(57)【要約】【課題】近接場発生時においてプローブ表面への有機金属ガスの吸着を防止する。【解決手段】コア２０の周囲にクラッド２１が設けられた光ファイバの一端に先鋭化したコア２０を突出させた突出部１２を有する光ファイバプローブ１において、突出部１２は、濡れ性の低く光透過率の高い薄膜１３が被覆されている。【選択図】　図２
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【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に先鋭化した上記コアを突出させた突出部を有する光ファイバプローブにおいて、
上記突出部は、濡れ性の低く光透過率の高い薄膜が被覆されていること
を特徴とする光ファイバプローブ。
【請求項２】
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先鋭化した上記コアを突出させた突出部を有する光ファイバプローブにおいて、
上記突出部は、上記先鋭化したコア先端を除いて遮光膜が形成され、さらに当該遮光膜の表面並びに上記先鋭化したコア先端について、濡れ性の低く光透過率の高い薄膜が被覆されていること
を特徴とする光ファイバプローブ。
【請求項３】
上記薄膜は、フッ素樹脂或いはＣａＦ２であること
を特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバプローブ。
【請求項４】
被測定物から反射される光を検出し、また上記被測定物との斥力に応じて一端が可動自在になるように支持されている可動板を有するカンチレバーチップにおいて、
上記可動板は、濡れ性の低く光透過率の高い薄膜が被覆されていること
を特徴とするカンチレバーチップ。
【請求項５】
上記薄膜は、フッ素樹脂或いはＣａＦ２であること
を特徴とする請求項４記載の光ファイバプローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば近接場光化学気相堆積（ＮＦＯ−ＣＶＤ）法や、近接場光学顕微鏡に用いられる光ファイバプローブ並びにカンチレバーチップ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光集積回路を有する素子が実用化されようとしている。
【０００３】
このナノメートルサイズの光集積回路を実際に作製するためには、基板上において半導体材料を高精度に寸法制御しつつ堆積させる必要がある。このため、従来において、近接場光化学気相堆積（ＮＦＯ−ＣＶＤ）法が提案されている（Ｙ．Ｙａｍａｍｏｔｏ　ｅｔ　ａｌ　．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７６，２１７３（２０００））。
【０００４】
このＮＦＯ−ＣＶＤ法は、光ファイバの一端について先鋭化されたコアをクラッドから突出させて作製した光ファイバプローブにより、基板上へ光を照射して近接場を発生させる。このとき、ＺｎやＡｌ等の金属が含まれる有機金属ガス雰囲気中に基板を固定して光を照射することにより、先鋭化されたコア先端の形状に応じて半導体材料を基板上に堆積させることができる。従って、先鋭化したコア先端の形状を制御することにより、基板上にナノメートルサイズでパターニングされた光集積回路を作製することも可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したＮＦＯ−ＣＶＤ法により半導体材料をナノメートルサイズで堆積させる際に、光ファイバプローブの長期の使用により、基板のみならず先鋭化されたコア先端にも、ＺｎやＡｌを含む有機金属ガスの吸着が生じる。
例えば、先端曲率半径１０ｎｍまで先鋭化された光ファイバプローブのコア先端において、３μｍ大の金属が吸着する場合もある。
【０００６】
このように、光ファイバプローブのコア先端に有機金属ガスの吸着が生じると、均一な近接場を精度よく発生させることができないため、基板上に所望の半導体材料を高精度に寸法制御しつつ堆積させることが困難となる。
【０００７】
そこで、本発明は上述した従来の実情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、長期にわたる使用環境下においても、ＮＦＯ−ＣＶＤ法により基板上にナノメートル級の分解能で半導体材料を寸法制御しつつ堆積させることができる光ファイバプローブを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光ファイバプローブは、上述の課題を解決するために、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先鋭化した上記コアを突出させた突出部を有する光ファイバプローブにおいて、突出部は、濡れ性の低く光透過率の高い薄膜が被覆されていることを特徴とする。
【０００９】
この光ファイバプローブは、先鋭化されたコアを突出させて形成した突出部に対して、濡れ性の低く光透過率の高い薄膜が被覆されている。
【００１０】
本発明に係る光ファイバプローブは、上述の課題を解決するために、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先鋭化した上記コアを突出させた突出部を有する光ファイバプローブにおいて、突出部は、先鋭化したコア先端を除いて遮光膜が形成され、さらに当該遮光膜の表面並びに先鋭化したコア先端について、濡れ性の低く光透過率の高い薄膜が被覆されていることを特徴とする。
【００１１】
この光ファイバプローブは、先鋭化したコアを突出させて形成した突出部に、先鋭化したコア先端を除いて遮光膜が形成され、さらに当該遮光膜の表面並びに先鋭化したコア先端について、濡れ性の低く光透過率の高い薄膜が被覆されている。
【００１２】
また本発明に係るカンチレバーチップは、被測定物から反射される光を検出し、また上記被測定物との斥力に応じて一端が可動自在になるように支持されている可動板を有するカンチレバーチップにおいて、上記可動板は、濡れ性の低く光透過率の高い薄膜が被覆されていることを特徴とする。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１は、本発明に係る光ファイバプローブ１が適用される近接場光化学気相堆積（ＮＦＯ−ＣＶＤ）のシステム１０を示している。
【００１５】
このシステム１０は、例えばＺｎやＡｌ等に代表される金属６を含む有機金属ガスを充填したチャンバ５と、当該チャンバ５内に配設された光ファイバプローブ１並びに基板４を備える。光ファイバプローブの構成については後に詳細に説明する。
【００１６】
基板４は、例えば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、表面研磨することにより作製される。基板４上には、金属６が寸法制御されつつ堆積される。
【００１７】
このＮＦＯ−ＣＶＤ法は、光ファイバプローブ１を介して基板４上へ光を照射することにより近接場を発生させる。このとき有機金属ガス中に含まれるＺｎやＡｌ等の金属は、かかる発生された近接場に応じて基板４上に堆積する。このため、光ファイバプローブ１の先端形状を変化させることにより、最適な近接場を作り出すことができれば、基板４上に金属６さらには所望の半導体材料を高精度に寸法制御しつつ堆積させることができ、ひいてはナノメートルサイズの光集積回路を作製することも可能となる。
【００１８】
図２は、本発明を適用した光ファイバプローブ１を示している。この光ファイバプローブ１は、図２に示すように光導波部１１と、突出部１２とを備える。
【００１９】
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、夫々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。
【００２０】
突出部１２は、光導波部１１の一端においてクラッド２１から突出させたコア２０を先鋭化させることにより構成される。この突出部１２は、図２に示すように先端に至るまで徐々に先細になるように勾配を設けても良い。なお、この突出部１２表面には、濡れ性の低く光透過率の高い薄膜１３が形成されている。
【００２１】
薄膜１３は、例えばフッ素樹脂等に代表されるように、低濡れ性であり、かつ光透過率の高い物質により構成され、上述した突出部１２を被覆する。この薄膜１３は、図２に示すように、クラッド２１上を被覆してもよい。
【００２２】
ちなみに、この薄膜１３の例として用いられるフッ素樹脂は、無色透明であり透光性が９５％である。このため突出部１２の表面をフッ素樹脂により被覆した場合に、コア２０を伝搬する光は、当該フッ素樹脂を反射することなく、スムーズに透過させることが可能となる。また、この薄膜１３として用いられるフッ素樹脂は、空気の屈折率（＝１．０）と、クラッド２１の屈折率（＝１．５）の中間であるため、コア２０を伝搬する光はこのフッ素樹脂により遮蔽されることもなくなる。さらに、この薄膜１３の例として用いられるフッ素樹脂は、耐熱性が高く、３６０℃までの高温に対して十分耐熱することができる。また、このフッ素樹脂は、耐溶剤性も高く、他の有機溶剤等との化学反応を抑制することもできる。
【００２３】
なお、この薄膜１３として、フッ素樹脂を用いる場合のみならず、例えばＣａＦ２を用いてもよい。
【００２４】
次に、本発明を適用した光ファイバプローブ１の作製方法について説明をする。
【００２５】
先ず光導波部１１に対して、選択化学エッチングを施すことにより、突出部１２を作製する。この選択化学エッチングは、例えばＮＨ４Ｆ、ＨＦ、Ｈ２０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、例えば特開平１０−８２７９１に提案されている手法を採用することにより、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。
【００２６】
次に、この突出部１２上に薄膜１３を被覆する。例えば、薄膜１３としてフッ素樹脂を用いる場合には、突出部１２を単分子のフッ素樹脂系溶剤に軽く浸すことにより被覆する。そして、突出部１２に薄膜１３が被覆された光ファイバプローブ１を電気オーブン中で、約１〜３時間、加熱乾燥させることにより薄膜１３を蒸着させる。
【００２７】
このようにして作製した光ファイバプローブ１を、全圧５００ｍＴｏｒｒ下で金属６を含む有機金属ガスを充填したチャンバ５内へ実際に配設し、さらに光強度１００μＷ（λ＝４８８ｎｍ）のＡｒレーザを、基板上へ金属６を堆積させる条件である５分間照射する。その結果、薄膜１３が被覆された突出部１２表面上には、有機金属ガスの吸着が殆ど見られないことが確認される。
【００２８】
すなわち、本発明に係る光ファイバプローブ１は、濡れ性の低い薄膜１３を突出部１２上に被覆することにより、ＮＦＯ−ＣＶＤ法における近接場発生時に有機金属ガスの吸着を防止することができる。これにより、本発明では、長期にわたる使用環境下においても、常に均一な近接場を精度良く発生させることができるため、基板４上に金属６を高精度に寸法制御しつつ堆積させることが可能となる。
【００２９】
またこのような構成からなる光ファイバプローブ１は、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光集積回路を有する素子の作製に応用することも可能となる。
【００３０】
なお、本発明に係る光ファイバプローブ１は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば他の実施の形態として、以下に説明する光ファイバプローブ２に適用してもよい。
【００３１】
図３は、本発明の他の実施の形態における光ファイバプローブ２を示している。この光ファイバプローブ２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３に示すように光導波部３１と、突出部３２と、遮光膜３３と、薄膜３４とを備える。
【００３２】
光導波部３１は、コア４０の周囲にクラッド４１が設けられた光ファイバより構成される。コア４０及びクラッド４１は、夫々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４０よりもクラッド４１の屈折率が低くなるように組織制御されている。
【００３３】
突出部３２は、光導波部３１の一端においてクラッド４１からコア４０を突出させることにより構成される。この突出部３２は、図３に示すように徐々に先細になるように勾配を設けて構成される。
【００３４】
遮光膜３３は、例えばＡｕ、Ａｌ、Ａｇ等の金属材料からなり、クラッド４１と、先鋭化されたコア先端を除く突出部３２を被覆することにより構成される。
この遮光膜３３は、コア４０内部を伝搬する光の漏洩を防止することができるため、測定試料表面に発生させる近接場光の散乱を防止することができる。
【００３５】
薄膜３４は、例えばフッ素樹脂等の低濡れ性であり、かつ光透過率の高い物質からなり、特にコア４０上を被覆している遮光膜３３をコーティングする。また、この薄膜３４は、先鋭化されたコア先端をコーティングする。この薄膜３４として用いられるフッ素樹脂の詳細は、薄膜１３の説明を引用する。ちなみにこの薄膜３４は、フッ素樹脂に限定されるものではなく、例えばＣａＦ２を用いてもよい。
【００３６】
このような構成からなる光ファイバプローブ２は、近接場光学顕微鏡に装着されることにより、突出部３２先端の曲率半径の値と、遮蔽膜３３塗布端におけるコア４０断面半径の値に応じた空間局在寸法を有する近接場のみを選択的に散乱する空間バンドパスフィルタとして作用することとなる。この光ファイバプローブ２には、遮蔽膜３３の表面上には薄膜３４がコーティングされているため、遮蔽膜３３の酸化を防止することができる。
【００３７】
なお、突出部１２、３２に、薄膜１３、３４を被覆した本発明に係る光ファイバプローブ１、２は、上述した効果以外に、突出部１２、３２表面の強度を上げることができ、汚れの付着を防止することも可能となり、更には、耐熱性を向上させることができる。また、薄膜１３、３４は、水や有機溶剤をはじく性質もあるため、溶液中における近接場光学測定も可能となる。
【００３８】
また、本発明に係る光ファイバプローブ１は上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）カンチレバー５に適用してもよい。
【００３９】
図４は、ＡＦＭカンチレバー５のシステム構成図を示している。このＡＦＭカンチレバー５は、カンチレバーチップ５１と、カンチレバーユニット５２と、対物レンズ５３と、検出部５４とを備えている。
【００４０】
カンチレバーチップ５１は、図５に示すように可動板５１０からなる。この可動板５１０は、試料から反射される光を検出し、また試料との斥力に応じて一端が可動自在になるように支持されている。この可動板５１０は、一端側をカンチレバーユニット５２に支持され、片持ち梁を構成している。このカンチレバーチップ５１の先端部には、微小開口５１ａが設けられている。カンチレバーチップ５１は、例えば、背面を光反射用の金属コートを被覆せずに、可視域において光を透過する窒化シリコンにより構成することにより、半導体レーザ５４からの光を微小開口５１ａを介して試料へ照射することができ、試料からの光を検出することができる。また、このカンチレバーチップ５１における可動板５１０は、例えばシリコンで構成することにより、先端部５１ｂにおいて散乱した光を検出することができる。このカンチレバーチップ５１は、半導体プロセスによって作製することができるため、量産性に優れている。
【００４１】
このようなカンチレバーチップ５１を構成する可動板５１０の表面には、薄膜６１が被覆される。薄膜６１は、例えばフッ素樹脂等の低濡れ性であり、かつ光透過率の高い物質からなる。この薄膜６１として用いられるフッ素樹脂の詳細は、薄膜１３の説明を引用する。ちなみにこの薄膜３４は、フッ素樹脂に限定されるものではなく、例えばＣａＦ２を用いてもよい。
【００４２】
カンチレバーユニット５２は、カンチレバーチップ５１を構成する可動板５１０を保持し、またカンチレバーチップの位置調整を行う。対物レンズ５３は、カンチレバーチップ５１の微小開口５１ａや先端部５１ｂからの光を集光し、これを検出部５５へ出射する。検出部５４は、対物レンズ５３から出射される光を電気信号に変換する光電子倍増管等である。
【００４３】
このような構成からなるＡＦＭカンチレバー５は、例えば、試料表面とカンチレバーチップ５１の先端部５１ｂとの斥力に基づくカンチレバー５１の撓みを利用することにより、原子サイズレベルにも及ぶ高い分解能の下、試料の表面形状を測定することができる。また、このＡＦＭカンチレバー５は、上述した近接場近接場のみを選択的に散乱する空間バンドパスフィルタとしても作用することになる。
【００４４】
すなわち、このＡＦＭカンチレバー５は、試料の表面形状を高分解能で測定すると同時に、近接場光の検出も行うことができる。このため、ＡＦＭカンチレバー５は、高い分解能による試料の凹凸像と、近接場光の情報を比較することにより、試料についてのより多くの情報を相乗的に取得することができる。また、このＡＦＭカンチレバー５を構成するカンチレバーチップ５１には、薄膜６１が被覆されているため、上述のカンチレバーチップ５１を構成する窒化シリコンや、シリコンの酸化を防止することができ、また不純物の付着を抑えることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る光ファイバプローブは、突出部に濡れ性の低く光透過率の高い薄膜を被覆するため、ＮＦＯ−ＣＶＤ法における近接場発生時に有機金属ガスの吸着を防止することができる。これにより、長期にわたる使用環境下においても、常に均一な近接場を精度良く発生させることができるため、基板上に半導体材料を高精度に寸法制御しつつ堆積させることが可能となる。
【００４６】
また、本発明に係る光ファイバプローブは、先鋭化したコアを突出させて形成した突出部に、先鋭化したコア先端を除いて遮光膜を形成し、さらに当該遮光膜の表面並びに先鋭化したコア先端について、濡れ性の低く光透過率の高い薄膜を形成する。これにより、本発明に係る光ファイバプローブは、近接場光学顕微鏡において、近接場の散乱を防止すべく設けられた遮蔽膜の酸化を抑制することができる。
【００４７】
さらに、本発明に係るカンチレバーチップは、可動板において、濡れ性の低く光透過率の高い薄膜が被覆されている。これにより、本発明に係るカンチレバーチップは、可動板の酸化、不純物の付着等を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバプローブが適用される近接場光化学気相堆積（ＮＦＯ−ＣＶＤ）のシステム構成を示した図である。
【図２】本発明を適用した光ファイバプローブの構成を示した図である。
【図３】本発明を適用した光ファイバプローブの他の構成を示した図である。
【図４】本発明を適用したＡＦＭカンチレバーのシステム構成図である。
【図５】カンチレバーチップを説明するための図である。
【符号の説明】
１，２　光ファイバプローブ、５　ＡＦＭカンチレバー、１１，３１　光導波部、１２，３２　突出部、１３，３４，６１　薄膜、２０，４０　コア、２１，４１　クラッド、３３　遮蔽膜、５１　カンチレバーチップ、５２　カンチレバーユニット、５３　対物レンズ、５４　検出部
【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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