JP3817498B2 - 近接場光用の探針を有するプローブの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光用の探針を有するプローブの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、導体の表面原子の電子構造を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以下、「ＳＴＭ」と呼ぶ）が開発されて（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．、４９、５７（１９８３））単結晶、非晶質を問わず実空間像を高い分解能で測定できるようになって以来、走査型プローブ顕微鏡（以下、「ＳＰＭ」と呼ぶ）が材料の微細構造評価の分野で盛んに研究されるようになってきた。
【０００３】
ＳＰＭとしては、微小探針（探針）を有するプローブを評価する試料に近接させることにより得られるトンネル電流、原子間力、磁気力、光等を用いて表面の構造を検出する走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、近接場光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）等がある。これらのＳＰＭの中でＳＮＯＭは、従来の光学顕微鏡では不可能とされたλ／２以下の分解能を、微小開口から発生される近接場光を利用して計測し、試料表面の微細パターン形状等を高い分解能で非破壊にて計測するものである。また、ＳＮＯＭでは、生態や細胞等の従来観察が困難であった材料を試料として用いることが可能であり、観察可能な対象が多く、その応用範囲も広い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１０−２９３１３４号公報では近接場光を発生するための先鋭な探針が提案されているが、先鋭な探針の先端に設けられた微小開口を用いて近接場光を発生させる場合、分解能向上のために前記微小開口の開口径を小さくすると近接場光の発生効率が低下するため、発生効率の更なる向上が望まれている。
また、先端が先鋭化されている場合には、作製プロセス中及び使用中における探針形状の変形の防止も望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題を解決し、高効率に近接場光を発生させることができ、また作製プロセス中あるいは使用中等に変形が生じにくいようにした近接場光用の探針を有するプローブの製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するため、つぎの（１）〜（３）のように構成した近接場光用の探針を有するプローブの製造方法を提供するものである。
（１）近接場光用の探針を有するプローブの製造方法であって、
面方位（１００）のＳｉ基板の表面に、結晶軸異方性エッチングによって（１１１）面と等価な４つの面で囲まれ、底面が平面とされた（１００）面で構成される逆ピラミット状の凹部を形成する工程と、
前記凹部に剥離層を形成した後、該凹部を含む前記基板の表面に遮光層を形成し、該遮光層をパターニングする工程と、
前記パターニングされた遮光層を、被転写物に転写する工程と、
前記被転写物に転写された前記遮光層の平面状の頂部に微小開口を形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴とするプローブの製造方法。
（２）近接場光用の探針を有するプローブの製造方法であって、
面方位（１００）のＳｉ基板の表面に、結晶軸異方性エッチングによって（１１１）面と等価な４つの面で囲まれ、底面が平面をなす（１００）面で構成される逆ピラミット状の凹部を形成する工程と、
前記Ｓｉ基板の凹部上に凹状のエッチングストップ層を形成する工程と、
前記Ｓｉ基板の裏面側よりエッチングし、前記凹状のエッチングストップ層を露出させる工程と、
前記露出した凹状のエッチングストップ層の凹部をなす平面状の頂部に微小開口を形成する工程と、
前記微小開口が形成された凹状のエッチングストップ層上に遮光層を形成して、該遮光層中にも微小開口を残す工程と、
を少なくとも有することを特徴とするプローブの製造方法。
（３）近接場光用の探針を有するプローブの製造方法であって、
面方位（１００）のＳｉ基板の表面に、結晶軸異方性エッチングによって（１１１）面と等価な４つの面で囲まれ、底面が平面とされた（１００）面で構成される逆ピラミット状の凹部を形成する工程と、
前記Ｓｉ基板の凹部の平面をなす底面に微小開口を形成する工程と、
前記微小開口が形成されたＳｉ基板上に遮光層を形成して、該遮光層中にも微小開口を残す工程と、
を少なくとも有することを特徴とするプローブの製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記構成を適用し、特に近接場光を検知または照射するために、錐状の探針の頂部を平面で構成し、該頂部に貫通孔を形成することで、高い近接場光発生効率を得ることが可能となる。探針の内面形状が錐状である場合、探針内部では、入射光が内面で反射され干渉、集光することにより空間的に集光スポットが発生する。そこで探針内面頂部を先鋭な錐状ではなく平面にし、内面反射による集光スポットの位置を変化させ、近接場光発生のため探針先端に設けられた微小開口の位置を前記集光スポットの近傍に設けることで高い近接場光発生効率を得ることが出来る。
【０００８】
前記集光スポットの発生位置は、探針形状のみならず探針内に入射する光の偏光方向によって変化することも明らかになっている。そのため、高効率な近接場光の発生には探針内面の形状と探針内部に入射する光の偏光方向の双方を考慮する必要がある。四角錐の探針内に光が入射した場合、偏光方向により集光スポットの位置が変化する模式図を図９に示す。また、探針内面頂部の平面部の大きさを変化させたときに発生する近接場光強度が変化する例を図１０に示す。つまり探針の内面形状を、入射光の偏光方向を考慮した大きさの頂部が平面で構成される長方形錐（図１３参照）（この例では入射光波長が５００ｎｍ、探針の材質が金Ａｕの場合、頂部の長方形が６００ｎｍ×８００ｎｍ程度となるような）とすることが望ましい。またこの最適条件において発生する近接場光強度は先鋭な内面形状の探針と比較して約４０倍に増強する可能性が数値計算により示されている。さらに、頂部の長方形の大きさは各辺１００ｎｍ程度の誤差があっても十分な近接場光増強効果が見込めるため、パターニング誤差やエッチングの深さ方向の誤差等に対しても１００ｎｍ程度の誤差を許容することが可能となる。
【０００９】
また、探針内面頂部だけでなく探針外面頂部も平坦にすることで、探針を使用中に探針が試料と接触した場合に頂部の単位面積あたりにかかる荷重が低減するため、探針が観察試料や加工対象に接触した場合にも探針自身が変形することを防ぐことができる。また観察対称を破壊することを防ぐ効果をも有する。また、図１１（ａ）のように頂部の平面部を錐状の斜面で支えることにより、図１１（ｂ）の形状と比較して、探針に対して横方向にかかる力に対する強度を向上させることができる。
【００１０】
また、上記した探針で構成したプローブによって、表面観察の速度が向上した表面観察装置や、あるいは記録の際の記録時間を小さくすることの可能な情報処理装置を実現することができる。
また、上記した探針で構成したプローブを用いることによって、微細なパターンを高速で形成できる露光装置を提供することが可能となった。またこのプローブでマルチプローブを構成することにより、小型化・大容量の光メモリーを実現することが可能となる。
【００１１】
また、上記したプローブの製造方法によれば、半導体プロセス技術、特にシリコン基板の熱酸化と、真空装置を用いた薄膜形成という半導体プロセス技術を用い、用途に応じた適切な形状にすることにより高効率に近接場光を発生させる探針を再現性良く形成することができ、作製プロセス中での探針形状の変形を低減した微小開口探針を有するプローブの製造方法を実現することができる。また、上記したプローブの製造方法によれば、歩留まりが向上し、短時間で探針を作製することが可能となる。
【００１２】
次に本発明の微小開口を有する探針の製造方法について図２及び図３に基づいて説明する。
まず、面方位（１００）の第一基板２の表面に結晶軸異方性エッチングにより凹部３を形成する。この時凹部３の底部は尖らせず、平面状に形成しておく。そのためには基板内に結晶軸異方性エッチングにより凹部形成する際にエッチングで全ての面を（１００）面にすることなく、途中の状態でエッチングを停止することが好ましい。その後凹部３の表面に熱酸化膜を形成する。この熱酸化膜は剥離層４としての機能を有する。
【００１３】
次に、第一基板２の表面に真空成膜装置を用いて遮光層Ａ５を堆積する（図２（ｃ）参照）。次に堆積した遮光層Ａ５をフォトリソグラフィとエッチングの手法を用いて所望の形状にパターニングする。
次に、上記遮光層Ａ５を転写する対象となる被転写物を用意し、必要に応じて第二基板６あるいは被転写物上に遮光層Ａ５と第二基板６との接合を容易にするための接合層を形成する。例えばカンチレバー等の弾性体を被転写物とすることによりＡＦＭ／ＳＮＯＭ複合プローブとすることが出来る。
【００１４】
次に、剥離層４上の遮光層Ａ５を第二基板６または第二基板６上の遮光層Ｃ１１に接合する。これにはそれぞれの基板を真空チャック等により保持出来るアライメント装置を用い、第一基板２と第二基板６とを位置合わせして対向、接触させ、さらに荷重を加えることにより遮光層Ａ５と第二基板６または第二基板６上の遮光層Ｃ１１との接合（圧着）を行う。
次に、剥離層４と遮光層Ａ５との界面で剥離を行い、第二基板６または第二基板６上の遮光層Ｃ１１上に遮光層Ａ５を転写する。すなわち第一基板２と第二基板６を引き離すことにより、剥離層４と遮光層Ａ５との界面で剥離させる（図３（ｇ）参照）。
【００１５】
次に、集束イオンビーム加工装置を用いて探針頂部に直径が１００ｎｍ以下の微小開口を形成する。また、上記の例では探針を他の基板に圧着して用いていたがその他の用法として探針を他の基板に圧着せずに用いることも考えられる。そのような用法に適した探針の製法について以下に述べる。
まず、異方性エッチングを用いて、底面が平らな凹部をＳｉ基板上に作製する。この凹部にエッチストップ層を作製し、基板裏面から異方性エッチング等の手法でバックエッチする。このとき凹部の頂部が露出するまでエッチングする。さらにこの露出した凹部の頂部に集束イオンビーム加工装置により微小開口を形成する。そして基板表面から遮光層を成膜することで探針が完成する。
【００１６】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１は、頂部が平面で構成される錐状の貫通孔を有する部材からなる探針を有するプローブの製造方法に係るものである。
本実施例による探針の使用方法は、例えば図１に示すように、探針を支持する導波路層の端面から直接またはファイバー等の光学素子を介して光を導入し、微小開口から出るエバネッセント光が及ぶ距離までフォトレジストを接近させることにより微細なパターンの露光を行うために用いる。
【００１７】
図２及び図３は本実施例による微小光照射用探針の製造工程を示す断面図であり、以下これを用いてプローブの製造方法を説明する。
まず、第一基板２として面方位（１００）の単結晶シリコンウエハを用意し、保護層１としてシリコン熱酸化膜を１００ｎｍ形成した。次に表面の保護層１の所望の箇所を、フォトリソグラフィとフッ化水素とフッ化アンモニウムの水溶液によるエッチングによりパターニングし、２辺がそれぞれ５μｍ、５．２μｍの長方形のシリコンを露出した。
次に、水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングによりパターニング部のシリコンを濃度３０％、液温９０℃の水酸化カリウム水溶液を用いて１０分間エッチングした。この工程により（１１１）面と等価な４つの面で囲まれ、底面が（１００）面で構成される深さ約３μｍの、底部が平らな逆ピラミッド状の凹部３が形成された（図２（ｂ）参照））。この際凹部３の４つの面それぞれと第一基板２の表面とのなす角度は結晶方位によって決まり、ほぼ５５°であった。
【００１８】
次に、保護層１をフッ化水素とフッ化アンモニウムの水溶液により除去した後、水素と酸素の混合ガスを用いて１０００℃にて熱酸化し、剥離層４として二酸化シリコンを２００ｎｍ堆積した。次に、第一基板２上に金Ａｕと白金Ｐｔを真空蒸着法により同時に堆積させ、その厚さは１００ｎｍとした。さらに白金Ｐｔを真空蒸着法により５０ｎｍ堆積した。最後に金Ａｕを３００ｎｍ真空蒸着法により堆積した。これら３層を遮光層Ａ５とした。次に遮光層Ａ５をフォトリソグラフィーとエッチングによりパターニングした（図２（ｃ）参照）。
【００１９】
次に、第二基板（１０）として面方位（１００）の単結晶シリコンウエハを用意し、第二基板６の両面にマスク層７として窒化シリコンを２５０ｎｍ成膜した（図２（ｄ）参照）。
次に、表面のマスク層７をフォトリソグラフィーにより幅５μｍ、長さ１ｍｍの長方形のシリコンを露出した。ただしこの際、長方形はオリフラに対して４５度の角度をなすように作製する。
【００２０】
次に、ＴＭＡＨ（２２％）溶液と界面活性剤ＮＣＷ６０１（０．５％）の混合溶液を９０度に熱して基板を結晶軸異方性エッチングを１０分間行なった。その結果、幅約５μｍ、深さ約２μｍの、底部が平らなＶ溝８が形成された。次にフォトリソグラフィーとドライエッチングにより、Ｖ溝８の上にせり出しているシリコン窒化膜を除去した。次に真空蒸着法によりチタンＴｉを５ｎｍ堆積した。さらに真空蒸着法により金Ａｕを１００ｎｍ堆積した。最後に真空蒸着法により白金Ｐｔを５０ｎｍ堆積した。これら３層をまとめて遮光層Ｂ９とした（図２（ｅ）参照）。
【００２１】
次に、導波路層１０としてＳＵ８を塗布しパターニングした。そして真空蒸着法により白金Ｐｔを５０ｎｍ堆積した。さらに真空蒸着法により金Ａｕを１００ｎｍ堆積した。これら２層を遮光層Ｃ１１とした。次に遮光層Ｂ９と遮光層Ｃ１１をフォトリソグラフィーとエッチングによりパターニングした（図２（ｆ）参照）。
そして、処理が終わった第一基板２に成膜してある遮光層Ａ５と第二基板６の遮光層Ｃ１１を、第一基板２の凹部３の中心と第二基板６の遮光層Ｃ１１上にパターニングされた開口部１２の中心が同軸上にくるようにして圧着した（図３（ｇ）参照）。
圧着により第一基板２上に形成されていた遮光層Ａ５が第二基板６上の遮光層Ｃ１１（１２）上に転写された（図３（ｇ）参照）。
【００２２】
次に、遮光層Ａ５の頂点部に微小開口１３を、集束イオンビーム装置で形成した。このようにして先端に微小開口を有する探針を作製した。そしてレバー化処理を施した（図３（ｈ）参照）。
使用時には光が第二基板中の導波路層を伝播し、探針下部まで到達したときに、導波路層の端面の（１１０）面で構成される４５度ミラー部により探針内に跳ね上げられた。
【００２３】
本実施例に示したプロセスによるプローブを、従来の形成方法によるプローブと比較した場合、本実施例のものでは探針内部に入射する光の偏光方向を考慮した探針形状の効果、あるいは探針内部の光の内面反射の効果等により、探針先端から発生する近接場光強度の増大が確認された。
本実施例中の探針先端の微小開口の形状は円形に限らない。
また、本実施例による探針を用いたプローブを用いた表面観察装置において、高スループットに高分解能のＳＮＯＭ像を得ることができた。
また、本実施例による探針を用いたプローブを搭載する露光装置により作製した回折格子は１００ｎｍ以下のグレーティングピッチで作製されていることが確認された。さらに探針先端部が平面で構成されているため、探針先端がプロセス中に折れ曲がる危険性が低減され、プロセス全体での歩留まりも高くなった。なお、本実施例におけるプローブは、１本でなくマルチプローブとして使用しても良い。
【００２４】
［実施例２］
本発明の実施例２は、頂部が平面で構成される錐状の貫通孔を有する部材からなる探針の製造方法に係るものである。
図４は本実施例による探針の製造工程を示す断面図であり、以下これを用いて探針の製造方法を説明する。
まず、面方位（１００）の単結晶シリコンウエハの基板１４を用意し、保護層１５としてシリコン熱酸化膜を１００ｎｍ形成した（図４（ａ）参照）。
次に、保護層１５の所望の箇所を、フォトリソグラフィーとフッ化水素とフッ化アンモニウムによるエッチングによりパターニングし、幅５μｍ、長さ５．２μｍのシリコンを露出した。
次に、水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングによりパターニング部のシリコンを濃度３０％液温９０℃の水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングした。この工程により（１１１）面と等価な４つの面で囲まれた（１００）面の底面を持つ深さ約３μｍの、底部が平たい逆ピラミッド状の凹部１６が形成された。次に保護層１５をフッ化水素とフッ化アンモニウムの水溶液により除去した後、裏面マスク層１８及びエッチストップ層１７として窒化シリコン膜を低圧化学気相成長法により２００ｎｍ形成した（図４（ｂ）参照）。
【００２５】
次に、裏面マスク層１８の所望の箇所を、フォトリソグラフィーと四フッ化炭素によるドライエッチングによりパターニングし、一部のシリコンを露出した。次に水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングによりパターニング部のシリコンを濃度３０％、液温１１０℃の水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングした。この工程により凹部１６のエッチストップ層１７の頂点部が露出するまでエッチングした（図４（ｃ）参照）。
【００２６】
次に、集束イオンビーム加工装置を用いてエッチストップ層１７の頂点部に微小開口１９を形成した。このとき集束イオンビームは凹部１６の、探針内側に相当する側から照射する。次に基板１４の表面から真空蒸着法により金Ａｕを１００ｎｍ堆積し、遮光層２０とした（図４（ｄ）参照）。
【００２７】
本実施例に示したプロセスによる探針を、従来の形成方法による探針と比較した場合、本実施例のものでは、探針内部に入射する光の偏光方向を考慮した探針形状の効果、あるいは探針内部の光の内面反射の効果等により、探針先端から発生する近接場光強度の増大が確認された。
本実施例中の探針先端の微小開口の形状は円形に限らない。
【００２８】
また、本実施例による探針を用いたプローブを用いた表面観察装置において、高スループットに高分解能のＳＮＯＭ像を得ることができた。また本実施例による探針を用いたプローブを搭載する露光装置により作製した回折格子は１００ｎｍ以下のグレーティングピッチで作製されていることが確認された。
さらに探針先端部が平面で構成されているため、探針先端がプロセス中に折れ曲がる危険性が低減され、プロセス全体での歩留まりも高くなった。また探針を導波路層と組み合わせず単体で使用するため、導波路層への探針の圧着工程が存在しないことも歩留まりの向上に寄与した。またこの探針は１本でなくマルチ探針として使用しても良い（図１４）。マルチ探針に光を入射してその先端に形成された微小開口から近接場光を発生させて使用する場合、近接場光発生のための入射光は各探針を一括に照明するものでも良いし、空間光変調素子等を介して各探針ごとに異なる入射光強度にしても良い。
【００２９】
［実施例３］
図１２は、本発明の実施例３における頂部が平面で構成される錐状の貫通孔を有する部材からなる探針の製造方法を示す図である。
図１２により、本実施例の探針の製造方法を説明すると、まず、面方位（１００）の単結晶シリコンウエハ（厚さ１０μｍ程度）、基板１２０１を用意し、保護層１２０２としてシリコン熱酸化膜を２００ｎｍ形成した（図１２（ａ）参照）。
次に、保護層１２０２の所望の箇所を、フォトリソグラフィーとフッ化水素とフッ化アンモニウムによるエッチングによりパターニングし、幅１３．６μｍ、長さ１３．８μｍのシリコンを露出した。
次に、水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングによりパターニング部のシリコンを濃度３０％液温９０℃の水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングした。この工程により（１１１）面と等価な４つの面で囲まれた（１００）面の底面を持つ深さ約９．７μｍの、底部が平たい逆ピラミッド状の凹部１２０３が形成された。
次に、保護層１２０２をフッ化水素とフッ化アンモニウムの水溶液により除去した（図１２（ｂ）参照）。
【００３０】
次に、集束イオンビーム加工装置を用いて凹部１２０３の頂点部に微小開口１２０４を形成した。このとき集束イオンビームは凹部１２０３の、探針内側に相当する側から照射する。次に基板１２０１の表面から真空蒸着法によりチタンＴｉを５０ｎｍ、金Ａｕを１００ｎｍ堆積し、遮光層１２０５とした（図１２（ｃ）参照）。
【００３１】
本実施例に示したプロセスによる探針を、従来の形成方法による探針と比較した場合、本実施例のものでは、探針内部に入射する光の偏光方向を考慮した探針形状の効果及び探針内部の光の内面反射の効果により探針先端から発生する近接場光強度の増大が確認された。さらに、探針先端部が平面で構成されているため、探針先端がプロセス中に折れ曲がる危険性が低減され、プロセス全体での歩留まりも高くなった。また、探針を導波路層と組み合わせず単体で使用するため、導波路層への探針の圧着工程が存在しないことも歩留まりの向上に寄与した。またこの探針は１本でなくマルチ探針として使用しても良い。
【００３２】
［実施例４］
図５は本発明の方法により製造された参考例１における近接場光プローブをストレージ装置に応用した構成を示す図である。
図５において、前述のイルミネーションモードのＳＮＯＭと同様に近接場光プローブ５０１先端の微小開口から発生させた近接場光を基板５０２上の記録媒体５０３に照射し、記録再生を行う。レーザ光の強度を増大させることにより強度の大きい近接場光を用いて記録を行い、レーザ光の強度を弱めることにより、強度の小さい近接場光を記録媒体５０３に照射してその散乱透過光を集光レンズ５０４で集光してアバランシェフォトダイオード５０５で強度を検出して再生信号とし、記録再生制御コンピュータ５０６に入力する。
【００３３】
記録再生制御コンピュータ５０６から回転モータ駆動回路５０７を介して回転モータ５０８を駆動し、近接場光プローブ５０１に対して記録媒体５０３を回転させる。前述のイルミネーションモードのＳＮＯＭと同様に得るΑＦＭ信号は位置合わせ（トラッキング）用の制御信号として記録再生制御コンピュータ５０６に入力し、近接場光プローブ５０１に対する記録媒体５０３の位置合わせを行うために用いられる。
【００３４】
本発明の方法により製造された近接場光プローブを用いてストレージ装置を構成することにより、有機材料などの柔かい記録媒体に対してプローブ先端が接触した走査を行っても、探針外面頂部が平坦なため記録媒体表面を破壊することなく、また探針自身も破壊されること無く安定した記録再生を行うことができた。また、高効率な近接場光発生のため短時間に情報記録、再生をすることができた。
【００３５】
［実施例５］
図６は本発明の方法により製造された参考例２における近接場光プローブをイルミネーション（照射）モードの近接場光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）に応用した装置の構成を示す図である。
図６において、レーザ駆動回路６０１によって駆動された面発光レーザ６０２から出射されたレーザ光が近接場光プローブ６０３中の伝送路を伝送して先端の微小開口から近接場光として出射される。この近接場光を基板６０４上の試料表面６０５に対して１００ｎｍ以下の距離まで近接させて照射した結果生じる散乱光を集光レンズ６０６で集光し、光電子増倍管６０７で検出し、これをＳＮＯＭ信号とし、計測制御コンピュータ６０８に入力する。
一方、ΑＦＭ用レーザ６０９から出射されるレーザ光を近接場光プローブのカンチレバー部分の裏面に照射し、その反射光の角度変化を二分割センサ６１０で検出し、カンチレバーの撓み量を検出して試料表面形状を反映した原子間力顕微鏡（ΑＦＭ）信号とし、計測制御コンピュータ６０８に入力する。
【００３６】
計測制御コンピュータ６０８からはｘｙｚステージ６１１を駆動するための駆動信号がステージ駆動回路６１２を介して出力され、ｘｙｚステージ６１１の三次元位置制御を行う。
計測制御コンピュータ６０８では、ｘｙｚステージ６１１を駆動することにより、試料６０５に対する近接場光プローブ６０３先端を走査し、その位置に応じてＳＮＯＭ信号及びΑＦＭ信号を三次元プロットすることにより、試料表面のＳＮＯＭ像及びΑＦＭ像を形成し、これをディスプレイ６１３に表示する。
本発明の近接場光プローブを用いてイルミネーションモードＳＮＯＭ装置を構成することにより、生体分子などの柔かい試料に対してプローブ先端が接触した走査を行っても探針外面頂部が平坦なため試料表面を破壊することなく、また探針自身も破壊されること無く安定したＳＮＯＭ像及びΑＦＭ像を観察することができた。また高効率な近接場光発生のため、高速に試料を観察することができた。
【００３７】
［実施例６］
図７は本発明の方法により製造された参考例３における近接場光プローブをコレクション（集光）モードのＳＮＯＭに応用した装置の構成を示す図である。
図７において、ＳＮＯＭ用レーザ７０１から照射されるレーザ光を直角プリズム７０２上に取り付けた基板７０３上の試料７０４に対して裏面から全反射の角度で入射する。これにより、試料表面に生じる近接場光を近接場光プローブ７０５の先端の微小開口で検出し、近接場光プローブ中の伝送路を伝送させてフォトダイオード７０６で検出し、ＳＮＯＭ信号として計測制御コンピュータ７０７に入力する。
【００３８】
上記以外については前述のイルミネーションモードのＳＮＯＭと同様に動作する。本発明の方法により製造された近接場光プローブを用いてコレクションモードＳＮＯＭ装置を構成することにより、生体分子などの柔かい試料に対してプローブ先端が接触した走査を行っても探針外面頂部が平坦なため試料表面を破壊することなく、また探針自身も破壊されること無く安定したＳＮＯＭ像及びΑＦＭ像を観察することができた。また高効率な近接場光発生のため、高速に試料を観察することができた。
【００３９】
［実施例７］
図８は本発明の方法により製造された参考例４における近接場光プローブを微細加工装置に応用した構成を示す図である。
図８において、前述のイルミネーションモードのＳＮＯＭと同様に近接場光プローブ８０１先端の微小開口から発生させた近接場光を基板上のレジスト８０２に照射し、レジスト８０２への露光（潜像形成）を行う。ここで、露光用の面発光レーザ８０３としては、レジスト８０２を露光する波長の光を発生するものを用いる。
【００４０】
前述のイルミネーションモードのＳＮＯＭと同様に得るΑＦＭ信号は位置合わせ（アライメント）用の制御信号として位置合わせ／露光制御コンピュータ８０４に入力し、近接場光プローブ８０１に対するレジスト８０２の位置合わせを行うために用いられる。
本発明の方法により製造された近接場光プローブを用いて微細加工装置を構成することにより、生体分子などの柔かい試料に対してプローブ先端が接触した走査を行っても探針外面頂部が平坦なため試料表面を破壊することなく、また探針自身も破壊されること無く安定して微細加工をすることができた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、高効率に近接場光を発生させることができ、また作製プロセス中あるいは使用中等に変形が生じにくいようにした近接場光用の探針を有するプローブの製造方法を実現することができる。
また、本発明のプローブの製造方法によれば、より高効率に近接場光を発生させる探針を再現性良く形成することができ、作製プロセス中での探針形状の変形を低減した微小開口探針を有するプローブの製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の探針を用いたプローブの使用例を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態、及び実施例１の探針とそれを用いたプローブの作製方法を示す図である。
【図３】 図２のプローブの作製方法の工程に引き続く工程を示す図である。
【図４】 本発明の実施例２における探針の作成方法を示す図である。
【図５】 本発明の参考例１における近接場光プローブをストレージ装置に応用した構成の概要を示す図である。
【図６】 本発明の参考例２における近接場光プローブをイルミネーション（照射）モードの近接場光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）に応用した装置の構成の概要を示す図である。
【図７】 本発明の参考例３における近接場光プローブをコレクション（集光）モードのＳＮＯＭに応用した装置の構成の概要を示す図である。
【図８】 本発明の参考例４における近接場光プローブを微細加工装置に応用した構成の概要を示す図である。
【図９】 探針内に入射する偏光により探針内面反射による集光スポットが変化することを説明するための概略図である。
【図１０】 探針頂部の広さに対する、発生する近接場光強度の強さの例を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態における探針頂部の支持の仕方の例を説明するための図である。
【図１２】 本発明の実施例３における探針の製造方法の概要を示す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態における高効率探針を説明するための概略図である。
【図１４】 本発明の実施例の探針によるマルチ探針の構成例を示す概略図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光用の探針を有するプローブの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、導体の表面原子の電子構造を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以下、「ＳＴＭ」と呼ぶ）が開発されて（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．、４９、５７（１９８３））単結晶、非晶質を問わず実空間像を高い分解能で測定できるようになって以来、走査型プローブ顕微鏡（以下、「ＳＰＭ」と呼ぶ）が材料の微細構造評価の分野で盛んに研究されるようになってきた。
【０００３】
ＳＰＭとしては、微小探針（探針）を有するプローブを評価する試料に近接させることにより得られるトンネル電流、原子間力、磁気力、光等を用いて表面の構造を検出する走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、近接場光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）等がある。これらのＳＰＭの中でＳＮＯＭは、従来の光学顕微鏡では不可能とされたλ／２以下の分解能を、微小開口から発生される近接場光を利用して計測し、試料表面の微細パターン形状等を高い分解能で非破壊にて計測するものである。また、ＳＮＯＭでは、生態や細胞等の従来観察が困難であった材料を試料として用いることが可能であり、観察可能な対象が多く、その応用範囲も広い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１０−２９３１３４号公報では近接場光を発生するための先鋭な探針が提案されているが、先鋭な探針の先端に設けられた微小開口を用いて近接場光を発生させる場合、分解能向上のために前記微小開口の開口径を小さくすると近接場光の発生効率が低下するため、発生効率の更なる向上が望まれている。
また、先端が先鋭化されている場合には、作製プロセス中及び使用中における探針形状の変形の防止も望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題を解決し、高効率に近接場光を発生させることができ、また作製プロセス中あるいは使用中等に変形が生じにくいようにした近接場光用の探針を有するプローブの製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するため、つぎの（１）〜（３）のように構成した近接場光用の探針を有するプローブの製造方法を提供するものである。
（１）近接場光用の探針を有するプローブの製造方法であって、
面方位（１００）のＳｉ基板の表面に、結晶軸異方性エッチングによって（１１１）面と等価な４つの面で囲まれ、底面が平面とされた（１００）面で構成される逆ピラミット状の凹部を形成する工程と、
前記凹部に剥離層を形成した後、該凹部を含む前記基板の表面に遮光層を形成し、該遮光層をパターニングする工程と、
前記パターニングされた遮光層を、被転写物に転写する工程と、
前記被転写物に転写された前記遮光層の平面状の頂部に微小開口を形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴とするプローブの製造方法。
（２）近接場光用の探針を有するプローブの製造方法であって、
面方位（１００）のＳｉ基板の表面に、結晶軸異方性エッチングによって（１１１）面と等価な４つの面で囲まれ、底面が平面をなす（１００）面で構成される逆ピラミット状の凹部を形成する工程と、
前記Ｓｉ基板の凹部上に凹状のエッチングストップ層を形成する工程と、
前記Ｓｉ基板の裏面側よりエッチングし、前記凹状のエッチングストップ層を露出させる工程と、
前記露出した凹状のエッチングストップ層の凹部をなす平面状の頂部に微小開口を形成する工程と、
前記微小開口が形成された凹状のエッチングストップ層上に遮光層を形成して、該遮光層中にも微小開口を残す工程と、
を少なくとも有することを特徴とするプローブの製造方法。
（３）近接場光用の探針を有するプローブの製造方法であって、
面方位（１００）のＳｉ基板の表面に、結晶軸異方性エッチングによって（１１１）面と等価な４つの面で囲まれ、底面が平面とされた（１００）面で構成される逆ピラミット状の凹部を形成する工程と、
前記Ｓｉ基板の凹部の平面をなす底面に微小開口を形成する工程と、
前記微小開口が形成されたＳｉ基板上に遮光層を形成して、該遮光層中にも微小開口を残す工程と、
を少なくとも有することを特徴とするプローブの製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記構成を適用し、特に近接場光を検知または照射するために、錐状の探針の頂部を平面で構成し、該頂部に貫通孔を形成することで、高い近接場光発生効率を得ることが可能となる。探針の内面形状が錐状である場合、探針内部では、入射光が内面で反射され干渉、集光することにより空間的に集光スポットが発生する。そこで探針内面頂部を先鋭な錐状ではなく平面にし、内面反射による集光スポットの位置を変化させ、近接場光発生のため探針先端に設けられた微小開口の位置を前記集光スポットの近傍に設けることで高い近接場光発生効率を得ることが出来る。
【０００８】
前記集光スポットの発生位置は、探針形状のみならず探針内に入射する光の偏光方向によって変化することも明らかになっている。そのため、高効率な近接場光の発生には探針内面の形状と探針内部に入射する光の偏光方向の双方を考慮する必要がある。四角錐の探針内に光が入射した場合、偏光方向により集光スポットの位置が変化する模式図を図９に示す。また、探針内面頂部の平面部の大きさを変化させたときに発生する近接場光強度が変化する例を図１０に示す。つまり探針の内面形状を、入射光の偏光方向を考慮した大きさの頂部が平面で構成される長方形錐（図１３参照）（この例では入射光波長が５００ｎｍ、探針の材質が金Ａｕの場合、頂部の長方形が６００ｎｍ×８００ｎｍ程度となるような）とすることが望ましい。またこの最適条件において発生する近接場光強度は先鋭な内面形状の探針と比較して約４０倍に増強する可能性が数値計算により示されている。さらに、頂部の長方形の大きさは各辺１００ｎｍ程度の誤差があっても十分な近接場光増強効果が見込めるため、パターニング誤差やエッチングの深さ方向の誤差等に対しても１００ｎｍ程度の誤差を許容することが可能となる。
【０００９】
また、探針内面頂部だけでなく探針外面頂部も平坦にすることで、探針を使用中に探針が試料と接触した場合に頂部の単位面積あたりにかかる荷重が低減するため、探針が観察試料や加工対象に接触した場合にも探針自身が変形することを防ぐことができる。また観察対称を破壊することを防ぐ効果をも有する。また、図１１（ａ）のように頂部の平面部を錐状の斜面で支えることにより、図１１（ｂ）の形状と比較して、探針に対して横方向にかかる力に対する強度を向上させることができる。
【００１０】
また、上記した探針で構成したプローブによって、表面観察の速度が向上した表面観察装置や、あるいは記録の際の記録時間を小さくすることの可能な情報処理装置を実現することができる。
また、上記した探針で構成したプローブを用いることによって、微細なパターンを高速で形成できる露光装置を提供することが可能となった。またこのプローブでマルチプローブを構成することにより、小型化・大容量の光メモリーを実現することが可能となる。
【００１１】
また、上記したプローブの製造方法によれば、半導体プロセス技術、特にシリコン基板の熱酸化と、真空装置を用いた薄膜形成という半導体プロセス技術を用い、用途に応じた適切な形状にすることにより高効率に近接場光を発生させる探針を再現性良く形成することができ、作製プロセス中での探針形状の変形を低減した微小開口探針を有するプローブの製造方法を実現することができる。また、上記したプローブの製造方法によれば、歩留まりが向上し、短時間で探針を作製することが可能となる。
【００１２】
次に本発明の微小開口を有する探針の製造方法について図２及び図３に基づいて説明する。
まず、面方位（１００）の第一基板２の表面に結晶軸異方性エッチングにより凹部３を形成する。この時凹部３の底部は尖らせず、平面状に形成しておく。そのためには基板内に結晶軸異方性エッチングにより凹部形成する際にエッチングで全ての面を（１００）面にすることなく、途中の状態でエッチングを停止することが好ましい。その後凹部３の表面に熱酸化膜を形成する。この熱酸化膜は剥離層４としての機能を有する。
【００１３】
次に、第一基板２の表面に真空成膜装置を用いて遮光層Ａ５を堆積する（図２（ｃ）参照）。次に堆積した遮光層Ａ５をフォトリソグラフィとエッチングの手法を用いて所望の形状にパターニングする。
次に、上記遮光層Ａ５を転写する対象となる被転写物を用意し、必要に応じて第二基板６あるいは被転写物上に遮光層Ａ５と第二基板６との接合を容易にするための接合層を形成する。例えばカンチレバー等の弾性体を被転写物とすることによりＡＦＭ／ＳＮＯＭ複合プローブとすることが出来る。
【００１４】
次に、剥離層４上の遮光層Ａ５を第二基板６または第二基板６上の遮光層Ｃ１１に接合する。これにはそれぞれの基板を真空チャック等により保持出来るアライメント装置を用い、第一基板２と第二基板６とを位置合わせして対向、接触させ、さらに荷重を加えることにより遮光層Ａ５と第二基板６または第二基板６上の遮光層Ｃ１１との接合（圧着）を行う。
次に、剥離層４と遮光層Ａ５との界面で剥離を行い、第二基板６または第二基板６上の遮光層Ｃ１１上に遮光層Ａ５を転写する。すなわち第一基板２と第二基板６を引き離すことにより、剥離層４と遮光層Ａ５との界面で剥離させる（図３（ｇ）参照）。
【００１５】
次に、集束イオンビーム加工装置を用いて探針頂部に直径が１００ｎｍ以下の微小開口を形成する。また、上記の例では探針を他の基板に圧着して用いていたがその他の用法として探針を他の基板に圧着せずに用いることも考えられる。そのような用法に適した探針の製法について以下に述べる。
まず、異方性エッチングを用いて、底面が平らな凹部をＳｉ基板上に作製する。この凹部にエッチストップ層を作製し、基板裏面から異方性エッチング等の手法でバックエッチする。このとき凹部の頂部が露出するまでエッチングする。さらにこの露出した凹部の頂部に集束イオンビーム加工装置により微小開口を形成する。そして基板表面から遮光層を成膜することで探針が完成する。
【００１６】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１は、頂部が平面で構成される錐状の貫通孔を有する部材からなる探針を有するプローブの製造方法に係るものである。
本実施例による探針の使用方法は、例えば図１に示すように、探針を支持する導波路層の端面から直接またはファイバー等の光学素子を介して光を導入し、微小開口から出るエバネッセント光が及ぶ距離までフォトレジストを接近させることにより微細なパターンの露光を行うために用いる。
【００１７】
図２及び図３は本実施例による微小光照射用探針の製造工程を示す断面図であり、以下これを用いてプローブの製造方法を説明する。
まず、第一基板２として面方位（１００）の単結晶シリコンウエハを用意し、保護層１としてシリコン熱酸化膜を１００ｎｍ形成した。次に表面の保護層１の所望の箇所を、フォトリソグラフィとフッ化水素とフッ化アンモニウムの水溶液によるエッチングによりパターニングし、２辺がそれぞれ５μｍ、５．２μｍの長方形のシリコンを露出した。
次に、水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングによりパターニング部のシリコンを濃度３０％、液温９０℃の水酸化カリウム水溶液を用いて１０分間エッチングした。この工程により（１１１）面と等価な４つの面で囲まれ、底面が（１００）面で構成される深さ約３μｍの、底部が平らな逆ピラミッド状の凹部３が形成された（図２（ｂ）参照））。この際凹部３の４つの面それぞれと第一基板２の表面とのなす角度は結晶方位によって決まり、ほぼ５５°であった。
【００１８】
次に、保護層１をフッ化水素とフッ化アンモニウムの水溶液により除去した後、水素と酸素の混合ガスを用いて１０００℃にて熱酸化し、剥離層４として二酸化シリコンを２００ｎｍ堆積した。次に、第一基板２上に金Ａｕと白金Ｐｔを真空蒸着法により同時に堆積させ、その厚さは１００ｎｍとした。さらに白金Ｐｔを真空蒸着法により５０ｎｍ堆積した。最後に金Ａｕを３００ｎｍ真空蒸着法により堆積した。これら３層を遮光層Ａ５とした。次に遮光層Ａ５をフォトリソグラフィーとエッチングによりパターニングした（図２（ｃ）参照）。
【００１９】
次に、第二基板（１０）として面方位（１００）の単結晶シリコンウエハを用意し、第二基板６の両面にマスク層７として窒化シリコンを２５０ｎｍ成膜した（図２（ｄ）参照）。
次に、表面のマスク層７をフォトリソグラフィーにより幅５μｍ、長さ１ｍｍの長方形のシリコンを露出した。ただしこの際、長方形はオリフラに対して４５度の角度をなすように作製する。
【００２０】
次に、ＴＭＡＨ（２２％）溶液と界面活性剤ＮＣＷ６０１（０．５％）の混合溶液を９０度に熱して基板を結晶軸異方性エッチングを１０分間行なった。その結果、幅約５μｍ、深さ約２μｍの、底部が平らなＶ溝８が形成された。次にフォトリソグラフィーとドライエッチングにより、Ｖ溝８の上にせり出しているシリコン窒化膜を除去した。次に真空蒸着法によりチタンＴｉを５ｎｍ堆積した。さらに真空蒸着法により金Ａｕを１００ｎｍ堆積した。最後に真空蒸着法により白金Ｐｔを５０ｎｍ堆積した。これら３層をまとめて遮光層Ｂ９とした（図２（ｅ）参照）。
【００２１】
次に、導波路層１０としてＳＵ８を塗布しパターニングした。そして真空蒸着法により白金Ｐｔを５０ｎｍ堆積した。さらに真空蒸着法により金Ａｕを１００ｎｍ堆積した。これら２層を遮光層Ｃ１１とした。次に遮光層Ｂ９と遮光層Ｃ１１をフォトリソグラフィーとエッチングによりパターニングした（図２（ｆ）参照）。
そして、処理が終わった第一基板２に成膜してある遮光層Ａ５と第二基板６の遮光層Ｃ１１を、第一基板２の凹部３の中心と第二基板６の遮光層Ｃ１１上にパターニングされた開口部１２の中心が同軸上にくるようにして圧着した（図３（ｇ）参照）。
圧着により第一基板２上に形成されていた遮光層Ａ５が第二基板６上の遮光層Ｃ１１（１２）上に転写された（図３（ｇ）参照）。
【００２２】
次に、遮光層Ａ５の頂点部に微小開口１３を、集束イオンビーム装置で形成した。このようにして先端に微小開口を有する探針を作製した。そしてレバー化処理を施した（図３（ｈ）参照）。
使用時には光が第二基板中の導波路層を伝播し、探針下部まで到達したときに、導波路層の端面の（１１０）面で構成される４５度ミラー部により探針内に跳ね上げられた。
【００２３】
本実施例に示したプロセスによるプローブを、従来の形成方法によるプローブと比較した場合、本実施例のものでは探針内部に入射する光の偏光方向を考慮した探針形状の効果、あるいは探針内部の光の内面反射の効果等により、探針先端から発生する近接場光強度の増大が確認された。
本実施例中の探針先端の微小開口の形状は円形に限らない。
また、本実施例による探針を用いたプローブを用いた表面観察装置において、高スループットに高分解能のＳＮＯＭ像を得ることができた。
また、本実施例による探針を用いたプローブを搭載する露光装置により作製した回折格子は１００ｎｍ以下のグレーティングピッチで作製されていることが確認された。さらに探針先端部が平面で構成されているため、探針先端がプロセス中に折れ曲がる危険性が低減され、プロセス全体での歩留まりも高くなった。なお、本実施例におけるプローブは、１本でなくマルチプローブとして使用しても良い。
【００２４】
［実施例２］
本発明の実施例２は、頂部が平面で構成される錐状の貫通孔を有する部材からなる探針の製造方法に係るものである。
図４は本実施例による探針の製造工程を示す断面図であり、以下これを用いて探針の製造方法を説明する。
まず、面方位（１００）の単結晶シリコンウエハの基板１４を用意し、保護層１５としてシリコン熱酸化膜を１００ｎｍ形成した（図４（ａ）参照）。
次に、保護層１５の所望の箇所を、フォトリソグラフィーとフッ化水素とフッ化アンモニウムによるエッチングによりパターニングし、幅５μｍ、長さ５．２μｍのシリコンを露出した。
次に、水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングによりパターニング部のシリコンを濃度３０％液温９０℃の水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングした。この工程により（１１１）面と等価な４つの面で囲まれた（１００）面の底面を持つ深さ約３μｍの、底部が平たい逆ピラミッド状の凹部１６が形成された。次に保護層１５をフッ化水素とフッ化アンモニウムの水溶液により除去した後、裏面マスク層１８及びエッチストップ層１７として窒化シリコン膜を低圧化学気相成長法により２００ｎｍ形成した（図４（ｂ）参照）。
【００２５】
次に、裏面マスク層１８の所望の箇所を、フォトリソグラフィーと四フッ化炭素によるドライエッチングによりパターニングし、一部のシリコンを露出した。次に水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングによりパターニング部のシリコンを濃度３０％、液温１１０℃の水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングした。この工程により凹部１６のエッチストップ層１７の頂点部が露出するまでエッチングした（図４（ｃ）参照）。
【００２６】
次に、集束イオンビーム加工装置を用いてエッチストップ層１７の頂点部に微小開口１９を形成した。このとき集束イオンビームは凹部１６の、探針内側に相当する側から照射する。次に基板１４の表面から真空蒸着法により金Ａｕを１００ｎｍ堆積し、遮光層２０とした（図４（ｄ）参照）。
【００２７】
本実施例に示したプロセスによる探針を、従来の形成方法による探針と比較した場合、本実施例のものでは、探針内部に入射する光の偏光方向を考慮した探針形状の効果、あるいは探針内部の光の内面反射の効果等により、探針先端から発生する近接場光強度の増大が確認された。
本実施例中の探針先端の微小開口の形状は円形に限らない。
【００２８】
また、本実施例による探針を用いたプローブを用いた表面観察装置において、高スループットに高分解能のＳＮＯＭ像を得ることができた。また本実施例による探針を用いたプローブを搭載する露光装置により作製した回折格子は１００ｎｍ以下のグレーティングピッチで作製されていることが確認された。
さらに探針先端部が平面で構成されているため、探針先端がプロセス中に折れ曲がる危険性が低減され、プロセス全体での歩留まりも高くなった。また探針を導波路層と組み合わせず単体で使用するため、導波路層への探針の圧着工程が存在しないことも歩留まりの向上に寄与した。またこの探針は１本でなくマルチ探針として使用しても良い（図１４）。マルチ探針に光を入射してその先端に形成された微小開口から近接場光を発生させて使用する場合、近接場光発生のための入射光は各探針を一括に照明するものでも良いし、空間光変調素子等を介して各探針ごとに異なる入射光強度にしても良い。
【００２９】
［実施例３］
図１２は、本発明の実施例３における頂部が平面で構成される錐状の貫通孔を有する部材からなる探針の製造方法を示す図である。
図１２により、本実施例の探針の製造方法を説明すると、まず、面方位（１００）の単結晶シリコンウエハ（厚さ１０μｍ程度）、基板１２０１を用意し、保護層１２０２としてシリコン熱酸化膜を２００ｎｍ形成した（図１２（ａ）参照）。
次に、保護層１２０２の所望の箇所を、フォトリソグラフィーとフッ化水素とフッ化アンモニウムによるエッチングによりパターニングし、幅１３．６μｍ、長さ１３．８μｍのシリコンを露出した。
次に、水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングによりパターニング部のシリコンを濃度３０％液温９０℃の水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングした。この工程により（１１１）面と等価な４つの面で囲まれた（１００）面の底面を持つ深さ約９．７μｍの、底部が平たい逆ピラミッド状の凹部１２０３が形成された。
次に、保護層１２０２をフッ化水素とフッ化アンモニウムの水溶液により除去した（図１２（ｂ）参照）。
【００３０】
次に、集束イオンビーム加工装置を用いて凹部１２０３の頂点部に微小開口１２０４を形成した。このとき集束イオンビームは凹部１２０３の、探針内側に相当する側から照射する。次に基板１２０１の表面から真空蒸着法によりチタンＴｉを５０ｎｍ、金Ａｕを１００ｎｍ堆積し、遮光層１２０５とした（図１２（ｃ）参照）。
【００３１】
本実施例に示したプロセスによる探針を、従来の形成方法による探針と比較した場合、本実施例のものでは、探針内部に入射する光の偏光方向を考慮した探針形状の効果及び探針内部の光の内面反射の効果により探針先端から発生する近接場光強度の増大が確認された。さらに、探針先端部が平面で構成されているため、探針先端がプロセス中に折れ曲がる危険性が低減され、プロセス全体での歩留まりも高くなった。また、探針を導波路層と組み合わせず単体で使用するため、導波路層への探針の圧着工程が存在しないことも歩留まりの向上に寄与した。またこの探針は１本でなくマルチ探針として使用しても良い。
【００３２】
［実施例４］
図５は本発明の方法により製造された参考例１における近接場光プローブをストレージ装置に応用した構成を示す図である。
図５において、前述のイルミネーションモードのＳＮＯＭと同様に近接場光プローブ５０１先端の微小開口から発生させた近接場光を基板５０２上の記録媒体５０３に照射し、記録再生を行う。レーザ光の強度を増大させることにより強度の大きい近接場光を用いて記録を行い、レーザ光の強度を弱めることにより、強度の小さい近接場光を記録媒体５０３に照射してその散乱透過光を集光レンズ５０４で集光してアバランシェフォトダイオード５０５で強度を検出して再生信号とし、記録再生制御コンピュータ５０６に入力する。
【００３３】
記録再生制御コンピュータ５０６から回転モータ駆動回路５０７を介して回転モータ５０８を駆動し、近接場光プローブ５０１に対して記録媒体５０３を回転させる。前述のイルミネーションモードのＳＮＯＭと同様に得るΑＦＭ信号は位置合わせ（トラッキング）用の制御信号として記録再生制御コンピュータ５０６に入力し、近接場光プローブ５０１に対する記録媒体５０３の位置合わせを行うために用いられる。
【００３４】
本発明の方法により製造された近接場光プローブを用いてストレージ装置を構成することにより、有機材料などの柔かい記録媒体に対してプローブ先端が接触した走査を行っても、探針外面頂部が平坦なため記録媒体表面を破壊することなく、また探針自身も破壊されること無く安定した記録再生を行うことができた。また、高効率な近接場光発生のため短時間に情報記録、再生をすることができた。
【００３５】
［実施例５］
図６は本発明の方法により製造された参考例２における近接場光プローブをイルミネーション（照射）モードの近接場光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）に応用した装置の構成を示す図である。
図６において、レーザ駆動回路６０１によって駆動された面発光レーザ６０２から出射されたレーザ光が近接場光プローブ６０３中の伝送路を伝送して先端の微小開口から近接場光として出射される。この近接場光を基板６０４上の試料表面６０５に対して１００ｎｍ以下の距離まで近接させて照射した結果生じる散乱光を集光レンズ６０６で集光し、光電子増倍管６０７で検出し、これをＳＮＯＭ信号とし、計測制御コンピュータ６０８に入力する。
一方、ΑＦＭ用レーザ６０９から出射されるレーザ光を近接場光プローブのカンチレバー部分の裏面に照射し、その反射光の角度変化を二分割センサ６１０で検出し、カンチレバーの撓み量を検出して試料表面形状を反映した原子間力顕微鏡（ΑＦＭ）信号とし、計測制御コンピュータ６０８に入力する。
【００３６】
計測制御コンピュータ６０８からはｘｙｚステージ６１１を駆動するための駆動信号がステージ駆動回路６１２を介して出力され、ｘｙｚステージ６１１の三次元位置制御を行う。
計測制御コンピュータ６０８では、ｘｙｚステージ６１１を駆動することにより、試料６０５に対する近接場光プローブ６０３先端を走査し、その位置に応じてＳＮＯＭ信号及びΑＦＭ信号を三次元プロットすることにより、試料表面のＳＮＯＭ像及びΑＦＭ像を形成し、これをディスプレイ６１３に表示する。
本発明の近接場光プローブを用いてイルミネーションモードＳＮＯＭ装置を構成することにより、生体分子などの柔かい試料に対してプローブ先端が接触した走査を行っても探針外面頂部が平坦なため試料表面を破壊することなく、また探針自身も破壊されること無く安定したＳＮＯＭ像及びΑＦＭ像を観察することができた。また高効率な近接場光発生のため、高速に試料を観察することができた。
【００３７】
［実施例６］
図７は本発明の方法により製造された参考例３における近接場光プローブをコレクション（集光）モードのＳＮＯＭに応用した装置の構成を示す図である。
図７において、ＳＮＯＭ用レーザ７０１から照射されるレーザ光を直角プリズム７０２上に取り付けた基板７０３上の試料７０４に対して裏面から全反射の角度で入射する。これにより、試料表面に生じる近接場光を近接場光プローブ７０５の先端の微小開口で検出し、近接場光プローブ中の伝送路を伝送させてフォトダイオード７０６で検出し、ＳＮＯＭ信号として計測制御コンピュータ７０７に入力する。
【００３８】
上記以外については前述のイルミネーションモードのＳＮＯＭと同様に動作する。本発明の方法により製造された近接場光プローブを用いてコレクションモードＳＮＯＭ装置を構成することにより、生体分子などの柔かい試料に対してプローブ先端が接触した走査を行っても探針外面頂部が平坦なため試料表面を破壊することなく、また探針自身も破壊されること無く安定したＳＮＯＭ像及びΑＦＭ像を観察することができた。また高効率な近接場光発生のため、高速に試料を観察することができた。
【００３９】
［実施例７］
図８は本発明の方法により製造された参考例４における近接場光プローブを微細加工装置に応用した構成を示す図である。
図８において、前述のイルミネーションモードのＳＮＯＭと同様に近接場光プローブ８０１先端の微小開口から発生させた近接場光を基板上のレジスト８０２に照射し、レジスト８０２への露光（潜像形成）を行う。ここで、露光用の面発光レーザ８０３としては、レジスト８０２を露光する波長の光を発生するものを用いる。
【００４０】
前述のイルミネーションモードのＳＮＯＭと同様に得るΑＦＭ信号は位置合わせ（アライメント）用の制御信号として位置合わせ／露光制御コンピュータ８０４に入力し、近接場光プローブ８０１に対するレジスト８０２の位置合わせを行うために用いられる。
本発明の方法により製造された近接場光プローブを用いて微細加工装置を構成することにより、生体分子などの柔かい試料に対してプローブ先端が接触した走査を行っても探針外面頂部が平坦なため試料表面を破壊することなく、また探針自身も破壊されること無く安定して微細加工をすることができた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、高効率に近接場光を発生させることができ、また作製プロセス中あるいは使用中等に変形が生じにくいようにした近接場光用の探針を有するプローブの製造方法を実現することができる。
また、本発明のプローブの製造方法によれば、より高効率に近接場光を発生させる探針を再現性良く形成することができ、作製プロセス中での探針形状の変形を低減した微小開口探針を有するプローブの製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の探針を用いたプローブの使用例を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態、及び実施例１の探針とそれを用いたプローブの作製方法を示す図である。
【図３】 図２のプローブの作製方法の工程に引き続く工程を示す図である。
【図４】 本発明の実施例２における探針の作成方法を示す図である。
【図５】 本発明の参考例１における近接場光プローブをストレージ装置に応用した構成の概要を示す図である。
【図６】 本発明の参考例２における近接場光プローブをイルミネーション（照射）モードの近接場光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）に応用した装置の構成の概要を示す図である。
【図７】 本発明の参考例３における近接場光プローブをコレクション（集光）モードのＳＮＯＭに応用した装置の構成の概要を示す図である。
【図８】 本発明の参考例４における近接場光プローブを微細加工装置に応用した構成の概要を示す図である。
【図９】 探針内に入射する偏光により探針内面反射による集光スポットが変化することを説明するための概略図である。
【図１０】 探針頂部の広さに対する、発生する近接場光強度の強さの例を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態における探針頂部の支持の仕方の例を説明するための図である。
【図１２】 本発明の実施例３における探針の製造方法の概要を示す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態における高効率探針を説明するための概略図である。
【図１４】 本発明の実施例の探針によるマルチ探針の構成例を示す概略図である。
Claims (3)
- 近接場光用の探針を有するプローブの製造方法であって、
面方位（１００）のＳｉ基板の表面に、結晶軸異方性エッチングによって（１１１）面と等価な４つの面で囲まれ、底面が平面とされた（１００）面で構成される逆ピラミット状の凹部を形成する工程と、
前記凹部に剥離層を形成した後、該凹部を含む前記基板の表面に遮光層を形成し、該遮光層をパターニングする工程と、
前記パターニングされた遮光層を、被転写物に転写する工程と、
前記被転写物に転写された前記遮光層の平面状の頂部に微小開口を形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴とするプローブの製造方法。 - 近接場光用の探針を有するプローブの製造方法であって、
面方位（１００）のＳｉ基板の表面に、結晶軸異方性エッチングによって（１１１）面と等価な４つの面で囲まれ、底面が平面をなす（１００）面で構成される逆ピラミット状の凹部を形成する工程と、
前記Ｓｉ基板の凹部上に凹状のエッチングストップ層を形成する工程と、
前記Ｓｉ基板の裏面側よりエッチングし、前記凹状のエッチングストップ層を露出させる工程と、
前記露出した凹状のエッチングストップ層の凹部をなす平面状の頂部に微小開口を形成する工程と、
前記微小開口が形成された凹状のエッチングストップ層上に遮光層を形成して、該遮光層中にも微小開口を残す工程と、
を少なくとも有することを特徴とするプローブの製造方法。 - 近接場光用の探針を有するプローブの製造方法であって、
面方位（１００）のＳｉ基板の表面に、結晶軸異方性エッチングによって（１１１）面と等価な４つの面で囲まれ、底面が平面とされた（１００）面で構成される逆ピラミット状の凹部を形成する工程と、
前記Ｓｉ基板の凹部の平面をなす底面に微小開口を形成する工程と、
前記微小開口が形成されたＳｉ基板上に遮光層を形成して、該遮光層中にも微小開口を残す工程と、
を少なくとも有することを特徴とするプローブの製造方法。
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