JP4332283B2 - Near-field optical microscope - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は近接場光学顕微鏡、特に励起光の照射機構、検出光の集光機構、及び該検出光の分析機構の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光分析において、一般的な光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡に代えて、波長以下の空間分解能を実現することのできる近接場光学顕微鏡が、さまざまな分析に応用され始めている。
この近接場光学顕微鏡は、いわゆるエバネッセント光を検出するものである。すなわち、微小な試料が平坦な基板の上に置かれており、基板裏側から全反射が生じるような角度で光を入射させると、伝搬光はすべて反射するが、基板及び試料表面付近にはエバネッセント光と呼ばれる表面波が発生する。この表面波は物体表面の周りの光の波長以内の距離の領域に局在している。
【0003】
そこで、先の鋭いプローブをエバネッセント光の場の中に差し込んでエバネッセント光の場を散乱させ、その散乱光強度を測定することにより、プローブ先端と被測定試料面との距離を規定することができる。
したがって、前記散乱光の強度が一定となるようにしつつ、プローブの走査を行うことにより、該プローブの先端位置は被測定試料面の凹凸を的確に反映するものとなる。
【0004】
しかも、プローブ先端はエバネッセント光の場に存在するのみであり、試料そのものには接触していないため、試料に対し非接触、非破壊で、かつ光の波長の値より小さいものを観察できるものである。
従来、このような近接場光学顕微鏡は、イルミネーションモード、前記コレクションモード、イルミネーション−コレクションモード、散乱型等の各測定モードがある。
前記イルミネーションモードは、励起光がプローブの内部に導入され、その先端部の尖鋭化された部分を被覆する金属に照射されると、エバネッセント光が発生し、該先端部の微小開口からしみ出したエバネッセント光を試料に照射し、試料による散乱光や発光を集光し、検出している。
【0005】
前記コレクションモードは、試料に直接励起光を照射し、被測定試料面に発生するエバネッセント光の場にプローブを進入させることでエバネッセント光を散乱させ、その散乱光や発光を集光し、検出している。
前記イルミネーション−コレクションモードは、プローブによりエバネッセント光を被測定試料面に照射し、試料による反射光をプローブにより集光し、検出している。
【0006】
前記散乱型は、試料の被測定面に励起レーザからの励起光を、該被測定面に対し斜め方向より照射し、被測定面に発生したエバネッセント光の場を金属製等のプローブで散乱し、励起レーザに対向配置された対物レンズ等で、その散乱光を集光し、検出している。
このような近接場光学顕微鏡を用いることにより、光の波長の値より小さいものを観察することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記各近接場光学顕微鏡にあっても、測定の正確さの点では更なる向上が望まれているものの、従来はこれを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は測定をより正確に行なえる近接場光学顕微鏡を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明にかかる近接場光学顕微鏡は、励起光照射手段と、プローブと、スペクトル情報取得手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記励起光照射手段は、試料の被測定面にレーザ光を、該被測定面に対し斜め方向より照射する。
また、前記プローブは、前記被測定面の略真上に位置し、前記励起光照射手段からのレーザ光により該被測定面に発生した近接場光を散乱し、その散乱光を集光する。
【0009】
前記スペクトル情報取得手段は、前記プローブで採取された散乱光を分光し、分光スペクトル情報を得る。
ここにいう散乱光とは、例えばフォトルミネッセンス光やラマン散乱光などをいう。
なお、本発明において、前記励起光照射手段は、レーザ光を発して前記被測定面を照射するレーザと、このレーザ光を該被測定面に異なる多方向から照射する第1から第3の反射ミラーと、を含む。
【0010】
前記レーザおよび第1から第3の反射ミラーは、前記プローブの周囲に配置される。
前記第1の反射ミラーは、試料に対して前記レーザとは反対側に配置され、かつ、前記被測定面を反射するレーザ光を受光して第2の反射ミラーに向かって反射する。
前記第2の反射ミラーは、前記レーザ光を受光して再び前記被測定面に向かって反射する。
【0011】
前記第3の反射ミラーは、試料に対して前記第2の反射ミラーとは反対側に配置され、かつ、前記被測定面を反射する前記第2の反射ミラーからのレーザ光を受光して再び被測定面に向かって反射する。
前記被測定面を反射する前記第3の反射ミラーからのレーザ光は、前記第2の反射ミラーおよび第1の反射ミラーの順序で各反射ミラーを反射して再び前記被測定面を照射する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図1には本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡10の概略構成が示されている。
同図に示す顕微鏡10は、励起光照射手段12と、プローブ14と、スペクトル情報取得手段16を備える。
【0013】
前記励起光照射手段12は、試料室18の外部の斜め上方に配置されている。そして、レーザ光(非拡散性の励起光)24を試料室18の入射窓22を介して試料の被測定面20に、該被測定面に対し斜め上方より照射している。
前記プローブ14は、先端部14aに微小開口が構成されたプローブからなり、該先端部14aが被測定面20のすぐ真上に位置し、被測定面20にレーザ光24を照射して発生した近接場光を散乱し、そのラマン散乱光26を集光する。
【0014】
前記スペクトル情報取得手段16は、分光器28と、検出器30と、コンピュータ本体32を備える。そして、プローブ14により採取されたラマン散乱光26は、分光器28により分離される。該分光器28により分離されたラマン散乱光26は、検出器30により検出され、分光器28の波長情報と共に、コンピュータ本体32に記憶される。
【0015】
なお、本実施形態において、制御用光学系34は、試料の被測定面20にレーザ光24を照射して発生した近接場光を散乱し、そのレイリー散乱光42を検出し、その出力に基づき、ステージコントローラ36は、レイリー散乱光42強度が一定となるようにプローブ14のZ軸方向位置を制御しつつ、被測定面20をXY方向(光軸と略直交する方向)に走査する。
これにより、コンピュータ本体32は、ステージコントローラ36より各測定点のX,Y座標、各測定点における被測定面の高低情報を、また各測定点における被測定面のスペクトル情報ないし成分情報を、それぞれ得て、ディスプレイ40に表示する。
【0016】
ところで、本実施態様にかかる近接場光学顕微鏡10によれば、一般的な光学顕微鏡や電子顕微鏡に比較し、光の波長の値より小さいものを観察できるが、測定の正確さは、まだまだ改善の余地が残されている。
そこで、本発明において、第一に特徴的なことは、被測定面に励起光を、該被測定面に対し斜め方向より照射し、該被測定面の略真上のプローブにより被測定面に発生した近接場光を散乱し、その散乱光を集光し、該プローブで採取された散乱光を分光し、分光スペクトル情報を得たことである。
【0017】
このために本実施形態においては、図2に拡大して示されるように、励起光照射手段としてのレーザ12を試料の被測定面20に対し斜め上方に配置し、プローブ14の先端部を被測定面20のすぐ真上に配置している。そして、このプローブ14の後段にスペクトル情報取得手段16を設けている。
そして、レーザ12からのレーザ光24をプローブ14の外部の斜め上方より照射し、これによって発生した近接場光をプローブ14の先端部で散乱しその散乱光のうちラマン散乱光を採取し、スペクトル情報取得手段16によりそのラマン散乱光を分光し、分光スペクトル情報を得ている。
【0018】
この結果、測定をより正確に行なえる。
この測定の正確さ向上機構の詳細については未だ不明な点もあるが、図2に示されるようなレーザ12、プローブ14の光学配置を採用すると、被測定面20に励起光24を照射し、該被測定面20に発生した近接場光を散乱し、そのレイリー散乱光42は、プローブ14の外方に反射して出ていくので、被測定面20の略真上にプローブ14の先端部を位置させると、ラマン散乱光26のみを良好に採取することができる。さらに後段のスペクトル情報取得手段16により、そのラマン散乱光を分光し、分光スペクトル情報が得られので、測定を正確に行なえるためと考えられる。
【0019】
より具体的には、高感度を得るためには、強い励起光を用いることが一般に考えられる。
しかしながら、本発明者らによれば、一般的なイルミネーションモード、或いはイルミネーション−コレクションモードで動作する近接場光学顕微鏡では、プローブからエバネッセント光を被測定面に照射している。このため、強力な励起光がプローブ内を通過すると、プローブ自体からの発光が被測定面に照射され、スペクトルに重なるので、測定の障害となる場合がある。
【0020】
そこで、本実施形態では、強い励起光を用いた場合の問題を解決するため、プローブの外部の斜め上方より試料の被測定面に励起光を、該被測定面に対し斜め上方より照射し、かつ被測定面のすぐ真上にプローブ14を位置させ、その後段にスペクトル情報取得手段16を設けている。
この結果、本実施形態では、前述のようなレーザ12、プローブ14、スペクトル情報取得手段16の組合せによりはじめて、強い励起光を用いても、前記プローブ自体が発光してしまうのを防げるので、極微弱なラマン散乱光のみを良好に採取し、分光スペクトル情報を得ることできる。
【0021】
ここで、一般的な散乱型でも、被測定面に励起レーザからの励起光を、該被測定面に対し斜め上方より照射している。この場合、集光機構には、励起レーザに対向配置の対物レンズ等が一般に用いられる。
しかしながら、強い励起光を用いると、やはり測定を正確に行なえない。
この原因についても未だ不明な点があるが、本発明者らによれば、前記散乱型のように照射機構と集光機構を配置し、さらに該集光機構として対物レンズのように光選択性の低いものを用いたのでは、エバネッセント光の場の散乱光以外の散乱光が、対物レンズ等で集光されてしまい、バックグラウンドとして乗ってしまう。
【0022】
特に強い励起光を用いると、このような迷光の影響もより顕著に現れ、極微弱なラマン散乱光が埋もれてしまうためと考えられる。
本実施形態では、前述のような強い励起光が照射可能なレーザ12、光選択性に優れたプローブ14、スペクトル情報取得手段16の組合せにより、この問題も解決している。
このように本実施形態では、前述のようなレーザ12、プローブ14、スペクトル情報取得手段16の組合せにより、測定の正確さが向上されるが、さらに本発明者らによって、図2に示した励起光照射機構、集光機構を用いて測定を行なった場合の、より正確さを実現するための技術が検討された。
【0023】
すなわち、本発明者らによれば、前記図2に示したレーザ12、プローブ14の光学系配置では、一方向からの照明を行うと、照明に影ができる。
この影が一般的な顕微鏡では問題とならない大きさであっても、波長の値より小さいものを観察する近接場光学顕微鏡では、プローブの影や被測定面の構造により照明に影ができる。
このため、測定結果にアーティファクトが乗ってしまい、測定の正確さの低減の原因となり得るので、このような影を低減することが、測定の正確さの向上につながる。
【0024】
そこで、本発明において、第二に特徴的なことは、励起光照射手段は、被測定面に照射される励起光の光軸が異なるように複数設けられ、該被測定面に非拡散性の励起光を照射する照射部を含んだことである。このために本実施形態においては、図3に拡大して示されるように複数のレーザ12a〜12d(照射部)を採用している。
すなわち、レーザ12a〜12dが試料の被測定面20の周りに略等間隔で設けられている。
【0025】
そして、レーザ12a〜12dからの各レーザ光24a〜24dを、プローブ14の斜め上方より被測定面20に略同時に入射させている。この励起光24a〜24dによって生じたエバネッセント光の場をプローブ14の先端部で散乱し、そのラマン散乱光を、該被測定面20の略真上にあるプローブ14の先端部で集光している。
この結果、本実施形態では、複数のレーザ12a〜12dからの各レーザ光24a〜24dにより被測定面20を多方向から略均一に照射するので、一方向より照明を行なった場合に比較し、照明に影ができるのを大幅に低減することできる。
【0026】
したがって、プローブ14の影や被測定面の構造による影を大幅に低減し、測定結果にアーティファクトが乗るのを大幅に低減することができるので、測定をより正確に行なえる。
また、本発明においては、前記図3に示した励起光照射機構に代えて、まず一方向より励起光を試料の被測定面に照射し、該被測定面にて反射してきた光を折り返し励起光として再度、該被測定面に照射する反射ミラーを設けることも好ましい。このために本実施形態においては、図4に拡大して示されるように複数の反射ミラーとして、第一反射ミラー44,第二反射ミラー46,最終反射ミラー48を設けることも好ましい。
【0027】
すなわち、第一反射ミラー44、第二反射ミラー46は、レーザ12からの一のレーザ光24を試料の被測定面20に照射し、該被測定面20にて反射してきた光を折り返して、再度被測定面20に照射しているが、該折り返される光は、はじめの光路からずれた方向から被測定面20に照射されるように、各鏡面の向きが調節されて設置されている。
しかも、この第一反射ミラー44、第二反射ミラー46により被測定面20を反射してきた光が、前段までの光路を逆さまに辿るように、最終反射ミラー48が設置されている。
【0028】
すなわち、レーザ12からのレーザ光24は、
▲1▼被測定面20へ照射(光路+x1)、
▲2▼被測定面20から第一反射ミラー44へ(光路―x2)、
▲3▼第一反射ミラー44から第二反射ミラー46へ(光路+x3)、
▲4▼第二反射ミラー46から被測定面20へ再照射(光路+x4)
▲5▼被測定面20から最終反射ミラー48へ(光路―x5)入射される。
【0029】
そして、最終反射ミラー44に入射した光は、前記▲1▼〜▲5▼を逆順に辿る。すなわち、
▲5▼´最終反射ミラー48から被測定面20に再照射(光路+x5)
▲4▼´被測定面20から第二反射ミラー46へ(光路−x4)
▲3▼´第二反射ミラー46から第一反射ミラー44へ(光路+x3)
▲2▼´第一反射ミラー44から被測定面20へ再照射(光路+x2)
▲1▼´被測定面20から外部(光路−x1)へ導かれる。
【0030】
この結果、前記図4に示した光路を上方より見た図としての図5に示されるように、複数の反射ミラー44,46,48により、試料の被測定面20を異なる多方向、本実施形態では光路+x1,光路+x2,光路+x4,光路+x5の多方向から略均一に照射しているので、前記図3に示した励起光照射機構と同様、照明による影を大幅に低減する。
【0031】
しかも、最終反射ミラー48を設置することにより、一度照明を行なった被測定面20の対向側を確実に照明することができるので、該被測定面20の略全周囲をより均一に照明し、照明に影ができるのを極めて大幅に低減する。
したがって、プローブの影や被測定面の構造による影を大幅に低減するので、測定結果にアーティファクトが乗るのを大幅に低減し、測定をより適正に行なえる。
【0032】
また、通常測定は、温度、湿度、圧力等の測定環境が一定に保たれている試料室内で行なわれる場合が多く、前記図3に示した励起光照射機構では、各励起光毎の入射窓を試料室に設ける必要がある。一方、前記4に示した構成では、一の入射窓を設けるだけで、前記図3に示した照射機構と同様の照明効果が得られるので、入射窓の設置数の増加等による測定環境の変動等を大幅に防ぐことができる。
【0033】
さらに、本実施形態では、被測定面側に励起光照射手段を配置することにより、その裏面側に設けた場合に比較し、光学系の設計自由度が向上される。
すなわち、試料の被測定面の裏面側にはステージ、該ステージのコントローラ等も一般に配置されており、コレクションモード等のように比較的少ない光軸配置では、被測定面の裏面側より励起光を照射することも可能である。
【0034】
しかしながら、本実施形態のように励起光の光軸を多数配置する必要がある場合は、スペースの確保、設計の自由度等の点で、特に被測定面側に励起光照射手段を設け、該被測定面側より励起光を照明することが好ましい。
ただし、図3に示した照射機構では、被測定面の裏面側に励起光照射手段を設け、その裏面側より照明することが可能である。
【0035】
また、前記図3に示した構成では、必要なレーザ光の数だけ複数のレーザを用い、これらのレーザからのレーザ光をそのまま試料に照射した例について説明したが、これに代えて、一ないし二以上のレーザを用い、該レーザからのレーザ光を分割して、所望の数のレーザ光を揃えてもよい。
さらに、前記構成では検出光として被測定面の近接場光を散乱したラマン散乱光を想定した例について説明したが、フォトルミネッセンス光等にも適用できる。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる近接場光学顕微鏡によれば、試料の被測定面に励起光を該被測定面に対し斜め方向より照射する励起光照射手段と、プローブにより該被測定面の略真上に位置し、該励起光により被測定面に発生した近接場光を散乱し、その散乱光を集光するプローブと、該採取された散乱光を分光し、分光スペクトル情報を得るスペクトル情報取得手段を備えることとしたので、測定を正確に行なえる。
また、本発明においては、前記励起光照射手段は、前記被測定面に照射される励起光の光軸が異なるように複数設けられ、該被測定面に非拡散性の励起光を照射する照射部を含むことにより、測定をより正確に行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡の説明図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡において特徴的な励起光照射手段、プローブ、スペクトル情報取得手段の配置の説明図である。
【図3】図2に示した励起光照射手段のより好適な具体例の説明図である。
【図4】図3に示した励起光照射手段の変形例の説明図である。
【図5】図4に示した励起光照射手段を上方より見た説明図である。
【符号の説明】
10 近接場光学顕微鏡
12 レーザ(励起光照射手段,照射部)
14 プローブ
16 スペクトル情報取得手段
20 被測定面
24 レーザ光(励起光)
26 ラマン散乱光(散乱光)
44,46,48 反射ミラー(照射部)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a near-field optical microscope, and more particularly to improvement of an excitation light irradiation mechanism, a detection light condensing mechanism, and an analysis mechanism for the detection light.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of optical analysis, a near-field optical microscope capable of realizing a spatial resolution below the wavelength has started to be applied to various analyzes in place of a general optical microscope or electron microscope.
This near-field optical microscope detects so-called evanescent light. In other words, a minute sample is placed on a flat substrate, and when light is incident at an angle that causes total reflection from the back side of the substrate, all of the propagating light is reflected, but the substrate and the surface of the sample are evanescent. Surface waves called light are generated. This surface wave is localized in a region within a distance within the wavelength of light around the object surface.
[0003]
Therefore, the distance between the probe tip and the sample surface to be measured can be defined by inserting a sharp probe into the evanescent light field, scattering the evanescent light field, and measuring the scattered light intensity. .
Therefore, by scanning the probe while keeping the intensity of the scattered light constant, the tip position of the probe accurately reflects the unevenness of the sample surface to be measured.
[0004]
Moreover, since the probe tip is only present in the field of evanescent light and is not in contact with the sample itself, it can contact the sample non-contact, non-destructively, and can observe objects smaller than the light wavelength value. is there.
Conventionally, such a near-field optical microscope has various measurement modes such as an illumination mode, the collection mode, an illumination-collection mode, and a scattering type.
In the illumination mode, when the excitation light is introduced into the probe and irradiated onto the metal covering the sharpened portion of the tip, evanescent light is generated and oozes out from the minute opening of the tip. The sample is irradiated with evanescent light, and scattered light and light emission from the sample are collected and detected.
[0005]
In the collection mode, the sample is directly irradiated with excitation light, and the probe enters the field of evanescent light generated on the surface of the sample to be measured to scatter the evanescent light and collect and detect the scattered light and luminescence. ing.
In the illumination-collection mode, evanescent light is irradiated onto the surface of the sample to be measured by the probe, and reflected light from the sample is collected by the probe and detected.
[0006]
The scattering type irradiates the surface to be measured with excitation light from an excitation laser from an oblique direction to the surface to be measured, and scatters the field of evanescent light generated on the surface to be measured with a probe made of metal or the like. The scattered light is collected and detected by an objective lens or the like disposed opposite to the excitation laser.
By using such a near-field optical microscope, it is possible to observe an object smaller than the light wavelength value.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, even in each of the near-field optical microscopes, although further improvement is desired in terms of measurement accuracy, there has conventionally not been an appropriate technique that can solve this.
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide a near-field optical microscope capable of performing measurement more accurately.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a near-field optical microscope according to the present invention includes excitation light irradiation means, a probe, and spectrum information acquisition means.
Here, the excitation light irradiating means irradiates the surface to be measured of the sample with laser light from an oblique direction to the surface to be measured.
The probe is positioned substantially directly above the surface to be measured, scatters near-field light generated on the surface to be measured by the laser light from the excitation light irradiation means, and collects the scattered light.
[0009]
The spectrum information acquisition means separates the scattered light collected by the probe to obtain spectral spectrum information.
The scattered light here refers to, for example, photoluminescence light or Raman scattered light.
In the present invention, the excitation light irradiation means emits a laser beam to irradiate the surface to be measured, and first to third reflections to irradiate the surface to be measured from different directions. And a mirror.
[0010]
The laser and the first to third reflection mirrors are arranged around the probe.
The first reflection mirror is disposed on the opposite side of the laser with respect to the sample, and receives laser light that reflects the measurement surface and reflects it toward the second reflection mirror.
The second reflecting mirror receives the laser beam and reflects it again toward the surface to be measured.
[0011]
The third reflection mirror is disposed on the opposite side of the sample from the second reflection mirror, and receives the laser beam from the second reflection mirror that reflects the measurement surface again and receives again. Reflects toward the surface to be measured.
The laser beam from the third reflection mirror that reflects the measurement surface reflects each reflection mirror in the order of the second reflection mirror and the first reflection mirror, and irradiates the measurement surface again.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a near-field
The
[0013]
The excitation light irradiation means 12 is disposed obliquely above the outside of the
The
[0014]
The spectrum
[0015]
In the present embodiment, the control optical system 34 scatters the near-field light generated by irradiating the
Thereby, the computer
[0016]
By the way, according to the near-field
Therefore, in the present invention, the first characteristic is that the surface to be measured is irradiated with excitation light from an oblique direction with respect to the surface to be measured, and is measured on the surface to be measured by a probe substantially directly above the surface to be measured. The generated near-field light is scattered, the scattered light is collected, and the scattered light collected by the probe is dispersed to obtain spectral information.
[0017]
Therefore, in the present embodiment, as shown in an enlarged view in FIG. 2, the
Then, the
[0018]
As a result, the measurement can be performed more accurately.
Although there are still unclear points about the details of the measurement accuracy improvement mechanism, when the optical arrangement of the
[0019]
More specifically, to obtain high sensitivity, it is generally considered to use strong excitation light.
However, according to the present inventors, in a near-field optical microscope operating in a general illumination mode or illumination-collection mode, the surface to be measured is irradiated from the probe with evanescent light. For this reason, when strong excitation light passes through the probe, light emitted from the probe itself is irradiated onto the surface to be measured and overlaps the spectrum, which may hinder measurement.
[0020]
Therefore, in this embodiment, in order to solve the problem in the case of using strong excitation light, the excitation light is irradiated to the measurement surface of the sample from the diagonally upper outside of the probe, and the measurement surface is irradiated from diagonally upward, In addition, the
As a result, in the present embodiment, the probe itself can be prevented from emitting light even when strong excitation light is used only by the combination of the
[0021]
Here, even in a general scattering type, the measurement surface is irradiated with excitation light from an excitation laser obliquely from above. In this case, for the condensing mechanism, an objective lens or the like disposed opposite to the excitation laser is generally used.
However, when strong excitation light is used, the measurement cannot be performed accurately.
Although the cause of this is still unclear, according to the present inventors, an irradiation mechanism and a condensing mechanism are arranged as in the scattering type, and the light selectivity as in the objective lens is used as the condensing mechanism. If a light source having a low value is used, scattered light other than the scattered light in the field of evanescent light is collected by an objective lens or the like and rides as a background.
[0022]
It is considered that when strong excitation light is used, the influence of such stray light appears more conspicuously and extremely weak Raman scattered light is buried.
In the present embodiment, this problem is also solved by the combination of the
As described above, in this embodiment, the accuracy of measurement is improved by the combination of the
[0023]
That is, according to the present inventors, in the optical system arrangement of the
Even if the shadow is a size that does not cause a problem in a general microscope, a near-field optical microscope that observes a light having a wavelength smaller than the wavelength value can shadow the illumination by the shadow of the probe and the structure of the surface to be measured.
For this reason, artifacts are added to the measurement result, which may cause a reduction in measurement accuracy. Therefore, reducing such a shadow leads to an improvement in measurement accuracy.
[0024]
Therefore, in the present invention, the second characteristic is that a plurality of excitation light irradiating means are provided so that the optical axes of the excitation light irradiated on the surface to be measured are different, and the surface to be measured is nondiffusible. It is that the irradiation part which irradiates excitation light is included. Therefore, in the present embodiment, a plurality of
That is, the
[0025]
Then, the laser beams 24 a to 24 d from the
As a result, in the present embodiment, the laser light 24a to 24d from the plurality of
[0026]
Therefore, the shadow of the
Further, in the present invention, instead of the excitation light irradiation mechanism shown in FIG. 3, first, excitation light is irradiated on the measured surface of the sample from one direction, and the light reflected by the measured surface is turned back and forth. It is also preferable to provide a reflection mirror that irradiates the surface to be measured again as light. Therefore, in the present embodiment, it is also preferable to provide a first reflection mirror 44, a
[0027]
That is, the first reflecting mirror 44 and the second reflecting
In addition, a
[0028]
That is, the
(1) Irradiate the surface to be measured 20 (optical path + x1),
(2) From the measured
(3) From the first reflecting mirror 44 to the second reflecting mirror 46 (optical path + x3),
(4) Re-irradiate the surface to be measured 20 from the second reflecting mirror 46 (optical path + x4)
(5) The light is incident from the surface to be measured 20 onto the final reflecting mirror 48 (optical path-x5).
[0029]
Then, the light incident on the final reflecting mirror 44 follows (1) to (5) in the reverse order. That is,
(5) Re-irradiate the surface to be measured 20 from the final reflecting mirror 48 (optical path + x5)
{Circle over (4)} From the surface to be measured 20 to the second reflecting mirror 46 (optical path-x4)
(3) From the second reflecting
{Circle around (2)} Re-irradiate the surface to be measured 20 from the first reflecting mirror 44 (optical path + x2)
(1) 'Guided from the
[0030]
As a result, as shown in FIG. 5 as a view of the optical path shown in FIG. 4 as viewed from above, a plurality of reflecting
[0031]
In addition, by installing the final reflecting
Therefore, since the shadow of the probe and the shadow due to the structure of the surface to be measured are greatly reduced, it is possible to significantly reduce the presence of artifacts on the measurement result and perform measurement more appropriately.
[0032]
Further, the normal measurement is often performed in a sample chamber where the measurement environment such as temperature, humidity, and pressure is kept constant. In the excitation light irradiation mechanism shown in FIG. 3, the incident window for each excitation light is used. Must be provided in the sample chamber. On the other hand, in the configuration shown in FIG. 4, the illumination effect similar to that of the irradiation mechanism shown in FIG. 3 can be obtained by providing only one incident window. Therefore, the measurement environment varies due to an increase in the number of incident windows installed. Etc. can be largely prevented.
[0033]
Furthermore, in the present embodiment, by arranging the excitation light irradiation means on the measured surface side, the degree of freedom in designing the optical system is improved as compared with the case where it is provided on the back surface side.
That is, a stage, a controller for the stage, etc. are generally arranged on the back side of the surface to be measured of the sample. With a relatively small number of optical axes such as a collection mode, excitation light is emitted from the back side of the surface to be measured. Irradiation is also possible.
[0034]
However, when it is necessary to arrange a large number of optical axes of excitation light as in this embodiment, excitation light irradiation means is provided on the measured surface side particularly in terms of securing space and design freedom. It is preferable to illuminate the excitation light from the surface to be measured.
However, in the irradiation mechanism shown in FIG. 3, it is possible to provide excitation light irradiation means on the back side of the surface to be measured and to illuminate from the back side.
[0035]
Further, in the configuration shown in FIG. 3, an example in which a plurality of lasers corresponding to the required number of laser beams are used and the sample is irradiated with the laser beams from these lasers has been described. Two or more lasers may be used, and the laser beams from the lasers may be divided to align a desired number of laser beams.
Furthermore, in the above-described configuration, an example has been described in which Raman scattered light obtained by scattering near-field light on the surface to be measured is assumed as detection light. However, the present invention can also be applied to photoluminescence light or the like.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the near-field optical microscope of the present invention, excitation light irradiating means for irradiating the surface to be measured of the sample with excitation light obliquely with respect to the surface to be measured, and the surface to be measured by the probe The near-field light generated on the surface to be measured by the excitation light is scattered and the probe that collects the scattered light and the collected scattered light are dispersed to obtain spectral spectrum information. Since the spectrum information acquisition means is provided, measurement can be performed accurately.
Further, in the present invention, a plurality of the excitation light irradiating means are provided so that the optical axes of the excitation light irradiated to the measurement surface are different, and irradiation for irradiating the measurement surface with non-diffusible excitation light By including the part, the measurement can be performed more accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a near-field optical microscope according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the arrangement of characteristic excitation light irradiation means, probes, and spectrum information acquisition means in the near-field optical microscope according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a more preferable specific example of the excitation light irradiation means shown in FIG.
4 is an explanatory diagram of a modification of the excitation light irradiation means shown in FIG.
FIG. 5 is an explanatory view of the excitation light irradiation means shown in FIG. 4 as viewed from above.
[Explanation of symbols]
10 Near-field
14
26 Raman scattered light (scattered light)
44, 46, 48 Reflection mirror (irradiation part)
Claims (1)
前記被測定面の略真上に位置し、前記励起光照射手段からのレーザ光により該被測定面に発生した近接場光を散乱し、その散乱光を集光するプローブと、
前記プローブで採取された散乱光を分光し、分光スペクトル情報を得るスペクトル情報取得手段と、を備え、
前記励起光照射手段は、レーザ光を発して前記被測定面を照射するレーザと、このレーザ光を該被測定面に異なる多方向から照射する第1から第3の反射ミラーと、を含み、
前記レーザおよび第1から第3の反射ミラーは、前記プローブの周囲に配置され、
前記第1の反射ミラーは、試料に対して前記レーザとは反対側に配置され、かつ、前記被測定面を反射するレーザ光を受光して第2の反射ミラーに向かって反射し、
前記第2の反射ミラーは、前記レーザ光を受光して再び前記被測定面に向かって反射し、
前記第3の反射ミラーは、試料に対して前記第2の反射ミラーとは反対側に配置され、かつ、前記被測定面を反射する前記第2の反射ミラーからのレーザ光を受光して再び被測定面に向かって反射し、
前記被測定面を反射する前記第3の反射ミラーからのレーザ光は、前記第2の反射ミラーおよび第1の反射ミラーの順序で各反射ミラーを反射して再び前記被測定面を照射することを特徴とする近接場光学顕微鏡。Excitation light irradiation means for irradiating the measured surface of the sample with laser light from an oblique direction to the measured surface;
A probe that is positioned substantially directly above the surface to be measured, scatters near-field light generated on the surface to be measured by the laser light from the excitation light irradiation means, and collects the scattered light;
Spectral scattered light collected by the probe, spectral information acquisition means to obtain spectral spectral information ,
The excitation light irradiation means includes a laser that emits laser light to irradiate the surface to be measured, and first to third reflecting mirrors that irradiate the surface to be measured from different directions.
The laser and first to third reflecting mirrors are disposed around the probe;
The first reflection mirror is disposed on the opposite side of the laser with respect to the sample, and receives the laser beam reflected from the surface to be measured and reflects it toward the second reflection mirror,
The second reflection mirror receives the laser beam and reflects it again toward the surface to be measured.
The third reflection mirror is disposed on the opposite side of the sample from the second reflection mirror, and receives the laser beam from the second reflection mirror that reflects the measurement surface again and receives again. Reflected toward the surface to be measured,
The laser light from the third reflecting mirror that reflects the measured surface reflects each reflecting mirror in the order of the second reflecting mirror and the first reflecting mirror and irradiates the measured surface again. A near-field optical microscope.
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