(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、操作性を向上することのできる近接場分析装置を提供することにある。【解決手段】  照射光学系１２はその光軸Ｘ１の位置ないし傾きを変更自在な照射側可変光学系を含み、集光光学系１４はその光軸Ｘ２の位置ないし傾きを変更自在な集光側可変光学系を含み、該照射側可変光学系を介して調整面に照射側ガイド光を照射し、該集光側可変光学系を介して該調整面に集光側ガイド光を照射し、該調整面で観察される照射側ガイド光のスポット及び集光側ガイド光のスポットが重なるように該照射側可変光学系の位置ないし傾きを調整する照射側調整手段６０と、該調整面で観察される照射側ガイド光のスポット及び集光側ガイド光のスポットが重なるように該集光側可変光学系の位置ないし傾きを調整する集光側調整手段６２と、を備えたことを特徴とする近接場分析装置１０。【選択図】      図１
2006177748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に励起光を照射する照射光学系と、該励起光により発生した近接場光と試料との相互作用による検出光を集光する集光光学系と、を備えた近接場分析装置において、
前記照射光学系は、その照射側光軸の位置ないし傾きを変更自在な照射側可変光学系を含み、該照射側可変光学系を介して前記調整面に照射側ガイド光を照射し、
前記集光光学系は、その集光側光軸の位置ないし傾きを変更自在な集光側可変光学系を含み、該集光側可変光学系を介して前記調整面に集光側ガイド光を照射し、
また前記調整面で観察される照射側ガイド光のスポット及び集光側ガイド光のスポットが重なるように、前記照射側可変光学系の位置ないし傾きを調整する照射側調整手段と、
前記調整面で観察される照射側ガイド光のスポット及び集光側ガイド光のスポットが重なるように、前記集光側可変光学系の位置ないし傾きを調整する集光側調整手段と、
を備え、前記照射側調整手段ないし前記集光側調整手段により、前記照射光学系の光軸調整ないし前記集光光学系の光軸調整を行うことを特徴とする近接場分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の近接場分析装置において、
前記調整面に前記照射光学系の光スポットを形成する前記照射側ガイド光を該照射光学系に入射させる照射側ガイド光出射手段と、
前記調整面に前記集光光学系の光スポットを形成する前記集光側ガイド光を該集光光学系に入射させる集光側ガイド光出射手段と、
を備えたことを特徴とする近接場分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の近接場分析装置において、
前記照射光学系を介して前記調整面に照射された照射側ガイド光のスポット、及び集光光学系を介して該調整面に照射された集光側ガイド光のスポットを観察する光スポット観察手段を備え、
前記照射側調整手段は、前記光スポット観察手段により観察される調整面での照射側ガイド光のスポット及び集光側ガイド光のスポットが重なるように、前記照射側可変光学系の位置ないし傾きを調整し、
前記集光側調整手段は、前記光スポット観察手段により観察される調整面での照射側ガイド光のスポット及び集光側ガイド光のスポットが重なるように、前記集光側可変光学系の位置ないし傾きを調整することを特徴とする近接場分析装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の近接場分析装置において、
前記照射側可変光学系は、前記調整面への照射側ガイド光を収束させる照射側フォーカス部を含み、
前記集光側可変光学系は、前記調整面への集光側ガイド光を収束させる集光側フォーカス部を含むことを特徴とする近接場分析装置。
【請求項５】
請求項４記載の近接場分析装置において、
前記照射側フォーカス部は、照射側光学レンズまたは照射側集光鏡を含み、
前記集光側フォーカス部は、集光側光学レンズまたは集光側集光鏡を含むことを特徴とする近接場分析装置。
【請求項６】
請求項５記載の近接場分析装置において、
前記照射側集光鏡は、球面鏡、楕円鏡、トロイダル鏡及びカセグレイン鏡よりなる群より選択された少なくとも一以上のミラーを含み、
前記集光側集光鏡は、球面鏡、楕円鏡、トロイダル鏡及びカセグレイン鏡よりなる群より選択された少なくとも一以上のミラーを含むことを特徴とする近接場分析装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の近接場分析装置において、
前記照射側可変光学系は、前記照射側フォーカス部の前段にて中心軸を中心に角度変更自在に設けられた照射側角度変更部を含み、該照射側フォーカス部の光軸方向位置により前記調整面に対する前記照射側ガイド光の焦点合わせを行い、また該照射側角度変更部の傾きにより該照射側ガイド光の調整面方向位置の調整を行い、
また前記集光側可変光学系は、前記集光側フォーカス部の後段にて中心軸を中心に角度変更自在に設けられた集光側角度変更部を含み、該集光側フォーカス部の光軸方向位置により前記集光側ガイド光の焦点合わせを行い、また該集光側角度変更部の傾きにより該集光側ガイド光の調整面方向位置の調整を行うことを特徴とする近接場分析装置。
【請求項８】
請求項７記載の近接場分析装置において、
前記照射側角度変更部は、照射側平面鏡であり、
前記集光側角度変更部は、集光側平面鏡であることを特徴とする近接場分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は近接場分析装置、特にその操作性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
光の波長の値より小さいものを分析するため、各種近接場分析装置が用いられている（例えば特許文献１）。
近接場分析装置は、例えば微小な被測定試料が平坦な基板の上に置かれており、基板の裏面から全反射が生じるような傾きで光源からの励起光を入射させると、伝搬光はすべて反射するが、基板及び試料の表面付近には近接場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。
そこで、先の鋭い近接場プローブを近接場光の場の中に差し込んで近接場光を散乱させる。その散乱光の一部は近接場プローブ内に進入し、検出器に導光され、データ処理されることにより、近接場プローブ先端部と試料間の距離を把握することができる。
したがって、散乱光の強度が一定となるように近接場プローブ先端部と試料間の上下方向の距離を制御しつつ、試料の測定面を走査すれば、該試料に非接触で、かつ試料の凹凸を的確に把握することができる。
しかも、近接場プローブの先端は近接場光の場に存在するのみであり、被測定物そのものには接触していないため、試料に対して非接触で、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。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０１７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近接場分析装置にあっても、その操作性は改善の余地が残されていた。しか
しながら、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、操作性を向上することのできる近接場分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために本発明にかかる近接場分析装置は、照射光学系と、集光光学系と、を備えた近接場分析装置において、該照射光学系は照射側可変光学系を含む。該照射光学系は該照射側可変光学系を介して調整面に照射側ガイド光を照射する。該集光光学系は集光側可変光学系を含む。該集光光学系は該集光側可変光学系を介して調整面に集光側ガイド光を照射する。また該近接場分析装置は、照射側調整手段と、集光側調整手段と、を備える。該近接場分析装置は、該照射側調整手段ないし該集光側調整手段により、該照射光学系の光軸調整ないし該集光光学系の光軸調整を行うことを特徴とする。
【０００６】
ここで、前記照射光学系は、試料に励起光を照射する。
また前記集光光学系は、該励起光により発生した近接場光と試料との相互作用による検出光を集光する。
前記照射側可変光学系は、その照射側光軸の位置ないし傾きを変更自在とする。
前記集光側可変光学系は、その集光側光軸の位置ないし傾きを変更自在とする。
前記照射側調整手段は、前記調整面で観察される照射側ガイド光のスポット及び集光側ガイド光のスポットが重なるように、前記照射側可変光学系の位置ないし傾きを調整する。
前記集光側調整手段は、前記調整面で観察される照射側ガイド光のスポット及び集光側ガイド光のスポットが重なるように、前記集光側可変光学系の位置ないし傾きを調整する。
【０００７】
＜ガイド光出射手段＞
なお、本発明においては、照射側ガイド光出射手段と、集光側ガイド光出射手段と、を備えることが好適である。
ここで、前記照射側ガイド光出射手段は、前記調整面に前記照射光学系の光スポットを形成する前記照射側ガイド光を該照射光学系に入射させる。
また前記集光側ガイド光出射手段は、前記調整面に前記集光光学系の光スポットを形成する前記集光側ガイド光を該集光光学系に入射させる。
【０００８】
＜光スポット観察手段＞
また本発明においては、光スポット観察手段を備える。前記照射側調整手段は、前記光スポット観察手段により観察される調整面での照射側ガイド光のスポット及び集光側ガイド光のスポットが重なるように、前記照射側可変光学系の位置ないし傾きを調整する。前記集光側調整手段は、前記光スポット観察手段により観察される調整面での照射側ガイド光のスポット及び集光側ガイド光のスポットが重なるように、前記集光側可変光学系の位置ないし傾きを調整することが好適である。
ここで、前記光スポット観察手段は、前記照射光学系を介して調整面に照射された照射側ガイド光のスポット、及び集光光学系を介して調整面に照射された集光側ガイド光のスポットを観察する。
【０００９】
＜可変光学系＞
本発明において、前記照射側可変光学系は、照射側フォーカス部を含む。前記集光側可変光学系は、集光側フォーカス部を含むことが好適である。
ここで、前記照射側フォーカス部は、前記調整面への照射側ガイド光を収束させる。
また前記集光側フォーカス部は、前記調整面への集光側ガイド光を収束させる。
【００１０】
本発明において、前記照射側フォーカス部は、照射側光学レンズまたは照射側集光鏡を含む。前記集光側フォーカス部は、集光側光学レンズまたは集光側集光鏡を含むことが好適である。
本発明において、前記照射側集光鏡は、球面鏡、楕円鏡、トロイダル鏡及びカセグレイン鏡よりなる群より選択された少なくとも一以上のミラーを含む。前記集光側集光鏡は、球面鏡、楕円鏡、トロイダル鏡及びカセグレイン鏡よりなる群より選択された少なくとも一以上のミラーを含むことが好適である。
【００１１】
本発明において、前記照射側可変光学系は、照射側角度変更部を含む。該照射側可変光学系は、該照射側フォーカス部の光軸方向位置により前記調整面に対する前記照射側ガイド光の焦点合わせを行う。該照射側可変光学系は、該照射側角度変更部の傾きにより該照射側ガイド光の調整面方向位置の調整を行う。また前記集光側可変光学系は、集光側角度変更部を含む。該集光側可変光学系は、該集光側フォーカス部の光軸方向位置により前記集光側ガイド光の焦点合わせを行う。該集光側可変光学系は、該集光側角度変更部の傾きにより該集光側ガイド光の調整面方向位置の調整を行うことが好適である。
ここで、前記照射側角度変更部は、前記照射側フォーカス部の前段にて中心軸を中心に角度変更自在に設けられる。
また前記集光側角度変更部は、前記集光側フォーカス部の後段にて中心軸を中心に角度変更自在に設けられる。
【００１２】
本発明において、前記照射側角度変更部は、照射側平面鏡である。前記集光側角度変更部は、集光側平面鏡であることが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる近接場分析装置によれば、前記照射光学系のための前記照射側可変光学系と、前記集光光学系のための前記集光側可変光学系と、前記調整手段を備えることとしたので、その操作性を向上することができる。
【００１４】
また本発明においては、前記ガイド光出射手段ないし前記光スポット観察手段を備えることにより、その操作性を更に向上することができる。
【００１５】
本発明においては、前記各可変光学系がフォーカス部ないし角度変更部を含むことにより、その操作性を更に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の好適な一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分析装置の概略構成が示されている。
同図に示す近接場分析装置１０は、照射光学系１２と、集光光学系１４とを備える。
ここで、照射光学系１２は、試料１６に励起光１８を照射する。
また集光光学系１４は、励起光１８の照射により発生した近接場光２０と試料１６との相互作用により発生した散乱光（検出光）２２を集光する。
近接場分析装置１０は、集光光学系１４により得られた近接場光の散乱光２２に基づいて、試料１６の近接場測定を行うものである。
【００１７】
すなわち、近接場分析装置１０は、例えば微小な試料１６がステージ２４の上に置かれており、励起光源２６からの励起光１８が照射光学系１２を介して入射されると、試料１６の表面付近には近接場光２０と呼ばれる表面波が発生する。この表面波は試料１６の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。
そこで、加振器２８により加振されている近接場プローブ３０を、近接場光２０の場の中に差し込んで近接場光２０を散乱させる。その散乱光２２の一部は、集光光学系１４により集光され、さらに分光器３２を介して検出器３４に導光される。検出器３４の出力がコンピュータ３６でデータ処理されることにより、近接場プローブ３０の先端部と試料１６の測定面との距離を把握することができる。
したがって、コンピュータ３６は、距離情報取得手段３８で得られる近接場プローブ３０と試料１６との距離信号が一定となるように、ステージ駆動手段４０によるステージ２４の上下動制御を行う。このようにして近接場プローブ３０と試料１６との離隔距離を一定に制御しつつ、試料１６の測定面を走査することで、試料１６に非接触で、かつ試料１６の凹凸を的確に把握することができる。コンピュータ３６は、このようにして得られた分析結果をディスプレイ４２に表示する。
【００１８】
照射光学系及び集光光学系の軸調整機構
ところで、近接場分析を適正に行うためには、照射光学系及び集光光学系の軸調整を行う必要がある。
このため一般的には、調整面に設置された微少な光学開口をターゲットとして、一方から照射光学系を経由して光が導入され、開口を透過してきた光は集光光学系を経由して検出され、この検出光の強度が最大になるように調整していた。
前記従来方式では、照射光学系及び集光光学系の光スポット内での光ムラにより偶然強度が最大になった点を最適調整位置としている。
【００１９】
しかしながら、従来方式では、照射光学系及び集光光学系の光スポットが真の意味で重なった位置に調整されているとは限らない。
また従来方式では、調整面に対して同じ側にある照射光学系及び集光光学系を調整することはできなかった。
【００２０】
本発明において特徴的なことは、近接場分析装置において、照射光学系及び集光光学系の調整時の操作性の向上を図るため、軸調整機構を備えたことである。この軸調整機構は、照射光学系と集光光学系との両側から調整用のガイド光を射出し、調整面に形成される調整用のガイド光のスポットを観察機構により観察し、これらの光スポットが重なるように照射光学系及び集光光学系の軸調整を行うものである。
【００２１】
このために本実施形態においては、ステージ２４上には調整面５０が配置されている。そして、近接場分析時は調整面５０上に試料１６が載置されている。一方、照射光学系及び集光光学系の軸調整時は調整面５０上より試料１６が取り外されている。
また本実施形態において、図２に示すように、照射光学系１２は、その照射側光軸Ｘ１の位置ないし傾きを変更自在な照射側可変光学系５２を含む。照射光学系１２は、照射側可変光学系５２を介して調整面５０に照射側ガイド光５４を照射する。
集光光学系１４は、その集光側光軸Ｘ２の位置ないし傾きを変更自在な集光側可変光学系５６を含む。集光光学系１４は、集光側可変光学系５６を介して調整面５０に集光側ガイド光５８を照射する。
【００２２】
また近接場分析装置１０は、照射側調整手段６０と、集光側調整手段６２とを備える。
照射側調整手段６０は、調整面５０で観察される照射側ガイド光５４のスポット及び集光側ガイド光５８のスポットが重なるように、照射側可変光学系５２の位置ないし傾きを調整する。
また集光側調整手段６２は、調整面５０で観察される照射側ガイド光５４のスポット及び集光側ガイド光５８のスポットが重なるように、集光側可変光学系５６の位置ないし傾きを調整する。
このようにして近接場分析装置１０においては、照射側調整手段６０ないし集光側調整手段６２により、照射光学系１２の光軸Ｘ１の調整ないし集光光学系１４の光軸Ｘ２の調整を行う。
【００２３】
以下に、本実施形態について、より詳細に説明する。
＜可変光学系＞
本実施形態においては、操作性の向上を更に図るため、可変光学系として以下のものを用いることが特に好ましい。
近接場分析装置１０において、照射側可変光学系５２は、照射側フォーカス部６６を含む。集光側可変光学系５６は、集光側フォーカス部６８を含むことが好適である。
ここで、照射側フォーカス部６６は、調整面５０への照射側ガイド光５４を収束させる。  また集光側フォーカス部６８は、調整面５０への集光側ガイド光５８を収束させる。
【００２４】
また近接場分析装置１０において、照射側フォーカス部６６は、例えば照射側光学レンズまたは照射側集光鏡を含む。集光側フォーカス部６８は、例えば集光側光学レンズまたは集光側集光鏡を含むことが好適である。
ここで、前記照射側集光鏡は、球面鏡、楕円鏡、トロイダル鏡及びカセグレイン鏡よりなる群より選択された、少なくとも一以上のミラーを含む。また前記集光側集光鏡は、球面鏡、楕円鏡、トロイダル鏡及びカセグレイン鏡よりなる群より選択された、少なくとも一以上のミラーを含むことが好適である。
【００２５】
また近接場分析装置１０において、照射側可変光学系５２は、照射側フォーカス部６６の前段にて中心軸を中心に角度変更自在に設けられた照射側角度変更部６４を含む。集光側可変光学系５６は、集光側フォーカス部６８の後段にて中心軸を中心に角度変更自在に設けられた集光側角度変更部７０を含むことが好適である。
照射側可変光学系５２は、照射側フォーカス部６６の光軸方向位置により調整面５０に対する照射側ガイド光５４の焦点合わせを行う。また照射側可変光学系５２は、照射側角度変更部６４の傾きにより、照射側ガイド光５４の調整面５０方向位置の調整を行う。
また集光側可変光学系５６は、集光側フォーカス部６８の光軸方向位置により集光側ガイド光５８の焦点合わせを行う。また集光側可変光学系５６は、集光側角度変更部７０の傾きにより、集光側ガイド光５８の調整面５０方向位置の調整を行うことが好ましい。
【００２６】
ここで、前記照射側角度変更部６４は、照射側ビームスプリッタ（照射側平面鏡）である。また前記集光側角度変更部７０は、集光側ビームスプリッタ（集光側平面鏡）であることが好適である。
【００２７】
＜ガイド光出射手段＞
本実施形態においては、操作性の向上を更に図るため、以下に示すガイド光出射手段を用いることが特に好ましい。
このために本実施形態においては、照射側角度変更部６４の前段に、照射側コリメータレンズ７２と、照射側ガイド光出射手段７４とを含む。
ここで、照射側ガイド光出射手段７４は、例えばレーザ、ハロゲン光源、ＬＥＤ光源等を含む。照射側ガイド光出射手段７４は、調整面５０に照射光学系１２の光スポットを形成する照射側ガイド光５４を出射する。
また照射側コリメータレンズ７２は、照射側ガイド光出射手段７４よりの照射側ガイド光５４を平行光とする。
そして、照射側ガイド光出射手段７４よりの照射側ガイド光５４は、照射側コリメータレンズ７２により平行光とされる。この平行光は照射側角度変更部６４で反射され、照射側フォーカス部６６に入射され、照射側フォーカス部６６により収束光とされる。この収束光は調整面５０に入射されると、調整面５０に集光側ガイド光５４のスポットを形成する。
【００２８】
また本実施形態においては、集光側角度変更部７０の前段に、集光側コリメータレンズ７６と、集光側ガイド光出射手段７８とを含む。
ここで、集光側ガイド光出射手段７８は、例えばレーザ、ハロゲン光源、ＬＥＤ光源等を含む。集光側ガイド光出射手段７８は、調整面５０に集光光学系１４の光スポットを形成する集光側ガイド光５８を出射する。
また集光側コリメータレンズ７６は、集光側ガイド光出射手段７８よりの集光側ガイド光５８を平行光とする。
そして、集光側ガイド光出射手段７８よりの集光側ガイド光５８は、集光側コリメータレンズ７６により平行光とされる。この平行光は集光側角度変更部７０で反射され、集光側フォーカス部６８に入射され、集光側フォーカス部６８により収束光とされる。この収束光は調整面５０に入射されると、調整面５０に集光側ガイド光５８のスポットを形成する。
【００２９】
＜光スポット観察手段＞
本実施形態においては、操作性の向上を更に図るため、以下の光スポット観察手段を用いることが特に好ましい。
このために本実施形態においては、光スポット観察手段８０を備える。光スポット観察手段８０は、顕微光学系８２を備える。
ここで、光スポット観察手段８０は、例えば照射光学系１２または集光光学系１４に設置される。或いは光スポット観察手段８０は、照射光学系１２及び集光光学系１４とは別に設置される。
光スポット観察手段８０は、照射光学系１２を介して調整面５０に照射された照射側ガイド光５４のスポット、及び集光光学系１４を介して調整面５０に照射された集光側ガイド光５８のスポットを観察する。
このように本実施形態においては、照射光学系１２を介して調整面５０に照射された照射側ガイド光５４のスポット、及び集光光学系１４を介して調整面５０に照射された集光側ガイド光５８のスポットを、顕微光学系８２を介して、光スポット観察手段８０により目視８３で観察、又はＣＣＤカメラ８４で画像観察する。
【００３０】
＜調整手段＞
本実施形態においては、操作性の向上を更に図るため、以下の調整手段を用いることが特に好ましい。
すなわち、照射側調整手段６０は、光スポット観察手段８０により観察される調整面５０での照射側ガイド光５４のスポット及び集光側ガイド光５８のスポットが重なるように、照射側可変光学系５２の位置ないし傾きを調整する。
また集光側調整手段６２は、光スポット観察手段８０により観察される調整面５０での照射側ガイド光５４のスポット及び集光側ガイド光５８のスポットが重なるように、集光側可変光学系５６の位置ないし傾きを調整する。
【００３１】
より具体的には、図３（Ａ）に示されるように照射側可変光学系５２は、照射側フォーカス部６６の光軸方向位置の調整により、調整面５０に対する照射側焦点９０の焦点合わせを行う。また図３（Ｂ）に示されるように照射側可変光学系５２は、照射側角度変更部６４の傾き調整により、調整面５０上での照射側焦点９０の調整面方向位置を調整することが好適である。
【００３２】
また図３（Ａ）に示されるように集光側可変光学系５６は、集光側フォーカス部６８の光軸方向位置の調整により、調整面５０に対する集光側焦点９２の焦点合わせを行う。また図３（Ｂ）に示されるように集光側可変光学系５６は、集光側角度変更部７０の傾き調整により、調整面５０上での集光側焦点９２の調整面方向位置を調整することが好適である。
【００３３】
このように本実施形態にかかる軸調整機構においては、照射光学系及び集光光学系の軸調整時の操作性を向上するため、照射光学系と集光光学系との両側から、ガイド光を射出している。調整面に形成されるガイド光のスポットを光スポット観察手段により観察する。これらのスポットが重なるように、照射光学系及び集光光学系の軸調整を行っている。
【００３４】
この結果、本実施形態においては、光スポットを直接観察しながら、照射光学系及び集光光学系の位置合わせが行える。
また本実施形態においては、調整面に対して同じ側にある照射光学系及び集光光学系の軸調整であっても容易に行うことができる。
したがって、本実施形態においては、照射光学系及び集光光学系の軸調整を、最適に及び容易に行うことができる。
＜調整手段のより好適な例＞
【００３５】
可変光学系としては、図３に示したものを用いることもできるが、図４に示されるものを用いることが特に好適である。なお、同図では、照射側可変光学系の例について説明するが、照射側可変光学系及び集光側可変光学系として好適に用いることができる。
すなわち、光軸の調整面方向位置を調整する際、理想的には光学レンズ６６に対して光軸を垂直に保ったまま、焦点９０の位置を調整面方向にずらす必要がある。
このため同図では、各可変光学系として、例えば前記ビームスプリッタ６４と光学レンズ（フォーカス部）６６との間の光路中に、同図に示されるような二の平面鏡（角度変更部）９３，９４を設けている。
そして、二の平面鏡９３，９４は、互いに連動して回転する。例えば二の平面鏡９３，９４の回転角にかかわらず、二の平面鏡９３，９４とガイド光５４とで常に平行四辺形が形成されるように、二の平面鏡９３，９４は互いに連動して回転する。
また二の平面鏡９３，９４による光軸の調整面方向位置の移動に合せて、光学レンズ６６の位置を調整面方向にずらしている。
【００３６】
例えば図４（Ａ）に示されるような可変光学系は、光学レンズ（フォーカス部）６６の光軸方向位置の調整により、調整面５０に対する焦点９０の焦点合わせを行う。
また同図（Ｂ）に示されるように可変光学系は、光学レンズ６６に対して光軸を垂直に保ったまま、焦点９０の位置を調整面方向にずらすため、二の平面鏡９３，９４の回転角にかかわらず、二の平面鏡９３，９４とガイド光５４とで常に平行四辺形が形成されるように、二の平面鏡９３，９４は互いに連動して回転している。
また同図（Ｂ）に示されるように二の平面鏡９３，９４による光軸位置の図中右方への移動に合せて、光学レンズ６６も図中右方にずらしている。
このように同図においては、焦点９０の位置を調整面方向において調整する際、光学レンズ６６に対して光軸を垂直に保つ。このため同図においては、図３に示したものに比較し、特に調整面方向での光軸位置にかかわらず、光学レンズ６６に対して光軸を垂直に保つという理想的な光軸配置を常に維持することができるので、近接場分析もより適正に行える。
【００３７】
なお、本実施形態においては、照射光学系及び集光光学系の軸調整を最適に及び容易に行うため、本実施形態にかかる照射光学系及び集光光学系の軸調整機構を、例えば以下の近接場分析装置、光学系に適用することも好ましい。
【００３８】
本発明の近接場分析装置としては、例えば散乱型近接場顕微鏡、開口型近接場顕微鏡などに採用することも好ましい。
また本発明の近接場分析装置としては、例えば調整面に試料を設け、照射光学系により試料を励起し、試料との相互作用の結果の透過光、反射光、散乱光、発光を集光光学系により集光観察する顕微鏡に採用することも好ましい。
【００３９】
ここで、照射光学系及び集光光学系は、透過測定用光学系とするため、同軸上に相対して設置することが好ましい。また照射光学系及び集光光学系は、透過測定用光学系とするため、同軸上になく且つ調整面に対して相対して設置することも好ましい。
また照射光学系及び集光光学系は、反射測定用光学系とするため、同軸上になく調整面に対して同じ側に設置することも好ましい。
【００４０】
ところで、本実施形態においては、近接場分析装置の操作性を更に向上させるため、近接場分析装置において、以下に示されるような近接場用光学系の調整機構、インターフェース、プローブ交換機構、ゴニオステージ、及び距離制御のための接近機構を採用することも非常に重要である。
【００４１】
近接場用光学系の調整機構
近接場光学分析を適正に行うためには、近接場用光学系（近接場プローブ）の調整を行う必要もある。
このため一般的には、アパーチャ側からレーザなどの参照光を照射し、その光が近接場プローブの先端部に照射されるのを目印として、近接場プローブの軸調整を行っていた。
【００４２】
しかしながら、このような従来方式では、特に焦点方向の位置がわかりにくく、最適条件になるまで調整するのに時間がかかっていた。
【００４３】
そこで、本実施形態にかかる近接場分析装置においては、近接場用光学系の調整時の操作性の向上を図るため、図５に示されるような近接場用光学系の調整機構を採用することが好ましい。
【００４４】
同図（Ａ）に示す近接場用光学系は、近接場プローブの先端部に発生した近接場光と試料との相互作用の結果の放射電場を集光検出する光学系である。
同図（Ａ）に示す近接場用光学系は、近接場プローブ３０と検出器３４との間に、第三光学レンズ１０２と、第四光学レンズ１０４とを備える。
【００４５】
＜アパーチャ＞
本実施形態においては、同図（Ａ）に示す近接場用光学系（近接場プローブ３０）の調整のため、近接場プローブ３０と検出器３４との間の光路中に、アパーチャ１００を備える。
光学アパーチャ１００は、微小開口１０１を持ち、信号検出側の焦点位置に設置されており、この信号検出側の焦点位置は、第三レンズ１０２の後側焦点と第四レンズ１０４の前側焦点との一致点である。
【００４６】
そして、同図においては、このような信号検出側の焦点位置に設置された光学アパーチャ１００を通して近接場プローブ３０の先端部を光学観察し、アパーチャ１００の中心に近接場プローブ３０の先端部の位置調整を行う。
本実施形態にかかる近接場分析装置においては、同図（Ａ）に示すような近接場用光学系の調整を、目視又はＣＣＤカメラにて容易に行うことができる。
【００４７】
なお、同図（Ａ）に示すような近接場用光学系の調整機構としては、以下のビームスプリッタ、表示目標を加えることも好ましい。これにより、同図（Ａ）に示す近接場用光学系の調整を、より容易に行うことができる。
【００４８】
＜ビームスプリッタ＞
第一に、同図（Ａ）に示すような近接場用光学系においては、アパーチャ１００から検出器３４に至る光路に、可変ビームスプリッタ１０６を調整時のみ挿入する。また可変ビームスプリッタ１０６の後段に、レンズ１０８と、ＣＣＤカメラ１１０とを備えることも好ましい。そして、ＣＣＤカメラ１１０または目視１１８により、アパーチャ１００を通して近接場プローブ３０の先端部を観察し、前述のような近接場用光学系の調整を行う。
【００４９】
第二に、同図（Ａ）に示すような近接場用光学系においては、アパーチャ１００から検出器３４に至る光路に、観察用の波長帯の光を反射し、それとは異なる測定用の波長を透過する固定ビームスプリッタ１１２を常時挿入することも好ましい。そして、ＣＣＤカメラ１１０または目視１１８により、アパーチャ１００を通して近接場プローブ３０の先端部を観察し、前述のような近接場用光学系の調整を行う。
【００５０】
＜表示目標＞
同図（Ａ）に示すような近接場用光学系の調整においては、アパーチャ１００の焦点位置に例えば十字などの中心位置を表示する表示目標１１２を設ける。そして、ディスプレイ４２の画面１２０上で、アパーチャ像１００´の微小開口像１０１´、近接場プローブ像３０´、及び表示目標像１１２´を同時観察することにより、前述のような近接場用光学系の調整を容易に行うことも好ましい。
【００５１】
また本実施形態においては、同図（Ｂ）に示す近接場用光学系においては、以下の調整を採用することも好ましい。
すなわち、同図（Ｂ）に示す近接場用光学系は、近接場プローブ３０の先端部に発生した近接場と試料との相互作用の結果の放射電場を集光検出する光学系である。
同図（Ｂ）に示す近接場用光学系は、励起光源２６と近接場プローブ３０との間に、第一光学レンズ１１６と、第二光学レンズ１１８とを備える。
【００５２】
＜アパーチャ＞
本実施形態においては、同図（Ｂ）に示す近接場用光学系の調整のために、励起光源２６と近接場プローブ３０との間の光路中に、光学アパーチャ１１４を備える。
光学アパーチャ１１４は、微小開口１１５を持ち、近接場励起側の焦点位置に設置されており、この近接場励起側の焦点位置は、第一レンズ１１６の後側焦点と第二レンズ１１８の前側焦点との一致点である。
【００５３】
そして、同図においては、近接場励起側の焦点位置に設置した光学アパーチャ１１４を通して近接場プローブ３０の先端部を光学観察しながら、該アパーチャ１１４の中心に近接場プローブ３０の先端部を位置調整する。
このようにして本実施形態にかかる近接場分析装置においては、同図（Ｂ）に示す近接場用光学系の調整を、目視にて容易に行うことができる。
【００５４】
なお、同図（Ｂ）に示されるような近接場用光学系の調整機構としては、以下のビームスプリッタ、表示目標を加えることも好ましい。これにより、同図（Ｂ）に示されるような近接場用光学系の調整をより容易に行うことができる。
＜ビームスプリッタ＞
第一に、励起光源２６からアパーチャ１１４に至る光路中に可変ビームスプリッタ１２０を調整時のみ挿入する。またビームスプリッタ１２０の後段に、レンズ１２１と、ＣＣＤカメラ１２２とを備える。ＣＣＤカメラ１２２または目視１２３により、アパーチャ１１４を通して近接場プローブ３０の先端部を観察し、同図（Ｂ）に示す近接場用光学系の調整を行うことも好適である。
第二に、励起光源２６からアパーチャ１１４に至る光路に観察用の波長帯の光を反射し、それとは異なる測定用の波長を透過する固定ビームスプリッタ１２４を常時挿入し、ＣＣＤカメラ１２２または目視１２３によりアパーチャ１１４を通して近接場プローブ３０の先端部を観察し、同図（Ｂ）に示す近接場用光学系の調整を行うことも好適である。
【００５５】
＜表示目標＞
同図（Ｂ）に示す近接場用光学系の調整においては、アパーチャ１１４の焦点位置に例えば十字などの中心位置を表示する表示目標１２５を設ける。そして、ディスプレイ４２上で画面１２０上のアパーチャ像１１４´の微小開口像１１５´、近接場プローブ像３０´、及び指示目標像１２５´を同時観察することにより、同図（Ｂ）に示す近接場用光学系の調整を行うことも好ましい。
【００５６】
インターフェース
近接場分析を適正に行うためには、近接場分析装置においては、複数の分光システムを組み合わせて用いる必要があり、インターフェースを介して近接場分析装置の各構成機器（各分光システム）の操作を行う必要がある。
このため一般的には、各構成機器独自のインターフェースを介して操作を行っていた。
【００５７】
しかしながら、各構成機器によってインターフェースが異なると、使用法ないし取り扱いが異なるので、近接場分析装置全体としての操作性が悪かった。特に多波長領域近接場分光分析装置等のように、各構成機器の数が多くなると、この問題はより深刻となる。
【００５８】
そこで、本実施形態にかかる近接場分析装置おいては、各構成機器の操作性の向上のため、近接場分析装置の各種構成機器を、同じインターフェースでコントロールできるソフトウェアを用いることが好適である。
これにより、ユーザーは、近接場分析装置を構成している機器にかかわらず、同じ使用法及び取り扱い説明にて各分光システムを操作することができる。
【００５９】
＜インターフェース＞
なお、ここにいうインターフェースとは、各機器のソフトウェアの画面表示の内容、各機器を用いるのに必要な各種の装置の、手順、技術、あるいはそれらの規格のことも含めていう。
【００６０】
＜構成機器＞
また近接場分析装置の構成機器（分光システム）とは、近接場分析装置での近接場分析に必要なもの、例えばフーリエ変換型分光器、分散型分光器、フィルタ分光器、波長可変レーザ、波長可変光源等を含めていう。
【００６１】
＜具体例＞
例えば図６に示されるようなグラフィカルユーザインターフェース（以下ＧＵＩという）１２７を用いることが好ましい。また同図では、ドライバ１２８ａ〜１２８ｄは、それぞれ各分光システム (構成機器)１２９ａ〜１２９ｄにコネクトされている。またドライバ１２８ｅ〜１２８ｈは、それぞれ前記分光システム以外の各機器１２９ｅ〜１２９ｈ、例えば光源（レーザ等）にコネクトされている。
そして、ユーザーは、このような近接場顕微鏡（近接場分析装置）にコネクトされている機器１２９ａ〜１２９ｈの構成にかかわらず、共通のＧＵＩ１２７を介して、各機器１２９ｅ〜１２９ｈよりの測定データの入力のための設定ないし指示等の操作、各機器１２９ｅ〜１２９ｈへの制御量の出力のための設定ないし指示等の操作を行う。
【００６２】
近接場プローブ交換機構
近接場分析を行うためには、近接場プローブの交換、試料へのアクセスを行う必要がある。
このため一般的には、近接場プローブ交換時に近接場プローブ取付部へのアクセスを容易にするため、近接場プローブが取り付けてあるブロックを取り外す必要がある、または試料を取り外すなどの操作を行う必要がある。
【００６３】
しかしながら、機械剛性を確保した設計では、近接場プローブの取り外しが困難であった。一方、近接場プローブの取り外しが容易な設計では、機械剛性が犠牲になり、装置の安定性が悪く、また近接場プローブの位置調整や試料の位置決めを再度行う必要があった。
【００６４】
そこで、本実施形態にかかる近接場分析装置おいては、近接場プローブ３０の交換時、試料１６へのアクセス時の操作性を向上するため、図８に示されるようなハッチ式プローブ交換機構１３０を備えることも好適である。
なお、同図（Ａ）は閉時のハッチ式プローブ交換機構１３０を側方より見た図、同図（Ｂ）は閉時のハッチ式プローブ交換機構１３０を上方より見た図、同図（Ｃ）は開時のハッチ式プローブ交換機構１３０を側方より見た図である。
【００６５】
＜ハッチ式＞
同図（Ａ）及び同図（Ｂ）に示されるように、ハッチ式プローブ交換機構１３０は、ベース側ブロック１３２と、プローブ側ブロック１３４と、開閉手段１３６とを備える。
ベース側ブロック１３２は、近接場プローブ３０を試料１６方向に突出させるための切欠部１３８が設けられている。
プローブ側ブロック１３４は、ベース側ブロック１３２に対し開閉手段１３６を介して、試料面と平行な回転軸を中心にハッチ式に開閉自在に設けられており、近接場プローブ３０を着脱自在に保持する。
【００６６】
そして、ハッチ式プローブ１３０では、同図（Ｃ）に示すようにベース側ブロック１３２に対しプローブ側ブロック１３４が試料面と平行な回転軸を中心にハッチ式に開くことにより、近接場プローブ３０の交換または試料１６への別途アクセスを容易にすることができる。
この結果、本実施形態にかかる近接場分析装置１０においては、同図に示すハッチ式プローブ交換機構１３０を用いることにより、機械剛性と安定性との両立を図ることができる。
【００６７】
なお、同図に示すハッチ式プローブ交換機構１３０は、再現性をもたせるため、同図（Ａ）に示されるようなハッチを閉めた状態で、突き当てによる位置決め、又は位置決めピンによる位置決めを行うことも好ましい。
【００６８】
＜スライド式＞
本実施形態にかかる近接場分析装置おいては、近接場プローブ３０の交換時、試料１６へのアクセス時の操作性を向上するため、図９に示されるようなスライド式プローブ交換機構１４０を備えることも好適である。
なお、同図（Ａ）は閉時のスライド式プローブ交換機構１４０を側方より見た図、同図（Ｂ）は閉時のスライド式プローブ交換機構１４０を上方より見た図、同図（Ｃ）は開時のスライド式プローブ交換機構１４０を側方より見た図である。
【００６９】
同図（Ａ）及び同図（Ｂ）に示されるように、スライド式プローブ交換機構１４０は、ベース側ブロック１４２と、プローブ側ブロック１４４とを備える。
ベース側ブロック１４２は、近接場プローブ３０を試料１６方向に突出させるための切欠部１４６が設けられている。
プローブ側ブロック１４４は、ベース側ブロック１４２に対し、試料面と平行方向に横スライド自在に設けられており、近接場プローブ３０を着脱自在に保持する。
【００７０】
このようにスライド式プローブ１４０では、同図（Ｃ）に示されるように、ベース側ブロック１４２に対しプローブ側ブロック１４４が、試料面と平行な横スライド機構により近接場プローブ３０へのアクセス可能な場所まで移動する。その状態で、近接場プローブ３０の交換または試料１６への別途アクセスを容易にしている。
この結果、本実施形態にかかる近接場分析装置１０においては、同図に示すスライド式プローブ交換機構１４０を用いることで、機械剛性と安定性との両立を図ることができる。
【００７１】
なお、同図に示すスライド式プローブ交換機構１４０では、再現性をもたせるため、スライド機構により同図（Ａ）に示されるような測定状態にした状態で、突き当てによる位置決め、または位置決めピンによる位置決めを行うことも好ましい。
【００７２】
ゴニオステージ
近接場分析を行うためには、試料ステージの傾き調整を行う必要がある。
すなわち、一般的には、試料に傾きがあると、近接場プローブの角が試料と接触して正しい近接場測定を行うことができなかった。
このために従来においては、試料ステージの上に従来型のゴニオステージを設置することも考えられる。
【００７３】
しかしながら、近接場分析においては、一般的な分析装置に比較し、試料ステージの上をできるだけ軽く作る必要があるので、従来型のゴニオステージを設置するのは現実的ではなかった。
【００７４】
そこで、本実施形態にかかる近接場分析装置おいては、図８に示されるようなゴニオステージ１５０を用いることも好ましい。
同図に示すゴニオステージ１５０は、ベース１５２と、ボール磁石１５４と、試料台１５６とを備える。ゴニオステージ１５０は、例えば試料ステージ上に載置されて使用する。
ここで、ベース１５２は、磁性体よりなる。
またボール磁石１５４は、ベース１５２に対し角度変更自在に設けられ、ベース１５２に対する設定角度を磁力により維持するためのものとする。
試料台１５６は、ボール磁石１５４に固定され、ボール磁石１５４と共にベース１５２に対し角度変更自在とする。試料台１５６は、試料１６が載置される。
【００７５】
そして、同図に示すゴニオステージ１５０は、ボール磁石１５４上に固定された試料台１５６を、任意の傾きのある試料１６面に合せてボール磁石１５４とその受けを回転させることで、水平を出している。
この結果、本実施形態にかかる近接場分析装置１０においては、同図に示されるようなコンパクトで軽量なゴニオステージ１５０を用いることにより、傾き調整を容易に行うことができる。
【００７６】
なお、同図に示すゴニオステージ１５０を使用する際は、ステージ底面及び試料表面を、既に水平が出ているクランプで挟んで物理的に接触させるか、あるいは目視で水平を出す、傾き調整治具を用いることも好ましい。
【００７７】
距離制御のための接近機構
近接場分析の開始前、近接場プローブと試料との距離は通常、分析時の距離よりもかなり離隔している。分析を開始するためには、まず近接場プローブと試料との離隔距離を分析時の所定距離（目標値）まで接近させる必要がある。
このために従来方式においては、図１０（Ａ）に示されるように、近接場プローブと試料との距離を、常にフィードバック回路によるフィードバック制御で直接制御していた。
【００７８】
しかしながら、近接場分析では、分析時の近接場プローブと試料との距離が、一般的な
分析に比較し非常に近接している。このため一般的な分析に用いられる距離制御をそのまま近接場分析の距離制御に用いたのでは、接近中、フィードバック回路の制御定数（例えばＰＩＤ値）によってはオーバーシュートを起こし、近接場プローブと試料とが衝突することがあった。また従来方式では、フィードバックがかかるまでの時間が長かった。
【００７９】
これに対し、本発明においては、図１０（Ｂ）に示されるように、近接場プローブと試料との衝突を確実に避けるため近接場プローブと試料との距離に関する閾値を設定している。そして、近接場プローブと試料との距離が閾値よりも離隔している最初の接近過程においてはフィードバック制御を行わず、直接制御を行う。
すなわち、本発明では、試料と近接場プローブとの距離信号をモニタしながら、最初の接近過程においては直接微動ステージを制御し、試料と近接場プローブとの距離を接近させている。そして、距離信号が閾値を越えたところで、微動ステージによる距離制御を、フィードバック回路に受け渡し、フィードバック回路によるフィードバック制御で行う。
【００８０】
本実施形態においては、図１１に示されるような接近機構１６０を備える。
接近機構１６０は、同図（Ａ）に示されるような近接場プローブ３０と試料１６との距離ｄが閾値よりも離隔している場合は、近接場プローブ３０と試料１６との離隔距離を直接制御する。一方、接近機構１６０は、同図（Ｂ）に示されるような近接場プローブと試料との距離ｄが閾値よりも近接している場合は、近接場プローブ３０と試料１６との離隔距離をフィードバック制御する。
このために接近機構１６０は、距離情報取得手段３８と、ステージ２４と、ステージ駆動手段４０と、直接制御回路１６８と、フィードバック制御回路１７０と、比較手段１７２とを備える。
ここで、距離情報取得手段３８は、近接場プローブ３０と試料１６との距離信号をモニタする。
またステージ２４は、ＸＹ軸方向（走査方向），Ｚ軸方向（接近ないし離隔方向）に移動自在とする。ステージ２４は、試料１６が載置される。
ステージ駆動手段４０は、ステージ２４を各軸方向に移動する。
直接制御回路１６８は、距離情報取得手段３８よりの距離信号をモニタしながら、ステージ２４のＺ軸方向距離の直接制御を行い、高速でステージ２４の粗動を行う。
フィードバック制御回路１７０は、距離情報取得手段３８よりの距離信号をステージ２４にフィードバックする。このようなステージ２４のフィードバック制御により、ステージ２４の微動を行い、近接場プローブ３０と試料１６間の距離を所望距離（目標値）に制御する。
【００８１】
比較手段１７２は、近接場分析時の離隔距離（目標値）に基づいて予め定められた近接場プローブ３０と試料１６との離隔距離に関する閾値と、距離情報取得手段３８よりの距離信号に基づいて得られる近接場プローブ３０と試料１６との離隔距離とを比較する。
比較手段１７２は、同図（Ａ）に示されるような最初の接近過程においては（距離信号が閾値を越えるまでは）、距離情報取得手段３８よりの距離信号をモニタしながら、直接制御回路１６８により直接ステージ２４を制御し、近接場プローブ３０と試料１６との距離を高速で接近させる。
一方、比較手段１７２は、同図（Ｂ）に示されるような距離信号が閾値を越えたところで、ステージ２４の制御をフィードバック制御回路１７０に受け渡し、フィードバック制御回路１７０によるフィードバック制御により、近接場プローブ３０と試料１６との距離を制御する。
【００８２】
本実施形態においては、このような接近機構１６０を用いることにより、近接場プローブ３０と試料１６とが衝突することなく、確実に及び高速にフィードバックをかけることができる。
【００８３】
なお、本実施形態においては、近接場プローブ３０の横ずれ振動を検出し、該横ずれ振動に基づく距離信号とすることが好適である。
このために本実施形態においては、加振器２８を備えている。
加振器２８は、近接場プローブ３０に設けられ、近接場プローブ３０を横方向に振動させ、近接場プローブ３０に横ずれ振動を起こさせている。
距離情報取得手段３８は、近接場プローブ３０の横ずれ振動を検出し、検出された近接場プローブ３０の横ずれ振動に基づく近接場プローブ３０と試料１６との距離信号を出力している。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる近接場分析装置の概略構成の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる近接場分析装置において特徴的な照射光学系及び集光光学系の軸調整機構の概略構成の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる近接場分析装置において特徴的な照射光学系及び集光光学系の軸調整の様子の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる近接場分析装置において特に好適な照射光学系及び集光光学系の軸調整機構、及び軸調整の様子の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる近接場分析装置において特徴的な近接場用光学系の調整機構の概略構成の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる近接場分析装置において特徴的なインターフェースの説明図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる近接場分析装置において特徴的なハッチ式プローブ交換機構の概略構成の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる近接場分析装置において特徴的なスライド式プローブ交換機構の概略構成の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかる近接場分析装置において特徴的なゴニオステージの概略構成の説明図である。
【図１０】一般的な近接場分析装置による近接場プローブと試料間の距離制御と、本実施形態にかかる近接場分析装置による近接場プローブと試料間の距離制御との比較図である。
【図１１】本発明の一実施形態にかかる近接場分析装置において特徴的な接近機構の概略構成の説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０  近接場分析装置
【図１】
2006177748.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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