JPH1151863A - 屈折率測定方法および微細表面観察装置 - Google Patents
屈折率測定方法および微細表面観察装置Info
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- JPH1151863A JPH1151863A JP9209370A JP20937097A JPH1151863A JP H1151863 A JPH1151863 A JP H1151863A JP 9209370 A JP9209370 A JP 9209370A JP 20937097 A JP20937097 A JP 20937097A JP H1151863 A JPH1151863 A JP H1151863A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 屈折率の測定における吸光率などの影響を低
減する。 【解決手段】 試料３およびプローブ４の間隔に変調を
与え、プローブ４の先端でのエバネッセント光の強度を
光検出器８で計測し、当該計測した強度の変調周波数、
および、その高調波で変化する成分をロックインアンプ
９、および、ロックインアンプ１０により検出し、検出
された２つの成分の比を演算装置１１により求め、求め
た比に基づいてコンピュータ１２により屈折率を求め
る。
減する。 【解決手段】 試料３およびプローブ４の間隔に変調を
与え、プローブ４の先端でのエバネッセント光の強度を
光検出器８で計測し、当該計測した強度の変調周波数、
および、その高調波で変化する成分をロックインアンプ
９、および、ロックインアンプ１０により検出し、検出
された２つの成分の比を演算装置１１により求め、求め
た比に基づいてコンピュータ１２により屈折率を求め
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、試料の屈折率を測
定するための屈折率測定方法および微細表面観察装置に
係り、特に、観察に用いる光の波長以下の高空間分解能
で試料の屈折率を測定するための、屈折率測定方法およ
び微細表面観察装置に係る。
定するための屈折率測定方法および微細表面観察装置に
係り、特に、観察に用いる光の波長以下の高空間分解能
で試料の屈折率を測定するための、屈折率測定方法およ
び微細表面観察装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】光学顕微鏡の分解能は、観察光の波長に
よって制限される。近年、この制限を大きく越える分解
能で試料の観察を行うことができる顕微鏡として、走査
型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型トンネル顕微
鏡、原子間力顕微鏡、走査型近接場光学顕微鏡などの各
種の顕微鏡の開発が行われている。これらのうち、走査
型近接場光学顕微鏡は、試料の光学的特性を測定するこ
とができる唯一のものである。
よって制限される。近年、この制限を大きく越える分解
能で試料の観察を行うことができる顕微鏡として、走査
型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型トンネル顕微
鏡、原子間力顕微鏡、走査型近接場光学顕微鏡などの各
種の顕微鏡の開発が行われている。これらのうち、走査
型近接場光学顕微鏡は、試料の光学的特性を測定するこ
とができる唯一のものである。
【０００３】走査型近接場顕微鏡は、試料の表面に形成
されたエバネッセント光の強度分布を計測することによ
り、試料表面の微細な構造を観察する。このエバネッセ
ント光の強度は、試料表面の起伏形状、試料の光学的特
性、例えば、吸光度、屈折率、反射率に依存する。この
性質を用いて、走査型近接場顕微鏡を用いて試料の屈折
率を測定することが行われている。このとき、試料の起
伏形状による測定の影響を避けるための技術として、例
えば、特開平5-99641に記載される技術が知られてい
る。この技術は、試料表面に発生させたエバネッセント
光の強度を、試料とプローブとの間の距離を一定に保っ
た状態で行うものである。これにより、検出されるエバ
ネッセント光の強度変化を、試料の光学的特性によるも
のと特定することができる。従って、試料の微細な領域
における光学的特性を試料の起伏形状と区別して測定す
ることが可能である。
されたエバネッセント光の強度分布を計測することによ
り、試料表面の微細な構造を観察する。このエバネッセ
ント光の強度は、試料表面の起伏形状、試料の光学的特
性、例えば、吸光度、屈折率、反射率に依存する。この
性質を用いて、走査型近接場顕微鏡を用いて試料の屈折
率を測定することが行われている。このとき、試料の起
伏形状による測定の影響を避けるための技術として、例
えば、特開平5-99641に記載される技術が知られてい
る。この技術は、試料表面に発生させたエバネッセント
光の強度を、試料とプローブとの間の距離を一定に保っ
た状態で行うものである。これにより、検出されるエバ
ネッセント光の強度変化を、試料の光学的特性によるも
のと特定することができる。従って、試料の微細な領域
における光学的特性を試料の起伏形状と区別して測定す
ることが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のよう
に、エバネッセント光の強度は、屈折率以外の光学的特
性（吸光度、反射率など）によっても変化する。このた
め、従来の技術を適用した測定では、計測されたエバネ
ッセント光の強度変化が、試料の屈折率分布に起因する
ものなのか、それ以外の光学的特性の分布に起因するも
のなのかを区別することは困難である。
に、エバネッセント光の強度は、屈折率以外の光学的特
性（吸光度、反射率など）によっても変化する。このた
め、従来の技術を適用した測定では、計測されたエバネ
ッセント光の強度変化が、試料の屈折率分布に起因する
ものなのか、それ以外の光学的特性の分布に起因するも
のなのかを区別することは困難である。
【０００５】本発明では、試料の局所的な屈折率を他の
光学的特性と区別して測定できる屈折率測定方法および
微細表面観察装置を提供することを目的とする。
光学的特性と区別して測定できる屈折率測定方法および
微細表面観察装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の態様によれば、試料の屈折率を測定
するための屈折率測定方法において、試料の表面から測
定点までの距離を予め定められた変調周波数で変化させ
た状態で、試料の表面近傍に発生するエバネッセント光
の強度を測定し、前記測定される強度の、前記変調周波
数に対する高調波成分の次数ごとの比に基づいて試料の
屈折率を求めることを特徴とする屈折率測定方法が提供
される。
に、本発明の第１の態様によれば、試料の屈折率を測定
するための屈折率測定方法において、試料の表面から測
定点までの距離を予め定められた変調周波数で変化させ
た状態で、試料の表面近傍に発生するエバネッセント光
の強度を測定し、前記測定される強度の、前記変調周波
数に対する高調波成分の次数ごとの比に基づいて試料の
屈折率を求めることを特徴とする屈折率測定方法が提供
される。
【０００７】本発明の第２の態様によれば、試料の屈折
率を測定するための屈折率測定方法において、試料の表
面近傍にエバネッセント光を発生させる条件で、試料台
に光を照射し、試料の表面に向けて振動させながら、プ
ローブを試料の表面に近接させ、エバネッセント光を前
記プローブ先端で散乱した散乱光の強度を測定し、前記
測定した強度のうち、前記プローブを振動させている周
波数における周波数成分、および、予め定められた次数
の高調波成分を検出し、前記検出した成分同士の比を求
め、当該求めた比から試料の屈折率を求めることを特徴
とする屈折率測定方法が提供される。
率を測定するための屈折率測定方法において、試料の表
面近傍にエバネッセント光を発生させる条件で、試料台
に光を照射し、試料の表面に向けて振動させながら、プ
ローブを試料の表面に近接させ、エバネッセント光を前
記プローブ先端で散乱した散乱光の強度を測定し、前記
測定した強度のうち、前記プローブを振動させている周
波数における周波数成分、および、予め定められた次数
の高調波成分を検出し、前記検出した成分同士の比を求
め、当該求めた比から試料の屈折率を求めることを特徴
とする屈折率測定方法が提供される。
【０００８】本発明の第３の態様によれば、試料の表面
を観察するための微細表面観察装置において、試料を載
置するための試料台と、前記試料台に、当該試料台に載
置された試料の表面にエバネッセント光を発生させるよ
うに光を照射するための光源と、前記エバネッセント光
を散乱させるためのプローブと、前記プローブを試料台
に向けて振動させた状態で支持するための支持機構と、
前記プローブによってエバネッセント光が散乱された散
乱光の強度を測定するための光検出器と、前記検出した
散乱光の強度から、前記プローブが振動させられる周波
数で変化する第１の成分を検出するための第１の検出手
段と、前記検出した散乱光の強度から、前記プローブが
振動させられる周波数の予め定められた次数の高調波成
分で変化する第２の成分を検出するための第２の検出手
段と、前記第１の成分と前記第２の成分との比を求め、
求めた比から屈折率を求めるための演算手段とを備える
ことを特徴とする微細表面観察装置が提供される。
を観察するための微細表面観察装置において、試料を載
置するための試料台と、前記試料台に、当該試料台に載
置された試料の表面にエバネッセント光を発生させるよ
うに光を照射するための光源と、前記エバネッセント光
を散乱させるためのプローブと、前記プローブを試料台
に向けて振動させた状態で支持するための支持機構と、
前記プローブによってエバネッセント光が散乱された散
乱光の強度を測定するための光検出器と、前記検出した
散乱光の強度から、前記プローブが振動させられる周波
数で変化する第１の成分を検出するための第１の検出手
段と、前記検出した散乱光の強度から、前記プローブが
振動させられる周波数の予め定められた次数の高調波成
分で変化する第２の成分を検出するための第２の検出手
段と、前記第１の成分と前記第２の成分との比を求め、
求めた比から屈折率を求めるための演算手段とを備える
ことを特徴とする微細表面観察装置が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。
実施の形態について説明する。
【００１０】先ず、図１を参照して、本発明の第１の実
施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
【００１１】図１において、本実施の形態における微細
表面観察装置は、試料３を載置するための試料台２と、
前記試料台２の試料３が載置されている面で全反射する
ように、前記試料台２に光を照射するための光源１と、
前記試料３の表面近傍に発生したエバネッセント光を伝
搬光に変換するためのプローブ４と、前記プローブ４を
前記試料３に向けて振動させるための振動機構５と、前
記振動機構５を駆動するための発振器６と、前記試料台
２を前記プローブ４の先端に対して３次元的に相対移動
するための走査装置７と、前記プローブ４で伝搬光に変
換された光の強度を計測するための光検出器８と、前記
光検出器８で計測された光の強度のうち、前記発振器６
が駆動する周波数における第１の変化成分を検出するた
めのロックインアンプ９と、前記光検出器８で計測され
た光の強度のうち、前記発振器６が駆動する周波数の高
調波における第２の変化成分を検出するためのロックイ
ンアンプ１０と、前記検出された第１の変化成分および
第２の変化成分の比を求めるための演算装置１１と、前
記求められた比に基づいて屈折率を求め、かつ、装置全
体を制御するためのコンピュータ１２とを有して構成さ
れる。なお、演算装置１１を用いる代わりに、ロックイ
ンアンプ９および１０のそれぞれからの出力をコンピュ
ータ１２に入力し、コンピュータ１２で比をとる演算を
行うこともできる。
表面観察装置は、試料３を載置するための試料台２と、
前記試料台２の試料３が載置されている面で全反射する
ように、前記試料台２に光を照射するための光源１と、
前記試料３の表面近傍に発生したエバネッセント光を伝
搬光に変換するためのプローブ４と、前記プローブ４を
前記試料３に向けて振動させるための振動機構５と、前
記振動機構５を駆動するための発振器６と、前記試料台
２を前記プローブ４の先端に対して３次元的に相対移動
するための走査装置７と、前記プローブ４で伝搬光に変
換された光の強度を計測するための光検出器８と、前記
光検出器８で計測された光の強度のうち、前記発振器６
が駆動する周波数における第１の変化成分を検出するた
めのロックインアンプ９と、前記光検出器８で計測され
た光の強度のうち、前記発振器６が駆動する周波数の高
調波における第２の変化成分を検出するためのロックイ
ンアンプ１０と、前記検出された第１の変化成分および
第２の変化成分の比を求めるための演算装置１１と、前
記求められた比に基づいて屈折率を求め、かつ、装置全
体を制御するためのコンピュータ１２とを有して構成さ
れる。なお、演算装置１１を用いる代わりに、ロックイ
ンアンプ９および１０のそれぞれからの出力をコンピュ
ータ１２に入力し、コンピュータ１２で比をとる演算を
行うこともできる。
【００１２】前記プローブ４としては、先端が鋭く尖っ
ているものを用いることにより、試料の微細な領域にお
ける屈折率を測定することができる。例えば、先端の曲
率半径を波長以下とすることができる。このようなプロ
ーブ４としては、先端を鋭く尖らせた光ファイバー、走
査型トンネル顕微鏡で用いられるプローブ、原子間力顕
微鏡で用いられるカンチレバー、先端に光検出器を設け
たカンチレバー、先端に蛍光物質、非線形光学物質など
を設けたプローブなどを利用することができる。
ているものを用いることにより、試料の微細な領域にお
ける屈折率を測定することができる。例えば、先端の曲
率半径を波長以下とすることができる。このようなプロ
ーブ４としては、先端を鋭く尖らせた光ファイバー、走
査型トンネル顕微鏡で用いられるプローブ、原子間力顕
微鏡で用いられるカンチレバー、先端に光検出器を設け
たカンチレバー、先端に蛍光物質、非線形光学物質など
を設けたプローブなどを利用することができる。
【００１３】前記振動機構５は、プローブ４の先端と、
試料３との距離を、発振器６から与えられる信号波形に
応じて変化させるためのものである。すなわち、発振器
６が予め定められた周波数の交流信号を発振するとき、
これに応じてプローブ４を前記予め定められた周波数
で、試料３に向けて振動させる。より具体的には、試料
３の表面に垂直な方向に、プローブ４を振動させる。こ
のとき、試料３の表面の各点における法線方向が容易に
定められない場合には、試料３の表面が、概ね試料台２
の試料３を載置する面（試料載置面）と平行とみなし
て、試料載置面に垂直な方向に、プローブ４を振動させ
ることができる。
試料３との距離を、発振器６から与えられる信号波形に
応じて変化させるためのものである。すなわち、発振器
６が予め定められた周波数の交流信号を発振するとき、
これに応じてプローブ４を前記予め定められた周波数
で、試料３に向けて振動させる。より具体的には、試料
３の表面に垂直な方向に、プローブ４を振動させる。こ
のとき、試料３の表面の各点における法線方向が容易に
定められない場合には、試料３の表面が、概ね試料台２
の試料３を載置する面（試料載置面）と平行とみなし
て、試料載置面に垂直な方向に、プローブ４を振動させ
ることができる。
【００１４】次に、同じく図１を参照して、本発明を適
用した屈折率測定の原理について説明する。
用した屈折率測定の原理について説明する。
【００１５】試料台２の試料３が載置されている面で全
反射するように、光源１から試料台２に光を照射する
と、試料３の表面近傍にエバネッセント光が発生する。
試料３の表面からの高さｚにおけるエバネッセント光の
強度Ｉは、次の（１）式のように表される。
反射するように、光源１から試料台２に光を照射する
と、試料３の表面近傍にエバネッセント光が発生する。
試料３の表面からの高さｚにおけるエバネッセント光の
強度Ｉは、次の（１）式のように表される。
【００１６】 Ｉ＝Ｉ0ｅｘｐ［−４πｚ／λ√（ｎ2ｓｉｎ2θ−１）］ …（１） ここで、Ｉ0は、入射光の強度、λは入射光の波長、ｎ
は、試料３の屈折率、θは、入射角を表す。
は、試料３の屈折率、θは、入射角を表す。
【００１７】（１）式により、エバネッセント光の強度
Ｉは、試料３の屈折率に依存することが示される。しか
し、試料に吸収がある場合には、入射光強度Ｉ0は、試
料３の透過率を乗じた値となり、エバネッセント光の強
度Ｉに影響を与える。
Ｉは、試料３の屈折率に依存することが示される。しか
し、試料に吸収がある場合には、入射光強度Ｉ0は、試
料３の透過率を乗じた値となり、エバネッセント光の強
度Ｉに影響を与える。
【００１８】ここで、 ｆ（ｎ）＝−４π／λ√（ｎ2ｓｉｎ2θ−１） …（２） とおくと、（１）式は、 Ｉ＝Ｉ0ｅｘｐ［ｆ（ｎ）ｚ］ …（３） とかくことができる。
【００１９】このエバネッセント光の強度Ｉを測定する
ために、プローブ４をエバネッセント光が検出できる位
置ｚ0まで接近させる。
ために、プローブ４をエバネッセント光が検出できる位
置ｚ0まで接近させる。
【００２０】次に、ｚ0を中心として、試料に対して垂
直方向にプローブ４を振動させる。このとき、ｚは、 ｚ＝ｚ0＋ａ・ｓｉｎ ｗｔ …（４） で与えられる。ここで、ａは、振動の振幅、ｗは、振動
の角周波数、ｔは、時間を表す。このとき、振動の振幅
ａは、ｆ（ｎ）より小さいことが望ましい。なお、この
場合、測定されるエバネッセント光の強度は、 Ｉ＝Ｉ0ｅｘｐ［ｆ（ｎ）（ｚ0＋ａ・ｓｉｎ ｗｔ）］ …（５） となる。ここで、ｅｘｐ［ｆ（ｎ）（ｚ0＋ａ・ｓｉｎ
ｗｔ）］を振動の振幅ａについて展開すると、 ｅｘｐ［ｆ（ｎ）（ｚ0＋ａ・ｓｉｎ ｗｔ）］ ＝（１＋ｆ（ｎ）ａ・ｓｉｎ ｗｔ＋（ｆ（ｎ））2／２ａ2・ｓｉｎ2ｗｔ＋…） ×ｅｘｐ［ｆ（ｎ）ｚ0］ …（６） ここで、ｓｉｎ2ｗｔ＝（１−ｃｏｓ２ｗｔ）／２が成
立するから、エバネッセント光の強度Ｉは、ｗで振動す
る成分と、２ｗで振動する成分と、さらに高調波の成分
と有することが示される。
直方向にプローブ４を振動させる。このとき、ｚは、 ｚ＝ｚ0＋ａ・ｓｉｎ ｗｔ …（４） で与えられる。ここで、ａは、振動の振幅、ｗは、振動
の角周波数、ｔは、時間を表す。このとき、振動の振幅
ａは、ｆ（ｎ）より小さいことが望ましい。なお、この
場合、測定されるエバネッセント光の強度は、 Ｉ＝Ｉ0ｅｘｐ［ｆ（ｎ）（ｚ0＋ａ・ｓｉｎ ｗｔ）］ …（５） となる。ここで、ｅｘｐ［ｆ（ｎ）（ｚ0＋ａ・ｓｉｎ
ｗｔ）］を振動の振幅ａについて展開すると、 ｅｘｐ［ｆ（ｎ）（ｚ0＋ａ・ｓｉｎ ｗｔ）］ ＝（１＋ｆ（ｎ）ａ・ｓｉｎ ｗｔ＋（ｆ（ｎ））2／２ａ2・ｓｉｎ2ｗｔ＋…） ×ｅｘｐ［ｆ（ｎ）ｚ0］ …（６） ここで、ｓｉｎ2ｗｔ＝（１−ｃｏｓ２ｗｔ）／２が成
立するから、エバネッセント光の強度Ｉは、ｗで振動す
る成分と、２ｗで振動する成分と、さらに高調波の成分
と有することが示される。
【００２１】簡単のため、以下の説明では、２ｗで振動
する成分までを記すことにする。すると、エバネッセン
ト光の強度Ｉは、近似的に、次の（７）式のように表さ
れる。
する成分までを記すことにする。すると、エバネッセン
ト光の強度Ｉは、近似的に、次の（７）式のように表さ
れる。
【００２２】 Ｉ≒Ｉ0ｅｘｐ［ｆ（ｎ）ｚ0］｛１＋ｆ（ｎ）ａ・ｓｉｎ ｗｔ−（ｆ（ｎ） ）2／４ａ2・ｃｏｓ２ｗｔ｝ …（７） ここで、プローブ４を振動させる周波数ｗと同じ周波数
の信号をＳwとおき、その２倍の周波数２ｗの信号をＳ
2wとおくと、これらの比は、次の（８）式のようにな
る。
の信号をＳwとおき、その２倍の周波数２ｗの信号をＳ
2wとおくと、これらの比は、次の（８）式のようにな
る。
【００２３】 Ｓ2w／Ｓw＝ｆ（ｎ）ａ／４ …（８） （８）式におけるｆ（ｎ）は、入射光強度Ｉ0に依存し
ない。このため、試料３の吸光度に依存せず、屈折率の
情報だけを与える。
ない。このため、試料３の吸光度に依存せず、屈折率の
情報だけを与える。
【００２４】従って、本発明を適用して屈折率を測定す
ることにより、試料に吸収の影響を受けずに、微細な領
域における屈折率の測定を行うことができる。
ることにより、試料に吸収の影響を受けずに、微細な領
域における屈折率の測定を行うことができる。
【００２５】すなわち、光検出器６によって計測された
光の強度のうち、プローブ４を振動させる周波数ｗで変
化する第１の成分Ｓw、および、その高調波（ｗの整数
倍、ここでは、周波数２ｗを考える）で変化する第２の
成分Ｓ2wは、ロックインアンプ９，１０により検出する
ことができる。また、入射角θおよびプローブ４の振動
振幅ａは既知であるから、前記（８）式および（２）式
を順次用いて屈折率を求めることができる。
光の強度のうち、プローブ４を振動させる周波数ｗで変
化する第１の成分Ｓw、および、その高調波（ｗの整数
倍、ここでは、周波数２ｗを考える）で変化する第２の
成分Ｓ2wは、ロックインアンプ９，１０により検出する
ことができる。また、入射角θおよびプローブ４の振動
振幅ａは既知であるから、前記（８）式および（２）式
を順次用いて屈折率を求めることができる。
【００２６】なお、ここでは、プローブ４が振動する周
波数の基本波および第２次高調波の比に基づいて屈折率
を求めているが、対象とする高調波の次数はこれに限ら
ない。ただし、高次になるほど検出される成分の強度が
小さくなるので、低次の成分を対象とすることが好まし
い。
波数の基本波および第２次高調波の比に基づいて屈折率
を求めているが、対象とする高調波の次数はこれに限ら
ない。ただし、高次になるほど検出される成分の強度が
小さくなるので、低次の成分を対象とすることが好まし
い。
【００２７】なお前述のように、２つの成分についての
比によって屈折率を決めることができるが、２つ以上の
成分の検出を行い、フィッティングを行ってもよい。こ
れにより、光検出器６の周波数応答の非線形性などによ
る誤差を低減することができる。
比によって屈折率を決めることができるが、２つ以上の
成分の検出を行い、フィッティングを行ってもよい。こ
れにより、光検出器６の周波数応答の非線形性などによ
る誤差を低減することができる。
【００２８】次に、同じく図１を参照して、本実施の形
態における屈折率測定の手順について説明する。
態における屈折率測定の手順について説明する。
【００２９】光源１から出射された光は、試料台２の側
面から入射する。試料台２は、側面から入射した光が、
試料３が載置されている面で全反射するように設計され
ている。試料３は、光源１から出射された光で照射さ
れ、その表面近傍にエバネッセント光が形成されてい
る。発振器６の信号で駆動される振動機構５で、プロー
ブ４を試料３の面に対して垂直方向に振動させる。プロ
ーブ４で散乱されたエバネッセント光を光検出器７で検
出する。光検出器７からの信号のうち、発振器６で振動
機構５に加えている周波数の基本波成分の信号をロック
インアンプ９で、２倍の周波数成分の信号をロックイン
アンプ１０で同期検出する。ロックインアンプ９および
１０からの出力を演算装置１１に入力し、両者の比をと
る。コンピュータ１２は、走査装置７の制御を行い、プ
ローブ４の位置と、演算装置１１からの信号を記録し、
試料の屈折率分布を表示する。
面から入射する。試料台２は、側面から入射した光が、
試料３が載置されている面で全反射するように設計され
ている。試料３は、光源１から出射された光で照射さ
れ、その表面近傍にエバネッセント光が形成されてい
る。発振器６の信号で駆動される振動機構５で、プロー
ブ４を試料３の面に対して垂直方向に振動させる。プロ
ーブ４で散乱されたエバネッセント光を光検出器７で検
出する。光検出器７からの信号のうち、発振器６で振動
機構５に加えている周波数の基本波成分の信号をロック
インアンプ９で、２倍の周波数成分の信号をロックイン
アンプ１０で同期検出する。ロックインアンプ９および
１０からの出力を演算装置１１に入力し、両者の比をと
る。コンピュータ１２は、走査装置７の制御を行い、プ
ローブ４の位置と、演算装置１１からの信号を記録し、
試料の屈折率分布を表示する。
【００３０】（実施例１）次に、図１を参照して、本発
明の第１の実施例について説明する。
明の第１の実施例について説明する。
【００３１】図１の配置において、光源１として、波長
が６７０ｎｍの半導体レーザーを、試料台２としてプリ
ズムを、プローブ４として、化学エッチングにより先端
を尖らせ、金属コーティングを施した光ファイバーを用
いた。
が６７０ｎｍの半導体レーザーを、試料台２としてプリ
ズムを、プローブ４として、化学エッチングにより先端
を尖らせ、金属コーティングを施した光ファイバーを用
いた。
【００３２】振動機構５として、ピエゾ圧電素子を用
い、発振器で１ｋＨｚの周波数で振動させた。
い、発振器で１ｋＨｚの周波数で振動させた。
【００３３】光検出器８として光電子増倍管を用い、光
ファイバープローブ先端で散乱されたエバネッセント光
を検出した。
ファイバープローブ先端で散乱されたエバネッセント光
を検出した。
【００３４】光電子増倍管からの出力信号を、発振器か
らの基本波（１ｋＨｚ）と、第２高調波（２ｋＨｚ）と
をそれぞれ参照信号として、２台のロックインアンプで
それぞれ同期検波した。
らの基本波（１ｋＨｚ）と、第２高調波（２ｋＨｚ）と
をそれぞれ参照信号として、２台のロックインアンプで
それぞれ同期検波した。
【００３５】演算装置１１として、除算回路を用い、ロ
ックインアンプ９および１０のそれぞれからの出力の比
を求める除算を行い、その出力をコンピュータに入力す
ることにより、試料の屈折率分布を表示した。
ックインアンプ９および１０のそれぞれからの出力の比
を求める除算を行い、その出力をコンピュータに入力す
ることにより、試料の屈折率分布を表示した。
【００３６】（実施例２）次に、図２を参照して、本発
明の第２の実施例について説明する。本実施例における
微細表面観察装置は、プローブとして原子間力顕微鏡の
カンチレバーを用いる。
明の第２の実施例について説明する。本実施例における
微細表面観察装置は、プローブとして原子間力顕微鏡の
カンチレバーを用いる。
【００３７】本実施例における微細表面観察装置は、第
１の実施の形態における微細表面観察装置と主な構成は
同様であるので、ここでは相違点を中心として説明す
る。
１の実施の形態における微細表面観察装置と主な構成は
同様であるので、ここでは相違点を中心として説明す
る。
【００３８】図２において、本実施例の微細表面観察装
置は、カンチレバー１３の先端に設けられる探針でエバ
ネッセント光を散乱し、レンズ１４で集光して検出す
る。後は、第１の実施の形態において説明した処理と同
様に処理を行うことができる。
置は、カンチレバー１３の先端に設けられる探針でエバ
ネッセント光を散乱し、レンズ１４で集光して検出す
る。後は、第１の実施の形態において説明した処理と同
様に処理を行うことができる。
【００３９】また、本実施の形態では、振幅モニター用
光源１５からの光をカンチレバー１３の上面に照射し、
反射光を２分割フォトダイオード１６で受光し、２分割
フォトダイオード１６からの信号によってカンチレバー
１３の振動振幅をモニターしている。この振動振幅が一
定になるように、コンピュータ１２を用いて走査装置７
にフィードバックをかけた。これは、原子間力顕微鏡に
おけるタッピングモードと呼ばれる手法であり、フィー
ドバック信号から、試料３の表面の構造がわかる。その
ため、本実施例では、試料３の表面構造と屈折率分布の
同時測定が可能である。
光源１５からの光をカンチレバー１３の上面に照射し、
反射光を２分割フォトダイオード１６で受光し、２分割
フォトダイオード１６からの信号によってカンチレバー
１３の振動振幅をモニターしている。この振動振幅が一
定になるように、コンピュータ１２を用いて走査装置７
にフィードバックをかけた。これは、原子間力顕微鏡に
おけるタッピングモードと呼ばれる手法であり、フィー
ドバック信号から、試料３の表面の構造がわかる。その
ため、本実施例では、試料３の表面構造と屈折率分布の
同時測定が可能である。
【００４０】なお、このようにして同時測定を行う際に
は、カンチレバー１３の振幅をモニターするための光の
波長（振動モニター用光源５の波長）は、試料３に照射
する光の波長（光源２の波長）と相異なる波長とし、光
検出器８の前方に振幅モニター用光源１５からの光を遮
断するフィルターを設けることが好ましい。これによ
り、光検出器８に、振幅モニター用光源１５からの光が
入ることを防ぐことができる。従って、エバネッセント
光を検出する際の雑音を低減することができる。
は、カンチレバー１３の振幅をモニターするための光の
波長（振動モニター用光源５の波長）は、試料３に照射
する光の波長（光源２の波長）と相異なる波長とし、光
検出器８の前方に振幅モニター用光源１５からの光を遮
断するフィルターを設けることが好ましい。これによ
り、光検出器８に、振幅モニター用光源１５からの光が
入ることを防ぐことができる。従って、エバネッセント
光を検出する際の雑音を低減することができる。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、観察に用いる光の波長
以下の高い空間分解能で、かつ、試料の屈折率分布だけ
を他の光学的特性と区別して測定することができる。
以下の高い空間分解能で、かつ、試料の屈折率分布だけ
を他の光学的特性と区別して測定することができる。
【図１】 本発明の第１の実施の形態による微細表面観
察装置を示すブロック図である。
察装置を示すブロック図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態による微細表面観
察装置を示すブロック図である。
察装置を示すブロック図である。
１…光源、２…試料台、３…試料、４…プローブ、５…
振動機構、６…発振器、７…走査装置、８…光検出器、
９，１０…ロックインアンプ、１１…演算装置、１２…
コンピュータ、１３…カンチレバー、１４…レンズ、１
５…振幅モニター用光源、１６…２分割フォトダイオー
ド。
振動機構、６…発振器、７…走査装置、８…光検出器、
９，１０…ロックインアンプ、１１…演算装置、１２…
コンピュータ、１３…カンチレバー、１４…レンズ、１
５…振幅モニター用光源、１６…２分割フォトダイオー
ド。
Claims (4)
- 【請求項１】 試料の屈折率を測定するための屈折率測
定方法において、 試料の表面から測定点までの距離を予め定められた変調
周波数で変化させた状態で、試料の表面近傍に発生する
エバネッセント光の強度を測定し、 前記測定される強度の、前記変調周波数に対する高調波
成分の次数ごとの比に基づいて試料の屈折率を求めるこ
とを特徴とする屈折率測定方法。 - 【請求項２】 試料の屈折率を測定するための屈折率測
定方法において、 試料の表面近傍にエバネッセント光を発生させる条件
で、試料台に光を照射し、 試料台に向けて振動させながら、プローブを試料の表面
に近接させ、 エバネッセント光を前記プローブ先端で散乱した散乱光
の強度を測定し、 前記測定した強度のうち、前記プローブを振動させてい
る周波数における周波数成分、および、予め定められた
次数の高調波成分を検出し、 前記検出した成分同士の比を求め、当該求めた比から試
料の屈折率を求めることを特徴とする屈折率測定方法。 - 【請求項３】 試料の表面を観察するための微細表面観
察装置において、 試料を載置するための試料台と、 前記試料台に、当該試料台に載置された試料の表面にエ
バネッセント光を発生させるように光を照射するための
光源と、 前記エバネッセント光を散乱させるためのプローブと、 前記プローブを試料台に向けて振動させた状態で支持す
るための支持機構と、 前記プローブによってエバネッセント光が散乱された散
乱光の強度を測定するための光検出器と、 前記検出した散乱光の強度から、前記プローブが振動さ
せられる周波数で変化する第１の成分を検出するための
第１の検出手段と、 前記検出した散乱光の強度から、前記プローブが振動さ
せられる周波数の予め定められた次数の高調波成分で変
化する第２の成分を検出するための第２の検出手段と、 前記第１の成分と前記第２の成分との比を求め、求めた
比から屈折率を求めるための演算手段とを備えることを
特徴とする微細表面観察装置。 - 【請求項４】 請求項１記載の微細表面観察装置におい
て、 前記試料およびプローブの間隔の直流成分を一定するよ
うに、前記支持機構を制御するための制御機構と、 前記制御機構が前記支持機構を制御した制御量から、試
料の起伏形状を求めるための情報処理装置とをさらに備
えることを特徴とする微細表面観察装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9209370A JPH1151863A (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 屈折率測定方法および微細表面観察装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9209370A JPH1151863A (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 屈折率測定方法および微細表面観察装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1151863A true JPH1151863A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=16571815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9209370A Pending JPH1151863A (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 屈折率測定方法および微細表面観察装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1151863A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016040547A (ja) * | 2008-07-07 | 2016-03-24 | 株式会社東芝 | プラズモン評価方法、プラズモン評価装置、および光ピックアップ |
| WO2016111441A1 (ko) * | 2015-01-08 | 2016-07-14 | 한국표준과학연구원 | 원격검출용 주파수 및 강도 변조 레이저 흡수 분광장치 및 방법 |
-
1997
- 1997-08-04 JP JP9209370A patent/JPH1151863A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016040547A (ja) * | 2008-07-07 | 2016-03-24 | 株式会社東芝 | プラズモン評価方法、プラズモン評価装置、および光ピックアップ |
| WO2016111441A1 (ko) * | 2015-01-08 | 2016-07-14 | 한국표준과학연구원 | 원격검출용 주파수 및 강도 변조 레이저 흡수 분광장치 및 방법 |
| KR20160085548A (ko) * | 2015-01-08 | 2016-07-18 | 한국표준과학연구원 | 원격검출용 주파수 및 강도 변조 레이저 흡수 분광장치 및 방법 |
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