(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型近接場光顕微鏡およびその原理を応用した情報記録再生装置等における先端のコーティング部に微小開口を有するプローブの作製法において、
前記プローブは、弾性体で形成され、または弾性体により支持され、該弾性体を弾性変形させて該プローブ先端と前記基板との間に作用する力を制御するように構成されており、
前記プローブを導電性材料でコーティングしてその先端を導電性基板に接触させ、
該弾性体の弾性変形量を所定値以下にすることにより接触力を所定値以下に制御した状態で、該コーティングされたプローブと該基板との間に電圧を印加することにより、該プローブ先端のコーティング材料を除去し微小開口を形成することを特徴とする微小開口を有するプローブの作製法。
【請求項２】
前記プローブ先端のコーティング材料を、電界蒸発あるいは熱溶融により除去する請求項１に記載のプローブの作製法。
【請求項３】
前記プローブが、複数のプローブであり、該複数のプローブ先端を同時に前記基板に接触させ、該複数のプローブ先端に同時に微小開口を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微小開口を有するプローブの作製法。
【請求項４】
走査型近接場光顕微鏡およびその原理を応用した情報記録再生装置等における先端のコーティング部に微小開口を有するプローブにおいて、前記プローブは、弾性体で形成され、または弾性体により支持され、該弾性体を弾性変形させて該プローブ先端と前記基板との間に作用する力を制御するように構成されており、導電性材料でコーティングしたプローブ先端を導電性基板に接触させ、該弾性体の弾性変形量を所定値以下にすることにより接触力を所定値以下に制御した状態で、該コーティングされたプローブと該基板との間に電圧を印加し、該プローブ先端のコーティング材料を除去することによって形成された微小開口を有していることを特徴とするプローブ。
【請求項５】
前記プローブは、光学的に透明な材料からなる探針と該探針を支持する弾性体支持部とからなり、該探針はその先端に形成された導電性コーティング薄膜に直径１００［ｎｍ］以下の大きさの微小開口を有すると共に、該微小開口を有する該探針先端面に対する該探針の逆側面には導電性コーティング薄膜が形成されていないことを特徴とする請求項４に記載のプローブ。
【請求項６】
前記プローブは、前記微小開口を光学的に透明で導電性を有する材料で覆ったことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のプローブ。
【請求項７】
前記光学的に透明で導電性を有する材料が、ＩＴＯであることを特徴とする請求項６に記載のプローブ。
【請求項８】
前記光学的に透明で導電性を有する材料が、ポリジアセチレンであることを特徴とする請求項６に記載のプローブ。
【請求項９】
プローブと、該プローブ先端におもて面を対向して配置された試料と、該試料の裏面に光を照射する手段と、該プローブの微小開口を通った光の強度を検出する手段と、該試料面内で該対向方向と垂直な方向に該プローブと該試料とを相対移動させる手段とを有する走査型近接場光顕微鏡において、
前記プローブが請求項４または請求項５に記載のプローブで構成されていることを特徴とする走査型近接場光顕微鏡。
【請求項１０】
前記光強度検出手段が、前記プローブの微小開口の背後に位置するよう該プローブを支持する部材と一体に構成されていることを特徴とする請求項９記載の走査型近接場光顕微鏡。
【請求項１１】
前記プローブが、複数のプローブであり、前記光強度検出手段が該複数プローブの微小開口を通った光をそれぞれ独立に検出する複数の光強度検出手段であることを特徴とする請求項９に記載の走査型近接場光顕微鏡。
【請求項１２】
プローブと、該プローブ先端におもて面を対向して配置された試料と、該試料の裏面に光を照射する手段と、該プローブの微小開口を通った光の強度を検出する手段と、該プローブ先端と該試料との間に流れる電流を検出する手段と、該試料面内で該対向方向と垂直な方向に該プローブと該試料とを相対移動させる手段とを有する走査型近接場光顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡との複合装置において、
前記プローブが請求項６に記載のプローブで構成されていることを特徴とする走査型近接場光顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡との複合装置。
【請求項１３】
前記光検出手段が、前記プローブの微小開口の背後に位置するよう該プローブを支持する部材と一体構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の走査型近接場光顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡との複合装置。
【請求項１４】
前記プローブが、複数のプローブであり、前記光強度検出手段が該複数プローブの微小開口を通った光をそれぞれ独立に検出する複数の光強度検出手段であることを特徴とする請求項１２に記載の走査型近接場光顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡との複合装置。
【請求項１５】
プローブと、該プローブ先端におもて面を対向して配置された記録媒体と、該記録媒体面内で該対向方向と垂直な方向に該プローブと該記録媒体とを相対移動させる手段と、該プローブ先端と該記録媒体の間に電圧を印加して情報の記録を行う手段と、該記録媒体の裏面に光を照射する手段と、該プローブの微小開口を通った光の強度を検出する手段と、該検出光強度をもとに情報の再生を行う手段とを有する記録再生装置において、
前記プローブが請求項６に記載のプローブで構成されていることを特徴とする記録再生装置。
【請求項１６】
前記光強度検出手段が、前記プローブの微小開口の背後に位置するよう該プローブを支持する部材と一体構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の記録再生装置。
【請求項１７】
前記プローブが、複数のプローブであり、前記光強度検出手段が該複数プローブの微小開口を通った光をそれぞれ独立に検出する複数の光強度検出手段であることを特徴とする請求項１５に記載の記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型近接場光顕微鏡およびその原理を応用した情報記録再生装置等における微小開口を有するプローブの作製法とそれによるプローブ、並びに該プローブを用いた走査型近接場光顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡との複合装置、および該プローブを用いた記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ナノメートル以下の分解能で導電性物質表面を観察可能な走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと略す）が開発され（米国特許第４，３４３，９９３号明細書）、金属・半導体表面の原子配列、有機分子の配向等の観察が原子・分子スケールでなされている。
また、ＳＴＭ技術を発展させ、絶縁物質等の表面をＳＴＭと同様の分解能で観察可能な原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭと略す）も開発された（米国特許第４，７２４，３１８号明細書）。
また、ＳＴＭを発展させたものとして、尖鋭なプローブ先端の微小開口からしみ出すエバネッセント光を利用して試料表面状態を調べる走査型近接場光顕微鏡（以下ＳＮＯＭと略す）［Ｄｕｒｉｇ他，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５９，３３１８（１９８６）］が開発された。
さらに、試料裏面からプリズムを介して全反射の条件で光を入射させ、試料表面へしみ出すエバネッセント光を試料表面から光プローブで検出して試料表面を調べるＳＮＯＭの一種であるフォトンＳＴＭ（以下ＰＳＴＭと略す）［Ｒｅｄｄｉｃｋ他，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ３９，７６７（１９８９）］も開発された。
【０００３】
さて、上記のＳＮＯＭにおいては、光プローブの先端径が分解能を決定するため、これまで種々の光プローブの作製方法が工夫されてきた。
例えば、ＰＳＴＭでは光プローブの先端に微小開口を設けず、光プローブとして用いる光ファイバー端面の化学エッチング条件を最適化することにより先端を尖鋭化し、分解能を向上させてきた。
また、初期のＳＮＯＭにおいては、透明結晶の劈開面の交点を金属でコーティングし、これを固い面に押しつけ交点部分の金属を除去して交点を露出させ微小開口を作製した（欧州特許ＥＰ０１１２４０２号）。
その後、微小開口をリソグラフィーの手法を用いて作製する方法も用いられている。
また、微小開口と光導波路を一体構成して光プローブを作製する方法も提案されている（米国特許第５，３５４，９８５号明細書）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来例のうち、ＰＳＴＭの場合のように光プローブに微小開口を用いない場合、試料表面の凹凸による散乱光等エバネッセント光以外の迷光を検出してしまい、分解能が低下してしまうという問題が生じる。
また、光ファイバーをエッチングする方法では、光プローブを集積化・小型化して作製することが困難である。
そして、また、従来の微小開口の形成方法のうち、結晶劈開面を利用する方法では、微小開口径の大きさにばらつきが生じやすく、歩留まりも良好でなく、また、集積化・小型化することも難しかった。
また、フォトリソグラフィーを用いた微小開口形成方法においては、加工装置の精度の限界から、１００［ｎｍ］程度の直径の開口が限界で、１０［ｎｍ］程度の直径の微小開口を作製することが難しかった。したがって、ＳＮＯＭ装置としての分解能に限界を生じた。また、工程も複雑になってしまい、時間も要しコスト的にも高価になるという問題点があった。
ＥＢ加工装置やＦＩＢ加工装置を用いれば、１００［ｎｍ］以下の開口形成も原理的には可能であるが、位置合わせ制御も複雑で、ばらつきが生じやすく、かつ、一点一点の加工法であるため歩留まりがよくなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記従来技術における課題を解決し、大きさにばらつきがなく、歩留まりも良好な微小開口が短時間で容易に形成でき、集積化・小型化が可能で分解能が良好な微小開口を有するプローブの作製法とそれによるプローブ、並びに該プローブを用いた走査型近接場光顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡との複合装置、および該プローブを用いた記録再生装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、微小開口を有するプローブの作製法とそれによるプローブ、並びに該プローブを用いた走査型近接場光顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡との複合装置、および該プローブを用いた記録再生装置をつぎのように構成している。
すなわち、本発明のプローブの作製法は、先端のコーティング部に微小開口を有するプローブの作製法において、前記プローブは、弾性体で形成され、または弾性体により支持され、該弾性体を弾性変形させて該プローブ先端と前記基板との間に作用する力を制御するように構成されており、導電性材料でコーティングしたプローブ先端を導電性基板に接触させ、該弾性体の弾性変形量を所定値以下にすることにより接触力を所定値以下に制御した状態で、該コーティングされたプローブと該基板との間に電圧を印加し、該プローブ先端のコーティング材料を除去し微小開口を形成することにより、微小開口を有するプローブを作製するようにしている。
さらに、前記プローブ先端のコーティング材料を、電界蒸発あるいは熱溶融により除去し微小開口を形成するようにしている。
さらに、複数の前記プローブ先端を同時に前記基板に接触させ、該複数のプローブ先端に同時に微小開口を形成するようにしている。
【０００７】
上述の方法で作製した微小開口を有するプローブは、光学的に透明な材料からなる探針と、該探針先端に直径１００［ｎｍ］以下の大きさの微小開口を有し、かつ該探針先端と逆側に該微小開口の直径より大きい直径の開口を有する導電性コーティング薄膜と、該探針を支持する弾性体とから構成されている。
さらに、探針先端に導電性を持たせるため、前記微小開口を光学的に透明かつ導電性を有する材料で覆うようにしている。
前記光学的に透明かつ導電性を有する材料として、例えばＩＴＯ・ポリジアセチレンを用いている。
【０００８】
また、走査型近接場光顕微鏡において、上記に記載のプローブと、該プローブ先端におもて面を対向して配置された試料と、該試料の裏面に光を照射する手段と、該プローブの微小開口を通った光の強度を検出する手段と、該試料面内で該対向方向と垂直な方向に該プローブと該試料とを相対移動させる手段とを有するようにし、測定分解能を向上させている。
また、上記に記載の導電性を有するプローブと、該プローブ先端におもて面を対向して配置された試料と、該試料の裏面に光を照射する手段と、該プローブの微小開口を通った光の強度を検出する手段と、該プローブ先端と該試料との間に流れる電流を検出する手段と、該試料面内で該対向方向と垂直な方向に該プローブと該試料とを相対移動させる手段とを有するようにし、測定分解能を向上させた走査型近接場光顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡との複合装置を実現している。
【０００９】
また、記録再生装置において、上記に記載の導電性を有するプローブと、該プローブ先端におもて面を対向して配置された記録媒体と、該記録媒体面内で該対向方向と垂直な方向に該プローブと該記録媒体とを相対移動させる手段と、該プローブ先端と該記録媒体の間に電圧を印加して情報の記録を行う手段と、該記録媒体の裏面に光を照射する手段と、該プローブの微小開口を通った光の強度を検出する手段と、該検出光強度をもとに情報の再生を行う手段と、を有するようにし、再生精度を向上させている。
【００１０】
さらに、前記の走査型近接場光顕微鏡、走査型近接場光顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡との複合装置、記録再生装置において、前記光強度検出手段が前記プローブの微小開口の背後に位置するよう該プローブを支持する部材と一体構成し、光検出分解能を低下させることなく、光強度検出手段との集積化を可能としている。
【００１１】
さらに、前記の走査型近接場光顕微鏡、走査型近接場光顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡との複合装置、記録再生装置において、前記プローブを複数のプローブとし、前記光強度検出手段が該複数プローブの微小開口を通った光をそれぞれ独立に検出する複数の光強度検出手段であるようにし、大面積の試料表面の高速測定、または、大容量情報の高速記録再生ができるようにしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記プローブの作製法により、大きさにばらつきがなく、歩留まりも良好な微小開口が短時間で容易に形成でき、集積化・小型化が可能なプローブを実現することができる。
そしてこの作製法によるプローブを用いて走査型近接場光顕微鏡および走査型近接場光顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡との複合装置を構成することにより、測定分解能を向上させることができ、また記録再生装置を構成することにより、再生精度の向上を図ることができ、その複数プローブによるマルチ化によって大容量情報の高速記録再生を実現することが可能となる。
【００１３】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明の微小開口を有するプローブの作製法を示すものである。まず、このプローブの作製法について、図３を用いて先端部分が金属コーティングされた探針を有する弾性体カンチレバーの作製法を説明する。
図３ａに示すように、面方位（１００）を有するＳｉ基板３０１に対して５［μｍ］四方の矩形部分を除いたＳｉＯ２マスク３０３を施し、ＫＯＨ溶液で異方性エッチングを行い、ピラミッド型の溝３０２を形成する。
次に、図３ｂに示すようにスパッタ法で膜厚０．１［μｍ］のＰｔ膜３０４を形成後、探針先端コート部分３０５および電極配線３０６をパターニングする。その後、低圧ＣＶＤで１［μｍ］膜厚のＳｉ３Ｎ４膜３０７を形成後、カンチレバー形状にパターニングする。
さらに、図３ｃに示すようにカンチレバーを支持するためにガラス基板３０８を陽極接合する。最後に、図３ｄに示すように、ＫＯＨ溶液でＳｉ基板を除去し、Ｐｔでコーティングされた探針先端３０９を有する弾性体カンチレバー３１０を形成する。
【００１４】
以上のように作製された金属コート探針を有するカンチレバーに対して、微小開口を作製する方法（断面図）を図１に示す。
図２は図１に対応する平面図である。
図１ａ、２ａにおいて、１０１は先端が尖鋭な探針部分、１０２は弾性体レバー、１０３は金属コーティングである。
金属で覆われた探針部分１０８を金属基板１０５に接触させ、電圧印加手段１０６で電極配線１０４を通し、探針部分１０８と金属基板１０５との間に電圧を印加する。
これにより、探針先端部分のコーティング金属膜を電界蒸発あるいは熱溶融により除去し、微小開口が形成される。
【００１５】
ここで、（１）探針先端径、（２）コーティング金属の膜厚、（３）金属基板に対する探針先端の接触力、（４）印加電圧条件、をそれぞれ制御することにより、コーティング金属膜の除去の程度、すなわち微小開口の径を制御することができる。
探針先端径が小さければ、金属基板に対する探針先端の接触面積が小さくなり、電圧印加の際に電界の加わる領域や電流の流れる領域が集中するため、コーティング金属膜の除去される領域が小さくなる。
探針先端径を小さくするためには、尖鋭化処理により探針そのものを尖鋭化するほか、コーティング金属膜の形成時に金属表面が荒くなるような形成法や金属材料を選択すればよい。
前述の弾性体カンチレバー形成法における具体例をあげると、異方性エッチングによるピラミッド型溝を形成後、低温熱酸化を行うことにより、ピラミッド型溝の先端（底）を尖鋭化することができる。
また、Ｐｔ膜を成膜する場合にも蒸着法よりもスパッタ法を選択すれば、Ｐｔ膜を形成するＰｔ粒が細かくなり、コーティングされた探針先端を尖鋭化することができる。
コーティング金属膜の膜厚が小さければ、探針先端径が小さい場合と同様、電圧印加の際に電界の加わる領域や電流の流れる領域が集中するため、コーティング金属膜の除去される領域が小さくなる。
しかしながら、作製法にもよるが金属膜の膜厚を１００［ｎｍ］より小さくすると、連続膜となりにくくなる傾向がある。
これでは本発明のプローブには適さないため、金属膜の膜厚は１００［ｎｍ］程度が望ましい。
また、接触力が小さければ、金属基板に対する探針先端の接触面積が小さくなり、やはりコーティング金属膜の除去される領域が小さくなる。
接触力を小さくするためには、以下のようにすればよい。弾性体カンチレバー１０２を弾性変形させることにより、金属で覆われた探針部分１０８と金属基板１０５との接触力を所望の値に制御することができる。
例えば、弾性体カンチレバー１０２の弾性変形に関する探針部分位置換算の弾性定数をｋとすると、金属基板１０５に対する接触による探針部分位置換算の弾性体カンチレバー１０２の弾性変形量を△ｚ以下にすることにより、接触力をｋ△ｚ以下にすることができる。
さらに、印加電圧の波高、波形、時間幅、負荷抵抗を調節することにより、探針先端に加わる電界および探針−金属基板間に流れる電流の大きさ、時間的変化を制御することができ、これによりコーティング金属膜の除去の程度を制御することができる。
実際に、金属コーティング材料がＰｔで先端径が２０［ｎｍ］である探針を有し、弾性定数が０．１［Ｎ／ｍ］の弾性体カンチレバーの弾性変形量を１［μｍ］以下に、すなわち接触力を１０−７［Ｎ］以下に制御した状態でＡｕ金属基板に接触させて、波高値：１０［Ｖ］、波形：矩形波、時間幅：１００［μｓ］、負荷抵抗：１［ＭΩ］の電圧を印加したところ、微小開口の径が約１０［ｎｍ］となった。
【００１６】
本発明の微小開口形成方法では、上述の（１）探針先端径、（２）コーティング金属の膜厚、（３）金属基板に対する探針先端の接触力、（４）印加電圧条件を変えることにより、微小開口径を３〜１０００［ｎｍ］の範囲で制御することができた。
ただし、１００［ｎｍ］以上の径の開口作製の場合は電圧印加条件、接触力条件等の形成条件が過激となるためか、開口の形状が不安定になりがちで、探針先端の破壊が伴なうこともあり、本発明のプローブとしてはあまり好ましくない。
また、１０［ｎｍ］以下では、再現性が良くないこともあり、安定に開口を形成することができるのは約１０〜１００［ｎｍ］の範囲であった。
上記のように作製した微小開口を有するプローブは探針先端のコーティング金属が除去されているため、探針先端は導電性を有していない。
したがって、探針先端に導電性を必要とするような装置に用いる場合には図４に示すようにスパッタ法等によりＩＴＯ等の透明導電性材料を探針先端近傍にコーティングすればよい。
他にも、ＬＢ法によりポリジアセチレン等の導電性材料の単分子累積膜を探針先端近傍に成膜してもよい。
【００１７】
また、上記の微小開口を有するプローブの作製法は、特に複数のプローブに対して同時に微小開口を作製するのに適した方法である。
図５に示すように複数のプローブ５０２、５０３、５０４の探針先端を金属基板５０１に対して接触させ、電圧印加手段５０５を用い、複数の探針−金属基板間に電圧を印加する。
これにより、複数の開口を同時作製することができる。
ここで、複数のプローブは弾性体カンチレバーで構成されているため、複数プローブの作製プロセス時の誤差等によって生じる金属基板表面を基準とした探針先端の図中ｚ方向の位置ばらつきがあっても、探針先端と金属基板の間の接触力の大きさをある値以下にした状態で、探針先端がすべて金属基板表面に接触した状態にすることができる。
例えば、弾性体カンチレバーの弾性定数をｋ、複数プローブの作製プロセス時の誤差等によって生じる金属基板表面を基準とした探針先端のｚ方向位置ばらつきの最大量を△ｚ’とすると、すべての探針先端が金属基板表面に接触した状態の接触力のばらつきはｋ△ｚ’となるため、複数プローブの支持部材５０６と試料５０１のｚ方向位置を制御することにより、すべての探針先端が金属基板表面に接触した状態で、すべての接触力の大きさをｋ△ｚ’以下にすることができる。
【００１８】
電圧印加の方法としては、デマルチプレクサを用い、複数のプローブに対して順次電圧印加を行い、微小開口を順番に作製すればよい。しかしながら、この場合は微小開口形成に時間を要することになる。
この点を改良するためには、金属基板５０１と複数プローブの支持部材５０６とを金属基板表面に平行な面内方向に相対的に移動させながら電圧印加を行えばよい。
これにより、一部のプローブにおける開口作製時に探針先端から除去されたコーティング金属材料が探針先端と金属材料との間に挟まり、探針先端と金属基板間が導通状態（＝低抵抗化）になって、他のプローブにおいて印加電圧値が低下し、微小開口形成が行われなくなることを避けることができ、複数プローブにおいて同時に微小開口形成が行われる。
【００１９】
さて、上述のようにして作製したプローブを応用した例を以下に説明する。
図６は本発明のプローブを複数用い、マルチＳＮＯＭを構成した例である。
図６において、６０１、６０２、６０３は本発明のプローブを用いたＳＮＯＭプローブ１、２、３である。複数のＳＮＯＭプローブ１、２、３はプローブ支持部材６０４に一体構成で作製されている。
また、表面にアバランシェフォトダイオード等、高感度の複数のフォトダイオード１（６０５）、２（６０６）、３（６０７）を作製したフォトダイオード支持部材６０８がプローブ支持部材６０４に張り合わされて一体化している。このときフォトダイオード１〜３（６０５〜６０７）の位置は、対応するＳＮＯＭプローブ１〜３（６０１〜６０３）の微小開口の背後（＝図中、上部）になるよう設計、作製されている。
【００２０】
本発明のプローブでは、探針の微小開口と逆側には金属コーティングがないため、微小開口径よりも大きな（〜数μｍ）開口を有している。
このため、微小開口の背後にスペースをとることができ、光導波路等を用いることなく、フォトダイオード等光検出機構を近傍に配置することができるため、光検出分解能を低下させることのない光検出機構との一体集積化が可能となった。被測定試料６０９は透明基板６１０上に設けられている。透明基板６１０を通して試料６０９の背後から試料６０９の表面において全反射の条件になるような角度で光６１１を入射する。
このとき、光は試料６０９表面から図中、上方向に透過しないが、試料６０９表面からの距離が０．１［μｍ］以下のごく近傍にはエバネッセント光と呼ばれる光がにじみ出している。
このとき、複数のＳＮＯＭプローブ１〜３（６０１〜６０３）の探針先端が試料に接触するように配置すると、このエバネッセント光１（６１２）、２（６１３）、３（６１４）がＳＮＯＭプローブの微小開口を通って背後のフォトダイオード１〜３（６０５〜６０７）で検出される。検出されたエバネッセント光電流信号をＩ／Ｖ変換回路１（６１５）、２（６１６）、３（６１７）で電圧信号に変換し、マルチプレクサ６１８においてマルチＳＮＯＭ信号とする。
【００２１】
ここで、複数のＳＮＯＭプローブは弾性体カンチレバーで構成されているため、試料に対し、探針先端がすべて接触した状態で、かつ、探針先端と試料の間の接触力の大きさをある値以下にすることができる。
例えば、弾性体カンチレバーの弾性定数をｋ、複数ＳＮＯＭプローブの作製プロセス時の誤差等によって生じる試料表面を基準とした探針先端のｚ方向位置ばらつきの最大量を△ｚ”とすると、すべての探針先端が試料表面に接触した状態の接触力のばらつきはｋ△ｚ”となるため、プローブ支持部材６０４と試料６０９のｚ方向位置を制御することにより、すべての接触力の大きさをｋ△ｚ”以下にすることができる。
これにより、大きな接触力が加わることによる探針先端の破壊や試料の破壊を避けることができる。
図中、不図示であるがｘｙアクチュエータを用い、複数ＳＮＯＭプローブ１〜３に対し試料６０９を試料面内方向（図中ｘｙ方向）に２次元の相対走査を行い、ｘｙ面内の各位置におけるＳＮＯＭ信号の大きさをプロットすることにより、試料６０９表面のＳＮＯＭ観測像が得られる。
【００２２】
図７は本発明の導電性を有するプローブを用い、マルチＳＮＯＭ／ＳＴＭを構成した例である。
図７において、７０１〜７０３はそれぞれ導電性ＳＮＯＭプローブ１〜３、７０４はプローブ支持部材、７０５〜７０７はフォトダイオード１〜３、７０８はフォトダイオード支持部材、７０９は試料、７１０は透明基板、７１１は光、７１２〜７１４はエバネッセント光１〜３、７１５〜７１７はＩ／Ｖ変換回路１〜３、７１８はマルチプレクサ１である。
これらの構成および機能、動作に関しては図６の説明と同様である。
異なる点として、透明基板７１０上にＩＴＯ等の透明導電性材料からできた透明電極７１９が設けられ、試料７０９は透明電極７１９上に構成されている。
透明電極７１９はバイアス電圧印加手段７２０に接続され、バイアス電圧が印加されている。
導電性ＳＮＯＭプローブ１〜３（７０１〜７０３）の探針先端と透明電極７１９の間、すなわち、探針先端の接触部分の試料中を流れる電流をＩ／Ｖ変換回路１’（７２１）、２’（７２２）、３’（７２３）で電圧信号に変換し、マルチプレクサ２（７２４）においてマルチＳＴＭ信号とする。
ＳＮＯＭ信号と同時に、２次元の相対走査中のｘｙ面内の各位置におけるＳＴＭ信号の大きさをプロットすることにより、試料７０９表面のＳＮＯＭ／ＳＴＭ同時観測像が得られる。
【００２３】
図８は本発明のプローブを複数用い、記録再生装置を構成した例である。
図８において、８０１、８０２、８０３は本発明の導電性を有するプローブを用いた記録再生プローブ１、２、３である。
複数の記録再生プローブ１、２、３はプローブ支持部材８０４に一体構成で作製されている。
また、表面にアバランシェフォトダイオード等、高感度の複数のフォトダイオード１（８０５）、２（８０６）、３（８０７）を作製したフォトダイオード支持部材８０８がプローブ支持部材８０４に張り合わされて一体化している。
このときフォトダイオード１〜３（８０５〜８０７）の位置は、対応する記録再生プローブ１〜３（８０１〜８０３）の微小開口の背後（＝図中、上部）になるよう設計、作製されている。
記録媒体８０９は透明基板８１０上の透明電極８１９上に設けられている。複数の記録再生プローブ１〜３（８０１〜８０３）の探針先端は記録媒体８０９表面に接触するように配置されている。
情報の記録電圧信号がデマルチプレクサ８２０において分割され、各記録再生プローブ１〜３（８０１〜８０３）の導電性探針に印加され、記録媒体８０９の導電性探針が局所的に接触している部分に記録が行われる。
ここで、記録媒体８０９としては、後述のように電圧印加あるいは電界印加、電流を流すことにより光学的特性が変化するような材料を用いる。
【００２４】
さて、以上のように記録された情報の再生方法を以下に説明する。
透明基板８１０を通して記録媒体８０９の背後から記録媒体８０９の表面において全反射の条件になるような角度で光８１１を入射させる。
このとき、光は記録媒体８０９表面から図中、上方向に透過しないが、記録媒体８０９表面からの距離が０．１［μｍ］以下のごく近傍にはエバネッセント光と呼ばれる光がにじみ出している。
このとき、このエバネッセント光１（８１２）、２（８１３）、３（８１４）が記録再生プローブの微小開口を通って背後のフォトダイオード１〜３（８０５〜８０７）で検出される。
検出されたエバネッセント光電流信号をＩ／Ｖ変換回路１（８１５）、２（８１６）、３（８１７）で電圧信号に変換後、マルチプレクサ８１８において合成し、再生信号とする。
ここで、複数の記録再生プローブは弾性体カンチレバーで構成されているため、記録媒体に対し、探針先端がすべて接触した状態で、かつ、探針先端と記録媒体の間の接触力の大きさをある値以下にすることができる。
例えば、弾性体カンチレバーの弾性定数をｋ、複数記録再生プローブの作製プロセス時の誤差等によって生じる記録媒体表面を基準とした探針先端のｚ方向位置ばらつきの最大量を△ｚ”とすると、すべての探針先端が記録媒体表面に接触した状態の接触力のばらつきはｋ△ｚ”となるため、プローブ支持部材８０４と記録媒体８０９のｚ方向位置を制御することにより、すべての接触力の大きさをｋ△ｚ”以下にすることができる。
これにより、大きな接触力が加わることによる探針先端の破壊や記録媒体の破壊を避けることができる。
【００２５】
図中、不図示であるがｘｙアクチュエータを用い、複数記録再生プローブ１〜３に対し記録媒体８０９を記録媒体面内方向（図中ｘｙ方向）に２次元の相対走査を行い、ｘｙ面内の所定の位置において記録再生を行う。
本実施例では、特に微小開口を有する複数の記録再生プローブで記録再生動作を行なうため、記録媒体に対し、高密度かつ高速の記録再生動作が可能な記録再生装置が実現されるという効果を有する。
また、本実施例では電圧印加により記録を行う例を示したが、本実施例の構成では、光を照射した状態で電圧印加を行うことも可能である。このような場合、記録媒体として光照射下で電圧印加を行うことにより記録が行われるものを用いればよい。
本実施例の記録再生装置において用いられる記録媒体としては、電圧印加により光学特性が変化する記録媒体の例として、特開平４−９０１５２号公報に記載されているような電圧印加により、局所的に流れる電流によるジュール熱によりジアセチレン誘導体重合体に構造変化が起こり、光の吸収帯のピーク波長がシフトするような１０，１２−ペンタコサジイン酸が挙げられる。
また、光照射下の電圧印加により光学特性が変化する記録媒体の例として、特開平２−９８８４９号公報に記載されているような光を照射した場合のみシス型←→トランス型の光異性反応を起こしてレドックス・ペアを形成し、電界印加によりこのレドックス・ペア間でプロトン移動を起こすようなキノン基およびヒドロキノン基を有するアゾ化合物が挙げられる。
【００２６】
【発明の効果】
以上による本発明のプローブの作製法は、形成方法が単純で複雑な工程を経ることもないため、微小開口形成プロセスが短時間で、大きさにばらつきがなく、歩留まりの良好な微小開口が形成でき、コストの低減化が図れ、集積化・小型化が可能なプローブを容易に実現することができる。
そして、本発明のプローブの作製法における金属コーティングされた探針を金属材料に接触させ、電圧印加により探針先端のコーティング金属を除去する微小開口形成方法によると、直径１０［ｎｍ］程度の微小開口が作製できるので、これをＳＮＯＭや記録再生装置に用いることにより、測定分解能や再生精度を向上することが可能となる。
また、本発明のプローブの作製法は、上記したように小型化、集積化に適した方法であるので、これを用いることにより小型のＳＮＯＭや記録再生装置、複数の光プローブを有するＳＮＯＭや記録再生装置を容易に実現することができる。
また、本発明のプローブにおいて、微小開口を有する探針先端面に対する該探針の逆側面には導電性コーティング薄膜を形成しないように構成することにより、微小開口の背後にスペースをとることができ、フォトダイオード等光検出機構を配置し易くなり、光検出分解能を低下させることなく光検出機構との集積化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微小開口を作製する方法の説明図（断面図）である。
【図２】図２は、本発明の微小開口を作製する方法の説明図であり、図２（ａ）は図１（ａ）の平面図、図２（ｂ）は図１（ｃ）の平面図である。
【図３】金属コーティングされた探針を有する弾性体カンチレバーの作製法の説明図である。
【図４】導電性探針を有するプローブの構成図である。
【図５】複数のプローブにおける複数の微小開口を同時作製する方法の説明図である。
【図６】本発明のプローブを複数用いたマルチＳＮＯＭの構成図である。
【図７】本発明の導電性を有するプローブを用いたマルチＳＮＯＭ／ＳＴＭの構成図であるる
【図８】本発明のプローブを複数用いた記録再生装置の構成図であるる
【符号の説明】
１０１：探針部分
１０２：弾性体カンチレバー
１０３：金属コーティング
１０４：電極配線
１０５：金属基板
１０６：電圧印加手段
１０７：微小開口
１０８：金属で覆われた探針部分
３０１：面方位（１００）Ｓｉ基板
３０２：ピラミッド型溝
３０３：ＳｉＯ２マスク
３０４：Ｐｔ膜
３０５：探針先端コート部分
３０６：電極配線
３０７：Ｓｉ３Ｎ４膜
３０８：ガラス基板
３０９：金属でコーティングされた部分
３１０：カンチレバー
５０１：金属基板
５０２：プローブ１
５０３：プローブ２
５０４：プローブ３
５０５：電圧印加手段
５０６：複数プローブの支持部材
６０１：ＳＮＯＭプローブ１
６０２：ＳＮＯＭプローブ２
６０３：ＳＮＯＭプローブ３
６０４：プローブ支持部材
６０５：フォトダイオード１
６０６：フォトダイオード２
６０７：フォトダイオード３
６０８：フォトダイオード支持部材
６０９：試料
６１０：透明基板
６１１：光
６１２：エバネッセント光１
６１３：エバネッセント光２
６１４：エバネッセント光３
６１５：Ｉ／Ｖ変換回路１
６１６：Ｉ／Ｖ変換回路２
６１７：Ｉ／Ｖ変換回路３
６１８：マルチプレクサ
７０１：導電性ＳＮＯＭプローブ１
７０２：導電性ＳＮＯＭプローブ２
７０３：導電性ＳＮＯＭプローブ３
７０４：プローブ支持部材
７０５：フォトダイオード１
７０６：フォトダイオード２
７０７：フォトダイオード３
７０８：フォトダイオード支持部材
７０９：試料
７１０：透明基板
７１１：光
７１２：エバネッセント光１
７１３：エバネッセント光２
７１４：エバネッセント光３
７１５：Ｉ／Ｖ変換回路１
７１６：Ｉ／Ｖ変換回路２
７１７：Ｉ／Ｖ変換回路３
７１８：マルチプレクサ１
７１９：透明電極
７２０：バイアス電圧印加手段
７２１：Ｉ／Ｖ変換回路１’
７２２：Ｉ／Ｖ変換回路２’
７２３：Ｉ／Ｖ変換回路３’
７２４：マルチプレクサ２
８０１：記録再生プローブ１
８０２：記録再生プローブ２
８０３：記録再生プローブ３
８０４：プローブ支持部材
８０５：フォトダイオード１
８０６：フォトダイオード２
８０７：フォトダイオード３
８０８：フォトダイオード支持部材
８０９：記録媒体
８１０：透明基板
８１１：光
８１２：エバネッセント光１
８１３：エバネッセント光２
８１４：エバネッセント光３
８１５：Ｉ／Ｖ変換回路１
８１６：Ｉ／Ｖ変換回路２
８１７：Ｉ／Ｖ変換回路３
８１８：マルチプレクサ
８１９：透明電極
８２０：デマルチプレクサ
【図１】
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【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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