JPH10170523A - 走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】試料表面におけるエバネッセント光の強度の２
次元分布を、高感度かつ高空間分解能で検出する手段を
備えた走査型プローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】試料を搭載するための支持体と、カンチレ
バー８１と、カンチレバーの先端を試料上で走査させる
走査手段と、カンチレバーの先端が位置する領域の光強
度を検出するための検出手段とを有する。カンチレバー
８１は、探針２７とレバー部２６を有し、探針２７は、
少なくとも一層の導電体膜２３と、光導電体膜２４を備
える。検出手段は、導電体膜と光導電体膜とを構成要素
の一部とした共振回路と、共振回路の共振周波数の変化
を検出する検出回路とを有する。この構成では、カンチ
レバーの先端が位置する領域の光強度によって、光導電
体膜の導電率が変化する。この導電率の変化を共振周波
数の変化として、検出回路が検出する。これにより、試
料上のエバネッセント光等の２次元分布像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】先端の鋭い探針により試料表面を走査す
ることで、試料表面の情報を原子レベルの高空間分解能
で検出する技術として、様々なタイプの走査型プローブ
顕微鏡が提案されている。走査型プローブ顕微鏡の代表
的なものとしては、探針と試料との間のトンネル電流を
利用して、試料表面の凹凸画像を得る走査型トンネル顕
微鏡（ＳＴＭ）や、探針と試料との間に働く微小な力を
使用して試料表面の凹凸画像を得る原子間力顕微鏡（Ａ
ＦＭ）がよく知られている。また、探針と試料との間の
静電容量を計測する走査型容量顕微鏡や、試料表面にお
けるエバネッセント光の強度をプローブを用いて検出す
ることにより光の波長以下の空間分解能で光の情報を得
る走査型近接場顕微鏡も知られている。

【０００３】走査型静電容量顕微鏡は、上述の原子間力
顕微鏡（ＡＦＭ）の機能を利用して、探針を試料表面に
走査させながら、探針と試料との間の静電容量の情報を
取得する。静電容量情報の検出は、探針と試料との間の
キャパシタンス変化をＬＣ共振器の共振周波数変化とし
て検出するキャパシタンスセンサーによって行う。

【０００４】また、走査型近接場顕微鏡は、試料の裏面
から全反射するような条件で試料にレーザー光を照射
し、これによって試料表面にエバネッセント光を生じさ
せる。そして、先端が鋭くとがったプローブを試料表面
に近接させ、プローブ先端から光を取り込んでその強度
を検出する。この光の強度を、試料上の位置に対応させ
ることにより、試料表面のエバネッセント光のイメージ
像を得るものである。これにより、回折限界を越える分
解能で試料像を観察できる。走査型近接場顕微鏡は、例
えば、Japanese Journal of Applied Physics Vol. 30,
2107 (1991)に記載されている。なお、プローブとして
は、先端に数十ナノメートルの微小な開口を有し、この
部分以外を金属でコートしたガラス製の光ファイバー
や、先端を鋭くとがらせた誘電体等が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】走査型近接場顕微鏡で
は、プローブの先端から取り込んだ光を、探針の先端か
ら離れたところに配置される検出器まで導いて検出しな
ければならないため、光信号にノイズがのる原因とな
る。また、これを避けるために、プローブにフォトダイ
オード等の光検出機構を作り込もうとすると、プローブ
の素材や、特殊で微小な大きさを考えると非常に困難で
ある。また、先端に微小な開口を有する光ファイバー等
のプローブを安定して作製するのは困難である。

【０００６】本発明は、以上の点を顧みたものであり、
試料表面におけるエバネッセント光の強度の２次元分布
を、高感度かつ高空間分解能で検出する手段を備えた走
査型プローブ顕微鏡を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような走査型プローブ顕微
鏡が提供される。

【０００８】すなわち、試料を搭載するための支持体
と、カンチレバーと、前記カンチレバーの先端を試料上
で相対的に走査させる走査手段と、前記カンチレバーの
先端が位置する領域の光強度を検出するための検出手段
とを有し、前記カンチレバーは、探針とレバー部を有
し、前記探針は、導電体膜と、光導電体膜とを備え、前
記検出手段は、前記導電体膜と光導電体膜とを構成要素
の一部とした共振回路と、前記共振回路の共振周波数の
変化を検出する検出回路とを有することを特徴とする走
査型プローブ顕微鏡である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の走
査型プローブ顕微鏡について説明する。

【００１０】まず、本発明の第一の実施の形態の走査型
プローブ顕微鏡の構成について、図８、図９を用いて説
明する。

【００１１】本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡は、
図８のように、試料８３を搭載するための石英板９２
と、これに対向するように配置される探針付きカンチレ
バー８１とを有する。カンチレバー８１は、積層型ピエ
ゾ素子８２を介して、３次元駆動機構８５により支持さ
れている。カンチレバー８１の詳しい構造は後述する。
３次元駆動機構８５には、カンチレバー８１に光を照射
するための半導体レーザー８６が取り付けられている。
また、カンチレバー８１で反射される光の光路上には、
２分割光検出器８７が配置されている。２分割光検出器
８７には、ロックインアンプ８８が接続されている。

【００１２】積層型ピエゾ素子８２は、カンチレバー８
１を試料８３の表面に対して垂直方向に伸縮方向を有す
る素子であり、その伸縮を制御する電圧信号を入力する
ために、信号発生装置８４が接続されている。また、カ
ンチレバー８１は、銅線８９によりキャパシタンスセン
サー９０に接続されている。キャパシタンスセンサ９０
の詳しい構成は後述する。キャパシタンスセンサ９０に
は、ロックインアンプ９１が接続されている。

【００１３】一方、試料８３を支持する石英板９２は、
ホルダー９３に搭載されている。石英板９２の裏面側か
ら対物レンズ９４および光源９５が配置されている。対
物レンズ９４と光源９５との間には、光チョッパー９６
が配置されている。

【００１４】なお、ロックインアンプ８８、９１には、
それぞれ予め設定した周波数の参照信号を入力するため
に信号発生装置８４が接続される。また、光チョッパー
９６にも、予め設定した周波数の動作指示信号を入力す
るために信号発生装置８４が接続される。

【００１５】また、ロックインアンプ８８、９１、３次
元駆動機構８５、および、信号発生装置８４には、制御
装置９７が接続されている。ここで、本実施の形態で用
いるカンチレバー８１およびキャパシタンスセンサ９０
の構成について図２、図３を用いて説明する。

【００１６】カンチレバー８１は、図２に示されるよう
にパイレックスガラスの支持体２１と、この支持体２１
に片持ち支持されるレバー部２６と、レバー部２６の先
端に成形される探針２７とからなる。レバー部２６およ
び探針２７は、窒化シリコン膜２２、金属膜２３、光導
電体膜２４の積層体によって形成されている。金属膜２
３は、厚さ２ｎｍのニッケルクロム膜と厚さ３０ｎｍの
金膜との積層膜からなる。また、光導電体膜２４は、厚
さ３０ｎｍのセレン化カドミウム膜である。

【００１７】光導電体膜２４は、光が照射されない時は
絶縁体であるため、この状態では、カンチレバーの金属
膜２３は、周囲の導体との間に、図３中の（ア）にしめ
したようにある量のキャパシタンスを形成している。

【００１８】一方、探針２７の先端の領域２５が、試料
８３のエバネッセント領域内に位置するときには、領域
２５に光が照射されることにより、領域２５は導体とし
て振る舞う。よって、金属膜２３と周囲の導体との間の
キャパシタンスは、図３中の（イ）で示されるように導
電性の領域２５のために増加する。

【００１９】この金属膜２３と周囲の導体との間に形成
されるキャパシタンスの変化を、ＬＣ共振回路３４のリ
アクタンス（Ｌ）３１の変化として検出するために、図
３のように、発振回路３３と、共振回路３４と、検波回
路３５とによりキャパシタンスセンサ９０を構成してお
く。共振回路３４のリアクタンス３１と、金属膜２３と
は、図８で説明したように導線８９により接続する。

【００２０】カンチレバー８１の探針２７の先端に試料
８３のエバネッセント光があたると、共振回路３４の一
部を構成する金属膜２３と周囲の導体との間のキャパシ
タンスが変化し、共振回路３４の共振周波数がシフトす
る。これにより、発振回路３３で発生した高周波のう
ち、検波回路３５に伝わる高周波の振幅が変化する。検
波回路３５は、これを電圧の変化に変換し、ロックイン
アンプ９１へ出力する構成である。

【００２１】つぎに、本実施の形態の走査型プローブ顕
微鏡によって、試料８３の光強度の分布を検出する際の
動作について説明する。

【００２２】図２の形状のカンチレバー８１は、上述の
ように、積層型ピエゾ素子８２に取り付けられている。
なお、図２のカンチレバー８１の共振周波数は、本実施
の形態では、３９ｋＨｚである。積層型ピエゾ素子８２
には信号発生装置８４から、カンチレバー８１の共振周
波数３９ｋＨｚ付近の周波数ω１（本実施の形態では、
ω１＝４０ｋＨｚ）の交流電圧信号が供給される。これ
により、ピエゾ素子８２は、周波数ω１で伸縮し、これ
にともないカンチレバー８１は、試料８３に対して垂直
方向に振動する。試料８３としては、例えば高分子膜を
用いる。カンチレバー８１および積層型ピエゾ素子８２
は、３次元駆動機構８５により、試料８３に対して３次
元的に変位される。なお、信号発生装置８４の出力する
周波数および３次元駆動機構８５の動作は、制御装置９
７により制御されている。

【００２３】一方、カンチレバー８１には、半導体レー
ザー８６からレーザ光が照射され、その反射光の位置を
２分割光検出器８７によって検出することにより、カン
チレバー８１のレバー部２６の振動振幅が検出される。
カンチレバー８１は、周波数ω１で振動しているため、
レバー部２６の振動のうち周波数ω１の成分の振動振幅
を、ロックインアンプ８８により計測する。ロックイン
アンプ８８には、信号発生装置８４から周波数ω１の参
照信号が入力される。

【００２４】カンチレバー８１の探針２７が、試料８３
に近接すると、探針と試料８３との間に働く力のために
カンチレバー８１の振動振幅は、小さくなるので、制御
装置９７は、ロックインアンプ８８の出力する振動振幅
が一定になるように３次元駆動機構８５のＺ方向（試料
と垂直方向）の駆動量をフィードバック制御しながら、
ＸＹ方向（試料と水平方向）に走査する駆動信号を出力
する。これにより、カンチレバー８１の探針２７の先端
と試料８３とを一定の間隔を保った状態で、探針２７に
より試料８３表面を走査させる。カンチレバー８１の金
属膜２３は、上述のように銅線８９によりキャパシタン
スセンサー９０の共振回路３４のリアクタンス３１に接
続されている。

【００２５】試料８３は、透明な石英板９２上に載せら
れ、ホルダー９３により支持されている。試料８３に
は、石英板９２を通して対物レンズ９４より水銀ランプ
の光源９５からの光が光チョッパー９６により周波数ω
２（本実施の形態では、ω２＝１００ｋＨｚ）で強度変
調されて照射される。これにより、試料８３の表面に
は、周波数ω２で強度変調されたエバネッセント光が生
じる。なお、光チョッパー９６には、強度変調の周波数
を指示するための周波数ω２の信号が、信号発生装置８
４から入力されている。

【００２６】試料８３のエバネッセント光の強度は、試
料８３表面からの距離が増加するにつれて急激に減少す
る。この様子を図９に示す。よって、カンチレバー８１
の振動により、探針２７先端と試料８３との間の距離が
ｄ１とｄ２の間で周波数ω１で変化したとき、探針２７
の先端の光導電体膜２４の領域２５に照射される光の強
度は、図９のａ１とａ２の間で周波数ω１で変化する。
これにより、図３の（イ）の金属膜２３と周囲の導体と
の間のキャパシタンスの間の領域２５の誘電率が、周波
数ω１で変化する光の強度に応じて変化するため、金属
膜２３と周囲の導体との間のキャパシタンスが周波数ω
１で変化する。よって、周波数ω１でのキャパシタンス
変化をキャパシタンスセンサ９０で検出することによ
り、エバネッセント光の強度を検出できる。

【００２７】ところが、金属膜２３と周囲の導体との間
のキャパシタンスの変化は、この光導電体膜２４の誘電
率の変化によるもの以外に、カンチレバー８１の振動に
よる金属膜２３と周囲の導体との距離の変化によっても
生じる。しかも、これら両者のキャパシタンスの変化の
周波数は、いずれもカンチレバー８１の振動の周波数ω
１と等しい。したがって、単に、周波数ω１のキャパシ
タンス変化をキャパシタンスセンサ９０で検出した場合
には、エバネッセント光強度の変化によるキャパシタン
スの変化と、導体の距離の変化によるキャパシタンスの
変化とを分離することができない。そこで、本実施の形
態では、試料８３に照射する光を周波数ω２で変調させ
て、ω２−ω１の成分を検出することにより、この問題
を解決する。

【００２８】すなわち、試料８３に照射する光を周波数
ω２で変調しているため、探針２７先端に照射される光
の強度は、ある定数Ａを用いて、 Ａｓｉｎ（ω１・ｔ）・ｓｉｎ（ω２・ｔ） と表される。これは、 （Ａ／２）・｛ｓｉｎ（ω１+ω２）ｔーｃｏｓ（ω１
ーω２）ｔ｝ と変形される。探針２７先端への光の照射以外の要因に
よる周波数ω１でのキャパシタンス変化は、試料８３に
照射する光強度の変調では変調されないのでω１とω２
の和成分ならびに差成分には寄与しない。よって、金属
膜２３と周囲の導体との間のキャパシタンス変化のう
ち、ω２−ω１の成分を検出することにより、試料８３
のエバネッセント光の強度の変化によるキャパシタンス
変化のみを検出できる。

【００２９】具体的には、本実施の形態では、ω１＝４
０ｋＨｚ、ω２＝１００ｋＨｚとしているので、キャパ
シタンスセンサー９０の出力信号のうち、ω２ーω１＝
６０ｋＨｚのキャパシタンス変化をロックインアンプ９
１により検出する。なお、キャパシタンスセンサ９０の
発振回路３３の発振周波数は、ω１、ω２のいずれより
も十分に高い周波数である必要があるため、本実施の形
態では、発振回路３３の発振周波数を１ＧＨｚにしてい
る。ただし、ω１およびω２の周波数はこれに限られる
ものではない。また、ω１をω２よりも高い周波数と
し、ω１ーω２成分での変化を検出することも可能であ
る。また、ω１＋ω２成分での変化を検出することも可
能であるし、ω１とω２の和成分と差成分での変化を同
時に検出することも可能である。

【００３０】制御装置９７は、ロックインアンプ９１の
出力を、三次元駆動機構８５に出力した試料８３のＸＹ
方向の位置信号と対応させることにより、試料８３表面
でのエバネッセント光の強度分布を表す画像を作成し、
不図示の表示装置に出力する。これによって、試料８３
の表面でのエバネッセント光の強度分布を表す画像が得
られる。

【００３１】また、制御装置９７は、信号発生装置８４
がロックインアンプ８８、ロックインアンプ９１、ピエ
ゾ素子８２のそれぞれに出力する信号の周波数を設定す
る。

【００３２】なお、石英板からの透過光が、測定に悪影
響を及ぼす場合には、石英板をプリズムとして、全反射
条件を満たす角度で光を光源からガラスプリズムに入射
させる構成とすることができる。

【００３３】なお、本実施の形態では、カンチレバー８
１として、図２に示す構成のものを用いたが、図１のよ
うに、光導電体膜２４と金属膜２３との間に、絶縁膜１
４を備えた構成のカンチレバーを用いることもできる。
この場合にも、キャパシタンスセンサー９０の構成を変
化させることなく、同様にエバネッセント光の分布を検
出することができる。

【００３４】次に、本発明の第２の実施の形態の走査型
プローブ顕微鏡について説明する。

【００３５】第２の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡
は、試料１０２を搭載するための石英板１０９と、試料
に対向するように配置されるカンチレバー１０１とを有
する。カンチレバー１０１は、ホルダー１０５に保持さ
れている。ホルダー１０５には、３次元駆動機構１０６
が取り付けられている。ホルダー１０５には、カンチレ
バー１０１に光を照射するための半導体レーザー１０７
が取り付けられ、カンチレバー１０１により反射された
光の光路上には、２分割光検出器１０８が配置されてい
る。石英板１０９は、ホルダー１１０に保持されてい
る。石英板１０９の裏面側には、対物レンズ１１１と、
光チョッパー１１３と、光源１１２と順に配置されてい
る。カンチレバー１０１は、銅線１０３によりキャパシ
タンスセンサ１０４に接続されている。キャパシタンス
センサ１０４は、ロックインアンプ１１４に接続され、
ロックインアンプ１１４は、制御装置１１５に接続され
ている。ロックインアンプ１１４は、光チョッパー１１
３にも接続されている。また、２分割光検出器１０８
も、制御装置１１５に接続されている。

【００３６】カンチレバー１０１の詳しい構成について
説明する。本実施の形態では、図４に示されるカンチレ
バーを用いている。すなわち、カンチレバー１０１は、
シリコンの支持体４１と、レバー部４９と、探針４８と
からなる。レバー部４９は、窒化シリコン膜４２と光導
電体膜４４を積層体により形成され、探針４８は、光導
電体膜４４により形成されている。支持体４１の裏面に
は、窒化シリコン膜４６が形成されている。カンチレバ
ー１０１全体は、金属膜４３、４５により全体が覆わ
れ、探針４８の先端の金属膜４５に微小開口４７が設け
られている。窒化シリコン膜４２は、厚さ０．７μｍで
あり、金属膜４３は、厚さ２ｎｍのニッケルクロム膜
と、厚さ２００ｎｍの金膜の積層膜である。また、光導
電体膜４４は、厚さ３０ｎｍのカドミウムセレン膜であ
り、金属膜４５は、厚さ２０ｎｍのアルミニウム膜であ
る。

【００３７】ここで、カンチレバー１０１の製造工程を
図７により説明するが、膜厚等の各パラメータはこれに
限定されるものではない。

【００３８】まず、支持体４１となる厚さ２５０μｍの
（１００）方位のシリコンウェハーの両面に、ＬＰＣＶ
Ｄにより０．７μｍの窒化シリコン膜４２、４６を成膜
する。そして、探針４８を形成するために、６μｍ角の
開口７２をフォトリソグラフィー法により表の窒化シリ
コン膜４２に形成する。開口７２によりむき出しになっ
たシリコンはＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイ
ドロオキサイド）により異方性エッチングし、ピラミッ
ド型のピットを作成する。（図７（ａ））。その後、ピ
ラミッド型のピットの部分のシリコンを熱酸化する（図
７（ｂ））。表の窒化シリコン膜４２をフォトリソグラ
フィー法により再びパターンニングし、ピットが先端に
くるようにカンチレバー４９を形成する。また、支持体
４１の部分以外の余分なシリコンをエッチングするため
に、裏面の窒化シリコン膜４６にもパターンニングを施
す（図７（ｃ））。光導電体膜４４および金属膜４３を
パターンニングするためのレジストパターンをフォトリ
ソグラフィーにより形成した後、セレン化カドミウムに
より光導電体膜４２を蒸着し、さらに、厚さ２ｎｍのニ
ッケルクロム膜と厚さ２００ｎｍの金膜を蒸着すること
により金属膜４３を形成する（図７（ｄ））。支持体４
１が、レバー部４９を片持ち支持するように、ＫＯＨに
より余分なシリコンをエッチングした後、探針４８側よ
り、アルミニウムを厚さ２０ｎｍを蒸着し、金属膜４５
を形成する（図７（ｅ））。最後に、微小開口４７を形
成するために、導電性を有する試料に探針４８接触さ
せ、この状態で金属膜４５と試料間にパルス電圧を印加
することにより、金属膜４５に微小開口４７を形成す
る。微小開口４７は、数十ナノメートル以下の大きさの
ものが形成可能である。

【００３９】このような構成のカンチレバー１０１は、
探針４８の先端に光が照射されると、光導電体膜４４の
うち、微小開口４７から光が照射された領域は、導電性
を持ち金属膜４３と金属膜４５とが電気的に導通し、金
属膜４３と金属膜４５との間のインピーダンスが変化す
る。したがって、キャパシタンスセンサー１０４を、図
６に示すような、発振回路６１、共振回路６２、検波回
路６３を有する構成にしておき、カンチレバー１０１の
金属膜４３を共振回路６２に接続しておくことで、探針
４８への光の照射を、共振回路６２の共振周波数の変化
として検出することが出来る。

【００４０】つぎに、図１０の走査型プローブ顕微鏡を
用いて、試料１０２のエバネッセント光の強度分布を検
出するための動作について説明する。

【００４１】カンチレバー１０１の金属膜４４は、上述
のように銅線１０３によりキャパシタンスセンサー１０
４の共振回路６２に接続されている。また、金属膜４５
はキャパシタンスセンサー１０４のアースと接続されて
いる。カンチレバー１０１は、セラミックのホルダー１
０５を介して３次元駆動機構１０６に取り付けられてお
り３次元駆動機構１０６により例えばグレーティングの
ような試料１０２に対して走査される。カンチレバー１
０１のレバー部４９には、半導体レーザー１０７からレ
ーザ光が照射され、その反射光の位置を２分割光検出器
１０８により検出することにより、カンチレバー１０１
の撓みが検出される。制御装置１１５は、撓み量が一定
になるように３次元駆動機構１０６のｚ方向の駆動量を
フィードバック制御することにより、カンチレバー１０
１の探針の先端を、試料１０２に対して一定の力で接触
させながら走査させる。

【００４２】試料１０２は、透明な石英板１０９上に乗
せられており、ホルダー１１０により支持されている。
試料１０２には石英板１０９通して、対物レンズ１１１
より光源１１２からの光が照射される。光源１１２とし
ては水銀ランプ等の白色光源を用いてもよく、またレー
ザーのように特定の波長の光のみを発する光源を用いて
もよい。光源１１２から試料１０２に照射される光はチ
ョッパー１１３により周波数ωで強度変調されているた
め、探針４８の先端のエバネッセント光の強度は周波数
ωが変化する。よって、金属膜４３、４５間のキャパシ
タンスの変化を、キャパシタンスセンサ１０４の検波回
路６３の電圧信号として検出し、ロックインアンプ１１
４で周波数ωの成分を検出することにより、エバネッセ
ント光の強度を検出することができる。制御装置１１５
は、このエバネッセント光強度を、３次元駆動機構１０
６に出力した試料のＸＹ方向の位置信号と対応させるこ
とにより、試料１０２上のエバネッセント光強度の分布
を表す２次元画像を作成し、不図示の表示装置に出力す
る。これにより、試料表面のエバネッセント光の強度分
布を表す画像が得られる。

【００４３】なお、半導体レーザー１０７からの光が、
エバネッセント光の測定に悪影響を及ぼす場合には、半
導体レーザー１０７およびフィードバック機構を切っ
て、高さ一定モードによりカンチレバー１０１を試料１
０２上で走査させながら測定を行ってもよい。

【００４４】また、第２の実施の形態では、図４の構成
のカンチレバー１０１を用いたが、図５のように、金属
膜４５の代わりにＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導
電膜５０を備えたカンチレバーを用いることも可能であ
る。この場合、透明導電膜４８をエバネッセント光が透
過するので、探針４８の先端に微小開口４７を設ける必
要はない。なお、図５のカンチレバーの作製プロセス
は、図７に示されるプロセスと同様である。

【００４５】上述してきたように、第１、第２の実施の
形態では、探針の先端を試料と一定の位置関係に保った
状態で、試料表面のエバネッセント光の光強度の分布を
検出できるため、光強度の２次元分布を高分解能に検出
することができる。また、本実施の形態では、従来の走
査型近接場顕微鏡と異なり、カンチレバーで光強度の変
化をキャパシタンスの変化という電気特性の変化に変換
しているため、光を伝搬する必要がなく、ノイズがのり
にくい。よって、光強度の分布を高感度に検出できる。
しかも、光強度を電気特性の変化に変換するために、受
光素子等を用いず、光導電体による誘電率変化を利用し
てキャパシタンスに変化に変換し、これを共振周波数の
変化として検出しているため、カンチレバーおよびキャ
パシタンスセンサの構成が簡単である。

【００４６】また、カンチレバーをフォトリソグラフィ
の工程で製造できるため、製造が容易であり、安定して
量産することが可能である。

【００４７】なお、第１の実施の形態では、図１、図２
のカンチレバーを用いたが、これらの代わりに図３、図
４のカンチレバーを用いることが可能である。同様に、
第２の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡に、図１、図
２のカンチレバーを用いることも可能である。

【００４８】なお、第１、第２の実施の形態で、カンチ
レバー８１、１０１を構成する金属膜、絶縁膜、光度電
体膜、透明導電膜の材質は、上述した材質に限られるも
のではない。例えば、金属膜としてチタンや銅を用いて
もよく、絶縁体膜として窒化シリコン等を用いてもよ
い。また、光導電体膜として酸化鉛、アモルファスＳ
ｉ、フタロシアニンに代表される有機半導体等を用いて
もよい。

【００４９】また、第１、第２の実施の形態では、試料
８３、１０２のエバネッセント光の分布を測定する場合
について説明したが、本実施の形態の走査型プローブ顕
微鏡では、試料表面近傍の光の分布を検出できるので、
エバネセント光に限らず、試料８３、１０２の透過光の
分布についても検出することができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明により、試料表面におけるエバネ
ッセント光もしくは透過光の強度の２次元分布を高感度
かつ高空間分解能で検出することのできる走査型プロー
ブ顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の走査型プローブ顕微鏡
で用いられるカンチレバーの形状を示す断面図。

【図２】本発明の一実施の形態の走査型プローブ顕微鏡
で用いられるカンチレバーの形状を示す断面図。

【図３】本発明の一実施の形態の走査型プローブ顕微鏡
のキャパシタンスセンサーの構成を示すブロック図。

【図４】本発明の一実施の形態の走査型プローブ顕微鏡
で用いられるカンチレバーの形状を示す断面図。

【図５】本発明の一実施の形態の走査型プローブ顕微鏡
で用いられるカンチレバーの形状を示す断面図。

【図６】本発明の一実施の形態の走査型プローブ顕微鏡
のキャパシタンスセンサーの構成を示すブロック図。

【図７】(a),(b),(c),(d),(e)図４のカンチレバーの製
造工程を示すための断面図。

【図８】本発明の一実施の形態の走査型プローブ顕微鏡
の工程を示すブロック図。

【図９】試料表面におけるエバネッセント光の光強度と
試料表面からの距離との関係を示すグラフ。

【図１０】本発明の一実施の形態の走査型プローブ顕微
鏡の工程を示すブロック図。

【符号の説明】

２１、４１・・支持体 ２２、４２、４６・・窒化シリコン膜 ２３、４３、４５・・金属膜 １４・・絶縁体膜 ２４、４４・・光導電体膜 ２５・・領域 ４７・・微小開口 ５０・・透明導電膜 ８１、１０１・・・カンチレバー ８２・・・積層型ピエゾ素子 ８３、１０２・・・試料 ８４・・・電源 ８５、１０６・・・３次元駆動機構 ８６、１０７・・・半導体レーザー ８７、１０８・・・２分割光検出器 ８８・・・ロックインアンプ ８９、１０３・・・銅線 ９０、１０４・・・キャパシタンスセンサー ９１、１１４・・・ロックインアンプ ９２、１０９・・・石英板 ９３、１０５、１１０・・・ホルダー ９４、１１１・・対物レンズ ９５、１１２・・光源 ９６、１１３・・チョッパー ９７、１１５・・制御装置。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料を搭載するための支持体と、カンチレ
   バーと、前記カンチレバーの先端を前記試料上で相対的
   に走査させる走査手段と、前記カンチレバーの先端が位
   置する領域の光強度を検出するための検出手段とを有
   し、 前記カンチレバーは、探針とレバー部を有し、 前記探針は、導電体膜と、光導電体膜とを備え、 前記検出手段は、前記導電体膜と光導電体膜とを構成要
   素の一部とする共振回路と、前記共振回路の共振周波数
   の変化を検出する検出回路とを有することを特徴とする
   走査型プローブ顕微鏡。
2. 【請求項２】請求項１において、前記共振回路は、リア
   クタンスとキャパシタンスとを有する共振回路であるこ
   とを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
3. 【請求項３】請求項２において、前記共振回路は、前記
   導電体膜を前記キャパシタンスの構成要素の一部とする
   回路であることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
4. 【請求項４】請求項１において、前記探針は、前記光導
   電体膜を挟んで前記導電体膜と対向する位置にさらに導
   電体膜を有することを特徴とする走査型プローブ顕微
   鏡。
5. 【請求項５】支持体と、前記支持体に片持ち支持された
   レバー部と、前記レバー部の先端に配置された探針とを
   有し、 前記レバー部および探針は、導電体膜を有し、 前記探針の少なくとも先端部には、光導電体膜が形成さ
   れていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用カン
   チレバー。
6. 【請求項６】請求項５において、前記光導電体膜と前記
   導電体膜とは、接するように配置されていることを特徴
   とする走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
7. 【請求項７】請求項５において、前記光導電体膜と前記
   導電体膜との間には、絶縁体膜が配置されていることを
   特徴とする走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
8. 【請求項８】支持体と、前記支持体に片持ち支持された
   レバー部と、前記レバー部の先端に配置された探針とを
   有し、 前記レバー部および探針は、２枚の導電体膜を有し、
   前記探針の部分には、前記２枚の導電体膜の間に光導電
   体膜が配置されていることを特徴とする走査型プローブ
   顕微鏡用カンチレバー。
9. 【請求項９】請求項８において、前記探針の先端部分に
   は、前記２枚の導電体膜のうち前記試料側に位置する導
   電体膜に開口が設けられていることを特徴とする走査型
   プローブ顕微鏡用カンチレバー。
10. 【請求項１０】請求項８において、前記２枚の導電体膜
    のうち試料側に位置する導電体膜は、前記探針の先端が
    位置する領域の光を透過する特性を有する材料で形成さ
    れていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用カン
    チレバー。