JP2000338118A

JP2000338118A - 走査型近接場顕微鏡

Info

Publication number: JP2000338118A
Application number: JP11146518A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Onada; 毅小灘
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】高いＳ／Ｎ比で試料を高分解能に測定すること
が可能な走査型近接場顕微鏡を提供する。【解決手段】光源８からの光を所定の偏光状態にする偏
光手段１０と、この偏光手段１０を経由した光を試料３
表面に入射させる入射手段９と、光が入射する試料３表
面に近接して先端部２が位置したプローブ１と、このプ
ローブ１の先端部２で散乱した散乱光を集光する集光手
段１１と、この集光手段１１で集光された光の異なる２
方向の偏光成分について、振幅の差分を検出する差分手
段とを備えている。差分手段は、プローブ１の先端部２
で散乱した散乱光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との間に位
相差を与える位相差手段１８と、位相差が与えられた偏
光成分同士を干渉させる干渉手段１９とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料に近接したプ
ローブを試料に対して相対的に走査しながら、試料の近
傍にあるプローブの先端部に光を照射し、その散乱光を
検出することにって試料の光学的特性を測定する走査型
近接場光学顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の走査型近接場光学顕微鏡（ＳＮ
ＯＭ：Scanning Near-Field OpticalMicroscope）とし
ては、光の波長よりも小さい径の開口を先端部に有する
プローブを備えた開口型ＳＮＯＭや、光の波長よりも小
さい曲率半径で且つ先鋭化された無開口の先端部を有す
るプローブを備えた散乱型ＳＮＯＭが知られているが、
いずれのＳＮＯＭにおいても、プローブを試料近傍に位
置付けた状態で試料に対して相対的に走査させることに
よって、上述した開口径若しくは曲率半径程度の分解能
で、試料の微少領域に対する光学情報を測定することが
できるようになっている。

【０００３】具体的には、開口型ＳＮＯＭは、プローブ
の先端部の開口を通して光を試料に照射するか、若しく
は、他の手段によって光を照射された試料からの光を開
口を通して検出することによって、試料の微少領域に対
する光学情報を測定するようになっている。これに対し
て、散乱型ＳＮＯＭは、外部から試料に光を入射させて
試料表面に局所電場を発生させた状態において、先鋭化
したプローブの先端部によって局所電場を散乱させ、そ
のとき生じる散乱光を検出することによって、試料の微
少領域に対する光学情報を測定するようになっている。

【０００４】開口型ＳＮＯＭ及び散乱型ＳＮＯＭは、そ
れぞれに長所短所があり、いずれが優れているかは一概
に言えないが、検出光量の大きさという観点では、散乱
型ＳＮＯＭが良いと見られている。これは、高分解にな
るに従って必然的に検出光量が少なくなることを考慮す
ると重要なポイントと言える。

【０００５】即ち、開口型ＳＮＯＭでは、プローブの先
端部の開口から導波路を介して光を導くようになってい
るが、開口近辺の導波路部分は、その径がカットオフ径
よりも細くなるため、導波路内に光を閉じ込めておくこ
とができずに、導波路を覆う遮光用の金属被膜に光が漏
れて吸収され、光損失が大きくなってしまう。これに対
して、散乱型ＳＮＯＭでは、プローブの先端部での散乱
光は、そのまま集光光学系に取り込まれるため、光の吸
収は殆ど起きず光損失が少なくて済む。

【０００６】例えば特開平６−１３７８４７号公報に
は、散乱型ＳＮＯＭが示されており、この散乱型ＳＮＯ
Ｍは、試料表面に発生させた非伝搬光であるエバネッセ
ント波をプローブの先端部によって散乱させ、そのとき
生じる散乱光を検出することによって、試料の光学情報
を測定している。また、これ以外の方法としては、例え
ば、試料に近接させたプローブの先端部に外部から光を
照射した際に、プローブの先端部と試料との間で生じる
双極子放射の相互作用による散乱光を検出することによ
って、試料の光学情報を測定する方法も知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】散乱型ＳＮＯＭは、上
述したように検出光量を大きく確保できるという利点は
あるものの、同時に、以下のような問題が存在する。

【０００８】即ち、開口型ＳＮＯＭは、プローブの先端
部の開口によって検出される試料の測定領域を制限して
いるため、開口径程度の領域からの光のみを検出してい
るのに対して、散乱型ＳＮＯＭは、プローブの先端部の
周辺からの光がノイズとして同時に検出光に乗ってしま
う場合があり、検出光量は大きいものの、ノイズの乗る
量も増えるため、結果的に、検出のＳ／Ｎ比を低下させ
てしまうといった問題が存在する。この問題は、特に凹
凸の多い表面（乱反射の多い表面）を有する試料を測定
する際に顕著な問題となる。

【０００９】この問題に対して、これまで幾つかの解決
策が考えられてきた。まず、一般的な解決策としては、
集光光学系と、プローブの先端部に対して光学的に共役
な位置に介在したピンホールとを有する共焦点検出光学
系を構成し、集光光学系によって限定される回折限界程
度の寸法の領域（おおよそ、使用波長程度の寸法の領
域）の光のみを検出する方法が提案されている。

【００１０】しかしながら、数十ｎｍ程度の曲率半径を
有するプローブの先端部近傍からの散乱光を検出する際
に、波長程度（数１００〜１０００ｎｍ程度）の寸法の
領域からの光が混入してしまうことになるため、Ｓ／Ｎ
比の向上に対して一定の制限が課せられてしまう。

【００１１】他の解決策としては、例えば特開平９−４
９８４９号公報に示されているように、入射光の一部を
参照光として利用した干渉計を構成し、参照光と散乱光
とを干渉させることによって、Ｓ／Ｎ比の向上を図る方
法が提案されている。この方法では、干渉計として、例
えばマイケルソン干渉計やノマルスキー対物レンズを利
用することが可能である。特に、ノマルスキー対物レン
ズを利用した干渉計では、試料面上のプローブの先端位
置、及び、そこから離間した試料面上の離間位置の２つ
の位置に夫々光を集光させ、先端位置からの散乱光（信
号光）と離間位置からの反射光（参照光）とを干渉させ
ることによって、Ｓ／Ｎ比の向上を図っている。

【００１２】干渉計の一般的な問題としては、信号光と
参照光の光路が互いに異なっている場合、各々の光路に
別々の外乱光がノイズとして乗ってしまうと言った問題
があるが、ノマルスキー対物レンズを利用した干渉計で
は、信号光と参照光が殆ど同じ光路を伝搬されるため、
外乱光の影響を防ぐことができる。

【００１３】しかしながら、ノマルスキー対物レンズを
利用した干渉計では、プローブの先端位置から離間した
離間位置からの反射光を参照光として利用しているた
め、試料面が均一でない場合、参照光の光学的特性（例
えば、光量など）が変化して、その結果、高分解能で試
料を測定することができなくなってしまう。例えば、２
つの異なる材質の境界を測定する際に、プローブの先端
位置とこの先端から離れた位置にある参照光とが、境界
を跨いで夫々異なる材質上に位置している状態と、プロ
ーブの先端位置とこの先端から離れた位置にある参照光
が、同一の材質上に位置している状態では、参照光の光
学的特性が変化するため、その参照光の変化が干渉に影
響して、試料測定に対する分解能が低下してしまう。

【００１４】本発明は、このような問題を解決するため
に成されており、その目的は、高いＳ／Ｎ比で試料を高
分解能に測定することが可能な走査型近接場顕微鏡を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、プローブを試料表面と相対的に移
動させることで走査する走査型近接場顕微鏡であり、光
源からの光を所定の偏光状態にする偏光手段と、上記偏
光手段を経由した上記光源からの光を、試料表面に入射
させる入射手段と、上記光が入射する試料表面に近接し
て先端部が位置したプローブと、上記プローブの先端部
で散乱した光を集光する集光手段と、上記集光手段で集
光された光の異なる２方向の偏光成分について、振幅の
差分を検出する差分手段とを具備する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下の説明では、まず、本発明の
原理について説明した後、この原理を利用した各実施の
形態に係る走査型近接場光学顕微鏡について、添付図面
を参照して説明する。

【００１７】試料表面に近接して位置付けられたプロー
ブの先端部に光を入射すると、プローブの先端部及びこ
の先端部近傍の試料表面との間で双極子放射が生じ、そ
の相互作用によって散乱光が発生する。この場合、散乱
光は、入射光の偏光方向によって、その強度を大きく変
える。

【００１８】具体的には、入射光がＰ偏光（光の電気ベ
クトルの振動方向が入射面に平行な光）の場合の散乱光
の強度は、Ｓ偏光（光の電気ベクトルの振動方向が入射
面に垂直な光）の場合の散乱光の強度に比べて、数１０
倍から数１００倍大きくなることが報告されている。例
えば、Martin,O.J.F. , Girard,C.“ Controlling and
tuning strong optical field gradients at a local
probe microscope tipapex ”Appl.Phys.Lett.70(6),1
0 February 1997 pp.705-707では、２０００倍近い強度
比があるという結果を報告している。

【００１９】これに対して、試料表面から直接反射した
反射光では、ノイズとなり得る光の強度が、Ｐ偏光及び
Ｓ偏光の場合において、大きな強度比となることは無
い。

【００２０】本発明の原理は、このような光学的特性の
相違に着目して成されており、試料表面に近接した位置
付けられたプローブの先端部に光を入射した際に、集光
光学系を介して取り込まれた光のうち、偏光方向の異な
る偏光成分の振幅の差をとることによって、ほぼ一定の
光量を有する試料表面からの反射光に含まれているノイ
ズを相殺する。この場合、振幅の差をとる方法として
は、後述の実施の形態で説明するように偏光方向の異な
る偏光成分に位相差を与えて干渉させる方法を用いるこ
とができる。このように偏光方向の異なる偏光成分の振
幅の差をとることによって、プローブの先端部及びこの
先端部近傍の試料表面との間で生じる散乱光の検出光量
を減少させること無く、高いＳ／Ｎ比で試料を高分解能
に測定することができる。

【００２１】更に、本発明の原理では、プローブの先端
部に向けて光を入射させるだけの構成であるため、上述
したノマルスキー対物レンズを用いた干渉計のようにプ
ローブの先端から離れた位置からの反射光を参照光とし
て利用する必要は無い。この結果、従来よりも装置構成
を簡略化させることが可能となる。

【００２２】次に、上述した本発明の原理を利用した第
１の実施の形態に係る走査型近接場光学顕微鏡につい
て、図１を参照して説明する。

【００２３】図１（ａ）に示すように、走査型近接場光
学顕微鏡は、光源（例えば、半導体レーザ等）８からの
光を所定の偏光状態にする偏光手段１０と、この偏光手
段１０を経由した光を試料３表面に入射させる入射手段
９と、光が入射する試料３表面に近接して先端部２が位
置したプローブ１と、このプローブ１の先端部２で散乱
した散乱光を集光する集光手段１１と、この集光手段１
１で集光された光の異なる２方向の偏光成分について、
振幅の差分を検出する差分手段とを備える。

【００２４】偏光手段１０は、回転式の偏光板を備えて
おり、この偏光板１０を所定方向に所定量だけ回転する
ことによって、偏光成分間の強度比を変更することがで
きるように構成されている。例えば図１（ｂ）に示すよ
うに、偏光板１０の透過方向をΨ＝４５°若しくは１３
５°に設定することによって、光源８からの光のＰ偏光
成分とＳ偏光成分とが同程度の強度比になるように調整
することができる。

【００２５】入射手段９は、入射光学系（例えば、入射
用レンズ等）を備えており、プローブ１の先端部２への
光の入射の方向（入射角）を変更することができるよう
に構成されている。入射光の入射角は、前述の Martin,
O.J.F. , Girard,C. “Controlling and tuning s
trong optical field gradients at a local probemicr
oscope tip apex”Appl.Phys.Lett.70(6),10 Februar
y 1997 pp.705-707によれば、６０°程度でＰ偏光の散
乱強度が最高となるが、プローブ１の先端部２と試料３
との間の距離変化によって、Ｐ偏光の散乱強度が変化す
ることが記述されている。本実施の形態では、このよう
な距離依存性の問題と、散乱光の指向性に応じた集光手
段との最適な角度関係を考慮しつつ、信号強度を最適に
維持できるように、入射手段９の入射角を変えられるよ
うになっている。

【００２６】集光手段１１としては、プローブ１の先端
部２で散乱した散乱光を多く取り込むことができるよう
に、光学顕微鏡の対物レンズを使用している。

【００２７】差分手段は、プローブ１の先端部２で散乱
した散乱光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との間に位相差を
与える位相差手段１８と、位相差が与えられた偏光成分
同士を干渉させる干渉手段１９とを備えている。

【００２８】本実施の形態では、位相差手段１８とし
て、１／２波長板を適用しており、プローブ１の先端部
２で散乱した散乱光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との間に
１／２波長の位相差を与えるようになっている。

【００２９】また、本実施の形態では、干渉手段１９と
して、回転式の偏光板を適用しており、１／２波長の位
相差が与えられたＰ偏光成分とＳ偏光成分とは、偏光板
１９の透過方向に対する夫々の成分比で足し合わされ
る。この場合、例えば図１（ｃ）に示すように、偏光板
１９の透過方向を所定の角度θ（Ｐ偏光成分とＳ偏光成
分のノイズの振幅が同じになる角度θ）に設定すること
によって、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とは、１／２波長の
位相差を持って足し合わせれる。このとき、偏光方向に
あまり依存しない試料３表面からの反射光等は、その強
度（光量）が小さくなり、結果的に、ノイズが相殺さ
れ、ノイズ量を減少させることができる。

【００３０】仮に、試料３表面からの反射光等の反射率
の差が比較的大きく生じてしまうような場合には、例え
ば、２つの偏光板１０，１９を選択的に回転して、Ｐ偏
光成分とＳ偏光成分の強度比を調整することによって、
Ｐ偏光成分とＳ偏光成分のノイズの振幅を同程度にする
ことができるため、これにより２つの偏光成分の差をと
れば、ノイズを相殺することができる。

【００３１】なお、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分を合成する
際の振幅比を変更する方法としては、上述したような偏
光板１０，１９を回転させる方法の他に、例えば強度変
調素子（図示しない）によって、２つの偏光成分の夫々
に相対的な強度比を与える方法を適用しても良い。この
場合、例えば偏光ビームスプリッタ等（図示しない）に
よって光を２つの偏光成分（Ｐ偏光成分とＳ偏光成分）
に分けた後、強度変調素子を介して強度比を与え、その
後、再び２つの偏光成分を１つに合わせれば良い。

【００３２】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【００３３】本実施の形態の走査型近接場光学顕微鏡
は、試料３の表面情報（例えば、凹凸情報）と、近接場
光に基づく試料３の光学情報とを同時に測定することが
できるようになっている。

【００３４】まず、試料３の表面（凹凸）情報を測定す
る方法について説明する。

【００３５】この測定方法では、例えば原子間力顕微鏡
の原理が利用されている。即ち、走査型近接場光学顕微
鏡には、プローブ１の先端部２と試料３とを相対的に三
次元方向（ＸＹＺ方向）に移動させるアクチュエータ４
（例えば、ピエゾスキャナ等の圧電体スキャナ）と、プ
ローブ１の先端部２の変位を光学的に検出可能な変位セ
ンサ（例えば、光てこ式変位センサ）５とを備えてい
る。なお、試料３は、アクチュエータ４上にセットされ
ており、コントローラ７によってアクチュエータ４を制
御することによって、試料３をＸＹＺ方向に移動させる
ことができるようになっている。

【００３６】このような構成において、アクチュエータ
４を制御して試料３をプローブ１の先端部２に近接させ
ると、プローブ１の先端部２と試料３表面との間に働く
相互作用（例えば、原子間力、分子間力、磁気力等）に
よって、プローブ１の先端部２が変位する。そして、こ
のとき生じる変位量を変位センサ５によって光学的に検
出し、その検出信号に基づいて、プローブ１の先端部２
の変位量を一定に維持するように、コントローラ７によ
ってアクチュエータ４をＺ方向にフィードバック制御し
ながら、プローブ１の先端部２を試料３表面に沿ってＸ
Ｙ方向にラスタ走査する。この場合、アクチュエータ４
をＺ方向にフィードバック制御するために、コントロー
ラ７からアクチュエータ４に出力される制御信号は、試
料３の表面情報を含んだ信号となる。従って、この制御
信号をコンピュータ１６によって画像化処理することに
よって、試料３の表面情報（例えば、凹凸情報）をモニ
タ１７上に三次元的に表示させることができる。

【００３７】このように試料３の表面（凹凸）情報を測
定している間に、同時に、近接場光に基づく試料３の光
学情報が測定される。

【００３８】光源８から出射された光（レーザー光）
は、偏光手段（偏光板）１０を介してＰ偏光成分及びＳ
偏光成分を有する所定の直線偏光にされた後、入射手段
９によって、試料３表面に近接して位置付けられたプロ
ーブ１の先端部２に入射する。なお、入射領域は、プロ
ーブ１の先端部２と、この先端部２の近傍の試料３表面
とを含めたサブミクロンオーダの微小領域となる。

【００３９】このとき、試料３表面に近接して位置付け
られたプローブ１の先端部２から近接場光が発生する。
この近接場光には、プローブ１の先端部２とこの先端部
２の近傍の試料３表面との間で双極子放射が生じた際の
相互作用によって生じる散乱光の他に、試料３表面の凹
凸形状に対応した反射光等が含まれている。

【００４０】このような近接場光は、集光手段（対物レ
ンズ）１１によって集光された後、位相差手段（１／２
波長板）１８を介してＰ偏光成分とＳ偏光成分との間に
１／２波長の位相差が与えられ、位相差が与えられたＰ
偏光成分とＳ偏光成分は、干渉手段（偏光板）１９の透
過方向に対する夫々の成分比で足し合わされる。

【００４１】このとき、偏光方向にあまり依存しない試
料３表面からの反射光等は、その強度（光量）が小さく
なり、結果的に、ノイズが相殺（減少）される。この場
合、例えば２つの偏光板１０，１９を選択的に回転し
て、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分のノイズの振幅を同程度に
調整することによって、ノイズを更に減少させることが
できる。

【００４２】このようにノイズを減少させた近接場光
は、続いて、結像レンズ１２によって一旦集光された
後、集光点に置かれたピンホール１３を通過して、光電
変換素子１４に入射する。この場合、ピンホール１３を
通過させることによって、近接場光は、共焦点効果に基
づいて更にノイズが除去された状態となる。

【００４３】このとき、光電変換素子１４は、入射光量
に対応した電気信号を出力し、その電気信号は、アンプ
１５を介して増幅された後、コンピュータ１６に入力さ
れて所定の画像化処理が施される。この結果、モニタ１
７上に、近接場光に基づく試料３の光学情報が表示され
る。

【００４４】このように本実施の形態によれば、集光手
段（対物レンズ１１）で集光された光の異なる２方向の
偏光成分（Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分）について、上述し
た差分手段（１／２波長板１８、偏光板１９）を介して
振幅の差分をとったことによって、ノイズが軽減された
高いＳ／Ｎ比で試料３を高分解能に測定することが可能
な走査型近接場顕微鏡を実現することができる。

【００４５】なお、本発明は、上述した実施の形態の構
成に限定されることは無く、以下のように種々変更する
ことが可能である。

【００４６】上述した実施の形態では、試料３表面に近
接して位置付けられたプローブ１の先端部２への入射光
を直線偏光としているが、これに限定されることは無
く、偏光手段（偏光板）１０の後に位相差板（図示しな
い）を挿入配置して、入射光を円偏光（Ｐ偏光とＳ偏光
の位相差が１／４波長の光）としても良い。この場合、
集光手段（対物レンズ）１１の後に、位相差手段１８と
して１／４波長板を挿入配置することによって、上述し
た実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

【００４７】また、上述した実施の形態では、プローブ
１を励振させない方式によって試料３の表面情報を測定
しているが、これに限定されることは無く、プローブ１
に加振器６を取り付けて、この加振器６によってプロー
ブ１の先端部２を所定の共振周波数で励振させながら試
料３の表面情報及び光学情報を測定することも可能であ
る。この場合、プローブ１の励振周期に同期してロック
イン検出をアンプ１５を介して行うことによって、試料
３の表面情報と同時に近接場光に基づく試料３の光学情
報を測定することができる。

【００４８】また、上述した実施の形態において、原子
間力顕微鏡観察との便宜を図るために、一般的なシリコ
ン製などの半導体によるプローブを用いる他に、金属製
の先端を持つプローブ１、ないしは、プローブ１の先端
部２に、例えば金属コートを施すことによって、高い散
乱効率による試料３の光学情報をＳ／Ｎ良く測定するこ
とも可能である。

【００４９】次に、本発明の第２の実施の形態に係る走
査型近接場光学顕微鏡について、図２を参照して説明す
る。なお、本実施の形態の説明に際し、上述した第１の
実施の形態と同一の構成には同一符号を付して、その説
明を省略する。

【００５０】図２（ａ）に示すように、本実施の形態の
走査型近接場光学顕微鏡は、上述した実施の形態の改良
に係り、位相差手段１８（図１参照）を用いないで構成
されている。その他の構成は、上述した第１の実施の形
態の構成と同一であるため、その説明は省略する。

【００５１】本実施の形態では、図２（ｂ），（ｃ）に
示すように、干渉手段としての偏光板１９の偏光方向
（角度θ）と、偏光手段としての偏光板１０の偏光方向
（角度Ψ）との関係をθ〜Ψ＋９０°に設定することに
よって、プローブ１の先端部２への入射光のＰ偏光成分
とＳ偏光成分との差を求めることができるようになって
いる。勿論、試料３表面からの反射光等の反射率の差が
比較的大きく生じてしまうような場合には、上述した第
１の実施の形態と同様に、２つの偏光板１０，１９を選
択的に回転することによって、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分
の強度比を調整することもできる。その他の作用効果
は、上述した第１の実施の形態と同一であるため、その
説明は省略する。

【００５２】次に、本発明の第３の実施の形態に係る走
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。なお、本実施の形態の説明に際し、上述した第１の
実施の形態と同一の構成には同一符号を付して、その説
明を省略する。

【００５３】図３に示すように、本実施の形態の走査型
近接場光学顕微鏡は、上述した実施の形態の改良に係
り、位相差手段（例えば、１／４波長板）１８と結像レ
ンズ１２との間の光路中にハーフミラー２０及び偏光手
段（偏光板）１０を挿入配置することによって、入射光
学系と集光光学系とを共用して構成されている。その他
の構成は、上述した第１の実施の形態の構成と同一であ
るため、その説明は省略する。

【００５４】このような構成において、上述した実施の
形態と同様に試料３の表面（凹凸）情報を測定している
間、光源（レーザ）８から出射された光（レーザー光）
は、ハーフミラー２０から集光手段１１方向に反射され
た後、偏光手段（偏光板）１０及び位相差手段（１／４
波長板）１８を経由し、この位相差手段１８によって所
定の偏光状態（円偏光）となって集光手段１１を介して
プローブ１の先端部２に入射する。

【００５５】なお、本実施の形態では、ハーフミラー２
０への入射光は、集光手段１１の光軸からの位置を変え
られるようになっており、これによりプローブ１の先端
部２への入射角を調整することができる。

【００５６】このようにプローブ１の先端部２に光が入
射したとき、試料３表面に近接して位置付けられたプロ
ーブ１の先端部２から近接場光が発生する。そして、こ
の近接場光は、集光手段１１によって集光された後、位
相差手段（１／４波長板）１８を介してＰ偏光成分とＳ
偏光成分との間に１／４波長の位相差が与えられ、位相
差が与えられたＰ偏光成分とＳ偏光成分は、偏光手段
（偏光板）１０の透過方向に対する夫々の成分比で足し
合わされる。このとき、偏光方向にあまり依存しない試
料３表面からの反射光等は、その強度（光量）が小さく
なり、結果的に、ノイズが相殺（減少）される。

【００５７】この場合、光源８からハーフミラー２０を
介して入射した入射光は、位相差手段（１／４波長板）
１８から偏光手段（偏光板）１０を通過することによっ
て、半波長分の位相差が与えられた後、再び、偏光手段
（偏光板）１０を通過する際にカットされる。

【００５８】このような本実施の形態によれば、装置全
体をコンパクトに構成することが可能となる。なお、そ
の他の作用効果は、上述した第１の実施の形態と同一で
あるため、その説明は省略する。

【００５９】次に、本発明の第４の実施の形態に係る走
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。なお、本実施の形態の説明に際し、上述した第１の
実施の形態と同一の構成には同一符号を付して、その説
明を省略する。

【００６０】ところで、試料３の物性が例えば金属等の
導体である場合、試料３表面からの反射光には、試料３
表面に垂直に光を入射させた場合を除いて、その入射角
に基づいて偏光方向に起因した位相差が付いてしまう。
この場合、位相差量が固定である位相差手段１８を用い
たのでは、厳密な意味で１／２波長の位相差は付かな
い。

【００６１】そこで、図４（ａ）に示すように、本実施
の形態の走査型近接場光学顕微鏡には、位相差量が可変
な位相差手段１８が設けられており、位相差量を適宜変
化させることによって、可能な限りノイズを減少させる
ことができるように構成されている。なお、この位相差
手段１８としては、位相変調素子（例えば、応答性に優
れたポッケルス素子等）を適用することが可能である。

【００６２】なお、その他の構成は、上述した第１の実
施の形態と同一であるため、その説明は省略する。

【００６３】次に、本実施の形態の動作について説明す
るが、試料３の表面（凹凸）情報の測定動作、並びに、
この測定と同時に行われる近接場光に基づく試料３の光
学情報の測定動作は、上述した第１の実施の形態と同様
であるため、その説明は省略し、以下では、位相差量が
可変な位相差手段１８の動作説明に止める。

【００６４】試料３表面に近接して位置付けられたプロ
ーブ１の先端部２に光を入射させると、プローブ１の先
端部２から近接場光が発生する。この近接場光には、プ
ローブ１の先端部２とこの先端部２の近傍の試料３表面
との間で双極子放射が生じた際の相互作用によって生じ
る散乱光の他に、試料３表面の凹凸形状に対応した反射
光等が含まれている。

【００６５】この場合、散乱光は、距離依存性が大き
く、例えばプローブ１の先端部２と試料３表面との間の
距離が少しでも離れると急激に、その散乱光の強度が低
下してしまう。一方、試料３表面からの反射光等の強度
は、プローブ１の先端部２と試料３表面との間の距離を
変化させてもそれほど敏感に変化しない。例えばプロー
ブ１の先端部２を加振器６で励振させて測定すると、図
４（ｂ）に示すように、散乱光が得られるのは、プロー
ブ１の先端部２が試料３表面に接近したときのみであ
り、その他の測定時間では、散乱光成分は、無視できる
ほど小さく、試料３表面からの反射光に含まれるノイズ
成分が殆どを占めている。

【００６６】そこで、本実施の形態では、プローブ１の
先端部２の励振に同期して、プローブ１の先端部２が試
料３表面から所定距離だけ離間している間に、位相差手
段１８の位相差量をスイープし、そのとき光電変換素子
１４から出力される電気信号に基づいて、コンピュータ
１６によって位相差手段１８の位相差量を適宜変化させ
て、最もノイズレベルが小さくなるように調整する。こ
の結果、高いＳ／Ｎ比で試料３を高分解能に測定するこ
とができる。

【００６７】なお、試料３表面での反射により発生する
位相差がそれほど大きくない場合、ノイズを低減するた
めに加える位相差量は、１／２波長前後となるため、１
／２波長板と位相差手段１８を組み合わせて使用するこ
とも可能である。また、位相差手段１８は、集光手段１
１の後でなくても、入射手段９及び偏光手段１０を含む
入射光学系の光路中に組み込んでも良い。

【００６８】なお、本明細書には、以下の発明が含まれ
る。

【００６９】（付記１）プローブを試料表面と相対的に
移動させることで走査する走査型近接場顕微鏡であり、
光源からの光を所定の偏光状態にする偏光手段と、上記
偏光手段を経由した上記光源からの光を、試料表面に入
射させる入射手段と、上記光が入射する試料表面に近接
して先端部が位置したプローブと、上記プローブの先端
部で散乱した光を集光する集光手段と、上記集光手段で
集光された光の異なる２方向の偏光成分について、振幅
の差分を検出する差分手段とを具備することを特徴とす
る走査型近接場顕微鏡。

【００７０】（付記２）上記偏光手段は、偏光成分間の
強度比を変更可能であることを特徴とする付記１に記載
の走査型近接場顕微鏡。

【００７１】（付記３）前記差分手段は、各偏光成分間
に位相差を与える位相差手段と、位相差を与えられた偏
光成分同士を干渉させる干渉手段とを具備することを特
徴とする付記１又は２に記載の走査型近接場顕微鏡。

【００７２】（付記４）上記入射手段は、入射の方向を
変更可能であることを特徴とする付記１〜３のいずれか
１に記載の走査型近接場顕微鏡。

【００７３】（付記５）プローブを試料表面と相対的に
移動させることで走査する走査型近接場顕微鏡であり、
光源からの光を所定の偏光状態にする偏光手段と、上記
偏光手段を経由した上記光源からの光を、試料表面に入
射させる入射手段と、上記光が入射する試料表面に近接
して先端部が位置したプローブと、上記プローブの先端
部で散乱した光を集光する集光手段と、上記集光手段で
集光された光のＳ偏光成分とＰ偏光成分の振幅の差分を
求める差分手段とを具備することを特徴とする走査型近
接場顕微鏡。

【００７４】（付記６）プローブを試料表面と相対的に
移動させることで走査する走査型近接場顕微鏡で試料を
観察する方法あり、光源からの光を所定の偏光状態にす
る偏光工程と、上記偏光工程を経由した上記光源からの
光を、試料表面に入射させる入射工程と、上記光が入射
する試料表面に近接して先端部が配設されたプローブで
散乱された光を集光する集光工程と、上記集光工程で集
光された光の異なる２方向の偏光成分について、振幅の
差分を求める差分工程とを有することを特徴とする走査
型近接場顕微鏡での試料観察方法。

【００７５】（付記７）上記差分工程は、光の偏光成分
間に位相差を付与する工程と、上記位相差を付与された
光の偏光成分同士を干渉させる工程とを有することを特
徴とする付記６に記載の試料観察方法。

【００７６】（付記８）先端部に散乱効率の高い部分を
持つプローブと、前記プローブの先端部を試料に近接し
て設置する機構と、前記試料と前記プローブの先端部を
相対的に前記試料表面と略平行に走査させる機構と、光
源と、前記光源からの光を集光する光入射機構と、前記
プローブの先端部と前記試料との間で前記光入射機構か
らの照射により発生した光を集光する集光光学系を持
ち、前記集光光学系からの光束を光検出機構によって検
出して画像化する、いわゆる散乱型の走査型近接場光学
顕微鏡において、前記光入射機構には、特定の偏光状態
とならしむ機構が付与されており、前記集光光学系から
の光束のうち、異なる２方向の偏光について、各々の振
幅の特定方向成分の差を検出する機構を更に持つことを
特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。

【００７７】（付記９）前記異なる２方向の偏光の強度
比を変化させる機構を更に持つことを特徴とした付記８
に記載の走査型近接場光学顕微鏡。

【００７８】（付記１０）前記異なる２方向の偏光につ
いて、各々の振幅の特定方向成分の差を検出する機構
は、各々の偏光の間に位相差を与えて干渉させる機構で
あることを特徴とする付記８又は９に記載の走査型近接
場光学顕微鏡。

【００７９】（付記１１）前記位相差は、前記光源の光
の波長の半波長分とした付記１０に記載の走査型近接場
光学顕微鏡。

【００８０】（付記１２）前記位相差を可変とさせる機
構を持つ付記１０に記載の走査型近接場光学顕微鏡。

【００８１】（付記１３）前記プローブを試料と略垂直
方向に励振させることを特徴とする付記８〜１２のいず
れか１に記載の走査型近接場光学顕微鏡。

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、高いＳ／Ｎ比で試料を
高分解能に測定することが可能な走査型近接場顕微鏡を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る走
査型近接場光学顕微鏡の構成を示す図、（ｂ）は、偏光
手段（偏光板）の透過方向を示す図、（ｃ）は、干渉手
段（偏光板）の透過方向を示す図。

【図２】（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る走
査型近接場光学顕微鏡の構成を示す図、（ｂ）は、偏光
手段（偏光板）の透過方向を示す図、（ｃ）は、干渉手
段（偏光板）の透過方向を示す図。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る走査型近接場
光学顕微鏡の構成を示す図。

【図４】（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る走
査型近接場光学顕微鏡の構成を示す図、（ｂ）は、プロ
ーブの先端部を励振させて測定した際に得られる散乱光
成分とノイズ成分とを示す図。

【符号の説明】

１プローブ２先端部３試料８光源９入射手段１０偏光手段１１集光手段１８位相差手段１９干渉手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プローブを試料表面と相対的に移動させ
ることで走査する走査型近接場顕微鏡であり、光源からの光を所定の偏光状態にする偏光手段と、上記偏光手段を経由した上記光源からの光を、試料表面
に入射させる入射手段と、上記光が入射する試料表面に近接して先端部が位置した
プローブと、上記プローブの先端部で散乱した光を集光する集光手段
と、上記集光手段で集光された光の異なる２方向の偏光成分
について、振幅の差分を検出する差分手段とを具備する
ことを特徴とする走査型近接場顕微鏡。
【請求項２】上記偏光手段は、偏光成分間の強度比を
変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の走査
型近接場顕微鏡。
【請求項３】前記差分手段は、各偏光成分間に位相差
を与える位相差手段と、位相差を与えられた偏光成分同
士を干渉させる干渉手段とを具備することを特徴とする
請求項１又は２に記載の走査型近接場顕微鏡。