JP3523754B2 - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、探針を用いて試料
表面の光学的情報を得る走査型プローブ顕微鏡に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、プ
ローブを試料表面に１μｍ以下まで近接させた時に両者
間に働く相互作用を検出しながらプローブをＸＹ方向あ
るいはＸＹＺ方向に走査して、その相互作用の二次元マ
ッピングを行う装置の総称であり、例えば、走査型トン
ネリング顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、走査型近接場光顕微鏡
（ＳＮＯＭ）を含んでいる。

【０００３】ＳＮＯＭは、特に１９８０年代後半以降、
エバネッセント波を検出することにより回折限界を超え
る分解能を有する光学顕微鏡として盛んに開発が進めら
れており、その測定原理には、エバネッセント波は「波
長より小さい寸法（厚さ）の領域に局在し、自由空間を
伝搬しない」という特性が利用されている。

【０００４】ベツィックら（Betzig et al. ）に付与さ
れた米国特許第５，２７２，３３０号は、先端が細く加
工されたプローブに光を導入することによりプローブ先
端の微小開口の近傍にエバネッセント場を発生させ、エ
バネッセント場を試料に接触させ、エバネッセント場と
試料の接触により発生した光を、試料の下に配置された
光検出器で検出し、透過光強度の二次元マッピングを行
なうＳＮＯＭを開示している。

【０００５】このＳＮＯＭでは、先端が細く加工された
光ファイバーやガラス棒あるいは水晶探針のように棒状
のプローブが用いられている。このプローブを改良した
ものとして、先端以外が金属膜で被われた棒状のプロー
ブが既に市販されており入手可能である。このプローブ
は、棒状のプローブ例えば先端が細く加工された光ファ
イバーやガラス棒あるいは水晶探針を回転させながら、
斜め後方から金属を蒸着して作製される。このプローブ
を用いた装置は、金属がコートされていないプローブを
用いた装置に比べて、横方向の解像力が向上されてい
る。

【０００６】一方、ＡＦＭは、試料表面の凹凸情報を得
る装置として、ＳＰＭのなかで最も普及している。ＡＦ
Ｍは、カンチレバーの先端に支持された探針が試料表面
に近づけられたときに探針に働く力に応じて変位するカ
ンチレバーの変位を例えば光学式の変位センサにより検
出して、間接的に試料表面の凹凸情報を得る。ＡＦＭの
一つは例えば特開昭６２−１３０３０２号に開示されて
いる。

【０００７】このＡＦＭにおける試料と探針先端間の相
互作用力の検出により試料の凹凸を測定する技術は、他
のＳＰＭ装置にも応用されており、試料と探針間の距離
を一定に保つ、いわゆるレギュレーションを行なう手段
として用いられている。

【０００８】ファンフルストら（N. F. van Hulst et a
l.）は、「Appl. Phys. Lett. 62(5) P.461 (1993)」に
おいて、窒化シリコン製のＡＦＭ用カンチレバーを用
い、ＡＦＭ測定により試料の凹凸を測定しながら、試料
の光学情報を検出する新しいＳＮＯＭを提案している。
この装置では、試料は内部全反射プリズムの上に置か
れ、ＨｅＮｅレーザ光が全反射プリズム側から試料に照
射され、試料が励起され、エバネッセント光場が試料表
面近傍に形成される。ついで、このエバネッセント光場
にカンチレバー先端に支持された探針が差し入れられ、
局在波であるエバネッセント光が伝搬波である散乱光に
変換され、その一部が、ＨｅＮｅレーザ光に対して殆ど
透明な窒化シリコン製の探針内を伝搬し、カンチレバー
の裏側に抜けて出てくる。この光は、カンチレバーの上
方に配置されたレンズにより収集され、このレンズに対
して探針先端と共役な位置に配置されたピンホールを介
して光電子増倍管に入射し、光電子増倍管からＳＮＯＭ
信号が出力される。

【０００９】ＳＮＯＭ信号の検出の間、カンチレバーは
通常のＡＦＭ測定と同様に、光学式変位検出センサーに
よってカンチレバーの変位が測定されており、例えば、
この変位を規定の一定値に保つように圧電体スキャナー
がフィードバック制御されている。従って、一回の走査
の間に、走査信号とＳＮＯＭ信号とに基づいてＳＮＯＭ
測定が行なわれると共に走査信号とフィードバック制御
信号とに基づいてＡＦＭ測定が行なわれる。

【００１０】ベツィックら（Betzig et al. ）のＳＮＯ
Ｍやファンフルストら（N. F. vanHulst et al.）のＳ
ＮＯＭでは、いずれもプローブの先端は光学的に透明で
ある必要がある。また、ＳＮＯＭ像の高い横方向分解能
を得るためには、プローブは金属コートの施されたもの
が望ましい。しかし、先端に開口を持つ金属コートの施
されたプローブを大量に、しかも均一に作製するのは容
易ではない。超解像が期待されるＳＮＯＭには、通常の
光学顕微鏡で実現可能な分解能を越える分解能が求めら
れ、これを実現するためには、プローブ先端の開口の径
はφ０．１μｍ以下であることが必要であり、φ０．０
５μｍ以下であることが好ましい。この様な値の開口を
再現性よく作製することは極めて難しい。

【００１１】また、開口を通してプローブ内に入射する
光の量は、開口半径の二乗に比例して少なくなるので、
ＳＮＯＭ像の横方向分解能を上げる目的で開口径を小さ
くすると、検出される光量が減少して検出系のＳ／Ｎ比
が悪くなる、というトレードオフの問題が存在する。

【００１２】また、ファンフルストら（N. F. van Huls
t et al.）のＳＮＯＭでは、窒化シリコン製の探針を透
過した光を検出しているので、短波長域のエバネッセン
ト光を検出することが難しい。例えば、窒化シリコン膜
はシリコンと窒素のストイキオメトリーが３対４のもの
でも４５０ｎｍ以下の波長で分光透過率が急激に低下す
る。カンチレバー用の窒化シリコン膜には、低ストレス
の窒化シリコン膜を得るため、シリコンの割合を増やし
たものが一般に用いられる。このようなシリコンリッチ
な窒化シリコン膜では、短波長域での分光透過率の低下
は一層激しい。従って、シリコンリッチな窒化シリコン
製のカンチレバーを用いた短波長域でのＳＮＯＭ測定
は、殆ど不可能であるか、できても極めてＳ／Ｎ比の悪
いものとなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】プローブの先端に開口
を必要としない新しいＳＮＯＭが提案されている。この
ＳＮＯＭでは、プローブの先端に開口が不要なため、前
述した開口作製の難しさやトレードオフの問題に直面し
なくて済む。この新しいＳＮＯＭは、探針の外側を伝搬
する散乱光をＳＮＯＭ情報として検出するため、散乱モ
ードＳＮＯＭとも呼ばれる。この検出方式のため、短波
長域のエバネッセント光の検出の難しさの問題にも直面
しなくて済む。

【００１４】特開平６−１３７８４７号は散乱モードＳ
ＮＯＭを開示している。このＳＮＯＭは、試料表面に形
成されたエバネッセント光を針状のプローブで散乱させ
て伝搬光に変換し、この伝搬光すなわち散乱光をプロー
ブの側方に配置された集光レンズと光電検出器を用いて
検知し、この検知信号に基づいて試料の光学情報を得
る。

【００１５】このＳＮＯＭでは、試料の上方に、探針と
これをＸＹＺ方向に走査するスキャナーが配置されてい
るため、試料の上方に光学顕微鏡の対物レンズを配置す
ることができない。このため、光学顕微鏡観察は斜め方
向もしくは横方向から行なわざるを得ない。このような
光学顕微鏡観察では、試料上における探針の位置を高い
精度で確認するすることは難しい。また、通常の光学顕
微鏡の各種検鏡法、例えば偏光顕微鏡観察やノマルスキ
ー微分干渉顕微鏡観察を行なうことが難しい。さらに、
高倍率かつ高ＮＡの対物レンズを使用できず、このため
試料を高い分解能で観察することが難しい。これは、光
学顕微鏡観察結果と照らし合わせてＳＮＯＭ測定を同時
に進める際には大きな不利益である。

【００１６】河田らは、第４２回日本応用物理学関係連
合講演会（予稿集Ｎｏ．３、９１６頁、１９９５年３
月）において、ＳＴＭの金属探針をプローブに使用し、
ＳＴＭにより試料と探針間の距離制御を行ないながら、
試料表面に発生されたエバネッセント光が金属探針先端
で散乱されたために発生する伝搬光を、探針と試料の横
方向から観察してＳＴＭ観察とＳＮＯＭ観察を行なえる
装置を開示している。

【００１７】河田らの装置では、試料と探針間の距離制
御がＳＴＭを用いて行なわれるため、観察できる試料は
導電性のものに限られる。このような制限は、一般に試
料は導電性のものより絶縁性のものの方が遥かに多いと
いうことを考慮すると、大きな不利益である。

【００１８】本発明の目的は、高いＳ／ＮでＡＦＭ測定
と散乱モードＳＮＯＭ測定とを同時に行なえる走査型プ
ローブ顕微鏡を提供することである。本発明の別の目的
は、通常の光学顕微鏡の各種検鏡法が実施できる走査型
プローブ顕微鏡を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、探針を用いて
試料表面の光学情報を得る走査型プローブ顕微鏡であ
り、自由端に探針を有するカンチレバーと、試料表面を
横切って探針を走査する走査手段と、探針先端と試料表
面の間の距離を制御する制御手段と、カンチレバーの自
由端の変位を検出する変位検出手段と、探針と試料の間
に電磁場を発生させる電磁場発生手段と、探針が電磁場
に作用して発生する光を検出する光検出手段と、走査手
段と変位検出手段と光検出手段からの情報を処理して試
料表面に関する像を形成する情報処理手段と、情報処理
手段による情報処理の結果を表示する表示手段とを備え
ており、光検出手段は、カンチレバーを基準にして試料
の反対側に配置される対物レンズを含み、対物レンズは
探針の頂角よりも大きい開口角を有している。ここに開
口角とは、対物レンズの焦点から入射瞳の直径に対して
張る角度であり、別の言い方をすれば、対物レンズに入
射する光束の最大錐角であり、その半角の正弦が対物レ
ンズの開口数である。

【００２０】電磁場発生手段は、例えば、試料の下に配
置される内部全反射プリズムと、試料と内部全反射プリ
ズムの界面に対して光を全反射を起こす角度で照射する
手段とを有しており、探針と試料の間に局在電磁場を発
生させる。ここに局在電磁場は伝搬せずに局在する電磁
場を意味する。

【００２１】あるいは、電磁場発生手段は、例えば、試
料を基準にしてカンチレバーの側から、対物レンズの開
口角の外側から試料を照明する光学系を有しており、探
針と試料の間に伝搬電磁場を発生させる。ここに伝搬電
磁場は伝搬する電磁場を意味する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の走査
型プローブ顕微鏡について図面を参照して説明する。装
置は、半導体加工プロセスを用いて作製された単結晶シ
リコン製のカンチレバーチップ１００を有している。カ
ンチレバーチップ１００は、図１に示されるように、チ
ップ保持機構３５により試料１の上方に支持される。カ
ンチレバーチップ１００は、いわゆるテトラヘドラルタ
イプのものであり、図２（Ａ）と図２（Ｂ）に示される
ように、支持部１０３と、支持部１０３から延びるカン
チレバー１０１と、カンチレバー１０１の先端に設けら
れた四面体形状の探針１０２とを有している。カンチレ
バー１０１は２４０μｍの長さ、約３μｍの厚さを有
し、その形状は、短冊の先に二等辺三角形が継ぎ足され
た形をしており、短冊の長さは２０７μｍ、幅は３０μ
ｍ、二等辺三角形の頂角は４８．５゜である。探針１０
２は、３５゜の頂角、約１０μｍの高さを有し、図２
（Ｂ）において、探針先端１０６はカンチレバー１０１
の先端１０５の真下に位置している。カンチレバー１０
１の背面には厚さ８０ｎｍのアルミニウム膜１０４がコ
ーティングされている。

【００２３】装置は、カンチレバー１０１の自由端の変
位を検出する光てこ式の変位センサーを有しており、カ
ンチレバー１０１に光を照射する半導体レーザー７と、
カンチレバー１０１からの反射光を受ける二分割フォト
ディテクター８とを有している。半導体レーザー７から
射出されたレーザー光はカンチレバー１０１に照射さ
れ、カンチレバー背面に設けられたアルミニウム膜１０
４で反射され、二分割フォトディテクター８に入射す
る。アルミニウム膜１０４は光を良好に反射し、これは
高いＳ／Ｎでの変位検出に貢献する。カンチレバー１０
１の自由端の変位は、二分割フォトディテクター８に対
する反射光の入射位置の変化を引き起こし、二分割フォ
トディテクター８の受光部の出力の比を変動させる。従
って、二分割フォトディテクター８の各受光部の出力の
差を調べることによって、カンチレバー１０１の自由端
の変位が求められ、間接的にではあるが探針１０２の変
位が求められる。

【００２４】なお、探針１０２の変位を正確に知るため
にレーザー光の照射位置は、探針１０２の裏側が最も好
ましいが、実際には、ＳＮＯＭ測定時の散乱光との混在
を避けるため、そこから僅かに支持部１０３側に寄った
箇所が選ばれる。

【００２５】図３に示されるように、圧電チューブスキ
ャナー６はベース４１２の上に固定されており、圧電チ
ューブスキャナー６の上端には試料テーブル４０１が固
定されている。ベース４１２の端部には支柱部４１４が
設けられ、支柱部４１４の上部には水平に延びるアーム
４１６が設けられている。アーム４１６の先端部には内
部全反射プリズム３が固定されており、内部全反射プリ
ズム３は試料テーブル４０１の内部空間に配置され、試
料テーブル４０１の上面中央に設けられた開口から露出
されている。

【００２６】試料１が載置されたスライドガラス２は、
内部全反射プリズム３の上面に適量のマッチングオイル
４を垂らし、試料テーブル４０１の上に載置される。こ
の結果、図１に示されるように、スライドガラス２と内
部全反射プリズム３の間にマッチングオイル４が介在
し、両者は光学的に結合される。図３に示される構造体
は、図１に模式的に描かれているように、粗動ステージ
３４５の上に配置される。粗動ステージ３４５は、コン
ピューター１１により制御される粗動ステージ駆動回路
３４６によって駆動され、図３の構造体を三次元的に粗
く移動させる。これによって、試料１と探針１０２の間
の大まかな位置合わせが行なわれ、また、試料１と探針
１０２の間の距離が粗調整される。

【００２７】図１において、圧電チューブスキャナー６
は、制御回路９とコンピューター１１により制御される
スキャナー駆動回路１０によって駆動され、試料テーブ
ル４０１を三次元的に移動させる。これにより、試料テ
ーブル４０１に載せられたスライドガラス２の上の試料
１は、探針１０２に対して相対的に三次元的に移動され
る。これによって、探針１０２が試料１の表面を横切っ
て走査され、また、試料１の先端と探針１０２の表面の
間の距離が微調整される。本明細書においては、探針が
試料表面を横切る走査をＸＹ走査、探針先端と試料表面
の間の距離の調整をＺ制御とも表現する。圧電チューブ
スキャナー６によるＸＹ走査のストロークは約３０μ
ｍ、Ｚ制御のストロークは約５μｍである。先に図３を
参照して説明したように、内部全反射プリズム３はアー
ム４１６によって試料テーブル４０１とは独立に支持さ
れているので、走査の間、内部全反射プリズム３は試料
テーブル４０１の移動に影響されることなく不動に保た
れる。

【００２８】装置は、探針と試料の間に電磁場を発生さ
せる電磁場発生手段を備えている。電磁場発生手段は、
伝搬せずに局在する局在電磁場を発生させる局在電磁場
発生手段と、伝搬する電磁場を発生させる伝搬電磁場を
発生させる伝搬電磁場発生手段とを有しており、そのい
ずれかが選択的に動作される。ここで、局在電磁場は空
間を伝搬しない電磁場を意味し、例えばエバネッセント
光がこれにあたる。また、伝搬電磁場は空間を伝搬する
電磁場を意味し、例えば通常の伝搬光がこれにあたる。

【００２９】続く説明においては、まず局在電磁場発生
手段について説明し、伝搬場発生手段については後で説
明する。局在電磁場発生手段すなわちエバネッセント光
発生手段は、図１において、レーザー光源１３、フィル
ター１４、レンズ１５、二つのミラー１６と１７、内部
全反射プリズム３を有している。レーザー光源１３には
例えば出力２５ｍＷのアルゴンレーザーが使用される。
レーザー光源１３から射出されたレーザー光は、フィル
ター１４を通過した後、レンズ１５により平行ビームに
変えられる。平行レーザービームは、ミラー１６とミラ
ー１７で順に反射された後、内部全反射プリズム３にそ
の上面に対して４８．５°の角度で入射する。内部全反
射プリズム３に進入した光は、スライドガラス２と試料
１の界面まはた試料１と大気の界面で全反射される。こ
の結果、試料１の表面近傍にエバネッセント光が発生さ
れる。ここで「スライドガラス２と試料１の界面まはた
試料１と大気の界面で全反射される」と記したのは、エ
バネッセント光に関する現象は厳密に解明されておら
ず、このため反射面を厳密に特定できないからである。

【００３０】局在電磁場発生手段すなわちエバネッセン
ト光発生手段は、さらに、スライドガラス２と試料１の
界面まはた試料１と大気との界面で反射された光をモニ
ターするフォトディテクター１８を有している。フォト
ディテクター１８は、例えば、内部全反射プリズム３に
入射した光が正しく全反射されているか否かの確認に利
用される。

【００３１】図１に示されるように、内部全反射プリズ
ム３の上方には、試料１と探針１０２を間に挟んで、対
物レンズ１９が配置されている。対物レンズ１９は探針
１０２の頂角よりも大きい開口角を有している。ここ
で、開口角は、対物レンズ１９の焦点から入射瞳の直径
に対して張る角度を指し、別の言い方をすれば、対物レ
ンズ１９に入射する光束の最大錐角のことであり、その
半角の正弦が対物レンズ１９の開口数である。対物レン
ズ１９の上方には散乱光検出鏡筒２２２が配置されてお
り、散乱光検出鏡筒２２２は対物レンズ１９と共働して
散乱光検出光学系を構成している。散乱光検出光学系
は、局在電磁場であるエバネッセント光に探針が進入し
たときに発生する散乱光を検出する。

【００３２】散乱光検出鏡筒２２２は、レンズ群２０、
ピンホール２１、光電子増倍管２２を有している。ピン
ホール２１は、対物レンズ１９とレンズ群２０に対し
て、探針１０２の先端と光学的に共役な位置に配置され
ており、散乱光検出光学系は共焦点光学系となってい
る。従って、光電子増倍管２２に入射する光は、その殆
どが探針１０２の先端近傍で発生された散乱光である。
このように、散乱光検出光学系は共焦点光学系であるた
め、探針１０２の先端近傍で発生された散乱光を効率よ
く検出する。光電子増倍管２２は、光電子増倍管用高圧
電源２３に接続されており、受光した散乱光の光強度に
応じた電気信号を出力する。光電子増倍管２２からの出
力信号は、アンプ２４で増幅され、コンピューター１１
に取り込まれる。

【００３３】図１には、カンチレバーチップ１００は、
プリズム３への入射光のプリズム上面への投影像に対し
て、カンチレバー１０１の長手軸のプリズム上面への投
影像が平行になる位置関係で描かれているが、実際に
は、図４に示されるように、カンチレバーチップ１００
は、プリズム３への入射光１０７のプリズム上面への投
影像に対して、カンチレバー１０１の長手軸のプリズム
上面への投影像が直交する位置関係で配置される。つま
り、プリズム３への入射光１０７のプリズム上面への投
影像がＹ軸に平行であれば、カンチレバー１０１の長手
軸のプリズム上面への投影像がＸ軸に平行になる向き
に、カンチレバーチップ１００が配置される。

【００３４】エバネッセント光に探針が進入したときに
発生する散乱はＭｉｅ散乱であり、散乱方向に関する散
乱光（図４に実線の矢印で示されている）の強度分布は
均一ではなく、図５に示されるように入射光１０７の進
行方向が最も強い。従って、図４に描かれた位置関係で
カンチレバーチップ１００が配置された場合には、カン
チレバー１０１が、強い散乱光、特に紙面に平行な振動
成分を遮ることが少ない。これは高いＳ／Ｎでの散乱光
の検出に貢献する。

【００３５】カンチレバー１０１の配置の向きは、その
長手軸のプリズム上面への投影像が、入射光１０７のプ
リズム上面への投影像に直交する位置関係に限られるも
のではない。カンチレバー１０１は、Ｍｉｅ散乱に基づ
く強い散乱光すなわち図５において右方向に伝搬する散
乱光が検出可能であれば、どのような向きで配置されて
もよい。

【００３６】カンチレバー１０１の背面に設けられたア
ルミニウム膜１０４も、高いＳ／Ｎでの散乱光の検出に
貢献する。アルミニウム膜１０４は、探針先端で散乱さ
れた光が探針１０２の中を通り抜けて対物レンズ１９に
入射するのを防止している。このため、対物レンズ１９
に入射する光は探針１０２の外側を伝搬して行く散乱光
だけになる。これによって、ＳＮＯＭ信号に基づいて試
料１を分析する際の検出光の解釈が簡単になる。

【００３７】また、アルミニウム膜１０４は、前述の光
てこ式の変位センサーのレーザー光がカンチレバー１０
１の内部に侵入するのを防止している。これにより、レ
ーザー光がカンチレバー１０１に侵入し、その内部で反
射を繰り返した後に探針１０２の近傍から射出され、こ
の光が対物レンズ１９に入射して、本来の検出されるべ
き散乱光と混ざることが防がれている。つまり、アルミ
ニウム膜１０４は、前述したように変位センサーのＳ／
Ｎの向上に貢献すると同時に、散乱光検出光学系のＳ／
Ｎの向上に貢献している。

【００３８】実施例では、アルミニウム膜１０４はカン
チレバー１０１の背面に設けられているが、探針１０２
の側のカンチレバー１０１の面に設けられていてもよ
い。また、カンチレバー１０１にはアルミニウム膜１０
４が設けられているが、光を良好に反射すると共に光を
良好に遮断する膜であればアルミニウム膜１０４に代え
て使用されてもよい。

【００３９】高いＳ／Ｎでの散乱光の検出を実現する上
で、カンチレバーの形状は重要なファクターである。前
述のテトラヘドラルタイプのカンチレバー１０１は、高
いＳ／Ｎでの散乱光の検出にとって、最も好ましいもの
の一つである。以下、この理由について図６を参照して
説明する。

【００４０】図６において、カンチレバー６０１は通常
のカンチレバーを示しており、探針６０２との接合部の
先端側と両横側に広がる突出部を有している。つまり、
探針６０２は、カンチレバー６０１の先端部に、その周
縁から若干の距離を置いて位置している。探針６０２の
先端とカンチレバー６０１の先端部の周縁とを結んだ線
と、対物レンズ１９の光軸とがなす角θt の中で最も小
さい角が、対物レンズ１９の開口角の半角θL より大き
い場合、散乱光検出光学系で検出される光は、探針６０
２の先端近傍で発生した後にカンチレバー６０１の先端
部の周縁で散乱もしくは回折された光だけである。この
ような事態は好ましくなく、探針６０２の先端近傍で発
生した散乱光が、カンチレバー６０１の先端部の周縁で
散乱や回折されることなく、散乱光検出光学系によって
検出されることが望ましい。このため、カンチレバー６
０１は、探針６０２との接合部の先端側と両横側に広が
る突出部が小さいものほど好ましく、突出部が全くない
ものが理想である。

【００４１】以上から、前述のテトラヘドラルタイプの
カンチレバー１０１は、探針１０２との接合部の先端側
と両横側に広がる突出部を有しておらず、理想的な形状
を有していることが分かる。

【００４２】理想的なカンチレバーは、テトラヘドラル
タイプのもに限られるものでない。探針との接合部の先
端側と両横側に広がる突出部のないカンチレバーであれ
ば、テトラヘドラルタイプのカンチレバー１０１と同様
に理想的である。

【００４３】他の理想的なカンチレバーチップとして
は、例えば、図７に示される、いわゆるバードビークタ
イプのカンチレバーチップ２００があげられる。カンチ
レバーチップ２００は、カンチレバー支持部２０３と、
カンチレバー支持部２０３から延びるカンチレバー２０
１と、カンチレバー２０１の先端から斜めに延出した探
針２０２とを有している。カンチレバー支持部２０３は
ガラス部材２０５を有しており、これは、探針２０２が
延びる側の面と反対側の面に位置している。カンチレバ
ー２０１には、探針２０２が延びる側の面と反対側の面
に、探針２０２の先端部まで延びる金属コート層２０４
が設けられている。

【００４４】図７から明らかなように、カンチレバー２
０１は、探針２０２との接合部の先端側と両横側に広が
る突出部を有しておらず、従って、バードビークタイプ
のカンチレバーチップ２００も、テトラヘドラルタイプ
のカンチレバーチップ１００と同様に、理想的なカンチ
レバーチップであることが分かる。

【００４５】装置は、顕微鏡接眼鏡筒２８と顕微鏡照明
鏡筒２５を有しており、両者は対物レンズ１９の上方に
配置されたハーフミラープリズム３０によって対物レン
ズ１９と光学的に結合されており、顕微鏡接眼鏡筒２８
は対物レンズ１９と共働して光学顕微鏡を構成し、顕微
鏡照明鏡筒２５は対物レンズ１９と共働して照明光学系
を構成する。光学顕微鏡は、試料１の種々の光学的観察
に利用される他に、試料１の観察箇所の特定、観察箇所
への探針１０２の位置合わせ、変位センサーのレーザー
光のカンチレバー１０１への照射位置の確認に利用され
る。

【００４６】また、原則としてＳＮＯＭ測定時には、顕
微鏡照明鏡筒２５を含む照明光学系の照明光源２７は切
られた状態とされる。これは光学顕微鏡の照明光学系に
基づくノイズを避けるためである。

【００４７】顕微鏡照明鏡筒２５は明視野照明用ハーフ
ミラープリズム３７０と暗視野照明用ハーフミラープリ
ズム９１０（図１０参照）とを有しており、そのいずれ
か一方が選択的に光路上に配置される。暗視野照明用ハ
ーフミラープリズム９１０が光路上に配置されたとき、
照明光学系は、試料１と探針１０２の間に伝搬電磁場を
発生させる伝搬電磁場発生手段として機能する。これに
ついては後に詳しく説明する。それまでは、明視野照明
用ハーフミラープリズム３７０が光路上に配置されてい
るものとして話を進める。

【００４８】顕微鏡接眼鏡筒２８は、カンチレバー１０
１の背面や試料１の表面等の観察面の高さを調整するた
めのステージ２９に取り付けられており、ステージ２９
により上下方向に適宜移動される。顕微鏡接眼鏡筒２８
には、画像を取得するためのＣＣＤカメラ３２が取り付
けられており、ＣＣＤカメラ３２に取得された画像はＣ
ＣＤカメラコントロールユニット３３に送られモニター
テレビ３４に表示される。顕微鏡照明鏡筒２５は光ファ
イバー２６を介して照明光源２７に接続されている。

【００４９】照明光源２７で発せられた照明光は、光フ
ァイバー２６、顕微鏡照明鏡筒２５、レンズ３１、ハー
フミラープリズム３０、対物レンズ１９を経由して、試
料１に照射される。試料１からの光は、対物レンズ１
９、ハーフミラープリズム３０、レンズ３１、ハーフミ
ラープリズム３７０、ミラープリズム３７１を経由し
て、接眼顕微鏡鏡筒２８に入射し、ＣＣＤカメラ３２の
受光面に結像される。ＣＣＤカメラ３２が取得した画像
はモニターテレビ３４に表示される。

【００５０】顕微鏡照明鏡筒２５の内部にはポラライザ
ー３６２が光路中に適宜挿入可能に設けられており、顕
微鏡接眼鏡筒２８の内部にはアナライザー３６３が光路
中に適宜挿入可能に設けられている。対物レンズ１９と
ハーフミラープリズム３０の間にはノマルスキー微分干
渉プリズム３６０が光路中に適宜挿入可能に設けられて
おり、ハーフミラープリズム３０と散乱光検出鏡筒２２
２の間にはノマルスキー微分干渉プリズム３６１が光路
中に適宜挿入可能に設けられている。

【００５１】光学顕微鏡は、以上の構成により、通常の
光学顕微鏡観察、偏光顕微鏡観察、ノマルスキー微分干
渉顕微鏡観察を行なうことができる。通常の光学顕微鏡
観察の際には、ポラライザー３６２とアナライザー３６
３とノマルスキー微分干渉プリズム３６０のすべてが光
路から外される。偏光顕微鏡観察の際には、ポラライザ
ー３６２とアナライザー３６３が光路上に配置され、ノ
マルスキー微分干渉プリズム３６０が光路から外され
る。ノマルスキー微分干渉顕微鏡観察の際には、ポララ
イザー３６２とアナライザー３６３とノマルスキー微分
干渉プリズム３６０のすべてが光路上に配置される。

【００５２】ノマルスキー微分干渉プリズム３６１は、
ノマルスキー微分干渉プリズム３６０に連動して光路上
に配置される。つまり、ノマルスキー微分干渉プリズム
３６１は、ノマルスキー微分干渉プリズム３６０が光路
から外されているときは同じく光路から外され、ノマル
スキー微分干渉プリズム３６０が光路上に配置されてい
るときは同じく光路上に配置される。これは、ノマルス
キー微分干渉プリズム３６０による散乱光の分離を補償
するためである。つまり、探針１０２によって発生され
た散乱光はノマルスキー微分干渉プリズム３６０によっ
て互いに直交する偏光成分に分離され、この二つの偏光
成分は異なる光路上を伝搬する。このため、このままで
は、一方の偏光成分はピンホール２１に向かわず、従っ
て光電子増倍管２２で検出されない。ノマルスキー微分
干渉プリズム３６１は、このような事態を解消するため
に設けられ、本来の光路から外れた偏光成分をピンホー
ル２１に向かわせる。

【００５３】本実施例の装置では、ＳＮＯＭ測定と同時
にＡＦＭ測定が行なわれる。つまり、一回の走査の間に
ＳＮＯＭ情報の取得とＡＦＭ情報の取得が行なわれる。
ＡＦＭ測定は、探針先端と試料表面の間のＺ制御の仕方
によって色々なモードがあり、大きくは、カンチレバー
が静的な姿勢に支持されるスタティックモードと、カン
チレバーに微小な振動が与えられるダイナミックモード
とに分けられる。スタティックモードには、探針が試料
に接触するコンタクトモードと、探針先端と試料表面の
間に隙間が維持されるノンコンタクトモードとがある。
ダイナミックモードには、探針が試料表面に平行な方向
に振動されるシェアフォースモードと、探針が試料表面
に垂直な方向に振動されるモードとがあり、この垂直振
動モードには、探針先端が試料表面に接触するコンタク
トモードいわゆる探針先端が試料表面を叩くタッピング
モードと、探針先端と試料表面の間に隙間が維持される
ノンコンタクトモードとがある。

【００５４】探針１０２が試料表面を横切って走査され
る間、いずれかのモードによって探針先端と試料表面の
間のＺ制御が行なわれる。走査の間、Ｚ制御のために制
御回路９から発生される制御信号はＡＦＭ情報としてコ
ンピューター１１に取り込まれ、その内部で生成される
ＸＹ走査信号と合わせて処理される。これにより、試料
表面の凹凸を表現するＡＦＭ像が形成される。また、走
査の間、光電子増倍管２２からの出力信号はＳＮＯＭ情
報としてコンピューター１１に取り込まれ、その内部で
生成されるＸＹ走査信号と合わせて処理される。これに
より、試料表面の光学情報を表現するＳＮＯＭ像が形成
される。ＡＦＭ像とＳＮＯＭ像はモニター１２に一緒に
表示される。

【００５５】前述したように、ノマルスキー微分干渉顕
微鏡観察の際、探針１０２によって発生された散乱光は
ノマルスキー微分干渉プリズム３６０によって互いに直
交する偏光成分に分離され、二つの偏光成分は異なる光
路上を伝搬する。図１の装置ではノマルスキー微分干渉
プリズム３６０の光路上への挿入に連動して補償用のノ
マルスキー微分干渉プリズム３６１が光路上に挿入さ
れ、これにより二つの偏光成分の光路の違いが補償され
るが、二つの偏光成分は、このような補償なしに、別々
に検出されてもよい。そのための構成が図８に示され
る。

【００５６】図８において、散乱光検出鏡筒２２２は二
つの光電子増倍管２２と２２１を有しており、光電子増
倍管２２の手前にはピンホール２１１が、光電子増倍管
２２１の手前にはピンホール２１２が配置されている。
ピンホール２１１は、ノマルスキー微分干渉プリズム３
６０を直進する偏光成分に関して、探針１０２の先端と
光学的に共役な位置にあり、ピンホール２１２は、ノマ
ルスキー微分干渉プリズム３６０で屈折される偏光成分
に関して、探針１０２の先端と光学的に共役な位置にあ
る。光電子増倍管２２は、光電子増倍管用高圧電源２３
に接続されており、受光した偏光成分の光強度に応じた
電気信号を出力し、その出力信号はアンプ２４で増幅さ
れコンピューター１１に取り込まれる。同様に、光電子
増倍管２２１は、光電子増倍管用高圧電源２３１に接続
されており、受光した偏光成分の光強度に応じた電気信
号を出力し、その出力信号はアンプ２４１で増幅されコ
ンピューター１１に取り込まれる。

【００５７】エバネッセント光への探針１０２の進入に
よって発生された散乱光は、対物レンズ１９に入射した
後、ノマルスキー微分干渉プリズム３６０によって互い
に直交する二つの偏光成分に分離される。一方の偏光成
分はプリズム３６０を直進し、他方の偏光成分はプリズ
ム３６０で屈折される。プリズム３６０を直進した偏光
成分はレンズ群２０によって集光され、ピンホール２１
１を通って光電子増倍管２２に入射する。プリズム３６
０で屈折された偏光成分はレンズ群２０によって集光さ
れ、ピンホール２１２を通って光電子増倍管２２２に入
射する。

【００５８】この装置では、ノマルスキー微分干渉プリ
ズム３６０によって分離された二つの偏光成分が別々に
検出されるので、散乱光の偏光に関連した試料表面の光
学情報が得られる。

【００５９】図１の装置では、カンチレバー１０１の自
由端の変位の検出に、光てこ式の変位センサーが用いら
れているが、他の変位センサーが用いられてもよい。臨
界角方式の変位センサーが用いられた構成が図９に示さ
れる。図９において、偏光顕微鏡観察やノマルスキー微
分干渉顕微鏡観察に必要な光学素子は省略されている。

【００６０】装置は、臨界角方式変位センサーユニット
３０８を有し、変位センサーユニット３０８は対物レン
ズ１９と共働して、カンチレバー１０１の自由端の変位
を検出する臨界角方式の変位センサーを構成している。
このような臨界角法式の変位センサーは公知であり、そ
の一つは例えば米国特許第４，７２６，６８５号に開示
されている。対物レンズ１９の上方にはダイクロイック
ミラー３０７が配置されており、これにより変位センサ
ーユニット３０８は対物レンズ１９と光学的に結合され
ている。

【００６１】臨界角式変位センサーユニット３０８は例
えば波長７８０ｎｍのレーザー光をレーザー駆動回路３
４４の駆動信号に基づいて射出し、レーザー光は対物レ
ンズ１９により集光され、カンチレバー１０１の背面に
焦点を結ぶ。レーザー光の集光位置は、探針１０２の変
位を正確に知るためには探針１０２の裏側が最も好まし
いが、実際には、ＳＮＯＭ測定時の散乱光との混在を避
けるため、そこから僅かに支持部１０３側に寄った箇所
が選ばれる。カンチレバー１０１の背面からの反射光
は、臨界角式変位センサユニット３０８に戻り、臨界角
式変位センサユニット３０８は焦点位置からのずれに対
応するエラー信号を出力する。エラー信号はカンチレバ
ー１０１の自由端の変位信号としてコンピューター１１
に取り込まれる。

【００６２】この装置では、同軸照明方式の臨界角式の
変位センサーを用いられているため、図１の装置よりも
対物レンズ１９をカンチレバー１０１に近づけて配置す
ることができる。このため、図９の装置は、図１の装置
に比べて、倍率が高く、ＮＡが大きく、ワーキングディ
スタンスが短い対物レンズが使用できる。具体的には、
倍率５０倍、ＮＡ＝０．５の対物レンズが使用可能であ
る。ＮＡの大きい対物レンズの使用は、散乱光を一層大
きな立体角で取り込むこと、言い換えれば、多くの散乱
光を収集することを可能にし、ＳＮＯＭ測定のＳ／Ｎの
向上に貢献する。

【００６３】図９に示される装置は、ピンホール２１の
位置を調整する位置調整ステージ３４３を有している。
装置は、さらに、レンズ３３８と接眼鏡筒３３６を有し
ており、レンズ３３８と接眼鏡筒３３６は、ハーフミラ
ープリズム３０によってレンズ群２０と光学的に結合さ
れており、レンズ群２０と共働してピンホール２１の位
置調整用の光学系を構成している。接眼鏡筒３３６は、
観察面すなわちピンホール２１の位置に焦点が合ってい
ることを確認するためのステージ３３７に取り付けられ
ており、ステージ３３７によって左右方向に適宜移動さ
れる。接眼鏡筒３３６には、画像を取得するためのＣＣ
Ｄカメラ３４０が取り付けられており、ＣＣＤカメラ３
４０に取得された画像はＣＣＤカメラコントロールユニ
ット３４１に送られモニターテレビ３４２に表示され
る。

【００６４】レンズ３３８とハーフミラープリズム３０
の間には、シャッター３３９が光路上に適宜挿入可能に
設けられている。シャッター３３９は、ピンホール２１
の位置調整のときは光路から外されている。それ以外の
ときは光路上に配置されている。これは、光学顕微鏡観
察やＳＮＯＭ測定の際に、レンズ３３８や接眼鏡筒３３
６からの迷光（反射光）が観察や測定に影響を与えるの
を避けるためである。

【００６５】さらに、シャッター３３９を設ける代わり
に、レンズ３３８と接眼鏡筒３３６を含む光学系を光路
から外す機構を設けても、同様に迷光の影響を避けるこ
とができる。

【００６６】ピンホール２１の位置調整操作の間は、照
明光学系の照明光源２７は切られている。探針１０２に
よって発生された散乱光が正確にピンホール２１に入射
している場合には、ＣＣＤカメラ３４０は殆ど光を感知
しない。探針１０２によって発生された散乱光が正確に
ピンホール２１に入射していない場合には、ピンホール
２１のエッヂで光が散乱されるため、ＣＣＤカメラ３４
０は光を感知する。従って、その様子をモニターテレビ
３４２で確認しながら、位置調整ステージ３４３を用い
てピンホール２１を移動させることにより位置調整が行
なえる。

【００６７】電磁場発生手段は、伝搬せずに局在する局
在電磁場を発生させる局在電磁場発生手段と、伝搬する
電磁場を発生させる伝搬電磁場を発生させる伝搬電磁場
発生手段とを有しており、そのいずれかが選択的に動作
されることは既に説明した。また、顕微鏡照明鏡筒２５
は、明視野照明用ハーフミラープリズム３７０と暗視野
照明用ハーフミラープリズム９１０とを有しており、そ
のいずれか一方が選択的に光路上に配置され、暗視野照
明用ハーフミラープリズム９１０が光路上に配置された
とき、照明光学系は、試料１と探針１０２の間に伝搬電
磁場を発生させる伝搬電磁場発生手段として機能すると
いうことについては既に説明した。以下では、これにつ
いて詳しく説明する。

【００６８】図１０に示されるように、暗視野照明用ハ
ーフミラープリズム９１０は、照明光が入射する面の中
央に円形の遮光部９１１を有している。暗視野照明用ハ
ーフミラープリズム９１０は明視野照明用ハーフミラー
プリズム３７０と共にスライダー８０４に固定されてお
り、スライダー８０４はベース８０２に対して移動可能
に設けられている。ベース８０２は顕微鏡照明鏡筒２５
に固定されており、スライダー８０４の移動によって明
視野照明用ハーフミラープリズム３７０と暗視野照明用
ハーフミラープリズム９１０のいずれかが選択的に光路
上に配置され、これにより明視野照明と暗視野照明とが
切り換えられる。

【００６９】暗視野照明時すなわち伝搬電磁場発生手段
動作時の装置の構成が図１１に模式的に示される。対物
レンズ１９は、暗視野照明に適応する構造を有してい
る。つまり、図１１に示されるように、レンズ群９０７
はレンズ保持部材９０５に固定されており、レンズ保持
部材９０５は対物レンズ筐体９０６の内部の中央に支持
されている。レンズ保持部材９０５は、例えば、三方向
からのねじ止めによって、対物レンズ筐体９０６に固定
されている。この構造により、対物レンズ筐体９０６と
レンズ保持部材９０５の間に、暗視野照明光用の伝搬路
すなわち隙間が確保されている。対物レンズ筐体９０６
は、伝搬路を進行する照明光を試料１に向けて反射する
ミラー９０８を有している。

【００７０】顕微鏡照明鏡筒２５から射出された照明光
束は、その中央部の光は暗視野照明用ハーフミラープリ
ズム９１０に設けられた円形の遮光部９１１によって遮
断され、リング状の外周部の光だけが暗視野照明用ハー
フミラープリズム９１０で反射される。リング状の照明
光束は、ハーフミラープリズム３０で反射され、対物レ
ンズ１９に設けられたリング状の伝搬路に入射する。伝
搬路を進行する照明光９１７は、ミラー９０８で反射さ
れた後、対物レンズ１９の開口角の外側から試料１に照
射される。これにより探針１０２と試料１の間に伝搬電
磁場が発生される。照明光９１７は、対物レンズ１９の
開口角の外側から試料１に入射するため、試料１で反射
された後にレンズ群９０７に入射することはない。

【００７１】カンチレバー１０１は、例えば、励振用圧
電素子９０３によって微小振動が与えられる。これは前
述したダイナミックモードによるＡＦＭ測定に相当す
る。探針１０２が伝搬電磁場である照明光９１７の伝搬
領域に進入すると散乱光９１８が発生される。発生され
た散乱光９１８は、レンズ群９０７に入射し、ハーフミ
ラープリズム３０を透過し、散乱光検出鏡筒２２２に入
射する。散乱光検出鏡筒２２２で得られるＳＮＯＭ情報
は、探針１０２と試料１の間に局在電磁場が発生された
場合と同様に処理される。

【００７２】ＳＮＯＭ測定は、顕微鏡照明鏡筒２５の内
部の光路上にポラライザー９１５を配置して行なっても
よい。ポラライザー９１５には、前述したように偏光顕
微鏡観察時やノマルスキー微分干渉顕微鏡観察時に使用
されるポラライザー３６２が流用できる。ポラライザー
９１５を照明光光路上に配置することによって、照明光
の偏光方向に関連した試料表面の光学情報が得られる。

【００７３】この装置では、探針１０２と試料１の間に
電磁場を発生させるための光すなわち照明光９１７が、
試料１を基準にしてカンチレバー１０１と同じ側から、
試料１に照射されるので、観察できる試料１は光学的に
透明なものに限定されない。つまり、この装置は光学的
に不透明な試料に対してもＳＮＯＭ測定が行なえる。

【００７４】なお、図１１の構成を用いて試料１を照明
した場合、試料１の表面近傍に局在電磁場が発生する現
象が起こり得る。この現象は、試料の構造及び材質に起
因し、試料１の表面近傍には、局在電磁場であるエバネ
ッセント光が発生していると考えられる。このときの局
在電磁場を検出し、試料の構造解析に利用することが可
能である。すなわち、暗視野照明は局在電磁場発生手段
として機能することもできる。

【００７５】また、局在電磁場と伝搬電磁場が混在する
現象も起こり得るが、このときも同様に、局在電磁場と
伝搬電磁場を検出し、試料１の構造解析に利用すること
が可能である。

【００７６】本発明は上述の実施の形態に限定されるも
のではない。発明の要旨を逸脱しない範囲で行なわれる
実施はすべて本発明に含まれる。本発明は以下の各項に
記した技術思想を含んでいる。

【００７７】１． 探針を用いて試料表面の光学情報を
得る走査型プローブ顕微鏡であり、自由端に探針を有す
るカンチレバーと、試料表面を横切って探針を走査する
走査手段と、探針先端と試料表面の間の距離を制御する
制御手段と、カンチレバーの自由端の変位を検出する変
位検出手段と、探針と試料の間に電磁場を発生させる電
磁場発生手段と、探針が電磁場に作用して発生する光を
検出する光検出手段と、走査手段と変位検出手段と光検
出手段からの情報を処理して試料表面に関する像を形成
する情報処理手段と、情報処理手段による情報処理の結
果を表示する表示手段とを備え、光検出手段は、カンチ
レバーを基準にして試料の反対側に配置される対物レン
ズを含み、対物レンズは探針の頂角よりも大きい開口角
を有しており、ここに開口角とは、対物レンズの焦点か
ら入射瞳の直径に対して張る角度を意味し、別の言い方
をすれば、対物レンズに入射する光束の最大錐角を意味
し、その半角の正弦が対物レンズの開口数である、走査
型プローブ顕微鏡。

【００７８】２． 第１項において、光検出手段は、共
焦点光学系で構成されており、探針先端に対して共焦点
の位置に配置されたピンホールと、ピンホールを通過し
た光を検出する受光素子とを有している、走査型プロー
ブ顕微鏡。

【００７９】３． 第１項において、探針は、カンチレ
バーの自由端の先端に設けらている、走査型プローブ顕
微鏡。 ４． 第３項において、カンチレバーはいわゆるテトラ
ヒドラルタイプのカンチレバーであり、探針は三角錐形
状をしており、カンチレバーへの探針の接合部の形状は
カンチレバーの自由端の先端の形状と一致し、従って、
カンチレバーは、探針との接合部の外側に広がる突出部
を持たない、走査型プローブ顕微鏡。

【００８０】５． 第３項において、カンチレバーはい
わゆるバードビークタイプのカンチレバーであり、探針
はカンチレバーの自由端の先端から斜めに突出してい
る、走査型プローブ顕微鏡。

【００８１】６． 第１項において、カンチレバーは、
探針の内部を透過する光を遮断する遮光膜を有してい
る、走査型プローブ顕微鏡。 ７． 第６項において、遮光膜は、探針が位置する側の
反対側のカンチレバーの面に形成された金属膜である、
走査型プローブ顕微鏡。

【００８２】８． 第１項において、電磁場発生手段
は、試料の下に配置される内部全反射プリズムと、試料
と内部全反射プリズムの界面に対して光を全反射を起こ
す角度で照射する手段とを有しており、探針と試料の間
に局在電磁場を発生させ、ここに局在電磁場は伝搬せず
に局在する電磁場を意味する、走査型プローブ顕微鏡。

【００８３】９． 第８項において、カンチレバーは、
その長手軸が、電磁場発生手段の光路に対して直交する
向きで配置される、走査型プローブ顕微鏡。 １０． 第１項において、電磁場発生手段は、試料を基
準にしてカンチレバーの側から、対物レンズの開口角の
外側から試料を照明する光学系を有しており、探針と試
料の間に伝搬電磁場を発生させ、ここに伝搬電磁場は伝
搬する電磁場を意味する、走査型プローブ顕微鏡。

【００８４】１１． 第１０項において、さらに、光検
出手段の対物レンズを共用する光学顕微鏡を有してお
り、電磁場発生手段は光学顕微鏡に対して暗視野照明と
して機能する、走査型プローブ顕微鏡。

【００８５】１２． 第１項において、さらに、光検出
手段の対物レンズを共用する光学顕微鏡を有している、
走査型プローブ顕微鏡。 １３． 第１２項において、光学顕微鏡は偏光顕微鏡で
ある、走査型プローブ顕微鏡。

【００８６】１４． 第１２項において、光学顕微鏡は
ノマルスキー微分干渉顕微鏡である、走査型プローブ顕
微鏡。 １５． 第１項において、電磁場発生手段は、試料を基
準にしてカンチレバーの側から、対物レンズの開口の外
側から試料を照明する光学系を有しており、探針と試料
の間に局在電磁場を発生させ、ここに局在電磁場は伝搬
せずに局在する電磁場を意味する、走査型プローブ顕微
鏡。

【００８７】１６． 第１５項において、さらに、光検
出手段の対物レンズを共用する光学顕微鏡を有してお
り、電磁場発生手段は光学顕微鏡に対して暗視野照明と
して機能する、走査型プローブ顕微鏡。

【００８８】

【発明の効果】本発明によれば、高いＳ／ＮでＡＦＭ測
定と散乱モードＳＮＯＭ測定とを同時に行なえる走査型
プローブ顕微鏡であり、通常の光学顕微鏡の各種検鏡法
が実施できる走査型プローブ顕微鏡が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型プローブ顕微鏡の全体の構
成を模式的に示している。

【図２】図１の装置に用いられるテトラヘドラルタイプ
のカンチレバーチップを示しており、（Ａ）はその斜視
図、（Ｂ）はその側面図である。

【図３】内部全反射プリズムの周辺の構造体の斜視図で
ある。

【図４】カンチレバーの配置方向を説明するための図で
ある。

【図５】Ｍｅｉ散乱における散乱方向に関する散乱光の
強度分布を示している。

【図６】好ましいカンチレバーの形状を説明するための
図である。

【図７】図１の装置に用いられる別のバードビークタイ
プのカンチレバーチップの斜視図である。

【図８】ノマルスキー微分干渉プリズムで分離された二
つの偏光成分を別々に検出する図１の装置の変形例を示
している。

【図９】臨界角方式の変位センサーによりカンチレバー
の自由端の変位を検出する図１の装置の別の変形例を示
している。

【図１０】暗視野照明用ハーフミラープリズムと明視野
照明用ハーフミラープリズムの切換機構を示す斜視図で
ある。

【図１１】暗視野照明時すなわち伝搬電磁場発生手段動
作時の装置の構成を模式的に示している。

【符号の説明】

３ 内部全反射プリズム ６ 圧電チューブスキャナー ７ 半導体レーザー ８ 二分割フォトディテクター １１ コンピューター １２ モニター １３ レーザー光源 ２０ レンズ群 ２１ ピンホール ２２ 光電子増倍管 １０１ カンチレバー １０２ 探針

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−291310（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−231814（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−137847（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−43372（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−191047（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−198732（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−287111（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−160719（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−175029（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−260806（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−90007（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−130302（ＪＰ，Ａ) 米国特許4726685（ＵＳ，Ａ) 米国特許5272330（ＵＳ，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 (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】探針を用いて試料表面の光学情報を得る走
   査型プローブ顕微鏡であり、 自由端に探針を有するカンチレバーと、 試料表面を横切って探針を走査する走査手段と、 探針先端と試料表面の間の距離を制御する制御手段と、 カンチレバーの自由端の変位を検出する変位検出手段
   と、 探針と試料の間に電磁場を発生させる電磁場発生手段
   と、 探針が電磁場に作用して発生する光を検出する光検出手
   段と、 走査手段と変位検出手段と光検出手段からの情報を処理
   して試料表面に関する像を形成する情報処理手段と、 情報処理手段による情報処理の結果を表示する表示手段
   とを備え、 光検出手段は、カンチレバーを基準にして試料の反対側
   に配置される対物レンズを含み、対物レンズは探針の頂
   角よりも大きい開口角を有している、走査型プローブ顕
   微鏡。
2. 【請求項２】請求項１において、電磁場発生手段は、試
   料の下に配置される内部全反射プリズムと、試料と内部
   全反射プリズムの界面に対して光を全反射を起こす角度
   で照射する手段とを有しており、探針と試料の間に局在
   電磁場を発生させる、走査型プローブ顕微鏡。
3. 【請求項３】請求項１において、電磁場発生手段は、試
   料を基準にしてカンチレバーの側から、対物レンズの開
   口角の外側から試料を照明する光学系を有しており、探
   針と試料の間に伝搬電磁場を発生させる、走査型プロー
   ブ顕微鏡。