(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に備えられ、メディアに向かって先鋭化された錐状のチップと、
前記チップを覆う遮光膜と、
前記チップの周囲に配置されており、前記基板からの高さが、前記基板からの前記チップの頂点部の高さと同一であり、前記メディアからの空気流によって浮上力を生成するエアーベアリング面を有する浮上スライダー構造部と、
前記チップの頂点部付近の前記遮光膜が塑性変形することで、前記遮光膜から突出したものであり、近視野光を生成する微小開口と、
前記微小開口付近に作製されており、前記遮光膜が塑性変形された凸部とを備えることを特徴とする近視野光ヘッド。
【請求項２】
前記チップと前記浮上スライダー構造部とは、同一材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の近視野光ヘッド。
【請求項３】
基板と、
前記基板上に備えられ、メディアに向かって先鋭化された錐状のチップと、
前記チップを覆う遮光膜と、
前記チップの頂点部分から近視野光を生成する光学的な開口と、
前記チップの周囲に配置されており、前記基板からの高さが、前記基板からの前記チップの頂点部の高さと同一であるストッパーと、
前記チップの頂点部付近の前記遮光膜が塑性変形することで、前記遮光膜から突出したものであり、近視野光を生成する微小開口と、
前記微小開口付近に作製されており、前記遮光膜が塑性変形された凸部と、
前記ストッパーに比べ、前記メディアからの空気流による浮上力の生成に寄与するエアーベアリング面を有する浮上スライダー構造部とを備えることを特徴とする近視野光ヘッド。
【請求項４】
前記チップと前記ストッパーとは、同一材料から構成されていることを特徴とする請求項３に記載の近視野光ヘッド。
【請求項５】
前記光学的な開口を複数備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の近視野光ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、近視野光の相互作用を利用し、メディア上の情報の記録・再生を行う近視野光ヘッド及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を用いた情報記録再生装置は、大容量化・小型化の方向へと進化しており、そのため記録ビットの高密度化が要求されている。その対策として、青紫色半導体レーザやSIL（Solid  Immersion  Lens）を用いた研究がおこなわれているが、これらの技術では光の回折限界の問題により、現在の記録密度の数倍程度の向上しか望めない。これに対し、光の回折限界を超えた微小領域の光学情報を扱う技術として近視野光を利用した情報記録再生方法が期待されている。
【０００３】
この技術では、微小領域と近視野光ヘッドに形成した光の波長以下サイズの光学的開口との相互作用により発生する近視野光を利用する。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扱うことが可能となり、光メモリの高密度化が期待できる。簡単に、再生の原理を紹介する。一般にコレクションモードといわれる方法では、まず、メディア表面に散乱光を照射することで、メディア表面の微小マークの構造に応じて近視野光をその周辺に局在させる。この近視野光と微小開口とを光学的に相互作用させ散乱光に変換し、開口を通して検出することで、データ再生が可能となる。また、イルミネーションモードといわれる方法では、微小開口に伝搬光を照射することで微小開口周辺に近視野光を生成させる。その近視野光をメディア表面に近接させ、メディア表面に記録された微小な光学情報と相互作用させる。そこで散乱された光を別途設けたデテクタで検出することでも再生可能である。さらに、情報の記録方法としては、微小開口より生成される近視野光をメディア表面に照射させ、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。これら、光の回折限界を超えた光学的微小開口を有する近視野光ヘッドを用いることにより、従来の光情報記録再生装置を超える記録ビットの高密度化が達成される。
【０００４】
このような光情報の記録再生を行う近視野光ヘッドを作製する場合、分解能や信号のSNに直接影響する微小開口形成が重要な工程となる。微小開口の作製方法の一つとして、特開平5-21201に開示されている方法が知られている。この方法の開口作製方法は、遮光膜を堆積させた先鋭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。
【０００５】
また、別の開口の形成方法として、特開平11-265520に開示されている方法がある。この方法の開口の形成方法は、突起を覆った遮光膜の先端付近に、側面方向からFIB（Focused Ion  Beam）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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平5-21201号公報
【特許文献２】特開平11-265520号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特開平5-21201の方法によれば、光波ガイド一本ずつしか開口を形成する事ができない。また、移動分解能が数nmの圧電アクチュエータによって押し込み量を制御する必要があるため、開口形成装置をその他の装置や空気などの振動による影響が少ない環境におかなくてはならない。また、光伝搬体ロッドが平板に対して垂直に当たるように調整する時間がかかってしまう。また、移動量の小さな圧電アクチュエータの他に、移動量の大きな機械的並進台が必要となる。さらに、移動分解能が小さな圧電アクチュエータをもちいて、押し込み量を制御するさいに、制御装置が必要であり、かつ、制御して開口を形成するためには数分の時間がかかる。したがって、開口作製のために、高電圧電源やフィードバック回路などの大がかりな装置が必要となる。加えて、開口形成にかかるコストが高くなる問題があった。
【０００８】
また、特開平11-265520の方法によれば、加工対象は平板上の突起であるが、FIBを用いて開口を形成しているため、一つの開口の形成にかかる時間が10分程度と長い。また、FIBを用いるために、試料を真空中におかなければならない。従って、開口作製にかかる作製コストが高くなる問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、光学的微小開口を有する近視野光ヘッド及びその製造方法において、メディアに向かって先鋭化された錐状のチップと、チップの頂点近傍に存在し、メディアと近視野光を介して相互作用する光学的な開口と、光学的な開口を除き、チップを覆う遮光膜と、チップと略同じ高さを有する複数のストッパーとを有する近視野光ヘッドにおいて、チップ及びストッパーの少なくとも一部を覆う略平板の少なくとも一部を変形させ、チップ頂点近傍の遮光膜に接触させることで、光学的な開口を形成する工程を有している。
【００１０】
従って、前記チップと略同じ高さを有するストッパーによって前記平面の微小変位を容易に制御でき、特別な制御装置を必要とせずに、光学的な微小開口を精度良く、所定の力を与えるような単純な装置にて短時間で容易に作製でき、近視野光ヘッドを低コストで作製できる。
【００１１】
また、前記光学的な開口を形成する工程にて、複数の近視野光ヘッドにおける複数の光学的な開口を、同時に形成している。
【００１２】
従って、チップ及びストッパーに一括して同時にほぼ同一の力を加えることで、一度に複数の光学的な開口を形成でき、開口一つあたりの加工時間を短縮できる。よって、開口形成に費やすコストをさらに低減できる。
【００１３】
また、近視野光ヘッド内に、複数の光学的な開口が存在し、光学的な開口を形成する工程にて、複数の光学的な開口を形成している。
【００１４】
従って、複数の開口を同時形成することで、開口形成工程を低コスト化し、量産性に優れたヘッドを供給できることに加え、本発明に係わる近視野光ヘッドを光メモリ用ヘッドとして使用する場合に、ヘッドの高速な掃引を行わずに、高速な情報の記録かつ再生を可能とする。
【００１５】
また、チップと前記ストッパーとを、同一の工程にて、同時に形成している。また、チップとストッパーとを同一材料としている。
【００１６】
従って、チップとストッパーとを一括同時形成できることから、チップとストッパーの高さの差を制御でき、任意の大きさの光学的な開口を精密に作製できる。このことから歩留まりの向上が期待できる。
【００１７】
また、前記光学的な開口を形成する工程にて光学的な開口を形成することで、平板にて変形させられた遮光膜の一部からチップの一部が突出している。
【００１８】
従って、突起の形状による特徴的な近視野光の空間分布が生じ、これを利用して効果的な照射範囲を決定できる。高密度なメモリにおいては、周囲に近視野光が局在する先鋭化した突起をメディアに近接させることで、突起先端の曲率半径と同程度の高空間分解能で、データ再生・記録が可能となり、高密度化が実現する。
【００１９】
また、近視野光ヘッドの一部がメディアとの相対運動により浮上力を受け、光学的な開口とメディアとの距離を一定に保つ手段として、浮上力を利用している。また、ストッパーの一部が浮上力を受ける近視野光ヘッドの一部を構成する。
【００２０】
従って、メディアを高速に再生させながら、メディアとの間隔を一定にかつその距離を十分近接した状態に保てることから、高速な処理が達成される。さらにハードディスクドライブのような構成にすることで、小型化も実現する。
【発明の効果】
【００２１】
チップ１とストッパー２の高さ、および、力Ｆを制御する事によって、分解能の高いアクチュエータを用いなくても、簡単に開口８を形成する事ができる。また、チップ１とストッパー２の高さが良好に制御されるため、開口８の作製歩留まりが向上した。また、本発明の実施の形態１で説明したワーク１０００は、フォトリソグラフィ工程によって作製可能なため、ウエハなどの大きな面積を有する試料に、複数個作製することが可能であり、力Ｆを一定にすることによって複数個作製されたワーク１０００それぞれに対して均一な開口径の開口８を形成する事ができる。また、力Ｆの大きさを変えることが非常に簡単なため、複数個作製されたワーク１０００に対して個別に開口径の異なる開口８を形成する事が可能である。
【００２２】
また、単純に力Ｆを加えるだけで開口が形成されるため、開口作製にかかる時間は数10秒以下と非常に短い。また、本発明の実施の形態１によれば、加工雰囲気を問わない。従って、大気中で加工する事が可能でありすぐに光学顕微鏡などで加工状態を観察できる。また、走査型電子顕微鏡中で加工することによって、光学顕微鏡よりも高い分解能で加工状態を観察することも可能である。また、液体中で加工することによって、液体がダンパーの役目をするため、より制御性の向上した加工条件が得られる。
【００２３】
また、ワーク１０００が複数個作製された試料に対して、一括で力Ｆを加えることによって、開口径のそろった開口８を一度に複数個作製する事も可能である。一括で加工する場合、ウエハ一枚あたりのワーク１０００の数にもよるが、開口1個あたりの加工時間は、数100ミリ秒以下と非常に短くなる。
【００２４】
また、実施の形態１に示した近視野光ヘッドでは、開口をエアーベアリング面と同じ高さに形成できることから、ヘッドの浮上量程度まで開口をメディアに近接できる。また、実施の形態１で示した作製方法で形成した微小な開口の形状は遮光膜より突出しかつ先端が先鋭化されており、先端径程度の光分解能（50nm以下）が実現する。さらに、チップは、光透過率の高い石英材料である。また、屈折率約１．５有し、頂角約９０°の角度で形成されており、光から見た場合、光減衰が大きいカットオフ領域は小さくなる。このことから、開口での光効率が向上し、微小マークの高速再生或いは記録が可能となる。
【００２５】
また、実施の形態１に係る近視野光ヘッドは、フォトリソグラフィ等に代表される微細加工を利用したシリコンプロセスにて作製可能であり、量産に適したヘッドとなる。また、図１から図７で示した方法で、安定した均一な大きさの開口を低コストで作製できることから量産化が容易となり、低価格で、信頼性に優れた近視野光ヘッドを大量に供給できる。さらに、微小開口を安定して容易に形成でき、且つその光効率が高いことから、記録ビットの高密度化とディスクの小径化を加え、光記録再生装置自体の小型化と軽量化が実現する。
【００２６】
加えて、実施の形態２に係る近視野光ヘッドでは、ストッパーを形成する必要は無い。よって、さらに歩留まりが向上し、低価格な近視野光ヘッドおよび高密度光メモリ装置を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る開口の形成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に係る開口の形成方法について説明した図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る開口の形成方法について説明した図である。
【図４】ワーク１０００の製造方法について説明した図である。
【図５】ワーク１０００の製造方法について説明した図である。
【図６】ワーク１０００の作製方法におけるチップ１とストッパー２の高さの関係を説明する図である。
【図７】ワーク１０００の作製方法におけるチップ１とストッパー２の高さの関係を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る作製方法で光学的開口を形成した記録メモリ用近視野光ヘッドの概略図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る作製方法で光学的な開口を形成したメモリ用近視野光ヘッドを搭載した光記憶再生装置の一例を示す。
【図１０】本発明の実施の形態１に係わる近視野光ヘッドを高速回転したメディア上で走査させたときの側面から見た図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る作製方法で光学的開口を形成した近視野光ヘッド構造の一例を示す。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る作製方法で光学的開口を形成した近視野光ヘッド構造の一例を示す。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る作製方法で光学的開口を形成した近視野光ヘッド構造の一例を示す。
【図１４】本発明の実施の形態１に係る近視野光ヘッドの作製方法の一例を示す。
【図１５】本発明の実施の形態１に係る作製方法で形成した開口の断面図を示す。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る作製方法で光学的開口を形成した近視野光ヘッド構造の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の開口の形成方法について、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、本発明の実施の形態１に係わる近視野光ヘッドの開口形成方法について図１から図３を用いて説明する。図１に示す、ワーク１０００は、基板４上に形成された透明層5、透明層5の上に形成された錐状のチップ１および尾根状のストッパー２、チップ１、ストッパー２および透明層5の上に形成された遮光膜３からなる。なお、ワーク１０００において、透明層５は、必ずしも必要ではなく、その場合、遮光膜３は、チップ１、ストッパー２および基板４上に形成される。また、遮光膜３は、チップ1にだけ堆積されていてもよい。
【００２９】
チップ１の高さH1は、数mm以下であり、ストッパー２の高さH2は、数mm以下である。高さH1と高さH2の差は、100nm以下である。チップ１とストッパー2の間隔は、数mm以下である。また、遮光膜３の厚さは、遮光膜３の材質によって異なるが、数10nmから数100nmである。
【００３０】
チップ１、ストッパー２および透明層５は、二酸化ケイ素や窒化珪素、或いはダイヤモンドなどの可視光領域において透過率の高い誘電体や、ジンクセレンやシリコンなどの赤外光領域において透過率の高い誘電体や、フッ化マグネシウムやフッ化カルシウムなどの紫外光領域において透過率の高い材料を用いる。また、チップ１の材料は、開口を通過する光の波長帯において少しでもチップ1を透過する材料であれば用いることができる。また、チップ１、ストッパー２および透明層５は、同一の材料で構成されても良いし、別々の材料で構成されても良い。例えば、チップ１が酸化珪素で、ストッパー２が単結晶シリコンで構成されていても良い。さらに、ストッパー２が、単結晶シリコンと酸化珪素の２層構造のように、複数の材料から構成されていても良い。特に、ストッパー２には、光を
透過させる必要はなく、構成材料の中には、遮光する材料、例えば金属やそれらの合金が含まれていても構わない。また、チップが多種類の誘電体から構成されていても、勿論構わない。遮光膜３は、たとえば、アルミニウム、クロム、金、白金、銀、銅、チタン、タングステン、ニッケル、コバルトなどの金属や、それらの合金を用いる。また、基板４は透明な材料でも良く、チップ１、ストッパー２、透明層５、基板４が同一材料であっても構わない。
【００３１】
図２は、開口を形成する方法において、チップ１上の遮光膜３を塑性変形させている状態を示した図である。図１で示したワーク１０００の上に、チップ１および少なくともストッパー２の一部を覆い、かつ、少なくともチップ１およびストッパー２側が平面である板６を載せ、さらに板６の上には、押し込み用具７を載せる。押し込み用具７にチップ１の中心軸方向に力Ｆを加えることによって、板６がチップ１に向かって移動する。チップ１と板６との接触面積に比べて、ストッパー２と板６との接触面積は、数１００〜数万倍も大きい。したがって、与えられた力Ｆは、ストッパー2によって分散され、結果として板６の変位量は小さくなる。板6の変位量が小さいため、遮光膜３が受ける塑性変形量は非常に小さい。また、チップ１およびストッパー２は、非常に小さな弾性変形を受けるのみである。力Fの加え方は、所定の重さのおもりを所定の距離だけ持ち上げて、自由落下させる方法や、所定のバネ定数のバネを押し込み用具７に取り付け、所定の距離だけバネを押し込む方法などがある。板６の材料としては、Al・Cr・Au・Ｗなどの金属、２酸化珪素・窒化珪素・ダイヤモンドなどの誘電体、あるいはシリコン・ゲルマニウム・ガリウム砒素等の半導体材料やセラミック材料あるいは、その他可視光領域で透明な材料が使用される。特に、板６が、遮光膜よりも堅く、チップ１およびストッパー２よりも柔らかい材料である場合、チップ１およびストッパー２が受ける力は、板６によって吸収されるため、板6の変位量がより小さくなり、遮光膜３の塑性変形量を小さくすることが容易となる。
【００３２】
図３は、力Ｆを加えた後に、板６および押し込み用具７を取り除いた状態を示した図である。遮光膜３の塑性変形量が非常に小さく、チップ１およびストッパー２が弾性変形領域でのみ変位しているため、チップ１の先端に開口８が形成される。開口８の大きさは、数nmからチップ１を通過する光の波長の回折限界程度の大きさである。なお、上記では、押し込み用具7とワーク１０００の間に板６が挿入されていたが、板6を除去して直接押し込み用具７で押し込むことによっても同様に開口８を形成できることは、いうまでもない。開口８に光を導入するために、基板４をチップ１の形成面と反対側からエッチングすることによって透明体５またはチップ１の少なくとも一部を露出させて、開口８への光の導入口を形成する。また、基板４を透明材料１０３で構成することによって、光の導入口を形成する工程を省くことができるのは言うまでもない。
【００３３】
以上説明したように、本発明の開口作製方法によれば、ストッパー２によって板６の変位量を良好に制御することができ、かつ、板６の変位量を非常に小さくできるため、大きさが均一で小さな開口８をチップ１先端に容易に作製することができる。また、基板側から光を照射して、開口８から近視野光を発生させることができる。
【００３４】
次に、ワーク１０００の製造方法を図４と図５を用いて説明する。図４は、基板材料１０４上に透明材料１０３を形成したのち、チップ用マスク101およびストッパー用マスク１０２を形成した状態を示している。図4(a)は上面図を示しており、図４(b)は、図４(a)のA-A'で示す位置における断面図を示している。透明材料１０３は、気相化学堆積法（CVD）や物理気相堆積法（PVD）やスピンコートによって基板材料１０４上に形成する。また、透明材料１０３は、固相接合や接着などの方法によっても基板材料１０４上に形成することができる。次に、透明材料１０３上にフォトリソグラフィ工程によって、チップ用マスク１０１及びストッパー用マスク１０２を形成する。チップ用マスク１０１とストッパー用マスク１０２は、同時に形成しても良いし、別々に形成しても良い。
【００３５】
チップ用マスク１０１およびストッパー用マスク１０２は、透明材料１０３の材質と次工程で用いるエッチャントによるが、フォトレジストや窒化膜などを用いる。透明材料１０３は、二酸化ケイ素やダイヤモンドなどの可視光領域において透過率の高い誘電体や、ジンクセレンやシリコンなどの赤外光領域において透過率の高い誘電体や、フッ化マグネシウムやフッ化カルシウムなどの紫外光領域において透過率の高い材料を用いる。
【００３６】
チップ用マスク101の直径は、たとえば数mm以下である。ストッパー用マスク１０２の幅Ｗ１は、たとえば、チップ用マスク１０１の直径と同じかそれよりも数10nm〜数μmだけ小さい。また、ストッパー用マスク１０２の幅Ｗ１は、チップ用マスク１０１の直径よりも数10nm〜数μmだけ大きくてもよい。また、ストッパー用マスク１０２の長さは、数10μｍ以上である。
【００３７】
図５は、チップ１およびストッパー２を形成した状態を示している。図５(a)は上面図であり、図５(b)は、図5(a)のA -A'で示す位置の断面図である。チップ用マスク１０１およびストッパー用マスク１０２を形成した後、ウエットエッチングによる等方性エッチングによってチップ１およびストッパー２を形成する。透明材料１０３の厚さとチップ１およびストッパー２の高さの関係を調整することによって、図１に示す透明層５が形成されたり、形成されなかったりする。チップ１の先端半径は、数nmから数100nmである。この後、遮光膜をスパッタや真空蒸着などの方法で堆積する事によって、図1に示すワーク１０００を形成する事ができる。また、遮光膜３をチップ１にだけ堆積する場合、遮光膜３の堆積工程において、チップ１上に遮光膜が堆積するような形状を有するメタルマスクを乗せてスパッタや真空蒸着などを行う。また、ワーク１０００のチップが形成された面の全面に遮光膜３を堆積した後、チップ１にだけ遮光膜３が残るようなフォトリソグラフィ工程を用いても、チップ1上にだけ遮光膜３を形成する事ができることは言うまでもない。
【００３８】
図６および図７は、上記で説明したワーク１０００の作製方法におけるチップ１とストッパー２の高さの関係を説明する図である。なお、以下では、チップ用マスク１０１の直径が、ストッパー用マスク１０２の幅よりも小さい場合について説明する。図６は、図５(a)で説明した工程において、チップ１とストッパー２だけを示した図であり、図７は、図６中B-B'で示す位置のチップ１と、図６中C-C'で示す位置のストッパー２の断面図である。図７（ａ）は、チップ１がちょうど形成された状態を示した図である。ストッパー用マスク１０２の幅は、チップ用マスク１０１の直径よりも大きいため、図７(a)の状態では、ストッパー２の上面には、平らな部分が残り、この平らな部分上にストッパー用マスク１０２が残っている。しかしながら、チップ用マスク１０１は、チップ１との接触面積が非常に小さくなるため、はずれてしまう。図７（ａ）の状態では、チップ１の高さＨ11とストッパー２の高さＨ22は、同じである。
【００３９】
図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態からさらにエッチングを進め、ストッパー２上面の平らな部分がちょうどなくなった状態を示している。図７（ａ）の状態からさらにエッチングを行うと、チップ用マスク１０１が無いチップ１の高さＨ１１１は、徐々に低くなっていく。一方、ストッパー用マスクが残っているストッパー２の高さＨ２２２は、H２２と同じままである。ストッパー２の上面の平らな部分の幅は、徐々に狭くなり、断面形状は図７（ｂ）に示すように、三角形になる。このときのチップ１とストッパー２の高さの差ΔＨは、チップ用マスク１０１の直径とストッパー用マスク１０２の幅の差、および、チップ１とストッパー２の先端角によって異なるが、おおよそ１０００nm以下程度である。
【００４０】
図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態からさらにエッチングを進めた状態を示している。チップ１の高さＨ１１１１は、高さＨ１１１よりも低くなる。同様に、ストッパーＨ２２２２の高さも、高さＨ２２２よりも小さくなる。しかし、高さＨ１１１１と高さＨ２２２２の減少量は、同じであるため、チップ１とストッパー２の高さの差ΔＨは、変化しない。なお、ストッパー用マスク１０２の幅が、チップ用マスク１０１よりも小さい場合は、チップ１とストッパー２の高さの関係が逆になるだけである。また、チップ用マスク１０１とストッパー用マスク１０２が等しい場合は、チップ１とストッパー２の高さが等しくなることは言うまでもない。
【００４１】
本発明のワーク１０００の作製方法によれば、フォトリソグラフィ工程によってチップ１とストッパー２の高さの差ΔＨを良好に制御することができる。したがって、図１から図３で説明した開口作製方法において、板６の変位量を良好に制御することができる。
【００４２】
次に、近視野光ヘッドを用いた情報記録再生装置における、再生（情報の読出し）及び記録（情報の書き込み）方法を説明する。開口近辺の詳細は記していないが、図１から図７にて説明した方法で光学的な開口を作製した高密度メモリ用近視野光ヘッドの概略図を図８に示す。
【００４３】
図８では、いわゆるイルミネーションモード用いて再生する様子を描いている。ここで近視野光ヘッド１１に入射する光は、メディアに対し略平行な方向から入射される。勿論、メディア対し略垂直な方向、あるいは斜め方向から入射されても構わない。近視野光ヘッド１１内には、導波路１３が備えられ、外部から入射した光はこの導波路１３により微小開口１２へと伝搬される。微小開口１２へと照射された光は、近視野光として微小開口１２近傍に局在するようになる。この近視野光を情報が記録されたメディア１４の表面に近接させ、メディア１４表面の形状あるいは物性的な光学構造を介して相互作用させることで、近視野光が散乱され、その散乱した伝搬光を別途設けた検出器１５で受光する。このときの近視野光は、微小開口１２の大きさ程度の分解能をもつことから、光の回折限界を超えた微小光学情報を再生することができる。
【００４４】
また、いわゆるコレクションモードのように、メディア１４表面に伝搬光を照射することで発生する近視野光を、微小開口１２との相互作用で散乱させ、その散乱光を導波路１３内を伝搬させて情報を検出することでも、上述と同様に情報再生は可能である。
【００４５】
さらに、再生に限らず、メディアへの記録も可能である。この場合は、導波路１３を通じ変調した光を微小開口１２に導き、その信号に合わせ近視野光を生成させる。この変調した近視野光によってメディア１４側で反応が起きれば、記録が可能となる。例えば、メディア１４表面にGeSbTeの相変化膜が形成されている場合、近視野光の照射により局所的に180度を超え、当初アモルファス（非結晶）状態であったGeSbTe膜がクリスタル（結晶）状態に変化し、反射率が0.43から0.53へと約0.1増加する。この特性を利用して開口径程度の微小マークをメディア上に記録していく。
【００４６】
ここで、近視野光ヘッド１１を搭載した光情報記憶再生装置の一例を図９に示す。まず、走査方法について説明する。近視野光ヘッド１１は、HDDで用いられる浮上スライダー構造をしており、メディア側の面内には、空気流による浮上力を受ける２本のエアーベアリング面が形成されている。そのため、図９に示すように、アーム１６の先端に取り付けた近視野光ヘッド１１は、高速回転により発生する空気の流体運動により受ける浮上力とアーム１６による負荷荷重により、メディア１４との距離を常に一定に保つことが可能となる。シークやトラッキングについては、モータ付きの回転軸１７によりアーム１６をメディア半径方向に動かすことにより、近視野光ヘッド１１をメディア１４上の任意の場所に走査したり、トラックの追従をすることができる。続いて光の伝搬方法について説明する。まず、図には示さないが小型の半導体レーザより発振した光は、アーム１６内に取り付けた光導波路１８を伝搬し、近視野光ヘッド１１内へと導かれる。この光は、近視野光ヘッド１１内の導波路１３を経由して、メディア側の面内に形成された微小開口１２に照射される。この微小開口１２近辺で近視野光に変換される。メディア１４が微小開口１２に近接した状態にあると、近視野光とメディア１４表面の微小領域との間に相互作用が生じて近視野光は散乱させる。図には示していないが、この散乱光は、近視野光ヘッド１１内もしくは近視野光ヘッド１１近傍、あるいはディスク１４の裏面側に設けた受光素子で受光される。この受光素子にて散乱された光情報は、電気信号に変換され、信号処理回路を通して再生される。
【００４７】
つづいて、近視野光ヘッドが高速回転しているメディア上を微小浮上しているときの姿勢を側面から見た図を図１０に示す。メディア１４を高速に回転させていくと、近視野光ヘッド１１とメディア１４との間に空気の流体運動が起こる。この結果、近視野光ヘッド１１のメディア側の面はメディア１４側から大きな圧力を受け、近視野光ヘッド１１が浮上する。この浮上力に対し、逆にアーム１６側からメディア１４方向に一定の負荷荷重を近視野光ヘッド１１に与えることで、力のバランスが保たれ、メディア１４表面との距離を常に一定に保つことが可能となる。図１０では、このときの近視野光ヘッド１１の姿勢を示している。メディア１４が白抜きの矢印方向へ運動することで、メディア１４と近視野光ヘッド１１間に空気の流れが生じるが、そのときのエアーベアリング面１９が受ける圧力の分布から、その入り口側（流入端）では、出口側（流出端）に比べ、メディア１４との間隔が大きくなる。そこでヘッド自体が図１０のように傾き、空気流の流出端側では、エアーベアリング面１９とメディア１４との間隔が小さくなる。この間隔の小さいところに、微小開口１２を設けることで、微小開口１２とメディア１４との距離がより近接し、高分解能で情報の再生が可能となる。
【００４８】
次に、図１１に図１から図７で説明した方法で光学的な開口を作製した近視野光ヘッドの一例を示す。図１１では、近視野光ヘッド２０のメディアに対向する面を上面として描かれている。近視野光ヘッド２０は、近視野光を発生・検出する微小開口２４と、その微小開口２４が頂点に形成され、微小開口２４へ光を伝搬するチップ２１と、図中には示さないが、微小開口２４を除きチップを覆い光を遮光するとともに開口への光を集光する効果をもつ金属膜と、開口作製の際に度あたりの役目を果たすストッパー２２と、メディア方向からの浮上力を受けるエアーベアリング面２３とで構成されている。
【００４９】
近視野光を用いて情報再生するためには、微小開口２４近傍に局在する近視野光とメディア上の光学情報を相互作用させるために、微小開口２４をメディアに近接させる必要がある。さらに、高速走査させ、その距離を一定に保つことが要求される。そこで、近視野光ヘッドのメディアに対向する面内に、図１１に示すような２つのエアーベアリング面２３を設けている。このエアーベアリング面２３は、図１０で示したようにメディアとの相対運動により一定の浮上圧力を受け、このエアーベアリング面２３を設けた近視野光ヘッド２０は微小浮上を保持することが可能となり、その浮上量（エアーベアリング面とメディアとの距離）を100nm以下に制御することができる。ここで、エアーベアリング面２３の高さとチップ２１の高さをほぼ一致させることで、微小開口とメディアとの距離を常に安定して近接させ、高速走査させることが可能となる。
【００５０】
図１１における近視野光ヘッドの微小開口は、図１から図７で説明したように、ストッパー２２を利用してチップ先端の遮光膜を変形させる方法で形成する。そこで、チップ２１の周辺にチップとほぼ同程度の高さをもつストッパー２２を設けている。ストッパーは図６と同様に、チップ周辺に4本形成される。ここで、微小開口２４を形成するために、チップ２１とストッパー２２とをほぼ同程度の高さに形成する必要があり、また、開口をメディアに近接させために、チップ２１とエアーベアリング面２３とをほぼ同程度の高さに形成する必要がある。ストッパー２２、チップ２１、エアーベアリング面２３のそれぞれの高さを揃えることは、それぞれの材料を同一とし、かつ同時にエッチングすることで形成可能である。
【００５１】
また、図１１に示す近視野光ヘッド２０において、ストッパー２２は、チップ２１上方より見たときに十字のように４本配置されているが、図１２に示す近視野光ヘッド３０のように３本のストッパー２５を形成しても構わない。勿論、３本や４本に限らず、それ以上の複数本形成されていても構わない。あるいは、図１３に示す近視野光ヘッド４０のように、チップを中心として１本のストッパー２６をドーナッツ状に形成しても良い。これらストッパーは、チップからそれぞれのストッパーへの距離が同距離になるように配置する。押し込み治具の押し込まれ量は、各ストッパーからの距離が等距離の点で最大となり、かつ、その量を制御することが可能となるからである。
【００５２】
ここで、図１１で説明した実施の形態１に係わる近視野光ヘッドの作製方法の一例を図１４にて説明する。図１４は、図１１中のAA'の断面を示している。まず、基板５１には、透明材料を選択する（図14−P101）。硝子や石英、その他、紫外、可視、赤外の帯域で、透明な光学材料が適切である。特にここでは、石英基板を選択した場合で説明する。次に、図14−P１０２のように、半導体プロセスで使用されるフォトリソグラフィ工程にて、チップ用、ストッパー用、エアーベアリング面用のマスクパターン５２を形成する。マスク材料には感光性フォトレジストを使用し、半導体プロセスのフォトリソグラフィ技術を用いることで寸法精度の高いマスクパターン５２の形成が可能である。酸化珪素との密着性を考慮し、ネガ性のレジストを使用する方が好ましいが、もちろんポジ性のレジストを使用しても構わない。レジストの厚みは、厚みばらつきを容易に制御できる１μｍ程度が適切である。また、窒化珪素をマスク材として使用するときは、基板上に窒化珪素を積層し、フォトリソグラフィ工程にて形成したフォトレジストのパターンに合わせ、窒素珪素を加工することで、マスクパターン５２は形成される。チップ及びストッパー用のマスクパターン５２の形状は、図４とほぼ同様である。
【００５３】
次に、図14−P１０３のように、石英の基５１板をエッチングして表面にチップ５３、ストッパー５４、エアーベアリング面５５を形成する。その後、マスク材を剥離した状態が、図14−P１０３の状態である。図14−P１０３のように基板５１の断面方向から観察していくと、チップ５３は高さの低い台形から、高さがだんだんと高くなるとともに、上辺が短くなっていき、その後三角形のチップ５３となる。この台形から三角形になったときには、チップ５３の頂点の高さがストッパー５４およびエアーベアリング面５５の高さと一致しており、このときエッチングを終了する。チップ５３の頂角は１１０から７０°の範囲で作製可能である。この角度の調整は、マスクパターン５２と石英の基板５１との密着性を制御することで実現する。エッチングには湿式のエッチングを用いても、乾式のエッチングを用いても構わない。湿式のエッチングでは、エッチャントとして、バッファーふっ酸（弗化水素酸と弗化アンモニウムの混合液）を使用し、アンダーエッチング量のコントロールにより任意のチップを形成する。乾式のエッチングでは、ガス種、流量の選択、プラズマのRFパワー、真空度がそれぞれ微妙にチップ形状に影響する。この乾式のエッチングにおいて、弗化ガスや塩化ガスによる化学反応を利用したエッチングを用いても良いし、スパッタのような物理反応を利用したエッチングを用いても良い。
【００５４】
次に、図14−P104のように、チップ５３を遮光する金属膜５６をチップ側表面全体に積層する。積層する方法として、真空蒸着法やスパッタリング法、イオンプレーティング法、あるいはめっき法等を用いる。薄く、均一に積層でき、グレインを小さく抑えることができることから、真空蒸着法を主に使用する。この積層法により、１００ｎｍから１μｍ程度の範囲において、任意の厚みに積層する。積層する材料は、アルミニウム、金、銀、銅、白金、チタン、タングステン、クロム、およびそれらの合金が主要材料であるが、密着性を良くするためやグレインを抑えるために、微量であるがシリコンのような不純物を含ませる場合もある。
【００５５】
次に、図14−P10５のように、チップ５３以外の場所に積層した金属膜５６を除去する。フォトリソグラフィにてチップ５３上にだけマスクパターンを形成し、残りの部分に露出した金属膜５６をエッチングにより除去し、その後マスクを除去してチップ５３上にだけ金属膜５６を残す。エアーベアリング面５５上あるいはストッパー５４上の金属膜５６を除去することで、チップ５３頂点の高さと、エアーベアリング面５５あるいはストッパー５４の高さの一致を保つことが可能となる。
【００５６】
最後に、図14−P10６のように、図１から図７にて説明した方法で、チップ５３頂点に光学的な開口５７を形成する。ここでは、その詳細は省略する。
【００５７】
このようにして、量産性良く、微小開口を有する近視野光ヘッドが作製できる。ここで、図１５に、図１から図７で説明した作製方法で形成した開口の断面図を示す。図１５（ａ）では、押し込み治具に押され変形した板５８により、金属膜５９が押し込まれ、かつ、チップ６０自体も弾性変形している様子を示し、図１５（ｂ）では、板５８を取り外した後の様子を示す。チップ６０先端が板５８に接触し、上方より力が加わると、チップ６０先端近辺の金属膜５９は、塑性変形をおこし、図１５（ａ）のように、チップ６０先端近辺の金属膜５９が、その周辺に追いやられ、チップ６０先端が板５８に直接接触する。押し込み治具から板５８に伝わった力は、チップ６０自体にもかかり、チップ６０はその力により弾性変形を起し、多少縮む。この状態から、板５８を外すと、金属膜５９は塑性変形したまま周囲に追いやられた形を残すが、弾性変形したチップ６０は力が開放され、元の形状に戻る。この結果、図１５（ｂ）のように、チップ６０の先端が金属膜５９より少し突出した形状となる。
【００５８】
近視野光は、この突出したチップの周辺に発生する。図１４で説明した作製方法によりチップ頂点はエアーベアリング面と同じ高さに形成されており、チップ周囲に発生した近視野光をヘッド量の浮上量とほぼ同距離まで近接させることが可能となる。エアーベアリング面の設計次第では、２０ｎｍ以下の浮上量が可能であり、開口周辺に発生する近視野光のビームスポット径を広げずにメディアに照射することが可能となる。また、その分解能は、先鋭化されたチップ頂点の曲率半径にも依存する。チップの先端径は、50nm以下に作製可能であることから、それに相当する光分解能（50nm以下）の実現が可能となる。また、石英製のチップは頂角約９０°の角度で形成される。光は、屈折率約1.46、頂角９０°のチップ内を伝搬し、開口へ到達する。この開口へ到達するまでに、波長以下サイズの領域（カットオフ領域）で大きな光減衰が起こるが、この高い屈折率と広い頂角により、光から見た場合、カットオフ領域は減少しており、その結果、開口での光効率が向上する。
【００５９】
以上説明したように、実施の形態１で説明した近視野光ヘッドの作製方法においては、ヘッド内にストッパーを設ける構成にし、そのストッパーをチップ１と同じ高さに形成し、そのストッパー２を利用して板６の変位量を小さくすることができるため、分解能の高いアクチュエータを用いなくても、大きさが均一で微小な開口８をチップ１先端に形成する事が容易である。また、チップ１とストッパー２の高さが良好に制御されるため、開口８の作製歩留まりが向上する。また、ワーク１０００は、フォトリソグラフィ工程によって作製可能なため、ウエハなどの大きな面積を有する試料に、複数個作製することが可能であり、力Ｆを一定にすることによって複数個作製されたワーク１０００それぞれに対して均一な開口径の開口８を形成する事ができる。また、力Ｆの大きさを変えることが非常に簡単なため、複数個作製されたワーク１０００に対して個別に開口径の異なる開口８を形成する事が可能である。また、単純に力Ｆを加えるだけで開口8が形成されるため、開口作製にかかる時間は数秒から数10秒と非常に短い。さらに、このような作製方法では、加工雰囲気を問わない。従って、大気中で加工する事が可能でありすぐに光学顕微鏡などで加工状態を観察できる。また、走査型電子顕微鏡中で加工することによって、光学顕微鏡よりも高い分解能で加工状態を観察することも可能である。また、液体中で加工することによって、液体がダンパーの役目をするため、より制御性の向上した加工条件が得られる。また、ワーク１０００が複数個作製された試料に対して、一括で力Ｆを加えることによって、開口径のそろった開口８を一度に複数個作製する事も可能である。一括で加工する場合、ウエハ一枚あたりのワーク１０００の数にもよるが、開口1個あたりの加工時間は、数100ミリ秒以下と非常に短くなる。
【００６０】
また、近視野光を利用した光メモリ装置では、その光分解能は、近接距離や開口形状に大きく依存する。実施の形態１に示した近視野光ヘッドでは、開口をエアーベアリング面と同じ高さに形成できることから、ヘッドの浮上量程度まで開口をメディアに近接できる。また、その開口形状は遮光膜より突出しかつ先端が先鋭化（５０ｎｍ以下）されている。近視野光は、先端径に依存した分布で発生する。本実施の形態１に示す近視野光ヘッドでは、この先鋭化した先端を微小浮上させることが可能であり、開口を微小化した場合、先端径程度の光分解能（50nm以下）が実現する。さらに、実施の形態１に示した近視野光ヘッドでは、チップは、屈折率約1.46を有し、頂角約９０°の角度で形成されており、光学的に見た場合、光減衰が大きいカットオフ領域は小さくなる。また石英は、光透過率の高い材料である。このことから、開口での光効率が向上し、高速再生、記録が可能となる。
【００６１】
また、実施の形態１に係る近視野光ヘッドは、フォトリソグラフィ等に代表される微細加工を利用したシリコンプロセスにて作製可能であり、量産に適したヘッドとなる。また、図１から図７で示した方法で、安定した均一な大きさの開口を低コストで作製できることから量産化が容易となり、低価格で、信頼性に優れた近視野光ヘッドを大量に供給できる。さらに、微小開口を安定して容易に形成できることから、記録ビットの高密度化とディスクの小径化を加え、光記録再生装置自体の小型化と軽量化が実現する。
（実施の形態２）
図１６に実施の形態２に係わる近視野光ヘッドの概略図を示す。図１６では、エアーベアリング面２７及びチップ２８を上面として描いている。本実施の形態２に係る近視野光ヘッド５０では、エアーベアリング面２７の一部に溝２９が形成されており、その一部の溝２９にはチップ２８が形成されている。実施の形態１で示したストッパーは形成されていない。図１６では、円形の溝２９が形成されているが、円形に限らず、三角形、四角形あるいは多角形であっても構わない。しかし、チップ２８は、常にその中心に配置される。また、図１６では２つの溝２９が描かれているが、２つに限らず、１つまたは、複数個形成されていても構わない。しかし、エアーベアリング面２７が受ける浮上力の左右のバランスを保つためには、図１６のように２本のエアーベアリング面２７では左右同じ位置に溝２９を形成することが望まれる。溝２９の位置は、チップ２８位置から決定した。エアーベアリング面２７は、図１０に示すように流体の流出端側の方がメディアに近接される。チップ２８は、エアーベアリング面２７の流出端側に位置する方が望ましい。そこで、図１６では、チップ２８位置に相当する位置に溝２９を形成してある。また、溝２９の大きさは、エアーベアリング面２７が受ける浮上力を考慮に入れて設計され、その径および一辺の大きさは、１０μｍから３００μｍ程度とする。
【００６２】
実施の形態２に係る近視野光ヘッドでは、実施の形態１に係る近視野光ヘッドのようなストッパーは形成してない。開口形成におけるストッパーの役割は、エアーベアリング面２７の一部が兼務する。実施の形態２に係る近視野光ヘッドの作製方法は、実施の形態１に係る近視野光ヘッドの作製方法と同様であり、図１４に示すプロセスで作製され、エアーベアリング面２７とチップ２８はほぼ同じ高さに形成される。そこで、ストッパーは形成されないが、チップ２８周りに形成されているエアーベアリング面２７が、ストッパーと同様な役割を果たし、押し込み治具で押される板は、エアーベアリング面２７とチップ２８上を覆い、エアーベアリング面２７の一部を支点として変形され、チップ２８頂点の金属膜に接触する。チップ２８は、板の変位量が最大で、かつ基板に対して平行に変位する位置、つまりエアーベアリング面２７内に形成された溝２９のほぼ中心に形成される。
【００６３】
また、エアーベアリング面２７上の遮光膜はあっても良いし、無くても構わない。遮光膜が無い場合、エアーベアリング面２７からの漏れ光が検出器で検出される場合は、検出器近傍にピンホールを挿入し、外乱となる要因を低減させることで対応できる。
【００６４】
以上説明したように、実施の形態２に係る近視野光ヘッドでは、エアーベアリング面の一部がストッパーの役割を担っており、ストッパーを形成していない。よって、ストッパーを形成する必要はなく、エアーベアリング面の高さとチップの高さを合わせるだけでよく、作製工程が簡易化する。さらに、開口形成方法は、実施の形態１と同様でありその効果も同様である。
【符号の説明】
【００６５】
１、２１、２８、５３、６０      チップ
２、２２、２５、２６、５４      ストッパー
３                              遮光膜
４、５１                        基板
５                              透明層
６、５８                        板
７                              押し込み用具
８、５７                        開口
１１、２０，３０，４０、５０    近視野光ヘッド
１２、２４                      微小開口
１３                            導波路
１４                            メディア
１５                            検出器
１６                            アーム
１７                            回転軸
１８                            光導波路
１９、２３、２７、５５          エアーベアリング面
２９                            溝
５２                            マスクパターン
５６、５９                      金属膜
１０１                          チップ用マスク
１０２                          ストッパー用マスク
１０３                          透明材料
１０４                          基板材料
１０００                        ワーク
Ｆ                              力
Ｈ１                            チップの高さ
Ｈ２                            ストッパーの高さ
【図１】
0004620166.tif 000002
【図２】
0004620166.tif 000003
【図３】
0004620166.tif 000004
【図４】
0004620166.tif 000005
【図５】
0004620166.tif 000006
【図６】
0004620166.tif 000007
【図７】
0004620166.tif 000008
【図８】
0004620166.tif 000009
【図９】
0004620166.tif 000010
【図１０】
0004620166.tif 000011
【図１１】
0004620166.tif 000012
【図１２】
0004620166.tif 000013
【図１３】
0004620166.tif 000014
【図１４】
0004620166.tif 000015
【図１５】
0004620166.tif 000016
【図１６】
0004620166.tif 000017