(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に光の波長以下の大きさの開口を有する遮光膜が設けられ、光を照射することによりプラズモンを生成する微小散乱体を前記開口の内部の前記基板上に備えることにより前記開口から近視野光を発生する近視野光発生素子の作製方法において、
前記基板上に微小散乱体を周期的に形成する周期的微小散乱体形成工程と、
前記微小散乱体のうちの１つの微小散乱体上にレジスト保護部を設けることにより前記１つの微小散乱体のみを残し他の微小散乱体を除去する微小散乱体選択工程と、
前記基板の前記１つの微小散乱体が形成された側に前記遮光膜を形成し、前記レジスト保護部を除去することにより前記１つの微小散乱体が前記開口の内部に配置されるように前記開口を形成する開口形成工程と、を含むことを特徴とする近視野光発生素子の作製方法。
【請求項２】
前記微小散乱体選択工程が、
前記微小散乱体のそれぞれを少なくとも覆うようにレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜を露光・現像するレジスト露光現像工程と、
前記レジスト露光現像工程により形成された前記レジスト保護部を用いて前記１つの微小散乱体を残し、他の前記微小散乱体を除去する微小散乱体除去工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の近視野光発生素子の作製方法。
【請求項３】
前記開口形成工程が、
前記基板の前記１つの微小散乱体が形成された側に前記遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、
前記レジスト保護部を除去することで前記開口を形成するレジスト除去工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の近視野光発生素子の作製方法。
【請求項４】
前記開口形成工程が、
前記レジスト保護部を用い前記基板の一部を薄くする基板加工工程と、
前記基板の前記１つの微小散乱体が形成された側に前記遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、
前記レジスト保護部を除去することで前記開口を形成するレジスト除去工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の近視野光発生素子の作製方法。
【請求項５】
前記レジスト保護部の大きさが、前記１つの微小散乱体の大きさ以上、前記１つの微小散乱体の大きさと前記微小散乱体のそれぞれのピッチとの和以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の近視野光発生素子の作製方法。
【請求項６】
前記１つの微小散乱体が、金、銀、銅、白金であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の近視野光発生素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近視野光顕微鏡や近視野光メモリ装置に用いられる近視野光を照射あるいは検出する近視野光発生素子の作製方法、さらに詳細には、開口内部に微小散乱体を有する近視野光発生素子の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サンプル表面においてナノメートルオーダの微小な領域を観察するために走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に代表される走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）が用いられている。ＳＰＭは、先端が先鋭化されたプローブをサンプル表面に走査させ、プローブとサンプル表面との間に生じるトンネル電流や原子間力などの相互作用を観察対象として、プローブ先端形状に依存した分解能の像を得ることができるが、比較的、観察する試料に対する制約が厳しい。
【０００３】
そこでいま、プローブ先端に生成された近視野光とサンプル表面との間に生じる相互作用を観察対象とすることで、サンプル表面の微小な領域の観察を可能にした近視野光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）が注目されている。
【０００４】
ＳＮＯＭにおいては、先鋭化された光ファイバーの先端に設けられた開口から近視野光をサンプルの表面に照射する。開口は、光ファイバーに導入される光の波長の回折限界以下の大きさを有しており、たとえば、１００ｎｍ程度の直径である。プローブ先端に形成された開口とサンプル間の距離は、ＳＰＭの技術によって制御され、その値は開口の大きさ以下である。このとき、サンプル上での近視野光のスポット径は、開口の大きさとほぼ同じである。したがって、サンプル表面に照射する近視野光を走査することで、微小領域におけるサンプルの光学物性の観測を可能としている。
【０００５】
このような近視野光発生素子は、顕微鏡としての利用だけでなく、プローブを通してサンプルに向けて比較的強度の大きな光を導入させることにより、プローブの開口部にエネルギー密度の高い近視野光を生成し、その近視野光によって記録媒体表面の構造または物性を局所的に変更させる高密度な光メモリ装置としての応用も可能である。強度の大きな近視野光を得るために、プローブ先端の先端角を大きくすることが試みられている。また、このような光メモリ装置としての応用には、先鋭化されたプローブではなく、平坦な基板に開口を形成したプローブを記録再生ヘッドとして用いる装置がいくつか考案されている。
【０００６】
これら近視野光を利用した素子においては、開口の形成が重要である。開口の作製方法の一つとして、特許公報平５−２１２０１に開示されている方法が知られている。特許公報平５−２１２０１の開口作製方法は、開口を形成するための試料として、先鋭化した光波ガイドに遮光膜を堆積したものを用いている。開口の作製方法は、遮光膜付きの先鋭化した光波ガイドを圧電アクチュエータによって良好に制御された非常に小さな押しつけ量で硬い平板に押しつけることによって、先端の遮光膜を塑性変形させている。
【０００７】
また、別の開口の作製方法として、特開平１１−２６５５２０に開示されている方法がある。特開平１１−２６５５２０の開口の作製方法において、開口を形成する対象は、平板上に集束イオンビーム（ＦＩＢ）によって形成された突起先端である。開口の形成方法は、突起先端の遮光膜に、側面からＦＩＢを照射し、突起先端の遮光膜を除去することによって行っている。
【０００８】
さらに、分解能の向上やプローブとサンプルの間に生じる相互作用の結果生じる散乱光の強度を強くするために、金属微粒子が入射光によりプラズモンを発生する現象を利用した方法が提案されている。
【０００９】
岡本らは、ＳｉＮ（窒化シリコン）などの透明材料により形成された先鋭な先細の部材たるプローブ本体の先端に、Ａｕ（金）やＰｔ（白金）などの金属の微粒子を固定させたプローブを考案している（Ｔａｋａｙｕｋｉ Ｏｋａｍｏｔｏ ａｎｄ Ｉｃｈｉｒｏｕ Ｙａｍａｇｕｃｈｉ ，”Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｕｓｉｎｇ ａ ｇｏｌｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３６，Ｌ１６６（１９９７））。
【００１０】
このような透明材料により形成された先鋭なプローブ本体の先端に金属微粒子を固定させたプローブは、入射光によって金属微粒子によりプラズモンが生成され、従来の金属微粒子がないプローブに比べて散乱効率が高く、高い検出光量を得ることができる。さらに、その分解能が、先端に固定された金属微粒子の固定位置や曲率半径、金属微粒子の種類などにより決定されるので、適切な金属微粒子をプローブ先端に固定することにより、より高い分解能を得ることができる。
【００１１】
また、特許第３１１７６６７号で開示されている光ファイバープローブおよびその製造方法によれば、光ファイバの一端に、コアがクラッドから突出した突出部を形成し、この突出部表面に先端部を除いて金属膜を形成し、さらに上記突出部の外周部を先端面より後退させ、内周部の先端に金属球を形成するので、プローブの根本部分で散乱された散乱光や試料の表面粗さによる散乱光の影響を受けず、近視野を高感度、高分解能をもって検出することが可能な光ファイバプローブが得られる。
【００１２】
さらに、特開２００１−８３０６９号で開示されている部材の先端部に金属微粒子を生成して固定する方法およびその装置ならびにプローブによれば、先鋭な部材を金属溶液に漬けて、近視野光によってイオンを還元してプローブ先端部に金属球を形成する方法やプローブ、装置を提供している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に開口の狭小化は、この開口近傍に生成される近視野光の強度を低下させ、これがサンプル（あるいは、記録媒体）によって散乱・変調される場合においても検出器に届く変調・伝播光の強度低下を招く。これを補償するために、仮に検出系のゲインを上げたとしても、検出器本来の暗電流や増幅回路における熱雑音等により、一般的には信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）はむしろかなり劣化する。また、開口部に投入するレーザー光のパワーの増大や、開口部におけるレーザー集光スポットの微小化ももちろん効果がある。
【００１４】
しかしながら開口の微小化に伴って、ＦＩＢ等による微細加工上の制約や、開口の面内寸法と厚みの比率に強く依存する投入光の減衰の影響により、遮光膜はその厚みをむしろ薄くせざるを得ない。このため、遮光膜の薄層化は光の遮断性を低下させ、光検出器に届く直流光成分を増加させるので、仮にサンプル（あるいは、記録媒体）による同程度の光強度変調が得られたとしても、これは等価的な信号品質の劣化となる。また開口部周辺にレンズを用いて光を集光させる場合にも基本的には従来の幾何光学系に基づくため、回折限界により開口部近傍に十分高いエネルギ密度で光を照射できない。
【００１５】
従って、従来の方法では、再生分解能の向上と光検出器から得られる信号の高Ｓ／Ｎ比化を同時に満足する事が極めて難しく、高記録（再生）密度化が困難であるという課題があった。
【００１６】
その対策として、岡本らや特許第３１１７６６７号や特開２００１−８３０６９号で開示されている発明においては、プラズモンを発生する金属微粒子を先鋭化されたプローブの先端に形成している。
【００１７】
しかしながら、このようなプローブは、分解能の向上や検出器で得られる光強度の増大・高Ｓ／Ｎ比化をはかることはできるが、これらのプローブ形状は大量生産には適しておらず、近視野光発生素子の作製に高価な製造装置が必要であり、ＳＮＯＭ装置や光メモリ装置の低コスト化が困難であるという課題があった。
【００１８】
従って本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたもので、再生信号強度およびＳ／Ｎ比が十分大きくかつ超高密度、超高分解能でありながら、低コストで大量生産可能な近視野光発生素子を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するために本発明に係る第１の近視野光発生素子の作製方法は、光を照射することによりプラズモンを生成する微小散乱体を開口の内部にもつ近視野光発生素子の作製方法において、基板上に周期的に配置された微小散乱体を形成する周期的微小散乱体形成工程と、前記周期的に配置された微小散乱体から１つの微小散乱体のみを残し他の微小散乱体を除去する微小散乱体選択工程と、前記１つの微小散乱体が前記開口の内部に配置されるように前記開口を形成する開口形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、プラズモンを生成する微小散乱体を開口内部にもつ近視野光発生素子を作製することが容易に可能となる。そして、本発明の近視野光発生素子の作製プロセスそのものは、半導体プロセスで可能であり、プラズモンを利用した高性能な近視野光発生素子の大量生産を可能にし、しかも低コスト化を容易にはかることができる。その上、本近視野光発生素子を近視野光顕微鏡や光メモリ装置に応用する場合に必要な近視野光発生素子の開口部分以外の形状を作製するためのプロセスも同じ半導体プロセスを用いることができるので、開口部分形成工程と他の部分の形状作製工程とのプロセスの親和性も非常に高い。
【００２１】
さらに、本発明の作製方法により作製されたプラズモンを生成する近視野光発生素子を顕微鏡や光情報記録再生装置に用いることで、光の利用効率を飛躍的に向上する事ができ、装置の低消費電力化、装置の小型化が可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る第２の近視野光発生素子の作製方法は、前記微小散乱体選択工程が、前記周期的に配置された微小散乱体を少なくとも覆うようにレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、前記レジスト膜を露光・現像するレジスト露光現像工程と、前記レジスト露光現像工程により形成されたレジスト保護部を用いて前記１つの微小散乱体を残し他の微小散乱体を除去する微小散乱体除去工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、本発明に係る第１の近視野光発生素子の作製方法の効果に加え、複数の微小散乱体から１つの微小散乱体を選択するのに、特別高価な超精密位置決め機構を用いる必要がなくなり、通常の半導体プロセスで用いられている製造装置が利用可能となる。さらに、周期的な複数の微小散乱体を作製する領域を広くすれば、精密な位置決め機構をもたない製造装置で近視野光発生素子を作製できる。よって、近視野光ヘッドの更なる低コスト化が可能である。
【００２４】
また、本発明に係る第３の近視野光発生素子の作製方法は、前記開口形成工程が、前記基板の前記微小散乱体が形成された側に遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、前記レジスト保護部を除去することで開口を形成するレジスト除去工程とを含むことを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、本発明に係る第１および第2の近視野光発生素子の作製方法の効果に加え、レジスト保護部をそのまま開口形成のマスクとして用いることができるので、開口を形成するためのマスクを形成したり、ＦＩＢ加工による開口形成をする必要が無い。さらに、厳密な位置合わせや複雑な作製プロセスを踏まなくとも、必ず、開口内部に微小散乱体が形成される。よって、近視野光発生素子の更なる低コスト化がはかれる。
【００２６】
また、本発明に係る第４の近視野光発生素子の作製方法は、前記開口形成工程が、前記レジスト保護部を用い前記基板の一部を薄くする基板加工工程と、前記基板の前記微小散乱体が形成された側に遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、前記レジスト保護部を除去することで開口を形成するレジスト除去工程とを含むことを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、本発明に係る第１から第３の近視野光発生素子の作製方法の効果に加え、基板をエッチング加工するためのマスクを特別に形成せずとも、基板をエッチング加工することができ、より低コストで近視野光発生素子を作製することができる。また、遮光膜と微小散乱体の高さが同じであるので、サンプルと微小散乱体の距離を短くでき、サンプル表面と微小散乱体との相互作用の結果生じる散乱光の強度を大幅に強くでき、光の利用効率がさらに向上する。その上、サンプルと微小散乱体の距離が非常に近接することで、分解能も向上する。
【００２８】
また、本発明に係る第５の近視野光発生素子の作製方法は、前記レジスト保護部の大きさが、前記微小散乱体の大きさ以上、前記微小散乱体の大きさと前記周期的に配置された微小散乱体のピッチとの和以下であることを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、本発明に係る第１から第４の近視野光発生素子の作製方法の効果に加え、レジスト保護部の内部に２個以上の微小散乱体が存在する事が無く、１つの開口に１つの微小散乱体を形成する事ができる。開口内部に微小散乱体が存在する場合の分解能は開口サイズよりも微小散乱体が大きく関与するので、１つの開口に２つ以上の微小散乱体が形成されてしまうと分解能を低下させる原因となる。しかし、本方法では１つの開口の内部に１つの微小散乱体を形成することができるので、近視野光発生素子としての分解能の低下を防ぐことができる。とくに、レジスト保護部の大きさが微小散乱体の大きさと周期的に配置された微小散乱体のピッチを加えたものと一致するとにきは、レジスト保護部を形成する位置の精度が数μｍ程度と悪くとも、レジスト保護部の内部には必ず１つの微小散乱体が存在する。よって、レジスト保護部の位置を厳密に形成する必要なく、安価な製造装置で近視野光発生素子を作製することができる。
【００３０】
また、本発明に係る第６の近視野光発生素子の作製方法は、前記微小散乱体が、金、銀、銅、白金であることを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、本発明に係る第１から第５の近視野光発生素子の作製方法の効果に加え、微小散乱体が金、銀、銅、白金の場合には、可視光に対して、プラズモンが容易に発生し、しかも、入手が容易で、安価である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、近視野光発生素子を用いた装置と、本発明の近視野光発生素子の作製方法について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
まず、微小散乱体が開口内部にある近視野光発生素子を用いた装置の一例を説明する。
【００３３】
図５は、近視野発生素子を用いた装置の一例を説明した図である。また、図６は、図５の装置で用いた近視野光発生素子を説明する図である。この装置は、近視野光顕微鏡であり、平面型のプローブを用いて、サンプル上の微小な領域の光学特性を透過で測定するための装置である。
【００３４】
図６において、近視野光発生素子５０１は、基板６０１の上部の遮光膜６０２に直径２００ｎｍの開口５０２が設けられている。そして、この開口５０２の内部に銀の微小散乱体６０３が形成されている。この微小散乱体６０３の大きさは、５０ｎｍ程度である。ここで、光源としては波長４８８ｎｍの可視光を用い、基板６０１としては石英基板を用いた。ここで、基板６０１の材質には石英を用いた。
【００３５】
このような近視野光発生素子５０１を用いた近視野光顕微鏡の動作について説明する。
【００３６】
図５において、近視野光発生素子５０１の開口５０２が形成された側をサンプル５０９にピエゾステージなどを用いることにより、開口５０２とサンプル５０９の表面が数十ｎｍ程度になるまで近接させる。レーザー５０３を出射した光束は、レンズ５０５、ミラー５０８、レンズ５０６をへて、近視野光発生素子５０１の開口５０２近傍に集光される。すると、近視野光発生素子５０１に形成された光の波長以下サイズの微小構造である微小散乱体６０３を有する開口５０２の近傍に近視野光が発生する。その際、金属の微小散乱体６０３近傍には、プラズモンが生成されるので非常に強い近視野光が得られる。この近視野光をサンプル５０９に照射すると、サンプル５０９表面の微小な凹凸や屈折率等の光学定数の変化との相互作用により近視野光が散乱光に変換され、受光素子５０４でこの散乱光を検出する。このような方法はイルミネーションモードと呼ばれている。これにより、従来の光学系において限界とされていた光の波長以下となる領域における光学情報を観察することが可能となる。
【００３７】
このような開口５０２内部に金属などのプラズモンが生成される微小散乱体６０３がある近視野光発生素子５０１では、その分解能は、開口５０２の大きさではなく、微小散乱体６０３の大きさで決まる。つまり、このような近視野光発生素子５０１を用いると、分解能の大幅な向上と検出器で得られる光強度の増大を同時に実現し、レーザーの低出力化や装置の低消費電力化をかはることができ、さらに、非常に微小な領域の光学的な特性を観察することが可能である。
【００３８】
また、光学情報の観察としては、サンプルに光を照射することによりサンプル表面上に近視野光を発生させ、この近視野光を近視野光発生素子の微小散乱体との相互作用により散乱光に変換する（コレクションモード）方法でも観察可能である。
【００３９】
ここでは、近視野光発生素子を用いた装置として近視野光顕微鏡を用いたが、サンプルを記録メディアとすることで、記録メディアに記録された情報の再生や、記録メディアへの情報の記録を行う光メモリ装置に本発明の近視野光発生素子を用いても良い事は言うまでもない。記録メディアに情報を記録するには、微小散乱体を有する開口より生成される近視野光を記録メディア表面に照射させ、記録メディア上の微小な領域の形状を変化させたり（ヒートモード記録）、微小な領域の屈折率あるいは透過率を変化させる（フォトンモード記録）ことにより行う。
【００４０】
次に、上述したような近視野光顕微鏡などの装置に用いる近視野光発生素子の作製方法について説明する。
【００４１】
図１は、本発明の近視野光発生素子の作製方法を説明した図である。この図は、開口内部の微小散乱体の作製方法に関する部分のみを示してある。もちろん近視野顕微鏡や光メモリ装置の近視野光発生素子として用いるには、この他に必要に応じ近視野光発生素子の形状を作製する工程が必要であるが、ここではその説明を省略する。
【００４２】
本発明の開口内部に微小散乱体を有する近視野光発生素子の作製工程は、基板上に周期的に配置された微小散乱体を形成する周期的微小散乱体形成工程１０１と、周期的に配置された微小散乱体から１つの微小散乱体のみを残し他の微小散乱体を除去する微小散乱体選択工程１０２と、前記１つの微小散乱体が開口内部に配置されるように開口を形成する開口形成工程１０３とからなる。以下、それぞれの工程について詳細に説明する。
【００４３】
図７は、周期的微小散乱体形成工程を詳細に説明する図である。この工程は、基板上６０１に微小散乱体を複数個周期的に形成する工程である。
【００４４】
まず、ステップＳ７０２で、石英やガラス等の基板６０１上部に、レジスト膜７０１をスピンコート等の方法により成膜する。
【００４５】
次にステップＳ７０３で、通常の半導体製造工程で用いられるフォトリソグラフィ技術を使用して、レジスト膜７０１を露光し、露光部７０２を形成する。レジスト膜７０１の露光部７０２は、正方形をある一定のピッチ（ここでは２００ｎｍとした）で周期的に複数個配列するように形成した。
【００４６】
次に、ステップＳ７０４では、露光したレジスト膜７０１を現像し、レジスト膜除去部７０３を形成する。
【００４７】
次に、ステップＳ７０５では、基板６０１の上部に形成されたレジスト膜除去部７０３に対して、基板６０１の斜め方向より銀を蒸着にする。この時、蒸着する銀の厚さは数十ｎｍ以下である。すると、レジスト膜７０１上部のレジスト上部金属膜７０４と、レジスト膜除去部７０３の正方形の１つの角の部分のみに銀が蒸着される。レジスト膜除去部７０３の正方形の１つの角にしか銀が蒸着されない理由は、斜方蒸着で銀原子を成膜しようとしているので、レジスト膜７０１の厚さのために、レジスト膜除去部７０３の一部が影になり銀が蒸着されず、レジスト膜除去部７０３の正方形の１つの角にのみに銀が成膜されるからである。
【００４８】
そして、ステップＳ７０６において、レジスト膜７０１を除去する事で、レジスト膜７０１とレジスト上部金属膜７０４を除去する。このような方法により周期的に配置された微小散乱体７０６を形成すると、それぞれの微小散乱体の大きさは、直径５０ｎｍ程度以下のものを基板６０１上に作製可能である。
【００４９】
よって、基板６０１の上部に大きさ５０ｎｍ程度の銀が、２００ｎｍの間隔を置いて周期的に配置された微小散乱体７０６が形成される。
【００５０】
ここで、レジスト膜の露光に電子ビーム露光などを用いるとレジスト除去部７０３の寸法が数十ｎｍ以下の大きさのものが作製可能であり、その場合にはこのような斜方蒸着をせずともよい。しかし、大量生産可能なステッパーなどを用いた通常の半導体技術では、数十ｎｍのパターンを形成することは困難であるので、このような方法で作製した。
【００５１】
また、ここでは微小散乱体の材質として銀原子を用いたが、微小散乱体の材質としては銀以外にも、金や銅、白金などの金属や、非金属など、使用する光源の波長に対してプラズモンを発生させる物質であれば良い事は言うまでもない。特に銀、金、銅、白金などの金属の微小散乱体は、可視光に対して容易にプラズモンが発生し、しかも入手が容易で、安価である。
【００５２】
さらに、周期的微小散乱体形成工程は、本方法以外にも、基板上に周期的に配置された微小散乱体を形成する方法であれば他の方法をもちいても良い。例えば、益田らによる高規則性陽極酸化ポーラスアルミナを用いた方法（応用物理、第６９巻、第５号、ｐ５５８（２０００））などを用いることで周期的に配置された微小散乱体を基板上に形成できる。
【００５３】
次に、微小散乱体選択工程について説明する。
【００５４】
図２は、本発明の実施の形態１に係る近視野光発生素子の作製方法の微小散乱選択体工程について説明した図である。
【００５５】
微小散乱選択工程は、周期的微小散乱体形成工程で作製された基板に対して、周期的に配置された複数個の微小散乱体を覆うようにレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程２０１と、前記レジスト膜を露光・現像するレジスト露光現像工程２０２と、レジスト露光現像工程により形成されたレジスト保護部を用いて１つの微小散乱体を残し他の微小散乱体を除去する微小散乱体除去工程２０３からなる。
【００５６】
図８は、本発明の実施の形態１に係る近視野光発生素子の作製方法の微小散乱体選択工程について詳細に説明する図である。以下、図８を用いて微小散乱体選択工程について説明する。
【００５７】
まず、レジスト膜形成工程として、ステップＳ８０２で、周期的微小散乱体形成工程で作製された基板の上部に、レジスト膜８０１をスピンコート等の方法により成膜する。その際、レジスト膜８０１は、基板６０１上の周期的に配置された微小散乱体７０６を全て覆うように成膜する。
【００５８】
次に、レジスト露光現像工程として、ステップＳ８０３で、レジスト膜８０１を露光・現像し、レジスト保護部８０２を形成する。レジスト保護部８０２の大きさは、このレジスト保護部８０２の内部に１つの微小散乱体が存在する大きさである必要がある。具体的には、レジスト保護部８０２の大きさは、微小散乱体の大きさ以上、微小散乱体の大きさと周期的に配置された微小散乱体のピッチとの和以下である必要がある。ここでは、レジスト保護部８０２の大きさは、一辺が２５０ｎｍの正方形とした。もちろん、正方形以外の形状でも良い事は言うまでもない。ただし、その際は、微小散乱体の配置とレジスト保護部の形状に注意が必要である。つまり、周期的に配置された微小散乱体のうち１つの微小散乱体が、形成されたレジスト保護膜の内部にあるようにする必要がある。
【００５９】
次に、微小散乱体除去工程として、ステップＳ８０４で、レジスト保護部８０２を用いて、基板６０１上に形成されている周期的に配置された微小散乱体７０６をエッチングする。すると、レジスト保護部８０２の内部にある微小散乱体６０３以外の微小散乱体が基板６０１上より除去される。レジスト保護部８０２により微小散乱体の一部が覆われているような場合にも、エッチングを十分に行うことにより、このような微小散乱体も除去される。よって、レジスト保護部８０２の内部にある微小散乱体６０３のみが基板６０１上に形成されることになる。
【００６０】
ここで、レジスト保護部の大きさを微小散乱体の大きさと周期的に配置された微小散乱体のピッチとの和とすると、このレジスト保護部の位置の精度は、非常に低いもので良い。つまり、この工程での目的は、レジスト保護部の内部に微小散乱体が１つ存在する状態を作る事であるので、周期的に配置された微小散乱体の中から、どれか１つの微小散乱体を残し、他を除去すればよい。よって、レジスト保護部の大きさや形状は高精度が要求されるが、その位置精度はかなり低くてもよい。
【００６１】
マスクを用いるような通常の半導体プロセスでは、レジスト保護部の大きさを制御することは容易であるが、レジスト保護部の位置を厳密に制御するために、マスクの位置合わせ精度を数十ｎｍ以下とする事は非常に困難である。よって、上述したような方法を用いる事で、微小散乱体を内部に１つだけもつようなレジスト保護部の形成が容易に可能となる。
【００６２】
レジスト保護部の大きさが微小散乱体の大きさより小さい場合や、微小散乱体の大きさと周期的に配置された微小散乱体のピッチの和よりも大きい場合には、前者ではレジスト保護部の内部に常に１つも存在せず、後者では、レジスト保護部の内部に常に少なくとも２つ以上の微小散乱体が存在することになり、問題となる。
【００６３】
最後に、開口形成工程について説明する。
【００６４】
図３は、本発明の実施の形態１に係る近視野光発生素子の作製方法の開口形成工程について説明した図である。
【００６５】
開口形成工程は、基板の微小散乱体が形成された側に遮光膜を形成する遮光膜形成工程３０１と、レジスト保護部を除去することで開口を形成するレジスト除去工程３０２とからなる。
【００６６】
図９は、本発明の実施の形態１に係る近視野光発生素子の作製方法の開口形成工程について詳細に説明する図である。以下、図９を用いて開口形成工程について説明する。
【００６７】
まず、遮光膜形成工程として、ステップＳ９０２で、微小散乱体除去工程で作製された基板の上部に、スパッタや真空蒸着等の方法により遮光膜としてＡｌを成膜する。すると、レジスト保護部８０２上部のレジスト上部遮光膜９０１と基板６０１上部の遮光膜９０２が形成される。本実施の形態では、Ａｌを用いたが、この遮光膜の材質は、ＡｌやＣｕなどの金属に限らず、用いる光源に対して十分な遮光率を有する材質であれば良いことは言うまでもない。
【００６８】
次に、レジスト除去工程として、ステップＳ９０３で、レジスト保護部８０２を取り除く。するとレジスト保護部８０２の上部に形成されているレジスト上部遮光膜９０１がレジスト保護部８０２と一緒に除去される。よって、基板６０１の上部に形成されたＡｌの遮光膜６０２に、レジスト保護部８０２とほぼ同じ大きさの一辺が２００ｎｍのほぼ正方形な開口５０２が形成れる。よって、開口５０２の内部に直径５０ｎｍの銀の微小散乱体６０３が形成された近視野光発生素子を作製することができる。必要に応じて、最後に、開口５０２内部の微小散乱体６０３や遮光膜６０２の上部に透明な保護膜を形成する。
【００６９】
よって、レジスト保護部をそのまま開口形成のマスクとして用いることができるので、開口を形成するためのマスクを形成したり、ＦＩＢ加工による開口形成をする必要が無い。さらに、厳密な位置合わせや複雑な作製プロセスを踏まなくとも、必ず、開口内部に微小散乱体が形成される。よって、近視野光発生素子の更なる低コスト化がはかれる。
【００７０】
ここで、本実施の形態において、基板として可視光に対して透明な石英やガラス等を用いたが、この基板は利用する光源の波長に対して十分透過率が高い基板であれば良く、石英やガラス以外の材質を用いることができる事は言うまでもない。
【００７１】
また、利用する光源の波長に対して透過率が低い基板（例えば可視光に対するＳｉ基板など）を用いる場合には、開口近傍に光源からの光束が照射するように基板の一部に空間を形成したり、透過率の高い材質を埋め込むことで同様な方法で近視野光発生素子を作製することができる。
【００７２】
さらに、周期的な微小散乱体を配置する領域は、レジスト保護部を作製する際の位置精度による。つまり、レジスト保護部を作製するためのプロセスで、マスクの位置合わせ精度やステージ精度などを考慮し、基板上にレジスト保護部を形成する時の位置精度よりも広い領域に周期的な微小散乱体を形成する必要がある。例えば、現在の半導体プロセスの能力を考えると１０μｍＸ１０μｍ程度の領域に周期的な微小散乱体を作製すれば十分である。
【００７３】
また、周期的な微小散乱体の配置は、一次元的な直線配置でも、２次元的な配置でも、周期的な配置であれば良い。
【００７４】
また、本実施の形態では、１枚の基板上に、内部に微小散乱体が存在する開口を１つ作製する工程について説明したが、１枚の基板上に複数の開口を同時に作製することも可能である。もちろん、１枚の基板上に複数個の近視野光発生素子を同時に作製することができる。１枚の基板上に複数個の近視野光発生素子を作製した場合には、必要に応じてダイシング等の方法により、１つ１つの近視野光発生素子に分割工程が必要である。
【００７５】
従って以上説明したように、本実施の形態に係る近視野光発生素子の作製方法において、周期的微小散乱体形成工程により、基板上に周期的に配置された微小散乱体を形成し、その後、微小散乱体選択工程により周期的に配置された微小散乱体から１つの微小散乱体のみを残し他の微小散乱体を除去し、最後に１つの微小散乱体を内部に有するような開口を形成することで、微小散乱体を内部に持つ開口を有する近視野光発生素子を作製することが可能となる。その上、周期的に配置された微小散乱体から１つの微小散乱体のみを選択するためのレジスト保護部は、その大きさや形状の精度は必要であるが、その位置は高精度を要求しない。通常の半導体プロセスでは、レジスト保護部の形状を高精度に作製することは容易であるが、その位置を数十ｎｍという単位で制御することは非常に困難であり、開口内部に微小散乱体を形成することは今までの方法では不可能であった。
【００７６】
しかし、本実施の形態に係る近視野光発生素子の作製方法によれば、形状精度は高精度で、その位置精度は比較的低くても良く、現在の通常の半導体プロセスがそのまま利用可能である。よって、プラズモンを利用した高性能な近視野光発生素子の大量生産を可能にし、しかも低コスト化を容易にはかる事ができる。さらに、本発明の方法により作製された近視野光発生素子を近視野光顕微鏡や光メモリ装置に応用する場合には必要な形状作製するためのプロセスも同じ半導体プロセスを利用できるのでプロセスの親和性も非常に高い。
【００７７】
また、複数の微小散乱体から１つの微小散乱体を選択するのに、従来では、SEM等で観察しながら、高価な超精密位置決め機構が必要不可欠であったが、本発明により、そのような観察しながら高価な超精密位置決め機構を用いる必要がなくなり、特別高価な位置決め機構をもたない通常の半導体プロセスで用いられている製造装置が利用可能となる。その上、周期的な複数の微小散乱体を作製する領域を広くすれば、レジスト保護部を作製するための位置精度への要求はさらに低くなり、安価な位置合わせ機構をもった製造装置で近視野光発生素子を作製できる。よって、近視野光ヘッドの更なる低コスト化が可能である。
【００７８】
さらに、本実施の形態の作製方法によれば、レジスト保護部の内部に２個以上の微小散乱体が存在する事が無く、１つの開口に１つの微小散乱体を形成する事ができる。開口内部に微小散乱体が存在する場合の分解能は開口サイズよりも微小散乱体が大きく関与するので、１つの開口に２つ以上の微小散乱体が形成されてしまうと分解能を低下させる原因となる。しかし、本方法では１つの開口の内部に１つの微小散乱体を形成することができるので、近視野光発生素子としての分解能の低下を防ぐことができる。
【００７９】
特に、レジスト保護部の大きさが微小散乱体の大きさと周期的に配置された微小散乱体のピッチを加えたものと一致するとにきは、レジスト保護部を形成する位置の精度が数μｍと非常に低くても、レジスト保護部の内部に必ず１つの微小散乱体が存在する。よって、レジスト保護部の位置を厳密に形成する必要がなく、場合によってはレジスト保護部を作製するための位置合わせ機構そのものも必要なくなり、より安価な製造装置で近視野光発生素子を作製することができる。
【００８０】
さらに、本実施の形態の作製方法により作製された近視野光発生素子を用いた装置においても低コスト化でき、プラズモン効果を利用した近視野光発生素子のため光の利用効率を飛躍的に向上する事ができ、低消費電力化、装置の小型が可能となる。
（実施の形態２）
図４に本発明の実施の形態２にかかる近視野光発生素子の作製方法を説明する図を示す。図４は、実施の形態１における開口形成工程の他の作製方法であり、その他の工程は実施の形態１と同じであるので、周期的微小散乱体形成工程と微小散乱体選択工程については説明を省略する。またその他の工程についても説明を一部省略或いは簡単にする。
【００８１】
本発明の実施の形態２にかかる近視野光発生素子の作製方法の開口形成工程は、レジスト保護部を用い基板の一部を薄くする基板加工工程４０１と、基板の微小散乱体が形成された側に遮光膜を形成する遮光膜形成工程３０１と、レジスト保護部を除去することで開口を形成するレジスト除去工程３０２とからなる。
【００８２】
図１０は、本発明に係る他の開口形成工程を詳細に説明する図である。
【００８３】
ステップＳ１００１では、周期的微小散乱体形成工程と微小散乱体選択工程により作製された基板６０１の上部に形成された１つの微小散乱体６０３と、微小散乱体６０３を内部に含むレジスト保護部８０２を示してある。
【００８４】
次に、基板加工工程として、ステップＳ１００２で、レジスト保護部８０２をマスクとして、基板６０１の一部をエッチングすることにより薄くする。
【００８５】
その後、遮光膜形成工程として、ステップＳ１００３で、実施の形態１で説明した方法と同様な方法により、エッチングした基板６０１の上部にＡｌの遮光膜１００３とレジスト上部遮光膜１００２を形成する。
【００８６】
そして最後に、レジスト除去工程として、ステップＳ１００４で、実施の形態１の説明した方法と同様にしてレジスト保護部８０２とレジスト上部遮光膜１００２を除去する。
【００８７】
ここで、ステップＳ１００３で基板６０１をエッチングする量は、その後形成する遮光膜１００３の厚さから微小散乱体６０３の大きさを引いた程度の量とする。つまり、遮光膜１００３と微小散乱体６０３がほぼ同じ高さになるようにする。
【００８８】
よって、基板６０１の上部に形成されたＡｌの遮光膜１００４に、レジスト保護部の形状とほぼ同じ一辺２００ｎｍ程度の正方形の開口５０２が形成れ、その開口５０２の内部に５０ｎｍの銀の微小散乱体６０３が形成され、しかも、遮光膜１００４と微小散乱体６０３の高さが同じ近視野光発生素子を作製することができる。
【００８９】
従って以上説明したように、本実施の形態に係る近視野光発生素子の作製方法の開口形成工程において、基板加工工程によりレジスト保護部をマスクとして用い基板の一部を薄くし、その後、遮光膜形成工程で基板の微小散乱体が形成された側に遮光膜を形成し、最後にレジスト除去工程により、レジスト保護部を除去して開口を形成することで、微小散乱体を内部に持つ開口を有する近視野光発生素子を作製した。
【００９０】
よって、実施の形態１で説明した効果に加え、基板をエッチング加工するためのマスクを特別に形成せずとも、基板をエッチング加工することができ、コストアップの要因を最大限に取り除くことができ、低コストで近視野光発生素子を作製することができる。
【００９１】
また、遮光膜１００４と微小散乱体６０３の高さが同じ近視野光発生素子を作製することが容易にできる。このような近視野光発生素子を用いると、サンプルとプラズモンが発生している微小散乱体の距離を短くでき、サンプル表面と微小散乱体との相互作用の結果生じる散乱光の強度を大幅に強くでき、光の利用効率がさらの向上する。さらに、サンプルと微小散乱体の距離が非常に近接していることで、分解能も向上する。本実施の形態にかかる近視野光発生素子の作製方法によれば、このような特徴を有する近視野光発生素子を容易に、そして、低コストで作製することができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の近視野発生光素子の作製方法によれば、プラズモンを生成する微小散乱体を開口内部にもつ近視野光発生素子を作製することが容易に可能となる。そして、本発明の近視野光発生素子の作製プロセスそのものは、通常の半導体プロセスで可能であり、プラズモン効果を利用した高性能な近視野光発生素子の大量生産を可能にし、しかも低コスト化を容易にはかる事ができる。その上、本近視野光発生素子を近視野光顕微鏡や光メモリ装置に応用する場合に必要な近視野光発生素子の開口部分以外の形状を作製するためのプロセスも同じ半導体プロセスを用いることができるので、開口部分形成工程と他の部分の形状作製工程とのプロセスの親和性も非常に高い。
【００９３】
また、本発明の作製方法により作製されたプラズモンを生成する近視野光発生素子を顕微鏡や光情報記録再生装置に用いることで、光の利用効率を飛躍的に向上する事ができ、装置の低消費電力化、装置の小型が可能となる。
【００９４】
さらに、複数の微小散乱体から１つの微小散乱体を選択するのに、特別高価な位置決め機構をもたない通常の半導体プロセスで用いられている製造装置が利用可能となり、安価な位置合わせ機構をもった製造装置で近視野光発生素子を作製できる。よって、近視野光ヘッドの更なる低コスト化が可能である。
【００９５】
さらに、レジスト保護部の大きさが、微小散乱体の大きさ以上、前記微小散乱体の直径と前記周期的に配置された微小散乱体のピッチとの和以下とすることで、１つの開口に１つの微小散乱体を形成する事ができる。開口内部に微小散乱体が存在する場合の分解能は開口サイズよりも微小散乱体が大きく関与するので、１つの開口に２つ以上の微小散乱体が形成されてしまうと分解能を低下させる原因となる。しかし、本方法では１つの開口の内部に１つの微小散乱体を形成することができるので、近視野光発生素子としての分解能の低下を防ぐことができる。とくに、レジスト保護部の大きさが微小散乱体の大きさと周期的に配置された微小散乱体のピッチを加えたものと一致するとにきは、レジスト保護部の位置を厳密に制御する必要はなく、場合によってはレジスト保護部を作製するための位置合わせ機構そのものも必要なく、安価な製造装置で近視野光発生素子を作製することができる。
【００９６】
さらに、レジスト保護部をそのまま開口形成のマスクとして用いることができるので、開口を形成するためのマスクの作製や、ＦＩＢ加工による開口形成をする必要が無い。その上、厳密な位置合わせや複雑な作製プロセスを踏まなくとも、必ず、開口内部に微小散乱体が形成されるので、近視野光発生素子の更なる低コスト化がはかれる。
【００９７】
さらに、微小散乱体として、金、銀、銅、白金の場合には、可視光に対して、プラズモンが容易に発生し、しかも、入手が容易で、安価である。
【００９８】
さらに、実施の形態２で説明したような開口形成工程を用いると、基板をエッチング加工するためのマスクを特別に形成せずとも、基板をエッチング加工することができ、さらなる低コスト化ができる。また、遮光膜と微小散乱体の高さが同じとなるので、サンプルと微小散乱体の距離を短くでき、サンプル表面と微小散乱体との相互作用の結果生じる散乱光の強度を大幅に強くでき、光の利用効率がさらに向上する。その上、サンプルと微小散乱体の距離が非常に近接していることで、分解能も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る近視野光発生素子の作製方法について説明した図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る近視野光発生素子の作製方法の微小散乱選択体工程について説明した図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る近視野光発生素子の作製方法の開口形成工程について説明した図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る近視野光発生素子の作製方法の他の開口形成工程について説明した図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る近視野光発生素子を用いた装置について説明した図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る近視野光発生素子について説明した図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る近視野光発生素子の作製方法の周期的微小散乱体形成工程について詳細に説明した図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る近視野光発生素子の作製方法の微小散乱体選択工程について詳細に説明した図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る近視野光発生素子の作製方法の開口形成工程について詳細に説明した図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る近視野光発生素子の作製方法の他の開口形成工程について詳細に説明した図である。
【符号の説明】
１０１  周期的微小散乱体形成工程
１０２  微小散乱体選択工程
１０３  開口形成工程
２０１  レジスト膜形成工程
２０２  レジスト露光現像工程
２０３  微小散乱体除去工程
３０１  遮光膜形成工程
３０２  レジスト除去工程
４０１  基板加工工程
５０１  近視野光発生素子
５０２  開口
５０３  レーザー
５０４  受光素子
５０５、５０６、５０７  レンズ
５０８  ミラー
５０９  サンプル
６０１  基板
６０２、９０２、１００３、１００４  遮光膜
６０３  微小散乱体
７０１、８０１  レジスト膜
７０２  露光部
７０３  レジスト膜除去部
７０４  レジスト上部金属膜
７０５、７０６  周期的に配置された微小散乱体
８０２  レジスト保護部
９０１、１００２  レジスト上部遮光膜
１００１  エッチング部
【図１】
0004681162.tif 000002
【図２】
0004681162.tif 000003
【図３】
0004681162.tif 000004
【図４】
0004681162.tif 000005
【図５】
0004681162.tif 000006
【図６】
0004681162.tif 000007
【図７】
0004681162.tif 000008
【図８】
0004681162.tif 000009
【図９】
0004681162.tif 000010
【図１０】
0004681162.tif 000011