DE60129055T2 - Lichtwellenleiter-Sonde und optisches Nahfeld-Rastermikroskop - Google Patents

Lichtwellenleiter-Sonde und optisches Nahfeld-Rastermikroskop Download PDF

Info

Publication number
DE60129055T2
DE60129055T2 DE60129055T DE60129055T DE60129055T2 DE 60129055 T2 DE60129055 T2 DE 60129055T2 DE 60129055 T DE60129055 T DE 60129055T DE 60129055 T DE60129055 T DE 60129055T DE 60129055 T2 DE60129055 T2 DE 60129055T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
optical
optical fiber
light
probe
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60129055T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60129055D1 (de
Inventor
Yasuyuki Mitsuoka
Takashi Niwa
Kenji Kato
Manabu Oumi
Nobuyuki Kasama
Susumu Ichihara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Application granted granted Critical
Publication of DE60129055D1 publication Critical patent/DE60129055D1/de
Publication of DE60129055T2 publication Critical patent/DE60129055T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/02Multiple-type SPM, i.e. involving more than one SPM techniques
    • G01Q60/06SNOM [Scanning Near-field Optical Microscopy] combined with AFM [Atomic Force Microscopy]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/18SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
    • G01Q60/22Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/241Light guide terminations
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/84Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/849Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
    • Y10S977/86Scanning probe structure
    • Y10S977/862Near-field probe

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Sonde zum Beobachten und Messen optischer Eigenschaften einer Probe in einem winzigen Bereich unter Verwendung von Nahfeldlicht, und insbesondere eine Lichtwellenleiter-Sonde, die aus einem Lichtwellenleiter besteht, und ein Herstellungsverfahren derselben.
  • Gegenwärtig wird in einem Nahfeld-Rastermikroskop (in der Folge mit SNOM abgekürzt) eine Sonde, die eine zugespitzte Spitze aufweist und aus einem optischen Medium gebildet ist, in Annäherung zu einer Messprobe innerhalb einer Wellenlänge von Licht gebracht, so dass die optischen Eigenschaften oder Form der Probe gemessen werden. Als eine dieser Art von Vorrichtungen wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, in der eine Spitze einer optischen Fasersonde, die vertikal in Bezug zu einer Probe gehalten wird, in Bezug auf die Oberfläche der Probe horizontal vibriert wird, eine Änderung der Vibrationsamplitude, die durch Scherkraft zwischen der Oberfläche der Probe und der Spitze der Sonde erzeugt wird, durch eine Änderung des Schattens von Laserlicht erfasst wird, das auf die Spitze der Sonde gestrahlt wird, und die Probe durch einen Feinbewegungsmechanismus bewegt wird, um die Amplitude konstant zu machen, so dass ein Intervall zwischen der Spitze der Sonde und der Oberfläche der Probe konstant gehalten wird, wodurch eine Oberflächenform aus der Stärke eines Signals erfasst wird, das in den Feinbewegungsmechanismus eingegeben wird, und die Messung der optischen Transparenz der Probe ausgeführt wird.
  • Außerdem wird ein Nahfeld-Atomkraft-Rastermikroskop vorgeschlagen, in dem eine optische Fasersonde, die wie ein Haken gebildet ist, als Ausleger des Atomkraftmikroskops (in der Folge mit AFM abgekürzt) verwendet wird, und gleichzeitig mit einem AFM-Betrieb Laserlicht auf eine Probe von einer Spitze der optischen Fasersonde gestrahlt wird, so dass ein Oberflächenform erfasst wird und optische Eigenschaften der Probe gemessen werden (Japanische Ungeprüfte Patentschrift Nr. Hei. 7-174542). In dieser optischen Fasersonde wird eine optische Faser als optisches Medium verwendet, und der Umfang der optischen Faser ist mit einer metallischen Filmbeschichtung überzogen. Ein Sondenabschnitt ist zugespitzt, und eine Apertur ist an der Spitze des Sondenabschnitts bereitgestellt.
  • Außerdem ist auch eine Lichtwellenleiter-Sonde bekannt, in der ein Lichtwellenleiter aus einem Laminat aus einem Kern und einem Überzug besteht und wie ein Ausleger konstruiert ist, wobei ein zugespitzter Sondenabschnitt an einem Ende gebildet ist, ein Stützabschnitt zum Befestigen des Lichtwellenleiters an dem anderen Ende gebildet ist, und der Lichtwellenleiter an der Seite des Sondenabschnitts eine gekrümmte Struktur hat.
  • Die optische Fasersonde, die in dem SNOM verwendet wird, wird jedoch unter Verwendung einer optischen Faser als Material in vielen handwerklichen Schritten hergestellt, so dass Probleme entstehen, dass die Massenproduktivität gering ist, und eine Form, wie ein Durchmesser der Spitze oder ein Winkel der Spitze eines Sondenabschnitts oder ein Durchmesser einer Apertur unregelmäßig ist. Außerdem ist zur Durchführung einer Sondenabtastung bei hoher Geschwindigkeit ohne Beschädigung notwendig, dass die Resonanzfrequenz der Sonde hoch ist und die Federkonstante gering ist. Da jedoch die optische Faser als optisches Medium verwendet wird, besteht ein Problem, dass es schwierig ist, die Sonde zu miniaturisieren und die hohe Resonanzfrequenz und die geringe Federkonstante bereitzustellen.
  • Ferner besteht ein Problem, dass in der Sonde, in der die optische Faser oder der Lichtwellenleiter gekrümmt ist, der Verlust an Fortpflanzungslicht an dem gekrümmten Abschnitt auftritt, und das Fortpflanzungslicht sich nicht effizient fortpflanzen kann.
  • WO 95/05000 offenbart eine auslegerförmige Mikropipette mit einem gebogenen Endabschnitt. Die Außenfläche an der Biegung ist zum Reflektieren von externem Laserlicht abgeflacht.
  • EP 0964251 offenbart eine auslegerförmige Lichtwellenleiter-Sonde mit einem gekrümmten Biegungsendabschnitt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des Vorhergesagten gemacht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lichtwellenleiter-Sonde bereitzustellen, die in der Massenproduktion, Gleichförmigkeit und Hochgeschwindigkeitsabtasteigenschaft ausgezeichnet ist, und ein fortgepflanztes Licht effizient fortpflanzen kann, sowie ein Herstellungsverfahren zur Herstellung der Lichtwellenleiter-Sonde bereitzustellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Lichtwellenleiter-Sonde nach Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Außerdem ist die einzige Oberfläche eine Oberfläche orthogonal zu einer Ebene der optischen Achse, die eine optische Achse von dem Lichtwellenleiter zu der winzigen Apertur enthält.
  • Außerdem ist die einzige Oberfläche eine Oberfläche, die zu einer Ebene der optischen Achse nicht orthogonal ist.
  • Außerdem ist ein Winkel der einzigen Oberfläche in Bezug auf eine Ebene, die orthogonal zu der Ebene der optischen Achse liegt und eine optische Achse des Wellenleiters enthält, 45 Grad oder weniger.
  • Außerdem enthält der gekrümmte Abschnitt einen reflektierenden Film.
  • Außerdem ist eine Führung zum Positionieren eines optischen Elements an einem Stützabschnitt des Lichtwellenleiters bereitgestellt.
  • Außerdem ist die Führung eine V-förmige Rille.
  • Da gemäß der obengenannten Lichtwellenleiter-Sonde das fortgepflanzte Licht effizient an dem gekrümmten Abschnitt abgelenkt werden kann, kann die Effizienz des Lichts, das von der winzigen Apertur ausgeht, oder die Effizienz der Erfassung von Licht an der winzigen Apertur verbessert werden. Da ferner das fortgepflanzte Licht, das sich durch den Lichtwellenleiter fortgepflanzt hat, auf die winzige Apertur kondensiert werden kann, oder da, im Gegenteil, das Licht von der winzigen Apertur kollimiert werden kann, kann die Effizienz verbessert werden.
  • Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung nur anhand eines weiteren Beispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, von welchen:
  • 1A bis 1D strukturelle Ansichten sind, die eine Struktur einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Beispiel 1 zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • 2A bis 2F erklärende Ansichten sind, die ein Herstellungsverfahren einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Beispiel 2 zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • 3 eine erklärende Ansicht eines Herstellungsschrittes der Lichtwellenleiter-Sonde gemäß dem Beispiel 2 ist, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • 4 eine erklärende Ansicht eines Herstellungsschrittes der Lichtwellenleiter-Sonde gemäß dem Beispiel 2 ist, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • 5 eine Strukturansicht ist, die eine Struktur einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Beispiel 3 zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • 6A bis 6J erklärende Ansichten sind, die ein Herstellungsverfahren einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß dem Beispiel 3 zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • 7A und 7B erklärende Ansichten eines Herstellungsschrittes einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung sind.
  • 8A bis 8C erklärende Ansichten eines Herstellungsschrittes einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung sind.
  • 9A bis 9F erklärende Ansichten von Herstellungsschritten einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Beispiel 6 sind, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • 10A und 10B erklärende Ansichten eines Herstellungsschrittes einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung sind; und
  • 11 eine schematische Ansicht ist, die eine schematische Struktur eines Nahfeld-Rastermikroskops unter Verwendung einer Lichtwellenleiter-Sonde der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • In der Folge werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
  • (Beispiel 1)
  • 1A bis 1D sind strukturelle Ansichten, die eine Struktur einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß Beispiel 1 zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. 1A ist eine Draufsicht, 1b ist eine Schnittansicht entlang einem Abschnitt AA', 1C ist eine Schnittansicht entlang einem Abschnitt DD' und 1D ist eine vergrößere schematische Ansicht, die einen Zustand der Lichtfortpflanzung zeigt.
  • Eine Lichtwellenleiter-Sonde 50 ist aus einem Lichtwellenleiter 2 und einem Stützabschnitt 1 zu dessen Stützung gebildet. Der Lichtwellenleiter 2 ist auf den Stützabschnitt 1 laminiert und integral gebildet. Der Lichtwellenleiter 2 enthält einen auslegerartigen elastischen Funktionsabschnitt 3 und einen Sondenabschnitt 9 an seiner Spitze. Ein gekrümmter Abschnitt 10, der zu einer Seite des Sondenabschnitts 9 gekrümmt ist, ist in der Nähe der Spitze gebildet. Der Sondenabschnitt 9 ist zugespitzt und enthält eine winzige Apertur 5 an seiner Spitze. Der Lichtwellenleiter 2 ist aus einem Kern 4 zum Fortpflanzen von Licht an dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt und einem Überzug 6 an seinem äußeren Umfangsabschnitt gebildet. Obwohl nicht dargestellt, sind der elastische Funktionsabschnitt 3 und der Sondenabschnitt 9 mit lichtabschirmenden Filmen bedeckt, und ein Abschnitt der Spitze des Sondenabschnitts 9, der nicht mit dem lichtabschirmenden Film bedeckt ist, wird zu der winzigen Apertur 5.
  • Der Brechungsindex des Überzugs 6 ist relativ klein im Vergleich zu dem Brechungsindex des Kerns 4. Die Länge des elastischen Funktionsabschnitts 3 ist zum Beispiel 50 μm bis 1000 μm. Die Länge des Sondenabschnitts 9 ist zum Beispiel 1 μm bis 30 μm. Die Querschnittsform vertikal zu der optischen Achse des Kerns 4 ist viereckig, und die Länge einer Seite ist 1 μm bis 100 μm. Die Querschnittsform des Lichtwellenleiters 2 vertikal zu der optischen Achse ist im Wesentlichen viereckig, und die Länge einer Seite ist 5 μm bis 500 μm. Die Dicke des Stützabschnitts 1 ist zum Beispiel 200 μm bis 600 μm. Die Länge und Breite des Stützabschnitts 1 ist zum Beispiel 1 mm bis 50 mm. Als Materialien für den Kern 4 und den Überzug 6 können verschiedene dielektrische Materialien, zum Beispiel Siliziumdioxid, Glasmaterial, wie Siliziumdioxid, dotiert mit Fluor oder Bor, organisches Material, wie Polyurethan oder Epoxy, Metalloxid, wie Nioboxid oder Zinkoxid, und dergleichen verwendet werden. Für den lichtabschirmenden Film kann ein Material, das Licht reflektiert, wie zum Beispiel Gold, Platin, Aluminium, Chrom oder Nickel, verwendet werden. Die Dicke des lichtabschirmenden Films ist zum Beispiel 100 nm bis 1 μm. Der Durchmesser der winzigen Apertur 5 ist zum Beispiel 10 nm bis 500 nm.
  • In dem Lichtwellenleiter 2 ist der Sondenabschnitt 9 an der Spitze des elastischen Funktionsabschnitts 3 gebildet und der halbe Abschnitt des elastischen Funktionsabschnitts 3 ist zu der Seite des Sondenabschnitts 2 gekrümmt. In diesem Beispiel, wie in 1D dargestellt ist, ist der Lichtwellenleiter 2 durch den gekrümmten Abschnitt 10 gekrümmt, wo zwei flache Oberflächen 12 und 13 einander schneiden, und der Kern 4 ist entlang der Schnittlinie der zwei flachen Oberflächen 12 und 13 gebildet. Wie in 1C dargestellt ist, sind die zwei flachen Oberflächen 12 und 13 etwa 55 Grad in Bezug zu der Oberfläche des Substrats 1 geneigt, das den Lichtwellenleiter 2 bildet, sind in Bezug auf die Ebene (Schnitt AA'), die die optische Achse des Lichtwellenleiters 2 und die winzige Apertur 5 enthält, symmetrisch, und schneiden einander mit 90 Grad.
  • Sobald einfallendes Licht 8 von einem Einfallsende 11 auf den Lichtwellenleiter 2 trifft, pflanzt es sich durch den Kern 4 fort. Ein fortgepflanztes Licht 7 wird an dem gekrümmten Abschnitt 10 reflektiert und in die winzige Apertur 5 geleitet. Es ist wünschenswert, dass eine Differenz im Brechungsindex zwischen dem Kern 4 und dem Überzug 6 ausreichend groß ist, und das fortgepflanzte Licht 7 durch eine Grenzfläche dazwischen total reflektiert wird. Wenn keine Totalreflexion eintritt, kann ein reflektierender Film auf der Oberfläche des Überzugs 6 gebildet werden. In einer solchen Struktur ist ein Ablenkungswinkel, mit dem das fortgepflanzte Licht 7 abgelenkt wird, klein (zum Beispiel 90 Grad oder weniger), und ein Einfallswinkel des fortgepflanzten Lichts 7 zu den zwei flachen Oberflächen 12 und 13, die den gekrümmten Abschnitt 10 bilden, kann klein gestaltet werden, so dass die Totalreflexion eher an der Grenzfläche zwischen dem Kern 4 und dem Überzug 6 auftritt, und ein Verlust an dem gekrümmten Abschnitt 10 verringert werden kann. Außerdem wird das fortgepflanzte Licht nicht direkt in die Richtung der optischen Achse reflektiert, sondern kann so reflektiert werden, dass es an der Seite der winzigen Apertur 5 kondensiert wird, und das fortgepflanzte Licht 7 in dem Kern 4 kann zu der Nähe der winzigen Apertur 5 kondensiert werden. Da in dem gekrümmten Abschnitt 10 das fortgepflanzte Licht 7 in dem Kern 4 effizient kondensiert und zu der winzigen Apertur 5 reflektiert wird, kann Nahfeldlicht mit hoher Stärke von der winzigen Apertur 5 ausgestrahlt werden.
  • Auch wenn an der winzigen Apertur 5 eine Detektion vorgenommen wird und Licht sich durch den Lichtwellenleiter 2 in eine entgegengesetzte Richtung fortpflanzt, kann das Licht ebenso effizient reflektiert werden. Obwohl hier ein Fall als Beispiel beschrieben wird, dass der gekrümmte Abschnitt 10 durch zwei flache Oberflächen 12 und 13 gebildet wird, können die entsprechenden Oberflächen gekrümmte Oberflächen sein, oder der gekrümmte Abschnitt kann nicht aus zwei Oberflächen, sondern aus vier oder mehr Oberflächen gebildet sein.
  • Wenn ein optischer Detektor in der Richtung des Spitzenendes des Lichtwellenleiters 2 angeordnet ist, und die opti schen Eigenschaften einer Probe in einem Reflexionsmodus betrachtet werden, gibt es keinen großen Abschnitt, wo ein reflektiertes Licht an der Probe durch den Lichtwellenleiter 2 blockiert wird, da die winzige Apertur 5 an der Spitze des auslegerförmigen Lichtwellenleiters 2 gebildet ist, und das reflektierte Licht an der Probe kann effizient erfasst werden.
  • Wie zuvor beschrieben, wird gemäß der obengenannten Lichtwellenleiter-Sonde 50 das einfallende Licht 8 von dem Einfallsende 11 des Lichtwellenleiters 2 eingeleitet und das Licht kann auf die Messprobe von der winzigen Apertur 5 ausgestrahlt werden. Als Alternative wird Licht, das örtlich nahe der Oberfläche der Probe vorhanden ist, durch die winzige Apertur 5 erfasst und kann von einem Detektor erfasst werden, der hinter dem Einfallsende (in diesem Fall wird es zum Ausgangende) 11 des Lichtwellenleiters 2 angeordnet ist. Die Lichtausstrahlung und die Lichterfassung durch die winzige Apertur kann effizient ausgeführt werden.
  • Die elastische Funktion 3 kann klein gestaltet werden, und ihre Federkonstante und Resonanzfrequenz kann durch die Länge und Breite des elastischen Funktionsabschnitts 3 eingestellt werden. Da der elastische Funktionsabschnitt 3 mit einer kleinen Federkonstante und einer hohen Resonanzfrequenz gestaltet werden kann, kann eine Abtastung bei hoher Geschwindigkeit erfolgen, ohne die Probe und die Sonde zu beschädigen.
  • (Beispiel 2)
  • 2A bis 2F sind erklärende Ansichten, die ein Herstellungsverfahren der Lichtwellenleiter-Sonde des Beispiels 1 zeigen. 3 und 4 sind Draufsichten von 2B beziehungsweise 2E. 2A zeigt einen Zustand, in dem ein Siliziumdioxid 32, das eine Maske wird, auf einem Substrat 31 strukturiert wird. Obwohl das Substrat 31 aus Silizium besteht, kann, wenn eine Form gebildet werden kann, ein Quarzsubstrat oder dergleichen verwendet werden. 2B zeigt einen Schritt zur Bildung einer Form, die zu einem gekrümmten Abschnitt eines Lichtwellenleiters wird, wobei das strukturierte Siliziumdioxid 32 als Maske verwendet wird anisotropes Ätzen unter Verwendung von Kaliumhydrat (KOH) oder Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) durchgeführt wird. Die Draufsicht auf diese Form ist 3. Wie durch eine Schnittansicht BB' (die auch für eine Schnittansicht CC' gilt) dargestellt ist, werden zwei geneigte Oberflächen 36 und 37 gebildet, die jeweils einen Winkel (etwa 55 Grad) in Bezug auf eine untere Oberfläche 37 des Substrats 31 haben. Die zwei Oberflächen schneiden einander mit 90 Grad.
  • 2C zeigt einen Schritt zur Abscheidung eines Lichtwellenleiters 33 auf der gekrümmten Form. Ein Überzugsmaterial wird auf der gekrümmten Form abgeschieden, ein gemustertes Kernmaterial wird darauf abgeschieden, und ein Überzugsmaterial wird des Weiteren darauf abgeschieden. Als Abscheidungsverfahren für das Kernmaterial und das Überzugsmaterial werden Verfahren verwendet, die für die Materialien geeignet sind. Zum Beispiel wird im Fall von Siliziumoxid ein synthetisches Dampfphasenabscheidungsverfahren (in der Folge mit CVD abgekürzt), Sputtern, Vakuumaufdampfen oder dergleichen verwendet. Der Brechungsindex des Überzugsmaterials ist relativ kleiner als der Brechungsindex des Kernmaterials.
  • 2d zeigt einen Schritt zum Bilden einer Maske 34 auf dem Lichtwellenleiter 33 zum Strukturieren desselben zu einer auslegerförmigen Form mit einem Sondenabschnitt. 2E zeigt einen Schritt zum Strukturieren des Lichtwellenleiters 33 unter Verwendung der Maske 34. Der Lichtwellenleiter 33 kann durch Trockenätzen oder Nassätzen strukturiert werden. 4 ist eine Draufsicht, die diesen Zustand zeigt. Ein Lichtwellenleiter 35, der den Sondenabschnitt enthält, wird entlang der unteren Oberfläche 37 und den geneigten Oberflächen 36 gebildet. Der Sondenabschnitt ist in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung in Bezug auf das Substrat 31 zugespitzt.
  • 2F zeigt einen Schritt zum Trennen eines Teils des Lichtwellenleiters 35 von dem Substrat 31. Das Substrat 31 wird durch Ätzen entfernt, während das Substrat, das den Lichtwellenleiter 35 stützt, verbleibt, so dass die auslegerförmige Lichtwellenleiter-Sonde 50 gebildet wird.
  • Ferner, obwohl nicht dargestellt, wird ein Film aus einem Metall (Al, Cr oder dergleichen) um den auslegerförmigen Lichtwellenleiter 35 gebildet und eine winzige Apertur wird an der Spitze des Sondenabschnitts gebildet.
  • Gemäß den zuvor beschriebenen Schritten kann die Lichtwellenleiter-Sonde 50 von Beispiel 1 leicht und mit ausgezeichneter Massenproduktivität und Gleichförmigkeit gebildet werden.
  • (Beispiel 3)
  • Eine Lichtwellenleiter-Sonde 51 gemäß Beispiel 3, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Übrigens sind Teile ähnlich jenen der Lichtwellenleiter-Sonde 50, die in dem Beispiel 1 beschrieben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen und deren Beschreibung wird unterlassen.
  • Diese Lichtwellenleiter-Sonde enthält zusätzlich zu den Elementen, die die Lichtwellenleiter-Sonde 50 bilden, einen Stützabschnitt 1, der mit einer V-förmigen Rille 42 bereitgestellt ist, eine Stützschicht 41, die zwischen dem Stützabschnitt 1 und einem Überzug 6 bereitgestellt ist, und einen Lichteinleitungsabschnitt 43, der aus dem Überzug 6 und einem Kern 4 gebildet ist und über die V-förmige Rille 42 ragt. Übrigens kann eine Struktur verwendet werden, in der der Lichteinleitungsabschnitt 43 nicht bereitgestellt ist. Außerdem kann die Stützschicht 41 nicht bereitgestellt sein.
  • Durch Befestigen einer optischen Faser an der V-förmigen Rille 42 wird es leicht, effizient Licht von der optischen Faser in den Kern 4 zu leiten. Außerdem kann zusätzlich zu der optischen Faser ein optisches Element, wie ein Halbleiterlaser, eine Leuchtdiode oder eine Linse, an der V-förmigen Rille 42 befestigt sein.
  • 6A bis 6J sind Ansichten zur Erklärung eines Herstellungsverfahrens der Lichtwellenleiter-Sonde 51. In der Folge wird die Oberseite der Zeichnung zur Vorderfläche und die Unterseite wird zur Rückfläche. Wie in 6A dargestellt ist, wird ein Ausgangssubstrat (Silizium- oder Isoliersubstrat, in der Folge als SOI-Substrat bezeichnet) verwendet, das ein Substrat 61, das aus Silizium besteht, einen Oxidfilm 62 auf dem Substrat 61 und eine aktive Schicht 63, die aus Silizium besteht und auf dem Oxidfilm gebildet ist, enthält. Die aktive Schicht 63 und das Substrat 61 werden aus einem Siliziumeinzelkristall einer (100) Ebene gebildet. Obwohl eine flache Orientierungsrichtung eines (100) Wafers eine <110> Richtung ist, weicht in dem Ausgangssubstrat die flache Orientierungsrichtung der aktiven Schicht 62 von jener des Substrats 61 um 45 Grad ab. Das heißt, in 6A ist die Kristallorientierung des Substrats 61, die durch den Pfeil A angegeben ist, die <110> Richtung, die Kristallorientierung der aktiven Schicht, die durch den Pfeil B in der Zeichnung angegeben ist, ist eine <100> Richtung, und die Richtungen stimmen jeweils mit den Richtungen der optischen Achsen der optischen Faser und des Lichtwellenleiters 2, der in der V-förmigen Rille befestigt ist, überein.
  • Eine Maske 64 zur Bildung eines Stufenabschnitts ist auf der aktiven Schicht 63 gebildet. Außerdem ist eine Maske 65 zur Ablösung an der Rückflächenseite des Substrats 61 gebildet. Als Materialien der Maske zur Bildung eines Stufenabschnitts und der Maske 65 zur Ablösung wird ein Material mit Beständigkeit gegen anisotropes Ätzen, unter Verwendung von KOH, TMAH oder dergleichen, zum Beispiel Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, verwendet.
  • Anschließend, wie in 6B dargestellt ist, wird die aktive Schicht 63 von der Vorderseite durch anisotropes Ätzen unter Verwendung von KOH, TMAH oder dergleichen, geätzt, um einen Stufenabschnitt zu bilden. Eine Draufsicht ist zu diesem Zeitpunkt gleich wie der Zustand, der unter Bezugnahme auf 3 in Beispiel 2 erklärt wurde.
  • Anschließend, nach Entfernung der Maske 64 zur Bildung des Stufenabschnitts, wie in 6C dargestellt ist, wird ein Lichtwellenleiter 33 gebildet. Ein Bildungsverfahren, eine Größe und ein Material des Lichtwellenleiters sind dieselben wie jene, die in Beispiel 1 und Beispiel 2 erklärt wurden.
  • 6D zeigt einen Schritt zum Bilden einer Maske 34 auf dem abgeschiedenen Lichtwellenleiter 33 zum Strukturieren desselben zu einer Auslegerform mit einem Sondenabschnitt. 6E zeigt einen Schritt zum Strukturieren des Lichtwellenleiters 33 unter Verwendung der Maske 34. Der Lichtwellenleiter 33 kann durch Trockenätzen oder Nassätzen strukturiert werden. Die Draufsicht in diesem Zustand ist ähnlich dem Zustand von 4, der in Beispiel 2 erklärt wurde.
  • Anschließend, wie in 6F dargestellt ist, wird der Oxidfilm 62 strukturiert, so dass eine Maske für eine V-förmige Rille gebildet wird. Eine Draufsicht auf einen Abschnitt, der von einer Strichlinie in 6F umgeben ist, ist in 6G dargestellt.
  • Anschließend, wie in 6H dargestellt ist, wird die V-förmige Rille 42 durch anisotropes Ätzen unter Verwendung von KOH, TMAH oder dergleichen von der Seite der Vorderfläche gebildet, und die aktive Schicht 63 wird entfernt. Außerdem kann der Lichteinleitungsabschnitt 43 durch das Muster des Oxidfilms 62 gebildet werden, wie in 6G erklärt ist.
  • Anschließend, wie in 6I dargestellt ist, wird das Trägersubstrat 61 von der Seite der Rückfläche durch ein Verfahren, wie anisotropes Ätzen unter Verwendung von KOH, TMAH oder dergleichen, oder reaktives Ionenätzen (RIE) geätzt, und ein Ausleger wird freigegeben. Zu diesem Zeitpunkt, da der Oxidfilm 62 verbleibt, wird der unnötige Oxidfilm 62, wie in 6J dargestellt ist, durch Trockenätzen mittels RIE von der Seite der Rückfläche entfernt. Zu diesem Zeitpunkt verbleibt die Maske 65 zur Ablösung oder nicht, entsprechend einem Dickenverhältnis zwischen dem Oxidfilm 62 und der Maske 65 zur Ablösung.
  • Danach wird ein lichtabschirmender Film auf dem Lichtwellenleiter 33 durch Sputtern oder Vakuumaufdampfen gebildet und die winzige Apertur 5 wird an der Spitze des Lichtwellenleiters 33 gebildet.
  • Wie zuvor beschrieben, kann gemäß dem Lichtwellenleiterausleger 51 und seinem Herstellungsverfahren des dritten Beispiels der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu dem Lichtwellenleiterausleger 50, der in den Beispielen 1 und 2 erklärt ist, die V-förmige Rille 42 zum Einleiten von Licht in den Kern 4 leicht gebildet werden, da die flache Orientierungsrichtung des Trägersubstrats 61 und jene der aktiven Schicht 63 sich um 45 Grad voneinander unterscheiden. Daher kann zusätzlich zu den Wirkungen, die in Beispiel 1 und 2 erklärt wurden, das Licht effizient und leicht in den Kern 4 geleitet werden (Beleuchtungsmodus). Außerdem kann das Licht, das an der winzigen Apertur 5 erfasst wird, effizient durch den Kern 4 und die optische Faser erfasst werden, die an der V-förmigen Rille 42 befestigt ist (Sammelmodus). Ferner können der vorangehende Beleuchtungsmodus und der Sammelmodus gleichzeitig ausgeführt werden. Außerdem ist es möglich, zusätzlich zu der optischen Faser ein optisches Element, wie eine Linse oder ein Filter, in der V-förmigen Rille 42 zu positionieren und zu befestigen, und es wird leicht, Licht auf den Kern 4 fallen zu lassen und/oder Licht von dem Kern 4 zu erfassen, und die Wellenlänge und Phase von Licht, das auf den Kern 4 fällt, und/oder Licht, das von dem Kern 4 ausgeht, zu steuern.
  • Da außerdem durch die Bereitstellung des Lichteinleitungsabschnitts 43 der Abstand zwischen der optischen Faser und dem Kern 4 verringert werden kann, ohne durch die geneigten Oberfläche der V-förmigen Rille 42 gestört zu werden, kann Licht effizient in den Kern 4 eingeleitet werden und die Stärke des Nahfeldlichts, das von der winzigen Apertur 5 ausgestrahlt wird, kann hoch werden.
  • Außerdem kann gemäß dem Herstellungsverfahren des Lichtwellenleiterauslegers 51 des dritten Beispiels der Lichtwellenleiterausleger 51 leicht hergestellt werden. Da dieses Herstellungsverfahren ein chargenweises Verfahren auf der Basis eines Halbleiterprozesses ist, können mehrere Lichtwellenleiterausleger aus einem Ausgangssubstrat erzeugt werden. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger 51 kostengünstig hergestellt werden.
  • (Ausführungsform 4)
  • Ein Herstellungsverfahren eines Lichtwellenleiterauslegers 51 gemäß Ausführungsform 4, die Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird unter Bezugnahme auf 7A und 7B beschrieben. 7A zeigt einen Zustand nach dem Schritt, der in 6B in Beispiel 3 erklärt wurde, und 7B ist eine Schnittansicht, an einer Position, die durch A-A' in 7A angegeben ist. Eine Maske 64 zum Bilden eines Stufenabschnitts und eine Maske 65 zum Ablösen fehlen der Einfachheit wegen.
  • In 7A ist ein Ausgangssubstrat jenem ähnlich, das in Beispiel 3 verwendet wird. Eine vorbestimmte Maske 64 zum Bilden eines Stufenabschnitts wird auf dem Ausgangssubstrat gebildet und ein Stufenabschnitt wird unter Verwendung einer Ätzlösung (KOH + IPA Lösung) einer Mischung aus KOH und mehreren bis mehreren Zehntel % Isopropylalkohol, einer Ätzlösung (Lösung aus TMAH + oberflächenaktiver Substanz) aus einer Mischung von TMAH und mehreren bis mehreren Zehntel % oberflächenaktiver Substanz, einer Ethylendiaminpyrokatechollösung oder dergleichen gebildet. In der KOH + IPA Lösung oder der Lösung aus TMAH + oberflächenaktiver Substanz sind eine Ätzrate einer (111) Ebene und eine Ätzrate einer (110) Ebene im Vergleich zu einem Ätzen mit der Einzelsubstanz von KOH oder TMAH umgekehrt. Daher wird ein Winkel der geneigten Oberfläche 71 in 7A etwa 45 Grad.
  • Durch den derart gebildeten Stufenabschnitt und den Prozess, der in Beispiel 3 erklärt wurde, wird in dem Lichtwellenleiterausleger 51 eine einzige Oberfläche mit einem Winkel von 45 Grad zwischen dem Wellenleiter 33 und dem Sondenabschnitt 9 gebildet. Diese einzige Oberfläche dient als Spiegel. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger 51 effizient Licht in die winzige Apertur 5 leiten und kann die Erzeugungseffizienz von Nahfeldlicht, das von der winzigen Apertur 5 ausgestrahlt wird, verbessern.
  • Außerdem kann unter Verwendung eines derartigen Ausgangssubstrats, dass die Orientierungen der Ebenen sowohl eines Substrats 61 als auch einer aktiven Schicht 63 (100) Ebenen sind und die Kristallrichtungen auch dieselben sind, der Lichtwellenleiterausleger 51 erhalten werden, in dem ein gekrümmter Abschnitt 10 aus zwei Oberflächen besteht, wie bei dem Lichtwellenleiterausleger 51, der in Beispiel 3 erklärt wurde.
  • Der Winkel von 45 Grad des gekrümmten Abschnitts des Lichtwellenleiterauslegers 51 in dieser Ausführungsform ist kleiner als der Winkel von 55 Grad des gekrümmten Abschnitts 10, der in Beispiel 3 erklärt ist. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger 51 dieser Ausführungsform Licht effizienter zu der winzigen Apertur 5 leiten als der Lichtwellenleiterausleger 51, der in Beispiel 3 erklärt wurde, und die Erzeugungseffizienz des Nahfeldlichts, das von der winzigen Apertur 5 ausgestrahlt wird, ist verbessert.
  • (Ausführungsform 5)
  • Ein Herstellungsverfahren für einen Lichtwellenleiterausleger 51 gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 8A bis 8C beschrieben. 8A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand nach dem Schritt zeigt, der in 6B in Beispiel 3 erklärt wurde, 8B ist eine Draufsicht und 8C ist eine Schnittansicht an einer Position, die durch A-A' in 8B dargestellt ist. Übrigens fehlen eine Maske 64 zum Bilden eines Stufenabschnitts und eine Maske 65 zum Ablösen der Einfachheit wegen.
  • In dieser Ausführungsform wird ein Siliziumeinzelkristall mit einer (110) Ebene für die aktive Schicht 63 verwendet. Ein Substrat 61 ist ein Siliziumeinzelkristall einer (100) Ebene, und eine Kristallrichtung, die durch Pfeil A in 8A angezeigt ist, ist eine <110> Richtung. Eine vorbestimmte Maske 64 zum Bilden eines Stufenabschnitts wird gebildet und die aktive Schicht 63 wird durch anisotropes Ätzen unter Verwendung von KOH, TMAH oder dergleichen geätzt, so dass ein Stufenabschnitt, wie in 8A dargestellt ist, gebildet werden kann. Wie in 8B dargestellt ist, hat eine geneigte Oberfläche 81 zu diesem Zeitpunkt einen Winkel von etwa 35 Grad in Bezug auf einen Oxidfilm, und ein Wellenleiter 33 wird an diesem Stufenabschnitt gebildet.
  • Durch den Stufenabschnitt, der in 8A und 8B dargestellt ist, und das Verfahren, das in Beispiel 3 erklärt ist, wird in diesem Lichtwellenleiterausleger 51 eine einzige Oberfläche mit dem Winkel von 35 Grad zwischen dem Wellenleiter 33 und einem Sondenabschnitt 9 gebildet. Diese einzige Oberfläche dient als Spiegel. Da der Winkel durch die Orientierung der Ebene des Siliziumeinzelkristalls definiert ist, ist die Genauigkeit des Winkels hoch. Daher wird ein geometrisches optisches Verfahren, ein Wellenleitersimulator oder dergleichen verwendet, um eine solche Konstruktion zu bilden, dass Licht, das sich durch den Wellenleiter 33 fortpflanzt, effizient zu der winzigen Apertur 5 gleitet wird, und es ist leicht, den Wellenleiter 33, den Spiegel, die winzige Apertur 5 und dergleichen exakt in Übereinstimmung mit Konstruktionswerten zu bilden. Da die Position der winzigen Apertur 5 im Vergleich zu der Position des Spiegels näher zu der Spitzenseite des Wellenleiters gebildet ist, kann der Spiegel mit dem Winkel von 35 Grad, der kleiner als der Winkel von 45 Grad ist, effizienter Licht in die winzige Apertur 5 leiten. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger 51 der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung effizient Nahfeldlicht erzeugen.
  • Obwohl in Beispiel 3 bis Ausführungsform 5 der Siliziumeinzelkristall mit der (110) Ebene oder (100) Ebene für die aktive Schicht 63 verwendet wird, können Spiegel mit verschiedenen Winkeln durch Siliziumeinzelkristallsubstrate mit anderen als diesen Kristallebenen gebildet werden, oder aus einer Kombination von Substraten, die nicht Silizium sind, und dem Substrat 61.
  • (Beispiel 6)
  • Ein Herstellungsverfahren eines Lichtwellenleiterauslegers 51 gemäß Beispiel 6, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird unter Bezugnahme auf 9A bis 9F beschrieben.
  • 9A ist eine Draufsicht nach dem Schritt, der in 6 in Beispiel 3 erklärt ist, und ein Teil einer geneigten Oberfläche ist der Einfachheit wegen nicht dargestellt. Zur Bildung eines Wellenleiters 33 wird ein Kern 91 gebildet, und gleichzeitig wird ein Paar von V-Rillen-Breitendefinitionsmustern 92 gebildet. Dasselbe Material, zum Beispiel Siliziumdioxid, wird für den Kern 91 und die V-Rillen-Breitendefinitionsmuster 92 verwendet. Ein Intervall W1 der V-Rillen-Breitendefinitionsmuster 92 ist dasselbe wie oder schmäler als die Breite einer V-förmigen Rille 42.
  • Anschließend, wie in 9B oder 9C dargestellt ist, wird ein Schutzfilm 93 abgeschieden und eine Strukturierung ausgeführt. Der Schutzfilm 93 besteht aus einem Material, das in KOH oder TMAH löslich ist, zum Beispiel aus einem Metall, wie Aluminium, Chrom oder dergleichen. Der Schutzfilm 93 wird so gebildet, dass er eine Innenkantenlinie jeder der V-Rillen-Breitendefinitionsmuster 92 bedeckt. Außerdem, wie in 9C dargestellt ist, kann er so gebildet werden, dass er einen Teil des Kerns 91 bedeckt.
  • Anschließend wird ein oberer Überzug 94 abgeschieden und eine Strukturierung ausgeführt, wie in 9D oder 9E dargestellt ist. 9D zeigt einen Zustand nach dem Schritt, der in 9B erklärt ist, und 9E zeigt einen Zustand nach dem Schritt, der in 9C erklärt ist. Der obere Überzug 94 besteht aus einem Material, das in KOH oder TMAH unlöslich ist, zum Beispiel Siliziumdioxid.
  • Nach dem obengenannten Schritt wird ein anisotropes Kristallätzen unter Verwendung von KOH oder TMAH ausgeführt, so dass eine V-förmige Rille 42, wie in 9F dargestellt ist, gebildet werden kann. Die Breite der V-förmigen Rille 42 wird durch die V-Rillen-Breitendefinitionsmuster 92 bestimmt. Ein Verrutschen der Position zwischen der Mittelachse der V-förmigen Rille und der Mittelachse des Kerns 91 wird durch den Schritt von 9A bestimmt und ist mit dem Ausmaß einer Größengenauigkeit einer Maske vergleichbar, die in einem fotolithografischen Prozess verwendet wird, das vernachlässigbar ist.
  • In den Verfahren, die in den Beispiel/Ausführungsform 3 bis 5 erklärt wurden, wird die Positionsgenauigkeit der optischen Achse des Wellenleiters 33 und der V-förmigen Rille 42 durch die Ausrichtungsgenauigkeit bestimmt, wenn die V-förmige Rille 42 strukturiert wird, und beträgt etwa ± 1 bis 3 μm. Wenn jedoch die Breite des Kerns 4 des Wellenleiters 33 mehrere μm beträgt, wird die Effizienz von Licht, das in den Wellenleiter 33 geleitet wird, durch die Ausrichtungsgenauigkeit der Strukturierung gesenkt. Da gemäß dem Verfahren dieser Ausführungsform jedoch ein Verrutschen zwischen der Mittelachse des Kerns 91 und der Mittelachse der V-förmigen Rille 42 so gering ist, dass es vernachlässigt werden kann, kann Licht effizient in den Kern 91 eingeleitet werden, oder Licht von dem Kern kann effizient erfasst werden. Daher kann die Erzeugungseffizienz von Nahfeldlicht, das von dem Lichtwellenleiterausleger 51 ausgestrahlt wird, und/oder die Erfassungseffizienz des Nahfeldlichts, das von dem Lichtwellenleiterausleger 71 erfasst wird, verbessert werden.
  • (Ausführungsform 7)
  • Ein Lichtwellenleiterausleger 51 der Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 10A und 10B beschrieben.
  • 10A ist eine Ansicht, die einen Zustand nach dem Schritt zeigt, der in 6B in Beispiel 3 erklärt wurde, und 10B ist eine Schnittansicht an einer Position, die durch A-A' in 10A angegeben ist. Eine Maske 64 zum Bilden eines Stufenabschnitts und eine Maske 65 zum Ablösen fehlen übrigens der Einfachheit wegen.
  • In 10A wird ein Ausgangssubstrat ähnlich jenem, das in 3 bis 6 dargestellt ist, verwendet. Nachdem ein Stufenabschnitt gebildet wurde, wie in 10A dargestellt ist, wird ein Lichtwellenleiter 33 gebildet. Die Form des Lichtwellenleiters 33 wird annähernd dieselbe wie jene, die durch Schneiden der Form des Lichtwellenleiters 2, der in 1D dargestellt ist, in Beispiel 1 mit einer Oberfläche erhalten wird, die die optische Achse in 1D enthält, und vertikal zu der Papierebene von 1D liegt. Ein Winkel einer geneigten Oberfläche ist durch die Orientierung einer Ebene und Kristallrichtung einer aktiven Schicht 63 definiert, und eine geneigte Oberfläche 36, die jener entspricht, wird in dem Lichtwellenleiter 33 gebildet. Außerdem ist die Position, wo eine winzige Apertur 5 gebildet wird, die Spitze des Lichtwellenleiters 33, wie in 10A und 10B dargestellt ist.
  • Durch den Stufenabschnitt und den Lichtwellenleiter 33, die auf diese Weise gebildet werden, und das Verfahren, das in Beispiel 3 erklärt ist, enthält der Lichtwellenleiterausleger 51 eine Ablenkungsoberfläche zwischen dem Lichtwellenleiter 33 und einem Sondenabschnitt, die nicht vertikal zu der optischen Achse des Lichtwellenleiters 33 ist und aus einer einzigen Oberfläche besteht. Wenn zum Beispiel die aktive Schicht 63 ein (100) Wafer ist und die geneigte Oberfläche eine (111) Ebene ist, kann eine winzige Apertur 5 an der optischen Achse des Lichts angeordnet werden, das sich durch den Lichtwellenleiter 3 fortpflanzt, da die geneigte Oberfläche 36 schrägt zu der optischen Achse gebildet ist. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger 51 Nahfeldlicht mit hoher Stärke von der winzigen Apertur ausstrahlen, und kann effizient Nahfeldlicht der Oberfläche einer Probe durch die winzige Apertur erfassen.
  • (Ausführungsform 8)
  • 11 zeigt eine Struktur eines optischen Nahfeld-Rastermikroskops unter Verwendung einer Lichtwellenleiter-Sonde gemäß der vorangehenden Ausführungsform als optischen Mikroausleger.
  • Wie in der Zeichnung dargestellt ist, enthält dieses optische Nahfeld-Rastermikroskop 1000 einen optischen Mikroausleger 410, eine Lichtquelle 509, eine Linse 510 zum Kondensieren eines fortgepflanzten Lichts von der Lichtquelle und zum Beleuchten eines Lichtwellenleiters des optischen Mikroauslegers, ein Prisma 502, das unter einer Probe 501 angeordnet ist und ein fortgepflanztes Licht reflektiert, das durch Streuen von Nahfeldlicht erhalten wird, das an einer Spitze des optischen Mikroauslegers erzeugt wird, eine Linse 505 zum Kondensieren des fortgepflanzten Lichts von dem Prisma und einen Lichtdetektor 506 zum Empfangen des fortgepflanzten Lichts, das durch die Linse kondensiert wird.
  • Außerdem enthält das Mikroskop über dem optischen Mikroausleger einen Laseroszillator 512 zum Oszillieren eines Laserlichts, einen Spiegel 513 zum Reflektieren des Laserlichts, das an einem freien Ende des optischen Mikroauslegers reflektiert wird, und einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 511, der in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt ist, zum Empfangen des Laserlichts, das an dem Spiegel 513 reflektiert wird, und zum Ausführen einer fotoelektrischen Umwandlung. Ferner enthält das Mikroskop einen Feinbewegungsmechanismus 503 und einen Grobbewegungsmechanismus 504 zum dreidimensionalen Bewegen und Steuern der Probe 501 und des Prismas 502, einen Servomechanismus 508 zum Antreiben des Feinbewegungsmechanismus 503 und des Grobbewegungsmechanismus 504, und einen Computer 507 zu, Steuern der gesamten Struktur. Dieses optische Nahfeld-Rastermikroskop 1000 ist zum Beobachten eines dynamischen Modus oder eines Kontaktmodus geeignet.
  • Anschließend wird der Betrieb des optischen Nahfeld-Rastermikroskops 1000 beschrieben. Das Laserlicht, das von dem Laseroszillator 512 oszilliert wird, wird an dem freien Ende des optischen Mikroauslegers reflektiert. Der optische Mikroausleger wird durch Atomkraft zwischen seiner Spitze und der Probe 501 verschoben. Bei dieser Verschiebung wird ein Reflexionswinkel des Laserlichts, das an dem freien Ende des optischen Mikroauslegers reflektiert wird, abgelenkt, und diese Ablenkung wird von dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 511 erfasst.
  • Ein Signal, das von dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 511 erfasst wird, wird zu dem Computer 507 gesendet. Der Computer 507 steuert den Feinbewegungsmechanismus 503 und den Grobbewegungsmechanismus 504, so dass die Biegung des optischen Mikroauslegers einen Sollwert nicht überschreitet, wenn sich der optische Mikroausleger der Probe 501 nähert oder die Oberfläche beobachtet.
  • Das fortgepflanzte Licht, das von der Lichtquelle 509 ausgestrahlt wird, wird von der Linse 510 kondensiert und auf die winzige Apertur durch den Lichtwellenleiter des optischen Mikroauslegers gestrahlt. Dadurch wird Nahfeldlicht in der Nähe der winzigen Apertur des optischen Mikroauslegers erzeugt. Andererseits werden optische Informationen der Probe 501, die von dem Prisma 502 reflektiert werden, durch die Linse 505 kondensiert und in den optischen Detektor 506 geleitet. Der Computer 507 empfängt das Signal des optischen Detektors 506 und erfasst die optischen Informationen der Probe 501 aus dem Signal, um ein topologisches Bild, ein optisches Bild oder dergleichen zu erstellen.
  • Unter Verwendung der Lichtwellenleiter-Sonde der vorliegenden Erfindung in dem optischen Nahfeld-Rastermikroskop mit einer derartigen Struktur hat das optische Nahfeld-Rastermikroskop folgende Effekte: Das heißt, da die Lichtwellenleiter-Sonde der vorliegenden Erfindung ein Nahfeldlicht hoher Stärke, eine hohe Resonanzfrequenz und eine geringe Federkonstante hat, kann eine Abtastung bei hoher Geschwindigkeit vorgenommen werden. Daher wird eine Zeit, die zum Beobachten notwendig ist, kurz. Da außerdem im Vergleich zu einer optischen Fasersonde mit einer langen Überlappungslänge die Manipulationen einer Sonde, einschließlich eines Befestigungsvorganges an dem Auslegerhalter, leicht werden, ist die Bedienbarkeit der Vorrichtung verbessert.
  • Da, wie zuvor beschrieben, die Lichtwellenleiter-Sonde der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer herkömmlichen optischen Fasersonde eines SNOM mit geringer Größe, kleiner Federkonstante und hoher Resonanzfrequenz gestaltet werden kann, kann eine Abtastung bei hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, ohne eine Probe oder die Sonde zu beschädigen.
  • Da außerdem das fortgepflanzte Licht effizient an dem gekrümmten Abschnitt reflektiert werden kann, sowohl, wenn Nahfeldlicht von der winzigen Apertur ausgestrahlt wird, wie auch wenn Licht durch die winzige Apertur erfasst wird, kann sich das Licht effizient durch den Wellenleiter fortpflanzen.
  • Außerdem kann die Lichtwellenleiter-Sonde der vorliegenden Erfindung leicht und mit ausgezeichneter Massenproduktivität, Reproduzierbarkeit und Gleichförmigkeit hergestellt und bei geringen Kosten bereitgestellt werden.
  • Da außerdem gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung die flachen Orientierungsrichtungen des Trägersubstrats und der aktiven Schicht sich voneinander um 45 Grad unterscheiden, kann die V-förmige Rille 42 zum Einleiten von Licht in den Kern 4 leicht gebildet werden. Daher kann zusätzlich zu den Effekten, die in Beispiel 1 und 2 erklärt sind, Licht effizient und leicht in den Kern eingeleitet werden (Beleuchtungsmodus). Außerdem kann Licht, das durch die winzige Apertur erfasst wird, effizient durch den Kern und die optische Faser erfasst werden, die an der V-förmigen Rille befestigt ist (Sammelmodus). Ferner können der vorangehenden Beleuchtungsmodus und der Sammelmodus gleichzeitig ausgeführt werden. Ferner kann zusätzlich zu der optischen Faser ein optisches Element, wie eine Linse oder ein Filter, an der V-förmigen Rille positioniert und befestigt werden, und es wird einfach, Licht effizient auf den Kern fallen zu lassen und/oder Licht von dem Kern effizient zu erfassen, oder die Wellenlänge und Phase des Lichts, das auf den Kern fällt, und/oder des Lichts, das vom Kern ausgeht, zu steuern.
  • Da außerdem durch Bereitstellen des Lichteinleitungsabschnitts der Abstand zwischen der optischen Faser und dem Kern klein gemacht werden kann, ohne durch die geneigte Oberfläche der V-förmigen Rille gestört zu werden, kann Licht effizient in den Kern eingeleitet werden und die Stärke des Nahfeldlichts, das von der winzigen Apertur ausgestrahlt wird, kann hoch gemacht werden.
  • Außerdem kann gemäß dem Herstellungsverfahren des Lichtwellenleiterauslegers des Beispiels 3 der vorliegenden Erfindung der Lichtwellenleiterausleger leicht hergestellt werden. Da dieses Herstellungsverfahren ein chargenweiser Prozess auf der Basis eines Halbleiterprozesses ist, können mehrere Lichtwellenleiterausleger aus einem Ausgangssubstrat erzeugt werden. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger kostengünstig hergestellt werden.
  • Außerdem ist gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung der Winkel von 45 Grad des gekrümmten Abschnitts des Lichtwellenleiterauslegers kleiner als der Winkel von 55 Grad des gekrümmten Abschnitts, der in Beispiel 3 erklärt ist. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger dieser Ausführungsform Licht in die winzige Apertur effizienter einleiten als der Lichtwellenleiterausleger, der in Beispiel 3 erklärt ist, und die Erzeugungseffizienz des Nahfeldlichts, das von der winzigen Apertur ausgestrahlt wird, ist verbessert.
  • Da gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung der Winkel des gekrümmten Abschnitts ein Winkel ist, der durch die ebene Orientierung eines Siliziumeinzelkristalls definiert ist, ist die Winkelgenauigkeit hoch. Daher wird ein geometrisches optisches Verfahren, ein Wellenleitersimulator oder dergleichen verwendet, um eine solche Konstruktion zu bilden, dass sich Licht, das sich durch den Wellenleiter fortpflanzt, effizient zu der winzigen Apertur fortpflanzt, und es ist leicht, den Wellenleiter, den gekrümmten Abschnitt, die winzige Apertur und dergleichen exakt entsprechend den Konstruktionswerten zu bilden. Da die Position der winzigen Apertur näher zu der Spitze des Wellenleiters als die Position des gekrümmten Abschnitts gebildet ist, kann der gekrümmte Abschnitt mit dem Winkel von 35 Grad, der kleiner als der Winkel von 45 Grad ist, effizient Licht in die winzige Apertur leiten. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Nahfeldlicht effizienter erzeugen als der Lichtwellenleiterausleger der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Da außerdem gemäß dem Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung das Verrutschen der Mittelachse des Kerns und der Mittelachse der V-förmigen Rille so gering ist, dass es vernachlässigbar ist, kann Licht effizient in den Kern eingeleitet werden und/oder Licht von dem Kern kann effizient erfasst werden. Daher kann die Erzeugungseffizienz von Nahfeldlicht, das von dem Lichtwellenleiterausleger ausgestrahlt wird, und/oder die Erfassungseffizienz von Nahfeldlicht, das von dem Lichtwellenleiterausleger erfasst wird, verbessert werden.
  • Außerdem enthält gemäß der Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung der Lichtwellenleiterausleger die Ablenkungsoberfläche zwischen dem Lichtwellenleiter und dem Sondenabschnitt, die nicht vertikal zu der optischen Achse des Lichtwellenleiters liegt und aus einer einzigen Oberfläche besteht. Wenn zum Beispiel die aktive Schicht 63 der (100) Wafer ist und die geneigte Oberfläche die (111) Ebene ist, kann die winzige Apertur auf der optischen Achse des Lichts angeordnet werden, das sich durch den Lichtwellenleiter fortpflanzt, da die geneigte Oberfläche schräg zu der optischen Achse gebildet ist. Daher kann der Lichtwellenleiterausleger Nahfeldlicht mit hoher Stärke aus der winzigen Apertur ausstrahlen, und kann effizient Nahfeldlicht der Oberfläche einer Probe durch die winzige Apertur erfassen.

Claims (8)

  1. Lichtwellenleiter-Sonde, umfassend: einen auslegerartigen Lichtwellenleiter (33); einen Sondenabschnitt (9), der an einer Spitze des Lichtwellenleiters bereitgestellt ist und in einer im Wesentlichen orthogonalen Richtung in Bezug auf den Lichtwellenleiter zugespitzt ist; eine winzige Apertur (5), die an einer Spitze des Sondenabschnitts (9) bereitgestellt ist; und einen gekrümmten Abschnitt (10), wo ein Bereich neben der Spitze des Lichtwellenleiters zu einer Seite der Sonde gekrümmt ist, wobei der gekrümmte Abschnitt eine Ablenkfunktion hat, um ein fortgepflanztes Licht in dem Lichtwellenleiter abzulenken, wobei der Lichtwellenleiter (33) und der gekrümmte Abschnitt (10) einen massiven Kern (4) und eine Plattierung (6) umfassen, wobei eine Differenz zwischen den Brechindizes des Kerns (4) und der Plattierung (6) ausreichend groß ist, dass das fortgepflanzte Licht (7) durch eine dazwischenliegende Grenzfläche totalreflektiert wird, wobei ein Ablenkungswinkel des fortgepflanzten Lichts an dem gekrümmten Abschnitt 90 Grad oder weniger ist, und wobei der gekrümmte Abschnitt das fortgepflanzte Licht zu der Spitze durch eine einzige Oberfläche ablenkt, wobei die einzige Oberfläche flach ist.
  2. Lichtwellenleiter-Sonde nach Anspruch 1, wobei die einzige Oberfläche eine Oberfläche orthogonal zu einer Ebene der optischen Achse ist, die eine optische Achse von dem Lichtwellenleiter zu der winzigen Apertur enthält.
  3. Lichtwellenleiter-Sonde nach Anspruch 1, wobei die einzige Oberfläche (36) eine Oberfläche ist, die zu einer Ebene der optischen Achse nicht orthogonal ist.
  4. Lichtwellenleiter-Sonde nach Anspruch 3, wobei ein Winkel der einzigen Oberfläche in Bezug auf eine Ebene, die orthogonal zu der Ebene der optischen Achse liegt und eine optische Achse des Wellenleiters enthält, 45 Grad oder weniger ist.
  5. Lichtwellenleiter-Sonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der gekrümmte Abschnitt einen reflektierenden Film enthält.
  6. Lichtwellenleiter-Sonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, des Weiteren umfassend eine Führung, die an einem Stützabschnitt des Lichtwellenleiters bereitgestellt ist, zum Positionieren eines optischen Elements.
  7. Lichtwellenleiter-Sonde nach Anspruch 6, wobei die Führung eine V-förmige Rille ist.
  8. Optisches Nahfeld-Rastermikroskop, umfassend eine Lichtwellenleiter-Sonde nach einem der vorangehenden Ansprüche.
DE60129055T 2000-04-19 2001-04-17 Lichtwellenleiter-Sonde und optisches Nahfeld-Rastermikroskop Expired - Lifetime DE60129055T2 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000117967 2000-04-19
JP2000117967 2000-04-19
JP2001078891 2001-03-19
JP2001078891A JP4717235B2 (ja) 2000-04-19 2001-03-19 光導波路プローブおよびその製造方法、ならびに走査型近視野顕微鏡

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60129055D1 DE60129055D1 (de) 2007-08-02
DE60129055T2 true DE60129055T2 (de) 2007-09-27

Family

ID=26590389

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60127598T Expired - Fee Related DE60127598T2 (de) 2000-04-19 2001-04-17 Lichtwellenleiter-Sonde sowie optisches Nahfeld-Rastermikroskop
DE60113910T Expired - Fee Related DE60113910T2 (de) 2000-04-19 2001-04-17 Herstellungsverfahren für eine Lichtwellenleiter-Sonde in einem optischen Nahfeld-Rastermikroskop
DE60129055T Expired - Lifetime DE60129055T2 (de) 2000-04-19 2001-04-17 Lichtwellenleiter-Sonde und optisches Nahfeld-Rastermikroskop

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60127598T Expired - Fee Related DE60127598T2 (de) 2000-04-19 2001-04-17 Lichtwellenleiter-Sonde sowie optisches Nahfeld-Rastermikroskop
DE60113910T Expired - Fee Related DE60113910T2 (de) 2000-04-19 2001-04-17 Herstellungsverfahren für eine Lichtwellenleiter-Sonde in einem optischen Nahfeld-Rastermikroskop

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6744030B2 (de)
EP (3) EP1619531B1 (de)
JP (1) JP4717235B2 (de)
DE (3) DE60127598T2 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69940577D1 (de) * 1998-11-09 2009-04-23 Seiko Instr Inc Nahfeld Abtastkopf und Herstellungsverfahren dafür
US7218803B1 (en) 2006-03-24 2007-05-15 Fitel Usa Corp. Microsphere probe for optical surface microscopy and method of using the same
US8353061B2 (en) * 2008-05-02 2013-01-08 Ofs Fitel, Llc Near-field scanning optical microscopy with nanoscale resolution from microscale probes
CH704900A1 (de) * 2011-05-05 2012-11-15 Nemo Devices Ag Messvorrichtung zur Messung zerebraler Parameter.
WO2012155919A1 (en) * 2011-05-16 2012-11-22 Danmarks Tekniske Universitet A microdevice for emitting electromagnetic radiation
CH707194A1 (de) 2012-11-06 2014-05-15 Nemodevices Ag Messvorrichtung zur Bestimmung zerebraler Parameter.
JP2016522040A (ja) 2013-05-22 2016-07-28 ネモデバイシズ アクチェンゲゼルシャフトNemodevices Ag 人体組織内のパラメータを測定するための測定システムおよび方法
US11906946B2 (en) * 2020-10-08 2024-02-20 National University Of Singapore System and method for controlling directionality of fast-wet etching of crystalline silicon, c-Si

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2704601B2 (ja) * 1993-04-12 1998-01-26 セイコーインスツルメンツ株式会社 走査型近視野原子間力顕微鏡、及びその顕微鏡に使用されるプローブ、及びそのプローブの製造方法
IL106613A0 (en) * 1993-08-08 1993-12-08 Klony S Lieberman Device and method for probe microscopy
JPH07120638A (ja) * 1993-10-22 1995-05-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光接続素子およびその製造方法
JP2903211B2 (ja) * 1996-04-09 1999-06-07 セイコーインスツルメンツ株式会社 プローブとプローブ製造方法及び走査型プローブ顕微鏡
JP3006832B2 (ja) * 1996-05-14 2000-02-07 日本電気株式会社 発光素子と光導波路の光結合構造
US6370306B1 (en) * 1997-12-15 2002-04-09 Seiko Instruments Inc. Optical waveguide probe and its manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
US20010038063A1 (en) 2001-11-08
EP1148371A3 (de) 2003-05-02
EP1455213A1 (de) 2004-09-08
DE60113910T2 (de) 2006-05-11
DE60113910D1 (de) 2006-02-23
EP1148371A2 (de) 2001-10-24
US6744030B2 (en) 2004-06-01
EP1619531A3 (de) 2006-02-22
EP1148371B1 (de) 2005-10-12
EP1619531A2 (de) 2006-01-25
JP2002006159A (ja) 2002-01-09
DE60129055D1 (de) 2007-08-02
DE60127598T2 (de) 2007-12-20
DE60127598D1 (de) 2007-05-10
EP1619531B1 (de) 2007-03-28
JP4717235B2 (ja) 2011-07-06
EP1455213B1 (de) 2007-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60030178T2 (de) Herstellungsverfahren für eine optische Nahfeldsonde
DE69936475T2 (de) Nahfeld-Abtastkopf und Herstellungsverfahren dafür
DE69425456T2 (de) Sonde für kombiniertes Nahfeld- und Atomkraftrastermikroskop
DE4126151C2 (de) Ausleger für ein Scansondenmikroskop und ein Verfahren zu dessen Herstellung
DE69308421T2 (de) Optisches Nahfeldabtastmikroskop und seine Anwendungen
DE69928474T2 (de) Optiche sonde für nahfeld-messungen
DE69736449T2 (de) Abtastvorrichtung, Herstellungsverfahren derselben und Rasterabtastmikroskop
DE69714107T2 (de) Optische Wellenleitersonde und optisches System
DE69320992T2 (de) Optisches nahfeldmikroskop
EP1089066B1 (de) Optischer mikro-ausleger, herstellungsverfahren für einen solchen und mikro-ausleger-halter
DE69804065T2 (de) Verfahren zur Formung von Ablenkspiegeln in planarem Wellenleiter in integriert-optischem Schaltkreis
DE60129055T2 (de) Lichtwellenleiter-Sonde und optisches Nahfeld-Rastermikroskop
DE69418821T2 (de) Kombiniertes Nahfeld- und Atomkraftrastermikroskop
DE69425857T2 (de) Spiegel für optischen Wellenleiter
WO1993001487A1 (de) Optisches verfahren zum selektiven nachweis von spezifischen substanzen in chemischen, biochemischen und biologischen messproben
DE19531465C2 (de) Rastersonde für die optische Nahfeldmikroskopie
DE69936221T2 (de) Optischer ausleger für rastermikroskop und dessen herstellungsverfahren
DE10303927B4 (de) Sonde für ein optisches Nahfeldmikroskop mit verbesserter Streulichtunterdrückung und Verfahren zu deren Herstellung
EP1054282A2 (de) Transducer zur Erzeugung optischer Kontraste
DE102017221952B3 (de) Mikro-optomechanisches System und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10303961B4 (de) Sonde für ein optisches Nahfeldmikroskop und Verfahren zu deren Herstellung
EP0818699B1 (de) Optische Nahfeldsonde und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE19923444A1 (de) Lichttransparente Sondenspitze sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen
DE69912491T2 (de) Sonde für optisches Nahfeldmikroskop, Verfahren zu ihrer Herstellung und optisches Nahfeldrastermikroskop

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition