JP3517818B2 - 近接視野顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近接視野顕微鏡に
係わり、特に、汎用的、かつ解像度の高い観測結果が得
られる近接視野顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】光を利用した光学顕微鏡は、被観測物体
（試料）の凹凸情報だけなく、偏光あるいは波長依存性
観測などに広く用いられ、これが被観測物体の特性把握
に有用であることはいうまでもない。通常の光顕微鏡に
おいて空間分解能は、光の回折限界で制限される。そし
て、一般に光学顕微鏡の分解能は、おおよそ（光の波
長）／（レンズの開口数）で与えられ、その値は、おお
よそ波長のオーダであることはよく知られている。即
ち、通常の光学顕微鏡による偏光・波長依存性の観測に
は、原理的な分解能の限界がある。

【０００３】この限界を打破する手段として、近接視野
顕微鏡が知られている。一般に光が照射された被観測物
体からは散乱光が生じ、この散乱光は、無限遠方まで伝
播する成分と被観測物体の近傍に局在する非伝播成分の
２つの成分から成っている。非伝播成分は、被観測物体
から遠ざかるに従って急激に減衰し、被観測物体の微細
構造の大きさ程度の距離にしか存在しない。被観測物体
の構造空間周波数のうち、伝播成分は光の波長程度の大
きさの成分しか伝えない。

【０００４】通常の光学顕微鏡は、光検出器を被観測物
体の遠方に配置し散乱光のうち伝播成分しか検出してい
ないので、原理的に波長程度の空間分解能しか実現でき
ない。これに対して、近接視野顕微鏡は、被観測物体と
光検出器を近づけ、被観測物体の近傍にしか存在しない
非伝播成分を検出する。

【０００５】この非伝播成分は、被観測物体構造の波長
以下の空間周波数成分を含んでいる。近接視野顕微鏡で
は、被観測物体からの散乱光のうちの非伝播成分を検出
することにより、波長以下の空間分解能を実現すること
ができる。

【０００６】実際の近接視野顕微鏡では、プローブを被
観測物体に近づけ、被観測物体からの非伝播光を散乱さ
せ、プローブ先端からの散乱光を光検出器で検出する。
分解能はプローブ先端のサイズ程度となるので、分解能
を向上させるためには、プローブ先端のサイズを小さく
する必要がある。現在有効サイズ径が１０ｎｍオーダの
プローブが用いられている。

【０００７】しかしながら、近接視野顕微鏡において、
プローブ先端の有効サイズを小さくすると、それによる
散乱光の強度は急激に低下する。また、被観測物体を照
明する照明光は、プローブ先端のサイズより十分大きな
範囲の被観測物体を照明する。そのため、プローブ先端
からの散乱光の強度よりも背景光の強度の方が大きくな
り、ＳＮ比良く近接視野像を得るためには、この背景光
強度を低減させる必要がある。

【０００８】近接視野顕微鏡において、従来、この背景
光の強度を低減させる方法として、エバネッセント光照
明法あるいは微小開口型プローブを用いる方法が知られ
ている。

【０００９】エバネッセント光照明法は、被観測物体の
波長程度の近傍にしか局在しないエバネッセント光を発
生させる方法で、プローブが近づいた部分の被観測物体
からのエバネッセント光をプローブ先端で散乱光に変換
し検出する。それ以外の部分の被観測物体からのエバネ
ッセント光は光検出器に到達しないので、背景光を低減
させることができる。

【００１０】また、微小開口型プローブを用いる方法で
は、先端部の微小開口を残して、照射光を吸収する物体
で被覆したプローブを用いる。先端の微小開口を通して
のみ被観測物体からの光が光検出器に到達するので、背
景光を低減させることができる。

【００１１】図５は、従来のエバネッセント光照明法を
採用した近接視野顕微鏡の概略構成を示す模式図であ
る。

【００１２】同図において、１は光源、２はプリズム、
３は被観測物体、４はエバネッセント光、５は光検出
器、９は走査機構、９１はプローブ、９２はプローブ９
１に設けた探針、５０１は集光用レンズ等の光学系、５
０２はプリアンプである。

【００１３】同図に示すように、光源１とプリズム２と
は、光源１からの照射光７がプリズム２の上面で全反射
するように配置される。ここで、この光源１の中心波長
はλとする。このような配置関係の場合に、同図中に摸
式的に示すように、プリズム２の上面にはエバネッセン
ト光４と呼ばれる波長（λ）程度だけの光のしみ出しが
生ずる。このエバネッセント光４は被観測物体３で変調
される。

【００１４】この変調されたエバネッセント光４を、プ
ローブ９１に設けた探針９２により散乱し、その散乱光
を散乱光集光用レンズ等の光学系５０１で集光した後、
光検出器５で電気信号（光電流）に変換し、プリアンプ
５０２で増幅する。さらに、走査機構９によりプローブ
９１に設けた探針９２を被観測物体３の面内で走査する
ことにより、２次元的な光分布像を得ることができる。

【００１５】探針９２の先端は波長（λ）以下になるよ
うに先鋭化してあり、その先端からエバネッセント光４
が散乱する。空間分解能は、探針９２の先端の曲率の直
径程度である。また、エバネッセント光４は、被観測物
体３の付近に局在し、被観測物体３から離れるにしたが
って急激に減衰し、光検出器５まで到達しないので、こ
れにより、背景光を低減させることができる。

【００１６】このエバネッセント光照明法については、
下記文献（イ）に記載されている。

【００１７】（イ）Appl.Phys.Lett,(1993),vol.62(5),
p461 図６は、従来の微小開口型プローブを採用した近接視野
顕微鏡の概略構成を示す模式図である。

【００１８】同図において、１は光源、３は被観測物
体、５は光検出器、９は走査機構、２０は試料台、６３
は微小開口、６１２は先端を先鋭化した光ファイバ（プ
ローブ）、６２２は金属層である。ここで、金属層６２
２は、光ファイバ６１２の先端に直径が（λ）以下の微
小開口６３が形成されるように被覆されている。

【００１９】被観測物体３を透過した、光源１からの照
射光７のうち、光ファイバ直下の照射光３２は、微小開
口６３を通過して光検出器５に到達し、電気信号に変換
される。走査機構９により光ファイバ６１２を被観測物
体３の面内で２次元的に走査することにより、被観測物
体３の２次元像を得ることができる。

【００２０】この場合に、被観測物体３を透過した照射
光７のうち、光ファイバ直下の照射光以外の照射光であ
る背景光３１は金属層６２２で反射・吸収され、光検出
器５には到達しない。これにより、背景光を低減させる
ことができ、また、分解能は微小開口６３の直径にほぼ
等しいので、回析限界を打破する分解能が可能である。

【００２１】この微小開口型プローブを用いる方法につ
いては、下記文献（ロ）に記載されている。

【００２２】（ロ）Science,(1992),vol.257,p189

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
５および図６に示す従来の近接顕微鏡では、以下に示す
ような問題点があった。

【００２４】図５に示すエバネッセント光照射方法で
は、エバネッセント光４の生じる部分の面積が広い場合
に、被観測物体３の凹凸、あるいは微小な埃等により生
じる散乱光が背景光となる。即ち、背景光の除去のため
には、光源１からの照射光７の全反射する部分の大きさ
を制限する（絞る）ための光学系が必要となり、光学系
が複雑で制約が多くなるという問題点があった。

【００２５】さらに、このエバネッセント光４を用いる
方法では、エバネッセント光４のしみ出しの長さ以上の
高さを有する被観測物体３には照射光が届かないため、
凹凸が大きなもの、あるいは厚さの大きな被観測物体３
の観測は困難であり、被観測物体３は、薄膜か透明な平
板状のものにしか適用が難しいという問題点があった。

【００２６】このような被観測物体３の制限をなくすた
めには、照明光７を被観測物体３に対してプローブ９１
と同じ側から照射するという反射型照明をする必要があ
る。しかし、反射型照明では、エバネッセント光４を用
いて被観測物体３を照明することができない。即ち、図
５に示すエバネッセント光照射方法では、観測できる被
観測物体３に制限があるという問題点があった。

【００２７】図６に示す微小開口型プローブを用いる方
法では、先鋭化した光ファイバ（プローブ）６１２の先
端に１０ｎｍオーダの微小開口６３を作製する必要があ
る。従来の微小開口の作製法では量産性に乏しいこと、
また、光ファイバ６１２は観測中に壊れやすく工業化に
向かないという問題点があった。

【００２８】また、図６に示す金属層６２２としてアル
ミニウムが用いられるが、アルミニウムの可視光に対す
る吸収係数は１５ｎｍ程度であり、金属層６２２の厚さ
としては数１０ｎｍ程度が必要となる。そのため、光フ
ァイバ６１２の先端径は５０ｎｍ程度以上となる。即
ち、光ファイバ６１２の先端径は、微小開口６３の開口
径よりも大きくなる。

【００２９】一般に、近接視野顕微鏡において、凹凸の
ある被観測物体３から高分解能な光学情報を得るために
は、被観測物体３とプローブ（９１，６１２）の先端と
の間の間隙制御は必須である。この場合に、図６に示す
微小開口型プローブを用いる方法では、間隙制御の被観
測物体３内の空間分解能は、金属層（アルミニウム膜）
６２２を含めた光ファイバ６１２の先端径程度で、光学
的空間分解能は微小開口６３の開口径程度であるため、
間隙制御の空間分解能の方が光学空間分解能より低く、
光学的空間分解能が間隙制御の空間分解能に制限される
恐れがあった。

【００３０】さらに、図６に示す微小開口型プローブを
用いる方法において、被観測物体３の制限をなくすため
に反射型照明を行う場合の方法として、図７に示すよう
に、光源１からの照明光７０１を光ファイバ６１２を通
して微小開口６３から被観測物体３に照射する。そし
て、再び微小開口６３から入射され光ファイバ６１２を
通ってきた光（被観測物体３で反射し被観測物体３の光
学情報を含んだ信号光）７０２を検出する方法がある
が、微少開口６３を２回通るため信号光は非常に小さく
なってしまい十分な光量が得られない恐れがある。

【００３１】また、被観測物体３の制限をなくすために
反射型照明を行う場合の他の方法として、図８に示すよ
うに、集光用レンズ等の光学系５０１と光検出器５とを
光ファイバ６１２の外側に置き、光源１からの照明光７
０１を光ファイバ６１２を通して微小開口６３から被観
測物体３に照射する。そして、被観測物体３から反射し
た７０３光を、集光用レンズ等の光学系５０１で集光し
た後、光検出器５で電気信号に変換することにより、被
観測物体３から反射した光７０３を光ファイバ６１２を
介さずに検出する方法があるが、光ファイバ６１２の外
側で集光できる光は、数１０ｎｍある金属層６２２の厚
み分だけ微小開口６３から被観測物体３の表面付近を通
り光ファイバ６１２外に抜けた光７０３のみである。

【００３２】しかも、金属層６２２の部分と被観測物体
３の表面との間隙は、光源１からの照明光７０１の波長
以下であるため、その間隙での光の多重反射によって干
渉が生じる恐れがあり、また、金属層６２２の厚みの外
側では、光検出器５で電気信号に変換するための十分な
光量が得られない恐れがある。さらに、光検出器５で電
気信号に変換される光の立体角も制限されるという問題
がある。

【００３３】また、この逆の光路をとり、光ファイバ６
１２の外側から微小開口付近の被観測物体３へ光を集光
し、被観測物体３で反射され微小開口６３に入射される
光を光ファイバ６１２を介して検出する方法も、前記し
た場合と同様に十分な光量が得られない恐れがあること
は言うまでもない。即ち、図６に示す微小開口型プロー
ブでは、反射型照明は困難であり、観測できる被観測物
体３に制限が生じるという問題点があった。

【００３４】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、本発明の目的は、近接視
野顕微鏡において、プローブ先端に点光源が構成される
ようにして、簡単な光学系で背景光を低減することが可
能となる技術を提供することにある。

【００３５】本発明の他の目的は、近接視野顕微鏡にお
いて、プローブ先端に点光源が構成されるようにして、
反射型照明を可能とし、かつ観測できる被観測物体に制
限がなく、工業化に適した技術を提供することにある。

【００３６】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。

【００３７】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。

【００３８】被観測物体に対して中心波長λの入力光を
照射する光照射手段と、前記中心波長λの入力光を透過
する材料で構成されるプローブと、前記プローブの前記
被観測物体に最も近接した部分に設けられ前記光照射手
段からの入力光の波長よりも短波長の光を出力し、前記
被観測物体に対して、前記短波長の光を照射する点光源
となる赤外可視変換蛍光体と、前記短波長の光が前記被
観測物体との近接場で変調された光を検出する光検出手
段と、前記プローブとの相対的な位置関係を変化させる
走査手段とを有する近接視野顕微鏡であって、前記光照
射手段は、前記被観測物体の表面に対して、前記プロー
ブと空間的に同一の領域から入力光を照射し、前記被観
測物体と前記プローブとの距離がλ以下であることを特
徴とする。

【００３９】即ち、本発明では、光波長変換手段をプロ
ーブの先端に付加し、照明光には、例えば、中心波長λ
の赤外線を用い、この中心波長λの赤外線を光波長変換
手段で可視光に変換し、光検出手段で、当該変換された
可視光のみを検出する。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００４１】なお、実施の形態を説明するための全図に
おいて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。

【００４２】［実施の形態１］図１は、本発明の一実施
の形態である近接視野顕微鏡の概略構成を示す模式図で
ある。

【００４３】本実施の形態は、背景光の低減と、より汎
用的な被観測物体の観測を目的とするものであり、図１
においては、片持ち梁状プローブを用いた場合について
説明する。

【００４４】図１において、３は被観測物体、９は走査
機構、１１は赤外線光源、２０は試料台、５１は光検出
器、８１はレーザ光源、８２はレーザスポットの位置検
出器、９１は片持ち梁状プローブ、９２は片持ち梁状プ
ローブ９１の先端に設けられた探針、１００は赤外可視
変換蛍光体、５０１は集光用レンズ等の光学系、５０２
はプリアンプ、５０３は波長フィルタである。赤外線光
源１１は、例えば、波長１．５μｍの赤外線を被観測物
体３に照射する。片持ち梁状プローブ９１の先端には先
鋭化された探針９２が設けられる。

【００４５】レーザ光源８１と、レーザスポットの位置
検出器８２とは、片持ち梁状プローブ９１と被観測物体
３との間隙を制御するためのものである。片持ち梁状プ
ローブ９１の先端に設けられた探針９２の先端と被観測
物体３の間に働く原子間力が変化すると、片持ち梁状プ
ローブ９１で反射されたレーザ光源８１の反射光のスポ
ット位置が変化する。この変化をレーザスポットの位置
検出器８２で検出し、このレーザスポットの位置検出器
８２からの信号に基づいて、探針９２の先端と被観測物
体３との間隔を走査機構９で制御する。

【００４６】この探針９２の先端と被観測物体３の間に
働く原子間力から、探針９２と被観測物体３との間隙を
制御する方法は、下記文献（ハ）に記載されている光て
こ法と呼ばれる方法であり、１オングストローム以下の
分解能で制御することが可能である。

【００４７】（ハ）Applyed Physics Letters (1988)vo
l.53,p1045 探針９２の先端には赤外可視変換蛍光体１００が１０ｎ
ｍオーダ径の大きさで付加されている。赤外可視変換蛍
光体とは、下記文献（ニ）に記載されているように、赤
外光（波長０．８〜１．６μｍ）を吸収し、可視光（一
般的に波長０．３〜０．８μｍ）を放出する蛍光物質で
ある。

【００４８】（ニ）Appl.Phys.Lett.39(8),1981,pp587,
Appl.Phys.Lett.65(2),1994,p129 この赤外可視変換蛍光体１００の材料として、Ｅｒ³⁺
イオンを含むものでは、塩化物、酸化物、硫化物、フッ
化物、オキシハロゲン化物などが知られている。本実施
の形態では、赤外可視変換蛍光体１００として、Ｅｒ³⁺
イオンを含むＹＣｌ₃，ＰｂＣｌ₂，ＫＣｌ，ＥｒＣｌ₃
等の塩化物の混合物の焼結体を用いた場合について説明
する。これらの材料は、１．５μｍの波長の光を吸収
し、０．５５μｍの波長の光を発光するものである。

【００４９】赤外可視変換蛍光体１００は赤外線光源１
１からの照射光７１を可視光７２に変換する。これによ
り、赤外可視変換蛍光体１００は被観測物体３に対して
可視光７２を照射する点光源となる。

【００５０】可視光７２は被観測物体３との近接場（図
中の４１で模式的に示した）で変調され、その変調され
た光７３は、集光用レンズ等の光学系５０１によって集
光された後、光検出器５１で電気信号（光電流）に変換
され、プリアンプ５０２で増幅され信号光として測定さ
れる。これにより、最終的には被観測物体３の２次元的
な光分布像を得ることができる。

【００５１】波長フィルタ５０３は、赤外線の光強度を
減衰させる。したがって、光検出器５１は、赤外線光源
１１からの照射光７１よりも可視光（７２，７３）に対
して感度を持つようにされている。あるいは、光検出器
５１として単結晶Ｓｉフォトダイオードを用いた場合
は、一般的に波長１．２μｍ以上の赤外線に対する光電
変換効率は、波長０．８μｍ以下の１０万分の１のた
め、波長１．５μｍの赤外線７１をほとんど検知せず、
可視光７２のみを検知することができる。

【００５２】そのため、赤外線７１の照射面積が大きく
ても、これが背景光となることはなく、１０ｎｍオーダ
径の大きさの点光源とみなせる蛍光体１００からの可視
光（７２，７３）のみが検出の対象となる。

【００５３】また、片持ち梁状プローブ９１がＳｉ製の
場合、波長１．５μｍの赤外光は片持ち梁状プローブ９
１に吸収されないため、片持ち梁状プローブ９１側から
赤外光７１を照射できる。

【００５４】このように、本実施の形態では、エバネッ
セント光を用いずに、反射型照明をおこなうことが可能
であり、観測できる被観測物体３が、その形状、厚さ、
透明度等により制限を受けることがなくなる。これによ
り、本実施の形態では、背景光を低減すること、被観測
物体の制限を除去することが可能となる。

【００５５】［実施の形態２］図２は、本発明の他の実
施の形態である近接視野顕微鏡の概略構成を示す模式図
である。

【００５６】本実施の形態は、前記実施の形態よりもさ
らなる背景光の低減を目的とするものであり、図２にお
いては、片持ち梁状プローブを用いた場合について説明
する。

【００５７】図２において、２はプリズム、３は被観測
物体、４は模式的に表したエバネッセント光、９は走査
機構、１１は赤外線光源、５１は光検出器、８１はレー
ザ光源、８２はレーザスポットの位置検出器、９１は片
持ち梁状プローブ、９２は片持ち梁状プローブ９１の先
端の探針、１００は赤外可視変換蛍光体、５０１は集光
用レンズ等の光学系、５０２はプリアンプ、５０３は波
長フィルタである。

【００５８】本実施の形態でも、片持ち梁状プローブ９
１の探針９２の先端には赤外可視変換蛍光体１００が１
０ｎｍオーダ径の大きさで付加されている。赤外線光源
１１からの照射光７１はプリズム２の上面で全反射し、
その反対側にエバネッセント光４がしみ出す。その面に
は被観測物体３があるため、エバネッセント光４は変調
される。エバネッセント光４は被観測物体３付近に局在
し被観測物体３から離れるに従って急激に減衰し、光検
出器５１までは到達しない。

【００５９】走査機構９によって、探針９２を被観測物
体３上を走査することにより、数１０ｎｍしみ出たエバ
ネッセント光４は、探針９２の先端に付加された赤外可
視変換蛍光体１００によって可視光７２に変換され、散
乱する。この散乱光７３は、集光用レンズ等の光学系５
０１によって集光された後、光検出器５１で電気信号
（光電流）に変換され、プリアンプ５０２で増幅され信
号光として測定される。これにより、最終的には被観測
物体３の２次元的な光分布像を得ることができる。

【００６０】本実施の形態の場合、探針９２の先端に付
加する赤外可視変換蛍光体１００の大きさは１０ｎｍオ
ーダ径より大きい時でも、エバネッセント光４で照射さ
れた部分のみが散乱体として働くので、赤外可視変換蛍
光体１００の実効的な大きさはエバネッセント光４のし
み出しの長さ程度となり、高分解能を得ることが可能と
なる。

【００６１】これにより、本実施の形態では、赤外可視
変換蛍光体１００の大きさが大きくても、高分解能を得
ることができるため、片持ち梁状プローブ９１の作製が
容易となる。

【００６２】［実施の形態３］図３は、本発明の他の実
施の形態である近接視野顕微鏡の概略構成を示す模式図
である。

【００６３】本実施の形態は、光検出器（フォトダイオ
ード）を片持ち梁状プローブに組み込み、外部の光検出
器を不要としたものである。

【００６４】図３において、３は被観測物体、９は走査
機構、１１は赤外線光源、２０は試料台、８１はレーザ
光源、８２はレーザスポットの位置検出器、９１１は片
持ち梁状プローブ、９２は片持ち梁状プローブ９１１の
先端の探針、１００は赤外可視変換蛍光体、２００１は
フォトダイオード、５０２はプリアンプ、９２１は信号
線である。片持ち梁状プローブ９１１は、先端にフォト
ダイオードを作製した片持ち梁状プローブであり、この
先端には、赤外可視変換蛍光体１００が１０ｎｍオーダ
径の大きさで付加されている。

【００６５】本実施の形態でも、赤外線光源１１からの
照射光７１は、赤外可視変換蛍光体１００を照射する。
赤外可視変換蛍光体１００は赤外線光源１１からの照射
光７１を可視光７２に変換する。これにより、赤外可視
変換蛍光体１００は被観測物体３に対して可視光７２を
照射する点光源となる。

【００６６】可視光７２は被観測物体３との近接場で変
調され、その変調された光７３は、図３（ｂ）に示すよ
うに、片持ち梁状プローブ９１１のフォトダイオード２
００１で電気信号（光電流）に変換され、プリアンプ５
０２で電流−電圧変換ならびに増幅され、信号光として
測定される。これにより、最終的には被観測物体３の２
次元的な光分布像を得ることができる。

【００６７】本実施の形態では、前記実施の形態２とは
異なり、被観測物体３との近接場で変調された光７３
は、片持ち梁状プローブ９１１のフォトダイオード２０
０１で光信号に変換される。

【００６８】このとき、フォトダイオード２００１は単
結晶Ｓｉフォトダイオードのため、一般的に波長１．２
μｍ以上の赤外線に対する光電変換効率は、波長０．８
μｍ以下の１０万分の１のため、波長１．５μｍの赤外
線７１をほとんど検知せず、可視光７３のみを検知する
ことができる。したがって、背景光である赤外線７１を
フィルタリングして除去することができる。これによ
り、本実施の形態では、集光用レンズ等の光学系５０１
と光検出器５１が不要となり、装置構成を小型化・簡略
化することができる。

【００６９】図４は、図３に示す片持ち梁状プローブ９
１１の一例の概略構成を示す図である。

【００７０】図４において、２１，２２は電極、２３は
ｐ領域、２４はｎ領域、２３１は高濃度のｐ領域、２４
１は高濃度のｎ領域、３０は反射防止膜、５０は突起、
５０２はプリアンプ、９２１は信号線である。

【００７１】電極２１，２２はアルミニウムで形成し、
電極２１，２２の下に、電極２１，２２とオーミックな
コンタクトを取るため、ｐおよびｎの高濃度領域２３
１，２４１を設ける。一定の電圧が印加されたｐｎ接合
に光が入射されると、ｐｎ接合には入射光の強度に応じ
た光電流が流れるので、被観測物体３で散乱された散乱
光は、ｐｎ接合で光電流に変換され、当該光電流を測定
することにより散乱光の光強度を測定できる。

【００７２】また、反射防止膜３０として酸化シリコン
膜を１００ｎｍ程度設けて、その反射率を数％程度まで
に低減させた。反射防止膜３０の材料としては、シリコ
ンに対しては屈折率が２程度の材料が適しており、酸化
シリコンの他に、例えば、窒化シリコンが有効であるの
はいうまでもない。

【００７３】図４に示す片持ち梁状プローブ９１１は、
その先端部に、針状の突起５０が設けられており、これ
により、被観測物体３が溝等の凹凸の大きな被観測物体
３の場合でも観測でき、汎用性という点で有利である。

【００７４】なお、図３に示す片持ち梁状プローブ９１
１としては、図４に示す片持ち梁状プローブ９１１以外
に、同一出願人により既に出願済みの特願平６−２２２
０６０号に記載されているものが使用可能である。

【００７５】さらに、本実施の形態では、ｐｎ接合の場
合について説明したが、ｐｎ接合に代えて、ＰＮ接合に
絶縁層を挟んだｐｉｎ接合、あるいはショットキー接合
（金属−半導体接合）を用いることも可能である。

【００７６】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明
は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。

【００７７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。

【００７８】（１）本発明によれば、近接視野顕微鏡に
おいて、プローブで被観測物体表面を走査し、表面近傍
の光の強度分布を検出する際に、光学的に複雑な系を用
いず、信号光に対して背景光の少ない測定が可能とな
る。

【００７９】（２）本発明によれば、近接視野顕微鏡に
おいて、透過型であるエバネッセント光照明のみでな
く、反射型照明が可能になる。

【００８０】（３）本発明によれば、被観測物体の制限
を受けることなく、汎用的で、工業化に適した近接視野
顕微鏡を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である近接視野顕微鏡の
概略構成を示す模式図である。

【図２】本発明の他の実施の形態である近接視野顕微鏡
の概略構成を示す模式図である。

【図３】本発明の他の実施の形態である近接視野顕微鏡
の概略構成を示す模式図である。

【図４】図３に示す片持ち梁状プローブの一例の概略構
成を示す図である。

【図５】従来のエバネッセント光照明法を採用した近接
視野顕微鏡の概略構成を示す模式図である。

【図６】従来の微小開口型プローブを採用した近接視野
顕微鏡の概略構成を示す模式図である。

【図７】従来の微小開口型プローブを採用した近接視野
顕微鏡において、被観測物体の制限をなくすために反射
型照明を行う場合の問題点を説明するための図である。

【図８】従来の微小開口型プローブを採用した近接視野
顕微鏡において、被観測物体の制限をなくすために反射
型照明を行う場合の問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１…光源、２…プリズム、３…被観測物体、４…エバネ
ッセント光、５，５１…光検出器、９…走査機構、１１
…赤外線光源、２０…試料台、２１，２２…電極、２３
…ｐ領域、２４…ｎ領域、２３１…高濃度のｐ領域、２
４１…高濃度のｎ領域、３０…反射防止膜、５０…突
起、６３…微少開口、８１…レーザ光源、８２…レーザ
スポットの位置検出器、９１，９１１…プローブ、９２
…探針、１００…赤外可視変換蛍光体、５０２…プリア
ンプ、５０３…波長フィルタ、６１２…光ファイバ、６
２２…金属層、９２１…信号線、２００１…フォトダイ
オード。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−173076（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−86793（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−134189（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−257812（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−88252（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−82633（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−21843（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−62228（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−334521（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−174770（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−210829（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−13082（ＪＰ，Ａ) 特公 平７−27118（ＪＰ，Ｂ２) 国際公開95／33207（ＷＯ，Ａ１) 米国特許5479024（ＵＳ，Ａ) Ｙｏｈ Ｍｉｔａ，”Ｄｅｔｅｃｔｉ ｏｎ ｏｆ １．５−μｍ ｗａｖｅｌ ｅｎｇｔｈ ｌａｓｅｒ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂｙ ｉｎｆｒａｒ ｅｄ−ｅｘｃｉｔａｂｌｅ ｐｈｏｓｐ ｈｏｒｓ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，米国，Ａｍｅ ｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，1981年10月15日，第 39巻、第８号，ｐ．587−589 Ｊｕｎｉｃｈｉ Ｏｈｗａｋｉ， Ｙ ｕｈｕ Ｗａｎｇ，”１．３μｍ ｔｏ ｖｉｓｉｂｌｅ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓ ｉｏｎ Ｄｙ３＋ − ａｎｄ Ｅｒ３ ＋ −ｃｏｄｏｐｅｄ ＢａＣ12 ｐｈ ｏｓｐｈｏｒ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ ｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，米国，Ａ ｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，1994年 ７月11 日，第65巻、第２号，ｐ．129−131 Ｎ． Ｆ． ｖａｎ Ｈｕｌｓｔ， Ｍ． Ｈ． Ｐ． Ｍｏｅｒｓ， Ｏ. Ｆ． Ｊ． Ｎｏｏｒｄｍａｎ， Ｒ． Ｇ． Ｔａｃｋ， Ｆ． Ｂ． Ｓｅｇｅｒｉｎｋ， ａｎｄ Ｂ． Ｂ ｏｅｌｇｅｒ，”Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ ｅ ｕｓｉｎｇ ａ ｓｉｌｉｃｏｎ− ｎｉｔｒｉｄｅ ｐｒｏｂｅ”，Ａｐｐ ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ，米国，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓ ｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ, 1993年 ２月 １日，第62巻、第５号, ｐ．461−463 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被観測物体に対して中心波長λの入力光
   を照射する光照射手段と、前記中心波長λの入力光を透過する材料で構成される プ
   ローブと、 前記プローブの前記被観測物体に最も近接した部分に設
   けられ前記光照射手段からの入力光の波長よりも短波長
   の光を出力し、前記被観測物体に対して、前記短波長の
   光を照射する点光源となる赤外可視変換蛍光体と、 前記短波長の光が前記被観測物体との近接場で変調され
   た 光を検出する光検出手段と、 前記プローブとの相対的な位置関係を変化させる走査手
   段とを有する近接視野顕微鏡であって、前記光照射手段は、前記被観測物体の表面に対して、前
   記プローブと空間的に同一の領域から入力光を照射し、 前記被観測物体と前記プローブとの距離がλ以下である
   ことを特徴とする近接視野顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記赤外可視変換蛍光体からの光の出力
   波長が１．１μｍ以下であり、 前記光検出手段は、１．１μｍ以下の波長の光に感度を
   有する光検出器を含むことを特徴とする請求項１に記載
   の近接視野顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記赤外可視変換蛍光体からの光の出力
   波長が１．１μｍ以下であり、 前記光検出手段は、１．１μｍ以下の波長の光を弁別す
   る光波長弁別手段を有することを特徴とする請求項１に
   記載の近接視野顕微鏡。
4. 【請求項４】 前記光検出手段の光検出器は、前記プロ
   ーブと一体に構成され、前記光検出手段の光検出器は、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合あ
   るいはショットキー接合を含む半導体素子と、前記ｐｎ
   接合、ｐｉｎ接合あるいはショットキー接合に生じる光
   電流を測定する電極および配線とを有する ことを特徴と
   する請求項２に記載の近接視野顕微鏡。