DD297521A5

DD297521A5 - Mikroskopisches verfahren und nahfeldreflexionsmikroskop

Info

Publication number: DD297521A5
Application number: DD90343656A
Authority: DD
Inventors: Fornel Frederique De; Jean-Pierre Goudonnet; Nathalie Cerre
Original assignee: ��@��@��@��@��@M��]k��
Priority date: 1989-08-28
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 1992-01-09
Also published as: KR920704173A; CA2065263A1; DE69017317D1; US5340981A; ES2075178T3; FI920905A0; FR2651332A1; WO1991003757A1; DE69017317T2; FR2651332B1; EP0415838A1; ATE119296T1; AU6400390A; OA09600A; CN1050266A; JPH05503586A; BR9007631A; EP0415838B1; ZA906786B; IL95487A0

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reflexions-Nahfeld-Mikroskopie vom Typ der Abtastung einer Flaeche durch eine optische Sonde, wie insbesondere einen Wellenleiter, in den man eine vorteilhafterweise kohaerente elektromagnetische Welle, beispielsweise von einem Laser, einleitet, dad dadurch gekennzeichnet ist, dasz man das Ende dieses Wellenleiters in einen solchen Abstand zu der zu untersuchenden Flaeche bringt, dasz der Kopplungskoeffizient zwischen der eigenen Art der Ausbreitung des genannten Wellenleiters und der Art der Ausbreitung des elektrischen Feldes der durch die genannte Flaeche reflektierten und durch denselben Wellenleiter zurueckgeleiteten Welle einen deutlichen exponentiellen Anstieg in dem Masze aufweist, wie sich das genannte Ende dieser gleichen Flaeche naehert. Das Gebiet der Erfindung ist im besonderen das der Abtast-Mikroskopie durch rein optische Mittel und mit Aufloesungen im Nanometer-Bereich. Man kann ebenfalls die Erfindung zur optischen Kontrolle der Entfernung zwischen einer gegebenen Flaeche und einem oberhalb von dieser Flaeche zu verschiebenden Instrument einsetzen, und ganz besonders bei einem Instrument des Typs, das bei der Mikrolithographie integrierter Schaltkreise verwendet wird. Fig. 2{Reflexions-Nahfeld-Mikroskopie; Flaechenabtastung; optische Sonde; Wellenleiter; Laser; Kopplungskoeffizient; elektrisches Feld; Mikrolithographie; optische Entfernungskontrolle}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Die konventionelle Nahfeld-Mikroskopie beruht auf der besonderen Struktur einer elektromagnetischen Welle in der Nähe einer Öffnung mit einem niedrigeren Durchmesser (und bis zehnmal höher) als seiner Wellenlänge. Die Nähe soll hier als sogenannte

„Nahfeld-Zone" verstanden werden, die sich in einem Abstand von der Öffnung von unterhalb der Wellenlänge befindet. Indieser Zone nimmt die Intensität der Welle sehr schnoll ab, bis sie den Wert der Intensität in der sogenannten „Weitfeld-Zone"erreicht, die in bekannter Weise durch Anwendung der Maxwell-Gleichung berechnet werden kann.

Diese sehr schnelle Abnahme der Intensität in Abhängigkeit von der Entfernung zur Öffnung ermöglicht es, sehr genau die Topographie der Oberfläche zu ermitteln, von wo das Licht reemittiert wird, wobei jede Veränderung der durch geeignete Mittel

gemessenen Intensität einer Veränderung der Entfernung entspricht.

Man ker at bereits zahlreiche Vorrichtungen, die sowohl nach dem Prinzip der Übertragung als auch nach dem der Reflexion

arbeiten. Insbesondere in dem europäischen Patent EP-112401, hinterlegt am 27. Dezember 1982 auf den Namen der

International Business Machines Corporation, wurde im besonderen das Problem gelöst, eine Öffnung mit einem geringen Durchmesser, typisch unterhalb eines Mikrometers, zu erhalten, die in einem optischen Nahfeld-Mikroskop verwendet werden

kann. In einer in diesem Dokument beschriebenen Variante erhält die Öffnung das Lic'it übertragen durch eine zu analysierende

Probe, wobei die Öffnung durch konventionelle Mittel in einem geeigneten Abstand gehalten wird, wie durch eine elektronische Sonde, die einen Tunnel-Strom mißt. Die Verwendung einer darartigen elektronischen Sonde macht jedoch die Metallisierung der zu analysierenden Probe

erforderlich, wobei die, was sie betrifft, bereits metallisierte submikronische Öffnung für die Meß-Strahlung derelektromagnetischen Welle undurchlässig ist, da sie durch eine dicke Metallschicht begrenzt wird.

Diese doppelte Metallisierung der Probe einerseits und der durch die submikronische Öffnung gebildeten optischen Sonde

andererseits weist schwerwiegende Nachteile auf.

Tatsächlich kann die Metallisierung der organischen, oder allgemeiner gesagt, der dielektrischen Probe ein Hindernis für die Beobachtung derartiger Phänomene, besonders der dynamischen oder lebenden Erscheinungen, bilden. Außerdem kann diese Metallisierung heterogen sein oder es können Strukturen kleiner Abstufung durch den Überzug verdeckt werden. Weiterhin wird

im Fall der Diskontinuität der leitenden Oberflächen-Schicht die Kontrolle des Abstandes zur Öffnung nicht mehr gesichert, waszu einer topographischen Abweichung führt.

Schließlich wurde festgestellt, daß die metallischen Wandungen der submikronischen Öffnung und die metallisierte Oberfläche

der Probe einen Hohlraum-Resonanz-Generator für Interferenzen bilden, die die gemessene Intensität hinter dieser Öffnungmodulieren und diese Messung stören.

Außerdem bildet die Herstellung einer Öffnung mit einem submikronischen Durchmesser die Hauptschwierigkeit bei der Realisierung dieses Mikroskop-Typs und begrenzt damit dessen Entwicklung. Die reproduzierbare Fabrikation einer

submikronischen öffnung, insbesondere für ein Reflexions-Nahfeld-Mikroskop mit Übertragung, ist nämlich außerordentlichschwierig durchzuführen, und sie bildet außerdem den Gegenstand einer in dem europäischen Patent EP-112402 am27.Dezember 1982 von der International Business Machines Corporation hinterlegten Lösung. Die durch das in dem genannten

Dokument beschriebene Verfahren realisierten Öffnungs-Durchmesser bewegen sich in einem Bereich zwischen 10 und 500nm. Die horizontale Auflösung eines mit einer derartigen Öffnung ausgestatteten Nahfeld-Mikroskopes hängt daher direkt von ihrem Durchmesser und ihrem Abstand vor der Probe ab. Die Auflösung liegt in der Größenordnung des größten dieser zwei Werte. Die gleichen Schwierigkeiten bei der Anwendung bestehen bei einem Reflexions-Nahfeld-Mikroskop. FQr diesen Mikroskop-Typ

wurden spezielle optische Sonden entwickelt, die in Emission und in Rezeption arbeiten, und insbesondere die in demeuropäischen Patent EP-185782 beschriebenen, hinterlegt am 28. Dezember 1984 auf den Namen der International Business

Machines Corporation. In diesem letzten Dokument ist ein zusammengesetzter Wellenleiter beschrieben, dessen End- Querschnitt ringförmig ist, so daß er aufweist:

- eine erste submikronische öffnung, begrenzt durch eine undurchlässige metallische Schicht, die in Emission arbeitet,

- einen transparenten peripheren Ring, der durch die erste undurchlässige Schicht und eine zweite undurchlässige, metallische Schicht begrenzt wird, die in Rezeption arbeitet.

Die Messung des reflektierten Lichtes erfolgt in dieser Weise quer durch den ebenen peripheren Wellenleiter hindurch, der den transparenten peripheren Ring bildet. Diese Ausgestaltung ist *ür eine zuverlässige Messung ungünstig, bei der eine derartige flache Struktur unvermeidliche, unerwünschte elektromagnetische Ausbreitungs-Formen mit sich bringt. Schließlich verwenden andere bekannte mikroskopische Techniken, und insbesondere die optische Phasenkontrast-Mikroskopie, wie beispielsweise beschrieben in einem Artikel der Zeitschrift Elektronic Letters, Vol. 22, Nr. 2, Januar 1986, S. 103-105, Titel „Fibreoptic scanning differential interference contrast optical microscope", geschrieben von M. VAEZIRAVANI,

oder auch dio optische Abtast-Mikroskopie, wie in der europäischen Patentanmeldung EP-283256 beschrieben, hinterlegt am 16. März 1988 auf den Namen von TEKTRONIX Inc., nicht das Phänomen des Nahfeldes und sind demzufolge in ihrer Auflösung durch Diffraktion-Erscheinungen im Weit-Feld begrenzt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die vorliegende Erfindung .'fielt darauf ab, alle diese Nachteile zu beheben, indem sie ein Verfahren zur Reflexions-Nahfeld-Mikroskopie vom Typ der Abtastung einer Fläche durch eine optische Sonde, wie insbesondere einen Wellenleiter, vorschlägt, in den man eine vorteilhafterweise kohärente elektromagnetische Welle, beispielsweise von einem Laser, einleitet. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Ende dieses Wellenleiters in einen solchen Abstand zu der zu untersuchenden Fläche bringt, daß der Kopplungskoeffizient zwischen der eigenen Art der Ausbreitung do3 genannten Wellenleiters und der Art der Ausbreitung des elektrischen Feldes der durch die genannte Fläche reflektierten und durch denselben Wellenleiter zurückgeleiteten Welle einpn deutlichen exponentiell Anstieg in dem Maße aufweist, wie sich das genannte Ende dieser gleichen Fläche nähert.

Die Erfindung hebt damit ein neues Phänomen hervor, das es ermöglicht, die Veränderungen der Reflektierbarkeit einer reflektierbaren Fläche sowie ihre Topographie festzustellen. Im folgenden versteht man unter der Bezeichnung „Welle gekoppelten Typs" die durch die Fläche reflektierte und durch den Wellenleiter zurückgeleitete Welle. Tatsächlich besteht das durch die Erfindung ausgenutzte Phänomen in einer Kopplung der Arten zwischen der eigenen Art des Wellenleiters und einer reflektierten Welle, die, davon ausgehend, daß sie zuvor durch den Wellenleiter emittiert wurde, eine modale Struktur besitzt, wobei diese Struktur leicht „erweitert" ist wegen der bidirektionalen Ausbreitung der Welle in dem Intervall, das das Ende des Wellenleiters von der zu untersuchenden, reflektierenden Fläche trennt.

Da es außerdem feststeht, deS die Intensität der Welle gekoppelten Typs direkt vom obenerwähnten Kopplu.igskoeffizienten abhängt, ermöglicht d'r .messung dieser Intensität somit die Messung der Entwicklung dieses Koeffizienten. Erfindungsgemäß besteht die Ausnutzung eines derartigen Phänomens für optische Abbildungen aus zwei Folgen, nämlich

- gemäß einer ersten Arbeitsweise hält man das Ende des Wellenleiters auf einem etwa konstanten Niveau oberhalb der zu untersuchenden Fläche, während man die Intensität der Welle gekoppelten Typs mißt, das heißt, die Veränderungen des Kopplungskoeffizienten zwischen der eigenen Art der Ausbreitung des genannten Wellenleiters und der Art der Ausbreitung des elektrischen Feldes der durch die genannte Fläche reflektierten Welle. Diese Messung wird dann wie die Resultierende einer Veränderung des Abstandes oder der Reflektierbarkeit der Fläche interpretiert, durch theoretische oder informatische Inversion des Verhältnisses der deutlich exponentiellen Abhängigkeit zwischen der genannten Intensität und der Entfernung zwischen der zu untersuchenden Fläche und dem Ende des Wellenleiters,

- gemi & einer zweiten Arbeitsweise reagiert man auf die senkrechte Position des Endes des Wellenleiters in der Weise, daß man dio Intensität der Welle gekoppelten Typs konstant hält. Diese Reaktion wird vorteilhafterweise mit Hilfe eines Regelkreises durchgeführt, der einen breiten Durchgangs-Bereich aufweist, was die Aufnahme mit einer großen Empfindlichkeit gestattet und somit eine erhöhte Auflösung gewährleistet, wobei die vertikalen Verschiebungen des Endes des Wellenleiters direkt für die Topographie und/oder die Reflektierbarkeit der zu untersuchenden Oberfläche repräsentativ sind (da es feststeht, daß die Reflektierbarkeit eines Materials von seinem optischen Index abhängt, sind die spektroskopischen Messungen dieser Fläche ebenfalls möglich).

Die Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reflexions-Nahfeld-Mikroskopie sind daher völlig mit denen der heute bekannten Abtast-Mikroskopie mit Tunneleffekt vergleichbar. Außerdem ist die Einfachheit der Anwendung dieses Verfahrens groß, da es weder erforderlich ist, eine Öffnung mit einem submikronischen Durchmesser herzustellen, noch den Wellenleiter oder die zu untersuchende Probe zu metallisieren.

Man kann daher eine einfache optische Faser als Wellenleiter verwenden beispielswei.se mit einem Index-Sp. ung des einförmigen Typs, wobei eine derartige Faser auf drei hauptsächliche Arten, die jedoch nicht einschränkend sind, verwendet werden kann, nämlich:

t) Die Faser wird am Ende abgebrochen, so daß sie gegenüber der zu untersuchenden reflektierenden Fläche eine ebene Fläche tufweist, die etwa senkrecht zur längsverlaufenden Achse der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle in dem Herzstück der genannten Faser liegt; es wurde gezeigt, daß es sich dabei um den günstigsten Fall für das Erreichen einer guten Auflösung handelt (der Fall, wo die Abnahme der Intensität der Welle gekoppelten Typs in Abhängigkeit von der Entfernung am schnellsten ist). Außerdem wurde in dieser Situation festgestellt, daß es interessant sein könnte, die ebene Austritts-Fläche der optischen Faser oberhalb der zu untersuchenden Fläche zu positionieren, gemäß einer in etwa rechtwinklig zu dieser Fläche liegenden Richtung, und zwar unter solchen Bedingungen, die ein konstruktives Interferenz-Phänomen zwischen der Welle gekoppelten Typs und der in dieser gleichen Faser an ihrer ebenen Austritts-Fläche reflektierten Welle auftreten lassen. Dieses aufgrund der Kohärenz der Wellen gleicher Wellenlänge mögliche Interferenz-Phänomen kann durch Zwischenschalten eines Index-Gels zwischen der zu untersuchenden Fläche und der genannten ebenen Austritts-Fläche der Faser vermieden werden (beispielsweise für eine Siliciumdioxid-Fasor ein Index-Gel, das einen optischen Index von 1458 aufweist). Wenn man sich im Gegenteil dazu unter Bedingungen einer optimalen Sensibilität für die obenerwähnten Interferenz-Phänomene befindet, ist es vorteilhaft, auf die senkrechte Position der ebenen Austritts-Fläche der Faserr in der Weise zi< reagieren, daßmandie Intensität der aus diesem Interferenz-Phänomen resultierenden elektromagnetischen Welle konstant hält, während diese Intensität selbst normalerweise eine sinusförmige Modulation mit konstantem Zwischenstreifen aufweist. Zu diesem Zweck wird ein präziser Regelkreis mit breitem Bereich verwendet, um jede starke Veränderung der gesammelten Intensität durch einen Sprung von einer Halb-Periode der Modulation zur anderen zu verhindern. Der diese Periode ergebende Zwischenstreifen (es handelt sich um eine räumliche Periodizität) ist einfach gleich dem Verhältnis der Wellenlänge durch zweimal den Wert des Index des Zwischenmediums zwischen der Austritts-Fläche der optischen Faser und der zu untersuchenden reflektierenden Fläche. Dieser Zwischenstreifen ist für optische Wellen geringer (in der Größenordnung von einigen hundert Nanometern) und ermöglicht es, die Auflösung der Mikroskopie in Übereinstimmung mit der Erfindung noch deutlich zu verbessern.

In dieser Hinsicht, und immer bei dieser ersten Anwendungsart einer optischen Faser als Wellenleiter, der als Sonde für das Nahfeld dient, und die durch Kopplung der Reflexionsarten begründet ist, unterscheidet man zwei Fälle:

- gemäß dem die Reaktion auf die senkrechte Position der ebenen Austritts-Fläche der Faser in anziehender Weise erfolgt, das heißt, daß die Intensität der elektromagnetischen Welle, die aus dem Interferenz-Phänomen zwischen der Welle gekoppelten Typs und der in der Faser durch die genannte ebene Fläche reflektierten Welle, im ansteigenden Teil einer einzigen Periode der sinusförmigen Modulation dieser gleichen Intensität kontrolliert wird,

- oder gemäß dem die Reaktion auf die senkrechte Position der ebenen Austritts-Fläche der Faser in abstoßender Weise erfolgt, das heißt, daß die Intensität der elektromagnetischen Welle, die aus dem gleichen Interferenz-Phänomen resultiert, im abfallenden Teil einer einzigen Periode der genannten sinusförmigen Modulation kontrolliert wird.

b) Bei einer zweiten möglichen Anwendungsform einer einförmigen optischen Faser als Wellenleiter realisiert man außerdem am Ende von dieser Faser eine in etwa senkrecht zur mittleren Ausbreitungs-Richtung des Lichtes in der genannten Faser liegende ebene Fläche. Dann positioniert man diese ebene Fläche oberhalb der zu untersuchenden Fläche gemäß einer einen deutlichen Winkel zu dieser Fläche bildenden Richtung unter solchen Bedingungen, daß kein wie vorstehend beschriebenes Interferenz-Phänomen zwischen der Welle gekoppelten Typs und der in der Faser durch ihre ebene Austritts-Fläche reflektierten Welle auftritt, oder zumindest kein meßbares Interferenz-Phänomen (was realisiert wird, wenn die sinusförmige Modulation, die mit der Intensität der Welle gekoppelten Typs mit deutlich exponentiellem Abfall überlagert ist, ein geringes Niveau aufweist, das durch den Regelkreis bei der senkrechten Position der genannten ebenen Austritts-Fläche der Faser nicht mehr registriert werden kann).

c) Bei einer dritten möglichen Anwendungsform einer einförmigen optischen Faser als Wellenleiter realisiert man am Ende von dieser Faser eine in einem deutlichen Winkel zur mittleren Ausbreitungs-Richtung des Lichtes in der genannten Faser liegende ebene Fläche. Dieser Fall ist ähnlich dem vorstehenden Fall b), indem sich kein meßbares konstruktives Interferenz-Phänomen zwischen der Welle gekoppelten Typs und der in der Faser durch ihre ebene Austritts-Fläche reflektierten Welle ausbilden kann. Selbstverständlich sind diese drei Anwendungsfälle a) bis c) nicht einschränkend und man kann ebenso andere Strukturen des Endes einer einförmigen optischen Faser vorsehen, die erfindungsgemäß angewendet werden.

Ausführungsbeispiel

Andere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Mikroskopes werden besser aus der nachfolgenden Beschreibung einer als nicht einschränkendes Beispiel angegebenen Ausführungsform eines Reflexions-Nahfeld-Mikroskopes unter bezug auf die anliegenden Zeichnungen hervorgehen, in denen bedeuten

Fig. 1: ist eine sehr schematische Ansicht eines Mikroskopes in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung, Fig. 2: ist eine detaillierte Ansicht des Endes des Wellenleiters, der vorzugsweise gemäß der Erfindung verwendet wird,gegenüber einer zu untersuchenden Fläche, wobei sie im besonderen die Kopplung der reflektierten Welle in dem

Wellenleiter zeigt, Fig. 3: stellt ein Bündel theoretischer Kurven dar, die mit einer experimentellen Kurve verglichen werden, und zeigt die

Abhängigkeit zwischen der in dem Wellenleiter gesammelten Intensität und der Entfernung zwischen der zu

untersuchenden Fläche und der Austritts-Fläche des genannten Leiters, Fig.4: stellt die Veränderung der Eindringtiefe der verwendeten elektromagnetischen Welle bei e'ner Variante der Erfindung in

Abhängigkeit vom Radius des Herzstückes der als Wellenleiter verwendeten optischen Faser dar.

In Übereinstimmung mit Figur 1 und gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung besteht ein Nahfeld-Mikroskop 1 hauptsächlich aus:

- einer Lichtquelle 2, wie einem Laser-Hohlraum oder einer Elektrolumineszenz-Diode (beispielsweise mit ,erweitertem Bereich"), die durch geeignete optische Mittel 4 mit einer Faser 3 gekoppelt ist. Diese Mittel 4 können beispielsweise eine einfache Sammellinse kurzer Brennweite vom Typ starker Vergrößerung für konventionelle optische Mikroskope sein.

- einem optischen Koppler 5 für optische Fasern, beispielsweise realisiert durch ein Verfahren Verschmelzen/Strecken, wobei dieser Koppler 5 zwei Eingangs-Übertragungswege 6 und 7 und zwei Ausgangs-Übertragungswege 8 und 9 aufweist. Die optische Faser 3 kann vorteilhafterweise diejenige sein, die den Weg 6 des Kopplers 5 bildet, so daß die Qualität der durch die Quelle 2 emittierten elektromagnetischen Welle über ihre gesamte Strecke beibehalten wird und Interferenzen Faser/Faser vermieden werden.

- einem Photonen-Detektor 10, wie beispielsweise einem Photovervielfacher, gekoppelt mit dem Weg 7 des Faser-Kopplers 5. Dieser Koppler 5 erhält und mißt das Licht, das sich in dem Koppler 5 im umgekehrten Sinn zu dem der Emission ausbreitet.

- einem schwingungsdämpfenden Träger 11, gegebenenfalls verbunden mit einem konventionellen Abtastmittel. Dieses Abtastmittel mit einer typischen Genauigkeit im Mikrometerbereich ermöglicht es, die zu untersuchende, reflektierende Fläche 12 durch das Ende 13 von einem der Wege 8 oder 9 des Kopplers 5 seitlich abzutasten, beispielsweise den Weg 8 (in diesem Fall wird der Weg 9 nicht verwendet oder dient zur Durchführung einer Referenzmessung der Intensität der durch die Quelle 2 emittierten Welle).

- einem konventionellen Mittel 14 zum senkrechten Positionieren des Endes 13 des Weges 8 in bezug auf die reflektierende Fläche 12. Dieses Mittel 14 zum senkrechten Positionieren kann ebenfalls zur seitlichen Verschiebung „fein", das heißt, submikrometrisch, des Endes 13 dienen. Es kann ebenfalls mit einer Gegenkopplungs-Vorrichtung 15 und einem Mikrorechner 16 verbunden werden, die insbesondere das von dem Detektor 10 empfangene Signal kontrollieren. Dieses Signal repräsentiert die Intensität des Lichtes, das sich rückwärts in dem Koppler 5 ausbreitet.

Man wird feststellen, daß das MIttel 14 zum Positionieren eine Vorrichtung sei.. kann, die beispielsweise ein piezoelektrisches Rohr oder eine Gesamtheit piezoelektrischer Kristalle umfaßt, die in geeigneter Weise angeordnet sind (vom insbesondere unter

dem Namen „bimorph" bekannten Typ).

Unter diesen Bedingungen kann die Anwendung des Mikroskopes 1 daher zusammengefaßt werden. Das von der Quelle 2

stammende Licht breitet sich durch die Faser 3 hindurch, die den Weg 6 des Kopplers 5 bildet, bis zur Kopplungszone 17 desgenannten Kopplers 5 aus, wo man das Verschmelzen/Strecken der Fasern vorgenommen hat, die den genannten Koppler 5bilden. Ein bekannter Teil des Lichtes (beispielsweise 50%) breitet sich dann in dem Ausgangs-Übertragungsweg 8 des

Kopplers 5 bis zum Ende 13 des genannten Weges 8 aus. In Übereinstimmung mit Figur 2 ist der Weg 8 eine optische Faser 18a mit Index-Sprung, mit no als reellem Index des Herzstückes 18a und ni als Index der Umhüllung 18b. Das Ende 13dieser Faser 18 hat die Form einer ebenen Fläche 19, die etwa

senkrecht zur Ausbreitungs-Richtung des Lichtes in der genannten Faser 18 liegt. Das Licht wird dann zur reflektierenden

Fläche 12 hin emittiert, deren Topographie und Zusammensetzung unbekannt sind, anschließend durch diese reflektiert und in Richtung des Endes 13 zurückgeschickt, wo sie sich mit der eigenen Ausbreitungs-Art der Faser 18 koppelt. Es wurde hier

ausgewählt, den unter a) wie oben beschriebenen Fall zu betrachten, das heißt, daß man die Arbeitsbedingungen anwendet, dieein konstruktives Interferenz-Phänomen zwischen der Welle gekoppelten Typs und der direkt an der ebenen Fläche 19 der

Faser 18 reflektierten Welle eintreten lassen, aber es wird zuerst das Kopplungs-Phänomen der Arten in Übereinstimmung mit

der Erfindung beschrieben ohne dieses Interferenz-Phänomen zu berücksichtigen, das man einfach mit Hilfe eines geeigneten

Index-Gels beseitigen kann, oder auch durch Neigen der ebenen Fläche 19 in bezug auf die zu untersuchende Fläche (Fall b des

Vorwortes).

Das Licht, das sich zurück in dem Weg 8 ausbreitet, wird daher durch die reflektierende Fluche 12 moduliert. Es durchdringt dann

die Kopplungs-Zone 17 des Kopplers 5 und ein Teil der Intensität dieses Lichtes (beispielsweise 50%) durchläuft den Weg 7 desgenannten Kopplers 5, wo es am Ende durch den Detektor 10 registriert wird.

Man wird den ins Spiel gebrachten physikalischen Mechanismus besser verstehen, wenn man in Übereinstimmung mit Figur 2

die Struktur der emittierten und in der Zone des ,Nahfeldes", das zwischen der ebenen Fläche 19 des Endes 13 der Faser 18 undder reflektierenden Fläche 12 liegt, reflektierten Welle betrachtet.

Es wird durch Auflösung der Maxwell-Gleichungen in Kombination mit geeigneten Grenzbedingungen gezeigt, daß nur die

radiale Komponente des elektrischen Feldes einer sich in einer Faser 18 ausbreitenden elektromagnetischen Welle schwankt.

Diese radiale Komponente schreibt sich in der Form: Gleichung (i): J₀ (ur/a)

im Inneren des Herzstückes 18a vom Radius a der Faser 18 Gleichung (Ii): (J_o(u)/Ko(v)) *

außen vom Herzstück 18a und im Inneren der Umhüllung 18b der Faser 18,

mit r als Radius, wobei u und ν spezifische Funktions-Gleichungen von a, Indices des Herzstückes 18a und der Umhüllung 18bund Ausbreitungs-Konstanten derelektromagnetischen Welle (Wellen-Vektoren) kontrollieren. Die Funktionen J₀ und K₀ sind die

Bessel-Funktionen der Ordnung 0. Das Licht wird am Ende der Faser 18 in einen Konus numerischer Öffnung emittiert, der vom Index-Sprung (n_t - n₀) der Faser 18

abhängt. Das von der reflektierenden Fläche 12 reflektierte Licht kann als von einer scheinbaren Faser 20 stammend angesehenwerden, die symmetrisch zur Faser 18 in bezug auf die Fläche liegt, die durch die genannte Fläche 12 begrenzt wird. In Figur 2

wurde das reflektierte Licht, das von der scheinbaren Faser 20 stammt, mit einem Öffnungswinkel t dargestellt. Es wurdeebenfalls mit dder Abstand gekennzeichnet, der die reflektierende Fläche 12 von der ebenen Fläche 19 des Endes 13der Faser 18trennt.

Bei diesen Hypothesen schwankt nur die radiale Komponente des elektrischen Feldes der reflektierten elektromagnetischen Welle, die von der scheinbaren Faser 20 stammt, wobei sich diese Veränderung in gleicher Weise fortschreibt, wie die radiale Veränderung der Neben-Welle, die von der Faser 18 stammt. Dies ereignet sich, als wenn die scheinbare Faser 20 ein Herzstück

vom Radius a/alpha hätte, wobei alpha ein geometrischer Faktor ist, unter Berücksichtigung der Divergenz in Luft der

Ausbreitungs-Art der reflektierten Welle. Es empfiehlt sich daher, in den Gleichungen (i) und (ii) a durch a/alpha zu ersetzen, um

die Ausdrücke der radialen Komponente des elektrischen Feldes der reflektierten Welle zu finden.

Die durch den Detektor 10 gesammelte Intensität ist dem Kopplungskoeffizienten zwischen der Art der Ausbreitung der

reflektierten Welle in Luft und der eigenen Ausbreitungs-Art der Faser 18 proportional, wobei die daraus resultierendegekoppelte Welle hier auch als „Welle gekoppelten Typs" bezeichnet wird. Der Wert des Kopplungskoeffizienten bestimmt sich,beispielsweise numerisch, durch Berechnung des Überdeckungs-Integrals der zwei Arten. Indem man als zusätzliche Hypotheseden Fell einer konstanten numerischen öffnung annimmt, was völlig realisierbar ist, erhält man ein Bündel von Kurven,dargestellt in Figur 3, das die existierende Abhängigkeit zwischen der Intensität der Welle gekoppelten Typs, gesammelt in dem

Detektor 10, und dem Abstand d zeigt. Man stellt fest, daß der Abfall dieser Intensität in Abhängigkeit von der Entfernung d sehr schnell, etwa exponentiell, erfolgt. Diese Eigenschaft ist vergleichbar mit der des 3ehr schnellen At falls der Intensität in der Nähe einer Öffnung mit ainem Durchmesser

von unterhalb der Wellenlänge, was in einem konventionellen Nahfeld-Mikroskop verwendet wird. In diesem letzten Fall resultiert der

Abfall jedoch aus der Kopplung der drei abklingenden Wellen, die eine entstand unter Einfall durch die Öffnung, die zweite unter Reflexion durch die zu untersuchende Fläche und die dritte unter Reflexion durch diese gleiche Öffnung. Man wird bemerken, daß das „Nahfeld" einer unter den Bedingungen der Erfindung angewendeten Faser mehr ,erweitert" ist,

als das Nahfeld einer submikronischen Öffnung, und man stellt insbesondere fest, daß die Entfernung d sehr viel größer seinkann als die Wellenlänge der durch die Quelle 2 emittierten elektromagnetischen Welle.

Die Anwendungen eines schnellen, sogar quasi exponentiellen Abfalls der Intensität sind die gleichen in den zwei Fällen, das

heißt, sie betreffen die spektroskopische und topographische Untersuchung von Flächen, mit einer verbesserten Auflösung von mindestens einer Größenordnung Ii .1 Hinblick auf die klassische optische Mikroskopie (die durch die Diffraktion begrenzt ist). Um das Leistungsvermögen eines konventionellen Nahfeld-Mikroskopes und des Mikroskopes 1 in Übereinstimmung der Erfindung zu vergleichen, empfiehlt es sich, ihre jeweiligen Auflösungen, sowohl vertikal als auch lateral, gegenüberzustellen.

a) Vertikale Auflösung

Es ist üblich, einen exponentiell Abfall mit dem schnellen Abfall der Intensität der „Welle der Messung" (das heißt, die übertragene Welle im Fall eines Übertragungs-Mikroskopes oder die reflektierte Welle im Fall eines Reflexions-Mikroskopes) zu vergleichen, und zwar in Abhängigkeit von der Entfernung, die die zu untersuchende Fläche 12 und das Ende der optischen Sonde trennt, die daru dient, die „Welle der Messung" einzufangen (submikronische Öffnung in einem Fall, optische Faser 18 im anderen Fall). Die Hypothese des exponentiellen Abfalls kann experimentell oftmals überprüft werden, mindestens in einem Entfernungs-Bereich, den man dann anwenden kann. Die Intensität der „Welle der Messung" kann sich demnach in der Form schreiben:

Gleiches (III): I = l_oexp(-2d/d_p)

Es ist üblich, mit d_P die Eindringtiefe der „Welle der Messung" zu bezeichnen, sie charakterisiert die vertikale Auflösung, die mit dem verwendeten Mikroskop erreicht werden kann.

a 1) Für das konventionelle Nahfeld-Mikroskop wurde gezeigt, daß sich diese Auflösung in einem Bereich von einigen Nanometern bis zu einigen hundert Mikrometern bewegt.

a 2) Im Fall des erfindungsgemäßen Mikroskopes 1 wurde in Figur 4 die Veränderung der Quantität dp in Abhängigkeit vom Radius a des Herzstückes 18a der optischen Faser 18 dargestellt, die den Weg 8 bildet und als optische Sonde für dieses Mikroskop 1 dient (die Lichtquelle 2 war ein Helium-Neon-Laser, der in einer Wellenlänge von 632 Nanometern emittierte und die numerische Öffnung betrug konstant 2,3). Man stellt fest, daß die Eindringtiefe dp deutlich mit dem Radius a des Herzstückes 18a der optischen Faser 18 abfällt. Diese theoretische Kurve wurde experimentell in einigen ihrer Punkte nachgeprüft, insbesondere für eine Faser 18 vom Radius a des Herzstückes von 2,5 Mikrometern und einen Durchmesser der Umhüllung von 125 Mikrometern; bei einer derartigen Faser 18 hatte dp einen Wert in der Nähe von 40 Mikrometern. In Figur 3 wurde ebenfalls das Bündel theoretischer Kurven mit der Kurve E verglichen, die den experimentellen Abfall der Intensität der Welle gekoppelten Typs unter den vorstehend erwähnten Bedingungen darstellt. Man kann dp merklich herabsetzen unter Beeinflussung der verschiedenen Parameter:

- unter Verringerung der durch die Lichtquelle 2 emittierten Wellenlänge, wobei die Grenze der Wellenlänge durch die Existenz von Quellen mit geringer Wellenlänge gegeben ist und durch die Wellenlänge des sogenannten „Abschaltens", bei der sich eine elektromagnetische Strahlung nicht mehr in der Faser 18 ausbreiten kann (hier 180 Nanometer bei einer Siliciumdioxid-Faser),

- unter Verringerung des Radius a des Herzstückes 18 a der optischen Faser 18, beispielsweise durch Ausziehen des Endes 13 der genannten Faser 18. Man kann bis zu einem Durchmesser des Herzstückes von 500 Nanometern ohne Probleme gehen, die Auflösung wird jenseits davon herabgesetzt in bezug auf die „Erweiterung" der eigenen Art der Ausbreitung in der Faser 18, wenn das Herzstück 18a einen zu geringen Durchmesser aufweist,

- indem man die geeignete Art der geometrischen Charakteristiken der Faser 18 variiert, das heißt, ihre Indices n₀ und n_} des Herzstückes und der Umhüllung, so daß ihre numerische öffnung verändert wird.

Man kann einschätzen, daß die beste vertikale Auflösung, die mit dem erfindungsgemäßen Mikroskop 1 zu erreichen ist, in der Nähe von 10 Nanometern liegt, und zwar für eine Faser 18 aus Siliciumdioxid, deren Herzstück 18a einen Durchmesser von 500 Nanometern ai 'weist und für eine elektromagnetische Welle „der Messung" mit einer Wellenlänge von 205 Nanometern, die von einem Farblaser stammt und mit Hilfe von nichtlinearen Kristallen frequenzverdoppelt wurde. Diese Auflösung kann noch um mindestens eine Größenordnung verbessert werden, wenn man unter den Empfindlichkeits-Bedingungen des bereits erwähnten Interferenz-Phänomens arbeitet, da, sogar wenn der Intensitäts-Abfall nicht mehr genau exponentiell ist, die räumlichen Streifen der sinusförmigen Modulation der Intensität, die aus diesem Phänomen resultieren, sehr geringe Werte annehmen können (in Luft und für die Wellenlänge des Helium-Neon-Lasers hat die halbe Schwingungsperiode einen Wert von etwa 150 Nanometern, was es ermöglicht, die Intensität mit einer sehr großen Empfindlichkeit zu beherrschen).

Unter Beachtung der einfachen Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Mikroskopes 1 stellt diese Auflösung die beste, bis heute niemals erreichte Auflösung für die Beobachtung schwer metallisierbarer Flächen dar.

b) Laterale Auflösung

b 1) Die laterale Auflösung eines konventionellen Nahfeld-Mikroskopes bewegt sich in einem Bereich von einigen zehn Nanometern bis zu einigen Millimetern. Sie wird bestimmt, wie bereits oben ausgeführt, durch die Größe der als optische Sonde dienenden Öffnung und durch das Interferenz-Phänomen, das aufgrund der Erregung der Arten des Hohlraumes auftritt, der durch die metallisierten Wandungen der beobachteten Fläche 12 und dem durch ein undurchlässiges leitfähiges Material begrenzten Loch gebildet wird.

b 2) Es wurde experimentell gezeigt, daß die laterale Auflösung des erfindungsgemäßen Mikroskopes 1 deutlich unterhalb dej Durchmessers 2a des Herzstückes 18a der optischen Faser 18 liegt, die den Weg 8 des Kopplers 5 bildet. In dem Fall, wo dieser Durchmesser 5 Mikrometer beträgt, hat man eine reflektierende Fläche 12, die aus einem industriellen Netz der Maschenweite 12 Mikrometer gebildet wurde, mit einer lateralen Auflösung von besser als 500 Nanometer beobachten können (eine derartige Auflösung wurde außerdem durch Ausnutzung der direkten Registrierung der Intensität der Welle gekoppelten Typs erhalten, ohne übliche spätere mathematische Behandlung im ähnlichen Fall und abzielend auf das Herausziehen der Messung vom Rauschen oder den sich wiederholenden Abweichungen). Die Wellenlänge der „Welle der Messung" betrug 632 Nanometer (Helium-Neon-Laser).

Man stellt also fest, daß im Gegensatz zum konventionellen Nahfeld-Mikroskop die laterale Auflösung weitaus geringer als der Durchmesser 2a des Herzstückes 18a der Faser 18 ist, die als optische Sonde dient (dieser Durchmesser ist das Äquivalent des Durchmessers der Öffnung im Fall des konventionellen Mikroskopes).

Man kann daher mit Recht einen UnterseUungs-Faktor bei diesen Resultaten anwenden und mit der gleichen Quelle 2 und einer Faser 18 mit einem Durchmesser des Herzstückes von 500 Nanometern erhält man eine laterale Auflösung, die besser ist als 50 Nanometer.

Man soll ebenfalls betonen, daß die vorstehend erwähnte Messung unter ungünstigen experimentellen Bedingungen durchgeführt wurde, bei denen die konventionellen Mittel zur vertikalen Verschiebung 14 (Fig. 1) des Endes 13 der Faser 18 in bezug auf die reflektierende Fläche 12 keine Gegenkopplung besaßen (beispielsweise mit Hilfe der Gegenkopplungs-Vorrichtung 15). Man kennt folglich jeden Vorteil, den man im Hinblick auf die Genauigkeit mit einer derartigen Gegenkopplung erreichen kann, die es dem Detektor 10 ermöglicht, ein sich änderndes Signal in sehr empfindlicher Weise aufgrund dessen zu erfassen, daß man die Entfernung d auf einem Wert hält, der dem Bereich des stärksten Abfalls der Intensität der reflektierten und durch den Koppler 5 übertragenen Welle entspricht.

Gemäß einer anderen Ausführungs-Variante des erfindungsgemäßen Nahfeid-Mikroskopes 1 kann die vertikale Auflösung (und in gleicher Weise die laterale Auflösung) noch weiter gesteigert werden. Bei dieser Variante verwendet man als optische Sonde eine optische Faser 18, die einer chemischen Ätzung in der Weise unterzogen wurde, daß das Ende 13 verjüngt ist. Nach dieser chemischen Ätzung (realisiert in bekannter Weise mit Hilfe einer Säure) wird das Ende der optischen Faser 18 abgeschnitten, so daß eine ebene Fläche 19 entsteht, die etwa senkrecht zur Ausbreitungs-Richtung des Lichtes in der genannten Faser 18 liegt. Das Ende 13 weist somit die Form einer Spitze auf und die Umhüllung 18 b, die das Herzstück 18 a der optischen Faser 18 umgibt, ist hier sehr verdünnt. In dieser Weise kann die Haupt-Ausbreitungsart im Inneren der Faser 18 sehr erweitert sein. Tatsächlich „sieht" eine sich am Ende 13 der optischen Faser 18 ausbreitende Welle daher drei Medien:

- das Herzstück 18a mit dem optischen Index n₀

- die Umhüllung 18b mit dem optischen Index n,

- und Luft mit dem optischen Index von 1, die wegen dieses sehr viel niedrigeren Index als no und n< die „Breite" der Ausbreitungsart in der optischen Faser 18 verringert.

Bei der ganzen vorangegangenen Beschreibung ist klar, daß nirgendwo andere Ausbreitungs-Arten in der optischen Faser 18 berücksichtigt wurden, als die Haupt-Ausbreitungs-Art. Dies ist völlig gerechtfertigt, denn man kann es sehr einfach und in bekannter Weise einrichten, daß sich einige Arten nicht ausbreiten (wodurch man sagen kann, daß sich die gesamte Energie in der Haupt-Richtung ausbreitet). Insbesondere ist die Zwischenfläche zwischen der Umhüllung 18b und dem Herzstück 18a der optischen Faser 18 verantwortlich für die potentielle Ausbreitung der parasitären Arten, bezeichnet als „Arten der Umhüllung". Die Operation des sogenannten „Löschens" der optischen Faser 18 ermöglicht es dabei, die Ausbreitung zu eliminieren, was eine besonders effektive Technik für die Anordnung einer „Index-Flüssigkeit" in den optischen Fasern der Wege 6 und 7 des Kopplers 5 darstellt (das heißt, eine Flüssigkeit, deren Index dem der Umhüllung der Fasern entspricht). Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß das Nahfeld-Mikroskop 1, das ais optische Sonde einen Wellenleiter, wie insbesondere eine optische Faser 18 verwendet, in vorteilhafter Weise die mit den konventionellen Nahfeld-Mikroskopen verbundenen Nachteile beseitigt und die spektroskopische sowie topographische Beobachtung der schwer zu metallisierenden, reflektierenden Fläche 12 ermöglicht. Die spektroskopische Beobachtung wird nach verschiedenen Techniken durchgeführt, die darauf abzielen, die Intensität der Welle gekoppelten Typs in Abhängigkeit von dem „spektroskopischen Parameter" zu modulieren, den man herausziehen will, beispielsweise die Wellenlänge. Diese Beobachtung erteilt Informationen über die tieschaffenheit einer reflektierenden Fläche 12 und ihre Topographie, die bereits bekannt sein kann, beispielsweise durch eine erste Abtastung der genannten Fläche 12 ohne Modulation irgendeines Parameters.

Man kann ebenfalls das erfindungsgemäße Mikroskop 1 als Meßfühler für eine Entfernung verwenden, vergleichbar mit einem Enfernungs-Meßfühler,der auf der Basis eines elektronischen Tunneleffektes arbeitet (abgewandelte Technik des elektronischen Tunneleffekt-Mikroskopes). Dieser rein optische Meßfühler ermöglicht es, daß man auf jede Metallisierung verzichten kann. Die Entfernung wird dann in diesem Fall anhand der größten Werte wie im Fall eines elektronischen Tunneleffektes kontrolliert, was andere Vorteile mit sich bringt, insbesondere denjenigen, eine zu große Nähe zwischen dem Entfernungs-Meßfühler und der Fläche 12, zu der man den Abstand halten will, zu vermeiden. Eine derartige Nähe ist für die Fläche 12 „gefährlich", da eine starke Veränderung oder eine Abweichung (das heißt, ein Abfall) das physikalische In-Kontakt-Bringen des genannten Fühlers mit der genannten Fläche 12 hervorrufen kann. Bei dieser Anwendung setzt man voraus, daß die Fläche homogen ist und daß eine Veränderung der Entfernung für eine Veränderung der Intensität der Welle gel·- jppelten Typs verantwortlich ist. Da es feststeht, daß verschiedene Modifizierungen zu den oben beschriebenen Ausführungsformen beitragen können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, ist es selbstverständlich, daß die in der Beschreibung enthaltenen Details, die angegeben oder in den anliegenden Zeichnungen dargestellt wurden, als Vr - nnschaulichung der Erfindung dienen und daher nicht einschränkend sind.

Insbesondere könnte man jeden Wellenleiter verwenden, der etwas anderes als eine optische Faser darstellt, oder auch eine nicht einförmige optische Faser. Man kann ebenfalls vorsehen, einen anderen optischen Koppler, als den optischen Faser-Koppler zu verwenden, der durch ein Verfahren Verschmelzen/Strecken realisiert wird.

Das Gebiet der Erfindung ist insbesondere das der Abtast-Mikroskopie durch rein optische Mittel und mit Auflösungen im Nanometer-Bereich. Man kann ebenfalls die Erfindung zur optischen Kontrolle der Entfernung zwischen einer gegebenen Fleche und einem oberhalb von dieser Fläche zu plazierenden Instrument vorsehen, und besonders von Instrumenten des Typs, die zur Mikrolithographie von integrierten Schaltkreisen verwendet werden können.

Claims

1. Verfahren zur Reflexions-Nahfeld-Mikroskopie vom Typ der Abtastung einer Fläche durch eine optische Sonde, wie insbesondere einen Wellenleiter, in den man eine vorteilhafterweise kohärente elektromagnetische Welle, beispielsweise von einem Laser, einleitet, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ende dieses Wellenleiters in einen solchen Abstand zu der zu untersuchenden Fläche bringt, daß der Kopplungskoeffizient zwischen der eigenen Art der Ausbreitung des genannten Wellenleiters und der Art der Ausbreitung des elektrischen Feldes der durch die genannte Fläche reflektierten und durch denselben Wellenleiter zurückgeleiteten Welle einen deutlichen exponentiellen Anstieg in dem Maße aufweist, wie sich das genannte Ende dieser gleichen Fläche nähert.

2. Verfahren zur Reflexions-Nahfeld-Mikroskopie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die senkrechte Position des Endes des als optische Sonde dienenden Wellenleiters in der Weise reagiert, daß man den Kopplungskoeffizienten zwischen der eigenen Art der Ausbreitung des genannten Wellenleiters und der Art der Ausbreitung des elektrischen Feldes der durch die genannte Fläche reflektierten und durch denselben Wellenleiter zurückgeleiteten Welle konstant hält.

3. Verfahren zur Reflexions-Nahfeld-Mikroskopie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des als optische Sonde dienenden Wellenleiters etwa auf einem konstanten Niveau oberhalb der zu untersuchenden Fläche gehalten wird, während man die Veränderungen des Kopplungskoeffizienten zwischen der eigenen Art der Ausbreitung des genannten Wellenleiters und der Art der Ausbreitung des elektrischen Feldes der durch die genannte Fläche reflektierten Welle mißt.

4. Verfahren zur Reflexions-Nahfeld-Mikroskopie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man am Ende einer einförmigen optischen Faser, die als Wellenleiter verwendet wird, eine in etwa senkrecht zur mittleren Ausbreitungs-Richtung des Lichtes in der genannten Faser liegende ebene Fläche realisiert, und dann dadurch, daß man diese ebene Fläche oberhalb der zu untersuchenden Fläche gemäß einer in etwa rechtwinkligen Richtung zu dieser Fläche unter solchen Bedingungen positioniert, daß ein konstruktives Interferenz-Phänomen zwischen der durch die genannte Fläche reflektierten und durch die genannte optische Faser zurückgeleiteten Welle und der in dergleichen Faser an ihrer ebenen Austritts-Fläche reflektierten Welle auftritt, und schließlich dadurch, daß man auf die senkrechte Position von dieser gleichen ebenen Fläche in der Weise reagiert, daß man die Intensität der aus diesem Interferenz-Phänomen resultierenden elektromagnetischen Welle konstant hält und ebenso, daß diese Intensität eine sinusförmige Modulation konstanter Zwischenstreifen aufweist.

5. Verfahren zur Reflexions-Nahfeld-Mikroskopie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die ebene Austritts-Fläche der als Wellenleiter verwendeten optischen Faser oberhalb der zu untersuchenden Fläche unter solchen Bedingungen positioniert, daß die Reaktion auf die senkrechte Position von dieser gleichen ebenen Fläche in anziehender Weise erfolgen kann, das heißt, daß die Intensität der elektromagnetischen Welle, die aus dem Interferenz-Phänomen zwischen der durch die zu untersuchende Fläche reflektierten Welle und der durch die genannte ebene Fläche reflektierten Welle resultiert, im ansteigenden Teil einer einzigen Periode der sinusförmigen Modulation dieser gleichen Intensität kontrolliert wird.

6. Verfahren zur Reflexions-Nahfeld-Mikroskopie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die ebene Austritts-Fläche der als Wellenleiter verwendeten optischen Faser oberhalb der zu untersuchenden Fläche unter solchen Bedingungen positioniert, daß die Reaktion auf die senkrechte Position von dieser gleichen ebenen Fläche in abstoßender Weise erfolgen kann, das heißt, daß die Intensität der elektromagnetischen Welle, die aus dem Interferenz-Phänomen zwischen der durch die zu untersuchende Fläche reflektierten Welle und der durch die genannte ebene Fläche reflektierten Welle resultiert, im abfallenden Teil einer einzigen Periode der sinusförmigen Modulation dieser gleichen Intensität kontrolliert wird.

7. Verfahren zur Reflexions-Nahfeld-Mikroskopie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man am Ende einer einförmigen optischen Faser, die als Wellenleiter verwendet wird, eine in etwa senkrecht zur mittleren Ausbreitungs-Richtung des Lichtes in der genannten Faser liegende ebene Fläche realisiert, und dann dadurch, daß man diese ebene Fläche oberhalb der zu untersuchenden Fläche gemäß einer einen deutlichen Winkel zu dieser Fläche bildenden Richtung unter solchen Bedingungen positioniert, daß kein meßbares konstruktives Interferenz-Phänomen zwischen der

durch die genannte Fläche reflektierten und durch die genannte optische Faser zurückgeleiteten Welle und der in der gleichen Faser an ihrer ebenen Austritts-Fläche reflektierten Welle auftritt.

8. Verfahren zur Reflexion-Nahfeld-Mikroskopie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man am Ende einer einförmigen optischen Faser, die als Wellenleiter verwendet wird, eine in einem deutlichen Winkel zur mittleren Ausbreitungs-Richtung des Lichtes in der genannten Faser liegende ebene Fläche realisiert, und dann dadurch, daß man diese ebene Fläche oberhalb der zu untersuchenden Fläche gemäß einer in etwa senkrecht zu dieser Fläche liegenden Richtung unter solchen Bedingungen positioniert, daß kein meßbares konstruktives Interferenz-Phänomen zwischen der durch die genannte Fläche reflektier* m und durch die genannte optische Faser zurückgeleiteten Welle und der in der gleichen Faser an ihrer ebenen Austritts-Fläche reflektierten Welle auftritt.

9. Reflexions-Nanfeld-Mikroskop vom Typ der Abtastung einer Fläche durch eine optische Sonde, umfassend konventionelle Mittel zum senkrechten und seitlichen Verschieben der genannten Sonde mit einer Genauigkeit von unterhalb einem Nanometer, dadurch gekennzeichnet, daß diese optische Sonde ein Wellenleiter ist, in den man eine vorteilhafterweise kohärente elektromagnetische Welle, beispielsweise von einem Laser, einleitet, und dadurch, daß das Ende dieses Wellenleiters in einem solchen Abstand zu der zu untersuchenden Fläche angenähert ist, daß dor Kopplungskoeffizient zwischen der eigenen Art der Ausbreitung des genannten Wellenleiters und der Art der Ausbreitung des elektrischen Feldes der durch die genannte Fläche reflektierten und durch denselben Wellenleiter zurückgeleiteten Welle einen deutlichen exponentiellen Anstieg in dem Maße dufweist, wie sich das genannte Ende dieser gleichen Fläche nähert.

10. >\'ahfeld-Mikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der als optische Sonde dienende Wellenleiter mit einem bidirektionalen optischen Koppler (5) verbunden ist, der zwei Einjangs-Übertragungswege (6,7) und zwei Ausgangs-Übertragungswege (8,9) besitzt:

- der erste Eingangs-Ubertragungsweg (6) ist mit einer Quelle (2) verbunden, die eine vorteilhafterweise kohärente elektromagnetische Wolle erzeugt, beispielsweise mit einem Laser,

- der zweite Eingangs-Ubertragungsweg (7) ist mit einem Detektor (10) für die Intensität der nach ihrer Ausbreitung in dem genannten zweiten Eingangs-Übertragungsweg (7) reflektierten elektromagnetischen Welle verbunden,

- der erste Ausgangs-Übertragungsweg (8) ist mit dem genannten Wellenleiter verbunden,

- der zweite Ausgangs-Übertragungsweg (9) wird nicht verwendet oder dient zur Durchführung einer Referenzmessung der Intensität der durch die Quelle (2) emittierten Welle.

11. Nahfeld-Mikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (10) durch ein Regelsystem (15) mit konventionellen Mitteln (14) zum senkrechten Verschieben des Endes des genannten Wellenleiters verbunden ist.

12. Nahfeld-Mikroskop nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der als optische Sonde dienende Wellenleiter aus einer optischen Faser (18) besteht, die als Ausgangs-Übertragungsweg (8) des optischen Kopplers (5) dient.

13. Nahfeld-Mikroskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (13) der als Wellenleiterdienenden optischen Faser (18) in Form einerebenen, in etwa senkrechtzur mittleren Ausbreitungs-Richtung des Lichtes in der genannten Faser (18) liegenden Fläche (19) vorliegt.

14. Nahfeld-Mikroskop nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die als Wellenleiter dienende optische Faser (18) an ihrem Ende (13) ir der Weise ausgezogen ist, daß sie ein Herzstück (18a) aufweist, dessen Durchmesser oex „engsten" Haupt-Ausbreitungsart einer elektromagnetischen Welle in der genannten Faser (18) entspricht, und zwar unter den gegebenen Anwendungsbedingungen, insbesondere abhängig von der Wellenlänge der durch die Quelle (2) emittierten elektromagnetischen Welle, von der Beschaffenheit der optischen Fasern, aus denen die Übertragungswegs (6,7,8,9) des Kopplers (5) zusammengesetzt sind und von der numerischen Öffnung der als Wellenleiter dienenden optisch« η Faser (18).

15. Nahfeld-Mikroskop nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Umhüllung (18 b) der als Wellenleiterdienenden optischen Faser (18) am Ende (13) dergenannten Faser (18) dünner ist, die somit die Form einer Spitze aufweist, wobei die Endfläche (19) dieser Faser (18) außerdem flach ist und in etwa senki echt zur Ausbreitungs-Richtung des Lichtes in dergenannten Faser (18) liegt.

16. Nahfeld-Mikroskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (13) der als Wellenleiter dienenden optischen Faser (18) in Form einer ebenen Fläche (19) vorliegt, die einen deutlichen Wi'. ikel mit der mittleren Ausbreitungs-Richtung des Lichtes in der genannten Faser (18) bildet.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Mikroskopie-Verfahren und ein Reflexions-Nahfeld-Mikroskop, das einen Wellenleiter vom Typ einer optischen Faser als Sonde dieses Feldes verwendet.