(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたエバネッセント波検出用の微小探針であって、該微小探針は光導電材料からなり、該微小探針の底部が基板上に形成された光電流を検出するに際して電圧を印加するための電極に接続されていることを特徴とするエバネッセント波検出用の微小探針。
【請求項２】
前記光導電材料が非晶質半導体材料からなることを特徴とする請求項１に記載の微小探針。
【請求項３】
前記非晶質半導体材料がアモルファスシリコン材料またはアモルファスカルコゲナイド材料からなることを特徴とする請求項２に記載の微小探針。
【請求項４】
前記光導電材料が有機光導電体材料からなることを特徴とする請求項１に記載の微小探針。
【請求項５】
前記微小探針が、ピラミッド形状であり、基板との間に空隙を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の微小探針。
【請求項６】
エバネッセント波検出用の微小探針の製造方法であって、一方の基板である第１基板の剥離層上に光導電材料からなる光導電材料層を形成し、他方の基板である第２基板上に形成された電極材料による接合層上へ、前記剥離層上の光導電材料層を転写することにより微小探針を製造することを特徴とするエバネッセント波検出用の微小探針の製造方法。
【請求項７】
前記エバネッセント波検出用の微小探針の製造方法は、
（ａ）第１基板の表面に凹部を形成する工程と、
（ｂ）前記第１基板の凹部を含む基板上に、剥離層を形成する工程と、
（ｃ）前記第１基板における凹部を含む剥離層上に、光導電材料からなる光導電材料層を被覆する工程と、
（ｄ）第２基板に接合層を形成する工程と、
（ｅ）前記第１基板における凹部を含む剥離層上の光導電材料層を、前記第２基板上の電極材料による接合層に接合する工程と、
（ｆ）前記剥離層と光導電材料層、あるいは前記剥離層と第１基板の界面で剥離を行い、前記第２基板の接合層上に光導電材料層を転写する工程と、
を少なくとも有することを特徴とする請求項６に記載の微小探針の製造方法。
【請求項８】
前記光導電材料が非晶質半導体材料からなることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の微小探針の製造方法。
【請求項９】
前記非晶質半導体材料がアモルファスシリコン材料またはアモルファスカルコゲナイド材料からなることを特徴とする請求項８に記載の微小探針の製造方法。
【請求項１０】
前記光導電材料が有機半導体材料からなることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の微小探針の製造方法。
【請求項１１】
前記第１基板が、単結晶シリコン基板であり、結晶軸異方性エッチングにより基板表面に凹部を形成することを特徴とする請求項７に記載の微小探針の製造方法。
【請求項１２】
前記接合層が金属であることを特徴とする請求項６〜請求項１１のいずれか１項に記載の微小探針の製造方法。
【請求項１３】
エバネッセント波検出用の微小探針を備えたプローブであって、一端が基板に固定された薄膜カンチレバーの自由端に、光導電材料からなる微小探針の底部が、薄膜カンチレバー上に形成された光電流を検出するに際して電圧を印加するための電極を介して接続されていることを特徴とするエバネッセント波検出用のプローブ。
【請求項１４】
前記電極が、前記微小探針を接合するための金属からなる接合層であることを特徴とする請求項１３に記載のエバネッセント波検出用のプローブ。
【請求項１５】
エバネッセント波検出用の微小探針と薄膜カンチレバーからなるプローブの製造方法であって、
（ａ）第１基板の表面に凹部を形成する工程と、
（ｂ）前記第１基板の凹部を含む基板上に、剥離層を形成する工程と、
（ｃ）前記第１基板における凹部を含む剥離層上に、光導電材料からなる光導電材料層を被覆する工程と、
（ｄ）第２基板に薄膜カンチレバーを形成する工程と、
（ｅ）前記薄膜カンチレバー先端上に接合層を形成する工程と、
（ｆ）前記第１基板における凹部を含む剥離層上の光導電材料層を、前記薄膜カンチレバー先端上の電極材料による接合層上に接合する工程と、
（ｇ）前記剥離層と光導電材料層、あるいは前記剥離層と第１基板の界面で剥離を行い、前記薄膜カンチレバー先端の接合層上に光導電材料層を転写する工程と、
（ｈ）前記薄膜カンチレバーの一端が、前記第２基板に固定される様に薄膜カンチレバー下部の該第２基板の一部を除去する工程と、
を少なくとも有することを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項１６】
微小探針と、該微小探針に電圧を印加する電圧印加手段と、光電流を検出する電流検出手段とを備えたエバネッセント波検出装置であって、前記微小探針を請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の微小探針によって構成したことを特徴とするエバネッセント波検出装置。
【請求項１７】
微小探針と、該微小探針に電圧を印加する電圧印加手段と、光電流を検出する電流検出手段と、該探針を走査する駆動手段及びその駆動制御手段と、試料に光を照射する光照射手段と、試料を保持する試料台とからなり、前記光照射手段により試料に発生させたエバネッセント波を、前記微小探針と電圧印加手段にて光電流に変換し、電流検出手段により検出し、試料表面の光学的情報を得る近視野走査光学顕微鏡であって、前記微小探針を請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の微小探針によって構成したことを特徴とする近視野走査光学顕微鏡。
【請求項１８】
記録媒体と、微小探針と、前記微小探針に電圧を印加する電圧印加手段と、前記微小探針の光電流を検出する電流検出手段と、前記記録媒体に光を照射する光照射手段と、信号処理回路からなり、光照射手段により記録媒体に発生させたエバネッセント波を、前記微小探針と電圧印加手段にて光電流に変換し、電流検出手段により検出し、信号処理回路により記録情報として再生する情報再生装置であって、前記微小探針を請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の微小探針によって構成したことを特徴とする情報再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近視野走査光学顕微鏡に用いるエバネッセント波検出用の微小探針とその製造方法、該微小探針を備えた薄膜カンチレバーからなるプローブとその製造方法、並びに該微小探針を備えたエバネッセント波検出装置または近視野走査光学顕微鏡または情報再生装置に関し、特に、先端曲率が小さく上記の用途に優れた特性を発揮し、マルチ化が容易な高い量産性で製造できる微小探針とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、導体の表面原子の電子構造を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以下、「ＳＴＭ」という）が開発されて（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ  ｅｔ  ａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，４９，５７（１９８３））単結晶、非晶質を問わず実空間像の高い分解能で測定ができるようになって以来、走査型プローブ顕微鏡（以下、「ＳＰＭ」という）が材料の微細構造評価の分野で盛んに研究されるようになってきた。
ＳＰＭとしては、微小探針を有するプローブを評価する試料に近接させることにより得られるトンネル電流、原子間力、磁気力、光等を用いて表面の構造を検出する走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、近視野走査光学顕微鏡（ＮＳＯＭ）等がある。
【０００３】
これらＳＰＭの中でＮＳＯＭは、従来の光学顕微鏡では不可能とされたλ／２以下の位置分解能を、微小なピンホールから放射されるエバネッセント光を利用して、試料表面の微細パターン形状等を高い分解能で非破壊にて計測するものである。また、ＮＳＯＭでは、生体や細胞等の従来観察が困難であった材料を試料として用いることが可能であり、観察可能な対象が多く、その応用範囲も広い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エバネッセント波の検出方法としては、以下の３つがある。
第１の方法は、例えば試料の裏面から試料表面で全反射条件を満たすように照明光を入射させ、該照明光の照射により試料表面に生じるエバネッセント波を微小な開口（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を有する探針を通じて検出する方法である（Ｅ．Ｂｅｔｚｉｇ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｍｏｄｅ  ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１（２５），１９８７，ｐｐ２０８８−２０９０）。この方法により、高分解能のエバネッセント波の像を得ることができ、最も多く、研究がなされている。
しかしながら、探針としては、ガラスピペットや光ファイバーを先鋭化したものを用いており、機械研磨等により作製するため、生産性が悪く、製造コストも高い。さらに、開口の口径を再現性良く高精度に作製することが困難であった。
【０００５】
第２の方法は、開口を用いずに、ＡＦＭに用いるシリコン窒化膜からなる探針付き薄膜カンチレバーを利用して、エバネッセント波の散乱光を検出する方法である（Ｎ．Ｆ．ｖａｎ  Ｈｕｌｓｔ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｎｅａｒ‐ｆｉｅｌｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｓｉｌｉｃｏｎ−ｎｉｔｒｉｄｅ  ｐｒｏｂｅ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６２（５），１９９３，ｐｐ４６１‐４６３）。
上記方法に用いる微小探針及びその製造方法として、半導体製造プロセス技術を使い単結晶シリコンを用いて異方性エッチングにより形成した微小探針が知られている（米国特許第５，２２１，４１５号明細書）。
この微小探針の形成方法は、図８に示すように、まず、二酸化シリコン５１０、５１２のマスクを被覆したシリコンウエハ５１４に異方性エッチングによりピット５１８を設け、このピットを探針の雌型とし、二酸化シリコン５１０、５１２を除去し、次に全面に窒化シリコン層５２０、５２１を被覆し片持ち梁（カンチレバー）及び微小探針となるピラミッド状ピット５２２を形成し、片持ち梁状にパターニングした後、裏面の窒化シリコン層５２１を除去しソウカット５３４とＣｒ層５３２を設けたガラス板５３０と窒化シリコン層５２０を接合し、シリコンウエハ５１４をエッチング除去することによりマウンティングブロック５４０に転写された窒化シリコンからなる、探針とカンチレバーからなる、プローブを作製するものである。（光てこ式ＡＦＭに用いる場合、最後に、裏面に反射膜となる金属膜５４２を形成する。）この方法の探針は先鋭な先端形状を有し、生産性及び作製再現性が高い。
しかしながら、第２の方法は、第１の方法による開口付き探針にて測定したＮＳＯＭ像に比べて分解能が低くい。
【０００６】
第３の方法は、前記２つの方法が探針を光のピックアップとして用い探針上部に配置した光電子増倍管の光検出部により検出するものであるのに対して、薄膜カンチレバー上のフォトダイオードにて直接エバネッセント波の散乱光を検出する方法である（Ｓ．Ａｋａｍｉｎｅ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ  ａ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｔｏｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ  ｆｏｒ  ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ＩＥＥＥ  ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  １９９５，ｐ１４５−１５０）。図９に探針の断面図を示す。
この探針は、シリコン基板６００により一方を支持されたｐ層６０１のシリコンの薄膜カンチレバーと、該薄膜カンチレバーの先端に、ｎ層６０２を形成して作製したｐ−ｎ接合６０３のフォトダイオードと、該フォトダイオードで検出した散乱光の信号を取り出す二酸化シリコン膜６０４上に設けたＡｌメタル配線６０５よりなる。
カンチレバーを作製する際に用いたエッチストップ層６０６が薄膜カンチレバー下面にある。
カンチレバー自由端にフォトダイオードの光検出部を設けたことにより光検出部と試料との間を近接させることができ、ＳＮ比を向上でき、これにより分解能を向上させることが可能となった。さらにシステム構成を簡略化することも可能となった。
しかしながら、図９に示すように、第３の方法による探針では探針先端として、薄膜カンチレバーの先端を用いている。
薄膜カンチレバーをフォトリソグラフィプロセスとエッチングにより作製するため、第２の探針と比べ、探針形状の再現性に乏しく、また作製したロット間で同一形状の先端を得ることが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来技術の有する課題を解決し、光検出部を構成した微小探針によりＳＮ比の向上を図り、優れた分解能を発揮することのできるエバネッセント波検出用の微小探針とその製造方法、及び該微小探針を備えたプローブとその製造方法を提供すると共に、該微小探針によりシステム構成の簡略化を図ることのできるエバネッセント波検出装置、近視野走査光学顕微鏡、情報再生装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、微小探針として再現性が良く均一な形状が得られ、且つ先端を鋭利に形成することのできるエバネッセント波検出用の微小探針とその製造方法、及び該微小探針を備えたプローブとその製造方法を提供することを目的としている。
また、本発明は、微小探針を製造するための雌型の再利用が可能で、生産性の向上と製造コストの低減を図ることのできるエバネッセント波検出用の微小探針とその製造方法、及び該微小探針を薄膜カンチレバー上に設けたプローブとその製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エバネッセント波検出用の微小探針とその製造方法、及び該微小探針を備えたプローブとその製造方法、並びに該微小探針を備えたエバネッセント波検出装置、近視野走査光学顕微鏡、情報再生装置について、つぎのよに構成したものである。
すなわち、本発明の微小探針は、基板上に形成されたエバネッセント波検出用の微小探針であって、該微小探針は光導電材料からなり、該微小探針の底部が基板上に形成された光電流を検出するに際して電圧を印加するための電極に接続されていることを特徴としている。
また、本発明の微小探針の製造方法は、エバネッセント波検出用の微小探針の製造方法であって、一方の基板である第１基板の剥離層上に光導電材料からなる光導電材料層を形成し、他方の基板である第２基板上に形成された電極材料による接合層上へ、前記剥離層上の光導電材料層を転写することにより微小探針を製造することを特徴としている。そして、その製造方法は、
（ａ）第１基板の表面に凹部を形成する工程と、
（ｂ）前記第１基板の凹部を含む基板上に、剥離層を形成する工程と、
（ｃ）前記第１基板における凹部を含む剥離層上に、光導電材料からなる光導電材料層を被覆する工程と、
（ｄ）第２基板に接合層を形成する工程と、
（ｅ）前記第１基板における凹部を含む剥離層上の光導電材料層を、前記第２基板上の電極材料による接合層に接合する工程と、
（ｆ）前記剥離層と光導電材料層、あるいは前記剥離層と第１基板の界面で剥離を行い、前記第２基板の接合層上に光導電材料層を転写する工程と、を少なくとも有することを特徴としている。
また、本発明のこれらの微小探針並びにその製造方法においては、その光導電材料が非晶質半導体材料からなり、また、その非晶質半導体材料がアモルファスシリコン材料またはアモルファスカルコゲナイド材料からなることを特徴としている。
また、本発明のこれらの微小探針並びにその製造方法においては、その光導電材料が有機光導電体材料からなることを特徴としている。
また、本発明の微小探針においては、その微小探針が、ピラミッド形状であり、基板との間に空隙を有することを特徴としている。
また、本発明の微小探針の製造方法においては、その第１基板が単結晶シリコン基板であり、結晶軸異方性エッチングにより基板表面に凹部を形成することを特徴としている。
また、本発明の微小探針の製造方法においては、その接合層が金属であることを特徴としている。
また、本発明のプローブは、エバネッセント波検出用の微小探針を備えたプローブであって、一端が基板に固定された薄膜カンチレバーの自由端に、光導電材料からなる微小探針の底部が、薄膜カンチレバー上に形成された光電流を検出するに際して電圧を印加するための電極を介して接続されていることを特徴としている。
また、本発明のプローブにおいては、その電極が微小探針を接合するための金属からなる接合層であることを特徴としている。
また、本発明のプローブの製造方法は、エバネッセント波検出用の微小探針と薄膜カンチレバーからなるプローブの製造方法であって、
（ａ）第１基板の表面に凹部を形成する工程と、
（ｂ）前記第１基板の凹部を含む基板上に、剥離層を形成する工程と、（ｃ）前記第１基板における凹部を含む剥離層上に、光導電材料からなる光導電材料層を被覆する工程と、
（ｄ）第２基板に薄膜カンチレバーを形成する工程と、
（ｅ）前記薄膜カンチレバー先端上に接合層を形成する工程と、
（ｆ）前記第１基板における凹部を含む剥離層上の光導電材料層を、前記薄膜カンチレバー先端上の電極材料による接合層上に接合する工程と、
（ｇ）前記剥離層と光導電材料層、あるいは前記剥離層と第１基板の界面で剥離を行い、前記薄膜カンチレバー先端の接合層上に光導電材料層を転写する工程と、
（ｈ）前記薄膜カンチレバーの一端が第２基板に固定される様に薄膜カンチレバー下部の第２基板の一部を除去する工程と、を少なくとも有することを特徴としている。
また、本発明は、上記した本発明のエバネッセント波検出用の微小探針を用い、該微小探針に電圧を印加する電圧印加手段と、光電流を検出する電流検出手段とを備えたエバネッセント波検出装置を構成し、または前記光照射手段により試料に発生させたエバネッセント波を、前記微小探針と電圧印加手段にて光電流に変換し、電流検出手段により検出し、試料表面の光学的情報を得る近視野走査光学顕微鏡を構成し、または光照射手段により記録媒体に発生させたエバネッセント波を、前記微小探針と電圧印加手段にて光電流に変換し、電流検出手段により検出し、信号処理回路により記録情報として再生する情報再生装置を構成したことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記したように微小探針を光導電材料により形成することにより、微小探針を光検出部として構成することができ、それによってＳＮ比を向上させ、優れた分解能を達成することが可能となる。
また、第１基板上の剥離層に形成された光導電材料層を第２基板上の接合層へ転写することにより微小探針を形成することができるから、第１基板を後工程でエッチング除去することなく、上記接合及び転写工程で、極めて容易に、かつ正確に微小探針部を形成し、生産性を向上させることができる。
さらに、転写工程の後に光導電材料層、または剥離層と光導電材料層を新たに形成することにより、雌型となる第１基板は繰り返し使用できるため、製造コストの低減を図ることができ、同一の雌型を用いることにより微小探針の形状再現性が保てる。
ここで、好ましくは、第１基板は単結晶シリコン基板であり、結晶軸による異方性エッチングにより（１１１）の結晶面からなる凹部を形成することである。
結晶軸異方性エッチングにより凹部を形成した単結晶基板上に微小探針材料を形成することにより微小探針の雌型となる凹部は先端が鋭利で、また同一基板上に複数形成した場合には形状の揃ったものとなり、その結果得られる微小探針は特性の揃ったものとなる。
また、第１基板にシリコンを用いることにより、凹部表面を熱酸化し二酸化シリコン膜（ＳｉＯ2）を形成して、探針先端の曲率半径をより小さくすることができる。
これは、シリコンの形状により熱酸化した時の二酸化シリコン膜の厚みに差が生じることを利用しており、熱酸化した二酸化シリコン膜の厚さを制御することにより、探針の曲率半径を制御することが可能である。
【００１０】
剥離層としては、光導電材料層、又は第１基板から剥離しやすい材料を選択する必要がある。
すなわち、剥離層の材料は光導電材料または第１基板との反応性・密着性が小さいことが必要である。
このような材料としては、光導電材料または第１基板との組み合わせにより好適な材料を選択すればよく、金属、半導体、絶縁体等の様々な材料が選択される。例えば、光導電材料として非晶質無機半導体を用い剥離層と光導電材料層との間で剥離する場合、剥離層としては反応性・密着性が小さい貴金属が好ましく、Ｐｔ、及びその合金材料を用いることが可能である。
また、第１基板としてシリコンを用いて、第１基板と剥離層の間で剥離する場合には、剥離層としてＡｇを用いることが可能である。
但し、Ａｇは光反射率が高く、エバネッセント波がＡｇ剥離層を通じて光導電材料層に侵入することができない為、第１基板から剥離層を剥離した後に光導電材料層上の剥離層を除去する必要がある。
剥離層は第１基板上の凹部に形成するため、剥離層の厚みにより凹部の形状が著しく変化しないように、剥離層は薄膜形成方法を用いて形成される。薄膜形成方法としては、膜厚再現性の高い抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の真空蒸着法を用いるとよい。
【００１１】
光導電材料は、ｐｎ障壁や空乏層を使用せずに、入射光を吸収し膜中で電荷を生成できる材料であり、電圧印加手段により光導電材料の両端に電圧を印加し前記電荷を電流検出手段により光電流として取り出すことができる。
すなはち、本発明は光導電材料の光導電特性を利用し、探針により散乱された試料表面に生じるエバネッセント波を光導電材料層が吸収し、該光導電材料層に電圧を印加することにより光電流に変換して検出するものである。
光導電材料としては、第１基板上に設けた微細な凹部に形成するため、薄膜作製技術により作製可能な材料が好ましい。アモルファスシリコン、アモルファスカルコゲナイド等の非晶質無機半導体は低温にて作製が可能であり、且つ作製方法が容易な点で好ましい。また、有機光導電体材料は前記非晶質無機半導体に比べて、量産性、コスト及び安全性に優れており好ましい。
【００１２】
接合層は、基板または薄膜カンチレバー上に形成されるが、光電流を取り出すために設けた電極を接合層として用いることができる様、金属材料からなることが好ましく、これにより、製造工程が簡略化できる。
光導電材料層と接合層との結合は、好ましくは、光導電材料層と接合層との直接的結合であり、例えば、アモルファスシリコンを光導電材料層として用いる場合には、接合層はシリサイドを形成可能な材料により選択される。
有機材料等の通常は金属と反応を行うことが困難な材料を光導電材料層として用いる場合、光導電材料層の接合層と接する面に接合層と金属接合が可能な金属層を形成することにより、該金属層を介して光導電材料層と接合層を接合することが可能である。
なお、接合層、光電流を取り出し用電極の形成方法としては、従来公知の技術たとえば真空蒸着法やスパッタ法、化学気相成長、鍍金法、薄膜塗布法等の薄膜作製技術を用い、さらにフォトリソグラフィプロセス、及びエッチングを適用することで所望の形状にパターニングする。
【００１３】
また、本発明において、第２基板に薄膜カンチレバーとなる層をあらかじめ形成しておき、該薄膜カンチレバーの先端上にパターニングされた接合層を設け、剥離層上の光導電材料層を接合層に接合、転写した後に、薄膜カンチレバーの一端が第２基板に固定されるように薄膜カンチレバー下部の第２基板の一部を除去することにより、微小探針を自由端に有するカンチレバー型のプローブを作製することが可能である。
微小探針は第１基板上に形成した凹部の表面形状を忠実に再現し、光導電材料と接合層との間に空隙が形成される。これにより、薄膜カンチレバー等の自由端に微小探針を設ける場合、軽量化されており、探針付きのカンチレバーの共振周波数の低下を抑えることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
［実施例１］
図１（ａ）は本発明の微小探針からなるエバネッセント波検出装置の斜視図であり、図１（ｂ）はそれを用いた近視野走査光学顕微鏡である。
微小探針は図に示すように４面で囲まれたピラミッド形状をした光導電材料層からなる。
本発明のエバネッセント波検出装置は、第２基板１２と、光導電材料からなる微小探針２０と、該微小探針下部の両端に形成された電極１０、１１と、電極１０と電極１１に電圧を印加するバイアス印加用電源１４と、微小探針にて吸収したエバネッセント波を光電流に変換し、前記光電流を検出する電流検出器１５からなる。
図１（ｂ）に示す前記エバネッセント波検出装置を用いた近視野走査光学顕微鏡は、試料台であるプリズム１５３と、プリズムに取付けた試料１４４を裏面から全反射が起こるように入射する光源であるＮＳＯＭ用レーザー光１５０と、駆動手段であるＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子１４５と、該ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子によって試料上をＸＹ平面走査するエバネッセント波検出装置と（図１（ａ））、駆動手段の駆動制御を行うＸＹＺ駆動用ドライバー１５７及び電流検出器の信号を処理し表示装置１５６に表示させる信号処理回路１５５からなる。
本発明の近視野走査光学顕微鏡では、従来必要としたフォトマルチプライヤ等の光電変換装置がいらず、システム構成を簡略化できる。
【００１５】
図２は、本発明の実施例１における微小探針の製造方法の工程を示す断面図である。
図２（ａ）において、酸化ガスにより熱酸化して形成した二酸化シリコン膜からなる保護層２が形成された結晶方位面が＜１００＞のシリコンウエハを第１基板１として用意する。
フオトリソグラフィプロセスにより形成したフォトレジストをマスクとして、該保護層２の所望の箇所をＨＦ水溶液によりエッチングし、３μｍ平方のシリコンを露出させた。
保護層２は第１基板１を結晶軸異方性エッチングし、微小探針の雌型となる凹部を形成する時の保護層であり、結晶軸異方性エッチング液に対してエッチング耐性を持つ。
フォトレジストを剥離した後に第１基板を濃度２７％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液にて液温度８０℃で結晶軸異方性エッチングし、（１１１）の結晶面からなる逆ピラミッド状の凹部３を形成した。
次に保護層２をＨＦ水溶液によりエッチング除去した後に、凹部３を含む第１基板上にＴｉとＰｔをＴｉ、Ｐｔ夫々のターゲットを用いてスパッタ法により全面に夫々５０Åと７００Å成膜し、剥離層４を形成した（図２（ｂ））。
次に図２（ｃ）に示すように、微小探針材料となるアモルファスシリコンをシランガスを用いてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、全面に１μｍ成膜し光導電薄膜５を形成した。
次に、レジストを塗布し、露光、現像するフォトリソグラフィプロセスによりレジストをパターニングし、該フオトレジストをマスクとして光導電薄膜５をＣＦ4ガスを用いた反応性イオンエッチングによりエッチングし、フォトレジストを除去し図２（ｄ）に示すようにパターニングされた光導電材料層７を形成した。
【００１６】
次に第２基板１２としてパイレックスガラス（商品名＃７０５９  Ｃｏｒｎｉｎｇ）を用意し、該第２基板上にＣｒ５０ÅとＡｕ１０００Åを電子ビーム蒸着法により順次連続して薄膜堆積し、前記Ｃｒ及びＡｕをフォトリソグラフィプロセスとエッチングによりパターニングし、電極１０、１１を形成した（図２（ｅ））。
ここで、電極は、前記微小探針を基板に接合する為の接合層の役割をしている。続いて第１基板１上の光導電材料層７と接合層として用いた電極１０、１１とを位置合わせし、当接した（図２（ｆ））。
さらに、当接したまま、温度１００℃で１時間放置した。第１基板と第２基板を加熱しつつ、圧力を加えて圧着することにより、光導電材料層７と電極１０、１１の界面でＡｕとシリコンの合金層が形成されシリサイドが形成され接合し、剥離層と光導電材料層との界面から引き剥がし、微小探針２０を形成した（図２（ｇ））。
Ｐｔに比べてＡｕはシリコンとの反応性が高く、第１基板と第２基板を当接後引き離すと、Ｐｔとアモルファスシリコンの界面で剥離することが可能である。本発明では第２基板としてガラスを用いた。このことにより、接合時の位置あわせが極めて容易となった。
【００１７】
作製した本発明の微小探針２０をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察したところ、先端はシリコンの結晶軸異方性エッチングにてできた逆ピラミッドの形状を写された形状（ｒｅｐｌｉｃａｔｅｄ  ｓｈａｐｅ）を有し、先端が鋭利に形成されている微小探針である事を確認し、その微小探針の先端曲率半径は０．０３μｍであった。
また、このようにして作製された微小探針は第２基板との間に空隙を有している。
本実施例の微小探針２０を用いた図１（ｂ）に示す近視野走査光学顕微鏡により、試料１４４としてポリカーボネイト（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）のコンパクトディスクを用い、ＮＳＯＭ像の観察を行った。
ＮＳＯＭ用レーザー光１５０にはＨｅＮｅレーザーを用いた。この装置により、コンパクトディスクのピット及びグレーティングを観察することが可能であり、再現性良く良好なＮＳＯＭ像を得ることができた。その時の分解能は４０ｎｍ以下であった。
【００１８】
［実施例２］
本発明の微小探針の製造方法の実施例２を以下に示す。
図３はカルコゲナイドガラスであるＳｅからなる微小探針の製造方法の工程を示す断面図である。
第１基板に凹部を形成する工程は図２（ａ）と同様の方法を用いて作製した。
第１基板として、酸化ガスにより熱酸化して形成した二酸化シリコン膜からなる保護層が形成された結晶方位面が＜１００＞のシリコンウエハを第１基板２１として用意する。
フォトリソグラフィプロセスにより形成したフォトレジストをマスクとして、前記二酸化シリコン膜の所望の箇所をＨＦ水溶液によりエッチングし、３μｍ平方のシリコンを露出させた。
フォトレジストを剥離した後に第１基板を濃度２７％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液にて液温度８０℃で結晶軸異方性エッチングし、（１１１）の結晶面からなる逆ピラミッド状の凹部２３を形成した。次に二酸化シリコン膜をＨＦ水溶液によりエッチング除去した後に、凹部２３を含む第１基板２１上にＡｇを抵抗加熱蒸着法により全面に７００Å成膜し、剥離層２４を形成した（図３（ａ））。
【００１９】
次に図３（ｂ）に示すように、エバネッセント波の受光部となるカルコゲナイドガラスのＳｅを抵抗加熱蒸着法により１μｍ成膜し光導電薄膜２５を形成し、続いてこの表面にＣｒ５０ÅとＡｕ１０００Åを電子ビーム蒸着法により順次連続して薄膜堆積し金属薄膜２６を形成した。
金属薄膜はＳｅと後の工程で行う接合層として用いるＡｕ電極との接合の為に新たに導入した。ＳｅとＡｕ電極とを接合するに際し、界面での合金形成を行う必要があるが、Ｓｅの結晶となる温度が低く、接合のために熱処理を施すと結晶化し光導電性が低下してしまう。金属層を導入することにより、Ｓｅと電極との接合を金属層を介して低温にて行うことができる。
次に、レジストを塗布し、露光、現像するフォトリソグラフィプロセスによりレジストをパターニングし、該フォトレジストをマスクとして金属薄膜２５をＡｒイオンによりイオンミーリング（Ｉｏｎ  Ｍｉｌｌｉｎｇ）し、フォトレジストを除去し金属層２８を形成した。同様にフォトリソグラフィプロセスとイオンミーリングを用いて光導電薄膜２５をパターニングし光導電材料層２７を形成した（図３（ｃ））。
金属層２８は光導電材料層の凹部先端近傍にパターン形成した。図３（ｃ）にその上面概略図を示す。
金属層は後工程にて電極と電気的接続を取るため、凹部先端近傍にパターン形成したことにより、光導電材料層へ印加する電圧を低く出来ると共に、エバネッセント波を吸収し生成した電荷の光導電材料層中での移動距離を短くすることができ検出速度を向上できる。
本発明の微小探針は、裏面に凹部となる空隙を有するため、裏面の凹部先端近傍に電極を配置することが可能となっている。
【００２０】
次に図２（ｅ）に示したと同様の電極３０、３１が形成された第２基板３２を用意し、図３（ｃ）に示した光導電材料層上の金属層と電極を当接した（図３（ｄ））。
当接の際に第１基板と第２基板の裏面より圧力を加え圧着することにより、金属層と電極との界面でＡｕ−Ａｕの金属結合が形成され接合し、第１基板と第２基板を当接後に離すことにより、Ａｇ剥離層２４とシリコン第１基板との界面から剥離し、図３（ｅ）に示す剥離層２４を有する光導電材料層と金属層からなる微小探針４０を電極上に転写できた。
なお、電極３０、３１は微小探針下部の両端に接続されている。さらに、剥離層のみを、Ａｒイオンによりイオンミーリングし光導電材料層を表出させることにより（図３（ｆ））、空隙３３を有するエバネッセント波検出用の微小探針を形成することができた。
【００２１】
上述した方法により作製した微小探針をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察したところ、先端が鋭利に形成されているＳｅからなる微小探針である事を確認し、その微小探針の先端曲率半径は０．０４μｍ以下であった。
本実施例の微小探針４０を図１（ｂ）に示す近視野走査光学顕微鏡に取付け、実施例１と同様にコンパクトディスクのＳＮＯＭ像の観察を行ったところ良好なＳＮＯＭ像を得ることができた。
次に、剥離層と光導電材料層が転写剥離された後の雌型基板である第１基板上に、再度、Ａｇ剥離層を成膜した後に、図３（ｂ）から（ｆ）の工程を行い電極を設けた他の第２基板上に微小探針を形成することができた。
この微小探針の先端曲率半径は０．０４μｍ以下となり、再利用前に形成した微小探針の先端曲率半径と同様であった。
これにより、微小探針の雌型となる第１基板を再利用可能であることが分かった。また、各ロット間での微小探針の先端曲率半径のバラツキがないことが分かった。
【００２２】
［実施例３］
本発明の微小探針の製造方法の実施例３を以下に示す。
図４は有機光導電体材料である銅フタロシアニン（以下「ＣｕＰｃ」と記す）からなる微小探針の製造方法の工程を示す断面図である。
第１基板に凹部を形成する工程は図２（ａ）と同様の方法を用いて作製した。
第１基板として、酸化ガスにより熱酸化して形成した二酸化シリコン膜からなる保護層４２が形成された結晶方位面が＜１００＞のシリコンウエハを第１基板４１として用意する。
フォトリソグラフィプロセスにより形成したフォトレジストをマスクとして、前記保護層４２の所望の箇所をＨＦ水溶液によりエッチングし、３μｍ平方のシリコンを露出させた。フォトレジストを剥離した後に第１基板を濃度２７％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液にて液温度８０℃で結晶軸異方性エッチングし、（１１１）の結晶面からなる逆ピラミッド状の凹部４３を形成した。
【００２３】
次に保護層４２をＨＦ水溶液によりエッチング除去した後に、凹部４３を含むシリコン基板を酸化ガスを用いた熱酸化工程により５０００Åの二酸化シリコン膜からなる剥離層４４を形成した（図４（ｂ））。
第１基板の凹部を含む表面を熱酸化し二酸化シリコン膜を形成することで、微小探針を形成するための雌型の探針先端の曲率半径をより小さくすることができる。
これは、シリコンの形状により熱酸化した時の二酸化シリコン膜の厚みに差が生じることを利用しており、熱酸化した二酸化シリコン膜の厚さを制御することにより、探針の曲率半径を制御することを可能にする。
次に図４（ｃ）に示すように、エバネッセント波の受光部となるＣｕＰｃを抵抗加熱蒸着法により１μｍ成膜し光導電薄膜４５を形成し、続いてこの表面にＣｒ５０ÅとＡｕ１０００Åを真空蒸着法により順次連続して薄膜堆積し金属薄膜４６を形成した。
金属薄膜は後の工程にて電極との接合の為に、実施例２と同様に導入した。
次に、レジストを塗布し、露光、現像するフォトリソグラフィプロセスによりレジストをパターニングし、該フォトレジストをマスクとして金属薄膜４５を光導電材料層のパターン形状にＡｒイオンによりイオンミーリング（Ｉｏｎ  Ｍｉｌｌｉｎｇ）し、次に酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングにより光導電薄膜をエッチングし光導電材料層４７を形成すると共に、金属薄膜上のフォトレジストを除去した。
同様にフォトリソグラフィプロセスとイオンミーリングを用いて光導電材料層４７上の金属薄膜をパターニングし金属層４８を形成した（図４（ｄ））。
金属層４８は、実施例２と同様、光導電材料層の凹部先端近傍にパターン形成した。
これにより、光導電材料層ヘ印加する電圧を低く出来ると共に、エバネッセント波を吸収し生成した電荷の光導電材料層中での移動距離を短くすることができ検出速度を向上できる。
【００２４】
次に、第２基板５２としてシリコンウエハを用意し、上記基板上にスパッタ法により、ＴｉとＰｔを夫々のターゲットを用いて、５０Åと１０００Å成膜し、フォトリソグラフィプロセスとＡｒプラズマイオンを用いたエッチングにより、接合層として用いる電極５０、５１を形成した。前記第２基板と図４（ｄ）に示した第１基板とを、光導電材料層４７上の金属層４８と電極５０、５１を当接した（図４（ｅ））。
当接の際に第１基板と第２基板の裏面より圧力を加え圧着することにより、金属層と電極との界面でＡｕ−Ｐｔの金属結合が形成され接合し、第１基板と第２基板を当接後に離すことにより、二酸化シリコン剥離層４４と光導電材料層４７との界面から剥離し、図４（ｆ）に示す光導電材料層と金属層からなる微小探針６０を電極５０、５１上に転写でき、空隙５３を有するエバネッセント波検出用の微小探針を形成することができた。
なお、電極５０、５１は微小探針下部の両端に接続されている。
上述した方法により作製した微小探針をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察したところ、先端が鋭利に形成されているＣｕＰｃからなる微小探針である事を確認し、その微小探針の先端曲率半径は０．０３μｍ以下であった。
本実施例の微小探針４０を図１（ｂ）に示す近視野走査光学顕微鏡に取付け、第１英施例と同様にコンパクトディスクのＮＳＯＭ像の観察を行ったところ良好なＮＳＯＭ像を得ることができた。
【００２５】
［実施例４］
実施例４においては、アモルファスシリコンからなる光導電材料層からなる微小探針を薄膜カンチレバー上に設けたエバネッセント波検出用のプローブの製造方法を説明する。
作製したプローブの上面図を図５（ａ）に、側面図を図５（ｂ）に示す。
８１は薄膜カンチレバーであり、７０、７１は接合層として用いた光電流を取り出すための電極、８０は光導電材料からなる微小探針、８３は二酸化シリコン膜、８２はシリコンウエハを裏面からエッチングする際にマスクとして用いた窒化シリコン膜、８４はシリコンウエハをエッチングして形成した薄膜カンチレバーの一端を固定支持するシリコンブロックである。電極７０、７１は微小探針下部の両端に接続されている。
【００２６】
以下、プローブの製造工程を図６を用いて説明する。
剥離層上に光導電材料層を形成するまでの工程は図２（ａ）から図２（ｄ）と同様の工程により作製し、ＰｔＴｉ剥離層に微小探針となるｌμｍのアモルファスシリコンを成膜し光導電材料層を形成した。
次に第２基板７２としてシリコンウエハを用意し、二酸化シリコン膜８３を０．５μｍ形成し、次に薄膜カンチレバー８１及び後工程にて第２基板７２を裏面から結晶軸異方性エッチングする際のマスクとなる窒化シリコン膜を低圧ＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）にて０．５μｍ形成した。第２基板上面の窒化シリコン膜をフォトリソグラフィプロセスによりフォトレジストのカンチレバーパターンを形成した後にＣＦ4を用いた反応性イオンエッチングにより図５（ａ）に示す薄膜カンチレバー状にパターニングした。
さらに第２基板の薄膜カンチレバー８１が形成された場所の裏面の窒化シリコン膜８２及び二酸化シリコン膜８３の一部をフォトリソグラフィプロセスと反応性イオンエッチングにより図５（ａ）に示すようにパターニングした。
次に、薄膜カンチレバー８１上にＣｒ５０ÅとＡｕ１０００Åを電子ビーム蒸着法により順次連続して薄膜堆積し、該薄膜をフォトリソグラフィプロセスとエッチングによりパターニングし、図５（ａ）に示す電極７０、７１を形成した（図６（ａ））。
続いて第１基板６１の剥離層６４上の光導電材料層６７と第２基板７２上の電極７０、７１とを位置合わせし、接合を行った（図６（ｂ））。接合は第１基板６１と第２基板７２の裏面に圧力を加えて圧着する方法を用い、当接したまま、温度１００℃で１時間放置した。
これによりＡｕとの結合がなされ、探針材料層６７と電極７１、７１が接合し、第１基板と第２基板を当接後に離すことにより剥離層上の光導電材料層が電極上に転写され、微小探針８０が形成できた（図６（ｃ））。
次に、水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングにより第２基板の裏面側からシリコンをエッチングし、さらに裏面側から二酸化シリコン膜をＨＦ水溶液にて除去した。
このようにして微小探針８０を薄膜カンチレバーの自由端の電極上に有し、該薄膜カンチレバーの一端がシリコンブロック８４に固定されたプローブを形成できた（図６（ｄ））。
本発明の製造方法により作製したエバネッセント波検出用のプローブは、ＡＦＭ用のプローブとして用いることが可能であり、変位測定の為のレーザーの反射を薄膜カンチレバーの先端に設けた電極の裏面にて行う事ができ、反射膜の代用となる。
【００２７】
上記、本実施例のプローブを用いたＡＦＭ像とＮＳＯＭ像を同時観察できる近視野走査光学顕微鏡を作製した。ＡＦＭ像は光てこ方式により観察する。
本装置のブロック図を図７に示す。本装置の近視野走査光学顕微鏡の部分は、図１（ｂ）と略同様の構成を取り、プリズム１７３と、プリズムに取付けた試料１６４に裏面から全反射が起こるように入射する光源であるＮＳＯＭ用レーザー光１７０と、プローブ上の微小探針の両端の電極７０、７１に電圧を印加する電圧印加回路１６９と、エバネッセント波１７１にて発生する光電流を検出する電流検出回路１６８と、プローブを走査させるＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子１６５とその駆動制御を行うＸＹＺ駆動用ドライバー１６７とからなる。
ＡＦＭ用にプローブ上部に、薄膜カンチレバーの変位を計測する為の、プローブと、レーザー光１６１と、薄膜カンチレバー自由端の接合層裏面にレーザー光を集光するためのレンズ１６２と、薄膜カンチレバーのたわみ変位による光の反射角の変化を検出するポジションセンサ１６３と、ポジションセンサからの信号により変位検出を行う変位検出回路１６６とを取付けてある。
信号処理回路１７５は、ＸＹＺ駆動用ドライバーと、変位検出回路の信号及び電流検出回路１６８の信号を用いてＡＦＭ像及びＮＳＯＭ像を表示装置１７６に表示させる。
本発明の近視野走査光学顕微鏡では、従来必要としたフォトマルチプライヤ等の光電変換装置がいらず、システム構成を簡略化でき、前記光電変換装置が要していた領域にＡＦＭ像観察のための光学系及び変位検出回路を配置できた。ＮＳＯＭ用レーザー光１７０にはＨｅＮｅレーザーを用いた。
【００２８】
この装置を用い、コンパクトディスクからなる試料１６４にプローブを接近させた後に、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子のＸＹ方向を駆動することにより試料表面のＮＳＯＭ及びＡＦＭの同時観察を行った。
この結果、プローブの変位を検出しピット及びグレーティングのＡＦＭ像を得る事ができ、同時に分解能が４０ｎｍ以下の良好なＮＳＯＭ像を得ることができた。
また、試料であるコンパクトディスクのビットを検出できたことにより、検出したビットデータをＮＳＯＭ画像データでなく、信号処理回路にてデコーディングし記録情報として再生することにより情報再生装置として用いることができた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上のように、光導電材料からなる微小探針により光検出部を構成することによって、ＳＮ比が向上した、分解能の優れたエバネッセント波検出用の微小探針とその製造方法、並びに、該微小探針を備えたプローブとその製造方法を提供することができる。
また、本発明の微小探針の製造方法によると、微小探針として再現性が良く均一な形状が得られ、且つ先端の鋭利な優れた特性を示すエバネッセント波検出用の微小探針を製造することができ、また、凹部を形成した第１基板を微小探針の雌型として繰り返し使用できるため、生産性の向上と製造コストの低減を図ることができる。
また、本発明のこのような微小探針を用いることにより、システムの簡略化したエバネッセント波検出装置、近視野走査光学顕微鏡、情報再生装置を構成することができ、特に、近視野走査光学顕微鏡では、従来のフォトマルチプライヤ等の光電変換装置が不要となり、このような光電変換装置が要していた領域にＡＦＭ像観察のための光学系及び変位検出回路を形成することができ、ＮＳＯＭ及びＡＦＭの同時観察を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明のエバネッセント波検出装置を説明する斜視図であり、図１（ｂ）は本発明の近視野走査光学顕微鏡を説明するブロック図である。
【図２】本発明の実施例１における微小探針の製造方法の作製工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例２における微小探針の製造方法の作製工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例３における微小探針の製造方法の作製工程を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明のエバネッセント波検出用プローブを説明する上面図、  図５（ｂ）は側面図である。
【図６】本発明の実施例４における微小探針の製造方法の作製工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例４による微小探針で構成した近視野走査光学顕微鏡を説明するブロック図である。
【図８】従来例の微小探針の製造方法の主要工程を示す断面図である。
【図９】従来例の微小探針の断面図である。
【符号の説明】
１、２１、４１、６１：第１基板
２、４２：保護層
３、２３、４３：凹部
４、２４、４４、６４：剥離層
５、２５、４５：光導電薄膜
７、２７、４７、６７：光導電材料層
１０、１１、３０、３１、５０、５１、７０、７１：電極
１２、３２、５２、７２：第２基板
１３、３３、５３、７３：空隙
１４：バイアス印加用電源
１５：電流検出器
２０、４０、６０、８０：微小探針
２６、４６：金属薄膜
２８、４８：金属層
８１：薄膜カンチレバー
８２：窒化シリコン膜
８３：二酸化シリコン膜
８４：シリコンブロック
１４４、１６４：試料
１４５、１６５：ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子
１５０、１７０：ＮＳＯＭ用レーザー光
１５１、１７１：エバネッセント波
１５３、１７３：プリズム
１５５、１７５：信号処理回路
１５６、１７６：表示装置
１５７、１６７：ＸＹＺ駆動用ドライバー
１６１：レーザー光
１６２：レンズ
１６３：ポジションセンサ
１６６：変位検出回路
５１０、５１２：二酸化シリコン
５１４：シリコンウエハ
５１８：ピット
５２０、５２１：窒化シリコン層
５２２：ピラミッド状ピット
５３０：ガラス板
５３２：Ｃｒ層
５３４：ソウカット
５４０：マウンティングブロック
５４２：金属膜
５４３：磁性体層
６００：シリコン基坂
６０１：ｐ層
６０２：ｎ層
６０３：ｐ−ｎ接合
６０４：二酸化シリコン膜
６０５：メタル配線
６０６：エッチストップ層
【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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【図９】
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