JP4694736B2 - プローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡、特にプローブ先端の開口の大きさを制御する手法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な顕微鏡は、試料に対して非接触、非破壊で微細極小部位の観察が行え、さらに分光分析器等を接続することにより観察対象の形状、構造のみでなく、その成分等まで分析することも可能であり、各種の分野で応用が行なわれている。
しかしながら、一般的な光学顕微鏡は、光の波長より小さなものは観察することができず、その分解能には限界がある。光には回折限界があり、使用する波長程度までしか絞れないからである。
【０００３】
この回折限界を越えた極微小領域での観察を可能にしたのが、例えば数十〜百ｎｍ程度の微小開口をもつプローブを用いた近接場光学顕微鏡である。
図１には近接場光学顕微鏡の概略が示されている。この近接場光学顕微鏡１０による試料測定は次のようにして為される。すなわち、微小な被測定試料１２は平坦な基板１４の上に配置されている。そして、光源１６からの光１８を先鋭化されたプローブ２２に入射すると、光波長以下の口径のプローブ２２先端開口から、エバネッセント光２０と呼ばれる表面波が、開口近傍にしみだした状態で発生する。この表面波はプローブ先端付近表面から光波長以内の距離の領域に局在している。
【０００４】
この時、プローブ２２先端と試料表面を近づけることで、試料表面とプローブ２２表面に生じたエバネッセント光２０の場が接触すると、エバネッセント光２０は試料表面外へ散乱する。その散乱光２１の一部はプローブ２２内に進入し、ビームスプリッタ１９を介して分光器３８を通し検出器２４に導光され、コンピュータ２６でデータ処理される。
したがって、前記コンピュータ２６、ステージコントローラ２８により、ステージ３０を移動し、検出器２４で検出される散乱光２１の強度が一定となるようにプローブ２２先端部と試料１２間の上下方向の距離を制御しつつ、試料１２の被測定面を走査すれば、該試料１２に非接触でかつ試料１２の凹凸を的確に把握することが可能となる。また、エバネッセント光２０により励起された試料の蛍光や、ラマン光等を検出することで、成分解析も可能となる。
このように、プローブ先端付近表面から光波長以内の距離の領域に局在しているエバネッセント光を測定光として用いることで、回折限界を超えた微小領域の測定が可能となるのである。
【０００５】
また、試料測定面と逆側（基板１４側）から光照射することにより、試料測定面側の表面近傍にエバネッセント光の場を発生し、その場にプローブ先端部を差し込むことでエバネッセント光の場を散乱し、その散乱光を該開口より集光して近接場光測定を行うこともできる。
【０００６】
そして、図２に示すようにプローブ２２は、光透過性を有する誘電体等の材質で構成されたコア３２と、該コア３２表面に蒸着等で形成した金属薄膜のマスク３４を備える。
このマスク先端部には、開口３６が形成され、該開口３６よりコア先端部３２ａが表出している。
【０００７】
このようなプローブ先端の開口は、次のようにして作製される。すなわち、まず光ファイバのコアの先端を選択化学エッチング法や、熱して引き延ばす方法等により先鋭化する。
そして、この先鋭化ファイバに真空中で金属を加熱・蒸発させ、プローブの表面に薄膜として蒸着させ、金属薄膜等のマスクを形成する。
次に、この先端部のマスクを、例えば収束イオンビーム（ＦＩＢ）によるイオン切削等で除去すると、開口３６が作製される。
或いは、プローブを回転させながら斜め後方から金属膜を蒸着すると、プローブ先端のみ被覆されず、その近傍の金属膜の薄い部分と共に開口とすることができるので、この方法によっても開口３６を作製できる。
このようにして作製されたプローブ２２は、近接場光学顕微鏡１０の近接場ヘッド３１に取り付けられ、前述のような近接場光測定が行なわれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近接場光学顕微鏡の分解能を向上させるためには、プローブの先端に、再現性よく目的の大きさの開口を作製する必要がある。
しかしながら、前記したイオン切削による開口作製方法では、開口径の大きさは制御できるものの加工が非常に難かしい。
また、斜め蒸着による開口作製方法では蒸着装置のローカリティの問題で再現性よく作製できない。
このため、作製されたプローブを、実際に近接場光学顕微鏡に取り付けて測定を行うと、測定がうまく行えない場合があった。
【０００９】
このため従来より、プローブの先端に再現性よく目的の大きさの開口を作製することのできる技術の開発が強く望まれていたが、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、再現性よく所望の大きさの開口を容易に作製することのできるプローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明にかかるプローブ開口作製装置は、光透過性を有する材質で構成されたコアと、該コア上に形成され、延性及び遮光性を有する材質で構成されたマスクと、を備えたプローブの先端部のマスクを所望の大きさで開口する装置であって、
光源と、反射手段と、光検出手段と、押付手段と、記憶手段と、算出手段と、押付制御手段と、
を備えたことを特徴とする
ここで、前記反射手段は、前記先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光を該当接面で反射する。
【００１１】
また、前記光検出手段は、前記先端部と反射手段の当接部位からの反射光の光量を検出する。
前記押付手段は、前記先端部と反射手段との光軸方向の押付けを行なう。
前記記憶手段は、あらかじめ前記反射光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している。
前記算出手段は、所望の大きさの開口を得るための前記反射光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報より求める。
前記押付制御手段は、前記光検出手段により検出される前記反射光の光量が、前記算出手段により算出された光量となるように、前記押付手段により前記プローブ先端部と反射手段との光軸方向の押付けを制御する。
【００１２】
なお、ここでいう光透過性を有する材質で構成されたコアとは、例えば石英、半導体、ＣａＦ２、カルコゲナイト等の光ファイバ材料等の材質で構成されたものをいう。
また、延性及び遮光性を有する材質で構成されたマスクとは、コア上に蒸着等で形成された金、アルミニウム、銀、クロム、チタン等のミラーに使用される金属薄膜等をいう。
【００１３】
また、プローブ先端部のマスクを開口するとは、プローブ先端部のマスクは延性を有するので、プローブ先端部と反射手段とを光軸方向に押付けると、序々に薄く引き延ばされて開口が形成され、該マスク開口よりコア先端部が表出することをいう。
また、ここにいう反射光の光量とは、マスクに開口が形成されていない時点では、反射手段とプローブコア部がマスクで遮蔽されているため光量値はゼロであり、マスクに開口が形成されると、反射手段とプローブ先端部が当接する面から反射手段が反射する反射光が開口からコアへ入り、その開口の大きさと共に光量値が増大するものをいう。
【００１４】
なお、本発明にかかるプローブ開口作製装置において、前記押付手段としては、前記プローブ先端部のマスクがちぎれることなく序々に薄く延ばされて開口するように、前記プローブ先端部と反射手段とを光軸方向に押付ける送り手段を用いることが好適である。
【００１５】
また、このようなプローブ開口作製装置を備えた本発明にかかる近接場光学顕微鏡は、該開口作製装置により開口が形成されたプローブ先端部で試料の被測定面のエバネッセント光の場を散乱し、その散乱光を該開口より集光し、あるいは該開口よりしみ出したエバネッセント光を被測定面に照射し、その散乱光ないし反射光を該開口より集光し、又は外部光学系により集光し、試料の被測定面の情報を得ることを特徴とする。
【００１６】
また、このような近接場光学顕微鏡において、
開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを検査する開口径検査機構を備え、該開口径検査機構は、
光源と、反射手段と、光検出手段と、押付手段と、記憶手段と、比較手段と、
を備えることが好適である。
ここで、前記光源は、前記プローブに光を入射する。
【００１７】
前記反射手段は、前記先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光を該当接面で反射する。
前記光検出手段は、前記先端部と反射手段の当接部位からの反射光の光量を検出する。
前記押付手段は、前記先端部と反射手段との光軸方向の押付けを行なう。
前記記憶手段は、あらかじめ前記反射光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している。
比較手段は、前記光検出手段により検出された反射光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報に当てはめ、前記プローブ先端部の開口の大きさを求める。
【００１８】
さらに、このような近接場光学顕微鏡において、
開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを変更する開口径調整機構を備え、該開口径調整機構は、
光源と、反射手段と、光検出手段と、押付手段と、記憶手段と、設定手段と、算出手段と、押付制御手段と、
を備えることが好適である。
ここで、前記光源は、前記プローブに光を入射する。
【００１９】
前記反射手段は、前記先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光を該当接面で反射する。
前記光検出手段は、前記先端部と反射手段の当接部位からの反射光の光量を検出する。
前記押付手段は、前記先端部と反射手段との光軸方向の押付けを行なう。
前記記憶手段は、あらかじめ前記反射光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している。
設定手段は、前記プローブ先端部の開口について所望の大きさを設定する。
算出手段は、前記設定手段により設定された大きさの開口を得るための前記反射光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報より求める。
押付制御手段は、前記光検出手段により検出される反射光の光量が、前記算出手段により算出された光量となるように、前記押付手段によるプローブ先端部と反射手段との光軸方向の押付けを制御する。
【００２０】
また、前記したプローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡において、前記反射手段に代えて、前記プローブ先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光による光励起で、該当接面から発光する発光手段を用いることも可能である。
【００２１】
また、前記発光手段の励起源として、光源の代わりに発光手段に直流電圧を印加する電圧印加手段を用い、発光手段を該電圧印加手段による電圧印加で発光させてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図３には本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡の概略構成が示されている。なお、前記図１と対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。
同図に示す近接場光学顕微鏡１１０に設置された基板１１４上には、試料１１２が配置されており、プローブ１２２の先端部では、光源１１６から導光された入射光１１８により開口からエバネッセント光１２０がしみだしている。
【００２３】
このエバネッセント光１２０がしみだしたプローブ１２２の先端部を試料測定面に近づけると、試料測定面によりエバネッセント光１２０の場が散乱され、その散乱光１２１の一部は開口よりプローブ１２２内に進入し、ビームスプリッタ１１９を介して分光器１３８によりレイリー光、ラマン光及び蛍光等必要に応じて各光成分に分離された後、検出器１２４により検出され、コンピュータ１２６でデータ処理されることにより得られたレイリー光強度からプローブの先端と被測定面間の距離を把握することができる。
【００２４】
すなわち、ステージコントローラ１２８でＸＹＺステージ１３０を制御して、前記プローブ１２２先端部と試料１１２被測定面との間の上下方向の距離を、検出器１２４で検出されたレイリー光強度が一定となるように調節しつつ試料１１２の被測定面を走査すれば、試料１１２に非接触でかつ試料１１２の凹凸を的確に把握することが可能となる。さらに、前記分光スペクトルより試料１１２の被測定面の各測定点における成分情報を同時に得ることが可能となる。
ところで、プローブ１２２は、通常は近接場ヘッド１３１に取り付けられているが、消耗品なので、該ヘッド１３１より取外し、交換する必要がある。
【００２５】
この時、プローブ１２２先端の開口の出来具合が近接場光学顕微鏡の分解能等に大きく影響する。従来の方法で開口を作成した場合、開口の出来具合にバラツキを生じてしまい、例えば既に作製されている市販品等のプローブを他の同じ型のものに交換し、近接場ヘッドに取り付けて測定したとしても、該測定が満足のゆく明るさ、交換前と同じ精度で行なえない場合があった。
この原因の詳細については未だ不明な点もあるが、本発明者らによれば、いくらプローブ開口の機械的寸法を精度よく作製しても、実際の測定に用いられると、開口の光透過効率が異なる場合があり、プローブを交換すると、該開口の光透過効率が変わってしまうことが一因として考えられる。
【００２６】
また、個々の顕微鏡によって、ステージには多少の傾きがある場合が多く、既製品のプローブをそのままヘッドにとりつけて用いると、ステージ面とプローブ開口面が平行とならず、ずれがある場合がある。これによりプローブ開口よりエバネッセント光を試料の被測定面に均一に照射できなかったり、試料の被測定面から均一にエバネッセント光の場を散乱した光を集光できないことも測定精度に影響を与える一因と考えられる。
そこで、本発明において第一に特徴的なことは、近接場光学顕微鏡に付属して、開口が形成されていないプローブ先端部に開口を所望の大きさで作製可能なプローブ開口作製装置を備えたことである。
【００２７】
本実施形態においては、図５に示した開口作製装置１３９を設けている。
ここで、実際に近接場光学測定に用いられるＸＹＺステージ１３０の基板１１４は、通常の近接場光学測定を行なうエリアＡ１と、開口作製等のためのエリアＡ２に分けられている。
このエリアＡ１、Ａ２の基盤１１４上部からの配置の一例を図４に示す。基盤上のエリアＡ２には、プローブ開口作製装置の反射手段１４０を、その反射面１４６が基板１１４の面と同一面となるように設けられている。
ここで、反射手段１４０は、その表面の反射面１４６で、コア１３２を通してプローブ開口に導光された、光源１１６からの入射光１１８を反射する。
【００２８】
そして、図５に示すプローブ開口作製装置１３９は、前記光源１１６と、前記ＸＹＺステージ１３０（押付手段）と、前記コンピュータ１２６のＨＤＤ１４２（記憶手段）と、前記コンピュータ１２６のＣＰＵ１４４（算出手段，押付制御手段）を備える。また、プローブ１２２はプローブ開口端と逆方向に続くファイバの適当な部位で近接場光学顕微鏡の近接場ヘッドに固定されている。
ここで、近接場光学顕微鏡で用いられる光源１１６を、プローブ開口作製装置１３９の光源としても用いている。
この光源１１６によりプローブ１２２に入射光１１８を入射する。
【００２９】
そして、開口作製時にはＸＹＺステージ１３０により、反射手段１４０の反射面１４６をプローブ先端部に徐々に押付けることで、先端部のマスク１３４が徐々に薄く引き延ばされる。押付けを続けると、コア１３２がマスクから表出し、開口が作製される。
【００３０】
ここで、近接場光学顕微鏡で用いられるＸＹＺステージ１３０のＺ軸方向の駆動機構であるステージコントローラ１２８を、開口作製装置１３９の押付手段としても用いている。
また、前記近接場光学顕微鏡で用いられるコンピュータ１２６のＨＤＤ１４２を、開口作製装置の記憶手段としても用いている。押付けにより開口が大きくなる程検出される反射光の光量も大きくなり、開口の大きさと反射光の光量には一対一の関係があるので、これをあらかじめ検量情報として記憶しておくことで、反射光の光量をモニターすることにより所望の大きさの開口が得られる。
【００３１】
このＨＤＤ１４２はあらかじめ、前記プローブ１２２先端部からの反射光の光量と開口の大きさとの検量情報を記憶している。
また、前記近接場光学顕微鏡で用いられるコンピュータ１２６のＣＰＵ１４４を、開口作製装置の算出手段としても用いている。
このＣＰＵ１４４は、所望の大きさの開口を得るための光量値を、ＨＤＤ１４２に記憶されている検量情報より求める。
また、前記近接場光学顕微鏡で用いられるコンピュータ１２６のＣＰＵ１４４を、開口作製装置の押付制御手段としても用いている。
【００３２】
このＣＰＵ１４４は、検出器１２４（光検出手段）により検出された光量値が、該ＣＰＵ１４４により算出された光量値となるように、ＸＹＺステージ１３０による反射手段とプローブ先端部との光軸方向の押付けを制御する。
すなわち、図６（Ａ）に示すように開口が形成されていないプローブ１２２先端部に、反射手段１４０の反射面１４６を当接させる。
【００３３】
そして、同図（Ｂ）に示すように入射光１１８によるプローブ先端部からの反射光の光量を検出器（ＣＣＤカメラ等）１２４により検出し、その光量値をコンピュータ１２６でモニタしながら、ＸＹＺステージ１３０により基板１１４を上動させることにより、プローブ１２２先端部に反射手段１４０の反射面１４６を図中上方に徐々に押付ける。
徐々に押付けると、プローブ先端部のマスク１３４は延性を有するので、徐々に薄く引き延ばされ、次第に開口が形成され、同図（Ｃ）に示すように該開口よりコア１３２の先端部１３２ａが表出する。
【００３４】
コア１３２の先端部１３２ａが表出すると、それまでゼロであった検出器１２４により検出される光量値が開口径が広がるに従い増大するので、コンピュータ１２６は、ＸＹＺステージ１３０のＺ軸方向の移動機構により、所望の開口径が得られる光量値となるまで、プローブ１２２先端部に反射手段１４０を徐々に押付ける。
すると、同図（Ｃ）に示すようにプローブ１２２先端部のマスク１３４には開口１３６が所望の開口径ｄで作製されている。
【００３５】
このため、発光の光量をモニタしながら、同時に開口を作製することができるので、プローブを交換した場合であっても、再現性よく目的の大きさの開口を作製することができる。例えば真円状の開口を作製したり、コア部の突出を小さくすることが容易にできる。また、開口部分で反射する光量に基づいた制御であるため、従来の形状に基づいた制御に比して作製した各プローブ間での光透過効率のバラツキが大幅に改善される。
【００３６】
また、実際に使うサンプルステージ面と反射手段１４０の反射面を同一面となるように設け、開口を作製するので、たとえステージ面が傾いている場合であっても、そのステージ面と平行な開口面を形成することができる。しかも、このようにして開口が作製されたプローブを近接場ヘッドに取り付けたまま、測定を行なうので、測定を正確に行なえる。
さらに、開口作製装置の各構成部材の機能を近接場光学顕微鏡の各構成部材を用いて実現しているため、これらを別個に設けた場合に比較し、構成の簡略化、装置の小型化等が図られる。
【００３７】
このようにして近接場光学顕微鏡の近接場ヘッドに取り付けられた状態で作製されたプローブをステージ１３０の通常の近接場光学測定エリアＡ１で交換まで使用し続けることができる。
また、前述のようにして作製された開口も使用しているうちに開口径が変わってしまう場合がある。
しかしながら、従来はこれを簡易に検査する手段が存在しなかった。さらに、プローブを顕微鏡から取外した後検査を行なう必要があり、検査後プローブを再び取り付けた後、プローブの振動振幅等を制御する光学系との光軸調整等が再度必要となり、非常に手間のかかる作業を要した。
【００３８】
そこで、本発明において第二に特徴的なことは、近接場光学顕微鏡に前記プローブ開口作製装置により開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを検査可能な開口径検査機構を備え、該検査をプローブを近接場ヘッドに取り付けたまま行なったことである。
このために本実施形態においては、図７に示されるような開口径検査機構１４７を設けている。
【００３９】
同図において、開口径検査機構１４７は、前記光源１１６と、前記ＨＤＤ（記憶手段）１４２と、前記反射手段（反射手段）１４０と、ＣＰＵ（比較手段）１４４を備える。
ここで、前記ＸＹＺステージ１３０は、プローブ先端部に反射手段１４０の反射面１４６を当接させる。
前記ＣＰＵ（比較手段）１４４は、検出器１２４（光検出手段）により検出した、光源１１６からの入射光１１８による反射面１４６からの反射光の光量値を、ＨＤＤ１４２（記憶手段）に記憶されている検量情報に当てはめ、プローブ先端部の開口の大きさを求める。
【００４０】
この結果、通常の近接場光学測定時、プローブ１２２は、ＸＹＺステージ１４０のエリアＡ１上に位置するが、開口径の検査を行う際は、図８（Ａ）に示すように開口作製装置により開口が形成されているプローブ１２２をＸＹＺステージのエリアＡ２に移動する。
そして、同図（Ｂ）に示すようにプローブ１２２を取り付けたまま、ＸＹＺステージ１３０により、プローブ先端部に反射手段１４０の反射面１４６を当接させるだけで、所定の径の開口が開いているか否かの検査を容易に行なえる。
【００４１】
すなわち、入射光照射時の、開口と反射面１４６の当接部位からの反射光の光量値と、開口の大きさとは一対一の関係があるので、プローブ先端部に反射手段１４０の反射面１４６を当接させた状態で、該先端部からの反射光の光量を検出器１２４により検出し、ＣＰＵ１４４で該検出された光量値を、ＨＤＤ１４２に記憶されている検量情報に当てはめることでプローブ先端部の開口の大きさを求めることができる。
さらに、開口径検査機構の各構成部材の機能を近接場光学顕微鏡（開口作製装置）の各構成部材を用いて実現しているため、これらを別個に設けた場合に比較し、構成の簡略化、装置の小型化等が図られる。
【００４２】
そして、検査後、開口径が測定上問題ない場合は、プローブをＸＹＺステージのエリアＡ１上に復帰させ、通常の近接場光学測定を行わせる。
しかし、前述のようにして作製された開口も使用しているうちに開口径が変わってしまう場合があったり、変わらなくても、作製後、これを変更したい場合がある。
しかしながら、従来は変更時にプローブを交換する必要があり、プローブを取り付けた後、プローブの振動振幅等を制御する光学系との光軸調整等が必要となり、非常に手間のかかる作業を要した。
【００４３】
そこで、本発明において、第三に特徴的なことは、近接場光学顕微鏡に、プローブ開口作製装置により開口が形成されているプローブの開口の大きさを変更可能な開口径調整機構を備え、該開口の大きさの変更を、プローブを近接場ヘッドに取り付けたまま行なったことである。
このために本実施形態においては、図９に拡大して示されるような開口径調整機構１４９を設けている。
この開口径調整機構１４９は、前記光源１１６と、前記反射手段１４０と、前記ＸＹＺステージ１３０（押付手段）と、前記ＨＤＤ（記憶手段）１４２と、前記ＣＰＵ（算出手段，押付制御手段）１４４と、入力デバイス（設定手段）１５１を備える。
【００４４】
前記入力デバイス１５１は、プローブ先端部の開口について所望の大きさをコンピュータ１２６に設定可能とする。
前記ＣＰＵ（算出手段）１４４は、入力デバイス１５１より設定された開口径を、ＨＤＤ１４２に記憶されている検量情報に当てはめ、該所望の開口径を得るための、プローブ先端と反射面１４６との当接部位からの反射光の光量値を求める。
前記ＣＰＵ（押付制御手段）１４４は、検出器１２４（光検出手段）により検出した、光源１１６からの入射光による反射面１４６からの反射光の光量値が、前記ＣＰＵ１４４により算出された光量値となるように、ＸＹＺステージ１３０のＺ軸方向の移動（上動）により、反射手段１４０の反射面１４６のプローブ先端部への押付けを制御する。
また、近接場光学顕微鏡で用いられるＸＹＺステージ１３０のＺ軸方向の駆動機構であるステージコントローラ１２８を、開口径調整機構１４９の押付手段としても用いている。
【００４５】
この結果、通常の近接場光学測定時、プローブはＸＹＺステージのエリアＡ１上に位置するが、開口径の検査、変更を行う際は、図１０（Ａ）に示すように開口作製装置により開口が形成されているプローブ１２２をＸＹＺステージ１３０の基板１１４のエリアＡ２に移動する。
そして、同図（Ｂ）に示すようにプローブ先端部に反射手段１４０の反射面を当接させ、入力デバイス１５１より開口の所望の大きさを入力する。
そして、ＣＰＵ１４４は、入力デバイス１５１より入力された開口の大きさを得るための光量値を、ＨＤＤ１４２に記憶されている検量情報に当てはめて求める。
【００４６】
そして、プローブ先端部に反射手段１４０の反射面１４６を当接させた状態で、ＣＰＵ１４４は、該先端部からの反射光の光量を検出器１２４により検出しながら、検出された光量値が、あらかじめＣＰＵ１４４により算出された光量値となるように、ＸＹＺステージ１３０のＺ軸方向の移動により、反射手段の反射面のプローブ先端部への押付けを制御することにより、同図（Ｃ）のように、プローブ開口１３６の開口径ｄ´への変更を容易に行なえる。
そして、開口径の変更後、プローブをＸＹＺステージのエリアＡ１上に復帰させ、通常の近接場光学測定を行わせる。
【００４７】
このように本実施形態は、プローブ１２２を取り付けたまま、プローブ先端部に反射手段の反射面を押付けるだけで、開口の大きさの変更を容易に、かつ所望の大きさで行なえる。
さらに、開口径調整機構の各構成部材の機能を近接場光学顕微鏡（開口作製装置、開口径検査機構）の各構成部材を用いて実現しているため、これらを別個に設けた場合に比較し、構成の簡略化、装置の小型化等が図られる。
以上のように本実施形態にかかる近接場光学顕微鏡１１０によれば、実際に開口の光透過光量をモニタしながら開口を作製する開口作製装置１３９を備えることとしたので、再現性よく目的の大きさの開口を作製することができる。
【００４８】
しかも、実際に使うサンプルステージ面と反射手段１４０の反射面を同一面となるように設け、開口を作製するので、ステージ面と平行な開口面を形成することができる。
このようにして作製されたプローブをそのまま交換するまで近接場光学測定で使用し続けるので、エリアＡ１での近接場光学測定を正確に行なえる。
また、本実施形態では、開口径検査機構１４７を備えることにより、プローブを顕微鏡より取外すことなく、該プローブをステージのエリアＡ１と同一面のエリアＡ２に移動するだけで、開口が形成されているプローブの開口の検査を容易に行なえる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、開口径調整機構１４９を備えることにより、プローブを顕微鏡より取外すことなく、プローブをエリアＡ１と同一面のエリアＡ２に移動するだけで、開口の大きさの変更を容易に、かつ所望の大きさで行なえる。
なお、本発明の近接場光学顕微鏡は、前記構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば前記構成では、本発明のプローブ開口作製装置を近接場光学顕微鏡に組み込んだ例について説明したが、本発明のプローブ開口作製装置を単独で用いることも可能である。
【００５０】
また、前記構成では、プローブのＺ軸方向の位置を固定し、反射手段をＺ軸方向に移動（上動）し、反射手段をプローブ先端部に押付けた例について説明したが、反射手段のＺ軸方向の位置を固定し、Ｚ軸方向の微動送り機構等により、プローブをＺ軸方向に移動（下動）し、該プローブ先端部を光検出手段に押付けてもよい。
【００５１】
また、以上説明したプローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡において、前記反射手段に代えて、前記プローブ先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光による光励起で、該当接面から発光する発光手段を用いることも可能である。すなわち、図３〜図１０により説明した実施形態において、反射手段１４０の代わりに発光手段を用いた、開口作製装置、或いは該装置と開口径検査機構、開口径調整機構を用いた近接場光学顕微鏡も可能である。
【００５２】
ここで、発光手段は、そのプローブ先端部と当接する側の表面近傍に、蛍光等を発する発光物質を含有する。そして、コアを通してプローブ先端部の開口へ導光される前記光源１１６からの前記入射光１１８による光励起で、該当接面から発光する。
そして、該発光手段からの発光の光量を検出することにより、上述同様の方法で開口作製、検査等を行う。
【００５３】
さらに、プローブ開口作製装置、開口検査機構及び開口調整機構における前記発光手段の励起源として、光源の代わりに発光手段に直流電圧を印加する電圧印加手段を用い、発光手段を該電圧印加手段による電圧印加で発光させてもよい。
【００５４】
すなわち、図１１にはプローブ開口作製装置において、該電圧印加手段を用いた態様が示されている。すなわち、本態様では、基板１１４に存在する発光手段は電圧印加手段１３７により該発光手段に印加された直流電圧で蛍光等の発光を発する。このような発光手段に用いる発光材料として具体的には有機ＥＬ素子、無機発光ダイオード等を用いることができる。
【００５５】
図１２には本態様における、基板１１４の上部からの配置の一例が示されている。ＸＹＺステージ１３０の基板１１４は、通常の近接場光学測定を行なうエリアＡ１と、開口作製のためのエリアＡ２に分けられている。
基板上のエリアＡ２には、プローブ開口作製装置の発光手段１４０ａを、その発光面１４６ａが基板１１４の面と同一面となるように設けられている。
ここで、発光手段１４０ａからの発光は、発光面１４６ａと当接した開口を通してプローブのコアへ導光され、検出器で発光の光量を検出する。
【００５６】
そして、他には光源が特に必要ないこと以外は前述した場合と変わらない構成で用いられる。さらに、これを備えた近接場光学顕微鏡、或いはこのような電圧印加型の前記開口径検査機構、開口径調整機構をさらに備えた近接場光学顕微鏡の構成も可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるプローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡によれば、前記反射光の光量と、開口の大きさとの関係を検量情報としてあらかじめ記憶し、該反射光の光量で開口の大きさを制御することとしたので、プローブ先端部に開口を所望の大きさで容易に作製することができる。
また、本発明にかかる近接場光学顕微鏡によれば、開口が形成されているプローブの開口の大きさを検査する開口径検査機構を備えることにより、プローブの開口の大きさの検査を容易に行なえる。
さらに、本発明にかかる近接場光学顕微鏡によれば、開口が形成されているプローブの開口の大きさを変更する開口径調整機構を備えることにより、プローブの開口の大きさの変更を容易に行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な近接場光学顕微鏡の概略構成の説明図である。
【図２】プローブの説明図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡の概略構成の説明図である。
【図４】図３に示した近接場光学顕微鏡のプローブ開口作製装置の設置箇所の説明図である。
【図５】図３に示した近接場光学顕微鏡のプローブ開口作製装置の概略構成の説明図である。
【図６】図５に示したプローブ開口作製装置の作用の説明図である。
【図７】図３に示した近接場光学顕微鏡の開口径検査機構の概略構成の説明図である。
【図８】図７に示した開口径検査機構の作用の説明図である。
【図９】図３に示した近接場光学顕微鏡の開口径調整機構の概略構成の説明図である。
【図１０】図９に示した開口径調整機構の作用の説明図である。
【図１１】図３に示した近接場光学顕微鏡のプローブ開口作製装置の一態様を示した説明図である。
【図１２】図１１に示した近接場光学顕微鏡のプローブ開口作製装置の設置箇所の説明図である。
【符号の説明】
１０、１１０ 近接場光学顕微鏡
１２、１１２ 試料
１４、１１４ 基板
１６、１１６ 光源
１８、１１８ 入射光
１９、１１９ ビームスプリッタ
２０、１２０ エバネッセント光
２１、１２１ 散乱光
２２、１２２ プローブ
２４、１２４ 検出器
２６、１２６ コンピュータ
２８、１２８ ステージコントローラ
３０、１３０ ＸＹＺステージ
３２、１３２ コア
１３２ａ コア先端部
３４、１３４ マスク
３６、１３６ 開口
１３７ 電圧印加手段
３８、１３８ 分光器
１３９ 開口作製装置
１４０ 反射手段
１４０ａ 発光手段
１４２ ＨＤＤ
１４４ ＣＰＵ
１４６ 反射面
１４６ａ 発光面
１４７ 開口径検査機構
１４９ 開口径調整機構
１５１ 入力デバイス
【発明の属する技術分野】
本発明はプローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡、特にプローブ先端の開口の大きさを制御する手法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な顕微鏡は、試料に対して非接触、非破壊で微細極小部位の観察が行え、さらに分光分析器等を接続することにより観察対象の形状、構造のみでなく、その成分等まで分析することも可能であり、各種の分野で応用が行なわれている。
しかしながら、一般的な光学顕微鏡は、光の波長より小さなものは観察することができず、その分解能には限界がある。光には回折限界があり、使用する波長程度までしか絞れないからである。
【０００３】
この回折限界を越えた極微小領域での観察を可能にしたのが、例えば数十〜百ｎｍ程度の微小開口をもつプローブを用いた近接場光学顕微鏡である。
図１には近接場光学顕微鏡の概略が示されている。この近接場光学顕微鏡１０による試料測定は次のようにして為される。すなわち、微小な被測定試料１２は平坦な基板１４の上に配置されている。そして、光源１６からの光１８を先鋭化されたプローブ２２に入射すると、光波長以下の口径のプローブ２２先端開口から、エバネッセント光２０と呼ばれる表面波が、開口近傍にしみだした状態で発生する。この表面波はプローブ先端付近表面から光波長以内の距離の領域に局在している。
【０００４】
この時、プローブ２２先端と試料表面を近づけることで、試料表面とプローブ２２表面に生じたエバネッセント光２０の場が接触すると、エバネッセント光２０は試料表面外へ散乱する。その散乱光２１の一部はプローブ２２内に進入し、ビームスプリッタ１９を介して分光器３８を通し検出器２４に導光され、コンピュータ２６でデータ処理される。
したがって、前記コンピュータ２６、ステージコントローラ２８により、ステージ３０を移動し、検出器２４で検出される散乱光２１の強度が一定となるようにプローブ２２先端部と試料１２間の上下方向の距離を制御しつつ、試料１２の被測定面を走査すれば、該試料１２に非接触でかつ試料１２の凹凸を的確に把握することが可能となる。また、エバネッセント光２０により励起された試料の蛍光や、ラマン光等を検出することで、成分解析も可能となる。
このように、プローブ先端付近表面から光波長以内の距離の領域に局在しているエバネッセント光を測定光として用いることで、回折限界を超えた微小領域の測定が可能となるのである。
【０００５】
また、試料測定面と逆側（基板１４側）から光照射することにより、試料測定面側の表面近傍にエバネッセント光の場を発生し、その場にプローブ先端部を差し込むことでエバネッセント光の場を散乱し、その散乱光を該開口より集光して近接場光測定を行うこともできる。
【０００６】
そして、図２に示すようにプローブ２２は、光透過性を有する誘電体等の材質で構成されたコア３２と、該コア３２表面に蒸着等で形成した金属薄膜のマスク３４を備える。
このマスク先端部には、開口３６が形成され、該開口３６よりコア先端部３２ａが表出している。
【０００７】
このようなプローブ先端の開口は、次のようにして作製される。すなわち、まず光ファイバのコアの先端を選択化学エッチング法や、熱して引き延ばす方法等により先鋭化する。
そして、この先鋭化ファイバに真空中で金属を加熱・蒸発させ、プローブの表面に薄膜として蒸着させ、金属薄膜等のマスクを形成する。
次に、この先端部のマスクを、例えば収束イオンビーム（ＦＩＢ）によるイオン切削等で除去すると、開口３６が作製される。
或いは、プローブを回転させながら斜め後方から金属膜を蒸着すると、プローブ先端のみ被覆されず、その近傍の金属膜の薄い部分と共に開口とすることができるので、この方法によっても開口３６を作製できる。
このようにして作製されたプローブ２２は、近接場光学顕微鏡１０の近接場ヘッド３１に取り付けられ、前述のような近接場光測定が行なわれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近接場光学顕微鏡の分解能を向上させるためには、プローブの先端に、再現性よく目的の大きさの開口を作製する必要がある。
しかしながら、前記したイオン切削による開口作製方法では、開口径の大きさは制御できるものの加工が非常に難かしい。
また、斜め蒸着による開口作製方法では蒸着装置のローカリティの問題で再現性よく作製できない。
このため、作製されたプローブを、実際に近接場光学顕微鏡に取り付けて測定を行うと、測定がうまく行えない場合があった。
【０００９】
このため従来より、プローブの先端に再現性よく目的の大きさの開口を作製することのできる技術の開発が強く望まれていたが、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、再現性よく所望の大きさの開口を容易に作製することのできるプローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明にかかるプローブ開口作製装置は、光透過性を有する材質で構成されたコアと、該コア上に形成され、延性及び遮光性を有する材質で構成されたマスクと、を備えたプローブの先端部のマスクを所望の大きさで開口する装置であって、
光源と、反射手段と、光検出手段と、押付手段と、記憶手段と、算出手段と、押付制御手段と、
を備えたことを特徴とする
ここで、前記反射手段は、前記先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光を該当接面で反射する。
【００１１】
また、前記光検出手段は、前記先端部と反射手段の当接部位からの反射光の光量を検出する。
前記押付手段は、前記先端部と反射手段との光軸方向の押付けを行なう。
前記記憶手段は、あらかじめ前記反射光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している。
前記算出手段は、所望の大きさの開口を得るための前記反射光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報より求める。
前記押付制御手段は、前記光検出手段により検出される前記反射光の光量が、前記算出手段により算出された光量となるように、前記押付手段により前記プローブ先端部と反射手段との光軸方向の押付けを制御する。
【００１２】
なお、ここでいう光透過性を有する材質で構成されたコアとは、例えば石英、半導体、ＣａＦ２、カルコゲナイト等の光ファイバ材料等の材質で構成されたものをいう。
また、延性及び遮光性を有する材質で構成されたマスクとは、コア上に蒸着等で形成された金、アルミニウム、銀、クロム、チタン等のミラーに使用される金属薄膜等をいう。
【００１３】
また、プローブ先端部のマスクを開口するとは、プローブ先端部のマスクは延性を有するので、プローブ先端部と反射手段とを光軸方向に押付けると、序々に薄く引き延ばされて開口が形成され、該マスク開口よりコア先端部が表出することをいう。
また、ここにいう反射光の光量とは、マスクに開口が形成されていない時点では、反射手段とプローブコア部がマスクで遮蔽されているため光量値はゼロであり、マスクに開口が形成されると、反射手段とプローブ先端部が当接する面から反射手段が反射する反射光が開口からコアへ入り、その開口の大きさと共に光量値が増大するものをいう。
【００１４】
なお、本発明にかかるプローブ開口作製装置において、前記押付手段としては、前記プローブ先端部のマスクがちぎれることなく序々に薄く延ばされて開口するように、前記プローブ先端部と反射手段とを光軸方向に押付ける送り手段を用いることが好適である。
【００１５】
また、このようなプローブ開口作製装置を備えた本発明にかかる近接場光学顕微鏡は、該開口作製装置により開口が形成されたプローブ先端部で試料の被測定面のエバネッセント光の場を散乱し、その散乱光を該開口より集光し、あるいは該開口よりしみ出したエバネッセント光を被測定面に照射し、その散乱光ないし反射光を該開口より集光し、又は外部光学系により集光し、試料の被測定面の情報を得ることを特徴とする。
【００１６】
また、このような近接場光学顕微鏡において、
開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを検査する開口径検査機構を備え、該開口径検査機構は、
光源と、反射手段と、光検出手段と、押付手段と、記憶手段と、比較手段と、
を備えることが好適である。
ここで、前記光源は、前記プローブに光を入射する。
【００１７】
前記反射手段は、前記先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光を該当接面で反射する。
前記光検出手段は、前記先端部と反射手段の当接部位からの反射光の光量を検出する。
前記押付手段は、前記先端部と反射手段との光軸方向の押付けを行なう。
前記記憶手段は、あらかじめ前記反射光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している。
比較手段は、前記光検出手段により検出された反射光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報に当てはめ、前記プローブ先端部の開口の大きさを求める。
【００１８】
さらに、このような近接場光学顕微鏡において、
開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを変更する開口径調整機構を備え、該開口径調整機構は、
光源と、反射手段と、光検出手段と、押付手段と、記憶手段と、設定手段と、算出手段と、押付制御手段と、
を備えることが好適である。
ここで、前記光源は、前記プローブに光を入射する。
【００１９】
前記反射手段は、前記先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光を該当接面で反射する。
前記光検出手段は、前記先端部と反射手段の当接部位からの反射光の光量を検出する。
前記押付手段は、前記先端部と反射手段との光軸方向の押付けを行なう。
前記記憶手段は、あらかじめ前記反射光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している。
設定手段は、前記プローブ先端部の開口について所望の大きさを設定する。
算出手段は、前記設定手段により設定された大きさの開口を得るための前記反射光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報より求める。
押付制御手段は、前記光検出手段により検出される反射光の光量が、前記算出手段により算出された光量となるように、前記押付手段によるプローブ先端部と反射手段との光軸方向の押付けを制御する。
【００２０】
また、前記したプローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡において、前記反射手段に代えて、前記プローブ先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光による光励起で、該当接面から発光する発光手段を用いることも可能である。
【００２１】
また、前記発光手段の励起源として、光源の代わりに発光手段に直流電圧を印加する電圧印加手段を用い、発光手段を該電圧印加手段による電圧印加で発光させてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図３には本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡の概略構成が示されている。なお、前記図１と対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。
同図に示す近接場光学顕微鏡１１０に設置された基板１１４上には、試料１１２が配置されており、プローブ１２２の先端部では、光源１１６から導光された入射光１１８により開口からエバネッセント光１２０がしみだしている。
【００２３】
このエバネッセント光１２０がしみだしたプローブ１２２の先端部を試料測定面に近づけると、試料測定面によりエバネッセント光１２０の場が散乱され、その散乱光１２１の一部は開口よりプローブ１２２内に進入し、ビームスプリッタ１１９を介して分光器１３８によりレイリー光、ラマン光及び蛍光等必要に応じて各光成分に分離された後、検出器１２４により検出され、コンピュータ１２６でデータ処理されることにより得られたレイリー光強度からプローブの先端と被測定面間の距離を把握することができる。
【００２４】
すなわち、ステージコントローラ１２８でＸＹＺステージ１３０を制御して、前記プローブ１２２先端部と試料１１２被測定面との間の上下方向の距離を、検出器１２４で検出されたレイリー光強度が一定となるように調節しつつ試料１１２の被測定面を走査すれば、試料１１２に非接触でかつ試料１１２の凹凸を的確に把握することが可能となる。さらに、前記分光スペクトルより試料１１２の被測定面の各測定点における成分情報を同時に得ることが可能となる。
ところで、プローブ１２２は、通常は近接場ヘッド１３１に取り付けられているが、消耗品なので、該ヘッド１３１より取外し、交換する必要がある。
【００２５】
この時、プローブ１２２先端の開口の出来具合が近接場光学顕微鏡の分解能等に大きく影響する。従来の方法で開口を作成した場合、開口の出来具合にバラツキを生じてしまい、例えば既に作製されている市販品等のプローブを他の同じ型のものに交換し、近接場ヘッドに取り付けて測定したとしても、該測定が満足のゆく明るさ、交換前と同じ精度で行なえない場合があった。
この原因の詳細については未だ不明な点もあるが、本発明者らによれば、いくらプローブ開口の機械的寸法を精度よく作製しても、実際の測定に用いられると、開口の光透過効率が異なる場合があり、プローブを交換すると、該開口の光透過効率が変わってしまうことが一因として考えられる。
【００２６】
また、個々の顕微鏡によって、ステージには多少の傾きがある場合が多く、既製品のプローブをそのままヘッドにとりつけて用いると、ステージ面とプローブ開口面が平行とならず、ずれがある場合がある。これによりプローブ開口よりエバネッセント光を試料の被測定面に均一に照射できなかったり、試料の被測定面から均一にエバネッセント光の場を散乱した光を集光できないことも測定精度に影響を与える一因と考えられる。
そこで、本発明において第一に特徴的なことは、近接場光学顕微鏡に付属して、開口が形成されていないプローブ先端部に開口を所望の大きさで作製可能なプローブ開口作製装置を備えたことである。
【００２７】
本実施形態においては、図５に示した開口作製装置１３９を設けている。
ここで、実際に近接場光学測定に用いられるＸＹＺステージ１３０の基板１１４は、通常の近接場光学測定を行なうエリアＡ１と、開口作製等のためのエリアＡ２に分けられている。
このエリアＡ１、Ａ２の基盤１１４上部からの配置の一例を図４に示す。基盤上のエリアＡ２には、プローブ開口作製装置の反射手段１４０を、その反射面１４６が基板１１４の面と同一面となるように設けられている。
ここで、反射手段１４０は、その表面の反射面１４６で、コア１３２を通してプローブ開口に導光された、光源１１６からの入射光１１８を反射する。
【００２８】
そして、図５に示すプローブ開口作製装置１３９は、前記光源１１６と、前記ＸＹＺステージ１３０（押付手段）と、前記コンピュータ１２６のＨＤＤ１４２（記憶手段）と、前記コンピュータ１２６のＣＰＵ１４４（算出手段，押付制御手段）を備える。また、プローブ１２２はプローブ開口端と逆方向に続くファイバの適当な部位で近接場光学顕微鏡の近接場ヘッドに固定されている。
ここで、近接場光学顕微鏡で用いられる光源１１６を、プローブ開口作製装置１３９の光源としても用いている。
この光源１１６によりプローブ１２２に入射光１１８を入射する。
【００２９】
そして、開口作製時にはＸＹＺステージ１３０により、反射手段１４０の反射面１４６をプローブ先端部に徐々に押付けることで、先端部のマスク１３４が徐々に薄く引き延ばされる。押付けを続けると、コア１３２がマスクから表出し、開口が作製される。
【００３０】
ここで、近接場光学顕微鏡で用いられるＸＹＺステージ１３０のＺ軸方向の駆動機構であるステージコントローラ１２８を、開口作製装置１３９の押付手段としても用いている。
また、前記近接場光学顕微鏡で用いられるコンピュータ１２６のＨＤＤ１４２を、開口作製装置の記憶手段としても用いている。押付けにより開口が大きくなる程検出される反射光の光量も大きくなり、開口の大きさと反射光の光量には一対一の関係があるので、これをあらかじめ検量情報として記憶しておくことで、反射光の光量をモニターすることにより所望の大きさの開口が得られる。
【００３１】
このＨＤＤ１４２はあらかじめ、前記プローブ１２２先端部からの反射光の光量と開口の大きさとの検量情報を記憶している。
また、前記近接場光学顕微鏡で用いられるコンピュータ１２６のＣＰＵ１４４を、開口作製装置の算出手段としても用いている。
このＣＰＵ１４４は、所望の大きさの開口を得るための光量値を、ＨＤＤ１４２に記憶されている検量情報より求める。
また、前記近接場光学顕微鏡で用いられるコンピュータ１２６のＣＰＵ１４４を、開口作製装置の押付制御手段としても用いている。
【００３２】
このＣＰＵ１４４は、検出器１２４（光検出手段）により検出された光量値が、該ＣＰＵ１４４により算出された光量値となるように、ＸＹＺステージ１３０による反射手段とプローブ先端部との光軸方向の押付けを制御する。
すなわち、図６（Ａ）に示すように開口が形成されていないプローブ１２２先端部に、反射手段１４０の反射面１４６を当接させる。
【００３３】
そして、同図（Ｂ）に示すように入射光１１８によるプローブ先端部からの反射光の光量を検出器（ＣＣＤカメラ等）１２４により検出し、その光量値をコンピュータ１２６でモニタしながら、ＸＹＺステージ１３０により基板１１４を上動させることにより、プローブ１２２先端部に反射手段１４０の反射面１４６を図中上方に徐々に押付ける。
徐々に押付けると、プローブ先端部のマスク１３４は延性を有するので、徐々に薄く引き延ばされ、次第に開口が形成され、同図（Ｃ）に示すように該開口よりコア１３２の先端部１３２ａが表出する。
【００３４】
コア１３２の先端部１３２ａが表出すると、それまでゼロであった検出器１２４により検出される光量値が開口径が広がるに従い増大するので、コンピュータ１２６は、ＸＹＺステージ１３０のＺ軸方向の移動機構により、所望の開口径が得られる光量値となるまで、プローブ１２２先端部に反射手段１４０を徐々に押付ける。
すると、同図（Ｃ）に示すようにプローブ１２２先端部のマスク１３４には開口１３６が所望の開口径ｄで作製されている。
【００３５】
このため、発光の光量をモニタしながら、同時に開口を作製することができるので、プローブを交換した場合であっても、再現性よく目的の大きさの開口を作製することができる。例えば真円状の開口を作製したり、コア部の突出を小さくすることが容易にできる。また、開口部分で反射する光量に基づいた制御であるため、従来の形状に基づいた制御に比して作製した各プローブ間での光透過効率のバラツキが大幅に改善される。
【００３６】
また、実際に使うサンプルステージ面と反射手段１４０の反射面を同一面となるように設け、開口を作製するので、たとえステージ面が傾いている場合であっても、そのステージ面と平行な開口面を形成することができる。しかも、このようにして開口が作製されたプローブを近接場ヘッドに取り付けたまま、測定を行なうので、測定を正確に行なえる。
さらに、開口作製装置の各構成部材の機能を近接場光学顕微鏡の各構成部材を用いて実現しているため、これらを別個に設けた場合に比較し、構成の簡略化、装置の小型化等が図られる。
【００３７】
このようにして近接場光学顕微鏡の近接場ヘッドに取り付けられた状態で作製されたプローブをステージ１３０の通常の近接場光学測定エリアＡ１で交換まで使用し続けることができる。
また、前述のようにして作製された開口も使用しているうちに開口径が変わってしまう場合がある。
しかしながら、従来はこれを簡易に検査する手段が存在しなかった。さらに、プローブを顕微鏡から取外した後検査を行なう必要があり、検査後プローブを再び取り付けた後、プローブの振動振幅等を制御する光学系との光軸調整等が再度必要となり、非常に手間のかかる作業を要した。
【００３８】
そこで、本発明において第二に特徴的なことは、近接場光学顕微鏡に前記プローブ開口作製装置により開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを検査可能な開口径検査機構を備え、該検査をプローブを近接場ヘッドに取り付けたまま行なったことである。
このために本実施形態においては、図７に示されるような開口径検査機構１４７を設けている。
【００３９】
同図において、開口径検査機構１４７は、前記光源１１６と、前記ＨＤＤ（記憶手段）１４２と、前記反射手段（反射手段）１４０と、ＣＰＵ（比較手段）１４４を備える。
ここで、前記ＸＹＺステージ１３０は、プローブ先端部に反射手段１４０の反射面１４６を当接させる。
前記ＣＰＵ（比較手段）１４４は、検出器１２４（光検出手段）により検出した、光源１１６からの入射光１１８による反射面１４６からの反射光の光量値を、ＨＤＤ１４２（記憶手段）に記憶されている検量情報に当てはめ、プローブ先端部の開口の大きさを求める。
【００４０】
この結果、通常の近接場光学測定時、プローブ１２２は、ＸＹＺステージ１４０のエリアＡ１上に位置するが、開口径の検査を行う際は、図８（Ａ）に示すように開口作製装置により開口が形成されているプローブ１２２をＸＹＺステージのエリアＡ２に移動する。
そして、同図（Ｂ）に示すようにプローブ１２２を取り付けたまま、ＸＹＺステージ１３０により、プローブ先端部に反射手段１４０の反射面１４６を当接させるだけで、所定の径の開口が開いているか否かの検査を容易に行なえる。
【００４１】
すなわち、入射光照射時の、開口と反射面１４６の当接部位からの反射光の光量値と、開口の大きさとは一対一の関係があるので、プローブ先端部に反射手段１４０の反射面１４６を当接させた状態で、該先端部からの反射光の光量を検出器１２４により検出し、ＣＰＵ１４４で該検出された光量値を、ＨＤＤ１４２に記憶されている検量情報に当てはめることでプローブ先端部の開口の大きさを求めることができる。
さらに、開口径検査機構の各構成部材の機能を近接場光学顕微鏡（開口作製装置）の各構成部材を用いて実現しているため、これらを別個に設けた場合に比較し、構成の簡略化、装置の小型化等が図られる。
【００４２】
そして、検査後、開口径が測定上問題ない場合は、プローブをＸＹＺステージのエリアＡ１上に復帰させ、通常の近接場光学測定を行わせる。
しかし、前述のようにして作製された開口も使用しているうちに開口径が変わってしまう場合があったり、変わらなくても、作製後、これを変更したい場合がある。
しかしながら、従来は変更時にプローブを交換する必要があり、プローブを取り付けた後、プローブの振動振幅等を制御する光学系との光軸調整等が必要となり、非常に手間のかかる作業を要した。
【００４３】
そこで、本発明において、第三に特徴的なことは、近接場光学顕微鏡に、プローブ開口作製装置により開口が形成されているプローブの開口の大きさを変更可能な開口径調整機構を備え、該開口の大きさの変更を、プローブを近接場ヘッドに取り付けたまま行なったことである。
このために本実施形態においては、図９に拡大して示されるような開口径調整機構１４９を設けている。
この開口径調整機構１４９は、前記光源１１６と、前記反射手段１４０と、前記ＸＹＺステージ１３０（押付手段）と、前記ＨＤＤ（記憶手段）１４２と、前記ＣＰＵ（算出手段，押付制御手段）１４４と、入力デバイス（設定手段）１５１を備える。
【００４４】
前記入力デバイス１５１は、プローブ先端部の開口について所望の大きさをコンピュータ１２６に設定可能とする。
前記ＣＰＵ（算出手段）１４４は、入力デバイス１５１より設定された開口径を、ＨＤＤ１４２に記憶されている検量情報に当てはめ、該所望の開口径を得るための、プローブ先端と反射面１４６との当接部位からの反射光の光量値を求める。
前記ＣＰＵ（押付制御手段）１４４は、検出器１２４（光検出手段）により検出した、光源１１６からの入射光による反射面１４６からの反射光の光量値が、前記ＣＰＵ１４４により算出された光量値となるように、ＸＹＺステージ１３０のＺ軸方向の移動（上動）により、反射手段１４０の反射面１４６のプローブ先端部への押付けを制御する。
また、近接場光学顕微鏡で用いられるＸＹＺステージ１３０のＺ軸方向の駆動機構であるステージコントローラ１２８を、開口径調整機構１４９の押付手段としても用いている。
【００４５】
この結果、通常の近接場光学測定時、プローブはＸＹＺステージのエリアＡ１上に位置するが、開口径の検査、変更を行う際は、図１０（Ａ）に示すように開口作製装置により開口が形成されているプローブ１２２をＸＹＺステージ１３０の基板１１４のエリアＡ２に移動する。
そして、同図（Ｂ）に示すようにプローブ先端部に反射手段１４０の反射面を当接させ、入力デバイス１５１より開口の所望の大きさを入力する。
そして、ＣＰＵ１４４は、入力デバイス１５１より入力された開口の大きさを得るための光量値を、ＨＤＤ１４２に記憶されている検量情報に当てはめて求める。
【００４６】
そして、プローブ先端部に反射手段１４０の反射面１４６を当接させた状態で、ＣＰＵ１４４は、該先端部からの反射光の光量を検出器１２４により検出しながら、検出された光量値が、あらかじめＣＰＵ１４４により算出された光量値となるように、ＸＹＺステージ１３０のＺ軸方向の移動により、反射手段の反射面のプローブ先端部への押付けを制御することにより、同図（Ｃ）のように、プローブ開口１３６の開口径ｄ´への変更を容易に行なえる。
そして、開口径の変更後、プローブをＸＹＺステージのエリアＡ１上に復帰させ、通常の近接場光学測定を行わせる。
【００４７】
このように本実施形態は、プローブ１２２を取り付けたまま、プローブ先端部に反射手段の反射面を押付けるだけで、開口の大きさの変更を容易に、かつ所望の大きさで行なえる。
さらに、開口径調整機構の各構成部材の機能を近接場光学顕微鏡（開口作製装置、開口径検査機構）の各構成部材を用いて実現しているため、これらを別個に設けた場合に比較し、構成の簡略化、装置の小型化等が図られる。
以上のように本実施形態にかかる近接場光学顕微鏡１１０によれば、実際に開口の光透過光量をモニタしながら開口を作製する開口作製装置１３９を備えることとしたので、再現性よく目的の大きさの開口を作製することができる。
【００４８】
しかも、実際に使うサンプルステージ面と反射手段１４０の反射面を同一面となるように設け、開口を作製するので、ステージ面と平行な開口面を形成することができる。
このようにして作製されたプローブをそのまま交換するまで近接場光学測定で使用し続けるので、エリアＡ１での近接場光学測定を正確に行なえる。
また、本実施形態では、開口径検査機構１４７を備えることにより、プローブを顕微鏡より取外すことなく、該プローブをステージのエリアＡ１と同一面のエリアＡ２に移動するだけで、開口が形成されているプローブの開口の検査を容易に行なえる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、開口径調整機構１４９を備えることにより、プローブを顕微鏡より取外すことなく、プローブをエリアＡ１と同一面のエリアＡ２に移動するだけで、開口の大きさの変更を容易に、かつ所望の大きさで行なえる。
なお、本発明の近接場光学顕微鏡は、前記構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば前記構成では、本発明のプローブ開口作製装置を近接場光学顕微鏡に組み込んだ例について説明したが、本発明のプローブ開口作製装置を単独で用いることも可能である。
【００５０】
また、前記構成では、プローブのＺ軸方向の位置を固定し、反射手段をＺ軸方向に移動（上動）し、反射手段をプローブ先端部に押付けた例について説明したが、反射手段のＺ軸方向の位置を固定し、Ｚ軸方向の微動送り機構等により、プローブをＺ軸方向に移動（下動）し、該プローブ先端部を光検出手段に押付けてもよい。
【００５１】
また、以上説明したプローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡において、前記反射手段に代えて、前記プローブ先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光による光励起で、該当接面から発光する発光手段を用いることも可能である。すなわち、図３〜図１０により説明した実施形態において、反射手段１４０の代わりに発光手段を用いた、開口作製装置、或いは該装置と開口径検査機構、開口径調整機構を用いた近接場光学顕微鏡も可能である。
【００５２】
ここで、発光手段は、そのプローブ先端部と当接する側の表面近傍に、蛍光等を発する発光物質を含有する。そして、コアを通してプローブ先端部の開口へ導光される前記光源１１６からの前記入射光１１８による光励起で、該当接面から発光する。
そして、該発光手段からの発光の光量を検出することにより、上述同様の方法で開口作製、検査等を行う。
【００５３】
さらに、プローブ開口作製装置、開口検査機構及び開口調整機構における前記発光手段の励起源として、光源の代わりに発光手段に直流電圧を印加する電圧印加手段を用い、発光手段を該電圧印加手段による電圧印加で発光させてもよい。
【００５４】
すなわち、図１１にはプローブ開口作製装置において、該電圧印加手段を用いた態様が示されている。すなわち、本態様では、基板１１４に存在する発光手段は電圧印加手段１３７により該発光手段に印加された直流電圧で蛍光等の発光を発する。このような発光手段に用いる発光材料として具体的には有機ＥＬ素子、無機発光ダイオード等を用いることができる。
【００５５】
図１２には本態様における、基板１１４の上部からの配置の一例が示されている。ＸＹＺステージ１３０の基板１１４は、通常の近接場光学測定を行なうエリアＡ１と、開口作製のためのエリアＡ２に分けられている。
基板上のエリアＡ２には、プローブ開口作製装置の発光手段１４０ａを、その発光面１４６ａが基板１１４の面と同一面となるように設けられている。
ここで、発光手段１４０ａからの発光は、発光面１４６ａと当接した開口を通してプローブのコアへ導光され、検出器で発光の光量を検出する。
【００５６】
そして、他には光源が特に必要ないこと以外は前述した場合と変わらない構成で用いられる。さらに、これを備えた近接場光学顕微鏡、或いはこのような電圧印加型の前記開口径検査機構、開口径調整機構をさらに備えた近接場光学顕微鏡の構成も可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるプローブ開口作製装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡によれば、前記反射光の光量と、開口の大きさとの関係を検量情報としてあらかじめ記憶し、該反射光の光量で開口の大きさを制御することとしたので、プローブ先端部に開口を所望の大きさで容易に作製することができる。
また、本発明にかかる近接場光学顕微鏡によれば、開口が形成されているプローブの開口の大きさを検査する開口径検査機構を備えることにより、プローブの開口の大きさの検査を容易に行なえる。
さらに、本発明にかかる近接場光学顕微鏡によれば、開口が形成されているプローブの開口の大きさを変更する開口径調整機構を備えることにより、プローブの開口の大きさの変更を容易に行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な近接場光学顕微鏡の概略構成の説明図である。
【図２】プローブの説明図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡の概略構成の説明図である。
【図４】図３に示した近接場光学顕微鏡のプローブ開口作製装置の設置箇所の説明図である。
【図５】図３に示した近接場光学顕微鏡のプローブ開口作製装置の概略構成の説明図である。
【図６】図５に示したプローブ開口作製装置の作用の説明図である。
【図７】図３に示した近接場光学顕微鏡の開口径検査機構の概略構成の説明図である。
【図８】図７に示した開口径検査機構の作用の説明図である。
【図９】図３に示した近接場光学顕微鏡の開口径調整機構の概略構成の説明図である。
【図１０】図９に示した開口径調整機構の作用の説明図である。
【図１１】図３に示した近接場光学顕微鏡のプローブ開口作製装置の一態様を示した説明図である。
【図１２】図１１に示した近接場光学顕微鏡のプローブ開口作製装置の設置箇所の説明図である。
【符号の説明】
１０、１１０ 近接場光学顕微鏡
１２、１１２ 試料
１４、１１４ 基板
１６、１１６ 光源
１８、１１８ 入射光
１９、１１９ ビームスプリッタ
２０、１２０ エバネッセント光
２１、１２１ 散乱光
２２、１２２ プローブ
２４、１２４ 検出器
２６、１２６ コンピュータ
２８、１２８ ステージコントローラ
３０、１３０ ＸＹＺステージ
３２、１３２ コア
１３２ａ コア先端部
３４、１３４ マスク
３６、１３６ 開口
１３７ 電圧印加手段
３８、１３８ 分光器
１３９ 開口作製装置
１４０ 反射手段
１４０ａ 発光手段
１４２ ＨＤＤ
１４４ ＣＰＵ
１４６ 反射面
１４６ａ 発光面
１４７ 開口径検査機構
１４９ 開口径調整機構
１５１ 入力デバイス
Claims (12)
- 光透過性を有する材質で構成されたコアと、該コア上に形成され、延性及び遮光性を有する材質で構成されたマスクと、を備えたプローブの先端部のマスクを所望の大きさで開口する装置であって、
光源と、
前記先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光を該当接面で反射する反射手段と、
前記先端部と反射手段の当接部位からプローブへ帰還する反射光の光量を検出する光検出手段と、
前記先端部と反射手段との光軸方向の押付けを行なう押付手段と、
あらかじめ前記反射光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している記憶手段と、
所望の大きさの開口を得るための前記反射光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報より求める算出手段と、
前記光検出手段により検出される前記反射光の光量が、前記算出手段により算出された光量となるように、前記押付手段により前記プローブ先端部と反射手段との光軸方向の押付けを制御する押付制御手段と、
を備えたことを特徴とするプローブ開口作成装置。 - 請求項１記載のプローブ開口作製装置を備え、該開口作製装置により開口が形成されたプローブ先端部で試料の被測定面に生じたエバネッセント光の場を散乱し、その散乱光を該開口より集光し、あるいは該開口よりしみ出したエバネッセント光を試料の被測定面に照射し、その散乱光ないし反射光を該開口より集光し、又は外部光学系により集光し、試料の被測定面の情報を得ることを特徴とする近接場光学顕微鏡。
- 請求項２記載の近接場光学顕微鏡において、
開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを検査する開口径検査機構を備え、該開口径検査機構は、
光源と、
前記先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光を該当接面で反射する反射手段と、
前記先端部と反射手段の当接部位からプローブへ帰還する反射光の光量を検出する光検出手段と、
前記先端部と反射手段との光軸方向の押付けを行なう押付手段と、
あらかじめ前記反射光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している記憶手段と、
前記光検出手段により検出された反射光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報に当てはめ、前記プローブ先端部の開口の大きさを求める比較手段と、
を備えたことを特徴とする近接場光学顕微鏡。 - 請求項３記載の近接場光学顕微鏡において、
開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを変更する開口径調整機構を備え、該開口径調整機構は、
光源と、
前記先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光を該当接面で反射する反射手段と、
前記先端部と反射手段の当接部位からプローブへ帰還する反射光の光量を検出する光検出手段と、
前記先端部と反射手段との光軸方向の押付けを行なう押付手段と、
あらかじめ前記反射光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している記憶手段と、
前記プローブ先端部の開口について所望の大きさを設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された大きさの開口を得るための前記反射光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報より求める算出手段と、
前記光検出手段により検出される反射光の光量が、前記算出手段により算出された光量となるように、前記押付手段によるプローブ先端部と反射手段との光軸方向の押付けを制御する押付制御手段と、
を備えたことを特徴とする近接場光学顕微鏡。 - 光透過性を有する材質で構成されたコアと、該コア上に形成され、延性及び遮光性を有する材質で構成されたマスクと、を備えたプローブの先端部のマスクを所望の大きさで開口する装置であって、
光源と、
前記先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光による光励起で、該当接面から発光する発光手段と、
前記先端部と発光手段の当接部位からプローブへ帰還する発光の光量を検出する光検出手段と、
前記先端部と発光手段との光軸方向の押付けを行なう押付手段と、
あらかじめ前記発光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している記憶手段と、
所望の大きさの開口を得るための前記発光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報より求める算出手段と、
前記光検出手段により検出される前記発光の光量が、前記算出手段により算出された光量となるように、前記押付手段により前記プローブ先端部と発光手段との光軸方向の押付けを制御する押付制御手段と、
を備えたことを特徴とするプローブ開口作製装置。 - 請求項５記載の装置において、
前記光源の代わりに前記発光手段に直流電圧を印加する電圧印加手段を備え、
前記発光手段は、該電圧印加手段による電圧印加で励起され発光することを特徴とするプローブ開口作製装置。 - 請求項５記載のプローブ開口作製装置を備え、該開口作製装置により開口が形成されたプローブ先端部で試料の被測定面に生じたエバネッセント光の場を散乱し、その散乱光を該開口より集光し、あるいは該開口よりしみ出したエバネッセント光を試料の被測定面に照射し、その散乱光ないし反射光を該開口より集光し、又は外部光学系により集光し、試料の被測定面の情報を得ることを特徴とする近接場光学顕微鏡。
- 請求項７記載の近接場光学顕微鏡において、
開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを検査する開口径検査機構を備え、該開口径検査機構は、
光源と、
前記先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光による光励起で、該当接面から発光する発光手段と、
前記先端部と発光手段の当接部位からプローブへ帰還する発光の光量を検出する光検出手段と、
前記先端部と発光手段との光軸方向の押付けを行なう押付手段と、
あらかじめ前記発光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している記憶手段と、
前記光検出手段により検出された発光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報に当てはめ、前記プローブ先端部の開口の大きさを求める比較手段と、
を備えたことを特徴とする近接場光学顕微鏡。 - 請求項８記載の近接場光学顕微鏡において、
開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを変更する開口径調整機構を備え、該開口径調整機構は、
光源と、
前記先端部と当接する面を有し、前記コアを通して前記開口へ導光される前記光源からの入射光による光励起で、該当接面から発光する発光手段と、
前記先端部と発光手段の当接部位からプローブへ帰還する発光の光量を検出する光検出手段と、
前記先端部と発光手段との光軸方向の押付けを行なう押付手段と、
あらかじめ前記発光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している記憶手段と、
前記プローブ先端部の開口について所望の大きさを設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された大きさの開口を得るための前記発光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報より求める算出手段と、
前記光検出手段により検出される発光の光量が、前記算出手段により算出された光量となるように、前記押付手段によるプローブ先端部と発光手段との光軸方向の押付けを制御する押付制御手段と、
を備えたことを特徴とする近接場光学顕微鏡。 - 請求項６記載のプローブ開口作製装置を備え、該開口作製装置により開口が形成されたプローブ先端部で試料の被測定面に生じたエバネッセント光の場を散乱し、その散乱光を該開口より集光し、あるいは該開口よりしみ出したエバネッセント光を試料の被測定面に照射し、その散乱光ないし反射光を該開口より集光し、又は外部光学系により集光し、試料の被測定面の情報を得ることを特徴とする近接場光学顕微鏡。
- 請求項１０記載の近接場光学顕微鏡において、
開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを検査する開口径検査機構を備え、該開口径検査機構は、
前記発光手段に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記プローブ先端部と当接する面を有し、前記電圧印加手段による電圧印加で励起され該当接面から発光する発光手段と、
前記先端部と発光手段の当接部位からプローブへ帰還する発光の光量を検出する光検出手段と、
前記先端部と発光手段との光軸方向の押付けを行なう押付手段と、
あらかじめ前記発光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している記憶手段と、
前記光検出手段により検出された発光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報に当てはめ、前記プローブ先端部の開口の大きさを求める比較手段と、
を備えたことを特徴とする近接場光学顕微鏡。 - 請求項１１記載の近接場光学顕微鏡において、
開口が形成されているプローブ先端部の開口の大きさを変更する開口径調整機構を備え、該開口径調整機構は、
前記発光手段に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記プローブ先端部と当接する面を有し、前記電圧印加手段による電圧印加で励起され該当接面から発光する発光手段と、
前記先端部と発光手段の当接部位からプローブへ帰還する発光の光量を検出する光検出手段と、
前記先端部と発光手段との光軸方向の押付けを行なう押付手段と、
あらかじめ前記発光の光量と開口の大きさについての検量情報を記憶している記憶手段と、
前記プローブ先端部の開口について所望の大きさを設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された大きさの開口を得るための前記発光の光量を、前記記憶手段に記憶されている検量情報より求める算出手段と、
前記光検出手段により検出される発光の光量が、前記算出手段により算出された光量となるように、前記押付手段によるプローブ先端部と発光手段との光軸方向の押付けを制御する押付制御手段と、
を備えたことを特徴とする近接場光学顕微鏡。
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