(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部からのびるカンチレバー部と、
前記カンチレバー部を貫通し、前記基部とは反対側のカンチレバー上に突出するように形成され、その先端が先鋭化された誘電体と、
前記先鋭化された誘電体の周りを覆う遮光膜と、
前記先鋭化された誘電体の先端に形成された微小開口とを有し、
前記先鋭化された誘電体の先端とは反対側の面が、前記カンチレバー部の前記基部と同じ側の面よりも窪んでいることを特徴とする光カンチレバー。
【請求項２】
基部と、
前記基部からのびるカンチレバー部と、
前記カンチレバー部を貫通し、前記基部とは反対側のカンチレバー上に突出するように形成され、その先端が先鋭化された誘電体と、
前記先鋭化された誘電体の周りを覆う遮光膜と、
前記先鋭化された誘電体の先端に形成された微小開口とを有し、
前記先鋭化された誘電体の先端とは反対側の面が、前記カンチレバー部の前記基部と同じ側の面よりも窪んでおり、かつ、前記カンチレバー部の支点に対して、前記先鋭化された誘電体とは反対側に、前記カンチレバー部と一体の光てこ用カンチレバーを有することを特徴とする光カンチレバー。
【請求項３】
請求項１から請求項２のいずれかに記載の前記カンチレバー部を貫通するように穴を形成する工程と、
前記誘電体を前記穴に堆積する工程と、
堆積した前記誘電体の周囲を除去し先鋭化する工程と、
遮光膜を先鋭化した前記誘電体上に堆積し、微小開口を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光カンチレバーの製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項２のいずれかに記載の前記カンチレバー部を貫通するように穴を形成する工程と、
前記誘電体を前記穴に堆積する工程と、
前記誘電体を先鋭化する工程と、
前記誘電体を堆積した方向から前記カンチレバー部を薄くして前記カンチレバー部の厚さを調整する工程と、
遮光膜を先鋭化した前記誘電体上に堆積し、微小開口を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光カンチレバーの製造方法。
【請求項５】
前記誘電体を除去する工程を有することを特徴とする請求項３または請求項４記載の光カンチレバーの製造方法。
【請求項６】
先鋭化された前記誘電体の先端と反対側の面を前記カンチレバー部の面より窪ませる工程を有することを特徴とする請求項３または請求項４記載の光カンチレバーの製造方法。
【請求項７】
前記カンチレバー部を貫通するように穴を形成する工程が、シリコン基板のドライエッチング工程であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光カンチレバーの製造方法。
【請求項８】
前記誘電体を堆積する工程が、気相合成法あるいはスピンコーティングによって行う工程であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光カンチレバーの製造方法。
【請求項９】
前記誘電体を先鋭化する工程が、前記誘電体上にマスクを形成した後に、等方性のドライエッチングまたは等方性のウエットエッチング工程であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光カンチレバーの製造方法。
【請求項１０】
遮光膜を先鋭化した前記誘電体上に堆積し、微小開口を形成する工程が、前記先鋭化された誘電体上に金属を堆積した後に、ドライエッチングまたはウエットエッチングによって前記先鋭化された誘電体の先端の金属を除去することによって微小開口を形成する工程であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光カンチレバーの製造方法。
【請求項１１】
前記誘電体を除去する工程が、前記先鋭化された誘電体の先端と反対側からのドライエッチングまたはウエットエッチングであることを特徴とする請求項５記載の光カンチレバーの製造方法。
【請求項１２】
先鋭化された前記誘電体の先端と反対側の面を前記カンチレバー部の面より窪ませる工程が、前記先鋭化された誘電体の先端と反対側の面からのドライエッチングまたはウエットエッチングであることを特徴とする請求項６記載の光カンチレバーの製造方法。
【請求項１３】
前記誘電体を堆積した方向から前記カンチレバー部を薄くして前記カンチレバー部の厚さを調整する工程が、ドライエッチングであることを特徴とする請求項４記載の光カンチレバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、物質間の原子間力を利用して試料の形状を観察すると共に微細領域における光学特性を計測する光カンチレバーおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、 走査型近視野顕微鏡（以下、ＳＮＯＭと略す）では、先端が先鋭化された光媒体からなるプローブを、光の波長以下まで測定試料に近づけることで、試料の光学特性や形状を測定している。この装置の一つとして、試料に対して垂直に保持した直線状の光ファイバープローブの先端を、試料表面に対して水平に振動させ、試料表面とプローブ先端のせん断力によって生じる振動の振幅の変化の検出をプローブ先端にレーザ光を照射し、その影の変化を検出することによって行い、振幅が一定になるように試料を微動機構で動かすことによって、プローブ先端と試料表面の間隔を一定に保ち、微動機構に入力した信号強度から表面形状を検出するとともに試料の光学特性の測定を行う装置が提案されている。
【０００３】
また、鈎状に成形した光ファイバープローブを原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭと略す）のカンチレバーとして使用し、ＡＦＭ動作すると同時に、光ファイバープローブの先端から試料にレーザ光を照射し、表面形状を検出するとともに試料の光学特性の測定を行う走査型近視野原子間力顕微鏡が提案されている（平７−１７４５４２）。図１１は、従来例の光ファイバープローブを示す構成図である。
【０００４】
この光ファイバープローブは、光ファイバー５０１が用いられ、光ファイバー５０１の周囲は金属膜被覆５０２で覆われている。また、探針部５０３が先鋭化されており、探針部５０３の先端に開口５０４を有する。
一方、微細領域の形状観察手段として利用されているＡＦＭでは、シリコンプロセスで製造されたシリコンや窒化シリコンのマイクロカンチレバーが広く利用されている。AFMで使用されるマイクロカンチレバーは共振周波数が高く、量産性が良く形状のばらつきが少ないため、バネ定数や共振周波数などの機械的特性が均一であるいった特徴を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
SNOMおよびAFMの観察時に、高速の走査制御を行うためには光ファイバープローブの共振周波数を高くする必要があり、一方、SNOMの観察対象の一つである生物試料などの柔らかい試料に損傷を与えることなく計測するためには光ファイバープローブのばね定数を小さくしなくてはならない。しかしながら、光ファーバープローブは、光ファイバー自体をカンチレバーのバネ材料として使用しているので、共振周波数を高くすることと、バネ定数を小さくすることを同時に実現するのが困難であり、柔らかい試料に損傷を与えずに高速で観察することが難しいという問題がある。
【０００６】
また、光ファイバープローブは、光ファイバーを材料として多くの工程を手作業で製造しており、量産性が低く、先端径や先端角などの形状を均一にすることが難しいという問題点があった。
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、微小開口から光を照射および／または検出するSNOM用光カンチレバーであって、量産性、均一性に優れており、柔らかい試料でも損傷を与えることなく高速に観察することができる前記光カンチレバーとその作製方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、基部と、前記基部からのびるカンチレバー部と、前記カンチレバー部を貫通し、前記基部とは反対側のカンチレバー上に突出するよう形成され、その先端が先鋭化された誘電体と、前記先鋭化された誘電体の周りを覆う遮光膜と、前記先鋭化された誘電体の先端に形成された微小開口とからなることを特徴とする光カンチレバーとした。
【０００８】
したがって、本発明の光カンチレバーは、前記先鋭化された誘電体の先端と反対側から光を入射することによって、前記微小開口から試料に向かって光を出射することができる。また、前記微小開口によって光を検出することができる。また、本発明の光カンチレバーは、共振周波数およびばね定数を前記カンチレバー部の寸法によって調整できるため、高い共振周波数と小さなばね定数を持つことができ、柔らかい試料に損傷を与えることなく、高速で観察が可能となる。また、本発明の光カンチレバーは、基部と前記基部からのびるカンチレバー部を持つAFMのカンチレバーと同様な形状であるため、蓄積されたAFMの技術を有効に適用でき、かつ、取り扱いが簡単である。
【０００９】
また、本発明の光カンチレバーの作製方法は、前記カンチレバー部を貫通するように穴を形成する工程と、前記誘電体を前記穴に堆積する工程と、前記誘電体を先鋭化する工程と、遮光膜を先鋭化した前記誘電体上に堆積し、微小開口を形成する工程と、を含むことを特徴とする光カンチレバーの製造方法とした。
したがって、本発明の光カンチレバーは、シリコンプロセスによって製造可能であり、従来の半導体製造技術やAFMカンチレバー製造技術を有効に適用でき、量産性、均一性に優れている。
【００１０】
また、本発明の光カンチレバーは、製造方法において前記誘電体を除去する工程を有することによって、前記誘電体部分を空洞とした。
したがって、前記誘電体における大気あるいは真空による光の吸収は無視することができるため、入射光として使用可能な波長範囲を広く選択できる。
また、本発明の光カンチレバーは、前記先鋭化された誘電体の先端と反対側の面を凸形状とした。こうすることで、前記微小開口部に光を集光することができるため、出射光の強度を大きくすることができる。
【００１１】
また、本発明の光カンチレバーは、前記先鋭化された誘電体の先端と反対側の面を前記基部と同じ側の前記カンチレバー部表面よりも突出しない位置に形成した。こうすることで、前記先鋭化された誘電体の先端と反対側の誘電体で反射した導入光が漏れることがなくなり、SNOM計測時のS/N比を大きくすることができる。
【００１２】
また、本発明の光カンチレバーは、前記光カンチレバーの作製方法において、前記誘電体を堆積した方向から前記カンチレバー部を薄くして前記カンチレバー部の厚さを調整する工程を有することによって、前記先端が先鋭化された誘電体の高さを大きくすることができ、段差の大きな試料や、液中での観察を容易に行うことができる。
【００１３】
また、本発明の光カンチレバーは、前記カンチレバー部の支点に対して、前記先鋭化された誘電体とは反対側に、前記カンチレバー部と一体の光てこ用カンチレバーを有していることを特徴とする光カンチレバーとした。したがって、前記光てこ用カンチレバーに光てこのレーザ光を照射することによって、試料の光学特性観察用の光と、カンチレバーの変位を計測する光を分離することができるため、SNOM観察時のS/N比を大きくすることができる。また、前記光てこ用カンチレバーの長さを前記カンチレバー部よりも大きくすることによって、前記カンチレバーの変位計測の感度を大きくすることが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に関わる光カンチレバー1000の構成を示す構成図である。光カンチレバー1000は、基部１と、基部１からのびるカンチレバー部２と、カンチレバー部２の先端近傍に形成された光導入部７aと、光導入部７ａからカンチレバー部２を貫通する光伝搬部５と、テーパー形状を持つ光伝搬ティップ３と、光伝搬ティップ３の先端に形成された微小開口４とからなっている。少なくとも微小開口４の周囲と光伝搬ティップ３は、遮光膜６で覆われている。
【００１５】
カンチレバー部２の長さと幅と厚さは、それぞれ、たとえば２００μｍ、５０μｍ、５μｍである。光伝搬ティップ３の高さは、たとえば１０μｍである。また、光伝搬ティップ３は、円錐状および角錐状であり、その先端の曲率半径はたとえば、数１０nmであり、微小開口４の大きさは、たとえば100nmである。光導入部７ａの直径は、たとえば３０μｍである。光伝搬部５の直径は、光導入部７ａの直径と同一で、たとえば３０μｍであり、光伝搬部５の厚さは、カンチレバー部２の厚さと同一でたとえば５μｍである。遮光膜６の厚さは、たとえば200nmである。基部１およびカンチレバー部２は、たとえばシリコンや水晶などである。光伝搬部５および光伝搬ティップ３は、二酸化珪素やポリイミドなどの誘電体で形成されていても良いし、空洞でも良い。また、遮光膜６は、アルミニウムや金などの光を反射する金属が用いられる。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態１に関わる光カンチレバー1000を搭載した走査型プローブ顕微鏡10000を示す構成図である。ここでは簡単のため、光カンチレバー1000をコンタクトモードで制御する場合について説明する。この走査型プローブ顕微鏡10000は、図１に示した光カンチレバー1000と、光情報測定用の光源101と、光源101の前面に配置したレンズ102と、レンズ102で集光した光を光カンチレバー1000まで伝搬する光ファイバ103と、試料110の下方に配置され光伝搬ティップの先端で発生した伝搬光を反射するプリズム111と、プリズム111で反射した伝搬光を集光するレンズ114と、集光した伝搬光を受光する光検出部109と、を備えている。
【００１７】
また、光カンチレバー1000の上方には、レーザ光を出力するレーザ発振器104と、光カンチレバー1000のカンチレバー部２で反射したレーザ光を反射するミラー105と、反射したレーザ光を受光して光電変換する上下２分割した光電変換部106と、を備えている。さらに、試料110およびプリズム111をＸＹＺ方向に移動制御する粗動機構113および微動機構112と、これら粗動機構113および微動機構112を駆動するサーボ機構107と、装置全体の制御をするコンピュータ108とを備えている。
【００１８】
つぎに、この走査型プローブ顕微鏡10000の動作について説明する。レーザ発振器１０４から放出したレーザ光は、光カンチレバー1000のカンチレバー部２上で反射する。光カンチレバー1000のカンチレバー部２は微小開口４と試料110の表面が接近すると、試料110との間の引力または斥力によってたわむ。このため、反射したレーザ光の光路が変化するため、これを光電変換部106で検出する。
【００１９】
光電変換部106により検出した信号は、サーボ機構107に送られる。サーボ機構107は、光電変換部106で検出した信号に基づいて試料110に対する光カンチレバー1000のアプローチや、表面の観察の際に光カンチレバーのたわみが一定となるように、粗動機構113および微動機構112を制御する。コンピュータ108は、サーボ機構107の制御信号から表面形状の情報を受け取る。
【００２０】
また、光源101から放出された光は、レンズ102により集光され、光ファイバ103に至る。光ファイバ103内を通過した光は、光カンチレバー1000の光導入部に入射光として導入され、その微小開口から試料110に照射される。一方、プリズム111により反射した試料110の光学的情報は、レンズ114により集光され、光検出部109に導入される。光検出部109の信号は、コンピュータ108のアナログ入力インタフェースを介して取得され、コンピュータ108により光学的情報として検出される。
【００２１】
また、走査型プローブ顕微鏡10000は、試料と光伝搬ティップ３との距離制御方法として、光カンチレバー1000を励振させた状態で試料に近づけ、カンチレバーの振幅が一定となるようにサーボ機構107によって粗動機構113および微動機構112を制御するダイナミックモードによっても観察が可能である。
図３は、実施の形態１に関わる光カンチレバー1000へ光を導入する方法の他の例を示した構成図である。光カンチレバー1000への光の導入は、図２で説明した方法の他に、図３で示すように、光情報測定用光源101と、光源101の前面に配置したレンズ102によって光導入部７aに直接導入しても良い。
【００２２】
上記では、微小開口４から光を照射するイルミネーションモードで観察する場合について説明したが、走査型プローブ顕微鏡10000は、図２および図３において、光情報測定用光源101の代わりに、光検出器を置くことによって光カンチレバー1000の微小開口で光を検出するコレクションモードでも計測可能である。
図４は、実施の形態１に関わる光カンチレバー1000の製造工程の一例を示した図である。図４(A)は、基板11を示している。なお、以下では基板11の上面をおもて面とし、下面を裏面とする。基板11は、たとえばシリコンや水晶などである。
【００２３】
図４(B)は、カンチレバー部およびカンチレバー部を貫通するように穴を形成する工程を示している。エッチングマスク12は、二酸化珪素やフォトレジストなどである。フォトリソグラフィーを用いてエッチングマスク12を形成した後に、反応性リアクティブイオンエッチングをはじめとする異方性ドライエッチングによって加工することによってカンチレバー部およびカンチレバー部を貫通する穴を形成することができる。
【００２４】
図４(C)は、光伝搬ティップとなる誘電体１３を堆積する工程を示している。
図４(B)で示した工程の後、プラズマ気相合成法やスピンコーティングなどによって、基板１１の表面に二酸化珪素やポリイミドなどの誘電体を堆積する。
図４(D)は、光伝搬ティップを形成する工程を示している。光伝搬ティップのテーパー部分は、前工程で堆積した誘電体上に、フォトリソグラフィーによって光伝搬ティップとなる部分にマスクを形成した後、等方性ドライエッチングや等方性ウエットエッチングなどの方法により、光伝搬ティップとなる部分の周囲を除去することによって形成する。
【００２５】
図４(E)は、遮光膜14の堆積および微小開口を形成する工程を示している。スパッタや真空蒸着によって基板11の表面に遮光膜14を形成する。その後、ドライエッチングやウエットエッチングによって、光伝搬ティップの先端の遮光膜14を除去して微小開口を形成する。
図４(F)は、光カンチレバー1000を基板11から分離する工程を示している。基板11の裏面からの異方性ウエットエッチングや異方性ドライエッチングによって光カンチレバー1000を基板11から分離することができ、同時に光導入部を形成することができる。なお、光伝搬部および光伝搬ティップが空洞の場合、図４(F)の工程後、光伝搬ティップおよび光伝搬部に相当する部分をドライエッチングやウエットエッチングによって取り除く。
【００２６】
上記の工程によって作製される光カンチレバー1000は、図１および図３に示した光導入部７aから光を導入することによって、光伝搬ティップ３を伝搬した光を微小開口４から試料にむかって出射することができる。また、図２に示すように走査型プローブ顕微鏡の光カンチレバーとして動作可能である。また、光カンチレバー1000のカンチレバー部２の形状を、長を100〜1000μｍ、幅20〜100μｍ、厚さ2〜10μｍにすることによって、カンチレバー部２のばね定数や共振周波数は、0.1〜50N/m、10〜300ｋＨｚの間で調整することができ、柔らかい試料でも損傷することなく高速に計測することができる。また、半導体プロセスを用いて作製できるため、量産性、均一性に優れている光カンチレバー1000を作製することが可能である。また、従来のAFMと同様な形状であるため取り扱いが簡単である。
【００２７】
また、光伝搬部５および光伝搬ティップ３が誘電体で満たされている場合、入射光の波長によっては、誘電体で吸収されてしまう。しかし、光伝搬部５および光伝搬ティップ３が空洞ならば、大気あるいは真空の吸収は無視することができるため、入射光として使用可能な波長範囲を広く選択できる。
［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２に関わる光カンチレバー2000の構成を示す構成図である。この光カンチレバー2000は、光導入部7bが凸形状を持つ点に特徴がある。光導入部7bの凸部の曲率半径は、たとえば40μｍであるが、光伝搬ティップ３の高さおよび光伝搬部５および光伝搬ティップ３の材質の違いによって、光導入部7bに入射した光を微小開口４に集光するような最適値をとる。光カンチレバー2000を構成する他の要素は、実施の形態１と同様である。しかし、光伝搬部５および光伝搬ティップ３は空洞にはならない。
【００２８】
本発明の実施の形態２に関わる光カンチレバー2000は、図２に示す走査型プローブ顕微鏡10000中の光カンチレバー1000と同様に使用可能である。
また、本発明の実施の形態２に関わる光カンチレバー2000は、図４に示す光カンチレバー1000の製造方法と同様な工程で作製可能である。光カンチレバー2000の光導入部7bの凸形状は、図４(B)に示す工程において、カンチレバー部２を貫通する穴の底面を凹形状に加工することによって作製することができる。
【００２９】
本発明の実施の形態２に関わる光カンチレバー2000によれば、実施の形態１で説明した効果の他に、光導入部7bが凸形状を持っているため、光カンチレバー2000に導入した入射光を微小開口４に集光することが可能となり、微小開口４からの出射光の強度を大きくすることが可能となる。
［実施の形態３］
図６は、本発明の実施の形態３に関わる光カンチレバー3000の構成を示す構成図である。光カンチレバー3000は、光導入部7Cがカンチレバー部２よりもくぼんだ形状を持つ点に特徴がある。光導入部7Cの凹部の段差は、たとえば10〜50μｍである。光カンチレバー3000を構成する他の要素は、実施の形態１と同様である。
【００３０】
本発明の実施の形態３に関わる光カンチレバー3000は、図２に示す走査型プローブ顕微鏡10000の光カンチレバー1000と同様に使用できる。
また、本発明の実施の形態３に関わる光カンチレバー3000は、図４に示す光カンチレバー1000の製造方法と同様な工程で作製可能である。光カンチレバー2000の光導入部7ｃの凹部は、図４(Ｆ)に示す工程の後、光伝搬部５となる部分をさらに基部１側からドライエッチングを行うことによって形成する。
【００３１】
本発明の実施の形態２に関わる光カンチレバー3000によれば、実施の形態１で説明した効果の他に、光導入部7cがカンチレバー部２よりもへこんだ位置にあるため、光カンチレバー3000に導入した光の反射光を他の部分へ漏洩することを防ぐことが可能となり、計測時のS/N比を高くすることが可能となる。
［実施の形態４］
図７は、本発明の実施の形態４に関わる光カンチレバー4000の構成を示す構成図である。光カンチレバー4000は、光伝搬ティップ３の高さがたとえば20μｍであり、実施の形態１から３の光カンチレバーに比べて十分大きな高さを有している点に特徴がある。光導入部７は、実施の形態１から実施の形態３までのいずれの形状でも良い。光カンチレバー4000の他の要素は、実施の形態１から実施の形態３までの光カンチレバーと同様である。
【００３２】
また、光カンチレバー4000は、図２に示す走査型プローブ顕微鏡10000の光カンチレバー1000と同様に使用できる。
図８は、実施の形態４に関わる光カンチレバー4000の製造工程の一例を示した図である。図８(A)は、基板11を示している。なお、以下では基板11の上面をおもて面とし、下面を裏面とする。基板11は、たとえばシリコンや水晶などである。
【００３３】
図８(B)は、カンチレバー部２およびカンチレバー部２を貫通するように穴を形成する工程を示している。エッチングマスク12は、二酸化珪素やフォトレジストなどである。エッチングマスク12をフォトリソグラフィーを用いて形成した後に、反応性リアクティブイオンエッチングをはじめとする異方性ドライエッチングによって加工することによってカンチレバー部およびカンチレバー部を貫通する穴を形成することができる。このときの加工深さは、実施の形態１の場合より十分深い。また、光カンチレバー4000の光導入部を実施の形態２の光導入部と同様に凸形状にする場合、カンチレバー部２を貫通する穴の底面を凹形状に加工する。
【００３４】
図８(C)は、光伝搬ティップとなる誘電体13を堆積する工程を示している。図８(B)で示した工程の後、プラズマ気相合成法やスピンコーティングによって、基板11の表面に二酸化珪素やポリイミドなどの誘電体を堆積する。
図８(D)は、光伝搬ティップを先鋭化する工程を示している。光伝搬ティップの先鋭化は、等方性ドライエッチングや等方性ウエットエッチングなどによって形成する。
【００３５】
図８(E)は、光伝搬ティップを形成する工程を示している。光伝搬ティップは、カンチレバー部および基部となる部分以外をマスク１６で覆い、基板11をドライエッチングやウエットエッチングによって薄くすることで形成される。この工程によって、光伝搬ティップは、実施の形態１で説明した場合よりも十分大きな高さを有することができる。
【００３６】
以降の遮光膜の堆積および微小開口を形成する工程と、光カンチレバー4000を基板11から分離する工程は、実施の形態１の図４(E)と図４(F)で説明した工程と同一である。また、光カンチレバー4000の光導入部を凹形状とする工程は、実施の形態３で説明した工程と同一である。
本発明の実施の形態４で説明した光カンチレバー4000によれば、実施の形態１から３で説明した効果の他に、光伝搬ティップ３の高さを20〜200μｍと大きくすることができるため、段差の大きな試料を計測することが可能である。また、光カンチレバー4000は、光伝搬ティップ３の高さが大きいため、液中での観察時に、板状のカンチレバー部２が液中に浸かることなく、角柱または円柱形状をもつ光伝搬ティップだけが液中に入るようにできるため、液中での動作が安定となる。
【００３７】
［実施の形態５］
図９および図10は、本発明の実施の形態５に関わる光カンチレバー5000の構成を示した斜視図およびカンチレバー部分の断面図である。光カンチレバー5000は、光てこ用カンチレバー23およびレバー支点26を有している点に特徴がある。光カンチレバー5000を構成する他の要素は実施の形態１から４と同様である。また、光てこ用カンチレバー23およびレバー支点26の材質は、基部２１およびカンチレバー部22と同一である。また、光てこ用カンチレバー23の長さはたとえば300〜2000μｍであり、カンチレバー部22の長さはたとえば100〜1000μｍであり、光てこ用カンチレバー23はカンチレバー部22よりも大きな長さを有することができる。
【００３８】
光カンチレバー5000は、図２に示す走査型プローブ顕微鏡1000の光カンチレバー1000と同様に使用でき、コンタクトモードおよびダイナミックモードの両方で使用可能である。コンタクトモードの場合の動作を以下で説明する。レーザ発振器104から放出したレーザ光は、光てこ用カンチレバー23上で反射する。試料との間の引力または斥力によってカンチレバー部22が変位すると、同時にカンチレバー支点26を基点に、光てこ用カンチレバー23も変位する。このため、光てこ用カンチレバー23上で反射したレーザ光の光路が変化するため、これを光電変換部106で検出する。以降は、実施の形態１と同様であり、光学像の取得方法も、実施の形態１と同様である。
【００３９】
また、ダイナミックモードの場合も、光てこのレーザ光を光てこ用カンチレバー２３に照射し、サーボ機構107によって光てこ用カンチレバーの振幅を一定となるように粗動機構113および微動機構112を制御することで、表面形状の計測が可能である。
光カンチレバー5000の作製方法は、カンチレバー形状が異なるだけで、実施の形態１から実施の形態４と同様である。
【００４０】
本発明の実施の形態５に関わる光カンチレバー5000は、実施の形態１から実施の形態４で説明した効果の他に、光てこのレーザ光をカンチレバー部22に照射しないため、試料の光学特性観察用の光と光てこ用のレーザ光を完全に分離することができるため、SNOM観察時のS/N比が向上する。また、カンチレバー部22の長さより光てこ用カンチレバー23の長さが大きい場合、カンチレバー部22の変位量よりも光てこ用カンチレバー23の変位量が大きくなり、光てこによるカンチレバーの変位検出の感度が向上する。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係わる発明によれば、光カンチレバーは、SNOM計測ができ、従来のAFMのカンチレバーと同様な構造を持つため、従来の光ファイバープローブよりも共振周波数が高く、かつ、ばね定数が小さな光カンチレバーとなり、柔らかい試料でも高速で計測ができるようになる。また、誘電体の先鋭化された先端とは反対側の面を、前記基部と同じ側の前記カンチレバー部表面よりも窪んだ位置に形成したため、カンチレバー部表面よりも窪んだ位置の誘電体の面で反射した導入光が漏れることがなくなり、SNOM計測時のS/N比を大きくすることができる。
【００４２】
また、請求項２に係わる発明によれば、光カンチレバーは、請求項１で説明した効果の他に、光てこのレーザ光をカンチレバー部に照射しないため、試料の光学特性観察用の光と光てこ用のレーザ光を完全に分離することができ、SNOM計測の安定性が向上する。また、カンチレバー部の長さより光てこ用カンチレバーの長さが大きい場合、カンチレバー部の変位量よりも光てこ用カンチレバーの変位量が大きくなり、光てこによるカンチレバーの変位検出の感度が向上する。
【００４４】
また、請求項３および請求項５から１２に係わる発明によれば、シリコンプロセスを用いているため、請求項１から請求項２で説明した光カンチレバーを量産性、均一性よく簡単に製造できる。
また、請求項４から請求項１３に係わる発明によれば、前記先鋭化された誘電体の高さを20〜200μｍと大きくでき、段差の大きな試料を計測することが可能な光カンチレバーを量産性、均一性よく簡単に製造できる。また、この製造方法で作製された光カンチレバーは、前記先鋭化された誘電体の高さが大きいため、液中での観察時に、板状のカンチレバー部が液中に浸かることなく、角柱または円柱形状をもつ光伝搬ティップだけが液中に入るので、液中での動作が安定となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかわる光カンチレバーの構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかわる光カンチレバーを搭載した走査プローブ顕微鏡の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかわる光カンチレバーへ光を導入する方法の他の例を示した構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかわる光カンチレバーの製造方法を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかわる光カンチレバーの構成を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３にかかわる光カンチレバーの構成を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態４にかかわる光カンチレバーの構成を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態４にかかわる光カンチレバーの製造方法を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態５にかかわる光カンチレバーの構成を示した斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態５にかかわる光カンチレバーの構成を示したカンチレバー部分の断面図である。
【図１１】従来例にかかわる光ファイバープローブを示す構成図である。
【符号の説明】
１        基部
２        カンチレバー部
３        光伝搬ティップ
４        微小開口
５        光伝搬部
６        遮光膜
７ａ      光導入部
７ｂ      光導入部
７ｃ      光導入部
１１      基板
１２      マスク
１３      誘電体膜
１４      遮光膜
２１      基部
２２      カンチレバー部
２３      光てこ用カンチレバー
２４      光伝搬ティップ
２５      光導入部
２６      カンチレバー支点
１０１    光源
１０２    レンズ
１０３    光ファイバー
１０４    レーザ発振器
１０５    ミラー
１０６    光電変換部
１０７    サーボ機構
１０８    コンピュータ
１０９    光検出部
１１０    試料
１１１    プリズム
１１２    微動機構
１１３    粗動機構
１１４    レンズ
５０１    基部
５０２    カンチレバー部
５０３    ティップ
５０４    微小開口
５０５    光導入部
１０００  光カンチレバー
２０００  光カンチレバー
３０００  光カンチレバー
４０００  光カンチレバー
５０００  光カンチレバー
１００００  走査型プローブ顕微鏡
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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