JP4756270B2

JP4756270B2 - 光学分光測定方法及び装置

Info

Publication number: JP4756270B2
Application number: JP2006192490A
Authority: JP
Inventors: 哲也多田; 敏彦金山; ウラディミルポボルチィ
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-07-13
Also published as: JP2008020330A

Description

本発明は、計測機器、半導体産業例えば、シリコン基板のひずみ分布測定装置などに用いる光学測定方法及びその方法に用いる試料、並びにその方法を実施する装置に関する。

従来より、顕微鏡を用いたラマン測定が各種物質の分析手法として広く行われ、種々の研究がなされている。例えば下記特許文献には、ラマン散乱光や蛍光などの散乱光と、試料の光学像（共焦点光学顕微鏡像）とを同時に測定することができ、これらの位置関係を明確にすることができる共焦点顕微分光装置とするため、試料からの反射光と散乱光とをノッチフィルタにより分離させ、反射光の光量を光検出器により測定するとともに、ラマン散乱光または蛍光スペクトルを光電子増倍管またはＣＣＤにより同時に測定し、試料における被測定箇所を順次移動させながら反射光量、ラマン散乱光及び蛍光スペクトルの測定データを蓄積し、この測定データに基づく２次元または３次元分布像を表示する技術が開示されている。
特開２００５−１２１４７９号公報

しかしながら、従来の顕微分光法では回折限界の壁があり、空間分解能を１ミクロン以下にすることは困難であった。したがって本発明は、回折限界を超える空間分解能で、ラマン散乱などの光学的分光測定を可能にすることを主たる目的とする。

非等方的な散乱体を先端に保持した探針を励起光の集光点に挿入することにより、励起光の偏光状態を局所的に異方的にすることができる。この異方性を利用して、局所的な信号光を抽出すると、空間分解能の高い高額測定を実現できる。この原理は、散乱体による近接場光やラマン散乱増強効果に適用すると、特に有効性が高い。

金属微粒子による表面プラズモンは、サイズや形状に依存する。例えば、半径aが光の波長λよりも十分小さい球形の金属微粒子に対して、分極率αは以下のようにかける。
α=4πa³(ε-ε_m)/(ε+2ε_m) （１）
ここで、εは金属の複素誘電率で波長の関数である、ε_mは微粒子を取り囲む媒質の誘電率である。金属と誘電体の複素誘電率の実部は符号が異なるので、適当な波長を選ぶと分母の実部が０になり分極率は極大となる。この波長がプラズモンの共鳴波長で、この波長の光を入射したときは強く表面プラズモンが励起され、巨大な近接場電場が金属微粒子近傍に誘起される。主軸がa, b, cの楕円体に対しては、各主軸方向の偏光の光に対して
α=4πabc (ε-ε_m)/ 3(ε_m +Li(ε-ε_m)), ΣLi=1 (i=a,b,c) （２）
と書ける。ここで、Liは各軸に沿った幾何学的脱分極因子(geometrical depolarization factor)である。例えば球に対してはL_a=L_b=L_c=1/3となる。また、この式は円柱にも適用できて、L_a=L_b=1/2, L_c=0である。

従って、粒子の形状が非対称な場合は、入射光の偏光方向と微粒子の軸の方向の角度によって、共鳴波長が異なることになる。よって、楕円体の形状を変えることによって共鳴波長を制御することができる。また、この共鳴波長の光は、金属微粒子によって大きく散乱される。

従って、使用する励起波長と金属の種類が決まれば、（２）式を用いて、分母の実部が０になるように幾何学的脱分極因子Lの値が求まる。そして、このLの値を持つように金属微粒子の形状を決めればよい。この値が1/3に近いと球形の形状に近くなり、1/3から離れるとより非対称な形状となる。

ここで、回転楕円体について詳しく見ていく。主軸がａ，ｃである楕円をｃ軸の周りに回転した回転楕円体の幾何学的脱分極因子は、各軸に対応する径の長さの比をr=a/cとすると、
L_a=(1-L_c)/2(=L_b)
L_c=1/(1-r²)+r/(r²-1)^3/2ln(r+(r²-1)^1/2) r=a/c>1
Lc=1/(1-r²)+r/(¹-r²)3/2arccos r r=a/c<1
とかける。Lbは、回転楕円体の残る１つの主軸ｂ（ａ軸と等価）である。従って、（２）式によってプラズモン共鳴を与えるLの値が求まれば、上式を用いて楕円の長径と短径の比を求めることができる。図１に径の比を動かした時のLの値の変化をグラフにして示す。ただし、実際の金属微粒子は完全な楕円体ではないので、円形からどの程度歪ませた形状にすればいいかの目安と考えればよい。

例えば、図８の表に励起光364nmに対して各種金属微粒子のプラズモン共鳴を与えるLの値とそれに対応する長径と短径の比rをまとめた。長径と短径の比を調節することによって、364nmの励起光に対してプラズモン共鳴を得ることができることがわかる。

また、金属微粒子をナノメートルオーダーのギャップで近接させる配置をとることによってプラズモンの共鳴波長や電場を制御することも可能である。この場合、ギャップ中にはそれぞれの微粒子中に励起されたプラズモンによる極めて大きな電場が誘起されており、この電場を用いることによって大きなラマン信号の増強効果を得ることができる。例えば、金属微粒子を２つ、数ナノメートルのギャップを開けて配置し、励起光を照射するとギャップ中にはプラズモンによる大きな電場が生じる。また、金属微粒子を４つを十字の各頂点におき、その中心部に数ナノメートルのギャップをもつように配置し、励起光を照射すると、プラズモンにより、さらに電場をギャップ中に生じさせることが出来る。

さて、（２）式は、入射光の偏光方向の金属微粒子の軸との間の角度によってプラズモン共鳴の波長が変化することを示す。例えば、長軸に平行な偏光方向の光を入射した時にプラズモン共鳴が起きるような励起波長を選んだ場合、偏光方向が短軸に平行な場合は、幾何学的脱分極因子の値が変わるため共鳴は起こらなくなる。すなわち、この場合、入射光の偏光方向を長軸に平行な時は、金属微粒子によるプラズモンが誘起され大きなラマン信号の増強効果が得られるが、短軸に平行な時は増強効果が小さいということになる。また、微粒子による励起光の散乱も、偏光方向が長軸に平行なとき大きく、短軸に平行なとき小さくなる。従って、両者の差をとることにより、金属微粒子から離れた部分の信号を差し引くことができ、金属微粒子近傍のみのラマン信号を得ることが出来る。よって、入射光の偏光方向を変化させることにより変化する信号光の変化を計測することにより、高空間分解能の分光ができるようになる。

また、上記の効果と選択則を組み合わせることにより、さらに信号強度を上げることが可能である。たとえば、ラマン散乱に関する偏光方向による選択則を用いて説明する。励起光の偏光方向を［１００］で入射し、信号光も［１００］方向の偏光を検出するような光学配置をとると、元来この配置は選択則で禁止されているためラマン信号は検出されないはずだが、上と同様、長軸に平行な偏光方向の光を入射した時にプラズモン共鳴が起きるような励起波長を選び、Si（００１）面で長軸の方向が［１００］方向に向くように金属微粒子を配置すると、励起光が金属微粒子で散乱されて偏光が乱れラマン選択側が緩和されると同時に、プラズモン共鳴により誘起される電場によりラマン信号は増強される。一方短軸に平行になるように配置すると、このときはプラズモン共鳴が起こらないため、励起光の散乱が小さく余り偏光方向も乱れないため選択則によりラマン信号は抑制される。また、プラズモンによる信号増強効果も大きくない。したがって、両者の配置におけるラマン信号の差は、選択則と組み合わせることによりいっそう大きくなる。また、先端に担持する長径と短径の比を変え金属微粒子の形状を非対称にする、或いは担持する金属微粒子を複数にすることにより、プラズモンの共鳴波長を変化させることができ、用いる励起光の波長に最適なプローブを得ることができる。

従って、本発明に係る光学的分光測定方法は、前記課題を解決するため、被測定試料に対して励起光を照射し、該被測定試料からの反射光とラマン散乱光とを分離してラマン散乱光を測定し、該ラマン散乱光の測定データに基づいてラマン信号を表示する光学的分光測定方法において、長軸と短軸を有し非等方的な散乱体を前記被測定試料に近接して配置し、前記励起光を該散乱体に照射して散乱させ、それにより該励起光の偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度によって共鳴波長を変化させて、該励起光により励起される信号をそれぞれ計測することを特徴とし、前記散乱体として異方性をもった微粒子を用い、励起光の偏光の向きと微粒子の向きの関係によって光学応答が異なることを利用する。

また、本発明に係る光学的分光測定用試料は、被測定試料に対して励起光を照射し、該被測定試料からの反射光とラマン散乱光とを分離してラマン散乱光を測定し、該ラマン散乱光の測定データに基づいてラマン信号を表示することにより光学的分光測定が行われる光学的分光測定用試料において、長軸と短軸を有する非等方的な散乱体であって、前記励起光が照射された際、該励起光を散乱して、その偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度によって共鳴波長を変化させる散乱体を予め前記測定用試料の測定すべき位置に配置し、前記励起光を前記散乱体に照射し、該散乱体で散乱された励起光により励起される信号を前記偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度毎に計測する光学的分光測定に用いることを特徴とする。

また、本発明に係る光学的分光測定装置は、被測定試料に対して励起光を照射し、該被測定試料からの反射光とラマン散乱光とを分離してラマン散乱光を測定し、該ラマン散乱光の測定データに基づいてラマン信号を表示する光学的分光測定装置において、長軸と短軸を有する非等方的な散乱体であって、前記励起光が照射された際、該励起光を散乱して、その偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度によって共鳴波長を変化させる散乱体を前記被測定試料に近接させ、前記励起光を前記散乱体に照射し、該励起光により励起される信号を前記偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度毎に計測することを特徴とし、前記散乱体として異方性をもった微粒子を用い、励起光の偏光の向きと微粒子の向きの関係によって光学応答が異なることを利用する。

本発明は上記のような手法を採用することにより、顕微鏡を用いたラマン測定において、空間分解能を１ミクロン以下にすることが可能となった。

本発明は回折限界を超える空間分解能で、ラマン散乱などの光学的分光測定を可能にするという目的を、被測定試料に対して励起光を照射し、試料から再放射される信号光を計測する光学配置において、散乱体を試料に近接させ、励起光を散乱体に照射し、該散乱体で散乱された励起光により励起される信号を計測することによって実現したものであるが、特に、前記散乱体として異方性をもった微粒子を用い、励起光の偏光の向きと微粒子の向きの関係によって光学応答が異なることを利用すると効果的である。

金属微粒子の形状がプラズモン共鳴に与える影響を調べるため、Siの（００１）基板に様々な形状の銀の微粒子を電子線描画とリフトオフプロセスにより形成した。顕微分光の手法を用いて、形成された微粒子パターンの光散乱スペクトルの測定を空気中で行った。図２にその結果のグラフを示す。それぞれのパターンは厚さ90nmの長円状で、（ａ）50nm×150nm、（ｂ）50nm×220nm、（ｃ)40nm×120nmである。また、（ｄ）に対するパターンは50nm×100nmの微粒子が5nmのギャップを隔てて隣り合っている。励起光が、長円の長軸に平行な偏光を持つ場合と垂直な場合の2つの場合について測定を行った。グラフからわかるように、散乱スペクトルのピーク位置は長軸に平行な偏光方向の場合と垂直な場合で異なり、また、パターンの形状によっても変化していることがわかる。

さらに、図３に図２の（ｂ）と（ｄ）のパターンについて、基板をグリセロールに浸して測定を行った。グリセロールの誘電率は約２である。（２）式は、媒質の誘電率によって共鳴波長が変化することを示しているが、確かに、640nmn近辺のピークが大きくなったおり、散乱スペクトルのピークが空気中のものと比べ変化していることがわかる。

さらに、（ｄ）のパターンについてグリセロール中で波長632.8nmの励起光を用いてラマン散乱の測定を行った。グリセロールに浸したことにより空気中比べ640nmn近辺の散乱スペクトルのピークが大きくなったため、この励起波長を選んだ。励起光の偏光方向は［１００］方向で、［１００］方向に偏光した光のみ検出した。この光学配置は、ラマン禁制である。図４の520cm^-1のピークがシリコンに由来するラマン信号で、他の部分はグリセロールによるラマン信号である。太線は銀粒子がない位置でラマン測定を行い、細線は銀粒子が存在するところでラマン測定を行った結果である。グリセロールのラマン信号は銀粒子の有無によらず変化は見られない。しかし、520cm^-1のピークについては、銀粒子がない位置では、禁制律により抑制されているが、銀粒子のある位置では銀粒子による偏光解消による禁制律の破れでラマン信号が強く観測された。このことは、測定したい箇所に銀微粒子を近接することによって、その箇所のラマン信号を選択的に取り出すことが出来ることを示す。

アルミ微粒子の形状がプラズモン共鳴に与える影響を調べるため、Siの（００１）基板に様々な形状のアルミの微粒子を電子線描画とリフトオフプロセスにより形成した。顕微分光の手法を用いて、形成された微粒子パターンの光散乱スペクトルの測定を空気中で行った。図５にその結果のグラフを示す。

それぞれのパターンは厚さ90nmの長円状で、（ａ）100nm×150nm、（ｂ）90nm×160nmである。励起光が、長円の長軸に平行な偏光を持つ場合と垂直な場合の2つの場合について測定を行った。グラフからわかるように、散乱スペクトルのピーク位置は長軸に平行な偏光方向の場合と垂直な場合で異なり、また、パターンの形状によっても変化していることが分かった。

図６に示すような測定システムを用いてラマン信号の測定を行った。Siの（００１）基板に対して、波長364nmのレーザー光を偏光方向が［１００］方向になるように垂直に入射し、対物レンズにより試料面上で約１μｍに絞り、短径70nm、長径110nmの銀微粒子を担持した石英製探針を近接させる。

短径70nm、長径110nmの銀微粒子を担持した石英製探針は、図７に示すプロセスで作製した。両面に厚さ5μmの熱酸化膜をもつ0.5mm厚のSi基板にフォトリソグラフィによりカンチレバーのパターンをフォトレジストに焼き付ける。そして、Crを真空蒸着により300nm堆積しリフトオフの手法でレジストパターンを基板に転写する。Crパターンをマスクに、酸化膜を反応性イオンエッチング（RIE）で削る。エッチング条件は、SF６ガス2Pa、流量5sccm、高周波電力10Wで、このとき、酸化膜に対するエッチング速度は約50nm/minである。RIE後残ったマスクのCrは王水で除去する。次に、チップを設けるカンチレバーの先端部を、他の部分より一段高くするために、再びフォトリソグラフィとリフトオフにより先端部にCrのマスクを形成し、前と同様の条件によりRIEで酸化膜を500nm削る。これにより、カンチレバー先端部は他の部分より500nm高くなる。RIE後残ったCrマスクは王水で除去する。次に、電子線リソグラフィーとリフトオフを用いてカンチレバー先端部の一段高くなった部分に長径が110nm、短径が70nmの銀微粒子を設ける。また、同様に根本の部分には、光てこのための反射用の銀の三角パターンを設ける。銀のパターンをマスクにRIEで酸化膜を500nm削ると、長径が110nm、短径が70nmの銀微粒子を担持した突起が先端部に形成される。最後に裏面からSiをKOH水溶液（濃度３０％、８５℃）で６時間エッチングすることにより除去し、石英プローブをもつカンチレバーを作製した。

さて、上記カンチレバーを用いて測定する際、試料表面にはグリセロール液を滴下し、励起光が照射される探針部分が浸漬される様にしておく。これは、グリセロールの屈折率が石英とほぼ等しいため、探針先端の銀粒子以外の部分で光が散乱されることを抑制するためである。試料で散乱された信号光は、同じく対物レンズで集光され、分光器へ導かれるという測定配置をとる。ここでは、検出部には偏光素子をいれず、すべての偏光方向の信号光を検出する。励起光の偏光方向が長径方向に平行になるように配置したときと、短径方向に平行になるように配置したときの、ラマンの520cm^-1のピークの強度を比較した。この場合、先端の銀微粒子の長径方向に平行に入射したときは、プラズモンの共鳴ピークがほぼ364nmとなる。長径に平行に励起光を入射したときのピークの強度は、短径に平行に励起光を入射したときの約1.5倍になった。これは、長径方向に平行に入射した時、励起されたプラズモンの電場によりラマン信号が増強されたためと考えられる。

実施例３と同様の条件で、測定システムの検出部に偏光素子を入れて［１００］方向の偏光のみを検出するようにしたところ、長径に平行な光学配置のときのピークの強度は短径に平行に励起光を入射したときの約2倍になった。これは、［１００］方向の励起光に対して、［１００］方向ラマン信号を測定する配置はラマン選択則の禁制遷移のため抑制されるが、銀微粒子の長径に平行な配置の時は、プラズモン共鳴により励起光が散乱され、励起光の偏光方向が乱れるためラマン信号が励起されるが、励起光の偏光方向が短径に平行な配置の時は、プラズモンの共鳴波長から励起光波長がずれているため、余り散乱されず、ラマン信号光の強度が抑制されたためである。

計測機器、半導体産業例えば、シリコン基板のひずみ分布測定装置等の光学測定手法として用いられる。

回転楕円体における、幾何学的脱分極因子Lの楕円の径の比rに対する依存性を示す図である。空気中における、Si（１００）基板上の（ａ）50nm×150nm、（ｂ）50nm×220nm、（ｃ） 40nm×120nmの銀微粒子（短径×長径）及び、（ｄ）5nmのギャップを隔てて隣り合っている50nm×100nm の銀微粒子の散乱スペクトルを示すグラフである。図２における（ｂ）と（ｄ）の銀の微粒子グリセロール中の散乱スペクトルを示すグラフである。図３における（ｄ）の試料のラマンスペクトルを示すグラフであって、励起光の偏光方向はSi（１００）基板に対して、［１００］方向で入射し、［１００］方向に偏光した光のみ検出したものであり、太線が銀粒子のないところのスペクトルで、細線が銀粒子があるところのスペクトルを示す。 Si（１００）基板上のAl微粒子の光散乱スペクトルの励起光の偏光方向依存性を示すがラフであり、ｃは長径方向、サイズは（ａ）100nm×150nm、（ｂ）90nm×160nm。本発明におけるラマン散乱測定システムを示す図である。本発明におけるラマン測定用カンチレバー作製プロセスとカンチレバーの説明図であり、先端部分の拡大図を吹き出しの中に示す。励起光364nmに対して各種金属微粒子の空気中のプラズモン共鳴を与えるLの値とそれに対応する長径と短径の比rを示す表であり、ε1は、複素誘電率の実部である。

Claims

被測定試料に対して励起光を照射し、該被測定試料からの反射光とラマン散乱光とを分離してラマン散乱光を測定し、該ラマン散乱光の測定データに基づいてラマン信号を表示する光学的分光測定方法において、
長軸と短軸を有し非等方的な散乱体を前記被測定試料に近接して配置し、前記励起光を該散乱体に照射して散乱させ、それにより該励起光の偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度によって共鳴波長を変化させて、該励起光により励起される信号をそれぞれ計測することを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項１記載の光学的分光測定方法において、
前記励起光の偏光方向を前記散乱体の長軸あるいは短軸に平行にして、それぞれの状態で該励起光により励起される信号を計測することを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項１または２に記載の光学的分光測定方法において、
前記散乱体を予め前記被測定試料の測定すべき位置に配置し、前記励起光を該散乱体に照射し、該散乱体で散乱された励起光により励起される信号を計測することを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項３記載の光学的分光測定方法において、
前記散乱体を、間隔を設けて前記被測定試料上に複数配置することを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項１または２に記載の光学的分光測定方法において、
前記散乱体が金属微粒子であることを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項３記載の光学的分光測定方法において、
該被測定材料が半導体デバイスであって、該半導体デバイスを試作するとき予め作製プロセスの中で、前記測定すべき箇所に前記散乱体を作り込んでおくことを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項６記載の光学的分光測定方法において、
前記散乱体が金属微粒子であることを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項３記載の光学的分光測定方法において、
ラマン信号を測定することを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項６記載の光学的分光測定方法において、
入射光と信号光の偏光方向の関係が選択則で禁止される光学配置で計測を行うことを特徴とする光学的分光測定方法。
被測定試料に対して励起光を照射し、該被測定試料からの反射光とラマン散乱光とを分離してラマン散乱光を測定し、該ラマン散乱光の測定データに基づいてラマン信号を表示する光学的分光測定方法において、
長軸と短軸を有する非等方的な散乱体を先端部分に保持する探針を、励起光が照射された前記被測定試料表面に近接させ、前記励起光を該散乱体に照射して散乱させ、該励起光の偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度によって共鳴波長を変化させて、該励起光により励起される信号光をそれぞれ計測することを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項１０記載の光学的分光測定方法において、
前記励起光の偏光方向を前記散乱体の長軸あるいは短軸に平行にして、それぞれの状態で該励起光により励起される信号を計測することを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項１１記載の光学的分光測定方法において、
入射光の偏光方向が前記散乱体の長軸に平行なときと短軸に平行なときの信号光の差を計測することを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項１０記載の光学的分光測定方法において、
前記散乱体の材質が、金属であることを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項１３記載の光学的分光測定方法において、
前記散乱体の材質が、金、銀、プラチナ、クロム、アルミニウム、イリジウム、コバルト、パラジウム、鉄であることを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項１０記載の光学的分光測定方法において、
前記散乱体として４個の金属微粒子を十字の各頂点におき、その中心部にギャップをもつように配置することを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項１０ないし１５のいずれかに記載の光学的分光測定方法において、
前記散乱体をリソグラフィー工程で加工して探針を作製することを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項１０に記載の光学的分光測定方法において、
信号光がラマン散乱光であることを特徴とする光学的分光測定方法。
請求項１０に記載の光学的分光測定方法において、
入射光と信号光の偏光方向の関係が選択則で禁止されるような光学配置で計測を行うことを特徴とする光学的分光測定方法。
被測定試料に対して励起光を照射し、該被測定試料からの反射光とラマン散乱光とを分離してラマン散乱光を測定し、該ラマン散乱光の測定データに基づいてラマン信号を表示することにより光学的分光測定が行われる光学的分光測定用試料において、
長軸と短軸を有する非等方的な散乱体であって、前記励起光が照射された際、該励起光を散乱して、その偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度によって共鳴波長を変化させる散乱体を予め前記測定用試料の測定すべき位置に配置し、前記励起光を前記散乱体に照射し、該散乱体で散乱された励起光により励起される信号を前記偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度毎に計測する光学的分光測定に用いる、光学的分光測定用試料。
請求項１９記載の光学的分光測定用試料において、
前記散乱体を、前記励起光の偏光方向が該散乱体の長軸あるいは短軸に平行になるよう配置して、それぞれの配置で該励起光により励起される信号を計測するようにしたことを特徴とする光学的分光測定用試料。
請求項１９または２０に記載の光学的分光測定用試料において、
前記散乱体を、間隔を設けて前記測定用試料上に複数配置することを特徴とする光学的分光測定用試料。
請求項１９記載の光学的分光測定用試料において、前記散乱体が金属微粒子であることを特徴とする光学的分光測定用試料。
請求項１９または２０に記載の光学的分光測定用試料において、
該測定用試料が半導体デバイスであって、該半導体デバイスを試作するとき予め作製プロセスの中で、測定すべき箇所に前記散乱体を作り込んでおくことを特徴とする光学的分光測定用試料。
被測定試料に対して励起光を照射し、該被測定試料からの反射光とラマン散乱光とを分離してラマン散乱光を測定し、該ラマン散乱光の測定データに基づいてラマン信号を表示する光学的分光測定装置において、
長軸と短軸を有する非等方的な散乱体であって、前記励起光が照射された際、該励起光を散乱して、その偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度によって共鳴波長を変化させる散乱体を前記被測定試料に近接させ、前記励起光を前記散乱体に照射し、該励起光により励起される信号を前記偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度毎に計測することを特徴とする光学的分光測定装置。
請求項２４記載の光学的分光測定装置において、
前記散乱体を、前記励起光の偏光方向が該散乱体の長軸あるいは短軸に平行になるよう配置して、それぞれの配置で該励起光により励起される信号を計測することを特徴とする光学的分光測定装置。
請求項２４または２５に記載の光学的分光測定装置において、
前記散乱体を予め前記被測定試料の測定すべき位置に配置し、前記励起光を該散乱体に照射し、該散乱体で散乱された励起光により励起される信号を計測することを特徴とする光学的分光測定装置。
請求項２４または２５に記載の光学的分光測定装置において、
ラマン信号を測定することを特徴とする光学的分光測定装置。
請求項２４または２５に記載の光学的分光測定装置において、
該被測定材料が半導体デバイスであって、該半導体デバイスを試作するとき予め作製プロセスの中で、測定すべき箇所に前記散乱体を作り込んでおき、入射光と信号光の偏光方向の関係が選択則で禁止される光学配置で計測を行うことを特徴とする光学的分光測定装置。
被測定試料に対して励起光を照射し、該被測定試料からの反射光とラマン散乱光とを分離してラマン散乱光を測定し、該ラマン散乱光の測定データに基づいてラマン信号を表示する光学的分光測定装置において、
長軸と短軸を有する非等方的な散乱体であって、前記励起光が照射された際、該励起光の偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度によって共鳴波長を変化させる散乱体を先端部分に保持する探針を前記励起光が照射された前記被測定試料表面に近接させて、該励起光により励起される信号光を前記偏光方向と前記散乱体の軸の方向との角度毎に計測することを特徴とする光学的分光測定装置。
請求項２９記載の光学的分光測定装置において、
前記散乱体を、前記励起光の偏光方向が該散乱体の前記長軸あるいは短軸に平行になるよう配置して、それぞれの配置で該励起光により励起される信号を計測することを特徴とする光学的分光測定装置。
請求項３０記載の光学的分光測定装置において、
入射光の偏光方向が散乱体の長径に平行なときと短径に平行なときの信号光の差を計測することを特徴とする光学的分光測定装置。
請求項２９または３０に記載の光学的分光測定装置において、
散乱体の材質が、金属であることを特徴とする光学的分光測定装置。
請求項３２記載の光学的分光測定装置において、
散乱体の材質が、金、銀、プラチナ、クロム、アルミニウム、イリジウム、コバルト、パラジウム、鉄であることを特徴とする光学的分光測定装置。
請求項２９または３０に記載の光学的分光測定装置において、
前記散乱体として４個の金属微粒子を十字の各頂点におき、その中心部にギャップをもつように配置することを特徴とする光学的分光測定装置。
請求項２９ないし３４のいずれかに記載の光学的分光測定装置において、
前記散乱体をリソグラフィー工程で加工して探針を作製することを特徴とする光学的分光測定装置。
請求項２４または３４に記載の光学的分光測定装置において、
信号光がラマン散乱光であることを特徴とする光学的分光測定装置。
請求項２９に記載の光学的分光測定装置において、
入射光と信号光の偏光方向の関係が選択則で禁止されるような光学配置で計測を行うことを特徴とする光学的分光測定装置。