(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
錐状のチップと前記チップ上に備えられた遮光膜とを有する近視野光デバイスにおける前記チップ先端に、押し込み体を接触させることによって前記遮光膜を塑性変形させて開口を形成する光学的な開口の作製方法において、
前記近視野光デバイスを有する被開口形成体を略平坦な面上に形成し、
前記押し込み体は、略平坦な面上に形成されるとともに前記チップと略同じ高さの度当たり部を有するストッパーを備えるものであり、前記度当たり部が前記押し込み体の変位を制御するものであり、前記押し込み体の略平坦な面及び前記度当たり部がそれぞれ前記チップ上の前記遮光膜及び前記被開口形成体の略平坦な面と対向した状態で、前記押し込み体を、前記チップに向う成分を有する力によって、前記被開口形成体に接触させる
ことにより、前記チップ先端に前記開口を形成することを特徴とする光学的な開口の作製方法。
【請求項２】
前記押し込み体が前記チップの材質よりも柔らかい材質から成ることを特徴とする請求項１に記載の光学的な開口の作製方法。
【請求項３】
前記押し込み体のうち前記チップ先端の略上方に当たる部分に、前記力が作用するように、前記力を作用させる位置を調整する方法を含むことを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の光学的な開口の作製方法。
【請求項４】
前記被開口形成体が略平板形状の基板上に形成されたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学的な開口の作製方法。
【請求項５】
前記力を作用させる位置を調整する方法が、前記基板に設けられた位置合わせマークを利用するものであることを特徴とする請求項４に記載の光学的な開口の作製方法。
【請求項６】
前記押し込み体が、光学的に透明な材質から成ることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学的な開口の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方法を用いた光学的な開口の作製装置であって
略平坦な面上に形成されるとともに前記チップと略同じ高さの度当たり部を有するストッパーを有する押し込み体を備え、
前記度当たり部は、前記押し込み体の変位を制御するものであり、
前記押し込み体は、前記押し込み体の略平坦な面及び前記ストッパーがそれぞれ前記チップ上の前記遮光膜及び前記度当たり部と対向した状態で、前記チップに向う成分を有する力によって前記度当たり部に接触するものであり、
前記押し込み体を変位させることにより、前記チップ先端に前記開口を作製する作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学的な開口の作製方法に関するものである。特に近視野光を照射・検出する近視野光デバイスに用いる開口の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料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試料表面に走査させ、プローブと試料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、試料表面に生成される近視野光とプローブとの間に生じる相互作用を観察対象とすることで、試料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】
近視野光学顕微鏡においては、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試料の表面に照射する。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試料間の距離は、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、試料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、試料表面に照射する近視野光を走査することで、微小領域における試料の光学物性の観測を可能としている。
【０００５】
顕微鏡としての利用だけでなく、光ファイバープローブを通して試料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、光ファイバープローブの開口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試料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記録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。
【０００６】
これら近視野光を利用したデバイスにおいて、開口の形成が最も重要である。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、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。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】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許公報平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、特許公報平５−２１２０１の方法によれば、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。また、開口形成にかかるコストが高くなる問題があった。
【０００９】
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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、
錐状のチップ先端に光学的な開口を形成する光学的な開口の作製方法において、前記チップと、
少なくとも前記チ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、
前記チップと略同じ高さで前記被開口形成体方向に突出したストッパーを有する押し込み体を、
前記チ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、前記チップ先端に光学的な開口を形成することを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。
【００１１】
したがって、本発明の光学的な開口の作製方法によれば、前記チップと略同じ高さを有するストッパーによって、前記平面の変位が制御されるため、所定の力で平面を押すだけで簡単に光学的な開口を作製する事ができる。また、真空中、液中、大気中など様々な環境下で開口を作製することができる。また、光学的な開口を作製する際に特別な制御装置を必要としないため、光学的な開口を作製するための装置を単純化する事ができる。また、所定の力を与える時間を非常に短くすることが容易であり、開口作製にかかる時間を短くすることができるため、開口作製にかかるコストを低くすることができる。
【００１２】
また、前記押し込み体が前記チップの材質よりも柔らかい材質から成ることを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。
【００１３】
したがって、前記押し込み体が前記遮光膜を除去するときに前記チップ先端は変形せず、結果として開口内にチップ先端が突出した構造の開口を作製することができる。
【００１４】
また、前記押し込み体が、前記チップおよび前記ストッパーに接触する部分が略平面であることを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。
【００１５】
したがって、前記押し込み量がチップ高さとストッパー高さの差にのみ依存して決まるため、一定のサイズの開口を安定して作製することができる。
【００１６】
また、前記押し込み体のうち前記チップ先端の略上方に当たる部分に、前記力が作用するように、前記力を作用させる位置を調整する方法を含むことを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。
【００１７】
したがって、常にチップ先端に制御されて力が作用するため、所望のサイズの光学的な開口を安定して作製することができる。
【００１８】
また、前記被開口形成体が略平板形状の基板上に形成されたものであることを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。
【００１９】
したがって既存の半導体プロセス技術を用いて大量に前記被開口形成体を作製することができ、安価で安定した方法で光学的な開口を作製することができる。
【００２０】
また、前記力を作用させる位置を調整する方法が、前記基板に設けられた位置合わせマークを利用するものであることを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。
【００２１】
したがって、力を作用させる位置を簡単に決めることができ、光学的な開口の作製が低コストで行える。
【００２２】
また、前記押し込み体が、光学的に透明な材質から成ることを特徴とする光学的な開口の作製方法とした。
【００２３】
したがって、押し込み体に力を加えるときに、押し込み体の下方にあるチップの位置を確認することができ、常にチップ先端に同一の力が作用するために、一定サイズの開口を安定して作製することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
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）
図１から図３は、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、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。図２に示す板６は、ストッパー２が形成されている。図２では２個のストッパーが形成されているが、より多数個形成しても良い。このストッパーの間隔は図１におけるチップ１の底辺の長さより長く、例えば数〜数百ミクロン長くなるように形成されている。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、１０００nm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。
【００２５】
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。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。
【００２６】
図３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、ストッパー２を有する板６を載せ、さらに板６の上には押し込み用具７を載せる。このとき板６は透明なガラスを用いた。板６を載せた後でも顕微鏡あるいは目視によってチップ１の位置を確認することができる。本実施の形態においては顕微鏡によって二方向からチップ１と押し込み用具７の位置を確認し、押し込み用具７がチップ１の真上に配置されるようにした。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、数百〜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が、遮光膜よりも硬く、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。
【００２７】
図４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。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。
【００２８】
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。
【００２９】
次に、ワーク１０００の製造方法を説明する。図５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を形成した状態を示している。図５（ａ）は上面図を示しており、図５（ｂ）は、図５（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を形成する。
【００３０】
チップ用マスク１０１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。
【００３１】
チップ用マスク１０１の直径は、たとえば数mm以下である。図６は、チップ１を形成した状態を示している。図６（ａ）は上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ’で示す位置の断面図である。チップ用マスク１０１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を形成する。透明材料１０３の厚さとチップ１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。
【００３２】
図２に示した板６はワーク１０００と同様の方法で作製することができる。唯一の相違はマスクの形状であるので作製方法の説明を略すが、ワーク１０００と板６は例えば同一の材料から成り、同一のエッチャントで同一時間エッチングすることにより同一量だけエッチングすることによって作製する。異なるサイズのマスクを使用することによって、チップ１の高さＨ１とストッパー２の高さＨ２の差を所望の値に形成することができる。
【００３３】
以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、チップ１とストッパー２の高さを良好に制御することができ、かつ、ストッパー２を設けることによって板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。我々の実験では、手に持ったハンマーなどで、押し込み用具７を叩くだけで直径１００nm以下の開口８を形成する事ができた。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。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。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。
【００３４】
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、数百ミリ秒以下と非常に短くなる。
（実施の形態２）
図７に本発明の実施の形態２に係る方法で作製したチップ先端形状を示す。実施の形態１との違いは、板６の材質を、チップ１の材質と比較して硬いものにした場合と柔らかいものにした場合を実施した点であり、その他の工程については実施の形態１と同一であるので説明を略す。図７（ａ）は板６の材質がチップ１の材質よりも硬い場合に作製されるチップ先端形状、図７（ｂ）は板６の材質がチップ１の材質よりも柔らかい場合に作製されるチップの先端形状である。（ａ）ではチップ先端が平坦になっていて、これを近視野光プローブとして近視野光顕微鏡あるいは近視野光データストレージ装置に利用した場合には、光学的開口を試料表面あるいは記録媒体表面に非常に近接させることが可能である。これにより、より強い近視野光相互作用を起こさせることができ、高いＳ／Ｎ比が得られ、あるいは高速データ転送が可能となる。また、試料表面あるいは記録媒体表面に導電性物質が存在している場合には、チップ１先端での遮光膜３の切れ目との相互作用が増強されることで、さらに強い近視野光相互作用となる。一方（ｂ）の場合は、チップ先端に突出部１１がある。近視野光は開口内に微小構造が存在するときにはその構造サイズに依存した解像度が得られるが、（ｂ）のように突出部１１があると、顕微鏡では解像度、データストレージ装置ではデータ記録密度の向上をもたらす。このように、板６の材質を変えることで、所望の形状のチップを簡単に作製することができる。
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３に係る光学的な開口の作製方法を説明する図である。図８は多数のチップ１と位置合わせマーク１１２が配列して形成されたウェハの一部の上面図である。位置合わせマーク１１２はチップ１と同一材質から成り、チップ１の形成と同時に形成する。位置合わせマーク用マスクはチップ用マスクに比べて幅が小さくなるように設計してあるため、位置合わせマーク１１２はチップ１よりも低くなり、板６が押し当てられたときにも板６に接触することはない。位置合わせマーク１１２は、遮光膜３をパターニングすることによって作製することもできる。その後実施の形態１と基本的に同一の方法で開口を作製するが、板６をチップ１の上に載せる際に、位置あわせマーク１１２を目視あるいは顕微鏡によって確認し、力Ｆがチップ１の略上方からかかるようにする。これにより押しこみ用具７の位置合わせが容易になり、短時間で安定したサイズの光学的開口を作製することができる。
【００３５】
【発明の効果】
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。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。
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、数百ミリ秒以下と非常に短くなる。
【図面の簡単な説明】
【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で用いる板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】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の製造方法について説明した図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るチップ先端形状を説明した図である。
【図８】本発明の実施の形態３で用いる、多数のチップとストッパーが形成されたウェハの一部の上面図である。
【符号の説明】
１  チップ
２  ストッパー
３  遮光膜
４  基板
５  透明層
６  板
７  押し込み用具
８  開口
１０１  チップ用マスク
１０３  透明材料
１０４  基板材料
１１２  位置合わせマーク
１０００  ワーク
Ｆ  力
Ｈ１  チップの高さ
Ｈ２  ストッパーの高さ
【図１】
0004450977.tif 000002
【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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