JP3520335B2 - 近接場光検出方法およびその装置 - Google Patents
近接場光検出方法およびその装置Info
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- JP3520335B2 JP3520335B2 JP2001003040A JP2001003040A JP3520335B2 JP 3520335 B2 JP3520335 B2 JP 3520335B2 JP 2001003040 A JP2001003040 A JP 2001003040A JP 2001003040 A JP2001003040 A JP 2001003040A JP 3520335 B2 JP3520335 B2 JP 3520335B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は，物質表面に発生する
近接場光を利用する光メモリ，近接場光顕微鏡，光学フ
ィルター，光電送装置，光加工装置，光露光装置などに
応用される近接場光デバイスの近接場光発生分布の検出
方法およびその装置に係わり、詳しくは直流と交流の重
畳する電圧が印加された振動する導電性探針を、電磁波
を照射した誘電体または金属表面近傍に非接触で対面さ
せ、該探針または該誘電体または該金属表面を面内方向
に走査する近接場光検出方法およびその装置に関するも
のである。
近接場光を利用する光メモリ，近接場光顕微鏡，光学フ
ィルター，光電送装置，光加工装置，光露光装置などに
応用される近接場光デバイスの近接場光発生分布の検出
方法およびその装置に係わり、詳しくは直流と交流の重
畳する電圧が印加された振動する導電性探針を、電磁波
を照射した誘電体または金属表面近傍に非接触で対面さ
せ、該探針または該誘電体または該金属表面を面内方向
に走査する近接場光検出方法およびその装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】近接場光デバイスは、電磁波または光の
波長以下の空間分解能が得られる近接場光を用いること
から、超高密度光メモリ、微小光集積回路、または微細
加工などに期待されている。該近接場光デバイスの高性
能化のための設計あるいは品質検査を行うためには、近
接場光の空間分布を精密に測定することが必須である。
従来、近接場光の測定には、例えば精密工学会誌，第６
６巻，第６号，2000年，675ページから679ページに開示
されたような走査型近接場光顕微鏡(SNOM)が用いられて
きた。
波長以下の空間分解能が得られる近接場光を用いること
から、超高密度光メモリ、微小光集積回路、または微細
加工などに期待されている。該近接場光デバイスの高性
能化のための設計あるいは品質検査を行うためには、近
接場光の空間分布を精密に測定することが必須である。
従来、近接場光の測定には、例えば精密工学会誌，第６
６巻，第６号，2000年，675ページから679ページに開示
されたような走査型近接場光顕微鏡(SNOM)が用いられて
きた。
【０００３】図１０は従来の走査型近接場光顕微鏡の原
理と近接場光測定法であり、照明光を試料に照射し発生
した近接場光を検出する状態を示している。符号１０、
１１、１３は、照明光、符号１２は全反射照明光、符号
１４，１５は反射光、符号１６は全反射光、符号１７は
探針近接場光、符号１８は試料表面近接場光、符号２
０、２１、２２、２３は光源、符号２４、２５、２６は
光検出器、符号３０は光ファイバ探針、符号３１は試料
である。図において、照明光１０または１１を試料３１
に照射したとき、または全反射照明光１２を試料３１表
面に全反射をする入射角で照射したとき、試料表面近接
場光１８が発生する。その時、該試料表面に光ファイバ
探針３０を近づけると該探針内に反射光１４が発生し、
該反射光１４を光検出器２４により検出する。また照明
光１０を該探針３０内から照射した場合、該探針３０の
先端に探針近接場光１７が発生する。該近接場光１７が
試料３１表面に接触すると、該探針３０内に反射光１４
または反射光１５または反射光１６が発生しそれぞれ光
検出器２４，２５，２６により検出される。どちらの場
合も、近接場光の測定空間分解能は探針３０の先端半径
に依存し、ファイバーからなる探針に光が出入りする大
きなスペースが必要なため、また反射光が散乱するため
その光強度は極めて微弱でＳ（シグナル）／Ｎ（ノイ
ズ）も悪い。
理と近接場光測定法であり、照明光を試料に照射し発生
した近接場光を検出する状態を示している。符号１０、
１１、１３は、照明光、符号１２は全反射照明光、符号
１４，１５は反射光、符号１６は全反射光、符号１７は
探針近接場光、符号１８は試料表面近接場光、符号２
０、２１、２２、２３は光源、符号２４、２５、２６は
光検出器、符号３０は光ファイバ探針、符号３１は試料
である。図において、照明光１０または１１を試料３１
に照射したとき、または全反射照明光１２を試料３１表
面に全反射をする入射角で照射したとき、試料表面近接
場光１８が発生する。その時、該試料表面に光ファイバ
探針３０を近づけると該探針内に反射光１４が発生し、
該反射光１４を光検出器２４により検出する。また照明
光１０を該探針３０内から照射した場合、該探針３０の
先端に探針近接場光１７が発生する。該近接場光１７が
試料３１表面に接触すると、該探針３０内に反射光１４
または反射光１５または反射光１６が発生しそれぞれ光
検出器２４，２５，２６により検出される。どちらの場
合も、近接場光の測定空間分解能は探針３０の先端半径
に依存し、ファイバーからなる探針に光が出入りする大
きなスペースが必要なため、また反射光が散乱するため
その光強度は極めて微弱でＳ（シグナル）／Ｎ（ノイ
ズ）も悪い。
【０００４】また図１１は別の従来の走査型近接場光顕
微鏡の原理と近接場光測定法であり、照明光を試料に照
射し発生した近接場光を検出する状態を示している。符
号１１、１３は、照明光、符号１２は全反射照明光、符
号１５は反射光、符号１６は全反射光、符号１８は試料
表面近接場光、符号２１、２２、２３は光源、符号２
４、２５は光検出器、符号３２は金属または誘電体探
針、符号３１は試料である。図１１において、図１０と
同様に但し、光ファイバー探針３０の代わりに金属また
は誘電体探針３２を、近接場光が発生した試料３１表面
に近づけると、探針３２によって乱された近接場から出
た散乱光が反射光１５または全反射光１６内に混入しそ
の信号を光検出器２４または２５によって検出する。こ
の場合、上記探針３２は構造が単純であるため先端の径
を小さくでき、空間分解能は優れているが、反射光１５
または１６に含まれる探針３２によって散乱した光の強
度は極めて微弱でＳ／Ｎも悪いことは、図１０の場合と
同様である。
微鏡の原理と近接場光測定法であり、照明光を試料に照
射し発生した近接場光を検出する状態を示している。符
号１１、１３は、照明光、符号１２は全反射照明光、符
号１５は反射光、符号１６は全反射光、符号１８は試料
表面近接場光、符号２１、２２、２３は光源、符号２
４、２５は光検出器、符号３２は金属または誘電体探
針、符号３１は試料である。図１１において、図１０と
同様に但し、光ファイバー探針３０の代わりに金属また
は誘電体探針３２を、近接場光が発生した試料３１表面
に近づけると、探針３２によって乱された近接場から出
た散乱光が反射光１５または全反射光１６内に混入しそ
の信号を光検出器２４または２５によって検出する。こ
の場合、上記探針３２は構造が単純であるため先端の径
を小さくでき、空間分解能は優れているが、反射光１５
または１６に含まれる探針３２によって散乱した光の強
度は極めて微弱でＳ／Ｎも悪いことは、図１０の場合と
同様である。
【０００５】また、試料表面に金属膜を被覆し該金属膜
に電磁波を照射したとき、金属の自由電子と電磁波が相
互作用を起こし表面プラズモンが発生する。ここでプラ
ズモンとは、プラズマ振動の量子描像のことであり、プ
ラズマ振動とはプラズマ中の電荷密度の振動（波動）の
ことである。また、プラズマとは自由に運動する正、負
の荷電粒子が共存して電気的に中性になっている物質の
状態のことである。表面プラズモンとは今属表面上の電
子密度の振動のことである。金属薄膜などに光を照射す
ると表面プラズモンが発生し、この表面プラズモンと照
射光の相互作用により近接場光の強度が強められる。
に電磁波を照射したとき、金属の自由電子と電磁波が相
互作用を起こし表面プラズモンが発生する。ここでプラ
ズモンとは、プラズマ振動の量子描像のことであり、プ
ラズマ振動とはプラズマ中の電荷密度の振動（波動）の
ことである。また、プラズマとは自由に運動する正、負
の荷電粒子が共存して電気的に中性になっている物質の
状態のことである。表面プラズモンとは今属表面上の電
子密度の振動のことである。金属薄膜などに光を照射す
ると表面プラズモンが発生し、この表面プラズモンと照
射光の相互作用により近接場光の強度が強められる。
【０００６】該表面プラズモンは近接場光の強度が増強
される効果を有することから近接場光デバイスにとって
有益な現象である。さらに金属膜に周期的な凹凸を付け
ることで表面プラズモンの共鳴作用が生じ、近接場光強
度がさらに高まることが知られている（特開2000-17176
3号公報）。このような近接場光を最大に増強する設計
を行うには、近接場光や表面プラズモンを高空間分解能
でかつ高感度で直接測定する必要があるが、前記の従来
の走査型近接場光顕微鏡は近接場光を通常の伝搬光また
は散乱光に変換して間接的に測定するために設計に必要
な空間分解能や検出感度が得られなかった。
される効果を有することから近接場光デバイスにとって
有益な現象である。さらに金属膜に周期的な凹凸を付け
ることで表面プラズモンの共鳴作用が生じ、近接場光強
度がさらに高まることが知られている（特開2000-17176
3号公報）。このような近接場光を最大に増強する設計
を行うには、近接場光や表面プラズモンを高空間分解能
でかつ高感度で直接測定する必要があるが、前記の従来
の走査型近接場光顕微鏡は近接場光を通常の伝搬光また
は散乱光に変換して間接的に測定するために設計に必要
な空間分解能や検出感度が得られなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】近接場光デバイスの設
計に必須である近接場光および表面プラズモンの検出法
は、高い空間分解能とＳ／Ｎに優れた検出感度が要求さ
れる。しかし図１０に示したような、光ファイバーから
なる探針では空間分解能と検出感度の両方において問題
であり、また図１１に示したような探針からの散乱光を
検出する方法も微弱な検出感度が問題であった。
計に必須である近接場光および表面プラズモンの検出法
は、高い空間分解能とＳ／Ｎに優れた検出感度が要求さ
れる。しかし図１０に示したような、光ファイバーから
なる探針では空間分解能と検出感度の両方において問題
であり、また図１１に示したような探針からの散乱光を
検出する方法も微弱な検出感度が問題であった。
【０００８】数十ナノメートルという微小径を持つ小さ
な穴の近傍に発生する近接場光の空間分布を調べる有効
な方法はこれまで見出されていない。本発明は、原子〜
ナノメートルの空間分解能を持つケルビンフォース顕微
鏡により、このこの近接場光により励起される表面プラ
ズモンの電位分布を調べることにより、近接場光の空間
分布を計測するものであり、空間分解能と近接場の検出
感度に優れる近接場光検出方法およびその装置を提供す
ることを目的とする。
な穴の近傍に発生する近接場光の空間分布を調べる有効
な方法はこれまで見出されていない。本発明は、原子〜
ナノメートルの空間分解能を持つケルビンフォース顕微
鏡により、このこの近接場光により励起される表面プラ
ズモンの電位分布を調べることにより、近接場光の空間
分布を計測するものであり、空間分解能と近接場の検出
感度に優れる近接場光検出方法およびその装置を提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による近接場光検
出方法は、直流と交流の重畳する電圧が印加された導電
性探針を振動させ、該探針電位と誘電体表面電位の間の
静電気力を検知・制御することにより、誘電体表面に電
磁波を照射したときに発生する近接場光を検出すること
を特徴とする。また、本発明による近接場光検出方法
は、直流と交流の重畳する電圧が印加された導電性探針
を振動させ、該探針電位と金属表面電位の間の静電気力
を検知・制御することにより、金属表面に電磁波を照射
したときに発生する表面プラズモンを検出することを特
徴とする。また、本発明による近接場光検出方法は、電
磁波を探針の側から照射することを特徴とする。また、
本発明による近接場光検出方法は、金属表面の金属膜に
対し探針と対向する側から電磁波を照射し、かつ前記金
属膜に穴または透明体を設けたことを特徴とする。
出方法は、直流と交流の重畳する電圧が印加された導電
性探針を振動させ、該探針電位と誘電体表面電位の間の
静電気力を検知・制御することにより、誘電体表面に電
磁波を照射したときに発生する近接場光を検出すること
を特徴とする。また、本発明による近接場光検出方法
は、直流と交流の重畳する電圧が印加された導電性探針
を振動させ、該探針電位と金属表面電位の間の静電気力
を検知・制御することにより、金属表面に電磁波を照射
したときに発生する表面プラズモンを検出することを特
徴とする。また、本発明による近接場光検出方法は、電
磁波を探針の側から照射することを特徴とする。また、
本発明による近接場光検出方法は、金属表面の金属膜に
対し探針と対向する側から電磁波を照射し、かつ前記金
属膜に穴または透明体を設けたことを特徴とする。
【００１０】また、本発明による近接場光検出装置は、
直流と交流の重畳する電圧が印加された振動する導電性
探針を、電磁波を照射した誘電体表面近傍に非接触で対
面させ、該探針または該誘電体表面を面内方向に走査す
る構造を有することを特徴とする。また、本発明による
近接場光検出装置は、直流と交流の重畳する電圧が印加
された振動する導電性探針を、電磁波を照射した金属表
面近傍に非接触で対面させ、該探針または該誘電体表面
を面内方向に走査する構造を有することを特徴とする。
また、本発明による近接場光検出装置は、電磁波を探針
の側から照射することを特徴とする。また、本発明によ
る近接場光検出装置は、金属表面の金属膜に対し探針と
対向する側から電磁波を照射し、かつ前記金属膜に穴ま
たは透明体を設けたことを特徴とする。また、本発明に
よる近接場光検出装置は、金属表面の金属膜に窪みを設
けたことを特徴とする。
直流と交流の重畳する電圧が印加された振動する導電性
探針を、電磁波を照射した誘電体表面近傍に非接触で対
面させ、該探針または該誘電体表面を面内方向に走査す
る構造を有することを特徴とする。また、本発明による
近接場光検出装置は、直流と交流の重畳する電圧が印加
された振動する導電性探針を、電磁波を照射した金属表
面近傍に非接触で対面させ、該探針または該誘電体表面
を面内方向に走査する構造を有することを特徴とする。
また、本発明による近接場光検出装置は、電磁波を探針
の側から照射することを特徴とする。また、本発明によ
る近接場光検出装置は、金属表面の金属膜に対し探針と
対向する側から電磁波を照射し、かつ前記金属膜に穴ま
たは透明体を設けたことを特徴とする。また、本発明に
よる近接場光検出装置は、金属表面の金属膜に窪みを設
けたことを特徴とする。
【００１１】
【実施の形態】以下，本発明による実施の形態を図面に
基づき説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の近接場光検出装置の
実施の形態１であり、照明光４０、４３または全反射照
明光４２を試料６１に照射し発生した試料表面近接場光
４５を検出する状態を示している。図１において、導電
性探針６０を圧電アクチュエータ６５または６６によっ
て試料６１表面に近づけて試料表面近接場光４５と接触
させて、表面電位計測装置６９により近接場光を検出す
る。その原理と方法を以下に詳細に説明する。
基づき説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の近接場光検出装置の
実施の形態１であり、照明光４０、４３または全反射照
明光４２を試料６１に照射し発生した試料表面近接場光
４５を検出する状態を示している。図１において、導電
性探針６０を圧電アクチュエータ６５または６６によっ
て試料６１表面に近づけて試料表面近接場光４５と接触
させて、表面電位計測装置６９により近接場光を検出す
る。その原理と方法を以下に詳細に説明する。
【００１２】光を含む電磁波を照射したときの誘電体表
面または金属表面の近接場光の発生分布、もしくは金属
表面の表面プラズモン発生分布の測定は，該近接場光ま
たは該表面プラズモンに起因する表面電位を計測する表
面電位計測装置により行う。該表面電位計測装置は走査
型ケルビンプローブ顕微鏡（SKPM）と非接触原子間力顕
微鏡（NC-AFM）の同時計測測定構造となっている。
面または金属表面の近接場光の発生分布、もしくは金属
表面の表面プラズモン発生分布の測定は，該近接場光ま
たは該表面プラズモンに起因する表面電位を計測する表
面電位計測装置により行う。該表面電位計測装置は走査
型ケルビンプローブ顕微鏡（SKPM）と非接触原子間力顕
微鏡（NC-AFM）の同時計測測定構造となっている。
【００１３】図２に示すように、導電性の板バネ６４を
圧電素子（ピエゾ）６７により加振し，先ず，該板バネ
の固有振動数に維持する。次いで，該板バネ先端の導電
性探針６０を試料６１表面に近づけ，両者の間に働く原
子間力による固有振動数変化が一定になるように維持し
つつ表面を面内方向に圧電アクチュエータ６６により走
査し，表面のトポグラフ像を得る．同時に，この導電性
板バネ６４に｛V=Vdc+Vacsin（ωt）｝の電圧を印加す
ると，印加電圧Vによって発生するプローブと試料６１
表面との静電気力Ｆは，両者の距離Zの関数であり，そ
の力の勾配∂F/∂Zは次式であらわされる。ただし、こ
こでΔＶは試料表面電位差でΔＶ＝Δφ/eであり，Δφ
は試料とカンチレバー間の仕事関数の差である．
圧電素子（ピエゾ）６７により加振し，先ず，該板バネ
の固有振動数に維持する。次いで，該板バネ先端の導電
性探針６０を試料６１表面に近づけ，両者の間に働く原
子間力による固有振動数変化が一定になるように維持し
つつ表面を面内方向に圧電アクチュエータ６６により走
査し，表面のトポグラフ像を得る．同時に，この導電性
板バネ６４に｛V=Vdc+Vacsin（ωt）｝の電圧を印加す
ると，印加電圧Vによって発生するプローブと試料６１
表面との静電気力Ｆは，両者の距離Zの関数であり，そ
の力の勾配∂F/∂Zは次式であらわされる。ただし、こ
こでΔＶは試料表面電位差でΔＶ＝Δφ/eであり，Δφ
は試料とカンチレバー間の仕事関数の差である．
【数１】
【００１４】静電気力の作用によるカンチレバーの固有
振動数のシフト量は、FMデモデュレータ８６により出力
され、ロックインアンプ８９により上記(1)式の静電気
力の勾配、∂F/∂Zのω成分に相当する値を検出する。
この静電気力の影響が最小となるように、すなわちこの
ω成分の出力がゼロの状態を保持するようにVdcを制御
すると、(1)式の第２項に見られるように、このVdcがカ
ンチレバー−試料間の表面電位差に一致するので，これ
により表面プラズモン電位を計測する。以上のように、
走査型ケルビンプローブ顕微鏡（SKPM）あるいは非接触
原子間力顕微鏡（NC-AFM）単独では表面電位すなわち近
接場光または表面プラズモンにより励起された表面電位
を測定することはできず、両顕微鏡を組み合わせて信号
処理を行うことが重要である。
振動数のシフト量は、FMデモデュレータ８６により出力
され、ロックインアンプ８９により上記(1)式の静電気
力の勾配、∂F/∂Zのω成分に相当する値を検出する。
この静電気力の影響が最小となるように、すなわちこの
ω成分の出力がゼロの状態を保持するようにVdcを制御
すると、(1)式の第２項に見られるように、このVdcがカ
ンチレバー−試料間の表面電位差に一致するので，これ
により表面プラズモン電位を計測する。以上のように、
走査型ケルビンプローブ顕微鏡（SKPM）あるいは非接触
原子間力顕微鏡（NC-AFM）単独では表面電位すなわち近
接場光または表面プラズモンにより励起された表面電位
を測定することはできず、両顕微鏡を組み合わせて信号
処理を行うことが重要である。
【００１５】（実施の形態２）図３は本発明の近接場光
検出装置の、実施の形態２であり、照明光４０、４３ま
たは全反射照明光４２を試料６１に照射し、照明光の波
長以下の直径を有する穴または透明体６３の設けられた
金属膜６２が被覆された試料表面に発生した試料表面近
接場光４５を検出する状態を示している。図３におい
て、導電性探針６０を圧電アクチュエータ６５または６
６によって試料６１表面に近づけて試料表面近接場光４
５と接触させて、表面電位計測装置６９により近接場光
を検出する。その原理と方法は、図１の実施の形態１と
同様である。
検出装置の、実施の形態２であり、照明光４０、４３ま
たは全反射照明光４２を試料６１に照射し、照明光の波
長以下の直径を有する穴または透明体６３の設けられた
金属膜６２が被覆された試料表面に発生した試料表面近
接場光４５を検出する状態を示している。図３におい
て、導電性探針６０を圧電アクチュエータ６５または６
６によって試料６１表面に近づけて試料表面近接場光４
５と接触させて、表面電位計測装置６９により近接場光
を検出する。その原理と方法は、図１の実施の形態１と
同様である。
【００１６】ここで発生する表面近接場光４５は、図
４，５に示すような照明光の電気力線７０と同じ分布で
あり、金属膜６２表面には表面プラズモン７１が発生す
る。該表面プラズモンは穴または透明体６３の径よりも
小さい領域に分布するので、測定するには非常に高い空
間分解能が必要である。
４，５に示すような照明光の電気力線７０と同じ分布で
あり、金属膜６２表面には表面プラズモン７１が発生す
る。該表面プラズモンは穴または透明体６３の径よりも
小さい領域に分布するので、測定するには非常に高い空
間分解能が必要である。
【００１７】なお、金属膜６２は周期律表の中のイット
リウム、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどの3
A,3B属、もしくはチタンやジルコニウム、ハフニウム、
珪素、ゲルマニウム、錫などの４A,4B属、もしくはバナ
ジウム、ニオブ、タンタル、アンチモン、ビスマスなど
の5A,5B属、もしくはクロム、モリブデン、タングステ
ンなどの6A属、もしくはマンガン、レニウムなどの7A
属、もしくは鉄、コバルト、ニッケル、ロジウム、パラ
ジウム、イリジウム、白金などの８属、もしくは銅、
銀、金などの1B属、もしくは亜鉛、カドミウムなどの2B
属，もしくはネオジウム、サマリウム、テルビウム、ガ
ドリニウムなどの希土類の金属、もしくはそれらの合金
を用いることが出来る。最も好ましい金属は金、銀、
銅、クロム、アルミニウム、白金もしくはそれらの合金
である。
リウム、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどの3
A,3B属、もしくはチタンやジルコニウム、ハフニウム、
珪素、ゲルマニウム、錫などの４A,4B属、もしくはバナ
ジウム、ニオブ、タンタル、アンチモン、ビスマスなど
の5A,5B属、もしくはクロム、モリブデン、タングステ
ンなどの6A属、もしくはマンガン、レニウムなどの7A
属、もしくは鉄、コバルト、ニッケル、ロジウム、パラ
ジウム、イリジウム、白金などの８属、もしくは銅、
銀、金などの1B属、もしくは亜鉛、カドミウムなどの2B
属，もしくはネオジウム、サマリウム、テルビウム、ガ
ドリニウムなどの希土類の金属、もしくはそれらの合金
を用いることが出来る。最も好ましい金属は金、銀、
銅、クロム、アルミニウム、白金もしくはそれらの合金
である。
【００１８】また該金属膜に穴または窪みを設ける方法
として、収束イオンビーム(FIB)法をはじめ化学エッチ
ング、スパッタエッチング、ダイアモンドプローブを用
いた機械加工、放電加工など多くの加工法を用いること
が出来る。なお、本実施例で説明した照明光とは、赤外
線、可視光線、紫外線を示すが、電波、マイクロ波、Ｘ
線、およびガンマ線などの電磁波にも適用できることは
明らかである。
として、収束イオンビーム(FIB)法をはじめ化学エッチ
ング、スパッタエッチング、ダイアモンドプローブを用
いた機械加工、放電加工など多くの加工法を用いること
が出来る。なお、本実施例で説明した照明光とは、赤外
線、可視光線、紫外線を示すが、電波、マイクロ波、Ｘ
線、およびガンマ線などの電磁波にも適用できることは
明らかである。
【００１９】（実施の形態３）図６，７は金属膜６２中
に窪み７２を設けた例であり、該窪み７２は照明光４３
が当たる面に設けられている。該窪み中にも表面プラズ
モンが発生し、穴または透明体６３の表面プラズモンと
共鳴を起こして近接場光が１０００倍に増幅されること
および穴または透明体や窪みの中の表面プラズモン分布
が表面電位計測装置６９を用いて0.1nm程度の空間分解
能で測定できることが分かった。しかし図１０や図１１
に示す従来の走査型近接場光顕微鏡では、空間分解能は
10nm程度であり穴や窪みの周りの近接場や表面プラズモ
ン分布の測定はできなかった。また非接触原子間力顕微
鏡や走査型ケルビンプローブ顕微鏡単独での測定でも穴
や窪みの周りの近接場光や表面プラズモン分布の測定は
できなかった。
に窪み７２を設けた例であり、該窪み７２は照明光４３
が当たる面に設けられている。該窪み中にも表面プラズ
モンが発生し、穴または透明体６３の表面プラズモンと
共鳴を起こして近接場光が１０００倍に増幅されること
および穴または透明体や窪みの中の表面プラズモン分布
が表面電位計測装置６９を用いて0.1nm程度の空間分解
能で測定できることが分かった。しかし図１０や図１１
に示す従来の走査型近接場光顕微鏡では、空間分解能は
10nm程度であり穴や窪みの周りの近接場や表面プラズモ
ン分布の測定はできなかった。また非接触原子間力顕微
鏡や走査型ケルビンプローブ顕微鏡単独での測定でも穴
や窪みの周りの近接場光や表面プラズモン分布の測定は
できなかった。
【００２０】（実施の形態４）図８，９は図６，７と同
様に但し窪み７２が照明光照射面と反対側に設けられた
例である。本構造においても図６，７の例と同様な性能
が得られた。
様に但し窪み７２が照明光照射面と反対側に設けられた
例である。本構造においても図６，７の例と同様な性能
が得られた。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように従来、数十ナノメー
トルという微小径を持つ小さな穴または透明体の近傍に
発生する近接場光の空間分布を調べる有効な方法が見出
されていなかったが、本発明によれば、近接場光により
励起される表面プラズモンの電位分布を調べることによ
り、空間分解能と近接場の検出感度に優れる近接場光検
出方法およびその装置を得ることができる。
トルという微小径を持つ小さな穴または透明体の近傍に
発生する近接場光の空間分布を調べる有効な方法が見出
されていなかったが、本発明によれば、近接場光により
励起される表面プラズモンの電位分布を調べることによ
り、空間分解能と近接場の検出感度に優れる近接場光検
出方法およびその装置を得ることができる。
【図１】本発明の実施の形態１に係る近接場光検出装置
の概略構成を示す図である。
の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る表面電位計測装置の
概略構成を示す図である。
概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る近接場光検出装置
の概略構成を示す図である。
の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２における表面プラズモン
の発生状況を示す平面図である。図である。
の発生状況を示す平面図である。図である。
【図５】図４のＡ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３における表面プラズモン
の発生状況を示す平面図である。
の発生状況を示す平面図である。
【図７】図６のＡ−Ｂ断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４における表面プラズモン
の発生状況を示す平面図である。
の発生状況を示す平面図である。
【図９】図８のＡ−Ｂ断面図である。
【図１０】従来の近接場光検出装置の概略構成を示す図
である。
である。
【図１１】別の従来の近接場光検出装置の概略構成を示
す図である。
す図である。
４０、４３ 照明光
４２ 全反射照明光
４４ 全反射光
４５ 試料表面近接場光
５０，５１，５２ 光源
６０ 導電性探針
６１ 試料
６２ 金属膜
６３ 穴または透明体
６４ 導電性板バネ
６５、６６ 圧電アクチュエータ
６７ 圧電素子（ピエゾ）
６８、７０ 電気力線
６９ 表面電位計測装置
７１ 表面プラズモン
７２ 窪み
８３ 振動振幅検出器
８５ 振動数検出器
８６ ＦＭディモジュレータ
８７、９０ エラーアンプ
８９ ロックインアンプ
９１ オシレータ
９２ 表面形状信号
９３ 表面電位信号
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−170523（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−44694（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−281657（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−201373（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−88252（ＪＰ，Ａ)
特開2000−12636（ＪＰ，Ａ)
特開2000−171763（ＪＰ，Ａ)
特開2000−199736（ＪＰ，Ａ)
特開2000−260832（ＪＰ，Ａ)
特開2001−165852（ＪＰ，Ａ)
特開2001−194286（ＪＰ，Ａ)
特開2002−156322（ＪＰ，Ａ)
(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)
Claims (7)
- 【請求項１】直流と交流の重畳する電圧が印加された導
電性探針を振動させ、該導電性探針電位と金属表面電位
の間の静電気力を検知・制御することにより、金属表面
に電磁波を照射したときに発生する表面プラズモンを検
出することを特徴とする近接場光検出方法。 - 【請求項２】電磁波を導電性探針の側から照射すること
を特徴とする請求項１記載の近接場光検出方法。 - 【請求項３】金属表面の金属膜に対し導電性探針と対向
する側から電磁波を照射し、かつ前記金属膜に穴または
透明体を設けたことを特徴とする請求項１記載の近接場
光検出方法。 - 【請求項４】直流と交流の重畳する電圧が印加された振
動する導電性探針を、電磁波を照射した金属表面近傍に
非接触で対面させ、導電性探針電位と金属表面電位との
間の静電気力を検知・制御することにより金属表面に発
生する表面プラズモンを検出するとともに導電性探針を
金属表面の面内方向に走査する構造を有することを特徴
とする近接場光検出装置。 - 【請求項５】電磁波を導電性探針の側から照射すること
を特徴とする請求項４記載の近接場光検出装置。 - 【請求項６】金属表面の金属膜に対し導電性探針と対向
する側から電磁波を照射し、かつ前記金属膜に穴または
透明体を設けたことを特徴とする請求項４記載の近接場
光検出装置。 - 【請求項７】金属表面の金属膜に窪みを設けたことを特
徴とする請求項４記載の近接場光検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001003040A JP3520335B2 (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | 近接場光検出方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001003040A JP3520335B2 (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | 近接場光検出方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002207000A JP2002207000A (ja) | 2002-07-26 |
| JP3520335B2 true JP3520335B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=18871446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001003040A Expired - Lifetime JP3520335B2 (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | 近接場光検出方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3520335B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7151598B2 (en) * | 2003-04-04 | 2006-12-19 | Vladimir Poponin | Method and apparatus for enhanced nano-spectroscopic scanning |
| CN100476379C (zh) * | 2003-04-04 | 2009-04-08 | Vp控股有限公司 | 用于增强的纳米-光谱扫描的方法和装置 |
| RU2361193C2 (ru) | 2004-05-19 | 2009-07-10 | Вп Холдинг, Ллс | Оптический датчик с многослойной плазмонной структурой для усовершенствованного обнаружения химических групп посредством sers |
| JP5504418B2 (ja) * | 2008-07-07 | 2014-05-28 | 株式会社東芝 | プラズモン評価方法およびプラズモン評価装置 |
| JP5527096B2 (ja) * | 2010-08-17 | 2014-06-18 | コニカミノルタ株式会社 | 電場増強度の絶対値の測定方法および電場増強度の絶対値の測定装置、および、測定部材の評価方法および測定部材の評価装置、ならびに、アナライトの検出方法およびアナライトの検出装置 |
-
2001
- 2001-01-10 JP JP2001003040A patent/JP3520335B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002207000A (ja) | 2002-07-26 |
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