(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に支持された弾性体の自由端部に微小開口を有する突起と、該微小開口近傍に光源からの光を集光させるレンズとを備えた光プローブの製造方法であって、
（１）支持基板上に半球状の凹部を作製し、該支持基板上に形成した弾性体材料に接して、前記半球状の凹部を鋳型として屈折率マイクロレンズを作製する工程と、
（２）前記弾性体材料上に接合層を形成する工程と、
（３）前記接合層上に、微小開口を有する突起を形成する工程と、
（４）前記支持基板の一部を除去して前記弾性体材料から弾性体を形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴とする光プローブの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の上記（１）の工程が、
（１）前記支持基板の表面にマスク層を形成する工程と、
（２）前記マスク層に開口部を形成する工程と、
（３）溶液中に陰極を設け、支持基板の表面を該溶液に晒し、前記支持基板の裏面を陽極に接続し、陰極と陽極との間に電界をかけて前記開口部より前記基板を加工し、前記開口部を中心とする半球状の凹部を形成する工程と、
から少なくともなることを特徴とする光プローブの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の上記（３）の工程が、前記支持基板材料を陽極酸化して半球部を形成した後、該半球部をエッチングして半球状の凹部を形成することを特徴とする光プローブの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の上記（１）の工程が、
（１）メッキ用基板の表面に電極層を形成する工程と、
（２）前記電極層の表面にメッキ用マスク層を形成する工程と、
（３）前記メッキ用マスク層に開口部を形成する工程と、
（４）前記電極層を陰極として電気メッキにより開口部を中心とした半球状の構造体を作製する工程と、
（５）前記半球状の構造体を有する前記メッキ用基板上に前記支持基板を形成する工程と、
（６）前記支持基板を前記メッキ用基板から剥離して、前記支持基板の表面に半球状の凹部を形成する工程と、
から少なくともなることを特徴とする光プローブの製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の上記（１）の工程が、
前記支持基板上に絶縁体層を形成してこれに開口部を形成し、前記絶縁体層上に前記接合層を形成し、前記支持基板の一部を除去して開口部を裏面に露出させ、表面を絶縁体で覆った後に前記接合層を電極として有機物の電着機構により前記開口部を通じて有機化合物の半球状の電着層を形成し、これを屈折率マイクロレンズとする工程であることを特徴とする光プローブの製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の上記（３）の工程が、先端部が先鋭化された形状を有する凹部が形成された基板を備え、該凹部に遮光材料を堆積することによって先端部が先鋭化された遮光層を形成し、該遮光層を前記接合層上に転写した後に、該遮光層の先端部を除去して微小開口を有する突起を形成する工程であり、前記遮光層の表面に膜厚調整層を堆積するに際し、その膜厚が前記突起の先端部において薄くなるように堆積し、該膜厚調整層をエッチングすることにより該遮光層の先端部を露出させ、その露出した先端部をエッチングすることにより微小開口を有する突起を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光プローブの製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の上記（３）の工程が、先端部が先鋭化された形状を有する凹部が形成された基板を備え、該凹部に遮光層を介して充填された透光性の樹脂層によって先端部が先鋭化された充填部を形成し、該充填部を前記接合層上に転写した後に、該遮光層で覆われた先端部を除去して微小開口を有する突起を形成する工程であり、前記遮光層の表面に膜厚調整層を堆積するに際し、その膜厚が前記突起の先端部において薄くなるように堆積し、該膜厚調整層をエッチングすることにより該遮光層の先端部を露出させ、その露出した先端部をエッチングすることにより微小開口を有する突起を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光プローブの製造方法。
【請求項８】
前記膜厚調整層が、リンを含むガラスであることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の光プローブの製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の上記（３）の工程が、先鋭化された形状を有する凹部が形成された基板を備え、該凹部の先端部を除いて遮光材料を堆積することによって、先端部に微小開口を有する遮光層を形成し、該遮光層を前記接合層上に転写することにより微小開口を有する突起を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光プローブの製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の上記（３）の工程が、先鋭化された形状を有する凹部が形成された基板を備え、該凹部に先端部を除いて遮光層を堆積するとともに、該遮光層を介して充填された透光性の樹脂層によって充填部を形成し、該充填部を前記接合層上に転写することにより微小開口を有する突起を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光プローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光プローブの製造方法に関し、特に、近視野光学顕微鏡等に用いられるエバネッセント光照射用のプローブの製造方法に関するものである。
【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（１９８２））、単結晶、非晶質を問わず実空間像を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さか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）等がある。
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試料表面から光プローブで検出して試料表面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。
【０００３】
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［Ｒｅｄｄｉｃｋ他，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ３９，７６７（１９８９）］も開発された。
上記のような近接場光顕微鏡に用いる光プローブには、光ファイバーの先端を先鋭化させてこれに微小開口を設けたものや、カンチレバーの自由端部に光照射または光検出用の探針を設けたものなどがある。特に、カンチレバータイプのプローブは、シリコンプロセスによりアレイ化や集積化が容易であること、ＡＦＭとしての機能を付与できること等の利点を有する。
【０００４】
近接場光顕微鏡に用いる光プローブは先端に光の波長よりも径が小さく、伝播光の通らない微小な開口を有し、ここからしみ出すエバネッセント光により、光の波長よりも分解能の高い領域での光学的情報を得ることができる。しかしながら、微小開口からしみ出す光は微弱であり、この光による散乱光などの検出には高感度の検出器が必要となる。すなわち微小開口を有するプローブにおいては分解能の向上と、効率や感度の向上とがトレードオフの関係になっている。そこで、光源の光を微小開口にいかに効率よく到達させるかが重要になる。
カンチレバー型の光プローブにおいて、上記の要求を満たす為に、プローブ外部に設けた光源からの光を微小開口近傍に集光させるためのレンズを、光源と微小開口との中間に設ける方法がある（国際特許出願ＷＯ９６０３６４１Ａ１）。この従来例には、第１に、カンチレバーの自由端部に探針を設け、カンチレバーから離れた位置に屈折率レンズを配置した例が示されている。第２に、カンチレバーの自由端部に探針を設け、カンチレバー上にフレネルレンズを搭載した例が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の第１の例においては、カンチレバー上にレンズが無い為に、カンチレバーの変位によってレンズと微小開口との距離が変わり、微小開口に対する焦点が動くという問題点がある。カンチレバーを用いて試料を観察する場合、試料との間隔制御方法としてカンチレバーを接触させながら走査する方法と、カンチレバーを振動させながら試料との間隔を制御する方法とがある。いずれの場合にもカンチレバーの変位が伴うため、レンズと微小開口との距離は一定でない。すなわち、微小開口に集光される光の量が変動することになり、この結果、試料表面ヘ照射される光が変動し、これによる散乱光も影響を受け、安定した観察をすることができない。
また、上記の第２の例においてはフレネルレンズを用いているために集光率が稼げないという問題点がある。すなわち、フレネルレンズは平面上のリソグラフィーで作製できる反面、焦点とは逆方向への回折成分やグレーティングの側面などによる散乱成分による光の損失が大きい。また、微小なカンチレバー上ではゾーンの数を多くすることができず、やはり効率よく集光させることが難しい。また、フレネルレンズは光の波長によりゾーンの幅が決まるため、波長依存性も大きい。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来例のものにおける課題を解決し、カンチレバーの自由端部に微小開口を有する突起と集光用のレンズとを備えた光プローブの製造に際して、製造工程が単純で、再現性が良く、加工精度が高く、マルチ化が容易な光プローブの製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するため、光プローブの製造方法を、つぎの１〜１０のように構成したことを特徴とするものである。
１．本発明の光プローブの製造方法は、基板に支持された弾性体の自由端部に微小開口を有する突起と、該微小開口近傍に光源からの光を集光させるレンズとを備えた光プローブの製造方法であって、
（１）支持基板上に半球状の凹部を作製し、該支持基板上に形成した弾性体材料に接して、前記半球状の凹部を鋳型として屈折率マイクロレンズを作製する工程と、
（２）前記弾性体材料上に接合層を形成する工程と、
（３）前記接合層上に、微小開口を有する突起を形成する工程と、
（４）前記支持基板の一部を除去して前記弾性体材料から弾性体を形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴としている。
２．本発明の光プローブの製造方法は、上記１に記載の上記（１）の工程が、
（１）前記支持基板の表面にマスク層を形成する工程と、
（２）前記マスク層に開口部を形成する工程と、
（３）溶液中に陰極を設け、支持基板の表面を該溶液に晒し、前記支持基板の裏面を陽極に接続し、陰極と陽極との間に電界をかけて前記開口部より前記基板を加工し、前記開口部を中心とする半球状の凹部を形成する工程と、
から少なくともなることを特徴としている。
３．本発明の光プローブの製造方法は、上記２に記載の上記（３）の工程が、
前記支持基板材料を陽極酸化して半球部を形成した後、該半球部をエッチングして半球状の凹部を形成することを特徴としている。
４．本発明の光プローブの製造方法は、上記１に記載の上記（１）の工程が、
（１）メッキ用基板の表面に電極層を形成する工程と、
（２）前記電極層の表面にメッキ用マスク層を形成する工程と、
（３）前記メッキ用マスク層に開口部を形成する工程と、
（４）前記電極層を陰極として電気メッキにより開口部を中心とした半球状の構造体を作製する工程と、
（５）前記半球状の構造体を有する前記メッキ用基板上に前記支持基板を形成する工程と、
（６）前記支持基板を前記メッキ用基板から剥離して、前記支持基板の表面に半球状の凹部を形成する工程と、
から少なくともなることを特徴とする光プローブの製造方法。
５．本発明の光プローブの製造方法は、上記１に記載の上記（１）の工程が、
前記支持基板上に絶縁体層を形成してこれに開口部を形成し、前記絶縁体層上に前記接合層を形成し、前記支持基板の一部を除去して開口部を裏面に露出させ、表面を絶縁体で覆った後に前記接合層を電極として有機物の電着機構により前記開口部を通じて有機化合物の半球状の電着層を形成し、これを屈折率マイクロレンズとする工程であることを特徴としている。
６．本発明の光プローブの製造方法は、上記１に記載の上記（３）の工程が、
先端部が先鋭化された形状を有する凹部が形成された基板を備え、該凹部に遮光材料を堆積することによって先端部が先鋭化された遮光層を形成し、該遮光層を前記接合層上に転写した後に、該遮光層の先端部を除去して微小開口を有する突起を形成する工程であり、前記遮光層の表面に膜厚調整層を堆積するに際し、その膜厚が前記突起の先端部において薄くなるように堆積し、該膜厚調整層をエッチングすることにより該遮光層の先端部を露出させ、その露出した先端部をエッチングすることにより微小開口を有する突起を形成することを特徴としている。
７．本発明の光プローブの製造方法は、上記１に記載の上記（３）の工程が、
先端部が先鋭化された形状を有する凹部が形成された基板を備え、該凹部に遮光層を介して充填された透光性の樹脂層によって先端部が先鋭化された充填部を形成し、該充填部を前記接合層上に転写した後に、該遮光層で覆われた先端部を除去して微小開口を有する突起を形成する工程であり、前記遮光層の表面に膜厚調整層を堆積するに際し、その膜厚が前記突起の先端部において薄くなるように堆積し、該膜厚調整層をエッチングすることにより該遮光層の先端部を露出させ、その露出した先端部をエッチングすることにより微小開口を有する突起を形成することを特徴としている。
８．本発明の光プローブの製造方法は前記膜厚調整層が、リンを含むガラスであることを特徴としている。
９．本発明の光プローブの製造方法は、上記１に記載の上記（３）の工程が、
先鋭化された形状を有する凹部が形成された基板を備え、該凹部の先端部を除いて遮光材料を堆積することによって、先端部に微小開口を有する遮光層を形成し、該遮光層を前記接合層上に転写することにより微小開口を有する突起を形成することを特徴としている。
１０．本発明の光プローブの製造方法は、上記１に記載の上記（３）の工程が、先鋭化された形状を有する凹部が形成された基板を備え、該凹部に先端部を除いて遮光層を堆積するとともに、該遮光層を介して充填された透光性の樹脂層によって充填部を形成し、該充填部を前記接合層上に転写することにより微小開口を有する突起を形成することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図１は、後に説明する本発明の実施例１における光プローブの製造方法を用いて作製した光プローブを示す図である。
このプローブは、微小な領域への光照射が可能な光プローブであり、その構成は、基板に支持されたカンチレバーの自由端部に、先端に微小開口３を有し、かつ、遮光層５よりなる中空のピラミッド状の突起４、及び半球状のマイクロレンズ７（屈折率レンズ）が形成されており、外部に設置された光源からマイクロレンズ７に入射した光が微小開口３の近傍に集光する構造になっている。
本発明におけるマイクロレンズ７（屈折率レンズ）とは、球面または非球面よりなる単レンズで、ゾーンに分割されていないレンズを指し、レンズ面による屈折により集光するタイプのレンズをいう。
この光プローブにおけるマイクロレンズ７の半径は突起４の高さとカンチレバーの厚さ、及びレンズの屈折率から適宜設計される。例えばレンズの屈折率ｎ＝１．４８、突起４の高さを１０μｍ、カンチレバー２の厚さを３μｍとすると、マイクロレンズ７の半径は５μｍ程度にするのが望ましい。
【０００９】
本発明の光プローブの製造方法を用いて作製した光プローブにおいては、カンチレバー２に接してマイクロレンズ７を形成するために、カンチレバー２の撓みにより微小開口に対する焦点が変動することがない。これにより、本発明のプローブを用いた近接場光顕微鏡においてはカンチレバー２の撓みによらず一定の強度条件にて試料の観察を行なうことができる。また、マイクロレンズ７として屈折率レンズを用いているために、フレネルレンズと比較して効率良く光を微小開口近傍に伝達でき、近接場光顕微鏡においては検出感度を向上させることができる。
また、上記した光プローブを近接場光リソグラフィー装置に用いることが可能である。すなわち、この光プローブを基板上に形成したフォトレジストに接近させ、微小開口から染み出したエバネッセント光により露光を行なうことが可能である。本発明によるプローブはマルチ化・集積化が容易であり、かつ、エバネッセント光の強度を大きくすることが可能であり、これによりリソグラフィーの速度を向上させることができる。
【００１０】
また、上記した光プローブをストレージ装置（記録再生装置）に用いることが可能である。記録の場合は、本発明の光プローブを基板上に形成した記録層に接近させ、微小開口から染み出したエバネッセント光により記録層の表面状態を変化させて記録を行なう。再生の場合は、記録が行われるしきい値よりも低いパワーの光、あるいは、記録状態を変えないように波長の異なる光を照射し、記録層で散乱された光を受光素子により読み取る。本発明による光プローブを複数搭載したマルチプローブを用いることにより、転送レートを向上させることができる。この場合、個々のカンチレバー上に受光素子を設けることにより、複数のプローブの情報を独立に検知することが可能である。
【００１１】
本発明の光プローブの製造方法は、以下に説明するように、従来困難であった微小開口を有する突起と屈折率マイクロレンズとをカンチレバーの自由端部に搭載したプローブの作製を、プロセス再現性良く、かつ、加工精度高く行なうようにしたものである。
すなわち、微小開口を有する突起をカンチレバー上に搭載したプローブの製造方法については、特開平０９−２６９３２９号公報に開示されている。しかしながら、カンチレバー上にさらに屈折率マイクロレンズを組み合わせるプロセスは開示されていない。これは、マイクロレンズの作製プロセスとカンチレバー及び微小開口を有する突起の作製プロセスとを適合させることが困難であるためであった。
本発明においては、以下の（１）、（２）の２つの方法により、従来困難であった微小開口を有する突起と屈折率マイクロレンズとをカンチレバーの自由端部に搭載したプローブを提供することができた。また、その作製を、プロセス再現性良く、かつ、加工精度高く行なうことが可能となった。
（１）基板表面に半球状の凹部を形成し、これをモールドとして屈折率マイクロレンズ及びカンチレバー材料層を形成し、さらにカンチレバー材料層上に形成した接合層上に微小開口を有する突起を形成する。
（２）基板上に成膜したカンチレバー材料にメッキ用開口部を形成し、カンチレバー材料層上に形成した接合層上に微小開口を有する突起を形成し、さらに基板を裏面からエッチングしてメッキ用開口部を露出させた後に、メッキ用開口部から電着機構により成長した半球状の電着層を屈折率マイクロレンズとする。
【００１２】
上記（１）、（２）の２つの方法に共通に用いられる微小開口を有する突起の製造方法としては、以下の２つの方法が適している。いずれも突起部分の形成プロセスが、カンチレバーおよびマイクロレンズの形成プロセスとは独立に形成されるため、互いのプロセスを組み合わせることが容易である。
第１に、図２に示すように、基板に先鋭化した凹部を含む剥離層を形成し、これに斜方蒸着を用いて遮光層を堆積することにより先端部に微小開口を有する突起を形成し、これを図３に示すように接合層を形成したカンチレバー部材に接合する方法である。
第２に、図５に示すように基板に先鋭化した凹部を含む剥離層を形成し、これに遮光層を堆積することにより先鋭化した中空の突起を形成し、これを図６に示すように接合層を形成したカンチレバー部材に接合した後、図７に示すように膜厚調整層を形成し、これをエッチングして突起の先端部を露出させ、最後に突起先端部をエッチングして微小開口を形成する方法である。膜厚調整層は、突起先端部において膜厚が薄くなるように形成し、これを再びエッチングすることにより突起先端部を露出させるために用いられる。膜厚調整層としては熱塑性のあるＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）が適している。
【００１３】
また、上記（１）、（２）の２つの方法において、突起内部に透光性材料を充填することにより突起内部の屈折率を大きくし、屈折率マイクロレンズ７を固浸レンズ（Ｓｏｌｉｄ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｌｅｎｓ）として機能させることも可能で、これにより、微小開口ヘの集光効率を向上させることができる。固浸レンズにおいては、レンズの屈折率をｎとすると、波長λで固浸レンズに入射した光は、固浸レンズ中で波長がλ／ｎとなり、この結果、光のスポット径を通常の光学系の１／ｎに絞ることできる（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５７Ｎｏ．２４，２６１５（１９９０））。さらに、超半球の固浸レンズにより光のスポット径を１／ｎ2にすることができる（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６５Ｎｏ．４，３８８（１９９４））。これらの技術により、光学顕微鏡の高分解能化や光記録の高密度化が実現されている。さらに固浸レンズをカンチレバーの自由端部に搭載することが示唆されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．７２Ｎｏ．２２，２７７９（１９９８））。固浸レンズをカンチレバーに搭載することにより、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の機能を付与させることができる他、その機能を利用してカンチレバー探針と試料との距離制御を容易にすることが可能である。また、探針と試料との間に必要以上の荷重が加わるのを防止できる。
【００１４】
上記（１）の方法に用いられる屈折率マイクロレンズの作製方法における、基板表面に半球状の凹部の形成方法としては、以下の２つの方法が適している。
第１に、基板にマスク層を形成し、これにエッチング開口部を形成し、基板表面を溶液に晒したうえで、基板を陽極として電解をかけることにより、エッチング開口部を中心とした半球状の領域を加工して半球状の凹部を形成する方法がある。上記の加工とは、具体的には電解エッチングにより直接エッチングして半球状の凹部を形成する方法と、図３に示すように陽極酸化により多孔質化を行い、これをエッチングするかまたは多孔質化した部分を酸化した後にエッチングして半球状の凹部を形成する。陽極酸化を行なう基板材料としてはシリコンが用いられる。
【００１５】
第２に、図６に示すように基板上に電極層及びメッキ用マスク層を形成し、メッキ用マスク層にメッキ用開口部を形成し、メッキによりメッキ用開口部を中心とした半球状の構造体を形成し、この上に更に鋳型となる部材を形成してから、鋳型とそれ以外の部分を分離することにより、半球状の凹部を形成する。
また、上記（２）の方法に用いられる屈折率マイクロレンズの作製方法においては、カンチレバー材料および電着材料を光透過材料とすることによりマイクロレンズとして使用できる。このような電着材料としてはアニオン型電着の場合はアクリル系カルボン酸樹脂等、カチオン型電着の場合はエポキシ系樹脂等があるが、他に電着が可能な材料ならば用いることができる。
本発明においては、以上述べたプロセスを適宜用いることにより、微小開口を有する突起及び屈折率マイクロレンズを搭載したカンチレバー型プローブを作製することができた。
【００１６】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１は本発明による光プローブの製造方法である。
図１は本実施例の光プローブの製造方法を用いて作製した光プローブを示す図である。このプローブは、基板に支持されたカンチレバーの自由端部に、先端に微小開口３を有する中空のピラミッド状の突起４、及びマイクロレンズ７（屈折率レンズ）が形成されており、マイクロレンズ７に入った光が微小開口３の近傍に集光する構造になっている。突起４は遮光層５でできており、微小開口３部以外からは光が漏れない構成になっている。また、突起４はカンチレバー２の接合層６に接合されている。接合層６は金属でできていて光を通さないが、接合層６の微小開口３に対応する部分には開口が設けられており、マイクロレンズ７を通過した光が微小開口３に到達できる構造となっている。カンチレバー２は透光性の樹脂層２７と遮光性の接合層６の２層からなる。樹脂層２７の微小開口３に対応する部分には、半球状のマイクロレンズ７が形成されている。
【００１７】
本実施例の光プローブの製造方法を図２および図３を用いて説明する。
まず、突起モールド基板１１として面方位（１００）の単結晶シリコンウエハを用意し、保護層１２としてシリコン熱酸化膜を１００ｎｍ形成した。
次に、表面の保護層１２の所望の箇所を、フォトリソグラフィとフッ化水素とフッ化アンモニウムの水溶液によるエッチングによりパターニングし、一辺が１４μｍの正方形のシリコンを露出した。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パターニング部のシリコンを濃度３０％、液温９０℃の水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングした。この工程により（１１１）面と等価な４つの面で囲まれた深さ約１０μｍの逆ピラミッド状の凹部１３が形成された（図２（ａ）参照）。この際、凹部１３の４つの面それぞれと基板１表面とのなす角度θ1は結晶方位により決まり、ほぼ５５°であった。
【００１８】
次に、保護層１２をフッ化水素とフッ化アンモニウムの水溶液により除去した後、水素と酸素の混合ガスを用いて１０００℃にて熱酸化し、剥離層１４として二酸化シリコンを４００ｎｍ堆積した（図２（ｂ）参照）。
この方法により凹部１３は先端領域において先鋭化され、先端部の内壁と基板１表面とのなす角度θ2はほぼ７５°となった。
次に、突起モールド基板１１上に金Ａｕを真空蒸着法により１００ｎｍ堆積し、遮光層５とした。この際、突起モールド基板１１とＡｕの蒸着源とを結ぶ線分と突起モールド基板１１の表面のなす角度が６５°となるように保持し、突起モールド基板１１を面内方向に自転させながらＡｕを蒸着することにより、凹部１３の先端部分にＡｕの堆積しない部分（微小開口）を形成することができた。次に、遮光層５をフォトリソグラフィーとエッチングによりパターニングした（図２（ｃ）参照）。
【００１９】
次に、支持基板１としてＰ型（１００）の単結晶シリコン基板（０．１〜０．２Ωｃｍ）を用意し、アンモニアガスとジクロルシランガスを用いた低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）により基板１の表面に窒化シリコンを１μｍ成膜してマスク層２１とした。次に、表面のマスク層２１をパターニングして、陽極化成用の開口部２２を形成した。また、裏面のマスク層２１をパターニングしてエッチング開口部２４を形成した（図３（ａ）参照）。
次に、陽極化成により多孔質シリコンよりなる半径８μｍの半球部２３を形成した。この時、支持基板１の表面はエタノールを加えた濃フッ酸（４９％ＨＦ）溶液に接しており、溶液側に陰極として白金のメッシュ電極、また、支持基板１の裏面に接して陽極として金をコーティングした銅板をそれぞれ設け、電流密度は５０ｍＡ／ｃｍ2で陽極化成をおこなった。次に、酸素雰囲気中で３００℃６０分熱酸化して半球部２３の多孔質シリコンを二酸化シリコンとした。次に、表面のマスク層２１を四フッ化炭素ガスを用いたドライエッチングで除去した後、半球部２３の二酸化シリコンをフッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液によりエッチング除去し、半球状凹部２５を形成した（図３（ｂ）参照）。
【００２０】
次に、支持基板１の表面にエッチストップ層２６として熱酸化により二酸化シリコンを３００ｎｍ成膜した。次に、紫外線硬化するフォトポリマーからなる樹脂層２７を鋳型に滴下し、ついで紫外線を照射して樹脂層２７を硬化させた。次に、樹脂層２７の厚さが３μｍとなるように研磨した。次に、樹脂層２７上にチタンＴｉを３ｎｍ、金Ａｕを５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィとエッチングにより接合層６の形状にパターンを行った（図３（ｃ）参照）。
次に、樹脂層２７をフォトリソグラフィとエッチングによりカンチレバー２の形状にパターニングすることによりカンチレバー部を形成した。このとき、カンチレバーの寸法は幅５０μｍ、長さ３００μｍとした。
次に、図２（ｃ）の突起モールド基板１１上の遮光層５と支持基板１上の接合層６とを位置合わせして対向・接触させ、更に荷重を加えることにより遮光層５と接合層６の接合（圧着）を行った（図３（ｄ）参照）。
【００２１】
次に、突起モールド基板１１と支持基板１を引き離すことに、剥離層１４と突起４との界面で剥離させた。次に、表面保護層２８としてポリイミドをスピンコートにより塗布した後、２００℃にて熱処理を行った。次に、裏面のエッチング開口部２４より９０℃に加熱したＴＭＡＨ水溶液を用いて支持基板１のバックエッチングを行った。エッチングはエッチストップ層２６が出たところで停止する（図３（ｅ）参照）。次に、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液によりエッチストップ層２６を除去した。最後に、酸素プラズマを用いて表面保護層２８を除去してカンチレバー２をフリーの状態にすることによりカンチレバー型プローブを形成した（図３（ｆ）参照）。
【００２２】
以上のプロセスにより、カンチレバーの撓みによって微小開口とレンズとの距離が変動せず、かつ、集光率の大きい光プローブを作製することができた。尚、本実施例においては接合層６でカンチレバー２を遮光する形態をとったが、カンチレバー上の遮光部分に関しては、接合層６とは別に独立に形成しても良い。また、陽極化成の際に、支持基板１内で電位の分布を持たせることにより、非球面のマイクロレンズ７を作製することも可能である。非球面にすることにより、球面収差を小さくしてレンズの有効面積を大きくすることが可能である。
次に、本実施例の光プローブの製造方法による光プローブを用いた近接場光顕微鏡の使用例について図４を用いて説明する。
まず、試料ステージ８２により試料８１をプローブの微小開口３に近づける。この状態でレーザー８３によりプローブのマイクロレンズ７にレーザー光をを照射すると、マイクロレンズ７によって微小開口３の近傍にレーザー光が集光される。微小開口３からはエバネッセント光が染み出しており、これにより試料表面で散乱された光を光検出器８４で検知することにより、試料表面の光学的な情報を得ることができた。
また、本実施例の光プローブを用いたことにより検出感度の向上をはかり、かつ、試料の観察を安定に行なうことができた。また、効率を微小開口の裏側での散乱光や熱が抑えられ、かつ光源における発熱を抑えることができた。
【００２３】
［実施例２］
実施例２は本発明による光プローブの製造方法の別態様である。
本実施例の光プローブは実施例１の図１で示される光プローブと同じ構成を有する。本実施例の光プローブの製造方法を図５、図６、図７を用いて説明する。
まず、実施例１と同様の方法により突起モールド基板１１上に逆ピラミッド状の凹部１３及び二酸化シリコンよりなる剥離層１４を形成した（図５（ａ）および図５（ｂ）参照）。次に、突起モールド基板１１上に金Ａｕを真空蒸着法により１００ｎｍ堆積し、遮光層５とした。（この場合は突起モールド基板１１をターゲット面と平行に配置した）。次に、遮光層５をフォトリソグラフィーとエッチングによりパターニングした（図５（ｃ）参照）。
【００２４】
次に、シリコン基板よりなるメッキ用基板３１上にスパッタリング法によりＴｉを１０ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ成膜して電極層３２を形成した。次に、メッキ用マスク層３３として常圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）を３５０℃にて３００ｎｍ成膜し、これをパターニングしてメッキ用開口部３４を形成した。
次に、メッキ用基板３１をワークとして用いて、電極層３２を陰極として、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸および光沢剤からなるＮｉメッキ浴をもちいて、浴温５０℃、陰極電流密度５Ａ／ｄｍ2でＮｉメッキを行った。Ｎｉメッキは、まず、メッキ用開口部３４から析出、成長し、メッキ用マスク層３３上にもメッキ層が広がり、半径８μｍの半球状構造体のメッキ層が形成された（図６（ａ）参照）。
【００２５】
次に、再び常圧ＣＶＤ法により、ＰＳＧを３５０℃にて５００ｎｍ成膜し犠牲層３５を形成した。次に、スパッタリング法によりＴｉを１０ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ成膜して鋳型用電極層３６を形成した。次に、鋳型用電極層３６を陰極として再びＮｉメッキを行い、Ｎｉよりなる鋳型３７を形成した。
次に、鋳型３７の表面にスパッタリング法によりＴｉを１０ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ成膜した後、レジストを塗布しフォトリソグラフィによりパターニングし、Ｔｉを水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合水溶液、Ａｕをヨウ素とヨウ化カリウムの混合水溶液によりエッチングしてエッチングマスク３８を形成した（図６（ｂ）参照）。
【００２６】
次に、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液を用いて犠牲層３５であるＰＳＧをエッチング除去し、鋳型３７をメッキ用基板３１から剥離して支持基板１とした（図６（ｃ）参照）。
次に、紫外線硬化するフォトポリマーからなる樹脂層２７を鋳型に滴下し、ついで紫外線を照射して樹脂層２７を硬化させた。次に、樹脂層２７の厚さが３μｍとなるように研磨した。
次に、樹脂層２７上にチタンＴｉを３ｎｍ、金Ａｕを５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィとエッチングにより接合層６の形状にパターンを行った。次に樹脂層２７をフォトリソグラフィとエッチングによりカンチレバー２の形状にパターニングすることによりカンチレバー部を形成した。このとき、カンチレバーの寸法は幅５０μｍ、長さ３００μｍとした（図６（ｄ）参照）。
次に、図５（ｃ）の突起モールド基板１１上の遮光層５と支持基板１上の接合層６とを位置合わせして対向・接触させ、更に荷重を加えることにより遮光層５と接合層６の接合（圧着）を行った（図６（ｅ）参照）。
【００２７】
次に、突起モールド基板１１と支持基板１を引き離すことに、剥離層１４と突起４との界面で剥離させた。
次に、支持基板１の表面に常圧ＣＶＤ法により、ＰＳＧを３５０℃にて５０ｎｍ成膜し膜厚調整層３９を形成した（図７（ａ）参照）。
次に、裏面の開口部より硝酸、酢酸、アセトンの混合水溶液を用いてＮｉよりなる支持基板１の一部をバックエッチングした（図７（ｂ）参照）。
次に、アルゴンガスを用いたドライエッチングにより膜厚調整層３９及び突起４の先端部をエッチングし、開口径１００ｎｍの微小開口３を形成した（図７（ｃ）参照）。
次に、ＴｉおよびＡｕよりなる鋳型用電極層３６の一部を裏面からウェットエッチングにより除去した（図７（ｄ）参照）。
最後に、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液により残りの膜厚調整層３９を除去した（図７（ｅ）参照）。以上のプロセスにより、カンチレバーの撓みによって微小開口とレンズとの距離が変動せず、かつ、集光率の大きい光プローブを作製することができた。
尚、図６（ａ）の工程の後、たとえば犠牲層３５としてレジストを厚く塗布することにより、鋳型の凹部を非球面とし、マイクロレンズ７を非球面レンズとすることが可能である。これにより球面収差の小さいレンズを形成できる。
【００２８】
［実施例３］
実施例３は本発明による光プローブの製造方法の別態様である。本実施例の光プローブは実施例１の図１で示されるプローブとほぼ同様の構成を有する。
本実施例の光プローブの製造方法を図８を用いて説明する。
まず、実施例１の図２と同様の方法により突起モールド基板１１上に逆ピラミッド状の凹部１３、二酸化シリコンよりなる剥離層１４、及び微小開口３を有する遮光層５を形成した。
次に、支持基板１として面方位（１００）の単結晶シリコン基板を用意し、両面を熱酸化して５００ｎｍの二酸化シリコン層４１を形成した。次に、さらに両面にアンモニアガスとジクロルシランガスを用いた低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）により窒化シリコン層４２を１μｍ成膜した。
次に、フォトリソグラフィーとエッチングにより裏面の窒化シリコン層４２と二酸化シリコン層４１をパターニングしてエッチング開口部２４を形成した。次に表面の窒化シリコン層４２を同様にパターニングしてカンチレバー形状とした。続いて、表面の窒化シリコン層４２および二酸化シリコン層４１をパターニングしてメッキ用開口部３４を形成した。
次に、支持基板１の表面にスパッタリング法によりＴｉを１０ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ成膜し、レジストを塗布しフォトリソグラフィによりパターニングし、Ｔｉを水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合水溶液、Ａｕをヨウ素とヨウ化カリウムの混合水溶液によりエッチングして接合層６を形成した。この接合層６はメッキ用開口部を中心とする開口を有し、かつ、接合層６の一部が配線となってメッキ用開口部に到達し、後工程でメッキ用電極として機能する（図８（ａ）参照）。
【００２９】
次に、突起モールド基板１１上の遮光層５と支持基板１上の接合層６とを位置合わせして対向・接触させ、更に荷重を加えることにより遮光層５と接合層６の接合（圧着）を行った（図８（ｂ）参照）。
次に、突起モールド基板１１と支持基板１を引き離すことに、剥離層１４と突起４との界面で剥離させた（図８（ｃ）参照）。
次に、接合層６の一部を除いてレジストをスピンコートにより塗布した後、２００℃にて熱処理を行い、表面保護層２８とした。次に、裏両のエッチング開口部２４より９０℃に加熱したＴＭＡＨ水溶液を用いて支持基板１のバックエッチングを行った。エッチングは二酸化シリコン層４１が出たところで停止する。
【００３０】
次に、支持基板１をワークとして用いて、接合層６を陰極に接続し、エポキシ系化合物を含むカチオン型電着浴を用いて、浴温２５℃陽極電流密度５０ｍＡ／ｄｍ2で電着を行った。電着層は、まずメッキ用開口部３４から析出、成長し、二酸化シリコン層４１上にも電着層は広がり、電着層よりなる半径が８μｍの半球状のマイクロレンズ７が形成された（図８（ｄ）参照）。
次に、有機溶剤を用いて表面保護層２８を除去した。最後、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液により二酸化シリコン層４１を除去してカンチレバー２をフリーの状態にすることによりカンチレバー型プローブを形成した（図８（ｅ）参照）。
以上のプロセスにより、カンチレバーの撓みによって微小開口とレンズとの距離が変動せず、かつ、集光率の大きい光プローブを作製することができた。
【００３１】
［実施例４］
実施例４は光プローブの別態様の製造方法である。図９は本実施例の光プローブの製造方法を用いて作製された光プローブを示す図である。
本実施例のプローブは、基板に支持されたカンチレバーの自由端部に、先端に微小開口３を有する中空のピラミッド状の突起４、及びマイクロレンズ７（屈折率レンズ）が形成されており、マイクロレンズ７に入った光が微小開口３の近傍に集光する構造になっている。
カンチレバー２は表面に二酸化シリコン膜を有するシリコン層からできており、カンチレバー２上には接合層６が形成され、接合層上に突起４が接合されている。突起４は遮光層５でできており、微小開口３部以外からは光が漏れない構成になっている。
また、カンチレバー２上には光検知用のフォトダイオード５０が形成されており、例えば、微小開口からのエバネッセント光が試料により散乱された光を検知する目的で用いることができる。接合層６はカンチレバー２上で２つに分割され、それぞれフォトダイオード５０の２つの配線電極として機能する。また、接合層６とシリコン層の微小開口３に対応する部分には開口が設けられており、マイクロレンズ７を通過した光が微小開口３に到達できる構造となっている。
【００３２】
本実施例の光プローブの製造方法を図１０および図１１を用いて説明する。
まず、実施例１の図２と同様の方法により突起モールド基板１１上に逆ピラミッド状の凹部１３、二酸化シリコンよりなる剥離層１４、及び微小開口３を有する遮光層５を形成した。次に、支持基板としてＳＯＩ層がｐ型シリコンで面方位（１００）のシリコン単結晶をハンドリングウエハーとするＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用意し、ＳＯＩ層の特定の部分にフォトレジストによるマスクを用いたイオン注入によりｎ＋シリコン５３とｐ＋シリコン５４の部分を形成した（図１０（ａ）参照）。
次に、両面にアンモニアガスとジクロルシランガスを用いた低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）により窒化シリコン層５５を３００ｎｍ成膜した。次に、裏面の窒化シリコン層５５をパターニングしてエッチング開口部２４を形成した。次に表面の窒化シリコン層５５をパターニングして開口を形成し、これをマスクとして、ＳＯＩ層５１及び二酸化シリコン層５２をエッチングして陽極酸化用開口部２２を形成した。
【００３３】
次に、陽極化成により多孔質シリコンよりなる半径８μｍの半球部２３を形成した（図１０（ｂ）参照）。この時、支持基板１の表面はエタノールを加えた濃フッ酸（４９％ＨＦ）溶液に接しており、溶液側に陰極として白金のメッシュ電極、また、支持基板１の裏面に接して陽極として金をコーティングした銅板をそれぞれ設け、電流密度は５０ｍＡ／ｃｍ2で陽極化成をおこなった。
次に、酸素雰囲気中で３００℃６０分熱酸化して半球部２３の多孔質シリコンを二酸化シリコンとした。
次に、表面の窒化シリコン層５５をパターニングした後、これをマスクとしてＳＯＩ層５１及び二酸化シリコン層５２を順番に選択エッチングし、カンチレバー形状を形成すると同時に半球部の二酸化シリコンを除去した。この後、再び熱酸化することによりエッチストップ層２６を形成した。
次に、紫外線硬化するフォトポリマーからなる樹脂層２７を鋳型に滴下し、ついで紫外線を照射して樹脂層２７を硬化させた（図１０（ｃ）参照）。
【００３４】
次に、窒化シリコン層が露出するまで樹脂層２７を研磨したのち、窒化シリコン層５５と樹脂層２７をパターニングして、コンタクトホール５６の形成と余分な樹脂層２７の除去を行なった（図１０（ｄ）参照）。次に、チタンＴｉを３ｎｍ、金Ａｕを５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィとエッチングにより接合層６を形成した（図１０（ｅ）参照）。
本実施例においては、接合層６がフォトダイオード５０の配線電極も兼ねている。
次に、突起モールド基板１１上の遮光層５と支持基板１上の接合層６とを位置合わせして対向・接触させ、更に荷重を加えることにより遮光層５と接合層６の接合（圧着）を行った（図１１（ａ）参照）。
次に、突起モールド基板１１と支持基板１を引き離すことに、剥離層１４と突起４との界面で剥離させた（図１１（ｂ）参照）。
【００３５】
次に、表面保護層２８としてポリイミドをスピンコートにより塗布した後、２００℃にて熱処理を行った。次に、裏面のエッチング開口部２４より９０℃に加熱したＴＭＡＨ水溶液を用いて支持基板１のバックエッチングを行った。エッチングはエッチストップ層２６が出たところで停止する（図１１（ｃ）参照）。
次に、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液によりエッチストップ層２６を除去した。
最後に、酸素プラズマを用いて表面保護層２８を除去してカンチレバー２をフリーの状態にすることによりカンチレバー型プローブを形成した（図１１（ｄ）参照）。
以上のプロセスにより、カンチレバーの撓みによって微小開口とレンズとの距離が変動せず、かつ、集光率の大きい光プローブを作製することができた。
【００３６】
本実施例にる光プローブに搭載されたフォトダイオード５０の機能を以下に説明する。
まず、ｐｎ接合に逆バイアスをかけておく。この状態でｎ＋シリコン層５３に試料面で散乱された光が入ると、生成した正孔−電子対により電流が発生する。これにより光検出をすることができる。
また、逆バイアスの値を降伏電圧付近に設定することでより感度の良いアバランシェフォトダイオードとして機能させることも可能である。このプローブを図４に示した近接場光顕微鏡と同様の構成で用いることにより、プローブと別に光検出器を設置する必要が無くなり、装置の構成を簡単にすることができた。尚、本実施例においては支持基板１としてＳＯＩ基板を用いているため、支持基板１上に検出回路等を設置することも容易である。
【００３７】
［実施例５］
実施例５は光プローブの別態様の製造方法である。本実施例の製造方法で作製された光プローブは図１に示した実施例１で説明した光プローブとほぼ同様の形態であるが、微小開口３を有するピラミッド状の突起４の内部が屈折率ｎ＝１．６の樹脂層２７ａで充填されている。マイクロレンズ７の半径は４μｍ、突起４の高さは３μｍである。
【００３８】
本実施例の光プローブの製造方法を、図１２及び図１３を用いて説明する。
まず、実施例１の図２と同様の方法で、突起モールド基板１１上に凹部３と遮光層５を形成した（図１２（ａ）〜（ｃ）参照）。
次に、紫外線硬化するフォトポリマーからなる樹脂層２７ａを鋳型に滴下し、ついで紫外線を照射して樹脂層２７ａを硬化させた（図１２（ｄ）参照）。
次に、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）を用いて、遮光層５の表面が出るまで樹脂層２７ａをエッチングした（図１２（ｅ）参照）。
次に実施例１の図３と同様の方法で、支持基板１上に半球状凹部２５、エッチストップ層２６、樹脂層２７、接合層６を形成した（図１３（ａ）〜（ｃ）参照）。
次に樹脂層２７ｂをフォトリソグラフィとエッチングによりカンチレバー２の形状にパターニングすることによりカンチレバー部を形成した。このとき、カンチレバーの寸法は幅５０μｍ、長さ３００μｍとした。
次に、図１２（ｅ）の突起モールド基板１１上の遮光層５と支持基板１上の接合層７とを位置合わせして対向・接触させ、更に荷重を加えることにより遮光層５と接合層６の接合（圧着）を行った（図１３（ｄ）参照）。
次に、突起モールド基板１１と支持基板１を引き離すことに、剥離層１４と突起４との界面で剥離させた。次に、表面保護層２８としてポリイミドをスピンコートにより塗布した後、２００℃にて熱処理を行った。
次に、裏面のエッチング開口部２４より９０℃に加熱したＴＭＡＨ水溶液を用いて支持基板１のバックエッチングを行った。エッチングはエッチストップ層２６が出たところで停止する（図１３（ｅ）参照）。
次に、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液によりエッチストップ層２６を除去した。
最後に、酸素プラズマを用いて表面保護層２８を除去してカンチレバー２をフリーの状態にすることによりカンチレバー型プローブを形成した（図１３（ｆ）参照）。
【００３９】
本実施例においては、マイクロレンズ７の樹脂層２７ｂと突起４内部の樹脂層２７ａが固浸レンズ（ｓｏｌｉｄ  ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｌｅｎｓ）として機能するため、実施例１と比較して、微小開口近傍への集光効率をさらに向上させることができる。
また、本実施例の図１２の製造工程を実施例２〜４に応用することにより、実施例２〜４のプローブにおいても突起４の内部を所望の屈折率の透光性材料で充填させて、マイクロレンズ７を固浸レンズとして利用することが可能である。
【００４０】
本実施例による光プローブ３００を用いて試料表面に光を照射する方法を図１４を用いて説明する。まずレーザー光源３０２から照射されたレーザー光は、プローブ３００上に配置した集光レンズ３０１で集光されてマイクロレンズ７に入射する。マイクロレンズ７は超半球の固浸レンズとして機能するため、突起４先端部に集光した光のスポット径を通常の光学系の１／ｎ2（ｎは波長）にすることができる。この結果、微小開口３への集光効率を向上させることができた。微小開口３の開口径はこの光のスポット径よりもさらに小さく設計されており、ここから試料ホルダー８２上に形成した試料８１の表面へ近接場光が照射される。
【００４１】
［実施例６］
実施例６は実施例１の製造方法により作製された光プローブと面発光レーザーとを組み合わせたマイクロ光ヘッドを、アレイ状に形成した近接場光ヘッドを用いたフォトリソグラフィー装置である。
図１５は本実施例の近接場光ヘッドを用いたフォトリソグラフィー装置を表す図面である。同図において、近接場光ヘッド１０１が被加工物である基板１０２上のレジスト１０３に対向するように配置されている。
近接場光ヘッド１０１は、複数のマイクロ光ヘッド１１８から成り立っている。個々のマイクロ光ヘッド１１８において、光源である面発光レーザー１０４から照射されたレーザー光が撓み方向に弾性変形が可能なカンチレバー１０５上の屈折率マイクロレンズ１０８で微小開口１０６付近に集光される。微小開口１０６からはエバネッセント光と呼ばれる光が滲み出しており、これを用いてレジスト１０３に露光を行う。微小開口１０６の開口径は１００ｎｍ以下である。微小開口１０６の先端は、基板１０２上レジスト１０３面に対して接触するように配置されている。これにより光波長サイズより小さい１００ｎｍ以下のフォトリソグラフィーが可能となる。
このとき、微小開口１０６の先端と基板１０２上レジスト１０３面との間に働く原子間力・分子間力・ファンデルワールス力・表面張力等により、カンチレバー１０５が弾性変形し、両者の間に働く力はほぼ一定に保たれている。このため、位置合わせ上の誤差によって近接場光ヘッド１０１全体が基板１０２上レジスト１０３面に対して近づく場合、強い斥力が加わることがなく、レジスト１０３や微小開口１０６先端を破壊することがない。逆に、遠ざかる場合も微小開口１０６先端がレジスト１０３面から離れてしまうことがない。
【００４２】
屈折率マイクロレンズ１０８を設けることにより、レーザー光を集光し、効率良く微小開口１０６近傍に照射することができる。また、微小開口１０６裏側で散乱光や熱になって無駄になる光を減らすことができ、微小開口１０６を構成する部材の発熱が押さえられ、かつ面発光レーザー１０４の駆動電力も低減させることができるため面発光レーザー１０４における発熱を押さえることができる。本発明のフォトリソグラフィー装置は、１００ｎｍ以下の微細なパターンを露光するための装置であるため、発熱による装置の一部分あるいは全体の膨張は露光精度を下げる要因になってしまう。また、微小開口１０６を構成する部材の発熱は対向するレジストを熱的に劣化させる要因にもなる。以上の理由からレーザー光を屈折率マイクロレンズ１０８により微小開口１０６近傍に集光することは装置全体の性能を向上させる上で極めて効果的である。
近接場光ヘッド１０１には複数のマイクロ光ヘッド１１８が２次元アレイ状に設けられており、基板１０２上レジスト１０３の複数の場所において同時に並列にエバネッセント光による露光を行う。これにより、スループットを向上させることができる。
【００４３】
次に、露光を行う手順を説明する。まず初めに近接場光ヘッド１０１とレジスト１０３／基板１０２を対向させて配置するための位置合わせを行う。レジスト１０３／基板１０２はｘｙステージ１１０上に取り付けられる。ｘｙステージ１１０はｘｙステップ移動ステージ上に取り付けられる。さらにｘｙステップ移動ステージは位置合わせ機構１１１上に取り付けられ、位置合わせ回路１１３から出力される位置合わせ信号により、近接場光ヘッド１０１に対するレジスト１０３／基板１０２の横方向相対位置調整、相対間隔調整および相対傾き調整を行う。
このとき、基板１０２上のレジスト１０３面における凹凸やうねりの存在と近接場光ヘッド１０１の作製上の誤差から複数の微小開口１０６先端とレジスト１０３面との距離にばらつきが生じる。そこで、すべての微小開口１０６先端がレジスト１０３面に接触するまで、レジスト１０３両に対して近接場光ヘッド１０１を近づける。微小開口がカンチレバーに取り付けられているため、微小開口先端とレジスト面との距離が小さいマイクロ光ヘッドはカンチレバーの弾性変形量が大きく、距離が大きいマイクロ光ヘッドはカンチレバーの弾性変形量が小さくなり、すべての微小開口先端とレジスト両との間に働く力をほぼ均等にすることができる。
【００４４】
位置合わせを行った後、ｘｙステージ走査回路１１２から出力されるｘｙステージ走査信号により、近接場光ヘッド１０１に対してｘｙ方向にレジスト１０３／基板１０２の２次元相対走査を行う。２次元相対走査中に基板１０２上のレジスト面１０３に凹凸やうねりが存在しても、それぞれのマイクロ光ヘッドにおいてこれらの凹凸やうねりにならうようにカンチレバーの弾性変形量が変動することによって、すべての微小開口先端のレジスト面に対する接触状態を保つことができる。
この状態で、設計に応じて入力される加工パターン情報を加工パターンデータメモリー１１４に入力し、このデータに基づき加工タイミング制御手段１１５がｘｙステージ走査回路１１２およびレーザー駆動回路１１６のタイミング制御を行う。具体的には、加工タイミング制御手段１１５からｘｙステージ駆動制御信号を出力し、ｘｙステージ走査回路１１２の制御を行い、マイクロ光ヘッド１１８がレジスト１０３／基板１０２に対して所定の相対位置関係を満たすときに、レーザー駆動制御信号を出力し、レーザー駆動回路１１６の制御を行い、面発光レーザー１０４を駆動し、レジスト１０３の露光を行う。
【００４５】
レーザー駆動回路１１６は駆動配線１１７を通して近接場光ヘッド中の個々の面発光レーザー１０４に接続されており、個々の面発光レーザー１０４を独立に駆動する。ここで、面発光レーザー１０４が２次元アレイ状に並んでいる場合には、駆動配線１１７の数を減らすためにマトリックス的に駆動するようにしても良い。
本発明の近接場フォトリソグラフィーシステムでは、入力した露光パターンデータに基づき２次元走査中に面発光レーザーを駆動させて露光を行うため、マスクを必要としない。このため、マスク作製に要する時間を節約することができる。また、コンピュータを用いて露光パターンデータを簡単にかつ短時間で作成でき、パターンデータの変更も簡単に行うことができる。以上の特徴から本発明は、特にＡＳＩＣのような少量多品種生産用デバイス作製に適している。
【００４６】
［実施例７］
実施例７は実施例４の製造方法により作製された光プローブと面発光レーザーとを組み合わせたマイクロ光ヘッドを、アレイ状に形成した近接場光ヘッドを用いたストレージ装置である。
図１６は本発明の近接場光ヘッドを用いたストレージ装置を表す図面である。同図において、近接場光ヘッド２０１が情報の記録再生を行う基板２０２上の記録層２０３に対向するように配置されている。近接場光ヘッド２０１は、複数のマイクロ光ヘッド２１８から構成されている。個々のマイクロ光ヘッド２１８において、光源である面発光レーザー２０４から照射されたレーザー光が撓み方向に弾性変形が可能なカンチレバー２０５上の屈折率マイクロレンズ２０８で微小開口２０６付近に集光される。また、カンチレバー２０５上には光検出用のフォトダイオード２１９が形成されている。
微小開口２０６からはエバネッセント光と呼ばれる光が滲み出しており、これを用いて記録層２０３に対し情報の記録再生を行う。
【００４７】
以下、エバネッセント光の滲み出し及びこれを用いた記録再生の原理について説明する。エバネッセント光が滲み出している微小開口２０６に対して１００ｎｍ以下の距離まで基板２０２上の記録層２０３表面を近接させると、エバネッセント光が記録層２０３面によって散乱され、散乱光となって記録層中に伝搬する。この散乱光によって記録層２０３の微小領域に対して吸収率や透過率、反射率等に変化を生じさせ、これを記録状態とする。このときの記録ピットサイズは光波長の制限を受けず、微小開口２０６の開口径とほぼ同じ程度となる。
再生のためには、レーザー光として、記録が行われるしきい値より低いパワーのレーザー光、あるいは、記録状態を変えないように波長の異なるレーザー光を用い、記録時と同様にして微小開口２０６から滲み出したエバネッセント光を記録層２０３に照射し、記録層２０３からの反射されたり散乱されたりする光の強度をフォトダイオード２１９で検出する。記録層中の記録ピットが形成された部分と非形成部分とは、再生に用いる光に対する吸収率や反射率が異なるため、反射光・散乱光の強度が異なる。この強度の違いを検出することにより、記録状態（記録ピットの形成／非形成）を検出する。
【００４８】
また、記録層として、記録前後で再生時にエバネッセント光の照射を受ける場合に発生する蛍光や燐光の強度に変化を生じるような材料を用いても良い。この場合、記録ピットが形成された部分と非形成部分とは、再生時のエバネッセント光照射により励起された結果発生する蛍光・燐光強度が異なるため、この強度の違いを検出する。このような記録層材料を用いた場合、蛍光・燐光の波長は再生時のエバネッセント光波長とは異なるため、フォトダイオード２１９表面に光フィルター薄膜を形成することにより、再生時のエバネッセント光の直接反射光や散乱光をカットしてフォトダイオード２１９に入らないようにし、蛍光・燐光のみを検出することにより、光検出のＳ／Ｎ比をさらに向上させることが可能である。このように微小開口２０６から滲み出るエバネッセント光を用いて記録および再生を行うことにより、光を用いて光波長サイズより小さい１００ｎｍ以下の記録ピットサイズの情報ストレージが可能となる。また、近接場光ヘッド２０１には複数のマイクロ光ヘッド２１８が２次元アレイ状に設けられており、基板２０２上の記録層２０３の複数の場所において同時に並列にエバネッセント光による記録再生を行う。これにより、記録再生速度を向上させることができる。
【００４９】
情報の記録再生を行う手順を以下に示す。
まず初めに近接場光ヘッド２０１と記録層２０３／基板２０２を対向させて配置するための位置合わせを行う。このとき、基板２０２上の記録層２０３表面における凹凸やうねりの存在と近接場光ヘッド２０１の作製上の誤差から複数の微小開口２０６と記録層２０３表面との距離にばらつきが生じる。そこで、すべての微小開口２０６先端が記録層２０３表面に接触するまで、記録層２０３表面に対して近接場光ヘッド２０１を近づける。微小開口がカンチレバーに取り付けられているため、微小開口先端と記録層表面との距離が小さいマイクロ光ヘッドはカンチレバーの弾性変形量が大きく、距離が大きいマイクロ光ヘッドはカンチレバーの弾性変形量が小さくなり、すべての微小開口先端と記録層表面との間に働く力をほぼ均等にすることができる。記録層２０３／基板２０２はｘｙステージ２１０上に取り付けられ、ｘｙステージ走査回路２１２から出力されるｘｙステージ走査信号により、近接場光ヘッド２０１に対してｘｙ方向に記録層２０３／基板２０２の２次元相対走査を行う。２次元相対走査中に、基板２０２上の記録層２０３表面に凹凸やうねりが存在しても、それぞれのマイクロ光ヘッドにおいてこれらの凹凸やうねりにならうようにカンチレバーの弾性変形量が変動することによって、すべての微小開口先端の記録層表面に対する接触状態を保つことができる。
【００５０】
さて、２次元走査を行いながら面発光レーザーを駆動して記録を行う方法について説明する。図１６に示すように、記録情報を記録信号分解回路２２０に入力する。記録信号分解回路２２０では、複数のマイクロ光ヘッドを用いて同時・並列的に記録を行うために、記録情報を分解（デマルチプレクス）し、これを各マイクロ光ヘッドに割り当てるようにする。この記録情報分解データに基づき、ｘｙステージ走査回路２１２およびレーザー駆動回路２１６のタイミング制御を行う。具体的には、記録信号分解回路２２０からｘｙステージ駆動制御信号を出力し、ｘｙステージ走査回路２１２の制御を行い、所定のマイクロ光ヘッド２１８が記録層２０３／基板２０２に対して所定の相対位置関係を満たすときに、レーザー駆動制御信号を出力し、レーザー駆動回路２１６の制御を行い、対応する面発光レーザー２０４を個別に駆動制御し、記録層２０３への記録を行う。レーザー駆動回路２１６は駆動配線２１７を通して近接場光ヘッド中の個々の面発光レーザー２０４に接続されており、個々の面発光レーザー２０４を独立に駆動する。ここで、面発光レーザー２０４が２次元アレイ状に並んでいる場合には、駆動配線２１７の数を減らすためにマトリックス的に駆動するようにしても良い。
【００５１】
上述のようにして記録を行った情報を再生する方法を以下に説明する。図１６において、レーザー駆動回路２１６すべての面発光レーザー２０４を駆動させた状態で、再生信号合成回路２１４からｘｙステージ駆動制御信号を出力し、ｘｙステージ走査回路２１２の制御を行う。近接場光ヘッド２０１が記録層２０３／基板２０２に対して所定の相対位置関係を満たすときに、複数のマイクロ光ヘッド２１８のフォトダイオード２１９から出力される光電流信号を光強度検出回路２１５に入力し、同時・並列的に記録層２０３における記録状態（記録ピットの形成／非形成）を検出する。光強度検出回路２１５から出力される複数のマイクロ光ヘッドが個別に検出した複数の光強度検出信号を再生信号合成回路２１４に入力する。再生信号合成回路２１４ではｘｙステージ走査信号とのタイミング制御を行いながら、複数の光強度検出信号から再生情報を合成（マルチプレクス）し、再生情報を出力する。
【００５２】
本実施例においては、マイクロレンズ２０８を設けることにより、レーザー光を集光し、効率良く微小開口２０６近傍に照射することができる。これにより、微小開口２０６裏側で散乱光や熱になって無駄になる光を減らすことができ、微小開口２０６を構成する部材の発熱が押さえられるため、微小開口２０６の熱的破壊を避けることができる。また、微小開口２０６を構成する部材の発熱は対向する記録層を熱的に劣化させる要因にもなるため、これを避けることもできる。また、面発光レーザー２０４の駆動電力も低減させることができるため面発光レーザー２０４における発熱を押さえることができる。本発明のストレージ装置は、１００ｎｍ以下の微細な記録ピットの記録再生を行うための装置であるため、発熱による装置の一部分あるいは全体の膨張は記録再生精度を下げる要因になってしまう。以上の理由からレーザー光をマイクロレンズ２０８により微小開口２０６近傍に集光することは装置全体の性能を向上させる上で極めて効果的である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、カンチレバーの自由端部に微小開口を有する突起と集光用の屈折率マイクロレンズを搭載し、カンチレバーの撓みによって微小開口とレンズとの距離が変動せず、かつ、集光率の大きい光プローブを作製するに際して、製造工程が単純で、再現性が良く、加工精度が高く、また、マルチ化が容易な光プローブの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における光プローブの製造方法を用いて作製した光プローブを示す図である。
【図２】本発明の実施例１の光プローブの製造工程を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の光プローブの製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の光プローブの製造方法による光プローブを用いた近接場光顕微鏡を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例２の光プローブの製造工程を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の光プローブの製造工程を示す図である。
【図７】本発明の実施例２の光プローブの製造工程を示す図である。
【図８】本発明の実施例３の光プローブの製造工程を示す図である。
【図９】本発明の実施例４の光プローブの製造方法を用いて作製された光プローブを示す図である。
【図１０】本発明の実施例４の光プローブの製造工程を示す図である。
【図１１】本発明の実施例４の光プローブの製造工程を示す図である。
【図１２】本発明の実施例５のプローブの製造工程を示す図である。
【図１３】本発明の実施例５のプローブの製造工程を示す図である。
【図１４】本発明の実施例５の光プローブの製造方法による光プローブを用いて試料表面に光を照射する方法を説明する図である。
【図１５】本発明の実施例６によるフォトリソグラフィー装置を示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施例７によるストレージ装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：支持基板
２：カンチレバー
３：微小開口
４：突起
５：遮光層
６：接合層
７：マイクロレンズ
１１：突起モールド基板
１２：保護層
１３：凹部
１４：剥離層
２１：マスク層
２２：陽極酸化用開口部
２３：半球部
２４：エッチング開口部
２５：半球状凹部
２６：エッチストップ層
２７：樹脂層
２７ａ：樹脂層
２７ｂ：樹脂層
２８：表面保護層
３１：メッキ用基板
３２：電極層
３３：メッキ用マスク層
３４：メッキ用開口部
３５：犠牲層
３６：鋳型用電極層
３７：鋳型
３８：エッチングマスク
３９：膜厚調整層
４１：二酸化シリコン
４２：窒化シリコン
５１：ＳＯＩ層
５２：二酸化シリコン
５３：ｎ＋シリコン
５４：ｐ＋シリコン
５５：窒化シリコン
８１：試料
８２：試料ステージ
８３：レーザー
８４：光検出器
１０１：近接場光ヘッド
１０２：基板
１０３：フォトレジスト
１０４：面発光レーザー
１０５：カンチレバー
１０６：微小開口
１０８：マイクロレンズ
１１０：ｘｙステージ
１１１：位置合わせ機構
１１２：ｘｙステージ走査回路
１１３：位置合わせ回路
１１４：加工パターンデータメモリー
１１５：加工タイミング制御手段
１１６：レーザー駆動回路
１１７：駆動配線
１１８：マイクロ光ヘッド
２０１：近接場光ヘッド
２０２：基板
２０３：記録層
２０４：面発光レーザー
２０５：カンチレバー
２０６：微小開口
２０８：マイクロレンズ
２１０：ｘｙステージ
２１２：ｘｙステージ走査回路
２１４：再生信号合成回路
２１５：光強度検出回路
２１６：レーザー駆動回路
２１７：駆動配線
２１８：マイクロ光ヘッド
２１９：フォトダイオード
２２０：記録信号分解回路
３００：プローブ
３０１：集光レンズ
３０２：レーザー光源
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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