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JP2000298132A - Near-field optical microscope and sample observation method by near-field optical microscope - Google Patents

Near-field optical microscope and sample observation method by near-field optical microscope

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Publication number
JP2000298132A
JP2000298132A JP11106580A JP10658099A JP2000298132A JP 2000298132 A JP2000298132 A JP 2000298132A JP 11106580 A JP11106580 A JP 11106580A JP 10658099 A JP10658099 A JP 10658099A JP 2000298132 A JP2000298132 A JP 2000298132A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
probe
sample
tip
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11106580A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroko Sasaki
浩子 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP11106580A priority Critical patent/JP2000298132A/en
Priority to US09/550,255 priority patent/US6545276B1/en
Publication of JP2000298132A publication Critical patent/JP2000298132A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning near-field optical microscope capable of detecting a near-field signal with a superior S/N ratio. SOLUTION: In this microscope, a slide glass 2 on which a sample 1 is placed is disposed on a total internal reflection prism 3 through a matching oil 4. The sample 1 is irradiated with a laser beam through the prism 3 to allow occurrence of a near field on a sample surface. A probe supported in a free end of a cantilever is disposed above the sample 1, while an object lens 19 is disposed above the probe. A scattered light detection body tube 222 disposed above the object lens 19 and the object lens 19 constitute a scattered light detection optical system for detecting scattered light generated by invasion of the probe into the near field. A wavelength of a light source 13 for generating the laser light irradiated on the sample 1 is variable, and the light of a wavelength causing plasmon resonance is selected according to the tip of the probe.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、散乱型探針を利用
した近接場光顕微鏡および近接場光顕微鏡による試料観
察方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a near-field light microscope using a scattering probe and a method for observing a sample using a near-field light microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡(SPM)は、プロ
ーブを試料表面に1μm以下まで近接させた時に両者間
に働く相互作用を検出しながらプローブをXY方向ある
いはXYZ方向に走査して、その相互作用の二次元マッ
ピングを行う装置の総称であり、例えば、走査型トンネ
リング顕微鏡(STM)、原子間力顕微鏡(AFM)、磁気
力顕微鏡(MFM)、走査型近接場光顕微鏡(SNOM)を
含んでいる。
2. Description of the Related Art A scanning probe microscope (SPM) scans a probe in an XY direction or an XYZ direction while detecting an interaction between the probe and the sample when the probe is brought close to the sample surface to 1 μm or less. A general term for a device that performs two-dimensional mapping of action, including, for example, a scanning tunneling microscope (STM), an atomic force microscope (AFM), a magnetic force microscope (MFM), and a scanning near-field light microscope (SNOM). I have.

【0003】この中でSNOMは、特に1980年代後
半以降、試料近傍に形成される近接場光を検出すること
により回折限界を超える分解能を有する光学顕微鏡とし
て、生体試料の蛍光測定や、素子の評価(誘電体光導波
路各種特性評価、半導体量子ドットの発光スペクトルの
測定、半導体面発光素子の諸特性の評価など)等への応
用をめざして盛んに開発が進められている。SNOM
は、基本的には試料に光を照射した状態で鋭い探針を近
づけ、試料の近傍の光の場(近接場)の状態を検出する装
置である。
[0003] Among them, SNOM is an optical microscope having a resolution exceeding the diffraction limit by detecting near-field light formed near the sample, particularly since the latter half of the 1980s. (Development of various characteristics of dielectric optical waveguides, measurement of emission spectra of semiconductor quantum dots, evaluation of various characteristics of semiconductor surface emitting devices, etc.) are being actively pursued. SNOM
Is a device for detecting a state of a light field (near field) near a sample by bringing a sharp probe close to the sample while irradiating the sample with light.

【0004】1993年12月21日付けでベツィック
ら(Betzig et al.)に付与された米国特許第5,272,
330号は、先端が細く加工されたプローブに光を導入
することによりプローブ先端の微小開口の近傍に局在し
た光の場を発生させ、これを試料に接触させて試料の微
小部分を照明し、透過した光を試料の下に配置された光
検出器で検出し、透過光強度の二次元マッピングを行な
うSNOMを開示している。
[0004] US Patent 5,272, issued December 21, 1993 to Betzig et al.
No. 330 introduces light into a probe whose tip is thinned to generate a localized field of light near a small aperture at the tip of the probe, which is brought into contact with the sample to illuminate a small portion of the sample. Discloses an SNOM that detects transmitted light with a photodetector arranged below a sample and performs two-dimensional mapping of transmitted light intensity.

【0005】このSNOMでは、先端が細く加工された
光ファイバーやガラス棒あるいは水晶探針のように棒状
のプローブが用いられている。このプローブを改良した
ものとして、先端以外が金属膜で被われた棒状のプロー
ブが既に市販されている。このプローブを用いた装置
は、金属がコートされていないプローブを用いた装置に
比べて、横方向の解像力が向上されている。
In this SNOM, a rod-shaped probe is used, such as an optical fiber, a glass rod, or a quartz probe whose tip is thinned. As an improved version of this probe, a rod-shaped probe having a portion other than the tip covered with a metal film is already commercially available. The device using this probe has improved lateral resolution compared to a device using a probe that is not coated with metal.

【0006】また、ハインゼルマンら(Heinzelmann et
al.)は「J. Microscopy 177 (1995)p.115」において、光
検出器を可動にし、信号の散乱角依存性を調べ、特定の
角度の信号を利用することで、高分解能化を達成できる
ことを示した。
[0006] Heinzelmann et al.
al.), in "J. Microscopy 177 (1995) p.115", achieved high resolution by making the photodetector movable, examining the scattering angle dependence of the signal, and using a signal at a specific angle. It shows that you can do it.

【0007】一方、AFMは、試料表面の凹凸情報を得
る装置として、SPMのなかで最も普及している。AF
Mは、カンチレバーの先端に支持された探針が試料表面
に近づけられたときに探針に働く力に応じて変位するカ
ンチレバーの変位を例えば光学式の変位センサにより検
出して、間接的に試料表面の凹凸情報を得る。AFMの
一つは例えば特開昭62−130302号に開示されて
いる。
[0007] On the other hand, the AFM is the most widely used SPM as an apparatus for obtaining information on unevenness of a sample surface. AF
M detects the displacement of the cantilever, which is displaced in accordance with the force acting on the probe when the probe supported on the tip of the cantilever approaches the sample surface, for example, by an optical displacement sensor, and indirectly detects the sample. Obtain surface irregularity information. One of the AFMs is disclosed in, for example, JP-A-62-130302.

【0008】このAFMにおける試料と探針先端間の相
互作用力の検出により試料の凹凸を測定する技術は、他
のSPM装置にも応用されており、試料と探針間の距離
を一定に保つ、いわゆるレギュレーションを行なう手段
として用いられている。
The technique of measuring the unevenness of the sample by detecting the interaction force between the sample and the tip of the probe in this AFM is also applied to other SPM devices, and keeps the distance between the sample and the probe constant. This is used as a means for performing so-called regulation.

【0009】ファンフルストら(N. F. van Hulst et a
l.)は、「Appl. Phys. Lett. 62(5) P.461 (1993)」にお
いて、窒化シリコン製のAFM用カンチレバーを用い、
AFM測定により試料の凹凸を測定しながら、試料の光
学情報を検出する新しいSNOMを提案している。この
装置では、試料は内部全反射プリズムの上に置かれ、H
e-Neレーザー光が全反射プリズム側から試料に照射
され、試料が励起され、エバネッセント光場が試料表面
近傍に形成される。ついで、このエバネッセント光場に
カンチレバー先端に支持された探針が差し入れられ、局
在波であるエバネッセント光が伝搬波である散乱光に変
換され、その一部が、He-Neレーザー光に対して殆
ど透明な窒化シリコン製の探針内を伝搬し、カンチレバ
ーの裏側に抜けて出てくる。この光は、カンチレバーの
上方に配置されたレンズにより収集され、このレンズに
対して探針先端と共役な位置に配置されたピンホールを
介して光電子増倍管に入射し、光電子増倍管からSNO
M信号が出力される。
[0009] NF van Hulst et a
l.) uses a silicon nitride AFM cantilever in “Appl. Phys. Lett. 62 (5) P.461 (1993)”
A new SNOM that detects optical information of a sample while measuring unevenness of the sample by AFM measurement has been proposed. In this device, the sample is placed on a total internal reflection prism and H
The sample is irradiated with the e-Ne laser beam from the total reflection prism side to excite the sample, and an evanescent light field is formed near the sample surface. Next, a probe supported at the tip of the cantilever is inserted into the evanescent light field, and the evanescent light, which is a localized wave, is converted into scattered light, which is a propagating wave. The light propagates through the almost transparent silicon nitride probe and exits behind the cantilever. This light is collected by a lens placed above the cantilever, enters the photomultiplier via a pinhole located at a position conjugate to the tip of the probe with respect to this lens, and is emitted from the photomultiplier. SNO
An M signal is output.

【0010】SNOM信号の検出の間、カンチレバーは
通常のAFM測定と同様に、光学式変位検出センサーに
よってカンチレバーの変位が測定されており、例えば、
この変位を規定の一定値に保つように圧電体スキャナー
がフィードバック制御されている。従って、一回の走査
の間に、走査信号とSNOM信号とに基づいてSNOM
測定が行なわれると共に走査信号とフィードバック制御
信号とに基づいてAFM測定が行なわれる。
During the detection of the SNOM signal, the displacement of the cantilever is measured by an optical displacement detection sensor in the same manner as in a normal AFM measurement.
The piezoelectric scanner is feedback-controlled so as to keep this displacement at a specified constant value. Therefore, during one scan, the SNOM is determined based on the scan signal and the SNOM signal.
The measurement is performed, and the AFM measurement is performed based on the scanning signal and the feedback control signal.

【0011】ベツィックら(Betzig et al.)のような開
口型のSNOMで、像の高い横方向分解能を得るために
は、プローブは金属コートの施されたものが望ましい。
しかし、先端に開口を持つ金属コートの施されたプロー
ブを大量に、しかも均一に作製するのは容易ではない。
超解像が期待されるSNOMには、通常の光学顕微鏡で
実現可能な分解能を越える分解能が求められ、これを実
現するためには、プローブ先端の開口の径は0.1μm
以下であることが必要であり、0.05μm以下である
ことが好ましい。この様な値の開口を再現性よく作製す
ることは極めて難しい。
In an aperture-type SNOM such as Betzig et al., It is desirable that a probe be metal-coated in order to obtain a high lateral resolution of an image.
However, it is not easy to mass-produce a metal-coated probe having an opening at the tip in a large amount and uniformly.
The SNOM, which is expected to have super-resolution, is required to have a resolution exceeding the resolution achievable with a normal optical microscope. To achieve this, the diameter of the opening at the tip of the probe is 0.1 μm.
Or less, and preferably 0.05 μm or less. It is extremely difficult to produce such an opening with good reproducibility.

【0012】また、開口を通してプローブ内に入射する
光の量は、開口半径の二乗に比例して少なくなるので、
SNOM像の横方向分解能を上げる目的で開口径を小さ
くすると、検出される光量が減少して検出系のS/N比
が悪くなる、というトレードオフの問題が存在する。
Also, the amount of light incident on the probe through the aperture decreases in proportion to the square of the aperture radius, so that
If the aperture diameter is reduced for the purpose of increasing the lateral resolution of the SNOM image, there is a trade-off problem that the amount of detected light decreases and the S / N ratio of the detection system deteriorates.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】そこでプローブの先端
に開口を作るのではなく、波長以下の構造の高屈折率誘
電体か金属が近接場光を強く散乱することを利用した新
しいSNOM(散乱モードSNOM)が提案されている。
このSNOMでは、プローブの先端に開口が不要なた
め、前述した開口作製の難しさやトレードオフの問題に
直面しなくて済む。
Therefore, instead of forming an opening at the tip of the probe, a new SNOM (scattering mode) utilizing the fact that a high-refractive-index dielectric or metal having a subwavelength structure strongly scatters near-field light is used. SNOM) has been proposed.
In this SNOM, an opening is not required at the tip of the probe, so that it is not necessary to face the above-described difficulty in making the opening and the problem of trade-off.

【0014】河田らは、特開平6−137847号にお
いて、散乱モードSNOMを開示している。このSNO
Mは、試料表面に形成されたエバネッセント光を針状の
プローブで散乱させて伝搬光に変換し、この伝搬光すな
わち散乱光をプローブの側方に配置された集光レンズと
光電検出器を用いて検知し、この検知信号に基づいて試
料の光学情報を得ている。
Kawada et al. Disclose a scattering mode SNOM in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-137847. This SNO
M scatters the evanescent light formed on the sample surface with a needle-shaped probe and converts the scattered light into propagating light. The optical information of the sample is obtained based on the detection signal.

【0015】河田らは、第42回日本応用物理学関係連
合講演会(予稿集No.3、916頁、1995年3月)
において、STMの金属探針をプローブに使用し、ST
Mにより試料と探針間の距離制御を行ないながら、試料
表面に発生されたエバネッセント光が金属探針先端で散
乱されたために発生する伝搬光を、探針と試料の横方向
から観察してSTM観察とSNOM観察を行なえる装置
を開示している。また、第43回日本応用物理学関係連
合講演会(予稿集No.3、887頁、1996年3月)
では、エバネッセント光でなく、試料の上方から斜入射
した伝搬光の金属探針先端−試料間の多重散乱でもSN
OM観察可能であることを報告している。
Kawata et al., The 42nd Japan Applied Physics Alliance Lecture Meeting (Preprints No. 3, p. 916, March 1995)
In, using a metal probe of STM for the probe, ST
While controlling the distance between the sample and the probe by M, the propagation light generated due to the evanescent light generated on the sample surface being scattered at the tip of the metal probe is observed from the lateral direction of the probe and the sample and STM is performed. It discloses an apparatus capable of performing observation and SNOM observation. The 43rd Japan Applied Physics Alliance Lecture Meeting (Preprints No. 3, p. 887, March 1996)
In this case, not only evanescent light but also multiple scattering between the tip of the metal probe and the sample of propagating light obliquely incident from above the sample is SN.
It reports that OM observation is possible.

【0016】また、バシェロットら(Bachelot et al.)
も、「Opt. Lett. 20 (1995) P.1924」において、開口プ
ローブを使わずに、上方からの伝搬光による散乱モード
SNOMを報告している。
Also, Bachelot et al.
Also, in Opt. Lett. 20 (1995) P.1924, a scattering mode SNOM due to light propagating from above without using an aperture probe is reported.

【0017】また、戸田らは、特願平8−141752
において、AFM用マイクロカンチレバーを利用し、暗
視野照明系を使った散乱モードSNOMを開示してい
る。
Further, Toda et al., In Japanese Patent Application No. 8-141,752.
Discloses a scattering mode SNOM using a dark field illumination system using a microcantilever for AFM.

【0018】これらの散乱モードSNOMでは、散乱光
を効率良く検出すること、すなわち、S/Nの高いSN
OM信号(近接場信号)を得ることは、より正確な観察結
果を得るという目的にとって非常に重要である。
In these scattering modes SNOM, scattered light is detected efficiently, that is, SN having a high S / N ratio.
Obtaining an OM signal (near-field signal) is very important for the purpose of obtaining more accurate observation results.

【0019】本発明の目的は、近接場信号を良好なS/
Nで検出できる走査型近接場光顕微鏡を提供することで
ある。
An object of the present invention is to provide a near-field signal with a good S /
An object of the present invention is to provide a scanning near-field light microscope that can detect N.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は、一面では、試
料表面に光を入射させる入射手段と、上記光の波長以下
の大きさの先端を有し、この先端が上記光の入射する試
料表面に近接した位置に配設された、この先端で上記光
を散乱させる探針と、上記散乱による散乱光を検出する
光検出手段と、上記試料と上記探針の先端を相対的に走
査する走査手段とを具備する近接場光顕微鏡において、
上記散乱においてプラズモン共鳴が発生するように構成
されていることを特徴とする近接場光顕微鏡である。
According to one aspect of the present invention, there is provided an incident means for making light incident on a sample surface, and a tip having a size smaller than the wavelength of the light, and the tip is provided with a sample on which the light is incident. A probe disposed at a position close to the surface, a probe for scattering the light at the tip, a light detecting means for detecting scattered light due to the scattering, and relatively scanning the sample and the tip of the probe. A near-field optical microscope comprising scanning means,
A near-field light microscope characterized in that plasmon resonance is generated in the scattering.

【0021】また、本発明は、別の一面では、試料表面
に光を入射させる入射手段と、上記光の波長以下の大き
さの先端を有し、この先端が上記光の入射する試料表面
に近接した位置に配設された、この先端で上記光を散乱
させる探針と、上記散乱による散乱光を検出する光検出
手段と、上記試料と上記探針の先端を相対的に走査する
走査手段とを具備する近接場光顕微鏡において、上記光
の波長、上記先端の屈折率、上記先端の大きさを含む条
件が、上記散乱においてプラズモン共鳴が発生する条件
となっていることを特徴とする近接場光顕微鏡である。
According to another aspect of the present invention, there is provided an incidence means for making light incident on a sample surface, and a tip having a size equal to or smaller than the wavelength of the light. A probe disposed at a close position, for scattering the light at the tip, light detecting means for detecting scattered light due to the scattering, and scanning means for relatively scanning the sample and the tip of the probe. A near-field light microscope comprising: a condition including a wavelength of the light, a refractive index of the tip, and a size of the tip is a condition under which plasmon resonance occurs in the scattering. It is a field light microscope.

【0022】本発明は、他の一面では、試料と、この試
料表面に近接した位置に先端をもつ探針を相対的に走査
するとともに、上記先端に光を入射し、この光の上記先
端での散乱による散乱光を検出することにより、近接場
光顕微鏡で試料を観察する方法であり、上記散乱におい
てプラズモン共鳴が発生することを特徴とする近接場光
顕微鏡による試料観察方法である。
According to another aspect of the present invention, while relatively scanning a sample and a probe having a tip at a position close to the sample surface, light is incident on the tip, and the light is incident on the tip. This is a method of observing a sample with a near-field optical microscope by detecting scattered light due to the scattering of light, and a method of observing a sample with a near-field optical microscope characterized in that plasmon resonance occurs in the scattering.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の散乱
モード近接場光顕微鏡について図面を参照して説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A scattering mode near-field optical microscope according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図1に示されるように、散乱モード近接場
光顕微鏡は、透明な窒化シリコン製のカンチレバーチッ
プ100を有しており、これは試料1の上方に配置され
る。
As shown in FIG. 1, the scattering mode near-field light microscope has a transparent silicon nitride cantilever tip 100, which is arranged above the sample 1.

【0025】カンチレバーチップ100は、図2に示さ
れるように、支持部103と、支持部103から延びる
カンチレバー101と、カンチレバー101の先端に設
けられたピラミッド状の鋭い先端を持つ探針102とを
有している。探針102の先端径は波長以下の大きさで
あり、探針先端は散乱体として機能する。探針102は
高屈折率誘電体または金属で作られているか、これらの
材料でコーティングされている。カンチレバー101の
背面(探針102が設けられた面の反対側の面)には、高
反射膜としてアルミニウム膜104がコーティングされ
ている。カンチレバー101の探針102近くの部分
が、入射光または画像化に利用する光に対して透明であ
れば、入射光を探針102に照射させやすく好適であ
る。
As shown in FIG. 2, the cantilever tip 100 includes a support portion 103, a cantilever 101 extending from the support portion 103, and a probe 102 having a pyramid-shaped sharp tip provided at the tip of the cantilever 101. Have. The tip diameter of the probe 102 is smaller than the wavelength, and the tip of the probe functions as a scatterer. The tip 102 is made of, or coated with, a high refractive index dielectric or metal. The back surface of the cantilever 101 (the surface opposite to the surface on which the probe 102 is provided) is coated with an aluminum film 104 as a highly reflective film. If the portion of the cantilever 101 near the probe 102 is transparent with respect to incident light or light used for imaging, it is easy to irradiate the probe 102 with incident light, which is preferable.

【0026】探針102は、その先端の半径が波長以下
であればよく、その先端からカンチレバー101までの
長さ(すなわちピラミッドの高さ)や、カンチレバー10
1との接触面(すなわちピラミッドの底面)の辺は波長以
上であってもよい。従って、カンチレバー101の先端
に設けられる探針は、図2に示されるピラミッド形状の
探針102に限らず、その先端の半径が波長以下であれ
ば、どのような形状であってもよい。
The tip of the probe 102 only needs to have a radius equal to or less than the wavelength. The length from the tip to the cantilever 101 (ie, the height of the pyramid) and the cantilever 10
The side of the contact surface with 1 (that is, the bottom surface of the pyramid) may be longer than the wavelength. Therefore, the probe provided at the tip of the cantilever 101 is not limited to the pyramid-shaped probe 102 shown in FIG. 2, and may have any shape as long as the tip has a radius equal to or less than the wavelength.

【0027】例えば、探針は、図3に示されるように、
ピラミッド状の探針基部105と、その先端に設けられ
た高屈折率誘電体製または金属製の波長以下の大きさの
散乱体(探針先端)106を有していてもよい。探針基部
105またはこれに加えてカンチレバー101の一部
が、入射光または画像化に利用する光に対して透明であ
れば、入射光を探針散乱体106に入射させやすく好適
である。
For example, as shown in FIG.
A pyramid-shaped probe base 105 and a scatterer (probe tip) 106 made of a high-refractive-index dielectric or metal and having a size equal to or smaller than the wavelength may be provided at the tip thereof. If the probe base 105 or a part of the cantilever 101 in addition to the probe base 105 is transparent to incident light or light used for imaging, the incident light can easily enter the probe scatterer 106, which is preferable.

【0028】あるいは、図4に示されるように、平面ま
たは下に凸の曲面を底面に持つ探針基部107と、その
底面に配置された高屈折率誘電体製または金属製の波長
以下の大きさの散乱体(探針先端)108を有していても
よい。探針基部107またはこれに加えてカンチレバー
101の一部が、入射光または画像化に利用する光に対
して透明であれば、入射光を探針散乱体108に入射さ
せやすく好適である。
Alternatively, as shown in FIG. 4, a probe base 107 having a flat or downwardly convex curved surface on the bottom surface, and a high-refractive-index dielectric or metal-made size smaller than the wavelength disposed on the bottom surface. Scatterer (tip of the probe) 108 may be provided. If the probe base 107 or a part of the cantilever 101 in addition to the probe base 107 is transparent to incident light or light used for imaging, the incident light can easily enter the probe scatterer 108, which is preferable.

【0029】続く記述では、特に断わらない限り、カン
チレバーチップ100として、代表的に図2に示される
探針102を有する構造体を用いて説明する。
In the following description, unless otherwise specified, the cantilever tip 100 will be described using a structure having a probe 102 typically shown in FIG.

【0030】図1に示されるように、カンチレバーチッ
プ100は、超音波振動子795を介してチップ保持機
構35により試料1の上方に支持される。カンチレバー
チップ100は、光振幅変調手段である超音波振動子
と、これを駆動する高周波電源796とによって、高周
波電源796の周波数ω1で加振される。
As shown in FIG. 1, the cantilever tip 100 is supported above the sample 1 by the tip holding mechanism 35 via the ultrasonic vibrator 795. The cantilever chip 100 is vibrated at a frequency ω1 of the high-frequency power supply 796 by an ultrasonic vibrator serving as light amplitude modulation means and a high-frequency power supply 796 for driving the same.

【0031】本装置は、カンチレバー101の自由端の
変位を検出する光てこ式の変位センサーを有しており、
この変位センサーは、カンチレバー101に光を照射す
る半導体レーザー7と、カンチレバー101からの反射
光を受ける二分割フォトディテクター8とを有してい
る。半導体レーザー7から射出されたレーザー光はカン
チレバー101に照射され、カンチレバー背面に設けら
れたアルミニウム膜104で反射され、二分割フォトデ
ィテクター8に入射する。カンチレバー101の自由端
の変位は、二分割フォトディテクター8に対する反射光
の入射位置の変化を引き起こし、二分割フォトディテク
ター8の受光部の出力の比を変動させる。従って、二分
割フォトディテクター8の各受光部の出力の差を調べる
ことによって、カンチレバー101の自由端の変位が求
められ、探針102の変位が間接的に求められる。
This device has an optical lever type displacement sensor for detecting the displacement of the free end of the cantilever 101,
This displacement sensor has a semiconductor laser 7 for irradiating the cantilever 101 with light, and a two-segment photodetector 8 for receiving reflected light from the cantilever 101. The laser light emitted from the semiconductor laser 7 is applied to the cantilever 101, reflected by the aluminum film 104 provided on the back surface of the cantilever, and enters the two-part photodetector 8. The displacement of the free end of the cantilever 101 causes a change in the incident position of the reflected light on the two-segmented photodetector 8, and changes the output ratio of the light receiving unit of the two-segmented photodetector 8. Therefore, the displacement of the free end of the cantilever 101 is obtained by examining the difference between the outputs of the light receiving sections of the two-part photodetector 8, and the displacement of the probe 102 is obtained indirectly.

【0032】図5に示されるように、圧電チューブスキ
ャナー6はベース412の上に固定されており、圧電チ
ューブスキャナー6の上端には試料テーブル401が固
定されている。ベース412の端部には支柱部414が
設けられ、支柱部414の上部には水平に延びるアーム
416が設けられている。アーム416の先端部には内
部全反射プリズム3が固定されており、内部全反射プリ
ズム3は試料テーブル401の内部空間に配置され、試
料テーブル401の上面中央に設けられた開口から露出
されている。
As shown in FIG. 5, the piezoelectric tube scanner 6 is fixed on a base 412, and a sample table 401 is fixed on the upper end of the piezoelectric tube scanner 6. A support 414 is provided at an end of the base 412, and an arm 416 extending horizontally is provided above the support 414. The total internal reflection prism 3 is fixed to the distal end of the arm 416. The internal total reflection prism 3 is arranged in the internal space of the sample table 401, and is exposed from an opening provided at the center of the upper surface of the sample table 401. .

【0033】試料1が載置されたスライドガラス2は、
内部全反射プリズム3の上面に適量のマッチングオイル
4を垂らし、試料テーブル401の上に載置される。こ
の結果、図1に示されるように、スライドガラス2と内
部全反射プリズム3の間にマッチングオイル4が介在
し、両者は光学的に結合される。
The slide glass 2 on which the sample 1 is placed is
An appropriate amount of the matching oil 4 is dropped on the upper surface of the total internal reflection prism 3 and placed on the sample table 401. As a result, as shown in FIG. 1, the matching oil 4 is interposed between the slide glass 2 and the total internal reflection prism 3, and both are optically coupled.

【0034】図5に示される構造体は、図1に模式的に
描かれているように、粗動ステージ345の上に配置さ
れる。粗動ステージ345は、コンピューター11によ
り制御される粗動ステージ駆動回路346によって駆動
され、図5の構造体を三次元的に粗く移動させる。これ
によって、試料1と探針102の間の大まかな位置合わ
せが行なわれ、また、試料1と探針102の間の距離が
粗調整される。
The structure shown in FIG. 5 is arranged on a coarse movement stage 345 as schematically shown in FIG. The coarse movement stage 345 is driven by a coarse movement stage drive circuit 346 controlled by the computer 11, and moves the structure of FIG. 5 roughly three-dimensionally. As a result, rough positioning between the sample 1 and the probe 102 is performed, and the distance between the sample 1 and the probe 102 is roughly adjusted.

【0035】図1において、圧電チューブスキャナー6
は、制御回路9とコンピューター11により制御される
スキャナー駆動回路10によって駆動され、試料テーブ
ル401を三次元的に移動させる。これにより、試料テ
ーブル401に載せられたスライドガラス2の上の試料
1は、探針102に対して相対的に三次元的に移動され
る。これによって、探針102が試料1の表面を横切っ
て走査され、また、試料1の先端と探針102の表面の
間の距離が微調整される。本明細書においては、探針が
試料表面を横切る走査をXY走査、探針先端と試料表面
の間の距離の調整をZ制御とも表現する。先に図5を参
照して説明したように、内部全反射プリズム3はアーム
416によって試料テーブル401とは独立に支持され
ているので、走査の間、内部全反射プリズム3は試料テ
ーブル401の移動に影響されることなく不動に保たれ
る。
In FIG. 1, a piezoelectric tube scanner 6
Is driven by the control circuit 9 and the scanner drive circuit 10 controlled by the computer 11 to move the sample table 401 three-dimensionally. As a result, the sample 1 on the slide glass 2 placed on the sample table 401 is moved three-dimensionally relative to the probe 102. Thus, the probe 102 is scanned across the surface of the sample 1 and the distance between the tip of the sample 1 and the surface of the probe 102 is finely adjusted. In this specification, the scanning of the probe crossing the sample surface is also referred to as XY scanning, and the adjustment of the distance between the tip of the probe and the sample surface is also referred to as Z control. As described above with reference to FIG. 5, since the total internal reflection prism 3 is supported by the arm 416 independently of the sample table 401, the internal total reflection prism 3 moves the sample table 401 during scanning. It is kept immovable without being affected by.

【0036】本装置は、探針と試料の間に光を発生させ
る光発生手段を備えている。光発生手段は、伝搬せずに
局在する局在光を発生させる局在光発生手段と、伝搬す
る光を発生させる伝搬光を発生させる伝搬光発生手段と
を有しており、試料の厚さや物性等の諸特性に応じて、
そのいずれかが選択的に動作される。ここで、局在光は
空間を伝搬しない光を意味し、例えばエバネッセント光
がこれにあたる。また、伝搬光は空間を伝搬する光を意
味し、例えば通常の光がこれにあたる。以下に局在光発
生手段と伝搬光発生手段について詳述する。
This apparatus is provided with light generating means for generating light between the probe and the sample. The light generation means has localized light generation means for generating localized light that does not propagate, and propagation light generation means for generating propagation light that generates light to be propagated. Depending on various properties such as pod physical properties,
Either one is selectively operated. Here, the localized light means light that does not propagate in space, for example, evanescent light. Propagating light means light that propagates in space, for example, normal light. Hereinafter, the localized light generating means and the propagated light generating means will be described in detail.

【0037】局在光発生手段ここでは特にエバネッセン
ト光発生手段は、図1において、レーザー光源13、フ
ィルター14、レンズ15、二つのミラー16と17、
内部全反射プリズム3を有している。ミラー17は、図
示しない移動回転機構によって、図5において、実線と
想像線で示されるふたつの姿勢(位置および向き)を取り
うるように支持されており、ここでは実線で示される姿
勢に配置される。
Localized light generating means Here, in particular, the evanescent light generating means includes a laser light source 13, a filter 14, a lens 15, two mirrors 16 and 17,
It has an internal total reflection prism 3. The mirror 17 is supported by a moving / rotating mechanism (not shown) so as to be able to take two postures (positions and directions) shown by solid lines and imaginary lines in FIG. 5, and is arranged here in a posture shown by solid lines. You.

【0038】レーザー光源13から射出されたレーザー
光は、フィルター14を通過した後、レンズ15により
平行ビームに変えられる。平行レーザービームは、ミラ
ー16とミラー17で順に反射された後、内部全反射プ
リズム3にその上面(すなわちスライドガラス2と試料
1の界面まはた試料1と大気の界面)で全反射される。
この結果、試料1の表面近傍にエバネッセント光が発生
する。必要に応じて、ミラー17と内部全反射プリズム
3の間に、平行レーザービームを収束するレンズが挿入
されてもよい。また、平行レーザービームの光路上に、
1/2波長板706が回転可能に配置されてもよい。こ
の1/2波長板706の回転は平行レーザービームの偏
光方向を変化させる。
The laser light emitted from the laser light source 13 is converted into a parallel beam by a lens 15 after passing through a filter 14. The parallel laser beam is reflected by the mirror 16 and the mirror 17 in order, and then is totally reflected by the internal total reflection prism 3 on the upper surface thereof (that is, at the interface between the slide glass 2 and the sample 1 or the interface between the sample 1 and the atmosphere). .
As a result, evanescent light is generated near the surface of the sample 1. If necessary, a lens for converging a parallel laser beam may be inserted between the mirror 17 and the total internal reflection prism 3. Also, on the optical path of the parallel laser beam,
The half-wave plate 706 may be rotatably arranged. The rotation of the half-wave plate 706 changes the polarization direction of the parallel laser beam.

【0039】また、伝搬光発生手段は、図1において、
レーザー光源13、フィルター14、レンズ15、二つ
のミラー16と17を有している。上述したように、ミ
ラー17は、図示しない移動回転機構によって、図5に
おいて、実線と想像線で示されるふたつの姿勢(位置お
よび向き)を取りうるように支持されており、ここでは
想像線で示される姿勢に配置される。
In addition, the propagation light generating means in FIG.
It has a laser light source 13, a filter 14, a lens 15, and two mirrors 16 and 17. As described above, the mirror 17 is supported by a moving and rotating mechanism (not shown) so as to be able to take two postures (positions and directions) shown by solid lines and imaginary lines in FIG. It is arranged in the posture shown.

【0040】レーザー光源13から射出されたレーザー
光は、フィルター14を通過した後、レンズ15により
平行ビームに変えられる。平行レーザービームは、ミラ
ー16とミラー17で順に反射され、図6に示されるよ
うに、試料1に斜め上方から、試料1と探針102の近
傍に照射される。伝搬光発生手段は、また、特願平8−
141752に開示されているような暗視野照明系を利
用した光学系を有していてもよい。
The laser light emitted from the laser light source 13 passes through a filter 14 and is converted into a parallel beam by a lens 15. The parallel laser beam is reflected by the mirror 16 and the mirror 17 in order, and is applied to the sample 1 and the vicinity of the probe 102 from diagonally above, as shown in FIG. Propagation light generating means is disclosed in Japanese Patent Application No. Hei.
An optical system using a dark field illumination system as disclosed in US Pat.

【0041】図1に示されるように、内部全反射プリズ
ム3の上方には、試料1と探針102を間に挟んで、対
物レンズ19が配置されている。対物レンズ19の上方
には散乱光検出鏡筒222が配置されており、散乱光検
出鏡筒222は対物レンズ19と共働して散乱光検出光
学系を構成している。散乱光検出光学系は、局在光であ
るエバネッセント光に探針が進入したときに発生する散
乱光を検出する。
As shown in FIG. 1, an objective lens 19 is arranged above the total internal reflection prism 3 with the sample 1 and the probe 102 interposed therebetween. A scattered light detection lens barrel 222 is disposed above the objective lens 19, and the scattered light detection lens barrel 222 forms a scattered light detection optical system in cooperation with the objective lens 19. The scattered light detection optical system detects scattered light generated when the probe enters evanescent light, which is localized light.

【0042】散乱光検出鏡筒222は、レンズ群20、
ピンホール21、光電子増倍管22を有している。ピン
ホール21は、対物レンズ19とレンズ群20に対し
て、探針102の先端と光学的に共役な位置に配置され
ており、散乱光検出光学系は共焦点光学系となってい
る。従って、光電子増倍管22に入射する光は、その殆
どが探針102の先端近傍で発生された散乱光である。
このように、散乱光検出光学系は共焦点光学系であるた
め、探針102の先端近傍で発生された散乱光を効率よ
く検出する。光電子増倍管22は、光電子増倍管用高圧
電源23に接続されており、受光した散乱光の光強度に
応じた電気信号を出力する。光電子増倍管22からの出
力信号は、アンプ24で増幅され、SNOM信号(近接
場信号)としてコンピューター11に取り込まれる。
The scattered light detection lens barrel 222 includes a lens group 20,
It has a pinhole 21 and a photomultiplier tube 22. The pinhole 21 is disposed at a position optically conjugate with the tip of the probe 102 with respect to the objective lens 19 and the lens group 20, and the scattered light detection optical system is a confocal optical system. Therefore, most of the light incident on the photomultiplier tube 22 is scattered light generated near the tip of the probe 102.
As described above, since the scattered light detection optical system is a confocal optical system, the scattered light generated near the tip of the probe 102 is efficiently detected. The photomultiplier tube 22 is connected to the photomultiplier tube high-voltage power supply 23 and outputs an electric signal corresponding to the light intensity of the received scattered light. The output signal from the photomultiplier tube 22 is amplified by the amplifier 24 and taken into the computer 11 as a SNOM signal (near-field signal).

【0043】散乱光検出光学系は、散乱光検出鏡筒22
2内にピンホール21を備える代わりに、その端面がピ
ンホール位置に配置され、その端面から入射した光を光
電子増倍管22に案内する光ファイバーを有していて
も、同様の効果が得られる。この構成では、散乱光は光
ファイバーを経由して光電子増倍管22に伝達されるの
で、光電子増倍管22は、散乱光検出鏡筒222内に配
置される必要はなく、散乱光検出鏡筒222の外部の任
意の位置に設置されてもよい。
The scattered light detection optical system includes a scattered light detection lens barrel 22.
The same effect can be obtained even if the end face is arranged at the pinhole position instead of having the pinhole 21 in 2 and an optical fiber for guiding the light incident from the end face to the photomultiplier tube 22 is provided. . In this configuration, the scattered light is transmitted to the photomultiplier tube 22 via the optical fiber, so that the photomultiplier tube 22 does not need to be disposed in the scattered light detection It may be installed at any position outside 222.

【0044】図1には、カンチレバーチップ100は、
プリズム3への入射光のプリズム上面への投影像に対し
て、カンチレバー101の長手軸のプリズム上面への投
影像が平行になる位置関係で配置されている。しかし、
カンチレバーチップ100は、エバネッセント光に探針
102が進入したときに発生するMie散乱の、平行レ
ーザービームの進行方向に強く発生する散乱光が検出可
能であれば、どのような向きで配置されてもよい。特に
上述のふたつの投影像が直交する位置関係で配置されれ
ば、強く発生する散乱光を効率良く検出でき、高いS/
Nで散乱光を検出できる。
In FIG. 1, the cantilever tip 100 is
The projection image of the longitudinal axis of the cantilever 101 on the prism upper surface is arranged in parallel with the projected image of the incident light on the prism 3 on the prism upper surface. But,
The cantilever tip 100 may be arranged in any direction as long as the Mie scattering generated when the probe 102 enters the evanescent light and the scattered light generated strongly in the traveling direction of the parallel laser beam can be detected. Good. In particular, if the two projected images are arranged in an orthogonal positional relationship, strongly generated scattered light can be detected efficiently and a high S / S
N can detect scattered light.

【0045】本装置は、顕微鏡接眼鏡筒28と顕微鏡照
明鏡筒25を有しており、両者は対物レンズ19の上方
に配置されたハーフミラープリズム30によって対物レ
ンズ19と光学的に結合されており、顕微鏡接眼鏡筒2
8は対物レンズ19と共働して光学顕微鏡を構成し、顕
微鏡照明鏡筒25は対物レンズ19と共働して照明光学
系を構成する。光学顕微鏡は、試料1の様々な光学的観
察に利用される他に、試料1の観察箇所の特定、観察箇
所への探針102の位置合わせ、変位センサーのレーザ
ー光のカンチレバー101への照射位置の確認に利用さ
れる。なお、観察場所の特定、変位センサー用レーザー
光の照射位置の確認ができれば、実体顕微鏡、ルーペ、
電子顕微鏡など、他の手段が用いられてもよい。
This device has a microscope eyepiece tube 28 and a microscope illumination lens tube 25, both of which are optically coupled to the objective lens 19 by a half mirror prism 30 arranged above the objective lens 19. Yes, microscope eyepiece tube 2
Numeral 8 cooperates with the objective lens 19 to form an optical microscope, and a microscope illumination lens barrel 25 cooperates with the objective lens 19 to form an illumination optical system. The optical microscope is used not only for various optical observations of the sample 1 but also for specifying an observation position of the sample 1, positioning the probe 102 at the observation position, and irradiating the cantilever 101 with laser light from the displacement sensor. Used for confirmation. In addition, if the observation place can be specified and the irradiation position of the laser beam for the displacement sensor can be confirmed, the stereo microscope, loupe,
Other means such as an electron microscope may be used.

【0046】顕微鏡接眼鏡筒28には、画像を取得する
ためのCCDカメラ32が取り付けられており、CCD
カメラ32に取得された画像はCCDカメラコントロー
ルユニット33に送られモニターテレビ34に表示され
る。顕微鏡照明鏡筒25は光ファイバー26を介して照
明光源27に接続されている。
The microscope eyepiece tube 28 is provided with a CCD camera 32 for acquiring an image.
The image acquired by the camera 32 is sent to the CCD camera control unit 33 and displayed on the monitor television 34. The microscope illumination lens barrel 25 is connected to an illumination light source 27 via an optical fiber 26.

【0047】照明光源27で発せられた照明光は、光フ
ァイバー26、顕微鏡照明鏡筒25、レンズ31、ハー
フミラープリズム30、対物レンズ19を経由して、試
料1に照射される。試料1からの光は、対物レンズ1
9、ハーフミラープリズム30、レンズ31、ハーフミ
ラープリズム370、ミラープリズム371を経由し
て、接眼顕微鏡鏡筒28に入射し、CCDカメラ32の
受光面に結像される。CCDカメラ32が取得した画像
はモニターテレビ34に表示される。
The illumination light emitted from the illumination light source 27 is applied to the sample 1 via the optical fiber 26, the microscope illumination lens barrel 25, the lens 31, the half mirror prism 30, and the objective lens 19. The light from the sample 1 is
9. The light enters the eyepiece microscope lens barrel 28 via the half mirror prism 30, the lens 31, the half mirror prism 370, and the mirror prism 371, and is imaged on the light receiving surface of the CCD camera 32. The image acquired by the CCD camera 32 is displayed on a monitor television 34.

【0048】本装置では、SNOM測定と同時にAFM
測定が行なわれる。つまり、一回の走査の間にSNOM
情報の取得とAFM情報の取得が行なわれる。AFM測
定は、探針先端と試料表面の間のZ制御の仕方によって
色々なモードがある。例えば、探針が試料表面に垂直な
方向に振動するように、カンチレバーに微小な振動を与
えるダイナミックモードや、カンチレバーを静的な姿勢
に支持し、探針を試料に接触させるコンタクトモードな
どがある。
In this apparatus, the AFM is simultaneously performed with the SNOM measurement.
A measurement is made. In other words, SNOM during one scan
Information acquisition and AFM information acquisition are performed. AFM measurement has various modes depending on the manner of Z control between the tip of the probe and the sample surface. For example, there are a dynamic mode in which a micro vibration is applied to the cantilever so that the probe vibrates in a direction perpendicular to the sample surface, and a contact mode in which the probe is brought into contact with the sample by supporting the cantilever in a static posture. .

【0049】ダイナミックモードでは、超音波振動子7
95を用いて、カンチレバー101の先端部に設けられ
た探針102が、試料1の表面にほぼ垂直な方向に一定
の振幅で振動するように、カンチレバーチップ100が
振動される。探針102が試料1の表面に十分に(すな
わち原子間力が作用する距離まで)近づけられると、探
針102の振動振幅は減衰する。この減衰した探針10
2の振動振幅を一定に保つようにZ制御(すなわち探針
−試料間距離を制御)しながら、探針102がXY走査
される。
In the dynamic mode, the ultrasonic vibrator 7
95, the cantilever tip 100 is vibrated so that the probe 102 provided at the tip of the cantilever 101 vibrates at a constant amplitude in a direction substantially perpendicular to the surface of the sample 1. When the probe 102 is sufficiently brought close to the surface of the sample 1 (that is, to a distance where an atomic force acts), the vibration amplitude of the probe 102 is attenuated. This attenuated probe 10
The probe 102 is subjected to XY scanning while performing Z control (that is, controlling the distance between the probe and the sample) so as to keep the vibration amplitude of No. 2 constant.

【0050】一方、コンタクトモードでは、探針102
が試料1の表面に十分に(すなわち原子間力が作用する
距離まで)近づけられ(あるいは接触され)る。このと
き、試料−探針間に発生する引力または斥力により、カ
ンチレバー101が弾性変形し、探針102がZ方向に
変位する。この探針102の変位を一定に保つようにZ
制御(すなわち探針−試料間距離を制御)しながら、探針
102がXY走査される。
On the other hand, in the contact mode, the probe 102
Is sufficiently brought close to (or brought into contact with) the surface of the sample 1 (that is, to the distance where the atomic force acts). At this time, the cantilever 101 is elastically deformed by the attraction or repulsion generated between the sample and the probe, and the probe 102 is displaced in the Z direction. In order to keep the displacement of the probe 102 constant, Z
The probe 102 is scanned in XY while controlling (that is, controlling the distance between the probe and the sample).

【0051】探針102が試料表面を横切って走査され
る間、探針先端と試料表面の間のZ制御が行なわれる。
このZ制御は、変位センサーの信号に応じて制御回路9
によってZ方向の位置に関する制御信号を生成し、これ
に基づいてスキャナ駆動回路10により圧電チューブス
キャナ6を制御することで行なわれる。走査の間、Z制
御のために制御回路9から発生される制御信号はAFM
情報としてコンピューター11に取り込まれ、その内部
で生成されるXY走査信号と合わせて処理される。これ
により、試料表面の凹凸を表現するAFM像が形成され
る。また、走査の間、光電子増倍管22からの出力信号
はSNOM情報(近接場情報)としてコンピューター11
に取り込まれ、その内部で生成されるXY走査信号と合
わせて処理される。これにより、試料表面の光学情報を
表現するSNOM像が形成される。AFM像とSNOM
像はモニター12に一緒に表示される。
While the probe 102 is scanned across the surface of the sample, Z control between the tip of the probe and the surface of the sample is performed.
This Z control is performed by the control circuit 9 according to the signal of the displacement sensor.
The control signal is generated by controlling the piezoelectric tube scanner 6 by the scanner drive circuit 10 based on the control signal. During scanning, the control signal generated from the control circuit 9 for Z control is AFM.
The information is taken into the computer 11 as information, and processed together with the XY scanning signal generated therein. As a result, an AFM image expressing irregularities on the sample surface is formed. During scanning, the output signal from the photomultiplier tube 22 is converted into SNOM information (near field information) by the computer 11.
And processed together with the XY scanning signal generated therein. As a result, an SNOM image expressing optical information on the sample surface is formed. AFM image and SNOM
The images are displayed together on the monitor 12.

【0052】また、ダイナミックモードでは、受信した
散乱光強度信号をカンチレバーの振動に同期したロック
インアンプに通して散乱光強度の振幅を画像化すること
もできる。また、図7に示されるように、複数の角度成
分の信号を検出し、コンピューターで演算処理し、その
結果を画像化することにより角度依存性強調イメージを
得ることもできる。
In the dynamic mode, the amplitude of the scattered light intensity can be imaged by passing the received scattered light intensity signal through a lock-in amplifier synchronized with the vibration of the cantilever. In addition, as shown in FIG. 7, it is also possible to obtain an angle-dependent emphasized image by detecting signals of a plurality of angle components, performing arithmetic processing by a computer, and imaging the result.

【0053】上述したように、光発生手段によって試料
表面に入射された光は、探針102によって散乱され
る。正確には、図2に示されるカンチレバーチップでは
探針102の先端によって、また図3または図4に示さ
れるカンチレバーチップでは探針基部105または10
7の先に設けられた散乱体106または108によって
散乱される。以下の説明では、実際に散乱体として機能
する探針102の先端および散乱体106と108を総
称して単に散乱体と記す。この散乱は実質的にMie散
乱とみなすことができ、その強度効率は、散乱体の大き
さと屈折率、入射光の波長に大きく依存する。
As described above, the light incident on the sample surface by the light generating means is scattered by the probe 102. Precisely, the tip of the probe 102 in the cantilever tip shown in FIG. 2 and the probe base 105 or 10 in the cantilever tip shown in FIG.
The light is scattered by the scatterer 106 or 108 provided at the end of 7. In the following description, the tip of the probe 102 and the scatterers 106 and 108 that actually function as scatterers will be simply referred to as scatterers. This scattering can be substantially regarded as Mie scattering, and the intensity efficiency greatly depends on the size and refractive index of the scatterer and the wavelength of the incident light.

【0054】このことを金粒子の散乱体を例にあげて説
明する。いま金粒子の直径が無限小であると仮定する
と、一定の強度の入射光のもとで、散乱光強度の波長依
存性は図8のようになることが知られている。散乱光強
度がピークをもつのは、プラズモン共鳴を起こすためで
ある。このグラフからわかるように、直径が無限小の金
粒子による散乱では、その散乱効率は入射光の波長がお
よそ550nmの場合に最大になる。
This will be described using a scatterer of gold particles as an example. Assuming now that the diameter of the gold particle is infinitesimal, it is known that the wavelength dependence of the scattered light intensity becomes as shown in FIG. 8 under the incident light having a constant intensity. The scattered light intensity has a peak because plasmon resonance occurs. As can be seen from this graph, the scattering efficiency of gold particles having an infinitesimal diameter is maximized when the wavelength of the incident light is about 550 nm.

【0055】また、このピークを与える入射光の波長す
なわちプラズモン共鳴波長は、金粒子の大きさの変化に
応じて変化する。図9〜図14は、それぞれ、直径が2
00nm,160nm,100nm,80nm,40n
m,10nmの金粒子による散乱光強度の波長依存性を
示している。これらのグラフからわかるように、プラズ
モン共鳴のピーク位置は金粒子の径が大きくなるに従っ
て長波長側にシフトする。金コロイド粒子を用いた実験
でも同様の結果が得られている。
The wavelength of the incident light giving this peak, that is, the plasmon resonance wavelength changes according to the change in the size of the gold particles. 9 to 14 each show a diameter of 2
00nm, 160nm, 100nm, 80nm, 40n
The wavelength dependence of the scattered light intensity due to m, 10 nm gold particles is shown. As can be seen from these graphs, the peak position of the plasmon resonance shifts to the longer wavelength side as the diameter of the gold particle increases. Similar results have been obtained in experiments using colloidal gold particles.

【0056】さらに、散乱体の屈折率が変わってもプラ
ズモン共鳴波長は変化する。図15〜図20は、それぞ
れ、直径が200nm,160nm,100nm,80
nm,40nm,10nmの銀粒子による散乱光強度の
波長依存性を示している。これらの図15〜図20のグ
ラフと図9〜図14のグラフを比較して分かるように、
銀粒子による散乱における散乱光強度の波長依存性は、
同じ直径の金粒子による散乱における散乱光強度の波長
依存性に比べて、プラズモン共鳴ピークが短波長側に位
置している。
Further, even if the refractive index of the scatterer changes, the plasmon resonance wavelength changes. 15 to 20 show that the diameters are 200 nm, 160 nm, 100 nm, and 80 nm, respectively.
The wavelength dependence of the scattered light intensity due to silver particles of nm, 40 nm, and 10 nm is shown. As can be seen by comparing the graphs of FIGS. 15 to 20 and the graphs of FIGS. 9 to 14,
The wavelength dependence of the scattered light intensity in the scattering by silver particles is
The plasmon resonance peak is located on the short wavelength side as compared with the wavelength dependence of the scattered light intensity in the scattering by the gold particles having the same diameter.

【0057】以上の説明は金属微粒子を用いて行なった
が、プラズモン共鳴は、Mie散乱で扱える散乱体であ
れば、微粒子以外の形状であっても起こる。例えば、前
述の散乱体102,106,108による入射光の散乱
は、近似的にMie散乱で扱うことができるため、先の
説明からわかるように、探針の材料や先端径に応じた波
長でプラズモン共鳴が起きる。
Although the above description has been made using metal fine particles, plasmon resonance occurs even if the scatterer can be handled by Mie scattering, even if it has a shape other than fine particles. For example, the scattering of the incident light by the scatterers 102, 106, and 108 described above can be approximately handled by Mie scattering. Plasmon resonance occurs.

【0058】本発明では、散乱体102,106,10
8による散乱の際にプラズモン共鳴を発生させ、これに
より散乱効率の向上を図り、SNOM信号すなわち近接
場信号を高いS/Nで検出することを達成している。
In the present invention, the scatterers 102, 106, 10
In this case, plasmon resonance is generated at the time of scattering by the light emitting device 8, thereby improving the scattering efficiency and detecting the SNOM signal, that is, the near-field signal with high S / N.

【0059】以下、散乱体102,106,108によ
る散乱の際にプラズモン共鳴を発生させる具体的ないく
つかの手法について説明する。
Hereinafter, several specific methods for generating plasmon resonance during scattering by the scatterers 102, 106, and 108 will be described.

【0060】<第1の手法>第1の手法は、前述の光発
生手段において、レーザー光源13に波長可変の光源を
用い、散乱体102,106,108に応じて、プラズ
モン共鳴が発生するように、波長の光を選択することで
ある。このような波長可変の光源としては、例えば、波
長可変の色素レーザーやチタンサファイアレーザーや半
導体レーザーなどがあげられる。
<First Method> In the first method, plasmon resonance is generated according to the scatterers 102, 106 and 108 by using a variable wavelength light source as the laser light source 13 in the above-mentioned light generating means. Second, light of a wavelength is selected. Examples of such a variable wavelength light source include a variable wavelength dye laser, a titanium sapphire laser, and a semiconductor laser.

【0061】本手法では、プラズモン共鳴が発生する波
長の光を用いることにより、散乱効率が最大化される。
その結果、信号強度の改善により達成される最も良好な
S/Nで近接場信号が検出される。
In this method, the scattering efficiency is maximized by using light having a wavelength at which plasmon resonance occurs.
As a result, a near-field signal is detected with the best S / N achieved by improving the signal strength.

【0062】<第2の手法>第2の手法は、光発生手段
のレーザー光源13の波長に応じて、プラズモン共鳴が
発生するように、散乱体102,106,108の大き
さを選ぶことである。この場合、光発生手段のレーザー
光源13は波長可変である必要はなく、従って、レーザ
ー光源13にはシングルライン発振のArレーザーなど
を用いてもよい。もしくは、レーザー光源13にマルチ
ライン発振のArレーザーを使用し、周波数選択ライン
フィルターで単一波長を選択してもよい。この構成で
は、発振線の波長がいくつかある(例えばマルチライン
発振のArレーザーでは514.5nm,488nm,
459nmのメインの発振線のほか、弱い発振線がいく
つもある)ので、プラズモン共鳴する散乱体のとりうる
大きさが、波長の分だけ広がることになる。
<Second Technique> A second technique is to select the sizes of the scatterers 102, 106, and 108 so that plasmon resonance is generated according to the wavelength of the laser light source 13 of the light generating means. is there. In this case, the wavelength of the laser light source 13 of the light generating means does not need to be variable, and therefore, a single-line oscillation Ar laser may be used as the laser light source 13. Alternatively, a multi-line oscillation Ar laser may be used as the laser light source 13, and a single wavelength may be selected by a frequency selection line filter. In this configuration, there are several wavelengths of the oscillation line (for example, 514.5 nm, 488 nm,
Since there are many weak oscillation lines in addition to the main oscillation line of 459 nm), the size of the plasmon-resonant scatterer increases by the wavelength.

【0063】本手法では、波長に応じてプラズモン共鳴
が発生する散乱体の大きさを選ぶことにより、散乱効率
が最大化される。その結果、信号強度の改善により達成
される最も良好なS/Nで近接場信号が検出される。
In this method, the scattering efficiency is maximized by selecting the size of the scatterer that generates plasmon resonance according to the wavelength. As a result, a near-field signal is detected with the best S / N achieved by improving the signal strength.

【0064】<第3の手法>第3の手法は、光発生手段
のレーザー光源13の波長に応じて、プラズモン共鳴が
発生するように、散乱体102,106,108の屈折
率を選ぶことである。この場合、光発生手段のレーザー
光源13は波長可変である必要はなく、従って、レーザ
ー光源13にはシングルライン発振のArレーザーなど
を用いてもよい。もしくは、レーザー光源13にマルチ
ライン発振のArレーザーを使用し、周波数選択ライン
フィルターで単一波長を選択してもよい。この構成で
は、発振線の波長がいくつかある(例えばマルチライン
発振のArレーザーでは514.5nm,488nm,
459nmのメインの発振線のほか、弱い発振線がいく
つもある)ので、プラズモン共鳴する散乱体のとりうる
屈折率が、波長の分だけ広がることになる。
<Third Method> A third method is to select the refractive indices of the scatterers 102, 106 and 108 according to the wavelength of the laser light source 13 of the light generating means so that plasmon resonance is generated. is there. In this case, the wavelength of the laser light source 13 of the light generating means does not need to be variable, and therefore, a single-line oscillation Ar laser may be used as the laser light source 13. Alternatively, a multi-line oscillation Ar laser may be used as the laser light source 13, and a single wavelength may be selected by a frequency selection line filter. In this configuration, there are several wavelengths of the oscillation line (for example, 514.5 nm, 488 nm,
In addition to the main oscillation line of 459 nm, there are many weak oscillation lines), so that the refractive index that the plasmon-resonant scatterer can take becomes wider by the wavelength.

【0065】本手法では、波長に応じてプラズモン共鳴
が発生する散乱体の屈折率を選ぶことにより、散乱効率
が最大化される。その結果、信号強度の改善により達成
される最も良好なS/Nで近接場信号が検出される。
In the present method, the scattering efficiency is maximized by selecting the refractive index of the scatterer that generates plasmon resonance according to the wavelength. As a result, a near-field signal is detected with the best S / N achieved by improving the signal strength.

【0066】<第4の手法>第4の手法は、前述の光発
生手段において、レーザー光源13に波長可変の色素レ
ーザーやチタンサファイアレーザーや半導体レーザーな
どを用い、試料測定に必要な波長を選択するとともに、
この選択した波長に応じて、プラズモン共鳴が発生する
ように、散乱体102,106,108の大きさまたは
屈折率を選ぶことである。
<Fourth Method> In a fourth method, a wavelength required for sample measurement is selected by using a wavelength-variable dye laser, a titanium sapphire laser, a semiconductor laser, or the like as the laser light source 13 in the above-described light generating means. Along with
The size or refractive index of the scatterers 102, 106 and 108 is selected so that plasmon resonance is generated according to the selected wavelength.

【0067】本手法では、試料の測定に必要な波長を選
択し、その選択した波長においてもプラズモン共鳴が発
生するように、散乱体の大きさまたは屈折率を選ぶこと
により、散乱効率が最大化される。その結果、試料測定
に好適な波長の光を用いながら、信号強度の改善により
達成される最も良好なS/Nで近接場信号が検出され
る。
In this method, the wavelength required for the measurement of the sample is selected, and the scattering efficiency is maximized by selecting the size or the refractive index of the scatterer so that plasmon resonance is generated even at the selected wavelength. Is done. As a result, a near-field signal is detected with the best S / N achieved by improving the signal intensity while using light having a wavelength suitable for sample measurement.

【0068】<第5の手法>第5の手法は、前述の光発
生手段において、レーザー光源13に波長可変の色素レ
ーザーやチタンサファイアレーザーや半導体レーザーな
どを用い、試料測定に必要な波長を選択するとともに、
測定に必要な分解能に応じて散乱体102,106,1
08の先端径を選び、さらに選択した波長と散乱体の先
端径に応じて、プラズモン共鳴が発生するように、散乱
体102,106,108の屈折率を選ぶことである。
<Fifth Method> In the fifth method, the wavelength required for sample measurement is selected by using a wavelength-variable dye laser, titanium sapphire laser, semiconductor laser, or the like as the laser light source 13 in the above-described light generating means. Along with
Scatterers 102, 106, 1 according to the resolution required for measurement
08, and the refractive indices of the scatterers 102, 106, and 108 are selected according to the selected wavelength and the scatterer tip diameter so that plasmon resonance is generated.

【0069】本手法では、試料の測定に必要な波長を選
択し、測定に必要な分解能に応じて散乱体の先端径を選
び、選択した波長と散乱体の先端径においてもプラズモ
ン共鳴が発生するように、散乱体の屈折率を選ぶことに
より、散乱効率が最大化される。その結果、試料測定に
好適な波長の光を用いながら、試料測定に必要な分解能
により、信号強度の改善により達成される最も良好なS
/Nで近接場信号が検出される。
In this method, the wavelength required for the measurement of the sample is selected, the tip diameter of the scatterer is selected according to the resolution required for the measurement, and plasmon resonance occurs at the selected wavelength and the tip diameter of the scatterer. Thus, by choosing the refractive index of the scatterer, the scattering efficiency is maximized. As a result, while using light having a wavelength suitable for sample measurement, the best S achieved by improving the signal intensity is achieved by the resolution required for sample measurement.
/ N detects a near-field signal.

【0070】本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれ
るすべての実施を含む。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes all embodiments carried out without departing from the gist thereof.

【0071】本発明による走査型近接場光顕微鏡は以下
のように言うことができる。
The scanning near-field light microscope according to the present invention can be described as follows.

【0072】1 試料表面に光を入射する入射手段と、
波長以下の大きさの先端を持ち、該先端が該試料に近接
して設置され、該入射光を該先端で散乱させる探針と、
散乱光を検出する光検出手段と、該探針または探針の支
持部材の変位を検出する変位検出手段と、試料と探針を
相対的に走査する走査手段と、該変位検出手段からの信
号をもとに探針と試料間の距離または探針圧を制御する
ための制御手段と、信号取込み手段と、画像化手段とを
有する走査型近接場光顕微鏡であって、該入射光は探針
先端で発生する該散乱光がプラズモン共鳴するような波
長であることを特徴とする。
(1) an incident means for incident light on the sample surface;
A probe having a tip having a size equal to or smaller than the wavelength, the tip being set close to the sample, and scattering the incident light at the tip;
Light detection means for detecting scattered light, displacement detection means for detecting displacement of the probe or the support member of the probe, scanning means for relatively scanning the sample and the probe, and signals from the displacement detection means A scanning near-field light microscope having control means for controlling the distance or the probe pressure between the probe and the sample, signal acquisition means, and imaging means based on the incident light. The scattered light generated at the tip of the needle has a wavelength that causes plasmon resonance.

【0073】2 試料表面に光を入射する入射手段と、
波長以下の大きさの先端を持ち、該先端が該試料に近接
して設置され、該入射光を該先端で散乱させる探針と、
散乱光を検出する光検出手段と、該探針または探針の支
持部材の変位を検出する変位検出手段と、試料と探針を
相対的に走査する走査手段と、該変位検出手段からの信
号をもとに探針と試料間の距離または探針圧を制御する
ための制御手段と、信号取込み手段と、画像化手段とを
有する走査型近接場光顕微鏡であって、該探針は該入射
光によって発生する該散乱光がプラズモン共鳴するよう
な先端径であることを特徴とする。
(2) an inputting means for inputting light to the sample surface;
A probe having a tip having a size equal to or smaller than the wavelength, the tip being set close to the sample, and scattering the incident light at the tip;
Light detection means for detecting scattered light, displacement detection means for detecting displacement of the probe or the support member of the probe, scanning means for relatively scanning the sample and the probe, and signals from the displacement detection means A scanning near-field optical microscope having control means for controlling the distance or the probe pressure between the probe and the sample based on the signal, a signal capturing means, and an imaging means, wherein the probe is The scattered light generated by the incident light has a tip diameter such that plasmon resonance occurs.

【0074】3 試料表面に光を入射する入射手段と、
波長以下の大きさの先端を持ち、該先端が該試料に近接
して設置され、該入射光を該先端で散乱させる探針と、
散乱光を検出する光検出手段と、該探針または探針の支
持部材の変位を検出する変位検出手段と、試料と探針を
相対的に走査する走査手段と、該変位検出手段からの信
号をもとに探針と試料間の距離または探針圧を制御する
ための制御手段と、信号取込み手段と、画像化手段とを
有する走査型近接場光顕微鏡であって、該探針は該入射
光によって発生する該散乱光がプラズモン共鳴するよう
な屈折率であることを特徴とする走査型近接場光顕微
鏡。
(3) Incident means for impinging light on the sample surface;
A probe having a tip having a size equal to or smaller than the wavelength, the tip being set close to the sample, and scattering the incident light at the tip;
Light detection means for detecting scattered light, displacement detection means for detecting displacement of the probe or the support member of the probe, scanning means for relatively scanning the sample and the probe, and signals from the displacement detection means A scanning near-field optical microscope having control means for controlling the distance or the probe pressure between the probe and the sample based on the signal, a signal capturing means, and an imaging means, wherein the probe is A scanning near-field optical microscope, wherein the scattered light generated by the incident light has a refractive index such that plasmon resonance occurs.

【0075】4 試料表面に光を入射する入射手段と、
波長以下の大きさの先端を持ち、該先端が該試料に近接
して設置され、該入射光を該先端で散乱させる探針と、
散乱光を検出する光検出手段と、該探針または探針の支
持部材の変位を検出する変位検出手段と、試料と探針を
相対的に走査する走査手段と、該変位検出手段からの信
号をもとに探針と試料間の距離または探針圧を制御する
ための制御手段と、信号取込み手段と、画像化手段とを
有する走査型近接場光顕微鏡であって、観察対象に必要
な波長でプラズモン共鳴するような探針を有することを
特徴とする。
(4) Incident means for impinging light on the sample surface;
A probe having a tip having a size equal to or smaller than the wavelength, the tip being set close to the sample, and scattering the incident light at the tip;
Light detection means for detecting scattered light, displacement detection means for detecting displacement of the probe or the support member of the probe, scanning means for relatively scanning the sample and the probe, and signals from the displacement detection means A scanning near-field optical microscope having a control means for controlling the distance or the probe pressure between the probe and the sample based on the signal, a signal acquisition means, and an imaging means. It is characterized by having a probe that causes plasmon resonance at a wavelength.

【0076】5 試料表面に光を入射する入射手段と、
波長以下の大きさの先端を持ち、該先端が該試料に近接
して設置され、該入射光を該先端で散乱させる探針と、
散乱光を検出する光検出手段と、該探針または探針の支
持部材の変位を検出する変位検出手段と、試料と探針を
相対的に走査する走査手段と、該変位検出手段からの信
号をもとに探針と試料間の距離または探針圧を制御する
ための制御手段と、信号取込み手段と、画像化手段とを
有する走査型近接場光顕微鏡であって、観察対象に必要
な波長と探針先端径を有し、しかも探針先端で散乱光が
プラズモン共鳴することを特徴とする。
(5) Incident means for impinging light on the sample surface;
A probe having a tip having a size equal to or smaller than the wavelength, the tip being set close to the sample, and scattering the incident light at the tip;
Light detection means for detecting scattered light, displacement detection means for detecting displacement of the probe or the support member of the probe, scanning means for relatively scanning the sample and the probe, and signals from the displacement detection means A scanning near-field optical microscope having a control means for controlling the distance or the probe pressure between the probe and the sample based on the signal, a signal acquisition means, and an imaging means. It has a wavelength and a probe tip diameter, and scattered light undergoes plasmon resonance at the probe tip.

【0077】[0077]

【発明の効果】本発明によれば、探針による散乱の際に
プラズモン共鳴を発生させることにより、散乱効率の向
上を図り、これにより近接場信号を良好なS/Nで検出
できる走査型近接場光顕微鏡が提供される。
According to the present invention, plasmon resonance is generated at the time of scattering by a probe, thereby improving the scattering efficiency, thereby enabling a near-field signal to be detected with good S / N. A field light microscope is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による散乱モード走査型近接場光顕微鏡
の全体の構成を模式的に示している。
FIG. 1 schematically shows the entire configuration of a scattering mode scanning near-field light microscope according to the present invention.

【図2】図1の走査型近接場光顕微鏡に用いられるカン
チレバーチップの斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view of a cantilever tip used in the scanning near-field light microscope of FIG.

【図3】図1の走査型近接場光顕微鏡に適用可能な別の
カンチレバーチップの斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of another cantilever chip applicable to the scanning near-field light microscope of FIG. 1;

【図4】図1の走査型近接場光顕微鏡に適用可能な更に
別のカンチレバーチップの斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view of still another cantilever tip applicable to the scanning near-field light microscope of FIG. 1;

【図5】図1に示される内部全反射プリズムの周辺の構
造体の斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view of a structure around a total internal reflection prism shown in FIG. 1;

【図6】平行レーザービームが伝搬光として試料に斜め
上方から照射される様子を示している。
FIG. 6 shows a state in which a parallel laser beam is applied to a sample from obliquely above as a propagation light.

【図7】角度依存性強調イメージを得るために用いられ
る散乱光検出鏡筒の構成例を示している。
FIG. 7 shows a configuration example of a scattered light detection lens barrel used to obtain an angle-dependent emphasized image.

【図8】直径が無限小の仮想的な様々な金属粒子による
散乱光強度の波長依存性を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the wavelength dependence of the scattered light intensity by various virtual metal particles having an infinitesimal diameter.

【図9】直径が200nmの金粒子による散乱光強度の
波長依存性を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the wavelength dependence of the intensity of light scattered by gold particles having a diameter of 200 nm.

【図10】直径が160nmの金粒子による散乱光強度
の波長依存性を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the wavelength dependence of the intensity of scattered light by a gold particle having a diameter of 160 nm.

【図11】直径が100nmの金粒子による散乱光強度
の波長依存性を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the wavelength dependence of the intensity of scattered light by a gold particle having a diameter of 100 nm.

【図12】直径が80nmの金粒子による散乱光強度の
波長依存性を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the wavelength dependence of the intensity of light scattered by gold particles having a diameter of 80 nm.

【図13】直径が40nmの金粒子による散乱光強度の
波長依存性を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the wavelength dependence of the intensity of light scattered by gold particles having a diameter of 40 nm.

【図14】直径が10nmの金粒子による散乱光強度の
波長依存性を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the wavelength dependence of the intensity of light scattered by gold particles having a diameter of 10 nm.

【図15】直径が200nmの銀粒子による散乱光強度
の波長依存性を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing the wavelength dependence of the intensity of light scattered by silver particles having a diameter of 200 nm.

【図16】直径が160nmの銀粒子による散乱光強度
の波長依存性を示すグラフである。
FIG. 16 is a graph showing the wavelength dependence of the intensity of light scattered by silver particles having a diameter of 160 nm.

【図17】直径が100nmの銀粒子による散乱光強度
の波長依存性を示すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing the wavelength dependence of the intensity of light scattered by silver particles having a diameter of 100 nm.

【図18】直径が80nmの銀粒子による散乱光強度の
波長依存性を示すグラフである。
FIG. 18 is a graph showing the wavelength dependence of the intensity of light scattered by silver particles having a diameter of 80 nm.

【図19】直径が40nmの銀粒子による散乱光強度の
波長依存性を示すグラフである。
FIG. 19 is a graph showing the wavelength dependence of the intensity of light scattered by silver particles having a diameter of 40 nm.

【図20】直径が10nmの銀粒子による散乱光強度の
波長依存性を示すグラフである。
FIG. 20 is a graph showing the wavelength dependence of the intensity of light scattered by silver particles having a diameter of 10 nm.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 内部全反射プリズム 6 圧電チューブスキャナー 7 半導体レーザー 8 二分割フォトディテクター 11 コンピューター 13 レーザー光源 19 対物レンズ 20 レンズ群 21 ピンホール 22 光電子増倍管 102 探針 222 散乱光検出鏡筒 3 Total Internal Reflection Prism 6 Piezoelectric Tube Scanner 7 Semiconductor Laser 8 Bipartite Photodetector 11 Computer 13 Laser Light Source 19 Objective Lens 20 Lens Group 21 Pinhole 22 Photomultiplier Tube 102 Probe 222 Scattered Light Detection Barrel

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料表面に光を入射させる入射手段と、
上記光の波長以下の大きさの先端を有し、この先端が上
記光の入射する試料表面に近接した位置に配設された、
この先端で上記光を散乱させる探針と、 上記散乱による散乱光を検出する光検出手段と、 上記試料と上記探針の先端を相対的に走査する走査手段
とを具備する近接場光顕微鏡において、 上記散乱においてプラズモン共鳴が発生するように構成
されていることを特徴とする近接場光顕微鏡。
1. An incident means for incident light on a sample surface,
A tip having a size equal to or smaller than the wavelength of the light, the tip is disposed at a position close to the sample surface on which the light is incident,
In a near-field optical microscope including a probe that scatters the light at the tip, a light detection unit that detects scattered light due to the scattering, and a scanning unit that relatively scans the sample and the tip of the probe. A near-field optical microscope, wherein plasmon resonance is generated in the scattering.
【請求項2】 試料表面に光を入射させる入射手段と、 上記光の波長以下の大きさの先端を有し、この先端が上
記光の入射する試料表面に近接した位置に配設された、
この先端で上記光を散乱させる探針と、 上記散乱による散乱光を検出する光検出手段と、 上記試料と上記探針の先端を相対的に走査する走査手段
とを具備する近接場光顕微鏡において、 上記光の波長、上記先端の屈折率、上記先端の大きさを
含む条件が、上記散乱においてプラズモン共鳴が発生す
る条件となっていることを特徴とする近接場光顕微鏡。
2. An incident means for injecting light onto a sample surface, and a tip having a size equal to or smaller than the wavelength of the light, wherein the tip is disposed at a position close to the sample surface on which the light is incident.
In a near-field optical microscope including a probe that scatters the light at the tip, a light detection unit that detects scattered light due to the scattering, and a scanning unit that relatively scans the sample and the tip of the probe. A near-field optical microscope, wherein conditions including the wavelength of the light, the refractive index of the tip, and the size of the tip are conditions under which plasmon resonance occurs in the scattering.
【請求項3】 試料と、この試料表面に近接した位置に
先端をもつ探針を相対的に走査するとともに、 上記先端に光を入射し、この光の上記先端での散乱によ
る散乱光を検出することにより、近接場光顕微鏡で試料
を観察する方法であり、 上記散乱においてプラズモン共鳴が発生することを特徴
とする近接場光顕微鏡による試料観察方法。
3. A sample and a probe having a tip at a position close to the surface of the sample are relatively scanned, light is incident on the tip, and scattered light due to scattering of the light at the tip is detected. A method of observing the sample with a near-field light microscope, wherein plasmon resonance occurs in the scattering.
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