(57)【要約】【課題】本願発明は、近接場光学顕微鏡のプローブに関して、少なくとも一部分が透明な物質のプローブ先端を保持する平面の保持体から成るプローブに関する。また、プローブの製造方法に関する。プローブは、簡単な技術で高再現性を備え、シンプルで有効な光の供給をもたらす。【解決手段】プローブの保持体は、光導波路からなる。プローブの製造方法は、光導波路を備えるコーティングを基板に形成する第１ステップと、透明層を形成し、光導波路を基板と透明層の間に配置する第２ステップと、透明層をプローブ先端上の少なくとも１つの領域をマスクする第３ステップと、透明層をエッチングしてプローブ先端を形成する第４ステップと、を備える。
2006514274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接場光学顕微鏡のプローブ１であって、プローブ先端２を有する平面の保持体３を備え、プローブ先端２は少なくとも一部分が透明物質からなり、保持体３が光導波路２３を備えていることを特徴とする近接場光学顕微鏡のプローブ。
【請求項２】
プローブ先端２を、保持体３の平面上４に形成することを特徴とする請求項１記載のプローブ。
【請求項３】
プローブ先端２を単一構造で形成することを特徴とする請求項１または２記載のプローブ。
【請求項４】
プローブ先端２の透明物質を酸化ケイ素で形成することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のプローブ。
【請求項５】
保持体３が、基板７に片持ち梁として結合していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載のプローブ。
【請求項６】
プローブ１が、入光部２１を備えていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載のプローブ。
【請求項７】
入光部２１を、保持体３および／または保持体が結合している基板７に形成することを特徴とする請求項６記載のプローブ。
【請求項８】
プローブ１が出光部２２を備えていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項記載のプローブ。
【請求項９】
出光部２２をプローブ先端２近傍の保持体３に形成することを特徴とする請求項８記載のプローブ。
【請求項１０】
入光部２１および／または出光部２２を光導波路２３または光導波路２３と基板７の間の透明中間層１９に形成することを特徴とする請求項６〜９の何れか１項記載のプローブ。
【請求項１１】
入光部２１および／または出光部２２が、回折構造体を備えていることを特徴とする請求項６〜１０の何れか１項記載のプローブ。
【請求項１２】
回折構造体が、結合格子２４を備えていることを特徴とする請求項１１記載のプローブ。
【請求項１３】
結合格子２４が、曲面の格子線から成ることを特徴とする請求項１２記載のプローブ。
【請求項１４】
光導波路２３が、少なくとも一部分が窒化ケイ素から成ることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項記載のプローブ。
【請求項１５】
透明の中間層１９，２０が、光導波路２３よりも低屈折で、少なくとも光導波路の表面の１つに設けられていることを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項記載のプローブ。
【請求項１６】
透明の中間層１９を、光導波路２３と基板７の間に設けることを特徴とする請求項１５記載のプローブ。
【請求項１７】
透明の中間層２０を、光導波路２３とプローブ先端２の間に設けることを特徴とする請求項１５または１６記載のプローブ。
【請求項１８】
透明の中間層１９，２０を、酸化ケイ素、シリコンオキシナイトライドまたは窒化ケイ素で形成することを特徴とする請求項１５〜１７の何れか１項記載のプローブ。
【請求項１９】
プローブ先端２の少なくとも１つの周面５および／または周囲６を光に不透明な物質でコーティングすることを特徴とする請求項１〜１８の何れか１項記載のプローブ。
【請求項２０】
不透明な物質が、金属層１５であることを特徴とする請求項１９記載のプローブ。
【請求項２１】
プローブ先端２の少なくとも１つの先端域８が、光に透明であることを特徴とする請求項１〜２０の何れか１項記載のプローブ。
【請求項２２】
請求項１に係わるプローブ１において、近接場光学顕微鏡のプローブ先端２を備えたプローブ１の製造方法であって、
基板７にコーティングをして光導波路２３を形成する第一ステップと、
透明層１３を設けて、光導波路２３を基板７と透明層１３の間に配置する第２ステップと、
プローブ先端２の少なくとも１つの領域で透明層１３をマスキングする第３ステップと、
透明層１３の等方性エッチングでプローブ先端２を形成する第４ステップと、
を備えることを特徴とする製造方法。
【請求項２３】
第１ステップが、光導波路２３を窒化ケイ素層１１で形成することを特徴とする請求項２２記載の製造方法。
【請求項２４】
第１ステップが、少なくとも１つの透明な中間層１９を基板７と光導波路２３の間に形成し、透明な中間層１９が、光導波路２３の物質よりも低屈折であることを特徴とする請求項２２または２３記載の製造方法。
【請求項２５】
第１ステップが、少なくとも１つの透明な中間層２０を光導波路２３とプローブ先端２の間に形成し、透明な中間層２０が、光導波路２３の物質よりも低屈折であることを特徴とする請求項２２〜２４の何れか１項記載の製造方法。
【請求項２６】
透明な中間層１９，２０が、少なくとも一層の酸化ケイ素、シリコンオキシナイトライドまたはフッ化マグネシウムで形成することを特徴とする請求項２４または２５記載の製造方法。
【請求項２７】
入光部２１を基板７および／または基板のコーティング内に設けることを特徴とする請求項２２〜２６の何れか１項記載の製造方法。
【請求項２８】
出光部２２を基板上のコーティング内に設けることを特徴とする請求項２２〜２７の何れか１項記載の製造方法。
【請求項２９】
入光部２１および／または出光部２２が、回折構造体からなることを特徴とする請求項２７または２８記載の製造方法。
【請求項３０】
回折構造体を、結合格子２４のエッチングおよび／またはスタンピングで形成することを特徴とする請求項２９記載の製造方法。
【請求項３１】
第２ステップで、透明層１３を約１〜３０μｍ、好ましくは約２〜２０μｍ、最適には約３〜８μｍの厚みにすることを特徴とする請求項２２〜３０の何れか１項記載の製造方法。
【請求項３２】
基板７のエッチングで、基板７に結合した片持ち梁の保持体を形成することを特徴とする請求項２２〜３１の何れか１項記載の製造方法。
【請求項３３】
基板７のエッチングを、ウェットエッチングおよびドライエッチングですることを特徴とする請求項３２記載の製造方法。
【請求項３４】
第４ステップでの、透明層１３のエッチングが、等方性エッチングまたは等方性と異方性の組合せのエッチングであることを特徴とする請求項２２または２３記載の製造方法。
【請求項３５】
少なくとも１つのプローブ先端２の周面５および／または周囲６に光に不透明な層１５を形成することを特徴とする請求項２２〜３４の何れか１項記載の製造方法。
【請求項３６】
不透明な層１５を、先端プローブ２に斜めに真空蒸着で形成することを特徴とする請求項３５記載の製造方法。
【請求項３７】
プローブ先端２の先端域８の不透明層１５の開口部は、アパチャーの形成になることを特徴とする請求項３５または３６記載の製造方法。
【請求項３８】
開口部を、放電加工法および／またはプラズマエッチングで形成することを特徴とする請求項３７記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、近接場光学顕微鏡プローブに関し、プローブは、少なくとも一部分が透明な物質からなるプローブ先端を備えた平面の保持体からなる。発明は、プローブの製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近接場光学顕微鏡は、試料表面の極めて近接した距離の非常に小さい開口部を備えたプローブが、高分解能を達成する効果を利用している。プローブは、光導波路を高温で引き伸ばした先端で作製される。光ファイバーの先端を金属でコーティングして、小さなアパチャーを光導波路の先に作製し、光をそこから発する。顕微鏡を使用する場合、プローブ先端を試料表面に非常に小さな距離まで近付ける。ファイバープローブの小さいアパチャ−で試料表面を照射そして走査する。
【０００３】
試料からの画像空間分解能は、ファイバーの先端半径、アパチャーのサイズおよび試料上を垂直に走査するファイバーを案内する精度に依存する。
【０００４】
ピエゾ機構または剪断力機構（shear-force mechanism）で、ファイバープローブを走査中に、正確な垂直方向をガイドすることが可能である。光導波路プローブのアパチャーサイズは、約１００ｎｍで、従来の光学顕微鏡の分解能を桁違いに上げるものではない。
【０００５】
更に引き伸ばすファイバーの寸法に再現性は得られず、ファイバー先端の交換で近接場光学顕微鏡の分解能およびコントラストが異なる。ファイバーの引き伸ばし方法では、１回の処理で１個の作製となり生産能力が低く高コストとなる。
【０００６】
DE,19926601,A1は、プローブおよび関連する方法を開示している。プローブは、漏斗の形状をした内部空隙を備え、屈曲した梁の厚さ方向に延びた先端を備えている。空隙の漏斗構造の側辺は、酸化膜で覆われている。漏斗形状のピットおよび支持素子のプローブは、分離したプロセスで製造される。２つの構造を合わせてエッチングでプローブ先端を作製する。
【０００７】
この技術は、多数のプロセスのステップのために複雑で高価なものとなる。２つの構造の結合ステップは、プローブの寸法の精度に問題がある。この構造は、光をプローブ先端に直接通すことが出来ない。光線を漏斗状の開口上に位置させて試料に照射することに限定される。
【０００８】
US6,333,497およびUS6,211,532は、エバネッセント光を検出するプローブおよび方法を開示している。試料を後方から照射してエバネッセント光を検出して光電流に変換し画像を形成している。この方法は、第１の基板にエッチングで中空の漏斗状のピットを形成し、透明の物質でコーティングをする。第２の基板を第１の基板に接合して、エッチングで第２の基板から中空のプローブ先端を形成する。第２の基板をプローブ先端下の部分を薄くして保持体を作成する。
【０００９】
この方法は、多数のプロセス工程が必要で、個々の基板の接合が非常に重要でプローブの寸法の再現性に関わる。エバネッセント波の原理から、この方法は、光をそれぞれのプローブ先端に通すことが出来ない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明は、近接場光学顕微鏡のプローブおよびその製造方法を提供するものである。簡単な技術で再現性の高いプローブで、効果的な光の通過を備えている。光導波路を保持体としたプローブで課題を解決する。
【００１１】
プローブ先端を備えた保持体で、光を光導波路でプローブ先端に導く。高精度および高効率の光をプローブ先端に導入できる。本願発明は、技術的に簡単な方法で、高い再現性でプローブ先端と光導波路を結合できる。
【００１２】
保持体の製造中に、光導波路をプローブ先端に厳密に位置することが可能である。高精度および高再現性の寸法を備えたプローブが製造できる。多数の再現性ある特性を備えたプローブが製造できる。コストを削減し、プローブ交換による問題を少なくすることが出来る。
【００１３】
本願発明は、プローブ先端を平面な保持体に形成している。これにより、高いレベルの精度および再現性あるプローブが製造できる。
【００１４】
プローブを単一構造にしてもよい。この場合、プローブ先端は、単１層から作製するが、費用をかけずに高精度がなおも得られる。
【００１５】
プローブ先端の透明物質に、酸化ケイ素を使用する。光の透過性に優れており加工がし易いためである。この結果、プローブ先端に非常に小さい先端径が得られ高分解能が達成できる。
【００１６】
保持体を片持ち梁として基板に結合している。プローブを保持し試料の上で振動させ、測定する試料表面の水平走査で垂直のトラッキングが可能となる。
【００１７】
プローブは入光部を備え、光をプローブに低損失で結合することが可能である。
【００１８】
入光部を保持体および／または保持体が結合した基板に形成する。保持体に有効な光結合を可能とする。
【００１９】
プローブは、出光部を備えている。光が光導波路からプローブ先端に良好に導入される。これにより、光が効率良くプローブ先端の先端域の小さい開口部から導かれる。
【００２０】
好ましくは、保持体の出光部をプローブ先端の近傍に設ける。従って、光が特にプローブ先端にうまく導入される。
【００２１】
好ましくは、入光部および／または出光部を光導波路に形成、または光導波路と基板間の透明な中間層に設ける。このタイプの構造は、光導波路への入光および／または光導波路からの出光の良好な結合をもたらし、高輝度の効率が達成できる。
【００２２】
入光部および／または出光部は、回折構造体を備えている。回折構造体は、入光部へまたは出光部からの光の結合に適している。従って、光を効率的に利用できる。
【００２３】
回折構造体は、結合格子を備えている。結合格子は、光を入光部および／または出光部に直接に結合するのに特に適している。
【００２４】
好ましくは、結合格子は、曲線の格子線を備えている。これにより光が非常に良く焦点が合わせられる。光をプローブ先端の先端域の比較的に小さい開口部に直接に焦点を合わせることが出来る。
【００２５】
好ましくは、光導波路を少なくとも一部分に酸化ケイ素で形成する。この物質は光をプローブに導入するのに適し、成形し易く良好な特性を持つ光導波路が得られる。
【００２６】
光導波路の少なくとも１つの表面に透明な中間層を設ける。光導波路に比べて低屈折の物質である。従って、光が光導波路に導かれる。
【００２７】
好ましくは、中間層を光導波路と基板の間に設ける。これにより、光導波路内の光の伝播減衰が基板で防げる。
【００２８】
透明な中間層を光導波路とプローブ先端の間に設ける。この中間層は、光を光導波路に良好に運ぶことが出来る。透明な中間層は、スペーサとして作用し、光導波路に導入された光の減衰を抑制する。中間層は、例えば、金属層を光導波路に直接に形成したものである。
【００２９】
透明な中間層は、酸化ケイ素、シリコンオキシナイトライドまたはフッ化マグネシウムで形成する。これらの物質は、低屈折率のため光導波路内の光の減衰低減に適している。光は、光導波路に直接に接する物質、例えばシリコンまたは金属から放射する。これらの物質は、高透過性で薄膜プロセスで製造できる。
【００３０】
好ましくは、プローブ先端の少なくとも１つの周面および／または周囲を光に不透明な物質で覆う。このコーティングは、測定する試料への迷光の影響を最小に出来る。
【００３１】
好ましくは、不透明の物質は金属層である。ある厚みから金属層は不透明になり、迷光を検出時に防ぐことが出来る。
【００３２】
プローブ先端の先端域の少なくとも一部が光に透明で、この先端域がアパチャーとして作用する。
【００３３】
プローブ製造方法に関して、次のステップから成る。第１ステップに、基板をコーティングして光導波路を形成し、第２ステップに、透明層を生成し、光導波路を基板と透明層の間に配置し、第３ステップで少なくともプローブ先端上の領域の透明層をマスキングする、第４ステップで、プローブ先端を形成するために透明層のエッチングをする、ことから成る。
【００３４】
本願発明の方法は、バッチプロセスで連続的にできる多数のステップからなり、多数のプローブが１枚の基板上で同時に製造できる。製造方法の各ステップがお互いに連携しており、高精度のプローブおよび高レベルのプローブ寸法の再現性が得られる。非常に小さいプローブ先端径のプローブが製造でき、プローブは、一体化した光導波路を備える。この結果、高分解能で高い光の伝導性を備えた簡単なプローブが得られる。
【００３５】
好ましくは、第１ステップに酸化ケイ素で光導波路を形成する。非常に良好な光伝導性の光導波路が酸化ケイ素層で製造できる。
【００３６】
変形として、第１ステップで基板と光導波路の間に少なくとも１つの透明な中間層を形成する。透明な中間層の物質は、光導波路に比べて低屈折で、光を容易に光導波路に伝播するプローブが製造できる。
【００３７】
好ましくは、第１ステップで基板と光導波路の間に少なくとも１つの透明な中間層を形成する。透明な中間層の物質は、光導波路に比べて低屈折で、光を容易に光導波路に伝播するプローブが製造できる。この結果、光を光導波路に選択的に導入できる。光導波路上の不透明な物質による光の減衰が軽減できる。
【００３８】
好ましくは、中間層の形成を、酸化ケイ素、シリコンオキシナイトライドまたはフッ化マグネシウムの少なくとも一層からなる。光導波路の光の減衰が軽減される。
【００３９】
好ましくは、入光部を基板および／または基板のコーティング内に設ける。この結果、プローブに光が良好に導入され、高輝度の効率で操作できる。
【００４０】
好ましくは、プローブが基板のコーティング内に出光部を備えて、プローブから光を出射する。
【００４１】
入光部および／または出光部が回折構造体を備えている。この結果、光をプローブの入光部および／または出光部で一方向に良好に通すことができる。
【００４２】
好ましくは、回折構造体の形成を結合格子のエッチングおよび／またはスタンピングで行なう。この結果、非常に正確な構造体が製造でき、光を良好に屈折または回折し、プローブ内の特定の位置合わせができる。
【００４３】
第２ステップで、透明層の厚さを約１〜５μｍ、好ましくは約２〜２０μｍ、最適には約３〜８μｍとする。
【００４４】
この厚みで、急峻な外側縁と小さな先端径を備えたプローブ先端が製造でき、高精度の検出が可能となるプローブが得られる。
【００４５】
好ましくは、基板をエッチングして基板に結合した片持ち梁の形成をする。プローブを試料表面で振動させて、水平方向の走査中に垂直方向の良好なトラッキングが可能となる。
【００４６】
変形として、エッチングは、ウェットエッチングおよびドライエッチングからなる。  ２つのエッチングステップを組合せてエッチングフロントを基板の最終厚みに注意深く近付け、片持ち梁の保持体を形成する。プローブ先端を露出せずまたは少し露出させてエッチングをする。
【００４７】
好ましくは、第４の透明層のエッチングは、等方性エッチングまたは等方性と異方性エッチングの組合せである。この結果、プローブ先端の特に良好な形成が可能となり、非常に急峻な外側縁を備えたプローブが得られる。
【００４８】
好ましくは、光に不透明な層を、プローブ先端の周面および／または周囲に形成する。この結果、プローブ先端の周面および／または周囲からの散乱光の影響を防ぐことが出来る。
【００４９】
好ましくは、不透明な層をプローブ先端に斜め真空蒸着を行う。この結果、プローブ先端の少なくとも１つの周面が不透明層で覆われ、一方、プローブ先端の先端域は、不透明層で覆われない。
【００５０】
プローブ先端の先端域の不透明層に開口部を設けて開口部を形成する。この結果、プローブ先端の透明領域が形成され、開口部の周囲は、不透明の層で覆われていて、光の散乱が回避できる。
【００５１】
開口部の取付を、放電加工法および／またはプラズマエッチングで行う。非常に小さい直径の開口部を金属層に作製するのに適している。従って、非常に小さなアパチャーの直径を備えたプローブが製造できる。
【００５２】
本願発明は、実施例と関連する図で詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
図１は、本願発明の一形態に係わる近接場光学顕微鏡のプローブ１の斜視図を示す。プローブ１は、平面の保持体３を備えている。平面の保持体３は、三角形状をしておりシリコンで形成し、ガラスのような光に透明な物質でも良い。保持体３を、長方形の長く伸びた屈曲した梁に形成しても良い。
【００５４】
保持体３の長手方向面４の先端には、図１の底に示すプローブ先端２が形成されている。プローブ先端２は、ピラミッド形をしているが円錐形でも良い。
【００５５】
プローブ先端２は、４つの三角形の周面５を備え、先端域８の半径は、１００ｎｍより小さく、実施例では約１０〜３０ｎｍの範囲である。プローブ先端２は、光導波路２３上に長方形または円形のベース（図示しない）に設けている。ここで、低屈折の中間層、例えば酸化ケイ素層、フッ化マグネシウム層、フッ化アルミニウム層またはこれら材料の組合せ層を、光導波路２３とプローブ先端２の間に形成する。
【００５６】
実施例では、光導波路２３は、窒化ケイ素のような高屈折材料から成るが、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化チタンまたはこれらの材料の組合せで形成できる。光導波路は、入光部２１および出光部２２を備えている。入出光部２１および２２は、光導波路の中で平行に間隙を持つ回析格子２４を各々備えている。回折格子２４は、光線９を光導波路２３に結合して入光部２１に取り入れ、また出光部２２で結合して光線９をプローブ先端２に取り出す。光の出光部２２が、プローブ先端２の直上が好ましい。
【００５７】
光線９は、光導波路２３で方向９’に沿ってプローブ先端２に導かれ、プローブ先端８から試料（図示せず）に出射される。
【００５８】
プローブ１は、金属層１５、好ましくはアルミニウム（図１に図示せず）で、覆われている。プローブ先端２の先端域８は、金属層１５に開口部を備え、開口部から光線９が試料に照射される。
【００５９】
プローブ１の保持体３は、基板７に設ける。保持体３は、基板７を支点とした片持ち梁の支持体として形成される。
【００６０】
図２は、図１のプローブを製造する方法の一例の第１の部分的ステップである。保護層１０を基板７に蒸着する。保護層１０は、窒化ケイ素で、ＣＶＤ方法で形成しても良い。
【００６１】
図３〜６は、実施例の製造方法の第１ステップ内での２〜５の部分ステップを示す。
【００６２】
図３は、バッファ層１９を保護層１０と反対側に設けている。実施例では、バッファ層１９を酸化ケイ素で形成した。
【００６３】
図示しないが、他の実施例として、バッファ層１９を異なる低屈折物質、シリコンオキシナイトライドまたはフッ化マグネシウムで形成しても良い。バッファ層１９は、高透過性で薄膜プロセス、例えばＣＶＤで形成する。
【００６４】
第１ステップ内の第３部分ステップとして、図４に示すように、光導波路１１をバッファ層１９の上に設ける。光導波路１１は、窒化ケイ素から成りＣＶＤで形成できる。
【００６５】
光導波路１１は、酸化タンタル、酸化チタン、シリコンオキシナイトライドまたはドープした酸化ケイ素、例えばリンケイ酸塩ガラスで形成しても良い。光導波路１１は、高屈折率・高透過性で、好ましくは環境に対して高耐久性で、薄膜蒸着プロセスで製造される。
【００６６】
光導波路１１の物質および蒸着パラメータの選択は、応力を極力少なくし、エッチングでの基板７の剥離後に、光導波路が直線になっていることが好ましい。
【００６７】
図５は、第１ステップでの第４部分ステップ後で、光導波路１１に格子状の回折構造体２４を形成している。回折構造体は、入光部２１および出光部２２を形成する。
【００６８】
図示しないが、回折構造体２４をバッファ層１９または基板７にエッチングなどで形成しても良い。焦点用の格子構造体を設けても良い。この構造は、入光部２１の光を光導波路１１に束ね、および／または出光部２２の光をプローブ先端２に束ねる。曲線の格子線で形成できる。
【００６９】
図６では、第１ステップの第５部分ステップ後で、さらにバッファ層２０を回折構造体を備えた光導波路１１に形成している。このバッファ層２０は、低屈折の透明な物質、例えば酸化ケイ素またはフッ化マグネシウムからなり、薄膜蒸着プロセス、例えばＣＶＤで形成する。
【００７０】
図７は、第６部分ステップ後の構造を示しており、先ずマスク層をバッファ層２０に設ける。マスク層は、開口部１２に窓を備えており、フォトリソグラフィでエッチングを行なう。バッファ層２０、光導波路１１およびバッファ層１９を、マスク層の窓からエッチングを基板７まで行なう。
【００７１】
開口部１２は、穴の形にし、ほぼ垂直の側壁を備えている。側壁は、プローブ１の片持ち梁支持体３の構造を定める。
【００７２】
図８は、第７部分ステップ後または第２ステップ後の構造を示す。透明層１３を図７の開口部１２側に設けている。実施例では、約５μｍの厚みの透明層１３を設けた。透明層は、酸化ケイ素でＣＶＤで形成している。
【００７３】
透明層１３は、約１〜３０μｍ、好ましくは約２〜２０μｍ、最適には約３〜８μｍである。
【００７４】
図９は、第８部分ステップまたは第３ステップ後で、透明層１３にマスク１４を設けている。このマスク１４は、先ず平面層１４を透明層１３に形成する。平面層１４は、例えばα−シリコンからなりスパッタリングまたは真空蒸着法で形成する。α−シリコン層をドープしても良い。α−シリコン層の平面層１４をフォトリソグラフィでマスク層１４を透明層１３に残存させる。プローブ先端２をここに形成する。この位置は、入光部２２の反対側になる。
【００７５】
図１０は、図９から第９部分ステップ後、または第４ステップを示す。透明層１３を等方性エッチングまたは等方性と異方性エッチングの組合せでエッチングを行なう。ドライエッチングと組合せたＨＦエッチャーのウェットエッチングを用いても良い。このエッチングでピラミッド形または円錐形の構造体、プローブ先端２がバッファ層２０の上に形成される。プローブ先端２は、出光部２２の反対側となる。ウェットエッチングの前に１回以上のドライエッチングで側面の予備形成を実施しても良い。
【００７６】
図１１は、図１０に第１０部分ステップを加えたものである。プローブ先端２を備えた基板側に不透明な層１５を設ける。不透明層１５は、金属層、例えばアルミニウム層で、スパッタリングまたは真空蒸着法で形成する。
【００７７】
図１２は、プローブ先端２の先端域８の不透明層１５を放電加工法および／またはプラズマエッチング法で取り除いたものである。開口したプローブ先端域８の直径は、約１００ｎｍより小さく、好ましくは約２０〜５０ｎｍとする。
【００７８】
図１３は、図１２の保護層１０をエッチング処理したものである。ドライエッチングを使用している。図示しないが、ウェットエッチング処理を用いても良い。エッチングで成形した保護層１０は、次のエッチング処理で下の基板７を保護する。
【００７９】
図１３の構造をエッチング処理する。残存する保護層１０がマスク層となる。金属層１５を下方または先端プローブ側に設けている。エッチングはウェットエッチング処理、例えばＫＯＨで出来る。しかし純粋なウェットエッチングは、基板（ウエハー）の反対側のプローブ先端もエッチングすることになり好ましくない。本願発明では、ウェットとドライエッチングの組合せを使用した。エッチングフロントを注意深くエッチング面に近づけて片持ち梁構造体３を形成した。エッチングステップの最後で、プローブ先端２を備えている構造体の一部が、残存物質１８から分離する。
【００８０】
金属層１５をエッチングした全ての領域に適用する。スパッタリングまたは蒸着法による。プローブ先端２の先端域８を次のステップで放電加工法で露出することが出来る。金属層１５をプローブ先端側に設けても良い。先端域８は、そのままにする。図１５は、図１６のＡ−Ｂ線に沿う断面である。
【００８１】
図１５は、図１４で基板上方に金属層１５’を処理したプローブ先端２の構造を示す。プローブ先端２の先端域８から分離した光導波路１１が金属層１５または１５’で保護され、検出時の散乱光の発生が軽減または防ぐ事が出来る。
【００８２】
図１６は、プローブ１の先端の平面図および図１４の残存物質１８の下側を示す。プローブ１は、平面図に示す長方形の長く屈曲した梁の保持体３を備え、その自由な先端にはプローブ先端２が形成されている。プローブ１のプローブ先端側および残存物質１８の下面は、金属層１５で広範囲に覆われている。ただしプローブ先端２の先端域８を除く。
【００８３】
図１７はプローブ１’の変形例で、プローブ１と同様の方法で製造されるが異なった形の保持体を備えている。図１７は、プローブ１’のプローブ先端側の平面図でエッチングおよび金属層の蒸着後の残存物質１８’である。プローブ１’の形は、図１に示すプローブ１’に相当し、三角形の保持体３’を備えている。保持体３’の三角形の自由な先端にプローブ先端２が形成されている。プローブ１’のプローブ先端側および残存物質１８’の下面は、金属層１５で広範囲に覆われている。ただしプローブ先端２の先端域８を除く。保持体３’の三角形は、保持体または片持ち梁のねじれ振動を抑制する利点がある。
【００８４】
構造体の分離に標準のウェハーソーを使用できる。プローブ先端２および保持体３に特別な機械的な保護が必要である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】近接場光学顕微鏡のプローブの１形態の概略的な斜視図である。
【図２】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図３】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図４】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図５】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図６】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図７】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図８】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図９】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図１０】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図１１】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図１２】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図１３】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図１４】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図１５】プローブの製造方法を模式図で示し、図１に係わるプローブ。
【図１６】屈曲した保持体を備えたプローブのプローブ先端側の概略的な平面図である。
【図１７】三角形の保持体を備えたプローブのプローブ先端側の概略的な平面図である。
【図１】
2006514274.tif 000003
【図２】
2006514274.tif 000004
【図３】
2006514274.tif 000005
【図４】
2006514274.tif 000006
【図５】
2006514274.tif 000007
【図６】
2006514274.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月6日(2005.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接場光学顕微鏡のプローブ１であって、プローブ先端２を有する平面の保持体３を備え、プローブ先端２は少なくとも一部分が透明物質からなり、一体構造で形成され、保持体３が入光部２１および／または出光部２２を有した光導波路２３を備え、該入光部２１および／または出光部２２が、回折構造体を備えていることを特徴とする近接場光学顕微鏡のプローブ。
【請求項２】
プローブ先端２を、保持体３の平面上４に形成することを特徴とする請求項１記載のプローブ。
【請求項３】
プローブ先端２の透明物質を酸化ケイ素で形成することを特徴とする請求項１または２記載のプローブ。
【請求項４】
保持体３が、基板７に片持ち梁として結合していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のプローブ。
【請求項５】
入光部２１を、保持体３および／または保持体が結合している基板７に形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載のプローブ。
【請求項６】
出光部２２をプローブ先端２近傍の保持体３に形成することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載のプローブ。
【請求項７】
入光部２１および／または出光部２２を、光導波路２３または光導波路２３と基板７の間の透明中間層１９に形成することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載のプローブ。
【請求項８】
回折構造体が、結合格子２４を備えていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項記載のプローブ。
【請求項９】
結合格子２４が、曲面の格子線から成ることを特徴とする請求項８記載のプローブ。
【請求項１０】
光導波路２３が、少なくとも一部分が窒化ケイ素から成ることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項記載のプローブ。
【請求項１１】
透明の中間層１９，２０が、光導波路２３よりも低屈折で、少なくとも光導波路の表面の１つに設けられていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項記載のプローブ。
【請求項１２】
透明の中間層１９を、光導波路２３と基板７の間に設けることを特徴とする請求項１１記載のプローブ。
【請求項１３】
透明の中間層２０を、光導波路２３とプローブ先端２の間に設けることを特徴とする請求項１１または１２記載のプローブ。
【請求項１４】
透明の中間層１９，２０を、酸化ケイ素、シリコンオキシナイトライドまたは窒化ケイ素で形成することを特徴とする請求項１１〜１３の何れか１項記載のプローブ。
【請求項１５】
プローブ先端２の少なくとも１つの周面５および／または周囲６を光に不透明な物質でコーティングすることを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項記載のプローブ。
【請求項１６】
不透明な物質が、金属層１５であることを特徴とする請求項１５記載のプローブ。
【請求項１７】
プローブ先端２の少なくとも１つの先端域８が、光に透明であることを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項記載のプローブ。
【請求項１８】
請求項１に係わるプローブ１において、近接場光学顕微鏡のプローブ先端２を備えたプローブ１の製造方法であって、
基板７にコーティングをして光導波路２３を形成する第一ステップと、
透明層１３を設けて、光導波路２３を基板７と透明層１３の間に配置する第２ステップと、
プローブ先端２の少なくとも１つの領域で透明層１３をマスキングする第３ステップと、
透明層１３の等方性エッチングでプローブ先端２を形成する第４ステップと、
を備えることを特徴とする製造方法において、更に
入光部２１を基板７および／または基板上のコーティング内に設け、
出光部２２を基板７のコーティング内に設け、
回折構造体を備える入光部２１および／または出光部２２を形成する、
ことを備える製造方法。
【請求項１９】
第１ステップが、光導波路２３を窒化ケイ素層１１で形成することを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項２０】
第１ステップが、少なくとも１つの透明な中間層１９を基板７と光導波路２３の間に形成し、透明な中間層１９が、光導波路２３の物質よりも低屈折であることを特徴とする請求項１８または１９記載の製造方法。
【請求項２１】
第１ステップが、少なくとも１つの透明な中間層２０を光導波路２３とプローブ先端２の間に形成し、追加する透明な中間層２０が、光導波路２３の物質よりも低屈折であることを特徴とする請求項１８〜２０の何れか１項記載の製造方法。
【請求項２２】
透明な中間層１９，２０が、少なくとも一層の酸化ケイ素、シリコンオキシナイトライドまたはフッ化マグネシウムで形成することを特徴とする請求項２０または２１記載の製造方法。
【請求項２３】
回折構造体を、結合格子２４のエッチングおよび／またはスタンピングで形成することを特徴とする請求項１８〜２２の何れか１項記載の製造方法。
【請求項２４】
第２ステップで、透明層１３を約１〜３０μｍ、好ましくは約２〜２０μｍ、最適には約３〜８μｍの厚みにすることを特徴とする請求項１８〜２３の何れか１項記載の製造方法。
【請求項２５】
基板７のエッチングで、基板７に結合した片持ち梁の保持体を形成することを特徴とする請求項１８〜２４の何れか１項記載の製造方法。
【請求項２６】
基板７のエッチングが、ウェットエッチングおよびドライエッチングであることを特徴とする請求項２５記載の製造方法。
【請求項２７】
第４ステップでの、透明層１３のエッチングが、等方性エッチングまたは等方性と異方性の組合せのエッチングであることを特徴とする請求項１８〜２６の何れか１項記載の製造方法。
【請求項２８】
少なくとも１つのプローブ先端２の周面５および／または周囲６に光に不透明な層１５を形成することを特徴とする請求項１８〜２７の何れか１項記載の製造方法。
【請求項２９】
不透明な層１５を、先端プローブ２に斜めに真空蒸着で形成することを特徴とする請求項２８記載の製造方法。
【請求項３０】
プローブ先端２の先端域８の不透明層１５の開口部は、アパチャーの形成になることを特徴とする請求項２８または２９記載の製造方法。
【請求項３１】
開口部を、放電加工法および／またはプラズマエッチングで形成することを特徴とする請求項３０記載の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本願発明は、近接場光学顕微鏡プローブに関し、プローブは、少なくとも一部分が透明な物質からなるプローブ先端を備えた平面の保持体からなり、一体で形成され、保持体は、入光部および／または出光部を有する光導波路を備えている。発明は、プローブの製造方法にも関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
近接場光学顕微鏡は、試料表面の極めて近接した距離の非常に小さい開口部を備えたプローブが、高分解能を達成する効果を利用している。プローブは、光導波路を高温で引き伸ばした先端で作製される。光ファイバーの先端を金属でコーティングするため、光導波路の先に光が発するアパチャーが形成されない。顕微鏡を使用する場合、プローブ先端を試料表面に非常に小さな距離まで近付ける。ファイバープローブの小さいアパチャ−で試料表面を照射そして走査する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この方法は、多数のプロセス工程が必要で、個々の基板の接合が非常に重要でプローブの寸法の再現性に関わる。エバネッセント波の原理から、この方法は、光をそれぞれのプローブ先端に通すことが出来ない。JP11-281657は、近接場光学顕微鏡のプローブ先端およびその製造方法を開示している。入光部からの光を、ＳｉＯ2からなる光導波路を通してプローブ先端に導いている。光導波路は、片持ち梁の上側の２つの薄い金属層の間に配置または片持ち梁自体としている。光の入力は、光導波路の端面または片持ち梁の下の覆われていない場所から垂直に行なっている。この入力方法は、光度の調整が必要でまた入力時にロスが発生する。この配置の場合、光を光導波路からプローブ先端へ導くのが困難である。光の損失が発生し、測定の強度の減少およびバックグラウンド散乱の増加となる。EP0860726 A1は、ハイブリッド技術による内部が中空のプローブ先端を開示している。プローブ先端の下部に回折格子を備えた光導波路が、プローブ先端の空隙スペース下の領域に形成されている。US5,354,985は、不透明の物質から形成するプローブを開示している。不透明な物質に、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4そしてアルミニウムの順で各層の蒸着を行なう。ＳｉＯ2層とアルミニウム層の間の非構造Ｓｉ3Ｎ4が、光導波路の作用をし、光をプローブ先端に導く。DE19713746A1は、ＡＦＭ／ＳＮＯＭの組合せセンサーを開示している。透明のプローブ先端を、２つの保護層に埋め込んだ光導波路を含むスプリング梁上に形成している。光導波路は、構造体を備えていない。DE4314301C1は、走査デバイスを開示している。デバイスは、光処理(photostructured)ができるガラスのセンサー先端を備えている。しかし光の入出力の方法は開示されていない。DE19509903A1は、プローブ先端を顕微鏡梁に配置した走査デバイスの製造方法を開示している。しかし、プローブは、アパチャーを有せず、光の導入と先端への導入方法を開示していない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本願発明は、近接場光学顕微鏡のプローブおよびその製造方法を提供するものである。簡単な技術で再現性の高いプローブで、先端プローブへの効果的な光の通過を備えている。入光部および／または出光部が回折構造体を備えたプローブで課題を解決する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
プローブ先端を備えた保持体で、光を光導波路でプローブ先端に導く。高精度および高効率の光をプローブ先端に導入できる。本願発明は、技術的に簡単な方法で、高い再現性でプローブ先端と光導波路を結合できる。回折構造体は、入光部へのまたは出光部からの光を結合に適し、光が効率良く使用できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
好ましくは、少なくとも１つの周面および／または周囲を光に不透明な物質で覆う。このコーティングは、測定する試料への迷光の影響を最小に出来る。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
プローブ先端を備えたプローブ製造方法に関して、次のステップから成る。第１ステップに、基板をコーティングして光導波路を形成し、第２ステップに、透明層を生成し、光導波路を基板と透明層の間に配置し、第３ステップで少なくともプローブ先端上の領域の透明層をマスキングする、第４ステップで、プローブ先端を形成するために透明層の等方性エッチングをする、入光部を基板および／または基板上のコーティング内に形成する、出光部を基板のコーティング内に形成する、ことにおいて入光部および出光部が、回折構造体を備えている。
【国際調査報告】
2006514274.tif 000020
2006514274.tif 000021
2006514274.tif 000022
2006514274.tif 000023
2006514274.tif 000024
2006514274.tif 000025