(57)【要約】【課題】微小開口型の近視野光プローブの作製方法において、サンプルあるいは記録媒体表面に極めて近接できる構造の開口を低コストで作製すること。【解決手段】異なる高さを持つティップ３０とストッパー２９、３１から成る被開口形成体に対して、押し込み体１０５を変位させることにより、ティップ先端に光学的開口１０６を形成する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
錐状のティップと、前記ティップの近傍に配置され、少なくとも二つが互いに異なる高さを持つ複数のストッパーと、少なくとも前記ティップ上に形成された遮光膜からなる被開口形成体に対して、少なくとも前記ティップおよび前記ストッパーの少なくとも一部を覆うような略平面を有する押し込み体を、前記ティップに向かう成分を有する力によって変位させることによって、前記ティップ先端に光学的な開口を形成することを特徴とする近視野光プローブの作製方法。
【請求項２】
前記光学的な開口を形成した後に、前記ストッパーを除去する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の近視野光プローブの作製方法。
【請求項３】
前記押し込み体を、前記ティップに向けて複数回変位させることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の近視野光プローブの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光の波長以下のサイズの光学的開口付近に発生する近視野光を用いて、光の回折限界を超える分解能を持つ顕微鏡のプローブや、超高密度データストレージ装置のヘッドを作製する方法、特に、微小な光学的開口を安定的に作製する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光の回折限界を超える分解能を持つ顕微鏡としてＳＮＯＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＮｅａｒｆｉｅｌｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ近視野光顕微鏡）が使われている。これは光の波長以下のサイズの微小な光学的開口に光を照射し、開口の外側のわずかな空間に局在した光を発生させ、それと試料表面との相互作用の結果発生した散乱光を検出することによって、試料表面の光学的性質の分布を観察するというものである。この原理は顕微鏡による観察だけでなく、微小領域の加工や分光にも用いることができる。近視野光を光データストレージ装置に応用する場合には、記録媒体表面からわずかな距離を維持して高速に走査するヘッドから近視野光を発生させ、それと記録媒体表面との相互作用の結果発生した散乱光を検出することによって、記録媒体表面にデータを記録させたりデータを読み出すことが可能である。このような微小開口を利用して光の回折限界を超える分解能、あるいは記録密度を実現するプローブを近視野光プローブと呼ぶ。
【０００３】
図９は、近視野光プローブの代表例である。図９（ａ）はデータストレージ装置の近視野光ヘッド７００である。全体のサイズはたとえば縦横１ｍｍ程度、厚みが０．５ｍｍ程度である。入射光に対して透明な基部７０１の表面に略直方体のＡＢＳ（Ａｉｒ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ空気浮上面）７０２と、ティップ７０３を持つ。ティップ７０３はＡｌなどの遮光性の膜で覆われ、先端部の微小部分のみ、この遮光膜が除去されて光学的開口７０４となっている。光学的開口のサイズは入射光に比べて微小であり、典型的には数ｎｍ〜数十ｎｍである。このＡＢＳ７０２と、高速に回転する記録媒体表面との間に生じる空気浮上力によって、近視野光ヘッド７００は記録媒体表面と一定の距離を保った状態で安定的に浮上する。ティップ７０３は基部７０１と同様に透明な材質から成っており、図示を略したレーザからの入射光が図中下面から入射する。光は基部７０１を透過した後、ティップ７０３の内部を透過して光学的開口７０４に到達する。光学的開口７０４から図中上方向のわずかな空間に近視野光が発生する。近視野光の空間的広がりは入射光波長よりもかなり小さい。これが記録媒体表面と相互作用して散乱光となり、その散乱光を検出することによって記録媒体表面の微小な領域に記録された情報を読み出し、あるいは記録媒体表面の微小な領域に情報を記録する。
【０００４】
図９（ｂ）は近視野光顕微鏡に用いる近視野光プローブカンチレバー７１０である。カンチレバー７１０のサイズはたとえば長さ２５０〜５００μｍ、幅３０〜１００μｍ、厚さ５〜８μｍである。カンチレバー７１０は基部７１１と、その先端付近にティップ７１２を持つ。ティップ７１２のサイズはたとえば高さ１０μｍ程度である。ティップ７１２の構造は上述のヘッドにおけるティップ７０３と同様であり、先端に光学的開口７１３を持つ。このようなカンチレバー７１０から上述のヘッドと同様の方法で近視野光を発生させ、顕微鏡試料の表面との相互作用の結果発生した散乱光を検出することにより、光の回折限界を超えた分解能の顕微鏡が実現される。
【０００５】
言うまでもなく近視野光プローブの分解能には上述の光学的微小開口が大きな影響を与える。このため、設計した通りのサイズや形状の微小開口を安定的に作製することは極めて重要な技術である。従来は、近視野光を発生させるための光学的微小開口を作製するとき、スパッタリングなどの方法で基板上に作製した薄膜を、ＦＩＢ（集束イオンビームＦｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）法により加工している（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、ビームサイズが数十ｎｍというＦＩＢが持つ高分解能加工技術を利用しているため、所望の形状の開口を作製できる。
【０００６】
また、ＦＩＢ加工をしながら、サンプルの２次電子像を観察できるという利点もある。微小開口作製の別の方法としては、遮光膜で覆われた錐状ティップと、略同じ高さを持つストッパーに対して平板を押しつけることによって、ティップ先端部の遮光膜を塑性変形させて除去する、という方法も用いられている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
この方法を図１０を用いて説明する。図１０（ａ）では基板８０１の上面にストッパー８０２とティップ８０３が形成されている。基板８０１の上面は全面に渡って遮光膜８０４が成膜されている。ストッパー８０２とティップ８０３の高さはたとえば１０μｍ程度であり、幅も同程度である。図１０（ｂ）ではこのような基板８０１の上方から平坦なガラス板８０５を載せ、力Ｆをかける。このとき、遮光膜８０４のうち、ティップ８０３とストッパー８０２の上面はガラス板８０５と接触するため、塑性変形を起こし、除去される。その結果、図１０（ｃ）に示すように光学的微小開口８０６が形成される。この方法では、簡単な装置で短時間に開口を作製できるため、低コストで大量生産に適している。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２６５５２０号公報（第７頁、第９図）
【０００９】
【特許文献２】
特開２００２−０７１５４５号公報（第３頁、第１−３図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１による方法では、ひとつずつの開口をＦＩＢで作製するため、コストを低くできないという課題がある。ＦＩＢは高い加工精度を持つことから加工する開口形状の自由度を高くできる反面、ＦＩＢは高価な装置で稼動コストが高く、たとえ１個の開口を特許文献１で説明するように１０分程度で作製できたとしても、それだけで光ヘッド全体の製造コストの数倍〜数十倍のコストとなる。また、サンプルを真空チャンバーに入れて加工する必要があり、サンプルの入れ替えなどの時間もかかってしまい、これも製造コスト押し上げの原因になる。
【００１１】
特許文献２による方法では、製造コストが低くできるという利点が有る反面、ティップ先端を平板で押すという方法での作製であるため、先端部が基板に対して水平な形状しか作製できないという課題がある。図１１に典型的なＳＮＯＭプローブの動作時における姿勢を示す。ＳＮＯＭプローブは装置構成上、サンプルに対して水平ではなく、先端がサンプル方向に下がった向きに設置して動作する。
【００１２】
図１１では図９（ｂ）に示した近視野光プローブが、サンプル表面９０１に対してアプローチしている様子を示す。近視野光プローブは基部７１１と、その先端付近にティップ７１２を持つ。ティップ７１２はその周辺を遮光膜９０２で覆われており、先端部のみ遮光膜が存在しないことによって光学的開口７１３となっている。基部７１１下面を含む平面９０４と、遮光膜９０２の切れ目によって定義される光学的開口７１３を含む平面９０５は平行である。この近視野光プローブがサンプル９０１にアプローチすると、遮光膜９０２の切れ目のうち、プローブ先端方向のエッジ９０３が、光学的開口７１３よりもサンプル９０１に先に近接する。これはプローブが傾いている事と、平面９０５が平面９０４に平行であることによる。エッジ９０３が先にサンプル９０１に近接してしまうと、光学的開口７１３はサンプル９０１に近接することができず、結果的に高い分解能が得られないという課題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、錐状のティップと、ティップの近傍に配置され、互いに異なる高さを持つ複数のストッパーと、少なくともティップ上に形成された遮光膜からなる被開口形成体に対して、少なくともティップおよびストッパーの少なくとも一部を覆うような略平面を有する押し込み体を、ティップに向かう成分を有する力によって変位させることによって、ティップ先端に光学的な開口を形成することを特徴とする近視野光プローブの作製方法とする。
【００１４】
これにより、光学的開口が基板との成す角度を任意に制御して近視野光プローブを作製することが可能となり、サンプル表面に今まで以上に近接可能な近視野光プローブが作製できる。
【００１５】
また、光学的な開口を形成した後に、ストッパーを除去する工程を含むこと、を特徴とする近視野光プローブの作製方法とする。
【００１６】
これにより、光学的開口がサンプルに近接する際に障害になるものが無くなり、サンプル表面に今まで以上に近接可能な近視野光プローブが作製できる。
【００１７】
また、押し込み体を、ティップに向けて複数回変位させること、を特徴とする近視野光プローブの作製方法とする。
【００１８】
これにより、押し込み体を１回変位させることで塑性変形された遮光膜を２回目の変位によって更に変形させ、より複雑な構造の光学的開口を容易に作製することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１、２に本発明の実施の形態１に係る近視野光プローブの作製方法を示す。図１において、まず初めのステップＳ１１で、透明基板２１上にフォトリソグラフィによってレジスト２２をパターニングし、エッチングすると第一エッチング面２３と、第一保護面２４が形成される。ウェットエッチングによるエッチングの場合、サイドエッチングが起きることがあり、そのときは第一保護面２４の側面は斜面になるが、図を簡略にするため垂直に図示している。透明基板２１はガラスから成るが、入射光に対して所定の透過率を持つものならこれに限定しない。第一エッチング面２３と第一保護面２４の高さの差は約１２μｍである。第一保護面２４の幅と奥行きは共には約１２μｍである。
【００２０】
次のステップＳ１２で、前のステップで用いたレジスト２２を除去した後、新たにレジスト２５をパターニングし、エッチングすると第二エッチング面２６と、第二保護面２７が形成される。第二エッチング面２６と第二保護面２７の高さの差は第一と同様、約１２μｍである。次のステップＳ１３で、前のステップで用いたレジスト２５を除去した後、新たにレジスト２８をパターニングする。レジスト２８は３μｍ程度のサイズである。レジスト２８の横方向の間隔、ずなわち図中左のレジスト２８と、真中のレジスト２８の間隔、あるいは図中右のレジスト２８と、真中のレジスト２８の間隔、は約５２μｍである。
【００２１】
ステップＳ１４で、エッチングを行う。このときのエッチング量は１０μｍ程度であり、図に示すようにサイドエッチングによって錐状の構造２９、３０、３１が形成される。錐状構造の先端が尖鋭化される手前でエッチングを停止する。これにより、錐状構造２９、３０、３１のそれぞれの先端は、第一保護面２４、第二保護面２７、第二エッチング面２６の一部が残っている。
【００２２】
ステップＳ１５ではレジスト２８を除去する。このようにして形成された錐状構造２９、３０、３１は、それぞれ高さが異なる。錐状構造２９の先端高さ３２と、錐状構造３０の先端高さ３３の差は約１２μｍである。錐状構造３０の先端高さ３３と、錐状構造３１の先端高さ３４の差も同様に約１２μｍである。次からのステップでは、この錐状構造２９、３１がストッパーとして機能する。
【００２３】
図２は光学的開口の作製ステップを示す。ステップＳ１６では基板２１の上面に錐状構造２９、３０、３１が形成されている。基板２１、錐状構造２９、３０、３１の上面は全面に渡って遮光膜１０４が成膜されている。ステップＳ１７ではこのような基板２１の上方から平坦なガラス板１０５を載せ、力Ｆをかける。このとき、遮光膜１０４のうち、錐状構造３０と錐状構造２９、３１の上面はガラス板１０５と接触するため、塑性変形を起こし、除去される。その結果、ステップＳ１８に示すように光学的微小開口１０６が形成される。その後、開口１０６を持つ錐状構造３０をレジストで保護し、錐状構造２９と３１をエッチングにより除去し、ステップＳ１９に示す近視野光プローブが作製される。光学的開口１０６は基板２１の下面に対して約１３度傾いている。
【００２４】
図３は図１、２で説明した作製方法で作製した近視野光プローブの動作時の姿勢を示す。近視野光プローブは基部２１１と、その先に錐状構造３０を持ち、錐状構造３０は先端を除いて遮光膜２０２によって覆われている。先端は光学的開口１０６となっている。近視野光プローブは「発明が解決しようとする課題」において図１１を用いて説明したように、サンプル２０１表面に対して傾いた姿勢で走査している。図１１との相違点は、遮光膜２０２の切れ目が成す平面２０５が、基部下面が成す平面２０４と平行では無く、サンプル２０１の表面に平行になっている点である。このような構造にした結果、遮光膜のエッジ２０３と光学的開口１０６がサンプル２０１表面から等距離に位置することとなり、開口１０６がサンプル２０１表面に近接するときの障害物がなくなる。これにより開口１０６は従来に比べサンプル２０１表面に極めて近接することが可能となる。近視野光の強度は開口１０６からの距離に従って指数関数的に減衰するため、開口１０６をサンプル２０１表面に近接させることによる光効率の向上は飛躍的なものとなる。また、近視野光の空間的広がりは開口１０６からの距離に従って増加するため、開口１０６をサンプル２０１表面に近接させることによるプローブ分解能の向上も大きい。
【００２５】
このような方法によると、ＦＩＢによる加工方法でしか作製できなかったような複雑な形状の開口を作製でき、さらに図１０に示したものと同様の簡略な構造の装置で簡単に作製できるため、製造コストが低く抑えられる。
【００２６】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２に係る近視野光プローブの作製方法において、加工対象となるティップとストッパーを示す。基板の表面に高さ約１５μｍの三角錐ティップ２０２と、高さ２７μｍのストッパー２３１、高さ１５μｍのストッパー２３３と２３４、高さ３μｍのストッパー２３２が配置され、ティップ２０６の表面全体を遮光膜２２１が覆っている。ストッパーは略直方体で、幅３μｍ長さ２０μｍである。図中、ストッパー２３１とストッパー２３２の隙間は約８４μｍである。このような加工対象に対して平板ガラス（図示略）を載せ、ティップ２０６の真上に力をかけることでティップ先端の遮光膜を除去して光学的開口（図示略）を形成する。この場合、ストッパー２３１の方がストッパー２３２よりも高いため、実施の形態１に示した状況と同様に平板ガラスが加工対象基板に対して傾く。このため、ティップ２０６は上方から見たとき正三角形であっても、形成される光学的開口は二等辺三角形になる。その後、ストッパーをエッチングによって除去し、ダイシングで基板から切り出す。
【００２７】
図５（ａ）はこのようにして作製された近視野光プローブの平面図である。プローブの、サンプル表面に対向する面を示す。上述のように光学的開口２２２は二等辺三角形になり、図中左側の辺２２３が他の辺よりも長い。このような近視野光プローブに図中左右方向の偏光を持つ光を入射させると、辺２２３付近に近視野光が強く局在する。さらに、図３に示したようにプローブはサンプル表面に対して傾けた姿勢で走査するが、光学的開口２２２はプローブに対し同じ角度、この場合は１３°だけあらかじめ傾いた形で形成されているため、サンプル表面に対しては平行である。これにより、強い光エネルギーを開口の辺２２３にだけ集中させ、しかもサンプル表面に極めて近接可能な近視野光プローブが作製できた。
【００２８】
一方、図４において、ストッパー２３１の高さとストッパー２３２の高さを反対にした場合、すなわちストッパー２３１を高さ３μｍ、ストッパー２３２を高さ２７μｍとした場合は、ガラス板が反対側に傾くため、図５（ｂ）に示すような構造となる。光学的開口２２４の辺２２５が他の２辺よりも短い二等辺三角形となっている。この構造を持つ近視野光プローブに図中左右方向の偏光を持つ光を入射させると、辺２２５の付近に近視野光が強く局在する。さらに図５（ａ）のプローブと同様に、サンプルに対して傾けて走査した際に開口２２４がサンプル表面に平行になり、かつ極めて近接させることができる。さらに、図５（ｂ）のプローブでは近視野光が局在する辺２２５が図中縦方向に短いため、縦方向にも分解能が高いという特徴を持ったプローブとなっている。
【００２９】
（実施の形態３）
図６、７は本発明の実施の形態３に係る近視野光プローブの作製方法を示す。図４と同様のものについては同一符号を与え、説明を省略あるいは簡略にする。図６では三角錐ティップ２０６と、ストッパー２３１、２３２、２３３、２３４と、遮光膜２２１から成る加工対象物があり、それに対して上方からガラス板２４１が載せられている。ティップ２０６の高さは１５μｍ、ストッパーの高さはそれぞれ、ストッパー２３１が２７μｍ、ストッパー２３２が３μｍ、ストッパー２３３が３μｍ、ストッパー２３４が２７μｍである。各ストッパーの長さは約２０μｍであり、ストッパー２３１とストッパー２３２の隙間は約８４μｍである。本実施の形態でガラス板２４１が図示を略した透明基板に支持された、幅１５μｍの直方体状の突起となっている。このガラス板２４１は、ストッパー２３１、２３２とティップ２０２の先端に接触するが、ストッパー２３３と２３４には接触しない。ストッパー２３１はストッパー２３２よりも高いため、ガラス板２４１は傾いた姿勢でティップ２０２先端に接触する。
【００３０】
図７は次のステップを示す。前のステップにより形成された光学的開口２５０がティップ２０６の先端に有る。また、別のガラス板２４２がストッパー２３３、２３４とティップ２０２に接触するように配置されている。ストッパー２３４はストッパー２３３よりも高いため、ガラス板２４２は傾いた姿勢でティップ２０６に接触する。図８はこのようにして作製された近視野光プローブの開口付近を示す。光学的開口２６０は、その３辺がいずれも異なる長さを持つ。この開口に入射する光の偏光方向によって光の局在する位置、長さ、方向がすべて異なる性能を持つプローブとなった。これにより、サンプル表面の複雑な光学的性質の分布を、入射光の偏光方向を変化させるだけで多面的に観察可能なプローブとなった。
【００３１】
以上の実施の形態では錐状構造あるいはティップとして三角錐構造を図示したが、これは円錐または別の多角錐であっても、本発明は同様の形態で実施可能であることは自明である。円錐であればガラス板と基板のなす角度によって、光学的開口の形状が円からさまざまなサイズの楕円に変えることができ、必要とされる特有の光学的性能に応じて所望の形状の開口を作製可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は高性能な近視野光プローブを低コストで作製する方法である。基板上の錐状ティップを覆う遮光膜に対して平板を押しつけてティップ先端の微小領域のみ遮光膜を除去するときに、平板が基板に対して平行だけでなく、任意の角度で押しつけることができるように、ストッパーの高さとティップの高さを制御して作製し、その後は平板を載せて上方から物理的に圧力をかけるだけで、所望の形状・サイズを持つ光学的微小開口を作製できる。また、開口を作製した後にエッチングによってストッパーを簡単に除去でき、プローブとして動作させるときにストッパーが障害になることもない。また、ストッパーを複数個作製し、複数回の押し付けを行うことにより、複雑な形状の開口も簡単に作製可能である。高い光効率、空間分解能を持つ近視野光プローブを作製することによって、高性能な顕微鏡や光データストレージ装置を低コストで大量生産することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る近視野光プローブの作製方法を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光学的開口の作製ステップを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る近視野光プローブの動作時の姿勢を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る加工対象となるティップとストッパーを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る近視野光プローブを示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る近視野光プローブの作製方法を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る近視野光プローブの作製方法を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る近視野光プローブの開口付近を示す図である。
【図９】（ａ）は、データストレージ装置の近視野光ヘッドを示す図である。（ｂ）は、顕微鏡の近視野光プローブカンチレバーを示す図である。
【図１０】従来技術による近視野光プローブの作製方法を示す図である。
【図１１】ＳＮＯＭプローブの動作時における姿勢を示す図である。
【符号の説明】
２１  透明基板
２２  レジスト
２３  第一エッチング面
２４  第一保護面
２５  レジスト
２６  第二エッチング面
２７  第二保護面
２８  レジスト
２９、３０、３１  錐状の構造
３２  錐状構造２９の先端高さ
３３  錐状構造３０の先端高さ
３４  錐状構造３１の先端高さ
１０４  遮光膜
１０５  ガラス板
１０６  微小開口
２０１  サンプル
２０２  遮光膜
２０３  遮光膜のエッジ
２０４  基部下面が成す平面
２０５  遮光膜２０２の切れ目が成す平面
２０６  ティップ
２１１  基部
２２１  遮光膜
２２２  光学的開口
２２３  開口の辺
２２４  光学的開口
２２５  開口の辺
２３１、２３２、２３３、２３４  ストッパー
２４１、２４２  ガラス板
２５０、２６０  光学的開口
７００  近視野光ヘッド
７０１  基部
７０２  ＡＢＳ（Ａｉｒ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ空気浮上面）
７０３  ティップ
７０４  光学的開口
７１０  近視野光プローブカンチレバー
７１１  基部
７１２  ティップ
７１３  光学的開口
８０１  基板
８０２  ストッパー
８０３  ティップ
８０４  遮光膜
８０５  ガラス板
８０６  光学的微小開口
９０１  サンプル表面
９０２  遮光膜
９０３  エッジ
９０４  基部下面を含む平面
９０５  光学的開口を含む平面
【図１】
2004219201.tif 000003
【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】
2004219201.tif 000009
【図８】
2004219201.tif 000010
【図９】
2004219201.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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