近接場光学顕微分光測定システム


(背景)
望まれる顕微分光技術と従来技術の光学的な限界

 光に照らされた物質からの散乱光や発光の波長分布(スペクトル)には、物質を構成する分子の振動や結晶の構造などの影響が現れるため、これを測定し解析することにより物質の化学組成や構造、温度などの情報を得ることができる。このような分光測定は自然科学の研究、環境計測、工業製品の研究開発などで広く利用されており、近年では、半導体、生体組織、高分子材料などの微小部分について局所的な分析を行う必要性から顕微分光の技術が進み、1ミクロン程度の微小部分について局所分析が可能になってきた。
 しかし、サブミクロンの微細加工を伴う半導体製造プロセスの評価、100分の数ミクロンの結晶粒などを分布させた半導体構造のレーザ等の研究開発、細胞を構成する様々な微小スケールの構造が関与する生体組織の機能の分析など、各分野での要請に従い、試料をさらに微小な部分に分割して分析可能な高空間分解能の顕微分光測定の必要性が高まっている。従来の光学系では、自由空間を伝搬してきた光を取り扱うため、光の波長より小さな領域の局所的分析が可能なほど高分解能を得るのは、原理的に困難である。従って、可視光(波長0.4-0.8ミクロン)近辺の領域の光を用いた顕微分光は、従来光学系による限り、空間分解能についてほぼ限界に達している。

(内容)
近接場光を利用することにより、光の波長の限界を超えて高空間分解能の顕微分光測定が可能

 本新技術は、プローブ先端表面に局在させた近接場光を試料表面に接触させて局所的な光照射を行うことにより、可視光付近の光を用いる分光測定法を、試料表面の0.1ミクロンのオーダーの微小領域に適用する技術である。(別紙図) 各種分光法のうち、本開発においては、波長(振動数)のそろった光を照射された試料が発光または光を散乱するとき、照射光に対応する波長とは異なる波長成分を測定する分光システムを確立する。より具体的には、試料中の分子振動などの影響による波長のずれ(シフト)を伴って散乱された光を分析するラマン分光や試料が照射光を吸収して得たエネルギーを発散する過程での発光を分析するフォトルミネッセンス分光を対象にした近接場光学顕微分光測定システムの実用化を進める。
 本新技術では、先端が鋭利な光ファイバーをプローブとし、光プローブ先端の光の波長より微小な口径の開口部を除きコーティングして光放射を抑え、これを試料表面より100分の数ミクロンの位置に近接させる。この場合、光プローブからの光はプローブ先端を離れると急激に減衰するが開口部表面付近の光の場(近接場)を試料表面に接触させることで、近接場と結合した試料の微小部位のみが光照射される。この近接場光の照射に対する試料からの光を高効率の分光・検出系に導き分光測定しつつプローブを走査することで、光の波長の限界を超えた高空間分解能の顕微分光を可能とする。また、プローブの制御・走査の過程において得られる表面形状の情報を参照して試料部位を確認しながらの分光測定が可能である。
 本新技術による近接場光学顕微分光測定システムは、試料励起用光源部、プローブ位置制御部、集光部、分光・検出部、データ処理部等より構成される。

(効果)
先端的な研究開発の基盤となる分析ツール

 本新技術による近接場光学顕微分光測定システムは、

(1) 光波長より微小な領域の試料に対し光励起の発光や散乱光の分光測定法を適用できる、
(2) 試料表面を走査して表面形状測定を対応部位の分光測定と同時に行える

などの特徴を有し、

(1) 高集積デバイス等の微小部位の組成・結晶性の分析
(2) 生体組織等の微小な構造に局在する物質等の分析
など、各種先端的な研究開発・研究のツールとして利用されることが期待される。

(※)この発表についての問い合わせは、電話03(5214)8995 野田または天野までご連絡下さい。


This page updated on March 26, 1999

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