(57)【要約】【課題】本発明は、走査型プローブ顕微鏡等に適用可能な光ファイバプローブを用いた光検出装置及び光検出方法に関する。【解決手段】光検出装置１は、光源２からの光を、光プローブ１０で試料表面Ｓａに集光させ、試料Ｓからの反射・散乱光を、その第一焦点位置が試料表面Ｓａ上の光プローブ１０の集光位置と一致するように配置されている楕円面鏡３により楕円面鏡３の第二焦点位置に集光させ、楕円面鏡３の第二焦点位置と一致させて配置されている開口板４の開口４ａを、楕円面鏡３からの集束光を選択的に透過させ、透過光を光検出器５で検出する。したがって、試料Ｓからの反射・散乱光を光プローブ１０を通すことなく検出することができ、試料表面Ｓａの形状、光学特性及び光プローブ１０の遮光性被覆膜１３の材質、膜厚等に関わらず、高Ｓ／Ｎ比で光検出を行うことができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長の光を出射する光源と、前記光源からの光を試料表面に集光させる集光用光学素子と、第一焦点位置が当該試料表面上の前記集光用光学素子の集光位置と一致するように配置され、当該試料表面からの反射・散乱光を第二焦点位置に集光させる楕円面鏡と、当該楕円面鏡で前記第二焦点位置に集束される集束光を選択的に透過させる開口を有する光選択手段と、前記開口を透過する透過光を検出する光検出手段と、前記集光用光学素子と前記試料との間の距離を相対的に変化させる移動手段と、を備えていることを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記光検出装置は、前記集光用光学素子が、伝播光と近接場光の双方を出射可能な光プローブであることを特徴とする請求項１の光検出装置。
【請求項３】
前記光検出装置は、前記試料を前記集光用光学素子に対して当該試料表面と平行の走査方向に移動させる試料走査手段を、備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光検出装置。
【請求項４】
前記光検出装置は、前記集光用光学素子を前記試料に対して当該試料表面と平行の走査方向に移動させる素子走査手段と、当該素子走査手段による前記集光用光学素子の移動に応じて前記光選択手段を介して前記開口を走査方向に移動させる開口走査手段と、を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光検出装置。
【請求項５】
前記光検出装置は、前記光源の出射する所定の波長を適宜変更制御する波長制御手段を、備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項６】
所定の波長の光を出射する光源からの光を、集光用光学素子で試料表面に集光させ、当該試料からの反射・散乱光を、その第一焦点位置が当該試料表面上の前記集光用光学素子の集光位置と一致するように配置されている楕円面鏡により当該楕円面鏡の第二焦点位置に集光させ、当該楕円面鏡の第二焦点位置と一致させて配置されている光選択手段の開口を、当該楕円面鏡からの集束光を選択的に透過させ、当該透過光を光検出手段で検出することを特徴とする光検出方法。
【請求項７】
前記光検出方法は、前記集光用光学素子が、伝播光と近接場光の双方を出射可能な光プローブであることを特徴とする請求項６の光検出方法。
【請求項８】
前記光検出方法は、前記試料を前記集光用光学素子に対して当該試料表面に平行な方向に移動走査させて、当該試料表面の各位置からの反射・散乱光を検出することを特徴とする請求項６または請求項７記載の光検出方法。
【請求項９】
前記光検出方法は、前記集光用光学素子を前記試料表面に対して平行な方向に移動走査させ、前記光選択手段を介して前記開口を、当該集光用光学素子の移動に応じて変動する前記楕円面鏡の第二焦点位置に移動走査させ、前記試料表面の各位置からの反射・散乱光を検出することを特徴とする請求項６または請求項７記載の光検出方法。
【請求項１０】
前記光検出方法は、前記光源の出射する所定の波長を適宜変更制御することを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の光検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出装置及び光検出方法に関し、詳細には、走査型プローブ顕微鏡等に適用可能な光プローブを用いた光検出装置及び光検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）、ＡＦＭ（走査型原子間力顕微鏡）をはじめとするＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）技術を用いて、ナノオーダの計測・加工が行われている。このＳＰＭの中にあって、回折限界以下の微小領域での光学的特性を検出することが可能な近接場光学顕微鏡は、バイオテクノロジー等の様々な分野での測定・評価装置として用いられている。また、上記近接場光学顕微鏡の技術を応用した、光記録装置や微細加工装置の研究開発も進められている。
【０００３】
近接場光学顕微鏡では、回折限界以下の寸法の微細構造体をプローブとして用い、プローブ先端部を照明することでその近傍に近接場光を発生させる。この状態でプローブを試料面上で走査させることにより、プローブ近傍に局在している近接場光と試料面との電磁気的な相互作用により散乱、あるいは、試料面を透過した近接場光を検出して、試料面の光学的情報（光強度、スペクトル、偏光等）を得ることができる。
【０００４】
近接場光学顕微鏡では、一般に、コア周囲に、クラッドの設けられた光ファイバの一端に先鋭化されたコアを突出させた突出部を有し、当該突出部に、例えば、ＡｕやＡｇ等の金属により被覆された光プローブを備えて、光の波長を越えた分解能を有する光学像を得ることができるようになっている。
【０００５】
また、上記近接場光学顕微鏡により試料の微小領域における物性を測定する場合には、試料表面の光の波長より小さい領域に局在するエバネッセント光を検出して試料の形状を測定する。そして、全反射条件下で試料に光が照射されることにより生じたエバネッセント光を光プローブにより散乱させて散乱光に変換する。近接場光学顕微鏡は、この散乱光を、光プローブの形成されている突出部を通して光ファイバのコアに導き、光ファイバのもう一方の射出端に接続された検出器により検出する。
【０００６】
すなわち、近接場光学顕微鏡は、光プローブにより散乱と検出の双方を行うことができる。
【０００７】
このように、近接場光学顕微鏡においては、高分解能で測定することはできるが、測定範囲が数十ｕｍ程度と非常に狭いという問題がある。
【０００８】
また、近年、シリコンウエハ欠陥検査等の用途において、低分解能で測定した後に、近接場光を利用した高分解能の測定に切り換え、同一試料の測定・検査を継続して行えることが求められている。
【０００９】
そこで、従来、対物レンズによる観察系を含む通常の光学顕微鏡装置に、近接場光検出用光プローブを組み込んで、伝搬光を利用した広範囲測定を可能とする欠陥検査装置及び欠陥検査方法が提案されている（特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−０５５８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来技術にあっては、対物レンズによる広範囲測定により特定した物性測定を望む微小領域に対して、近接場光検出用の光プローブを位置合わせした上で近接場光測定(高分解能測定)を実施するため、位置合わせが非常に困難であり、長時間を要し、利用性が悪いという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、１つの集光用光学素子により、伝搬光を利用した高Ｓ／Ｎ比で広範囲測定と近接場光を利用した高分解能測定の双方を実現するとともに、試料からの反射・散乱光を集光用光学素子を通すことなく検出し、試料表面の形状、光学特性及び光プローブ等の集光用光学素子の遮光性被覆膜の材質、膜厚等に関わらず、高Ｓ／Ｎ比で光検出を行う光検出装置及び光検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の発明の光検出装置は、所定の波長の光を出射する光源と、前記光源からの光を試料表面に集光させる集光用光学素子と、第一焦点位置が当該試料表面上の前記集光用光学素子の集光位置と一致するように配置され、当該試料表面からの反射・散乱光を第二焦点位置に集光させる楕円面鏡と、当該楕円面鏡で前記第二焦点位置に集束される集束光を選択的に透過させる開口を有する光選択手段と、前記開口を透過する透過光を検出する光検出手段と、前記集光用光学素子と前記試料との間の距離を相対的に変化させる移動手段と、を備えていることにより、上記目的を達成している。
【００１４】
この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記光検出装置は、前記集光用光学素子が、伝播光と近接場光の双方を出射可能な光プローブであってもよい。
【００１５】
また、例えば、請求項３に記載するように、前記光検出装置は、前記試料を前記集光用光学素子に対して当該試料表面と平行の走査方向に移動させる試料走査手段を、備えていてもよい。
【００１６】
さらに、例えば、請求項４に記載するように、前記光検出装置は、前記集光用光学素子を前記試料に対して当該試料表面と平行の走査方向に移動させる素子走査手段と、当該素子走査手段による前記集光用光学素子の移動に応じて前記光選択手段を介して前記開口を走査方向に移動させる開口走査手段と、を備えていてもよい。
【００１７】
また、例えば、請求項５に記載するように、前記光検出装置は、前記光源の出射する所定の波長を適宜変更制御する波長制御手段を、備えていてもよい。
【００１８】
請求項６記載の発明の光検出方法は、所定の波長の光を出射する光源からの光を、集光用光学素子で試料表面に集光させ、当該試料からの反射・散乱光を、その第一焦点位置が当該試料表面上の前記集光用光学素子の集光位置と一致するように配置されている楕円面鏡により当該楕円面鏡の第二焦点位置に集光させ、当該楕円面鏡の第二焦点位置と一致させて配置されている光選択手段の開口を、当該楕円面鏡からの集束光を選択的に透過させ、当該透過光を光検出手段で検出することにより、上記目的を達成している。
【００１９】
この場合、例えば、請求項７に記載するように、前記光検出方法は、前記集光用光学素子が、伝播光と近接場光の双方を出射可能な光プローブであってもよい。
【００２０】
また、例えば、請求項８に記載するように、前記光検出方法は、前記試料を前記集光用光学素子に対して当該試料表面に平行な方向に移動走査させて、当該試料表面の各位置からの反射・散乱光を検出してもよい。
【００２１】
さらに、例えば、請求項９に記載するように、前記光検出方法は、前記集光用光学素子を前記試料表面に対して平行な方向に移動走査させ、前記光選択手段を介して前記開口を、当該集光用光学素子の移動に応じて変動する前記楕円面鏡の第二焦点位置に移動走査させ、前記試料表面の各位置からの反射・散乱光を検出してもよい。
【００２２】
また、例えば、請求項１０に記載するように、前記光検出方法は、前記光源の出射する所定の波長を適宜変更制御してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、所定の波長の光を出射する光源からの光を、集光用光学素子で試料表面に集光させ、当該試料からの反射・散乱光を、その第一焦点位置が当該試料表面上の集光用光学素子の集光位置と一致するように配置されている楕円面鏡により当該楕円面鏡の第二焦点位置に集光させ、当該楕円面鏡の第二焦点位置と一致させて配置されている光選択手段の開口を、当該楕円面鏡からの集束光を選択的に透過させ、当該透過光を光検出手段で検出しているので、１つの集光用光学素子により、伝搬光を利用した高Ｓ／Ｎ比で広範囲測定と近接場光を利用した高分解能測定の双方を実現することができるとともに、試料からの反射・散乱光を集光用光学素子を通すことなく検出することができ、利用性を向上させることができるとともに、試料表面の形状、光学特性及び光プローブ等の集光用光学素子の遮光性被覆膜の材質、膜厚等に関わらず、高Ｓ／Ｎ比で光検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【実施例１】
【００２５】
図１〜図５は、本発明の光検出装置及び光検出方法の一実施例を示す図であり、図１は、本発明の光検出装置及び光検出方法の一実施例を適用した光検出装置１の要部概略構成図である。
【００２６】
図１において、光検出装置１は、例えば、試料Ｓの微小領域における光学物性を測定する近接場光学顕微鏡等に適用され、光を射出する光源２、光源２から射出された光を集光して試料Ｓの被測定面（試料表面）Ｓａに照射する光プローブ（集光用光学素子）１０、被測定面Ｓａから反射、散乱した光を集光する楕円面鏡３、集束光を選択的に透過させる開口４ａの形成されている開口板（光選択手段）４及び透過光を検出する光検出器（光検出手段）５等を備えている。
【００２７】
光源２は、図示しない電源装置から供給される駆動電源に基づいて光を発振し、また、光波長変換部（波長制御手段）６が、光源２から射出される光の波長を切り換える。すなわち、光波長変換部６は、試料Ｓの光学特性に応じた射出光波長制御の際に光源２の出射する光の波長を切り換える。
【００２８】
この光源２から射出された光は、図示しないコリメートレンズ、集光レンズを経て図示しない光ファイバに入射され、この光ファイバの先端面に、光プローブ１０が形成されている。
【００２９】
光プローブ１０は、図２に拡大して示すように、光導波部１１と突出部１２を備えており、突出部１２は、遮光性被覆層１３で覆われている。光導波部１１は、コア１４の周囲にクラッド１５が設けられた光ファイバで構成されており、コア１４及びクラッド１５は、それぞれ二酸化シリコン系ガラスで形成されているが、クラッド１５にゲルマニウム、リン等が添加されることで、クラッド１５がコア１４よりもその屈折率が低くなるように組織制御されている。
【００３０】
突出部１２は、光導波部１１の一端においてクラッド１５から突出させた円錐形状のコア１４で形成され、第１テーパ部（伝搬光射出部）１６ａと第２テーパ部（近接場光発生部）１６ｂを有している。
【００３１】
試料Ｓは、移動制御部（移動手段、試料走査手段）１７上に載置され、移動制御部１７は、例えば、３軸アクチュエータ等により構成されていて、被測定面Ｓａを光プローブ１０に対して近接・離間させる方向に試料Ｓを移動させ、あるいは、試料Ｓを被測定面Ｓａに平行な走査方向に走査させる。
【００３２】
光検出装置１は、光源２から出射された光Ｐ（以下、伝搬光Ｐ）が、コア１４内を伝搬して、光プローブ１０に達すると、第１テーパ部１６ａを介して光プローブ１０外に射出される。この光プローブ１０の第１テーパ部１６ａの表面は、円錐テーパ形状に形成されており、第１テーパ部１６ａの表面の法線Ｈａと伝搬光の光軸Ｐａとの成す角θ１（以下、傾斜角θ１）が伝搬光Ｐにおける全反射角未満であって、かつ、０度よりも大きい形状である。
【００３３】
したがって、光プローブ１０に入射した伝搬光Ｐの大部分が、第１テーパ部１６ａから遮光性被覆層１３を透過した後、屈折光として光プローブ１０の外部に射出される。
【００３４】
光プローブ１０から射出された光は、光プローブ１０の先端から数百ｎｍ〜数ｕｍ程度離れた位置で集光し、高い光強度を有する光スポットを形成する。
【００３５】
この光プローブ１０から外部に出射された光が、光プローブ１０の先端から離れた位置で集光し、高い光強度を有する光スポットを形成する現象は、傾斜角θ１が伝搬光Ｐにおける全反射角未満である際に固有の現象である。なお、従来のように傾斜角θ１が全反射角以上に形成された光プローブにおいては、光プローブ先端部近傍で最も高く、光プローブ先端から離れるに従って光強度が急速に低下し、光強度の低い光スポットしか形成することができない。
【００３６】
この光プローブ１０の傾斜角毎の光プローブ先端―集光スポット間距離の推移は、例えば、図３に示すようになる。図３は、第１テーパ部１６ａの屈折率１．５３、射出媒質が空気である場合に、全反射角４０°を境にそれを下回る入射角度において、光プローブ１０の先端から数百ｎｍ〜数ｕｍ程度離れた位置で集光していることを表している。
【００３７】
そして、このスポット径は、第１テーパ部１６ａの根本の径Ｄ、傾斜角θ１及び伝搬光Ｐの波長によって制御することができる。したがって、必要な測定分解能と同程度のスポット径を取るように第１テーパ部１６ａの根本の径Ｄ、傾斜角θ１及び伝搬光Ｐの波長を決定する。
【００３８】
なお、第１テーパ部３１ａは、図２では、円錐形状となっているが、図４に示すように、曲面形状のテーパとなっている第１テーパ部１６ｃであってもよい。
【００３９】
上記光プローブ１０の第２テーパ部１６ｂ（近接場光発生部）には、図２に示すように、コア１４内を伝搬する伝搬光Ｐのうち、ファイバ光軸近傍の成分が、光プローブ１０に達した後、入射し、第２テーパ部１６ｂの表面は、円錐テーパ形状であって、その表面の法線Ｈｂと伝搬光Ｐの光軸Ｐａとの成す角θ２（以下、傾斜角θ２）が伝搬光Ｐにおける全反射角以上であって、かつ、９０度未満となる形状である。
【００４０】
したがって、光プローブ１０に入射した伝搬光Ｐの大部分が、遮光性被覆層１３と光プローブコア１４との界面で反射するが、この際、一部の光Ｐは、遮光性被覆層１３の表面に滲出し、遮光性被覆層１３に沿って光プローブ１０の先端部に向けて伝搬して、先端部に局在する表面プラズモンとなる。この表面プラズモンにより、光プローブ１０の先端部近傍において、近接場光スポットを形成することができる。
【００４１】
なお、遮光性被覆層１３は、どのような材質であってもよいが、光プラズマによる近接場光の増強効果が得られること及び化学的安定性に優れていることから、Ａｕ薄膜であることが望ましい。
【００４２】
上記楕円面鏡３は、光プローブ１０の先端から数百ｎｍ〜数ｕｍ程度離れた位置で集光する光スポットの位置に第一焦点が一致するように配置されており、開口４ａは、楕円面鏡３の第二焦点位置に配置されている。すなわち、光プローブ１０から射出される伝搬光Ｐによる集光点と開口４ａを共役関係とする共焦点光学系を構成する。したがって、試料Ｓの被測定面Ｓａの高さ方向にも高分解能を有する測定を行うことができる。
【００４３】
また、光プローブ１０から射出される伝搬光Ｐの合焦位置に、試料Ｓの被測定面Ｓａがあるときにのみ強い反射・散乱光を検出できることを利用し、合焦位置で被測定面Ｓａに平行な方向にスライスした像（等高線像）を得ること（オプティカル・セクショニング）もできる。
【００４４】
そして、被測定面Ｓａの高さ方向における一定の刻み毎にスライス像を取得し、計算機処理で重ね合わせることにより、被測定面Ｓａの形状像を形成することができる。
【００４５】
光検出器５は、開口４ａ近傍に配置され、被測定面Ｓａからの反射・散乱光のうち、開口４ａを透過した成分のみを受光して光電変換し、輝度信号を生成する。
【００４６】
光検出装置１は、光検出器５の生成する輝度信号を基に、画像を作成して、作成した画像を、図示しない表示部に表示し、ユーザは、この表示部に表示される画像に基づいて、試料Ｓの被測定面Ｓａの詳細を測定、観察することができる。
【００４７】
次に、本実施例の作用を説明する。まず、光検出装置１による伝搬光測定（広範囲測定）の測定動作について説明する。
【００４８】
光検出装置１は、光源２から射出された光を、その先端に光プローブ１０の形成されている図示しない光ファイバに入射して、光ファイバを通して光プローブ１０へ入射し、光プローブ１０に入射された光を、そのままコア１４内を伝搬させて、光プローブ１０から出射させる。光プローブ１０から射出された光は、光プローブ１０の先端から離れた位置で集光し、光スポットを形成する。
【００４９】
ここで、移動制御部１７により試料Ｓの被測定面Ｓａを、光プローブ１０に対して近接離間させる方向に移動させ、上記集光により形成された光スポットの位置に試料Ｓの被測定面Ｓａの位置を一致させる。この際に用いられる光プローブ先端―集光スポット間距離の情報については、予め実験等にて取得しておく。
【００５０】
次に、移動制御部１７により、試料Ｓの被測定面Ｓａを光プローブ１０に対して水平方向に走査させ、その際に発生する光プローブ１０から射出された光の被測定面Ｓａからの反射・散乱光を、楕円面鏡３で反射して、開口板４の開口４ａ付近に集光させる。すなわち、楕円面鏡３は、その第一焦点位置が被測定面Ｓａ上の光プローブ１０の集光位置と一致するように配置され、被測定面Ｓａからの反射・散乱光を第二焦点位置である開口板４の開口４ａ位置に集光させる。
【００５１】
開口４ａは、光プローブ射出光の集光点と共役関係となる共焦点配置されているので、光プローブ射出光における集光点からの反射散乱光のみを選択的に透過させる。開口４ａを透過した透過光は、ピンホール後方に配置された光検出器５により受光され、光検出器５は、開口４ａを透過した成分のみを光電変換して、輝度信号を生成する。
【００５２】
光検出装置１は、光検出器５の生成する輝度信号を基に、画像を作成して、作成した画像を、図示しない表示部に表示し、ユーザは、この表示部に表示される画像に基づいて、試料Ｓの被測定面Ｓａの詳細を測定、観察することができる。
【００５３】
そして、光検出装置１は、測定の際に、光波長変換部６により、試料Ｓの光透過率の分散特性に合わせて光波長を選択するが、このとき、光反射率が高い波長を選択することで、検出光量を増大させることができ、さらに、高Ｓ／Ｎ比で光検出を行うことができる。
【００５４】
また、光検出装置１は、光検出器５として、分光機能を有する光検出器を用い、光波長変換部６、光源２において広い波長帯域幅をもつ光を発振すると、試料Ｓの光反射率スペクトル情報を得ることができる。
【００５５】
さらに、光検出装置１は、楕円面鏡３により、光プローブ１０への戻り光成分を用いることなく、試料Ｓの被測定面Ｓａから発生する反射散乱光を高Ｓ／Ｎ比で検出することができる。
【００５６】
また、光検出装置１は、開口４ａを併せて用いた共焦点光学系を構成することにより、高分解能な測定を行うことができる。
【００５７】
さらに、光検出装置１は、被測定面Ｓａから発生する反射散乱光のうち、開口４ａに到達する光が、楕円面鏡３で反射、集光された光のみであり、それ以外の光が、光プローブ１０に遮られて、開口４ａに到達しないため、開口４ａに集光される光が、輪帯状光束となり、集光スポットが微小なものとなる。したがって、開口４ａとして、スポットサイズに合わせた開口径を選択することで、より一層高分解能な測定を行うことができる。
【００５８】
なお、試料Ｓの被測定面Ｓａを光プローブ１０に対して水平方向に走査させる際、光プローブ１０の被測定面Ｓａに対する高さを一定にすると、測定中において近接離間方向への制御が不要となり、光プローブ先端―集光スポット間距離の長さ（数百ｎｍ〜数ｕｍ程度）と相俟って、より一層高速に走査することができ、測定時間を大幅に短縮することができる。
【００５９】
次に、近接場光測定（高分解能測定）の測定過程について、説明する。光検出装置１は、光源２から射出された光を、その先端に光プローブ１０の形成されている図示しない光ファイバに入射して、光ファイバを通って光プローブ１０に入射する。光プローブ１０に入射された光は、そのままコア１４内を伝搬し、光プローブ１０の遮光性被覆層１３に入射する。このとき、遮光性被覆層１３の射出端側にエバネッセント波としての近接場光が滲出する。
【００６０】
光検出装置１は、近接場光が滲出している状態で、移動制御部１７により、試料Ｓの被測定面Ｓａを光プローブ１０に対して近接する方向に移動させる。このとき、光プローブ１０の先端と被測定面Ｓａとの距離が、光源２から射出される光の波長λの１／４以下となる場合において、光プローブ１０から滲出した近接場光が被測定面Ｓａ上に照射され、被測定面Ｓａ上には近接場光による微小な光スポットが形成される。
【００６１】
光スポットを形成した近接場光のうち、被測定面Ｓａ上で散乱光となる成分が、上記伝搬光の検出方法と同様に、楕円面鏡３により集光して、開口４ａを介して光検出器５に導き、光検出器５で、開口４ａを透過した成分のみを光電変換して、輝度信号を生成することで、試料Ｓの被測定面Ｓａの高分解能測定を行うことができる。
【００６２】
光検出装置１は、光検出器５の生成する輝度信号を基に、画像を作成して、作成した画像を、図示しない表示部に表示し、ユーザは、この表示部に表示される画像に基づいて、試料Ｓの被測定面Ｓａの詳細を測定、観察することができる。
【００６３】
なお、近接場光の検出方法としては、楕円面鏡３を使用せずに、光プローブ１０への戻り光を検出する方法、すなわち、遮光性被覆層１３を透過してコア１４を経て図示しない光検出器に導く方法を用いてもよい。
【００６４】
このように、本実施例の光検出装置１は、光源２からの光を、光プローブ１０で試料表面Ｓａに集光させ、当該試料Ｓからの反射・散乱光を、その第一焦点位置が試料表面Ｓａ上の光プローブ１０の集光位置と一致するように配置されている楕円面鏡３により楕円面鏡３の第二焦点位置に集光させ、楕円面鏡３の第二焦点位置と一致させて配置されている開口板４の開口４ａを、楕円面鏡３からの集束光を選択的に透過させ、透過光を光検出器５で検出している。
【００６５】
したがって、試料Ｓからの反射・散乱光を光プローブ１０を通すことなく検出することができ、試料表面Ｓａの形状、光学特性及び光プローブ１０の遮光性被覆膜１３の材質、膜厚等に関わらず、高Ｓ／Ｎ比で光検出を行うことができる。
【００６６】
また、本実施例の光検出装置１は、集光用光学素子として、伝播光と近接場光の双方を出射可能な光プローブ１０を用いている。
【００６７】
したがって、通常の伝搬光を利用した広範囲測定（伝搬光測定）と近接場光測定を利用した高分解能測定の双方を、高Ｓ／Ｎ比で光検出を行うことができるとともに、近接場光（高分解能）測定における超高分解能測定を行うことができる。
【００６８】
さらに、本実施例の光検出装置１は、移動制御部１７により、試料Ｓを光プローブ１０に対して試料表面Ｓａと平行の走査方向に移動させている。
【００６９】
したがって、検出信号の安定性を向上させつつ、試料Ｓが軽量である場合には、高速測定を行うことができる。
【００７０】
また、本実施例の光検出装置１は、光波長変換部６により、光源２の出射する所定の波長を適宜変更制御している。
【００７１】
したがって、試料Ｓの光反射率の高い波長を選択したり、広帯域の光を発振することができ、検出信号の高Ｓ／Ｎ化及び試料Ｓの光反射スペクトルの取得を適切に行うことができる。
【００７２】
なお、上記実施例においては、移動制御部１７により、試料Ｓの被測定面Ｓａを光プローブ１０に対して近接離間する方向及び走査方向に移動させているが、試料Ｓの被測定面Ｓａと光プローブ１０との相対位置を移動させる方法としては、上記方法に限るものではなく、例えば、図５に示すように、光プローブ１０に、プローブ制御部（素子走査手段）２１を連結して、プローブ制御部２１で、光プローブ１０を試料Ｓの被測定面Ｓａに平行な走査方向に走査させて、被測定面Ｓａ上の光スポットの位置、すなわち、反射・散乱光の発生位置を変化させるようにしてもよい。なお、プローブ制御部２１は、被測定面Ｓａに平行な走査方向に光プローブ１０を移動させるだけでなく、試料Ｓの被走査面Ｓａに近接離間させる方向にも移動させてもよく、このようにすると、移動制御部１７を用いる必要がない。
【００７３】
一方、開口４ａの形成されている開口板４には、開口走査部（開口走査手段）２２が連結されており、開口走査部２２は、開口板４、すなわち、開口４ａを走査方向に移動させる。
【００７４】
すなわち、光プローブ１０を被測定面Ｓａに平行な方向に移動させると、光プローブ１０から射出されて被測定面Ｓａで散乱、反射された光が楕円面鏡３に入射して楕円面鏡３で反射、集光される位置（光スポットと共役関係の位置）も、ずれるため、このずれ量の分だけ開口４ａを開口走査部２２によって走査することにより、共焦点検出を可能にする。
【００７５】
このように試料Ｓを走査せずに、光プローブ１０を走査させると、試料Ｓが質量の大きいものであっても、また、動作させることにより試料Ｓ自身が破壊されやすい場合にも、適切に測定することができる。
【００７６】
そして、光検出装置１は、上述のように、試料Ｓの被測定面Ｓａを、１つの光プローブ１０に対して近接離間する方向に移動させることで、伝搬光Ｐによるスポットまたは近接場光によるスポットを選択的に切り換えて、被測定面Ｓａ上に形成させることができ、１つの光プローブ１０により、伝搬光Ｐを利用した高Ｓ／Ｎな広範囲測定と、近接場光を利用した高分解能測定の双方を実現することができる。
【００７７】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
ナノオーダの計測・加工に利用する走査型プローブ顕微鏡等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の光検出装置及び光検出方法の一実施例を適用した光検出装置の要部概略構成図。
【図２】図１の光プローブの先端部分の拡大正面図。
【図３】図１の光プローブの傾斜角毎の光プローブ先端―集光スポット間距離の推移を示す図。
【図４】図２の光プローブの第１テーパ部が曲面形状のテーパとなっている例の拡大正面図。
【図５】光プローブを移動させる場合の光検出装置の要部概略構成図。
【符号の説明】
【００８０】
１  光検出装置
２  光源
３  楕円面鏡
４ａ  開口
４  開口板
５  光検出器
６  光波長変換部
１０  光プローブ
１１  光導波部
１２  突出部
１３  遮光性被覆層
１４  コア
１５  クラッド
１６ａ  第１テーパ部
１６ｂ  第２テーパ部
１６ｃ  第１テーパ部
１７  移動制御部
２１  プローブ制御部
２２  開口走査部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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