JP2014059273A - Near-field scattered light measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、散乱型近接場顕微鏡を利用して試料からの散乱光の分光測定をおこなうことができる近接場散乱光測定装置に関するものである。 The present invention relates to a near-field scattered light measuring apparatus capable of performing spectroscopic measurement of scattered light from a sample using a scattering near-field microscope.
試料表面における分子や結晶を分子振動により評価する代表的な手法としてラマン分光法や赤外分光法がある。
ラマン分光法は有機分子の構造や、無機物の結晶性に関する知見を得られるという特徴があり、さらに、それらの測定を試料に対して特別な前処理を行わず、非接触、非破壊で行う事ができる。
従来のラマン分光法による測定では、回折限界により光学的な理論上の分解能は使用する波長の半分程度の大きさに制限されていた。
しかしながら、近年、ナノテクノロジーと呼ばれる技術開発が盛んに行われるようになり、回折限界を超えた数十から数百nmの空間分解能で試料表面における分子や結晶の状態を評価する要求が高まっている。
このような要求を実現させるために、回折限界を超えた空間分解能を持つ近接場顕微鏡と組み合わせたラマン散乱分光装置の開発が精力的に行われている。
従来の近接場顕微鏡は大きく分けてファイバー型と散乱型に分類されるが、ラマン分光のように信号光量が得られにくい測定では、散乱型の近接場顕微鏡が多く用いられる。
Typical methods for evaluating molecules and crystals on the sample surface by molecular vibration include Raman spectroscopy and infrared spectroscopy.
Raman spectroscopy is characterized by the fact that it can obtain knowledge about the structure of organic molecules and the crystallinity of inorganic materials, and these measurements can be performed in a non-contact and non-destructive manner without any special pretreatment of the sample. Can do.
In conventional Raman spectroscopy measurements, the optical theoretical resolution is limited to about half the wavelength used due to diffraction limitations.
However, in recent years, a technology called nanotechnology has been actively developed, and the demand for evaluating the state of molecules and crystals on the sample surface with a spatial resolution of several tens to several hundreds of nanometers exceeding the diffraction limit is increasing. .
In order to realize such a demand, a Raman scattering spectroscopic apparatus combined with a near-field microscope having a spatial resolution exceeding the diffraction limit has been vigorously developed.
Conventional near-field microscopes are roughly classified into fiber type and scattering type, but a scattering type near-field microscope is often used for measurement where it is difficult to obtain a signal light quantity such as Raman spectroscopy.
散乱型近接場顕微鏡には、試料の裏面から光を照射して測定を行う透過型の装置と、試料の表面から光を照射して測定を行う反射型の装置がある。
透過型の散乱型近接場顕微鏡は、高感度な装置構成が可能な一方、光を透過する試料しか測定することができないが、反射型の装置は試料を選ばず測定できるという特徴がある。
図4は、従来の反射型で構成された散乱型近接場顕微鏡装置でラマン散乱スペクトルを測定する場合の概略構成を示す図である。
プローブ40先端と試料41表面が十分近い一定距離の間隔を保つようにするために、一般的には原子間力顕微鏡(以降AFM)の原理を用いて距離制御を行う。
図4では、XYZ微動ステージ43を動かすことで距離制御を行っている。
なお、ここでは、AFMの手法として、AFM用のカンチレバー42についているプローブ40を試料41に押し付けて、その梁のたわみから力検出を行うことで距離制御を行うものをコンタクトモードと呼ぶ。
これに対して、カンチレバー42を励振することで、プローブ40を振幅させ、その振幅の変化量や周波数シフトから力検出を行うことで距離制御を行うものをノンコンタクトモードと呼ぶ。
Scattering near-field microscopes include a transmission type apparatus that performs measurement by irradiating light from the back surface of a sample, and a reflection type apparatus that performs measurement by irradiating light from the surface of the sample.
The transmission-type scattering near-field microscope can have a highly sensitive apparatus configuration, but can measure only a sample that transmits light, but the reflection-type apparatus has a feature that it can measure any sample.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration in the case of measuring a Raman scattering spectrum with a conventional scattering type near-field microscope apparatus.
In order to maintain a constant distance between the tip of the
In FIG. 4, the distance control is performed by moving the XYZ
Here, as an AFM method, a method in which distance control is performed by pressing a
On the other hand, the one that performs amplitude control by exciting the
プローブ40先端への光照射は、レーザー光等の光源46からの光を、ビームスプリッター47、ミラー48、対物レンズ44を介してプローブ40先端付近に集光しておこなう。
プローブ40先端に光を集光するためには、プローブ40先端の位置と、光の集光位置との相対的な位置を調整する必要があるため、対物レンズはXYZステージ45上に設置している。
光照射によりプローブ40先端近傍で散乱された光を、照射光と共通の対物レンズ44を用いて集光し、逆の光路をたどって、ミラー48、ビームスプリッター47、エッジフィルター49、レンズ53を介して分光器50に入射する。
分光器50で分光した散乱光はCCD検出器51によって検出し、PC52などを用いてラマン散乱スペクトルを記録する。
Light irradiation to the tip of the
In order to collect light at the tip of the
Light scattered in the vicinity of the tip of the
The scattered light dispersed by the
散乱型近接場顕微鏡において、強い近接場散乱信号を得るためには、プローブ先端と試料表面の間の近接場散乱が効率よく起こる位置と、照射した光の集光スポットの中でも電場強度の強い位置とを重ねることが必要である。
可視光を使った散乱型近接場顕微鏡では、0.1μm程度の精度で光の集光位置とプローブ先端の位置を重ねた状態で測定することが要求される。
しかし、一般にミラーやAFMを固定している部品の剛性、温度による揺らぎ等の影響により、プローブ先端の位置と電場強度の強い領域との相対位置が経時的に変化してしまう、ドリフトという現象が起こる。
このドリフトにより、時間とともに信号強度が揺らぎ、多くの場合において時間と共に信号が減少してしまうという問題があった。
この問題は、特にラマン散乱のような微弱な光を測定する場合、測定時間を長くとる必要があるため、信号強度が減衰する原因となり、大きな問題になる。
これらに対処するために、特許文献1では分光測定を行った後、定期的に散乱光強度を測定して、その強度が最大になるようにプローブ先端と光の集光位置との相対位置を調整することでドリフト補正をする近接場散乱光測定装置が提案されている。
In a scattering near-field microscope, in order to obtain a strong near-field scattering signal, a position where the near-field scattering between the probe tip and the sample surface efficiently occurs, and a position where the electric field strength is strong in the focused spot of the irradiated light. It is necessary to repeat.
In a scattering near-field microscope using visible light, it is required to measure in a state where the light condensing position and the probe tip position are overlapped with an accuracy of about 0.1 μm.
However, the phenomenon of drift, in which the relative position between the position of the probe tip and the region where the electric field strength is strong changes over time due to the rigidity of the parts fixing the mirror and AFM and fluctuations due to temperature, etc. Occur.
Due to this drift, there is a problem that the signal intensity fluctuates with time, and in many cases the signal decreases with time.
This problem becomes a big problem because it is necessary to take a long measurement time especially when measuring weak light such as Raman scattering, which causes the signal intensity to attenuate.
In order to deal with these problems, in Patent Document 1, after performing spectroscopic measurement, the scattered light intensity is measured periodically, and the relative position between the probe tip and the light condensing position is set so that the intensity becomes maximum. There has been proposed a near-field scattered light measurement apparatus that performs drift correction by adjusting the distance.
散乱型近接場顕微鏡では、試料に近接させたプローブに光を照射すると、プローブと試料の間で発生する近接場散乱光だけでなく、プローブと試料でそれぞれ散乱された光も散乱光として検出される。
特に、反射型の散乱型近接場顕微鏡では、近接場散乱光の強度はプローブや試料からの散乱光強度よりも弱いため、散乱光の強度と近接場散乱光の強度は単純な比例関係ではない。
そのため、特許文献1で開示されている、散乱光強度を使って光の照射位置とプローブの位置との相対位置を補正すると、つぎのような課題が生じる。
すなわち、近接場散乱光がもっとも強くなる位置ではなく、プローブや試料からの散乱光強度が強くなる位置に相対位置を補正してしまい、ドリフト補正を行う際における精度が不足することになる。
さらに、従来技術では、測定を行う散乱光と、ドリフト補正に使用する散乱光を適宜ミラーで振り分けて測定を行う必要があることから、長時間の測定では測定中に何度かドリフト補正のための信号を取得することが必要となる。
そのため、信号の積算時間と比較して、信号のS/N比の向上を図る上で必ずしも満足の得られるものではない。そのため、ラマン散乱のような信号の積算時間が長い測定では、効率良く測定を行うためにS/N比を保った状態で、位置精度が向上したドリフト補正機構が必要となる。
In a scattering near-field microscope, when light is applied to a probe that is close to the sample, not only the near-field scattered light generated between the probe and the sample, but also the light scattered by the probe and the sample is detected as scattered light. The
In particular, in the reflection-type scattering near-field microscope, the intensity of the near-field scattered light is weaker than the intensity of the scattered light from the probe or sample, so the intensity of the scattered light and the intensity of the near-field scattered light are not a simple proportional relationship. .
Therefore, when the relative position between the light irradiation position and the probe position is corrected using the scattered light intensity disclosed in Patent Document 1, the following problem occurs.
That is, the relative position is corrected not to the position where the near-field scattered light is strongest but to the position where the scattered light intensity from the probe or the sample is strong, and accuracy when performing drift correction is insufficient.
Furthermore, in the conventional technology, it is necessary to perform the measurement by appropriately distributing the scattered light to be measured and the scattered light to be used for drift correction with a mirror. It is necessary to acquire the signal.
Therefore, it is not always satisfactory to improve the S / N ratio of the signal as compared with the signal integration time. For this reason, a measurement such as Raman scattering requires a drift correction mechanism with improved positional accuracy while maintaining the S / N ratio in order to perform measurement efficiently.
本発明は、上記課題に鑑み、長時間の測定において、散乱型近接場顕微鏡の測定データを安定的に取得することができ、S/N比の向上を図ることが可能となる近接場散乱光測定装置の提供を目的とする。 In view of the above problems, the present invention can stably acquire measurement data of a scattering near-field microscope and can improve the S / N ratio in long-time measurement. The purpose is to provide a measuring device.
本発明の近接場散乱光測定装置は、プローブを備え、該プローブを試料の表面における測定部位近傍に近接させ、該測定部位近傍に光を照射することにより近接場散乱光を発生させ、該近接場散乱光を前記試料の評価を行う検出手段で検出する近接場散乱光測定装置であって、
前記プローブを一定の周波数で振動させる励振機構と、前記近接場散乱光を補正信号として検出する検出器と、
前記測定部位近傍における光の照射位置と前記プローブの相対的位置とを補正するドリフト補正信号として、前記補正信号を入力信号とし、前記プローブの振動における周波数の2倍の周波数を参照信号としてロックイン検出によって検出するドリフト補正信号検出手段と、
前記ドリフト補正信号が最大となるように、前記測定部位近傍における光の照射位置と前記プローブの相対的位置とを補正するドリフト補正制御機構と、を有することを特徴とする。
The near-field scattered light measurement apparatus of the present invention includes a probe, causes the probe to be close to the measurement site on the surface of the sample, and generates near-field scattered light by irradiating light in the vicinity of the measurement site. A near-field scattered light measuring device for detecting field scattered light by a detection means for evaluating the sample,
An excitation mechanism for vibrating the probe at a constant frequency, a detector for detecting the near-field scattered light as a correction signal,
As a drift correction signal for correcting the light irradiation position in the vicinity of the measurement site and the relative position of the probe, the correction signal is used as an input signal, and a frequency twice the frequency of the probe vibration is used as a reference signal for lock-in. Drift correction signal detection means for detecting by detection;
A drift correction control mechanism that corrects the light irradiation position and the relative position of the probe in the vicinity of the measurement site so that the drift correction signal is maximized.
本発明によれば、長時間の測定において、散乱型近接場顕微鏡の測定データを安定的に取得することができ、S/N比の向上を図ることが可能となる近接場散乱光測定装置を実現することができる。 According to the present invention, there is provided a near-field scattered light measurement apparatus that can stably acquire measurement data of a scattering near-field microscope and can improve the S / N ratio in a long-time measurement. Can be realized.
以下、本発明の実施形態における近接場散乱光測定装置について説明する。
本実施形態の近接場散乱光測定装置は、プローブを試料の表面における測定部位近傍に近接させ、該測定部位近傍に光を照射することにより近接場散乱光を発生させ、該近接場散乱光を試料の評価を行う検出手段で検出するように構成されている。
本実施形態におけるドリフト補正機構を備えた反射型の散乱型近接場顕微鏡の構成例を、図1を用いて具体的に説明する。
以下の説明では、紙面の上下方向をZ軸、左右方向をX軸、紙面に垂直な方向をY軸とする。
なお、各図面に関する説明において、同一の符号で用いられるものは同様の機能を持つ要素であることをあらわす。
図1では、AFMの距離制御を行う力センサとして、金属を尖鋭化させたプローブ10をチューニングフォーク12に取り付けたものを使用している。
なお、代わりの力センサとして、AFM用のカンチレバーに金属をコーティングしたものなどを使用しても良い。
Hereinafter, a near-field scattered light measurement apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
The near-field scattered light measurement apparatus of this embodiment generates a near-field scattered light by bringing a probe close to the measurement site on the surface of the sample and irradiating light in the vicinity of the measurement site. Detection is performed by detection means for evaluating the sample.
A configuration example of a reflection-type scattering near-field microscope provided with a drift correction mechanism in the present embodiment will be specifically described with reference to FIG.
In the following description, the vertical direction of the paper surface is the Z axis, the horizontal direction is the X axis, and the direction perpendicular to the paper surface is the Y axis.
In the description relating to the drawings, elements used with the same reference numerals represent elements having the same function.
In FIG. 1, a force sensor with a sharpened metal attached to a
As an alternative force sensor, a cantilever for AFM coated with metal may be used.
距離制御はAFMの原理により力検出を行い、XYZ微動ステージ14を動かして行う。
AFMの方式は、プローブ10先端と試料11表面間の距離を周期的に変調させる、ノンコンタクトモードを使用する。
より詳細には、プローブ10を取り付けているチューニングフォーク12をアクチュエーター(励振機構)13で励振することにより、プローブ10を一定周波数で振幅させる。
アクチュエーター13はファンクションジェネレーター26で駆動する。チューニングフォーク12から出力される、振幅に対応した信号はプリアンプ29で増幅し、ロックインアンプ27の参照信号に入力する。
The distance control is performed by detecting the force according to the principle of AFM and moving the XYZ
The AFM method uses a non-contact mode in which the distance between the tip of the
More specifically, the
The
プローブ10先端へ集光させるには次のようにする。
プローブを試料の表面における測定部位近傍に近接させ、レーザー光等の光源17からの光を、ビームスプリッター18、ビームスプリッター19、ミラー20を介して対物レンズ15により、該測定部位近傍に集光して照射することにより近接場散乱光を発生させる。
プローブ10先端と、光の集光位置を重ねるために、対物レンズ15はXYZステージ16上に設置されており、XYZステージ16を面内方向に移動させて光の集光位置とプローブ10先端の位置が重なるように調整する。
なお、プローブ先端と光の集光位置との相対位置の調整は、XYZステージ16の代わりに、ガルバノミラーを使った光走査や、AFM全体を動かす機構によりおこなっても良い。
試料11とプローブ10先端に光を照射したことで発生する散乱光を、再び対物レンズ15で集光し、逆の光路をたどってビームスプリッター19に導く。
散乱光は、ビームスプリッター19により2つの光路に分割される。
なお、ビームスプリッター19には、特定の波長だけ反射率を高めたダイクロイックビームスプリッターなどを用いても良い。
The light is condensed on the tip of the
The probe is brought close to the measurement site on the surface of the sample, and the light from the
In order to overlap the light collecting position of the
The relative position between the probe tip and the light condensing position may be adjusted by optical scanning using a galvano mirror or a mechanism for moving the entire AFM instead of the
Scattered light generated by irradiating the
The scattered light is divided into two optical paths by the
The
分割した散乱光のうち一方は、エッジフィルター21、レンズ30を介して分光器22に入射する。分光した光はCCD検出器23によって検出され、スペクトル記録用PC24などを用いてスペクトルを記録する。
なお、CCD検出器23の代わりに、アバランシェフォトダイオードや光電子倍増管などを使っても良い。
一方、分割した散乱光のもう一方は、次に設置されたビームスプリッター18、レンズ31を介して光電子倍増管25で検出する。光電子倍増管25の代わりにフォトダイオードなどを用いても良い。
測定部位近傍における光の照射位置とプローブの相対的位置とを補正するドリフト補正信号として、以下に具体的に説明するように、プローブの振動における周波数の2倍の周波数を参照信号とし、光電子倍増管25で得られた検出信号を入力信号としてロックインアンプ27に入力して検出するように構成されている。
One of the divided scattered lights enters the
Instead of the
On the other hand, the other of the divided scattered light is detected by the
As a drift correction signal that corrects the irradiation position of light in the vicinity of the measurement site and the relative position of the probe, as will be described in detail below, a frequency twice the frequency of probe vibration is used as a reference signal, and photoelectron multiplication is performed. The detection signal obtained by the
散乱型近接場顕微鏡において、近接場散乱光強度はプローブと試料間の距離にたいして指数関数的に減衰する。
このような系において、プローブと試料間の距離と時間の間に周波数ωの正弦的な変調があると、近接場散乱光強度は、周波数ωの2倍以上の整数倍(2ω、3ω…)で変調されたものと相関がある。
一方、プローブもしくは、試料で散乱された散乱光の強度は、プローブと試料間の距離の変調周期と同じ周期(ω)で変調する。したがって、散乱光のうち2ω以上で変調する信号をロックインアンプで検出すれば、検出した信号の強度が強い位置と近接場散乱光の発生する位置が精度よく一致する。
すなわち、ドリフト補正の信号として、散乱光のうち2ω以上で変調した成分をロックイン検出により検出し、その検出した信号の強度が最大になるように照射位置とプローブの先端位置を重ね合わせる相対位置を調整する。これにより、ドリフト補正の位置精度を高めることができる。
したがって、プローブ10が振動している周波数の2倍以上を参照信号としてロックイン検出を行い、検出した信号をドリフト制御用PC(ドリフト補正制御機構)28に入力する。
In the scattering near-field microscope, the intensity of the near-field scattered light attenuates exponentially with respect to the distance between the probe and the sample.
In such a system, when there is a sinusoidal modulation of the frequency ω between the distance between the probe and the sample and the time, the near-field scattered light intensity is an integer multiple (2ω, 3ω. There is a correlation with the one modulated by.
On the other hand, the intensity of scattered light scattered by the probe or the sample is modulated with the same period (ω) as the modulation period of the distance between the probe and the sample. Therefore, if a signal modulated at 2ω or more of the scattered light is detected by the lock-in amplifier, the position where the intensity of the detected signal is strong matches the position where the near-field scattered light is generated.
That is, as a drift correction signal, a component modulated at 2ω or more of the scattered light is detected by lock-in detection, and the irradiation position and the probe tip position are overlapped so that the intensity of the detected signal is maximized. Adjust. Thereby, the position accuracy of drift correction can be improved.
Therefore, lock-in detection is performed using a reference signal that is at least twice the frequency at which the
ドリフト制御用PC28は、XYZステージ16を操作できるように構成されており、ロックイン検出した信号が最大になるように、XYZステージ16のXY軸を動かして、光の集光位置とプローブ10の先端の相対位置が最適になるようにドリフトの補正を行う。
ここで、試料に照射する光と散乱された光の光路を分岐するために設けられた、ビームスプリッター19で分割された光の一方を、分光器22に取り付けられたCCD検出器23で検出し、分割された光の他方は、ビームスプリッター18を介して光電子倍増管25で検出し、ドリフト補正用の信号として使用している。そのため、実際の測定を行う信号量を減衰させることなく、同時にドリフト補正の信号を取得することができる。
したがって、長時間に渡って信号の強い状態を保つことができ、測定データのS/N比を向上させることが可能となる。
The
Here, a
Therefore, a strong signal state can be maintained for a long time, and the S / N ratio of measurement data can be improved.
以下に、本発明の実施例について説明する。
[実施例1]
実施例1として、反射型の散乱型近接場顕微鏡を使用した構成例について、図1を用いて説明する。
本実施例では、AFMとして、チューニングフォークを用いたシェアフォース型の装置を使用した。
φ0.1μmの金線を電解研磨により尖鋭化し、約0.5μmの長さに切断したものをプローブ10として使用した。
プローブ10はチューニングフォーク12に接着して、アクチュエーター13付きのフォルダに取り付けた。プローブ10を取り付けたチューニングフォーク12の共振周波数を測定したところ23kHzであった。
AFMの測定は、プローブを共振周波数で振幅させ、振幅幅の減衰が一定になるように距離制御を行う、ノンコンタクトモードで行った。
Examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
As Example 1, a configuration example using a reflective scattering near-field microscope will be described with reference to FIG.
In this embodiment, a share force type apparatus using a tuning fork is used as the AFM.
A gold wire having a diameter of 0.1 μm was sharpened by electropolishing and cut into a length of about 0.5 μm was used as the
The
The AFM measurement was performed in a non-contact mode in which the probe was oscillated at the resonance frequency and the distance was controlled so that the attenuation of the amplitude width was constant.
プローブ10先端への集光は、つぎのように行った。
光源17にはアルゴンレーザーを用い、波長514nmを使用した。
出力したレーザー光は、ビームスプリッター18、ダイクロイックビームスプリッター19、ミラー20により対物レンズ15に導き、対物レンズ15によりプローブ10先端に集光した。
プローブ10先端に集光した結果得られた散乱光を、光照射に用いたものと共通の対物レンズ15を用いて集光した。
集光した光はミラー20を介してダイクロイックビームスプリッター19に導いた。
ダイクロイックビームスプリッター19は光源17と同じ波長の光は反射するが、それより長波長の光は透過する性質を持つ。
試料11とプローブ10で散乱された光は、光源17と同じ波長のレーリー散乱光と、レーザー光より長波長のラマン散乱光が含まれている。すなわち、散乱光のうちラマン散乱光のほとんどはダイクロイックビームスプリッター19を透過し、レーリー光は反射される。
Condensing light on the tip of the
An argon laser was used as the
The output laser beam was guided to the
Scattered light obtained as a result of focusing on the tip of the
The condensed light was guided to the
The
The light scattered by the
散乱光のうちダイクロイックビームスプリッター19を透過した光は、一部透過したレーリー光を減衰するためエッジフィルター21を通し、レンズ30で集光して分光器22に入射した。
分光した光をCCD検出器23により検出し、検出した信号をスペクトル記録用PC24で処理してラマン散乱スペクトルを得た。
一方、散乱光のうちダイクロイックビームスプリッター19を反射した光は、光源17からの光と逆の光路をたどって、ビームスプリッター18により透過光と反射光に分割される。
透過光側は光源17からの光路と分離されているので、分割された散乱光を光電子倍増管25で検出する。
Of the scattered light, the light transmitted through the
The dispersed light was detected by the
On the other hand, the light reflected from the
Since the transmitted light side is separated from the optical path from the
光電子倍増管25で検出した信号は、ロックインアンプ27の入力信号に入力し、
チューニングフォーク12から出力されている、プローブ10の振幅に対応した信号は、プリアンプ29を介してロックインアンプ27の参照信号に入力して、ロックイン検出を行った。
ロックイン検出の際、近接場散乱光以外の信号を散乱光から取り除くために、参照信号の周波数を、参照信号に入力されている2倍の周波数(46kHz)を使用した。検出した信号強度はドリフト制御用PC28でモニターした。
ドリフト制御用PC28には、ロックイン検出した信号を最大化するように、対物レンズ15を設置したXYZステージ16のXY軸を走査するプログラムを組みこんだ。
The signal detected by the
The signal corresponding to the amplitude of the
At the time of lock-in detection, in order to remove signals other than near-field scattered light from the scattered light, the frequency of the reference signal was doubled (46 kHz) input to the reference signal. The detected signal intensity was monitored by a
A program for scanning the XY axes of the
ラマン散乱スペクトルを取得する際は次のような手順でおこなった。
試料のAFM測定を開始した後、プローブ10先端に光源17の光を集光して照射した。
照射の際、プローブ10先端の位置と集光位置との相対位置を調整するために、まず、プローブ10による光の散乱を観察しながら先端近傍へXYZステージ16で位置合わせを行った。
そして、最後にロックイン検出した信号をモニターしながら信号強度が最大になる位置にXYZステージ16で微調整をおこなった。
調整終了後、XYZステージ16の位置を固定して、ロックイン検出により得られた信号の経時変化を測定した結果を図2(a)に示す。図2(a)から明らかなように、時間とともに信号強度が減衰した。
次に、ロックイン検出により得られた信号を最大化するようにXYZステージを走査する機構を動作させて、ロックイン検出により得られた信号の経時変化を測定した結果を図2(b)に示す。走査機構を動作させる前と比較すると、ロックイン検出した信号の減衰を抑制することができた。
また、走査機構を動作させた場合の方が、動作させない場合よりもラマン散乱スペクトルのS/N比が向上した。
The Raman scattering spectrum was obtained by the following procedure.
After the AFM measurement of the sample was started, the light from the
At the time of irradiation, in order to adjust the relative position between the position of the tip of the
Then, the
FIG. 2A shows the result of measuring the change over time of the signal obtained by lock-in detection after fixing the position of the
Next, FIG. 2B shows the result of measuring the change over time of the signal obtained by the lock-in detection by operating the mechanism that scans the XYZ stage so as to maximize the signal obtained by the lock-in detection. Show. Compared with before the scanning mechanism was operated, the attenuation of the signal detected by lock-in could be suppressed.
Further, the S / N ratio of the Raman scattering spectrum was improved when the scanning mechanism was operated than when the scanning mechanism was not operated.
[実施例2]
実施例2として、透過型の散乱型近接場顕微鏡を使用した構成例について、図3を用いて説明する。
なお、装置の構成は実施例1と異なる部分についてのみ説明する。
試料11には、可視光を透過するガラス基板を使用した。
プローブ10先端への集光は次のように行う。光源17の光はダイクロイックビームスプリッターで反射され、対物レンズ15で集光され、試料11の裏面を透過して、プローブ10先端に集光する。
プローブ10先端で散乱された光は、試料11を透過し、対物レンズ15で集光したのち、ダイクロイックビームスプリッター19へ導いた。
[Example 2]
As Example 2, a configuration example using a transmission type scattering near-field microscope will be described with reference to FIG.
Note that the configuration of the apparatus will be described only for parts different from the first embodiment.
As the
Condensing light to the tip of the
The light scattered at the tip of the
ダイクロイックビームスプリッターを透過した光は、分光器22を介してCCD検出器23で検出しラマン散乱スペクトルを取得した。
ダイクロイックビームスプリッターを反射した光は、次のビームスプリッター18を透過して、光電子倍増管25で検出した。
光電子倍増管25で検出した信号のうち、プローブの振動周期の2倍の周期で変調する成分をロックインアンプ27で検出することによりドリフト補正用の信号を取得した。
取得した信号が最大になるようにドリフト制御用PC28でXYZステージ16を動かして、ドリフト補正を行った。
その結果、取得できるラマン散乱スペクトルのS/N比が向上した。
The light transmitted through the dichroic beam splitter was detected by the
The light reflected from the dichroic beam splitter was transmitted through the
Of the signals detected by the
The drift correction was performed by moving the
As a result, the S / N ratio of the obtainable Raman scattering spectrum was improved.
10:プローブ
11:試料
12:チューニングフォーク
13:アクチュエーター
14:XYZ微動ステージ
15:対物レンズ
16:XYZステージ
17:光源
18:ビームスプリッター
19:ビームスプリッター
20:ミラー
21:エッジフィルター
22:分光器
23:CCD検出器
24:スペクトル記録用PC
25:光電子倍増管
26:ファンクションジェネレーター
27:ロックインアンプ
28:ドリフト制御用PC
29:プリアンプ
30:レンズ
31:レンズ
10: Probe 11: Sample 12: Tuning fork 13: Actuator 14: XYZ fine movement stage 15: Objective lens 16: XYZ stage 17: Light source 18: Beam splitter 19: Beam splitter 20: Mirror 21: Edge filter 22: Spectrometer 23: CCD detector 24: spectrum recording PC
25: Photomultiplier tube 26: Function generator 27: Lock-in amplifier 28: PC for drift control
29: Preamplifier 30: Lens 31: Lens
Claims (4)
前記プローブを一定の周波数で振動させる励振機構と、
前記近接場散乱光を補正信号として検出する検出器と、
前記測定部位近傍における光の照射位置と前記プローブの相対的位置とを補正するドリフト補正信号として、前記補正信号を入力信号とし、前記プローブの振動における周波数の2倍の周波数を参照信号としてロックイン検出によって検出するドリフト補正信号検出手段と、
前記ドリフト補正信号が最大となるように、前記測定部位近傍における光の照射位置と前記プローブの相対的位置とを補正するドリフト補正制御機構と、
を有することを特徴とする近接場散乱光測定装置。 Detection that includes a probe, causes the probe to be close to the measurement site on the surface of the sample, generates near-field scattered light by irradiating the vicinity of the measurement site, and evaluates the near-field scattered light. A near-field scattered light measuring device for detecting by means,
An excitation mechanism for vibrating the probe at a constant frequency;
A detector for detecting the near-field scattered light as a correction signal;
As a drift correction signal for correcting the light irradiation position in the vicinity of the measurement site and the relative position of the probe, the correction signal is used as an input signal, and a frequency twice the frequency of the probe vibration is used as a reference signal for lock-in. Drift correction signal detection means for detecting by detection;
A drift correction control mechanism for correcting the irradiation position of light in the vicinity of the measurement site and the relative position of the probe so that the drift correction signal is maximized;
A near-field scattered light measuring apparatus comprising:
前記分割された一方の近接場散乱光は分光器を介して前記試料の評価を行う検出手段に導かれ、
前記分割された他方の近接場散乱光は前記補正信号の検出手段に導かれることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の近接場散乱光測定装置。 Near-field scattered light generated by irradiating light in the vicinity of the measurement site is divided by a beam splitter,
The one of the divided near-field scattered lights is guided to a detection means for evaluating the sample through a spectroscope,
3. The near-field scattered light measuring apparatus according to claim 1, wherein the other divided near-field scattered light is guided to the correction signal detecting means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012205920A JP2014059273A (en) | 2012-09-19 | 2012-09-19 | Near-field scattered light measuring device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2015178201A1 (en) * | 2014-05-22 | 2015-11-26 | 株式会社日立製作所 | Scanning probe microscope and sample observation method using same |
-
2012
- 2012-09-19 JP JP2012205920A patent/JP2014059273A/en active Pending
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