JPH0943257A

JPH0943257A - 走査型近接場光顕微鏡用検定試料

Info

Publication number: JPH0943257A
Application number: JP7192034A
Authority: JP
Inventors: Akitoshi Toda; 明敏戸田; Takeshi Onada; 毅小灘
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-07-27
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ＡＦＭ測定情報の影響を受けること無くＳＮＯ
Ｍ測定情報に対する充分正確な解釈が下せるように、Ｓ
ＮＯＭ装置の性能を予め検定可能な走査型近接場光顕微
鏡用検定試料を提供する。【解決手段】少なくとも一部が光学的に透明であって、
互いに異なる屈折率を有する複数の試料構成部から構成
され且つ表面が略平坦な検定試料４６であって、複数の
試料構成部材の一部には、所定形状にパターニングされ
た任意の屈折率を設定可能な光学的異差発生部が設けら
れている。複数の試料構成部材は、パイレックスガラス
製の基板部材４８と、この基板部材上に接合された酸化
シリコン製の光学部材５０とから構成されており、光学
的異差発生部は、光学部材の内部に設けられている。光
学的異差発生部は、所定間隔で互いに並列して延出し且
つ任意の屈折率に設定可能な複数本の空隙部５２ａ，５
２ｂ，５２ｃを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型近接場光顕
微鏡の性能を予め検定するために用いる検定試料に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光学顕微鏡の分解能は、光の回折特性に
よって決まり、その回折限界によって波長より小さい物
体の像は観察できない。これに対して、１９８０年代後
半以降、エバネッセント波を用いることにより回折限界
を超える分解能を有する光学顕微鏡が提案されており、
この種の光学顕微鏡は、走査型近接場光顕微鏡（Scanni
ng Near-Field Optical Microscope；ＳＮＯＭ）と呼ば
れている。

【０００３】このＳＮＯＭは、“波長より小さい寸法
（深さ）の領域に局在し、自由空間を伝搬しない”とい
うエバネッセント波の特性を利用した光顕微鏡であっ
て、回折限界によってその分解能が制限される一般的な
光学顕微鏡に比べて高い分解能を有している。即ち、そ
の開口が光の波長よりも小さいプローブあるいはその先
端の曲率半径の大きさが小さいプローブを試料に対して
相対的に走査させることによって、試料の表面情報を高
分解能に測定することができる。

【０００４】実際のＳＮＯＭ測定方法としては、例え
ば、試料裏面に照明光を照射した際に試料表面に局在す
るエバネッセント光をプローブを介して取り込むことに
よって試料の表面情報を測定する方法や、微小開口のプ
ローブ先端部分にエバネッセント光を局在させた状態で
プローブを試料表面に対して走査させた際に、伝搬光と
なって試料間を伝わって反射側へ透過する光や、試料表
面で散乱する光等を取り込んで試料の表面情報を測定す
る方法等が知られている。

【０００５】例えば、特開平４−２９１３１０号公報
(R.E.Betzig,AT&T) には、先端を細く加工した棒状のプ
ローブ先端の微小開口を介して試料に光を照射した際、
試料を透過した透過光の強度を２次元マッピングするこ
とによって、試料の光学的特性を測定するＳＮＯＭ装置
が開示されている。なお、このようなＳＮＯＭ装置に
は、その先端が細く加工された光ファイバやガラス棒又
は水晶探針等によって構成されたプローブが用いられて
いる。また、この装置に適用されたプローブは、プロー
ブを回転させながら斜め後方から金属を蒸着させたと
き、プローブ先端に金属がコートされ難いことを利用し
て作製することが可能であり、このような作製方法を適
用することによって、プローブには、その先端部分以外
に金属が被覆され且つ先端に開口が形成されることにな
る。

【０００６】また近年、ファンフルスト (N.F.van Huls
t)等は、上記ＳＮＯＭ技術を用いることによって、試料
表面の凹凸情報をＡＦＭ測定しながら同時に試料内部の
光学情報をＳＮＯＭ測定することが可能なＳＮＯＭ装置
を提案している（Appl.Phys.Lett.62(5)P.461(1993) 参
照）。

【０００７】このＳＮＯＭ装置は、プローブとして先端
に探針が形成された窒化シリコン製ＡＦＭ用カンチレバ
ーを備えており、探針に働く相互作用によって変位する
カンチレバーの変位量を検出して試料の凹凸情報をＡＦ
Ｍ測定すると同時に、ＡＦＭ測定時に出力されるＡＦＭ
信号を用いて、探針と試料表面との間の距離を一定の維
持しながら試料の材料や内部構造をＳＮＯＭ測定するよ
うに構成されている。なお、この装置に適用されている
ＡＦＭは、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一種とし
て位置付けられており、その詳細は、特開昭６２−１３
０３０２号公報に開示されている。

【０００８】このようなＳＮＯＭ装置によれば、ＡＦＭ
信号に基づいて、探針と試料表面との間の距離を一定に
維持しながらＳＮＯＭ測定を行うことによって、試料表
面の凹凸状態（ＡＦＭ信号）に影響されることなく、試
料の材料や内部構造のみに起因した光学情報（即ち、Ｓ
ＮＯＭ信号）が検出されることが期待されている。

【０００９】図６には、N.F.van Hulst 等によって提案
されたＳＮＯＭ装置に順じて作製した装置の構成が概略
的に示されている。図６に示すように、試料２が載置可
能なガラス製試料台４は、マッチングオイル６を介し
て、圧電体スキャナ８に固定された臨界角プリズム１０
の上に設置されている。圧電体スキャナ８は、コンピュ
ータ１２からのＸＹＺ走査信号に基づいてスキャナー駆
動回路１４から出力される駆動信号によって、ＸＹ軸方
向（試料２の表面に平行な方向）とＺ軸方向（試料２の
表面の法線方向）に、臨界角プリズム１０を移動制御す
る。この結果、試料２を載置した試料台４を任意の方向
に移動及び走査させることができる。

【００１０】試料２のＺ軸方向上方には、カンチレバー
１６が支持されており、このカンチレバー１６は、支持
部１６ａと、この支持部１６ａから延出したレバー部１
６ｂとを有し、レバー部１６ｂの先端には探針１６ｃが
形成されている。

【００１１】また、カンチレバー１６の変位量が所定の
値に維持されるように、例えば光てこ式変位センサと、
この変位センサからの出力信号に基づいて圧電体スキャ
ナ８を制御するフィードバック制御回路１８とが設けら
れており、光変位センサは、レバー部１６ｂに測定光
（レーザー光）を照射する半導体レーザ２０と、レバー
部１６ｂからの反射光を受光する２分割フォトディテク
タ（以下、２ＰＤという）２２とから構成されている。
このような構成によれば、２ＰＤ２２の出力信号に基づ
いて、フィードバック制御回路１８がスキャナー駆動回
路１４を駆動制御することによって、探針１６ｃと試料
２の表面との間の距離が一定に維持されるように、圧電
体スキャナ８がフィードバック制御されることになる。

【００１２】また、試料２の表面近傍にエバネッセント
波を局在させるための光学系は、レーザー光源２４と、
フィルタ２６と、第１及び第２のミラー２８，３０と、
臨界角プリズム１０とから構成されている。更に、試料
台４から全反射した光をモニタするモニタ用フォトディ
テクタ３２が設けられている。

【００１３】一方、カンチレバー１６のＺ軸方向上方に
は、探針１６ｃがエバネッセント波（場）に接触した
際、伝搬光に変換された光を取り込む対物レンズ３４
と、この対物レンズ３４によって取り込まれた伝搬光の
強度を検出する検出光学系３６とが設けられている。こ
の検出光学系３６には、集光レンズ３８、ピンホール４
０、光電子増倍管４２が設けられており、光電子増倍管
４２は、アンプ４４を介してコンピュータ１２に接続さ
れている。

【００１４】次に、このような構成を有するＳＮＯＭ装
置の動作について説明する。レーザー光源２４から出射
されたレーザー光は、フィルタ２６から第１及び第２の
ミラー２８，３０によって臨界角プリズム１０に伝波さ
れた後、マッチングオイル６を介して試料台４の試料載
置面（即ち、試料２が載置されている面）に対して、臨
界角以上の角度で入射して全反射する。この結果、試料
２の表面近傍にエバネッセント波が発生して局在する。
なお、このとき全反射した反射光は、モニタ用フォトデ
ィテクタ３２によって、その反射光量がモニタされる。

【００１５】このような状態において、スキャナー駆動
回路１４によって圧電体スキャナ８をＸＹ走査させた
際、探針１６ｃと試料２との間に作用する相互作用によ
って生じるレバー部１６ｂの変位量が、半導体レーザ２
０と２ＰＤ２２から成る変位センサによって光学的に検
知される。このとき、２ＰＤ２２の出力信号に基づい
て、フィードバック制御回路１８は、探針１６ｃと試料
２の表面との間の距離が一定に維持されるように、所定
の信号をスキャナー駆動回路１４に出力して圧電体スキ
ャナ８をフィードバック制御する。なお、このとき、フ
ィードバック制御回路１８から出力される所定の信号
は、コンピュータ１２に入力される。

【００１６】このようなＸＹ走査時、探針１６ｃがエバ
ネッセント波に侵入すると、エバネッセント波は散乱さ
れて伝搬光に変換される。このとき対物レンズ３４によ
って取り込まれた伝搬光は、検出光学系３６の光電子増
倍管４２によって電気信号に変換された後、アンプ４４
からコンピューター１２に入力される。

【００１７】コンピュータ１２は、フィードバック制御
回路１８からの信号に基づいて試料２の表面形状に対応
したＡＦＭ測定情報を出力し、同時に、光電子増倍管４
２からの信号に基づいて試料２の材料や内部構造に対応
したＳＮＯＭ測定情報を出力する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このようなＳＮＯＭ装
置は、試料表面の凹凸状態（即ち、ＡＦＭ測定情報）に
影響されることなく、試料の材料や内部構造のみに起因
した光学情報（即ち、ＳＮＯＭ測定情報）が検出される
ことを期待して構成したものであるが、実際のＳＮＯＭ
測定によって得られるＳＮＯＭ測定情報には、試料表面
の凹凸情報が反映している場合が多い。

【００１９】しかしながら、従来の近接場光研究の技術
レベルでは、上記のＳＮＯＭ測定情報に対して充分正確
な解釈が下せているとは言えない。従って、ＳＮＯＭ測
定情報に対して試料の凹凸情報がどのように反映される
のかを検知すること困難であり、現在までは、ＳＮＯＭ
測定情報に対して後述するような論理的又は実験的な解
析が行われているにとどまっている。

【００２０】まず、ＳＮＯＭ測定情報に対する解析に
は、その解析用の測定試料として、形状が既知の試料、
例えば、１．６μｍピッチで円周方向に格子状の凹凸溝
が形成されているポリカーボン製の光ディスクが用いら
れている。

【００２１】測定は、凹凸溝が形成された面を探針側に
対向させるように、上記の光ディスクを図６に示された
ＳＮＯＭ装置にセットして、ＡＦＭ測定と同時にＳＮＯ
Ｍ測定を行い、ＡＦＭ像とＳＮＯＭ像を比較しながら解
析を行う。しかしながら、このような表面に凹凸のある
試料を用いると、ＡＦＭ測定によって探針と光ディスク
表面との間の距離が一定に維持されているにもかかわら
ず、ＳＮＯＭ測定情報には、凹凸溝からの凹凸情報が強
く反映されてしまう。また同様に、光ディスクの代わり
に例えばラテックス球を用いて測定を行っても、得られ
るＳＮＯＭ測定情報の信号レベルは、ラテックス球の周
辺で強くなり、その中央部分で弱くなって、試料の凹凸
情報が反映された信号となる。

【００２２】更に、測定試料として、クロム等の金属を
市松模様状にパターニングして蒸着させたガラス基板を
用いた実験が行われている。金属が蒸着した面を探針側
に対向させるように、上記のガラス基板を図６に示され
たＳＮＯＭ装置にセットして、ＡＦＭ測定と同時にＳＮ
ＯＭ測定を行うと、金属が蒸着していない領域からＳＮ
ＯＭ測定情報が得られる。しかしながら、この実験で
は、金属パターンによる光の遮蔽の効果を観察している
に過ぎず、試料の凹凸情報の影響を考慮するには殆ど新
しい知見を与えていない。

【００２３】このように実験的な解析により、ＳＮＯＭ
測定情報に対する充分正確な解釈を下すためには、ＳＮ
ＯＭ装置（図６参照）又はＳＮＯＭ測定情報の特性を予
め認識しておくことが必要である。更に、この要求を満
足するためには、その前段階として試料の凹凸情報がＳ
ＮＯＭ測定情報にどのように反映されるのかを予め検定
することが望ましい。この場合、その表面形状や光学的
特性の分かっている検定用の試料を用いてＳＮＯＭ測定
を行うことが必要となる。

【００２４】本発明は、このような要求を満足するため
になされており、その目的は、ＡＦＭ測定情報の影響を
受けること無くＳＮＯＭ測定情報に対する充分正確な解
釈が下せるように、ＳＮＯＭ装置の性能を予め検定可能
な走査型近接場光顕微鏡用検定試料を提供することにあ
る。

【００２５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の走査型近接場光顕微鏡用検定試料
は、少なくとも一部が光学的に透明であって、互いに異
なる屈折率を有する複数の試料構成部から構成され且つ
表面が略平坦な検定試料であって、複数の試料構成部材
の一部には、所定形状にパターニングされた任意の屈折
率を設定可能な光学的異差発生部が設けられている。

【００２６】このような構成によれば、検定試料４６の
表面形状（即ち、ＡＦＭ測定情報）に影響されることな
く、光学的異差発生部のパターニング形状に対応したＳ
ＮＯＭ測定情報が検知され、ＳＮＯＭ装置の特性の検定
に利用することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
に係る走査型近接場光顕微鏡用検定試料について、図１
及び図２を参照して説明する。図１（ａ），（ｂ）に示
すように、本実施の形態の走査型近接場光顕微鏡用検定
試料は、少なくとも一部が光学的に透明であって、互い
に異なる屈折率を有する複数の試料構成部から構成され
且つ表面が略平坦な検定試料４６であって、複数の試料
構成部材の一部には、所定形状にパターニングされた任
意の屈折率を設定可能な光学的異差発生部が設けられて
いる。

【００２８】複数の試料構成部材は、ガラス等の透明部
材例えばパイレックスガラス製の基板部材（屈折率；ｎ
２）４８と、この基板部材４８上に接合された酸化シリ
コン製の光学部材（屈折率；ｎ１）５０とから構成され
ており、光学的異差発生部は、光学部材５０の内部に設
けられている。

【００２９】光学的異差発生部は、所定間隔で互いに並
列して延出し且つ任意の屈折率に設定可能な複数本の空
隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃ（屈折率；ｎ３）を備えて
おり、これら空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、その両
延出端を介して充填剤例えば空気が流出入されるよう
に、光学部材５０を横断して形成されている。具体的に
は、これら複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、
１μｍ〜５μｍで幅を変えてあり、図中向って左側から
数えて３本の空隙部５２ａの幅を例えば５μｍとし、図
中向って右側から数えて４本の空隙部５２ｃの幅を例え
ば１μｍとすると、これら空隙部５２ａ，５２ｃの間に
配置された２本の空隙部５２ｂの幅は、例えば２μｍ〜
４μｍの寸法を選択して構成される。このように本実施
の形態に適用される複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５
２ｃは、３種類の異なる幅を有する３組の空隙部に組分
けすることができるが、実際に作製される検定試料４６
としては、３本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃを１組
にして、組相互の幅が異なる３つの組を備えて構成され
ている。

【００３０】なお、このような検定試料４６が空気中に
セットされる場合には、検定試料４６の周囲の屈折率ｎ
０は、空気の屈折率即ち約１となる。この結果、本実施
の形態に適用された複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５
２ｃの屈折率ｎ３は、同様に約１となる。

【００３１】次に、上記の検定試料４６を図６に示され
たＳＮＯＭ装置にセットして、ＡＦＭ測定と同時にＳＮ
ＯＭ測定を行った場合の測定動作について、図１（ｃ）
及び図６を参照して説明する。

【００３２】図１（ｃ）及び図６に示すように、検定試
料４６を試料台４上に載置した後、レーザー光源２４か
らのレーザー光を検定試料４６に入射させる。ところ
で、領域相互の境界面に入射した光は、スネルの法則に
従って所定の入射角度以上で全反射することが知られて
いる。

【００３３】従って、検定試料４６の光学部材５０及び
基板部材４８の屈折率ｎ１及びｎ２と、複数本の空隙部
５２ａ，５２ｂ，５２ｃの屈折率ｎ３との間の関係をｎ１＝ｎ２＞ｎ０（＝ｎ３）ｎ０；空気の屈折率とすると、検定試料４６に所定条件で入射したレーザー
光は、基板部材４８と複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，
５２ｃ内の空気との間の境界面５４、及び、光学部材５
０と空気との間の境界面５６で全反射を起こす。このと
き、検定試料４６から探針１６ｃ方向に発生するエバネ
ッセント波は、検定試料４６の表面が略平坦であるにも
かかわらず変調を受けた状態になる。

【００３４】即ち、このようなエバネッセント波をとら
えたＳＮＯＭ測定情報によれば、その信号レベルは、複
数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃの領域上において
極めて弱くなっており、他の領域上において強くなって
いる。

【００３５】従って、本実施の形態の検定試料４６を図
６に示されたようなＳＮＯＭ装置にセットして、ＡＦＭ
測定と同時にＳＮＯＭ測定を行った場合には、常に、上
述したような信号特性を有するＳＮＯＭ測定情報が得ら
れることになる。そして、このＳＮＯＭ測定情報は、表
面が略平坦な検定試料４６から得られた情報であるた
め、検定試料４６の表面形状（即ち、ＡＦＭ測定情報）
に影響されないＳＮＯＭ測定情報とみなすことができ
る。この結果、本実施の形態の検定試料４６を用いてＡ
ＦＭ測定と同時にＳＮＯＭ測定を行った際、上述したよ
うな信号特性を有するＳＮＯＭ測定情報が得られない場
合には、そのＳＮＯＭ装置の性能に機械的又は光学的な
不備があるものと予め検定することができる。例えば、
ＳＮＯＭ装置の光軸ずれや、探針１６ｃ先端の開口が所
定位置に形成されていない等の不備を予め検定すること
が可能となる。よって、本実施の形態の検定試料４６を
用いることによって、常に、ＳＮＯＭ装置の性能を一定
レベルに維持させることが可能となる。

【００３６】また、本実施の形態によれば、検定試料４
６内に周期的に複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃ
を設けたことによって、ＳＮＯＭ測定情報の位置依存性
やばらつき状態或いはＳＮＯＭ測定情報に与える影響を
予め検知することが可能となる。

【００３７】なお、以下に本実施の形態の検定試料４６
の作製方法について、図２を参照して説明する。まず、
図２（ｂ）に示すように、シリコンウェハから構成され
た補助基板５８を用意した後、この補助基板上５８に酸
化シリコン膜６０をプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥ−Ｃ
ＶＤ法）又は低圧化学気相蒸着法（ＬＰ−ＣＶＤ法）に
よって４００ｎｍ程度の厚さＴ１になるまで成長させた
後、この酸化シリコン膜６０を所定形状にパターニング
する。

【００３８】次に、図２（ｃ）に示すように、補助基板
５８及び酸化シリコン膜６０の表面上に更に酸化シリコ
ン膜６２をＰＥ−ＣＶＤ法又はＬＰ−ＣＶＤ法によって
１００ｎｍ程度の厚さＴ２になるまで成長させる。この
結果、補助基板５８の表面上には、合計の厚さＴ３（＝
Ｔ１＋Ｔ２）が５００ｎｍ程度の酸化シリコン膜６０，
６２から成る光学部材５０が積層されたことになる。

【００３９】続いて、図２（ｄ）に示すように、これら
酸化シリコン膜６０，６２から成る光学部材５０上にガ
ラス等の透明部材例えばパイレックスガラス製の基板部
材４８を陽極接合法によって接合した後、補助基板５８
をＥＤＰ溶液（エチレン・ジアミン・ピロカテコール・
水）によって溶かし去る。

【００４０】この結果、図２（ａ）に示すように、内部
に複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃを備えた検定
試料４６が作製されることになる。図２（ａ）に示すよ
うに、検定試料４６のうち、複数本の空隙部５２ａ，５
２ｂ，５２ｃの図中向かって上側の部分（即ち、境界面
５６（図１（ｃ）参照）に接した部分）の酸化シリコン
膜６２の厚さＴ２は、理想的には、“ゼロ”であること
が好ましいが、検定試料４６の表面を略平坦に構成する
関係上、有限の値（Ｔ２＝１００ｎｍ）を持つ。

【００４１】また、複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５
２ｃの厚さ（高さ寸法）Ｔ３は、エバネッセント波の局
在領域の厚さに基づいて設定されるため、使用するＳＮ
ＯＭ装置やその測定条件等によって適宜変更され得る。

【００４２】例えば、図６に示すＳＮＯＭ装置のレーザ
ー光源としてアルゴンレーザ（主波長；５１４．５ｎ
ｍ）を用いて、試料表面に生じるエバネッセント波の厚
さを測定したところ２００ｎｍであったため、本実施の
形態の検定試料４６は、この測定結果に基づいて、その
厚さ（高さ寸法）が設定されている。即ち、エバネッセ
ント波の局在領域の厚さと同等かそれ以下の値となるよ
うに、Ｔ２＝１００ｎｍと設定され、また、エバネッセ
ント波の局在領域の厚さ以上の値となるように、Ｔ３＝
５００ｎｍと設定されている。

【００４３】なお、本実施の形態において、検定試料４
６の光学部材５０は、酸化シリコンによって形成されて
いるが、例えば窒化シリコンを用いてもよい。本発明の
第２の実施の形態に係る走査型近接場光顕微鏡用検定試
料について、図３を参照して説明する。なお、本実施の
形態の説明に際し、第１の実施の形態の構成と同一の構
成には、同一符号を付して、その説明を省略する。

【００４４】図３（ａ）に示すように、本実施の形態の
検定試料４６の光学部材５０に形成された光学的異差発
生部は、所定間隔で互いに並列してＬ字状に延出した複
数本の空隙部５２と、これら複数本の空隙部５２内に充
填可能であって且つこれら複数本の空隙部５２の屈折率
ｎ３を任意に設定可能な充填剤例えば液体６４（図３
（ｂ），（ｃ）参照）とを備えている。複数本の空隙部
５２は、その一端側６６ａが開口し且つ他端側６６ｂが
閉塞されている。なお、本実施の形態に適用された複数
本の空隙部５２も、第１の実施の形態と同様に、その幅
を１μｍ〜５μｍの寸法を適宜選択することが可能であ
る。

【００４５】特に、本実施の形態の検定試料４６は、複
数本の空隙部５２の屈折率ｎ３を任意に設定することに
よって、屈折率の変化がＳＮＯＭ測定信号に与える影響
を予め検定することを目的として構成されている。

【００４６】このような目的を達成するために用いられ
る液体としては、その屈折率が例えば１．３〜１．８程
度の液体であれば、その種類は限定されることはない。
従って、検定試料４６の材料として酸化シリコン（屈折
率；１．５程度）を用いた場合には、光学部材５０及び
基板部材４８の屈折率ｎ１及びｎ２と、複数本の空隙部
５２の屈折率ｎ３との間の関係をｎ１＝ｎ２＞ｎ３、或いは、ｎ１＝ｎ２＜ｎ３とすることが可能となる。

【００４７】このような構成によれば、複数本の空隙部
５２の屈折率ｎ３を任意に設定することができるため、
屈折率の変化がＳＮＯＭ測定信号に与える影響を予め検
定することが可能となる。

【００４８】従って、本実施の形態の検定試料４６を図
６に示されたようなＳＮＯＭ装置にセットして、ＡＦＭ
測定と同時にＳＮＯＭ測定を行った場合には、常に、任
意に設定された屈折率の影響を受けたＳＮＯＭ測定情報
が得られることになる。そして、このＳＮＯＭ測定情報
は、表面が略平坦な検定試料４６から得られた情報であ
るため、検定試料４６の表面形状（即ち、ＡＦＭ測定情
報）に影響されないが屈折率の影響を受けたＳＮＯＭ測
定情報とみなすことができる。この結果、本実施の形態
の検定試料４６を用いてＡＦＭ測定と同時にＳＮＯＭ測
定を行った際、上述したようなＳＮＯＭ測定情報が得ら
れない場合には、そのＳＮＯＭ装置の性能に機械的又は
光学的な不備があるものと予め検定することができる。
なお、他の効果は、上記第１の実施の形態と同様である
ため、その説明は省略する。

【００４９】以下、本実施の形態の検定試料４６の作製
方法について、図３（ｂ），（ｃ）を参照して説明す
る。まず、第１の実施の形態と同様の作製方法を応用し
て、本実施の形態の検定試料４６を作製する。なお、本
実施の形態の作製方法は、複数本の空隙部５２の作製プ
ロセスが若干相違するだけであり、他のプロセスは同一
であるため、その説明は省略する。

【００５０】また、任意の屈折率を有する液体６４が収
容された容器６８を内蔵した真空チャンバ７０と、この
真空チャンバ７０内を減圧する真空ポンプ７２と、真空
チャンバ７０と真空ポンプ７２との間に設けられ、真空
チャンバ７０内の減圧状態を調節するバルブ機構７４と
を備えた液体充填装置を用意する。

【００５１】次に、検定試料４６の一端側６６ａが容器
６８内の液体６４に対面するように、真空チャンバ７０
内に検定試料４６をセットした後、バルブ機構７４及び
真空ポンプ７２を介して真空引きする（図３（ｂ）参
照）。

【００５２】このとき、検定試料４６は、その一端側６
６ａが液体６４に接しない位置にセットされているた
め、真空引き動作によって、複数本の空隙部５２内も減
圧されることになる。

【００５３】続いて、検定試料６４を容器６８方向に移
動させて、その一端側６６ａを液体６４に接触させた
後、バルブ機構７４のリーク開口７４ａを開放すること
によって、リーク開口７４ａを介して空気を真空チャン
バ７０内に導入させる（図３（ｃ）参照）。

【００５４】このとき、導入された空気の大気圧によっ
て、容器６８の液体６４が加圧されると共に、複数本の
空隙部５２内の負圧作用によって、液体６４が各空隙部
５２内に充填される。この結果、図３（ａ）に示すよう
な検定試料４６が作製されることになる。

【００５５】なお、本実施の形態において、検定試料４
６の光学部材５０は、酸化シリコンによって形成されて
いるが、例えば窒化シリコンを用いてもよい。次に、本
発明の第３の実施の形態に係る走査型近接場光顕微鏡用
検定試料について、図４を参照して説明する。なお、本
実施の形態の説明に際し、第１の実施の形態の構成と同
一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略す
る。

【００５６】図４に示すように、本実施の形態の検定試
料４６の光学部材５０に形成された光学的異差発生部
は、所定間隔で互いに並列して延出し且つ任意の屈折率
に設定可能な複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃを
備えており、これら空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、
その両延出端を介して充填剤例えば空気が流出入される
ように、光学部材５０を横断して形成されている。な
お、複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃの幅は、第
１の実施の形態と同様に、１μｍ〜５μｍの寸法を選択
することが可能である。

【００５７】特に、本実施の形態の検定試料４６は、Ｓ
ＮＯＭ測定情報に作用する光学的異差発生部の形状の影
響を予め検定することができるように、複数本の空隙部
５２ａ，５２ｂ，５２ｃの形状を互いに相違させて構成
されている。具体的には、図中向って左側から数えて２
本の空隙部５２ａの高さ寸法をＳ１とし、図中向って右
側から数えて２本の空隙部５２ｃの高さ寸法は、Ｓ２＜
Ｓ１とした。また、図中中央の１本の空隙部５２ｂは、
その高さに高低差が施されている。

【００５８】なお、このような検定試料４６が空気中に
セットされ場合には、検定試料４６の周囲の屈折率は、
空気の屈折率即ち約１となる。この結果、本実施の形態
に適用された複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃの
屈折率も約１となる。

【００５９】次に、上記の検定試料４６を図６に示され
たＳＮＯＭ装置にセットして、ＡＦＭ測定と同時にＳＮ
ＯＭ測定を行った場合、ＡＦＭ測定情報に基づいて検定
試料４６の表面が略平坦であることが検定された。

【００６０】一方、ＳＮＯＭ測定情報によれば、図中向
って左側の２本の空隙部５２ａの上部から検出されたＳ
ＮＯＭ信号は、図中向って右側の２本の空隙部５２ｃか
ら検出されたＳＮＯＭ信号に比べて極めて弱い信号が検
出された。ただし、図中向って右側の２本の空隙部５２
ｃから検出されたＳＮＯＭ信号は、空隙部５２ａ，５２
ｂ，５２ｃの存在しない領域から検出されたＳＮＯＭ信
号に比べて弱い信号が検出された。

【００６１】このような構成によれば、光学的異差発生
部の複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃの形状即ち
高さ寸法を互いに相違させて構成したことによって、Ｓ
ＮＯＭ測定情報に作用する光学的異差発生部の形状の影
響を予め検定することが可能となる。

【００６２】従って、本実施の形態の検定試料４６を図
６に示されたようなＳＮＯＭ装置にセットして、ＡＦＭ
測定と同時にＳＮＯＭ測定を行った場合には、常に、複
数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃの高さ寸法の相違
に起因したＳＮＯＭ測定情報が得られることになる。そ
して、このＳＮＯＭ測定情報は、表面が略平坦な検定試
料４６から得られた情報であるため、検定試料４６の表
面形状（即ち、ＡＦＭ測定情報）に影響されないが高さ
寸法の相違に起因したＳＮＯＭ測定情報とみなすことが
できる。この結果、本実施の形態の検定試料４６を用い
てＡＦＭ測定と同時にＳＮＯＭ測定を行った際、上述し
たようなＳＮＯＭ測定情報が得られない場合には、その
ＳＮＯＭ装置の性能に機械的又は光学的な不備があるも
のと予め検定することができる。なお、他の効果は、上
記第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略
する。

【００６３】また、本実施の形態の検定試料４６の作製
方法は、複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃの作製
プロセスが若干相違するだけであり、他のプロセスは同
一であるため、その説明は省略する。なお、第１の実施
の形態と同様に、検定試料４６の作製に際し、例えば、
図６に示すＳＮＯＭ装置のレーザー光源としてアルゴン
レーザ（主波長；５１４．５ｎｍ）を用いて、試料表面
に生じるエバネッセント波の厚さを測定したところ２０
０ｎｍであったため、この値を前後するように、高さＳ
１を４００ｎｍ、高さＳ２を１５０ｎｍに設定した。ま
た、エバネッセント波の局在領域の厚さ以上の値となる
ように、Ｔ３＝５００ｎｍに設定されている。

【００６４】なお、本実施の形態において、検定試料４
６の光学部材５０は、酸化シリコンによって形成されて
いるが、例えば窒化シリコンを用いてもよい。次に、本
発明の第４の実施の形態に係る走査型近接場光顕微鏡用
検定試料について、図５を参照して説明する。なお、本
実施の形態の説明に際し、第１の実施の形態の構成と同
一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略す
る。

【００６５】図５に示すように、本実施の形態の検定試
料４６には、検定試料４６の表面上（具体的には光学部
材５０の表面上）に複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５
２ｃの相対位置を光学的に検知可能な基準位置設定部材
即ち複数個の突起部７６が設けられている。なお、他の
構成は、第１の実施の形態と同一であるため、その説明
は省略する。

【００６６】本実施の形態に適用された突起部７６は、
夫々、複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃに対して
予め設定された距離だけ離間した位置に突設されてい
る。ところで、表面が略平坦な検定試料４６を図６に示
されたＳＮＯＭ装置にセットして、ＡＦＭ測定と同時に
ＳＮＯＭ測定を行った場合、ＡＦＭ測定情報に基づいて
検定試料４６の表面が略平坦であることを検知すること
ができるが、ＳＮＯＭ測定情報が光学的異差発生部の形
成位置に対応しているか否かを正確に検知することは困
難である。即ち、仮にある特徴を有するＳＮＯＭ測定情
報が得られた場合でも、その特徴部分が複数本の空隙部
５２ａ，５２ｂ，５２ｃの形成位置に一致しているか否
かを正確に検知することが困難である。具体的には、探
針１６ｃ（図１（ｃ）及び図６参照）の先端開口の形成
不良や装置の光軸ずれ等によって、ＳＮＯＭ測定情報の
信号特性が例えば全体的にシフトしている場合であって
も、このシフト状態を検知することは困難である。

【００６７】しかしながら、本実施の形態のように、光
学部材５０の表面上に複数個の突起部７６を突設するこ
とによって、複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃの
形成位置を予め光学的に検知することができるため、Ｓ
ＮＯＭ測定情報の位置関係を正確に検知することが可能
となる。

【００６８】従って、本実施の形態の検定試料４６を図
６に示されたようなＳＮＯＭ装置にセットして、ＡＦＭ
測定と同時にＳＮＯＭ測定を行った場合には、常に、Ｓ
ＮＯＭ測定情報が複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２
ｃの形成位置に対応したものであるか否か即ち、得られ
たＳＮＯＭ測定情報がシフトしているか否かを正確に検
知することができる。このため、ＳＮＯＭ測定情報のシ
フトの有無を検知することによって、そのＳＮＯＭ装置
の性能に機械的又は光学的な不備があるものと予め検定
することができる。なお、他の効果は、上記第１の実施
の形態と同様であるため、その説明は省略する。

【００６９】また、本実施の形態の検定試料４６の作製
方法は、複数個の突起部７６の作製プロセスが若干相違
するだけであり、他のプロセスは同一であるため、その
説明は省略する。なお、本実施の形態において、検定試
料４６の光学部材５０は、酸化シリコンによって形成さ
れているが、例えば窒化シリコンを用いてもよい。

【００７０】なお、本発明は、上述した各実施の形態の
構成に限定されることはなく、新規事項を追加しない範
囲で例えば下記のように変更することも可能である。走
査型近接場光顕微鏡において、探針１６ｃ（図１（ｃ）
及び図６参照）と試料２（図６参照）とを相対的に２次
元走査させて所定の像を得ていること、全反射プリズム
即ち臨界角プリズム１０（図６参照）を介して試料２に
斜めから光を入射させていること、そして、入射光が横
波であること等の理由から、検定試料４６の光学的異差
発生部の形状は、ＸＹ方向に対して左右対称形（具体的
には、試料を真上から見たときの形状が正方形又は円
形）であることが望ましい。

【００７１】そこで、このような要望を満足するため
に、例えば、複数本の空隙部５２ａ，５２ｂ，５２ｃの
代わりに、検定試料４６の面方線に平行な回転軸を有す
る回転体（例えば、円柱，円錐，円錐台，半球）を光学
部材５０内に形成することが好ましい。或いは、これ以
外でも対称形状な部材（例えば、正四角柱，正四角錐，
正四角錐台）を光学部材５０内に形成することが好まし
い。特に、真上から見たときの形状が円形の光学的異差
発生部を有する検定試料４６を図６に示すようなＳＮＯ
Ｍ装置にセットする場合には、光学的異差発生部の形状
が回転対称であるため、特定方向に方向合わせ等を行う
必要がなくなり、検定試料４６のセット操作の効率化及
び簡易化が実現できる。

【００７２】このような形状を有する回転体や対称形状
部材等の対称的部材が形成された検定試料４６によれ
ば、ＳＮＯＭ測定情報の信号特性が歪んだ際にその判定
がし易くなるという効果を得ることができる。例えば、
正方形がＸＹ方向のいずれの方向に歪んで長方形になっ
たのか否か、或いは、円形が長円形となった場合その楕
円率の程度を測定することによって、ＳＮＯＭ装置や探
針１６ｃ（図１（ｃ）及び図６参照）の性能を予め検定
することができる。更に、このような検定試料４６を図
６に示すようなＳＮＯＭ装置にセットした際に、上記の
対称的部材がＸＹ走査方向やレーザー光源からの光の入
射方向に対して傾斜しても、対称的な形状であるため
に、その影響を受けることはない。

【００７３】なお、本発明によれば、上記具体的な実施
の形態から下記のような技術的思想が導かれる。１．少なくとも一部が光学的に透明であって、互いに
異なる屈折率を有する複数の試料構成部から構成され且
つ表面が略平坦な検定試料であって、複数の試料構成部
材の一部には、所定形状にパターニングされた任意の屈
折率を設定可能な光学的異差発生部が設けられているこ
とを特徴とする走査型近接場光顕微鏡用検定試料。２．前記光学的異差発生部には、所定間隔で互いに並
列して延出し且つ任意の屈折率に設定可能な複数本の空
隙部が設けられていることを特徴とする上記１に記載の
走査型近接場光顕微鏡用検定試料。３．前記光学的異差発生部には、前記複数本の空隙部
に充填可能であって且つ前記複数本の空隙部の屈折率を
任意に設定可能な充填剤が充填されていることを特徴と
する上記２に記載の走査型近接場光顕微鏡用検定試料。４．前記光学的異差発生部に設けられた前記複数本の
空隙部は、その高さ寸法に相対的に高低差が施されてい
ることを特徴とする上記２に記載の走査型近接場光顕微
鏡用検定試料。５．前記複数の試料構成部材の一部には、前記光学的
異差発生部の相対位置を光学的に検知可能な基準位置設
定部材が設けられていることを特徴とする上記１に記載
の走査型近接場光顕微鏡用検定試料。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、ＡＦＭ測定情報の影響
を受けること無くＳＮＯＭ測定情報に対する充分正確な
解釈が下せるように、ＳＮＯＭ装置の性能を予め検定可
能な走査型近接場光顕微鏡用検定試料を提供することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る検
定試料の斜視図、（ｂ）は、図１（ａ）のｂ−ｂ線に沿
う断面図、（ｃ）は、第１の実施の形態に係る検定試料
の一部を断面した拡大図。

【図２】（ａ）ないし（ｄ）は、夫々、本発明の検定試
料の作製プロセスを示す図。

【図３】（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る検
定試料の構成を示す断面図、（ｂ）は、第２の実施の形
態の検定試料が、液体充填装置にセットされた状態を示
す図、（ｃ）は、液体充填装置にセットされた検定試料
に液体を充填している状態を示す図。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係る検定試料の構
成を示す断面図。

【図５】本発明の第４の実施の形態に係る検定試料の斜
視図。

【図６】本発明に適用された走査型近接場光顕微鏡装置
の構成を示す図。

【符号の説明】

４６…検定試料、４８…基板部材、５０…光学部材、５
２ａ，５２ｂ，５２ｃ…空隙部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一部が光学的に透明であっ
て、互いに異なる屈折率を有する複数の試料構成部から
構成され且つ表面が略平坦な検定試料であって、複数の
試料構成部材の一部には、所定形状にパターニングされ
た任意の屈折率を設定可能な光学的異差発生部が設けら
れていることを特徴とする走査型近接場光顕微鏡用検定
試料。
【請求項２】前記光学的異差発生部には、所定間隔で
互いに並列して延出し且つ任意の屈折率に設定可能な複
数本の空隙部が設けられていることを特徴とする請求項
１に記載の走査型近接場光顕微鏡用検定試料。
【請求項３】前記光学的異差発生部には、前記複数本
の空隙部に充填可能であって且つ前記複数本の空隙部の
屈折率を任意に設定可能な充填剤が充填されていること
を特徴とする請求項２に記載の走査型近接場光顕微鏡用
検定試料。