近接場光探針、光学装置、プローブ顕微鏡、及びプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置
【課題】試料を汚染せずに、かつ、高い分解能で信頼性の高い測定結果を得ることができるようにする。
【解決手段】プローブ１４は、円錐凹状に形成され、プローブ１４の内面には、表面プラズモン共鳴が起きるように、金属蒸着によって金属膜コート３０がプローブ１４の先端まで形成されている。プローブ１４において、情報検出レーザ光１９を先端にフォーカスさせると、金属膜コート３０の表面でプラズモン共鳴を起こし、先端から近接場光３１が発生し、近接場光３１が試料に照射される。
【解決手段】プローブ１４は、円錐凹状に形成され、プローブ１４の内面には、表面プラズモン共鳴が起きるように、金属蒸着によって金属膜コート３０がプローブ１４の先端まで形成されている。プローブ１４において、情報検出レーザ光１９を先端にフォーカスさせると、金属膜コート３０の表面でプラズモン共鳴を起こし、先端から近接場光３１が発生し、近接場光３１が試料に照射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場光探針、光学装置、プローブ顕微鏡、及びプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置に係り、特に、片持ち張り（カンチレバー）を用いて試料の試料情報を検出する近接場光探針、光学装置、プローブ顕微鏡、及びプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、近接場光顕微鏡に使用される探針は、微小開口を探針先端に形成する必要がある。これは、近接場光を波長より小さい微小開口で形成する必要があるからである。従来の探針は、探針の骨格を、光を透過する材質で錘状に形成し、かつ、探針の外側に金属膜を形成し、この先端に微小開口を形成した構造となっている。
【０００３】
例えば、先端及び側面が金属または半金属でコートされたプローブであり、上記コートは先端部分において、固相拡散によって形成した開口を有することを特徴とする近接場プローブを用いた近接場光顕微鏡及び近接場光記録装置が知られている（特許文献１）。
【０００４】
また、近接場光顕微鏡を操作する場合に、探針試料間隙を一定に制御する必要があり、この場合、従来技術である原子間力顕微鏡の原理を使用する。例えば、コンタクトモード制御、タッピングモード制御、シャーフォースモード制御などの制御方法がある。
【特許文献１】特開２００１−０５６２７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の近接場光顕微鏡では、従来の制御方法で探針試料間隙を制御し、探針先端が試料表面と接触すると、形成された微小開口が破壊され、あるいは、大きくなってしまうため、分解能が落ち、測定結果の信頼性が損なわれてしまう、という問題がある。
【０００６】
また、探針が試料と接触すると、微小開口を形成している金属膜の一部が試料を汚染する危険性があるため、半導体プロセスでのインラインの測定には適さない、という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、試料を汚染せずに、かつ、高い分解能で信頼性の高い測定結果を得ることができる近接場光探針、光学装置、プローブ顕微鏡、及びプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために第１の発明に係る近接場光探針は、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設けたカンチレバーを含んで構成されている。
【０００９】
第１の発明に係る近接場光探針によれば、カンチレバーの探針にレーザ光が照射されると、金属膜の表面でプラズモン共鳴を起こし、探針の先端から近接場光が発生する。そして、近接場光を試料に照射して、試料を測定する。
【００１０】
従って、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で試料を測定でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、試料を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００１１】
また、第２の発明に係る光学装置は、上記の近接場光探針を用いて構成されている。第２の発明に係る光学装置によれば、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で試料を測定でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、試料を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００１２】
第３の発明に係るプローブ顕微鏡は、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と試料の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記試料への照射による前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する情報検出光学系と、少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズとを含んで構成されている。
【００１３】
第４の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置は、記録媒体に情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置であって、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と前記記録媒体の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記記録媒体への照射による前記記録媒体からの戻り光によって前記記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系と、少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズとを含んで構成されている。
【００１４】
第３の発明に係るプローブ顕微鏡及び第４の発明に係るにプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置よれば、情報検出光学系によって、レーザ光源から対物レンズを通じて、カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光が照射され、探針の凹部の内面の金属膜の表面でプラズモン共鳴が起こり、探針の先端から近接場光が発生する。そして、近接場光が試料又は記録媒体に照射され、試料又は記録媒体からの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、試料の試料情報又は記録媒体の記録情報が検出される。
【００１５】
また、観察照明光学系によって、照明光源から対物レンズを通じて、カンチレバーに照明光が照射され、照明光のカンチレバーからの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、戻り光の光学像によって、情報検出レーザ光の照射状態が観察される。
【００１６】
従って、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で試料又は記録媒体を測定して、試料情報又は記録情報を検出でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、試料又は記録媒体を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。また、観察照明光学系と情報検出光学系とに対する対物レンズを共通の対物レンズとすることにより、構成の簡潔化、占有空間の小型化を図ることができる。
【００１７】
また、第５の発明に係るプローブ顕微鏡は、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と試料の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記試料への照射による前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する情報検出光学系と、少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系と、前記情報検出光学系、前記観察照明光学系、及び前記カンチレバーの変位検出光学系に対して共通に設けられた対物レンズとを含んで構成されている。
【００１８】
第６の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置は、記録媒体に情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置であって、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と前記記録媒体の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記記録媒体への照射による前記記録媒体からの戻り光によって前記記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系と、少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系と、前記情報検出光学系、前記観察照明光学系、及び前記カンチレバーの変位検出光学系に対して共通に設けられた対物レンズとを含んで構成されている。
【００１９】
第５の発明に係るプローブ顕微鏡及び第６の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置によれば、情報検出光学系によって、レーザ光源から対物レンズを通じて、カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光が照射され、探針の凹部の内面の金属膜の表面でプラズモン共鳴が起こり、探針の先端から近接場光が発生する。そして、近接場光が試料又は記録媒体に照射され、試料又は記録媒体からの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、試料の試料情報又は記録媒体の記録情報が検出される。
【００２０】
また、カンチレバーの変位検出光学系によって、レーザ光源から対物レンズを通じて、カンチレバーへ変位検出レーザ光が照射され、カンチレバーからの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、カンチレバーの変位が検出される。
【００２１】
また、観察照明光学系によって、照明光源から対物レンズを通じて、カンチレバーに照明光が照射され、照明光のカンチレバーからの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、戻り光の光学像によって、情報検出レーザ光の照射状態が観察される。
【００２２】
従って、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で試料又は記録媒体を測定して、試料情報又は記録情報を検出でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、試料又は記録媒体を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。また、観察照明光学系と情報検出光学系とカンチレバーの変位検出光学系とに対する対物レンズを共通の対物レンズとすることにより、構成の簡潔化、占有空間の小型化を図ることができる。
【００２３】
また、第７の発明に係るプローブ顕微鏡は、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と試料の表面との間に原子間力が作用するように設置されたカンチレバーと、前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記試料への照射による前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する情報検出光学系と、少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、前記対物レンズとは異なる外部レンズ系、及び前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を、前記外部レンズ系を通じて前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系とを含んで構成されている。
【００２４】
第８の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置は、記録媒体に情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置であって、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と前記記録媒体の表面との間に原子間力が作用するように設置されたカンチレバーと、前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記記録媒体への照射による前記記録媒体からの戻り光によって前記記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系と、少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、前記対物レンズとは異なる外部レンズ系、及び前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を、前記外部レンズ系を通じて前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系とを含んで構成されている。
【００２５】
第７の発明に係るプローブ顕微鏡及び第８の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置によれば、情報検出光学系によって、レーザ光源から対物レンズを通じて、カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光が照射され、探針の凹部の内面の金属膜の表面でプラズモン共鳴が起こり、探針の先端から近接場光が発生する。そして、近接場光が試料又は記録媒体に照射され、試料又は記録媒体からの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、試料の試料情報又は記録媒体の記録情報が検出される。
【００２６】
また、カンチレバーの変位検出光学系によって、レーザ光源から外部レンズ系を通じて、カンチレバーへ変位検出レーザ光が照射され、カンチレバーからの戻り光によって、カンチレバーの変位が検出される。
【００２７】
また、観察照明光学系によって、照明光源から対物レンズを通じて、カンチレバーに照明光が照射され、照明光のカンチレバーからの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、戻り光の光学像によって、情報検出レーザ光の照射状態が観察される。
【００２８】
従って、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で試料又は記録媒体を測定して、試料情報又は記録情報を検出でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、試料又は記録媒体を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。また、観察照明光学系と情報検出光学系とに対する対物レンズを共通の対物レンズとすることにより、構成の簡潔化、占有空間の小型化を図ることができる。
【００２９】
第３の発明、第５の発明、及び第７の発明に係るプローブ顕微鏡と、第４の発明、第６の発明、及び第８の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置とは、情報検出レーザ光を対物レンズに向かわせる波長選択性を有する波長選択素子を更に含むことができる。これにより、情報検出レーザは、波長選択素子を通じて、カンチレバーの探針の先端へ照射され、試料又は記録媒体からの戻り光が、波長選択素子を通じて検出される。
【００３０】
上記の波長選択素子は、照明光源からの照明光から情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を情報検出レーザ光とともに対物レンズに向かわせる波長選択性を有することができる。
【００３１】
第５の発明に係るプローブ顕微鏡及び第６の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置は、変位検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する第１の波長選択素子と、情報検出レーザ光を対物レンズに向かわせる波長選択性を有する第２の波長選択素子とを更に含むことができる。これにより、変位検出レーザは、第１の波長選択素子を通じて、カンチレバーへ照射され、カンチレバーからの戻り光が、第１の波長選択素子を通じて検出される。また、情報検出レーザは、第２の波長選択素子を通じて、カンチレバーの探針の先端へ照射され、試料又は記録媒体からの戻り光が、第２の波長選択素子を通じて検出される。
【００３２】
また、上記第１の波長選択素子は、照明光源からの照明光から変位検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を変位検出レーザ光とともに対物レンズに向かわせる波長選択性を有し、第２の波長選択素子は、照明光源からの照明光から情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を情報検出レーザ光とともに対物レンズに向かわせる波長選択性を有することができる。
【００３３】
上記の波長選択素子を、ダイクロイックミラーとすることができる。
【００３４】
また、上記の波長選択素子を、所定の波長をカットするカットフィルタとすることができる。
【００３５】
また、上記の情報検出光学系は、近接場光の試料からの戻り光の光路に配置された共焦点光学系を更に備えることができる。これにより、戻り光のうち不要な光を排除することができる。
【００３６】
また、上記の情報検出光学系は、近接場光の試料からの戻り光の光路に配置された円偏光検出光学系を更に備えることができる。これにより、戻り光のうち不要な光を排除することができる。
【００３７】
また、上記の情報検出光学系は、情報検出レーザ光の光路に配置された直線偏光検出光学系を更に備えることができる。
【００３８】
また、上記の探針を、円錐状又は多角錐状の形状とすることができる。
【００３９】
上記の探針は、凹部の外面を、探針の先端部分を除いて、金属膜でコーティングすることができる。
【００４０】
また、探針の内面の金属膜の厚さを、３０ｎｍ〜６０ｎｍとすることができる。
【００４１】
上記のカンチレバーの探針は、プラズモン共鳴が起きるように凹部の内面が金属膜でコーティングされている。このように、カンチレバーの探針の凹部の内面を、プラズモン共鳴が起きるように金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させることができる。
【００４２】
また、上記の情報検出光学系は、分光器を更に備え、分光器を用いて、試料からの戻り光によって試料の試料情報を検出することができる。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように、本発明の近接場光探針、光学装置、及びプローブ顕微鏡によれば、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で試料を測定でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、試料を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる、という効果が得られる。
【００４４】
また、本発明のプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置によれば、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で記録媒体を測定して、記録情報を検出でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、記録媒体を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、試料の試料情報、例えば表面形状を得るプローブ顕微鏡に本発明を適用した場合について説明する。
【００４６】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るプローブ顕微鏡１０は、観察対象となる試料１２の表面との間で原子間力が作用されるプローブ１４が先端に設けられたカンチレバー１６と、試料１２の試料情報を得るために情報検出レーザ光１９を照射する情報検出光学系１８と、情報検出レーザ光１９の照射状態を観察する観察照明光学系２０と、カンチレバーの変位を検出するカンチレバー変位検出光学系２２と、第１の波長選択素子２４と、第２の波長選択素子２６と、情報検出光学系１８、観察照明光学系２０、及びカンチレバー変位検出光学系２２に関して共通の対物レンズ２８とを備えている。
【００４７】
カンチレバー１６は、例えば一端支持型構成を有し、その遊端（カンチレバー１６の支持側とは反対側の先端）に、プローブ１４を有する。また、試料１２の表面に対してプローブ１４の先端が近接ないしは軽く接触するようにカンチレバー１６が配置されている。
【００４８】
カンチレバー１６は、プローブ１４の先端と、試料１２の観察がなされる表面との原子間力の作用によって支持端側を支点として撓曲変位する構成であり、カンチレバー１６は、その長さが例えば１００μｍ、厚さ４００ｎｍ〜８００ｎｍを有し、所定のばね定数を有する。カンチレバー１６及びプローブ１４は、光透過性の材料、例えばＳｉＮより形成されている。
【００４９】
図２に示すように、プローブ１４は、試料１２の先端に向かうに従って狭窄した凹状、例えば円錐凹状に形成され、プローブ１４の内面には、表面プラズモン共鳴が起きるように、金属蒸着によって、金、銀、アルミ等の金属膜コート３０がプローブ１４の先端まで形成されている。なお、金属膜コート３０の厚さを３０ｎｍ〜６０ｎｍとすることが好ましい。
【００５０】
また、プローブ１４の周辺の対物レンズ２８と対向する面にも、金属膜コート３０が被着形成されている。
【００５１】
このプローブ１４において、情報検出光学系１８から照射される情報検出レーザ光１９のファーフィールド光を、プローブ１４の先端にフォーカスさせると、図３に示すように、金属膜コート３０の表面でプラズモン共鳴を起こし、金属膜コート３０の表面を先端側に伝播し、先端から近接場光（ニアフィールド光）３１が発生し、近接場光３１が試料１２に照射される。この近接場光３１によるスポット径は回折限界に規制されず、対物レンズ２８の開口数および情報検出レーザ光１９の波長に依存しないことから微小な照射スポット径とすることができる。
【００５２】
情報検出光学系１８は、カンチレバー１６のプローブ１４の先端に照射するための例えば５００ｎｍの緑の波長である情報検出レーザ光１９を発生する情報検出レーザ光源３２と、集光レンズ等の光学レンズ３６と、ハーフミラー３８と、近接場光３１の試料１２への照射による試料１２からの戻り光によって、試料情報を検出する情報検出装置３４とを備えている。
【００５３】
情報検出装置３４は、この情報検出装置３４に導入される試料１２からの戻り光の態様、目的とする検出信号態様等に応じて例えばフォトダイオード、光電子増倍管（フォトマルチプライヤ）、分光器等によって構成される。
【００５４】
また、情報検出光学系１８には、情報検出装置３４への例えば凹状プローブ１４の凹状内周面からの不要反射光を排除する不要反射光排除手段４０と、光路を形成するミラー４２とが設けられている。
【００５５】
不要反射光排除手段４０は、例えば共焦点光学系４４によって構成することができる。この共焦点光学系４４は、プローブ１４の先端との共焦点を形成する共焦点レンズ４６と、その共焦点位置に配置されたアパーチャ４８とから構成されている。
【００５６】
カンチレバー変位検出光学系２２は、例えば６５０ｎｍの赤の波長である変位検出レーザ光５０を発するレーザ光源５２と、カンチレバー１６からの変位検出レーザ光５０の戻り光によってカンチレバー１６の変位を検出するカンチレバー変位検出装置５４と、集光レンズ等による光学レンズ５６とを備えている。カンチレバー変位検出装置５４は、例えば２分割フォトダイオード、４分割フォトダイオード、ＰＳＤ等によって構成することができる。
【００５７】
観察照明光学系２０は、カンチレバー１６に対する情報検出レーザ光１９の照射状態や、プローブ１４と試料１２との位置関係等を観察する光学系であり、例えば白色の照明光６２を発生する白色光源による照明光源６０と、照明光６２を対物レンズ２８の光軸もしくは近軸上に導入するハーフミラー６６と、試料１２からの戻り光の光学像を観察する観察装置６４と、この観察装置６４に戻り光を向かわせるミラー６８と、集光レンズ等の光学レンズ７０とを備えている。
【００５８】
観察装置６４は、例えばＣＣＤカメラなどの固体撮像素子による例えば撮像素子７２と、例えばその撮像光学像を映出するモニター７４とを備えている。
【００５９】
情報検出レーザ光１９と上記変位検出レーザ光５０とは、上述したように、例えば緑のレーザ光と赤のレーザ光による互いに異なる波長のレーザ光を用いており、一方、照明光源６０としては、情報検出レーザ光１９の波長及び変位検出レーザ光５０の波長以外の波長に渡る波長帯、この例では緑および赤の波長以外の波長に渡る波長帯であって、照明光として好適な白色光の照明光６２を発光する白色光源を用いている。
【００６０】
また、照明光６２と変位検出レーザ光５０とを共に対物レンズ２８に導入する光路上に、例えばダイクロイックミラーで構成された第１の波長選択素子２４が配置されている。第１の波長選択素子２４は、白色光の照明光６２から、変位検出レーザ光５０の波長の光成分、すなわちこの例では６５０ｎｍの赤の光成分を反射させて排除すると共に、この変位検出レーザ光５０の波長以外の波長光を透過して、照明光６２を変位検出レーザ光５０とともに対物レンズ２８に向かわせる波長選択性を有する光学素子である。
【００６１】
また、照明光６２と変位検出レーザ光５０とさらに情報検出レーザ光源３２からの情報検出レーザ光１９を共に対物レンズ２８に導入する光路上に、例えばダイクロイックミラーで構成された第２の波長選択素子２６が配置されている。第２の波長選択素子２６は、白色光の照明光６２から情報検出レーザ光１９の波長光すなわちこの例では５００ｎｍの緑の光を反射させて排除すると共に、この情報検出レーザ光１９の波長以外の波長光を透過して、照明光６２を情報検出レーザ光１９とともに対物レンズ２８に向かわせる波長選択性を有する光学素子である。
【００６２】
また、プローブ顕微鏡１０は、表面の観察がなされる試料１２に対して、プローブ顕微鏡１０の光軸、すなわちその対物レンズ２８の光軸と直交する面に沿って相対的に移動する走査型プローブ顕微鏡であり、プローブ顕微鏡１０には、試料１２を上面に載置するための載置台である移動ステージ８６が設けられ、移動ステージ８６は、プローブ顕微鏡１０の上述した光軸方向に沿うｚ軸方向と、これとほぼ直交する面上で、互いに直交するｘ軸およびｙ軸方向に移動可能に構成されている。また、移動ステージ８６は、制御装置８８によって移動制御がなされる。
【００６３】
次に、第１の実施の形態に係るプローブ顕微鏡１０の作用について説明する。
【００６４】
まず、照明光６２をカンチレバー１６および試料１２に照射すると共に、変位検出レーザ光５０をカンチレバー１６に照射して、照明光６２の戻り光によりこれら照射状態等を観察照明光学系２０の観察装置６４によって観察する。そして、この観察結果によって試料１２の基準位置の調整を移動ステージ８６のｘ、ｙ、ｚ方向の調整によって行い、また、必要に応じてカンチレバー１６の設定位置の調整を行なう。
【００６５】
そして、移動ステージ８６をｘおよびｙ方向に移動させて、情報検出光学系１８からの情報検出レーザ光１９によるプローブ１４の先端からの近接場光３１のスポットを、試料１２の表面上に走査する。
【００６６】
このようにして、情報検出光学系１８による情報検出レーザ光１９が、光学レンズ３６、ハーフミラー３８を通じて、第２の波長選択素子２６によって反射され、対物レンズ２８によってカンチレバー１６のプローブ１４の先端にフォーカスされるように集光される。このとき、情報検出レーザ光１９の波長λより半分以下の内径ｄには、通常の光（空気中を伝播する光）は透過せずに、反射されてしまう。この部分よりプローブ１４先端側には、近接場光しか伝播しない。プローブ１４内面の金属膜コート３０の表面でプラズモン共鳴を起こし、金属膜コート３０の表面をプローブ１４の先端側に伝播し、先端から近接場光が滲み出る。このとき、プローブ１４の先端が試料１２の表面に充分近接されていることによって、この微小スポットの近接場光３１が試料１２の表面に照射される。このように、近接場光によって、分解能１０ｎｍ以下が得られ、近接場光探針径が実現できる。
【００６７】
そして、この試料１２に照射された近接場光３１が、試料１２の表面の例えば光学的特性、すなわち反射率、透過率によって変調される。この変調されたレーザ光は、戻り光として、対物レンズ２８に導入され、第２の波長選択素子２６、ハーフミラー３８、ミラー４２によって情報検出装置３４に導入され、情報検出装置３４によって試料情報が検出される。
【００６８】
このとき、プローブ１４において、λ≫ｄの領域からの不要反射光もまた、上述した経路を辿って情報検出装置３４に向かうが、これは、共焦点レンズ４６による共焦点関係にないことから、その共焦点位置にあるアパーチャ４８によって遮断され、この不要反射光がカットされる。つまり、ノイズが改善される。
【００６９】
一方、このとき、カンチレバー変位検出光学系２２のレーザ光源５２からの変位検出レーザ光５０が第１の波長選択素子２４によって反射され、第２の波長選択素子２６を透過し、対物レンズ２８によってカンチレバー１６の金属膜コート３０で反射される。そして、この反射による戻り光が、カンチレバー変位検出装置５４に導入される。この戻り光は、カンチレバー１６の撓曲、すなわち変位に応じて、カンチレバー変位検出装置５４への入射角の変化（すなわちスポット形状の変化、）あるいは位置が変化することから、カンチレバー変位検出装置５４における光電変換の各部の入射光量の変化が生じる。したがって、これらによる出力の演算によって、カンチレバー１６における撓みの検出ひいては原子間力を検出することができる。つまり、プローブ１４と、試料１２の表面との間隔を検出することができる。
【００７０】
この間隔を検出した信号が移動ステージ８６の制御装置８８に入力され、移動ステージ８６のｚ軸方向の調整がなされ、常時、プローブ１４と試料１２の表面とを微小間隙をもって一定に保持させる。すなわち、近接場光３１を、常時試料１２の表面に一定条件で照射させる。
【００７１】
以上説明したように、第１の実施の形態に係るプローブ顕微鏡によれば、カンチレバーのプローブの凹部の内面を、プラズモン共鳴が起きるように金属膜コートを蒸着することにより、強い近接場光を発生させて高い分解能で試料の試料情報を検出することができる。
【００７２】
また、プローブの先端に微小開口が形成されておらず、プローブの外部には金属膜がコーティングされていないため、プローブと試料との間を一定に制御しても、微小開口が直接試料表面につくことがなく、試料を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００７３】
また、観察照明光学系と情報検出光学系とカンチレバー変位検出光学系とに対する対物レンズを共通の対物レンズとすることにより、構成の簡潔化、占有空間の小型化を図ることができる。また、カンチレバーに対する対物レンズの間隔を充分小とすることができる。
【００７４】
カンチレバー変位検出光学系及び情報検出光学系から照射されるレーザ光の光路上に、ダイクロックミラーを設けているため、１００％に近い反射率で、６５０ｎｍあるいは５００ｎｍの波長の光をカンチレバー検出装置及び情報検出装置の各々に取り込むことができる。一方、観察照明光学系では、６５０ｎｍおよび５００ｎｍ以外の波長の光を効率よく取り込むことができるので、最低の観察機能は確保することができると共に、各検出系の感度や精度を保つことが出来る。
【００７５】
プローブの外側の先端は、安定な光透過材料となっているため、試料への汚染を防ぐことができる。
【００７６】
また、プローブからの不要の戻り光は、共焦点レンズ等による不要反射光排除手段によって排除して、近接場光のみを検出することができるため、この不要反射光によるノイズの混入を効果的に排除してＳ／Ｎ比を向上することができ、高解像度、高精度の向上を図ることができる。
【００７７】
また、試料からの情報検出を、近接場光の微小スポットで行うため、解像度の向上を図ることができ、試料上の微細情報の検出が可能となる。
【００７８】
また、照明光として、照明による観察に適した白色光を用い、カンチレバーの変位検出のための照明光としては、その変位検出に適したレーザ光を用いて、これら照明光およびレーザ光を共通の対物レンズに導入するものであるが、第１の波長選択素子及び第２の波長選択素子によって、試料情報を検出するためのレーザ光とカンチレバーの変位を検出するためのレーザ光との分離を行うため、それぞれの戻り光による情報検出を正確に行うことができる。
【００７９】
なお、本実施の形態では、プローブが円錐形状となっている場合を例に説明したが、図４にしめすように、多角錐状のプローブがカンチレバーの先端に設けられていてもよい。この場合には、多角錐状のプローブが凹状となっており、内面に金属膜コートが蒸着されていればよい。
【００８０】
また、波長選択素子がダイクロイックミラーで構成されている場合を例に説明したが、波長選択素子として、所定の波長をカットするカットフィルタを用いてもよい。
【００８１】
また、近接場光探針を用いた近接場光顕微鏡を例に説明したが、近接場光探針を用いた近接場ラマン光顕微鏡に本発明を適用してもよい。
【００８２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
第２の実施の形態は、共焦点光学系の代わりに円偏光光学系を利用して、不要な反射光を除去している点が第１の実施の形態と異なっている。
【００８４】
図５に示すように、第２の実施の形態に係るプローブ顕微鏡２１０は、試料１２の試料情報を得るために情報検出レーザ光１９を照射する情報検出光学系１８と、観察照明光学系２０と、カンチレバー変位検出光学系２２と、第１の波長選択素子２４と、第２の波長選択素子２６と、対物レンズ２８とを備えている。
【００８５】
また、プローブ顕微鏡２１０では、情報検出光学系１８から照射される情報検出レーザ光１９のファーフィールド光を、カンチレバー１６のプローブ１４先端にフォーカスさせ、この先端から発生させる近接場光３１を試料１２に照射することによって、試料１２の試料情報を検出する。
【００８６】
プローブ顕微鏡２１０には、不要反射光等の戻り光を排除するための偏光面回転検出手段２４０が設けられており、偏光面回転検出手段２４０は、λ／４板２４６と、Ｇ−Ｔ（Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）アナライザ２４８とから構成され、不要な反射光の排除を行う。
【００８７】
また、情報検出光学系２１８には、情報検出レーザ光源３２とハーフミラー３８との間に、λ／４板２３６と、必要に応じてλ／２板２３８とが設けられている。なお、情報検出装置３４には、例えば光電子増倍管を用いればよい。
【００８８】
情報検出光学系２１８では、情報検出レーザ光源３２から発射した直線偏光もしくはλ／２板２３８によって直線偏光とされた情報検出レーザ光１９が、λ／４板２３６を通過することによって円偏光とされる。
【００８９】
円偏光のファーフィールド光は、カンチレバー１６のプローブ１４の先端にフォーカシングされ、この先端から、近接場光３１が得られ、近接場光３１が試料１２に照射される。
【００９０】
この場合、情報検出レーザ光源３２から出た情報検出レーザ光１９を円偏光に変更して、カンチレバー１６のプローブ１４に入射すると、近接場光３１は試料１２から反射され、対物レンズ２８、第２の波長選択素子２６、ハーフミラー３８、及びミラー４２を通じて、λ／４板２４６に導入されて、直線偏光とされ、偏光角が調整されたＧ−Ｔ偏光板によるＧ−Ｔアナライザ２４８に導入される。
【００９１】
このとき、例えばプローブ１４の内周面等で反射して到来する不要のファーフィールド光の戻り光も、同様の光路をとってλ／４板２４６に導入されるが、これら試料１２の表面からの戻り光の近接場光３１と、プローブ１４の内面で反射された不要のファーフィールド光の戻り光とは、λ／４板２４６までの光学的距離が異なる。
【００９２】
これをλ／４板２４６で直線偏光に直し、これをＧ−Ｔアナライザ２４８で不要な反射光のみカットして、近接場光３１を取り出し、これを情報検出装置３４における例えば光増倍管によって検出することができる。
【００９３】
このようにして、λ／４板２４６とＧ−Ｔアナライザ２４８とによって、例えばプローブ１４内面からの不要な戻り光の排除を行ない、近接場光のみを情報検出装置３４に導入し、電気信号に変換した出力を試料情報として検出する。
【００９４】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態に係るプローブ顕微鏡の構成は、第２の実施の形態と同様であるため、同一符号を付してその説明を省略する。
【００９５】
第３の実施の形態は、磁性体としての試料の表面から磁区を検出する点が第２の実施の形態と異なっている。
【００９６】
磁性体の表面から磁区を検出する場合には、カー効果を検出する必要があり、第３の実施の形態に係るプローブ顕微鏡では、対象となる試料１２は、少なくとも表面が磁性体で形成されており、例えば光磁気記録による磁化パターンすなわち磁区が形成されていて、この磁化の向きに応じてカー効果によって、偏光面が回転される。このように偏光面の回転として変調されたレーザ光は、戻り光として、対物レンズ２８、第２の波長選択素子２６、ハーフミラー３８、ミラー４２、λ／４板２４６に導入され、直線偏光とされ、偏光角が調整されたＧ−Ｔアナライザ２４８に導入される。
【００９７】
このとき、例えばプローブ１４の内周面等で反射して到来する不要のファーフィールド光の戻り光も、同様の光路をとってλ／４板２４６に導入されるが、これら試料１２の表面からの戻り光の近接場光３１と、プローブ１４の内面で反射された不要のファーフィールド光の戻り光とは、λ／４板２４６までの光路長が異なることから、λ／４板２４６によって直線偏光とされた双方の戻り光は、偏光面の角度が相違した状態でＧ−Ｔアナライザ２４８に導入される。
【００９８】
したがって、Ｇ−Ｔアナライザ２４８の偏光角を調整しておくことにより、試料１２面からの近接場光３１の戻り光のみを取り出すことができ、情報検出装置３４によって検出することができる。
【００９９】
このようにして、λ／４板２４６とＧ−Ｔアナライザ２４８とによって、例えばプローブ１４の内面からの不要な戻り光を排除することができ、磁区検出がなされた光のみを情報検出装置３４に導入し、電気信号に変換した出力を取り出すことができる。すなわち、不要な戻り光によるノイズが効果的に排除された試料１２の磁気的情報の検出を行うことができる。
【０１００】
なお、回折光をカットするために、第１の実施の形態と同様に、共焦点光学系を情報検出装置の前段に設けてもよい。
【０１０１】
次に、本発明の第４の実施の形態に係るプローブ顕微鏡について説明する。第４の実施の形態に係るプローブ顕微鏡では、反射光ではなく、透過光を測定しており、照明光学系を試料の反対側（対物レンズの反対側）に設け、これに各検出系で使うレーザ波長をカットするカットフィルタを通して照射する。そして、試料から対物レンズに抜けるように照明すると、近接場光が計測され、試料やカンチレバーの透過光像が観察される。
【０１０２】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【０１０３】
図６に示すように、第５の実施の形態に係るプローブ顕微鏡５１０では、情報検出光学系５１８にλ／２板２３８を設け、情報検出レーザ光１９として直線偏光レーザ光を用いている。
【０１０４】
また、情報検出装置３４の前段には、情報検出を行うための不要ファーフィールド反射光の排除を行なう不要反射光排除手段４０と偏光面回転検出手段５４０とを設け、不要反射光排除手段４０には、上記の第１の実施の形態と同様に共焦点光学系４４を用い、偏光面回転検出手段５４０では、第２の実施の形態で設けられているλ／４板を省略し、Ｇ−Ｔアナライザ２４８のみを配置している。
【０１０５】
また、プローブ顕微鏡５１０は、照射する変位検出レーザ光を、プローブ顕微鏡５１０の光軸とは異なる位置から照射するように配置したカンチレバー変位検出光学系５２２を設けており、レーザ光源５５２から照射された変位検出レーザ光が、対物レンズ２８とは異なる外部レンズ系としての対物レンズ５５６を通じて、カンチレバー１６に照射され、カンチレバー１６の金属膜コート３０で反射された反射光がカンチレバー変位検出装置５５４に導入される。
【０１０６】
次に、本発明の第６の実施の形態に係るプローブ顕微鏡について説明する。図７に示すように、第６の実施の形態に係るプローブ顕微鏡では、プローブ１４の外側にも、プローブ１４の先端部分を除いて、金属膜コート６３０が蒸着されている。
【０１０７】
なお、他の構成は、第１の実施の形態に係るプローブ顕微鏡の構成と同様であるため、説明を省略する。
【０１０８】
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。本実施の形態では、光記録媒体からの記録信号の読み出しを行なう光ピックアップとしてプローブ顕微鏡を用いたプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置に本発明を適用した場合を例に説明する。
【０１０９】
図８に示すように、第７の実施の形態に係るプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置７１０は、光記録再生ヘッド装置本体７１２と、回転支持されたディスク型の例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）等の光記録媒体７１４とを備えている。光記録再生ヘッド装置本体７１２は、第１の実施の形態で説明した近接場光を用いるプローブ顕微鏡を備えており、光記録媒体７１４上の例えば凹凸ピットによる記録や、相変化記録、光磁気記録を読み出す。
【０１１０】
このように、第７の実施の形態に係るプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置によれば、カンチレバーのプローブの凹部の内面を、プラズモン共鳴が起きるように金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で光記録媒体を測定して、記録情報を検出できる。
【０１１１】
また、プローブの先端に微小開口が形成されておらず、プローブの外部には金属膜がコーティングされていないため、光記録媒体を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【０１１２】
また、観察照明光学系と情報検出光学系とカンチレバー変位検出光学系に対する対物レンズを共通の対物レンズとすることにより、構成の簡潔化、占有空間の小型化を図ることができる。
【０１１３】
なお、上記の実施の形態では、光記録再生ヘッド装置本体に搭載するプローブ顕微鏡として、第１の実施の形態で説明したプローブ顕微鏡を用いた場合を例に説明したが、光記録再生ヘッド装置本体に、上記の第２の実施の形態〜第６の実施の形態に係るプローブ顕微鏡の何れを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプローブ顕微鏡の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るカンチレバー、プローブ、及び金属膜コートを示す斜視図である。
【図３】プローブの内面でプラズモン共鳴が起こり、プローブの先端から近接場光が発生する様子を示すイメージ図である。
【図４】プローブの他の形状を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るプローブ顕微鏡の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係るプローブ顕微鏡の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係るカンチレバー、プローブ、及び金属膜コートを示す概略図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態に係るプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０、２１０、５１０ プローブ顕微鏡
１２ 試料
１４ プローブ
１６ カンチレバー
１８、２１８、５１８ 情報検出光学系
１９ 情報検出レーザ光
２０ 観察照明光学系
２２、５２２ カンチレバー変位検出光学系
２４ 第１の波長選択素子
２６ 第２の波長選択素子
２８ 対物レンズ
３０、６３０ 金属膜コート
３１ 近接場光
３２ 情報検出レーザ光源
３４ 情報検出装置
４０ 不要反射光排除手段
４４ 共焦点光学系
５０ 変位検出レーザ光
５２、５５２ レーザ光源
５４、５５４ カンチレバー変位検出装置
６０ 照明光源
６２ 照明光
６４ 観察装置
８６ 移動ステージ
２３６ λ／４板
２３８ λ／２板
２４０ 偏光面回転検出手段
２４６ λ／４板
２４８ Ｇ−Ｔアナライザ
５４０ 偏光面回転検出手段
７１０ プローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置
７１２ 光記録再生ヘッド装置本体
７１４ 光記録媒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場光探針、光学装置、プローブ顕微鏡、及びプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置に係り、特に、片持ち張り（カンチレバー）を用いて試料の試料情報を検出する近接場光探針、光学装置、プローブ顕微鏡、及びプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、近接場光顕微鏡に使用される探針は、微小開口を探針先端に形成する必要がある。これは、近接場光を波長より小さい微小開口で形成する必要があるからである。従来の探針は、探針の骨格を、光を透過する材質で錘状に形成し、かつ、探針の外側に金属膜を形成し、この先端に微小開口を形成した構造となっている。
【０００３】
例えば、先端及び側面が金属または半金属でコートされたプローブであり、上記コートは先端部分において、固相拡散によって形成した開口を有することを特徴とする近接場プローブを用いた近接場光顕微鏡及び近接場光記録装置が知られている（特許文献１）。
【０００４】
また、近接場光顕微鏡を操作する場合に、探針試料間隙を一定に制御する必要があり、この場合、従来技術である原子間力顕微鏡の原理を使用する。例えば、コンタクトモード制御、タッピングモード制御、シャーフォースモード制御などの制御方法がある。
【特許文献１】特開２００１−０５６２７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の近接場光顕微鏡では、従来の制御方法で探針試料間隙を制御し、探針先端が試料表面と接触すると、形成された微小開口が破壊され、あるいは、大きくなってしまうため、分解能が落ち、測定結果の信頼性が損なわれてしまう、という問題がある。
【０００６】
また、探針が試料と接触すると、微小開口を形成している金属膜の一部が試料を汚染する危険性があるため、半導体プロセスでのインラインの測定には適さない、という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、試料を汚染せずに、かつ、高い分解能で信頼性の高い測定結果を得ることができる近接場光探針、光学装置、プローブ顕微鏡、及びプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために第１の発明に係る近接場光探針は、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設けたカンチレバーを含んで構成されている。
【０００９】
第１の発明に係る近接場光探針によれば、カンチレバーの探針にレーザ光が照射されると、金属膜の表面でプラズモン共鳴を起こし、探針の先端から近接場光が発生する。そして、近接場光を試料に照射して、試料を測定する。
【００１０】
従って、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で試料を測定でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、試料を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００１１】
また、第２の発明に係る光学装置は、上記の近接場光探針を用いて構成されている。第２の発明に係る光学装置によれば、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で試料を測定でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、試料を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００１２】
第３の発明に係るプローブ顕微鏡は、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と試料の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記試料への照射による前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する情報検出光学系と、少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズとを含んで構成されている。
【００１３】
第４の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置は、記録媒体に情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置であって、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と前記記録媒体の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記記録媒体への照射による前記記録媒体からの戻り光によって前記記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系と、少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズとを含んで構成されている。
【００１４】
第３の発明に係るプローブ顕微鏡及び第４の発明に係るにプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置よれば、情報検出光学系によって、レーザ光源から対物レンズを通じて、カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光が照射され、探針の凹部の内面の金属膜の表面でプラズモン共鳴が起こり、探針の先端から近接場光が発生する。そして、近接場光が試料又は記録媒体に照射され、試料又は記録媒体からの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、試料の試料情報又は記録媒体の記録情報が検出される。
【００１５】
また、観察照明光学系によって、照明光源から対物レンズを通じて、カンチレバーに照明光が照射され、照明光のカンチレバーからの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、戻り光の光学像によって、情報検出レーザ光の照射状態が観察される。
【００１６】
従って、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で試料又は記録媒体を測定して、試料情報又は記録情報を検出でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、試料又は記録媒体を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。また、観察照明光学系と情報検出光学系とに対する対物レンズを共通の対物レンズとすることにより、構成の簡潔化、占有空間の小型化を図ることができる。
【００１７】
また、第５の発明に係るプローブ顕微鏡は、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と試料の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記試料への照射による前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する情報検出光学系と、少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系と、前記情報検出光学系、前記観察照明光学系、及び前記カンチレバーの変位検出光学系に対して共通に設けられた対物レンズとを含んで構成されている。
【００１８】
第６の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置は、記録媒体に情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置であって、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と前記記録媒体の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記記録媒体への照射による前記記録媒体からの戻り光によって前記記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系と、少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系と、前記情報検出光学系、前記観察照明光学系、及び前記カンチレバーの変位検出光学系に対して共通に設けられた対物レンズとを含んで構成されている。
【００１９】
第５の発明に係るプローブ顕微鏡及び第６の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置によれば、情報検出光学系によって、レーザ光源から対物レンズを通じて、カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光が照射され、探針の凹部の内面の金属膜の表面でプラズモン共鳴が起こり、探針の先端から近接場光が発生する。そして、近接場光が試料又は記録媒体に照射され、試料又は記録媒体からの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、試料の試料情報又は記録媒体の記録情報が検出される。
【００２０】
また、カンチレバーの変位検出光学系によって、レーザ光源から対物レンズを通じて、カンチレバーへ変位検出レーザ光が照射され、カンチレバーからの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、カンチレバーの変位が検出される。
【００２１】
また、観察照明光学系によって、照明光源から対物レンズを通じて、カンチレバーに照明光が照射され、照明光のカンチレバーからの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、戻り光の光学像によって、情報検出レーザ光の照射状態が観察される。
【００２２】
従って、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で試料又は記録媒体を測定して、試料情報又は記録情報を検出でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、試料又は記録媒体を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。また、観察照明光学系と情報検出光学系とカンチレバーの変位検出光学系とに対する対物レンズを共通の対物レンズとすることにより、構成の簡潔化、占有空間の小型化を図ることができる。
【００２３】
また、第７の発明に係るプローブ顕微鏡は、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と試料の表面との間に原子間力が作用するように設置されたカンチレバーと、前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記試料への照射による前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する情報検出光学系と、少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、前記対物レンズとは異なる外部レンズ系、及び前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を、前記外部レンズ系を通じて前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系とを含んで構成されている。
【００２４】
第８の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置は、記録媒体に情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置であって、先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と前記記録媒体の表面との間に原子間力が作用するように設置されたカンチレバーと、前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記記録媒体への照射による前記記録媒体からの戻り光によって前記記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系と、少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、前記対物レンズとは異なる外部レンズ系、及び前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を、前記外部レンズ系を通じて前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系とを含んで構成されている。
【００２５】
第７の発明に係るプローブ顕微鏡及び第８の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置によれば、情報検出光学系によって、レーザ光源から対物レンズを通じて、カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光が照射され、探針の凹部の内面の金属膜の表面でプラズモン共鳴が起こり、探針の先端から近接場光が発生する。そして、近接場光が試料又は記録媒体に照射され、試料又は記録媒体からの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、試料の試料情報又は記録媒体の記録情報が検出される。
【００２６】
また、カンチレバーの変位検出光学系によって、レーザ光源から外部レンズ系を通じて、カンチレバーへ変位検出レーザ光が照射され、カンチレバーからの戻り光によって、カンチレバーの変位が検出される。
【００２７】
また、観察照明光学系によって、照明光源から対物レンズを通じて、カンチレバーに照明光が照射され、照明光のカンチレバーからの戻り光が、対物レンズを通じて検出されて、戻り光の光学像によって、情報検出レーザ光の照射状態が観察される。
【００２８】
従って、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で試料又は記録媒体を測定して、試料情報又は記録情報を検出でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、試料又は記録媒体を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。また、観察照明光学系と情報検出光学系とに対する対物レンズを共通の対物レンズとすることにより、構成の簡潔化、占有空間の小型化を図ることができる。
【００２９】
第３の発明、第５の発明、及び第７の発明に係るプローブ顕微鏡と、第４の発明、第６の発明、及び第８の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置とは、情報検出レーザ光を対物レンズに向かわせる波長選択性を有する波長選択素子を更に含むことができる。これにより、情報検出レーザは、波長選択素子を通じて、カンチレバーの探針の先端へ照射され、試料又は記録媒体からの戻り光が、波長選択素子を通じて検出される。
【００３０】
上記の波長選択素子は、照明光源からの照明光から情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を情報検出レーザ光とともに対物レンズに向かわせる波長選択性を有することができる。
【００３１】
第５の発明に係るプローブ顕微鏡及び第６の発明に係るプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置は、変位検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する第１の波長選択素子と、情報検出レーザ光を対物レンズに向かわせる波長選択性を有する第２の波長選択素子とを更に含むことができる。これにより、変位検出レーザは、第１の波長選択素子を通じて、カンチレバーへ照射され、カンチレバーからの戻り光が、第１の波長選択素子を通じて検出される。また、情報検出レーザは、第２の波長選択素子を通じて、カンチレバーの探針の先端へ照射され、試料又は記録媒体からの戻り光が、第２の波長選択素子を通じて検出される。
【００３２】
また、上記第１の波長選択素子は、照明光源からの照明光から変位検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を変位検出レーザ光とともに対物レンズに向かわせる波長選択性を有し、第２の波長選択素子は、照明光源からの照明光から情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を情報検出レーザ光とともに対物レンズに向かわせる波長選択性を有することができる。
【００３３】
上記の波長選択素子を、ダイクロイックミラーとすることができる。
【００３４】
また、上記の波長選択素子を、所定の波長をカットするカットフィルタとすることができる。
【００３５】
また、上記の情報検出光学系は、近接場光の試料からの戻り光の光路に配置された共焦点光学系を更に備えることができる。これにより、戻り光のうち不要な光を排除することができる。
【００３６】
また、上記の情報検出光学系は、近接場光の試料からの戻り光の光路に配置された円偏光検出光学系を更に備えることができる。これにより、戻り光のうち不要な光を排除することができる。
【００３７】
また、上記の情報検出光学系は、情報検出レーザ光の光路に配置された直線偏光検出光学系を更に備えることができる。
【００３８】
また、上記の探針を、円錐状又は多角錐状の形状とすることができる。
【００３９】
上記の探針は、凹部の外面を、探針の先端部分を除いて、金属膜でコーティングすることができる。
【００４０】
また、探針の内面の金属膜の厚さを、３０ｎｍ〜６０ｎｍとすることができる。
【００４１】
上記のカンチレバーの探針は、プラズモン共鳴が起きるように凹部の内面が金属膜でコーティングされている。このように、カンチレバーの探針の凹部の内面を、プラズモン共鳴が起きるように金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させることができる。
【００４２】
また、上記の情報検出光学系は、分光器を更に備え、分光器を用いて、試料からの戻り光によって試料の試料情報を検出することができる。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように、本発明の近接場光探針、光学装置、及びプローブ顕微鏡によれば、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で試料を測定でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、試料を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる、という効果が得られる。
【００４４】
また、本発明のプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置によれば、カンチレバーの探針の凹部の内面を、金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で記録媒体を測定して、記録情報を検出でき、また、探針の先端に微小開口が形成されておらず、探針の外部には金属膜がコーティングされていないため、記録媒体を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、試料の試料情報、例えば表面形状を得るプローブ顕微鏡に本発明を適用した場合について説明する。
【００４６】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るプローブ顕微鏡１０は、観察対象となる試料１２の表面との間で原子間力が作用されるプローブ１４が先端に設けられたカンチレバー１６と、試料１２の試料情報を得るために情報検出レーザ光１９を照射する情報検出光学系１８と、情報検出レーザ光１９の照射状態を観察する観察照明光学系２０と、カンチレバーの変位を検出するカンチレバー変位検出光学系２２と、第１の波長選択素子２４と、第２の波長選択素子２６と、情報検出光学系１８、観察照明光学系２０、及びカンチレバー変位検出光学系２２に関して共通の対物レンズ２８とを備えている。
【００４７】
カンチレバー１６は、例えば一端支持型構成を有し、その遊端（カンチレバー１６の支持側とは反対側の先端）に、プローブ１４を有する。また、試料１２の表面に対してプローブ１４の先端が近接ないしは軽く接触するようにカンチレバー１６が配置されている。
【００４８】
カンチレバー１６は、プローブ１４の先端と、試料１２の観察がなされる表面との原子間力の作用によって支持端側を支点として撓曲変位する構成であり、カンチレバー１６は、その長さが例えば１００μｍ、厚さ４００ｎｍ〜８００ｎｍを有し、所定のばね定数を有する。カンチレバー１６及びプローブ１４は、光透過性の材料、例えばＳｉＮより形成されている。
【００４９】
図２に示すように、プローブ１４は、試料１２の先端に向かうに従って狭窄した凹状、例えば円錐凹状に形成され、プローブ１４の内面には、表面プラズモン共鳴が起きるように、金属蒸着によって、金、銀、アルミ等の金属膜コート３０がプローブ１４の先端まで形成されている。なお、金属膜コート３０の厚さを３０ｎｍ〜６０ｎｍとすることが好ましい。
【００５０】
また、プローブ１４の周辺の対物レンズ２８と対向する面にも、金属膜コート３０が被着形成されている。
【００５１】
このプローブ１４において、情報検出光学系１８から照射される情報検出レーザ光１９のファーフィールド光を、プローブ１４の先端にフォーカスさせると、図３に示すように、金属膜コート３０の表面でプラズモン共鳴を起こし、金属膜コート３０の表面を先端側に伝播し、先端から近接場光（ニアフィールド光）３１が発生し、近接場光３１が試料１２に照射される。この近接場光３１によるスポット径は回折限界に規制されず、対物レンズ２８の開口数および情報検出レーザ光１９の波長に依存しないことから微小な照射スポット径とすることができる。
【００５２】
情報検出光学系１８は、カンチレバー１６のプローブ１４の先端に照射するための例えば５００ｎｍの緑の波長である情報検出レーザ光１９を発生する情報検出レーザ光源３２と、集光レンズ等の光学レンズ３６と、ハーフミラー３８と、近接場光３１の試料１２への照射による試料１２からの戻り光によって、試料情報を検出する情報検出装置３４とを備えている。
【００５３】
情報検出装置３４は、この情報検出装置３４に導入される試料１２からの戻り光の態様、目的とする検出信号態様等に応じて例えばフォトダイオード、光電子増倍管（フォトマルチプライヤ）、分光器等によって構成される。
【００５４】
また、情報検出光学系１８には、情報検出装置３４への例えば凹状プローブ１４の凹状内周面からの不要反射光を排除する不要反射光排除手段４０と、光路を形成するミラー４２とが設けられている。
【００５５】
不要反射光排除手段４０は、例えば共焦点光学系４４によって構成することができる。この共焦点光学系４４は、プローブ１４の先端との共焦点を形成する共焦点レンズ４６と、その共焦点位置に配置されたアパーチャ４８とから構成されている。
【００５６】
カンチレバー変位検出光学系２２は、例えば６５０ｎｍの赤の波長である変位検出レーザ光５０を発するレーザ光源５２と、カンチレバー１６からの変位検出レーザ光５０の戻り光によってカンチレバー１６の変位を検出するカンチレバー変位検出装置５４と、集光レンズ等による光学レンズ５６とを備えている。カンチレバー変位検出装置５４は、例えば２分割フォトダイオード、４分割フォトダイオード、ＰＳＤ等によって構成することができる。
【００５７】
観察照明光学系２０は、カンチレバー１６に対する情報検出レーザ光１９の照射状態や、プローブ１４と試料１２との位置関係等を観察する光学系であり、例えば白色の照明光６２を発生する白色光源による照明光源６０と、照明光６２を対物レンズ２８の光軸もしくは近軸上に導入するハーフミラー６６と、試料１２からの戻り光の光学像を観察する観察装置６４と、この観察装置６４に戻り光を向かわせるミラー６８と、集光レンズ等の光学レンズ７０とを備えている。
【００５８】
観察装置６４は、例えばＣＣＤカメラなどの固体撮像素子による例えば撮像素子７２と、例えばその撮像光学像を映出するモニター７４とを備えている。
【００５９】
情報検出レーザ光１９と上記変位検出レーザ光５０とは、上述したように、例えば緑のレーザ光と赤のレーザ光による互いに異なる波長のレーザ光を用いており、一方、照明光源６０としては、情報検出レーザ光１９の波長及び変位検出レーザ光５０の波長以外の波長に渡る波長帯、この例では緑および赤の波長以外の波長に渡る波長帯であって、照明光として好適な白色光の照明光６２を発光する白色光源を用いている。
【００６０】
また、照明光６２と変位検出レーザ光５０とを共に対物レンズ２８に導入する光路上に、例えばダイクロイックミラーで構成された第１の波長選択素子２４が配置されている。第１の波長選択素子２４は、白色光の照明光６２から、変位検出レーザ光５０の波長の光成分、すなわちこの例では６５０ｎｍの赤の光成分を反射させて排除すると共に、この変位検出レーザ光５０の波長以外の波長光を透過して、照明光６２を変位検出レーザ光５０とともに対物レンズ２８に向かわせる波長選択性を有する光学素子である。
【００６１】
また、照明光６２と変位検出レーザ光５０とさらに情報検出レーザ光源３２からの情報検出レーザ光１９を共に対物レンズ２８に導入する光路上に、例えばダイクロイックミラーで構成された第２の波長選択素子２６が配置されている。第２の波長選択素子２６は、白色光の照明光６２から情報検出レーザ光１９の波長光すなわちこの例では５００ｎｍの緑の光を反射させて排除すると共に、この情報検出レーザ光１９の波長以外の波長光を透過して、照明光６２を情報検出レーザ光１９とともに対物レンズ２８に向かわせる波長選択性を有する光学素子である。
【００６２】
また、プローブ顕微鏡１０は、表面の観察がなされる試料１２に対して、プローブ顕微鏡１０の光軸、すなわちその対物レンズ２８の光軸と直交する面に沿って相対的に移動する走査型プローブ顕微鏡であり、プローブ顕微鏡１０には、試料１２を上面に載置するための載置台である移動ステージ８６が設けられ、移動ステージ８６は、プローブ顕微鏡１０の上述した光軸方向に沿うｚ軸方向と、これとほぼ直交する面上で、互いに直交するｘ軸およびｙ軸方向に移動可能に構成されている。また、移動ステージ８６は、制御装置８８によって移動制御がなされる。
【００６３】
次に、第１の実施の形態に係るプローブ顕微鏡１０の作用について説明する。
【００６４】
まず、照明光６２をカンチレバー１６および試料１２に照射すると共に、変位検出レーザ光５０をカンチレバー１６に照射して、照明光６２の戻り光によりこれら照射状態等を観察照明光学系２０の観察装置６４によって観察する。そして、この観察結果によって試料１２の基準位置の調整を移動ステージ８６のｘ、ｙ、ｚ方向の調整によって行い、また、必要に応じてカンチレバー１６の設定位置の調整を行なう。
【００６５】
そして、移動ステージ８６をｘおよびｙ方向に移動させて、情報検出光学系１８からの情報検出レーザ光１９によるプローブ１４の先端からの近接場光３１のスポットを、試料１２の表面上に走査する。
【００６６】
このようにして、情報検出光学系１８による情報検出レーザ光１９が、光学レンズ３６、ハーフミラー３８を通じて、第２の波長選択素子２６によって反射され、対物レンズ２８によってカンチレバー１６のプローブ１４の先端にフォーカスされるように集光される。このとき、情報検出レーザ光１９の波長λより半分以下の内径ｄには、通常の光（空気中を伝播する光）は透過せずに、反射されてしまう。この部分よりプローブ１４先端側には、近接場光しか伝播しない。プローブ１４内面の金属膜コート３０の表面でプラズモン共鳴を起こし、金属膜コート３０の表面をプローブ１４の先端側に伝播し、先端から近接場光が滲み出る。このとき、プローブ１４の先端が試料１２の表面に充分近接されていることによって、この微小スポットの近接場光３１が試料１２の表面に照射される。このように、近接場光によって、分解能１０ｎｍ以下が得られ、近接場光探針径が実現できる。
【００６７】
そして、この試料１２に照射された近接場光３１が、試料１２の表面の例えば光学的特性、すなわち反射率、透過率によって変調される。この変調されたレーザ光は、戻り光として、対物レンズ２８に導入され、第２の波長選択素子２６、ハーフミラー３８、ミラー４２によって情報検出装置３４に導入され、情報検出装置３４によって試料情報が検出される。
【００６８】
このとき、プローブ１４において、λ≫ｄの領域からの不要反射光もまた、上述した経路を辿って情報検出装置３４に向かうが、これは、共焦点レンズ４６による共焦点関係にないことから、その共焦点位置にあるアパーチャ４８によって遮断され、この不要反射光がカットされる。つまり、ノイズが改善される。
【００６９】
一方、このとき、カンチレバー変位検出光学系２２のレーザ光源５２からの変位検出レーザ光５０が第１の波長選択素子２４によって反射され、第２の波長選択素子２６を透過し、対物レンズ２８によってカンチレバー１６の金属膜コート３０で反射される。そして、この反射による戻り光が、カンチレバー変位検出装置５４に導入される。この戻り光は、カンチレバー１６の撓曲、すなわち変位に応じて、カンチレバー変位検出装置５４への入射角の変化（すなわちスポット形状の変化、）あるいは位置が変化することから、カンチレバー変位検出装置５４における光電変換の各部の入射光量の変化が生じる。したがって、これらによる出力の演算によって、カンチレバー１６における撓みの検出ひいては原子間力を検出することができる。つまり、プローブ１４と、試料１２の表面との間隔を検出することができる。
【００７０】
この間隔を検出した信号が移動ステージ８６の制御装置８８に入力され、移動ステージ８６のｚ軸方向の調整がなされ、常時、プローブ１４と試料１２の表面とを微小間隙をもって一定に保持させる。すなわち、近接場光３１を、常時試料１２の表面に一定条件で照射させる。
【００７１】
以上説明したように、第１の実施の形態に係るプローブ顕微鏡によれば、カンチレバーのプローブの凹部の内面を、プラズモン共鳴が起きるように金属膜コートを蒸着することにより、強い近接場光を発生させて高い分解能で試料の試料情報を検出することができる。
【００７２】
また、プローブの先端に微小開口が形成されておらず、プローブの外部には金属膜がコーティングされていないため、プローブと試料との間を一定に制御しても、微小開口が直接試料表面につくことがなく、試料を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００７３】
また、観察照明光学系と情報検出光学系とカンチレバー変位検出光学系とに対する対物レンズを共通の対物レンズとすることにより、構成の簡潔化、占有空間の小型化を図ることができる。また、カンチレバーに対する対物レンズの間隔を充分小とすることができる。
【００７４】
カンチレバー変位検出光学系及び情報検出光学系から照射されるレーザ光の光路上に、ダイクロックミラーを設けているため、１００％に近い反射率で、６５０ｎｍあるいは５００ｎｍの波長の光をカンチレバー検出装置及び情報検出装置の各々に取り込むことができる。一方、観察照明光学系では、６５０ｎｍおよび５００ｎｍ以外の波長の光を効率よく取り込むことができるので、最低の観察機能は確保することができると共に、各検出系の感度や精度を保つことが出来る。
【００７５】
プローブの外側の先端は、安定な光透過材料となっているため、試料への汚染を防ぐことができる。
【００７６】
また、プローブからの不要の戻り光は、共焦点レンズ等による不要反射光排除手段によって排除して、近接場光のみを検出することができるため、この不要反射光によるノイズの混入を効果的に排除してＳ／Ｎ比を向上することができ、高解像度、高精度の向上を図ることができる。
【００７７】
また、試料からの情報検出を、近接場光の微小スポットで行うため、解像度の向上を図ることができ、試料上の微細情報の検出が可能となる。
【００７８】
また、照明光として、照明による観察に適した白色光を用い、カンチレバーの変位検出のための照明光としては、その変位検出に適したレーザ光を用いて、これら照明光およびレーザ光を共通の対物レンズに導入するものであるが、第１の波長選択素子及び第２の波長選択素子によって、試料情報を検出するためのレーザ光とカンチレバーの変位を検出するためのレーザ光との分離を行うため、それぞれの戻り光による情報検出を正確に行うことができる。
【００７９】
なお、本実施の形態では、プローブが円錐形状となっている場合を例に説明したが、図４にしめすように、多角錐状のプローブがカンチレバーの先端に設けられていてもよい。この場合には、多角錐状のプローブが凹状となっており、内面に金属膜コートが蒸着されていればよい。
【００８０】
また、波長選択素子がダイクロイックミラーで構成されている場合を例に説明したが、波長選択素子として、所定の波長をカットするカットフィルタを用いてもよい。
【００８１】
また、近接場光探針を用いた近接場光顕微鏡を例に説明したが、近接場光探針を用いた近接場ラマン光顕微鏡に本発明を適用してもよい。
【００８２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
第２の実施の形態は、共焦点光学系の代わりに円偏光光学系を利用して、不要な反射光を除去している点が第１の実施の形態と異なっている。
【００８４】
図５に示すように、第２の実施の形態に係るプローブ顕微鏡２１０は、試料１２の試料情報を得るために情報検出レーザ光１９を照射する情報検出光学系１８と、観察照明光学系２０と、カンチレバー変位検出光学系２２と、第１の波長選択素子２４と、第２の波長選択素子２６と、対物レンズ２８とを備えている。
【００８５】
また、プローブ顕微鏡２１０では、情報検出光学系１８から照射される情報検出レーザ光１９のファーフィールド光を、カンチレバー１６のプローブ１４先端にフォーカスさせ、この先端から発生させる近接場光３１を試料１２に照射することによって、試料１２の試料情報を検出する。
【００８６】
プローブ顕微鏡２１０には、不要反射光等の戻り光を排除するための偏光面回転検出手段２４０が設けられており、偏光面回転検出手段２４０は、λ／４板２４６と、Ｇ−Ｔ（Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）アナライザ２４８とから構成され、不要な反射光の排除を行う。
【００８７】
また、情報検出光学系２１８には、情報検出レーザ光源３２とハーフミラー３８との間に、λ／４板２３６と、必要に応じてλ／２板２３８とが設けられている。なお、情報検出装置３４には、例えば光電子増倍管を用いればよい。
【００８８】
情報検出光学系２１８では、情報検出レーザ光源３２から発射した直線偏光もしくはλ／２板２３８によって直線偏光とされた情報検出レーザ光１９が、λ／４板２３６を通過することによって円偏光とされる。
【００８９】
円偏光のファーフィールド光は、カンチレバー１６のプローブ１４の先端にフォーカシングされ、この先端から、近接場光３１が得られ、近接場光３１が試料１２に照射される。
【００９０】
この場合、情報検出レーザ光源３２から出た情報検出レーザ光１９を円偏光に変更して、カンチレバー１６のプローブ１４に入射すると、近接場光３１は試料１２から反射され、対物レンズ２８、第２の波長選択素子２６、ハーフミラー３８、及びミラー４２を通じて、λ／４板２４６に導入されて、直線偏光とされ、偏光角が調整されたＧ−Ｔ偏光板によるＧ−Ｔアナライザ２４８に導入される。
【００９１】
このとき、例えばプローブ１４の内周面等で反射して到来する不要のファーフィールド光の戻り光も、同様の光路をとってλ／４板２４６に導入されるが、これら試料１２の表面からの戻り光の近接場光３１と、プローブ１４の内面で反射された不要のファーフィールド光の戻り光とは、λ／４板２４６までの光学的距離が異なる。
【００９２】
これをλ／４板２４６で直線偏光に直し、これをＧ−Ｔアナライザ２４８で不要な反射光のみカットして、近接場光３１を取り出し、これを情報検出装置３４における例えば光増倍管によって検出することができる。
【００９３】
このようにして、λ／４板２４６とＧ−Ｔアナライザ２４８とによって、例えばプローブ１４内面からの不要な戻り光の排除を行ない、近接場光のみを情報検出装置３４に導入し、電気信号に変換した出力を試料情報として検出する。
【００９４】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態に係るプローブ顕微鏡の構成は、第２の実施の形態と同様であるため、同一符号を付してその説明を省略する。
【００９５】
第３の実施の形態は、磁性体としての試料の表面から磁区を検出する点が第２の実施の形態と異なっている。
【００９６】
磁性体の表面から磁区を検出する場合には、カー効果を検出する必要があり、第３の実施の形態に係るプローブ顕微鏡では、対象となる試料１２は、少なくとも表面が磁性体で形成されており、例えば光磁気記録による磁化パターンすなわち磁区が形成されていて、この磁化の向きに応じてカー効果によって、偏光面が回転される。このように偏光面の回転として変調されたレーザ光は、戻り光として、対物レンズ２８、第２の波長選択素子２６、ハーフミラー３８、ミラー４２、λ／４板２４６に導入され、直線偏光とされ、偏光角が調整されたＧ−Ｔアナライザ２４８に導入される。
【００９７】
このとき、例えばプローブ１４の内周面等で反射して到来する不要のファーフィールド光の戻り光も、同様の光路をとってλ／４板２４６に導入されるが、これら試料１２の表面からの戻り光の近接場光３１と、プローブ１４の内面で反射された不要のファーフィールド光の戻り光とは、λ／４板２４６までの光路長が異なることから、λ／４板２４６によって直線偏光とされた双方の戻り光は、偏光面の角度が相違した状態でＧ−Ｔアナライザ２４８に導入される。
【００９８】
したがって、Ｇ−Ｔアナライザ２４８の偏光角を調整しておくことにより、試料１２面からの近接場光３１の戻り光のみを取り出すことができ、情報検出装置３４によって検出することができる。
【００９９】
このようにして、λ／４板２４６とＧ−Ｔアナライザ２４８とによって、例えばプローブ１４の内面からの不要な戻り光を排除することができ、磁区検出がなされた光のみを情報検出装置３４に導入し、電気信号に変換した出力を取り出すことができる。すなわち、不要な戻り光によるノイズが効果的に排除された試料１２の磁気的情報の検出を行うことができる。
【０１００】
なお、回折光をカットするために、第１の実施の形態と同様に、共焦点光学系を情報検出装置の前段に設けてもよい。
【０１０１】
次に、本発明の第４の実施の形態に係るプローブ顕微鏡について説明する。第４の実施の形態に係るプローブ顕微鏡では、反射光ではなく、透過光を測定しており、照明光学系を試料の反対側（対物レンズの反対側）に設け、これに各検出系で使うレーザ波長をカットするカットフィルタを通して照射する。そして、試料から対物レンズに抜けるように照明すると、近接場光が計測され、試料やカンチレバーの透過光像が観察される。
【０１０２】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【０１０３】
図６に示すように、第５の実施の形態に係るプローブ顕微鏡５１０では、情報検出光学系５１８にλ／２板２３８を設け、情報検出レーザ光１９として直線偏光レーザ光を用いている。
【０１０４】
また、情報検出装置３４の前段には、情報検出を行うための不要ファーフィールド反射光の排除を行なう不要反射光排除手段４０と偏光面回転検出手段５４０とを設け、不要反射光排除手段４０には、上記の第１の実施の形態と同様に共焦点光学系４４を用い、偏光面回転検出手段５４０では、第２の実施の形態で設けられているλ／４板を省略し、Ｇ−Ｔアナライザ２４８のみを配置している。
【０１０５】
また、プローブ顕微鏡５１０は、照射する変位検出レーザ光を、プローブ顕微鏡５１０の光軸とは異なる位置から照射するように配置したカンチレバー変位検出光学系５２２を設けており、レーザ光源５５２から照射された変位検出レーザ光が、対物レンズ２８とは異なる外部レンズ系としての対物レンズ５５６を通じて、カンチレバー１６に照射され、カンチレバー１６の金属膜コート３０で反射された反射光がカンチレバー変位検出装置５５４に導入される。
【０１０６】
次に、本発明の第６の実施の形態に係るプローブ顕微鏡について説明する。図７に示すように、第６の実施の形態に係るプローブ顕微鏡では、プローブ１４の外側にも、プローブ１４の先端部分を除いて、金属膜コート６３０が蒸着されている。
【０１０７】
なお、他の構成は、第１の実施の形態に係るプローブ顕微鏡の構成と同様であるため、説明を省略する。
【０１０８】
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。本実施の形態では、光記録媒体からの記録信号の読み出しを行なう光ピックアップとしてプローブ顕微鏡を用いたプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置に本発明を適用した場合を例に説明する。
【０１０９】
図８に示すように、第７の実施の形態に係るプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置７１０は、光記録再生ヘッド装置本体７１２と、回転支持されたディスク型の例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）等の光記録媒体７１４とを備えている。光記録再生ヘッド装置本体７１２は、第１の実施の形態で説明した近接場光を用いるプローブ顕微鏡を備えており、光記録媒体７１４上の例えば凹凸ピットによる記録や、相変化記録、光磁気記録を読み出す。
【０１１０】
このように、第７の実施の形態に係るプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置によれば、カンチレバーのプローブの凹部の内面を、プラズモン共鳴が起きるように金属膜でコーティングすることにより、近接場光を発生させて高い分解能で光記録媒体を測定して、記録情報を検出できる。
【０１１１】
また、プローブの先端に微小開口が形成されておらず、プローブの外部には金属膜がコーティングされていないため、光記録媒体を汚染せずに、かつ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【０１１２】
また、観察照明光学系と情報検出光学系とカンチレバー変位検出光学系に対する対物レンズを共通の対物レンズとすることにより、構成の簡潔化、占有空間の小型化を図ることができる。
【０１１３】
なお、上記の実施の形態では、光記録再生ヘッド装置本体に搭載するプローブ顕微鏡として、第１の実施の形態で説明したプローブ顕微鏡を用いた場合を例に説明したが、光記録再生ヘッド装置本体に、上記の第２の実施の形態〜第６の実施の形態に係るプローブ顕微鏡の何れを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプローブ顕微鏡の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るカンチレバー、プローブ、及び金属膜コートを示す斜視図である。
【図３】プローブの内面でプラズモン共鳴が起こり、プローブの先端から近接場光が発生する様子を示すイメージ図である。
【図４】プローブの他の形状を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るプローブ顕微鏡の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係るプローブ顕微鏡の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係るカンチレバー、プローブ、及び金属膜コートを示す概略図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態に係るプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０、２１０、５１０ プローブ顕微鏡
１２ 試料
１４ プローブ
１６ カンチレバー
１８、２１８、５１８ 情報検出光学系
１９ 情報検出レーザ光
２０ 観察照明光学系
２２、５２２ カンチレバー変位検出光学系
２４ 第１の波長選択素子
２６ 第２の波長選択素子
２８ 対物レンズ
３０、６３０ 金属膜コート
３１ 近接場光
３２ 情報検出レーザ光源
３４ 情報検出装置
４０ 不要反射光排除手段
４４ 共焦点光学系
５０ 変位検出レーザ光
５２、５５２ レーザ光源
５４、５５４ カンチレバー変位検出装置
６０ 照明光源
６２ 照明光
６４ 観察装置
８６ 移動ステージ
２３６ λ／４板
２３８ λ／２板
２４０ 偏光面回転検出手段
２４６ λ／４板
２４８ Ｇ−Ｔアナライザ
５４０ 偏光面回転検出手段
７１０ プローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置
７１２ 光記録再生ヘッド装置本体
７１４ 光記録媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設けたカンチレバーを含む近接場光探針。
【請求項２】
前記カンチレバーの探針は、プラズモン共鳴が起きるように凹部の内面が金属膜でコーティングされた請求項１記載の近接場光探針。
【請求項３】
請求項１又は２記載の近接場光探針を用いた光学装置。
【請求項４】
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と試料の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、
前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記試料への照射による前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する情報検出光学系と、
少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、
を含むプローブ顕微鏡。
【請求項５】
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と試料の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、
前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記試料への照射による前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する情報検出光学系と、
少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系と、
前記情報検出光学系、前記観察照明光学系、及び前記カンチレバーの変位検出光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、
を含むプローブ顕微鏡。
【請求項６】
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と試料の表面との間に原子間力が作用するように設置されたカンチレバーと、
前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記試料への照射による前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する情報検出光学系と、
少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、
前記対物レンズとは異なる外部レンズ系、及び前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を、前記外部レンズ系を通じて前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系と、
を含むプローブ顕微鏡。
【請求項７】
前記情報検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する波長選択素子を更に含む請求項４〜請求項６の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項８】
前記波長選択素子は、前記照明光源からの照明光から前記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を前記情報検出レーザ光とともに前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有している請求項７記載のプローブ顕微鏡。
【請求項９】
前記変位検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する第１の波長選択素子と、
前記情報検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する第２の波長選択素子とを更に含む請求項５記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１０】
前記第１の波長選択素子は、前記照明光源からの照明光から前記変位検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を前記変位検出レーザ光とともに前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有し、
前記第２の波長選択素子は、前記照明光源からの照明光から前記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を前記情報検出レーザ光とともに前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有している請求項９記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１１】
前記波長選択素子は、ダイクロイックミラーである請求項４〜請求項１０の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１２】
前記波長選択素子は、所定の波長をカットするカットフィルタである請求項４〜請求項１１の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１３】
前記情報検出光学系は、前記近接場光の前記試料からの戻り光の光路に配置された共焦点光学系を更に備えた請求項４〜請求項６の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１４】
前記情報検出光学系は、前記近接場光の前記試料からの戻り光の光路に配置された円偏光検出光学系を更に備えた請求項４〜請求項６の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１５】
前記情報検出光学系は、前記情報検出レーザ光の光路に配置された直線偏光検出光学系を更に備えた請求項４〜請求項６の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１６】
前記探針を、円錐状又は多角錐状の形状とした請求項４〜請求項１５の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１７】
前記探針は、凹部の外面が、前記探針の先端部分を除いて、金属膜でコーティングされた請求項４〜請求項１６の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１８】
前記金属膜の厚さを、３０ｎｍ〜６０ｎｍとする請求項４〜請求項１７の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１９】
前記カンチレバーの探針は、プラズモン共鳴が起きるように凹部の内面が金属膜でコーティングされた請求項４〜請求項１８の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項２０】
前記情報検出光学系は、分光器を更に備え、前記分光器を用いて、前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する請求項４〜請求項１９の何れか1項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項２１】
記録媒体に情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置であって、
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と前記記録媒体の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、
前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記記録媒体への照射による前記記録媒体からの戻り光によって前記記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系と、
少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、
を含むプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項２２】
記録媒体に情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置であって、
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と前記記録媒体の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、
前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記記録媒体への照射による前記記録媒体からの戻り光によって前記記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系と、
少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系と、
前記情報検出光学系、前記観察照明光学系、及び前記カンチレバーの変位検出光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、
を含むプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項２３】
記録媒体に情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置であって、
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と前記記録媒体の表面との間に原子間力が作用するように設置されたカンチレバーと、
前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記記録媒体への照射による前記記録媒体からの戻り光によって前記記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系と、
少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、
前記対物レンズとは異なる外部レンズ系、及び前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を、前記外部レンズ系を通じて前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系と、
を含むプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項２４】
前記情報検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する波長選択素子を更に含む請求項２１〜請求項２３の何れか１項記載のプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項２５】
前記波長選択素子は、前記照明光源からの照明光から前記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を前記情報検出レーザ光とともに前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有している請求項２４記載のプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項２６】
前記変位検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する第１の波長選択素子と、
前記情報検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する第２の波長選択素子とを更に含む請求項２２記載のプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項２７】
前記第１の波長選択素子は、前記照明光源からの照明光から前記変位検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を前記変位検出レーザ光とともに前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有し、
前記第２の波長選択素子は、前記照明光源からの照明光から前記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を前記情報検出レーザ光とともに前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有している請求項２６記載のプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項１】
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設けたカンチレバーを含む近接場光探針。
【請求項２】
前記カンチレバーの探針は、プラズモン共鳴が起きるように凹部の内面が金属膜でコーティングされた請求項１記載の近接場光探針。
【請求項３】
請求項１又は２記載の近接場光探針を用いた光学装置。
【請求項４】
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と試料の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、
前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記試料への照射による前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する情報検出光学系と、
少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、
を含むプローブ顕微鏡。
【請求項５】
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と試料の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、
前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記試料への照射による前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する情報検出光学系と、
少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系と、
前記情報検出光学系、前記観察照明光学系、及び前記カンチレバーの変位検出光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、
を含むプローブ顕微鏡。
【請求項６】
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と試料の表面との間に原子間力が作用するように設置されたカンチレバーと、
前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記試料への照射による前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する情報検出光学系と、
少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、
前記対物レンズとは異なる外部レンズ系、及び前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を、前記外部レンズ系を通じて前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系と、
を含むプローブ顕微鏡。
【請求項７】
前記情報検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する波長選択素子を更に含む請求項４〜請求項６の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項８】
前記波長選択素子は、前記照明光源からの照明光から前記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を前記情報検出レーザ光とともに前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有している請求項７記載のプローブ顕微鏡。
【請求項９】
前記変位検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する第１の波長選択素子と、
前記情報検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する第２の波長選択素子とを更に含む請求項５記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１０】
前記第１の波長選択素子は、前記照明光源からの照明光から前記変位検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を前記変位検出レーザ光とともに前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有し、
前記第２の波長選択素子は、前記照明光源からの照明光から前記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を前記情報検出レーザ光とともに前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有している請求項９記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１１】
前記波長選択素子は、ダイクロイックミラーである請求項４〜請求項１０の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１２】
前記波長選択素子は、所定の波長をカットするカットフィルタである請求項４〜請求項１１の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１３】
前記情報検出光学系は、前記近接場光の前記試料からの戻り光の光路に配置された共焦点光学系を更に備えた請求項４〜請求項６の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１４】
前記情報検出光学系は、前記近接場光の前記試料からの戻り光の光路に配置された円偏光検出光学系を更に備えた請求項４〜請求項６の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１５】
前記情報検出光学系は、前記情報検出レーザ光の光路に配置された直線偏光検出光学系を更に備えた請求項４〜請求項６の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１６】
前記探針を、円錐状又は多角錐状の形状とした請求項４〜請求項１５の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１７】
前記探針は、凹部の外面が、前記探針の先端部分を除いて、金属膜でコーティングされた請求項４〜請求項１６の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１８】
前記金属膜の厚さを、３０ｎｍ〜６０ｎｍとする請求項４〜請求項１７の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１９】
前記カンチレバーの探針は、プラズモン共鳴が起きるように凹部の内面が金属膜でコーティングされた請求項４〜請求項１８の何れか１項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項２０】
前記情報検出光学系は、分光器を更に備え、前記分光器を用いて、前記試料からの戻り光によって前記試料の試料情報を検出する請求項４〜請求項１９の何れか1項記載のプローブ顕微鏡。
【請求項２１】
記録媒体に情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置であって、
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と前記記録媒体の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、
前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記記録媒体への照射による前記記録媒体からの戻り光によって前記記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系と、
少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、
を含むプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項２２】
記録媒体に情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置であって、
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と前記記録媒体の表面との間に原子間力が作用するように配置されたカンチレバーと、
前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記記録媒体への照射による前記記録媒体からの戻り光によって前記記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系と、
少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系と、
前記情報検出光学系、前記観察照明光学系、及び前記カンチレバーの変位検出光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、
を含むプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項２３】
記録媒体に情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置であって、
先端に向かうに従って狭窄した凹部が光を透過する光透過材料で形成されると共に、凹部の内面が金属膜でコーティングされた探針を端部に設け、かつ、前記探針と前記記録媒体の表面との間に原子間力が作用するように設置されたカンチレバーと、
前記カンチレバーの探針の先端へ情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させるレーザ光源を備え、前記近接場光の前記記録媒体への照射による前記記録媒体からの戻り光によって前記記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系と、
少なくとも前記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光を前記カンチレバーに照射する照明光源を備え、該照明光源からの照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像によって、前記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
前記情報検出光学系及び前記観察照明光学系に対して共通に設けられた対物レンズと、
前記対物レンズとは異なる外部レンズ系、及び前記情報検出レーザ光とは異なる波長の変位検出レーザ光を、前記外部レンズ系を通じて前記カンチレバーへ照射するレーザ光源を備え、前記変位検出レーザ光の前記カンチレバーからの戻り光から前記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出光学系と、
を含むプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項２４】
前記情報検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する波長選択素子を更に含む請求項２１〜請求項２３の何れか１項記載のプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項２５】
前記波長選択素子は、前記照明光源からの照明光から前記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を前記情報検出レーザ光とともに前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有している請求項２４記載のプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項２６】
前記変位検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する第１の波長選択素子と、
前記情報検出レーザ光を前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する第２の波長選択素子とを更に含む請求項２２記載のプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【請求項２７】
前記第１の波長選択素子は、前記照明光源からの照明光から前記変位検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を前記変位検出レーザ光とともに前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有し、
前記第２の波長選択素子は、前記照明光源からの照明光から前記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該光成分が排除された照明光を前記情報検出レーザ光とともに前記対物レンズに向かわせる波長選択性を有している請求項２６記載のプローブ顕微鏡型記録再生ヘッド装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１７５６５１（Ｐ２００８−１７５６５１Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８４９１（Ｐ２００７−８４９１）
【出願日】平成１９年１月１７日（２００７．１．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 「Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｎａｎｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＮＡＮＯ９ ｍｅｅｔｓ ＳＴＭ’０６ アブストラクトブック １６２頁 Ｎｏ．５９３ 」に発表
【出願人】（５０４１４５３６４）国立大学法人群馬大学 (352)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１７日（２００７．１．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 「Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｎａｎｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＮＡＮＯ９ ｍｅｅｔｓ ＳＴＭ’０６ アブストラクトブック １６２頁 Ｎｏ．５９３ 」に発表
【出願人】（５０４１４５３６４）国立大学法人群馬大学 (352)
【Ｆターム（参考）】
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