JP2002243618A - Method for measuring illumination reflection mode in scanning near-field microscope - Google Patents

Method for measuring illumination reflection mode in scanning near-field microscope

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JP2002243618A
JP2002243618A JP2001039085A JP2001039085A JP2002243618A JP 2002243618 A JP2002243618 A JP 2002243618A JP 2001039085 A JP2001039085 A JP 2001039085A JP 2001039085 A JP2001039085 A JP 2001039085A JP 2002243618 A JP2002243618 A JP 2002243618A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a measuring method with satisfactory efficiency in collecting light in illumination reflection mode in a scanning near-field microscope. SOLUTION: While a probe is shaken in the vertical directions with respect to a sample, light incident onto the probe is modulated. The light is irradiated from the tip of the probe at a location, at which the tip of the probe is farther from the sample than it is closest to the sample and is reflected light from the sample at the time is locked in and detected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、プローブからサ
ンプルにエバネッセント光を照射し、そのときの反射光
強度を測定することにより、サンプル表面の光学特性を
測定する走査型近接場顕微鏡におけるイルミネーション
反射モードの測定方法に関するものである。
The present invention relates to an illumination reflection mode in a scanning near-field microscope for measuring optical characteristics of a sample surface by irradiating a sample with evanescent light from a probe and measuring the reflected light intensity at that time. The method relates to a method for measuring.

【0002】[0002]

【従来の技術】走査型近接場顕微鏡には、いくつかの方
式が開発されている。このうちイルミネーションモード
と呼ばれる方式の走査型近接場顕微鏡では、先端を先鋭
化し微小開口を有するプローブに光を入射して、微小開
口部近傍にエバネッセント光を発生させ、サンプルとプ
ローブ先端との距離を、エバネッセント存在領域(概ね
100nm以下)まで近接させて、両者の距離を一定に保っ
たままサンプルとプローブを相対的にスキャンさせ、そ
のときサンプル表面で散乱された光を集光し、フォトマ
ルなどの光検出器により光強度を測定することにより、
サンプル表面の光学特性の測定が行われる。このとき回
折限界を超えるような分解能で光学測定を行うことが可
能である。エバネッセント光の存在領域は微小開口の極
近傍に限られ、しかも強度は開口部からの距離に対して
指数関数的に減少する。このため、エバネッセント光を
サンプルへの照明として利用するためには、エバネッセ
ント光の存在領域にまでサンプルとプローブ先端の距離
を近接させる必要がある。エバネッセント光の存在領域
にサンプルが近づくとサンプル表面でエバネッセント光
が散乱し、散乱した光は伝播光として働き、通常の光と
同じような扱いが可能となる。
2. Description of the Related Art Several types of scanning near-field microscopes have been developed. Among them, in the scanning near-field microscope of the method called the illumination mode, the tip is sharpened, light is incident on a probe having a minute aperture, evanescent light is generated near the minute aperture, and the distance between the sample and the tip of the probe is reduced. , Evanescent existence area (generally
(100 nm or less), scan the sample and probe relatively while keeping the distance between them, and collect the light scattered on the sample surface at that time. By measuring the strength,
Measurement of the optical properties of the sample surface is performed. At this time, it is possible to perform optical measurement with a resolution exceeding the diffraction limit. The region where the evanescent light exists is limited to the very vicinity of the minute aperture, and the intensity decreases exponentially with the distance from the opening. Therefore, in order to use the evanescent light as illumination for the sample, it is necessary to make the distance between the sample and the probe tip close to the region where the evanescent light exists. When the sample approaches the region where the evanescent light exists, the evanescent light is scattered on the sample surface, and the scattered light acts as propagating light, and can be handled in the same manner as ordinary light.

【0003】走査型近接場顕微鏡におけるサンプルとプ
ローブ先端との距離制御には、プローブ先端をサンプル
に対してプローブの共振周波数近傍で垂直方向に振動さ
せながらサンプルに対して近接させて、プローブ先端と
サンプル表面に働く原子間力による振幅または位相の変
化量、あるいは、サンプルを間欠的に接触させることに
よるプローブの振幅または位相の変化量が一定となるよ
うに微動機構により制御を行う方式が使用されている。
この方式を振動型AFM制御方式と呼ぶ。この方式では、
光ファイバーの先端を先鋭化し、プローブの長軸方向に
対して屈曲し、先端部に概ね200nm以下の微小開口部を
設けたベント型のプローブや、カンチレバーの先端に先
鋭化された探針を形成させて、探針先端に開口部を設
け、開口部に光を導入するような光導波路を有するマイ
クロカンチレバーなどが主として用いられる。また、プ
ローブの振幅量の検出には、光てこ法などの光学的な検
出手段や、圧電体をプローブに接触させ、プローブの振
幅変化による圧電体から発生する電荷量の変化で振幅を
検出する方式などが用いられている。また、微動機構に
は圧電素子やボイスコイルモータなどが使用される。
In controlling the distance between the sample and the probe tip in a scanning near-field microscope, the probe tip is moved close to the sample while vibrating in the vertical direction near the resonance frequency of the probe, and the probe tip is moved to the probe tip. A method is used in which a fine movement mechanism controls the amplitude or phase change due to the atomic force acting on the sample surface or the probe amplitude or phase change due to intermittent contact of the sample. ing.
This method is called a vibration type AFM control method. In this scheme,
The tip of the optical fiber is sharpened, bent in the long axis direction of the probe, and a bent type probe with a small opening of approximately 200 nm or less at the tip and a sharpened probe at the tip of the cantilever are formed. A microcantilever or the like having an opening at the tip of the probe and having an optical waveguide for introducing light into the opening is mainly used. In addition, for detecting the amplitude of the probe, an optical detection means such as an optical lever method or a piezoelectric body is brought into contact with the probe, and the amplitude is detected by a change in the amount of electric charge generated from the piezoelectric body due to a change in the amplitude of the probe. A method is used. Further, a piezoelectric element or a voice coil motor is used for the fine movement mechanism.

【0004】また、プローブ先端をサンプル表面に対し
て水平方向に加振させながらサンプルに対して近接させ
て、プローブ先端とサンプル表面に働くシアフォースよ
るプローブの振幅または位相の変化量が一定となるよう
に微動機構により制御行う方式も利用されている。この
方式をシアフォース制御方式と呼ぶ。この方式では、主
として光ファイバーの先端を先鋭化し、先端部に微小開
口部を設けたストレート型のプローブが用いられる。
Further, the probe tip is brought close to the sample while being vibrated in the horizontal direction with respect to the sample surface, and the amount of change in the amplitude or phase of the probe due to the shear force acting on the probe tip and the sample surface becomes constant. As described above, a method of controlling by a fine movement mechanism is also used. This method is called a shear force control method. In this method, a straight type probe in which the tip of an optical fiber is sharpened and a minute opening is provided at the tip is mainly used.

【0005】これらのイルミネーション方式による走査
型近接場顕微鏡において、エバネッセント光がサンプル
で散乱された後、サンプルを透過してきた光を集光する
モードをイルミネーション透過モード、反射してきた光
を集光するモードをイルミネーション反射モードと呼
ぶ。イルミネーション透過モードは生体や有機薄膜など
の透過性を持ったサンプルに用いられる。一方、イルミ
ネーション反射モードは半導体や金属薄膜などの非透過
性のサンプル観察に用いられる。
In these illumination-type scanning near-field microscopes, a mode for condensing light transmitted through the sample after evanescent light is scattered by the sample is a mode for condensing light transmitted therethrough, and a mode for condensing reflected light. Is called an illumination reflection mode. The illumination transmission mode is used for a transparent sample such as a living body or an organic thin film. On the other hand, the illumination reflection mode is used for observing non-transmissive samples such as semiconductors and metal thin films.

【0006】イルミネーションモードによる走査型近接
場顕微鏡において、分解能とS/N比の向上を目的とし
て、プローブの振動周期と同期して入射光を光変調し、
前記光変調手段での位相または間欠率を変化させ、開口
部からの出射タイミングと出射時間を可変する方式が特
開平7-260808公報に開示されている。
In a scanning near-field microscope using an illumination mode, incident light is optically modulated in synchronization with a probe oscillation cycle in order to improve resolution and S / N ratio.
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-260808 discloses a method in which the phase or the intermittent rate in the light modulating means is changed to change the emission timing and emission time from the opening.

【0007】走査型近接場光学顕微鏡ではプローブとサ
ンプル間の距離が離れるにしたがって分解能が低下す
る。特開平7-260808公報の方式で振動型AFM方式を行う
場合には、エバネッセント光にプローブの振幅に応じた
変調を掛けて位相と間欠率を変化させ、プローブとサン
プルが最も近接した場合にのみ発光させることにより、
分解能低下の原因となるサンプルとプローブ間の距離が
離れた場合の光信号成分を除去することができ、その結
果、分解能を向上させることができる。
In a scanning near-field optical microscope, the resolution decreases as the distance between the probe and the sample increases. When performing the vibration type AFM method in the method of JP-A-7-260808, the phase and the intermittent rate are changed by applying modulation according to the amplitude of the probe to the evanescent light, and only when the probe and the sample are closest to each other. By emitting light,
It is possible to remove an optical signal component in a case where the distance between the sample and the probe, which causes a decrease in resolution, is increased, and as a result, the resolution can be improved.

【0008】また、シアフォース方式では振動中心から
遠ざかるにしたがって分解能が低下するが、特開平7-26
0808公報の方式により振動中心付近でのみ光を出射する
ことにより分解能低下の要因となる信号成分を除去する
ことができ、分解能が向上する。
In the shear force method, the resolution decreases as the distance from the center of vibration increases.
By emitting light only in the vicinity of the center of vibration according to the method disclosed in the publication, signal components that cause a reduction in resolution can be removed, and the resolution is improved.

【0009】また、走査型近接場顕微鏡で取り扱われる
光信号は一般に非常に微弱なため、S/N比が悪い傾向が
ある。特開平7-260808公報の方式では、変調された光信
号をロックイン検出することによりS/N比を向上させる
ことが可能である。
Also, optical signals handled by a scanning near-field microscope are generally very weak, and tend to have a poor S / N ratio. In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 7-260808, it is possible to improve the S / N ratio by performing lock-in detection on a modulated optical signal.

【0010】さらに、シアフォース制御方式を用いた走
査型近接場顕微鏡において、サンプル表面に対してプロ
ーブ先端を楕円振動させて、水平方向の振幅変化による
距離制御に加え、垂直方向の振動により光変調を行い、
信号をロックイン検出することによりS/N比を向上させ
る測定方法が、石川らによりOptics Japan'99講演予稿
集 24aB1 pp.233-234に述べられている。
Further, in a scanning near-field microscope using a shear force control method, the tip of the probe is caused to elliptically oscillate with respect to the sample surface, and in addition to controlling the distance by changing the amplitude in the horizontal direction, the light is modulated by the vibration in the vertical direction. Do
A measurement method to improve the S / N ratio by lock-in detection of a signal is described by Ishikawa et al. In Optics Japan'99 Preprints 24aB1 pp.233-234.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
7-260808公報の方法をイルミネーション反射モードに使
用した場合、次のような問題があった。
SUMMARY OF THE INVENTION
When the method of JP-A-7-260808 is used in the illumination reflection mode, there are the following problems.

【0012】イルミネーション透過モードではサンプル
に対してプローブとは反対側に集光用の対物レンズが配
置されるため、対物レンズの立体角を有効に使用可能で
ある。しかしながらイルミネーション反射モードの場合
にはサンプルに対してプローブと同じ側に集光用対物レ
ンズを配置する必要がある。この場合、プローブが邪魔
になり対物レンズの立体角を最も有効に使用できるよう
な配置は困難であり、サンプルからプローブ先端を通る
軸に対して斜め方向に対物レンズを配置するか、最も散
乱光強度が強いサンプルからプローブ先端を通る軸の部
分を避けるような対物レンズを製作するか、あるいは、
集光用の凹面鏡などを組合せプローブが配置されている
部分を避けながら信号を集光する、といった工夫が必要
行われているが、いずれの方法もイルミネーション透過
モードに比べて集光効率が著しく悪い。
In the illumination transmission mode, the objective lens for focusing is arranged on the side opposite to the probe with respect to the sample, so that the solid angle of the objective lens can be used effectively. However, in the case of the illumination reflection mode, it is necessary to arrange the focusing objective lens on the same side of the sample as the probe. In this case, it is difficult to dispose the objective lens so that the solid angle of the objective lens can be used most effectively because the probe is in the way. Make an objective lens that avoids the portion of the axis passing through the probe tip from a strong sample, or
There is a need to combine a concave mirror for focusing and collect the signal while avoiding the part where the probe is arranged.However, both methods have significantly lower focusing efficiency than the illumination transmission mode. .

【0013】さらに、分解能向上を目指して、サンプル
とプローブ先端が最も近接した場所で光を照射した場合
には、プローブがサンプルからの散乱光を遮る形にな
り、信号の検出は極めて困難である。
Further, when light is irradiated at a place where the sample and the tip of the probe are closest to each other with the aim of improving the resolution, the probe blocks light scattered from the sample, and it is extremely difficult to detect a signal. .

【0014】また、石川らによる方法はプローブからエ
バネッセント光をイルミネーションモードで照射した
後、サンプルで散乱された光を、照射の場合と同一のプ
ローブの開口部分から集光して、ロックイン検出を行う
方式である。このような方式はイルミネーションコレク
ションモードと呼ばれ、イルミネーション反射モードと
は検出形態が異なるものである。イルミネーションコレ
クションモードの場合にはプローブの開口が非常に微小
であるため集光効率が悪く、また、光を伝播するための
光ファイバーのカップリング部分などの損失も無視する
ことができない。
In the method of Ishikawa et al., After irradiating evanescent light from a probe in an illumination mode, light scattered by a sample is condensed from the same aperture of the probe as in the irradiation, and lock-in detection is performed. It is a method to perform. Such a method is called an illumination collection mode, and has a different detection form from the illumination reflection mode. In the case of the illumination collection mode, the aperture of the probe is very small, so that the light collection efficiency is low, and the loss of the coupling portion of the optical fiber for transmitting the light cannot be ignored.

【0015】したがって、走査型近接場顕微鏡で非透過
性サンプルの測定を行う場合には測定目的に応じてイル
ミネーションコレクションモードとイルミネーション反
射モードを使い分けているが、石川らの方法はイルミネ
ーション反射モードにおける問題点の解決を行うことは
不可能である。
Therefore, when a non-transmissive sample is measured by a scanning near-field microscope, the illumination collection mode and the illumination reflection mode are selectively used depending on the purpose of measurement, but the method of Ishikawa et al. Has a problem in the illumination reflection mode. It is impossible to do point resolution.

【0016】そこで、本発明の目的は、従来のこのよう
な問題を解決するため、走査型近接場顕微鏡におけるイ
ルミネーション反射モードにおいて、集光効率のよい測
定方法を得ることにある。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems by obtaining a measuring method with a high light-collecting efficiency in an illumination reflection mode in a scanning near-field microscope.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、先端が先鋭化され、先端部に微小開口
を有し、プローブの長軸方向に対して先端を屈曲させた
プローブと、サンプルに対して前記プローブ先端を垂直
方向に振動させる加振手段と、前記プローブにカップリ
ングされ、微小開口部からサンプルに対して光を照射す
るための光源と、前記光源からの光を前記プローブの振
動周期と同期して振幅変調する光変調手段と、前記光変
調手段での位相または間欠率を変化させる移相器と、前
記プローブの変位を検出する変位検出手段と、サンプル
からの反射光を検出可能な位置に配置された集光光学系
と、反射光強度を測定するための光検出器と、前記サン
プルと前記プローブを相対移動させる粗動機構および微
動機構と、装置全体を制御する制御装置を有する走査型
近接場顕微鏡において、プローブ先端がサンプルに最も
近づいた状態よりも遠ざかった位置で、プローブ先端か
ら光を照射し、そのときのサンプルからの反射光をロッ
クイン検出し、イルミネーション反射モードの測定を行
うようにした。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, a probe having a sharpened tip, a minute opening at the tip, and a bent tip in the longitudinal direction of the probe is provided. And a vibrating means for vertically vibrating the probe tip with respect to the sample, a light source coupled to the probe, for irradiating the sample with light from the minute opening, and light from the light source. Light modulation means for amplitude-modulating in synchronization with the oscillation cycle of the probe, a phase shifter for changing the phase or intermittent rate in the light modulation means, displacement detection means for detecting displacement of the probe, A condensing optical system arranged at a position where reflected light can be detected, a photodetector for measuring reflected light intensity, a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism for relatively moving the sample and the probe, and In a scanning near-field microscope with a control device that controls the position of the probe, light is irradiated from the probe tip at a position where the probe tip is farther from the state closest to the sample, and lock-in detection of reflected light from the sample at that time Then, the illumination reflection mode was measured.

【0018】また、先端に微小開口を有するプローブ
と、サンプルに対して前記プローブ先端を水平方向に振
動させる加振手段と、垂直方向に振動させる加振手段
と、前記プローブにカップリングされ、微小開口部から
サンプルに対して光を照射するための光源と、前記光源
からの光を前記プローブの垂直方向の振動周期と同期し
て振幅変調する光変調手段と、前記光変調手段での位相
または間欠率を変化させる移相器と、前記プローブの水
平方向の変位を検出する変位検出手段と、サンプルから
の反射光を検出可能な位置に配置された集光光学系と、
反射光強度を測定するための光検出器と、前記サンプル
と前記プローブを相対移動させる粗動機構および微動機
構と、装置全体を制御する制御装置を有する走査型近接
場顕微鏡において、プローブ先端がサンプルに近接させ
た場合の水平方向の振幅変化によりプローブ先端とサン
プル間の距離制御を行いながら、垂直方向加振手段によ
りプローブ先端がサンプルに最も近づいた状態よりも遠
ざかった位置で、プローブ先端から光を照射し、そのと
きのサンプルからの反射光をロックイン検出を行ってイ
ルミネーション反射モードの測定の測定を行うようにし
た。
Also, a probe having a minute opening at the tip, vibrating means for vibrating the tip of the probe horizontally with respect to the sample, vibrating means for vibrating the sample in the vertical direction, A light source for irradiating the sample with light from the opening, light modulation means for amplitude-modulating the light from the light source in synchronization with a vertical oscillation cycle of the probe, and a phase or A phase shifter that changes the intermittent rate, a displacement detection unit that detects the displacement of the probe in the horizontal direction, and a condensing optical system arranged at a position where the reflected light from the sample can be detected.
In a scanning near-field microscope having a photodetector for measuring reflected light intensity, a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism for relatively moving the sample and the probe, and a control device for controlling the entire apparatus, the probe tip is a sample. While controlling the distance between the probe tip and the sample by the horizontal amplitude change when approaching the sample, the light from the probe tip is moved by the vertical vibration means at the position where the probe tip is farther from the state closest to the sample. Illuminated, and the reflected light from the sample at that time is subjected to lock-in detection to measure the illumination reflection mode.

【0019】さらに、サンプルに対するプローブまたは
マイクロカンチレバーの垂直方向の振幅量を20nm以上で
加振し、イルミネーション反射モードの測定を行うよう
にした。
Further, the amplitude of the probe or the microcantilever in the vertical direction with respect to the sample is vibrated at 20 nm or more to measure the illumination reflection mode.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】上記のように構成された走査型近
接場顕微鏡により、プローブ先端とサンプル間に隙間が
できたときに光の集光を行うことで、プローブ先端で光
が遮られることが少なくなり、集光効率が向上する。そ
の結果、イルミネーション反射像のS/N比が向上する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The scanning near-field microscope configured as described above condenses light when a gap is formed between the probe tip and the sample, so that light is blocked at the probe tip. And the light collection efficiency is improved. As a result, the S / N ratio of the illumination reflection image is improved.

【0021】更に、プローブのサンプル表面に対する垂
直方向の振幅量を20nm以上で大きく振ることにより、プ
ローブ先端で遮られる部分がさらに少なくなり、さらに
集光効率が向上する。
Furthermore, by greatly changing the amplitude of the probe in the vertical direction with respect to the sample surface by 20 nm or more, the portion blocked by the probe tip is further reduced, and the light collection efficiency is further improved.

【0022】これらの場合、プローブとサンプルが最も
近づいたときに発光させる場合よりも分解能は低下する
が、プローブの振幅量は通常、100nm以下であるため、
十分、近接場が存在する領域であり、従来型の光学顕微
鏡を超える分解能は確保することができる。
In these cases, the resolution is lower than when light is emitted when the probe and the sample come closest to each other, but since the amplitude of the probe is usually 100 nm or less,
This is a region where a near field exists, and a resolution higher than that of a conventional optical microscope can be secured.

【0023】また、プローブから照射する光をプローブ
の振幅周期で同期させ、ロックイン検出を行うことによ
り、S/N比も向上する。
Further, by synchronizing the light emitted from the probe with the amplitude cycle of the probe and performing lock-in detection, the S / N ratio is also improved.

【0024】[0024]

【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づいて
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図1は本発明の第一実施例の走査型近接場
顕微鏡の外観図である。
FIG. 1 is an external view of a scanning near-field microscope according to a first embodiment of the present invention.

【0026】本実施例で使用するプローブ1は、光ファ
イバーの先端を熱引きあるいはエッチングにより先鋭化
するとともに、溶融させることにより光ファイバーの長
軸方向に対して屈曲させたベント型のプローブである。
プローブ先端部にはφ5nm〜φ200nm程度の微小開口が設
けられ、開口部以外はアルミニウム膜が蒸着されてい
る。プローブの背面は機械的に研磨され反射面が設けら
れている。
The probe 1 used in the present embodiment is a bent type probe in which the tip of an optical fiber is sharpened by heat drawing or etching, and is bent in the longitudinal direction of the optical fiber by melting.
A fine opening of about φ5 nm to φ200 nm is provided at the tip of the probe, and an aluminum film is vapor-deposited except for the opening. The rear surface of the probe is mechanically polished to provide a reflection surface.

【0027】プローブ1は、圧電素子2による加振機能を
有するプローブホルダ3に固定される。プローブの振幅
の検出には、半導体レーザ4をプローブ背面に設けた反
射面に当て、反射光を4分割ディテクタ5で検出する光て
こ方式の変位計6が用いられる。
The probe 1 is fixed to a probe holder 3 having a vibration function by a piezoelectric element 2. For detecting the amplitude of the probe, an optical lever type displacement gauge 6 is used in which the semiconductor laser 4 is applied to a reflection surface provided on the back surface of the probe, and the reflected light is detected by a 4-split detector 5.

【0028】一方、サンプル7は微動機構8上に設けられ
たサンプルホルダ9上に載置される。
On the other hand, the sample 7 is placed on a sample holder 9 provided on the fine movement mechanism 8.

【0029】サンプル7に対してプローブ1と同一側には
イルミネーション反射モード時に使用される集光用対物
レンズ10が設けられている。この対物レンズ10は、プロ
ーブ1、光てこ光学系6、カンチレバーホルダ2と干渉し
ないようにプローブ先端とサンプル表面を通る軸に対し
て斜め方向に配置されており、フォーカシング方向の調
整機能11を有している。この反射側の対物レンズ10で集
光された光信号は鏡筒12内を通り結像レンズ13で結像さ
れ、フォトマルから構成される光検出部14に導かれる。
A condensing objective lens 10 used in the illumination reflection mode is provided on the same side of the sample 7 as the probe 1. The objective lens 10 is disposed obliquely to an axis passing through the probe tip and the sample surface so as not to interfere with the probe 1, the optical lever optical system 6, and the cantilever holder 2, and has a focusing direction adjustment function 11. are doing. The optical signal collected by the objective lens 10 on the reflection side passes through the inside of the lens barrel 12, forms an image by the imaging lens 13, and is guided to the light detection unit 14 composed of a photomultiplier.

【0030】サンプル7をスキャンするための微動機構8
には円筒型圧電素子を使用している。円筒型圧電素子
は、円周に沿って一様に電極が設けられ、サンプルとプ
ローブ間の距離制御を行うためのZ駆動部と円周上を4
分割した電極が設けられサンプルを2次元平面内でXY方
向にスキャンするためのXY駆動部が設けられた構造であ
る。
Fine movement mechanism 8 for scanning sample 7
Uses a cylindrical piezoelectric element. The cylindrical piezoelectric element is provided with electrodes uniformly along the circumference, and has a Z drive unit for controlling the distance between the sample and the probe, and four electrodes on the circumference.
It has a structure in which divided electrodes are provided and an XY drive unit for scanning a sample in the XY direction in a two-dimensional plane is provided.

【0031】微動機構8上のサンプル7は粗動機構1 5に
より、プローブ先端に対して近接される。粗動機構15に
はステッピングモータ駆動による送りネジ方式を使用し
た。プローブ1を共振点近傍で加振しながら粗動機構15
によりサンプル7を近接させていくと、プローブ先端と
サンプル間に働く原子間力や、間欠的な接触により振幅
が減衰する。この減衰量が一定となるように微動機構8
でZ駆動することにより、プローブ1とサンプル7間の距
離を一定に保つことが可能である。距離を一定に保った
ままで、微動機構8のXY駆動部によりスキャンさせる
と、XY平面内での凹凸像が測定可能である。また、プロ
ーブ先端とサンプル間に働く原子間力や間欠的な接触に
よる位相の変化で距離制御を行うことも可能である。
The sample 7 on the fine movement mechanism 8 is brought closer to the probe tip by the coarse movement mechanism 15. The coarse movement mechanism 15 used a feed screw system driven by a stepping motor. Coarse movement mechanism 15 while vibrating probe 1 near the resonance point
When the sample 7 is brought closer, the amplitude is attenuated due to the interatomic force acting between the probe tip and the sample or intermittent contact. The fine movement mechanism 8 is adjusted so that the amount of attenuation is constant.
By driving in Z, it is possible to keep the distance between the probe 1 and the sample 7 constant. When the scanning is performed by the XY driving unit of the fine movement mechanism 8 while keeping the distance constant, the uneven image in the XY plane can be measured. Further, it is also possible to control the distance by a change in phase due to an interatomic force acting between the probe tip and the sample or intermittent contact.

【0032】微小開口部からサンプル7に対して光を照
射するための光源16には、アルゴンレーザを使用した。
アルゴンレーザの前方には、プローブ7への入射光に変
調を掛けるため、AOモジュレータ17を配置し、AOモジュ
レータ17を通った光は対物レンズ18で集光されて、プロ
ーブ1の末端にカップリングされる。
An argon laser was used as the light source 16 for irradiating the sample 7 with light from the minute opening.
An AO modulator 17 is arranged in front of the argon laser to modulate the light incident on the probe 7, and the light passing through the AO modulator 17 is condensed by the objective lens 18 and coupled to the end of the probe 1. Is done.

【0033】AOモジュレータ駆動用の信号19は、プロー
ブ加振信号20と同期した周波数で、加振信号20に対して
位相および間欠率を変化させる移相器21により調整され
て、入射光に変調が掛けられる。
The signal 19 for driving the AO modulator is adjusted at a frequency synchronized with the probe excitation signal 20 by a phase shifter 21 for changing the phase and the intermittent rate with respect to the excitation signal 20 to modulate the incident light. Is hung.

【0034】一方、フォトマル14により検出された検出
信号は、プローブ加振用の信号20をリファレンス信号と
して、ロックインアンプ22でロックイン検出される。以
上のような構成をもつ走査型近接場顕微鏡においてイル
ミネーション反射モードで測定を行う場合、図2に示す
ように、プローブがサンプルから遠ざかった地点でエバ
ネッセント光が照射されるように移相器でAOモジュレー
タの変調信号の位相φと間欠比(t/T)を調整すると、
プローブ先端とサンプル表面との間に隙間ができるた
め、最も近づいた場合に比べ集光効率が大幅に向上す
る。また、検出された信号はロックイン検出されるため
S/N比も向上する。
On the other hand, the detection signal detected by the photomultiplier 14 is lock-in detected by the lock-in amplifier 22 using the probe vibration signal 20 as a reference signal. When measuring in the illumination reflection mode in the scanning near-field microscope having the above configuration, as shown in FIG. 2, the AO is shifted by the phase shifter so that the evanescent light is irradiated at a point where the probe has moved away from the sample. Adjusting the phase φ and the intermittent ratio (t / T) of the modulation signal of the modulator,
Since a gap is formed between the tip of the probe and the sample surface, the light-collecting efficiency is greatly improved as compared with the case where the probe is closest. Also, since the detected signal is lock-in detected,
The S / N ratio also improves.

【0035】このとき、プローブとサンプルが最も近づ
いたときに発光させる場合よりも分解能は低下するが、
プローブの振幅量は通常、100nm以下であるため、十
分、近接場が存在する領域であり、従来型の光学顕微鏡
を超える分解能は確保することができる。
At this time, the resolution is lower than the case where the probe and the sample emit light when they come closest to each other.
Since the amplitude of the probe is usually 100 nm or less, it is a region where a near field exists sufficiently, and a resolution higher than that of a conventional optical microscope can be secured.

【0036】さらに、エバネッセント光の存在範囲以内
で、プローブの振幅量を増加させることにより、プロー
ブ先端で反射光が遮られる割合が更に少なくなり、集光
効率が向上する。
Further, by increasing the amplitude of the probe within the range where the evanescent light exists, the rate at which the reflected light is blocked at the tip of the probe is further reduced, and the light collection efficiency is improved.

【0037】これらの一連の動作は制御装置23により行
われ、また、得られた凹凸信号と光学特性情報の画像化
も同一の制御装置により行われる。
A series of these operations are performed by the control unit 23, and the obtained concavo-convex signal and optical characteristic information are also imaged by the same control unit.

【0038】以上のような方法でイルミネーション反射
モードの測定を行う場合の装置構成は上記のような構成
のみには限定されない。
The configuration of the apparatus for measuring the illumination reflection mode by the above method is not limited to the above configuration.

【0039】例えば、プローブの振幅の検出には光てこ
法のほかにも、圧電体を利用する方法がある。この場
合、圧電体をプローブに固定し、圧電体と一緒に振動さ
せる。プローブに外力がかかると、圧電体から発生する
電荷量が変化する。この変化量により振幅の検出が行わ
れる。
For example, in addition to the optical lever method for detecting the amplitude of the probe, there is a method using a piezoelectric body. In this case, the piezoelectric body is fixed to the probe and vibrated together with the piezoelectric body. When an external force is applied to the probe, the amount of electric charge generated from the piezoelectric body changes. The amplitude is detected based on the amount of change.

【0040】さらに、微動機構には円筒型圧電素子に加
え、トライポット型の圧電素子や、平行バネと圧電素子
を組み合わせた方式、またボイスコイル方式なども使用
される。
Further, in addition to the cylindrical piezoelectric element, a tri-pot type piezoelectric element, a method combining a parallel spring and a piezoelectric element, a voice coil method, and the like are used for the fine movement mechanism.

【0041】微小開口部からサンプルに対して光を照射
するための光源には、アルゴンレーザ以外の光源も使用
可能である。
A light source other than an argon laser can be used as a light source for irradiating the sample with light from the minute opening.

【0042】光源の変調手段にはAOモジュレータによる
方法以外にも、メカニカルチョッパーを用いる方式や、
半導体レーザを利用して、レーザ自体のON/OFF動作によ
り変調を掛ける方式も考えられる。
As a light source modulating means, in addition to the method using the AO modulator, a method using a mechanical chopper,
A method of using a semiconductor laser to perform modulation by ON / OFF operation of the laser itself is also conceivable.

【0043】図3は本発明の第二実施例の走査型近接場
顕微鏡の外観図である。
FIG. 3 is an external view of a scanning near-field microscope according to a second embodiment of the present invention.

【0044】本実施例では図4に示されるようなカンチ
レバー24を使用した。このカンチレバー24はSiO2製でカ
ンチレバー部24aとカンチレバー部先端に設けられる探
針部24bが一体成形される。カンチレバーの探針が設け
られている面は、探針の最先端部を除いてアルミニウム
24cでコートされる。以上のような構成により先端に微
小開口部24dを有するカンチレバーが形成される。
In this embodiment, a cantilever 24 as shown in FIG. 4 is used. The cantilever 24 is made of SiO 2 and is integrally formed with a cantilever portion 24a and a probe portion 24b provided at the tip of the cantilever portion. The surface where the cantilever tip is provided is made of aluminum except for the tip of the tip.
Coated at 24c. With the above configuration, a cantilever having a small opening 24d at the tip is formed.

【0045】このカンチレバー24は圧電素子からなる加
振部25を持ったカンチレバーホルダ26に固定される。
The cantilever 24 is fixed to a cantilever holder 26 having a vibrating portion 25 made of a piezoelectric element.

【0046】このカンチレバー24の上面側に顕微鏡27を
配置し、顕微鏡の鏡筒27a内に光源28からの光を導い
て、対物レンズ29で集光し、カンチレバーの開口部24d
に集光させる。SiO2は光学的に透明であるため、カンチ
レバー自体が導波路として作用し、開口部24dに入射光
が導かれ開口部近傍にエバネッセント光が発生する。本
実施例では光源として半導体励起のYAGレーザを使用
し、変調信号でレーザをON/OFF駆動することにより変調
をかけた。
The microscope 27 is arranged on the upper surface side of the cantilever 24, and the light from the light source 28 is guided into the lens barrel 27a of the microscope, condensed by the objective lens 29, and the opening 24d of the cantilever 24 is formed.
To collect light. Since SiO 2 is optically transparent, the cantilever itself functions as a waveguide, the incident light is guided to the opening 24d, and evanescent light is generated near the opening. In this embodiment, a semiconductor-excited YAG laser is used as a light source, and modulation is performed by driving the laser ON / OFF with a modulation signal.

【0047】上記以外の部分の構成は第一の実施例と同
一である。
The construction of the other parts is the same as that of the first embodiment.

【0048】このように構成された走査型近接場顕微鏡
を使用して、第一の実施例と同様にカンチレバー先端が
サンプル7から遠ざかった位置で照射を行うことによ
り、カンチレバー先端で反射光が遮られる割合が少なく
なり、集光効率が向上する。
Using the scanning near-field microscope configured as described above, irradiation is performed at a position where the tip of the cantilever is away from the sample 7 as in the first embodiment, so that reflected light is blocked at the tip of the cantilever. And the light collection efficiency is improved.

【0049】本実施例で使用されるカンチレバーは上記
のタイプに限定されず、例えばシリコンナイトライドで
形成され、カンチレバーの裏側から探針先端に向かって
FIBで微細な穴を設けて導波路を確保する方式や、探針
先端に設けられた開口部に光が導かれるようにカンチレ
バーの軸方向に導波路を形成し、カンチレバーの末端の
側面部から光を入射する方式などが考えられる。
The cantilever used in this embodiment is not limited to the above-mentioned type, and is formed of, for example, silicon nitride, and is arranged from the back side of the cantilever toward the tip of the probe.
A method of securing a waveguide by providing a fine hole in the FIB, or forming a waveguide in the axial direction of the cantilever so that light is guided to the opening provided at the tip of the probe, from the side surface at the end of the cantilever A method of injecting light is conceivable.

【0050】図5には本発明の第三実施例の走査型近接
場顕微鏡の外観図を示す。
FIG. 5 is an external view of a scanning near-field microscope according to a third embodiment of the present invention.

【0051】本実施例では光ファイバーの先端を熱引き
あるいはエッチングにより先鋭化するとともに、プロー
ブ先端部にφ5nm〜φ200nm程度の微小開口を設け、開口
部以外はアルミニウム膜を蒸着したストレート型のプロ
ーブ30が用いられる。
In the present embodiment, the tip of the optical fiber is sharpened by heat drawing or etching, and a fine opening of about φ5 nm to φ200 nm is provided at the tip of the probe. Used.

【0052】このプローブ30の長軸方向がサンプル7に
対して垂直になるようにプローブホルダ31によりプロー
ブが配置される。プローブホルダ31にはプローブ先端が
サンプル7に対して水平方向と垂直方向に加振させるた
めの圧電素子32が設けられている。入射用の光源16およ
び反射光検出部分の構成は第一実施例と同様である。プ
ローブ30はプローブの共振周波数近傍の信号33によりサ
ンプルに対して水平方向に加振されるとともに、サンプ
ルに対して垂直な方向にも任意の周波数の信号34で加振
される。プローブには水平方向の振幅検出用の圧電体35
が固定されている。プローブ30の水平方向の振幅量の変
化は、プローブに固定された圧電体35から発生する電荷
量の変化として検出される。このとき、プローブに入射
されるArレーザ16はAOモジュレータ17によりプローブ30
の垂直方向の振動周期と同期した信号36により変調が掛
けられる。
The probe is arranged by the probe holder 31 such that the long axis direction of the probe 30 is perpendicular to the sample 7. The probe holder 31 is provided with a piezoelectric element 32 for causing the tip of the probe to vibrate the sample 7 in the horizontal and vertical directions. The configurations of the incident light source 16 and the reflected light detecting portion are the same as in the first embodiment. The probe 30 is vibrated in the horizontal direction with respect to the sample by the signal 33 near the resonance frequency of the probe, and is also vibrated with the signal 34 of an arbitrary frequency in the direction perpendicular to the sample. The probe has a piezoelectric body 35 for detecting the horizontal amplitude.
Has been fixed. The change in the horizontal amplitude of the probe 30 is detected as a change in the amount of charge generated from the piezoelectric body 35 fixed to the probe. At this time, the Ar laser 16 incident on the probe is
Is modulated by the signal 36 synchronized with the vertical oscillation period of the signal.

【0053】本実施例の場合にもプローブ30がサンプル
7から遠ざかった地点でエバネッセント光が照射される
ように移相器21でAOモジュレータの変調信号36の位相φ
と間欠比(t/T)を調整することにより、集光効率が大
幅に向上する。また、垂直方向の加振周波数をリファレ
ンス信号として光検出部14で検出される信号をロックイ
ンアンプ22によりロックイン検出させることによりS/N
比も向上する。
In the case of the present embodiment, the probe 30
The phase shifter 21 adjusts the phase φ of the modulation signal 36 of the AO modulator so that the evanescent light is emitted at a point away from 7.
By adjusting the intermittent ratio (t / T), the light collection efficiency is greatly improved. In addition, the signal detected by the light detection unit 14 is used as a reference signal by using the vertical excitation frequency as a reference signal, and the lock-in amplifier 22 performs lock-in detection.
The ratio also improves.

【0054】本実施例のプローブの振幅検出手段は、圧
電体による方式に限定されず、光学的に検出することも
可能である。また、振幅変化による距離制御以外にも位
相の変化により距離制御を行うことも可能である。
The means for detecting the amplitude of the probe of this embodiment is not limited to the method using a piezoelectric body, but can be optically detected. In addition to the distance control based on the amplitude change, the distance control can be performed based on a phase change.

【0055】第一実施例から第三実施例では、反射光の
集光方式として対物レンズを斜めに配置する方式を用い
ているが、集光方式はこれに限定されず、集光用の凹面
鏡を使用して集光光学系を組む方式や、プローブを避け
るような逃げを設けた集光レンズにより集光を行う方式
なども使用可能である。
In the first to third embodiments, a system in which an objective lens is arranged obliquely is used as a system for condensing reflected light. However, the system for condensing light is not limited to this, and a concave mirror for condensing light is used. A method of assembling a condensing optical system by using a method and a method of condensing light by a condensing lens provided with an escape so as to avoid a probe can also be used.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の走査型近接
場顕微鏡におけるイルミネーション反射モードの測定方
法では、先端が先鋭化され先端部に微小開口を有しプロ
ーブの長軸方向に対して先端を屈曲させたプローブと、
サンプルに対して前記プローブ先端を垂直方向に振動さ
せる加振手段と、前記プローブにカップリングされ、微
小開口部からサンプルに対して光を照射するための光源
と、前記光源からの光を前記プローブの振動周期と同期
して振幅変調する光変調手段と、前記光変調手段での位
相または間欠率を変化させる移相器と、前記プローブの
変位を検出する変位検出手段と、サンプルからの反射光
を検出可能な位置に配置された集光光学系と、反射光強
度を測定するための光検出器と、前記サンプルと前記プ
ローブを相対移動させる粗動機構および微動機構と、装
置全体を制御する制御装置を有する走査型近接場顕微鏡
において、プローブ先端がサンプルに最も近づいた状態
よりも遠ざかった位置でプローブ先端から光を照射し、
そのときのサンプルからの反射光をロックイン検出する
ように構成した。その結果、プローブ先端とサンプル間
に隙間ができたときに光の集光が行われるため、プロー
ブ先端で光が遮られることが少なくなり集光効率が向上
し、イルミネーション反射像のS/N比が向上する。
As described above, according to the method for measuring the illumination reflection mode in the scanning near-field microscope of the present invention, the tip is sharpened and the tip has a small opening, and the tip is located in the longitudinal direction of the probe. With a probe bent
Vibrating means for vertically vibrating the probe tip with respect to the sample, a light source coupled to the probe, for irradiating the sample with light from a minute opening, and applying light from the light source to the probe Light modulating means for performing amplitude modulation in synchronization with the oscillation period of the light, a phase shifter for changing the phase or intermittent rate in the light modulating means, displacement detecting means for detecting displacement of the probe, and reflected light from the sample A light collecting optical system arranged at a position capable of detecting the reflected light, a photodetector for measuring the reflected light intensity, a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism for relatively moving the sample and the probe, and controlling the entire apparatus. In a scanning near-field microscope having a control device, irradiate light from the probe tip at a position where the tip of the probe is farther from the state closest to the sample,
A configuration was adopted in which reflected light from the sample at that time was lock-in detected. As a result, light is collected when there is a gap between the probe tip and the sample, so that light is less obstructed at the probe tip, improving the light collection efficiency and improving the S / N ratio of the illumination reflection image. Is improved.

【0057】また、先端が先鋭化された探針と該探針の
先端に設けられた微小開口部と微小開口部に光を伝達す
るための導波路を有するマイクロカンチレバーと、サン
プルに対して前記探針を垂直方向に振動させる加振手段
と、前記マイクロカンチレバーにカップリングされ、微
小開口部からサンプルに対して光を照射するための光源
と、マイクロカンチレバーとのカップリング手段と、前
記光源からの光を前記マイクロカンチレバーの振動周期
と同期して振幅変調する光変調手段と、前記光変調手段
での位相または間欠率を変化させる移相器と、前記マイ
クロカンチレバーの変位を検出する変位検出手段と、サ
ンプルからの反射光を検出可能な位置に配置された集光
光学系と、反射光強度を測定するための光検出器と、前
記サンプルと前記マイクロカンチレバーを相対移動させ
る粗動機構および微動機構と、装置全体を制御する制御
装置を有する走査型近接場顕微鏡において、プローブ先
端がサンプルに最も近づいた状態よりも遠ざかった位置
でプローブ先端から光を照射し、そのときのサンプルか
らの反射光をロックイン検出するように構成した。
Also, a probe having a sharpened tip, a micro opening provided at the tip of the probe, a micro cantilever having a waveguide for transmitting light to the micro opening, Vibration means for vibrating the probe in the vertical direction, a light source coupled to the microcantilever, and a light source for irradiating the sample with light from the minute opening, coupling means for the microcantilever, and the light source Light modulating means for modulating the amplitude of the light in synchronization with the oscillation cycle of the micro cantilever, a phase shifter for changing the phase or intermittent rate in the light modulating means, and a displacement detecting means for detecting a displacement of the micro cantilever And, a condensing optical system arranged at a position capable of detecting the reflected light from the sample, a photodetector for measuring the intensity of the reflected light, and the sample and the In a scanning near-field microscope having a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism for relatively moving the microcantilever, and a control device for controlling the entire apparatus, light is emitted from the probe tip at a position where the probe tip is farther from the state closest to the sample. Irradiation was performed, and the reflected light from the sample at that time was configured to be lock-in detected.

【0058】この場合にも、プローブ先端とサンプル間
に隙間ができたときに光の集光が行われるため、プロー
ブ先端で光が遮られることが少なくなり集光効率が向上
し、イルミネーション反射像のS/N比が向上する。
In this case as well, light is condensed when a gap is formed between the probe tip and the sample, so that the light is less obstructed by the probe tip, the light collection efficiency is improved, and the illumination reflection image is improved. S / N ratio is improved.

【0059】また、先端が先鋭化され先端部に微小開口
を有するプローブと、サンプルに対して前記プローブ先
端を水平方向に振動させる加振手段と、垂直方向に振動
させる加振手段と、前記プローブにカップリングされ、
微小開口部からサンプルに対して光を照射するための光
源と、前記光源からの光を前記プローブの垂直方向の振
動周期と同期して振幅変調する光変調手段と、前記光変
調手段での位相または間欠率を変化させる移相器と、前
記プローブの水平方向および垂直方向の変位を検出する
変位検出手段と、サンプルからの反射光を検出可能な位
置に配置された集光光学系と、反射光強度を測定するた
めの光検出器と、前記サンプルと前記プローブを相対移
動させる粗動機構および微動機構と、装置全体を制御す
る制御装置を有する走査型近接場顕微鏡において、プロ
ーブ先端がサンプルに近接させた場合の水平方向の振幅
変化によりプローブ先端とサンプル間の距離制御を行い
ながら、垂直方向加振手段によりプローブ先端がサンプ
ルに最も近づいた状態よりも遠ざかった位置で、プロー
ブ先端から光を照射し、そのときのサンプルからの反射
光をロックイン検出するような構成とした。その結果、
プローブ先端とサンプル間に隙間ができたときに光の集
光が行われるため、プローブ先端で光が遮られることが
少なくなり集光効率が向上し、イルミネーション反射像
のS /N比が向上する。
A probe having a sharpened tip and a fine opening at the tip, vibrating means for vibrating the probe tip horizontally with respect to the sample, vibrating means for vibrating vertically in the sample, and Coupled to
A light source for irradiating the sample with light from the minute opening, light modulation means for amplitude-modulating the light from the light source in synchronization with a vertical oscillation period of the probe, and a phase in the light modulation means Or a phase shifter for changing the intermittent rate, a displacement detecting means for detecting horizontal and vertical displacements of the probe, a condensing optical system arranged at a position capable of detecting reflected light from the sample, In a scanning near-field microscope having a photodetector for measuring light intensity, a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism for relatively moving the sample and the probe, and a control device for controlling the entire apparatus, the probe tip is attached to the sample. While controlling the distance between the probe tip and the sample by the horizontal amplitude change when approaching, the probe tip was closest to the sample by the vertical vibration means. In away position than state, light is irradiated from the probe tip, and configured so as to lock-in detecting the light reflected from the sample at that time. as a result,
Light is collected when there is a gap between the tip of the probe and the sample, so that light is less obstructed at the tip of the probe, improving the light collection efficiency and improving the S / N ratio of the illumination reflection image. .

【0060】更に、プローブのサンプル表面に対する垂
直方向の振幅量を20nm以上で大きく振ることにより、プ
ローブ先端で遮られる部分がさらに少なくなり、さらに
集光効率が向上する。
Further, by greatly changing the amplitude of the probe in the vertical direction with respect to the sample surface at 20 nm or more, the portion blocked by the probe tip is further reduced, and the light collection efficiency is further improved.

【0061】これらの場合、プローブとサンプルが最も
近づいたときに発光させる場合よりも分解能は低下する
が、プローブの振幅量は通常、100nm以下であるため、
十分、近接場が存在する領域であり、従来型の光学顕微
鏡を超える分解能は確保することができる。
In these cases, the resolution is lower than when light is emitted when the probe and the sample come closest to each other, but since the amplitude of the probe is usually 100 nm or less,
This is a region where a near field exists, and a resolution higher than that of a conventional optical microscope can be secured.

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

【図1】本発明の第一実施例の装置構成を示す外観図で
ある。
FIG. 1 is an external view showing an apparatus configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】プローブの振幅の軌跡と光変調信号の関係を示
す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a locus of amplitude of a probe and a light modulation signal.

【図3】本発明の第二実施例の装置構成を示す外観図で
ある。
FIG. 3 is an external view showing an apparatus configuration of a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第二実施例に使用されるカンチレバー
の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a cantilever used in a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第三実施例の装置構成を示す外観図で
ある。
FIG. 5 is an external view showing an apparatus configuration of a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プローブ 3 プローブホルダ 6 光てこ式変位計 7 サンプル 8 微動機構 9 サンプルホルダ 10 集光用対物レンズ 14 光検出部 15 粗動機構 16 光源 17 AOモジュレータ 18 対物レンズ 19 変調信号 20 加振信号 21 移相器 22 ロックインアンプ 23 制御装置 24 カンチレバー 26 カンチレバーホルダ 27 顕微鏡 28 光源 29 対物レンズ 30 ストレート型プローブ 31 プローブホルダ 32 加振用圧電素子 33 水平方向の加振信号 34 垂直方向の加振信号 35 検出用圧電素子 36 変調信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Probe 3 Probe holder 6 Optical lever type displacement meter 7 Sample 8 Fine movement mechanism 9 Sample holder 10 Condensing objective lens 14 Photodetector 15 Coarse movement mechanism 16 Light source 17 AO modulator 18 Objective lens 19 Modulation signal 20 Excitation signal 21 Transfer Phaser 22 Lock-in amplifier 23 Controller 24 Cantilever 26 Cantilever holder 27 Microscope 28 Light source 29 Objective lens 30 Straight type probe 31 Probe holder 32 Vibration piezoelectric element 33 Horizontal vibration signal 34 Vertical vibration signal 35 Detection Piezoelectric element for 36 Modulation signal

───────────────────────────────────────────────────── 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) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 先端が先鋭化され、先端部に微小開口を
有し、プローブの長軸方向に対して先端を屈曲させたプ
ローブと、サンプルに対して前記プローブ先端を垂直方
向に振動させる加振手段と、前記プローブにカップリン
グされ、微小開口部からサンプルに対して光を照射する
ための光源と、前記光源からの光を前記プローブの振動
周期と同期して振幅変調する光変調手段と、前記光変調
手段での位相または間欠率を変化させる移相器と、前記
プローブの変位を検出する変位検出手段と、サンプルか
らの反射光を検出可能な位置に配置された集光光学系
と、反射光強度を測定するための光検出器と、前記サン
プルと前記プローブを相対移動させる粗動機構および微
動機構と、装置全体を制御する制御装置を有する走査型
近接場顕微鏡において、プローブ先端がサンプルに最も
近づいた状態よりも遠ざかった位置で、プローブ先端か
ら光を照射し、そのときのサンプルからの反射光をロッ
クイン検出することを特徴とする走査型近接場顕微鏡に
おけるイルミネーション反射モードの測定方法。
1. A probe having a sharpened tip, a fine opening in the tip, and a tip bent in the longitudinal direction of the probe, and a probe for vibrating the tip of the probe in a direction perpendicular to a sample. And a light source coupled to the probe, for irradiating the sample with light from the minute opening, and a light modulation unit for amplitude-modulating the light from the light source in synchronization with the oscillation cycle of the probe. A phase shifter that changes a phase or an intermittent rate in the light modulation unit, a displacement detection unit that detects a displacement of the probe, and a condensing optical system arranged at a position where reflected light from a sample can be detected. In a scanning near-field microscope having a photodetector for measuring reflected light intensity, a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism for relatively moving the sample and the probe, and a control device for controlling the entire apparatus. Illumination in a scanning near-field microscope characterized by irradiating light from the probe tip at a position where the probe tip is farther from the sample closest to the sample and lock-in detecting the reflected light from the sample at that time How to measure reflection mode.
【請求項2】 先端が先鋭化された探針と該探針の先端
に設けられた微小開口部と微小開口部に光を伝達するた
めの導波路を有するマイクロカンチレバーと、サンプル
に対して前記探針を垂直方向に振動させる加振手段と、
前記マイクロカンチレバーにカップリングされ、微小開
口部からサンプルに対して光を照射するための光源と、
マイクロカンチレバーとのカップリング手段と、前記光
源からの光を前記マイクロカンチレバーの振動周期と同
期して振幅変調する光変調手段と、前記光変調手段での
位相または間欠率を変化させる移相器と、前記マイクロ
カンチレバーの変位を検出する変位検出手段と、サンプ
ルからの反射光を検出可能な位置に配置された集光光学
系と、反射光強度を測定するための光検出器と、前記サ
ンプルと前記マイクロカンチレバーを相対移動させる粗
動機構および微動機構と、装置全体を制御する制御装置
を有する走査型近接場顕微鏡において、探針がサンプル
に最も近づいた状態よりも遠ざかった位置で、微小開口
部から光を照射し、そのときのサンプルからの反射光を
ロックイン検出することを特徴とする走査型近接場顕微
鏡におけるイルミネーション反射モードの測定方法。
2. A probe having a sharpened tip, a micro-opening provided at the tip of the probe, a micro-cantilever having a waveguide for transmitting light to the micro-opening, and Vibrating means for vibrating the probe vertically,
A light source coupled to the microcantilever, for irradiating the sample with light from the minute opening,
Coupling means with a microcantilever, light modulation means for amplitude-modulating light from the light source in synchronization with the oscillation cycle of the microcantilever, and a phase shifter for changing the phase or intermittent rate in the light modulation means A displacement detecting means for detecting the displacement of the microcantilever, a condensing optical system arranged at a position capable of detecting the reflected light from the sample, a photodetector for measuring the intensity of the reflected light, and the sample In a scanning near-field microscope having a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism for relatively moving the microcantilever, and a control device for controlling the entire apparatus, at a position where the probe is farther from the state closest to the sample, a minute opening is formed. Illumination in a scanning near-field microscope characterized by irradiating light from the sample and lock-in detecting the reflected light from the sample at that time. Method of measuring the Shon reflection mode.
【請求項3】 先端が先鋭化され、先端部に微小開口を
有するプローブと、サンプルに対して前記プローブ先端
を水平方向に振動させる加振手段と、垂直方向に振動さ
せる加振手段と、前記プローブにカップリングされ、微
小開口部からサンプルに対して光を照射するための光源
と、前記光源からの光を前記プローブの垂直方向の振動
周期と同期して振幅変調する光変調手段と、前記光変調
手段での位相または間欠率を変化させる移相器と、前記
プローブの水平方向の変位を検出する変位検出手段と、
サンプルからの反射光を検出可能な位置に配置された集
光光学系と、反射光強度を測定するための光検出器と、
前記サンプルと前記プローブを相対移動させる粗動機構
および微動機構と、装置全体を制御する制御装置を有す
る走査型近接場顕微鏡において、プローブ先端がサンプ
ルに近接させた場合の水平方向の振幅変化によりプロー
ブ先端とサンプル間の距離制御を行いながら、垂直方向
加振手段によりプローブ先端がサンプルに最も近づいた
状態よりも遠ざかった位置でプローブ先端から光を照射
し、そのときのサンプルからの反射光をロックイン検出
することを特徴とする走査型近接場顕微鏡におけるイル
ミネーション反射モードの測定方法。
3. A probe whose tip is sharpened and which has a fine opening at the tip, vibrating means for vibrating the probe tip in a horizontal direction with respect to a sample, vibrating means for vibrating in a vertical direction with respect to a sample, A light source coupled to the probe, for irradiating the sample with light from the minute opening, light modulation means for amplitude-modulating the light from the light source in synchronization with a vertical oscillation cycle of the probe, A phase shifter that changes the phase or the intermittent rate in the light modulation unit, and a displacement detection unit that detects a horizontal displacement of the probe,
A condensing optical system arranged at a position where reflected light from the sample can be detected, and a photodetector for measuring reflected light intensity,
In a scanning near-field microscope having a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism for relatively moving the sample and the probe, and a control device for controlling the entire apparatus, the probe is driven by a change in amplitude in a horizontal direction when the probe tip is brought close to the sample. While controlling the distance between the tip and the sample, light is emitted from the probe tip at a position where the probe tip is farther from the state where the probe tip is closest to the sample by the vertical vibration means, and the reflected light from the sample at that time is locked A method for measuring an illumination reflection mode in a scanning near-field microscope, wherein the illumination reflection mode is detected.
【請求項4】 サンプルに対するプローブ先端またはマ
イクロカンチレバー探針の垂直方向の振幅量を20nm以上
で加振することを特徴とする請求項1乃至請求項3に記
載の走査型近接場顕微鏡におけるイルミネーション反射
モードの測定方法。
4. The illumination reflection in a scanning near-field microscope according to claim 1, wherein the vertical amplitude of the probe tip or the microcantilever probe with respect to the sample is vibrated at 20 nm or more. Mode measurement method.
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