JPH07167775A - 光分析用測定器 - Google Patents

光分析用測定器

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JPH07167775A
JPH07167775A JP5343046A JP34304693A JPH07167775A JP H07167775 A JPH07167775 A JP H07167775A JP 5343046 A JP5343046 A JP 5343046A JP 34304693 A JP34304693 A JP 34304693A JP H07167775 A JPH07167775 A JP H07167775A
Authority
JP
Japan
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light
sample
probe
specimen
optical
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Pending
Application number
JP5343046A
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English (en)
Inventor
Kazuo Suzuki
和雄 鈴木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料のμm単位以下の微少領域における表面
の状態(凹凸形状等)や光学的特性(吸収や透過等)を
観察できる光学的分析手段を提供すること。 【構成】 光源手段と、光源手段からの検査光束を試料
で全反射する様に導く照射光学系と、試料の前記照射面
とは反対側においてエバネッセント光を探査するプロー
ブを有する探査系と、プローブにより検出されたエバネ
ッセント光を光電変換して検出信号として取り出す検出
系と、前記検出信号を演算処理することにより試料の光
学的分析を行う分析手段とを備えた光分析用測定器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微少部分の光学的分析
を行う測定器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、材料の特性等の分析を光学的特性
を応用して判断する分析手段が種々開発されている。こ
れらの光分析方法には、試料に光を照射してその吸収を
測定するもの、試料に光その他のエネルギーを与えて試
料が放出する電磁波を測定するもの、並びに両者の相互
作用を分析に利用するもの等の多くの原理・方法が利用
されている。
【0003】これらの材料の光学的評価を行う際に良く
使われる方法としては、吸光光度法、紫外線吸収スペク
トル法、赤外線吸収分析法、ラマンスペクトル法、蛍光
分析法等が知られている
【0004】従来、微少領域の光学的評価を行う場合に
は、上記方法に顕微鏡光学系を組み合わせて分析や観察
に用いている。この際には、数μm〜数十μm程度の微
少領域の光学的評価を行うが、この精度は顕微鏡光学系
の使用波長に依存するため、可視光を使用する場合の分
析可能な最小領域(分解能)は、数百μm程度にすぎな
いものであった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の半導体
等の微細な材料に対する材料評価においては、μm単位
以下の微少領域での光学的特性等の判定が要求されるこ
とが多くなってきたが、従来の光を用いる方法では、光
の回折限界に制限されるため、通常の分光分析手段でμ
m以下の微少領域の光学的評価を行うことは原理的に困
難であった。
【0006】例えば、ラングミュアブロジェット(L
B)膜等の有機超薄膜が、光エレクトロニクスの光学的
素子として有望視されており、近年その研究が急速に進
展している。又、バイオテクノロジーの分野において、
生体細胞やバイオリアクター、遺伝子工学等の研究が進
められている。更に、より微細化した半導体の構造の観
察の必要性も高まっている。これらの研究のために、n
mオーダーの分解能を有し、非接触、非破壊で観察可能
な技術の確立が必要である。
【0007】ここで、近年、試料表面を原子レベルで観
察する装置として、走査型トンネル顕微鏡が開発され注
目を集めている。走査型トンネル顕微鏡は、このトンネ
ル電流が試料と探針との間の距離に敏感に依存すること
を利用している。
【0008】概説すると、導電性試料と金属探針(プロ
ーブ)とを1nm程度の距離に接近させると、両者の電
子雲の重なりを生ずるが、このとき、両者の間にバイア
スをかけるとトンネル電流が流れる。さらに、探針又は
試料を二次元(X−Y方向)に走査して、その際のトン
ネル電流が一定となるように探針のZ方向の移動を制御
する。そして、Z方向の制御信号を検出することで、試
料表面の起伏を電子レベルの分解能で観察(測定)する
ものである。
【0009】この他に、ナノメーター単位の分解能を保
有する装置として、原子間力顕微鏡が知られている。こ
れは、物質間に働く力により表面の二次元的な観察像を
形成するものである。
【0010】しかし、走査型トンネル顕微鏡や原子間力
顕微鏡では、試料表面の状態(凹凸形状等)を観察する
ことができるが、試料の光学的特性(吸収や透過等)を
観察することはできない。
【0011】さらに、走査型トンネル顕微鏡では導電性
のない試料の観察は不可能であり、原子間力顕微鏡は、
大気中で動作させると試料表面を覆っている水などの吸
着層により引力が生じるため、検出すべき信号に対して
雑音となる。このため、これらの顕微鏡は、特に生体細
胞膜等の観察において、決定的に不利である。
【0012】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、μm単位以下の微少領域の光学的評価を行うこ
とが可能の光学的分析手段を提供することを目的とす
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため本発
明では、光源手段と、光源手段からの検査光束を試料で
全反射する様に導く照射光学系と、試料の前記照射面と
は反対側においてエバネッセント光を探査するプローブ
を有する探査系と、プローブにより検出されたエバネッ
セント光を光電変換して検出信号として取り出す検出系
と、前記検出信号を演算処理することにより試料の光学
的分析を行う分析手段と、を備えた光分析用測定器を提
供する。
【0014】
【作用】本発明は上記のように構成されているため、以
下の作用を奏する。先ず、本発明の作用を概説すると、
試料に照射した光束を全反射させた場合に生じるエバネ
ッセント光を検出することで、この検出状態に基づいて
試料の光学的特性を測定することを特徴とする。
【0015】これは、いわゆる近接場光学顕微鏡を応用
したものであり、エバネッセント光のトンネリング効果
に基づく検出結果が得られるので、従来の可視光を用い
た光学顕微鏡の最高分解能200〜300nmを越える
ナノメーター単位の分解能(使用する光の波長以下の分
解能)が得られるものとなっている。
【0016】ここで、前記光源手段が、予め定めた波長
域の光束を走査するものであれば、走査波長域全体での
光学的分析が行えるものとなり、探査系がXY走査を行
うものであれば、走査位置に基づく光学的分析結果を位
置情報と共に検出処理することで、検査領域全体の光学
的分析が行える。
【0017】ここで、光学的な分析には、試料での反射
や透過率あるいは吸収率等の光学的特性に加え、表面形
状等も測定できる。例えば、エバネッセント光を検出す
る際に、プローブの位置を固定して、プローブと試料と
の間の距離が一定の状態で検出する(等距離モード)
と、検出強度変化により試料での吸収度(透過率)が検
出できる。
【0018】また、このような吸収率の状態が明らかに
なれば、これに基づいてXY走査することで、表面形状
の変化に伴う信号強度の変化が計測できる。あるいは、
検出信号が一定となるよう(等強度モード)に、プロー
ブの位置を制御変化させれば、この変化の状態から表面
形状の変化状態が測定できることとなるので、表面形状
の測定も本発明の光学的分析に含まれる。
【0019】一方、前記照射光学系は、試料内の裏面側
から入射した光束を表面(の裏側)で全反射させるよう
に導くことで、表面側からエバネッセント波を生じさせ
るものであり、試料表面に近接させたプローブによりこ
のエバネッセント波を探査し検出系に導く。
【0020】エバネッセント波は、表面からの距離に応
じて急激に減衰するため、試料表面の微小な変化であっ
ても適正に検出できることとなり、試料の形状変化や吸
収率等の変化をより細かな分解能をもって分析できるも
のとなる。
【0021】
【実施例】以下、実施例を通じ本発明を更に詳しく説明
する。先ず、図1に本発明の一実施例に係る光分析用測
定器の概略構成を示す。この図において、試料1は直角
プリズム7の長辺部に沿うように載置されており、短辺
側から入射する検査光が試料1の裏面側から照射される
と共に、試料1により全反射される。この全反射光は、
試料1の表面その他で反射されるものであり、試料1並
びにプリズム7の長辺部で全反射されて他の短辺側へ導
かれる。
【0022】検査光は光源9からの光束を分光器8によ
り波長選択し、異なる波長の光束により試料を走査しな
がら検査を行う。具体的には、連続的に照射波長を変化
させて特定波長域における波長掃引(走査)を行い、夫
々の波長に対する光学的特性を観察する。
【0023】一方、プローブ2は、光検出器3と共にX
Yステージ4によりX−Y方向に移動して試料1表面上
を走査する。この時、プローブ2は試料1表面に対して
ナノメーター単位に近接させている。但し、本実施例で
はこのプローブ2と試料1との距離(Z方向)は、両者
が当接しない範囲で固定(等距離モード)されている
が、不図示の切換手段により、検出強度が一定となるよ
うに可変に移動する(等強度モード)方式に変更するこ
とができる。
【0024】試料1に検査光が照射されると、照射光自
体は全反射されるが、試料1への照射位置からは、透過
光(エバネッセント光)が生じ、所定の微小開口部を持
つプローブ2により探査され、光検出器3により検出さ
れる。
【0025】そして、プローブ2により探査されて光検
出器3から検出された検出信号は、XYステージ4から
の位置情報信号と共にCPU5に送られ、ここで、試料
1上の位置に応じた表面状態として演算処理され、ここ
での演算結果に基づいて表示回路6により試料1の表面
状態が表示される。
【0026】表示回路6では、試料の検査領域での波長
(λ)に対する試料の吸光度(T)が表示される例を示
しているが、検出信号の処理方式等を偏光することによ
り、透過率や表面状態(凹凸)等を表示(観察)するこ
とも可能であり、さらにこれらを画像表示することも可
能である。
【0027】ここで、第一実施例では光源9にタングス
テンランプを使用し、分光器8により400〜800n
mの範囲を走査しながら試料1に検査光を照射し、透過
孔の径が100nmのプローブ2で探査光を受け、光電
管からなる光検出器3により検出した。本実施例では、
試料の100nm径の微少領域の分光測定(光学的評
価)が可能であった。
【0028】また、光源とプローブを変更した第二実施
例では、光源9に重水素ランプを使用し、分光器8によ
り180〜380nmの範囲を走査しながら試料1に検
査光を照射し、透過孔の径が80nmのプローブ2で探
査光を受け、光電子倍増管からなる光検出器3により検
出した。本実施例では、試料の80nm径の微少領域の
分光測定が可能であった。
【0029】同じく、光源とプロ−ブを変更した第三実
施例では、光源9に高圧キセノンランプを使用し、分光
器8により180〜380nmの範囲を走査しながら試
料1に検査光を照射し、透過孔の径が80nmのプロー
ブ2で探査光を受け、光電子倍増管からなる光検出器3
により検出した。本実施例では、80nm径の微少領域
の分光測定が可能であった。
【0030】また、これらの検出結果をCRTに表示さ
せ、信号強度別にマッピングすれば試料の検査領域にお
ける光学的特性の分布状況等が、μm以下(最小検査領
域)の横分解能の分析を行うことができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、試
料の光学的評価を行う際に、エバネッセント波を検出し
て測定しているので、光の波長以下の分解能をμm以下
の微少部分の光学的評価が行える光分析用測定器が構築
できる。
【0032】即ち、本発明に係る光分析用測定器によれ
ば、エバネッセント波を用いて光の波長以下の分解能を
可能とすると共に、試料の透過率や吸収率等の光学的特
性をも検出できる利点がある。
【0033】そして、プロ−ブを移動させると共に波長
掃引とを組み合わせているので、例えば数十μm程度の
領域をナノメーター単位の横分解能で評価することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る光分析用測定器の概略
構成を示す説明図である。
【符号の説明】
1…試料、 2…プローブ、 3…光検出器、 4…XYステージ、 5…CPU、 6…表示回路、 7…プリズム、 8…分光器、 9…光源手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 21/00

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源手段と、光源手段からの検査光束を
    試料で全反射する様に導く照射光学系と、試料の前記照
    射面とは反対側においてエバネッセント光を探査するプ
    ローブを有する探査系と、プローブにより検出されたエ
    バネッセント光を光電変換して検出信号として取り出す
    検出系と、前記検出信号を演算処理することにより試料
    の光学的分析を行う分析手段と、を備えた光分析用測定
    器。
JP5343046A 1993-12-15 1993-12-15 光分析用測定器 Pending JPH07167775A (ja)

Priority Applications (1)

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JP5343046A JPH07167775A (ja) 1993-12-15 1993-12-15 光分析用測定器

Applications Claiming Priority (1)

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JP5343046A JPH07167775A (ja) 1993-12-15 1993-12-15 光分析用測定器

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JPH07167775A true JPH07167775A (ja) 1995-07-04

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