走査型近接場光学顕微鏡による超精密加工表面の評価

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04452130
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 片岡 俊彦 大阪大学, 工学部, 教授 (50029328)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山内 和人 大阪大学, 工学部, 助教授 (10174575) ; 遠藤 勝義 大阪大学, 工学部, 助教授 (90152008) ; 森 勇藏 大阪大学, 工学部, 教授 (00029125)
• Keywords: 走査型近接場光学顕微鏡 / 近接場 / 表面粗さ / 圧電素子 / レーザ / 絶縁体表面 / 超精密加工表面 / ニアフィールド

Research Abstract

超精密加工表面を評価するためには、ナノメータオーダの空間分解能をもつ顕微鏡の開発が必要である。そこでこの高分解能を得ることのできる走査型近接場光学顕微鏡(Scanning Near-field Optical Microscope:SNOM)の開発を行った。以下にその概要を示す。
まず、透明四角錘基板の先端に直径500nmのラテックス球をつける。透明基板の内側から、He-Neレーザ光を全反射条件で入射させ、基板表面に形成されるエヴァネッセント波でラテックス球を照射する。これにより、ラテックス球周辺に近接場を形成し、プローブとして用いる。プローブから放射される光を透明基板を通して真上方向から通常の光学顕微鏡で検出しながらプローブを試料に近づけていくと、試料がプローブ周辺の近接場にまで近づいたところで、検出光強度は著しく変化する。つまり、この領域においては試料-プローブ間距離に対して検出信号が大変敏感になるということであり、高い縦方向分解能を得ることができる。また横方向分解能は、プローブ周辺に局在する近接場の広がりかたにより、つまりプローブの大きさや形状によって決まり、従来の光学顕微鏡のように光の回折限界に制限されることがなく、高分解能を得ることができる。
一連の実験で、検出光強度変化は試料によって異なるが、屈折率で整理することができプローブに対し試料の屈折率の実部が小さいものほど検出光強度変化が大きく、高い縦方向分解能が得られることが明らかになった。また、Agを真空蒸着することにより作成した標準試料の測定を行った結果、本SNOM装置は、縦方向分解能2nm、横方向分解能10nm以下の性能を有することを確認できた。この値は超精密加工表面の評価を十分に行えるものである。

Research Products

• [Publications] 片岡俊彦 他: "走査型近接場光学顕微鏡の開発" 精密工学会1992年度関西地方定期学術講演会講演論文集. 109-110 (1992)
• [Publications] 片岡俊彦 他: "走査型近接場光学顕微鏡(SNOM)の開発II" 第40回応用物理学関係連合講演会講演論文集. 3. 889-889 (1993)
• [Publications] 片岡俊彦 他: "走査型近接場光学顕微鏡(SNOM)の開発III" 第54年応用物理学会学術講演会講演論文集. 3. 871-871 (1993)
• [Publications] 片岡俊彦 他: "走査型近接場光学顕微鏡の開発(第2報)-プローブの改良-" 1993年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 2. 573-574 (1993)
• [Publications] 片岡俊彦 他: "走査型近接場光学顕微鏡の開発(第3報)-ズーミング機構について-" 1994年度精密工学会春季大会学術講演会にて. (発表予定).
• [Publications] 片岡俊彦 他: "走査型近接場光学顕微鏡の開発IV" 第41回応用物理学関係連合講演会にて. (発表予定).
• [Publications] 片岡俊彦: "平成4年度次世代ウルトラクリーン化技術に関する研究報告書" (社)日本機械工業連合会・(財)機械電子検査検定協会, (1993)