(57)【要約】【課題】 誘電体共振器に探針を結合して温度や外部環境の影響を最小化し、感度と分解能が向上したマイクロ波の近接場顕微鏡を提供する。【解決手段】出力ウェーブの周波数を調節できるウェーブソースと、ウェーブソースから出射されたウェーブが進行して、共振周波数、インピーダンス、Ｑ因子及び電磁気波モードの自在な調節が可能な誘電体共振器と、誘電体共振器を通じて進行するウェーブをサンプルに照射するための探針と、探針とサンプルとの距離を測定して、探針とサンプルとの距離を所定値に維持させるための距離調節部と、探針を通じて伝播されてサンプルと相互作用した後、探針と誘電体共振器とを通じて進行したウェーブを検出する検出部と、を備えることを特徴とする誘電体共振器を利用した近接場顕微鏡。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力ウェーブの周波数を調節できるウェーブソースと、
前記ウェーブソースから出射されたウェーブが進行し、共振周波数、インピーダンス、Ｑ因子及び電磁気波モードの自在な調節が可能な誘電体共振器と、
前記誘電体共振器を通じて進行するウェーブをサンプルに照射するための探針と、
前記探針とサンプルとの距離を測定し、探針とサンプルとの距離を所定値に維持させるための距離調節部と、
前記探針を通じて伝播されてサンプルと相互作用した後、前記探針と誘電体共振器を通じて進行したウェーブを検出する検出部と、を備えることを特徴とする近接場顕微鏡。
【請求項２】
前記サンプルと誘電体共振器との相対的位置を移動させるための移動装置を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の近接場顕微鏡。
【請求項３】
前記ウェーブソースは、特定周波数のウェーブを発生させることを特徴とする請求項１に記載の近接場顕微鏡。
【請求項４】
前記ウェーブソースは、複数の周波数を有するウェーブスペクトルを発生させることを特徴とする請求項１に記載の近接場顕微鏡。
【請求項５】
前記誘電体共振器は、
誘電体と、
前記誘電体と所定間隔離れて前記誘電体を取り囲む金属共振器と、
前記ウェーブソースにより発生したウェーブを前記誘電体共振器内に印加するための入力線と、
サンプルと相互作用した後、前記探針を通じて誘電体共振器へ進行したウェーブを、前記検出部に印加するための出力線と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の近接場顕微鏡。
【請求項６】
前記入力線及び出力線は、前記金属共振器を貫通して設置され、前記入力線及び出力線の一端部が前記誘電体と対向するように、前記金属共振器の内壁と誘電体との間の空間内に位置することを特徴とする請求項５に記載の近接場顕微鏡。
【請求項７】
前記誘電体共振器の内部にある入力線及び出力線の一端部は、直線状または所定の角度で曲がったカップリングループ状であることを特徴とする請求項６に記載の近接場顕微鏡。
【請求項８】
入力線の端部に形成された第１カップリングループと、出力線の端部に形成された第２カップリングループとを回転させることで、前記誘電体共振器の共振周波数、インピーダンス及び電磁気波モードを調節することを特徴とする請求項７に記載の近接場顕微鏡。
【請求項９】
前記誘電体共振器の共振周波数及びインピーダンスを微細に調節するチューニング装置を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の近接場顕微鏡。
【請求項１０】
前記チューニング装置は、前記金属共振器を貫通して前記誘電体と対向するように挿入されたスクリューであることを特徴とする請求項９に記載の近接場顕微鏡。
【請求項１１】
前記スクリューは、前記誘電体共振器内に挿入された深さを調節することで、前記誘電体共振器の共振周波数、Ｑ因子及びインピーダンスを調節することを特徴とする請求項１０に記載の近接場顕微鏡。
【請求項１２】
前記誘電体共振器のインピーダンスが５０Ωを維持するように調節することを特徴とする請求項８ないし請求項１１のうち、何れか１項に記載の近接場顕微鏡。
【請求項１３】
前記探針の一端部は、サンプルと対向し、他端部は、前記誘電体共振器の金属共振器を貫通して前記誘電体と対向するように設置されたことを特徴とする請求項５に記載の近接場顕微鏡。
【請求項１４】
前記誘電体共振器の内部にある探針の他端部は、直線状または所定の角度で曲がったカップリングループ状であることを特徴とする請求項１３に記載の近接場顕微鏡。
【請求項１５】
前記探針の本体は一定の直径を維持し、前記探針の先端は、急激に直径が減少するように製作されたハイブリッド探針であることを特徴とする請求項１３に記載の近接場顕微鏡。
【請求項１６】
前記探針の本体の直径は実質的に１ｍｍであり、前記探針の先端の直径は１ないし１０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１５に記載の近接場顕微鏡。
【請求項１７】
前記探針は、金属、誘電体または磁性体のうち、少なくとも一つの物質からなることを特徴とする請求項１３ないし請求項１６のうち、何れか１項に記載の近接場顕微鏡。
【請求項１８】
前記距離調節部は、
一面に前記探針が付着されるチューニングフォークと、
前記探針が付着された状態でのチューニングフォークの共鳴振動数に該当する周波数の交流電圧をチューニングフォークに印加し、前記チューニングフォークからの出力電流値を測定するロックイン増幅器と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の近接場顕微鏡。
【請求項１９】
前記探針とサンプルとの距離と前記出力電流値との関係があらかじめ記録されたルックアップテーブルを参照して、前記出力電流値から前記探針とサンプルとの距離を測定することを特徴とする請求項１８に記載の近接場顕微鏡。
【請求項２０】
前記探針とサンプルとの距離と前記出力電流値とのフィードバックを通じて前記出力電流値を基準値に合わせることで、前記探針とサンプルとの距離を所望の距離に制御することを特徴とする請求項１８に記載の近接場顕微鏡。
【請求項２１】
前記検出部は、
サンプルと相互作用した後、前記探針と誘電体共振器とを通じて進行したウェーブのサイズを測定するパワーメーターと、
サンプルと相互作用した後、前記探針と誘電体共振器を通じて進行したウェーブの周波数を測定するスペクトル分析器と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の近接場顕微鏡。
【請求項２２】
前記検出部は、誘電体共振器の挿入損失及び整合如何を測定するための回路網分析器を更に備えることを特徴とする請求項２１に記載の近接場顕微鏡。
【請求項２３】
前記検出部から結果データを受けて視覚的に確認できる画像データを生成する中央処理部と、前記中央処理部で生成されたデータをディスプレイする画像処理部と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の近接場顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場顕微鏡に係り、更に詳細には、誘電体共振器に探針を結合して温度や外部環境の影響を最小化し、感度と分解能の向上したマイクロ波の近接場顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノメートル単位の微細なサンプルの形状を観測するための光学顕微鏡は、光で物体を観測するため、回折限界現象により分解能に限界がある。回折限界現象のためにサイズが光波長の１／２以下である物体は、光学的に観測できなくなる。そのような回折限界を克服し、光波長より非常に小さなサイズを有する物質の光学的特性を測定できる近接場顕微鏡が登場した。近接場顕微鏡では、光波長より小さな開口を通過した光が、その開口のサイズと同じであるか、または近い距離にあるサンプルに照射されるようになっている。それは、サンプル表面から光波長より近い距離内にある近接場は、回折を引き起こさない現象を利用して回折限界現象を克服するためのものである。
【０００３】
そのような近接場の効果を利用した非接触、非破壊顕微鏡についての研究は、ＳＴＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）及びＡＦＭ（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が実現されて以来、表面研究の一分野として登場した。光学顕微鏡の技術の発展によって、既存の光学的方法による媒質特性の測定が巨視的な観点から微視的な観点に切り替えられた。したがって、サンプルの微視的な特性を測定する方法が新たな研究分野として脚光を浴び始めた。一方、産業的な側面でも各種の電子部品が集積化されつつ、微細構造についての物理的特性の研究が重要な問題として浮び上がっている。特に、回折限界を有する古典的な光学測定装備とは違って、回折限界を克服する新たな測定装備の開発は、微細構造の物理的特性の理解及び測定に必須方法となった。
【０００４】
回折限界を克服した方法の一つとして、近接場効果を利用した顕微鏡が開発された。特に、通信部品が集積化されつつ、集積化デバイスの微細構造についての光学特性研究にマイクロ波及びミリメートル波の領域での近接場顕微鏡の開発が要求された。
【０００５】
マイクロ波を利用した近接場についての実験は、ＡｓｈとＮｉｃｈｏｌｌｓによって最初に行われ、現在までマイクロ波の近接場顕微鏡は、発展を繰り返して多様な応用分野に適応されている。マイクロ波の近接場イメージを得る方法としては、同軸線共振器、ストライプライン共振器、及び導波管スリットを利用した方法がある。
【０００６】
図１６は、従来の同軸線共振器を利用した光学顕微鏡を示す図面であって、非特許文献１に開示されている。
【０００７】
その近接場光学顕微鏡は、マイクロウェーブソース１００から出射されたウェーブが同軸線共振器１０３を通じて進行し、前記同軸線共振器１０３の端部に形成された探針１０５を通じて光学的特性を調べようとするサンプル１０７に到達するようになっている。前記探針１０５を通じて出たウェーブがサンプル１０７と相互作用した後、前記探針１０５を通じて再び同軸線共振器１０３へ入る。そして、サンプル１０７との相互作用により変形されたマイクロウェーブが、ダイオード検出器１１０によって検出される。そのようにしてサンプルの微視的、光学的特性を測定できる。ここで、符号１０２（図示せず）は方向性カプラーを示す。
【０００８】
ところが、同軸線共振器１０３を利用すれば、同軸線構造による遮断周波数のために、マイクロ波帯域での実験のみを行い得る。したがって、近接場顕微鏡の共振周波数をマイクロ波帯域の特定周波数のみに限定して使用せねばならないため、最大の感度を得るのに限界がある。そして、同軸線共振器１０３は、円筒形の内部導体と外部導体とからなっているが、そのように、二つの導体からなる構造では、ＴＥＭ波のみを利用して実験を行わねばならない。したがって、サンプルの光学的特性を得るために、ウェーブの多様なモードを使用するのには制限がある。すなわち、サンプルがウェーブと相互作用に当って、サンプルごとに光学的特性が特によく発現されるモードがあるが、同軸線共振器ではＴＥＭモードのみを使用するしかないため、同軸線共振器を利用した近接場顕微鏡を利用して調査できるサンプルの種類や範囲が狭まるしかない。
【０００９】
また、前記同軸線共振器１０３は、マイクロ波帯域の周波数を使用するため、波長が長くなって同軸線共振器１０３の長さが長くなる。図１６に使用された同軸線共振器１０３は約２ｍである。そのように、同軸線共振器１０３を利用した光学顕微鏡は、全体的な体積が非常に大きく、そのような問題によって商品化に問題がある。
【００１０】
従来の更に他の近接場顕微鏡として、導波管スリットを利用した顕微鏡がある。非特許文献２に開示された導波管スリットを利用した近接場顕微鏡は、図１７に示すように、導波管１１３の一端にスリット１１５が形成され、そのスリット１１５の下方にサンプル１１７が置かれた基板１２０が配置され、前記基板１２０の下方にある光源１２２から光を照射させる構造からなっている。符号１２３（図示せず）は、シャドーマスクを示す。
【００１１】
前記構造で、光源１２２から照射された光がサンプル１１７と相互作用した後、前記スリット１１５を通じて前記導波管１１３に入る。そして、サンプルと相互作用した後の光についての特性を検出器によって測定することで、サンプルの形状と特性とを知ることができる。ところが、前記のような導波管スリット構造では、ウェーブがスリットを通過して広く広がるため、ウェーブの損失が大きく、且つ分解能が低下するという問題点がある。
【００１２】
また、保安された構造の導波管共振器であっても、外部環境に敏感に影響され、ウェーブの多様なモードを観察できず、体積が大きくて設置及び結合に制約され、且つ探針の先端とサンプルとの距離調節装置の装着に難しさがあり、多様なサンプルを測定するのには限界がある。
【００１３】
【非特許文献１】“ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、ＶＯＬＵＭＥ ７５、ＮＵＭＢＥＲ ２０”
【非特許文献２】“ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、ＶＯＬＵＭＥ ７７、ＮＵＭＢＥＲ １”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、前記した問題点を改善するためになされたものであって、導波管共振器を使用したものより外部環境による影響を最小化して感度と分解能とを向上させ、探針先端とサンプルとの距離調節を通じて近接場顕微鏡の機能を向上させるところにその目的がある。
【００１５】
本発明の他の目的は、共振器内のチップの形状を最適に設計することで多様なモードの光学的特性によるサンプルの範囲を拡張させることができ、共振器上に調節ねじを設置することで周波数を調節できる近接場顕微鏡を提供することである。
【００１６】
また、本発明の更に他の目的は、体積を最小化しつつチューニング幅を利用した距離調節センサーを装着してサンプルとの距離調節が容易であり、垂直または水平に関係なく多様な方向でサンプルを観察できるように設置できる近接場顕微鏡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】
【００１７】
前記した目的を達成するための本発明の一類型によれば、誘電体共振器を利用した近接場顕微鏡は、出力ウェーブの周波数を調節できるウェーブソースと、前記ウェーブソースから出射されたウェーブが進行し、共振周波数、インピーダンス、Ｑ因子及び電磁気波モードの自在な調節が可能な誘電体共振器と、前記誘電体共振器を通じて進行するウェーブをサンプルに照射するための探針と、前記探針とサンプルとの距離を測定し、探針とサンプルとの距離を所定値に維持させるための距離調節部と、前記探針を通じて伝播されてサンプルと相互作用した後、前記探針と誘電体共振器とを通じて進行したウェーブを検出する検出部と、を備えることを特徴とする。また、前記近接場顕微鏡は、サンプルと誘電体共振器との相対的位置を移動させるための移動装置を更に含みうる。
【００１８】
ここで、前記ウェーブソースは、特定周波数のウェーブを発生させるか、または複数の周波数を有するウェーブスペクトルを発生させることを特徴とする。
【００１９】
一方、前記誘電体共振器は、誘電体と、前記誘電体と所定間隔離れて前記誘電体を取り囲む金属共振器と、前記ウェーブソースにより発生したウェーブを前記誘電体共振器内に印加するための入力線と、サンプルと相互作用した後、前記探針を通じて誘電体共振器へ進行したウェーブを前記検出部に印加するための出力線と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
そして、前記入力線及び出力線は、前記金属共振器を貫通して設置され、前記入力線及び出力線の一端部が前記誘電体と対向するように前記金属共振器の内壁と誘電体との間の空間内に位置するが、前記誘電体共振器の内部にある入力線及び出力線の一端部は直線状であるか、または所定の角度で曲がったカップリングループ状である。その時、入力線の端部に形成された第１カップリングループと、出力線の端部の形成された第２カップリングループとを回転させることで、前記誘電体共振器の共振周波数、インピーダンス及び電磁気波モードを調節できる。
【００２１】
また、前記近接場顕微鏡は、前記誘電体共振器の共振周波数及びインピーダンスを微細に調節するチューニング装置を更に含みうる。例えば、前記チューニング装置は、前記金属共振器を貫通して前記誘電体と対向するように挿入されたスクリューでありうるが、前記スクリューは、前記誘電体共振器内に挿入された深さを調節することで、前記誘電体共振器の共振周波数及びインピーダンスを調節することを特徴とする。
【００２２】
そのような第１及び第２カップリングループ及びチューニング装置は、誘電体共振器のインピーダンスが５０Ωを維持するように調節する。
【００２３】
一方、前記探針の一端部はサンプルと対向し、他端部は、前記誘電体共振器の金属共振器を貫通して前記誘電体と対向するように設置されたことを特徴とする。その時、誘電体共振器の内部にある探針の他端部は直線状であるか、またはカップリングループ状でありうる。前記探針の本体は一定の直径を維持し、前記探針の先端は、急激に直径が減少するように製作されたハイブリッド探針であることを特徴とする。ここで、前記探針は、金属、誘電体または磁性体のうち、少なくとも一つの物質からなる。
【００２４】
また、本発明によれば、前記距離調節部は、一面に前記探針が付着されるチューニングフォークと、前記探針が付着された状態でのチューニングフォークの共鳴振動数に該当する周波数の交流電圧を前記チューニングフォークに印加し、前記チューニングフォークからの出力電流値を測定するロックイン増幅器と、を備える。その時、前記探針とサンプルとの距離は、前記探針とサンプルとの距離と前記出力電流値との関係があらかじめ記録されたルックアップテーブルを参照して前記出力電流値から測定される。また、前記探針とサンプルとの距離と前記出力電流値とのフィードバックを通じて、前記出力電流値を基準値に合わせることで前記探針とサンプルとの距離を所望の距離に調節できる。
【００２５】
そして、本発明で前記検出部は、サンプルと相互作用した後に前記探針と誘電体共振器とを通じて進行したウェーブのサイズを測定するパワーメーターと、サンプルと相互作用した後に前記探針と誘電体共振器を通じて進行したウェーブの周波数を測定するスペクトル分析器と、を備えることを特徴とする。その時、前記検出部は、誘電体共振器の挿入損失及び整合如何を測定するための回路網分析器を更に含みうる。
【発明の効果】
【００２６】
前記したように、本発明に係る近接場顕微鏡は、誘電体共振器に結合された探針を通じて伝えられたウェーブとサンプルとの相互作用により、入力抵抗と共振周波数とが変わることを測定することでサンプルの光学的特性を知ることができる。そのように、誘電体共振器を使用する場合、誘電体共振器の構造的特徴によって次のような多様な長所がある。
【００２７】
第一に、本発明に係る近接場顕微鏡は、誘電率が高い誘電体を使用するため小型化が可能である。
【００２８】
第二に、本発明で誘電体共振器は、安定性の強い誘電体を使用するだけでなく、誘電体が金属共振器によって密閉されているため、温度などの外部影響を相対的に少なく受ける。
【００２９】
第三に、誘電体共振器の探針とチューニングフォークとを利用して、サンプルと探針との距離調節が容易であり、垂直、水平に関係なく多様な方向からサンプルを観察できる。
【００３０】
第四に、誘電体共振器を使用する本発明に係る近接場顕微鏡は、従来の近接場顕微鏡とは違って、ＴＥ、ＴＭ、ＨＥＭなどの多様なモードの使用が可能であるため、試料によって適当なモードを選択して観察することが可能である。
【００３１】
第五に、本発明に係る近接場顕微鏡は、ハイブリッド型の探針を使用するため、感度と分解能とが増加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態に係る誘電体共振器を利用した近接場顕微鏡の構成及び動作について詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係る誘電体共振器を利用した近接場顕微鏡の概略的な構成を示している。図１に示されたように、本発明に係る誘電体共振器を利用した近接場顕微鏡は、中央処理部１０、ウェーブソース２０、検出部３０、誘電体共振器の移動装置４０、誘電体共振器５０、探針６０、及び画像処理部７０を備える。
【００３４】
前記したように、同軸線共振器を使用する従来の近接場顕微鏡は、ＴＥＭモードのみを使用するしかないため調査できるサンプルの種類や範囲が狭く、導波管スリットを使用する従来の近接場顕微鏡は、分解能が低下するという問題点がある。本発明は、そのような従来の問題点を改善するために誘電体共振器を使用する。本発明に係る近接場顕微鏡で使用する誘電体共振器の構造は、図２．Ａないし図２．Ｃに図示されている。図２．Ａは、誘電体共振器５０の斜視図である。図２．Ａに示されたように、誘電体共振器５０は、誘電体５７、前記誘電体５７を取り囲む金属共振器５１、ウェーブソース２０により発生したウェーブを誘電体共振器の内部に印加するための入力線５４、サンプル８０と相互作用した後、探針６０を通じて誘電体共振器５０内部に進行したウェーブを検出部３０に伝達するための出力線５６、及び前記金属共振器５１の上面を貫通して前記誘電体５７の上面と対向するように設置されたチューニングスクリュー５２から構成される。ここで、誘電体５７の種類には特別な制限がない。金属共振器５１の内部には円筒形中空５９が形成されており、前記中空内に誘電体５７が設けられている。金属共振器５１は、銀（Ａｇ）のように導電性に優れた金属を使用することが好ましく、金属フレーム表面には、Ａｇをメッキして製作してもよい。
【００３５】
図２．Ｂは、そのような誘電体共振器５０の横断面図を示す。図２．Ｂに示されたように、金属共振器５１内に形成された中空５９内に円筒形誘電体５７が固定されている。その時、前記金属共振器５１の内壁と円筒形誘電体５７との間には、入力線５４、出力線５６及び探針６０の端部が位置するように所定間隔が形成されていなければならない。図に示されたように、前記入力線５４、出力線５６及び探針６０は、金属共振器５１を貫通して設置されるが、前記入力線５４、出力線５６及び探針６０の一端部は、それぞれ前記誘電体５７と対向するように前記金属共振器５１の内壁と誘電体５７との空間５９内に位置する。また、金属共振器５１と誘電体５７との間に位置する入力線５４、出力線５６及び探針６０の端部は、直線状でありうるが、好ましくは、図に示されたように、所定の角度で曲がったカップリングループを形成することが良い。なぜなら、前記カップリングループの相対的な角度を調節することで、誘電体共振器５０の特性を適切に調節できるためである。
【００３６】
一方、図２．Ｃは、誘電体共振器５０の縦断面図であって、金属共振器５１の上面を貫通して前記誘電体５７の上面と対向するように設置されたチューニングスクリュー５２が図示されている。前記チューニングスクリュー５２と誘電体５７との間隔を調節することで、カップリングループと同様に誘電体共振器５０の特性を適切に調節できる。
【００３７】
そのような誘電体共振器５０で、共振モードによって誘電体共振器５０の内部の電子界が変わって、共振器内の電力伝達特性と共振周波数とが変化するため、共振周波数のモードを区分することが重要である。そのために、次のような模擬実験を通じて前記した構造を有する誘電体共振器５０の特性を確認した。模擬実験は、Ａｎｓｏｆｔ ＨＦＳＳ（Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）を利用した。シミュレーションは、４〜６ＧＨｚ領域でｆａｓｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｗｅｅｐ ｓｏｌｕｔｉｏｎ方法で行われ、入力線５４と出力線５６との端部に形成されたカップリングループの角度による共振周波数と共振モードとの変化を調べた。ここで使用した誘電体の非誘電率は２９であり、誘電体の直径は１４ｍｍ、高さは５.８ｍｍである。
【００３８】
図３．Ａは、カップリングループの角度が水平である時の状態を示している。そのように、カップリングループの角度が水平である場合、誘電体共振器５０の共振周波数は、図３．Ｂに示されたように４.５ＧＨｚであった。図３．Ｃ及び図３．Ｄは、共振周波数である４.５ＧＨｚで誘電体共振器の内部の電界と磁界とのフィールド分布をそれぞれ示している。したがって、前記ＨＦＳＳのシミュレーションを通じて、カップリングループが水平に誘電体共振器とカップリングされた時に４.５ＧＨｚで共振が発生し、その時の電界と磁界とのフィールド分布の解析を通じて、ＴＥ０１モードが励起されることを確認できる。
【００３９】
また、図４．Ａは、カップリングループの角度が垂直である時の状態を示している。カップリングループの角度が垂直である場合、誘電体共振器５０の共振周波数は、図４．Ｂに示されたように、５.６ＧＨｚであった。図４．Ｃ及び図４．Ｄは、共振周波数で磁界と電界とのフィールド分布をそれぞれ示している。前記模擬実験を通じて、カップリングループが垂直に誘電体共振器とカップリングされた時は、５.６ＧＨｚで共振が発生し、その時に励起されるモードは、同様に電界と磁界とのフィールド分布の解釈を通じてＴＭ０１モードであることを確認することができる。
【００４０】
最後に、図５．Ａは、カップリングループの角度が４５゜である時の状態を示している。カップリングループの角度が４５゜である場合、図５．Ｂに示されたように、４.５ＧＨｚと５.６ＧＨｚとで何れも共振が発生した。図５．Ｃ及び図５．Ｄは、誘電体共振器の共振周波数が４.５ＧＨｚである時の電界と磁界とのフィールド分布をそれぞれ示しており、図５．Ｅ及び図５．Ｆは、誘電体共振器の共振周波数が５.６ＧＨｚである時の磁界と電界とのフィールド分布をそれぞれ示している。前記図５．Ｃないし図５．Ｆから分かるように、４.５ＧＨＺではＴＥ０１モードが励起され、５.６ＧＨｚでＴＭ０１モードが励起された。
【００４１】
前記模擬実験から確認できるように、カップリングループの角度によってＴＥモードとＴＭモードとを選択的に励起させうる。それは、カップリングループの角度によってループの断面積を横切る電界と磁界との線束の量が変わって、特定モードが強く励起されるか、または弱く励起されるためである。したがって、従来の近接場顕微鏡とは違って、本発明に係る誘電体共振器を使用する近接場顕微鏡ではモードの選択が可能となり、近接場顕微鏡が調査できるサンプルの種類や範囲が広がるためである。
【００４２】
前記模擬実験結果を確認するために、非誘電率が２９であるＢａ（ＺｒＴａ）Ｏ３から構成された誘電体共振器を使用して実験した。前記誘電体の内径は２ｍｍであり、外径は１４ｍｍであり、高さは５.８ｍｍであった。また、誘電体共振器を取り囲んでいる金属共振器の半径は３２ｍｍであり、高さは１４ｍｍで製作された。そのように製作した誘電体共振器の特性を実験した結果、図６．Ａに示されたように、カップリングループが水平である場合、ＴＥ０１モードが４.５ＧＨｚで共振が発生し、ＨＦＳＳシミュレーションの共振周波数とほぼ一致することが確認できた。その時、前記共振周波数で誘電体共振器の無負荷Ｑ因子は２４０００であった。回路網分析器で得た共振周波数で、３ｄＢ下の周波数曲線の幅（△ｆ）を取れば、負荷がかかったＱＬ因子が得られるが、共振器の無負荷ＱＵ因子は次の式で得られる。
【００４３】
【数１】
2005321391.tif 000003
【００４４】
ここで、ｌｏｓｓは共振器の挿入損失である。前記挿入損失は、例えば、Ａｇｉｌｅｎｔ ８７５３ＥＳのような回路網分析器で測定されうる。その他に、カップリングループが垂直である場合と４５゜である場合とについても図６．Ｂ及び図６．Ｃに図示されている。
【００４５】
一方、前記したように、金属共振器５１の上面を貫通して前記誘電体５７の上面と対向するように設置されたチューニングスクリュー５２と前記誘電体５７との間隔を調節することで、誘電体共振器５０の共振周波数とＱ因子、インピーダンスなどの特性を調節できる。
【００４６】
図７．Ａは、前記チューニングスクリュー５２と誘電体５７との距離（Ｌ）を示す図面である。図７．Ｂのグラフから分かるように、チューニングスクリュー５２を金属共振器５１の中から外に抜き出すほど、共振周波数が４.７ＧＨｚから４.６ＧＨｚに下がることが分かる。それに対し、誘電体共振器のＱ因子は、１００００から３５０００に増加することが分かる。それは、共振器内で挿入された金属がなくなった時、摂動理論によって共振器の内部の体積が変わりつつ、共振器内に保存された電場と磁場との変化によるものである。特に、共振周波数が下がる理由は、チューニングスクリュー５２が誘電体共振器５０から後に抜かれて、その体積に電場のエネルギーが磁場のエネルギーより更に多く生じたためである。
【００４７】
前記のようなチューニングスクリュー５２を利用すれば、前記誘電体共振器５０の特性を更に精密に調節して、本発明による近接場顕微鏡の性能を最適化させうる。一般的に、共振器と共振器の外部回路とがどのように結合されるによって、近接場マイクロ波の顕微鏡の性能が左右される。共振器と共振器の外部回路との結合はカップリングループで行われるが、カップリングループと誘電体共振器との距離、カップリングループの断面積サイズによって決定される。それは、カップリングループの断面積を横切る磁界と電界との線束のサイズによって左右されるためである。ここで、共振器の外部回路で共振器に最大の電力伝達が可能となるには、共振器は、共振周波数で整合されねばならない。その時、共振器が臨界結合されたと言う。
【００４８】
共振器が外部回路と臨界結合されるには、伝送線路と共振器との結合係数が１でなければならない。伝送線路と共振器との結合係数は、次の通りに与えられうる。
【００４９】
【数２】
2005321391.tif 000004
【００５０】
ここで、Ｚ０は伝送線路のインピーダンスであり、Ｚｒは共振器のインピーダンスである。すなわち、共振器が外部回路と臨界結合されるには、共振器のインピーダンスが伝送線路のインピーダンスと同じでなければならない。本発明に係る近接場顕微鏡で、入力線５４、出力線５６及び探針６０が伝送線路に該当する。一般的に、伝送線路のインピーダンスは５０Ωと決まっている。したがって、誘電体共振器５０のインピーダンスＺｒも５０Ωである場合、近接場顕微鏡が最適の性能を有する。そうでなければ、誘電体共振器５０と伝送線路との間に信号の反射が発生して最大電力伝達が不可能であるためである。
【００５１】
前記したように、本発明では、前記チューニングスクリュー５２を利用して誘電体共振器５０のインピーダンスを５０Ωに調節できる。その時、近接場顕微鏡の性能を最適の状態に維持するには、サンプル８０がない時だけでなく、探針６０がサンプル８０に接近する時にも、誘電体共振器５０のインピーダンスを５０Ωに維持せねばならない。図８Ａは、サンプルがない場合、チューニングスクリュー５２を利用して誘電体共振器５０のインピーダンスを５０Ωに調節した時のスミス図表である。一方、図８．Ｂは、探針６０をサンプル８０に１μｍまで接近させた時のスミス図表である。図示されたように、探針６０がサンプル８０に接近すれば、探針６０とサンプル８０との相互作用により共振周波数とＱ因子との何れも減少する。その時、共振周波数は４.５５７ＧＨｚであり、Ｑ因子は９８０であり、共振器のインピーダンスは７０.２Ωであった。したがって、共振器の感度を上げるために共振器の特性を調節する必要がある。図８．Ｃは、前記チューニングスクリュー５２を利用して共振器の特性を再調節した後のスミス図表である。図示されたように、チューニングスクリュー５２を利用して共振器のＱ因子を再び２２０００に上げることができたが、その時の共振周波数は４.５２０８ＧＨｚであった。図８Ｄは、前記図８Ａ、図８．Ｂ及び図８．Ｃのスミス図表を周波数特性グラフで示したものである。ここで、誘電体共振器５０のインピーダンス、共振周波数のような特性は、検出部３０の回路網分析器３２を通じて測定して確認できる。
【００５２】
一方、マイクロ波の近接場顕微鏡の感度は、共振器のＱ因子により影響を受けるだけでなく、探針６０の幾何学的形状によっても影響を受ける。また、マイクロ波の近接場顕微鏡の空間分解能は、探針６０先端の曲率半径に直接的な影響を受ける。したがって、マイクロ波の近接場顕微鏡の感度と空間分解能とを向上させるには、探針の研究は必須である。一般的に、電気双極子理論に基づいて、探針６０の先端とサンプル８０との相互作用がわかる。そのために、図９のように、探針の先端とサンプルをそれぞれａａとａｓの半径を有する球であると仮定した。外部電場によって二つの双極子がそれぞれαａとαｓの分極率を有していれば、ｄｉｐｏｌｅ−ｄｉｐｏｌｅカップリングによって摂動が与えられた分極率は次の通りである。
【００５３】
【数３】
2005321391.tif 000005
【００５４】
ここで、Ｒは二つの双極子の球間の距離である。その時、分極率は、次の通りである。
【００５５】
【数４】
2005321391.tif 000006
【００５６】
ここで、ｉは、ａまたはｓでありうる。ａは、探針の先端を示し、ｓは、サンプルを示す。ここで、電場のサイズは、
【００５７】
【数５】
2005321391.tif 000007
【００５８】
であり、Ｅｓ＋ΔＥｓとＥｓは、双極子カップリングによる摂動後の電場と摂動前の電場とをそれぞれ表す。また、共振周波数の変化は、摂動前の電場エネルギーと摂動後のエネルギーと変化の差で次の通りに表しうる。
【００５９】
【数６】
2005321391.tif 000008
【００６０】
これを再整理すれば、次の通りである。
【００６１】
【数７】
2005321391.tif 000009
【００６２】
したがって、ｄｉｐｏｌｅ−ｄｉｐｏｌｅ相互作用によるマイクロ波の近接場顕微鏡で、探針先端の曲率半径が小さいほど分解能は良くなるが、前記数式７から分かるように、探針とサンプルとの距離が近いほど、そして、分極率が大きいほど感度が良くなる。分極率は、探針とサンプルとの有効広さが広ければ大きくなるため、探針先端の曲率半径が大きければ良い感度を有する。したがって、探針の先端が小さければ分解能は良くなるが、感度が低下するため、分解能と感度の両方が適当に良い探針を選択せねばならない。できれば、探針先端の曲率半径を縮小させつつ、探針の有効広さを広げることが好ましい。
【００６３】
図１０．Ａないし図１０．Ｆは、それぞれ探針の形状によるマイクロ波の近接場顕微鏡の感度と空間分解能とを説明するためのものである。図１０．Ａは、ｔｈｉｎ−ｔｉｐ探針の形状を示したものであり、図１０．Ｂは、前記ｔｈｉｎ−ｔｉｐ探針を利用して、幅が２７μｍであるクロム（Ｃｒ）のラインをスキャニングしたものであり、縦軸は感度に該当し、水平軸は分解能に該当する。そして、図１０．Ｃ及び図１０．Ｄは、ｔｈｉｃｋ−ｔｉｐ探針の形状及び前記ｔｈｉｃｋ−ｔｉｐ探針を利用して、幅が２７μｍであるクロムのラインをスキャニングしたものであり、図１０．Ｅ及び図１０．Ｆは、本発明に係るｈｙｂｒｉｄ−ｔｉｐ探針の形状及び前記ｈｙｂｒｉｂ−ｔｉｐ探針を利用して、幅が２７μｍであるクロムのラインをスキャニングしたものである。それぞれの探針は、化学エッチング方法を利用して製造した。エッチング溶液は、蒸溜水にＫＯＨを重量比で１０％溶かした溶液を使用し、完成された金属探針は、蒸溜水と無水アルコールとを使用して洗浄後に使用した。ｔｈｉｃｋ−ｔｉｐ探針とｔｈｉｎ−ｔｉｐ探針とは、エッチングする時間を調整して製造し、本発明によってｔｈｉｃｋ−ｔｉｐとｔｈｉｎ−ｔｉｐとを合わせたｈｙｂｒｉｄ−ｔｉｐ探針は、探針中間をテフロン（登録商標）で取り囲んで探針先端のみがエッチングされ、上部のエッチングは防いだ。ここで、前記探針は、金属、誘電体または磁性体のようなと同じ材料を利用して製造されうる。
【００６４】
前記したように、近接場顕微鏡で探針先端の曲率半径が大きくなれば、サンプルとの相互作用面積が広くなって感度が増加する。また、探針が厚いほど共振器から探針に出る電磁気場も多く伝えられる。しかし、マイクロ波の近接場顕微鏡の分解能は、探針の曲率半径が小さいほど増加するため、探針のサイズは小さいことが好ましい。図１０．Ａ及び図１０．Ｂに示されたように、ｔｈｉｎ−ｔｉｐ探針は、空間分解能は向上したが、感度は低下することが分かる。それに対し、図１０．Ｃ及び図１０．Ｄに示されたように、ｔｈｉｃｋ−ｔｉｐ探針は、空間分解能は低下するが、感度は増加することが分かる。したがって、ｔｈｉｎ−ｔｉｐ探針とｔｈｉｃｋ−ｔｉｐ探針との長所を何れも生かして、マイクロ波の近接場顕微鏡の空間分解能と感度とを何れも増加させるために、本発明ではｈｙｂｒｉｄ−ｔｉｐ探針を開発した。図１０．Ｅに示されたように、前記ｈｙｂｒｉｄ−ｔｉｐ探針の先端は、ｔｈｉｎ−ｔｉｐ探針のように曲率半径が約１ないし１０μｍに小さく、本体はｔｈｉｃｋ−ｔｉｐ探針のように約１ｍｍに厚く作った。その場合、図１０．Ｆに示されたように、マイクロ波の近接場顕微鏡の空間分解能と感度とを適当に合わせることができ、コントラストの最も良いイメージが得られる。
【００６５】
次いで、探針とサンプルとの距離を微細に調節する方法について説明する。探針６０は、誘電体共振器５０と共に移動装置４０によってサンプル８０の上下左右に接近する。その時、前記したように、探針６０がサンプル８０と直接接触しない限度内で、サンプル８０に最大に接近するほど高い感度が得られる。そのために、探針６０とサンプル８０との距離を測定し、前記探針６０とサンプル８０との距離を所望の距離に一定に維持させるための微細な距離調節部が要求される。図１１は、そのような距離調節部の例を示すものである。
【００６６】
図１１に示されたように、前記距離調節部は、一面に探針６０が付着されるチューニングフォーク６２、及び前記チューニングフォーク６２の固有振動数に該当する周波数を有する交流電圧を前記チューニングフォーク６２に印加し、前記チューニングフォーク６２からの出力電流値を測定するロックイン増幅器６５を含む。本発明に係る距離調節部は、探針６０が付着されたチューニングフォーク６２がサンプル８０に接近する時、探針６２とサンプル８０との相互作用によりチューニングフォーク６２の振動数が変わることを利用するものである。すなわち、固有の振動数で振動するチューニングフォーク６２に探針６０を付着した後、探針６０がサンプル８０の表面に近づけば、探針６０とサンプル８０との表面で作用するＳｈｅａｒ ｆｏｒｃｅのためチューニングフォーク６２の共鳴振動数が増加するが、フィードバックを通じてチューニングフォーク６２の共鳴振動数を一定にすれば、探針６０とサンプル８０との距離を数ｎｍに維持させうる。
【００６７】
本発明に係る距離調節部の動作原理を実験結果を通じて更に詳細に説明すれば、次の通りである。図１０．Ｅに示された形状にエッチングした金属探針をチューニングフォークの一面に付着させた後、Ｅｇ＆Ｇ社の７２６５ ＤＳＰロックイン増幅器のＯＳＣ ｏｕｔ端子を通じて０.０５Ｖの交流電圧を加え、Ｌｉｎｅ ｉｎ端子を通じて前記チューニングフォークから出力される電流値を測定した。ここで使用したチューニングフォークの固有振動数は３２７６８Ｈｚであり、探針はｎｉｌａｃｏ社の０.０５ｍｍのＳＵＳ線をエッチングして製造した。
【００６８】
その時、それぞれの周波数についてチューニングフォークからの信号値を測定すれば、共鳴振動数で最大電流を有するローレンツ（Ｌｏｒｅｎｚｉａｎ）関数を有する。一般的に、チューニングフォークに探針を付着すれば、チューニングフォークの有効質量が増加するため、チューニングフォークの固有振動数である３２７５８Ｈｚより小さな固有振動数を示し、Ｑ因子も減少する。探針を付着したチューニングフォークに入力される電圧の周波数についての出力電流の共振特性グラフは、図１２の通りである。図１２のグラフから分かるように、探針を付着しつつチューニングフォークの重量条件の変化によって、共振周波数は５５４Ｈｚほど減少して３２２１４Ｈｚとなり、Ｑ因子は約１／４に減少して３７００となった。したがって、本発明に係る距離調節部は、チューニングフォークに探針を付着した状態での固有振動数（すなわち、前記した実験例では３２２１４Ｈｚ）に該当する周波数をチューニングフォークに印加する。
【００６９】
一方、そのように探針が付着されたチューニングフォークの共鳴振動数と同じ周波数の交流電圧をチューニングフォークに印加しつつ探針をサンプルの表面に接近すれば、探針とサンプル表面とが相互作用するｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅ領域に入って、チューニングフォークの共振周波数とＱ因子とが変わり出力電流値が変わる。図１３は、探針がサンプル表面に２０ｎｍずつ近づくことによるチューニングフォークの共鳴特性のグラフを示す。図１３のグラフから分かるように、探針とサンプル表面との距離が近づくことにより共鳴振動数が増加し、共鳴振動数での出力電流値は次第に減少する。
【００７０】
したがって、共鳴振動数でチューニングフォークを振動させつつ一定の間隔で探針をサンプルに接近させれば、図１４のような接近曲線が得られる。図１４に示されたように、出力信号のサイズは、サンプルと探針との距離が短くなるにつれて、約６０ｎｍから急減する。それより遠い距離では、距離の変化に関係なく一定のサイズの出力信号を示す。それは、サンプルと探針との相互作用が無いことを意味する。出力信号のサイズが縮小し始める領域から相互作用が始まり、距離が更に近くなるほど出力信号のサイズは更に減少する。その結果からサンプルと探針との相互作用のサイズは、サンプルと探針との距離に依存するということがわかる。
【００７１】
そのような結果を利用して、位置の電流値を定め、サンプルと探針との相互作用を通じて出力される電流値を基準電流値に合わせる過程を通じて、サンプルと探針との距離を数ｎｍないし数十ｎｍに一定に維持できる。例えば、チューニングフォークの共鳴振動数で探針とサンプルとの距離と出力電流値との関係についての前記のような実験データをルックアップテーブルとして中央処理部１０にあらかじめ保存しておくことができる。その後、探針６０がサンプル８０に接近する時に測定された出力電流値を前記中央処理部１０に伝達すれば、中央処理部１０は、前記ルックアップテーブルに基づいて探針６０とサンプル８０との距離を確認することができる。また、探針６０とサンプル８０との距離を所定の距離に維持しようとする場合、前記ルックアップテーブルに基づいて所望の距離に対応する電流値を基準電流値と定め、ロックイン増幅器６５から伝えられる出力電流値を基準電流値と比較する。比較の結果、出力電流値が基準電流値より大きい場合には、移動装置４０を通じて探針６０をサンプル８０に更に接近させ、基準電流値が更に大きい場合には、探針６０をサンプル８０から更に遠ざからせる。
【００７２】
以上、本発明に係る誘電体共振器を利用した近接場顕微鏡の各部分の構造について詳細に説明した。以下では、前記した構造の近接場顕微鏡の動作及び機能について簡単に説明する。
【００７３】
まず、中央処理部１０は、ユーザーの操作によって誘電体共振器５０の共振周波数、インピーダンス、電磁気波モードなどを制御し、検出部３０から得た結果データを分析して、サンプル８０の表面形状についての視覚的なデータを生成するものである。画像処理部７０は、そのように生成されたデータに基づいてサンプル８０の微細な表面形状をディスプレイする役割を行う。ウェーブソース２０は、マイクロ波ウェーブを発生させて誘電体共振器５０に印加する役割を行う。その時、前記ウェーブソース２０は、中央処理部１０の制御によって特定周波数のみを有するウェーブを発生させて誘電体共振器５０に印加してもよく、複数の周波数分布を有するウェーブスペクトルを発生させて誘電体共振器５０に印加してもよい。例えば、前記ウェーブソース２０は、約１０ＭＨｚないし２０ＧＨｚの範囲で安定したマイクロ波を提供するＨＰ８３６２０Ａでありうる。
【００７４】
ウェーブソース２０で発生したマイクロ波ウェーブは、入力線５４を通じて誘電体共振器５０内に供給される。それにより、誘電体共振器５０の共振周波数で最大値を有する分布形態のスペクトルが探針６０を通じてサンプル８０に印加される。探針６０とサンプル８０との相互作用によって変形されたマイクロ波ウェーブは、再び前記探針６０を通じて誘電体共振器５０に印加され、検出部３０は、それを検出して結果データを中央処理部１０に伝達する。検出部３０は、変形されたウェーブのサイズを測定するパワーメーター３１、及び変形されたウェーブの周波数を測定するスペクトル分析器３４を含みうる。中央処理部１０はｍ変形されたウェーブのサイズ及び周波数を入力されたウェーブのサイズ及び周波数と比較して、サンプル８０の表面形状を計算してその結果を画像処理部７０に伝達する。ここで、画像データ生成アルゴリズムを含む画像処理方法は、既に公知のものであり、本発明の範囲を逸脱するため、その説明を省略する。
【００７５】
それにより、サンプル８０の一地点についての調査が完了すれば、中央処理部１０の制御によって移動装置４０を通じて、誘電体共振器５０の位置をサンプル８０の他地点に移動させて同じ調査作業を行う。その時、サンプル８０の各地点を約０.０２μｍ単位で移動して調査することが好ましい。また、肉眼では非常に滑らかな表面も微視的には非常に荒いため、移動中に探針６０とサンプル８０との距離が微細に変わる。したがって、移動中に距離調節部を通じて探針６０とサンプル８０との距離を一定に維持せねばならない。
【００７６】
一方、前記したように、誘電体共振器５０と外部装置との間に最大の出力を授受するには、誘電体共振器５０と外部装置とが互いに整合されねばならない。そのために、前記検出部３０は、誘電体共振器５０のインピーダンス、共振周波数のような諸般特性を確認できる回路網分析器３２を更に含みうる。すなわち、本発明によれば、ユーザーは、前記回路網分析器３２の分析結果を見つつ、入力線５４と出力線５６とのカップリングループ及びチューニングスクリュー５２を回転させて、前記誘電体共振器５０を整合させる。好ましくは、中央処理部１０の操作によって、前記カップリングループ及びチューニングスクリュー５２が所定の角度で回転するように制御できる。そのような整合作業は、サンプル８０の調査前にも行われねばならないが、探針６０とサンプル８０との相互作用で整合条件が変更されうるため、サンプル８０の調査中にも行われる必要がある。
【００７７】
図１５．Ａないし図１５．Ｄは、そのような本発明によって誘電体共振器を使用する近接場顕微鏡の分解能を確認するための図面である。まず、図１５．Ａ及び図１５．Ｂは、それぞれクロム（Ｃｒ）ラインパターンサンプルの光学写真及びマイクロ波の近接場顕微鏡で得た２次元イメージである。実験は、誘電体共振器５０から透過されて出る信号のサイズをパワーメーターで測定して行った。その時に使用した周波数は４.４６ＧＨｚである。もちろん、実験前に誘電体共振器のインピーダンスマッチングを行った。図１５．Ｃ及び図１５．Ｄは、それぞれ図１５．Ａでａ−ａ’とｂ−ｂ’の断面を示す。ａ−ａ’断面での空間分解能は、次の通りに計算されうる。図１５．Ｃを参照して、パワーメーターで測定された最大出力パワーサイズの半分となる地点での幅は７.６μｍであった。実際に使用されたクロムラインパターンの幅は６.６μｍである。したがって、測定した幅からクロムラインの幅を引いた１μｍが、本発明による誘電体共振器を使用する近接場顕微鏡の空間分解能に該当する。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、誘電体共振器を利用した近接場顕微鏡の製造に利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る誘電体共振器を利用した近接場顕微鏡の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２．Ａ】本発明に係る近接場顕微鏡で使用する誘電体共振器の構造を示す図面である。
【図２．Ｂ】本発明に係る近接場顕微鏡で使用する誘電体共振器の構造を示す図面である。
【図２．Ｃ】本発明に係る近接場顕微鏡で使用する誘電体共振器の構造を示す図面である。
【図３．Ａ】カップリングループが水平に誘電体共振器と結合している時の斜視図を示す図面である。
【図３．Ｂ】カップリングループが水平に誘電体共振器と結合している時の周波数特性グラフを示す図面である。
【図３．Ｃ】カップリングループが水平に誘電体共振器と結合している時の磁界のフィールド分布を示す図面である。
【図３．Ｄ】カップリングループが水平に誘電体共振器と結合している時の電界のフィールド分布を示す図面である。
【図４．Ａ】カップリングループが垂直に誘電体共振器と結合している時の斜視図を示す図面である。
【図４．Ｂ】カップリングループが垂直に誘電体共振器と結合している時の周波数特性グラフを示す図面である。
【図４．Ｃ】カップリングループが垂直に誘電体共振器と結合している時の磁界のフィールド分布を示す図面である。
【図４．Ｄ】カップリングループが垂直に誘電体共振器と結合している時の電界のフィールド分布を示す図面である。
【図５．Ａ】カップリングループが４５゜に誘電体共振器と結合している時の斜視図を示す図面である。
【図５．Ｂ】カップリングループが４５゜に誘電体共振器と結合している時の周波数特性グラフを示す図面である。
【図５．Ｃ】カップリングループが４５゜に誘電体共振器と結合している時の磁界のフィールド分布を示す図面である。
【図５．Ｄ】カップリングループが４５゜に誘電体共振器と結合している時の電界のフィールド分布を示す図面である。
【図５．Ｅ】カップリングループが４５゜に誘電体共振器と結合している時の磁界のフィールド分布を示す図面である。
【図５．Ｆ】カップリングループが４５゜に誘電体共振器と結合している時の電界のフィールド分布を示す図面である。
【図６．Ａ】カップリングループが水平に誘電体共振器と結合している時の周波数特性を示すグラフである。
【図６．Ｂ】カップリングループが垂直に誘電体共振器と結合している時の周波数特性を示すグラフである。
【図６．Ｃ】カップリングループが４５゜に誘電体共振器と結合している時の周波数特性を示すグラフである。
【図７．Ａ】チューニングスクリューと誘電体との距離Ｌを示す図面である。
【図７．Ｂ】チューニングスクリューと誘電体との距離の変化による誘電体共振器の共振周波数及びＱ因子の変化を示すグラフである。
【図８．Ａ】サンプルがない場合、チューニングスクリューを利用して誘電体共振器のインピーダンスを５０Ωに調節した時のスミス図表である。
【図８．Ｂ】サンプルが探針に近接した場合のスミス図表である。
【図８．Ｃ】誘電体共振器のインピーダンスを再び５０Ωに調節した時のスミス図表である。
【図８．Ｄ】前記図８．Ａないし図８．Ｃでの共振周波数の変化を示す図面である。
【図９】探針の先端とサンプルとの相互作用を説明するための図面である。
【図１０．Ａ】探針の形状によるマイクロ波の近接場顕微鏡の感度と空間分解能とを説明するための図面である。
【図１０．Ｂ】探針の形状によるマイクロ波の近接場顕微鏡の感度と空間分解能とを説明するための図面である。
【図１０．Ｃ】探針の形状によるマイクロ波の近接場顕微鏡の感度と空間分解能とを説明するための図面である。
【図１０．Ｄ】探針の形状によるマイクロ波の近接場顕微鏡の感度と空間分解能とを説明するための図面である。
【図１０．Ｅ】探針の形状によるマイクロ波の近接場顕微鏡の感度と空間分解能とを説明するための図面である。
【図１０．Ｆ】探針の形状によるマイクロ波の近接場顕微鏡の感度と空間分解能とを説明するための図面である。
【図１１】本発明に係る探針とサンプルとの距離調節部を示す図面である。
【図１２】探針を付着したチューニングフォークに入力される電流の周波数についての出力電流の共振特性グラフである。
【図１３】探針がサンプル表面に２０ｎｍずつ接近することによるチューニングフォークの共鳴特性グラフである。
【図１４】共鳴振動数でチューニングフォークを振動させつつ、一定距離の間隔で探針をサンプルに接近させた時の接近曲線を示すグラフである。
【図１５．Ａ】サンプルの光学写真から得た２次元イメージである。
【図１５．Ｂ】サンプルのマイクロ波の近接場顕微鏡から得た２次元イメージである。
【図１５．Ｃ】図１５．Ａのサンプルについての断面を示すグラフである。
【図１５．Ｄ】図１５．Ａのサンプルについての断面を示すグラフである。
【図１６】従来の同軸線を利用した近接場顕微鏡を示す図面である。
【図１７】従来のスリットが形成された導波管を利用した近接場顕微鏡を示す図面である。
【符号の説明】
【００８０】
１０  中央処理部
２０  ウェーブソース
３０  検出部
３１  パワーメーター
３２  回路網分析器
３４  スペクトル分析器
４０  移動装置
５０  誘電体共振器
６０  探針
７０  画像処理部
８０  サンプル
【図１】
2005321391.tif 000010
【図２．Ａ】
2005321391.tif 000011
【図２．Ｂ】
2005321391.tif 000012
【図２．Ｃ】
2005321391.tif 000013
【図３．Ａ】
2005321391.tif 000014
【図３．Ｂ】
2005321391.tif 000015
【図３．Ｃ】
2005321391.tif 000016
【図３．Ｄ】
2005321391.tif 000017
【図４．Ａ】
2005321391.tif 000018
【図４．Ｂ】
2005321391.tif 000019
【図４．Ｃ】
2005321391.tif 000020
【図４．Ｄ】
2005321391.tif 000021
【図５．Ａ】
2005321391.tif 000022
【図５．Ｂ】
2005321391.tif 000023
【図５．Ｃ】
2005321391.tif 000024
【図５．Ｄ】
2005321391.tif 000025
【図５．Ｅ】
2005321391.tif 000026
【図５．Ｆ】
2005321391.tif 000027
【図６．Ａ】
2005321391.tif 000028
【図６．Ｂ】
2005321391.tif 000029
【図６．Ｃ】
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【図７．Ａ】
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【図７．Ｂ】
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【図８．Ａ】
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【図８．Ｂ】
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【図８．Ｃ】
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【図８．Ｄ】
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【図９】
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【図１０．Ａ】
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【図１０．Ｂ】
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【図１０．Ｃ】
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【図１０．Ｄ】
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【図１０．Ｅ】
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【図１０．Ｆ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５．Ａ】
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【図１５．Ｂ】
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【図１５．Ｃ】
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【図１５．Ｄ】
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【図１６】
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【図１７】
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