JPH03287110A

JPH03287110A - 反射型光学近接視野走査顕微鏡

Info

Publication number: JPH03287110A
Application number: JP2087862A
Authority: JP
Inventors: Toru Fujii; 透藤井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1990-04-02
Publication date: 1991-12-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、光源からの光の波長より小さい開口を被測定
物に近接させて走査し、被測定物の表面形状を高分解能
で測定する反射型光学近接視野走査顕微鏡に関するもの
である。

［従来の技術］従来、この種の光学近接視野走査顕微鏡（Ｎｅａｒ−Ｆ
ｉｅｌｄ　　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　　０ｐｔｉＣａｌ　　
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）（以下Ｎ５０Ｍと称する）とし
ては特開昭５９−１２１３　］、　Ｏ号公報等が知られ
ている。このＮ５０Ｍは一般の光学顕微鏡と異なり走査
型電子顕微鏡と同程度の高分解能（２０ｎｍ：光学顕微
鏡の場合は２００〜３００ｎｍ程度）が空気中や溶液中
でも得られること、被測定物の光学的な性質が情報とし
て得られることなどの優れた特徴を有し、特に薄膜試料
の観測や、生体試料をそのまま観測できることがら大き
な期待が寄せられている。Ｎ５０Ｍの基本原理は、被測
定物を照射すべく光源から放射された可視光の波長より
小さい開口によって被測定物の表面を走査し、表面形状
、すなわち三次元形状を測定するもので、開口を被測定
物から波長よりも短い距離（５００ｎｍ以下〉に置いて
走査することから、近接視野走査類Ｖ＆鏡と呼ばれてい
る。

開口は、通常光学ファイバの先端を円錐状に形成してそ
の頂点を１μｍ以下の直径に形成することで得られる。

波動の理論からすれば、通常の光学顕微鏡の分解能はλ
／２（＾：波長）程度に制約されるため、可視光領域で
は２００ｎｍ〜３００ｎｍが限度されている。しかし、
上述したような波長より小さい極微小な開口に光を導く
と、通常の光のように自由空間を広がることはできない
が、開口の周囲を行ったり来たりして放射エネルギを開
口の反対側に移すことができる。この移った光は消滅波
（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ　　ｗａｖｅ）と呼ばれるもの
で、これで測定表面を照射することで高分解能な光学的
測定を可能にしている。

Ｎ５０Ｍによる測定方法には、■開口から試料表面の近
接基に照射して、その透過光を顕微鏡の対物レンズで集
光して測定する方法、■試料を透過した光を近接基の開
口を通って検出する方法および■近接基の開口から照射
された光の反射光を測定する方法の三種類が知られてい
る。このうち■の反射光を測定する方法は、反射型Ｎ５
０Ｍと呼ばれるもので、最も高い分解能が得られる特徴
を有している。第４図はこのような反射型Ｎ５０Ｍの従
来例（上記特開昭５９−１２　Ｌ　Ｂ　Ｌ　０号）を示
すもので、これを概略説明すると、１は基台で、この基
台１は除振袋Ｗ（図示せず〉によって外部振動を受けな
いｍ造とされる。２は基台１」−に配設されたステージ
で、このステージ２は不図示の駆動装置によってＸ、Ｙ
、方向にそれぞれ独立に移動制御されるように構成され
、上面に被測定物３が設置されている。４は前記基台１
上に設置された支柱、５は支柱４の先端アーム部４Ａに
垂直調整装置６を介して取り付けられた光源で、この光
源５は半導体レーザ等からなり、被測定物３と近接対向
する開ロアを備え、前記被測定物３をｘ、Ｙ方向に移動
させることで、相対的に開ロアが測定表面上を走査する
。８は前記光源５から放射されて開ロアを通り被測定物
３の表面で反射した反射光を検出するセンサで、このセ
ンサ８に入光した反射光は光ファイバ９によって光検出
器１０に導かれ、電気信号に変換される。

［発明が解決しようとする課題１しかしながら、上記した従来の反射型Ｎ５０Ｍにあって
は、受光する光の強度を増大させるため複数個のセンサ
８を開ロアの周囲に配設しているものの、単にセンサ８
を開ロアとは別個に配置しているので、被測定物３から
センサ８までの距離が大きく、光学系として広いスペー
スを必要とし、装置の小型化が困難であった。また、セ
ンサ８の調整も面倒である。

したがって、本発明は上記したような従来の問題点に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは、光学系
がシンプルで設置スペースを小さくでき、装置の小型化
を可能にすると共に、環境変化に対して光導入、検出の
位置が殆ど変化せず調整作業が容易な反射型光学近接視
野走査顕微鏡を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明は上記目的を達成するために、光源と、この光源
から放射される光の波長より小さい直径を有して検査す
べき被測定物の表面に近接される開口と、前記光源から
の光を前記開口に導く投光ファイバと、前記開口を通過
して前記被測定物により反射した前記光源からの光を受
光して電気信号に変換する光検出器と、前記被測定物に
当たって反射した前記光を前記光検出器に導く複数本の
受光ファイバとを備え、前記受光ファイバは投光ファイ
バの前記開口を取り巻くようにその周囲に配置されるこ
とにより、前記投光ファイバと共にマルチコアファイバ
を形成するものである。

［作用］本発明において、開口を有し光源からの光を被測定物に
導く投光ファイバと、測定表面にて反射した反射光を受
光し光検出器に導く複数本の受光ファイバとは一体的に
構成されることで、マルチコアファイバを形成し、受光
ファイバを被測定物に近ずける。

［実施例］以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る反射型光学近接視野走査顕微鏡の
一実施例を示す概略構成図、第２図は光学系の斜視図で
ある。なお、図中第４図と同一構成部品のものに対して
は同一符号を以て示し、その説明を省略する。これらの
図において、本実施例は光源５から光検出器■０までの
光路を形成する光学系としてマルチコアファイバ２０を
配置した点に特徴を有するものである。

前記マルチコアファイバ２０は、光源５からの光をステ
ージ２上の被測定物３の表面に導く投光ファイバ２１と
、光源５から出て被測定物３の表面で反射した反射光を
受光し光検出器１０へ導く複数本、例えば４本の受光フ
ァイバ２２Ａ〜２２Ｄと、光源５から放射された光を集
光し前記投光ファイバ２１の入光面に入光させる集光レ
ンズ２３と、前記各受光ファイバ２２Ａ〜２２Ｄの内部
を通って出光面より出る前記反射光を平行光束にし前記
光検出器１０に導くコリメータレンズ２４と、前記投光
ファイバ２１と受光ファイバ２２Ａ〜２２Ｄの被測定物
３＠端部を保持するクラ・７ド２５と、前記投光ファイ
バ２１の被測定１１Ｊ３と対向する出光面に設けられた
闇ロアとで構成されている。

前記投光ファイバ２１と受光ファイバ２２Ａ〜２２Ｄは
それぞれ石英等で製作され、２００μｍ程度の直径を有
している。投光ファイバ２１と受光ファイバ２２Ａ〜２
２Ｄの被測定物３側端部は前記クラッド２５を貫通して
その先端面、すなわち投光ファイバ２１にあっては出光
面、受光ファイバ２２Ａ〜２２Ｄにあっては入光面が被
測定物３の表面と近接対向している。受光ファイバ２２
Ａ〜２２Ｄの被測定物３側端部は、前記投光ファイバ２
１を中心とする任意半径の同心円上に周方向に等配され
て配置されている。

前記クラッド２５は、投光ファイバ２１、受光ファイバ
２２Ａ〜２２Ｄよりも小さい屈折率を有して支柱４のア
ーム部４Ａに垂直調整装置６を介して配設されている。

垂直調整装置６としては、一般にマイクロメータ等から
なる粗調整装置と、印加電圧に応答して伸縮する積層形
のピエゾ素子等からなる微調整装置とで構成され、これ
によって前記開ロアが被測定物３の測定表面から光源５
の光の波長よりも短い距離に設定される。なお、開ロア
による測定表面の走査のためステージ３をＸ、Ｙ方向に
移動させる駆動装置もピエゾ素子が使用される。その場
合、４つの積層形ピエゾ素子を十字状に配置し、その中
心にステージ２を設置すればよい。

光源５としては、例えば波長４８８ｎｍのＡｒレーザが
使用される。

前記開ロアは、第３図に示すように投光ファイバ２１の
被測定物３側端部を円錐状に加工形成し、その尖った先
端を前記光源５から放射される光の波長より小さい直径
、例えば１μｍ以下にすることで得られる。そして、前
記投光ファイバ２１の端部に設けられた円錐部には、前
記開ロアを除いてアルミニウム等からなる金属の遮光膜
（厚み２００μｍ程度〉２６がスパッタリング等によっ
て形成されている。開ロアの形成に際しては、予め円錐
部全体に遮光膜２６を形成し、しかる後円錐部先端と遮
光膜をイオン切削によって除去することで形成される。

このような構成からなる反射型Ｎ５０Ｍにおいて、被測
定’ｍ３の表面形状の測定に際しては、光源５から出た
光を集光レンズ２３によって集光し、投光ファイバ２１
の入光面より該ファイバ内に入光させて開ロアに導き、
該開ロアを通過する光〈消滅光〉で被測定物３の測定表
面を照射する。この状態で被測定物３の表面を開ロアに
よって走査する。

前記開ロアを通過して被測定物３の測定表面を照射する
照射光は測定表面に当たって反射し、その反射光が受光
ファイバ２２Ａ〜２２Ｄの入光面より内部に入光し光検
出器１０に導かれることで、電気信号に変換される。受
光ファイバ２２Ａ〜２２Ｄに入光する反射光の光量は測
定表面の形状によって変化するため、光検出器１０の出
力信号も変化する。したがって、反射光を検出すること
で、被測定物３の測定表面の三次元形状が光源５の光の
波長以下（２０ｎｍ程度〉の高分解能で測定さ０れる。

この場合、受光ファイバの本数を増加すればするほど、
受光する光量、換言すれば光の強度が増加し、また表面
の凹凸による光の反射角の影響が減少し、測定精度をあ
げることができる。また、投光ファイバから受光ファイ
バへのクロスト−クラ避けるため、投光ファイバ２１と
受光ファイバ２２Ａ〜２２Ｄを密接させず、ある程度離
して隙間を設けておくほうがよい。

［発明の効果］以上説明したように本発明に係る反射型光学近接視野走
査顕微鏡は、光学系を１本の投光ファイバと、これを取
り囲む複数本の受光ファイバとからなるマルチコアファ
イバで構成したので、光学系が著しく簡素化され、装置
の小型化を可能にする。また、投、受光ファイバは一体
化されているので調整を必要とせず、環境変化に対して
も位置が殆ど変化しないため、安定に動作し、しかも複
数本の受光ファイバは投光ファイバと同様に、測定表面
に近接して配置されることができるため、消滅光を効率
よく、その上多方向から受光でき、斜面による影響を少
なくし、測定精度を向上させることができる。加えて、
受光ファイバを投光ファイバの周囲に近接配置している
ので、受光立体角を大きく取ることができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明に係る反射型光学近接視野走査顕微鏡の
一実施例を示す概略構成図、第２図は光学系の斜視図、
第３図は開口の拡大図、第４図は反射型光学近接視野走
査顕微鏡の従来例を示す概略構成図である。１・・・基台、２・・・ステージ、３・・・被測定物、
５−・・光源、６・・・垂直調整装置、７・・・開口、
１０・・・光検出器、２０・・・マルチコアファイバ、
２１−・・投光ファイバ２２Ａ〜２２Ｄ・・・受光ファ
イバ２３・・・集光レンズ、２４・−・コリメータレンズ、
２５・・・クラッド、２６・・・遮光膜。

Claims

【特許請求の範囲】

光源と、この光源から放射される光の波長より小さい直
径を有して検査すべき被測定物の表面に近接される開口
と、前記光源からの光を前記開口に導く投光ファイバと
、前記開口を通過して前記被測定物により反射した前記
光源からの光を受光して電気信号に変換する光検出器と
、前記被測定物に当たって反射した前記光を前記光検出
器に導く複数本の受光ファイバとを備え、前記受光ファ
イバは投光ファイバの前記開口を取り巻くようにその周
囲に配置されることにより、前記投光ファイバと共にマ
ルチコアファイバを形成することを特徴とする反射型光
学近接視野走査顕微鏡。