(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端を突出させたコアの先端部を除く表面に金属層が形成された突出部を有する光プローブの上記突出部を金属膜を堆積させた基板の上記金属膜の近傍に配置し、上記光プローブの突出部から上記基板の金属膜へ光を照射し、
当該照射した光に応じて上記金属膜付近に存在するガスを活性化させ、或いは上記金属膜中の電子を放出させることにより、上記金属膜を酸化させてピンホールを作製すること  を特徴とするピンホールの作製方法。
【請求項２】
上記光プローブのナノメータサイズで構成された上記突出部から、上記基板に堆積させた金属膜へ光を照射することを特徴とする請求項１記載のピンホールの作製方法。
【請求項３】
上記光プローブの上記突起部から、上記基板に堆積させた金属膜へ紫外光を照射することを特徴とする請求項１又は２記載のピンホールの作製方法。
【請求項４】
上記光プローブ上記突起部から、上記基板に堆積させたＺｎ又はＡｌで構成された上記金属膜へ光を照射することを特徴とする請求項１、２、又は３記載のピンホールの作製方法。
【請求項５】
上記光プローブ上記突起部から、酸素雰囲気中に載置した上記基板に堆積させた金属膜へ光を照射することを特徴とする請求項１記載のピンホールの作製方法。
【請求項６】
コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端を突出させたコアの先端部を除く表面に金属層が形成された突出部を有する光プローブを備え、
金属膜を堆積させた基板の上記金属膜の近傍に上記光プローブの上記突出部を配置して、上記光プローブの突出部から上記基板の金属膜へ光を照射し、上記金属膜を酸化させてピンホールを作製することを特徴とするピンホールの作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属膜を貫通させたピンホールの作製方法及び作製装置に関し、特にナノメータサイズで構成されるピンホールの作製方法及び作製装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、微細加工技術の発展を基盤として、単一分子光メモリ、単一電子デバイスといったナノメートルサイズの微細構造を有するナノ光デバイスが実用化されようとしている。高分解能を有する近接場光学顕微鏡は、上述した素子の開発或いは評価に欠かせない技術として注目されている。この近接場光学顕微鏡は、例えば試料からの発光或いは透過光の光強度、波長、偏光等を検出することにより物性を知ることができる。
【０００３】
近接場光学顕微鏡は、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端にコアを先鋭化することで形成された先鋭部を有し、当該先鋭部に例えばＡｕやＡｇ等の金属により被覆されたプローブを備え、光の波長を超えた分解能を有する光学像を得ることができる。すなわち、かかる近接場光学顕微鏡を利用することにより、高い分解能で試料の物性を測定することに加え、書き込みや読み出し等のメモリ操作、更には光加工等も行うことが可能となる。
【０００４】
ちなみに、この近接場光学顕微鏡により試料の物性を測定する場合には、試料表面の光の波長より小さい領域に局在するエバネッセント光を検出して試料の形状を測定する。そして、全反射条件下で試料に光が照射されることにより生じたエバネッセント光を上述したプローブにより散乱させて伝搬光に変換する。この変換された伝搬光は、プローブが形成されている先鋭部を通じて光ファイバのコアに導かれ、光ファイバのもう一方の出射端に接続された検出器により検出される。すなわち、この近接場光学顕微鏡は、先鋭部に設けられたプローブ（例えば、特許文献１参照。）により散乱と検出の双方を行うことができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−０８２７９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる近接場光学顕微鏡のプローブアレイやレンズアレイとして、透過性の高い酸化領域からなるピンホールが必須となるが、従来において、かかるピンホールをナノメータサイズで作製することができないため、ナノメータレベルの分解能で試料の物性を測定することができず、さらにはナノ光デバイスの操作、加工を高精度に実現することができないという問題点がある。
【０００７】
そこで本発明は上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ナノメータサイズで構成されるピンホールの作製方法及び作製装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るピンホールの作製方法は、上述した問題点を解決するため、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端を突出させたコアの先端部を除く表面に金属層が形成された突出部を有する光プローブの上記突出部を金属膜を堆積させた基板の上記金属膜に近傍に配置し、上記光プローブの突出部から上記基板の金属膜へ光を照射し、当該照射した光に応じて上記金属膜付近に存在するガスを活性化させ、或いは上記金属膜中の電子を放出させることにより、上記金属膜を酸化させてピンホールを作製する。
【０００９】
このピンホールの作製方法では、光プローブから出射させた光により大気中に存在する酸素をオゾンに改質することにより、或いは、金属膜へ仕事関数を超える波長の光が直接的に照射させて、金属膜内部に存在する電子を放出させることにより、金属膜の酸化を促進させる。
【００１０】
また、本発明に係るピンホールの作製装置は、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端を突出させたコアの先端部を除く表面に金属層が形成された突出部を有する光プローブを備え、金属膜を堆積させた基板の上記金属膜の近傍に上記光プローブの上記突出部を配置して、上記光プローブの突出部から上記基板の金属膜へ光を照射し、上記金属膜を酸化させてピンホールを作製することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係るピンホールの作製方法を実現するための光プローブ１並びにピンホールを作製するための金属膜２を示している。
【００１４】
この光プローブ１は、例えば試料から得られる発光や透過光に基づいて物性を識別する近接場光学顕微鏡等に用いられ、図１に示すように光導波部１１と、突出部１２とを備える。
【００１５】
光導波部１１は、コア２０の周囲にクラッド２１が設けられた光ファイバより構成される。コア２０及びクラッド２１は、それぞれＳｉＯ２系ガラスからなり、Ｆ、ＧｅＯ２、Ｂ２Ｏ３等を添加することにより、コア２０よりもクラッド２１の屈折率が低くなるように組織制御されている。
【００１６】
突出部１２は、光導波部１１の一端においてクラッドから突出させたコア２０ａを先鋭化させることにより構成されている。この突出させたコア２０ａは、図１に示すように先端部１３に至るまで徐々に先細になるような円錐形状として構成される。ちなみにこの突出部１２は、根元径がコア２０の径より短くなるように形成されている。また、この突出させたコア２０ａの先端部１３を除く表面には、金属層３１が形成される。
【００１７】
ちなみに、このような光プローブ１の突出部１２は、光導波部１１に対して、選択化学エッチングを施すことにより作製される。この選択化学エッチングでは、例えばＮＨ４Ｆ、ＨＦ、Ｈ２Ｏからなる緩衝ふっ酸溶液中にファイバを約１時間浸し、クラッド２１端部を除去することによりコア２０を選択的に先鋭化する。また本発明では、エッチング液の組成と、光ファイバーを構成する材料により溶解速度を制御して、コア２０の先端を例えば先端曲率半径１０ｎｍまで先鋭化させてもよい。最後にこの先鋭化させたコア２０に対して、先端部１３を除く側面に例えばＡｕ等の金属層３１をコーティングして仕上げる。
【００１８】
金属膜２は、例えばＺｎ又はＡｌ等の導電性金属から構成され、基板３上に予め堆積されてなる。基板３は、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＦ２又はガラス材料等からなり、引き上げ法により育成された３〜４インチ径の大型結晶をウェハ状に切り出したものである。この切り出した基板３上に上述した金属膜２を均一に堆積させるべく、通常基板３表面に対して機械研磨、面取り、洗浄等の処理が施される。
【００１９】
上述の構成からなる光プローブ１並びに金属膜２において、光プローブ１から紫外光を出射すると、先端部１３近傍にある空気中の酸素を（１）式の如くオゾンへ改質させることができる。
Ｏ２＋Ｏ＝Ｏ３・・・・・・・・（１）
このように改質させられたオゾンは、酸素と比較して活性が高く、金属膜２の酸化を促進させることができる。従って、先端部１３が、ピンホールを作製する箇所の近傍にくるように光プローブ１を配置することにより、図２(a)に示すように当該箇所の金属膜２を酸化させることができる。ここで先端部１３は、先端曲率半径１０ｎｍ程度まで先鋭化させることができるため、酸化する金属膜２を最小で半径約１０ｎｍの領域まで制御することができる。
【００２０】
なお、オゾンにより酸化を促進させられた箇所の金属膜２は、徐々に透過性の高い酸化領域３１が形成されてゆく。例えば、金属膜２としてＺｎを用いている場合には、透明性の高いＺｎＯを形成させることができる。そして、最終的には、図２(b)に示すようにナノメータサイズのピンホール３２が形成されることになる。
【００２１】
すなわち、本発明では、光プローブ１の配置や、先端曲率半径を制御することにより、ナノメータサイズのピンホール３２を所望の位置に形成させることができる。
【００２２】
また、本発明では、大気中に存在する酸素をオゾンに改質することにより、金属膜２の酸化を促進させる場合のみならず、光プローブ１を予め酸素雰囲気中に設置することにより、（１）式に示される酸化をさらに促進させることができる。
【００２３】
また、上述の構成からなる光プローブ１により金属膜２へ仕事関数を超える波長の光が直接的に照射されると、金属膜２内部に存在する電子を放出させることができ、当該金属膜２自身を酸化させることもできる。
【００２４】
このように本発明を適用したピンホール作製方法では、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端を突出させた突出部を有する光プローブ１から、金属膜２を堆積させた基板３付近へ光を照射し、当該照射した光に応じて基板３付近に存在するガスを活性化させ、或いは金属膜２中の電子を放出させることにより、金属膜２を酸化させてナノメータサイズのピンホール３２を作製することができる。
【００２５】
また光プローブ１をナノメータの間隔で徐々に移動させながら、光を出射させることにより、図３に示すようにピンホール３２をナノメータの間隔で多数作製することができる。このように作製した多数のピンホール３２は、プローブアレイやレンズアレイとして応用することも可能となり、これらを例えば近接場光学顕微鏡に対して適用することも可能となる。これにより、ナノメータサイズのピンホールを用いた近接場光学顕微鏡により、ナノメータレベルの分解能で試料の物性を測定することができ、さらにはナノ光デバイスの操作、加工を高精度に実現することができる。
【００２６】
なお、本発明を適用したピンホール作製方法では、金属膜２と探針４とを近接させて電圧を印加することにより、両者間に存在する水蒸気を電気分解させて金属膜２を酸化させてもよい。図４は、本発明に係るピンホール作製方法を実現するための探針４並びにピンホールを作製するための金属膜２を示している。
【００２７】
探針４は、例えば原子間力顕微鏡等に用いられるプローブと同様に先端を１００ｎｍ以下のサイズまで先鋭化させた導電性金属の探針である。
【００２８】
金属膜２と探針４との間で電源５により電圧を印加すると、両者間に存在する水分が電気分解される。そして、かかる電気分解によって生じた水酸化イオンが金属膜２と反応することにより、当該箇所の金属膜２を酸化させることができる。例えば、金属膜２としてＺｎを用いている場合には、透明性の高いＺｎＯを形成させることができ、最終的には、図２(b)に示すようなナノメータサイズのピンホール３２を形成させることができる。
【００２９】
すなわち、本発明では、電界を印加し、探針４の配置や、先端曲率半径を制御することにより、ナノメータサイズのピンホール３２を所望の位置に形成させることができる。また探針４の代替として、表面を金属によりコーティングしたプローブを用いることにより、上述の如き電気分解を実現してもよいことは勿論である。
【００３０】
このように、本発明を適用したピンホール作製方法では、基板３上に堆積された金属膜２と導電性を有する探針４との間へ電圧を印加し、当該印加した電圧に応じて探針４近傍の水蒸気を電気分解させる。これにより、金属膜２を酸化させることができ、ひいてはナノメータサイズのピンホール３２を作製することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明を適用したピンホールの作製方法は、光プローブから出射させた光により大気中に存在する酸素をオゾンに改質し、或いは、金属膜へ仕事関数を超える波長の光が直接的に照射させて、金属膜内部に存在する電子を放出させる。これにより、金属膜を酸化させてナノメータサイズのピンホールを作製することができる。
【００３２】
以上詳細に説明したように、本発明を適用したピンホールの作製方法は、金属膜と導電性を有する探針との間へ電圧を印加して、両者間に存在する水分を電気分解する。これにより、電気分解によって生じた水酸化イオンと反応させて金属膜を酸化させて、ナノメータサイズのピンホールを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るピンホールの作製方法を実現するための光プローブ並びにピンホールを作製するための金属膜を示す図である。
【図２】金属膜を酸化させてピンホールを作製する例を示す図である。
【図３】金属膜を酸化させて多数のナノメータサイズのピンホールを多数作製する例を示す図である。
【図４】金属膜２と探針４とを近接させて電圧を印加することにより、両者間に存在する水蒸気を電気分解させる例を示す図である。
【符号の説明】
１  光プローブ、２  金属膜、３  基板、４  探針、５  電源、１１  光導波部、１２  突出部、２０  コア、２１  クラッド、３１  金属層、３２  ピンホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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