[go: up one dir, main page]

JP2006215004A - Near-field light microscope, sample measurement method using near-field light - Google Patents

Near-field light microscope, sample measurement method using near-field light Download PDF

Info

Publication number
JP2006215004A
JP2006215004A JP2005031104A JP2005031104A JP2006215004A JP 2006215004 A JP2006215004 A JP 2006215004A JP 2005031104 A JP2005031104 A JP 2005031104A JP 2005031104 A JP2005031104 A JP 2005031104A JP 2006215004 A JP2006215004 A JP 2006215004A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
probe
field light
field
optical probe
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.)
Pending
Application number
JP2005031104A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahito Takada
将人 高田
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.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh 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 Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2005031104A priority Critical patent/JP2006215004A/en
Publication of JP2006215004A publication Critical patent/JP2006215004A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

【課題】 プローブの試料への衝突による破損を防ぎ、確実かつ短時間でプローブを試料に対して接近させることが可能な近接場光顕微鏡を提供する。
【解決手段】 近接場光プローブ2先端から試料までの距離を検出する距離検出手段31と、近接場光プローブ2の基準面位置情報に基づいて近接場光プローブ2と試料20を近接場光領域もしくはその近傍まで接近させる距離制御手段15とを備えた近接場光顕微鏡。
【選択図】 図3
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a near-field light microscope capable of preventing damage caused by collision of a probe with a sample and allowing the probe to approach the sample reliably and in a short time.
SOLUTION: Distance detection means 31 for detecting the distance from the tip of the near-field optical probe 2 to the sample, and the near-field optical probe 2 and the sample 20 based on the reference surface position information of the near-field optical probe 2 Alternatively, a near-field light microscope including distance control means 15 for approaching the vicinity thereof.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、走査型近接場光顕微鏡、近接場光による試料測定方法に関するものであり、特にその測定時間を短縮させ効率を高めると共に、プローブの破損を防止することでコスト高を招くことを回避することが可能で、例えばシリコンウェハーなど、形状再現性の高い試料を測定する場合に大きな効果が得られる技術に関する。   The present invention relates to a scanning near-field light microscope and a sample measurement method using near-field light. In particular, the measurement time is shortened to increase efficiency, and the probe is prevented from being damaged to avoid high cost. The present invention relates to a technique that can achieve a great effect when measuring a sample having high shape reproducibility, such as a silicon wafer.

物質表面の表面形状等の測定を行う際、光学顕微鏡では回折限界のため分解能は使用する光の波長もしくはその半分程度に留まってしまうことが知られている。しかし近年の科学技術の進歩に伴い、例えば半導体等の微細形状を有する製品の検査やDNA等の生体組織の測定に要求される分解能はナノメートルオーダーになっている。
このナノメートルオーダーの測定を可能とするものとして、原子間力顕微鏡(AFM)や走査型トンネル顕微鏡(STM)、そして前述の回折限界を打破した走査型近接場光顕微鏡(SNOM)などが挙げられる。これらナノメートルオーダーでの測定が可能な顕微鏡のうちAFMやSTMが被測定物の表面形状のみしか測定できないのに対し、SNOMはその光学特性、更には物質の組成分析も行えるメリットがある。
非特許文献1本文献において、水晶振動子(以下、TF)に接着されたプローブは、TFの共振周波数で加振されながら試料へと粗銅アクチュエータにより接近される。プローブと試料間の距離が数十nm以下になったとき、両者にシアフォースと呼ばれる力が働き、共振状態に変化が生じるので、両者が所望の距離となるよう微動アクチュエータに切り替えて駆動する。
この場合、シアフォースが働く領域までは接近速度を充分に遅くしなければプローブの停止が間に合わず、試料に衝突して破損してしまう。しかし、プローブと試料の初期間隔が例えば10μmであった場合、プローブを10nm/secでアプローチするとシアフォースが働くまでに約17分もかかってしまい、測定効率が非常に悪くなってしまう。誤って両者を衝突させてしまった場合、その交換は更に煩わしく、数十分以上の時間を要する。
次に、特許文献1には近接場顕微鏡の光プローブプローブを確実に保持すると共に、簡便に交換可能なユニットを提供することを目的として、プローブを挿入するための空隙部とプローブ保持部を締め付ける部材によって構成した技術が示されている。
しかし、プローブの長さは55mmと記述されるのみであり、保持部から先端までの長さ精度に関しては全く言及されていない。そのため、着脱が容易になることはあっても、その後のアプローチ作業の効率化に関しては考慮されていない。
更に、特許文献2には、プローブと試料間に電圧を印加することで静電気力を発生させ、この力を検出することでプローブ試料間距離の制御を行うものが知られている。しかし電圧を印加するため適用可能な試料の種類、範囲に制限がある。
“Piezoelectric tip - sample distance Control for near field optical microscopes” Khaled Karrai, et al pp.1842, Applied Physics Letters 66(14), 3 April 1995 特開平8−94652号公報 特開2001−4519公報
When measuring the surface shape of a substance surface, it is known that the resolution is limited to the wavelength of light used or about half of that due to the diffraction limit in an optical microscope. However, with the recent advancement of science and technology, the resolution required for the inspection of products having fine shapes such as semiconductors and the measurement of biological tissues such as DNA is on the order of nanometers.
Examples of devices capable of measuring in nanometer order include an atomic force microscope (AFM), a scanning tunneling microscope (STM), and a scanning near-field light microscope (SNOM) that breaks the diffraction limit described above. . Among these microscopes that can measure in nanometer order, AFM and STM can measure only the surface shape of the object to be measured, whereas SNOM has the merit that it can also analyze the optical properties and composition of the substance.
Non-Patent Document 1 In this document, a probe bonded to a crystal resonator (hereinafter referred to as TF) is brought close to a sample by a coarse copper actuator while being vibrated at a resonance frequency of TF. When the distance between the probe and the sample becomes several tens of nanometers or less, a force called shear force acts on both and changes in the resonance state. Therefore, the fine actuator is switched and driven so that both are at a desired distance.
In this case, unless the approach speed is sufficiently slowed down to the area where shear force works, the probe cannot be stopped in time, and it collides with the sample and is damaged. However, if the initial distance between the probe and the sample is 10 μm, for example, if the probe is approached at 10 nm / sec, it takes about 17 minutes for the shear force to work, and the measurement efficiency becomes very poor. If they accidentally collide with each other, the replacement is more troublesome and takes several tens of minutes or more.
Next, in Patent Document 1, the optical probe probe of the near-field microscope is securely held, and the gap portion for inserting the probe and the probe holding portion are tightened for the purpose of providing a unit that can be easily replaced. A technique constituted by members is shown.
However, the length of the probe is only described as 55 mm, and no reference is made to the length accuracy from the holding portion to the tip. For this reason, although the attachment / detachment may be easy, the efficiency of the subsequent approach work is not considered.
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228667 discloses a device that generates an electrostatic force by applying a voltage between the probe and the sample, and controls the distance between the probe and the sample by detecting this force. However, there is a limit to the type and range of samples that can be applied to apply voltage.
“Piezoelectric tip-sample distance Control for near field optical microscopes” Khaled Karrai, et al pp.1842, Applied Physics Letters 66 (14), 3 April 1995 JP-A-8-94652 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-4519

近接場光を利用した顕微鏡では、プローブ先端に設けられた微小開口径とほぼ同じ領域に近接場光が存在する。そのためプローブと試料をnmオーダーで接近させ、その状態を保ちながら相対的に走査しながら測定を行うこととなる。
つまり、測定に先駆けて、予めプローブと試料をアプローチさせなくてはいけないが、このときに両者を衝突させてしまうとプローブが破損し、所望の分解能が達成できなくなってしまう。プローブと試料間の距離は一般的にシアフォースと呼ばれるせん断応力を利用して検出する。すなわちプローブを横方向に振動させ、この振動状態をモニタリングする方法で検出している。
しかし、10nm程度まで接近させないと振動状態が変化しないため、非常にゆっくりとしたスピードで近付ける必要がある。そのため、プローブを近接場光測定が可能な位置までセットするために多大な時間が必要となってしまう問題がある。
CCDカメラでプローブと試料間の距離を観察し、ある程度の距離まで近付けた後にPZTなどの微動アクチュエータでアプローチする方法もあるが、高倍率な対物レンズを用いた場合には焦点深度が浅くなるため、CCDの観察を行うための調整時間も多く費やすことになってしまう。
上述のように、近接場光プローブと測定試料を近接場光領域まで接近させる工程は非常に煩わしいものであるにも関わらず、慎重さを要求されるものである。測定に要する時間が多くなってしまう大きな要因の1つもここにある。基準面からプローブ先端までの距離が明確なプローブユニットを用いた場合でも、取り付け誤差等によってはプローブが試料に衝突して破損してしまう場合も考えられる。
本発明の目的は、この欠点を鑑み、プローブの試料への衝突による破損を防ぎ、確実かつ短時間でプローブを試料に対して接近させることが可能な近接場光顕微鏡及び近接場光による試料測定方法を提供することである。
In a microscope using near-field light, near-field light exists in a region substantially the same as the minute aperture diameter provided at the probe tip. Therefore, the probe and the sample are brought close to each other on the order of nm, and measurement is performed while relatively scanning while maintaining the state.
That is, prior to the measurement, the probe and the sample must be approached in advance, but if they collide with each other at this time, the probe is damaged and the desired resolution cannot be achieved. The distance between the probe and the sample is generally detected using shear stress called shear force. That is, the probe is vibrated in the lateral direction, and this vibration state is detected by a monitoring method.
However, since the vibration state does not change unless approaching to about 10 nm, it is necessary to approach at a very slow speed. Therefore, there is a problem that it takes a lot of time to set the probe to a position where near-field light measurement is possible.
There is also a method of observing the distance between the probe and the sample with a CCD camera and approaching to a certain distance and then approaching with a fine movement actuator such as PZT. However, when a high-magnification objective lens is used, the depth of focus becomes shallow. Therefore, much adjustment time for observing the CCD is also consumed.
As described above, the process of bringing the near-field light probe and the measurement sample closer to the near-field light region is very troublesome, but requires carefulness. This is one of the major factors that increase the time required for measurement. Even when a probe unit with a clear distance from the reference surface to the probe tip is used, the probe may collide with the sample and be damaged depending on an attachment error or the like.
In view of this drawback, the object of the present invention is to provide a near-field light microscope capable of preventing damage due to collision of the probe with the sample and allowing the probe to approach the sample reliably and in a short time, and sample measurement using near-field light. Is to provide a method.

上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、近接場光プローブ先端から試料面までの距離に基づいて近接場光プローブの基準面位置情報を検出する距離検出手段と、該基準面位置情報に基づいて近接場光プローブと試料との位置関係を近接場光領域もしくはその近傍まで接近させる距離制御手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1において、前記試料面の位置を検出する試料面位置検出手段を有し、前記距離制御手段が、試料位置情報に基づいて前記近接場光プローブと試料との位置関係を近接場光領域もしくはその近傍まで接近させることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1または2において、前記試料に対する前記近接場光プローブの傾きを検出する傾き検出手段を有し、前記距離制御手段が、傾き情報に基づいて該近接場光プローブと試料との位置関係を近接場光領域もしくはその近傍まで接近させることを特徴とする。
請求項4の発明は、近接場光プローブユニット基準面からプローブ先端までの長さが既知もしくは一定である近接場光プローブ先端に近接場光を発生させる第1の工程と、試料に対して近接場光プローブユニットを近接場光領域近傍までアプローチさせる第2の工程と、前記試料によって散乱された近接場光を検出する第3の工程と、前記プローブを試料平面に対して相対的に走査しながら該第3の工程を繰り返し行う第4の工程と、前記基準面の位置を検出する第5の工程と、を有し、前記第2の工程が、前記第5の工程によって検出された位置情報に基づいて近接場光プローブユニットを試料に対してアプローチする工程であることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項4において、前記試料面の位置を検出する第6の工程を有し、前記第2の工程が、前記第5及び第6の工程によって得られた位置情報に基づき、試料に対して近接場光プローブユニットをアプローチする工程であることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項4、5において、前記近接場光プローブユニットと前記試料の傾きを検出する第7の工程を有し、前記第2の工程が、前記第5〜7の工程によって得られた位置、傾き情報に基づき、試料に対して近接場光プローブユニットをアプローチする工程であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 includes a distance detecting means for detecting reference surface position information of the near-field optical probe based on a distance from the tip of the near-field optical probe to the sample surface, and the reference surface. And distance control means for bringing the near field light probe and the sample closer to the near field light region or the vicinity thereof based on the position information.
A second aspect of the present invention is the method according to the first aspect, further comprising sample surface position detecting means for detecting the position of the sample surface, wherein the distance control means is configured to detect the distance between the near-field optical probe and the sample based on the sample position information. The positional relationship is made close to the near-field light region or the vicinity thereof.
A third aspect of the present invention is the method according to the first or second aspect, further comprising tilt detecting means for detecting the tilt of the near-field optical probe with respect to the sample, wherein the distance control means is configured to detect the near-field optical probe based on tilt information. And the sample are brought close to the near-field light region or the vicinity thereof.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a first step of generating near-field light at the tip of the near-field light probe having a known or constant length from the reference surface of the near-field light probe unit to the probe tip, and the proximity to the sample A second step of approaching the field light probe unit to the vicinity of the near-field light region; a third step of detecting near-field light scattered by the sample; and scanning the probe relative to the sample plane. However, it has the 4th process which repeats this 3rd process, and the 5th process which detects the position of the above-mentioned reference plane, and the 2nd process is a position detected by the 5th process. It is a step of approaching the near-field optical probe unit to the sample based on the information.
The invention of claim 5 has a sixth step of detecting the position of the sample surface in claim 4, wherein the second step is based on the position information obtained by the fifth and sixth steps. Based on this, it is a step of approaching the near-field optical probe unit to the sample.
The invention of claim 6 has the seventh step of detecting tilts of the near-field optical probe unit and the sample in claims 4 and 5, wherein the second step is the fifth to seventh steps. This is a step of approaching the sample with the near-field optical probe unit based on the position and tilt information obtained by the above.

本発明によれば、プローブユニットの取り付け状態に関わらず、試料との接触等によってプローブを破損することなく迅速に両者を近接場光領域に接近させることが可能となり、測定時間の短縮や測定作業の効率化を達成することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to quickly bring both of them closer to the near-field light region without damaging the probe due to contact with the sample or the like regardless of the mounting state of the probe unit. It becomes possible to achieve efficiency improvement.

以下、本発明の各実施例を図面に従って説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1に、一般的な近接場光顕微鏡の構成図を示す。
光源(LD)1から照射されたレーザはレンズ(不図示)によって集光され近接場プローブ(光ファイバ)2に導光される。プローブ2の先端はエッチング等によって先鋭化され、FIBや押し付け法などの手段によって先端に微小開口3が形成されているため、近接場光4が発生する。
一般に知られている通り、この近接場光4は開口径とほぼ同じだけの距離内に存在する非伝播光であり、通常は観察されない。しかし、チューブスキャナ15上に載置された試料20をこの近接場光領域に近接させると近接場光4が散乱され伝播光に変換される。この散乱光が再びプローブ2を通り、ビームスプリッタ8によって偏向され、光検出器(PMT)9によって検知される。
この検知された光の強度や周波数スペクトルに応じて、例えばその表面形状であるとか試料の構造、組成を測定することが可能となる。近接場散乱光の検出に関して、本例ではプローブ2に戻ってくる光を検出しているが、プローブ2に戻らず周囲に散乱していく光もあるので、試料や測定環境に応じてこの光を検出しても良い。
プローブ−試料間の距離制御は、シアフォースと呼ばれる力を利用して行うことができる。例えばプローブ2の適所に水晶振動子(TF)5を取り付け、任意波形発生器(FG)11によって水平方向に共振させる。この状態でプローブ2を試料に近付けるとシアフォースによってその振幅が減少し、共振周波数が変化する。
ロックインアンプ12を用いてこの振動状態をモニタリングし、一定の状態となるようチューブスキャナ(距離制御手段)15を上下方向に位置制御することで、プローブと試料との間の距離を一定に保つことが可能となる。更に試料をプローブ2に対して垂直な面内で走査・測定し、プローブ位置情報と各地点での近接場散乱光情報の対応付けや解析を、PC10(距離制御手段)を用いて統括的にコントロールすることで試料面のデータが得られ、例えばPC10の画面上に3次元的に表示することも可能である。図1において、符号6はプローブ固定治具、7はプローブユニット取り付け面(基準面)、13はステージコントローラ(SC、距離制御手段)、14は粗動Zステージを示す。
FIG. 1 shows a configuration diagram of a general near-field light microscope.
The laser emitted from the light source (LD) 1 is collected by a lens (not shown) and guided to a near-field probe (optical fiber) 2. Since the tip of the probe 2 is sharpened by etching or the like, and the minute opening 3 is formed at the tip by means such as FIB or pressing method, the near-field light 4 is generated.
As is generally known, the near-field light 4 is non-propagating light existing within a distance that is approximately the same as the aperture diameter, and is not usually observed. However, when the sample 20 placed on the tube scanner 15 is brought close to the near-field light region, the near-field light 4 is scattered and converted into propagating light. This scattered light again passes through the probe 2, is deflected by the beam splitter 8, and is detected by the photodetector (PMT) 9.
Depending on the detected light intensity and frequency spectrum, for example, the surface shape, the structure and composition of the sample can be measured. Regarding the detection of the near-field scattered light, in this example, the light returning to the probe 2 is detected. However, since there is also light that does not return to the probe 2 but scatters to the surroundings, this light depends on the sample and the measurement environment. May be detected.
The distance between the probe and the sample can be controlled using a force called shear force. For example, a crystal resonator (TF) 5 is attached to an appropriate position of the probe 2 and resonated in the horizontal direction by an arbitrary waveform generator (FG) 11. When the probe 2 is brought close to the sample in this state, the amplitude is reduced by the shear force, and the resonance frequency is changed.
The vibration state is monitored using the lock-in amplifier 12, and the distance between the probe and the sample is kept constant by controlling the position of the tube scanner (distance control means) 15 in the vertical direction so as to be in a constant state. It becomes possible. Further, the sample is scanned and measured in a plane perpendicular to the probe 2, and the correspondence and analysis of the probe position information and the near-field scattered light information at each point are comprehensively performed using the PC 10 (distance control means). By controlling, the data of the sample surface can be obtained, and for example, it can be displayed three-dimensionally on the screen of the PC 10. In FIG. 1, reference numeral 6 denotes a probe fixing jig, 7 denotes a probe unit mounting surface (reference surface), 13 denotes a stage controller (SC, distance control means), and 14 denotes a coarse movement Z stage.

このような近接場光顕微鏡において、ネックとなっているのがプローブ2先端と試料とのアプローチである。シアフォースによって検出できるプローブ先端と試料間の距離(シアフォース領域)は一般に10nm程度とされている。この微小なエリアまでプローブ2を近付けなくてはいけないのだが、高速で近付けた場合、シアフォースを検知してからステージに停止命令を送ったとしても制御系のオーバーシュート等によってプローブ2が試料に衝突し破損してしまう。
この破損を防ぐために低速でアプローチした場合、シアフォース領域に到達するのに多大な時間がかかってしまう。例えば100μm離れた場所から10nm/secで近付けた場合、シアフォース領域まで達するのに約3時間かかってしまう。
CCDカメラを用いて初期位置をより近い状態にするとしても、
・せいぜい数μm程度の領域までしか近付けられない
・間隔を精度よく把握するために高倍率の対物レンズを使用するとその調整時間が増大する
といった欠点が生じてしまう。
図2に示すように、近接場光プローブ固定治具6の基準面6aからプローブ先端までの距離(A)が明確な近接場光プローブユニットを実現することでプローブ2をアプローチさせるべき距離を明確とし、上記欠点を克服する装置や方法もある。しかし、プローブユニットを設置したときに発生する取り付け誤差などによって距離が変化してしまう場合もあるため、このような状況に対処する装置、方法を図3及び図6のフローチャートを用いて説明する。
In such a near-field light microscope, an approach between the tip of the probe 2 and the sample is a bottleneck. The distance (shear force region) between the probe tip and the sample that can be detected by shear force is generally about 10 nm. The probe 2 must be brought close to this small area, but if it is approached at high speed, even if a stop command is sent to the stage after detecting the shear force, the probe 2 is moved to the sample by overshooting of the control system. It crashes and breaks.
When approaching at a low speed to prevent this damage, it takes a long time to reach the shear force region. For example, when approaching at 10 nm / sec from a place 100 μm away, it takes about 3 hours to reach the shear force region.
Even if the initial position is made closer by using a CCD camera,
It is only possible to approach an area of several μm at most. If a high-magnification objective lens is used for accurately grasping the interval, there is a disadvantage that the adjustment time increases.
As shown in FIG. 2, by realizing a near-field optical probe unit having a clear distance (A) from the reference surface 6a of the near-field optical probe fixing jig 6 to the probe tip, the distance to which the probe 2 should be approached is clarified. There are also devices and methods that overcome the above disadvantages. However, since the distance may change due to an attachment error or the like that occurs when the probe unit is installed, an apparatus and a method for dealing with such a situation will be described with reference to the flowcharts of FIGS.

構成は図3に示すように、図1の近接場光顕微鏡装置にレーザ変位計(距離検出手段)31を加えたものとする。
即ち、本発明は、近接場光プローブ2先端から試料20、或いはプローブユニット取付面7の基準面6aまでの距離を検出する距離検出手段31と、距離検出手段31によって検出された近接場光プローブの基準面位置情報に基づいて近接場光プローブと試料を近接場光領域もしくはその近傍まで接近させる距離制御手段10と、を備えた構成が特徴的である。
まず、試料20及び近接場光プローブユニットを夫々取り付け(S1)、この状態でレーザ変位計(第1のレーザ変位計31)を用いて基準面6aまでの距離を測定する(S2)。第1のレーザ変位計31はステージ14に取り付けてあるので、試料20の高さが一定であれば、測定された距離、予め分かっているプローブ長さ及び第1のレーザ変位計31と試料20の相対位置からプローブ先端と試料20までの距離を、PC10などを用いて算出する。
次のステップ3では、得られた距離情報に基づいてプローブ2もしくは試料20を所定の距離まで接近(プリセット)させる。この時の距離は、第1のレーザ変位計31の精度や試料20の高さバラツキなどに基づいて決定すればよく、それらが精度の良いものであれば例えば近接場光発生領域であるプローブ開口径程度、精度が低ければそれに応じてプローブ2が試料20に衝突しない位置まで接近させればよい。
プリセット終了後、プローブ2を試料表面に対して追従して走査させるため、例えばチューニングフォーク(TF)5を用いて共振させる(S4)。この共振が所望の状態(振幅や位相)になるまでプローブ2と試料20を接近させる(S5〜8)。この状態を保ったまま試料表面の所望の位置もしくはエリアを近接場光4によって照射し、その散乱光を検出する(S9)。
以上のような構成・方法を用いることで、試料20及び近接場光プローブユニットを取り付けた時の両者の距離を正確に検出でき、この距離情報に基づいて両者の間隔が所定の値、例えば近接場光発生領域である開口径程度、もしくは試料表面の凹凸を見込んで1μm程度まで高速で接近させることができ、従来の装置・方法よりも測定に要する時間を大幅に短縮して実施することが可能となる。また、プローブ破損の可能性も低減することができる。
なお、プローブユニットに関して、例えば図2において面6bから先端までの距離を制御して作製してある場合でも、この固定治具6の厚みを別途、変位計や厚さ計で測定し、得られた長さをプローブ長から差し引くことで、基準面6aから先端までの距離を正確に把握することができる。
As shown in FIG. 3, it is assumed that a laser displacement meter (distance detection means) 31 is added to the near-field light microscope apparatus of FIG.
That is, the present invention includes a distance detection unit 31 that detects the distance from the tip of the near-field optical probe 2 to the sample 20 or the reference surface 6a of the probe unit mounting surface 7, and a near-field optical probe detected by the distance detection unit 31. The configuration includes a near-field optical probe and a distance control means 10 for bringing the sample close to or near the near-field light region based on the reference plane position information.
First, the sample 20 and the near-field optical probe unit are attached (S1), and in this state, the distance to the reference surface 6a is measured using the laser displacement meter (first laser displacement meter 31) (S2). Since the first laser displacement meter 31 is attached to the stage 14, if the height of the sample 20 is constant, the measured distance, the probe length known in advance, and the first laser displacement meter 31 and the sample 20 are measured. The distance from the relative position of the probe tip to the sample 20 is calculated using the PC 10 or the like.
In the next step 3, the probe 2 or the sample 20 is approached (preset) to a predetermined distance based on the obtained distance information. The distance at this time may be determined based on the accuracy of the first laser displacement meter 31, the height variation of the sample 20, and the like. If the accuracy is low, the probe 2 may be brought close to a position where it does not collide with the sample 20 accordingly.
After the presetting is completed, the probe 2 is resonated using, for example, a tuning fork (TF) 5 in order to follow the sample surface for scanning (S4). The probe 2 and the sample 20 are brought close to each other until this resonance is in a desired state (amplitude or phase) (S5 to 8). While maintaining this state, a desired position or area on the sample surface is irradiated with the near-field light 4, and the scattered light is detected (S9).
By using the configuration and method as described above, it is possible to accurately detect the distance between the sample 20 and the near-field optical probe unit when the near-field optical probe unit is attached, and based on this distance information, the distance between the two is a predetermined value, for example, proximity It can be approached at a high speed up to about 1 μm in anticipation of the aperture diameter, which is the field light generation region, or the unevenness of the sample surface, and the measurement time can be greatly reduced compared to conventional devices and methods. It becomes possible. In addition, the possibility of probe breakage can be reduced.
For example, even when the probe unit is manufactured by controlling the distance from the surface 6b to the tip in FIG. 2, the thickness of the fixing jig 6 is separately measured by using a displacement meter or a thickness meter. By subtracting the length from the probe length, the distance from the reference surface 6a to the tip can be accurately grasped.

次に、本発明の装置構成によって実現される試料測定方法は、次の如き各工程から構成される。
即ち、第1の工程では、近接場光プローブユニットの基準面6aからプローブ2先端までの長さが既知もしくは一定である近接場光プローブ先端に近接場光を発生させる。
次いで、第2の工程では、試料20の面に対して近接場光プローブユニットを近接場光領域近傍までアプローチさせる。
次いで、第3の工程では、試料20によって散乱された近接場光を検出する。
第4の工程では、前記プローブ2を試料平面に対して相対的に走査しながら該第3の工程を繰り返し行う。
第5の工程では、プローブユニット基準面の位置を検出する。
なお、前記第2の工程においては、前記第5の工程によって検出された位置情報に基づいて近接場光プローブユニットを試料に対してアプローチするようにしてもよい。
上記各試料測定方法によれば、プローブユニットの取り付け状態に関わらず、試料との接触等によってプローブを破損することなく迅速に両者を近接場光領域に接近させることが可能となり、測定時間の短縮や測定作業の効率化を達成することが可能となる。
Next, the sample measurement method realized by the apparatus configuration of the present invention includes the following steps.
That is, in the first step, near-field light is generated at the tip of the near-field light probe whose length from the reference surface 6a of the near-field light probe unit to the tip of the probe 2 is known or constant.
Next, in the second step, the near-field optical probe unit is approached to the vicinity of the near-field light region with respect to the surface of the sample 20.
Next, in the third step, the near-field light scattered by the sample 20 is detected.
In the fourth step, the third step is repeated while scanning the probe 2 relative to the sample plane.
In the fifth step, the position of the probe unit reference surface is detected.
In the second step, the near-field optical probe unit may be approached to the sample based on the position information detected in the fifth step.
According to each sample measurement method described above, regardless of the probe unit mounting state, it is possible to quickly bring them closer to the near-field light region without damaging the probe due to contact with the sample, etc., and shorten the measurement time. And the efficiency of measurement work can be achieved.

実施例1によれば、プローブ2を試料20に対して衝突させることなく高速にアプローチすることができる。本実施例では更に好適な例を、図4を用いて説明する。
この実施例の構成は、実施例1に加え、プローブユニット取り付け面7に2つ目のレーザ変位計(第2のレーザ変位計32、試料面位置検出手段)が取り付けられている。この第2のレーザ変位計32を用いて試料20までの距離を測定する。第2のレーザ変位計32は固定されているので、ここで得られた試料20の位置、第2のレーザ変位計32で測定されたプローブユニット取り付け面7の位置、そしてプローブ長さの情報に基づいて、PC10を用いてプローブ2先端から試料20までの距離を算出する。
本発明の試料測定方法においては、上記第1乃至第5の工程に加えて、試料面20の位置を検出する第6の工程を付加し、前記第2の工程が、前記第5及び第6の工程によって得られた位置情報に基づき、試料に対して近接場光プローブユニットをアプローチするようにしている。
以上の構成、方法を用いることで試料高さがサンプルごとに異なるような場合でも、プローブ20を高速にアプローチすることができ、測定時間の短縮及びプローブ破損防止を達成することが可能となる。
なお、本実施例(図4)ではプローブ先端がアプローチする位置とレーザ変位計で測定する個所が異なって示されているが、この2つの場所を同一とするような構成とすることで、より正確なアプローチが可能となる。
According to the first embodiment, the probe 2 can be approached at high speed without colliding with the sample 20. In this embodiment, a more preferable example will be described with reference to FIG.
In the configuration of this embodiment, in addition to the first embodiment, a second laser displacement meter (second laser displacement meter 32, sample surface position detection means) is attached to the probe unit attachment surface 7. The distance to the sample 20 is measured using the second laser displacement meter 32. Since the second laser displacement meter 32 is fixed, the information of the position of the sample 20 obtained here, the position of the probe unit mounting surface 7 measured by the second laser displacement meter 32, and the probe length is included. Based on this, the distance from the tip of the probe 2 to the sample 20 is calculated using the PC 10.
In the sample measurement method of the present invention, in addition to the first to fifth steps, a sixth step of detecting the position of the sample surface 20 is added, and the second step is the fifth and sixth steps. The near-field optical probe unit is approached with respect to the sample based on the positional information obtained by the process.
By using the above configuration and method, even when the sample height varies from sample to sample, the probe 20 can be approached at high speed, and measurement time can be shortened and probe breakage can be prevented.
In the present embodiment (FIG. 4), the position approached by the probe tip and the position measured by the laser displacement meter are shown differently. An accurate approach is possible.

実施例2に示した構成、方法で近接場光プローブを試料に対して衝突させることなく高速にアプローチさせることができる。本実施例では更に改良した例を、図5を用いて説明する。
この発明は、試料20に対する近接場光プローブ2の傾きを検出する傾き検出手段33を有し、距離制御手段10が、傾き検出手段33から得た傾き情報に基づいて近接場光プローブと試料を近接場光領域もしくはその近傍まで接近させることを特徴とする。
具体的構成は、実施例2に加え、傾きを検出するためレーザ変位計(第3のレーザ変位計33=傾き検出手段)を新たにもう1台設置してある。2つのレーザ変位計31、33によって検出されるプローブユニット取り付け基準面6aまでの距離の比が所定の値からずれている場合、それが傾き誤差αとなる。既に分かっているプローブ長さA及びこの検出結果に基づいてプローブ先端の位置誤差や傾き方向を把握できるので、プローブ2先端と試料20の距離をPC10で算出するに際に用いれば良い。
この実施形態に係る試料測定方法では、上記の各工程1〜6に加えて、近接場光プローブユニットと試料の傾きを検出する第7の工程を有し、前記第2の工程が、前記第5〜7の工程によって得られた位置、傾き情報に基づき、試料に対して近接場光プローブユニットをアプローチする工程であることを特徴とする。
With the configuration and method shown in the second embodiment, the near-field optical probe can be approached at high speed without colliding with the sample. In this embodiment, a further improved example will be described with reference to FIG.
The present invention has an inclination detecting means 33 for detecting the inclination of the near-field optical probe 2 with respect to the sample 20, and the distance control means 10 determines the near-field optical probe and the sample based on the inclination information obtained from the inclination detecting means 33. It is made to approach to the near field light area | region or its vicinity.
Specifically, in addition to the second embodiment, another laser displacement meter (third laser displacement meter 33 = tilt detection means) is newly installed to detect the tilt. When the ratio of the distance to the probe unit mounting reference surface 6a detected by the two laser displacement meters 31 and 33 is deviated from a predetermined value, it becomes an inclination error α. Since the position error and the tilt direction of the probe tip can be grasped based on the already known probe length A and the detection result, the distance between the tip of the probe 2 and the sample 20 may be used for calculation by the PC 10.
In the sample measurement method according to this embodiment, in addition to the steps 1 to 6 described above, the sample measurement method includes a seventh step of detecting the near-field optical probe unit and the tilt of the sample, and the second step includes the first step. It is a step of approaching the near-field optical probe unit to the sample based on the position and tilt information obtained by the steps 5 to 7.

本発明に従って作製されるプローブは半導体の構造解析や生体分子の計測等、近接場光顕微鏡で測定される全ての試料へ適用可能である。   The probe produced according to the present invention can be applied to all samples measured with a near-field optical microscope, such as semiconductor structure analysis and biomolecule measurement.

一般的な走査型近接場光顕微鏡の該要図。The main figure of a general scanning near-field optical microscope. 近接場光プローブユニットの概要図。The schematic diagram of a near-field optical probe unit. 実施例1に係る近接場光顕微鏡の概要図。1 is a schematic diagram of a near-field light microscope according to Embodiment 1. FIG. 実施例2に係る近接場光顕微鏡の概要図。FIG. 6 is a schematic diagram of a near-field light microscope according to Example 2. 実施例3に係る近接場光顕微鏡の概要図。FIG. 6 is a schematic diagram of a near-field light microscope according to Example 3. 近接場光による試料測定方法の処理ステップを示すフローチャート。The flowchart which shows the process step of the sample measuring method by near field light.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・光源(LD)、2・・・近接場プローブ、3・・・微小開口、4・・・近接場光、5・・・水晶振動子(TF)、6・・・プローブ固定治具、6a 基準面、7・・・プローブユニット取り付け面、8・・・ビームスプリッタ、9・・・光検出器(PMT)、10・・・PC、11・・・任意波形発生器(FG)、12・・・ロックインアンプ(LIA)、13・・・ステージコントローラ(SC)、14・・・粗動Zステージ、15・・・チューブスキャナ(距離制御手段)、20・・・試料、31・・・第1のレーザ変位計(距離検出手段)、32・・・第2のレーザ変位計、33・・・第3のレーザ変位計   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source (LD), 2 ... Near field probe, 3 ... Small aperture, 4 ... Near field light, 5 ... Quartz crystal | crystallization vibrator (TF), 6 ... Probe fixation treatment Tool, 6a Reference surface, 7 ... Probe unit mounting surface, 8 ... Beam splitter, 9 ... Photodetector (PMT), 10 ... PC, 11 ... Arbitrary waveform generator (FG) , 12 ... Lock-in amplifier (LIA), 13 ... Stage controller (SC), 14 ... Coarse movement Z stage, 15 ... Tube scanner (distance control means), 20 ... Sample, 31 ... 1st laser displacement meter (distance detection means), 32 ... 2nd laser displacement meter, 33 ... 3rd laser displacement meter

Claims (6)

近接場光プローブ先端から試料面までの距離に基づいて近接場光プローブの基準面位置情報を検出する距離検出手段と、該基準面位置情報に基づいて近接場光プローブと試料との位置関係を近接場光領域もしくはその近傍まで接近させる距離制御手段と、を備えたことを特徴とする近接場光顕微鏡。   Distance detecting means for detecting the reference surface position information of the near-field optical probe based on the distance from the tip of the near-field optical probe to the sample surface, and the positional relationship between the near-field optical probe and the sample based on the reference surface position information A near-field light microscope comprising: a distance control means for approaching the near-field light region or the vicinity thereof. 請求項1において、前記試料面の位置を検出する試料面位置検出手段を有し、前記距離制御手段が、試料位置情報に基づいて前記近接場光プローブと試料との位置関係を近接場光領域もしくはその近傍まで接近させることを特徴とする近接場光顕微鏡。   2. The method according to claim 1, further comprising sample surface position detecting means for detecting the position of the sample surface, wherein the distance control means determines the positional relationship between the near-field light probe and the sample based on the sample position information. Alternatively, a near-field light microscope characterized in that it is brought close to the vicinity. 請求項1または2において、前記試料に対する前記近接場光プローブの傾きを検出する傾き検出手段を有し、前記距離制御手段が、傾き情報に基づいて該近接場光プローブと試料との位置関係を近接場光領域もしくはその近傍まで接近させることを特徴とする近接場光顕微鏡。   3. The apparatus according to claim 1, further comprising an inclination detection unit that detects an inclination of the near-field optical probe with respect to the sample, wherein the distance control unit determines a positional relationship between the near-field optical probe and the sample based on the inclination information. A near-field light microscope characterized by approaching a near-field light region or the vicinity thereof. 近接場光プローブユニット基準面からプローブ先端までの長さが既知もしくは一定である近接場光プローブ先端に近接場光を発生させる第1の工程と、
試料に対して近接場光プローブユニットを近接場光領域近傍までアプローチさせる第2の工程と、
前記試料によって散乱された近接場光を検出する第3の工程と、
前記プローブを試料平面に対して相対的に走査しながら該第3の工程を繰り返し行う第4の工程と、
前記基準面の位置を検出する第5の工程と、
を有し、
前記第2の工程が、前記第5の工程によって検出された位置情報に基づいて近接場光プローブユニットを試料に対してアプローチする工程であることを特徴とする近接場光による試料測定方法。
A first step of generating near-field light at a near-field light probe tip having a known or constant length from the near-field probe unit reference surface to the probe tip;
A second step of approaching the near-field light probe unit to the vicinity of the near-field light region with respect to the sample;
A third step of detecting near-field light scattered by the sample;
A fourth step of repeating the third step while scanning the probe relative to the sample plane;
A fifth step of detecting the position of the reference plane;
Have
The method of measuring a sample using near-field light, wherein the second step is a step of approaching the near-field optical probe unit to the sample based on the position information detected in the fifth step.
請求項4において、
前記試料面の位置を検出する第6の工程を有し、
前記第2の工程が、前記第5及び第6の工程によって得られた位置情報に基づき、試料に対して近接場光プローブユニットをアプローチする工程であることを特徴とする近接場光による試料測定方法。
In claim 4,
A sixth step of detecting the position of the sample surface;
Sample measurement by near-field light, wherein the second step is a step of approaching the near-field optical probe unit to the sample based on the positional information obtained by the fifth and sixth steps. Method.
請求項4、5において、
前記近接場光プローブユニットと前記試料の傾きを検出する第7の工程を有し、
前記第2の工程が、前記第5〜7の工程によって得られた位置、傾き情報に基づき、試料に対して近接場光プローブユニットをアプローチする工程であることを特徴とする近接場光による試料測定方法。
In claims 4 and 5,
A seventh step of detecting an inclination of the near-field optical probe unit and the sample;
The sample by near-field light, wherein the second step is a step of approaching the near-field optical probe unit to the sample based on the position and tilt information obtained by the fifth to seventh steps. Measuring method.
JP2005031104A 2005-02-07 2005-02-07 Near-field light microscope, sample measurement method using near-field light Pending JP2006215004A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005031104A JP2006215004A (en) 2005-02-07 2005-02-07 Near-field light microscope, sample measurement method using near-field light

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005031104A JP2006215004A (en) 2005-02-07 2005-02-07 Near-field light microscope, sample measurement method using near-field light

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006215004A true JP2006215004A (en) 2006-08-17

Family

ID=36978344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005031104A Pending JP2006215004A (en) 2005-02-07 2005-02-07 Near-field light microscope, sample measurement method using near-field light

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006215004A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011527075A (en) * 2008-07-02 2011-10-20 ユーティバトル・エルエルシイ Control of the positional relationship between the sample collection device and the surface to be analyzed in the sampling procedure using a laser sensor
WO2012014357A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 株式会社日立ハイテクノロジーズ Method and device for inspecting for defects
CN103558419A (en) * 2013-11-15 2014-02-05 江苏尚飞光电科技有限公司 Scanning near-field optical detecting table
WO2016142214A3 (en) * 2015-03-11 2017-04-06 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for inspection and metrology

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011527075A (en) * 2008-07-02 2011-10-20 ユーティバトル・エルエルシイ Control of the positional relationship between the sample collection device and the surface to be analyzed in the sampling procedure using a laser sensor
WO2012014357A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 株式会社日立ハイテクノロジーズ Method and device for inspecting for defects
JP2012032251A (en) * 2010-07-30 2012-02-16 Hitachi High-Technologies Corp Defect inspection method and defect inspection apparatus
US8670116B2 (en) 2010-07-30 2014-03-11 Hitachi High-Technologies Corporation Method and device for inspecting for defects
CN103558419A (en) * 2013-11-15 2014-02-05 江苏尚飞光电科技有限公司 Scanning near-field optical detecting table
WO2016142214A3 (en) * 2015-03-11 2017-04-06 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for inspection and metrology
KR20170121253A (en) * 2015-03-11 2017-11-01 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. Method and apparatus for inspection and measurement
US9811001B2 (en) 2015-03-11 2017-11-07 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for inspection and metrology
KR102125284B1 (en) * 2015-03-11 2020-07-08 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. Methods and devices for inspection and measurement

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4073847B2 (en) Scanning probe microscope and scanning method
RU2571446C2 (en) Method to use semi-contact mode with fixed peak of force for measurement of physical properties of sample
CN102272610B (en) Dynamic probe detection system
EP0574234B1 (en) Automatic tip approach method and apparatus for scanning probe microscope
US8051493B2 (en) Probe microscopy and probe position monitoring apparatus
EP1370839A4 (en) APERTURLOUS NAHFELD RAMAN RASTER MICROSCOPY USING REFLECTION DIFFUSION GEOMETRY
JP5340119B2 (en) Proximity method of probe and sample in scanning probe microscope
JPH0774735B2 (en) Apparatus and method for measuring dimensions of surface structure of sample
JP2004125540A (en) Scanning probe microscope and sample observation method using the same
JP4474556B2 (en) Scanning probe microscope
JP2008256579A (en) Scanning probe microscope and scanning method thereof
JP2000146804A (en) Method for determining the distance between a near-field probe and the surface of a sample under test and a near-field microscope
JP2006215004A (en) Near-field light microscope, sample measurement method using near-field light
US7581438B2 (en) Surface texture measuring probe and microscope utilizing the same
WO2010067570A1 (en) Method for processing output of scanning type probe microscope, and scanning type probe microscope
JP2005338002A (en) Near-field optical probe unit, manufacturing apparatus and manufacturing method thereof, near-field light microscope, and sample measurement method using near-field light
JP5014000B2 (en) Scanning probe microscope
KR102767392B1 (en) Torsion Wing Probe Assembly
JP2005147979A (en) Scanning probe microscope
JP2006208335A (en) Near-field optical probe unit manufacturing apparatus and manufacturing method thereof
JP2004101378A (en) Scanning near-field light microscope and sample observation method using near-field light
KR100424540B1 (en) Cantilever construction composed of multiple actuators for AFM, AFM system having the cantilever construction and measurement method for properties of material by using the AFM
JP2007212470A (en) Scanning probe microscope
KR20230065622A (en) Mehtod for photo-induced force using 2 or more light source and photo-induced microcscope
JP5553926B2 (en) Proximity method of probe and sample in scanning probe microscope