先端部に探針を有したカンチレ
バーを試料表面に接近させ、探針と試料表面との間に働
く原子間力によるカンチレバーのたわみを測定する走査
型プローブ顕微鏡である。カンチレバーのたわみ量を検
出する方法としては光てこ法、光干渉法等が一般的であ
り、撓み検出用の光をカンチレバーに照射している。こ
のような原子間力顕微鏡の機能を有する走査型近接場光
学顕微鏡として、例えば、論文（N.F. van Hust, M.H.
P. Moers, O.F.J.Noordman, T. Fauldner, F.B. Segeri
nk, K.O. van der Werf, B.G. de Groothand B. Bolge
r, Operating of a scanning near field optical micr
oscope inreflection in combination with a scanning
force microscope, SPIE Vol.1639 Scanning Probe Mi
croscopies, pp.36-43 (1992)）に開示された走査型近
接場光学顕微鏡を挙げることができる。

【０００９】このような原子間力顕微鏡の機能を有する
走査型近接場光学顕微鏡によれば、探針と試料表面との
間に原子間力が働き、この力に応じてカンチレバーが撓
む。エバネッセント波を発生させるための光とは別個に
光をカンチレバーに照射してカンチレバーの撓み量を検
出し、その検出信号に基づいてカンチレバーの撓み量が
一定になるようにカンチレバーを試料表面と垂直な方向
に移動させつつ、試料表面と平行な面の方向に探針が試
料表面を走査するようにカンチレバーを移動させるもの
である。したがって、試料表面の凹凸に追従して探針と
試料との間の距離が一定に保たれつつ、試料表面と略平
行な面の方向に探針が試料表面を走査することになる。
このため、エバネッセント波検出信号には光学的情報の
みが含まれ、試料の光学的情報のみを形状情報から分離
して得ることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原子間
力顕微鏡の機能を有する従来の走査型近接場光学顕微鏡
では、カンチレバーの撓みを検出するために光てこ法や
光干渉法等が採用され、エバネッセント波を発生させる
ための光とは別個に光をカンチレバーに照射しているの
で、ＳＮ比が低下したり、所望の波長の光による試料の
測定を行うことができない場合があることが、本件発明
者の研究により判明した。

【００１１】この点に関して、図５を参照して以下に詳
細に説明する。

【００１２】図５は、白色光によるエバネッセント波を
発生させ、これが試料表面のある点で反射等したエバネ
ッセント波による検出光の特性を示す図である。図５に
おいて、横軸は波長、縦軸は検出光の強度を示す。図５
（ａ）は試料表面の光学情報のみを反映した理想的な検
出光の特性を示し、図５（ｂ）は実際の検出光の特性を
示し、図５（ｃ）はカンチレバーの撓みを検出するため
の光の影響を除去するべく光学フィルタを透過させた検
出光の特性を示す。なお、カンチレバーの撓みを検出す
るためにカンチレバーに照射される光（以下、「撓み検
出用光」という）は通常単色光であるので、図５中で
は、撓み検出用光の波長をλ₀として示している。

【００１３】従来の走査型近接場光学顕微鏡では、撓み
検出用光が照射されていたので、この撓み検出用光の一
部が迷光となってエバネッセント波検出系に検出されて
しまい、図５（ｂ）に示すように、検出光にはエバネッ
セント波のみならず前記迷光が含まれてしまう（図５
（ａ）も参照）。図５（ｂ）中、Ａは迷光の成分を示
す。したがって、検出光を白色光のまま検出光の強度を
検出する（通常は白色光のまま検出する）場合には、図
５中の曲線の積分値がその強度となるが、迷光の成分Ａ
の分だけ本来の検出光の強度からずれてしまい、その分
がノイズとなってしまう。そして、撓み検出用光は数ｍ
Ｗとエバネッセント波（１ｐＷ〜１ｍＷ）に比べて非常
に大きいので、前記迷光によるノイズが大きく、ＳＮ比
がかなり低下してしまうのである。

【００１４】そこで、撓み検出用光の波長λ₀付近の成
分をカットする光学フィルタに検出光を透過させる場合
もある。この場合、前記光学フィルタを透過した検出光
は図５（ｃ）に示すようになり、図５（ｂ）中の前記迷
光の成分Ａはカットされる。しかし、この場合におい
て、光学フィルタを透過した検出光を白色光のまま検出
光の強度を検出する場合には、波長λ₀付近の成分がカ
ットされることから、図５（ｂ）中の曲線の積分値であ
る強度は低下する。また、光学フィルタは実際には理想
的な濾波特性からずれた特性を有しているので、他の波
長成分の強度も低下を免れず、このことからも図５
（ｂ）中の曲線の積分値である強度は低下する。このよ
うに光学フィルタによって検出光の強度が低下するの
で、ＳＮ比が低下してしまう。

【００１５】ところで、試料（例えば、感光性材料）に
よっては、試料の所定波長の光学的性質を測定すること
が要請される。この場合、検出光を分光器等で分光して
単色光として検出光の強度を検出する。この場合には、
図５（ｂ）及び図５（ｃ）からわかるように、波長λ₀
付近に関しては、試料の光学的性質を測定することは不
可能となる。しかも、光学フィルタを用いた場合には、
図５（ｃ）中の符号Ｂ，Ｃで示すように、光学フィルタ
の特性（理想的な濾波特性からずれ）が反映されてしま
い、ある波長の強度に関しては光学フィルタを透過した
検出光の強度が本来の検出光の強度（図５（ａ））から
大きくずれ、当該波長に関してＳＮ比が大きく低下して
しまう。

【００１６】さらに、試料によっては、所定波長の光の
照射による光学情報を測定する場合がある。例えば、青
色光の照射により感光して赤く変化するとともに赤色光
の照射により元の色に戻る性質を有する感光性材料の光
学情報を測定する場合、青色光によるエバネッセント波
を発生させ、青色光による感光性材料の変化を観察す
る。このとき、撓み検出用光が赤色光であれば、撓み検
出用光の迷光が感光材料を照射することにより元の色に
戻す作用が働き、所望の測定を行うことができない。

【００１７】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、試料の形状情報と分離した試料の光学的情報のみを
得ることができ、しかも、ＳＮ比の低下や所望の波長の
光による試料の測定を行うことができないという事態を
防止することができる走査型近接場光学顕微鏡を提供す
ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様による走査型近接場光学顕微鏡
は、先端部に探針を有するカンチレバーと、前記探針の
先端からエバネッセント波が発生するように前記探針に
光を照射する照射手段と、試料を透過し又は試料表面で
反射したエバネッセント波を検出する光検出手段と、試
料表面と略垂直な方向に前記探針を前記試料に対して相
対的に移動させる第１の移動手段と、前記試料表面と略
平行な面の方向に前記カンチレバーを前記試料に対して
相対的に移動させる第２の移動手段と、前記試料表面と
略平行な面の方向における前記カンチレバーの前記試料
表面に対する相対位置に応じた、前記光検出手段からの
検出信号に関する情報を得る手段と、を備えた走査型近
接場光学顕微鏡において、圧電膜又は加えられた圧力に
応じて抵抗値が変化する膜が前記カンチレバーに形成さ
れ、圧電膜が発生する電圧又は前記膜の抵抗値に応じた
信号を出力する検出手段と、前記検出手段からの信号に
基づいて前記カンチレバーの撓みが一定になるように前
記第１の移動手段を制御しつつ、前記試料表面と略平行
な面の方向に前記探針が試料表面を走査するように前記
第２の移動手段を制御する制御手段と、を更に備えたも
のである。

【００１９】本発明の第２の態様による走査型近接場光
学顕微鏡は、先端部に探針を有するカンチレバーと、試
料表面にエバネッセント波が発生するように試料裏面か
ら全反射条件で光を照射する照射手段と、前記探針によ
り捕捉され又は前記探針の先端で反射したエバネッセン
ト波を検出する光検出手段と、試料表面と略垂直な方向
に前記探針を前記試料に対して相対的に移動させる第１
の移動手段と、前記試料表面と略平行な面の方向に前記
カンチレバーを前記試料に対して相対的に移動させる第
２の移動手段と、前記試料表面と略平行な面の方向にお
ける前記カンチレバーの前記試料表面に対する相対位置
に応じた、前記光検出手段からの検出信号に関する情報
を得る手段と、を備えた走査型近接場光学顕微鏡におい
て、圧電膜又は加えられた圧力に応じて抵抗値が変化す
る膜が前記カンチレバーに形成され、前記圧電膜が発生
する電圧又は前記膜の抵抗値に応じた信号を出力する検
出手段と、前記検出手段からの信号に基づいて前記カン
チレバーの撓みが一定になるように前記第１の移動手段
を制御しつつ、前記試料表面と略平行な面の方向に前記
探針が試料表面を走査するように前記第２の移動手段を
制御する制御手段と、を更に備えたものである。

【００２０】本発明の第３の態様による走査型近接場光
学顕微鏡は、前記第１又は第２の態様による走査型近接
場光学顕微鏡において、前記試料表面と略平行な面の方
向における前記カンチレバーの前記試料表面に対する相
対位置に応じた、前記試料表面と略垂直な方向の前記カ
ンチレバーの前記試料表面に対する相対位置に関する情
報を得る手段を、更に備えたものである。

【００２１】前記第１乃至第３の態様によれば、探針と
試料表面との間に原子間力が働き、この力に応じてカン
チレバーが撓む。カンチレバーの撓み量が前記圧電膜又
は前記膜により電圧又は抵抗値に変換され、これに応じ
た信号が検出手段から出力される。そして、第１及び第
２の移動手段並びに制御手段によって、検出手段からの
信号に基づいてカンチレバーの撓み量が一定になるよう
にカンチレバーが試料表面と略垂直な方向に移動させら
れつつ、試料表面と略平行な面の方向に探針が試料表面
を走査するようにカンチレバーが移動させられる。した
がって、試料表面の凹凸に追従して探針と試料との間の
距離が一定に保たれつつ、試料表面と略平行な面の方向
に探針が試料表面を走査することになる。このため、光
検出手段からの検出信号には光学的情報のみが含まれ、
試料の光学的情報のみを形状情報から分離して得ること
ができる。

【００２２】そして、前記第１乃至第３の態様によれ
ば、カンチレバーの撓み量がカンチレバーに形成された
前記圧電膜又は前記膜と検出手段とにより検出され、前
記従来の走査型近接場光学顕微鏡と異なり撓み検出用光
は照射されないので、撓み検出用光による迷光の影響が
なくなるとともに、光学フィルタを用いる必要がない。
したがって、ＳＮ比の低下や所望の波長の光による試料
の測定を行うことができないという事態を防止すること
ができる。

【００２３】前記第１及び第２の態様によれば、原子間
力顕微鏡におけるいわゆるコンタクトモードと同様の探
針の移動制御が実現されることになるので、前記第３の
態様のように相対位置に関する情報を得ることによっ
て、試料表面の凹凸の形状データも得ることができ、試
料を観察する上で一層好ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明による走査型近接場
光学顕微鏡について、図面を参照して説明する。

【００２５】（実施の形態１）まず、本発明の第１の実
施の形態による走査型近接場光学顕微鏡について、図１
及び図２を参照して説明する。

【００２６】図１は、本実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡を模式的に示す概略構成図である。また、図
２は、カンチレバー１を示す概略断面図である。

【００２７】本実施の形態による走査型近接場光学顕微
鏡は、図１に示すように、先端部に探針２を有するカン
チレバー１を備えている。本実施の形態では、カンチレ
バー１は、図２に示すように、プレート状の梁部（レバ
ー部分）３と、該梁部３の一端を支持する支持体４とを
有し、梁部３の下面の先端側領域に探針２が突設されて
いる。梁部３は、支持体４の部分から延びた窒化シリコ
ン膜５で構成されている。支持体４は、窒化シリコン膜
５、酸化シリコン膜６，７、シリコン基板８及び窒化シ
リコン膜９で構成されている。探針２は、窒化シリコン
膜５に連続して突設された窒化シリコンからなる底面
（上面）が開口した中空の錘状物５ａと、該錘状物５ａ
の周囲に形成された金属コーティング（遮光膜）１０と
から構成されている。錘状物５ａの頂点部には入射光の
波長より小さい微小開口１１が形成され、金属コーティ
ング１０は微小開口１１をつぶさないように形成されて
いる。このようなカンチレバー１は、半導体製造技術を
用いて製造することができる。

【００２８】なお、カンチレバー１の構成は前述したよ
うな構成に限定されるものではなく、例えば、前記論文
に開示されたカンチレバーを用いることができる。この
カンチレバーは、ピラミッド型の探針を持つ窒化シリコ
ン製のものである。この探針は物理的な開口は有してお
らず、中空ではなく中実に構成されている。また、探針
には金属コーティングも施されていない。このカンチレ
バーは、例えば、探針の先端付近に背面からエバネッセ
ント波発生用の光が照射されると、窒化シリコン（透明
材料）の屈折率は２．０と高いため、照射された光はピ
ラミッド型探針の側面において全反射されるが、探針の
先端においては、全反射の条件を満たさなくなるため、
わずかな光が探針を透過し、探針先端にエバネッセント
波が発生するというものである。

【００２９】そして、カンチレバー１には、ＰＺＴ膜１
２が、加えられた圧力に応じて抵抗値が変化する膜とし
て形成されている。すなわち、本実施の形態では、図２
に示すように、カンチレバー１の梁部３にＰＺＴ膜１２
がスパッタ等により形成され、ＰＺＴ膜１２の両側に電
極１３，１４が形成されている。ＰＺＴ膜１２と窒化シ
リコン膜５との間の電極１３は支持体４まで延在してい
る。加えられた圧力に応じて抵抗値が変化する膜は、Ｐ
ＺＴ膜に限定されるものではなく、他の種々の膜を用い
ることができる。

【００３０】再び図１を参照すると、本実施の形態によ
る走査型近接場光学顕微鏡は、試料２０の表面と垂直な
Ｚ方向、並びに、試料２０の表面と平行な面の方向であ
って互いに直交するＸ方向及びＹ方向に独立してカンチ
レバー１を移動させるカンチレバー駆動装置２１と、カ
ンチレバー１に形成されたＰＺＴ膜１２の抵抗値に応じ
た信号を出力する検出部２２と、該検出部２２からの信
号に基づいてカンチレバー１の撓み（すなわち、梁部３
の撓み）が一定になるようにカンチレバー駆動装置２１
のＺ方向の駆動を制御しつつ、Ｘ方向及びＹ方向に探針
２が試料２０の表面を走査するようにカンチレバー駆動
装置２１のＸ方向及びＹ方向の駆動を制御する制御部２
３と、を備えている。なお、図１中、２４は試料２０が
搭載される試料台、２５は外部振動の影響を除去するた
めの除振台である。

【００３１】本実施の形態では、カンチレバー駆動装置
２１によりカンチレバー１側のみを移動させるが、実際
にはカンチレバー１側を動かしても試料２０側を動かし
てもどちらでもよい。例えば、カンチレバー１側をＺ方
向にのみ動かし、試料２０側をＸ方向及びＹ方向に動か
してもよい。

【００３２】また、カンチレバー駆動装置２１について
は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれ独立に移動させ
る圧電体が備えられたトライポット型のスキャナを利用
しても、また、チューブ型スキャナを利用してもどちら
でも構わない。

【００３３】ところで、このチューブ型スキャナは、筒
状の形状を有した圧電体に、内側の面または外側の面の
どちらか一方に全面的に電極を設け、かつ他方の面には
複数に分割された電極を設けられた構成を有している。
そして、このチューブ型スキャナは、一方の面に設けら
れた電極と他方の面に設けられた分割された電極との間
にそれぞれ任意の電圧を印加する事で、カンチレバー１
を任意のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動することが
できる。

【００３４】また、前記検出部２２としては、例えば、
ホイートストンブリッジを用いればよい。

【００３５】また、本実施の形態による走査型近接場光
学顕微鏡は、エバネッセント波発生用光源（本実施の形
態では、レーザー光源）２６と、偏光ビームスプリッタ
ー２７と、１／４波長板２８と、集光レンズ２９と、光
検出部３０と、を備えている。なお、エバネッセント波
発生用光源２６は、必ずしもレーザー光源である必要は
なく、インコヒーレント光を発するものでもよい。ま
た、光源２６は、単色光を発するものでもよいし、白色
光を発するものであってもよい。

【００３６】光源２６から発した直線偏光のレーザー光
は、偏光ビームスプリッター２７を透過し、１／４波長
板２８により円偏光となる。集光レンズ２９は、この光
を探針２の背面（上面）から探針２の微小開口１１付近
に集光させる。その結果、探針２の微小開口１１からエ
バネッセント波が発生する。このエバネッセント波は、
試料２０の表面で反射して微小開口１１に戻り、再び集
光レンズ２９を介して１／４波長板２８を透過する。１
／４波長板２８を透過した光の偏光面は元のレーザー光
の偏光面と直交したものとなるので、１／４波長板２８
を透過した戻り光は、偏光ビームスプリッター２７で反
射され、光検出部３０により受光される。

【００３７】以上の説明からわかるように、本実施の形
態では、光源２６、偏光ビームスプリッター２７、１／
４波長板２８及び集光レンズ２９が、探針２の先端から
エバネッセント波が発生するように探針２に光を照射す
る照射手段を構成している。また、光検出部３０が試料
表面で反射したエバネッセント波を検出する光検出手段
を構成している。なお、光検出部３０としては、具体的
には、例えば、フォトダイオード等の光検出器を用いる
ことができる。試料の所定波長の光学的性質を測定する
場合には、光検出部３０において、例えば、光検出器の
前側に分光器を設ければよい。

【００３８】さらに、図１に示すように、本実施の形態
による走査型近接場光学顕微鏡は、処理部３１及び表示
部３２を備えている。前記制御部２３からカンチレバー
駆動装置２１に与えられるＺ方向の制御信号は、探針２
の試料表面に対するＺ方向の相対位置を示すことにな
る。また、制御部２３からカンチレバー駆動装置２１に
与えられるＸ方向及びＹ方向の制御信号は、探針２の試
料表面に対するＸ方向及びＹ方向の相対位置を示すこと
になる。処理部３１は、制御部２３からの各制御信号及
び光検出部３０の検出信号を取り込み、探針２のＸ方向
及びＹ方向の試料表面に対する相対位置に応じた光検出
部３０の検出信号のレベルに関する情報（すなわち、試
料２０の光学的情報）を得るとともに、探針２のＸ方向
及びＹ方向の試料表面に対する相対位置に応じた探針２
のＺ方向の試料表面に対する相対位置に関する情報（す
なわち、試料の形状情報）を得る。そして、これらの情
報はＣＲＴ等の表示部３２に画像として表示される。

【００３９】本実施の形態による走査型近接場光学顕微
鏡によれば、探針２と試料表面との間に原子間力が働
き、この力に応じてカンチレバー１が撓む。カンチレバ
ー１の撓み量がＰＺＴ膜１２により抵抗値に変換され、
これに応じた信号が検出部２２から出力される。そし
て、制御部２３及びカンチレバー駆動装置２１によっ
て、検出部２２からの信号に基づいてカンチレバー１の
撓み量が一定になるようにカンチレバー１がＺ方向に移
動させられつつ、Ｘ方向及びＹ方向に探針２が試料表面
を走査するようにカンチレバー１が移動させられる。し
たがって、試料表面の凹凸に追従して探針２と試料２０
との間の距離が一定に保たれつつ、試料表面と略平行な
面の方向に探針２が試料表面を走査することになる。こ
のため、光検出部２２からの検出信号には光学的情報の
みが含まれ、試料２０の光学的情報のみを形状情報から
分離して得ることができる。

【００４０】そして、本実施の形態によれば、カンチレ
バー１の撓み量がカンチレバー１に形成されたＰＺＴ膜
１２と検出部２２とにより検出され、前記従来の走査型
近接場光学顕微鏡と異なり撓み検出用光は照射されない
ので、撓み検出用光による迷光の影響がなくなるととも
に、光学フィルタを用いる必要がない。したがって、光
検出部２２による検出光は例えば図５（ａ）に示すよう
に理想的なものとなり、ＳＮ比の低下や所望の波長の光
による試料の測定を行うことができないという事態を防
止することができる。

【００４１】さらに、本実施の形態では、処理部２３に
より試料２０の形状情報も得ているので、試料２０を観
察する上で好ましい。もっとも、本発明では、必ずしも
試料の形状情報を得なくてもよい。

【００４２】（実施の形態２）次に、本発明の第２の実
施の形態による走査型近接場光学顕微鏡について、図３
を参照して説明する。

【００４３】図３は、本実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡を模式的に示す概略構成図である。図３にお
いて、図１中の構成要素と同一又は対応する構成要素に
は同一符号を付し、その説明は省略する。

【００４４】本実施の形態による走査型近接場光学顕微
鏡が前記第１の実施の形態による走査型近接場光学顕微
鏡と異なる所は、図１中の偏光ビームスプリッター２
７、１／４波長板２８及び集光レンズ２９が削除され、
光検出部３０が試料２０の背面側に配置されて光検出部
３０が試料２０を透過したエバネッセント波を検出する
ようになっている点のみである。すなわち、本実施の形
態では、光源３０が、探針２の先端からエバネッセント
波が発生するように探針２に光を照射する照射手段を構
成し、光検出部３０が試料を透過したエバネッセント波
を検出する光検出手段を構成している。

【００４５】前記第１の実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡が、試料表面で反射したエバネッセント波を
検出するいわゆる反射タイプであったのに対し、本実施
の形態による走査型近接場光学顕微鏡は、試料を透過し
たエバネッセント波を検出するいわゆる透過タイプとな
っている。

【００４６】本実施の形態によっても、前記第１の実施
の形態と同様に、ＳＮ比の低下や所望の波長の光による
試料の測定を行うことができないという事態を防止する
ことができる。

【００４７】（実施の形態３）次に、本発明の第３の実
施の形態による走査型近接場光学顕微鏡について、図４
を参照して説明する。

【００４８】図４は、本実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡を模式的に示す概略構成図である。図４にお
いて、図１中の構成要素と同一構成要素には同一符号を
付し、その説明は省略する。なお、本実施の形態におい
ても、カンチレバー１として、前記論文に開示されたよ
うなカンチレバーを採用することもできる。

【００４９】本実施の形態による走査型近接場光学顕微
鏡が前記第１の実施の形態による走査型近接場光学顕微
鏡と異なる所は、図１中の偏光ビームスプリッター２
７、１／４波長板２８及び集光レンズ２９が削除され、
試料台２４の代わりに試料台として三角柱状のプリズム
４０が設けられ、光源２６からの光がプリズム４０を介
して試料２０の裏面から試料２０の表面で全反射条件を
満たすように入射するように光源２６がプリズム４０の
側方に配置され、光検出部３０が探針２の上方に配置さ
れている点のみである。

【００５０】本実施の形態では、光源２６からの光がプ
リズム４０を介して試料２０の裏面から試料２０の表面
で全反射条件を満たすように入射され、これにより試料
２０の表面近傍にエバネッセント波が発生する。探針２
の先端付近のエバネッセント波が探針２の先端から探針
２内に入り（すなわち、探針２により捕捉され）、伝播
光となって探針２を透過し、光検出部３０により検出さ
れる。

【００５１】以上の説明からわかるように、本実施の形
態では、光源２６及びプリズム４０が、試料表面にエバ
ネッセント波が発生するように試料裏面から全反射条件
で光を照射する照射手段を構成し、光検出部３０が、探
針２により捕捉されたエバネッセント波を検出する光検
出手段を構成している。なお、プリズム４０の形状は三
角柱に限定されるものではない。

【００５２】本実施の形態によっても、前記第１の実施
の形態と同様に、ＳＮ比の低下や所望の波長の光による
試料の測定を行うことができないという事態を防止する
ことができる。

【００５３】本実施の形態では、前述したように、光検
出部３０が探針２の上部に配置されて光検出部３０が探
針２により捕捉されたエバネッセント波を検出するよう
になっているが、光検出部３０を探針２の側方に配置し
て、光検出部３０が探針２の先端で散乱された（すなわ
ち、反射された）エバネッセント波を検出するようにし
てもよい。

【００５４】以上本発明の各実施の形態について説明し
たが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもので
はない。

【００５５】例えば、前記各実施の形態では、カンチレ
バー１に、加えられた圧力に応じて抵抗値が変化する膜
として、ＰＺＴ膜１２が形成されていたが、その代わり
にカンチレバー１に圧電膜を形成してもよい。圧電膜と
しては、種々のものを採用することができるが、ＰＺＴ
膜を採用することもできる。カンチレバー１に圧電膜と
してＰＺＴ膜を形成する場合には、カンチレバー１の撓
みにより電極１３，１４間にできるだけ大きな電圧が生
ずるようにＰＺＴ膜の結晶軸方向等が定められる。カン
チレバー１に圧電膜を形成する場合には、検出部２２は
例えば電圧計と同様の構成とすればよい。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
試料の形状情報と分離した試料の光学的情報のみを得る
ことができ、しかも、ＳＮ比の低下や所望の波長の光に
よる試料の測定を行うことができないという事態を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡を模式的に示す概略構成図である。

【図２】カンチレバーを示す概略断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡を模式的に示す概略構成図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡を模式的に示す概略構成図である。

【図５】検出光の特性を示す図である。

【符号の説明】

１カンチレバー２探針１２ＰＺＴ膜２０試料２１カンチレバー駆動装置２２検出部２３制御部２４試料台２６エバネッセント波発生用光源２７偏光ビームスプリッター２８１／４波長板２９集光レンズ３０光検出部３１処理部３２表示部４０プリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端部に探針を有するカンチレバーと、
前記探針の先端からエバネッセント波が発生するように
前記探針に光を照射する照射手段と、試料を透過し又は
試料表面で反射したエバネッセント波を検出する光検出
手段と、試料表面と略垂直な方向に前記探針を前記試料
に対して相対的に移動させる第１の移動手段と、前記試
料表面と略平行な面の方向に前記カンチレバーを前記試
料に対して相対的に移動させる第２の移動手段と、前記
試料表面と略平行な面の方向における前記カンチレバー
の前記試料表面に対する相対位置に応じた、前記光検出
手段からの検出信号に関する情報を得る手段と、を備え
た走査型近接場光学顕微鏡において、圧電膜又は加えられた圧力に応じて抵抗値が変化する膜
が前記カンチレバーに形成され、圧電膜が発生する電圧又は前記膜の抵抗値に応じた信号
を出力する検出手段と、前記検出手段からの信号に基づいて前記カンチレバーの
撓みが一定になるように前記第１の移動手段を制御しつ
つ、前記試料表面と略平行な面の方向に前記探針が試料
表面を走査するように前記第２の移動手段を制御する制
御手段と、を更に備えたことを特徴とする走査型近接場光学顕微
鏡。
【請求項２】先端部に探針を有するカンチレバーと、
試料表面にエバネッセント波が発生するように試料裏面
から全反射条件で光を照射する照射手段と、前記探針に
より捕捉され又は前記探針の先端で反射したエバネッセ
ント波を検出する光検出手段と、試料表面と略垂直な方
向に前記探針を前記試料に対して相対的に移動させる第
１の移動手段と、前記試料表面と略平行な面の方向に前
記カンチレバーを前記試料に対して相対的に移動させる
第２の移動手段と、前記試料表面と略平行な面の方向に
おける前記カンチレバーの前記試料表面に対する相対位
置に応じた、前記光検出手段からの検出信号に関する情
報を得る手段と、を備えた走査型近接場光学顕微鏡にお
いて、圧電膜又は加えられた圧力に応じて抵抗値が変化する膜
が前記カンチレバーに形成され、前記圧電膜が発生する電圧又は前記膜の抵抗値に応じた
信号を出力する検出手段と、前記検出手段からの信号に基づいて前記カンチレバーの
撓みが一定になるように前記第１の移動手段を制御しつ
つ、前記試料表面と略平行な面の方向に前記探針が試料
表面を走査するように前記第２の移動手段を制御する制
御手段と、を更に備えたことを特徴とする走査型近接場光学顕微
鏡。
【請求項３】前記試料表面と略平行な面の方向におけ
る前記カンチレバーの前記試料表面に対する相対位置に
応じた、前記試料表面と略垂直な方向の前記カンチレバ
ーの前記試料表面に対する相対位置に関する情報を得る
手段を、更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記
載の走査型近接場光学顕微鏡。