JPH06273676A

JPH06273676A - 光走査型顕微鏡

Info

Publication number: JPH06273676A
Application number: JP6655193A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shudo; 広首藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-01-19
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【目的】近視野現象を観察することができる高分解能
の光走査型顕微鏡を提案する。【構成】試料４を照射するレーザ光を光ファイバ３で
導いて反射光又は透過光を受光し、若しくはレーザ光で
照射された試料４の反射光又は透過光を光ファイバ３で
受光し、この反射光又は透過光の光強度を検出しながら
試料４に対する光ファイバ３の相対位置を走査させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光走査型顕微鏡に関
し、特に近視野で試料を観察する場合に適用して好適な
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、顕微鏡には、光学顕微鏡とレーザ
走査型顕微鏡とがある。このうち光学顕微鏡において
は、面光源を形成する光源の射出光を集光レンズで試料
に照射する。これにより、この種の光学顕微鏡において
は、試料表面を二次元的に照射し、その反射光又は透過
光を対物レンズで結像して像を形成するようになされて
いる。

【０００３】これに対してレーザ走査型顕微鏡において
は、レーザ光源から射出したレーザ光を集光することに
より、点光源状の光を形成し、このレーザ光をガルバノ
ミラー等で二次元走査する。さらに、このレーザ走査型
顕微鏡においては、二次元走査するレーザ光を試料表面
に照射し、その反射光の強度を所定の受光系で受光す
る。

【０００４】これにより、レーザ走査型顕微鏡において
は、試料表面に二次元走査して得られる反射光の光強度
に基づいて、試料表面の形状等を観察し得るようになさ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光学顕微鏡
及びレーザ走査型顕微鏡においては、開口に相当するレ
ンズと試料表面との間隔が光の波長に比してはるかに大
きいことにより、近視野現象の観察が困難な問題があ
る。つまり、光の波長とレンズによる物理的限界によ
り、光学顕微鏡では０．５ミクロン以下は解像すること
ができない。また、光学顕微鏡においては、光の回析現
象により、原理的にも近視野現象を観察し得ない特徴が
ある。

【０００６】これに対して、このような近視野の現象を
観察することができれば、産業上、学問上種々の観察に
適用して利用分野を拡大することができる。例えば、ビ
デオテープレコーダ等に搭載される磁気ヘッドのギャッ
プ幅を測長する場合、０．１ミクロン以下の分解能が欲
しい。

【０００７】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、近視野現象を観察することが
できる光走査型顕微鏡を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、レーザ光を生成するレーザ光源２と、
上記レーザ光を導いて該レーザ光を試料４に照射し、若
しくは上記試料４に上記レーザ光を照射して得られる反
射光又は透過光を受光する光ファイバ３と、この光ファ
イバ３を介して照射した上記レーザ光の反射光又は透過
光を受光し、若しくは上記光ファイバ３で受光した上記
反射光又は透過光を受光し、上記反射光又は上記透過光
の光強度に応じて信号レベルが変化する受光結果を出力
する反射光検出手段１５と、上記光ファイバ３及び上記
試料４の相対位置を順次変化させ、上記試料４に対する
上記光ファイバ３の相対位置を走査させる光走査手段
６，７，９とを備えてなることを特徴とする。

【０００９】光走査手段６，７，９は、光ファイバ３の
試料４側端面を試料４に近接して保持する。

【００１０】光走査手段６，７，９は、試料４を透過す
る所定のレーザ光を撮像して干渉縞を撮像することによ
り、この撮像結果に基づいて光ファイバ３の試料４側端
面を試料４に近接して保持する。

【００１１】光走査手段６，７，９は、撮像結果を所定
の表示手段２２に表示し、該表示手段２２の表示結果に
基づいて、光ファイバ３の試料４側端面の形状を判断し
得るようにする。

【００１２】光ファイバ３は、先端部に金属被覆２４を
有し、その先端部に１ミクロン以下の微小開口２５を有
する。

【００１３】その微小開口２５は、金属被覆２４された
光ファイバ先端と走査型トンネル顕微鏡の探針３１の先
端位置を光学顕微鏡４０で観察しながら該探針３１の光
ファイバ３に対する位置決めを行い、上記探針３１への
パルス状のバイアス電圧の印加又は探針先端の押し当て
により形成される。

【００１４】

【作用】試料４を照射するレーザ光を光ファイバ３で導
いて反射光又は透過光を受光し、若しくはレーザ光で照
射された試料４の反射光又は透過光を光ファイバ３で受
光し、この反射光又は透過光の光強度を検出しながら試
料４に対する光ファイバ３の相対位置を走査すれば、光
ファイバ３を近接して試料４に配置して近視野の現象が
観察される。

【００１５】また、光学的な分解能は光の出入りする径
で決まるので、金属被覆された光ファイバの先端部に１
ミクロン以下の微小開口を形成することにより、さらな
る近視野の現象が観察される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて図面を参照しながら詳細に説明する。本実施例の光
走査型顕微鏡１は、図１に示すように、レーザ光源２か
ら射出されたレーザ光を光ファイバ３で試料４に導くと
共に、その結果得られる反射光をこの光ファイバ３を介
して受光するように構成されている。

【００１７】この種の光走査型顕微鏡１においては、近
視野現象を観察するために、レーザ光の開口又は受光系
の開口を試料４表面の近視野内に配置する必要がある。
すなわち、この実施例においては、試料４表面を走査す
るレーザ光の点光源を試料４に極めて近接して配置する
必要がある。

【００１８】このため、この実施例において、光走査型
顕微鏡１は、レーザ光源２から射出されたレーザ光を光
ファイバ３で導くことにより、この光ファイバ３の端面
を試料４に極めて近接配置して開口を近視野に配置す
る。すなわち、かかる光走査型顕微鏡１においては、試
料４を試料台５に載置し、この試料台５を所定の可動機
構６，７で可動する。

【００１９】可動機構６，７は、所定のベース８上に試
料粗動用ステージ６を載置し、この試料粗動用ステージ
６で試料微動機構７を粗動する。試料微動機構７は、圧
電素子からなるピエゾ素子を使用して試料台５を微動し
得るようになされている。

【００２０】これにより、光走査型顕微鏡１において
は、可動機構６，７を制御装置９で駆動して試料４を光
ファイバ３に対してＸ方向及びＹ方向に可動し、光ファ
イバ３から出射されるレーザ光を試料４表面に二次元走
査するようになされている。

【００２１】これに対して光ファイバ３においては、可
動機構１０，１１に支持され、これにより該光ファイバ
３の端面が試料４表面に近接して保持されるようになさ
れている。すなわち、可動機構１０，１１においては、
ベース８上に光ファイバ粗動用ステージ１１を搭載し、
この光ファイバ粗動用ステージ１１で光ファイバ微動機
構１０を粗動する。

【００２２】光ファイバ微動機構１０は、圧電素子から
なるピエゾ素子を使用して光ファイバ３を微動し得るよ
うになされている。これにより、光走査型顕微鏡１にお
いては、可動機構１０，１１を制御装置９で駆動して光
ファイバ３の端面を上下に可動し、この端面を試料４表
面から所定距離に保持し得るようになされている。

【００２３】上記レーザ光源２は、減衰板１２を介して
レーザ光の光量を補正した後、ファイバ集光カップラ１
３を介して、このレーザ光を光ファイバ３に出射する。
この光ファイバ３においては、中間に光カップラ１４が
配置され、これによりレーザ光源２側から到来するレー
ザ光を試料４側に出射するのに対し、この試料４で反射
して光ファイバ３を介して到来する反射光を受光系１５
に導くようになされている。

【００２４】なお、光カップラ１４においては、分岐し
て設けられる光ファイバ１６を介して一端の出射光をイ
ンデックスマッチオイル１７に導き終端するようになさ
れている。

【００２５】受光系１５においては、反射光の光強度に
応じて信号レベルが変化する反射光検出信号Ｓ１を制御
装置９に出力する。制御装置９においては、可動機構
６，７及び１０，１１を駆動することにより、光ファイ
バ３の端面を試料４表面から所定距離に保持した状態
で、この端面に対して試料４を二次元走査する。

【００２６】さらに、この制御装置９においては、二次
元走査に同期して反射光検出信号Ｓ１を取り込むように
なされ、取り込んだ結果を図２に示すように表示装置１
８で表示する。ちなみに、図２に示す受光結果において
は、Ｙ方向に走査位置を順次変位させてＸ方向に走査し
た際の反射光強度を表す。この場合、図３に示すように
１ｃｍ角の石英ガラス上にＣｒ（クロム）を蒸着して
３．６ミクロン幅で連続するストライプを形成し、光フ
ァイバ３の端面側が蒸着面になるように試料４を配置し
て観察した結果である。

【００２７】かくして光ファイバ３を介してレーザ光を
試料４に導くことにより、レーザ光の開口を近視野に配
置し得、これにより近視野の現象を観察することができ
る。

【００２８】ところで、この種の光ファイバ３でレーザ
光を導いて試料４を観察する場合、高い解像度を得るた
めには、光ファイバ３の端面から出射されたレーザ光が
ほとんど広がらないように試料４に照射する必要があ
る。このためには、光ファイバ３の端面と試料４表面を
数波長以下のナノメートルオーダーで近接して保持し、
この状態で二次元走査する必要がある。

【００２９】さらにこの種の光ファイバ３においては、
コア３ａの周囲を同心円状にクラッド３ｂで覆ってレー
ザ光を導くようになされており、図４に示すように、コ
ア３ａの端面からクラッド３ｂの端面が突出している
と、レーザ光の開口を試料４表面に保持し得なくなる。
光ファイバ３の端面から出射されたレーザ光がほとんど
広がらないように試料４に照射するためには、図５に示
すように、光ファイバ３の先端を凸形状又は平坦な形状
に保持する必要がある。

【００３０】なお、この実施例においては、コア３ａの
外径が５．６ミクロンの光ファイバ３を使用するように
なされ、この光ファイバ３を近接して配置し、該光ファ
イバ３のコア径に対応した分解能を得るようになされて
いる。

【００３１】そして、この光走査型顕微鏡１において
は、試料４の上部に配置した光学系で試料４及び光ファ
イバ３の間隔をモニタし得るようになされている。すな
わち、集光レンズからなる干渉レンズ１９を試料４の上
部に配置し、この干渉レンズ１９で試料４の透過光を集
光し、光学顕微鏡２０に導く。

【００３２】さらに、この光走査型顕微鏡１において
は、上記光学顕微鏡２０にＣＣＤカメラ２１を搭載し、
光学顕微鏡２０の像をモニタ装置２２でモニタし得るよ
うになされている。なお、このＣＣＤカメラ２１におい
ては、カメラコントロールユニットからなる駆動部２３
で駆動されるようになされている。

【００３３】このように構成された光走査型顕微鏡１で
は、点光源からなる光ファイバ３のコア端面から出射さ
れたレーザ光においては、該コア端面が試料４の表面に
近接して数波長以下の距離になると干渉縞を生成し、こ
の干渉縞図形をモニタ装置２２を介して観察することが
できる。

【００３４】これにより、この干渉縞図形を一定形状に
保持するように可動機構１１を駆動して二次元走査する
ことにより、光ファイバ３の先端を試料４表面に近接し
て保持し得、近視野の現象を高い解像度で観察すること
ができる。さらに、この干渉縞を基準にして光ファイバ
３の端面形状を確認することができる。

【００３５】すなわち、光走査型顕微鏡１においては、
始めに光学顕微鏡２０を操作して観察する試料４の表面
に焦点を合わせた後、この試料４の表面に光ファイバ３
を徐々に近づける。この状態でモニタ装置２２を介して
光ファイバ３の先端の像が現れたとき（このことは、光
ファイバ３の先端が試料表面に極めて近接したことを意
味する。）、光ファイバ３の試料４への近接を停止し、
レーザ光源２を発光させる。

【００３６】この状態でモニタ装置２２のモニタ画像で
コア３ａ及びクラッド３ｂを識別し得るように減衰板１
２でレーザ光の光量を弱める。このようにしてレーザ光
の光量を調整すると、この光走査型顕微鏡１において
は、改めて制御装置９で可動機構１１を駆動して干渉縞
を生成し、この干渉縞の０次の領域内にコア３ａの像が
保持されるように、制御装置９で可動機構１１を駆動
し、試料４表面から光ファイバ３先端までの距離を一定
値に保持して二次元走査する。

【００３７】かくしてレーザ光の干渉縞の０次の領域内
にコア３ａの像が保持されるように、可動機構１１で試
料４表面から光ファイバ３先端までの距離を補正して二
次元走査することにより、試料４表面から光ファイバ３
先端までの距離を高い精度で一定値に保持することがで
き、さらにこの距離も数波長以下の距離に保持すること
ができる。これにより、近視野現象を高い解像度で観察
することができる。

【００３８】この干渉縞を観察する際、図６に示すよう
に、干渉縞が不均一に現れた場合、光ファイバ３の先端
においては、コア３ａの先端よりクラッド３ｂの先端が
突出していると判断することができる。これに対して図
７に示すように、同心円状に干渉縞が発生した場合、光
ファイバ３の先端が平坦又はコア３ａの先端がクラッド
３ｂの先端より突出している場合と考えられ、この場
合、光ファイバ３の先端形状が正しいと判断することが
できる。

【００３９】これにより、光走査型顕微鏡１において
は、図６に示すような干渉縞が発生した場合、光ファイ
バ３の先端を改めて加工し直し、上述の作業を繰り返し
て試料４を観察する。

【００４０】以上の構成によれば、レーザ光を光ファイ
バ３を介して試料４に導き、さらにこの光ファイバ３を
介して試料４の反射光を受光することにより、点光源及
び受光系の開口を試料４に近接して配置し得、これによ
り近視野現象を観察することができる。

【００４１】なお、上述の例では、光ファイバ３を介し
てレーザ光を試料４に導き、さらにこの光ファイバ３を
介して試料４の反射光を受光する場合について述べた
が、レーザ光の開口又は受光系の開口の何れかを試料４
に近接して保持し得れば近視野の現象を観察し得ること
により、照明系及び受光系を分離して形成するようにし
てもよい。

【００４２】また、上述の例では、試料４の反射光を受
光して観察する場合について述べたが、透過光を受光し
て観察するようにしてもよい。さらには、上述の実施例
においては、レーザ光源２から出射されたレーザ光を利
用して試料４及び光ファイバ３先端の間隔を所定値に保
持する場合について述べたが、距離検出用に専用のレー
ザ光源２を配置するようにしてもよい。

【００４３】ところで、上述のように構成された光走査
型顕微鏡１においては、より高い分解能を得ることを目
的として、例えば図８及び図９に示すように、光ファイ
バ３の先端部を覆ってＡｕ等をスパッタリングしてなる
金属被覆２４を設け、その金属被覆２４にコア３ａと通
ずる１ミクロン以下の微小開口２５を形成する。光学的
な分解能は光の出入りする径で決まるため、通常クラッ
ド３ｂの直径が１２５ミクロンに対してコア３ａの直径
が５〜１０ミクロンであることから、それ以上の分解能
を得るためには光ファイバ３の先端部に金属被覆２４を
設け、この金属被覆２４に上記コア３ａに通ずる極めて
小さな１ミクロン以下の微小開口２５を形成することに
より、高分解能を得ることができる。

【００４４】微小開口２５は、レーザ光源２からのレー
ザ光を試料４に照射し又は試料４の反射光を受光系１５
に導く必要性からコア３ａの中心線上に形成する必要が
ある。また、上記微小開口２５は、コア３ａに貫通する
ように形成することが望ましいが、必ずしも貫通穴でな
くてもよい。つまり、レーザ光源２からのレーザ光がコ
ア３ａを通して試料４に照射又は試料４の反射光をコア
３ａを通して受光系１５に導くことができれば、微小開
口２５は止まり穴であっても構わない。また、この微小
開口２５は、必要に応じて円形状又は任意形状とされ
る。

【００４５】本実施例では、クラッド３ｂの直径が１２
５ミクロン，コア３ａの直径が５〜１０ミクロンで先端
形状が平坦な光ファイバ３を用い、これに膜厚０．２ミ
クロンのＡｕをスパッタリングして金属被覆２４を形成
し、その金属被覆２４にコア３ａに貫通する直径０．１
ミクロンの微小開口２５を形成した。またこの他、クラ
ッド３ｂの直径が１２５ミクロン，コア３ａの直径が５
〜１０ミクロンで先端形状が緩やかな円弧を描く凸形状
をなす光ファイバ３を用い、これに膜厚０．２ミクロン
のＡｕをスパッタリングして金属被覆２４を形成し、そ
の金属被覆２４に直径０．１ミクロン，深さ０．１５ミ
クロンの微小開口２５を形成した。

【００４６】上記微小開口２５をコア３ａの中心線上に
１ミクロン以下と非常に微小な穴として形成するのは、
極めて困難な作業であるため、以下の微小開口形成装置
を用いて高精度に形成する必要がある。

【００４７】かかる微小開口形成装置を用いて微小開口
２５を形成するには、先ず、図１０に示す光ファイバ３
の先端部を覆ってＡｕをスパッタリングする。この結
果、光ファイバ３の先端部には、図１１に示すように金
属被覆２４が形成される。

【００４８】次に、この金属被覆２４にコア３ａに貫通
する微小開口２５を形成する。微小開口２５を形成する
に際しては、微小開口形成装置を用いる。

【００４９】かかる微小開口形成装置においては、図１
２に示すように、軽量で耐久性の高いジュラルミン等に
よって側面形状を略Ｌ字状とした第１のベース２６を有
してなる。そして、この第１のベース２６の垂直面２６
ａには、ＰＯＭアイソレーション２７を介して絶縁材で
あるマコールプレート２８がボルト等によって固定され
ている。このマコールプレート２８には、光ファイバ３
の先端に微小開口２５を形成する探針のアクチュエータ
ーとなりＸＹ方向（光ファイバ３の表面方向をＸＹ方向
とする。）のスキャニングを行う第１のピエゾ素子２９
が配設されている。

【００５０】上記第１のピエゾ素子２９には、先端部に
ミラー３０が取付けられている。かかるミラー３０は、
そのミラー面を鉛直方向へ向けて４５度傾けた方向に取
付けられており、鉛直方向からの光を反射させて第１の
ピエゾ素子２９の軸線方向に進行させるようになってい
る。そして、このミラー３０には、光ファイバ３の先端
に微小開口２５を形成するための走査型トンネル顕微鏡
（以下、ＳＴＭと称する。ＳＴＭは、Scanning Tunneli
ng Microscope の略である。）の探針３１が取付けられ
ている。上記探針３１は、上記第１のピエゾ素子２９の
軸線上に設けられるように、上記ミラー３０のミラー面
に取付けられている。

【００５１】このようにして取付けられた探針３１は、
図１２中矢印で示すＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向に粗動可能
となされた第１のＸＹＺステージ３２上に第１のベース
２６が取付けられることにより、三次元方向へ粗動する
ようになっている。したがって、上記探針３１は、第１
のＸＹＺステージ３２によってＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向
に大きく移動可能となる。

【００５２】また、上記第１のベース２６と対向した位
置には、この第１のベース２６と同様に軽量で且つ耐久
性の高いジュラルミン等によって側面形状を略Ｌ字状と
した第２のベース３３が設けられている。この第２のベ
ース３３の垂直面３３ａには、ＰＯＭアイソレーション
を介して絶縁材であるマコールプレート（いずれも図示
を省略する。）がボルト等によって固定されている。そ
して、このマコールプレートには、光ファイバ保持台の
アクチュエーターとなる第２のピエゾ素子３４が配設さ
れている。

【００５３】上記第２のピエゾ素子３４には、例えばジ
ュラルミン等で形成された試料ベース３５が設けられて
いる。この試料ベース３５には、光ファイバ保持台３６
を案内するための２本のガイド棒３７，３８が互いに平
行となるように取付けられている。そして、これらガイ
ド棒３７，３８上には、側面形状を略Ｌ字状とした光フ
ァイバ保持台３６が載置されている。かかるファイバ保
持台３６の垂直面には、図１３で示すように、先端部が
金属被覆２４で覆われた光ファイバ３が取付けられてい
る。上記光ファイバ３の先端は、探針３１と相対向する
光ファイバ保持台３６の垂直面３６ａより若干突出する
ようにして設けられている。一方、光ファイバ３の後端
には、微小開口２５を加工する際にコア部を照明し、当
該コア３ａの位置を明示するためのＨｅ−Ｎｅレーザー
４９が接続されている。

【００５４】そして、上記第２のピエゾ素子３４に所定
形状の鋸波電圧を加えることにより、この第２のピエゾ
素子３４及びガイド棒３７，３８は急速な後退及び徐々
の前進を繰り返し、スティックスリップによりガイド棒
３７，３８上の光ファイバ保持台３６は、当該ガイド棒
３７，３８の急速な後退時には、スリップして後退せ
ず、徐々の前進時には摩擦力により同時に前進し、これ
により光ファイバ保持台３６が探針３１に近づく。一
方、他の形状の鋸波電圧を加えることにより、第２のピ
エゾ素子３４及びガイド棒３７，３８は、急速な前進及
び徐々の後退を繰り返し、これにより光ファイバ保持台
３６を探針３１から遠ざけることができる。

【００５５】また、上記探針３１は、図１２中矢印で示
すＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向に粗動可能となされた第２の
ＸＹＺステージ３９上に第２のベース３３が取付けられ
ることにより、三次元方向へ粗動するようになされてい
る。したがって、上記光ファイバ保持台３６は、第１の
ＸＹＺステージ３２によってＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向に
大きく移動可能となる。

【００５６】そして、上記ミラー３０の真上には、探針
３１によって光ファイバ先端の所定位置に所望形状の微
小開口２５を高精度に形成するために、前記各ステージ
で探針３１に対する光ファイバ３の位置を目視により観
察しながら加工するための光学顕微鏡４０が設けられて
いる。光学顕微鏡４０のレボルバ４１には、１０倍の対
物レンズ４２、２０倍の対物レンズ４３、４０倍の対物
レンズ４４が取付けられている。これら対物レンズ４
２，４３，４４は、レボルバ４１を回すことにより、い
ずれの対物レンズ４２，４３，４４もミラー３０上に対
向させることができる。なお、これら対物レンズ４２，
４３，４４には、超長作動距離レンズが用いられてい
る。

【００５７】また、これら対物レンズ４２，４３，４４
は、光学顕微鏡４０に設けられるレバー（図示は省略す
る。）を回すことにより、ミラー３０に対して近接する
方向と離間する方向とに進退可能となされている。した
がって、対物レンズ４２，４３，４４からの光路は、ミ
ラー３０により４５度曲げられて、第１のピエゾ素子２
９の軸線上に焦点を結び、対物レンズ４２，４３，４４
とミラー３０との距離を調節することにより、探針３１
の先端に焦点を結ぶことができる。また、対物レンズ４
２，４３，４４をミラー３０に対して前進させて、探針
３１の前方に配置してある光ファイバ３の先端部表面に
焦点を結ぶこともできる。

【００５８】そして、このように構成された光走査型顕
微鏡１においては、上記探針３１と光ファイバ３の微細
な隙間に流れるトンネル電流を増幅するためのトンネル
電流増幅回路４５と、探針３１と光ファイバ３間に印加
するパルス状のバイアス電流を発生するためのバイアス
回路４６（ファンクションゼネレータ）と、探針３１を
ＸＹＺ方向に粗動させるための探針ＸＹＺ制御回路４７
とを有し、それぞれの回路で各々制御するようになされ
ている。また、上記バイアス回路４６と探針ＸＹＺ制御
回路４７とは、パソコン４８によって制御されるように
なされている。また、上記パソコン４８は、バイアス回
路４６と探針ＸＹＺ制御回路４７の制御のみならず、光
ファイバ３の先端に微小開口２５が形成されたか否かを
画像表示する役目をするようになっている。

【００５９】以上のように構成された微小開口形成装置
によって光ファイバ３の先端に微小開口２５を形成する
には、先ず、光ファイバ保持台３６に光ファイバ３を取
付ける。そして、図１４（ａ）に示すように、倍率の低
い対物レンズ４２をミラー３０の真上に位置せしめ、該
対物レンズ４２を上下動させて焦点を探針３１の先端上
に結ぶ。

【００６０】次に、光学顕微鏡４０で観察しながら第１
のＸＹＺステージ３２を動かし、且つ第１のピエゾ素子
２９の軸線方向を平行に保ちながら探針３１の先端が視
野の中心となるようにする。

【００６１】次いで、図１４（ｂ）に示すように、対物
レンズ４２を降下して焦点を光ファイバ３の先端部表面
上に結ぶ。実際には、金属被覆２４の表面上に焦点を結
ぶことになる。そして、光学顕微鏡４０で観察しながら
第２のＸＹＺステージ３９を動かし、且つガイド棒３
７，３８の方向を平行に保ちながら光ファイバ３の測定
部位が視野の中心となるようにする。

【００６２】次に、探針３１と光ファイバ３との位置関
係を図１４（ｂ）の状態に保って対物レンズ４２を上昇
し、焦点を再び探針３１の先端に結ぶ〔図１４（ｃ）参
照〕。

【００６３】次いで、レボルバ４１を回して倍率が２０
倍の対物レンズ４３をミラー３０に対向して、上述と同
様の動作を再び繰り返す。このときには、焦点を光ファ
イバ３の先端部表面に移動したときに、該光ファイバ３
の測定部位の部分が、前回の位置決めによりすでに視野
内に入っているので、容易に真の測定部位をさらに正確
に視野の中心に位置させることができ、測定部位の絞り
込みを行うことができる。

【００６４】さらに、レボルバ４１を回して倍率が４０
倍の対物レンズ４４をミラー３０に対向して設け、上述
の動作を順次繰り返してより高精度な絞り込みを行う。

【００６５】そして、上記第１のＸＹＺステージ３２と
第２のＸＹＺステージ３９とによって、数ミクロンのコ
ア３ａ面内に探針３１を確実に位置決めする。次に、探
針３１と光ファイバ３の先端に設けられた金属被覆２４
とを１０オングストローム程度の隙間に保持し、数ボル
ト数ミリ秒の電気パルスを印加する。このときの印加パ
ルスの最大値は１００Ｖ，最小値は１Ｖ、印加時間は最
大１秒，最小１００マイクロ秒程度が望ましい。

【００６６】この結果、高電界によりトンネル電流の流
れている金属被覆２４に極めて小さな穴又は凹みが形成
される。この微細な穴又は凹みからなる微小開口２５の
径は、トンネル電流の径に対応するので数ｎｍ程度とな
る。そして、探針３１を第１のＸＹＺステージ３２でＸ
方向及びＹ方向に二次元的に走査することによって、任
意の形と大きさに微小開口２５を形成することができ
る。

【００６７】この際、対物レンズ４４の焦点位置には、
探針３１の先端及び金属被覆２４の表面の双方が位置し
ているので、穴あけ加工を行っている際の光学像を同時
に光学顕微鏡４０により観察することができる。

【００６８】以上、本発明を適用した具体的な実施例に
ついて説明したが、本発明は、上述の実施例に限定され
ることなく種々の変更が可能である。例えば、光ファイ
バ３の先端に設けた金属被覆２４に微小開口２５を形成
するのに、トンネル電流によって加工を行ったが、これ
を機械的に金属被覆２４の表面に浅く押し当てることに
より微小開口２５を形成するようにしてもよい。探針３
１の先端径は、０．１ミクロン程度であることから、こ
れと同程度の径の穴や凹みが形成できる。

【００６９】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の光走査型顕微鏡においては、試料を照射するレーザ
光を光ファイバで導いて反射光又は透過光を受光し、若
しくはレーザ光で照射された試料の反射光又は透過光を
光ファイバで受光し、この反射光又は透過光の光強度を
検出しながら試料に対する光ファイバの相対位置を走査
させることにより、光ファイバを近接して試料に配置し
て、近視野の現象を観察することができる。

【００７０】また、本発明の光走査型顕微鏡において
は、先端部に形成した金属被覆２４に１ミクロン以下の
微小開口を形成した光ファイバを用いているので、その
微小開口径に応じた高い分解能を得ることができ、さら
なる近視野の現象を観察することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した光走査型顕微鏡の構成図であ
る。

【図２】光走査型顕微鏡による検出結果を示す特性図で
ある。

【図３】光走査型顕微鏡により検出される試料を示す斜
視図である。

【図４】コアの両側が突出した光ファイバの先端部分を
示す要部拡大断面図である。

【図５】先端形状が円弧状とされた光ファイバの先端部
分を示す要部拡大断面図である。

【図６】光ファイバの先端が異常な場合の干渉縞を示す
模式図である。

【図７】光ファイバの先端が正常な場合の干渉縞を示す
模式図である。

【図８】光ファイバの先端部に金属被覆が形成され、そ
の金属被覆に微小開口が形成された光ファイバの先端部
分を示す要部拡大断面図である。

【図９】光ファイバの先端部に金属被覆が形成され、そ
の金属被覆に微小開口が形成された光ファイバの先端部
分を示す要部拡大平面図である。

【図１０】光ファイバの先端部分を示す要部拡大斜視図
である。

【図１１】光ファイバの先端部分に金属被覆が形成され
た光ファイバの先端部分を示す要部拡大斜視図である。

【図１２】光ファイバの先端部に微小開口を形成するの
に用いた微小開口形成装置の斜視図である。

【図１３】微小開口形成装置の探針部分と光ファイバと
の位置関係を示す要部拡大正面図である。

【図１４】（ａ）は探針に焦点を結んだ状態の探針部分
と光ファイバとの位置関係を示す要部拡大正面図及び探
針先端像を示す図であり、（ｂ）は光ファイバの表面に
焦点を結んだ状態の探針部分と光ファイバとの位置関係
を示す要部拡大正面図及び光ファイバ表面像を示す図で
あり、（ｃ）は再び探針に焦点を結んだ状態の探針部分
と光ファイバとの位置関係を示す要部拡大正面図及び探
針先端像と光ファイバ表面像を示す図である。

【符号の説明】

１・・・光走査型顕微鏡２・・・レーザ光源３・・・光ファイバ４・・・試料５・・・試料台６，７，１０，１１・・・可動機構９・・・制御装置１２・・・減衰板１５・・・受光系１９・・・干渉レンズ２０，４０・・・光学顕微鏡２１・・・ＣＣＤカメラ２２・・・モニタ装置２６・・・第１のベース２９・・・第１のピエゾ素子３０・・・ミラー３１・・・探針３３・・・第２のベース３４・・・第２のピエゾ素子３６・・・光ファイバ保持台４２，４３，４４・・・対物レンズ４５・・・トンネル電流増幅回路４６・・・バイアス回路４７・・・探針ＸＹＺ制御回路４８・・・パソコン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を生成するレーザ光源と、上記レーザ光を導いて該レーザ光を試料に照射し、若し
くは上記試料に上記レーザ光を照射して得られる反射光
又は透過光を受光する光ファイバと、上記光ファイバを介して照射した上記レーザ光の反射光
又は透過光を受光し、若しくは上記光ファイバで受光し
た上記反射光又は透過光を受光し、上記反射光又は上記
透過光の光強度に応じて信号レベルが変化する受光結果
を出力する反射光検出手段と、上記光ファイバ及び上記試料の相対位置を順次変化さ
せ、上記試料に対する上記光ファイバの相対位置を走査
させる光走査手段とを備えてなることを特徴とする光走
査型顕微鏡。
【請求項２】上記光走査手段は、上記光ファイバの上
記試料側端面を上記試料に近接して保持することを特徴
とする請求項１記載の光走査型顕微鏡。
【請求項３】光ファイバは、先端部に金属被覆を有
し、その先端部に１ミクロン以下の微小開口を有してい
ることを特徴とする請求項１記載の光走査型顕微鏡。
【請求項４】上記光走査手段は、上記試料を透過する
所定のレーザ光を撮像して干渉縞を撮像することによ
り、この撮像結果に基づいて上記光ファイバの上記試料
側端面を上記試料に近接して保持することを特徴とする
請求項２記載の光走査型顕微鏡。
【請求項５】微小開口は、金属被覆された光ファイバ
先端と走査型トンネル顕微鏡の探針先端位置を光学顕微
鏡で観察しながら該探針の光ファイバに対する位置決め
を行い、探針へのパルス状のバイアス電圧の印加又は探
針先端の押し当てにより形成されたことを特徴とする請
求項３記載の光走査型顕微鏡。
【請求項６】上記光走査手段は、上記撮像結果を所定
の表示手段に表示し、上記表示手段の表示結果に基づい
て、上記光ファイバの上記試料側端面の形状を判断し得
るようにしたことを特徴とする請求項４記載の光走査型
顕微鏡。