JP3517818B2 - Near field microscope - Google Patents

Near field microscope

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JP3517818B2
JP3517818B2 JP16402597A JP16402597A JP3517818B2 JP 3517818 B2 JP3517818 B2 JP 3517818B2 JP 16402597 A JP16402597 A JP 16402597A JP 16402597 A JP16402597 A JP 16402597A JP 3517818 B2 JP3517818 B2 JP 3517818B2
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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】本発明は、近接視野顕微鏡に
係わり、特に、汎用的、かつ解像度の高い観測結果が得
られる近接視野顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a near-field microscope, and more particularly to a near-field microscope that is versatile and that can obtain observation results with high resolution.

【0002】[0002]

【従来の技術】光を利用した光学顕微鏡は、被観測物体
(試料)の凹凸情報だけなく、偏光あるいは波長依存性
観測などに広く用いられ、これが被観測物体の特性把握
に有用であることはいうまでもない。通常の光顕微鏡に
おいて空間分解能は、光の回折限界で制限される。そし
て、一般に光学顕微鏡の分解能は、おおよそ(光の波
長)/(レンズの開口数)で与えられ、その値は、おお
よそ波長のオーダであることはよく知られている。即
ち、通常の光学顕微鏡による偏光・波長依存性の観測に
は、原理的な分解能の限界がある。
2. Description of the Related Art Optical microscopes using light are widely used for not only unevenness information of an object to be observed (sample) but also polarization or wavelength dependence observation, which is not useful for grasping characteristics of the object to be observed. Needless to say. In an ordinary light microscope, the spatial resolution is limited by the diffraction limit of light. It is well known that the resolution of an optical microscope is generally given by (wavelength of light) / (numerical aperture of lens), and its value is on the order of wavelength. That is, there is a theoretical limit to the resolution in the observation of polarization / wavelength dependence by an ordinary optical microscope.

【0003】この限界を打破する手段として、近接視野
顕微鏡が知られている。一般に光が照射された被観測物
体からは散乱光が生じ、この散乱光は、無限遠方まで伝
播する成分と被観測物体の近傍に局在する非伝播成分の
2つの成分から成っている。非伝播成分は、被観測物体
から遠ざかるに従って急激に減衰し、被観測物体の微細
構造の大きさ程度の距離にしか存在しない。被観測物体
の構造空間周波数のうち、伝播成分は光の波長程度の大
きさの成分しか伝えない。
A near-field microscope is known as a means for overcoming this limitation. Generally, scattered light is generated from the observed object irradiated with light, and this scattered light is composed of two components, a component propagating to infinity and a non-propagating component localized near the observed object. The non-propagating component is rapidly attenuated as it moves away from the object to be observed, and exists only at a distance about the size of the fine structure of the object to be observed. Of the structural spatial frequency of the observed object, the propagation component transmits only a component having a size as large as the wavelength of light.

【0004】通常の光学顕微鏡は、光検出器を被観測物
体の遠方に配置し散乱光のうち伝播成分しか検出してい
ないので、原理的に波長程度の空間分解能しか実現でき
ない。これに対して、近接視野顕微鏡は、被観測物体と
光検出器を近づけ、被観測物体の近傍にしか存在しない
非伝播成分を検出する。
Since an ordinary optical microscope has a photodetector arranged at a distance from an object to be observed and detects only a propagating component of scattered light, in principle, only a spatial resolution of about the wavelength can be realized. On the other hand, the near-field microscope brings the observed object close to the photodetector, and detects the non-propagating component existing only in the vicinity of the observed object.

【0005】この非伝播成分は、被観測物体構造の波長
以下の空間周波数成分を含んでいる。近接視野顕微鏡で
は、被観測物体からの散乱光のうちの非伝播成分を検出
することにより、波長以下の空間分解能を実現すること
ができる。
This non-propagating component contains a spatial frequency component equal to or less than the wavelength of the structure of the object to be observed. A near-field microscope can realize a spatial resolution of a wavelength or less by detecting a non-propagating component in scattered light from an observed object.

【0006】実際の近接視野顕微鏡では、プローブを被
観測物体に近づけ、被観測物体からの非伝播光を散乱さ
せ、プローブ先端からの散乱光を光検出器で検出する。
分解能はプローブ先端のサイズ程度となるので、分解能
を向上させるためには、プローブ先端のサイズを小さく
する必要がある。現在有効サイズ径が10nmオーダの
プローブが用いられている。
In an actual near-field microscope, a probe is brought close to an object to be observed, non-propagating light from the object to be observed is scattered, and scattered light from the tip of the probe is detected by a photodetector.
Since the resolution is about the size of the probe tip, it is necessary to reduce the size of the probe tip in order to improve the resolution. Currently, a probe having an effective size diameter on the order of 10 nm is used.

【0007】しかしながら、近接視野顕微鏡において、
プローブ先端の有効サイズを小さくすると、それによる
散乱光の強度は急激に低下する。また、被観測物体を照
明する照明光は、プローブ先端のサイズより十分大きな
範囲の被観測物体を照明する。そのため、プローブ先端
からの散乱光の強度よりも背景光の強度の方が大きくな
り、SN比良く近接視野像を得るためには、この背景光
強度を低減させる必要がある。
However, in the near field microscope,
When the effective size of the probe tip is reduced, the intensity of the scattered light due to it is drastically reduced. Further, the illumination light that illuminates the observed object illuminates the observed object in a range sufficiently larger than the size of the probe tip. Therefore, the intensity of the background light becomes larger than the intensity of the scattered light from the tip of the probe, and it is necessary to reduce the background light intensity in order to obtain a near field image with a good SN ratio.

【0008】近接視野顕微鏡において、従来、この背景
光の強度を低減させる方法として、エバネッセント光照
明法あるいは微小開口型プローブを用いる方法が知られ
ている。
In the near-field microscope, as a conventional method for reducing the intensity of the background light, an evanescent light illuminating method or a method using a fine aperture type probe is known.

【0009】エバネッセント光照明法は、被観測物体の
波長程度の近傍にしか局在しないエバネッセント光を発
生させる方法で、プローブが近づいた部分の被観測物体
からのエバネッセント光をプローブ先端で散乱光に変換
し検出する。それ以外の部分の被観測物体からのエバネ
ッセント光は光検出器に到達しないので、背景光を低減
させることができる。
The evanescent light illumination method is a method of generating evanescent light that is localized only in the vicinity of the wavelength of the object to be observed. Convert and detect. Since the evanescent light from the other part of the observed object does not reach the photodetector, the background light can be reduced.

【0010】また、微小開口型プローブを用いる方法で
は、先端部の微小開口を残して、照射光を吸収する物体
で被覆したプローブを用いる。先端の微小開口を通して
のみ被観測物体からの光が光検出器に到達するので、背
景光を低減させることができる。
Further, in the method using the micro-aperture type probe, a probe coated with an object that absorbs the irradiation light is used while leaving the micro-aperture at the tip. Since the light from the observed object reaches the photodetector only through the minute opening at the tip, the background light can be reduced.

【0011】図5は、従来のエバネッセント光照明法を
採用した近接視野顕微鏡の概略構成を示す模式図であ
る。
FIG. 5 is a schematic view showing a schematic structure of a near-field microscope adopting a conventional evanescent light illumination method.

【0012】同図において、1は光源、2はプリズム、
3は被観測物体、4はエバネッセント光、5は光検出
器、9は走査機構、91はプローブ、92はプローブ9
1に設けた探針、501は集光用レンズ等の光学系、5
02はプリアンプである。
In the figure, 1 is a light source, 2 is a prism,
3 is an observed object, 4 is evanescent light, 5 is a photodetector, 9 is a scanning mechanism, 91 is a probe, and 92 is a probe 9.
1, a probe 501, an optical system 501 such as a condenser lens,
02 is a preamplifier.

【0013】同図に示すように、光源1とプリズム2と
は、光源1からの照射光7がプリズム2の上面で全反射
するように配置される。ここで、この光源1の中心波長
はλとする。このような配置関係の場合に、同図中に摸
式的に示すように、プリズム2の上面にはエバネッセン
ト光4と呼ばれる波長(λ)程度だけの光のしみ出しが
生ずる。このエバネッセント光4は被観測物体3で変調
される。
As shown in the figure, the light source 1 and the prism 2 are arranged so that the irradiation light 7 from the light source 1 is totally reflected on the upper surface of the prism 2. Here, the central wavelength of the light source 1 is λ. In the case of such an arrangement relationship, as shown schematically in the same figure, the exudation of light of a wavelength (λ) called evanescent light 4 occurs on the upper surface of the prism 2. The evanescent light 4 is modulated by the observed object 3.

【0014】この変調されたエバネッセント光4を、プ
ローブ91に設けた探針92により散乱し、その散乱光
を散乱光集光用レンズ等の光学系501で集光した後、
光検出器5で電気信号(光電流)に変換し、プリアンプ
502で増幅する。さらに、走査機構9によりプローブ
91に設けた探針92を被観測物体3の面内で走査する
ことにより、2次元的な光分布像を得ることができる。
The modulated evanescent light 4 is scattered by the probe 92 provided on the probe 91, and the scattered light is condensed by the optical system 501 such as a scattered light condensing lens.
It is converted into an electric signal (photocurrent) by the photodetector 5 and amplified by the preamplifier 502. Further, by scanning the probe 92 provided on the probe 91 with the scanning mechanism 9 in the plane of the observed object 3, a two-dimensional light distribution image can be obtained.

【0015】探針92の先端は波長(λ)以下になるよ
うに先鋭化してあり、その先端からエバネッセント光4
が散乱する。空間分解能は、探針92の先端の曲率の直
径程度である。また、エバネッセント光4は、被観測物
体3の付近に局在し、被観測物体3から離れるにしたが
って急激に減衰し、光検出器5まで到達しないので、こ
れにより、背景光を低減させることができる。
The tip of the probe 92 is sharpened so as to have a wavelength (λ) or less, and the evanescent light 4 is emitted from the tip.
Are scattered. The spatial resolution is about the diameter of the curvature of the tip of the probe 92. Further, the evanescent light 4 is localized in the vicinity of the object 3 to be observed, and is abruptly attenuated as it moves away from the object 3 to be observed, and does not reach the photodetector 5, so that the background light can be reduced. it can.

【0016】このエバネッセント光照明法については、
下記文献(イ)に記載されている。
Regarding this evanescent light illumination method,
It is described in the following document (a).

【0017】(イ)Appl.Phys.Lett,(1993),vol.62(5),
p461 図6は、従来の微小開口型プローブを採用した近接視野
顕微鏡の概略構成を示す模式図である。
(A) Appl.Phys.Lett, (1993), vol.62 (5),
p461 FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a near-field microscope adopting a conventional microaperture probe.

【0018】同図において、1は光源、3は被観測物
体、5は光検出器、9は走査機構、20は試料台、63
は微小開口、612は先端を先鋭化した光ファイバ(プ
ローブ)、622は金属層である。ここで、金属層62
2は、光ファイバ612の先端に直径が(λ)以下の微
小開口63が形成されるように被覆されている。
In the figure, 1 is a light source, 3 is an object to be observed, 5 is a photodetector, 9 is a scanning mechanism, 20 is a sample stage, and 63.
Is a minute aperture, 612 is an optical fiber (probe) with a sharpened tip, and 622 is a metal layer. Here, the metal layer 62
No. 2 is coated so that a minute opening 63 having a diameter of (λ) or less is formed at the tip of the optical fiber 612.

【0019】被観測物体3を透過した、光源1からの照
射光7のうち、光ファイバ直下の照射光32は、微小開
口63を通過して光検出器5に到達し、電気信号に変換
される。走査機構9により光ファイバ612を被観測物
体3の面内で2次元的に走査することにより、被観測物
体3の2次元像を得ることができる。
Of the irradiation light 7 from the light source 1 that has passed through the object 3 to be observed, the irradiation light 32 immediately below the optical fiber passes through the minute aperture 63, reaches the photodetector 5, and is converted into an electric signal. It A two-dimensional image of the observed object 3 can be obtained by two-dimensionally scanning the optical fiber 612 in the plane of the observed object 3 by the scanning mechanism 9.

【0020】この場合に、被観測物体3を透過した照射
光7のうち、光ファイバ直下の照射光以外の照射光であ
る背景光31は金属層622で反射・吸収され、光検出
器5には到達しない。これにより、背景光を低減させる
ことができ、また、分解能は微小開口63の直径にほぼ
等しいので、回析限界を打破する分解能が可能である。
In this case, of the irradiation light 7 transmitted through the object 3 to be observed, the background light 31 which is the irradiation light other than the irradiation light directly below the optical fiber is reflected and absorbed by the metal layer 622, and is reflected by the photodetector 5. Does not reach. As a result, the background light can be reduced, and the resolution is almost equal to the diameter of the minute aperture 63, so that the resolution that breaks the diffraction limit is possible.

【0021】この微小開口型プローブを用いる方法につ
いては、下記文献(ロ)に記載されている。
The method using this microaperture probe is described in the following document (b).

【0022】(ロ)Science,(1992),vol.257,p189(B) Science, (1992), vol.257, p189

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
5および図6に示す従来の近接顕微鏡では、以下に示す
ような問題点があった。
However, the conventional proximity microscopes shown in FIGS. 5 and 6 have the following problems.

【0024】図5に示すエバネッセント光照射方法で
は、エバネッセント光4の生じる部分の面積が広い場合
に、被観測物体3の凹凸、あるいは微小な埃等により生
じる散乱光が背景光となる。即ち、背景光の除去のため
には、光源1からの照射光7の全反射する部分の大きさ
を制限する(絞る)ための光学系が必要となり、光学系
が複雑で制約が多くなるという問題点があった。
In the evanescent light irradiation method shown in FIG. 5, when the area of the part where the evanescent light 4 is generated is large, the scattered light generated by the unevenness of the observed object 3 or minute dust or the like becomes the background light. That is, in order to remove the background light, an optical system for limiting (squeezing) the size of the totally reflected portion of the irradiation light 7 from the light source 1 is required, and the optical system is complicated and has many restrictions. There was a problem.

【0025】さらに、このエバネッセント光4を用いる
方法では、エバネッセント光4のしみ出しの長さ以上の
高さを有する被観測物体3には照射光が届かないため、
凹凸が大きなもの、あるいは厚さの大きな被観測物体3
の観測は困難であり、被観測物体3は、薄膜か透明な平
板状のものにしか適用が難しいという問題点があった。
Further, in the method using the evanescent light 4, the irradiation light does not reach the observed object 3 having a height equal to or more than the length of the seeping out of the evanescent light 4.
Objects with large irregularities or objects with large thickness 3
However, the object 3 to be observed is difficult to apply only to a thin film or a transparent plate-like object.

【0026】このような被観測物体3の制限をなくすた
めには、照明光7を被観測物体3に対してプローブ91
と同じ側から照射するという反射型照明をする必要があ
る。しかし、反射型照明では、エバネッセント光4を用
いて被観測物体3を照明することができない。即ち、図
5に示すエバネッセント光照射方法では、観測できる被
観測物体3に制限があるという問題点があった。
In order to eliminate such limitation of the object 3 to be observed, the illumination light 7 is applied to the object 3 to be observed by the probe 91.
It is necessary to use reflection type illumination that irradiates from the same side. However, the reflection type illumination cannot illuminate the observed object 3 with the evanescent light 4. That is, the evanescent light irradiation method shown in FIG. 5 has a problem that there is a limit to the observed object 3 that can be observed.

【0027】図6に示す微小開口型プローブを用いる方
法では、先鋭化した光ファイバ(プローブ)612の先
端に10nmオーダの微小開口63を作製する必要があ
る。従来の微小開口の作製法では量産性に乏しいこと、
また、光ファイバ612は観測中に壊れやすく工業化に
向かないという問題点があった。
In the method using the micro-aperture type probe shown in FIG. 6, it is necessary to form the micro-aperture 63 on the order of 10 nm at the tip of the sharpened optical fiber (probe) 612. The conventional method of making microscopic apertures has poor mass productivity,
In addition, the optical fiber 612 is easily broken during observation and is not suitable for industrialization.

【0028】また、図6に示す金属層622としてアル
ミニウムが用いられるが、アルミニウムの可視光に対す
る吸収係数は15nm程度であり、金属層622の厚さ
としては数10nm程度が必要となる。そのため、光フ
ァイバ612の先端径は50nm程度以上となる。即
ち、光ファイバ612の先端径は、微小開口63の開口
径よりも大きくなる。
Although aluminum is used as the metal layer 622 shown in FIG. 6, the absorption coefficient of aluminum for visible light is about 15 nm, and the thickness of the metal layer 622 needs to be about several tens of nm. Therefore, the tip diameter of the optical fiber 612 is about 50 nm or more. That is, the tip diameter of the optical fiber 612 is larger than the opening diameter of the minute opening 63.

【0029】一般に、近接視野顕微鏡において、凹凸の
ある被観測物体3から高分解能な光学情報を得るために
は、被観測物体3とプローブ(91,612)の先端と
の間の間隙制御は必須である。この場合に、図6に示す
微小開口型プローブを用いる方法では、間隙制御の被観
測物体3内の空間分解能は、金属層(アルミニウム膜)
622を含めた光ファイバ612の先端径程度で、光学
的空間分解能は微小開口63の開口径程度であるため、
間隙制御の空間分解能の方が光学空間分解能より低く、
光学的空間分解能が間隙制御の空間分解能に制限される
恐れがあった。
Generally, in the near-field microscope, in order to obtain high-resolution optical information from the object 3 to be observed, which has irregularities, it is necessary to control the gap between the object 3 to be observed and the tip of the probe (91, 612). Is. In this case, in the method using the micro-aperture probe shown in FIG. 6, the spatial resolution in the object 3 to be observed in the gap control is the metal layer (aluminum film).
Since the optical spatial resolution is about the tip diameter of the optical fiber 612 including 622 and the aperture diameter of the minute aperture 63,
The spatial resolution of the gap control is lower than the optical spatial resolution,
The optical spatial resolution could be limited to the spatial resolution of the gap control.

【0030】さらに、図6に示す微小開口型プローブを
用いる方法において、被観測物体3の制限をなくすため
に反射型照明を行う場合の方法として、図7に示すよう
に、光源1からの照明光701を光ファイバ612を通
して微小開口63から被観測物体3に照射する。そし
て、再び微小開口63から入射され光ファイバ612を
通ってきた光(被観測物体3で反射し被観測物体3の光
学情報を含んだ信号光)702を検出する方法がある
が、微少開口63を2回通るため信号光は非常に小さく
なってしまい十分な光量が得られない恐れがある。
Further, in the method using the micro-aperture probe shown in FIG. 6, as a method for performing the reflection type illumination in order to eliminate the limitation of the object 3 to be observed, as shown in FIG. The light 701 is irradiated through the optical fiber 612 from the minute opening 63 onto the observed object 3. Then, there is a method of detecting the light 702 (signal light that is reflected by the object 3 to be observed and includes optical information of the object 3 to be observed) that has entered the minute aperture 63 and passed through the optical fiber 612. Since the signal light passes through twice, there is a possibility that a sufficient amount of light cannot be obtained because the signal light becomes very small.

【0031】また、被観測物体3の制限をなくすために
反射型照明を行う場合の他の方法として、図8に示すよ
うに、集光用レンズ等の光学系501と光検出器5とを
光ファイバ612の外側に置き、光源1からの照明光7
01を光ファイバ612を通して微小開口63から被観
測物体3に照射する。そして、被観測物体3から反射し
た703光を、集光用レンズ等の光学系501で集光し
た後、光検出器5で電気信号に変換することにより、被
観測物体3から反射した光703を光ファイバ612を
介さずに検出する方法があるが、光ファイバ612の外
側で集光できる光は、数10nmある金属層622の厚
み分だけ微小開口63から被観測物体3の表面付近を通
り光ファイバ612外に抜けた光703のみである。
As another method for performing the reflection type illumination in order to eliminate the limitation of the object to be observed 3, as shown in FIG. 8, an optical system 501 such as a condenser lens and a photodetector 5 are used. The illumination light 7 from the light source 1 is placed outside the optical fiber 612.
01 is irradiated through the optical fiber 612 from the minute opening 63 to the object 3 to be observed. Then, the 703 light reflected from the observed object 3 is condensed by the optical system 501 such as a condensing lens and then converted into an electric signal by the photodetector 5, so that the light 703 reflected from the observed object 3 is converted. There is a method of detecting the light without passing through the optical fiber 612, but the light that can be condensed outside the optical fiber 612 passes through the minute opening 63 near the surface of the observed object 3 by the thickness of the metal layer 622 of several tens nm. It is only the light 703 that has passed out of the optical fiber 612.

【0032】しかも、金属層622の部分と被観測物体
3の表面との間隙は、光源1からの照明光701の波長
以下であるため、その間隙での光の多重反射によって干
渉が生じる恐れがあり、また、金属層622の厚みの外
側では、光検出器5で電気信号に変換するための十分な
光量が得られない恐れがある。さらに、光検出器5で電
気信号に変換される光の立体角も制限されるという問題
がある。
Moreover, since the gap between the portion of the metal layer 622 and the surface of the object 3 to be observed is equal to or less than the wavelength of the illumination light 701 from the light source 1, interference may occur due to multiple reflection of light in the gap. However, outside the thickness of the metal layer 622, there is a possibility that a sufficient amount of light for converting into an electric signal by the photodetector 5 cannot be obtained. Further, there is a problem that the solid angle of light converted into an electric signal by the photodetector 5 is also limited.

【0033】また、この逆の光路をとり、光ファイバ6
12の外側から微小開口付近の被観測物体3へ光を集光
し、被観測物体3で反射され微小開口63に入射される
光を光ファイバ612を介して検出する方法も、前記し
た場合と同様に十分な光量が得られない恐れがあること
は言うまでもない。即ち、図6に示す微小開口型プロー
ブでは、反射型照明は困難であり、観測できる被観測物
体3に制限が生じるという問題点があった。
The optical path opposite to this is taken and the optical fiber 6
The method of collecting light from the outside of 12 to the observed object 3 in the vicinity of the minute aperture and detecting the light reflected by the observed object 3 and incident on the minute aperture 63 via the optical fiber 612 is the same as in the above case. Similarly, it goes without saying that a sufficient amount of light may not be obtained. That is, the micro-aperture probe shown in FIG. 6 has a problem in that reflection-type illumination is difficult and the observed object 3 that can be observed is limited.

【0034】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、本発明の目的は、近接視
野顕微鏡において、プローブ先端に点光源が構成される
ようにして、簡単な光学系で背景光を低減することが可
能となる技術を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a simple point light source at the probe tip in a near-field microscope. It is an object of the present invention to provide a technique capable of reducing background light with an optical system.

【0035】本発明の他の目的は、近接視野顕微鏡にお
いて、プローブ先端に点光源が構成されるようにして、
反射型照明を可能とし、かつ観測できる被観測物体に制
限がなく、工業化に適した技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a point light source at the probe tip in a near field microscope,
An object of the present invention is to provide a technique suitable for industrialization, which enables reflective illumination and has no limitation on the observed object.

【0036】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0037】[0037]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。
Among the inventions disclosed in the present application, a brief description will be given to the outline of typical ones.
It is as follows.

【0038】観測物体に対して中心波長λの入力光を
照射する光照射手段と、前記中心波長λの入力光を透過
する材料で構成されるプローブと、前記プローブの前記
被観測物体に最も近接した部分に設けられ前記光照射手
段からの入力光の波長よりも短波長の光を出力し、前記
被観測物体に対して、前記短波長の光を照射する点光源
となる赤外可視変換蛍光体と、前記短波長の光が前記被
観測物体との近接場で変調された光を検出する光検出手
段と、前記プローブとの相対的な位置関係を変化させる
走査手段とを有する近接視野顕微鏡であって前記光照
射手段は、前記被観測物体の表面に対して、前記プロー
ブと空間的に同一の領域から入力光を照射し、前記被観
測物体と前記プローブとの距離がλ以下であることを特
徴とする。
Light irradiating means for irradiating the object to be observed with the input light having the central wavelength λ, and transmitting the input light having the central wavelength λ
A probe made of a material to be provided, which is provided in a portion closest to the observed object of the probe, outputs light having a shorter wavelength than the wavelength of the input light from the light irradiation means , and
Point light source that irradiates the object to be observed with the light of the short wavelength
The infrared-visible conversion phosphor and the short wavelength light are
Light detecting means for detecting the light modulated by the near field of the observation object, a proximity field microscopy to have a scanning means for changing the relative positional relationship between the probe, the light irradiation
The means for projecting the projection on the surface of the observed object
The input light is radiated from a region spatially identical to the probe, and the distance between the object to be observed and the probe is λ or less.

【0039】即ち、本発明では、光波長変換手段をプロ
ーブの先端に付加し、照明光には、例えば、中心波長λ
の赤外線を用い、この中心波長λの赤外線を光波長変換
手段で可視光に変換し、光検出手段で、当該変換された
可視光のみを検出する。
That is, in the present invention, the light wavelength conversion means is added to the tip of the probe, and the illumination light has, for example, a central wavelength λ.
The infrared ray having the center wavelength λ is converted into visible light by the light wavelength conversion means, and only the converted visible light is detected by the light detection means.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0041】なお、実施の形態を説明するための全図に
おいて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。
In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same functions are designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【0042】[実施の形態1]図1は、本発明の一実施
の形態である近接視野顕微鏡の概略構成を示す模式図で
ある。
[First Embodiment] FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a near-field microscope which is an embodiment of the present invention.

【0043】本実施の形態は、背景光の低減と、より汎
用的な被観測物体の観測を目的とするものであり、図1
においては、片持ち梁状プローブを用いた場合について
説明する。
The purpose of this embodiment is to reduce background light and to observe a more general object to be observed.
In, the case of using a cantilever beam-shaped probe will be described.

【0044】図1において、3は被観測物体、9は走査
機構、11は赤外線光源、20は試料台、51は光検出
器、81はレーザ光源、82はレーザスポットの位置検
出器、91は片持ち梁状プローブ、92は片持ち梁状プ
ローブ91の先端に設けられた探針、100は赤外可視
変換蛍光体、501は集光用レンズ等の光学系、502
はプリアンプ、503は波長フィルタである。赤外線光
源11は、例えば、波長1.5μmの赤外線を被観測物
体3に照射する。片持ち梁状プローブ91の先端には先
鋭化された探針92が設けられる。
In FIG. 1, 3 is an object to be observed, 9 is a scanning mechanism, 11 is an infrared light source, 20 is a sample stage, 51 is a photodetector, 81 is a laser light source, 82 is a laser spot position detector, and 91 is A cantilevered probe, 92 is a probe provided at the tip of the cantilevered probe 91, 100 is an infrared-visible conversion phosphor, 501 is an optical system such as a condenser lens, 502
Is a preamplifier and 503 is a wavelength filter. The infrared light source 11 irradiates the observed object 3 with infrared light having a wavelength of 1.5 μm, for example. A sharpened probe 92 is provided at the tip of the cantilever probe 91.

【0045】レーザ光源81と、レーザスポットの位置
検出器82とは、片持ち梁状プローブ91と被観測物体
3との間隙を制御するためのものである。片持ち梁状プ
ローブ91の先端に設けられた探針92の先端と被観測
物体3の間に働く原子間力が変化すると、片持ち梁状プ
ローブ91で反射されたレーザ光源81の反射光のスポ
ット位置が変化する。この変化をレーザスポットの位置
検出器82で検出し、このレーザスポットの位置検出器
82からの信号に基づいて、探針92の先端と被観測物
体3との間隔を走査機構9で制御する。
The laser light source 81 and the laser spot position detector 82 are for controlling the gap between the cantilever probe 91 and the object 3 to be observed. When the atomic force acting between the tip of the probe 92 provided at the tip of the cantilever-shaped probe 91 and the observed object 3 changes, the reflected light of the laser light source 81 reflected by the cantilever-shaped probe 91 changes. The spot position changes. This change is detected by the laser spot position detector 82, and the distance between the tip of the probe 92 and the observed object 3 is controlled by the scanning mechanism 9 based on the signal from the laser spot position detector 82.

【0046】この探針92の先端と被観測物体3の間に
働く原子間力から、探針92と被観測物体3との間隙を
制御する方法は、下記文献(ハ)に記載されている光て
こ法と呼ばれる方法であり、1オングストローム以下の
分解能で制御することが可能である。
A method of controlling the gap between the probe 92 and the observed object 3 from the atomic force acting between the tip of the probe 92 and the observed object 3 is described in the following document (C). This method is called an optical lever method, and can be controlled with a resolution of 1 angstrom or less.

【0047】(ハ)Applyed Physics Letters (1988)vo
l.53,p1045 探針92の先端には赤外可視変換蛍光体100が10n
mオーダ径の大きさで付加されている。赤外可視変換蛍
光体とは、下記文献(ニ)に記載されているように、赤
外光(波長0.8〜1.6μm)を吸収し、可視光(一
般的に波長0.3〜0.8μm)を放出する蛍光物質で
ある。
(C) Applyed Physics Letters (1988) vo
l.53, p1045 Infrared-visible conversion phosphor 100 is 10n at the tip of the probe 92.
The size is added in the order of m. The infrared-visible conversion phosphor absorbs infrared light (wavelength 0.8 to 1.6 μm) and emits visible light (generally wavelength 0.3 to, as described in the following document (d)). It is a fluorescent substance that emits 0.8 μm).

【0048】(ニ)Appl.Phys.Lett.39(8),1981,pp587,
Appl.Phys.Lett.65(2),1994,p129 この赤外可視変換蛍光体100の材料として、Er3+
イオンを含むものでは、塩化物、酸化物、硫化物、フッ
化物、オキシハロゲン化物などが知られている。本実施
の形態では、赤外可視変換蛍光体100として、Er3+
イオンを含むYCl3,PbCl2,KCl,ErCl3
等の塩化物の混合物の焼結体を用いた場合について説明
する。これらの材料は、1.5μmの波長の光を吸収
し、0.55μmの波長の光を発光するものである。
(D) Appl. Phys. Lett. 39 (8), 1981, pp587,
Appl.Phys.Lett.65 (2), 1994, p129 As a material of the infrared-visible conversion phosphor 100, Er 3+
Among those containing ions, chlorides, oxides, sulfides, fluorides, oxyhalides and the like are known. In the present embodiment, the infrared-visible conversion phosphor 100 is Er 3+.
YCl 3 , PbCl 2 , KCl, ErCl 3 containing ions
The case of using a sintered body of a chloride mixture such as These materials absorb light having a wavelength of 1.5 μm and emit light having a wavelength of 0.55 μm.

【0049】赤外可視変換蛍光体100は赤外線光源1
1からの照射光71を可視光72に変換する。これによ
り、赤外可視変換蛍光体100は被観測物体3に対して
可視光72を照射する点光源となる。
The infrared-visible conversion phosphor 100 is an infrared light source 1
The irradiation light 71 from 1 is converted into visible light 72. As a result, the infrared-visible conversion phosphor 100 becomes a point light source that irradiates the observed object 3 with the visible light 72.

【0050】可視光72は被観測物体3との近接場(図
中の41で模式的に示した)で変調され、その変調され
た光73は、集光用レンズ等の光学系501によって集
光された後、光検出器51で電気信号(光電流)に変換
され、プリアンプ502で増幅され信号光として測定さ
れる。これにより、最終的には被観測物体3の2次元的
な光分布像を得ることができる。
The visible light 72 is modulated by the near field with the object 3 to be observed (illustrated schematically by 41 in the figure), and the modulated light 73 is collected by the optical system 501 such as a condenser lens. After the light is emitted, it is converted into an electric signal (photocurrent) by the photodetector 51, amplified by the preamplifier 502, and measured as signal light. As a result, a two-dimensional light distribution image of the observed object 3 can be finally obtained.

【0051】波長フィルタ503は、赤外線の光強度を
減衰させる。したがって、光検出器51は、赤外線光源
11からの照射光71よりも可視光(72,73)に対
して感度を持つようにされている。あるいは、光検出器
51として単結晶Siフォトダイオードを用いた場合
は、一般的に波長1.2μm以上の赤外線に対する光電
変換効率は、波長0.8μm以下の10万分の1のた
め、波長1.5μmの赤外線71をほとんど検知せず、
可視光72のみを検知することができる。
The wavelength filter 503 attenuates the intensity of infrared light. Therefore, the photodetector 51 is made more sensitive to the visible light (72, 73) than the irradiation light 71 from the infrared light source 11. Alternatively, when a single crystal Si photodiode is used as the photodetector 51, the photoelectric conversion efficiency for infrared rays having a wavelength of 1.2 μm or more is generally 1 / 100,000, which is a wavelength of 0.8 μm or less. Almost no detection of infrared rays 71 of 5 μm,
Only the visible light 72 can be detected.

【0052】そのため、赤外線71の照射面積が大きく
ても、これが背景光となることはなく、10nmオーダ
径の大きさの点光源とみなせる蛍光体100からの可視
光(72,73)のみが検出の対象となる。
Therefore, even if the irradiation area of the infrared ray 71 is large, it does not become background light, and only the visible light (72, 73) from the phosphor 100, which can be regarded as a point light source with a diameter of the order of 10 nm, is detected. Be subject to.

【0053】また、片持ち梁状プローブ91がSi製の
場合、波長1.5μmの赤外光は片持ち梁状プローブ9
1に吸収されないため、片持ち梁状プローブ91側から
赤外光71を照射できる。
When the cantilever beam-shaped probe 91 is made of Si, the cantilever beam-shaped probe 9 emits infrared light having a wavelength of 1.5 μm.
The infrared light 71 can be emitted from the side of the cantilevered probe 91 because it is not absorbed by 1.

【0054】このように、本実施の形態では、エバネッ
セント光を用いずに、反射型照明をおこなうことが可能
であり、観測できる被観測物体3が、その形状、厚さ、
透明度等により制限を受けることがなくなる。これによ
り、本実施の形態では、背景光を低減すること、被観測
物体の制限を除去することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, it is possible to perform the reflection type illumination without using the evanescent light, and the observable object 3 to be observed has its shape, thickness,
It is no longer limited by transparency. As a result, in the present embodiment, it is possible to reduce the background light and remove the limitation on the observed object.

【0055】[実施の形態2]図2は、本発明の他の実
施の形態である近接視野顕微鏡の概略構成を示す模式図
である。
[Embodiment 2] FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a near-field microscope which is another embodiment of the present invention.

【0056】本実施の形態は、前記実施の形態よりもさ
らなる背景光の低減を目的とするものであり、図2にお
いては、片持ち梁状プローブを用いた場合について説明
する。
This embodiment is intended to further reduce the background light as compared with the above-mentioned embodiments, and in FIG. 2, a case where a cantilever-shaped probe is used will be described.

【0057】図2において、2はプリズム、3は被観測
物体、4は模式的に表したエバネッセント光、9は走査
機構、11は赤外線光源、51は光検出器、81はレー
ザ光源、82はレーザスポットの位置検出器、91は片
持ち梁状プローブ、92は片持ち梁状プローブ91の先
端の探針、100は赤外可視変換蛍光体、501は集光
用レンズ等の光学系、502はプリアンプ、503は波
長フィルタである。
In FIG. 2, 2 is a prism, 3 is an object to be observed, 4 is evanescent light schematically shown, 9 is a scanning mechanism, 11 is an infrared light source, 51 is a photodetector, 81 is a laser light source, and 82 is a light source. A laser spot position detector, 91 is a cantilevered probe, 92 is a probe at the tip of the cantilevered probe 91, 100 is an infrared-visible conversion phosphor, 501 is an optical system such as a condenser lens, 502 Is a preamplifier and 503 is a wavelength filter.

【0058】本実施の形態でも、片持ち梁状プローブ9
1の探針92の先端には赤外可視変換蛍光体100が1
0nmオーダ径の大きさで付加されている。赤外線光源
11からの照射光71はプリズム2の上面で全反射し、
その反対側にエバネッセント光4がしみ出す。その面に
は被観測物体3があるため、エバネッセント光4は変調
される。エバネッセント光4は被観測物体3付近に局在
し被観測物体3から離れるに従って急激に減衰し、光検
出器51までは到達しない。
Also in this embodiment, the cantilever beam-shaped probe 9 is used.
The infrared-visible conversion phosphor 100 is attached to the tip of the first probe 92.
It is added with a size of 0 nm order. Irradiation light 71 from the infrared light source 11 is totally reflected on the upper surface of the prism 2,
The evanescent light 4 exudes on the opposite side. Since the observed object 3 is on that surface, the evanescent light 4 is modulated. The evanescent light 4 is localized in the vicinity of the object 3 to be observed, abruptly attenuates as it moves away from the object 3 to be observed, and does not reach the photodetector 51.

【0059】走査機構9によって、探針92を被観測物
体3上を走査することにより、数10nmしみ出たエバ
ネッセント光4は、探針92の先端に付加された赤外可
視変換蛍光体100によって可視光72に変換され、散
乱する。この散乱光73は、集光用レンズ等の光学系5
01によって集光された後、光検出器51で電気信号
(光電流)に変換され、プリアンプ502で増幅され信
号光として測定される。これにより、最終的には被観測
物体3の2次元的な光分布像を得ることができる。
The scanning mechanism 9 scans the object 3 to be observed with the probe 92, so that the evanescent light 4 exuding several tens of nm is converted by the infrared-visible conversion phosphor 100 added to the tip of the probe 92. It is converted into visible light 72 and scattered. The scattered light 73 is generated by the optical system 5 such as a condenser lens.
After being condensed by 01, it is converted into an electric signal (photocurrent) by the photodetector 51, amplified by the preamplifier 502, and measured as signal light. As a result, a two-dimensional light distribution image of the observed object 3 can be finally obtained.

【0060】本実施の形態の場合、探針92の先端に付
加する赤外可視変換蛍光体100の大きさは10nmオ
ーダ径より大きい時でも、エバネッセント光4で照射さ
れた部分のみが散乱体として働くので、赤外可視変換蛍
光体100の実効的な大きさはエバネッセント光4のし
み出しの長さ程度となり、高分解能を得ることが可能と
なる。
In the case of the present embodiment, even when the size of the infrared-visible conversion phosphor 100 added to the tip of the probe 92 is larger than the diameter of the order of 10 nm, only the portion irradiated with the evanescent light 4 serves as a scatterer. Since it works, the effective size of the infrared-visible conversion phosphor 100 is approximately the length of the evanescent light 4 oozing out, and high resolution can be obtained.

【0061】これにより、本実施の形態では、赤外可視
変換蛍光体100の大きさが大きくても、高分解能を得
ることができるため、片持ち梁状プローブ91の作製が
容易となる。
As a result, in the present embodiment, even if the size of the infrared-visible conversion phosphor 100 is large, high resolution can be obtained, so that the cantilever-shaped probe 91 can be easily manufactured.

【0062】[実施の形態3]図3は、本発明の他の実
施の形態である近接視野顕微鏡の概略構成を示す模式図
である。
[Third Embodiment] FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a near-field microscope which is another embodiment of the present invention.

【0063】本実施の形態は、光検出器(フォトダイオ
ード)を片持ち梁状プローブに組み込み、外部の光検出
器を不要としたものである。
In the present embodiment, a photodetector (photodiode) is incorporated in a cantilever beam probe, and an external photodetector is unnecessary.

【0064】図3において、3は被観測物体、9は走査
機構、11は赤外線光源、20は試料台、81はレーザ
光源、82はレーザスポットの位置検出器、911は片
持ち梁状プローブ、92は片持ち梁状プローブ911の
先端の探針、100は赤外可視変換蛍光体、2001は
フォトダイオード、502はプリアンプ、921は信号
線である。片持ち梁状プローブ911は、先端にフォト
ダイオードを作製した片持ち梁状プローブであり、この
先端には、赤外可視変換蛍光体100が10nmオーダ
径の大きさで付加されている。
In FIG. 3, 3 is an object to be observed, 9 is a scanning mechanism, 11 is an infrared light source, 20 is a sample stage, 81 is a laser light source, 82 is a laser spot position detector, 911 is a cantilever probe, Reference numeral 92 is a probe at the tip of the cantilever probe 911, 100 is an infrared-visible conversion phosphor, 2001 is a photodiode, 502 is a preamplifier, and 921 is a signal line. The cantilevered probe 911 is a cantilevered probe having a photodiode formed at its tip, and the infrared-visible conversion phosphor 100 having a size of the order of 10 nm is added to this tip.

【0065】本実施の形態でも、赤外線光源11からの
照射光71は、赤外可視変換蛍光体100を照射する。
赤外可視変換蛍光体100は赤外線光源11からの照射
光71を可視光72に変換する。これにより、赤外可視
変換蛍光体100は被観測物体3に対して可視光72を
照射する点光源となる。
Also in this embodiment, the irradiation light 71 from the infrared light source 11 irradiates the infrared-visible conversion phosphor 100.
The infrared-visible conversion phosphor 100 converts the irradiation light 71 from the infrared light source 11 into visible light 72. As a result, the infrared-visible conversion phosphor 100 becomes a point light source that irradiates the observed object 3 with the visible light 72.

【0066】可視光72は被観測物体3との近接場で変
調され、その変調された光73は、図3(b)に示すよ
うに、片持ち梁状プローブ911のフォトダイオード2
001で電気信号(光電流)に変換され、プリアンプ5
02で電流−電圧変換ならびに増幅され、信号光として
測定される。これにより、最終的には被観測物体3の2
次元的な光分布像を得ることができる。
The visible light 72 is modulated in the near field with the object 3 to be observed, and the modulated light 73 is, as shown in FIG. 3B, the photodiode 2 of the cantilever beam probe 911.
In 001, it is converted into an electric signal (photocurrent), and the preamplifier 5
At 02, current-voltage conversion and amplification are performed, and the signal light is measured. As a result, finally 2 of the observed object 3
It is possible to obtain a three-dimensional light distribution image.

【0067】本実施の形態では、前記実施の形態2とは
異なり、被観測物体3との近接場で変調された光73
は、片持ち梁状プローブ911のフォトダイオード20
01で光信号に変換される。
In this embodiment, unlike the second embodiment, the light 73 modulated by the near field with the observed object 3 is used.
Is the photodiode 20 of the cantilevered probe 911.
At 01, it is converted into an optical signal.

【0068】このとき、フォトダイオード2001は単
結晶Siフォトダイオードのため、一般的に波長1.2
μm以上の赤外線に対する光電変換効率は、波長0.8
μm以下の10万分の1のため、波長1.5μmの赤外
線71をほとんど検知せず、可視光73のみを検知する
ことができる。したがって、背景光である赤外線71を
フィルタリングして除去することができる。これによ
り、本実施の形態では、集光用レンズ等の光学系501
と光検出器51が不要となり、装置構成を小型化・簡略
化することができる。
At this time, since the photodiode 2001 is a single crystal Si photodiode, a wavelength of 1.2 is generally used.
The photoelectric conversion efficiency for infrared rays of μm or more has a wavelength of 0.8.
Since it is 1 / 100,000 or less of μm, infrared rays 71 having a wavelength of 1.5 μm are hardly detected, and only visible light 73 can be detected. Therefore, the infrared light 71 that is the background light can be filtered and removed. Accordingly, in the present embodiment, the optical system 501 such as the condenser lens is used.
Therefore, the photodetector 51 becomes unnecessary, and the device configuration can be downsized and simplified.

【0069】図4は、図3に示す片持ち梁状プローブ9
11の一例の概略構成を示す図である。
FIG. 4 shows a cantilever beam-shaped probe 9 shown in FIG.
It is a figure which shows schematic structure of an example of 11.

【0070】図4において、21,22は電極、23は
p領域、24はn領域、231は高濃度のp領域、24
1は高濃度のn領域、30は反射防止膜、50は突起、
502はプリアンプ、921は信号線である。
In FIG. 4, reference numerals 21 and 22 are electrodes, 23 is a p region, 24 is an n region, 231 is a high-concentration p region, and 24.
1 is a high-concentration n region, 30 is an antireflection film, 50 is a protrusion,
502 is a preamplifier and 921 is a signal line.

【0071】電極21,22はアルミニウムで形成し、
電極21,22の下に、電極21,22とオーミックな
コンタクトを取るため、pおよびnの高濃度領域23
1,241を設ける。一定の電圧が印加されたpn接合
に光が入射されると、pn接合には入射光の強度に応じ
た光電流が流れるので、被観測物体3で散乱された散乱
光は、pn接合で光電流に変換され、当該光電流を測定
することにより散乱光の光強度を測定できる。
The electrodes 21 and 22 are made of aluminum,
Under the electrodes 21 and 22, in order to make ohmic contact with the electrodes 21 and 22, a high concentration region 23 of p and n is formed.
1,241 are provided. When light is incident on the pn junction to which a constant voltage is applied, a photocurrent according to the intensity of the incident light flows through the pn junction. Therefore, the scattered light scattered by the observed object 3 is reflected by the pn junction. The light intensity of scattered light can be measured by converting the current into a current and measuring the photocurrent.

【0072】また、反射防止膜30として酸化シリコン
膜を100nm程度設けて、その反射率を数%程度まで
に低減させた。反射防止膜30の材料としては、シリコ
ンに対しては屈折率が2程度の材料が適しており、酸化
シリコンの他に、例えば、窒化シリコンが有効であるの
はいうまでもない。
Further, a silicon oxide film having a thickness of about 100 nm is provided as the antireflection film 30, and the reflectance thereof is reduced to about several%. As a material of the antireflection film 30, a material having a refractive index of about 2 is suitable for silicon, and it goes without saying that silicon nitride, for example, is effective in addition to silicon oxide.

【0073】図4に示す片持ち梁状プローブ911は、
その先端部に、針状の突起50が設けられており、これ
により、被観測物体3が溝等の凹凸の大きな被観測物体
3の場合でも観測でき、汎用性という点で有利である。
The cantilever beam probe 911 shown in FIG.
Since the needle-like protrusion 50 is provided at the tip of the needle-shaped protrusion 50, the object 3 to be observed can be observed even when the object 3 to be observed has large irregularities such as grooves, which is advantageous in terms of versatility.

【0074】なお、図3に示す片持ち梁状プローブ91
1としては、図4に示す片持ち梁状プローブ911以外
に、同一出願人により既に出願済みの特願平6−222
060号に記載されているものが使用可能である。
The cantilever beam probe 91 shown in FIG.
1 includes Japanese Patent Application No. 6-222, which has already been filed by the same applicant, in addition to the cantilever beam probe 911 shown in FIG.
Those described in No. 060 can be used.

【0075】さらに、本実施の形態では、pn接合の場
合について説明したが、pn接合に代えて、PN接合に
絶縁層を挟んだpin接合、あるいはショットキー接合
(金属−半導体接合)を用いることも可能である。
Further, in the present embodiment, the case of the pn junction has been described, but instead of the pn junction, a pin junction in which an insulating layer is sandwiched between PN junctions or a Schottky junction (metal-semiconductor junction) is used. Is also possible.

【0076】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明
は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。
As described above, the invention made by the present inventor is
Although the specific description has been given based on the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and needless to say, various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

【0077】[0077]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。
The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0078】(1)本発明によれば、近接視野顕微鏡に
おいて、プローブで被観測物体表面を走査し、表面近傍
の光の強度分布を検出する際に、光学的に複雑な系を用
いず、信号光に対して背景光の少ない測定が可能とな
る。
(1) According to the present invention, in the near-field microscope, when the surface of the object to be observed is scanned by the probe and the intensity distribution of light near the surface is detected, an optically complicated system is not used, It is possible to perform measurement with less background light than signal light.

【0079】(2)本発明によれば、近接視野顕微鏡に
おいて、透過型であるエバネッセント光照明のみでな
く、反射型照明が可能になる。
(2) According to the present invention, in the near-field microscope, not only transmissive evanescent light illumination but also reflective illumination is possible.

【0080】(3)本発明によれば、被観測物体の制限
を受けることなく、汎用的で、工業化に適した近接視野
顕微鏡を提供することが可能となる。
(3) According to the present invention, it is possible to provide a near-field microscope which is versatile and suitable for industrialization without being limited by the object to be observed.

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

【図1】本発明の一実施の形態である近接視野顕微鏡の
概略構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a near-field microscope which is an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施の形態である近接視野顕微鏡
の概略構成を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a near-field microscope which is another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の実施の形態である近接視野顕微鏡
の概略構成を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a near-field microscope that is another embodiment of the present invention.

【図4】図3に示す片持ち梁状プローブの一例の概略構
成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an example of the cantilever beam probe shown in FIG.

【図5】従来のエバネッセント光照明法を採用した近接
視野顕微鏡の概略構成を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a near-field microscope adopting a conventional evanescent light illumination method.

【図6】従来の微小開口型プローブを採用した近接視野
顕微鏡の概略構成を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a near-field microscope that employs a conventional micro aperture probe.

【図7】従来の微小開口型プローブを採用した近接視野
顕微鏡において、被観測物体の制限をなくすために反射
型照明を行う場合の問題点を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a problem in the case of performing reflection-type illumination in order to eliminate restrictions on an object to be observed in a near-field microscope that employs a conventional small aperture probe.

【図8】従来の微小開口型プローブを採用した近接視野
顕微鏡において、被観測物体の制限をなくすために反射
型照明を行う場合の問題点を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a problem in the case of performing reflection-type illumination in order to eliminate restrictions on an object to be observed in a near-field microscope adopting a conventional micro aperture probe.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、2…プリズム、3…被観測物体、4…エバネ
ッセント光、5,51…光検出器、9…走査機構、11
…赤外線光源、20…試料台、21,22…電極、23
…p領域、24…n領域、231…高濃度のp領域、2
41…高濃度のn領域、30…反射防止膜、50…突
起、63…微少開口、81…レーザ光源、82…レーザ
スポットの位置検出器、91,911…プローブ、92
…探針、100…赤外可視変換蛍光体、502…プリア
ンプ、503…波長フィルタ、612…光ファイバ、6
22…金属層、921…信号線、2001…フォトダイ
オード。
1 ... Light source, 2 ... Prism, 3 ... Observed object, 4 ... Evanescent light, 5, 51 ... Photodetector, 9 ... Scanning mechanism, 11
... infrared light source, 20 ... sample stand, 21, 22 ... electrode, 23
... p region, 24 ... n region, 231 ... high-concentration p region, 2
41 ... High-concentration n region, 30 ... Antireflection film, 50 ... Protrusion, 63 ... Minute aperture, 81 ... Laser light source, 82 ... Laser spot position detector, 91, 911 ... Probe, 92
... Probe, 100 ... Infrared-visible conversion phosphor, 502 ... Preamplifier, 503 ... Wavelength filter, 612 ... Optical fiber, 6
22 ... Metal layer, 921 ... Signal line, 2001 ... Photodiode.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−173076(JP,A) 特開 平8−86793(JP,A) 特開 平5−134189(JP,A) 特開 平9−257812(JP,A) 特開 平8−88252(JP,A) 特開 平8−82633(JP,A) 特開 平8−21843(JP,A) 特開 平8−62228(JP,A) 特開 平8−334521(JP,A) 特開 平7−174770(JP,A) 特開 平8−210829(JP,A) 特開 平7−13082(JP,A) 特公 平7−27118(JP,B2) 国際公開95/33207(WO,A1) 米国特許5479024(US,A) Yoh Mita,”Detecti on of 1.5−μm wavel ength laser light emission by infrar ed−excitable phosp hors”,Applied Phys ics Letters,米国,Ame rican Institute of Physics,1981年10月15日,第 39巻、第8号,p.587−589 Junichi Ohwaki, Y uhu Wang,”1.3μm to visible upconvers ion Dy3+ − and Er3 + −codoped BaC12 ph osphor”,Applied Ph ysics Letters,米国,A merican Institute of Physics,1994年 7月11 日,第65巻、第2号,p.129−131 N. F. van Hulst, M. H. P. Moers, O. F. J. Noordman, R. G. Tack, F. B. Segerink, and B. B oelger,”Near−field optical microscop e using a silicon− nitride probe”,App lied Physics Lette rs,米国,American Ins titute of Physics, 1993年 2月 1日,第62巻、第5号, p.461−463 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 JICSTファイル(JOIS)Continuation of front page (56) Reference JP-A-5-173076 (JP, A) JP-A-8-86793 (JP, A) JP-A-5-134189 (JP, A) JP-A-9-257812 (JP , A) JP 8-88252 (JP, A) JP 8-82633 (JP, A) JP 8-21843 (JP, A) JP 8-62228 (JP, A) JP 8-334521 (JP, A) JP-A-7-174770 (JP, A) JP-A-8-210829 (JP, A) JP-A-7-13082 (JP, A) JP-B 7-27118 (JP, A) B2) International Publication 95/33207 (WO, A1) U.S. Pat. , USA, American Institute of Physics, October 15, 1981, Vol. 39, No. 8, p. 587-589 Junichi Ohwaki, Yuhu Wang, "1.3 [mu] m to visible upconversion ion Dy3 + -and Er3 + -codoped Basicth 11th, 1994, Phys. Volume 65, Issue 2, p. 129-131 N.I. F. van Hulst, M .; H. P. Moers, OF J. Noordman, R .; G. Tack, F.M. B. Segerink, and B.C. Boelger, "Near-field optical microscopic using a silicon-nitride probe", Applied Physics Letters, No. 62, May 1993, May 1993, October of 1993. 461-463 (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 13/10-13/24 G12B 21/00-21/24 JISST file (JOIS)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被観測物体に対して中心波長λの入力光
を照射する光照射手段と、前記中心波長λの入力光を透過する材料で構成される
ローブと、 前記プローブの前記被観測物体に最も近接した部分に設
けられ前記光照射手段からの入力光の波長よりも短波長
の光を出力し、前記被観測物体に対して、前記短波長の
光を照射する点光源となる赤外可視変換蛍光体と、 前記短波長の光が前記被観測物体との近接場で変調され
光を検出する光検出手段と、 前記プローブとの相対的な位置関係を変化させる走査手
段とを有する近接視野顕微鏡であって前記光照射手段は、前記被観測物体の表面に対して、前
記プローブと空間的に同一の領域から入力光を照射し、 前記被観測物体と前記プローブとの距離がλ以下である
ことを特徴とする近接視野顕微鏡。
1. A light irradiating means for irradiating an object to be observed with an input light having a central wavelength λ , a probe made of a material which transmits the input light having the central wavelength λ, and the probe. The output of light having a shorter wavelength than the wavelength of the input light from the light irradiating means provided in the portion closest to the observed object, for the observed object, of the short wavelength
An infrared-visible conversion phosphor that serves as a point light source that irradiates light, and the short-wavelength light is modulated in the near field of the observed object.
Light detecting means for detecting the light was directed to a proximity field microscopy to have a scanning means for changing the relative positional relationship between the probe, the light irradiation means, to the surface of the object to be observed object ,Previous
A near-field microscope characterized in that input light is emitted from the same spatial area as the probe, and the distance between the object to be observed and the probe is λ or less.
【請求項2】 前記赤外可視変換蛍光体からの光の出力
波長が1.1μm以下であり、 前記光検出手段は、1.1μm以下の波長の光に感度を
有する光検出器を含むことを特徴とする請求項1に記載
の近接視野顕微鏡。
2. The output wavelength of light from the infrared-visible conversion phosphor is 1.1 μm or less, and the photodetection means includes a photodetector sensitive to light having a wavelength of 1.1 μm or less. The near-field microscope according to claim 1.
【請求項3】 前記赤外可視変換蛍光体からの光の出力
波長が1.1μm以下であり、 前記光検出手段は、1.1μm以下の波長の光を弁別す
る光波長弁別手段を有することを特徴とする請求項1に
記載の近接視野顕微鏡。
3. The output wavelength of the light from the infrared-visible conversion phosphor is 1.1 μm or less, and the light detecting means has a light wavelength discriminating means for discriminating light having a wavelength of 1.1 μm or less. The near-field microscope according to claim 1.
【請求項4】 前記光検出手段の光検出器は、前記プロ
ーブと一体に構成され前記光検出手段の光検出器は、pn接合、pin接合あ
るいはショットキー接合を含む半導体素子と、前記pn
接合、pin接合あるいはショットキー接合に生じる光
電流を測定する電極および配線とを有する ことを特徴と
る請求項に記載近接視野顕微鏡。
4. The photodetector of the photodetection means is the professional photodetector.
The photodetector of the photodetection means is a pn junction or a pin junction.
Or a semiconductor device including a Schottky junction, and the pn
Light generated in junction, pin junction or Schottky junction
Proximity field microscope according to Motomeko 2 <br/>; and a electrode and a wiring for measuring the current.
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Junichi Ohwaki, Yuhu Wang,"1.3μm to visible upconversion Dy3+ − and Er3+ −codoped BaC12 phosphor",Applied Physics Letters,米国,American Institute of Physics,1994年 7月11日,第65巻、第2号,p.129−131
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Yoh Mita,"Detection of 1.5−μm wavelength laser light emission by infrared−excitable phosphors",Applied Physics Letters,米国,American Institute of Physics,1981年10月15日,第39巻、第8号,p.587−589

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