(57)【要約】【課題】  簡単な構成でより光強度の強い近接場光を得ることのできる近接場光発生装置を提供する。【解決手段】  光源１と、光源１からの光の波長以下のサイズの微小開口を備えた近接場光発生素子５と、光源１からの光を円偏光に変換して近接場光発生素子５の微小開口を含む領域に照射するための、コリメータレンズ２、偏光素子３および集光レンズ４からなる光学系とを有する。近接場光発生素子５の微小開口は、少なくとも２つの開口端を有し、一方の開口端から他方の開口端に向かって延びた、屈曲または湾曲した開口よりなる。【選択図】図１
2007086478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から照射される光の波長以下のサイズの微小開口を備えた近接場光発生素子と、
前記光源からの光を円偏光に変換して前記近接場光発生素子の前記微小開口を含む領域に照射する光学系とを有し、
前記微小開口は、少なくとも２つの開口端を有し、一方の開口端から他方の開口端に向かって延びた、屈曲または湾曲した開口よりなることを特徴とする近接場光発生装置。
【請求項２】
前記微小開口はＣ字形状の開口よりなる、請求項１に記載の近接場光発生装置。
【請求項３】
前記微小開口は、複数のＣ字形状の開口を組み合せて形成した１つの開口よりなる、請求項１に記載の近接場光発生装置。
【請求項４】
前記微小開口はＬ字形状の開口よりなる、請求項１に記載の近接場光発生装置。
【請求項５】
前記微小開口は、複数のＬ字形状の開口を組み合せて形成した１つの開口よりなる、請求項１に記載の近接場光発生装置。
【請求項６】
前記微小開口はＳ字形状の開口であり、前記光学系からの照射光が前記Ｓ字形状の開口が形成された領域を裏面側から照射するように構成され、前記近接場光発生素子から前記光源を見た場合に、前記照明光が左回りの円偏光である、請求項１に記載の近接場光発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場光を発生する近接場光発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ（Compact Disk）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）のような光記録媒体は、記録密度が高いこと、可搬が容易であること、ドライブ装置および記録媒体がともに低価格であることなどの特徴をもつことから、現在広く普及している。最近では、映像データや音楽データを長時間にわたって記録するために、光記録媒体のさらなる記録密度の向上が望まれている。
【０００３】
記録密度を増加させるためには、データの書き込みおよび再生時の光スポットのサイズを小さくすることが必要となる。光スポットのサイズを小さく絞り込むための手法としては、光源を赤外レーザからより波長の短い赤色レーザや青紫色レーザに変更する方法がある。この他、開口数の大きな光学系や、固侵レンズ（Solid Immersion Lens）、固侵ミラー（Solid Immersion Mirror）等の光学系を用いる方法もある。しかし、これらの方法では、光の回折限界によって、光スポットのサイズは光源波長程度に制限される。このため、既に光記録、光磁気記録の分野においては、飛躍的な記録密度の向上が難しくなっている。
【０００４】
この回折限界を超える技術として、近年、記録または再生に近接場光を用いることが検討されている。例えば、光源の波長以下の大きさの微小開口に光を照射した場合には、その開口部近傍において、開口サイズと同程度の波長の近接場光が生じる。この近接場光を用いれば、光源の波長に依存せずに、光スポットの微小化を図ることができる。
【０００５】
また、ハードディスク等の磁気記録の分野では、記録密度の向上のために、記録媒体の結晶粒を微細化させた結果、微小磁区が常温で安定して存在できない、いわゆる超常磁性問題が顕著になっている。この問題の解決のために、磁気異方性定数Ｋｕが大きな記録材料を用いて、昇温下で磁気記録を行う、熱アシスト磁気記録（Ｈｅａｔ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）が提案されている。このＨＡＭＲの熱源として、近接場光を用いることが検討されている。
【０００６】
しかしながら、実際に近接場光を利用して光記録、光磁気記録または再生を実現するには、光の利用効率を上げなければならないという問題がある。非特許文献１によれば、金属遮光膜に開口径ｄの微小開口を設け、これに波長λが開口径ｄより大きな光を照射した場合の、近接場光として得られる光のパワーは、（ｄ／λ）の４乗に比例する。例えば、照射光の波長λが４０５ｎｍ、開口径ｄが５０ｎｍである場合は、近接場光として得られる光のパワーは、照射光パワーに対して０．０数％となる。このようなパワーの小さな近接場光で熱記録を行うと、記録そのものが行えなくなる、または転送レートが非常に遅くなる、といった問題が生じる。このようなことから、近接場光を利用して光記録、光磁気記録または再生を行う装置の実用化は困難であるといえる。
【０００７】
そこで、近接場光の利用効率を改善する試みがなされている。例えば、金属膜表面の表面プラズモン・モードと相互作用して近接場光を効率よく発生させる方式として、非特許文献２に示された方式がある。この方式では、２個の微小金属体を対峙させた構造を有し、両金属体の先端部およびギャップ長は、２０ｎｍ程度といった、入射光のスポット径よりも大幅に小さく形成されている。入射光の偏光方向は、ギャップを横切る方向に整えられている。このような構造によれば、微小金属体で励起される表面プラズモンポラリトンは、偏光方向に振動し、微小金属体先端部に発生する電荷の極性が逆となるため、両金属体間でダイポールが形成され、効率よく近接場光を発生させることができる。また、近接場光のスポット径は、両金属体のギャップ長と同程度となるため、強力で微細な近接場光を形成することが可能となる。非特許文献２のシミュレーション結果によれば、ギャップ部のみから光が放出され、ダイポールの形成により、放射される光の強度は入射光強度の２３００倍に増強されている。
【０００８】
また、金属遮光膜上の微小開口の形状を工夫して、近接場光の利用効率を高めることが検討されている。その一例として、Ｃ字型開口（“Ｃ”−ｓｈａｐｅｄ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）、あるいは「Ｒｉｄｇｅ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ」と呼ばれる微小開口形状がある。非特許文献３には、突起部を持つ長方形の微小開口に対して、光波の振動方向が突起部先端のギャップを横切る方向と合致する直線偏光を入射した結果、放射される光の強度が増強されることが記載されている。この他にも、Ｈ字型、十字型等の様々な微小開口形状も提案されている。
【非特許文献１】Ｈ．Ａ．Ｂｅｔｈｅ「Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｓｍａｌｌ  Ｈｏｌｅｓ」Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  ６６（１９４４）１６３−１８２
【非特許文献２】Ｔ．Ｍａｔｕｍｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ，Ｔｈｅ  ６ｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｃｏｎｆ．  ｏｎ  Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｅｃｈｓ．  （２０００），  Ｎｏ．Ｍｏ０１３
【非特許文献３】Ｘ．Ｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ．４３４２，３２０（２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、表面プラズモンポラリトンを生成することで近接場光の光強度を増大させる従来技術においては、表面プラズモンポラリトンを効率的に励起するために、微小金属体もしくは微小開口の特定の方向に対して入射光の偏光方向を合わせる必要がある。このため、入射光の偏光方向を調整するための機構が必要となり、その分、装置の構成が複雑かつ大掛かりになる。
【００１０】
本発明の目的は、上記の問題を解決し、より光強度の強い近接場光を簡単な構成で得ることのできる近接場光発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の近接場光発生装置は、光源と、前記光源から照射される光の波長以下のサイズの微小開口を備えた近接場光発生素子と、前記光源からの光を円偏光に変換して前記近接場光発生素子の前記微小開口を含む領域に照射する光学系とを有する。前記微小開口は、少なくとも２つの開口端を有し、一方の開口端から他方の開口端に向かって延びた、屈曲または湾曲した開口よりなる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のとおりの本発明によれば、従来必要とされた、微小開口の特定の方向に対して入射光の偏光方向を合わせるための調整機構は不要であるので、その分、装置の構成を簡易化することができ、調整も簡単になる。
【００１３】
また、屈曲または湾曲した開口に円偏光を照射して得られる近接場光の光強度は、直線偏光を照射する場合に比べて大きいことから、従来に比べて、光強度の大きな近接場光を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態である近接場光発生装置の概略構成を示すブロック図である。図１を参照すると、近接場光発生装置の主要部は、光源１と、この光源１からの光の進行方向に順次配置されたコリメータレンズ２、偏光素子３、集光レンズ４および近接場光発生素子５とからなる。この近接場光発生装置は、光ディスク装置などに代表される記録再生装置、微細加工用露光装置、近接場光学顕微鏡などの光学装置に適用することが可能である。
【００１６】
表面プラズモンポラリトンを効率よく励起すために、光源１として、単色性の高いコヒーレント光を発生する光源を用いることが望ましい。具体的には、光源１として、化合物半導体から成る各種半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒレーザ、ＫｒＦレーザ等を用いることが望ましい。
【００１７】
コリメータレンズ２は、光源１からの光を平行光束にするためのものである。偏光素子３は、コリメータレンズ２を通過した光を円偏光に変換するものである。偏光素子３としては、１／４波長板や円偏光子（直線偏光子と１／４波長板との組み合せ）などを用いることができる。集光レンズ４は、偏光素子３からの円偏光を近接場光発生素子５上に集光するものである。これらコリメータレンズ２、偏光素子３および集光レンズ４からなる光学系により、光源１からの光が円偏光に変換されて近接場光発生素子５に照射される。
【００１８】
近接場光発生素子５は、光源１の波長に対して略透明な基体と、該基体上に設けられた金属または半導体よりなる遮光膜とからなる。遮光膜には、大きさが光源１の波長以下の微小開口部が形成されている。微小開口部は、屈曲または湾曲した線状の開口よりなる。近接場光発生素子５は、基体側が集光レンズ４を向くように配置されており、集光レンズ４によって形成された光スポット内に微小開口部全体が収まるようになっている。
【００１９】
透明基体には、光源１の波長が可視光領域であれば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳ、ＭｇＦ、ＴａＯ、ポリカーボネート、アクリル等を用いることができる。さらに、透明基体での反射を軽減するために、光源１の波長に対応した単層または多層の誘電体の反射防止膜を付加してもよい。遮光膜の材料は、可視光領域で透過率の低い材料であって、かつ、誘電率εの実部の絶対値｜Ｒｅ（ε）｜が大きな材料が望ましい。また、作製の容易さや材料の入手しやすさから、遮光膜の材料として、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｐｔ，Ｒｈ等またはそれらを含む合金を用いるのが好ましい。また、遮光膜は、加工容易性やコストを考慮して多層構成としても良い。
【００２０】
屈曲または湾曲した線状の開口は、右回り（時計回り）の円偏光が照射されることで発生する近接場光の光強度分布と、左回り（反時計回り）の円偏光が照射されることで発生する近接場光の光強度分布とが異なるような形状であれば、どのような形状であってもよい。図２および図３に、微小開口部の開口形状の一例を示す。
【００２１】
図２（ａ）の開口は、「Ｃ」字を直線的に描いた開口（「コ」字型の左右を反転したもの）である。図２（ｂ）の開口は、「Ｌ」字型の開口である。図２（ｃ）の開口は、「Ｃ」字型の開口で、開口の外周を一定の曲率で丸みを持たせた形状になっている。図２（ｄ）の開口は、「Ｌ」字型の開口で、開口の外周を一定の曲率で丸みを持たせた形状になっている。図３（ａ）の開口は、「Ｓ」字を直線的に描いた開口で、図２（ａ）または図２（ｂ）の開口を複数組み合せたものである。図３（ｂ）の開口は、「Ｓ」字型の開口で、図２（ｃ）の開口を複数組み合せたものである。図３（ｃ）の開口は、略「Ｓ」字の開口で、図２（ｂ）の開口を複数組み合せたものである。図３（ｄ）の開口は、図２（ｂ）のに示した「Ｌ」字型の開口の組み合せであって、４つの「Ｌ」字型の開口の一端を結合した形状になっている。この他、微小開口部としては、図２および図３に示した形状の他、矩形、円形、楕円形、多角形等を組み合せた開口や、これらの各形状の外周を一定の曲率で丸みを持たせた形状を組み合せた開口など、種々の形状の開口を適用することができる。
【００２２】
上述したように構成された本実施形態の近接場発生装置では、光源１からの光が円偏光に変換されて近接場光発生素子５の微小開口に照射され、微小開口部近傍において近接場光が発生する。この場合は、従来必要とされた、微小開口の特定の方向に対して入射光の偏光方向を合わせるための調整機構は不要であるので、その分、装置の構成を簡易化することができ、調整も簡単になる。
【００２３】
また、円偏光照射により微小開口部近傍に発生する近接場光の強度は、直線偏光を照射する場合の近接場光の強度よりも高くなる。この点について、以下に、具体例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００２４】
本実施例で使用する近接場光発生素子の構成をその製造手順とともに説明する。
【００２５】
先ず、ＤＣマグネトロンスパッタ装置のチャンバー内に、Ａｌターゲットを取り付け、洗浄を行った屈折率ｎが１．５の石英基板を基板ホルダーに固定する。次いで、１×１０-5Ｐａ以下の高真空になるまで、チャンバー内をクライオポンプで真空排気した。
【００２６】
次に、チャンバー内をクライオポンプで真空排気したままの状態で、Ａｒガスを０．２Ｐａとなるまでチャンバー内に導入し、石英基板を回転させながら、ＤＣスパッタによりＡｌよりなる厚さ１００ｎｍの遮光膜を形成した。この遮光膜の、波長４０８ｎｍにおける誘電率を分光エリプソメータで測定したところ、Ｒｅ（εAl）＝−１５．７であった。
【００２７】
次に、遮光膜が形成された石英基板を集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置に配置し、１×１０-5Ｐａ以下の真空条件下で、遮光膜（Ａｌ）側から最小のビーム径のイオンビームを照射してＡｌを切削加工することで、微小開口部を設けた。この微小開口部の開口形状を図４に模式的に示す。図４に示す開口（図２（ａ）の開口に相当する）は、略「Ｃ」字型の開口である。開口の外形は、幅Ｗが１００ｎｍ、長さＬが１５０ｎｍの大きさとされている。開口の中央部の突起部６は、幅Ｗ１、長さＬ１がともに５０ｎｍの正方形である。図４中、矢印Ｅは、微小開口部から光源に向かって見たときの電場の方向を示すものである。この例の場合は、電場の方向は、突起部６の延伸方向に沿った方向になっている。
【００２８】
上記のように微小開口部を形成した近接場光発生素子について、直線偏光入射時の変調強度と円偏光入射時の変調強度とを測定し、その結果を比較した。
【００２９】
図５に、円偏光入射時の変調強度を測定するための装置を示す。図５を参照すると、変調強度測定装置は、青紫色半導体レーザ６０１を備える。この青紫色半導体レーザ６０１からのレーザ光の進行方向には、コリメータレンズ６０２、偏光ビームスプリッタ６０３、１／４波長板６０４、集光レンズ６０５ａ、近接場光発生素子６０６、ミラー６０７、ＸＹＺステージ６０８が順次配置されている。偏光ビームスプリッタ６０３にて入射光と分離された反射光の進行方向には、集光レンズ６０５ｂ、受光センサ６０９が順次配置されている。
【００３０】
近接場光発生素子６０６は、青紫色半導体レーザ６０１の波長４０８ｎｍにおいて略透明な石英基板と、この石英基板上に形成された遮光膜とからなる。遮光膜には、図４に示した開口よりなる微小開口部が形成されている。近接場光発生素子６０６は、石英基板側が集光レンズ６０５ａ側に位置するように、ＸＹＺステージ６０８上に置かれている。ＸＹＺステージ６０８の移動により、近接場光発生素子６０６の微小開口部が、集光レンズ６０５ａの焦点位置にくるように調節する。
【００３１】
図５に示した変調強度測定装置では、近接場光発生素子６０６に圧着されるミラー６０７の有無により、反射光量の差である変調強度の測定が以下のようにして行われる。
【００３２】
まず、ミラー６０７が介在する状態で反射光量の測定を行う。青紫色半導体レーザ６０１から出射した波長４０８ｎｍのレーザ光（直線偏光）は、コリメータレンズ６０２および偏光ビームスプリッタ６０３を透過した後、１／４波長板６０４に入射する。１／４波長板６０４では、入射したレーザ光が、直線偏光から円偏光に変換される。この１／４波長板６０４にて円偏光に変換されたレーザ光は、集光レンズ６０５ａによって集光されて、近接場光発生素子６０６の石英基板側から微小開口部に照射される。集光レンズ６０５ａのＮＡは０．８５で、集光レンズ６０５ａによって形成される光スポットの径は４００ｎｍである。この光スポット内に微小開口部が収まるようになっている。
【００３３】
近接場光発生素子６０６では、微小開口部に円偏光のレーザ光が照射されると、微小開口部の近傍において近接場光が発生する。この近接場光は、ミラー６０７にて反射され、再び、微小開口部を通過する。微小開口部を通過した反射光（近接場光）は、集光レンズ６０５ａを介して１／４波長板６０４に入射する。
【００３４】
上記近接場光の反射光とは別に、集光レンズ６０５ａを介して照射された光の一部が近接場光発生素子６０６の遮光膜で反射されて１／４波長板６０４に入射する。１／４波長板６０４では、ミラー６０７からの反射光（円偏光）および遮光膜からの反射光（円偏光）がそれぞれ直線偏光に変換される。これら変換された直線偏光は、青紫色半導体レーザ６０１から偏光ビームスプリッタ６０３に入射したレーザ光（直線偏光）とは位相が１８０°と異なる。
【００３５】
１／４波長板６０４で直線偏光に変換された反射光は、偏光ビームスプリッタ６０３に入射する。偏光ビームスプリッタ６０３では、１／４波長板６０４からの反射光が集光レンズ６０５ｂの方向に反射される。集光レンズ６０５ｂは、偏光ビームスプリッタ６０３から入射した反射光を受光センサ６０９上に集光する。こうして、受光センサ６０９にて、ミラー６０７からの反射光（近接場光）および遮光膜からの反射光を含む入射光の光量が検出される。
【００３６】
次に、ミラー６０７が無い状態で反射光量の測定を行う。この測定では、受光センサ６０９にて、遮光膜からの反射光の光量のみが測定される。この測定した反射光量を、上記のミラー６０７が介在する状態で測定した反射光量から差し引くことで、ミラー６０７からの反射光（近接場光）の光量（変調強度）を知ることができる。
【００３７】
図６に、直線偏光入射時の変調強度を測定するための装置を示す。図６を参照すると、変調強度測定装置は、青紫色半導体レーザ７０１を備える。この青紫色半導体レーザ７０１からのレーザ光の進行方向には、コリメータレンズ７０２、１／２波長板７０３、偏光ビームスプリッタ７０４、集光レンズ７０５ａ、近接場光発生素子７０６、ミラー７０７、ＸＹＺステージ７０８が順次配置されている。偏光ビームスプリッタ７０４にて入射光と分離された反射光の進行方向には、集光レンズ７０５ｂ、受光センサ７０９が順次配置されている。この変調強度測定装置は、１／４波長板６０４に代えて、コリメータレンズ７０２と偏光ビームスプリッタ７０４の間に１／２波長板７０３を配置した点が、図５に示した構成と異なる。これ以外の構成は、図５に示したものと同じである。
【００３８】
図６に示す変調強度測定装置では、１／２波長板７０３において、青紫色半導体レーザ７０１からコリメータレンズ７０２を介して入射するレーザ光の偏光成分が第１の直線偏光に揃えられる。この１／２波長板７０３を透過した第１の直線偏光は、偏光ビームスプリッタ７０４を透過し、集光レンズ７０５ａにより近接場光発生素子７０６上に集光される。近接場光発生素子７０６に照射される第１の直線偏光は、その偏光方向（振動方向）が微小開口の長手方向に垂直な方向（図４中の矢印Ｅの方向）と合致するようになっている。
【００３９】
近接場光発生素子７０６では、微小開口部に第１の直線偏光のレーザ光が照射されると、微小開口部の近傍において近接場光が発生する。この近接場光は、ミラー７０７にて反射され、再び、微小開口部を通過する。微小開口部を通過した反射光（近接場光）は、集光レンズ７０５ａを介して偏光ビームスプリッタ７０４に入射する。
【００４０】
上記近接場光の反射光とは別に、集光レンズ７０５ａを介して照射された光の一部が近接場光発生素子７０６の遮光膜で反射され、この反射光が集光レンズ７０５ａを介して偏光ビームスプリッタ７０４に入射する。
【００４１】
偏光ビームスプリッタ７０４に入射する、ミラー７０７からの反射光および遮光膜からの反射光はいずれも、１／２波長板７０３を介して入射した第１の直線偏光とは位相が１８０°と異なる。偏光ビームスプリッタ７０３では、ミラー７０７からの反射光および遮光膜からの反射光がともに集光レンズ７０５ｂの方向に反射される。集光レンズ７０５ｂは、偏光ビームスプリッタ７０３から入射した反射光を受光センサ７０９上に集光する。こうして、受光センサ７０９にて、ミラー７０７からの反射光（近接場光）および遮光膜からの反射光を含む入射光の光量が検出される。
【００４２】
次に、ミラー７０７が無い状態で反射光量の測定を行う。この測定では、受光センサ７０９にて、遮光膜からの反射光の光量のみが測定される。この測定した反射光量を、上記のミラー７０７が介在する状態で測定した反射光量から差し引くことで、ミラー７０７からの反射光（近接場光）の光量（変調強度）を知ることができる。
【００４３】
以上のようにして測定した直線偏光入射時の変調強度と円偏光入射時の変調強度とを比較した。円偏光入射時の変調強度は、直線偏光入射時の変調強度に比べて４．７倍の強度が得られた。
【００４４】
図７に、近接場光発生素子７０６に直線偏光を入射した際の偏光方向を変化させた場合における変調強度の変化を示す。縦軸は、反射強度（正規化されたもの）を示し、横軸は、微小開口部の長手方向に垂直な方向と入射光の偏光方向のなす角度θを示す。この角度θが０のときに、微小開口部の長手方向に垂直な方向と入射光の偏光方向と合致した状態となる。入射光の偏光方向は、１／２波長板７０３を回転させることにより変化させた。図７から分かるように、入射光の偏光方向が微小開口部の長手方向に垂直な方向からわずかに傾くだけで光強度が急激に減少する。これは、直線偏光入射の場合において、入射光の偏光方向を微小開口部の長手方向に垂直な方向に合致するように、厳密な調整を行う必要があることを意味する。
【００４５】
次に、電磁界解析手法である有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ法）を用いて、円偏光入射時の微小開口部における近接場光の光強度分布を解析した結果について説明する。
【００４６】
解析の条件は、図５の装置での測定条件と同様である。近接場光発生素子は、その基体として石英基板を用い、この石英基板上に、微小開口部を有するＡｌよりなる遮光膜を設けた構成としている。微小開口部は、その大きさが幅１００ｎｍ、長さ１５０ｎｍとされ、一辺の長さが５０ｎｍの正方形の突起部を備えた略Ｃ字型開口である（図４参照）。入射光波長は、真空中で４０８ｎｍである。
【００４７】
入射光の偏光を、直線偏光、左円偏光、右円偏光と変化させて解析を行ったところ、円偏光入射時の光強度分布は以下のような特徴を持つことが明らかになった。
【００４８】
円偏光入射時の光強度中心は微小開口の端部近傍に位置する直線偏光入射に比べ、円偏光入射時の光スポット径は小さく、光強度は大きい左右円偏光入射の其々で端部近傍の光強度中心位置が異なる。
【００４９】
図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ直線偏光、左円偏光、右円偏光を近接場光発生素子の微小開口部に入射した場合の光強度分布である。図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各光強度分布には、それぞれの光強度（ピーク値）とスポット径が示されている。ここで、スポット径は、光強度分布における光強度ピーク値の範囲の径（最も長い径）である。また、左円偏光は、近接場光発生素子から光源に向かって見たときに電場が左回りに回転しているものとする。
【００５０】
図８（ａ）に示す直線偏光入射の場合における光強度分布では、Ｃ字型開口の中央部近傍において光強度が最も高くなっている。光強度のピーク値は１．９６で、そのスポット径は１２３ｎｍである。図８（ｂ）に示す左円偏光入射の場合における光強度分布では、Ｃ字型開口の一方の開口端近傍において光強度が最も高くなっている。光強度のピーク値は２．３８で、そのスポット径は９８ｎｍである。図８（ｃ）に示す右円偏光入射の場合における光強度分布では、Ｃ字型開口の他方の開口端近傍において光強度が最も高くなっている。左円偏光入射の場合と同様、光強度のピーク値は２．３８で、そのスポット径は９８ｎｍである。
【００５１】
上記の図８の（ａ）〜（ｃ）に示した光強度分布の結果から、微小開口がＣ字型開口である近接場光発生素子においては、以下の３つの特徴を有することが分かる。
（１）円偏光入射時の光強度中心は微小開口の端部近傍に位置する。
（２）直線偏光入射に比べ、円偏光入射の場合の光スポット径は小さく、また光強度も大きい。
（３）左円偏光入射における光スポットの中心位置と右円偏光入射における光スポットの中心位置とが異なる。
【００５２】
以上の変調強度測定装置における測定結果およびＦＤＴＤ法による解析結果から、微小開口がＣ字型開口である近接場光発生素子に対して円偏光を入射する構成（図１）とすることで、光強度の強い、かつ、光スポット径の小さな近接場光を得られることが分かる。加えて、直線偏光を入射する構成では、図７に示した結果から分かるように、偏光方向を微小開口部の長手方向に垂直な方向に合わせるための調整機構が必要になるが、円偏光を入射する構成（図１に示した近接場光発生装置）では、そのような調整機構は不要である。このように、円偏光を入射する構成（図１に示した近接場光発生装置）においては、光学系の構成及び調整を簡略化し、且つ、光利用効率を高めた高効率の近接場光発生装置を実現することができる。
【実施例２】
【００５３】
実施例１と同様の手順で、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、屈折率ｎ＝１．５の石英基板上に、膜厚が１００ｎｍのＡｌよりなる遮光膜を形成した。次に、遮光膜を形成した石英基板を集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置に配置し、１×１０-5Ｐａ以下の真空条件において、Ａｌ側より最小のビーム径のイオンビームを照射し、Ａｌを切削加工することで微小開口部を設けた。この微小開口部の開口形状を図９に模式的に示す。
【００５４】
図９に示す開口は、「Ｌ」字型開口（図２（ｂ）の開口に相当する）であって、一方の開口端から他方の開口端に向かってＬ字状に延びた開口を有する。開口の幅Ｗは１００ｎｍ、長さＬは１５０ｎｍとされている。「Ｌ」字を描く線の幅Ｌ１は一定で、５０ｎｍである。幅方向に延びた開口の長さＷ１は５０ｎｍである。
【００５５】
上記のように作製したＬ字型開口を備える近接場光発生素子に対して、実施例１と同様に、波長４０８ｎｍの円偏光を入射してＬ字型開口における近接場光の反射光変調強度を測定した。本実施例のＬ字型開口を備える近接場光発生素子は、実施例１で用いたＣ字型開口を備える近接場光発生素子に比べて開口率が低いにもかかわらず、実施例１の場合と同等の光強度が得られた。これは、以下の理由による。
【００５６】
実施例１のＦＤＴＤ法による解析の結果から分かるように、左円偏光また右円偏光の入射において、Ｃ字型開口における両端のうち光スポットが形成されない端部は、開口部の近接場光生成に殆ど寄与していない。よって、１つの屈曲部よりなるＬ字型開口に左円偏光また右円偏光の入射して得られる近接場光の光強度と、２つの屈曲部からなるＣ字型開口に左円偏光また右円偏光の入射して得られる近接場光の光強度とは、略同じになる。
【００５７】
本実施例のＬ字型開口を備えた近接場光発生素子に円偏光を入射する構成においても、上述した実施例１の場合と同様、光学系の構成及び調整を簡略化し、尚且つ高効率の近接場光発生装置を得ることができる。
【００５８】
加えて、Ｌ字型開口はＣ字型開口に比べて屈曲部の数が少ないことから、その分だけ、近接場光発生素子の製造が簡単になる。
【実施例３】
【００５９】
実施例１と同様の手順で、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、屈折率ｎが１．５の石英基板上に、膜厚が１００ｎｍのＡｌよりなる遮光膜を形成した。そして、この遮光膜を形成した石英基板を集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置に配置し、１×１０-5Ｐａ以下の真空条件において、Ａｌ側より最小のビーム径のイオンビームを照射し、Ａｌを切削加工することで微小開口部を設けた。この微小開口部の開口形状を図１０に模式的に示す。
【００６０】
図１０に示す開口は、実施例１で用いたＣ字型開口を２つ組み合せた「Ｓ」字型開口（図３（ｂ）の開口に相当する）である。突起部６は、幅Ｗ１、長さＬ１がともに５０ｎｍの正方形である。開口の幅Ｗは１００ｎｍ、長さＬは２５０ｎｍとされている。「Ｓ」字を描く線の幅Ｗ１は一定で、５０ｎｍである。
【００６１】
上記のように作製したＬ字型開口を備える近接場光発生素子に対して、実施例１と同様に、波長４０８ｎｍの円偏光を入射してＳ字型開口における近接場光の反射光変調強度を測定した。本実施例の場合は、実施例１において説明した直線偏光をＣ字型微小開口部に入射した場合に対して、１．５倍の変調強度が得られた。
【００６２】
次に、図１０に示したＳ字開口を備える近接場光発生素子について、実施例１で行ったＦＤＴＤ法を用いて近接場光の光強度分布を解析した結果について説明する。図１１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、直線偏光、左円偏光、右円偏光を近接場光発生素子の微小開口部に入射した場合の光強度分布（ＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果）である。図１１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各光強度分布の下には、それぞれの光強度（ピーク値）とスポット径が示されている。ここで、スポット径は、光強度分布における光強度ピーク値の範囲の径（最も長い径）である。また、左円偏光は、近接場光発生素子から光源に向かって見たときに電場が左回りに回転しているものとする。
【００６３】
図１１（ａ）に示す直線偏光入射の場合における光強度分布では、Ｓ字型開口の中央部近傍の隣接する２箇所において光強度が高くなっている。光強度のピーク値は２．１６である。スポットは２箇所にまたがって形成されており、その径は１０２ｎｍである。図１１（ｂ）に示す左円偏光入射の場合における光強度分布では、Ｓ字型開口の中央部近傍において光強度が最も高くなっている。光強度のピーク値は３．０４で、そのスポット径は８７ｎｍである。図１１（ｃ）に示す右円偏光入射の場合における光強度分布では、Ｓ字型開口の両開口端近傍において光強度が最も高くなっている。両開口端における光強度のピーク値は２．２７である。この場合、スポットは両開口端のそれぞれで形成されるため、１つのスポットとして扱うことができない。
【００６４】
上記の図１１の（ａ）〜（ｃ）に示した光強度分布の結果から、微小開口がＳ字型開口である近接場光発生素子においては、左円偏光入射においてスポット径が微小化され、光強度が増強されていることが分かる。
【００６５】
本実施例のＳ字型開口（Ｃ字開口の組み合せ）を備えた近接場光発生素子に円偏光を入射する構成においても、上述した実施例１の場合と同様、光学系の構成及び調整を簡略化し、尚且つ高効率の近接場光発生装置を得ることができる。
【実施例４】
【００６６】
実施例１と同様の手順で、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、屈折率ｎが１．５の石英基板上に、膜厚が１００ｎｍのＡｌよりなる遮光膜を形成した。そして、この遮光膜を形成した石英基板を集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置に配置し、１×１０-5Ｐａ以下の真空条件において、Ａｌ側より最小のビーム径のイオンビームを照射し、Ａｌを切削加工することで微小開口部を設けた。この微小開口部の開口形状を図１２に模式的に示す。図１２に示す開口は、実施例２で用いたＬ字型開口を２つ組み合せた略Ｓ字型開口（図３（ｃ）の開口に相当する）である。Ｓ字を描く線の幅Ｗ１、Ｗ２はともに５０ｎｍであり、開口の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３はそれぞれ１５０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍである。
【００６７】
上記のように作製したＬ字型開口を備える近接場光発生素子に対して、実施例１と同様に、波長４０８ｎｍの円偏光を入射してＳ字型開口における近接場光の反射光変調強度を測定した。本実施例の場合は、実施例３におけるＳ字型開口を備える近接場光発生素子を用いた場合に比較して開口率が低いにもかかわらず、実施例３と同等の光強度が得られた。これは、実施例３の近接場光発生素子の微小開口部はＣ字型開口の組み合せであるのに対して、本実施例の近接場光発生素子の微小開口部はＬ字型開口の組み合せであることによる。実施例２で説明したように、左円偏光また右円偏光の入射において、Ｃ字型開口における両端のうち光スポットが形成されない端部が、開口部の近接場光生成に殆ど寄与していない。
【００６８】
本実施例のＳ字型開口（Ｌ字開口の組み合せ）を備えた近接場光発生素子に円偏光を入射する構成においても、上述した実施例１の場合と同様、光学系の構成及び調整を簡略化し、尚且つ高効率の近接場光発生装置を得ることができる。
【００６９】
以上説明した本実施形態の近接場光発生装置は、光ディスク装置などに代表される情報記録再生装置、微細加工用露光装置、近接場光学顕微鏡など、種々の光学装置に適用することが可能である。
【００７０】
情報記録再生装置は、図５に示した装置において、ミラー６０７に代えて、ＣＤやＤＶＤのような光記録媒体を配置した構成とされる。この場合、近接場光発生素子６０６の微小開口部近傍で発生した近接場光により、光記録媒体に対する情報の書き込みおよび読み出しが行われる。情報を読み出す場合は、光記録媒体の情報記録面で反射された近接場光が近接場光発生素子６０６の微小開口部を通過した後、集光レンズ６０５ａ、１／４波長板６０４、偏光ビームスプリッタ６０３、集光レンズ６０５ｂを順次経て受光センサ６０９に入射する。この受光センサ６０９で受光される近接場光の光強度に基づいて、光記録媒体に記録された情報が読み出される。
【００７１】
微細加工用露光装置は、近接場光により光リソグラフ工程における露光を行う半導体露光装置であって、図５に示した構成において、ミラー６０７に代えて、加工対象物を配置した構成とされる。加工対象物は、例えばレジストが塗布された半導体基板である。近接場光発生素子６０６の微小開口部近傍で発生した近接場光により、レジストの所望の部分を露光する。
【００７２】
近接場光学顕微鏡は、図５に示した装置において、ミラー６０７に代えて試料を配置した構成とされる。この場合、近接場光発生素子６０６の微小開口部近傍で発生した近接場光により、試料の形状の観察が行われる。試料の観察面で反射された近接場光が近接場光発生素子６０６の微小開口部を通過した後、集光レンズ６０５ａ、１／４波長板６０４、偏光ビームスプリッタ６０３、集光レンズ６０５ｂを順次経て受光センサ６０９に入射する。この受光センサ６０９で受光される近接場光の光強度に基づいて、試料の形状を解析する。
【００７３】
次に、本実施形態の近接場光発生装置を適用した光学装置における効果の一例として、上記の情報記録再生装置を例に挙げて簡単に説明する。
【００７４】
図１３に、近接場光発生素子に対して直線偏光を入射する場合の反射光検出系の一例を示す。光源２０１から出射された光（直線偏光）は、ハーフミラー２０２、集光レンズ２０３、近接場光発生素子２０４を経て、記録媒体２０５に至る。記録媒体２０５で反射された光は再度、近接場光発生素子２０４、集光レンズ２０３、ハーフミラー２０２を経て、受光センサ２０６で受光される。この光学系では、仮に近接場光発生素子２０４の効率が１００％であったとしても、ハーフミラー２０２を２度通過するため、全体の効率は最大でも２５％となってしまう。
【００７５】
図１４に、近接場光発生素子に対して円偏光を入射する場合の反射光検出系の一例を示す。光源１０１から出射された光（直線偏光）は、偏光ビームスプリッタ１０２を透過して、１／４波長板１０３で円偏光ａに変換される。この円偏光ａは、集光レンズ１０４、近接場光発生素子１０５を経て、記録媒体１０６に至る。記録媒体１０６からの反射光は、入射光と逆回転の円偏光ｂとなって、再度、近接場光発生素子１０５、集光レンズ１０４を経た後、１／４波長板１０３によって直線偏光に変換される。このときの偏光方向は、入射光と位相が１８０°異なる。このため、１／４波長板１０３によって直線偏光に変換された反射光は、偏光ビームスプリッタ１０２で入射光と分離されて受光センサ１０７で受光される。この場合は、図１３に示した、ハーフミラーを用いた光学系とは異なり、反射光検出のために効率が落ちることはない。
【００７６】
以上にように、光利用効率を上げるためには、図１４に示したような反射光検出系を用いることが望ましい。本実施形態の近接場光発生装置は、近接場光発生素子に対して円偏光を入射する構成であるので、図１４に示した反射光検出系に簡単に適用することができ、光利用効率をより高いものとすることができる。
【００７７】
以上の説明において、微小開口のサイズを光源から照射される光の波長以下とするとは、光源からの光の波長の長さを直径とする円を考えた場合に、微小開口がその円内に納まる（その円より大きくならない）ような大きさとすることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態である近接場光発生装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す近接場光発生装置を構成する近接場光発生素子の微少開口部の開口形状の一例を示す模式図である。
【図３】図１に示す近接場光発生装置を構成する近接場光発生素子の微少開口部の開口形状の他の例を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施例である近接場光発生装置を構成する近接場光発生素子の微少開口部の開口形状の一例を示す模式図である。
【図５】円偏光入射における変調強度を測定するための装置の一例を示すブロック図である。
【図６】直線偏光入射における変調強度を測定するための装置の一例を示すブロック図である。
【図７】図６に示す装置における、近接場光発生素子に直線偏光を入射した際の偏光方向を変化させた場合における変調強度の変化を示す図である。
【図８】図４に示す開口形状を有する近接場光発生素子を説明するための図であって、（ａ）は直線偏光入射における光強度分布、（ｂ）は左円偏光入射における光強度分布、（ｃ）右円偏光は入射における光強度分布をそれぞれ示す図である。
【図９】本発明の第２の実施例である近接場光発生装置を構成する近接場光発生素子の微少開口部の開口形状の一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施例である近接場光発生装置を構成する近接場光発生素子の微少開口部の開口形状の一例を示す模式図である。
【図１１】図１０に示す開口形状を有する近接場光発生素子を説明するための図であって、（ａ）は直線偏光入射における光強度分布、（ｂ）は左円偏光入射における光強度分布、（ｃ）右円偏光は入射における光強度分布をそれぞれ示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施例である近接場光発生装置を構成する近接場光発生素子の微少開口部の開口形状の一例を示す模式図である。
【図１３】近接場光発生素子に対して直線偏光を入射する場合の反射光検出系の一例を示すブロック図である。
【図１４】近接場光発生素子に対して円偏光を入射する場合の反射光検出系の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  光源
２  コリメータレンズ
３  偏光素子
４  集光レンズ
５  近接場光発生素子
【図１】
2007086478.tif 000003
【図２】
2007086478.tif 000004
【図３】
2007086478.tif 000005
【図４】
2007086478.tif 000006
【図５】
2007086478.tif 000007
【図６】
2007086478.tif 000008
【図７】
2007086478.tif 000009
【図８】
2007086478.tif 000010
【図９】
2007086478.tif 000011
【図１０】
2007086478.tif 000012
【図１１】
2007086478.tif 000013
【図１２】
2007086478.tif 000014
【図１３】
2007086478.tif 000015
【図１４】
2007086478.tif 000016