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JPH0954101A - Scanning near-field optical microscope - Google Patents

Scanning near-field optical microscope

Info

Publication number
JPH0954101A
JPH0954101A JP7228540A JP22854095A JPH0954101A JP H0954101 A JPH0954101 A JP H0954101A JP 7228540 A JP7228540 A JP 7228540A JP 22854095 A JP22854095 A JP 22854095A JP H0954101 A JPH0954101 A JP H0954101A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cantilever
sample
probe
sample surface
light
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
JP7228540A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiko Okiguchi
圭子 沖口
Hisao Osawa
日佐雄 大澤
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.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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 Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP7228540A priority Critical patent/JPH0954101A/en
Publication of JPH0954101A publication Critical patent/JPH0954101A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料の形状情報と分離した試料の光学的情報
のみを得る。SN比の低下や所望の波長の光による試料
の測定を行うことができないという事態を防止する。 【解決手段】 探針2と試料表面との間に働く原子間力
に応じてカンチレバー1が撓む。その撓み量がカンチレ
バー1に形成されたPZT膜12により抵抗値に変換さ
れ、これに応じた信号が検出部22から出力される。制
御部23及び駆動装置21によって、前記撓み量が一定
になるようにカンチレバー1がZ方向に移動させられつ
つ、X,Y方向に探針2が試料表面を走査するようにカ
ンチレバー1が移動させられる。光検出部30は、試料
表面で反射したエバネッセント波を検出する。処理部3
1は、制御部23からの各制御信号及び光検出部30の
検出信号を取り込み、試料20の光学的情報及び形状情
報の両方を得る。
(57) 【Abstract】 PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain only shape information of a sample and optical information of a separated sample. This prevents a situation where the SN ratio is lowered and the sample cannot be measured with light having a desired wavelength. SOLUTION: The cantilever 1 bends in response to an atomic force acting between a probe 2 and a sample surface. The amount of deflection is converted into a resistance value by the PZT film 12 formed on the cantilever 1, and a signal corresponding to this is output from the detection unit 22. The control unit 23 and the driving device 21 move the cantilever 1 in the Z direction so that the amount of bending becomes constant, while moving the cantilever 1 in the X and Y directions so that the probe 2 scans the sample surface. To be The light detection unit 30 detects the evanescent wave reflected on the sample surface. Processing unit 3
Reference numeral 1 captures each control signal from the control unit 23 and the detection signal of the photodetection unit 30 to obtain both optical information and shape information of the sample 20.

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、走査型近接場光学
顕微鏡に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning near field optical microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、生物学、半導体デバイス開発、表
面分析など広い分野において、非接触、非破壊の高分解
能の顕微鏡が求められている。従来利用されてきた光学
顕微鏡は、非接触、非破壊という点では優れているが、
結像光学系を用いるという原理上、回折限界による分解
能の制限のため利用分野が限られてきた。
2. Description of the Related Art In recent years, non-contact and non-destructive high-resolution microscopes have been demanded in a wide range of fields such as biology, semiconductor device development, and surface analysis. Conventionally used optical microscopes are excellent in that they are non-contact and non-destructive,
On the principle of using an imaging optical system, the field of application has been limited due to the limited resolution due to the diffraction limit.

【0003】これらの問題を解決すべく走査型電子顕微
鏡、透過電子顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡、走査型近
接場光学顕微鏡(もしくは光学近接場走査型顕微鏡、フ
ォトン走査型トンネル顕微鏡等とも呼ばれる)等が開発
されたが、試料の光学的な性質を高い分解能で得ようと
した場合には、走査型近接場光学顕微鏡が唯一の手段で
ある。
In order to solve these problems, scanning electron microscopes, transmission electron microscopes, scanning tunnel microscopes, scanning near-field optical microscopes (or optical near-field scanning microscopes, photon scanning tunnel microscopes, etc.) are used. Although developed, a scanning near-field optical microscope is the only means for obtaining the optical properties of a sample with high resolution.

【0004】この種の走査型近接場光学顕微鏡として
は、特開昭59−121310号公報に開示されたもの
等が知られている。この走査型近接場光学顕微鏡の基本
原理は、試料を照射すべく光源から放射された照射光の
波長より小さい開口によって試料の表面を走査し、表面
形状および表面の光学的性質等を測定するもので、開口
を試料から開口径よりも短い距離において走査すること
から、走査型近接場光学顕微鏡と呼ばれている。
As this type of scanning near-field optical microscope, the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-121310 is known. The basic principle of this scanning near-field optical microscope is to scan the surface of the sample with an aperture smaller than the wavelength of the irradiation light emitted from the light source to irradiate the sample, and measure the surface shape and the optical properties of the surface. Since the aperture is scanned from the sample at a distance shorter than the aperture diameter, it is called a scanning near-field optical microscope.

【0005】波動の理論からすれば、通常の光学顕微鏡
の分解能はλ/2程度で制限されるため、可視光領域で
は200〜300nmが限度とされている。しかし上述
したような波長より小さい微小な開口に光を導くと、通
常の光のように自由空間を広がることはできないが、開
口付近にしみ出す光電場が存在する。この光電場は消滅
波(エバネッセント波)と呼ばれるもので、これで試料
表面を照射することによって高分解能の光学的測定を可
能にしている。
According to the theory of waves, the resolution of an ordinary optical microscope is limited to about λ / 2, so that it is limited to 200 to 300 nm in the visible light region. However, when light is guided to a minute aperture smaller than the wavelength as described above, a free space cannot be spread like ordinary light, but there exists an optical field that exudes near the aperture. This optical electric field is called an annihilation wave (evanescent wave), and it enables high-resolution optical measurement by irradiating the sample surface.

【0006】また、試料の背面から試料表面で全反射条
件を満たすように照射光を入射させたときにも、試料表
面にはエバネッセント波が生じる。エバネッセント波は
試料表面からの距離と共に指数関数的に減少するため、
試料表面を非接触で走査するプローブでそのエバネッセ
ント波を検出することでも、高分解能の光学的測定を行
うことができる。
Further, when the irradiation light is incident from the back surface of the sample so that the total reflection condition is satisfied on the sample surface, an evanescent wave is generated on the sample surface. Since the evanescent wave decreases exponentially with the distance from the sample surface,
High-resolution optical measurement can also be performed by detecting the evanescent wave with a probe that scans the sample surface in a non-contact manner.

【0007】上述のように、走査型近接場光学顕微鏡を
利用することによって、試料表面の形状及び光学的情報
を高分解能で測定することが可能である。しかし、エバ
ネッセント波の強度は試料表面からプローブまでの距離
だけではなく、試料表面における局所的な光学的性質
(反射率、屈折率、吸光度等)に大きく左右される。そ
れゆえ試料表面の形状と光学的性質が同時に測定できる
が、両者はそれぞれに分離されてはいない。よって、光
学的情報のみを得たいときには、何らかの手段を用いて
両者を分離する必要がある。
As described above, by utilizing the scanning near-field optical microscope, it is possible to measure the shape and optical information of the sample surface with high resolution. However, the intensity of the evanescent wave is greatly influenced not only by the distance from the sample surface to the probe, but also by local optical properties (reflectance, refractive index, absorbance, etc.) on the sample surface. Therefore, the shape and optical properties of the sample surface can be measured at the same time, but the two are not separated. Therefore, when it is desired to obtain only optical information, it is necessary to use some means to separate the two.

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

【0009】このような原子間力顕微鏡の機能を有する
走査型近接場光学顕微鏡によれば、探針と試料表面との
間に原子間力が働き、この力に応じてカンチレバーが撓
む。エバネッセント波を発生させるための光とは別個に
光をカンチレバーに照射してカンチレバーの撓み量を検
出し、その検出信号に基づいてカンチレバーの撓み量が
一定になるようにカンチレバーを試料表面と垂直な方向
に移動させつつ、試料表面と平行な面の方向に探針が試
料表面を走査するようにカンチレバーを移動させるもの
である。したがって、試料表面の凹凸に追従して探針と
試料との間の距離が一定に保たれつつ、試料表面と略平
行な面の方向に探針が試料表面を走査することになる。
このため、エバネッセント波検出信号には光学的情報の
みが含まれ、試料の光学的情報のみを形状情報から分離
して得ることができる。
According to the scanning near-field optical microscope having the function of such an atomic force microscope, an atomic force acts between the probe and the sample surface, and the cantilever bends in response to this force. The cantilever is irradiated with light separately from the light for generating the evanescent wave to detect the amount of bending of the cantilever, and based on the detection signal, the cantilever is placed perpendicular to the sample surface so that the amount of bending of the cantilever becomes constant. While moving in the direction, the cantilever is moved so that the probe scans the sample surface in the direction parallel to the sample surface. Therefore, the probe scans the sample surface in the direction of a plane substantially parallel to the sample surface while keeping the distance between the probe and the sample constant by following the unevenness of the sample surface.
Therefore, only the optical information is included in the evanescent wave detection signal, and only the optical information of the sample can be obtained separately from the shape information.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原子間
力顕微鏡の機能を有する従来の走査型近接場光学顕微鏡
では、カンチレバーの撓みを検出するために光てこ法や
光干渉法等が採用され、エバネッセント波を発生させる
ための光とは別個に光をカンチレバーに照射しているの
で、SN比が低下したり、所望の波長の光による試料の
測定を行うことができない場合があることが、本件発明
者の研究により判明した。
However, in the conventional scanning type near-field optical microscope having the function of the atomic force microscope, the optical lever method, the optical interferometry method or the like is adopted to detect the deflection of the cantilever, and the evanescent method is used. Since the light is applied to the cantilever separately from the light for generating the wave, the S / N ratio may decrease, and it may not be possible to measure the sample with light of a desired wavelength. It became clear by the research of the person.

【0011】この点に関して、図5を参照して以下に詳
細に説明する。
This point will be described in detail below with reference to FIG.

【0012】図5は、白色光によるエバネッセント波を
発生させ、これが試料表面のある点で反射等したエバネ
ッセント波による検出光の特性を示す図である。図5に
おいて、横軸は波長、縦軸は検出光の強度を示す。図5
(a)は試料表面の光学情報のみを反映した理想的な検
出光の特性を示し、図5(b)は実際の検出光の特性を
示し、図5(c)はカンチレバーの撓みを検出するため
の光の影響を除去するべく光学フィルタを透過させた検
出光の特性を示す。なお、カンチレバーの撓みを検出す
るためにカンチレバーに照射される光(以下、「撓み検
出用光」という)は通常単色光であるので、図5中で
は、撓み検出用光の波長をλ0として示している。
FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the detected light by the evanescent wave generated by generating the evanescent wave by the white light and reflected at a certain point on the sample surface. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the wavelength and the vertical axis indicates the intensity of the detection light. FIG.
FIG. 5A shows an ideal characteristic of the detection light reflecting only the optical information on the sample surface, FIG. 5B shows the characteristic of the actual detection light, and FIG. 5C shows the cantilever deflection. The characteristics of the detection light transmitted through the optical filter in order to remove the influence of light for Note that the light emitted to the cantilever for detecting the bending of the cantilever (hereinafter, referred to as “bending detection light”) is usually monochromatic light, and therefore the wavelength of the bending detection light is set to λ 0 in FIG. Shows.

【0013】従来の走査型近接場光学顕微鏡では、撓み
検出用光が照射されていたので、この撓み検出用光の一
部が迷光となってエバネッセント波検出系に検出されて
しまい、図5(b)に示すように、検出光にはエバネッ
セント波のみならず前記迷光が含まれてしまう(図5
(a)も参照)。図5(b)中、Aは迷光の成分を示
す。したがって、検出光を白色光のまま検出光の強度を
検出する(通常は白色光のまま検出する)場合には、図
5中の曲線の積分値がその強度となるが、迷光の成分A
の分だけ本来の検出光の強度からずれてしまい、その分
がノイズとなってしまう。そして、撓み検出用光は数m
Wとエバネッセント波(1pW〜1mW)に比べて非常
に大きいので、前記迷光によるノイズが大きく、SN比
がかなり低下してしまうのである。
In the conventional scanning near-field optical microscope, since the deflection detection light is irradiated, a part of the deflection detection light becomes stray light and is detected by the evanescent wave detection system, and the deflection detection light shown in FIG. As shown in b), the detected light includes not only the evanescent wave but also the stray light (FIG. 5).
(See also (a)). In FIG. 5B, A indicates a stray light component. Therefore, when the intensity of the detected light is detected as white light (normally, it is detected as white light), the integrated value of the curve in FIG. 5 is the intensity, but the stray light component A
Is deviated from the original detected light intensity, and that amount becomes noise. And the deflection detection light is several meters.
Since it is much larger than W and the evanescent wave (1 pW to 1 mW), the noise due to the stray light is large and the SN ratio is considerably lowered.

【0014】そこで、撓み検出用光の波長λ0付近の成
分をカットする光学フィルタに検出光を透過させる場合
もある。この場合、前記光学フィルタを透過した検出光
は図5(c)に示すようになり、図5(b)中の前記迷
光の成分Aはカットされる。しかし、この場合におい
て、光学フィルタを透過した検出光を白色光のまま検出
光の強度を検出する場合には、波長λ0付近の成分がカ
ットされることから、図5(b)中の曲線の積分値であ
る強度は低下する。また、光学フィルタは実際には理想
的な濾波特性からずれた特性を有しているので、他の波
長成分の強度も低下を免れず、このことからも図5
(b)中の曲線の積分値である強度は低下する。このよ
うに光学フィルタによって検出光の強度が低下するの
で、SN比が低下してしまう。
Therefore, the detection light may be transmitted through an optical filter that cuts the component near the wavelength λ 0 of the deflection detection light. In this case, the detection light transmitted through the optical filter is as shown in FIG. 5C, and the stray light component A in FIG. 5B is cut. However, in this case, when detecting the intensity of the detection light transmitted through the optical filter as white light, the component around the wavelength λ 0 is cut off, so that the curve in FIG. The intensity, which is the integral value of, decreases. Further, since the optical filter actually has a characteristic deviated from the ideal filtering characteristic, the intensities of other wavelength components also inevitably decrease, which also shows in FIG.
The intensity, which is the integral value of the curve in (b), decreases. In this way, the optical filter reduces the intensity of the detection light, so that the SN ratio is reduced.

【0015】ところで、試料(例えば、感光性材料)に
よっては、試料の所定波長の光学的性質を測定すること
が要請される。この場合、検出光を分光器等で分光して
単色光として検出光の強度を検出する。この場合には、
図5(b)及び図5(c)からわかるように、波長λ0
付近に関しては、試料の光学的性質を測定することは不
可能となる。しかも、光学フィルタを用いた場合には、
図5(c)中の符号B,Cで示すように、光学フィルタ
の特性(理想的な濾波特性からずれ)が反映されてしま
い、ある波長の強度に関しては光学フィルタを透過した
検出光の強度が本来の検出光の強度(図5(a))から
大きくずれ、当該波長に関してSN比が大きく低下して
しまう。
By the way, depending on the sample (eg, photosensitive material), it is required to measure the optical property of the sample at a predetermined wavelength. In this case, the intensity of the detection light is detected as monochromatic light by dispersing the detection light with a spectroscope or the like. In this case,
As can be seen from FIGS. 5B and 5C, the wavelength λ 0
In the vicinity, it becomes impossible to measure the optical properties of the sample. Moreover, when an optical filter is used,
As indicated by reference characters B and C in FIG. 5C, the characteristics of the optical filter (deviation from the ideal filtering characteristics) are reflected, and the strength of the detection light transmitted through the optical filter is reflected for the strength of a certain wavelength. Is largely deviated from the original detection light intensity (FIG. 5A), and the SN ratio is greatly reduced for the wavelength.

【0016】さらに、試料によっては、所定波長の光の
照射による光学情報を測定する場合がある。例えば、青
色光の照射により感光して赤く変化するとともに赤色光
の照射により元の色に戻る性質を有する感光性材料の光
学情報を測定する場合、青色光によるエバネッセント波
を発生させ、青色光による感光性材料の変化を観察す
る。このとき、撓み検出用光が赤色光であれば、撓み検
出用光の迷光が感光材料を照射することにより元の色に
戻す作用が働き、所望の測定を行うことができない。
Further, depending on the sample, optical information may be measured by irradiation with light having a predetermined wavelength. For example, when measuring the optical information of a photosensitive material that has the property of being exposed to blue light to change to red when exposed to red light and returning to the original color by being irradiated with red light, an evanescent wave due to blue light is generated to generate an evanescent wave. Observe the changes in the photosensitive material. At this time, if the bending detection light is red light, stray light of the bending detection light irradiates the photosensitive material to restore the original color, and desired measurement cannot be performed.

【0017】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、試料の形状情報と分離した試料の光学的情報のみを
得ることができ、しかも、SN比の低下や所望の波長の
光による試料の測定を行うことができないという事態を
防止することができる走査型近接場光学顕微鏡を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to obtain only the shape information of the sample and the optical information of the separated sample, and further, to reduce the SN ratio and the sample by the light of the desired wavelength. It is an object of the present invention to provide a scanning near-field optical microscope capable of preventing a situation in which the above measurement cannot be performed.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第1の態様による走査型近接場光学顕微鏡
は、先端部に探針を有するカンチレバーと、前記探針の
先端からエバネッセント波が発生するように前記探針に
光を照射する照射手段と、試料を透過し又は試料表面で
反射したエバネッセント波を検出する光検出手段と、試
料表面と略垂直な方向に前記探針を前記試料に対して相
対的に移動させる第1の移動手段と、前記試料表面と略
平行な面の方向に前記カンチレバーを前記試料に対して
相対的に移動させる第2の移動手段と、前記試料表面と
略平行な面の方向における前記カンチレバーの前記試料
表面に対する相対位置に応じた、前記光検出手段からの
検出信号に関する情報を得る手段と、を備えた走査型近
接場光学顕微鏡において、圧電膜又は加えられた圧力に
応じて抵抗値が変化する膜が前記カンチレバーに形成さ
れ、圧電膜が発生する電圧又は前記膜の抵抗値に応じた
信号を出力する検出手段と、前記検出手段からの信号に
基づいて前記カンチレバーの撓みが一定になるように前
記第1の移動手段を制御しつつ、前記試料表面と略平行
な面の方向に前記探針が試料表面を走査するように前記
第2の移動手段を制御する制御手段と、を更に備えたも
のである。
In order to solve the above-mentioned problems, a scanning near-field optical microscope according to the first aspect of the present invention comprises a cantilever having a probe at its tip and an evanescent wave from the tip of the probe. Irradiation means for irradiating the probe with light so as to generate, a light detection means for detecting an evanescent wave transmitted through the sample or reflected on the sample surface, and the probe in a direction substantially perpendicular to the sample surface. First moving means for moving the cantilever relative to the sample, second moving means for moving the cantilever relative to the sample in a direction substantially parallel to the sample surface, and the sample surface And a means for obtaining information about a detection signal from the photodetection means according to a relative position of the cantilever with respect to the sample surface in a direction of a plane substantially parallel to the scanning near-field optical microscope. A detection means for outputting a signal according to the voltage generated by the piezoelectric film or the resistance value of the film by forming a piezoelectric film or a film whose resistance value changes according to the applied pressure on the cantilever; While controlling the first moving means so that the deflection of the cantilever becomes constant based on a signal from the means, the probe scans the sample surface in a direction substantially parallel to the sample surface. And a control means for controlling the second moving means.

【0019】本発明の第2の態様による走査型近接場光
学顕微鏡は、先端部に探針を有するカンチレバーと、試
料表面にエバネッセント波が発生するように試料裏面か
ら全反射条件で光を照射する照射手段と、前記探針によ
り捕捉され又は前記探針の先端で反射したエバネッセン
ト波を検出する光検出手段と、試料表面と略垂直な方向
に前記探針を前記試料に対して相対的に移動させる第1
の移動手段と、前記試料表面と略平行な面の方向に前記
カンチレバーを前記試料に対して相対的に移動させる第
2の移動手段と、前記試料表面と略平行な面の方向にお
ける前記カンチレバーの前記試料表面に対する相対位置
に応じた、前記光検出手段からの検出信号に関する情報
を得る手段と、を備えた走査型近接場光学顕微鏡におい
て、圧電膜又は加えられた圧力に応じて抵抗値が変化す
る膜が前記カンチレバーに形成され、前記圧電膜が発生
する電圧又は前記膜の抵抗値に応じた信号を出力する検
出手段と、前記検出手段からの信号に基づいて前記カン
チレバーの撓みが一定になるように前記第1の移動手段
を制御しつつ、前記試料表面と略平行な面の方向に前記
探針が試料表面を走査するように前記第2の移動手段を
制御する制御手段と、を更に備えたものである。
The scanning near-field optical microscope according to the second aspect of the present invention irradiates light from the cantilever having a probe at the tip and the back surface of the sample under total reflection conditions so that an evanescent wave is generated on the sample surface. Irradiation means, light detection means for detecting an evanescent wave captured by the probe or reflected at the tip of the probe, and the probe is moved relative to the sample in a direction substantially perpendicular to the sample surface. First to let
Moving means for moving the cantilever relative to the sample in a direction substantially parallel to the surface of the sample, and a second moving means for moving the cantilever in a direction substantially parallel to the surface of the sample. In a scanning near-field optical microscope provided with a means for obtaining information on a detection signal from the photodetection means according to a relative position with respect to the sample surface, the resistance value changes according to the piezoelectric film or the applied pressure. A film that is formed on the cantilever and outputs a signal according to the voltage generated by the piezoelectric film or the resistance value of the film, and the deflection of the cantilever becomes constant based on the signal from the detection device. Control means for controlling the second moving means such that the probe scans the sample surface in the direction of a plane substantially parallel to the sample surface while controlling the first moving means as described above. , In which further comprising a.

【0020】本発明の第3の態様による走査型近接場光
学顕微鏡は、前記第1又は第2の態様による走査型近接
場光学顕微鏡において、前記試料表面と略平行な面の方
向における前記カンチレバーの前記試料表面に対する相
対位置に応じた、前記試料表面と略垂直な方向の前記カ
ンチレバーの前記試料表面に対する相対位置に関する情
報を得る手段を、更に備えたものである。
A scanning near-field optical microscope according to a third aspect of the present invention is the scanning near-field optical microscope according to the first or second aspect, wherein the cantilever of the cantilever in a direction substantially parallel to the sample surface is provided. It further comprises means for obtaining information on the relative position of the cantilever with respect to the sample surface in a direction substantially perpendicular to the sample surface, according to the relative position with respect to the sample surface.

【0021】前記第1乃至第3の態様によれば、探針と
試料表面との間に原子間力が働き、この力に応じてカン
チレバーが撓む。カンチレバーの撓み量が前記圧電膜又
は前記膜により電圧又は抵抗値に変換され、これに応じ
た信号が検出手段から出力される。そして、第1及び第
2の移動手段並びに制御手段によって、検出手段からの
信号に基づいてカンチレバーの撓み量が一定になるよう
にカンチレバーが試料表面と略垂直な方向に移動させら
れつつ、試料表面と略平行な面の方向に探針が試料表面
を走査するようにカンチレバーが移動させられる。した
がって、試料表面の凹凸に追従して探針と試料との間の
距離が一定に保たれつつ、試料表面と略平行な面の方向
に探針が試料表面を走査することになる。このため、光
検出手段からの検出信号には光学的情報のみが含まれ、
試料の光学的情報のみを形状情報から分離して得ること
ができる。
According to the first to third aspects, an atomic force acts between the probe and the sample surface, and the cantilever bends in response to this force. The amount of bending of the cantilever is converted into a voltage or a resistance value by the piezoelectric film or the film, and a signal corresponding to this is output from the detection means. The first and second moving means and the control means move the cantilever in a direction substantially perpendicular to the sample surface so that the deflection amount of the cantilever becomes constant based on the signal from the detecting means, and the sample surface The cantilever is moved so that the probe scans the sample surface in a direction substantially parallel to. Therefore, the probe scans the sample surface in the direction of a plane substantially parallel to the sample surface while keeping the distance between the probe and the sample constant by following the unevenness of the sample surface. Therefore, the detection signal from the light detection means contains only optical information,
Only the optical information of the sample can be obtained separately from the shape information.

【0022】そして、前記第1乃至第3の態様によれ
ば、カンチレバーの撓み量がカンチレバーに形成された
前記圧電膜又は前記膜と検出手段とにより検出され、前
記従来の走査型近接場光学顕微鏡と異なり撓み検出用光
は照射されないので、撓み検出用光による迷光の影響が
なくなるとともに、光学フィルタを用いる必要がない。
したがって、SN比の低下や所望の波長の光による試料
の測定を行うことができないという事態を防止すること
ができる。
According to the first to third aspects, the deflection amount of the cantilever is detected by the piezoelectric film or the film formed on the cantilever and the detecting means, and the conventional scanning near-field optical microscope. Unlike the above, since the bending detection light is not emitted, the influence of stray light due to the bending detection light is eliminated and it is not necessary to use an optical filter.
Therefore, it is possible to prevent a situation in which the SN ratio is reduced and the sample cannot be measured with light having a desired wavelength.

【0023】前記第1及び第2の態様によれば、原子間
力顕微鏡におけるいわゆるコンタクトモードと同様の探
針の移動制御が実現されることになるので、前記第3の
態様のように相対位置に関する情報を得ることによっ
て、試料表面の凹凸の形状データも得ることができ、試
料を観察する上で一層好ましい。
According to the first and second aspects, since the movement control of the probe similar to the so-called contact mode in the atomic force microscope can be realized, the relative position can be controlled as in the third aspect. By obtaining the information regarding the above, it is possible to obtain the shape data of the unevenness of the sample surface, which is more preferable for observing the sample.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明による走査型近接場
光学顕微鏡について、図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A scanning near-field optical microscope according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】(実施の形態1)まず、本発明の第1の実
施の形態による走査型近接場光学顕微鏡について、図1
及び図2を参照して説明する。
(Embodiment 1) First, a scanning type near-field optical microscope according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0026】図1は、本実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡を模式的に示す概略構成図である。また、図
2は、カンチレバー1を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing the scanning near-field optical microscope according to this embodiment. Further, FIG. 2 is a schematic sectional view showing the cantilever 1.

【0027】本実施の形態による走査型近接場光学顕微
鏡は、図1に示すように、先端部に探針2を有するカン
チレバー1を備えている。本実施の形態では、カンチレ
バー1は、図2に示すように、プレート状の梁部(レバ
ー部分)3と、該梁部3の一端を支持する支持体4とを
有し、梁部3の下面の先端側領域に探針2が突設されて
いる。梁部3は、支持体4の部分から延びた窒化シリコ
ン膜5で構成されている。支持体4は、窒化シリコン膜
5、酸化シリコン膜6,7、シリコン基板8及び窒化シ
リコン膜9で構成されている。探針2は、窒化シリコン
膜5に連続して突設された窒化シリコンからなる底面
(上面)が開口した中空の錘状物5aと、該錘状物5a
の周囲に形成された金属コーティング(遮光膜)10と
から構成されている。錘状物5aの頂点部には入射光の
波長より小さい微小開口11が形成され、金属コーティ
ング10は微小開口11をつぶさないように形成されて
いる。このようなカンチレバー1は、半導体製造技術を
用いて製造することができる。
The scanning near-field optical microscope according to this embodiment includes a cantilever 1 having a probe 2 at its tip, as shown in FIG. In the present embodiment, the cantilever 1 has a plate-shaped beam portion (lever portion) 3 and a support 4 that supports one end of the beam portion 3 as shown in FIG. The probe 2 is provided in a projecting manner on the tip side region of the lower surface. The beam portion 3 is composed of a silicon nitride film 5 extending from the portion of the support body 4. The support 4 is composed of a silicon nitride film 5, silicon oxide films 6 and 7, a silicon substrate 8 and a silicon nitride film 9. The probe 2 includes a hollow weight 5a having a bottom surface (upper surface) made of silicon nitride and continuously protruding from the silicon nitride film 5 and having an opening, and the weight 5a.
And a metal coating (light-shielding film) 10 formed on the periphery thereof. A minute opening 11 smaller than the wavelength of incident light is formed at the apex of the weight 5a, and the metal coating 10 is formed so as not to collapse the minute opening 11. Such a cantilever 1 can be manufactured using semiconductor manufacturing technology.

【0028】なお、カンチレバー1の構成は前述したよ
うな構成に限定されるものではなく、例えば、前記論文
に開示されたカンチレバーを用いることができる。この
カンチレバーは、ピラミッド型の探針を持つ窒化シリコ
ン製のものである。この探針は物理的な開口は有してお
らず、中空ではなく中実に構成されている。また、探針
には金属コーティングも施されていない。このカンチレ
バーは、例えば、探針の先端付近に背面からエバネッセ
ント波発生用の光が照射されると、窒化シリコン(透明
材料)の屈折率は2.0と高いため、照射された光はピ
ラミッド型探針の側面において全反射されるが、探針の
先端においては、全反射の条件を満たさなくなるため、
わずかな光が探針を透過し、探針先端にエバネッセント
波が発生するというものである。
The structure of the cantilever 1 is not limited to the structure described above, and the cantilever disclosed in the above-mentioned paper can be used, for example. This cantilever is made of silicon nitride having a pyramid type probe. This probe has no physical aperture and is solid rather than hollow. Moreover, the probe is not coated with metal. In this cantilever, for example, when light for generating an evanescent wave is irradiated from the back surface near the tip of the probe, since the refractive index of silicon nitride (transparent material) is as high as 2.0, the irradiated light is a pyramidal type. Although it is totally reflected on the side surface of the probe, the condition of total reflection is not satisfied at the tip of the probe, so
A small amount of light passes through the probe and an evanescent wave is generated at the tip of the probe.

【0029】そして、カンチレバー1には、PZT膜1
2が、加えられた圧力に応じて抵抗値が変化する膜とし
て形成されている。すなわち、本実施の形態では、図2
に示すように、カンチレバー1の梁部3にPZT膜12
がスパッタ等により形成され、PZT膜12の両側に電
極13,14が形成されている。PZT膜12と窒化シ
リコン膜5との間の電極13は支持体4まで延在してい
る。加えられた圧力に応じて抵抗値が変化する膜は、P
ZT膜に限定されるものではなく、他の種々の膜を用い
ることができる。
The PZT film 1 is formed on the cantilever 1.
2 is formed as a film whose resistance value changes according to the applied pressure. That is, in this embodiment, as shown in FIG.
As shown in, the PZT film 12 is formed on the beam portion 3 of the cantilever 1.
Are formed by sputtering or the like, and electrodes 13 and 14 are formed on both sides of the PZT film 12. The electrode 13 between the PZT film 12 and the silicon nitride film 5 extends to the support 4. A film whose resistance value changes according to the applied pressure is P
The film is not limited to the ZT film, and various other films can be used.

【0030】再び図1を参照すると、本実施の形態によ
る走査型近接場光学顕微鏡は、試料20の表面と垂直な
Z方向、並びに、試料20の表面と平行な面の方向であ
って互いに直交するX方向及びY方向に独立してカンチ
レバー1を移動させるカンチレバー駆動装置21と、カ
ンチレバー1に形成されたPZT膜12の抵抗値に応じ
た信号を出力する検出部22と、該検出部22からの信
号に基づいてカンチレバー1の撓み(すなわち、梁部3
の撓み)が一定になるようにカンチレバー駆動装置21
のZ方向の駆動を制御しつつ、X方向及びY方向に探針
2が試料20の表面を走査するようにカンチレバー駆動
装置21のX方向及びY方向の駆動を制御する制御部2
3と、を備えている。なお、図1中、24は試料20が
搭載される試料台、25は外部振動の影響を除去するた
めの除振台である。
Referring again to FIG. 1, the scanning near-field optical microscope according to the present embodiment has a Z direction perpendicular to the surface of the sample 20 and a direction parallel to the surface of the sample 20 and orthogonal to each other. The cantilever drive device 21 that independently moves the cantilever 1 in the X and Y directions, the detection unit 22 that outputs a signal according to the resistance value of the PZT film 12 formed on the cantilever 1, and the detection unit 22 Of the cantilever 1 (that is, the beam 3
Cantilever drive device 21 so that the
Control unit 2 that controls the drive of the cantilever drive device 21 in the X and Y directions so that the probe 2 scans the surface of the sample 20 in the X and Y directions while controlling the drive in the Z direction.
3 and 3 are provided. In FIG. 1, 24 is a sample table on which the sample 20 is mounted, and 25 is a vibration isolation table for removing the influence of external vibration.

【0031】本実施の形態では、カンチレバー駆動装置
21によりカンチレバー1側のみを移動させるが、実際
にはカンチレバー1側を動かしても試料20側を動かし
てもどちらでもよい。例えば、カンチレバー1側をZ方
向にのみ動かし、試料20側をX方向及びY方向に動か
してもよい。
In the present embodiment, only the cantilever 1 side is moved by the cantilever drive device 21, but either the cantilever 1 side or the sample 20 side may be actually moved. For example, the cantilever 1 side may be moved only in the Z direction and the sample 20 side may be moved in the X and Y directions.

【0032】また、カンチレバー駆動装置21について
は、X方向、Y方向、Z方向にそれぞれ独立に移動させ
る圧電体が備えられたトライポット型のスキャナを利用
しても、また、チューブ型スキャナを利用してもどちら
でも構わない。
As for the cantilever drive device 21, a tripot type scanner provided with a piezoelectric body that can be independently moved in the X direction, the Y direction and the Z direction is used, or a tube type scanner is also used. It doesn't matter which one.

【0033】ところで、このチューブ型スキャナは、筒
状の形状を有した圧電体に、内側の面または外側の面の
どちらか一方に全面的に電極を設け、かつ他方の面には
複数に分割された電極を設けられた構成を有している。
そして、このチューブ型スキャナは、一方の面に設けら
れた電極と他方の面に設けられた分割された電極との間
にそれぞれ任意の電圧を印加する事で、カンチレバー1
を任意のX方向、Y方向およびZ方向に移動することが
できる。
By the way, in this tube type scanner, a piezoelectric body having a cylindrical shape is provided with electrodes on either the inner surface or the outer surface, and the other surface is divided into a plurality of parts. It has the structure provided with the electrode.
Then, this tube-type scanner applies an arbitrary voltage between an electrode provided on one surface and a divided electrode provided on the other surface, whereby the cantilever 1
Can be moved in any X, Y and Z directions.

【0034】また、前記検出部22としては、例えば、
ホイートストンブリッジを用いればよい。
Further, as the detection unit 22, for example,
You can use the Wheatstone bridge.

【0035】また、本実施の形態による走査型近接場光
学顕微鏡は、エバネッセント波発生用光源(本実施の形
態では、レーザー光源)26と、偏光ビームスプリッタ
ー27と、1/4波長板28と、集光レンズ29と、光
検出部30と、を備えている。なお、エバネッセント波
発生用光源26は、必ずしもレーザー光源である必要は
なく、インコヒーレント光を発するものでもよい。ま
た、光源26は、単色光を発するものでもよいし、白色
光を発するものであってもよい。
Further, the scanning near-field optical microscope according to this embodiment includes an evanescent wave generating light source (a laser light source in this embodiment) 26, a polarization beam splitter 27, a quarter wavelength plate 28, The condenser lens 29 and the photodetector 30 are provided. The evanescent wave generation light source 26 does not necessarily have to be a laser light source, and may emit incoherent light. Further, the light source 26 may emit monochromatic light or may emit white light.

【0036】光源26から発した直線偏光のレーザー光
は、偏光ビームスプリッター27を透過し、1/4波長
板28により円偏光となる。集光レンズ29は、この光
を探針2の背面(上面)から探針2の微小開口11付近
に集光させる。その結果、探針2の微小開口11からエ
バネッセント波が発生する。このエバネッセント波は、
試料20の表面で反射して微小開口11に戻り、再び集
光レンズ29を介して1/4波長板28を透過する。1
/4波長板28を透過した光の偏光面は元のレーザー光
の偏光面と直交したものとなるので、1/4波長板28
を透過した戻り光は、偏光ビームスプリッター27で反
射され、光検出部30により受光される。
The linearly polarized laser light emitted from the light source 26 passes through the polarization beam splitter 27 and is circularly polarized by the quarter wavelength plate 28. The condenser lens 29 condenses the light from the back surface (upper surface) of the probe 2 to the vicinity of the minute opening 11 of the probe 2. As a result, an evanescent wave is generated from the minute opening 11 of the probe 2. This evanescent wave is
The light is reflected on the surface of the sample 20, returns to the minute aperture 11, and again passes through the quarter-wave plate 28 via the condenser lens 29. 1
Since the plane of polarization of the light transmitted through the quarter wave plate 28 is orthogonal to the plane of polarization of the original laser light, the quarter wave plate 28
The return light that has passed through is reflected by the polarization beam splitter 27 and received by the photodetector 30.

【0037】以上の説明からわかるように、本実施の形
態では、光源26、偏光ビームスプリッター27、1/
4波長板28及び集光レンズ29が、探針2の先端から
エバネッセント波が発生するように探針2に光を照射す
る照射手段を構成している。また、光検出部30が試料
表面で反射したエバネッセント波を検出する光検出手段
を構成している。なお、光検出部30としては、具体的
には、例えば、フォトダイオード等の光検出器を用いる
ことができる。試料の所定波長の光学的性質を測定する
場合には、光検出部30において、例えば、光検出器の
前側に分光器を設ければよい。
As can be seen from the above description, in the present embodiment, the light source 26, the polarization beam splitter 27, 1 /
The four-wave plate 28 and the condenser lens 29 configure an irradiation unit that irradiates the probe 2 with light so that an evanescent wave is generated from the tip of the probe 2. Further, the photodetection section 30 constitutes a photodetection means for detecting the evanescent wave reflected on the sample surface. Note that, as the light detection unit 30, specifically, for example, a light detector such as a photodiode can be used. When measuring the optical property of the sample at a predetermined wavelength, in the photodetection section 30, for example, a spectroscope may be provided in front of the photodetector.

【0038】さらに、図1に示すように、本実施の形態
による走査型近接場光学顕微鏡は、処理部31及び表示
部32を備えている。前記制御部23からカンチレバー
駆動装置21に与えられるZ方向の制御信号は、探針2
の試料表面に対するZ方向の相対位置を示すことにな
る。また、制御部23からカンチレバー駆動装置21に
与えられるX方向及びY方向の制御信号は、探針2の試
料表面に対するX方向及びY方向の相対位置を示すこと
になる。処理部31は、制御部23からの各制御信号及
び光検出部30の検出信号を取り込み、探針2のX方向
及びY方向の試料表面に対する相対位置に応じた光検出
部30の検出信号のレベルに関する情報(すなわち、試
料20の光学的情報)を得るとともに、探針2のX方向
及びY方向の試料表面に対する相対位置に応じた探針2
のZ方向の試料表面に対する相対位置に関する情報(す
なわち、試料の形状情報)を得る。そして、これらの情
報はCRT等の表示部32に画像として表示される。
Further, as shown in FIG. 1, the scanning near-field optical microscope according to this embodiment includes a processing section 31 and a display section 32. The control signal in the Z direction given from the control unit 23 to the cantilever drive device 21 is the probe 2
Indicates the relative position in the Z direction with respect to the sample surface. Further, the control signals in the X and Y directions given from the control unit 23 to the cantilever drive device 21 indicate the relative position of the probe 2 in the X and Y directions with respect to the sample surface. The processing unit 31 takes in each control signal from the control unit 23 and the detection signal of the light detection unit 30, and detects the detection signal of the light detection unit 30 according to the relative position of the probe 2 in the X direction and the Y direction with respect to the sample surface. Information about the level (that is, optical information of the sample 20) is obtained, and the probe 2 corresponding to the relative position of the probe 2 in the X direction and the Y direction with respect to the sample surface.
The information about the relative position of the Z direction with respect to the sample surface (that is, the shape information of the sample) is obtained. Then, these pieces of information are displayed as images on the display unit 32 such as a CRT.

【0039】本実施の形態による走査型近接場光学顕微
鏡によれば、探針2と試料表面との間に原子間力が働
き、この力に応じてカンチレバー1が撓む。カンチレバ
ー1の撓み量がPZT膜12により抵抗値に変換され、
これに応じた信号が検出部22から出力される。そし
て、制御部23及びカンチレバー駆動装置21によっ
て、検出部22からの信号に基づいてカンチレバー1の
撓み量が一定になるようにカンチレバー1がZ方向に移
動させられつつ、X方向及びY方向に探針2が試料表面
を走査するようにカンチレバー1が移動させられる。し
たがって、試料表面の凹凸に追従して探針2と試料20
との間の距離が一定に保たれつつ、試料表面と略平行な
面の方向に探針2が試料表面を走査することになる。こ
のため、光検出部22からの検出信号には光学的情報の
みが含まれ、試料20の光学的情報のみを形状情報から
分離して得ることができる。
According to the scanning near-field optical microscope of this embodiment, an atomic force acts between the probe 2 and the sample surface, and the cantilever 1 bends in response to this force. The deflection amount of the cantilever 1 is converted into a resistance value by the PZT film 12,
A signal corresponding to this is output from the detection unit 22. Then, the control unit 23 and the cantilever driving device 21 move the cantilever 1 in the Z direction so that the amount of bending of the cantilever 1 becomes constant based on the signal from the detection unit 22, while searching in the X direction and the Y direction. The cantilever 1 is moved so that the needle 2 scans the sample surface. Therefore, the probe 2 and the sample 20 follow the unevenness of the sample surface.
The probe 2 scans the sample surface in the direction of a plane substantially parallel to the sample surface while maintaining a constant distance between the sample surface and the sample surface. Therefore, only the optical information is included in the detection signal from the light detection unit 22, and only the optical information of the sample 20 can be obtained separately from the shape information.

【0040】そして、本実施の形態によれば、カンチレ
バー1の撓み量がカンチレバー1に形成されたPZT膜
12と検出部22とにより検出され、前記従来の走査型
近接場光学顕微鏡と異なり撓み検出用光は照射されない
ので、撓み検出用光による迷光の影響がなくなるととも
に、光学フィルタを用いる必要がない。したがって、光
検出部22による検出光は例えば図5(a)に示すよう
に理想的なものとなり、SN比の低下や所望の波長の光
による試料の測定を行うことができないという事態を防
止することができる。
According to the present embodiment, the amount of bending of the cantilever 1 is detected by the PZT film 12 formed on the cantilever 1 and the detecting portion 22, and the bending detection is different from the conventional scanning near-field optical microscope. Since the use light is not emitted, the influence of stray light due to the deflection detection light is eliminated and it is not necessary to use an optical filter. Therefore, the light detected by the light detection unit 22 becomes ideal as shown in FIG. 5A, for example, to prevent a decrease in the SN ratio and a situation in which the sample cannot be measured with light of a desired wavelength. be able to.

【0041】さらに、本実施の形態では、処理部23に
より試料20の形状情報も得ているので、試料20を観
察する上で好ましい。もっとも、本発明では、必ずしも
試料の形状情報を得なくてもよい。
Further, in this embodiment, the shape information of the sample 20 is obtained by the processing unit 23, which is preferable for observing the sample 20. However, in the present invention, it is not always necessary to obtain the shape information of the sample.

【0042】(実施の形態2)次に、本発明の第2の実
施の形態による走査型近接場光学顕微鏡について、図3
を参照して説明する。
(Second Embodiment) Next, a scanning type near-field optical microscope according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0043】図3は、本実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡を模式的に示す概略構成図である。図3にお
いて、図1中の構成要素と同一又は対応する構成要素に
は同一符号を付し、その説明は省略する。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram schematically showing the scanning near-field optical microscope according to this embodiment. 3, constituent elements that are the same as or correspond to the constituent elements in FIG. 1 are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.

【0044】本実施の形態による走査型近接場光学顕微
鏡が前記第1の実施の形態による走査型近接場光学顕微
鏡と異なる所は、図1中の偏光ビームスプリッター2
7、1/4波長板28及び集光レンズ29が削除され、
光検出部30が試料20の背面側に配置されて光検出部
30が試料20を透過したエバネッセント波を検出する
ようになっている点のみである。すなわち、本実施の形
態では、光源30が、探針2の先端からエバネッセント
波が発生するように探針2に光を照射する照射手段を構
成し、光検出部30が試料を透過したエバネッセント波
を検出する光検出手段を構成している。
The scanning near-field optical microscope according to this embodiment differs from the scanning near-field optical microscope according to the first embodiment in that the polarization beam splitter 2 in FIG.
7, the quarter wave plate 28 and the condenser lens 29 are deleted,
The only difference is that the photodetection section 30 is arranged on the back side of the sample 20 so that the photodetection section 30 detects the evanescent wave transmitted through the sample 20. That is, in the present embodiment, the light source 30 constitutes an irradiation unit that irradiates the probe 2 with light so that an evanescent wave is generated from the tip of the probe 2, and the photodetection unit 30 transmits the evanescent wave through the sample. It constitutes a light detecting means for detecting.

【0045】前記第1の実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡が、試料表面で反射したエバネッセント波を
検出するいわゆる反射タイプであったのに対し、本実施
の形態による走査型近接場光学顕微鏡は、試料を透過し
たエバネッセント波を検出するいわゆる透過タイプとな
っている。
Whereas the scanning near-field optical microscope according to the first embodiment is a so-called reflection type for detecting the evanescent wave reflected on the sample surface, the scanning near-field optical microscope according to the present embodiment. Is a so-called transmission type that detects an evanescent wave that has passed through the sample.

【0046】本実施の形態によっても、前記第1の実施
の形態と同様に、SN比の低下や所望の波長の光による
試料の測定を行うことができないという事態を防止する
ことができる。
According to the present embodiment, as in the case of the first embodiment, it is possible to prevent a decrease in the SN ratio and a situation in which the sample cannot be measured with light of a desired wavelength.

【0047】(実施の形態3)次に、本発明の第3の実
施の形態による走査型近接場光学顕微鏡について、図4
を参照して説明する。
(Third Embodiment) Next, a scanning type near-field optical microscope according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0048】図4は、本実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡を模式的に示す概略構成図である。図4にお
いて、図1中の構成要素と同一構成要素には同一符号を
付し、その説明は省略する。なお、本実施の形態におい
ても、カンチレバー1として、前記論文に開示されたよ
うなカンチレバーを採用することもできる。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram schematically showing the scanning near-field optical microscope according to this embodiment. 4, the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Note that, also in the present embodiment, the cantilever 1 as disclosed in the above-mentioned paper can be adopted as the cantilever 1.

【0049】本実施の形態による走査型近接場光学顕微
鏡が前記第1の実施の形態による走査型近接場光学顕微
鏡と異なる所は、図1中の偏光ビームスプリッター2
7、1/4波長板28及び集光レンズ29が削除され、
試料台24の代わりに試料台として三角柱状のプリズム
40が設けられ、光源26からの光がプリズム40を介
して試料20の裏面から試料20の表面で全反射条件を
満たすように入射するように光源26がプリズム40の
側方に配置され、光検出部30が探針2の上方に配置さ
れている点のみである。
The scanning near-field optical microscope according to this embodiment differs from the scanning near-field optical microscope according to the first embodiment in that the polarization beam splitter 2 in FIG.
7, the quarter wave plate 28 and the condenser lens 29 are deleted,
A prism 40 having a triangular prism shape is provided as a sample table instead of the sample table 24, and light from the light source 26 is incident from the back surface of the sample 20 through the prism 40 so that the total reflection condition is satisfied on the surface of the sample 20. The only difference is that the light source 26 is arranged on the side of the prism 40 and the photodetector 30 is arranged above the probe 2.

【0050】本実施の形態では、光源26からの光がプ
リズム40を介して試料20の裏面から試料20の表面
で全反射条件を満たすように入射され、これにより試料
20の表面近傍にエバネッセント波が発生する。探針2
の先端付近のエバネッセント波が探針2の先端から探針
2内に入り(すなわち、探針2により捕捉され)、伝播
光となって探針2を透過し、光検出部30により検出さ
れる。
In the present embodiment, the light from the light source 26 is incident from the back surface of the sample 20 through the prism 40 so as to satisfy the condition of total reflection on the surface of the sample 20, whereby the evanescent wave is emitted near the surface of the sample 20. Occurs. Probe 2
The evanescent wave near the tip of the probe 2 enters the probe 2 from the tip of the probe 2 (that is, is captured by the probe 2), becomes propagating light, passes through the probe 2, and is detected by the photodetector 30. .

【0051】以上の説明からわかるように、本実施の形
態では、光源26及びプリズム40が、試料表面にエバ
ネッセント波が発生するように試料裏面から全反射条件
で光を照射する照射手段を構成し、光検出部30が、探
針2により捕捉されたエバネッセント波を検出する光検
出手段を構成している。なお、プリズム40の形状は三
角柱に限定されるものではない。
As can be seen from the above description, in the present embodiment, the light source 26 and the prism 40 constitute the irradiation means for irradiating light from the back surface of the sample under the condition of total reflection so that the evanescent wave is generated on the surface of the sample. The light detection unit 30 constitutes light detection means for detecting the evanescent wave captured by the probe 2. The shape of the prism 40 is not limited to the triangular prism.

【0052】本実施の形態によっても、前記第1の実施
の形態と同様に、SN比の低下や所望の波長の光による
試料の測定を行うことができないという事態を防止する
ことができる。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, it is possible to prevent the situation where the SN ratio is lowered and the sample cannot be measured with the light of the desired wavelength.

【0053】本実施の形態では、前述したように、光検
出部30が探針2の上部に配置されて光検出部30が探
針2により捕捉されたエバネッセント波を検出するよう
になっているが、光検出部30を探針2の側方に配置し
て、光検出部30が探針2の先端で散乱された(すなわ
ち、反射された)エバネッセント波を検出するようにし
てもよい。
In the present embodiment, as described above, the photodetector 30 is arranged above the probe 2, and the photodetector 30 detects the evanescent wave captured by the probe 2. However, the light detection unit 30 may be arranged on the side of the probe 2 so that the light detection unit 30 detects the evanescent wave scattered (that is, reflected) at the tip of the probe 2.

【0054】以上本発明の各実施の形態について説明し
たが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもので
はない。
Although the respective embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.

【0055】例えば、前記各実施の形態では、カンチレ
バー1に、加えられた圧力に応じて抵抗値が変化する膜
として、PZT膜12が形成されていたが、その代わり
にカンチレバー1に圧電膜を形成してもよい。圧電膜と
しては、種々のものを採用することができるが、PZT
膜を採用することもできる。カンチレバー1に圧電膜と
してPZT膜を形成する場合には、カンチレバー1の撓
みにより電極13,14間にできるだけ大きな電圧が生
ずるようにPZT膜の結晶軸方向等が定められる。カン
チレバー1に圧電膜を形成する場合には、検出部22は
例えば電圧計と同様の構成とすればよい。
For example, in each of the above embodiments, the PZT film 12 is formed on the cantilever 1 as a film whose resistance value changes in accordance with the applied pressure, but instead of this, a piezoelectric film is formed on the cantilever 1. You may form. As the piezoelectric film, various kinds can be adopted, but PZT
Membranes can also be used. When a PZT film is formed as a piezoelectric film on the cantilever 1, the crystal axis direction of the PZT film and the like are determined so that the flexure of the cantilever 1 causes a voltage as large as possible between the electrodes 13 and 14. When the piezoelectric film is formed on the cantilever 1, the detection unit 22 may have the same configuration as a voltmeter, for example.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
試料の形状情報と分離した試料の光学的情報のみを得る
ことができ、しかも、SN比の低下や所望の波長の光に
よる試料の測定を行うことができないという事態を防止
することができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to obtain only the shape information of the sample and the optical information of the separated sample, and it is possible to prevent a situation in which the SN ratio is lowered and the sample cannot be measured with light of a desired wavelength.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡を模式的に示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a scanning near-field optical microscope according to a first embodiment of the present invention.

【図2】カンチレバーを示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing a cantilever.

【図3】本発明の第2の実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡を模式的に示す概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram schematically showing a scanning near-field optical microscope according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態による走査型近接場
光学顕微鏡を模式的に示す概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram schematically showing a scanning near-field optical microscope according to a third embodiment of the present invention.

【図5】検出光の特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing characteristics of detection light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 カンチレバー 2 探針 12 PZT膜 20 試料 21 カンチレバー駆動装置 22 検出部 23 制御部 24 試料台 26 エバネッセント波発生用光源 27 偏光ビームスプリッター 28 1/4波長板 29 集光レンズ 30 光検出部 31 処理部 32 表示部 40 プリズム 1 cantilever 2 probe 12 PZT film 20 sample 21 cantilever drive device 22 detection unit 23 control unit 24 sample stage 26 light source for evanescent wave generation 27 polarized beam splitter 28 quarter wave plate 29 condenser lens 30 photodetection unit 31 processing unit 32 display 40 prism

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 先端部に探針を有するカンチレバーと、
前記探針の先端からエバネッセント波が発生するように
前記探針に光を照射する照射手段と、試料を透過し又は
試料表面で反射したエバネッセント波を検出する光検出
手段と、試料表面と略垂直な方向に前記探針を前記試料
に対して相対的に移動させる第1の移動手段と、前記試
料表面と略平行な面の方向に前記カンチレバーを前記試
料に対して相対的に移動させる第2の移動手段と、前記
試料表面と略平行な面の方向における前記カンチレバー
の前記試料表面に対する相対位置に応じた、前記光検出
手段からの検出信号に関する情報を得る手段と、を備え
た走査型近接場光学顕微鏡において、 圧電膜又は加えられた圧力に応じて抵抗値が変化する膜
が前記カンチレバーに形成され、 圧電膜が発生する電圧又は前記膜の抵抗値に応じた信号
を出力する検出手段と、 前記検出手段からの信号に基づいて前記カンチレバーの
撓みが一定になるように前記第1の移動手段を制御しつ
つ、前記試料表面と略平行な面の方向に前記探針が試料
表面を走査するように前記第2の移動手段を制御する制
御手段と、 を更に備えたことを特徴とする走査型近接場光学顕微
鏡。
1. A cantilever having a probe at its tip,
An irradiation unit that irradiates the probe with light so that an evanescent wave is generated from the tip of the probe, a light detection unit that detects the evanescent wave that passes through the sample or is reflected by the sample surface, and substantially perpendicular to the sample surface. First moving means for moving the probe relative to the sample in any direction, and second moving means for moving the cantilever relative to the sample in a direction substantially parallel to the sample surface. Scanning means, including means for obtaining information about a detection signal from the photodetection means according to the relative position of the cantilever with respect to the sample surface in the direction of a plane substantially parallel to the sample surface. In a field optical microscope, a piezoelectric film or a film whose resistance value changes according to the applied pressure is formed on the cantilever, and a voltage generated by the piezoelectric film or a signal corresponding to the resistance value of the film Outputting detection means and the probe in a direction substantially parallel to the sample surface while controlling the first moving means so that the deflection of the cantilever becomes constant based on the signal from the detection means. A scanning near-field optical microscope, further comprising: a control unit that controls the second moving unit to scan the surface of the sample.
【請求項2】 先端部に探針を有するカンチレバーと、
試料表面にエバネッセント波が発生するように試料裏面
から全反射条件で光を照射する照射手段と、前記探針に
より捕捉され又は前記探針の先端で反射したエバネッセ
ント波を検出する光検出手段と、試料表面と略垂直な方
向に前記探針を前記試料に対して相対的に移動させる第
1の移動手段と、前記試料表面と略平行な面の方向に前
記カンチレバーを前記試料に対して相対的に移動させる
第2の移動手段と、前記試料表面と略平行な面の方向に
おける前記カンチレバーの前記試料表面に対する相対位
置に応じた、前記光検出手段からの検出信号に関する情
報を得る手段と、を備えた走査型近接場光学顕微鏡にお
いて、 圧電膜又は加えられた圧力に応じて抵抗値が変化する膜
が前記カンチレバーに形成され、 前記圧電膜が発生する電圧又は前記膜の抵抗値に応じた
信号を出力する検出手段と、 前記検出手段からの信号に基づいて前記カンチレバーの
撓みが一定になるように前記第1の移動手段を制御しつ
つ、前記試料表面と略平行な面の方向に前記探針が試料
表面を走査するように前記第2の移動手段を制御する制
御手段と、 を更に備えたことを特徴とする走査型近接場光学顕微
鏡。
2. A cantilever having a probe at its tip,
Irradiation means for irradiating light from the sample back surface under total reflection conditions so that an evanescent wave is generated on the sample surface, and light detection means for detecting an evanescent wave captured by the probe or reflected at the tip of the probe, First moving means for moving the probe relatively to the sample in a direction substantially perpendicular to the sample surface, and the cantilever relative to the sample in a direction substantially parallel to the sample surface. Second moving means for moving the cantilever, and means for obtaining information regarding a detection signal from the light detecting means in accordance with the relative position of the cantilever with respect to the sample surface in the direction of a plane substantially parallel to the sample surface. In a scanning near-field optical microscope provided with, a piezoelectric film or a film whose resistance value changes according to applied pressure is formed on the cantilever, and a voltage generated by the piezoelectric film or Detecting means for outputting a signal according to the resistance value of the recording film; and controlling the first moving means so that the deflection of the cantilever becomes constant based on the signal from the detecting means, The scanning near-field optical microscope further comprising: a control unit that controls the second moving unit so that the probe scans the sample surface in the direction of a substantially parallel surface.
【請求項3】 前記試料表面と略平行な面の方向におけ
る前記カンチレバーの前記試料表面に対する相対位置に
応じた、前記試料表面と略垂直な方向の前記カンチレバ
ーの前記試料表面に対する相対位置に関する情報を得る
手段を、更に備えたことを特徴とする請求項1又は2記
載の走査型近接場光学顕微鏡。
3. Information relating to the relative position of the cantilever with respect to the sample surface in a direction substantially perpendicular to the sample surface, according to the relative position of the cantilever with respect to the sample surface in the direction of a plane substantially parallel to the sample surface, The scanning near-field optical microscope according to claim 1 or 2, further comprising means for obtaining.
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