(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光記録媒体に記録・再生を行うために、ガラス基板に設けられた複数の微小開口に光を照射して該微小開口の近傍に近接場光を発生させる平面型プローブにおいて、
前記ガラス基板の上部に突起物を有し、該突起物の先端以外金属膜で被覆され、前記突起物の先端部の屈折率が前記ガラス基板の屈折率より高いことを特徴とする平面型プローブ。
【請求項２】
前記金属膜は、窒化珪素膜である請求項１記載の平面型プローブ。
【請求項３】
前記金属膜の被覆の高さが前記突起物の高さに比して同じ又は低い請求項１又は２に記載の平面型プローブ。
【請求項４】
光記録媒体に記録・再生を行うために、ガラス基板に設けられた複数の微小開口に光を照射して該微小開口の近傍に近接場光を発生させる平面型プローブを形成する方法において、
前記ガラス基板上に写真製版法によりレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとし、前記ガラス基板を異方性エッチングして前記ガラス基板に突起部を形成する工程と、
前記レジストパターンを残したままで前記ガラス基板全面に金属膜を成膜する工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
前記ガラス基板全面に不純物を注入する工程と
を有することを特徴とする平面型プローブ形成方法。
【請求項５】
光記録媒体に記録・再生を行うために、ガラス基板に設けられた複数の微小開口に光を照射して該微小開口の近傍に近接場光を発生させる平面型プローブを形成する方法において、
前記ガラス基板上に窒化珪素膜を成膜する工程と、
前記窒化珪素膜上に写真製版法によりレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとし、前記ガラス基板を異方性エッチングして前記ガラス基板に突起部を形成する工程と、
前記レジストパターンを残したままで前記ガラス基板全面に金属膜を成膜する工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
前記ガラス基板全面に不純物を注入する工程と
を有することを特徴とする平面型プローブ形成方法。
【請求項６】
前記ガラス基板の上部に成膜する窒化珪素膜の成膜工程は熱ＣＶＤ法を用いて成膜する請求項５記載の平面型プローブ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面型プローブ及びその形成方法に関し、詳細には基板に設けられた微小開口の近傍に発生する微弱な近接場光を用いた、光記録媒体への記録・再生を効果的に行うための平面型プローブの構造及びその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、平面型プローブアレーによる記録再生について開発されており、文献により提案されている。その一つに、「近接場光学とその光メモリへの応用」（大津元一氏（東工大）ら，電子情報通信学会論文誌，Ｊ８１−Ｃ−IIＮｏ．３（１９９８年３月）Ｐ．３２６〜Ｐ．３３３）（従来例１）があり、この文献によると、半導体プロセス技術を用いて、シリコン基板上に２次元の微小開口列を作り、上面から空間的に変調された空間伝播光を、この平面プローブヘッドに照射することによって微小開口に近接場光を発生させて記録させている。また、同様に、照射した光の記録媒体からの散乱光を平面プローブヘッドを通して、半透鏡により反射した光を光検出器アレーに導入し再生している。また、この文献によると、微小開口にガラス球を填め込み、近接場光の強度を上げている。
【０００３】
また、小野崇人氏（東北大）ら，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ＭＥＭＳ  ’９８，Ｔｈｅ  １１ｔｈ  Ａｎｎｕａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  「Ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ−Ｆｉｅｌｄ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｎａｎｏ−ｐａｔｔｅｒｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏ−Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ」（１９９８年）Ｐ．４８８−Ｐ．４９３（従来例２）には、図６に示すように、リフトオフ法により、ガラス基板１にクロム（Ｃｒ）等の金属膜２のマスクパターンを形成し、この微小な開口部３によるマスクパターンにより近接場４を発生させ、レジストにパターニングを行っているエバネッセントフィールドに関する技術が開示されている。
【０００４】
更に、ＣＤやＤＶＤに代表される光記録媒体は、大容量で小型化にする高密度化の方向に進歩している。この高密度化には、記録ビットの微小化が必要であり、入射する光の短波長化およびレンズの高ＮＡ化が図られている。
【０００５】
しかし、このままでは、光の回折限界により、記録に関しては、記録ビットを微小化できない、また、再生に関しては、微小化した記録ビットをクロストークなしで読むことができなくなる。
【０００６】
そこで、このような光の回折限界を越える微小ビットの解決策の１つとして、近接場光を用いた光方式がある。この近接場とは、屈折率の異なる２つの媒体の一方から全反射領域以上で入射した光は、境界面ですべて反射されるが、一部境界面を越え非伝播の電磁場成分が染み出した領域が形成される。この非伝播の電磁場成分が染み出した領域のことを、近接場という。また、このような領域は、近接場光顕微鏡の光ファイバープローブのように、導入される光の波長よりも微細な開口を有する光ファイバでも形成できる。このような微小開口による近接場は、開口寸法とほぼ同じ位しか横方向の広がりを持たず、開口から離れるに従って指数関数的に強度が減少し、開口と同程度以上に染み出さない。この近接場領域に、微小な散乱体を挿入することにより、近接場が散乱され伝播光の近接場光として変換される。
【０００７】
このように近接場光を用いれば、光の回折限界を超えた解像度が得られるが、一般の伝播光に比べ近接場光は、非常に強度が弱く、効果的に近接場光を発生および検出させる方法が模索されている。
【０００８】
また、高速記録・再生方法も、高密度記録同様に、その方法が検討されている。その一つとして、碁盤目状に複数の開口を持つ平面型プローブが提案されている。この平面型プローブを用いることで、走査速度は、（目標とする記録・再生の走査速度）／（開口数）で済むため、走査速度が低速でも記録・再生は高速にすることが可能である。このように、高密度記録と高速記録・再生を行う際は、平面型プローブの近接場光を用いることに優れている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の平面型プローブは、開口寸法のばらつきが大きな問題になる。つまり、上記のように、近接場光は。開口寸法とほぼ同じくらいしか伝播することができず、強度は指数関数的に減少するため、平面型プローブを形成する各開口が大きくばらつくと、平面型プローブと一定間隔を置いた光記録媒体への近接場光強度が大きく異なり、記録・再生ができないところができてしまう。
【００１０】
また、上記従来例１の方法では、基板の酸化膜上に形成されているシリコン膜厚のばらつきや写真製版時のレジストパターンのバラツキ等、最も重要となる開口径寸法に関して多くのバラツキの要因が存在する。更に、近接場光の発生効率に関係する開口の断面形状は結晶の方位である四角錐形状にしか作ることができない。
【００１１】
更に、上記従来例２の方法では、開口の断面形状を変えることができない。また、微細開口になるに従って（もしくは、遮光のための金属膜が厚くなるに従って）開口部のガラス基板表面から発生する近接場光が金属膜表面まで伝播しない、或いは非常に微弱になる。
【００１２】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、近接場光を発生させる微細開口の寸法を容易に変えることができ、かつバラツキを低減させることができると共に、開口の断面形状も容易に変えることができ、そして高効率な近接場を発生することを可能とする平面型プローブ及びその形成方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記問題点を解決するために、光記録媒体に記録・再生を行うために、ガラス基板に設けられた複数の微小開口に光を照射して該微小開口の近傍に近接場光を発生させる平面型プローブにおいて、ガラス基板の上部に突起物を有し、該突起物の先端以外金属膜で被覆され、突起物の先端部の屈折率がガラス基板の屈折率より高いことに特徴がある。よって、このような構成を有する本発明の平面型プローブによれば、金属膜厚に関係なくガラス基板の突起物の先端から近接場光を発生することができ、かつ突起物の先端での入射光の波長は先端部に近づくにつれて短くなり、裏面から入射された光を効率良く先端近くまで導入し、突起物の先端部の開口からの近接場光を効率的に発生させることができる。
【００１４】
また、金属膜は、窒化珪素膜であることにより、突起物の先端屈折率を高くすることができ、近接場光をより一層効率的に発生させることができる。
【００１５】
更に、金属膜の被覆の高さが突起物の高さに比して同じ又は低いことにより、光記録媒体と微小開口のガラス基板との距離を近づけることができるので、距離に指数関数的に減衰する近接場光の強度を強いまま記録・再生に使用することができる。
【００１６】
次に、別の発明として、光記録媒体に記録・再生を行うために、ガラス基板に設けられた複数の微小開口に光を照射して該微小開口の近傍に近接場光を発生させる平面型プローブを形成する平面型プローブ形成方法は、ガラス基板上に写真製版法によりレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとし、ガラス基板を異方性エッチングしてガラス基板に突起部を形成する工程と、レジストパターンを残したままでガラス基板全面に金属膜を成膜する工程と、レジストパターンを除去する工程と、ガラス基板全面に不純物を注入する工程とを有する。このような工程を有する本発明の平面型プローブ形成方法によれば、平面型プローブを、開口寸法を制御して効果的に形成することができる。また、ガラス基板に異方性エッチングを施すことにより高効率な近接場を微小開口に形成することができる。更に、突起物の先端屈折率をガラス基板の屈折率より高くすることができる。
【００１７】
また、別の発明として、光記録媒体に記録・再生を行うために、ガラス基板に設けられた複数の微小開口に光を照射して該微小開口の近傍に近接場光を発生させる平面型プローブを形成する平面型プローブ形成方法は、ガラス基板上に窒化珪素膜を成膜する工程と、窒化珪素膜上に写真製版法によりレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとし、ガラス基板を異方性エッチングしてガラス基板に突起部を形成する工程と、レジストパターンを残したままでガラス基板全面に金属膜を成膜する工程と、レジストパターンを除去する工程と、ガラス基板全面に不純物を注入する工程とを有する。このような工程を有する本発明の平面型プローブ形成方法によれば、突起物の先端屈折率をガラス基板の屈折率より高くすることができ、更に写真製版時の反射防止層としても窒化珪素膜を用いることができるので、寸法制御性を更に良くすることができる。
【００１８】
更に、ガラス基板の上部に成膜する窒化珪素膜の成膜工程は熱ＣＶＤ法を用いて成膜することにより、光ＣＶＤやプラズマＣＶＤよりも高屈折率な窒化珪素膜を形成することができ、突起物の先端部の開口から近接場を効果的に発生することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
光記録媒体に記録・再生を行うために、ガラス基板に設けられた複数の微小開口に光を照射して該微小開口の近傍に近接場光を発生させる平面型プローブにおいて、ガラス基板の上部に突起物を有し、該突起物の先端以外金属膜で被覆され、突起物の先端部の屈折率がガラス基板の屈折率より高い。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
はじめに、一般的に近接場は、以下に示すような方法で発生させることができる。
【００２３】
１．全反射による近接場の発生
２．回折格子による近接場の発生
３．微小開口による近接場の発生
【００２４】
本発明では上記３の微小開口により近接場を発生している。
【００２５】
図１は本発明の第１の実施例に係る平面型プローブの構造を示す断面図である。同図に示す第１の実施例における平面型プローブは、ガラス基板１の上部に突起物５を形成し、当該突起物５の先端部を除いて全てに金属膜が成膜されているものである。このような構造を有する本実施例の平面型プローブによれば、金属膜厚に関係なくガラス基板１の突起物５の先端から近接場光４を発生させることができ、突起物の先端形状を変えることにより、高効率な近接場を発生することができる。
【００２６】
図２は本発明の第２の実施例に係る平面型プローブの構造を示す断面図である。同図に示す第２の実施例における平面型プローブは、第１の実施例の突起物５の先端を平坦化させて円錐台にしたものである。このような構造を有する本実施例の平面型プローブによれば、ハードディスクのフライングヘッドのように平面型プローブを浮上させて、光記録媒体と平面型プローブとの距離を一定に制御する場合光記録媒体への破損を防ぐことができる。
【００２７】
また、開口部のガラス基板表面を金属膜表面と同じ高さ、もしくは金属膜より高くすることにより、光記録媒体と開口部のガラス基板との距離を近づけることができるので、距離に指数関数的に減衰する近接場光強度を、減衰させずに強いまま記録・再生に使用することができる。
【００２８】
次に、本発明に係る平面型プローブ形成方法について、各形成工程を示す図３に従って説明する。同図の（ａ）に示すように、ガラス基板１に化学増幅型レジストを塗布して電子ビームを用いて円形のレジストパターン６を形成する。そして、同図の（ｂ）に示すように、円形のレジストパターン４をマスクとし、ドライエッチングで円錐状にエッチングを行う。次に、同図の（ｃ）に示すように、レジストパターン６を残したまま、金属膜２を成膜する。最後に、同図の（ｄ）に示すように、ウェットエッチングにより、レジストパターン６を除去し、本実施例の平面型プローブを形成する。このように、平面型プローブを形成する方法を用いることにより、平面型プローブの開口径の寸法を制度良く制御でき、また円錐状にドライエッチングを行う際、エッチングガスの構成等を変化させることにより円錐の形状を容易に変えることができるので、高効率な平面型プローブを形成することができる。
【００２９】
別の形成方法について、図４に従って説明する。同図の（ａ）に示すように、ガラス基板１に化学増幅型レジストを塗布してエキシマーステッパーを用いて円形のレジストパターン６を形成する。そして、同図の（ｂ）に示すように、円形のレジストパターン６をマスクとし、ドライエッチングで円錐状にエッチングを行う。次に、同図の（ｃ）に示すように、レジストパターン６を残したまま、金属膜２を成膜する。そして、同図の（ｄ）に示すように、ウェットエッチングにより、レジストパターン６を除去する。最後に、同図の（ｅ）に示すように、金属膜が成膜されたガラス基板全面に、不純物７を注入することにより、平面型プローブを形成する。ここで、用いた高屈折率にするための不純物としては、分極率の大きいイオンもしくは分極能力の大きいイオンが良い。前者は、Ｔｌ（タリウム）が良い。後者は、Ｌｉ（リチウム）が良い。更に、基板表面に、選択的にイオン注入を行うためには、イオン半径が大きい前者のＴｌが良い。また、この注入する不純物の濃度を大きくすることにより、屈折率も大きくなる。
【００３０】
このように、不純物を注入する形成方法によれば、平面型プローブの開口径の寸法を制度良く制御でき、また円錐状にドライエッチングを行う際、エッチングガスの構成等を変化させることにより円錐の形状を容易に変えることができるので、高効率な平面型プローブを形成することができる。更に、突起物の先端を高屈折率に変えることにより、より一層近接場光の強度を大きくすることができる。つまり、突起物の先端での入射光の波長は、入射する光の波長をλ、基板に対する先端部の屈折率をｎ（＞１）とすると、λ／ｎで波長が短くなり、先端部になるに伴って細くなる基板表面の突起物に、裏面から入射された光を効率良く先端近くまで導入し、突起物の先端部の開口からの近接場を効果的に発生させることができる。
【００３１】
更なる別の形成方法について、図５に従って説明する。先ず、同図の（ａ）に示すように、ガラス基板１に窒化珪素膜８を成膜する。そして、同図の（ｂ）に示すように、窒化珪素膜８が成膜されたガラス基板１に、化学増幅型レジストを塗布してエキシマーステッパーを用いて円形のレジストパターン６を形成する。そして、同図の（ｃ）に示すように、円形のレジストパターン６をマスクとし、ドライエッチングで円錐状にエッチングを行う。次に、同図の（ｄ）に示すように、レジストパターン６を残したまま、金属膜２を成膜する。最後に、同図の（ｅ）に示すように、ウェットエッチングにより、レジストパターン６を除去することにより、平面型プローブを形成する。このように、ガラス基板１に窒化珪素膜８を成膜することにより、更に突起物の先端を高屈折率に変えることができ、高効率な近接場光を発生させることができる。また、エキシマーステッパー等の光を用いてレジストをパターンニングさせた場合、反射防止膜としても効果があり、より一層開口径の寸法を制度良く制御することができる。ここで、窒化珪素膜の成膜時に、熱ＣＶＤにより窒化珪素膜を形成することにより、プラズマＣＶＤ（ｎ＝１．７−８）よりも更に高屈折率の窒化膜（ｎ＝２．０）を形成することができるので、プラズマＣＶＤよりも高効率な近接場光を発生する平面型プローブを形成することができる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光記録媒体に記録・再生を行うために、ガラス基板に設けられた複数の微小開口に光を照射して該微小開口の近傍に近接場光を発生させる平面型プローブにおいて、ガラス基板の上部に突起物を有し、該突起物の先端以外金属膜で被覆され、突起物の先端部の屈折率がガラス基板の屈折率より高いことに特徴がある。よって、このような構成を有する本発明の平面型プローブによれば、金属膜厚に関係なくガラス基板の突起物の先端から近接場光を発生することができ、かつ突起物の先端での入射光の波長は先端部に近づくにつれて短くなり、裏面から入射された光を効率良く先端近くまで導入し、突起物の先端部の開口からの近接場光を効率的に発生させることができる。
【００３４】
また、金属膜は、窒化珪素膜であることにより、突起物の先端屈折率を高くすることができ、近接場光をより一層効率的に発生させることができる。
【００３５】
更に、金属膜の被覆の高さが突起物の高さに比して同じ又は低いことにより、光記録媒体と微小開口のガラス基板との距離を近づけることができるので、距離に指数関数的に減衰する近接場光の強度を強いまま記録・再生に使用することができる。
【００３６】
次に、別の発明として、光記録媒体に記録・再生を行うために、ガラス基板に設けられた複数の微小開口に光を照射して該微小開口の近傍に近接場光を発生させる平面型プローブを形成する平面型プローブ形成方法は、ガラス基板上に写真製版法によりレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとし、ガラス基板を異方性エッチングしてガラス基板に突起部を形成する工程と、レジストパターンを残したままでガラス基板全面に金属膜を成膜する工程と、レジストパターンを除去する工程と、ガラス基板全面に不純物を注入する工程とを有する。このような工程を有する本発明の平面型プローブ形成方法によれば、平面型プローブを、開口寸法を制御して効果的に形成することができる。また、ガラス基板に異方性エッチングを施すことにより高効率な近接場を微小開口に形成することができる。更に、突起物の先端屈折率をガラス基板の屈折率より高くすることができる。
【００３７】
また、別の発明として、光記録媒体に記録・再生を行うために、ガラス基板に設けられた複数の微小開口に光を照射して該微小開口の近傍に近接場光を発生させる平面型プローブを形成する平面型プローブ形成方法は、ガラス基板上に窒化珪素膜を成膜する工程と、窒化珪素膜上に写真製版法によりレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとし、ガラス基板を異方性エッチングしてガラス基板に突起部を形成する工程と、レジストパターンを残したままでガラス基板全面に金属膜を成膜する工程と、レジストパターンを除去する工程と、ガラス基板全面に不純物を注入する工程とを有する。このような工程を有する本発明の平面型プローブ形成方法によれば、突起物の先端屈折率をガラス基板の屈折率より高くすることができ、更に写真製版時の反射防止層としても窒化珪素膜を用いることができるので、寸法制御性を更に良くすることができる。
【００３８】
更に、ガラス基板の上部に成膜する窒化珪素膜の成膜工程は熱ＣＶＤ法を用いて成膜することにより、光ＣＶＤやプラズマＣＶＤよりも高屈折率な窒化珪素膜を形成することができ、突起物の先端部の開口から近接場を効果的に発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る平面型プローブの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る平面型プローブの構造を示す断面図である。
【図３】本発明に係る平面型プローブの形成工程を示す断面図である。
【図４】本発明に係る別の平面型プローブの形成工程を示す断面図である。
【図５】本発明に係る更に別の平面型プローブの形成工程を示す断面図である。
【図６】従来の平面型プローブの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板
２  金属膜
３  開口部
４  近接場光
５  突起物
６  レジストパターン
７  不純物
８  窒化珪素膜
【図１】
0003662134.tif 000002
【図２】
0003662134.tif 000003
【図３】
0003662134.tif 000004
【図４】
0003662134.tif 000005
【図５】
0003662134.tif 000006
【図６】
0003662134.tif 000007