近场反射型显微技术处理方法及显微镜技术

本发明专利技术为光探针的近场扫描反射型显微技术的处理方法，特别是采用注以高相干电磁波如激光的波导，其特征为波导的端头设在离被测表面近处，使得波导的主传播模式和被测表面的反射的并由波导传回的波的电场传播模式之间的耦合系数随端头接近被测表面而呈现一种大致的指数增长。由于其纯光学装置和毫微米分辨率的特点，本发明专利技术的应用场合比一般扫描显微技术的更广泛。特别是用于集成电路的微晶测绘的各式仪器中。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种近场反射型显微技术处理方法以及采用光纤型波导作为该近场探测器的显微镜。传统的近场显微技术利用了在窥镜口径邻近处，其波长大于窥镜口径(并且最高达到十倍大)的一种电磁波的特殊结构。此地，“邻近”应被理解为是所谓的“近场”区域，该近场区域位于自窥镜口起并小于波长的一段距离上。在该区域内，波强急剧地下降直至波强落入所谓“远场”区域内，而远场区域可由已知方式，通过采用马克斯韦方程式来算得。这一波强依赖于离窥口的距离而相当急剧下降的情形，能用来精确测量发光或再发射表面的情况，并通过相应的装置来测量随距离的改变时波强逐一变化的情形。在传输方面或在反射方面均已知有按照该原理而工作的许多装置。下述即是一例，1982、12、27。由国际商用机器协会所申请的欧洲专利EP112401，则更进一步填补了获得小直径窥口课题方面的空白，典型的是，窥口直径小于微米，可使用于一种光学的近场显微镜中。在该文件所述的一个实例中，窥口接收了通过被分析试样而传来的光线，而被分析样件则借助一种传统装置，例如一种测量电子隧道电流的电子探测器被保持在一个相应的距离上。然而，如此来使用电子探测器，则有必要将待分析试样敷以金属化镀层，通过这一金属薄层使测量中的电磁波受到限制而不致失散(或透光)，当然更微小的窥口则早已是金属化了的。这种一方面为试样，另一方面为由更微小的窥口所组成光探测器的双重的金属化任务，带来了严重的不便。的确，对有机试样或对更通常的介质的金属化任务可能会构成对某些现象，即动态的或活动的现象的观察的障碍。而且，敷上的金属层可能不均匀，或者隐含有小范围的鳞状重叠结构。再则，在表面导体层不连续性的情况下，对窥口距离的控制不再得到保证，而这将导致测绘失常。最后应指出，超微窥孔的金属壁和试样的金属化了的表面构成一谐振腔，且谐振腔引起干涉现象，这种干涉现象调制了所测得的窥孔后的波强，并干扰所说的测量。更微小直径的窥口则是制成该类型显微镜过程中的主要难点，并且这也使其发展受到限制。尤其是对近场传输型显微镜而言，更微小窥口的重现性制造，更难予投产，而由国际商用机器协会于1982、12、27所申请的欧洲专利EP112402就是以此作为所述方案的专利技术目的。由该文件中所述工艺而制得的窥口直径在10～500毫微米之间改变。配备有这一种窥口的近场显微镜的水平分辨率直接取决于其直径及其离试样的距离，即其分辨率是在大于两个量级的范围内。同样的困难也出现在近场反射型显微镜的制造中，对于该型显微镜在光发射和光接收方面的专用光探测器已被研制，由署名为国际商用机器协会的于1984、12、28所申请的EP185782的欧洲专利中即对此有所描述。在该文件中，描述有一个复式波导，因其端部截面是环状的，故而提出-一个第一微小型窥口，工作于发射环节，由不透光的金属层所界定，-和一个透明的圆环，工作于接收环节，由第一不透光层和一个第二不透光金属层所界定。在该方法中，反射光的测量需通过由透明圆环所组成的平面式圆周形波导来实现;该结构就可靠性测量而言是不够理想的，就这样的一种平面式结构而言，将不可避免地产生不符合要求的电磁传播模式。最后，还有另外一些已知的显微技术，尤其是通过“相”对比的光显微技术-例如，公布于电子通讯杂志第22卷第2期中，日期为1986、1，第103～105页，名称为《光纤扫描差干涉对照的光显微镜》，作者为Mr.VAEZ IRAVANI的一篇论文中所举例描述的，一或另一篇扫描光显微技术-例如由署名为TEKTRONIX公司的于1988、3、16所申请的欧洲专利EP283256中所描述的，但它们决没使用近场现象，并且它们在分辨率方面必然地由于远场的衍射现象而会受到限制。本专利技术的目的在于，通过提出一种近场扫描反射型显微技术处理方法，通过使用一种光探测器，尤其是一种被注入有一种高相干电磁波的(例如通过激光器所发射的)一种波导，来弥补上述所有的不便利之处。本处理方法的特征在于，该波导的末端被置于离被测表面一个距离处，使得在所述波导的主传播模式和由所述被测表面反射并由所述波导作反向传导的波的电场的传播模式之间的耦合系数呈现出随所述末端向所述被测表面的接近而按指数增长的特点。于是，本专利技术表明了一种新现象，即可以获得一种反射表面及其表面测绘方面反射性能的变化。然后，可将由该被测表面反射并通过波导作反向传导的波称之为“耦合模式波”;的确，在本专利技术中所利用的现象存在于波导的主传播模式和一个具有规定模式结构的反射波之间的诸模式的某种耦合中，原因是，它是事先通过波导而发出的，这种模式结构因波在离被测反射表面的不同波导端头的区段内作双向传播而只是略微有所扩展。并且，由于耦合模式的波强直接与上述耦合系数有关，从而对波强的量度能用来度量该耦合系数值。按照本专利技术，如此的现象在光成象方面的利用是两种，即-根据第一种利用模式，波导的端头被维持在被测表面以上一个实际恒定的高度上，并同时测量出耦合模式波的波强，即测出在所述波导的主传播模式和由所述表面所反射的波的电场的传播模式之间的耦合系数的变化。此测量结果可解释为由于距离或表面反射率变化的结果，它是通过对所说的波强和距离(被测表面与波导终端间的距离)之间的指数关系的理论或数据处理变换而获得的。-根据第二种利用模式，是在波导端头的垂直位置上作跟随，从而使耦合模式波强保持恒定。该作用之所以可以奏效是在于采用了一个有较大带通的反馈系统，该反馈系统的采用，能大大提高测量的灵敏度，并使其具有高分辨率，和保证波导端头的垂直运动，而波导端头的垂直运动将直接代表着被测表面的形状和/或反射率(认为材料的反射性与光学指数有关，对该表面的光谱测量也是可能的)。按照本专利技术的近场反射型显微技术处理方法的应用场合于是可以与目前已知的扫描隧道显微镜的应用场合相比拟。而且，实施本处理方法的简单性带来了巨大意义，因为既无需加工更微小直径的窥口，也无须将波导或被测试样金属化。然而可以采用简单的光纤，例如采用一种单模式的阶跃指数的光纤来作为波导，这样的一种光纤能用于下列三个主要情况，但并不仅限于此，即a)在其终端截断光纤，以便得到一个相对于被测反射表面的平面，该平面几乎应是垂直于所述光纤的线芯中电磁波的纵向传播轴;这一点已被表明，上述条件对于获得一个高分辨率是最理想的(在该情况下，耦合模式波强随距离的下降是最快的)。而且，在此情况下，表明将光纤的平面输出面设置在被测表面的上方沿着几乎正交于该被测表面的方向可以是有益的，在使用条件下，则使得在光纤的平面输出面上。耦合模式波和在同一光纤中的反射波之间出现结构性的干涉现象;可能由于相同波长的波的相干性的缘故的这种干涉现象，有可能通过在被测表面和所述的光纤的输出平面之间插进某种高指数冻胶的方法而得到避免(例如，对一种硅光纤而言，用一种显示其光指数等于1.458的高指数冻胶)。从另一方面，如果我们从灵敏度的最佳条件来体会上述的干涉现象的话，作用在光纤输出平面的垂直位置处是很理想的，从而维持由干涉现象引起的电磁波的波强的恒定，甚至在所述的波强通常呈现为一种具有一个恒定的干涉距离的正弦调制时亦能如此;这样一来，为了避免从一个调制半周期至另一个的间隔期间集束了的波强的任何骤然的变化一种精确的宽带反馈是有用的。给定该周期的干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用光学探测器，例如特别是波导的近场扫描反射型显微技术的处理方法，波导中注入有相干电磁波，例如由激光器发射的相干电磁波，处理方法的特征在于此波导末端靠近被研究的表面有一距离，从而所说的波导的主传输波型和由所说的表面反射，并用相同波导作回程传导的波的电场传输波型之间的耦合系数随着所说的末端向所说的表面的趋近，呈现指数增加。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：得佛奈尔佛利得利克，高道奈特让皮勒，塞勒奈特哈利，
申请(专利权)人：斯皮拉尔研究发展公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]