JP2002055041A - プローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、所望の大きさの開口を容易
に作製することのできるプローブ開口作製装置を提供す
ることにある。 【解決手段】 プローブ先端部のマスクを所望の大きさ
で開口する装置であって、該プローブに光を入射する光
源１１６と、該プローブ先端部と接触し、該光源１１６
光による該先端部からの透過光量を検出する光検出手段
１４０と、該プローブ先端部と光検出手段１４０との光
軸方向の押付けを行なう押付手段１１４，１３０と、予
め該プローブ先端部からの透過光の光量値と開口の大き
さの検量情報を記憶している記憶手段１４２と、所望の
大きさの開口を得るための光量値を該記憶手段１４２に
記憶されている検量情報より求める算出手段１４４と、
該光検出手段１４０で検出された光量値が該算出手段１
４４で算出された光量値となるように該押付手段１１
４，１３０によるプローブ先端部と光検出手段１４０と
の光軸方向の押付けを制御する押付制御手段１２６，１
２８と、を備えたことを特徴とするプローブ開口作製装
置１３９。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプローブ開口作製装
置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡、特にプローブ
の開口の大きさの制御手法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な顕微鏡は、試料に対して非接
触、非破壊で微細極小部位の観察が行え、さらに分光分
析器等を接続することにより観察対象の形状、構造のみ
でなく、その成分等まで分析を行うことも可能であり、
各種の分野で応用が行なわれている。しかしながら、一
般的な光学顕微鏡は、光の波長より小さなものは観察す
ることができず、その分解能には限界がある。一方、電
子顕微鏡等では、分解能は大きく向上させることができ
るものの、大気中、あるいは溶液中での動作は極めて困
難であり、電子顕微鏡等の高分解能顕微鏡は特に生体試
料を扱う分野では必ずしも満足のいくものではなかっ
た。

【０００３】これに対し、近年一般的な光学顕微鏡ある
いは電子顕微鏡とは異なる原理に基づく近接場光学顕微
鏡が開発され、その応用が期待されている。この近接場
光学顕微鏡は、いわゆるエバネッセント光を検出するも
のである。すなわち、図１において、近接場光学顕微鏡
１０は、微小な被測定試料１２が平坦な基板１４の上に
置かれており、基板１４の裏面から全反射が生じるよう
な角度で光源１６からの励起光１８を入射させると、伝
搬光はすべて反射するが、基板１４及び試料１２の表面
付近にはエバネッセント光２０と呼ばれる表面波が発生
する。この表面波は物体表面の周りの光の波長以内の距
離の領域に局在している。

【０００４】そこで、先の鋭いプローブ２２をエバネッ
セント光２０の場の中に差し込んでエバネッセント光２
０を散乱させる。その散乱光２１の一部はプローブ２２
内に進入し、検出器２４に導光され、コンピュータ２６
でデータ処理されることにより、プローブ２２先端部と
試料１２間の距離を把握することができる。したがっ
て、前記コンピュータ２６、ステージコントローラ２８
により、ステージ３０を移動し、散乱光２１の強度が一
定となるようにプローブ２２先端部と試料１２間の上下
方向の距離を制御しつつ、試料１２の被測定面を走査す
れば、該試料１２に非接触でかつ試料１２の凹凸を的確
に把握することが可能となる。

【０００５】しかも、プローブ２２の先端はエバネッセ
ント光２０の場に存在するのみであり被測定物そのもの
には接触していないため、試料１２に対して非接触、非
破壊でかつ光の波長の値より小さいものを観察できるも
のである。ところで、図２に示すようにプローブ２２
は、光透過性を有する誘電体等で構成されたコア３２
と、該コア３２表面に蒸着等で接着させた金属薄膜で構
成されたマスク３４を備える。このマスク先端部には、
開口３６が形成され、該開口３６よりコア先端部３２ａ
が表出している。

【０００６】このようなプローブの開口作製方法として
は、例えば光ファイバのコアの先端を選択化学エッチン
グ法や、熱して引き延ばす方法等により先鋭化する。そ
して、この先鋭化ファイバに真空中で金属を加熱・蒸発
させ、プローブの表面に薄膜として接着させ、金属薄膜
等のマスクを形成している。つぎに、この先端部のマス
クを、例えばエッチング法、収束イオンビーム（ＦＩ
Ｂ）等で除去すると、開口３６が作製される。このよう
にして作製されたプローブ２２は、近接場光学顕微鏡１
０の近接場ヘッド３１に取り付けられ、前述のような近
接場光学測定を行なっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近接場光学
顕微鏡の分解能を向上させるためには、プローブの先端
に、再現性よく目的の大きさの開口を作製する必要があ
る。しかしながら、前記開口作製方法を用いたのでは、
開口の機械寸法は制御して作製できるが、光透過率等の
光特性を作製中に制御することができず、性能として重
視すべき開口の光透過率等の光特性に対する考慮がなさ
れていなかった。このため、作製されたプローブを、実
際に近接場光学顕微鏡に取り付けて測定を行うと、測定
がうまく行えない場合があった。

【０００８】このため、従来より、光透過率等の光特性
をも考慮して、プローブの先端に、再現性よく目的の大
きさの開口を作製することのできる技術の開発が強く望
まれていたが、これを解決することのできる適切な技術
が存在しなかった。本発明は前記従来技術の課題に鑑み
なされたものであり、その目的は、より所望の大きさの
開口を容易に作製することのできるプローブ開口作製装
置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかるプローブ開口作製装置は、光透過性を
有する材質で構成されたコアと、該コア上に形成され、
延性及び遮光性を有する材質で構成されたマスクと、を
備えたプローブ先端部のマスクを所望の大きさで開口す
る装置であって、光源と、光検出手段と、押付手段と、
記憶手段と、算出手段と、押付制御手段と、を備えるこ
とを特徴とする。ここで、前記光源は、前記プローブに
光を入射する。

【００１０】また、前記光検出手段は、前記プローブ先
端部と接触し、前記光源の光による該先端部からの透過
光の光量を検出する。前記押付手段は、前記プローブ先
端部と光検出手段との光軸方向の押付けを行なう。前記
記憶手段は、あらかじめ前記プローブ先端部からの透過
光の光量値と、開口の大きさとの検量情報を記憶してい
る。前記算出手段は、所望の大きさの開口を得るための
光量値を、前記記憶手段に記憶されている検量情報より
求める。

【００１１】前記押付制御手段は、前記光検出手段によ
り検出された光量値が、前記算出手段により算出された
光量値となるように、前記押付手段によるプローブ先端
部と光検出手段との光軸方向の押付けを制御する。ここ
にいう光透過性を有する材質で構成されたコアとは、例
えば石英、半導体、ＣａＦ_２、カルコゲナイト等の光フ
ァイバ材料等の材質で構成されたものをいう。また、延
性及び遮光性を有する材質で構成されたマスクとは、コ
ア上に例えば蒸着等で形成された金、アルミニウム、
銀、クロム、チタン等のミラーに使用される金属薄膜等
をいう。

【００１２】また、ここにいうプローブ先端部のマスク
を開口するとは、プローブ先端部のマスクは延性を有す
るので、プローブ先端部と光検出手段とを光軸方向に押
付けると、序々に薄く引き延ばされて開口が形成され、
該マスク開口よりコア先端部が表出することをいう。ま
た、ここにいうプローブ先端部からの透過光の光量値と
は、マスクに開口が形成されていない時点では、透過光
の光量値はゼロであり、マスクに開口が形成されると、
その開口の大きさに比例して光量値が増大するものをい
う。

【００１３】なお、本発明にかかるプローブ開口作製装
置において、前記押付手段としては、前記プローブ先端
部のマスクがちぎれることなく序々に薄く延ばされて開
口するように、前記プローブ先端部と光検出手段とを光
軸方向に押付ける送り手段を用いることが好適である。
また、本発明にかかるプローブ開口作製装置において、
前記光検出手段としては、受光量に対する出力値の応答
性に優れたフォトダイオードを用いることも好適であ
る。

【００１４】ここで、前記フォトダイオードは、前記プ
ローブ先端部からの透過光を受光部で受光し、該受光量
に比例した電流値を出力する。また、前記目的を達成す
るために本発明にかかる近接場光学顕微鏡は、前記プロ
ーブ開口作製装置を備え、該開口作製装置により開口が
形成されたプローブ先端部で試料の被測定面のエバネッ
セント光の場を散乱し、その散乱光を該開口より集光
し、あるいは該開口よりしみ出したエバネッセント光を
被測定面に照射し、その散乱光ないし反射光を該開口よ
り集光し、試料の被測定面の情報を得ることが好適であ
る。

【００１５】なお、本発明にかかる近接場光学顕微鏡に
おいて、前記押付手段としては、前記プローブ先端部と
試料の被測定面との光軸方向の距離を制御する送り手段
を用いることも好適である。また、本発明にかかる近接
場光学顕微鏡において、開口が形成されているプローブ
先端部の開口の大きさを検査する開口径検査機構であっ
て、該開口径検査機構は、光源と、光検出手段と、押付
手段と、記憶手段と、比較手段と、を備えることも好適
である。

【００１６】ここで、前記光源は、前記プローブに光を
入射する。また、前記光検出手段は、前記プローブ先端
部と接触し、前記光源の光による該先端部からの透過光
の光量を検出する。前記押付手段は、前記プローブ先端
部と光検出手段との光軸方向の押付けを行なう。前記記
憶手段は、あらかじめ前記プローブ先端部からの透過光
の光量値と、開口の大きさとの検量情報を記憶してい
る。

【００１７】前記比較手段は、前記光検出手段により検
出された光量値を、前記記憶手段に記憶されている検量
情報に当てはめ、前記プローブ先端部の開口の大きさを
求める。また、本発明にかかる近接場光学顕微鏡におい
て、開口が形成されているプローブ先端部の開口の大き
さを変更する開口径調整機構であって、該開口径調整機
構は、光源と、光検出手段と、押付手段と、記憶手段
と、比較手段と、を備えることも好適である。ここで、
前記光源は、前記プローブに光を入射する。

【００１８】また、前記光検出手段は、前記プローブ先
端部と接触し、前記光源の光による該先端部からの透過
光の光量を検出する。前記押付手段は、前記プローブ先
端部と光検出手段との光軸方向の押付けを行なう。前記
記憶手段は、あらかじめ前記プローブ先端部からの透過
光の光量値と、開口の大きさとの検量情報を記憶してい
る。前記設定手段は、前記プローブ先端部の開口の所望
の大きさを設定する。

【００１９】前記算出手段は、前記設定手段により設定
された大きさの開口を得るための光量値を、前記記憶手
段に記憶されている検量情報より求める。前記押付制御
手段は、前記光検出手段により検出された光量値が、前
記算出手段により算出された光量値となるように、前記
押付手段によるプローブ先端部と光検出手段との光軸方
向の押付けを制御する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の好適
な実施形態について説明する。図３には本発明の一実施
形態にかかる近接場光学顕微鏡の概略構成が示されてい
る。なお、前記図１と対応する部分には符号１００を加
えて示し説明を省略する。同図に示す近接場光学顕微鏡
は、試料１１２は基板１１４上に配置されており、試料
１１２の被測定面には励起光１１８が入射され、試料１
１２の被測定面にはエバネッセント光１２０が生じてい
る。

【００２１】このエバネッセント光１２０の場にプロー
ブ１２２の先端部を差し込むと、該ファイバープローブ
１２２先端部によりエバネッセント光１２０の場が散乱
され、その散乱光１２１の一部は開口よりプローブ１２
２内に進入し、分光器１３８によりレイリー光と蛍光及
びフォトルミネッセンス光に分離された後、検出器１２
４により検出され、コンピュータ１２６でデータ処理さ
れることにより、レイリー光よりプローブの先端と被測
定面間の距離を把握することができる。

【００２２】したがって、ステージコントローラ１２
８、ＸＹＺステージ１３０により、検出器１２４により
検出されたレイリー光強度が一定となるように、前記プ
ローブ１２２先端部と試料１１２の被測定面間の上下方
向の距離を制御しつつ、試料１１２の被測定面を走査す
れば、試料１１２に非接触でかつ試料１１２の凹凸を的
確に把握することが可能となる。しかも、前記分光スペ
クトルより試料１１２の被測定面の各測定点における成
分情報を同時に得ることが可能となる。ところで、プロ
ーブ１２２は、通常は近接場ヘッド１３１に取り付けら
れているが、消耗品なので、該ヘッド１３１より取外
し、交換する必要がある。

【００２３】しかしながら、開口の良し悪しが近接場光
学顕微鏡の分解能等に影響を与える。例えば既に作製さ
れている市販品等のプローブを交換し、近接場ヘッドに
取り付けて測定を行なうと、該測定が満足のゆく明る
さ、同じ精度で行なえない場合がある。この原因の詳細
については未だ不明な点もあるが、本発明者らによれ
ば、いくらプローブ開口の機械的寸法を精度よく作製し
ても、実際の測定に用いられると、開口の光透過効率が
異なる場合があり、プローブを交換すると、該開口の光
透過効率が変わることが一因として考えられる。

【００２４】また、個々の顕微鏡によって、ステージに
は多少の傾きがある場合が多く、既製品のプローブで
は、ステージ面とプローブ開口面が平行とならず、ずれ
がある場合がある。これによりプローブ開口よりエバネ
ッセント光を試料の被測定面に均一に照射できなかった
り、試料の被測定面より均一に、エバネッセント光の場
を散乱した光を集光できないことによると考えられる。
そこで、本発明において、第一に特徴的なことは、近接
場光学顕微鏡に、開口が形成されていないプローブ先端
部に開口を、所望の大きさで作製可能なプローブ開口作
製装置を備えたことである。

【００２５】このために本実施形態においては、図４〜
図５に拡大して示されるような開口作製装置１３９を設
けている。すなわち、図４に示すように実際に近接場光
学測定に用いられるＸＹＺステージ１３０の基板１１４
を、通常の近接場光学測定を行なうエリアＡ１と、開口
作製等のためのエリアＡ２に分ける。そして、このエリ
アＡ２に、プローブ開口作製装置１３９のＰＩＮフォト
ダイオード（光検出手段）１４０を、その受光面１４６
が基板１１４の面と同一面となるように設けている。

【００２６】また、プローブ開口作製装置１３９は、図
５に示すような前記光源（光源）１１６と、前記ＸＹＺ
ステージ（押付手段）１３０と、前記コンピュータ１２
６のＨＤＤ（記憶手段）１４２と、前記コンピュータ１
２６のＣＰＵ（算出手段，押付制御手段）１４４を備え
る。また、開口が形成されていないプローブの一端が近
接場光学顕微鏡の近接場ヘッドに固定されている。ここ
で、近接場光学顕微鏡で用いられる光源１１６を、プロ
ーブ開口作製装置１３９の光源としても用いている。こ
の光源１１６によりプローブ１２２に励起光（光）１１
８を入射する。

【００２７】また、前記ＰＩＮフォトダイオード（光検
出手段）１４０は、効率よく透過光の光量を測定するこ
とのできる優れた特性を有している。開口作製時等は、
前記プローブ１２２先端部と接触し、励起光１１８の先
端部からの透過光の光量を検出する。また、近接場光学
顕微鏡で用いられるＸＹＺステージ１３０のＺ軸方向の
駆動機構を、開口作製装置１３９の押付手段としても用
いている。

【００２８】このＸＹＺステージ１３０により、フォト
ダイオード１４０の受光面１４６をプローブ先端部に徐
々に押付けると、先端部のマスク１３４が徐々に薄く引
き延ばされ、該マスク開口よりコア１３２を表出させる
ことにより、開口を作製している。前記近接場光学顕微
鏡で用いられるコンピュータ１２６のＨＤＤ１４２を、
開口作製装置の記憶手段としても用いている。

【００２９】このＨＤＤ１４２はあらかじめ、前記プロ
ーブ１２２先端部からの透過光量値と開口の大きさとの
検量情報を記憶している。前記近接場光学顕微鏡で用い
られるコンピュータ１２６のＣＰＵ１４４を、開口作製
装置の算出手段としても用いている。このＣＰＵ１４４
は、所望の大きさの開口を得るための光量値を、ＨＤＤ
１４２に記憶されている検量情報より求める。前記近接
場光学顕微鏡で用いられるコンピュータ１２６のＣＰＵ
１４４を、開口作製装置の押付制御手段としても用いて
いる。

【００３０】このＣＰＵ１４４は、フォトダイオード１
４０により検出された光量値が、該ＣＰＵ１４４により
算出された光量値となるように、ＸＹＺステージ１３０
によるフォトダイオードとプローブ先端部との光軸方向
の押付けを制御する。すなわち、図６（Ａ）に示すよう
に開口が形成されていないプローブ１２２先端部に、フ
ォトダイオード１４０の受光面１４６を当接させる。

【００３１】そして、同図（Ｂ）に示すように励起光１
１８によるプローブ先端部からの透過光の光量をフォト
ダイオード１４０により検出し、その光量値をコンピュ
ータ１２６でモニタしながら、ＸＹＺステージ１３０に
より基板１１４を上動させることにより、プローブ１２
２先端部にフォトダイオード１４０の受光面１４６を図
中上方に徐々に押付ける。徐々に押付けると、プローブ
先端部のマスク１３４は延性を有するので、徐々に薄く
引き延ばされ、次第に開口が形成され、該開口よりコア
１３２の先端部１３２ａが表出する。

【００３２】コア１３２の先端部１３２ａが表出する
と、それまでゼロであったフォトダイオード１４０によ
り検出される光量値が開口径に比例して増大するので、
コンピュータ１２６は、ＸＹＺステージ１３０のＺ軸方
向の移動機構により、所望の開口径が得られる透過光量
値となるまで、プローブ１２２先端部にフォトダイオー
ド１４０を徐々に押付ける。すると、同図（Ｃ）に示す
ようにプローブ１２２先端部のマスク１３４には開口１
３６が所望の開口径ｄで作製されている。

【００３３】このため、効率よく透過光量を測定できる
ＰＩＮフォトダイオード１４０で、効率よく測定される
透過光量の値をモニタしながら、同時に開口を作製する
ことができるので、プローブを交換した場合であって
も、再現性よく目的の大きさの開口を作製することがで
きる。例えば真円状の開口を作製したり、コア部の突出
を小さくすることが容易にできる。

【００３４】また、実際に使うサンプルステージ面とフ
ォトダイオード１４０の受光面を同一面となるように設
け、開口を作製するので、たとえステージ面が傾いてい
る場合であっても、そのステージ面と平行な開口面を形
成することができる。しかも、このようにして開口が作
製されたプローブを近接場ベッドに取り付けたまま、測
定を行なうので、測定を正確に行なえる。さらに、開口
作製装置の各構成部材の機能を近接場光学顕微鏡の各構
成部材を用いて実現しているため、これらを別個に設け
た場合に比較し、構成の簡略化、装置の小型化等が図ら
れる。

【００３５】このようにして近接場光学顕微鏡の近接場
ヘッドに取り付けられた状態で作製されたプローブをス
テージ１３０の通常の近接場光学測定エリアＡ１で交換
まで使用し続けることができる。また、前述のようにし
て作製された開口も使用しているうちに開口径が変わっ
てしまう場合がある。しかしながら、従来はプローブを
顕微鏡から取外し、検査を行なうことも考えられるが、
これを簡易に検査する手段が存在しなかった。また、プ
ローブを取り付けた後、プローブの振動振幅等を制御す
る光学系との光軸調整等が必要となり、面倒であった。

【００３６】そこで、本発明において、第二に特徴的な
ことは、近接場光学顕微鏡に、前記プローブ開口作製装
置により開口が形成されているプローブ先端部の開口の
大きさを検査可能な開口径検査機構を備え、該検査をプ
ローブを近接場ヘッドに取り付けたまま行なったことで
ある。このために本実施形態においては、図７に拡大し
て示されるような開口径検査機構１４７を設けている。

【００３７】同図において、開口径検査機構１４７は、
前記光源１１６と、前記ＨＤＤ（記憶手段）１４２と、
前記フォトダイオード（光検出手段）１４０と、ＣＰＵ
（比較手段）１４４を備える。ここで、前記ＸＹＺステ
ージ１３０は、プローブ先端部にフォトダイオード１４
０の受光面１４６を当接させる。前記ＣＰＵ（比較手
段）１４４は、フォトダイオード１４０により検出され
た光量値を、ＨＤＤ１４２に記憶されている検量情報に
当てはめ、プローブ先端部の開口の大きさを求める。

【００３８】この結果、通常の近接場光学測定時、プロ
ーブ１２２は、ＸＹＺステージ１３０のエリアＡ１上に
位置するが、開口径の検査を行う際は、図８（Ａ）に示
すように開口作製装置１３９により開口１３６が形成さ
れているプローブ１２２をＸＹＺステージのエリアＡ２
に移動する。そして、同図（Ｂ）に示すようにプローブ
１２２を取り付けたまま、ＸＹＺステージ１３０によ
り、プローブ先端部にフォトダイオードの受光面を当接
させるだけで、所定の径の開口が開いているか否かの検
査を容易に行なえる。

【００３９】すなわち、励起光による開口からの透過光
の光量値と、開口の大きさとは比例関係にあるので、プ
ローブ先端部にフォトダイオード１４０の受光面１４６
を当接させた状態で、該先端部からの透過光の光量をフ
ォトダイオード１４０により検出する。そして、ＣＰＵ
１４４は、該検出された光量値を、ＨＤＤ１４２に記憶
されている検量情報に当てはめ、プローブ先端部の開口
の大きさを求める。さらに、開口径検査機構の各構成部
材の機能を近接場光学顕微鏡（開口作製装置）の各構成
部材を用いて実現しているため、これらを別個に設けた
場合に比較し、構成の簡略化、装置の小型化等が図られ
る。

【００４０】そして、検査後、開口径が合格の場合は、
プローブをＸＹＺステージのエリアＡ１上に復帰させ、
通常の近接場光学測定を行わせる。これに対し、前述の
ようにして作製された開口も使用しているうちに開口径
が変わってしまう場合があったり、変わらなくても、作
製後、これを変更したい場合がある。しかしながら、従
来はプローブを交換する必要があり、プローブを取り付
けた後、プローブの振動振幅等を制御する光学系との光
軸調整等が必要となり、面倒であった。

【００４１】そこで、本発明において、第三に特徴的な
ことは、近接場光学顕微鏡に、プローブ開口作製装置に
より開口が形成されているプローブの開口の大きさを変
更可能な開口径調整機構を備え、該開口の大きさの変更
を、プローブを近接場ヘッドに取り付けたまま行なった
ことである。このために本実施形態においては、図９に
拡大して示されるような開口径調整機構１４９を設けて
いる。この開口径調整機構１４９は、前記光源１１６
と、前記フォトダイオード（光検出手段）１４０と、前
記ＣＰＵ（算出手段，押付制御手段）１４２と、入力デ
バイス（設定手段）１５１を備える。

【００４２】前記入力デバイス１５１は、プローブ先端
部の開口の所望の大きさをコンピュータ１２６に設定可
能とする。前記ＣＰＵ（算出手段）１４４は、入力デバ
イス１５１より設定された開口径を、ＨＤＤ１４２に記
憶されている検量情報に当てはめ、該所望の開口径を得
るためのプローブ先端部からの透過光の光量値を求め
る。前記ＣＰＵ１４４は、前記フォトダイオード１４０
により検出された透過光量値が、前記ＣＰＵ１４２によ
り算出された光量値となるように、ＸＹＺステージ１３
０のＺ軸方向の移動（上動）により、フォトダイオード
１４０の受光面１４６のプローブ先端部への押付けを制
御する。

【００４３】この結果、通常の近接場光学測定時、プロ
ーブはＸＹＺステージのエリアＡ１上に位置するが、開
口径の検査、変更を行う際は、図１０（Ａ）に示すよう
に開口作製装置１３９により開口１３６が形成されてい
るプローブ１２２をＸＹＺステージ１３０の基板１１４
のエリアＡ２に移動する。そして、同図（Ｂ）に示すよ
うにプローブ先端部にフォトダイオード１４０の受光面
を当接させ、入力デバイス１５１より開口の所望の大き
さを入力する。そして、ＣＰＵ１４４は、入力デバイス
１５１より入力された開口の大きさを得るための光量値
を、ＨＤＤ１４２に記憶されている検量情報に当てはめ
て求める。

【００４４】そして、プローブ先端部にフォトダイオー
ド１４０の受光面１４６を当接させた状態で、ＣＰＵ１
４４は、該先端部からの透過光の光量をフォトダイオー
ド１４０により検出しながら、前記フォトダイオード１
４０により検出された透過光量値が、先ほどＣＰＵ１４
２により算出された光量値となるように、ＸＹＺステー
ジ１３０のＺ軸方向の移動により、フォトダイオードの
受光面のプローブ先端部への押付けを制御することによ
り、プローブ開口の開口径ｄ´への変更を容易に行なえ
る。そして、開口径の変更後、プローブをＸＹＺステー
ジのエリアＡ１上に復帰させ、通常の近接場光学測定を
行わせる。

【００４５】このように本実施形態は、プローブ１２２
を取り付けたまま、プローブ先端部にフォトダイオード
の受光面を押付けるだけで、開口の大きさの変更を容易
に、かつ所望の大きさで行なえる。さらに、開口径調整
機構の各構成部材の機能を近接場光学顕微鏡（開口作製
装置、開口径検査機構）の各構成部材を用いて実現して
いるため、これらを別個に設けた場合に比較し、構成の
簡略化、装置の小型化等が図られる。以上のように本実
施形態にかかる近接場光学顕微鏡１１０によれば、実際
に開口の透過率特性をモニタしながら開口を作製する開
口作製装置１３９を備えることとしたので、再現性よく
目的の大きさの開口を作製することができる。

【００４６】しかも、実際に使うサンプルステージ面と
フォトダイオード１４０の受光面を同一面となるように
設け、開口を作製するので、ステージ面と平行な開口面
を形成することができる。このようにして作製されたプ
ローブをそのまま交換するまで近接場光学測定で使用し
続けるので、エリアＡ１での近接場光学測定を正確に行
なえる。また、本実施形態では、開口径検査機構１４７
を備えることにより、プローブを顕微鏡より取外すこと
なく、該プローブをステージのエリアＡ１と同一面のエ
リアＡ２に移動するだけで、開口が形成されているプロ
ーブの開口の検査を容易に行なえる。

【００４７】さらに、本実施形態では、開口径調整機構
１４９を備えることにより、プローブを顕微鏡より取外
すことなく、プローブをエリアＡ１と同一面のエリアＡ
２に移動するだけで、開口の大きさの変更を容易に、か
つ所望の大きさで行なえる。なお、本発明の近接場光学
顕微鏡は、前記構成に限定されるものではなく、発明の
要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば前記構
成では、本発明のプローブ開口作製装置を近接場光学顕
微鏡に組み込んだ例について説明したが、本発明のプロ
ーブ開口作製装置を単独で用いることも可能である。

【００４８】また、前記構成では、プローブのＺ軸方向
の位置を固定し、光検出手段をＺ軸方向に移動（上動）
し、光検出手段をプローブ先端部に押付けた例について
説明したが、光検出手段のＺ軸方向の位置を固定し、Ｚ
軸方向の微動送り機構等により、プローブをＺ軸方向に
移動（下動）し、該プローブ先端部を光検出手段に押付
けることも好ましい。また、近接場光学顕微鏡には、使
用目的等に応じて、下記に示すような機構を付加するこ
とも好ましい。

【００４９】＜分光機構１＞フィルタ分光は、例えば試
料の被測定面の凹凸情報と各測定点の成分情報が同時に
得られるので、非常に優れた検出方法であり、一般に光
路中でフィルタの挿入と除去を繰り返すことにより、波
長を選択する方法が採用されていた。しかしながら、多
数の波長の選択を可能にするためには、スペースを必要
とし、また前記フィルタの挿入と除去のための機構も複
雑となってしまう。そこで、フィルタ分光を行なう際
は、図１１に拡大して示されるような分光機構１５０
を、試料の被測定面のエバネッセント光の場の散乱光を
導光する光ファイバ１５２の後段に設けることが好まし
い。

【００５０】なお、同図（Ａ）は要部の側面図、同図
（Ｂ）は、後述するフィルタを光の進行方向より見た図
である。同図において、分光機構１５０は、異なる複数
の波長を選択可能な波長選択部１５４ａ〜１５４ｄが同
心円上に設けられた円盤状のフィルタ１５４と、駆動手
段１５６、コンピュータ（制御手段）１２６を備える。
前記フィルタ１５４は、光ファイバ１５２からの、試料
の被測定面のエバネッセント光の場の散乱光より、所望
の波長選択部１５４ａ〜１５４ｄにより所望の波長の光
成分を選択する。

【００５１】前記駆動手段１５６は、例えば駆動精度に
優れたステッピングモータ、またはＤＣモータ等よりな
り、前記フィルタ１５４の回転を行ない、光軸上に所望
の波長選択部を位置させ、選択波長を変化させる。前記
コンピュータ１２６は、フィルタ１５４による選択波長
が所望の波長となるように駆動手段１５６の動作を制御
する。この結果、同図に示されるような分光機構１５０
を用いることにより、一台で多波長を簡便に選択するこ
とができる。

【００５２】なお、前記構成では、異なる複数の波長選
択部１５４ａ〜１５４ｄが同心円上に設置された円盤状
フィルタ１５４を用いた例について説明したが、これに
代えて、選択波長がリニアに変化する回転型波長選択フ
ィルタを用いることも好ましい。これにより、前記円盤
状フィルタ１５４を用いた場合と同様、一台で多波長を
簡便に選択することができる。

【００５３】＜分光機構２＞一般に近接場顕微鏡では、
試料からの光信号を、例えばイルミネーションモード、
コレクションモード等の様々なモードで取得することが
できる。しかしながら、複数のモード信号を同時に観測
するためには、分光器＋検出器を複数用意するか、各モ
ードで測定を繰り返すかの、どちらかしかなかった。そ
こで、様々な測定モードを同時に取得するため、図１２
に拡大して示されるような分光機構２５０を光ファイバ
２５２の後段に設けることも好ましい。

【００５４】同図において、分光機構２５０は、例えば
コレクションモードで試料からの光信号を取得するため
の集光手段２５２ａ，イルミネーションモードで試料か
らの光信号を取得するための集光手段２５２ｂ，透過モ
ードで試料からの光信号を取得するための集光手段２５
２ｃと、分光器２５８を備える。そして、集光手段２５
２ａ，２５２ｂ，２５２ｃにより集光された各光を、分
光器２５８の縦スリット２６０の縦方向に並べ、同時に
分光している。そして、分光された光を出射側の縦スリ
ット２６２に取り出し、マルチチャンネル検出器２６４
により同時に検出している。

【００５５】この結果、一台の分光器２５８、一台の検
出器２６４により、さまざまな測定モードにより集光さ
れた試料の光信号やスペクトルを、同時に検出すること
ができる。これにより、これらをそれぞれ設けた場合に
比較し、構成が簡略化されるとともに、様々な測定モー
ドで得た試料の光信号を同時に得られるので、同一試料
の同時期の測定が行なえるので、該試料のより詳細な測
定が行なえると共に、測定回数を減らすことができるの
で、作業が容易となる。

【００５６】＜簡易観察機構１＞光ファイバプローブを
用いた場合、一般に光ファイバと励起光の光路の位置調
整を行なう必要があり、プローブ先端からの光の位置を
目安に行われていた。しかしながら、プローブ先端から
の光の強度は非常に弱く、調整しがたいものであった。
また、可視以外の光を結合する際には、肉眼では確認で
きず、プローブ先端を観察するカメラに頼ざるを得なか
った。また、光ファイバの端面の平滑度やゴミの付着状
況を直接確認する方法がなく、光学調整の際に障害とな
っていた。また、光ファイバの径は数マイクロメートル
と非常に小さいので、前記位置調整が非常に困難であっ
た。

【００５７】そこで、光ファイバと光路の位置調整を容
易に行なうため、図１３に拡大して示されるような、プ
ローブ末端の光ファイバへのカップル部分を観察する観
察機構３６６を付加することが好ましい。同図におい
て、観察機構３６６は、光源３６８からの光を平行光束
とする凸レンズ３７０と、凸レンズ３７０からの光を、
平行光束としてビームスプリッタ３７２を介して凸レン
ズ３７４に入射させ、該凸レンズ３７４により収束させ
てファイバ端面３５２に入射させる。ファイバ端面３５
２からの光は凸レンズ３７４により集光され、ビームス
プリッタ３７２により図中下方に反射され、さらに後段
の凸レンズ３７６に入射され、該凸レンズ３７６により
モニタ３７８に集光される。該モニタ３７８では、プロ
ーブ末端の光ファイバへのカップル部分を観察すること
ができる。

【００５８】この結果、光ファイバの端面を顕微鏡によ
り肉眼観察できるため、波長によらず、容易に光学調整
を行なうことができる。また、前記図１３に示した観察
機構３６６の構成を一部変更し、図１４に実線で示され
るような機構を用い、また、光ファイバ端面の代わりに
試料３１２を設置し、ビームスプリッタ３７２ｂを光路
中に挿入する。そして、光源３６８からの白色光をレン
ズ３７６ａ、ビームスプリッタ３７２ａ，３７２ｂ、レ
ンズ３７４を介して試料３１２に照射する。その試料像
光をレンズ３７４、ビームスプリッタ３７２ｂ，３７２
ａ、レンズ３７６ｂを介してモニタ３７８に導光する
と、該試料面のある領域を簡易に観察することができ
る。

【００５９】つぎに、同図中、破線で示すようにビーム
スプリッタ３７２ｂを光路中より退避させる。一方、ビ
ームスプリッタ３７２ｃを光路中に挿入し、レーザ光源
３６９からのレーザ光をレンズ３７１、ビームスプリッ
タ３７２ｃ、レンズ３７４を介して試料３１２に照射す
る。その試料３１２からの反射光をレンズ３７４、ビー
ムスプリッタ３７２ｃ、レンズ３７０を介して分光器３
７３に導入すると、前述のようにして観察した試料面の
顕微分光測定を行なうことができる。

【００６０】＜簡易観察機構２＞一般的な測定は、プロ
ーブで試料の被測定面のほぼ全面を走査し、測定する
が、ある領域を簡易に観察したい場合があり、この場合
についても被測定面の全面を走査していたのでは面倒で
あった。そこで、図１５に拡大して示されるような簡易
観察機構４６６を設け、試料４１２のある領域を簡易に
観察可能にすることも好ましい。同図において、簡易観
察機構４６６は、カセグレン鏡４８０を備え、凹面鏡等
よりなる主鏡４８２、及び例えば平頭凸面鏡等よりなる
副鏡４８４の光軸上にプローブ４２２を設けている。

【００６１】そして、光源４６８からの光をビームスプ
リッタ４７２を介してカセグレン鏡４８０の副鏡４８４
に入射し、該副鏡４８４からの光を主鏡４８２により、
試料４１２のほぼ全方位より光を入射している。この試
料４１２よりの反射光は、該試料４１２のほぼ全方位よ
り主鏡４８２により集光され、副鏡４８４を介して光軸
上の上方に取出され、さらに後段のビームスプリッタ４
７２を介して図中右方に反射され、モニタ４７８により
観察可能にしている。

【００６２】この結果、カセグレン鏡４８０により、試
料４１２をほぼ全周囲より観察することができるので、
試料のある領域を実質的にほぼ真上より観察することが
容易に行なえる。そのうえで、試料４１２を破線の位置
に移動させて、簡易測定を行なうことも好ましい。

【００６３】＜光路等切替表示機構＞一般に近接場顕微
鏡では、例えばイルミネーションモード、コレクション
モード等の測定モード等があり、装置の中の光路や、光
学素子の切替が多く行われている。しかしながら、種々
の切り替え多くなるにつれ、その把握は非常に困難とな
る。そこで、光路や、光学素子５８６の切替が行なわれ
る顕微鏡では、図１６に拡大して示されるような切替表
示機構５８８を設けることも好ましい。この切替表示機
構５８８は、ＰＬＤ（光ファイバー付レーザー ダイオ
ード）５９０と、切替表示用ＬＥＤ５９２を備えてい
る。

【００６４】そして、ＰＬＤ５９０は、光路切替機構や
光学素子５８６等の切替機構の切替信号、または切替セ
ンサの出力Ｓ１を直接検知し、検知内容に応じて切替表
示用ＬＥＤ５９２を点灯している。例えば、イルミネー
ションモード可能となるように光学素子５８６等が切替
えられた時は、ＬＥＤ５９２ａのみを点灯、コレクショ
ンモード可能となるように光学素子５８６等が切替えら
れた時は、ＬＥＤ５９２ｂのみを点灯させること等によ
り、光路や、光学素子の切替状態の目視確認が可能とな
る。

【００６５】この結果、測定前後に光路の表示を目視に
て確認でき、迅速かつ的確に測定を実行することができ
る。また、ＬＥＤ５９２の点灯のためにソフトウェアを
介さないので、誤動作によるＬＥＤ点灯がない。また、
ＬＥＤ５９２が点灯しないなどの視覚的にハードウェア
の故障を推察確認することもできる。

【００６６】＜ガスパージ型プローブ顕微鏡の排気機構
＞ガスパージ型プローブ顕微鏡では、ガス充満型のクラ
イオスタット内に試料室を入れ、一般に該クライオスタ
ット内を常時ガスで置換している。しかしながら、ガス
ラインを流れている流量を確認する手段がなく、ガスを
無駄に使用していたり、ガスの不足によりパージがやぶ
れる等のおそれがあった。このため、直接実験室を排気
する方式も考えられ、ガスの流量の確認は容易である。

【００６７】しかしながら、実験室内の酸素濃度が下が
り、実験に支障を来すおそれがあった。そこで、近接場
光学顕微鏡の試料室をクライオスタット内に設け、該ク
ライオスタットにガスパージ可能なガスパージ機構を設
けた際は、図１７に示すような排気機構６９４をクライ
オスタット６９６に設けることが好ましい。同図におい
て、排気機構６９４は、クライオスタットからのガスを
排気する排気系６９８と、ガスの流量をモニタする流量
計またはモニタ７００のためのモニタ系７０２に分ける
分岐ポート７０４を設けている。

【００６８】また、ガスフロー型クライオスタットでの
ガス排出側にコック７０５を設け、一方でモニタ系７０
２を介してモニタ７００によりガス流量を検出し、一方
でガスを排気系６９８を介して排出する。この結果、モ
ニタ７００でガスの排出流量を確認したのち、コック７
０５により排気ポート６９８に切替えることにより、適
切なガス排出流量を保つことができ、かつ実験室内の酸
素濃度を不必要に下げるおそれがない。

【００６９】ここで、クライオスタット６９６は、試料
室を低温に冷やしているので、測定終了後、ガスが試料
室内に逆流し、低温であった試料室内の温度が上昇する
と、結露を生じる場合がある。このためにコック７０６
を設け、これを測定終了後は閉の状態とすることが好ま
しい。これにより、試料室内へのガスの逆流を防ぐの
で、該試料室内での結露を防ぐことができる。

【００７０】＜赤外近接場光学顕微鏡＞一般に波長限界
を越えた空間分解能を実現できる近接場技術は、主に可
視光レーザを用いて実現され、赤外光の波長が長いた
め、近接場の応用が期待されている。しかしながら、赤
外の単一波長レーザを用いた測定がなされているのみで
あり、赤外近接場によるスペクトル測定をなされる手段
は提案されていない。また、レーザを用いて赤外スペク
トルを取得するためには、波長可変レーザの開発が必須
であるが、未だ実用に耐え得るものは完成していない。

【００７１】そこで、図１８に示されるような赤外近接
場光学顕微鏡８０８を構成することも好ましい。なお、
前記図３と対応する部分には符号７００を加えて示し説
明を省略する。同図に示す赤外近接場光学顕微鏡８０８
において特徴的なことは、光源８１６として高温発熱体
を用い、エバネッセント光の場をプローブ８２２で散乱
し、その散乱光８２０の分光を行なう分光器８３８を設
けたことである。すなわち、高温発熱体からの赤外線
は、凸レンズ８５０により平行光となり、後段の凸レン
ズ８５２に入射し、該凸レンズ８５２により収束され、
被測定面８１２に全反射となるような角度で照射され
る。

【００７２】このような赤外光照射によって被測定面に
はエバネッセント光が発生しており、該光の場を金属製
プローブ８２２により散乱させ、その散乱光８２０を後
段の凸レンズ８５４で集光し、分光器８３８に入射され
る。該分光器８３８では各波長毎に分光され、赤外検出
器８２４により検出され、コンピュータ８２６では、分
光スペクトルが得られる。この結果、レーザを用いるこ
となく、近接場赤外スペクトルを測定することができ
る。

【００７３】なお、前記高温発熱体としては、炭素けい
素棒、ネルンスト発熱体、炭素アーク、炭素棒、石間、
ファイヤロッド、ニクロム線、カンタル線、白金線、セ
ラミックス等を用いることができる。また、波長選択手
段としては、波長可変フィルタ、任意の波長幅を持つバ
ンドパスフィルタ、フーリエ変換型分光器、分散型分光
器等を用いることができる。また、赤外検出器へ投射さ
れる光信号は、光源と試料の中間に設けられたチョッパ
８５６により断続変調することもできる。

【００７４】また、前記構成では、全反射照明モードに
ついて説明したが、反射照明モードも可能であり、両モ
ードの切替えを光学系の切替えにより可能にすること
も、構成簡略化等の点で好ましい。ここで、全反射照明
では、半球または半球類似の形状高屈折率媒質プリズム
を用い、該プリズム平面部の中心に、カセグレン鏡の焦
点を結像させた照明系を設けることも好ましい。

【００７５】この高屈折率媒質としては、ＺｎＳｅ、Ｋ
ＲＳ−５、Ｇｅ、Ｓｉ、ダイヤモンド等が用いられる。
また、反射照明系では、カセグレン鏡を用いて試料を照
明することも、試料を多方向より照明できる点で好まし
い。また、カセグレン鏡と赤外検出器の中間に、切替反
射鏡またはダイクロック鏡等の光学系を配置し、試料お
よびプローブが観察可能なように構成することも、構成
簡略化等の点で好ましい。

【００７６】＜軸はずしカセグレン鏡＞一般に、すべて
ミラーから構成されるカセグレン鏡は、レンズに比べて
ガラス等の構造物に透過・吸収等がなく、またＮＡを比
較的大きくできるので、特に赤外域でも多用されてい
る。しかしながら、ミラーの配置上の問題で光学的に最
も利用価値の高い中心部分の光をほとんど利用できな
い。また、同じ理由で全散乱角のうち、円環部分しか利
用しておらず、現実的なＮＡは十分大きいとはいえな
い。

【００７７】そこで、図１９に拡大して示されるよう
に、カセグレン鏡を構成する凹面鏡として楕円面鏡９６
６を用い、その一方の焦点９６８から発生した光をもう
一方の焦点９７０に設置した凸面鏡で平行光に変換し、
外部へ取出すことが好ましい。そして、前記カセグレン
鏡を、プローブ顕微鏡の像観察、散乱光集光、光照射の
いずれかに用いることが好ましい。或いは前記楕円面鏡
９６６を用いたカセグレン鏡を、赤外、可視、紫外顕微
分光の際、像観察、集光、照射のいずれかに用いること
も好ましい。

【００７８】例えば同図に示すように一方の焦点９６８
に試料９１２を置き、他方の焦点９７０に分光器、検出
器等の検出手段を設けることが好ましい。これにより、
他の光学系を用いることなく、試料９１２からの光信号
を検出手段に導光することができるので、楕円面鏡９６
６を用いたカセグレン鏡を用いていない場合に比較し、
構成の簡略化が図られる。この結果、楕円面鏡９６６を
用いたカセグレン鏡によりほぼ全方位を集光することが
可能となるので、ほぼ上半球すべての散乱光を利用する
ことができる。また、外部からの余分な迷光をカットす
ることもできる。

【００７９】＜共振周波数の自動設定機構＞プローブ顕
微鏡の測定において、プローブの共振がしばしば利用さ
れる。プローブの共振は、プローブごとに少しずつ異な
っており、最適な測定を行なうためには、プローブ交換
後にプローブの共振周波数を厳密に合わせる必要があ
る。このため、共振信号を見ながらマニュアルで設定し
たり、共振周波数スペクトル全体を測定しそのピークを
検出して設定する等していた。しかしながら、この場
合、時間と手間がかかり面倒であった。

【００８０】そこで、プローブの共振を測定に利用した
プローブ顕微鏡において、共振周波数を検出し、検出さ
れた共振周波数に加振周波数を自動設定することが好ま
しい。このために図２０に示されるように、検出手段１
０００と、コンピュータ１０２６と、加振手段１００２
を備える。前記検出手段１０００は、プローブ１０２２
の共振周波数を検出する。前記コンピュータ１０２６
は、検出手段１０００で検出されたプローブ１０２２の
共振周波数に加振手段１００２の加振周波数を設定す
る。

【００８１】前記加振手段１００２は、前記コンピュー
タ１０２６により設定された共振周波数でプローブ１０
２２を振動させている。この結果、前述のような検出手
段１０００、コンピュータ１０２６等の共振周波数の自
動設定機構を用いることにより、自動でプローブの共振
周波数を検出、設定することができるので、プローブ交
換後等におけるプローブの共振周波数を合わせる作業が
非常に容易となる。

【００８２】なお、前記コンピュータ１０２６は、ステ
ージコントローラ１０２８により、ステージ１０３０を
移動し、検出手段１０００で検出されるプローブ１０２
２の振動振幅が一定となるように、プローブ１０２２先
端部と試料１０１２間の上下方向の距離を制御しつつ、
試料１０１２の被測定面を走査すれば、該試料１０１２
に非接触でかつ試料１０１２の凹凸を的確に把握するこ
とが可能となる。ここで、自動で共振周波数を検出、設
定する場合には、加振手段に白色ノイズ信号を入力し、
プローブの振動振幅信号をフーリエ変換し、得られた共
振周波数スペクトルのピーク位置を検出し、検出された
ピーク位置の共振周波数に、加振手段の加振周波数を設
定することも好ましい。

【００８３】このために同図において、コンピュータ１
０２６と加振手段１００２の間に信号発生手段１００４
を設けている。前記信号発生手段１００４は、白色ノイ
ズ信号を発生し、加振手段１００２に入力する。前記加
振手段１００２は、入力された白色ノイズに従いプロー
ブ１０２２を振動させている。前記検出手段１０００
は、プローブ１０２２の振動振幅信号を検出する。

【００８４】前記コンピュータ１０２６は、検出手段１
０００で得られたプローブ１０２２の振動振幅信号をフ
ーリエ変換し、得られた共振周波数スペクトルのピーク
位置を検出する。そして、検出されたピーク位置の共振
周波数に、加振手段１００２の加振周波数を設定する。
この結果、前記プローブの共振周波数の検出、設定を迅
速に及び正確に行なうことができる。

【００８５】ここで、共振周波数スペクトルのピーク位
置を検出する場合には、周波数を掃引して共振周波数ス
ペクトルのピークを検出し、検出されたピークの共振周
波数に加振周波数を設定することも好ましい。このため
に同図において、コンピュータ１０２６は、検出手段１
０００で得られた振動振幅信号をフーリエ変換して得ら
れた共振周波数スペクトルの周波数を掃引してピーク位
置を検出する。そして、検出されたピーク位置の共振周
波数に、加振手段の加振周波数を設定する。

【００８６】この結果、前記プローブの共振周波数の検
出、設定をより迅速に及び正確に行なうことができる。
ここで、共振周波数スペクトルの周波数を掃引する場合
には、周波数を掃引する範囲を指定し、粗く周波数を掃
引して、おおよそのピーク位置を特定する。その後、そ
のピーク位置の近辺のみを再度、細かく掃引してピーク
位置を特定し、そのピーク位置の周波数に加振周波数を
設定することも好ましい。このために同図において、コ
ンピュータ１０２６は、まず、検出手段１０００で得ら
れた振動振幅信号をフーリエ変換して得られた共振周波
数スペクトルをディスプレイ１００６に表示する。

【００８７】使用者は、ディスプレイ１００６上のスペ
クトルを見て、周波数を掃引する範囲をコンピュータ１
０２６に設定する。すると、コンピュータ１０２６は、
この設定された範囲を粗く周波数を掃引して、おおよそ
のピーク位置を特定する。その後、コンピュータ１０２
６は、そのピーク位置の近辺のみを再度、細かく掃引し
てピーク位置を特定し、そのピーク位置の周波数に加振
周波数を設定する。この結果、前記プローブの共振周波
数の検出、設定をより迅速に及び正確に行なうことがで
きる。

【００８８】＜プローブと試料の距離制御機構＞ＡＦ
Ｍ，ＳＴＭや近接場光学顕微鏡などにおいて、さまざま
なプローブと試料の距離制御技術が提案されている。例
えば、プローブの微小開口などで集めた光信号から、試
料の情報を得る近接場光学顕微鏡においては、プローブ
を加振し振動振幅を検出する方法や、プローブの微小開
口で集められた信号強度を検出する方法等が知られてい
る。しかしながら、前記プローブを加振し振動振幅を検
出する方法では、制御のためにレーザを用意する必要が
ある。また、そのレーザが試料からの発光に混ざる場合
がある。

【００８９】また、前記プローブの微小開口で集められ
た信号強度を検出する方法では、試料の情報を含む微小
開口からの光信号を減らしてしまう。また、試料との物
理的な相互作用を利用しているため、軟弱な試料には対
応できないという欠点があった。そこで、先鋭化された
プローブと試料表面の距離を一定に保ちつつ、試料表面
を走査し、その表面形状などを測定するプローブ顕微鏡
において、透明な試料ステージに全反射条件で入射され
た光により試料ステージに発生したエバネッセント光
を、プローブで散乱した散乱光の強度を外部よりレンズ
などで集光し、検出し、その信号強度を距離情報として
制御することが好ましい。

【００９０】このために図２１に示されるように、試料
ステージ１１３０として透明な試料ステージを用い、そ
のステージ１１３０上の試料１１１２に裏面側より励起
光１１１８を全反射条件を満たすように入射させる。そ
して、励起光１１１８により試料１１１２に発生したエ
バネッセント光の場をプローブ１１２２で散乱し、その
散乱光１１２１の強度を、外部よりレンズ等の集光手段
１１０８で集光し、分光分析部１１１１で分光分析し、
その信号強度をコンピュータ１１２６に入力する。

【００９１】このコンピュータ１１２６は、ステージコ
ントローラ１０２８により、ステージ１１３０を移動
し、検出手段１１００で検出される信号強度が一定とな
るようにプローブ１１２２先端部と試料１１１２間の上
下方向の距離を制御しつつ、試料１１１２の被測定面を
走査すれば、該試料１１１２に非接触でかつ試料１１１
２の凹凸を的確に把握することが可能となる。

【００９２】この結果、前述のようなプローブと試料の
距離制御機構により、透明な試料ステージ１１３０に、
検出側とは反対側より全反射条件で入射された励起光１
１１８により試料１１１２に発生したエバネッセント光
の場をプローブ１１２２で散乱し、その散乱光１１２１
の強度を外部よりレンズなどの集光手段１１０８で集光
し、後段にてプローブ１１２２と試料１１１２間の距離
制御に用いているので、余計な励起光を検出系に導入し
ないので、試料１１１２からの光情報を損なうことな
く、軟弱な試料に対してもプローブと試料の距離を的確
に制御することができる。

【００９３】＜近接場マッピングスペクトル分析のモニ
タ機構＞近接場分光分光装置においては、しばしば測定
系のバックグラウンドスペクトルが試料からの信号に重
畳し、試料のスペクトルの観察の障害となる。バックグ
ラウンドに対して試料のスペクトルが非常に弱い場合、
マッピング測定中に目的のピークが得られているかどう
か確認し難かった。測定を開始する前、または全て終了
した後に取得したバックグラウンドスペクトルを使用
し、測定スペクトル引く方法が用いられることがある。

【００９４】しかしながら、測定時間が長い近接場分光
測定においては、装置のドリフト等の問題で満足のゆく
結果が得られなかった。そこで、近接場分光装置におい
て、プローブと試料の距離が十分離れている状態での近
接場のバックグラウンドスペクトルを測定する手段を有
し、プローブと試料が近接場領域でのマッピングスペク
トル測定の際に、測定されたバックグラウンドスペクト
ルを差し引いたスペクトルをリアルタイムに表示する機
構を設けることが好ましい。

【００９５】このために図２２に示されるようにバック
グラウンド測定手段１２１３と、コンピュータ１２２６
と、ディスプレイ１２０６を備える。まず、コンピュー
タ１２２６は、ステージコントローラ１２２８により、
ステージ１２３０を移動し、プローブ１２２２と試料１
２１２の距離が十分離れている状態とする。この状態
で、バックグラウンド測定手段１２１３は、試料１２１
２上の近接場のバックグラウンドを測定する。

【００９６】コンピュータ１２２６は、ＣＰＵ１２４４
により、バックグラウンド測定手段１２１３で得た結果
よりバックグラウンドスペクトルを得、これをＨＤＤ１
２４２に記憶する。このＣＰＵ１２４４は、測定中、分
光分析部１２２４により測定された近接場マッピングス
ペクトルより、ＨＤＤ１２４２に記憶されているバック
グラウンドスペクトルを差し引いたスペクトルを求め、
ディスプレイ１２０６に表示する。この結果、前述のよ
うな近接場マッピングスペクトル分析のモニタ機構を用
いることにより、測定中に試料のピークを確実に観察す
ることができる。

【００９７】また、装置のドリフトの影響を受けにくい
近接場マッピングスペクトルを得ることができる。ここ
で、測定中の任意の場所でのバックグラウンドスペクト
ルを採取し、基準となるバックグラウンドを任意に更新
する機構を設けることも好ましい。このために同図にお
いて、通常の測定中、バックグラウンド測定手段１２１
３は、試料１２１２上の近接場のバックグラウンドを測
定する。コンピュータ１２２６は、ＣＰＵ１２４４によ
り、バックグラウンド測定手段１２１３で得た結果より
バックグラウンドスペクトルを得、ＨＤＤ１２４２に記
憶されているバックグラウンドスペクトルを更新する。

【００９８】ここで、試料測定面上のある１ラインの測
定終了後にバックグラウンドスペクトルを採取し、これ
を次の１ラインの測定終了後にバックグラウンドスペク
トルとして採用することも好ましい。このために同図に
おいて、コンピュータ１２２６は、ステージコントロー
ラ１２２８の駆動により、該試料１２１２上のある１ラ
インについて非接触でかつ試料１２１２の凹凸情報を得
る。つぎに、コンピュータ１２２６は、前述のようにバ
ックグラウンド測定手段１２１３に試料１２１２上の近
接場のバックグラウンドを測定させる。

【００９９】測定後、コンピュータ１２２６は、ＣＰＵ
１２４４によりバックグラウンド測定手段１２１３で得
た結果よりバックグラウンドスペクトルを得、ＨＤＤ１
２４２に記憶されているバックグラウンドスペクトルを
更新する。つぎに、コンピュータ１２２６は、ステージ
コントローラ１２２８の駆動により、該試料１１１２上
の次の１ラインについて非接触でかつ試料１１１２の凹
凸情報を得る。ＣＰＵ１２４４は、測定中、分光分析部
１２２４により測定された近接場マッピングスペクトル
より、ＨＤＤ１２４２に記憶されているバックグラウン
ドスペクトルを差し引いたスペクトルを求め、ディスプ
レイ１２０６に表示する。

【０１００】このように測定中、 バックグラウンドスペクトルの採取及び更新、 試料１１１２上のある１ラインの近接場マッピングス
ペクトルの採取、 前記１ラインの近接場マッピングスペクトルに対す
る、直ぐ直前のステップで更新されたバックグラウン
ドスペクトルによる補正、 バックグラウンドスペクトルの採取及び更新、 試料１１１２上の次の１ラインの近接場マッピングス
ペクトルの採取、 該１ラインの近接場マッピングスペクトルに対する、
直ぐ直前のステップで更新されたバックグラウンドス
ペクトルによる補正を、試料上の所望のエリアの測定が
終わるまで繰り返す。

【０１０１】この結果、前述のような近接場マッピング
スペクトル分析のモニタ機構を用いることにより、測定
中に試料のピークを確実に観察することができる。装置
のドリフトの影響を受けにくいマッピングスペクトルを
採取することができる。 ＜平坦プローブを用いた電場印加近接場測定機構＞原子
間力顕微鏡や走査トンネル顕微鏡などのプローブ顕微鏡
では、プローブと試料または試料ステージ間に一定の電
圧をかけ、試料の挙動を調べる方法が知られている。

【０１０２】これらの方法では、プローブが片方の電極
の役割を持つが、必要な空間分解能を確保するため、プ
ローブが鋭く尖っている必要がある。このため、平坦面
であることの必要な電極としての機能は制限されてお
り、試料に印加されている電場分布は満足できるもので
はなかった。また、これらのプローブ顕微鏡は、表面の
形状を測定することはできるものの、光特性が問題とな
る試料に対しては必要な情報を取出りすことができなか
った。 また、試料側にも電極を配置することから試料
部分を顕微鏡観察する方法がなかった。

【０１０３】そこで、プローブ先端部の金属皮膜を平ら
に加工したプローブを用いた近接場測定において、プロ
ーブと試料自体または試料ステージの間に電場を印加
し、与えられた電場に応じた試料の変化を高空間分解能
測定することが好ましい。このために図２３に示される
ように、プローブ１３２２の先端部の金属皮膜を平らに
加工している。また、電場印加手段１３１５を備える。
この電場印加手段１３１５は、プローブ１３２２と試料
ステージ１３３０の間に所望の一定電場を印加し、プロ
ーブ１３２２と試料ステージ１３３０の間の距離の変化
に応じた電場の変化は、増幅器１３１７を介してコンピ
ュータ１３２６に入力される。

【０１０４】そして、コンピュータ１３２６は、コント
ローラ１３１９により、アクチュエータ１３２３を駆動
し、増幅器１３１７からの電場信号が一定となるように
プローブ１３２２先端部と試料１３１２間の上下方向の
距離を制御しつつ、試料１３１２の被測定面を走査すれ
ば、該試料１３１２に非接触でかつ試料１３１２の凹凸
を的確に把握することが可能となる。この結果、前述の
ような平坦プローブを用いた電場印加近接場測定機構を
用いることにより、ほぼ平坦な対向電極を形成すること
ができるので、ほぼ均一な電場を試料に印加することが
できる。

【０１０５】したがって、ほぼ均一な電場を試料に印加
することができるので、例えば液晶の動作測定、水中で
の溶質の挙動測定、水中の基板に固定された試料の挙動
測定等が正確に行なえる。また、電極として働く試料ス
テージとして透明電極を用い、プローブと反対側より試
料の顕微鏡観察を可能にすることも好ましい。このため
に同図において、試料ステージ１３３０として透明電極
を用いている。また、観察手段１３２５を設けている。

【０１０６】この観察手段１３２５は、反射鏡１３２
７，１３２９と、ＣＣＤカメラ１３３１を備えている。
そして、試料１３１２の様子は、透明な試料ステージ１
３３０を介して反射鏡１３２７，１３２９により導光さ
れ、ＣＣＤカメラ１３３１により撮影される。ＣＣＤカ
メラ１３３１で得た映像信号はコンピュータ１３２６に
入力され、ディスプレイ１３０６に表示される。このた
め使用者は、ディスプレイ１３０６上にて試料１３１２
の観察が行なえるので、表面の形状を測定しつつ、また
光特性が問題となる試料に対しては測定を行ない、必要
な情報を取出りすことができる。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるプ
ローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微
鏡によれば、プローブ先端部と接触し、該先端部からの
透過光の光量を検出する光検出手段により検出された光
量値が、開口を所望の大きさで得るための光量値となる
ように、押付手段によるプローブ先端部と光検出手段と
の光軸方向の押付けを制御する押付制御手段を備えるこ
ととしたので、プローブ先端部に開口を所望の大きさで
容易に作製することができる。また、本発明にかかる近
接場光学顕微鏡によれば、開口が形成されているプロー
ブの開口の大きさを検査する開口径検査機構を備えるこ
とにより、プローブの開口の大きさの検査を容易に行な
える。さらに、本発明にかかる近接場光学顕微鏡によれ
ば、開口が形成されているプローブの開口の大きさを変
更する開口径調整機構を備えることにより、プローブの
開口の大きさの変更を容易に行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な近接場光学顕微鏡の概略構成の説明図
である。

【図２】プローブの説明図である。

【図３】本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡
の概略構成の説明図である。

【図４】図３に示した近接場光学顕微鏡のプローブ開口
作製装置の設置箇所の説明図である。

【図５】図３に示した近接場光学顕微鏡のプローブ開口
作製装置の概略構成の説明図である。

【図６】図５に示したプローブ開口作製装置の作用の説
明図である。

【図７】図３に示した近接場光学顕微鏡の開口径検査機
構の概略構成の説明図である。

【図８】図７に示した開口径検査機構の作用の説明図で
ある。

【図９】図３に示した近接場光学顕微鏡の開口径調整機
構の概略構成の説明図である。

【図１０】図９に示した開口径調整機構の作用の説明図
である。

【図１１】近接場光学顕微鏡で好適に用いられる分光機
構の説明図である。

【図１２】近接場光学顕微鏡で好適に用いられる分光機
構の変形例の説明図である。

【図１３】近接場光学顕微鏡で好適に用いられる観察機
構によるファイバ端面観察時の説明図である。

【図１４】図１３に示した観察機構による試料簡易観
察、測定時の説明図である。

【図１５】図１４に示した観察機構の変形例の説明図で
ある。

【図１６】近接場光学顕微鏡で好適に用いられる光路等
表示機構の説明図である。

【図１７】近接場光学顕微鏡で好適に用いられるガス排
出切替機構の説明図である。

【図１８】近接場光学顕微鏡で好適に用いられる赤外近
接場光学顕微鏡の概略構成の説明図である。

【図１９】赤外等の近接場光学顕微鏡等で好適に用いら
れる集光機構の説明図である。

【図２０】近接場光学顕微鏡で好適に用いられる共振周
波数の自動設定機構の説明図である。

【図２１】近接場光学顕微鏡で好適に用いられるプロー
ブと試料の距離制御機構の説明図である。

【図２２】近接場光学顕微鏡で好適に用いられる近接場
マッピングスペクトル分析のモニタ機構の説明図であ
る。

【図２３】近接場光学顕微鏡で好適に用いられる平坦プ
ローブを用いた電場印加近接場測定機構の説明図であ
る。

【符号の説明】

１１０ 近接場光学顕微鏡 １１６ 光源 １２２ プローブ １２８ ステージコントローラ（押付制御手段） １４２ ＨＤＤ（記憶手段） １４４ ＣＰＵ（算出手段，押付制御手段，比較手段） １３０ ＸＹＺステージ（押付手段） １３９ 開口作製装置 １４０ ＰＩＮフォトダイオード（光検出手段） １４７ 開口径検査機構 １４９ 開口径調整機構 １５１ 入力デバイス（設定手段）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｇ０１Ｎ 13/10 Ｇ１２Ｂ 1/00 ６０１Ｈ (72)発明者 成田 貴人 東京都八王子市石川町2967番地の５ 日本 分光株式会社内 (72)発明者 井上 勉 東京都八王子市石川町2967番地の５ 日本 分光株式会社内 (72)発明者 照山 晋 東京都八王子市石川町2967番地の５ 日本 分光株式会社内 (72)発明者 斎木 敏治 神奈川県川崎市高津区坂戸３丁目２番１号 財団法人 神奈川科学技術アカデミー内 (72)発明者 物部 秀二 神奈川県川崎市高津区坂戸３丁目２番１号 財団法人 神奈川科学技術アカデミー内 (72)発明者 大津 元一 神奈川県川崎市高津区坂戸３丁目２番１号 財団法人 神奈川科学技術アカデミー内 Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA27 AA51 DD02 FF00 FF02 GG02 GG21 HH13 HH15 JJ01 JJ09 JJ18 LL01 LL19 LL22 LL23 LL67 NN17 PP12 PP24 QQ23 QQ25 2G059 AA05 DD12 DD13 EE01 EE02 EE12 FF03 GG01 HH01 JJ02 JJ11 JJ14 JJ17 JJ22 JJ30 KK04 MM05 MM09 MM10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光透過性を有する材質で構成されたコア
   と、該コア上に形成され、延性及び遮光性を有する材質
   で構成されたマスクと、を備えたプローブ先端部のマス
   クを所望の大きさで開口する装置であって、 前記プローブに光を入射する光源と、 前記プローブ先端部と接触し、前記光源の光による該先
   端部からの透過光の光量を検出する光検出手段と、 前記プローブ先端部と光検出手段との光軸方向の押付け
   を行なう押付手段と、 あらかじめ前記プローブ先端部からの透過光の光量値
   と、開口の大きさとの検量情報を記憶している記憶手段
   と、 所望の大きさの開口を得るための光量値を、前記記憶手
   段に記憶されている検量情報より求める算出手段と、 前記光検出手段により検出された光量値が、前記算出手
   段により算出された光量値となるように、前記押付手段
   によるプローブ先端部と光検出手段との光軸方向の押付
   けを制御する押付制御手段と、 を備えたことを特徴とするプローブ開口作製装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプローブ開口作製装置に
   おいて、 前記押付手段としては、前記プローブ先端部のマスクが
   ちぎれることなく序々に薄く延ばされて開口するよう
   に、前記プローブ先端部と光検出手段とを光軸方向に押
   付ける送り手段を用いたことを特徴とするプローブ開口
   作製装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のプローブ開口作製
   装置において、 前記光検出手段としては、前記プローブ先端部からの透
   過光を受光部で受光し、該受光量に比例した電流値を出
   力するフォトダイオードを用いたことを特徴とするプロ
   ーブ開口作製装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のプロー
   ブ開口作製装置を備え、該開口作製装置により開口が形
   成されたプローブ先端部で試料の被測定面のエバネッセ
   ント光の場を散乱し、その散乱光を該開口より集光し、
   あるいは該開口よりしみ出したエバネッセント光を被測
   定面に照射し、その散乱光ないし反射光を該開口より集
   光し、試料の被測定面の情報を得ることを特徴とする近
   接場光学顕微鏡。
5. 【請求項５】 請求項４記載の近接場光学顕微鏡におい
   て、 前記押付手段としては、前記プローブ先端部と試料の被
   測定面との光軸方向の距離を制御する送り手段を用いた
   ことを特徴とする近接場光学顕微鏡。
6. 【請求項６】 請求項４又は５記載の近接場光学顕微鏡
   において、 開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを
   検査する開口径検査機構であって、該開口径検査機構
   は、 前記プローブに光を入射する光源と、 前記プローブ先端部と当接し、前記光源の光による該先
   端部からの透過光の光量を検出する光検出手段と、 前記プローブ先端部と光検出手段との光軸方向の押付け
   を行なう押付手段と、 あらかじめ前記プローブ先端部からの透過光の光量値
   と、開口の大きさとの検量情報を記憶している記憶手段
   と、 前記光検出手段により検出された光量値を、前記記憶手
   段に記憶されている検量情報に当てはめ、前記プローブ
   先端部の開口の大きさを求める比較手段と、を備えたこ
   とを特徴とする近接場光学顕微鏡。
7. 【請求項７】 請求項５記載の近接場光学顕微鏡におい
   て、 開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを
   変更する開口径調整機構であって、該開口径調整機構
   は、 前記プローブに光を入射する光源と、 前記プローブの先端部と当接し、前記光源の光による該
   先端部からの透過光の光量を検出する光検出手段と、 前記プローブ先端部と光検出手段との光軸方向の押付け
   を行なう押付手段と、 あらかじめ前記プローブ先端部からの透過光の光量値
   と、開口の大きさとの検量情報を記憶している記憶手段
   と、 前記プローブ先端部の開口の所望の大きさを設定する設
   定手段と、 前記設定手段により設定された大きさの開口を得るため
   の光量値を、前記記憶手段に記憶されている検量情報よ
   り求める算出手段と、 前記光検出手段により検出された光量値が、前記算出手
   段により算出された光量値となるように、前記押付手段
   によるプローブ先端部と光検出手段との光軸方向の押付
   けを制御する押付制御手段と、 を備えたことを特徴とする近接場光学顕微鏡。