JPH10293133A

JPH10293133A - 走査型近接場光学顕微鏡

Info

Publication number: JPH10293133A
Application number: JP9101841A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Onada; 毅小灘
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1998-11-04
Also published as: US6064060A

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のプローブを、切換機構によって、走査可
能状態に択一的に切り換えることを可能にし走査型近接
場光学顕微鏡を提供すること。【解決手段】プローブ５の先端は、試料１に所定の間隔
を空けて配置され、試料ステージ２が走査用スキャナ４
によって動かされることにより、試料１の走査が可能に
なっている。光源３から照射され、試料１を透過した光
は、試料１の表面近傍でプローブ５に取り込まれ、集光
光学系６，ピンホール７を介して光検出器８で検出さ
れ、コンピュータ１０で信号処理された後、走査型近接
場光学顕微鏡像としてモニタ１１に画像化されるように
なっている。切換機構１５のスライド部材１５ｂには、
複数のプローブ５が、夫々のアタッチメント１６を介し
て取り付けられ、スライド部材１５ｂがコントローラ９
を介して動かされると、所定のプローブ５が走査可能状
態に切り換えられるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プローブと試料と
を近接して配置し、それらを試料の表面に対して略平行
な方向に相対的に移動させることによって試料の表面の
近傍を走査し、該プローブを介して得た光を検出器で検
出することによって試料の光学特性を測定するようにし
た走査型近接場光学顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型近接場光学顕微鏡は、開口が光の
波長よりも小さいプローブや、先端の曲率半径が光の波
長よりも小さいプローブを用いて微小領域の光学特性を
測定するものである。従って、プローブの先端の直径
（数十ｎｍ以下）程度までの分解能を得ることが可能と
なるので、回折限界によって分解能に制約を受ける光学
顕微鏡よりも優れている。そして、このことによって、
今後ますます、工業分野や医学分野等において広く応用
され使用されることが期待されている。

【０００３】そこで、このような高分解能が得られる走
査型近接場光学顕微鏡を実現させるために、従来から、
測定方法や構造などについての数多くの提案がなされて
いる。例えば、光情報の検出方法としては、試料の裏面
から照明光を入射させ、試料の表面側に生じたエバネッ
セント波をプローブに取り入れて検出するタイプのもの
や、試料の表面側から照明光を照射させ、試料による散
乱光を微小開口のプローブに取り入れて検出したり、プ
ローブからの反射光を検出したりするタイプのものや、
微小開口のプローブから照明光を射出させ、試料による
透過光や散乱光を検出するタイプのものなどが知られて
いる。

【０００４】また、試料表面の近傍を走査する際に、試
料面とプローブとの距離を計測する方法としては、エバ
ネッセント波の有する垂直方向での強度減衰曲線を利用
するために、試料の裏面から照明光を入射させ、試料の
表面側に生じたエバネッセント波を検出して計測するタ
イプのものや、原子間力顕微鏡で用いられている方法を
利用し、試料とプローブとの間に働く力によって生ずる
プローブの変位量を光学的に検出して計測するものなど
が知られている。

【０００５】走査型近接場光学顕微鏡は、これらのよう
な技術的手段を選択的に採用して構成されており、走査
を行うに際しては、試料面とプローブとの距離が一定に
保たれるように制御しながら走査をしたり、試料面とプ
ローブとの距離を所定の設定値にしておいて走査をした
り、検出されている光の強度が一定に保たれるように制
御しながら走査をしたりして、試料面の近傍における光
を取り込んで測定し、一般的な光学顕微鏡では測定不可
能なオーダーの試料形状や光学定数（吸収率，屈折率な
ど）の差異を、ＴＶモニタ等の表示装置に画像化できる
ようにしている。

【０００６】そこで、このようにして構成された走査型
近接場光学顕微鏡の従来例を、図７を用いて具体的に説
明しておく。この従来例は、例えば、特開平６−１６０
７１９号公報に開示されているものと同様にして、原子
間力顕微鏡で用いられている方法を利用し、試料の表面
とプローブの先端との相対的な距離が一定に保たれるよ
うに制御する場合の例である。試料１は、プリズムで構
成された試料ステージ２に載置されており、光源３から
照射された光は試料１の裏面で全反射され、表面にエバ
ネッセント波を発生させるようになっている。また、試
料ステージ２は、走査用スキャナ４によって、載置面を
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に移動されるようになっている。

【０００７】試料１の表面側には、プローブ５が、微小
な開口を開いた先端を、試料１の表面に近接させるよう
にして配置されている。そして、この従来例において
は、走査用スキャナ４をＸ，Ｙ方向に移動させることに
よって、プローブ５が、試料１の近傍を走査するように
なっている。この走査によって、プローブ５は、エバネ
ッセント波を伝搬光に変換し、その伝搬光は、集光光学
系６で集められ、ピンホール６を通過した後、光検出器
８によって検出される。検出された光情報はコントロー
ラ９を介してコンピュータ１０に導かれ、そこで信号処
理されて、走査型近接場光学顕微鏡像としてモニタ１１
に画像化される。

【０００８】上記の走査は、試料１の表面とプローブ５
との距離を一定に保たせるようにして行われるが、この
従来例においては、そのために、原子間力顕微鏡で用い
られている方法を利用している。即ち、プローブ５に可
撓性を付与しておくと、プローブ５は、試料１との距離
の変化に対応して、試料１とプローブ５の間に働く力に
よって撓まされることが知られている。そのため、この
従来例においては、プローブ位置制御用光源１２から射
出した光をプローブ５で反射させ、その反射光をプロー
ブ位置制御用検出器１３によって検出し、プローブ５の
撓み角の変化を光の反射角の変化として捕らえるように
している。そして、コントローラ９が、その検出信号に
対応して走査用スキャナ４をＺ方向へ移動させ、撓み角
が一定になるように制御することによって、試料１とプ
ローブ５との距離を一定に保たせるようにしている。

【０００９】また、コンローラ９によって駆動されるプ
ローブ用の圧電スキャナ１４を設けておき、走査と同時
に、プローブ５を、試料１の表面に対して略垂直方向へ
振動させて、距離の一定化を図る方法もある。この方法
は、原子間力顕微鏡においては、タッピングモードと言
われているものであり、プローブ５が試料１に近づく
と、試料１との間に働く力により、振動の振幅が小さく
なることや、加振入力とプローブ５の振動の位相がずれ
ることを利用して、距離の一定化を図る方法である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の走査型近接場光学顕微鏡においては、実際に取扱
うに際して二つの問題点がある。その一つの問題点は、
プローブ５の交換作業にある。一般に、走査型近接場光
学顕微鏡や原子間力顕微鏡などのように、微小な針形状
のプローブを試料に近接させて走査する顕微鏡において
は、その検出分解能がプローブによって左右されるた
め、使用によってプローブの先端が磨耗したり、試料等
によって埃の付着や汚れが生じたりすると、所定の性能
が得られなくなってしまう。また、強度的には弱いた
め、操作上のミスにより破損させてしまうことがある。
従って、そのような事態が生じた場合には、そのプロー
ブを新しいプローブと交換しなければならなくなる。

【００１１】そして、交換する場合の手順としては、
測定を止め、試料とプローブとを安全な距離まで離し
ておき、プローブを取り付けている固定機構を全体の
装置から取り外し、その後、固定機構からプローブを
外し、新しいプローブを取り付け、固定機構を再び
全体装置に取り付け、プローブと試料との距離を近づ
けてから測定に戻ることになる。既に述べたように、
プローブ自体は極めて小さいものであることから取扱い
が簡単ではない。その上に、このような手間と時間のか
かる交換作業を、試料の観察途中において行わざるを得
なくなった場合などには、その作業が非常に煩わしいも
のとなってしまい、特に、工場などのラインに導入して
いる場合には、生産効率に大きな影響を及ぼしてしまう
ことになる。

【００１２】従来の走査型近接場光学顕微鏡の取扱い上
におけるもう一つの問題点は、同一試料に対して種類の
異なる複数のプローブを使用して測定しなければならな
い場合に生じる。既に述べたように、走査型近接場光学
顕微鏡は、採用する技術手段の違いによって幾つかのタ
イプが存在しているが、同様に、それらに取り付けられ
るプローブの種類も、開口のあるプローブ、開口のない
金属製のプローブ、先端に蛍光色素を付けた機能性プロ
ーブなど、数多くのプローブが存在している。そして、
それらのプローブは、夫々、一長一短があるため、用途
や試料の種類によって使い分けをする必要がある。その
ため、研究機関で使用する場合などのように、１台の顕
微鏡によって幅広い対象物を測定したいと思うような場
合には、その都度、上記のようにして、種類の異なるプ
ローブを交換して最適なプローブを選択しなければなら
ず、極めて効率が悪いことになってしまう。

【００１３】また、試料とプローブの光学特性の違いに
よって検出感度が異なってしまうという実験例が、例え
ば、「微小突起型近接場光学顕微鏡」（片岡，遠藤；日
本光学会、近接場光学研究グループ第一回研究討論会予
稿集、pp.33-39；1994年 6月）によって知られている。
このことからも理解されるように、同じ種類のプローブ
であっても、観察する試料に適応した光学特性のプロー
ブを選んで使用しないと、所定の感度が得られない状態
で観察してしまうことになり、Ｓ／Ｎの悪い測定となっ
てしまう。従って、このような観点からも、複数のプロ
ーブを交換して最適なプローブを選択する必要がある
が、その場合においても、上記のようにして交換作業を
行うのでは極めて不都合である。

【００１４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的とするところは、予
め複数のプローブをセットしておくことのできる切換機
構を設けることにより、それらのプローブを、走査可能
状態に、択一的に切り換えて配置させることを可能にし
た走査型近接場光学顕微鏡を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、プローブと試料とを近接して配置し、
それらを試料の表面に対して略平行な方向に相対的に移
動させることによって試料の表面の近傍を走査し、該プ
ローブを介して得た光を検出器で検出することによって
試料の光学特性を測定するようにした走査型近接場光学
顕微鏡において、複数のプローブを同時にセットするこ
とのできる切換機構が備えられていて、該切換機構は、
それらのプローブを、走査可能状態に、択一的に切り換
えて配置させることが可能であるように構成する。ま
た、本発明の走査型近接場光学顕微鏡においては、好ま
しくは、走査可能状態にあるプローブと試料との対向間
隔を変えることのできる機構を備えていて、前記の切り
換えに際しては、該プローブと試料との対向間隔を大き
く空けておいてから、該プローブに代わって次に使用さ
れるプローブが走査可能状態に配置されるようにする。
更に、本発明の走査型近接場光学顕微鏡においては、好
ましくは、前記複数のプローブが検出特性の異なるプロ
ーブであって、前記切換機構が、それらのプローブを、
順次、切り換えて走査し、それらの測定結果によって試
料の材質を同定するようにする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１〜図
３に示した第１実施例と、図４及び図５に示した第１実
施例の二つの応用例と、図６に示した第２実施例とによ
って、順次、説明する。尚、これらの図面においては、
図７で説明した従来例の構成部と実質的に同じ構成部に
対して、同じ符号を付けてある。そのため、同じ構成部
についての説明は原則として省略する。

【００１７】先ず、図１〜図３を用いて第１実施例を説
明する。図１は本実施例の全体の構成図である。また、
図２はプローブを取り付けたアタッチメントを拡大して
示した斜視図であり、図３は複数のプローブと試料との
位置関係を平面的に示した説明図である。本実施例の構
成は、図１から分かるように、基本構成は図７に示した
従来例と同じであるが、プローブ切換機構１５を設けて
いる点で異なっている。このプローブ切換機構１５は、
固定部材１５ａとスライド部材１５ｂとで構成され、両
者はアリ溝で組み付けられていて、スライド部材１５ｂ
は、図示していないアクチュエータによって、固定部材
１５ａに対して矢印方向へスライドすることが可能にな
っている。

【００１８】また、スライド部材１５ｂには、ビスによ
って三つのアタッチメント１６が等間隔に取り付けられ
ている。これらのアタッチメント１６は、いずれも同じ
形状をしているが、そのうちの一つが図２に示されてい
る。図２は図１における下面を上側にして示したもので
あり、そこには既に説明したタッピングモード用として
の圧電体スキャナ１４を介してプローブ５が取り付けら
れている。更に、このアタッチメント１６には、スライ
ド部材１５ｂへの取付面に、圧電体スキャナ１４に対す
る通電用の二つの電極１６ａと、プローブ５の種類等を
判別するための四つの電極１６ｂが設けられている。

【００１９】具体的に図示していないが、アタッチメン
ト１６には配線が施されていて、上記した四つの電極１
６ｂを選択的に接続し、数種類の導通パターンが形成さ
れ得るようになっている。そして、スライド部材１５ｂ
には図示していない四つの接点が設けられていて、アタ
ッチメント１６がスライド部材１５ｂに取り付けられた
状態においては、電極１６ｂに接触し、それらの導通パ
ターンを電気的に読み取り得るようになっている。ま
た、導通パターンは、予めコンピュータ１０に登録され
ており、プローブ５の種類との対応も定められている。
そのため、検出された導通パターンから、プローブ５の
種類が自動的に判別され、どのような種類のプローブ５
で測定しているかをコンピュータ１０が認識できるよう
になっていて、更に、そのことをモニタ１１に表示でき
るようになっている。このことから、プローブ５の特性
を予め入力しておくことにより、測定データの解析が容
易となっている。

【００２０】次に、このような構成をした本実施例の切
り換え作動を説明する。図１及び図３においては、スラ
イド部材１５ｂに取り付けられた三つのプローブ５のう
ち、真ん中に取り付けられたプローブ５が走査可能状態
にあるが、この状態においては、走査用スキャナ４が、
試料１を載置している試料ステージ２を、図３の上下、
左右方向へ移動させることによって、プローブ５が、試
料１の近傍の光情報を連続して取り込めるようになって
いる。この状態から、他のプローブ５を走査可能状態に
切り換えるためには、図３における上下両端のどちらの
プローブ５に切り換えるのかを決めて、それをコンピュ
ータ１０に指示する。

【００２１】そこで、コンピュータ１０はコントローラ
９を制御し、先ず、走査用スキャナ４に装着されている
粗動装置を作動させて、図１において試料ステージ２を
下方へ移動させ、試料１とプローブ５の距離を充分に大
きく空けることによって、試料１とプローブ５の両方に
ダメージが与えられないようにする。次に、コントロー
ラ９は、プローブ切換機構１５のアクチュエータを作動
させて、スライド部材１５ｂを、図３において上方又は
下方へ移動させる。そして、アクチュエータはスライド
部材１５ｂが所定量移動した段階で停止する。スライド
部材１５ｂの移動が停止した後、コントローラ９は、再
び、走査用スキャナ４に装着されている粗動装置を作動
させ、今度は試料ステージ２を逆に移動させ、切り換え
られたプローブ５に試料１を近付け、所定の近接位置で
停止させる。この状態が、切り換えられたプローブ５を
用いて行う走査可能状態である。

【００２２】尚、本実施例においては複数のプローブ５
をスライド部材１５ｂに取り付け、そのスライド部材１
５ｂをリニアに移動させることによって、プローブ５の
切り換えを行っているが、本発明はこのような方式に限
定されず、他の方式、例えばターレット方式の切換機構
を採用するようにしても差し支えない。また、本実施例
においては、プローブの切り換えに際し、試料１とプロ
ーブ５の対向間隔を変えるのに、試料ステージ２を移動
させているが、逆に、プローブ切換機構１５に粗動装置
を装着し、プローブ５を、試料１の表面から垂直方向へ
移動させるようにしても差し支えない。

【００２３】更に、本実施例においは、複数の導通パタ
ーンを構成するために、アタッチメント１６に四つの電
極１６ｂを形成しているが、必要な導通パターン数に応
じて電極数を増減させても差し支えない。また、導通パ
ターン数を増やしたい場合には、電極数を増やさずに行
うことも可能であって、アタッチメント１６の配線にダ
イオード等を用い、導通に極性を持たせるようにしても
よいし、集積回路を内蔵させることによってもパターン
数を増やすことが可能となる。また、パターンの読み取
り方法は、本実施例のような接触式に限る必要はなく、
電極１６ｂの代わりに反射率の異なる標識を取り付け、
光学的に読み取るようにしても差し支えない。

【００２４】ここで、第１実施例の二つの応用例を、図
４及び図５を用いて簡単に説明しておく。走査型近接場
光学顕微鏡には、種々のタイプのものがあることは既に
述べたが、図４及び図５は、第１実施例で説明した走査
型近接場光学顕微鏡とは異なるタイプの走査型近接場光
学顕微鏡に本発明を適用した場合を概念的に示したもの
である。先ず、図４は、試料１を照射するための光源１
７を試料１の斜め上方に配置し、試料１から反射した光
をプローブ５が取り込むようにしたタイプのものに適用
した場合を示したものである。また、図５は、光源１８
から射出した光を、集光光学系６に配置されたビームス
プリッタ１９でプローブ５に導き、プローブ５から照射
され試料１から反射した光を、再びプローブ５に取り込
むようにしたタイプのものに適用した場合を示してい
る。その他の詳細については、第１実施例について説明
したことが、全て、これらの応用例についても適用され
ることになる。

【００２５】また、上記した第１実施例と二つの応用例
においては、図７に示した従来例との差異を分かり易く
するために、走査中に試料１の表面とプローブ５との距
離間隔を一定に保たせるための制御方式を、敢えて同じ
方式のものとして開示した。しかし、このような制御方
式は、本発明とは直接関係がないので、例えば、プロー
ブとして光ファイバ製のものなどを用い、プローブ５の
先端を試料と略平行方向に励振させ、その振幅等を検出
する所謂シアフォーカス検出方式を採用する場合には、
プローブ位置制御用光源１２から射出された光を、光フ
ァイバプローブ５の横から当てるようにし、その回折像
から試料１とプローブ５の距離間隔を制御するようにし
てもよい。また、その他、要求仕様に応じて種々の方式
を選択的に採用することが考えられる。

【００２６】次に、図６を用いて第２実施例を説明す
る。本実施例においては、試料１を照射するための光源
が二つ設けられている。即ち、第１実施例と同じように
して、光源３によって試料１を裏面側から照射すること
が可能になっている上に、更に、図４に示した応用例と
同じようにして、もう一つの光源１８から射出された光
が、ビームスプリッタ１９，プローブ５を介して試料１
を表面側から照射できるようになっている。そして、照
射後は、両方の光とも、試料１の表面の近傍でプローブ
５に取り込まれ、集光光学系６で集光され、ピンホール
７を通って光検出器８に検出され、そこで電気信号に変
換され、信号処理された後、最終的には近接場光学像と
してモニタ１１に表示されるようになっている。また、
光源１８とビームスプリッタ１９の間、及びピンホール
７と光検出器８の間には、夫々フィルタ２０，２１が挿
入可能になっている。更に、プローブ切換機構１５は、
第１実施例の場合と同じであり、且つ第１実施例の説明
においてプローブ切換機構１５について述べたことは、
本実施例においても適用される。

【００２７】本実施例は、このような構成をしているの
で、光源１８が白色光源の帯域を有する光源であった
り、多波長励起のレーザ光源などの場合には、プローブ
５を切り換えるに際して、手動で、又は切換作動に連動
して、所定のフィルタ２０を光路に挿入し、照明光の波
長を測定に適したものにすることが可能になっている。
また、プローブ切換機構１５に、開口プローブや散乱プ
ローブのほか、蛍光プローブが取り付けられていて、そ
れらを切り換えて使用したい場合があるが、試料１に対
する照射用の光源が一つの場合には、蛍光プローブを使
用するとき、蛍光プローブを励起するために光源を変え
る必要があるのに対して、本実施例においては光源が二
つ設けられているので、そのような場合、光源１８に加
え光源３を利用して照射するようにすることが可能にな
っている。そして、そのときには、フィルタ２１を挿入
することによって、蛍光プローブの蛍光だけを検出させ
たり、試料１の分光反射率等を測定できるようになって
いる。尚、フィルタ２１に代えて分光器を配置しても同
じことが可能となる。

【００２８】更に、本実施例によれば、一方の光源３の
みを用いた所謂透過型の走査型近接場光学顕微鏡方式に
よる測定と、他方の光源１８のみを用いた反射型の走査
型近接場光学顕微鏡方式による測定とを、切り換えて使
用することも可能になっている。従って、散乱プローブ
と開口プローブを切り換えて使用したいときには、不透
明な散乱プローブを使用する場合には光源３だけを用い
て測定し、また、開口プローブに切り換えた場合には、
光源１８だけを用いて測定するようにすることが可能で
ある。

【００２９】また、光源３を使用して試料１の裏面から
照射するようにした場合には、試料１への照射面積を、
回折限界によってナノメートル（ｎｍ）のオーダーまで
小さくすることができず、光をプローブ５に取り込むに
際してはバックノイズが生じ易いという問題があるが、
その反面、試料ステージ２の載置面に銀などを薄く蒸着
しておいて、光源３によって全反射を起こすように照射
し、表面プラズモン励起を生じさせるようにすると、試
料１の検出強度の変化等を測定することによって、試料
１の材質を判断するのに役立つ情報が得られる。

【００３０】そして、このような二つの光源の切り換え
は、手動で行うようにしても差し支えないが、第１実施
例の説明で詳しく述べたように、アタッチメント１６か
ら得られる情報によってプローブ５の種類を自動的に判
定することが可能であるから、走査可能状態に切り換え
られたプローブ５の情報に応じて、自動的に切り換えら
れるようにしておくことが好ましい。それによって、煩
瑣な手間を省くことができ、また、不注意による操作ミ
ス等を防止することができる。

【００３１】上記したように、各実施例及び各応用例の
説明からも分かるように、本発明は、予め複数のプロー
ブをセットしておき、測定に際しては、それらのプロー
ブを切り換えて使用できるようにしたことを特徴として
いる。また、検出特性の異なるプローブを切り換えて使
用することにより多面的な測定ができるようにしたこと
も特徴としている。

【００３２】本発明は、そのようにすることによって、
先ず、プローブを交換する手間が省け、効率化が図れ
る。即ち、従来のように、プローブを取り付けている固
定機構を、その都度、顕微鏡本体から取り外し、プロー
ブを交換してから、再度、取り付け直すというような、
面倒で時間のかかる作業が不要となり、また、その際に
生じるミスの発生を防止することができるようになる。
また、プローブの切り換えを自動的に行うようにするこ
とも容易である。その場合には、次のプローブを走査可
能状態に移動させることのみならず、その前後に、試料
とプローブとの間隔を空けたり接近させたりすることも
含めて、コンピュータ等によって制御するようにすると
好適である。

【００３３】通常、プローブを交換する必要性は、測定
中に分かることが多い。例えば、蛍光色素を付けたプロ
ーブなどは、期間の経過とともに蛍光発光強度が落ちて
くるが、形状等が変化するわけではないから、その退色
は、実際に測定に入ったときに判明するのが普通であ
る。また、プローブの磨耗や汚れの付着等もそうであ
る。本発明においては、このような場合に、切換機構を
作動させることによって、新しいプローブによる測定
に、スムーズに移行することが可能になる。

【００３４】このほかにも特殊な条件下で測定を行う場
合がある。例えば、超高真空下で測定を行う場合には、
プローブをその周辺の構成機構ごと真空チャンバーなど
の特殊な容器に入れておいて測定を行うが、本発明によ
れば、そのような場合でも、容器を開放することなく、
リモートコントロール式に、プローブを変えることが可
能になる。

【００３５】また、既に述べたように、試料とプローブ
の光学特性の違いによって、検出感度が異なることが知
られているため、最適なプローブを選択するためには、
複数のプローブを順番に使用してみて判定しなくてはな
らいが、本発明によれば、従来のようにして、いちいち
面倒な交換作業を行うことなく、判定作業が容易に行え
るから、Ｓ／Ｎを良好にするための測定検討が容易に行
えるようになる。

【００３６】更に、本発明によれば、既に判明している
プローブの光学特性と、測定データによる検出感度を比
較することによって、測定している試料の光学特性の推
定を容易に行うことが可能になる。プローブによって検
出された光は、試料の光学特性とプローブの光学特性の
差によって左右されるからである。その場合、光学特性
としては、先ず、誘電率や透磁率が考えられる。例え
ば、記録媒体などに用いられている金属薄膜等を観察し
てみると、鉄族と非鉄金属とでは透磁率が大きく異なる
ことが分かる。そのため、金属コートを施した金属製プ
ローブや誘電体プローブを使用する場合には、コーティ
ングされた金属の異なるプローブを使用して測定するこ
とにより、試料の材質差に適応した測定が可能になる。

【００３７】誘電率や透磁率のほかに、光学特性として
は屈折率が考えられる。各素材ごとの屈折率は、割合良
く調べられているため、測定した試料の屈折率から、そ
の試料を同定できる可能性が高い。一般的に、プローブ
の屈折率と試料の屈折率が近いと反射率が低くなるか
ら、材質によって屈折率の異なる複数のプローブを用意
しておき、それらを順次用いて検出強度を測定すれば、
試料の屈折率を推定でき、また、そのことから材質を推
定することができる。屈折率には、勿論、金属等に存す
る吸収作用も考慮させることができ、誘電体だけでな
く、金属の一般的な測定にも利用することができる。

【００３８】本発明によれば、プローブの切り換えが容
易になるだけではなく、切り換えに要する時間も従来よ
り短くなるので、試料の経時変化が大きいなど、ロスタ
イムを大きくとれない状況下での測定に有利となる。こ
のとき、測定に用いているプローブの種類を、コンピュ
ータ等によって認識可能にしておけば、後のデータ解析
が容易に行え、効率化が図れるようになる。そのように
するためには、各プローブ自身に、識別に必要な個別情
報を付与しておくのが好ましいが、既に述べたように、
プローブ自身は極めて小さいものであるから、実際に
は、そのようにすることが、なかなか難しい。他方、そ
のように小さなプローブを直接、切換機構に取り付ける
ようにした場合にも、その着脱作業は極めて難しいもの
となる。

【００３９】そこで、本発明を実施するに際しては、上
記の実施例に示したように、予めプローブをアタッチメ
ントに取り付けておき、アタッチメントごと切換機構に
着脱するようにすれば、着脱作業が容易となるばかりで
なく、プローブの識別情報をアタッチメントに付与する
ことが可能となり、好適となる。従って、そのようにし
た場合には、どのアタッチメントに、どの種類のプロー
ブが取り付けられているかを、予めコンピュータに入力
しておくことにより、以後、測定に使用されるプローブ
が、どの種類のプローブであるかを、切り換え時に自動
的に認識することが可能となる。

【００４０】また、機能性プローブとしては、先端に蛍
光色素を塗布した蛍光プローブが知られているが、本発
明は、このプローブを用いて測定するのにも適してい
る。この蛍光プローブを用いる場合には、光源からの照
射光の波長と蛍光の波長が異なるために、光学フィルタ
等によって照明光成分をカットすることにより、検出信
号のＳ／Ｎを良好にすることが可能になる。また、この
蛍光プローブの場合には、蛍光色素が退色するが、本発
明によれば、不適当と判断された場合には直ちに新しい
プローブと切り換えることが可能である。

【００４１】更に、この蛍光プローブは、試料の測定部
位にプローブが近接したとき、蛍光発光のエネルギーが
試料側に移動するが、その移動するエネルギー量は、材
質の光学特性によって変化するので、そのような特色を
利用した計測が、今後、有望視されている。そこで、蛍
光色素が夫々異なる複数の蛍光プローブを用いて測定す
るようにれば、上記したエネルギーの移動現象の差によ
る発光強度の違いから、物質を特定することが可能にな
る。本発明によれば、そのような測定も好適に行うこと
が可能である。

【００４２】また、本発明は、光学材質的な特性からプ
ローブを切り換えるだけではなく、形状が異なる複数の
プローブを、切り換えて使用する場合にも有利となる。
例えば、開口プローブにおいては、開口径の小さいもの
は、分解能は良いが検出光量は少ない。それに対して、
開口径の大きいものは、分解能では劣るが光量的には有
利となる。同じようなことは、開口プローブの先端の円
錐角の大小についても言え、円錐角の大きいプローブ
は、光量損失が小さいが、深い溝などの構造物では走査
し難く、また、円錐角の小さなプローブは、走査し易い
が光量損失が大きい。従って、現在、走査型近接場光学
顕微鏡を利用した半導体リソグラフィー等が研究されて
いるが、その場合には、本発明を適用してプローブを適
時切り換えて使用することを可能にし、露光にはパワー
の大きい開口径の比較的大きいプローブや円錐角の大き
いプローブを用い、検査には開口径の小さな高分解能検
出用のプローブや円錐角の小さなプローブを用いるよう
にすれば、一台の装置で製作と検査の両方を行えるよう
にすることが可能になる。

【００４３】更に、本発明は、プローブの切り換えに同
期して、使用する光源の種類（波長，強度，分光特性な
ど）も切り換えられるようにしておくと有利になる。そ
れによって、蛍光プローブによる観察と、他の波長によ
って行う開口プローブによる観察とが、従来よりも容易
に行えるようになる。そして、このような光源の切り換
えは、コンピュータによって、プローブと光源の組合せ
をプログラミングできるようにしておくと、更に測定の
効率化を図ることが可能になる。

【００４４】以上説明したことからも明らかなように、
以下に示す構成も本発明の特徴である。（１）プローブの切り換えと連動させて光源の種類を変
更させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に
記載の走査型近接場光学顕微鏡。（２）切り換えたプローブの種類を認識する機構を備え
ていることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査型
近接場光学顕微鏡。（３）切り換えたプローブの種類を認識する機構は、該
プローブの種類に対応させることができる情報を該プロ
ーブを取り付けるアタッチメントに備えていることを特
徴とする上記（２）に記載の走査型近接場光学顕微鏡。（４）アタッチメントの情報は装着時に自動的に読み取
られるようにしたことを特徴とする上記（３）に記載の
走査型近接場光学顕微鏡。（５）切り換えたプローブの種類を認識したデータに基
づいて、光源の種類を、プローブの切り換えと連動させ
て切り換える機構が備えら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学顕微鏡。（６）プローブと光源との組合せを、複数の試料に対し
て記憶させておく機構が備えられていることを特徴とす
る上記（１）又は（５）に記載の走査型近接場光学顕微
鏡。（７）複数のプローブは、検出特性の異なるプローブで
あることを特徴とする請求項１もしくは２、又は上記
（１）〜（６）の何れかに記載の走査型近接場光学顕微
鏡。（８）検出特性とは光学特性によるものであることを特
徴とする上記（７）に記載の走査型近接場光学顕微鏡。（９）光学特性とは透磁率によるものであることを特徴
とする上記（８）に記載の走査型近接場光学顕微鏡。（１０）光学特性とは屈折率によるものであることを特
徴とする上記（８）に記載の走査型近接場光学顕微鏡。（１１）検出特性とはプローブに塗布又は含有させた蛍
光色素によるものであることを特徴とする上記（７）に
記載の走査型近接場光学顕微鏡。（１２）検出特性とはプローブ形状によるものであるこ
とを特徴とする上記（７）に記載の走査型近接場光学顕
微鏡。（１３）プローブ形状とはプローブの開口径であること
を特徴とする上記（１２）に記載の走査型近接場光学顕
微鏡。（１４）プローブ形状とはプローブの円錐角であること
を特徴とする上記（１２）に記載の走査型近接場光学顕
微鏡。（１５）検出特性の異なる複数のプローブで順次測定し
た結果から試料の材質を同定するするようにしたことを
特徴とする上記（７）〜（１１）の何れかに記載の走査
型近接場光学顕微鏡。

【００４５】

【発明の効果】上記のように、本発明は、複数のプロー
ブを、切換機構によって、走査可能状態に択一的に切り
換えることを可能にしたから、試料の観察中に所望のプ
ローブを短時間で確実に使用可能状態とすることが可能
となり、測定が効率的に行えるという効果を有する。ま
た、切換機構に、予め、異なる特性の複数のプローブを
取り付けておくようにすれば、特定の試料に対して、測
定条件の異なる計測が簡便に行えるようになる。更に、
予め、必要な条件をコンピュータ等に記憶させておくこ
とにより、プローブの切り換えに連動して光源を切り換
えて測定することも可能となり、測定方法の幅を更に広
げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の全体の構成図である。

【図２】図１に示されているアタッチメントの斜視図で
あり、プローブを取り付けた状態で示してある。

【図３】図１における複数のプローブと試料との位置関
係を平面的に示した説明図である。

【図４】第１実施例の応用例の構成図である。

【図５】第１実施例の他の応用例の構成図である。

【図６】第２実施例の構成図である。

【図７】従来例の構成図である。

【符号の説明】

１試料２試料ステージ３，１７，１８光源４走査用スキャナ５プローブ６集光光学系７ピンホール８光検出器９コントローラ１０コンピュータ１１モニタ１２プローブ位置制御用光源１３プローブ位置制御用検出器１４圧電体スキャナ１５プローブ切換機構１５ａ固定部材１５ｂスライド部材１６アタッチメント１６ａ，１６電極１９ビームスプリッタ２０，２１フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プローブと試料とを近接して配置し、そ
れらを試料の表面に対して略平行な方向に相対的に移動
させることによって試料の表面の近傍を走査し、該プロ
ーブを介して得た光を検出器で検出することによって試
料の光学特性を測定するようにした走査型近接場光学顕
微鏡において、複数のプローブを同時にセットすること
のできる切換機構が備えられていて、該切換機構は、そ
れらのプローブを、走査可能状態に、択一的に切り換え
て配置させることが可能であるようにしたことを特徴と
する走査型近接場光学顕微鏡。
【請求項２】走査可能状態にあるプローブと試料との
対向間隔を変えることのできる機構を備えていて、前記
の切り換えに際しては、該プローブと試料との対向間隔
を大きく空けておいてから、該プローブに代わって次に
使用されるプローブが走査可能状態に配置されるように
したことを特徴とする請求項１に記載の走査型近接場光
学顕微鏡。
【請求項３】前記複数のプローブが検出特性の異なる
プローブであって、前記切換機構が、それらのプローブ
を、順次、切り換えて走査し、それらの測定結果によっ
て試料の材質を同定するようにしたことを特徴とする請
求項１に記載の走査型近接場光学顕微鏡。